CN1012363B - 高带宽渐变型多模光纤的制造方法 - Google Patents
高带宽渐变型多模光纤的制造方法Info
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Abstract
本发明是一种以MCVD工艺制造高带宽渐变型多模光纤的方法。采用一次近似法实现光纤予制棒折射率的精确控制，烧缩时补芯与腐蚀相结合获得了极窄的中心折射率凹陷。解决了常规的0次近似法和经验修正法中折射率分布指数α的分散性及重复性差的问题。所制造的多模光纤折射率控制精度达5×10-5，1.3μm处平均带宽＞1700MHz·Km，最高达5GHz·Km，传输损耗0.5～1.0dB/Km，可用于三、四次群光纤通信领域。
Description
本发明属于纤维光学技术领域。
渐变型多模光纤纤芯折射率分布的理论公式为：
nr＝n1〔1-2△（ (r)/(a) ）α〕1/2（0≤r≤a） （1）
为了制造具有式（1）所示的折射率分布指数α的光纤，常规的做法是采用0次近似法控制主掺杂剂GeCl4的载气流量Fi相对于喷灯移动次数i按式（2）变化（Review of the Electrical Communication Laboratories 1980.VoL 29，NO2，233-246）。
Fi＝Fo〔1-（1- (i)/(N) ）α/2〕 （2）
式中Fo为i＝N时的GeCl4载气流量，N为芯层总沉积次数，
α为折射率分布指数。
式（2）的成立取决于二个基本假设条件：
1.各沉积层体积相等。
2.各沉积层相对折射率差与主掺杂剂GeCl4的载气流量成正比。
该文承认这种O次近似法易产生双重α，且在带宽重复性方面也有问题。用这种方法制得的光纤其带宽在1.06μm处平均为560MHz·Km，平均α的分散值为0.11。
为了提高光纤的传输带宽，人们研究了精确达到基本假设条件1的方法。如上文提出了在载气中增加氩气并逐层减少氩气流量的方法，所制得的10根光纤平均带宽在1.06μm处达到900MHz·Km。又如（公开特许公报昭58-64236）中提出的改变喷灯速度的方法，但其工艺控制十分复杂。
还有人采用经验修正法，即通过大量的试验，统计得出由各种外部因素决定的经验系数对O次近似法的结果进行修正。如上海传输线研究所（1.3μm长波长多模渐变型光纤予制棒研究报告，1983。）得到的修正公式为：
Fi＝Fo〔1-（1- (i)/(N) ）α/2〕+A（1- (i)/(N) ） （3）
式（3）中A为修正系数，该系数由沉积温度、石英管收缩量及掺杂量等因素决定。用这种方法制得的光纤平均带宽为679MHz·Km。
又如（CN85 1 02771A 1986.7）提出的分段修正公式为：
Fi＝f0+i·A或（i≤n）
式中fo为GeCl4载气流量的起始设定值，
A、B为给定的GeCl4载气流量增值，
n为0～ (N)/10 之间的正整数，
Fn为i＝n时的GeCl4载气流量
式（4）中需试验确定的修正系数和设定值多达4个。用这种方法研制的光纤在1.3μm处平均带宽≥800MHz·Km的只占53.8%（MCVD法制备光纤予制件研究报告。天津电子部第四十六
研究所，1985）。
上述两种修正法在他们各自的条件下都取得了一定的效果，但由于试验工作量大，修正系数受众多外部条件变化的影响十分复杂难以确定，折射率控制精度与重复性仍然较差。尽管也有一些高带宽光纤，但比率不高。另外他们的方法中都只取微量的P掺杂浓度（0～0.4mol%），其沉积速率较低（≤0.1克/分）。
MCVD法中改善中心折射率凹陷是保证传输带宽的一项重要措施。通常在烧缩时采用GeCl4补芯法。GeCl4载气流量在上述两种修正法中分别为10ml/min和8-20ml/min。这种补芯法存在着补芯不足或过量的危险。有人在PCVD法中采用CCl2F2腐蚀法代替GeCl4补芯法（用PCVD工艺制备掺氟多模光纤的研究。武汉邮电科学院，1985.）在MCVD法中由于沉积层数少，每一沉积层较厚，单纯采用腐蚀法存在着腐蚀量不易掌握甚至扩大凹陷的问题。
本发明的目的在于从根本上找到一种简单、可行、能普遍应用的光纤折射率精确控制法，大幅度地提高MCVD法制造多模光纤的带宽水平。
本发明认为常规的0次近似法式（2）的第1个基本假设条件是容易得到较好满足的，关键在于基本条件2中折射率差与GeCl4载气流量成正比的假设实际上是不成立的，因而所制得光纤的纤芯折射率存在着固有的偏差。而各种修正法由于外部条件的变化和修正时取值计算的误差又不可能对这种偏差实行准确的修正。理论分析的结果表明只要使折射率分布指数α偏离最佳值±0.06，就可使光纤带宽下降一个数量级。为了获得＞1GHz·Km的多模光纤，折射率分布对最佳值的偏差必须＜1×10-4。
为了消除O次近似法中存在的这种固有偏差，本发明以找出各沉积层相对折射率差与GeCl4载气流量之间正确的函数关系为目标，推导出主掺杂剂GeCl4载气流量Fi相对于喷灯移动次数i的关系。
本发明是一种高带宽渐变型多模光纤的制造方法，采用MCVD工艺制备光纤予制棒（在石英包皮管内沉积组分为F-P2O5-SiO2三元系的包层，沉积组分为GeO2-P2O5-SiO2三元系的芯层时只改变主掺杂剂GeCl4的流量，将沉积好的石英管烧缩成实心棒），然后将所得予制棒拉成光纤，在制备光纤预制棒时采用一次近似法控制GeCl4的载气流量相对于喷灯移动次数的变化，一次近似的计算公式如下：
Fi＝Fo〔1-（1- (i)/(N) ）α/2〕·｛Fi+β〔1-（1- (i)/(N) ）α/2〕｝（5）
式中：i为沉积芯层时喷灯移动的次数，
Fi为第i层GeCl4载气流量（ml/min），
N为芯层总沉积次数，
Fo为i＝N时GeCl4载气流量（ml/min），
α为折射率分布指数，
β为原料组分决定的GeCl4含量。
式（5）中大括号内的第二项β·[1-（1- (i)/(N) ）α/2]即为O次近似法的基本假设条件2所丢失的非线性因子，因此本发明简称为一次近似法。
式（5）的成立只需要一个基本假设条件即各沉积层体积相等。
显然在式（5）的函数关系中，主掺杂剂GeCl4流量的计算只涉及原料组分的影响，没有任何与外界条件有关的修正系数。因此只要掌握了常规的MCVD工艺，就可以直接应用本发明的一次近似法制造高带宽的渐变型多模光纤。
本发明采用MCVD工艺制备光纤予制棒。光纤折射率分布为有沟的芯包结构，△+＝1.0%△-＝0.14%。选用Heraluxφ20×φ16×1000mm石英包皮管，一端接引管，用稀氢氟酸清洗，高纯水冲净，干燥后在汽相沉积玻璃车床上与φ40mm尾管对接，用高温清除石英管内的水份和表面微缺陷。然后沉积5-7层组分为F-P2O5-SiO2三元系的包层，沉积40～45层组分为GeO2-P2O5-SiO2三元系的芯层时只改变主掺杂剂GeCl4的流量。各层GeCl4载气流量按式（5）控制，沉积温度为1800°～1850℃，原料温度20°～30℃，沉积完毕提高喷灯温度、降低喷灯移动速度将石英管烧缩成实心棒。烧缩时采用补芯与腐蚀相结合的方法获得极窄的中心折射率凹陷，其归一化宽度≤0.04。补芯的GeCl4载气流量为6～8ml/min，腐蚀剂CCl2F2流量为5～8mol%。
采用本发明制造的一批渐变型多模光纤1.3μm处平均带宽＞1700MHz·Km，其中
＞1000MHz·Km的占76.4%，＞2000MHz·Km的占41.4%，最高为5000MHz·Km。1.3μm处损耗为0.5～1.0dB/Km。不使用氦气的沉积速率为0.21～0.23克/分。平均α的分散值＜0.08。这种方法制造的光纤折射率控制精度达到5×10-5，比0次近似法提高了一个数量级以上。
给出二根光纤的实例：
根据光纤的结构与组分设计，由常规MCVD工艺制备光纤予制棒。
取α＝1.88，N＝40，原料流量见表1。（表1见后）
按本发明式（5）计算的芯层各层GeCl4载气流量见表2：
各层GeCl4载气流量的归一化速率见图1。
由York-Plol予制棒分析仪给出的折射率分布曲线见图2，图中左上角为该棒所拉光纤的脉冲展宽曲线。
由York-FCM1000光纤全性能测试仪给出的光纤带宽及响应曲线见图3。
由HP8410微波网络分析仪给出的光纤模时延差见图4，最大时延差τmax＝200PS/Km，带宽Bm＝5GHz·Km，光纤折射率与最佳折射率分布的偏差见图5，其控制精度达5×10-5。
所得光纤性能见表3。
表1
SiCl4CeCl4CCl2F2POCl3O2
包层 200 10 60 1000
芯层 200 0～300 60 1000
表3
光纤编号： HZ87-4-12 HZ87-4-14
芯径尺寸：（μm） 50/125 50/125
数值孔径： 0.20 0.19
1.3μm损耗（dB/Km） 0.79 0.81
1.3μm带宽（MHz·Km） 5000 3400
表2
1 5.5 11 62.5 21 129.0 31 208.5
2 10.5 12 68.5 22 136.0 32 217.5
3 16.0 13 75.0 23 143.5 33 226.5
4 21.5 14 81.0 24 151.0 34 236.0
5 27.0 15 87.5 25 159.0 35 245.5
6 33.0 16 94.5 26 167.0 36 255.5
7 38.5 17 101.0 27 175.0 37 265.5
8 44.4 18 108.0 28 183.0 38 276.5
9 50.5 19 114.5 29 191.5 39 287.5
10 56.5 20 122.0 30 200.0 40 300.0
Claims (2)
1、一种高带宽渐变型多模光纤的制造方法，采用MCVD工艺制备光纤予制棒，该工艺包括在石英包皮管内沉积组分为F-P2O9-SiO2三元系的包层，沉积组分为GeO2-P2O5-SiO2三元系的芯层时只改变主掺杂剂GeCl4的流量，将沉积好的石英管烧缩成实芯棒，然后将所得予制棒拉成光纤，其特征是采用一次近似法控制GeCl4的载气流量Fi相对于喷灯移动次数i的变化，一次近似的计算公式如下：
Fi=Fo[1-(1- (i)/(N) )α/2]·{1+β[1-(1- (i)/(N) )α/2]}
式中Fi为第i层的GeCl4载气流量(ml/min)，
i为沉积芯层时喷灯移动的次数，
N为芯层总沉积次数，
Fo为i=N时的GeCl4载气流量(ml/min)，
α为折射率分布指数，
β为原料组分决定的GeCl4含量。
2、根据权利要求1所述的高带宽渐变型多模光纤的制造方法，其特征是烧缩时采用GeCl4补芯与CCl2F2腐蚀相结合的方法，获得极窄的中心折射率凹陷。
Priority Applications (1)
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| CN 88100850 CN1012363B (zh) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | 高带宽渐变型多模光纤的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN 88100850 CN1012363B (zh) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | 高带宽渐变型多模光纤的制造方法 |
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| CN88100850A CN88100850A (zh) | 1988-09-28 |
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| CN 88100850 Expired CN1012363B (zh) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | 高带宽渐变型多模光纤的制造方法 |
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