用于单模操作的低串扰多芯光纤的制作方法

本公开涉及光纤。更具体地，本公开涉及具有芯部分的多芯光纤，该芯部分具有包括用于实现低串扰的沟槽的相对折射率分布。

背景技术：

1、理论上，通过单模光纤的传输容量已达到约100tb/s/光纤的基本极限。在没有改进的光学信噪比(osnr)的情况下，即使在单模光纤中以80tb/s在跨洋距离上传输也已证明具有挑战性。跨洋传输系统中使用的海底单模光纤系统在约10000公里以上的实际容量限制仅为约50tb/s，即使使用先进的超低损耗和低非线性光纤也是如此。

2、当用于越洋应用时，多芯光纤(mcf)可能会表现出较小的传输损耗。然而，为了在超长距离海底系统中的实际使用，mcf应具有超低损耗(即，低衰减)以产生高osnr，具有高空间模式密度以增加空间信道计量，并且能够在空间模式之间实现低差分群延迟(dgd)以降低数字信号处理的复杂性。此外，应保持125μm的标准包层直径，使得不需要对线缆的安装进行重大修改。

技术实现思路

1、因此，需要解决上述问题同时具有令人满意的衰减和增加的传输容量的新的光纤。

2、本公开的第一方面包括一种多芯光纤，该多芯光纤包括共用包层和设置在共用包层中的多个芯部分。多个芯部分中的每个芯部分包括：中心轴；从中心轴延伸至半径r1的芯区域，该芯区域包括相对于纯二氧化硅的相对折射率δ1；内包层区域，包围并直接接触芯区域、并从半径r1延伸至半径r2，该内包层区域包括相对于纯二氧化硅的相对折射率δ2；以及凹陷包层区域，包围并直接接触内包包层区域、并从半径r2延伸至半径r3，该凹陷包层区域包括相对于纯二氧化硅的相对折射率δ3和相对于纯二氧化硅的最小相对折射率δ3最小。在实施例中，相对折射率δ1、δ2和δ3满足关系δ1≥δ2>δ3最小。每个芯部分在1310nm的波长下的模场直径大于或等于8.2μm并且小于或等于9.5μm。每个芯部分的零色散波长大于或等于1300nm并且小于或等于1324nm。

3、本公开的第二方面可以包括第一方面，其中共用包层包括大于或等于120μm并且小于或等于200μm的外半径rcc。

4、本公开的第三方面可以包括第一至第二方面中的任一方面，其中多个芯部分包括大于或等于3个芯部分并且小于或等于8个芯部分。

5、本公开的第四方面可以包括第一至第三方面中的任一方面，其中外半径rcc等于125μm。

6、本公开的第五方面可以包括第一至第四方面中的任一方面，其中多个芯部分以2×2布置在共用包层内，使得多个芯部分中的芯部分的中心轴与两个相邻芯部分的中心轴以大于或等于35μm的最小芯到芯分离距离分隔开。

7、本公开的第六方面可以包括第一至第五方面中的任一方面，其中多个芯部分中的每个芯部分的线缆截止波长小于或等于1260nm。

8、本公开的第七方面可以包括第一至第六方面中的任一方面，其中，多个芯部分中的每个芯部分中的整个凹陷包层区域的相对折射率δ3小于或等于δ2，使得凹陷包层区域在每个芯部分的相对折射率分布中形成凹陷折射率沟槽。

9、本公开的第八方面可以包括第一至第七方面中的任一方面，其中每个芯部分的相对折射率分布中的凹陷折射率沟槽具有大于或等于30％δμm2并且小于或等于75％δμm2的沟槽体积。

10、本公开的第九方面可以包括第一至第八方面中的任一方面，其中每个芯部分的相对折射率分布中的凹陷折射率沟槽具有大于或等于40％δμm2并且小于或等于70％δμm2的体积。

11、本公开的第十方面可以包括第一至第九方面中的任一方面，其中凹陷折射率沟槽延伸至半径r3，其中r3大于或等于11μm并且小于或等于20μm。

12、本公开的第十一方面可以包括第一至第十方面中的任一方面，其中r3大于或等于12μm并且小于或等于18μm。

13、本公开的第十二方面可以包括第一至第十一方面中的任一方面，其中最小相对折射率δ3最小在r3处发生。

14、本公开的第十三方面可以包括第一至第十二方面中的任一方面，其中每个芯部分的凹陷包层区域的相对折射率δ3从半径r2处的δ2单调地减小至r3处的δ3最小。

15、本公开的第十四方面可以包括第一至第十三方面中的任一方面，其中每个芯部分的凹陷包层区域的相对折射率δ3从半径r2处的δ2连续地减小至r3处的δ3最小，使得沟槽具有基本上三角形的形状。

16、本公开的第十五方面可以包括第一至第十四方面中的任一方面，其中每个芯部分的凹陷包层区域的相对折射率δ3最小小于或等于-0.2％δ并且大于或等于-0.6％δ。

17、本公开的第十六方面可以包括第一至第十五方面中的任一方面，其中每个芯部分的凹陷包层区域包括下掺杂剂，该下掺杂剂具有随着距中心轴的径向距离而变化的浓度，使得凹陷包层区域包括在r3处的最大下掺杂剂浓度和在r2处的最小下掺杂剂浓度。

18、本公开的第十七方面可以包括第一至第十六方面中的任一方面，其中下掺杂剂是氟，并且最大下掺杂剂浓度大于或等于1.2wt％并且小于或等于2.0wt％。

19、本公开的第十八方面可以包括第一至第十七方面中的任一方面，其中最大下掺杂剂浓度大于或等于1.2wt％并且小于或等于1.8wt％。

20、本公开的第十九方面可以包括第一至第十八方面中的任一方面，其中每个芯部分的内包层区域基本上不含下掺杂剂。

21、本公开的第二十方面可以包括第一至第十九方面中的任一方面，其中每个芯部分在1310nm下的模场直径大于或等于8.8μm并且小于或等于9.5μm。

22、本公开的第二十一方面可以包括第一至第二十方面中的任一方面，其中每个芯部分在1310nm下的模场直径大于或等于9.0μm并且小于或等于9.5μm。

23、本公开的第二十二方面可以包括第一至第二十一方面中的任一方面，其中每个芯部分在1310nm下的模场直径大于或等于9.1μm并且小于或等于9.5μm。

24、本公开的第二十三部分可包括第一至第二十二方面中的任一方面，其中多个芯部分的中心轴以大于或等于35微米的最小分离距离彼此分隔。

25、本公开的第二十四方面可以包括第一至第二十三方面中的任一方面，其中多个芯部分中的每个芯部分与多个芯部分中最近的芯部分之间的串扰小于或等于-30db。

26、本公开的第二十五方面可以包括第一至第二十四方面中的任一方面，其中多个芯部分中的每个芯部分与多个芯部分中最近的芯部分之间的串扰小于或等于-50db。

27、本公开的第二十六方面可以包括一种多芯光纤，该多芯光纤包括共用包层和设置在共用包层中的多个芯部分。多个芯部分中的每个芯部分可以包括：中心轴；芯区域，从中心轴延伸至半径r1，该芯区域包括相对于纯二氧化硅的相对折射率δ1；内包层区域，包围并直接接触芯区域、并从半径r1延伸至半径r2，该内包层区域包括相对于纯二氧化硅的相对折射率δ2；以及凹陷包层区域，包围并直接接触内包包层区域、并从半径r2延伸至半径r3，该凹陷包层区域包括相对于纯二氧化硅的相对折射率δ3和相对于纯二氧化硅的最小相对折射率δ3最小。相对折射率δ1、δ2和δ3最小可以满足关系δ1>δ2>δ3最小并且δ2≥δ3，使得凹陷包层区域的每个芯部分的相对折射率分布中在r2和r3之间形成凹陷折射率沟槽。在实施例中，δ3随着与每个芯部分的中心轴的径向距离的增加而单调地减小至最小相对折射率δ3最小。

28、本公开的第二十七方面可以包括第二十六方面，其中每个芯部分在1310nm下的模场直径大于或等于8.2μm并且小于或等于9.5μm。

29、本公开的第二十八方面可以包括第二十六至第二十七方面中的任一方面，其中每个芯部分的零色散波长大于或等于1300nm并且小于或等于1324nm。

30、本公开的第二十九方面可以包括第二十六至第二十八方面中的任一方面，其中每个芯部分的相对折射率分布中的凹陷折射率沟槽具有大于或等于40％δμm2并且小于或等于70％δμm2的体积。

31、本公开的第三十方面可以包括第二十六至第二十九方面中的任一方面，其中多个芯部分中的每个芯部分的线缆截止波长小于或等于1260nm。

32、本公开的第三十个方面可以包括第二十六至第三十方面中的任一方面，其中每个芯区域包括相对于纯二氧化硅的最大相对折射率δ1最大，其中芯部分中的每个芯部分中的δ1最大大于或等于0.28％δ并且小于或等于0.45％δ。

33、本公开的第三十二方面可以包括第二十六至第三十一方面中的任一方面，其中芯区域内每个芯部分的折射率分布是渐变折射率分布。

34、本公开的第三十三方面可以包括第二十六至第三十二方面中的任一方面，其中渐变折射率分布的α值大于或等于10。

35、本公开的第三十四方面可以包括第二十六至第三十三方面中的任一方面，其中渐变折射率分布的α值小于或等于5。

36、本公开的第三十五方面可以包括第二十六至第三十四方面中的任一方面，其中r3大于或等于12μm并且小于或等于18μm。

37、本公开的第三十六方面可以包括第二十六至第三十五方面中的任一方面，其中δ3最小小于或等于-0.2％δ并且大于或等于-0.6％δ。

38、本公开的第三十七方面可以包括第二十六至第三十八方面中的任一方面，其中共用包层包括大于或等于120μm并且小于或等于200μm的外半径rcc。

39、本公开的第三十八方面可以包括第二十六至第三十九方面中的任一方面，其中多个芯部分包括大于或等于3个芯部分并且小于或等于8个芯部分。

40、本公开的第三十九方面可以包括第二十六至第三十八方面中的任一方面，其中每个芯部分的凹陷包层区域的相对折射率δ3从半径r2处的δ2连续地减小至r3处的δ3最小，使得沟槽具有基本上三角形的形状。

41、本公开的第四十方面可以包括一种形成多芯光纤的方法。该方法包括：形成芯杖的芯区域，该芯区域包括上掺杂剂；以及围绕芯区域沉积过覆(overclad)层以形成二氧化硅烟灰预形成物；在固结炉中固结二氧化硅烟灰预形成物。在开始二氧化硅烟灰预形成物的固结之后的时间段t，该方法包括将二氧化硅烟灰预形成物暴露于下掺杂剂。时间段t是基于下掺杂剂通过过覆层的扩散速率来确定的，使得在二氧化硅烟灰预形成物固结之际，过覆层的内包层区域基本上不含下掺杂剂，使得经固结的二氧化硅烟灰预形成物包括：芯区域，该芯区域包括相对于纯二氧化硅的相对折射率δ1；内包层区域，该内包层区域包括相对于纯二氧化硅的相对折射率δ2；以及凹陷包层区域，该凹陷包层区域包括相对于纯二氧化硅的、在δ2和最小相对折射率δ3最小之间减小的相对折射率δ3。该方法还包括：将经固结的二氧化硅烟灰预形成物插入烟灰空区(blank)，以形成多芯预形成物；以及将该多芯光纤预形成物抽入多芯光纤中。

42、本公开的第四十一方面可以包括第四十方面，其中过覆层是使用外部气相沉积工艺来围绕芯区域沉积的。

43、本公开的第四十二方面可以包括第四十至第四十一方面中的任一方面，其中上掺杂剂包括锗。

44、本公开的第四十三方面可以包括第四十至第四十二方面中的任一方面，其中下掺杂剂包括氟。

45、本公开的第四十四方面可以包括第四十至第四十三方面中的任一方面，其中过覆层是在芯区域处于部分固结状态时围绕芯区域沉积的，使得芯区域与过覆层一起被固结。

46、应当理解的是，前述的大体描述和以下的详细描述两者仅为示例性的，并且它们旨在提供用于理解权利要求书的本质和特性的概述或框架。将在随后的详细描述中阐述附加特征以及优点，通过描述这些特征以及优点部分地对所属领域的技术人员显而易见，或通过实施如书面描述所描述以及此处的权利要求以及附图所描述的实施例识别这些特征以及优点。