专利名称:光纤及其制造方法
技术领域：
本发明涉及光纤及其制造方法。更具体地说，本发明涉及能够提高衰减损耗均匀性的光纤及其制造方法。
背景技术：
传统光纤因“OH”键所导致的光吸收而在1383nm(纳米)量级内的波长处表现出高的衰减损耗。因此，传统光纤不适于在1383nm波长段处的光通信。通常，1383nm的波长段包括1340nm和1440nm之间的波长。为了解决发生在1383nm波长段内的问题，提出了低水峰光纤。图1A是图示出沿低水峰光纤在纵向上测得的衰减损耗的图。然而，尽管低水峰光纤能够降低由“OH”键所导致的光吸收引起的衰减损耗，但是衰减损耗在1383nm的波长段内沿低水峰光纤的纵向方向不均匀地产生。
参照图1A，低水峰光纤在1383nm的波长段内沿低水峰光纤的纵向方向在4.9至5km的区域处表现出大约0.35至0.37dB/km的衰减损耗101。另外，在低水峰光纤的整个区域上的平均衰减损耗102为大约0.3dB/km。因此，当低水峰光纤被用于1383nm波长段内的光通信网络时，衰减损耗沿低水峰光纤在纵向上不均匀地分布，从而导致通信故障或通信错误。
发明内容因此，作出本发明以解决出现在现有技术中的上述问题，并且，本发明的目的在于提供这样一种光纤，它能够在1383nm的波长段内降低衰减损耗，同时获得沿光纤的纵向方向均匀的衰减损耗分布。
根据本发明的一个方面，提供了一种光纤，其中，在1383nm的波长段内，沿所述光纤纵向方向的衰减损耗的不均匀性等于或小于0.05dB/km，并且衰减损耗的平均值等于或小于0.35dB/km。
根据本发明的另一个方面，提供了一种光纤制造方法。所述方法包括步骤(a)在将芯部表面的平均温度保持在等于或小于1000℃的水平、以及将根据烟灰预制棒生长长度的芯部表面温度变化保持在-10至10℃/cm范围内的同时制造烟灰预制棒；(b)通过脱水、固化和玻璃化所述烟灰预制棒来制造光纤预制棒；以及(c)在1900至2300℃之间的温度范围下，从所述光纤预制棒拉出光纤。
本发明的上述特征和优点从以下结合附图的详细叙述中将更加显而易见，在附图中图1A是图示出区域衰减损耗和平均衰减损耗之间的关系的曲线图；图1B是图示出区域衰减损耗差的曲线图，该区域衰减损耗差由图1A中所示的区域衰减损耗和平均衰减损耗之间的关系获得；图2是图示出波式非直线(wave style non-straight line)(Pwave)的曲线图；图3是图示出阶式非直线(step style non-straight line)的曲线图；图4A和4B是图示出在1383nm的波长段内根据本发明所述制造的光纤的区域衰减损耗的曲线图；图5是图示出根据本发明所述的光纤的波式非直线的曲线图；图6是图示出通过气相轴向沉积制造烟灰预制棒的装置和方法的视图；图7是图示出通过外部气相轴向沉积制造烟灰预制棒的装置和方法的视图；图8A和8B是图示出沿烟灰预制棒的芯部长度测得的烟灰预制棒芯部表面温度的曲线图，其中烟灰预制棒通过气相轴向沉积生长；以及图9的视图图示出通过区域烧结方法沿烟灰预制棒纵向方向烧结和玻璃化烟灰预制棒的步骤。
具体实施方式下面参照附图描述本发明的实施例。为了清楚和简单起见，这里将略去对此处并入的公知功能和构造的详细描述，因为这些描述会使本发明的主题不清楚。
本发明涉及用于1383nm波长段内的光通信的光纤及其制造方法。根据本发明所述的光纤在1383nm波长段内沿其纵向方向表现出均匀的衰减损耗特性。
能够使用光时域反射(OTDR)、通过衰减损耗测量来测量不均匀性参数，由此能够检测沿光纤纵向方向的这种均匀衰减损耗。
不均匀性参数包括区域衰减损耗差、波式非直线(wave stylenon-straight line)(Pwave)、阶式非直线(step style non-straight line)(Pstep)等。在国际标准，如IEC-TR62033和ICE-TR62316中定义了以上不均匀性参数和OTDR。
图1B是图示出区域衰减损耗差的曲线图，该区域衰减损耗差由图1A中所示的区域衰减损耗和平均衰减损耗之间的关系获得。区域衰减损耗差103是指在预定区域处衰减损耗101和平均衰减损耗之差。
图2是图示出波式非直线(Pwave)的曲线图，波式非直线(Pwave)定义为通过最小二乘逼近获得的基本趋势线202和OTDR功率标记(powersignature)201之间的差分值203。
图3是图示出阶式非直线的曲线图。阶式非直线定义为形成在两个相邻的OTDR测量点之间的趋势线301a和301b之间的差分值302。
图4A和4B是图示出根据本发明所述制造的光纤的区域衰减损耗的曲线图，其中在1383nm量级的波长段内，区域衰减损耗差降低至等于或小于0.02dB/km的水平。
图5是图示出根据本发明所述的光纤的波式非直线的曲线图，其中，在1383nm的波长段内，波式非直线的衰减损耗被降低至等于或小于0.03dB/km的水平。参照图5，在1383nm的波长段内，根据本发明所述的光纤的阶式非直线的衰减损耗被降低至等于或小于0.01dB/km的水平。
根据本发明的实施例，通过以下步骤制造光纤(a)在将芯部表面的平均温度保持在等于或小于1000℃的水平、以及将根据烟灰预制棒生长长度的芯部表面温度变化(dT/dz)保持在-10至10℃/cm范围内的同时，通过沉积烟灰制造烟灰预制棒；(b)通过脱水、固化和玻璃化所述烟灰预制棒来制造光纤预制棒；以及(c)在1900至2300℃之间的温度下，从所述光纤预制棒拉出光纤。
图6的视图图示出通过气相轴向沉积制造烟灰预制棒的装置。参照图6，烟灰预制棒610包括起始棒，该起始棒由玻璃制成，并在垂直轴线620上对准，以便为生长烟灰预制棒610提供基础；芯部601，芯部601通过在所述起始棒的端部处沉积烟灰而形成；以及包层602。芯部601具有相对较高的折射率，而围绕芯部601的包层602具有相对较低的折射率。在沉积烟灰的同时，烟灰预制棒610转动并以预定速度向上移动。此时，烟灰预制棒610绕垂直轴线620转动，从而使烟灰预制棒610具有旋转对称性。另外，由于烟灰预制棒610沿垂直轴线620向上移动，故烟灰预制棒610沿垂直轴线620向下连续生长。
将源材料进给到第一喷灯(torch)603内，其中，源材料包括用于形成玻璃的SiCl4和用于控制折射率的GeCl4；包括氢的燃气(GF)；以及包括氧的氧化气体(GO)。可选择地，POCl3和BCl3的其中之一可被用作控制折射率用的材料。
第一喷灯603a具有中心轴线，该中心轴线倾斜，同时相对于垂直轴线620形成锐角，并且第一喷灯603a喷射烟灰，烟灰包括GeO2和SiO2，并用导向烟灰预制棒610端部的火焰产生，从而，芯部601从烟灰预制棒610的端部向下生长。也就是，第一喷灯603a所产生的烟灰在沿火焰移动的同时沉积在芯部表面601a上。
如果烟灰预制棒表面上的平均温度超过1000℃，包含在烟灰内的一部分GeO2可被还原成GeO。这种GeO具有不稳定的共价键结构，使得它可能导致玻璃网络结构缺陷。这种玻璃网络结构缺陷还可增大“OH”键的可能性。另外，包括GeO的玻璃网络结构的不均匀分布可导致沿纵向方向不均匀的“OH”衰减损耗。因此，需要控制火焰强度、第一喷灯603a的位置和角度，使得烟灰预制棒表面上的平均温度不超过1000℃。
图8A和8B是图示出作为生长长度(cm)函数的温度(℃)的曲线图，其中，x轴代表生长长度，y轴代表温度。图8B示出芯部表面601a的温度变化(dT/dz)802，温度变化(dT/dz)802作为烟灰预制棒生长长度的函数。优选在将芯部表面601a的温度变化(dT/dz)802保持在-10至10℃/cm范围内的同时沉积烟灰。另外，如图8A中所示，优选将芯部表面601a的平均温度保持在700至850℃的范围内。在图8B中，“z”是指通过气相轴向沉积生长的烟灰预制棒的生长长度，而“T”是指芯部烟灰的表面温度。
除了气相轴向沉积以外，如图7中所示，外部气相沉积可被采用以制造烟灰预制棒。参照图7，烟灰预制棒710包括芯部701和包层702，其中，芯部701包括GeO2和SiO2，而包层702包括SiO2。为了允许包层702与芯部701相比具有相对较低的折射率，可进一步将包括SiCl(4-2x)Ox或SiF(4-2x)Ox的材料加入到包层702。这里，“x”是指0或1。
图7中所示的用于制造烟灰预制棒的装置包括被进给入SiCl4、GeCl4、燃料和氧气的燃烧器(burner)。另外，燃烧器在高温加热SiCl4和GeCl4，以便SiCl4和GeCl4跟氧发生反应，从而形成包括GeO2和SiO2的烟灰。该烟灰在沿燃烧器火焰移动的同时被沉积，从而顺序地形成烟灰预制棒的芯部和包层。优选在芯部烟灰被沉积以形成烟灰预制棒的时候，将芯部表面的平均温度保持在等于或小于1000℃的水平，且沿芯部表面的纵向方向，芯部表面上温度的标准偏差等于或小于10℃。
根据本发明实施例所述制造的烟灰预制棒610通过顺序地进行脱水、固化和玻璃化工艺而被加工成光纤预制棒。
烟灰预制棒610的脱水工艺在将烟灰预制棒610的平均温度保持在900至1300℃的范围内的同时，在包括Cl2的惰性气体氛围下进行。因“OH”键所导致的光吸收而发生在1383nm波长段内的衰减损耗与Cl2密度和脱水时间成比例地降低。在脱水工艺期间，余留在包括氦(He)的惰性气体内的氧密度必须小于30ppm。因此，0.3至10体积百分数的Cl2被加入到惰性气体，并且，总的脱水时间在12分钟至6小时的范围内。优选在脱水工艺期间，将烟灰预制棒的平均温度保持在1050至1200℃的范围内。
图9的视图图示出通过区域烧结方法沿烟灰预制棒纵向方向烧结和玻璃化烟灰预制棒的步骤。参照图9，芯部孔的数量随着固化速度的降低而减少，而芯部孔导致阶式非直线。因此，优选在低固化速度下执行区域烧结方法、以便减小阶式非直线。在使用区域烧结方法烧结烟灰预制棒时，固化速度优选设定为等于或低于烟灰预制棒的1/10直径(901)/分钟的水平。优选该水平设定为等于或低于烟灰预制棒的1/20直径(901)/分钟。也就是，如果烟灰预制棒的直径为200mm，则固化速度优选设定为等于或低于20mm/分钟的水平，并且，固化速度优选设定为等于或低于10mm/分钟的水平。参照图5，如果固化速度设定为等于或低于烟灰预制棒的1/20直径/分钟的水平，则光纤的阶式非直线小于0.01dB。回到图3中所示的装置，如果固化速度设定为高于烟灰预制棒的1/5直径/分钟，则光纤的阶式非直线超过0.06dB。
除了区域烧结方法以外，可采用完全烧结方法以烧结烟灰预制棒。根据完全烧结方法，热被均匀地施加在烟灰预制棒的整个区域上，从而沿烟灰预制棒的纵向方向烧结烟灰预制棒的整个区域。在这种情况下，为了最小化封闭孔的数量，在将烟灰预制棒的平均温度保持在1100至1500℃的范围内、并沿烟灰预制棒的纵向方向将烟灰预制棒上温度的标准偏差保持在等于或低于10℃的水平的同时，烧结工艺在大约10torr或更低的真空氛围下执行。
在通过以上步骤制造的光纤预制棒时，包层对芯部的比等于或大于3.5，优选等于或大于4。更优选光纤预制棒的包层直径为20mm，这大于芯部直径至少四倍。为了满足单模条件，次包层可被加到充当主预制棒的光纤预制棒的外表面，从而使包层的直径大于芯部直径至少12倍。可利用如外部气相沉积、等离子外部气相沉积、或套管法(over-jacketing)这样的不同方案，以通过将次包层加到主预制棒的外表面来制造次光纤预制棒，其中，在套管法中，热被施加给形成在主预制棒上的石英管。在制造主预制棒时，优选将包层设计成其直径大于芯部直径至少4倍。
在1900至2300℃的温度范围下，通过熔化和拉拔光纤预制棒的端部将光纤从通过以上步骤制造的光纤预制棒拉出。在拉光纤时，光纤外径的标准偏差优选保持在等于或小于0.8μm的水平。更优选将光纤外径的标准偏差保持在等于或小于0.2μm的水平。也就是，优选将光纤外径的标准偏差保持得尽可能低。在光纤外径的标准偏差变高时，沿光纤的纵向方向模场直径(mode filed diameter)的变化可增大，从而导致不均匀的衰减损耗。
本发明最小化因“OH”键所导致的光吸收而发生在1383nm波长段内的衰减损耗和沿光纤的纵向方向衰减损耗的不均匀性，从而提供了适用于1383nm波长段处的光通信的光纤。因此，根据本发明所述的光纤可被优选用于1310nm至1625nm的波长范围内。
尽管已经参照本发明的某些优选实施例示出和描述了本发明，然而，本领域技术人员将了解，可以在不脱离如附加权利要求
所限定的本发明的精髓和范围的情况下，对其作出形式和细节上的多种改动。
权利要求
1.一种光纤，其中，在1383nm的波长段处沿所述光纤纵向方向的衰减损耗的不均匀性等于或小于0.05dB/km，并且，衰减损耗的平均值等于或小于0.35dB/km。
2.如权利要求
1所述的光纤，其中，所述光纤的衰减损耗的不均匀性包括沿所述光纤的纵向方向在预定区域处所述光纤的区域衰减损耗和平均衰减损耗之差。
3.如权利要求
1所述的光纤，其中，沿所述光纤纵向方向的不均匀性包括波式非直线。
4.如权利要求
1所述的光纤，其中，沿所述光纤纵向方向的不均匀性包括阶式非直线。
5.一种光纤，其中，在1383nm的波长段处沿所述光纤纵向方向的衰减损耗的不均匀性等于或小于0.10dB/km，衰减损耗的平均值等于或小于0.35dB/km，色散系数处在1.5至8.0ps/nmkm的范围内，最大单模截止波长为1340nm，以及在1383nm波长段处最大偏振模式色散为0.20ps/nmkm1/2。
6.一种光纤制造方法，所述方法包括步骤(a)在将芯部表面的平均温度保持在等于或小于1000℃的水平、以及将根据烟灰预制棒生长长度的芯部表面温度变化保持在-10至10℃/cm范围内的同时，制造烟灰预制棒；(b)通过脱水、固化和玻璃化所述烟灰预制棒来制造光纤预制棒；以及(c)在1900至2300℃之间的温度范围下，从所述光纤预制棒拉出光纤。
7.如权利要求
6所述的方法，其中，在步骤(b)中，所述烟灰预制棒在将所述烟灰预制棒的平均温度保持在900至1300℃的范围内的同时、在包括0.3至10体积百分数的Cl2的惰性气体氛围下被脱水12分钟至6小时，其中，He被用作惰性气体，并且氧浓度被保持在低于30ppm的水平。
8.如权利要求
6所述的方法，其中，在步骤(b)中，在将固化速度保持在等于或低于所述烟灰预制棒的1/10直径/分钟的水平的同时，固化和玻璃化所述烟灰预制棒。
9.如权利要求
6所述的方法，其中，在步骤(b)中，在将所述烟灰预制棒的平均温度保持在1100至1500℃的范围内、并沿所述烟灰预制棒的纵向方向将所述烟灰预制棒上温度的标准偏差保持在等于或低于10℃的水平的同时，通过在所述烟灰预制棒的整个区域上均匀施加热、使得沿所述烟灰预制棒的纵向方向所述烟灰预制棒的整个区域同时被烧结，而在大约10torr或更低的真空氛围下，固化和玻璃化所述烟灰预制棒。
10.一种制造光纤的方法，所述方法包括步骤(a)在将芯部表面的平均温度保持在等于或小于1000℃/cm的水平、以及沿所述芯部表面的纵向方向将所述芯部表面上温度的标准偏差保持在等于或低于10℃的水平的同时，制造烟灰预制棒；(b)通过脱水、固化和玻璃化所述烟灰预制棒来制造光纤预制棒；以及(c)在1900至2300℃之间的温度范围下，从所述光纤预制棒拉出光纤。
专利摘要
所披露的是一种具有衰减损耗的光纤的制造方法，其中，在1383nm的波长段内沿所述光纤纵向方向衰减损耗的不均匀性等于或小于0.05dB/km，并且，衰减损耗的平均值等于或小于0.35dB/km。所述方法包括步骤(a)在将芯部表面的平均温度保持在等于或小于1000℃的水平、以及将根据烟灰预制棒生长长度的芯部表面温度变化保持在－10至10℃/cm范围内的同时制造烟灰预制棒；(b)通过脱水、固化和玻璃化所述烟灰预制棒来制造光纤预制棒；以及(c)在1900至2300℃之间的温度范围下，从所述光纤预制棒拉出光纤。
文档编号G02B6/02GK1991421SQ200610160491
公开日2007年7月4日 申请日期2006年11月28日
发明者朴世镐, 金镇汉, 都文显, 房成昱, 金允镐, 金镇杏 申请人:三星电子株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan