制造低损耗光纤的方法

本申请要求2021年11月29日提交的系列号为63/283,604的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全部纳入本文。

技术领域

本公开涉及光纤。更具体地说，本公开涉及一种用于C波段和L波段传输的低水峰(water peak)、低衰减的低损耗光纤的制造方法。

背景技术

光纤用于各种电信应用。生产光纤的制造工艺通常包括在拉制炉中从加热的玻璃预制件拉制光纤、冷却拉制的光纤以及涂覆光纤。

发明内容

根据本公开的一个方面，制造光纤预制件的方法包括通过在芯棒上沉积二氧化硅烟炱来形成多孔包层烟炱坯料，其中光纤具有芯区域和包层区域。芯棒包括芯部分，该芯部分的组成对应于光芯区域的至少一部分，并且芯棒的芯部分中的碱金属氧化物的浓度在0.1重量％和1.5重量％之间。该方法包括在SiCl

根据本公开的另一个方面，制造光纤的方法包括形成碱掺杂的芯棒，其中光纤具有芯区域和包层区域。碱掺杂的芯棒包括具有与光纤的芯区域的至少一部分相对应的组成的部分。该方法包括通过在碱掺杂的芯棒上沉积二氧化硅烟炱来形成多孔包层烟炱坯料，并将多孔包层烟炱坯料暴露于氟掺杂前体。氟掺杂前体用氟掺杂二氧化硅烟炱，形成氟掺杂多孔包层烟炱坯料。暴露步骤包括向多孔包层烟炱坯料提供氟掺杂前体流。该方法包括在不存在或存在氟掺杂前体流的情况下固结氟掺杂多孔包层烟炱坯料以形成氟掺杂包层棒，该氟掺杂包层棒具有与光纤包层区域相对应的组成的部分。暴露步骤包括在SiCl

根据本公开的另一个方面，光纤包括芯区域，该芯区域包括掺杂有碱金属氧化物的二氧化硅玻璃。包层区域围绕并直接相邻于芯区域。包层区域包括围绕芯区域的凹陷折射率包层区域。凹陷折射率包层区域包括掺杂有第一浓度氟的二氧化硅玻璃。凹陷折射率包层区域具有相对折射率Δ

附图简要说明

以下是对附图中各图的描述。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意图方式显示。

在附图中：

图1是根据本公开的光纤的横截面示意图；

图2是根据本公开的具有随光纤半径变化的碱金属氧化物浓度的光纤的示例性阶梯折射率分布；

图3是根据本公开的光纤的示例性K

图4是根据本公开的光纤的示例性相对折射率分布；

图5是根据本公开的光纤的示例性相对折射率分布；

图6是根据本公开的光纤的示例性相对折射率分布；

图7A是根据本公开的光纤的示例性相对折射率分布；

图7B是根据本公开的光纤的示例性相对折射率分布；

图8是根据本公开呈现玻璃烟炱沉积方法的示意图；

图9是根据本公开用碱金属氧化物掺杂玻璃管的方法的示意图；

图10是根据本公开制造碱金属掺杂光纤的方法的流程图；

图11是根据本公开制造碱掺杂光纤的方法的流程图；

图12是根据本公开用一氧化碳作为还原剂时光纤中的衰减与用非碳还原剂作为还原剂时光纤中的衰减的比较图；

图13示出了根据本公开的示例性碱金属氧化物扩散到光纤中的扩散情况；

图14是根据本公开再拉制玻璃棒的工艺示意图；

图15是根据本公开从预制件拉制光纤的工艺的示意图；

图16是根据本公开在制造过程中使用非碳还原剂时芯棒的示例性折射率分布；以及

图17是根据本公开在制造过程中使用非碳还原剂时光纤的示例性折射率分布。

优选实施方式详述

在以下的具体实施方式中将给出其他特征和优点，对本领域技术人员而言，这些特征和优点根据所作描述就可以容易地看出，或者通过实施如以下描述中所述的实施方式，连同权利要求和附图而被认识。

文中所用的术语“和/或”在用于两项或更多项的罗列时，表示所列项中的任何一项可以单独使用，或者可以使用所列项中的两项或更多项的任意组合。例如，如果描述一种组合物含有组分A、B和/或C，则该组合物可只含有A；只含有B；只含有C；含有A和B的组合；含有A和C的组合；含有B和C的组合；或含有A、B和C的组合。

在本文中，相对的术语，例如第一和第二，顶部和底部等，仅用于区分一个实体或行为与另一个实体或行为，而非必须要求或暗示这些实体或行为之间的任何实际的这种关系或顺序。

本领域技术人员和作出或使用本公开的技术人员能够对本公开进行修改。因此，应理解，附图所示和上文所述的实施方式仅用于例示的目的，并且不旨在限制本公开的范围，根据专利法的原则(包括等同原则)所解释，本公开的范围由所附权利要求限定。

出于本公开的目的，术语“连接”(以其所有形式：连接、连接着的、相连接的等)一般意味着两个部件彼此直接或间接地连接。这种接合本质上可以是静止的或者本质上是可移动的。这种结合可以通过两个部件与任何另外的中间构件彼此一体地形成为单个整体来实现，或者通过该两个部件来实现。除非另有说明，否则这种接合本质上可以是永久性的，或者本质上可以是可移除的或可释放的。

如本文所用，术语“约”指数量、尺寸、配方、参数及其他量和特征不是精确的且无需精确的，而是可以根据需要近似和/或更大或者更小，反映公差、换算系数、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员所知的其他因素。当使用术语“约”来描述范围的值或端点时，应理解本公开包括所提及的具体值或者端点。无论说明书中的范围的数值或端点是否使用“约”列举，范围的数值或端点旨在包括两种实施方式：一种受“约”修饰，另一种不受“约”修饰。还应理解，每个范围的端点在与另一个端点有关及独立于另一个端点时都是有意义的。

本文所用的术语“基本”、“基本上”及其变化形式旨在表示所述的特征等于或近似等于数值或描述。例如，“基本上平坦的”表面旨在表示表面是平坦的或近似平坦的。此外，“基本上”旨在表示两个数值相等或近似相等。在一些实施方式中，“基本上”可以表示彼此相差在约10％之内的值，例如彼此相差在约5％之内的值，或彼此相差在约2％之内的值。

本文所用的冠词“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，并且不应局限为“仅一个(一种)”，除非有明确相反的说明。因此，例如，提到的“一个部件”包括具有两个或更多个这类部件的实施方式，除非上下文有另外明确的表示。

本文所用的方向术语，例如上、下、右、左、前、后、顶、底，仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来表示绝对的取向。

“径向位置”、“径向距离”或径向坐标“r”是指相对于光纤中纤芯的中心线(r＝0)的径向位置。长度尺寸“微米”在本文中可以称为微米或μm。

“折射率分布”是折射率或相对折射率与距纤芯中心线的径向距离r之间的关系。对于本文所描绘的相邻包层区域之间具有台阶边界的相对折射率分布，加工条件的正常变化可能会妨碍在相邻区域的界面处获得尖锐的台阶边界。应当理解，尽管折射率分布的边界在本文中被描绘为折射率的阶梯变化，但实际上边界可能是圆化的，或者以其他方式偏离完美的阶梯函数特性。还应当理解，相对折射率的值可以随着芯区域和/或任何包层区域内的径向位置而变化。

当光纤特定区域(芯区域和/或任何包层区域)中的相对折射率随径向位置变化时，可以用其实际或近似的函数依赖性来表示，或用适用于该区域的平均值来表示。除非另有规定，否则，如果某个区域(芯区域和/或任何包层区域)的相对折射率表示为单个值，则应理解为该区域中的相对折射率是恒定的或近似恒定的，并且对应于该单个值，或者该单个值表示该区域中随径向位置变化的非恒定相对折射率的平均值。无论是由于设计还是正常制造变化因素的结果，相对折射率对径向位置的依赖性可能是倾斜的、弯曲的或其他非恒定的。

本文使用的关于光纤和光纤纤芯的“相对折射率”或“相对折射率百分比”定义为：

其中n(r)是在波长为1550nm时距离纤芯中心线的径向距离r处的折射率(除非另有规定)，并且n

此外，术语“α分布”，也称为“阿尔法分布”，指的是具有以下函数形式的相对折射率分布Δ(r)：

其中，r

本文的公开内容涉及光纤预制件(本文中也称为“预制件”)或用于制造该预制件的元件，例如棒(cane)、杆(rod)、烟炱坯料(soot blank)或沉积管(deposition tube)。芯棒或芯杆是一种固结玻璃体，其成分与由预制件拉制的光纤的芯或芯区域的至少一部分相对应。光纤预制件是一种适合拉制成光纤的固结玻璃制品。光纤预制件包括由一个或多个包层区域包围的中心芯区域，其中芯区域和包层区域的折射率被配置成使得从完整的光纤预制件拉制的光纤充当波长为1550nm的光的波导。此外，如本文所用，“棒”、“芯区域”或“芯”、“包层区域”或“包层”以及其他类似术语是指固结玻璃。在一些实施方式中，通过沉积烟炱(例如，包含二氧化硅或掺杂二氧化硅的烟炱颗粒)以形成多孔体(例如，沉积芯烟炱以形成多孔芯烟炱坯料或沉积包层烟炱以形成多孔包层烟炱坯料)并固结烟炱来制备固结玻璃。在一些实施方式中，在固结玻璃上形成多孔体(例如，使沉积在芯棒上的包层烟炱形成多孔包层烟炱坯料)。

如本文所用，除非另有明确规定，“ppm”是指重量百万份数或“重量ppm”或“Wtppm”，并且重量百分比(wt％)的量值可通过乘以10,000换算为ppm。

参考图1和图2，本文公开的光纤10包括芯区域或纤芯12以及围绕纤芯12的包层区域或包层14。纤芯12指的是光纤10的一部分，其相对于包层14通常具有增大的折射率，使得受引导的光的传输光功率主要通过纤芯12传播。纤芯12相对于包层14通常具有非负相对折射率。纤芯12可以包括一个或多个区域。单个芯区域的折射率可能大于纯二氧化硅的折射率、等于纯二氧化硅的折射率或小于纯二氧化硅的折射率。包层14可以是围绕并且直接相邻于纤芯12的环。纤芯12可具有约2微米至约8微米之间、约3微米至约6微米之间、或约3.5微米至约4.5微米之间的半径r。纤芯12可以包括单个芯区域(如图所示)，或者替代地包括纤芯半径内的多个芯区域。

可利用掺杂剂来增大或减小纤芯12和包层14的相对折射率。向上掺杂剂(up-dopant)是指相对于未掺杂的纯二氧化硅增大相对折射率的掺杂剂。非限制性掺杂剂包括例如氯。向下掺杂剂(down-dopant)是指相对于未掺杂的纯二氧化硅减小相对折射率的掺杂剂。向下掺杂剂的非限制性示例包括例如氟和硼。

参考图2，所示的光纤10的实施方式包括从约0微米延伸至约4微米的二氧化硅基纤芯12。包层为掺氟二氧化硅，掺氟二氧化硅包层14围绕纤芯12。纤芯12包括如本文进一步讨论的碱金属氧化物，其平均浓度在约50重量ppm和约重量500ppm之间。纤芯12还可以包含氯和/或氟。纤芯12中的氯和氟的平均含量可大于碱金属氧化物的含量。

在所示实例中，纤芯12包括沿纤芯12的中心线18延伸至约1微米的中心芯16区域。中心芯区域16所含的氯的平均浓度低于外芯区域20所含的氯的平均浓度，外芯区域20围绕中心芯区域16从纤芯12的约1微米延伸至约4微米。中心芯区域16中存在的平均氯浓度可小于约100ppm或小于约50ppm。外芯区域20中氯的平均浓度可大于约500ppm、大于约750ppm、大于约1000ppm或大于约1500ppm。纤芯12中氯的峰值浓度通常大于约500ppm、大于约1000ppm或大于约1500ppm。

中心芯区域16中存在的平均氟浓度通常大于约500ppm、大于约750ppm或大于约1000ppm。外芯区域20中存在的平均氟浓度同样大于约500ppm、大于约750ppm或大于约1000ppm。整个纤芯12的平均氟浓度通常大于约500ppm且小于约4000ppm。纤芯12中的氟浓度通常在约0.15重量％和约0.25重量％之间。纤芯12中的氟含量较低，并且由于纤芯12中含有钾，纤芯12具有略微正的德尔塔。

光纤10也包含碱金属氧化物。碱金属氧化物通常为K、Na、Li、Cs、Rb或其组合中的至少一者的氧化物。碱金属氧化物可包括K

图3示出了掺杂剂的示例性浓度分布。光纤10包括纤芯12和围绕纤芯12的包层14。一般来说，碱金属浓度随半径r变化。沿着光纤半径r的至少一部分，碱金属氧化物的浓度可随着半径r从光纤10的中心线18增大而减小。纤芯12的相对折射率分布可以具有阶梯形、圆形、阿尔法形或三角形。图3所示的K

在各种实例中，通过所公开的工艺形成的光纤10在纤芯12中不包含锗或包含少量锗。在这样的实例中，光纤10的二氧化硅玻璃芯12和包层14包括足够浓度的向上掺杂剂和/或向下掺杂剂，以形成本公开范围内的相对折射率分布。包层14的相对折射率小于纤芯12的相对折射率。如本文所讨论，用于包层14的折射率降低掺杂剂(向下掺杂剂)通常是氟。

如图4所示，具有相对折射率分布22的光纤10通常是单模光纤10，其具有在约1280nm和约1340nm之间的零色散波长λ

图4示出了示例性的相对折射率分布22，其可以通过本文公开的工艺制备。纤芯12具有非负相对折射率Δ

可以使用向下掺杂剂(例如氟)形成负相对折射率。在各种示例中，壕沟26是掺杂有第一浓度氟的二氧化硅玻璃，外包层区域28是掺杂有第二浓度氟的二氧化硅玻璃。第二氟浓度小于第一氟浓度，导致壕沟26中的相对折射率较低。一般来说，约1重量％Cl掺杂使Δ增加约0.1％，约1重量％F使Δ减小约0.3％。当Cl和F同时存在时，Cl和F各自对Δ的影响是独立的，并且浓度平衡导致本文公开的Δ。

氯的相对浓度在壕沟26和外包层区域28之间也可能不同。在各种示例中，壕沟26具有第一氯浓度，而外包层区域28具有第二氯浓度。第二氯浓度可以小于第一氯浓度。

参考图5至图7B，示出了示例性折射率分布22。Cl和F平衡，形成所公开的折射率分布22。在图5中，壕沟26中氟的最大浓度为约1重量％氟，外包层区域28中氟的最大浓度为约0.9重量％氟。在一些示例中，壕沟26中的氯浓度大于200ppm。在其他示例中，壕沟26中的氯浓度大于500ppm。在另外的非限制性示例中，壕沟26中的氯浓度大于1000ppm。在各种示例中，外包层区域28中的氯浓度小于200ppm，而在其他示例中，外包层区域28中的氯浓度小于100ppm。

在图6中，壕沟26中氟的最大浓度为约1.25重量％氟，外包层区域28中氟的最大浓度为约1重量％氟。在各种示例中，壕沟26中的氯浓度大于200ppm，而在其他示例中，大于500ppm。在另外的非限制性示例中，壕沟26中的氯浓度大于1000ppm。在一些示例中，外包层区域28中的氯浓度小于200ppm，或者小于100ppm。

参考图7A和图7B，示出了另外的示例性折射率分布22。氟浓度一般等于-％德尔塔指数/0.3。图7A和图7B中公开的指定的Δ是通过用Cl向上掺杂和用F向下掺杂之间的平衡产生的。

参考图8至图11，通过制造方法40生产具有碱掺杂纤芯12和减小的衰减的光纤10，制造方法40通常分为四个阶段42、44、46、48，用于形成预制件50，然后进行最终拉制以将预制件50拉制成光纤10。前两个阶段42、44涉及形成内芯区域或中心芯区域16(第一阶段42)和外芯区域20(第二阶段44)。如本文进一步所述，第一阶段42包括用于形成中心芯区域16的步骤60至步骤72，而第二阶段46包括用于形成外芯区域20的步骤74至步骤82。接下来的两个阶段46、48形成包层区域14，其包括内包层区域24(如果存在)、壕沟26(第三阶段46)和外包层28(第四阶段48)。第三阶段46包括用于形成内包层区域24和/或壕沟区域26的步骤84至步骤92，第四阶段包括用于形成外包层区域28的步骤94至步骤100。在完成方法40的四个阶段42、44、46、48之后，预制件50得以形成并且预备拉制成光纤10(步骤102)。

如本文所述，光纤10中的各个位置被描述为“区域”。例如，内芯区域16、外芯区域20和包层区域14(包括内包层区域24、壕沟区域26和外包层区域28)。预制件50中的相应位置可描述为“部分”。例如，对应于内芯区域16的内芯部分、对应于外芯区域24的外芯部分以及对应于包层区域14的包层部分14。此外，内包层部分对应于内包层区域24，壕沟部分或凹陷折射率包层部分对应于壕沟区域26，外包层区域对应于外包层区域28。

为了形成预制件50，通过烟炱燃烧器112将多层二氧化硅烟炱沉积到心轴114上(步骤60)，形成初始或芯二氧化硅烟炱管110。烟炱管110限定了沿烟炱管110的纵向延伸的中心通道116。使用氯干燥技术(例如，暴露于Cl

然后将氟掺杂的烟炱管110烧结并固结为固结管118(步骤66)。在各种示例中，烟炱管110在固结之后包含约0.1重量％至约0.4重量％的氟。在某些方面，固结管118可以被拉制成一系列较小的固结管118。固结管118或所得的较小管118各自与手柄120组装，并从心轴114传送到位于热源122附近的旋转车床。旋转车床可以是玻璃加工车床或改进的化学气相沉积(MCVD)玻璃成型车床。手柄120可以是成为预制件50的组成部分的玻璃手柄120。手柄120为后续处理步骤提供了支撑结构。手柄120连接到车床，其中手柄120以及相应的固结管118相对于烟炱燃烧器112旋转和平移。

固结管118限定了用于接收碱金属掺杂材料132的环形储器130。该材料由氧气(O

将碱金属源化合物132引入到固结管118的中心通道116中的储器130处，并由热源122加热，以在固结管118在车床中旋转时形成蒸汽(步骤68)。碱性卤化物前体蒸发并流过固结管118(例如，基材管)。载气[例如氧气(O

在某些方面中，掺杂剂可以是K

热源122沿着固结管118的长度移动以形成移动热点，从而将碱金属氧化物扩散到固结管118中。碱金属氧化物可扩散到距内表面140约100微米至500微米之间的深度，形成碱掺杂固结管150。扩散的碱金属氧化物掺杂剂的浓度通常呈径向变化，内半部152的浓度(以重量％计)较高，而外半部154的浓度较低。对碱掺杂固结管150抽真空，并增加热量以使碱掺杂固结管150松弛或部分塌陷。可以将碱掺杂固结管150切割成基材锭156以供进一步加工。

为了防止碱金属或碱金属卤化物(例如KCl)结晶，优选碱掺杂固结管150以及沉积在其上的任何额外烟炱基本上不含氯。基本不含氯通常意味着表现出氯含量足够低，通常可以避免由于碱氯造成的光学损失。例如，碱掺杂固结管150中的氯含量按重量计可以小于约500ppm、小于约100ppm或小于约50ppm。结晶相可能是方晶石，其为二氧化硅相，碱金属通过降低粘度来帮助结晶形成。然而，在不背离本文教导的情况下，可以形成其他结晶。

对于碱掺杂固结管150及其上沉积的任何额外烟炱而言，基本上不含“水”可能是有利的。如本文所述，“水”是指羟基OH。水通常导致以1383nm为中心或其附近的水峰(即由羟基引起的吸收峰)。该吸收峰可能延伸到光纤10的工作波长区域(例如，1310nm或1550nm)，因此可能对光纤10的衰减产生负面影响。一般情况下，通过降低玻璃中的OH含量来降低水峰是有利的。例如，碱掺杂固结管150可含有少于约100ppm重量的OH。为了从固结管150中除去“水”，可采用氯干燥技术。

可以用蚀刻剂(例如HF水溶液)蚀刻碱掺杂固结管150(步骤70)。蚀刻剂可以从碱掺杂固结管150的内表面去除一定深度的二氧化硅，以去除或减少在碱掺杂和/或固结期间可能已扩散通过固结管150的内表面的杂质。还可以设想使用含氟气体(例如CF

一旦蚀刻过程完成，进一步加热碱掺杂固结管150，以使碱金属源化合物132下游的碱掺杂固结管150完全塌陷，从而封闭中心通道116，形成玻璃圆柱体，本文中称为芯杆160(步骤72)。芯杆160为实心碱掺杂玻璃体，其与碱掺杂固结管150的包括环形储器130的部分分离。芯杆160至少部分地形成预制件50的中心芯部分，其对应于拉制预制件50后得到的光纤10中的中心芯区域16。芯杆160可以通过再拉制来调整尺寸。另外，可以蚀刻芯杆106以去除在收缩过程中可能由热源(例如，火炬)形成的部分或全部水合玻璃或羟基。然而，当使用干热源[例如，感应或电阻加热器、等离子体炬或使用不含氢的燃料(例如，CO)的干热源]进行塌陷过程时，可能不需要额外的蚀刻。干热源可最大限度地减少固结管150的再润湿(例如，OH再吸收和/或扩散到其中)，以减少衰减，而无需供应或产生H

芯杆160通常是制造方法40的第一阶段42的最终产品。然后，芯杆160被用作第二阶段44的初始产品，该阶段形成预制件50的外芯部分50，其对应于外芯区域20。烟炱燃烧器112用于将多层多孔二氧化硅烟炱沉积到芯杆160上，以形成多孔芯烟炱坯料162(步骤74)。可以采用外部气相沉积(OVD)方法将烟炱沉积在芯杆160上。通常，火焰从烟炱燃烧器112发出。二氧化硅前体气体-蒸气混合物在火焰内被氧化或燃烧，形成朝向芯杆160的含二氧化硅的烟炱流。

多孔芯烟炱坯料162是这样形成的：使芯杆160相对于烟炱燃烧器112平移多次，导致累积多层含二氧化硅烟炱层，从而形成烟炱涂层。平移运动通常是通过使烟炱燃烧器112相对于芯杆160移动来实现的；然而，在不背离本文教导的情况下，芯杆160可以相对于烟炱燃烧器112移动。或者，可以同时移动烟炱燃烧器112和芯杆160。烟炱涂层形成纤芯12的至少一部分(例如，内芯区域16的外部径向部分或外芯区域20)，并且还可以包括从预制件50拉制的光纤10的包层14的一部分(例如，内包层区域24)，并且可以基本上由纯二氧化硅形成。

使用氯干燥技术和热量来干燥多孔芯烟炱坯料162(步骤76)。然后，用氟处理多孔芯烟炱坯料162(步骤78)，具体是将多孔芯烟炱坯料162暴露于含氟气氛中一段时间，并在足以去除干燥步骤(例如，步骤76)残留的大部分或全部氯的温度下进行。含氟气氛可以包括氟掺杂前体，例如SiF

然后，将经氟处理的烟炱坯料162烧结，并通过加热固结以形成芯棒164(步骤80)。该过程通常形成预制件50的芯部分，该芯部分形成纤芯12，该纤芯12具有由预制件50拉制的光纤10的中心芯区域16和外芯区域20。芯棒164被再拉制(加热并定型至较小的直径)，并根据需要进行切割，以形成芯棒166(步骤82)，以便在第三阶段46中进行加工。在不背离本文教导的情况下，可以添加额外的芯层以产生具有三个或更多个芯区域的芯棒164/166，芯棒164/166包括至少一个芯区域和至少一个包层区域。

方法40的第三阶段46形成预制件50的壕沟部分，该壕沟部分形成包层区域14的沟槽或壕沟26，并且还可任选地产生由预制件50拉制的光纤的包层区域14的内包层区域24。在方法40的第二阶段44中产生的芯棒166用作方法40的第三阶段46的初始产品。芯棒166经过进一步处理以添加额外的玻璃层，最终形成凹陷折射率包层区域或壕沟26(步骤84)。烟炱燃烧器112用于在芯棒166上沉积多层烟炱，以形成后续的多孔包层烟炱坯料170。使用氯干燥技术来干燥所得多孔包层烟炱坯料170(步骤86)。多孔包层烟炱坯料170用向下掺杂剂掺杂，用于沟槽下陷，优选在含有氟掺杂前体(例如SiF

然后，以大约7-10mm/分钟的速度向下驱动氟掺杂的多孔包层烟炱坯料170，使其通过大约1450℃至大约1500℃的热区，由此将氟掺杂的多孔包层烟炱坯料170烧结并固结(步骤90)，从而形成包层棒172。固结可在非碳还原剂(如SiCl

在某些方面，可以主动地从环境中排出氟掺杂前体。或者，可以停止供应氟掺杂前体。在包层棒172固结期间，氟掺杂前体被减少至最低或痕量水平。

还原剂可以在制造过程的一个或两个步骤中使用，包括当多孔包层烟炱坯料170暴露于氟掺杂前体时(步骤88)，当多孔包层烟炱坯料170固结到包层棒172中时(步骤90)，或者在两个步骤中均使用。将多孔包层烟炱坯料170和/或包层棒172暴露于非碳还原剂(例如SiCl

第三阶段46中使用的还原剂SiCl

仍参考图5和图6，以及图9，制造过程的第三阶段46中的壕沟形成可能会引入缺陷，从而改变所得光纤10的各种特性。在某些操作条件下，被引导的光信号的强度分布延伸到壕沟26中，并且壕沟26中的缺陷可能会与光信号相互作用，从而增加被引导的光信号的衰减。壕沟26中缺陷的存在还可能随着时间的推移与光纤布置环境中的成分(例如，周围的涂层或电缆，或外部大气)相互作用，并导致光信号衰减随时间变化(本文称为“老化”)。

已知在光纤布置环境中存在的常见成分是氢。具有碱掺杂纤芯的光纤10由于其固有的较低光信号衰减而被用于陆地和海底网络。然而，随着时间在现场使用过程中，如果在光纤加工过程中形成富氧氢老化缺陷，这种光纤10很容易发生氢老化。当氢与富氧氢老化缺陷相互作用形成缺陷(例如，羟基)时，就会发生氢老化，导致特定波长的光被吸收，从而增加光纤10在这些波长下的衰减。通常，已知的富氧氢老化缺陷具有氢-I响应特性，即富氧氢老化缺陷的浓度随时间不断放大，比例因子为log(时间)。有利的是，改变光纤10的氧化状态以显著降低光纤10中的富氧氢老化缺陷的浓度，从而降低光纤10的富氧氢老化缺陷的广泛程度和氢老化敏感性，或者产生光纤10的氢老化不敏感性。

光纤10定期接受氢老化测试。在本文使用的氢老化测试中，光纤10在23℃暴露于含有H

例如，电信应用感兴趣的波长之一是1383nm。在本文公开的氢老化测试中，监测该波长。从光纤10暴露于含H

在一个测试示例中，通过由不同的预制件成型和拉制每根光纤来制造四根直径为125μm的单模光纤，用以测试氢老化。每个预制件都是通过形成芯棒、在芯棒上形成包层烟炱以及固结包层烟炱而形成的。包层烟炱的固结包括：第一阶段，即等温阶段，包层烟炱暴露于含有Cl

将四根光纤中的每一根都暴露在总压力为1atm的气体气氛中，所述总压力包括0.01atm的H

较低的TTP值(较短的TTP时间)表示光纤包层区域中富氧氢老化缺陷的浓度较低。气体气氛中的氢气与光纤外表面接触，并沿径向向内的方向通过包层扩散到纤芯。如果氢在扩散过程中遇到包层中的富氧缺陷，就会与包层发生反应，形成羟基，扩散终止。最靠近光纤外表面的富氧氢老化缺陷在早期曝光时间转化为羟基。羟基形成后，富氧氢老化缺陷被中和，随后光纤暴露在含H

为了防止这种老化和吸收导致传输信号强度降低，可以用还原剂处理光纤以减少老化和吸收。一种常规方法是用氘气处理光纤，以从光纤中存在的活性氧中心(例如富氧氢老化缺陷)形成-OD物质。与-OH不同，-OD在1383nm处不吸收。使用氘气时，所得光纤拉制过程中的氧泄漏也受到严格控制。D

减少富氧氢老化缺陷的第二种常规方法包括在固结(或掺杂)过程中将光纤预制件暴露于作为还原剂的一氧化碳(CO)，如上文与表1相关的例子所示。然而，一氧化碳会导致电信光谱的L波段部分出现吸收峰，一般在波长为或者约为1583nm处，并在较小程度上导致电信光谱的C波段部分出现吸收峰，一般在波长为或者约为1547nm处。C波段光谱和L波段光谱中的吸收波长会对光纤10的性能产生负面影响，特别是在L波段光谱中。当用CO作为还原剂时，可能会在光纤内部形成CO

本文公开的方法40在制造工艺的壕沟形成过程中利用非碳基还原剂来减少光纤10中的富氧氢老化缺陷。非碳基还原剂是SiCl

如前所述，制造过程的第三阶段46涉及用氟掺杂多孔包层烟炱坯料170，以形成光纤10的折射率分布的沟槽内包层区域(例如，壕沟26)(例如，步骤136)。一般来说，壕沟折射率小于纤芯12的折射率。沟槽区域或壕沟26中存在足够的功率，以至于壕沟26中的任何缺陷通常都会促进光纤10的老化行为。当光纤10暴露于氢时，如果不使用还原剂，则会在1383nm和1550nm处或其附近形成吸收峰。使用CO减少富氧氢老化缺陷的常规方法会导致光纤10中形成CO

在本文公开的工艺中，SiCl

不使用碳基还原剂，而使用SiCl

在加工过程中使用SiCl

此外，衰减可以在约1570nm和约1600nm之间单调增加，或者可以在约1570nm和约1590nm之间单调增加。单调增加的衰减是经SiCl

制造过程中形成壕沟的第三阶段46影响所得光纤10的整体性能。暴露于非碳还原剂可减少光纤10的衰减，从而提高光纤10的性能。通过使用SiCl

再次参考图5和图6以及图10，当将包层棒174结合到预制件50中时，在拉制预制件50的过程中发生的加热使碱浓度扩散到包层棒174内的更大深度。碱金属氧化物的扩散至少部分取决于被掺杂玻璃的温度。可以通过拉制过程来控制碱金属氧化物的扩散。通过改变拉制条件(例如，从预制件50拉制光纤10所用的温度)，碱金属氧化物浓度可按照预定的浓度分布在预制件50内分布。在各种示例中，半径r和碱金属浓度之间的关系通常是线性的。因此，预制件50保持在选定温度下的时间长短对碱金属氧化物的扩散以及光纤10的芯和包层区域中碱金属氧化物的浓度分布具有影响。通过控制拉制炉的拉制速度和温度来改变拉制工艺，由此控制包层棒174和由最终预制件50拉制出的光纤10在拉制过程中暴露的时间和温度。例如，提高拉制速度会减少光纤10的特定部分在拉制炉180(图11)中的时间，从而减少碱金属氧化物掺杂剂在预制件50的芯和/或包层区域内扩散的距离。这可能导致较少的碱金属氧化物扩散到包层14中，并且因此导致通过拉制预制件50形成的光纤10的纤芯12中的碱金属氧化物浓度更高。

相反地，降低拉制速度会增加时间，这可能导致光纤10的纤芯12中的碱金属氧化物浓度降低，因为碱金属氧化物进一步扩散到光纤10的包层14中。此外，提高拉制炉温度可以提高扩散速率，降低纤芯12中的碱金属氧化物浓度，并提高包层中的碱金属氧化物浓度。

再次参考图5和图6，在制造的第三阶段46中形成凹陷折射率包层区域26之后，在第四阶段48中形成外包层区域28。烟炱燃烧器112用于在芯棒174上铺设一层烟炱，以形成多孔外包层烟炱坯料(porous overclad soot blank)190(步骤94)。使用氯干燥技术来干燥所得多孔外包层烟炱坯料190(步骤96)。使用氟掺杂前体(例如SiF

外包层区域28的折射率通常小于纤芯12的折射率并且大于壕沟26的折射率。在各种示例中，外包层区域28的掺杂足以实现纤芯12的最大值与包层14的最小值之间的相对折射率德尔塔％，例如，介于约0.3％和约0.4％之间。在最外层包层(例如，外包层区域28)中，氟的重量％可以稍微小一些，并且在约0.1重量％和约0.5重量％之间，以实现优选范围内的相对折射率，并且使从预制件50拉制光纤时产生的应力效应最小化。然后，将氟掺杂的多孔外包层烟炱坯料190烧结并固结以形成预制件50(步骤100)。

然后，将通过各个阶段42、44、46、48创建的预制件50拉制成光纤10，以具有选定的尺寸和特性(步骤102)。本文所述的方法40形成碱掺杂的二氧化硅光纤10，其在23℃下暴露于含有1体积％的H

仍参考图5以及图11和图12，本文描述的再工艺可以利用拉制系统200进行。手柄120按照本文描述的步骤附接到棒164、172。根据制造过程的阶段，芯棒164或包层棒172安装在拉制炉180上方的移动下进料支架中。炉180通常包括加热元件202和马弗炉204，马弗炉204被加热至选定的温度。牺牲玻璃杆206可接合到棒164、172的一端，并可由马达驱动的牵引器208拉动，从而以选定的速率拉动棒164、172。可以基于测量棒164、172的直径d的传感器210来调整拉制速度或速率。棒164、172被拉制到较小的直径d，直到棒164、172达到选定的直径。

将预制件50拉制成光纤10的最终拉制过程(步骤102)以类似的方式进行(图12)。预制件50基本垂直地置于拉制炉180内。马弗炉204被加热到约1700℃至约2100℃的温度范围。光纤10由加热的预制件50拉制而成，其形式为裸光纤10(例如，未涂覆聚合物基材料)。在离开马弗炉204之后，光纤10可能会遇到传感器214以监测直径d。传感器214可向控制器212提供反馈，以供反馈控制回路调节牵引器208的速度，从而保持光纤10的直径d基本恒定。还可以设想，可以通过张力监测装置216来拉制光纤10，以监测光纤10的拉制张力。张力监测装置216还可以与控制器212连接，以调整光纤10的拉制张力。

拉制系统200可以包括冷却系统218。一旦光纤10从预制件50拉制出来，光纤10就可以在冷却管或其他装置中冷却。冷却系统218可以连接至炉180的出口，或者可选地，与炉180的出口间隔开。随后，可以通过涂覆系统220来涂覆光纤10，该涂覆系统220可以将聚合物基涂料施加到光纤10的外表面。还可以设想，经涂覆的光纤10可以通过涂覆系统220内的涂层固化装置。经涂覆的光纤10可以卷绕在卷轴或线轴222上。

图中显示拉制系统200具有控制器212，其可以具有微处理器或处理器224、存储器226和其他控制电路。存储器226可以存储处理器224可执行的指令228。可以设想，可采用任何数字和/或模拟处理电路和存储器存储介质。

控制器212可修改制造过程，例如调节拉制系统200的拉制速度、修改炉180的温度和/或修改施加到光纤10的拉制张力。拉制系统200可以利用各种拉制机构和/或滑轮，以在通过拉制系统200拉制光纤10时为光纤10提供选定的拉制张力。

参考图13和图14，本文公开的方法40可用于创建纤芯12，该纤芯12最终被拉制成具有不同特性的不同碱掺杂光纤10。如图13所示，折射率分布240是在最终拉制之前的第一棒分布；如图14所示，折射率分布242是在最终拉制之前测量的第二棒分布。此外，图14中的折射率分布242位于光纤10空间中，其中光纤10的外半径约为62.5pm。归一化径向空间中的分布242(例如，归一化至最大外半径)在预制件50和光纤空间中通常是相似的，但由于碱扩散和应力光学效应而存在一些变化。可以使用本文公开的方法40形成具有不同特性的不同产品，包括预制件50和光纤10。

参考图1至图14，本文公开的方法40生产具有选定特性的光纤10，例如，在各种波长下减小的衰减、选定的TTP以及选定的相对折射率。光纤10包括掺杂有碱金属氧化物的纤芯12。纤芯12具有0.5重量％至1.5重量％之间的碱金属氧化物浓度。包层14围绕纤芯12，并且包括壕沟26和外包层区域28。壕沟26具有第一浓度的氟，并且可以具有第一浓度的氯。壕沟26具有相对折射率Δ

此外，光纤10在暴露于总压力为1atm的含H

目前，光纤10可以1550nm或约1550nm和/或1580nm或约1580nm的波长进行传输。通信技术可以采用波分复用，允许多个波长信道位于同一光纤10上。在这样的配置中，C波段透射光谱和L波段透射光谱均可利用。从L波段光谱中去除吸收峰会降低L波段的衰减，从而提高光纤10的性能。本文公开的方法40降低了衰减，同时减小了1547nm和1583nm处或其附近的吸收峰以及1383nm处或其附近的水峰。

采用本公开的方法可以提供多种优点。例如，非碳还原剂可减少光纤10中水(OH)的形成以及与含碳还原剂相关的污染物或结构缺陷。另外，非碳还原剂可以是SiCl

本文公开的装置和方法在以下段落中得到进一步总结，并且进一步通过其中所描述的任何和所有各个方面的组合来表征。

根据第一方面，制造光纤预制件的方法包括通过在芯棒上沉积二氧化硅烟炱来形成多孔包层烟炱坯料，其中光纤具有芯区域和包层区域。芯棒包括芯部分，该芯部分的组成对应于光纤芯区域的至少一部分，并且芯棒的芯部分中的碱金属氧化物的浓度在0.1重量％和1.5重量％之间。该方法包括在SiCl

根据第二方面，方法包括将氟掺杂的二氧化硅玻璃外包层施加到固结的氟掺杂包层棒上以形成光纤预制件。

根据第三方面，在固结步骤中，SiCl

根据第四方面，方法包括：通过将二氧化硅烟炱沉积在固结的氟掺杂包层棒上来形成多孔外包层烟炱坯料；在不存在SiCl

根据第五方面，包层部分包括围绕芯部分的凹陷折射率包层部分和围绕凹陷折射率包层部分的外包层部分，凹陷折射率包层部分具有第一氟浓度，外包层部分具有第二氟浓度，第二氟浓度小于第一氟浓度。

根据第六方面，凹陷折射率包层部分具有相对折射率Δ

根据第七方面，凹陷折射率包层部分包含第一氯浓度，外包层部分包含第二氯浓度，其中第二氯浓度小于第一氯浓度。

根据第八方面，制造光纤的方法包括形成碱掺杂的芯棒，其中光纤具有芯区域和包层区域。碱掺杂的芯棒包括具有与光纤的芯区域的至少一部分相对应的组成的部分。该方法包括通过在碱掺杂的芯棒上沉积二氧化硅烟炱来形成多孔包层烟炱坯料，并将多孔包层烟炱坯料暴露于氟掺杂前体。氟掺杂前体用氟掺杂二氧化硅烟炱，形成氟掺杂多孔包层烟炱坯料。暴露步骤包括向多孔包层烟炱坯料提供氟掺杂前体流。该方法包括在不存在或存在氟掺杂前体流的情况下固结氟掺杂多孔包层烟炱坯料以形成氟掺杂包层棒，该氟掺杂包层棒具有与光纤包层区域相对应的组成的部分。暴露步骤包括在SiCl

根据第九方面，暴露步骤包括在SiCl

根据第十一方面，形成碱掺杂的芯棒的步骤包括：蒸发碱金属卤化物前体，使其流过基材管；使加热燃烧器在基材管外侧上穿过，同时碱金属卤化物蒸气流过基材管以使得碱掺杂基材管内侧，并扩散通过管壁；以及使基材管塌陷，形成芯棒的一部分。芯棒部分具有碱浓度在0.1重量％和1.5重量％之间的组成。

根据第十二方面，具有与光纤包层区域相对应的组成的部分具有相对折射率Δ

Δ

根据第十三方面，方法包括通过在氟掺杂的包层棒上沉积二氧化硅烟炱来形成外包层区域，以形成多孔外包层烟炱坯料。外包层区域具有相对折射率Δ

根据第十四方面，固结多孔外包层烟炱坯料的步骤包括在不存在SiCl

根据第十五方面，当存在于暴露步骤或固结步骤中时，SiCl

根据第十六方面，光纤包括芯区域，该芯区域包括掺杂有碱金属氧化物的二氧化硅玻璃。包层区域围绕并直接与芯区域相邻。包层区域包括围绕纤芯区域的凹陷折射率包层区域。凹陷折射率包层区域包括掺杂有第一浓度氟的二氧化硅玻璃。凹陷折射率包层区域具有相对折射率Δ

根据第十七方面，芯区域具有0.5重量％和1.5重量％之间的碱金属氧化物浓度。

根据第十八方面，碱金属氧化物包括K

根据第十九方面，光纤表现出在1547nm处的衰减<0.16dB/km，并且在1547nm处的基线以上的增量衰减小于0.0003dB/km。

根据第二十方面，光纤在1383nm处表现出衰减<0.5dB/km。

根据第二十一方面，预制件构造为拉制成前述任一方面的光纤。

尽管为了说明给出了示例性的实施方式和实施例，但是前面的描述并不旨在以任何方式限制本公开和所附权利要求书的范围。因此，可以对上述实施方式和实施例进行修改和变动而基本上不偏离本公开的精神和各种原理。所有这些变动和修改旨在包括在本公开和所附权利要求保护的范围内。