專利名稱：單模光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳輸領(lǐng)域，更確切地，涉及一種具有擴(kuò)大的有效面積的線性光纖。
背景技術(shù)：
對(duì)于光纖，折射率分布通常根據(jù)聯(lián)系折射率與光纖半徑的函數(shù)的圖形外觀分類。 在標(biāo)準(zhǔn)方式下，在X軸上顯示到光纖中心的距離r。在y軸上，顯示折射率(在半徑r處) 和光纖包層的折射率之間的差。因此，術(shù)語“階躍形(step)”、“梯形(trapezium) ”、“阿爾法(alpha) ”或“三角形(triangle) ”折射率分布被用 于描述具有階躍形、梯形、阿爾法或者三角形形狀曲線的圖形。這些曲線是光纖的理論的或 者預(yù)設(shè)的分布的一般代表，同時(shí)，光纖的制造約束條件可能導(dǎo)致些微的差異。在標(biāo)準(zhǔn)方式下，光纖由光學(xué)纖芯和光學(xué)包層組成，光學(xué)纖芯的功能為傳輸并選擇 性地放大一光信號(hào)，光學(xué)包層的功能為將所述光信號(hào)限制在纖芯內(nèi)。為此目的，纖芯的折射 指數(shù)η。和包層的折射指數(shù)~為11。>118.。眾所周知，在單模光纖內(nèi)光信號(hào)的傳播可被分解 為在纖芯內(nèi)導(dǎo)向的基模(fundamental mode)，以及在纖芯-包層組件中的一定距離內(nèi)導(dǎo)向 的第二模(secondary modes)，禾爾為包層模(cladding modes)。在標(biāo)準(zhǔn)方式下，階躍折射率光纖(step-index fibres)，也稱為SMF ( “單模光纖 (Single Mode Fibres) ”)，在光纖傳輸系統(tǒng)中作為做線性光纖使用。所述光纖具有符合特 定電信標(biāo)準(zhǔn)的色散(chromatic dispersion)和色散斜率，以及標(biāo)準(zhǔn)化的截止波長(cut-off wavelength)和有效面積數(shù)值。為了滿足來自不同制造商的光學(xué)系統(tǒng)之間兼容的需要，國際電信聯(lián)盟 (thelnternational Telecommunication Union，ITU)制定了一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，ITU-T G. 652標(biāo)準(zhǔn)， 稱為SSMF (Standard Single Mode Fibre標(biāo)準(zhǔn)單模光纖)的標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)傳輸纖維必需符合所 述標(biāo)準(zhǔn)。在其它方面中，G. 652標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)傳輸光纖建議在1310nm波長處的模場(chǎng)直徑(Mode Field Diameter, MFD)范圍為8. 6-9. 5 μ m[8. 6 ；9. 5ym]；光纜截止波長的數(shù)值最大為 1260nm;零色散波長(表示為λ。)的數(shù)值的范圍為1300-1324nm[1300 ； 1324nm]；色散斜 率的數(shù)值最大為0.092pS/nm2-km。在標(biāo)準(zhǔn)方式下，如同國際電工委員會(huì)(International Electrotechnical Commission)的分組委員會(huì)86A在IEC 60793-1-44標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的，光纜 截止波長測(cè)定為，在22米的光纖中傳播之后，光信號(hào)已不再是單一模式的那個(gè)波長。以本質(zhì)上已知的方式，傳輸光纖的有效面積的增加引起光纖中非線性效應(yīng)的減 少。具有擴(kuò)大的有效面積的傳輸光纖允許較長距離上的傳輸，和/或傳輸系統(tǒng)操作裕量的 增加。典型地，SSMF具有80 μ m2量級(jí)的有效面積Arff。為了增加傳輸光纖的有效面積，建議制造具有與SSMF相比擴(kuò)大的和平坦的纖芯 的光纖分布。然而，光纖纖芯形狀的如此改變導(dǎo)致光纖中微彎損耗的增長，有效的和光纜 截止波長的增長。在標(biāo)準(zhǔn)方式下，有效截止波長測(cè)定為，按照IEC的分組委員會(huì)86A在IEC 60793-1-44標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的，在2米的光纖中傳播之后，光信號(hào)已不再是單一模式的那個(gè)波長。US-A-6 658 190描述了具有大于110 μ m2的擴(kuò)大的有效面積的傳輸光纖。所 述的光纖具有非常粗的纖芯(是SSMF的1. 5至2倍)，和具有不變的的或者淺凹陷包層 (shallowly depressed cladding)的構(gòu)造。為了補(bǔ)償由有效面積的增加引起的微彎損耗 的增加，所述文獻(xiàn)建議增大光纖的直徑(圖29)。然而，所述的光纖直徑的增加包括成本的 增加，并導(dǎo)致由于與其他光纖不相容引起的成纜問題。另外，所述文獻(xiàn)指出，截止波長隨著 所考慮的光纖的長度而減小(圖5)，并且，特別地，所述光纖實(shí)現(xiàn)了傳輸1公里后的單模特 性。然而，所述截止波長的測(cè)量并不符合上文引用的標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量。所述文獻(xiàn)中描述的光 纖具有大于1260nm的光纜截止波長和小于1300nm的零色散波長因此，所述文獻(xiàn)中的 光纖并不符合G. 652標(biāo)準(zhǔn)中的建議。US-A-6 614 976描述了一種為了補(bǔ)償NZ-DSF光纖(NZ-DSF Non Zero-Dispersion Shifted Fibre，非零色散位移光纖)的負(fù)色散，在1550nm波長處具有高色散的傳輸光 纖。所述文獻(xiàn)的光纖具有大于或等于90 μ m2的有效面積。然而，所希望的高色散導(dǎo)致大于 1260nm的光纜截止波長和小于1300nm的零色散波長λ。。這些特征意味著所述光纖不符 合G. 652標(biāo)準(zhǔn)中的建議。US-B-7 187 833描述了一種具有大于80 μ m2的有效面積的傳輸光纖。所述文 獻(xiàn)的光纖具有一中心纖芯，一中間包層以及一凹陷包層。所述的分布可導(dǎo)致光纖中泄漏模 (leaky modes)的出現(xiàn)，其使得難以控制截止波長?，F(xiàn)有技術(shù)中并沒有任何文獻(xiàn)描述具有與SSMF相比的擴(kuò)大的有效面積，同時(shí)完全 與G. 652標(biāo)準(zhǔn)兼容的光纖。因此，需要一種具有大于90 μ m2的擴(kuò)大的有效面積，且并不違反G. 652標(biāo)準(zhǔn)的建 議的傳輸光纖。

發(fā)明內(nèi)容
為此目的，本發(fā)明提供一種光纖分布，包括一中心芯部、一中間包層以及一環(huán) (ring)；所述中心芯部、中間包層和環(huán)同時(shí)被優(yōu)化以擴(kuò)大光纖的有效面積，相反地并不影響 G. 652標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的其他傳輸參數(shù)。更特別的，本發(fā)明提供一種單模光纖，包括一中心芯部、一中間包層、一環(huán)，以及一 外層包層，所述光纖在155011!11波長處具有大于或者等于9(^1112的有效面積，并具有-小于1260nm的光纜截止波長；-在1310nm波長處的模場(chǎng)直徑為在8.6 μ m和9. 5 μ m之間；-零色散波長為在1300nm和1324nm之間；-在零色散波長處的色散斜率小于0.092ps/nm2-km。根據(jù)實(shí)施例，本發(fā)明的光纖也可以包括如下技術(shù)特征中的一個(gè)或幾個(gè)-所述芯部具有在4.5 μ m和6 μ m之間的半徑，以及與外層包層的折射率差為在 4. 2 XlCT3 和 5. 2 XlCT3 之間；-所述中間包層具有在6.5 μ m和9. 5 μ m之間的半徑，；-所述環(huán)具有在9.5 μ m和12. 5 μ m之間的半徑；-所述環(huán)與所述外層包層的折射率差，為在1X 10_3和5. OX 10_3之間；
-所述中間包層與所述外層包層的一折射率差，為在-3.0X10_3和1.0X10_3之 間；-可選的，所述光纖在所述環(huán)外側(cè)具有一凹陷包層(expressedcladding)；-所述凹陷包層具有在14μπι和17μ m之間的半徑，以及在-IOX 10_3和-IX IO3 之間的折射率差；-所述光纖具有有效面積和模場(chǎng)直徑之間的一規(guī)范化比率，其大于或等于1.270 ；-所述光纖的有效面積嚴(yán)格大于90μ m2。-所述光纖的有效面積小于100μ m2 ；-在1625nm波長處，對(duì)于30mm的曲率半徑所述光纖具有小于或等于 0. 05dB/100turns 的彎曲損耗。-在1550nm波長處，所述光纖具有的微彎損耗使得，所述光纖的微彎損耗與服從 同樣的約束條件的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的微彎損耗的比率小于或等于1. 5。


在閱讀以下通過示例并參照附圖給出的，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的說明之后，本發(fā)明 的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將清晰可見，這些附圖有圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光纖的預(yù)設(shè)分布的圖形表示；圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光纖的預(yù)設(shè)分布的圖形表示。
具體實(shí)施例方式將參照?qǐng)D1和圖2描述本發(fā)明的光纖，其表示預(yù)設(shè)分布，也就是表示光纖的理論分 布，實(shí)際上，拉拔一預(yù)制品之后獲得的光纖可能具有稍有差異的分布。根據(jù)第一實(shí)施例(圖1)，根據(jù)本發(fā)明的傳輸光纖包括一中心芯部(centralcore)， 其與外層包層(作為光纖包層)的折射率差為An1 ； —中間內(nèi)層包層，其與所述外層包層之 間的折射率差為八 ；以及一環(huán)，其與所述外層包層之間的折射率差為正Δη3。所述中心 芯部，中間包層和凹陷包層(expressed cladding)內(nèi)的折射指數(shù)在其全部寬度內(nèi)是實(shí)質(zhì)上 不變的。所述芯部的寬度由其半徑A定義；所述中間包層的厚度由巧-！^巧減巧)定義；所 述環(huán)的厚度由！^、(!^減巧)定義。所述中間包層(r2，Δη2)直接包覆所述中心芯部(r1; An1),并且所述環(huán)Ov An3)直接包覆所述中間包層(r2，Δη2)。典型地，所述中心芯部，中 間包層和環(huán)是通過在一二氧化硅管(silica tube)內(nèi)的CVD類型淀積得到的，而所述的外 層包層一般是使用天然的或者摻雜的二氧化硅(silica)再次填充所述管而構(gòu)成，但是也 可通過其他任意淀積技術(shù)(VAD或0VD)而獲得。根據(jù)第二實(shí)施例(圖2)，根據(jù)本發(fā)明的傳輸光纖還包括一直接位于所述環(huán)(r3， An3)的外側(cè)的凹陷包層，并具有外半徑r4，該凹陷包層與所述外層包層的負(fù)折射率差為 Δη4。所述凹陷包層的寬度由1~4-1~3(1~4減1~3)限定。在根據(jù)本發(fā)明的光纖中，所述中心芯部的半徑T1在4. 5 μ m和6 μ m之間，并且，優(yōu) 選地，其與所述的外層光纖包層(例如由二氧化硅(silica)制成)相比的折射率差A(yù)n1, 在4. 2X10_3和5. 2X10_3之間。因此，根據(jù)本發(fā)明的光纖的芯部比SSMF內(nèi)的芯部稍粗且 更平坦化。這些特征使得有可能將在1550nm波長處的有效面積的數(shù)值增大為超過90μπι2。
5根據(jù)本發(fā)明的光纖的中間包層的寬度r2為在6. 5 μ m和9. 5 μ m之間。同時(shí)，所述包層與所 述的外層包層的折射率差Δη2為在-3X10_3和1.0X10_3之間。根據(jù)本發(fā)明的光纖還包括 一半徑r3為在9.5 μ m和12.5 μ m之間的環(huán)。所述環(huán)與所述的外層包層的折射率差Δ n3為 在1. OX 10_3和5. OX 10_3之間。所述環(huán)的尺寸，與所述芯部和中間包層的尺寸被優(yōu)化，使得 有可能控制所述光纖的光學(xué)特性，并且，特別地，使1310nm波長處的模場(chǎng)直徑值保持為在 8. 6 μ m和9. 5 μ m之間，同時(shí)，保證在1550nm波長處的有效面積大于90 μ m2，并且保證色散 和截止特性在G. 652標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的區(qū)間內(nèi)。此外，根據(jù)本發(fā)明的光纖可以具有一凹陷包層(expressed cladding)，其具有在 14 μ m禾Π 17^111之間的半徑1~4，以及在-IOX 10_3和-1 X 10_3之間的折射率差A(yù)n40凹陷包 層的存在使得有可能將信號(hào)更大程度地限制在光纖的芯部內(nèi)。選擇將外層半徑1~4限制在 17 μ m是為了限制光纖的制造成本。如下表1給出了根據(jù)本發(fā)明的傳輸光纖可能的折射率分布的六個(gè)示例，以與具有 “階躍型”折射率分布的標(biāo)準(zhǔn)SSMF光纖進(jìn)行比較。第一縱欄給出了每一種分布的標(biāo)號(hào)。接 下來的縱欄給出了每一部分(巧到！·》的半徑數(shù)值，以及緊接其后的縱欄顯示出每一部分與 外層包層相比的折射率差(八！^到Δη4)。折射率的數(shù)值是在633nm波長處測(cè)定的。來自 表1的示例的光纖具有125 μ m的外部直徑。表1中的數(shù)值相當(dāng)于光纖的預(yù)設(shè)分布。表 1 表2顯示了相應(yīng)于表1的折射率分布的傳輸光纖的仿真的光學(xué)特性。在表2中， 第一縱欄重復(fù)表1的標(biāo)號(hào)。接下來的縱欄提供對(duì)于每一光纖分布，光纜截止波長(λ。。)的 數(shù)值，1310nm波長處的模場(chǎng)直徑(2WJ的數(shù)值，1550nm波長處的有效面積(Aeff)的數(shù)值， 1550nm波長處的有效面積和1310nm波長處的模場(chǎng)直徑之間的規(guī)范化關(guān)系，1550nm波長處 的色散(D)，以及1550nm波長處的色散的斜率(P)。接下來的縱欄提供對(duì)于每一光纖分布，零色散波長(ZDW)的數(shù)值，在該波長處的色散斜率(Pzdw)，以及對(duì)于30nm的曲率半徑在 1625nm波長處的彎曲損耗(PC)。表2 對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的六個(gè)示例，從表2指出，有效面積Arff和模場(chǎng)直徑ZWci2之間的規(guī) 范化比率(ratio)(參見公式1)是大于或者等于1. 270。
Aff\\550nm\公式 這使得有可能獲得大于90 μ m2的有效面積，同時(shí)保持包括在8. 6 μ m和9. 5 μ m之 間的模場(chǎng)直徑。從表2指出，示例1至7符合G. 652標(biāo)準(zhǔn)。光纜截止波長λ。。小于1260nm; 零色散波長ZDW為從1300nm到1324nm之間，以及色散斜率小于0. 092ps/nm2-km。在另一 方面，得出彎曲損耗為小于或者等于0.05dB/100tums。所述彎曲損耗的數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)階躍指 數(shù)分布的G. 652光纖的數(shù)值相等。因此，根據(jù)本發(fā)明的傳輸光纖具有高有效面積，同時(shí)符合 G. 652標(biāo)準(zhǔn)的建議。此外，根據(jù)本發(fā)明的光纖具有這樣的微彎損耗根據(jù)本發(fā)明的光纖的微彎損耗與 服從同樣的約束條件的SSMF內(nèi)的微彎損耗的比率小于或等于1. 5。例如，所述微彎損耗可 以通過例如術(shù)語稱為固定直徑卷筒法(the fixed diameter drummethod)的方法測(cè)定。所 述方法在借助IEC TR-62221標(biāo)準(zhǔn)在IEC分組委員會(huì)86A的技術(shù)建議中被描述。與SSMF相比，根據(jù)本發(fā)明的光纖具有增強(qiáng)的有效面積數(shù)值。然而，所述有效面積 保持在小于100 μ m2。這一限制符合G. 652的一套標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的光纖的分布被優(yōu)化以符合這些高有效面積和服從G. 652標(biāo)準(zhǔn)中的 光學(xué)參數(shù)的約束條件。表1和2說明了上述的半徑和折射率的限制數(shù)值以保證高有效面 積和服從G. 652標(biāo)準(zhǔn)中的限定。特別地，如果所述芯部的半徑巧減小為小于4. 5 μ m，并且 如果An1增大到大于5. 5，所述有效面積將小于90 μ m2。如果巧增大為大于6 μ m，那么所 述模場(chǎng)直徑，光纜截止波長λ。。和零色散波長ZDW具有G. 652標(biāo)準(zhǔn)之外的數(shù)值。類似 地，如果r2過小，所述模場(chǎng)直徑2WQ2將大于由G. 652標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大數(shù)值9. 5 μ m ；并且，如 果r2變得過大，所述有效面積將小于90 μ m2。此外，如果r3變得過小，所述有效面積將小于 90 μ m2 ；以及如果r3變得過大，所述模場(chǎng)直徑將變得大于由G. 652標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大數(shù) 值9. 5 μ m，光纜截止波長λ。。的數(shù)值也一樣。根據(jù)本發(fā)明的傳輸光纖特別適用于C-波段長距離傳輸系統(tǒng)。有效面積增加，光纖 其他的光學(xué)參數(shù)沒有明顯的劣化，允許在不增大非線性效應(yīng)情況下，傳輸?shù)墓庑盘?hào)的功率 的增加；由此，傳輸線的信噪比改善，其是陸基或水下長距離光傳輸系統(tǒng)中特別尋求的。此外，根據(jù)本發(fā)明的光纖符合ITU G. 652標(biāo)準(zhǔn)的建議。由此，根據(jù)本發(fā)明的光纖可 以安裝在大量傳輸系統(tǒng)中，且與其他系統(tǒng)中的光纖具有良好的兼
權(quán)利要求
一種單模光纖，其特征在于，包括一中心芯部，具有一半徑r1以及與一外部光學(xué)包層的一正折射率差Δn1；一中間包層，具有一半徑r2以及與所述外部光學(xué)包層的一折射率差Δn2；一環(huán)，具有一半徑r3以及與所述外部光學(xué)包層的一正折射率差Δn3；所述光纖在1550nm波長處具有大于或者等于90μm2的有效面積，和小于1260nm的光纜截止波長λcc；在1310nm波長處具有在8.6μm和9.5μm之間的模場(chǎng)直徑MDF；具有在1300nm和1324nm之間的零色散波長Xo；在零色散波長Xo處的色散斜率小于0.092ps/nm2 km。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，其中所述中心芯部的半徑^為在4.5μπι 禾口 6μπι之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖，其特征在于，其中所述中心芯部與所述外部光學(xué)包 層的折射率差Δ ηι在4. 2 X 10_3和5. 2 X 10_3之間。
4.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，其中所述中間包層具有在 6. 5 μ m禾口 9. 5 μ m之間的半徑r2。
5.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，其中所述環(huán)具有在9.5 μ m和 12. 5 μ m之間的半徑r3。
6.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，其中所述環(huán)與所述外層包層的 折射率差Δη3為在IX ΙΟ”和5. OX ΙΟ”之間。
7.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，其中所述中間包層與所述外層 包層的折射率差Δ ri2為在-3.0X 10_3和Ι.ΟΧΙΟ—3之間。
8.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，在所述環(huán)的外側(cè)包括一凹陷包 層，其與所述外層包層的負(fù)折射率差為Δη4。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖，其特征在于，其中所述凹陷包層的半徑r4為在14μπι 禾口 17 μ m之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的光纖，其特征在于，其中所述凹陷包層與所述外層包層 的折射率差Δ Ii4在-10 X 10_3和-1 X 10_3之間。
11.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，其有效面積與模場(chǎng)直徑MFD的 規(guī)范化比率大于或者等于1. 270。
12.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，其具有大于90μ m2的有效面積。
13.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，其具有小于100μ m2的有效面積。
14.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，在1625nm波長處，對(duì)于30mm的 曲率半徑具有小于或等于0. 05dB/100turns的彎曲損耗。
15.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，在1550nm波長處，具有的微彎 損耗使得，所述光纖的微彎損耗與服從同樣的約束條件的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的微彎損耗的比率 小于或等于1.5。
全文摘要
一種單模光纖，包括一中心芯部(r1，Δn1)，一中間包層(r2，Δn2)，一環(huán)(r3，Δn3)以及一外層包層。所述光纖在1550nm波長處具有大于或者等于90μm2的有效面積。所述光纖還具有小于1260nm的光纜截止波長(λcc)；在1310nm波長處的在8.6μm和9.5μm之間的一模場(chǎng)直徑，在1300nm和1324nm之間的一零色散波長；以及小于0.092ps/nm2-km的色散斜率。所述光纖具有大于90μm2的有效面積，與SSMF相比光纖的其他光學(xué)參數(shù)未劣化。
文檔編號(hào)G02B6/036GK101915956SQ20101010112
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月27日
發(fā)明者丹尼斯·莫林, 瑪麗安·比戈-阿斯特呂克, 皮埃爾·西亞爾, 西蒙·理查德, 路易斯-安妮·德蒙莫里永 申請(qǐng)人:德拉克通信科技公司