[发明专利]包含芯径分布调整的光纤制造方法

说明书

本发明涉及光纤的制造，包括从中拉制光纤的预制件的制造。

光纤系由玻璃预制件生产。这种预制件通常被竖直放置于拉丝塔中，使得预制件的一部分向下进入熔炉区。这部分放置于熔炉区的预制件开始软化，而且预制件的低端形成被称之为“倒瓶颈”的区域，在此处玻璃从预制件的初始横截面流到所需要的光纤横截面。光纤从这个倒瓶颈区域的低端被拉制而成。

光纤通常包括一个高纯度硅玻璃芯，该玻璃芯被选择掺入一种如锗之类的提高折射率的元素，高纯度硅玻璃的内包层被选择掺入一种如氟之类的降低折射率的元素，外包层为非掺杂的硅玻璃。在某些制造工艺中，通过形成一个用于外包层的外面包覆管，并单独形成包含芯材料和内包层材料的芯棒，来制造构成这种光纤的预制件。外面包覆管可以通过如在共同转让的美国专利US5,240,488中所讨论的solgel过程，或通过从硅坯中拉制所述管-这种管可以在市场上买到，而形成。可以使用本领域技术人员所知的任何一种气相沉积方法来制造芯棒，包括汽相轴向沉积(VAD)，外部气相沉积(OVD)，和改进的化学气相沉积(MCVD)。例如，MCVD包括将如包含硅和锗混合气体的高纯度气体通过一硅管的内部(被称为衬底管)，同时用移动的氧氢喷灯对管的外部进行加热。在该管被加热的部位发生气相反应，以在管壁上沉积粒子。当喷灯的火焰经过时，这种在喷灯前面形成的沉积物被熔结。这种过程不断重复，直到沉积必需数量的硅和/或掺入锗的硅为止。一旦完成沉积，该基体被加热以紧裹(collapse)该衬底管，得到合而为一的棒，其中衬底管构成内包层材料的外部。为了得到完成的预制件，一般将外面包覆管放置在芯棒上，对这些部分进行加热，将其紧裹成一个实心的、合在一起的预制件，如共同转让的美国专利US4,775,401中所讨论的。

光纤制造已经达到了一种非常成熟的发展水平。然而在某些情况下，光纤的技术规范是如此的严格，以致于很难开发能够符合这些技术规范的工艺方法。例如，许多高端光纤的特性尤其是色散特性，对光纤芯径的变化极为敏感。实际上，对某些市售光纤的计算已经表明，如±1％这样小的芯径变化会导致高达±14％的色散变化。由于这种色散效应，一般这种光纤的技术规范允许小于±2％的芯径变化。由于这些严格的要求，有时很难在制造过程中获得足够的产量。

除了芯径所带来的问题之外，无数的光纤设计都是基于芯径结构，例如设计目的在于提供特定的色散特性。然而，目前还没有这种光纤的可行的商业上可接受的制造方法。因而，光纤的设计依然采用最初的理论。

因此，需要拥有者提供具有基本上均匀的芯径的芯棒的方法，并且最好也能调节芯径分布，以提供特别的光纤特性。

本发明涉及一种方法，不仅能够提供大体上均匀的芯径，而且能够调整芯径分布来得到特别的光纤设计。根据本发明，一芯棒，一般是硅基的芯棒，沿着棒的纵轴由一热源来回移动，以提供被加热软化的区域。在来回移动过程中，沿着棒的纵轴提供以压缩或拉伸运动，这些运动分别导致软化区域芯径的增加或减小。

特别是，当热源横过该芯棒时，热源将芯棒的分立区域加热到棒材料的软化点以上(软化点表示材料达到粘性的条件，此时可能导致材料的流动，例如硅的软化点一般产生于材料的粘性达到大约107.6泊时)。如果在这个被加热的特殊区域芯径需要增大，那么施加一个压缩运动，通过粘滞流动来扩展该软化区的直径(该运动将芯和总的棒直径都扩展了)。或者，如果芯径需要减小，那么施加一个拉伸运动，也是通过粘滞流动来拉伸该软化区，从而减小芯径(和总的棒直径)。继续这些程度不同的压缩和/或拉伸运动，以便当热源横过芯棒时提供合适的直径扩展或收缩。当热源运动经过该区域时，直径的调整基本上被锁定在冷却位置处。那么就可能通过传统的技术来形成包含所产生的棒的光纤预制件，并从中拉制光纤。

通过在整个芯棒长度上提供可选择的芯径的增加和/或减小，可以得到所需的芯径分布。例如，可能获得基本均匀的芯径，比如在至少90％，或者100％的棒长度上，直径在平均芯径的0.2％范围内，或者在0.1％范围内。还可能提供改变的芯径分布来达到特殊的性能，比如系统地改变色散。例如，为了减小非线性，未来的系统可能采用在特定传输长度内具有预选择色散改变的光纤。另外，以可控的方法增加芯径和芯棒直径的能力，使得可能制造更大芯棒直径的光纤，从而可能制造更大的光纤预制件，例如能够提供至少1200km，或者甚至2400km的125微米直径的光纤的预制件。

图1表示适于实现本发明一实施例的设备。

图2表示根据本发明一实施例的芯径分布的调整。

图3表示根据本发明一实施例的芯径分布的调整。

图4表示本发明一实施例对光纤色散特性的影响。