一种低衰减弯曲不敏感单模光纤的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于光通信传输系统的低衰减弯曲不敏感单模光纤,其衰减性能 优于常规G. 652D光纤,其宏弯损耗满足G. 657A1标准,并且能与G. 652D光纤完全兼容,属 于光纤通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 光纤通信具有传输容量大、传输距离远、传输速度快等特点,被广泛用于长途干线 网、城域网以及接入网等光通信网络。满足ITU-TG.652D标准的单模光纤是最常用的通 信光纤。一方面,随着FTTx的不断发展,光纤到户很多情况下会面临在楼道里面复杂的施 工环境,这就要求光纤具有一定的抗弯曲性能,使其在小弯曲半径的情况下依然能够保证 信号的正常传输,于是G. 657弯曲不敏感单模光纤应运而生。G. 657光纤分为G. 657A类和 G. 657B类光纤,其中G. 657A类光纤和G. 652D光纤具有很好的兼容性,并且比普通G. 652D 光纤具有更好的抗弯曲性能,因此它被认为是最有可能代替现有G. 652光纤的产品之一。 另一方面,降低光纤衰减系数可以减小光信号在传输过程中的功率衰减幅度,有效提高光 信噪比,从而提高光纤通信系统的传输距离和传输质量。在长距离的光纤通信系统中,降低 光纤衰减系数可以增加中继站之间的跨距,从而大大减少中继站的数量和成本,降低运营 成本。因此,发明一种能够兼容G. 652D标准,并且具有更低衰减和更优宏弯损耗的单模光 纤具有很重要的意义。
[0003] 光纤产生衰耗的原因主要有:吸收损耗,包括本征吸收和杂质吸收;散射损耗,包 括线性散射、非线性散射和结构不完整散射等;附加衰耗,包括微弯损耗、弯曲损耗和接续 损耗等。在吸收损耗中最主要的是杂质吸收引起衰耗,在光纤材料中的杂质如氢氧根离 子、过渡金属离子对光的吸收能力极强。在散射损耗中最重要的损耗之一是瑞利散射损 耗,它是一种线性散射,其大小与光波长的四次方成反比,同时由其引起的损耗与掺杂材料 的种类与浓度有关。在光纤制造过程中降低光纤衰减的方法有以下几种。降低原材料中 杂质的含量,提高光纤制造过程中环境洁净度,降低外界引入杂质的含量,降低掺杂材料的 浓度,优化剖面设计等都可以降低光纤衰耗。比如,在中国专利CN201110178833. 3中,描 述了一种采用提高光纤预制棒沉积过程中的气密性的方法,通过降低外界杂质的引入来降 低光纤损耗。从成本控制和工艺控制的角度来说,通过降低光纤的掺杂量并优化光纤的 折射率剖面,是降低光纤衰减最有效和最经济的方法。在中国专利CN201410423830. 5和 CN201410473879. 1中,采用折射率逐渐减小的三个芯层来优化剖面优化,使得纤芯层的掺 锗量降低,从而通过减少瑞利散射来降低光纤的衰减系数,但这两个专利中的剖面层数较 多,需要平衡的参数较多,工艺控制较复杂,并且对衰减系数的减小也有限。
[0004] 光纤产生宏弯损耗的原因是由于光纤发生弯曲时其中心轴线发生弯曲,光束射到 光纤弯曲部分的边界处所形成的传播角大于临界值,其结果就是在弯曲的光纤中不能满足 全内反射条件,这就意味着光束的一部分会从光纤的纤芯逃离出去,从而形成宏弯附加损 耗。
[0005] 降低单模光纤宏弯损耗的方法有:一是减小光纤模场直径、增大光纤截止波长,即 减小两者的比值MAC值来提升光纤的抗弯曲性能,此方法可以通过模场直径和截止波长的 优化设计来实现,简单有效,不增加额外成本,但光纤的截止波长增加有限,必须小于工作 波长以保证单模工作状态;二是在光纤包层中增加折射率更低的下陷包层来防止纤芯光功 率的弯曲泄露,此方法为了得到下陷包层,需要掺杂大量的氟来降低折射率,如果掺氟量较 大将增加光纤制造成本。如中国专利CN101523259B、CN103345017A、CN201210006792. 4、 CN201210131418. 7、CN201310300024. 4、CN201410473879. 1、CN201410591149. 1、美国专利 US7450807以及欧洲专利EP1978383等都采用了下陷包层的方法。但在这些专利中,下陷包 层的折射率很低,掺氟量较大,因此会增加工艺控制难度和制造成本。
【发明内容】
[0006] 为方便介绍
【发明内容】
,定义如下术语:
[0007] 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;
[0008] 芯棒:含有芯层和部分包层的实心玻璃预制件;
[0009] 半径:该层外边界与中心点之间的距离;
[0010] 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;
[0011] 相对折射率差:
[0012] Δ%= [(n(i)2-n(0)V(2n(i)2)]X100%~ [n(i)-n(0)]/n(0)X100%
[0013] n⑴和n(0)分别为对应光纤第i层的折射率和纯二氧化硅玻璃层的折射率;
[0014]氟(F)的贡献量:掺氟(F)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(△F), 以此来表示掺氟(F)量;
[0015] 锗(Ge)的贡献量:掺锗(Ge)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值 (ΔGe),以此来表示掺锗(Ge)量;
[0016] 衬管(Tube):管状的基底管,符合一定几何要求的纯石英玻璃管;
[0017] 0VD工艺:用外部气相沉积和烧结工艺制备所需厚度的石英玻璃;
[0018] VAD工艺:用轴向气相沉积和烧结工艺制备所需厚度的石英玻璃;
[0019] APVD外包工艺:用高频等离子体焰将天然或合成石英粉熔制于芯棒表面制备所 需厚度的Si02玻璃;
[0020] 裸光纤:指光纤中不含涂覆层的玻璃丝。
[0021] 阶跃型剖面:芯层折射率和包层折射率沿半径方向保持不变,并且芯层折射率高 于包层折射率的剖面。
[0022] 本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足,提供一种低衰减 弯曲不敏感单模光纤,它不仅折射率剖面设计合理,掺杂量低,而且具有优良的抗衰减和抗 弯曲性能。
[0023] 本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为:
[0024]包括有芯层和包层,其特征在于所述的芯层折射率按α次抛物线形分布,分布指 数α为1. 5~9. 0,所述的包层从内到外依次为内包层、中间包层和外包层,所述的抛物线 形芯层最大相对折射率差Δ1为〇. 25 %~0. 45 %,芯层半径R1为5. 0μm~7. 0μm;所述 的内包层相对折射率差Δ2为-0. 20%~Ο%,内包层半径R2为7.Ομm~10.Ομm;所述 的中间包层相对折射率差Δ3为-0. 20%~Ο%,中间包层半径R3为10.Ομm~20.Ομm; 所述的外包层为纯石英玻璃层,相对折射率差A4为0%。
[0025] 按上述方案,所述的抛物线形芯层相对折射率差△ (r)与半径r的函数关系如下: Δ(r)=- "[(以虹广-小其中^为芯层某点距离纤芯中心的距离。
[0026] 按上述方案,所述的分布指数α为2. 0~8. 0。
[0027] 按上述方案,所述的分布指数α为2. 8~6. 0。
[0028] 按上述方案,所述的分布指数α为3. 6~4. 8。
[0029] 按上述方案,所述的芯层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层,其中氟的贡献量 为-0· 02%~-0· 12%。
[0030] 按上述方案,所述的内包层和中间包层为掺氟玻璃或锗氟共掺二氧化硅玻璃层, 或者为纯石英玻璃组成。
[0031] 按上述方案,所述光纤在1310nm波长处的模场直径为8. 4~9. 6μm。
[0032] 按上述