MXPA98001693A - Fibra optica con forro impurificado con tantalio - Google Patents

Abstract

Se describe una fibra de ondaóptica mejorada que comprende una región de núcleo rodeada por una región de forro interno;la segunda región anular es impurificada con tantalio;el núcleo es impurificado con germanio;la primera región anular del forro interno no es impurificada;la fibraóptica tiene una región anular reducida ubicada entre dos regiones adyacentes deíndices de refracción relativamente altos;elíndice de refracción de ambas regiones contiguas es mayor que la región central.

Description

FIBRA OPTICR CON FORRO IMPURIFICADO CQN TANTALIO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La Patente de Los E.U.A. No. 4,715,679 describe una fibra óptica con poca o ninguna dispersión sobre una banda amplia de Longitudes de onda. La fibra óptica tiene un núcleo central rodeado por un forro interno que está a su vez rodeado por un forro externo. El núcleo y el forro tienen una o más regiones con un Índice de refracción reducido en comparación con las regiones adyacentes. El núcLeo tiene un Índice de refracción máximo y este índice puede disminuir con la distancia desde eL centro. Adyacente aL núcLeo está una primera región anular del forro interno que tiene un índice de refracción reducido. Adyacente a la región deprimida está una segunda región anular que tiene un índice de refracción mayor que el de la primera región anular reducida. La disminución del índice modifica las características de propagación de energía luminosa de una fibra para proveer una relación deseada entre dispersión de guía de onda y longitud de onda. De esta manera, la dispersión se controla reduciendo el índice de refracción de una región de forro interna que está adyacente aL núcLeo central. La disminución del índice se crea agregando un impurificador reductor adecuado tal como flúor o boro. Sin embargo, las regiones reducidas hechas con impurificadores de flúor o boro tienen limitaciones indeseables. Las regiones reducidas hechas con flúor tienen una cantidad máxima de disminución de índice de aproximadamente 0.5% delta, pero 0.3% delta es un resultado más común. El flúor presenta problemas de fabricación debido a que es corrosivo y no se tiene actualmente disponible una fuente comercial de flúor seco para un procedimiento de deposición de vapor externa común (OVD). El boro tiene un efecto adverso mayor sobre la propagación de la luz con longitudes de onda por arriba de 1200 nm. Como tal, el boro no es utilizable para fibras ópticas monomodales que transmiten luz generalmente a aproximadamente 1500 n . En lugar de reducir el índice de una región, otros han propuesto elevar el índice deL forro con germanio. Sin embargo, el germanio no es adecuado para elevar el índice del forro. El germanio reacciona con cloro durante el secado y consolidación para formar un monóxido de germanio. EL monóxido es reLativamente volátil y emigra fuera el forro durante Los pasos de secado con cloro y consolidación. De esta manera, es difícil mantener eL germanio en eL forro y aumentar con ello eL índice deL forro con respecto a una región adyacente de índice reducido, tal como sílice fundido. Por Lo tanto, existe una necesidad no satisfecha de una estructura de fibra óptica que sea compatible con vidrio de sílice fundido, que aumente el índice de refracción de una región revestida con un impurificador que no emigra de su Localización inicial y que no absorba luz en La longitud de onda transmitida en toda la fibra óptica.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Los autores de la presente han descubierto resultados inesperados y altamente convenientes cuando se impurifica un forro con tantalio para aumentar el índice deL forro por arriba de una región reducida adyacente deL núcLeo. Esta invención da como resultado una fibra óptica que utiliza solamente impurificadores incrementadores de índice para modificar La dispersión cromática. La invención elimina los efectos secundarios no convenientes de impurificadores reductores de índice, tal como boro y flúor, ya que las fibras ópticas hechas con la invención no requieren de taLes impurificadores . El tantalio tiene varias ventajas técnicas. Por lo menos, eL tantaLio no emigra de su posición inicial. El tantalio tiene baja volatilidad, de manera que resiste la emigración aun cuando La fibra es sometida a altas temperaturas durante secado y consolidación. Resistiendo La migración, el perfil impurificador de la región impurificada con tantaLio permanece rigurosamente definida. Su segunda ventaja es una baja atenuación de Luz a Las Longitudes de onda elegidas para transmisión. Estas longitudes de onda son de alrededor de 1300 nm a 1550 nm. A estas longitudes de onda, el tantalio tiene una atenuación de luz relativamente baja. También, la dispersión de Rayleigh por tantalio es relativamente baja a estas longitudes de onda. Una tercera ventaja es el vidrio impurificado con tantalio, que tiene una expansión térmica más baja que el vidrio impurificado con germanio. Una cuarta ventaja es que el tantalio tiene un efecto mayor sobre el índice de refracción, en peso, que el germanio. De esta manera, se requiere menos tantaLio para producir la misma refracción que es producida por el germanio. La atenuación está relacionada también a la cantidad. Por lo tanto, la atenuación de luz en fibra óptica utilizando tantaLio es menor debido a que se usa menos tantaLio. Una quinta ventaja es que el tantaLio es químicamente estable. Es insoluble en agua y en la mayoría de los ácidos y álcalis. Es atacado lentamente por ácido fluorhídrico caliente. La invención es aplicable a todas las fibras ópticas, incluyendo pero sin Limitarse a fibras monomodales, fibras multimodales , fibras de dispersión desviada, fibras con áreas efectivas grandes, y fibras de distancia ultralarga de alto rendimiento, con dispersión lineal controlada. En la fabricación de La fibra óptica, Los materiales para las regiones de núcleo y forro (interno y externo) de La fibra óptica se hacen de vidrio que tiene características de atenuación mínima de Luz. Aunque puede usarse un vidrio de calidad óptica, la sílice fundida es un vidrio particularmente adecuado. El vidrio para Los vidrios de núcleo y forro deben tener características físicas similares por consideraciones estructurales y otras consideraciones tácticas. Puesto que el vidrio de núcleo debe tener un índice de refracción más alto que el vidrio del forro, el vidrio de núcLeo se forma deL mismo tipo de vidrio usado para el forro y es impurificado con una pequeña cantidad de material para incrementar Ligeramente el índice de refracción del núcleo. De esta manera, el núcLeo es impurificado con germanio. Una primera región reducida anular puede formarse en una porción inicial deL forro interno, en porciones adyacentes de núcLeo y el forro interno, o totalmente dentro de un anillo externo del núcleo. En La modalidad preferida, una región central del núcLeo es impurificada con germanio. Un anillo externo del núcleo se deja sin impurificar. La región de forro adyacente al anillo del núcleo no impurificado y que rodea al núcleo es impurificado con tantalio para aumentar su índice de refracción. La región de forro impurificada con tantalio se extiende desde al anillo de núcleo no impurificado hasta el exterior de La fibra.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista transversal de una fibra óptica hecha de conformidad con la invención. La Figura 2 es un perfil de impurificación de una fibra óptica con la invención. Las Figuras 3 y muestran perfiles de impurificación de otras fibras ópticas hechas con la invención. La Figura 5 es una gráfica que muestra los resultados de dispersión de fibra revestida con sílice impurificada con tantalio. La Figura 6 es una gráfica que muestra el índice de refracción como una función de Longitud de onda para tantalio y sílice fundida.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LR INVENCIÓN La Figura 1 muestra una vista transversal de una fibra óptica monomodal 1 hecha de conformidad con La invención. La fibra óptica tiene un núcLeo central 10 que está definido por una superficie exterior 11. Una región de forro interna 12 tiene una superficie interna formada sobre La superficie externa 11 deL núcleo 10. La región de forro interno 12 tiene una superficie externa 13. El forro interno 12 está rodeado por el forro externo 14 que tiene una superficie externa 15. El material del núcLeo 10 es sílice fundida impurificada con germanio. La capa de forro interno 12 tiene por Lo menos una región anular 20 de sílice fundida substancialmente pura. Una segunda región anular 22 comprende sílice fundida impurificada con tantaLio. Una línea de guiones 21 indica el límite entre Las regiones 20 y 22. EL tantaLio impurificador se extiende desde la línea de guiones 21 hasta la superficie externa 15. Aunque la invención contempla forro interno con región no impurificada 20 y región impurificada con tantalio 22, también incluye una fibra en la cual todo el forro interno 12 no está impurificado y el forro externo 14 está impurificado con tantaLio. La Figura 2 muestra un perfil de impurificación típico para una fibra hecha con La invención. La región de núcLeo 10 está impurificada con germanio o una combinación de germanio y tantaLio para proveer un índice de refracción desde un máximo en el centro hasta cero en la superficie externa 11 del núcleo 10. Adyacente al núcleo 10 está una primera región anular 20 de sílice fundida substancialmente pura. Una segunda región anular 22 está impurificada con tantalio. La región impurificada con tantaLio 22 tiene un índice de refracción mayor que La región 20 pero menor que el máximo de núcleo 10. Como tal, hay un cambio significativo en el índice de refracción entre las regiones 20 y 22. Por Lo tanto, La región 20 forma una región anular reducida localizada entre dos regiones adyacentes 10, 22, cada una de las cuales tiene un índice de refracción mayor que eL de la región reducida 20. El límite 21 entre las regiones impurificadas con tantalio y no impurificadas pueden coincidir con La superficie externa 13 deL forro interno 12. En La fibra óptica 1, eL núcLeo tiene un índice de refracción máximo I0. Adyacente al núcleo está la primera región anular 20 con un índice de refracción I . La segunda región anular 22 rodea la primera región anular 20 y tiene un índice de refracción de la. La primera región anular 20 con el índice reducido IA puede estar formado completamente en un anillo externo del núcleo 10, o de forma contigua a las regiones anulares del núcleo y el forro interno, o completamente dentro del forro interno. De esta manera, Un rasgo característico de La invención es una región de forro que varía desde eL borde exterior del anillo más externo A hacia el borde exterior de la fibra óptica B. Esta región de forro contiene SiO» y tantalio que incrementa el índice de refracción de forro por arriba de por Lo menos un anillo interno, que típicamente sería sílice pura. El forro puede contener también otros impurificadores, tales como titanio para agregar resistencia. Otros perfiles útiles se muestran en las Figuras 3 y 4. La fibra de la Figura 3 tiene una región de índice de paso 30 hecha impurificando una porción anular de La fibra con germanio. La región impurificada con tantaLio 32 se extiende desde La región de índice graduado 30 hacia la superficie externa de la fibra. La fibra de la Figura 4 tiene dos regiones de índice graduales 30, 31, formadas cada una impurificando una porción anular de La fibra con germanio. La región 30 está impurificada más altamente que La región 31. La región impurificada con tantaLio 32 tiene un índice de refracción mayor que La región 31 pero menor que La región 30. Se extiende hacia el exterior de la fibra. La Figura 5 muestra Los resultados de dispersión de una fibra revestida con sílice impurificada con tantaLio. Estos resultados indican que la dispersión del material de sílice impurificada con tantaLio es muy similar a La de La dispersión de material de sílice impurificada con germanio. Las especulaciones anteriores fueron confirmadas mediante experimentación adicional. Se compararon resultados experimentales para sílice impurificada con 7.26% en peso de tantalio para sílice fundida y sílice impurificada con 5.9% en peso de Ge?ffi y 9.26% en peso de GeOs». LOS datos mostrados en la Figura 6 indican que la sílice impurificada con tantaLio sigue La refracción esperada de la sílice impurificada con 7.5% en peso de germanio. La presente invención también contempla guías de onda óptica con núcleos que tienen una constante o un índice de refracción variado. Modificaciones, alteraciones y cambios adicionales a Los perfiles del núcleo 10 y las regiones de forro 5, 12 y 14 se pueden hacer de conformidad con las enseñanzas de la Patente de E.U.A. No. 4,715,679 que se incorpora aquí por referencia. Por ejemplo, el núcleo 10 puede tener un perfil de índice por pasos, un perfil de índice alfa, un perfil que cambia a una velocidad constante o un perfil que cambia a una combinación de una o más velocidades. La región reducida también se puede formar en el núcleo terminando la impurificación con germanio antes de que complete el núcleo. El equilibrio del núcleo sería sílice fusionada no impurificada. La invención también se puede usar en cualquier fibra óptica adecuada en donde se desee elevar el índice del forro. De esta manera, La invención es aplicable no sólo a fibras de modo individual, sino también a fibras multimodales , fibras de cambio de dispersión, fibras con áreas efectivas grandes y fibras de alto rendimiento de distancia ultra largo con dispersión lineal controlada. Con la invención se puede modificar la dispersión de cualquier fibra. La invención elimina los efectos laterales no deseados de impurificadores reductores de índice, tales como boro y flúor, ya que las fibras ópticas hechas con La invención no requieren dichos impurificadores . Como se mencionó antes, existe un número de ventajas técnicas para usar tantalio. El tantaLio tiene baja volatilidad por lo que no migra aun cuando la fibra es sometida a altas temperaturas durante el secado y la consolidación. Como tales, los perfiles de impurificación de regiones impurificadas con tantaLio permanecen relativamente agudas. El tantalio tiene una atenuación baja de luz y dispersión de Rayleigh baja a longitudes de onda escogidas para transmisión. Estas longitudes de onda son de alrededor de 1300 nm Y 1550 nm. El vidrio impurificado con tantalio tiene una expansión térmica más baja que eL vidrio impurificado con germanio. EL tantaLio tiene un efecto mayor sobre la luz, en peso, que eL germanio. De esta manera, se necesita menos tantalio para producir la misma refracción que es producida por eL germanio. Puesto que La atenuación es también proporcional a la cantidad, la atenuación de fibras ópticas que usan tantaLio es menor debido a que se usa menos tantaLio. EL tantalio es químicamente estable. Es insoluble en agua y la mayoría de los ácido y materiales alcalinos y es sólo Lentamente atacada por ácido fluorhídrico caliente. La fibra 1 de La invención con una región de índice reducida se hace por cualesquiera procedimientos de fabricación de fibra convencionales. De conformidad con la invención, eL procedimiento para aplicación del resto del segundo forro de hollín que finalmente forma el forro 14 es modificado de Las enseñanzas convencionales por la introducción de concentraciones adecuadas de un precursor de tantaLio tal como TaCls~-. Los expertos en La técnica apreciarán que otros materiales también puede elevar el índice de refracción. Esos otros materiales incluyen zirconio, lantano, itrio, cerio y germanio. Además, el fluoruro, zirconio, tetracloruro y hexafLuoruro, hexafLuoroacetilatonatos y compuestos análogos de lantano, itrio y cerio son compatibles con el procedimiento de OVD. Cualesquiera de los anteriores en concentraciones adecuadas pueden producir un impurificador incrementador de índice en la región 14. En modalidades preferidas, la concentración de precursor de Taz0B en la composición precursora de hollín de SiOa varía hasta aproximadamente 10% en peso y muy preferiblemente de alrededor de 3 a aproximadamente 5% en peso. Aquí se nota que aunque la descripción anterior ilustra el procedimiento de La invención, eL procedimiento además de la adición de tantalio a La región de forro interna 12 es completamente convencional. Por lo tanto, se pueden emplear modificaciones de los pasos de procedimiento convencionales conocidos por los expertos en la técnica. Por ejemplo, se pueden usar cualesquiera de los diversos procedimientos de tendido, incluyendo pero sin limitarse a La deposición de vapor exterior, deposición de vapor interior, deposición axial de vapor, deposición de vapor química modificada o plasma afuera de la deposición interior. La tecnología de fibra de guía de onda óptica convencional la emplean fácilmente Los expertos en La técnica en La práctica de La invención, todo Lo cual se incorpora aquí por referencia, a incluyendo a manera de ejemplos no limitantes los siguientes. En cuanto a materiales de partida útiles como precursores de hollín, véase: Dobbins, Patente de E.U.A. No. 5,043,002; y BlackwelL Patente de E.U.A. No .5 , 152 , 819. En cuanto a Los procedimientos para La vaporización o nebulización de precursores de hollín, véase: Antos, Patente de E.U.A. No. 5,078,092; Cain, Patente de E.U.A. No. 5,356,451; BLankenship, Patente de E.U.A. No. 4,230,744; BLankenship, Patente de E.U.A. No. 4,314,837; y BLankenship, Patente de E.U.A. NO. 4,173,305. En cuanto a precursores de hollín quemante y al tendido del núcLeo y forro, véase: Abbott, Patente de E.U.A.

No. 5,116,400; Abbott, Patente de E.U.A. No. 5,211,732; Berkey, Patente de E.U.A. No. 4,486,212; Powers, Patente de E.U.A. No. 4,568,370; Powers, Patente de E.U.A. No. 4,639,079; Berkey, Patente de E.U.A. No. 4,684,384; Powers, Patente de E.U.A. No. 4,714,488; Powers, Patente de E.U.A. No. 4,726,827; Schultz, Patente de E.U.A. No. 4,230,472; y Sarkar, Patente de E.U.A.

No. 4,233,045. En cuanto a Los pasos de consolidación de preforma de núcLeo, estiramiento de caña de núcLeo y consolidación de preforma de sobreforro véase: Lañe, Patente de E.U.A. No. 4,906,267; Lañe, Patente de E.U.A. No. 4,906,268; Lañe, Patente de E.U.A. No. 4,950,319; Blankenship, Patente de E.U.A. No. 4,251,251; Schultz, Patente de E.U.A. No. 4,263,031; Bailey, Patente de E.U.A. No. 4,286,978; Powers, Patente de E.U.A. No. 4,125,388; Powers, Patente de E.U.A. No. 4,165,223; y Abbott, Patente de E.U.A. No. 5,396,323. En cuanto al estiramiento de fibra desde una preforma de sobreforro consolidado, véase: Hervey, Patente de E.U.A. No. ,284,499; Koening, Patente de E.U.A. No. 5,314,517; Amos, Patente de E.U.A. No. 5,366,527; Brown, Patente de E.U.A. No. 4,500,043; Darcangelo, Patente de E.U.A. No. 4,514,205; Kar, Patente de E.U.A. No. 4,531,959; Lañe, Patente de E.U.A. No. 4,741,748; Deneka, Patente de E.U.A. No. 4,792,347; Ohls, Patente de E.U.A. No. 4,246,299; Claypoole, Patente de E.U.A.

No. 4,264,649; y Brundage, Patente de E.U.A. No. 5,410,567.

Claims (16)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una guía de onda de fibra óptica con un núcLeo y un forro interno que comprende una región central que tiene un índice de refracción máximo, lo, una primera región anular adyacente a la región central y que tiene un índice de refracción, Ix , que es menor que lo, una segunda región anular que rodea a la primera región anular y que tiene un índice de refracción Ia, La segunda región anular comprendiendo tantalio para incrementar el índice de dicha región con suficiente impurificador incrementador de índice para elevar eL índice de refracción de La segunda región anular Is por arriba del índice de refracción de La primera región anular I

2. 2.- La fibra óptica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque la región central comprende el núcleo y la segunda región anular contiene múltiples subregiones por Lo menos una de Las cuales tiene índice de refracción. I* menor que Is.

3.- La guía onda de fibra óptica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque Io>Is_*>I?.

4.- La fibra óptica de conformidad con La reivindicación 1, caracterizada además porque eL impurificador para la segunda región anular comprende tantaLio.

5.- La fibra óptica de conformidad con La reivindicación 1, caracterizada además porque la fibra óptica es una seleccionada del grupo que consiste de fibras de modo individual, fibras de modos múltiples, fibras de cambio de dispersión, fibras con áreas efectivas grandes y fibras de alto rendimiento de distancia ultralarga con dispersión cromática controlada.

6.- Una fibra óptica que comprende: un núcleo que tiene un índice de refracción máximo, I0, una capa de forro interno sobre el núcleo que tiene una primera región anular que rodea a dicho núcLeo y que tiene un índice de refracción, un índice de refracción I± , que es menor que lo, una segunda región que rodea a la primera región anular y que tiene un índice de refracción I-a impurificado con suficiente tantalio para elevar el índice de refracción de la segunda región anular I» por arriba del índice de refracción de la primera región anular I*, pero menor que Ia.

7.- La fibra óptica de conformidad con La reivindicación 6, caracterizada además porque la primera región anular comprende sílice fundida y la segunda región anular comprende tantalio impurificado con sílice fundida.

8.- La fibra óptica de conformidad con La reivindicación 6, caracterizada además porque eL núcLeo comprende sílice fundida impurificada con germanio.

9.- La fibra óptica de conformidad con La reivindicación 6, caracterizada además porque La fibra óptica es una seleccionada del grupo que consiste de fibras de modo individual, fibras de modos múltiples, fibras de cambio de dispersión, fibras con áreas efectivas grandes, y fibras de alto rendimiento de distancia ultralarga con dispersión lineal controlada.

10.- Una fibra óptica que comprende una región de núcleo y primera y segunda regiones anulares, que rodean respectivamente a dicha región de núcLeo, en donde eL índice de refracción de la primera región anular está reducido con respecto al núcLeo adyacente y las segundas regiones anulares y la segunda región anular comprende tantalio.

11.- La fibra óptica de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada además porque la región de núcLeo comprende sílice fundida y tantalio.

12.- La fibra óptica de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada además porque la región central comprende sílice fundida, germanio y tantalio.

13.- La fibra óptica de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada además porque La segunda región anular comprende sílice fundida y tantalio.

14.- La fibra óptica de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada además porque la cantidad de tantalio en la segunda región anular varía hasta aproximadamente 10%.

15.- La fibra óptica de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada además porque La cantidad de tantalio en la segunda región anular varía de alrededor de 3% RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se describe una fibra de onda óptica mejorada que comprende una región de núcleo rodeada por una región de forro interno; la segunda región anular es impurificada con tantaLio; eL núcLeo es impurificado con germanio; La primera región anular del forro interno no es impurificada; La fibra óptica tiene una región anular reducida ubicada entre dos regiones adyacentes de índices de refracción reLativamente altos; el índice de refracción de ambas regiones contiguas es mayor que la región central. P97/1224F EA/D3/elt*apm en peso a aproximadamente 5% en peso.

16.- La fibra óptica de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada además porque la fibra óptica es una seleccionada del grupo que consiste de fibras de modo individual, fibras de modos múltiples, fibras de cambio de dispersión, fibras con áreas efectivas grandes y fibras de alto rendimiento de distancia ultralarga con dispersión lineal controlada .