[发明专利]具有掺钽包层的光纤

说明书

                    背景

美国专利4,715,679描述了一种在一较宽的波长带上几乎没有或没有色散的光纤。该光纤具有一中央纤芯，周围包裹着内包层，再外面包裹着外包层。纤芯和包层有一个或多个折射率比邻接区凹下的区域。纤芯具有一最大折射率，并且折射率随离开中心的距离而减小。与纤芯相邻的是内包层第一环形区，它具有一凹陷的折射率。与凹陷区相邻的是第二环形区，其折射率大于凹陷的第一环形区。折射率凹陷改变了光纤的光能量传播特性，从而在波导色散和波长之间提供了所需的关系。因此，通过降低与中央纤芯相邻的内包层区的折射率，可以控制色散。通过添加诸如氟或硼等起降低作用的合适掺杂剂可以产生折射率凹陷。

但是，用氟和硼掺杂剂制成的凹陷区有不希望有的局限。用氟制成的凹陷区具有约0.5％Δ的折射率最大凹陷量，但更一般的结果是0.3％Δ。由于氟有腐蚀性，并且目市场上不能获得用于一般外部汽相沉积(OVD)工艺的干燥氟气，所以氟气存在制造上的问题。硼对传播1200纳米以上波长光有较大的副作用。因此，硼不适用于一般传输波长约1500纳米的光的单模光纤。

有人提出用锗来提高包层的折射率，而不是降低某个区的折射率。但是，锗不适于增加包层的折射率。在干燥和熔凝期间，锗会与氯气反应，形成一氧化锗。在氯气干燥和熔凝步骤中，一氧化物相当容易挥发，并会移出包层。所以，难以将锗保持在包层中和因此难以相对诸如熔融石英等折射率凹陷的相邻区提高包层的折射率。

因此，未实现的需要是一种光纤结构，它该结构适合熔融的石英玻璃，并用一种掺杂剂提高包层区的折射率，其中所述掺杂剂不会移离它的初始位置，并且不吸收通过光纤传输的波长光。

                    概述

当用钽对包层掺杂从而将包层的折射率提高到纤芯一相邻凹陷区之上时，我们发现了未曾料想的且非常需要的结果。本发明产生了一种光纤，该光纤只用使折射率增大的掺杂剂来改善色散。本发明避免了使折射率降低的掺杂剂(例如，硼和氟)的副作用，因为用本发明制造的光纤不需要这类掺杂剂。

钽具有许多技术上的优势。其一，钽不会移离它的初始位置。钽具有较低的挥发性，所以即使在干燥和熔凝期间光纤要经受高温，钽也抵抗移动。通过抵抗移动，掺钽区的掺杂分布曲线保持陡峭的界限。其第二个优点是对在传输选定的波长处的光衰减较小。这些波长在1300纳米和1550纳米附近。在这些波长处，钽对光的衰减相当小。同样，在这些波长处，由钽引起的瑞利散射也相对小。第三个优点是掺钽的玻璃比掺锗的玻璃具有更小的热膨胀。第四个优点是按重量计算，钽对折射率的影响比锗大。所以，只需要较少的钽就能产生等同于锗所产生的折射。衰减还与量相关。因此，由于使用了较少的钽，所以光在用钽的光纤中的衰减较少。第五个优点是，钽在化学上是稳定的。它不溶于水和大部分的酸和碱。热的氢氟酸对它只作缓慢的腐蚀。本发明可应用于所有的光纤，包括但不局限于单模光纤、多模光纤、色散位移光纤、具有较大有效面积的光纤，以及具有受控线性色散的高性能、超长光纤。

在制造光纤时，用具有最小光衰减特性的玻璃制造光纤的纤芯和包层(内和外)的材料。尽管可以使用光学质量的玻璃，但熔融石英是特别适合的玻璃。出于结构和其它的实际考虑，纤芯玻璃和包层玻璃应该具有相似的物理特性。由于纤芯玻璃的折射率必须大于包层玻璃，所以纤芯玻璃用包层所用的相同类型的玻璃形成，并掺入少量材料，使纤芯的折射率略微增大。所以，用氧化锗对纤芯掺杂。可以在内包层的开始部分、纤芯和内包层的邻接部分，或者整个纤芯外环内形成第一环形凹陷区。在较佳实施例中，用锗掺杂纤芯的中心区。纤芯的外环不掺杂。用钽掺杂与不掺杂的纤芯外环相邻的并包裹在纤芯周围的包层区，以增大它的折射率。掺钽的包层区从不掺杂的纤芯环延伸至光纤的外侧。

               附图描述

图1是依照本发明制造的光纤的截面图。

图2是本发明一光纤的掺杂剂分布曲线。

图3和图4示出了用本发明制造的其它光纤的掺杂剂分布曲线。

图5是一曲线图，示出了掺钽石英外包层光纤的色散结果。

图6是一曲线图，示出了作为波长之函数的钽和熔融石英的折射率曲线。

                           详细描述

图1示出了依照本发明制造的单模光纤1的截面图。该光纤具有由外表面11确定的中央纤芯10。内包层区12具有形成于纤芯10之外表面11上的内表面。内包层区12具有外表面13。内包层12周围包裹着具有外表面15的外包层14。