專利名稱：負(fù)色散單模光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在光通信領(lǐng)域用于信號(hào)傳輸?shù)膯文９饫w。該光纖通過調(diào)整波導(dǎo)折射率分布從而可具有在C波段(1525nm-1565nm)光通信窗口或同時(shí)在C波段和L波段(1565nm-1625nm)光通信窗口具有總色散為負(fù)的色散特性和正的色散斜率，具有低的光纖PMD，并具有改善的彎曲特性和抗氫損特性。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)傳輸光纖容量和傳輸速率提出了更高的要求。
傳統(tǒng)的G.652單模光纖具有1310nm和1550nm兩個(gè)傳輸窗口，其零色散點(diǎn)位于1310nm附近。長期以來，G.652光纖僅在1310nm波段上獲得廣泛應(yīng)用。而在1550nm窗口，其較大的色散值(約18ps/nm.km)限制了傳輸速率的提高，一般用于2.5Gbps以下的傳輸系統(tǒng)。目前DWDM系統(tǒng)大多工作在C波段1550nm窗口，亦即EDFA的工作窗口。隨著EDFA的實(shí)用化，C波段窗口逐步成為DWDM光通信系統(tǒng)的主要工作窗口。為適應(yīng)C波段DWDM技術(shù)的應(yīng)用，非零色散位移光纖，即G.655光纖應(yīng)運(yùn)而生。G.655光纖設(shè)計(jì)為在1550nm窗口工作波長上具有不為零且較低的色散值，比如2到4ps/nm.km，使其既可克服非線性效應(yīng)，又可支持高速率的，如10Gbps和40Gbps的DWDM系統(tǒng)的長距離傳輸，而無需色散補(bǔ)償或色散補(bǔ)償代價(jià)減小，從而最終降低網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)成本。其在1550nm工作窗口對(duì)FWM和XPM等非線性效應(yīng)的抑制，適合DWDM系統(tǒng)向更密集信道間隔方向發(fā)展的需要，并同時(shí)滿足TDM和DWDM兩種技術(shù)的發(fā)展需要。對(duì)于10Gbps系統(tǒng)，G.655光纖的色散受限距離約為200km，遠(yuǎn)較G.652光纖性能優(yōu)越。
通過對(duì)G.655光纖的零色散點(diǎn)設(shè)計(jì)可分別得到在C波段和L波段的色散值為正或?yàn)樨?fù)的色散特性。兩種光纖均能支持2.5Gbps和10Gbps速率的長距離DWDM傳輸系統(tǒng).具有正色散的G.655光纖的一階和二階色散均可補(bǔ)償。它的主要缺點(diǎn)是可能產(chǎn)生調(diào)制不穩(wěn)定性。具有負(fù)色散的G.655光纖的主要優(yōu)點(diǎn)是不存在調(diào)制不穩(wěn)定性問題，并且可利用成本便宜的G.652光纖來補(bǔ)償其一階色散。在傳輸距離大于1000km的應(yīng)用場(chǎng)合，如海底光纜系統(tǒng)，由于正色散光纖的脈沖頻譜展寬將會(huì)大到其中部分功率落到WDM濾波器通帶之外，或者會(huì)由于光放大器鏈路增益帶變窄而被濾掉，此時(shí)在鏈路中交替使用正負(fù)色散光纖將是很好的選擇。此外，具有負(fù)色散的G.655光纖與具有正啁啾的直接強(qiáng)度調(diào)制激光器使用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光脈寬壓縮效應(yīng)，從而延長色散受限距離。但現(xiàn)有的具有負(fù)色散的G.655光纖的PMD值、彎曲特性和抗氫損特性仍待進(jìn)一步改善。
在專利CN1274856A中公開的一種光纖，它在EDFA工作區(qū)(1530nm-1565nm)具有-3.0+1.7ps/nm.km小的負(fù)色散，以及平均小于0.05ps/nm2.km的正色散斜率，該光纖用于具有色散補(bǔ)償?shù)腤DM系統(tǒng)，并且該光纖的色散特性不包括L波段的使用擴(kuò)展。該光纖解決了一般負(fù)色散光纖彎曲敏感的問題，但與高速DWDM系統(tǒng)關(guān)系密切的光纖PMD鏈路值需要更為嚴(yán)格的要求。
光纖的特性一般而言，除了衰耗特性外，幾乎均可以由光纖的幾何及光學(xué)剖面結(jié)構(gòu)決定。其中如色散特性，截止波長，模場(chǎng)直徑或有效面積，宏彎曲特性等等。光纖的環(huán)境特性很大地決定于光纖的生產(chǎn)工藝和光纖的成纜工藝。
研究表明，對(duì)于長距離或中長距離高速大容量DWDM系統(tǒng)用光纖應(yīng)滿足下列條件-能適應(yīng)C波段EDFA窗口的DWDM技術(shù)應(yīng)用。
-能適應(yīng)DWDM技術(shù)在L波段上的應(yīng)用擴(kuò)展。
-在工作波段上具合適的色散特性適應(yīng)高速率光傳輸系統(tǒng)。
-具適合的有效面積以抑制非線性效應(yīng)。
-具有低衰耗，良好的彎曲特性。
-強(qiáng)的抗氫損特性。
-低PMD。以下為本發(fā)明中一些術(shù)語的定義和說明光纖的有效面積Aeff是指光纖中傳輸光功率的平均面積，Aeff由下式?jīng)Q定Aeff=2π[∫0∞E2(R)RdR]2∫0∞E4(R)RdR]]>其中R為光纖歸一化半徑，R＝r/a，r是徑向座標(biāo)，a是纖芯半徑，E(R)是基模的場(chǎng)分布函數(shù)，該式適用于任意折射率剖面光纖有效面積Aeff的計(jì)算。
單模光纖的模場(chǎng)直徑MFD大致可表示為光纖中徑向場(chǎng)分布由光纖軸(r＝0)處的最大值向兩端減小到1/e(約為37％，e＝2.71828)時(shí)所對(duì)應(yīng)的直徑。設(shè)模場(chǎng)直徑MFD為W，其Petermann II定義式為W2=2∫0∞E2(R)RdR∫0∞(dE(R)dR)2RdR]]>相對(duì)折射率差□％的定義如下Δ％＝[(n12-n02)/2n02]*100％其中n1為光纖纖芯折射率，n0為光纖外包層折射率，即為純二氧化硅(SiO2)的折射率。本發(fā)明中如無另作說明，Δ％是由纖芯區(qū)最大n1所表征的最大相對(duì)折射率差。
偏振模色散PMD。
光纖的彎曲特性描述為按某一標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序測(cè)試下，光纖在指定波長上的衰耗增加。按ITU G.655.B光纖技術(shù)規(guī)范所示的光纖宏彎特性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，將被測(cè)光纖繞在75mm直徑的心軸上100周的彎曲情況下，其在1550nm處彎曲導(dǎo)致最大許可衰減為0.5dB，在16xxnm處彎曲導(dǎo)致最大許可衰減為0.5dB，其中有xxnm≤25nm。
光纖氫損特性評(píng)估測(cè)試方法為將光纖置于氫氣(H2)和氦氣(He)的混合氣體中，其中氫氣(H2)的摩爾濃度為1％，氦氣(He)的摩爾濃度為99％，并在恒定70℃的環(huán)境溫度下保溫16小時(shí)后，取出光纖測(cè)其在1530nm附近的氫致衰耗增加，應(yīng)不大于0.01dB/km。
DWDM為密集波分復(fù)用的英文縮寫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種負(fù)色散單模光纖，該光纖在C波段或在C波段和L波段具有總色散為負(fù)的色散特性。該光纖可滿足長距離或中長距離DWDM光通信系統(tǒng)的傳輸要求，可支持100GHZ以下信道間隔的高速率(例如2.5Gbps或10Gbps)DWDM技術(shù)。該光纖滿足了降低該類型光纖PMD的需要，還滿足了改善該類型光纖的彎曲特性和抗氫損特性的需要。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所提出的技術(shù)方案為具有一纖芯層和一包層，其特征在于纖芯設(shè)有折射率分布不同的三個(gè)纖芯分層，包層包括有六個(gè)分層，所述光纖在1525nm至1565nm波段具有-1.0ps/nm.km到-10.0ps/nm.km的負(fù)色散，該波段被稱為C波段，位于EDFA的工作窗口，是DWDM系統(tǒng)使用波段；或者，所述光纖在1525nm至1625nm波段具有-1.0ps/nm.km到-10.0ps/nm.km的負(fù)色散，該波長范圍包括了L波段，即1565nm至1625nm波段，該波段是DWDM系統(tǒng)的擴(kuò)展使用波段。
所述光纖具有在1550nm不小于7.6μm的模場(chǎng)直徑MFD；具有在1550nm不小于45μm2的有效面積Aeff；所述光纖具有在1550nm不大于0.1ps/nm2.km的色散斜率；具有不大于1700nm的未成纜光纖截止波長λc。
按上述方案，其中第一纖芯分層Core1的直徑RCore1約為1.0μm至5.0μm，其相對(duì)折射率差Δ％Core1約為0.6％至1.2％，第二纖芯分層Core2的直徑RCore2約為3.0μm至6.0μm，其相對(duì)折射率差Δ％Core2約為0.25％至0.65％，第三纖芯分層Core3的直徑RCore3約為4.0μm至8.0μm，其相對(duì)折射率差Δ％Core3約為0.05％至0.25％。
所述單模光纖的包層分層中，其中第一包層分層Clad.1的直徑RClad.1約為8.0μm至12.0μm，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.1約為-0.15％至0.15％，第二包層分層Clad.2的直徑RClad.2約為12.0μm至20.0μm，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.2約為0.1％至0.4％，第三包層分層Clad.3的直徑RClad.3約為18.0μm至30.0μm，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.3約為-0.1％至0.1％，第四，五，六包層分層Clad.4，Clad.5，Clad.6，其直徑RClad.4，RClad.5，RClad.6分別為20.0μm至40.0μm，30.0μm至50.0μm，124.0μm至126.0μm，其折射率為純二氧化硅(SiO2)折射率，為恒定折射率。
在該光纖中一組較佳的纖芯和包層的參數(shù)分布為Δ％Core1約為0.69％至0.85％ RCore1約為3.45至4.22μmΔ％Core2約為0.47％至0.57％ RCore2約為4.62至5.65μmΔ％Core3約為0.17％至0.22％ RCore3約為5.46至6.67μmΔ％Clad.1約為-0.06％至0.06％RClad.1約為8.52至10.42μmΔ％Clad.2約為0.14％至0.17％ RClad.2約為15.27至18.66μmΔ％Clad.3約為0.03％至0.04％ RClad.3約為19.83至24.24μm
Δ％Clad.4約為0％RClad.4約為21.72至26.55μmΔ％Clad.5約為0％RClad.5約為30.0至36.41μmΔ％Clad.6約為0％RClad.6約為123至125μm。
上述每個(gè)分層的折射率分布是該分層各點(diǎn)距光纖中軸線徑向距離的函數(shù)，并取每個(gè)分層的折射率分布為階躍函數(shù)或角圓滑的階躍函數(shù)。
本發(fā)明所述單模光纖預(yù)制棒的制造工藝為PCVD工藝結(jié)合OVD工藝。由OVD工藝提供純二氧化硅(SiO2)襯管，由PCVD工藝在該襯管內(nèi)沉積光纖預(yù)制棒芯棒部分，該光纖預(yù)制棒芯棒的純二氧化硅(SiO2)外包層仍由OVD工藝提供。該光纖預(yù)制棒中各分層與該發(fā)明第一方面所述光纖各分層是一一對(duì)應(yīng)的，其中芯層分層Core1，Core2，Core3及包層分層中的Clad.1，Clad.2，Clad.3，Clad.4均為PCVD工藝所提供的沉積層，其中包層分層中的Clad.5，Clad.6為OVD工藝所提供的沉積層，并且由OVD工藝提供純二氧化硅(SiO2)襯管即為包層分層Clad.5。
在本發(fā)明中，該光纖預(yù)制棒的芯層分層Core1，Core2，Core3為純二氧化硅(SiO2)基體摻雜鍺(Ge)，或?yàn)榧兌趸?SiO2)基體共摻鍺(Ge)及氟(F)以形成所需的正相對(duì)折射率差分布。該光纖預(yù)制棒的包層分層中的Clad.1，Clad.2，Clad.3為純二氧化硅(SiO2)基體摻雜鍺(Ge)或摻雜氟(F)，或?yàn)榧兌趸?SiO2)基體共摻鍺(Ge)及氟(F)以形成所需的正或負(fù)的相對(duì)折射率差分布。該光纖預(yù)制棒的包層分層中的Clad.4，Clad.5，Clad.6為純二氧化硅(SiO2)。
在包層分層Clad.3中施加鍺(Ge)摻雜可提高光纖的抗氫損性能。實(shí)驗(yàn)表明，在包層分層中的Clad.3施加2.0％至5.0％摩爾濃度的鍺(Ge)可有效提高光纖的抗氫損性能。在本發(fā)明中，可在Clad.3中同時(shí)施加氟(F)摻雜以實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述制造單模光纖的方法中，光纖預(yù)制棒芯棒部分包含芯層分層Core 1，Core2，Core3及包層分層中的Clad.1，Clad.2，Clad.3，Clad.4，Clad.5，該芯棒系PCVD工藝完成管內(nèi)沉積后用電熔縮工藝熔縮而成，即為光纖預(yù)制棒芯棒，最后再由OVD工藝提供芯棒的純二氧化硅(SiO2)外包層即Clad.6，從而形成可供拉絲用的光纖預(yù)制棒，該光纖預(yù)制棒經(jīng)由拉絲工藝?yán)茷闃?biāo)稱外徑125μm的該種光纖。采用電熔縮工藝將對(duì)光纖預(yù)制棒芯棒的軸向及徑向的幾何均勻性有很大改善，可提高光纖預(yù)制棒芯棒的圓度，對(duì)降低光纖PMD指標(biāo)有很大作用。
本發(fā)明的單模光纖，在C波段或在C和L波段具有總色散為負(fù)的色散特性。對(duì)單模光纖而言，由于不存在模間色散，光纖的總色散是指光纖的材料色散與波導(dǎo)色散之和。單模光纖的光場(chǎng)主要分布在光纖纖芯區(qū)，另有部分光場(chǎng)分布在包層中，不同波長的光波在光纖纖芯和包層的能量分布不同，并且不同波長的光波在光纖中的群速度也不同，構(gòu)成波導(dǎo)色散。單模光纖的波導(dǎo)色散唯一取決于光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，即折射率剖面分布。光纖的材料色散在制造光纖的基體材料與摻雜材料確定時(shí)是基本保持不變的。為獲得期望的總負(fù)色散特性，必須降低光纖的波導(dǎo)色散。若要在預(yù)波段上獲得負(fù)的色散特性，則光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足使長波長光比短波長光傳播速度更快，反之則表現(xiàn)為正的色散特性。
本發(fā)明可通過調(diào)整纖芯分層Core1的相對(duì)折射率差Δ％Core1和包層分層Clad.1的相對(duì)折射率差Δ％Clad.1以及纖芯分層Core3的直徑RCore3和包層分層Clad.1的直徑RClad.1來獲得所需的負(fù)波導(dǎo)色散；通過改變包層分層Clad.1的直徑RClad.1和包層分層Clad.2的直徑RClad.2及包層分層Clad.2的相對(duì)折射率差Δ％Clad.2來獲得合適的光纖有效面積和色散斜率。包層分層Clad.3的相對(duì)折射率差Δ％Clad.3和直徑RClad.3可調(diào)節(jié)截止波長。
理論分析表明，為使波導(dǎo)色散具有較大的負(fù)色散，包層Clad.1的相對(duì)折射率差Δ％Clad.1應(yīng)盡量低，芯層Core1的相對(duì)折射率差Δ％Core1應(yīng)盡量高，并在不破壞整個(gè)光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的前提下，盡量降低包層Clad.2的相對(duì)折射率差Δ％Clad.2°如發(fā)明背景所述，光纖的各種光學(xué)特性相互之間有很復(fù)雜的內(nèi)在聯(lián)系，在有些時(shí)候是互相矛盾的。例如光纖的負(fù)色散特性與光纖的衰耗或彎曲特性有關(guān)。為了獲得負(fù)的波導(dǎo)色散，芯層Core1必須采用一個(gè)較高的的相對(duì)折射率差Δ％Core1，本發(fā)明光纖具有不低于0.6％的芯層相對(duì)折射率差。較高的芯層相對(duì)折射率差□％將加大光纖的瑞利損耗，纖芯分層設(shè)計(jì)可改善光場(chǎng)因□％過高而過于集中的情況，降低瑞利損耗。本發(fā)明中纖芯區(qū)設(shè)為至少三個(gè)分層Core1，Core2，Core3，該三分層相對(duì)折射率差Δ％依此遞減。選擇較小的光纖芯徑RCore3的目的是為了獲得更大的負(fù)波導(dǎo)色散。在負(fù)色散特性要求下避免過高的芯折射率Δ％的措施還包括引入下陷包層Clad.1，即□％Clad.1值小于零。下陷包層會(huì)惡化光纖的彎曲特性，從而使光纖的總衰耗增大，因此Δ％Clad.1值不宜選擇過負(fù)，本發(fā)明中Δ％Clad.1值不低于-0.15％。外包層Clad.2的相對(duì)折射率差Δ％Clad.2選擇過低會(huì)使光纖MFD過于減小，這對(duì)光纖的彎曲特性有好處，但不利于DWDM的應(yīng)用要求。本發(fā)明中Clad.2的相對(duì)折射率差Δ％Clad2選擇不低于0.1％。
本發(fā)明光纖使用波段的色散斜率選擇為正值，相對(duì)于負(fù)色散斜率的光波導(dǎo)，不需要太深的下陷包層設(shè)計(jì)，這對(duì)改善彎曲損耗是有利的。但是由于本發(fā)明負(fù)色散光纖要求有很大的零色散波長，需注意在滿足零色散波長要求的前提下控制光纖模場(chǎng)直徑MFD不要過大和過小，過大的MFD會(huì)惡化光纖的彎曲特性，過小的MFD會(huì)帶來材料損耗的增加。
如前所述，光纖內(nèi)芯分層設(shè)計(jì)的目的在于優(yōu)化光場(chǎng)分布，減少材料損耗，并且適當(dāng)增加光纖MFD。為同時(shí)保證光纖彎曲特性，在不破壞波導(dǎo)光學(xué)特性前提下，要求波導(dǎo)設(shè)計(jì)精確，并且制造工藝有嚴(yán)格的制造公差。選擇較高的芯層相對(duì)折射率差□％Core1，選擇較寬的芯層直徑RCore1，可對(duì)光場(chǎng)分布在集中和分散之間取得一個(gè)適中的平衡。芯層相對(duì)折射率差Δ％Core2的高度則是為了均衡第二包層分層Clad.2對(duì)光場(chǎng)的影響，以免光場(chǎng)過于被外包層吸引而破壞彎曲特性。芯層寬度RCore2要求有很小的設(shè)計(jì)及制造公差以便不影響光纖色散特性，因?yàn)樵撔緦覥ore2對(duì)光纖色散貢獻(xiàn)是非常大的。芯層Core3緩解了從芯層到包層的折射率突變，可減少光纖內(nèi)部因高折射率差而形成的內(nèi)應(yīng)力，實(shí)驗(yàn)表明，漸變的折射率分布對(duì)優(yōu)化光纖的彎曲特性很有幫助。同理，選擇較高的包層相對(duì)折射率差Δ％Clad.2以均衡下陷包層對(duì)光場(chǎng)的影響，控制包層直徑RClad.1不過大以控制MFD在合理范圍內(nèi)，可獲得好的光纖彎曲特性。PCVD的工藝優(yōu)勢(shì)在于可實(shí)現(xiàn)要求設(shè)計(jì)公差極其嚴(yán)格的波導(dǎo)剖面，這不僅可保證光纖的完好特性，還可保證高的成品效率。
按照定義中給出的光纖彎曲性能的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，在75mm直徑心軸上100周的彎曲情況下，該發(fā)明所述的負(fù)色散單模光纖由于彎曲引起的損耗在1550nm不大于0.02dB，在1625nm不大于0.02dB，遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)給出的低于0.5dB的要求。本發(fā)明光纖具有很好的彎曲性能。
另外如光纖的大有效面積和低色散斜率也不容易同時(shí)實(shí)現(xiàn)。低色散斜率對(duì)降低系統(tǒng)色散管理成本很有意義，而大有效面積是抑制光纖非線性效應(yīng)，提高系統(tǒng)信噪比最有效的途徑，因此未來DWDM系統(tǒng)用的傳輸光纖應(yīng)要求同時(shí)具備以上兩個(gè)特性。依據(jù)本發(fā)明指出的波導(dǎo)設(shè)計(jì)方法，并運(yùn)用PCVD工藝結(jié)合OVD工藝，有利于調(diào)和有效面積和色散斜率二者的矛盾。
上述表明，為在不破壞波導(dǎo)的基本色散特性的前提下兼顧其它的光學(xué)參數(shù)，需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的波導(dǎo)剖面，并且要求生產(chǎn)工藝可進(jìn)行精確的控制，以便光纖中無誤差地再現(xiàn)預(yù)設(shè)計(jì)的波導(dǎo)剖面。該發(fā)明光纖具復(fù)雜的波導(dǎo)剖面，其纖芯分層Core1，Core2，Core3和包層分層Clad.1，Clad.2，Clad.3的幾何與折射率參數(shù)主要決定了該波導(dǎo)的光學(xué)特性。上述各分層均由PCVD工藝提供。PCVD工藝的工藝特點(diǎn)可確保精確實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)波導(dǎo)剖面。
光纖的氫損特性是指已作過表面涂覆光纖在氫氛圍中，其在1530nm處衰耗的增加。由于其影響到DWDM系統(tǒng)在1550nm附近的工作窗口，所以必須降低光纖的氫敏感性。改進(jìn)光纖的成纜工藝，或采用特殊的光纖表面涂覆材料均有助于提高光纖的抗氫損能力。本發(fā)明中指出，在所述單模光纖的包層分層Clad.3中，以純二氧化硅(SiO2)基體摻雜鍺(Ge)材料將改善光纖抗氫損特性。
光纖的氫損與光纖自身的缺陷有關(guān)，其缺陷越多，氫損越嚴(yán)重。光纖中的缺陷，無論是內(nèi)部還是表面缺陷，均使得氛圍中的氫原子(H)易于向光纖內(nèi)部擴(kuò)散，并同光纖中的硅原子(Si)間以化學(xué)鍵結(jié)合，其可表達(dá)為Si-H，該種結(jié)合可造成在1530nm波長的光能量吸收峰，因而使光纖出現(xiàn)在1530nm處的損耗增加，即稱之為光纖的氫損。因此，減少光纖的缺陷是提高光纖抗氫損性能的有效途徑。在PCVD工藝沉積包層分層Clad.3時(shí)攙入一定摩爾濃度的鍺(Ge)材料將有助于降低光纖預(yù)制棒的粘度，從而允許拉絲工藝減小拉絲張力，已經(jīng)證明小拉絲張力有助于減少光纖的內(nèi)部或表面缺陷。PCVD工藝作為一種氣相沉積工藝，其沉積過程中反應(yīng)氣體氧氣(O2)保持冗余，有些冗量氧原子(O)將被固定在沉積物中，已經(jīng)證明沉積層內(nèi)的剩余氧原子(O)可造成光纖內(nèi)部缺陷，而鍺(Ge)可與沉積物內(nèi)的剩余氧原子(O)結(jié)合，從而減小包層分層Clad.3的內(nèi)部缺陷，并對(duì)Clad.3左鄰的各芯包分層形成氫(H)阻擋層，提高了光纖的抗氫損性能。
實(shí)驗(yàn)表明，在包層分層中的Clad.3施加2.0％至5.0％摩爾濃度的鍺(Ge)可有效提高光纖的抗氫損性能。本發(fā)明所述光纖在包層分層Clad.3中實(shí)施純二氧化硅(SiO2)基體摻雜3.5％摩爾濃度的鍺(Ge)，并在Clad.3中同時(shí)施加相應(yīng)量的氟(F)摻雜以實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。依照定義中所述的光纖氫損特性評(píng)估測(cè)試方法，測(cè)試其在1530nm的氫致?lián)p耗小于0.002dB/km，遠(yuǎn)優(yōu)于測(cè)試方法推薦的不大于0.01dB/km的標(biāo)準(zhǔn)。
PMD被認(rèn)為是提高光纖通信系統(tǒng)傳輸速率的最終限制因素，降低PMD有十分重要的意義。PMD的降低有很多種方法，其中最重要的方面是制造出盡量圓的光波導(dǎo)，提高光纖預(yù)制棒的圓度可幫助提高光纖的圓度，進(jìn)而最終降低光纖PMD。本發(fā)明所指出的光纖預(yù)制棒芯棒電熔縮工藝可提高光纖預(yù)制棒的圓度，有效降低光纖PMD。
本發(fā)明中采用的電熔縮工藝因采用360度環(huán)狀熱區(qū)，改變了預(yù)制棒芯棒在熔縮過程中單邊受熱的狀態(tài)，可得到圓度極好的光纖預(yù)制棒芯棒，其芯層不圓度指標(biāo)可做到在整個(gè)軸向上小于1.0％；電熔縮過程避免了氫氧焰熔縮工藝中高速氣流對(duì)預(yù)制棒的沖擊，整棒無軸向彎曲，弓曲度可低于0.1mm。電熔縮工藝制造的光纖預(yù)制棒芯棒圓度和幾何的均勻性可保證成纖的低PMD特性。本發(fā)明所述單模光纖的未成纜光纖PMD系數(shù)小于0.035ps/km1/2，最好值0.035ps/km1/2，典型值0.035ps/km1/2。


圖1為本發(fā)明光纖折射率剖面分布以及各分層相對(duì)折射率差Δ％和直徑R的圖示。
圖2為本發(fā)明光纖實(shí)施例1，2，3的色散特性曲線圖示。
圖3為本發(fā)明光纖實(shí)施例1的波導(dǎo)剖面圖示。
圖4為本發(fā)明光纖實(shí)施例2的波導(dǎo)剖面圖示。
圖5為本發(fā)明光纖實(shí)施例3的波導(dǎo)剖面圖示。
具體實(shí)施例方式
以下給出本發(fā)明負(fù)色散單模光纖的三個(gè)實(shí)施例及其光學(xué)特性，其中實(shí)施例1，實(shí)施例2所示光纖在C波段(1525nm-1565nm)光通信窗口具有總色散為負(fù)的色散特性和正的色散斜率，實(shí)施例3所示光纖在C波段(1525nm-1565nm)和L波段(1565nm-1625nm)光通信窗口具有總色散為負(fù)的色散特性和正的色散斜率。
-實(shí)施例1圖3所示為本發(fā)明負(fù)色散光纖實(shí)施例1的光纖折射率剖面分布。
圖2所示為本發(fā)明負(fù)色散光纖實(shí)施例1的色散特性。
該光纖為單模光纖，其具有三個(gè)芯層分層Core1，Core2，Core3及六個(gè)包層分層Clad.1，Clad.2，Clad.3，Clad.4，Clad.5，Clad.6，其中-第一纖芯分層Core1，其相對(duì)折射率差Δ％Core1約為0.760％，其直徑RCore1約為3.4μm。
-第二纖芯分層Core2，其相對(duì)折射率差Δ％Core2約為0.520％，其直徑RCore2約為4.6μm。
-第三纖芯分層Core3，其相對(duì)折射率差Δ％Core3約為0.190％，其直徑RCore3約為5.6μm。
-第一包層分層Clad.1，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.1約為0.043％，其直徑RClad.1約為9.4μm。
-第二包層分層Clad.2，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.2約為0.160％，其直徑RClad.2約為17.0μm。
-第三包層分層Clad.3，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.3約為0.038％，其直徑RClad.3約為21.8μm。
-第四包層分層Clad.4，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.4約為0.0％，其直徑RClad.4約為23.2μm。
-第五包層分層Clad.5，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.5約為0.0％，其直徑RClad.5約為33.0μm。
-第六包層分層Clad.6，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.6約為0.0％，其直徑RClad.6約為125μm。
該發(fā)明光纖的三個(gè)芯層分層Core1，Core2，Core3及包層分層中的Clad.1，Clad.2，Clad.3均為PCVD工藝提供的純二氧化硅(SiO2)基體摻雜鍺(Ge)和氟(F)的沉積層，其包層分層中的Clad.4為PCVD工藝提供的純二氧化硅(SiO2)沉積層，其包層分層中的Clad.5，Clad.6為OVD工藝提供的純二氧化硅(SiO2)沉積層。
該發(fā)明實(shí)施例1光纖有如下特性
-色散特性1550nm色散系數(shù)-4.5ps/nm.km1525nm至1565nm色散系數(shù)范圍-1.0ps/nm.km至-8.0ps/nm.km1550nm色散斜率0.093ps/nm2.km零色散波長1595nm-衰減特性1550nm衰減系數(shù)0.202dB/km-未成纜光纖截止波長λc1450nm至1560nm-1550nm模場(chǎng)直徑MFD8.5μm-1550nm有效面積Aeff57μm2-宏彎損耗(75mm芯軸，100圈)1550nm≤0.008dB-氫損特性(1％H2加99％He，70℃保溫16小時(shí))1530nm≤0.001dB/km-未成纜光纖PMD系數(shù)≤0.035ps/km1/2該發(fā)明實(shí)施例1所述單模光纖，在C波段(1525nm-1565nm)光通信窗口具有總色散為負(fù)的色散特性和正的色散斜率。該波段為EDFA的工作波段。該光纖可滿足長距離或中長距離DWDM光通信系統(tǒng)的傳輸要求，可支持100GHz以下信道間隔的2.5Gbps/10Gbps速率的DWDM技術(shù).該光纖滿足了降低該類型光纖的PMD值的需要。另外，該光纖還滿足了改善該類型光纖的抗彎曲特性和抗氫損特性的需要。
該負(fù)色散光纖與具有正啁啾的直接強(qiáng)度調(diào)制激光器使用于2.5Gbps時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光脈寬壓縮效應(yīng)，從而延長色散受限距離。其對(duì)于中長距離傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)非常有利，可減小色散補(bǔ)償費(fèi)用，并可避免使用昂貴的外調(diào)制器，從而可以降低光傳輸設(shè)備的成本。
-實(shí)施例2圖3b所示為本發(fā)明負(fù)色散光纖實(shí)施例2的光纖折射率剖面分布。
圖2所示為本發(fā)明負(fù)色散光纖實(shí)施例2的色散特性。
該光纖為單模光纖，其具有三個(gè)芯層分層Core1，Core2，Core3及六個(gè)包層分層Clad.1，Clad.2，Clad.3，Clad.4，Clad.5，Clad.6，其中-第一纖芯分層Core1，其相對(duì)折射率差Δ％Core1約為0.758％，其直徑RCore1約為4.0μm。
-第二纖芯分層Core2，其相對(duì)折射率差Δ％Core2約為0.519％，其直徑RCore2約為5.3μm。
-第三纖芯分層Core3，其相對(duì)折射率差Δ％Core3約為0.190％，其直徑RCore3約為6.2μm。
-第一包層分層Clad.1，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.1約為-0.031％，其直徑RClad.1約為8.5μm。
-第二包層分層Clad.2，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.2約為0.153％，其直徑RClad.2約為15.8μm。
-第三包層分層Clad.3，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.3約為0.036％，其直徑RClad.3約為22.3μm。
-第四包層分層Clad.4，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.4約為0.0％，其直徑RClad.4約為24.7μm。
-第五包層分層Clad.5，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.5約為0.0％，其直徑RClad.5約為33.2μm。
-第六包層分層Clad.6，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.6約為0.0％，其直徑RClad.6約為125μm。
該發(fā)明光纖的三個(gè)芯層分層Core1，Core2，Core3及包層分層中的Clad.1，Clad.2，Clad.3均為PCVD工藝提供的純二氧化硅(SiO2)基體摻雜鍺(Ge)和氟(F)的沉積層，其包層分層中的Clad.4為PCVD工藝提供的純二氧化硅(SiO2)沉積層，其包層分層中的Clad.5，Clad.6為OVD工藝提供的純二氧化硅(SiO2)沉積層。
該發(fā)明實(shí)施例2光纖有如下特性-色散特性1550nm色散系數(shù)-3.4ps/nm.km1525nm至1565nm色散系數(shù)范圍-1.0ps/nm.km至-6.0ps/nm.km1550nm色散斜率0.073ps/nm2.km
零色散波長1595nm-衰減特性1550nm衰減系數(shù)0.208dB/km-未成纜光纖截止波長λc1300nm至1400nm-1550nm模場(chǎng)直徑MFD8.2μm-1550nm有效面積Aeff；53μm2-宏彎損耗(75mm芯軸，100圈)1550nm≤0.01dB-氫損特性(1％H2加99％He，70℃保溫16小時(shí))1530nm≤0.001dB/km-未成纜光纖PMD系數(shù)≤0.035ps/km1/2該發(fā)明實(shí)施例2所述單模光纖，在C波段(1525nm-1565nm)光通信窗口具有總色散為負(fù)的色散特性和正的色散斜率，該波段為EDFA的工作波段。該光纖可滿足長距離或中長距離DWDM光通信系統(tǒng)的傳輸要求，可支持100GHz以下信道間隔的2.5Gbps/10Gbps速率的DWDM技術(shù)。該光纖滿足了降低該類型光纖的PMD值的需要。另外，該光纖還滿足了改善該類型光纖的抗彎曲特性和抗氫損特性的需要。
該負(fù)色散光纖與具有正啁啾的直接強(qiáng)度調(diào)制激光器使用于2.5Gbps時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光脈寬壓縮效應(yīng)，從而延長色散受限距離。其對(duì)于中長距離傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)非常有利，可減小色散補(bǔ)償費(fèi)用，并可避免使用昂貴的外調(diào)制器，從而可以降低光傳輸設(shè)備的成本。
-實(shí)施例3圖3c所示為本發(fā)明負(fù)色散光纖實(shí)施例3的光纖折射率剖面分布。
圖2所示為本發(fā)明負(fù)色散光纖實(shí)施例3的色散特性。
該光纖為單模光纖，其具有三個(gè)芯層分層Core1，Core2，Core3及六個(gè)包層分層Clad.1，Clad.2，Clad.3，Clad.4，Clad.5，Clad.6，其中-第一纖芯分層Core1，其相對(duì)折射率差Δ％Core1約為0.788％，其直徑RCore1約為4.1μm。-第二纖芯分層Core2，其相對(duì)折射率差Δ％Core2約為0.521％，其直徑RCore2約為5.5μm。
-第三纖芯分層Core3，其相對(duì)折射率差Δ％Core3約為0.200％，其直徑RCore3約為6.4μm。
-第一包層分層Clad.1，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.1約為-0.033％，其直徑RClad.1約為10.5μm。
-第二包層分層Clad.2，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.2約為0.160％，其直徑RClad.2約為18.1μm。
-第三包層分層Clad.3，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.3約為0.033％，其直徑RClad.3約為22.0μm。
-第四包層分層Clad.4，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.4約為0.0％，其直徑RClad.4約為24.5μm。
-第五包層分層Clad.5，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.5約為0.0％，其直徑RClad.5約為33.1μm。
-第六包層分層Clad.6，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.6約為0.0％，其直徑RClad.6約為125μm。
該發(fā)明光纖的三個(gè)芯層分層Core1，Core2，Core3及包層分層中的Clad.1，Clad.2，Clad.3均為PCVD工藝提供的純二氧化硅(SiO2)基體摻雜鍺(Ge)和氟(F)的沉積層，其包層分層中的Clad.4為PCVD工藝提供的純二氧化硅(SiO2)沉積層，其包層分層中的Clad.5，Clad.6為OVD工藝提供的純二氧化硅(SiO2)沉積層。
該發(fā)明實(shí)施例3光纖有如下特性-色散特性1550nm色散系數(shù)-6.8ps/nm.km1600nm色散系數(shù)-3.4ps/nm.km1525nm至1625nm色散系數(shù)范圍-1.0ps/nm.km至-10.0ps/nm.km1550nm色散斜率0.061ps/nm2.km零色散波長1645nm-衰減特性1550nm衰減系數(shù)0.222dB/km
1600nm衰減系數(shù)0.219dB/km-未成纜光纖截止波長λc1450nm至1540nm-1550nm模場(chǎng)直徑MFD7.8μm-1550nm有效面積Aeff48μm2-宏彎損耗(75mm芯軸，100圈)1550nm≤0.02dB1625nm≤0.02dB-氫損特性(1％H2加99％He，70℃保溫16小時(shí))1530nm≤0.001dB/km-未成纜光纖PMD系數(shù)≤0.035ps/km1/2該發(fā)明實(shí)施例3所述單模光纖，在C波段(1525nm-1565nm)和L波段(1565nm-1625nm)光通信窗口具有總色散為負(fù)的色散特性和正的色散斜率。其中C波段為EDFA的工作波段，L波段為DWDM光通信系統(tǒng)的擴(kuò)展使用波段。該光纖可滿足長距離或中長距離DWDM光通信系統(tǒng)的傳輸要求，可支持100GHz以下信道間隔的2.5Gbps/10Gbps速率的DWDM技術(shù)。該光纖滿足了降低該類型光纖的PMD值的需要。另外，該光纖還滿足了改善該類型光纖的抗彎曲特性和抗氫損特性的需要。
該負(fù)色散光纖與具有正啁啾的直接強(qiáng)度調(diào)制激光器使用于2.5Gbps時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光脈寬壓縮效應(yīng)，從而延長色散受限距離。其對(duì)于中長距離傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)非常有利，可減小色散補(bǔ)償費(fèi)用，并可避免使用昂貴的外調(diào)制器，從而可以降低光傳輸設(shè)備的成本。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)色散單模光纖，具有一纖芯層和一包層，其特征在于纖芯設(shè)有折射率分布不同的三個(gè)纖芯分層，包層包括有六個(gè)分層，所述光纖在1525nm至1565nm波段具有-1.0ps/nm.km到-10.0ps/nm.km的負(fù)色散，或者，所述光纖在1525nm至1625nm波段具有-1.0ps/nm.km到-10.0ps/nm.km的負(fù)色散。
2.按權(quán)利要求1所述負(fù)色散單模光纖，其特征在于所述光纖第一纖芯分層Core1的直徑RCore1約為1.0μm至5.0μm，其相對(duì)折射率差Δ％Core1約為0.6％至1.2％，第二纖芯分層Core2的直徑RCore2約為3.0μm至6.0μm，其相對(duì)折射率差Δ％Core2約為0.25％至0.65％，第三纖芯分層Core3的直徑RCore3約為4.0μm至8.0μm，其相對(duì)折射率差Δ％Core3約為0.05％至0.25％。
3.按權(quán)利要求1或2所述負(fù)色散單模光纖，其特征在于第一包層分層Clad.1的直徑RClad.1約為8.0μm至12.0μm，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.1約為-0.15％至0.15％，第二包層分層Clad.2的直徑RClad.2約為12.0μm至20.0μm，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.2約為0.1％至0.4％，第三包層分層Clad.3的直徑RClad.3約為18.0μm至30.0μm，其相對(duì)折射率差Δ％Clad.3約為-0.1％至0.1％，第四，五，六包層分層Clad.4，Clad.5，Clad.6，其直徑RClad.4，RClad.5，RClad.6分別為20.0μm至40.0μm，30.0μm至50.0μm，124.0μm至126.0μm，其折射率為純二氧化硅(SiO2)折射率，為恒定折射率。
4.按權(quán)利要求3所述的負(fù)散單模光纖，其特征在于纖芯和包層的較佳參數(shù)分布為Δ％Core1約為0.69％至0.85％ RCore1約為3.45至4.22μmΔ％Core2約為0.47％至0.57％ RCore2約為4.62至5.65μmΔ％Core3約為0.17％至0.22％ RCore3約為5.46至6.67μmΔ％Core.1約為0.06％至0.06％RClad.1約為8.52至10.42μmΔ％Clad.2約為0.14％至0.17％RClad.2約為15.27至18.66μmΔ％Clad.3約為0.03％至0.04％RClad.3約為19.83至24.24μmΔ％Clad.4約為0％ RClad.4約為21.72至26.55μmΔ％Clad.5約為0％ RClad.5約為30.0至36.41μmΔ％Clad.6約為0％ RClad.6約為123至125μm。
5.按權(quán)利要求3所述負(fù)色散單模光纖，其特征在于所述光纖具有在1550nm不小于7.6μm的模場(chǎng)直徑MFD；具有在1550nm不小于45μm2的有效面積Aeff；所述光纖具有在1550nm不大于0.1ps/nm2.km的色散斜率；具有不大于1700nm的未成纜光纖截止波長λc。
6.按權(quán)利要求3所述負(fù)色散單模光纖，其特征在于所述光纖在75mm直徑心軸上100周的彎曲情況下，由于彎曲引起的損耗在1550nm不大于0.02dB，在1625nm不大于0.02dB。
7.一種制造負(fù)色散單模光纖的方法，其特征在于所述單模光纖是由PCVD工藝與OVD工藝共同提供的可供拉絲用光纖預(yù)制棒拉制而成，并且該光纖預(yù)制棒各分層與權(quán)利要求1或2所述單模光纖各分層是一一對(duì)應(yīng)的。
8.按權(quán)利要求7所述制造負(fù)色散單模光纖的方法，其特征在于所述光纖預(yù)制棒各分層沉積工藝為芯層分層Core1，Core2，Core3，包層分層Clad.1，Clad.2，Clad.3，Clad.4為PCVD工藝提供的沉積層；包層分層Clad.5，Clad.6為OVD工藝提供的沉積層，并且由OVD工藝提供純二氧化硅(SiO2)襯管即為包層分層Clad.5。
9.按權(quán)利要求7或8所述制造負(fù)色散單模光纖的方法，其特征在于所述光纖預(yù)制棒芯層分層Core1，Core2，Core3為純二氧化硅(SiO2)基體摻雜鍺(Ge)，或?yàn)榧兌趸?SiO2)基體共摻鍺(Ge)及氟(F)以形成所需的正相對(duì)折射率差分布；所述光纖預(yù)制棒包層分層中的Clad.1，Clad.2，Clad.3為純二氧化硅(SiO2)基體摻雜鍺(Ge)或摻雜氟(F)，或?yàn)榧兌趸?SiO2)基體共摻鍺(Ge)及氟(F)以形成所需正或負(fù)的相對(duì)折射率差分布；所述光纖預(yù)制棒包層分層中的Clad.4，Clad.5，Clad.6為純二氧化硅(SiO2)。
10.按權(quán)利要求7或8所述制造負(fù)色散單模光纖的方法，其特征在于所述光纖預(yù)制棒包層分層Clad.3中施加2.0％至5.0％摩爾濃度的鍺(Ge)以提高光纖的抗氫損性能，并在Clad.3中同時(shí)施加氟(F)摻雜以實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
11.按權(quán)利要求10所述制造單模光纖的方法，其特征在于所述光纖預(yù)制棒包層分層Clad.3中施加3.5％摩爾濃度的鍺(Ge)，并同時(shí)施加滿足預(yù)設(shè)的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)要求量的氟(F)摻雜，完成拉制后光纖按所述光纖氫損特性評(píng)估測(cè)試方法，在1530nm的氫致?lián)p耗小于0.002dB/km。
12.按權(quán)利要求7或8所述制造負(fù)色散單模光纖的方法，其特征在于用電熔縮工藝完成所述PCVD工藝沉積襯管的熔縮，提供所述光纖預(yù)制棒芯棒。
13.按權(quán)利要求12所述制造負(fù)色散單模光纖的方法，其特征在于由電熔縮工藝提供所述光纖預(yù)制棒芯棒軸向弓曲度低于0.1mm，各芯包分層不圓度指標(biāo)低于1.0％，完成拉制后光纖未成纜PMD系數(shù)小于0.036ps/km1/2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種負(fù)色散單模光纖。它在C波段光通信窗口或同時(shí)在C波段和L波段光通信窗口具有總色散為負(fù)的色散特性和正的色散斜率。可供C波段和L波段高速率DWDM光通信系統(tǒng)作信號(hào)傳輸用光纖。該光纖纖芯具有PCVD工藝提供的折射率分布不同的三個(gè)分層和四個(gè)包層分層及由OVD工藝提供的兩個(gè)包層分層。該光纖滿足了降低光纖的PMD值的需要，改善了光纖的抗彎曲特性和抗氫損特性。該光纖與具有正啁啾的直接強(qiáng)度調(diào)制激光器使用于2.5Gbps時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光脈寬壓縮效應(yīng)，從而延長色散受限距離。其對(duì)于中長距離傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)非常有利，可減小色散補(bǔ)償費(fèi)用，并可避免使用昂貴的外調(diào)制器，從而可以降低光傳輸設(shè)備的成本。
文檔編號(hào)G02F1/19GK1395121SQ02138859
公開日2003年2月5日 申請(qǐng)日期2002年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月31日
發(fā)明者曹宇清, 王鐵軍, 羅杰 申請(qǐng)人:長飛光纖光纜有限公司