本發(fā)明涉及一種用于光通信技術(shù)領(lǐng)域的光纖，具體涉及一種低串擾少模光纖。

背景技術(shù)：

單模光纖由于其傳輸速率快，攜帶信息容量大，傳輸距離遠等優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用于光纖通信網(wǎng)絡(luò)之中。而近年來，隨著通信及大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對容量的需求與日俱增，網(wǎng)絡(luò)帶寬快速擴張，光傳輸網(wǎng)絡(luò)的容量正逐步接近單根光纖的香農(nóng)極限：100Tb/s?？辗謴?fù)用和模分復(fù)用技術(shù)可以打破傳統(tǒng)的香農(nóng)極限，實現(xiàn)更高帶寬的傳輸，是解決傳輸容量問題的最好方法。支持此復(fù)用技術(shù)的光纖即多芯光纖和少模光纖。實驗表明，使用少模光纖結(jié)合MIMO技術(shù)能夠在一個以上的空間傳播模式下傳輸信號。并且MIMO技術(shù)能夠補償模式間的相互耦合，在接收端將各個空間模式分離開來。美國專利US8948559、US8848285、US8837892、US8705922以及中國專利CN104067152、CN103946729等提出了拋物線型或階躍型剖面的少模光纖，但它們各自存在優(yōu)缺點。具有階躍型剖面的少模光纖制造工藝簡單，易于實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，但其通常具有較大的DGD，甚至高達幾千ps/km。拋物線型剖面的少模光纖有更多的可調(diào)節(jié)參數(shù)從而使得模間串擾和DGD均達到很低的水平，但其制備工藝復(fù)雜，alpha參數(shù)難以精確均勻地控制，可重復(fù)性不高。且折射率剖面沿預(yù)制棒軸向上的微小波動就能造成光纖不同段長處DGD的明顯變化。

另一方面，隨著光放大技術(shù)的進一步發(fā)展，光通信系統(tǒng)正向著更高傳輸功率和更長傳輸距離的方向發(fā)展。作為光通信系統(tǒng)中的重要傳輸媒質(zhì)，光纖的相關(guān)性能也必須有進一步的提升，以滿足光通信系統(tǒng)實際發(fā)展的需要。衰減和模場直徑是單模光纖的兩個重要的性能指標。光纖的衰減越小，光信號在這種媒質(zhì)中的傳輸距離越長，光通信系統(tǒng)的無中繼距離也越長，從而能顯著減少中繼站數(shù)量，在提高通信系統(tǒng)可靠性的同時使得建設(shè)和維護成本大幅降低；光纖的模場直徑越大，有效面積就越大，則其非線性效應(yīng)就越弱。大有效面積可以有效地抑制自相位調(diào)制、四波混頻、交叉相位調(diào)制等非線性效應(yīng)，保證高功率光信號的傳輸質(zhì)量。降低衰減和增大有效面積可以有效地提高光纖通信系統(tǒng)中的光信噪比，進一步提高系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸質(zhì)量。

在光纖預(yù)制棒的制造過程中一般可以采用以下幾種方法來降低光纖衰減。比如，采用更高純度的原材料，提高生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備密封性能，降低外界雜質(zhì)引入的幾率?；蛘?，采用更大外徑的預(yù)制棒制造工藝，通過大尺寸預(yù)制棒的稀釋效應(yīng)降低光纖的整體衰減。另外，在光纖制造過程中，裸光纖表面涂層的涂覆工藝也是影響光纖衰減性能的一個重要因素。但是，無論從理論上還是實際光纖制備中的成本和工藝控制上來講，降低光纖的摻雜并優(yōu)化光纖的剖面是最簡單且有效的降低光纖衰減的方法。一般來說，摻雜材料的濃度越低，則瑞利散射所引起的損耗越小。通過優(yōu)化芯層直徑和摻氟濃度等參數(shù)，不僅可以增大單模光纖的有效面積，而且可以有效的降低光纖中瑞利散射等造成損耗，是一種有效可靠的降低光纖衰減的方法。

隨著少模光纖研究的深入，對少模光纖的設(shè)計及應(yīng)用逐漸擴展到更多的方面。例如在少模光纖中傳輸?shù)膯文Ｏ鄬τ谀Ｊ交旌喜幻舾?，因此少模光纖能被用作大有效面積光纖等。近年來對少模光纖中的模式耦合的研究引起關(guān)注，弱耦合少模光纖能夠被優(yōu)化適用于單模和模分復(fù)用系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供了一種模式間低串擾的少模光纖，在信號傳輸尤其是短距離信號傳輸中，能夠在實現(xiàn)高容量傳輸?shù)耐瑫r，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)少模復(fù)用傳輸。

為方便介紹本發(fā)明內(nèi)容，定義如下術(shù)語：

預(yù)制棒：是由芯層和包層組成的徑向折射率分布符合光纖設(shè)計要求可直接拉制成所設(shè)計光纖的玻璃棒或組合體；

芯棒：含有芯層和部分包層的實心玻璃預(yù)制件；

半徑：該層外邊界與中心點之間的距離；

折射率剖面：光纖或光纖預(yù)制棒(包括芯棒)玻璃折射率與其半徑之間的關(guān)系；

相對折射率差：

n_i和n₀分別為各對應(yīng)光纖各部分的折射率和純二氧化硅玻璃的折射率；

氟(F)的貢獻量：摻氟(F)石英玻璃相對于純石英玻璃的相對折射率差值(ΔF)，以此來表示摻氟(F)量；

鍺(Ge)的貢獻量：摻鍺(Ge)石英玻璃相對于純石英玻璃的相對折射率差值(ΔGe)，以此來表示摻鍺(Ge)量；

OVD工藝：用外部氣相沉積和燒結(jié)工藝制備所需厚度的石英玻璃；

VAD工藝：用軸向氣相沉積和燒結(jié)工藝制備所需厚度的石英玻璃；

APVD外包工藝：用高頻等離子體焰將天然或合成石英粉熔制于芯棒表面制備所需厚度的SiO₂玻璃；

裸光纖：指光纖中不含涂覆層的玻璃絲。

本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為：

包括有芯層和包層，其特征在于所述的芯層相對折射率差Δ1為0.5～1％，半徑R1為5～11μm，所述的包層從內(nèi)向外包括內(nèi)包層、下陷包層和外包層，所述的內(nèi)包層相對折射率差Δ2為-0.04～0.04％，半徑R2為10～17μm，所述的下陷包層緊密圍繞內(nèi)包層，下陷包層相對折射率差Δ3為-0.8～-0.4％，半徑R3為17～30μm，所述的外包層緊密圍繞下陷包層，外包層為純石英玻璃層。

按上述方案，所述的芯層相對折射率差從中心向外遞減，所述的遞減呈階躍型或漸變型。

按上述方案，所述的芯層由鍺(Ge)和氟(F)共摻的石英玻璃組成，鍺(Ge)的貢獻量ΔGe為0.5～1.1％，氟(F)的貢獻量ΔF為-0.1％～0％。

按上述方案，所述的內(nèi)包層由摻氟(F)和鍺(Ge)的石英玻璃組成，或純石英玻璃組成。

按上述方案，所述的下陷包層由摻氟(F)的石英玻璃組成。

按上述方案，所述光纖的有效面積在1550nm波長處為110～160μm²。

按上述方案，所述光纖在1550nm波長處支持3個或3個以上穩(wěn)定的傳輸模式。

按上述方案，所述光纖3個或3個以上傳輸模式在1550nm波長處的衰減系數(shù)均小于或等于0.25dB/km。

按上述方案，所述光纖的模式包括LP01、LP11、LP21和LP02，LP31和LP12。

本發(fā)明的有益效果在于：1、通過特定的芯層結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得光纖各個傳輸模式的有效折射率之間具有較大的有效折射率差值，從而使得各個模式間的串擾降低，使得每個傳輸模式能夠單獨傳播信號，信道之間互不干擾，通常，少模光纖在模式串擾較高的情況下，需要采用MIMO及復(fù)雜的DSP系統(tǒng)來實現(xiàn)信號的復(fù)用-解復(fù)用，而模式之間實現(xiàn)低串擾后，能夠在實現(xiàn)高容量傳輸?shù)耐瑫r，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)少模復(fù)用傳輸；2、通過特定的摻雜設(shè)計，芯層中同時摻雜氟和鍺，使得芯層材料的粘度得到降低，可以匹配芯層與包層的粘度，從而在拉絲后光纖內(nèi)部的殘余應(yīng)力進一步減小，有利于改善光纖的衰減性能，在達到低串擾效果的同時，保證了光纖的低損耗，同時通過芯層及包層的結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了光纖在彎曲條件下，較低的附加損耗，該設(shè)計保證了光纖在實際應(yīng)用環(huán)境下良好的傳輸性能。3、光纖具有較簡單的制備工藝，其制備工藝和階躍型單模光纖基本一致，易于通過摻雜和層數(shù)的控制來實現(xiàn)芯層及包層的制備，不會增加工藝難度或成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實施例的光纖徑向截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一個實施例的光纖折射率剖面示意圖。

圖3為本發(fā)明另一個實施例的光纖折射率剖面圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

本發(fā)明的實施例如圖1、2所示，包括有一層芯層和三層包層，芯層1由摻氟(F)和鍺(Ge)的石英玻璃組成，相對折射率差為Δ1，芯棒由PCVD工藝制備。圍繞在芯層外有三個包層。內(nèi)包層2緊密圍繞芯層，由PCVD工藝制備的氟(F)和鍺(Ge)共摻的石英玻璃組成，或由純石英玻璃組成，相對折射率差為Δ2。下陷包層3緊密圍繞內(nèi)包層，由摻氟(F)的石英玻璃組成，其相對折射率差Δ3小于其它包層，由PCVD工藝或OVD工藝制備。外包層4為緊密圍繞下陷包層的外包層，外包層為純石英玻璃層，即相對折射率差為0％，由OVD工藝制備，外包層的直徑R4為125±0.7μm。光纖的涂覆層采用雙層涂覆工藝，拉絲速度為600-2000m/min，

按照上述少模光纖的技術(shù)方案，在其所規(guī)定的范圍內(nèi)對光纖的參數(shù)進行設(shè)計，并通過已知的PCVD工藝、MCVD工藝、OVD工藝或VAD工藝等芯棒制造工藝根據(jù)光纖的設(shè)計要求制造芯棒，通過套管工藝、OVD工藝或VAD工藝等外包工藝來完成整個預(yù)制棒的制造。

所拉制光纖的折射率剖面使用NR-9200設(shè)備(EXFO)進行測試，光纖的折射率剖面以及摻雜材料的主要參數(shù)如表1所示。

所拉制光纖的主要性能參數(shù)如表2所示。數(shù)據(jù)表明，按照本發(fā)明的技術(shù)方案所制造的光纖，其在1550nm波長處支持四至六個穩(wěn)定的傳輸模式，分別是LP01，LP11，LP21和LP02，LP31和LP12。所有傳輸模式在1550nm波長處的衰減系數(shù)均小于或等于0.23dB/km，優(yōu)選條件下小于或等于0.20dB/km。

表1：實施例少模光纖的結(jié)構(gòu)和材料組成

表2：實施例少模光纖的主要性能參數(shù)