專利名稱：一種單模光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖通信系統(tǒng)中使用的低衰減單模光纖，該光纖具有改進(jìn)的抗彎曲性能和低的光纖損耗，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
單模光纖因其具有傳輸速率快，攜帶信息容量大，傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)大量應(yīng)用于光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)之中。隨著光放大技術(shù)和波分復(fù)用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，光纖通信系統(tǒng)向著更高傳輸功率和更長的傳輸距離的方向持續(xù)向前發(fā)展。作為光纖通信系統(tǒng)中的重要傳輸媒質(zhì)，單模光纖的相關(guān)性能指標(biāo)也有待得到進(jìn)一步的改進(jìn)，以滿足光纖通信系統(tǒng)實(shí)際發(fā)展的需要。光纖的衰減系數(shù)和有效面積是單模光纖的兩個(gè)重要的性能指標(biāo)。光纖的衰減系數(shù)越小，則其攜帶的光信號的可傳輸距離就更長。光纖的有效面積越大，則其非線性效應(yīng)越弱。大有效面積可以有效地抑制自相位調(diào)制、四波混頻、交叉相位調(diào)制等非線性效應(yīng)， 保證高功率光信號的傳輸質(zhì)量。降低的衰減系數(shù)和增大的有效面積可以有效提高光纖通信系統(tǒng)中的光信噪比(OSNR :optical-signal-to-noise ratio)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量和傳輸距離。在光纖材料中，由于不均勻性所引起的光的散射構(gòu)成光纖的散射損耗。其中光纖的瑞利散射為三種散射機(jī)理之一，為線性散射(即與光信號的頻率無關(guān))。瑞利散射的特點(diǎn)是其大小與波長的四次方成反比，同時(shí)由其引起的損耗與摻雜材料的種類與濃度有關(guān)。一般來說，摻雜材料的濃度越低，則瑞利散射所引起的損耗越小?！凹児栊尽惫饫w就是一種芯層部分無任何摻雜(即為純二氧化硅石英玻璃)的光纖。理論上認(rèn)為純硅芯光纖的瑞利散射將非常接近于純石英玻璃材料的本征瑞利散射，因而也將明顯地降低光纖的衰減系數(shù)。同時(shí)通過優(yōu)化芯層直徑和包層的摻氟濃度等參數(shù)，使得光纖具有更大的有效面積。然而，一般而言，較大的有效面積會(huì)造成光纖的彎曲損耗的明顯增加(包括光纖的宏彎損耗和微彎損耗)，特別是在長波長區(qū)域。在光纖的成纜過程或者實(shí)際的鋪設(shè)以及使用過程中，如果光纖的抗彎曲性能不能滿足要求，則信號的損耗將會(huì)變大，信號的傳輸質(zhì)量無法得到保證。在美國專利US6917740中，描述了一種材料粘度失配得到改善的純硅芯單模光纖及其制造方法。通過在芯層中摻氯(Cl)和氟(F)，使得芯層與包層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的差值縮小到200°C以內(nèi)，優(yōu)化光纖的衰減性能。該專利未涉及到對光纖的彎曲性能的研究和改進(jìn)，未涉及光纖的光學(xué)傳輸性能。在美國專利US6449415中，公開了一種芯層摻氯(Cl)，其相對折射率差為正值，包層摻氟(F)，其相對折射率差為負(fù)值的光纖，并且該光纖具有內(nèi)包層為下陷包層(expressed cladding)的結(jié)構(gòu)。芯層摻氯的材料可以有效降低光纖芯包材料的失配，減少由拉絲過程產(chǎn)生的附加應(yīng)力，同時(shí)內(nèi)包層為下陷包層結(jié)構(gòu)，可以改善光纖的彎曲性能，然而下陷包層的結(jié)構(gòu)改善彎曲性能的能力有限，同時(shí)會(huì)影響光纖的其它光學(xué)參數(shù)，比如光纖的模場直徑和截止波長等。而且在外包層參數(shù)設(shè)計(jì)不合理的情況下，內(nèi)下陷包層結(jié)構(gòu)有可能會(huì)引起LPOl模的泄漏問題(即單模光纖的衰減系數(shù)在長波長區(qū)域急劇地上升)。
在美國專利US6947650中，提出了一種具有摻氟下陷內(nèi)包層的純硅芯光纖，其下陷包層的直徑D與芯層d的直徑之比D/d約為8. 5，范圍為小于10。其光纖的工作波長入 op與截止波長入cut的比值范圍在1. O和1. 2之間。該專利未描述光纖的衰減和彎曲等性能。一般的，通過下述方法可以改善光纖的彎曲性能，一是通過改變光纖的MAC值(即光纖模場直徑與截止波長的比值)。MAC值越小，則光纖的抗彎曲性能越好。然而，模場直徑的減小會(huì)造成有效面積的減小，同時(shí)光纖的截止波長必須小于工作波長，以保證單模的工作特性，所以通過改變光纖的MAC值來改善光纖的彎曲性能的空間有限。二是可以通過內(nèi)包層為下陷包層的雙包層結(jié)構(gòu)來改善彎曲性能，但是下陷包層有可能引起光纖的“LP01模泄漏”現(xiàn)象。三是通過在光纖的內(nèi)包層外增加一層類似于溝槽的下陷包層(trench)，在保證較大的模場直徑的同時(shí)，改善光纖的彎曲性能，此方法在彎曲不敏感單模光纖(即G. 657 光纖)中得到普遍的應(yīng)用，如中國專利CN101598834A，美國專利US7450807以及歐洲專利 EP1978383等。未發(fā)現(xiàn)相關(guān)專利或文獻(xiàn)報(bào)道在純硅芯光纖中采用類似于溝槽的下陷包層 (trench)來進(jìn)一步改善該種光纖的彎曲性能。一般的，摻雜劑會(huì)改變石英玻璃的相對折射率差。鍺0 )、氯(Cl)、磷(P)等摻雜劑可以使得摻雜后的石英玻璃的相對折射率差為正值，我們稱之為“正摻雜劑”，而氟(F)、 硼(B)等摻雜劑可以使得摻雜后的石英玻璃的相對折射率差為負(fù)值，我們稱之為“負(fù)摻雜劑”。如果同時(shí)使用一種“正摻雜劑”和一種“負(fù)摻雜劑”對石英玻璃進(jìn)行摻雜，則摻雜后的石英玻璃的相對折射率差可以為正值或者負(fù)值，或者為0。

發(fā)明內(nèi)容
為方便介紹本發(fā)明內(nèi)容，定義以下術(shù)語 折射率剖面光纖中玻璃折射率與其半徑之間的關(guān)系相對折射率差
權(quán)利要求
1.一種單模光纖，包括有芯層和包層，其特征在于芯層的相對折射率差Δ1范圍為-0. 至+0. 1%，半徑Rl的范圍是4.(^111至6.(^111，圍繞在芯層外有三個(gè)包層；第一包層緊密圍繞芯層，其相對折射率差Δ2的范圍是-0.2%至-0.6%，半徑R2的范圍是 ΙΟμπι至22μπι;第二包層緊密圍繞第一包層，其相對折射率差Δ 3小于Δ 2，并且第一包層的相對折射率差、半徑與第二包層的相對折射率差、半徑存在以下的數(shù)值關(guān)系設(shè)V = (Δ2-Δ3) X (R3-R2)，則V值的范圍為0. 15% μ m至0.8% μ m ；第三包層為緊密圍繞第二包層的所有分層，其各個(gè)分層的相對折射率差大于Δ 3。
2.如權(quán)利要求1所述的單模光纖，其特征在于所述的第二包層的相對折射率差Δ3的范圍是-0. 3%至-0. 7%，半徑R3的范圍是13 μ m至27. 5 μ m ；第三包層最外層的分層半徑為R4，R4的范圍是36 μ m至63 μ m。
3.如權(quán)利要求1或2所述的單模光纖，其特征在于所述的芯層由摻氟(F)的石英玻璃或摻有氟及其他摻雜劑的石英玻璃組成，芯層氟(F)的貢獻(xiàn)量至0%。
4.如權(quán)利要求1或2所述的單模光纖，其特征在于所述的第一包層由摻氟(F)的石英玻璃組成，第一包層的半徑R2與芯層的半徑Rl的比值R2/R1為2至4，其相對折射率差Δ 2 與芯層的相對折射率差Δ1的差值(Δ1-Δ2)為0.3%至0.45%。
5.如權(quán)利要求1或2所述的單模光纖，其特征在于所述的第二包層由摻氟(F)的石英玻璃組成，其相對折射率差Δ3小于其它包層。
6.如權(quán)利要求1或2所述的低衰減單模光纖，其特征在于所述的第三包層為一個(gè)分層， 為摻氟或其他摻雜劑的石英玻璃層，其相對折射率差Δ 4的范圍是-0. 25%至-0. 45%。
7.如權(quán)利要求1或2所述的單模光纖，其特征在于第三包層為兩個(gè)分層，內(nèi)分層為摻氟分層，其相對折射率差Δ 4的范圍是-0. 25 %至-0. 45 %，半徑范圍是36 μ m至M μ m，外分層為純硅分層，即相對折射率差為0%。
8.如權(quán)利要求1或2所述的單模光纖，其特征在于所述光纖在1550nm波長處的衰減系數(shù)小于或等于0. 180dB/km,模場直徑為10 μ m至13 μ m。
9.如權(quán)利要求1或2所述的單模光纖，其特征在于所述光纖具有小于或等于1530nm的光纜截止波長；在1550nm波長處，對于圍繞IOmm彎曲半徑繞1圈彎曲附加損耗小于或等于 0. 5dB ；對于圍繞15mm彎曲半徑繞10圈彎曲附加損耗小于或等于0. 2dB。在1625nm波長處，對于圍繞IOmm彎曲半徑繞1圈彎曲附加損耗小于或等于1. OdB ；對于圍繞15mm彎曲半徑繞10圈彎曲附加損耗小于或等于0. 8dB。
10.如權(quán)利要求1或2所述的單模光纖，其特征在于所述光纖在1700nm的微彎損耗小于或等于0. 8dB/km。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖通信系統(tǒng)中使用的低衰減單模光纖，包括有芯層和包層，芯層的相對折射率差Δ1范圍為-0.1％至+0.1％，半徑R1的范圍是4.0μm至6.0μm，圍繞在芯層外有三個(gè)包層；第一包層相對折射率差Δ2的范圍是-0.2％至-0.6％，半徑R2的范圍是10μm至22μm；第二包層相對折射率差Δ3小于Δ2，并且第一包層的相對折射率差、半徑與第二包層的相對折射率差、半徑存在以下的數(shù)值關(guān)系設(shè)V＝(Δ2-Δ3)×(R3-R2)，則V值的范圍為0.15％μm至0.8％μm；第三包層為緊密圍繞第二包層的所有分層，其各個(gè)分層的相對折射率差大于Δ3。本發(fā)明提供一種折射率剖面設(shè)計(jì)合理、光纖的抗彎曲性能得到進(jìn)一步提高的低衰減單模光纖。
文檔編號C03C13/04GK102156323SQ20111011473
公開日2011年8月17日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者倪先元, 曹蓓蓓, 楊晨, 童維軍, 羅杰, 陳蘇 申請人:長飛光纖光纜有限公司