CN109311727A - 宽带多模光纤的制造方法和用于其的纤芯预制件 - Google Patents

Abstract

制造多模光纤的方法，其包括：沉积多孔氧化锗掺杂的二氧化硅烟炱，以形成氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件；在多孔烟炱预制件上沉积多孔二氧化硅层；用氟掺杂剂对多孔烟炱预制件和多孔二氧化硅层进行掺杂，以形成共掺杂的烟炱预制件，所述共掺杂的烟炱预制件具有纤芯区域和氟掺杂的(任选地，凹陷)区域；对共掺杂的烟炱预制件进行固结，以形成经烧结玻璃共掺杂纤芯预制件，其在850nm测得的折射率α分布是1.9至2.2；在烧结玻璃共掺杂纤芯预制件上沉积包含二氧化硅的包覆，以形成多模光纤预制件；将光纤预制件拉制成多模光纤。考虑掺杂温度，优选至少1250℃，氟掺杂剂分压和烟炱预制件的径向厚度，调节氟掺杂参数。

Description

宽带多模光纤的制造方法和用于其的纤芯预制件

本申请根据35U.S.C.§119，要求2016年06月15日提交的美国临时申请系列第62/350,398号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

背景技术

本公开一般地涉及宽带多模光纤和纤芯的制造和制造方法，更具体地，涉及在各种加工条件下，制造用于各种尺寸的此类光纤的共掺杂的纤芯预制件的工艺。

光纤(包括多模光纤)预期用于数据中心和光纤家庭网络等应用，扩大的运行窗口以促进越来越大的波长范围内的数据传输。例如，具有分级折射率纤芯的多模光纤(MMF)设计被设计和预期用来在一定范围的波长上以峰值带宽或接近峰值带宽运行。这些新型光纤设计中的一些预期具有复杂的折射率分布，通常是具有不同浓度分布的两种或更多种掺杂剂。

发明内容

本公开的一个方面涉及制造用于多模光纤的共掺杂纤芯预制件的方法，其包括如下步骤：沉积包含氧化锗掺杂的二氧化硅的多孔烟炱，以形成氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件；在炉中，用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件进行掺杂，以形成共掺杂的烟炱预制件；以及对共掺杂的烟炱预制件进行固结，以形成烧结玻璃共掺杂纤芯预制件，其在850nm测得的折射率α分布是1.9至2.2。此外，用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的烟炱预制件进行掺杂的步骤的执行使得掺杂参数Φ是20至300(cm²·K^(1/2))/atm^(3/4)，其由如下给出：

式中，T_dop是掺杂温度，x是在掺杂步骤期间，炉中的氟掺杂剂的分压，E是掺杂步骤的活化能，R是通用气体常数，以及R_pre是氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件的厚度。

制造用于多模光纤的共掺杂纤芯预制件的方法的某些方面可以是以如下掺杂参数Φ进行，其设定在20至300，在一些实施方式中，设定在40至250，以及在其他实施方式中，设定在45至225(cm²·K^(1/2))/atm^(3/4)。

本公开的另一个方面涉及制造用于多模光纤的共掺杂纤芯预制件和凹陷的方法，其包括如下步骤：沉积包含二氧化硅的氧化锗掺杂的多孔烟炱，以形成氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件；在氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件上沉积多孔二氧化硅层；在炉中，用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件和多孔二氧化硅层进行掺杂，以形成共掺杂的烟炱预制件，所述共掺杂的烟炱预制件具有纤芯区域和氟掺杂的凹陷区域；以及对共掺杂的多孔烟炱预制件进行固结，以形成经烧结玻璃共掺杂纤芯预制件，其在850nm测得的折射率α分布是1.9至2.2。此外，用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的烟炱预制件和多孔二氧化硅层进行掺杂的步骤的执行使得掺杂参数Φ是20至300(cm²·K^(1/2))/atm^(3/4)，其由如下给出：

式中，T_dop是掺杂温度，x是在掺杂步骤期间，炉中的氟掺杂剂的分压，E是掺杂步骤的活化能，R是通用气体常数，以及R_pre是氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件的厚度。

制造用于多模光纤的共掺杂纤芯预制件和凹陷的方法的某些方面可以是以如下掺杂参数Φ进行，其设定在20至300(cm²·K^(1/2))/atm^(3/4)，在一些实施方式中，设定在40至250，以及在其他实施方式中，设定在45至225。

本公开的另一个方面涉及制造多模光纤的方法，其包括如下步骤：沉积包含氧化锗掺杂的二氧化硅的多孔烟炱，以形成氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件；在氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件上沉积多孔二氧化硅层；在炉中，用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件和多孔二氧化硅层进行掺杂，以形成共掺杂的烟炱预制件，所述共掺杂的烟炱预制件具有纤芯区域和氟掺杂的凹陷区域；对共掺杂的烟炱预制件进行固结，以形成经烧结玻璃共掺杂纤芯预制件，其在850nm测得的折射率α分布是1.9至2.2；在烧结玻璃共掺杂纤芯预制件上沉积包含二氧化硅的包覆，以形成多模光纤预制件；将光纤预制件拉制成多模光纤。此外，用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的烟炱预制件和多孔二氧化硅层进行掺杂的步骤的执行使得掺杂参数Φ是20至300(cm²·K^(1/2))/atm^(3/4)，其由如下给出：

式中，T_dop是掺杂温度，x是在掺杂步骤期间，炉中的氟掺杂剂的分压，E是掺杂步骤的活化能，R是通用气体常数，以及R_pre是氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件的径向厚度。

制造多模光纤的方法的某些方面可以是以如下掺杂参数Φ进行，其设定在20至300(cm²·K^(1/2))/atm^(3/4)，在一些实施方式中，设定在40至250，以及在其他实施方式中，设定在45至225。

前述方法的方面可以在包含氧化锗掺杂的二氧化硅的多孔烟炱的沉积步骤期间采用外部气相沉积(OVD)或气相轴向沉积(VAD)工艺来形成氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件和/或在氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件上沉积多孔二氧化硅层。

在一些方面中，前述方法可以包括如下额外步骤：在约1000℃至约1200℃，用脱水剂(例如，Cl₂气体)对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件进行处理。例如，处理步骤可以在约1000℃、1025℃、1050℃、1075℃、1100℃、1125℃、1150℃、1175℃、1200℃以及这些值之间的所有温度进行。在一些实施方式中，优选在固结步骤之前，进行用脱水剂对预制件进行处理的步骤。

在其他方面中，可以在约1250℃至约1350℃之间的掺杂温度，进行用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件进行掺杂的步骤。例如，可以在约1250℃、1260℃、1270℃、1280℃、1290℃、1300℃、1310℃、1320℃、1330℃、1340℃、1350℃以及这些值之间的所有温度进行氟掺杂剂掺杂的步骤。优选地，在由掺杂参数Φ控制的掺杂温度(T_dop)进行用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件进行掺杂的步骤。

在前述方法的另一个方面中，经烧结玻璃预制件具有氟掺杂的分布，其具有α参数α_氟，0.8≤α_氟≤2.4。在其他方面中，经烧结玻璃预制件还具有氧化锗掺杂的分布，其具有α参数α_氧化锗，使得0.8≤α_氧化锗,α氟≤2.4。在一些实施方式中，这两个α参数基本相等，或者相互在约±10％之内。在其他方面中，这两个α参数不等。在前述方法的其他方面中，进行用氟掺杂剂进行掺杂的步骤使得在共掺杂的纤芯预制件的中心线处的氟浓度基本为零，以及氟浓度随着共掺杂的纤芯预制件的半径到另一个半径根据α参数α_氟增加。

前述方法的某些方面可用于生产宽带多模光纤(MMF)，其特征在于，在0.4μm或更大的运行窗口上的均方根(RMS)脉冲展宽变化不超过±25％，所述运行窗口是在0.5μm至1.7μm的波长范围内。方法的其他方面可以生产宽带MMF，其特征在于，在约0.1μm或更大、0.15μm或更大、0.2μm或更大、0.25μm或更大、0.3μm或更大、0.35μm或更大、0.4μm或更大、0.45μm或更大、和甚至最高至0.5μm或更大的运行窗口上的RMS脉冲展宽变化不超过±25％。

在以下的详细描述中提出了本文的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。

应理解，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了一个或多个实施方式，并与文字描述一起用来解释各个实施方式的原理和操作。

附图说明

图1示意性显示多模光纤的横截面图。

图1A显示图1所示的多模光纤的示意性折射率分布。

图2A显示对于图1所示光纤的均方根(RMS)脉冲展宽与波长的函数关系，该光纤具有分级折射率纤芯，具有单一的氧化锗掺杂剂。

图2B显示对于具有各种掺杂水平的Ge和F共掺杂光纤的数种示例性实施方式的均方根(RMS)脉冲展宽与波长的函数关系。

图3A是对运行在850nm波长进行了优化的共掺杂多模光纤中的GeO₂和F浓度图。

图3B显示图3A所示光纤的均方根(RMS)脉冲展宽与波长的函数关系。

图4是根据本公开的一个方面，用于宽带多模光纤(加工的掺杂参数Φ＝222(cm²·K^(1/2))/atm^(3/4))的共掺杂纤芯预制件中的GeO₂和F浓度与纤芯预制件径向位置的函数关系图。

图5A是根据本公开的一个方面，用于宽带多模光纤(加工的掺杂参数Φ＝125(cm²·K^(1/2))/atm^(3/4))的共掺杂纤芯预制件中的GeO₂和F浓度与纤芯预制件径向位置的函数关系图。

图5B是根据本公开的一个方面，用于宽带多模光纤(加工的掺杂参数Φ＝50(cm²·K^(1/2))/atm^(3/4))的共掺杂纤芯预制件中的GeO₂和F浓度与纤芯预制件径向位置的函数关系图。

图6A是弯曲不敏感的宽带光纤的示意性折射率分布与光纤径向位置的函数关系，所述弯曲不敏感的宽带光纤具有可以根据本公开的方面加工的共掺杂纤芯和包覆中的凹陷。

图6B是根据本公开的方面加工的图6A所示的光纤的GeO₂和F浓度与光纤径向距离的函数关系图。

图7A是根据本公开的方面加工的制造的预制件的GeO₂和F浓度与径向距离的函数关系图。

图7B是根据本公开的方面加工的制造的预制件的相对折射率与标准化径向距离的函数关系图。

图7C是根据本公开的方面加工的制造的预制件的相对折射率与标准化径向距离的函数关系图。

具体实施方式

下面详细参考本文的优选实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。

“折射率分布”是折射率或相对折射率与波导光纤半径之间的关系。

术语“μm”和“微米”在本文中可互换使用。

“相对折射率百分比”由如下等式(1)所定义：

Δ％＝100×(n_i ²-n_c ²)/2n_i ² (1)

式中，n_c是未掺杂的二氧化硅的折射率，以及n_i是在光纤的特定区域中的点i处的平均折射率。

除非另有说明，否则，如本文进一步所用的相对折射率用Δ(和δ)表示，其数值以“％”为单位。术语Δ、％Δ、Δ％、Δ折射率、百分比折射率、百分比Δ折射率和％在本文可互换使用。在区域的折射率小于未掺杂的二氧化硅的折射率的情况下，相对折射率百分比是负的，并被称作具有凹陷区域或者凹陷折射率。在折射率大于未掺杂的二氧化硅的折射率的情况下，相对折射率百分比是正的。在本文中，“正掺杂剂”视为相对于纯的未掺杂二氧化硅倾向于提高折射率的掺杂剂。在本文中，“负掺杂剂”视为相对于纯的未掺杂二氧化硅倾向于降低折射率的掺杂剂。正掺杂剂的例子包括：GeO₂、Al₂O₃、P₂O₅、TiO₂、Cl和Br。此外，本文中的术语“氧化锗”、“Ge”和“GeO₂”可互换使用，并且指的是GeO₂。负掺杂剂的例子包括F和B。此外，术语“氟”和“F”可互换使用，表示源自氟掺杂剂前体(包括但不限于CF₄、SiF₄和C₂F₆)的氟掺杂剂。

此外，如本文所用，术语“坯体”、“预制件”和“光纤预制件”可互换使用，并且指的是包含经掺杂或者未经掺杂的二氧化硅的制品，其可以用于在光纤制造中制造光纤。术语“烟炱”指的是经掺杂或者未经掺杂的二氧化硅颗粒，具有约5nm至约5微米的直径。烟炱预制件可以包括表面积≥2m²/g的烟炱。在一些实施方式中，烟炱预制件包括表面积≥5m²/g的烟炱；在一些实施方式中，烟炱的表面积≥20m²/g；在一些实施方式中，烟炱的表面积≥50m²/g；在一些实施方式中，烟炱的表面积≥200m²/g；以及在一些实施方式中，烟炱的表面积≥2m²/g且≤50m²/g。烟炱预制件可以包括块体密度≥0.1g/cm²的烟炱；在一些实施方式中，烟炱的块体密度≥0.2g/cm²；在一些实施方式中，烟炱的块体密度≥0.5g/cm²；在一些实施方式中，烟炱的块体密度≥1g/cm²；以及在一些实施方式中，烟炱的块体密度≥0.2g/cm²且≤1g/cm²。

术语“α”或“α-分布”指的是相对折射率分布，表述为Δ(r)。Δ(r)的单位是“％”，其中，r是半径，并且其符合如下等式(2)：

式中，Δ_1最大值是光纤或光纤预制件中心的峰值折射率变化(即，纤芯Δ)，以及r₁是纤芯半径。除非另有说明，否则本文所记载的α是850nm处测得的折射率分布。α＝1对应于三角形相对折射率分布，α＝2描述了抛物线分布，以及α>12对应接近步阶式折射率分布(即，如本文所用的“步阶状折射率分布”)的分布。因此，α＝∞对应纯步阶折射率分布。此外，当纤芯被两种掺杂剂(掺杂剂1和掺杂剂2，例如氧化锗和氟)掺杂时，用来表征纤芯中的相对折射率分布的α参数(α)可以理解为：作为整体代表了两个α参数分量(α₁和α₂)。

在烟炱和/或玻璃预制件中，掺杂剂(例如，GeO₂、Al₂O₃、P₂O₅、TiO₂、F、Cl、和Br，在如下等式2A中统称为掺杂剂x)的径向浓度分布可以通过电子微探针根据本公开领域技术人员所理解的方法进行测量。可以从如下等式(2A)中的每种掺杂剂的浓度分布(单位是重量％)计算每种掺杂剂(例如，掺杂剂1、2、3....)的α。

式中，C_dx是每种掺杂剂x的浓度，C_dx最大值是纤芯中每种掺杂剂的最大浓度，r是半径，r₁是纤芯半径，以及α_掺杂剂x是每种掺杂剂x的α参数。

如本文所用，“均方根脉冲展宽”或“RMS脉冲展宽”指的是对于给定光纤，在给定波长、在对应于带宽的给定波长处或者远离对应于带宽的给定波长处的脉冲展宽程度(例如，单位是ns/km)。此外，均方根(RMS)脉冲展宽是多模(MMF)光纤中的RMS时间延迟的结果。更具体来说，由如下等式(3)和(4)得到RMS脉冲展宽σ：

σ²＝〈τ²>-〈τ>² (3)

式中，τ(m)是模式m的时间延迟，L是光纤长度，m₁是材料色散系数，n₁是光纤的纤芯中心处的折射率值，B是标准化传播常数，λ是波长，c是光在真空中的速度，以及<>表示取平均值操作(如下等式(4A)所示)。对于一组变量x₁、x₂......X_N，由如下等式(4A)得到x的平均值：

此外，如本文所用，“宏弯曲性能”、“弯曲性能”和“弯曲损耗”是涉及根据FOTP-62(JEC-60793-1-147)进行测量的术语，通过将测试光纤在10mm直径心轴上缠绕1圈，并采用环绕通量(EF)发射条件(本文也将其称作限制发射条件)测量由于弯曲导致的衰减增加。通过将过满的脉冲发射到2m长的50微米纤芯光纤的输入端来测量环绕通量，该光纤布置成在中点附近的25mm直径心轴上绕了1圈。将50微米纤芯光纤的输出端接合到在测光纤上，测得的弯曲损耗是在规定的弯曲条件下的衰减与没有发生弯曲时的衰减差异。

如本文所用，术语“带宽”是根据FOTP-204采用过满发射条件测得的。此外，如本文所用，“带宽”(BW)等于[1/(4·σ)]/1.34。术语“峰值带宽”指的是带宽为最大值时的波长(单位为nm)。

本公开的制造用于光纤的纤芯预制件和光纤的制造和加工方法作为整体旨在用于宽带多模光纤(MMF)。如本文所用，术语“宽带多模光纤”和“宽带MMF”可互换使用，并且表示在700-1300nm的波长范围之间的至少50nm的子窗口内的所有波长都具有至少1GHz-km带宽的多模光纤。在一些实施方式中，在800-1200nm的波长范围之间的至少100nm的子窗口内的所有波长，宽带MMF的带宽≥2GHz-km。在一些实施方式中，在800-1200nm的波长范围之间的至少100nm的子窗口内的所有波长，宽带MMF的带宽≥3GHz-km。在一些实施方式中，在800-1200nm的波长范围之间的至少100nm的子窗口内的所有波长，宽带MMF的带宽≥5GHz-km。在一些实施方式中，在800-1200nm的波长范围之间的至少200nm的子窗口内的所有波长，宽带MMF的带宽≥2GHz-km。在一些实施方式中，在800-1200nm的波长范围之间的至少200nm的子窗口内的所有波长，宽带MMF的带宽≥3GHz-km。在一些实施方式中，在800-1200nm的波长范围之间的至少200nm的子窗口内的所有波长，宽带MMF的带宽≥5GHz-km。

如本文所用，“共掺杂”指的是向光纤的纤芯区域(以及在一些情况下，凹槽和内包层)中引入两种或更多种掺杂剂。具有共掺杂的纤芯区域的光纤构造以及开发此类共掺杂的纤芯区域的方法产生可感知的纤芯区域的粘度下降、瑞利散射效应下降，最终产生光纤衰减的下降。本文的共掺杂方法可以导致接近二氧化硅的有效折射率；因此，可以在包层中采用典型掺杂水平，以实现与光纤的目标多模运行一致的波导行为。

有利的是，可以根据本公开的方法，通过在光纤的纤芯中共掺杂Ge和F来生产宽带高带宽MMF，确保所得到的MMF的特征在于低弯曲损耗。在MMF的纤芯区域中使用具有两种α参数的两种掺杂剂降低了优化运行窗口(即，波长范围)对于特定运行波长的敏感性，从而对使用具有更宽窗口或双窗口的MMF做出贡献。如下文所列出的，本公开的某些方面包括通过用氧化锗和氟这两者掺杂纤芯区域来制造纤芯预制件和MMF的可规模化制造方法。本公开的其他方面包括制造纤芯预制件和MMF的可规模化制造方法，其中，在固结之前，在单步骤中掺杂纤芯区域和凹陷。

如图1所示，多模光纤10包括基于二氧化硅的纤芯20和基于二氧化硅的包层(或包覆)200，其围绕纤芯且与纤芯直接相邻(即，发生接触)。光纤10可以具有0.15至0.25(优选0.185至0.215)的数值孔径NA。优选地，光纤10的带宽大于2GHz-km，其中，峰值带宽位于700nm和1300nm内的波长的中心处。

如图1A所示，多模光纤10的具有最大折射率Δ1_最大值的纤芯20从r＝0处的中心线延伸到最外纤芯半径R1(通常为20至30μm，在一些实施方式中，23.5至26.5μm)。包层200从半径R1延伸到最外包层半径R_最大值，并且具有折射率Δ4。在一些实施方式中，包层200具有内包层30，其具有相对折射率Δ2，外半径R2，和宽度W2＝R2-R1。在一些实施方式中，光纤10的包层200包括基于二氧化硅的区域50，其具有：相对折射率Δ3_最小值,最小半径R3，外半径R4，最大宽度W5＝R4-R2，和最小宽度W4＝R4-R3，其围绕着纤芯且折射率低于借助负掺杂剂进行掺杂的二氧化硅的折射率。基于二氧化硅的包层区域50(本公开中可互换地称作“凹陷50”和“凹槽50”)可以包含例如F和任选的GeO₂。在一些实施方式中，这种基于二氧化硅的包层区域50包括无规或非周期性分布的空穴(例如，填充了气体)。凹陷区域50包括的折射率低于(例如，在R4和R_最大值之间的)外包覆层60的折射率。在一些实施方式中，基于二氧化硅的区域50延伸穿过整个包层200。在其他实施方式中，外包覆层60围绕包层区域50。在一些实施方式中，光纤10的包层200包括基于二氧化硅的区域50，其围绕纤芯且具有折射率Δ3_最小值，其低于外包覆层60的相对折射率(Δ4)。在(图1A中未示出的)光纤10的一些实施方式中还包含围绕光纤10的第一和第二聚合物涂层。

在一些实施方式中，在纤芯20与基于二氧化硅的区域50之间还具有任选的基于二氧化硅的内包覆层30，其通常含有负掺杂剂。图1A显示多模光纤10的示例性示意相对折射率分布。在一些实施方式中，基于二氧化硅的区域50偏离纤芯20的宽度W2＝R2-R1，并且构造成使得区域50开始于r＝R2处和终止于r＝R3处，具有宽度W3＝R3-R2。在其他实施方式中，基于二氧化硅的区域50与纤芯20直接邻接，并且可以具有矩形或梯形横截面。

再次参见图1A，包层200从R₁延伸到最外包层半径R₄。在一些实施方式中，包层200包括Ge-F共掺杂的二氧化硅(例如，在内包覆层30中)。在一些实施方式中，包层200包括F掺杂的二氧化硅(例如，在凹陷区域50中)。例如，在一些实施方式中，凹陷区域50被基于二氧化硅的外包覆层60(例如，纯的二氧化硅外包覆层或者正掺杂的基于二氧化硅的外包覆层)围绕。在一些实施方式中，包层200被一层或多层涂层210围绕(参见图1)，例如被丙烯酸酯聚合物围绕。

在具有掺杂了氧化锗和氟的基于二氧化硅的纤芯的多模光纤10的方面中(参见图1和1A)，折射率分布可以通过等式(5)描述：

式中，Δ₁和Δ₂分别是由于掺杂剂1和2导致的(相对于纯二氧化硅的)相对折射率变化。注意到的是，对于光纤10的纤芯20(其用氟和氧化锗进行共掺杂)，两个α参数(α₁和α₂)可以表示为α_氧化锗和α_氟。对于最优化分布，α₁和α₂满足如下等式(6)中的条件：

式中，Δ＝Δ₁+Δ₂，以及n₀是中心r＝0处的折射率，和m₀是n₀处的材料色散。此外，我们引入两个参数x₁和x₂，来描述如下等式(7)和(8)中的相对折射率变化：

式中，

以及其中，n_a1和n_b1分别是光纤纤芯的中心中对应于掺杂剂1和2(例如，GeO₂和F)的折射率；n_a2和n_b2分别是光纤纤芯的边缘处对应于掺杂剂1和2的折射率；以及n_s是纯二氧化硅的折射率。此外，如等式(13)所示：

采用上述等式，可以用如下等式(14)和(15)描述光纤(例如，多模光纤10)中的掺杂剂浓度分布：

式中，C_a1和C_b1分别是光纤纤芯的中心处对应于掺杂剂1和2的掺杂剂浓度，C_a2和C_b2分别是光纤纤芯的边缘处对应于掺杂剂1和2的掺杂剂浓度，以及式中，x₁和x₂分别是第一和第二掺杂剂(例如，GeO₂和F)的参数，它们是描述了两种掺杂剂对于掺杂剂浓度径向分布的贡献的加权因子。对参数x₁和x₂的值进行选择，使得两种掺杂剂的浓度总是正的。此外，掺杂剂浓度可表述为以“摩尔％”为单位(本文与“摩尔百分比”可互换使用)，或者可以转化为“重量％”(本文与“重量百分比”可互换使用)。

参见图2A，显示比较例光纤(即，特征在于设计和相对折射率分布与图1和1A所示的光纤10一致)的作为波长函数的均方根(RMS)脉冲展宽，其包括分级折射率纤芯，据有+1％Δ，包括单一的氧化锗掺杂剂，对于0.85μm运行进行了优化。具体来说，图2A显示比较例光纤的作为波长函数的RMS脉冲展宽(ns/km)，并且证实了对于高于或低于0.85μm的波长，RMS脉冲展宽明显增加。例如，0.88μm处的脉冲宽度约为0.85μm处的脉冲宽度的两倍，这意味着在距离峰值带宽位置±0.03μm处的带宽减小到1/2。

如上文所述，可以在多模光纤10的纤芯20中采用两种掺杂剂(Ge和F)，以明显降低图2A所示的比较例光纤中所观察到的RMS脉冲展宽敏感度。对于具有Ge和F掺杂剂的共掺杂纤芯20的光纤10，采用上述等式(1)至(15)，可以通过改变x₁和x₂参数来计算各种光纤设计的RMS脉冲展宽。为了确定RMS脉冲展宽，用等式(5)至(15)描述的折射率分布解波导等式，得到每种模式m的标准化传播常数B。具体来说，采用等式(4)计算每种模式m的时间延迟τ(m)。一旦已知了每种模式的时间延迟，则可以采用等式(3)计算RMS脉冲展宽。通过改变参数x₁和x₂，可以获得Ge和F掺杂剂的不同掺杂分布。对于具有变化的x₁和x₂参数的氧化锗和氟共掺杂MMF光纤的数种示例性实施方式，建模脉冲展宽与波长的函数关系，其中，纤芯Δ保持恒定在+1％，纤芯20的中心处的GeO₂浓度(即，C_a1)假定为16.2重量％，以及纤芯边缘处的F浓度(即，R₁处的C_b2)保持恒定在2重量％。具体来说，x₁和x₂参数从-10变化到+10。基于该建模研究，通过调节分布设计(特别是在纤芯20中的复合非线性分布中添加F与GeO₂作为共掺杂剂)，可以明显地变宽共掺杂MMF的运行窗口。改变前述等式中给出的x₁和x₂参数同时保持纤芯中心处的GeO₂浓度(即，C_a1)和纤芯外半径处的F浓度(即，C_b2)恒定，可以得到其中的RMS脉冲展宽位于最小水平的两个波长，即两个RMS脉冲展宽最小值。

如图2B所示，可以改变纤芯中心线处的GeO₂浓度和纤芯外半径处的F浓度，从而使得第一RMS脉冲展宽最小值设定在约850nm。也就是说，图2B所示的每个RMS脉冲展宽图显示了光纤具有纤芯中心线处的GeO₂浓度与纤芯外半径处的F浓度的独特组合，同时在约850nm处具有一个RMS脉冲展宽最小值。此外，随着纤芯的外半径处的F浓度增加(即，C_b2)，第二最小值朝向第一最小值移动。当这两个最小值相互较为靠近时，最小值汇合，结果是变宽的运行波长，其中，RMS脉冲展宽在较大波长范围上保持较低。例如，图2B所示的条件(其中，纤芯中心线掺杂了约7.3重量％GeO₂(即，C_a1)和纤芯的外半径特征在于F浓度约2.0重量％(即，C_b2))导致了位于约850和1100nm处的两个RMS脉冲展宽最小值，从而导致尺寸约250nm的运行窗口，其中，RMS脉冲展宽相对恒定在最小值。

参见图3A，提供了对运行在850nm波长进行了优化的共掺杂多模光纤中的GeO₂和F浓度图。对于这种光纤设计，α₁和α₂(即，分别是α_氧化锗和α_氟)设定为2.0708。如图3B所示，这种光纤的均方根(RMS)脉冲展宽与波长的函数关系证实了优异的宽带性能。具体来说，在约800nm至约1025nm的范围内，这种光纤的RMS脉冲展宽相对恒定在约0.15ns/km。由此，这种光纤具有范围约为225nm的运行窗口(参见图3B)，相比于纤芯仅含有GeO₂掺杂剂的比较例光纤(参见图2A)，在相似RMS脉冲展宽是约为6倍的窗口。

前述等式和共掺杂光纤设计原理可用于展现出宽带多模光纤(MMF)的光纤设计(例如，如图1和1A所示的多模光纤10)，其特征在于，在0.4μm或更大的运行窗口上的均方根(RMS)脉冲展宽变化不超过±25％，所述运行窗口是在0.5μm至1.7μm的波长范围内。优选地，这些MMF的特征可以是如下一组RMS脉冲展宽最小值，其在约0.1μm或更大、0.15μm或更大、0.2μm或更大、0.25μm或更大、0.3μm或更大、0.35μm或更大、0.4μm或更大、0.45μm或更大、和甚至最高至0.5μm或更大的运行波长窗口上的变化不超过±25％。

在某些方面中，宽带共掺杂MMF(例如，图1和1A所示的多模光纤10)在850nm波长处具有大于4000MHz-km的带宽，以及在950nm波长处具有大于3000MHz-km的带宽。在一些实施方式中，MMF在850nm波长处具有大于4000MHz-km的带宽，以及在1050nm波长处具有大于3000MHz-km的带宽。

此外，这些共掺杂MMF(例如，图1和1A所示的多模光纤10)的一些方面对于15mm的芯轴直径展现出小于0.25dB/圈的弯曲损耗。这些共掺杂MMF的某些实施方式展现出例如小于0.24dB/圈、小于0.23dB/圈、小于0.22dB/圈、小于0.21dB/圈、小于0.20dB/圈、小于0.19dB/圈、小于0.18dB/圈、小于0.17dB/圈、小于0.16dB/圈、和小于0.15dB/圈的弯曲损耗。此外，这些共掺杂MMF的某些实施方式具有约0.185至约0.215的数值孔径NA。

根据本公开中的一些实施方式，这些宽带共掺杂MMF(例如，图1和1A所示的多模光纤10)的这两个α参数(α_氧化锗和α_氟)可以是1.8≤α_氧化锗,α_氟≤2.4。这两个α参数可以是基本相等，或者相互在约±10％之内。在其他实施方式中，这两个α参数可以不等，但是在约1.8至约2.4的范围内。

虽然图3A和3B所示的共掺杂多模光纤证实了优异的宽带性能，但是GeO₂和F浓度分布是复杂的不均匀分布，使得这种光纤以及与上文所述宽带原理一致的其他共掺杂多模光纤的加工是非常困难，特别是从光纤制造的观点来看。注意到的是，贯穿GeO₂掺杂的纤芯预制件的半径发生浓度变化的作为共掺杂剂的氟的受控添加，因各种竞争性的时间依赖性因素而复杂化，包括：贯穿预制件的氟扩散系数；氟掺杂剂前体与基于二氧化硅的纤芯预制件的反应速率；和纤芯预制件的烧结。此外，纤芯预制件尺寸在制造中是可变的(例如，为了在拉制过程期间产生各种长度的光纤)，这也对这些时间依赖性因素造成影响。净结果是，难以通过常规加工方法，以可重复的双掺杂剂浓度分布生产共掺杂的宽带多模光纤。由此，从这些预制件拉制的光纤在它们各自的纤芯中会具有明显不同的掺杂剂浓度分布，导致明显的RMS脉冲展宽差异。

更具体来说，获得的与光纤预制件固结过程中的氟掺杂相关的径向浓度分布的特性取决于烧结的相对速率、氟掺杂剂前体与预制件的气固反应、以及氟掺杂剂前体穿过预制件的扩散。等式(16)给出了这些过程中的每一种对于最终氟掺杂分布的相对贡献的具体模型：

式中，D是氟掺杂剂(例如，SiF₄)穿过多孔预制件的扩散系数，C是氟掺杂剂的气体摩尔浓度，ε是预制件坯体的孔隙度(其由于烧结而随时间发生变化)，t是时间，r是径向位置，和K_eq是局部热化学平衡常数。此外，然后可以计算每单位固体预制件体积的氟(F)摩尔数，采用如下等式(17)中的局部平衡假设：

S(r,t)＝K_eq[C(r,t)]^1/4 (17)

式中，S是玻璃中的氟(F)的摩尔浓度。如上等式(16)在所呈现的形式中是有指导性的，因为这有助于理解氟掺杂剂前体与基于二氧化硅的预制件的化学气固反应对于氟物质扩散通过多孔的基于二氧化硅的预制件的有效扩散系数的影响。作为这种化学反应的结果，有效扩散系数D_eff小于实际扩散系数D，具有由等式(16)右边第一项中的分母给出的因子，并由下面的等式(18)给出：

掺杂氟分布的非均匀性是无量纲掺杂参数ρ的函数，其是预制件烧结速率与有效扩散速率(由于氟掺杂剂与氧化锗掺杂的基于二氧化硅的预制件之间的反应，考虑了氟掺杂剂的消耗)之比，或者是有效扩散的特性时间(t_d)与烧结的特性时间(t_s)之比。无量纲掺杂参数ρ由如下等式(19)得到：

此外，允许由于氟掺杂剂气体/氧化锗掺杂的基于二氧化硅的预制件的化学反应的扩散物质的消耗的扩散特性时间(t_d)由如下等式(20)得到：

式中，R_pre是共掺杂了氟掺杂剂的氧化锗掺杂的二氧化硅预制件的厚度，以及D_eff是从上文等式(18)得到的有效扩散系数。正如相信的那样，预制件的烧结受到表面能驱动的粘性流烧结控制，烧结的特性时间(t_s)可以从如下等式(21)得到：

式中，d_p是颗粒直径，μ是氧化锗掺杂的二氧化硅颗粒粘度，以及σ是氧化锗掺杂的二氧化硅颗粒表面能(例如，是构成基于二氧化硅预制件的二氧化硅颗粒)。对于在完成预制件固结过程中或之前用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的基于二氧化硅的预制件进行掺杂的情况而言，由于等式(18)中的分母远大于1，等式(18)至(21)可以合并得到如下等式(22)：

作为平衡常数，K_eq建立起了等式(17)中的S(r,t)与C(r,t)之间的关系，等式(23)如下：

式中，A₁是指前常数(实验确定为等于100重量％/atm^0.25)，E_eq是活化能(实验确定为等于10800千卡/摩尔)，T是温度(单位是K)，R是通用气体常数，P是氟掺杂过程中的压力，ρ_g是基于二氧化硅的预制件的密度，MW_F是F是分子量，以及N_F是每分子前体掺杂剂的氟分子数量(例如，对于SiF₄和CF₄氟掺杂剂前体，N_F＝4)。类似地，氟掺杂的基于二氧化硅的预制件的粘度符合如下等式(24)给出的关系：

式中，E_μ和A都是掺杂到基于二氧化硅的预制件中的氟量的函数。采用该关系式，预期扩散通过氧化锗掺杂的基于二氧化硅的预制件的氟掺杂剂前体物质与温度的1/2幂成比例，掺杂剂前体的摩尔浓度与1/T成比例，以及将等式(23)和(24)代入等式(22)中，掺杂剂尺度参数Φ定义为与无量纲掺杂参数ρ成正比，并且符合等式(25)给出的关系：

式中，E(其中，E＝E_eq+E_μ)是氟掺杂剂前体和基于二氧化硅预制件反应的整体活化能(例如，在用氟对预制件进行掺杂的步骤期间)，以及x是在预制件的外表面处的(大气中)二氧化硅中的氟掺杂剂的分压。在分析和下文所揭示的本发明的实施例中，E/R是5750开尔文度(即，E_eq/R＝5435开尔文度；和E_μ/R＝50315开尔文度)。由此，可以使用掺杂参数Φ来表征共掺杂宽带MMF中的纤芯的具体所需的氟掺杂分布。对于具体的MMF的氟掺杂剂分布，一旦计算得到或者任意其他方式确定掺杂参数Φ，可以根据等式(25)来制备纤芯预制件。例如，可以将氟掺杂剂的特定分压(x)设定在尺寸为R_pre的氧化锗掺杂的基于二氧化硅的纤芯预制件的外半径，然后可以采用等式(25)得到合适的掺杂温度T_dop。随着纤芯预制件的尺寸变化，可以根据等式(25)和掺杂参数Φ来调节掺杂温度T_dop，以确保在预制件中建立起可重复的一致氟浓度分布。

通过采用上述原理，提供了制造用于宽带MMF(例如，图1和1A的多模光纤10)的共掺杂纤芯预制件的方法。根据一个方面，制造用于多模光纤的共掺杂纤芯预制件的方法包括如下步骤：沉积包含二氧化硅的多孔烟炱，以形成多孔烟炱预制件；以及用氧化锗掺杂剂对多孔烟炱预制件进行掺杂，以形成氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件。在一些方面中，前述步骤可以结合为单个步骤：沉积包含氧化锗掺杂的二氧化硅的多孔烟炱，以形成氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件。在某些实施方式中，可以用外部气相沉积(OVD)和气相轴向沉积(VAD)工艺来进行这些沉积和掺杂步骤。

该方法接着包括如下步骤：在炉中，用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件进行掺杂，以形成共掺杂的烟炱预制件。方法的另一个步骤包括：(例如，在高于约1450℃)对共掺杂的烟炱预制件进行固结，以形成经烧结玻璃共掺杂的纤芯预制件的折射率α分布是1.9至2.2(在850nm测得)。此外，用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的烟炱预制件进行掺杂的步骤的执行使得掺杂参数Φ是20至300(cm²·K^(1/2))/atm^(3/4)，其由如下给出：

式中，T_dop是掺杂温度，x是在掺杂步骤期间，炉中的氟掺杂剂的分压，E是掺杂步骤的活化能，R是通用气体常数，以及R_pre是氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件的厚度。如上文等式(25)的描述中所列出的，根据该方法，可以将掺杂参数Φ以及具体预制件尺寸(即，通过R_pre得到)和预制件的外半径处的氟掺杂剂的分压(x)用来设定掺杂温度T_dop。

在一些方面中，前述方法可以包括如下额外步骤：在约1000℃至约1200℃，用脱水剂(例如，Cl₂气体)对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件进行处理。例如，处理步骤可以在约1000℃、1025℃、1050℃、1075℃、1100℃、1125℃、1150℃、1175℃、1200℃以及这些值之间的所有温度进行。

在其他方面中，可以在约1250℃至约1350℃之间的掺杂温度，进行用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件进行掺杂的步骤。例如，可以在约1250℃、1260℃、1270℃、1280℃、1290℃、1300℃、1310℃、1320℃、1330℃、1340℃、1350℃以及这些值之间的所有温度进行氟掺杂剂掺杂的步骤。优选地，在由掺杂参数Φ控制的掺杂温度(T_dop)进行用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件进行掺杂的步骤。

此外，通过采用上述原理，提供了制造用于宽带MMF(例如，图1和1A的多模光纤10)的共掺杂纤芯预制件和凹陷的方法。根据一个方面，该方法涉及对纤芯和凹陷进行掺杂的单个步骤。由此，该方法包括如下步骤：沉积包含氧化锗掺杂的二氧化硅的多孔烟炱，以形成氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件；以及在氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件上沉积多孔二氧化硅层。前述方法的方面可以在沉积包含二氧化硅的多孔烟炱以形成多孔烟炱预制件、在用氧化锗掺杂剂掺杂多孔烟炱预制件和/或在在氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件上沉积多孔二氧化硅层的步骤期间采用外部气相沉积(OVD)或气相轴向沉积(VAD)工艺。

该方法接着包括如下步骤：在炉中，用氟掺杂剂掺杂氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件和多孔二氧化硅层，以形成具有纤芯区域和氟掺杂的凹陷区域的共掺杂的烟炱预制件；以及(例如在高于约1450℃)对共掺杂的烟炱预制件进行固结，以形成烧结玻璃共掺杂纤芯预制件，其具有850nm处测得的1.9至2.2的折射率α分布。此外，用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的烟炱预制件和多孔二氧化硅层进行掺杂的步骤的执行使得掺杂参数Φ是20至300(cm²·K^(1/2))/atm^(3/4)，其由如下给出：

式中，T_dop是掺杂温度，x是在掺杂步骤期间，炉中的氟掺杂剂的分压，E是掺杂步骤的活化能，R是通用气体常数，以及R_pre是氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件的厚度。如上文等式(25)的描述中所列出的，根据该方法，可以将掺杂参数Φ以及具体预制件尺寸(即，通过R_pre得到)和预制件的外半径处的氟掺杂剂的分压(x)用来设定掺杂温度T_dop。

实施例

以如下方式制造或建模烧结玻璃共掺杂纤芯预制件(即，掺杂了氧化锗和氟)。在16重量％氧化锗掺杂的二氧化硅的中心线处具有最大值的烟炱预制件(1％Δ折射率-二氧化硅)(其具有约2.1的α分布α_氧化锗)在包含3体积％Cl₂气体的氦气氛中在1000℃进行干燥；在含氟气氛(即，SiF₄气体+He气体)掺杂持续90分钟；以及通过如下方式烧结：在氦气氛中以2.5℃/分钟的加热速率将预制件加热到1475℃，从而产生表1A、1B、2A和2B所列的经烧结玻璃共掺杂预制件。表1B和2B中的渗透(a-r)/a列中的“a”和“r”项是如下情况，其中，a＝固结玻璃预制件的外半径，和r＝氟渗透的径向位置。此外，在表1B中，“平坦”氟分布形状表示在预制件内部其中心线处的氟浓度与预制件外侧上的氟浓度是相当的。在表2B中，“三角形”氟分布形状表示在预制件外侧的氟浓度明显高于预制件中心线处的氟浓度(其接近零)。还注意到的是，表1A和2A中的“内烟炱半径”对应于孔(作为去除饵棒的结果)。

表1A

表1B

表2A

表2B

对表1A和1B中的比较例1-6进行建模。对于表2A和2B，根据本公开制造实施例1-3，同样根据本公开对实施例4-27进行建模。在表1A和1B所示的比较例1-6中，这些样品的掺杂剂参数Φ小于5cm²K^1/2/atm^3/4，这对应于这样的情况：其中，氟掺杂剂的扩散速率远快于氟-氧化锗烟炱反应速率和共掺杂的氧化锗-氟烟炱的烧结。因此，比较例1-6中的掺杂氟分布是平坦的。具体来说，烧结的共掺杂预制件的中心处的氟浓度与烧结的共掺杂预制件的外侧上的氟浓度是相当或者其他方式相等的。

对于表2A和2B所列的实施例1-27，掺杂参数Φ是20cm²K^1/2/atm^3/4至300cm²K^1/2/atm^3/4。作为结果，氟掺杂分布由于扩散限制是有利的非均匀性的，在烧结共掺杂预制件的外侧氟浓度最高，以及在烧结共掺杂预制件的中心要小得多。对于Φ值＝222cm²K^1/2/atm^{3 /4}，在图4中显示了氟掺杂分布，其中，在预制件的外侧的氟浓度最大，并且氟仅能够渗透预制件的外侧55％达到约3200微米的径向位置(通过电子微探针方法测得)。对于Φ值＝125cm²K^1/2/atm^3/4，在图5A中显示了氟掺杂分布，其中，在预制件的外侧的氟浓度最大，并且氟仅能够渗透预制件的外侧61％达到约2900微米的径向位置(通过电子微探针方法测得)。对于Φ值＝50cm²K^1/2/atm^3/4，在图5B中显示了氟掺杂分布，其中，在预制件的外侧上的氟浓度最大，并且氟能够渗透穿过预制件，但是在径向位置为0微米的预制件的中心处的氟浓度几乎为零(通过电子微探针方法测得)。在表2A和2B所示的不同实施例中，通过设定具体Φ值，对于给定预制件尺寸和预制件密度，选择氟掺杂剂前体(例如，SiF₄)浓度(例如，氟掺杂剂的分压)和掺杂温度(T_dop)，从而在烧结预制件中获得目标掺杂氟分布形状以及在预制件的外侧上的最大氟浓度。

现参见图6A，弯曲不敏感的宽带光纤的示意性折射率分布与光纤径向位置的函数关系，所述弯曲不敏感的宽带光纤具有可以根据制造用于宽带MMF的共掺杂纤芯预制件和凹陷的前述方法加工的共掺杂纤芯和凹陷。具体来说，如图6B所示，提供了如图6A所示的光纤的GeO₂和F浓度与光纤径向距离的函数关系图。注意到的是，在单个步骤中进行将氟掺杂到基于二氧化硅的GeO₂掺杂预制件中的步骤，从而氟浓度从其位于凹陷的外边缘的最高点变化到位于纤芯预制件的中心线的约为零。

在另一个实施方式中，制造光纤预制件的方法如下。在沉积步骤中，在氧化铝饵棒上沉积烟炱密度为0.34g/cm³和具有抛物线氧化锗掺杂分布的1m5050g烟炱预制件。移除饵棒，并将烟炱预制件放入炉中。在1050℃，在包含氦气和2.5体积％氯(即，脱水剂)的气氛中处理烟炱预制件。然后，在1250℃，在包含氦和30体积％SiF₄的气氛中，对预制件进行掺杂，持续90分钟。采用(如本公开上文列出的)掺杂参数Φ(其中，掺杂参数Φ使得Φ＝50cm²K^{1 /2}/atm^3/4)来计算这些掺杂温度和时间条件。然后，将预制件加热到约1450至约1500℃的温度，从而将烟炱预制件完全烧结成不含空穴的经烧结玻璃预制件。通过电子微探针来表征烧结玻璃预制件的氧化锗和氟浓度分布，如图7A所示。测量共掺杂烧结玻璃预制件的相对折射率分布，如图7B所示。由此，共掺杂烧结玻璃预制件代表了纤芯-凹陷组件，其中，折射率高于纯二氧化硅的折射率的抛物线区域是纤芯区域，以及折射率小于纯二氧化硅的折射率的区域是凹陷区域。纤芯区域的纤芯α约为2。如图7C所示的是具有蚀刻中心线的纤芯-凹陷玻璃预制件的折射率分布(如下文所述)。

图7A-7C所示的烧结纤芯-凹陷组件玻璃预制件后续可以进行如下一个或多个步骤：1)在其中心线处进行蚀刻，以去除中心线分布误差；2)在预制件是热的时候，在其中心线处经受真空，从而闭合中心线孔；3)再拉制成坯棒(cane)；4)经受二氧化硅外包覆层沉积，从而形成光纤预制件；或者5)拉制成光纤。图7C所示的纤芯和凹陷可以外包覆二氧化硅并拉制成光纤，使得在光纤空间中(即，半径为62.5微米的光纤)，纤芯半径是25微米半径，最大纤芯折射率是0.93％，纤芯α约为2，凹陷区域的宽度是9.63微米、最小折射率是-0.5％和凹陷体积是169％·微米²。

本公开的另一个方面涉及制造多模光纤的方法(例如，图1和1A所示的多模光纤10)。基本上来说，该方法涉及：根据上述方法制造纤芯预制件或者纤芯预制件和凹陷，之后沉积包覆或者包覆的最终部分。具体来说，该方法包括如下步骤：沉积包含氧化锗掺杂的二氧化硅的多孔烟炱，以形成氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件；以及任选地，在氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件上沉积多孔二氧化硅层。该方法接着包括：在炉中，用氟掺杂剂掺杂氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件和多孔二氧化硅层，以形成具有纤芯区域和氟掺杂的凹陷区域的共掺杂的烟炱预制件；以及(例如在高于约1450℃)对共掺杂的烟炱预制件进行固结，以形成烧结玻璃共掺杂预制件，其具有850nm处测得的1.9至2.2的折射率α分布。此外，该方法包括在烧结玻璃共掺杂预制件上沉积包含二氧化硅的包层，以形成多模光纤预制件；将光纤预制件拉制成多模光纤。如上文所述，用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的烟炱预制件和多孔二氧化硅层进行掺杂的步骤的执行使得掺杂参数Φ是20至300，其由如下给出：

式中，T_dop是掺杂温度，x是在掺杂步骤期间，炉中的氟掺杂剂的分压，E是氟掺杂步骤的活化能，R是通用气体常数，以及R_pre是氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件的厚度。

应理解，前述描述仅是示例性的并且旨在提供权利要求书所限定的光纤的性质和特性的总体理解。包括的附图提供了对优选实施方式的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了各个特征和实施方式，并与其说明书一起用来解释原理和操作。本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求权利要求的精神和范围的情况下，对本文所述的优选实施方式进行各种修改和变动。

Claims (20)

1.一种制造用于多模光纤的共掺杂纤芯预制件的方法，其包括：

沉积包含氧化锗掺杂的二氧化硅的多孔烟炱，以形成氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件；

在炉中，用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件进行掺杂，以形成共掺杂的烟炱预制件；和

对共掺杂的烟炱预制件进行固结，以形成经烧结玻璃共掺杂的纤芯预制件，其折射率α分布是1.9至2.2，这是在850nm测得的，

其中，用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的烟炱预制件进行掺杂的步骤的执行使得掺杂参数Φ是20至300(cm²·K^(1/2))/atm^(3/4)，其由如下给出：

式中，T_dop是掺杂温度，x是在掺杂步骤期间，炉(气氛)中的氟掺杂剂的分压，E是氟掺杂步骤的活化能，R是通用气体常数，E/R＝55750开尔文度，以及R_pre是氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件的径向厚度。

2.如权利要求1所述的方法，其还包括：

在所述掺杂步骤之前，在约1000℃和约1200℃，用脱水剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件进行处理。

3.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，在约1250℃或更大的掺杂温度(T_dop)，进行用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件进行掺杂的步骤。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在大于1300℃的掺杂温度(T_dop)，进行用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件进行掺杂的步骤。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，通过外部气相沉积(OVD)或气相轴向沉积(VAD)工艺，进行沉积包含氧化锗掺杂的二氧化硅的多孔烟炱以形成氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件的步骤。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，经烧结玻璃预制件具有氟掺杂的分布，其具有α参数α_氟，在850nm处，0.8≤α_氟≤2.4。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，在烧结玻璃共掺杂纤芯预制件的中心线处的氟浓度基本为零；以及氟浓度随着共掺杂的纤芯预制件的半径到外半径增加。

8.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其还包括：

在所述掺杂步骤之前，在氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件上沉积多孔二氧化硅层；

其中，掺杂步骤包括：在炉中，用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件和多孔二氧化硅层进行掺杂，以形成具有纤芯区域和氟掺杂凹陷区域的共掺杂烟炱预制件，以及

其中，用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的烟炱预制件和多孔二氧化硅层进行掺杂的步骤的执行使得掺杂参数Φ是20至300(cm²·K^(1/2))/atm^(3/4)，其由如下给出：

式中，T_dop是掺杂温度，x是在掺杂步骤期间，炉(气氛)中的氟掺杂剂的分压，E是氟掺杂步骤的活化能，R是通用气体常数，E/R＝55750开尔文度，以及R_pre是氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件的径向厚度。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述凹陷区域包括共掺杂的氟和氧化锗。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在约1250℃或更大的掺杂温度(T_dop)，进行用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件和多孔二氧化硅层进行掺杂的步骤。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在大于1300℃的掺杂温度(T_dop)，进行用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件和多孔二氧化硅层进行掺杂的步骤。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，通过外部气相沉积(OVD)或气相轴向沉积(VAD)工艺，进行沉积包含氧化锗掺杂的二氧化硅的多孔烟炱以形成氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件的步骤和在氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件上沉积多孔二氧化硅层的步骤。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，沉积包含氧化锗掺杂的二氧化硅的多孔烟炱，以形成氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件的步骤和在氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件上沉积多孔二氧化硅层的步骤是在单个工艺步骤中进行的。

14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，经烧结玻璃预制件具有氟掺杂的分布，其具有α参数α_氟，在850nm处，0.8≤α_氟≤2.4。

15.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在烧结玻璃共掺杂纤芯预制件的中心线处的氟浓度基本为零；以及在共掺杂纤芯预制件中，氟浓度随着共掺杂的纤芯预制件的半径到凹陷的外半径增加。

16.如权利要求8所述的方法，其还包括：

在烧结玻璃共掺杂预制件上沉积包含二氧化硅的包层，以形成多模光纤预制件；和

将光纤预制件拉制成多模光纤。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在约1250℃或更大的掺杂温度(T_dop)，进行用氟掺杂剂对氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件和多孔二氧化硅层进行掺杂的步骤。

18.如权利要求16-17中任一项所述的方法，其特征在于，在单个工艺步骤中，通过外部气相沉积(OVD)或气相轴向沉积(VAD)工艺，进行沉积包含氧化锗掺杂的二氧化硅的多孔烟炱以形成氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件的步骤和在氧化锗掺杂的多孔烟炱预制件上沉积多孔二氧化硅层的步骤。

19.如权利要求16-18中任一项所述的方法，其特征在于，经烧结玻璃预制件具有氟掺杂的分布，其具有α参数α_氟，在850nm处，0.8≤α_氟≤2.4。

20.如权利要求16-19中任一项所述的方法，其特征在于，多模光纤表征为：在0.4μm或更大的运行窗口上的均方根(RMS)脉冲展宽变化不超过±25％，所述运行窗口是在0.5μm至1.7μm的波长范围内。