氘处理光纤的制造方法和氘处理光纤的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种制造氘处理光纤的方法以及一种氘处理光纤。
【背景技术】
[0002] 在本说明书中，将包括含有GeO2的石英玻璃芯的光纤（例如，根据ITU-T G. 652标 准的光纤）称作"Ge02·杂芯光纤"。GeO2为用于提高折射率的掺杂剂。对于所包括的芯基 本上由纯石英玻璃构成、并且不含用于提高折射率的掺杂剂（例如6〇0 2或Al2O3)的光纤， 将其称为"纯石英芯光纤"。纯石英芯光纤的衰减小于GeO 2掺杂芯光纤，并且在耐氢性和耐 辐射性方面具有较高的长期可靠性（参见专利文献1)。为了提高其耐氢性，有时在特定条 件下将Ge0 2·杂芯光纤暴露于氘气（D2)中（参见专利文献1)。相反，纯石英芯光纤具有 高耐氢性，并且通常不需要暴露于氘气中。
[0003] 有这样一种包括石英玻璃芯的光纤，该石英玻璃芯含有微量（500ppm以下）的碱 金属元素（例如，钠（Na)或钾（K))，并且不含用于提高折射率的掺杂剂（专利文献2至 10)。下文中，将这种光纤称为"碱金属掺杂芯光纤"。将碱金属元素掺杂至光纤母材的芯部 可降低芯部的粘性，并促进光纤母材拉伸时石英玻璃的网络结构的松弛。由此，据认为向芯 部掺杂碱金属元素可降低光纤的衰减。这种碱金属掺杂芯光纤的芯包括极少量的卤素（如 Cl和F)以及碱金属。
【发明内容】
[0004] 技术问题
[0005] 本发明的目的是提供一种具有高耐氢性的碱金属掺杂芯光纤以及制造这种光纤 的方法。
[0006] 问题的解决方案
[0007] 为了解决该问题，提供了一种制造氘处理光纤的方法，该方法包括：（1)拉伸光纤 母材以形成石英玻璃光纤，该石英玻璃光纤包括芯区域和包围该芯区域的包层区域，所述 芯区域含有碱金属元素，该碱金属元素的平均浓度为0. 5原子ppm以上；以及（2)在（氘气 分压）X (暴露时间）为50kPa ·小时以上的条件下，将所述光纤暴露于温度为20°C以上的 含有氣气的气氛中。
[0008] 在根据本发明的氘处理光纤制造方法中，所述氘气分压可为5kPa以下，所述温度 可为80°C以下，所述暴露时间可为200小时以下。
[0009] 根据本发明第二方面，提供了一种氘处理石英玻璃光纤，其包括：含有碱金属元素 的芯区域，该碱金属元素的平均浓度为0. 5原子ppm以上；以及包围所述芯区域的包层区 域。所述氣处理光纤在（氣气分压）X (暴露时间）为50kPa ·小时以上的条件下暴露于 温度为20°C以上的含有氘气的气氛中。当所述氘处理光纤于25°C的温度下在含有分压为 IkPa的氢气的气氛中暴露720小时（下文称为评价条件）后，其在1550nm波长处的衰减增 量为0. 003dB/km以下。
[0010] 在根据本发明的氘处理光纤的芯区域中，氯的平均浓度可为1，〇〇〇原子ppm以上， 氟的最大浓度可为200原子ppm以上，过渡金属元素和典型金属元素的浓度可小于0. 5原 子ppm，所述碱金属元素可为钾，并且所述碱金属元素的平均浓度可为100原子ppm以下。 所述氘处理光纤在1550nm波长处的衰减可为0. 180dB/km以下。
[0011] 在根据本发明的氘处理光纤中，所述评价条件可使在1530nm至1570nm的波长范 围内的衰减增量为0. 003dB/km以下；所述评价条件可使在1560nm至1620nm的波长范围 内的衰减增量为〇. 〇〇3dB/km以下；所述评价条件可使在1380nm的波长处的衰减增量为 0. 01dB/km以下；并且当所述氘处理光纤于80°C的温度下在含有分压为IOlkPa的氢气的气 氛中暴露20小时后，其在1380nm波长处的衰减增量可为0. 2dB/km以下。
[0012] 根据本发明的氘处理石英玻璃光纤包括：含有碱金属元素的芯区域，该碱金属元 素的平均浓度在0. 5原子ppm至100原子ppm的范围内；以及包围所述芯区域的包层区域， 其中所述芯区域中氯的平均浓度可为1，〇〇〇原子ppm以上；所述芯区域中过渡金属元素和 典型金属元素的浓度可小于〇. 5原子ppm ;在40°C至80°C的温度范围内，所述氘处理光纤 可在含有分压为IkPa至5kPa范围内的氘气的气氛中暴露了 20小时至200小时；所述氘处 理光纤在1550nm波长处的衰减可为0. 180dB/km以下；并且当所述氘处理光纤于25°C的温 度下在含有分压为IkPa的氢气的气氛中暴露720小时后，其在1550nm波长处的衰减增量 可为0. 003dB/km以下。
[0013] 发明效果
[0014] 根据本发明，可制造具有尚耐氛性的喊金属惨杂芯光纤。
【附图说明】
[0015] 图1为示出了热扩散步骤的示意图。
【具体实施方式】
[0016] 下文将参考附图阐述本发明的实施方案。提供附图是为了说明的目的，并非旨在 限定本发明的范围。在附图中，为了避免重复描述，相同的符号表示相同的部分。在附图中， 尺寸的比例不一定精确。
[0017] 耐氢性表不了由氢分子造成的光纤衰减稳定性，并且其代表了光纤的长期可靠性 的项目中的一个。在铺设光纤之后的若干年或者更长的长时间内，由光纤的玻璃部分周围 的包覆材料或者由光纤中的金属所产生的氢气有时会逐渐渗透金属玻璃部分。氢气可能会 造成反应并在玻璃中形成OH基团和缺陷中心，由此使衰减增加。可通过在加速试验中分别 研宄光纤中的氢反应性分别与温度、氢分压和时间之间的关系，从而推定所制造的光纤在 其使用年限内在工作环境中由于与氢之间的反应而导致的衰减增量。
[0018] 在碱金属掺杂芯光纤中，由于碱金属元素在主要由SiO2构成的石英玻璃网络中具 有相对较高的迀移率，因此石英玻璃网络易于损坏，并且常常会形成诸如非桥氧中心之类 的缺陷中心。因此，碱金属掺杂芯光纤的耐氢性可低于纯石英芯光纤。
[0019] 本发明人还发现，在由1500nm至更长波长侧的波带中，碱金属掺杂芯光纤会发生 逐渐增加的另一种衰减。因此，碱金属掺杂芯光纤存在耐氢性可能劣化的问题，其中该耐氢 性是长期可靠性项目中的一个。
[0020] 根据本发明一个实施方案的氘处理光纤的制造方法包括母材形成步骤、拉伸步骤 和暴露步骤。可使用该方法来制造碱金属掺杂芯光纤。母材形成步骤包括顺次进行的干燥 步骤、热扩散步骤、缩径步骤、蚀刻步骤和实心化步骤。在所述母材形成步骤中形成了具有 掺杂碱金属元素的芯的石英玻璃光纤母材。在所述拉伸步骤中，将光纤母材拉伸以形成光 纤。在所述暴露步骤中，将所述光纤暴露于氘气氛中。
[0021] 图1为不出了热扩散步骤的不意图。石英玻璃管1含有100原子ppm的Cl以及 6, 000原子ppm的氟。其他掺杂剂的浓度低于检测的下限（约Ippm)。石英玻璃管1的外 径为32mm且内径为15mm。玻璃管1的一端与操作玻璃管（handling glass pipe) 5相连。 操作玻璃管5的一部分被用作原料储存器（raw material reservoir)。在该原料储存器中 准备了碱金属盐原料（KBr) 3。可将部分玻璃管1用作原料储存器。
[0022] 在热扩散步骤之前的干燥步骤中，当将3SLM(标准条件下为3升/分钟）的干燥 氮气（露点：_76°C以下）作为载气引入该原料储存器中的同时，利用外部热源（电炉）2将 该原料储存器的外部加热至500°C的温度。将该状态保持30分钟以干燥原料储存器中的碱 金属盐原料3。在干燥步骤中，原料储存器的外部温度为270°C以上且低于碱金属盐原料的 熔点，优选为550°C以下。
[0023] 在热扩散步骤中，将原料储存器的温度调节为860°C。当将ISLM的干燥氧气作为 载气引入原料储存器和玻璃管1时，利用外部热源（氢氧燃烧器）4将玻璃管1的外表面加 热至2000