专利名称：多模光纤及其制造方法
背景技术：
发明领域本发明一般地涉及通过化学气相沉积(CVD)方法制造的改进的多模(MM)光纤。更特别地，本发明涉及通过改进的CVD(MCVD)方法制造的渐变折射率(GI)MM光纤。相关领域光通信体系通常在电磁光谱的可见光或近可见光区域内操作，和通常利用包层玻璃纤维作为传输介质。这种纤维具有至少两个部分芯和包围芯的包层。一般来说，包层相对于芯具有较低的折射率。芯和包层之间的折射率之差的范围可以是约0.005-0.05。用于单模传输的纤维的特征在于直径足够小，以便有效地仅仅适应一阶模(first-order mode)的芯。用于MM传输的纤维的特征在于直径足够大，以便适应多模的芯(典型的MM芯直径范围为50微米-100微米，且典型的包层直径范围为125微米-150微米)。目前，用于MM传输的纤维是令人感兴趣的，因为它们较大的芯直径有助于接合(splicing)且能能量有效地偶合到诸如源极和中继器器件之类的器件上。在传输线路内多模的存在与分散效果有关，所述分散效果通常引起传输的信号模糊或扩散，这是由于不同多模的速度不同所导致的。也就是说，从位置A脉冲传输的信号在一定的时间间隔内在位置B处接收，或者扩散，所述扩散对应于最快的波型和最慢的波型的到达时间之差。脉冲扩散通过降低信号传输的带宽，从而负面影响光通信。通过使用连续聚焦的GI纤维，将降低波型色散的影响。这种纤维的折射率在其芯的中心处具有较高的数值，该数值随着从芯的中心到芯-包层界面的径向距离逐渐下降。基本的波型信号通常局限于最高折射率(最低速度)的区域。较高数量级的波型信号通常在较低折射率(较高速度)区域内行进。生产包层玻璃纤维的许多常规的方法涉及使用蒸气源材料。典型地，由气态的含硅化合物，例如硅的氯化物和硅的氢化物形成纤维。该化合物与氧气反应，产生或沉积由其拉伸成纤维的预型体(preform)的一层或多层玻璃层。为了微调纤维的折射率，通过例如在玻璃层的形成过程中，使气态的含掺杂剂化合物与氧气反应，或者用含液体掺杂剂的溶液涂布玻璃层，然后热处理该涂布层，从而在玻璃层内掺入所需的掺杂剂，正如以下将更加详细讨论的。掺杂剂材料包括例如降低折射率用的氟和/或硼的化合物；和增加折射率用的锗、钛、铝和/或磷的化合物。为了产生GI纤维，可通过选择性改变掺杂剂的类型和/或在多层玻璃层的气相沉积过程中掺入的掺杂剂的用量，从而实现折射率的渐变。然而，溶液掺杂不是生产GI纤维的高产、成本有效的方式。在形成光纤的常规CVD方法中，气态的含硅化合物和氧气在加热的表面上流过，其中在所述表面上气体反应形成玻璃态硅-氧化物材料。该表面通常是玻璃管的内表面。任选地，气态的含掺杂剂化合物也可包括在反应中，以形成掺杂的硅-氧化物玻璃材料。调节并控制加热的表面的温度和在反应中所使用的气体的流速，以便反应仅仅藉助加热的表面(即非均相地)进行，以便沉积的材料是玻璃的连续层。在形成光纤的另一常规方法(常常被称为“粉尘(soot)”方法)中，前体反应物的气体流(其包括氧气，气态的含硅化合物，和任选地气态的含掺杂剂化合物)流经玻璃管。移动的热源，例如火焰，在该管道穿过，以生成移动的炽热区，该移动的炽热区加热该管道和流经该移动的炽热区的部分气流。流经炽热区的前体反应物发生均相反应，其中在所述反应中，在气相内，即没有过渡表面的情况下，形成玻璃颗粒(此处也被称为“粉尘”)。气流使玻璃颗粒移动，并使它们在其形成处下游的管道上沉积。粘附到管道上的粉尘随后被烧结，在管道上形成玻璃层。常规的CVD方法产生玻璃层，所述玻璃层的纯度比通过常规的粉尘方法产生的纯度高，但通常要求较长的沉积时间。另一方面粉尘方法易于污染。此外，通过粉尘方法形成的玻璃层倾向于遭受水化，所述水化将导致在使用粉尘方法制造的纤维的光学特征内与吸水相关的峰值，和这进而影响在这种纤维内电磁光谱的红外区域中信号的传输。典型地由通过使掺杂或未掺杂的玻璃层在其内沉积的玻璃管皱缩(collapse)制造的预型体，形成(拉伸)光纤。该纤维通常具有与所述纤维由其拉伸的预型体相同的径向组成，其中包括对应于芯和包层的组成不同的区域。常规的MCVD方法结合CVD方法和粉尘方法的特征。在生产预型体的常规的MCVD方法中，一种或多种试剂气体，例如SiCl4和GeCl4与氧气一起被引入到旋转玻璃管内部。在外部加热该管道，以引起试剂气体与氧气在加热的玻璃管内壁上的非均相氧化反应(CVD方法)，以及试剂气体与氧气在管道内部的均相氧化反应(粉尘方法)。通过反应形成的粉尘以薄的多孔层形式沉积在管道内表面上。可使用多次沉积或MCVD次数，形成包层和/或预型体的芯。在芯材料之前沉积包层材料。可在芯和/或包层内通过以气态形式引入它们(例如GeCl4)到反应中，从而掺入掺杂剂。在环境条件下并非所有所需的掺杂剂可获得气态形式。例如，一些稀土元素在室温下不以气态化合物形式存在。这种掺杂剂可通过溶液掺杂方法掺入。溶液掺杂涉及用含有所需掺杂剂的溶液浸泡多孔粉尘层，然后排放该溶液，留下含有所需掺杂剂的残渣。烧结残渣覆盖的粉尘层，以便在所得玻璃层内掺入所需的掺杂剂。通过常规MCVD方法形成的玻璃层的溶液掺杂带来许多困难。在浸泡之前烧结玻璃层不是所需的，因为它尤其降低掺入所需掺杂剂的程度。此外，沿着玻璃管孔隙度或烧结程度的变化产生溶液残渣的浓度与不均匀度的变化，这本身会导致不同预型体中掺杂剂浓度的变化以及沿着由这种预型体拉伸的纤维长度方向上掺杂剂浓度的变化。现有技术的MM纤维被设计为具有渐变折射率，其具有从芯-包层边界的边缘到芯中心处以接近抛物线方式增加的折射率分布。这通常通过形成逐渐变化的掺杂剂浓度的多层玻璃层(亚层)来实现。正如本领域的熟练技术人员所理解的，通过溶液掺杂实现可再现的接近抛物线分布具有难度。此外，由于独立的亚层需要独立地浸泡，因此溶液掺杂不是实现具有接近抛物线折射率分布的GI纤维的有效方法。在常规的MCVD方法中，对于通过氧化含掺杂剂的气体的掺杂来说，所得预型体常常具有非所需层结构的掺杂剂浓度分布，所述层结构具有产生预型体的芯截面所使用的多次沉积次数中形成的区分各层的波纹。在具有类似的非所需层结构或波纹的折射率分布中反映了在掺杂剂浓度中的这种不均匀性。尽管波纹的幅度通常低于阈值，其中在所述阈值处，光学传输参数被影响到其中对于GI多模光纤来说预型体不可使用的点，但波纹可限制纤维的带宽以及限制可靠地预测对于预型体来说精确的折射率信息的能力。目前，需要可能在任何可靠地微调其折射率分布之前，由纤维获得折射率数据。认为在掺杂剂浓度和因此折射率内因许多因素的结合引起波纹。首先，在Ge掺杂的二氧化硅玻璃的情况下，具有不同GeO2浓度的二氧化硅颗粒来自于在氧化反应过程中在气相上的热差。GeO2氧化反应的平衡使得在常规MCVD方法中使用的沉积温度下，比较接近基材，即比较接近玻璃管的内表面形成的粉尘(在相对较高的温度下)具有比远离基材，即比较接近管道中心的基材处形成的粉尘(在相对较低的温度下)低的GeO2浓度。因此，在通过常规MCVD方法生产的预型体中，在每一粉尘亚层内的GeO2浓度朝管道中心(因此朝所得芯部分的中心)径向下降。管道中心通常具有比管道内表面附近低的温度。这一径向温度分布影响在管道内在不同径向位置处形成的颗粒的折射率。此外，在通过单次MCVD，即沿着管道长度方向上的炽热区单次沉积的给定的粉尘亚层内，底部(远的下游)区域由在管道中心附近处氧化的颗粒形成；和顶部(近的下游)区域由在管道内表面附近处氧化的颗粒形成。它的发生是因为在管道中心的中心附近处氧化的颗粒以较快速的轴向速度行进并因此行进到较远的下游，结果靠近底部沉积，于是在管道内表面附近处氧化的颗粒以较缓慢的轴向速度行进且在靠近顶部处沉积。当在随后的一次MCVD过程中烧结前面沉积的粉尘亚层时，出现另一效果。也就是说，在沿着玻璃管的长度方向每次通过炽热区沉积粉尘亚层的过程中来自前面沉积的亚层的表面区域的小量GeO2被“烧掉”。这产生其中GeO2浓度朝管道中心径向下降的亚层(前面沉积的亚层)。因此，对于在一次MCVD过程中其GeO2表面浓度被燃烧掉的每一亚层来说，存在在折射率分布内的峰值或波纹。鉴于上述情况，本领域仍需要成本有效的MCVD方法，其可再现和可控地形成具有所需接近抛物线折射率分布的用于GI多模纤维的玻璃层，所述玻璃层具有适合于高带宽应用的减少的波纹结构。
发明概述为了实现当今带宽需求的始终一致地高带宽的光纤，需要精确控制纤维的折射率分布，并因此控制沉积由其形成纤维的玻璃层的方法。本发明涉及沉积适合于在MM纤维中使用的玻璃层的改进的MCVD方法，在所述方法中，与使用常规的MCVD方法制造的MM纤维相比，在其折射率分布内的波纹(其来自于掺杂剂浓度的不均匀性)的存在显著下降。降低波纹度所使用的一种方法是降低每一沉积的亚层的厚度。然而，这一方法要求增加沉积次数，以实现所需的预型体尺寸。显然，这一常规的技术降低产率，这是因为当次数增加时，总的沉积时间增加。本发明的改进的MCVD方法降低波纹效果，即在所得玻璃纤维的折射率分布内的变化，且没有增加沉积次数。因此，本发明提供产生预型体的成本有效的方法，所使用的预型体用于制造用于高带宽应用的GI多模纤维。本发明的改进的MCVD方法产生具有小粒度和均匀的掺杂剂浓度的粉尘，与常规可能的相比，这将导致显著平滑的接近抛物线的折射率分布。根据本发明的一个实施方案，通过MCVD方法实现玻璃纤维的折射率的控制渐变，其中在所述MCVD方法中，在粉尘形成过程中，通过气态的含掺杂剂化合物掺杂沉积的粉尘层，这导致折射率高于纯SiO2石英的玻璃层(由粉尘层形成)。优选地，掺杂剂选择锗。通过以适合于得到所需折射率用以沉积粉尘层的比例，将用GeCl4和SiCl4气体饱和的O2蒸气的蒸气流输送到起始石英或玻璃管(基材管)的内部，从而实现掺杂。蒸气流还包括N2O气体。任选地，可使用NF3或CO替代N2O。将热量供应到基材管外侧并在该管道内产生加热区。在加热区内的热量引发在管道内将SiCl4和GeCl4分别转化成SiO2和GeO2粉尘的反应，所述SiO2和GeO2粉尘因热量在下游沉积。当加热区穿过管道朝向刚刚沉积的粉尘层时，该热量足以引起粉尘层烧结为含有合适浓度的GeO2的高纯玻璃层，得到对于该特定玻璃层来说所需的折射率。沉积许多连续的玻璃层，其中每一层具有独特的所需折射率，以便对于要形成的特定类型的MM纤维来说，生成具有所需渐变折射率分布的多层复合材料。折射率分布是可微调的，以便产生对于给定的光谱范围来说可微调的高带宽纤维。在粉尘层的沉积过程中存在N2O或NF3或CO导致在每一所得玻璃层内GeO2浓度的改进的均匀性。认为存在N2O引起放热的粉尘形成反应，这改进在该管道内径向温度的均匀性。对于由相同数量的MCVD次数制造的类似尺寸的预型体来说，与使用常规的MCVD方法产生的预型体相比，通过本发明改进的MCVD方法产生的预型体具有折射率分布显著比较平滑和折射率波纹较小的芯。
附图简述根据以下列出的优选实施方案的详细说明，并结合附图考虑，本发明将变得更加显而易见，其中
图1是根据本发明的一个实施方案，产生具有减少的波纹的GI多模光纤的方法的流程图；图2是进行图1的方法的装置的示意图；图3是显示沿着通过常规MCVD方法制造的200-次(pass)的预型体的折射率沿半径变化的图表；图4是显示沿着通过常规MCVD方法制造的250-次预型体的折射率沿半径变化的图表；图5是显示根据本发明的一个实施方案，通过改进的MCVD方法制造的150-次预型体的折射率沿半径变化的图表；图6是显示其中在第124-次时切断N2O供应的根据本发明的一个实施方案，通过改进的MCVD方法制造的150-次预型体的折射率沿半径变化的图表；图7A是显示使用预定的沉积方案，通过常规MCVD方法制造的150-次预型体的折射率沿半径变化的图表；图7B是显示使用氧气补偿和图7A中预型体的预定沉积方案，根据本发明的一个实施方案，通过改进的MCVD方法制造的150-次预型体的折射率沿半径变化的图表。
优选实施方案的详细说明图1是制造用于光纤的预型体的改进MCVD方法的示意流程图。基材可以是能耐受升温和在该方法中使用的化学物质的任何材料。例如，基材可由玻璃、陶瓷、半导体材料或高温合金形成。优选地，为了制造用于光纤的预型体，基材是中空玻璃管。例如，如图2所示，由熔融二氧化硅制造的管道10用作基材。典型地，管道10的ID≥6mm和壁厚≤6mm，和可通过标准的玻璃加工车床11固定。在步骤B中，二氧化硅粉尘的包层沉积在基材上。可使用形成二氧化硅粉尘的任何已知方法，其中包括粉尘方法和以上所述的常规的MCVD方法，形成包层。例如，可根据常规的MCVD方法，通过使气态前体混合物流入到管道10的内部并供应热量到管壁上，从而沉积用于包层的二氧化硅粉尘。热量足以引起前体混合物内的气体在管道10的内部反应形成二氧化硅粉尘。优选地，在粉尘的形成过程中，旋转管道10。可由例如SiCl4和O2气体的前体混合物形成包层的一层或多层亚层。任选地，包层(或其任何亚层)可用一种或多种下述物质掺杂磷(通过POCl3前体)；锗(通过GeCl4前体)；氟(通过C2F6、SF6或SiF4前体)；硼(通过BCl3前体)；和铝(通过AlCl3前体)。可使用任何已知的可移动的加热源，其中包括(如图2所示的)氧气-氢气喷灯12进行加热，其以40-300mm/min的速度在管道10上来回移动并加热管道壁到范围为约1700℃-约2350℃的温度。或者，可使用往复式等离子喷灯(未示出)，进行加热。优选地，在前体混合物内的O2以大于化学计量氧化反应所需的用量存在，并将氦气作为载体气体加入到管道19中以辅助烧结各亚层。氦气的流速范围为约50cc/min-约4000cc/min。当在随后的亚层沉积的过程中，热源加热管道壁时，粉尘的每一沉积的亚层被烧结成玻璃层。任选地，作为在起始玻璃管内沉积包层用材料的可供替代的方案，直接在玻璃管的内表面上沉积将一起形成芯层的多层渐变折射率的芯的亚层(芯层的形成将在以下详细地描述)。然后使该管道皱缩形成棒状芯。该棒，即芯，滑动到较大的纯玻璃管内，其中所述玻璃管充当在芯上的包层用材料。然后该较大的管道在芯上皱缩，形成绕渐变折射率的芯的包层。在步骤C中，在包层上，或若步骤B省去的话，在起始玻璃管的内表面上形成二氧化硅粉尘的芯层。在(以上所述)类似于沉积包层所使用的方法中沉积芯层，所不同的是气态前体混合物包括SiCl4、O2和至少一种气态的含掺杂剂化合物，例如GeCl4和POCl3(它们将分别氧化形成GeO2和P2O5粉尘)。另外，将N2O加入到前体混合物中，以改进在所得粉尘内掺杂剂浓度的均匀度。任选地，可使用NF3或CO替代N2O。N2O(或NF3或CO)在沉积芯层所使用的喷灯温度(通常其范围为约1600℃-约2350℃)下容易与诸如SiCl4和GeCl4之类的气体反应。优选地，芯层的沉积温度范围为约1700℃-约2350℃。任选地，添加氦气作为载体气体，以稀释N2O(或NF3或CO)，进而增加氧化反应的可控性。通过参考下述实施例，可更好地理解本发明。实施例通过使1.5g/min的SiCl4在850cc/min的O2和400cc/min的He内流动，在二氧化硅管道内沉积多层纯二氧化硅包层的亚层(在形成包层的复合材料中)。对于每一包层来说，喷灯在管道上来回移动，加热该管道到2050℃的温度。SiCl4氧化成二氧化硅颗粒，而二氧化硅颗粒通过热泳沉积在管道内壁上。当喷灯沿着管道的长度方向通过时，在喷灯加热下二氧化硅颗粒烧结，形成薄的玻璃层。接下来，通过使1.2-3.6g/min的SiCl4在4000-5000cc/min的O2、500-2000cc/min的He和1000-5000cc/min的N2O内流动，从而沉积多层芯的亚层(在形成芯层的复合材料中)。还在该管道内流动用量范围为0.04-0.72g/min的GeCl4和用量范围为0.03-0.09g/min的POCl3，这取决于待沉积的亚层的所需折射率。对于每一芯亚层来说，喷灯在管道上来回移动，加热该管道到1700℃-1900℃的温度。SiCl4、GeCl4和POCl3通过热泳分别氧化成沉积在包层、在玻璃管的内表面或者在事先形成的芯亚层上的二氧化硅(SiO2)、氧化锗(GeO2)和氧化磷(P2O5)颗粒。当喷灯沿着管道的长度方向经过时，在加热下二氧化硅、氧化锗和氧化磷颗粒烧结，形成掺杂的玻璃的薄层。具有包层和在其上沉积的芯层的管道皱缩，以生产预型体，由所述预型体可拉伸玻璃纤维。控制在每一亚层沉积过程中流动的GeCl4量，在由预型体拉伸的玻璃纤维内产生得到接近抛物线折射率分布的掺杂剂浓度分布。图3是显示沿着通过常规的MCVD方法制造的预型体的芯的半径，折射率变化(折射率分布)的图表。芯由200层亚层形成。正如该附图所示的，折射率分布通常具有用不同波纹结构确定的接近抛物线形状。图4是显示沿着通过常规的MCVD方法制造的另一预型体的折射率沿半径变化的图表。芯由250层亚层形成。正如该附图所示的，亚层数量的增加引起波纹结构幅度的显著下降。然而，亚层数量增加还会增加制造预型体的时间和成本。图5是显示沿着通过本发明的改进的MCVD方法制造的预型体的芯的半径，折射率变化的图表。芯由150层亚层形成。正如该附图所示的，在形成亚层的过程中存在N2O会导致波纹结构幅度的显著下降，使得波纹结构几乎如图4所示的一样小。也就是说，通过改进的MCVD方法(即使用N2O)形成且具有仅仅150层亚层的层具有与通过常规MCVD方法形成(即不具有N2O)且具有250层亚层的芯一样小的波纹结构。图6是显示沿着通过本发明的改进的MCVD方法(但在亚层的沉积过程中存在的N2O在第124层亚层处切断)制造的预型体的芯的半径，折射率变化的图表。正如该图所示的，与在抛物线的外部区域相比，在抛物线的中心处，波纹结构显著较大，这对应于在不存在N2O的情况下沉积的亚层。这显然证明N2O对产生比较平滑的折射率分布的影响。图7A和7B分别示出了使用预定沉积方案，由150层亚层形成且通过常规的MCVD方法制造的芯的折射率变化的图表，和使用相同的预定沉积方案，由150层亚层形成且通过本发明实施方案的改进的MCVD方法制造的芯层的折射率变化的图表。注意，在图7B的预型体的情况下，在亚层的沉积过程中的O2流量下降，以补偿因添加N2O到该沉积方法中存在的氧原子。正如该图所示的，与不具有N2O的情况下制造芯的分布相比，在芯的亚层的沉积过程中存在N2O会显著降低在折射率分布内波纹的幅度。请注意，在图3到7B中，为了实验目的，特意在芯的折射率分布内设计折射率缺陷。正如图3-7B的图表所示的，可使用本发明的改进的MCVD方法产生高产、高带宽的GI多模纤维(其适合于10Gb/s的传输)，这是因为改进的MCVD方法能产生具有与以上所述的常规的MCVD方法可能的波纹结构显著要小的波纹结构的预型体。实际上，尽管可通过增加在芯内的亚层数量，减少通过常规MCVD方法产生的在芯内观察到的波纹(比较图3与图4)，但改进的MCVD方法能在减少亚层数量的情况下，产生具有显著减少的波纹的芯(比较图3与图5)。因此，改进的MCVD方法通过使用较少的亚层，以实现具有显著平滑的折射率分布的芯，从而增加产率。认为本发明的改进的MCVD方法的有益效果是在芯亚层的沉积过程中添加N2O的结果，其中在没有升温的情况下，添加N2O提高SiCl4和GeCl4的氧化，并产生在更加均匀的径向温度反应区内粉尘颗粒在其中形成的“预反应”区域。这导致产生较小的粉尘颗粒和在颗粒内部以及在颗粒之间更大的GeO2均匀度。观察到在采用改进的MCVD方法的情况下，即当在沉积过程中存在N2O时，在常规MCVD方法中所观察到的反应区上游的反应区内发生粉尘形成。也就是说，采用N2O的情况下，促进粉尘形成并在该方法的早期发生。此外，由于比常规的MCVD方法更快地开始形成粉尘颗粒，因此在炽热区内颗粒花费更多的时间。这便于更频繁的颗粒碰撞并导致更好的化学或组成均化。此外，由于颗粒在炽热区内具有较长的停留时间，因此，它们也达到较高的温度。这应当增加在颗粒之间的热泳和管壁的较冷的温度，从而提高沉积和可能有助于在预型体的抛物线折射率分布内减少的波纹。注意尽管授予Atkins等的美国专利No.6109065公开了使用N2O和ClFO3(全氯酸氟)产生更均匀的粉尘层，但在该专利中强调的均匀性是指结构均匀性，即如此沉积的粉尘层(未烧结)的孔隙度的均匀性，所述粉尘层在经历溶液掺杂之后接着烧结。Atkins等的专利没有关于N2O减少在沉积过程中掺杂(即不经历溶液掺杂)的芯亚层内波纹影响的论述。尽管相对于目前视为优选的实施方案描述了本发明，但要理解，本发明不限于所公开的实施方案。相反，本发明打算覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种改进和等价的布局。下述权利要求的范围被视为最宽的解释，以便囊括所有这种改进和等价结构与功能。要理解，具有许多布局用以实践本发明改进的MCVD方法。图2仅仅阐述了许多布局之一，和无论如何不应当解释为本发明限制为这一布局。
权利要求
1.一种减少多模光纤的折射率分布中的波纹的方法，该方法包括下述步骤(a)提供基材；(b)沿着基材使气体混合物流动，所述气体混合物包括O2、气态的含硅化合物、气态的含掺杂剂化合物和N2O；(c)沿着基材移动热源，以使含硅化合物和含掺杂剂化合物形成氧化物粉尘颗粒，其中该粉尘颗粒作为第一掺杂的粉尘层在基材上沉积；(d)通过调节沿着基材流动的O2、气态的含硅化合物、气态的含掺杂剂化合物和N2O中的一种或多种的用量，来调节气体混合物；和(e)沿着基材移动热源，以使所调节的气体混合物中含硅化合物和含掺杂剂化合物形成具有不同掺杂剂浓度的氧化物粉尘颗粒，其中具有不同掺杂剂浓度的粉尘颗粒作为第二掺杂的粉尘层沉积在由第一掺杂的粉尘层形成的第一掺杂的玻璃层之上，其中，当热源沿着基材移动时，事先沉积的粉尘层被烧结，以形成玻璃层。
2.一种减少多模光纤的折射率分布中的波纹的方法，该方法包括下述步骤(a)提供基材；(b)沿着基材使气体混合物流动，所述气体混合物包括O2、气态的含硅化合物、气态的含掺杂剂化合物和NF3；(c)沿着基材移动热源，以使含硅化合物和含掺杂剂化合物形成氧化物粉尘颗粒，其中该粉尘颗粒作为第一掺杂的粉尘层在基材上沉积；(d)通过调节沿着基材流动的O2、气态的含硅化合物、气态的含掺杂剂化合物和NF3中的一种或多种的用量，来调节气体混合物；和(e)沿着基材移动热源，以使所调节的气体混合物中含硅化合物和含掺杂剂化合物形成具有不同掺杂剂浓度的氧化物粉尘颗粒，其中具有不同掺杂剂浓度的粉尘颗粒作为第二掺杂的粉尘层沉积在由第一掺杂的粉尘层形成的第一掺杂的玻璃层之上，其中，当热源沿着基材移动时，事先沉积的粉尘层被烧结，以形成玻璃层。
3.一种减少多模光纤的折射率分布中的波纹的方法，该方法包括下述步骤(a)提供基材；(b)沿着基材使气体混合物流动，所述气体混合物包括O2、气态的含硅化合物、气态的含掺杂剂化合物和CO；(c)沿着基材移动热源，以使含硅化合物和含掺杂剂化合物形成氧化物粉尘颗粒，其中该粉尘颗粒作为第一掺杂的粉尘层在基材上沉积；(d)通过调节沿着基材流动的O2、气态的含硅化合物、气态的含掺杂剂化合物和CO中的一种或多种的用量，来调节气体混合物；和(e)沿着基材移动热源，以使所调节的气体混合物中含硅化合物和含掺杂剂化合物形成具有不同掺杂剂浓度的氧化物粉尘颗粒，其中具有不同掺杂剂浓度的粉尘颗粒作为第二掺杂的粉尘层沉积在由第一掺杂的粉尘层形成的第一掺杂的玻璃层之上，其中，当热源沿着基材移动时，事先沉积的粉尘层被烧结，以形成玻璃层。
4.权利要求1、2和3任何一项的方法，进一步包括下述步骤(f)重复步骤(d)和(e)，以在基材上形成多层玻璃层；和(g)通过使在其上形成多层玻璃层的基材皱缩，以生产预型体。
5.权利要求4的方法，其中所述预型体具有接近抛物线形状的径向折射率分布。
6.权利要求4的方法，其中所述预型体的折射率分布的波纹结构的幅度小于常规预型体的波纹结构的幅度，其中该常规预型体不采用N2O、NF3或CO制造并且与所述预型体具有相同数量的玻璃层。
7.权利要求1、2和3任何一项的方法，其中气态的含掺杂剂化合物是GeCl4和气态的含硅化合物是SiCl4。
8.权利要求1、2和3任何一项的方法，其中第一掺杂的粉尘层沉积在基材上的包层上。
9.一种减少多模光纤的折射率分布中的波纹的方法，该方法包括下述步骤(a)提供管状基材；(b)使气体混合物流过该基材，所述气体混合物包括O2、气态的含硅化合物、气态的含掺杂剂化合物和N2O；(c)加热该气体混合物，以使含硅化合物和含掺杂剂化合物形成氧化物粉尘颗粒，其中该粉尘颗粒作为掺杂的粉尘层在基材上沉积；(d)烧结掺杂的粉尘层，以形成玻璃层；(e)通过调节沿着基材流动的O2、气态的含硅化合物、气态的含掺杂剂化合物和N2O中的一种或多种的用量，来调节气体混合物；(f)加热该调节过的气体混合物，以使所调节的气体混合物中含硅化合物和含掺杂剂化合物形成具有不同掺杂剂浓度的氧化物粉尘颗粒，其中具有不同掺杂剂浓度的粉尘颗粒作为掺杂的粉尘层沉积在玻璃层之上；和(g)重复步骤(d)、(e)和(f)，以在基材上形成多层玻璃层。
10.一种减少多模光纤的折射率分布中的波纹的方法，该方法包括下述步骤(a)提供管状基材；(b)使气体混合物流过该基材，所述气体混合物包括O2、气态的含硅化合物、气态的含掺杂剂化合物和NF3；(c)加热该气体混合物，以使含硅化合物和含掺杂剂化合物形成氧化物粉尘颗粒，其中该粉尘颗粒作为掺杂的粉尘层在基材上沉积；(d)烧结掺杂的粉尘层，以形成玻璃层；(e)通过调节沿着基材流动的O2、气态的含硅化合物、气态的含掺杂剂化合物和NF3中的一种或多种的用量，来调节气体混合物；(f)加热该调节过的气体混合物，以使所调节的气体混合物中含硅化合物和含掺杂剂化合物形成具有不同掺杂剂浓度的氧化物粉尘颗粒，其中具有不同掺杂剂浓度的粉尘颗粒作为掺杂的粉尘层沉积在玻璃层之上；和(g)重复步骤(d)、(e)和(f)，以在基材上形成多层玻璃层。
11.一种减少多模光纤的折射率分布中的波纹的方法，该方法包括下述步骤(a)提供管状基材；(b)使气体混合物流过该基材，所述气体混合物包括O2、气态的含硅化合物、气态的含掺杂剂化合物和CO；(c)加热该气体混合物，以使含硅化合物和含掺杂剂化合物形成氧化物粉尘颗粒，其中该粉尘颗粒作为掺杂的粉尘层在基材上沉积；(d)烧结掺杂的粉尘层，以形成玻璃层；(e)通过调节沿着基材流动的O2、气态的含硅化合物、气态的含掺杂剂化合物和CO中的一种或多种的用量，来调节气体混合物；(f)加热该调节过的气体混合物，以使所调节的气体混合物中含硅化合物和含掺杂剂化合物形成具有不同掺杂剂浓度的氧化物粉尘颗粒，其中具有不同掺杂剂浓度的粉尘颗粒作为掺杂的粉尘层沉积在玻璃层之上；和(g)重复步骤(d)、(e)和(f)，以在基材上形成多层玻璃层。
12.权利要求9、10和11任何一项的方法，进一步包括下述步骤(h)通过使在其上形成多层玻璃层的基材皱缩，以生产预型体。
13.权利要求12的方法，其中所述预型体具有接近抛物线形状的径向折射率分布。
14.权利要求12的方法，其中所述预型体的折射率分布的波纹结构的幅度小于常规预型体的波纹结构的幅度，其中该常规预型体不采用N2O、NF3或CO制造并且与所述预型体具有相同数量的玻璃层。
15.权利要求9、10和11任何一项的方法，其中气态的含掺杂剂化合物是GeCl4和气态的含硅化合物是SiCl4。
16.使用权利要求1、2和3任何一项的方法形成的多模光纤。
17.使用权利要求9、10和11任何一项的方法形成的多模光纤。
全文摘要
改进的MCVD方法减少渐变折射率的折射率分布内的波纹结构，在由其形成光纤的粉尘亚层的沉积过程中，通过在气流内掺入N
文档编号G02B6/02GK1825147SQ20061000410
公开日2006年8月30日 申请日期2006年2月22日 优先权日2005年2月22日
发明者J·W·鲍姆格特, G·E·欧伦德森三世, 甄文辉 申请人:古河电子北美公司