[发明专利]光学纤维预形体及其制造方法

说明书

本发明涉及一种光学纤维预形体及其制造方法。

光学纤维一般是用二氧化硅制造的；其直径是约125微米(μm)。

多模光学纤维的二氧化硅被掺杂。例如锗在中心，即在纵轴上的掺杂量最高，所述掺杂量从中心到表面降低。这样一来折射指数n在中心是最高的，其值是约1.48，在周边是最低的，其值约1.45，这是纯二氧化硅的折射指数。

这种纤维的性能取决于指数值和指数曲线的规律性。如果该折射指数曲线是有规律的，即如果折射指数从中心到周边是连续地或准连续地改变，和如果这种曲线的曲率选择合理，则该通带是高的。另外，这种通带取决于折射指数曲线的纵向均匀性。与这些条件相比任何偏差，即如果折射指数的梯度具有不连续性和/或沿纵向方向是不均匀的，都可引起这种通带的降低。最后，这种折射指数曲线的变动或波动可能较小地改变通带。

为了制造具有令人满意的折射指数梯度的光学纤维，以下述方式进行操作：由纯的二氧化硅管开始，例如由外径为28-36毫米、内径24-32毫米的二氧化硅管开始，在其内壁上相继沉积其掺杂从开始(直径最大)增加到最后(直径最小)的层。层数一般是几十层。

所使用的方法是一种称之MCVD的方法，即“改进的化学蒸汽沉积法”

为了沉积第一层，在二氧化硅管内循环一种有氧或其他氧化剂的四氯化硅SiCl₄流，加热该二氧化硅管，优选的是通过外部加热二氧化硅管。加热的长度相当短；为了在最大部分二氧化硅管上生成这一层，让这种加热设备从管的进口移动到管的出口。一般地，在实施该方法的过程中让这种管沿其轴旋转。

这种加热导致氧化四氯化硅，因此生成了二氧化硅SiO₂，放出氯。这种二氧化硅沉积在该二氧化硅管的内壁上，构成第一层。

以同样的方式进行后续的这些层，但是这些层使用的气体还含有用于进行掺杂的四氯化锗。四氯化锗的量从第二层到最后一层的变化方式导致达到每层所要求的掺杂，因此达到每层所要求的折射指数。

在最后一层沉积之后，还有一个由于主要是加热该管的缩口操作而除去的轴向开口。这时得到一个实心圆柱体，其外径为约2厘米、长度约1米。这种圆柱体即棒被称作第一预形体。然后，一般地用二氧化硅包覆(或“再充填”)这种预形体，以便得到所要求的直径，例如3-4厘米。

严格说来光学纤维是用这样一些预形体采用拉制方法制造的。于是，长度约1米、外径3厘米的预形体可提供约50千米直径125微米的光学纤维。

上面已提到的预形体的制造方法例如在欧洲专利申请301797中已描述过。

人们知道，当采用MCVD方法制造一种预形体时，大部分长度的预形体的折射指数曲线与其余部分长度的这种预形体的曲线是不同的。这种纵向不均匀性造成用这部分预形体制造的光学纤维的通带降低。就余下的长度而言，折射指数曲线的不均匀性出现在加入气体的一侧，从进口开始，即其上这些沉积物不足的第一部分之后。这第一部分的长度约十五厘米。第二部分具有的折射指数曲线的曲率是可变的，并且与预形体余下部分的相应曲率不同，这第二部分例如在第一部分之后延伸约10-15厘米。就余下部分而言，第二部分的掺杂梯度不均匀性或折射指数不均匀性影响了由这部分预形体或由余下的预形体得到的光学纤维的通带。简言之，就余下的预形体来说，约15％预形体是无用的，至少同样比例，甚至高得多的比例的这个长度具有折射指数曲线的不均匀性，这些值只是作为提示性给出的，无论如何人们都可看到，上面指出的不均匀性随着沉积层的截面而增加。今天这种缺陷还特别不利，因为人们寻求获得越来越大直径的预形体。

本发明的预形体的特征在于该预形体没有具有不同通带的第二长度。于是，这种预形体仅仅具有两个部分，即无用的、沉积不足的进口部分和管的其余部分，沿着这其余部分，折射指数径向梯度从开始到另一端都是同样的。

本发明还涉及这种预形体的生产方法。这种方法的特征在于对于每一层来说，选择制造一些相继层所使用气体的加入速度，以便达到折射指数曲线的纵向均匀性。优选地，这些层中的任何一层的这种速度不太改变，或基本上是不变的。

本发明从这种事实出发，在多模光学纤维预形体的已知制造方法中，在第一沉积层与最后沉积层之间，通入管中气体的速度变化非常显著，正是速度变化这样大，才导致形成所述管的第二部分，这一部分折射指数曲线的曲率不同于管最后部分同样曲线的曲率。