專利名稱：分散補(bǔ)償光纖及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分散補(bǔ)償光纖，該光纖適用于光學(xué)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)成使零-分散波長(zhǎng)落在1.3微米波長(zhǎng)帶以內(nèi)并且補(bǔ)償該系統(tǒng)相對(duì)1.5微米波長(zhǎng)帶的光的分散和波長(zhǎng)的依賴性的光纖。
在包含設(shè)計(jì)成使零-分散波長(zhǎng)落在1.3微米波長(zhǎng)帶以內(nèi)的光纖(作為補(bǔ)償該系統(tǒng)相對(duì)1.5微米波長(zhǎng)帶的光的分散和波長(zhǎng)的依賴性的分散補(bǔ)償光纖)的光學(xué)傳輸系統(tǒng)中，人們已經(jīng)知道了具有如

圖1所示的折射率曲線的分散補(bǔ)償光纖(日本專利申請(qǐng)公開7-261048)。這種分散補(bǔ)償光纖主要由石英玻璃(下文稱為“SiO2玻璃”)組成，并且由含有高濃度GeO2的芯料100；圍繞著芯料100的外圍與其緊密接觸而形成的摻氟第一皮層200；和圍繞著第一皮層200的外圍與其緊密接觸而形成的純石英玻璃區(qū)的第二皮層300構(gòu)成。
在這里，盡管刻度不同，但是圖1中所示的分散補(bǔ)償光纖的光學(xué)強(qiáng)度分布和折射率曲線的各個(gè)水平軸代表與芯料100的中心軸垂直的沿圖中線L2的橫截面上的位置。因此，在該折射率曲線中，區(qū)域101、201和301分別與線L2上的芯料100的區(qū)域、線L2上第一皮層200的區(qū)域和線L2上第二皮層300的區(qū)域相對(duì)應(yīng)。
在傳統(tǒng)的分散補(bǔ)償光纖中，芯料100、第一皮層200和第二皮層300的折射率限定在圖1所示的特定范圍內(nèi)，因此獲得了相對(duì)于靠近1.5微米波長(zhǎng)的光的負(fù)分散值并且確定了一個(gè)負(fù)分散梯度。
一般說來，分散補(bǔ)償光纖由含有高濃度的GeO2的芯料(以增加折射率)和含有預(yù)定濃度的氟的皮料(以降低折射率)組成，該皮料圍繞著芯料的外圍與其緊密接觸而形成。因此這些區(qū)域的折射率分別被設(shè)置成相對(duì)增加芯料和皮層之間的折射率差從而獲得較大的分散值。舉例來說，在圖1所示的分散補(bǔ)償光纖中，相對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)的分散值與圖1所示的折射率曲線中的凹陷區(qū)A的深度有關(guān)。
另一方面，當(dāng)將GeO2以高達(dá)約10％摩爾-30％摩爾的濃度加入到光纖預(yù)制件的芯料中時(shí)，該光纖預(yù)制件適宜在用于制造該光纖的拉絲步驟中在低于通常光纖(含GeO2量不超過5％摩爾)的溫度下拉制成形。這是因?yàn)楫?dāng)拉絲在高于上述溫度下進(jìn)行時(shí)，所獲得的纖維的光學(xué)傳輸損耗就會(huì)隨著摻入的GeO2雜質(zhì)濃度的增加而增加。
在這里，由于上述傳統(tǒng)分散補(bǔ)償光纖的第二皮層(最外層)是純石英玻璃，因此通常要在高達(dá)1950-2000℃的溫度下進(jìn)行拉絲。這就意味著光纖預(yù)制件必須在使芯料的光學(xué)傳輸損耗增加至一定范圍的危險(xiǎn)下在高溫下拉制成形，從而導(dǎo)致使光學(xué)傳輸損耗進(jìn)一步降低的大障礙。在本說明書中，純石英玻璃是指純SiO2玻璃。但是，這些具體溫度都是相對(duì)值，申請(qǐng)人在這里敘述僅作為參考，因?yàn)樗鼈兊睦茰囟入S著測(cè)溫位置和測(cè)溫方法不同會(huì)有不同的數(shù)值。
考慮到上述情況，本發(fā)明的目的在于提供與傳統(tǒng)光纖相比能夠進(jìn)一步降低光學(xué)傳輸損耗的分散補(bǔ)償光纖。
本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖例如如圖2中所示，是主要由石英玻璃組成的一種光波導(dǎo)，它主要由至少含有10％摩爾GeO2的芯料部分1和皮層部分構(gòu)成，該皮層部分圍繞著芯料部分1的外圍而形成并且其折射率低于芯料部分1的。該皮層部分由圍繞著該芯料部分1的外圍與其緊密接觸而形成的第一皮層2、圍繞著該第一皮層2的外圍與其緊密接觸而形成的第二皮層3和圍繞著該第二皮層3的外圍與其緊密接觸而形成的第三皮層4組成。更進(jìn)一步地說，第三皮層4含有用于控制在預(yù)定溫度(例如拉制時(shí)的溫度)下的玻璃粘度的雜質(zhì)的玻璃區(qū)。用于控制玻璃粘度的雜質(zhì)的特定例子包括氟(F)、氯(Cl)、鍺(Ge)、磷(P)、硼(B)等等。圖3表示了典型雜質(zhì)的摻加量和在1500℃下所獲得的玻璃粘度之間的關(guān)系。
在這里，在該分散補(bǔ)償光纖中，至少向第一皮層2中加入預(yù)定量的雜質(zhì)以降低折射率，例如氟或硼，從而使芯料部分1和第一皮層2各自的折射率設(shè)定為使這些玻璃區(qū)域之間折射率差有所增加。因此，當(dāng)對(duì)摻入雜質(zhì)的濃度進(jìn)行控制(參見圖4)從而在芯料部分1和第一皮層2之間的折射率形成足夠大的差值時(shí)，可以將該分散補(bǔ)償光纖的分散值設(shè)定為負(fù)值，同時(shí)將分散梯度設(shè)定為負(fù)的。此外，這種分散補(bǔ)償光纖是一種滿足特定的單模條件的光波導(dǎo)，其中，芯料部分1的外徑和第一皮層2的外徑分別設(shè)定為2-4微米和4-20微米。
在這樣一種單模分散補(bǔ)償光纖中，在其中傳輸經(jīng)過的光還會(huì)在靠近芯料部分1的玻璃區(qū)(皮層部分的一部分)上傳播。由于這種光在纖維直徑方向(與光的傳輸方向相垂直的方向)的傳播呈指數(shù)下降，因此在該皮層部分的外周上存在一個(gè)光很難從其中傳播經(jīng)過的區(qū)域。位于這種區(qū)域上的皮層還作為物理皮層或殼層而為人們所知，這是因?yàn)樗饕怯糜诖_保物理強(qiáng)度的玻璃區(qū)域。第三皮層4與該物理皮層對(duì)應(yīng)。另一方面，位于該物理皮層以內(nèi)以及光傳輸經(jīng)過其中的玻璃區(qū)域作為光學(xué)皮層為人們所知。第一和第二皮層2和3對(duì)應(yīng)于光學(xué)皮層。
在如上所說的本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖中，用于控制玻璃粘度的雜質(zhì)，如氟或氯被加入到與基本上對(duì)光學(xué)信號(hào)的傳輸沒有作用的物理皮層相對(duì)應(yīng)的第三皮層4中，從而對(duì)第三皮層4在拉制時(shí)的預(yù)定溫度下的玻璃粘度進(jìn)行控制。由于將在預(yù)定溫度下的玻璃粘度受到控制的第三皮層4形成物理皮層，在整個(gè)橫截面區(qū)域中(與光的傳輸方向相垂直的平面面積)在預(yù)定溫度下具有高玻璃粘度的光學(xué)皮層的比例下降了，因此，當(dāng)進(jìn)行拉絲時(shí)，可以在較低的溫度下進(jìn)行。
更進(jìn)一步地說，本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖包括含有約10-30％摩爾的GeO2并且外徑為2-4微米的芯料部分1。在該芯料部分1的外圍形成的皮層部分包括第一皮層2，它構(gòu)成該光學(xué)皮層的一部分，是用作為折射率降低物的氟等摻雜以降低其折射率的玻璃區(qū)域，其外徑為4-20微米；第二皮層3，它與第一皮層2一起構(gòu)成該光學(xué)皮層，它是在第一皮層2的外圍與其緊密接觸而成的；以及第三皮層4，它構(gòu)成該物理皮層，它是在第二皮層3的外圍與其緊密接觸而形成的，它是一個(gè)在拉絲時(shí)玻璃粘度低于第二皮層的玻璃區(qū)域，其外徑為80-150微米。更進(jìn)一步地說，在該分散補(bǔ)償光纖中，第一皮層2和第二皮層3之間的折射率差通過調(diào)整加入到第一皮層2中的氟或類似物的量進(jìn)行控制，而無需對(duì)第二皮層3的折射率進(jìn)行控制。此外，該分散補(bǔ)償光纖的玻璃粘度控制是在第三皮層4上進(jìn)行的，使在預(yù)定溫度下的第三皮層4的玻璃粘度低于第二皮層3。
本發(fā)明人已經(jīng)證實(shí)當(dāng)?shù)谌邮呛?-2％重量的氟或0.25-1％重量的氯時(shí)可以獲得合格的光波導(dǎo)產(chǎn)品。
另外，優(yōu)選地，第二皮層3可以摻雜以控制其玻璃粘度。更進(jìn)一步地說該分散補(bǔ)償光纖的皮層部分包括第一皮層2，它構(gòu)成該光學(xué)皮層的一部分，它是外徑為4-20微米的玻璃區(qū)域并且用氟或其類似物摻雜以控制其折射率；第二皮層3，它與第一皮層2一起構(gòu)成該光學(xué)皮層，它是圍繞第一皮層2與其緊密接觸而形成的，其在預(yù)定溫度下的玻璃粘度低于純石英玻璃(純SiO2玻璃)的；以及第三皮層4，它構(gòu)成物理皮層，它是圍繞第二皮層3與其緊密接觸而形成的，它是在預(yù)定溫度下的玻璃粘度低于純石英玻璃的玻璃區(qū)域，其外徑為80-150微米。
結(jié)果，該分散補(bǔ)償光纖的特征在于第二皮層3還可以摻雜以降低在預(yù)定溫度(例如拉絲時(shí)的溫度)下第二皮層3的玻璃粘度。這一特征是考慮到下列事實(shí)而采用的，即在第二皮層3是純石英玻璃的情況下，當(dāng)拉伸張力過分集中在玻璃粘度比第三皮層4高的第二皮層3上時(shí)玻璃區(qū)域的折射率就會(huì)發(fā)生變化(由于殘余硬力而使折射率下降)。
優(yōu)選地，在這種情況下，在第二皮層3中所含有雜質(zhì)是可以增加第三皮層折射率的物質(zhì)，如氯或其類似物。當(dāng)?shù)谝黄?的折射率降低而第二皮層3的折射率增加從而對(duì)第一和第二皮層2和3之間的折射率差進(jìn)行控制時(shí)，凹陷區(qū)A(由對(duì)應(yīng)于芯料部分1的區(qū)域10、對(duì)應(yīng)于第一皮層2的區(qū)域20和對(duì)應(yīng)于第二皮層3的區(qū)域30各自的折射率曲線限定的區(qū)域)會(huì)變得更深。此外，當(dāng)以這種方式對(duì)折射率曲線進(jìn)行控制時(shí)，可以將該分散補(bǔ)償光纖的分散特性進(jìn)行一步改善(在分散梯度的絕對(duì)值增加的同時(shí)獲得足夠的負(fù)分散值)。
在該分散補(bǔ)償光纖中，第一皮層2和第二皮層3之間的折射率差的控制(圖2的折射率曲線中凹陷區(qū)A深度的控制)是通過控制作為第一皮層2的折射率降低物的氟或其類似物的量以及加入到第二皮層3中的氯或其類似物的量而進(jìn)行的。盡管隨著摻雜物，如氟的量增加，技術(shù)難度通常會(huì)變得更大，但是當(dāng)用預(yù)定量的氯或其類似物對(duì)第二皮層3進(jìn)行摻雜以增加其折射率時(shí)可以很容易地在第一和第二皮層2和3之間獲得足夠大的折射率差(用于獲得較大的分散值)。另外，該分散補(bǔ)償光纖的玻璃粘度控制是在第二和第三皮層3和4上進(jìn)行的，使得在預(yù)定溫度下，第二和第三皮層3和4的玻璃粘度均低于石英玻璃。也就是說第二皮層3含有0.25-1％重量的氯，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)折射率和玻璃粘度的雙重控制。另外，在具有上述結(jié)構(gòu)的分散補(bǔ)償光纖中，本發(fā)明人已經(jīng)證實(shí)當(dāng)?shù)谌雍?.1-2％重量的氟或0.25-1％重量的氯時(shí)可以獲得合格的光波導(dǎo)產(chǎn)品。
在這里，作為控制第三皮層4的玻璃粘度的雜質(zhì)，可以選擇與加入到第二皮層3中用于增加折射率同時(shí)降低在預(yù)定溫度下的玻璃粘度的雜質(zhì)，如氯相同的雜質(zhì)，所選擇的相同雜質(zhì)可以以與加入到第二皮層3中的雜質(zhì)相類似的摻雜量加入到第三皮層4中，從而使制造工藝簡(jiǎn)化。
另外，在本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖中適用的是，可以用5-6公斤/平方毫米的張力對(duì)預(yù)先制得的光纖預(yù)制件進(jìn)行拉絲。在這種情況下，可以獲得具有低光學(xué)傳輸損耗的分散補(bǔ)償光纖，該光纖克服了上述問題。
另外，在實(shí)踐中適用的是，本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖相對(duì)于1.55微米波長(zhǎng)帶的光來說具有1dB/km或更低的低光傳輸損耗。
更進(jìn)一步地說，當(dāng)本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖相對(duì)于1.55微米波長(zhǎng)帶的光來說具有設(shè)定為-50ps/km/nm或更低的分散值和負(fù)的分散梯度時(shí)，它可以有效地補(bǔ)償包含設(shè)計(jì)成使零-分散波長(zhǎng)落在1.3微米波長(zhǎng)帶以內(nèi)的光纖的光學(xué)傳輸系統(tǒng)的分散和波長(zhǎng)的依賴性。
從下面所給出的詳細(xì)描述以及附圖可以更加全面地理解本發(fā)明，這些部分僅僅是用來說明的，因此不應(yīng)該將它們認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。
從下面所給出的詳細(xì)描述，本發(fā)明的適用范圍將變得顯而易見。但是，應(yīng)該明白這些詳細(xì)描述和用來說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的具體實(shí)施例僅僅是用來說明的，這是因?yàn)樵诒景l(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變化和改動(dòng)對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員來說是顯而易見的。
圖1是常規(guī)分散補(bǔ)償光纖的橫截面結(jié)構(gòu)圖及其相應(yīng)的折射率曲線；圖2是本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖的橫截面結(jié)構(gòu)圖，其相應(yīng)的光強(qiáng)度分布以及相應(yīng)的折射率曲線；
圖3表示了用于控制石英玻璃折射率的典型雜質(zhì)的摻雜量與在預(yù)定溫度下的玻璃粘度之間的關(guān)系；圖4表示了加入到石英玻璃中的氟的摻雜量(重量％)與所得到的相對(duì)純石英玻璃的相對(duì)折射率差(％)之間的關(guān)系；圖5表示對(duì)應(yīng)于第二皮層外徑的計(jì)算值的折射率曲線及其相應(yīng)的光強(qiáng)度分布；圖6表示分散補(bǔ)償光纖試樣的結(jié)構(gòu)和各種特性(在Δ+＝2.5％的情況下)的框圖；圖7表示分散補(bǔ)償光纖的結(jié)構(gòu)和各種特性(在Δ+＝2.1％的情況下)的框圖；圖8是表示用于制備本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖的方法的一部分的工藝圖；圖9表示在圖8所示的步驟中獲得的光纖預(yù)制件；圖10表示本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖的第一種實(shí)施方案的折射率曲線；圖11表示在第一種實(shí)驗(yàn)中制得的第一種具體方案的分散補(bǔ)償光纖試樣中ΔJ(第三皮層相對(duì)于純石英玻璃的相對(duì)折射率差)與光學(xué)傳輸損耗之間的關(guān)系，其中每一種分散補(bǔ)償光纖試樣相對(duì)于1.55微米波長(zhǎng)光的分散特性為分散值等于-144ps/km/nm，分散梯度為-0.45ps/km/nm2；圖12表示在第二種實(shí)驗(yàn)中制得的第一種具體方案的分散補(bǔ)償光纖試樣中ΔJ(第三皮層相對(duì)于純石英玻璃的相對(duì)折射率差)與光學(xué)傳輸損耗之間的關(guān)系，其中每一種分散補(bǔ)償光纖試樣相對(duì)于1.55微米波長(zhǎng)光的分散特性為分散值等于-100ps/km/nm，分散梯度為-0.2ps/km/nm2；圖13表示在第三種實(shí)驗(yàn)中制得的第一種具體方案的分散補(bǔ)償光纖試樣中ΔJ(第三皮層相對(duì)于純石英玻璃的相對(duì)折射率差)與光學(xué)傳輸損耗之間的關(guān)系，其中每一種分散補(bǔ)償光纖試樣相對(duì)于1.55微米波長(zhǎng)光的分散特性為分散值等于-85ps/km/nm，分散梯度為-0.2ps/km/nm2；圖14表示制造時(shí)的拉絲張力與在第一種實(shí)驗(yàn)(第4個(gè)實(shí)驗(yàn))中制得的分散補(bǔ)償光纖的光學(xué)傳輸損耗之間的關(guān)系；圖15表示在拉伸速度在拉絲時(shí)固定的情況下拉絲張力和拉絲溫度之間的一般關(guān)系；圖16表示根據(jù)本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖的第二種具體實(shí)施方案折射率曲線；圖17表示根據(jù)本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖的第三種具體實(shí)施方案折射率曲線；圖18表示根據(jù)本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖的第四種具體實(shí)施方案折射率曲線；圖19表示第四種具體方案的分散補(bǔ)償光纖試樣中ΔJ(第三皮層相對(duì)于純石英玻璃的相對(duì)折射率差)與光學(xué)傳輸損耗之間的關(guān)系。
在下文中，將參照?qǐng)D2-19對(duì)本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖的各個(gè)具體實(shí)施方案進(jìn)行解釋。
圖2表示本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖的橫截面結(jié)構(gòu)、其纖維直徑方向(用線L1表示的方向)上的光強(qiáng)度分布及其在纖維直徑方向上的折射率曲線。在這里，盡管刻度不同，但是在圖2中所示的分散補(bǔ)償光纖的光強(qiáng)度分布和折射率曲線的各個(gè)水平軸代表沿著附圖中與芯料部分1中心軸相垂直的線L1在橫截面上的位置。因此在該折射率曲線中，區(qū)域10、20、30和40分別對(duì)應(yīng)于在線L1上的芯料部分1的區(qū)域(下文稱為“芯料”)、在線L1上的第一皮層2的區(qū)域、在線L1上的第二皮層3的區(qū)域以及在線L1上的第三皮層4的區(qū)域。此外，該附圖中折射率曲線的垂直軸表示相對(duì)于純石英玻璃相對(duì)折射率差。
本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖是主要由石英玻璃(下文稱為SiO2玻璃)組成的光波導(dǎo)。位于中心的芯料1含有高濃度(約10-30摩爾％，或者更優(yōu)選地為約20-25摩爾％)的GeO2，因此其折射率被控制成較高。第一皮層2用作為折射率降低物的氟摻雜，從而降低其折射率，它位于芯料1的外面，從而在兩者之間獲得較大的折射率差。另外在第一皮層2的外面形成第二皮層3，它由摻雜了用于降低玻璃粘度的雜質(zhì)的純石英玻璃或SiO2玻璃組成。如上所說，傳送經(jīng)過該光纖的光在第二皮層3的里面圍繞著芯料1傳播。因此在第二皮層3外面的區(qū)域是基本上對(duì)信號(hào)光的傳播沒有作用的玻璃區(qū)域。在根據(jù)本發(fā)明分散補(bǔ)償光纖中，該玻璃區(qū)域(第三皮層4)用預(yù)定量的氟摻雜，從而獲得在預(yù)定溫度下比純石英玻璃低的玻璃粘度。
在這里，將對(duì)在圖2中折射率曲線中的參考記號(hào)進(jìn)行解釋。在該折射率曲線中，2a、2b和2c分別表示芯料1的外徑(芯料直徑)、第一皮層2的外徑和第二皮層3的外徑。另外，Δ表示如下所說的與純石英玻璃的相對(duì)折射率差Δ+＝(n1-n0)/n0Δ＝(n2-n0)/n0ΔP＝(n3-n0)/n0ΔJ＝(n4-n0)/n0式中n0為純石英玻璃(純SiO2玻璃)的折射率，n1為芯料1的折射率，n2是第一皮層2的折射率，n3為第二皮層3的折射率，n4為第三皮層4的折射率。因此，預(yù)定玻璃區(qū)域的負(fù)Δ表示該區(qū)域的折射率低于純石英玻璃的。
在下文中，將對(duì)用來測(cè)定第二皮層3的外徑的方法進(jìn)行解釋。如上所說，在單模光纖中，所傳播的光的強(qiáng)度分布不僅存在于芯料1中而且在附近的皮層部分上傳播(參見圖2)。概括性的說，光在芯料1的周圍在大約5-6倍模式場(chǎng)直徑(MFD)的范圍內(nèi)傳播的同時(shí)進(jìn)行傳輸。因此，即使將氟或其類似物加入到位于與光學(xué)皮層相對(duì)應(yīng)的光在其中傳輸經(jīng)過的玻璃區(qū)域以外的與物理皮層相對(duì)應(yīng)的玻璃區(qū)域中從而改變后一種區(qū)域的折射率，該光纖的光學(xué)特性也不會(huì)由此受到影響。
考慮到傳輸經(jīng)過該光纖的光的強(qiáng)度分布，對(duì)第二皮層3的外徑要更嚴(yán)格地進(jìn)行限定。如圖5中所示，假設(shè)芯料1的中心在原點(diǎn)O，芯料1的中心O到第一皮層3的外徑的距離為a，在該光纖橫截面中O和a之間的光強(qiáng)度為PO-a，而整個(gè)光強(qiáng)度為1；它們的關(guān)系用下式表示PO-a＝1-exp(-2a2/ω2)式中ω是該光纖的模式場(chǎng)的直徑。當(dāng)使1-PO-a＝exp(-2a2/ω2)小到可以忽略不計(jì)的a的值確定時(shí)，在由此確定距離a位置的光強(qiáng)度就可以認(rèn)為基本上為O。
在這里，假設(shè)1-PO-a的值取三種值，即10-30、10-40和10-50來進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算的結(jié)果在圖6和7的表中給出。
更具體地說，圖6表示Δ+為2.5％時(shí)試樣1-6的計(jì)算結(jié)果，而圖7表示Δ+為2..1％時(shí)試樣1-7的計(jì)算結(jié)果。在該計(jì)算中，相對(duì)于芯料1的外徑(圖2中所示的折射率曲線中的2a)和第一皮層2的外徑(圖2中所示的折射率曲線中的2b)來說，確定了第二皮層3的相對(duì)應(yīng)的各種外徑(圖2中所示的折射率曲線中的2c)。在這里，這些表還表示了通過有限元方法而計(jì)算出的分散特性(分散值和分散梯度值)。
圖6和7中所表示的芯料1的外徑在適用于分散補(bǔ)償光纖的芯料直徑范圍內(nèi)(2-4微米)。小于該范圍低限的芯料直徑是不適合的，因?yàn)樵摴饫w的彎曲損耗將變大。與其相反，當(dāng)芯料直徑大于該范圍的上限時(shí)，分散梯度的絕對(duì)值將變小，從而使得該光纖不能有效地用作為分散補(bǔ)償光纖。
在位于由此限定的第二皮層3的外徑以外的玻璃區(qū)域中，設(shè)置了第三皮層4(也稱為殼層)，該層摻雜了雜質(zhì)，例如氟、氯、鍺、磷或硼，用它們來降低在預(yù)定溫度下的SiO2玻璃(即它的主要成分)的玻璃粘度。圖3表示了用于控制石英玻璃的折射率的典型雜質(zhì)摻雜量與在1500℃下的玻璃粘度之間的關(guān)系，垂直軸上的玻璃粘度的單位為泊(符號(hào)P，10P＝1N·s/m2)。
在這里，盡管上述計(jì)算是在假定1-P0-a為3種值，10-30、10-40和10-50下進(jìn)行的以確定不影響傳輸特性的皮層區(qū)域；這些值的大小位于設(shè)計(jì)值的范圍內(nèi)并且可以根據(jù)光纖或其類似物的特性進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。在下列實(shí)施方案中，分散補(bǔ)償光纖是在1-P0-a＝10-50作為不影響傳輸特性的一個(gè)值的條件下而設(shè)計(jì)的。
另外，任何滿足圖6和7中所示條件的光學(xué)纖維均具有負(fù)分散梯度和約-50ps/km/nm或更低的分散值，從而它可以有效地用作為分散補(bǔ)償光纖。
在下文中，將參照?qǐng)D8對(duì)用來制造本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖的方法進(jìn)行解釋。在下文中所解釋的制造方法中，采用用來控制折射率的雜質(zhì)，例如氟作為降低SiO2玻璃在預(yù)定溫度下的玻璃粘度的雜質(zhì)，但是其摻雜比例有所改變，由此制備分散補(bǔ)償光纖。這種制造方法根據(jù)VAD法來進(jìn)行。
首先，如圖8中所示，在將SiO2玻璃中的GeO2摻雜量進(jìn)行調(diào)整從而使折射率以從其中心至周邊的距離的二分之一至五分之一次方降低或逐步降低的同時(shí)，制備具有折射率n1的柱形芯料部件11。然后，將氟均勻地加入到SiO2玻璃中，從而制備具有降低到n2的折射率的第一皮層部件21，在由此制得的第一皮層部件21的中心沿著圖8所示的軸AX形成孔210。然后向在第一皮層部件21中形成的孔210中插入前面所獲得的芯料部件11。隨后制備折射率為n3的主要由SiO2玻璃組成的柱形第二皮層部件31，并在其中心沿著軸AX形成孔310。雖然當(dāng)?shù)诙硬考?1為純石英玻璃(以后所要解釋的第一和第二種具體實(shí)施方案)時(shí)n3＝n0，但是也可以向第二皮層部件31中加入用于控制折射率的雜質(zhì)(以后所要解釋的第三和第四種具體實(shí)施方案)。向在第二皮層部件31中所形成的孔310中插入已經(jīng)合在一起成為圓柱形狀的芯料部件11和第一皮層部件21。更進(jìn)一步地，也可以將氟均勻地加入到SiO2玻璃中以降低其玻璃粘度，從而制得具有折射率n4的柱形第三皮層部件41，在其中心沿著軸AX形成孔410。然后將已經(jīng)合在一起的芯料部件11、第一皮層部件21和第二皮層部件31插入到孔410中并且加熱形成光纖預(yù)制件(參見圖9)。然后將由此獲得的光纖預(yù)制件拉絲，從而制得外徑為125微米的單模分散補(bǔ)償光纖。對(duì)由此制得的光纖預(yù)制件的拉絲步驟例如如USP4123242中所說。第一種實(shí)施方案在下文中將參照?qǐng)D10對(duì)本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖的第一種實(shí)施方案進(jìn)行解釋。圖10表示了第一種實(shí)施方案折射率曲線，其中區(qū)域10a、20a、30a和40a分別對(duì)應(yīng)于圖2中的區(qū)域10、20、30和40。因此圖10中所表示的實(shí)施例曲線的水平軸表示圖2中光纖橫截面中線L1上的位置。另外，該折射率曲線的垂直軸表示相對(duì)于純石英玻璃的折射率差。
在該方案中，芯料1和第一至第三皮層2-4設(shè)計(jì)如下芯料1含有預(yù)定量GeO2的SiO2玻璃(具有增加的折射率)。第一皮層2含有預(yù)定量氟的SiO2玻璃(具有降低的折射率)。第二皮層3純石英玻璃(純SiO2玻璃)。第三皮層4含有預(yù)定量氟的SiO2玻璃(具有降低的折射率)，從而對(duì)拉絲時(shí)的玻璃粘度進(jìn)行控制使其低于第二皮層3的。第一種實(shí)施方案的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)本發(fā)明人在下列條件下制備具有上述第一種實(shí)施方案(圖10)的結(jié)構(gòu)的分散補(bǔ)償光纖。更進(jìn)一步地說在Δ+＝2.9％，Δ-＝-0.36％以及ΔP＝0％，而ΔJ在0％、-0.1％、-0.3％、-0.4％、-0.6％和-0.7％之間變化的條件下制備多種光纖預(yù)制件。然后在拉絲時(shí)采用9.8kg/mm2的張力，在恒定的拉伸速度下將每一種光纖預(yù)制件拉絲，從而制得2a＝2.25微米，2b＝7.5微米以及2c＝39微米的分散補(bǔ)償光纖。對(duì)于波長(zhǎng)為1.55微米的光來說，所獲得的每一種分散補(bǔ)償光纖具有使分散值為-144ps/km/nm、分散梯度為-0.45ps/km/nm2的分散特性。
圖11表示對(duì)于具有上述ΔJ值的各種分散補(bǔ)償光纖來說相對(duì)于波長(zhǎng)為1.55微米的光的光學(xué)傳輸損耗的測(cè)定結(jié)果。
在圖11中，沒有摻氟的傳統(tǒng)分散補(bǔ)償光纖(ΔJ＝0％第三皮層為純石英玻璃)在約2000℃的高溫下拉絲，這是因?yàn)槠洳Ａд扯容^高。另一方面當(dāng)ΔJ＝-0.4％時(shí)拉絲溫度為約1840℃，而當(dāng)ΔJ＝-0.7％時(shí)拉絲溫度為約1820℃(氟的濃度為2％重量)。因此當(dāng)?shù)谌?中的氟的摻加量增加時(shí)(當(dāng)折射率差ΔJ降低時(shí))，拉絲溫度將會(huì)降低。其原因在于當(dāng)氟的摻雜量增加時(shí)，拉絲時(shí)的第三皮層4的玻璃粘度變得低于純石英玻璃(第二皮層3)。因此，當(dāng)采用這種第三皮層4時(shí)，可以在低于制造傳統(tǒng)的分散補(bǔ)償光纖的溫度的溫度下進(jìn)行拉絲，從而降低光學(xué)傳輸損耗。
圖4表示SiO2玻璃中氟的摻雜量(重量％)與所得到的相對(duì)于純石英玻璃的折射率差(％)之間的關(guān)系。第一種實(shí)施方案的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)另外，本發(fā)明人還在下列條件下制備具有上述第一種實(shí)施方案(圖10)的結(jié)構(gòu)的分散補(bǔ)償光纖。更進(jìn)一步地說在Δ+＝2.6％，Δ-＝-0.35％以及ΔP＝0％，而ΔJ在0％、-0.1％、-0.3％、-0.5％、-0.6％和-0.7％之間變化的條件下制備多種光纖預(yù)制件。然后在拉絲時(shí)采用9.8kg/mm2的張力，在恒定的拉伸速度下將每一種光纖預(yù)制件拉絲，從而制得2a＝2.6微米，2b＝8.8微米以及2c＝46微米的分散補(bǔ)償光纖。對(duì)于波長(zhǎng)為1.55微米的光來說，所獲得的每一種分散補(bǔ)償光纖具有使分散值為-100ps/km/nm、分散梯度為-0.2ps/km/nm2的分散特性。
圖12表示對(duì)于具有上述ΔJ值的各種分散補(bǔ)償光纖來說相對(duì)于波長(zhǎng)為1.55微米的光的光學(xué)傳輸損耗的測(cè)定結(jié)果。
在這種情況下(參見圖12)，象上述第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中那樣，可以看出當(dāng)?shù)谌?中的氟的摻加量增加時(shí)(當(dāng)折射率差ΔJ降低時(shí))，光學(xué)傳輸損耗將會(huì)降低。第一種實(shí)施方案的第三個(gè)實(shí)驗(yàn)另外，本發(fā)明人還在下列條件下制備具有上述第一種實(shí)施方案(圖10)的結(jié)構(gòu)的分散補(bǔ)償光纖。更進(jìn)一步地說在Δ+＝2％，Δ-＝-0.35％以及ΔP＝0％，而ΔJ在0％、-0.1％、-0.2％、-0.3％、-0.5％、-0.6％和-0.7％之間變化的條件下制備多種光纖預(yù)制件。然后在拉絲時(shí)采用9.8kg/mm2的張力，在恒定的拉伸速度下將每一種光纖預(yù)制件拉絲，從而制得2a＝3微米，2b＝10微米以及2c＝53微米的分散補(bǔ)償光纖。對(duì)于波長(zhǎng)為1.55微米的光來說，所獲得的每一種分散補(bǔ)償光纖具有使分散值為-85ps/km/nm、分散梯度為-0.2ps/km/nm2的分散特性。
圖13表示對(duì)于具有上述ΔJ值的各種分散補(bǔ)償光纖來說相對(duì)于波長(zhǎng)為1.55微米的光的光學(xué)傳輸損耗的測(cè)定結(jié)果。
在這種情況下(參見圖13)，象上述第一和第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中那樣，可以看出當(dāng)?shù)谌?中的氟的摻加量增加時(shí)(當(dāng)折射率差ΔJ降低時(shí))，光學(xué)傳輸損耗將會(huì)降低。第一種實(shí)施方案的第四個(gè)實(shí)驗(yàn)在下文中，將對(duì)拉絲張力和所得到的分散補(bǔ)償光纖的光學(xué)傳輸損耗之間的關(guān)系的實(shí)際測(cè)試結(jié)果進(jìn)行解釋。在該實(shí)驗(yàn)中，除了ΔJ＝-0.35％以外，采用在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中所有的值下制備的預(yù)制件，拉絲時(shí)采用多種張力值進(jìn)行拉絲，從而制備分散補(bǔ)償光纖。圖14表示對(duì)于在各個(gè)拉絲張力值下獲得的分散補(bǔ)償光纖相對(duì)于波長(zhǎng)為1.55微米的光來說其光學(xué)傳輸損耗的測(cè)定結(jié)果。
由圖14可以看出，當(dāng)拉絲時(shí)的張力增加時(shí)光學(xué)傳輸損耗將下降。當(dāng)采用超過16kg/mm2的張力拉絲時(shí)，光纖將會(huì)斷裂。另外，盡管需要將光學(xué)傳輸損耗盡可能地降低，但是在實(shí)踐中低于1.0dB/km的值也是合適的?？紤]到這些因素采用至少4kg/mm2的張力，更優(yōu)選地為不小于5kg/mm2但又不超過16kg/mm2的張力對(duì)光纖預(yù)制件進(jìn)行拉絲是合適的。
為了進(jìn)行對(duì)比，圖15表示了拉絲速度v固定在100米/分鐘時(shí)拉絲溫度和拉絲張力之間的一般關(guān)系。光纖預(yù)制件的形成過程與第一個(gè)實(shí)驗(yàn)(ΔJ＝-0.35％)相同。由于這個(gè)關(guān)系會(huì)根據(jù)該光纖預(yù)制件的外徑、窯爐的內(nèi)徑、氣氛等等而發(fā)生較大波動(dòng)，因此，該圖可以根據(jù)這些條件在幾十℃的范圍內(nèi)上下變化。圖15中所表示的拉絲張力和拉絲溫度之間的關(guān)系與本發(fā)明無關(guān)，它沒有提出任何用來制備本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖的條件。第二種實(shí)施方案在下文中將參照?qǐng)D16對(duì)本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖的第二種實(shí)施方案進(jìn)行解釋。圖16表示了第二種實(shí)施方案折射率曲線，其中區(qū)域10b、20b、30b和40b分別對(duì)應(yīng)于圖2中的區(qū)域10、20、30和40。因此圖16中所表示的實(shí)施例曲線的水平軸表示圖2中光纖橫截面中線L1上的位置。另外，該折射率曲線的垂直軸表示相對(duì)于純石英玻璃的折射率差。
在該方案中，芯料1和第一至第三皮層2-4設(shè)計(jì)如下芯料1含有預(yù)定量GeO2的SiO2玻璃(具有增加的折射率)。第一皮層2含有預(yù)定量氟的SiO2玻璃(具有降低的折射率)。第二皮層3純石英玻璃(純SiO2玻璃)。第三皮層4含有預(yù)定量氯的SiO2玻璃(具有降低的折射率)，從而對(duì)拉絲時(shí)的玻璃粘度進(jìn)行控制使其低于第二皮層3的。
第二種實(shí)施方案在結(jié)構(gòu)上根據(jù)加入到第三皮層4中的雜質(zhì)而與上述第一種實(shí)施方案不同。另外在該結(jié)構(gòu)中，拉絲時(shí)的玻璃粘度將下降。
本發(fā)明人在下列條件下制備具有上述第二種實(shí)施方案(圖16)的結(jié)構(gòu)的分散補(bǔ)償光纖。更進(jìn)一步地說在Δ+＝2.1％，Δ-＝-0.35％以及ΔP＝0％，而ΔJ在0％、0.03％、0.08％和0.12％之間變化的條件下制備多種光纖預(yù)制件。然后在拉絲時(shí)采用9.8kg/mm2的張力，在恒定的拉伸速度下將每一種光纖預(yù)制件拉絲，從而制得2a＝2.75微米，2b＝7.9微米以及2c＝47微米的分散補(bǔ)償光纖。對(duì)于波長(zhǎng)為1.55微米的光來說，所獲得的每一種分散補(bǔ)償光纖具有使分散值為-85ps/km/nm、分散梯度為-0.2ps/km/nm2的分散特性。第三種實(shí)施方案在下文中將參照?qǐng)D17對(duì)本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖的第三種實(shí)施方案進(jìn)行解釋。圖17表示了第三種實(shí)施方案折射率曲線，其中區(qū)域10c、20c、30c和40c分別對(duì)應(yīng)于圖2中的區(qū)域10、20、30和40。因此圖17中所表示的實(shí)施例曲線的水平軸表示圖2中光纖橫截面中線L1上的位置。另外，該折射率曲線的垂直軸表示相對(duì)于純石英玻璃的折射率差。
在該方案中，芯料1和第一至第三皮層2-4設(shè)計(jì)如下芯料1含有預(yù)定量GeO2的SiO2玻璃(具有增加的折射率)。第一皮層2含有預(yù)定量氟的SiO2玻璃(具有降低的折射率)。第二皮層3含有預(yù)定量氯的SiO2玻璃(具有增加的折射率)，從而對(duì)拉絲時(shí)的玻璃粘度進(jìn)行控制使其低于純石英玻璃的。第三皮層4含有預(yù)定量氟的SiO2玻璃(具有降低的折射率)，從而對(duì)拉絲時(shí)的玻璃粘度進(jìn)行控制使其低于純石英玻璃的。
第三種實(shí)施方案在結(jié)構(gòu)上由于將氯加入到第二皮層3中而與上述第一種實(shí)施方案不同。另外在該結(jié)構(gòu)中，拉絲時(shí)的玻璃粘度將下降。在第二皮層3是純石英玻璃的情況下(第一和第二種實(shí)施方案)，當(dāng)拉絲時(shí)拉絲張力過份集中在玻璃粘度高于第三皮層4的第二皮層3上時(shí)，它會(huì)導(dǎo)致在該玻璃區(qū)域中的折射率發(fā)生變化(由于殘余應(yīng)力而使折射率下降)。第三種方案的結(jié)構(gòu)克服了這個(gè)問題。另外，選擇可以增加折射率的物質(zhì)，如氯作為雜質(zhì)加入到第二皮層3中，以降低第一皮層2的折射率，同時(shí)增加第二皮層3的折射率，從而對(duì)第一和第二皮層2和3之間的折射率差進(jìn)行控制，由此而加深凹陷區(qū)域A(由對(duì)應(yīng)于圖2芯料部分1的區(qū)域10c、對(duì)應(yīng)于圖2第一皮層2的區(qū)域20c和對(duì)應(yīng)于圖2第二皮層3的區(qū)域30c的各自的折射率曲線限定的區(qū)域)。另外當(dāng)以這種方式對(duì)折射率曲線進(jìn)行控制時(shí)，可以進(jìn)一步改善分散補(bǔ)償光纖的分散特性(分散梯度的絕對(duì)值可以增加，同時(shí)可以獲得足夠大的負(fù)分散值)。
本發(fā)明人在下列條件下制備具有上述第三種實(shí)施方案(圖17)的結(jié)構(gòu)的分散補(bǔ)償光纖。更進(jìn)一步地說在Δ+＝2.1％，Δ-＝-0.35％以及ΔP＝0.08％，而ΔJ在0％、-0.04％、-0.1％、-0.2％、-0.35％、-0.5％和-0.7％之間變化的條件下制備多種光纖預(yù)制件。然后在拉絲時(shí)采用9.8kg/mm2的張力，在恒定的拉伸速度下將每一種光纖預(yù)制件拉絲，從而制得2a＝2.8微米，2b＝8微米以及2c＝46微米的分散補(bǔ)償光纖。對(duì)于波長(zhǎng)為1.55微米的光來說，所獲得的每一種分散補(bǔ)償光纖具有使分散值為-101ps/km/nm、分散梯度為-0.25ps/km/nm2的分散特性。第四種實(shí)施方案在下文中將參照?qǐng)D18對(duì)本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖的第四種實(shí)施方案進(jìn)行解釋。圖18表示了第四種實(shí)施方案折射率曲線，其中區(qū)域10d、20d、30d和40d分別對(duì)應(yīng)于圖2中的區(qū)域10、20、30和40。因此圖18中所表示的實(shí)施例曲線的水平軸表示圖2中光纖橫截面中線L1上的位置。另外，該折射率曲線的垂直軸表示相對(duì)于純石英玻璃的折射率差。
在該方案中，芯料1和第一至第三皮層2-4設(shè)計(jì)如下芯料1含有預(yù)定量GeO2的SiO2玻璃(具有增加的折射率)。第一皮層2含有預(yù)定量氟的SiO2玻璃(具有降低的折射率)。第二皮層3含有預(yù)定量氯的SiO2玻璃(具有增加的折射率)，從而對(duì)拉絲時(shí)的玻璃粘度進(jìn)行控制使其低于純石英玻璃的。第三皮層4含有預(yù)定量氯的SiO2玻璃(具有增加的折射率)，從而對(duì)拉絲時(shí)的玻璃粘度進(jìn)行控制使其低于純石英玻璃的。
第三種實(shí)施方案在結(jié)構(gòu)上根據(jù)加入到第三皮層4中的雜質(zhì)而與上述第三種實(shí)施方案不同。也就是說在第四種方案中，將氯加入到第二和第三皮層3和4中。更進(jìn)一步地說，當(dāng)?shù)诙?與第三皮層4拉絲時(shí)的玻璃粘度相互之間達(dá)到一致(玻璃區(qū)域3和4中的氯的摻雜量相互之間達(dá)到一致)時(shí)，可以簡(jiǎn)化用來制備分散補(bǔ)償光纖的工藝。
本發(fā)明人在下列條件下制備具有上述第四種實(shí)施方案(圖18)的結(jié)構(gòu)的分散補(bǔ)償光纖。更進(jìn)一步地說在Δ+＝2.1％，Δ-＝-0.35％以及ΔP＝0.08％，而ΔJ在0％、0.03％、0.08％和0.7％之間變化的條件下制備多種光纖預(yù)制件。然后在拉絲時(shí)采用9.8kg/mm2的張力，在恒定的拉伸速度下將每一種光纖預(yù)制件拉絲，從而制得2a＝2.7微米，2b＝7.7微米以及2c＝46微米的分散補(bǔ)償光纖。對(duì)于波長(zhǎng)為1.55微米的光來說，所獲得的每一種分散補(bǔ)償光纖具有使分散值為-101ps/km/nm、分散梯度為-0.3ps/km/nm2的分散特性。
圖19表示具有上述ΔJ值的各個(gè)分散補(bǔ)償光纖相對(duì)于波長(zhǎng)為1.55微米的光的光學(xué)傳輸損耗的測(cè)定結(jié)果，由圖17可以看出，當(dāng)?shù)谌?中的氯的摻雜量增加時(shí)(當(dāng)相對(duì)折射率差ΔJ變大時(shí))，光學(xué)傳輸損耗將下降。
本發(fā)明已經(jīng)證實(shí)在上述第二種實(shí)施方案的試樣中相對(duì)折射率差ΔJ與光學(xué)傳輸損耗之間的關(guān)系基本上與圖13相一致。另外本發(fā)明人還證實(shí)在上述第三種實(shí)施方案的試樣中相對(duì)折射率差ΔJ與光學(xué)傳輸損耗之間的關(guān)系基本上與圖19相一致。
如上所說，在本發(fā)明的分散補(bǔ)償光纖中，在第二皮層3的外面設(shè)置了第三皮層4，該皮層4是基本上對(duì)光信號(hào)的傳播沒有作用并且其在預(yù)定溫度下的玻璃粘度被控制成低于純石英玻璃的玻璃粘度的玻璃區(qū)域。因此當(dāng)進(jìn)行拉絲時(shí)，可以在較低的溫度下將光纖預(yù)制件拉絲。因此即使是制造在芯料1中含有高濃度GeO2的分散補(bǔ)償光纖，也可以使光學(xué)傳輸損耗進(jìn)一步降低。
由上述發(fā)明，很顯然本發(fā)明可以以多種方式變化。這些變化不應(yīng)該被認(rèn)為是偏離了本發(fā)明的精神和范圍，所有這些變化對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員來說是顯而易見的，因此應(yīng)該包含著后面的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
在1995年8月31日提出的基本日本申請(qǐng)223605在這里作為參考文獻(xiàn)而引入。
權(quán)利要求
1.一種分散補(bǔ)償光纖，它主要由石英玻璃組成，所述分散補(bǔ)償光纖包括至少含有10％摩爾GeO2并且具有2-4微米外徑和預(yù)定的折射率的芯料部分；和圍繞著所述芯料部分的外圍而形成并且其折射率低于芯料部分的皮層部分，所述的皮層部分包括圍繞著所述芯料部分的外圍與其緊密接觸而形成的第一皮層，所述的第一皮層含有預(yù)定量的用于降低折射率的雜質(zhì)，其外徑為4-20微米，并且構(gòu)成光學(xué)皮層的一部分；圍繞著所述第一皮層的外圍與其緊密接觸而形成的第二皮層，所述的第二皮層具有高于第一皮層的折射率并且與第一皮層一起構(gòu)成所述的光學(xué)皮層；以及圍繞著所述第二皮層的外圍與其緊密接觸而形成的第三皮層，所述的第三皮層在預(yù)定的溫度下具有低于第二皮層的玻璃粘度并且構(gòu)成物理皮層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的分散補(bǔ)償光纖，其中所述的第一皮層含有預(yù)定量的氟作為所述的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的分散補(bǔ)償光纖，其中所述的第三皮層含有0.1-2重量％的氟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的分散補(bǔ)償光纖，其中所述的第三皮層含有0.25-1重量％的氯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的分散補(bǔ)償光纖，其中所述的分散補(bǔ)償光纖相對(duì)波長(zhǎng)為1.55微米的光具有不高于1dB/km的光學(xué)傳輸損耗。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的分散補(bǔ)償光纖，其中所述的分散補(bǔ)償光纖相對(duì)波長(zhǎng)為1.55微米的光具有不高于-50ps/km/nm的分散值和負(fù)的分散梯度。
7.一種分散補(bǔ)償光纖，它主要由石英玻璃組成，所述分散補(bǔ)償光纖包括至少含有10％摩爾GeO2并且具有2-4微米的外徑和預(yù)定的折射率的芯料部分；和圍繞著所述芯料部分的外圍而形成并且其折射率低于芯料部分的皮層部分，所述的皮層部分包括第一皮層，它是圍繞著所述芯料部分的外圍與其緊密接觸而形成的玻璃區(qū)域，所述的第一皮層含有預(yù)定量的用于降低折射率的第一種雜質(zhì)，其外徑為4-20微米，并且構(gòu)成光學(xué)皮層的一部分；第二皮層，它是圍繞著所述第一皮層的外圍與其緊密接觸而形成的玻璃區(qū)域，所述的第二皮層在預(yù)定溫度下的粘度低于純石英玻璃的粘度，并且與第一皮層一起構(gòu)成所述的光學(xué)皮層；以及第三皮層，它是圍繞著所述第二皮層的外圍與其緊密接觸而形成的玻璃區(qū)域，所述的第三皮層在預(yù)定的溫度下具有低于純石英玻璃的玻璃粘度并且構(gòu)成物理皮層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的分散補(bǔ)償光纖，其中所述的第二皮層在預(yù)定的溫度下所具有的玻璃粘度與所述的第三皮層在預(yù)定的溫度下所具有的玻璃粘度相互之間基本上一致。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的分散補(bǔ)償光纖，其中所述的第二皮層含有0.25-1重量％的氯作為所述的第二種雜質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的分散補(bǔ)償光纖，其中所述的第一皮層含有預(yù)定量的氟作為所述的第一種雜質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的分散補(bǔ)償光纖，其中所述的第三皮層含有0.1-2重量％的氟。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的分散補(bǔ)償光纖，其中所述的第三皮層含有0.25-1重量％的氯。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的分散補(bǔ)償光纖，其中所述的分散補(bǔ)償光纖對(duì)于波長(zhǎng)為1.55微米的光具有不高于1dB/km的光學(xué)傳輸損耗。
14.根據(jù)權(quán)利要求7的分散補(bǔ)償光纖，其中所述的分散補(bǔ)償光纖相對(duì)波長(zhǎng)為1.55微米的光具有不高于-50ps/km/nm的分散值和負(fù)的分散梯度。
15.一種用于制備權(quán)利要求1所述的分散補(bǔ)償光纖的方法，所述的方法包括下列步驟制備一種主要由石英玻璃組成的部件，所述的部件包括至少含有10％摩爾GeO2的芯料部分；圍繞著所述芯料部分而形成的第一皮層部件，所述的第一皮層部件含有預(yù)定量的用于降低折射率的雜質(zhì)；圍繞著所述第一皮層部件的外圍而形成的第二皮層部件，所述的第二皮層部件具有高于第一皮層部件的折射率；以及圍繞著所述第二皮層部件的外圍而形成的第三皮層部件，所述的第三皮層部件在預(yù)定的溫度下具有低于第二皮層部件的玻璃粘度；整體成形上述各部件以形成光纖預(yù)制件；以及將所述的光纖預(yù)制件拉絲同時(shí)向其上施加預(yù)定的張力，從而使其外徑變成所需的外徑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中施加到所述光纖預(yù)制件上的拉絲張力為5-16kg/mm2。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述的第一皮層部件含有預(yù)定量的氟。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述的第三皮層部件含有0.1-2重量％的氟。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的分散補(bǔ)償光纖，其中所述的第三皮層部件含有0.25-1重量％的氯。
20.一種用于制備權(quán)利要求7所述的分散補(bǔ)償光纖的方法，所述的方法包括下列步驟制備一種主要由石英玻璃組成的部件，所述的部件包括至少含有10％摩爾GeO2的芯料部分；圍繞著所述芯料部分的外圍而形成的第一皮層部件，所述的第一皮層部件含有用于降低折射率的雜質(zhì)；圍繞著所述第一皮層部件的外圍而形成的第二皮層部件，所述的第二皮層部件在預(yù)定溫度下有低于純石英玻璃的玻璃粘度；以及圍繞著所述第二皮層部件的外圍而形成的第三皮層部件，所述的第三皮層部件在預(yù)定的溫度下具有低于純石英玻璃的玻璃粘度；整體成形上述各部件以形成光纖預(yù)制件；以及將所述的光纖預(yù)制件拉絲同時(shí)向其上施加預(yù)定的張力，從而使其外徑變成所需的外徑。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中施加到所述光纖預(yù)制件上的拉絲張力為5-16kg/mm2。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的第二皮層部件在預(yù)定的溫度下所具有的玻璃粘度與所述的第三皮層部件在預(yù)定的溫度下所具有的玻璃粘度相互之間基本上一致。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的第二皮層部件含有0.25-1重量％的氯。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的第一皮層部件含有預(yù)定量的氟。
25.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的第三皮層部件含有0.1-2重量％的氟。
26.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的第三皮層部件含有0.25-1重量％的氯。
全文摘要
本發(fā)明涉及可以在低溫下拉絲并且可以進(jìn)一步降低光學(xué)傳輸損耗的分散補(bǔ)償光纖。該分散補(bǔ)償光纖包括含有高濃度GeO
文檔編號(hào)C03B37/012GK1165958SQ9611197
公開日1997年11月26日 申請(qǐng)日期1996年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月31日
發(fā)明者大西正志, 福田智惠, 金森弘雄 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社