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浅谈光纤及其制造技术分析

导读: 光纤通信技术的飞速发展,加快了“光速经济”的到来。为了适应通信技术和Internet的高速发展对超高妈速、超宽带宽、超大容量的通信系统的要求,除了需要研制出更好的光纤无源器件和有源器件外,还需要开发出超低损耗、长波长工作窗口的新型光纤材料,以及更合理的新型光纤结构和精良的制造工艺。

  光纤通信技术的飞速发展,加快了“光速经济”的到来。为了适应通信技术和Internet的高速发展对超高妈速、超宽带宽、超大容量的通信系统的要求,除了需要研制出更好的光纤无源器件和有源器件外,还需要开发出超低损耗、长波长工作窗口的新型光纤材料,以及更合理的新型光纤结构和精良的制造工艺。(管内CVD(化学汽相沉积)法、棒内CVD(化学汽相沉积)法、PCVD(等离子体化学汽相沉积)法以及VAD(轴向汽相沉积)法都是正确的光纤制作方式。

  光纤材料

  以SiO2材料为主的光纤,工作在0.8μm-1.6μm的近红外波段,目前所能达到的最低理论损耗在1550nm波长处为0.16dB/km,已接近石英光纤理论上的最低损耗极限。如果再将工作波长加大,由于受到红外线吸收的影响,衰减常数反而增大。因此,许多科学工作者一直在寻找超长波长(2μm以上)窗口的光纤材料。这种材料主要有两种,即非石英的玻璃材料和结晶材料,晶体光纤材料主要有AgC1、AgBr、KBr、CsBr以及KRS-5等,目前AgC1单晶光纤的最低损耗在10.6μm波长处为0.1dB/km。因此,需要寻求新型基体材料的光纤,以满足超宽带宽、超低损耗、高码速通信的需要。

  氟化物玻璃光纤是当前研究最多的超低损耗远红外光纤,它是以ZrF4-BaF2、HfF4-BaF2两系统为基体材料的多组分玻璃光纤,其最低损耗在2.5μm附近为1×10(的负三次方)dB/km,无中继距离可达到1×10(的5次方)km以上。1989年,日本NTT公司研制成功的2.5μm氟化物玻璃光纤损耗只有0.01dB/km,目前ZrF4玻璃光纤在2.3μm处的损耗达到外0.7dB/km,这离氟化物玻璃光纤的理论最低损耗1×10(的负三次方)dB/km相距很远,仍然有相当大的潜力可挖。能否在该领域研制出更好的光纤,对于开辟超长波长的通信窗口具有深远的意义。

  硫化物玻璃光纤具有较宽的红外透明区域(1.2-12μm),有利于多信道的复用,而且硫化物玻璃光纤具有较宽的光学间隙,自由电子跃迁造成的能量吸收较少,而且温度对损耗的影响较小,其损耗水平在6μm波长处为0.2dB/km,是非常有前途的光纤。而且,硫化物玻璃光纤具有很大的非线性系数,用它制作的非线性器件,可以有效地提高光开关的速率,开关速率可以达到数百Gb/s以上。

  重金属氧化物玻璃光纤具有优良的化学稳定性和机械物理性能,但红外性质不如卤化物玻璃好,区域可透性差,散射也大,但若把卤化物玻璃与重金属氧化物玻璃的优点结合起来,制造成性能优良的卤-重金属氧化物玻璃光纤具有重要的意义。日本Furukawa电子公司,用VAD工艺制得的GeO2-Sb2O3系统光纤,损耗在2.05μm波长处达到了13dB/km,如果经过进一步脱OH-的工艺处理,可以达到0.1dB/km。

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