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CN104749691B - 一种超低衰耗弯曲不敏感单模光纤 - Google Patents

一种超低衰耗弯曲不敏感单模光纤 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超低衰减弯曲不敏感单模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于所述的芯层半径r1为3.0～3.9μm，芯层相对折射率Δn1为‑0.04％～0.12％，芯层外从内向外依次包覆内包层，下陷内包层，辅助外包层和外包层，所述的光纤的内包层半径r2为8～14μm，相对折射率Δn2为‑0.35％～‑0.10％；所述的下陷内包层半径r3为14～20μm，相对折射率Δn3为‑0.6％～‑0.2％，所述的辅助外包层半径r4为35～50μm，相对折射率Δn4范围为‑0.4％～‑0.15％。本发明具有较低衰减系数和优异弯曲性能，并通过对光纤各芯包层剖面的合理设计，使光纤具有等于或大于8.4的MFD；本发明的截止波长、弯曲损耗、色散等综合性能参数在应用波段良好，能兼容G657.A2标准。

Description

一种超低衰耗弯曲不敏感单模光纤
技术领域
本发明涉及一种用于光通信传输系统的超低衰耗弯曲不敏感单模光纤，该光纤具有较低的衰耗，优异的弯曲不敏感特性，且模场直径兼容G.657.A2标准，属于光通信技术领域。
背景技术
光纤通信因其具有容量大、传输距离远、传输速度快、经济等特点，已被广泛应用于长途干线网到城域网以及接入网。光纤通信技术的发展，一直以来都是以更快的传输速率、更大的容量以及更远的传输距离为目标，不断提升和改进光纤的性能指标以及光纤的通信技术。特别是近几年来，随着IP业务量的爆炸式增长，通信网络正开始向下一代可持续发展的方向迈进，而构筑具有巨大传输容量和距离的光纤基础设施是下一代网络的物理基础。为了满足光纤通信系统的发展需要，作为光纤通信网络传输媒质的光纤的相关性能指标也需要进一步改进。
光纤的衰减系数是光纤最重要的性能指标之一，在很大程度上决定了光纤通信的中继距离。光纤的衰减系数越小，则其携带的光信号可传输距离就越远，而在同样的传输距离下，其携带的光信号衰减幅度就越小。降低衰减系数可以有效提高光纤通信中的光信噪比OSNR，进一步提高系统的传输质量和传输距离。在长距离的光纤通信中，光信号是通过中继站来完成传输的，如果光纤的衰减系数越小，光信号的无中继传输距离就越远，那么就可以增加中继站之间的距离，从而大大减少中继站的设置，降低运营成本。因此，降低光纤的衰减系数无论是从优化系统结构还是降低运营成本方面，都具有非常重要的意义。而另一方面，随着近年来FTTX的不断发展，原有G.652光纤的性能已经难以满足用户要求，实际应用环境要求光纤具有一定的抗弯曲性能，于是在G.652光纤的基础上，开发出了新一代的弯曲不敏感单模光纤——G.657光纤，其中包含能够兼容G.652标准的G.657.A类光纤和不能兼容G.652标准的G.657.B类光纤。G.657.A类光纤和G.652.D光纤有很好的兼容性，且其相对于普通G.652.D光纤具有更好的抗弯曲性能，因此它被认为是最有可能替代现有G.652光纤的产品之一。所以发明一种和G.652标准兼容，并且具有更低衰减、相对较大模场直径同时还具有弯曲不敏感特性的新一代单模光纤成为通信光纤领域内的一个研究热点。
在光纤预制棒的制造过程中一般可以采用以下几种方法来降低光纤衰减。比如，采用更高纯度的原材料，提高生产环境和设备密封性能降低外界杂质引入的几率，如专利CN201110178833.3即采用提高光纤预制棒沉积过程中的气密性的方法，降低外界杂质的引入。或者采用更大外径的预制棒制造工艺，通过大尺寸预制棒的稀释效应降低光纤的整体衰减。另外，在光纤制造过程中，裸光纤表面涂层的涂覆工艺也是影响光纤衰减性能的一个重要因素。但是，无论从理论上还是实际光纤制备中的成本和工艺控制上来讲，降低光纤的掺杂并优化光纤的剖面是最简单且有效的降低光纤衰减的方法。一般来说，掺杂材料的浓度越低，则瑞利散射所引起的损耗越小。在传统的单模光纤中，为了保证光纤中的全反射，芯层和内包层之间必须保证足够的折射率差值，芯层的相对折射率远远大于光纤的内包层；为了保证这样的设计，必须在芯层中进行大量的Ge或者Ge/F共掺形式的掺杂，而传统的光纤剖面设计中，激光能量在光纤剖面中成高斯分布形式分布，光纤激光能量有70％左右在相对掺杂较多的芯层部分传播，即高能量密度的激光传输集中在瑞利系数较大的高浓度掺杂芯层中传播。如果通过合理的光学剖面设计，设计一种能量非高斯分布的剖面，减少高浓度掺杂芯层中能量的损失，就可以显著降低光纤的衰减性能。
但在这些常规G.657光纤的剖面设计及制造方法中，芯层使用较大量的Ge/F共掺，为了获得最优的宏弯性能，芯层的相对折射率一般都大于0.35％，即芯层Ge掺杂较多，因此会带来较大的瑞利散射从而增加光纤的衰减。
文献CN201310394404提出一种超低衰耗光纤的设计，其使用了纯二氧化硅的外包层设计，但因为其使用的是典型的阶跃剖面结构，没有使用下陷内包层设计优化光纤的弯曲，且其芯层没有使用Ge进行掺杂，所以可能造成预制棒制备时出现粘度失配，所以可以发现其衰减和弯曲水平，相对较差。
发明内容
以下为本发明中涉及的一些术语的定义和说明：
从光纤纤芯轴线开始算起，根据折射率的变化，定义为最靠近轴线的那层为纤芯层，光纤的最外层即纯二氧化硅层定义为光纤外包层。
光纤各层相对折射率Δni由以下方程式定义，
其中ni为纤芯的折射率，而nc为外包层折射率，即纯二氧化硅的折射率。
光纤芯层Ge掺杂的相对折射率贡献量ΔGe由以下方程式定义，
其中nGe为假设纤芯的Ge掺杂物，在掺杂到没有其他掺杂物的纯二氧化硅中，引起二氧化硅玻璃折射率升高而得到的绝对折射率，而nc为最外包层折射率，即没有进行Ge或F掺杂的纯二氧化硅的绝对折射率。
光缆截止波长λcc：
IEC(国际电工委员会)标准60793-1-44中定义：光缆截止波长λcc是光信号在光纤中传播了22米之后不再作为单模信号进行传播的波长。在测试时需通过对光纤绕一个半径14cm的圈，两个半径4cm的圈来获取数据。
本发明所要解决的技术问题旨在提供一种具有较低光纤制造成本、较低衰减系数和优异弯曲性能的超低衰耗弯曲不敏感单模光纤。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有芯层和包层，其特征在于所述的芯层半径r1为3.0～3.9μm，芯层相对折射率Δn1为-0.04％～0.12％，芯层外从内向外依次包覆内包层，下陷内包层，辅助外包层和外包层，所述的光纤的内包层半径r2为8～14μm，相对折射率Δn2为-0.35％～-0.10％；所述的下陷内包层半径r3为14～20μm，相对折射率Δn3为-0.6％～-0.2％，所述的辅助外包层半径r4为35～50μm，相对折射率Δn4范围为-0.4％～-0.15％；所述外包层为纯二氧化硅玻璃层，最外层直径为125μm。
按上述方案，所述的芯层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层或只掺锗的二氧化硅玻璃，其中锗的掺杂贡献量为0.02％～0.10％，优选范围0.04％～0.08％。
按上述方案，所述光纤在1310nm波长的模场直径为8.4～9.1μm，优选条件下为8.5～8.8μm。
按上述方案，所述光纤的成缆截止波长等于或小于1260nm。
按上述方案，所述光纤的零色散点为1300～1324nm。
按上述方案，所述光纤的零色散斜率小于或等于0.092。
按上述方案，所述光纤在波长1310nm处的色散等于或小于18ps/nm*km，所述光纤在波长1625nm处的色散等于或小于22ps/nm*km。
按上述方案，所述光纤在波长1310nm处的衰耗等于或小于0.324dB/km；优选条件下等于或小于0.304dB/km。
按上述方案，所述光纤在波长1550nm处的衰耗等于或小于0.184dB/km；优选条件下等于或小于0.174dB/km。
按上述方案，所述光纤在波长1550nm处，R15mm弯曲半径弯曲10圈的宏弯损耗等于或小于0.03dB，R10mm弯曲半径弯曲1圈的宏弯损耗等于或小于0.1dB.
按上述方案，所述光纤的涂层厚度的典型值可以为250微米或200微米。
本发明的有益效果在于：1、合理的设计了光纤芯包层剖面结构和光纤内部的粘度匹配，减少光纤制备过程中缺陷，降低光纤的衰减参数；2、设计了合理的光纤氟掺杂下陷结构，并通过对光纤各芯包层剖面的合理设计，使光纤具有等于或大于8.4的MFD；3、本发明的截止波长、弯曲损耗、色散等综合性能参数在应用波段良好，足够小的的成缆截止波长，以保证该类光纤在C波段传输应用中光信号的单模状态，光纤剖面采用多层阶梯状下陷包层结构，具有较宽的下陷包层结构用于限制基模泄露，对光纤的弯曲损耗具有较好的改进作用；能兼容G657.A2标准；4、最外层的外包层结构采用了纯二氧化硅的设计，降低了氟掺杂玻璃在光纤中的比重，从而降低了光纤制造生产成本。
附图说明
图1为本发明一个实施例的折射率剖面结构分布图。
具体实施方式
以下结合实施例进行详细描述。
包括有芯层和包层，所述的芯层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层，或为掺锗的二氧化硅玻璃层，芯层外从内向外依次包覆内包层、下陷内包层、辅助外包层和外包层。所述外包层为纯二氧化硅玻璃层。外包层的半径为125微米。
表一所列为本发明优选的实施例的折射率剖面参数，其中ΔGe为芯层中Ge掺杂的折射率贡献量。表二为表一所述光纤所对应的光学参数特性。
表一、本发明实施例的光纤剖面参数
序号 r1[μm] Δn1[％] ΔGe[％] r2[μm] Δn2[％] r3[μm] Δn3[％] r4[μm] Δn4[％]
1 3.4 0.04 0.08 10 -0.25 13.5 -0.52 42 -0.2
2 3.5 0.02 0.02 11.5 -0.33 15.5 -0.4 48 -0.38
3 3.7 0.01 0.05 12.5 -0.25 15.5 -0.45 45 -0.4
4 3 0.03 0.05 11 -0.24 14.5 -0.38 38 -0.36
5 3.2 0.1 0.1 9 -0.15 14 -0.38 41 -0.18
6 3.8 0.05 0.08 13 -0.18 17 -0.55 40 -0.22
7 3.3 0 0.08 10 -0.28 12.8 -0.51 46 -0.25
8 3.6 0.06 0.02 13 -0.21 18 -0.45 47 -0.27
9 3.1 -0.04 0.03 8.5 -0.32 13.7 -0.58 44 -0.38
10 3.5 -0.02 0.04 12 -0.21 19 -0.5 42 -0.3
表二、本发明实施例的光纤参数

Claims (8)

1.一种超低衰耗弯曲不敏感单模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于所述的芯层半径r1为3.0～3.9μm，芯层相对折射率Δn1为-0.04％～0.12％，芯层外从内向外依次包覆内包层，下陷内包层，辅助外包层和外包层，所述的光纤的内包层半径r2为8～14μm，相对折射率Δn2为-0.35％～-0.10％；所述的下陷内包层半径r3为14～20μm，相对折射率Δn3为-0.6％～-0.2％，所述的辅助外包层半径r4为35～50μm，相对折射率Δn4范围为-0.4％～-0.15％；所述外包层为纯二氧化硅玻璃层，光纤最外层直径为125μm；所述光纤在波长1310nm处的衰耗等于或小于0.313dB/km。
2.按权利要求1所述的超低衰耗弯曲不敏感单模光纤，其特征在于所述的芯层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层，其中锗的掺杂贡献量为0.02％～0.10％。
3.按权利要求1或2所述的超低衰耗弯曲不敏感单模光纤，其特征在于所述光纤在1310nm波长的模场直径为8.4～9.1μm。
4.按权利要求1或2所述的超低衰耗弯曲不敏感单模光纤，其特征在于所述光纤的成缆截止波长等于或小于1260nm。
5.按权利要求1或2所述的超低衰耗弯曲不敏感单模光纤，其特征在于所述光纤的零色散点为1300～1324nm；所述光纤的零色散斜率小于或等于0.092。
6.按权利要求1或2所述的超低衰耗弯曲不敏感单模光纤，其特征在于所述光纤在波长1310nm处的色散等于或小于18ps/nm*km，所述光纤在波长1625nm处的色散等于或小于22ps/nm*km。
7.按权利要求1或2所述的超低衰耗弯曲不敏感单模光纤，其特征在于所述光纤在波长1550nm处的衰耗等于或小于0.184dB/km。
8.按权利要求1或2所述的超低衰耗弯曲不敏感单模光纤，其特征在于所述光纤在波长1550nm处，R15mm弯曲半径弯曲10圈的宏弯损耗等于或小于0.03dB，R10mm弯曲半径弯曲1圈的宏弯损耗等于或小于0.1dB。
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