專利名稱：光導纖維預制品及其制造方法，及光導纖維的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學領域光導結構中的光導纖維預制品、光導纖維預制品的制造方法及其由該預制品拉制而成的光導纖維，特別是涉及一種在波長為1385nm時具有較小的傳輸損耗，且暴露于氫氣氛中具有較小的由羥基(OH)引起的傳輸損耗增加的光導纖維預制品、光導纖維預制品的制造方法及其由該預制品拉制而成的光導纖維。
本申請要求2002年8月7日申請的日本專利申請No.2002-230380的優先權，并在本申請中引用該申請作為參考。
背景技術：
請參閱圖1所示，是現有的普通光導纖維預制品燒結設備100的局部剖視結構示意圖。該燒結設備100，是由一容器14、一加熱爐22、一氣體導入管24、以及一驅動源16所構成。該容器14是由石英玻璃制成。該加熱爐22設置為環繞容器14以加熱容器14。
該氣體導入管24連接設置于容器14的底部。由惰性氣體諸如氦氣(He)、脫水反應氣體諸如氯氣(Cl2)所組成的混合氣體通過該氣體導入管24被引入容器14。
容器14的頂部連接設有一排氣管20。混合氣體從容器14的底部經過容器14自排氣管20向外排出。燒結設備100的上部設有一驅動源16，該驅動源16連接于一芯棒10。
光導纖維預制品12通過諸如VAD法在脫水工藝開始之前形成于芯棒10的周圍。驅動源16通過將芯棒10沉入容器14而將光導纖維預制品12送入容器14。容器14充滿來自氣體導入管24的混合氣體，而容器14的周圍被加熱爐22加熱。這樣，送入容器14的預制品12在混合氣體的包圍中被加熱，并進行脫水和燒結的過程。
請參閱圖2所示，是現有的普通單模光導纖維的傳輸損耗與波長之間的關系曲線圖。因為可以使用成本低廉的半導體激光的緣故，在通訊中使用的光波長一般為大約1300nm或大約1550nm。隨著波長分割多路轉換器(WDM，Wavelength Division Multiplexing)技術的發展，為了增強數據傳輸能力，要求使用波段為1330nm～1600nm的光波。但是，如圖2所示，當光波大約為1385nm時，普通光導纖維的傳輸損耗急劇增加。由于傳輸損耗的增加，遠程傳輸就需要增加用于光波放大和再生的再生器，從而導致整個傳輸或通訊系統成本的增加。由此可見，有必要抑制波長約為1385nm時傳輸損耗的急劇增加。
此外，如圖2所示，當波長約為1385nm處傳輸損耗的峰值傳輸損耗平穩下降(如圖中虛線所示)時的差值在下文中被稱為OH峰值。例如，圖2中所示的OH峰值約為0.06dB/km。在波長約為1385nm處傳輸損耗的突然增加，即OH峰值，是由于光導纖維中存在的OH基產生振動并吸收該波長的光波所引起的。為了減少光導纖維中OH基的含量，則有必要減少作為光導纖維基材的預制體中OH基的含量。
此外，即使在新拉制的光導纖維中OH峰值足夠小，如果光導纖維由于某種原因處于氫氣氛中，該OH值仍有可能由于氫在光導纖維中的擴散并與光導纖維玻璃的某一疵點發生反應而升高，從而產生了OH基。
請參閱圖3所示，是光導纖維暴露于含氫氣氛中傳輸損耗與波長之間的關系曲線圖。如圖中實線所示，OH值足夠低的光導纖維在氫含量為1％的氣氛中暴露4天后，其傳輸損耗如圖中虛線所示。圖3表明波長為1385nm時，OH峰值升高了約0.1dB/km。波長1240nm處的OH峰值是由于氫在光導纖維中的擴散造成的。若光導纖維在大氣環境中暴露一段時間并除去光導纖維中的氫后，該OH峰值即會消失。但是，波長1385nm處的OH峰值是不可逆的，亦即是不可能降低的。因此，有必要充分減少在光導纖維中造成OH峰值升高的缺陷。
由此可見，上述現有的光導纖維預制品、制造方法及其光導纖維仍存在有諸多的缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決現有的光導纖維預制品、制造方法及其光導纖維的缺陷，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發展完成，此顯然是相關業者急欲解決的問題。
有鑒于上述現有的光導纖維預制品、制造方法及其光導纖維存在的缺陷，本發明人基于從事此類產品設計制造多年豐富的實務經驗及其專業知識，積極加以研究創新，以期創設一種新的光導纖維預制品、光導纖維預制品的制造方法及其由該預制品拉制而成的光導纖維，能夠改進一般現有的光導纖維預制品、制造方法及其光導纖維，使其更具有實用性。經過不斷的研究、設計，并經反復試作樣品及改進后，終于創設出確具實用價值的本發明。
發明內容
本發明的主要目的在于，克服上述現有的光導纖維預制品、制造方法及其光導纖維存在的缺陷，而提供一種新的光導纖維預制品、光導纖維預制品的制造方法及其由該預制品拉制而成的光導纖維，可以使光導纖維在暴露于氫氣氛時OH峰值的升高大大受到抑制。
所要解決的主要技術問題是使其可以克服由習用技術獲取的光導纖維的缺陷。
本發明的目的及解決其主要技術問題是采用以下的技術方案來實現的。依據本發明提出的一種用于拉制光導纖維的光導纖維預制品，假定溫度Ts為光導纖維的某一內部區域的徑向粘度分布的最大值V0[log(poise)]等于7.60[log(poise)]時的溫度，在該光導纖維預制品拉制的光導纖維中，波長為1385nm的光在一個等于模場直徑兩倍的外部和內部區域中傳播，該光導纖維預制品在溫度Ts時，其徑向粘度分布的最大值V0[log(poise)]大于7.60[log(poise)]。此種情況下，粘度分布的最大值V0[log(poise)]可大于7.90[log(poise)]。
本發明的目的及解決其技術問題還可以采用以下的技術措施來進一步實現。
前述的光導纖維預制品，其中所述的預制品為至少包括兩層覆層的多層結構，包括一在某一預定溫度時具有第一粘度的內覆層和一在該預定溫度時具有第二粘度的外覆層，且上述第二粘度大于上述第一粘度。
前述的光導纖維預制品，其中所述的內覆層是由合成石英玻璃形成，且上述外覆層由含有結晶二氧化硅的石英玻璃形成。
前述的光導纖維預制品，其中所述的構成高粘度覆層的含有結晶二氧化硅的石英玻璃為天然石英或晶體合成石英玻璃。
前述的光導纖維預制品，其中所述的內覆層是由比純合成石英玻璃粘度要低，并摻雜了含有氯、鍺、氟、磷等添加劑中至少一種的合成石英玻璃形成，且上述外覆層由比內覆層粘度高，未摻雜或摻雜少量添加劑的合成石英玻璃形成。
前述的光導纖維預制品，其中所述的粘度分布最大值V0大于7.90[log(poise)]。
前述的光導纖維預制品，其中所述的覆層是至少由兩層構成，包括一內覆層和一高粘度外覆層。
前述的光導纖維預制品，其中所述的覆層最外層在溫度Ts處的粘度小于V0。
前述的光導纖維預制品，其中所述的光導纖維預制品的表面在溫度Ts處的粘度小于V0。
前述的光導纖維預制品，其一部分至少包括一芯層和一內覆層，其形成方法為VAD法、OVD法、MCVD法、和PCVD法或幾種方法的適當組合。
本發明的目的及解決其主要技術問題還采用以下技術方案來實現。依據本發明提出的一種光導纖維預制品的制造方法，該預制品含有一芯層和一多層覆層，該制造方法包括以下步驟用一個至少包括一高粘度層的筒體包覆一至少包括上述芯層和一內覆層的棒體，并通過加熱和收縮上述筒體使上述棒體和上述筒體結合制成為一體。
本發明的目的及解決其技術問題還可以采用以下的技術措施來進一步實現。
前述的光導纖維預制品的制造方法，其進一步包括加熱并沉積玻璃顆粒使一棒體與玻璃顆粒合成為一體，從而在至少包括上述芯層和上述內覆層的上述棒體的外圍形成一高粘度覆層。
前述的光導纖維預制品的制造方法，其進一步包括使用等離子焰炬加熱玻璃顆粒。
前述的光導纖維預制品的制造方法，其進一步包括以下步驟沉積通過燃燒分解含硅玻璃原料制得玻璃顆粒，以在一至少包括一芯層和一內覆層的棒體的外圍形成一多孔預制品；在含有脫水氣體的環境中，在900度至1200度的溫度區間，對該多孔預制品脫水；以及在1400至1600度的溫度區間，通過玻璃化形成一高粘度覆層。
前述的光導纖維預制品的制造方法，其中所述的脫水氣體為氯氣。
前述的光導纖維預制品的制造方法，其進一步包括以下步驟用一個至少包括一外部低粘度覆層的筒體包覆一個至少包括一芯層、一內覆層、和一高粘度覆層的棒體，并通過加熱和收縮該筒體使上述棒體與筒體合結合成為一體。
前述的光導纖維預制品的制造方法，其進一步包括以下步驟將玻璃顆粒沉積于一個至少包括一芯層、一內覆層、和一高粘度覆層的棒體，以形成一外部低粘度覆層，該玻璃顆粒通過燃燒分解含硅玻璃原料而制得。
前述的光導纖維預制品的制造方法，其進一步包括以下步驟用一個至少包括一高粘度覆層的筒體包覆一個至少包括一芯層和一內覆層的棒體的外圍；以及沉積通過燃燒分解含硅玻璃原料制成的玻璃顆粒，以形成一外部低粘度覆層，并通過加熱并收縮上述筒體使上述棒體與上述筒體結合成為一體。
前述的光導纖維預制品的制造方法，其進一步包括以下步驟用一個至少包括一高粘度覆層和一外部低粘度覆層的筒體包覆一個至少包括一芯層和一內覆層的棒體的外圍，并通過加熱并收縮上述筒體使上述棒體和上述筒體結合成為一體。
本發明的目的及解決其主要技術問題還采用以下技術方案來實現。依據本發明提出的一種光導纖維，該光導纖維是通過加熱拉制光導纖維預制品而制成，在該光導纖維預制品拉制的光導纖維中，波長為1385nm的光在一個等于模場直徑兩倍的外部和內部區域中傳播，溫度Ts為光導纖維的某一內部區域的徑向粘度分布的最大值V0[log(poise)]等于7.60[log(poise)]時的溫度，該光導纖維預制品在溫度Ts時，其徑向粘度分布的最大值V0[log(poise)]大于7.60[log(poise)]。
本發明的目的及解決其技術問題還可以采用以下的技術措施來進一步實現。
前述的光導纖維，其中所述的光導纖維在波長為1385nm時的傳輸損耗等于或小于0.35dB/km，以等于或小于0.30dB/km為佳。
前述的光導纖維，其中所述的光導纖維在含氫1％的環境中暴露4天后，在波長為1385nm時的傳輸損耗等于或小于0.35dB/km。
前述的光導纖維，其中所述的光導纖維在該光導纖維暴露于含氫1％的環境中4天后，波長為1385nm的傳輸損耗與暴露于該環境之前波長為1385nm時的傳輸損耗相比，沒有顯著的變化。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，為了達到前述發明目的，本發明的主要技術內容如下本發明提供一種光導纖維預制品、光導纖維預制品的制造方法及其由該預制品拉制而成的光導纖維，可以克服由現有普通技術獲取的光導纖維中的缺陷。上述發明目的和其他發明目的可以通過各獨立權利要求中描述的技術方案組合來實現。從屬權利要求則進一步詳細說明了本發明的優點和示范例。
根據本發明的第一個方面，假定Ts為光導纖維某內部區域徑向粘度分布最大值V0[log(poise)]為7.60[log(poise)]處的溫度，在等于模場直徑兩倍的內部和外部區域，光在其中以波長1385nm傳播于通過拉制光導纖維預制品而獲得的光導纖維中，在Ts溫度時本發明中的預制品為光導纖維的徑向粘度分布的最大值V0[log(poise)]大于7.60[log(poise)]。在這種情況下，粘度分布的最大值V0[log(poise)]可大于7.90[log(poise)]。
本發明的預制品為一多層結構，其外圍由覆層構成，該覆層是由兩層以上所構成，其中一層為高粘度層，其至少在某一溫度粘度高于構成覆層最內層在溫度Ts時的粘度。更好的是，外層低粘度覆層中粘度小于Ts時粘度V0那一層就是覆層的最外層。此處，預制體表面在溫度Ts時的粘度若小于V0則更好。
另一方面，覆層的外圍可由兩層構成，即，由覆層內層和高粘度覆層所構成。
覆層內層可使用合成石英材料，高粘度覆層可使用石英玻璃，例如天然石英或含有結晶二氧化硅的晶體化合成石英材料。
該預制品還可進一步使用構成其內覆層的添加了諸如氯、鍺、氟、磷之一的比純合成石英玻璃粘度要低的摻雜合成石英玻璃，和使用構成高粘覆層的比內覆層粘度要高的不摻或少摻添加劑的合成石英玻璃制造。此外，可通過VAD法、OVD法、MCVD法、PCVD法或上述方法的適宜組合制造出一至少含有芯層和內履層的部分。
根據本發明的另一方面，本發明提供一種制造預制品的方法，其包括以下步驟使用一至少含有高粘度覆層的筒體包在覆至少含有芯層和內覆層棒體的周圍，并通過加熱和收縮筒體，或通過加熱玻璃顆粒并同時使之沉積構成高粘度覆層的方式使棒體和筒體結合成為一體。此外，加熱時以使用等離子焰炬作為加熱源為佳。
本發明可以通過以下的方法制造預制品，將燃燒分解含硅的玻璃原料制得的玻璃顆粒沉積于至少包括芯層和內覆層的棒體周圍形成多孔預制品，在含有脫水氣體的環境中，在900-1200℃的溫度范圍下將多孔預制品脫水后，在溫度為1400-1600℃的氣體中將多孔預制品玻璃化，從而形成高粘度覆層。在這種情況下，使用氯氣作為脫水氣體。
此外，本發明制造預制品的方法包括，用至少包括外部低粘度覆層的筒體包覆至少包括芯層、內覆層和高粘度覆層的棒體的表面，且通過加熱并收縮筒體的方式使棒體與筒體結合成為一體。可以通過在棒體周圍沉積經燃燒分解含硅玻璃原料生成的玻璃顆粒的方式形成外部低粘度覆層來制造預制品。
此外，本發明制造預制品的方法可包括，用至少包括高粘度層的筒體包覆至少包括芯層和內覆層的棒體的表面，并通過加熱和收縮筒體的方式使棒體與筒體合成為一體，同時通過在棒體周圍沉積經燃燒分解含硅玻璃原料生成的玻璃顆粒的方式形成外部低粘度覆層。該方法可包括將至少包括芯層和內覆層的棒體用包括至少高粘度覆層和外部低粘度覆層的筒體包覆，并通過加熱和收縮筒體使棒體與筒體結合成為一體。
通過對上述預制品進行加熱并拉制，而得到的光導纖維在波長為1385nm時的傳輸損耗等于或小于0.35dB/km，并以等于或小于0.30dB/km為佳。
當該光導纖維在含氫1％的氣氛中暴露4天后，該光導纖維在波長為1385nm時的傳輸損耗等于或小于0.35dB/km，且與未暴露于含氫氣氛時波長為1385nm時的傳輸損耗相比，沒有顯著的變化。
上述簡要說明沒有必要提及本發明的所有必要特征。本發明也可以是以上所描述特征的某一特征再組合。在后述的結合附圖通過對實施例的進一步說明，可使本發明的上述特征和其他特征及優點更加一目了然。
綜上所述，本發明特殊的光導纖維預制品、光導纖維預制品的制造方法及其由該預制品拉制而成的光導纖維，具有上述諸多的優點及實用價值，其在產品及制造方法上確屬創新，在產品結構、制造方法或功能上皆有較大的改進，較現有的光導纖維預制品、制造方法及其光導纖維具有增進的多項功效，且在技術上有較大的進步，并產生了好用及實用的效果，具有產業的廣泛利用價值，從而更加適于實用，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
圖1是現有的普通光導纖維預制品燒結設備的局部剖視結構示意圖。
圖2是現有的普通單模光導纖維的傳輸損耗與波長之間的關系曲線圖。
圖3是光導纖維暴露于含氫氣氛中傳輸損耗與波長之間的關系曲線圖。
圖4是依據本發明制造的燒結設備生產的預制品的結構示意圖。
圖5是本發明實施例一至實施例七及對照實施例四中預制品相對折射率與溫度為Ts時徑向粘度分布的關系曲線圖。
圖6是實施例一至三中預制品相對折射率與溫度為Ts時徑向粘度分布的關系曲線圖。
圖7是本發明實施例八及實施例四中預制品相對折射率與溫度為Ts時徑向粘度分布的關系曲線圖。
具體實施例方式
以下結合附圖及其較佳實施例，對依據本發明提出的光導纖維預制品、光導纖維預制品的制造方法及其由該預制品拉制而成的光導纖維其具體結構、制造方法、步驟、特征及其功效，詳細說明如后。
以下依據優選實施例對本發明作詳細說明，但不作為對本發明保護范圍的限定，僅為本發明的實例而已。實施例中所描述的所有特征及其組合并不一定是本發明的必要內容。
請參閱圖4所示，是依據本發明制造的燒結設備生產的預制品200的結構示意圖，圖4中所示的是圖1中燒結設備100所生產的預制品200。本發明較佳實施例的光導纖維預制品200，具有一由摻入鍺的石英制成的棒狀的芯棒10，以及一由石英制成的第一覆層，即內覆層32，包覆于芯棒10的外表面。
為了增加內覆層32的厚度，可以在預制品200的外表面形成設有一第二覆層，即外覆層34。預制品200中OH基的含量為0.8ppb或更少。而且，在通過拉制預制品200獲得的光導纖維的波傳輸損耗的曲線中，OH峰值為0.05dB/km或更小。因此，通過拉制預制品200所獲得的光導纖維可用于波段為1300nm～1600nm的光傳輸。
依據本發明，由預制品拉制的光導纖維即使暴露于氫氣氛中，在波長為1385nm處的傳輸損耗的上升(OH峰)也能夠通過控制預制品軟化溫度處的徑向粘度分布而受到抑制。
如果光導纖維暴露于氫氣氛中，氫會在光導纖維中擴散，而使得氫與光導纖維玻璃中存在缺陷發生反應，從而OH峰值就會由于OH基的生成而升高。
這種缺陷在預制品中起初時并不存在，但是在約為2000℃時的拉制工藝中，由于形狀的突然改變而生成了許多缺陷。當對普通預制品進行拉制時，受拉制工藝條件的影響，OH峰值對氫的敏感性變化非常大。
另一方面，在Ts溫度時，本發明的預制品為光導纖維的徑向粘度分布的最大值V0[log(poise)]大于7.60[log(poise)]，溫度Ts被定義為在等于模場直徑兩倍的內部和外部區域的光導纖維的徑向粘度分布的最大值V0[log(poise)]為7.60[log(poise)]時的溫度。光在其中是以波長1385nm傳播于通過拉制光導纖維預制品而獲得的光導纖維中。
因此，通過拉制本發明的預制品而獲得的光導纖維具有更優良的特性，其OH峰值的上升被明顯抑制，而與拉制工藝條件無關。
對于以摻鍺石英玻璃作為芯材材料的普通單模光纖，該Ts溫度的值約為1600℃。
當以此方法制造的預制品被拉制時，由于外部區域的粘度相對而言要大于內部區域，內部區域的拉拔應力就要小于外部區域的拉拔應力，這樣內部區域缺陷的產生就受到抑制。另一方面，盡管缺陷在外部區域產生，由于光主要是在內部區域傳播，所以即使氫在光導纖維中擴散，OH峰值的升高也很不明顯。
一般來說，對于芯材為摻鍺石英玻璃的單模光纖，除非覆層中摻入添加劑以調節粘度，由于覆層的粘度變得比芯層的粘度大，且通常在徑向方向成分是相當恒定的，故上述粘度分布是不可能獲得的。
依據本發明，上述的粘度分布可以通過在外部區域提供設置層數多于二層的覆層獲得，以降低外部區域中最內層覆層的粘度，通過增加至少一層其他層覆層的粘度而形成一高粘度層。光導纖維通常是有兩層，一層為低粘度的內覆層，一層為高粘度的處覆層，而下面將要描述的光導纖維根據高粘度覆層的粘度和厚度可以為三層。
在等于兩倍模場直徑的內部區域內，內部區域之外徑向粘度分布最大值V0[log(poise)]在溫度Ts處以等于或大于7.90[log(poise)]為佳，在該溫度下徑向粘度分布最大值為7.60[log(poise)]，這樣就可以實現本發明所要取得的效果。
覆層為雙層結構，其是由內覆層和高粘度覆層所構成，如果內覆層的直徑小于預制器外徑的80％且V0＝7.90，那么OH峰值的升高就會等于或小于約0.03dB/km。
盡管為了抑制由氫引起的OH峰值上升，內覆層的外徑以較小為佳，但是，當高粘度覆層所使用的玻璃為很有可能會顯著增加傳輸損耗的諸如天然石英玻璃時，除非外徑足夠大(大約為模場直徑的6倍)，其初始損失可能會很大。
當例如生產內部由合成石英玻璃構成，外部由天然石英玻璃構成的預制品時，V0的上限約為9.0。另一方面，當內部區域由摻有大量添加劑的摻雜玻璃構成時，V0的上限可大于9.0。而摻雜對傳輸損耗等所造成的影響有多大則不可能一概而論，因為這種影響主要是由其成分決定的。
當最外層為高粘度覆層時，就出現了下述問題，光導纖維的強度可能會由于光導纖維表面的殘留應力轉變為拉伸應力而降低。例如，如果增高V0并減小高粘度覆層的厚度，OH峰的升高及初始損失被有利地抑制，但是光導纖維表面的殘留拉伸應力就會變大，可導致纖維在拉制、回繞和校驗過程中的折斷。
為了減少光導纖維表面的這種殘留拉伸應力，表面殘留拉伸應力可以將其減少或變為壓應力，通過在高粘度覆層外增加一粘度比高粘度覆層低的外層低粘度覆層。如果該外層低粘度覆層的粘度在溫度Ts為7.60[log(poise)]，大致等于內覆層的粘度時，光導纖維的強度可以得到顯著的提高。
通過改變組成內覆層和高粘度層玻璃材料的質量，粘度可以沿著預制品的徑向分布。
普通光導纖維預制品所使用的合成石英玻璃，包括通過氧化或燃燒分解玻璃原料氣體如四氯化硅制成的非晶體結構。另一方面，在通過加熱并熔化天然石英而制成的天然石英玻璃中，有許多源于石英特性及石英類型螺旋的方石英的微晶螺旋，是由于方石英類型在非晶體結構中錯位。由于這些微晶結構對玻璃的流動有抑制作用，天然石英玻璃的粘度要比合成石英玻璃大。
一種通過將微晶體沉積于合成石英玻璃制造的晶化石英具有比普通合成玻璃更高的粘度。此外，晶化石英玻璃的粘度可以很容易地通過在合成石英玻璃中加入各種添加劑的方法降低。一般來說，即使由于添加劑對紫外線、紅外線等的吸收而導致了傳輸損耗的升高，但諸如氯、鍺、氟、磷等添加劑的使用不會導致通常用于光纖通訊的1300nm-1600nm波段的損耗的大幅升高，因此以使用這些添加劑為佳。
在這些添加劑中，通過使用粘度不同的玻璃增加光導纖維外部的粘度降低光導纖維內部的粘度，以抑制光導纖維中光傳播所產生的缺陷，從而可以使光導纖維在暴露于氫氣氛時的OH峰值的升高大大受到抑制。
可以采用常規的VAD法、OCD法、MCVD法及PCVD法制造光纖的芯層和包于芯層外的覆層。由于下列要求(1)、要求純度很高以避免傳輸損耗增大，(2)、要求粘度以較低為佳；故內覆層以使用合成石英玻璃或含添加劑合成石英玻璃以降低粘度為佳，內覆層可以作為內部區域的覆層的延伸來形成。
第一種方法，將一包含芯體和內覆層的棒體用具有高粘度的高粘度覆層包覆，包括將一棒體置于一含有高粘度覆層的筒體，并通過外部加熱使棒體收縮，而使棒體和筒體合成為一體。在這種情況下，可使用氫氧焰、電爐、等離子體焰炬等作為加熱源。
第二種方法，包括將棒體和玻璃顆粒加熱，同時將構成高粘度覆層的玻璃顆粒撒布于前述的棒體周圍使之合成為一體。在這種情況下，以使用等離子焰炬作為加熱源為佳。
第三種方法，使用OCD法用高粘度覆層包覆棒體，包括將燃燒分解含硅的玻璃原料制得的玻璃顆粒沉積于上述棒體周圍形成多孔預制品，并在含有如氯等的脫水氣體的環境中，且在900-1200℃的溫度范圍下形成脫水多孔預制品，并在溫度為1400-1600℃的氣體中玻璃化，從而形成高粘度覆層。在這種情況下，由于高粘度覆層轉變為合成石英玻璃，需要在內覆層中加入添加劑以降低其粘度。
第一種方法，用外部低粘度覆層包覆高粘度覆層，包括將至少含有外部低粘度覆層的筒體將棒體包覆，并通過加熱并收縮筒體使棒體和筒體結合成為一體。
第二種方法，用外部低粘度覆層包覆高粘度覆層，包括將含硅玻璃原料進行燃燒分解制成的玻璃顆粒沉積于含有高粘度覆層的棒體周圍。
第一種方法，用高粘度覆層和外部低粘度覆層包覆內覆層，包括用含有高粘度覆層的筒體包覆至少含有芯層和內覆層的棒體，然后通過將硅玻璃原料進行燃燒分解制成的玻璃顆粒沉積的方式使外部低粘度覆層包覆于筒體之外，同時通過加熱并收縮筒體的方法使棒體與筒體結合成為一體。
而且，第一種方法，用高粘度覆層和外部低粘度覆層包覆內覆層，包括用至少含有高粘度覆層和外部低粘度覆層的的筒體包覆至少含有芯層和內覆層的棒體，然后通過加熱并收縮筒體的方法使棒體與筒體結合成為一體。
實施例一請參閱圖5所示，一種如圖所示的步長指數型單模光導纖維，其外徑為125μm，相對折射率差為0.34％，波長為1385nm時的模場直徑為10μm，該光導纖維通過在內部區域芯層周邊形成一覆層，且該覆層玻璃的成分與外部區域的內覆層的相同，并以拉撥應力為1.4N以800m/min的速度對含有內覆層和高粘度覆層兩層的預制品進行拉撥制而制成。
內覆層外徑為100μm，高粘度覆層厚度為12.5μm的光導纖維，在Ts溫度時高粘度覆層的粘度V0為7.9[log(poise)]。該光導纖維在暴露于含氫1％大氣中4天后測得的OH峰升高值為0.03dB/km。
請參閱圖5至圖7所示，為顯示預制品相對折射率差與Ts處徑向粘度分布關系的圖表，圖的上半部分為顯示相對折射率差與結構之間的關系，圖中下半部分為顯示粘度與光導纖維當量直徑之間的關系。
實施例二請參閱圖5所示，一種如圖5所示的步長指數型單模光導纖維，其外徑為125μm，相對折射率差為0.34％，波長為1385nm時的模場直徑為10μm，該光導纖維通過在內部區域芯層周邊形成一覆層，且該覆層玻璃的成分與外部區域的內覆層的相同，并以拉撥應力為1.4N以800m/min的速度對含有內覆層和高粘度覆層兩層的預制品進行拉撥制而制成。
內覆層外徑為90μm，高粘度覆層厚度為17.5μm的光導纖維，在Ts溫度時高粘度覆層的粘度V0為7.9[log(poise)]。該光導纖維在暴露于含氫1％大氣中4天后測得的OH峰值升高值為0.014dB/km。
實施例三請參閱圖5所示，一種如圖5所示的步長指數型單模光導纖維，其外徑為125μm，相對折射率差為0.34％，波長為1385nm時的模場直徑為10μm，該光導纖維通過在內部區域芯層周邊形成一覆層，且該覆層玻璃的成分與外部區域的內覆層的相同，并以拉撥應力為1.4N以800m/min的速度對含有內覆層和高粘度覆層兩層的預制品進行拉撥制而制成。
內覆層外徑為80μm，高粘度覆層厚度為22.5μm的光導纖維，在Ts溫度時高粘度覆層的粘度V0為7.9[log(poise)]。該光導纖維在暴露于含氫1％大氣中4天后經測量發現OH峰值根本沒有升高。
實施例四請參閱圖5所示，一種如圖5所示的步長指數型單模光導纖維，其外徑為125μm，相對折射率差為0.34％，波長為1385nm時的模場直徑為10μm，該光導纖維通過在內部區域芯層周邊形成一覆層，且該覆層玻璃的成分與外部區域的內覆層的相同，并以拉撥應力為1.4N以800m/min的速度對含有內覆層和高粘度覆層兩層的預制品進行拉撥制而制成。
內覆層外徑為35μm，高粘度覆層厚度為45μm的光導纖維，在Ts溫度時高粘度覆層的粘度V0為7.9[log(poise)]。該光導纖維在暴露于含氫1％大氣中4天后經測量發現OH峰根本沒有升高。
實施例五請參閱圖5所示，一種如圖5所示的步長指數型單模光導纖維，其外徑為125μm，相對折射率差為0.34％，波長為1385nm時的模場直徑為10μm，該光導纖維通過在內部區域芯層周邊形成一覆層，且該覆層玻璃的成分與外部區域的內覆層的相同，并以拉撥應力為1.4N以800m/min的速度對含有內覆層和高粘度覆層兩層的預制品進行拉撥制而制成。
內覆層外徑為80μm，高粘度覆層厚度為22.5μm的光導纖維，在Ts溫度時高粘度覆層的粘度V0為8.5[log(poise)]。該光導纖維在暴露于含氫1％大氣中4天后經測量發現OH峰根本沒有升高。
對比實施例一請參閱圖6所示，一種如圖6所示的步長指數型單模光導纖維，其外徑為125μm，相對折射率差為0.34％，波長為1385nm時的模場直徑為10μm，該光導纖維通過拉撥應力為1.4N并以800m/min的速度對普通預制品進行拉撥制而成。該普通預制品作為芯層周圍的整個覆層的構成材料均相同。
該光導纖維在暴露于含氫1％大氣中4天后測得的OH峰升高值為0.105dB/km。
實施例六請參閱圖5所示，一種如圖5所示的步長指數型單模光導纖維，其外徑為125μm，相對折射率差為0.34％，波長為1385nm時的模場直徑為10μm，該光導纖維通過在內部區域芯層周邊形成一覆層，且該覆層玻璃的成分與外部區域的內覆層的相同，并以拉撥應力為1.4N以500m/min的速度對含有內覆層和高粘度覆層兩層的預制品進行拉撥制而制成。
內覆層外徑為100μm，高粘度覆層厚度為12.5μm的光導纖維，在Ts溫度時高粘度覆層的粘度V0為7.9[log(poise)]。該光導纖維在暴露于含氫1％大氣中4天后測得的OH峰升高值為0.011dB/km。
對比實施例二請參閱圖6所示，一種如圖6所示的步長指數型單模光導纖維，其外徑為125μm，相對折射率差為0.34％，波長為1385nm時的模場直徑為10μm，該光導纖維通過拉撥應力為1.4N并以500m/min的速度對普通預制品進行拉撥制而成。該普通預制品作為芯層周圍的整個覆層的構成材料均相同。
該光導纖維在暴露于含氫1％大氣中4天后測得的OH峰升高值為0.060dB/km。
實施例七請參閱圖5所示，一種如圖5所示的步長指數型單模光導纖維，其外徑為125μm，相對折射率差為0.34％，波長為1385nm時的模場直徑為10μm，該光導纖維通過在內部區域芯層周邊形成一覆層，且該覆層玻璃的成分與外部區域的內覆層的相同，并以拉撥應力為1.4N以150m/min的速度對含有內覆層和高粘度覆層兩層的預制品進行拉撥制而制成。
內覆層外徑為100μm，高粘度覆層厚度為12.5μm的光導纖維，在Ts溫度時高粘度覆層的粘度V0為7.9[log(poise)]。該光導纖維在暴露于含氫1％大氣中4天后經測量發現OH峰根本沒有升高。
對比實施例三請參閱圖6所示，一種如圖6所示的步長指數型單模光導纖維，其外徑為125μm，相對折射率差為0.34％，波長為1385nm時的模場直徑為10μm，該光導纖維通過拉撥應力為1.4N，并以150m/min的速度對普通預制品進行拉撥制而成。該普通預制品作為芯層周圍的整個覆層的構成材料均相同。
該光導纖維在暴露于含氫1％大氣中4天后測得的OH峰升高值為0.042dB/km。
實施例八請參閱圖7所示，一種如圖7所示的步長指數型單模光導纖維，其外徑為125μm，相對折射率差為0.34％，波長為1385nm時的模場直徑為10μm，該光導纖維通過在內部區域芯層周邊形成一覆層，且該覆層玻璃的成分與外部區域的內覆層的相同，并以拉撥應力為1.4N以800m/min的速度對含有內覆層、高粘度覆層和位于外部區域的外部低粘度覆層三層的預制品進行拉撥制而制成。
內覆層外徑為105μm，高粘度覆層厚度為7μm，外部低粘度覆層的厚度為3μm的光導纖維，在Ts溫度時高粘度覆層的粘度V0為8.5[log(poise)]，在Ts溫度時外部低粘度覆層的粘度Vt為7.6[log(poise)]。該光導纖維進行1％驗收試驗未發現有中斷。并且，該光導纖維在暴露于含氫1％大氣中4天后經測量發現OH峰根本沒有升高。
此外，本實施例中，總管高粘度層的厚度只有7μm，但未發現光導纖維有中斷現象，這是因為外部低粘度覆層形成于覆層的最外部。
對比實施例4請參閱圖5所示，一種如圖5所示的步長指數型單模光導纖維，其外徑為125μm，相對折射率差為0.34％，波長為1385nm時的模場直徑為10μm，該光導纖維通過在內部區域芯層周邊形成一覆層，且該覆層玻璃的成分與外部區域的內覆層的相同，并以拉撥應力為1.4N以800m/min的速度對含有內覆層和高粘度覆層兩層的預制品進行拉撥制而制成。
內覆層外徑為111μm，高粘度覆層厚度為7μm的光導纖維，在Ts溫度時高粘度覆層的粘度V0為8.5[log(poise)]。在對該光導纖維進行回繞操作時，該光導纖維發生斷裂，且發現未斷裂部分的內部也存在許多斷裂。這是因為在覆層的最外層未形成有一低粘度覆層，使得該光導纖維發生斷裂。
現將上述實施例一至實施例八和對比實施例一至對比實施例四的具體分析結果詳細說明于下面的表1。
由上述可知，根據本實施例通過拉制光導纖維預制品獲得預制品即使暴露于氫氣氛中，不管拉制條件如何，在波長1385nm處的OH峰值也幾乎沒有升高。
盡管已經通過最佳實施例對本發明進行了描述說明，需要指出的是，熟悉本專業的技術人員可以對本發明實施例作出各種修改和替換，然而均未超出本發明權利要求書提出的保護范圍。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容做出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但是凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種用于拉制光導纖維的光導纖維預制品，在上述光導纖維預制品拉制的光導纖維中，波長為1385nm的光在一個等于模場直徑兩倍的外部和內部區域中傳播，其特征在于溫度Ts為光導纖維的某一內部區域的徑向粘度分布的最大值V0[log(poise)]等于7.60[log(poise)]時的溫度，該光導纖維預制品在溫度Ts時，其徑向粘度分布的最大值V0[log(poise)]大于7.60[log(poise)]。
2.根據權利要求1所述的光導纖維預制品，其特征在于其中所述的預制品為至少包括兩層覆層的多層結構，包括一在某一預定溫度時具有第一粘度的內覆層和一在該預定溫度時具有第二粘度的外覆層，且上述第二粘度大于上述第一粘度。
3.根據權利要求2所述的光導纖維預制品，其特征在于其中所述的內覆層是由合成石英玻璃形成，且上述外覆層由含有結晶二氧化硅的石英玻璃形成。
4.根據權利要求3所述的光導纖維預制品，其特征在于其中所述的構成高粘度覆層的含有結晶二氧化硅的石英玻璃為天然石英或晶體合成石英玻璃。
5.根據權利要求2所述的光導纖維預制品，其特征在于其中所述的內覆層是由比純合成石英玻璃粘度要低，并摻雜了含有氯、鍺、氟、磷等添加劑中至少一種的合成石英玻璃形成，且上述外覆層由比內覆層粘度高，未摻雜或摻雜少量添加劑的合成石英玻璃形成。
6.根據權利要求1所述的光導纖維預制品，其特征在于其中所述的粘度分布最大值V0大于7.90[log(poise)]。
7.根據權利要求2所述的光導纖維預制品，其特征在于其中所述的覆層是至少由兩層構成，包括一內覆層和一高粘度外覆層。
8.根據權利要求1所述的光導纖維預制品，其特征在于其中所述的覆層最外層在溫度Ts處的粘度小于V0。
9.根據權利要求1所述的光導纖維預制品，其特征在于其中所述的光導纖維預制品的表面在溫度Ts處的粘度小于V0。
10.根據權利要求1所述的光導纖維預制品，其特征在于其一部分至少包括一芯層和一內覆層，其形成方法為VAD法、OVD法、MCVD法、和PCVD法或幾種方法的適當組合。
11.一種光導纖維預制品的制造方法，其特征在于該預制品含有一芯層和一多層覆層，該制造方法包括以下步驟用一個至少包括一高粘度層的筒體包覆一至少包括上述芯層和一內覆層的棒體，并通過加熱和收縮上述筒體使上述棒體和上述筒體結合制成為一體。
12.根據權利要求11所述的光導纖維預制品的制造方法，其特征在于其進一步包括加熱并沉積玻璃顆粒使一棒體與玻璃顆粒合成為一體，從而在至少包括上述芯層和上述內覆層的上述棒體的外圍形成一高粘度覆層。
13.根據權利要求12所述的光導纖維預制品的制造方法，其特征在于其進一步包括使用等離子焰炬加熱玻璃顆粒。
14.根據權利要求11所述的光導纖維預制品的制造方法，其特征在于其進一步包括以下步驟沉積通過燃燒分解含硅玻璃原料制得玻璃顆粒，以在一至少包括一芯層和一內覆層的棒體的外圍形成一多孔預制品；在含有脫水氣體的環境中，在900度至1200度的溫度區間，對該多孔預制品脫水；以及在1400至1600度的溫度區間，通過玻璃化形成一高粘度覆層。
15.根據權利要求14所述的光導纖維預制品的制造方法，其特征在于其中所述的脫水氣體為氯氣。
16.根據權利要求11所述的光導纖維預制品的制造方法，其特征在于其進一步包括以下步驟用一個至少包括一外部低粘度覆層的筒體包覆一個至少包括一芯層、一內覆層、和一高粘度覆層的棒體，并通過加熱和收縮該筒體使上述棒體與筒體結合成為一體。
17.根據權利要求11所述的光導纖維預制品的制造方法，其特征在于其進一步包括以下步驟將玻璃顆粒沉積于一個至少包括一芯層、一內覆層、和一高粘度覆層的棒體，以形成一外部低粘度覆層，該玻璃顆粒通過燃燒分解含硅玻璃原料而制得。
18.根據權利要求11所述的光導纖維預制品的制造方法，其特征在于其進一步包括以下步驟用一個至少包括一高粘度覆層的筒體包覆一個至少包括一芯層和一內覆層的棒體的外圍；以及沉積通過燃燒分解含硅玻璃原料制成的玻璃顆粒，以形成一外部低粘度覆層，并通過加熱并收縮上述筒體使上述棒體與上述筒體結合成為一體。
19.根據權利要求11所述的光導纖維預制品的制造方法，其特征在于其進一步包括以下步驟用一個至少包括一高粘度覆層和一外部低粘度覆層的筒體包覆一個至少包括一芯層和一內覆層的棒體的外圍，并通過加熱并收縮上述筒體使上述棒體和上述筒體結合成為一體。
20.一種光導纖維，該光導纖維是通過加熱拉制光導纖維預制品而制成，在上述光導纖維預制品拉制的光導纖維中，波長為1385nm的光在一個等于模場直徑兩倍的外部和內部區域中傳播，其特征在于溫度Ts為光導纖維的某一內部區域的徑向粘度分布的最大值V0[log(poise)]等于7.60[log(poise)]時的溫度，該光導纖維預制品在溫度Ts時，其徑向粘度分布的最大值V0[log(poise)]大于7.60[log(poise)]。
21.根據權利要求20所述的光導纖維，其特征在于其中所述的光導纖維在波長為1385nm時的傳輸損耗等于或小于0.35dB/km，以等于或小于0.30dB/km為佳。
22.根據權利要求20所述的光導纖維，其特征在于其中所述的光導纖維在含氫1％的環境中暴露4天后，在波長為1385nm時的傳輸損耗等于或小于0.35dB/km。
23.根據權利要求20所述的光導纖維，其特征在于其中所述的光導纖維在該光導纖維暴露于含氫1％的環境中4天后，波長為1385nm的傳輸損耗與暴露于該環境之前波長為1385nm時的傳輸損耗相比，沒有顯著的變化。
全文摘要
本發明是關于一種光導纖維預制品、光導纖維預制品的制造方法及其由該預制品拉制而成的光導纖維，其是通過拉制一種預制品而獲得的一種光導纖維，該光導纖維即使是顯露于氫氣氛中，該光導纖維在波長約1385nm時的OH峰值也幾乎沒有升高，而與拉制條件無關。
文檔編號G02B6/00GK1495135SQ03149668
公開日2004年5月12日 申請日期2003年8月5日 優先權日2002年8月7日
發明者乙坂哲也, 井上大, 小山田浩, 阿部淳, 平沢秀夫, 夫, 浩 申請人:信越化學工業株式會社