CN102621629A - 一种耦合器用980光纤及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耦合器用980光纤，由横截面为圆形的裸玻璃光纤以及包围在该裸玻璃光纤外周的横截面为圆环形的内涂层和外涂层构成，其特征是：所述裸玻璃光纤由一个横截面为圆形的芯层和依次包围在所述芯层外侧的横截面为圆环形的内包层和外包层组成；在芯层中掺杂有锗；在内包层中掺杂有氟、锗和磷；所述的外包层为纯SiO2；所述芯层的折射率高于内包层和外包层的折射率，且所述芯层相对与内包层的折射率差(Δ+)大于内包层相对于外包层的折射率差(Δ-)。本发明具有在光纤熔融拉锥时附加损耗小于0.15dB的优点。

Description

一种耦合器用980光纤及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种耦合器用980光纤，尤其涉及一种耦合器用980光纤及其生产方法的生产方法，属于光通信技术领域。
背景技术
近来，国内外使用980nm波段作为通讯窗口，其优点是，980nm是最常用的波段，其光源及相关器件相当成熟且价格便宜，使用该波段可有效降低光网络的成本。与1310nm和1550nm窗口相比，在980nm窗口光的损耗增大了，信号可传输的距离受到了限制，因此无法用于长距离甚至是中距离的传输，但却可以满足耦合器制作的要求；光纤耦合器是光网络和光传感系统中实现光信号分路和合路的重要器件。在光纤通信、光纤传感和光纤测量中有着重要的应用。自1982年Jensen报道关于非线性定向耦合器的理论以来，光纤耦合器有了很大的发展。光纤耦合器件的制作方法主要有腐蚀法、磨抛法及熔融拉锥法等。熔融拉锥方法相对于前两种方法具有损耗低、稳定性较好和适于批量生产等优点，是目前普遍采用的一种方法，其方法原理是：是将两根光纤或以上去除涂覆层的光纤以一定的方式靠拢，在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥体结构的特殊波导器件；当两根光纤融合时，输入光信号从一根光纤进入两根光纤；而目前用于生产光纤耦合器的光纤在进行熔融拉锥时容易发生附加损耗大于0.2dB。
发明内容
针对上述缺点，本发明的目的在于提供一种在光纤熔融拉锥时附加损耗小于0.15 dB的耦合器用980光纤。
为方便介绍本发明的内容，部分定义如下：
预制棒芯棒：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需进一步加工可形成光纤预制棒。
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。
光纤芯层：光纤中心部分，该部分是波导传输的主要载体。
光纤包层：位于纤芯的周围，该部分主要为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。
光纤涂层：位于光纤的最外层，保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。
折射率差Δn+：光纤芯层和内包层折射率的差值，如芯层折射率为n0，内包层折射率为n1，则芯层与内包层的折射率差Δn+=n0-n1。
折射率差Δn-：光纤内包层和外包层折射率的差值，如内包层折射率为n1，外包层的折射率为n2,则内包层与外包层的折射率差Δn-=n1- n2。
本发明的技术内容为：耦合器用980光纤，由横截面为圆形的裸玻璃光纤以及包围在该裸玻璃光纤外周的横截面为圆环形的内涂层和外涂层构成，其特征是：所述裸玻璃光纤由一个横截面为圆形的芯层和依次包围在所述芯层外侧的横截面为圆环形的内包层和外包层组成；在芯层中掺杂有锗(Ge)，在芯层中Si 和Ge 的摩尔百分比为分别为Si ：88～90，Ge ：10～12；在内包层中掺杂有氟(F)、锗(Ge)和磷(P)，在内包层中Si、F、Ge、P的摩尔百分比分别为：Si：84～88，F：2～3 ，Ge：5～7，P：5～6；所述的外包层为纯SiO2；所述芯层的折射率高于内包层和外包层的折射率，且所述芯层相对与内包层的折射率差(Δ+)大于内包层相对于外包层的折射率差(Δ-)；所述芯层相对与内包层的折射率差(Δ+)为0.01～0.013，内包层相对于外包层的折射率差(Δ-)为-0.005～0；所述芯层11的直径2a为4～4.5μm，内包层12的直径2b为16.5～18μm，外包层13的直径2c为124～126μm。
在光纤的内包层中掺杂磷，氟和锗的作用，是光纤在熔融拉锥时增加掺杂物的扩散速度，从而改变光纤折射率剖面结构，从而扩大模场直径的目的。
本发明的耦合器用980光纤的外径尺寸为230～260μm之间，截止波长在905～955nm之间；当工作波长在980nm时，衰减系数≤3dB/km，模场直径在4.7～5.0μm之间，工作波长在1550nm时，衰减系数≤1dB/km，模场直径在7～8μm之间，光纤的熔接损耗≤0.15dB。
本发明的目的在于提供上述耦合器用980光纤的生产方法。
本发明采用MCVD（改良的化学气象沉积法）结合OVD(管外气相沉积法)，MCVD用来制造光纤预制棒的芯棒，OVD制造光纤预制棒的外包层。
一种耦合器用980光纤的生产方法，其包括以气相沉积法(MCVD)来制造光纤预制棒的芯棒，再由外部气相沉积(OVD)制造包围在芯棒外周的外包层从而得到光纤预制棒，再将得到的光纤预制棒在拉丝塔上进行拉丝制成裸玻璃光纤，该裸玻璃光纤经过两次紫外光固化树脂涂覆形成内涂层和外涂层后即为成品；其特征是：
在气相沉积法(MCVD)来制造光纤预制棒的芯棒的过程中：当在基管的内壁先沉积内包层时，通过在喷灯的SiCl4原料中摻杂SF6、GeCl4、POCl3，使内包层中Si、F、Ge、P的摩尔百分比分别为：Si：84～88，F：2～3 ：Ge：5～7，P：5～6；在沉积芯层时，通过在喷灯的SiCl4原料中摻杂GeCl4、使芯层中Si 和Ge 的摩尔百分比为分别为Si ：88～90，Ge ：10～12。
在上述耦合器用980光纤的生产方法中外部气相沉积(OVD)为，先将芯棒进行清洁，OVD工艺是目前生产光纤预制棒的主要方法之一， OVD工艺中SiO2的获得是利用火焰水解法，即使用一只或多只燃烧器对着芯棒燃烧，使SiCl4，GeCl4等蒸汽水解，形成SiO2，GeO2等烟灰颗粒后沉积在芯棒上，此沉积层为多孔结构，此沉积层为多孔结构，随后第二层、第三层…..，之后，将这种疏松结构的预制棒慢慢地放入烧结炉中，烧结后的成品为光纤预制棒。
本发明所具有的优点是：本发明通过调整芯棒内包沉积过程中硅、氟、锗和磷这四种元素之间的摩尔百分比比例，从而使生产的光纤的性能达到优化，降低光纤熔融拉锥过程中的附加损耗，本发明还适用于熔融拉锥技术生产的各种波段（C波段和L波段）的耦合器和分路器，可应用于EDFA用泵浦/信号波分复用器，CATV光纤耦合器，Tap coupler抽头耦合器，超小封装光纤器件，双向合波器和分波器，低损耗耦合器/超短型和混合型耦合器。
附图说明
图1为发明的结构示意图。
图2为本发明中裸玻璃光纤的结构示意图。
图3为本发明中裸玻璃光纤的折射率剖面结构示意图。
具体实施例
如图1、图2和图3所示，耦合器用980光纤，由横截面为圆形的裸玻璃光纤1以及包围在该裸玻璃光纤外周的横截面为圆环形的内涂层2和外涂层3构成，其特征是：所述裸玻璃光纤1由一个横截面为圆形的芯层11和依次包围在所述芯层外侧的横截面为圆环形的内包层12和外包层13组成；在芯层11中掺杂有锗(Ge)，在芯层中Si 和Ge 的摩尔百分比为分别为Si ：88～90，Ge ：10～12；在内包层12中掺杂有氟(F)、锗(Ge)和磷(P)，在内包层中Si、F、Ge、P的摩尔百分比分别为：Si：84～88，F：2～3 ，Ge：5～7，P：5～6；所述的外包层13为纯SiO2；所述芯层11的折射率高于内包层12和外包层13的折射率，且所述芯层11相对与内包层12的折射率差(Δ+)大于内包层12相对于外包层13的折射率差(Δ-)；所述芯层11相对与内包层12的折射率差(Δ+)为0.01～0.013，内包层12相对于外包层13的折射率差(Δ-)为-0.005～0；所述芯层11的直径2a为4～4.5μm，内包层12的直径2b为16.5～18μm，外包层13的直径2c为124～126μm。
例1：选用横截面环形面积CSA为270mm2的基管，在基管的内壁先沉积内包层，通过在喷灯的SiCl4原料中摻杂SF6、GeCl4、POCl3，使内包层中Si、F、Ge、P的摩尔百分比分别为：Si：85，F：2.5 ：Ge：6.5，P：6；内包层的沉积厚度4.21mm；再沉积芯层制得光纤预制棒的芯棒，在沉积芯层时，通过在喷灯的SiCl4原料中摻杂GeCl4、使芯层中Si 和Ge 的摩尔百分比为分别为Si ：89，Ge ：11；芯层的沉积厚度1.28mm；然后塌缩成一根直径为20.4mm的芯棒；再由外部气相沉积(OVD)制造包围在芯棒外周的外包层从而得到光纤预制棒，外包层的沉积厚度 29.75mm ；再将得到的直径为79.5mm光纤预制棒在拉丝塔上进行拉丝制成裸玻璃光纤，裸玻璃光纤芯层的直径2a为4.24μm，内包层的直径2b为17.61μm，外包层的直径2c为124μm；该裸玻璃光纤经过两次紫外光固化树脂涂覆形成内涂层和外涂层后即为成品耦合器用980光纤，外径尺寸为245μm；内涂层和外涂层的涂覆厚度分别为 35μm和25μm；该成品耦合器用980光纤的芯层11相对与内包层12的折射率差(Δ+)为0.0108，内包层12相对于外包层12的折射率差(Δ-)为-0.0001；经测试：截止波长为934.5nm，模场直径在工作波长980nm下为4.82μm,在工作波长1550nm下为7.42μm,熔融拉锥时附加损耗值为0.12dB。
例2：选用横截面环形面积CSA为273mm2的基管，在基管的内壁先沉积内包层，通过在喷灯的SiCl4原料中摻杂SF6、GeCl4、POCl3，使内包层中Si、F、Ge、P的摩尔百分比分别为：Si：86.5，F：2.5 ：Ge：5.5，P：5.5；内包层的沉积厚度4.25mm；再沉积芯层制得光纤预制棒的芯棒，在沉积芯层时，通过在喷灯的SiCl4原料中摻杂GeCl4、使芯层中Si 和Ge 的摩尔百分比为分别为Si ：88，Ge ：12；芯层的沉积厚度1.23mm；然后塌缩成一根直径为20.8mm的芯棒；再由外部气相沉积(OVD)制造包围在芯棒外周的外包层从而得到光纤预制棒，外包层的沉积厚度29.54mm；再将得到的光纤预制棒在拉丝塔上进行拉丝制成裸玻璃光纤，裸玻璃光纤芯层11的直径2a为4.25μm，内包层12的直径2b为17.73μm，外包层13的直径2c为126μm；该裸玻璃光纤经过两次紫外光固化树脂涂覆形成内涂层和外涂层后即为成品耦合器用980光纤，外径尺寸为247μm；内涂层和外涂层的涂覆厚度分别为35μm和25μm；该成品耦合器用980光纤的芯层11相对与内包层12的折射率差(Δ+)为0.0102，内包层12相对于外包层12的折射率差(Δ-)为-0.0003；经测试：截止波长为946.8nm，模场直径在工作波长980nm下为4.83μm,在工作波长1550nm下为7.34μm,熔融拉锥时附加损耗值为0.09dB。
例3：选用横截面环形面积CSA为272mm2的基管，在基管的内壁先沉积内包层，通过在喷灯的SiCl4原料中摻杂SF6、GeCl4、POCl3，使内包层中Si、F、Ge、P的摩尔百分比分别为：Si：87，F：2.7：Ge：5.3，P：5.0；内包层的沉积厚度4.32mm；再沉积芯层制得光纤预制棒的芯棒，在沉积芯层时，通过在喷灯的SiCl4原料中摻杂GeCl4、使芯层中Si 和Ge 的摩尔百分比为分别为Si ：88，Ge ：12；芯层的沉积厚度1.3mm；然后塌缩成一根直径为20.6mm的芯棒；再由外部气相沉积(OVD)制造包围在芯棒外周的外包层从而得到光纤预制棒，外包层的沉积厚度30.12mm；再将得到的光纤预制棒在拉丝塔上进行拉丝制成裸玻璃光纤，裸玻璃光纤芯层11的厚度2a为4.23μm，内包层12的厚度2b为17.7μm，外包层13的厚度2c为124.5μm；该裸玻璃光纤经过两次紫外光固化树脂涂覆形成内涂层和外涂层后即为成品耦合器用980光纤，外径尺寸为247μm；内涂层和外涂层的涂覆厚度分别为35μm和25μm；该成品耦合器用980光纤的芯层11相对与内包层12的折射率差(Δ+)为0.0105，内包层12相对于外包层12的折射率差(Δ-)为-0.0004；经测试：截止波长为900nm，模场直径在工作波长980nm下为4.85μm,在工作波长1550nm下为7.4μm,熔融拉锥时附加损耗值为0.11dB。

Claims (3)

1.一种耦合器用980光纤，由横截面为圆形的裸玻璃光纤(1)以及包围在该裸玻璃光纤外周的横截面为圆环形的内涂层(2)和外涂层(3)构成，其特征是：所述裸玻璃光纤(1)由一个横截面为圆形的芯层(11)和依次包围在所述芯层外侧的横截面为圆环形的内包层(12)和外包层(13)组成；在芯层(11)中掺杂有锗，在芯层中Si 和Ge 的摩尔百分比为分别为Si ：88～90，Ge ：10～12；在内包层12中掺杂有氟、锗和磷，在内包层中Si、F、Ge、P的摩尔百分比分别为：Si：84～88，F：2～3 ，Ge：5～7，P：5～6；所述的外包层(13)为纯SiO2；所述芯层(11)的折射率高于内包层(12)和外包层(13)的折射率，且所述芯层(11)相对与内包层(12)的折射率差(Δ+)大于内包层(12)相对于外包层(13)的折射率差(Δ-)；所述芯层(11)相对与内包层(12)的折射率差(Δ+)为0.01～0.013，内包层(12)相对于外包层(13)的折射率差(Δ-)为-0.005～0；所述芯层(11)的直径(2a)为4～4.5μm，内包层(12)的直径(2b)为16.5～18μm，外包层(13)的直径(2c)为124～126μm。
2.根据权利要求1所述的一种耦合器用980光纤，其特征是外径尺寸为230～260μm，截止波长在905～955nm；当工作波长在980nm时，衰减系数≤3dB/km，模场直径在4.7～5.0μm，工作波长在1550nm时，衰减系数≤1dB/km，模场直径在7～8μm，光纤的熔接损耗≤0.15dB。
3.根据权利要求1所述的一种耦合器用980光纤的生产方法，其包括以气相沉积法(MCVD)来制造光纤预制棒的芯棒，再由外部气相沉积(OVD)制造包围在芯棒外周的外包层从而得到光纤预制棒，再将得到的光纤预制棒在拉丝塔上进行拉丝制成裸玻璃光纤，该裸玻璃光纤经过两次紫外光固化树脂涂覆形成内涂层和外涂层后即为成品；其特征是：
在气相沉积法(MCVD)来制造光纤预制棒的芯棒的过程中：当在基管的内壁先沉积内包层时，通过在喷灯的SiCl4原料中摻杂SF6、GeCl4、POCl3，使内包层中Si、F、Ge、P的摩尔百分比分别为：Si：84～88，F：2～3 ：Ge：5～7，P：5～6；在沉积芯层时，通过在喷灯的SiCl4原料中摻杂GeCl4、使芯层中Si 和Ge 的摩尔百分比为分别为Si ：88～90，Ge ：10～12。
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