一種單模光纖的製作方法
2023-06-04 10:31:11
一種單模光纖的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種光纖通信系統中使用的低衰減單模光纖，包括有芯層和包層，其特徵在於芯層的折射率分布n（r）滿足g型折射率分布：n（r）=n0[1-2Δ1(r/R1)g]1/2（r≦R1），芯層Δ1為-0.05%~+0.05%，g為10~30，芯層半徑R1為4.0μm~5.0μm，包層從內至外依次包括內包層、中間包層和外包層，內包層Δ2為-0.3%~-0.45%，半徑R2為20μm~30μm，中間包層Δ3大於Δ2，並且中間包層的相對摺射率差、半徑與內包層的相對摺射率差、半徑存在以下的數值關係：設V=(R3-R2)×(Δ3-Δ2)，則V值的範圍為0.5×10-2μm%~7×10-2μm%。本發明光纖在1550nm波長處的衰減係數小於或等於0.180dB/km，不僅具有低的光纖損耗，而且製作工藝性好、成本低，適於規模生產。
【專利說明】一種單模光纖
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光通信系統中使用的低衰減單模光纖，該光纖具有低的光纖損耗和良好的生產適用性，屬於光通信【技術領域】。
【背景技術】
[0002]單模光纖具有質量輕、尺寸小、抗電磁幹擾、傳輸速率快、信息容量大和傳輸距離遠等優點。在世界範圍內，G.652單模光纖已經大量地鋪設並應用於光通信網絡之中。隨著相關光器件、光放大技術和相關調製解調技術的進一步發展，光通信系統正向著更高的傳輸速率和更長的傳輸距離的方向持續發展。光通信系統的發展對單模光纖的相關性能也提出了更為嚴格的要求。光纖的衰減係數是單模光纖的重要性能之一。光纖的衰減係數減小後，系統中的光信噪比(OSNR: optical-signal-to-noise ratio)就可以得到提高,則系統中攜帶的光信號的可傳輸距離就更長，傳輸容量就更大，可有效提高系統的傳輸性能和傳輸距離。
[0003]光纖的衰減水平是與製造光纖的材料、工藝、設備等技術緊密相關的。光纖在通信窗口的損耗主要來自材料的紅外吸收和紫外吸收的拖尾、水峰的吸收、散射損耗、彎曲損耗和缺陷帶來的損耗。在當前光纖製備技術下，光纖衰減的最大來源是散射損耗。通信光纖的散射損耗包括線性散射和非線性散射。非線性散射主要是受激拉曼散射和受激布裡淵散射，而光纖中的線性散射主要是瑞利散射。光纖中瑞利散射是由於光纖芯層中摻雜的二氧化鍺的密度與濃度起伏所引起。而摻雜二氧化鍺的主要目的是增大光纖芯層的折射率，形成光波導。要進一步降低光纖的損耗，需要降低瑞利散射損耗，最佳的途徑是採用單一材料的純娃芯，從材料的角度看，純娃芯光纖由於二氧化娃芯層材料全部是玻璃網絡形成體，未摻雜網絡修飾體，使得玻璃網絡的緻密性與均勻性提高，因此純矽芯光纖可以最大程度上克服摻雜引起的密度與濃度起伏，也就降低了瑞利散射損耗。然而，為了形成光波導，必須在純矽芯外沉積摻氟的包層，這對設備、工藝和波導設計等方面提出了很大挑戰，進而，對於光纖的成本降低以及光纖預製棒尺寸的增大產生了限制。另一方面，純娃芯材料與摻氟包層材料在粘度、熱膨脹係數等材料性能方面的差異較大，造成光纖拉絲過程中光纖的芯包材料失配嚴重，拉絲張力集中於光纖纖芯部分，光纖的殘留應力和拉絲缺陷增加，光纖的損耗無法得到降低，反而可能增加。
[0004]在美國專利US6917740中，描述了一種材料粘度失配得到改善的純矽芯單模光纖及其製造方法。通過在芯層中摻氯(Cl)和氟(F)，使得芯層與包層的玻璃化轉變溫度Tg的差值縮小到200°C以內，優化光纖的衰減性能。該專利未對光纖的波導結構，特別是光纖包層結構進行具體的描述，同時也未涉及到光纖的光學傳輸性能。
[0005]在美國專利US6449415中，公開了一種芯層摻氯(Cl)，其相對摺射率為正值，包層摻氟(F),其相對摺射率為負值的光纖，並且該光纖具有內包層為下陷包層(depressedcladding)的結構。芯層摻氯的材料可以有效降低光纖芯包材料的失配，減少由拉絲過程產生的附加應力。該專利中，為了實現芯層的相對摺射率達到0.08%，其Cl的含量要達到Iwt% (10000 ppm)。一般的，在光纖預製棒的芯層部分，Cl的含量在5000 ppm以下，如果Cl的含量增大，則容易出現芯層夾雜氣泡等工藝問題。該專利未對光纖的完整的波導結構進行描述，特別是光纖的包層部分的結構。
[0006]在美國專利US6947650中，提出了一種具有摻氟下陷內包層的純矽芯光纖，其下陷包層的直徑D與芯層d的直徑之比D/d約為8.5，範圍為小於10。其光纖的工作波長入op與截止波長λ cut的比值範圍在1.0和1.2之間。對於光纖波導結構的其它相關參數，比如芯層和包層的相對摺射率，以及光纖的衰減等性能均未予以描述。
[0007]在美國專利US7526177B2中，提出了一種具有摻氟的下陷芯層和更深的摻氟下陷包層的光纖。該光纖芯層的F含量至少為0.41 wt%，而包層的F含量至少為1.2 wt%0 一般而言，包層的摻F含量越多，則意味著工藝實現難度越大，製造成本也越高。
[0008]在中國專利201110114732.X中，提出了一種具有下陷包層(trench)的低衰減單模光纖。該下陷包層在光纖波導中具有最小的相對摺射率，意味著該層的摻F含量最多。該下陷包層的結構設計不利於光纖預製棒的尺寸的增加，也不利於降低光纖預製棒的成本。
[0009]一般的，摻雜劑會改變石英玻璃的相對摺射率。鍺(Ge)、氯(Cl)、磷(P)等摻雜劑可以使得摻雜後的石英玻璃的相對摺射率為正值，我們稱之為「正摻雜劑」，而氟(F)、硼(B)等摻雜劑可以使得摻雜後的石英玻璃的相對摺射率為負值，我們稱之為「負摻雜劑」。如果同時使用一種「正摻雜劑」和一種「負摻雜劑」對石英玻璃進行摻雜，則摻雜後的石英玻璃的相對摺射率可以為正值或者負值，或者為O。
【發明內容】
[0010]為方便介紹本
【發明內容】
，定義以下術語:
折射率剖面:光纖中玻璃折射率與其半徑之間的關係。
[0011]相對摺射率差:
【權利要求】
1.一種單模光纖，包括有芯層和包層，其特徵在於芯層的折射率分布n (r)滿足g型折射率分布:n (r)=n0[l-2 Δ I (r/Rl)g]1/2，r 芻 Rl，芯層相對摺射率差 Λ I 為-0.05%~+0.05%,g為10-30，芯層半徑Rl為4.0 μ πm-5.0 μ m，包繞在芯層外的是包層，包層從內至外依次包括內包層、中間包層和外包層，內包層相對摺射率差Λ 2為-0.3%~-0.45%，半徑R2為20μπm-30μπm，中間包層相對摺射率差Λ 3大於Λ 2，並且中間包層的相對摺射率差、半徑與內包層的相對摺射率差、半徑存在以下的數值關係:設V= (R3-R2) X (Λ3-Λ2)，則V值的範圍為 0.5 X 10-2 μ m%~7 X 10-2 μ m%。
2.如權利要求1所述的單模光纖，其特徵在於所述的芯層的Cl的含量[Cl]芯層為1000ppnT5000ppm,所述的內包層的Cl的含量[Cl]內包層為500ppnT2000ppm,所述的中間包層的Cl的含量[Cl]中間包層為300ppnTl800ppm，所述的外包層的Cl的含量[Cl]外包層為0ppm~1500ppmo
3.如權利要求1或2所述的單模光纖，其特徵在於所述的芯層主要由摻氟(F)的石英玻璃或氟鍺共摻的石英玻璃組成，芯層氟(F)的貢獻量Λ F為-0.03%~-0.08%。
4.如權利要求1或2所述的單模光纖，其特徵在於所述的內包層主要由摻氟(F)的石英玻璃組成，其相對摺射率差Λ2與芯層的Al的差值的絕對值I Λ1-Λ2|為0.32%~0.42%ο
5.如權利要求1或2所述的單模光纖，其特徵在於所述的中間包層主要由摻氟(F)的石英玻璃組成，其相對摺射率Λ 3為-0.25%~-0.35%，半徑R3為40 μ πm-55 μ m。
6.如權利要求1或2所述的單模光纖，其特徵在於所述的外包層為純二氧化矽石英玻璃層，半徑R4為62 μ m~63 μ m。
7.如權利要求1或2所述的單模光纖，其特徵在於所述光纖在1550nm波長處的衰減係數小於或等於0.180 dB/km。
8.如權利要求7所述的單模光纖,其特徵在於所述光纖在1550nm波長處的模場直徑為10 μ m~ll μ m。
9.如權利要求7所述的單模光纖，其特徵在於所述光纖具有小於或等於1260nm的光纜截止波長；所述光纖的零色散波長點為1300nnTl324nm。
10.如權利要求7所述的單模光纖,其特徵在於所述光纖在1700nm的微彎損耗小於或等於 5dB/km。
【文檔編號】G02B6/02GK103454719SQ201310394404
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月3日 優先權日:2013年9月3日
【發明者】楊晨, 龍勝亞, 朱繼紅, 黃利偉, 曹蓓蓓, 羅傑 申請人:長飛光纖光纜有限公司