专利名称：制造光学预制品的方法及由此获得的预制品的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于通过内部气相淀积工艺制造光学预制品
(preform)的方法，其中使用能量源以及具有供给侧和排放侧的衬 底管(substrate tube ),其中能量源可在衬底管的在供给侧反转点与 排放侧反转点之间的长度之上移动，其中可能被掺杂或者未被掺杂 的一个或者多个玻璃形成前体(precursor )在衬底管的供应侧被供给 到衬底管的内部，并且其中尚未在衬底管内部上淀积的成分在衬底 管的排放侧排放，其中在衬底管的内部产生了这样的情况即在衬 底管内部上发生玻璃层的淀积，其中首先淀积外部覆层，接着淀积 内部覆层。
背景技术：
例如从美国专利No， 4,741,747已知这样的方法，其作为淀积工 艺的重要参数而提及再现性、在玻璃形成前体之间化学反应的产 率、淀积率以及在衬底管内部上所淀积材料的光学和几何均匀性。 然而，在淀积工艺期间，其中光学和几何性质不够恒定的所谓淀积 区(deposition zone )可以在衬底管的两端辨别出。已知的是，在淀 积工艺中，也称为"端锥(end taper)"的这种淀积区的长度可以总 计等于衬底管总长度的约15 % 。在已经从预制品中抽拉出光纤之后， 这种锥可以导致纤芯(core)的轴向非均匀截面；尤其是，该锥形成 了其中预制品的光学和/或几何性质不均匀的区域。所述不均匀性将 导致光纤传输质量的恶化。因而，当制造光纤的时候不使用预制品 中的这种锥区。由于这种锥区构成了预制管的相当数量的部分，因 而可以从预制品获取的总纤维长度相当有限。为了防止在光学预制 品中出现锥，前述美国专利提议在至少 一个反转点(point of reversal)
的区域中作为时间的函数非线性地移动能量源尤其是等离子体，或 者作为时间的函数在衬底管的长度之上改变等离子体的功率。毕竟， 先前所谓谐振器的稳定速度分布被用于在衬底管内部上淀积层。
从美国专利No. 5,188,648已知一种用于减小锥区的方法，其中 等离子体的往复运动在玻璃形成前体的供给侧的反转点处中断，而 设置所述中断的持续期间以便实现衬底管的所谓气体侧锥区的有效 减小。尤其是，所述文献目的在于减小光学预制品的纤芯的几何锥。
从美国专利No. 5,145,509已知一种用于减小几何锥的方法，其 中在衬底管的中心放置玻璃棒，设置该棒的半径，以便其最大等于 玻璃衬底管的内半径的0.67倍并且最小等于玻璃衬底管的内半径的 0.2倍，其中一旦淀积工艺完成则将玻璃棒从衬底管内部移除，然后 中空衬底管在高温条件下收缩成固态预制品。
从美国专利No. 4，944，244已知一种用于制造光学预制品的方 法，其中在淀积工艺期间基于下列信号来连续地控制能量源的功率， 该信号是在衬底管的内部上发生玻璃层淀积的程度连同其他因素的 函数。
US 2005/0041943涉及一种淀积方法，其中等离子体沿中空衬底 管运动，并且在邻近反转点的第一端区域中变化，在淀积工艺中作 为时间的函数，并且在第一端区域中作为位置的函数，其中第一端 区域的端点与反转点重合，并且其中起点位置比减速点更远离反转 点，所述第 一 端区域的长度足够减小预制品中的锥。
EP 1 396 554涉及一种等离子体激励的CVD系统，其中微波的 电磁功率从设置在环形波导的内圆周部分中的天线馈送到布置在波 导以内的反应室中，允许等离子体在反应室的内部生成，并且形成 膜。
US 2003/0115909涉及制造光纤预制品组件的方法，包括 在管内部形成等离子体，因而形成等离子区；以及 将适合于形成玻璃的至少 一 个前体的流导入该等离子区中，其 中所述流包括该前体的流的涡流扩散。
现有技术公开了用于制造预制品的方法，其中几何锥的最优化 导致了光学锥的形成，并且反之亦然。
发明内容
本发明的 一个方面提供了 一种用于通过内部气相淀积工艺制造 光学预制品的方法，其中几何锥和光学锥两者都被最小化。
本发明的另一方面提供了一种用于通过内部气相淀积工艺制造 光学预制品的方法，从该光学预制品可生产具有稳定截止波长的单 模光纤(类型、纤芯、内部以及外部覆层)。
本发明的再一方面提供了一种用于通过内部气相淀积工艺制造 光学预制品的方法，其中淀积在衬底管内部上的层的直径在衬底管
的长度之上具有恒定值，使得在所淀积层的外侧的区域中出现OH 基的负面影响最小化。
本发明的再一方面提供了一种用于通过内部气相淀积工艺制造 光学预制品的方法，其中最大长度的预制品自身可用于制造光纤。
在介绍中所提及的方法特征在于，设置用于内部覆层淀积的能 量源的速度，使得能量源在接近用于淀积内部覆层的供给侧的反转 点的位置的加速度高于能量源在接近用于淀积外部覆层的供给侧的 反转点的位置的加速度。
尽管在此使用"加速度，，的术语，但应该理解，该术语意思还 包括减速度，即负的加速度，其发生在当能量源从排放侧移动到供 给侧的反转点的时候。当能量源的此速度用于淀积内部覆层和外部 覆层两者的时候，内部覆层针对光学参数诸如折射率进行最优化， 尤其在当覆层被掺杂的时候应用。毕竟，由纯Si02构成的覆层将不 表现任何光学锥。随其出现的所述内部覆层的几何锥由外部覆层的 特定淀积条件补偿到这样的程度，即所谓的比率b/a在衬底管的基本 整个长度之上上恒定，其中
a=纤芯直径
b=(内部+外部)覆层的外径
本发明的发明人还进一步发现，关于衰减，尤其是归因于OH基 影响的在1385 nm波长处的衰减，基本恒定的比率b/a的作用实际上 在预制品的长度之上恒定，而同时在衬底管长度之上的截止波长的 稳定性已经改进。期望针对光学参数最优化内部覆层并且后续通过 所谓外部覆层的几何锥来补偿所述内部覆层的所得几何锥，基于这 样的理解，可以看出可以在衬底管的基本整个长度之上使比率b/a 维持恒定值。
在一个特定实施方式中，在用于淀积内部覆层的排放侧和供给 侧之间的距离优选地大于在用于淀积外部覆层的排放侧和供给侧之 间的距离，应理解，其中所述距离是在其上能量源的速度基本恒定 的长度。
关于防止所谓"端锥"的出现，如果在排放侧能量源的速度对 于外部覆层的淀积与对于内部覆层的淀积基本上相同，则这是优选的。
基于本方法，可以看出，可以在由这种预制品制造的光纤的整 个长度之上获得均匀的截止波长。在此以外，本发明的发明人已经 发现，所谓的OH峰(即在1385 nm波长处的衰减)在光纤的基本 上整个长度之上是均匀的。
在一个特定实施方式中，在能量源在供给侧加速之后，在能量 源沿排放侧方向运动的同时，在外部覆层淀积期间能量源的速度可 以增加，同时在此之外，在能量源在供给侧加速之后，在能量源沿 排放侧方向运动的同时，在内部覆层淀积期间能量源的速度也可以 增力口。
为了获得高的淀积率以及可重现的淀积方法，理想的是使用用 于生成等离子体的谐振器作为能量源。
本发明进一 步涉及通过执行如上所述的方法而获得的光学预制 品，其中比率b/a在预制品的长度之上基本恒定，其中
a=纤芯直径
b=(内部+外部)覆层的外径
本发明进一步涉及如所附权利要求书中所限定的光纤。本发明 尤其涉及单模光纤，包括直接由内部覆层所环绕的纤芯，其中内部
覆层直接由外部覆层所环绕。原则上，存在两个或者多个邻接环的 每种纤维都是适合的，其中至少 一 个环必须针对光学性质被优化， 并且至少另 一 个环必须针对几何性质被优化。
特别是，针对2层单模配置，关于外径(在纤维中)的后续应 用受以下限制
12<b，<30 [iam] 15<b<60 [jam]
其中
b，=内部覆层外径 b-外部覆层外径 对于单模光纤，纤芯的直径(a)大约等于9Mm。这给出了
1.3<b，/a<3.3
1.7<b/a<6.7
在下文中将借助于多个例子来解释本发明，然而应该理解，本 发明决不限于这些特定的例子。在所附权利要求书中进一步限定了 特定的实施方式。
图1示出了根据本方法的功率源的速度分布。 图2示出了作为预制品长度的函数的折射率中的差异。 图3示出了作为预制品长度的函数的内部覆层和外部覆层两者 的截面面积、。
具体实施例方式
图1是根据本方法所实现的淀积工艺的示意性表现，其中示意 性示出了针对内部覆层的淀积以及外部覆层的淀积的速度分布。在 淀积工艺的开始，外部覆层淀积在衬底管的内部上，同时能量源在
点A和点B之间在衬底管之上往复运动。应该理解，衬底管的内部 可以已经提供有一个或者多个层，诸如先前所淀积的緩沖层，其可 能被掺杂或者不被掺杂。当能量源位于反转点B处的时候，即在衬 底管的供给侧，能量源的速度基本上增加到最大速度，在C处所指 示。然后，能量源沿反转点A的方向的速度基本上保持恒定，并且 在反转点A处，能量源的速度将再次几乎为零，其中减速在接近点 E处发生。为了形成外部覆层，在实践中通常是通过图1中示出的速 度分布来进行n次，其中n (整数)范围从100至1000，乃至更高。
在外部覆层根据这样的速度分布已经淀积在中空衬底管内部上的时 候，内部覆层继而淀积在已经存在于衬底管内部的外部覆层上。内 部覆层的淀积工艺根据速度分布而发生，该速度分布与外部覆层的 淀积工艺的速度分布本质上不同。
在位于衬底管的供给侧的反转点B附近，能量源的速度很快增 加到水平D，因此能量源进一步沿反转点A的方向移动，在该运动
期间速度基本保持恒定。
在点E附近，能量源的速度在反转点A处降低至零，其后，能 量源将根据在图1中所示出的速度分布继而返回到反转点B，并且 反之亦然。
图2示出了作为通过使用如图1中所示方法所获得的预制品的 长度的函数的相对折射率差。从图2直接得出结论，设置内部覆层 和外部覆层两者的相对于在预制品中心的折射率值而测量的折射率 差，使得在预制品的基本上整个长度(即预制品长度的卯％,特别 是预制品长度的95% )之上折射率差在+0.0017和-0.017的期望带宽 范围内。从图2得出结论，在内部覆层之上已经发生了最优化，而 外部覆层的光学偏差没有导致光纤不合格。适合带宽是最大±0.02 的值。图2中所示的相对折射率差如下所定义
图2示出了作为预制品长度(x-轴)的函数的相对折射率差(y-轴)。所述相对差如下所定义
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中-.
nreference =在预制品中心的平均折射率， nmeasured =在位置z处所测量的折射率。
在图3中，内部覆层和外部覆层的淀积材料量的相对差(y-轴) 作为预制品长度(x-轴)的函数示意性地示出，从其中还示出了在预 制品的基本上整个长度(即预制品长度的90%，特别是预制品长度 的95% )之上，内部覆层和外部覆层的淀积材料量的相对差之和在 期望带宽范围内，具体而言最大为±7.5%。相对差如此测量通过 将基于特定段的内径和外径所测量的该段的区域与在预制品中心的 区域进行比较，即
其中
CSAz-在位置z处的截面面积
CSAref =在预制品中心的平均CSA
CSA定义为
4 、" "
4=该层的外径
di-该层的内径
由此，本发明的发明人已经发现，他们可通过针对光学参数来 最优化内部覆层以及继而补偿所述内部覆层的所得几何锥来制造光 学预制品，方式为使得比率b/a (其中b是整个覆层的直径而a是纤 芯的直径)在预制品的整个长度之上是基本恒定的。当使用此方法 的时候，可以保持淀积时间尽可能短，并且对从如此制造的预制品 获得的光纤的光学性能没有不利的影响，尤其是由OH基所导致的 衰减。
发明人进一步发现，当使用此方法的时候，截止波长在光纤的 长度之上基本上是均匀的。此外，本发明的发明人已经发现，如果 针对恒定的b/a,则在1385 nm波长处的所谓OH峰的值将在单模类
型的光纤的长度之上是基本均匀的，该单模类型包括环绕纤芯的至 少内部覆层和外部覆层。
权利要求
1.一种用于通过内部气相淀积工艺制造光学预制品的方法，其中使用能量源以及具有供给侧和排放侧的衬底管，其中所述能量源可在所述衬底管的在所述供给侧的反转点与所述排放侧的反转点之间的长度之上移动，其中可能被掺杂或者未被掺杂的一个或者多个玻璃形成前体在所述衬底管的所述供应侧被供给到所述衬底管的内部，并且其中尚未在所述衬底管的所述内部淀积的成分在所述衬底管的所述排放侧排放，其中在所述衬底管的内部产生了这样的情况，即在所述衬底管的所述内部上发生玻璃层的淀积，其中首先淀积外部覆层，接着淀积内部覆层，所述方法的特征在于设置用于所述内部覆层淀积的所述能量源的速度，使得针对淀积所述内部覆层所述能量源在接近所述供给侧的所述反转点位置的加速度高于针对淀积所述外部覆层所述能量源在接近所述供给侧的所述反转点位置的加速度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对淀积所述内 部覆层在所述供给侧与所述排放侧之间的距离大于针对淀积所述外 部覆层在所述供给侧与所述排放侧之间的距离，其中所述距离理解 为在其之上所述能量源的所述速度基本上恒定的长度。
3. 根据前述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于，在所 述排放侧，所述能量源的速度对于所述外部覆层的所述淀积以及对 于所述内部覆层的所述淀积来说是基本相同的。
4. 根据前述权利要求的任一项或者多项所述的方法，其特征在 于，在所述能量源在所述供给侧加速之后，在所述能量源沿所述排 放侧的方向移动的同时，在所述外部覆层的所述淀积期间所述能量 源的速度增加。
5. 根据前述权利要求的任一项或者多项所述的方法，其特征在 于，在所述能量源在所述供给侧加速之后，在所述能量源沿所述排 放侧的方向移动的同时，在所述内部覆层的所述淀积期间所述能量源的速度增加。
6. 根据前述权利要求的任一项或者多项所述的方法，其特征在 于，针对所述外部覆层和所述内部覆层两者的淀积所述能量源在所 述排放侧的加速度高于针对所述内部覆层的淀积所述能量源在所述 供给侧的加速度。
7. 根据前述权利要求的任一项或者多项所述的方法，其特征在 于，将用于生成等离子体的谐振器用作所述能量源。
8. —种通过执行如前述权利要求的任一项或者多项所述的方法 所获得的光学预制品，其特征在于，比率b/a在所述预制品的长度之 上恒定，其中a-纤芯直径b=(内部+外部)覆层的直径。
9. 根据权利要求8所述的光学预制品，其特征在于，对于预制 品的整个长度的90%而言，所述内部覆层和所述外部覆层的CSA之 和最大是±7.5%，其中<formula>formula see original document page 3</formula>其中CSAz-在位置z处的截面面积 CSAref =在所述预制品的中心的平均CSA CSA定义为<formula>formula see original document page 3</formula>4=所述层的外径 d,所述层的内径。
10. 根据前述权利要求8-9的任一项或者两项所述的光学预制 品，其特征在于，对于预制品的所述总长度的90%而言，所述内部 覆层的相对折射率差最大是0.02,其中所述相对差定义为<formula>formula see original document page 3</formula>其中在所述预制品的中心的平均折射率，nmeasured =在位置z处所测量的折射率。
11. 根据权利要求8-10的任一项或者多项所述的预制品，其特 征在于，针对单模配置，所述内部覆层外径与纤芯的比率的值的范 围是从1.3至3.3。
12. 根据权利要求8-10的任一项或者多项所述的预制品，其特 征在于，针对单模配置，所述外部覆层外径与纤芯的比率具有1.7-6.7的值。
13. —种从根据权利要求8- 12的任一项或者多项所述的预制品 所获得的光纤，其特征在于，所述外部覆层的外径范围从12pm至 30jim。
14. 从根据权利要求8-13的任一项或者多项所述的预制品所获 得的光纤，其特征在于，所述外部覆层的外径范围从15pm至60)im。
全文摘要
本发明涉及一种用于借助于内部气相淀积工艺制造光学预制品的方法，其中使用能量源以及衬底管，其中能量源可在衬底管的在供给侧的反转点与排放侧的反转点之间的长度上移动。
文档编号C03B19/14GK101104546SQ200710128669
公开日2008年1月16日 申请日期2007年7月9日 优先权日2006年7月10日
发明者J·P·特普斯马, R·H·M·多克尔斯 申请人:德雷卡通信技术公司