光纤制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤制造方法。
【背景技术】
[0002]对于传输速率为100G比特/秒以上的高速光通信，需要高的光信噪比(OSNR)。越来越需要用作光传输线路的光纤为低损耗、低非线性的光纤。光纤的非线性与n2/AefT成比例，其中n2为光纤的非线性折射率、Aeff为光纤的有效面积。有效面积AefT越大，越有可能降低光能向芯的集中，并由此降低非线性。符合ITU-T G.652的标准单模光纤在1550nm波长处的有效面积AefT为约80 μ m2。然而优选的是，低非线性光纤的有效面积Aeff在
110μ m2至180 μ m2的范围内。
[0003]较大的有效面积Aeff意味着对微弯的灵敏度更大。当安装光纤并在电缆中使用时，损耗增加。考虑到有效面积AefT对微弯的影响，取决于光纤的折射率分布和杨式模量及树脂厚度等，有效面积Aeff优选在100 μ m2至150 μ m2的范围内。
[0004]作为低损耗光纤，已知的是芯由基本不含杂质的纯石英制成的光纤(PSCF)。然而，PSCF通常是昂贵的，因此，需要一种低损耗和低非线性的廉价光纤。就上述的大容量通信而言，据认为芯掺杂有GeO2的光纤(GCF)劣于PSCF。这是因为由于GeO 2的浓度波动，使得GCF具有比PSCF更高的瑞利散射损耗。
[0005]日本未审查专利申请公开N0.2006-58494描述了用于降低GCF中的衰减的缓慢冷却技术。在该技术中，在拉制炉的下游设置用于缓慢冷却的加热炉，其中，将光纤母材加热并软化从而拉制成光纤。在该缓慢冷却炉中将光纤缓慢冷却从而降低光纤的假想温度，从而有可能抑制光纤中的瑞利散射，并由此实现低损耗特性。
[0006]传统的缓慢冷却技术没有在预定范围内优化光纤的温度历史。因此，这种传统的缓慢冷却技术可能不会充分地降低光纤中的衰减，并有可能使生产性劣化，这是由于用于缓慢冷却的加热炉可能比需要的更长，或者为了确保较长的缓慢冷却时间，拉制速度可能变慢。
【发明内容】
[0007]技术问题
[0008]本发明的目的在于提供一种方法，通过该方法，可充分降低假想温度，并且可以高的生产率来制造低损耗光纤。
[0009]解决问题的方案
[0010]为了实现上述目的，本发明提供一种光纤制造方法，所述方法用于通过拉制光纤母材从而制造光纤，其中，该光纤母材具有由含有6^2的石英玻璃制成的芯。所述方法包括:拉制步骤，包括在拉制炉中加热并软化光纤母材的一端从而将该光纤母材拉制成光纤；以及缓慢冷却步骤，包括使在所述拉制步骤中所得的光纤穿过温度低于拉制炉中的加热温度的加热炉。令Tf (η)为在所述拉制步骤或缓慢冷却步骤中位置η处的芯的假想温度、令Tf(n+1)为经过单位时间At后的芯的假想温度，并令τ (Τ(η))为位置η的目标温度T (η)下的芯的材料的结构松弛常数，这样设置加热炉的温度，以使得在自第一位置至第二位置的区域的至少70%中，加热炉的温度相对于各个位置η处的目标温度Τ(η)的差在±100°C以内，其中所述第一位置位于光纤的玻璃外径变为小于最终外径的500%处，所述第二位置位于光纤的温度T变为14001处，并且所述目标温度1'(11)为Tf(n+1)最低的温度，从第一位置η = O处的光纤的假想温度Tf(O)开始，通过利用下面递推公式进行计算而确定Tf(n+1)，
[0011 ] Tf (η+1) = T (η) + (Tf (n) -T (η)) exp (- Δ t/ τ (Τ (η)))。
[0012]在根据本发明的光纤制造方法中，在拉制炉中形成后光纤暴露于温度为500°C以下的气体中的位置处，光纤在横截面方向上的平均温度可为1650?以下。另外，光纤的外径在长度方向上的变化的3 σ可不超过0.2 μ m。
[0013]根据本发明第二方面的光纤制造方法为这样的方法，所述方法用于通过拉制光纤母材从而制造光纤，其中，该光纤母材具有由含有6^2的石英玻璃制成的芯。所述方法包括:拉制步骤，包括在拉制炉中加热并软化光纤母材的一端从而将该光纤母材拉制成光纤；以及缓慢冷却步骤，包括使在所述拉制步骤中所得的光纤穿过温度低于拉制炉中的加热温度的加热炉。在加热炉的入口处光纤的温度为大于或等于1400°C且小于或等于1650°C。在光纤的玻璃外径小于最终外径的500%并且光纤的温度为1700°C以上的位置处，光纤的冷却速率为10000°C /s以上。在光纤的温度大于或等于1400°C且小于或等于1600°C的位置处，光纤的冷却速率为5000°C /s以下。
[0014]在第二方面的光纤制造方法中，在所述缓慢冷却步骤中，缓慢冷却区域的长度可为1.5m以上。所述缓慢冷却步骤中所用的加热炉可包括上游加热炉和下游加热炉，并且所述下游加热炉的内表面温度可高于所述上游加热炉的内表面温度。具体而言，所述下游加热炉的内表面温度可比所述上游加热炉的内表面温度至少高50 °C。可将所述下游加热炉的内表面温度设定为穿过所述下游加热炉的光纤的假想温度的±100°C以内。
[0015]第一或第二方面的光纤制造方法还可包括重氢处理步骤，所述重氢处理步骤包括在所述缓慢冷却步骤之后，将光纤暴露于重氢气氛中。
[0016]发明的有益效果
[0017]根据本发明，可以充分降低假想温度，并且可以高的生产率来制造低损耗光纤。
[0018]附图简要说明
[0019]图1为根据本发明的的光纤的横截面图。
[0020]图2为示出用于制造图1所示光纤的拉制设备的构成的概念图。
[0021]图3为不出石英玻璃的拉曼光谱的图。
[0022]图4为用于说明假想温度Tf (η)、假想温度Tf (η+1)、和温度T之间的关系的图。
[0023]图5为示出用于测定光纤在各位置处的目标温度Τ(η)的程序的流程图。
[0024]图6为示出所推导出的、适于标准单模光纤的缓慢冷却热历史的图。
【具体实施方式】
[0025]现在将参考附图更详细地描述本发明的实施方案。在附图的说明中，对相同的部件给以同样的参考数字，并且省略重复的描述。
[0026]图1是根据本发明的光纤I的横截面图。所述光纤I是石英类光纤，并包括具有中心轴的中心芯11、包围所述中心芯11的光学包层12和包围所述光学包层12的护套13。
[0027]分别描述中心芯11和护套13相对于光学包层12的折射率的相对折射率差。将中心芯11的折射率描述为等效阶跃折射率(ESI)。将光学包层12和护套13间的界限处的折射率的径向变化的差值最大处的直径定义为光学包层12的外径。将自光学包层12的外沿至玻璃的最外沿的区域中的折射率平均值用作护套13的折射率。
[0028]光纤I具有包含GeO2的中心芯。光纤I的折射率分布可以是阶梯形、W形、沟形和环-芯形中的任意一者。若折射率分布是W形、沟形和环-芯形中的任意一者，则将这样的折射率分布部分定义为中心芯，其中，大部分光能在述部分中传播，并且所述部分基本限定了模场；并且将围绕该中心芯的部分定义为光学包层。
[0029]中心芯11还可包含氟元素。光学包层12的折射率低于中心芯11的折射率。光学包层12可由纯石英玻璃或者以氟元素掺杂的石英玻璃制成。护套13由石英玻璃制成。护套13可含有氯元素，并且除氯元素以外基本不含杂质。
[0030]抑制光纤I中的瑞利散射可以降低光纤I的衰减。可通过降低光纤I的玻璃的假想温度来有效抑制瑞利散射。下述第一和第二方法为用于降低玻璃的假想温度的方法的例子。
[0031]用于降低光纤I的玻璃的假想温度的第一方法是这样的方法(缓慢冷却法)，其中，当拉制光纤母材以形成光纤I时，延缓通过拉制所形成的光纤的冷却速率以促进玻璃网络的结构松弛并降低玻璃的假想温度。用于降低光纤I的玻璃的假想温度的第二方法是这样的方法，其中，向中心芯11掺杂非常少量的掺杂剂，这会促进中心芯11的结构松弛，但不会增加由光吸收引起的衰减，从而降低玻璃的假想温度。
[0032]光纤I中的瑞利散射可通过第一或第二方法，或者可以通过这两种方法的适当组合来抑制。下面将描述缓慢冷却方法。
[0033]图2为示出用于制造光纤I的拉制设备的构成的概念图。该拉制设备包括拉制炉10、加热炉20、强制冷却单元20、模具40、UV照射单元50、和卷取线轴60。所述加热炉20包括上游加热炉21和下游加热炉22。所述拉制设备拉制光纤母材2从而形成光纤I。
[0034]光纤I通过下面方法制造。首先，通过气相玻璃合成法(如，VAD, OVD, MCVD、或PCVD)形成导光的芯和光学包层。然后，通过VAD、OVD、APVD、棒塌缩法(rod-1n-collapsemethod)等方法围绕光学包层形成护套层，从而形成光纤母材2。将所得光纤母材2固定在拉制塔。在拉制炉10中，通过将光纤母材2的下端部加热至高于或等于工作点的温度从而使之软化，由此，光纤母材2被其自重拉伸。伸长并且下垂的玻璃被适当地拉制成光纤。在控制光纤的外径的同时，光纤通过用于涂布树脂的模具40，以及用于使该树脂固化的UV照射单元50，并形成为树脂包覆的光纤，然后将其卷绕在卷取线轴60上。
[0035]通常，光纤I在护套13的外周上具有树脂包覆层。树脂包覆层具有双层结构，包括一次包覆层和二次包覆层。该一次包覆层用于