[发明专利]低损耗光纤的设计及其制造方法

说明书

本申请是申请日为2006年3月28日、发明名称为“低损耗光纤的设计及其制造方法”的中国专利申请No.200610071692.4的分案申请。

技术领域

本发明涉及一系列光纤的设计，及采用这些改进光传输特性的设计来生产光纤的方法。更具体说，本发明涉及一种混合的生产方法，其中，光纤预制棒用组合的MCVD和VAD技术制作，其中的VAD-MCVD界面，在折射率分布设计的波导形成区之内。

背景技术

已经为光纤的生产提出并开发了广泛的各种方法。随着光纤技术的成熟，已经出现三种主要的生产方法，即MCVD、VAD、和OVD。所有这些方法都要把玻璃微粒(常常称为“微粉(soot)”)沉积在起始的衬底上，然后使这些微粒固结成固态的玻璃体。这些技术要用到现场汽相反应来生产微粒。用喷灯引起汽相反应，并把喷灯的火焰引到起始的衬底。在MCVD方法中，喷灯被引到玻璃起始管的外侧，而玻璃的原始气体被引进玻璃管内部。微粒沉积在管的内表面。在VAD和OVD方法中，喷灯和原始气体被引到起始棒的外表面，微粒分别沉积在棒的一端或侧面。各技术效率是高的，且已广泛应用，各有各熟知的优点。

要生产非常高质量的中心纤芯和内包层材料，MCVD处理过程似乎是理想的。在MCVD技术中，微粒层沿径向递增地生长。由于该递增的径向生长，MCVD 比VAD方法能生产更复杂的折射率分布。复杂的折射率分布，是通过对每种分布特性，改变微粒层的径向组分生产的。此外，复杂的折射率分布，常常有一种或多种凹陷折射率(相对于纯石英)的特性。凹陷折射率区一般是对微粒掺杂氟形成的。下面还要更详细说明，管内沉积方法(MCVD)比棒外两种方法(VAD或OVD)中任一种更适合氟的沉积。

但是，在MCVD方法中，必需使用起始管是个限制因素。对大的最新技术的预制棒，一种限制是MCVD起始管中的玻璃质量不良和没有低的损耗(因为光功率的某些部分将由起始管材料传送)。如果要避免起始管质量的限制，使用超纯(通常也是昂贵的)材料制作起始管，则暴露在MCVD通常用作热源的氢氧焰喷灯中的管，由于羟基离子添加至颇深的深度，可能损害有效的起始管质量。最后，要求的折射率分布，可能在起始管玻璃提供的区中，需要一定的掺杂物浓度，但该起始管玻璃与结果良好的MCVD处理(从粘滞性、管的稳定性、或热传导考虑)不相容。

在VAD方法中，石英微粉沿起始饵棒的轴向沉积和生长。VAD技术的显著优点，是它能作为连续的处理过程实施。这样能实现一列式的沉积、纯化、干燥、和烧缩。沉积完成后，把起始棒与沉积体分离，因此与常规的MCVD法不同，整个预制棒可以用CVD沉积的材料制作。作为一般的建议，VAD方法是有效的并被广泛运用，但它们仍然比不上MCVD精确控制折射率变化的掺杂物沿径向沉积的能力，从而精确控制径向折射率分布的能力。由于这一原因，VAD方法，和其他的微粉沉积/随后烧缩方法，诸如Outside Vapor Deposition(OVD)(外部汽相沉积)，在高效地生产复杂的光纤设计方面，受到限制。此外，VAD方法不十分适合用于氟掺杂。特别是在一列式VAD处理过程的情形。

现有技术认识到，在单模光纤中，纤芯和内包层共同传输的光功率，大于95％，但包括的光纤质量，通常却小于5％，现有技术的这一认识，导致在制作过程中对该区的制作给予特别的关注。已经发展的方法，是用相对先进和昂贵的方法，生产预制棒的纤芯和内包层区，而外包层、预制棒整体，则用较少要求、较不昂贵的处理过程生产。纤芯棒和包层的整合，则在外包层技术过程中完成。外包层技术过程，在美国专利No.6,105,396(Glodis等人)及PCT/EPT00/02651(2000年3月25日)中有一般的说明，本文引用这些文献，作为一般技术细节供参考。

外包层技术(overcladding)过程，克服了用VAD技术生产预制棒复杂性方面受到的一些限制。外包层技术过程，可能牵涉到多个外包层管，每一个添加性质不同的包层区，以获得需要的光纤折射率分布的复杂性。

普通使用的该种过程，是所谓的管内棒方法，纤芯棒用非常高质量的通用掺杂物的处理过程制成，而包层管由较不昂贵、纯度较低的玻璃制成。在一些情形下，有单一组分的玻璃提供低成本的选择。在管内棒的外包层技术过程中，把纤芯棒插入包层管中，然后，使管包围棒收缩，形成统一体。可以再次使用多个外包层技术步骤，并在一些情形下，一个或多个最后外包层技术步骤可以与光纤拉制操作组合。