一種色散補償光纖的製作方法
2023-10-10 06:31:14
專利名稱：一種色散補償光纖的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種工作在C波段(1530nm 1565nm波段)光通信窗口的色散補償光纖(DCF)，該光纖可用於標準單模光纖(G.652，ITU-T標準)的色散和色散斜率補償。
背景技術：
隨著標準單模光纖的DWDM系統的普遍採用並且向著高速率、長距離、無中繼和密集通道的方向發展，波分復用傳輸技術得到快速發展，擴展工作波長帶和增加波長多樣性將快速地發展。基於G. 652光纖構築的長途光纜在1310nm波長有最小的色散，但衰減較大，而它在1550nm波段有最低的衰減(約0. 20dB/km)。所以人們迫切希望利用1550nm這一波長窗口。工作在1550nm波段的摻鉺光纖放大器(EDFA)的成功開發和實用化，進一步消除了衰減對通信系統的限制，這使得1550nm波段成了大容量、長距離光波系統的優選窗口。在1550nm波段，目前商用單模光纖及其DCF具有如下色散特性非色散位移單模光纖 (G. 652C/D，ITU-T標準)的色散係數大約是17ps/nm-km，色散斜率大約為0. 058ps/nm2-km, 所以其要求的DCF的RDS大約為0. 0036nm^o為了解決1310nm零色散標準單模光纖通信網絡在1550nm波段的升級及擴容問題，國際上廣泛採用色散補償技術來改善鏈路色散。目前大量商用化的是運用色散補償光纖(DCF)技術對通信鏈路光纖進行的色散和色散斜率同時進行補償，這種技術比其他色散補償技術如光纖光柵色散補償技術和電子色散補償技術更為可靠，而且技術更成熟。DCF通過調整光纖的波導結構來改變光信號在光纖中的傳輸參數，並且使光纖的纖芯具有較大的折射率，來實現較大的負色散值和色散斜率。在實際應用中，DCF被製成色散補償模塊接入通信鏈路中，這時DCF與標準通信光纖的熔接損耗成為插入損耗的重要影響因數。因此DCF的熔接性能是一個關鍵參數，具有實用性的DCF不但要求具備適宜的光學性能和傳輸性能，還要求具備優良的熔接性能，即熔接損耗低且熔接工藝高效而穩定。熔接性能成為影響DCF成本和性能的主要因素。熔接損耗越低，模塊的性能就優良；熔接程序越快捷，效率越高，熔接成本越低。在已公開的專利文獻中，已存在一些有關改進DCF熔接性能的產品和方法示例。 對1550nm的光源，DCF的模場直徑大約為5 μ m,而標準通信光纖的模場約為10. 5 μ m,這種模場的差別(模場失配)導致光功率從大模場導入小模場時容易產生洩漏。現有技術涉及採用複雜的熔接工藝使得熔接光纖端點界面附近的DCF纖芯產生擴散，並使附近的DCF的模場分布成為圓錐形的過渡區域，該區域的「煙囪效應」有利於減少模場失配導致的光功率損失從而降低了熔接損耗。現有技術也涉及使用「橋纖」作為橋梁來連接DCF和標準單模光纖的方法。橋纖是一類結構類似於DCF而各分層摻雜濃度低於DCF的特種光纖。橋纖的兩端分別與DCF和標準單模光纖相熔接，且兩端採用不同的熔接工藝。橋纖與DCF連接的一端熔接功率低且熔接時間短以減少芯區元素擴散和模場失配；而橋纖與單模光纖連接的另一端熔接功率高且熔接時間長，使得橋纖的纖芯發生擴散以實現模場的匹配。美國專利6603914介紹了一種DCF的組成結構及製造方法，但未涉及熔接方法及 DCF的光學傳輸性能。美國專利6543942描述了一種採用橋纖連接DCF與標準單模光纖的方法，該方法降低了熔接損耗，但是未公開相應的DCF的光學傳輸性能，且該方法工藝複雜，耗費時間長，熔接效率低，不宜實用。中國專利未涉及DCF的熔接方法。上述文獻已經涉及各種改進DCF與標準單模光纖熔接性能的方法及相應的DCF產品，但是未見報導既能改進熔接性能又具有優良光學傳輸性能的DCF產品及其熔接方法。本發明一些術語的定義重量百分比元素在光纖分層中某一足夠小的區域內的重量百分比，用表
7J\ ο 相對摺射率差Δ %: Δ % =
/ 2 2 Xni - nn
2η,
χ 100% ^ "『 ~ χ 100%，其中為 ηη
纖芯各分層相對摺射率差，ni為第i層光纖材料的折射率，n0為純石英玻璃的折射率。各分層的折射率分布為該分層在各徑向點處的折射率值，除非另做說明，本發明中均為所述各纖芯分層中的絕對值最大的相對摺射率差。半徑用Ri來表徵(i = 1，2，3，4，5)，各分層的半徑Ri為從光纖的中心線到該分層離中心線最遠的點的距離。RDS 光纖在某一特徵波長的相對色散斜率(RDS值)定義為該波長上的色散斜率 (DS)和色散(D)的比值RDS = DS/D。在C波段通信窗口，一般取1550nm波長為中心波長，
RDS1550 — DS1550/D1550O
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術存在的不足而提供一種在C 波段具有高的負色散係數和適宜的負色散斜率的色散補償光纖，該色散補償光纖具有優良的熔接性能，能夠實現快速熔接和低熔接損耗，並保持優良的光學和傳輸性能。本發明為解決上述提出的問題所採用的技術方案為包括有纖芯和包層，纖芯為主要摻有鍺的相對摺射率差為正值的芯層，其特徵在於包覆在纖芯外的依次為主要摻有氟的下陷包層、主要摻有鍺的環形包層、主要摻有氟的匹配包層和最外層的機械包層；纖芯和各包層的相對摺射率差範圍依次為為1.55% 2. 20%，Δ2% 為-0. 55% -0. 30%, Δ3%為 0. 40% 0. 65%, Δ4%為-0. 20% -0. 01%, Δ5%為 0 ； 纖芯和各包層的半徑範圍從Rl到R5依次為R1為1. 4 1. 7 μ m，R2為4. 1 4. 8 μ m，R3 為 6. 7 8· 8 μ m，R4 為 10 17 μ m，R5 為 38 63 μ m。按上述方案，所述纖芯的鍺重量百分比為15wt% 35wt%，下陷包層的氟重量百分比為 5wt%，環形包層的鍺重量百分比為 10wt%，匹配包層的氟重量百分比為0. 3wt% 3wt%。按上述方案，所述纖芯和各個包層的氯重量百分比為0wt% 1. 0wt%。按上述方案，所述纖芯的鍺重量百分比為20wt% 30wt%，下陷包層的氟重量百分比為2. Owt % 3. 5wt %，環形包層的鍺重量百分比為5wt % 8wt %，匹配包層的氟重量百分比為0. 7wt% 1. 5wt%。
按上述方案，所述纖芯的氯重量百分比為0. 1襯％ 0.#〖(％，下陷包層的氯重量百分比為0. Iwt % 0. 3wt %，環形包層的氯重量百分比為0. Iwt % 0. 3wt %，匹配包層的氯重量百分比為0. Iwt% 0. ，機械包層的氯重量百分比為0. Iwt% 0. 7wt%。按上述方案，在1530nm到1565nm(C波段)波長範圍內的色散係數為_120ps/ nm-km -260pS/nm-km，色散斜率為負值，衰減係數小於或等於0. 45dB/km ；相對色散斜率 RDS 為 0. 0033nm_1 到 0. Ο ΜΟηπΓ1，偏振模色散(PMD)小於或等於 0. 25ps/km1/2。纖芯和下陷包層的相對摺射率差和幾何關係是DCF光學和傳輸性能的主要影響因數，環形包層對DCF的模場直徑和截止波長起調節作用。下陷包層、環形包層和匹配包層還具有調節熔接損耗的作用熔接機在熔接工作時通過電弧放電，瞬間產生大量的熱量，使得包層分層中的氟在高溫條件下產生擴散，從而引起熔接點附近的折射率變化，使得附近的DCF的模場由原有的小模場轉變為圓錐形的過渡模場區域，該區域的「煙囪效應」有利於減少模場失配導致的光功率損失從而降低了熔接損耗。最外層的機械包層具有較高的粘度，在拉絲時承載較大比例的拉絲張力，這樣就可以有效地阻止拉絲張力所造成的應力集中在纖芯部分而引起光纖衰減增加。本發明的DCF採用PCVD工藝在高純石英襯管內壁沉積摻雜石英的玻璃層；然後將沉積後的空心石英管熔縮成實心的石英玻璃芯棒；最後套入石英玻璃套管中組合成預製棒在拉絲塔上拉製成光纖。本發明提供的DCF光纖使用藤倉FSM-60S熔接機進行熔接，主要熔接參數如表1 所示。表1FSM-60S熔接機DCF+SMF熔接參數
權利要求
1.一種色散補償光纖，包括有纖芯和包層，纖芯為主要摻有鍺的相對摺射率差為正值的芯層，其特徵在於包覆在纖芯外的依次為主要摻有氟的下陷包層、主要摻有鍺的環形包層、主要摻有氟的匹配包層和最外層的機械包層；纖芯和各包層的相對摺射率差範圍依次為Δ 1 % 為 1. 55 % 2. 20 %，Δ 2 % 為-0. 55 % -0. 30 %，Δ 3 % 為 0. 40 % 0. 65 %， Δ4%為-0.20% -0.01%，Δ5%為0 ；纖芯和各包層的半徑範圍從Rl到R5依次為R1 為 1. 4 1. 7 μ m，R2 為 4. 1 4. 8 μ m，R3 為 6. 7 8. 8 μ m，R4 為 10 17 μ m，R5 為 38 63 μ m0
2.按權利要求1所述的色散補償光纖，其特徵在於所述纖芯的鍺重量百分比為 15wt% 35wt%，下陷包層的氟重量百分比為 5wt%，環形包層的鍺重量百分比為 IOwt %，匹配包層的氟重量百分比為0. 3wt% 3wt%。
3.按權利要求2所述的色散補償光纖，其特徵在於所述纖芯的鍺重量百分比為 20wt% 30Wt%，下陷包層的氟重量百分比為2. Owt % 3. 5wt%，環形包層的鍺重量百分比為5wt% 8wt%，匹配包層的氟重量百分比為0. 7wt% 1. 5wt%。
4.按權利要求2所述的色散補償光纖，其特徵在於所述纖芯和各個包層的氯重量百分比為 Owt% 1. Owt%。
5.按權利要求4所述的色散補償光纖，其特徵在於所述纖芯的氯重量百分比為 0. Iwt% 0. ，下陷包層的氯重量百分比為0. Iwt% 0. 3wt%，環形包層的氯重量百分比為0. Iwt % 0. 3wt %，匹配包層的氯重量百分比為0. Iwt % 0. %，機械包層的氯重量百分比為0. Iwt% 0. 7wt%。
6.按權利要求1或2所述的色散補償光纖，其特徵在於在1530nm到1565nm波長範圍內的色散係數為-120pS/nm-km -260pS/nm-km，色散斜率為負值，衰減係數小於或等於 0. 45dB/km ；相對色散斜率 RDS 為 0. 0033nm_1 到 0. 0040nm_1o
7.按權利要求6所述的色散補償光纖，其特徵在於偏振模色散小於或等於0.25ps/ km"2。
8.按權利要求1所述的色散補償光纖，其特徵在於所述的DCF製成色散補償模塊與 SMF尾纖兩個接點處的熔接損耗之和小於或等於2dB。
9.按權利要求1所述的色散補償光纖，其特徵在於所述的DCF與SMF尾纖熔接一個接點耗費時間小於或等於90秒。
全文摘要
本發明涉及一種色散補償光纖，包括有纖芯和包層，纖芯為主要摻有鍺的相對摺射率差為正值的芯層，包覆在纖芯外的依次為主要摻有氟的下陷包層、主要摻有鍺的環形包層、主要摻有氟的匹配包層和最外層的機械包層；纖芯和各包層的相對摺射率差範圍依次為Δ1％為1.55％～2.20％，Δ2％為-0.55％～-0.30％，Δ3％為0.40％～0.65％，Δ4％為-0.20％～-0.01％，Δ5％為0；纖芯和各包層的半徑範圍從R1到R5依次為R1為1.4～1.7μm，R2為4.1～4.8μm，R3為6.7～8.8μm，R4為10～17μm，R5為38～63μm。本發明在C波段具有高的負色散係數和適宜的負色散斜率，具有優良的熔接性能，能夠實現快速熔接和低熔接損耗，並保持優良的光學和傳輸性能。
文檔編號H04B10/18GK102243336SQ20111020834
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月25日 優先權日2011年7月25日
發明者張樹強, 徐進, 曹蓓蓓, 汪松, 羅傑, 範明峰 申請人:長飛光纖光纜有限公司