一种色散管理型弯曲不敏感光纤

本发明涉及光通信系统，尤其涉及一种色散管理型弯曲不敏感光纤。

背景技术：

1、光纤到户是当前光纤通信技术的重点发展方向，在ftth建设中，由于光缆被安放在拥挤的管道中或者经过多次弯曲后被固定在接线盒或插座等具有狭小空间的线路终端设备中，所以ftth用的光缆应该是结构简单、敷设方便的光缆。在复杂的入户应用环境中，经常需要将光纤需要进行小角度的弯曲，此时普通光纤的弯曲性能已经不能满足要求。为此，国际电信联盟特别制定了适用于光纤到户的g.657光纤标准。这种能够满足光纤到户运用的光纤一般称为弯曲不敏感光纤或低弯曲损耗光纤。

2、色散是决定光纤的工作带宽和通信容量的重要传输性能指标，色散大小直接决定光纤的通信容量和传输距离，由于在光纤到户系统中，尚处于100mb/s及以下速率，因而，在以往的g.657.b3光纤标准中，对于光纤色散尚大小提出未要求。随着人们对通信带宽需求的不断增加，今后在局域网以及小区网络中，也将开展容量更大的时分以及波分复用等技术，因此，对光纤的通信容量也提出了更高的要求。对于这些新需求，光纤的色散管理变得更为紧迫。事实上，最新版的g.657b3光纤标准已经对光纤色散特性提出了要求，其零色散波长应处于1250～1350nm，其零色散斜率应小于0.110ps/(nm2·km)。普通单模光纤(g.652单模光纤)以及低端的g.657a光纤，其零色散波长为1300～1324nm之间和色散斜率为小于0.092ps/(nm2·km)。因此，g.657.b3对色散要求仍低于g.652和g.657a光纤。其原因是：为实现低弯曲损耗传输，一般要求光纤的数值孔径较大，从而导致光纤的零色散波长与其材料色散的零色散波长相近，在1280nm左右。因此，低弯曲损耗与色散之间存在矛盾，需要通过创新光纤结构设计来解决。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种色散管理型弯曲不敏感光纤，可实现在小弯曲半径下的低弯曲损耗传输，其与普通单模光纤之间具有低的连接损耗，且色散特性与普通单模光纤相匹配。

2、一种色散管理型弯曲不敏感光纤，包括纤芯和包层；所述包层包括内包层、低折射率层和外包层；其中，低折射率层置于内包层和外包层之间；内包层包裹纤芯，低折射率层从外到内为第一渐变折射率层、下凹包层和第二渐变折射率层；

3、包层中材料的折射率之间满足n1>n2>n3，其中，n1，n2，n3分别表示纤芯、内包层、下凹包层的折射率，内包层与外包层折射率相同。

4、上述方案中，第一渐变折射率层的折射率为线性变化，其沿光纤径向r的折射率分布满足：其中，n2，n3为内包层、下凹包层的折射率，c为渐变折射率层宽度，r2为内包层半径。

5、上述方案中，第二渐变折射率层的折射率为线性变化，其沿光纤径向r的折射率分布满足：其中，n2，n3为内包层、下凹包层的折射率，c为渐变折射率层宽度，r4为下凹包层半径。

6、上述方案中，纤芯半径a满足4μm≤a≤7μm，内包层宽度b满足2μm≤b≤10μm，渐变折射率层宽度c满足2μm≤c≤8μm，下凹包层与渐变折射率层总宽度d满足15μm≤b≤40μm。

7、上述方案中，纤芯与内包层折射率差δ1＝n1-n2满足0.003≤δ1≤0.007，内包层与下凹包层折射率差δ2＝n2-n3满足0.003≤δ2≤0.007。

8、上述方案中，1550nm波长时，光纤在弯曲半径为5mm下的弯曲损耗小于0.1db/m。

9、上述方案中，零色散波长在1300～1324nm之间且零色散斜率小于0.092ps/(nm2·km)。

10、上述方案中，波长为1.31μm时，光纤基模的模场直径f满足：8.6μm≤f≤9.5μm。

11、上述方案中，所述光纤与仅由所述光纤的纤芯和外包层组成的单模光纤模式匹配，两者的连接损耗低于0.1db。

12、本发明的有益效果：

13、1.利用本发明光纤的纤芯与下凹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。渐变折射率层使光纤在不同波长时的模式分布发生较大的变化，从而有效改变色散，使光纤零色散波长和零色散斜率均达到普通单模光纤标准。由于纤芯与内包层的折射率差与普通单模光纤相似，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相似，从而可以实现与普通单模光纤的低损耗连接。本发明光纤结构简单，可以采用现有的成熟的光纤制作工艺实现。

14、2.本发明研制的与普通单模光纤(g.652光纤)匹配的色散特性的新型低弯曲损耗光纤可以使弯曲不敏感光纤的适应性更强，其系统中也可以采用干线通信系统中成熟的时分、波分复用技术和已商品化的光器件，从而能够在提高系统通信容量的同时，有效降低其通信成本。

15、3.本发明光纤具有与普通单模光纤相匹配的色散特性、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。该光纤光学特性与普通单模光纤全面匹配，特别是弯曲损耗和色散特性均优于国际标准(g.657)光纤的新一代低弯曲损耗光纤。

技术特征：

1.一种色散管理型弯曲不敏感光纤，其特征在于，包括纤芯和包层；所述包层包括内包层、低折射率层和外包层；其中，低折射率层置于内包层和外包层之间；内包层包裹纤芯，低折射率层从外到内为第一渐变折射率层、下凹包层和第二渐变折射率层；

2.根据权利要求1所述的色散管理型弯曲不敏感光纤，其特征在于，第一渐变折射率层的折射率为线性变化，其沿光纤径向r的折射率分布满足：其中，n2，n3为内包层、下凹包层的折射率，c为渐变折射率层宽度，r2为内包层半径。

3.根据权利要求1所述的色散管理型弯曲不敏感光纤，其特征在于，第二渐变折射率层的折射率为线性变化，其沿光纤径向r的折射率分布满足：其中，n2，n3为内包层、下凹包层的折射率，c为渐变折射率层宽度，r4为下凹包层半径。

4.根据权利要求1所述的色散管理型弯曲不敏感光纤，其特征在于，纤芯半径a满足4μm≤a≤7μm，内包层宽度b满足2μm≤b≤10μm，渐变折射率层宽度c满足2μm≤c≤8μm，下凹包层与渐变折射率层总宽度d满足15μm≤b≤40μm。

5.根据权利要求1所述的色散管理型弯曲不敏感光纤，其特征在于，纤芯与内包层折射率差δ1＝n1-n2满足0.003≤δ1≤0.007，内包层与下凹包层折射率差δ2＝n2-n3满足0.003≤δ2≤0.007。

6.根据权利要求1所述的色散管理型弯曲不敏感光纤，其特征在于，1550nm波长时，光纤在弯曲半径为5mm下的弯曲损耗小于0.1db/m。

7.根据权利要求1所述的色散管理型弯曲不敏感光纤，其特征在于，零色散波长在1300～1324nm之间且零色散斜率小于0.092ps/(nm2·km)。

8.根据权利要求1所述的色散管理型弯曲不敏感光纤，其特征在于，波长为1.31μm时，光纤基模的模场直径f满足：8.6μm≤f≤9.5μm。

9.根据权利要求1所述的色散管理型弯曲不敏感光纤，其特征在于，所述光纤与仅由所述光纤的纤芯和外包层组成的单模光纤模式匹配，两者的连接损耗低于0.1db。

技术总结
本发明公开了一种色散管理型弯曲不敏感光纤，涉及光通信系统，包括纤芯和包层；所述包层包括内包层、低折射率层和外包层；其中，低折射率层置于内包层和外包层之间；内包层包裹纤芯，低折射率层从外到内为第一渐变折射率层、下凹包层和第二渐变折射率层；包层中材料的折射率之间满足n<subgt;1</subgt;>n<subgt;2</subgt;>n<subgt;3</subgt;，其中，n<subgt;1</subgt;，n<subgt;2</subgt;，n<subgt;3</subgt;分别表示纤芯、内包层、下凹包层的折射率，内包层与外包层折射率相同。本发明光纤具有与普通单模光纤相匹配的色散特性、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。该光纤光学特性与普通单模光纤全面匹配，特别是弯曲损耗和色散特性均优于国际标准(G.657)光纤的新一代低弯曲损耗光纤。

技术研发人员：陈明阳,朱霄霄
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16