一种单模光纤的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种光纤通信系统中使用的低衰减单模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于芯层的折射率分布n（r）满足g型折射率分布：n（r）=n0[1-2Δ1(r/R1)g]1/2（r≦R1），芯层Δ1为-0.05%~+0.05%，g为10~30，芯层半径R1为4.0μm~5.0μm，包层从内至外依次包括内包层、中间包层和外包层，内包层Δ2为-0.3%~-0.45%，半径R2为20μm~30μm，中间包层Δ3大于Δ2，并且中间包层的相对折射率差、半径与内包层的相对折射率差、半径存在以下的数值关系：设V=(R3-R2)×(Δ3-Δ2)，则V值的范围为0.5×10-2μm%~7×10-2μm%。本发明光纤在1550nm波长处的衰减系数小于或等于0.180dB/km，不仅具有低的光纤损耗，而且制作工艺性好、成本低，适于规模生产。
【专利说明】一种单模光纤
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光通信系统中使用的低衰减单模光纤，该光纤具有低的光纤损耗和良好的生产适用性，属于光通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002]单模光纤具有质量轻、尺寸小、抗电磁干扰、传输速率快、信息容量大和传输距离远等优点。在世界范围内，G.652单模光纤已经大量地铺设并应用于光通信网络之中。随着相关光器件、光放大技术和相关调制解调技术的进一步发展，光通信系统正向着更高的传输速率和更长的传输距离的方向持续发展。光通信系统的发展对单模光纤的相关性能也提出了更为严格的要求。光纤的衰减系数是单模光纤的重要性能之一。光纤的衰减系数减小后，系统中的光信噪比(OSNR: optical-signal-to-noise ratio)就可以得到提高,则系统中携带的光信号的可传输距离就更长，传输容量就更大，可有效提高系统的传输性能和传输距离。
[0003]光纤的衰减水平是与制造光纤的材料、工艺、设备等技术紧密相关的。光纤在通信窗口的损耗主要来自材料的红外吸收和紫外吸收的拖尾、水峰的吸收、散射损耗、弯曲损耗和缺陷带来的损耗。在当前光纤制备技术下，光纤衰减的最大来源是散射损耗。通信光纤的散射损耗包括线性散射和非线性散射。非线性散射主要是受激拉曼散射和受激布里渊散射，而光纤中的线性散射主要是瑞利散射。光纤中瑞利散射是由于光纤芯层中掺杂的二氧化锗的密度与浓度起伏所引起。而掺杂二氧化锗的主要目的是增大光纤芯层的折射率，形成光波导。要进一步降低光纤的损耗，需要降低瑞利散射损耗，最佳的途径是采用单一材料的纯娃芯，从材料的角度看，纯娃芯光纤由于二氧化娃芯层材料全部是玻璃网络形成体，未掺杂网络修饰体，使得玻璃网络的致密性与均匀性提高，因此纯硅芯光纤可以最大程度上克服掺杂引起的密度与浓度起伏，也就降低了瑞利散射损耗。然而，为了形成光波导，必须在纯硅芯外沉积掺氟的包层，这对设备、工艺和波导设计等方面提出了很大挑战，进而，对于光纤的成本降低以及光纤预制棒尺寸的增大产生了限制。另一方面，纯娃芯材料与掺氟包层材料在粘度、热膨胀系数等材料性能方面的差异较大，造成光纤拉丝过程中光纤的芯包材料失配严重，拉丝张力集中于光纤纤芯部分，光纤的残留应力和拉丝缺陷增加，光纤的损耗无法得到降低，反而可能增加。
[0004]在美国专利US6917740中，描述了一种材料粘度失配得到改善的纯硅芯单模光纤及其制造方法。通过在芯层中掺氯(Cl)和氟(F)，使得芯层与包层的玻璃化转变温度Tg的差值缩小到200°C以内，优化光纤的衰减性能。该专利未对光纤的波导结构，特别是光纤包层结构进行具体的描述，同时也未涉及到光纤的光学传输性能。
[0005]在美国专利US6449415中，公开了一种芯层掺氯(Cl)，其相对折射率为正值，包层掺氟(F),其相对折射率为负值的光纤，并且该光纤具有内包层为下陷包层(depressedcladding)的结构。芯层掺氯的材料可以有效降低光纤芯包材料的失配，减少由拉丝过程产生的附加应力。该专利中，为了实现芯层的相对折射率达到0.08%，其Cl的含量要达到Iwt% (10000 ppm)。一般的，在光纤预制棒的芯层部分，Cl的含量在5000 ppm以下，如果Cl的含量增大，则容易出现芯层夹杂气泡等工艺问题。该专利未对光纤的完整的波导结构进行描述，特别是光纤的包层部分的结构。
[0006]在美国专利US6947650中，提出了一种具有掺氟下陷内包层的纯硅芯光纤，其下陷包层的直径D与芯层d的直径之比D/d约为8.5，范围为小于10。其光纤的工作波长入op与截止波长λ cut的比值范围在1.0和1.2之间。对于光纤波导结构的其它相关参数，比如芯层和包层的相对折射率，以及光纤的衰减等性能均未予以描述。
[0007]在美国专利US7526177B2中，提出了一种具有掺氟的下陷芯层和更深的掺氟下陷包层的光纤。该光纤芯层的F含量至少为0.41 wt%，而包层的F含量至少为1.2 wt%0 一般而言，包层的掺F含量越多，则意味着工艺实现难度越大，制造成本也越高。
[0008]在中国专利201110114732.X中，提出了一种具有下陷包层(trench)的低衰减单模光纤。该下陷包层在光纤波导中具有最小的相对折射率，意味着该层的掺F含量最多。该下陷包层的结构设计不利于光纤预制棒的尺寸的增加，也不利于降低光纤预制棒的成本。
[0009]一般的，掺杂剂会改变石英玻璃的相对折射率。锗(Ge)、氯(Cl)、磷(P)等掺杂剂可以使得掺杂后的石英玻璃的相对折射率为正值，我们称之为“正掺杂剂”，而氟(F)、硼(B)等掺杂剂可以使得掺杂后的石英玻璃的相对折射率为负值，我们称之为“负掺杂剂”。如果同时使用一种“正掺杂剂”和一种“负掺杂剂”对石英玻璃进行掺杂，则掺杂后的石英玻璃的相对折射率可以为正值或者负值，或者为O。
【发明内容】
[0010]为方便介绍本
【发明内容】
，定义以下术语:
折射率剖面:光纤中玻璃折射率与其半径之间的关系。
[0011]相对折射率差:
【权利要求】
1.一种单模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于芯层的折射率分布n (r)满足g型折射率分布:n (r)=n0[l-2 Δ I (r/Rl)g]1/2，r 刍 Rl，芯层相对折射率差 Λ I 为-0.05%~+0.05%,g为10-30，芯层半径Rl为4.0 μ πm-5.0 μ m，包绕在芯层外的是包层，包层从内至外依次包括内包层、中间包层和外包层，内包层相对折射率差Λ 2为-0.3%~-0.45%，半径R2为20μπm-30μπm，中间包层相对折射率差Λ 3大于Λ 2，并且中间包层的相对折射率差、半径与内包层的相对折射率差、半径存在以下的数值关系:设V= (R3-R2) X (Λ3-Λ2)，则V值的范围为 0.5 X 10-2 μ m%~7 X 10-2 μ m%。
2.如权利要求1所述的单模光纤，其特征在于所述的芯层的Cl的含量[Cl]芯层为1000ppnT5000ppm,所述的内包层的Cl的含量[Cl]内包层为500ppnT2000ppm,所述的中间包层的Cl的含量[Cl]中间包层为300ppnTl800ppm，所述的外包层的Cl的含量[Cl]外包层为0ppm~1500ppmo
3.如权利要求1或2所述的单模光纤，其特征在于所述的芯层主要由掺氟(F)的石英玻璃或氟锗共掺的石英玻璃组成，芯层氟(F)的贡献量Λ F为-0.03%~-0.08%。
4.如权利要求1或2所述的单模光纤，其特征在于所述的内包层主要由掺氟(F)的石英玻璃组成，其相对折射率差Λ2与芯层的Al的差值的绝对值I Λ1-Λ2|为0.32%~0.42%ο
5.如权利要求1或2所述的单模光纤，其特征在于所述的中间包层主要由掺氟(F)的石英玻璃组成，其相对折射率Λ 3为-0.25%~-0.35%，半径R3为40 μ πm-55 μ m。
6.如权利要求1或2所述的单模光纤，其特征在于所述的外包层为纯二氧化硅石英玻璃层，半径R4为62 μ m~63 μ m。
7.如权利要求1或2所述的单模光纤，其特征在于所述光纤在1550nm波长处的衰减系数小于或等于0.180 dB/km。
8.如权利要求7所述的单模光纤,其特征在于所述光纤在1550nm波长处的模场直径为10 μ m~ll μ m。
9.如权利要求7所述的单模光纤，其特征在于所述光纤具有小于或等于1260nm的光缆截止波长；所述光纤的零色散波长点为1300nnTl324nm。
10.如权利要求7所述的单模光纤,其特征在于所述光纤在1700nm的微弯损耗小于或等于 5dB/km。
【文档编号】G02B6/02GK103454719SQ201310394404
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】杨晨, 龙胜亚, 朱继红, 黄利伟, 曹蓓蓓, 罗杰 申请人:长飞光纤光缆有限公司