RU2174248C2

RU2174248C2 - Optic fiber with low losses at wavelength 1385 nm, method of manufacture thereof, and multichannel system employing such fiber

Info

Publication number: RU2174248C2
Application number: RU98111692A
Authority: RU
Inventors: Кай Хуэй ЧАН; Дейвид КЕЙЛИШ; Томас Джон МИЛЛЕР; Майкл Л. ПЕРСАЛ
Original assignee: Люсент Текнолоджиз Инк.
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2001-09-27

Abstract

FIELD: fiber optics. SUBSTANCE: rod of unimodal fiber is manufactured by method of axial precipitation from vapor phase. Ratio of outside sheath diameter to core of this rod does not exceed 7.5. Rod with core is dehydrated in chlorine- and fluorine-containing atmosphere at temperature near 1200 C in order to lower OH ion concentration to a value below 0.8 wt parts per 1 billion, after which rode is hardened in helium atmosphere at temperature near 1500 C to vitrify porous mass constituted by microparticles. Hardened rod is elongated with assistance oxygen-hydrogen burner to form OH ion layer on the surface of rod. Major part of this layer is removed from the rod surface during plasma etching process. After the latter operation, rode with core is inserted into glass tube with low OH ion content. Tube is squeezed to give blanc. The blanc is stretched out into optic fiber, which is covered by one or more protective sheathes. Fiber is characterized by losses at wavelength 1385 nm lowered to a level below that at wavelength 1310 nm, which enables use of all wavelength range from 1200 to 1600 nm for optical transmission and thereby provides conditions for creating multichannel spectral-compression systems capable of transmitting signals over a distance exceeding 10 km. EFFECT: improved performance characteristics. 12 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к одномодовым оптическим волокнам, в частности к изготовлению оптического волокна с необходимыми характеристиками пропускания во всем интервале длин волн от 1200 до 1600 нанометров (нм). The invention relates to single-mode optical fibers, in particular to the manufacture of an optical fiber with the necessary transmission characteristics in the entire wavelength range from 1200 to 1600 nanometers (nm).

Оптические потери в стекловолокне зависят от чистоты стекла и характеризуются ослаблением света от входного конца волокна к его выходному концу. Чем меньше потери, тем большее расстояние может пройти свет до того, как его необходимо будет усилить. Особенно низкими потерями стекло обладает в диапазоне длин волн от 1200 до 1600 нм, и поэтому уже много лет передача световых волн ограничена областями длин волн 1310 нм и 1550 нм. К причинам, которые ограничивают пропускание света этими областями спектра, относятся потери при изгибе волокна при длинах волн выше 1600 нм, амплитудная характеристика существующих оптических усилителей, рэлеевское рассеяние и поглощение света гидроксильными ионами (ОН), которое происходит в узком диапазоне волн около 1385 нм. Касательно источников света, работающих в диапазоне волн 1360-1430 нм, следует заметить, что в этом вопросе все еще существуют "белые пятна". Однако с точки зрения физики для решения этой проблемы нет никаких принципиальных препятствий, поскольку использование материалов на основе фосфида индия (InP) позволяет создавать источники света, работающие во всем диапазоне длин волн от 1200 до 1600 нм. Фактически в последнее время многими исследоватеями были разработаны лазеры, которые работат на различных длинах волн этого диапазона и которые специально предназначены для исследования поглощения света не только в волокне, но и в условиях загрязненной атмосферы. Кроме таких лазеров были созданы и волоконные лазеры накачки, создающие излучение с длиной волны 1480 нм. Optical losses in fiberglass depend on the purity of the glass and are characterized by attenuation of light from the input end of the fiber to its output end. The smaller the loss, the greater the distance light can travel before it needs to be amplified. Glass has a particularly low loss in the wavelength range from 1200 to 1600 nm, and therefore for many years the transmission of light waves has been limited to the wavelength regions of 1310 nm and 1550 nm. Reasons that limit light transmission to these spectral regions include fiber bending loss at wavelengths above 1600 nm, amplitude characteristics of existing optical amplifiers, Rayleigh scattering, and absorption of light by hydroxyl ions (OH), which occurs in a narrow wavelength range of about 1385 nm. Regarding light sources operating in the wavelength range 1360-1430 nm, it should be noted that there are still "white spots" in this matter. However, from the point of view of physics, there are no fundamental obstacles to solving this problem, since the use of materials based on indium phosphide (InP) allows the creation of light sources operating in the entire wavelength range from 1200 to 1600 nm. In fact, recently, many researchers have developed lasers that operate at different wavelengths of this range and which are specifically designed to study the absorption of light not only in the fiber, but also in a polluted atmosphere. In addition to such lasers, fiber pumping lasers were also created, producing radiation with a wavelength of 1480 nm.

На фиг. 1 показана зависимость суммарных потерь в оптическом волокне со стеклянной сердцевиной. Кривая потерь построена в том диапазоне волн, в котором суммарные потери достаточно малы и позволяют обеспечить работу реальных оптических систем связи. В этом диапазоне длин волн потери определяются в основном рэлеевским рассеянием и поглощением ионов ОН. In FIG. Figure 1 shows the dependence of the total losses in an optical fiber with a glass core. The loss curve is built in the wavelength range in which the total losses are quite small and allow the operation of real optical communication systems. In this wavelength range, losses are mainly determined by Rayleigh scattering and OH ion absorption.

Природа рэлеевского рассеяния связана с неравномерным распределением плотности и состава материала по волокну. Такие изменения плотности и состава по волокну возникают при изготовлении стекла, которое в процессе изготовления по мере превращения в аморфное твердое состояние проходит через точку фазового перехода. Существует определенный уровень теплового возмущения, возникающего в точке перехода, который является причиной появления тепловых перепадов и изменений в составе стекла, которые "фиксируются" в кристаллической решетке при температуре размягчения и зависят от состава материала. Размеры таких дефектов стекла меньше длины волны света. Наличие таких дефектов определяется самой природой стекла и устранить их невозможно, вследствие чего они определяют нижнюю границу потерь в волокне. Рэлеевское рассеяние пропорционально 1/ λ⁴, где λ- длина волны света.The nature of Rayleigh scattering is associated with an uneven distribution of the density and composition of the material over the fiber. Such changes in the density and composition of the fiber occur during the manufacture of glass, which during the manufacturing process passes through the phase transition point as it becomes an amorphous solid state. There is a certain level of thermal disturbance arising at the transition point, which is the cause of the appearance of thermal drops and changes in the composition of the glass, which are “fixed” in the crystal lattice at the softening temperature and depend on the composition of the material. The dimensions of such glass defects are less than the wavelength of light. The presence of such defects is determined by the nature of the glass and it is impossible to eliminate them, as a result of which they determine the lower limit of the loss in the fiber. Rayleigh scattering is proportional to 1 / λ ⁴ , where λ is the wavelength of light.

Оптические потери на волне 1385 нм определяются количеством воды, оставшейся в стекле. Чем больше воды в стекле, тем выше потери. Поэтому поглощение света гидроксильными ионами часто рассматривают как поглощение света "водой", которое связано с энергией светового излучения, поглощаемой ионом ОН на длинах волн, которые определяются его различными формами колебаний. Например, два основных вида колебаний такого иона происходят на длине волн 2730 нм и 6250 нм и соответствуют его продольным и поперечным колебаниям. Тем не менее, высшие гармоники и комбинаторные частоты существенно влияют на световые потери вблизи инфракрасного и видимого диапазонов излучения. Одна из таких высших гармоник, в частности с длиной волны 1385 нм, лежит точно посредине диапазона волн, на которых в будущем должны работать оптические волоконные системы связи. Поэтому такие потери, связанные с колебаниями гидроксильных ионов на этой частоте, крайне желательно уменьшить и довести до предельно возможного минимального уровня. К сожалению, даже очень небольшое содержание ионов ОН на уровне одной части на миллион вызывает при длине волны 1385 нм потери, превышающие 65 дБ/км. При всем желании уменьшить концентрацию ионов ОН до уровня 0,8 част./млрд, при котором суммарные световые потери на волне 1385 нм были бы сравнимы с суммарными потерями на волне 1310 нм (которые составляют около 0,33 дБ/км), сделать это считалось практически невозможным по чисто экономическим соображениям. При такой концентрации ионов ОН связанные с их наличием потери должны увеличить потери от рэлеевского рассеивания при длине волны 1385 нм на 0,05 дБ/км, обеспечив величину суммарных потерь на уровне, близком к 0,33 дБ/км. The optical loss at 1385 nm is determined by the amount of water remaining in the glass. The more water in the glass, the higher the loss. Therefore, the absorption of light by hydroxyl ions is often considered as the absorption of light by "water", which is associated with the energy of light radiation absorbed by the OH ion at wavelengths, which are determined by its various forms of vibration. For example, two main types of vibrations of such an ion occur at a wavelength of 2730 nm and 6250 nm and correspond to its longitudinal and transverse vibrations. However, higher harmonics and combinatorial frequencies significantly affect light losses near the infrared and visible radiation ranges. One of these higher harmonics, in particular with a wavelength of 1385 nm, lies exactly in the middle of the wavelength range on which optical fiber communication systems should operate in the future. Therefore, such losses associated with vibrations of hydroxyl ions at this frequency are highly desirable to reduce and bring to the lowest possible level. Unfortunately, even a very small content of OH ions at the level of one part per million causes losses at a wavelength of 1385 nm in excess of 65 dB / km. With all the desire to reduce the concentration of OH ions to the level of 0.8 ppm, at which the total light loss at 1385 nm would be comparable with the total loss at 1310 nm (which is about 0.33 dB / km) It was considered almost impossible for purely economic reasons. With such a concentration of OH ions, the losses associated with their presence should increase the losses from Rayleigh scattering at a wavelength of 1385 nm by 0.05 dB / km, providing a value of total losses at a level close to 0.33 dB / km.

На фиг. 1 показаны три "окна", каждое из которых охватывает определенный диапазон длин волн, в котором происходит нормальная работа оптического волокна. Исторически более ранние волоконные системы работали вблизи волны длиной 825 нм (первое окно), поскольку в 1979 г. появились работающие на такой длине волны лазерные источники и детекторы. Системы, работающие в диапазоне близких к 1310 нм волн второго окна, использовались с 1980 по 1983 гг., а в более позднее время, начиная с 1986 г., начали создавать системы, работающие в диапазоне волн, близких к 1550 нм. В будущем предназначенные для передачи световых волн оптические системы с ограниченными обусловленными наличием воды потерями на 1385 нм в доступном для широкого применения оптическом волокне должны эффективно работать во всем диапазоне длин волн от 1200 до 1600 нм. In FIG. Figure 1 shows three "windows", each of which covers a specific wavelength range in which the normal operation of the optical fiber occurs. Historically, earlier fiber systems operated near a wavelength of 825 nm (first window), since in 1979 laser sources and detectors operating at this wavelength appeared. Systems operating in the wavelength range close to 1310 nm of the second window were used from 1980 to 1983, and at a later time, starting in 1986, began to create systems operating in the wavelength range close to 1550 nm. In the future, optical systems designed to transmit light waves with limited losses due to the presence of water at 1385 nm in a widely available optical fiber should work effectively in the entire wavelength range from 1200 to 1600 nm.

В многомодовых волокнах волны передаются в основном по сердцевине, что обусловлено относительно большой разницей коэффициентов преломления сердцевины и охватывающей ее и выполненной в виде покрытия оболочки. Поскольку в многомодовых волокнах прохождение волн по существу ограничено сердцевиной волокна, наличие ионов ОН в наружной оболочке волокна не оказывает существенного влияния на световые потери волокна. В свое время были изготовлены и описаны в литературе многомодовые волокна с низким поглощением света ионами ОН в области волны длиной 1385 нм (см., например, Moriyama и др., "Ultimately Low ОН Content V.A.D. Optical Fibres", Electronics Letters от 28 августа 1980 г. , том 18, N 18, стр. 698-699). В настоящее время, однако, существует необходимость в изготовлении одномодового волокна с передачей значительной части энергии через оболочку, которая должна иметь низкие обусловленные наличием воды потери на длине волны 1385 нм. In multimode fibers, the waves are transmitted mainly along the core, which is due to the relatively large difference in the refractive indices of the core and covering it and made in the form of a shell coating. Since wave propagation in multimode fibers is essentially limited by the fiber core, the presence of OH ions in the outer sheath of the fiber does not significantly affect the light loss of the fiber. At one time, multimode fibers with low light absorption by OH ions in the 1385 nm wavelength region were fabricated and described in the literature (see, for example, Moriyama et al., "Ultimately Low OH Content VAD Optical Fibers", Electronics Letters of August 28, 1980 city, volume 18, N 18, pp. 698-699). Currently, however, there is a need for the manufacture of single-mode fiber with the transfer of a significant part of the energy through the sheath, which should have low losses due to the presence of water at a wavelength of 1385 nm.

В августе 1986 г. в журнале Journal of Lightwave Technology, том LT-4, N 8, стр. 1026-1033 была опубликована статья Н. Murata под названием "Recent Developments in Vapor Phase Axial Deposition", в которой содержатся сведения об одномодовом оптическом волокне с низкими потерями при длине волны 1385 нм, обусловленными поглощением света водой. В этом волокне, однако, низкое поглощение света водой обеспечивается за счет того, что до нанесения внешнего покрытия из диоксида кремния на сердцевину волокна предварительно в большом количестве наносится промежуточное покрытие. (Процесс осевого осаждения из паровой фазы или VAD-процесс является по своей сути весьма дорогим процессом и поэтому любое снижение производительности может настолько увеличить стоимость волокна, что нанесение в большом количестве промежуточного покрытия оказывается просто неприемлемым при массовом изготовлении волокна.) Числовой показатель волокна (D/d), известный как отношение нанесенное покрытие/сердцевина, определяется отношением диаметра (D) стержня к диаметру (d) сердцевины, и в оптимальном варианте эта безразмерная величина должна быть максимально малой, поскольку количество наносимого в виде покрытия материала пропорционально (D/d)². В статье Murata описано волокно с несколькими различными внешними оболочками и с низким содержанием ОН, у которого с целью снизить содержание ОН до нанесения внешнего покрытия из диоксида кремния отношение нанесенное покрытие/сердцевина должно превышать 7,5. Такая величина числового показателя D/d является недопустимо большой. Тем не менее, целесообразно получить центральный стержень волокна с небольшим содержанием ОН, у которого отношение D/d меньше 7,5.In August 1986, the journal of Lightwave Technology, Volume LT-4, N 8, pp. 1026-1033 published an article by N. Murata entitled "Recent Developments in Vapor Phase Axial Deposition", which contains information about single-mode optical fiber with low losses at a wavelength of 1385 nm, due to the absorption of light by water. In this fiber, however, low light absorption by water is ensured due to the fact that prior to applying an external coating of silicon dioxide, an intermediate coating is preliminarily applied to the fiber core. (The axial vapor deposition process or VAD process is inherently a very expensive process and therefore any decrease in productivity can increase the cost of the fiber so much that applying a large amount of intermediate coating is simply unacceptable for mass production of fiber.) Numerical index of fiber (D / d), known as the ratio coated / core, is determined by the ratio of the diameter (D) of the rod to the diameter (d) of the core, and in the best case, this dimensionless quantity should be as small as possible because the amount of material applied as a coating is proportional to (D / d) ² . A Murata article describes a fiber with several different outer shells and a low OH content, in which, in order to reduce the OH content before applying an external silicon dioxide coating, the coating / core ratio should exceed 7.5. This value of the numerical indicator D / d is unacceptably large. Nevertheless, it is advisable to obtain a central core of the fiber with a low OH content for which the D / d ratio is less than 7.5.

В патенте США 5397372 от 14 марта 1995 г. описан усовершенствованный способ химического осаждения из паровой фазы (MCVD-способ), используемый для изготовления оптического волокна с низким содержанием ОН. В этом патенте для нанесения покрытия из материала с высоким показателем преломления на внутреннюю поверхность стеклянной трубки предлагается использовать безводородную плазменную горелку. Вокруг сердцевины волокна обжимается трубка из стекла, в результате чего получается заготовка, из которой в процессе последующей вытяжки можно получить только сравнительно короткое волокно (длиной порядка 0,7 км). Для получения длинного волокна в промышленном масштабе, как очевидно, заготовка должна иметь большую длину. Следует заметить, что известная технология изготовления длинных заготовок, в основе которой лежит изготовление заключенного в трубку стержня, является весьма экономичной, не решая однако серьезной проблемы, связанной с загрязнением волокна ионами ОН. US Pat. No. 5,397,372 of March 14, 1995 describes an improved chemical vapor deposition method (MCVD method) used to make an optical fiber with a low OH content. In this patent, it is proposed to use an anhydrous plasma torch for coating a material with a high refractive index on the inner surface of a glass tube. A glass tube is crimped around the fiber core, resulting in a preform from which only a relatively short fiber (about 0.7 km long) can be obtained during subsequent drawing. To obtain a long fiber on an industrial scale, it is obvious that the preform must have a large length. It should be noted that the well-known technology for manufacturing long billets, which is based on the manufacture of a rod enclosed in a tube, is very economical, but does not solve the serious problem associated with fiber contamination with OH ions.

Проблема, которая требует решения, заключается в создании оптической системы передачи данных, которая могла бы осуществлять передачу данных на большие расстояния в диапазоне длин волн от 1360 до 1430 нм. Другой не менее важной проблемой, подлежащей решению, является создание одномодового оптического волокна с низкими пиковыми потерями, обусловленными наличием в нем воды, на волне длиной 1385 нм и разработка экономичного способа промышленного изготовления такого волокна. A problem that needs to be solved is the creation of an optical data transmission system that could transmit data over long distances in the wavelength range from 1360 to 1430 nm. Another equally important problem to be solved is the creation of a single-mode optical fiber with low peak losses due to the presence of water in it at a wavelength of 1385 nm and the development of an economical method for the industrial production of such a fiber.

Процесс изготовления одномодового оптического волокна с низкими световыми потерями на волне 1385 нм начинается со стадии формирования стеклянного стержня с сердцевиной, коэффициент преломления которой больше коэффициента преломления слоя осажденной на ней оболочки. Диаметр сердцевины обозначается через (d), а диаметр осажденной на ней оболочки обозначается через (D). Отношение оболочка/сердцевина у такого стержня с сердцевиной меньше 7,5, а концентрация ионов ОН составляет менее 0,8 мас.ч./млрд. До помещения в полую стеклянную трубку с соответственно низкой концентрацией ионов ОН стержень с сердцевиной удлиняется. Под действием тепла трубка с помещенным в нее стержнем нагревается и сжимается вокруг стержня. Полученное изделие представляет собой заготовку, из которой затем изготавливают волокно. The process of manufacturing a single-mode optical fiber with low light losses at a wavelength of 1385 nm begins with the stage of forming a glass rod with a core, the refractive index of which is greater than the refractive index of the layer deposited on it. The diameter of the core is denoted by (d), and the diameter of the shell deposited on it is denoted by (D). The shell / core ratio of such a core core is less than 7.5, and the concentration of OH ions is less than 0.8 parts per billion. Prior to being placed in a hollow glass tube with a correspondingly low concentration of OH ions, the core rod extends. Under the influence of heat, the tube with the rod placed in it heats up and contracts around the rod. The resulting product is a preform from which fiber is then made.

Эту заготовку помещают в печь и вытягивают с одного конца, получая из нее стекловолокно. Стекловолокно затем покрывают одним или несколькими слоями защитного покрытия из материалов, которые затвердевают при воздействии на них излучением. This billet is placed in a furnace and pulled from one end, receiving glass fiber from it. The glass fiber is then coated with one or more layers of a protective coating of materials that harden when exposed to radiation.

В одном из вариантов изобретения стержень с сердцевиной легируется германием и изготавливается осевым осаждением из паровой фазы (VAD-метод). Готовый стержень с сердцевиной обезвоживается в атмосфере, содержащей хлор или фтор, при температуре ниже 1300^oC, а затем затвердевает в гелиевой атмосфере при температуре свыше 1400^oC. После этого осуществляется травление стержня с использованием при этом безводородной плазменной горелки, в процессе которого с поверхности стержня удаляется небольшое количество материала.In one embodiment of the invention, the core core is alloyed with germanium and is produced by axial vapor deposition (VAD method). The finished core core is dehydrated in an atmosphere containing chlorine or fluorine, at a temperature below 1300 ^o C, and then hardens in a helium atmosphere at a temperature above 1400 ^o C. After that, the rod is etched using an anhydrous plasma torch, during which the surface of the rod is removed a small amount of material.

В одном из вариантов изобретения вытяжка стержня с сердцевиной осуществляется с помощью кислородно-водородной горелки, применение которой требует последующего травления для удаления с поверхности стержня загрязняющих ее ионов ОН, которые образовались на ней в процессе вытяжки с использованием такой горелки. В другом варианте изобретения вытяжка стержня с сердцевиной осуществляется с помощью безводородной плазменной горелки, которая не загрязняет поверхность стержня и поэтому не требует последующего травления стержня. In one embodiment of the invention, the core rod is drawn using an oxygen-hydrogen burner, the use of which requires subsequent etching to remove OH ions that pollute it from the rod surface, which were formed on it during the drawing process using such a burner. In another embodiment of the invention, the core rod is drawn using an anhydrous plasma torch that does not contaminate the surface of the rod and therefore does not require subsequent etching of the rod.

Настоящим изобретением впервые подтверждается возможность промышленного изготовления оптического волокна с очень низким содержанием ОН, причем процесс такого изготовления состоит из ряда известных технологических операций, которые до сих пор в такой последовательности еще никем не объединялись в один технологический процесс. Несмотря на давно существующую необходимость в использовании диапазона волн от 1200 до 1600 нм для оптической передачи данных и наличия целого ряда появившихся в начале 1980 годов публикаций о проведенных "выдающихся" экспериментах, свидетельствующих о возможности изготовления оптического волокна с низким содержанием ОН, однако до настоящего времени такие волокна в промышленном масштабе еще никем не выпускались. The present invention for the first time confirms the possibility of industrial production of an optical fiber with a very low OH content, and the process of such manufacture consists of a number of known technological operations, which until now have not been combined into one technological process in this sequence. Despite the long-standing need to use the wavelength range from 1200 to 1600 nm for optical data transmission and the presence of a number of publications that appeared in the early 1980s about the "outstanding" experiments that indicate the possibility of manufacturing an optical fiber with a low OH content, however, to date such fibers on an industrial scale have not yet been produced by anyone.

Изобретение и варианты его осуществления более подробно рассмотрены в приведенном ниже описании со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг. 1 - спектр суммарных потерь известных оптических волокон, на котором показаны те области спектра, на которых происходит поглощение энергии ионами ОН,
на фиг. 2 - схема, иллюстрирующая изготовление стержня с сердцевиной методом осевого осаждения из паровой фазы,
на фиг. 3 - блок-схема предлагаемого в изобретении способа изготовления оптического волокна,
на фиг. 4 - схематичное изображение плазменной горелки, предназначенной для удаления ионов ОН с поверхности стержня с сердцевиной,
на фиг. 5 - общий вид станка для размещения стержня с сердцевиной внутри трубки на ее оси и обжатия трубки на расположенном в ней стержне,
на фиг. 6 - поперечное сечение предлагаемой в изобретении стеклянной заготовки, на котором показаны размеры сердцевины и оболочки стержня,
на фиг. 7 - изображение оптического волокна, вытянутого из показанной на фиг. 6 стеклянной заготовки, с двумя слоями защитного покрытия,
на фиг. 8 - график, на котором показана измеренная характеристика пропускаемости оптического волокна, изготовленного предлагаемым в изобретении способом, и
на фиг. 9 - схема четырехканальной системы со спектральным уплотнением для линии передачи, работающей в диапазоне длин волн от 1360 до 1430 нм.The invention and its embodiments are described in more detail in the description below with reference to the accompanying drawings, which show:
in FIG. 1 is a spectrum of the total loss of known optical fibers, which shows those regions of the spectrum where energy is absorbed by OH ions,
in FIG. 2 is a diagram illustrating the manufacture of a core core by axial vapor deposition,
in FIG. 3 is a flowchart of an inventive method for manufacturing an optical fiber,
in FIG. 4 is a schematic representation of a plasma torch designed to remove OH ions from the surface of a core rod,
in FIG. 5 is a General view of the machine for placing a core with a core inside the tube on its axis and crimping the tube on the core located in it,
in FIG. 6 is a cross section of a glass blank according to the invention, showing the dimensions of the core and the core of the rod,
in FIG. 7 is an image of an optical fiber elongated from that shown in FIG. 6 glass blanks, with two layers of protective coating,
in FIG. 8 is a graph showing the measured transmittance of an optical fiber manufactured by the method of the invention, and
in FIG. 9 is a diagram of a four-channel system with spectral multiplexing for a transmission line operating in the wavelength range from 1360 to 1430 nm.

На фиг. 3 показана блок-схема предлагаемого в настоящем изобретении способа изготовления оптического волокна с низкими потерями на волне 1385 нм. Отдельные стадии этого способа обозначены соответствующими позициями (31- 38), которые сохраняются во всем описании. Первые три стадии (позиции 31-33) относятся к изготовлению стержня с сердцевиной с низким содержанием ОН (меньше 0,8 част./млрд), который затем покрывают наружной оболочкой из стеклянной трубки. Эти три первые стадии в принципе можно заменить одной стадией формирования стержня с сердцевиной, у которого отношение полученная осаждением оболочка/сердцевина меньше 7,5, а содержание ОН не превышает 0,8 мас. ч./млрд. В предпочтительном варианте изобретения стержень с сердцевиной изготавливается описанным ниже методом осевого осаждения из паровой фазы (VAD-методом), который на блок-схеме обозначен позицией 31. In FIG. 3 shows a flowchart of a method for manufacturing an optical fiber with a low loss at a wavelength of 1385 nm proposed in the present invention. The individual stages of this method are indicated by the corresponding numbers (31-38), which are stored throughout the description. The first three stages (positions 31-33) relate to the manufacture of a core core with a low OH content (less than 0.8 ppm), which is then coated with an outer shell of a glass tube. These three first stages can, in principle, be replaced by a single stage of core core formation, in which the coating / core deposition ratio is less than 7.5 and the OH content does not exceed 0.8 wt. h / bn In a preferred embodiment of the invention, the core core is manufactured by the axial vapor deposition method described below (VAD method), which is indicated at 31 in the flowchart.

Принципиальная схема метода осевого осаждения из паровой фазы, заключающегося в осаждении на формируемый стержень из диоксида кремния частиц стекла или "сажи", изображена на фиг. 2. Стержень 20 состоит из сердцевины 21 и осажденной на ней оболочки 22, у которой коэффициент преломления меньше, чем у сердцевины. Известно, что луч света отклоняется в направлении той области волокна, которая имеет сравнительно большой коэффициент преломления, и на основании этого закона физики движение света в волокне происходит вдоль его центра. Для создания в волокне области с относительно высоким коэффициентом преломления используется горелка 201, в которую подается топливо (в частности, кислород и водород) и исходный материал (в частности, GeCl₄ и SiCl₄) и работа которой сопровождается образованием направленного к центру стеклянного стержня языка пламени, в котором содержатся пары исходного материала. Содержащийся в языке пламени исходный материал вступает в реакцию и из осаждающихся частиц стекла (сажи) образуется сердцевина 20. Стержень обычно вытянут в вертикальном направлении и вначале осаждаемые частицы образуют верхний конец стержня. По мере осаждения содержащихся в пламени частиц образующийся стержень поднимается вертикально вверх и вращается вокруг своей оси, в результате чего осаждение частиц происходит равномерно по всей его длине и по всей его окружности. Другая горелка 202 используется для образования на сердцевине 21 слоя 22 стекла, называемого полученной осаждением оболочкой. Используемый в горелке 202 для образования наносимой осаждением оболочки 22 исходный материал представляет собой, например, SiCl₄. Следует заметить, что легирование сердцевины 21 германием является одним из способов создания сердцевины с более высоким по сравнению с оболочкой коэффициентом преломления. В другом варианте для изготовления сердцевины можно использовать SiCl₄ как исходный материал, а легирование оболочки фтором даст коэффициент преломления оболочки меньше, чем у сердцевины. В этом случае в горелку 202 вместе с SiCl₄ подают SF₆, CCl₂F₂, CF₄. Подробное описание различных способов изготовления волокна описано в главе 4 книги Optical Fiber Telecommunications II. Academic Press, Inc., 1988, AT&T and Bell Communications Research, Inc. В частности, в разделе 4.4.4 этой книги (стр. 169-180), которая включена в данное описание в качестве ссылки, описан способ изготовления волокна, в основе которого лежит процесс осевого осаждения из паровой фазы.A schematic diagram of the method of axial vapor deposition consisting in the deposition of glass particles or “soot” on a silicon dioxide rod formed is illustrated in FIG. 2. The core 20 consists of a core 21 and a shell 22 deposited on it, in which the refractive index is lower than that of the core. It is known that a ray of light deviates in the direction of that region of the fiber that has a relatively large refractive index, and on the basis of this law of physics, the movement of light in the fiber occurs along its center. To create a region with a relatively high refractive index in the fiber, a burner 201 is used, into which fuel (in particular, oxygen and hydrogen) and source material (in particular, GeCl ₄ and SiCl ₄ ) are supplied and whose operation is accompanied by the formation of a tongue directed toward the center of the glass rod flame containing vapors of the source material. The starting material contained in the flame tongue reacts and a core 20 is formed from the precipitated particles of glass (soot). The core is usually elongated in the vertical direction and initially the deposited particles form the upper end of the core. As the particles contained in the flame are deposited, the resulting rod rises vertically upward and rotates around its axis, as a result of which the particles are deposited uniformly along its entire length and around its entire circumference. Another burner 202 is used to form a glass layer 22 on the core 21, called a deposition shell. Used in the burner 202 to form a deposition coating 22, the starting material is, for example, SiCl ₄ . It should be noted that doping the core 21 with germanium is one of the ways to create a core with a higher refractive index than the shell. In another embodiment, for the manufacture of the core, SiCl ₄ can be used as the starting material, and doping of the shell with fluorine will give a refractive index of the shell less than that of the core. In this case, the burner 202 together with SiCl ₄ is supplied SF _6, CCl ₂ F _2, CF _4. A detailed description of the various methods for making fiber is described in Chapter 4 of Optical Fiber Telecommunications II. Academic Press, Inc., 1988, AT&T and Bell Communications Research, Inc. In particular, section 4.4.4 of this book (pp. 169-180), which is incorporated herein by reference, describes a method for manufacturing a fiber based on an axial vapor deposition process.

В изготовленном описанным выше способам осевого осаждения из паровой фазы стержне с сердцевиной отношение диаметра (D) оболочки к диаметру (d) жилы составляет менее 7,5. Поскольку процесс осевого осаждения из паровой фазы является дорогостоящим процессом, любая экономия затрат на изготовление стержня с сердцевиной непосредственно приведет к снижению стоимости волокна. Известно, что количество осаждаемого из паровой фазы материала, необходимого для изготовления стержня с сердцевиной, пропорционально (D/d)². Однако при снижении отношения D/d возрастают требования, предъявляемые к чистоте внешней трубки. Снижение D/d приводит к увеличению оптической мощности, передающейся через внешнюю трубку волокна, и поэтому наличие в ней таких примесей, как ионы ОН, вызывает дополнительные потери, связанные с поглощением света этими ионами. Объясняется это подвижностью ионов ОН и их миграцией в направлении сердцевины, которая особенно интенсивно происходит в процессе вытяжки волокна. Еще большую опасность представляет собой возможность разложения ионов ОН и образование из них водорода, который обладает большей подвижностью, чем сами ионы ОН, и который может диффундировать во время вытяжки волокна в его сердцевину. При последующем взаимодействии между водородом и атомными дефектами в сердцевине волокна в ней образуются ионы ОН. Волокна со стержнем с сердцевиной, у которого отношение диаметра нанесенной осаждением оболочки к диаметру сердцевины меньше 2,0, должны иметь наружные трубки с необычайно низким содержанием ОН, стоимость которых в настоящее время достаточно велика. Поэтому у изготавливаемого в промышленных целях волокна отношение (D/d) диаметра нанесенного осаждением покрытия к диаметру сердцевины должно лежать в пределах от 2,0 до 7,5.In the axial vapor deposition method described above for the core core, the ratio of the sheath diameter (D) to the core diameter (d) is less than 7.5. Since the axial vapor deposition process is an expensive process, any cost savings in manufacturing a core core will directly reduce the cost of the fiber. It is known that the amount of material deposited from the vapor phase necessary for the manufacture of a core core is proportional to (D / d) ² . However, with a decrease in the D / d ratio, the requirements for the purity of the outer tube increase. A decrease in D / d leads to an increase in the optical power transmitted through the outer fiber tube, and therefore the presence of impurities such as OH ions in it causes additional losses associated with the absorption of light by these ions. This is explained by the mobility of OH ions and their migration towards the core, which is especially intense during fiber drawing. An even greater danger is the possibility of decomposition of OH ions and the formation of hydrogen from them, which has greater mobility than OH ions themselves, and which can diffuse during the drawing of the fiber into its core. In the subsequent interaction between hydrogen and atomic defects, OH ions are formed in the fiber core in it. Fibers with a core core, in which the ratio of the diameter of the deposited sheath to the diameter of the core is less than 2.0, should have outer tubes with an unusually low OH content, the cost of which is currently quite high. Therefore, for industrial manufactured fibers, the ratio (D / d) of the diameter of the deposited coating to the core diameter should be in the range from 2.0 to 7.5.

На стадии, обозначенной на фиг. 3 позицией 32, осуществляется дегидратация стержня с сердцевиной, который для этого помещают в хлор- или фторсодержащую атмосферу с температурой около 1200^oC. На этом этапе стержень с сердцевиной имеет пористую мелкодисперсную структуру, и газообразный хлор, например, легко проходит между частицами сажи и замещает ионы ОН ионами хлора, обеспечивая практически полное обезвоживание стержня. Скорость замещения иона ОН зависит от расхода газообразного хлора и температуры дегидратации.In the step indicated in FIG. 3, 32, the core rod is dehydrated, which for this is placed in a chlorine or fluorine-containing atmosphere with a temperature of about 1200 ^o C. At this stage, the core rod has a porous finely divided structure, and gaseous chlorine, for example, easily passes between soot particles and replaces OH ions with chlorine ions, providing almost complete dehydration of the rod. The rate of OH ion substitution depends on the flow rate of chlorine gas and the dehydration temperature.

На стадии, обозначенной на фиг. 3 позицией 33, происходит отверждение стержня с сердцевиной, который для этого помещают в атмосферу гелия с температурой около 1500^oC. Отверждение представляет собой операцию, во время которой пористый, состоящий из мелкодисперсных частиц стержень превращается в плотное стекло, в котором отсутствуют границы между отдельными частицами. Подробное описание процессов дегидратации и отверждения стержня содержится в патенте США 3933454 от 20 января 1976 г., который включен в данное описание в качестве ссылки.In the step indicated in FIG. 3, 33, a core with a core is cured, which for this purpose is placed in a helium atmosphere with a temperature of about 1500 ^o C. Curing is an operation during which a porous rod consisting of fine particles turns into dense glass in which there are no boundaries between particles. A detailed description of the processes of dehydration and curing of the rod is contained in US patent 3933454 from January 20, 1976, which is incorporated into this description by reference.

На стадии 34 согласно фиг. 3 с помощью кислородно-водородной горелки осуществляется удлинение стержня с сердцевиной. Использование на этом этапе горелки является наиболее оптимальным с точки зрения затрат методом выделения большого количества тепла, которое требуется для вытягивания стержня. В другом варианте на этой стадии, как описано ниже, можно использовать безводородную плазменную горелку, исключив при этом операцию травления стержня (обозначена позицией 35). Обычно стержни с сердцевиной, выращиваемые методом осевого осаждения из паровой фазы, имеют слишком большие размеры для заключения их в имеющие обычные размеры наружные трубки, и поэтому перед этим для уменьшения их диаметра они обычно подвергаются удлинению, в процессе которого происходит уменьшение их диаметра. Удлинение стержня проводят на обычном, предназначенном для вытяжки стекла станке, конструкция которого достаточно хорошо известна. Стержень с сердцевиной устанавливают между передней и задней бабками станка и приводят во вращение. Во время вращения вдоль стержня с постоянной скоростью в направлении передней бабки перемещается расположенная под стержнем горелка. Одновременно с движением горелки задняя бабка отводится от передней, в результате чего стержень удлиняется, а его диаметр уменьшается. Расход горючих газов, в частности водорода и кислорода, в горелке составляет около 30 и 15 л/мин соответственно. При использовании для нагревания стержня обычного промышленного водорода на поверхности стержня с сердцевиной образуется слой ОН. Процесс удлинения стержня с сердцевиной достаточно хорошо известен и подробно описан, например, в патенте США 4578101 от 25 марта 1986 г. At step 34 of FIG. 3 with the help of an oxygen-hydrogen burner, the core with the core is elongated. The use of a burner at this stage is the most cost-effective method of generating the large amount of heat that is required to extend the rod. In another embodiment, at this stage, as described below, an anhydrous plasma torch can be used, while excluding the etching operation of the rod (indicated at 35). Typically, core rods grown by axial vapor deposition are too large to fit into conventional outer tubes, and therefore, to reduce their diameter, they are usually elongated before they are reduced in diameter. The extension of the rod is carried out on a conventional machine designed for drawing glass, the design of which is well known. A core rod is installed between the front and rear headstock of the machine and rotated. During rotation along the shaft with constant speed in the direction of the headstock, the burner located under the shaft moves. Simultaneously with the movement of the burner, the tailstock is diverted from the front, as a result of which the rod lengthens and its diameter decreases. The consumption of combustible gases, in particular hydrogen and oxygen, in the burner is about 30 and 15 l / min, respectively. When using conventional industrial hydrogen for heating the rod, an OH layer is formed on the surface of the core rod. The process of lengthening the core core is well known and described in detail, for example, in US Pat. No. 4,578,101 of March 25, 1986.

На фиг. 3 позицией 35 обозначена стадия травления вытянутого стержня, которая осуществляется предпочтительно с помощью безводородной плазменной горелки. На фиг. 4 схематично показано устройство для плазменного травления имеющего сердцевину стержня 20, в процессе которого с поверхности стержня удаляется основная часть находящихся на ней ионов ОН. Подробную информацию о плазменном травлении можно найти в патенте США 5000771 от 19 марта 1991 г, который включен в данное описание в качестве ссылки. Описание основных особенностей процесса плазменного травления приведено ниже, хотя очевидно, что для эффективного удаления с поверхности стержня ионов ОН можно использовать и иные методы. К таким не ограничивающим изобретение методам можно отнести механическое шлифование и химическое травление. In FIG. 3, reference numeral 35 denotes a step for etching an elongated rod, which is preferably carried out using an anhydrous plasma torch. In FIG. 4 schematically shows a device for plasma etching of a core having a core 20, during which the main part of OH ions located on it is removed from the surface of the core. Detailed information on plasma etching can be found in US Pat. No. 5,000,771 of March 19, 1991, which is incorporated herein by reference. A description of the main features of the plasma etching process is given below, although it is obvious that other methods can be used to effectively remove OH ions from the rod surface. Such non-limiting methods of the invention include mechanical grinding and chemical etching.

Для быстрого травления или очистки наружной поверхности стеклянного стержня из диоксида кремния или из силикатного стекла можно использовать изотермическую плазму. При использовании создающей изотермическую плазму горелки преобладающим механизмом поверхностного удаления вещества является его испарение, обусловленное высокой температурой плазмы, которая в центре плазмы обычно превышает 9000^oC. В процессе контакта электропроводящего плазменного шара с огнеупорной диэлектрической поверхностью стержня происходит интенсивный перенос на нее энергии плазмы и увеличение температуры поверхности стержня выше температуры испарения расположенного на его поверхности диэлектрического материала.Isothermal plasma can be used to quickly etch or clean the outer surface of a silica glass or silicate glass rod. When using an isothermal plasma burner, the predominant mechanism of surface removal of the substance is its evaporation, due to the high temperature of the plasma, which usually exceeds 9000 ^o C in the center of the plasma. During the contact of the electrically conductive plasma ball with the refractory dielectric surface of the rod, intense plasma energy is transferred to it and an increase the surface temperature of the rod is higher than the evaporation temperature of the dielectric material located on its surface.

На фиг. 4 схематично показано устройство для плазменного травления. В горелке 10 имеется кожух 11, в котором находится расплавленный диоксид кремния и который соединены с источником 18 газа трубкой 16 и с другим источником 17 газа другой трубкой 15. Газ, поступающий из источника 17, представляет собой газ, который используется для образования плазменного разряда внутри расположенного в кожухе 11 экрана 110. Для образования плазменного шара 12 используется высокочастотная катушка 19 и генератор 14 высокой частоты. Источники газа предназначены для подачи в горелку расходуемого на поддержание плазмы ионизируемого газа и образования внутри горелки плазменного шара. При добавлении к ионизируемому расходуемому на поддержание плазмы газу газа с высоким порогом ионизации основная часть плазменного шара оказывается расположенной за пределами горелки. Добавляемый газ из источника 18 подается в верхнюю расположенную вокруг экрана 110 часть горелки, в которой для превращения газов под действием энергии поля высокой частоты в плазму требуется обеспечить относительно большой расход энергии. Обычно расположенная вне горелки часть плазменного шара занимает менее 50% от всего объема образующейся в горелке плазмы, поскольку для создания устойчивой плазмы необходимо, чтобы ее центр оставался внутри горелки, что обеспечивает возможность постоянного подвода к плазме от источника высокой частоты энергии, достаточной для поддержания ее устойчивого состояния. Кроме того, в том случае, когда расположенная вне горелки часть плазменного шара составляет от 30 до 50% от всего объема плазмы, источник высокочастотной энергии должен иметь большую мощность, а расход газов, необходимых для создания устойчивой плазмы, также должен быть больше, чем в том случае, когда эта часть плазменного шара составляет менее 30% от всего объема плазмы. Смещая центр плазмы к выходному концу горелки, можно легко обеспечить воздействие плазмы на расположенный под горелкой имеющий сердцевину стержень 20. Очевидно, что чем большая часть плазменного шара будет расположена вне горелки, тем проще будет обеспечить необходимое воздействие плазмы на стержень. In FIG. 4 schematically shows a device for plasma etching. In the burner 10 there is a casing 11 in which molten silicon dioxide is located and which is connected to the gas source 18 by a tube 16 and another gas source 17 by another tube 15. The gas coming from the source 17 is a gas that is used to form a plasma discharge inside located in the casing 11 of the screen 110. To form a plasma ball 12, a high-frequency coil 19 and a high-frequency generator 14 are used. Gas sources are intended for supplying to the burner the ionized gas spent on maintaining the plasma and the formation of a plasma ball inside the burner. When a gas with a high ionization threshold is added to the ionizable gas used to maintain the plasma, the main part of the plasma ball is located outside the burner. The added gas from the source 18 is supplied to the upper part of the burner located around the screen 110, in which a relatively high energy consumption is required to convert gases under the action of the energy of a high-frequency field into a plasma. Usually, the part of the plasma ball located outside the burner occupies less than 50% of the total volume of the plasma generated in the burner, since in order to create a stable plasma it is necessary that its center remains inside the burner, which allows a constant supply of high energy frequency to the plasma, sufficient to maintain it steady state. In addition, in the case when the part of the plasma ball located outside the burner is from 30 to 50% of the total plasma volume, the high-frequency energy source must have a large power, and the gas flow rate necessary to create a stable plasma must also be greater than in the case when this part of the plasma ball is less than 30% of the total plasma volume. By shifting the center of the plasma to the outlet end of the burner, it is easy to provide a plasma effect on the core 20 located below the burner. Obviously, the larger the plasma ball will be located outside the burner, the easier it will be to provide the necessary plasma effect on the rod.

Стержень 20 устанавливается на станок 120, который приводит его во вращение. В принципе все устройства для установки таких стержней на станке и их вращения хорошо известны специалистам в данной области техники. В процессе равномерного вращения цилиндрического стержня и одновременного соответствующего перемещения вдоль стержня плазменной горелки материал стержня 20 удаляется со всей его поверхности с сохранением формы поперечного сечения стержня. Принципиальным является то, что такой способ травления позволяет удалить с поверхности стержня ионы ОН. В предпочтительном варианте изобретения глубина травления составляет (0,25±0,15) мм. При этом диаметр стержня, равный до плазменного травления приблизительно 20 мм, снижается после травления до приблизительно 19,5 мм. The rod 20 is mounted on the machine 120, which brings it into rotation. In principle, all devices for installing such rods on the machine and their rotation are well known to specialists in this field of technology. In the process of uniform rotation of the cylindrical rod and simultaneous corresponding movement along the plasma torch rod, the material of the rod 20 is removed from its entire surface while maintaining the cross-sectional shape of the rod. It is important that this method of etching allows you to remove OH ions from the surface of the rod. In a preferred embodiment, the etching depth is (0.25 ± 0.15) mm. The diameter of the rod, equal to plasma etching of approximately 20 mm, decreases after etching to approximately 19.5 mm.

Расход газа в плазменной горелке (O₂ или предпочтительно О₂/Ar) составляет от 1,0 до 100 л/мин. Плазменный шар, образующийся под действием поля, создаваемого генератором высокой частоты, который обычно при частоте 3 МГц потребляет мощность от 20 до 40 кВт, перемещается относительно стержня со скоростью от 0,01 до 100 см/с, перекрывая участок обрабатываемого стержня длиной около 1 м. Скорость вращения стержня обычно лежит в пределах от 0,1 до 200 об/мин. Интенсивность травления при этих условиях составляет от 0,01 до 10 граммов в минуту.The gas flow rate in the plasma torch (O ₂ or preferably O ₂ / Ar) is from 1.0 to 100 l / min. The plasma ball generated by the field created by the high-frequency generator, which usually consumes power from 20 to 40 kW at a frequency of 3 MHz, moves relative to the rod at a speed of 0.01 to 100 cm / s, blocking a portion of the processed rod about 1 m long The speed of rotation of the rod usually lies in the range from 0.1 to 200 rpm The etching rate under these conditions is from 0.01 to 10 grams per minute.

Стоимость готового волокна можно уменьшить за счет использования больших наружных трубок. Предпочтительно трубку выполнять из синтетического диоксида кремния, который хорошо известен специалистам и широко используется благодаря своей высокой чистоте, низкому коэффициенту затухания и высокой прочности на растяжение. От чистоты наружной трубки зависит расстояние от нее до сердцевины волокна. На стадии, обозначенной позицией 36, стержень с сердцевиной помещают в трубку из стекла с низким содержанием ОН, при этом следует заметить, что чем меньше отношение D/d, тем чище должна быть трубка (т.е. тем ниже должно быть содержание в ней ОН). В качестве примера можно привести следующую таблицу, в которой для разных значений отношения D/d указаны рекомендуемые для реализации настоящего изобретения различные уровни содержания ОН в наружной трубке:
D/d - Концентрация ОН, част./млн
7,5 - < 200
5,2 - < 1,0
4,4 - < 0,5
На стадии, обозначенной на фиг. 3 позицией 37, происходит обжатие стеклянной трубки на стержне с сердцевиной и получение заготовки волокна. Способ выполнения этой операции проиллюстрирован на фиг. 5. На фиг. 5 показан станок 500, на котором имеющий сердцевину стержень 20 помещается внутрь полой стекляной трубки 40, которая обжимается на стержне. Как показано на фиг. 5, стеклянная трубка 40 с продольной осью 401 расположена вертикально. Трубка 40 установлена в патроне 52 с универсальным шарниром, закрепленным в держателе 53, который крепится к нижней консольной опоре 55 вертикальной рамы 510 станка и может поворачиваться в шарнире патрона в любом направлении относительно станины станка. Нижний патрон 52 имеет уплотнение, которое уплотняет наружную поверхность трубки 40. Стержень 20 подвешивается к верхнему патрону 51 соосно с ним. Патрон 51 закреплен на верхней опоре 56, которая расположена консольно по отношению к раме 510 станка. Нижняя и верхняя опоры 55 и 56 расположены определенным образом друг относительно друга и определяют взаимное положение трубки и стержня, основная часть длины которого оказывается расположенной внутри трубки.The cost of the finished fiber can be reduced through the use of large outer tubes. Preferably, the tube is made of synthetic silicon dioxide, which is well known in the art and widely used due to its high purity, low attenuation coefficient and high tensile strength. The distance from it to the fiber core depends on the cleanliness of the outer tube. At the stage indicated by 36, the core rod is placed in a tube of glass with a low OH content, it should be noted that the lower the D / d ratio, the cleaner the tube should be (i.e. the lower the content in it HE). As an example, the following table can be used, in which various levels of OH content in the outer tube are recommended for the implementation of the present invention for different values of the D / d ratio:
D / d - OH concentration, ppm
7.5 - <200
5.2 - <1.0
4.4 - <0.5
In the step indicated in FIG. 3 at 37, the glass tube is crimped onto the core rod and the fiber preform is obtained. A method for performing this operation is illustrated in FIG. 5. In FIG. 5 shows a machine 500, on which a core rod 20 is placed inside a hollow glass tube 40 that is crimped onto the rod. As shown in FIG. 5, the glass tube 40 with the longitudinal axis 401 is arranged vertically. The tube 40 is mounted in the chuck 52 with a universal joint fixed in the holder 53, which is attached to the lower cantilever support 55 of the vertical frame 510 of the machine and can be rotated in the hinge of the chuck in any direction relative to the machine frame. The lower cartridge 52 has a seal that seals the outer surface of the tube 40. The rod 20 is suspended from the upper cartridge 51 coaxially with it. The cartridge 51 is mounted on the upper support 56, which is located cantilever with respect to the frame 510 of the machine. The lower and upper supports 55 and 56 are located in a certain way relative to each other and determine the relative position of the tube and the rod, the main part of the length of which is located inside the tube.

Во время работы необходимо контролировать зазор между наружной поверхностью стержня 20 и внутренней поверхностью трубки 40. В частности, для стержня с наружным диаметром 20 мм необходимо использовать трубку с внутренним диаметром 21,5 мм, что позволяет обеспечить между ними равномерный зазор 0,75 мм. Расположение стержня в центре трубки является предпочтительным, однако не всегда достижимым при его установке, и поэтому иногда до обжатия трубки стержень в нескольких местах касается трубки или оказывается расположенным в ней эксцентрично. При соприкосновении стержня с трубкой или при их нецентральном (эксцентричном) расположении центр полученной после обжатия трубки заготовки оказывается смещенным относительно центра стержня. Для уменьшения такого эксцентриситета трубку можно соответствующим образом перемещать, используя для этого универсальный шарнир, расположенный в нижней части рамы 510, который позволяет поворачивать трубку в любом направлении. During operation, it is necessary to control the gap between the outer surface of the rod 20 and the inner surface of the tube 40. In particular, for a rod with an outer diameter of 20 mm, it is necessary to use a tube with an inner diameter of 21.5 mm, which ensures a uniform gap of 0.75 mm between them. The location of the rod in the center of the tube is preferred, but not always achievable when it is installed, and therefore, sometimes, before crimping the tube, the rod touches the tube in several places or is eccentric in it. When the rod contacts the tube or when they are off-center (eccentric), the center of the workpiece obtained after crimping the tube is shifted relative to the center of the rod. To reduce this eccentricity, the tube can be moved accordingly, using the universal joint located at the bottom of the frame 510, which allows you to rotate the tube in any direction.

Трубка 40 расположена внутри кольцевой горелки 520, в качестве которой можно использовать кислородно-водородную горелку. При повороте трубки 40 и стержня 20 вокруг их продольных осей горелка 520 нагревает трубку 40 до такой температуры, при которой положение трубки меняется само по себе и в месте остановки движущейся горелки трубка смещается и может центрироваться относительно стержня. Связано это с тем, что при нагревании трубки в ее определенном месте снижаются действующие в ней напряжения, и трубка сама может центрироваться относительно стержня 20. У верхнего конца 41 трубки горелка 520 в течение определенного промежутка времени остается неподвижной и, расплавляясь, образует в этой точке стержня 20 герметичное уплотнение. В этот момент с помощью источника 530 вакуума, который соединен с нижним концом трубки, проходящей через консольную опору 55 и держатель 53 трубкой 531, давление внутри трубки снижается и становится меньше наружного давления. Создаваемое внутри трубки разрежение способствует образованию уплотнения участка трубки, расположенного у ее верхнего конца. Обычно давление внутри трубки поддерживается на уровне 0,2 атм. После соответствующей выдержки горелка 520 опускается вниз и движется вдоль трубки. По мере движения горелки вдоль трубки 40 внутри последней поддерживается соответствующий вакуум, а ее длина при этом в зоне нагрева постепенно увеличивается, и трубка относительно быстро сжимается на стержне 20, образуя заготовку для изготовления волокна, поперечное сечение которой показано на фиг. 6. Более подробное описание этого процесса можно найти в патенте США 4820322 от 11 апреля 1989 г., который включен в данное описание в качестве ссылки. В другом варианте для обжатия трубки на стержне с сердцевиной можно использовать плазменную горелку, которая обеспечивает дальнейшее снижение содержания ОН, как описано в патенте США 5578106 от 6 ноября 1996 г. Удаление слоя ОН с внешней поверхности обжимаемой вокруг стержня наружной трубки не обязательно, поскольку этот слой расположен достаточно далеко от сердцевины. В качестве примера можно привести следующие размеры заготовки: 100 см (длина), 63 мм (диаметр наружной трубки), 19 мм (наружный диаметр изготовленного осаждением стержня) и 4,5 мм (диаметр сердцевины). Соответственно отношение D/d у такой заготовки равно 4,2. The tube 40 is located inside the annular burner 520, which can be used as an oxygen-hydrogen burner. When the tube 40 and the rod 20 are rotated around their longitudinal axes, the burner 520 heats the tube 40 to a temperature at which the position of the tube changes by itself and at the point where the moving burner stops, the tube is displaced and can be centered relative to the rod. This is due to the fact that when the tube is heated in its specific place, the stresses acting in it decrease, and the tube itself can be centered relative to the rod 20. At the upper end 41 of the tube, the burner 520 remains stationary for a certain period of time and, when melted, forms at this point the rod 20 is a tight seal. At this point, using the vacuum source 530, which is connected to the lower end of the tube passing through the cantilever support 55 and holder 53 by the tube 531, the pressure inside the tube decreases and becomes less than the external pressure. The vacuum created inside the tube contributes to the formation of a seal on the portion of the tube located at its upper end. Typically, the pressure inside the tube is maintained at 0.2 atm. After appropriate exposure, the burner 520 goes down and moves along the tube. As the burner moves along the tube 40, the corresponding vacuum is maintained inside the latter, while its length gradually increases in the heating zone, and the tube compresses relatively quickly on the rod 20, forming a fiber preform, the cross section of which is shown in FIG. 6. A more detailed description of this process can be found in US Pat. No. 4,820,322 of April 11, 1989, which is incorporated herein by reference. In another embodiment, a plasma torch can be used to crimp the tube onto the core rod, which provides a further reduction in OH content, as described in US Pat. No. 5,578,106 of November 6, 1996. Removing the OH layer from the outer surface of the outer tube crimped around the rod is not necessary, since this the layer is located far enough from the core. As an example, the following workpiece sizes can be cited: 100 cm (length), 63 mm (diameter of the outer tube), 19 mm (outer diameter of the rod made by deposition) and 4.5 mm (core diameter). Accordingly, the D / d ratio of such a workpiece is 4.2.

Позицией 38 на фиг. 3 обозначена стадия вытяжки волокна из нагретого (свыше 2000^oC) конца заготовки. При изготовлении оптического волокна стеклянную заготовку подвешивают вертикально и с контролируемой скоростью перемещают в печь. В печи заготовка размягчается, и из ее расплавленного конца с помощью приводимого во вращение вытяжного ролика, расположенного в нижней части вытяжной колонны, свободно вытягивается стекловолокно. Поскольку при абразивном воздействии на поверхности стекловолокна могут образоваться дефекты, на волокно сразу же после его вытяжки до соприкосновения с какой-либо поверхностью необходимо нанести покрытие. Во избежание повреждения поверхности стекловолокна во время нанесения на нее покрытия последнее наносится на волокно в жидком виде. Нанесенное на стекловолокно покрытие должно затвердеть быстрее, чем волокно с покрытием достигнет вытяжного ролика. Затвердевание покрытия происходит в течение определяемого процессом фотоотверждения промежутка времени, т. е. процессом, при котором жидкий материал покрытия становится твердым при воздействии на него источником излучения.At 38 in FIG. 3 indicates the stage of drawing the fiber from the heated (over 2000 ^° C.) end of the preform. In the manufacture of optical fiber, a glass preform is suspended vertically and transferred to a furnace at a controlled speed. In the furnace, the workpiece is softened, and glass fiber is freely drawn from its molten end by means of a rotatable exhaust roller located in the lower part of the exhaust column. Since defects can form on the surface of the glass fiber during abrasive action, it is necessary to apply a coating to the fiber immediately after it has been drawn before touching any surface. In order to avoid damage to the surface of the fiberglass during coating, the latter is applied to the fiber in liquid form. The fiberglass coating must harden faster than the coated fiber reaches the exhaust roller. The coating hardens during the time period determined by the photo-curing process, i.e., the process in which the liquid coating material becomes solid when exposed to a radiation source.

На фиг. 7 показано предлагаемое в настоящем изобретении вытянутое оптическое волокно 700 с двойным покрытием. Это волокно имеет два слоя покрытия, нанесенных на вытянутое волокно 70, которое состоит из светопроводящей сердцевины 71, нанесенного на нее осаждением слоя 72 и наружной трубки 73. Стекловолокно 70 имеет диаметр около 125 мкм. Следует заметить, что соотношение размеров заготовки 60, показанной на фиг. 6, соответствует соотношению размеров вытянутого волокна 70. (Несмотря на то что диаметр вытянутого волокна в несколько тысяч раз меньше диаметра заготовки, профиль показателя преломления у них один и тот же!). Сначала на стекловолокно 70 наносится внутренний слой 75 защитного покрытия (первое покрытие), а затем на поверхность первого покрытия наносится наружный слой 76 (второе покрытие) защитного покрытия. Для нанесения обоих покрытий используются полимерные материалы на акриловой основе, имеющие заданные значения твердости. Материал второго покрытия, которое является наружным и с которым соприкасаются при работе с волокном, обычно обладает более высоким модулем упругости (в частности, 10⁹ Па), тогда как материал первого покрытия, которое служит своего рода прокладкой, снижающей потери из-за микроизгибов, имеет сравнительно небольшой модуль упругости (в частности, 10⁶ Па). Второе покрытие можно нанести на первое в тот момент, когда первое покрытие находится во влажном состоянии, обеспечив при этом одновременное отверждение обоих покрытий воздействием на них излучения, лежащего в инфракрасной области электромагнитного спектра.In FIG. 7 shows a double coated elongated optical fiber 700 of the present invention. This fiber has two coating layers deposited on an elongated fiber 70, which consists of a light guide core 71 deposited thereon by depositing a layer 72 and an outer tube 73. The glass fiber 70 has a diameter of about 125 microns. It should be noted that the aspect ratio of the blank 60 shown in FIG. 6 corresponds to the aspect ratio of the elongated fiber 70. (Despite the fact that the diameter of the elongated fiber is several thousand times smaller than the diameter of the preform, their refractive index profile is the same!). First, an inner layer 75 of the protective coating (first coating) is applied to the glass fiber 70, and then an outer layer 76 (second coating) of the protective coating is applied to the surface of the first coating. For the application of both coatings, acrylic-based polymeric materials having specified hardness values are used. The material of the second coating, which is external and in contact with the fiber, usually has a higher modulus of elasticity (in particular, 10 ⁹ Pa), while the material of the first coating, which serves as a kind of gasket, which reduces losses due to microbending, has a relatively small modulus of elasticity (in particular, 10 ⁶ PA). The second coating can be applied to the first at a time when the first coating is wet, while ensuring both coatings are cured by exposure to radiation lying in the infrared region of the electromagnetic spectrum.

На фиг. 8 показана фактическая характеристика потерь изготовленного в соответствии с изобретением оптического волокна. Максимальная измеренная величина потерь в области волн длиной 1385 нм составляет меньше 0,29 дБ/км, что отвечает поставленной в изобретении цели и меньше измеренных потерь (0,33 дБ/км) на волне 1310 нм. In FIG. 8 shows the actual loss characteristic of an optical fiber manufactured in accordance with the invention. The maximum measured loss in the wavelength region of 1385 nm is less than 0.29 dB / km, which corresponds to the purpose of the invention and less than the measured loss (0.33 dB / km) at 1310 nm.

На фиг. 9 показана схема предлагаемой в изобретении работающей в режиме спектрального уплотнения системы 90. В этой системе имеется четыре передатчика 81-84, которые в диапазоне длин волн 1200-1600 нм вырабатывают четыре модулированных волны с заданной длиной и четырьмя различными полосами частот. По крайней мере один из передатчиков (в частности, 81) работает на волне, длина которой лежит в диапазоне 1360-1430 нм. До сих пор работа в таком "неисследованном" диапазоне при оптической передаче сигналов на большие расстояния (в частности, на расстояния свыше 10 км) считалась невозможной из-за больших потерь, связанных с поглощением энергии сигнала ионами ОН. Модулированные волны затем объединяются в устройстве для уплотнения сигналов или в мультиплексоре 85 и подаются в оптический кабель 900, конструкция которого хорошо известна специалистам и описана во многих публикациях. В рассматриваемой системе кабель 900 содержит одно или несколько волокон, включая одномодовое оптическое волокно 700, которое изготовлено описанным выше, предлагаемым в изобретении способом и пригодно для передачи оптических сигналов в диапазоне длин волн от 1200 до 1600 нм, имея на волне 1385 нм потери, меньшие, чем на волне 1310 нм. На приемном конце системы четыре канала разделяются в соответствии с их длинами с помощью устройства для разделения каналов, или демультиплексора 85, и поступают в приемники 91-94, позволяющие принять сигналы с различными полосами частот. В систему на участке между мультиплексором 85 и демультиплексором 95 можно включить не показанные на схеме оптические усилители. В рассмотренной системе мультиплексор и демультиплексор представляют собой пассивные оптические схемы. In FIG. 9 shows a diagram of a system 90 operating in a spectral multiplexing mode according to the invention. There are four transmitters 81-84 in this system, which generate four modulated waves with a given length and four different frequency bands in the wavelength range of 1200-1600 nm. At least one of the transmitters (in particular, 81) operates on a wave whose length lies in the range 1360-1430 nm. Until now, work in such an “unexplored” range for optical transmission of signals over long distances (in particular, over 10 km) was considered impossible due to the large losses associated with the absorption of signal energy by OH ions. The modulated waves are then combined in a signal compression device or in a multiplexer 85 and fed into an optical cable 900, the construction of which is well known to those skilled in the art and described in many publications. In this system, the cable 900 contains one or more fibers, including a single-mode optical fiber 700, which is manufactured as described above, proposed in the invention method and is suitable for transmitting optical signals in the wavelength range from 1200 to 1600 nm, having losses less than 1385 nm than at a wavelength of 1310 nm. At the receiving end of the system, the four channels are separated in accordance with their lengths using a channel separator, or demultiplexer 85, and are received at receivers 91-94, which allow receiving signals with different frequency bands. Optical amplifiers not shown in the diagram can be included in the system in the area between the multiplexer 85 and the demultiplexer 95. In the system under consideration, the multiplexer and demultiplexer are passive optical circuits.

В рассмотренные выше конкретные варианты в рамках основной идеи изобретения можно вносить различные изменения и усовершенствования, такие, например, как изготовление стержня с сердцевиной не методом осевого осаждения из паровой фазы, а другим пригодным для этой цели способом. Various changes and improvements can be made to the specific options discussed above within the framework of the main idea of the invention, such as, for example, manufacturing a core with a core, not by axial vapor deposition, but by another method suitable for this purpose.

Claims

1. A method of manufacturing a single-mode optical fiber (700), characterized by low losses at a wavelength of 1385 nm, which consists in the fact that a glass rod (20) is formed by soot deposition, which has a cylindrical core (21) with a diameter (d) coated with it deposition by shell (22) of diameter (D) with a D / d ratio of less than 7.5, then the glass rod is subjected to dehydration in a chlorine or fluorine-containing atmosphere at a temperature of less than 1300 ° C, reducing the content of OH ions to less than 0.8 wt. hours / billion, after which the glass rod is cured at a temperature above 1400 ° C, a hollow cylindrical tube (40) is prepared, the inner diameter of which is slightly larger than the outer diameter of the glass rod and which is made of glass with an OH content of less than 200 wt./ million, then a significant part of the glass rod is placed inside the specified hollow tube, after which the source of heat (520) is applied to the tube, which is moved axially along the tube and the rod and when it is pressed, the tube contracts and burns AET located therein a rod, forming together with them the glass preform (60), and then the glass preform is drawn from glass fibers (70).

2. The method according to claim 1, wherein a material is applied to the elongated glass fiber (70) to form a protective coating on the glass fiber (75, 76), and then the protective coating is exposed to a radiation source to cure the material of this protective coating to form an optical fiber ( 700).

3. The method according to claim 1, in which the glass rod is extended using a heat source, upon which the surface of the rod is contaminated with OH ions, and then OH ions are removed from the surface of the glass rod by removing material from the outside of this surface while reducing the diameter of the rod to a predetermined value.

4. The method according to claim 1, in which the D / d ratio is more than 2.0 and less than 7.5.

5. The method according to claim 3, in which the glass rod (20) is extended using an oxygen-hydrogen burner.

6. The method according to claim 3, in which OH ions are removed from the surface of the elongated glass rod (20) using an anhydrous plasma torch (10).

7. The method according to claim 1, wherein in the process of soot deposition, the axial vapor deposition method is used.

8. The method according to claim 1, in which the core (21) is doped with germanium.

9. The method according to claim 1, in which the obtained by deposition of the shell (22) is doped with fluorine.

10. Glass blank (60) made by the method according to claim 1.

11. Fiberglass (70), stretched from a glass preform (60) according to claim 10.

12. A multichannel system (90) with spectral multiplexing, having several sources (81-84) of optical signals modulated at different wavelengths in the range of 1200-1600 nm, while at least one of these sources operates on a wave lying in the range 1360-1430 nm, an optical signal compaction device (85) located at the input of a multi-channel system with spectral multiplexing, an optical signal decompression device (95) located at the output of a multi-channel system with spectral multiplexing, and a transmission line which connects the sealing device to the decompression device and whose length exceeds 10 km, while in the specified transmission line there is an optical fiber (700), in which the loss at a wavelength of 1385 nm is less than the loss at a wavelength of 1310 nm and which is made of a rod (20 ) with a core enclosed in a glass tube (40) with an OH ion content of less than 200 ppm, wherein the OH core has a core content of less than 0.8 ppm, and the D / d ratio obtained by deposition of the shell and the core is less than 7.5, where (d) - d the diameter of the core (21), a (D) is the diameter of the shell obtained by deposition (22).