專利名稱：色散補(bǔ)償光纖的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及適合于波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)使用的色散補(bǔ)償光纖，以及尤其適合于在比1565nm更長(zhǎng)的波長(zhǎng)上工作的L波段系統(tǒng)使用的色散補(bǔ)償光纖。本發(fā)明還涉及利用這種色散補(bǔ)償光纖的色散補(bǔ)償鏈路，以及制備色散補(bǔ)償光纖的方法。
2.技術(shù)背景目前使用的電信系統(tǒng)包括單模光纖，它們?cè)?300nm附近波長(zhǎng)處呈現(xiàn)零色散，這里把這種光纖稱為“SMF”。在這種系統(tǒng)內(nèi)以約1300nm波長(zhǎng)發(fā)送的信號(hào)保持相對(duì)無畸變。為了能夠?qū)崿F(xiàn)更低的損耗以及利用在1550nm窗口中工作的有效且可靠的摻鉺光纖放大器，信號(hào)能夠在這種系統(tǒng)中以約1550nm的波長(zhǎng)發(fā)送。
在過去的幾年里，電信系統(tǒng)已經(jīng)從2.5Gbs單信道系統(tǒng)升級(jí)到10Gbs WDM系統(tǒng)。增大的每信道的比特率已經(jīng)使得這些系統(tǒng)色散受到限制。在SMF上以1550nm的傳輸引入約+17ps/nm·km的色散；因此這種光纖被限制于以10Gbs的約60公里非中斷傳輸。為對(duì)抗這種情況而提出的辦法一直是以有規(guī)則的間隔進(jìn)行色散補(bǔ)償。例如，在1550nm具有+17ps/nm·km色散的單模光纖要求每60公里1020ps/nm的色散補(bǔ)償。因此，含有色散補(bǔ)償(DC)光纖的色散補(bǔ)償模件不得不在每個(gè)放大級(jí)上插入到系統(tǒng)中，這說明約有1000ps/nm累積色散。由于這個(gè)長(zhǎng)度DC光纖并未說明任何真實(shí)傳輸距離，需要保持這一長(zhǎng)度盡可能短。這意味著必須使DC光纖的負(fù)色散最大化。然而，經(jīng)過增大波導(dǎo)色散所起的作用使得色散負(fù)數(shù)更大，光纖變得對(duì)彎曲更加敏感以及光纖的基本衰減增大。因此，通過使色散(D)最大化同時(shí)保持衰減(Attn)盡可能低，可取得最大值。因此，比率|D/Attn|(稱為優(yōu)值)必須最大化而不單是色散最大化。
直到最近，系統(tǒng)和DC光纖設(shè)計(jì)人員一直僅僅考慮一個(gè)信道(1550nm)。即DC光纖只在一個(gè)波長(zhǎng)上被用于補(bǔ)償色散，因此光纖的色散斜率是不重要的。然而，隨著對(duì)WDM技術(shù)的最新重視，變得需要在摻鉺光纖放大器窗口內(nèi)所有傳輸波長(zhǎng)上提供色散補(bǔ)償。這意味著設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在被限制到具有最差補(bǔ)償?shù)男诺馈?duì)于上述困惑的一種顯而易見解決辦法是設(shè)計(jì)一種DC光纖，在所有波長(zhǎng)上同時(shí)補(bǔ)償色散。因此，有了滿足所謂色散斜率的附加判據(jù)。對(duì)于要利用DC光纖的所有波長(zhǎng)，必須將優(yōu)值維持在較大的值上。由于彎曲邊緣在較長(zhǎng)的波長(zhǎng)上引起衰減增大，具有低彎曲邊緣的DC光纖一直被限制使用在C波段波長(zhǎng)(最高達(dá)到1565nm)上，在這個(gè)波長(zhǎng)上基本上不受這一效應(yīng)影響。
為了研究色散斜率對(duì)系統(tǒng)的影響，假設(shè)系統(tǒng)采用上述SMF光纖，它在1550nm具有+17ps/nm·km的色散和+0.056ps/nm2·km的色散斜率?？紤]五個(gè)不同DC光纖對(duì)系統(tǒng)的影響。五種光纖的色散和色散斜率特性示于表1中，其中，色散D以ps/nm·km為單位表示，D斜率以ps/nm2·km為單位表示。
表1DC D 未補(bǔ)償?shù)纳? 未補(bǔ)償?shù)纳? 距離(km) 距離(km)光纖 D斜率 @1530/1000km @1565/1000km @10Gbs@40Gbs1 -85 -0.186-400 300 ～1200～752 -102 -0.186-540 405 ～880 ～553 -85 -0.28 0 0 ＞10000 ＞10004 -102 -0.28 -200 150 ～2400～1505 -85 -1200 900 ～400 ～25具有-85和-102ps/nm·km色散的DC光纖被選作了這種理論上例子，因?yàn)榫哂?85ps/nm·km色散的DC光纖的長(zhǎng)度L將補(bǔ)償具有17ps/nm·km色散的SMF光纖的長(zhǎng)度5L，而具有-102ps/nm·km色散的DC光纖的長(zhǎng)度L將補(bǔ)償該SMF光纖的長(zhǎng)度6L。
利用SMF光纖和DC光纖的特性，能夠計(jì)算出鉺C波段窗口的端信道(1530nm和1565nm)上的未補(bǔ)償色散，假設(shè)所有DC光纖是為完成1550nm上的補(bǔ)償而設(shè)計(jì)的。算出的值在表1的4和5列中給出。如果假設(shè)系統(tǒng)是脈沖譜寬度限制的，那么色散、比特率和總長(zhǎng)度之間的關(guān)系由方程式1給出
B(|β2|L)1/2＜1/4 (1)這里B是比特率，β2＝(Dλ2)/2πc，L是長(zhǎng)度。
方程式1可以以比特率和在給定長(zhǎng)度內(nèi)累積的總色散來重寫?；谏鲜鲫P(guān)系，給定比特率和平均累積色散，便能夠確定在色散變?yōu)橄拗埔蜃忧跋到y(tǒng)的總長(zhǎng)度，對(duì)于10和40Gbs的比特率，在表1的6和7列中給出了這個(gè)長(zhǎng)度。DC光纖1、2、3和4是理論上的光纖的例子，這里用它們來演示不同色散和色散斜率對(duì)系統(tǒng)長(zhǎng)度的影響。DC光纖5是商用光纖，僅僅在一個(gè)波長(zhǎng)，例如1550nm上補(bǔ)償了色散。對(duì)于DC光纖5，表中未列出色散斜率，因?yàn)閷?duì)于打算在單個(gè)波長(zhǎng)上工作的DC光纖而言，不指定色散斜率，色散斜率可以在約-0.5和+0.5ps/nm2·km之間變化，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)工作帶來不利影響。注意，DC光纖1、2、3和4適合于在10Gbs系統(tǒng)中使用，它們使用在這種系統(tǒng)中能夠在至少600km的距離上進(jìn)行信號(hào)傳輸。在列出的五個(gè)光纖當(dāng)中，只有DC光纖3適合于40Gbs系統(tǒng)使用。
DC光纖的κ值這里定義為κ＝(DDC)/(D斜率DC)(2)式中DDC和D斜率DC是DC光纖的色散和色散斜率。相對(duì)色散斜率(RDS)，κ的倒數(shù)有時(shí)用于表征色散與色散斜率的比率。SMF光纖的色散與色散斜率的比率約為303。DC光纖3是唯一的，因?yàn)镈C光纖的色散和色散斜率是這樣的，能夠在所有波長(zhǎng)上實(shí)現(xiàn)基本完全補(bǔ)償。換句話說，DC光纖3的κ值也是303。這一判據(jù)被定義為完全補(bǔ)償。圖2的線20稱為完全補(bǔ)償?shù)木€，因?yàn)槠湫甭适?03。DC光纖3由線20上的一點(diǎn)表示，該點(diǎn)上色散為-85ps/nm·km，色散斜率為-0.28ps/nm2·km。其他的光纖落在線20上，例如具有-102ps/nm·km色散和-0.336ps/nm2·km色散斜率的一個(gè)光纖也提供完全補(bǔ)償。
盡管對(duì)于10Gbs系統(tǒng)DC光纖3勝過DC光纖1、2和4，它并不增加值，因?yàn)殛懮舷到y(tǒng)主要設(shè)計(jì)為約600km的最大距離。因此，并不提供完全補(bǔ)償?shù)囊欢ǖ腄C光纖適合于DC模件使用，如果這些DC光纖比提供完全補(bǔ)償?shù)墓饫w更容易產(chǎn)生，它們則是較好的。DC光纖1、2和4的κ值分別是457、548和380。比DC光纖1、2和4的κ值低且接近于303值的κ值對(duì)應(yīng)于增強(qiáng)的色散特性，因此對(duì)應(yīng)于更長(zhǎng)的傳輸距離。DC光纖4和1是任意選擇的，表示在圖2中，這里它們分別由線21和22表示。線21與22之間的陰影區(qū)23代表一組提供可接受的色散和色散斜率的DC光纖，此外，它們能夠用在比1000km更長(zhǎng)的10GbsWDM系統(tǒng)中。具有線20與21之間色散特性的DC光纖，甚至具有線20之下和接近于其的色散特性的DC光纖則適合于用在DC模件中，但是它不必在10Gbs系統(tǒng)中使用具有這么低κ值的光纖。
僅僅具有在線20上或非常接近線20的色散特性的這些DC光纖才適合于在40Gbs系統(tǒng)中使用。
目前正在發(fā)展的摻鉺光纖放大器將工作在L波段，這包括比1565nm當(dāng)前極限更長(zhǎng)的波長(zhǎng)。目前提供使用的DC光纖(它們提供可接受的色散特性)不適合于在這些更長(zhǎng)的波長(zhǎng)上使用，因?yàn)樗鼈兊膹澢吘壊ㄩL(zhǎng)是足夠低的，以致于在比1565nm更長(zhǎng)的波長(zhǎng)上的損耗是不能接受的。隨著截止波長(zhǎng)(λCO)減小以及隨著模場(chǎng)直徑(MFD)增大，彎曲邊緣向更短波長(zhǎng)移動(dòng)。在任何一種情況中，光被非常弱地引導(dǎo)。因此，為了推進(jìn)彎曲邊緣向更高的波長(zhǎng)，λCO必須增大，和/或MFD必須減小。
如果MFD太小，諸如交叉相位調(diào)制和自相位調(diào)制的非線性效應(yīng)增大，接頭損耗增大。因此，MFD應(yīng)當(dāng)大于4μm，較佳地大于4.5μm。
為了提供所需的低的負(fù)色散和負(fù)色散斜率值，現(xiàn)有的DC光纖設(shè)計(jì)導(dǎo)致了截止波長(zhǎng)低于約1000nm，有些低于800nm。在呈現(xiàn)所需色散特性的DC光纖中對(duì)于超過1565nm的彎曲邊緣波長(zhǎng)，截止波長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)高于1000nm，較好地高于1300nm。采用目前的DC光纖設(shè)計(jì)，在呈現(xiàn)色散斜率比-0.2ps/nm2·km負(fù)數(shù)更大的光纖中，很難達(dá)到截止波長(zhǎng)長(zhǎng)于1000nm。截止波長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)比最低工作波長(zhǎng)短得多，較佳地約短40nm-50nm，以避免衰減增大。對(duì)于在摻鉺放大器波段工作的系統(tǒng)，λCO應(yīng)當(dāng)比約1500nm要短。
現(xiàn)有色散補(bǔ)償光纖設(shè)計(jì)由于在1300nm上以1550nm傳輸累積的大的正色散，零D光纖對(duì)于長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸已經(jīng)不能接受，在這種1550nm系統(tǒng)中已經(jīng)采用色散補(bǔ)償光纖。這種色散補(bǔ)償光纖呈現(xiàn)大的負(fù)色散，也可以呈現(xiàn)負(fù)的色散斜率。圖1A和1B示出兩種類型的以前采用的DC光纖的折射率分布，這些光纖提供合適的色散值(D≤-80ps/nm·km)和色散斜率值(D斜率≤-0.15ps/nm2·km)以及呈現(xiàn)適合于C波段系統(tǒng)(在高達(dá)1565nm的波長(zhǎng)上工作)的彎曲邊緣波長(zhǎng)。在這種光纖中能夠?qū)崿F(xiàn)更大的色散和色散斜率負(fù)值；然而，諸如彎曲損耗的其他特性帶來不利影響。
圖1A所示的W型三層折射率分布包括一中心纖芯1、第二芯層或壕層2和包層3。由圖1A表示的這種類型的光纖在美國(guó)專利5,361,319中作了揭示。芯1和壕2的直徑分別是a和b。芯1和壕2相對(duì)于包層3的歸一化折射率分別是Δ+和Δ-。具有折射率nX的芯層的Δ由(nX2-nCL2)/2nX2給出，這里nCL是包層的折射率。比率a/b以及前面所述的芯特性能夠被最佳化，以實(shí)現(xiàn)大的色散負(fù)值伴隨負(fù)色散斜率。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，使負(fù)色散和負(fù)色散斜率最佳化的設(shè)計(jì)會(huì)承受彎曲損耗、光傳播問題等。這些W型光纖的截止波長(zhǎng)低于1000nm，彎曲邊緣波長(zhǎng)低于1700nm。
圖1B示出另一種類型DC光纖的折射率分布，該光纖包括一個(gè)附加纖芯特征，即直接鄰接壕的正德爾塔環(huán)，用于改善光傳播特性。包括鄰接壕區(qū)的環(huán)的光纖在美國(guó)專利5,361,319中也作了揭示。
圖1B所示的光纖包括中心纖芯11，周圍環(huán)繞壕區(qū)12，它周圍又環(huán)繞環(huán)區(qū)13。中心纖芯11、壕12和環(huán)13相對(duì)于包層3的歸一化折射率分別是ΔC、ΔM和ΔR，這里ΔC等于(nC2-nCL2)/2nC2，ΔM等于-(nM2-nCL2)/2nM2，ΔR等于(nR2-nCL2)/2nR2，這里nC、nR和nCL分別是中心纖芯區(qū)、環(huán)和包層的峰折射率，nM是壕的最小折射率，中心纖芯11、壕12和環(huán)13的外半徑分別是rC、rM和rR。
圖2的曲線24是特定類型圖1B光纖分布的色散對(duì)色散斜率的曲線。-80ps/nm·km的負(fù)色散的光纖特性是ΔC＝～1.9％、ΔM＝-0.52％和ΔR＝0.25％、rC＝1.65μm、rM＝3.6μm和rR＝3.95μm。曲線圖中的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)代表圖1B所示分布的給定纖芯半徑的光學(xué)特性。具有不同外徑和不同纖芯半徑的光纖是拉制而成的，折射率分布是測(cè)量的并輸入到計(jì)算機(jī)模型，產(chǎn)生光纖色散特性。不同纖芯直徑是通過初始形成多個(gè)相同DC光纖纖芯預(yù)制件從給定分布獲得的；提供的每個(gè)預(yù)制件具有不同的外包層厚度。當(dāng)將最終拉制坯料拉制到預(yù)定外直徑時(shí)，纖芯半徑是不同的。在曲線最右側(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)(這里色散約為-42ps/nm·km)代表最大直徑，纖芯直徑在位于左側(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)上減小，這里色散是更大的負(fù)數(shù)。采用具有約-85ps/nm·km色散的曲線24類型光纖一直認(rèn)為是較佳的，因?yàn)樗鼈儽瘸尸F(xiàn)更大負(fù)數(shù)色散的光纖對(duì)彎曲更不敏感。
正如前面指出的，600km10Gbs C波段系統(tǒng)并不需要完全補(bǔ)償解決辦法(由圖2中線20表示)。落在圖2中陰影區(qū)23中的適當(dāng)解決辦法滿足10Gbs系統(tǒng)的要求，同時(shí)提供某一誤差邊界。一些目前可供使用的DC光纖滿足這些要求。此外，有些目前可供使用的DC光纖具有落在圖2中線20上或附近的特性，由此它們則適合于在小于1565nm波長(zhǎng)上工作的40Gbs C波段系統(tǒng)使用。
在圖1B所示的目前DC分布上進(jìn)行靈敏度分析和光學(xué)空間映射，以提供所需的色散特性，同時(shí)改善其他光纖特性。僅僅給出了這種分析的基本結(jié)果。由于這些被分析的分布的κ值大于303，κ的降低代表色散特性上的改善。
本發(fā)明的DC光纖提供在10或更大Gbs下工作的WDM系統(tǒng)用于補(bǔ)償色散所需的必要的負(fù)色散和負(fù)色散斜率，較佳地具有在L波段工作的能力。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)方面是一種色散補(bǔ)償光纖，其分布是這樣的，截止波長(zhǎng)是足夠長(zhǎng)的，從而使光纖能夠使用在L波段中，同時(shí)維持所需的色散和色散斜率值。另一個(gè)方面是一種色散補(bǔ)償光纖，具有負(fù)色散和色散斜率特性，適合于在以至少10Gbs比特率工作的基于SMF的WDM系統(tǒng)中使用。再一個(gè)方面是一種色散補(bǔ)償光纖，呈現(xiàn)大的負(fù)色散和負(fù)色散斜率值以及還不被彎曲靈敏度牽制。本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種光學(xué)傳輸系統(tǒng)，包括至少40km針對(duì)在1290-1330nm下低色散操作最優(yōu)化的單模光纖，串聯(lián)具有負(fù)色散和色散斜率特性的長(zhǎng)度十分短的色散補(bǔ)償光纖，后者適合于使用在以至少10Gbs的比特率在大于1520nm的波長(zhǎng)上，較佳地在大于1570nm的波長(zhǎng)上工作的WDM系統(tǒng)中。再一個(gè)方面是制造色散補(bǔ)償光纖的方法，使得含有易于擴(kuò)散摻雜物的區(qū)域能夠位于未摻雜區(qū)域附近。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種透明材料的色散補(bǔ)償光纖纖芯，周圍圍繞折射率nCL的透明材料的包層。纖芯包括具有最大折射率nC的中心纖芯，使得ΔC大于+1.2％，周圍環(huán)繞具有最小折射率nM的壕區(qū)，使得ΔM≤-0.4％，其周圍環(huán)繞一環(huán)區(qū)，該環(huán)區(qū)包括折射率隨半徑增大而增大到折射率至少nR的區(qū)段，使得ΔR≥+0.15％。該區(qū)段位于壕區(qū)之外至少0.3μm的半徑處。光纖的折射率分布是這樣的，光纖的色散斜率在約1550nm波長(zhǎng)處比-0.15ps/nm2·km負(fù)數(shù)更大，光纖的色散斜率較佳地在約1550nm波長(zhǎng)處比-0.2ps/nm2·km負(fù)數(shù)更大，而在該波長(zhǎng)處的色散較佳地比-80ps/nm·km負(fù)數(shù)更大。
環(huán)區(qū)可以包括分別具有最大折射率ΔR1和ΔR2的內(nèi)側(cè)部分和外側(cè)部分，所述折射率均大于nCL。內(nèi)側(cè)環(huán)區(qū)部分和外側(cè)環(huán)區(qū)部分被折射率為nS的中間環(huán)區(qū)分開，所述折射率小于nR1和nR2，或者內(nèi)環(huán)部分可以直接位于鄰接外環(huán)部分。折射率分布是這樣的，ΔR1可以等于0、小于0或大于0。
環(huán)區(qū)的外側(cè)部分可以包括具有最大折射率n2的峰，使得ΔR2≥+0.15％。峰的最大折射率可以位于離開壕區(qū)外側(cè)邊緣0.3μm與3μm之間，較佳地位于離開壕區(qū)外側(cè)邊緣1μm與2.5μm之間。
光纖的包層可以有摻有折射率增大劑的硅石組成，壕區(qū)可以由摻有折射率減小劑，例如但不限于氟的硅石形成。
按照再一個(gè)實(shí)施例，色散補(bǔ)償光纖包括透明材料的纖芯，周圍圍繞折射率nCL的透明材料的包層。纖芯包括三個(gè)徑向相鄰區(qū)，按照半徑的增大依次稱為(a)具有最大折射率nC的中心纖芯，(b)具有最小折射率nM的壕區(qū)，和(c)包括具有最大折射率nR1和nR2的相異的內(nèi)側(cè)部分和外側(cè)部分的環(huán)區(qū)，其中nC＞nR1＞nCL＞nM和nC＞nR2＞nCL＞nM。光纖的徑向折射率曲線的特征在于，環(huán)區(qū)外側(cè)一半曲線下的面積大于環(huán)區(qū)內(nèi)側(cè)一半曲線下的面積。光纖的中心纖芯區(qū)較佳地具有最大折射率nC，使得ΔC大于+1.2％，以及壕區(qū)較佳地具有最小折射率nM，使得ΔM≤-0.4％。
本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例涉及一種色散補(bǔ)償光纖，包括透明材料的纖芯，周圍圍繞折射率nCL的透明材料的包層。纖芯包括具有最大折射率nC的中心纖芯區(qū)，使得ΔC大于+1.2％，周圍環(huán)繞具有最小折射率nM的壕區(qū)，使得ΔM≤-0.4％。壕區(qū)周圍環(huán)繞一環(huán)區(qū)，該環(huán)區(qū)包括具有折射率分別為nR1和nR2的內(nèi)側(cè)部分和外側(cè)部分，所述折射率均大于nCL，由此ΔR1和ΔR2是正的。光纖的折射率分布是這樣的，截止波長(zhǎng)大于1000nm，色散斜率在約1550nm波長(zhǎng)處比-0.2ps/nm2·km負(fù)數(shù)更大。
另一個(gè)實(shí)施例涉及一種色散補(bǔ)償光學(xué)傳輸鏈路，包括至少40km標(biāo)準(zhǔn)單模傳輸光纖(針對(duì)在1290-1330nm之間的范圍某一波長(zhǎng)上低色散操作最優(yōu)化)與色散補(bǔ)償光纖的串聯(lián)組合，后者包括透明材料的纖芯，周圍圍繞具有折射率nCL的透明材料包層。纖芯包括具有最大折射率nC的中心纖芯，使得ΔC大于+1.2％，周圍環(huán)繞具有最小折射率nM的壕區(qū)，使得ΔM≤-0.4％。壕區(qū)周圍環(huán)繞一環(huán)區(qū)，該環(huán)區(qū)包括折射率隨半徑增大而增大到折射率至少nR的區(qū)段，使得ΔR≥+0.15％。該區(qū)段位于壕區(qū)之外至少0.3μm的半徑處。光纖的折射率分布是這樣的，光纖的色散斜率在約1550nm波長(zhǎng)處比-0.15ps/nm2·km負(fù)數(shù)更大，由此系統(tǒng)能夠在大于1520nm的波長(zhǎng)上以至少10Gbs的比特率工作。
本發(fā)明還涉及一種形成光學(xué)器件的方法。在一個(gè)模心上沉積基本玻璃微粒第一涂層，以及在該第一涂層的外表面上沉積玻璃微粒的第二涂層，第二涂層由基本玻璃和至少一種摻雜物形成的。從產(chǎn)生的多孔玻璃預(yù)制件上取出模心，形成一個(gè)縱向通孔。使所述預(yù)制件干燥并對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)，形成具有內(nèi)部區(qū)的固體玻璃管，所述內(nèi)部區(qū)基本上沒有所述至少一種摻雜物。沉積第一涂層的步驟包括以第一密度在模心上沉積第一層基本玻璃微粒，在第一層上沉積過渡層基本玻璃微粒，使得過渡層的密度從第一層上的第一密度改變到過渡層外表面上的第二密度，第二密度比第一密度低至少30％，以及以第二密度在過渡層上沉積第三層基本玻璃微粒。
沉積第一涂層的步驟包括可以包括以第一速率將第一反應(yīng)劑饋送到燃燒器，從火焰產(chǎn)生一束基本玻璃微粒流。將該玻璃流射在模心上，在模心上沉積第一層。使第一反應(yīng)劑的流動(dòng)速率從第一流動(dòng)速率逐步增大到第二流動(dòng)速率，以形成過渡層。以第二速率將第一反應(yīng)劑饋送到燃燒器，以形成第三層。第一流動(dòng)速率較佳地小于第二流速速率的70％。此外，火焰在第一層的沉積過程期間比其在第二層的沉積過程期間更熱。
在一個(gè)實(shí)施例中，其中基本玻璃是SiO2，摻雜物是GeO2，以及其中第一反應(yīng)劑是SiCl4，在形成第一層的過程期間SiCl4的流動(dòng)速率較佳地小于在形成第三層的過程期間SiCl4的流動(dòng)速率的70％。此外，在燒結(jié)步驟期間通過將至少75％sccm氯流入到縱向孔徑中可降低GeO2擴(kuò)散和沉積在玻璃管內(nèi)側(cè)區(qū)中的趨勢(shì)。
本發(fā)明的再一個(gè)方面涉及形成含氯的玻璃制品的方法。該方法包括形成多孔的含氟的玻璃預(yù)制件和將多孔預(yù)制件加熱到第一溫度，對(duì)預(yù)制件進(jìn)行燒結(jié)的步驟。然后將經(jīng)燒結(jié)的預(yù)制件暴露于至少1000℃的溫度，該溫度低于第一溫度。
應(yīng)當(dāng)理解，以上的一般描述和以下的詳細(xì)描述均僅僅是本發(fā)明的示例，期望為理解所主張的本發(fā)明的本質(zhì)和特征提供一個(gè)概述或框架。包含的附圖提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，這里引入并構(gòu)成說明書的一部分。


本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，結(jié)合描述起說明本發(fā)明原理和工作的作用。
附圖簡(jiǎn)述圖1A和1B是現(xiàn)有技術(shù)色散補(bǔ)償光纖的兩種常用類型的折射率分布。
圖2是表明圖1B所示光纖的光纖外徑不同值的色散與色散斜率之間的關(guān)系曲線，它附加地示出了適合于在高比特率系統(tǒng)中使用的DC光纖的色散和色散斜率的可接受區(qū)。
圖3是本發(fā)明的色散補(bǔ)償光纖一個(gè)方面的理想折射率分布。
圖4是本發(fā)明色散補(bǔ)償光纖一個(gè)實(shí)施例的折射率分布。
圖5A、5B和5C是本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例的折射率分布。
圖6示出表示包層的上摻雜的多個(gè)折射率分布。
圖7是以表4表明的光纖分布的色散和色散斜率之間的關(guān)系曲線。
圖8是以表4表明的DC光纖分布的色散與色散斜率之比作為色散的函數(shù)的關(guān)系曲線。
圖9示意地示出采用色散補(bǔ)償光纖的光學(xué)傳輸系統(tǒng)。
圖10示意地示出玻璃微粒的沉積，以形成在制造本發(fā)明的色散補(bǔ)償光纖中使用的多孔玻璃預(yù)制件。
圖11是一截面圖，表明將多孔的預(yù)制件固結(jié)到玻璃棒中，以形成在制造色散補(bǔ)償光纖中使用的預(yù)制件。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述在本發(fā)明范圍內(nèi)的一組折射率分布提供優(yōu)良的負(fù)色散和負(fù)色散斜率，改善了光纖特性，如彎曲靈敏度。按照本發(fā)明的DC光纖呈現(xiàn)一個(gè)“環(huán)區(qū)”，該環(huán)區(qū)包括折射率增大的區(qū)段，這里折射率隨半徑增大而增大到至少nR，使得ΔR≥+0.15％。環(huán)區(qū)的折射率增大區(qū)段位于壕區(qū)以外至少0.3μm的半徑上。
為了本討論目的，壕的外側(cè)邊緣可以作如下限定。對(duì)于圖4類型分布，這里壕的外側(cè)邊緣的斜率在曲線達(dá)到0德爾塔之前幾乎沒有經(jīng)歷變化，曲線上處于0德爾塔的點(diǎn)是壕的外側(cè)邊緣。對(duì)于圖5B類型分布，這里壕的外側(cè)邊緣的斜率在曲線達(dá)到0德爾塔之前經(jīng)歷突變，曲線上發(fā)生突變的點(diǎn)是壕的外側(cè)邊。
按照本發(fā)明的DC光纖的環(huán)區(qū)通常具有相異的內(nèi)側(cè)部分和外側(cè)部分，考慮到以下實(shí)施例，其特性變得明顯的?！跋喈悺币庵腑h(huán)區(qū)不是象圖1B環(huán)區(qū)13那樣的折射率分布的單個(gè)基本對(duì)稱區(qū)，這里最大折射率出現(xiàn)在環(huán)的中心上或附近。而是，環(huán)區(qū)的內(nèi)側(cè)區(qū)和外側(cè)區(qū)是相異的，其中它們兩個(gè)分離間隔開或未間隔開的環(huán)或部分，它們具有相同或不同的折射率。
結(jié)合圖3、4、5A、5B、5C和6描述環(huán)區(qū)的各個(gè)實(shí)施例。在多數(shù)實(shí)施例中，環(huán)區(qū)的最大折射率出現(xiàn)在環(huán)區(qū)的半徑上而不是在其半徑中心上。在較佳實(shí)施例中，光纖的徑向折射率分布特征在于，在環(huán)區(qū)外側(cè)一半曲線下的面積大于環(huán)區(qū)內(nèi)側(cè)一半曲線下的面積。圖5C是一種例外，其中光纖的環(huán)區(qū)是單個(gè)對(duì)稱折射率峰，其最大折射率出現(xiàn)在環(huán)區(qū)的中心上。
本發(fā)明的一個(gè)突出特征是其環(huán)區(qū)，該環(huán)區(qū)使得光纖能夠呈現(xiàn)大的負(fù)色散和合適的負(fù)色散斜率，而沒有出現(xiàn)不適當(dāng)?shù)膹澢`敏度，即彎曲邊緣向更長(zhǎng)的波長(zhǎng)移動(dòng)。適當(dāng)?shù)呢?fù)色散斜率是指斜率負(fù)數(shù)足夠大到滿足特定系統(tǒng)的要求。在小于1565nm上工作的窄帶系統(tǒng)可能僅僅要求小的負(fù)色散斜率，例如約-0.15ps/nm2·km和色散D≤-80ps/nm·km。WDM系統(tǒng)可能要求在工作波長(zhǎng)上色散斜率D斜率≤-0.2ps/nm2·km或者甚至≤-0.3ps/nm2·km?？梢允垢鞣N纖芯參數(shù)最優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)所需的色散特性，通過適當(dāng)設(shè)計(jì)環(huán)區(qū)能夠補(bǔ)償在現(xiàn)有技術(shù)光纖中一直產(chǎn)生的不利結(jié)果。例如，能夠?qū)ⅵ降低到1.5％或更小，能夠?qū)ⅵ降低到負(fù)數(shù)比-0.4％更大的值，能夠使截止波長(zhǎng)維持在約1000nm的波長(zhǎng)。本發(fā)明還包括這些DC光纖，它們具有良好的色散特性和具有小于約1000nm的截止波長(zhǎng)、彎曲邊緣波長(zhǎng)足夠長(zhǎng)到能夠在C波段系統(tǒng)中使用。
本發(fā)明的DC光纖一個(gè)方面的折射率分布示于圖3中。光纖分布包括中心纖芯31，周圍圍繞壕區(qū)32，它周圍又圍繞第一和第二環(huán)區(qū)33和34，它們包括環(huán)區(qū)41。在較佳實(shí)施例中，中心纖芯31具有梯度折射率分布，由此其折射率按照方程式n(r)＝nC[1-(r/a)α]降低，這里α是在1與∞之間的一個(gè)數(shù)，較佳地在約1.5與2之間。中心纖芯31、壕32、環(huán)33、環(huán)34和環(huán)之間區(qū)35、36、37相對(duì)于硅石包層38的歸一化折射率分別是ΔC、ΔM、ΔR1、ΔR2和ΔS，其中ΔR1等于(nR12-nCL2)/2nR12，ΔR2等于(nR22-nCL2)/2nR22，ΔS等于(nS2-nCL2)/2nS2；其中nR1、nR2和nS分別是第一環(huán)區(qū)、第二環(huán)區(qū)和環(huán)間間隔的峰折射率。ΔC、ΔM、nC、nM和nCL的定義如以上設(shè)定。中心纖芯31、壕32和環(huán)33和34的半徑分別是rC、rM、rR1和rR2。其余的德爾塔值和折射率均在圖1B的說明中述及。壕區(qū)位于緊鄰中心纖芯31和第1環(huán)33處。
在圖1B類型分布中，ΔC不得不維持相對(duì)較大，即約1.8％到2％，以防止DC光纖是彎曲敏感的，在本發(fā)明的光纖中nC的值可以是這樣的，使得ΔC≤1.8％，在某些情況中，nC較佳地要足夠低，使得ΔC≤1.5％，這種光纖不會(huì)顯露過大的彎曲靈敏度。
壕區(qū)32的深度隨半徑增大而減小。獲得這種類型分布的一種方法是對(duì)多孔管狀預(yù)制件進(jìn)行摻雜，通過讓含氟的氣體流入到管狀預(yù)制件的中心并通過預(yù)制件孔向外流出而形成壕區(qū)。壕區(qū)分布39和40可以通過讓摻雜物氣體，較佳地是CF4沿管狀預(yù)制件的外表面流動(dòng)以及在摻雜步驟期間流入到其中心而獲得。盡管壕區(qū)32的ΔM值比區(qū)39的低，但是二者分布對(duì)光纖特性具有相似影響。盡管壕區(qū)32和40具有相同的最大深度，壕區(qū)40對(duì)色散斜率具有更大的影響，因?yàn)楹緟^(qū)40的低ΔM通過其整個(gè)半徑延伸。然而，為了提供適當(dāng)?shù)纳⑻匦裕?0.7％≤ΔM≤-0.4％，為了光纖制備的便利，當(dāng)采用特定光纖制備工藝方法時(shí)，ΔM≥-0.65％。
圖3的環(huán)33和34可以用0德爾塔的區(qū)(線35)分開，或者它們可以用正或負(fù)的德爾塔的區(qū)分開，正如分別用虛線36和37表示的。另一方面，環(huán)可以彼此直接相鄰，由此間隔為0。環(huán)區(qū)的內(nèi)側(cè)和外側(cè)部分的峰折射率較佳地是不同的，折射率較佳地是這樣，ΔR1＜ΔR2。較低的ΔR1值趨向于提供色散斜率負(fù)數(shù)更大的值。然而，有效面積減小，彎曲性能變差。
圖3示出包層處于外環(huán)34以外的半徑處，分布可以包括環(huán)34與包層38之間的正和/或負(fù)德爾塔的附加區(qū)，其作用是改善色散特性或其他光纖特性。
圖3是希望僅僅說明本發(fā)明的理想折射率分布，當(dāng)基于該圖的光纖在實(shí)際制造時(shí)，象壕32邊緣的方形邊緣將由于諸如摻雜物擴(kuò)散的工藝條件而變圓或者別的改動(dòng)。折射率分布的圓形部分在圖4中是明顯的，該圖是纖芯預(yù)制件的折射率分布，它的環(huán)區(qū)分別包括分開的內(nèi)外環(huán)33’和34’，其中ΔR1＜ΔR2和ΔS＞0。
作為由環(huán)區(qū)外側(cè)部分中折射率分布提供的色散特性上改善的一個(gè)例子，形成具有相似折射率分布的DC光纖。第一光纖具有圖1B類型分別，第二光纖的不同之處在于它包含第二環(huán)34’，如圖4所示。對(duì)于這兩種光纖，ΔC、ΔM、ΔR1的值分別約為1.9％、-0.52％、0.25％。圖4分布的環(huán)的中心之間的間隔s約為1.15μm。ΔR2的值約為0.42％，ΔS的值約為0.16％。
圖1B類型光纖在約1550nm的測(cè)量波長(zhǎng)上呈現(xiàn)-85ps/nm·km的色散和-
圖1B類型光纖在約1550nm的測(cè)量波長(zhǎng)上呈現(xiàn)-85ps/nm·km的色散和-0.17ps/nm2·km的色散斜率。圖4類型光纖在相同測(cè)量波長(zhǎng)上呈現(xiàn)-120ps/nm·km的色散和-0.2ps/nm2·km的色散斜率。增加第二環(huán)34’較大地增大了截止波長(zhǎng)，還使光纖在更大的色散負(fù)數(shù)下更加穩(wěn)定。這一新設(shè)計(jì)的另一個(gè)很需要的屬性極大地改善了彎曲靈敏度。第二光纖的彎曲邊緣約為1700nm，而圖1B所示光纖的彎曲邊緣在約1600nm的波長(zhǎng)上。
圖5A、5B和5C的分布呈現(xiàn)了良好的色散特性。在圖5A中，內(nèi)環(huán)部分44具有相對(duì)較小的德爾塔，而外環(huán)部分45的德爾塔比內(nèi)環(huán)部分的要大得多。減小內(nèi)側(cè)部分的德爾塔導(dǎo)致κ的減小，其值的范圍在300至425是易于達(dá)到的。環(huán)的內(nèi)側(cè)部分的德爾塔以ΔI表征，這是在光纖的壕區(qū)與環(huán)部分之間界面43上的折射率德爾塔。ΔI的值應(yīng)當(dāng)小于0.15％，較佳地為0或接近于0。環(huán)區(qū)的外側(cè)部分45以折射率德爾塔ΔR和半高環(huán)寬度wR來表征。環(huán)的外側(cè)部分的另一個(gè)重要特性是環(huán)峰半徑相對(duì)于壕外側(cè)邊緣的位置(rR-rM)。(rR-rM)的值應(yīng)當(dāng)在0.3μm與3μm之間，較佳地在1μm與2.5μm之間。
制造圖5A所示光纖的工藝(它利用摻雜物SiF4)導(dǎo)致德爾塔隨半徑增大變?yōu)樨?fù)數(shù)更小的壕。這種分布的壕德爾塔以表2B，最大壕％德爾塔ΔM-MAX、最小壕％德爾塔ΔM-MIN和平均壕％德爾塔ΔAVG來表征。
制造圖5B所示光纖的工藝(它利用摻雜物CF4)導(dǎo)致這樣的折射率分布，壕46呈現(xiàn)隨半徑增大德爾塔是相對(duì)恒量。這種分布的壕德爾塔以表2B平均壕％德爾塔ΔAVG來表征。
表2A和2B列出DC光纖F和G以及DC光纖H的物理特性，前者具有圖5A所示類型的折射率分布，后者具有如圖5B所示類型的折射率分布。DC光纖F、G和H的光學(xué)特性列于表3A和3B中。
表2ADC光纖直徑 纖芯半徑壕半徑壕寬度 環(huán)峰半徑 半高度環(huán)寬光纖(μm)(μm)rC(μm)rM(μm)wM(μm)rR(μm)wRF 125 1.74 4.19 2.45 5.55 0.61G 125 1.75 3.88 2.13 5.74 0.49H 128 1.75 3.89 2.14 5.84 0.51
表2BDC 纖芯Δ％ 環(huán)區(qū)Δ％ 界面Δ％ 最大壕區(qū) 最小壕區(qū) 平均壕區(qū)光纖 ΔCΔRΔIΔ％ΔM-MAXΔ％ΔM-MINΔ％ΔM-AVGF1.96 0.45 0.04-0.63 -0.44-0.52G1.93 0.58 0.00-0.69 -0.42-0.52H1.88 0.51 -0.08 -0.50表3A彎曲針腳 彎曲針腳在PA＝5dBDC PK Attn PK Attn 陣列1550 陣列1620 /km的波長(zhǎng)光纖 1550(dB/km) 1620(dB/km) (dB/km) (dB/km)(nm)F0.53 0.45 0.83 8.21 1610G0.50 0.43 0.13 1.80 1660H0.45 0.41 0.08 0.87 1690表3BDC色散 色散 百分比 MFD 截止 κ光纖 1545nm 斜率 補(bǔ)償 1550波長(zhǎng) 值F -90.6-0.3099％ 4.641096 304.32G -89.5-0.2480％ 4.661423 373.33H -86.9-0.1967％ 4.751507 450.67為了確定表2B中列出的德爾塔值，在光纖預(yù)制件上沉積外包層之前在York分布分析儀上對(duì)光纖預(yù)制件進(jìn)行測(cè)量。由于預(yù)制件組份不會(huì)引起ΔI是負(fù)的，認(rèn)為York分布引起DC光纖H的ΔI的人為現(xiàn)象是-0.08％。
DC光纖可以是這樣形成的，光纖折射率分布如圖5B所示。在這種光纖中，環(huán)區(qū)的內(nèi)部部分47的折射率是這樣的，ΔI為負(fù)。內(nèi)部部分47可以通過對(duì)硅石摻雜而形成，用諸如氟的折射率減小摻雜物形成該區(qū)。如果其他分布特性保持相同，由于使ΔI變得負(fù)數(shù)更大，色散特性改善，但是光纖彎曲靈敏度變差。圖變的點(diǎn)上。
通過實(shí)驗(yàn)已知，DC光纖在1550nm的衰減主要是由彎曲邊緣占主導(dǎo)?？梢圆捎冕樐_陣列(Pin Array)測(cè)試來提供過大的衰減值，它們是對(duì)DC光纖的線圈的衰減的有用的代用品。將10個(gè)0.65μm直徑針腳排列成一線性陣列，中心間的間隔5mm。采用8米的DC光纖作測(cè)試。光纖的端部在相鄰針腳之間編織進(jìn)出，測(cè)量光纖的衰減。從針腳陣列取出光纖，再次測(cè)量其衰減。由于針腳陣列引起的過剩損耗稱為彎曲針腳陣列損耗。表3A示出，這一損耗在約1620nm的波長(zhǎng)上比在1550nm的波長(zhǎng)上更大。這表明，某些光纖適合于用作C波段中的色散補(bǔ)償光纖，它們不適合于用作L波段。針腳陣列損耗在實(shí)驗(yàn)的最長(zhǎng)波長(zhǎng)上應(yīng)當(dāng)小于12dB/km，較佳地，針腳陣列損耗在該波長(zhǎng)上應(yīng)當(dāng)小于5dB/km。表3A的最后一列示出彎曲針腳陣列損耗為5dB/km的波長(zhǎng)。在給定波長(zhǎng)，如1550nm或1620nm，更少的針腳陣列數(shù)目對(duì)應(yīng)于更長(zhǎng)的截止波長(zhǎng)和/或更小的模場(chǎng)直徑。
在相對(duì)更短測(cè)試長(zhǎng)度的DC光纖上測(cè)量截止波長(zhǎng)；測(cè)得的這些截止波長(zhǎng)比整個(gè)幾公里DC光纖的截止波長(zhǎng)更大。整個(gè)長(zhǎng)度的DC光纖的截止波長(zhǎng)最高可以達(dá)到比表3B中列出的值低約100nm。
表3A和3B示出，隨著環(huán)-壕間隔(rR-rM)增大，光纖呈現(xiàn)更低的彎曲損耗。
圖5C是DC光纖的折射率分布，其環(huán)區(qū)由單個(gè)對(duì)稱折射率峰48組成，即峰48在這個(gè)半徑上達(dá)到ΔR最大值，該半徑在界面50與環(huán)區(qū)外側(cè)邊緣49之間的中點(diǎn)。折射率隨半徑增大而增大，在壕區(qū)以外至少0.3μm的半徑處折射率達(dá)到至少nR。nR的值是足夠大的，以致于ΔR≥+0.15％。
采用本發(fā)明的環(huán)區(qū)的色散補(bǔ)償光纖能夠提供適合于在WDM系統(tǒng)中使用的負(fù)色散和負(fù)色散斜率，所述系統(tǒng)以10Gbs或更高的比特率工作同時(shí)呈現(xiàn)低的彎曲靈敏度。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超過300的優(yōu)值。此外，這些DC光纖已經(jīng)顯露良好的模場(chǎng)直徑，即直徑大于約4μm。由于截止波長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)，以及彎曲邊緣在至少1700nm的波長(zhǎng)上，這一光纖設(shè)計(jì)在利用光纖放大器的提議系統(tǒng)中是有用的，該系統(tǒng)在1520nm至1620nm的波長(zhǎng)上工作。
盡管通過減小ΔM能夠?qū)崿F(xiàn)更大的色散斜率負(fù)值，當(dāng)ΔM值小于約-0.65％時(shí)，對(duì)于用純硅石作包層的光纖，處理便更困難。已知用折射率增大摻雜物對(duì)包層作上摻雜將有效地提供更深的壕區(qū)。然而，具有圖1A和1B所示類型的分布，當(dāng)光纖截止波長(zhǎng)低，不進(jìn)行這種包層上摻雜，進(jìn)行上摻雜會(huì)使截止波長(zhǎng)更低。然而，增加第二環(huán)，可以使截止波長(zhǎng)向更長(zhǎng)波長(zhǎng)(例如1300nm附近)移動(dòng)，由此可以對(duì)由圖3、4、5、5A、5B和5C表示的類型的光纖進(jìn)行包層上摻雜，有效地獲得更深的壕。
采用計(jì)算機(jī)建模技術(shù)來分析上摻雜的效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)更深的壕。圖6示出了雙環(huán)DC光纖和上摻雜型式的分布。對(duì)于所有的分布，ΔM的值約為0.5％?？紤]五種不同分布。由后綴“a”表示的分布部分表示沒有上摻雜，由后綴“b”表示的分布部分表示進(jìn)行上摻雜，使德爾塔增大0.1％德爾塔，由后綴“c”表示的分布部分表示進(jìn)行上摻雜，使德爾塔增大0.2％德爾塔。表4中列出的所有數(shù)字代表相對(duì)于硅石的％德爾塔。
表4分布 中心纖芯 壕區(qū) 第一環(huán)區(qū) 中間環(huán)區(qū) 第二環(huán)區(qū) 包層A2.0 -0.5 0.25 0 0.42 0B2.1 -0.5 0.35 0.1 0.52 0.1C2.2 -0.5 0.45 0.2 0.62 0.2D2.0 -0.5 0.25 0.1 0.42 0.1E2.0 -0.5 0.25 0.2 0.42 0.2分布A代表類似于圖3和4的折射率分布，其中環(huán)區(qū)包括兩個(gè)隔開的環(huán)。在分布B和C中，除了壕以外的光纖所有部分被分別上摻雜0.1％德爾塔和0.2％德爾塔，與分布A相比較。如果采用例如鍺石作為折射率增加摻雜物，可以將附加的鍺石添加到包層和所有纖芯部分，壕區(qū)除外。分布D和E分別類似于分布B和C，不同之處是中心纖芯部分未進(jìn)行上摻雜。
圖7繪出了表2所有分布的色散和色散斜率之間的關(guān)系。另外，由實(shí)心菱形表示的線代表SMF光纖的完全補(bǔ)償?shù)木€。圖7示出，對(duì)于規(guī)定的負(fù)色散，能夠?qū)崿F(xiàn)所需的負(fù)色散斜率。箭頭71指向更好色散特性的方向。因此，由空方塊數(shù)據(jù)點(diǎn)表示的光纖分布比由黑圓表示的光纖分布顯露更好的色散特性。但是箭頭71也指向增大的彎曲靈敏度、較小的有效面積和較高的衰減的方向。
由分布B表示的光纖呈現(xiàn)針腳陣列數(shù)目對(duì)于給定色散和色散斜率比由分布D表示的光纖更低，由分布C表示的光纖呈現(xiàn)針腳陣列數(shù)目對(duì)于給定色散和色散斜率比由分布E表示的光纖更低。
不管中心纖芯區(qū)是否與包層一起進(jìn)行上摻雜，可以看到，在約1550nm的波長(zhǎng)上能夠?qū)崿F(xiàn)-0.3至-0.4ps/nm2·km的負(fù)色散斜率，而色散約為-80至-100ps/nm·km。對(duì)于摻鉺光纖放大器工作窗口中的完全補(bǔ)償，-0.28至-0.34ps/nm2·km的斜率是-85至-100ps/nm·km范圍色散所需要的。從圖7描繪的數(shù)據(jù)點(diǎn)可以看到，在分布B、C、D和E當(dāng)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)這一要求。
在圖8中，繪出了DC光纖A到E的色散/色散斜率的比率與色散的函數(shù)關(guān)系。實(shí)線是SMF光纖的色散/色散斜率值。這幅圖形示出了，如果采用表2的光纖分布D，在1550nm工作窗口中對(duì)于約-90ps/nm·km的色散，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。
因此可以看到，本發(fā)明的環(huán)區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)較深的壕，而不會(huì)不利地減小光纖截止波長(zhǎng)，由此提供高Gbs系統(tǒng)所需的十分大的負(fù)數(shù)色散斜率。
在由圖9表示的傳輸系統(tǒng)中采用了按照本發(fā)明的DC光纖。信號(hào)的源81以大于1520nm的波長(zhǎng)發(fā)射到傳輸鏈路中，包括在1294nm至1330nm范圍內(nèi)在諸如約1310nm波長(zhǎng)上具有0色散的標(biāo)準(zhǔn)SMF光纖82。在SMF光纖82的端部，將信號(hào)耦合到摻鉺光纖放大器83中。按照一個(gè)特定系統(tǒng)，然后將放大后的信號(hào)耦合到DC光纖84中。補(bǔ)償光纖84可以位于傳輸鏈路中放大器83的任何一側(cè)。此外，它可以位于SMF光纖82之前，使信號(hào)預(yù)先畸變，然后對(duì)其進(jìn)行放大和發(fā)送。在有些系統(tǒng)中，可以采用DC光纖84，沒有放大器，這取決于傳輸鏈路的長(zhǎng)度。在將信號(hào)送至檢測(cè)器85之前，采用帶通濾波器86來濾除來自光纖放大器83的不想要的放大的自發(fā)輻射。圖中未示出其他設(shè)備，如WDM組件。
結(jié)合圖5A和5B說明，ΔI值接近0的DC光纖顯示了十分好的色散和衰減特性。在制造這種光纖時(shí)，形成與壕區(qū)界面的多孔預(yù)制件的區(qū)域是由純SiO2形成的，相鄰的環(huán)區(qū)是由摻有折射率增大摻雜物(如GeO2)的SiO2形成的。在固結(jié)多孔預(yù)制件的過程期間，一些GeO2會(huì)擴(kuò)散到相鄰硅石區(qū)中，由此ΔI比0大得多，κ增大，彎曲損耗增大。導(dǎo)致形成圖5B類型光纖的以下過程使GeO2擴(kuò)散最小。
摻鍺的硅石的中心芯棒是由任何一種適當(dāng)?shù)募夹g(shù)形成的。鍺的濃度隨半徑減小，由此折射率按照方程式n(r)＝nC[1-(r/a)α]在徑向上降低，這里α約為2，nC是棒的峰折射率，a是棒的外半徑。
以傳統(tǒng)方法通過在大直徑模心上沉積硅石微粒形成摻氟的硅石管，然后取以傳統(tǒng)方法通過在大直徑模心上沉積硅石微粒形成摻氟的硅石管，然后取出模心，形成管狀多孔預(yù)制件，它懸置在固結(jié)化爐中。在形成多孔預(yù)制件的過程期間以及在干燥/固結(jié)化過程期間采用圖10所示類型的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。將預(yù)制件初始加熱到約1000℃足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使其干燥，同時(shí)讓氦流過馬弗爐膛和讓氦和氯流入預(yù)制件的中心。然后通過以足夠速率降低預(yù)制件通過約1500℃的爐子熱區(qū)而讓氦和CF4流過馬弗爐膛以及讓氦、氯和CF4流入到預(yù)制件的中心，使其經(jīng)受梯度固結(jié)化。
在第二次通過期間，將產(chǎn)生的預(yù)制件再加熱到大于1000℃且小于燒結(jié)溫度的溫度，在摻氟管的下一步處理期間降低籽晶。這可以在氦流過馬弗爐膛和氯流入管的中心時(shí)，通過以適當(dāng)?shù)乃俾释ㄟ^1400℃的爐子熱區(qū)拉制預(yù)制件來進(jìn)行。這一過程形成一個(gè)固體的摻氟硅石管。
將上述的芯棒放在固體摻氟管中，通過對(duì)管子加熱以及讓氯流過棒與管之間的區(qū)域而影響氯清除。而后對(duì)棒與管之間的區(qū)域抽真空，對(duì)棒與管的組合端加熱和再拉制，使管子坍塌在棒上，形成直徑8mm中間預(yù)制件，其中管子與芯棒緊密接觸。
然后從燃燒器91在模心90依次沉積未摻雜和摻雜硅石微粒層而形成多孔環(huán)預(yù)制件89，如圖10所示。一個(gè)手柄(見圖11)環(huán)繞模心90的一端。使模心其沉積過程期間相對(duì)于燃燒器沿其軸來回平移并繞其軸旋轉(zhuǎn)。燃燒器91是普通的燃燒器，具有一個(gè)中心煙孔，周圍是提供火焰氣體的開口同心環(huán)，內(nèi)屏氧IS和外屏氧OS。表5中列出了氣體和反應(yīng)劑到各個(gè)燃燒器開口的流動(dòng)速率，這里所有的流動(dòng)速率是以slpm為單位表示的。表5給出僅僅針對(duì)制造多孔預(yù)制件的內(nèi)部稠密和過渡部分需要的這些燃燒器通過的流動(dòng)速率。其余的燃燒器通過以普通方式進(jìn)行。
表5火焰通過次數(shù)ISOSO2CH4SiCl4煙霧O21 0.75 1.5 3.5 5.000.52 3.0 6.0 4.2 5.01.3 2.011 3.41 5.81 5.11 6.078 1.32 2.36812 3.41 5.81 5.11 6.078 1.32 2.368
在燃燒器相對(duì)于模心的第一次通過期間未發(fā)生沉積。在通過2-11期間，在形成高密度層多孔硅石的條件下在模心上沉積一層玻璃微粒，流動(dòng)速率線性地從通過2時(shí)的速變?yōu)橥ㄟ^11時(shí)的速率。在燃燒器通過12-36期間，形成一個(gè)過渡層硅石，其中密度從高密度變?yōu)檎Ｃ芏?，流?dòng)速率線性地從通過12時(shí)的速率變?yōu)橥ㄟ^36時(shí)的速率。
預(yù)制件的其余部分是以普通方式沉積的。在通過37-156期間，沉積正常密度硅石。在通過157-201期間以普通方式沉積摻GeO2的SiO2。通過202-1201在多孔預(yù)制件上沉積純硅石外層。
從多孔預(yù)制件89和手柄93上取出模心90，形成圖11所示的空心的多孔預(yù)制件89。將長(zhǎng)度較短的硅石毛細(xì)管95插入到與手柄93相對(duì)的預(yù)制件孔徑96的端部。
給手柄93的小直徑端提供多個(gè)凹陷101。在中間預(yù)制件棒99的一端上形成一個(gè)放大的端100。通過手柄93將棒99插入到預(yù)制件孔徑96中，直至放大端100接觸凹陷101為止。通過手柄93將復(fù)合預(yù)制件懸置在固結(jié)爐中，圖中示意地示出了其爐膛94。將爐子加熱到約1000℃60分鐘，而讓640sccm氦和66sccm氯通過手柄93流入到孔徑96(箭頭97)中，使預(yù)制件干燥。然后通過1500℃的爐子熱區(qū)以5mm/分降低預(yù)制件，而讓20slpm氦流過馬弗爐膛(箭頭98)和320sccm氦和90sccm氯通過手柄93流入孔徑96中使預(yù)制件經(jīng)受梯度固結(jié)。當(dāng)背壓計(jì)指示，管子95封閉，終止氣體流動(dòng)97。在燒結(jié)階段期間，以5mm/分驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的預(yù)制件通過1400℃熱區(qū)，而讓20sccm氦流過馬弗爐膛。在固結(jié)過程期間，多孔預(yù)制件89坍塌在棒99上，形成固體玻璃棒，其折射率分布示于圖5B中。將玻璃棒插入拉制爐中進(jìn)行拉制，減小其直徑，形成最終的預(yù)制件棒。
給最終的預(yù)制件棒進(jìn)一步覆蓋硅石微粒外包層，使其固結(jié)，形成用于拉制DC光纖的坯料。施加的外包層的量確定拉制光纖的纖芯直徑，這又確定光纖的色散其他特性。正如表3A和3B所示，色散特性和諸如截止波長(zhǎng)的光學(xué)特性也是由環(huán)峰與壕外層邊緣之間的徑向間隔確定的。這一徑向距離是由沉積了過渡層之后沉積SiO2所采用的通過次數(shù)確定的。在上述例子的具體沉積部分中，其前36次燃燒器通過列在表5中，這一距離是由從通過37到156的120次通過確定的。
在表2A、2B、3A和3B中將產(chǎn)生的光纖的特性設(shè)定為DC光纖H。由于制造光纖的過程的兩個(gè)特征，實(shí)現(xiàn)了ΔI接近于0。
第一過程特征涉及形成光纖包層環(huán)區(qū)和內(nèi)區(qū)的預(yù)制件的沉積。要求DC光纖的這一區(qū)域包含很少或者不含折射率增加摻雜物(如GeO2)。為了防止GeO2擴(kuò)散到SiO2內(nèi)環(huán)區(qū)，尤其是到環(huán)/壕界面，形成環(huán)區(qū)的多孔預(yù)制件的第一沉積部分是以明顯高于正常沉積密度的密度沉積的。為了實(shí)現(xiàn)這，形成SiO2的反應(yīng)劑(如SiCL4)的流動(dòng)以這樣的流動(dòng)速率降低，該流速小于在大于過渡區(qū)的半徑上用以形成SiO2區(qū)的正常反應(yīng)劑流動(dòng)速率的70％。此外，在高密度層的沉積期間火焰溫度高。在大于過渡區(qū)的半徑上低密度區(qū)的密度是比預(yù)制件的第一沉積部分的密度低至少30％。而采用硅石和鍺石制造以上例子的預(yù)制件，本發(fā)明的改進(jìn)方法應(yīng)用于任何合適的基本玻璃和折射率改進(jìn)摻雜物。
第二個(gè)過程特征涉及形成光纖包層的環(huán)區(qū)和內(nèi)區(qū)的預(yù)制件的固結(jié)。為了進(jìn)一步防止GeO2擴(kuò)散到SiO2內(nèi)環(huán)區(qū)到環(huán)/壕界面，在燒結(jié)階段期間讓至少75sccm氯流入預(yù)制件孔徑中。由于在預(yù)制件孔徑和多孔預(yù)制件的相鄰部分中的氯的高濃度，GeO2幾乎不可能沉積在預(yù)制件的這個(gè)區(qū)域中。
沒有這兩個(gè)過程特征，GeO2則會(huì)從外環(huán)區(qū)45’擴(kuò)散到內(nèi)環(huán)區(qū)47(圖5B)，賦予內(nèi)環(huán)區(qū)足夠大的ΔI正值，κ則增大，截止波長(zhǎng)則低于所需值，因此減小彎曲邊緣波長(zhǎng)。
單單這些過程特征中的任何一個(gè)便會(huì)導(dǎo)致GeO2擴(kuò)散的某些降低。
對(duì)于本發(fā)明可以作出各種改進(jìn)和變化，而未偏離本發(fā)明的精神和范圍，這對(duì)于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員而言是顯然的。因此，希望本發(fā)明覆蓋本發(fā)明的這些改進(jìn)和變化，只要它們?cè)谒綑?quán)利要求書及其等效的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種色散補(bǔ)償光纖，其特征在于所述光纖包括透明材料的纖芯，周圍圍繞折射率nCL的透明材料的包層，所述纖芯包括三個(gè)徑向相鄰區(qū)，按照半徑的增大依次稱為(a)具有最大折射率nC的中心纖芯，使得ΔC大于+1.2％，(b)具有最小折射率nM的壕區(qū)，使得ΔM≤-0.4％，(c)包括折射率隨半徑增大而增大到折射率至少nR的區(qū)段的環(huán)區(qū)，使得ΔR≥+0.15％，所述區(qū)段位于所述壕區(qū)之外至少0.3μm的半徑處，所述光纖的折射率分布是這樣的，所述光纖的色散斜率在約1550nm波長(zhǎng)處比-0.15ps/nm2·km負(fù)數(shù)更大，這里ΔC等于(nC2-nCL2)/2nC2，ΔM等于(nM2-nCL2)/2nM2，ΔR等于(nR2-nCL2)/2nR2。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于所述環(huán)區(qū)包括分別具有最大折射率ΔR1和ΔR2的內(nèi)側(cè)部分和外側(cè)部分，所述折射率大于ΔCL，以及其中ΔR1＜ΔR2，這里ΔC等于(nC2-nCL2)/2nC2，ΔR1等于(nR12-nCL2)/2nR12，ΔR2等于(nR22-nCL2)/2nR22。
3.如權(quán)利要求2所述的光纖，其特征在于所述內(nèi)側(cè)環(huán)區(qū)部分和外側(cè)環(huán)區(qū)部分被折射率nS(小于nR1和nR2)的中間環(huán)區(qū)分開。
4.如權(quán)利要求2所述的光纖，其特征在于所述內(nèi)側(cè)環(huán)區(qū)部分在位置上與所述外側(cè)環(huán)區(qū)部分直接相鄰。
5.如權(quán)利要求2所述的光纖，其特征在于ΔR1≥0。
6.如權(quán)利要求2所述的光纖，其特征在于ΔR1＜0。
7.如權(quán)利要求2所述的光纖，其特征在于所述環(huán)區(qū)的外側(cè)部分包括具有最大折射率n2的峰，使得ΔR2≥+0.15％，以及所述峰的最大折射率位于離開壕區(qū)外側(cè)邊緣0.3μm與3μm之間。
8.如權(quán)利要求7所述的光纖，其特征在于所述峰的最大折射率位于離開壕區(qū)外側(cè)邊緣1μm與2.5μm之間。
9.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于所述環(huán)區(qū)的最大折射率出現(xiàn)在所述環(huán)區(qū)中心半徑以外的半徑上。
10.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于所述環(huán)區(qū)的最大折射率出現(xiàn)在所述環(huán)區(qū)的中心半徑上。
11.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于所述光纖的徑向折射率曲線的特征在于，所述環(huán)區(qū)外側(cè)一半曲線下的面積大于所述環(huán)區(qū)內(nèi)側(cè)一半曲線下的面積。
12.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于所述包層由硅石構(gòu)成，所述壕區(qū)由摻有折射率減小摻雜物的硅石形成。
13.如權(quán)利要求12所述的光纖，其特征在于所述折射率減小摻雜物包括氟。
14.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于所述包層由摻有折射率增大摻雜物的硅石構(gòu)成，所述壕區(qū)由摻有折射率減小摻雜物的硅石形成。
15.如權(quán)利要求14所述的光纖，其特征在于所述折射率減小摻雜物包括氟。
16.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于ΔM≥-0.7％
17.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于ΔC≤2％。
18.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于ΔC≤1.8％。
19.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于ΔC≤1.5％。
20.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于所述光纖的折射率分布是這樣的，所述色散斜率在約1550nm波長(zhǎng)處比-0.2ps/nm2·km負(fù)數(shù)更大，
21.如權(quán)利要求20所述的光纖，其特征在于所述光纖的折射率分布是這樣的，所述色散在約1550nm波長(zhǎng)處比-80ps/nm·km負(fù)數(shù)更大，
22.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于所述區(qū)段離開所述光纖中心至少4.75μm。
23.一種色散補(bǔ)償光纖，其特征在于所述光纖包括透明材料的纖芯，周圍圍繞折射率nCL的透明材料的包層，所述纖芯包括三個(gè)徑向相鄰區(qū)，按照半徑的增大依次稱為(a)具有最大折射率nC的中心纖芯，(b)具有最小折射率nM的壕區(qū)(c)包括具有最大折射率nR1和nR2的相異的內(nèi)側(cè)部分和外側(cè)部分的環(huán)區(qū)，其中nC＞nR1＞nCL＞nM和nC＞nR2＞nCL＞nM，所述光纖的徑向折射率曲線的特征在于，所述環(huán)區(qū)外側(cè)一半曲線下的面積大于所述環(huán)區(qū)內(nèi)側(cè)一半曲線下的面積。
24.如權(quán)利要求23所述的光纖，其特征在于所述中心纖芯具有最大折射率nC，使得ΔC大于+1.2％，以及所述壕區(qū)具有最小折射率nM，使得ΔM≤-0.4％，這里ΔC等于(nC2-nCL2)/2nC2，ΔM等于(nM2-nCL2)/2nM2。
25.一種色散補(bǔ)償光纖，其特征在于所述光纖包括透明材料的纖芯，周圍圍繞折射率nCL的透明材料的包層，所述纖芯包括三個(gè)徑向相鄰區(qū)，按照半徑的增大依次稱為(a)具有最大折射率nC的中心纖芯，使得ΔC大于+1.2％，(b)具有最小折射率nM的壕區(qū)，使得ΔM≤-0.4％，(c)包括分別具有最大折射率nR1和nR2(均大于nCL)的相異的內(nèi)側(cè)部分和外側(cè)部分的環(huán)區(qū)，由此ΔR1和ΔR2為正，這里ΔC等于(nC2-nCL2)/2nC2，ΔM等于(nM2-nCL2)/2nM2，ΔR1等于(nR12-nCL2)/2nR12，ΔR2等于(nR22-nCL2)/2nR22，所述光纖的折射率分布是這樣的，截止波長(zhǎng)大于1000nm以及所述色散斜率在約1550nm波長(zhǎng)處比-0.2ps/nm2·km負(fù)數(shù)更大。
26.一種色散補(bǔ)償光學(xué)傳輸鏈路，包括至少40km標(biāo)準(zhǔn)單模傳輸光纖的串聯(lián)組合，所述光纖是針對(duì)在1290與1330nm范圍的波長(zhǎng)下低色散工作最佳化，所述色散補(bǔ)償光纖包括透明材料的纖芯，周圍圍繞折射率nCL的透明材料的包層，所述纖芯包括三個(gè)徑向相鄰區(qū)，按照半徑的增大依次稱為(a)具有最大折射率nC的中心纖芯，使得ΔC大于+1.2％，(b)具有最小折射率nM的壕區(qū)，使得ΔM≤-0.4％，(c)包括折射率隨半徑增大而增大到折射率至少nR的區(qū)段的環(huán)區(qū)，使得ΔR≥+0.15％，所述區(qū)段位于所述壕區(qū)之外至少0.3μm的半徑處，所述光纖的折射率分布是這樣的，所述光纖的色散斜率在約1550nm波長(zhǎng)處比-0.15ps/nm2·km負(fù)數(shù)更大，由此所述系統(tǒng)能夠在大于1520nm的波長(zhǎng)上以至少10Gbs的比特率工作，這里ΔC等于(nC2-nCL2)/2nC2，ΔM等于(nM2-nCL2)/2nM2，ΔR等于(nR2-nCL2)/2nR2。
27.一種形成光學(xué)器件的方法，其特征在于包括在模心上沉積玻璃微粒的多孔預(yù)制件，具有鄰接所述模心的基本玻璃微粒第一涂層，在所述第一涂層的外表面上沉積玻璃微粒的第二涂層，所述第二涂層由所述基本玻璃和至少一種摻雜物形成，從所述多孔玻璃預(yù)制件上取出所述模心，形成一個(gè)縱向通孔，使所述預(yù)制件干燥，以及對(duì)所述預(yù)制件進(jìn)行燒結(jié)，形成具有內(nèi)部區(qū)的固體玻璃管，所述內(nèi)部區(qū)基本上沒有所述至少一種摻雜物，其中沉積所述第一涂層的步驟包括以第一密度在所述模心上沉積第一層所述基本玻璃微粒，在所述第一層上沉積所述基本玻璃微粒的過渡層，使得所述過渡層的密度從所述第一層上的所述第一密度改變到所述過渡層外表面上的第二密度，所述第二密度比所述第一密度低至少30％，以及以所述第二密度在所述過渡層上沉積第三層所述基本玻璃微粒。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，沉積所述第一涂層的步驟包括以第一速率將第一反應(yīng)劑饋送到燃燒器，以從所述燃燒器發(fā)出的火焰產(chǎn)生一束所述基本玻璃微粒流并將所述流射在所述模心上，在所述模心上沉積所述第一層，使第一反應(yīng)劑的流動(dòng)速率從所述第一流動(dòng)速率逐步增大到第二流動(dòng)速率，以形成所述過渡層，以及以所述第二速率將所述第一反應(yīng)劑饋送到所述燃燒器，以形成所述第三層。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一流動(dòng)速率小于所述第二流速速率的70％。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述火焰在所述第一層的沉積過程期間比其在所述第二層的沉積過程期間更熱。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述基本玻璃是SiO2，所述摻雜物是GeO2，其中所述第一反應(yīng)劑是SiCl4，在形成所述第一層的過程期間所述SiCl4的流動(dòng)速率小于在形成所述第三層的過程期間所述SiCl4的流動(dòng)速率的70％。
32.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括在所述燒結(jié)步驟期間讓至少75sccm的氯流入到所述縱向孔徑中的步驟。
33.一種形成含氟的玻璃制品的方法，其特征在于所述方法包括形成多孔的含氟的玻璃預(yù)制件，將所述多孔預(yù)制件加熱到第一溫度，對(duì)所述預(yù)制件進(jìn)行燒結(jié)，以及將所述經(jīng)燒結(jié)的預(yù)制件再加熱到至少1000℃的溫度，該溫度低于所述第一溫度。
全文摘要
揭示一種色散補(bǔ)償光纖,包括一纖芯,周圍圍繞折射率n
文檔編號(hào)G02B6/036GK1349615SQ00806858
公開日2002年5月15日 申請(qǐng)日期2000年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月30日
發(fā)明者G·E·伯基, L·蔣, D·R·鮑爾斯, V·斯里坎特 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司