[发明专利]低衰减单模光纤及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低衰减单模光纤及其制备方法，属于光纤通信技术领域。

背景技术

光纤通信具有传输容量大、传输距离远、传输速度快等特点，被广泛用于长途干线网、城域网以及接入网等光通信网络。满足ITU-T G.652D标准的单模光纤是最常用的通信光纤。降低单模光纤衰减系数可以有效提高光纤通信系统的传输距离，大大减少中继站的数量和成本，对优化传输系统结构和降低运营成本具有重要意义。

产生光纤衰耗的原因主要有吸收损耗、散射损耗和附加损耗。其中散射损耗包括线性散射、非线性散射和结构不完整散射等。在散射损耗中最重要的损耗之一是瑞利散射损耗，它是一种线性散射，其大小与光波长的四次方成反比。瑞利散射损耗与掺杂剂引起的浓度波动和材料粘度失配引起的密度波动相关。

降低芯层掺杂剂的浓度可以减小浓度波动引起的瑞利散射损耗。另外，在芯层掺入降低玻璃粘度的掺杂剂可以减少高温拉丝时玻璃的结构弛豫时间，有利于提高密度的均匀性，从而减小密度波动引起的瑞丽散射损耗。

Hiroshi KAKIUCHIDA等人(J.Appl.Phys.Vol.42(2003)pp.L 1526–L 1528)提出Cl比F更有利于降低瑞利散射，Cl几乎不引起浓度波动，但可减少拉丝退火弛豫时间，降低虚拟温度，掺氯可有效降低光纤衰减。A.Chmel等人(Journal of Non-Crystalline Solids195(1996)176-179)通过MCVD平台用SiCl4+Cl2的混合气体掺氯，所得Cl含量为6mol％(3.57wt％)；用SIMS(二次离子质谱)表征Si-Cl键，指出氯可取代桥氧生成Si-Cl键。在石英玻璃光纤中掺氯可以降低密度波动引起的瑞利散射损耗，并且具有可行性。

美国专利US20160011365A1中，用OVD soot芯棒用Cl2掺Cl,烧结后套入OVD soot外包棒形成组合棒，将组合棒在SiF4中掺F，烧结后得到芯层掺Cl(芯子含Cl>1.5wt％(15000ppm))、包层掺F的预制棒，获得了1550nm波长衰减为0.160dB/km的超低衰减光纤，但这种方法芯层和包层是分开沉积的，存在芯层/包层界面容易受污染的问题。美国专利US20160009588A1中，采用Soot-to-glass工艺，在包层烧结掺Cl,包层含Cl>500ppm,外包层含Cl>2000ppm，利用Cl和还原剂减少富氧缺陷和非桥氧缺陷，减小氢损敏感性，从而减少D2处理时间，没有涉及低衰减光纤的应用。美国专利US6343175B1中，采用VAD+OVD工艺,在芯层掺Cl5000ppm，相对折射率贡献0.05％，包层掺F，并未提及具体掺氯工艺参数，而且氯含量比较低。在专利WO2003037810A1中，采用OVD+OVD工艺,烧结时炉内加含Cl气体并进行密封，用压缩机加压对soot芯棒进行掺Cl，专利中并未对预制棒和光纤剖面进行说明。在美国专利US6776012B2中，用VAD或OVD做芯棒，改进脱水时气氛(O2+Cl,F,CO三者至少一种)，改进还原条件，减少缺陷，改善水峰和氢损，没有提及掺氯工艺参数和在低衰减光纤方面的应用。

发明内容

为方便介绍发明内容，定义如下术语：

预制棒：是由芯层和包层组成的径向折射率分布符合光纤设计要求可直接拉制成所设计光纤的玻璃棒或组合体；

芯棒：含有芯层和部分包层(内包层)的实心玻璃预制件；

半径：该层外边界与芯棒中心点之间的距离；

折射率剖面：光纤或光纤预制棒(包括芯棒)玻璃折射率与其半径之间的关系；

相对折射率差：

Δ％＝[(n(i)²–n(0)²)/(2n(i)²)]×100％≈[n(i)-n(0)]/n(0)×100％

n(i)和n(0)分别为对应光纤第i层的折射率和纯二氧化硅玻璃层的折射率；

氟(F)的贡献量：掺氟(F)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(ΔF)，以此来表示掺氟(F)量；

锗(Ge)的贡献量：掺锗(Ge)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(ΔGe)，以此来表示掺锗(Ge)量；

氯(Cl)的贡献量：掺氯(Cl)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(ΔCl)，以此来表示掺氯(Cl)量；

OVD工艺：用外部气相沉积工艺制备石英玻璃预制棒的方法；

VAD工艺：用轴向气相沉积工艺制备石英玻璃预制棒的方法；