光纖制造方法和光纖的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及制造光纖的方法以及光纖。
【背景技術(shù)】
[0002] 在本說明書中，將包括由含有Ge02的石英玻璃制成的芯的光纖（例如，符合ITU-T G. 652標(biāo)準(zhǔn)的光纖）稱為"Ge02摻雜石英芯光纖"，其中Ge02為用于提高折射率的摻雜劑。在 本說明書中，將包括這樣的芯的光纖稱為"純石英芯光纖"，其中所述芯由不含用于提高折 射率的摻雜劑（例如，Ge〇jPAl 203)的基本純凈的石英玻璃制成。與Ge〇d#雜石英芯光纖 相比，純石英芯光纖具有低傳輸損耗以及諸如耐氫性和耐輻射性等良好的長期可靠性（參 見 Y. Chigusa,等，J. LIGHTW. TECHNOL.，VOL. 23, NO. 11，pp. 3541-3550, 2005)。有時在特定 條件下將Ge02摻雜石英芯光纖暴露于氘氣（D2)中以改善耐氫性（參見JP2003-261351A)。 另一方面，純石英芯光纖具有良好的耐氫性，因而通常不需要暴露于氘氣中。
[0003] 當(dāng)通過拉伸光纖母材來制造光纖時，在拉伸爐的下游附近設(shè)置加熱爐。使經(jīng)過 拉伸工序后的光纖隨即通過加熱爐，光纖在通過加熱爐時被加熱至預(yù)定溫度范圍。通過 用加熱爐對拉伸工序后的光纖立即進(jìn)行再次加熱，可防止拉伸工序后的光纖快速冷卻，從 而可使光纖緩慢冷卻。已知的是，當(dāng)在加熱爐中加熱光纖時，促進(jìn)了因原子重排所導(dǎo)致的 玻璃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的松弛，這降低了光纖的假想溫度Tf，并且降低了光纖中的瑞利散射強(qiáng)度， 從而使光纖的傳輸損耗降低（參見 JP4482955B、JP4482954B、JP4356155B、JP4356154B、 JP2002-148465A、JP4400026B、JP4155001B、JP4244925B、JP4124254B、JP4741251B、 JP2011-505326A 和 US7876990B)。
[0004] 為了通過使用這種加熱爐將純石英芯光纖在1550nm波長處的傳輸損耗降至（例 如）0. 155dB/km以下，需要通過將加熱爐加長至幾十米或者將拉伸速度（將光纖由拉伸爐 中拉伸出來的速度）降至幾十米每分鐘，以進(jìn)一步促進(jìn)玻璃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的松弛。然而，在前一 種情況中，難以實現(xiàn)這種光纖制造設(shè)備。在后一種情況中，產(chǎn)率將大幅降低。
[0005] 已知"堿金屬摻雜石英芯光纖"為可降低瑞利散射強(qiáng)度的光纖（參見 JP2005-537210A、US2006/0130530A、JP2007-504080A、JP2008-536190A、JP2010-501894A、 JP2009-541796A、JP2010-526749A、W098/002389 和 US5146534B)。堿金屬摻雜石英芯光纖 為這樣的光纖：其包括由這樣的石英玻璃制成的芯，其中該石英玻璃含有500ppm以下的痕 量堿金屬（如Na和鉀），而不包含用以提高折射率的摻雜劑（如6 6〇2或A1 203)。如果光纖 母材的芯部分含有堿金屬，則當(dāng)拉伸光纖母材時，芯部分的粘度可降低，因而石英玻璃的網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生松弛。因此，據(jù)認(rèn)為光纖中的假想溫度Tf降低，這可以降低傳輸損耗。在堿金 屬摻雜石英芯光纖的芯中，不僅所添加的堿金屬的量為痕量，而且所添加的C1或氟等鹵素 的量也為痕量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 技術(shù)問題
[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)異的耐氫性的低損耗堿金屬摻雜石英芯光纖，以 及制造該光纖的方法。
[0008] 解決問題的手段
[0009] 為了實現(xiàn)該目的，提供了一種制造光纖的方法，該方法包括：在拉伸爐中拉伸光纖 母材從而制造石英玻璃系光纖的拉伸步驟，其中，所述石英玻璃系光纖包括芯區(qū)域、以及包 圍所述芯區(qū)域的包層區(qū)域，其中所述芯區(qū)域包含平均濃度為0.5原子ppm以上的堿金屬；以 及在加熱爐中加熱所述光纖的加熱步驟，其中，從所述拉伸爐拉伸出的光纖穿過所述加熱 爐。
[0010] 在根據(jù)本發(fā)明的制造光纖的方法中，加熱步驟中加熱爐的溫度可為700°c以上、 1000°C以上、或者為1000°C以上且1500°C以下。在加熱步驟中，光纖在加熱爐中的停留時 間可為0. 2秒以上、或者為0. 2秒以上且2秒以下。在根據(jù)本發(fā)明的制造光纖的方法中，在 加熱步驟中，光纖在加熱爐中的停留時間與加熱爐中的平均溫度的乘積可為480 (s *°C )以 上。在拉伸步驟中，拉伸速度可為150m/分鐘以上、或者為150m/分鐘以上且1000m/分鐘 以下。堿金屬可為鉀。
[0011] 在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種石英玻璃系光纖，包括：芯區(qū)域，其含有平均 濃度為0. 5原子ppm以上的堿金屬；以及包圍所述芯區(qū)域的包層區(qū)域。在1550nm波長處的 傳輸損耗為〇. 158dB/km以下。在1550nm波長處的傳輸損耗增加為0. 003dB/km以下，該增 加是通過將所述光纖于25°C下在氫氣分壓為lkPa的氫氣氛中暴露720小時所引起的。
[0012] 或者，提供了一種石英玻璃系光纖，包括：芯區(qū)域，其含有平均濃度為0. 5原子ppm 以上的堿金屬；以及包圍所述芯區(qū)域的包層區(qū)域。在1550nm波長處的傳輸損耗為0. 158dB/ km以下。在1560nm至1620nm波長處的傳輸損耗增加為0? 005dB/km以下，該增加是通過將 所述光纖于25°C下在氫氣分壓為lkPa的氫氣氛中暴露720小時所引起的。
[0013]此外，提供了一種石英玻璃系光纖，包括：芯區(qū)域，其含有平均濃度為0. 5原子ppm 以上的堿金屬；以及包圍所述芯區(qū)域的包層區(qū)域。在1550nm波長處的傳輸損耗為0. 158dB/ km以下。所述光纖為于40°C下在氣氣分壓為2kPa的氣氣氛中暴露了 24小時的光纖；并且 在1550nm波長處的傳輸損耗增加為0. 002dB/km以下，該增加是通過將所述光纖于25°C下 在氫氣分壓為lkPa的氫氣氛中暴露720小時所引起的。
[0014] 或者，提供了一種石英玻璃系光纖，包括：芯區(qū)域，其含有平均濃度為0. 5原子ppm 以上的堿金屬；以及包圍所述芯區(qū)域的包層區(qū)域。在1550nm波長處的傳輸損耗為0. 158dB/ km以下。所述光纖為于40°C下在氣氣分壓為2kPa的氣氣氛中暴露了 24小時的光纖；并且 在1560nm至1620nm波長處的傳輸損耗增加為0. 003dB/km以下，該增加是通過將所述光纖 于25°C下在氫氣分壓為lkPa的氫氣氛中暴露720小時所引起的。
[0015] 發(fā)明的有益效果
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，可制造具有優(yōu)異耐氫性的低損耗堿金屬摻雜石英芯光纖。
[0017] 附圖簡要說明
[0018] 圖1為示出了本發(fā)明實施方案中光纖母材制造步驟中的熱擴(kuò)散步驟的概念圖。
[0019] 圖2為示出了實施例中光纖的若干制造條件和若干特性的表格。
[0020]圖3為示出了實施例中光纖的若干制造條件和若干特性的表格。
[0021]圖4為示出了實施例中光纖的若干制造條件和若干特性的表格。
[0022] 圖5為示出了對于實施例中的光纖而言，光纖在加熱爐中的停留時間、加熱爐中 的溫度、以及光纖在1550nm波長處的傳輸損耗間的關(guān)系的圖。
[0023] 圖6為示出了比較例中光纖的若干制造條件以及若干特性的表格。
[0024] 圖7為示出了對于實施例和比較例中的光纖而言，光纖在加熱爐中的停留時間與 光纖在1550nm波長處的傳輸損耗間的關(guān)系的圖。
[0025] 圖8為示出了實施例中的光纖經(jīng)過氘處理或未經(jīng)過氘處理時的傳輸損耗增加的 表。
[0026] 圖9為示出了實施例中的光纖經(jīng)過氘處理或未經(jīng)過氘處理時的傳輸損耗增加的 表。
[0027] 圖10為示出了對于實施例中的光纖而言，在經(jīng)過氘處理或未經(jīng)過氘處理時，光纖 在加熱爐中的停留時間與光纖在1550nm波長處的傳輸損耗增加間的關(guān)系的圖。
[0028] 圖11為示出了對于實施例中的光纖而言，在經(jīng)過氘處理或未經(jīng)過氘處理時，光纖 在加熱爐中的停留時間與光纖在1560nm至1620nm波長處的最大傳輸損耗增加之間的關(guān)系 的圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面將參照附圖對本發(fā)明實施方案進(jìn)行說明。附圖用于描述本發(fā)明而并不限制本 發(fā)明范圍。附圖中的尺寸比例并不一定精確。
[0030] 堿金屬在石英玻璃網(wǎng)絡(luò)中的迀移率相對較高。因此，含有堿金屬的石英玻璃網(wǎng)絡(luò) 易于破裂，并且易于產(chǎn)生諸如非橋氧空穴中心之類的缺陷中心。因此，根據(jù)本發(fā)明人的發(fā) 現(xiàn)，堿金屬摻雜石英芯光纖的耐氫性可能低于純石英芯光纖。
[0031] 耐氫性表示光纖相對于氫原子的傳輸損耗的穩(wěn)定性，其為與光纖的長期可靠性有 關(guān)的項目之一。在數(shù)年以上的長期內(nèi)，由（例如）圍繞玻璃部分的包覆材料和由光纜中的 金屬所產(chǎn)生的氫氣會逐漸滲透光纖的玻璃部分。這會引發(fā)反應(yīng)并形成OH基團(tuán)和缺陷中心， 由此可使傳輸損耗增加。已知的是，通過進(jìn)行加速試驗以研宄所制造的光纖和氫之間的反 應(yīng)性與溫度、氫氣分壓和時間的依存關(guān)系，從而可推知在光纖的使用環(huán)境中在其使用壽命 內(nèi)由于與氫之間的反應(yīng)而導(dǎo)致的傳輸損耗增加。
[0032] 本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在堿金屬摻雜石