專利名稱：低衰減光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低衰減光纖，適用于波分復(fù)用(WDM)光傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了提高采用光纖的光纖傳輸容量，已經(jīng)對(duì)各種技術(shù)進(jìn)行強(qiáng)有力的研究。
一般認(rèn)為光傳輸容量的提高需要光傳輸用的光纖能在工作波長單模傳輸。其原因在于不同模光信號(hào)的各種速度組合會(huì)不可避免地在通過光纖的傳播中誘發(fā)模色散，從而會(huì)使信號(hào)波形衰減或扭曲。
因此，人們開始使用在1.3μm波長附近具有零色散的單模光纖(SMF)。在零色散波長下，該光纖具有二十公里的傳輸距離和幾百M(fèi)bps(兆位/秒)的傳輸容量。
同時(shí)，光纖中的最小傳輸損耗發(fā)生在1.55μm處，因而開發(fā)了具有1.55μm或其附近的零色散波長的色散位移光纖(DSF)。此光纖使光纖傳輸在1.55μm波長附近能具有每秒幾千兆位的容量。長距離光傳輸路由中鋪設(shè)一些相同的單模光纖，分別在1.55μm波長段具有若干Gb/s的容量。
1980年代后半葉發(fā)現(xiàn)光纖中纜線上俘獲的氫氣(H2)的氫分子分解，使傳輸損耗增加。根據(jù)分析，損耗的增加可分配到氫分子在光纖中誘發(fā)的傳輸損耗頻譜吸收峰。氫誘發(fā)的吸收峰出現(xiàn)在1.24μm附近，在1.52μm和更長的波長側(cè)也出現(xiàn)。1.52μm和較長波長處的吸收峰直接在1.55μm附近的光傳輸產(chǎn)生負(fù)面影響，如ECOC’86第7-10頁(Ogai等著)所說明。
同時(shí)，在1.31μm傳輸SMF和1.55μm傳輸DSF方面，進(jìn)行各種研究開發(fā)，從生產(chǎn)技術(shù)和光纖被覆材料方面防止氫誘發(fā)的增加。例如，陸地用的光纜通常充入填充混合物，以免受嚴(yán)重俘獲氫氣的威脅。因此，如Bellcore-GR-20-Core 1998年6月第2期6.6.9節(jié)的“美國一般規(guī)范”所述，目前對(duì)防氫處理(抗氫)沒有爭(zhēng)論。
近年來，在探求較大容量光傳輸系統(tǒng)中，絕對(duì)認(rèn)真地研究開發(fā)了波分復(fù)用(WDM)的設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行大量WDM光傳輸優(yōu)化光纖方面的研究。
從避免4波混合的角度，要求WDM光傳輸系統(tǒng)用的光纖在其工作波段不具備零色散波長。在此情況下，開發(fā)了非零色散位移光纖(NZDSF)，在其工作波段無任何零色散。由于NZDSF需要符合大有效芯面積(Aeff)，小色散斜率等額外要求，以提供高密度WDM(DWDM)光傳輸，一般要求NZDSF具有較復(fù)雜的折射率(RI)分布。
NZDSF的復(fù)雜RI分布設(shè)計(jì)伴隨光纖中引發(fā)微小玻璃工藝缺陷的傾向和厭煩的處理控制。
盡管NZDSF涵蓋了包括1.55μm的寬波長頻段，但是無防氫處理技術(shù)仍然在公諸于眾。
近年來，考察并改進(jìn)了覆蓋光纖的纜線。實(shí)際上，光纜從混合物填充型到干芯型發(fā)生了大量變化，其中干芯型在纜線中包含吸水材料代替填充混合物。無填充混合物光纜的制作容易(不需要清掃光纜)。填充型光纜還難以強(qiáng)化防火，而無填充混合物(干型)光纜便于添加強(qiáng)化抗火物。在USP第5422973號(hào)中說明一例干芯型光纜。
干芯型在光纜中包含吸水材料，接觸水即膨脹，從而擋住水，以便在縱向阻斷水侵入。然而，即使電纜無損壞或開口，吸水材料也有引入周圍濕氣的作用，從而有可能使俘獲潮氣(所吸收環(huán)境潮濕)與產(chǎn)生氫分子的光纜內(nèi)部組成金屬起作用。因此，即使陸地光纜用的光纖，也要考慮防氫處理。
例如，USP第6131415號(hào)說明一種具有防氫性能(抗氫)考慮的光纖，以及一種在光纖中迫使氫集中的方法，減少1385nm處的傳輸損耗。尤其是該專利所有者，朗訊科技(Lucent Technologies)在“全波目錄(CatalogAllwave)”中揭示有關(guān)大城市用光纖防氫性能(抗氫)所需設(shè)計(jì)概念的某些信息。
5838866號(hào)和6128928號(hào)USP分別說明具有抗氫思路的光纖。各光纖設(shè)計(jì)成通過使(內(nèi))包層含有足以提高折射率的程度的鍺，而不是在本體，來配備抗氫性能。
然而，6131415號(hào)USP只討論了提高羥基分子吸收峰，抑制1385nm處損耗的增加，沒有談到氫分子吸收峰造成的1520nm處損耗的增加。
6131415號(hào)、5838866號(hào)和6128928號(hào)USP均未涉及使各包層區(qū)中折射率分布的實(shí)質(zhì)性位移的任何添加物。因此，預(yù)期這3個(gè)專利案目的在于改善SMF或其等效物的特性，而不是針對(duì)WDF光傳輸系統(tǒng)NZDSF。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供低衰減光纖，尤其提供一種包含以下性能的低衰減光纖在1530至1565nm波長范圍，色散D絕對(duì)值為2.0至14.0ps/nm/km；在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下傳輸損耗為0.25dB/km或更小，其中在1550nm和/或1520nm波長，傳輸損耗不超過0.25dB，該結(jié)果的條件是在普通大氣壓下，以普通溫度暴露在實(shí)質(zhì)上由氫組成的氛圍中一段時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)大氣條件指JISC0010第5部分的規(guī)定，其中包括常溫(25±10℃)、普通相對(duì)濕度(25-75％)和普通大氣壓(86-106kPa)。此外，該一段時(shí)間需要不短于氫侵入光纖最中央芯部經(jīng)歷的時(shí)間。實(shí)際上，氫浸透體現(xiàn)為1.24μm左右損耗至少以0.03dB/km增加。
設(shè)計(jì)本發(fā)明，以提供在1530nm與1565nm之間的波段具有中等色散并且傳輸損耗在時(shí)間上幾乎恒定的防氫光纖。
本發(fā)明權(quán)利要求1詳述一種低衰減光纖，在1530nm-1565nm波長范圍色散絕對(duì)值為2-14bs/nm/km，并且常規(guī)溫度和相對(duì)濕度下，1550nm波長處傳輸損耗不大于0.25dB/km，即使在實(shí)質(zhì)上含氫的常規(guī)大氣壓下暴露足夠長的時(shí)間后，1520 nm波長處的傳輸損耗也保持不大于0.25dB/km。
本發(fā)明權(quán)利要求7詳述一種低衰減光纖，在1530nm-1565nm波長范圍色散絕對(duì)值為2-14bs/nm/km，并且常規(guī)溫度和相對(duì)溫度下，1550nm波長處傳輸損耗不大于0.25dB/km，即使在實(shí)質(zhì)上含氫的常規(guī)大氣壓下暴露足夠長的時(shí)間后，1550nm波長處的傳輸損耗也保持不大于0.25dB/km。
本發(fā)明根據(jù)權(quán)利要求1的權(quán)利要求2詳述一種低衰減光纖，該光纖還包含在1530nm-1565nm波段不大于0.15ps/nm2km的色散斜率、在1550nm波段處不大于5ps.km-1/2的PMD和彎曲直徑為20mm時(shí)不大于40dB/m的損耗增加。
本發(fā)明根據(jù)權(quán)利要求1的權(quán)利要求3詳述一種低衰減光纖，該光纖還包含不大于90μm2的Aeff。
本發(fā)明根據(jù)權(quán)利要求1的權(quán)利要求4詳述一種低衰減光纖，該光纖還包含在1530nm-1565nm波段的0.04-0.08ps/nm2/km的色散斜率、在1530nm-1565nm波段的6-10ps/nm/km的色散絕對(duì)值和40-70μm2的Aeff。
至此，本發(fā)明要求權(quán)利的組成部分能使光纖適合用于1530nm-1565nm波段的WDM光傳輸。權(quán)利要求中的數(shù)字限按照例如ASTM E29核定的方法進(jìn)行舍入。
本發(fā)明具有優(yōu)良效果。便于制作出1530nm-1565nm波段WDM光傳輸?shù)墓饫w。


圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的低衰減光纖RI分布樣圖。
圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的低衰減光纖RI分布第2樣圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)根據(jù)

本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是本發(fā)明低衰減光纖RI分布的樣圖。圖1示出最中央纖芯區(qū)1和包層5，并且第1圓環(huán)區(qū)2和第2圓環(huán)區(qū)3位于這兩部分之間。纖芯區(qū)1和第2區(qū)3的最大折射率(RI)大于包層5中的最大折射率。第1圓環(huán)區(qū)2在折射率上小于包層5。
圖2示出光纖實(shí)施例可具有的RI分布的第2樣例。圖2中的分布具有最中央纖芯區(qū)1和包層5，以及位于其間的第1圓環(huán)區(qū)2、第2圓環(huán)區(qū)3和第3圓環(huán)區(qū)4。纖芯區(qū)1和第2區(qū)3的最大折射率(RI)大于包層5中的最大折射率。第1和第3區(qū)2和4的折射率小于包層5中的。
應(yīng)注意，圖1和圖2中的RI分布僅為例子，RI分布方面，本發(fā)明的光纖衰減規(guī)則不受此限制，任何符合本發(fā)明的RI分布均可接受。
此實(shí)施例中，光纖設(shè)計(jì)成在1530nm≤λ≤1565nm的波長(λ)范圍具有以下色散絕對(duì)值2ps/nm/km≤|D|≤14ps/nm/km。這是因?yàn)?530nm≤λ≤1565nm的波長(λ)范圍中，色散絕對(duì)值|D|小于2ps/nm/km時(shí)，4波混合的影響大約不合乎需要，并且會(huì)不利地組合累計(jì)的色散，使色散絕對(duì)值|D|小于14ps/nm/km時(shí)，設(shè)計(jì)的傳輸路由(系統(tǒng))中不能實(shí)現(xiàn)高密度WDM光傳輸。
與類似的常規(guī)情況相反，本實(shí)施例的特征為基于本發(fā)明且以常規(guī)溫度暴露在實(shí)質(zhì)上含氫的常規(guī)大氣壓下足夠長時(shí)間的光纖在1550nm的傳輸損耗能一直不超過0.25dB/km。設(shè)計(jì)特性來源于實(shí)際上認(rèn)為在1520nm或1550nm處的長距離WDM傳輸中，傳輸損耗大于0.25dB/km的光纖即使在氫氣中暴露足夠長時(shí)間也不合需要。這里，實(shí)質(zhì)上含氫的常規(guī)大氣壓意味著獲得等同于100％氫氛圍的效果，90％氫的氛圍在其余10％以下的部分為空氣時(shí)，符合需要。暴露足夠長的時(shí)間意味著足夠使氫可到達(dá)纖芯所經(jīng)歷的時(shí)間。實(shí)際上，這就是1.24μm處決定的至少增加0.03dB/km損耗的時(shí)間。
考慮1530nm-1565nm波段中光纖特性的要求，由于造成WDM光傳輸波長之間色散變化大，大于15Ps/nm/km的色散范圍不合需要大于0.5ps·km-1/2的極化模色散(PMD)不合需要，其誘發(fā)的大量極化色散使WDM光傳輸不能進(jìn)行；彎曲損耗增大到40dB/m，以上不合需要，會(huì)在光纜中引發(fā)傳輸損耗變化。
此外，由于造成彎曲損耗大量增加而使光纖布纜困難，1530nm-1565nm波長范圍中90μm2的Aeff不合需要。小于40μm2的Aeff也不合需要，很可能誘發(fā)非線性現(xiàn)象。尤其是大于70μm2的Aeff，會(huì)成為與其特性要求不一致的因素，必須對(duì)照實(shí)際離散系統(tǒng)的規(guī)范加以研究。這里，參照Opt.Lett.第9卷、第4期第25-259頁(1994年2月115)定義有效芯面積(Aeff)。
色散斜率最好減至最小，但如果減到小于0.04ps/nm2/km，就會(huì)成為與其他特性要求不一致的因素，因而選擇小于0.04ps/nm2/km時(shí)，要對(duì)照實(shí)際離散系統(tǒng)的規(guī)范加以研究。反之，大于0.08ps/nm2/km的色散斜率具有高密度WDM光傳輸應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)的傾向，選擇大于0.08ps/nm2/km時(shí)，最好對(duì)照實(shí)際離散系統(tǒng)的規(guī)范加以研究。
在色散絕對(duì)值方面，小于6ps/nm2/km會(huì)產(chǎn)生4波混合效應(yīng)，10ps/nm2/km以上則累積色散會(huì)使高密度WDM光傳輸有應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)。色散的設(shè)計(jì)值最好考慮實(shí)際離散系統(tǒng)的規(guī)范進(jìn)行設(shè)定。
總之，考慮上述各細(xì)節(jié)，最好在1530nm-1565nm波段中選擇40-70μm2的Aeff、0.04-0.08ps/nm2/km的色散斜率范圍和6-10ps/nm2/km的色散絕對(duì)值。
實(shí)施例制作光纖使其具備圖1和圖2的折射率(RI)分布，并進(jìn)行防氫處理和防氫測(cè)試，用于示范本發(fā)明。
試略作列舉防氫處理，包括6131415號(hào)USP在工序中進(jìn)行的表面蝕刻方法；0673895A2號(hào)歐洲專利申請(qǐng)?jiān)诩訜嶂貧浞諊?氘、D2)中處理光纖的方法等。生產(chǎn)線內(nèi)導(dǎo)入防氫處理時(shí)，注重安全和減少工序變化是要考慮的最重要項(xiàng)目。根據(jù)防氫處理狀況研究結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)以常規(guī)溫度在常規(guī)大氣壓下進(jìn)行的防氫處理能為NZDSF提供足夠的抗氫性能。
實(shí)際給出3km長的被覆光纖，并以幾乎是常規(guī)溫度在充D2(重氫)的處理槽中保持約3小時(shí)。應(yīng)注意，在D2氛圍中維持2小時(shí)以上，會(huì)使3km長的光纖受到所產(chǎn)生的大致恒定的作用，其中，氫氛圍不需加熱，即使在常規(guī)溫度也能產(chǎn)生足夠的效果。受處理的光纖長時(shí)，氫氛圍中的保持時(shí)間需要加長。
防氫測(cè)試中，先給出3km長的被覆光纖，并以一個(gè)大氣壓和常規(guī)溫度在充H2的測(cè)試室中保持6小時(shí)，測(cè)試室在常規(guī)溫度下充入氮和空氣，經(jīng)過幾十小時(shí)后測(cè)試光纖的傳輸損耗。這里，氫氛圍中4小時(shí)以上的保持時(shí)間會(huì)使3km長的光纖受到所產(chǎn)生的幾乎恒定的作用。然而，受處理的光纖長時(shí)，氫氛圍中的保持時(shí)間需要較長。這些表1中列出防氫處理前/后的傳輸損耗(dB/km)，結(jié)果來自每一實(shí)施例20個(gè)樣本，并且包含離散的最劣值。
附注各測(cè)量單位如下色散ps/nm/km；色散斜率ps/nm2/km；PMDps·km-1/2；彎曲直徑20mm的損耗增量dB/m；Aeffμm2；色散值和色散斜率在1530nm-1565nm中最大。其余的值取自1550nm波長。
表1

表1揭示防氫處理的光纖即使分別在重氫(D2)氛圍進(jìn)行防氫測(cè)試后，也將傳輸損耗抑制到小于0.25dB/km。反之，未作防氫處理的對(duì)比例1和2在防氫測(cè)試后傳輸信號(hào)變成大于0.25dB/km。
此外，防氫測(cè)試中還證實(shí)具有不同于圖1和圖2中所示RI分布(例如單峰狀、階梯狀或W形)的防氫光纖不會(huì)帶來傳輸損耗的增加。
權(quán)利要求
1.一種低衰減光纖，其特征在于包含在1530nm至1565nm波段絕對(duì)值為2.0至14.0ps/nm/km的色散(D)；標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下在1550nm波長保持不大于0.25dB/km的傳輸損耗；其中所述1520nm處的傳輸損耗以常規(guī)溫度在常規(guī)大氣壓下暴露在實(shí)質(zhì)上含氫的氛圍中足夠長的時(shí)間后，不超過0.25dB/km。
2.如權(quán)利要求1所述的低衰減光纖，其特征在于還包含在1530nm至1565nm波段不大于0.15ps/nm2/km的色散斜率(S)；不大于0.5ps·km-1/2的極化膜色散(PMD)；彎曲成20mm直徑時(shí)在1550nm波長處不大于40dB/m的損耗增量。
3.如權(quán)利要求1所述的低衰減光纖，其特征在于還包含在1550nm波長處不大于90μm2的有效芯面積(Aeff)。
4.如權(quán)利要求1所述的低衰減光纖，其特征在于還包含在1530nm至1565nm波段為0.04至0.08ps/nm2/km的色散斜率；絕對(duì)值為6ps/nm/km至10ps/nm/km的色散；在1550波長處為40μm2至70μm2的有效芯面積。
5.如權(quán)利要求2所述的低衰減光纖，其特征在于還包含在1550nm波長處不大于90μm2的有效芯面積。
6.如權(quán)利要求2所述的低衰減光纖，其特征在于包含在1530nm至1565nm波段為0.04ps/nm2/km至0.08ps/nm2/km的色散斜率；絕對(duì)值為6ps/nm/km至10ps/nm/km的色散；在1550nm波長處為40μm2至70μm2的有效芯面積。
7.一種低衰減光纖，其特征在于包含在1530nm至1565nm波段絕對(duì)值為2.0至14.0PS/nm/km的色散(D)；標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下在1550nm波長保持不大于0.25dB/km的傳輸損耗；其中所屬1550nm處的傳輸損耗以常規(guī)溫度在常規(guī)大氣壓下暴露在實(shí)質(zhì)上含氫的氛圍中足夠長的時(shí)間后，不超過0.25dB/km。
8.如權(quán)利要求7所述的低衰減光纖，其特征在于包含在1530nm至1565nm波段不大于0.15ps/nm2/km的色散斜率(S)；不大于0.5ps·km-1/2的極化膜色散(PMD)；彎曲成20mm直徑時(shí)在1550nm波長處不大于40dB/m的損耗增量。
9.如權(quán)利要求7所述的低衰減光纖，其特征在于還包含在1550nm波長處不大于90μm2的有效芯面積(Aeff)。
10.如權(quán)利要求7所述的低衰減光纖，其特征在于還包含在1530nm至1565nm波段為0.04至0.08ps/nm2/km的色散斜率；絕對(duì)值為6ps/nm/km至10ps/nm/km的色散；在1550波長處為40μm2至70μm2的有效芯面積。
11.如權(quán)利要求8所述的低衰減光纖，其特征在于包含在1550nm波長處不大于90μm2的有效芯面積。
12.如權(quán)利要求8所述的低衰減光纖，其特征在于還包含在1530nm至1565nm波段為0.04ps/nm2/km至0.08ps/nm2/km的色散斜率；絕對(duì)值為6ps/nm/km至10ps/nm/km的色散；在1550nm波長處為40μm2至70μm2的有效芯面積。
13.一種低衰減光纖防氫處理方法，其特征在于所述防氫處理是以常規(guī)溫度在實(shí)質(zhì)上含氘的氛圍中進(jìn)行暴露，并且在拉纖工序后進(jìn)行的。
全文摘要
一種低衰減光纖,在1530nm－1565nm波段色散絕對(duì)值為2－14ps/nm/km,并且常規(guī)溫度和相對(duì)濕度下在1550nm波長處傳輸損耗不大于0.25dB/km,即使在實(shí)質(zhì)上含氫的常規(guī)大氣壓下暴露足夠長的時(shí)間后,1550nm或1520nm處不大于0.5PS·km
文檔編號(hào)G02B6/02GK1372399SQ0210537
公開日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2002年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者高橋文雄, 田村順一, 飯野顯 申請(qǐng)人:古河電氣工業(yè)株式會(huì)社