[发明专利]制造预制坯料的方法

说明书

本发明涉及一种制造一种预制坯料的方法，从该预制坯料中可以拉制单模光导纤维。本发明特别应用于预制坯料的制造，从该预制坯料中可以拉制出扩散漂移(包括非零的扩散漂移)的和稀土掺杂的光导纤维，但可以理解的是本发明的确具有很广阔的应用。

通常应用以下两种不同的方法中的一种制造预制坯料：1．内部方法，包括改进的化学气相沉积法(MCVD)、等离子体活化化学气相沉积法(PCVD)或如果是稀土掺杂预制坯料，则有溶液掺杂法。2．外部方法，包括外部化学气相沉积法(OVD)或轴向化学气相沉积法(AVD)。

在一给定条件下所采用的方法主要取决于从预制坯料中拉出的光纤所要求的长度和特性。在本说明书中将要描述本发明的内容。一般来说外部沉积法(OVD或AVD)提供的是对较大的预制坯料较便宜的方法，而内部沉积法(MCVD、PCVD或溶液掺杂)一般用于制造相对较昂贵且较小的预制坯料。

应用内部法制造的预制坯料有时带有玻璃套管以实现最终的足够大的预制坯料的直径，这样才能拉制出较长长度的光纤。然而，在符合纤芯的同轴度的技术参数的范围内安装套管是一种很昂贵的方法，并且拉出的光纤的外径要求所装的套管在其几何结构上具有很低的公差。

在由其拉制光纤的预制坯料制造过程中，各种专用的单模光纤具有最小掺杂剂扩散的指数(折射率)分布。

在非零型漂移扩散纤维中，相对于标准的纤维的分布，纤芯必须具有复合分布。一般地，纤芯包括由具有可交替的高和低的折射率的许多环和内区组成的复合结构。设计方案包括如下结构：内区具有高的折射率而附近的环具有低的折射率的结构以及内区具有低的折射率和附近的环具有高的折射率的结构。这些方案使漂移、光点直径、弯曲半径以及其它的特性比如非线性相互作用等最优化，以满足预期的应用。在优选的设计中，纤芯的中心区域具有相对较高的折射率，而在纤芯内由具有较低的折射率的环包围(即“成环形”)着纤芯的中心区域，并且通过一中间芯区域将环从中心区域分离开，该中间芯区域的折射率低于中间区域和包围环的折射率。理想地，中间芯区域的折射率低于纤维包层的折射率，这就要求应用具有较高的电位的掺杂剂(例如，氟)以在层之间扩散。

在稀土元素掺杂的纤维中，要求能够精细地控制掺杂剂的沉积以得到具有不同掺杂剂浓度的区域。然而，可以认为的是，如果包含有掺杂剂的单个沉积层在沉积随后的层之前没有固化，则稀土离子通过扩散趋于聚集。

本发明基于这样的理解，与外部沉积法(OVD或AVD)相比较，内部沉积法(MCVD、PCVD或溶液掺杂)能够有效地控制在沉积层之间的掺杂剂的扩散。因此，内部沉积法有利于精细地控制指数(折射率)分布，或如果是稀土掺杂光纤则便于精细地控制掺杂剂的分布。此外，本发明体现了混合应用内部和外部沉积方法的概念。这就使得能够制造这样一种预制坯料，其具有精细控制的折射率或掺杂剂分布，并且比完全通过内部法常规地生产装有套管的、尺寸相当的预制坯料便宜。

广义上，本发明提供一种制造预制坯料的方法，从该预制坯料中可以拉制出单模光导纤维，该方法包括如下步骤：a)应用内部沉积方法在石英管的内面上沉积掺杂的石英层，b)在沉积后续层之前固化每一掺杂的石英层，以使掺杂剂在层之间的扩散最小，c)热收缩石英管并使沉积的材料形成固体芯棒，d)通过外部汽相沉积法在芯棒的外面包覆基本均匀的石英材料，和e)对该包层芯棒进行固化加热以完成预制坯料的制造。

当应用上述方法进行生产预制坯料时本发明还可以依据预制坯料进行限定，而当从该预制坯料拉制光纤时本发明还可以根据光纤进行限定。

本发明有效地涉及一种混合制造方法。在形成预制坯料芯的过程中它具有最小的掺杂剂的层间扩散，而同时允许相对较经济地制造较大直径的预制坯料。

在应用内部沉积法的过程中通过固化每一掺杂的石英层，掺杂剂的扩散基本限制在各自的层内。扩散长度(即，扩散产生的整个距离)取决于沉积烟尘(soot)的空隙度，最初较大，随着固化的进行和所给定的层在高温中的时间变得越来越小。因此，在内部沉积的过程中通过固化这些沉积层使扩散达到最小，这些沉积层比在固化过程中出现的掺杂剂物质的扩散长度小，并且通过在沉积每个后续层之前固化每一层来确保实现这一目标。

在每层固化之后，扩散长度很小，并且随后预制坯料的再加热的影响可以忽略。因此，能够经济地生产较大直径的预制坯料作为混合结构。为生产均匀石英包层通过外部汽相沉积法沉积的烟尘可以在一段时间内、但是分两个步骤熔凝，这段时间可能在掺杂的石英层中引起不能接受的扩散。