專利名稱：一種色散補(bǔ)償光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工作在C波段(1530nm 1565nm波段)光通信窗口的色散補(bǔ)償光纖(DCF)，該光纖可用于標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(G.652，ITU-T標(biāo)準(zhǔn))的色散和色散斜率補(bǔ)償。
背景技術(shù)：
隨著標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的DWDM系統(tǒng)的普遍采用并且向著高速率、長距離、無中繼和密集通道的方向發(fā)展，波分復(fù)用傳輸技術(shù)得到快速發(fā)展，擴(kuò)展工作波長帶和增加波長多樣性將快速地發(fā)展?；贕. 652光纖構(gòu)筑的長途光纜在1310nm波長有最小的色散，但衰減較大，而它在1550nm波段有最低的衰減(約0. 20dB/km)。所以人們迫切希望利用1550nm這一波長窗口。工作在1550nm波段的摻鉺光纖放大器(EDFA)的成功開發(fā)和實(shí)用化，進(jìn)一步消除了衰減對通信系統(tǒng)的限制，這使得1550nm波段成了大容量、長距離光波系統(tǒng)的優(yōu)選窗口。在1550nm波段，目前商用單模光纖及其DCF具有如下色散特性非色散位移單模光纖 (G. 652C/D，ITU-T標(biāo)準(zhǔn))的色散系數(shù)大約是17ps/nm-km，色散斜率大約為0. 058ps/nm2-km, 所以其要求的DCF的RDS大約為0. 0036nm^o為了解決1310nm零色散標(biāo)準(zhǔn)單模光纖通信網(wǎng)絡(luò)在1550nm波段的升級及擴(kuò)容問題，國際上廣泛采用色散補(bǔ)償技術(shù)來改善鏈路色散。目前大量商用化的是運(yùn)用色散補(bǔ)償光纖(DCF)技術(shù)對通信鏈路光纖進(jìn)行的色散和色散斜率同時進(jìn)行補(bǔ)償，這種技術(shù)比其他色散補(bǔ)償技術(shù)如光纖光柵色散補(bǔ)償技術(shù)和電子色散補(bǔ)償技術(shù)更為可靠，而且技術(shù)更成熟。DCF通過調(diào)整光纖的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來改變光信號在光纖中的傳輸參數(shù)，并且使光纖的纖芯具有較大的折射率，來實(shí)現(xiàn)較大的負(fù)色散值和色散斜率。在實(shí)際應(yīng)用中，DCF被制成色散補(bǔ)償模塊接入通信鏈路中，這時DCF與標(biāo)準(zhǔn)通信光纖的熔接損耗成為插入損耗的重要影響因數(shù)。因此DCF的熔接性能是一個關(guān)鍵參數(shù)，具有實(shí)用性的DCF不但要求具備適宜的光學(xué)性能和傳輸性能，還要求具備優(yōu)良的熔接性能，即熔接損耗低且熔接工藝高效而穩(wěn)定。熔接性能成為影響DCF成本和性能的主要因素。熔接損耗越低，模塊的性能就優(yōu)良；熔接程序越快捷，效率越高，熔接成本越低。在已公開的專利文獻(xiàn)中，已存在一些有關(guān)改進(jìn)DCF熔接性能的產(chǎn)品和方法示例。 對1550nm的光源，DCF的模場直徑大約為5 μ m,而標(biāo)準(zhǔn)通信光纖的模場約為10. 5 μ m,這種模場的差別(模場失配)導(dǎo)致光功率從大模場導(dǎo)入小模場時容易產(chǎn)生泄漏?，F(xiàn)有技術(shù)涉及采用復(fù)雜的熔接工藝使得熔接光纖端點(diǎn)界面附近的DCF纖芯產(chǎn)生擴(kuò)散，并使附近的DCF的模場分布成為圓錐形的過渡區(qū)域，該區(qū)域的“煙囪效應(yīng)”有利于減少模場失配導(dǎo)致的光功率損失從而降低了熔接損耗。現(xiàn)有技術(shù)也涉及使用“橋纖”作為橋梁來連接DCF和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的方法。橋纖是一類結(jié)構(gòu)類似于DCF而各分層摻雜濃度低于DCF的特種光纖。橋纖的兩端分別與DCF和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖相熔接，且兩端采用不同的熔接工藝。橋纖與DCF連接的一端熔接功率低且熔接時間短以減少芯區(qū)元素擴(kuò)散和模場失配；而橋纖與單模光纖連接的另一端熔接功率高且熔接時間長，使得橋纖的纖芯發(fā)生擴(kuò)散以實(shí)現(xiàn)模場的匹配。美國專利6603914介紹了一種DCF的組成結(jié)構(gòu)及制造方法，但未涉及熔接方法及 DCF的光學(xué)傳輸性能。美國專利6543942描述了一種采用橋纖連接DCF與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的方法，該方法降低了熔接損耗，但是未公開相應(yīng)的DCF的光學(xué)傳輸性能，且該方法工藝復(fù)雜，耗費(fèi)時間長，熔接效率低，不宜實(shí)用。中國專利未涉及DCF的熔接方法。上述文獻(xiàn)已經(jīng)涉及各種改進(jìn)DCF與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖熔接性能的方法及相應(yīng)的DCF產(chǎn)品，但是未見報導(dǎo)既能改進(jìn)熔接性能又具有優(yōu)良光學(xué)傳輸性能的DCF產(chǎn)品及其熔接方法。本發(fā)明一些術(shù)語的定義重量百分比元素在光纖分層中某一足夠小的區(qū)域內(nèi)的重量百分比，用表
7J\ ο 相對折射率差Δ %: Δ % =
/ 2 2 Xni - nn
2η,
χ 100% ^ "‘ ~ χ 100%，其中為 ηη
纖芯各分層相對折射率差，ni為第i層光纖材料的折射率，n0為純石英玻璃的折射率。各分層的折射率分布為該分層在各徑向點(diǎn)處的折射率值，除非另做說明，本發(fā)明中均為所述各纖芯分層中的絕對值最大的相對折射率差。半徑用Ri來表征(i = 1，2，3，4，5)，各分層的半徑Ri為從光纖的中心線到該分層離中心線最遠(yuǎn)的點(diǎn)的距離。RDS 光纖在某一特征波長的相對色散斜率(RDS值)定義為該波長上的色散斜率 (DS)和色散(D)的比值RDS = DS/D。在C波段通信窗口，一般取1550nm波長為中心波長，
RDS1550 — DS1550/D1550O

發(fā)明內(nèi)容
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)存在的不足而提供一種在C 波段具有高的負(fù)色散系數(shù)和適宜的負(fù)色散斜率的色散補(bǔ)償光纖，該色散補(bǔ)償光纖具有優(yōu)良的熔接性能，能夠?qū)崿F(xiàn)快速熔接和低熔接損耗，并保持優(yōu)良的光學(xué)和傳輸性能。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為包括有纖芯和包層，纖芯為主要摻有鍺的相對折射率差為正值的芯層，其特征在于包覆在纖芯外的依次為主要摻有氟的下陷包層、主要摻有鍺的環(huán)形包層、主要摻有氟的匹配包層和最外層的機(jī)械包層；纖芯和各包層的相對折射率差范圍依次為為1.55% 2. 20%，Δ2% 為-0. 55% -0. 30%, Δ3%為 0. 40% 0. 65%, Δ4%為-0. 20% -0. 01%, Δ5%為 0 ； 纖芯和各包層的半徑范圍從Rl到R5依次為R1為1. 4 1. 7 μ m，R2為4. 1 4. 8 μ m，R3 為 6. 7 8· 8 μ m，R4 為 10 17 μ m，R5 為 38 63 μ m。按上述方案，所述纖芯的鍺重量百分比為15wt% 35wt%，下陷包層的氟重量百分比為 5wt%，環(huán)形包層的鍺重量百分比為 10wt%，匹配包層的氟重量百分比為0. 3wt% 3wt%。按上述方案，所述纖芯和各個包層的氯重量百分比為0wt% 1. 0wt%。按上述方案，所述纖芯的鍺重量百分比為20wt% 30wt%，下陷包層的氟重量百分比為2. Owt % 3. 5wt %，環(huán)形包層的鍺重量百分比為5wt % 8wt %，匹配包層的氟重量百分比為0. 7wt% 1. 5wt%。
按上述方案，所述纖芯的氯重量百分比為0. 1襯％ 0.#〖(％，下陷包層的氯重量百分比為0. Iwt % 0. 3wt %，環(huán)形包層的氯重量百分比為0. Iwt % 0. 3wt %，匹配包層的氯重量百分比為0. Iwt% 0. ，機(jī)械包層的氯重量百分比為0. Iwt% 0. 7wt%。按上述方案，在1530nm到1565nm(C波段)波長范圍內(nèi)的色散系數(shù)為_120ps/ nm-km -260pS/nm-km，色散斜率為負(fù)值，衰減系數(shù)小于或等于0. 45dB/km ；相對色散斜率 RDS 為 0. 0033nm_1 到 0. Ο ΜΟηπΓ1，偏振模色散(PMD)小于或等于 0. 25ps/km1/2。纖芯和下陷包層的相對折射率差和幾何關(guān)系是DCF光學(xué)和傳輸性能的主要影響因數(shù)，環(huán)形包層對DCF的模場直徑和截止波長起調(diào)節(jié)作用。下陷包層、環(huán)形包層和匹配包層還具有調(diào)節(jié)熔接損耗的作用熔接機(jī)在熔接工作時通過電弧放電，瞬間產(chǎn)生大量的熱量，使得包層分層中的氟在高溫條件下產(chǎn)生擴(kuò)散，從而引起熔接點(diǎn)附近的折射率變化，使得附近的DCF的模場由原有的小模場轉(zhuǎn)變?yōu)閳A錐形的過渡模場區(qū)域，該區(qū)域的“煙囪效應(yīng)”有利于減少模場失配導(dǎo)致的光功率損失從而降低了熔接損耗。最外層的機(jī)械包層具有較高的粘度，在拉絲時承載較大比例的拉絲張力，這樣就可以有效地阻止拉絲張力所造成的應(yīng)力集中在纖芯部分而引起光纖衰減增加。本發(fā)明的DCF采用PCVD工藝在高純石英襯管內(nèi)壁沉積摻雜石英的玻璃層；然后將沉積后的空心石英管熔縮成實(shí)心的石英玻璃芯棒；最后套入石英玻璃套管中組合成預(yù)制棒在拉絲塔上拉制成光纖。本發(fā)明提供的DCF光纖使用藤倉FSM-60S熔接機(jī)進(jìn)行熔接，主要熔接參數(shù)如表1 所示。表1FSM-60S熔接機(jī)DCF+SMF熔接參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種色散補(bǔ)償光纖，包括有纖芯和包層，纖芯為主要摻有鍺的相對折射率差為正值的芯層，其特征在于包覆在纖芯外的依次為主要摻有氟的下陷包層、主要摻有鍺的環(huán)形包層、主要摻有氟的匹配包層和最外層的機(jī)械包層；纖芯和各包層的相對折射率差范圍依次為Δ 1 % 為 1. 55 % 2. 20 %，Δ 2 % 為-0. 55 % -0. 30 %，Δ 3 % 為 0. 40 % 0. 65 %， Δ4%為-0.20% -0.01%，Δ5%為0 ；纖芯和各包層的半徑范圍從Rl到R5依次為R1 為 1. 4 1. 7 μ m，R2 為 4. 1 4. 8 μ m，R3 為 6. 7 8. 8 μ m，R4 為 10 17 μ m，R5 為 38 63 μ m0
2.按權(quán)利要求1所述的色散補(bǔ)償光纖，其特征在于所述纖芯的鍺重量百分比為 15wt% 35wt%，下陷包層的氟重量百分比為 5wt%，環(huán)形包層的鍺重量百分比為 IOwt %，匹配包層的氟重量百分比為0. 3wt% 3wt%。
3.按權(quán)利要求2所述的色散補(bǔ)償光纖，其特征在于所述纖芯的鍺重量百分比為 20wt% 30Wt%，下陷包層的氟重量百分比為2. Owt % 3. 5wt%，環(huán)形包層的鍺重量百分比為5wt% 8wt%，匹配包層的氟重量百分比為0. 7wt% 1. 5wt%。
4.按權(quán)利要求2所述的色散補(bǔ)償光纖，其特征在于所述纖芯和各個包層的氯重量百分比為 Owt% 1. Owt%。
5.按權(quán)利要求4所述的色散補(bǔ)償光纖，其特征在于所述纖芯的氯重量百分比為 0. Iwt% 0. ，下陷包層的氯重量百分比為0. Iwt% 0. 3wt%，環(huán)形包層的氯重量百分比為0. Iwt % 0. 3wt %，匹配包層的氯重量百分比為0. Iwt % 0. %，機(jī)械包層的氯重量百分比為0. Iwt% 0. 7wt%。
6.按權(quán)利要求1或2所述的色散補(bǔ)償光纖，其特征在于在1530nm到1565nm波長范圍內(nèi)的色散系數(shù)為-120pS/nm-km -260pS/nm-km，色散斜率為負(fù)值，衰減系數(shù)小于或等于 0. 45dB/km ；相對色散斜率 RDS 為 0. 0033nm_1 到 0. 0040nm_1o
7.按權(quán)利要求6所述的色散補(bǔ)償光纖，其特征在于偏振模色散小于或等于0.25ps/ km"2。
8.按權(quán)利要求1所述的色散補(bǔ)償光纖，其特征在于所述的DCF制成色散補(bǔ)償模塊與 SMF尾纖兩個接點(diǎn)處的熔接損耗之和小于或等于2dB。
9.按權(quán)利要求1所述的色散補(bǔ)償光纖，其特征在于所述的DCF與SMF尾纖熔接一個接點(diǎn)耗費(fèi)時間小于或等于90秒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種色散補(bǔ)償光纖，包括有纖芯和包層，纖芯為主要摻有鍺的相對折射率差為正值的芯層，包覆在纖芯外的依次為主要摻有氟的下陷包層、主要摻有鍺的環(huán)形包層、主要摻有氟的匹配包層和最外層的機(jī)械包層；纖芯和各包層的相對折射率差范圍依次為Δ1％為1.55％～2.20％，Δ2％為-0.55％～-0.30％，Δ3％為0.40％～0.65％，Δ4％為-0.20％～-0.01％，Δ5％為0；纖芯和各包層的半徑范圍從R1到R5依次為R1為1.4～1.7μm，R2為4.1～4.8μm，R3為6.7～8.8μm，R4為10～17μm，R5為38～63μm。本發(fā)明在C波段具有高的負(fù)色散系數(shù)和適宜的負(fù)色散斜率，具有優(yōu)良的熔接性能，能夠?qū)崿F(xiàn)快速熔接和低熔接損耗，并保持優(yōu)良的光學(xué)和傳輸性能。
文檔編號H04B10/18GK102243336SQ20111020834
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者張樹強(qiáng), 徐進(jìn), 曹蓓蓓, 汪松, 羅杰, 范明峰 申請人:長飛光纖光纜有限公司