具有低弯曲损耗的大有效面积光纤的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请根据35U.S.C. § 119,要求2013年3月28日提交的美国临时申请系列第 61/806, 005号的优先权，本文W该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术领域
[0002] 本发明一般地设及光纤，具体地，设及具有大有效面积和低微弯曲损耗的光纤。
【背景技术】
[0003] 在用于进行远距离高功率传输的远距离通讯系统中，通常需要光学放大器技术和 波分复用技术。只有在比特率、误码率、多路复用方案和（有可能）光学放大器具体指定的 特定的远距离通讯系统中，高功率和长距离的定义才有意义。本领域技术人员已知，其它的 因素也会影响高功率和长距离的定义。但是，对于大多数的目的，高功率表示光学功率约大 于lOmW。高功率系统经常遭受非线性光学效应的影响，所述非线性光学效应包括自相位调 审IJ、四波混频、交叉相位调制和非线性散射过程，所有运些非线性光学效应都会造成高功率 系统的信号下降。在一些应用中，等于或小于ImW的光学功率等级对非线性效应是敏感的， 因此在较低功率系统中，非线性效应仍然是一个很重要的考量因素。此外，其他光纤属性， 例如衰减，也对信号下降产生影响。
[0004] 通常，具有大有效面积（Apff)的光波导光纤降低信号下降非线性光学效应，包括自 相位调制、四波混频、交叉相位调制和非线性散射过程。但是，增加光波导光纤的有效面积 通常导致宏弯曲诱发的损耗和微弯曲诱发的损耗增加，运使得通过光纤传输的信号衰减。 对于长传输距离（例如大于或等于100km)和再生器、放大器、发射器和/或接收器之间具 有大间隔的系统，对于低的微弯曲损耗的需求变得越来越重要。希望开发一种具有低弯曲 损耗的大有效面积（Apff)光纤。
【发明内容】
[0005] 本发明提供具有大有效面积（Apff)和低弯曲损耗的光纤。光纤可包括纤忍区域、 包层区域和涂层。纤忍区域可包括中屯、纤忍区域和环绕纤忍区域。包层区域可包括具有第 一折射率的内包层区域和具有第二折射率分布的外包层区域。涂层可包括环绕了包层的第 一涂层和环绕了第一涂层的第二涂层。第一涂层的原位模量可低于第二涂层的原位模量。
[0006] 中屯、纤忍区域的半径r。可小于或等于2ym。环绕纤忍区域的外半径ri可W是 4-10ym。内包层区域的外半径。可W是16-30ym。
[0007] 用于纤忍区域和包层区域的材料包括：石英、碱金属或碱±金属改性的石英、和/ 或渗杂的石英。纤忍区域可包含不含Ge的石英。中屯、纤忍区域可包含不含Ge的石英，环绕 纤忍可包含渗杂的石英。环绕纤忍区域可包括第一区域和第二区域，所述第一区域包含具 有第一渗杂剂的石英，所述第二区域包含具有第二渗杂剂的石英。环绕纤忍区域可包括第 一区域和第二区域，所述第一区域包含具有第一浓度的第一渗杂剂的石英，所述第二区域 包含具有第二浓度的第一渗杂剂的石英。渗杂剂可包括作用是增加或降低纤忍区域相对于 纯石英的折射率的元素。代表性的渗杂剂包括面化物（例如，Cl、化、F)、金属（例如，Al、Ti、过渡金属）、Ge和P。运些渗杂剂或者其他渗杂剂（例如碱金属，如K、化）可用于改性 纤忍区域相对于纯石英的粘度。
[0008] 包层的折射率可W小于纤忍区域的折射率。包层可包括内包层区域和外包层区 域，其中，内包层区域的折射率小于外包层区域的折射率。
[0009] 可W对光纤的纤忍区域和包层区域上的相对折射率分布进行选择，W提供1550nm 处小于0. 195地/km的衰减、1550nm处大于12. 4ym的模场直径、和/或小于1530nm的光缆 截止波长。1550nm处的模场直径可W大于13. 2ym、或者13. 6ym、或者13. 8ym。
[0010] 第一涂层可W由具有低凝胶时间的可固化第一组合物形成。可固化第一组合物可 包括：丙締酸盐/醋、取代的丙締酸盐/醋或者乙締基取代的酷胺单体。可固化第一组合物 还可包括低聚物。低聚物可W是氨基甲酸醋丙締酸醋低聚物。氨基甲酸醋丙締酸醋低聚物 可包含异氯酸醋基团。氨基甲酸醋丙締酸醋低聚物可包含单独的异氯酸醋。氨基甲酸醋丙 締酸醋低聚物可包含异氯酸醋基团和醇基团。 W11] 第一涂层的原位模量可W小于0. 2MPa、或者小于0. 15MPa、或者小于0. 12MPa、或 者小于0.lOMPa。
[0012] 第一涂层的原位玻璃转化溫度（Tg)可W小于-20°C、或者小于-30°C、或者小 于-40°C、或者小于-45°C。
[0013] 第一涂层的外直径可W小于195ym、或者小于190ym、或者小于185ym、或者小 于 180ym。
[0014] 第二涂层可由可固化第二组合物形成，其包含一个或多个締控单体，其中，所述締 控单体可包含一个或多个締基。代表性的締控单体包括：丙締酸盐/醋、取代的丙締酸盐/ 醋、丙締酸烷基醋、醇基丙締酸醋、乙締基取代的酷胺、苯乙締、乙締基酸、乙締基醋和酸醋。 締控单体可由是聚丙締酸醋或者烷氧基化的聚丙締酸醋。 阳015] 第二涂层的原位模量可W高于第一涂层。第二涂层的原位模量可W大于1200MPa、 或者大于HOOMPa、或者大于1500MPa、或者大于leOOMPa。
[0016] 第二涂层的外直径可W小于250ym、或者小于240ym。
[0017] 具有一个或多个前述属性的光纤还可展现出低的弯曲损耗。通过丝网鼓测试 (wiremesh化umtest)进行测量，光纤在可1550皿的波长展现出小于0.4地/km的微弯曲 损耗，或者在1550nm的波长展现出小于0. 3地/km、或者小于0. 2地/km、或者小于0. 1地/km 的微弯曲损耗。
[0018] 光纤可包括W下的一个或多个特征：
[0019] 纤忍，其具有范围是4ym《10ym的半径r拟及相对于纯石英测得的相 对折射率百分比分布Ai(r)(单位，％)，所述相对折射率百分比分布Ai(r)具有范围 是-0.巧％《Ai最大《0. 1%的最大Ai最大；
[0020] 包层；
[0021] 第一涂层，其围绕所述包层并与其直接接触，所述第一涂层的原位模量小于 0. 2MPa并且原位玻璃转化溫度小于-40°c;W及
[0022] 第二涂层，其围绕所述第一涂层并与其直接接触，所述第二涂层的原位模量大于 1200MPa；
[0023] 其中，所述相对折射率百分比分布Ai(r)W及所述第一和第二涂层配置成使得所 述光波导光纤展现出在1550皿波长处大于12. 4ym的模场直径W及1550皿波长处小于 0. 4地/km的丝网鼓微弯曲损耗。
【附图说明】
[0024] 图1是具有中屯、纤忍区域、第一环绕纤忍区域、第二环绕纤忍区域和包层区域的 光纤的截面图。
[0025] 图2A示意性显示一个实施方式中，具有图1的设计的光纤的示例性相对折射率分 布，在该实施方式中，A。最大=A1最大，A1最小=A2最大，W及A3最小=A3最大。
[00%] 图2B示意性显示一个实施方式中，具有图1的设计的光纤的示例性相对折射率分 布，在该实施方式中，r〇〉0，A。最大〉Ai最大，Ai最小=Az最大，W及最小=A3最大。
[0027] 图2C示意性显示一个实施方式中，具有图1的设计的光纤的示例性相对折射率分 布，在该实施方式中，r〇=0,在光纤的中心或者罪近中心处具有A1最大，Ai最小=Az最大，W AA3最小=A3最大。
[002引图2D示意性显示一个实施方式中，具有图1的设计的光纤的示例性相对折射率分 布，在该实施方式中，r0〉0,在：r〈ri处具有A1最大，Ai最小=Az最大，W及Ag最小=Ag最大。
[0029] 图3示意性显示样品光纤的折射率分布。
【具体实施方式】
[0030] 在W下的详细描述中提出了示例性实施方式的其他特征和优点，其中的部分特征 和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括W下详细 描述、摘要、权利要求书W及附图在内的本文所述的本发明而被认识。
[0031] 应理解，前面的一般性描述和W下示例性实施方式的详细描述都旨在用来提供理 解要求保护的本发明范围的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对示例性实 施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图W图示形 式说明了所选择的本发明的示例性实施方式，并与描述一起用来解释示例性实施方式的原 理和操作。附图中所示的特征是所选择的本发明的示例性实施方式的示意，不必按比例绘 制。
[0032] 下面给出所选择的本文所用术语的解释：
[0033] "折射率分布"是折射率或相对折射率与光纤半径之间的关系。
[0034] "相对折射率百分比"定义如下
[0035]
[0036] 其中，n(r)是光纤在距离光纤的中屯、线的径向距离r处的折射率，除非另有说明， 并且n,是1. 444,运是石英在波长为1550nm处的折射率。除非另有说明，否则，本文所用的 相对折射率用A(或"A")或者A% (或"A% ")表示，其数值的单位是"％ "。
[0037] 除非另外说明，否则在本文中，将"色散"称作"分散"，波导光纤的色散是材料色 散、波导色散和模间色散之和。对于单模波导光纤，模间色散为零。双模体质假设模间色散 的色散值为零。零色散波长（A。）是色散值等于零的波长。色散斜率表示色散相对于波长 的变化率。 阳03引"有效面积"定义如下：
[0039]
W40] 其中，f(r)是导光的电场的横向分量。如本文所用，"有效面积"或"Apff"指的是 波长为1550nm的有效面积，除非另有说明。
[0041] 术语"a-分布"指的是相对折射率分布，表述为A(r)，其单位是"％"，其中r是 相对于光纤的中屯、线的半径，其符合如下等式：
[0042]
阳0创式中r。是A(r)为最大值的点，ri是A(r)%为零的点，r的范围是r々<rf，其中A(r)如上文所定义，是a-分布曲线的起点，rf是a-分布曲线的终点，a是指数，为 实数。 W44] 模场直径（MFD)采用彼得曼II方法测量，如下方式确定：
[0045] MFD = 2w
[0046]
[0047] 其中，f(r)是导光的电场分布的横向分量，r是光纤中的径向位置。
[0048]波导光纤的抗弯曲性可W通过规定测试条件下所诱发的衰减进行度量。各种测试 被用于评估弯曲损耗，包括用于测量微弯曲损耗的丝网鼓测试W及用于测量宏弯曲损耗的 屯、轴缠绕测试。微弯曲损耗表示由于对光纤的扰动（例如，应力、应变、作用力）所导致的 存在于短的长度规格（例如，小于或等于1mm)上的导光强度的损耗。宏弯曲损耗表示由于 对光纤的扰动（例如，应力、应变、作用力）所导致的存在于长的长度规格（例如，大于或等 于5mm)上的导光强度的损耗。
[0049] 在丝网覆盖的鼓微弯曲测试（WMCD)中，用丝网缠绕400mm直径的侣鼓。网是没 有拉伸情况下的紧密缠绕，并且不应该有孔、下沉或损坏。丝网材料由抗腐蚀型304不诱 钢编织丝布制造，具有如下特征：每线性英寸网为165x165,网直径为0.0019"，宽度开口为 0.0041"，开放区域％为44.0。将规定长度（750m)的波导光纤Wlm/s绕到丝网鼓上，当施 加80 (+/-1)克的张力时，具有0.050cm的拉紧间距。规定长度光纤的端部胶带固定，W维 持张力，并且没有光纤交叉。在选定的波长（通常在1200-1700nm范围内，例如，1310nm或 1550nm或1625nm)测量光纤的衰减。测量绕到光滑鼓上的光纤的参比衰减。衰减的增加 (单位，地/km)是在选定波长处的波导的丝网覆盖的鼓衰减。
[0050]在屯、轴缠绕测试中，光纤缠绕到具有具体直径的屯、轴上，确定由于弯曲导致的衰