低衰减少模光纤的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于光纤通信系统的低衰减少模光纤，该光纤的纤芯具有阶梯型 剖面结构，其在1550nm通讯波段支持的四个模式有较低的差分模群时延（DGD)、较低的衰 减和较好的抗弯曲性能，属于光纤通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 单模光纤由于其传输速率快，携带信息容量大，传输距离远等优点，被广泛地应用 于光纤通信网络之中。而近年来，随着通信及大数据业务对容量的需求与日俱增，网络带 宽快速扩张，光传输网络的容量正逐步接近单根光纤的香农极限：100Tb/s。空分复用和模 分复用技术可以打破传统的香农极限，实现更高带宽的传输，是解决传输容量问题的最好 方法。支持此复用技术的光纤即多芯光纤和少模光纤。实验表明，使用少模光纤结合MMO 技术能够在一个以上的空间传播模式下传输信号。并且MMO技术能够补偿模式间的相互 耦合，在接收端将各个空间模式分离开来。美国专利US8948559、US8848285、US8837892、 US8705922以及中国专利CN104067152、CN103946729等提出了抛物线型或阶跃型剖面的少 模光纤，但它们各自存在优缺点。具有阶跃型剖面的少模光纤制造工艺简单，易于实现大批 量生产，但其通常具有较大的D⑶，甚至高达几千ps/km【S.Matsuo,Y.Sasaki,I.Ishida,K. Takenaga,etal. ,"RecentProgressonMulti-CoreFiberandFew-ModeFiber"OFC 2013, 0M3I. 3(2013)】。抛物线型剖面的少模光纤有更多的可调节参数从而使得模间串扰和 DGD均达到很低的水平，但其制备工艺复杂，alpha参数难以精确均匀地控制，可重复性不 高。且折射率剖面沿预制棒轴向上的微小波动就能造成光纤不同段长处DGD的明显变化。 为了克服上述问题，需要发明一种少模光纤，其具有较小的DGD而且能够通过简单的工艺 进行重复性制备。
[0003] 另一方面，随着光放大技术的进一步发展，光纤通信系统正向着更高传输功率和 更长传输距离的方向发展。作为光纤通信系统中的重要传输媒质，光纤的相关性能也必须 有进一步的提升，以满足光纤通信系统实际发展的需要。衰减和模场直径是单模光纤的两 个重要的性能指标。光纤的衰减越小，光信号在这种媒质中的传输距离越长，光通信系统的 无中继距离也越长，从而能显著减少中继站数量，在提高通信系统可靠性的同时使得建设 和维护成本大幅降低；光纤的模场直径越大，有效面积就越大，则其非线性效应就越弱。大 有效面积可以有效地抑制自相位调制、四波混频、交叉相位调制等非线性效应，保证高功率 光信号的传输质量。降低衰减和增大有效面积可以有效地提高光纤通信系统中的光信噪 比，进一步提高系统的传输距离和传输质量。对单模光纤而言，光纤的衰减系数可以用公式 (1)表示：
[0004] a=R/ 入 4+aIR+aIM+a〇H+aUV+B (1)
[0005] 其中R为瑞利散射系数，aIR，aIM，a_auv分别代表红外吸收，缺陷衰减，〇H吸 收，以及紫外吸收。在光纤材料中，由于某种远小于波长的不均匀性引起光的散射构成光纤 的散射损耗。其中瑞利散射为三种散射机理之一，为线性散射（不产生频率的变化）。瑞利 散射的特点是与波长的四次方成反比，由其引起的损耗与掺杂材料的种类与浓度有关。对 于少模光纤，可认为光纤中的每一个模式的衰减系数都遵循上述公式（1)。
[0006] 在光纤预制棒的制造过程中一般可以采用以下几种方法来降低光纤衰减。比如， 采用更高纯度的原材料，提高生产环境和设备密封性能，降低外界杂质引入的几率。或者， 采用更大外径的预制棒制造工艺，通过大尺寸预制棒的稀释效应降低光纤的整体衰减。另 外，在光纤制造过程中，裸光纤表面涂层的涂覆工艺也是影响光纤衰减性能的一个重要因 素。但是，无论从理论上还是实际光纤制备中的成本和工艺控制上来讲，降低光纤的掺杂并 优化光纤的剖面是最简单且有效的降低光纤衰减的方法。一般来说，掺杂材料的浓度越低， 则瑞利散射所引起的损耗越小。通过优化芯层直径和掺氟浓度等参数，不仅可以增大单模 光纤的有效面积，而且可以有效的降低光纤中瑞利散射等造成损耗，是一种有效可靠的降 低光纤衰减的方法。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题在于在克服上述现有技术存在的不足提供一种低衰 减少模光纤，其既具有较小的DGD(差分模群时延）又工艺简单便于制作，同时，还具有较低 的衰减和较好的抗弯曲性能。
[0008] 为方便介绍
【发明内容】
，定义如下术语：
[0009] 预制棒：是由芯层和包层组成的径向折射率分布符合光纤设计要求可直接拉制成 所设计光纤的玻璃棒或组合体；
[0010] 芯棒：含有芯层和部分包层的实心玻璃预制件；
[0011] 半径：该层外边界与中心点之间的距离；
[0012] 折射率剖面：光纤或光纤预制棒（包括芯棒）玻璃折射率与其半径之间的关系；
[0013] 相对折射率差
【主权项】
1. 一种低衰减少模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于所述芯层为三层，芯层外由内 向外有三层包层；所述的三层芯层剖面结构中，第一芯层的相对折射率差A1为0. 34%~ 0. 45 %，半径R1为4. 5ym~7. 5ym，第二芯层的相对折射率差A2为0. 20 %~0. 29 %， 半径R2为8ym~10ym，第三芯层的相对折射率差A3为0. 15 %~0.24 %，半径R3为 10ym~13ym，所述的包层剖面结构中，第一包层为紧密围绕芯层的内包层，其相对折射 率差A4为-0.02%~0.02%，半径R4为14ym~18ym，第二包层为下陷包层，紧密围绕 内包层，其相对折射率差A5为-0. 8 %~-0. 4 %，半径R5为19ym~31ym，第三包层为紧 密围绕下陷包层的外包层，为纯石英玻璃层。
2. 按权利要求1所述的低衰减少模光纤，其特征在于所述的芯层呈阶梯型，且相对折 射率差由内向外递减。
3. 按权利要求1或2所述的低衰减少模光纤，其特征在于所述的每个芯层均由掺氟 和锗的石英玻璃，或掺有氟及其他掺杂剂的石英玻璃组成，芯层氟的贡献量△F为-0. 06% ±0. 02%。
4. 按权利要求3所述的低衰减少模光纤，其特征在于所述的内包层由掺氟（F)和锗 (Ge)的石英玻璃，或纯石英玻璃组成；所述的下陷包层由掺氟（F)的石英玻璃组成。
5. 按权利要求1或2所述的低衰减少模光纤，其特征在于所述光纤在1550nm波长处支 持四个稳定的传输模式，分别是LP01、LP11、LP21和LP02。
6. 按权利要求5所述的低衰减少模光纤，其特征在于所述的LP01模式在1550nm波长 处光纤的有效面积大于或等于135ym2;在1550nm波长处的色散值小于或等于22ps/km/ nm〇
7. 按权利要求5所述的低衰减少模光纤，其特征在于所述光纤在1550nm波长处的DGD 的绝对值的最大值小于或等于3. 5ps/m。
8. 按权利要求5所述的低衰减少模光纤，其特征在于所述光纤的四个模式在1550nm波 长处的衰减系数均小于或等于0. 21dB/km。
9. 按权利要求5所述的低衰减少模光纤，其特征在于所述光纤中LP02和LP21模式的 截止波长大于1600nm，LP12或LP31模式的截止波长小于1500nm。
【专利摘要】本发明涉及一种低衰减少模光纤，芯层为三层，芯层外由内向外有三层包层；第一芯层的相对折射率差Δ1为0.34%~0.45%，R1为4.5μm~7.5μm，第二芯层的相对折射率差Δ2为0.20%~0.29%，R2为8μm~10μm，第三芯层的相对折射率差Δ3为0.15%~0.24%，R3为10μm~13μm，第一包层相对折射率差Δ4为-0.02%~0.02%，R4为14μm~18μm，第二包层为下陷包层，其相对折射率差Δ5为-0.8%~-0.4%，R5为19μm~31μm，第三包层纯石英玻璃层。本发明在1550nm支持四个稳定的传输模式，既具有较小的DGD又工艺简单便于制作，同时，还具有较低的衰减和较好的抗弯曲性能。
【IPC分类】G02B6-036
【公开号】CN104714273
【申请号】CN201510146111
【发明人】张睿, 周红燕, 张磊, 龙胜亚, 张立岩, 李婧, 王瑞春
【申请人】长飞光纤光缆股份有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月31日