CN1541962A - 减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法，其提供一种成本低，且OH基少而减少了吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法。该方法是包括制作具有芯部和包层的一部分的芯棒，在该芯棒的外周堆积玻璃微粒形成追加包层，然后将得到的多孔质母材进行焙烧·透明玻璃化处理的光纤用玻璃母材的制造方法，其特征在于，将该光纤用玻璃母材进行拉丝得到的光纤，在令上述芯棒相当部的外径为a，令波长1385nm处的模态场径为m时，其比满足3.75≤a/m≤6的关系地制作上述芯棒。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤用玻璃母材及其制造方法，特别是涉及一种减少羟基(OH)引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法。
背景技术
在使用光纤的通讯中，由于可以使用廉价的半导体激光，故主要利用1300nm附近或1550nm附近的波长。但是，最近伴随光波分复用(WDM)通讯技术的进步，为了增加传送容量，产生了利用从1300nm到1600nm的宽波长带域的必要。
请参阅图1所示，通常的单模式(Single Mode)光纤的传输损失与波长的关系。
请参阅图1所示，通常的单模式光纤的传输损失，在1385nm附近急剧地增加。传输损失增加时，不能进行使用1385nm附近的光的传输，并且在CWDM(Coarse-WDM)等中可利用的通道(Channel)数减少，从而使总的传输容量下降。为了长距离传输光信号，必须增设使光中继增幅的中继站，因此，存在着通讯系统总成本增加之类的不合适的问题。
因此，有必要抑制波长1385nm附近的传输损失急剧地增加。波长1385nm附近的传输损失的急剧地增加，是由于光纤中含有的OH基的吸收所致，这是由于OH基振动，吸收光而发生的。为了缩小因这样的OH基产生的吸收峰，有必要在作为光纤母材的玻璃母材阶段，就减少OH基的量。
另外，从图1中的波长1385nm附近的传输损失的峰值，与用传输损失缓慢减少时的虚线表示的曲线的波长1385nm附近的传输损失的值之差，得到OH基吸收峰的值。而且，在图1中的OH吸收峰的值约为0.1dB/km。
对于提供减少OH基的单模式纤维用玻璃母材的方法，可以举出采用外包层法的专利第3301602号。该方法，是在将含芯的玻璃条调节到规定直径的拉伸操作中，为了不使玻璃条被OH基污染，或用等离子体火焰，或在火焰下进行拉伸后除去被污染层，减少OH基。
然而，通常，在光纤用玻璃母材的制造工序中，使用等离子体火焰的方法不是一般的方法，而使用氢氧焰的方法才是广泛采用的方法。但是采用由氢氧焰的拉伸方法时，必要的除去OH基污染层的工序，是通常的单模式光纤制造中不需要的工序，因此使得成本上升。
另外，罩套中空圆筒管的方法是众所周知的。该方法，是在含芯的玻璃条上直接堆积玻璃微粒并进行脱水/透明玻璃化的方法。与OVD法或轴向VAD法相比，成本高。其理由是，中空圆筒管本身要用OVD法或轴向VAD法来制作，还必须进行其后的形状加工和表面加工。
由此可见，上述现有的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法，能够改进一般现有的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法存在的缺陷，而提供一种新的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法，所要解决的技术问题是使其低成本，以及OH基少而减少了吸收，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材的制造方法，其特征在于其包括制作具有芯部和包层的一部分的芯棒，在该芯棒的外周堆积玻璃微粒形成追加包层，然后将得到的多孔质母材进行焙烧·透明玻璃化处理的光纤用玻璃母材的制造方法，其特征在于，将该光纤用玻璃母材进行拉丝得到的光纤，在令上述芯棒相当部的外径为a，令波长1385nm处的模态场径(Mold Field Diameter)为m时，其比满足3.75≤a/m≤6的关系地制作上述芯棒。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材的制造方法，其中所述的芯棒是采用VAD(轴向气相沉积)、OVD(外气相沉积)、MCVD(改进的化学气相沉积)、PCVD(等离子化学气相沉积)中的任一种方法制造的。
前述的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材的制造方法，其中所述的芯棒至少其外径的90％以内的部分内，平均含OH的浓度为1ppb以下。
前述的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材的制造方法，其中所述的追加包层至少其内径的150％以内的部分内，平均含OH的浓度为50ppm以下。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材，其特征在于：其是用权利要求1～4中任一项所述的制造方法制造的。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种光纤，其特征在于：其是将权利要求5所述的光纤用玻璃母材加热·拉丝得到的。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的光纤，其中所述的其在波长1385nm附近的光纤的传输损失光谱中，起因于OH基的吸收损失的贡献份是0.04dB/km以下。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下：
本发明提出一种减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材的制造方法，该方法是包括制作具有芯部和包层的一部分的芯棒，在该芯棒的外周堆积玻璃微粒形成追加包层，然后将得到的多孔质母材进行焙烧·透明玻璃化处理的光纤用玻璃母材的制造方法，其特征在于，将该光纤用玻璃母材进行拉丝得到的光纤，在令上述芯棒相当部的外径为a，令波长1385nm处的模态场径(Mode Field Diameter)为m时，其比满足3.75≤a/m≤6的关系地制作上述芯棒。
芯棒，可以使用采用VAD(轴向气相沉积)、OVD(外气相沉积)、MCVD(改进的化学气相沉积)、PCVD(等离子化学气相沉积)中的任何一种方法制作的，且在至少其外径的90％以内的部分，平均含OH的浓度为1ppb以下。另外，追加包层，在至少其内径的150％以内的部分，平均含OH的浓度达到50ppm以下。
本发明的光纤用玻璃母材，是采用上述制造方法制造的。光纤，是将该玻璃母材进行加热·拉丝得到的，在该光纤的传输损失光谱中，波长1385nm附近的OH基引起的吸收损失的贡献份是0.04dB/km以下。
经由上述可知，本发明是关于一种减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法，其提供一种成本低，且OH基少而减少了吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法。该方法是包括制作具有芯部和包层的一部分的芯棒，在该芯棒的外周堆积玻璃微粒形成追加包层，然后将得到的多孔质母材进行焙烧·透明玻璃化处理的光纤用玻璃母材的制造方法，其特征在于，将该光纤用玻璃母材进行拉丝得到的光纤，在令上述芯棒相当部的外径为a，令波长1385nm处的模态场径为m时，其比满足3.75≤a/m≤6的关系地制作上述芯棒。
借由上述技术方案，本发明减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法至少具有下列优点：
不需要除去被污染层的工序，所以能够以更简易的工序，且廉价地制造OH吸收峰小的光纤。
综上所述，本发明特殊结构的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法，使其低成本，以及OH基少而减少了吸收，从而更加适于实用。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品及制造方法中未见有类似的结构设计及方法公开发表或使用而确属创新，其不论在产品结构、制造方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
本发明的具体结构及其制造方法由以下实施例及附图详细给出。
附图说明
图1是示出以往的光纤的传输损失特性的图。
图2是示出本发明的光纤的放大断面图。
图3是示出本发明的光纤用玻璃母材的制造工序的一例的工序说明图。
图4是示出OH吸收峰的高度与a/m的关系图。
图5是示出本发明的光纤的传输损失特性的图。
1：芯棒相当部 2：模态场径
3：芯径 4：光纤径
5：芯用燃烧器 6：包层用燃烧器
7：玻璃微粒流 8：芯棒用多孔质母材
9：加热炉 10：芯棒
11：玻璃转盘 12：拉伸的芯棒
13：玻璃微粒流 14：多孔质玻璃层
15：光纤用多孔质母材 16：加热炉
17：光纤用玻璃母材
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材及其制造方法其具体实施方式、结构、制造方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
本发明的第一方案涉及的是光纤用玻璃母材的制造方法，该方法是为得到降低在波长1385nm处的、起因于光纤中的OH基的传输损失的光纤而使用的光纤用玻璃母材的制造方法，并且是将该玻璃母材进行拉丝得到的光纤，在令上述芯棒相当部分的外径为a，令波长1385nm处的模态场径为m时，以其比满足3.75≤a/m≤6的关系的方式制作芯棒，而且，在该芯棒的外周形成追加包层，并进行焙烧·透明玻璃化处理而制造光纤用玻璃母材的方法。
本发明的光纤用玻璃母材，是经过以下各步骤制造的，例如，按照满足上述3.75≤a/m≤6关系的条件，准备具有芯部和包层部的一部分的芯棒的步骤；将该芯棒用火焰加热拉伸到规定的直径的步骤；在拉伸的芯棒外周，将玻璃原料进行火焰水解合成的玻璃微粒进行堆积，赋予成为多孔质母材的追加包层的步骤；以及将该多孔质母材在含氯气气氛中，在900～1250℃下进行脱水处理的步骤；进一步在以氦气作为主要成分的气氛中，在1400℃以上的温度下进行透明玻璃化处理的步骤。光纤，是将该玻璃母材拉丝得到的。
在图2中用模拟图示出将本发明的光纤用玻璃母材拉丝得到的光纤的断面。
芯和包层的一部分构成的芯棒相当部1内有芯，在波长1385nm处的模态场径2，比芯径3更宽。从模态场径2往外侧的区域也存在光能量，并向外侧呈现指数函数的减少。在芯棒相当部1的表面附近，通过用火焰拉伸该芯棒而导致的OH基，以数ppm～数十ppm的浓度存在，但是当使该区域充分离开模态场径2时，可以抑制OH吸收峰，则不需要去除OH基引起的被污染层。另外，符号4是光纤直径。
芯棒，可以用VAD、OVD、MCVD、PCVD中的任何一种方法制造。其中，特别是VAD法是容易减少OH基含量的方法，这是因为，在芯棒中央部从制造开始直至结束，不存在孔穴的缘故。其他的方法都在芯棒中央部存在孔穴，所以为要减少OH基含量必须格外地注意。
另外，芯棒的平均含OH的浓度，在芯棒的至少外径的90％以内的部分达到1ppb以下。在使用VAD法制造芯棒用多孔质母材，并且非常注意地对得到的多孔质母材进行脱水处理时，则较容易地达到该浓度。
另外，对于芯棒可以附加追加包层，而追加包层的平均含OH的浓度，在追加包层的至少内径的150％以内的部分达到50ppm以下。如果采用上述的方法，即将玻璃微粒堆积在芯棒的外周后，进行脱水/透明玻璃化的方法，就容易达到这样的浓度。
请参阅图3所示本发明的OH基含量少的光纤用玻璃母材的制造工序的一例，且是由VAD法制造芯棒时的工序说明图。
将玻璃微粒原料、氧和氢供给芯用燃烧器5和包层用燃烧器6，形成玻璃微粒流7，制造芯棒用多孔质母材8。而且，还将调节折射率用的掺杂剂同时流入芯用燃烧器5中，形成折射率高的部分。
此时，将该芯棒用多孔质母材8脱水·玻璃化得到的芯棒10的外径和芯径，可以通过将使用其制造的玻璃母材拉丝得到的光纤，按照该芯棒相当部的外径a和1385nm处的模态场径为m之比满足3.75≤a/m≤6的关系的方式，制造出来。
在图3中，只示出1个包层用燃烧器6，但是为了给予必要的包层量，也可以使用多个。而对于芯用燃烧器5，为得到通常的突变指数型以外的，阶梯型或段节型等复杂的外形也有使用多个的情况。
将如此得到的芯棒用多孔质母材8，从加热炉9内部通过，并在含氯气气氛中，于900～1250℃下进行脱水处理，除去芯棒用多孔质母材中的OH基。将脱水处理完了的芯棒用多孔质母材，进一步在以氦气作为主要成分的气氛中，加热到1400℃以上的温度下进行玻璃化，由此得到透明的芯棒10。在以氦气作为主要成分的含氯气气氛中，于1400℃以上进行处理时，可以同时进行该脱水工序和透明玻璃化工序。
将芯棒10安装在玻璃转盘11上，用火焰加热直至拉伸到规定的直径，得到调节了外径的芯棒12。
然后，将火焰水解玻璃原料生成的玻璃微粒流13吹送到该芯棒12的外周，堆积多孔质玻璃层14。该操作反复进行直到堆积成必要量的包层，得到光纤用多孔质母材15。
得到的多孔质母材15从加热炉16内部通过，并在含氯气气氛中，于900～1250℃下进行脱水处理，除去多孔质母材中的OH基。将脱水处理完了的多孔质母材15，在以氦气作为主要成分的气氛中，加热到1400℃以上的温度下进行玻璃化，由此得到透明的光纤用玻璃母材17。在以氦气作为主要成分的含氯气气氛中，于1400℃以上进行处理时，可以同时进行该脱水工序和透明玻璃化工序。
将该光纤用玻璃母材，使用通常的拉丝装置进行拉丝时，可以得到波长1385nm附近的OH吸收峰小的光纤。
采用上述方法，制作出外径125μm、波长1385nm处的模态场径9.6μm的，光纤中的芯棒相当部的外径不同的5种突变指数型(Step Index)单模式纤维，评价其传输损失的结果示于表1和图4，纤维(Fiber)ID No.3的传输损失光谱示于图5。
表1
| 纤维IDNo. | 光纤中的芯棒相当部的外径a(μm) | 波长1385nm的模态场径m(μm) | a/m | OH峰(dB/km) |
| 1 | 33.7 | 9.6 | 3.51 | 0.097 |
| 2 | 36.0 | 9.6 | 3.75 | 0.040 |
| 3 | 41.2 | 9.6 | 4.29 | 0.010 |
| 4 | 48.0 | 9.6 | 5.00 | 0.002 |
| 5 | 57.6 | 9.6 | 6.00 | 0.000 |
如从这些结果表明的那样，为要将OH吸收峰抑制在0.04dB/km以下，就必须使a/m≥3.75。a/m成为6.0时OH吸收峰的高度达到检出极限。从制造成本方面看时，包层赋予工序的价格比芯制造工序便宜，所以优选a/m小者，另外，使a/m＞6时对于成本效能比是不利的，所以优选的范围是3.75≤a/m≤6。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1、一种减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材的制造方法，其特征在于其包括制作具有芯部和包层的一部分的芯棒，在该芯棒的外周堆积玻璃微粒形成追加包层，然后将得到的多孔质母材进行焙烧·透明玻璃化处理的光纤用玻璃母材的制造方法，其特征在于，将该光纤用玻璃母材进行拉丝得到的光纤，在令上述芯棒相当部的外径为a，令波长1385nm处的模态场径(Mold Field Diameter)为m时，其比满足3.75≤a/m≤6的关系地制作上述芯棒。
2、根据权利要求1所述的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材的制造方法，其特征在于其中所述的芯棒是采用VAD(轴向气相沉积)、OVD(外气相沉积)、MCVD(改进的化学气相沉积)、PCVD(等离子化学气相沉积)中的任一种方法制造的。
3、根据权利要求1或2所述的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材的制造方法，其特征在于其中所述的芯棒的至少其外径的90％以内的部分内，平均含OH的浓度为1ppb以下。
4、根据权利要求1至3中任一权利要求所述的减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材的制造方法，其特征在于其中所述的追加包层的至少其内径的150％以内的部分内，平均含OH的浓度为50ppm以下。
5、一种减少羟基引起的吸收的光纤用玻璃母材，其特征在于：其是用权利要求1～4中任一项所述的制造方法制造的。
6、一种光纤，其特征在于：其是将权利要求5所述的光纤用玻璃母材加热·拉丝得到的。
7、根据权利要求6所述的光纤，其特征在于其在波长1385nm附近的光纤的传输损失光谱中，起因于OH基的吸收损失的贡献份是0.04dB/km以下。
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