装有掺以稀土或过渡金属的光纤的产品制造技术

以二氧化硅为主要原料掺以Ｇｅ、Ａｌ和稀土元素杂质的光纤对氢引起的衰减变化非常敏感。其损耗增加的速率在２０℃时是普通单模光纤的１０倍。二氧化硅为主要原料掺过渡金属杂质的光纤，其氢引起的衰减变化也大。为减少光纤衰减变化，本发明专利技术加设吸氢物质和／或“气密性”光纤被覆层，以基本上消除这种变化。较好的作法是设能吸氢的二氧化硅包层材料，并加设“气密性”光纤包层。还公开了将光纤连同吸气物质装入气密的封闭箱中。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及装有掺杂Ge、Al和稀土金属(例如Er)或过渡金属(例如Cr)的光纤制品，包括通信系统在内。大多数现行和预期的光纤通信系统都采用以二氧化硅为主要原料的光纤，一般是纤芯为掺杂以Ge的单模光纤。在家知道这类光纤暴露在H2气氛中时会增加光纤中信号辐射的衰减幅度。但在一般工作条件下，这类H2引起的损耗对一般以二氧化硅为主要原料掺以Ge杂质的单模光纤来说并不是大问题。参看例如A.Tomita等人在1985年第21卷的Electronics Letters第71页上发表的文章，该文章预计，经20年之后，光纤在1.3和1.55微米波发射的衰减损耗小于0.01分贝/千米。还可以参看，P.Jemaire等人在1984年在德国斯图加特举行的第十届光通信欧洲会议的会议科研报告集上发表的文章，该文章揭示了“传统的”含Ge P和/或垢单模光纤对光纤因在高温下暴露在氢气氛中而形成的OH的抵抗力极强，但……“掺以氧化铝杂质的光纤则反应很快，形成Al-OH”大家还知道，光纤可以配备H2和H2O基本上渗不进去的被覆层。参看，例如，美国专利5，000，541。之类“气密性”光纤用在油井测井或海底系统中有利。该美国专利还公开了利用“吸气剂”部分来吸收扩散入光纤包层材料的氢，从而使氢达不到光学作用部位(这包括纤芯和可能的话包壳层紧挨纤芯的次要部分。还可参看P.J.Lemaire等人在1990年第172卷的Materials Reseach Society Symposium Proceedings第85页上发表的文章，该文章在第96页上特别公开了”……H2在气密式光纤的非光学作用部位所起的应在可有利地加发利用来清除可能存在的痕量氢，从而进一步改进光纤的可靠性”。P.J.Lemaire等人在美国科罗拉多州博尔德美国科学技术协会1990年9月出版的792号特刊有关光纤测量的技术文摘专题讨论会上特别公开了氢在带有反应(吸气)部分的气密式光纤中扩散的模型，并展示了传统光纤的实验结果。美国专利5，059，229提出了“瞬态氢敏感性衰减现象”并公开了在拉制炉有含氢气体的情况下从预成型坯垃制光纤的作法。A.Oyobe等人在1992年2月在美国加利福尼亚州桑迪哥举行的光纤通信会议出版的《技术文摘》中公开了一种紧密气密式掺铒光纤(掺杂铒的锗-二氧化硅中芯，锗Ge-二氧化硅侧芯和掺铁的锗-二氧化硅包层)。为防止200米长的光纤机械疲劳，加设了气密气的碳被覆层。这种图形光纤是为用在小巧的光纤放大器而设计的。在家知道，掺Er杂质的放大器光纤可以同时再掺以Al杂质。尤其是一般认为，中心纤芯中有氧化铝可以使该部位的Er掺杂水平高于不含Al的光纤。参看例如美国专利5，058，976。本专利技术的范围如权利要求书中所限定的那样。本专利技术的一些实施例涉及我们这样的一个意外发现;以二氧化硅为主要原料掺以Ge、Al杂质并掺以稀土(RE;原子序数57-71)元素杂质的光纤(为简单起见，这类光纤以下称之为“掺RE杂质”光纤，若RE为Er，则这类光纤称之为“掺Er杂质”光纤)比在其它方面完全相同但不含Re和Al的光纤在对氢引入的衰减变化的敏感性方面高许多倍。举例说，我们发现，在某些情况下，某些掺Er杂质的光纤在氢引起的损耗增加速率方面在20℃下是一般以氧化硅为主要原料的单模光纤的106倍。这可与只掺以Al杂质、以二氧化硅为主要原料的光纤相比较。这种光纤因氢引起的损耗比一般光纤大，但比掺Re杂质的光纤小得多。通信系统中光放大器光纤的长度比系统中普通光纤的长度小得多(例如，每30千米只有30米的放大器光纤)。因此，初看起来，新发现的掺RE杂质的光纤对H2引起的损耗的敏感性看来不会构成大问题，因为有问题的只是光纤总长的0.1%左右，且因为一般说来来抽运的放大器光纤中的信号衰减相对比较大。然而，由于掺RE杂质的光纤非常容易遭受因H2所引起的损耗，因而每一放大器段的衰减可能会达到1-10分贝的数量级。这当然就等于放大器的增益下降到大致同样的量，即放大水平的变化很大。(熟悉本
的行家们都知道，在一般光放大光纤通信系统中，每段放大器段的增益预计在10-30分贝左右)。增益如此之大的变化往往实际通信系统中(例如在洲际海底光纤通信系统中)是不能容许的。本专利申请除报道此重大意料之外的问题外，还公开了解决这个问题的方法。最近我们相信，以二氧化硅为主要原料掺以过渡金属杂质的(掺或不掺Al的)光纤看来也对因H2引起的损耗非常敏感。这类光纤对衰减器有用。显然，衰减器的损耗值应不变，且不应受到氢的影响而变化。这里所公开的解决方法也适用于掺过渡金属杂质的光纤。一般说来，本专利技术的一个实施例涉及一种这样的产品或系统(总起来叫“产品”)，该产品有一定长度以二氧化硅为主要原料的第一光纤，该第一光纤有一个纤芯区和围绕着纤芯区的包层区，所述纤芯区含有Ge、Al和选自稀土元素(原子序数57-71)的一种元素。该产品还包括减少氢原子或分子数装置，用以减少从第一光纤的包层区进入纤芯区的氢原子或分子(总起来叫“原子”)的数目，这表现在在产品工作波长下氢引起的光衰减变化速率比起没有所述装置的另一个同样的产品起码降低90%。这类装置的例子有含有能吸收氢气的物质的适当光纤被覆层和/或装置。衰减变化速率一般是在产品有关的工作温度下进行比较的。在另一实施例中，第一光纤的纤芯区含有例如选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag和Au的过渡金属。一般说来，纤芯区还含有Ge，还可以含铝或其它一般的掺杂剂。“吸收”一词，这里我们是指由缺陷(一般但不一定非要在光纤的非光学作用部位)的吸收，或由光纤外部形成氢化物的物质或溶解氢的物质的吸收。前者涉及氢在光纤玻璃缺陷处的快速反应，从而使该反应不致在有关波长下引起损耗有害的变化。这一般是通过将有缺陷的部位安置在远离光纤导光(光作用)区实现的，但也可以通过在光作用区形成与氢反应时其引起损耗的因素不致变化的缺陷来实现。本专利技术的产品可以是象光纤放大器或光纤衰减器一类的元件，也可以是装有这类元件的系统。举例说，这种系统装有适宜提供波长为λS(工作波长)的光信号的信号发生装置、适宜接收光信号且与信号发生装置间隔一段距离的信号检测装置和传送信号时与信号发生装置和检测装置相连接的光纤装置。举例说，该系统还装有小和小于λS的辐射源和将泵辐射耦合入第一光纤的耦合装置。在本专利技术的一个实施例中，第一光纤的至少一部分封闭在基本上密封的外壳中，外壳中还装有一定量的吸氢材料(例如，形成氢化物或吸收氢的金属、合金、金属互化物或金属有机化合物，一般呈大表面积的形式，例如粉状或多孔疏松材料)。在另一个实施例中，围绕第一光纤纤芯的包层材料包括能吸收氢的玻璃。在一些最佳实施例中，包层基本上由能吸收氢的二氧化硅组成。我们发现，有些市面出售的熔融二氧化硅(例如HeraeusF300二氧化硅管和通用电气公司出品的982WGY波导优质熔融石英管)在光纤经过一般的处理之后能起氢吸收剂的作用，而其它市面上出售的熔融二氧化硅(例如某些火焰熔化处理的天然石英管)不仅通常不是吸气物质而且甚至起氢施体的作用。因此，熔融二氧化硅或外包层的适当选择是本专利技术的一个方面。但包层材料不一定要从现有的熔融二氧化硅衬底和/或外包管获取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装有光纤装置的产品，该光纤装置包括以二氧化硅为主要原料的第一光纤（例如３３），该第一光纤有一个纤芯和围绕纤芯的包层，该第一光纤的纤芯。ｉ）含有Ｇｅ、Ａｌ和选自由稀土元素（原子序数５７－７１）组成的元素群的一个元素；或ｉｉ）含有一种过渡金属元素；与所述产品有关的是工作波长和工作温度；其特征在于：所述产品含有用以将第一光纤中在工作波长和工作温度下因氢引起的光衰减速率起码降低９０％的第一装置，该降低百分率是与其它方面完全相同但不含所述装置的产品中的速率相比较的基础上说的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈成浩，KL沃克，PJ勒梅尔，
申请(专利权)人：美国电话及电报公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]