TW553912B - Optical fiber and preform, method of manufacturing same, and optical component made therefrom - Google Patents

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Alfred Joseph Antos
Dana Craig Bookbinder
Richard Michael Fiacco
Kevin B Sparks
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Corning Inc
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Description

553912 A7 B7 五、發明説明（I ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 相關申請： 本發明依據2001年1月12曰申請之美國第60/261，611 號專利臨時申請案主張優先權，該專利名稱為”〇ptical Fiber And Preform, Method Of Manufacturing Same, And Optical Component Made There from'1 ° 發明背景·. 本發明係關於光學波導光纖以及被動性光學組件例如 光學耗合器之領域，以及更特別地關於使用於製造光學搞 合器之光學波導光纖。 技術背景： 如人們了解，運行通過光學波導光纖之電磁輻射線由 於受到數項機制所導致之衰減或損耗。 該衰減係由於存在於光纖導引光線區域中雜質所導致 之光學波導光纖吸收所產生。特別地令人困擾之缺點為由 於羥基(0H)所導致之衰減，當氫來源存在於光纖材料中時， 或當在光纖製造處理過程中數種可產生氫之來源在光纖製 造處理過程中擴散至玻璃時，該羥基將在光學波導光纖中 形成。以光纖形式以及光纖預製件形式製造出所使用之矽 石物體能夠含有相當數量之〇H。一般來說，氫與Si〇2及/或 Ge〇2及/或其他玻璃基質中含有氧形成0H及/或0IK通常成 為水份)鍵。 過去，已作許多嘗試以減小光纖中水份含量，至目前， 通訊系統錢由操作於131〇nm頻窗及/或丨550nm頻窗，或其他 頻窗避免所謂位於1380nm頻窗之’’水份尖峰”（在該波長下 本紙張尺度賴巾國^5^ ( CNS ) A4規格（210X^97公釐）
-----------i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁J 今 553912 A7 B7 五、發明説明（i) 衰減為較高而高於比該波長為低及高波長情況）。利用已 來臨波長區分多工(WDM)及放大器技術中前進技術將促使 通訊系統操作於寬廣波長範圍内，目前位於13〇〇11111與165〇 Ml間所有波長能夠使用作為光學通訊系統中之數據傳送。 因而，利用該系統由光學波導光纖去除水份以及持續為促 使在較為寬廣波長範圍内較佳品質以及較高容量之系統能 夠操作為重要的目標，該通訊系統能夠在長距離操作。 除此，光纖網路，或光纖出入網路正在擴張。光學組件 通常使用於光纖光學裝置，網路以及系統中光學組件包含 光學耦合器，其能夠作為合併器或分裂器。耦合器通常合 併傳播於至少兩條光纖之光線，或分裂傳播通過光纖之光 學以更進一步傳播光線於至少兩條光纖上。光學耦合器亦 旎夠使用作為合併不同波長之光線。在光纖放大器中，耦 合器通常使用來供應光線至訊號光纖。耦合器亦能夠使用 於波長區分網路以加入以及移除頻道。 通常，耦合器能夠標示為包含兩條或多條波導或光纖 放^彼此靠近在一起，其中相鄰波導模場至少某種程度地 重疊。耦合能夠發生於兩個靠近分隔之心蕊或光學路徑於 中 央 準 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 被動性光學裝置中。該裝置為融合光纖，外包層熔融光纖， 平面裝置之形式。 特定形式之光纖光學系統需要耦合器，在其中至少一 部份光線傳播於一條或兩條耦合至或切換於兩條輸出光纖 ，間。该㈣以及2x2光纖光學耦合器之商業化實施例包含 裝置例如為3dB耦合器，消色性耦合器，分接頭，波長區分多
553912 A7 ~ -— Β7 五、發明説明（$ ) 工器（WDM)，切換器等。 波長區分多工器使用於光學通訊系統中以及局部區域 網路以提高數據傳送能力。各種波長之多工||/解多工器 可利用於例如高頻帶寬度，低損耗單模之光纖通訊系統°。 WD_合1使料為分裂«。麵Μ合魏夠使用融 合雙圓錐漸變H(FBT)技術處理過程製造出。FBT光纖麵合 器包含兩條或多條光纖，其包層融合在一起。光纖力口熱以 及藉由拉伸加以逐漸變化持續到達到所需要耦合特性以在 光纖間轉移光線。 操作於約為1550nm操作頻窗之摻雜铒光纖放大器（edfa )為長距離光纖網路中重要的組件。肋以藉由使用98〇或 1480nm泵雷射放大傳送訊號。加入泵運波長（98〇11111或148〇 nm)以激發光纖中摻雜铒，使得在155〇11111頻窗中傳送訊號通 過光纖之訊號放大以及離開放大器。WDM耦合器通常使用 於該放大器中以合併泵運以及訊號波長，因而能夠促使訊 號波長放大。 發明大要： 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 本發明一項係關於光學波導光纖，其包含心蕊以及包 層圍繞著心蕊，其中包層包含至少190ppm水份於徑向外側 至少20°/。週邊範圍内。在優先實施例中，光纖耦合器包含至 少一條該光纖。在一項優先實施例中，包層並不包含氯。 在另外一個優先實施例中，包層實質上並不包含氣。 本發明另外一項係關於光學波導光纖，其包含心蕊及 包層圍繞著心蕊，其中至少部份外包層含有至少300ppm水 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 553912 A7 B7 五、發明説明（今） 經 濟 部 中 央 標 準 k 員 工 消 費 合 作 社 印 製 份。在優先實施例中，至少一部份外包層含有35〇ppm。在 更優先實施例中，光纖粞合器包含至少一條該光纖。 本發明另外一項係關於光學波導光纖，其包含心蕊及 包層圍繞著心蕊，其中至少部份外包層含有至少3〇〇仍耶水 份。在優先實施例中，光纖耦合器包含至少一條該光纖。 本發明另外一項係關於熔融矽石材料之第一光學波導 物體以融合到至少一個其他熔融矽石材料光學波導物體 第一物體包含接觸表面，其中至少一部份接觸表面能夠融 合至至少一個其他物體，其中第一物體在或接近接觸表面 處含有至少150ppm水份，其中至少一部份第一光學波導物 體含有至少300ppm水份。 在一項優先實施例中，第一光學波導物體在接觸表面 處或附近含有至少190ppm水份。在另外一個實施例中，至 少一部份第一光學波導物體含有至少300ppm水份。 在一項優先實施例中，接觸表面為平面性。在另外一 個優先實施例中，接觸表面為彎曲的。 在另一項優先實施例中，光纖耦合器包含第一光學波 導物體。 / 在另一項，本發明係關於光纖搞合器，其包含一組多條 光學波導光纖，每一光纖具有至少一部份融合至另外一條 光纖，其中至少一條光纖包含外包層區域圍繞著心蕊，其中 至少一部份外包層區域摻雜肋及/或〇2〇。在優先實施例 中，至少一部份外包層區域含有至少一種其他摻雜劑，其由 Ge〇2，B2〇3，及F選取出。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂. 553912 A7 B7 五 發明説明（f) 經濟部中央檩準局員工消費合作社印製 本發明另外一項中係關於光學耦合器，其包含一組多 條光學波導光纖，每一光纖具有至少一部份融合至其他2 纖，其中至少一條光纖包含外包層區域圍繞著心蕊其中至 少至少一部份外包層區域含有至少兩種摻雜劑。優先地 換雜劑由H2〇, D2〇, Ge〇2, B2〇3, F以及C1選取出。 本發明另外一項係關於形成光學波導光纖預製件之方 法，其包含下列步驟:提供心蕊桿件，沉積粉塵外包層於心 蕊桿件上以形成粉塵外包層預製件，摻雜粉塵外包層以形 成含有摻雜劑粉塵外包層預製件；以及燒結含有摻雜劑之 粉塵外包層預製件以形成玻璃光學波導光纖預製件；其中 摻雜步驟包含選擇性地將水份加入至粉塵外包層。在優先 實施例中，粉塵外包層並不加以乾燥。在另外一個優先實 施例中，粉塵外包層並不利用氯氣加以乾燥。在另外一個 優先實施例中，摻雜步驟更進一步包含將粉塵外包層暴露 於H2O及/或D2O。在另一優先實施例中，摻雜步驟包含將粉 塵外包層暴露於較大氣濕度為高之環境中。優先地摻雜在 提高溫度槽中進行。在優先實施例中，摻雜步驟更進一步 包含將粉麈外包層暴露於至少一種由Ge〇2及祕選取出之 摻雜劑。在另一優先實施例中，摻雜步驟更進一步包含將 粉塵外包層暴露於至少一種摻雜劑，該摻雜劑由Ge〇2, b2〇3 ，及F選取出。預製件能夠抽拉為光學波導光纖。 另外一方面，本發明係關於一種形成光學波導光纖預 製件之方法，該方法包含下列步驟:提供心蕊桿件·，沉積粉 塵外包層於心蕊桿件上以形成粉塵外包層預製件；以至少 本紙張尺度顧tun家標準（cNS ) A4規格（21GX297公釐） -------—f - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 553912 A7 ' --------- __B7 五、發明説明（& ) 兩種摻雜劑摻雜粉塵外包層以形成含有摻雜劑之粉塵外包 層預製件；以及將含有摻雜劑之粉塵外包層預製件燒結以 形成玻璃性光學波導光纖預製件。在優先實施例中，摻雜 步驟包含遥擇性地將水份加入至粉塵外包層。在另一優先 貫施例中，摻雜步驟更進一步包含將粉塵外包層暴露於出〇 及/或D2〇。在另外一個優先實施例中，粉塵外包層換雜之 摻雜劑由Ge〇2，B2〇3，F以及C1選取出。預製件能夠抽拉為 光學波導光纖。 本發明另外一項係關於一種形成光學波導光纖之方法 ，該方法包含下列步驟··提供矽石粉塵管件;摻雜矽石粉塵 官件；將矽石粉塵管件燒結為含有摻雜劑熔融矽石管件；沉 積粉塵材料於含有摻雜劑熔融矽石管件内側以形成含有摻 雜劑之外包層粉塵預製件；以及燒結以及抽拉含有摻雜劑 之外包層粉塵預製件為光學波導光纖。燒結及抽拉步驟能 夠更進一步包含燒結含有摻雜劑之外包層粉塵預製件以形 成玻璃光學波導光纖預製件，再抽拉玻璃光學波導光纖預 製件為光學波導光纖。 本發明一項係關於光學波導光纖，其包含心蕊及包層 圍繞著心欲、，其中包層優先地含有至少5〇ppm水份於外側週 邊處或靠近外側週邊處。甚至於包層優先地含有至少1〇〇 ppm水份於外側週邊處或附近。在另外一個優先實施例中， 光纖含有至少190ppm水份於徑向外側至少2〇%週邊内。 包層可包含内側包層以及外包層。在優先實施例中， 内側包層含有水份小於外包層。在優先實施例中，至少一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 553912 A7
------------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 部份外包層含有至少300ppm水份。在另外一個優先實施例 中，皇少一部份外包層含有至少350ppm水份。 在優先實施例中，外包層實質上並不含有氯。在另外 一優先實施例中，外包層並不含有氯。 在另外一項實施例中，本發明係關於熔融矽石材料之 弟一光學波導物體以融合到至少一個其他溶融石夕石材料之 光學波導物體。第一物體包含接觸表面，其中至少一個接 觸表面能夠融合到至少一個其他物體，以及在其中第一物 體在接觸表面處或附近含有至少15〇ppm水份。第一光學波 導物體優先地在接觸表面處或附近含有至少19〇ppm水份。 至少第一光學波導物體之部份優先地含有至少3〇〇ppm水份 。至少一部份第一光學波導物體優先地含有至少祁卟卵水 份。接觸表面實質上為平面，表面可為彎曲的。 在另外一項實施例中，本發明係關於光學波導光纖，其 包含心蕊及外包層圍繞著心蕊，其中至少一部份外包層區 域含有至少一種Ge〇2及Bz〇3。外包層區域優先地並不含氣 。至少一部份外包層區域優先地含有至少兩種摻雜劑，其 由Ge〇2，B2〇3.，及C1選取出。 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 在另外一項實施例中，本發明係關於耦合器光纖，其包 含心蕊及外包層區域圍繞著心蕊，其中至少一部份外包層 區域含有至少兩種捧雜劑，該摻雜劑由祕，賊Ge〇2, B2O3 ，F&C1選取出。 在另外一項實施例中，本發明係關於光纖耦合器，其包 含一組多條光學波導光纖，每一光纖具有至少一部份融合 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚） 553912 A7 B7 五、發明説明（7) 至其他光纖，其中至少一條光纖包含外包層區域圍繞著心 炎，其中至少一部份外包層區域含有至少一種摻雜劑，以及 其中至少一部伤外包層區域並不含氯。在優先實施例中， 至少一種摻雜劑為水份。在另外一個優先實施例中，至少 一種摻雜劑由H2〇, D2〇, Ge〇2, B2〇3,及F選取出。至少一部 份外包層區域優先地並不含氯。 _在另外一項貫施例中，本發明係關於光纖耦合器，其包 含一組多條光學波導光纖，每一光纖具有至少一部份融合 至其他光纖，其中至少一條光纖包含外包層區域圍繞著心 蕊，其中至少一部份外包層區域含有至少兩種摻雜劑。摻 雜劑優先地由H2〇, DzO, Ge〇2, ΒΛ，F及C1選取出。 經 濟 部 中 央 率 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 本發明另外一項係關於一種形成光學波導光纖預製件 之方法，該方法包含下列步驟:提供心蕊桿件；沉積粉塵外 包層於心蕊桿件上以形成粉塵外包層預製件;摻雜粉塵外 包層以形成含有摻雜劑之粉塵外包層預製件；以及燒結以 及抽拉含有摻雜劑之粉塵外包層預製件以形成玻璃光學波 導光纖預製件。優先地，摻雜在提高溫度槽中進行。摻雜 以及燒結步驟優先地在不含氯氣環境中進行。粉塵外包層 優先地不加以乾燥。除此，粉塵外包層優先地並不利用氯 氣加以乾燥。在優先實施例中，掺雜步驟包含選擇性地將 水份加入到粉塵外包層，以及摻雜步驟更進一步包含將粉 塵外包層暴路於H2〇及/或AO。在另外一個優先實施例中， 摻雜步驟皂含將粉塵外包層暴露於較大氣濕度高之環境。 換雜步驟優先地包含將粉塵外包層暴露於至少一種以〇2以 A4規格（210X297公釐） 本紙張尺度適财 553912 Α7 Β7 ο 五、發明説明（气） 經濟部中夬標準局員工消費合作杜印製 及B2〇3摻雜劑。在另外一項優先實施例中，摻雜步驟更進 一步包含將粉塵外包層暴露於至少兩種摻雜劑，該摻雜劑 由Ge〇2，B2〇3以及F選取出。 本發明另外一項係關於一種形成光學波導光纖預製件 之方法，该方法包含下列步驟··提供心蕊桿件；沉積粉塵外 包層於心：杯件上以形成粉塵外包層預製件；以至少兩種 摻雜劑摻雜粉塵外包層以形成含有摻雜劑之粉塵外包層預 I件，以及燒結含有換雜劑之粉塵外包層預製件以形成玻 璃光學波導光纖預製件。摻雜步驟優先地包含選擇性地添 加水份至粉塵外包層，以及摻雜步驟可更進一步優先地包 含將粉塵外包層暴露於M)及/或M)。在另外一個優先實 施例中，粉塵外包層摻雜多種摻雜劑，該摻雜劑由Ge〇2， B2〇3，F以及Cl選取出。 本發明更進一步係關於一種形成光學波導光纖預製件 之方法，該方法包含下列步驟··提供心蕊桿件；沉積粉塵外 包層於心蕊桿件上以形成粉塵外包層預製件;在不含氣氣 環境中摻雜粉塵外包層以形成含有摻雜劑之粉塵外包層預 製件；以及在不含氣氣環境中燒結含有摻雜劑之粉麈外包 層預製件以形成玻璃光學波導光纖預製件。摻雜步驟優先 地包含選擇性地將水份加入至粉塵外包層，可更進一步優 先地包含將粉塵外包層暴露於及/或D2〇。在另外一個 優先實施例中，該方法優先地更進一步包含將粉塵外包層 暴露於至少兩種摻雜劑，該摻雜劑由Ge〇2, B2〇3以及F選取 -- (請先閲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 ) Μ規格（2ΐ〇χ297公釐） /7. 11553912 A7 五、發明説明（〖〇 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本發明另外-項侧於一種由粉塵外包層預製件形成 耦合器光纖之方法，該方法包含下列步驟:在不含氯氣環境 中摻雜粉塵外包層以形成含有摻雜劑之粉塵外包層預製件 ，以及在不含氯氣環境中燒結含有摻雜劑之粉塵外包層預 製件以形成玻璃光學波導光纖預製件；以及抽拉玻璃光學 波導光纖預製件為光纖。摻雜步驟優先地包含利用水份摻 雜粉塵外包層，以及更優先地包含將粉塵外包層暴露於H2〇 及/或D20。該方法優先地包含將粉塵外包層暴露於至少一 種摻雜劑，該摻雜劑由Ge〇2，B2〇3以及F選取出。該方法之 燒結及抽拉步驟可選擇性地同時進行。 本發明亦關於一種由具有粉塵外層之預製件抽拉出光 學波V光纖之方法，該方法包含利用水份摻雜粉塵外層使 知该外層在外側週邊處或附近具有至少15〇ppm水份。 本發明更進一步關於一種形成光學波導光纖之方法， 該方法包含下列步驟:提供矽石粉塵管件;摻雜矽石粉塵管 件；將矽石粉塵管件燒結為含有摻雜劑之熔融矽石管件；沉 積粉塵材料於含有摻雜劑熔融矽石管件内側以形成含有摻 雜劑之外包層粉塵預製件；以及燒結以及抽拉含有摻雜劑 之粉塵預製件為光學波導光纖。燒結以及抽拉步驟優先地 包含將含有摻雜劑之粉塵預製件燒結以形成玻璃光學波導 光纖預製件，再抽拉玻璃光學波導光纖預製件為光學波導 光纖。摻雜步驟優先地包含選擇性將水份加入至矽石粉塵 管件。 光纖耗合器優先地可包含至少一條上述光纖及/或物 一请先聞讀背之注意事項存填寫本寅) r. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公羡）13 553912
12 五、 發明説明（丨㈠ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 體，以及實施一種或多種上述方法以產生至少部份光學耗 合器。 附圖簡單說明： 第一圖（圖1)為一般已知WDM耦合器之示意圖。 第二圖（圖2)為光纖預製件或光纖代表性圓柱形玻璃 物體透射圖。 第三圖（圖3)為曲線圖，其顯示出包含本發明光纖預製 件之耦合器光纖預製件中水份含量徑向分佈。 附圖元件數字符號說明： 麵合器1;光纖2, 3;耦合區域4;輸入端埠5, 6;輸出 端埠7,8;光纖預製件或光纖20;心蕊區域22;包層區域 23;内側包層24;外包層26。 詳細說明： 現在針對本發明優先實施例詳細加以說明，其範例顯 示於附圖中。儘可能地所有附圖中相同的參考數目表示相 同的或類似的零件。 形成融合光學耦合之各種方法以及裝置為已知的。通 常耦合包含由兩條光纖之每一條光纖部份去除護套，機械 性地接觸，扭轉，或其他預先加載光纖之裸露包層或外包層 彼此罪在一起，以及施加熱量以融合光纖，同時地抽拉以及 拉伸加熱部份。由光纖漸變段之抽拉使心蕊非常靠近，使 得當光線傳播通過光纖時，在心蕊之間發生耦合作用。融 合光纖叙合器藉由將一組多條光纖側邊靠在側邊之關係沿 著適ί長度放置以及將包層融合在一起以固定光纖以及減 本紙張尺錢财關@iicNS ) Α4規格（210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 553912 A7 ___ B7五、發明説明（) 3 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 小心蕊間之間距。各種耦合器特性能夠藉由在加熱及拉伸 光纖前將光纖插入毛細管以形成耦合器預製件而得到改善 ，因而產生外包層耦合器形式。 1x2及2x2形式之外包詹耦合器藉由插入兩條適當配製 出具有心蕊及包層之玻璃光纖至玻璃管件縱向開孔而製造 出，使得每一光纖端部延伸通過管件一端或兩端，其決定於 製造出1x2或2x2。部份塗膜由每一光纖去除，以及光纖不含 塗膜部份位於管件開孔内以形成耦合器預製件。耦合器預 製件之中央部份塌陷於光纖四週，及中間區域之中央部份 加以拉引以拉伸光纖以及減小其直徑。當達到所需要搞合 時停止拉伸。密封劑例如紫外線固化環氧樹脂再塗覆至管 件開孔之端部。所形成耦合器係指外包層融合耦合器或外 包層耦合器。參閱Quinn等人之美國第5754720號專利。同 時參閱美國第4834481號專利，其說明一種單模融合耦合器 ，其作為1320nm及1550nm波長下之波長多工器/解多工器。 1x2耦合器能夠藉由切割兩條光纖之一接近融合區段 而製造出，其中截斷光纖並不反射光波。同樣地，1x342x3 耦合器能夠使用三條光纖製造出，其同時地加以拉引以及 融合。同樣地能夠製造出NxN耦合器（或1χΝ，2χη等）。 通常融合光纖耦合器具有融合，漸變區段，其長度為5 至70毫米，其決定於耦合比，波長範圍，以及其他因素。1χ2 及2x2耦合器之整體長度通常為2〇至1〇〇毫米。融合區段通 常由合成樹脂材料及/或外殼加以保護。 圖1顯示先前技術雙向EDM耦合器1，其具有兩條光纖2, 本紙張尺度適用中國國家檬準（CNS ) Α4規格（210X297公羡）If (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣·
、1T 553912
、發明説明（β 起以形絲合區域4,如Burke等人 fcmo嶋_專辦難所朗。軸合器呈 有兩個輸人端蟑5, 6以及兩個輸出端埠7, 8 β進人輸入剌 5之兩種不同波長“，λ2光線分離為兩種成份η及u。 在理想麵輕合器中波長分離為完全的，其中麵之邊 由，出端埠7離開搞合器以Α1_λ經由輪出端璋^離開。 在實際耦合器中無法達成該程度之分離。即一些百分比 二亦經由輸出端埠8離開以及一些百分比λ2亦經:輸出 端埠7離開。波長隔離，或串音為制兩個輸出端淳處不同 波長分離程度。隔離通常以dB量測。參考則，隔離定義為 隔離k=-10 l〇g(；u(端埠8)/λ1(端埠7)) 其中λ1(端埠8)為通過端埠8波長λΐ之光線數量，以及λ1 (端埠7)為通過端埠7波長λ1光線數量。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 依據本發明粉塵預製件或粉塵物體優先地由化學地反 應至夕、些包含至少一種形成玻璃前身產物化合物之移動 流體混合物於氧化介質中以形成矽石為主之反應產物而形 成。至少一部份該反應產物投射朝向基質以形成多孔性矽 石物體。粉塵物體可藉由例如外側汽相沉積法沉積多層粉 塵於引取桿件上而形成。 基質或引取桿件或心軸裝置於工作床上，其旋轉及移 動心軸而十分靠近於產生粉塵之燃燒器。當心軸旋轉以及 平移時，矽石為主已知為粉塵之反應產物投射朝向心軸。 至少一部份矽石為主反應產物沉積於心軸上以及部份柄部 上以在其上面形成粉塵。熟知此技術者了解產生粉塵燃燒 553912 A7 B7 五、發明説明（外） 5 - 1— i · 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 :能夠移動而不移動心轴。除此，本發明該項並不預 為限制粉就積爾D處理雜。細，化學性反應至少一 些移動流體齡物之成份的方法例如雜雛之至少二 形成玻猶身產物化合物於氧化介f中液體傳送能夠使用 來形成本發日脚石粒之反應產物。除此，其他處理過程 例如内側汽相沉積法，以及改良化學汽相沉積法(mcvd)，以 及轴向汽相沉積法(VAD)亦適合於本發明。 ， -旦所需要數量之粉塵沉積.軸上，停止粉塵沉積 以及心軸由粉塵物體移除。 、 由於移除心軸，粉塵物體界定出中心線洞孔軸向地通 過其中。優先地粉塵物體再向下傳送進入固結高溫爐。 粉塵物體優先地藉由例如在固結高溫爐提高溫度下暴 露粉塵物體至含有氯氣之氣體中進行化學性乾燥。含有氯 氣之氣體由粉塵物體有效地去除水份以及其他雜質，否則 其將對由粉塵物體製造出光學波導光纖特性產生不良的影 響。在形成OVD粉塵物體中，氯氣充份地流動通過粉塵以有 效地乾燥整個毛胚，包含圍繞著中心線洞孔之區域。 在化學乾燥步驟後，高溫爐溫度提高至溫度足以將粉 塵毛胚固結為燒結玻璃預製件，優先地為15〇(rc。中心線 洞孔優先地在固結步驟過程中完全地閉合以及因而防止再 潤'屋中心線洞孔區域。乾燥以及固結可選擇性地同時發生 。優先地，燒結玻璃預製件保持在提高溫度下，優先地在保 持嫉箱中像惰性氣體擴散通過其中。閉合中心線洞孔之各 種方法為已知的。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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在上述所說辭驟後，燒結玻璃 子在以後作更進-步處理，二 在保持“内，或放置於再抽拉高溫爐内，其中在需要情 2下=製件能夠抽拉為減小直徑之圓柱形玻璃 如心说桿件。 在再抽拉時，以上述所說明之燒結玻璃預製件藉由向 下供應柄部懸吊於高溫爐内。在高溫爐内溫度提高至足以 拉伸玻璃難狀溫度，優先地為195(rc至·。C，以及再 減小預製件之直徑以形成κ__物體例如心蕊桿件。 減小心蕊桿件優先地具有包層蕊區域。 由上述所說明方法或其他業界已知方法製造出部份構 成包層之減小直徑心蕊桿件藉由例如更進一步粉塵沉積例 如_，或利用桿件在管件中排列加以外包覆，以及接續抽 拉為光學波導光纖，其具有中央心蕊部份由包層玻璃包圍 著。圖2示意性地表示代表光纖預製件或光纖2〇之圓柱形 玻璃物體，其包含心蕊區域22以及包層區域23,在圖中包層 區域23包含内側包層24以及外包層26。 經濟、邢中央檩率局員工消費合作杜印製 在一項優先實施例中，心蕊為摻雜二氧化鍺之矽石，心 蕊由純Si〇2内側包層圍繞著，以及圍繞著内側包層之外包 層粉塵為純Si〇2。 在由外包層預製件製造出玻璃光纖預製件已知方法中 ，外包層預製件在固結前藉由Clz氣體加以乾燥，以及乾燥 亦在固結過程中發生。因而，乾燥外包層預製件將粉塵外 包層脫水。乾燥粉塵外包層預製件再燒結為玻璃光學波導 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2l〇X29*7公釐）
iS 553912 A7 B7 濟 部 中 央 標 準 局 員 工 消 費 合 作 五、發明説明（tb ) 光纖預製件以及抽拉為光纖。假如光纖預定加入至光學輕 合器，最終乾燥步驟通常加以消除。 千 在本發明之前無法知道多少水份存在於燒結玻璃外包 層預製件之外包層區域中，由於耦合器光纖或其預製件中 水份量測無法進行以及為未知的。除此，在光纖加入至耦 合器後無法知道光纖中水份存在是否對耦合器性能產生相 當差異。偶然地，我們促使調查燒結玻璃外包層預製件之 水份含量，該預製件由先前方法製造出未乾燥粉塵外包層 製造出。這些耦合器光纖燒結未乾燥光纖預製件之/ 示出隨機未控制之水份分佈遍級各處。 … 令人驚奇地，我們發現藉由控制方式添加水份至預製 件籾塵外包層，以及接續將光纖加入至搞合器，麵合器隔離 得到改善。除此，我們發現製造具有所需要光學以及物理 特性之耦合器光纖的重現性得到大輻度改善，因而改善整 體處理過程之控制，如底下所說明。 在本發明優先實施例中，外包層預製件優先地並不加 以乾燥。相反地，外包層預製件之外包層以受控制方式摻 雜水份，產生潮濕外包層預製件，優先地在預製件至少一部 份具有所需要之水份含量。酿外包層雜件再固結為玻 璃光、截預製件。光纖預製件能夠再固結為玻璃光纖預製件 。光纖預製件能夠錄為絲波導光纖，其_適合加入 光學耦合器内。 在優為實施例中，以水份摻雜外包層預製件之粉塵外 包層區域能夠藉由控制外圍氣體中濕度，或藉由加入及/或
553912 A7 B7 五、發明説明（〖吓） 8 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 控制外包層織件四週水蒸氣流動而達成。因而，至少一 部份預製件外包層區域之水份含量賴含量_加以控制 為所需要數量。在特定實施射，外包層織件之外包層 區域的水份含量能夠加以選擇及優先地提高至一數值，4 則在先前已知的無法控制之製造方法及/或條件下發生，例 如在無法控制及可能變化影響環境例如濕度情況下發生。 可加以變化，外包層預製件包層折射率的册含量能夠 優先地加以控制，以及甚至於更優先地藉由暴露粉塵外包 層區域於摻雜劑d2〇而提高。 因而，在此所謂π水份”或”水份含量”或，，摻雜水份，，通 常一般意思係指在宿主中0Η及/或0D種類，及/或加入至宿 主内。例如，粉塵玻璃能夠摻雜關或匕〇,或兩者作為摻雜 劑。其他分子或光子來源例如甲醇或氫氣(¾)亦可具有Η 或D，其能夠與矽酸鹽結構反應以形成oh以及〇D。 因而，粉塵外包層預製件所施加水份能夠選擇性地增 加，減小，或加以保持因而調整加入其中及/或其中所含有 掺雜劑水份之數量。 依據本發明製造出光學波導光纖能夠有益地實施於光 學耦合器中。特別地，我們發現本發明光纖外包層區域中 高水份含量，以及特別是在本發明光纖週邊處或靠近週邊 處高水份含量在最終搞合器中產生一致性高度隔離。即依 據本發明包含至少一條外包層區域具有高水份含量之光纖 的叙合裔琴現出徒面之隔離，或提南消除光學噪訊能力優 於先前製造耦合器之構造以及方法。 — (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇χ297公釐） 了 Ο 553912 A7 ^______ B7 五、發明説明（[y ) 丄並不期望以及並不需要受限於任何特定理論，我們相 L將水份或£>2〇加入至外包層區域作為摻雜劑對外包層區 ，光學特性以及物理特性影響，以及特別地摻雜劑有^向 影響預製件外包層輯以及最終光學波導光_別是在光 纖外側週邊處或靠近週邊叙轉性錢卿率。我們相 ^水份（或0H)對外包層區域之折射率只有些微地影響，但 是對減小黏滯性具有較大影響，產生有益的物理以及^光學 連接線路連接耦合器之製造，例如改善融合以及抽拉耦合 光纖為融合漸變器之步驟。 能夠使用於本發明外包層區域之其他摻雜劑，或共同 摻雜劑例如為Ge〇2, b2〇3,或ρ以達成一項或多項光學及/或 物理特性。例如，Ge〇2提高折射率以及降低黏滯性。氟降 低折射率以及降低黏滞性。能夠使用傾向提高折射率以及 降低黏滯性之氯能夠使用作為共同摻雜劑例如具有氟以達 成所需要光學及物理特性。 經濟部中央檬準局員工消費合作社印製 ^具有本發明含有掺雜劑外包層之光學波導預製件能夠 藉由異於OVD處理過程形成。例如，粉塵能夠以内側汽相沉 積法，改良化學汽相;^積法(MCVD)，等離子化學汽相沉積法 ，或等加強化學汽相沉積法沉積於熔融矽石管，其中熔融矽 石管件先前摻雜所需要摻雜劑例如水份於熔融矽石管件固 結之前。本發明能夠合併VAD處理過程使用。 本發明使用於單模以及多模光纖。 範例： 在優先實施例中，外包層預製件為向下驅動或降低至 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) M規格（2!〇><297公慶） 553912 Α7 20 五、發明説明（叫） 經濟部中央標準局負工消費合作社印孽 固結高溫爐，其具有溫度大於或等祕啊熱區域。在高 溫爐内側，外包層難件遭遇減方向之4Gslprt氣以及 15000ρριπ水瘵氣的氣流混合物。在一項特定高溫爐構造中 ，大部伤氦氣由主要氦氣儲存槽供應源經由氦氣管線加入 。由輔助氦氣儲存槽供應源之管線通過含有”它水之水氣 泡燒瓶以製造出飽和輔助氦氣流，其藉由第二氦氣管線丁連 接主要氦氣官線。提供閥以控制主要以及輔助氣流。合併 主要以及輔助氦氣流加入低於燒結區域之高溫爐内。 因而，當外包層預製件降低至高溫爐，外包層在高溫爐 内提高溫度下雜水蒸氣。當舰外包層雜件，或含有 摻雜劑之外包層預製件降低至高溫爐時，燒結外包層產生 玻璃光纖雜件作為光學波導之前身產物。_光纖預製 件接著加熱以及抽拉為光學波導光纖。 圖3為曲線圖，其顯示出各別玻璃光纖預製件中水份含 ϊ量測分佈與標準化半徑之關係，該預製件加以截斷以及 利用紅外線儀器加以分析。心蕊桿件以及内側包層徑向延 伸至0. 2標準化半徑，以及外包層區域徑向地由0. 2標準化 半徑處内側包層之外側週邊徑向地延伸至1· 〇標準化半徑 處之外側週邊。圖3亦表示由各別玻璃光纖預製件形成之 光學波導光纖的徑向分佈，在抽拉光纖預製件為光纖後，在 已知的斷面處區域之相對尺寸實質地被保持。使用於該範 例中光纖為階躍折射率，單模光纖。 圖3第一，第一，以及第三分佈由三個各別玻璃預製件 得到，母一光纖具有未乾燥，未摻雜之外包層，其中包含於 -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本育) ,ιτ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 553912
發明説明（如 2 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 預製件外包層中之水份或水蒸氣為未控制的以及無法利用 乾燥加以去除。因而，第一，第二以及第三分佈相當於未乾 燥，未摻雜外包層之光纖，以及第四分佈相當於依據本發^ 外包層摻雜水份之光纖。如圖3所示，具有未乾燥，未摻雜 之預製件/光纖在預製件（或光纖）外側表面處或附近 隶咼水份含量量測為25ppm 0H。加以比較，在預製件/光纖 外側表面或週邊處量測具有摻雜水份包層之預製件/光纖 的含水量約為190ppm。 我們發現依據上述處理過程製造出玻璃光纖預製件及 /、或光纖產生軸向摻雜水份為均勻的預製件或光纖，及徑向 分佈為類似的，而不受預製件沿著縱向中心軸被切斷影響 。因而本發明最大地利用整個預製件以及改善光纖製造以 及耦合器製造處理過程之生產率。除此，本發明提高處理 之控制以及改善光纖以及由該光纖製造出組件例如耦 合裔之品質及重現性。加以比較，我們發現先前光纖藉由 例氣相對濕度之條件加入水份發生無法控制之情況， 先則光纖呈現出軸向並不均勻的傾向，其中光纖外包層區 域並未摻雜額外的水份施以較大氣濕度為高之環境。除此 ，我們發現本發明提供一種方法，其將使依據先前已知物體 以及處理過程製造耦合器之廢損率明顯地減少 。除此，本 發明在輕合器製造中將提高處理過程之控制，因而使製造 集中於其他處理過程之參數例如將被耦合光纖之加熱，抽 拉速率，或相關光纖之匹配等。 在圖3中所表示每一各別光纖利用CS980階躍折射率單 關豕標準（⑽）A4規格（21GX297公釐） ^3 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .I- I - - — - 22553912 Μ Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 發明説明（以） 模共同光纖加入於WDM耦合器，如本公司製造之F i berGa i η 模組。除了這些各別光纖，每一耦合器以相同的方式製造 出。在1500-1600nm波長範圍内量測每一情況輕合器之隔 離。包含第一光纖之耦合器在1500-1600nm範圍内具有6dB 最大隔離。含有第二光纖之耦合器在1500-1600nm範圍内 具有7dB至8dB之最大隔離。含有第三光纖之耦合器在15〇〇 - 1600nm範圍内具有12dB至17dB之最大隔離。含有第四光 纖之耦合器在1500- 1600nm範圍内具有20dB至24dB之最大 1¾)離。WDM躺合裔通常付到南隔離值以及低插入損耗之優 點。本發明能夠容易地製造出高達24dB以及更高隔離值之 光學耦合器。 本發明並不受限於24dB光纖增益WDM耦合器。然而本 發明能夠使用於任何各種耦合器例如融合雙圓錐一漸變器 (FBT)裝置或外包層熔融耦合器例如為本公司所製造之 MuliClad 線路。 如先前所提及，圖1顯示出2x2耦合器，但是本發明亦適 用於其他構造例如1x2耦合器。除此超過2條光纖能夠加入 於其腰部處以形成NxN耦合器。一條或多條光纖能夠由NxN 搞合器截斷使得數目不同的一組多條光纖由柄合器另外一 端延伸出。同時，本發明光纖能夠使用於ΜχΝ光纖光學耦合 器，其中隐1以及隐2(例如1x2, 2x2等，包含Τ形，星形，以 及波長選擇耦合器，以及分接頭或波長非靈敏性之功率分 裂器，WDM等）。 在優先實施例中，心蕊及包層均具有形成階躍分佈之 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 553912 A7 B7 五、發明説明（ 各別折射率。在一項優先實施例中，光纖能夠單模地操作 於1550nm。在優先實施例中，光纖優先地具有小於或等於 1260nm之線纟覽截止波長。 3 2 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 家 國 國 中 用 適 度 尺 張 紙 本
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Claims (1)

  1. 24 1. 一種光學波導光纖，其包含: 心 ；以及 包層圍繞著心蕊， I— n^i Bn— m · 經濟部中央標準局—工消費合作社印擎： pp=。層麵⑽彳刪至烟顧㈣含至少⑽ 第1狀絲波縣纖，料包層實質 3·依據申請專利範圍第丨項之光學波導光纖,其中包 4·依據巾請專概圍第丨項之光學波導賴， 光學波導光、_合||。 5·—種光學波導光纖，其包含： 心蕊；以及 包層圍繞著心蕊， 其中包層包含内側包層以及外包層，以及其中 至少一部份外包層含有至少300ppm水份。 6·依據申請專利範圍第2項之光學波導光纖，其中至少一部 份外包層含有至少350ppm水份。 7. 依據申請專利範圍第5項之光學波導光纖，其中光纖構成 光學波導光纖耦合器。 8. —種光學波導光纖，其包含： 心，翁；以及 包層圍繞著心蕊， 其中至少一部份包層含有至少300ppm水份。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇><297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂--- 553912 A8 B8 C8 D8 25 六、申請專利範圍 9.依據申靖專利範圍第8項之光學波導光纖，其中光纖構成 光學波導光纖耦合器。 10· -種炫融石夕石材料之第一光學波導物體，該石夕石材料作 為融合到至少一個熔融矽石材料之其他光學波導物體，第 一物體包含接觸表面，其中至少一部份接觸表面能夠融合 至至少一個其他物體，其中第一物體包含接觸表面，其中至 少一部份接觸表面能夠融合至至少一個其他物體，其中第 一物體包含至少150ppm水份於接觸表面處或附近，以及其 中至少一部份第一光學波導物體含有至少3〇〇ppm水份f 11·依據申請專利範圍第1〇項之第一光學波導物體，其中第 一光學波導物體在接觸表面處或附近含有至少1 g〇ppm水份。 12·依據申清專利範圍第1〇項之第一光學波導物體，其中第 一光學波導物體含有至少350ppm水份。 13·依據申請專利範圍第1〇項之第一光學波導物體，其中接 觸表面為平面性。 14·依據申請專利範圍第1〇項之第一光學波導物體，其中接 觸表面為彎曲的。 15·依據申請專利範圍第10項之第一光學波導物體，其中光 學波導物體構成光纖耦合器。 16. —種光纖耦合器，其包含： 一組多條光學波導光纖，每一光纖至少一部份融合至其 他光纖，其中至少一條光纖包含外包層區域圍繞著心蕊，其 中至少一部份外包層區域摻雜h2〇及/或d2〇。 17·依據申請專利範圍第16項之光纖耦合器，其中至少一部 用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---- 經濟部中夹標準局員工消費合作社印製 553912 申請專利範圍
    6 2 經濟部中央標準局員工消費合作杜印 份外包層區域含有至少一種其他摻雜劑B2〇3,及F選取出。 从姆雜劑由GA 18· —種光纖耦合器，其包含： 一組多條光學波導光纖，每-光纖至少—部份融合至A 他光纖，其中至少—條光纖包含外包層區域圍繞著心蕊，其 中至少一部份外包層區域含有至少兩種掺雜劑。19.依據申請專利範圍第18項之光纖輛合器，其中挣雜劑由 H2〇，D2〇，Ge〇2，B2〇3, F及C1 選取出。 2〇· —種形成光學波導光纖預製件之方法，該方法包含下列 步驟： 提供心蕊桿件； 沉積粉塵外包層於心蕊桿件上以形成粉塵外包層預製件; 摻雜粉塵外包層以形成含有掺雜劑之粉塵外包層預製件; 將含有摻雜劑之粉塵外包層預製件燒結以形成玻璃光學 波導光纖預製件； 其中摻雜步驟包含選擇性地將水份加入至粉塵外包層。 21·依據申請專利範圍第2〇項之方法，其中粉塵外包層並不 加以乾燥。 22·依據申請專利範圍第2〇項之方法，其中粉塵外包層並不 利用氣氣加以乾燥。 23·依據申請專利範圍第2〇項之方法，其中摻雜步驟更進一 步包含將粉塵外包層暴露於M)及/或D2O。 24·依據申請專利範圍第2〇項之方法，其中摻雜步驟包含將 粉塵外包層暴露於比大氣濕度高之環境。 各紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) * __裝· 、^Τ 553912 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ί中=。細範酬項之方法，其巾摻雜在提供 溫度 經濟部中央標攀局員工消費舍作社印笨 26.依據申請專利範圍項之方法，步包含麵㈣娜㈣一 Ge〇2及Β2〇2選取出。 雜劑由 =·依據巾請專鄕圍·項之方法財雜步驟更進一 V包含將粉塵外包層暴露於至少兩種換雜劑，該推雜劑由 Ge〇2，B2〇3,以及F選取出。28· -獅成絲料光纖麵件之枝，财法包含下列 步驟： 提供心蕊桿件； 沉積粉塵外包層於心蕊桿件上以形成粉塵外包層預製件; 利用至少兩種摻雜劑摻雜粉塵外包層以形成含有摻雜劑 之粉塵外包層預製件；以及 將含有摻雜劑之粉塵外包層預製件燒結以形成玻璃光學 波導光纖預製件。 29·依據申請專利範圍第28項之方法，其中掺雜步驟包含選 擇性地將水份加入至粉塵外包層。 30,依據申請專利範圍第29項之方法，其中摻雜步驟更進一 步包含將粉塵外包層暴露於H2〇及/或D2〇。 31 ·依據申請專利範圍第29項之方法，其中粉塵外包層摻雜 之摻雜劑由Ge〇2，B2〇3，F以及C1選取出。 32·依據申請專利範圍第20項之方法，其中更進一步將預製 件抽拉為光纖。 参紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
    553912 A8 B8 C8 ____ D8 — ----------- 六、申請專利範圍 8 2 33· —種形成光學波導光纖之方法，該方法包含下列步驟： 提供矽石粉塵管件； · 摻雜矽石粉塵管件； 將矽石粉塵管件燒結為含有摻雜劑之熔融矽石管件； 沉積粉塵材料於含有摻雜劑熔融矽石管件之内側以形成 形成含有摻雜劑之外包層粉塵預製件；以及 將含有摻雜劑外包層粉塵預製件燒結以及抽拉為光學浊 導光纖。 34·依據申清專利範圍弟33項之方法，其中燒結以及抽拉步 驟更進一步包含將含有摻雜劑之外包層粉塵預製件燒結以 形成玻璃光學波導光纖預製件，再抽拉玻璃光學波導光纖 預製件為光學波導光纖。 35·依據申請專利範圍第35項之方法，其中摻雜步驟包含選 擇性地將水份加入至砂石粉塵管件内。 36.依據申請專利範圍第35項之方法，其中及/或1)2〇選擇 性地加入至石夕石粉塵管件。 ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) m裝·
    經濟部中央標隼局員工消費合作社印^. 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）
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