CN1837114A - 制造具有纵向均匀性的多模光纤预制棒的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种制造具有纵向均匀性的多模光纤预制棒的方法。该制造方法包括当将原材料添加进玻璃管时，利用热源执行多个径向沉积过程。设置参考化学纤芯形状指数以确定预制棒截面的折射率分布。设置沿玻璃管纵向变化的每个纵向沉积过程的纤芯形状指数分布，以便补偿由参考化学纤芯形状指数限定的、沿预制棒纵向的参考化学纤芯形状指数分布的误差，并且沿纵向获得均匀的化学纤芯形状指数。在将相应于预置化学纤芯形状指数的一定量的原材料添加进每个径向沉积过程的每个纵向沉积过程中时，执行沉积。

Description

制造具有纵向均匀性的多模光纤预制棒的方法

技术领域

本发明大体上涉及一种制造光纤预制棒的方法，更具体地，涉及一种制造折射率沿径向变化的多模光纤预制棒的方法。

背景技术

光纤分为用来传输单波长光信号的单模光纤和用来传输多波长光信号的多模光纤。单模光纤提供长传输距离，适用于长距离电话和多信道电视广播系统。另一方面，多模光纤提供短传输距离，适于用在LAN系统或接入网络中，并在中等距离上以高速度提供高带宽。

光纤预制棒常用来制造光纤并且光纤从中抽出，其具有与光纤的折射率分布相似的折射率分布。在传统光纤预制棒的制造工艺中，折射率分布受到纤芯形状指数或α分布的影响。如图1中所示，随着纤芯形状指数从1.9增加到2.1，α分布的中间部分变宽。此外，在传统的光纤制造中，多模光纤纵向的带宽均匀性称作γ(gamma)。如图2中所示，最佳纤芯形状指数与传输波长相对应，这里当传输波长是850nm时，纤芯形状指数是2.04，并且当传输波长是1,300nm时，最佳纤芯形状指数是1.94。因此，纤芯形状指数显著地影响带宽，并且当纤芯形状指数沿纵向变化时，多模光纤的带宽随长度而变化。

为了获得沿纵向均匀的纤芯形状指数，当制造多模光纤时，必须非常精确地控制原材料(例如，GeCl₄和SiCl₄)，反应氧，氦气，沉积温度等。SiCl₄是用来形成玻璃材料的原材料(称作玻璃形成材料)，而GeCl₄是控制折射率的原材料(称作折射率控制材料)。

图3示意性地示出了制造多模光纤预制棒的传统方法。该制造方法在将原材料添加进玻璃管中以实现折射率分布时，执行多个径向沉积过程(pass)。在这种情况下，每个径向沉积过程表示形成一个贯穿玻璃管整个长度的沉积层的步骤。整个多模光纤预制棒由堆积在玻璃管及其内壁上的、具有不同折射率的多个层构成。在图3中，第一轴代表归一化径向沉积过程。垂直于第一轴的第二轴代表折射率控制材料与玻璃形成材料的最大比率，即Max(GeCl₄/SiCl₄)。相应于热源110的运动方向的第三轴垂直于第一和第二轴并且代表归一化的预制棒长度。该制造方法包括工序(a)和(b)。归一化表示，例如，当径向沉积过程的总的个数为10时，将第一径向过程设为0.1。

工序(a)设置化学纤芯形状指数以决定预制棒截面的折射率分布(其中参考归一化化学α(NCA)＝1)。该化学纤芯形状指数是制造工序中的纤芯形状指数。NCA是通过对所设置的化学纤芯形状指数进行归一化而获得的。当设置了化学纤芯形状指数时，就确定了每个径向沉积过程中的Max(GeCl₄/SiCl₄)。在整个沉积工序中，将NCA和SiCl₄的值设为恒定。添加进每个径向沉积过程的GeCl₄和SiCl₄的比率直接影响预置α分布的实现。GeCl₄/SiCl₄是归一化径向沉积过程、NCA和Max(GeCl₄/SiCl₄)的函数。

下面的公式1表示流动方程，用于确定在上述工序中的添加比率GeCl₄/SiCl₄。

$\frac{{\mathrm{GeCl}}_{4_{@p}}}{{\mathrm{SiCl}}_{4_{@p}}}=\mathrm{Max}({\mathrm{GeCl}}_4/{\mathrm{SiCl}}_4)[1-{(1-\mathrm{NP})}^{\mathrm{NCA}}]$ 公式(1)

在公式(1)中，多模光纤的折射率与GeCl₄/SiCl₄成线性比例，@p表示每个径向工序过程，并且NP表示归一化径向工序过程。

工序(b)在改变贯穿预制棒整个长度上的GeCl₄添加量时，在每个径向工序过程中执行沉积。

通过上述传统的多模光纤预制棒的制造方法获得的多模光纤具有如下问题，即沿纵向的带宽常常是不规则的。由于沿纵向不规则带宽曲线的存在所导致的带宽随多模光纤的长度而变化，将难于确保稳定的光学特性。

因此，需要一种制造多模光纤预制棒的方法，该多模光纤预制棒可获得沿纵向均匀的带宽曲线。

发明内容

本发明的一个方面是提供一种制造多模光纤预制棒的方法，该多模光纤预制棒可获得沿纵向均匀的带宽曲线。

根据本发明的一个方面，提供一种在将原材料添加进玻璃管时、通过利用热源执行多个径向沉积过程来制造多模光纤预制棒的方法，该方法包括步骤：(a)设置参考化学纤芯形状指数，以确定预制棒截面的折射率分布；(b)设置沿玻璃管纵向变化的每个纵向沉积过程的纤芯形状指数分布，以便补偿由参考化学纤芯形状指数限定的、沿预制棒纵向的参考化学纤芯形状指数分布的误差，并且沿纵向获得均匀的化学纤芯形状指数；以及(c)在将相应于预置化学纤芯形状指数的一定量的原材料添加进每个径向沉积过程的每个纵向沉积过程中时，执行沉积。

优选地，在设置参考化学纤芯形状指数时，可以确定Max(B/A)，该参数Max(B/A)表示在每个径向沉积过程中的折射率控制材料B与玻璃形成材料A的最大比率，并且步骤(c)中添加进每个纵向沉积过程中的折射率控制材料B的量可以由公式(2)给定：

B_@p＝A_@p×Max(B/A)[1-(1-NP)^NCA*]             公式(2)

在公式(2)中，@p表示每个径向工序过程，NP表示归一化径向工序过程，而NCA^*表示在每个纵向沉积过程中的归一化化学纤芯形状指数。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明的上述优点将更加清楚明白。其中：

图1是说明相应于不同的纤芯形状指数的折射率分布的曲线图；

图2是说明相应于传输波长的最佳纤芯形状指数的曲线图；

图3示意性地说明了制造多模光纤预制棒的传统方法；

图4是说明通过制造多模光纤预制棒的传统方法获得的多模光纤的每个归一化长度的带宽的曲线；

图5示意性地说明了根据本发明优选实施例的制造多模光纤预制棒的方法；

图6和7是说明传统多模光纤的每个归一化长度带宽曲线和本发明的多模光纤的每个归一化长度带宽曲线之间的比较的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。为了清楚、简明，由于公知的功能和结构可能会导致本发明的主题不清楚，所以省略合并于此的公知功能和结构。

图4说明的是用图表表示的由制造多模光纤预制棒的传统方法获得的多模光纤的每个归一化长度的带宽。在这种情况下，长度与纵向位置具有相同的含义。从图4可以看出，850nm传输波长的带宽沿纵向变化很大。

本发明利用了以下事实：由于上述带宽的变化，沿多模光纤纵向的纤芯形状指数分布具有类似于带宽曲线中的垂直反转形状的形状(即向上凸起的形状)。由于多模光纤的折射率分布类似于多模光纤预制棒的折射率分布，所以在制造多模光纤预制棒时，在每个纵向沉积过程中设置化学纤芯形状指数分布来补偿传统化学纤芯形状指数的已知误差。

例如，本发明在每个纵向沉积过程中设置具有向下凸起(或凹进)的形状的化学纤芯形状指数分布来补偿如图4所示的传统的具有向上凸起的形状的化学纤芯形状指数分布的误差。

图5示意性地说明了根据本发明优选实施例的制造多模光纤预制棒的方法。

根据图5，当将原材料添加进玻璃管以实现山丘型(hill-type)指数分布时，本发明的制造方法执行多个径向沉积过程。每个径向沉积过程表示形成一贯穿玻璃管整个长度的沉积层的步骤。整个多模光纤预制棒由堆积在玻璃管及其内壁上的、具有不同折射率的多个层构成。在沉积工序之后，执行传统的挤压(collapse)工序。

从图5中可以看出，第一轴代表归一化径向沉积过程。垂直于第一轴的第二轴代表折射率控制材料与玻璃形成材料的最大比率，即Max(GeCl₄/SiCl₄)。相应于热源210的运动方向的第三轴垂直于第一和第二轴并且代表归一化预制棒长度。在这种情况下，长度和纵向位置具有相同的含义。该制造方法包括下面的工序(a)到(c)。归一化表示，例如，当径向沉积过程的总个数为10时，将第一径向过程设为0.1。在该实施例中，纵向沉积过程的总个数设为10。

在工序(a)中，设置化学纤芯形状指数以决定预制棒截面的折射率分布(这里NCA^*＝1)。该化学纤芯形状指数是制造工序中的纤芯形状指数。NCA^*表示在每个(沿纵向的)位置处的归一化化学纤芯形状指数，或者在每个纵向沉积过程中的归一化化学纤芯形状指数。也就是说，NCA^*是随纵向位置而变化的数值。将热源210的位置信息用作纵向位置的信息。

当设置了参考化学纤芯形状指数时，在每个径向沉积过程中的Max(GeCl₄/SiCl₄)就确定了。在执行径向沉积过程时，Max(GeCl₄/SiCl₄)具有很大的值。这是因为多模光纤预制棒的外周具有比其中心大的折射率。在整个沉积工序中，将SiCl₄添加量设为恒定。在每个径向沉积过程中添加的GeCl₄与SiCl₄的比率直接影响预置α分布的实现。GeCl₄/SiCl₄是归一化径向沉积过程、NCA^*和Max(GeCl₄/SiCl₄)的函数。通过以类似于公式(1)的公式(3)表示的以下流动方程设置GeCl₄的添加量。

${\mathrm{GeCl}}_{4_{@p}}={\mathrm{SiCl}}_{4_{@p}}\×\mathrm{Max}({\mathrm{GeCl}}_4/{\mathrm{SiCl}}_4)[1-{(1-\mathrm{NP})}^{\mathrm{NCA}*}]$ 公式(3)

在公式(3)中，@p表示每个径向工序过程，并且NP表示归一化径向工序过程。

在下文中，将参考附图4和5描述本发明的制造方法的工序(a)到(c)。

在工序(b)中，根据沿玻璃管纵向变化的位置设置化学纤芯形状指数分布，以便可以针对参考化学纤芯形状指数分布，沿预制棒的纵向，补偿化学纤芯形状指数分布的已知误差，并且沿纵向可以获得均匀的化学纤芯形状指数。如图5中所示，预置位置的纤芯形状指数分布的纤芯形状指数逐渐从预制棒一端的1减少至预制棒中间的0.92，又沿着从预制棒中间到另一端的方向逐渐增加，以便可以补偿如图4所示的具有向上凸起形状的传统化学纤芯形状指数分布的误差。也就是说，位置纤芯形状指数分布整体上具有向下凸起的形状。

在步骤(c)中，在将相应于预置化学纤芯形状指数的一定量的原材料添加到每个径向沉积过程的每个纵向沉积过程中时，执行沉积。也就是说，当添加通过公式(3)确定的一定量的GeCl₄时，执行沉积。

图6和7是说明传统多模光纤的每个归一化长度带宽曲线和本发明的多模光纤的每个归一化长度带宽曲线之间的比较的曲线图。在这种情况下，长度具有和纵向位置相同的含义。如图6中可以看出，本发明的多模光纤在850nm传输波长的纵向带宽具有比传统的多模光纤更小的变化宽度。如图7中可以看出，本发明的多模光纤在1,300nm传输波长的纵向带宽具有比传统的多模光纤更小的变化宽度。

如上所述，根据本发明的制造多模光纤预制棒的方法将每个径向沉积过程分成多个纵向沉积过程，并设置每个沿玻璃管纵向变化的纵向沉积过程的纤芯形状指数分布，从而沿纵向获得均匀的带宽曲线。

根据上述优点，本发明提高了用于100Mbps的局域网(LAN)或接入网络或用于1或10吉比特以太网的多模光纤的纵向均匀性。因此，无论多模光纤的长度如何，均可确保光学特性，尤其是带宽特性，并且可以提高传输质量。

虽然已经说明和描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员将认识到可以做出各种变化和改进，并且也可用等价物代替其中的要素，而不脱离本发明实际范围。此外，在没有脱离中心范围的前提下，可以进行一些改进以适于特殊情况和本发明的讲解。因此，本发明并不局限于作为最佳模式公开的用来执行本发明的特殊实施例，而是包括落在所附加权利要求的范围之内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种在将原材料添加进玻璃管时、通过利用热源执行多个径向沉积过程来制造多模光纤预制棒的方法，包括步骤：

(a)设置参考化学纤芯形状指数，以确定预制棒截面的折射率分布；

(b)设置沿玻璃管纵向变化的每个纵向沉积过程的纤芯形状指数分布，以便补偿由参考化学纤芯形状指数限定的、沿预制棒纵向的参考化学纤芯形状指数分布的误差，并且沿纵向获得均匀的化学纤芯形状指数；以及

(c)在将相应于预置化学纤芯形状指数的一定量的原材料添加进每个径向沉积过程的每个纵向沉积过程中时，执行沉积。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在设置参考化学纤芯形状指数时，确定Max(B/A)，该参数Max(B/A)表示在每个径向沉积过程中的折射率控制材料B与玻璃形成材料A的最大比率，并且添加进步骤(c)的每个纵向沉积过程中的折射率控制材料B的量由下面的公式给定：

B_@p＝A_@p×Max(B/A)[1-(1-NP)^NCA*]，其中@p表示每个径向工序过程，NP表示归一化径向工序过程，而NCA^*表示在每个纵向沉积过程中的归一化化学纤芯形状指数。

3.根据权利要求2所述的方法，其中玻璃形成材料是SiCl₄，并且折射率控制材料是GeCl₄。

4.根据权利要求2所述的方法，其中NCA^*是随纵向位置而变化的数值，并且将热源的位置信息用作纵向位置的信息。

5.根据权利要求1所述的方法，其中原材料是GeCl₄、SiCl₄、反应氧、氦气和沉积温度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中多个径向沉积过程具有山丘型形状指数分布。

7.根据权利要求1所述的方法，其中将第一径向沉积过程设置成至少为0.1。

8.根据权利要求1所述的方法，其中径向沉积过程的总个数至少为10。

9.根据权利要求1所述的方法，其中纤芯形状指数分布具有向下凹陷的形状。

10.根据权利要求1所述的方法，其中纤芯形状指数分布具有向下凸起的形状。

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