專(zhuān)利名稱(chēng)：制造光纖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造包括基于二氧化硅的玻璃狀材料的光纖的方法。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)距離的光通信取得了很大的進(jìn)展，這主要是由于可以利用低損耗的光纖。眾所周知，通過(guò)光波導(dǎo)例如光纖傳播的電磁輻射由于若干個(gè)機(jī)制的原因而衰減。雖然其中的一些基本上是不能縮減的，例如瑞利散射，其它的一些可以被消除，或者至少被大大減小。在后者當(dāng)中包括由于在光纖的引導(dǎo)區(qū)域存在的雜質(zhì)而引起的吸收現(xiàn)象。
一種特別重要的吸收物質(zhì)是羥基(OH-)，其在光纖材料中存在氫時(shí)被形成。其中尤其是，在基于二氧化硅的光纖中存在的OH引起遠(yuǎn)距離光通信中當(dāng)前感興趣的范圍內(nèi)，即0.8-1.6微米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的電磁輻射的吸收。在這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)OH吸收的峰值是由于泛音或者在較長(zhǎng)的波長(zhǎng)上改變的復(fù)合音引起的。例如，在大約1.38和0.95微米上的峰值是由大約在波長(zhǎng)為2.75微米上的基本的OH頻率的泛音引起的，而大約在1.24微米上的峰值是由于OH和SiO2的振動(dòng)頻率而產(chǎn)生的復(fù)合音引起的。
雖然近來(lái)在通過(guò)例如利用氯進(jìn)行“烘干”來(lái)減少基于二氧化硅的光波導(dǎo)的引導(dǎo)區(qū)域即所謂的光纖芯的OH的含量方面取得了大的進(jìn)展，用于減少OH引起的損失的其它的方法顯然也是有利的。在原理上，一種所述的其它方法包括把OH的相關(guān)的振動(dòng)模式移動(dòng)到較長(zhǎng)的波長(zhǎng)，借以減少由于OH而引起的在感興趣的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收。如果能夠用較重的原子代替OH中的氫，則可以移動(dòng)到較長(zhǎng)的波長(zhǎng)，因?yàn)橐话愕卣f(shuō)，這種替代引起振動(dòng)頻率的減少，所述振動(dòng)頻率近似和質(zhì)量的比的平方根成比例。具體地說(shuō)，用于替代氫的氘應(yīng)當(dāng)具有所需的效果，因?yàn)殡馁|(zhì)量大約是氫的質(zhì)量的兩倍。當(dāng)然，這種氘/氫(D/H)交換導(dǎo)致在相關(guān)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)出現(xiàn)OD吸收線。不過(guò)，這些線是由于較高的泛音引起的，因而其大小一般被減少1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。
眾所周知，氫和氘在玻璃質(zhì)的二氧化硅中容易混合，并且在升高的溫度下，以及在其它的條件下(例如在一般波長(zhǎng)為100埃的高能的電磁輻射的照射下)氘可以和氫進(jìn)行交換反應(yīng)。
在美國(guó)專(zhuān)利4515612中披露了一種已知的在含有OH的玻璃質(zhì)二氧化硅中進(jìn)行氘/氫交換的方法，其可用于二氧化硅基的光纖的坯料(即用于拉拔光纖的本體)。如果把所述方法應(yīng)用于含數(shù)量不可忽略的氧結(jié)合的材料時(shí)，尤其使得能夠主要在大約0.8到大約1.6微米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)降低光纖損失。
不過(guò)，這種方法基于用氘代替氫。在許多情況下，不僅坯料，而且光纖也暴露于氫。氫可以來(lái)自外部源，例如，當(dāng)光纖被安裝于氣體管路中時(shí)，或者來(lái)自?xún)?nèi)部源。這可以是這樣的情況，即，當(dāng)電纜材料被腐蝕，因而產(chǎn)生氫，或者在電纜結(jié)構(gòu)內(nèi)使用的材料已經(jīng)暴露于氫。此外，在海底電纜中，含鹽的海水可以和金屬電纜材料起反應(yīng)。氫可以擴(kuò)散進(jìn)入例如由于光纖的拉拔工藝而可能存在缺陷中心的二氧化硅結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致p.ex SiOH的直接鍵合。這使得在二氧化硅結(jié)構(gòu)內(nèi)在1383納米附近的振蕩頻率增加，這導(dǎo)致附加的衰減。雖然上述的方法建議用氘替代氫，它們不能解決在由光纖拉拔處理引起的缺陷中心搖擺鍵的鈍化問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于減少在光纖中包含氫的方法。
本發(fā)明的目的是通過(guò)一種用于制造包括基于二氧化硅的玻璃質(zhì)材料的光纖方法實(shí)現(xiàn)的，其中在光纖拉拔裝置中注入氘。
光纖可以用直徑介于15和大于100毫米之間，一般為80-100毫米之間的坯料拉拔。光纖的直徑一般為0.125微米-125微米。坯料大體上是一種放大的光纖，對(duì)于折射率、纖芯和覆層直徑，具有相同的比例和比率。坯料和光纖由摻雜有鍺(Ge)與/或氟(F)的二氧化硅(SiO2)構(gòu)成，根據(jù)在特定的層或者特定的區(qū)域內(nèi)所需的折射率而定。二氧化硅的軟化溫度是1660℃，其是一種不良的熱導(dǎo)體。因此，坯料可被局部熔化，并且僅僅保持為粘滯的。因而，光纖可以在保持所述幾何比例和反射率的分布的同時(shí)在2000-2400℃的溫度下被拉拔。不過(guò)，在這些溫度下拉拔光纖并借以大大減少坯料的直徑，將由于缺陷中心而在光纖中形成大量的搖擺鍵，即氫原子可以和其結(jié)合的自由鍵。在光纖拉拔裝置中特別是在拉拔爐中引入氘，借助于重的氘原子使得搖擺鍵鈍化。因而，一旦光纖離開(kāi)拉拔爐，在光纖中便很難留下任何可以和氫原子結(jié)合的缺陷中心。
在光纖拉拔處理期間存在的高溫使得也可以被摻雜的氘原子快速地在二氧化硅中擴(kuò)散。因而，氘原子不僅可以在光纖的外層而且也可以在光纖的整個(gè)體積內(nèi)到達(dá)缺陷中心。由于用于光纖拉拔的高溫，未被用于鈍化缺陷中心的氘便擴(kuò)散到光纖的外部，和用氘代替氫的方法相比，本發(fā)明的方法建議甚至在氫可以到達(dá)缺陷中心之前用氘鈍化缺陷中心。因而氫不必首先被逐出。
此外，和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法解決了由實(shí)際的光纖拉拔處理引起的缺陷中心的鈍化。有利地，把氘引入光纖不需要附加的處理步驟，因?yàn)殡诠饫w拉拔期間被注入拉拔爐中，此時(shí)坯料和光纖本來(lái)就要被加熱。如果各個(gè)光纖、進(jìn)而包括光纖的電纜因?yàn)榘碾皇軞涞挠绊?，?contending)氫環(huán)境，特別是用于海底電纜的被隔離?？梢员苊馐褂煤锈Z的昂貴的填充化合物。
在所述方法的一種優(yōu)選的改型中，氘作為氣體混合物的一部分被注入。在一種受控的環(huán)境中進(jìn)行光纖拉拔。為此，在光纖拉拔期間在光纖拉拔裝置中引入保護(hù)氣體。如果把氘加入保護(hù)氣體中，則可以避免附加的氣體入口，因而可以使用現(xiàn)有的光纖拉拔裝置實(shí)施本發(fā)明的方法。
如果氘被包含在惰性氣體與/或保護(hù)氣體的環(huán)境中，例如在氫，氦或二氧化碳的環(huán)境中，則可以容易地修改標(biāo)準(zhǔn)的光纖拉拔方法，以便實(shí)施本發(fā)明的方法。
在本發(fā)明的方法的一個(gè)特別優(yōu)選的改型中，氣氘中含有大約1％的氘。這使得氘能夠特別好地有效地占據(jù)缺陷中心。
在本發(fā)明的方法的另一種有利的改型中，在拉拔光纖之前與/或之后把氘引入光纖拉拔裝置。在拉拔具有氘的光纖之前和之后，清洗光纖拉拔裝置。因而，可以使在光纖拉拔裝置中的氫的數(shù)量保持最小。優(yōu)選地，氘和保護(hù)氣體一道引入。
適用于利用本發(fā)明方法的光纖拉拔裝置也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。具體地說(shuō)，所述光纖拉拔裝置包括用于向爐腔內(nèi)提供氘的入口。因而，可以選擇地使氘和保護(hù)氣體一起引入或者在一個(gè)不同位置單獨(dú)引入。
本發(fā)明的目的還通過(guò)一種用于運(yùn)輸使用本發(fā)明的方法拉制的光纖的運(yùn)輸容器為解決，其中所述運(yùn)輸容器含有氘。如果在運(yùn)輸期間由于腐蝕或機(jī)械壓力而在光纖的周邊產(chǎn)生了缺陷中心，則所述缺陷中心可以由在運(yùn)輸容器中包含的氘占據(jù)。
由說(shuō)明書(shū)和所包括的附圖可以看出進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。上述的和下述的特征可以按照本發(fā)明單獨(dú)地或者以任意的組合聯(lián)合地被使用。所述的實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)理解為是窮舉的，而只是用于說(shuō)明本發(fā)明的例子。


在附圖中表示本發(fā)明。
圖1表示光纖拉拔裝置的截面圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，示出了作為拉拔爐實(shí)現(xiàn)的光纖拉拔裝置1，其中從頂部引入坯料2即二氧化硅棒。拉拔爐1包括用于局部加熱坯料2的加熱元件3，當(dāng)坯料2被加熱時(shí)，在區(qū)域4坯料成為黏性的。區(qū)域4成錐形，并在尖端5終止。在這一點(diǎn)拉拔光纖6。制成的光纖6被繞在卷軸7上。在光纖拉制期間，通過(guò)氣體入口8引入保護(hù)氣體。保護(hù)氣體在爐1的腔9內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)氦氣環(huán)境。和保護(hù)氣體一道，通過(guò)氣體入口8引入氘。在區(qū)域4中，坯料被從一個(gè)大的直徑減少到光纖6的小的直徑。在這個(gè)處理期間，在光纖6內(nèi)形成大量的缺陷中心。在光纖6離開(kāi)拉拔爐1之前，氘占據(jù)缺陷中心。保護(hù)氣體和未被用于鈍化缺陷中心進(jìn)在缺陷中心的搖擺鍵的氘通過(guò)氣體出口10排出。
在制造包括基于二氧化硅的玻璃質(zhì)材料的光纖6的方法中，在光纖拉拔裝置1中注入氘。在光纖拉拔期間產(chǎn)生的缺陷中心被氘原子占據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造包括基于二氧化硅的玻璃質(zhì)材料的光纖的方法，其中在光纖拉拔裝置中注入氘。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氘作為氣體混合物的一部分被注入。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氘被包含在惰性和/或合適的保護(hù)氣體的環(huán)境中，尤其是氮、氦或二氧化碳環(huán)境中。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述氦環(huán)境含有大約1％的氘。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氘在拉拔光纖之前與/或之后被引入所述光纖拉拔裝置。
6.一種用于由坯料拉拔光纖的光纖拉拔裝置，其中所述光纖拉拔裝置包括用于向光纖拉拔裝置的腔內(nèi)提供氘的入口。
7.一種用于運(yùn)輸按照權(quán)利要求1拉制的光纖的容器，其中所述運(yùn)輸容器含有氘。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于制造包括基于二氧化硅的玻璃質(zhì)材料的光纖的方法，在所述方法中，在光纖拉拔裝置中注入氘。在光纖拉拔期間產(chǎn)生的缺陷中心被氘原子占據(jù)。
文檔編號(hào)C03B37/029GK1502576SQ20031011537
公開(kāi)日2004年6月9日 申請(qǐng)日期2003年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月25日
發(fā)明者漢斯－德特勒夫·萊珀特, 漢斯-德特勒夫 萊珀特 申請(qǐng)人:阿爾卡特公司