[发明专利]在还原气氛中制备光纤的方法

说明书

一种用于形成光纤预制件和从预制件拉制的纤维的方法。所述方法包括形成烟炱包覆整体件,将固结的芯体坯棒插入内部腔体,以及加工所得芯体‑包覆组装件以形成预制件。加工可包含将芯体‑包覆组装件暴露于干燥试剂和/或掺杂剂前体,以及在存在还原剂时烧结芯体‑包覆组装件，以将烟炱包覆整体件致密化到芯体坯棒上以形成预制件。预制件特征包括低羟基含量和低氢气敏感性。从预制件拉制的纤维呈现来自通过居中于靠近1380nm的宽带吸收的低衰减损耗。

本申请根据35U.S.C.§119要求2014年07月09日提交的美国临时申请系列第62/022,311号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。

领域

本公开涉及在包覆中具有高浓度氯和低浓度非桥接氧缺陷的光纤，以及用于制备这种纤维的方法。所述方法包括在还原剂存在下，烧结具有多孔氯-掺杂的包覆层的预制件。

背景

对于数据传输而言，光学通讯是一个日益重要的区域，因为其提供高的传输速度和高带宽。光学通讯的成功关键地取决于数据传输系统中所用的光纤的质量。光纤必须转送具有高保真度和低衰减的光学数据信号。用于信号衰减的主要贡献是散射损耗和吸收。散射损耗主要来自瑞利散射，且通过将光学信号从纤维重定向到环境，来导致信号损耗。散射损耗同时是取决于光学信号的波长以及用来制备光纤的材料的组成。用于光纤的最可行的材料是二氧化硅(具有和不具有掺杂剂)。在从～1300nm到～1600nm的波长间隔中，在二氧化硅中出现因瑞利散射造成的最小损耗，且在这个波长间隔中操作的光学信号来源广泛地用于二氧化硅基光学通讯系统。

吸收损耗通过光纤材料的组成中的杂质的光学信号的吸收来造成。需要高纯度材料来最小化吸收损耗。在所需的二氧化硅纤维的～1300nm到～1600nm波长间隔中，最显著的吸收是“水峰”，其是居中于靠近1380nm且从～1350nm延伸到～1425nm的宽吸收带。1380nm吸收源自通过二氧化硅纤维之内或表面上存在的OH基团的吸收。OH基团主要结合到硅来形成硅醇(Si-OH)基团。为了最小化二氧化硅纤维中的吸收损耗，需要最小化纤维中硅醇基团的浓度。

通过从预制件拉制纤维来制备光纤。预制件是固结的二氧化硅玻璃，其包括一系列同心的二氧化硅玻璃区域，其掺杂剂的水平或种类不同。控制纤维预制件中掺杂剂的空间分布、浓度和/或种类形成折射率不同的区域。在由预制件拉制的纤维中，折射率的差异表现出来，且限定光纤的不同的功能区域(例如，芯体和包覆，低折射率凹陷，定制的折射率分布)。用于制备光纤预制件的常规方法需要将二氧化硅烟炱沉积到二氧化硅坯棒上。坯棒完全固结，变成纤维预制件的中央部分，且具有最终从预制件拉制的纤维的芯体所需的组成。二氧化硅烟炱可作为具有单一组成的单一层沉积，或作为组成不同的一系列层沉积，其中设计一个或多个层的组成来在最终从预制件拉制的纤维的包覆区域中提供所需的折射率分布。

通常通过SiCl₄的火焰水解来制备二氧化硅烟炱。火焰水解反应的水副产物导致在二氧化硅烟炱中的高浓度的OH以及在坯棒的表面处和靠近表面区域中的高浓度的OH基团。为了降低OH基团的浓度，在烟炱沉积之后进行脱水步骤。在脱水步骤中，将烟炱和坯棒暴露于脱水试剂(例如，Cl₂)，其用于除去OH。在脱水步骤中，刚刚沉积的烟炱的高孔隙率促进从烟炱层除去OH。然后，坯棒的致密化性质抑制脱水试剂渗透坯棒，且显著量的OH可保留在预制件的坯棒部分中。预制件中存在OH导致在由预制件拉制的纤维中包括高浓度的OH，且导致相应的在或接近1380nm处的光学信号的高衰减损耗。

除了火焰水解的水副产物以外，OH还可通过非桥接氧与氢的反应来结合进入纤维预制件中。非桥接氧是配位不饱和的，且可被氢钝化。钝化过程形成硅醇，且提供OH基团，其通过吸收贡献于信号衰减。纤维预制件常常包含高浓度的非桥接氧基团，通过氢-诱导的非桥接氧到硅醇的转化，预制件以及由预制件拉制的纤维常常呈现高的氢敏感性。

本领域需要具有降低的OH浓度和降低的氢敏感性的纤维预制件。预期从这种预制件拉制的纤维在1380nm附近具有较低的衰减损耗。