制造用于具有低水峰的光學纖維的預制體的方法
【專利說明】制造用于具有低水峰的光學纖維的預制體的方法發明領域
[0001]本發明涉及制造光學纖維預制體的方法，并且特別涉及制造用于具有低水峰的光傳輸纖維的預制體的方法。
技術背景
[0002]波分復用(WDM)技術和最近的密集波分復用技術(DWDM)推動光傳輸纖維的制造商制備具有橫跨透射光譜的寬波長范圍的非常小的光衰減的纖維。已在過去十年中被處理的一個特殊問題是:由在光學纖維的制造過程中通過其對纖維的光學活性區中存在的羥基自由基(-OH)和/或&0分子的吸收所致的衰減。當使光學纖維預制體暴露于氫時，在其制造過程中可形成-OH基團和水，其中所述氫可得自于各種來源。來自羥基自由基或水的污染在1380nm處導致線性衰減，在衰減光譜中作為通常被稱為“水峰”的峰可見。
[0003]獲得玻璃預制體以被拉拔成約125 μπι的典型直徑的光學纖維的通常工序包括制備固體玻璃芯棒(也表示為芯桿)的第一過程，和在其中通過合適的過程(例如通過在芯棒附近沉積煙灰或通過將芯棒夾套在玻璃管中(管中棒-RIT-技術)來向該芯棒添加外包覆(overcladding)。
[0004]WO 01/47822涉及用于制造具有低水峰的光學纖維的柱形玻璃體的制作方法，該方法包括以下步驟:形成用于制造光學纖維預制體的固結的玻璃前體本體，所述前體本體包含所述預制體的至少一部分的芯區域；使所述玻璃前體本體暴露于氘氣，以及在所述前體本體上形成另外的包覆以形成光學纖維預制體。該前體本體是玻璃芯桿，其包含芯區域和至少一部分玻璃的包覆區域。在向芯桿添加另外的外包層煙灰之前，將該芯桿懸掛在爐中，并用氘在一定溫度下處理一定時間，該時間和溫度足以防止固結的玻璃芯桿的再濕潤。
[0005]煙灰前體本體，特別是當通過外部氣相沉積(OVD)、氣相軸向沉積(VAD)制成時，典型地具有由鄰近的包層區域包圍的芯區域，該鄰近的包層區域也表示為內包層區域，常常由純氧化硅制成。任選地，該內包覆區域包含摻雜的氧化硅的一個或多個層。然后將所得的前體本體干燥并固結以形成芯玻璃體。在固結后通常拉伸以減少玻璃體的直徑，隨后將該玻璃體切斷成多個芯棒。作為替代，還可以通過內部沉積方法例如改性或爐的化學氣相沉積(MCVD/FCVD)或等離子體化學氣相沉積(PCVD)制成芯棒。
[0006]經常用作指示所制備的光學纖維的成本和性能的一個參數是玻璃芯棒的芯與包層的比例a/b，其中a是芯棒的芯區域的半徑，b為圍繞芯區域的內包層區域的外半徑。a/b的值越大，制造過程的產率可越高，因為可由單一的煙灰預制體獲得更多的芯棒。
[0007]US 2011/0023551公開了可用于制備成品光學纖維預制體的芯棒部分的制作方法。據說該方法允許增加包覆與芯的比例(用D/d表示)。所公開的方法包括將兩個或更多個芯體塊端至端軸向插入玻璃柱內，由此在插入的芯體塊中的相鄰芯體塊之間限定接頭；在爐的區域中豎直地安裝玻璃柱與所含有的芯體塊；將該玻璃柱和芯本體塊在爐中一起加熱，由此使該柱和包含在該柱中的芯體塊伸長；瓦解該伸長的柱，以便形成成品芯棒；和在沿與芯體塊中相鄰芯體塊之間的接頭重合的芯棒長度的一個或多個位置切割該成品芯棒，由此產生了多個芯棒部分，一個或多個這些芯棒部分可用于制備光學纖維預制體。該芯體塊具有四或更少的D/d，然而形成具有大于五的D/d比例的成品芯棒。
[0008]WO 2012/010212描述了耐彎曲的光學纖維，其具有芯區域和包覆區域，該包覆區域圍繞該芯區域并包含摻雜有氟的含空隙環形層。可以在預制體的芯坯料上方煙灰沉積氧化硅層之后的固結過程中進行氟摻雜。
[0009]發明概述
[0010]雖然RIT法有時是優選的，因為它不太容易在芯棒與外包覆之間的界面引入氫污染，但是與RIT法相比時通過煙灰沉積的直接外包覆可顯著降低制造成本。
[0011]發明人認識到，可以由具有大的芯與包層的比例的芯棒通過進行中間包覆過程獲得具有低水峰的光學纖維，其中形成具有比第一芯與包層的比例小的第二芯與包層的比例的中間玻璃預制體，并且然后完成外包覆以形成光學纖維預制體。該芯棒具有等于或大于0.34、在一些優選的實施方案中等于或大于0.38的第一芯與包層的比例。優選地，第一芯與包層的比例等于或小于0.40。
[0012]該中間玻璃預制體具有從0.20至0.25的第二芯與包層的比例。
[0013]根據與本公開一致的一個方面，提供了制造光學纖維預制體的方法，該方法包括:
[0014]-提供玻璃芯棒，該玻璃芯棒包含半徑為a的中央芯區域和外半徑為b的內包層區域以限定第一芯與包層的比例a/b ;
[0015]-形成中間玻璃預制體，該中間玻璃預制體包含圍繞玻璃棒的內包層區域的中間包層區域并且具有外半徑c以限定第二芯與包層的比例a/c，和
[0016]-通過形成圍繞該中間包層區域的外包層區域來外包覆該中間玻璃預制體，以形成光學纖維預制體，
[0017]其中該第一芯與包層的比例a/b等于或小于0.40，該第二芯與包層的比例a/c為從 0.20 至 0.25。
[0018]優選地，a/b為從0.34至0.40。在一些優選的實施方案中，a/b為從0.38到0.40。
[0019]優選地，形成中間玻璃預制體包括:
[0020]-通過火焰水解法圍繞該玻璃芯棒沉積煙灰材料以形成煙灰中間包覆層，和[0021 ] 一加熱以固結所沉積的煙灰中間包覆層，從而形成中間玻璃預制體。
[0022]優選地，形成煙灰中間包覆層的該煙灰材料是氧化硅煙灰。
[0023]優選地，氧化硅煙灰是用于形成純氧化硅的中間包層區域。
[0024]優選地，火焰水解沉積法是外部氣相沉積法。
[0025]優選地，該玻璃芯棒的內包層區域具有純氧化硅。
[0026]在一些優選的實施方案中，外包覆該中間玻璃預制體包括:
[0027]-通過火焰水解法圍繞該中間玻璃預制體沉積煙灰材料以形成煙灰外包覆層，和
[0028]加熱以固結該煙灰外包覆層，從而形成光學纖維預制體。
[0029]優選地，用于沉積該煙灰外包覆層的火焰水解沉積法是外部氣相沉積法。
[0030]優選地，加熱以固結部分多孔的中間預制體包括使該部分多孔的中間預制體暴露于爐體的固結熱區域，同時使該中間預制體繞其縱軸旋轉。
[0031]優選地，加熱以固結部分多孔的光學纖維預制體包括使該部分多孔的光學纖維預制體暴露于爐體的固結熱區域，同時使該中間預制體繞其縱軸旋轉。
[0032]與本公開一致的另一個方面涉及制造光學纖維的方法，該方法包括:
[0033]-提供玻璃芯棒，該玻璃芯棒包含半徑為a的中央芯區域和外半徑為b的內包層區域以限定第一芯與包層的比例a/b ;
[0034]-形成中間玻璃預制體，該中間玻璃預制體包含圍繞玻璃棒的內包層區域的中間包層區域并且具有外半徑c以限定第二芯與包層的比例a/c ;
[0035]-通過形成圍繞該中間包層區域的外包層區域來外包覆該中間玻璃預制體，以形成光學纖維預制體，以及
[0036]-拉拔該光學纖維預制體以制作光學纖維，
[0037]其中該第一芯與包層的比例a/b等于或小于0.40