一种新型弯曲不敏感G657单模光纤及其制作方法与流程

本发明涉及光纤制作技术，适用于弯曲不敏感光纤，特别是涉及一种新型弯曲不敏感g657单模光纤及其制作方法。

背景技术：

随着接入网和ftth（光纤到户）不断发展，对于光纤也提出新的要求，传统的、大量使用的g.652光纤在某些场合已经不能完全满足使用需求，itu推出了新的g.657弯曲损耗不敏感单模光纤的标准。

单模光纤中传输的he11模在直光纤中的光场呈以轴线为中心的对称的高斯分布。当光纤弯曲时，光场的中心线向外侧包层方向迁移，光场不再呈高斯型分布，而在包层外侧形成较长的尾部。当光波行进时，外侧的尾场比中心场行进的路径要长，为了整个模场同步，尾场须以较高的速度行进，愈是外侧的尾场速度越高，这样，最外侧尾场的速度将超过光速，这部分尾场就损耗掉造成弯曲损耗。单模光纤的弯曲损耗很大程度上与光场的集中度有关。场的集中度定义为光纤纤芯部份光强与光纤整个截面上光强的比值。由此可见，模场直径（mfd）愈小,场的集中度就愈高,弯曲损耗将愈小。因此，各种新型g.657光纤的设计无不以提高场的集中度为着眼点。

目前g.657光纤的结构大概可分五类，即：

其中现有的三种g.657光纤，第一种是小纤芯光纤（smallcorefiber），即是在常规的g.652光纤中,减小纤芯直径,以减小模场直径来改善弯曲性能。第二种是凹陷包层折射率分布光纤(depressedcladdingfiber或称protectedcorefiber)，是通过在芯层外部sio2包层中掺f形成凹陷型折射率包层，以提高场的集中度来改善弯曲性能。上述二种g.657光纤的弯曲性能较差。第三种是环沟形下陷包层折射率分布光纤(trench–assistedfiber)，这类光纤是以掺有geo2的纤芯和纯sio2内包层够成一个导光面，再在导光面外增设掺有f构成的环钩形下陷包层其折射率由内到外呈现斜坡形，在环钩形下陷包层外增设一层纯sio2外包层最终可以提高光场在纤芯的集中度（confinement）。这种环沟形下陷包层折射率分布光纤的抗弯曲效果最佳。

另外理论弯曲性能好但与常规的光纤不相容的g.657光纤有：一种是多孔包层光纤(hole-assistedfiber)，这类光纤实际上是从光子晶体光纤(photoniccrystalfiber,pcf)转化而来。由于其结构特点，在弯曲时，不仅损耗低，而且弯曲应力也比实心光纤小得多。但pcf无法与标准光纤兼容，也不能与标准光纤相互熔接。规模化生产也颇困难。另一种随机分布微孔包层光纤(randomvoidfiber或称nanostructuresfiber)。是由美国康宁公司开发的产品，其商品名为clearcurve^tm光纤。此种光纤是由掺锗的纤芯和设置有环形随机分布的纳米级空气微孔的包层所组成。但其无法与标准光纤兼容，也不能与标准光纤相互熔接。多孔包层光纤和随机分布微孔包层光纤是空气包层结构，需用传统的气相沉积工艺和气泡成型工艺相结合来制作,工艺相当复杂，规模化生产也颇困难。

技术实现要素：

本发明提供一种新型弯曲不敏感g657单模光纤及其制作方法，其目的是提高光纤的弯曲性能及其与常规光纤的匹配性能，提高光场在纤芯的集中度。

本发明采用以下技术方案实现上述目的。一种新型弯曲不敏感g657单模光纤，其下陷的斜坡型折射率分布区有一个导光界面，其界面折射率由内向外,从大到小，形成导光界面，则：

；

其中，δ为掺有geo2的纤芯和纯sio2内包层的相对折射率，为掺有geo2的纤芯折射率,为纯sio2内包层折射率；

掺有geo2的纤芯直径为8.2μm，掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层和纯sio2内包层基面的相对折射率差：

；

其中，为掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层折射率；掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层内半径为9μm,掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层外半径为20μm；纯sio2外包层直径为125μm。

一种新型弯曲不敏感单模光纤的制造方法，其操作步骤如下:

1）用vad（轴向气相沉积）法制作纤芯及内包层：

将已沉积掺有geo2的纤芯及纯sio2内包层的多孔质母材在反应容器内向上提升，底部沉积面始终保持在掺有geo2的芯棒喷灯头与纯sio2内包层喷灯头之间的位置；反应容器内通入净化空气，反应容器一侧排气管道中排放泵保证其内部压力稳定；掺有geo2的芯棒喷灯头用于沉积掺有geo2的纤芯，而纯sio2内包层喷灯头用于沉积纯sio2内包层；将制成的掺有geo2的纤芯及纯sio2内包层的多孔质母材经烧结脱水为掺有geo2的纤芯及纯sio2内包层的透明体；

所述掺有geo2的芯棒喷灯头内geo2和sio2的比例为0.8~1.5:22~25，其喷出质量为34~40g/min，火焰温度为1750~1800℃，排放泵排出废气，反应容器内部压力为4~6pa，沉积后的掺有geo2的纤芯及纯sio2内包层的多孔质母材表面温度为1000~1100℃，旋转速度保持为20r/min，且位置偏差应为50μm；

2)用ovd（管外气相沉积法）法制作掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层；

首先，用ovd法制作环沟形下陷包层si02管在大直径靶棒上用火炬喷灯进行材料供给沉积环沟形下陷包层sio2的多孔管，然后将制成的环沟形下陷包层si02的多孔管放入第一加热炉内,在环沟形下陷包层si02多孔管内通含氟气体，同时在环沟形下陷包层多孔体外通氦气和氯气，最后烧结成掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管，并经拉伸-切断后进入下道工序；

3)在掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管外沉积纯sio2外包层多孔体；

将上述掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管作为靶棒，在该靶棒外用火炬喷灯进行材料供给沉积纯sio2外包层，形成纯sio2外包层多孔体；

4）在掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管内插入预先制作好的掺有geo2的纤芯及纯硅内包层透明体，烧成一体；

将上述纯sio2外包层多孔体移到第二加热炉内，将一根预先制作好的掺有geo2的纤芯及纯硅内包层透明体插入掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管内，在第二加热炉内通以氦气和氯气进行干燥脱水；使掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管向内辐向压在掺有geo2的纤芯及纯sio2内包层芯棒上，即熔接成整体预制棒；

5）光纤拉丝：将上述预制棒在光纤拉丝塔上拉制成光纤。

进一步所述含氟气体为sif4、cf4或c2f6。

本发明在于凹陷包层折射率分布处的折射率呈现斜坡型与外包层形成一定的梯度差其界面折射率由内向外，从小到大，没有一个明显的折光面,从而避免了光强尾场逸出折光面造成的光损耗。由于这一特殊的折射率剖面结构，比传统的同类光纤具有更好的抗弯曲性能和更小的弯曲损耗，以及与g.652有更好的兼容性。实现了在弯曲半径5mm时1550nm波段处的最大宏弯损耗约为0.08db/圈，并且相对于抗弯曲光纤来说其制造工艺简便容易控制，制造出的光纤完全满足ftth需求。

附图说明

图1为本发明的弯曲不敏感光纤折射率剖面分布图；

图2为本发明中vad工艺示意图；

图3为本发明中用ovd法制造环沟形下陷包层sio2管示意图；

图4为本发明中si02管掺氟工艺示意图；

图5为本发明中用ovd法沉积纯si02外包层工艺示意图；

图6为本发明中烧结成型的示意图。

图中：01-掺有geo2的纤芯，02-纯sio2内包层，03-掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层，04-纯sio2外包层；

1-夹具，2-净化空气，3-压力传感器，4-气动阀门，5-排放泵，6-摄像机，7-高温计，8-已沉积掺有geo2的纤芯及纯sio2内包层的多孔质母材，08-掺有geo2的纤芯及纯硅内包层透明体，9-反应容器，10-纯sio2内包层喷灯头，11-掺有geo2的芯棒喷灯头，12-底部沉积面，13-控制系统，14-沉积体剖面，15-监视器，16-pid控制，17-大直径靶棒，18-环沟形下陷包层si02多孔管，018-掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管，19-火炬喷灯，20-第一加热炉，020-第二加热炉，21-纯sio2外包层多孔体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。参见图1至图6，一种新型弯曲不敏感g657单模光纤即环沟形下陷包层折射率分布光纤(trench–assistedfiber)，从其折射率剖面可见（图1），这里有两个导光界面：一个是掺有geo2的纤芯01和纯sio2内包层02的界面，掺有geo2的纤芯折射率n1大于纯sio2内包层折射率n2，构成可实现全内反射的导光界面，由于单模光纤中的基模光强呈高斯型分布，故而此界面为光纤的主要导光界面，将光场的绝大部分光功率限制在纤芯内；另一个是掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层03与内包层02的界面，这里包层折射率n2大于掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层折射率n3，构成了第二个可实现全内反射的导光界面。这个界面有效地限制单模光纤中he11基模的光场尾场,减小模场直径。尤其是在光纤弯曲时，环沟形下陷包层形成了一个阻碍尾场逸出光纤的壁垒，它能有效地阻碍尾场逸出光纤纯sio2内包层02，从而大大地减小弯曲损耗。另外，在掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层03与纯sio2外包层04的界面，掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层折射率n3小于纯sio2外包层折射率n4，从而构成了折光界面。在这一界面上，一部份光被反射回来，一部分光则被折射出去，造成损耗。

(1)用vad法制作掺有geo2的纤芯及纯sio2内包层的多孔质母材：（如图2所示）

其整个制造过程用夹具1夹持尾管在一洁净空间的反应容器9内通入净化空气2达到百级洁净空间效果，使用氧化水解生成氧化物玻璃方法用掺有geo2的芯棒喷灯11沉积预制棒芯层01，用纯sio2内包层喷灯10沉积纯sio2内包层02，通过pid控制16来控制掺有geo2的纤芯及纯sio2内包层的多孔质母材8的旋转以及提升速度，使底部沉积面12始终保持在掺有geo2的芯棒喷灯头11与纯sio2内包层喷灯头10之间的位置；，有压力传感器3控制整个反应容器9内部的压力传输到控制系统13再通过pid控制16来调节气动阀门4及排气泵5使得排出制造过程产生的废气，同时保证制作腔体内部压力气流的稳定，同样有摄像机6和高温计7采集到信息传输到监视器15和沉积体剖面14，再通过pid控制16控制控制系统13，过程中掺有geo2的芯棒喷灯头11内geo2和sio2的比例为1.2:23，其喷出质量为38g/min，火焰温度为1780℃，排放泵5排出废气，反应容器9内部压力为5pa，沉积后的掺有geo2的纤芯及纯sio2内包层的多孔质母材8表面温度为1080℃，旋转速度保持为20r/min，且位置偏差应为50μm；

（2）用ovd法制造掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管：（如图3和图4所示）

首先用ovd法制作环沟形下陷包层si02多孔管18(见图3)，在大直径靶棒17上用ovd沉积原理用火炬喷灯19进行沉积环沟形下陷包层si02多孔管18，这个过程大直径靶棒17以16r/min的速度匀速旋转。制造成环沟形下陷包层si02多孔管18后，再进入第一加热炉20中在1850℃高温中在si02多孔管内部通含氟气体，如sif4，cf4，c2f6等。在多孔体中心通含氟气体，使含氟气体从管的中心向sio2多孔管辐向渗透，从而形成下陷的斜坡型折射率分布,同时在多孔体外通氦气和适量的氯气用作干燥脱水气体。最后烧结成掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管018；（3）掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管外沉积纯sio2外包层：（如图6所示）

将上述掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管018作为靶棒，用ovd法在其外用火炬喷灯19沉积纯sio2外包层(见图5)，从而制成在掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管外的纯sio2外包层多孔体21。此过程掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管018保持在25r/min匀速旋转。使纯sio2外包层多孔体21均匀沉积；

(4)掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管018内插入预先制作好的掺有geo2的纤芯及纯硅内包层透明体08，烧成一体：

将上述纯sio2外包层多孔体21移到第二加热炉020内(见图6)，将一根预先制作好的掺有geo2的纤芯及纯硅内包层透明体08插入掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管018内，在第二加热炉020内通以氦气和氯气进行干燥脱水。在1850℃高温烧结阶段，纯sio2外包层多孔体21在烧结成致密的玻璃的过程中，有一股辐向向内的力加到掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管018上，此力进一步使掺氟斜坡型折射率环沟型下陷包层玻璃管018向内辐向压在掺有geo2的纤芯及纯硅内包层透明体08上，从而使三者熔接成一个整体预制棒。

通过以上的措施可以更好的制作抗弯曲性能和更小的弯曲损耗,以及与g.652光纤有更好的兼容性的新型弯曲不敏g657感单模光纤。