高氯含量的低衰减光纤的制作方法

本申请根据35u.s.c.§119，要求2014年7月10日提交的美国临时申请系列第62/022,926号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

本发明涉及在光纤的芯中具有高氯掺杂剂水平的光纤。

技术背景

对于较低衰减的光纤存在持续需求。低衰减是光纤中最重要的关键性质之一。大多数光纤使用氧化锗(geo2)掺杂的二氧化硅作为芯区域，以及纯二氧化硅作为外包覆区域。但是，对于实际光纤，由于氧化锗掺杂所导致的罗利散射将低光纤衰减限制到约为0.18db/km，这是由于罗利散射与掺杂剂浓度波动有关。为了降低掺杂剂浓度波动，制造了较高二氧化硅芯光纤，其采用氟掺杂的包覆。这些光纤有时包含少量氯。但是，这些高二氧化硅含量的芯光纤具有高粘度，由于芯中的高假定温度，这增加了罗利散射。此外，氟(f)掺杂的包覆具有低得多的粘度，这导致芯区域中的拉制诱发的高应力。芯区域中的高应力降低了玻璃松弛，这增加了罗利散射损耗。此外，应力效应经由应力-光学效应降低了芯折射率，使得难以实现用于制造单模光纤所需的芯折射率变化，从而包覆中甚至需要更高(约为2倍)的氟掺杂。该更高的氟掺杂使得二氧化硅芯和f掺杂的包覆具有甚至更高的粘度和应力差，导致以缓慢速度拉制光纤以实现低衰减。

技术实现要素：

本文揭示的光波导光纤包括芯和围绕芯的包覆区域，所述芯包含二氧化硅和大于或等于1.5重量％的氯和小于.6重量％的氟，所述芯的折射率为δ1最大值，以及所述包覆区域的折射率为δ2最小值，其中，δ1最大值>δ2最小值。本文所揭示的光纤优选在1550nm是单模的。在一些实施方式中，本文所揭示的光纤可以展现出小于或等于1260nm的22m光缆截止。在一些优选实施方式中，芯中的氯与包覆中的氟的摩尔比大于1，更优选大于1.5。本文所揭示的光纤优选含有小于1重量％的geo2，并且更优选不含geo2。在一些优选实施方式中，芯包含的氯量大于2重量％、更优选大于2.5重量％、以及甚至更优选大于3重量％。

在一些实施方式中，芯区域可以掺杂大于2.5重量％的氯，而在包覆区域中没有掺杂氟。在另一个实施方式中，芯区域掺杂大于3重量％的氯，而在包覆区域中没有掺杂氟。

本文所揭示的光纤设计所提供的芯的粘度小于或等于包覆。这导致光纤内的应力下降和相应的光纤衰减下降，这不仅是因为降低了粘度失配，并且还因为降低了cte(热膨胀系数)失配。这些光纤的模型实例在1550nm处具有约为0.15db/km的衰减，甚至当以高拉制速度拉制时也是如此。

本文所揭示的光纤设计能够产生如下光纤：其光学性质为符合g.652，在1310nm处大于8.2微米(通常在1310nm处为8.2-9.4微米)的mfd，零色散波长λ0为1300≤λ0≤1324nm，光缆截止小于或等于1260nm，1550nm处的衰减≤0.18db/km，更优选≤0.17db/km，甚至更优选在1550nm处≤0.16db/km，以及甚至更优选在1550nm处≤0.15db/km，以及最优选在1550nm处≤0.14db/km。

本文所揭示的光纤设计还包括在1550nm处的有效面积大于70微米²的光纤。在一些实施方式中，本文所揭示的光纤在1550nm处的有效面积大于90微米²。在其他实施方式中，本文所揭示的光纤在1550nm处的有效面积大于110微米²。在其他实施方式中，本文所揭示的光纤在1550nm处的有效面积大于130微米²。在一些优选实施方式中，在1550nm处的有效面积大于70微米²的光纤的光缆截止小于1530nm。在一些优选实施方式中，在1550nm处的有效面积大于110微米²的光纤的光缆截止小于1530nm。在其他优选实施方式中，在1550nm处的有效面积大于130微米²的光纤的光缆截止小于1530nm。在一些其他实施方式中，光纤在1550nm处的有效面积为70-90微米²，当处于20mm直径的心轴上的情况下，在1550nm处的弯曲损耗小于2db/圈。在一些其他实施方式中，光纤在1550nm处的有效面积为70-90微米²，当处于20mm直径的心轴上的情况下，在1550nm处的弯曲损耗小于1db/圈。在一些其他实施方式中，光纤在1550nm处的有效面积为70-90微米²，当处于20mm直径的心轴上的情况下，在1550nm处的弯曲损耗小于0.5db/圈。在一些其他实施方式中，光纤在1550nm处的有效面积为90-120微米²，当处于20mm直径的心轴上的情况下，在1550nm处的弯曲损耗小于3db/圈。在一些其他实施方式中，光纤在1550nm处的有效面积为120-150微米²，当处于20mm直径的心轴上的情况下，在1550nm处的弯曲损耗小于5db/圈。本文还揭示了制造光纤的方法，该方法包括：向第一炉提供光纤预成形件，所述光纤预成形件的表面积大于10m²/gm，以及在第一氯掺杂步骤中用氯掺杂预成形件，该步骤包括在高于1300℃温度的条件下，将预成形件暴露于含氯气氛。第一氯掺杂步骤可包括：将预成形件暴露于包含sicl4的气氛，以及所述方法还包括：在所述第一氯掺杂步骤之后将预成形件暴露于含水或含氧气氛，以进一步活化预成形件，以及所述方法还包括：在第二氯掺杂步骤中，在高于1300℃温度的条件下，在含氯气氛中用氯掺杂预成形件。

下面详细参考本文的优选实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。

附图说明

图1显示对应本文所揭示的光波导光纤的实施方式的折射率分布。

图2显示对应本文所揭示的光波导光纤的实施方式的替代折射率分布。

图3显示对应本文所揭示的光波导光纤的实施方式的替代折射率分布。

图4显示对应本文所揭示的光波导光纤的实施方式的替代折射率分布。

图5显示沉积二氧化硅烟炱的方法。

图6显示用于掺杂和固结烟炱预成形件的设备和方法。

优选实施方式

在以下的详细描述中提出了附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言由所述内容就容易理解，或按下面的描述和权利要求书以及附图所述实施而被认识。

低衰减是光纤中最重要的关键性质之一。本文所揭示的光纤具有用于海底和陆地长距离系统的光纤中的低衰减光纤的价值。

“折射率分布”是折射率或相对折射率与波导光纤半径之间的关系。折射率分布的每个区段的半径具有缩写r1、r2、r3、r4等，本文中大小写可互换使用(例如，r1等于r1)。

除非另有说明，否则“相对折射率百分比”定义为△％＝100x(ni²-nc²)/2ni²，本文所用nc是未掺杂的二氧化硅玻璃的平均折射率。除非另有说明，否则，本文所用的相对折射率用△表示，其数值以“％”为单位。术语：delta、△、△％、％△、delta％、％delta和百分比△在本文中可互换使用。在区域的折射率小于未掺杂的二氧化硅的平均折射率的情况下，相对折射率百分比是负的，被称作具有凹陷区域或凹陷折射率。在区域的折射率大于包覆区域的平均折射率的情况下，相对折射率百分比是正的。在本文中，“正掺杂剂”视为相对于纯的未掺杂sio2倾向于提高折射率的掺杂剂。在本文中，“负掺杂剂”视为相对于纯的未掺杂sio2倾向于降低折射率的掺杂剂。正掺杂剂的例子包括：geo2(氧化锗)、al2o3、p2o5、tio2、cl、br。负掺杂剂的例子包括氟。

除非另外说明，否则在本文中，将“色散”称作“分散”，波导光纤的色散是材料色散、波导色散和模间色散之和。对于单模波导光纤，模间色散为零。零色散波长是色散值等于零的波长。色散斜率表示色散相对于波长的变化率。

“有效面积”定义如下：

a有效＝2π(∫f²rdr)²/(∫f⁴rdr)

其中，积分限为0至∞，f是与波导中所传播的光相关的电场的横向分量。如本文所用，“有效面积”或“a有效”指的是波长为1550nm的光学有效面积，除非另有说明。

术语“α分布“指的是相对折射率分布，用△(r)表示，单位为“％”，其中r为半径，该参数符合如下方程式：

△(r)＝△(ro)(1-[|r-ro|/(r1-ro)]^α)

式中ro表示△(r)为最大值的点，r1表示△(r)％为零的点，r的范围是ri≤r≤rf，其中△如上文所定义，ri是α-分布曲线的起点，rf是α-分布曲线的终点，α是指数，为实数。

采用彼得曼ii方法测量模场直径(mfd)，其中，2w＝mfd，w²＝(2∫f²rdr/∫[df/dr]²rdr)，积分限是0至∞。

波导光纤的抗弯曲性可以通过规定测试条件下所诱发的衰减进行度量，例如通过将光纤绕着规定直径的心轴配置或缠绕，例如绕着6mm、10mm或20mm或者类似直径的心轴缠绕1圈(例如，“1x10mm直径宏弯曲损耗”或“1x20mm直径宏弯曲损耗“)，并测量每圈的衰减增加。

一种弯曲测试类型是横向负荷微弯曲测试。在此所谓的“横向负荷”测试(llwm)中，将指定长度的波导光纤放置在两块平板之间。将70号金属丝网连接到其中一块板上。将已知长度的波导光纤夹在所述板之间，用30牛的力将所述板压在一起的同时，测量参比衰减。然后向板施加70牛顿的作用力，并测量衰减增加，单位为db/m。衰减的增加是规定波长(通常在1200-1700nm范围内，例如，1310nm或1550nm或1625nm)处的波导的横向负荷衰减，单位db/m。

另一种类型的弯曲测试是丝网覆盖的鼓微弯曲测试(wmcd)。在该测试中，用丝网缠绕400mm直径的铝鼓。网应该是没有拉伸情况下的紧密缠绕，并且不应该有孔、下沉或损坏。丝网材料规格：麦克马斯特-卡尔供应公司(mcmaster-carrsupplycompany)(俄亥俄州克利夫兰市(cleveland,oh))，部件编号85385t106，抗腐蚀型304不锈钢编织丝布，每线性英寸网为165x165，丝直径为0.0019”，宽度开口为0.0041”，开放区域％为44.0。将规定长度(750米)的波导光纤以1m/s绕到丝网鼓上，当施加80(+/-1)克的张力时，具有0.050厘米的拉紧间距。规定长度光纤的端部胶带固定，以维持张力，并且没有光纤交叉。在具体波长(通常在1200-1700nm范围内，例如，1310nm或1550nm或1625nm)测量光纤的衰减；测量绕到光滑鼓上的光纤的参比衰减。衰减的增加是规定波长(通常在1200-1700nm范围内，例如，1310nm或1550nm或1625nm)处的波导的丝网覆盖的鼓衰减，单位db/km。

使用“销杆阵列”(pinarray)弯曲测试比较波导光纤对弯曲的相对耐受性。为了进行该测试，对于处于基本无诱发弯曲损耗的波导光纤，测量衰减损耗。然后将波导光纤绕着销杆阵列编织，并再次测量衰减。由于弯曲诱发的损耗是两次测得的衰减之差。销杆阵列是一组十个圆柱形的销杆，它们排成单排，在平坦的表面上保持固定的垂直位置。销杆的中心-中心间距为5mm。销杆直径为0.67mm。在测试过程中，施加足够的张力，使得波导光纤顺应一部分的销杆表面。衰减的增加是规定波长(通常在1200-1700nm范围内，例如，1310nm或1550nm或1625nm)处的波导的销杆阵列衰减，单位db。

对于给定模式，理论光纤截止波长或者“理论光纤截止”或者“理论截止”是高于该波长导光无法以该模式发生传播的波长。数学定义可参见“单模光纤(singlemodefiberoptics)”，jeunhomme，第39-44页，marceldekker，纽约，1990，其中，将理论光纤截止描述为模式传播常数变得等于外包覆中的平面波传播常数的波长。该理论波长适用于不具有直径变化的无限长的完美直光纤。

光纤截止采用标准2m光纤截止测试(fotp-80(eia-tia-455-80))测量，得到“光纤截止波长”，也被称作“2m光纤截止”或者“测量截止”。通过进行fotp-80标准测试从而使用受控量的弯曲提取出较高级的模式，或者将光纤的光谱响应标准化至多模光纤的光谱响应。

对于本文所用的光缆截止波长(或者“光缆截止”)，指的是eia-445光纤光学测试步骤所述的22m光缆截止测试，其是eia-tia光纤光学标准的一部分，即电子工业联盟-电信工业联盟光纤光学标准(electronicsindustryalliance-telecommunicationsindustryassociationfiberopticsstandards)。

除非本文另有说明，否则光学性质(例如，色散、色散斜率等)报道是lp01模式的。

本文所揭示的光纤优选展现出小于或等于1530nm(在一些实施方式中，小于或等于1400nm，在一些实施方式中，小于或等于1260nm)的22m光缆截止。

这些光纤的模型实施例在1550nm处具有小于或等于约0.165db/km的衰减，甚至当以高速度拉制时也是如此。也就是说，拉制速度≥10m/s，在一些实施方式中≥15m/s，在一些实施方式中≥25m/s，在一些实施方式中≥35m/s，以及在一些实施方式中≥45m/s。

在一些实施方式中，本文所揭示的光纤在1550nm处可以是单模的，并且能够在1550nm处展现出大于约55微米²的有效面积(在一些实施方式中，55-150微米²，在一些实施方式中，约为65-120微米²)。在一些优选的实施方式中，1550nm处的有效面积约为70-95微米²。在一些优选实施方式中，光纤在1550nm处的有效面积可以大于70微米²并且还展现出小于1530nm的光缆截止。在一些优选实施方式中，光纤在1550nm处的有效面积可以大于110微米²并且光缆截止小于1530nm。在一些优选实施方式中，本文所揭示的光纤可展现出1550nm处大于130微米²的有效面积以及小于1530nm的光缆截止。在一些实施方式中，光纤在1550nm处的有效面积可以是70-90微米²，当处于20mm直径的心轴上的情况下，在1550nm处的弯曲损耗小于2db/圈。在一些实施方式中，光纤在1550nm处的有效面积可以是70-90微米²，当处于20mm直径的心轴上的情况下，在1550nm处的弯曲损耗小于1db/圈。在一些实施方式中，光纤在1550nm处的有效面积可以是70-90微米²，当处于20mm直径的心轴上的情况下，在1550nm处的弯曲损耗小于0.5db/圈。在一些其他实施方式中，光纤在1550nm处的有效面积可以是90-120微米²，当处于20mm直径的心轴上的情况下，在1550nm处的弯曲损耗小于3db/圈。在一些其他实施方式中，光纤在1550nm处的有效面积可以是120-150微米²，当处于20mm直径的心轴上的情况下，在1550nm处的弯曲损耗小于5db/圈。

如图1所示的一种示例性光纤10包括中心玻璃芯区域1，其包括最大折射率△百分比△1最大值。第一凹陷内包覆区域2围绕中心芯区域1，第一内包覆区域2包括折射率δ百分比δ2最小值，其中，△1最大值>△2最小值。内包覆区域2优选与中心芯玻璃区域1紧邻。玻璃芯区域1包含二氧化硅玻璃、大于1.5重量％的氯、以及小于.5重量％的氟。玻璃芯区域1优选包含小于1重量％的geo2，并且更优选不含geo2。在一些实施方式中，玻璃芯区域1包含掺杂了大于2重量％的氯的二氧化硅玻璃。在一些其他实施方式中，玻璃芯区域1包含掺杂了大于2.5重量％的氯的二氧化硅玻璃。在一些其他实施方式中，玻璃芯区域1包含掺杂了大于3重量％的氯的二氧化硅玻璃。在一些其他实施方式中，玻璃芯区域1包含掺杂了大于2.5重量％的氯且优选基本不含氟的二氧化硅玻璃。内包覆区域2包含掺杂了氟的二氧化硅。术语cl芯表示芯区域中的氯掺杂剂量(摩尔％)，以及术语f内包覆表示内包覆区域中的氟掺杂剂量(摩尔％)。

中心芯区域1包括外半径r1，其定义为从中心纤芯区域1的折射率的最大斜率绘制的切线与零δ线相交的位置。在一些实施方式中，芯区域1可包含大于1.5重量％的氯和小于0.6重量％的氟，在其他实施方式中大于2.0重量％的氯，在其他实施方式中大于2.5重量％的氯，以及在其他实施方式中大于3.0重量％的氯。芯区域1可包含小于0.6重量％的氟，在一些实施方式中小于0.5重量％的氟，在一些实施方式中小于0.25重量％的氟。更优选地，芯区域1基本不含氟，并且最优选地，芯区域1不含氟。芯区域1可以设计成展现出约为0.15％△至约为0.5％△的最大折射率△％(△1最大值)，以及在一些实施方式中，约为0.15％△至0.3％△，以及在其他实施方式中，约为0.18％△至0.25％△。芯半径r1是3-10微米，在一些实施方式中，约为3-7微米。中心芯区域1可包括单区段、步阶式折射率分布。在一些实施方式中，中心芯区域1展现出的α大于0.5且小于200，以及在一些实施方式中大于5，在一些实施方式中大于10，以及在一些实施方式中大于10且小于或等于100。

在图1所示的实施方式中，内包覆区域2围绕中心芯区域1并且包括内半径r1和外半径r2，r1的定义如上文所述，以及r2定义为折射率分布曲线穿过0△线(除非整个包覆都被氟掺杂，在该情况下，外半径r2等于光纤的外包覆)。内包覆区域2可包含大于0.15重量％的氟，在一些实施方式中大于0.25重量％的氟，在一些实施方式中大于0.35重量％的氟，以及在一些实施方式中含有小于1重量％的氟，以及在一些实施方式中大于0.35重量％且小于0.8重量％的氟。芯区域1中的氯与内包覆区域2中的氟的摩尔比优选大于1，在一些实施方式中大于1.5，在一些实施方式中大于2，在一些实施方式中大于2.5，以及在一些实施方式中大于3.0。

图2-4显示如下实施方式，其中，光纤包括围绕着内包覆区域的外包覆区域，所述外包覆区域的平均折射率为△3，其中，△1最大值>△3>△2最小值。外包覆的最大相对折射率为△3最大值。在图2中，外包覆区域3的折射率等于未掺杂的sio2的折射率，例如，这可以通过使用未掺杂的sio2作为用于形成外包覆层3的材料来实现。在图3中，外包覆区域3的折射率小于未掺杂的sio2的折射率，例如，这可以通过使用氟掺杂的sio2作为用于形成外包覆层的材料来实现。在图4中，外包覆区域3的折射率高于未掺杂的sio2的折射率，例如，这可以通过使用sion掺杂或氯掺杂的sio2作为用于形成外包覆层的材料来实现。因此，如上文所述，外包覆区域可以包含sio2或sion。在图2-4所示的这些实施方式中的每一个，内包覆区域2可展现出约为30-52微米的宽度(r2-r1)，在一些实施方式中，是40-52微米，以及在一些实施方式中，约为45-52微米。在一些实施方式中，r2可以大于40、大于45微米，或者大于50微米且小于或等于62.5微米，在一些实施方式中，小于或等于56微米或者小于或等于51微米。

在图4中，外包覆区域3包括高于内包覆区域2的折射率，优选包括折射率δ百分比δ3，其大于0.02％δ，优选至少0.005％δ，例如至少0.01％δ，并且可以大于0.02或0.03％δ。优选地，外包覆区域3(相比于内包覆区域2)较高的折射率部分至少延伸到传输通过光纤的光功率大于或等于90％的传输的光功率的点，更优选延伸到传输通过光纤的光功率会大于或等于95％的传输的光功率的点，最优选延伸到传输通过光纤的光功率会大于或等于98％的传输的光功率的点。在许多实施方式中，这是通过使得“正掺杂”的第三环形区域至少延伸到约30微米的径向点实现的。在一些实施方式中，相比于内包覆区域2，外包覆区域3包含大于200ppm的氯(cl)的量，例如大于400或700或1000ppm或更多，在一些实施方式中，优选大于1500ppm，以及在一些实施方式中，大于2000ppm(0.2％)，以重量计，(例如，2200ppm、2500ppm、3000ppm、4000ppm、5000ppm、6000ppm、10000ppm或之间的数值)。

通过以下实施例进一步阐述本文的各个示例性实施方式。对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不背离权利要求书的精神或范围的情况下作出各种修改和变动。

下表1显示模型比较例光纤1和2以及示例性光纤1-5，它们全都具有4.5微米的芯半径和125微米的光纤直径。比较例光纤1和2不具有明显高含量的氯，它们也不具有大于或等于1的芯区域1中的氯/内包覆区域2中的氟的摩尔比。因此，当以较高拉制张力拉制时(例如，大于或等于100、120或150克时)，由于应力光学效应，需要高得多的氟量从而实现约为.34％δ的实际的芯-内包覆折射率δ。此外，表1还显示了芯区域1中的氯的重量％、摩尔％和模型δ折射率％；以及内包覆区域2中的氟的重量％、摩尔％和模型δ折射率％。还显示了芯区域1中的氯/内包覆区域2中的氟的重量％和摩尔％之比，以及(通过增加芯中的氯的预期δ折射率％与内包覆区域中的氟的预期δ折射率％的绝对大小获得的)预期芯/内包覆折射率δ，以及通过120克拉制张力拉制光纤获得的实际芯/内包覆折射率δ。比较例1和2显示，对于含有1.1重量％氯的二氧化硅芯，会预期为了实现芯与氟掺杂的内包覆区域之间.34％折射率δ，实际上由于应力光学效应，必须要添加1.42重量％的氟，而不是仅仅添加.74重量％的氟。表1所列出的实施例1-5全都展现出大于1的芯区域1中的氯/内包覆区域2中的氟的摩尔比，表明为了在以120克拉制张力拉制之后显示约为.34％δ的实际有效折射率，内包覆区域2中所需的氟添加量要小得多。注意到的是，在表1中，芯/包覆折射率δ是芯区域1中掺杂的氯相对于包覆区域2中掺杂的氟所实现的δ，不同于本文其他地方的折射率δ。

表1

如表2所示是模型氯掺杂(以及cl、geo2共掺杂的)芯和氟掺杂的包覆光纤的实施例和性质。假定表2中的模型光纤的拉制张力为50克。表2显示：芯的δ％δ1最大值，芯α，芯掺杂剂，芯中的cl的重量％和摩尔％，芯的半径r1，内包覆的δ％δ2最小值，内包覆掺杂剂，第一内包覆中的f的重量％和摩尔％，内包覆的外半径r2，光纤外半径r3，(芯区域1中的cl/第一包覆区域2中的f)的比例(重量％/重量％和摩尔％/摩尔％)，22米光缆截止波长，零色散波长，1310nm处的模场直径，1310nm处的有效面积，1310nm处的色散和色散斜率，1550nm处的模场直径，1550nm处的有效面积，1550nm处的色散和色散斜率，以及1550nm处的销杆阵列损耗、横向负荷损耗和衰减。术语“nm”指的是“不适用”，这是由于截止波长足够高，使得光纤在约为1300nm处不是单模，因此没有记录1310操作窗口的性质。

表2：氯掺杂(以及cl、geo2共掺杂的)芯和氟掺杂的包覆光纤和性质

表2(续)

表2(续)

实施例6和7表示如下光纤，其具有：氯掺杂的步阶式折射率芯，氟掺杂的包覆(芯区域1中的氯与内包覆区域2中的氟的摩尔比大于1，即，cl/f>1，以摩尔计)，其具有如下光学性质：符合itu-g.652标准，光缆截止小于1260nm，零色散波长为1300-1324nm和1310nm的mfd为8.2-9.5微米，以及对于20mm和30mm直径心轴上的情况，1550nm处的宏弯曲损耗分别≤1db/圈和≤0.01db/圈。实施例9表示如下光纤，其具有：氯掺杂的步阶式折射率芯，氟掺杂的包覆(芯区域1中的氯与内包覆区域2中的氟的摩尔比大于1，即，cl/f>1，以摩尔计)，其具有如下光学性质：符合itu-g.652标准，应力释放外包覆二氧化硅层起始于40微米的径向位置，以及对于20mm和30mm直径心轴上的情况，1550nm处的宏弯曲损耗分别≤1db/圈和≤0.01db/圈。实施例8、10和11表示如下光纤，其具有：氯掺杂的步阶式折射率芯，氟掺杂的包覆(芯区域1中的氯与内包覆区域2中的氟的摩尔比大于1，即，cl/f>1，以摩尔计)，其在1550nm处是单模的且具有110-150微米²的有效面积，并且具有如下光学性质：符合itu-g.654标准，以及对于20mm和30mm直径心轴上的情况，1550nm处的宏弯曲损耗分别≤1db/圈和≤0.02db/圈。实施例12和15表示如下光纤，其具有：超过3重量％的氯掺杂的步阶式折射率芯，在包覆中没有氟掺杂，其具有如下光学性质：符合itu-g.652标准，光缆截止小于1260nm，零色散波长为1300-1324nm和1310nm的mfd为8.2-9.5微米，以及对于20mm和30mm直径心轴上的情况，1550nm处的宏弯曲损耗分别≤0.5db/圈和≤0.02db/圈。实施例13表示如下光纤，其具有：氯和geo2共掺杂的步阶式折射率芯，在包覆中没有氟掺杂，其具有如下光学性质：符合itu-g.652标准，光缆截止小于1260nm，零色散波长为1300-1324nm和1310nm的mfd为8.2-9.5微米，以及对于20mm和30mm直径心轴上的情况，1550nm处的宏弯曲损耗分别≤0.5db/圈和≤0.01db/圈。实施例14表示如下光纤，其具有：氯和geo2共掺杂的步阶式折射率芯，内包覆中掺杂氟，以及对于20mm和30mm直径心轴上的情况，1550nm处的宏弯曲损耗分别≤0.1db/圈和≤0.003db/圈。实施例16表示如下光纤，其具有：氯掺杂的低α芯分布，氟掺杂的包覆(芯区域1中的氯与内包覆区域2中的氟的摩尔比大于1，即，cl/f>1，以摩尔计)，其具有如下光学性质：符合itu-g.652标准，光缆截止小于1260nm，零色散波长为1300-1324nm和1310nm的mfd为8.2-9.5微米，以及对于15mm、20mm和30mm直径心轴上的情况，1550nm处的宏弯曲损耗分别≤0.5db/圈、≤0.1db/圈和≤0.01db/圈。实施例16和17表示如下光纤，其具有：氯掺杂的步阶式折射率芯，氟掺杂的包覆(芯区域1中的氯与内包覆区域2中的氟的摩尔比大于1，即，cl/f>1，以摩尔计)，偏离芯的氟掺杂的凹陷，其具有如下光学性质：符合itu-g.652标准，光缆截止小于1260nm，零色散波长为1300-1324nm和1310nm的mfd为8.2-9.5微米，以及对于10mm、15mm、20mm和30mm直径心轴上的情况，1550nm处的宏弯曲损耗分别≤0.5db/圈、≤0.1db/圈、≤0.01db/圈和≤0.003db/圈。

下面显示制造的氯掺杂的芯和氟掺杂的包覆光纤的例子和性质。

实施例1

在车床中，通过如下方式制备密度约为0.5g/cm³的1米长的3000克二氧化硅烟炱预成形件：将二氧化硅烟炱火焰沉积到10mm直径的可移除的氧化铝转动饵棒上，其包含二氧化硅把手。将烟炱预成形件放入固结炉中，在包含约55体积％的氦和约45体积％的sicl4的气氛中，在约为1225℃进行干燥。然后将组件横穿(下驱动)通过热区，热区的峰值温度约为1500℃、升温速率约为2.5℃/分钟，从而产生完全致密的cl掺杂的二氧化硅玻璃芯预成形件。

将该预成形件在设定为1000℃的氩气吹扫保持烘箱中放置约24小时，从而对玻璃中溶解的氦进行脱气。然后将预成形件放在设定为约1900℃的再拉制炉中，通过把手向预成形件的中心线部分施加真空，使得中心线中的孔坍塌，以及将预成形件再拉制成约为8.5mm直径、1米长的无空穴cl掺杂二氧化硅玻璃芯条。微探针分析显示玻璃具有约1.8重量％的cl，并且在条直径上是均匀的。这些条的折射率分布显示在条直径上约为0.18％δ折射率的均匀性(相对于纯二氧化硅)。

实施例2

在车床中，通过如下方式制备密度约为0.5g/cm³的1米长的3000克二氧化硅烟炱预成形件：将二氧化硅烟炱火焰沉积到10mm直径的可移除的氧化铝转动饵棒上，其包含二氧化硅把手。去除氧化铝饵棒，在(包括二氧化硅把手的)预成形件中产生开放的中心线孔，然后将8.5mm芯条(其包含实施例1的1.8重量％的cl掺杂的二氧化硅芯)插入烟炱预成形件的中心线孔，产生芯-条烟炱预成形件组件。

将芯-条烟炱预成形件组件放入固结炉中，在包含氦和约2.5体积％的氯的气氛中，在约为1200℃进行干燥。在该步骤之后，预成形件组件的烟炱在包含氦和约1体积％的sif4的气氛中氟掺杂1小时；然后，在这些流量下，将组件横穿(下驱动)通过热区，热区的峰值温度约为1500℃、升温速率约为2.5℃/分钟，从而对二氧化硅烟炱进行氟掺杂并使得二氧化硅烟炱坍塌到芯条上，由此产生完全致密的无空穴玻璃光纤预成形件，其具有cl掺杂的二氧化硅芯和氟掺杂的二氧化硅包覆。

将该预成形件在设定为1000℃的氩气吹扫保持烘箱中放置约24小时，从而对玻璃中溶解的氦进行脱气。然后将预成形件放在设定为约1900℃的再拉制炉中，以及将预成形件再拉制成约为16mm直径、1米长的无空穴cl掺杂二氧化硅玻璃芯f掺杂二氧化硅包覆条。这些条的折射率分布显示约0.18％δ折射率芯和-0.23％δ折射率包覆(相对于纯二氧化硅)。

实施例3

将实施例2的1米长的16mm直径条放在车床上，然后将约3100克的二氧化硅烟炱火焰沉积到条上，产生外包覆条预成形件组件，其具有约0.5g/cm³的外包覆烟炱密度。将该组件放入固结炉中，在包含氦和约2.5体积％的氯的气氛中，在约为1200℃进行干燥。在该步骤之后，组件在包含氦和约1体积％的sif4的气氛中氟掺杂1小时；然后，在这些流量下，将组件横穿(下驱动)通过热区，热区的峰值温度约为1500℃、升温速率约为2.5℃/分钟，从而对二氧化硅烟炱进行氟掺杂并使得二氧化硅烟炱坍塌到芯条上。这产生了完全致密的无空穴玻璃光纤预成形件，其具有cl掺杂的二氧化硅芯、氟掺杂的二氧化硅包覆和氟掺杂的二氧化硅外包覆。

将该预成形件在设定为1000℃的氩气吹扫保持烘箱中放置约24小时，从而对玻璃中溶解的氦进行脱气。然后将预成形件放入拉制炉中，以15m/s拉制125微米直径光纤。光纤具有如下光学性质：在1310nm、1550nm和1570nm处的衰减分别是0.305、0.169和0.165db/km；在1310nm和1550nm处的模场直径分别是8.3和9.3微米；以及1220nm的22米光缆截止。

可以采用下文所述方法制造本文所揭示的光纤，其利用的预成形件固结条件有效地导致显著量的氯被俘获在固结的玻璃预成形件的芯区域中。本文所揭示的光纤可以采用常规烟炱沉积工艺制造，例如，外侧气相沉积(ovd)工艺或气相轴向沉积(vad)工艺，在这两种情况下，二氧化硅和掺杂的二氧化硅颗粒都在火焰中热致产生，并作为烟炱沉积。或者，也可以采用其他工艺，例如等离子体化学气相沉积(pcvd)和改进化学气相沉积(mcvd)，这在所得到的光纤预成形件中产生相同或更高的氯水平，并因而由此拉制光纤。在如图5所示的ovd的情况下，通过将含二氧化硅的烟炱22沉积到转动和移动的心轴或饵棒24上，来形成烟炱预成形件20。该方法被称作ovd或外部气相沉积法。心轴24优选是倾斜的。通过向燃烧器26的火焰30提供气体形式的玻璃前体28，对其进行氧化，从而形成烟炱22。向燃烧器26提供燃料32(例如甲烷(ch4))和支持燃烧的气体34(例如氧气)，并引燃，从而产生火焰30。标作为v的质量流量控制器向燃烧器26计量加入适量的二氧化硅玻璃前体28、燃料32和支持燃烧的气体34，所有这些物质都优选是气体形式。在火焰30中，玻璃成形剂化合物28发生氧化，以形成大体圆柱形的烟炱区域23。

在如图6所示形成二氧化硅烟炱芯预成形件之后，包含圆柱形烟炱区域23的烟炱芯预成形件20可以用氯掺杂并在固结炉29中固结以形成经固结的烟炱芯预成形件。在固结之前，去除图5所示的心轴24，以形成空心圆柱形烟炱芯预成形件。在氯掺杂和固结过程期间，通过保持机制21，将sio2烟炱芯预成形件20悬浮在炉29的纯石英马弗管27内部。在固结步骤之前，将预成形件20暴露于含氯气氛。例如，合适的氯掺杂气氛可以包含约0-70％的氦和30-100％的氯气，在一些实施方式中，包含50-100％的氯气，所处的温度约为950-1500℃，以及合适的掺杂时间约为0.5-10小时。

使用本文所揭示的方法，制造的光纤可展现出如下氯浓度：大于1.5重量％(1.8摩尔％)，更优选大于2重量％，更优选大于2.5重量％，更优选大于3重量％，更优选大于3.5重量％，更优选大于4重量％，更优选大于4.5重量％，更优选大于5重量％，这明显高于先前采用的氯水平。可以通过优化本文所揭示的工艺变量来实现此类高氯水平。

例如，可以使用较高温度来蒸发sicl4液体，导致气相中sicl4浓度的增加。在一些实施方式中，蒸发器温度高于40℃，在一些实施方式中，高于45℃，在一些其他实施方式中，高于50℃，以及在其他实施方式中，高于57℃。作为结果，在固结炉中可采用浓度增加的sicl4。在一些实施方式中，通过蒸发器/起泡器的sicl4气体与到达炉的总流量的比例高于30％，在其他实施方式中，通过蒸发器/起泡器的sicl4气体与到达炉的总流量的比例高于50％，以及在其他实施方式中，通过蒸发器/起泡器的sicl4气体与到达炉的总流量的比例高于80％。余下的气体可以是氦气。在某些其他实施方式中，通过蒸发器/起泡器的sicl4气体与到达炉的总流量的比例是100％，并且优选地，尽可能地保持高百分比(例如100％)直至完成预成形件的烧结。在一些实施方式中，氯掺杂步骤包括将预成形件暴露于大于1atm的sicl4分压。在一些其它实施方式中，氯掺杂步骤包括将预成形件暴露于大于2atm的sicl4分压。在其他实施方式中，氯掺杂步骤包括将预成形件暴露于大于3atm或大于4atm的sicl4分压。在其他实施方式中，氯掺杂步骤包括将预成形件暴露于大于8atm的sicl4分压。

在一些实施方式中，在烧结过程期间进行通过暴露于sicl4来对预成形件进行掺杂，即在烟炱预成形件进入封闭孔状态并变成完全烧结的预成形件之前和/或最晚至烟炱预成形件进入封闭孔状态并变成完全烧结的预成形件，对烟炱预成形件进行掺杂，这是在存在sicl4的情况下进行的，所处温度高于1300℃，在其他实施方式中，所处温度高于1375℃。在一些实施方式中，在烧结过程期间，在高于1400℃的温度进行氯掺杂。

使用较高烟炱表面积预成形件促进了将预成形件暴露于sicl4中的较高氯掺杂水平。在一些实施方式中，烟炱预成形件的表面积大于10m²/gm；在其他实施方式中，烟炱预成形件的表面积大于20m²/gm；在其他实施方式中，烟炱预成形件的表面积大于25m²/gm；以及在其他实施方式中，烟炱预成形件的表面积大于50m²/gm。在某些其他实施方式中，烟炱预成形件的表面积大于90m²/gm。可以采用bet表面积表征技术来测量预成形件的表面积。

在一些实施方式中，烟炱预成形件还可包含大于.5重量％的氧耗尽的二氧化硅，即一氧化硅(sio)。例如，这可以通过用sio粉末或si掺杂二氧化硅玻璃烟炱完成。例如，可以经由烟炱压制将sio粉末掺杂到sio2烟炱预成形件中和/或在炉中用sio蒸汽来掺杂sio2烟炱预成形件。在其他实施方式中，通过将一定量的sih4引入炉，将sio2分解成si或sio，从而将sio或si掺杂到sio2烟炱预成形件中。

可以通过如下方式来增加掺杂sicl4的量：在预成形件完全固结之前，用连续sicl4和h2o/o2的暴露的多次循环来处理二氧化硅烟炱预成形件。不希望受限于理论，相信用sicl4处理二氧化硅烟炱表面导致氯掺杂，这是由于在二氧化硅烟炱表面上的oh基团的位置处吸引sicl3基团(和/或与表面siosi基团反应形成sicl⁺和siocl3)。通过用水处理，吸附的sicl3基团中的每个cl分子可以被转变成为oh基团(或者用氧处理，在表面上形成另一个sio2分子)，这进而变成后续sicl4处理用于吸附额外sicl3基团的反应性位点。通过工艺开发，将预成形件暴露于连续sicl4和h2o(和/或o2)环境的多次循环，可以产生级联结构(cascadingstructure)并将高氯量结合到烟炱颗粒表面上(旁注：我们将该过程称作化学分形)。相比于现有技术中所记录的氯掺杂水平，这导致固结玻璃中明显更高的氯掺杂水平。

可以用来增加预成形件的烟炱表面积的其他方法包括：1)采用外部气相沉积形成的低密度烟炱；2)压制的高表面积玻璃烟炱；以及3)用溶胶凝胶二氧化硅(例如四乙基正硅酸盐(teos)，在水解之前或之后)或纳米颗粒二氧化硅(例如，胶体二氧化硅)浸渍玻璃烟炱。

采用本文所列出的方法，在一些实施方式中，固结玻璃中的氯掺杂浓度高于1.5重量％。在一些其他实施方式中，固结玻璃中的氯掺杂浓度高于2重量％。在其他实施方式中，固结玻璃中的氯掺杂浓度高于3重量％。

可以采用梯度烧结，将烟炱预成形件20向下驱动通过炉29的热区，该热区维持在约为1225-1550℃、更优选约为1390-1535℃的温度。例如，可以将预成形件保持在等温区中，该等温区维持在所需的氯掺杂温度(950-1250℃)，持续的时间足以实现氯充分掺杂进入预成形件中，之后，驱使烟炱预成形件通过维持在所需固结温度(例如，1225-1550℃、更优选1390℃和1535℃)的区，其速率足以导致预成形件20温度增加大于1℃/分钟，并且速率足以在预成形件的外侧上形成一层固结玻璃。在一个优选实施方式中，含烟炱的预成形件以第一向下加料速率向下加料通过固结加热区，然后以第二向下加料速率使预成形件向下加料通过第二加热区，所述第二向下加料速率小于所述第一向下加料速率。该固结技术导致烟炱预成形件的外侧部分先于预成形件的其余部分烧结，从而通过外侧固结玻璃层促进了掺杂气体的捕获，这又会促进了所得固结玻璃中的氯掺杂剂的形成和保留。例如，可以将预成形件以第一速度暴露于此类合适的固结温度(例如大于约1390℃)，所述第一速度足以导致预成形件温度增加超过15℃/分钟(更优选超过17℃/分钟)，之后至少是第二向下加料速率/固结温度组合，其足以导致预成形件被加热至少约12℃/分钟但是小于17℃/分钟(更优选大于14℃/分钟但是小于15℃/分钟)。优选地，第一固结速率导致预成形件外侧的温度增加速率比第二固结速率的加热速率高2，更优选高3，以及最优选高约4℃/分钟。如果需要的话，可以采用第三固结步骤，其以较慢的速率加热(例如小于10℃/分钟)。或者，可以通过驱使烟炱预成形件通过炉热区(其中的温度大于1550℃、更优选大于1700℃、甚至更优选大于1900℃)以甚至更快的速率烧结烟炱预成形件。或者，不同于上文所述的对烟炱预成形件进行掺杂以及后续形成固结的外玻璃层，可以在氯掺杂步骤之前形成固结的外玻璃层，并且可以通过将掺杂剂气体传输进入预成形件的中心来进行氯掺杂。能够以高水平掺杂氯的能力提供了制造低损耗光纤的明显优势。氯是通过起到降低密度波动作用，而不增加浓度波动从而导致低罗利散射损耗的掺杂剂。在现有技术中，已经公开了芯的氯浓度小于1.2重量％的光纤。对于此类设计，在外包覆中使用氟，从而提供芯和包覆之间的折射率差异。但是，由于芯和包覆之间巨大的粘度失配，在拉制时诱发明显应力，这经由应力光学效应减小了芯和内包覆区域之间的有效折射率差异，并且还由于阻碍了玻璃过渡区域中的玻璃结构松弛对衰减造成负面影响。例如，芯中具有1.1重量％(1.8摩尔％)的氯以及相邻包覆中具有1.4重量％(4.4摩尔％)的氟的光纤会导致0.505％δ的芯与包覆之间的组成折射率差异。但是，当该光纤以150g张力拉制时，由于应力光学效应导致光纤中的有效折射率差异极大减小，并且实现了0.296％δ的实际折射率δ％。相信该问题是由于芯玻璃比包覆玻璃更为刚性，即[cl-芯摩尔数]/[f-包覆摩尔数]小于1，所导致的。

在本文所示的发明实施例中，由于芯中的高水平氯，为了使得芯作为有效波导所需的获得折射率差异的氟的量要低得多。此外，芯中较高水平的氯掺杂和包覆中较低含量的氟还导致芯和包覆的更好粘度匹配，从而降低了应力和应力光学效应。例如，采用本文所述的技术，制造的光纤在芯中具有1.8重量％(3.0摩尔％)的氯以及在包覆中具有0.81重量％(2.5摩尔％)的氟，从而cl芯/f内包覆为2.2重量％/重量％和1.2摩尔％/摩尔％。该光纤会导致芯和包覆之间基于组成的折射率差异为0.43％δ。该光纤以50、100和150g的不同张力拉制，光纤中的有效折射率差异仅由于应力光学效应略微下降，在研究的张力范围上，芯与包覆之间的实际有效折射率δ％是0.43-0.40％δ。还观察到，由于改善的粘度匹配所导致的芯中的应力降低，光纤中获得的芯-包覆折射率差异对于拉制张力大小也是相当不敏感的。不希望受限于理论，相信该不同拉制张力之间的较低变化可能是由于芯玻璃比包覆玻璃更软导致的。

在氯掺杂步骤之后，可以对芯烟炱预成形件进行烧结。本发明采用的烧结温度可以优选是1100-1600℃，更优选约为1400-1550℃，以及最优选约为1480-1550℃。一种特别优选的烧结温度约为1490℃。与制造此类在光纤的包覆中含空穴区域相关的额外信息可参见例如美国专利申请系列第11/583,098号，其说明书全文通过引用结合入本文。在烧结之后，可以将芯预成形件拉制成较小直径并切割成一定长度，从而形成固结的氯掺杂玻璃芯条。

然后可以采用上文关于芯烟炱沉积工艺相同的方法，将会形成内包覆区域的额外烟炱沉积到玻璃芯条上。然后可以使用其中具有氟或者其他光纤掺杂剂的掺杂剂气体对内包覆烟炱掺杂氟。例如，可以使用sif4和/或cf4气体。此类掺杂剂气体的使用可以采用常规掺杂温度，例如约为950-1250℃，持续0.25-4小时。本发明采用的烧结温度可以优选是1100-1600℃，更优选约为1400-1550℃，以及最优选约为1480-1550℃。一种特别优选的烧结温度约为1490℃。与制造此类在光纤的包覆中含空穴区域相关的额外信息可参见例如美国专利申请系列第11/583,098号，其说明书全文通过引用结合入本文。

虽然本文所揭示的优选光纤制造方法采用外部气相沉积工艺，但是也可采用其他技术，例如mcvd和pcvd来制备本文所揭示的光纤，并且可以获得相同或更高的氯水平。例如，可以在包含sio2的玻璃管内经由pcvd(等离子体化学气相沉积)工艺沉积芯玻璃层，从而芯玻璃层包含具有大于1.5重量％的氯(更优选大于2重量％的氯、甚至更优选大于2.5重量％的氯、以及甚至更优选大于3重量％的cl)的氯掺杂二氧化硅。然后管可以坍塌以消除开放中心线从而形成光纤预成形件。在一些实施方式中，可以在光纤预成形件上提供氟掺杂的包覆层，这是通过将烟炱沉积到所述管的外侧上并用氟掺杂提供的或者通过经由已经掺杂了氟的二氧化硅管起始提供的。优选地，如上文所述，芯部分中的氯与包覆层中的氟的摩尔比≥1。

可以从采用常规制造技术以及使用已知光纤拉制方法和设备制造的光纤预成形件拉制得到本文所述的光纤，例如，如美国专利第7,565,820号、第5,410,567号、第7,832,675号、第6,027,062号，其说明书通过引用结合入本文。具体来说，通过牵引器从光纤预成形件的根部拉出光纤。在离开拉制炉之后，裸光纤遭遇直径监测器(d)，所述直径监测器(d)提供用于反馈控制回路的信号，以调节牵引器的速度来维持恒定的光纤直径。然后，裸光纤通过光纤张力测量装置(t)，其测量的由于从预成形件牵拉光纤所导致的光纤的张力。该张力可取决于光纤拉制速度、预成形件的根部的温度和粘度等发生增加。ep0479120a2公开了光纤张力测量装置的一个例子，其通过引用结合入本文。

在一些实施方式中，光纤包括第一涂层(其杨氏模量小于1mpa)和第二涂层(其杨氏模量大于1200mpa)。在一些实施方式中，光纤包括第一涂层(其杨氏模量小于0.5mpa)和第二涂层(其杨氏模量大于1500mpa)。在一些实施方式中，采用氨基甲酸酯丙烯酸酯涂层。

应理解，前述描述仅是示例性的并且旨在提供权利要求书所限定的光纤的性质和特性的总体理解。包括的附图提供了对优选实施方式的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了各个特征和实施方式，并与其说明书一起用来解释原理和操作。对于本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离所附权利要求的精神或范围的情况下，对本文所述的优选实施方式进行各种改动。