一種低衰減彎曲不敏感單模光纖的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低衰減彎曲不明感單模光纖，包括有芯層和包層，其特征在于所述芯層的相對(duì)折射率差Δ1為0.30%~0.38%，半徑R1為3.5μm~4.5μm，芯層外有四個(gè)包層，第一包層為緊密?chē)@芯層的第一內(nèi)包層，其相對(duì)折射率差Δ2為-0.02%~0.02%，半徑R2為6.5μm~8.5μm，第二包層為緊密?chē)@第一內(nèi)包層的第二內(nèi)包層，其相對(duì)折射率差Δ3為-0.02%~0.02%，半徑R3為8μm~11μm，第三包層為下陷包層，緊密?chē)@第二內(nèi)包層，其相對(duì)折射率差Δ4為-0.5%~-0.2%，半徑R4為12μm~20μm，第四包層為緊密?chē)@下陷包層的外包層，為純石英玻璃層。本發(fā)明能與G.652.D光纖完全匹配，從而實(shí)現(xiàn)低衰減、大有效面積、抗彎曲性能更好的統(tǒng)一。
【專利說(shuō)明】一種低衰減彎曲不敏感單模光纖

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖通信系統(tǒng)中使用的單模光纖，該光纖具有和G. 652.D完全匹 配的模場(chǎng)直徑、優(yōu)于G. 657.Al的抗彎曲性能和較低的衰減，屬于光纖通信【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 單模光纖由于其傳輸速率快，攜帶信息容量大，傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用 于光纖通信網(wǎng)絡(luò)之中，其中滿足ITU-TG. 652標(biāo)準(zhǔn)的光纖是單模光纖中使用最多的光纖， 被大量應(yīng)用于主干網(wǎng)、城域網(wǎng)中。而隨著近年來(lái)FTTX的不斷發(fā)展，原有G. 652光纖的性能 已經(jīng)無(wú)法滿足用戶要求，實(shí)際應(yīng)用環(huán)境要求光纖具有一定的抗彎曲性能，于是在G. 652光 纖的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了新一代的彎曲不敏感單模光纖--G. 657光纖，其中包含能夠兼容 G. 652標(biāo)準(zhǔn)的G. 657.A類光纖和不能兼容G. 652標(biāo)準(zhǔn)的G. 657.B類光纖。G. 657.A類光纖和 G. 652.D光纖有很好的兼容性，且其相對(duì)于普通G. 652.D光纖具有更好的抗彎曲性能，因此 它被認(rèn)為是最有可能替代現(xiàn)有G. 652光纖的產(chǎn)品之一。另一方面，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(zhǎng)傳輸距離的方向發(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)性能也必須有進(jìn)一步的提升，以滿足 光纖通信系統(tǒng)實(shí)際發(fā)展的需要。衰減和模場(chǎng)直徑是單模光纖的兩個(gè)重要的性能指標(biāo)。光纖 的衰減越小，光信號(hào)在這種媒質(zhì)中的傳輸距離就越長(zhǎng)；光纖的模場(chǎng)直徑越大，有效面積就越 大，則其非線性效應(yīng)就越弱。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(hào)的傳輸質(zhì)量。降低衰減和增大有效面積可以有效提 高光纖通信系統(tǒng)中的光信噪比，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸質(zhì)量。而目前多數(shù)商品 化的G. 657光纖，雖然擁有較好的抗彎曲性能，且與G. 652.D光纖兼容，但普遍存在模場(chǎng)直 徑較小的問(wèn)題，且其衰減系數(shù)也和G. 652光纖基本一致。發(fā)明一種和G. 652標(biāo)準(zhǔn)兼容，并且 具有更低衰減、相對(duì)較大模場(chǎng)直徑同時(shí)還具有彎曲不敏感特性的新一代單模光纖成為通信 光纖領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
[0003] 對(duì)單模光纖而言，光纖的衰減系數(shù)可以用公式（1)表示： 3；= i? / I4 +CHS + CiM+CiQH+ CiUV + B (1) 其中R為瑞利散射系數(shù)，，^，《1，分別代表紅外吸收，缺陷衰減，OH吸 收，以及紫外吸收。在光纖材料中，由于某種遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的不均勻性引起光的散射構(gòu)成光纖 的散射損耗。其中瑞利散射為三種散射機(jī)理之一，為線性散射(不產(chǎn)生頻率的變化)。瑞利 散射的特點(diǎn)是與波長(zhǎng)的四次方成反比，由其引起的損耗與摻雜材料的種類與濃度有關(guān)。
[0004] 在光纖預(yù)制棒的制造過(guò)程中一般可以采用以下幾種方法來(lái)降低光纖衰減。比如， 采用更高純度的原材料，提高生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備密封性能降低外界雜質(zhì)引入的幾率，如專利 CN201110178833. 3即采用提高光纖預(yù)制棒沉積過(guò)程中的氣密性的方法，降低外界雜質(zhì)的引 入?；蛘撸捎酶笸鈴降念A(yù)制棒制造工藝，通過(guò)大尺寸預(yù)制棒的稀釋效應(yīng)降低光纖的整體 衰減。另外，在光纖制造過(guò)程中，裸光纖表面涂層的涂覆工藝也是影響光纖衰減性能的一個(gè) 重要因素。但是，無(wú)論從理論上還是實(shí)際光纖制備中的成本和工藝控制上來(lái)講，降低光纖的 摻雜并優(yōu)化光纖的剖面是最簡(jiǎn)單且有效的降低光纖衰減的方法。一般來(lái)說(shuō)，摻雜材料的濃 度越低，則瑞利散射所引起的損耗越小。通過(guò)優(yōu)化芯層直徑和芯包層的摻氟濃度等參數(shù)，不 僅可以增大單模光纖的有效面積，而且可以有效的降低光纖中瑞利散射等造成損耗，是一 種有效可靠的降低光纖衰減的方法。如專利CN102645699A即采用優(yōu)化芯層直徑和減少包 層的摻氟濃度來(lái)達(dá)到降低衰減的目的。
[0005] 另一方面，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(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域。在光纖的成纜、實(shí)際鋪設(shè)以及使用的過(guò)程中，如果 光纖的抗彎曲性能不能滿足要求，則信號(hào)的損耗將會(huì)變大，信號(hào)的傳輸質(zhì)量無(wú)法得到保證。 所以在光纖具有大有效面積和低衰減特點(diǎn)的同時(shí)，保證光纖的宏彎和微彎性能，是光纖設(shè) 計(jì)和制造的一個(gè)難題。
[0006]目前，優(yōu)化單模光纖的抗彎曲性能采用較多的是以下三種方法：一是調(diào)整光纖的 MAC值（即光纖模場(chǎng)直徑與截止波長(zhǎng)的比值)。MAC值越小，則光纖的抗彎曲性能越好。然而， 模場(chǎng)直徑的減小會(huì)造成有效面積的減小，并且容易在拉絲時(shí)造成更多的缺陷而增加衰減， 同時(shí)光纖的截止波長(zhǎng)必須小于工作波長(zhǎng)，以保證單模的工作特性，所以通過(guò)改變光纖的MAC 值來(lái)改善光纖的彎曲性能的空間有限。二是可以通過(guò)內(nèi)包層為下陷包層的雙包層結(jié)構(gòu)來(lái)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(guò)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(chǎng)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。但在這些 常規(guī)G. 657光纖的剖面設(shè)計(jì)及制造方法中，芯層為Ge/F共摻，為了獲得最優(yōu)的宏彎性能，芯 層的相對(duì)折射率一般都大于〇. 35%，即芯層Ge摻雜較多，因此會(huì)帶來(lái)較大的瑞利散射從而 增加光纖的衰減。
[0007] 中國(guó)專利CN101598834B提出了一種單模光纖及其制作方法，該光纖包括芯層、功 能梯度結(jié)構(gòu)的內(nèi)包層、下陷層和純SiO2玻璃包層，前三部分均使用PCVD沉積。下陷層提高 了光纖的抗彎曲性能，功能梯度結(jié)構(gòu)的內(nèi)包層使膨脹系數(shù)逐漸增大以避免拉絲過(guò)程中產(chǎn)生 殘余應(yīng)力，增強(qiáng)光纖的機(jī)械性能。該光纖的模場(chǎng)和G. 657.A類光纖相同。
[0008]以上所提及的彎曲不敏感單模光纖的芯層均采用Ge或者Ge/F共摻形式進(jìn)行制 備。由于摻雜量較大，芯層部分粘度非常小，使得光纖容易在拉絲張力的作用下受到拉應(yīng)力 而造成光纖芯層剖面的畸變，也使得光纖在彎曲的狀態(tài)下產(chǎn)生的應(yīng)力分布梯度較大，從而 影響抗彎曲性能。所以從光纖粘度匹配設(shè)計(jì)的機(jī)理上考慮，如果在光纖內(nèi)包層部分采取兩 種不同粘度的材料進(jìn)行組合的方式，將有利于提高抗彎曲性能和減少剖面畸變。即在靠近 光纖芯層部分，設(shè)計(jì)適當(dāng)寬度的Ge/F共摻第一內(nèi)包層，適當(dāng)提高此層的粘度，形成緩沖，承 擔(dān)部分拉絲張力，減少芯包層界面效應(yīng)對(duì)光纖芯層的影響；然后在第一內(nèi)包層和下陷包層 中間，設(shè)計(jì)適當(dāng)寬度的純二氧化硅第二內(nèi)包層，此層結(jié)構(gòu)可以承擔(dān)大部分拉絲張力，從而進(jìn) 一步減少光纖拉絲時(shí)的拉絲張力對(duì)光纖芯層部分的影響，并改變光纖彎曲時(shí)內(nèi)部的應(yīng)力分 布，從而提高抗彎曲性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于在克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足提供一種低衰 減彎曲不敏感單模光纖，進(jìn)一步降低光纖衰減、提高抗彎曲性能(宏彎性能優(yōu)于G. 657.Al 標(biāo)準(zhǔn)）并增大模場(chǎng)，使之與G. 652.D光纖完全匹配，從而實(shí)現(xiàn)低衰減、大有效面積、抗彎曲性 能更好的統(tǒng)一。
[0010] 為方便介紹
【發(fā)明內(nèi)容】
，定義如下術(shù)語(yǔ)： 預(yù)制棒：是由芯層和包層組成的徑向折射率分布符合光纖設(shè)計(jì)要求可直接拉制成所設(shè) 計(jì)光纖的玻璃棒或組合體； 芯棒：含有芯層和部分包層的實(shí)心玻璃預(yù)制件； 半徑：該層外邊界與中心點(diǎn)之間的距離； 折射率剖面：光纖或光纖預(yù)制棒(包括芯棒）玻璃折射率與其半徑之間的關(guān)系； 相對(duì)折射率差：

【權(quán)利要求】
1. 一種低衰減彎曲不敏感單模光纖，包括有芯層和包層，其特征在于所述芯層的相 對(duì)折射率差Λ1為0. 309Γ0. 38%，半徑Rl為3. 5μπΓ4. 5μ--，芯層外有四個(gè)包層，第一 包層為緊密?chē)@芯層的第一內(nèi)包層，其相對(duì)折射率差Λ2為-0.029Γ0.02%，半徑R2為 6. 5 μ πΓ8. 5 μ m，第二包層為緊密?chē)@第一內(nèi)包層的第二內(nèi)包層，其相對(duì)折射率差Λ 3 為-0. 029Γ0. 02%，半徑R3為8 μ πΓ?Ι μ m，第三包層為下陷包層，緊密?chē)@第二內(nèi)包層，其相 對(duì)折射率差Λ 4為-0. 59Γ-0. 2%，半徑R4為12 μ πΓ20 μ m，第四包層為緊密?chē)@下陷包層的 外包層，為純石英玻璃層。
2. 按權(quán)利要求1所述的低衰耗彎曲不敏感單模光纖，其特征在于所述的芯層由摻氟 (F)和鍺（Ge)的石英玻璃，或摻有氟（F)及其他摻雜劑的石英玻璃組成，芯層氟（F)的貢獻(xiàn) 量 AF 為-0· 06%±0· 02%。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的低衰耗彎曲不敏感單模光纖，其特征在于所述的第一內(nèi)包 層由摻氟（F)和鍺（Ge)的石英玻璃，或純石英玻璃組成。
4. 按權(quán)利要求1或2所述的低衰耗彎曲不敏感單模光纖，其特征在于所述的第二內(nèi)包 層為純石英玻璃層，由純石英玻璃襯管構(gòu)成。
5. 按權(quán)利要求1或2所述的低衰耗彎曲不敏感單模光纖，其特征在于所述的下陷包層 由摻氟（F)的石英玻璃組成。
6. 按權(quán)利要求1或2所述的低衰耗彎曲不敏感單模光纖，其特征在于光纖在1310nm波 長(zhǎng)處的模場(chǎng)直徑為8. 4~9. 6微米。
7. 按權(quán)利要求6所述的低衰耗彎曲不敏感單模光纖，其特征在于零色散波長(zhǎng)為 130(Tl324nm ;光纖在零色散波長(zhǎng)處的色散斜率小于0. 092ps/nm2*km。
8. 按權(quán)利要求1或2所述的低衰耗彎曲不敏感單模光纖，其特征在于光纖在1310nm 波長(zhǎng)處的衰減系數(shù)小于或等于0. 335dB/km，在1383nm波長(zhǎng)處的衰減系數(shù)小于或等于 0. 335dB/km，1550nm波長(zhǎng)處的衰減系數(shù)小于或等于0. 195dB/km。
9. 按權(quán)利要求1或2所述的低衰耗彎曲不敏感單模光纖，其特征在于光纖具有小于或 等于1260nm的光纜截止波長(zhǎng)。
10. 按權(quán)利要求1或2所述的低衰耗彎曲不敏感單模光纖，其特征在于光纖在1550nm 波長(zhǎng)處，對(duì)于圍繞15毫米彎曲半徑繞10圈的彎曲附加損耗小于0. 25dB ;對(duì)于圍繞10毫米 彎曲半徑繞1圈的彎曲附加損耗小于0. 75dB。
【文檔編號(hào)】G02B6/02GK104316994SQ201410591149
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】張睿, 龍勝亞, 張磊, 朱繼紅, 王瑞春 申請(qǐng)人:長(zhǎng)飛光纖光纜股份有限公司