ОДНОМОДОВОЕ ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК G02B6/22 C03B37/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу изготовления одномодового оптического волокна для оптической связи. В частности, настоящее изобретение относится к способу изготовления одномодового оптического волокна, которое обладает низкими потерями в диапазоне длин волн 1380 нм и превосходной стойкостью к воздействию водорода.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

За последнее время произошли значительные усовершенствования технологии в области систем передачи на основе мультиплексирования с разделением по длине волны (или, иначе говоря, со спектральным уплотнением), обусловленные увеличением потока информационного обмена. Для увеличения пропускной способности важно обеспечить расширение имеющегося спектрального диапазона. В настоящее время в качестве спектрального диапазона, в котором может быть осуществлено усиление сигнала посредством оптического волокна, легированного эрбием, используют С-полосу (окно пропускания) или L-полосу. В качестве формы реализации более широкого спектрального диапазона в настоящее время осуществляют разработку оптического волокна, легированного тулием, в котором усиление может быть выполнено в диапазоне S-полосы, и рамановского усилителя на основе комбинационного рассеяния, в котором усиление может быть выполнено на любой длине волны. В результате становится возможным осуществлять усиление во всех диапазонах, соответствующих областям низких потерь в оптических волокнах, следовательно, возникает необходимость получения оптического волокна, имеющего область низких потерь во всех спектральных диапазонах.

Оптическое волокно имеет область низких потерь в диапазоне длин волн от 1200 нм до 1600 нм и большой пик или максимум потерь в диапазоне длин волн 1380 нм, обусловленный наличием гидроксильного иона (ОН). Наличие такого пика потерь обусловлено материалом, из которого сформировано оптическое волокно. Оптическое волокно изготавливают из кварцевого стекла (т.е. стекла на основе диоксида кремния), имеющего сетчатую структуру, в которой молекулы SiO₂ соединены случайным образом в виде трехмерной структуры. При наличии в сетчатой структуре примесей или дефектов происходит возникновение новых и разрывы старых связей, следовательно, эти факторы приводят к поглощению оптического излучения. Путем оценочных вычислений такого поглощения оптического излучения было получено, что потери на длине волны 1380 нм могут быть вызваны гидроксильным ионом (ОН), существующим в кварцевом стекле. Поэтому чем больше количество содержащихся в нем гидроксильных ионов (ОН), тем больше величина потерь, возникающих на длине волны 1380 нм.

Поскольку пик потерь является широким, то спектральные диапазоны по обе стороны от пика потерь не могут быть использованы для оптической связи. С практической точки зрения существует возможность реализации оптической связи в широком спектральном диапазоне в том случае, если в спектральном диапазоне 1380 нм может быть получена величина потерь ниже 0,31 дБ/км.

В заявке на патент Японии, впервые опубликованной под № Hei 11-171575, раскрыто, что потери в спектральном диапазоне 1380 нм, вызванные наличием ОН, можно понизить путем регулировки значения отношения диаметра оболочки к диаметру сердцевины (отношения D/d) в пределах определенного интервала значений.

Существует возможность изготовления оптического волокна, обладающего потерями менее 0,33 дБ/км на длине волны 1380 нм, посредством использования способа, который раскрыт в заявке на патент Японии, опубликованной под № Hei 11-171575. Этот способ относится к способу изготовления оболочки с использованием основы, выполненной в виде трубки из кварцевого стекла, а преимущество этого способа состоит в снижении стоимости изготовления посредством использования основы, выполненной в виде трубки из кварцевого стекла.

Однако существовала проблема, обусловленная наличием пузырей, остающихся между стержнем сердцевины и трубкой из кварцевого стекла.

К тому же качество оптических волокон зависит от таких факторов, как, например, концентрация ОН или кривизна трубки из кварцевого стекла, поэтому существовала проблема необходимости обеспечения постоянного и чрезвычайно жесткого контроля качества. В результате это приводило к уменьшению производительности (коэффициента выхода годных изделий) и, следовательно, к увеличению себестоимости. К тому же даже в том случае, когда исходные потери в спектральном диапазоне 1380 нм были низки, существовала проблема, состоящая в том, что потери возрастали вследствие диффузии водорода извне. Однако до настоящего времени не существовало надлежащих мер противодействия такому явлению.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение было создано с учетом вышеуказанных проблем. Целью настоящего изобретения является создание способа изготовления одномодового оптического волокна, которое обладает более низкими исходными потерями в спектральном диапазоне 1380 нм и может поддерживать более низкий уровень потерь в спектральном диапазоне 1380 нм, чем в обычном оптическом волокне, даже в случае проникновения водорода извне за счет диффузии.

Для решения вышеуказанных проблем согласно первой особенности настоящего изобретения предложен способ изготовления одномодового оптического волокна, включающий в себя стадию, в ходе которой изготавливают стеклянный стержень, имеющий сердцевину, в которой показатель преломления является более высоким, и первую часть оболочки, в которой показатель преломления является более низким, чем в сердцевине; стадию, в ходе которой осуществляют осаждение, например, частиц SiO₂ из газовой фазы на (вокруг) внешнюю периферию (т.е. окружную периферийную поверхность) стеклянного стержня для формирования второй части оболочки и спекают (отжигают) стеклянный стержень для изготовления стеклянной заготовки; и стадию, в ходе которой выполняют операцию вытягивания стеклянной заготовки для изготовления оптического волокна; причем значение D/d, т.е. отношение диаметра D первой части оболочки к диаметру d сердцевины, находится в интервале от 4,0 до 4,8; концентрация ОН в сердцевине, в первой части оболочки и во второй части не превышает 0,1 миллионной доли.

Посредством этого способа можно в еще большей степени уменьшить количество пузырей, возникающих на границе раздела между сердцевиной и оболочкой или между первой частью оболочки и второй частью оболочки, по сравнению с тем случаем, в котором в качестве основы используют трубку из кварцевого стекла. Легко выполнить обезвоживание пористой сажи (т.е. слоя ультрадисперсных осажденных частиц диоксида кремния), с образованием которой осуществляют осаждение из газовой фазы; следовательно, существует возможность управления или регулировки желательным образом концентрации ОН. К тому же, поскольку трубку из кварцевого стекла не используют, то не возникает проблем, обусловленных изгибом стержня сердцевины и оболочки, выполненной в виде трубки из кварцевого стекла; соответственно, увеличивается производительность (коэффициент выхода годных изделий). Следовательно, существует возможность создания одномодового оптического волокна, имеющего низкую себестоимость.

Согласно второй особенности настоящего изобретения предложен способ изготовления одномодового оптического волокна, отличающийся тем, что содержит: стадию, в ходе которой изготавливают стеклянный стержень, имеющий сердцевину, в которой показатель преломления является более высоким, и первую часть оболочки, в которой показатель преломления является более низким, чем в сердцевине; стадию, в ходе которой осуществляют осаждение, например, частиц SiO₂ из газовой фазы на (вокруг) внешнюю периферию (т.е. окружную периферийную поверхность) стеклянного стержня для создания второй части оболочки и спекают (отжигают) стеклянный стержень для изготовления стеклянной заготовки; и стадию, в ходе которой выполняют операцию вытягивания стеклянной заготовки для изготовления оптического волокна; причем значение D/d, т.е. отношение диаметра D первой части оболочки к диаметру d сердцевины, удовлетворяет условию D/d>4,8; концентрация ОН в сердцевине и в первой части оболочки не превышает 0,1 миллионной доли; а концентрация ОН во второй части оболочки не превышает 100 миллионных долей.

Согласно третьей особенности способа изготовления одномодового оптического волокна такое волокно имеет в спектральном диапазоне 1380 нм исходные потери, не превышающие 0,31 дБ/км, а после диффузии водорода потери в спектральном диапазоне 1380 нм составляют 0,35 дБ/км.

В этом случае пик (потерь) в спектральном диапазоне 1380 нм становится малым, и оба края спектрального диапазона могут быть использованы для оптической связи. К тому же, поскольку можно поддерживать потери в спектральном диапазоне 1380 нм после диффузии водорода ниже 0,35 дБ/км, существует возможность поставлять одномодовое оптическое волокно, обладающее низкими потерями в спектральном диапазоне 1380 нм при наличии диффузии водорода и имеющее низкую себестоимость.

Согласно четвертой особенности способа изготовления одномодового оптического волокна в процессе вытягивания, применяемом для изготовления оптического волокна, операцию вытягивания стеклянной заготовки выполняют с использованием устройства вытягивания, снабженного устройством отжига.

Посредством этого способа можно поддерживать низкий уровень концентрации возникающего радикала SiO•. Следовательно, существует возможность изготовления такого одномодового оптического волокна, в котором потери в спектральном диапазоне 1380 нм не возрастают даже при проникновении водорода за счет диффузии с внешней стороны (извне) оптического волокна, что обеспечивает его работоспособность и надежность в течение длительного периода времени.

Согласно пятой особенности способа изготовления одномодового оптического волокна устройство отжига содержит печь с наклонной зоной нагрева и трубкой отжига.

Согласно шестой особенности способа изготовления одномодового оптического волокна в устройстве отжига газовая среда для отжига представляет собой любую из следующих сред: воздух, аргон (Аr), азот (N₂) или их смесь.

Согласно седьмой особенности настоящего изобретения одномодовое оптическое волокно изготавливают посредством способа изготовления в соответствии с любой из вышеуказанных особенностей настоящего изобретения с первой по шестую.

Как объяснено выше, согласно настоящему изобретению путем формирования стеклянной заготовки посредством осаждения из газовой фазы SiO₂, образующего собой вторую часть оболочки вокруг наружной стороны внешней окружной периферийной поверхности стеклянного стержня, содержащего сердцевину и первую часть оболочки, может быть создано оптическое волокно путем выполнения операции вытягивания стеклянной заготовки. Следовательно, существует возможность в еще большей степени уменьшить количество пузырей, возникающих на границе раздела между сердцевиной и оболочкой или между первой частью оболочки и второй частью оболочки, по сравнению с тем случаем, в котором в качестве основы используют трубку из кварцевого стекла. К тому же, поскольку легко выполнить обезвоживание так называемой "белой сажи", т.е. пористого слоя ультрадисперсных осажденных частиц диоксида кремния, на который осуществляют осаждение из газовой фазы, то можно создать оптическое волокно путем регулировки желательным образом концентрации содержащихся в нем гидроксильных ОН-ионов. К тому же, поскольку трубку из кварцевого стекла не используют, то не возникает проблем, обусловленных изгибом стержня сердцевины и трубки из кварцевого стекла, которая образует собой оболочку. Поэтому можно увеличить производительность (коэффициент выхода годных изделий), следовательно, можно осуществить изготовление одномодового оптического волокна с низкой себестоимостью.

К тому же оптическое волокно изготавливают таким образом, чтобы значение отношения D/d, т.е. отношения диаметра D первой части оболочки к диаметру d сердцевины, находилось в интервале от 4,0 до 4,8, а концентрация ОН в сердцевине, в первой части оболочки и во второй части оболочки не превышала 0,1 миллионной доли; чтобы значение отношения D/d, т.е. отношение диаметра первой части оболочки к диаметру сердцевины, удовлетворяло условию D/d>4,8, концентрация ОН в сердцевине и в первой части оболочки не превышала 0,1 миллионной доли, а концентрация ОН во второй части оболочки не превышала 100 миллионных долей. Следовательно, существует возможность поддерживать такие исходные потери в спектральном диапазоне 1380 нм, которые не превышают 0,31 дБ/км. К тому же, поскольку пик (максимум потерь) в спектральном диапазоне 1380 нм становится малым, то появляется возможность использования диапазонов, находящихся по обе стороны от этого пика, для оптической связи.

К тому же, поскольку существует возможность ограничить потери в спектральном диапазоне 1380 нм таким образом, чтобы после диффузии водорода они не превышали 0,35 дБ/км, то можно поставлять одномодовое оптическое волокно, обладающее низкими потерями в спектральном диапазоне 1380 нм даже при наличии диффузии водорода и имеющее низкую себестоимость.

К тому же на стадии вытягивания, осуществляемой путем выполнения операции вытягивания с использованием устройства вытягивания, содержащего устройство отжига, можно ограничить генерацию радикала SiO• таким образом, чтобы обеспечить низкий уровень его содержания. Поэтому происходит лишь небольшое возрастание потерь в спектральном диапазоне 1380 нм, обусловленных наличием водорода, даже в том случае, когда водород проникает за счет диффузии с внешней стороны оптического волокна, следовательно, существует возможность создания одномодового оптического волокна, которое сохраняет работоспособность и надежность в течение длительного периода времени.

К тому же исходные потери в одномодовом оптическом волокне, которое создано посредством вышеуказанного способа изготовления, не превышают в спектральном диапазоне 1380 нм величины в 0,31 дБ/км, а их пик в спектральном диапазоне 1380 нм может быть малым. Следовательно, для оптической связи можно использовать обе стороны спектрального диапазона. К тому же, поскольку существует возможность ограничения потерь в спектральном диапазоне 1380 нм таким образом, чтобы после диффузии водорода они не превышали 0,35 дБ/км, то оптическую связь в спектральном диапазоне 1380 нм можно осуществлять с низкими потерями даже при наличии диффузии водорода.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 изображен вид поперечного сечения стеклянной заготовки, из которой создают одномодовое оптическое волокно согласно настоящему изобретению.

На фиг.2 изображен пример устройства вытягивания, которое используют в способе изготовления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.

На фиг.3 изображен другой пример устройства вытягивания, которое используют в способе изготовления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.

На фиг.4 изображен пример обычного устройства вытягивания.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже приведено пояснение настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.

На фиг.1 изображен вид поперечного сечения стеклянной заготовки, из которой создают одномодовое оптическое волокно согласно настоящему изобретению.

На фиг.1 номером 1 обозначена сердцевина, которая имеет высокий показатель преломления. Номером 2 обозначена первая часть оболочки, которая находится вокруг внешней периферии (окружной периферийной поверхности) сердцевины 1 и имеет более низкий показатель преломления, чем сердцевина 1. Номером 3 обозначена вторая часть оболочки, имеющая такой же показатель преломления, как и первая часть 2 оболочки.

Ниже приведено описание способа изготовления стеклянной заготовки и оптического волокна, которое создают путем выполнения операции вытягивания стеклянной заготовки.

Сначала получают пористую сажу, т.е. слой ультрадисперсных осажденных частиц диоксида кремния, содержащую сердцевину 1, имеющую высокий показатель преломления, и первую часть оболочки, имеющую более низкий показатель преломления, чем показатель преломления сердцевины 1, посредством использования обычного устройства осевого осаждения из газовой фазы (ниже именуемого устройством ООГФ (от англ. Vapor phase axial deposition (VAD)). Сердцевину 1 получают путем осаждения частиц GeO₂ и частиц SiO₂. Первую часть 2 оболочки получают путем осаждения частиц SiO₂. Разность А показателей преломления сердцевины 1 и первой части 2 оболочки в предпочтительном варианте должна составлять от 0,3% до 0,4%. Значение D/d, которое представляет собой отношение диаметра первой части 2 оболочки (имеющей диаметр D) к диаметру сердцевины 1 (имеющей диаметр d), в предпочтительном варианте должно превышать 4,0. Причина того, почему значение отношения D/d в предпочтительном варианте должно иметь именно такое значение, состоит в следующем.

В том случае, когда отношение D/d принимает значение в интервале от 4,0 до 4,8, существует возможность ограничения исходных потерь в спектральном диапазоне 1380 нм таким образом, чтобы они не превышали 0,31 дБ/км, путем ограничения концентрации ОН во второй части 3 оболочки величиной, не превышающей 0,1 миллионной доли. В том случае, когда значение D/d удовлетворяет, например, условию D/d>4,8, существует возможность ограничения потерь в спектральном диапазоне 1380 нм таким образом, чтобы они не превышали 0,31 дБ/км, причем для этого не нужно выполнять обезвоживание с использованием газообразного хлора, поскольку это оказывает лишь незначительное воздействие вследствие концентрации ОН во второй части 3 оболочки.

Как было объяснено выше, в том случае, если существует возможность такого ограничения потерь в спектральном диапазоне 1380 нм, чтобы они не превышали 0,31 дБ/км, можно реализовать оптическую связь с использованием более широкого спектрального диапазона.

Однако, если для значения D/d выполняется условие D/d<4,0, то исходные потери в спектральном диапазоне 1380 нм превышают 0,31 дБ/км даже в том случае, если концентрация ОН во второй части 3 оболочки ограничена величиной, не превышающей 0,1 миллионной доли, а значит, цели настоящего изобретения не могут быть достигнуты.

Как описано выше, предпочтительным вариантом является тот, в котором значение отношения D/d, представляющего собой отношение диаметра D первой части 2 оболочки к диаметру d сердцевины 1, должно находиться в интервале от 4,0 до 4,8, и в котором концентрация ОН в сердцевине 1, в первой части 2 оболочки и во второй части 3 оболочки не должна превышать 0,1 миллионной доли.

Другим предпочтительным вариантом является тот, в котором значение отношения D/d, посредством которого обозначают отношение диаметра D первой части 2 оболочки к диаметру d сердцевины 1, должно удовлетворять соотношению D/d>4,8, концентрация ОН в сердцевине 1 и в первой части 2 оболочки не должна превышать 0,1 миллионной доли, а концентрация ОН во второй части 3 оболочки не должна превышать 100 миллионных долей.

После этого осуществляют обезвоживание и спекание пористой сажи, т.е. слоя ультрадисперсных осажденных частиц для создания стеклянного стержня. При этом, если значение D/d находится в диапазоне от 4,0 до 4,8, то операцию обезвоживания выполняют в среде газообразного хлора или в смешанной среде из газообразного хлора и газообразного кислорода. Операцию спекания также выполняют в среде из газообразного гелия при температуре 1450°С.

Вторую часть 3 оболочки формируют путем выполнения осаждения частиц SiO₂ из газовой фазы на внешнюю сторону вышеуказанного стеклянного стержня. Толщину второй части 3 оболочки задают в соответствии с тем диаметром, с которым создают стеклянный стержень. Например, если диаметр оптического волокна составляет 125 микрометров (мкм), то осаждение частиц SiO₂ из газовой фазы на внешнюю сторону заготовки может быть выполнено таким образом, чтобы толщина второй части 3 оболочки была равна 43 мкм или менее. Когда толщина второй части 3 оболочки превышает 43 мкм, то это не является предпочтительным, поскольку при этом возрастают исходные потери в спектральном диапазоне 1380 нм.

В том случае, если согласно значению D/d необходимо выполнять обезвоживание, то обезвоживание стеклянного стержня, на внешнюю сторону которого выполнено осаждение второй части 3 оболочки из газовой фазы, осуществляют в среде из газообразного хлора или в смешанной среде из газообразного хлора и газообразного кислорода. Операцию спекания для создания стеклянной заготовки выполняют в среде из газообразного гелия при температуре 1450°С.

После этого создают оптическое волокно путем выполнения операции вытягивания стеклянной заготовки. В том случае, если вытягивание осуществляют быстро, например если скорость вытягивания составляет 600 метров в минуту (м/мин) или более, сразу же после операции вытягивания выполняют охлаждение оптического волокна. Поэтому предпочтительным вариантом является тот, в котором используют устройство вытягивания, содержащее устройство отжига, расположенное на выходе из печи для вытягивания.

Пример устройства вытягивания, которое используют в этом процессе вытягивания, изображен на фиг.2 и фиг.3.

На фиг.2 номером 10 обозначена печь для вытягивания. Посредством нагревателя 12 в печи 10 для вытягивания выполняют операцию вытягивания стеклянной заготовки 11, в результате которой получают оптическое волокно 13 без покрытия. После охлаждения оптического волокна 13 без покрытия в трубке 14 отжига на оптическое волокно 13 без покрытия наносят полимер посредством устройства нанесения полимера, в результате чего получают одну прядь или жилу оптического волокна. На поверхности трубки 14 отжига сформировано отверстие 15 для подачи газа. В качестве охлаждающегося газа может быть использован воздух, аргон (Аr), азот (N₂) или смесь любых из этих газов.

К тому же устройство вытягивания, изображенное на фиг.3, вместо трубки 14 отжига, которая показана на фиг.2, снабжено печью с наклонной зоной 16 нагрева для охлаждения сердцевины 13 оптического волокна. Посредством каждого из номеров позиций на фиг.3 обозначены устройства, которые обозначены тем же самым номером позиции на фиг.2. Предпочтительным вариантом является тот, в котором печь с наклонной зоной 16 нагрева поддерживает более низкую температуру, чем температура нагревателя 12 в узле печи 10 для вытягивания, например от 400°С до 1800°С. Наиболее предпочтительным вариантом является тот, в котором наклонная печь может изменять температуру в различных зонах, имеющихся внутри нее.

В отличие от этого, на фиг.4 изображена обычная печь для вытягивания, в которой отсутствует устройство отжига. Посредством каждого из номеров позиций на фиг.4 обозначены устройства, которые обозначены тем же самым номером позиции на фиг.2. При использовании подобной печи для вытягивания, в которой отсутствует устройство отжига, эффект отжига оказывается недостаточным, и радикалы SiO• остаются в оптическом волокне. Следовательно, после диффузии водорода возрастают потери в спектральном диапазоне 1380 нм.

После создания оптического волокна вышеуказанным способом оптическое волокно подвергают воздействию газообразного водорода с парциальным давлением 0,01 атмосферы в течение десяти дней. Затем выполняют измерение потерь после диффузии водорода. В том случае, если потери в спектральном диапазоне 1380 нм после диффузии водорода не превышают 0,35 дБ/км, то не возникает никаких проблем при реализации оптической связи с использованием широкого спектрального диапазона. Однако если потери в спектральном диапазоне 1380 нм после диффузии водорода превышают 0,35 дБ/км, то достижение первоначальной цели настоящего изобретения невозможно.

Ниже приведены примеры одномодового оптического волокна, созданного посредством вышеуказанного способа изготовления.

Пример 1

Была изготовлена стеклянная заготовка, в которой отношение D/d, посредством которого обозначают отношение диаметра D первой части 2 оболочки к диаметру d сердцевины 1, равно 4,3, а концентрация ОН во второй части 3 оболочки не превышает 0,1 миллионной доли. После этого было изготовлено одномодовое оптическое волокно путем операции вытягивания с использованием устройства вытягивания, снабженного устройством отжига. Потери в спектральном диапазоне 1380 нм составляли 0,285 дБ/км. Это значение является меньшим, чем 0,31 дБ/км; поэтому промежуточное значение потерь в спектральном диапазоне 1380 нм является приемлемым. Также было выполнено измерение потерь в спектральном диапазоне 1380 нм после воздействия водородом. В результате потери составляли 0,320 дБ/км. Это значение является меньшим, чем 0,35 дБ/км, поэтому потери в спектральном диапазоне 1380 нм, полученные в качестве конечного результата в примере 1, являются приемлемыми.

Пример 2

Была изготовлена стеклянная заготовка, в которой отношение D/d, посредством которого обозначают отношение диаметра D первой части 2 оболочки к диаметру d сердцевины 1, равно 4,9, а концентрация ОН во второй части 3 оболочки равна 40 миллионным долям или меньше. После этого было изготовлено одномодовое оптическое волокно путем операции вытягивания с использованием устройства вытягивания, снабженного устройством отжига. Потери в спектральном диапазоне 1380 нм составляли 0,308 дБ/км. Это значение является меньшим, чем 0,31 дБ/км, поэтому промежуточное значение потерь в спектральном диапазоне 1380 нм является приемлемым. Также было выполнено измерение потерь в спектральном диапазоне 1380 нм после воздействия водородом. В результате потери составляли 0,341 дБ/км. Это значение является меньшим, чем 0,35 дБ/км; поэтому потери в спектральном диапазоне 1380 нм, полученные в качестве конечного результата в Примере 2, являются приемлемыми.

Пример 1 для сравнения

Была изготовлена стеклянная заготовка, в которой отношение D/d, посредством которого обозначают отношение диаметра D первой части 2 оболочки к диаметру d сердцевины 1, равно 4,1, а концентрация ОН во второй части 3 оболочки не превышает 0,1 миллионной доли. После этого было изготовлено одномодовое оптическое волокно путем операции вытягивания с использованием устройства вытягивания, которое не было снабжено устройством отжига. Потери в спектральном диапазоне 1380 нм составляли 0,292 дБ/км. Это значение является меньшим, чем 0,31 дБ/км, поэтому промежуточное значение потерь в спектральном диапазоне 1380 нм является приемлемым. Также было выполнено измерение потерь в спектральном диапазоне 1380 нм после воздействия водородом. Однако полученные результирующие потери составляли 0,359 дБ/км. Это значение превышает 0,35 дБ/км, поэтому потери в спектральном диапазоне 1380 нм, полученные в качестве конечного результата в примере 1 для сравнения, являются неприемлемыми.

Пример 2 для сравнения

Была изготовлена стеклянная заготовка, в которой отношение D/d, посредством которого обозначают отношение диаметра D первой части 2 оболочки к диаметру d сердцевины 1, равно 3,8, а концентрация ОН во второй части 3 оболочки не превышает 0,1 миллионной доли. После этого было изготовлено одномодовое оптическое волокно путем операции вытягивания с использованием устройства вытягивания, которое не было снабжено устройством отжига. Потери в спектральном диапазоне 1380 нм составляли 0,320 дБ/км. Это значение превышает 0,31 дБ/км; поэтому промежуточное значение потерь в спектральном диапазоне 1380 нм является неприемлемым. Также было выполнено измерение потерь в спектральном диапазоне 1380 нм после воздействия водородом. Однако полученные результирующие потери составляли 0,359 дБ/км. Это значение превышает 0,35 дБ/км; поэтому потери в спектральном диапазоне 1380 нм, полученные в качестве конечного результата в примере 2 для сравнения, являются неприемлемыми.

Пример 3 для сравнения

Была изготовлена стеклянная заготовка, в которой отношение D/d, посредством которого обозначают отношение диаметра D первой части 2 оболочки к диаметру d сердцевины 1, равно 4,3, а концентрация ОН во второй части 3 оболочки равна 35 миллионным долям. После этого было изготовлено одномодовое оптическое волокно путем операции вытягивания с использованием устройства вытягивания, которое не было снабжено устройством отжига. Потери в спектральном диапазоне 1380 нм составляли 0,317 дБ/км. Это значение превышает 0,31 дБ/км, поэтому промежуточное значение потерь в спектральном диапазоне 1380 нм является неприемлемым. Также было выполнено измерение потерь в спектральном диапазоне 1380 нм после воздействия водородом. Однако полученные результирующие потери составляли 0,365 дБ/км. Это значение превышает 0,35 дБ/км, поэтому потери в спектральном диапазоне 1380 нм, полученные в качестве конечного результата в примере 3 для сравнения, являются неприемлемыми.

Результаты, полученные в вышеуказанных примерах, приведены в Таблице 1.

Посредством способа изготовления одномодового оптического волокна, который продемонстрирован в приведенных выше примерах, было изготовлено одномодовое оптическое волокно путем формирования стеклянной заготовки 11, которую создают посредством осаждения из газовой фазы второй части оболочки, выполненной из частиц SiO₂, на внешнюю окружную периферийную поверхность стеклянного стержня, содержащего сердцевину 1 и первую часть 2 оболочки, и операции вытягивания стеклянной заготовки 11. Посредством этого способа изготовления можно значительно уменьшить количество пузырей, возникающих на границе раздела между сердцевиной и оболочкой или между первой частью 2 оболочки и второй частью 3 оболочки. К тому же легко выполнить обезвоживание пористого слоя ультрадисперсных осажденных частиц диоксида кремния, на который осуществляют осаждение из газовой фазы; следовательно, существует возможность создания оптического волокна при регулировании желательным образом концентрации ОН.

К тому же, поскольку трубку из кварцевого стекла не используют, то отсутствует какое-либо воздействие, обусловленное, например, изгибом трубки из кварцевого стекла, которая образует стержень сердцевины или оболочку. Поэтому возрастает производительность (коэффициент выхода годных изделий), и появляется возможность создания одномодового оптического волокна, имеющего низкую себестоимость.

К тому же оптическое волокно изготавливают таким образом, чтобы значение отношения D/d, т.е. отношения диаметра D первой части 2 оболочки к диаметру d сердцевины 1, находилось в интервале от 4,0 до 4,8, а концентрация ОН в сердцевине 1, в первой части 2 оболочки и во второй части 3 оболочки не превышала бы 0,1 миллионной доли; чтобы значение отношения D/d, т.е. отношения диаметра первой части оболочки к диаметру сердцевины, удовлетворяло условию D/d>4,8, концентрация ОН в сердцевине 1 и в первой части 2 оболочки не превышала 0,1 миллионной доли, а концентрация ОН во второй части 3 оболочки не превышала 100 миллионных долей. Поэтому существует возможность ограничения исходных потерь в спектральном диапазоне 1380 нм таким образом, чтобы они не превышали 0,31 дБ/км. К тому же, поскольку пик (потерь) на длине волны 1380 нм становится малым, то появляется возможность использовать для оптической связи обе стороны спектрального диапазона.

К тому же, поскольку можно ограничить потери в спектральном диапазоне 1380 нм таким образом, чтобы после диффузии водорода они не превышали 0,35 дБ/км, то появляется возможность поставки на рынок одномодового оптического волокна, обладающего низкими потерями в спектральном диапазоне 1380 нм и имеющего низкую себестоимость.

Также существует возможность ограничить генерацию радикала SiO• таким образом, чтобы обеспечить низкий уровень его содержания путем осуществления операции вытягивания посредством устройства вытягивания, снабженного устройством отжига, которое используют в процессе вытягивания. Поэтому появляется возможность поставки на рынок одномодового оптического волокна, обладающего низкими потерями в спектральном диапазоне 1380 нм, а также сохраняющего работоспособность и надежность при использовании в течение длительного периода времени даже в случае проникновения водорода извне за счет диффузии.

К тому же исходные потери в одномодовом оптическом волокне, которое создано посредством вышеуказанного способа изготовления, не превышают 0,31 дБ/км. Следовательно, пик (потерь) в спектральном диапазоне 1380 нм может быть небольшим, поэтому появляется возможность использования обеих сторон пика для оптической связи. Также появляется возможность ограничить потери в спектральном диапазоне 1380 нм таким образом, чтобы после диффузии водорода они не превышали 0,35 дБ/км. Поэтому можно осуществлять оптическую связь в спектральном диапазоне 1380 нм даже при наличии диффузии водорода.

Изобретение относится к волоконной оптике и может быть использовано при изготовлении одномодовых оптических волокон для систем передач на основе мультиплексирования с разделением по длинам волн. Волокно создают путем осаждения SiO₂ из газовой фазы на внешнюю поверхность стеклянного стержня, содержащего сердцевину и первую часть оболочки, для формирования второй части оболочки, спекание и вытягивание для получения волокна. По первому варианту отношение диаметра первой части оболочки к диаметру сердцевины находится в интервале от 4,0 до 4,8, а концентрации ОН в сердцевине, первой и второй частях оболочки не превышают 0,1 миллионной доли. По второму варианту отношение диаметра первой части оболочки к диаметру сердцевины составляет более 4,8, а концентрации ОН в сердцевине и первой части оболочки не превышают 0,1 миллионной доли, а во второй части оболочки не превышает 100 миллионных долей. Обеспечено снижение потерь в волокне в диапазоне 1380 нм и повышена стойкость к воздействию водорода. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ изготовления одномодового оптического волокна, содержащий стадии, на которых формируют стеклянный стержень, имеющий сердцевину и первую часть оболочки, имеющую более низкий показатель преломления, чем показатель преломления сердцевины, осаждают из газовой фазы вторую часть оболочки на первую часть оболочки, спекают стеклянный стержень, имеющий первую и вторую части оболочки, для получения стеклянной заготовки, и выполняют операцию вытягивания стеклянной заготовки для получения оптического волокна, в котором отношение диаметра D первой части оболочки к диаметру d сердцевины находится в интервале от 4,0 до 4,8, а концентрации ОН в сердцевине, первой части оболочки и второй части оболочки не превышают 0,1 миллионной доли.2. Способ по п.1, в котором исходные потери в спектральном диапазоне 1380 нм не превышают 0,31 дБ/км, а потери в спектральном диапазоне 1380 нм после диффузии водорода не превышают 0,35 дБ/км.3. Способ по п.2, в котором на стадии вытягивания операцию вытягивания стеклянной заготовки выполняют с помощью устройства вытягивания, снабженного устройством отжига.4. Способ по п.3, в котором устройство отжига содержит печь с наклонной зоной нагрева и трубкой отжига.5. Способ по п.4, в котором в устройстве отжига газовая среда для отжига представляет собой любую из следующих сред: воздух, аргон (Аr), азот (N₂) или их смесь.6. Способ изготовления одномодового оптического волокна, содержащий стадии, на которых формируют стеклянный стержень, имеющий сердцевину и первую часть оболочки, имеющую более низкий показатель преломления, чем показатель преломления сердцевины, осаждают из газовой фазы вторую часть оболочки на первую часть оболочки, спекают стеклянный стержень, имеющий первую и вторую части оболочки, для получения стеклянной заготовки, и выполняют операцию вытягивания стеклянной заготовки для получения оптического волокна, в котором отношение диаметра первой части оболочки к диаметру сердцевины составляет более 4,8, концентрации ОН в сердцевине и первой части оболочки не превышают 0,1 миллионной доли, а концентрация ОН во второй части оболочки не превышает 100 миллионных долей.7. Способ по п.6, в котором исходные потери в спектральном диапазоне 1380 нм не превышают 0,31 дБ/км, а потери в спектральном диапазоне 1380 нм после диффузии водорода не превышают 0,35 дБ/км.8. Способ по п.7, в котором на стадии вытягивания операцию вытягивания стеклянной заготовки выполняют с помощью устройства вытягивания, снабженного устройством отжига.9. Способ по п.8, в котором устройство отжига содержит печь с наклонной зоной нагрева и трубкой отжига.10. Способ по п.9, в котором в устройстве отжига газовая среда для отжига представляет собой любую из следующих сред: воздух, аргон (Аr), азот (N₂) или их смесь.11. Одномодовое оптическое волокно, изготовленное посредством способа изготовления по любому из пп.1-5.12. Одномодовое оптическое волокно, изготовленное посредством способа изготовления по любому из пп.6-10.