一种弯曲不敏感光纤的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种弯曲不敏感光纤，由内纤芯、外纤芯和包层共三部分组成，且其折射率之间满足：ncore1＞ncore2＞nclad，其中，ncore1，ncore2，nclad分别表示内纤芯、外纤芯和包层的折射率。光纤的截止波长（即出现高阶模时的波长）大于1.26μm，即是一种非单模光纤。该光纤具有极低的弯曲损耗、其模场分布与普通单模光纤相匹配，由该光纤和普通单模光纤组成的光纤通信系统能够实现宽波长范围的单模传输。
【专利说明】一种弯曲不敏感光纤【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及具有低弯曲损耗特性的光纤。
【背景技术】
[0002]在光纤到户等短距离光通信系统中，要求光纤能够在小弯曲半径下仍能够正常使用，这种光纤称为弯曲不敏感光纤。弯曲不敏感光纤可以通过减小标准单模光纤的纤芯尺寸、引入带凹槽的包层结构、以及采用孔助结构光纤等来实现[K.Himeno, S.Matsuo, N.Guan, and A.ffada, ^Low-Bending-Loss Single-Mode Fibers for Fiber-to-the-Home, 〃Journal of Lightwave Technology, 2005, 23(11): 3494-3499.]。例如，米用带凹槽的包层结构，可以使弯曲半径为10 mm时的弯曲损耗小于0.01 dB/匝，且与普通光纤的连接损耗小于0.16 dB。
[0003]弯曲不敏感光纤实现的困难在于，光纤必须同时满足单模传输(即光纤一般为单模光纤)、具有低弯曲损耗和与普通单模光纤具有低连接损耗的要求。如果允许光纤为非单模光纤，同时通过一定的方法去除其中的高阶模，则光纤仍可实现单模传输，由于弯曲不敏感光纤的纤芯与包层可以具有更高的折射率差，因此，其弯曲损耗可以更低。为了实现低弯曲损耗的光传输，同时保证光纤具有与普通单模光纤匹配的模场面积，可以米用双模光纤[M.-Y.Chen, Y.-R.Li, Y.Zhang, Y.-F.Zhu, Y.-K.Zhang, and J.Zhou, "Designof dual-mode optical fibres for the FTTH applications, 〃 Journal of Optics, 2011,13(1): 015402.陈明阳，佟艳群，张银，李裕蓉，孙兵，付晓霞，张永康，一种双模光纤及其通信系统，中国专利，201010589018.1，2010.12]，允许光纤传输高阶模，从而增大纤芯与包层折射率差，实现低弯曲损耗和与单模光纤低损耗连接的目的。由这种光纤组成的通信系统，在双模光纤两侧均连接单模光纤，利用模式间的正交性，抑制双模光纤中的高阶模的产生和对传输信号的影响，实现等效的单模传输。但采用阶跃结构的双模光纤由于光纤纤芯与包层的折射率差较大，其模场分布与单模光纤匹配性差，这样光纤与普通单模光纤连接时，其基模连接损耗无法降低。事实上，即使两种光纤的模场直径相等，如果两种光纤中的模式的模场分布不同，也会导致连接损耗。因此，要降低连接损耗，还需要考虑模式的模场分布。`
【发明内容】
[0004]针对以上不足，本发明的目的是提出一种新型弯曲不敏感光纤，其模场面积与模场分布均与标准单模光纤相似，从而可以有效地降低其与标准单模光纤之间的连接损耗，同时，还可以实现超低弯曲损耗的光传输。
[0005]本发明的技术方案是:一种弯曲不敏感光纤，由内纤芯、外纤芯和包层共三部分组成，且其折射率之间满足:ncorel〉ncore2〉Ilciad，中，HcoreI，ncore2，^cIad
分别表示内纤芯、外纤芯
和包层的折射率；所述内纤芯半径a满足:3 ii m < a < 6.5 ii m,内纤芯与外纤芯折射率差满足:0.003 ( n corel-ncore2 ( 0.0065 ;外纤芯宽度h满足:lum^h^ 10 u m,外纤芯与包层折射率差满足:0.002 ( ncore2-nclad≤0.015。波长为1.31 Um时，光纤基模的模场直径为8.6^9.5 u m ;其中，外纤芯宽度指环形的外纤芯的环宽，即外纤芯的外半径与内纤芯的半径之差。
[0006]作为一种优化方案，要求弯曲不敏感光纤的外纤芯宽度h满足3 y m < h < 6.5Pm，外纤芯与包层折射率差满足0.003≤neOTe2-nelad≤0.006。在1.55 Pm波长处，所述光纤的弯曲半径为5 mm时的弯曲损耗小于0.1 dB/m。
[0007]本发明的有益效果:利用本发明光纤的内纤芯与包层之间具有高折射率差的特点，实现超低弯曲损耗传输；同时由于纤芯半径足够大，使光纤具有大的模场直径。内纤芯与外纤芯的折射率差和普通单模光纤的纤芯与包层的折射率差相近，而光主要被限制在内纤芯中传输，因此，这种弯曲不敏感光纤中的基模与普通单模光纤的基模场分布极为相似，从而可以实现与普通单模光纤的低损耗连接。而外纤芯的存在，使得内纤芯与包层的折射率之差足够大，从而保证低弯曲损耗传输。本发明光纤的基模可以在弯曲半径为5_时仍然具有极低的弯曲损耗，其结构简单，可以采用现有的成熟的光纤制作工艺实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1本发明光纤的横截面结构示意图；
图2本发明折射率光纤与普通单模光纤的连接损耗随外纤芯宽度的变化曲线；
图3本发明光纤的基模在纤芯区的能量比例随外纤芯宽度的变化曲线。
【具体实施方式】
[0009]对于标准单模光纤，其截止波长(即出现高阶模时的波长)应小于1.26 Um0即光纤可以在1.31、1.55 Pm等波长均保持单模传输，从而可以实现宽带、大容量的信息传输。对于普通阶跃型单模光纤，若要降低其弯曲损耗，最直接的方法是增大其纤芯与包层的折射率差。但由于包层束缚能力变强，也会导致其基模模场面积的减小。而这样就导致改进后的光纤与普通单模光纤的连接损耗会增大。为此，就需要增大纤芯直径，以增大光纤的模场面积。这样就必然导致其归一化频率K值的增大，从而出现高阶模。
[0010]本发明提出的弯曲不敏感光纤采用双层纤芯结构，在保持光纤基模的模场分布与标准单模光纤相似的同时，增大了纤芯与包层的折射率差，从而有效地克服普通单模光纤无法获得高折射率差的缺点。虽然这种光纤会有高阶模存在，但可采用与文献[2]相似的方法，即可以通过在光纤两端连接标准单模光纤的方法，实现等效的单模传输。
[0011]光纤结构如图1所示。可以这样理解本发明提出的这种弯曲不敏感光纤。假设普通单模光纤的纤芯半径为a(1，纤芯与包层折射率差为Atltj则，应取光纤内纤芯与外纤芯的折射率差为Aci，而取内纤芯的半径a=a(l。这样，当外纤芯的半径与包层半径相同时，实际此时光纤即是普通单模光纤。此时，光纤与普通单模光纤的模场完全匹配，两者的连接损耗是最小的。
[0012]而当本发明光纤的外纤芯的半径与内纤芯相同时，即外纤芯宽度为0时,光纤即是一阶跃型光纤。显然此时纤芯与包层折射率差大，且纤芯半径最小，光纤的抗弯曲能力最强。但由于纤芯与包层折射率较大，其模场分布与普通单模光纤相差较大，导致两者的连接损耗较大。[0013]综上所述，外纤芯的宽度不能太大，否则，其弯曲损耗性能无法满足要求。同时，外纤芯应具有一定的宽度，否则，其与普通单模光纤的连接损耗会较大。外纤芯与包层的折射率差越大，越有利于降低光纤的弯曲损耗；但另一方面，也使内纤芯与包层的折射率差增大。而这就导致这种光纤与普通单模光纤在纤芯折射率上较大的差异。纤芯折射率上的差别也会导致光纤连接损耗的增大。分析表明:外纤芯与包层折射率差满足:
0.003 ( ncore2-nclad ( 0.006时，可以实现在低弯曲损耗和低连接损耗之间获得较好的平衡。
[0014]因此，本发明提出的这种具有双层纤芯的光纤即是以上两种极端情况的中间状态。对于普通阶跃光纤来说，光纤基模从纤芯中心向外呈类高斯型衰减，在包层区呈指数型衰减。对于本发明提出的弯曲不敏感光纤，由于外纤芯与内纤芯存在折射率差，因此，外纤芯也能起到束缚光的作用。其光纤基模的幅值在外纤芯也呈现指数型衰减的特征。因此，选择合适参数，可以使绝大部分的基模能量集中在内纤芯和外纤芯区，从而使其基模与普通单模光纤基模相似程度很高，从而使本发明光纤与普通单模光纤的模场匹配程度高，连接损耗小。
[0015]因此，当取合适的外纤芯参数时，可以使其模场分布与普通单模光纤非常相近，从而使两者具有低的连接损耗。同时，内纤芯与包层具有大的折射率差，使光纤基模具有低弯曲损耗。
[0016]为了与普通单模光纤实现低损耗的连接，要求少模梯度折射率光纤的基模的模场直径与单模光纤相差较小。由于两种光纤的模场面积不同而导致的光纤的连接损耗可由下面公式得到:
【权利要求】
1.一种弯曲不敏感光纤，由内纤芯、外纤芯和包层组成，其特征在于，所述内纤芯、外纤芯和包层自内向外依次排列；所述内纤芯、外纤芯和包层的折射率之间满足m。。-〉ncore2^nclad?其中， ^xorel，^core2? ^clad
分别表不内纤芯、外纤芯和包层的折射率；所述内纤芯半径a满足:3iim < a < 6.5 y m，所述内纤芯与外纤芯折射率差满足:0.003 < ncore1-ncore2 ( 0.0065 ;所述外纤芯宽度h满足:I ii m < h < 10 u m,所述外纤芯与包层折射率差满足:0.002 ( ncore2-nclad ( 0.015，所述外纤芯宽度指环形的外纤芯的环宽，即外纤芯的外半径与内纤芯的半径之差。
2.根据权利要求1所述的一种弯曲不敏感光纤，其特征在于，所述外纤芯宽度h满足:3um^h^6.5 u m，外纤芯与包层折射率差满足:0.003 ( ncore2_nclad ( 0.006。
3.根据权利要求1所述的一种弯曲不敏感光纤，其特征在于，所述光纤基模的模场直径为8.6~9.5 Um0
4.根据权利要求1所述的一种弯曲不敏感光纤，其特征在于，在1.55 Pm波长处，所述光纤的弯曲半径为5 mm时的弯曲损耗小于0.1 dB/m。
【文档编号】G02B6/036GK103645539SQ201310692614
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】陈明阳, 龚天翼, 张永康, 陆驹 申请人:江苏大学