一種單模光纖的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光纖通信系統(tǒng)中使用的低衰減單模光纖，包括有芯層和包層，其特征在于芯層的折射率分布n（r）滿足g型折射率分布：n（r）=n0[1-2Δ1(r/R1)g]1/2（r≦R1），芯層Δ1為-0.05%~+0.05%，g為10~30，芯層半徑R1為4.0μm~5.0μm，包層從內(nèi)至外依次包括內(nèi)包層、中間包層和外包層，內(nèi)包層Δ2為-0.3%~-0.45%，半徑R2為20μm~30μm，中間包層Δ3大于Δ2，并且中間包層的相對折射率差、半徑與內(nèi)包層的相對折射率差、半徑存在以下的數(shù)值關(guān)系：設(shè)V=(R3-R2)×(Δ3-Δ2)，則V值的范圍為0.5×10-2μm%~7×10-2μm%。本發(fā)明光纖在1550nm波長處的衰減系數(shù)小于或等于0.180dB/km，不僅具有低的光纖損耗，而且制作工藝性好、成本低，適于規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】一種單模光纖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光通信系統(tǒng)中使用的低衰減單模光纖，該光纖具有低的光纖損耗和良好的生產(chǎn)適用性，屬于光通信【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]單模光纖具有質(zhì)量輕、尺寸小、抗電磁干擾、傳輸速率快、信息容量大和傳輸距離遠等優(yōu)點。在世界范圍內(nèi)，G.652單模光纖已經(jīng)大量地鋪設(shè)并應(yīng)用于光通信網(wǎng)絡(luò)之中。隨著相關(guān)光器件、光放大技術(shù)和相關(guān)調(diào)制解調(diào)技術(shù)的進一步發(fā)展，光通信系統(tǒng)正向著更高的傳輸速率和更長的傳輸距離的方向持續(xù)發(fā)展。光通信系統(tǒng)的發(fā)展對單模光纖的相關(guān)性能也提出了更為嚴格的要求。光纖的衰減系數(shù)是單模光纖的重要性能之一。光纖的衰減系數(shù)減小后，系統(tǒng)中的光信噪比(OSNR: optical-signal-to-noise ratio)就可以得到提高,則系統(tǒng)中攜帶的光信號的可傳輸距離就更長，傳輸容量就更大，可有效提高系統(tǒng)的傳輸性能和傳輸距離。
[0003]光纖的衰減水平是與制造光纖的材料、工藝、設(shè)備等技術(shù)緊密相關(guān)的。光纖在通信窗口的損耗主要來自材料的紅外吸收和紫外吸收的拖尾、水峰的吸收、散射損耗、彎曲損耗和缺陷帶來的損耗。在當前光纖制備技術(shù)下，光纖衰減的最大來源是散射損耗。通信光纖的散射損耗包括線性散射和非線性散射。非線性散射主要是受激拉曼散射和受激布里淵散射，而光纖中的線性散射主要是瑞利散射。光纖中瑞利散射是由于光纖芯層中摻雜的二氧化鍺的密度與濃度起伏所引起。而摻雜二氧化鍺的主要目的是增大光纖芯層的折射率，形成光波導(dǎo)。要進一步降低光纖的損耗，需要降低瑞利散射損耗，最佳的途徑是采用單一材料的純娃芯，從材料的角度看，純娃芯光纖由于二氧化娃芯層材料全部是玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體，未摻雜網(wǎng)絡(luò)修飾體，使得玻璃網(wǎng)絡(luò)的致密性與均勻性提高，因此純硅芯光纖可以最大程度上克服摻雜引起的密度與濃度起伏，也就降低了瑞利散射損耗。然而，為了形成光波導(dǎo)，必須在純硅芯外沉積摻氟的包層，這對設(shè)備、工藝和波導(dǎo)設(shè)計等方面提出了很大挑戰(zhàn)，進而，對于光纖的成本降低以及光纖預(yù)制棒尺寸的增大產(chǎn)生了限制。另一方面，純娃芯材料與摻氟包層材料在粘度、熱膨脹系數(shù)等材料性能方面的差異較大，造成光纖拉絲過程中光纖的芯包材料失配嚴重，拉絲張力集中于光纖纖芯部分，光纖的殘留應(yīng)力和拉絲缺陷增加，光纖的損耗無法得到降低，反而可能增加。
[0004]在美國專利US6917740中，描述了一種材料粘度失配得到改善的純硅芯單模光纖及其制造方法。通過在芯層中摻氯(Cl)和氟(F)，使得芯層與包層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的差值縮小到200°C以內(nèi)，優(yōu)化光纖的衰減性能。該專利未對光纖的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，特別是光纖包層結(jié)構(gòu)進行具體的描述，同時也未涉及到光纖的光學傳輸性能。
[0005]在美國專利US6449415中，公開了一種芯層摻氯(Cl)，其相對折射率為正值，包層摻氟(F),其相對折射率為負值的光纖，并且該光纖具有內(nèi)包層為下陷包層(depressedcladding)的結(jié)構(gòu)。芯層摻氯的材料可以有效降低光纖芯包材料的失配，減少由拉絲過程產(chǎn)生的附加應(yīng)力。該專利中，為了實現(xiàn)芯層的相對折射率達到0.08%，其Cl的含量要達到Iwt% (10000 ppm)。一般的，在光纖預(yù)制棒的芯層部分，Cl的含量在5000 ppm以下，如果Cl的含量增大，則容易出現(xiàn)芯層夾雜氣泡等工藝問題。該專利未對光纖的完整的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進行描述，特別是光纖的包層部分的結(jié)構(gòu)。
[0006]在美國專利US6947650中，提出了一種具有摻氟下陷內(nèi)包層的純硅芯光纖，其下陷包層的直徑D與芯層d的直徑之比D/d約為8.5，范圍為小于10。其光纖的工作波長入op與截止波長λ cut的比值范圍在1.0和1.2之間。對于光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的其它相關(guān)參數(shù)，比如芯層和包層的相對折射率，以及光纖的衰減等性能均未予以描述。
[0007]在美國專利US7526177B2中，提出了一種具有摻氟的下陷芯層和更深的摻氟下陷包層的光纖。該光纖芯層的F含量至少為0.41 wt%，而包層的F含量至少為1.2 wt%0 一般而言，包層的摻F含量越多，則意味著工藝實現(xiàn)難度越大，制造成本也越高。
[0008]在中國專利201110114732.X中，提出了一種具有下陷包層(trench)的低衰減單模光纖。該下陷包層在光纖波導(dǎo)中具有最小的相對折射率，意味著該層的摻F含量最多。該下陷包層的結(jié)構(gòu)設(shè)計不利于光纖預(yù)制棒的尺寸的增加，也不利于降低光纖預(yù)制棒的成本。
[0009]一般的，摻雜劑會改變石英玻璃的相對折射率。鍺(Ge)、氯(Cl)、磷(P)等摻雜劑可以使得摻雜后的石英玻璃的相對折射率為正值，我們稱之為“正摻雜劑”，而氟(F)、硼(B)等摻雜劑可以使得摻雜后的石英玻璃的相對折射率為負值，我們稱之為“負摻雜劑”。如果同時使用一種“正摻雜劑”和一種“負摻雜劑”對石英玻璃進行摻雜，則摻雜后的石英玻璃的相對折射率可以為正值或者負值，或者為O。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為方便介紹本
【發(fā)明內(nèi)容】
，定義以下術(shù)語:
折射率剖面:光纖中玻璃折射率與其半徑之間的關(guān)系。
[0011]相對折射率差:
【權(quán)利要求】
1.一種單模光纖，包括有芯層和包層，其特征在于芯層的折射率分布n (r)滿足g型折射率分布:n (r)=n0[l-2 Δ I (r/Rl)g]1/2，r 芻 Rl，芯層相對折射率差 Λ I 為-0.05%~+0.05%,g為10-30，芯層半徑Rl為4.0 μ πm-5.0 μ m，包繞在芯層外的是包層，包層從內(nèi)至外依次包括內(nèi)包層、中間包層和外包層，內(nèi)包層相對折射率差Λ 2為-0.3%~-0.45%，半徑R2為20μπm-30μπm，中間包層相對折射率差Λ 3大于Λ 2，并且中間包層的相對折射率差、半徑與內(nèi)包層的相對折射率差、半徑存在以下的數(shù)值關(guān)系:設(shè)V= (R3-R2) X (Λ3-Λ2)，則V值的范圍為 0.5 X 10-2 μ m%~7 X 10-2 μ m%。
2.如權(quán)利要求1所述的單模光纖，其特征在于所述的芯層的Cl的含量[Cl]芯層為1000ppnT5000ppm,所述的內(nèi)包層的Cl的含量[Cl]內(nèi)包層為500ppnT2000ppm,所述的中間包層的Cl的含量[Cl]中間包層為300ppnTl800ppm，所述的外包層的Cl的含量[Cl]外包層為0ppm~1500ppmo
3.如權(quán)利要求1或2所述的單模光纖，其特征在于所述的芯層主要由摻氟(F)的石英玻璃或氟鍺共摻的石英玻璃組成，芯層氟(F)的貢獻量Λ F為-0.03%~-0.08%。
4.如權(quán)利要求1或2所述的單模光纖，其特征在于所述的內(nèi)包層主要由摻氟(F)的石英玻璃組成，其相對折射率差Λ2與芯層的Al的差值的絕對值I Λ1-Λ2|為0.32%~0.42%ο
5.如權(quán)利要求1或2所述的單模光纖，其特征在于所述的中間包層主要由摻氟(F)的石英玻璃組成，其相對折射率Λ 3為-0.25%~-0.35%，半徑R3為40 μ πm-55 μ m。
6.如權(quán)利要求1或2所述的單模光纖，其特征在于所述的外包層為純二氧化硅石英玻璃層，半徑R4為62 μ m~63 μ m。
7.如權(quán)利要求1或2所述的單模光纖，其特征在于所述光纖在1550nm波長處的衰減系數(shù)小于或等于0.180 dB/km。
8.如權(quán)利要求7所述的單模光纖,其特征在于所述光纖在1550nm波長處的模場直徑為10 μ m~ll μ m。
9.如權(quán)利要求7所述的單模光纖，其特征在于所述光纖具有小于或等于1260nm的光纜截止波長；所述光纖的零色散波長點為1300nnTl324nm。
10.如權(quán)利要求7所述的單模光纖,其特征在于所述光纖在1700nm的微彎損耗小于或等于 5dB/km。
【文檔編號】G02B6/02GK103454719SQ201310394404
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】楊晨, 龍勝亞, 朱繼紅, 黃利偉, 曹蓓蓓, 羅杰 申請人:長飛光纖光纜有限公司