[发明专利]低损耗光纤及其制造方法

说明书

本发明涉及一种低损耗光纤及其制造方法。具体地，光纤的芯材区域以允许芯材区域的粘性降低以接近周围包层的粘性的浓度掺杂有氯。环形界面区域设置在芯材和包层之间，其包含的氟掺杂物浓度足以匹配芯材的粘性。通过包括该环形应力调节区域，形成的包层可包括提供光学信号限制(即形成“低损耗”光纤)所期望的程度所需的相对高浓度的氟。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年10月21日提交的申请号为62/066,520的美国临时申请和2014年10月30日提交的申请号为62/072,606的美国临时申请的权益，上述两个申请文件通过引用并入本申请。

技术领域

本发明涉及一种低损耗光纤，更具体地涉及一种无锗(Ge)光纤，其以一定方式掺杂有选定量的氯(Cl)和氟(F)，该方式用于在光纤拉制过程中提供芯材和包层之间改善的粘性匹配。

背景技术

一种常规类型的光纤具有的折射指数分布设计为通过在氧化硅玻璃芯材中添加锗将传输的光信号限制在芯材区域内，从而增加芯材相对于周围包层的折射指数。但是，已经发现锗掺杂物引起传输信号的光损耗(锗增加了芯材内的光的瑞利散射)。为了克服这一问题，已经用纯氧化硅芯材制造出一些光纤(也即无锗芯材)，因而使归于散射等的光损耗最小化。当使用纯氧化硅芯材时，需要一种特殊的包层材料，其通过降低包层相对于芯材的折射指数(现有技术中称为包层的“下掺杂(down doping)”)将传输的光模式限制在芯材区域内。氟是一种已用于该目的掺杂物，其中形成包层的氧化硅玻璃中包含的氟掺杂物将会降低包层相对于芯材的折射指数，在芯材内提供光信号限制。

虽然对提供带有无锗芯材的低损耗光纤结构是非常有益的，但是环绕有掺杂氟的包层的纯氧化硅芯材的布置显示出与其制造相关的问题。由于掺杂氟的氧化硅比纯氧化硅的粘性低，加热光学预制体及随后将预制体拉制成光纤的动作会产生这样一种情形：其中更刚性的芯材会承受主要的拉制张力，导致芯材区域内显著的指数降低和高的残余应力。这种机械应力又产生玻璃缺陷，该玻璃缺陷会成为散射点并由此增加光学衰减。

目前，对于这种残余应力问题最好的解决办法是通过增加拉制温度和/或降低光纤拉制速率以降低拉制张力，结果是成本增加。

在2005年7月12日颁布的H.D.Boek等人的美国专利6,917,740针对于在无锗光纤中存在的粘性失配的问题，并提出了使用氯和氟共掺芯材区域的方法。芯材内包括氯因而改进了与包层的粘性匹配并降低了残余应力，否则残余应力会在拉制光纤中出现。但是，芯材区域内包括这些掺杂物会使得光功率扩散到包层内(这是由于折射指数差别在一定程度上被降低了)，因而降低了芯材区域内的光功率并增加了包层内的光功率，导致更高的光纤衰减。并且，在芯材和包层区域之间较小的折射指数差别进一步增加了光纤内发现的弯曲损耗(bending loss)。

提出了各种其它的现有技术以降低光纤内的粘性失配。例如，参见由M.Tateda等人在IEEE Photonics Technology Letters，第4卷第9期，1992年9月，1023页上提出的题目名称为“Design of Viscosity-Matched Optical Fibers”的文章。

在2009年9月22日颁布给I.Shimotakahara的美国专利7,593,612中，介绍了一种针对于从粘性失配的预制体拉制的光纤中存在的残余张力的技术。在这里，在常规包覆层上方包括张力吸收包覆层作为外包套，其中张力吸收外包套是由与芯材具有类似折射指数的材料(例如，纯氧化硅张力吸收层)制成。在拉制过程中，在失配的芯材和包层之间存在的机械应力会从芯材传递出去并通过外包套和包层之间的相互作用而被吸收。虽然能缓解拉制导致的应力程度，但是外包套本身是由需要较高的拉制温度的坚硬材料形成的，其增加玻璃假想(fictive)温度，从而导致更高的衰减。另外，张力吸收层的引入增加了加工的复杂程度。张力吸收层相对于包覆层更高的折射指数还可导致功率从芯材泄露至张力吸收层，特别是在紧密弯曲光纤中，这导致了更高的弯曲损耗。

发明内容