單模光纖的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種彎曲損耗特性優(yōu)異并且具有低傳送損耗特性的單模光纖。一種具有溝槽型的折射率分布的單模光纖，設第1包覆層的外徑為r1、第2包覆層的外徑為r2時，相對于距芯層中心的距離r的相對折射率差Δ（r）相對于徑向的微分值dΔ（r）/dr為-0.10≤dΔ（r）/dr＜0（r1≤r≤r2）、dΔ（r1）/dr＞dΔ（r）/dr（r1＜r＜r2）并且dΔ（r2）/dr＞dΔ（r）/dr（r1＜r＜r2）。
【專利說明】單模光纖
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種彎曲損耗特性優(yōu)異并且具有低傳送損耗特性的單模光纖?！颈尘凹夹g】
[0002]通信用光纖中，單模光纖(SMF:Single-Mode optical Fiber)作為低損耗、寬頻段的傳送路徑而被廣泛實用化。近年來，由于光纖到戶(FTTH，F(xiàn)iber To The Home)系統(tǒng)的普及，將光纖配線至室內(nèi)的情況增多。這樣的系統(tǒng)中，光纖通過分支電纜從室外的接入點導入至室內(nèi)，但此時，根據(jù)建筑物的結(jié)構、室內(nèi)的狀況，光纖成為伴有小彎曲的配線形態(tài)是常有的。然而，若使光纖發(fā)生小彎曲，則光纖的封閉信號光的能力變差而發(fā)生大的傳送損耗。作為其對策，使用使包覆層的折射率分布為如圖7所示的三層結(jié)構的溝槽型折射率分布單模光纖。該光纖由于具有溝槽結(jié)構，因此與通常的單模光纖相比具有優(yōu)異的彎曲損耗特性。為了形成該溝槽型折射率分布，需要將光纖的包覆層構成為折射率不同的三層結(jié)構。
[0003]光纖是將光纖母材進行拉絲來制造的，因此為了將光纖的包覆層制成三層結(jié)構，需要制造使成為包覆層的部分為折射率不同的三層結(jié)構的光纖母材。
[0004]為了制造這樣的光纖母材，如圖8所示，通過氣相軸向沉積法(VAD法:Vaporphase Axial Deposition method)使二氧化娃玻璃微粒(煙灰(soot))堆積,接著在He和Cl2氣的混合氣體氣氛中進行脫水燒結(jié)處理，進一步進行拉伸，從而制造芯和第I包層同時合成母材((a)芯母材制造工序)。
[0005]另外，在其他工序中，通過VAD法使煙灰堆積，接著在He和SiF4氣體的混合氣體氣氛中燒結(jié)時摻雜氟，對于所得的玻璃母材，對用于插入芯母材的中空部進行配管加工，制造成為第2包覆層的氟摻雜第2包覆層(氟摻雜管)((b)溝槽部氟管制造工序)。
[0006]將以上制造的芯-第I包層同時合成母材和氟摻雜第2包覆層通過管棒法(rod-1n-tube)進行一體化((c)棒內(nèi)加工工序)。進一步,若在通過外設VAD法使煙灰堆積在第2包覆層的外周后，在He和Cl2氣的混合氣體氣氛中燒結(jié)，形成成為第3包覆層的氯摻雜石英包覆層，則得到包覆層為三層結(jié)構的光纖母材((d)外側(cè)包層制造工序)，然后，將該母材進行拉絲而得到包覆層為三層結(jié)構的溝槽型單模光纖。
[0007]這樣，以往在制造溝槽型單模光纖時，將成為第2包覆層的氟摻雜管通過管棒法進行一體化而制作，因此第I包覆層和第2包覆層的邊界部成為如圖9所示的伴有光纖組成不連續(xù)點的、急劇的折射率分布變化部(由虛線圍起來的部分)。
[0008]現(xiàn)有技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本特開2010-64915號
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問題
[0012]然而，溝槽型單模光纖的成為第I包覆層的部分和成為第2包覆層的部分的組成大不相同時，在將光纖母材拉絲而形成的光纖中，在第I包覆層和第2包覆層的邊界部產(chǎn)生殘留應力，成為如圖10所示的傳送損耗增加的主要原因。該傳送損耗由于波長依賴性小，因此不是特定雜質(zhì)引起的吸收損耗，而是一般被稱為結(jié)構不規(guī)則損耗的損耗，芯/包層界面的起伏被認為是原因。在該光纖的情況下，到芯和第I包層為止都與圖10中為了比較而示出的常規(guī)單模光纖(SMF)相同，因此難以作為傳送損耗增加的主要原因來考慮。因此，接下來引起傳送損耗增加的可能性高的主要原因是第I包層和第2包層界面的組成差別(起伏)。[0013]該光纖中，第I包層和第2包層的邊界部存在急劇的折射率變化(通過用r (表示半徑。)對相對折射率差Λ (r)進行微分而算出的、dA (!^/辦為^-^的位置)。這在前述的該光纖母材的制造方法中存在很大的原因。也就是說，在圖8示出的工序(C)中，由于對芯/第I包層同時合成母材的第I包層部和折射率不同的成為第2包層的氟摻雜石英管直接進行了一體化，因此其邊界部處產(chǎn)生折射率的不連續(xù)點。石英中的折射率由構成石英的組成決定，若組成不同則對熱的膨脹系數(shù)不同，因而在光纖的拉絲工序這樣的加熱工序之后會產(chǎn)生殘留應力。另外，該殘留應力也依賴于光纖拉絲時的張力，具有若張力小則殘留應力變小的傾向，因此如圖10所示與之相伴地結(jié)構不規(guī)則損耗也變小，但即使使張力在實用的作業(yè)條件范圍內(nèi)最小(張力=0.1N)，也不能充分減少結(jié)構不規(guī)則損耗。
[0014]為了緩和該殘留應力，只要減小成為所述第I包覆層的部分和成為第2包覆層的部分的組成的性質(zhì)差別(膨脹系數(shù)的差)，也就是說使第2包覆層的折射率接近第I包覆層的折射率即可，但是，若其差以相對折射率差計大于-0.1%，這樣的話則溝槽型光纖的特征得以緩和，無法得到期望的彎曲損耗特性(例如ITU-TG657A2)，該光纖難以適用于FTTH系統(tǒng)。另外，反過來若小于-0.45%，則難以同時滿足ITU-TG657-A2標準中的電纜截止波長和模場直徑這兩個特性，因此可優(yōu)選地設為-0.45%以上。
[0015]于是，本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種彎曲損耗特性優(yōu)異并且具有低傳送損耗特性的單模光纖。
[0016]解決問題的手段
[0017]為了解決上述問題而立案的本發(fā)明是一種單模光纖，其特征在于，是具有芯層、鄰接于所述芯層外周的第I包覆層、鄰接于所述第I包覆層外周的第2包覆層和鄰接于所述第2包覆層外周的第3包覆層的單模光纖；所述芯層的中心處的折射率nO、所述第I包覆層的平均折射率nl、第2包覆層的最小折射率n2以及第3包覆層的平均折射率n3為nO >n3 > nl > n2的關系；從所述第3包覆層的平均折射率n3和所述芯層的中心折射率nO算出的所述芯層的相對折射率差為0.3%以上且0.45%以下；從所述第3包覆層的平均折射率n3和所述第2包覆層的最小折射率n2算出的所述第2包覆層的相對折射率差為-0.1%以下且-0.45%以上；設所述第I包覆層的外徑為rl、所述第2包覆層的外徑為r2時，相對于距所述芯層中心的距離r的相對折射率差Λ (r)相對于徑向的微分值dA (r)/dr為-0.10≤ dΔ (r)/dr < O (rl ≤ r ≤ r2)>dΔ (rl)/dr > dΔ (r)/dr (rl < r < r2)并且 dA (r2) /dr > dΔ (r) /dr (rl < r < r2)0
[0018]所述單模光纖的芯層由添加了鍺和氟以及氯的石英玻璃構成；所述第I包覆層和所述第2包覆層由添加了氟以及氯的石英玻璃構成；所述第3包覆層由添加了氯的石英玻璃構成。
[0019]所述單模光纖的波長1310nm的模場直徑為8.2~9.4 μ m。[0020]所述單模光纖以彎曲直徑15mm彎曲時波長1550nm處的彎曲損耗為0.5dB/圈以下。
[0021]所述單模光纖以彎曲直徑15mm彎曲時波長1625nm處的彎曲損耗為1.0dB/圈以下。
[0022]發(fā)明效果
[0023]利用本發(fā)明，能夠提供一種彎曲損耗特性優(yōu)異并且具有低傳送損耗特性的單模光纖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為說明本實施方式涉及的單模光纖的折射率分布結(jié)構的圖；
[0025]圖2表示本發(fā)明光纖中相對折射率差在光纖徑向的變化率的狀況；
[0026]圖3為表示在改變第I包覆層和第2包覆層的界面折射率的變化率時傳送損耗如何變化的圖；
[0027]圖4表示芯煙灰母材制造的狀況；
[0028]圖5表示芯母材燒結(jié)工序的狀況；
[0029]圖6表示芯母材透明玻璃化后的折射率分布；
[0030]圖7為表不現(xiàn)有的溝槽型光纖的折射率分布的一個例子的圖；
[0031]圖8為說明現(xiàn)有的溝槽型單模光纖的制造中使用的光纖母材的制造方法的圖；
[0032]圖9表示現(xiàn)有的溝槽型光纖的折射率分布；
[0033]圖10表示現(xiàn)有的溝槽型光纖的傳送損耗和SMF的傳送損耗的比較結(jié)果。
[0034]附圖標記說明
[0035]1-棒
[0036]2-煙灰母材中心部
[0037]3-煙灰母材中心部形成用噴燈
[0038]4-母材第I包層部
[0039]5-第I包層部形成噴燈
[0040]6-母材第2包層部
[0041]7-第2包層部形成噴燈
[0042]10-煙灰母材
[0043]20-電燒結(jié)爐
【具體實施方式】
[0044]以下，對本發(fā)明優(yōu)選的一個實施方式基于附圖進行詳細描述。
[0045]本實施方式涉及的單模光纖具有與現(xiàn)有的單模光纖同等的低損耗傳送特性，并且關于彎曲損耗特性，與現(xiàn)有的單模光纖相比具有優(yōu)異的特性，對其折射率分布結(jié)構的實施例通過圖1來說明。
[0046]首先，如圖1所示，本發(fā)明的單模光纖具有包括三層包層結(jié)構的溝槽型折射率分布結(jié)構。其特征是第I包覆層和第2包覆層的邊界部不存在組成急劇變化的區(qū)域，結(jié)果其折射率分布結(jié)構成為在第2包覆層內(nèi)相對于外徑方向具有負傾斜的結(jié)構。[0047]關于本說明書中各層半徑的算出方法如下。首先，使用第3包覆層的目標折射率值(設計值)求出相對折射率差的徑向分布△ (r)，接著如圖2所示，求出作為相對折射率差的徑向分布Δ (r)的微分值的dA (r)/dr (r表示半徑)。這里，圖2中準備直徑125 μ m的光纖，WLOym的梯度求出相對折射率差Λ (r)。
[0048]芯層的半徑r0為從芯層的中心朝向外徑方向到(1Δ (r)/dr最初成為負極值的位置之間的距離。第I包覆層的外緣半徑rl為到與芯層外緣相比的外側(cè)并且dA (r)/dr最初由正變負的位置或dA (r)/dr在負區(qū)域中達到極值的最初位置之間的距離(到dA (r)/dr的值從增加(或平穩(wěn))轉(zhuǎn)變?yōu)闇p少的位置之間的距離)。第2包覆層的外緣半徑r2為到第I包覆層的外側(cè)并且dA (r) /dr成為正值的位置之間的距離。第3包覆層的外緣半徑等于光纖的外徑。
[0049]另外，各層的相對折射率差通過以下算出。芯層的相對折射率差ΛηΟ由第3包覆層的平均折射率η3和芯 層的中心折射率nO算出(Δη0=100Χ (n0_n3)/nO。下同。),第I包覆層的相對折射率差Anl由第3包覆層的平均折射率η3和第I包覆層的平均折射率nl算出，第2包覆層的相對折射率差由第3包覆層的平均折射率n3和第2包覆層的最小折射率n2算出。
[0050]從第I包覆層的外緣部朝向第2包覆層的外緣部，相對于光纖徑(r )方向的相對折射率差Λ (r)的分布的微分值dA (r)/dr在滿足rl≤r≤r2的區(qū)域中為負(dA (r)/dr < O),也就是說,相對于外徑方向相對折射率差Δ (r)始終減少。另外,在滿足rl<r
<r2的區(qū)域中，存在小于dA (rl)/dr以及dA (r2)/dr的dA (r)/dr。
[0051]本實施例中，預先固定芯層半徑rO為7.0 μ m、第I包覆層的半徑rl為20 μ m、第2包覆層的半徑r2為38 μ m、第3包覆層的半徑r3為125 μ m、芯層的相對折射率差ΛηΟ為0.35%、第I包覆層的相對折射率差Anl為-0.04%、第2包覆層的相對折射率差Λη3為-0.12%的條件，嘗試制作從第I包層的外緣部朝向第2包層的外緣部dA (r) /dr (rl
<r < r2)的最小值為-0.025、-0.10、-0.11、-0.12、-0.15的光纖(光纖拉絲時的張力為
1.5N)，分別研究其傳送損耗。將其結(jié)果示于圖3。發(fā)現(xiàn)，隨著dA(r)/dr的值變大，結(jié)構不規(guī)則損耗的發(fā)生得以抑制，在-0.10和-0.025達到與通常的SMF同等的傳送損耗。因此，本發(fā)明中，將-0.10 ^ dA (r)/dr < O確定為必要條件。
[0052]接著，針對本發(fā)明的單模光纖的制造方法，以下進行詳述。圖4示出芯煙灰母材制造的狀況。對煙灰母材中心部(芯層)2形成用的噴燈3、煙灰母材第I包層部4形成用的噴燈5以及煙灰母材第2包層部6形成用的噴燈7，供給氧、氫、原料氣體(例如SiCl4、GeCl4,SiF4),在氧和氫的混合氣體的火焰中，使原料氣體燃燒(水解)而生成雜質(zhì)少的二氧化硅玻璃微粒(煙灰)，使其堆積于旋轉(zhuǎn)棒(籽晶桿)I的下端同時提升棒1，形成多孔質(zhì)體的煙灰母材10。
[0053]這里，此時通過控制煙灰堆積溫度，能夠調(diào)節(jié)玻璃微粒(煙灰)的堆密度，堆密度越高，則在作為后續(xù)工序的在氟氣氛中的燒結(jié)工序中越能抑制氟摻雜量。利用該方法，能夠?qū)牡贗包層的外緣部朝向第2包層的外緣部的dΛ (r) /dr (rl < r < r2)的最小值進行控制。
[0054]此時，對噴燈3供給作為原料氣體的SiCl4=3g/min、GeCl4=0.2g/min,作為可燃氣體的H2=6.5L/min、作為助燃氣體的02=16L/min。另外，對噴燈5供給作為原料氣體的SiCl4=20g/min、作為可燃氣體的H2=55L/min、作為助燃氣體的02=50L/min，進一步，對噴燈7供給作為原料氣體的SiCl4=18g/min、作為可燃氣體的H2=60L/min、作為助燃氣體的02=50L/min，形成具有Φ 50mm的煙灰母材中心部2、Φ 120mm的煙灰母材第I包層部、Φ 220mm的煙灰母材第2包層部的全長1500mm的多孔質(zhì)體的煙灰母材10。
[0055]接著，進行該煙灰母材10的燒結(jié)。燒結(jié)中使用圖5所示的電燒結(jié)爐20。燒結(jié)方法是:首先，作為煙灰母材10的脫OH處理，在爐內(nèi)氣體He=20L/min、Cl2=300cc/min的混合氣體氣氛中，以燒結(jié)溫度1200°C、送入速度5mm/min進行煙灰母材全長的加熱處理。接著，作為對母材的摻雜氟以及透明玻璃化處理，在爐內(nèi)氣體He=20L/min、SiF4=150cc/min的混合氣體氣氛中，以燒結(jié)溫度1500°C、送入速度5mm/min進行煙灰母材全長的加熱處理。結(jié)果，得到直徑Φ 100mm、全長850mm的透明玻璃化母材(圖中未示出)。
[0056]將由以上的方法得到的透明玻璃化母材的折射率分布測定結(jié)果的一個例子在圖6中示出。本實施例中，就石英基準的相對折射率差而言，中心芯Anll為0.38%、第I包層Δη21為-0.05%、第2包層最小值Λη31為-0.16%?；谠撜凵渎史植冀Y(jié)果進行纖維化后的電纜截止波長=1240nm的設計，可知只要使第2包覆層的半徑r2為38 μ m即可。
[0057]下面，將該透明玻璃化母材30拉伸至規(guī)定的直徑，在其外周部通過外設法使成為第3包覆層的煙灰母材堆積，制成外徑Φ 250mm、長度1600mm的母材40 (圖中未示出)。將該外設煙灰母材利用溫度1500°C的電燒結(jié)爐進行透明玻璃化，得到Φ110_、長度1500_的透明玻璃化全合成母材(圖中未示出)。
[0058]接著，將得到的透明玻璃化母材通過拉絲工序制成Φ125μπι的光纖(圖1)。將光纖的結(jié)構不于表1，各種光學特性不于表2。
[0059]表1
[0060]
【權利要求】
1.一種單模光纖，其特征在于，其為具有芯層、鄰接于所述芯層外周的第I包覆層、鄰接于所述第I包覆層外周的第2包覆層和鄰接于所述第2包覆層外周的第3包覆層的單模光纖;
所述芯層的中心處的折射率nO、所述第I包覆層的平均折射率nl、第2包覆層的最小折射率n2以及第3包覆層的平均折射率n3為nO > n3 > nl > n2的關系； 由所述第3包覆層的平均折射率n3和所述芯層的中心折射率nO算出的所述芯層的相對折射率差為0.3%以上且0.45%以下； 由所述第3包覆層的平均折射率n3和所述第2包覆層的最小折射率n2算出的所述第2包覆層的相對折射率差為-0.1%以下且-0.45%以上； 設所述第I包覆層的外徑為rl、所述第2包覆層的外徑為r2時，相對于距所述芯層中心的距離r的相對折射率差Λ (r)相對于徑向的微分值d Λ (r)/dr為-0.10≤d Λ (r)/dr < O 其中 rl < r < r2、d Δ (rl )/dr > d Δ (r)/dr 其中 rl < r < r2、并且 dA (r2)/dr > d Δ (r)/dr 其中 rl < r < r2。
2.根據(jù)權利要求1所述的單模光纖，其特征在于，所述芯層由添加了鍺和氟以及氯的石英玻璃構成； 所述第I包覆層和所述第2包覆層由添加了氟以及氯的石英玻璃構成； 所述第3包覆層由添加了氯的石英玻璃構成。
3.根據(jù)權利要求1所述的單模光纖，其特征在于，波長1310nm的模場直徑為8.2~.9.4 μ m0
4.根據(jù)權利要求1所述的單模光纖，其特征在于，以彎曲直徑15mm彎曲時波長1550nm處的彎曲損耗為0.5dB/圈以下。
5.根據(jù)權利要求1所述的單模光纖，其特征在于，以彎曲直徑15mm彎曲時波長1625nm處的彎曲損耗為1.0dB/圈以下。
【文檔編號】G02B6/036GK103529511SQ201310246845
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月20日 優(yōu)先權日:2012年7月3日
【發(fā)明者】大薗和正, 姚兵, 渡邊智紀 申請人:日立電線株式會社