本發(fā)明涉及一種低衰減單模光纖及其制備方法，屬于光纖通信
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：光纖通信具有傳輸容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速度快等特點，被廣泛用于長途干線網(wǎng)、城域網(wǎng)以及接入網(wǎng)等光通信網(wǎng)絡(luò)。滿足itu-tg.652d標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖是最常用的通信光纖。降低單模光纖衰減系數(shù)可以有效提高光纖通信系統(tǒng)的傳輸距離，大大減少中繼站的數(shù)量和成本，對優(yōu)化傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和降低運營成本具有重要意義。產(chǎn)生光纖衰耗的原因主要有吸收損耗、散射損耗和附加損耗。其中散射損耗包括線性散射、非線性散射和結(jié)構(gòu)不完整散射等。在散射損耗中最重要的損耗之一是瑞利散射損耗，它是一種線性散射，其大小與光波長的四次方成反比。瑞利散射損耗與摻雜劑引起的濃度波動和材料粘度失配引起的密度波動相關(guān)。降低芯層摻雜劑的濃度可以減小濃度波動引起的瑞利散射損耗。另外，在芯層摻入降低玻璃粘度的摻雜劑可以減少高溫拉絲時玻璃的結(jié)構(gòu)弛豫時間，有利于提高密度的均勻性，從而減小密度波動引起的瑞麗散射損耗。hiroshikakiuchida等人(j.appl.phys.vol.42(2003)pp.l1526–l1528)提出cl比f更有利于降低瑞利散射，cl幾乎不引起濃度波動，但可減少拉絲退火弛豫時間，降低虛擬溫度，摻氯可有效降低光纖衰減。a.chmel等人(journalofnon-crystallinesolids195(1996)176-179)通過mcvd平臺用sicl4+cl2的混合氣體摻氯，所得cl含量為6mol％(3.57wt％)；用sims(二次離子質(zhì)譜)表征si-cl鍵，指出氯可取代橋氧生成si-cl鍵。在石英玻璃光纖中摻氯可以降低密度波動引起的瑞利散射損耗，并且具有可行性。美國專利us20160011365a1中，用ovdsoot芯棒用cl2摻cl,燒結(jié)后套入ovdsoot外包棒形成組合棒，將組合棒在sif4中摻f，燒結(jié)后得到芯層摻cl(芯子含cl>1.5wt％(15000ppm))、包層摻f的預(yù)制棒，獲得了1550nm波長衰減為0.160db/km的超低衰減光纖，但這種方法芯層和包層是分開沉積的，存在芯層/包層界面容易受污染的問題。美國專利us20160009588a1中，采用soot-to-glass工藝，在包層燒結(jié)摻cl,包層含cl>500ppm,外包層含cl>2000ppm，利用cl和還原劑減少富氧缺陷和非橋氧缺陷，減小氫損敏感性，從而減少d2處理時間，沒有涉及低衰減光纖的應(yīng)用。美國專利us6343175b1中，采用vad+ovd工藝,在芯層摻cl5000ppm，相對折射率貢獻(xiàn)0.05％，包層摻f，并未提及具體摻氯工藝參數(shù)，而且氯含量比較低。在專利wo2003037810a1中，采用ovd+ovd工藝,燒結(jié)時爐內(nèi)加含cl氣體并進(jìn)行密封，用壓縮機加壓對soot芯棒進(jìn)行摻cl，專利中并未對預(yù)制棒和光纖剖面進(jìn)行說明。在美國專利us6776012b2中，用vad或ovd做芯棒，改進(jìn)脫水時氣氛(o2+cl,f,co三者至少一種)，改進(jìn)還原條件，減少缺陷，改善水峰和氫損，沒有提及摻氯工藝參數(shù)和在低衰減光纖方面的應(yīng)用。技術(shù)實現(xiàn)要素：為方便介紹
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(內(nèi)包層)的實心玻璃預(yù)制件；半徑：該層外邊界與芯棒中心點之間的距離；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：δ％＝[(n(i)2–n(0)2)/(2n(i)2)]×100％≈[n(i)-n(0)]/n(0)×100％n(i)和n(0)分別為對應(yīng)光纖第i層的折射率和純二氧化硅玻璃層的折射率；氟(f)的貢獻(xiàn)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(xiàn)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；氯(cl)的貢獻(xiàn)量：摻氯(cl)石英玻璃相對于純石英玻璃的相對折射率差值(δcl)，以此來表示摻氯(cl)量；ovd工藝：用外部氣相沉積工藝制備石英玻璃預(yù)制棒的方法；vad工藝：用軸向氣相沉積工藝制備石英玻璃預(yù)制棒的方法；soot:ovd或vad工藝中沉積形成的由sio2組成的疏松體；低衰減光纖：滿足1310nm衰減小于0.325db/km，1383nm衰減小于0.325db/km，1550nm衰減小于0.185db/km的單模光纖；低衰減光纖產(chǎn)出比例：[低衰減光纖長度]/[光纖總長度]*100％。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種低衰減單模光纖及其制備方法，通過摻氯減少芯層摻鍺量和改善芯包層粘度匹配實現(xiàn)光纖的低衰減，該光纖制備工藝較為簡單，制作成本低，且工藝穩(wěn)定，產(chǎn)出合格率高。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的光纖技術(shù)方案為：包括有芯層和包層，其特征在于所述的芯層半徑r1為3.5～4.0μm，相對折射率差△1為0.33～0.36％，芯層外從內(nèi)向外依次包覆內(nèi)包層和外包層，所述的內(nèi)包層半徑r2為12～14μm，相對折射率差△2為-0.01～0.01％，所述的外包層半徑r3為62～63μm，所述的外包層為純二氧化硅玻璃層。按上述方案，所述的芯層為摻鍺和摻氯二氧化硅玻璃層，其中鍺的貢獻(xiàn)量δge為0.24～0.28％，氯的貢獻(xiàn)量δcl為0.07～0.15％。按上述方案，所述的內(nèi)包層為摻氟和摻氯二氧化硅玻璃層，其中氟的貢獻(xiàn)量δf為-0.12～-0.07％，氯的貢獻(xiàn)量δcl為0.07～0.12％。按上述方案，所述光纖在1310nm波長處的模場直徑為8.4～9.6微米。按上述方案，所述光纖在1310nm波長處的衰減系數(shù)小于或等于0.335db/km，優(yōu)選條件下小于或等于0.324db/km，更優(yōu)選條件下小于或等于0.314db/km；在1550nm波長處的衰減系數(shù)小于或等于0.195db/km，優(yōu)選條件下小于或等于0.184db/km，更優(yōu)選條件下小于或等于0.178db/km。按上述方案，所述光纖具有小于或等于1260nm的光纜截止波長。按上述方案，所述光纖的零色散波長為1300nm～1324nm；光纖在零色散波長處的色散斜率小于或等于0.092ps/(nm2*km)。本發(fā)明制備方法的技術(shù)方案為：通過vad工藝制造芯棒soot，形成芯層和內(nèi)包層，在芯層沉積過程摻入鍺，在內(nèi)包層沉積過程摻入氟，形成芯層摻鍺、內(nèi)包層摻氟的芯棒soot，將此芯棒soot放入燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行脫水，脫水完成后通入一定量的含氯原料作為摻雜劑進(jìn)行摻氯，然后進(jìn)行燒結(jié)致密化得到芯層摻鍺和氯、內(nèi)包層摻氟和氯的玻璃芯棒；將此芯棒套入純二氧化硅外套管，或通過ovd工藝在此芯棒外面沉積外包層，得到可供拉絲的預(yù)制棒，將此預(yù)制棒在1500～3300m/min的拉絲速度下進(jìn)行拉絲形成光纖。按上述方案，所述的含氯原料為cl2、sicl4中的一種或兩種。按上述方案，所述光纖加工時的拉絲速度為1000m/min～3300m/min。按上述方案，所述光纖加工時的拉絲速度為1500m/min～3000m/min。按上述方案，所述光纖加工時的拉絲速度為1800m/min～2800m/min。按上述方案，所述光纖加工時的拉絲速度為2000m/min～2500m/min。按上述方案，所述光纖加工時的裸光纖的拉絲張力為100g～350g。按上述方案，所述光纖加工時的裸光纖的拉絲張力為120g～300g。按上述方案，所述光纖加工時的裸光纖的拉絲張力為130g～250g。按上述方案，所述光纖加工時的裸光纖的拉絲張力為140g～200g。本發(fā)明的有益效果在于：1.在芯層摻入氯元素，替代部分鍺元素的正折射率貢獻(xiàn)，可以減少摻鍺量，從而減小鍺的濃度波動引起的瑞麗散射損耗。芯層摻入氯元素，還可以降低芯層玻璃的粘度，從而減少高溫拉絲時玻璃的結(jié)構(gòu)弛豫時間，有利于提高密度的均勻性，從而減小密度波動引起的瑞麗散射損耗，使光纖的衰減有效降低；2.本發(fā)明在內(nèi)包層摻入氟和氯，可以改善芯層和包層的玻璃粘度匹配，有利于減小應(yīng)力和光纖衰減；3.本發(fā)明的摻雜過程中，芯層和內(nèi)包層是同步沉積的，可以避免芯層和內(nèi)包層分開沉積容易導(dǎo)致界面污染的風(fēng)險；4.通常獲得低衰減光纖的拉絲速度不高于2500m/min，而本發(fā)明光纖減少了摻鍺量、增加了氯含量，本征衰減更低，可以在≥3000m/min的拉絲速度下獲得低衰減光纖；5.本發(fā)明工藝穩(wěn)定，低衰減光纖產(chǎn)出比例高，可以達(dá)到90％以上。附圖說明圖1為本發(fā)明一個實施例的工藝流程圖。圖2為本發(fā)明另一個實施例的工藝流程圖。圖3為本發(fā)明一個實施例中光纖折射率剖面示意圖，圖中r1為芯層半徑，r2為內(nèi)包層半徑，r3為外包層半徑(即裸光纖半徑)。圖4為本發(fā)明和常規(guī)技術(shù)所得光纖芯層ge的相對折射率貢獻(xiàn)的對比。具體實施方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實施例1：本發(fā)明制備低衰減預(yù)制棒及光纖的方法，如圖1所示，通過vad工藝沉積芯棒soot，在芯層沉積過程通入gecl4進(jìn)行摻鍺，在內(nèi)包層沉積過程通入含氟原料(cf4、sf6、c2f6、sif4中的一種或多種)作為摻雜劑進(jìn)行摻氟，形成芯層摻鍺、內(nèi)包層摻氟的芯棒soot。將此芯棒soot放入燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行脫水，脫水完成后通入一定量的含氯原料(cl2和/或sicl4)作為摻雜劑進(jìn)行摻氯，然后進(jìn)行燒結(jié)致密化和退火得到芯層摻鍺和氯、內(nèi)包層摻氟和氯的玻璃芯棒，其中，內(nèi)包層氟的負(fù)折射率貢獻(xiàn)和氯的正折射率貢獻(xiàn)進(jìn)行抵消，內(nèi)包層總的相對折射率接近為0。將此芯棒套入純二氧化硅外套管，得到可供拉絲的預(yù)制棒，將該預(yù)制棒進(jìn)行拉絲，拉絲速度為2500～3300m/min,裸光纖拉絲張力為100g～350g，本實施例制備低衰減光纖預(yù)制棒的玻璃摻雜工藝參數(shù)如表1所示。所得光纖主要性能參數(shù)如表2所示，在1310nm波長處的衰減為0.295db/km～0.311db/km,在1550nm波長處的衰減為0.171db/km～0.179db/km，所得低衰減光纖產(chǎn)出比例為99.2％～100.0％。實施例所得光纖的一種剖面示意圖如圖3所示，光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表5所示。表1實施例1預(yù)制棒的玻璃摻雜工藝參數(shù)表2實施例1所得光纖主要性能參數(shù)實施例2：本發(fā)明制備低衰減預(yù)制棒及光纖的方法，如圖2所示，通過vad工藝沉積芯棒soot，在芯層沉積過程通入gecl4進(jìn)行摻鍺，在內(nèi)包層沉積過程通入含氟原料(cf4、sf6、c2f6、sif4中的一種或多種)作為摻雜劑進(jìn)行摻氟，形成芯層摻鍺、內(nèi)包層摻氟的芯棒soot。將此芯棒soot放入燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行脫水，脫水完成后通入一定量的含氯原料(cl2和/或sicl4)作為摻雜劑進(jìn)行摻氯，然后進(jìn)行燒結(jié)致密化得到芯層摻鍺和氯、內(nèi)包層摻氟和氯的玻璃芯棒，其中，內(nèi)包層氟的負(fù)折射率貢獻(xiàn)和氯的正折射率貢獻(xiàn)進(jìn)行抵消，內(nèi)包層總的相對折射率接近為0。將此芯棒作為靶棒，用ovd工藝沉積純二氧化硅外包層，經(jīng)過脫水、燒結(jié)玻璃化和退火后得到可供拉絲的預(yù)制棒，將該預(yù)制棒進(jìn)行拉絲，拉絲速度為2500～3300m/min,裸光纖拉絲張力為100g～350g，本實施例制備低衰減光纖預(yù)制棒的玻璃摻雜工藝參數(shù)如表3所示。所得光纖主要性能參數(shù)如表4所示，在1310nm波長的衰減為0.297db/km～0.313db/km,在1550nm波長的衰減為0.172db/km～0.180db/km，所得低衰減光纖產(chǎn)出比例為99.1％～100.0％。本發(fā)明和常規(guī)技術(shù)所得光纖芯層ge的相對折射率貢獻(xiàn)的對比如圖4所示，芯層ge的減小可以有效減低光纖衰減、提高低衰減光纖比例。表3實施例2預(yù)制棒的玻璃摻雜工藝參數(shù)表4實施例2所得光纖主要性能參數(shù)表5光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)芯層半徑r1內(nèi)包層半徑r2外包層半徑r3光纖編號μmμmμm13.913.462.523.713.662.233.813.462.343.913.362.453.813.262.363.713.562.4當(dāng)前第1頁12