專利名稱：制造具有縱向均勻性的多模光纖預制棒的方法
技術領域：
本發明大體上涉及一種制造光纖預制棒的方法，更具體地，涉及一種制造折射率沿徑向變化的多模光纖預制棒的方法。
背景技術：
光纖分為用來傳輸單波長光信號的單模光纖和用來傳輸多波長光信號的多模光纖。單模光纖提供長傳輸距離，適用于長距離電話和多信道電視廣播系統。另一方面，多模光纖提供短傳輸距離，適于用在LAN系統或接入網絡中，并在中等距離上以高速度提供高帶寬。
光纖預制棒常用來制造光纖并且光纖從中抽出，其具有與光纖的折射率分布相似的折射率分布。在傳統光纖預制棒的制造工藝中，折射率分布受到纖芯形狀指數或α分布的影響。如圖1中所示，隨著纖芯形狀指數從1.9增加到2.1，α分布的中間部分變寬。此外，在傳統的光纖制造中，多模光纖縱向的帶寬均勻性稱作γ(gamma)。如圖2中所示，最佳纖芯形狀指數與傳輸波長相對應，這里當傳輸波長是850nm時，纖芯形狀指數是2.04，并且當傳輸波長是1,300nm時，最佳纖芯形狀指數是1.94。因此，纖芯形狀指數顯著地影響帶寬，并且當纖芯形狀指數沿縱向變化時，多模光纖的帶寬隨長度而變化。
為了獲得沿縱向均勻的纖芯形狀指數，當制造多模光纖時，必須非常精確地控制原材料(例如，GeCl4和SiCl4)，反應氧，氦氣，沉積溫度等。SiCl4是用來形成玻璃材料的原材料(稱作玻璃形成材料)，而GeCl4是控制折射率的原材料(稱作折射率控制材料)。
圖3示意性地示出了制造多模光纖預制棒的傳統方法。該制造方法在將原材料添加進玻璃管中以實現折射率分布時，執行多個徑向沉積過程(pass)。在這種情況下，每個徑向沉積過程表示形成一個貫穿玻璃管整個長度的沉積層的步驟。整個多模光纖預制棒由堆積在玻璃管及其內壁上的、具有不同折射率的多個層構成。在圖3中，第一軸代表歸一化徑向沉積過程。垂直于第一軸的第二軸代表折射率控制材料與玻璃形成材料的最大比率，即Max(GeCl4/SiCl4)。相應于熱源110的運動方向的第三軸垂直于第一和第二軸并且代表歸一化的預制棒長度。該制造方法包括工序(a)和(b)。歸一化表示，例如，當徑向沉積過程的總的個數為10時，將第一徑向過程設為0.1。
工序(a)設置化學纖芯形狀指數以決定預制棒截面的折射率分布(其中參考歸一化化學α(NCA)＝1)。該化學纖芯形狀指數是制造工序中的纖芯形狀指數。NCA是通過對所設置的化學纖芯形狀指數進行歸一化而獲得的。當設置了化學纖芯形狀指數時，就確定了每個徑向沉積過程中的Max(GeCl4/SiCl4)。在整個沉積工序中，將NCA和SiCl4的值設為恒定。添加進每個徑向沉積過程的GeCl4和SiCl4的比率直接影響預置α分布的實現。GeCl4/SiCl4是歸一化徑向沉積過程、NCA和Max(GeCl4/SiCl4)的函數。
下面的公式1表示流動方程，用于確定在上述工序中的添加比率GeCl4/SiCl4。
GeCl4@pSiCl4@p=Max(GeCl4/SiCl4)[1-(1-NP)NCA]]]>公式(1)在公式(1)中，多模光纖的折射率與GeCl4/SiCl4成線性比例，@p表示每個徑向工序過程，并且NP表示歸一化徑向工序過程。
工序(b)在改變貫穿預制棒整個長度上的GeCl4添加量時，在每個徑向工序過程中執行沉積。
通過上述傳統的多模光纖預制棒的制造方法獲得的多模光纖具有如下問題，即沿縱向的帶寬常常是不規則的。由于沿縱向不規則帶寬曲線的存在所導致的帶寬隨多模光纖的長度而變化，將難于確保穩定的光學特性。
因此，需要一種制造多模光纖預制棒的方法，該多模光纖預制棒可獲得沿縱向均勻的帶寬曲線。
發明內容
本發明的一個方面是提供一種制造多模光纖預制棒的方法，該多模光纖預制棒可獲得沿縱向均勻的帶寬曲線。
根據本發明的一個方面，提供一種在將原材料添加進玻璃管時、通過利用熱源執行多個徑向沉積過程來制造多模光纖預制棒的方法，該方法包括步驟(a)設置參考化學纖芯形狀指數，以確定預制棒截面的折射率分布；(b)設置沿玻璃管縱向變化的每個縱向沉積過程的纖芯形狀指數分布，以便補償由參考化學纖芯形狀指數限定的、沿預制棒縱向的參考化學纖芯形狀指數分布的誤差，并且沿縱向獲得均勻的化學纖芯形狀指數；以及(c)在將相應于預置化學纖芯形狀指數的一定量的原材料添加進每個徑向沉積過程的每個縱向沉積過程中時，執行沉積。
優選地，在設置參考化學纖芯形狀指數時，可以確定Max(B/A)，該參數Max(B/A)表示在每個徑向沉積過程中的折射率控制材料B與玻璃形成材料A的最大比率，并且步驟(c)中添加進每個縱向沉積過程中的折射率控制材料B的量可以由公式(2)給定B@p＝A@p×Max(B/A)[1-(1-NP)NCA*] 公式(2)在公式(2)中，@p表示每個徑向工序過程，NP表示歸一化徑向工序過程，而NCA*表示在每個縱向沉積過程中的歸一化化學纖芯形狀指數。
通過下面結合附圖的詳細描述，本發明的上述優點將更加清楚明白。其中圖1是說明相應于不同的纖芯形狀指數的折射率分布的曲線圖；圖2是說明相應于傳輸波長的最佳纖芯形狀指數的曲線圖；圖3示意性地說明了制造多模光纖預制棒的傳統方法；圖4是說明通過制造多模光纖預制棒的傳統方法獲得的多模光纖的每個歸一化長度的帶寬的曲線；圖5示意性地說明了根據本發明優選實施例的制造多模光纖預制棒的方法；圖6和7是說明傳統多模光纖的每個歸一化長度帶寬曲線和本發明的多模光纖的每個歸一化長度帶寬曲線之間的比較的曲線圖。
具體實施例方式
在下文中，將參考附圖詳細描述本發明的實施例。為了清楚、簡明，由于公知的功能和結構可能會導致本發明的主題不清楚，所以省略合并于此的公知功能和結構。
圖4說明的是用圖表表示的由制造多模光纖預制棒的傳統方法獲得的多模光纖的每個歸一化長度的帶寬。在這種情況下，長度與縱向位置具有相同的含義。從圖4可以看出，850nm傳輸波長的帶寬沿縱向變化很大。
本發明利用了以下事實由于上述帶寬的變化，沿多模光纖縱向的纖芯形狀指數分布具有類似于帶寬曲線中的垂直反轉形狀的形狀(即向上凸起的形狀)。由于多模光纖的折射率分布類似于多模光纖預制棒的折射率分布，所以在制造多模光纖預制棒時，在每個縱向沉積過程中設置化學纖芯形狀指數分布來補償傳統化學纖芯形狀指數的已知誤差。
例如，本發明在每個縱向沉積過程中設置具有向下凸起(或凹進)的形狀的化學纖芯形狀指數分布來補償如圖4所示的傳統的具有向上凸起的形狀的化學纖芯形狀指數分布的誤差。
圖5示意性地說明了根據本發明優選實施例的制造多模光纖預制棒的方法。
根據圖5，當將原材料添加進玻璃管以實現山丘型(hill-type)指數分布時，本發明的制造方法執行多個徑向沉積過程。每個徑向沉積過程表示形成一貫穿玻璃管整個長度的沉積層的步驟。整個多模光纖預制棒由堆積在玻璃管及其內壁上的、具有不同折射率的多個層構成。在沉積工序之后，執行傳統的擠壓(collapse)工序。
從圖5中可以看出，第一軸代表歸一化徑向沉積過程。垂直于第一軸的第二軸代表折射率控制材料與玻璃形成材料的最大比率，即Max(GeCl4/SiCl4)。相應于熱源210的運動方向的第三軸垂直于第一和第二軸并且代表歸一化預制棒長度。在這種情況下，長度和縱向位置具有相同的含義。該制造方法包括下面的工序(a)到(c)。歸一化表示，例如，當徑向沉積過程的總個數為10時，將第一徑向過程設為0.1。在該實施例中，縱向沉積過程的總個數設為10。
在工序(a)中，設置化學纖芯形狀指數以決定預制棒截面的折射率分布(這里NCA*＝1)。該化學纖芯形狀指數是制造工序中的纖芯形狀指數。NCA*表示在每個(沿縱向的)位置處的歸一化化學纖芯形狀指數，或者在每個縱向沉積過程中的歸一化化學纖芯形狀指數。也就是說，NCA*是隨縱向位置而變化的數值。將熱源210的位置信息用作縱向位置的信息。
當設置了參考化學纖芯形狀指數時，在每個徑向沉積過程中的Max(GeCl4/SiCl4)就確定了。在執行徑向沉積過程時，Max(GeCl4/SiCl4)具有很大的值。這是因為多模光纖預制棒的外周具有比其中心大的折射率。在整個沉積工序中，將SiCl4添加量設為恒定。在每個徑向沉積過程中添加的GeCl4與SiCl4的比率直接影響預置α分布的實現。GeCl4/SiCl4是歸一化徑向沉積過程、NCA*和Max(GeCl4/SiCl4)的函數。通過以類似于公式(1)的公式(3)表示的以下流動方程設置GeCl4的添加量。
GeCl4@p=SiCl4@p×Max(GeCl4/SiCl4)[1-(1-NP)NCA*]]]>公式(3)在公式(3)中，@p表示每個徑向工序過程，并且NP表示歸一化徑向工序過程。
在下文中，將參考附圖4和5描述本發明的制造方法的工序(a)到(c)。
在工序(b)中，根據沿玻璃管縱向變化的位置設置化學纖芯形狀指數分布，以便可以針對參考化學纖芯形狀指數分布，沿預制棒的縱向，補償化學纖芯形狀指數分布的已知誤差，并且沿縱向可以獲得均勻的化學纖芯形狀指數。如圖5中所示，預置位置的纖芯形狀指數分布的纖芯形狀指數逐漸從預制棒一端的1減少至預制棒中間的0.92，又沿著從預制棒中間到另一端的方向逐漸增加，以便可以補償如圖4所示的具有向上凸起形狀的傳統化學纖芯形狀指數分布的誤差。也就是說，位置纖芯形狀指數分布整體上具有向下凸起的形狀。
在步驟(c)中，在將相應于預置化學纖芯形狀指數的一定量的原材料添加到每個徑向沉積過程的每個縱向沉積過程中時，執行沉積。也就是說，當添加通過公式(3)確定的一定量的GeCl4時，執行沉積。
圖6和7是說明傳統多模光纖的每個歸一化長度帶寬曲線和本發明的多模光纖的每個歸一化長度帶寬曲線之間的比較的曲線圖。在這種情況下，長度具有和縱向位置相同的含義。如圖6中可以看出，本發明的多模光纖在850nm傳輸波長的縱向帶寬具有比傳統的多模光纖更小的變化寬度。如圖7中可以看出，本發明的多模光纖在1,300nm傳輸波長的縱向帶寬具有比傳統的多模光纖更小的變化寬度。
如上所述，根據本發明的制造多模光纖預制棒的方法將每個徑向沉積過程分成多個縱向沉積過程，并設置每個沿玻璃管縱向變化的縱向沉積過程的纖芯形狀指數分布，從而沿縱向獲得均勻的帶寬曲線。
根據上述優點，本發明提高了用于100Mbps的局域網(LAN)或接入網絡或用于1或10吉比特以太網的多模光纖的縱向均勻性。因此，無論多模光纖的長度如何，均可確保光學特性，尤其是帶寬特性，并且可以提高傳輸質量。
雖然已經說明和描述了本發明的實施例，但是本領域技術人員將認識到可以做出各種變化和改進，并且也可用等價物代替其中的要素，而不脫離本發明實際范圍。此外，在沒有脫離中心范圍的前提下，可以進行一些改進以適于特殊情況和本發明的講解。因此，本發明并不局限于作為最佳模式公開的用來執行本發明的特殊實施例，而是包括落在所附加權利要求的范圍之內的所有實施例。
權利要求
1.一種在將原材料添加進玻璃管時、通過利用熱源執行多個徑向沉積過程來制造多模光纖預制棒的方法，包括步驟(a)設置參考化學纖芯形狀指數，以確定預制棒截面的折射率分布；(b)設置沿玻璃管縱向變化的每個縱向沉積過程的纖芯形狀指數分布，以便補償由參考化學纖芯形狀指數限定的、沿預制棒縱向的參考化學纖芯形狀指數分布的誤差，并且沿縱向獲得均勻的化學纖芯形狀指數；以及(c)在將相應于預置化學纖芯形狀指數的一定量的原材料添加進每個徑向沉積過程的每個縱向沉積過程中時，執行沉積。
2.根據權利要求1所述的方法，其中在設置參考化學纖芯形狀指數時，確定Max(B/A)，該參數Max(B/A)表示在每個徑向沉積過程中的折射率控制材料B與玻璃形成材料A的最大比率，并且添加進步驟(c)的每個縱向沉積過程中的折射率控制材料B的量由下面的公式給定B@p＝A@p×Max(B/A)[1-(1-NP)NCA*]，其中@p表示每個徑向工序過程，NP表示歸一化徑向工序過程，而NCA*表示在每個縱向沉積過程中的歸一化化學纖芯形狀指數。
3.根據權利要求2所述的方法，其中玻璃形成材料是SiCl4，并且折射率控制材料是GeCl4。
4.根據權利要求2所述的方法，其中NCA*是隨縱向位置而變化的數值，并且將熱源的位置信息用作縱向位置的信息。
5.根據權利要求1所述的方法，其中原材料是GeCl4、SiCl4、反應氧、氦氣和沉積溫度。
6.根據權利要求1所述的方法，其中多個徑向沉積過程具有山丘型形狀指數分布。
7.根據權利要求1所述的方法，其中將第一徑向沉積過程設置成至少為0.1。
8.根據權利要求1所述的方法，其中徑向沉積過程的總個數至少為10。
9.根據權利要求1所述的方法，其中纖芯形狀指數分布具有向下凹陷的形狀。
10.根據權利要求1所述的方法，其中纖芯形狀指數分布具有向下凸起的形狀。
全文摘要
提供了一種制造具有縱向均勻性的多模光纖預制棒的方法。該制造方法包括當將原材料添加進玻璃管時，利用熱源執行多個徑向沉積過程。設置參考化學纖芯形狀指數以確定預制棒截面的折射率分布。設置沿玻璃管縱向變化的每個縱向沉積過程的纖芯形狀指數分布，以便補償由參考化學纖芯形狀指數限定的、沿預制棒縱向的參考化學纖芯形狀指數分布的誤差，并且沿縱向獲得均勻的化學纖芯形狀指數。在將相應于預置化學纖芯形狀指數的一定量的原材料添加進每個徑向沉積過程的每個縱向沉積過程中時，執行沉積。
文檔編號C03B37/018GK1837114SQ20061007390
公開日2006年9月27日 申請日期2006年2月20日 優先權日2005年2月21日
發明者金鎮杏, 樸世鎬, 都文顯 申請人:三星電子株式會社