[发明专利]光纤用母材及光纤的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及色散移位单模(DSF)光纤及单模光纤等光学纤维，更具体地说，是涉及制造用于这些光纤的芯棒，使其能成为具有所希望的特性的DSF光纤或单模光纤的制造方法。

背景技术

首先对分散变换单模光纤加以说明。

通常使用的外径125μm的色散移位单模光纤(下面简称色散移位光纤或DSF光纤)，其中心具有折射率比周围高的芯部。这DSF光纤的构造，从光的强度分布的观点看来，其光纤中心光的强度最大，随着与中心的距离增大，越向外围越小，这光强度变化的分布如同山麓下降。通常，在这样的情况下，把DSF光纤的中心部分称为模式场部分，其直径称为模式场直径(MFD)。而且模式场直径因某些条件的不同而有若干差异。传播的光波波长为1.55μm时，DSF光纤一般是模式场直径为约8μm的结构。

具有前述结构的DSF光纤用的玻璃母材(preform)的制造方法如下。(a)首先用VAD法等方法合成至少含有存在金属掺杂剂的芯部的DSF光纤用的芯棒的多孔质玻璃体(现在往往是与芯部一起合成包层部的一部分，下面把这包层部也包含在内，称为DSF光纤用的芯棒)。(b)接着，把多孔质玻璃体烧结、脱水，形成光纤用的芯棒。(c)再把DSF光纤用的芯棒当作靶棒，在其外围用外部生长法(CVD法)等形成具有与包层相当的、具有所要求的厚度的多孔玻璃层。而后，(d)把该多孔质玻璃层脱水、玻璃化，得到DSF光纤用的母材。(e)将该DSF光纤用母材加热，拉成线材，得到所要求的粗细的DSF光纤。

近年来，由于各种技术的进步，已经有可能得到大型DSF光纤用的玻璃母材。在这种情况下，在前述制造工序中，往往把后部分的采用外部生长法等的多孔质玻璃层制造工序及多孔质玻璃层的脱水、玻璃化工序反复进行，以此制造大型的DSF光纤用母材。

前述已有的大型DSF光纤的制造方法具有易于控制传输特性的特征，现在还没有找到取代这种方法的有效的制造方法。

但是，前述制造方法，对于一根玻璃母材的制造工序至少包含VAD法和外部生长法两种不同的制造工序。因此，显然存在不同工序制造的玻璃的界面，而且在该界面容易产生玻璃的结构缺陷。此外，玻璃因杂质含量不同粘性也不同。通常用外部生长法等形成的芯棒部的外围存在的玻璃的纯度与芯棒部的纯度相比，倾向于较低一些。而且，在芯棒部，为了控制折射率分布，径向上的金属掺杂浓度不是一定的。因此，色散移位光纤的玻璃粘性不均匀。

前述玻璃的结构缺陷对DSF光纤有如下影响。例如，把用已有方法制造的DSF光纤长时间放置于氢环境中，氢即向DSF光纤内部扩散。接着，扩散的氢进入玻璃的结构缺陷中，形成Si-H链。该Si-H链吸收在DSF光纤中传播的光当中的波长为1.52μm的光，造成损耗，引起“氢损”增加，加大传输损耗。

氢在大气中也存在，因而如果DSF光纤存在这样的倾向的话，把DSF光纤放置于大气中，显然会对DSF光纤造成某种影响。在这样的背景下，需要不同制造工序所形成玻璃界面中结构缺陷影响小的DSF光纤。

又，DSF光纤母材中，用外部生长法形成的玻璃的纯度比芯棒部的纯度低。而且在芯棒内部，金属掺杂剂浓度随着径向上的折射率变化。特别是与芯部同时在芯棒的外层部形成不含金属掺杂剂的包层的情况下，从光纤中心向外分布着，纯度高且含金属掺杂剂的层，纯度高但不含金属掺杂剂的层和纯度低而且实质上不含金属掺杂剂的层，三层形成同心圆。含有金属掺杂剂和杂质等的玻璃比不含这些东西的玻璃粘性要低，因而，与DSF光纤的结构相对应，形成了粘性低、高、低三个部分的三个同心圆的结构。

这样的粘性分布的DSF光纤母材一旦拉拔制造成线材，粘性高的部分拉伸应变增加。因此，拉拔成线材后的DSF光纤上留有变形，DSF光纤的强度大幅度下降。

下面对已有的单模光纤加以叙述。

通常，所用的外径为125μm的单模光纤，在中心有约10μm直径的芯，在其外围形成有直径125μm的包层。单模光纤中心处纤芯的折射率比其周围的包层高。该单模光纤的结构，从光的强度分布的观点看来，光的强度在光纤的中心(芯部)最大，随着与中心的距离增加，光的强度减小，亦即，呈山麓下降那样的分布。通常，在这样的情况下，把单模光纤的中心部分称为模式场部分，其直径称为模式场直径。并且，该模式场因某些条件不同而有若干差异，在传输的光的波长为1.55μm的情况下，光纤通常具有模式场直径为约9-11μm的单模光纤的结构。