專利名稱：低彎曲損耗、低非線性效應的單模光纖的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光纖，特別是滿足G.656光纖標準的、低彎曲損耗的、低非線性效應的、適用于高速率傳輸系統(tǒng)和波分復用系統(tǒng)(WDM)的單模光纖。

背景技術：
目前常用于傳輸網(wǎng)建設的主要光纖有兩種，即G.652常規(guī)單模光纖和G.655非零色散位移光纖。通常G.652單模光纖在C波段1530nm～1565nm和L波段1565nm～1625nm的色散較大，一般為17～22ps/nm·km。在開通高速率系統(tǒng)如10Gb/s和40Gb/s及基于單通路高速率的WDM系統(tǒng)時，必須采用色散補償光纖(DCF)來進行色散補償，使整個線路上1550nm處的色散減小。但DCF同時會引入較大的衰減，因此又必須在線路中添置光放大器，這樣的構造方式大大增加了系統(tǒng)的成本。此外，隨著光纖放大器的應用，超過+18dB以上的光信號被耦合進一根光纖，波分復用技術使一根光纖中有了數(shù)十條甚至上百條光波道。這時，較高的光能量聚集在很小的截面上，光纖開始呈現(xiàn)出非線性特性，并成為最終限制傳輸系統(tǒng)性能的關鍵因素。特別是當波道波長接近光纖零色散點時，這一現(xiàn)象更加突出。
為避開零色散點附近的非線性影響，G.655光纖的零色散點不在1550nm附近，而是向長波長或短波長方向位移，使得1550nm附近呈現(xiàn)一定大小的色散(ITU-T規(guī)范為0.1-6ps/nm·km)。這樣，可大幅減輕四波混合的影響，有利于密集波分復用系統(tǒng)的傳輸。同時，通過1550nm附近的色散值的控制，可保證速率超過10Gbit/s的信號可以不受色散限制地傳輸300km以上，并可在1530nm～1565nm波長范圍內(nèi)適用于WDM。
為進一步擴展WDM，特別是密集波分復用系統(tǒng)(DWDM)的傳輸帶寬，將其應用波長拓展到更廣的范圍內(nèi)，很有必要對光纖的折射率剖面進行改善，降低光纖的色散斜率系數(shù)，以使光纖在更廣的范圍內(nèi)都有較小(非零)的色散。在此背景下，色散平坦光纖得到了廣泛的研究，如S.K.Mondal等在“Effect of opticalKerr effect nonlinearity on LP11 mode cutoff frequency of single-modedispersion-shifted and dispersion-flattened fibers，OpticsCommunications，Volume 127，Issues 1-3，1 June 1996，Pages 25-30”中探討了色散平坦光纖中科爾效應對單模光纖的截至波長的影響；S.K.Mondal等在“Interesting effect of optical Kerr nonlinearity in expandingsingle-mode regime of optical fibers using dispersion-flattenedprofiles，Optics Communications，Volume 150，Issues 1-6，1 May 1998，Pages 81-84”中提出了一種具有W型包層結構的色散平坦光纖，與G.655相比，該光纖能更有效的抑制光纖的非線性效應；A.V.Belov在“Profile structureof single-mode fibers with low nonlinear properties for long-haulcommunication lines，Optics Communications，Volume 161，Issues 4-6，15March 1999，Pages 212-216”介紹了一種在1.53-1.56μm范圍內(nèi)光纖色散不超過±0.4ps nm-1 km-1的光纖；日本住友的T.Kato等在“Dispersion flattenedtransmission line consisting of wide-band non-zero dispersion shiftedfiber and dispersion compensating fiber module，Optical Fiber Technology，Volume 8，Issue 3，July 2002，Pages 231-239”中報道一種具有復雜剖面結構的色散平坦的非零色散位移光纖，該光纖的有效面積約60μm2，在C波段的色散斜率系數(shù)在0.08ps/nm2/km以下，在1500～1600nm范圍內(nèi)光纖的色散在5～11 ps/nm/km；我國長飛公司也推出一種被稱為“大保實”的大有效面積的G.655光纖(郵電設計技術，2002年第9期)。這些研究在一定程度上都推動了WDM應用技術向更寬的波長范圍發(fā)展。在此前提下，為進一步規(guī)范這類光纖的標準，并使之真正廣泛的應用到實際的傳輸線路中，2002年5月日本NTT和CLPAJ在日內(nèi)瓦ITU-TSG15會議上聯(lián)合提出研究一種新型的被稱為G.656的光纖。與G.655光纖相比，該光纖的色散曲線更加平坦，色散系數(shù)更小(在1460～1625nm范圍內(nèi)在2～14ps/nm/km之間)，能夠更好的抑制受激散射和克爾效應。此外，為使G.656光纖和已經(jīng)敷設的單模光纖進行有效的熔接，規(guī)定G.656光纖的模場直徑在7～11μm之間。該光纖有望把DWDM傳輸擴展到1460nm～1625nm的整個波長范圍內(nèi)，被認為是繼G.652和G.655后的又一應用廣泛的光纖產(chǎn)品。
近來，關于G.656的標準初步達成一致，也相繼有關于G.656光纖的專利問世。如日本住友的“色散平坦光纖”(國際申請?zhí)朠CT/JP98/03383)，該光纖色散系數(shù)在0.03ps/nm2/km，在1550nm處的色散絕對值小于5ps/nm/km，光纖的有效面積可控制在約45μm2，但該光纖的有效面積偏小，較高的光能量聚集在較小的截面上，容易導致光纖呈現(xiàn)出非線性特性，從而限制了光纖的帶寬；又如國內(nèi)專利“三波長窗口負色散的色散平坦單模光纖”(申請?zhí)?00410016712.9)，該光纖的色散斜率在-0.03～0.03ps/nm2/km，在1500nm～1600nm范圍內(nèi)色散系數(shù)在-4.0～-6.9ps/nm/km，雖然該光纖的色散曲線比較平坦，色散系數(shù)的絕對值較小，但該光纖并不完全滿足當前G.656光纖的標準。
通常情況下，對于G.655光纖和色散平坦光纖，包括住友和汪業(yè)衡申請的兩種色散平坦光纖，其折射率剖面結構中，包層的折射率均略低于光纖的芯層折射率，這樣有利于將光約束在芯層傳輸。而Bartolomeo等則在“Optical fiberhaving low non-linearity for WDM transmission”的專利申請稿中(申請?zhí)朥S 2003/0128948A1)提出了一種光纖的外包層的折射率略高于光纖芯層的設計思想，通過芯、包層幾何尺寸及其折射率的適當調(diào)配，能得到完全滿足G.650或G.655傳輸性能標準的光纖，且具有該種結構的光纖對制造公差的要求較為寬松，成品率相對較高，光纖的制造成本也相對降低。但該實用新型中述及的光纖的芯層和包層折射率均呈拋物線分布，且該拋物線的形狀指數(shù)對光纖色散、戒指波長和零色散波長等性能的影響較大，從而這種外包高于芯層的設計對提高合格率、降低成本有好處，但拋物線的形狀則又在一定程度上限制了這種設計思想優(yōu)越性的發(fā)揮，即導致制造工藝較為復雜，并使得進一步提高光纖制造合格率受到限制。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題和提出的技術任務是克服現(xiàn)有技術存在的光纖的帶寬受到限制、不能完全滿足當前G.656光纖的標準以及因拋物線的形狀導致的制造工藝較為復雜、并使得進一步提高光纖制造合格率受到限制的缺陷，提供一種在工藝上可行、制造公差要求較為寬松、制造成本較為低廉并能完全滿足當今有關G.656光纖標準的低彎曲損耗、低非線性效應的單模光纖。為此，本實用新型采用以下技術方案 低彎曲損耗、低非線性效應的單模光纖，包括裸玻璃光纖以及包圍在所述裸玻璃光纖外周的樹脂保護層，其特征是所述裸玻璃光纖由一個芯層區(qū)和三個包層區(qū)組成，且芯層區(qū)由折射率較低的凹陷區(qū)和折射率較高的非凹陷區(qū)組成，第一包層區(qū)和第三包層區(qū)為純SiO2層。
作為對上述技術方案的進一步完善和補充，本實用新型還包括以下附加技術特征 所述芯層區(qū)和三個包層區(qū)的折射率剖面都是階梯型剖面。
芯層凹陷區(qū)厚度在0.9～2.1μm之間；芯層非凹陷區(qū)厚度即在0.6～2.3μm之間；第一包層厚度在0.8～2.3μm之間；第二包層厚度在0.76～1.78μm之間；第三包層厚度在57.2～58.8μm之間。
芯層非凹陷區(qū)直徑在6.19～6.61μm之間，第一包層直徑在7.15～7.65μm之間，第二包層直徑在8.96～9.60μm之間，第三包層直徑在124.00～126.00μm之間。有效面積大于80μm2。
芯層凹陷區(qū)直徑在3.85～4.15μm之間，芯層非凹陷區(qū)直徑在5.22～5.58μm之間，第一包層直徑在5.98～6.42μm之間，第二包層直徑在7.72～8.28μm之間，第三包層之間在124.26～125.92μm之間。在1550nm下的模場直徑為8.30～8.50μm。
芯層凹陷區(qū)直徑在1.92～2.08μm之間，芯層非凹陷區(qū)直徑在5.44～5.76μm之間，第一包層直徑在6.40～6.80μm之間，第二包層直徑在8.80～9.36μm之間，第三包層之間在124.31～125.94μm之間。有效面積大于65μm2；在1550nm下的模場直徑為9.70～9.90μm。
本實用新型的單模光纖可由摻雜的石英玻璃芯、石英玻璃包層和內(nèi)外兩層樹脂構成，其中光纖的芯層和包層具有獨特的結構。光纖的芯層帶有一定的凹陷區(qū)域非凹陷區(qū)；第一包層為純SiO2層；第二包層折射率略高于芯層；第三包層即光纖的外包層為純SiO2層。芯層和第一包層的折射率可通過摻雜不同的組分獲得。裸光纖的外徑為125±1μm。成品光纖的直徑為245±1μm。
制造這種光纖時，先根據(jù)設計的折射率剖面，即芯層中凹陷區(qū)和非凹陷區(qū)的折射率、厚度，第一包層的厚度，第二、三包層的折射率、厚度等參數(shù)，確定各層摻雜的組分，再分別以改良的氣相沉積法(MCVD)(或等離子化學氣相沉積法，PCVD)制造符合設計要求的光纖預制棒的芯棒，以外部氣相沉積(OVD)或套管法(RIC)制造包圍在芯棒外周的外包層從而得到光纖預制棒，最后再在拉絲塔上將該預制棒拉制成光纖，該光纖經(jīng)兩次紫外光固化樹脂涂覆達設計的尺寸；最后經(jīng)一些列機械、光學和化學篩選后卷盤成為光纖成品。
本實用新型的有益效果是通過對光纖的芯層和包層進行合理的設計，實現(xiàn)了在工藝上可行、制造公差要求較為寬松、制造成本較為低廉并能完全滿足當今有關G.656光纖標準且適用于高速率傳輸系統(tǒng)和WDM系統(tǒng)的低彎曲損耗、低非線性效應的單模光纖 根據(jù)光纖標準，G.656光纖主要是在抑制光纖的非線性效應的不利影響方面優(yōu)于G.655光纖，且前者的色散斜率更小，可使用的波長更廣闊。光纖的非線性效應的大小可用非線性系數(shù)γ來衡量，γ越小越理想。通常情況下，單模光纖的γ可簡化表示為式(1) 式中n*為光纖的非線性折射率系數(shù)。Aeff為在波長λ下的有效面積，即光纖中傳輸光功率的平均面積。Aeff根據(jù)式(2)確定 式中ψ(R)為光纖中傳輸光的波導方程。
由式(1)和(2)可知，減小非線性系數(shù)γ可通過調(diào)整光纖折射率剖面結構以改變光纖的n*或Aeff的大小來實現(xiàn)。
另一方面，隨著光纖通信業(yè)務的進一步推廣，特別是光纖到戶(FTTH)等工程的即將實施，光纖的抗彎曲性能得到了越來越廣泛的重視，它是當今和未來考察光纖性能的重要指標之一。Jingyuan Wang等在“Properties of index-guidedPCF with air-core，Optics & Laser Technology，Volume 39，Issue 2，March2007，Pages 317-321”和Unger C等在“Investigation of the microbendingsensitivity of fibers.J.Light wave technology，1994，14(4)591～596”論文中均指出，光纖中空對光纖的抗彎曲性能較為有利。但對于剖面復雜的非零色散位移光纖如G.655光纖和G.656光纖，光纖的中空在工藝上難以實現(xiàn)，同時，光纖中空亦會導致光纖的模場直徑和色散之間的性能難以協(xié)調(diào)。本實用新型據(jù)此對光纖的芯層進行了關鍵性的設計，使光纖的芯層不完全中空而是具有一定程度的凹陷，從而使本實用新型的光纖獲得了優(yōu)異的抗彎曲損耗性能的同時還能滿足G.656光纖標準的其他要求。
已知的研究表明，無論是宏彎損耗還是微彎損耗都隨著光纖MAC值的增加而增加。MAC值是模場直徑(MFD)和截至波長(λc)的比值，其定義如式(3)所示 MAC＝MFD/λc(3) 據(jù)此，本實用新型中通過對光纖芯層、包層的尺寸和折射率分布的特殊設計，降低了光纖的MFD并增加了光纖的λc，從而實現(xiàn)了光纖抗彎曲損耗性能的提高。
本實用新型的光纖具有獨特的折射率剖面、波導性能和抗彎性能MAC值不超過7.5；在1550nm下的宏彎曲損耗系數(shù)＜0.35dB/km；在1460nm～1625nm的波長范圍內(nèi)色散系數(shù)在2.2～13.5ps/nm/km之間，色散斜率系數(shù)不高于0.06ps/nm2/km；有效面積Aeff＞50m2；非線性波導系數(shù)γ＜2W-1K-1。與G.655光纖相比，其抗彎曲性能和抗光波導的非線性效應性能均有了較大的提高，可在1460nm～1625nm的整個波長范圍內(nèi)使用DWDM技術。

圖1A和1B分別是根據(jù)本實用新型實施方案制造的光纖的剖面示意圖和裸光纖的剖面示意圖。
圖2是圖1中裸光纖11的折射率剖面結構示意圖。
圖3A，3B用于示意圖1中裸光纖11折射率分布的其它例子。
圖4所示為本實用新型光纖芯層凹陷區(qū)直徑a0與1550nm下光纖有效面積Aeff之間的關系曲線。
圖5所示為本實用新型光纖芯層凹陷區(qū)直徑a0與1550nm下光纖的色散斜率系數(shù)S1550之間的關系曲線。
圖6所示為本實用新型光纖芯層凹陷區(qū)直徑a0與1550nm下光纖色散系數(shù)D1550之間的關系曲線。
圖7所示為本實用新型光纖芯層凹陷區(qū)直徑a0與1550nm下光纖抗彎特征量MAC值之間的關系曲線。
圖8所示為本實用新型光纖芯層凹陷區(qū)直徑a0與1550nm下光纖非線性波導系數(shù)γ之間的關系曲線。
圖9所示為本實用新型光纖芯層凹陷區(qū)折射率差Δc與1550nm下光纖有效面積Aeff之間的關系曲線。
圖10所示為本實用新型光纖芯層凹陷區(qū)折射率差Δc與1550nm下光纖的色散斜率系數(shù)S1550之間的關系曲線。
圖11所示為本實用新型光纖芯層凹陷區(qū)折射率差Δc與光纖1550nm下的色散系數(shù)D1550之間的關系。
圖12所示為本實用新型光纖芯層凹陷區(qū)折射率差Δc與1550nm下光纖抗彎特征量MAC值之間的關系曲線。
圖13所示為本實用新型光纖芯層凹陷區(qū)折射率差Δc與1550nm下光纖非線性波導系數(shù)γ之間的關系曲線。
圖14所示為本實用新型光纖芯層直徑a與1550nm下光纖有效面積Aeff之間的關系曲線。
圖15所示為本實用新型光纖芯層直徑a與1550nm下光纖的色散斜率系數(shù)S1550之間的關系曲線。
圖16所示為本實用新型光纖芯層直徑a與1550nm下光纖色散系數(shù)D1550之間的關系曲線。
圖17所示為本實用新型光纖芯層直徑a與1550nm下光纖抗彎特征量MAC值之間的關系曲線。
圖18所示為本實用新型光纖芯層直徑a與1550nm下光纖非線性波導系數(shù)γ之間的關系曲線。
圖19所示為本實用新型光纖芯層非凹陷去折射率差Δ1與1550nm下光纖有效面積Aeff之間的關系曲線。
圖20所示為本實用新型光纖芯層非凹陷去折射率差Δ1與1550nm下光纖的色散斜率系數(shù)S1550之間的關系曲線。
圖21所示為本實用新型光纖芯層非凹陷區(qū)折射率差Δ1與光纖1550nm下的色散系數(shù)D1550之間的關系。
圖22所示為本實用新型光纖芯層非凹陷區(qū)折射率差Δ1與1550nm下光纖抗彎特征量MAC值之間的關系曲線。
圖23所示為本實用新型光纖芯層非凹陷區(qū)折射率差Δ1與1550nm下光纖非線性波導系數(shù)γ之間的關系曲線。
圖24所示為本實用新型光纖不同實施例的色散曲線。
具體實施方式
參照圖1A，光纖定義為10。其結構包括分布在光纖10中心的玻璃裸光纖11，以及包圍在11周邊的第一涂層12和第二涂層13，第一涂層12和第二涂層13為聚丙烯酸樹脂材料，可通過紫外線固化或其它方法固化制得。參照圖1B，裸光纖11包括光纖的芯層的折射率凹陷區(qū)111、芯層的非折射率凹陷區(qū)112、純SiO2的第一包層區(qū)113、折射率高于芯層的第二包層區(qū)114和純SiO2的第三包層區(qū)115，115也可稱為外包層。
本實用新型可以采用MCVD(也可用PCVD或其他類似方法代替)法制備得到具有圖2所示折射率剖面結構的光纖預制棒芯棒，然后再以OVD技術制造純SiO2的外包層，或采用RIC技術在芯棒周邊包上外包層，從而制備得到光纖預制棒。具體工藝如下所述 利用MCVD(或PCVD)結合OVD的方法制造光纖預制棒在MCVD或PCVD工藝中，通過在噴燈的SiCl4原料中摻雜GeCl4以適當?shù)奶岣咝緦影枷輩^(qū)111的折射率差Δc，并通過沉積時間和原料流量等參數(shù)控制芯層凹陷區(qū)111的沉積層尺寸(具體為直徑a0)；通過調(diào)整GeCl4的摻雜量以調(diào)整芯層非凹陷區(qū)112的折射率差Δ1的大小，并通過沉積時間和原料流量等參數(shù)控制芯層非凹陷區(qū)112的沉積層尺寸(具體為直徑a)；停止GeCl4供料，以純SiCl4為原料對沉積層繼續(xù)噴涂以制造第一包層113，并通過沉積時間和原料流量等參數(shù)控制第一包層113的沉積層尺寸(具體為直徑c1)；再在原料中摻雜GeCl4，并通過調(diào)整GeCl4的摻雜量以調(diào)整第二包層114的折射率差Δ2的大小，通過沉積時間和原料流量等參數(shù)控制第二包層114的沉積層尺寸(具體為直徑c2)；停止GeCl4供料，以純SiCl4為原料對沉積層繼續(xù)噴涂以制得第三包層115的部分厚度，并通過沉積時間和原料流量等參數(shù)控制第三包層115該部分的沉積層的尺寸(具體為直徑c3)，以制備得到芯棒。然后，根據(jù)上述所得芯棒的尺寸推算光纖第三包層115另一部分的厚度，再采用OVD技術，以SiCl4為原料在芯棒外周沉積一層SiO2粉塵，經(jīng)玻璃化爐燒結成透明的玻璃體，即得到光纖預制棒。
采用MCVD(或PCVD)結合RIC法制造光纖預制棒的工藝是根據(jù)選用套管的尺寸計算所需芯棒的尺寸，并計算出芯包折射率剖面結構中各層的幾何尺寸和折射率；采用上述MCVD或PCVD相同的方法制造芯棒；采用RIC技術，將芯棒的外表面和套管的內(nèi)表面用一定濃度(如35％)的氫氟酸(或其他可替代的化學試劑)清洗干凈；再將芯棒一端在切割機上加工2～4個導氣槽并將芯棒插入與之匹配的外套管中；將帶有芯棒的套管的兩端接上石英結尾管，然后安置在MCVD或PCVD機床上加熱使套管收縮到芯棒上形成光纖預制棒。收縮過程中使套管和芯包之間的空間保持負壓，收縮時內(nèi)部的空氣隨芯棒一端的導氣槽排出。
將上述不同工藝制備得到的光纖預制棒在紡絲機上進行紡絲，同時涂覆兩層不同硬度的聚丙烯酸樹脂即得光纖。
參照圖2和圖3，本實用新型光纖具有獨特的折射率剖面結構。通常，零色散位移光纖的折射率剖面結構中，包層的折射率均略低于光纖的芯層折射率，但本實用新型光纖的折射率剖面中，第二包層114的折射率略高于芯層的折射率，這種設計提高了光纖剖面結構中各重要參數(shù)的容差范圍，使得生產(chǎn)制造的控制更加容易，并提高了產(chǎn)品的合格率。在本實用新型中，具有此種結構的G.656光纖，要求芯層凹陷區(qū)111折射率差Δc在0.0035～0.0072之間，允許誤差為±2.6％；芯層凹陷區(qū)111的厚度即a0/2在0.9～2.1μm之間，允許誤差為±3.8％。芯層非凹陷區(qū)112折射率差Δ1在0.0081～0.0095之間，允許誤差為±2.1％；芯層非凹陷區(qū)112的厚度即(a-a0)/2在0.6～2.3μm之間，允許誤差為±2.2％。第一包層113為純SiO2層，其折射率差為0；第一包層113的厚度即(c1-a)/2，在0.8～2.3μm之間，允許誤差為±4.2％。第二包層114的折射率差Δ2在0.0089～0.0107之間，允許誤差為±2.7％；第二包層114的厚度即(c2-c1)/2在0.76～1.78μm之間，允許誤差為±3.5％；第三包層115即外包層亦為純SiO2層，其厚度即(c3-c2)/2在57.2～58.8μm之間，允許誤差為±0.85％。第三包層115厚度可在預制棒制造完成后通過拋光等適當修正，因此對產(chǎn)品的合格率無太大影響。芯層凹陷區(qū)111折射率差Δc、芯層非凹陷區(qū)112折射率差Δ1和第二包層114的折射率差Δ2分別用以下公式計算得到 式中n0為純SiO2的折射率，nc為芯層凹陷區(qū)的折射率，n1為芯層非凹陷區(qū)的折射率，n2為第二包層的折射率。
采用上述工藝制備的光纖的結構和性能的關系曲線如圖4～圖23所示。
圖4所示的曲線呈近似線性形狀，顯示出本發(fā)明光纖芯層凹陷區(qū)直徑a0與1550nm下光纖有效面積Aeff之間呈較好的正比例關系。
圖5所示的曲線呈近似線性形狀，顯示出本發(fā)明光纖芯層凹陷區(qū)直徑a0與1550nm下光纖的色散斜率系數(shù)S1550之間的近似反比例關系。
圖6所示的曲線呈近似線性形狀，顯示出本發(fā)明光纖芯層凹陷區(qū)直徑a0與1550nm下的色散系數(shù)D1550之間呈較好的正比例關系。
圖7所示的曲線呈近似拋物線形狀，顯示出本發(fā)明光纖MAC值隨光纖芯層凹陷區(qū)直徑a0的增大而減小的關系。
圖8所示的曲線呈近似線性形狀，顯示出本發(fā)明光纖非線性波導系數(shù)γ隨光纖芯層凹陷區(qū)直徑a0的增大而減小的關系。
圖9所示的曲線呈近似指數(shù)函數(shù)的曲線形狀，顯示出本發(fā)明光纖在1550nm下的有效面積Aeff隨芯層凹陷區(qū)折射率差Δc的增大而減小的變化關系。
圖10所示的曲線呈近似拋物線的曲線形狀，顯示出本發(fā)明光纖在1550nm下的色散斜率系數(shù)S1550隨芯層凹陷區(qū)折射率差Δc的增大而增大的變化關系。
圖11所示的曲線呈近似直線形狀，顯示出本發(fā)明光纖芯層凹陷區(qū)折射率差Δc與1550nm下的色散系數(shù)D1550之間呈較好的正比例關系。
圖12所示的曲線呈近似拋物線的曲線形狀，顯示出本發(fā)明光纖在1550nm下的MAC隨芯層凹陷區(qū)折射率差Δc的增大而增大的變化關系。
圖13所示的曲線呈近似拋物線的曲線形狀，顯示出本發(fā)明光纖的非線性波導系數(shù)γ隨芯層凹陷區(qū)折射率差Δc的增大而增大的變化關系。
圖14所示的曲線呈近似拋物線的曲線形狀，顯示出本發(fā)明光纖在1550nm下的有效面積Aeff隨光纖芯層直徑a增大而增大的變化關系。
圖15所示的曲線呈不規(guī)則曲線形狀，顯示出本發(fā)明光纖在1550nm下的色散斜率系數(shù)S1550隨光纖芯層直徑a增大而先減小后增大的變化關系。
圖16所示的曲線呈近似拋物線形狀，顯示出本發(fā)明光纖在1550nm下的色散系數(shù)D1550隨光纖芯層直徑a增大而增大的變化關系。
圖17所示的曲線呈不規(guī)則曲線形狀，顯示出本發(fā)明光纖MAC值隨光纖芯層直徑a增大而減小的變化關系。
圖18所示的曲線呈近似對數(shù)的曲線形狀，顯示出本發(fā)明光纖非線性波導系數(shù)γ隨光纖芯層直徑a增大而減小的變化關系。
圖19所示的曲線呈近似拋物線形狀，顯示出本發(fā)明光纖在1550nm下的有效面積Aeff隨光纖芯層非凹陷去折射率差Δ1的增大而增大的變化關系。
圖20所示的曲線呈近似對數(shù)函數(shù)的曲線形狀，顯示出本發(fā)明光纖在1550nm下的色散斜率系數(shù)S1550隨光纖芯層非凹陷去折射率差Δ1的增大而先減小的變化關系。
圖21所示的曲線呈不規(guī)則曲線形狀，顯示出本發(fā)明光纖在1550nm下的色散系數(shù)D1550隨芯層非凹陷去折射率差Δ1增加而增加的關系。
圖22所示的曲線呈不規(guī)則的曲線形狀，顯示出本發(fā)明光纖在1550nm下的MAC隨光纖芯層非凹陷去折射率差Δ1的增大而先減小后增大的變化關系。
圖23所示的曲線呈近似直線形狀，顯示出本發(fā)明光纖非線性波導系數(shù)γ隨光纖芯層非凹陷去折射率差Δ1的增大而減小的變化關系。
實施例1 采用MCVD(或PCVD)制造芯棒，OVD(或RIC)技術制造外包層的工藝制造光纖預制棒。在沉積芯層凹陷區(qū)111時，在原料SiCl4中摻雜一量定的GeCl4使芯層凹陷區(qū)折射率差Δc在632.8nm波長下的值為0.0038；在沉積芯層非凹陷區(qū)112時，調(diào)節(jié)GeCl4的摻雜量使芯層非凹陷區(qū)折射率差Δ1在632.8nm波長下的值為0.0094；在沉積第一包層區(qū)113時，使用純SiCl4原料；在沉積第二包層區(qū)114時，在原料SiCl4中摻雜一定的GeCl4使第二包層折射率差Δ2在632.8nm波長下的值為0.010；在沉積第三包層區(qū)115時，使用純SiCl4原料。通過控制噴燈流量和沉積時間將各層厚度控制為芯層凹陷區(qū)111層厚度為2.10μm；芯層非凹陷區(qū)112層厚度為1.1μm；第一包層區(qū)113層厚度為0.50μm；第二包層區(qū)114層厚度在0.94μm；第三包層區(qū)115層厚度為57.86μm。通過控制拉絲速度、滴頭溫度等將裸光纖直徑控制在125μm；保證第一涂層12和第二涂層13涂覆樹脂的厚度均約為30μm；最終成品光纖直徑為245μm；通過樹脂和固化條件的控制使得第一涂層12和第二涂層13的楊氏模量分別約為1.2MPa和760MPa，彈性模量分別為1.1MPa和1400MPa。本實施例光纖的各性能參數(shù)如下有效面積為81μm2；在1550nm波長下，非線性系數(shù)γ為1.03W-1km-1；零色散波長λ0為1.35μm；截至波長λc為1.362μm；在1550nm波長下的色散斜率系數(shù)S1550為0.04485ps/nm2/km；在1550nm波長下的模場直徑MFD1550為10.21μm；在1460nm～1625nm的波長范圍內(nèi)，色散系數(shù)在6.19～13.17ps/nm/km之間；在1550nm下的抗彎損特征參量(MAC)值為7.49；當彎曲半徑為30mm，彎曲圈數(shù)為100圈時，在1625nm波長下的最大宏彎損耗為0.29dB。本實施例光纖的色散曲線如圖24中實施例1光纖eg1所示。本實施例光纖的有效面積是同類光纖有效面積的2倍左右，可更有效的降低光纖中光的傳輸密度，而從有效的抑制非線性光學現(xiàn)象的發(fā)生，因此這種光纖特別適用于高功率、長距離傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)或波長復用的孤子傳輸系統(tǒng)。
實施例2 采用MCVD(或PCVD)制造芯棒，OVD(或RIC)技術制造外包層的工藝制造光纖預制棒。在沉積芯層凹陷區(qū)111時，在原料SiCl4中摻雜一量定的GeCl4使芯層凹陷區(qū)折射率差Δc在632.8nm波長下的值為0.0035；在沉積芯層非凹陷區(qū)112時，調(diào)節(jié)GeCl4的摻雜量使芯層非凹陷區(qū)折射率差Δ1在632.8nm波長下的值為0.0088；在沉積第一包層區(qū)113時，使用純SiCl4原料；在沉積第二包層區(qū)114時，在原料SiCl4中摻雜一定的GeCl4使第二包層折射率差Δ2在632.8nm波長下的值在0.0097；在沉積第三包層區(qū)115時，使用純SiCl4原料。通過控制噴燈流量和沉積時間將各層厚度控制為芯層凹陷區(qū)111層厚度為2.00μm；芯層非凹陷區(qū)112層厚度為0.70μm；第一包層區(qū)113層厚度為0.40μm；第二包層區(qū)114層厚度在0.9μm；第三包層區(qū)115層厚度在58.50μm。通過控制拉絲速度、滴頭溫度等將裸光纖直徑控制在125μm；保證第一涂層12和第二涂層13涂覆樹脂的厚度均約為30μm；最終成品光纖直徑為245μm；通過樹脂和固化條件的控制使得第一涂層12和第二涂層13的楊氏模量分別約為1.2MPa和760MPa，彈性模量分別為1.1MPa和1400MPa。本實施例光纖的各性能參數(shù)如下有效面積為53μm2；在1550nm波長下，非線性系數(shù)γ為1.76W-1km-1；零色散波長λ0為1.36μm；截至波長λc為1.437μm；在1550nm波長下的色散斜率系數(shù)S1550為0.04534ps/nm2/km；在1550nm波長下的模場直徑MFD1550為8.34μm；在1460nm～1625nm的波長范圍內(nèi)，色散系數(shù)在4.26～12.71ps/nm/km之間；在1550nm下的抗彎損特征參量(MAC)值為5.81；當彎曲半徑為30mm，彎曲圈數(shù)為100圈時，在1625nm波長下的最大宏彎損耗為0.14dB。本實施例光纖的色散曲線如圖24中實施例2光纖eg2所示。本實施例光纖除具備常規(guī)G.656光纖的性能外，還具有小MAC值的顯著特點，其抗彎曲損耗性能亦相應的顯著優(yōu)于其他可得的G.656光纖，因此本實施例光纖特別適用于光纖布線相對復雜或需要光纖彎曲的其他特殊場所。
實施例3 采用MCVD(或PCVD)制造芯棒，OVD(或RIC)技術制造外包層的工藝制造光纖預制棒。在沉積芯層凹陷區(qū)111時，在原料SiCl4中摻雜一量定的GeCl4使芯層凹陷區(qū)折射率差Δc在632.8nm波長下的值為0.0073；在沉積芯層非凹陷區(qū)112時，調(diào)節(jié)GeCl4的摻雜量使芯層非凹陷區(qū)折射率差Δ1在632.8nm波長下的值為0.0088；在沉積第一包層區(qū)113時，使用純SiCl4原料；在沉積第二包層區(qū)114時，在原料SiCl4中摻雜一定的GeCl4使第二包層折射率差Δ2在632.8nm波長下的值在0.0010；在沉積第三包層區(qū)115時，使用純SiCl4原料。通過控制噴燈流量和沉積時間將各層厚度控制為芯層凹陷區(qū)111層厚度為1.00μm；芯層非凹陷區(qū)112層厚度為1.80μm；第一包層區(qū)113層厚度為0.50μm；第二包層區(qū)114層厚度在1.24μm；第三包層區(qū)115層厚度在58.02μm。通過控制拉絲速度、滴頭溫度等將裸光纖直徑控制在125μm；保證第一涂層12和第二涂層13涂覆樹脂的厚度均約為30μm；最終成品光纖直徑為245μm；通過樹脂和固化條件的控制使得第一涂層12和第二涂層13的楊氏模量分別約為1.2MPa和760MPa，彈性模量分別為1.1MPa和1400MPa。本實施例光纖的各性能參數(shù)如下有效面積為68μm2；非線性系數(shù)γ為1.37W-1km-1；零色散波長λ。為1.39μm；截至波長λc為1.40μm；在1550nm波長下的色散斜率系數(shù)S1550為0.05207ps/nm2/km；在1550nm波長下的模場直徑MFD1550為9.76μm；在1460nm～1625nm的波長范圍內(nèi)，色散系數(shù)在2.43～11.51ps/nm/km之間；在1550nm下的抗彎損特征參量(MAC)值為7.02；當彎曲半徑為30mm，彎曲圈數(shù)為100圈時，在1625nm波長下的最大宏彎損耗為0.23dB。本實施例光纖的色散曲線如圖24中實施例3光纖eg3所示。本實施例光纖是實施例1和實施例2所述光纖的折中結果，其既具有相對較大的有效面積又有相對較小的MAC值，因此其抗非線性效應的性能和抗彎曲損耗性能亦介于上述兩種光纖之間，其綜合性能較佳，因此更具有被廣泛使用的潛能。
除上述特殊性能外，本實用新型光纖均具有以下共同的性征 衰減不均勻性在光纖后向散射曲線上，任意500m長度上的實測衰減值與全長上平均500m的衰減值之差的最大值不大于0.05dB；包層直徑125±1μm；芯同心度誤差≤0.8μm；包層不圓度≤0.2％；篩選應力≥0.69GPa；衰減系數(shù)≤0.4dB/km@1460nm；≤0.35dB/km@1550nm；≤0.4dB/km@1625nm；衰減兩端差雙向測試取平均值≤0.05dB/km；偏振模色散(PMDQ)≤0.15ps/km1/2@1550nm；成纜光纖截止波長(λcc)≤1450nm；使用工作波長1460nm～1625nm。
需要特別指出的是，上述實施例的方式僅限于描述實施例，但本實用新型不只局限于上述方式，且本領域的技術人員據(jù)此可在不脫離本實用新型的范圍內(nèi)方便的進行修飾，因此本實用新型的范圍應包括本實用新型所揭示的原理和新特征的最大范圍。
權利要求1.低彎曲損耗、低非線性效應的單模光纖，包括裸玻璃光纖(11)以及包圍在所述裸玻璃光纖外周的樹脂保護層(12、13)，其特征是所述裸玻璃光纖(11)由一個芯層區(qū)和三個包層區(qū)(113、114、115)組成，且芯層區(qū)由折射率較低的凹陷區(qū)(111)和折射率較高的非凹陷區(qū)(112)組成，第一包層區(qū)(113)和第三包層區(qū)(115)為純SiO2層。
2.根據(jù)權利要求1所述的低彎曲損耗、低非線性效應的單模光纖，其特征是所述芯層區(qū)和三個包層區(qū)的折射率剖面都是階梯型剖面。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的低彎曲損耗、低非線性效應的單模光纖，其特征是芯層凹陷區(qū)厚度在0.9～2.1μm之間；芯層非凹陷區(qū)厚度即在0.6～2.3μm之間；第一包層厚度在0.8～2.3μm之間；第二包層厚度在0.76～1.78μm之間；第三包層厚度在57.2～58.8μm之間。
4.根據(jù)權利要求3所述的低彎曲損耗、低非線性效應的單模光纖，其特征是芯層非凹陷區(qū)直徑(a)在6.19～6.61μm之間，第一包層直徑(c1)在7.15 ～7.65μm之間，第二包層直徑(c2)在8.96～9.60μm之間，第三包層直徑(c3)在124.00～126.00μm之間。
5.根據(jù)權利要求4所述的低彎曲損耗、低非線性效應的單模光纖，其特征是有效面積(Aeff)大于80μm2。
6.根據(jù)權利要求3所述的低彎曲損耗、低非線性效應的單模光纖，其特征是芯層凹陷區(qū)直徑(a0)在3.85～4.15μm之間，芯層非凹陷區(qū)直徑(a)在5.22～5.58μm之間，第一包層直徑(c1)在5.98～6.42μm之間，第二包層直徑(c2)在7.72～8.28μm之間，第三包層之間(c3)在124.26～125.92μm之間。
7.根據(jù)權利要求6所述的低彎曲損耗、低非線性效應的單模光纖，其特征是在1550nm下的模場直徑(MFD1550)為8.30～8.50μm。
8.根據(jù)權利要求3所述的低彎曲損耗、低非線性效應的單模光纖，其特征是芯層凹陷區(qū)直徑(a0)在1.92～2.08μm之間，芯層非凹陷區(qū)直徑(a)在5.44～5.76μm之間，第一包層直徑(c1)在6.40～6.80μm之間，第二包層直徑(c2)在8.80～9.36μm之間，第三包層之間(c3)在124.31～125.94μm之間。
9.根據(jù)權利要求8所述的低彎曲損耗、低非線性效應的單模光纖，其特征是有效面積(Aeff)大于65μm2；在1550nm下的模場直徑(MFD1550)為9.70～9.90μm。
專利摘要低彎曲損耗、低非線性效應的單模光纖，屬于光通信技術，現(xiàn)有光纖存在帶寬受到限制、不能完全滿足當前G.656光纖的標準的缺陷，本實用新型包括裸玻璃光纖以及包圍在所述裸玻璃光纖外周的樹脂保護層，其特征是所述裸玻璃光纖由一個芯層區(qū)和三個包層區(qū)組成，且芯層區(qū)由折射率較低的凹陷區(qū)和折射率較高的非凹陷區(qū)組成，第一包層區(qū)和第三包層區(qū)為純SiO2層。它通過對光纖的芯層和包層進行合理的設計，實現(xiàn)了完全滿足當今有關G.656光纖標準且適用于高速率傳輸系統(tǒng)和WDM系統(tǒng)的低彎曲損耗、低非線性效應要求。
文檔編號G02B6/036GK201060284SQ200720105598
公開日2008年5月14日 申請日期2007年1月16日 優(yōu)先權日2007年1月16日
發(fā)明者張立永, 吳興坤, 盧衛(wèi)民, 楊軍勇 申請人:杭州富通通信技術股份有限公司