專利名稱：摻氟光纖的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光纖傳輸?shù)念I域，并且更具體地涉及摻氟光纖。
背景技術：
對光纖來說，折射率剖面 一般是聯(lián)系所繪制的示出將光纖的折 射率與該光纖的半徑相關聯(lián)的函數(shù)的曲線圖來描述的。常規(guī)來說，
沿橫坐標示出到光纖中心的距離r,并且沿縱坐標示出折射率與光纖 包層折射率之差。因此，對于分別示出臺階形、梯形或三角形的曲 線圖，將折射率剖面描述為"臺階形"、"梯形"或"三角形，，。 這些曲線 一 般代表了理論光纖剖面或設定光纖剖面，光纖的制造可 能會引起稍微不同的剖面。
光纖常規(guī)地包括纖芯，該纖芯的功能是傳送光信號并且可選 地放大光信號；以及光包層，該包層的功能是將光信號限制在纖芯 內(nèi)。出于這個目的，纖芯的折射率n。和包層的折射率 是^"V。公知 的是，單模光纖中的光信號傳播被分解為在纖芯中傳導的基模，并 分解為在纖芯-包層組合結構中傳導一定距離并稱為包層模的二次模。
在光纖中傳送的信號會經(jīng)歷在所傳播的距離上累積的光損耗。 特別是在光纖受到諸如P、 a、 Y和X射線之類的離子化輻射時， 這些傳輸損耗會增加。當光纖用于具有離子化輻射的環(huán)境中的光通 信系統(tǒng)時，例如用于核電站、粒子加速實驗室中或用于發(fā)射到太空 中的衛(wèi)星中時，該光纖可能會經(jīng)歷所述輻射。在所述環(huán)境下，輻射 可能會達到100 Gray或更大的劑量水平，例如10 000 rad。
常規(guī)來說，標準單模光纖(SSMF)被用作光纖傳輸系統(tǒng)中的線 路光纖。臺階形折射率一般通過摻雜磷或鍺來獲得，利用磷或鍺可
以增大折射率。臺階形折射率還可以通過摻雜氟來獲得，利用氟可 以減小折射率。這些光纖(SSMF)在較寬的頻譜范圍(至少
1300nm-1650 nm)上具有一般小于0.4 dB/km的較低的傳輸損耗，但對 離子化輻射比較敏感。在1310nm的波長處，置于輻射為30kGray 的環(huán)境中的SSMF光纖的傳輸損耗將增加幾十dB/km至幾萬dB/km,這 種增加嚴重地依賴于輻射條件(特別是劑量速卑)。因此，.常規(guī)的 SSMF光纖并不適合于在安裝在具有高劑量的離子化輻射(即高于 100 Gray至1000 Gray)的環(huán)境中的光通信系統(tǒng)中使用。
一些已知的光纖特別地設計為在存在離子化輻射的環(huán)境中使 用。例如，us-A-《eso,S(M公開了一種纖芯中沒有鍺(Ge)的單模光纖。 纖芯中沒有鍺使得可以獲得更好的抗離子化輻射性。光包層摻雜有 作用為減小折射率的摻雜劑，諸如氟。該文獻還公開了一種具有如 下光纖的實施例，該光纖的纖芯摻雜了少量的氟以補償纖芯中過量 的氧。
us-A-s,sosjcn特別地公開了一種抗x射線和y射線的光纖。該光 纖具有摻氟的包層和纖芯。該文獻描述了具有不同的氟和鍺濃度的 若干實施例。該文獻中指出，當該光纖還在纖芯中包括鍺時，傳輸 損耗會減少。
WO-A-2005/109055/>開了 一種具有純石英纖芯和摻氟的包層的光 纖。該文獻中指出，包層直徑與纖芯直徑之間的高比值(9與IO之
間)改善了光纖的抗離子化輻射性。
現(xiàn)有技術的光纖顯示出部分抗離子化輻射性，但在強輻射特別
是400 Gray上方或之上中具有較高損耗。如上所述，標準單模光纖 通常被用作光纖傳輸系統(tǒng)中的線路光纖，具有滿足特定電信標準的 色散和色散斜率。出于對不同制造商的光系統(tǒng)之間的兼容性的需要， 國際電信聯(lián)盟(ITU)已經(jīng)發(fā)放了標準單模光纖必須滿足的標準的參 考ITU-T G.652。該標準被細分為更嚴才各或者更寬;^的四個子標準(A、 B、 C和D)。
例如，用于傳輸光纖的G.652B標準推薦了在1310nm的波長
處，模場直徑(MFD)范圍[8.6;9.5ijm]; 1260 nm的最大成纜(cabled) 截止波長；零色散波長(表示為V)范圍n犯0; 1324圓；最大色散斜率 值0,093 ps/nm2-km。常規(guī)來說，成纜截止波長被測量為如下波長，在該波
長處，在光纖上傳播22米之后，光信號就不再是單模的，諸如由國際 電工委員會的專門委員會86-A在標準IEC 60793-1-44下所限定的。
因此，需要 一 種顯示出改善的抗高劑量輻射性的傳輸光纖。

發(fā)明內(nèi)容
出于這個目的，本發(fā)明提出了一種光纖，其折射率剖面相對于 標準單模光纖的剖面均勻凹陷。因此，該光纖的傳輸特性基本上滿 足G.652B標準并顯示出改善的抗高劑量輻射性(大于100 Gray的劑量)。
因此，本發(fā)明涉及一種單模傳輸光纖，包括
_凹陷型纖芯，具有至少(M1 wt。/。的氟以及與純石英的大于1.5 x 10-3的絕對折射率差(IAn,l);以及
-凹陷型包層，具有至少1.2 wt。/。的氟、與純石英的大于4.5 x l(T3 的絕對折射率差(lAr 2l)以及與該凹陷型纖芯的大于3 x 10-3的絕對 折射率差(1^2HAnJ )。
優(yōu)選地，該光纖具有小于或等于O.SOps/sq乖m)的鏈路偏振模色散值。
有利的是，在1310nm的波長處，對于速率大于1 Gray/s的范圍 從200 Gray到30 000 Gray的輻射，該光纖表現(xiàn)出小于100%的衰減 變化。
可以對該光纖進行設置，使其具有不包含鍺的纖芯。還可以對 該光纖進行設置，使其具有不包含磷的纖芯。
可以將該光纖設置為纖芯中的氟濃度與包層中的氟濃度的比值 大于3。
還可以對該光纖進行設置，使得在不存在離子化輻射的情況下， 在1310nm處，傳輸損耗小于5dB/km。有利的是，在不存在離子化輻
射的情況下，在1310nm處，傳輸損耗小于0.35dB/km。
優(yōu)選地，凹陷型纖芯中的氟含量最多為"wt。/。。這使得可以最佳 地符合對在高輻射下具有減小的傳輸損耗同時仍符合針對單模光纖
的G.652B標準的傳輸光纖的需要。
該光纖的至少一部分可以旨在用于位于存在離子化輻射的環(huán)境 中的光通信系統(tǒng)中。
有利的是，該光系統(tǒng)還包括標準單模光纖(SSMF)的部分。


通過閱讀以下通過實例并參考附圖而給出的對本發(fā)明實施例的 描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得明顯，其中
-圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的設定光纖剖面的曲線圖； -圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的設定光纖剖面的曲線圖； -圖3是光纖在輻射之后的傳輸損耗，這些光纖中的一個光纖適 應于本發(fā)明的一個實施例。
具體實施例方式
本發(fā)明的光纖是單模傳輸光纖，其具有凹陷型纖芯和凹陷型內(nèi) 部包層。凹陷型纖芯意味著光纖的中心徑向部分具有低于外部包層 折射率( )的折射率， 一般包括純石英或摻雜有氟的石英。凹陷型 包層是光纖的一個徑向部分，其折射率低于外部包層折射率和纖芯 折射率。凹陷型纖芯包含至少o.41 wty。并且優(yōu)選地最多"^wt。/。的氟，并 且與純石英具有大于1.5 x l(T3 (或0.1% )的絕對折射率差。凹陷型 包層包含至少1.2 wt。/。的氟，與純石英具有大于4.5 x l(T3 (或0.3% ) 的絕對折射率差。有利的是，纖芯中的氟濃度與所述包層中的氟濃 度的比值大于3，以確保纖芯與光包層之間有足夠的折射率差，纖芯 可能并未摻雜鍺或磷。
圖1圖示了本發(fā)明的傳輸光纖的折射率剖面的第一示例。所圖 示的剖面是設定剖面，即代表理論光纖剖面，該光纖實際上是在從
可能具有稍微不同的剖面的預制件進行拉拔之后獲得的。
本發(fā)明的傳輸光纖包括中心凹陷型纖芯，與純石英(有時在 光纖外部使用以充當外部光包層)具有絕對折射率差IAn山以及凹陷
型包層，與純石英具有絕對折射率差1^21。凹陷型纖芯和凹陷型包層 中的折射率在縱向上基本上恒定。這使得光纖具有縱向均勻性。中
心纖芯用半徑a表示，并且凹陷型包層在半徑值a與b之間延伸。
為限定光纖的設定折射率剖面， 一般將純石英的折射率用作參考。 于是，中心纖芯和凹陷型包層的折射率值表示為折射率差An，,2。因此，
中心纖芯與石英的折射率差An,就是石英折射率與中心纖芯折射率之間 的差值(An,-rwa-rwe)。因此，凹陷型包層的折射率差A 就是石英折 射率與凹陷型包層折射率之間的差值(△ =nsilica - ndepressed-cladding.)。 一
般存在包括石英的外部包層，但還可以對該外部包層進行摻雜以增大或 減小其折射率(nO ,例如以修改信號傳播特性。
根據(jù)圖l所示出的第一實施例，光纖纖芯包含0.81 wt。/。的氟但不 包含鍺或磷；光纖纖芯具有4.35,的半徑a并與石英外部包層具有 3.0x 10-3的絕對折射率差1^丄包層包含2.16 wt 。/。的氟j旦可以既不包
含鍺也不包含磷，其與石英外部包層具有8.0 x 10_3的絕對折射率差 1^2|以及使得b/a等于8的半徑b,使得光信號很好地保持為限制在 光纖纖芯內(nèi)。優(yōu)選地，分別在纖芯和包層中均勻地摻氟。外部包層 可以是套筒管或石英顆粒過包層(overcladding),或者使用汽相軸向 沉積方法(VAD)來沉積的純的或摻氟的石英。
圖2圖示了本發(fā)明的傳輸光纖的折射率剖面的第二示例，其中 光纖纖芯包含o.^wt.。/。的氟但不包含鍺或磷，并且包層包含^wt.。/。的
氟。纖芯具有4.35哨的半徑a并與石英具有2.0x 10'3的絕對折射率 差l^n丄包層與石英具有7.0x 10—3的絕對折射率差1^2|。優(yōu)選地，分 別在纖芯和包層中均勻地摻氟。根據(jù)該第二實施例，該光纖是從通 過在摻氟的管內(nèi)進行沉積而產(chǎn)生的具有與目標凹陷型包層基本上相 同的折射率的初級預制件制作的。于是，外部包層可以是摻氟的石 英套筒管或摻氟的石英顆粒過包層。下面描述用于制作本發(fā)明的光 纖初級預制件的技術。
凹陷型包層與凹陷型纖芯之間的絕對折射率差(|An2|-|An，|)是3 xlO-s或更大。這改善了本發(fā)明光纖的性能，例如就抗彎曲性或截止 波長而言。
利用所述光纖剖面，可以大大限制高輻射劑量(大于100 Gray) 下的光纖傳輸損耗。
圖3是針對四個光纖而示出的與所應用的劑量相關的由輻射引起的 傳輸損耗的趨勢的曲線圖。這些光纖中的一個光纖適應于本發(fā)明的一個 實施例。測量是由Fraunhofer學院(Appelsgarten 2誦53879 Euskirchen -德國)2005年9月進行的和2006年3月代表CERN ( 1211 Geneva 23 -瑞士)進行的。
圖3示出了四個光纖的傳輸損耗 一個在纖芯中包含約1 wt。/。的 鍺的光纖(光纖l), 一個在纖芯中包含約6wt。/。的鍺的不是根據(jù)本 發(fā)明的光纖(光纖2)， 一個本發(fā)明的光纖(光纖3),以及一個具 有純石英纖芯的不是根據(jù)本發(fā)明的光纖(光纖4)。該曲線圖示出了 在1310nm的波長處，在速率為0.225 Gray/s的1(^Gray的輻射下， 以2S。c的溫度，在100m的光纖長度上，在光信號功率為10 pW至"pW 的情況下，所測得的每個光纖的傳輸損耗。
可以看出，特別是在劑量高于100 Gray之后，本發(fā)明的光纖(光 纖3)具有比在纖芯中包含鍺的光纖(光纖l和光纖2)和具有純石 英纖芯的光纖(光纖4)低得多的傳輸損耗。
因此，本發(fā)明的光纖在低劑量速率(典型地在百分之幾Gray/s 的量級)的高劑量(高于100 Gray的劑量)條件下顯示出了良好的 抗輻射性，但在高速率(典型地高于數(shù)個Gray/s)下也是如此。例 如，在1310nm處，在1小時的時間段上傳導10 000 Gray的輻射的 情況下，本發(fā)明的光纖具有小于20 dB/km的衰減增量。另外，對于速
率大于1 Gray/s的范圍從200 Gray到30 000 Gray的輻射，其表現(xiàn)出 小于100%的衰減增量變化。
本發(fā)明的光纖滿足標準G.SWB的全部準則。因此，可以容易地在
光通信系統(tǒng)中結合SSMF光纖而使用本發(fā)明的光纖。
凹陷型包層和凹陷型纖芯的半徑使得其符合標準g.swb的準則。 可以將本發(fā)明的光纖制造為使得在1310nm處，在不存在離子 化輻射的情況下，傳輸損耗小于5dB/km,甚至小于O.SSdB/km。
本發(fā)明的傳輸光纖可以通過從具有如上所述的折射率剖面的預 制件進行拉拔來制作。
以已知的方式，可以通過在拉絲塔上對預制件進行拉拔來產(chǎn)生 光纖。預制件包括例如初級預制件，該初級預制件包括形成光纖的 包層和纖芯的一部分的質(zhì)量非常高的玻璃管。然后，可以在該初級 預制件上進行過包覆或添加套筒以增加其直徑并形成能夠在拉絲塔 上使用的最終預制件。在本上下文中，形成在管內(nèi)的包層稱為內(nèi)部 包層，并且形成在管外的包層稱為外部包層。類似的光纖拉拔包括 將預制件垂直地放置在拉絲塔中并從預制件的 一 端拉拔出 一 股光 纖。為此，向預制件的一端局部地施加高溫，直到石英軟化為止， 然后在光纖拉拔期間持久地控制拉拔速度和溫度，原因在于它們會 決定沿預制件的光纖性質(zhì)的穩(wěn)定性。特別地，直徑穩(wěn)定性將確保傳 播性質(zhì)的穩(wěn)定性(截止波長、模直徑)。預制件的幾何性質(zhì)必須完 全符合光纖的包層和纖芯的直徑比值和折射率比值，以便所拉拔的 光纖具有所需的剖面。
在管中沉積組分統(tǒng)稱為"摻雜"，即將"雜質(zhì)，，添加到石英以 改變其折射率。根據(jù)本發(fā)明，氟(F)用來形成光纖的凹陷型纖芯和 凹陷型包層。
具有高凹陷型包層的預制件是難以生產(chǎn)的。氟不能很好地并入 被加熱到超過一定溫度的石英中，而高溫是制作玻璃所必需的。制 作玻璃所需的高溫與用以促進氟的良好并入的低溫之間的權衡使得 不能實現(xiàn)比石英折射率低得多的折射率。
已提出使用等離子體化學汽相沉積(PCVD)來制作用于本發(fā)明 光纖的預制件，原因在于，利用該技術，可以通過反應混合物的離 子化在比利用常規(guī)技術(CVD、 VAD、 OVD)更低的溫度下實現(xiàn)反
應。在文獻US RE 3Q,S;3S和US 4,314，833沖描述了所述制作技術，其使得 可以在石英中并入大量氟以形成具有高凹陷型折射率的包層。本發(fā) 明的光纖分別包括纖芯和包層，它們具有高的凹陷型折射率，即分 別與外部包層具有大于1.5 x 10-3和4.5 x 10-3的折射率差。
純石英管或摻氟石英管被提供并安放在玻璃制成的車床中。使 得該管旋轉(zhuǎn)，并且摻雜的或非摻雜的玻璃前體的氣態(tài)混合物發(fā)散。 通過施加微波輻射，在管內(nèi)產(chǎn)生等離子體。由此在管內(nèi)沉積多層(摻 雜的)玻璃。
通過微波加熱而進行的摻雜劑的劇烈反應使得高濃度的摻雜劑 可以并入石英層中。特別地，對于在局部吹風管加熱下不能正確地
并入石英中的氟，PCVD使得能夠?qū)κ訐诫s高濃度的氟以形成
凹陷型包層。
本發(fā)明的傳輸光纖可以用于位于暴露于高離子化輻射的環(huán)境中 的光通^f言系統(tǒng)中，例如用于粒子物理實-驗室中的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、核電站或 暴露于宇宙輻射的衛(wèi)星中。
顯然，本發(fā)明不限于作為示例而描述的實施例。特別地，可以
考慮PCVD之外的制作方法。
權利要求
1.一種單模傳輸光纖，包括-凹陷型纖芯，具有至少0.41wt％的氟以及與純石英的大于1.5×10-3的絕對折射率差(|Δn1|)；以及-凹陷型包層，具有至少1.2wt％的氟、與純石英的大于4.5×10-3的絕對折射率差(|Δn2|)以及與所述凹陷型纖芯的大于3×10-3的絕對折射率差(|Δn2|-|Δn1|)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的光纖，在1310nm的波長處，對于速 率大于1 Gray/s的范圍從200 Gray到30 000 Gray的輻射，表現(xiàn)出小 于100%的衰減變化。
3. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光纖，其中所述纖芯不包 括鍺。
4. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光纖，其中所述纖芯不包 括磷。
5. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光纖，其中所述纖芯中的 氟濃度與所述包層中的氟濃度的比值大于3。
6. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光纖，其中在不存在任何 離子化輻射的情況下，在1310nm處，傳輸損井毛小于5dB/km。
7. 根據(jù)權利要求6所述的光纖，其中在不存在任何離子化輻射 的情況下，在1310nm處，傳輸損耗小于O.SSdB/km。
8. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光纖，其中所述纖芯最多 具有1.4 wt。/。的氟。
9. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光纖，其中在1310nm的 波長處，模場直徑(MFD)在8.6 [Jm與9.5pm之間。
10. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光纖，其中成纜截止波長 最大為1260 nm。
11. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光纖，其中鏈路偏振模色 散小于或等于0.2ps一「t(km)。
12. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光纖的至少一部分在位 于表現(xiàn)出離子化輻射的環(huán)境中的光通信系統(tǒng)中的用途。
13. 根據(jù)權利要求12所述的用途，其中所述光系統(tǒng)還包括標準單模光纖(SSMF)的部分。
全文摘要
一種單模傳輸光纖，包括凹陷型纖芯，具有至少0.41wt％的氟以及與純石英的大于1.5×10^-3的折射率差(Δn₁)；凹陷型包層，具有至少1.2wt％的氟、與純石英的大于4.5×10^-3的折射率差(Δn₂)以及與該凹陷型纖芯的大于或等于3×10^-3的折射率差(Δn₁-Δn₂)。
文檔編號G02B6/02GK101101354SQ20071012692
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月3日 優(yōu)先權日2006年7月4日
發(fā)明者E·雷尼耶, F·古杰, G·凱特, I·弗拉梅, P·馬賽西 申請人:德雷卡通信技術公司