低损耗大有效面积单模光纤及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种低损耗大有效面积单模光纤及其制造方法，涉及光纤领域，该光纤包括由内至外依次排列的石英玻璃包层、内涂层和外涂层，石英玻璃包层内部还包括由内至外依次排列的第一纤芯区域、第二纤芯区域、第三纤芯区域、第四纤芯区域和折射率下凹包层，折射率下凹包层采用PCVD工艺进行沉积，石英玻璃包层采用OVD工艺或套管工艺制造。本发明能减小光纤的散射损耗和光纤弯曲状态下的附加损耗，将纤芯基模电磁场功率由尖顶分布调整为平顶分布，降低光功率密度，增大光纤的有效面积，降低光纤的非线性，使光纤通信系统入纤功率提高0.4～2.6dB，适合大规模生产。
【专利说明】低损耗大有效面积单模光纤及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤领域，特别是涉及一种低损耗大有效面积单模光纤及其制造方法。
【背景技术】
[0002]本发明涉及的专业术语定义如下:
[0003]沉积:光纤原材料在一定的环境下发生化学反应生成掺杂的石英玻璃的工艺过程。
[0004]熔缩:将沉积后的空心玻璃管在一定的热源下逐渐烧成实心玻璃棒的工艺过程。
[0005]套管:满足一定截面积和尺寸均匀性的高纯石英玻璃管。
[0006]基管:用于沉积的高纯石英玻璃管。
[0007]折射率剖面(RIP):光纤或光纤预制棒(包括光纤芯棒)的折射率与其半径之间的关系曲线。
【权利要求】
1.一种低损耗大有效面积单模光纤，包括由内至外依次排列的石英玻璃包层(b )、内涂层(f\)和外涂层(f2)，其特征在于:所述石英玻璃包层(b)内部还包括由内至外依次排列的第一纤芯区域(^)、第二纤芯区域(a2)、第三纤芯区域(a3)、第四纤芯区域(a4)和折射率下凹包层，第一纤芯区域U1)的半径为A，第二纤芯区域(a2)的半径为r2，第三纤芯区域Ca3)的半径为r3，第四纤芯区域(a4)的半径为r4，折射率下凹包层内边缘(Id1)到第一纤芯区域U1)中心的距离为r5，折射率下凹包层外边缘(b2)到第一纤芯区域U1)中心的距离为r6，折射率下凹包层采用等离子化学气相沉积PCVD工艺进行沉积，石英玻璃包层(b)采用外部气相沉积OVD工艺或套管工艺制造，其中: 第一纤芯区域U1)与石英玻璃包层(b)的相对折射率差A1OO随纤芯半径r的变化满足“ Δ八!.)=。/’关系曲线:0≤r≤!T1,1.0 μ m≤!T1≤2.0 μ m, C1为常数，0.07% ≤ C1 ≤ 0.15% ； 第二纤芯区域(a2)与石英玻璃包层(b)的相对折射率差A2(r)随纤芯半径r的变化满足“ Δ 2 (r) =AX In (r) +c2” 关系曲线 Ir1 ≤ r ≤ r2, 3.0 μ m ≤ r2 ≤ 3.9 μ m, A、C2 均为常数，0.0019 ≤ A ≤ 0.0025，-0.00001 ≤ c2 ≤ -0.00010 ； 第三纤芯区域(a3)与石英玻璃包层(b)的相对折射率差Λ3(gamma)随纤芯半径r的变化满足“ A3(r)=c3”关系曲线:r2≤r≤r3,2.5μηι≤r3≤5.Ομπι, C3为常数，0.18% ≤ C3 ≤ 0.32% ； 第四纤芯区域(a4)与石英玻璃包层(b)的相对折射率差A4(r)随纤芯半径r的变化满足“ Δ4(gamma ) =BXr2+CXr+c4” 关系曲线:r3 < r < r4, 5.0 μ m < r4 < 6.5 μ m, B、C、C4 均为常数，-0.0010 ≤ B ≤-0.00075,0.0071 ≤ C ≤ 0.0088，-0.0175 ^ c4 ^ -0.0144 ； 该光纤的折射率下凹包层内边缘(匕)到第一纤芯区域U1)中心的距离r5与第四纤芯区域(a4)的半径r4的关系为:3.0 μ m < r5_r4 ^ 6.2 μ m,该折射率下凹包层的厚度满足5.0 μ m ^ T6-T5 ^ 11.2 μ m,该折射率下凹包层的相对折射率差曲线满足Ab(r)=kXr+t曲线关系:k、t 均为常数，k = 5 X Kr6，-9.46 X Kr3 ^ t ^ -2.70X 10-3。
2.如权利要求1所述的低损耗大有效面积单模光纤，其特征在于:所述光纤在1310nm波长的损耗系数< 0.289dB/km, 1383nm波长的损耗系数< 0.276dB/km, 1550nm波长的损耗系数≤0.175dB/km, 1625nm波长的损耗系数≤0.187dB/km。
3.如权利要求1所述的低损耗大有效面积单模光纤，其特征在于:所述光纤在弯曲直径为15mmXl圈的情况下，1550nm波长的附加损耗< 0.025dB, 1625nm波长的附加损耗(0.036dB。
4.如权利要求1所述的低损耗大有效面积单模光纤，其特征在于:所述光纤中的基模光功率分布为平顶分布，该光纤在1550nm波长的模场直径为12.0~15.25微米，在1550nm波长的有效面积为110~183平方微米,该光纤的非线性系数为0.565~0.936w_1.knT1,入纤功率提高0.4~2.6dB。
5.如权利要求1至4中任一项所述的低损耗大有效面积单模光纤，其特征在于:所述光纤在1550nm波长的色散系数为16.52~18.12ps/nm/km，22米截止波长为1259~1286nm,零色散波长为1316.2~1321.9nm,零色散波长的斜率为0.086~0.091ps/nm2/km。
6.权利要求1至5中任一项所述低损耗大有效面积单模光纤的制造方法，其特征在于，包括以下步骤:将四氯化硅、四氯化锗、高纯氧气、C2F6的混合气体通入沉积车床，所述沉积车床为PCVD或VAD或MCVD或OVD沉积车床，混合气体的总流量为5000~13500ml/min，在氢氧焰高温下生成掺锗的石英玻璃芯层，沉积芯层的第一纤芯区域U1)与石英玻璃包层(b)的相对折射率差A1OO随纤芯半径r的变化满足“ A1OO=C≤关系曲线:0 < r < r1；1.0ym ≤ r1 ≤ 2.0ym, C1 为常数，(λ 07% ≤ C1 ≤ 0.15%，形成第一纤芯区域 U1);第二纤芯区域(a2)与石英玻璃包层(b)的相对折射率差A2(r)随纤芯半径r的变化满足“ Δ 2 (r) =AX In (r) +c2” 关系曲线 Ir1 ≤ r ≤ r2, 3.0 μ m ≤ r2 ≤ 3.9 μ m, A、C2 均为常数，0.0019≤A≤(λ 0025,-0.00001 ≤ c2 ≤-0.00010，形成第二纤芯区域(a2);第三纤芯区域(&3)与石英玻璃包层(b)的相对折射率差Λ3(gamma)随纤芯半径r的变化满足“ A3(r)=C3 ”关系曲线:r2 ≤ r ≤ r3, 2.5 μ m ≤ r3 ≤ 5.0 μ m, C3为常数，0.18%≤C3≤0.32%，形成第三纤芯区域Ca3);第四纤芯区域(a4)与石英玻璃包层(b)的相对折射率差Λ4(gamma)随纤芯半径r的变化满足“ Δ4(gamma) =BXr2+CXr+c4” 关系曲线:r3 < r < r4, 5.0 μ m < r4 < 6.5 μ m, B、C、C4 均为常数，-0.0010 ≤ B ≤-0.00075，0.0071 ≤ C ≤ 0.0088，-0.0175 ≤ c4 ≤ -0.0144，形成第四纤芯区域(a4); 芯层沉积完成后，采用PCVD工艺沉积折射率下凹内包层，该光纤的折射率下凹包层内边缘(h)到第一纤芯区域U1)中心的距离1*5与第四纤芯区域(a4)的半径r4的关系为:3.0 μ m ≤ T5-T4 ≤ 6.2 μ m,该折射率下凹包层的厚度满足:5.0 μ m < r6_r5 ( 11.2 μ m,该折射率下凹包层的相对折射率差曲线满足Ab(r)=kXr+t曲线关系:k、t均为常数，k =5 X 10_6，-9.46 X 10_3 < t≤-2.70 X 10_3，构成r5与r6之间的折射率下凹区域，形成芯棒； 采用OVD工艺外喷沉积石英玻璃包层(b)，外喷后形成的光纤预制棒直径尺寸为150~200mm ;或者将PCVD工艺形成的芯棒直接装入直径为150~200mm的石英玻璃套管中，形成光纤预制棒； 将该光纤预制棒安置在拉丝塔上，在200(TC~230(TC左右的高温下，将其拉丝成外径为125微米、内涂层(f\)直径为190~192.3微米、外涂层(f2)直径为243.4~246.5微米的光纤。
7.如权利要求6所述的低损耗大有效面积单模光纤的制造方法，其特征在于:所述光纤在1310nm波长的损耗系数≤0.289dB/km, 1383nm波长的损耗系数≤0.276dB/km, 1550nm波长的损耗系数< 0.175dB/km, 1625nm波长的损耗系数< 0.187dB/km。
8.如权利要求6所述的低损耗大有效面积单模光纤的制造方法，其特征在于:所述光纤在弯曲直径为15mmX I圈的情况下，1550nm波长的附加损耗< 0.025dB, 1625nm波长的附加损耗≤0.036dB。
9.如权利要求6所述的低损耗大有效面积单模光纤的制造方法，其特征在于:所述光纤中的基模光功率分布为平顶分布，该光纤在1550nm波长的模场直径为12.0~15.25微米，在1550nm波长的有效面积为110~183平方微米，该光纤的非线性系数为0.565~0.936w 1.km I,入纤功率提高0.4~2.6dB。
10.如权利要求6至9中任一项所述的低损耗大有效面积单模光纤的制造方法，其特征在于:所述光纤在1550nm波长的色散系数为16.52~18.12ps/nm/km, 22米截止波长为1259~1286nm，零色散波长为1316.2~1321.9nm,零色散波长的斜率为0.086~0.091ps/nm2/km。
【文档编号】G02B6/028GK103472525SQ201310409008
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】陈伟, 李诗愈, 莫琦, 罗文勇, 杜城, 柯一礼, 雷琼, 但融, 张涛, 胡福明 申请人:烽火通信科技股份有限公司, 武汉烽火锐光科技有限公司