具有较小偏振模色散的光纤制造技术

一种制造具有掺杂芯部分和一外围光学包层的光纤的方法，包括以下步骤：从二氧化硅预制棒的熔融末端拉制光纤，并沿着对其涂覆保护外套的装置移动该光纤，其特征在于：在涂覆步骤之前，用非均匀调制的光化学辐射照移动的光纤，从而使其芯部分的折射率，产生纵向置函数形式的非均匀变化。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造一种具有掺杂芯部分和一外围光学包层光纤的方法，它包括以下步骤从二氧化硅预制棒的熔融末端拉制光纤，并沿着对其涂覆保护外套的装置移动该光纤。更为具体地讲，本专利技术涉及一种具有较小偏振模色散的光纤。“偏振模色散”(PMD)一词是指，一光纤(尤其是单模光纤)所载信号的色散，其结果是光纤芯部分中发生双折射。这个双折射是由光纤內缺陷所引起的，比如其芯部分横截面稍有些不圆，横向应力不对称等等，以及对所载信号的两正交偏振模表现出其折射率的不一致。在没有偏振模色散的理想光纤情况下，该两个模有相同的速率且彼此相互独立。但是，在有偏振模色散的情况下，两个模的相对位相会不断地，且沿着光纤每过一定空间间隔就重复一种特定方式。这种间隔的平均值被称为光纤的拍长Lρ，一般有1米量级的幅值。开头一段所述的方法可从美国专利US.5,298,047中获知，其中在光纤涂覆步骤之后，移动着的光纤要通过一系列的滑辊。通过以不规则的方式(即可变的频率)前后不断地翻转这些滑辊中的至少一个，使光纤受到一种振荡扭摆作用，该振动扭摆引起预制棒与翻转滑辊之间整个光纤长度上的前后扭曲。未涂覆热光纤的这种扭曲，在其组成材料上施加了一个振荡的轴向自旋，且这种自旋随后会在光纤冷却时被凝固在光纤中。光纤中有意加入的这种呈自旋关系变化的应力，将在所载信号的正交偏振模之间产生连续的模式耦合，从而抑制了两个模之间的明显位相滞后积累，并随之显著地减小了光纤的偏振模色散PMD。本专利技术的一个目的是提供另一种能够生产具有较小偏振模色散光纤的方法。尤其本专利技术的一个目的是，减小偏振模色散的具体装置不必与光纤有机械接触。而且本专利技术另一个目的是，使所用的另一种方法更便宜，且更便于装配到现有的光纤拉制设备中去。更为具体地讲，本专利技术的一个目的提供一种光纤，其中显著减少的偏振模色散是借助于一种机构实现的，而不是在光纤中存在着呈自旋关系变化的机械应力。本专利技术的这些目的和其他目的，是通过本专利技术的制造具有掺杂芯部分和一外围光学包层的光纤的方法而实现的，该方法的步骤包括，从二氧化硅预制棒的熔融端拉制光纤，并沿着对其涂覆保护外套的装置移动该光纤，其特征在于在涂覆步骤之前，移动的光纤受到非均匀调制的光化学辐射辐照，从而使光纤芯部分的折射率产生随其纵向位置而变的不规则变化。本文中，“二氧化硅”一词主要是指非晶体或晶体、合成或天然的SiO2之中的任意—种；本领域的普通技术人员可以理解为这样的二氧化硅通常包含较少量的特定掺杂(比如氟或锗等等)，以改善其折射率。本文所用的“光化学辐射”一词应理解为诸如紫外(UV)辐射、X-射线、电子束等，以及较短波长的可见电磁辐射，如绿光或蓝光等这类辐射形式。在本文中，这样的辐射当其强度，波长或粒子能量密度，无论是直接来自于其辐射源还是用附加一个瞬时可调的遮挡或偏移装置，(如光闸)的办法，而发生瞬变时，即视为其被“调制”了。当相邻的两个最大值的瞬时间隔不为常数时，这样的调制被认为是非均匀的，所以沿着光纤芯的基本长度方向上的相应折射率变化也不是等间隔的。应该理解，本专利技术的在光化学辐射下曝光，适宜从预制棒开始沿着所拉制光纤的整个长度(一般在100km量级)进行；或者至少沿着一组基本长度(10-100m量级)的分段部分，并可能有夹杂的未辐照光纤部分。从更为深入的角度来看，本专利技术提出当在适当能量的电化学辐射下曝光时，光纤芯部分中掺杂物的电子结构可以被改变，其方式是局部地增加其受辐射部分的掺杂芯材料折射率的方式。当这种局部折射率变化沿着光纤芯的长度以非均匀间隔分布时(根据本专利技术)，它们会引起芯內传播的信号其不同的偏振模之间不断发生模式耦合，随之大大地减小偏振模色散。由于本专利技术的辐射引起了芯部分折射率nco的局部增加，且由于nco总是大于外围光纤包层部分的ncl，所以总能保持光纤芯部分中发生全内反射的基本条件nco＞ncl。作为具体的实例，在整个二氧化硅芯分布有二氧化锗掺杂的情况下，用光化学辐射对基态锗原子进行辐射，能导致部分地产生稳定的锗(1)和锗(2)受激态，因此所得的原子数之比值一锗锗(1)锗(2)取决于所用的光化学辐射具体类型。其结果是，锗掺杂的光纤芯部分折射率增加。在《SPIE联合会学报(Conference Proceedings)》Vo1.1373(1990)中，由Russell等人撰写的题为“纤维光源与放大器”(第126-139页)的文章，对此过程有更为详细的描述。其电子结构可以用光化学辐照改良的其它掺杂，包括如P(磷)和Al(铝)。其特殊优点是，产生本专利技术辐射的装置不必与光纤机械接触，并且可以组装成很紧凑的形式(比如激光束、弧光灯或热离子枪等等)。前文所述的涂覆装置，可以是适用于光纤制造领域的任意一种类型的。比如，这种装置可以包括一个腔室，移动的光纤被引导通过其中，且一种烃化物反应气体被引入其內，该腔室进一步具有用于使光纤保温的加热装置(如传导或微波加热装置)，从而加快光纤表面上固态烃化物层的(气相)沉积速度。由于所用的光化学辐射受到光纤保护层的吸收，所以在涂覆步骤之前做本专利技术的辐照处理。在本专利技术辐照处理的过程中，按规定光纤不必是软的或热的。另一方面，如果光纤在拉制后短时间保持一定热量，将不妨碍本专利技术的方法， 除非光纤的温度高到足以引起掺杂物受激状态去活(比如受UV辐照的锗掺杂情况下，约700℃时发生)。根据本专利技术，当dm＜LP时，可以很有效地减小偏振模色散，其中dm是增大的nco其相邻定位的环之间的平均纵向间隔。优选地，dm比1p小几倍；例如，如果1p≌2米，则dm应适宜有约1米的最大值(但不是必需的)，而且大约0.3-0.4米的取值更为有利(每个拍长大约五个调制)。当然，所得的dm值取决于光纤移动的线速度Vf和光化学辐射的平均调制时间tr。例如，如果Vf＝10米/秒，为了使dm＝0.5米tr必需取0.05秒的值。应当注意，“平均值”一词在本文是指，光纤基本长度(如100米)或基本时间间隔(如10秒)内的算术平均值。尽管原则上不同种类的光化学辐射都适用于本专利技术的方法，但是采用电磁辐射可以是一个实用的优选种类，因为它可以从便宜的小型源中方便且高密度地产生出来，而且可以容易地用诸如光闸或脉冲电源等进行调制。尤其是，本专利技术人用随机脉冲强度的激光光源发出的UV或蓝/绿光，在掺锗二氧化硅光纤中已取得了非常满意的减小偏振模色散的效果。在此UV光被理解为有230-260nm范围的波长，而且优选的是大约244 nm的取值，而蓝/绿光应认为是有460-520nm范围的波长，其优选的取值为488或514nm的近似值。除了这种随机脉冲光化学辐射之外，根据本专利技术还有其他几种可以获得所需非均匀调制的方法。例如，这些调制可以采取以下任意一种形式(1)恒定振幅的方波、三角波或正弦波，其频率以随机方式受到调制；(2)不等瞬时间距的交变双脉冲或三脉冲；(3)具有至少两个周期P1和P2的方波函数重叠，其中P1/P2的比值不为整数。所列的例子不是穷尽，而仅仅是为说明的目的而给出的。就改变芯掺杂电子结构的辐射机理的统计规律而言，所用光化学辐射选用的强度将取决于tr的值和光纤芯部分中的掺杂的浓度。本领域普通技术人员应能够在给出的生产条件下，将所用的辐射强度调整到特定的参数。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：R·E·M·吉尔曼，
申请(专利权)人：等离子光纤维股份有限公司，
类型：发明
国别省市：