專利名稱：單模光纖的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種單模光纖。
我們記得光纖是一種光波導，由稱為光學包層的圍柱部分環(huán)繞稱作光學纖芯的中心部分構成，纖芯的作用是導引大部分光波。包層外一般有厚約50μm、用合成材料(如樹脂)制作的護套。
光纖的傳輸波長通常選為1.3μm或1.55μm。實際上，在這些波長處有可能獲得低于0.4dB/km的最小光傳輸衰減。
于是，在本發(fā)明范圍內(nèi)所考慮的光纖打算用在對傳輸最有效的1.3μm或1.55μm波長。
此外，眾所周知的是單模光纖的帶寬比多模光纖大得多，正因如此，光纖領域現(xiàn)今以及未來的發(fā)展集中在單模光纖。
因此，本發(fā)明尤其涉及擬用在1.3μm或1.55μm波長的單模光纖。
常用單模光纖的芯直徑從8μm到10μm不等；其包層直徑為125μm，與多模光纖包層直徑相同。由于纖芯和包層構件的直徑相對較大，為制作拉制標準單模光纖的預制棒所用二氧化硅的花費較高。為降低該項成本，曾提議將芯徑減小到近約2.5至3μm，而保持包層直徑為125μm。
然而，這種芯徑的減小并未使成本顯著降低。
此外，既然包層芯徑保持不變，包容這種光纖的光纖光纜的傳輸容量也不會增大。
本發(fā)明的一個目的是進一步實現(xiàn)一種比現(xiàn)有單模光纖生產(chǎn)成本要低的單模光纖。
本發(fā)明的另一個目的是減小單模光纖的截面以增大光纖光纜的容量。
為此目的，本發(fā)明提供一種單模光纖，它由用來傳導大部分光波的纖芯和環(huán)繞它的包層構成，所述纖芯的最大折射率和所述包層的最大折射率之差用Δn表示，纖芯半徑用a表示，其特征在于-a∈
，ac(μm)由公式ac=2405k×12ngΔn]]>確定，式中k＝2π/λ，λ(μm)為傳輸波長，ng為所述包層的折射率，與純二氧化硅的折射率相等，差值在3×10-3以內(nèi)，-Δn大于或等于0.01，且其中(μm)為所述包層直徑∈[φmin100]，min(μm)滿足下述公式 式中V=2πaλ2ngΔn.]]>按上述方式選擇光纖的特征參量，即a，Δn和，有可能實現(xiàn)一種其傳輸波長近約1.3μm或1.55μm的單模光纖，其包層直徑相對于先前技術的光纖要小，而顯示出與標準光纖可相比較的衰減和對微彎的敏感性。
由此按本發(fā)明可見，單模光纖不一定要有直徑大到125μm的包層。這樣一個直徑被選擇來對單模光纖進行原始設計，為的是得到具有相同截面積的單模和多模光纖(對于多模光纖，其芯直徑可以大到85μm，包層直徑接近125μm，以便獲得所要求的導波特性而保持光纖的撓性)。
于是，本發(fā)明便有可能在不損害傳輸性能的情況下減小光纖的總截面，并因此而增大光纖光纜的容量，同時降低制作光纖的成本。
按本發(fā)明的光纖折射率分布可選擇階躍型分布、梯形分布或三角形分布，只要使a，Δn和滿足本發(fā)明所規(guī)定的條件即可。
在閱讀了下述本發(fā)明之光纖實施例和說明之后，讀者將對本發(fā)明更深一層的特征和優(yōu)點有所理解，但這些例子僅供說明之用，而決非限定之依據(jù)。
在附圖中

圖1是按本發(fā)明之光纖的橫截面圖，圖2表明圖1所示光纖的折射率分布，圖3表明梯形折射率分布，
圖4表明三角形折射率分布，圖5表明min與Δn和a的函數(shù)關系。
在所有這些圖中，相同構件用同一標識號標記。
于是，圖1表明按本發(fā)明的一種光纖1，包括一個用二氧化硅基質(zhì)材料做的纖芯2，其中(例如)摻鍺以使其折射率相對于純二氧化硅折射率增大，位于沿光纖1縱軸X的中心，環(huán)繞它的包層3基本上用純二氧化硅做成，即其折射率等于純二氧化硅的折射率，或比它低10-3或更小(包層3的折射率可在纖芯2的界面和光纖1的外部折射率之間改變，而保持低于纖芯2的折射率)。環(huán)繞包層3的是一層用塑性材料(如樹脂)做的護套4。
圖2表明圖1所示光纖1的折射率分布，即作為離光纖軸X的距離d的函數(shù)表明在光纖1的橫截面內(nèi)纖芯2和包層3中折射率n的變化。圖2所示折射率分布具有所謂階躍型纖芯2的最大折射率標記為ng＋Δn，纖芯2的折射率在ng和ng＋Δn之間改變而呈現(xiàn)一個矩形狀的曲線；包層3的折射率基本上為恒定值ng。如上所述，折射率ng的典型值接近純二氧化硅的折射率，使其低于后者(等于1.444)最多不超過0.001。
圖3和圖4表明可由光纖1派生出的兩種其他折射率分布，分別為梯形分布(纖芯2的折射率在ng和ng＋Δn之間改變而形成梯形狀的曲線，包層3的折射率基本上為恒定值ng)和三角形分布(纖芯2的折射率在ng和ng＋Δn之間變化而形成三角形狀的曲線，包層3的折射率基本上為恒定值ng)。
按通常的習慣，在本發(fā)明范圍內(nèi)將三角形分布和階躍分布看作其較小邊與較大邊之比分別為0或1的梯形分布的特殊情況。
按本發(fā)明，可以選擇光纖包層的外直徑(μm)使得∈[min100]，其中min(μm)由下式給出 式中k＝2π/λV=2πaλ2ngΔn.]]>λ(μm)為傳輸波長(1.3μm或1.55μm)，a為纖芯半徑。
當按本發(fā)明選在區(qū)間〔min100〕以減小因彎曲或微彎引起的損耗，選Δn高于0.01且a(μm)在區(qū)間[ac1.1ac](ac(μm)由公式ac=2405k×12ngΔn]]>確定)，以保持光纖中的衰減低于0.4dB/km，且使截止波長嚴格短于傳輸波長(1.3μm或1.55μm)，則有可能使包層直徑遠小于125μm(標準單模光纖的常規(guī)值)，這就有可能顯著降低光纖的生產(chǎn)成本，并增大光纖光纜的容量。
例如，當選擇等于100μm，而所有其他構成參量相對于標準單模光纖保持不變時，所得光纖截面積減小近33％；當選擇等于80μm，而所有其他構成參量相對于標準單模光纖保持不變時，所得光纖截面積減小近60％；作為一級近似，光纖生產(chǎn)成本的降低基本上等于橫截面的減小，即等于截面積的減小。
圖5表明擬用于1.55μm的單模光纖，多條曲線給出對于不同比值a/ac以及不同Δn值的包層最小直徑min。
曲線51相當于Δn＝0.01；可見按a/ac值可選擇min從75μm到100μm。
曲線52相當于Δn＝0.015；可見按a/ac值可選擇min從62.5μm到100μm。
曲線53相當于Δn＝0.012；可見按a/ac值可選擇min從50μm到75μm。
按本發(fā)明關于a、Δn和的判據(jù)一般適用于具有梯形折射率分布(包括三角形或階躍折射率分布)的各種光纖。
至于合成材料的護套4，它的厚度在50μm左右。
下面給出根據(jù)本發(fā)明的幾種光纖結(jié)構的實施例。例1-8涉及擬工作于1.55μm的光纖，而例9則與工作在1.3μm的光纖有關。
在所有這些例子中，護套4的厚度均為50μm。
所有按本發(fā)明所得并顯示在下面的實施例所述特征的光纖均有低于0.4dB/km的衰減，且其對微彎的敏感性至少可與包層直徑125μm、芯直徑8到10μm及護套厚度為50μm的標準光纖相比較。
例1在本例中，按本發(fā)明之階躍型折射率分布光纖具有下述特性(對1.55μm)Δn＝0.01a＝2.43μm＝100μm例2在本例中，按本發(fā)明之階躍型折射率分布光纖具有下述特性(對1.55μm)Δn＝0.01a＝2.60μm＝90μm例3在本例中，按本發(fā)明之階躍型折射率分布光纖具有下述特性(對1.55μm)Δn＝0.016a＝1.7μm＝100μm例4在本例中，按本發(fā)明之階躍型折射率分布光纖具有下述特性(對1.55μm)Δn＝0.015a＝1.98μm＝80μm例5在本例中，按本發(fā)明之階躍型折射率分布光纖具有下述特性(對1.55μm)Δn＝0.015a＝2.26μm
＝70μm例6在本例中，按本發(fā)明之階躍型折射率分布光纖具有下述特性(對1.55μm)Δn＝0.02a＝1.47μm＝801μm例7在本例中，按本發(fā)明之階躍型折射率分布光纖具有下述特性(對1.55μm)Δn＝0.02a＝2.45μm＝70μm例8在本例中，按本發(fā)明之階躍型折射率分布光纖具有下述特性(對1.55μm)Δn＝0.02a＝2.45μm＝60μm例9在本例中，按本發(fā)明之階躍型折射率分布光纖具有下述特性(對1.3μm)Δn＝0.01a＝2.038μm＝96μm例10在本例中，按本發(fā)明之階躍型折射率分布光纖具有下述特性(對1.3μm)Δn＝0.015a＝1.426μm
＝96μm例11在本例中，按本發(fā)明之階躍型折射率分布光纖具有下述特性(對1.3μm)Δn＝0.02a＝1.644μm＝57.5μm顯然，本發(fā)明并不限于上述實施例。
特別是用合成材料制作的護套可由單層或多層構成，且其厚度并不一定鄰近50μm；這個厚度根據(jù)對光纖所要求的機械性能及其對彎曲與微彎的敏感性來選擇。
另外，本發(fā)明還適用于其折射率分布呈梯形狀或三角形狀的光纖。對于這種類型的光纖，其基準參量(a、Δn和)可通過階躍型折射率分布光纖的基準參量的計算變換得到，反之亦然，因為這些參量之間存在一個連續(xù)的等價關系。在這種情況下，稱階躍型折射率分布等價于三角形或梯形分布。于是，利用這種等價關系可將以上提供的折射率分布實施例簡單地變換到三角形或梯形分布，即三角形或梯形分布的基準參量可以直接推出。
最后，任何方法可以由一個等價方法取代而不超出本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種由用以導引大部分光波的光纖芯和環(huán)繞纖芯的包層構成的單模光纖，所述纖芯的最大折射率與所述包層的最大折射率之差用Δn標記，所述纖芯半徑用a表示，其特征在于a∈
，ac(μm)由公式ac=2405k×12ngΔn]]>確定，式中k＝2π/λ，λ(μm)為傳輸波長，ng為所述包層的折射率，與純二氧化硅的折射率相等，相差在3×10-3以內(nèi)，Δn大于或等于0.01，且其中(μm)為所述包層直徑∈[φmin100]，min(μm)滿足下述公式 式中V=2πaλ2ngΔn.]]>
2.按權利要求1的光纖，其特征在于它顯示階躍型、梯形或三角形折射率分布。
3.按權利要求1或2的光纖，其特征在于所述光纖包層由合成材料制作的護套所環(huán)繞。
4.按權利要求3的光纖，其特征在于所述護套的厚度鄰近50μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由用以導引大部分光波的光纖芯和環(huán)繞纖芯的包層構成的單模光纖，所述纖芯的最大折射率與所述包層的最大折射率之差用Δn標記，所述纖芯半徑用a表示，其特征在于a∈[0.6a
文檔編號G02B6/028GK1141676SQ9519177
公開日1997年1月29日 申請日期1995年12月21日 優(yōu)先權日1994年12月23日
發(fā)明者科勞德·布列姆, 簡-威斯·波尼爾特, 帕卡勒·諾奇, 亞庫斯·奧格 申請人:阿爾卡塔爾有限公司