一种单模光纤及其制造方法与流程

本发明涉及光纤领域，具体涉及一种单模光纤及其制造方法。

背景技术：

随着FTTH、云计算、移动互联网及物联网等的发展，大数据时代已经到来，超大带宽、超高速率、超长距离将成为干线网络发展的主流趋势。新技术层出不穷，对于作为通信介质的光纤也同样提出了有别于传统网络的新需求。

目前，各大通信运营商普遍使用的是100G系统，而400G系统能够在100G的基础上进一步提升网络容量并降低每比特传输成本，可有效地解决运营商面临的业务流量及网络带宽持续增长的压力，预计在2017年左右也会开始逐步商用。

但400G传输系统带来的OSNR受限、噪声及非线性等问题会对传输距离会产生限制。从链路的光纤技术来看，低损耗单模光纤可以提升系统OSNR并有效延长传输距离，而这可以减少电中继的使用，从而优化网络结构、节省建设成本。因此研发一种高效的低损耗光纤，通过改善高速、大容量WDM系统OSNR，就可以有效降低线路综合损耗，延长网络传输距离，进而降低投资、运维的成本。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是单模光纤在长距离高速率传输中OSNR的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种单模光纤，其裸光纤由内至外依次为纤芯层、内包层和外包层，所述纤芯层和所述内包层材质均为掺锗和掺氟的石英玻璃，所述外包层的材质为掺氟的石英玻璃，所述外包层采用MCVD工艺制作，所述纤芯层和所述内包层均采用PCVD沉积法制作。

在上述方案中，所述纤芯层中锗的掺杂量大于所述内包层中锗的掺杂量，所述纤芯层中氟的掺杂量小于所述内包层中氟的掺杂量。

在上述方案中，所述纤芯层中锗的贡献折射率为0.1％～0.18％，所述内包层中锗的贡献折射率为0.04％～0.05％，所述纤芯层中氟的贡献折射率为-0.09％～-0.08％，所述内包层中氟的贡献折射率为-0.40％～-0.35％。

在上述方案中，所述纤芯层的半径为3.8um～5.4um，所述纤芯层的相对折射率n1为0.02～0.12。

在上述方案中，所述内包层的半径为18um～35um，所述内包层的相对折射率n2为-0.38～-0.28。

在上述方案中，所述外包层的半径为40um～62.5um，所述外包层的相对折射率n3为-0.38～-0.25。

在上述方案中，所述单模光纤在1310nm波段的衰减系数小于或等于0.32dB/km,所述单模光纤在1550nm波段的衰减系数小于或等于0.18dB/km。

在上述方案中，所述单模光纤截止波长小于或等于1260nm。

本发明还提供了一种上述的单模光纤的制造方法，包括以下步骤：通过PCVD工艺制作相应参数的纤芯层、内包层和外包层，然后将纤芯层、内包层和外包层在掺氟反应管内进行PCVD沉积成棒工艺，沉积成棒工艺完成后依次通过套管拉细工艺、实心棒工艺制出相应的预制棒。

本发明，通过在少量掺锗的纤芯层中精确掺杂氟，以确保纤芯层与包层粘度匹配，从而降低纤芯层与包层间的应力，而且由于结构类似常规单模光纤，可以替代常规单模光纤进行长距离传输，因此可以在降低光纤损耗的同时，实现与常规单模光纤的良好兼容。

附图说明

图1为本发明中裸光纤的剖面示意图；

图2为本发明的折射率示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做出详细的说明。

如图1、图2所示，本发明提供的一种单模光纤，包括以同心圆的方式设计的主体结构，其裸光纤由内至外依次为纤芯层1、内包层2和外包层3，纤芯层1和内包层2材质均为掺锗和掺氟的石英玻璃，外包层3的材质为掺氟的石英玻璃，其中，外包层3采用MCVD工艺制作，纤芯层1和内包层2均采用PCVD沉积法制作。

进一步优选地，纤芯层1中锗的掺杂量大于内包层2中锗的掺杂量，纤芯层1中氟的掺杂量小于内包层2中氟的掺杂量。其中，纤芯层1为较纯的石英玻璃以减少光纤损耗，其少量掺锗并且同时掺氟可以降低纤芯层1的粘度；内包层2为深度掺氟的石英玻璃并且同时掺锗，外包层3为只掺氟的石英玻璃。具体为，纤芯层1中锗的贡献折射率为0.1％～0.18％，内包层2中锗的贡献折射率为0.04％～0.05％，纤芯层1中氟的贡献折射率为-0.09％～-0.08％，内包层2中氟的贡献折射率为-0.40％～-0.35％。

纤芯层1的相对折射率为n1。

内包层2的相对折射率为n2。

外包层3的相对折射率为n3。

取纯石英套管层的折射率为等效石英包层折射率n。

本发明在实现上述折射率时，采用相对折射率差的办法，以石英包层折射率为基准，各层之间有一个相对折射率差，以此为标准来测算并实现本发明的各层折射率。相对折射率差采用公式为：

Δn＝(n0-n)/(n0+n)*100％；

其中n为石英包层的折射率，在本发明中对应为套管层的折射率，n0为与之相比较的对应层的折射率。

对本发明而言，当计算纤芯层1折射率与石英包层相对折射率差时，公式中n0为纤芯层1的相对折射率n1；当计算内包层2折射率与石英包层相对折射率差时，公式中n0为内包层2的相对折射率n2；当计算外包层3折射率与石英包层相对折射率差时，公式中n0为外包层3的相对折射率n3。

由上述公式可以分别得到纤芯层1的相对折射率差Δn1,内包层2的相对折射率差Δn2，外包层3的相对折射率差Δn3。

参见表1、表2，优选地，纤芯层1的半径R1为3.8um～5.4um，纤芯层1的相对折射率n1为0.02％～0.12％,内包层2的半径为18um～35um，内包层2的相对折射率n2为-0.38％～-0.28％，外包层3的半径为40um～62.5um，外包层3的相对折射率n3为-0.38％～0.25％。且更进一步优选地，单模光纤最外层的直径优选为80um或125um，涂覆后光纤直径为200um或245um。

本发明中纤芯层1和内包层2均采用PCVD沉积法制作，能有效控制各层折射率分布，现实中大多采用的是纯SiO₂套管制作，但本发明的单模光纤采用的是下陷包层结构，若也采用纯SiO₂套管制作，则纯SiO₂折射率与芯层相当，这很可能导致光功率从包层漏掉，为解决这个问题，本发明具体提供了两个实施方案：

实施例一

参见表1、表2，本实施例采用的是与外包层3匹配的氟套管(相对折射率n为-0.38％～-0.25％)来进行PCVD沉积，避免下陷外包层3后又出现一上升套管层，有效避免了光功率的泄露。

光纤在1310nm波段的衰减系数小于或等于0.32dB/km,1550nm波段的衰减系数小于或等于0.18dB/km，其衰减远小于常规单模光纤，接近理论纯SiO₂的衰减值。

实施例二：

在实施例一中，由于氟套管使用上不是很常规，需要特别定制，因此在成本较高，本实施例仍然采用的是常规的纯石英套管，使用纯石英套管沉积完后，用特别的打磨加工将其打磨掉，这样外包层3的相对折射率n仍为-0.38％～-0.25％，这样可以较好地降低成本。

该光纤在1310nm波段的衰减系数小于或等于0.32dB/km,1550nm波段的衰减系数小于或等于0.18dB/km，其衰减远小于常规单模光纤，接近理论纯SiO₂的衰减值。

相对于实施例一，由于打磨工艺的制作精度较难控制，故其光纤产品的衰减相对较大，但这两种方式都很好的降低了光纤的衰减，因此具有较好的应用前景。

表1、本发明单模光纤折射率剖面及掺杂材料含量

表2、本发明单模光纤的主要性能参数

本发明对低损耗单模光纤的模场进行了控制，其模场特性适应G.652，其外延模场近似G.652光纤模场，其核心模场则为低损耗光纤的特性模场，使单模光纤具有优良的与常规G.652单模光纤兼容特性，当其与常规G.652单模光纤熔接时，单点熔接损耗小于0.05dB。并且以单模光纤直径为125um为例进行测试，当工作波长在1310nm时，其衰减可达到0.32dB/km以下，当工作波长在1250nm时，其衰减可达到0.18dB/km以下，截止波长小于或等于1260nm。

本发明实施例还提供了上述的单模光纤的制造方法，包括以下步骤：通过PCVD工艺制作相应参数的纤芯层、内包层和外包层，然后将纤芯层、内包层和外包层在掺氟反应管内进行PCVD沉积成棒，沉积成棒完成后依次通过套管拉细工艺、实心棒工艺制出相应的预制棒。

由于采用掺氟管进行PCVD沉积，沉积温度需精确控制，避免沉积过程中造成芯棒不圆。

本发明涉及的专业术语定义如下：

沉积：光纤原材料在一定的环境下发生化学反应生成掺杂的石英玻璃的工艺过程。

熔缩：将沉积后的空心玻璃管在一定的热源下逐渐烧成实心玻璃棒的工艺过程。

套管：满足一定截面积和尺寸均匀性的高纯石英玻璃管。

PCVD：等离子化学气相沉积。

MCVD：改进的化学气相沉积。

本发明，采用多层设计形成带有下陷包层的波导结构，用以减少宏弯损耗且加强了光纤的抗弯曲能力，并通过在少量掺锗的纤芯层1中精确掺杂氟，以确保纤芯层1与包层粘度匹配，从而降低纤芯层1与包层间的应力，大大降低了光纤损耗，然后再通过拉丝退火技术进一步降低应力来降低光纤衰减；同时由于结构类似常规单模光纤，具有与常规单模光纤良好的兼容特性，可以替代常规单模光纤进行长距离传输。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。