专利名称：一种光纤及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤及其制造方法，该光纤材料具有芯层和包层材料的高温粘度匹配和散射损耗降低的低衰减特点，属于通信光纤制造技术领域。
背景技术：
以光波作为信息传输的载体，以光纤作为信息传输媒介的光纤通信技术，因为信息传输频带比较宽，通信速率高、容量大，而且损耗低、体积小、重量轻，还有抗电磁干扰和不易串音等一系列优点，从而备受通信领域青睐，发展异常迅猛。光纤通信技术已成为现代化通信非常重要的支柱。作为信息传输媒介的光纤,其光波传输损耗和使用寿命是两个重要的性能指标。石英光纤就是因为损耗不断降低和材料稳定、耐用而成为当前光纤通信领域的绝对主流光纤。而光纤损耗不断降低的过程也是从降低或避免过渡金属离子等杂质污染，发展到光纤材料和波导结构的优化设计。主流光纤材料则从掺锗芯光纤、纯氧化硅芯一掺氟包层光纤、发展到了新的光纤材料。然而，降低散射损耗的光纤材料和制造方法虽然已多次公开报道，但是，散射损耗的降低，并不能说明光纤的整体传输损耗得到了减低。即使是采用相同方法制造的光纤，有的光纤的传输损耗降低，而有的光纤传输损耗不但没有降低反而增加。例如，纯硅芯光纤由于纤芯是纯氧化硅材质，其密度起伏最小，由密度起伏引起的瑞利散射损耗也就应该最小；而且纤芯没有掺杂的，也就不存在掺杂浓度变化，故也就不会因浓度起伏引起瑞利散射损 耗，因此，在理论上，纯硅芯光纤的传输损耗应该是最低的。但是，在一些公开报道中，实际制造的纯硅芯光纤并没有达到最低传输损耗，某些反而不如常规生产的掺杂芯光纤。研究分析发现，现有设计的低衰减光纤的传输损耗却并不一定降低，其根本原因主要是光纤芯包材料的热物理性能失配，特别是高温粘度(Electron. Lett. 1993，29:1263-1265)和热膨胀系数的失配(Appl. Optics 1987，26: 1175-1182)。现有光纤制造方法大都基于相对纯二氧化硅玻璃的折射率值来设计光纤的。但是，光纤的折射率除了跟材料组分有关以外，还与材料密度(J. Non-Cryst. Solids 1988，103: 279-288)、假想温度(Appl. Phys. Lett. 2003，83: 5175-5177)、残余应力(Appl. Optics 1980，19:2000-2006)等系列参数密切相关。也就是说，现行的设计方法，已经涵盖光纤材料组分、材料密度、假想温度、残余应力等各种因素，已经不是单一地考虑光纤材料组分。但是，高温粘度和热膨胀系数却只由光纤材料组分所决定的。因此，基于相对折射率高度法，由不同公司设计制造的光纤，其实际的材料组分未必一致的；反之，材料组分一致或接近的光纤，由于在制备过程中假想温度和残余应力等因素的变化，导致其相对折射率高度就不一定一致，甚至相差很远。同时，由于光纤材料组分的高温粘度失配，导致光纤结构不完整，严重影响到了光纤传输损耗的降低，难以实现低衰减光纤的制造；在另一方面，高温粘度失配是由于芯包材料具有不同的玻璃软化温度和转化温度等特征温度，在拉丝过程中，芯包不同的特定温度又将导致光纤存有很大的残余应力。这既破坏了所设计的波导结构，又更影响了光纤的强度和使用寿命
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的问题而提供一种光纤芯层和包层高温粘度匹配的光纤及其制造方法。本发明光纤的技术方案为包括有芯层和包层，其特征在于所述的芯层平均折射
率
权利要求
1.一种光纤，包括有芯层和包层，其特征在于所述的芯层平均折射率Ii1、包层折射率n2和纯二氧化硅折射率 nQ，满足 Ii1 = (O. 997 I. 0012)* n0,n2 = ^- (O. 0025 O. 0045) *Iitl;所述的芯层为掺碱金属离子芯层或非掺碱金属离子芯层，所述的掺碱金属离子芯层由掺氟、氯、碱金属离子和含羟基的二氧化硅基材料构成，所述的非掺碱金属离子芯层由掺氟、氯和含羟基的二氧化硅基材料构成；所述的包层由掺氟、氯和含羟基的二氧化硅基材料构成；并且包层和芯层材料掺氟浓度差Λ [F]、芯层和包层材料羟基浓度差Λ [OH]、芯层和包层材料掺氯浓度差Λ [Cl]和芯层材料掺碱金属离子浓度之和[Μ]，满足Λ [F]-Δ [Cl] - 300 X [Μ] - 150000 X Δ [OH]彡 0· 8 mol%。
2.根据权利要求I所述的光纤，其特征在于所述的碱金属离子为钾离子、钠离子、锂离子的一种或多种。
3.根据权利要求I或2所述的光纤，其特征在于芯层和包层材料所含羟基浓度差Δ
范围是 O 2X 10_6 mol%。
4.根据权利要求I或2所述的光纤，其特征在于包层和芯层材料的掺氟浓度差Λ[F]范围是I. 5 4. 5 mol%。
5.根据权利要求I或2所述的光纤，其特征在于芯层和包层材料的掺氯浓度差Λ[Cl]范围为I 5 mol%。
6.根据权利要求I或2所述的光纤，其特征在于芯层材料掺碱金属离子浓度之和[M]范围为是O 100Χ1(Γ4 mol%。
7.根据权利要求I或2所述的光纤，其特征在于芯层材料和包层材料高温粘度匹配，芯层材料粘度 |ι和包层材料平均粘度》t,在2000 ° C附近，满足in : 2:10
8.根据权利要求I或2所述的光纤，其特征在于所述的光纤散射系数u小于或等于O. 85 dH kiii · I ini ο
9.根据权利要求I所述光纤的制造方法，其特征在于包括光纤预制棒的制作和拉丝，其特征在于光纤预制棒的制作过程包括采用掺氟石英管作为化学气相反应沉积管，采用SiCl4作为SiO2原料，C2F6或SiF4作为掺氟原料，首先在沉积管内壁气相反应沉积掺氟石英层，逐层形成包层；改变化学反应气体的流量，降低沉积层的掺氟浓度，同时，调节反应气体的比例和反应区的移动速度，提高掺氯的浓度，制得非掺碱金属离子的芯层，最后，高温熔缩成光纤预制棒；或者在降低沉积层掺氟浓度的同时，降低反应区的温度至1400 1800° C，在包层上沉积多孔层，再利用多孔层吸附碱金属离子，然后，通Cl2气进行脱水，通02气进行置换反应；最后，高温烧结致密，并熔缩成棒，制得掺碱金属离子芯层的光纤预制棒。
10.根据权利要求I所述光纤的制造方法，包括光纤预制棒的制作和拉丝，其特征在于光纤预制棒的制作过程包括以SiCl4或烷氧基硅烷为原料，将化学反应形成的粉尘喷镀沉积在芯轴上，喷镀沉积区的温度控制在1400 1800 ° C，形成多孔的包层，然后将所制包层材料进行脱水和深渗氟处理，形成掺氟多孔包层，再高温烧结致密，制成包层管；芯层也采用与包层相同的喷镀沉积方式，反应沉积成多孔棒，然后进行碱金属离子的吸附，再脱水处理，最后高温烧结成致密的芯棒；然后用单独制备的芯棒跟包层管进行组装，熔缩成光纤预制棒，制得掺碱金属离子芯层的光纤预制棒。
全文摘要
本发明涉及一种光纤及其制造方法，包括有芯层和包层，其特征在于所述的芯层平均折射率n1、包层折射率n2和纯二氧化硅折射率n0，满足n1＝(0.997～1.0012)*n0，n2＝n1－(0.0025～0.0045)*n0；所述的芯层为掺碱金属离子芯层或非掺碱金属离子芯层，所述的包层由掺氟、氯和含羟基的二氧化硅基材料构成；并且包层和芯层材料掺氟浓度差△[F]、芯层和包层材料羟基浓度差△[OH]、芯层和包层材料掺氯浓度差△[Cl]和芯层材料掺碱金属离子浓度之和[M]，满足△[F]－△[Cl]－300×[M]－150000×△[OH]≤0.8mol%。本发明通过掺杂组分和浓度差的控制使得光纤芯层和包层材料的高温粘度匹配，获得瑞利散射衰减降低的单模光纤，光纤的散射系数降低到≤0.85，使光纤的传输损耗得到有效的降低。
文档编号G02B6/02GK102654602SQ20121013861
公开日2012年9月5日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者曹蓓蓓, 李江, 杨晨, 熊良明, 王聍, 童维军, 罗杰 申请人:长飞光纤光缆有限公司