色散位移光纤的制作方法

专利名称：：色散位移光纤的制作方法
技术领域：
：本发明涉及光纤传输领域，更具体地，本发明涉及一种衰减得到降低但弯曲损耗并不增加的色散位移光纤。
背景技术：
：对光纤而言，折射率分布通常根据将光纤折射率与半径相关起来的函数的曲线图这种形式来描述。距光纤中心的距离r习惯表示在横座标上，并且光纤折射率与光纤包层折射率之间的差表示在纵坐标上。作为光学包层的外包层具有基本恒定的折射率；该光学包层通常由纯石英(silica)组成，但也可以包含一种或多种掺杂物。由此，折射率分布纟皮称为"阶5^型"、"梯型"、"三角型"或"a型"，其曲线图相应地分别具有阶梯形、梯形或三角形。这些曲线通常代表的是光纤理论上的或设定的分布，而对光纤制造的约束可能导致稍微不同的分布。光纤通常包括作用在于传输并可能放大光信号的光学纤芯，以及作用在于将光信号限制在纤芯里的光学包层。为此目的，纤芯的折射率iie和包层的折射率ng被设置成n^ng。如众所周知那样，光信号在单模光纤内的传播被分解为在纤芯内引导的基模和在纤芯-包层组件内特定距离上引导的次模，即所谓的包层模。传统上，通常所说的SSMF(标准单模光纤)色散位移光纤，也称作NZDSF光纤(非零色散位移光纤)被用作陆地传输系统的线路光纤(linefiber)。在所用波长处(通常为1，550nm附近)具有非零且正色散的位移色散光纤被描述为NZDSF+。典型地，SSMF满足特定的通信标准，尤其是G.652标准。SSMF具有在1,550nm波长处测量的约为0.19dB/km的衰减(其瑞利贡献在0.160dB/km的量级)，约为80pm2的有效面积，小于l，350nm的有效截止波长，在1,550nm约为17ps/nm-km的正色散，以及0.058ps/nm2-km的正色散斜率。NZDSF+光纤在1，550nm波长处具有比SSMF更低的色散(通常在3~14ps/nm-km之间)，以及通常小于0.1ps/(nm2.km>々色散斜率。NZDSF+光纤一般被用于短距离传输系统，并且满足特定的通信标准，特别是G.655和G.656标准。图1示出SSMF光纤和标准NZDSF光纤的设定分布。所示出的分布是设定分布，即表示的是光纤的理论分布，而从预制件拉制光纤之后实际得到的光纤可能具有稍微不同的分布。典型地，SSMF光纤包括半径为4.35iam并且与作为光学包层的外包层具有折射率差5.2"0-3的中央纤芯。标准的NZDSF光纤包括与作为光学包层的外包层具有折射率差Dnl的中央纤芯，与外包层具有折射率差Dn2的中间包层，以及与外包层具有折射率差Dn3的环。该中央纤芯中、中间包层中以及环中的折射率在它们整个宽度上都是基本恒定的。纤芯的宽度用它的半径rl限定，中间包层和环的宽度分别用它们的外半径r2和r3限定。典型地，中央纤芯、中间包层、环以及外包层通过在石英管内用CVD型沉积得到，而光学包层用该管和通常为天然石英或掺杂石英的该管的外覆层(overclad)形成，但是它也可以用任何其他沉积4支术(VAD或OVD)得到。如图l所示，该NZDSF具有比SSMF的中央纤芯更小半径和更大折射率差的中央纤芯。在这种纤芯尺寸下，色散可以被降低。然而，同SSMF相比，其纤芯更显著的掺杂却会引入更加明显的瑞利散射损耗，高于0.164dB/km,从而在1,550nm处导致比0.190dB/km更大的衰减。希望能将NZDSF的衰减减小到与SSMF相等的值。在某种意义上讲，周知的是，光纤内的衰减主要是由于瑞利散射损耗引起的，而部分是由于吸收损耗和因光导缺陷产生的损耗引起的。在NZDSF的情形中，纤芯内存在比SSMF更高浓度的掺杂物增加了因瑞利散射导致的损耗。已知的是，通过用纯石英纤芯制作光纤来降低瑞利散射损耗。例如，这在K.Nagayama等人7>布在SEITechnicalReview,No.57，2004年1月的出X反物"UltmLowLoss(0.1484dB/km)PureSilicaCoreFiber"或M.Ohashi等人公布在JournalofLightwaveTechnology,Vol.10,No.5,1992年5月，PP539-543的出版物"OpticalLossPropertyofSilica-BasedSingleModeFibers"中已经提出。然而，具有纯石英纤芯的光纤因为必须通过用例如氟进行掺杂来埋入光学包层中，因此制作起来很昂贵。还已知的是，可以通过使光纤拉制条件最优化来降低因瑞利散射引起的损耗。例如，这在K.Tsujikawa等人公布在JournalofLightwaveTechnology,Vol.18，No.11，2000年11月，pp1528-1532的出片反物"RayleighScatteringReductionMethodforSilica-BasedOpticalFiber"或在K.Mukasa等人公布在ECOC，05，Tu1.4.6的出版物"AhighperformanceGe02/Si02NZ-DSFandtheprospectsforfutureimprovementusingHoleyFibertechnology"中已经才是出。然而,所才是出的这些解决方法产业上应用起来很复杂，因为在加热和冷却循环时采用多个光纤拉制温度，而这些光纤拉制温度很难控制。文献US-A-6，576,164也提出一种制作SSMF光纤的方法，其中为降低因瑞利散射引起的损耗而使光纤拉制条件最优化。然而在该文献中提出的方法需要带有额外冷却设备的复杂装备。文献EP-A-l256554描述了一种制作阶跃折射率光纤的方法，该光纤包括掺锗中央纤芯以及具有比石英低的折射率的外部光学包层。因为该包层是部分埋入的，所以纤芯内掺杂的量可以减小，从而光纤内的衰减降低。然而，这种解决办法成本昂贵，并且不能直接应用到NZDSF型光纤。EP-A-1288685^^开了一种包括中央纤芯、中间包层、环、凹陷包层以及光学包层的非零色散位移光纤。但是没有提及瑞利损耗。EP画A-l434071,EP誦A-l382981，EP國A-l865348和EP画A-l734390都描述了包括中央纤芯、中间包层、环、凹陷包层及光学包层的6色散补偿光纤。但是都没有提及瑞利损耗。EP-A-1610160描述一种包括中央纤芯和至少五个内包层的色散补偿光纤。但是也没有提及瑞利损耗。图2示出NZDSF光纤的设定分布，其中整个结构都被部分埋入，即纤芯较低掺杂，中间包层和外包层具有比石英低的折射率。为成本原因，该光学包层(可以用OVD、VAD、CVD用形成有光纤预制件的管或管的外覆层制得)保持为石英。若这种光纤分布实际地将因瑞利散射引起的损耗减小到基本与SSMF相等的值，则弯曲损耗被非常明显地消减(参看下面表I和II的例子2a)。还已知的是，特别是从文献US-A-4,852,968获知，利用埋入的沟槽，可以减小弯曲损耗。然而，仅是通过向图2所给结构增加埋入沟槽，还不能达到下面表I和11的例子2b所示那样可接受的弯曲损耗。因此，需要一种NZDSF+光纤，其具有降低的瑞利散射损耗，而不会恶化其他光学参数，特别是不会恶化弯曲损耗，并且其能以合理成本制作且不用改变光纤拉制设备。
发明内容因此，为了达到与SSMF接近的衰减，同时限制弯曲损耗，并且遵守与NZDSF相关的标准，特别是在色散、有效面积以及截止波长方面，本发明提出对NZDSF光纤的分布的整体优化。本发明更具体地提出一种非零色散位移光纤(NZDSF)，从中央向外围包括中央纤芯、包括至少三个区的内包层，以及光学包层，该中央纤芯具有半径和与光学包层之间的折射率差，该内包层从中央纤芯向光学包层包括中间包层，其具有半径和与光学包层之间的折射率差；环，其具有半径和与光学包层之间的折射率差；埋入沟槽，其具有半径，介于2.5|^im~5.5)nm之间的宽度，以及与光学包层之间的、介于-5xl(T3~-15xl(T3之间的折射率差；所述光纤具有在1,550nm波长处小于或等于0.164dB/km的瑞利散射损耗；在1,550nm波长处对于16mm的弯曲半径小于0.5dB/圈(dB/turn)的弯曲损耗，以及在1，625nm波长处对于30mm的弯曲半径小于0.5dB/100圈的弯曲损耗。依照这些实施例，本发明的光纤还可以包4舌下列特征中的一个或多个该中央纤芯具有与光学包层小于7.5xl0-s的折射率差(Dnl);该中间包层区与光学包层的折射率差介于-2.5xl(T3-1.5xl0—3之间；该环区与光学包层的折射率差介于0.0~5><10-3之间；该纤芯的半径介于2pm~4.35|um之间；该中间包层区的外半径介于4.58.5fim之间；该环区具有介于3nm~7.5nm之间的宽度；该埋入沟槽区的内半径大于lO)iim;该埋入沟槽区的外半径小于或等于17pm;该光纤对于1,550nm波长具有小于12ps/nm-km的色散；该光纤对于1,550nm波长具有小于或等于0.09ps/nm2-km的色散斜率；该光纤具有小于1,600nm的有效截止波长；该光纤具有大于50^1112的有效面积。依照一个实施例，该光纤还包括位于该环区和该埋入沟槽区之间的第四内包层区，该第四包层区具有外半径和与光学包层之间的、介于-2.5xl(T3lxlO^之间的折射率差。依照一个实施例，该第四包层区的半径介于1114.5pm之间。在阅读下面以示例给出的本发明的实施例并参看附图的描述的基础上，本发明的其他特性和优点将变得明显。在附图中图1是已经描述了的依照现有技术的SSMF光纤和NZDSF+光纤的设定分布的图解说明；图2是已经描述了的根据不是依照本发明的实施例的NZDSF+光纤的设定分布的图解说明；图3是依照本发明第一个实施例的NZDSF+光纤的设定分布的图解说明；图4是依照本发明第二个实施例的NZDSF+光纤的设定分布的图解说明。具体实施例方式依照本发明的光纤是一种非零色散位移光纤，其具有比标准阶跃型折射率SSMF光纤的色散更低的色散。依照本发明的光纤具有降低了的瑞利散射损耗，在1,550nm处小于0.164dB/km。依照本发明的光纤还具有有限的弯曲损^>,在1,550nm处对于16mm的弯曲半径，弯曲损耗小于0.5dB/圏，在1,625nm处对于30mm的弯曲半径，弯曲损耗小于0.5dB/100圏。将参看图3和图4来描述本发明的光纤，该图3和图4图解了两种可能实施例的设定分布。射率差Dnl的中央纤芯，以及位于中央纤芯与光学包层之间的至少三个内包层区。在本文中，中央纤芯和内包层区通过在石英管中用CVD型沉积制得，光学包层用该管和通常为天然或掺杂石英的该管的外覆层制得，但是也可以用任何其他沉积技术(VAD或OVD)制得。第一包层区是与光学包层具有折射率差Dn2的中间包层，第二包层区是与光学包层具有折射率差Dn3的环，第三包层区是与光学包层具有折射率差Dnt的埋入沟槽。在图3中，存在第四包层区，它以阶跃形式位于环和埋入沟槽之间，与光学包层具有折射率差Dn4。中间包层Dn2、环Dn3、埋入沟槽Dnt以及如果需要的阶3夭Dn4的折射率在它们的整个宽度上基本恒定。这里，中央纤芯具有阶跃形，但是也可以具有梯形、三角形或oc形。该纤芯的宽度由它的半径rl限定，而包层由它们各自的外半径r2-r4限定；埋入沟槽的宽度由半径差Wtr限定。除其他因素之外，瑞利损耗取决于纤芯Dnl的折射率分布，内包层和外包层Dn2、Dn3和Dn4的折射率分布，以及由下式《会出的光纤截面上的光场分布其中，r是光纤横截面的半径，^W是光场，"(。是瑞利系数。依照本发明的光纤是NZDSF光纤，其中央纤芯的半径rl大于2pm但小于SSMF光纤的中央纤芯半径，即小于4.35ium,优选地小于4.00fim，与光学包层的折射率差Dnl大于SSMF光纤，即大于5.0xl(T3,但保持为小于7.5xl0—3,以限制纤芯中的掺杂量。在光纤具有这种纤芯分布下，可以降低色散，并且通过限制纤芯内的掺杂量，可以控制因瑞利散射引起的损耗。依照本发明的光纤还包括位于纤芯与光学包层之间、包括至少三个区的包层。第一区是半径为r2并且与光学包层的折射率差为Dn2的中间包层。该中间包层可以是稍微埋入的，它具有与外包层介于-2.5xl(T31.5xl0^之间的折射率差Dn2。该中间包层的外半径r2介于4.5|tim~8.5pm之间。第二区是半径为r3并且与光学包层的折射率差为Dn3的环。不像图2的分布，该环是不埋入的，它具有与光学包层介于0.05xl(^之间的折射率差。环的宽度(r3-r2)介于3(LAm7.5jum之间。第三区是具有半径rtr、可控宽度Wtr和可控深度Dnt的埋入沟槽。如图3所示，还可以添加具有半径r4和与光学包层的折射率差Dn4的第四包层区，其以阶跃的形式位于环和埋入沟槽之间。该阶跃比环和埋入沟槽都要窄，并且可以是稍微埋入的，它可以具有介于1114.5pm之间的外半径r4,以及与光学包层介于-2.5xl(T3lxlO—s之间的折射率差Dn4。在埋入沟槽的深度Dnt介于-15xl(T3~-5xl(^之间和埋入沟槽的宽度Wtr介于2.5|im~5.5jum之间的情况下，可以在有效地限制弯曲损耗的同时控制截止频率，即同时将更高阶模的传播限制在光纤内。因此，依照本发明的光纤具有小于1,600nm的有效截止波长，优选地具有小于1,450nm的光缆截止波长，这符合G.655和G.656标准要求的条件。为了降低制作成本，埋入沟槽区可以具有限于17pm的外半径rtr。为了降低因瑞利散射引起的损耗，同时限制弯曲损耗，而不干扰光纤的其他光学参数，与中间包层区和环区结合来最优化埋入沟槽区。埋入沟槽区因中间包层和环的存在而距离纤芯足够远，其内径大于或等于10)im。在沟槽相对于中央纤芯具有这个距离的情况下，可以不会太多地干扰基模的传播，从而使有效面积和色散值保持为符合G.655和G.656标准要求的条件。为了保证弯曲损耗的降低并控制直接更高阶模(LP11和LP02)的损耗以及因此得出的截止波长，沟槽还是足够深和窄的。下面的表I给出依照本发明的传输光纤的可能折射率分布的六个例子(例3和例4)，以及作为与标准SSMF光纤对比的不符合本发明的五个例子(例l和例2)。第一列为每个分布指定参考编号。后面的几列给出每段的半径值(rl-r4)以及埋入沟槽的宽度(Wtr);接下来的几列给出每段与光学包层的折射率差的值(Dnl-Dn4和Dnt)。这些折射率的值是在633nm波长处测量的。表I中各例的光纤具有125|im的外直径。表I中的各值对应于光纤的设定分布。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>依照本发明的光纤用上表中的各个例子以非限制性的方式给出。特别地，要注意，依照本发明的光纤具有比SSMF窄的中央纤芯以及比SSMF大的折射率差。还要注意，依照本发明的光纤在中央纤芯与光学包层之间具有至少三个包层区，这些区中的一个是具有宽度介于2.5|iim~5.5iam之间和与光学包层之间的折射率差介于-5xl(T3~15xl(r3之间的埋入沟槽(Wtr,Dnt)。该埋入沟槽距离中央纤芯相对较远，其内半径大于10|am。在沟槽相对于中央纤芯具有这个距离的情况下，可能不会太多地干扰基模的传播，以将有效面积和色散值保持为符合G.655和G.656标准要求的条件；并且，为了保证弯曲损耗的降低并控制直接更高阶模(LPll和LP02)的损耗以及因此得出的截止波长，沟槽的宽度和深度被最优化。而且，在表I中，可以注意到，依照本发明的光纤的中央纤芯与光学包层之间具有小于7.5xl(rM旦大于SSMF即大于5.0xl(T3的折射率差Dnl;中间包层区Dn2与光学包层具有介于-2.5xl(T3~1.5xl(T3之间的折射率差，环区Dn3与光学包层之间具有介于0.05xl0-s之间的折射率差。还要注意，第四包层区(当存在时)比埋入沟槽区要窄和较少埋入或完全没有埋入；该第四包层区具有的与光学包层之间的折射率差Dn4介于-2.5xl(y3lxl()J之间。还要注意，在表I中，光纤的中央纤芯比SSMF窄，其半径rl介于2pm~4.0iim之间。依照本发明的、具有如前所述折射率分布的NZDSF光纤具有降低了的瑞利散射损耗，并因而具有接近于SSMF的衰减，同时不会增加弯曲损耗。而且，具有依照本发明折射率分布的NZDSF光纤满足G.655和G.656标准的要求，如ITU-T推荐标准所定义那样。下面的表II给出具有对应于表I的折射率分布的传输光纤的光学性质。在表II中，第一列是对表1的参考编号的重复。后面的几列为每种光纤分布提供在1,550nm波长处的色散值D和色散斜率值P，以及在1，550nm波长处的有效面积值Aeff。4妄下来的几列为每种光纤分布提供在1，550nm波长处的瑞利散射损耗值和弯曲损耗值PPC，分别在1,625nm波长处10mm的半径上，在1,550nm波长处16mm的半径上，在1,550nm波长处25mm的半径上以及在1,625nm波长处30mm的半径上。最后一列为每种分布提供根据目前标准在两米光纤上测量到的有效截止波长XCeff的值。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>例la、lb和lc不属于本发明；它们对应于如图1所示的标准NZDSF光纤。例2a和2b也不属于本发明。例2a示出在图2中，其对应于例1的光纤，相对于外光学包层^皮埋入1.5xl(T3。未示出的例2b对应于例2a的分布，仅是增加有沟槽。注意，例1的光纤具有比SSMF高的衰减，而例2的光纤具有等于SSMF的衰减但具有增加的弯曲损耗。例3a、3b和3c是依照本发明的；它们对应于如图3所示的NZDSF光纤，其具有位于环与埋入沟槽之间的第四阶跃形包层区。例4a、4b和4c也是依照本发明，它们对应于如图4所示的NZDSF光纤，即其具有位于中央纤芯与光学包层之间的三个包层区。从表II可以看出，依照本发明的光纤的弯曲损耗等同于SSMF的弯曲损耗，或者甚至更好。另外，依照本发明的光纤与标准NZDSF光纤相比具有降低了的瑞利散射损耗，依照本发明的光纤的瑞利散射损耗可以被降低为标准SSMF光纤的瑞利散射损耗。因此，依照本发明的光纤的衰减在1，550nm波长处接近于SSMF的衰减。从表II还要注意，位于中央纤芯与光学包层之间的一组三个包层区被相结合地最优化。实际上，例2b清楚地表明，仅通过向具有降低了瑞利损耗的NZDSF光纤的分布添加埋入沟槽，还不能在降低弯曲损耗的同时保持瑞利散射损耗的减小。从表II还要注意，在依照本发明的光纤的折射率分布下，可以保证小于12ps/nm匿km的正色散和小于0.09ps/nm2-km的色散斜率，以及大于50iLm^的有效面积和小于1,600nm的截止波长。依照本发明的光纤能够符合ITU-TG.655和G.656标准的推荐标准，这些标准特别推荐小于1,450nm的光缆截止波长A^，介于8pm~llium之间的模直径，在1,550nm处小于10ps/nm-km的正色散。因此，依照本发明的光纤可以装设在很多传输系统中，其能与系统中的其他光纤很好地相容。这些符合G.655和G.656标准的要求的有效面积、色散以及有效截止波长的值可以通过对埋入沟槽、中间包层和环进行联合优化来获得。1权利要求1.一种色散位移光纤(NZDSF)，从中央向外围包括中央纤芯，包括至少三个区的内包层，以及光学包层，该中央纤芯具有半径(r1)和与光学包层之间的折射率差(Dn1)，该内包层从中央纤芯向光学包层包括中间包层，具有半径(r2)和与光学包层之间的折射率差(Dn2)；环，具有半径(r3)和与光学包层之间的折射率差(Dn3)；埋入沟槽，具有半径(rtr)、介于2.5μm～5.5μm之间的宽度(Wtr)以及与光学包层之间介于-5×10-3～-15×10-3之间的折射率差(Dnt)，所述光纤具有在1,550nm波长处小于或等于0.164dB/km的瑞利散射损耗；在1,550nm波长处对于16mm的弯曲半径小于0.5dB/圈的弯曲损耗，以及在1,625nm波长处对于30mm的弯曲半径小于0.5dB/100圈的弯曲损耗。2.如权利要求l的光纤，其中该中央纤芯与光学包层之间具有小于7.5xl(r3的折射率差(Dnl)。3.如前述任一权利要求的光纤，其中该中间包层区与光学包层的折射率差(Dn2)介于-2.5xl(T31.5xl0-3之间。4.如前述任一权利要求的光纤，其中该环区与光学包层的折射率差(Dn3)介于0.05xl(y3之间。5.如前述任一权利要求的光纤，还包括位于该环区(r3，Dn3)和该埋入沟槽区(Wtr，Dnt)之间的第四内包层区，该第四包层区具有半径(r4)和与光学包层之间介于-2.5xl(T3lxlO-s之间的折射率差。6.如权利要求5的光纤，其中该第四包层区的半径(r4)介于11(im~14.5jam之间。7.如前述任一权利要求的光纤，其中该纤芯的半径(rl)介于2拜~4.35jum之间。8.如前述任一权利要求的光纤，其中该中间包层区的外半径(r2)介于4.5拜~8.5(im之间。9.如前述任一权利要求的光纤，其中该环区具有介于3|Lim~7.5)im之间的宽度(r3-r2)。10.如前述任一权利要求的光纤，其中该埋入沟槽区的内半径大于10|um。11.如前述任一权利要求的光纤，其中该埋入沟槽区的外半径(rtr)小于或等于17|im。12.如前述任一权利要求的光纤，其中对于1,550nm波长该光纤具有小于12ps/nm-km的色散。13.如前述任一权利要求的光纤，其中对于1,550nm波长该光纤具有小于或等于0.09ps/nm、km的色散斜率。14.如前述任一权利要求的光纤，具有小于1,600nm的有效截止波长。15.如前述任一权利要求的光纤，具有大于50)Lim"的有效面积。全文摘要本发明公开了一种色散位移光纤(NZDSF)，包括中央纤芯(r1，Dn1)，以及具有至少第一中间包层区(r2，Dn2)、第二环区(r3，Dn3)及第三埋入沟槽(wtr，Dnt)三个区的内包层。该埋入沟槽区具有与光学包层介于-5×10^-3～-15×10^-3之间的折射率差(Dnt)和介于2.5μm～5.5μm之间的宽度(Wtr)。所提出的光纤具有降低了的瑞利散射损耗，在1,550nm波长处小于0.164dB/km，并具有有限的弯曲损耗。文档编号G02B6/02GK101551488SQ20091020395公开日2009年10月7日申请日期2009年4月7日优先权日2008年4月4日发明者D·莫兰,E·雷尼耶,L-A·德蒙莫里永,M·比戈-阿斯特吕克,P·西亚尔,S·里夏尔申请人:德雷卡通信技术公司