CN1300375A - 光纤制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种光纤及其制造方法,其中光纤沿其长度方向在具有不同直径的区域之间交替,选择所述坯棒的折射率和所述光纤的直径,以便光纤在大于1480纳米的波长处具有交替的正、负色散区,最好还具有较低的净色散和色散斜率。一种较佳的分布曲线包括一个被包层区包裹着的纤芯区,所述纤芯区具有一中央纤芯区,其相对所述包层区增加掺杂,所述中央纤芯区被一凹坑区包裹着,所述凹坑区相对所述包层区减少掺杂,并且所述凹坑区被一环区包裹着,所述环区相对所述包层区增加掺杂。

Description

光纤制造方法
发明领域
本发明旨在提供一种光纤制造方法，其中所述光纤的光学特性沿其长度作系统的变化。该方法对于制造色散受控制(DM)的单模光纤特别有用。
技术背景
近年来波分复用和放大器的出现对系统降低光纤色散和色散斜率提出了更高的要求。早先已揭示了几种制造色散受控光纤的专用方法，它们能很好地处理这些性能。例如，参见申请日为1997年4月23日的美国专利申请第08/844,997号(Berkey等人)，以及申请日为1996年1月11日的美国专利申请第08/584,868号。此两项专利申请的内容皆通过引用包括在此。
到目前为此，已有的许多方法相对较为复杂，因此这些方法的成本会因其复杂性而高于更标准的制造方法。希望开发另一种更容易的光纤制造方法，其中所述光纤的色散特性沿光纤的纵向在正负之间变化，特别是在1550纳米的工作窗内。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种沿长度方向具有不同直径的光纤，以及制造这种光纤的方法。如此选择光纤预制棒的折射率分布曲线，致使当把光纤预制棒拉丝成沿长度方向具有不同直径的光纤时，在1550纳米工作窗口(最好在大约1480纳米和大约1625纳米之间的工作窗口)中，该光纤沿其纵向(即，对应于不同直径的区域)在负、正色散区之间变化。在较佳实施例中，光纤在1550纳米工作窗口中沿光纤长度方向在负、正色散斜率区之间变化。最好，负色散区对应于负色散斜率区，而正色散区对应于正色散斜率区。所称之不同直径意味着这些交替分段之间的直径差足以沿光纤长度产生明显不同的色散特性。例如，在一较佳实施例中，交替分段直径的数值差大于3微米，最好大于5微米。
不是任何折射率分布曲线都能用来产生沿长度方向具有变化的负、正色散特性的光纤的。例如，标准单模光纤的色散随直径变化非常小，特别在1550纳米处。一族最佳的折射率分布曲线能使光纤在沿长度方向被拉丝成不同直径时具有所需的交替色散特性，该折射率分布曲线包括一个被包层区包裹着的纤芯区，其中纤芯区具有一中央纤芯区，其相对所述包层区增加掺杂，所述中央纤芯区被一凹坑区包裹着，所述凹坑区相对所述包层区减少掺杂，并且所述凹坑区被一环区包裹着，所述环区相对所述包层区增加掺杂。以下将进一步讨论这类分布曲线的较佳半径和Δ％值。
所得的光纤沿其长度方向在负、正色散和负、正色散斜率区之间变化，并且其净色散和色散斜率都相对较低。依照本发明制造的较佳光纤在1550纳米处具有小于1.0ps/nm-km的净色散，并且在1480纳米至1625纳米的波长范围内具有小于0.03ps/nm2-km的色散斜率。更好的是，在1480-1625纳米的波长范围内，色散为0.5ps/nm-km，色散斜率小于0.01ps/nm2-km。依照本发明制造的最佳光纤在1550纳米片具有小于0.1ps/nm-km的色散，在1480纳米至1625纳米的波长范围内具有小于0.005ps/nm2-km的色散斜率。
可以用现代反馈控制环路来控制向下送料速率和拉丝速度，以便控制光纤直径。通过改变牵引(光纤提起)速率以至拉丝速度，可以最快地实现光纤O.D.变化。结果，当牵引速率改变时，光纤纤芯的直径也变化，从而使得不同直径之间的过渡区保持相对较短。在较佳实施例中，对光纤如此拉丝，以便不同直径分段的外部光纤直径的数值差大于3微米，更好的是大于5微米，最好大于10微米，这里所述外部光纤直径量至光纤的外直径处。同样，光纤宜在长度处于100米和3km之间的分段之间交替，更好的是，交替分段的长度至少为250米，但小于2km。
本发明的附加特征和优点将在以下的详细描述中叙述，本领域的熟练技术人员可以从描述(包括以下的详细描述、权利要求书以及附图)中清楚其中的一部分，或者通过实践这里描述的发明来认识这些特征和优点。
应该理解，上述一般性描述和后面的详细描述都仅仅是对本发明的举例，这些描述试图提供一个概述或框架，以便理解所要保护的本发明的性能和特性。附图有助于进一步理解本发明，它们构成说明书的一部分。附图示出了本发明的各种实施例，并且与描述一起起说明本发明原理和工作情况的作用。
附图概述
图1示出了依照本发明用于制造光纤的第一分布曲线，其中所述光纤的色散特性沿其长度方法在负、正之间变化。
图2示出依照本发明用于制造光纤的第二折射率分布曲线，其中所述光纤的色散特性沿其长度变化。
较佳实施例的详细描述
在本发明的一个较佳实施例中，制造这样一种玻璃光纤预制棒，其折射率分布曲线足以产生下列特性，即当光纤被拉成沿其长度具有不同直径的光纤时，该光纤在负色散区域和正色散区域之间以及1550纳米工作窗口内的负色散斜率区域和正色散斜率区域之间也是沿其纵向长度(即，对应于具有不同直径的区域)变化的。
图1和图2示出了这种纤芯折射率分布曲线。在图1和图2中，包层的折射率对应于Y轴上的0。图1和图2所示的两条分布曲线都呈现出一个增加掺杂的中心线纤芯区，其周围围绕着一个凹坑和一个增加掺杂的环。中心线区域和环之间的凹坑最好相对包层进行减少掺杂。
图1和图2所示的分布曲线类型包括一中央纤芯区和一个被压低的凹坑纤芯区，其中中央纤芯区相对包层(在包层中，Δ=(n1 2-n2 2)/2n1 2)具有大约在+0.5和1.5之间的Δ百分数，而被压低的凹坑包围中央纤芯区。相对于包层，被压低的凹坑最好在-0.15Δ％的范围内，或者更小(最好不低于-0.7Δ％)，其中Δ=(n1 2-n2 2)/2n1 2。还可以使用可选择的增加掺杂的的环。在一些较佳实施例中，使用增加掺杂的环，环的Δ％在+0.10和+0.8之间。在图1所示的实施例中，中央纤芯的Δ％大约为0.85，被压低凹坑的Δ％为-0.4，而包围在压低凹坑周围的环的Δ％大约为4.1％。
最好如此选择三个分层的半径(量至与x轴的外推交点，这里x轴等于包层的折射率)，致使如果第一中心线增杂分层的半径取为a，凹坑部分的半径取为b，那么b/a宜在大约1.5和3.0之间，最好在大约2和2.5之间。如果可选择环的外半径为c，那么c/a最好在大约2.5和3.0之间。
图1和图2所示的分布曲线满足这些半径限制，并且其中央纤芯区的△％在大约+0.7和1.0之间，被压低凹坑的Δ％在-0.25至-0.5的范围内，而包裹在被压低凹坑周围的环的Δ％在大约+0.2％至+0.8％的范围内。
这种折射率分布曲线可以用本领域已知的任何技术来制造，但最好用化学汽相沉积技术来制造，诸如外部汽相沉积(OVD)工艺、汽相轴向沉积(VAD)工艺、或者内部汽相沉积(MCVD)工艺。较佳的制造技术是通过OVD。可以用传统的掺杂材料对石英掺杂，例如，用氧化锗来增杂，用氟来降杂。
在制备了具有所需纤芯折射率分布曲线的预制棒后，将预制棒拉成一个沿其长度方向具有不同直径的光纤。所称的不同直径意味着这些交替部分之间的直径差足以沿光纤的长度方法产生明显的不同特性。例如，可以用大于3微米的差，最好用大于5微米的差来分别不同的直径。
图1所示的纤芯分布曲线具有对纤芯直径非常敏感的色散特性。通常，为了便于控制制造过程，提供高生产量，光纤制造商偏爱较大的纤芯直径容限，而这种敏感性被视为较差的属性。然而，我们发现通过使用本发明的方法，简单地将预制棒坯棒拉成不同的外部光纤直径，可以有利地使用图1所示分布曲线的敏感性实现色散控制。
以下表1给出了一光纤在1550纳米处的色散特性，其中所述光纤是依照本发明从具有图1所示折射率的光纤预制棒拉制而成的。图1分布曲线的特点是，当以不同直径拉制纤芯时，其对称性基本上与色散和色散斜率匹配。由表Ⅰ可见，通过将具有图1所示折射率的可选光纤预制棒拉与一根外部直径在115微米和133.5微米之间交替的光纤，可以获得接近零的净色散，并且在整个光纤长度上斜率非常小。
表Ⅰ
光纤O.D. Dat 1550 斜率 零色散波长
115 -7.08 -0.03 1315
125 +1.87 +0.001
135 +9.3 +0.025 1179
表Ⅱ示出了如上所述将14km长的光纤交替地拉制成其外部直径在115微米和133.5微米之间交替(即，在交替的相邻段之间的直径差大于10微米)的光纤时每500米的色散特性。当然，段长度不需要等长，以便最佳地补偿各种分布曲线的色散，并且这些长度可以根据色散特性进行变化。由于将光纤拉制成具有变化的外部直径，所以光纤的物理纤芯也同样具有改变的直径。在1550处，所得光纤的净总色散为-0.17ps/nm-km，在1480纳米至1625纳米波长范围内，斜率大约为-0.00158ps/nm2-km。同样重要的是，在所有情况下，零色散波长都在1500纳米至1700纳米的范围之外。参照表Ⅱ所示的光纤还呈现出以下性能，即模场直径大约为25．5微米，零色散波长大约为1440.68。
    表Ⅱ
    波长(纳米)     总色散-14km
    1500     -0.09326
    1505     -0.10151
    1510     -0.10941
    1515     -0.11730
    1520     -0.12519
    1525     -0.13308
    1530     -0.14097
    1535     -0.14886
    1540     -0.15675
    1545     -0.16465
    1550     -0.17254
    1555     -0.18043
    1560     -0.18832
    1565     -0.19621
    1570     -0.20410
    1575     -0.21199
    1580     -0.21988
    1585     -0.22778
    1590     -0.23567
    1595     -0.24356
    1600     -0.25145
尽管用这种方法生产出来的光纤不是均匀的125微米OD，但与其它单体色散受控制光纤相比，因为用来制造它的技术很简单，其成本明显降低。
本领域的熟练技术人员应该理解，不脱离本发明的精神和范围，可以对本发明进行各种变化和改变。因此，本发明理应覆盖其各种修改和变化，只要这种修改和变化落在所附权利要求书及其等效物的范围内。

Claims (32)

1．一种光纤制造方法，其特征在于，包括以下步骤：将一光纤预制棒拉成一根沿其长度方向在不同直径的分段之间交替的光纤，选择所述预制棒的折射率和所述光纤的直径，以便光纤在大于1480纳米的波长处具有交替的正、负色散区。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，选择所述光纤预制棒的折射率和所述光纤的直径，以便光纤在大于1480纳米的波长处具有交替的正、负色散斜率区。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，选择所述光纤预制棒的折射率和所述光纤的直径，以便光纤在大约1480纳米和1625纳米之间的波长范围内具有交替的正、负色散区。
4．如权利要求2所述的方法，其特征在于，选择所述光纤预制棒的折射率和所述光纤的直径，以便光纤在大约1480纳米和1625纳米之间的波长范围内具有交替的正、负色散区。
5．如权利要求3所述的方法，其特征在于，选择所述光纤预制棒的折射率和所述光纤的直径，以便光纤在大约1480纳米和1625纳米之间的波长范围内具有交替的正、负色散斜率区。
6．如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述光纤预制棒的所述折射率产生与所述负色散斜率区对应的所述负色散区，以及与所述正色散斜率区对应的所述正色散区，
7．如权利要求1所述的方法，其特征在于，选择所述折射率分布曲线，以便所述光纤在具有负色散斜率的负色散区和具有正色散斜率的正色散区之间交替。
8．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤，即对所述光纤拉丝，以便具有不同直径的所述分段其外部光纤直径的数值差大于3微米。
9．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤，即具有不同直径的所述分段其外部光纤直径的数值差大于10微米。
10．如权利要求1所述的方法，其特征在于，选择所述预制棒的折射率，以便所述光纤包括一个被包层区包裹着的纤芯区，所述纤芯区具有一中央纤芯区，其相对所述包层区增加掺杂，所述中央纤芯区被一凹坑区包裹着，所述凹坑区相对所述包层区减少掺杂，所述凹坑区被一环包裹着，所述环相对所述包层区增加掺杂。
11．如权利要求10所述的方法，其特征在于，选择所述预制棒的折射率，以便所述中央纤芯区的折射率Δ在相对包层的大约+0.5％和1.5％之间。
12．如权利要求11所述的方法，其特征在于，选择所述预制棒的折射率，以便所述被压制的凹坑纤芯区的折射率Δ在相对包层的大约-0.15Δ％至-0.7Δ％的范围内。
13．如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述凹坑区被一环包裹着，所述环相对于所述包层增加掺杂，并且选择所述预制棒的折射率，以便所述环的折射率Δ在相对所述包层的大约0.2Δ％至0.8Δ％的范围内。
14．如权利要求12所述的方法，其特征在于，选择所述预制棒的折射率，以便所述纤芯的b/a在大约1.5和3.0之间，其中a是中央纤芯区的外半径，而b是凹坑区的外半径。
15．如权利要求4所述的方法，其特征在于，选择所述预制棒的折射率，以便在整个所述光纤的长度上，1550纳米处的净色散小于1.0ps/nm-km，在1480纳米至1625纳米的波长范围内，色散斜率小于0.03ps/nm2-km。
16．如权利要求6所述的方法，其特征在于，选择所述预制棒的折射率，以便在整个所述光纤的长度上，1550纳米处的净色散小于0.5ps/nm-km，在1480纳米至1625纳米的波长范围内，色散斜率小于0.01ps/nm2-km。
17．一种光纤，其特征在于，包括沿光纤长度具有不同直径的交替分段，选择所述光纤的折射率和所述光纤直径，以便光纤在大于1480纳米的波长处具有交替的正、负色散区。
18．如权利要求17所述的光纤，其特征在于，选择所述坯棒的折射率和所述光纤的直径，以便光纤在大于1480纳米的波长处具有交替的正、负色散斜率区。
19．如权利要求17所述的光纤，其特征在于，选择所述坯棒的折射率和所述光纤的直径，以便光纤在大约1480纳米和1625纳米之间的波长范围内具有交替的正、负色散区。
20．如权利要求18所述的光纤，其特征在于，选择所述坯棒的折射率和所述光纤的直径，以便光纤在大约1480纳米至大约1625纳米的波长范围内具有交替的正、负色散区。
21．如权利要求20所述的光纤，其特征在于，选择所述坯棒的折射率和所述光纤的直径，以便光纤在大约1480纳米到1625纳米的波长范围内具有交替的正、负色散斜率区。
22．如权利要求21所述的光纤，其特征在于，所述负色散区对应于所述负色散斜率区，并且所述正色散区对应于所述正色散斜率区。
23．如权利要求17所述的光纤，其特征在于，所述光纤在具有负色散斜率的负色散区和具有正色散斜率的正色散区之间交替。
24．如权利要求17所述的光纤，其特征在于，不同直径的数值差大于3微米。
25．如权利要求17所述的光纤，其特征在于，不同直径的数值差大于10微米。
26．如权利要求17所述的光纤，其特征在于，所述光纤包括一个被包层区包裹着的纤芯区，所述纤芯区具有一中央纤芯区，其相对所述包层区增加掺杂，所述中央纤芯区被一凹坑区包裹着，所述凹坑区相对所述包层区减少掺杂。
27．如权利要求26所述的光纤，其特征在于，所述中央纤芯区的折射率△在相对包层的大约+0.5％和1.5％之间。
28．如权利要求27所述的光纤，其特征在于，所述被压制的凹坑纤芯区的折射率Δ在相对包层的大约-1.5Δ％至-0.7Δ％的范围内。
29．如权利要求28所述的光纤，其特征在于，所述凹坑区被一环区包裹着，所述环区相对于所述包层增加掺杂，并且所述环的折射率Δ在相对所述包层的大约0.2Δ％至0.8Δ％的范围内。
30．如权利要求28所述的光纤，其特征在于，中央纤芯区的外半径是a，而凹坑区的外半径是b，并且b/a在大约1.5和3.0之间。
31．如权利要求22所述的光纤，其特征在于，选择所述预制棒的折射率，以便在整个所述光纤的长度上，1550纳米处的净色散小于1.0ps/nm-km，在1480纳米至1625纳米的波长范围内，色散斜率小于0.03ps/nm2-km。
32．如权利要求22所述的光纤，其特征在于，选择所述预制棒的折射率，以便在整个所述光纤的长度上，1550纳米处的净色散小于0.5ps/nm-km，在1480纳米至1625纳米的波长范围内，色散斜率小于0.01ps/nm2-km。
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