CN1232462C - 制造适合于高传输速率的光纤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适合于高传输速率的光纤制造方法，该方法包括以下步骤：i)将一种或数种玻璃形成前驱体，以及可能还有一种掺杂剂，提供到石英衬底管中；ii)在石英衬底管内形成等离子体，以在反应混合物内引起反应，从而在衬底管内部形成多个玻璃层，玻璃层可以是掺杂的，也可以不掺杂的；iii)将第步骤ii)中得到的衬底管在加热的同时熔缩成一个预制件；iv)在加热的同时将预制件拉成光纤。本发明还涉及适于高传输速率的光纤。

Description

制造适合于高传输速率的光纤的方法
本发明涉及一种制造适合于高传输速率的光纤的方法，该方法包括以下各步骤：
i)将一种或数种玻璃形成前驱体，以及可能还有一种掺杂剂，加入石英衬底管中；
ii)在石英衬底管内形成等离子体，以在反应混合物内引起反应，从而在衬底管内部形成多个玻璃层，玻璃层可以是掺杂的，也可以是不掺杂的；
iii)将步骤ii)中得到的衬底管在加热的同时熔缩成一个预制件；
iv)一面加热一面把预制件拉成光纤。
本发明还涉及一种适用于高传输速率的光纤。
这种方法本身可以从授权给本发明申请人的美国专利4,793,843和5,186,648中知晓。根据这些文件可以知道，在各层中部分掺杂剂在加热中将石英衬底管熔缩时会蒸发。这种蒸发将导致最终光纤中折射率分布的不连续，它对光纤的带宽有不利的影响。
通信工业今后的发展包括在更长的距离内以更高的比特率(比特/秒)传输信息。目前的数据网络采用较低的比特率。因此，在这些应用中迄今为止最普遍的光源是发光二极管(LED)。由于要求数据传输速率比LED的调制能力更高，将采用激光源来代替LED。这种改变本身出现在能以千兆位以太网标准(IEEE802.3z.1998)所确定的传输速率和更高传输速率提供信息的系统的应用中得到证明。千兆位以太网标准对应于1.25千兆位/秒的传输速率。
当前用于通信系统中的多模光纤主要是为采用LED光源而设计的。此外，对于采用激光源的应用来说这类多模光纤还没有被优化，这些激光源已出现于按等于或高于千兆位以太网的速率传输信息而设计的系统中。换句话说，激光源提出了与LED源不同的对多模光纤的品质和结构的要求。尤其是多模光纤的中心的折射率分布最为重要，它特别要求具有精确的抛物线分布，以防止信息传输速率的下降。因此，光纤截面中心的微小偏差可能造成明显的输出信号扰动，这种该扰动对系统的性能有重要影响。这种影响本身可以很小的带宽或很强的抖动或者两者的形式得到证明。
在这类光纤中发生数据传输的波长分别为850nm波段(这里定义为770nm至920nm)和1300nm波段(这里定义为1260nm至1360nm)。
因此，本发明的目的是提供一种制造光纤的方法，该光纤适用于能以1千兆位/秒或更高的速率传输数据的多模传输系统。这类多模传输系统包括一激光源和一多模光纤，激光源以至少1.25千兆位/秒的速率传输信息，多模光纤被激光源照射。
本发明的目的是进一步提供一种多模光纤，它适合于用1300nm波段的千兆位以太网在1000m以上的距离传输信息。
本发明的目的是进一步提供一种多模光纤，它适合于用1300nm波段的千兆位以太网在1000m以上的距离传输信息，以及用850nm波段的千兆位以太网在550m以上的距离传输信息
本发明的目的是进一步提供一种多模光纤，它适合于在850nm波段内以至少10千兆位/秒的速率在300m以上的距离传输信息。
本发明的目的是进一步提供一种多模光纤，它适合于在850nm波段内以至少10千兆位/秒的速率在300m以上的距离传输信息，其中光纤具有500Mhz·km以上的OFL带宽。
本发明的另一个目的是提供一种制造光纤的方法，所述光纤可与高速率激光源和LED源完全兼容使用。
根据本发明，在上述引言中所述的方法的特征在于，各玻璃层(可经掺杂或未经掺杂)是按这样一种方式淀积在衬底管的内部，使得各单个层是在步骤iii)和iv)后淀积在距最后拉出的光纤中心直径至多为10μm的区域内，其中至少有一个所述单个层具有最大2μm2的截面面积，其中最后拉出的光纤的折射率值沿其中心方向增加。
采用这样一种方法，可以使光纤芯具有明确界定的分层结构，从而在最终的光纤中获得精确界定的折射率分布，其中通过光纤的光脉冲只展宽较小的程度，故光纤具有很高的传输能力。
特别希望分别淀积在距光纤中心直径至多为10μm的区域内的各层具有彼此不同的折射率值。
每一层的折射率值可通过在玻璃形成前驱体的反应混合物中加入掺杂剂而改变，所述掺杂剂的折射率值比玻璃形成前驱体要高。举例来说，通过改变提供到石英衬底管的气体混合物的成份就能产生这种影响。层的厚度可通过改变等离子体经过衬底管的气体速度和等离子体本身的容量而改变。
特别希望这样一种方法将经掺杂或未经掺杂的玻璃层淀积在衬底管的内部，使得各单个层淀积在距最终拉出的光纤中心直径至多为10μm的区域内，其中每个单层最大有1μm2的截面面积，其中最终拉出的光纤的折射率值沿其中心方向增加。
本发明还涉及一种光纤，该光纤的特征在于它适合于以1300nm范围内的波长以至少1千兆位/秒的速率在1000m以上的距离进行数据传输，其中各单个层被淀积在距其中心直径至多为10μm的区域内，其中至少一个所述单个层具有至多2μm2(尤其是至多1μm2)的截面面积，且最终拉出的光纤的折射率值沿其中心方向增加。
本发明还涉及一种多模光纤，该光纤的特征在于它适合于在1300nm波段内以至少1千兆位/秒的速率在550m以上的距离传输，且适合于在850nm波段内以至少1千兆位/秒的速率在550m以上的距离数据信息，其中各单个层被淀积在最终拉出的光纤中心直径最多为10μm的区域内，其中至少有一个单个层具有至多2μm2(尤其是至多1μm2)的截面面积，其中最终拉出的光纤内的折射率值沿其中心方向增加。
本发明还提供一种多模光纤，它适合于在850nm波段内以至少10千兆位/秒的速率在300m以上的距离传输信息，其中各单个层被淀积在距最终拉出的光纤中心直径最多为10μm的区域内，其中至少有一个单个层具有至多2μm2(尤其是至多1μm2)的截面面积，其中最终拉出的光纤内的折射率值沿其中心方向增加。
本发明的特征还在于，多模光纤适合于在850nm波段内以至少10千兆位/秒的速率在300m以上的距离传输信息，其中所述光纤在1300nm具有500Mhz·km以上的OFL(“过满注入”即Over  FilledLaunch)”，用LED照射时的测量带宽)带宽，其中各单个层是淀积在距最终拉出的光纤中心直径最多为10μm的区域内，其中至少有一个所述单个层具有至多2μm2(尤其是至多1μm2)的截面面积，其中最终拉出的光纤内的折射率值沿其中心方向增加。
下面将通过实例对本发明作更详细的说明，但应指出，用于各例子的条件只不过是以示例方式说明的而不应解释为一种限制。所谓“包层直径”包括光纤的总直径，不包括可能存在的可以被剥离的外覆层。
实例
对照例一
一种多模光纤采用如步骤i)-iv)所述的PCVD技术制造。在步骤i)中，具有几乎相同体积的960个芯层被淀积在衬底管内，通过改变提供到衬底管内的玻璃形成前驱体SiCl4和GeCl4的比例，每一层的折射率比上一层有所增加。应把折射率的分布控制得使最终的光纤能适用于当前常用的850nm和1300nm的两个波段。将按步骤iii)熔缩后得到的预制件拉制成光纤，其芯直径为62.5μm，包层直径为125μm。这样得到的光纤的各层将具有3.2μm2的截面面积。
该光纤已采用了850nm的激光以1.25千兆位/秒的传输速率进行传输测试。该光纤的最大传输距离为350m，这个值太低，无法满足当前的要求。
例一
采用与对照例一同样的步骤制造一个光纤，所不同的是将2750个芯层淀积成具有62.5μm芯直径的光纤。这样得到的光纤中每一层具有1.1μm2的截面面积。对该光纤所作的传输测试在850nm激光和1.25千兆位/秒下获得了最大为600m的传输距离。
对照例二
光纤是通过完成例一的各步骤制成的，但其折射率分布是这样来控制的，使得光纤最适合于用在850nm波段。对其每个单层具有3.2μm2截面面积的光纤进行10千兆位/秒的传输测试。在该比特率下通过所述光纤的最大传输距离达到250m，该不能满足当前对传输距离的要求。
例二
光纤是通过完成例一的各步骤制成的，该光纤中各单层具有1.1μm2的截面面积，能以10千兆位/秒的速率将信号传输最大350m的距离。
例三
通过如步骤i)-iv)所描述的PCVD技术制成一些具有50μm芯直径的多模光纤。在步骤i)中，具有几乎相同体积的±1600个芯层被淀积在衬底管内，通过改变供应到衬底管的玻璃形成前驱体SiCl4和GeCl4的比例，每一层的折射率比上一层增大。对各种折射率分布进行控制，从而获得在850nm波段和1300nm波段的最佳性能。在该光纤中淀积的层各具有1.2μm2的截面面积。
这些光纤在两个传输波段以1.25千兆位/秒的传输速率经过传输测试，结果如下表。从表可看出，所有的测量值都满足当前对传输距离的要求。
  传输波段   光纤数   最大传输距离的最低值   最大传输距离的平均值
  850nm   12   960m   1010m
  1300nm   15   2020m   2140m
例四
通过如步骤i)-iv)描述的PCVD技术制造一种多模光纤。在步骤i)中，首先将具有较大体积的550个芯层淀积在衬底管内，然后再淀积具有较小体积的120个芯层，通过改变供应到衬底管的玻璃形成前驱体SiCl4和GeCl4的比例，使每一层的折射率比上一层增大。对折射率分布进行控制，从而使最终的光纤适合于用在850nm波段和1300nm波段。把按步骤iii)熔缩后得到的预制件拉成一光纤，该光纤的芯直径为62.5μm，包层直径为125μm。这样得到的光纤内各层在其中心直径为10μm的区域内各具有1.1μm2的截面面积。对该光纤采用850nm的激光所作的传输测试在1.25千兆位/秒的传输速率下获得了600m的传输距离。由此可见，特别在纤维光芯中心部分的各层必须具有较小的截面面积，才能满足本发明的目标。而在直径为10μm的光纤中心部分之外的各层可以有2μm2以上的截面面积。

Claims (14)

1.一种制造适合于等于或高于1千兆位/秒的高传输速率的多模光纤的方法，该方法包括以下步骤：
i)将一种或多种玻璃形成前驱体，以及可能还有掺杂剂，提供到石英衬底管；
ii)在石英衬底管内形成等离子体，以在反应混合物内引起反应，从而在衬底管内部形成掺杂的或未掺杂的玻璃层；
iii)将步骤ii)中得到的衬底管在加热的同时熔缩成一预制件；
iv)在加热的同时把所述预制件拉成光纤，其特征在于：
经掺杂或未经掺杂的各玻璃层是按这样一种方式淀积在衬底管的内部，使得各单个层是在步骤iii)和iv)之后淀积在距最后拉出的光纤中心直径至多为10μm的区域内，其中至少有一个所述单个层具有最大2μm2的截面面积，其中最后拉出的光纤的折射率值沿其中心方向增加。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
经掺杂或未经掺杂的各玻璃层是按这样一种方式淀积在衬底管的内部，使得各单个层是在步骤iii)和iv)之后淀积在距最后拉出的光纤中心直径至多为10μm的区域内，其中至少有一个所述单个层具有最大1μm2的截面面积，其中最后拉出的光纤的折射率值沿其中心方向增加。
3.一种光纤，其特征在于，该光纤适合于在1300nm波长范围内以至少1千兆位/秒的速率在1000m以上的距离进行数据传输，其中各单个层被淀积在距光纤中心直径至多为10μm的区域内，其中至少一个所述单个层具有至多2μm2的截面面积，其中最终拉出的光纤的折射率值沿其中心方向增加。
4.如权利要求3所述的光纤，其特征在于，至少一个所述单个层具有至多1μm2的截面面积。
5.如权利要求3或4所述的光纤，其特征在于，分别淀积在距光纤中心直径至多为10μm区域内的各层具有彼此不同的折射率值。
6.一种光纤，其特征在于，该光纤适合于在1300nm和850nm两个波段内以至少1千兆位/秒的速率在550m以上的距离传输信息，其中各单个层被淀积在距光纤中心直径至多为10μm的区域内，其中至少一个所述单个层具有至多2μm2的截面面积，其中最终拉出的光纤的折射率值沿其中心方向增加。
7.如权利要求6所述的光纤，其特征在于，至少一个所述单个层具有至多1μm2的截面面积。
8.如权利要求6或7所述的光纤，其特征在于，分别淀积在距光纤中心直径至多为10μm区域内的各层具有彼此不同的折射率值。
9.一种光纤，其特征在于，该光纤适合于在850nm波段内以至少10千兆位/秒的速率在300m以上的距离进行传输，其中各单个层被淀积在距光纤中心直径至多为10μm的区域内，其中至少一个所述单个层具有至多2μm2的截面面积，其中最终拉出的光纤的折射率值沿其中心方向增加。
10.如权利要求9所述的光纤，其特征在于，至少一个所述单个层具有至多1μm2的截面面积。
11.如权利要求9或10所述的光纤，其特征在于，分别淀积在距光纤中心直径至多为10μm区域内的各层具有彼此不同的折射率值。
12.一种光纤，其特征在于，该光纤适合于在850nm波段内以至少10千兆位/秒的速率在300m以上的距离传输信息，其中所述光纤具有500KHz·km以上的过满注入OFL带宽，其中各单个层被淀积在距最终拉出的光纤中心直径至多为10μm的区域内，其中至少一个所述单个层具有至多2μm2的截面面积，其中最终拉出的光纤的折射率值沿其中心方向增加。
13.如权利要求12所述的光纤，其特征在于，至少一个所述单个层具有至多1μm2的截面面积。
14.如权利要求12或13所述的光纤，其特征在于，分别淀积在距光纤中心直径至多为10μm区域内的各层具有彼此不同的折射率值。
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