锥形模场渐变光纤的制作方法

1.本实用新型实施例涉及光纤技术领域，具体涉及一种锥形模场渐变光纤。


背景技术：

2.目前，现有单模光纤指标标准主要考核光纤的模场直径、折射率、芯径、包层直径、芯包同心度偏差、包层不圆度、涂覆层直径、包层/涂覆层同心度误差、光纤翘曲度等指标物理和几何光学特性的首尾一致性、均匀性、连续性，甚至几千几万公里偏差要求很小，但各工程各批次光纤指标可能存在较大偏差，因而不同批次光纤对接时可能产生无法消弭的较大损耗(当熔接时大于0.05db，冷接时大于0.2db)，影响光缆网络质量。因此，需要过渡光纤来实现不同光纤的对接。
3.本技术的发明人在实施本实用新型实施例的过程中发现，现有技术中未能提供一种可以实现光纤之间对接的过渡光纤，无法保障过渡光纤在进行光纤对接时的低损耗接续，连通性较差。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本实用新型实施例提供了一种锥形模场渐变光纤，以解决现有的转接光纤在进行光纤对接时损耗较大，连通性较差的问题。
5.根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种锥形模场渐变光纤，所述锥形模场渐变光纤用于不同型号光纤之间的连接，所述锥形模场渐变光纤沿长度方向包括小等径小模场区、锥形模场渐变区及大等径大模场区；其中，所述小等径小模场区及所述大等径大模场区用于对接光纤或测试。
6.在一种可选的方式中，所述锥形模场渐变区的长度大于等于第一测量长度阈值，该第一测量长度阈值为能够实现测量所述锥形模场渐变区的损耗的长度阈值。
7.在一种可选的方式中，所述小等径小模场区的长度范围为1.8m-2.2m，所述大等径大模场区的长度范围为1.8m-2.2m，所述锥形模场渐变区的长度范围为21.8m-22.2m。
8.在一种可选的方式中，所述锥形模场渐变光纤的纤芯锥度比及所述锥形模场渐变光纤的模场锥度角均根据所述大等径大模场区的光纤纤芯直径、所述小等径小模场区光纤纤芯直径及所述锥形模场渐变区的长度确定；
9.所述锥形模场渐变光纤的模场锥度比及所述锥形模场渐变光纤的纤芯锥度角均根据所述大等径大模场区的模场直径、所述小等径小模场区的模场直径及所述锥形模场渐变区的长度确定。
10.在一种可选的方式中，所述锥形模场渐变光纤的纤芯锥度比为：c＝(d-d)/ l；所述锥形模场渐变光纤的纤芯锥度角为：所述锥形模场渐变光纤的模场锥度比为：c1＝(d
1-d1)/l；所述锥形模场渐变光纤的模场锥度角为：其中，c为纤芯锥度比，c1为模场锥度比，α1为纤芯锥度角，α为模场锥度角，d为所述大等径大
模场区的光纤纤芯直径，d1为所述大等径大模场区的模场直径，d为所述小等径小模场区光纤纤芯直径， d1为所述小等径小模场区的模场直径，l为所述锥形模场渐变区长度。
11.在一种可选的方式中，所述大等径大模场区的模场直径d1大于等于所述大等径大模场区的光纤纤芯直径d，所述大等径大模场区的光纤纤芯直径d1大于等于所述小等径小模场区的模场直径d；所述纤芯锥度比c等于所述模场锥度比；所述模场锥度角等于所述纤芯锥度角。
12.在一种可选的方式中，所述锥形模场渐变光纤的光纤纤芯折射率大于包层折射率，且所述锥形模场渐变光纤的模场梯度增加或缩小。
13.在一种可选的方式中，所述锥形模场渐变光纤为g.65x同芯包材料光纤；其中，所述锥形模场渐变光纤的光纤纤芯层为掺锗纤芯层，光纤包层为二氧化硅。
14.在一种可选的方式中，所述锥形模场渐变光纤为g.65x双包层材料光纤；其中，所述锥形模场渐变光纤的光纤纤芯层为掺锗纤芯层，光纤包层包括内包层及外包层，所述内包层为掺氟包层，所述外包层为二氧化硅，所述内包层与所述外包层的厚度相同。
15.在一种可选的方式中，所述锥形模场渐变光纤为g.65y同芯包材料光纤；其中，所述锥形模场渐变光纤的光纤纤芯层为纯二氧化硅；光纤包层为掺氟包层。
16.在一种可选的方式中，所述锥形模场渐变光纤为g.65y双包层材料光纤，包括光纤纤芯层、内包层及外包层；其中，所述光纤纤芯层为纯二氧化硅，所述内包层为掺锗包层，所述外包层为掺氟包层，所述内包层与所述外包层的厚度相同。
17.在一种可选的方式中，所述所述锥形模场渐变光纤的光纤纤芯层及所述包层的材料、模场及折射率相近。
18.本实用新型实施例的所述锥形模场渐变光纤用于不同型号光纤之间的连接，所述锥形模场渐变光纤沿长度方向包括小等径小模场区、锥形模场渐变区及大等径大模场区；其中，所述小等径小模场区及所述大等径大模场区用于对接光纤或测试。通过这样的设置，能够有效降低光纤对接时的损耗，并且具有较高的连通性。
19.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。
附图说明
20.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
21.图1示出了本实用新型实施例提供的同心包层材料的锥形模场渐变光纤的结构图；
22.图2示出了本实用新型实施例提供的双包层材料的锥形模场渐变光纤的结构示意图；
23.图3示出了本实用新型实施例提供的锥形模场渐变光纤锥度的计算示意图；
24.图4示出了本实用新型另一个实施例提供的锥形模场渐变光纤的光路纵向剖面图；
25.图5示出了本实用新型再一个实施例提供的锥形模场渐变光纤的光路纵向剖面图；
26.图6示出了又一个实施例提供的锥形模场渐变光纤的光路纵向剖面图；
27.图7示出了又一个实施例提供的锥形模场渐变光纤的光路纵向剖面图。
28.其中：
29.1为小等径等模场区，2为大等径等模场区，3为锥形模场渐变区，4为光纤包层，4'为外包层，5为光纤涂层，6为内包层，7为大等径大模场区的外包层。
具体实施方式
30.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
31.现有单模光纤指标标准主要考核光纤的模场直径、折射率、芯径、包层直径、芯包同心度偏差、包层不圆度、涂覆层直径、包层/涂覆层同心度误差、光纤翘曲度等指标物理和几何光学特性的首尾一致性、均匀性、连续性，甚至几千几万公里偏差要求很小，但各工程各批次光纤指标可能存在较大偏差，因而不同批次光纤对接时可能产生无法消弭的较大损耗(当熔接时大于 0.05db，冷接时大于0.2db)，影响光缆网络质量。由于现网已敷设光纤大量 g.652各型号光纤，不同批次不同厂家的光纤可能存在较大模场直径偏差，因而光纤对接时可能产生较大光损耗；另，随着技术的发展，新的光纤类型越来越多，例如g.654光纤特别是g.654d、e型光纤比g.652光纤的模场直径大，两种光纤对接时，若直接对接，则光损耗较大。
32.现有在通信领域，尚未有能够实现不同光纤之间低损耗对接的过渡光纤。现有技术中虽然有锥形光纤，但其一般是在厘米级、毫米级或微米级，其并不需要考虑，其一般应用于光设备中作为一个元器件使用，也并不需要考虑该元器件的光损耗。而本实用新型中，发明人考虑到通信领域越来不同类型光纤进行对接时的损耗，因此通过设置锥形模场渐变光纤来作为过渡光纤，进行两种不同型号的光纤的对接。考虑到不同光纤对接时，需要计算各个部分的连接的光损耗，因此，本实用新型实施例的锥形模场渐变光纤设置为可测量光损耗的长度。常规光纤首尾芯径和模场直径近似相等，锥形模场渐变光纤首端和尾端芯径和模场有明显差异，分别与所要对接的光纤分别趋近。然而，现有相关的锥形玻璃光纤并未提供技术光纤的长度与模场(模场直径 mfd，mode field diameter，用来表征在单模光纤的纤芯区域基模光的分布状态)的关系，且制作控制精度要求特别高，不容易在工程检测测试中使用。基于此，本技术提供一种锥形模场渐变光纤可以根据不同对接光纤设置相应的锥度角算法，芯包层折射率端到端同步变化，并通过锥度控制提高锥形模场渐变光纤制作的均匀性。
33.请参阅图1，图1示出了本实用新型锥形模场渐变光纤实施例的结构图，所述锥形模场渐变光纤用于不同型号光纤之间的连接。如图1所示，本实用新型实施例的锥形模场渐变光纤沿长度方向包括小等径小模场区、锥形模场渐变区及大等径大模场区；其中，所述小等径小模场区及所述大等径大模场区用于对接光纤或测试。其中，小等径小模场区是指所述锥形模场渐变光纤上，光纤纤芯直径及模场直径均较小的区域，所述小等径小模场区沿
长度方向的光纤纤芯直径及模场直径均相同。大等径大模场区是指所述锥形模场渐变光纤上，光纤纤芯直径及模场直径均较大的区域，所述大等径大模场区沿长度方向的光纤纤芯直径及模场直径均相同。其中，纤芯直径和模场直径均为um级别。
34.本实用新型一个实施例中，所述锥形模场渐变区的长度大于等于第一测量长度阈值，该第一测量长度阈值为可以实现测量所述锥形模场渐变区的损耗的长度阈值。由于在不同光纤对接时，需要测量光损耗，若所述锥形模场渐变区的长度过小，则无法进行光损耗的测量，因此本实用新型实施例通过设置第一测量长度阈值，可以使得能够有效对锥形模场渐变光纤的光损耗进行测量。例如，当大于等于22m时可以实现锥形模场渐变光纤的损耗测量。因此在本实用新型的一个具体的设置中，可以设置所述锥形模场渐变区的长度范围可以设置为21.8m-22.2m。
35.其中，光纤的纤芯直径和模场直径均为um级别，因此光纤的精度要求较高。由于光纤在制作过程中，一般通过大型光纤制作设备对光纤进行制作，其可以在1s内实现m级别的光纤拉伸。由于其拉力、速度较大，设备响应时间很短，因此可能存在制作不够均匀的问题存在，而由于光纤的成本较高，过长的纤芯长度造成了材料的损耗，增加了成本。因此，本实用新型实施例的所述小等径小模场区的长度范围设置为1.8m-2.2m，所述大等径大模场区的长度范围设置为1.8m-2.2m。通过这样的长度设置使得兼顾材料损耗降低成本的同时，又可以保证其可用性。锥形模场渐变区的光纤纤芯直径及模场直径沿长度方向逐渐变大或变小。本实用新型一个实施例中，锥形模场渐变区其光纤纤芯折射率大于包层折射率，而且模场梯度增加或缩小，其光传输遵循锥形波导传播原理。
36.如图1所示，小等径小模场区为a端1对应的光纤段，其长度l1＝2m
±ꢀ
0.2、大等径大模场区为b端2对应的光纤段，其长度l2＝2m
±
0.2、锥形模场渐变区为中间3所指示的光纤段，其长度l＝22m
±
0.2。其中，l1≈l2。小等径小模场区为a端1与大等径大模场区为b端2分别为等径等模场的光纤段，分别用于接续不同型号的光纤或测试，因此，一根锥形模场渐变光纤的长度＝26m
±
0.6。其中，该锥形模场渐变光纤的其它参数与常规光纤的参数一致，此处不再赘述。
37.本实用新型实施例中，请结合图3，为了使得芯包层折射率端到端同步变化，且锥形模场渐变光纤的芯包层折射率的变化更加均匀。因此，本实用新型实施例通过锥度算法来确定锥形模场渐变光纤的锥度比及锥度角。具体地，所述锥形模场渐变光纤的纤芯锥度比及所述锥形模场渐变光纤的模场锥度角均根据所述大等径大模场区的光纤纤芯直径、所述小等径小模场区光纤纤芯直径及所述锥形模场渐变区的长度确定；所述锥形模场渐变光纤的模场锥度比及所述锥形模场渐变光纤的纤芯锥度角均根据所述大等径大模场区的模场直径、所述小等径小模场区的模场直径及所述锥形模场渐变区的长度确定。
38.具体地，所述锥形模场渐变光纤的纤芯锥度比为：c＝(d-d)/l；
39.所述锥形模场渐变光纤的纤芯锥度角为：
40.所述锥形模场渐变光纤的模场锥度比为：c1＝(d
1-d1)/l；
41.所述锥形模场渐变光纤的模场锥度角为：
42.其中，c为纤芯锥度比，c1为模场锥度比，α1为纤芯锥度角，α为模场锥度角，d为所述
大等径大模场区的光纤纤芯直径，d1为所述大等径大模场区的模场直径，d为所述小等径小模场区光纤纤芯直径，d1为所述小等径小模场区的模场直径，l为所述锥形模场渐变区长度。
43.其中，对于大等径大模场区的光纤纤芯直径及所述小等径小模场区光纤纤芯直径分别为其光纤纤芯层的直径。请结合图1及图2，其中图1是同芯包层材料的锥形模场渐变光纤，图2是双包层材料的锥形模场渐变光纤。其中，图中1为小等径等模场区，2为大等径等模场区，3为锥形模场渐变区，4为光纤包层，4'为外包层，5为光纤涂层，6为内包层，7为大等径大模场区的外包层。对于不同种类的锥形光纤，其模场直径及纤芯直径并不相同。其中，模场直径略大约等于纤芯直径。
44.本实用新型的实施例中，锥形模场渐变光纤可以为同芯包材料光纤或双包层材料光纤。其中，同芯包材料光纤结构包括一层光纤纤芯层及一层光纤包层，可以对接同类型结构的光纤。
45.双包层材料光纤包括光纤纤芯层，以及内包层及外包层两层光纤包层。两层光纤包层分别可以用于对接不同类型结构的光纤。其中，本领域中，一般采用纯二氧化硅(石英)中掺少量的氟或锗等材料来作为包层或纤芯的材料。本实用新型中，将采用纯二氧化硅(石英)中掺少量的氟的材料的包层命名为掺氟包层；将采用纯二氧化硅(石英)中掺少量的锗的材料的包层命名为掺锗包层；将采用纯二氧化硅(石英)中掺少量的氟的材料的纤芯层命名为掺氟纤芯层；将采用纯二氧化硅(石英)中掺少量的锗的材料的纤芯层命名为掺锗纤芯层。
46.如图4所示，在本实用新型的一个实施例中，锥形模场渐变光纤为g.65x 同芯包材料光纤。所述锥形模场渐变光纤的结构包括一层光纤纤芯层及一层光纤包层。其中，光纤纤芯层为二氧化硅掺锗等，光纤包层为二氧化硅材料，光纤纤芯和光纤包层材料、模场及折射率相近。可用于同类型结构的光纤对接。
47.其中，可以看出，光源从横截面a处入射，在该截面a处折射率为n0，横截面a到横截面b之间的区域，光纤纤芯层折射率n1＞光纤包层折射率n2；横截面b到横截面c之间的区域，光纤纤芯层折射率n3＞光纤包层折射率n4；横截面c到横截面d之间的区域，光纤纤芯层折射率n5＞光纤包层折射率n6。
48.如图5所示，在本实用新型的一个实施例中，锥形模场渐变光纤为g.65x 双包层材料光纤；其中，所述锥形模场渐变光纤的光纤纤芯层为掺锗纤芯层，光纤包层包括内包层及外包层，所述内包层为掺氟包层，所述外包层为二氧化硅，所述内包层与所述外包层的厚度相同。本实施例中锥形模场渐变光纤采用双包层锥形模场渐变光纤用于对接一端光纤类型相同，另一端不同类型结构的光纤。其中，可以看出，光源从横截面a处入射，在该截面a处折射率为n0，横截面a到横截面b之间的区域，光纤纤芯层折射率n1＞光纤包层折射率n2；横截面b到横截面c之间的区域，光纤纤芯层折射率n3＞内包层折射率n
4'
＞外包层折射率n4；横截面c到横截面d之间的区域，光纤纤芯层折射率n5＞光纤包层折射率n6。
49.如图6所示，在本实用新型的一个实施例中，所述锥形模场渐变光纤为 g.65y同芯包材料光纤。其中，所述锥形模场渐变光纤的光纤纤芯层为纯二氧化硅；光纤包层为掺氟包层等。光纤纤芯和光纤包层材料、模场及折射率近似相同。可用于同类型结构的光纤对接。可以看出，光源从横截面a处入射，在该截面a处折射率为n0，横截面a到横截面b之间的区
域，光纤纤芯层折射率n1＞光纤包层折射率n2；横截面b到横截面c之间的区域，光纤纤芯层折射率n3＞光纤包层折射率n4；横截面c到横截面d之间的区域，光纤纤芯层折射率n5＞光纤包层折射率n6。
50.如图7所示，在本实用新型的一个实施例中，所述锥形模场渐变光纤为 g.65y双包层材料光纤，包括光纤纤芯层、内包层及外包层。其中，所述光纤纤芯层为纯二氧化硅，所述内包层为掺锗包层，所述外包层为掺氟包层等，所述内包层与所述外包层的厚度相同。本实施例中锥形模场渐变光纤采用双包层锥形模场渐变光纤用于对接一端光纤类型相同，另一端不同类型结构的光纤。其中，可以看出，光源从横截面a处入射，在该截面a处折射率为n0，横截面a到横截面b之间的区域，光纤纤芯层折射率n1＞光纤包层折射率n2；横截面b到横截面c之间的区域，光纤纤芯层折射率n3＞内包层折射率n
4'
＞外包层折射率n4；横截面c到横截面d之间的区域，光纤纤芯层折射率n5＞光纤包层折射率n6。
51.为降低图4-6中，ab端模场差异大的光纤对接时的损耗，通过本实用新型实施例的锥形模场渐变光纤对接后光从a端输入后，截面b、c处不产生超过国标要求的熔接损耗(小于0.05db)，从而达到改善光纤对接损耗。g.654e 和g.652d模场直径偏差较大，因而二者直接熔接损耗远远大于规范要求 0.05db损耗，特别适用于g.654e光纤成端处需要用g.652d尾纤成端，作为其二者过渡桥接使用，能大大改善成端处熔接损耗。
52.本实用新型实施例的所述锥形模场渐变光纤用于不同型号光纤之间的连接，所述锥形模场渐变光纤沿长度方向包括小等径小模场区、锥形模场渐变区及大等径大模场区；其中，所述小等径小模场区及所述大等径大模场区用于对接光纤或测试；所述小等径小模场区的长度范围为1.8m-2.2m，所述大等径大模场区的长度范围为1.8m-2.2m，所述锥形模场渐变区的长度范围为 21.8m-22.2m。通过这样的设置，能够有效降低光纤对接时的损耗，并且具有较高的连通性。
53.需要注意的是，除非另有说明，本实用新型实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。
54.在本实施新型实施例的描述中，技术术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。
55.此外，技术术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
56.在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
57.在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特
征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
58.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。