专利名称：低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤，属于光通信技术，特别是满足G.656光纤标准的、低弯曲损耗 的、低非线性效应的、适用于高速率传输系统和波分复用系统(WDM)的单模光纤。
背景技术：
目前常用于传输网建设的主要光纤有两种，即G. 652常规单模光纤和G. 655非零色散 位移光纤。通常G. 652单模光纤在C波段1530nm 1565nm和L波段1565nm 1625nm的色 散较大， 一般为17 22ps/nm km。在开通高速率系统如10Gb/s和40Gb/s及基于单通路 高速率的WDM系统时，必须采用色散补偿光纤(DCF)来进行色散补偿，使整个线路上1550nm 处的色散减小。但DCF同时会引入较大的衰减，因此又必须在线路中添置光放大器，这样 的构造方式大大增加了系统的成本。此外，随着光纤放大器的应用，超过+ 18dB以上的光 信号被耦合进一根光纤，波分复用技术使一根光纤中有了数十条甚至上百条光波道。这时, 较高的光能量聚集在很小的截面上，光纤开始呈现出非线性特性，并成为最终限制传输系 统性能的关键因素。特别是当波道波长接近光纤零色散点时，这一现象更加突出。为避开零色散点附近的非线性影响，G.655光纤的零色散点不在1550nm附近，而是向 长波长或短波长方向位移，使得1550nm附近呈现一定大小的色散(ITU—T规范为0. 1-6ps /nm*km)。这样，可大幅减轻四波混合的影响，有利于密集波分复用系统的传输。同时， 通过1550nm附近的色散值的控制，可保证速率超过10Gbit / s的信号可以不受色散限制 地传输300km以上，并可在1530nm 1565nm波长范围内适用于WDM。为进一步扩展WDM，特别是密集波分复用系统(DWDM)的传输带宽，将其应用波长拓 展到更广的范围内，很有必要对光纤的折射率剖面进行改善，降低光纤的色散斜率系数， 以使光纤在更广的范围内都有较小(非零)的色散。在此背景下，色散平坦光纤得到了广 泛的研究，如S. K. Mondal等在"Effect of optical Kerr effect nonlinearity on LP11 mode cutoff frequency of single-mode dispersion-shifted and dispersion-flattened fibers, Optics Communications, Volume 127, Issues l-3 , 1 June 1996, Pages 25-30" 中探讨了色散平坦光纤中科尔效应对单模光纤的截至波长的影响；S. K. Mondal等在 "Interesting effect of optical Kerr nonlinearity in expanding single-mode regime of optical fibers using dispersion-flattened profiles, Optics Communications,Volume 150, Issues 1-6, 1 May 1998, Pages 81-84"中提出了一种具有W型包层结构 的色散平坦光纤，与G.655相比，该光纤能更有效的抑制光纤的非线性效应；A. V. Belov 在"Profile structure of single-mode fibers with low nonlinear properties for long-haul communication lines, Optics Communications, Volume 161, Issues 4-6, 15 March 1999, Pages 212-216"介绍了一种在1.53 - 1.56 um范围内光纤色散不超过 ±0. 4 ps nm一'knf1的光纤；闩本住友的T. Kato等在"Dispersion flattened transmission line consisting of wide-band non-zero dispersion shifted fiber and dispersion compensating fiber module, Optical Fiber Technology, Volume 8, Issue 3, July 2002， Pages 231-239"中报道一种具有复杂剖面结构的色散平坦的非零色散位移光纤，该光纤 的有效面积约60!i m2，在C波段的色散斜率系数在0. 08 Ps/nmVkm以下，在1500 1600 nm 范围内光纤的色散在5 11 ps/nm/km;我国长飞公司也推出一种被称为"大保实"的大有 效面积的G. 655光纤(邮电设计技术，2002年第9期)。这些研究在一定程度上都推动了 WDM应用技术向更宽的波长范围发展。在此前提下，为进一步规范这类光纤的标准，并使 之真正广泛的应用到实际的传输线路中，2002年5月日本NTT和CLPAJ在日内瓦ITU-TSG15 会议上联合提出研究一种新型的被称为G.656的光纤。与G.655光纤相比，该光纤的色散 曲线更加平坦，色散系数更小(在1460 1625nm范围内在2 14 ps/nm/km之间)，能够 更好的抑制受激散射和克尔效应。此外，为使G.656光纤和已经敷设的单模光纤进行有效 的熔接，规定G.656光纤的模场直径在7 11ym之间。该光纤有望把DWDM传输扩展到 1460nm 1625nm的整个波长范围内，被认为是继G. 652和G. 655后的又一应用广泛的光纤7iV 口 广叩o近来，关于G.656的标准初步达成一致，也相继有关于G.656光纤的专利问世。如日 本住友的"色散平坦光纤"(国际申请号PCT/JP98/03383 )，该光纤色散系数在 0. 03ps/nm7km，在1550nm处的色散绝对值小于5ps/nm/km，光纤的有效面积可控制在约 45um2，但该光纤的有效面积偏小，较高的光能量聚集在较小的截面上，容易导致光纤呈 现出非线性特性，从而限制了光纤的带宽；又如国内专利"三波长窗口负色散的色散平坦 单模光纤"(申请号200410016712.9)，该光纤的色散斜率在-0. 03 0. 03 ps/咖7km，在 1500nm 1600nm范围内色散系数在-4, 0 -6. 9 ps/nm/km，虽然该光纤的色散曲线比较平 坦，色散系数的绝对值较小，但该光纤并不完全满足当前G.656光纤的标准。通常情况下，对于G.655光纤和色散平坦光纤，包括住友和汪业衡申请的两种色散平 坦光纤，其折射率剖面结构中，包层的折射率均略低于光纤的芯层折射率，这样有利于将 光约束在芯层传输。而Bartolomeo等贝帖"Optical fiber having low non-linearity for WDM transmission"的专利申请稿中(申请号US 2003/0128948 Al)提出了一种光纤的外包层的折射率略高于光纤芯层的设计思想，通过芯、包层几何尺寸及其折射率的适当调 配，能得到完全满足G.650或G.655传输性能标准的光纤，且具有该种结构的光纤对制造公差的要求较为宽松，成品率相对较高，光纤的制造成本也相对降低。但该发明中述及的 光纤的芯层和包层折射率均呈抛物线分布，且该抛物线的形状指数对光纤色散、戒指波长 和零色散波长等性能的影响较大，从而这种外包高于芯层的设计对提高合格率、降低成本 有好处，但抛物线的形状则又在一定程度上限制了这种设计思想优越性的发挥，即导致制 造工艺较为复杂，并使得进一步提高光纤制造合格率受到限制。发明内容本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有技术存在的光纤的带宽受到 限制、不能完全满足当前G. 656光纤的标准以及因抛物线的形状导致的制造工艺较为复杂、 并使得进一步提高光纤制造合格率受到限制的缺陷，提供一种在工艺上可行、制造公差要 求较为宽松、制造成本较为低廉并能完全满足当今有关G.656光纤标准的低弯曲损耗、低 非线性效应的单模光纤。为此，本发明采用以下技术方案-低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，包括裸玻璃光纤以及包围在所述裸玻璃光纤 外周的树脂保护层，其特征是所述裸玻璃光纤由一个芯层区和三个包层区组成，且芯层区 由折射率较低的凹陷区和折射率较高的非凹陷区组成，第一包层区和第三包层区为纯Si02 层，第二包层区的折射率差高于芯层区的折射率差，所述芯层区和三个包层区的折射率剖 面都是阶梯型剖面。作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征 芯层凹陷区折射率差(Ac)在0.0035 0.0072之间，允许误差为±2.6%;芯层凹陷 区厚度在0. 9 2. 1 U m之间，允许误差为士3. 8%;芯层非凹陷区折射率差(△ l)在0. 0081 0.0095之间，允许误差为土2. 1%;芯层非凹陷区厚度即在0.6 2. 3 um之间，允许误差 为±2.2%;第一包层厚度在0.8 2.3um之间，允许误差为±4.2%;第二包层的折射率差 (A2)在0.0089 0.0107之间，允许误差为±2.7%;第二包层厚度在0. 76 1. 78 u m之 间，允许误差为±3.5%;第三包层厚度在57.2 58.8ura之间，允许误差为±0.85%。 第二包层的折射率差(A2)比芯层非凹陷区折射率差(Al)高9% 14%。 芯层凹陷区折射率差(Ac)在0.0037 0.0039之间，芯层非凹陷区折射率差(Al) 在0.0092 0.0096之间，第二包层的折射率差(A2)在0. 0097 0. 0100之间，芯层凹 陷区直径(a0)在4.04 4.36nm之间，芯层非凹陷区直径(a)在6. 19 6. 61 y m之间， 第一包层直径(cl)在7. 15 7.65um之间，第二包层直径(c2)在8. 96 9. 60 u m之间， 第三包层之间(c3)在124.00~126.00um之间。有效面积(乂,,)大于80um、非线性波导系数")小于1. 102 W—在1550nm下的模场直径(MFD服。)在10. 10 10. 30um之间。芯层凹陷区折射率差(Ac)在0.0034 0.0036之间，芯层非凹陷区折射率差 在0. 0086 0. OO恥之间，第二包层的折射率差(A2)在0. 0094 0. 0100之间，芯层凹 陷区直径(a0)在3.85 4. 15um之间，芯层非凹陷区直径(a)在5. 22 5. 58 n m之间， 第一包层直径(cl)在5.98 6.42ym之间，第二包层直径(c2)在7. 72 8. 28 u m之间， 第三包层之间(c3)在124.26 125.92um之间。抗弯损特征参量(MAC)小于5.9;当弯 曲半径为30画，弯曲圈数为100圈时，在1625nm波长下的最大宏弯损耗〈0. 15dB;在1550nm 下的模场直径画冊))为8.30 8.50um。芯层凹陷区折射率差(Ac)在0.0071 0.0075之间，芯层非凹陷区折射率差(Al) 在0. 0086 0.0090之间，第二包层的折射率差(A2)在0. 0097 0. 0100之间，芯层凹 陷区直径(a0)在1.92 2.08um之间，芯层非凹陷区直径(a)在5. 44 5. 76u m之间， 第一包层直径(cl)在6.40 6.80um之间，第二包层直径(c2)在8. 80 9. 36 y m之间， 第三包层之间(c3)在124.31 125.94um之间。有效面积(^,,)大于65ura2;抗弯损 特征参量(MAC)小于7. 1;当弯曲半径为30誦，弯曲圈数为100圈时，在1625nm波长下 的最大宏弯损耗小于0.25dB;在1550nm下的模场直径(MFD冊。)为9. 70 9. 90 y m。本发明的单模光纤可由掺杂的石英玻璃芯、石英玻璃包层和内外两层树脂构成，其中 光纤的芯层和包层具有独特的结构。光纤的芯层带有一定的凹陷区域非凹陷区；第一包层 为纯Si(X,层；第二包层折射率略高于芯层；第三包层即光纤的外包层为纯Si02层。芯层和 第一包层的折射率可通过掺杂不同的组分获得。裸光纤的外径为125土lum。成品光纤的 直径为245士:Um。制造这种光纤时，先根据设计的折射率剖面，即芯层中凹陷区和非凹陷区的折射率、 厚度，第一包层的厚度，第二、三包层的折射率、厚度等参数，确定各层掺杂的组分，再 分别以改良的气相沉积法(MCVD)(或等离子化学气相沉积法，PCVD)制造符合设计要求 的光纤预制棒的芯棒，以外部气相沉积(OVD)或套管法(RIC)制造包围在芯棒外周的外 包层从而得到光纤预制棒，最后再在拉丝塔上将该预制棒拉制成光纤，该光纤经两次紫外 光固化树脂涂覆达设计的尺寸；最后经一些列机械、光学和化学筛选后巻盘成为光纤成品。本发明的有益效果是通过对光纤的芯层和包层进行合理的设计，实现了在工艺上可 行、制造公差要求较为宽松、制造成本较为低廉并能完全满足当今有关G.656光纤标准且 适用于高速率传输系统和WDM系统的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤根据光纤标准，G. 656光纤主要是在抑制光纤的非线性效应的不利影响方面优于G. 655 光纤，且前者的色散斜率更小，可使用的波长更广阔。光纤的非线性效应的大小可用非线性系数^来衡量，y越小越理想。通常情况下，单模光纤的^可简化表示为式(1) -
式中"'为光纤的非线性折射率系数。J,为在波长A下的有效面积，即光纤中传输光 功率的平均面积。4,根据式(2)确定
式中^及)为光纤中传输光的波导方程。
由式(1)和(2)可知，减小非线性系数y可通过调整光纤折射率剖面结构以改变光 纤的"'或4#的大小来实现。
另一方面，随着光纤通信业务的进一步推广，特别是光纤到户(FTTH)等工程的即将 实施，光纤的抗弯曲性能得到了越来越广泛的重视，它是当今和未来考察光纤性能的重要
指标之一。Jingyuan Wang等在"Properties of index-guided PCF with air-core， Optics & Laser Technology, Volume 39， Issue 2, March 2007， Pages 317-321"和Unger C 等在"Investigation of the microbending sensitivity of fibers. J. Light wave
technology, 1994， 14 (4): 591 596,，论文中均指出，光纤中空对光纤的抗弯曲性能较 为有利。但对于剖面复杂的非零色散位移光纤如G.655光纤和G.656光纤，光纤的中空在 工艺上难以实现，同时，光纤中空亦会导致光纤的模场直径和色散之间的性能难以协调。 本发明据此对光纤的芯层进行了关键性的设计，使光纤的芯层不完全中空而是具有一定程 度的凹陷，从而使本发明的光纤获得了优异的抗弯曲损耗性能的同时还能满足G.656光纤 标准的其他要求。
己知的研究表明，无论是宏弯损耗还是微弯损耗都随着光纤MAC值的增加而增加。MAC 值是模场直径(MFD)和截至波长(/lt.)的比值，其定义如式(3)所示
据此，本发明中通过对光纤芯层、包层的尺寸和折射率分布的特殊设计，降低了光纤 的MFD并增加了光纤的夂，从而实现了光纤抗弯曲损耗性能的提高。
本发明的光纤具有独特的折射率剖面、波导性能和抗弯性能MAC值不超过7.5;在 1550nm下的宏弯曲损耗系数<0. 35dB/km;在1460nm 1625nm的波长范围内色散系数在 2.2 13. 5ps/nm/km之间，色散斜率系数不高于0. 06 ps/nm2/km;有效面积^,, >50u m2; 非线性波导系数y〈2W—'K—'。与G.655光纤相比，其抗弯曲性能和抗光波导的非线性效应性 能均有了较大的提高，可在1460nm 1625nm的整个波长范围内使用DWDM技术。
M4C = MFD/A,
图1A和IB分别是根据本发明实施方案制造的光纤的剖面示意图和裸光纤的剖面示意图。
图2是图1中裸光纤11的折射率剖面结构示意图。
图3A， 3B用于示意图1中裸光纤11折射率分布的其它例子。
图4所示为本发明光纤芯层凹陷区直径a0与1550nm下光纤有效面积^4"之间的关系 曲线。
图5所示为本发明光纤芯层凹陷区直径a0与1550nm下光纤的色散斜率系数S服。之间 的关系曲线。
图6所示为本发明光纤芯层凹陷区直径a0与1550nm下光纤色散系数D腳之间的关系 曲线。
图7所示为本发明光纤芯层凹陷区直径a0与1550nm下光纤抗弯特征量MAC值之间的 关系曲线。
图8所示为本发明光纤芯层凹陷区直径a0与1550nm下光纤非线性波导系数Y之间的 关系曲线。
图9所示为本发明光纤芯层凹陷区折射率差Ac与1550nm下光纤有效面积<#之间的 关系曲线。
图lO所示为本发明光纤芯层凹陷区折射率差Ac与1550nm下光纤的色散斜率系数S战。 之间的关系曲线。
图ll所示为本发明光纤芯层凹陷区折射率差Ac与光纤1550nm下的色散系数D，,之间 的关系。
图12所示为本发明光纤芯层凹陷区折射率差Ac与1550nm下光纤抗弯特征量MAC值之 间的关系曲线。
图13所示为本发明光纤芯层凹陷区折射率差Ac与1550nm下光纤非线性波导系数Y之 间的关系曲线。
图14所示为本发明光纤芯层直径a与1550nm下光纤有效面积4-之间的关系曲线。 图15所示为本发明光纤芯层直径a与1550rmi下光纤的色散斜率系数S自之间的关系 曲线。
图16所示为本发明光纤芯层直径a与1550nm下光纤色散系数D服(,之间的关系曲线。 图17所示为本发明光纤芯层直径a与1550nm下光纤抗弯特征量MAC值之间的关系曲线。图18所示为本发明光纤芯层直径a与1550nm下光纤非线性波导系数Y之间的关系曲线。
图19所示为本发明光纤芯层非凹陷去折射率差A1与1550nm下光纤有效面积4-之间 的关系曲线。
图20所示为本发明光纤芯层非凹陷去折射率差A1与1550ran下光纤的色散斜率系数 Sw之间的关系曲线。
图21所示为本发明光纤芯层非凹陷区折射率差A1与光纤1550nm下的色散系数D,55。之 间的关系。
图22所示为本发明光纤芯层非凹陷区折射率差Al与1550nm下光纤抗弯特征量MAC值 之间的关系曲线。
图23所示为本发明光纤芯层非凹陷区折射率差Al与1550nm下光纤非线性波导系数Y 之间的关系曲线。
图24所示为本发明光纤不同实施例的色散曲线。
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参照图1A，光纤定义为IO。其结构包括分布在光纤10中心的玻璃裸光纤11，以及 包围在11周边的第一涂层12和第二涂层13，第一涂层12和第二涂层13为聚丙烯酸树脂 材料，可通过紫外线固化或其它方法固化制得。参照图1B，裸光纤11包括光纤的芯层的 折射率凹陷区111、芯层的非折射率凹陷区112、纯Si02的第一包层区113、折射率高于芯 层的第二包层区114和纯Si02的第三包层区115， 115也可称为外包层。
本发明可以采用MCVD (也可用PCVD或其他类似方法代替)法制备得到具有图2所示 折射率剖面结构的光纤预制棒芯棒，然后再以OVD技术制造纯Si02的外包层，或采用RIC 技术在芯棒周边包上外包层，从而制备得到光纤预制棒。具体工艺如下所述
利用MCVD (或PCVD)结合OVD的方法制造光纤预制棒在MCVD或PCVD工艺中，通 过在喷灯的SiCl4原料中掺杂GeCL以适当的提高芯层凹陷区111的折射率差Ac，并通过 沉积时间和原料流量等参数控制芯层凹陷区111的沉积层尺寸(具体为直径aO);通过调 整GeCL的掺杂量以调整芯层非凹陷区112的折射率差A1的大小，并通过沉积时间和原料 流量等参数控制芯层非凹陷区112的沉积层尺寸(具体为直径a);停止GeCl4供料，以纯 SiCl,为原料对沉积层继续喷涂以制造第一包层113，并通过沉积时间和原料流量等参数控 制第一包层113的沉积层尺寸(具体为直径cl);再在原料中掺杂GeCl,，并通过调整GeCL 的掺杂量以调整第二包层114的折射率差A2的大小，通过沉积时间和原料流量等参数控 制第二包层114的沉积层尺寸(具体为直径c2);停止Ge"4供料，以纯SiCL为原料对沉积层继续喷涂以制得第三包层115的部分厚度，并通过沉积时间和原料流量等参数控制第 三包层115该部分的沉积层的尺寸(具体为直径c3)，以制备得到芯棒。然后，根据上述 所得芯棒的尺寸推算光纤第三包层115另一部分的厚度，再采用0VD技术，以SiCL为原 料在芯棒外周沉积一层Si(^粉尘，经玻璃化炉烧结成透明的玻璃体，即得到光纤预制棒。 采用MCVD (或PCVD)结合RIC法制造光纤预制棒的工艺是根据选用套管的尺寸计 算所需芯棒的尺寸，并计算出芯包折射率剖面结构中各层的几何尺寸和折射率；采用上述 MCVD或PCVD相同的方法制造芯棒；采用RIC技术，将芯棒的外表面和套管的内表面用一 定浓度(如35%)的氢氟酸(或其他可替代的化学试剂)清洗干净；再将芯棒一端在切割 机上加工2 4个导气槽并将芯棒插入与之匹配的外套管中；将带有芯棒的套管的两端接 上石英结尾管，然后安置在MCVD或PCVD机床上加热使套管收縮到芯棒上形成光纤预制棒。 收縮过程中使套管和芯包之间的空间保持负压，收縮时内部的空气随芯棒一端的导气槽排 出。
将上述不同工艺制备得到的光纤预制棒在纺丝机上进行纺丝，同时涂覆两层不同硬度 的聚丙烯酸树脂即得光纤。
参照图2和图3，本发明光纤具有独特的折射率剖面结构。通常，零色散位移光纤的 折射率剖面结构中，包层的折射率均略低于光纤的芯层折射率，但本发明光纤的折射率剖 面中，第二包层114的折射率略高于芯层的折射率，这种设计提高了光纤剖面结构中各重 要参数的容差范围，使得生产制造的控制更加容易，并提高了产品的合格率。在本发明中， 具有此种结构的G.656光纤，要求芯层凹陷区111折射率差Ac在0.0035 0.0072之间， 允许误差为±2.6%;芯层凹陷区111的厚度即a0/2在0.9 2. lum之间，允许误差为土 3. 8%。芯层非凹陷区112折射率差△ 1在0. 0081 0. 0095之间，允许误差为土2. 1%;芯 层非凹陷区112的厚度即(a-a0) /2在0.6 2.3 um之间，允许误差为±2.2%。第一包 层113为纯Si02层，其折射率差为0;第一包层113的厚度即(cl-a) /2，在0.8 2.3u m之间，允许误差为±4.2%。第二包层114的折射率差A2在0.0089 0.0107之间，允许 误差为±2.7%;第二包层114的厚度即(c2-cl)/2在0.76 1.78um之间，允许误差为士 3.5%;第三包层115即外包层亦为纯Si02层，其厚度即(c3-c2)/2在57.2 58.8nm之间， 允许误差为±0.85%。第三包层115厚度可在预制棒制造完成后通过抛光等适当修正，因 此对产品的合格率无太大影响。芯层凹陷区111折射率差Ac、芯层非凹陷区112折射率 差△ 1和第二包层114的折射率差A2分别用以下公式计算得到
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11"2式中n0为纯Si02的折射率，nc为芯层凹陷区的折射率，nl为芯层非凹陷区的折射率， n2为第二包层的折射率。采用上述工艺制备的光纤的结构和性能的关系曲线如图4 图23所示。图4所示的曲线呈近似线性形状，显示出本发明光纤芯层凹陷区直径aO与1550mn下 光纤有效面积<#之间呈较好的正比例关系。图5所示的曲线呈近似线性形状，显示出本发明光纤芯层凹陷区直径aO与1550nm下 光纤的色散斜率系数S,之间的近似反比例关系。图6所示的曲线呈近似线性形状，显示出本发明光纤芯层凹陷区直径aO与1550nin下 的色散系数D，之间呈较好的正比例关系。图7所示的曲线呈近似抛物线形状，显示出本发明光纤MAC值随光纤芯层凹陷区直径 a0的增大而减小的关系。图8所示的曲线呈近似线性形状，显示出本发明光纤非线性波导系数Y随光纤芯层凹 陷区直径aO的增大而减小的关系。图9所示的曲线呈近似指数函数的曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的有效 面积4w随芯层凹陷区折射率差Ac的增大而减小的变化关系。图IO所示的曲线呈近似抛物线的曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的色散斜 率系数S^随芯层凹陷区折射率差Ac的增大而增大的变化关系。图11所示的曲线呈近似直线形状，显示出本发明光纤芯层凹陷区折射率差Ac与 1550nm下的色散系数D成(,之间呈较好的正比例关系。图12所示的曲线呈近似抛物线的曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的MAC随 芯层凹陷区折射率差Ac的增大而增大的变化关系。图13所示的曲线呈近似抛物线的曲线形状，显示出本发明光纤的非线性波导系数Y 随芯层凹陷区折射率差Ac的增大而增大的变化关系。图14所示的曲线呈近似抛物线的曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的有效面 积4〃随光纤芯层直径a增大而增大的变化关系。图15所示的曲线呈不规则曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的色散斜率系数 Sl55 随光纤芯层直径a增大而先减小后增大的变化关系。图16所示的曲线呈近似抛物线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的色散系数D鹏, 随光纤芯层直径a增大而增大的变化关系。图17所示的曲线呈不规则曲线形状，显示出本发明光纤MAC值随光纤芯层直径a增大而减小的变化关系。图18所示的曲线呈近似对数的曲线形状，显示出本发明光纤非线性波导系数Y随光 纤芯层直径a增大而减小的变化关系。图19所示的曲线呈近似抛物线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的有效面积4y随 光纤芯层非凹陷去折射率差A1的增大而增大的变化关系。图20所示的曲线呈近似对数函数的曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的色散 斜率系数S,随光纤芯层非凹陷去折射率差A1的增大而先减小的变化关系。图21所示的曲线呈不规则曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的色散系数D,55 随芯层非凹陷去折射率差Al增加而增加的关系。图22所示的曲线呈不规则的曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的MAC随光纤 芯层非凹陷去折射率差A1的增大而先减小后增大的变化关系。图23所示的曲线呈近似直线形状，显示出本发明光纤非线性波导系数Y随光纤芯层 非凹陷去折射率差A1的增大而减小的变化关系。 实施例1:采用MCVD (或PCVD)制造芯棒，OVD (或RIC)技术制造外包层的工艺制造光纤预制 棒。在沉积芯层凹陷区111时，在原料SiCl,中掺杂一量定的GeCl.,使芯层凹陷区折射率差 Ac在632. 8nm波长下的值为0. 0038;在沉积芯层非凹陷区112时，调节GeCl,的掺杂量 使芯层非凹陷区折射率差A 1在632. 8nm波长下的值为0. 0094;在沉积第一包层区113时， 使用纯SiCl4原料；在沉积第二包层区114时，在原料SiCl4中掺杂一定的GeCl4使第二包 层折射率差A2在632. 8mn波长下的值为0.010;在沉积第三包层区115时，使用纯SiCl4 原料。通过控制喷灯流量和沉积时间将各层厚度控制为芯层凹陷区111层厚度为2. 10 y m; 芯层非凹陷区112层厚度为l.lnm;第一包层区113层厚度为0.50nm;第二包层区114 层厚度在0.94um;第三包层区115层厚度为57.86um。通过控制拉丝速度、滴头温度等 将裸光纤直径控制在125 ym;保证第一涂层12和第二涂层13涂覆树脂的厚度均约为 30um;最终成品光纤直径为245um;通过树脂和固化条件的控制使得第一涂层12和第二 涂层13的杨氏模量分别约为1.2MPa和760MPa，弹性模量分别为1. lMPa和1400MPa。本 实施例光纤的各性能参数如下有效面积为Slum2;在1550nm波长下，非线性系数y为 1.03\f'km—';零色散波长入 为1.35lim;截至波长人c为1.362nm;在1550nm波长下的 色散斜率系数S园为0. 04485ps/nm7km;在1550nm波长下的模场直径MFD,刷为10. 21 " m; 在1460nm 1625nm的波长范围内，色散系数在6. 19 13. 17 ps/nm/km之间；在1550咖下的抗弯损特征参量(MAC)值为7.49;当弯曲半径为30mm，弯曲圈数为100圈时，在1625nm 波长下的最大宏弯损耗为0. 29dB。本实施例光纤的色散曲线如图24中实施例1光纤所示。 本实施例光纤的有效面积是同类光纤有效面积的2倍左右，可更有效的降低光纤中光的传 输密度，而从有效的抑制非线性光学现象的发生，因此这种光纤特别适用于高功率、长距 离传输的DWDM系统或波长复用的Mi传输系统。 实施例2采用MCVD (或PCVD)制造芯棒，OVD (或RIC)技术制造外包层的工艺制造光纤预制 棒。在沉积芯层凹陷区lll时，在原料SiCl4中掺杂一量定的GeCl4使芯层凹陷区折射率差 Ac在632. 8nm波长下的值为0.0035;在沉积芯层非凹陷区112时，调节GeCl4的掺杂量 使芯层非凹陷区折射率差A 1在632. 8nm波长下的值为0. 0088;在沉积第一包层区113时， 使用纯SiCl,原料；在沉积第二包层区114时，在原料SiCl4中掺杂一定的GeCL使第二包 层折射率差A 2在632. 8nm波长下的值在0. 0097;在沉积第三包层区115时，使用纯SiCl4 原料。通过控制喷灯流量和沉积时间将各层厚度控制为芯层凹陷区111层厚度为2. OOu m; 芯层非凹陷区112层厚度为0.70nm;第一包层区113层厚度为0.40ym;第二包层区114 层厚度在0.9nm;第三包层区115层厚度在58. 50ura。通过控制拉丝速度、滴头温度等 将裸光纤直径控制在125 um;保证第一涂层12和第二涂层13涂覆树脂的厚度均约为 30um;最终成品光纤直径为245um;通过树脂和固化条件的控制使得第一涂层12和第二 涂层13的杨氏模量分别约为1.2MPa和760MPa，弹性模量分别为1. lMPa和1400MPa。本 实施例光纤的各性能参数如下有效面积为53lim、在1550nm波长下，非线性系数y为 1.76W—'km—';零色散波长入,,为1.36"m;截至波长入c为1.437线在1550nm波长下的 色散斜率系数S155。为0. 04534ps/nm7km;在1550nm波长下的模场直径MFD版。为8. 34 y m; 在1460nm 1625nm的波长范围内，色散系数在4. 26 12. 71 ps/nm/km之间；在1550nrn 下的抗弯损特征参量(MAC)值为5.81;当弯曲半径为30mm，弯曲圈数为100圈时，在1625nm 波长下的最大宏弯损耗为0. 14dB。本实施例光纤的色散曲线如图24中实施例2光纤所示。 本实施例光纤除具备常规G.656光纤的性能外，还具有小MAC值的显著特点，其抗弯曲损 耗性能亦相应的显著优于其他可得的G. 656光纤，因此本实施例光纤特别适用于光纤布线 相对复杂或需要光纤弯曲的其他特殊场所。 实施例3采用MCVD (或PCVD)制造芯棒，OVD (或RIC)技术制造外包层的工艺制造光纤预制 棒。在沉积芯层凹陷区111时，在原料SiCL中掺杂一量定的GeCl4使芯层凹陷区折射率差 Ac在632.8nm波长下的值为0.0073;在沉积芯层非凹陷区112时，调节GeCL的掺杂量 使芯层非凹陷区折射率差A 1在632. 8nm波长下的值为0. 0088;在沉积第一包层区113时，使用纯SiCL原料；在沉积第二包层区114时，在原料SiCl4中掺杂一定的GeCL使第二包 层折射率差△ 2在632. 8rw波长下的值在0. 0010;在沉积第三包层区115时，使用纯SiCl4 原料。通过控制喷灯流量和沉积时间将各层厚度控制为芯层凹陷区lll层厚度为1.00txm; 芯层非凹陷区112层厚度为1.80um;第一包层区113层厚度为0.50nm;第二包层区114 层厚度在1.24um;第三包层区115层厚度在58.02ym。通过控制拉丝速度、滴头温度等 将裸光纤直径控制在125 nm;保证第一涂层12和第二涂层13涂覆树脂的厚度均约为 30um;最终成品光纤直径为245um;通过树脂和固化条件的控制使得第一涂层12和第二 涂层13的杨氏模量分别约为1. 2MPa和760MPa，弹性模量分别为1. lMPa和1400MPa。本 实施例光纤的各性能参数如下有效面积为68ym2;非线性系数y为1.37W—^nf';零色散 波长人。为1.39um;截至波长入c为1.40um;在1550nm波长下的色散斜率系数S,为 0. 05207ps/nm7km;在1550nm波长下的模场直径MFD吸。为9. 76um;在1460nm 1625nm 的波长范围内，色散系数在2.43 11.51 ps/nm/km之间；在1550nm下的抗弯损特征参量 (MAC)值为7.02;当弯曲半径为30mm,弯曲圈数为100圈时，在1625nm波长下的最大 宏弯损耗为0.23dB。本实施例光纤的色散曲线如图24中实施例3光纤所示。本实施例光 纤是实施例1和实施例2所述光纤的折中结果，其既具有相对较大的有效面积又有相对较 小的MAC值，因此其抗非线性效应的性能和抗弯曲损耗性能亦介于上述两种光纤之间，其 综合性能较佳，因此更具有被广泛使用的潜能。除上述特殊性能外，本发明光纤均具有以下共同的性征-衰减不均匀性在光纤后向散射曲线上，任意500m长度上的实测衰减值与全长上平 均500m的衰减值之差的最大值不大于0.05dB;包层直径125土lym;芯同心度误差 《O力m;包层不圆度《0.2%;筛选应力》0. 69GPa;衰减系数《0. 4dB/km 01460nm; 《0. 35dB/km@1550nm;《0. 4dB/km @1625nm:衰减两端差双向测试取平均值《0. 05dB/km; 偏振模色散函《):《0.15 ps/km1"錢1550nm;成缆光纤截止波长(入cc):《1450nm; 使用工作波长1460nm 1625nm。需要特别指出的是，上述实施例的方式仅限于描述实施例，但本发明不只局限于上述 方式，且本领域的技术人员据此可在不脱离本发明的范围内方便的进行修饰，因此本发明 的范围应包括本发明所揭示的原理和新特征的最大范围。
权利要求
1. 低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，包括裸玻璃光纤(11)以及包围在所述裸玻璃光纤外周的树脂保护层(12、13)，其特征是所述裸玻璃光纤(11)由一个芯层区和三个包层区(113、114、115)组成，且芯层区由折射率较低的凹陷区(111)和折射率较高的非凹陷区(112)组成，第一包层区(113)和第三包层区(115)为纯SiO2层，第二包层区(114)的折射率差(Δ2)高于芯层区的折射率差，所述芯层区和三个包层区的折射率剖面都是阶梯型剖面。
2、 根据权利要求1所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是芯层凹 陷区折射率差(Ac)在0.0035 0.0072之间；芯层凹陷区厚度在0.9 2.1jim之间；芯层非 凹陷区折射率差(Al)在0.0081 0.0095之间；芯层非凹陷区厚度即在0.6 2.3 nm之间； 第一包层厚度在0.8 2.3pm之间；第二包层的折射率差(A2)在0.0089 0.0107之间；第 二包层厚度在0.76 1.78pm之间；第三包层厚度在57.2 58.8nm之间。
3、 根据权利要求1或2所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是第 二包层的折射率差(A2)比芯层非凹陷区折射率差(Al)高9% 14%。
4、 根据权利要求3所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是芯层凹 陷区折射率差(Ac)在0.0037 0.0039之间，芯层非凹陷区折射率差(Al)在0.0092 0.0096 之间，第二包层的折射率差(A2)在0.0097 0.0100之间，芯层凹陷区直径(aO)在4.04 4.36pm之间，芯层非凹陷区直径(a)在6.19 6.61pm之间，第一包层直径(cl)在7.15 7.65pm之间，第二包层直径(c2)在8.96 9.60pm之间，第三包层之间(c3)在124.00 126.00nm之间。
5、 根据权利要求4所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是有效面 积(4)大于8(Vm、非线性波导系数小于1.102 WD在1550nm下的模场直 径(MFD园)在10.10 10.30pm之间。
6、 根据权利要求3所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是芯层凹 陷区折射率差(Ac)在0.0034 0.0036之间，芯层非凹陷区折射率差(A1 )在0.0086 0.0090 之间，第二包层的折射率差(A2)在0.0094 0.0100之间，芯层凹陷区直径(a0)在3.85 4.15pm之间，芯层非凹陷区直径(a)在5.22 5.58pm之间，第一包层直径(cl )在5.98 6.42nm之间，第二包层直径(c2)在7.72 8.28|im之间，第三包层之间(c3)在124.26 125.92pm之间。
7、 根据权利要求6所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是抗弯损 特征参量(MAC)小于5.9;当弯曲半径为30mm，弯曲圈数为100圈时，在1625nm波长下的最大宏弯损耗0.15dB;在1550nm下的模场直径(MFD服。)为8.30 8.5(Him。
8、 根据权利要求3所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是芯层凹 陷区折射率差(Ac)在0.0071 0.0075之间，芯层非凹陷区折射率差(A1)在0.0086 0.0090 之间，第二包层的折射率差(A2)在0.0097 0.0100之间，芯层凹陷区直径(a0)在1.92 2.08pm之间，芯层非凹陷区直径(a)在5.44 5.76pm之间，第一包层直径(cl)在6.40 6.8(Him之间，第二包层直径(c2)在8.80 9.36pm之间，第三包层之间(c3)在124.31 125.94pm之间。
9、 根据权利要求8所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是有效面 积(^#)大于65pm2！抗弯损特征参量(MAC)小于7.1;当弯曲半径为30mm，弯曲圏 数为100圏时，在1625mn波长下的最大宏弯损耗小于0.25dB;在1550nm下的模场直径(MFD,,)为9.70 9.90拜。
全文摘要
低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，属于光通信技术，现有光纤存在带宽受到限制、不能完全满足当前G.656光纤的标准的缺陷，本发明包括裸玻璃光纤以及包围在所述裸玻璃光纤外周的树脂保护层，其特征是所述裸玻璃光纤由一个芯层区和三个包层区组成，且芯层区由折射率较低的凹陷区和折射率较高的非凹陷区组成，第一包层区和第三包层区为纯SiO2层，第二包层区的折射率差高于芯层区的折射率差，所述芯层区和三个包层区的折射率剖面都是阶梯型剖面。本发明通过对光纤的芯层和包层进行合理的设计，实现了完全满足当今有关G.656光纤标准且适用于高速率传输系统和WDM系统的低弯曲损耗、低非线性效应要求。
文档编号G02B6/02GK101226258SQ200710066730
公开日2008年7月23日 申请日期2007年1月16日 优先权日2007年1月16日
发明者卢卫民, 吴兴坤, 张立永, 杨军勇 申请人:富通集团有限公司