專利名稱：：寬帶非零色散單模光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及單模光纖，尤其涉及，寬帶非零色散單模光纖。
背景技術(shù)：
：下面先對本發(fā)明涉及到的術(shù)語給出定義，其中普通術(shù)語符合本領(lǐng)域慣例；本說明書的專用術(shù)語通過慣用術(shù)語說明。光纖各分層的半徑以單位計，按折射率定義，每一特定分層具有第一折射率點和最后折射率點。從光纖軸線到第一折射率點所在位置的半徑是該分層的內(nèi)半徑；從光纖軸線到最后折射率點所在位置的半徑是該分層的外半徑。參見折射率剖面圖，纖芯中央圓形分層的半徑從光纖軸線量到該分層的外半徑；第一環(huán)形分層的寬度從第一環(huán)形分層的內(nèi)半徑量到第一環(huán)形分層的外半徑；第二環(huán)形分層的寬度從第二環(huán)形分層的內(nèi)半徑量到第二環(huán)形分層的外半徑。纖芯中央圓形分層、第一環(huán)形分層和第二環(huán)形分層的相對折射率差A(yù)。、Aj和A2以單位呢計，分別定義為△o=(n02_ncl2)/2n02△,=(ni2-ncl2)/2nn2△2=(n22-ncl2)/2n02其中，n。和n2分別表示纖芯中央圓形分層和第二環(huán)形分層的最大折射率；ni表示第一環(huán)形分層的最小折射率；Ild表示外包層的均勻折射率。相對凹陷深度定義為凹陷剖面第一環(huán)形分層的相對折射率差和纖芯中央圓形分層的相對折射率差之比，取絕對值。折射率剖面定義為相對折射率差或折射率與半徑之間的關(guān)系。a折射率剖面定義為△co(r)=A0[l-(r/a)。]，0《r《a其中，r是所處位置半徑；a是所述纖芯中央圓形分層的半徑；a取任意值，a大于10可以看作階躍型折射率剖面。a折射率剖面包括與其光傳輸性能相似的其他折射率剖面。色度色散系數(shù)以單位ps/nm-km計，簡稱為色散。有效截面以單位^imH十，定義為Aol.,=2兀(丄E2(r)rdr)7(/E1(r)rdr)3其中，積分限為0至w;E(r)是光傳播所伴隨的電場，r是所處位置半徑。模場直徑以單位pm計，定義為MFD=2Wd，其中，積分限為0至co，E(r)是光傳播所伴隨的電場，r是所處位置半徑。迄今為止單模通信光纖遠(yuǎn)沒有充分利用低衰減波長范圍，有三大難題沒有解決色散平坦光纖研究了三十多年，一直沒有實用。四波混頻發(fā)現(xiàn)了十多年，還沒有名副其實的寬帶非零色散光纖。光子晶體光纖研究了大約十年，因結(jié)構(gòu)復(fù)雜很難在通信干線上實用。
發(fā)明內(nèi)容所發(fā)明的各種寬帶非零色散單模光纖，有如下共同特點單模截止波長不大于1400nm;在1460nm波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;在1460rnn波長下，色散斜率為0.017到0.033ps/nm2-km;在1400nm波長下，色散斜率為0.025到0.043ps/nm2-km;在1625nm波長以下，色散最大值小于10.0ps/nm-km;在1800nm波長以下，色散最大值小于12.0ps/nm-km;在1550nm波長下，有效截面為50.0到75.0pm2。所發(fā)明的一種光纖，在1460mn波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;在1550nm波長下，有效截面為55.0到60.0fim2;在1625nm波長下，色散最大值小于7.5ps/nm-km。所發(fā)明的一種光纖，在1460nm波長下，色散最小值大于2.0ps/歷-km;在1550nm波長下，有效截面為55.0到60.0jxm2;在1800nm波長下，色散最大值小于8.5ps/nm-km。.所發(fā)明的一種光纖，在1400nm波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;在1550nm波長下，有效截面為55.0到60.0pm2;在1625nm波長下，色散最大值小于9.0ps/nm-km。所發(fā)明的一種光纖，在1400皿波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;在1550薩波長下，有效截面為55.0到60.0,2;在1800nm波長下，色散最大值小于10.0ps/nm-km。所發(fā)明的寬帶非零色散單模光纖，工作波長接近全部低衰減波長范圍，色散特性接近理論極限，有效截面大，解決了迄今為止沒有解決的三大難題,是名副其實的寬帶非零色散單模光纖,色散特性平坦，無需光子晶體光纖的周期性的空心毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，通信帶寬明顯增加,有效截面明顯增大,可以為互聯(lián)網(wǎng)提供靈活的通信路徑，使信息高速公路設(shè)計簡化，成本降低。參照以下附圖，熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的人員，從本發(fā)明的詳細(xì)描述中，將顯而易見本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點。圖l是所發(fā)明光纖的理想折射率剖面的一種情況。未畫出由于工藝原因在光纖軸線附近出現(xiàn)的不大的中心凹陷，未畫出實際折射率剖面與所述理想折射率剖面不大的差異。所述a折射率剖面，從ci二5變化到a^l0;a大于lO可以，作階躍型折射率剖面。各種所發(fā)明光纖折射率剖面變化范圍很大，無法一一畫出。圖2是所發(fā)明光纖的理想折射率剖面的一種情況。纖芯中央圓形分層采用純Si02材料，可以避免在光纖軸線附近出現(xiàn)中心凹陷。未畫出實際折射率剖面與所述理想!射率剖面不大的差異。各種所發(fā)明光纖折射率剖面變化范圍很大，無法一一畫出。具體實施例方式發(fā)明人系統(tǒng)研究了凹陷三包層光纖色散特性和有效截面的變化，發(fā)現(xiàn)了如下規(guī)律，設(shè)計了所發(fā)明的光纖非色散位移光纖和色散位移光纖色散斜率偏高，色散平坦光纖色散斜率偏低；兩者之間尚未利用的色散斜率區(qū)域?qū)?yīng)于本發(fā)明所涉及的發(fā)現(xiàn)四波混頻之后亟待開發(fā)的寬帶非零色散單模光纖。在適當(dāng)?shù)南鄬Π枷萆疃确秶鷥?nèi)，在寬帶非零色散單模光纖和色散平坦光纖所對應(yīng)的色散斜率區(qū)域之間，存在最佳的色散斜率,使得在給定波長范圍內(nèi)(直到全部低衰減波長范圍)色散斜率最小值理論為零，色散最大值最小。給定有效截面的單模光纖，相對凹陷深度越深，色散斜率越低。給定相對凹陷深度的單模光纖，色散斜率越高，有效截面越大。實現(xiàn)寬帶非零色散單模光纖,可以不需要光子晶體光纖的周期性和空心毛細(xì)管的結(jié)構(gòu)，只需要凹陷深度適當(dāng)?shù)陌枷莅鼘庸饫w。所發(fā)明光纖有兩種具體實施方式。第一種實施方式適用于所述第二環(huán)形分層^2<A。，采用圖l所示折射率剖面。第二種實施方式適用于所述第二環(huán)形分層A^AQ，采用圖2所示折射率剖面。圖1是所發(fā)明寬帶非#色散單模光纖的一種折射率剖面圖。其中，1、2、3和4分別表示所述光纖的纖芯中央圓形分層、第一環(huán)形分層、第二環(huán)形分層和外包層，5、6和7分別表示所述纖芯中央圓形分層半徑a、所述第一環(huán)形分層寬度&和所述第二環(huán)形分層寬度H2。n。是所述纖芯中央圓形分層ci折射率剖面的最高折射^，n,和n2分別表示所述第一環(huán)形分層和所述第二環(huán)形分層的均勻折射率，nd表示所述外包層的均勻折射率。A?！?,0<A2<A。。圖2是所發(fā)明寬帶非零色散單模光纖的一種折射率剖面圖。其中，1、2、3和4分別表示所述光纖的纖芯中央圓形分層、第一環(huán)形分層、第二環(huán)形分層和外5包層，5、6和7分別表示所述纖芯中央圓形分層半徑a、所述第一環(huán)形分層寬度&和所述第二環(huán)形分層寬度H2，n。、n,和112分別表示所述纖芯中央圓形分層、所述第一環(huán)形分層和所述第二環(huán)形分層的均勻折射率，nd表示所述外包層的均勻折射率。Ao>0，AK0，A2=△。。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員都知道，所述a折射率剖面當(dāng)a〉10時非常接近實際的階躍型折射率剖面，所述第二種實施方式可以看作是所述第一種實施方式的一種極限情況a折射率剖面演變?yōu)殡A躍型折射率剖面，A^A。演變?yōu)锳^A。。兩種實施方式之間的過渡是連續(xù)的。表l給出了按所述兩種實施方式實現(xiàn)所發(fā)明的寬帶非零色散單模光纖的一組示例結(jié)構(gòu)參數(shù)。在表1所列的一組示例結(jié)構(gòu)參數(shù)范圍內(nèi)，利用本領(lǐng)域內(nèi)任何技術(shù)人員熟悉的方法，可以實現(xiàn)具有如下共同特性的寬帶非零色散單模光纖-單模截止波長不大于1400nm;在1460nm波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;在1460nm波長下，色散斜率為0.017到0.033ps/nm2-km;在1400nm波長下，色散斜率為0.025到0.043ps/nm2-km;在1625nm波長以下，色散最大值小于10.0ps/nm-km;在1800nm波長以下，色散最大值小于12.0ps/nm-km;在1550nm波長下，有效截面為50.0到75.0pm2。表l結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)纖芯中央圓形分層折射率剖面參數(shù)a》5纖芯中央圓形分層相對折射率差A(yù)0=0.26到0.52%纖芯中央圓形分層半徑a-3.10至U5.00pm第一環(huán)形分層相對折射率差△^-0.50Ao第一環(huán)形分層寬度Hf0.30至U1.10a第二環(huán)形分層相對折射率差△2《A0第二環(huán)形分層寬度H2二0.20至lj0.65a表2給出了按所述兩種實施方式實現(xiàn)所發(fā)明的寬帶非零色散單模光纖的另一組示例結(jié)構(gòu)參數(shù)。在表2所列的一組示例結(jié)構(gòu)參數(shù)范圍內(nèi)，利用本領(lǐng)域內(nèi)任何技術(shù)人員熟悉的方法，可以實現(xiàn)如下寬帶非零色散單模光纖一種寬帶非零色散單模光纖，在1460nm波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;在1550nm波長下，有效截面為55.0至U60.0,2;在1625nm波長下，色散最大值小于7.5ps/nm-km。一種寬帶非零色散單模光纖，在1460rim波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;在1550nm波長下，有效截面為55.0至ij60.0拜2;在1800nm波長6下，色散最大值小于8.5ps/nm-km。一種寬帶非零色散單模光纖，在1400nm波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;在1550nm波長下，有效截面為55.0至lj60.0pm2;在1625腿波長下，色散最大值小于9.0ps/nm-km。一種寬帶非零色散單模光纖，在1400nm波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;在1550nm波長下，有效截面為55.0到60.0jxm2;在1800nm波長下，色散最大值小10.0ps/nm-km。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>在表1和表2中，纖芯中央圓形分層折射率剖面參數(shù)和第二環(huán)形分層相對折射率差A(yù)2包含兩種實施方式第一種實施方式對應(yīng)于a折射率剖面和A2<△。；第二種實施方式對應(yīng)于階躍型折射率剖面和A2=A。。所述纖芯中央圓形分層的折射率剖面基本上是a折射率剖面，包括與該剖面相近的光傳輸性能相似的其他折射率剖面。所述第一環(huán)形分層、所述第二環(huán)形分層以及所述外包層基底材料基本上是均勻的，包括光傳輸性能相似的接近于均勻的其他折射率剖面。表中所列數(shù)據(jù)對應(yīng)于下述條件所述纖芯中央圓形分層有光滑的a折射率剖面，無中心凹陷，所述其他各分層和各包層的折射率剖面是理想的階躍型折射率剖面。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員都知道，由于工藝原因光纖折射率剖面在軸線附近會有不大的中心凹陷，不會嚴(yán)重影響光纖基本性能。實際情況與所述條件稍有差異，有關(guān)數(shù)據(jù)與表列對應(yīng)數(shù)據(jù)稍有不同。所發(fā)明的寬帶非零色散單模光纖，工作波長接近全部低衰減波長范圍，色散特性接近理論極限，有效截面大，解決了迄今為止尚未解決的三大難題,是名副其實的寬帶非零色散光纖,無需光子晶體光纖的周期性的空心毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，通信帶寬成倍增加，有效截面明顯增大，可以為互聯(lián)網(wǎng)提供靈活的通信路徑，使信息高速公路設(shè)計簡化,成本降低。前面提供了對較佳實施例的描述，使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員可使用或利用本發(fā)明。對這些實施例的各種修改對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是顯而易見的，可把這里所述的總的原理應(yīng)用到其他實施例而不使用創(chuàng)造性。因而，本發(fā)明將不限于這里所示的實施例，而應(yīng)依據(jù)符合這里所揭示的原理和新特征的最寬范圍。權(quán)利要求1、一種寬帶非零色散單模光纖，包括纖芯中央圓形分層、包覆在所述纖芯中央圓形分層上的第一環(huán)形分層、包覆在所述第一環(huán)形分層上的第二環(huán)形分層以及包覆在所述第二環(huán)形分層上的均勻外包層。所述纖芯中央圓形分層的相對折射率差為Δ0，半徑為a；所述第一環(huán)形分層的相對折射率差為Δ1，寬度為H1；所述第二環(huán)形分層的相對折射率差為Δ2，寬度為H2；所述纖芯中央圓形分層基本上是α折射率剖面，所述第一環(huán)形分層和所述第二環(huán)形分層基本上是均勻折射率，所述第一環(huán)形分層的折射率低于所述均勻外包層的折射率，所述第二環(huán)形分層的折射率高于所述均勻外包層的折射率。其特征在于α≥5，Δ0＝0.26到0.52％；Δ1≤-0.50Δ0；Δ2≤Δ0；a＝3.10到5.00μm；H1＝0.30到1.10a；H2＝0.20到0.65a。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于單模截止波長不大于1400nm;在1400nm波長下，色散斜率為0.025到0.043ps/nm2-km;在1460nm波長下，色散斜率為0.017到0.033ps/nm2-km;在1400到1800nm波長范圍內(nèi)，色散斜率為正。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖，其特征在于在1550nm波長下，有效截面為50.0到75.0pm2。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖，其特征在于在1460nm波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;在1625nm波長下，色散最大值小于8.5ps/nm-km。5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖，其特征在于在1460nm波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;在1800nm波長下，色散最大值小于10.5ps/nm-km。6、根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖，其特征在于在1400nm波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;在1625nm波長下，色散最大值小于10.0ps/nm-km。7、根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖，其特征在于在1400nm波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;,1800nm波長下，色散最大值小于0ps/nm-km。8、根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖，其特征在于a=3.20到4.40,;^二O.30至!]0.90a;H2=0.21至ij0.72a。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖，其特征在于在1550nm波長下，有效截面為55.0到60.0在1460nm波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;在1625nm波長下，色散最大值小于7.5ps/nm-km;在1800nm波長下，色散最大值小于8.5ps/nm-km。10、根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖，其特征在于在1550nm波長下，有效截面為55.0到60.0,2;在1400nm波長下，色散最小值大于2.0ps/nm-km;在1625nm波長下，色散最大值小于9.0ps/nm-km;在1800nm波長下，色散最大值小于10.0ps/nm-km。全文摘要本發(fā)明公開的寬帶非零色散單模光纖，包括纖芯中央圓形分層、包覆在所述纖芯中央圓形分層上的第一環(huán)形分層、包覆在所述第一環(huán)形分層上的第二環(huán)形分層以及包覆在所述第二環(huán)形分層上的外包層，所述第一環(huán)形分層的折射率適當(dāng)?shù)陀诰鶆蛲獍鼘拥恼凵渎?。所述寬帶非零色散單模光纖，在1400到1800nm單模工作波長范圍內(nèi)，正色散隨波長增加單調(diào)上升；在1400nm波長下，色散斜率為0.025到0.043ps/nm²-km；在1550nm波長下，有效截面為50.0到75.0μm²；在1400到1800nm波長范圍內(nèi)，色散最小值大于0.5ps/nm-km，色散最大值小于12.0ps/nm-km。文檔編號G02B6/02GK101526642SQ20081013412公開日2009年9月9日申請日期2008年7月17日優(yōu)先權(quán)日2008年3月6日發(fā)明者汪業(yè)衡申請人:汪業(yè)衡