CN102372428A - 光纤、光纤预制件及制造方法、管、光学单元、光纤系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤、光纤预制件及制造方法、管、光学单元、光纤系统。其中，该光纤预制件制造方法用于制造从中心到外周依次包括中央纤芯、中间包层、埋槽和外包层的光纤预制件，并包括以下步骤：通过在第一管中进行化学气相沉积来制备至少构成所述中央纤芯的第一棒(10)；通过在第二管中进行化学气相沉积来制备至少构成所述埋槽的中空的第二棒(20)；以及将所述第二棒作为套筒套在所述第一棒上。此方法用于在使用具有小和/或中等沉积容量的沉积台的情况下制造大容量的光纤预制件。

Description

光纤、光纤预制件及制造方法、管、光学单元、光纤系统

技术领域

本发明涉及光纤领域，更具体地，涉及制造用于拉制弯曲损耗大幅减少了的光纤的预制件的方法。

背景技术

根据已知的方式，通过在拉丝塔中从预制件拉制来制造光纤。将光纤拉制为一定尺寸的操作包括：将预制件垂直布置在塔中，并且从预制件的一端拉出光纤的股线(strand)。为此，对预制件的一端局部施加高温直到二氧化硅软化，然后，由于拉丝的速度和温度决定光纤的直径，因而在拉丝期间持续控制拉丝的速度和温度。

传统的光纤包括光纤芯和光包层，光纤芯具有传送光信号、并且还可能具有放大光信号的功能，光包层具有将光信号限制在纤芯内的功能。为此，纤芯的折射率n_c和包层的折射率n_g满足n_c＞n_g。如众所周知的那样，单模光纤中光信号的传播包括在纤芯内引导的基本模式和称为包层模式的在纤芯-包层组合件中引导特定距离的次级模式。

对于光纤传输系统中的线形光纤，传统上使用又称为单模光纤(SMF)的阶梯折射率光纤。出于来自不同制造者的光学系统之间兼容性的原因，国际电信联盟(ITU)定义了标准单模光纤(SSMF)需要符合的编号为ITU-T G.652的建议标准。

此外，称为光纤到户(FTTH)或光纤到路边(FTTC)的到达用户的光纤系统的持续发展导致出现了光纤需要满足的其它限制。具体地，这样的FTTC或FTTH应用的主要挑战在于在保存特定光传输参数的同时减少弯曲损耗。

表I

因而，ITU已定义了针对FTTH应用的光纤需要满足的编号为ITU-T G.657A和ITU-T G.657B的建议的标准，特别地，这些标准强制实行最大弯曲损耗。建议G.657A强制实行针对弯曲损耗的限制值，但首要寻求保存与建议G.652的兼容性，尤其是在模场直径(MFD)和色散方面。相反，建议G.657.B不强制实行与建议G.652的兼容，但与建议G.657.A 1相比对弯曲损耗强制实行更严格的限制。上表I和下表II再现了建议G.652与G.657强制实行的与弯曲损耗(表I)和光传输参数(表II)有关的一些限制。

制造符合建议G.652和G.657的约束的光纤已成为主要的经济上的挑战。

制造具有孔的光纤的技术使得能够实现弯曲损耗方面的优异性能，但该技术的实现复杂且昂贵，并且由于FTTH系统是低成本系统，当前不适宜将该技术用于制造FTTH系统用的光纤。

文献EP-A-1845399和EP-A-1 785 754提出了能够在保存SSMF的光传输参数的同时限制弯曲损耗的具有埋槽的光纤分布。

表II

WO2007/009450涉及以下的技术：通过沉积至构成纤芯的第一部分的第一管层和内包层来制备第一棒；然后蚀刻该第一棒以去除该管和包层；通过沉积至构成纤芯的第二部分的第二管层和内包层来制备第二棒；以及将该第二棒套缩(collapse)在该第一棒上。

在制造预制件期间，可以通过添加使典型为二氧化硅的传输材料的折射率降低的掺杂物来制造埋槽。最常用的掺杂物是氟。例如，如文献FR-A-2896795(还公布为US-A-2008/031582)所公开的，埋槽可以由掺氟二氧化硅所制成的初级预制件的管构成。尽管如此，该方案既不能获得具有深槽的分布，也不能完全控制槽的折射率的均匀性。为了在不损害建议G.652所强制实行的光传输参数的情况下保证最小弯曲损耗，需要很好地控制埋槽的均匀性。

可以从包括由纯二氧化硅或掺杂二氧化硅的管构成的初级预制件的预制件来制造光纤，其中，接连地沉积掺杂二氧化硅层和/或纯二氧化硅层，以形成内包层和中央纤芯。在沉积台上制造初级预制件。然后，初级预制件被外包覆(overcladded)或者嵌入套筒内，以增加该初级预制件的直径并且形成适合在拉丝塔中使用的预制件。在本上下文中，术语“内”包层指的是形成在管的内部的包层，并且术语“外”包层指的是形成在管的外部的包层。管内部的沉积操作是化学气相沉积(CVD)型。通过将混合气体注入管内并使该混合气体离子化来进行这类沉积。CVD型沉积包括改进的化学气相沉积(MCVD)、炉化学气相沉积(FCVD)和增强等离子化学气相沉积(PCVD)。

在沉积了与纤芯和内包层相对应的层之后，通过称为“套缩”的操作将管转变为实心棒。这产生了由二氧化硅棒构成的初级预制件。然后，出于成本的原因，通常使该初级预制件外包覆有天然的二氧化硅晶粒(grain)。可通过等离子沉积进行外包覆，其中，利用重力使掺杂或纯天然二氧化硅晶粒沉积，并且通过等离子炬使所沉积的二氧化硅晶粒熔化以使其在初级预制件的外周玻璃化。

如上述文献EP-A-1845399和EP-A-1785754所述，可通过PCVD型沉积来有效实现初级预制件的内护层(inner sheath)的氟掺杂。该技术允许加入大量氟掺杂物，以使得埋槽深且均匀。

还存在其它用于制造光纤预制件的技术。

例如，文献EP-A-1000909说明了制造预制件的方法，其中，将形成纤芯的棒插入后续被外包覆的基体管中。基体管具有通过外部气相沉积(OVD)、即通过使混合有掺杂气体的二氧化硅晶粒玻璃化所获得的不同的掺杂区。特别地，基体管可能包括氟掺杂区域。尽管如此，该方法不能制造深的槽，也不能很好地控制埋槽的均匀性。

文献WO-A-2008/087132和WO-A-2010/003856说明了制造用于作为套筒套在初级预制件上的氟掺杂管以构成光纤预制件的方法。这两个文献提出了利用通过等离子外部沉积(POD)或OVD所获得的氟掺杂二氧化硅的第一基体管来制造管。通过POD在第一基体管上形成氟掺杂二氧化硅的第二管，该第二管具有与第一管不同的掺杂物含量；然后，对该组合件应用二氧化硅外包覆。这产生了具有两个不同掺杂区域的氟掺杂管。尽管如此，这些方法不能很好地控制掺杂区域的均匀性，也不能实现深的埋槽。

文献US-A-2007/0003198说明了制造光纤预制件的方法。该方法提出先通过外部气相轴向沉积(VAD)或OVD制造形成纤芯的棒，然后利用通过MCVD沉积有氟掺杂区域的管形成埋包层。然后，将纤芯棒插入具有埋槽的管内，并且对该组合件进行外包覆。该文献识别出，当通过MCVD从不具有高纯度的廉价管来形成纤芯时，OH键(bond)增加。因而，该文献所述的方法寻求限制纤芯内的光损耗，尤其是在制造具有埋槽分布的光纤时。

还希望制造具有大容量的预制件。将预制件的容量定义为可以从该预制件拉制出的光纤的长度。预制件的直径越大，则其容量越大。为了降低制造成本，希望从给定的预制件提供线性长度大的光纤。因此，希望在符合与中央纤芯的直径和光包层的直径有关的尺寸约束的情况下制造大直径的预制件。在外包覆之后，最终预制件必须与从最终预制件拉制出的光纤具有相同的纤芯直径除以包层直径的比。

在制造预制件期间，还希望尽量限制需要在外包覆之前沉积的玻璃量。这有利于降低制造光纤的成本，因为与玻璃管或外包覆时等离子沉积所用的天然二氧化硅晶粒相比，通过CVD(MCFD、FCVD、PCVD)方法或VAD或OVD方法掺杂的玻璃更昂贵。还应当观察到，这有利于在不增加沉积台的容量的情况下获得要制造的光纤的更大长度。因而，制造具有大容量的预制件和/或具有较小比例的沉积玻璃的预制件，使得可以提高生产率。

此外，在不对当前可用的沉积台进行实质调整的情况下获得上述生产率提高是有利的。典型地，沉积台在其能够沉积的玻璃的最大容量方面具有限制；该限制通常用截面积(CSA)来表示。按已知方式，圆对称的沉积层的C SA等于π(R_ext ²-R_int ²)，其中，R_ext和R_int是该层的外半径和内半径。在制造预制件时可以沉积的最大C SA依赖于所使用的台的类型。因而，光纤制造者可以具有容量不同、即可沉积C SA不同的可用沉积台。

制造用于拉制对弯曲不敏感、即满足G.657建议的光纤的大直径预制件意味着在初级预制件中形成具有大宽度的埋槽，以符合从预制件到所拉制出的光纤的缩放比例。

参考上述文献所说明的方法不能制造如下的槽，该槽既深埋又完全均匀以满足与受限的弯曲损耗有关的约束，并且该槽足够宽以使得能够以与FTTH或FTTC型应用相当的成本制造大容量预制件。

特别地，包括使用氟掺杂管的技术不能获得对埋槽的足够控制以保证符合建议G.657的约束。

类似地，通过MCVD来沉积埋槽不可能产生深、均匀并且具有大宽度的用以构成大容量预制件的槽。

此外，制造大容量的预制件要求使用具有大的可沉积C SA的沉积台。这样的沉积台不常见。

因此，为了制造符合建议G.652和G.657的约束的光纤，需要能够在不对可用的沉积台进行实质调整的情况下以有竞争力的价格制造大容量预制件的光纤预制件制造方法。

发明内容

为此，本发明提出将纤芯的制造与埋槽的制造分离以提高生产率。

更具体地，本发明提供一种光纤预制件制造方法，用于制造从中心到外周依次包括中央纤芯、中间包层、埋槽和外包层的光纤预制件，该光纤预制件制造方法包括以下步骤：

·通过在第一管中进行化学气相沉积来制备至少构成所述中央纤芯的第一棒；

·通过在第二管中进行化学气相沉积来制备至少构成所述埋槽的中空的第二棒；以及

·将所述第二棒作为套筒套在所述第一棒上。

在一种实现中，通过等离子辅助化学气相沉积来制备所述第二棒。

在一种实现中，通过从改进的化学气相沉积、炉辅助CVD或等离子辅助CVD中选出的任一种技术来制备所述第一棒。

在一种实现中，该光纤预制件制造方法还包括如下步骤：在将所述第二棒作为套筒套上之前，拉伸所述第一棒。

在一种实现中，该光纤预制件制造方法还包括如下步骤：在将所述第二棒作为套筒套上之前，对所述第一管的至少一部分进行化学蚀刻。

在一种实现中，该光纤预制件制造方法还包括如下步骤：在所述第二棒的外部进行外包覆或者在所述第二棒上套上套筒，以使得最终预制件的直径大于或等于140毫米(mm)。在各个棒中沉积的区域的截面积保持为小于700平方毫米(mm²)。

在一种实现中，对沉积所述埋槽所用的掺杂物的浓度进行控制，以使得所述埋槽相对于所述外包层的折射率差在-4×10^-3～-10×10^-3的范围内。控制所述掺杂物的浓度以使得所述埋槽的折射率在所述第二棒的全长上的纵向变化小于10％。

在一种实现中，沉积所述埋槽，直到所述埋槽的截面积在范围300mm²～700mm²内为止。所述埋槽的截面积在所述第二棒的全长上的纵向变化小于10％。

在一种实现中，在进行掺杂物浓度控制的情况下沉积所述埋槽，直到所述埋槽的体积分(volume)在-2550×10^-3mm²～-760×10^-3mm²的范围内为止。所述埋槽的体积分在所述第二棒的全长上的纵向变化小于15％。

本发明还提供一种从中心到外周依次包括中央纤芯、中间包层、埋槽和外包层的光纤预制件，其中：

·所述埋槽相对于所述外包层的折射率差在-4×10^-3～-10×10^-3的范围内，并且所述埋槽的折射率在所述光纤预制件的全长上的纵向变化小于10％；以及

·所述埋槽的体积分在-2550×10^-3mm²～-760×10^-3mm²的范围内，并且所述埋槽的体积分在所述光纤预制件的全长上的纵向变化小于15％。

在一个实施例中，所述埋槽的截面积在300mm²～700mm²的范围内。所述埋槽的截面积在所述光纤预制件的全长上的纵向变化小于10％。

在一个实施例中，所述光纤预制件的直径大于或等于140mm。

在一个实施例中，所述中央纤芯相对于所述外包层的折射率差在4×10^-3～6×10^-3的范围内。

在一个实施例中，所述中央纤芯相对于所述中间包层的折射率差在4×10^-3～6×10^-3的范围。

本发明还提供一种玻璃制造的管，该管从外周到中心依次包括外包层和埋槽，其中：

·所述埋槽相对于所述外包层的折射率差在-4×10^-3～-10×10^-3的范围内，并且所述埋槽的折射率在该管的全长上的纵向变化小于10％；以及

·所述埋槽的体积分在-2550×10^-3mm²～-760×10^-3mm²的范围内，并且所述埋槽的体积分在该管的全长上的纵向变化小于15％；以及

·该管的内直径在16mm～35mm的范围内。

在一个实施例中，所述埋槽的截面积在300mm²～700mm²的范围内。

在一个实施例中，所述埋槽的截面积在该管的全长上的纵向变化小于10％。

本发明还提供一种光纤制造方法，包括以下步骤：

·通过本发明的方法制造预制件；以及

·在拉丝塔中从该预制件拉制出光纤。

本发明还提供一种光纤制造方法，包括以下步骤：

·通过在本发明的管中进行化学气相沉积制造初级预制件；

·对该初级预制件进行外包覆或将套筒套在该初级预制件上，以获得最终的光纤预制件；以及

·在拉丝塔中从该光纤预制件拉制出光纤。

本发明还提供从本发明的预制件拉制出的光纤；以及一种光学单元，该光学单元容纳本发明的光纤的至少一部分或者通过本发明的方法制造出的光纤的至少一部分。本发明找到了面向用户的光纤系统中的特定应用，其包括本发明的光纤的至少一部分或通过本发明的方法制造出的光纤的至少一部分。

附图说明

通过阅读以下参考附图以示例方式给出的对本发明的实施例的说明，本发明的其它特征和优点将变得清楚，其中：

图1示出使用本发明的方法制造的光纤预制件的设定点分布的示例；

图2是在本发明的方法中所制造的用于构成光纤预制件的棒的图；以及

图3是通过本发明的方法制造的光纤预制件的示意截面。

具体实施方式

本发明的光纤预制件包括中央纤芯、中间包层、埋槽和外包层。术语“埋槽”用于表示光纤的以下径向部分，该径向部分的折射率实质上小于外包层的折射率。图1示出本发明的光纤预制件的反射率分布的示例。所示出的分布是设置点分布、即表示光纤的理论分布，实际上，光纤可能是从分布略微不同的预制件拉制出的光纤。

本发明的光纤预制件包括相对于用作光包层的外包层的折射率差为Δn₁的中央纤芯、相对于外包层的折射率差为Δn₂的中间包层以及相对于外包层的折射率差为Δn₃的埋槽。中央纤芯、中间包层和埋槽中的折射率在它们各自的全长上大致恒定；但可以设想其它的分布。通过纤芯的半径r₁定义纤芯的宽度，通过包层和槽各自的外半径r₂和r₃定义包层和槽各自的宽度。

为了限定光纤的设置点折射率分布，通常的做法是用外包层的折射率值作为基准。然后，将中央纤芯、中间包层和埋包层的折射率表示为折射率差Δn₁、Δn₂和Δn₃。通常，外包层由二氧化硅制成，然而，例如为了调整信号的传输特性，可以对该包层进行掺杂以增大或减小其折射率。

希望制造满足建议G.652和G.657的标准的光纤用的预制件。因而，预制件具有相对于外包层的折射率差Δn₁在4×10^-3～6×10^-3的范围内、并且典型地约为5×10^-3的中央纤芯；相对于外包层的折射率差Δn₂在-1×10^-3～1×10^-3的范围内的中间包层；以及相对于外包层的折射率差Δn₃在-4×10^-3～-10×10^-3的范围内的埋槽。还优选使中央纤芯与中间包层之间的折射率差(Δn₁-Δn₂)在4×10^-3～6×10^-3的范围内。一旦预制件被拉制了，光纤可能具有半径r₁在3.5微米(μm)～4.5μm的范围内的中央纤芯、半径r₂在7.5μm～14.5μm的范围内的中间包层以及半径r₃在13μm～18μm的范围内的埋槽。

从本发明的预制件获得的光纤还可能具有以下特性中的一个或多个特性：

·如下定义的中央纤芯的面积分V₀₁在17×10^-3μm～24×10^-3μm的范围内：

$V_{01}=\underset{0}{\overset{r_1}{\∫}}\mathrm{\Δn}\left(r\right).\mathrm{dr}\≈r_1\×\mathrm{\Δ}{n}_1$

·如下定义的埋槽的面积分V₀₃在-55×10^-3μm～-25×10^-3μm的范围内：

$V_{03}=\underset{r_2}{\overset{r_3}{\∫}}\mathrm{\Δn}\left(r\right).\mathrm{dr}\≈(r_3-r_2)\×\mathrm{\Δ}{n}_3$

·如下定义的埋槽的体积分V₁₃在-1200×10^-3平方微米(μm²)～-600×10^-3μm²的范围内：

$V_{13}=2.\underset{r_2}{\overset{r_3}{\∫}}\mathrm{\Δn}\left(r\right).\mathrm{rdr}\≈({r_3}^2-{r_2}^2)\×\mathrm{\Δ}{n}_3$

这样的光纤在1310纳米(nm)波长处的模场直径在8.6μm～9.5μm的范围内、零色散波长在1300nm～1324nm范围内、缆内截止波长小于1260nm以及弯曲损耗满足如上表I所示的G.657建议的标准。

因此，希望制造满足上述标准的光纤用的大容量预制件。

本发明的制造方法提出分开地首先制备中央纤芯和至少一部分中间包层、并然后制备埋槽和至少一部分外包层。

参考图2，制备第一棒10。第一棒10至少构成中央纤芯(Δn₁，r₁)、并且可选地构成中间包层(Δn₂，r₂)的至少一部分。中间包层(Δn₂，r₂)也可能完全包含在第一棒10内。

通过在纯二氧化硅或掺杂二氧化硅的第一管中进行化学气相沉积(CVD)来制备第一棒10；例如，可以利用从改进的化学气相沉积(MCVD)、炉辅助CVD(FCVD)或等离子辅助CVD(PCVD)中选出的任一种技术来制备第一棒10。

仍参考图2，也同样地通过化学气相沉积(CVD)、优选通过利用PCVD型沉积来制备第二棒20。利用纯二氧化硅或掺杂二氧化硅的第二管来制造第二棒20，其中，进行CVD沉积以至少构成埋槽(Δn₃，r₃)并且可选地构成中间包层(Δn₂，r₂)的至少一部分。第二棒20的起始管可以构成外包层的一部分或者第二中间包层的一部分。

PCVD使得可以在保证很好地控制槽内掺杂的均匀性的同时，在第二棒20中形成非常深且宽度大的埋槽。沉积在第二棒20中的埋槽相对于外包层的折射率差Δn₃在-4×10^-3～-10×10^-3的范围内，并且将折射率的纵向变化控制在±10％以内。沉积在第二棒20中的埋槽的C SA在300mm²～700mm²范围内，并且将该面积的纵向变化控制在±10％内。特别地，希望被定义为埋槽的C SA乘以埋槽的折射率差Δn₃的乘积并除以数量Pi(π)的埋槽的体积分在-2550×10^-3mm²～-760×10^-3mm²的范围内，并且希望将该体积分的纵向变化控制在±15％内。在预制件的全长上纵向控制折射率和C SA。典型地，预制件的长度在700mm～1500mm的范围内，并且通常约为1米(m)。在形成了埋槽之后或者可选地在沉积出中间包层的一部分之后，中断在第二管中的沉积。

如图2所示，第二棒20为中空；因此，第二棒20可以作为套筒套在第一棒10上。在需要时，可以在将第二棒作为套筒套在第一棒上之前将第一棒10稍微拉伸，以减少第一棒10的C SA并且符合对期望的光纤分布的缩放比例约束。在另一实施例中，在将第二棒20作为套筒套在第一棒上之前，可以通过使用化学蚀刻方法减小第一棒10的尺寸。该化学蚀刻方法不仅用于减小第一棒10的C SA，还可以用于限制第一沉积管对光损耗的贡献。通常，沉积管的纯度不如通过CVD方法所沉积的玻璃的纯度。因而，如果构成中间包层的全部或部分的第一管距光纤的纤芯不够远和/或该第一管不够纯，则该第一管可能是劣化光损失的来源。

在如上所述对第一棒进行拉伸和/或化学蚀刻之后变得适当时，将第二棒20作为套筒套在第一棒10上构成初级预制件，可以对该初级预制件进行外包覆以达到保持与想要的光纤分布的缩放比例所需的总直径。根据实现方式，可以在将第二棒20作为套筒套在第一棒10上之前或之后进行外包覆。在已知方式中，可以通过在外部沉积纯二氧化硅晶粒或掺杂二氧化硅晶粒、或者通过将管作为套筒套在初级预制件上来进行外包覆。对于大尺寸的预制件，优选利用二氧化硅晶粒进行扩建(build out)。

图3是利用本发明的制造方法获得的最终预制件的例子的图。预制件的中央纤芯具有半径R₁。中间包层包括半径为R₂的沉积部和具有外直径D 10的第一棒的第一管；管的直径D 10可能在将该管插入第二棒之前已通过化学蚀刻减小了；如下文参考特定例子所说明的，甚至可以通过化学蚀刻完全去除第一棒10的管。埋槽具有半径R₃；埋槽被沉积在具有外直径D20的第二管中。对包括作为套筒套在第一棒上的第二棒的组合件进行外包覆，以达到总直径D.总。

本发明的方法使得可以在无需调整沉积台的性能的情况下制造粗的预制件。在棒10和20各自中通过CVD所沉积的层的数量保持为有限，因而成本可控。在第一棒10中仅沉积与中央纤芯相对应的层以及可能与中间包层的一部分相对应的层；并且在第二棒中仅沉积与埋槽相对应的层以及可能与中间包层的一部分相对应的层。在一个实施例中，中间包层的几乎全部或者全部存在于第一棒10内。因此，棒10和20均可以利用中等大小的沉积台来形成。特别地，对于直径大于或等于140mm的最终预制件，在棒10和20各自中的沉积区域的C SA小于700mm²。

本发明的方法还使得可以限制在第一棒10和第二棒20中通过沉积所获得的区域相对于预制件的尺寸的C SA比例：第一棒10的沉积管的存在代替了沉积玻璃的一部分。具体地，对于给定的分布，已发现：在忽略外包覆的情况下，所有沉积区域的CSA除以预制件的总C SA的比，可以获得总计5％以上的降低。因而，可以限制制造大尺寸预制件的成本，并且对沉积台设备的投资并非必需。

通过本发明的方法制造的预制件是设计为进行拉制以产生满足建议G.652、G.657.A2和G.657.B 2的标准、甚至在前述三个建议之外还满足G.657.B3标准的光纤。为此，按预制件与拉制出的光纤的缩放比例要求预制件的尺寸以使得对于直径125μm的光纤，埋槽的半径r₃在13μm～18μm范围内。具体地，埋槽的外半径与外包覆了的预制件的半径之间的比必须在0.208～0.288的范围内。

埋槽的CVD、尤其是PCVD使得可以在确保埋槽缩放良好以避免光纤性能劣化的同时，提供相对于外包层的折射率差在-4×10^-3～-10×10^-3范围内的深埋的槽，并且该槽具有CSA在300mm²～700mm²范围内的非常大的尺寸。具体地，埋槽的折射率沿预制件的纵向变化小于10％，以及埋槽的C SA的纵向变化小于10％。有利地，槽的体积分在-2550×10^-3mm²～-760×10^-3mm²的范围内，并且具有小于15％的纵向变化。

下表III～V给出了与现有技术的光纤预制件相比、通过本发明的方法制造的预制件的例子。

本发明的示例1-1、1-2和2的预制件用于在槽相对于外包层的折射率差Δn₃等于约-7×10^-3的情况下拉制满足建议G.652、G.657.A2和G.657.B2的标准的光纤。这些光纤还满足针对更深的槽的建议G.657.B 3，该槽相对于外包层的折射率差Δn₃等于约-10×10^-3。

本发明的示例3-1、3-2和3-3的预制件用于在槽相对于外包层的折射率差Δn₃等于约-5×10^-3的情况下拉制满足建议G.652、G.657.A2和G.657.B2的标准的光纤。这些光纤还满足针对更深的槽的建议G.657.B 3，该槽相对于外包层的折射率差Δn₃等于约-7×10^-3。

比较例1A和3A与在容量相对小的台上制造的具有等于约340mm²的沉积C SA的现有技术的预制件相对应。比较例2A与在容量相对大的台上制造的具有等于约550mm²的沉积C SA的现有技术的预制件相对应。比较例1B、2B和3B与推断在容量很大的台上制造的分别具有等于约800mm²、1300mm²和1100mm²的沉积C SA的现有技术的预制件相对应。比较例1B、2B和3B是假想的，并且表示在具有很大容量的台上应当能够实现的参数；这些假想例是通过根据比较例1A、2A和3A按比例放大外推而想出的。

本发明的示例1-1和1-2示出在利用较小容量的沉积台时可以实现与假想例1B相同的容量。以上同样应用于本发明的示例2与假想例2B的比较以及本发明的示例3-1、3-2和3-3相对于假想例3B。

示例1-1和1-2想要的分布相同。这两个例子之间的差异在于初级预制件的中间包层的组成。在示例1-1中，中间包层的构成如下：沉积部分的C SA等于145.9mm²(而在示例1-2中等于281.7mm²)，以及由第一棒的第一沉积管所构成的部分的C SA等于180.6mm²(而在示例1-2中为44.8mm²)。与示例1-1相比，示例1-2中较小的沉积管部分用于保证在从相应的预制件拉制出的光纤具有更好的衰减性能。在实践中，在示例1-1和1-2各自中，针对第一棒可以使用CSA等于180.6mm²的相同的沉积管。在示例1-2中对第一棒应用化学蚀刻，以减小第一沉积管的CSA。

类似地，示例3-1、3-2和3-3中想要的分布相同。在示例3-1中，通过化学蚀刻方法完全去除第一棒的第一沉积管，而在示例3-3中，完全由第一棒的第一沉积管构成中间包层，在示例3-2中，构成处于示例3-1和3-3之间的中间结构。在示例3-3中，如果希望保存符合建议G.652的衰减，则第一棒的管的纯度必须接近通过CVD沉积的玻璃的纯度。

在表III中，值2R_n分别表示中央纤芯的直径2R₁、中间包层的沉积部分的直径2R₂以及埋槽的直径2R₃；值D10表示预制件的第一棒的直径，并且值D20表示预制件的第二棒的直径；值D.总表示外包覆的预制件的总直径。

在表III中清楚可见，比较例的埋槽沉积在第一棒中，而本发明示例的埋槽沉积在第二棒中。从表III还可见，在比较例中，中间槽的外直径等于2R₂；而在本发明的示例中，中间槽的外直径等于D10。这通过图3中的虚线圆来表示；中间包层由具有外半径R₂的沉积部分加上具有直径D10的管的部分构成。

表III

在表IV中，值CSA_n分别表示中央纤芯的截面积CSA₁、所沉积的中间槽的截面积CSA₂以及埋槽的截面积CSA₃；值CSA_T10和CSA_T20分别表示用于形成第一棒的管的截面积和用于形成第二棒的管的截面积；并且值CSA₁₀和CSA₂₀分别表示预制件的第一棒的截面积和第二棒的截面积。

应当观察到，本发明的预制件的埋槽的内直径是D10、即第一棒的沉积管的外直径，而比较例的预制件的埋槽的内直径是2R₂、即中间槽的外直径。因而，对于与本发明的示例相对应的预制件，利用以下公式计算CSA₃∶C SA₃＝π×((2R₃)²-D 10²)/4(或CSA₃＝π×(R₃ ²-D10²/4))，而根据以下公式获得比较例的C SA₃：CSA₃＝π×((2R₃)²-(2R₂)²)/4(或CSA₃＝π×(R₃ ²-R₂ ²))。

表IV

如上所述，比较例1B、2B和3B是在容量很大的台上应当能够制造的预制件的假想例。特别地，比较例1B是需要沉积台具有800mm²的可沉积CSA(CSA₁+CSA₂+CSA₃＝798.23mm²)的预制件。同样，比较例2B是需要沉积台具有1300mm²量级的可沉积CSA的预制件，并且比较例3B是需要沉积台具有1100mm²量级的可沉积CSA的预制件。

在表IV中清楚可见，尽管本发明的预制件具有大容量，但能够在可沉积CSA_s远小于比较例1B、2B和3B所用的沉积台上制造。特别地，示例1-1针对第一棒需要具有220mm²量级(CSA₁+CSA₂＝213.83mm²)的可沉积CSA的沉积台，并且针对第二棒需要具有约400mm²(CSA₃＝403.8mm²)的可沉积C SA的沉积台。同样地，示例1-2针对第一棒需要具有350mm²量级(CSA₁+CSA₂＝349.63mm²)的可沉积CSA的沉积台，并且针对第二棒需要具有约400mm²(CSA₃＝403.8mm²)的可沉积C SA的沉积台。因而，与比较例1B相比，示例1-1和1-2使得能够利用具有小和中等容量的沉积台制造具有约150mm的总直径D.总的粗的预制件。

类似地，示例2针对第一棒需要具有340mm²量级(CSA₁+CSA₂＝337.83mm²)的可沉积CSA的沉积台，并且针对第二棒需要具有约670mm²(CSA₃＝672mm²)的可沉积CSA的沉积台。因而，与比较例2B相比，示例2使得能够利用具有中等容量的沉积台制造具有约190mm的总直径D.总的极粗的预制件。

同样，示例3-1针对第一棒需要具有430mm²量级的可沉积CSA的沉积台，并且针对第二棒需要具有670mm²量级的可沉积CSA的沉积台；示例3-2针对第一棒需要具有240mm²量级的可沉积CSA的沉积台，并且针对第二棒需要具有670mm²量级的可沉积CSA的沉积台；示例3-3针对第一棒需要具有80mm²量级的沉积台，并且针对第二棒需要具有670mm²量级的可沉积CSA的沉积台。因而，与比较例3B相比，示例3-1、3-2和3-3使得能够利用具有小和中等容量的沉积台制造具有约158mm的总直径D.总的粗的预制件。

在表V中，值CSA.沉积表示通过沉积所获得的区域的截面积，即值CSA₁、CSA₂和CSA₃加在一起。值CSA.管表示用于制造预制件的管所占据的区域的截面积，即值CSA_T10和CSA_T20加在一起。值CSA.外包覆表示为了获得待用于拉制的最终预制件而通过对第二棒进行外包覆所获得的区域的截面积。值CSA.总表示扩建后的预制件的截面积。表V还给出各示例的这些值与比较例相比的比。

表V

本发明的方法使得能够实现具有非常大尺寸的埋槽的预制件。特别地，埋槽的截面积CSA₃在300mm²～700mm²的范围内。此外，本发明的方法使得能够利用具有小和/或中等容量的沉积台制造大容量的预制件。特别地，即使最终预制件具有直径大于或等于140mm的大尺寸，在各个棒中的沉积区域的CSA(第一棒10中的CSA₁+CSA₂，以及第二棒20中的CSA₃)也小于700mm²。

因而，从通过本发明的方法制造的预制件拉制出光纤的光纤制造生产率提高了。在示例1-1中，相对于比较例1A，生产率增加了29％。与比较例1A的现有技术中预制件相比，示例1-1的预制件需要1.82倍的沉积，但表现出2.35倍以上的容量。因此，对于给定沉积量，与现有技术的预制件1A和1B相比，利用示例1-1的预制件可以拉制出多了29％的光纤。利用同样的推理，在示例1-2中，与比较例1A和1B相比，生产率增加了6％；在示例2中，与比较例2A和2B相比，生产率增加了28％。

在通过化学蚀刻完全去除第一棒的第一管的示例3-1中，由于沉积的比例与比较例中的相同，因而生产率没有增加。尽管如此，由于分开制造第一棒和第二棒，因而预制件的制造可以快得多。利用示例3-2和3-3，与比较例3A和3B相比，生产率分别增加了20％和47％。

因而，本发明的方法使得能够在不需要对设备进行显著调整的情况下制造具有非常大容量的预制件。此外，可以并行地制造第一棒和第二棒，从而增加了制造预制件的成品率。

以此方式获得的预制件使得能够拉制出长度更长的光纤，这种光纤尤其适于应用在FTTH或FTTC型的面向用户的光纤系统中，在该系统中，光纤由于光学单元的微型化或由于通过装订来紧固而受到严重的弯曲约束。

特别地，从本发明的预制件拉制出的光纤在色散、模场直径和截止波长方面满足建议G.652的标准。从本发明的预制件拉制出的光纤还在弯曲损耗方面满足建议G.657的标准。

本发明还使得能够制造具有大容量和极佳质量的管。具体地，本发明使得能够制造如下的玻璃制造的管，该管从外周到中心依次包括外包层和埋槽，其中，埋槽具有在-4×10^-3～-10×10^-3范围内的相对于外包层的折射率差以及在-2550×10^-3mm²～-760×10^-3mm²范围内的大的体积分。利用本发明的方法可以很好地控制槽的折射率和体积分。特别地，埋槽相对于外包层的折射率差在该管的全长上的纵向变化小于10％，并且埋槽的体积分在该管的全长上的纵向变化小于15％。

这种管可以用作通过化学气相沉积(CVD)制造初级预制件的起始管。一旦在这种管内进行了沉积，则对初级预制件进行扩建或者将套筒套在初级预制件上以产生最终的预制件，并且可以从最终的预制件拉制出光纤。

Claims (28)

1.一种光纤预制件制造方法，用于制造从中心到外周依次包括中央纤芯、中间包层、埋槽和外包层的光纤预制件，所述光纤预制件制造方法包括以下步骤：

通过在第一管中进行化学气相沉积即CVD来制备至少构成所述中央纤芯的第一棒(10)；

通过在第二管中进行化学气相沉积即CVD来制备至少构成所述埋槽的中空的第二棒(20)；以及

将所述第二棒作为套筒套在所述第一棒上。

2.根据权利要求1所述的光纤预制件制造方法，其特征在于，通过等离子辅助化学气相沉积即PCVD来制备所述第二棒。

3.根据权利要求1或2所述的光纤预制件制造方法，其特征在于，通过从改进的化学气相沉积即MCVD、炉辅助化学气相沉积即FCVD和等离子辅助化学气相沉积即PCVD中选择出的任一种技术来制备所述第一棒。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的光纤预制件制造方法，其特征在于，还包括以下步骤：在将所述第二棒作为套筒套上之前，拉伸所述第一棒。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的光纤预制件制造方法，其特征在于，还包括以下步骤：在将所述第二棒作为套筒套上之前，对所述第一管的至少一部分进行化学蚀刻。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的光纤预制件制造方法，其特征在于，还包括以下步骤：在所述第二棒的外部进行外包覆或者在所述第二棒上套上套筒，以达到大于或等于140mm的最终预制件直径。

7.根据权利要求6所述的光纤预制件制造方法，其特征在于，在所述第一棒和所述第二棒各自中的沉积区域的截面积小于700mm²。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的光纤预制件制造方法，其特征在于，对沉积所述埋槽所用的掺杂物的浓度进行控制，以使得所述埋槽相对于所述外包层的折射率差在-4×10^-3～-10×10^-3的范围内。

9.根据权利要求8所述的光纤预制件制造方法，其特征在于，所述掺杂物的浓度被控制为使得所述埋槽的折射率在所述第二棒的全长上的纵向变化小于10％。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的光纤预制件制造方法，其特征在于，沉积所述埋槽，直到所述埋槽的截面积在300mm²～700mm²的范围内。

11.根据权利要求10所述的光纤预制件制造方法，其特征在于，所述埋槽的截面积在所述第二棒的全长上的纵向变化小于10％。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的光纤预制件制造方法，其特征在于，在进行掺杂物浓度控制的情况下沉积所述埋槽，直到所述埋槽的体积分在-2550×10^-3mm²～-760×10^-3mm²的范围内。

13.根据权利要求12所述的光纤预制件制造方法，其特征在于，所述埋槽的体积分在所述第二棒的全长上的纵向变化小于15％。

14.根据权利要求1～13中任一项所述的光纤预制件制造方法，其特征在于，所述第一棒至少包括所述中央纤芯以及所述中间包层的至少一部分，并且所述第二棒至少包括所述埋槽。

15.一种光纤预制件，其从中心到外周依次包括中央纤芯、中间包层、埋槽和外包层，其中：

所述埋槽相对于所述外包层的折射率差在-4×10^-3～-10×10^-3的范围内，并且所述埋槽的折射率在所述光纤预制件的全长上的纵向变化小于10％；以及

所述埋槽的体积分在-2550×10^-3mm²～-760×10^-3mm²的范围内，并且所述埋槽的体积分在所述光纤预制件的全长上的纵向变化小于15％。

16.根据权利要求15所述的光纤预制件，其特征在于，所述埋槽的截面积在300mm²～700mm²的范围内。

17.根据权利要求16所述的光纤预制件，其特征在于，所述埋槽的截面积在所述光纤预制件的全长上的纵向变化小于10％。

18.根据权利要求15～17中任一项所述的光纤预制件，其特征在于，所述光纤预制件的直径大于或等于140mm。

19.根据权利要求15～18中任一项所述的光纤预制件，其特征在于，所述中央纤芯相对于所述外包层的折射率差在4×10^-3～6×10^-3的范围内。

20.根据权利要求15～19中任一项所述的光纤预制件，其特征在于，所述中央纤芯相对于所述中间包层的折射率差在4×10^-3～6×10^-3的范围内。

21.一种玻璃制造的管，所述管从外周到中心依次包括外包层和埋槽，其中：

所述埋槽相对于所述外包层的折射率差在-4×10^-3～-10×10^-3的范围内，并且所述埋槽的折射率在所述管的全长上的纵向变化小于10％；

所述埋槽的体积分在-2550×10^-3mm²～-760×10^-3mm²的范围内，并且所述埋槽的体积分在所述管的全长上的纵向变化小于15％；以及

所述管的内直径在16mm～35mm的范围内。

22.根据权利要求21所述的管，其特征在于，所述埋槽的截面积在300mm²～700mm²的范围内。

23.根据权利要求22所述的管，其特征在于，所述埋槽的截面积在所述管的全长上的纵向变化小于10％。

24.一种光纤制造方法，包括以下步骤：

根据权利要求1～14中任一项所述的光纤预制件制造方法制造预制件；以及

在拉丝塔中从所述预制件拉制出光纤。

25.一种光纤制造方法，包括以下步骤：

通过在根据权利要求21～23中任一项所述的管中进行化学气相沉积即CVD来制造初级预制件；

对所述初级预制件进行外包覆或者对所述初级预制件套上套筒，以获得最终的光纤预制件；以及

在拉丝塔中从所述光纤预制件拉制出光纤。

26.一种光纤，所述光纤是从根据权利要求15～20中任一项所述的光纤预制件拉制出的。

27.一种光学单元，其容纳根据权利要求26所述的光纤的至少一部分、或者通过权利要求24或25所述的光纤制造方法所制造出的光纤的至少一部分。

28.一种面向用户的光纤系统，其包括根据权利要求26所述的光纤的至少一部分、或者通过权利要求24或25所述的光纤制造方法所制造出的光纤的至少一部分。

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