TW451085B - Dispersion managed fiber - Google Patents

Description

451085 A7 B7 五、發明説明（f ) 發明領域： 本發明#、關於光纖，以及特別是關於色散管理光纖以 及製造光纖之方法。 發明背景： 目前波長區分多工性以及放大器出現已提昇系統需求 以降低光纖之色散斜率以及色散。先前已揭示出解決這些 特性之數種製造色散管理光纖方法。參閱Berkey等人1997 年4月23日中請之美國第08/844, 997號專利案，以及1996年 1月11日申請之美國第08/584, 868號專利案，該專利之說明 在此加入作為參考。 目前許多方法相當複雜以及因而需要較高費用而高於 標準製造方法，因為其複雜性所致。人們需要發展出其他 較為容易之方法以製造光纖，沿著光纖縱向之色散特性在 正值與負值之間變化，特別是在1550nra操作頻窗中。 發明大要： 本發明一項目標在於光纖，其包含具有第一折射率分 佈之中央心蕊玻璃區域。光纖亦具有第二心蕊玻璃區域相 鄰於外圍中央.區域，該第二區域厚度沿著第二區域軸向變 化以及具有第二新;射率分佈而與第一折射率分佈不同。 本發明另外一項係關於光纖預製件，其包含中央心蕊 玻璃或粉塵區域而具有第一折射率分佈。光纖亦具有第二 心溫玻璃區域相鄰以及圍繞著中央’區域，該第二區域厚度 沿著第二區域轴南變化以及具有第二折射率分佈與而第一 折射率分佈不同。- 本紙張尺度賴t關家標準（CNS ) A4規格（ 451 08 5 at __ B7 五、發明説明（2L ) 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 、本發明另外一項係關於製造光纖預製件之方法。該方 法匕含插入條杯件，其材料適合形成玻璃區域為玻璃管 件，其厚度沿著軸向或長度方向變化：桿件材料具有不同 的折射率分佈而與管件材料情況不同。本發明亦包含製造 光纖之方法。 依據本發明製造出光纖包含色散管理光纖之優點。本 發明製造出光纖亦具有無雜質之優點。本發明製造色散管 理光纖之方法為產業上容易實施之處理過程。 本發明其他特性以及優點將由下列詳細說明揭示出， 其部份說明為熟知此技術者了解或藉由實施本發明說明而 明白，該說明包含下列詳細說明，申請專利範圍以及附圖。 人們了解先前一般性說明以及下列詳細說明只作為本 發明範例，以及提供整體架構以了解本發明原理及特性。 附圖提供作為更進一步了解本發明，以及構成說明書之一 部份。附圖顯示出本發明多個實施例，以及隨同說明作為 說明本發明之原理及操作。 附圖簡單說明： 第一圖（圖1)為本發明塗覆粉塵管件以及桿件區段之. 斷面圖。 第二圖（圖2)為本發明沉積粉塵於固結桿件以及管件 組件之斷面示意圖。 第三圖（圖3)為管件玻璃火焰加工之示意圖。 第四圖及第五圖（圖4及圖5)為本發明預製件抽拉出光 纖之折射率分佈範例。 (請先閲讀背面之注意事項再填年4、頁) .裝 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（C.NS ) A4規格（210X297公釐） 451 08 5 4 五、發明説明（3) 經濟中央標準局員工消費合作社印製 附圖元件數字符號說明： 製造光纖預製件裝置1〇;桿件12;玻璃管件14;壁板 16;内側表面18;桿件管件組合件19;粉塵2〇;粉塵材料 22;燃燒器24;粉塵組件34;加熱區段42;加熱源44。 祥細說明： 現在參考附圖對本發明優先實施例詳細加以說明。儘 可能地，整個附圖相同或類似零件使用相同的參考數字。 本發明製造光纖預製件裝置範例性實施例顯示於圖丨中，以. 及以參专數字1〇表示。 、本發明光纖包含桿件12,桿件材料適合於形成玻璃區 =。桿彳牛12材料具有第一折射率。桿件12適當材料範例包 ，石夕石或摻雜鍺之石夕石.。不過本發明並不受限於任何特 定之範例。同時桿件12可為粉塵或在放置於玻璃管件14内 時變為玻•桿件12位於管件14峽得管件14觸於桿件 12以及組件_為織件後，桿件12關臟_製件抽 拉出之光纖中央心蕊。 玻璃14為具有第二折射率分佈之材料，其折射率分佈 與桿件1.2第-折射率分佈不同。優先地，桿件14具有超過 -種折射率分佈，如圖4及5所示。管賴材料聰決定於· 桿件12材料之選擇。f件!撕射率分佈優統與桿件撕 射佈不同。例如，當桿件!2由石夕石或摻雜錯石夕石所構 成時，管件14優先地由掺雜降低折射率摻雜劑例如為氟或 硼之矽石所構成。對於石夕石管件，敗為優先降低折射率之 摻雜劑。可加以變化，管件14可摻雜提高折射率例如鍺之 ---'裝— (諳先閱讀背面之注意事項再填年本頁) 訂 .ί I .^ϋ

I 1. 1 -i I 451085 五、發明説明（★) 摻f劑。本發職竹纽鄕件12絲件冊料之選擇 。管件14^夠形成第二心蕊區域相鄰於以及圍繞著抽拉出 光纖之中央心蕊區域。 管件14能夠由粉塵沉積於心軸上以及將粉塵固結為玻 ，管件製造出。管件關在_過程中及/或之前在擦雜 敦氣體高溫射加熱使管件摻雜氣。管件14在冑溫爐中在 預先決定溫度下加熱歷時預先決定之時間，其決定於摻雜 劑氟之所需要數量。 ’ 管件14包含壁板16，.其厚度隨著管件14軸向變化。軸 向亦可稱為長度方向。在變化壁板16厚度時，優先地管件 14外侧直徑保持為固定的。壁板16具有内側表面18。内側 表面相鄰於桿件12。沿著桿件12軸向，表面18與桿件12間 之距離隨著不同點而變化。可加以變化，管件外徑能夠沿 著管件14(並未顯示出）軸向變化。壁板μ亦可稱為管件μ 之厚度。 ~ 管件14壁板16厚度軸向變化能夠為均勻的或不均勻的 。管件厚度能夠以正弦或非正弦形式變化。優先地壁板 16厚度將沿著管件14軸向重複性地增加以及減小。此亦表 示管件14具有超過一個之循環。同時壁板16厚度並不受限 於最小厚度。壁板16能沿著管件14長度在特定位置處夠為 非常薄。 優先地，在沿著組件任何軸向點處桿件12以及管件j 4 組件折射率分佈應該為徑向對稱性。優先地，折射率將沿 著組件半徑均‘勻地變化。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) M规格（2丨〇>(297公釐） 451 OB 5五、發明説明（t) A7 B7 經濟部中夬椟準局員工消費合作社印製 粉塵20能夠沉積於管件14外側。此顯示於齡中。如 圖2所示，粉塵20沉積於熱塌於桿件12上之管件14組件⑺上 。粉塵2G由-組彡彳目各驗歸料22顆_滅。粉塵顆 粒22由沉積燃燒㈣釋出。任何形式沉積燃燒器能夠使用 來實施本發明。優先地在_触巾，塗胁塵組件34以 箭頭A方向轉動。 粉塵20優先地為具有第三折射率分佈之材料。粉塵2〇 折射率分佈與管件14折射率分佈不同。粉獅能約由未摻 雜之矽石，#純^;5,絲狀扣或其組合物所構成 。粉塵20能夠藉由已知任何技術沉積於管件14上，其包含 非限制性之外側汽相沉積法。實施本發明粉塵2〇並非必要 的。 由裝置10抽拉出光纖優先地為色散管理光纖。色散管 理光纖為色散沿著光纖長度由正值改變至負值，反之亦然 之f纖。為了由裝置10抽拉出色散管理光纖，桿件12插入 至管件14内。管件14熱塌於桿件12上。優先地在管件14熱 塌於桿件12前桿件12m結為玻假如桿件12及管件14兩 者為玻璃，並不需要作固結。 管件14能夠藉由任何已知技術熱塌於桿件12上例如施 加真空抽除使桿件12與管件14内侧表面18接觸。對管件14 施以真空抽除將管件14中央洞孔熱塌於桿件12四週◊另外 一項已知的技術為對桿件及管件組合件加熱至溫度足以使 柃件及管件組合件改變為玻璃預製件。在熱塌管件Μ於桿 件12之過程中，氣能夠通過桿件與管件14之間以作為清理 請 先 閱 意 事 項 再 頁 1Τ 本紙張U適用中國國家操準（CNS)八4胁（21〇χ297公着） 451085 A7 B7 五、發明説明（6 ) 經濟，邓中央檁準局員工消費合作社印製 。將洞孔閉合以及將桿件12管件組合件固結將使組合件轉 變為預製件物體19。 桿件及管件組合件之玻璃預製件顯示於圖2中。額外 的粉塵20能夠沉積於物體1〇上以形成塗覆粉塵之預製件34 。粉塵固結為玻璃，其將形成完整之光纖預製件或毛胚。 光纖能夠由該光纖預製件抽拉出。該預製件優先地為色散 管理光纖預製件。 在桿件12插入至管件14之前或之後能夠沉積出粉塵20 °選擇性地，外包層（並未顯示）能夠沉積於粉塵2〇上。一 項外包層材料之範例為石夕石。 能夠使用數項技術以改變管件14軸向壁板16之厚度。 壁板16厚度藉由蝕刻管件14表面18而加以改變。内侧表面 18選擇性地以遮罩材料加以遮蓋。遮罩材料保護塗覆遮罩 材料表面18區域避免腐蝕劑作用。腐蝕劑選擇性地沿著管 件14内侧表面18通過。在此所使用選擇性係指腐蝕劑只银 刻内侧表面18未遮蓋部份以及内侧表面經選擇部份塗覆遮 蓋材料。腐姑劑去除一部份内側表面18未遮蓋部份。為了 更進一步改變聲板16厚度或蝕刻内側表面18不同的斷面， 重複進行遮蓋内側表面18預先選擇區域之處理過程，該區 域為並不需要進行姑刻以及選擇性地沿著内側表面丨8通過 腐钱劑。 適當腐#劑包含過氟氣體。優先地使用氣體包含nf3， SFe，以及其混合物。更優先腐钮劑為NF3。能夠在溫度低 於管件14玻璃轉變溫度下使用NF3餘刻玻璃管件。因而，管 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） {請先閲讀背面之注意事項再填"'-本頁) 訂 \1/· -線 kj 451085 A7 B7 五、發明説明（了） 經濟，哪中央梯準局員工消費合作社印掣 ，14玻璃並不具有展性以及壁板16薄化為較容易控制。許 多其他腐蝕劑需要在溫度高於玻璃週邊溫度下蝕刻玻璃。 可加以變化，壁板16厚度能夠藉由玻璃火焰加工法操 作’如圖3所示。在玻螭火焰加工法中，一段管件14加熱至 至少為管件14所構成材料之軟化點，如參考數字42所示。 優先地，在加熱過程中旋轉管件14。在圖3中，管件14並未 顯不為内部受壓狀態。優先地管件14利用加熱源44進行加 熱。不過本發日脸不纽敗則錢加熱源火焰加工。 加熱源第二範例為感應線圈。感應線圈可具有石墨加 熱元件感應線圈沉積於管件14内側或外側上。 一旦管件14斷面42加熱至其軟化點，管件μ可在加熱 區段42處加以拉引以處理壁板16厚度。拉引亦可界定為管 件14加熱區段42之拉引或拉伸。為了在其他區段處處理壁 板16厚度，重複進行該加熱及拉引處理過程。 選擇性地，在管件14加熱處理過程中管件14能夠内部 受壓的。在加熱處理過程中對管件14施壓將防止管件14加 熱區段之下垂。能夠使用任何惰性氣體例如氮氣或任何其 他惰性氣體對.管件施壓。此能夠有助於保持管件14外徑為 固定值。 選擇性地，利用非乾燥加熱源對管件14加熱情況，能夠 實施任何乾燥管件14之其他步驟以去除任何形成於管件14 上之殘餘水份。管件14乾燥能夠藉由通過乾燥氣體於管件 14四週而達成。假如使用乾燥加熱源能夠使用該步驟。 在第三實施树中，改變壁板16厚度方法能夠包含餘刻 $-- 二 (#先閩讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公澄） /0 經濟部中央楯準局負工消費合作社印製 451 Οδ 5 五、發明説明（g·) 以及火焰加工。壁板16厚度能夠藉由在管件14加熱及拉引 過程中沿著管件表面18選擇性地通過腐蝕劑加以變化。腐 钱劑種類決定於施加於管件14之熱量。例如，假如管件 加熱至高於8p0*t，適當的腐蝕劑為SFe。能夠實施上述方 法以製造出光纖或光纖預製件。 圖4及5顯示出沿著預製件交替區段之折射率分佈，其 分別顯示出管件厚及薄壁板區段。預製件包含摻雜鍺砂石 桿件，摻雜氟之梦石桿件，摻雜鍺之矽石於摻雜氟管件上， 以及硬石包層。 圖4及5為預製件折射率分佈之範例，該預製件依據本 發明藉由沿著管件軸向改變壁板厚度之管件製造出，該預 製件能夠抽拉出光纖，該光纖在1550nm情況下沿著光纖長 度色散值在正值及負值之間變化。 .曲線為任意單位之半徑與折射率差值(△)量測值之關 係曲線圖。 Δ〇=(η〇2-η〇2)/2(η〇2) △0為任何特定區域相對於包層折射率之△值。咖為 特定光纖區域折射率以及nc為包層折射率。 圖4預製件為一段能夠抽拉為光纖之預製件範例，該光 纖能夠達成具有負值色散以及負值色散斜率。 圖5表示一段摻雜氟薄化之管件以與圖4作比較。圖5 區段為一段能夠抽拉為光纖之預製件範例，該光纖在155〇 nm下能夠達成具有正值色散以及正值色散斜率。具有該形 式區段之光纖#別有用於降低正值色散斜率以補償總色散 本纸悵尺度適用中國國家標準（C.NS ) A4規格（2ΐαχ297公整） (請先閲讀背面之注意事項再填¾..衣頁)

451085五、發明説明（Q ) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印掣 以及斜率接近零。同時具有圖5所顯示分佈之光纖為具有 正值及負值色散。 在本發明優先實施例中，管件與包層之差值(△)百分 比變化為小於-〇. 25%，優先地大於-〇·4%。圖5管件中氟含 量在0.6至1.3%重量比範圍内。 在優先地實施例中，顯示於圖4及5中形式之分佈包含 具有相對於包層差值百分比在+0. 4至1,1 %間之中央心蕊區 域以及凹下外圍心' 蕊區域（第二區域）而圍繞著中央心蕊區 域。凹下外圍區域相對於包層之差值百分比優先地為_.15% 或更小範圍内（優先地不小於-0. 6%)。選擇性地可使用未 含摻雜劑之環帶。在一些優先未使用摻雜劑環帶之實施例 中，環帶呈現出差值百分比界於+0.10與+0· 8%之間。在圖4 及5所顯示實施例中，中央心蕊具有差值百分比約為+0. 85% ，四下外圍區.域為差值百分比為-0.4%,以及圍繞著凹下外 圍區域之環帶之差值百分比約為0.4%。 二個區段之半徑由光纖中心線量測至折射率分佈與义 2延伸交會點處，x軸等於包層折射率。在該實施例中包層 月為發;5。.因而，在圖4及5巾，中央心H外側半徑由中心 線里測至中央心蕊折射率分佈與X軸《會點處，外圍心蕊半 4由中Ci線量測至外圍心蕊折射率分佈與X轴交會點處，以 及，，域半徑由中心線量測至環帶折射率分佈外側相當 直巧延伸與x轴交會點處(最接近包層環帶最外側區域之 區域並不視為環帶部份）。選擇折射率分佈使得假如 中心線提高折射率摻雜區段之半徑採用為a，外圍區段 ‘紙張尺度適用中 (諳先閱讀背面之注意事項再填寫來頁} 来· 訂 45108 5 A7 ____；_ B7 五、發明説明（（〇 ) 半徑為b，b/a優先地界於1. 5至3. 0,更優先地界於2與2. 5之 間。假如附加性環帶外側半徑為0，則c/a優先地界於2. 5與 3.2之間〇 圖4及5所揭示分佈符合半徑之限制以及亦包含中央心 從區域之差值百分比界於+〇· 7與〇%之間，四下外圍心蕊 區域之差值百分比界於-〇_ 25與-〇 5%之間，以及圍繞著凹 下外圍區域之環帶差值百分比界於+〇_ 2與〇.跳之間。 本發明另外一個實施例包含不含摻雜劑之矽石管件。 其能夠為提馬折射率包層或為提高分佈。在該實施例中桿 件12以及粉塵20由折射率高於砂石之材料所構成。 熟知此技術者能夠對本發明作出各種變化及改變而並 不會脫離本發明精神與範圍。下列申請專利範圍含蓋這些 變化及改變。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 一一 I適 尺 張 ,紙 本 \1/ Ns I準 標 一家 I國 I釐 297fv>

Claims (1)

1. 451085 A8 B8 C8 D8 2 -- 申請專利範圍 經濟‘哪中夬樓準局貝工消費合作社印製 L 一種光纖，其包含 中央心蕊玻璃區域，其具有第一折射率分佈；以及 _第二心蕊玻璃區域相鄰於以及圍繞著該中央區域，該第 一區域厚度沿著第二區域軸向變化以及具有第二折射率分 佈與第一折射率分佈不同。 2‘依據申料利翻第1項之光纖，其”二區域由摻雜氟 之玻璃管件所構成》 3. 依據申請專利範圍第丨項之光纖，其中更進一步包含包層 位於第^區域外圍。 4. 依據申請專利範圍第3項之光纖，其中包層具有第三 率分佈與第二折射率分佈不同。 ’ 5·依據申請專利範圍第3項之光纖，其中更進一步包人 百分比至少小於—0.25%。 3 6. —種光纖預製件，包含： 中央心疏玻璃或粉塵區域，其具有第一折射率分佈，、 第二心蕊玻璃區域相鄰於以及圍繞著該中央區域^及 一心蕊區域厚度沿著第二區域軸向變化以及具有第―心第 率分佈與第一折射率分佈不同。 —拆射 7. 依據申請專利範圍第6項之光纖，其中第二區域 之玻璃管件。 ”'、&雜氣 8. 依據申請專利範圍第6項之光纖，其中更進— 位於第二區域上。^包層 9. 依據申請專利範圍第8項之光纖，其中包層具有第三 率分佈而與第二折射率分佈不同。 〜斤射 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t--- •4. 各紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2〖〇><297公釐-) 、申請專利範圍 ABCD 3 讥一種製造光纖預製件之方法，其更進一步包含. =悔玻猜射，轉讀㈣合郷成玻 ^亥杯件具有第-折神分佈，破_件壁板在管件輪向 ;分=厚度以及管件具有第二折射率分佈與第-折射 11. 依據申請專利範圍第10項之方法，其中更進一步包含沉 積包層於管件上。 12. 依據申請專利範圍第㈣之方法，其甲沉積包層具有第 二折射率分佈而與第二折射率分佈不同。 13·依據申請專利範圍第1〇項之方法，其中在插入步驟前更 進一步包含藉由選擇性地蝕刻管件内側表面而形成管件。 14,依據申請專利範圍第丨3項之方法，其中蝕刻劑由邢3， SFg以及其混合物氣體選擇出。 15_依據申請專利範圍第1〇項之方法，其中在插入步驟前更 進一步包含藉由玻璃火焰加工形成管件。 16.依據申請專利範圍第15項之方法，其中在火焰加工過程 中更進一步包含對管件施加壓力。 I J. . It— f ί · I m ] i請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂--- 鯉濟部t央標準局員工消费合作社印製 衣紙张尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公釐）