專利名稱：模場直徑適中的彎曲不敏感光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種為接入網(wǎng)、FTTH用的光纖，尤其是具有優(yōu)異彎曲性能、適宜于收藏在接線盒或密閉容器內(nèi)的模場直徑適中的彎曲不敏感單模光纖。
背景技術(shù)：
目前，隨著FTTH開始深入到住宅用戶，光纖接入網(wǎng)建設(shè)量明顯增加。接入網(wǎng)建設(shè)要求組網(wǎng)工作更容易，時間更短。這就要求適宜于接入網(wǎng)的單模光纖具有在小彎曲半徑下附加損耗小、強(qiáng)度高和適宜的模場直徑等特性，便于布線施工和卷曲，同時能控制與已鋪設(shè)光纖的接續(xù)損耗。
常規(guī)G.652單模光纖由于模場直徑(MFD)過大，一般MAC值(即模場直徑除以截止波長)在6-8范圍，導(dǎo)致宏彎損耗過大，不適宜于小直徑(例如彎曲直徑30毫米)的卷曲，給接入網(wǎng)的施工工作帶來不便。
適用于長距離、高容量和高傳輸速率的G.655單模光纖在光纖折射率剖面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上重點(diǎn)解決的是光纖有效面積和色散特性間在C波段(或加上L波段，或加上S波段，或加上S波段和L波段)的平衡，一般來說，該種光纖設(shè)計(jì)思想有兩種一種是光纖具有大的有效面積的同時，常常在色散特性上不夠優(yōu)化；第二種是該種光纖具有小色散和色散平坦的同時，有效面積不夠大。對于第二種設(shè)計(jì)思想的G.655單模光纖產(chǎn)品，例如，中國專利CN1487318A、CN1424599A、CN1484051A、CN1514262A、CN1415983A和CN1479121A所涉及的，在1550nm波長處的宏彎損耗小，模場直徑也適宜，但由于截止波長≥1330nm，而無法用于1310nm波長的單模傳輸。
作為與G.655單模光纖相配套的色散補(bǔ)償光纖產(chǎn)品，例如，中國專利CN1313954A所涉及的，雖然也能滿足接入網(wǎng)用的單模光纖在小彎曲半徑下附加損耗小和適宜的模場直徑兩個特性，但由于色散絕對值過大，無法作為光傳輸光纖用于1310nm波長和1550nm波長雙窗口。
因此，從接入網(wǎng)單模光纖特性出發(fā)，優(yōu)化預(yù)制棒波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是必要的。在單模光纖預(yù)制棒波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵考慮的是彎曲性能和模場直徑的均衡，兼顧色散特性和光纖損耗。
截止波長(λc)是單模光纖的重要特性指標(biāo)，與光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系如下λc=2πvcn1a2Δ···(1)]]>其中，vc是歸一化的截止頻率，對于階躍單模光纖，其值為2.405；n1是纖芯折射率，a是纖芯半徑，Δ為相對折射率差，其定義為Δ=n12-n222n12···(2)]]>模場直徑(2ω0)定義是在認(rèn)為近似的高斯分布的模場中，光強(qiáng)下降到1/e2兩點(diǎn)之間的寬度，亦被確認(rèn)為單模光纖的光斑尺寸，計(jì)算公式為2ω0a=0.85+0.434(λλc)32+0.0149(λλc)6···(3)]]>單模光纖彎曲損耗的特性可以用臨界彎曲半徑(Rc)來表征，計(jì)算公式為Rc≈20λΔ3/2(2.748-0.996λλc)-3···(4)]]>從公式(1)-(4)可見，為了保證單模光纖適用于1310nm波長和1550nm波長雙窗口光傳輸，在光纖預(yù)制棒波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過提高芯層相對折射率和降低芯層半徑可以獲得好的光纖彎曲性能；同時，為了控制光纖與現(xiàn)已鋪設(shè)光纖的接續(xù)損耗，芯層半徑值需要設(shè)定在合適的范圍，并且芯層相對折射率也不能過高。
本發(fā)明所描述的光纖設(shè)有三個不同折射率分布的纖芯分層，通過調(diào)整各分層的幾何尺寸和折射率來獲得合適的模場直徑和優(yōu)異的彎曲性能；通過設(shè)計(jì)三個不同折射率分布的包層分層來進(jìn)一步優(yōu)化兩者的平衡，同時兼顧色散和損耗特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種為接入網(wǎng)、FTTH用的，便于收藏在接線盒或密閉容器內(nèi)和布線的、模場直徑適中的彎曲不敏感單模光纖。該光纖適用于1310nm波長和1550nm波長雙窗口，具有優(yōu)異的彎曲特性，合適的模場直徑和色散、損耗特性，便于樓宇間和樓宇內(nèi)的布線施工和卷曲。
本發(fā)明為解決上述提出的問題提供一種模場直徑適中的彎曲不敏感光纖，其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有纖芯和包層，纖芯設(shè)有三個不同折射率分布的纖芯分層，包層也設(shè)有三個不同折射率分布的包層分層，三個不同折射率分布的纖芯分層和三個不同折射率分布的包層分層的相對折射率差都相對于包層3(Clad3)其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)為芯層1(Core1)相對折射率差0.4％≤Δ1≤0.8％，芯層1(Core1)半徑0.5微米≤r1≤1.2微米；
芯層2(Core2)相對折射率差0.45％≤Δ2≤0.85％，芯層2(Core2)半徑1.5微米≤r2≤3.5微米；芯層3(Core3)相對折射率差-0.1％≤Δ3≤0.6％，芯層3(Core3)半徑2.5微米≤r3≤5.5微米；包層1(Clad1)相對折射率差-0.5％≤Δ1≤-0.2％，包層1(Clad1)半徑3.5微米≤r1≤7.5微米；包層2(Clad2)相對折射率差0.05％≤Δ2≤0.45％，包層2(Clad2)半徑4.5微米≤r2≤9.5微米；包層3(Clad3)為純二氧化硅玻璃層，其折射率為純二氧化硅玻璃折射率nc。
在上述的光纖芯層中，通過摻氧化硅、氧化鍺和少量的氟來獲得合適的折射率，同時實(shí)現(xiàn)預(yù)制棒各層之間的黏度匹配和減少應(yīng)力。在預(yù)制棒芯棒沉積和燒縮過程中，通入適量的氦氣來減少沉積過程中形成的微氣泡，提高光纖強(qiáng)度。
通過對單模光纖預(yù)制棒波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的精密控制，可以得到設(shè)計(jì)光纖所需的模場直徑、優(yōu)異的彎曲特性、波長損耗和色散特性。根據(jù)上述方案，本發(fā)明光纖截止波長≤1290nm，光纜截止波長≤1260nm，在1310nm波長光纖模場直徑為6-8.5um，能滿足1310nm波長和1550nm波長雙窗口單模光傳輸?shù)囊螅?0mm直徑彎曲一圈情況下，從1310nm到1625nm波長范圍，彎曲引起的附加損耗小于0.04dB，色散絕對值在1310nm至1550nm波長范圍≤17ps/nm*km，零色散波長在1310nm至1400nm波長范圍。
本發(fā)明涉及的模場直徑適中的彎曲不敏感單模光纖芯棒制造是采用MCVD工藝(改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積)制作而成的。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的彎曲不敏感單模光纖，在中國專利CN1632628A中也涉及到，但和本發(fā)明相比，兩者設(shè)計(jì)的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和參數(shù)完全不同，采用的單模光纖芯棒制造工藝分別為PCVD工藝(微波等離子化學(xué)氣相沉積)和MCVD工藝，針對的應(yīng)用領(lǐng)域也不同，兩者制造的光纖性能也不同，前者強(qiáng)調(diào)彎曲特性，模場直徑偏小，而本發(fā)明涉及的光纖產(chǎn)品注重的是彎曲特性和模場直徑間的均衡，兼顧色散和波長損耗特性。


圖1為本發(fā)明的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖。
Core1為芯層1；Core2為芯層2；Core3為芯層3；Clad1為包層1；Clad2為包層2；Clad3為包層3。
具體實(shí)施例方式
采用MCVD工藝制造本發(fā)明的光纖芯棒，采用套管技術(shù)制成最終的光纖預(yù)制棒，經(jīng)過拉絲獲得本發(fā)明的光纖產(chǎn)品。制備出的光纖其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖1所示。光纖芯棒的制造過程如下將預(yù)備好的反應(yīng)襯底管安裝在MCVD沉積設(shè)備上，按照設(shè)計(jì)的折射率剖面結(jié)構(gòu)設(shè)定工藝氣體流量和配方，經(jīng)過拋光后依序沉積包層2、包層1、芯層3、芯層2、芯層1，然后進(jìn)行熔縮，在成棒過程中，通入氧氣和氟利昂進(jìn)行腐蝕，從出氣端進(jìn)行燒實(shí)。這種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光纖預(yù)制棒通過套管法形成光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)過拉絲、復(fù)繞、測試、包裝，最后得到本發(fā)明的模場直徑適中的彎曲不敏感光纖。
實(shí)施例在圖1中，設(shè)有如下包含三個不同折射率分布的纖芯分層和三個不同折射率分布的包層分層的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)相對于包層3(Clad3)為芯層1(Core1)相對折射率差約為0.47％，芯層1(Core1)半徑約為0.6微米；芯層2(Core2)相對折射率差約為0.53％，芯層2(Core2)半徑約為2.6微米；芯層3(Core3)相對折射率差約為0.3％，，芯層3(Core3)半徑約為4.3微米；包層1(Clad1)相對折射率差約為-0.3％，，包層1(Clad1)半徑約為5.7微米；包層2(Clad2)相對折射率差約為0.07％，包層2(Clad2)半徑約為7.2微米；包層3(Clad3)為純二氧化硅玻璃層，其折射率為純二氧化硅玻璃折射率nc。
所得光纖的特性如下光纖的截止波長≤1290nm，在1310nm波長光纖模場直徑7.8um，以30mm直徑彎曲一圈情況下，在1625nm波長彎曲引起的附加損耗小于0.01dB色散值在1550nm波長≤14ps/nm*km，零色散波長在1310nm至1400nm波長范圍。
所得的光纖在彎曲特性和模場直徑間獲得均衡，作為傳輸光纖，適用于接入網(wǎng)。
權(quán)利要求
1.一種模場直徑適中的彎曲不敏感光纖，其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有纖芯和包層，其特征在于纖芯設(shè)有三個不同折射率分布的纖芯分層，包層也設(shè)有三個不同折射率分布的包層分層，三個不同折射率分布的纖芯分層和三個不同折射率分布的包層分層的相對折射率差都相對于包層3，其特征在于其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)為芯層1相對折射率差0.4％≤Δ1≤0.8％，，芯層1半徑0.5微米≤r1≤1.2微米；芯層2相對折射率差0.45％≤Δ2≤0.85％，，芯層2半徑1.5微米≤r2≤3.5微米；芯層3相對折射率差-0.1％≤Δ3≤0.6％，，芯層3半徑2.5微米≤r3≤5.5微米；包層1相對折射率差-0.5％≤Δ1≤-0.2％，，包層1半徑3.5微米≤r1≤7.5微米；包層2相對折射率差0.05％≤Δ2≤0.45％，，包層2半徑4.5微米≤r2≤9.5微米；包層3為純二氧化硅玻璃層，其折射率為純二氧化硅玻璃折射率nc。
2.按照權(quán)利要求1所述的模場直徑適中的彎曲不敏感光纖，其特征在于所述光纖以30mm直徑彎曲一圈情況下，從1310nm到1625nm波長范圍，彎曲引起的附加損耗小于0.04dB。
3.按照權(quán)利要求1所述的模場直徑適中的彎曲不敏感光纖，其特征在于所述光纖的截止波長≤1290nm，光纜截止波長≤1260nm，在1310nm波長光纖模場直徑為6-8.5um，能滿足1310nm波長和1550nm波長雙窗口單模光傳輸?shù)囊蟆?br> 4.按照權(quán)利要求1所述的模場直徑適中的彎曲不敏感光纖，其特征在于所述光纖色散絕對值在1310nm至1550nm波長范圍≤17ps/nm*km，零色散波長在1310nm至1400nm波長范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模場直徑適中的彎曲不敏感單模光纖，適用于1310nm波長和1550nm波長雙窗口。該光纖包含纖芯和包層，其特征在于纖芯設(shè)有三個不同折射率分布的纖芯分層，包層也設(shè)有三個不同折射率分布的分層，其中，包層3，為純二氧化硅玻璃。該光纖相對于常規(guī)G.652光纖而言，這種光纖的截止波長≤1290nm，光纜截止波長≤1260nm，在以30mm直徑彎曲一圈情況下，從1310nm到1625nm波長范圍的彎曲損耗小于0.04dB，在1310nm波長光纖模場直徑為6－8.5μm。該光纖的應(yīng)用特性是在光纖的彎曲性能和與常規(guī)G.652光纖、G.655光纖間的接續(xù)損耗方面實(shí)現(xiàn)了平衡，便于室內(nèi)布線和卷曲。
文檔編號G02B6/036GK1818728SQ20061002453
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日
發(fā)明者尹紅兵, 高安敏, 王德榮, 趙建東, 肖華, 宋君 申請人:江蘇亨通光纖科技有限公司