CN100343704C - 接合损耗低的光纤及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造接合损耗低、衰减小的非零色散位移光纤的方法以及利用该方法生产的光纤。随着拉制拉力的减小，可以减小接合损耗。该光纤包括具有三个部分的纤芯区域和内包层部分，它们分别具有最大折射率百分比差值Δi%，i＝3，下标i表示特定的，选择纤芯部分使得Δ0%＞Δ2%＞Δ1%≥0，而且Δ2%＞Δ3%≥0。以不大于150g的拉力，优选以不大于100g的拉力拉制表现低接合损耗的光纤。

Description

接合损耗低的光纤及其制造方法
背景技术
当前的长距离通信链路通常使用波分复用(WDM)和零色散或者低色散光纤，以提高容量并扩展信号再生之间的距离。然而，在WDM系统中采用零色散或者低色散传输光纤可能导致严重的性能降低，因为非线性现象，例如，四波混合(FWM)。为了将FWM降低到最小，零色散波长应该位于通常为C频带(1530-1565nm)和/或者L频带(1565-1620nm)的传输频带之外。所获得的其色散量受控而且在传输频带中衰减低的光纤被称为非零色散位移光纤，ITU-TRecommendation G.655对其进行了说明。商用NZD的例子有TrueWave(Lucent的商标)、LEAF和MetroCor(Corning的商标)以及FreeLight(Pirelli的商标)。
有效面积大的，即有效面积大于50μm2的NZD光纤，例如，LEAF和Freelight光纤能够承载光功率高的信号，同时可以减小非线性光效应。因此，有效面积大的光纤是长距离、大容量WDM网络的良好候选对象。
具有分段(segmented)纤芯的光纤可以保证大有效面积，同时限制非线性光效应。第2002/0044755号美国专利公开了一种具有大于45μm2的较大有效面积而且在工作范围内具有基本平坦色散斜率的单模光纤。所公开的光纤包括分段纤芯折射率分布图。
第6,212,322好美国专利公开了一种具有分段纤芯折射率分布图、在1530nm具有总正色散而且有效面积大于60μm2的光纤。
在诸如长距离通信链路的光纤系统中，光纤通常需要结合在一起，以形成连续光纤通路，从而使光从一个光纤长度传输到另一个光纤长度。通常，例如，对于传输光纤连接到色散补偿光纤的光通路，连接的光纤是不同类型的光纤。此外，光纤的端部需要连接到终端设备，例如，中继器、数据发送器或者功率计。两个光纤或者两组光纤的结合通常被称为接合。当将两个光纤接合在一起时，在该接合点可能出现光功率损耗，即，接合损耗。将两个不同类型的光纤接合在一起，即，混合接合可能导致接合损耗提高，因为模场直径(MFD)和光纤几何形状不匹配。即使在接合两个不同长度的同样光纤，即，同类接合时，在该接合点仍可能出现光功率损耗，因为纤芯未对准，而且因为光纤的本征参数，例如，纤芯/包层同心度或者光纤卷曲。
光纤卷曲是特定长度无包层光纤的固有曲率，而且通过使未支承的光纤端绕光纤轴旋转，然后，测量与水平的偏转，测量光纤卷曲。将通常以微米测量的光纤偏转变换为通常以米表示的曲率半径。光纤卷曲和纤芯/包层同心度以及包层直径被认为是用于表示接合性能的重要参数，纤芯/包层同心度确定，在包层玻璃区域上，纤芯的同心有多好。
为了限制接合损耗的有害作用，这些年已经开发了许多技术。通常使用的两种技术是：熔融接合，它是将光纤头熔合在一起；以及机械接合，利用机械连接装置使光纤头固定在一起。通常，利用熔融接合实现单模光纤的永久连接。
通常以比标准单模光纤的折射率分布图(RIP)复杂的折射率分布图，制造NZD光纤。RIP描述了玻璃折射率沿光纤半径的变化。因为其更复杂的物理设计，所以认为NZD光纤更容易受到诸如接合条件和过程的临界参数的影响。M.Adcox在NOC/EC 2000发表的“Splicingand fiber assembly compatibility for non-zero dispersion-shifted fiberand standard single-mode fiber”中描述了利用有效对准接合器接合单模光纤和NZD光纤的接合研究。据说与标准单模光纤相比，在接合NZD光纤时，接合损耗对解理端角(cleave end angle)较敏感。M.E.White和S.A.Cooper在IWCS会刊p.891(1998)上发表的“Splice lossin non-zero dispersion-shifted fibres”报告了对利用9.48与9.92μm之间的MFD制成细粒制造的LEAF的接合损耗所做的研究。据说与其它NZD光纤设计相比，利用有效对准系统LEAF光纤保证较低损耗接合。
S.Yin等人在Optics Communication 177(2000)，p.255上的“Anew design for non-zero dispersion-shifted fiber(NZ-DSF)with alarge area over 100μm2 and low bending and splice loss”内描述了所设计的有效面积大，而接合损耗低的NZD光纤。对于与传统单模光纤的接合，报告了接合损耗的计算方法。
在光沿着光纤传播时，使传输频带上的信号衰减降低到最小是设计和制造光纤的一个重要问题。吸收和瑞利散射是信号损失的两个主要原因。传输损耗通常受当在加热之后拉制光纤预制棒制造光纤时对光纤施加的拉力的影响。在拉制期间，以最佳温度加热预制棒，以实现要求的拉力。
Tajima K.在“Low loss optical fibers realized by reduction ofRayleigh scattering loss”，OFC’98 Technical Digest，p.305内报告了，通过提高GeO2-SiO2纤芯单模光纤的拉制温度，提高瑞利散射系数。较低温度下，即，1800℃，而且不提高拉力情况下的瑞利散射系数为0.78dB/km-μm4。
第6,427,044号美国专利公开了一种光纤，它包括其相对折射率的最大值Δmax不大于0.8％的掺Ge纤芯。对于其纤芯掺杂了高浓度GeO2的光纤，因为掺GeO2引起瑞利散射损耗的增加成为问题。据说，对于Δmax为1.5％和2.5％的分段纤芯光纤，随着拉力从13升高到28.5kg/mm2，传输损耗减小。为了减小因为掺GeO2引起的损耗，建议应该提高拉力。
第2001/0046358号美国专利申请公开了一种具有掺F纤心部分和掺F包层区域的分段纤芯光纤，它包括分别具有正色散和负色散、交替设置在纵向以便进行色散控制的第一部分和第二部分。通过在纵向从90g到40g改变拉力，可以实现正色散部分和负色散部分。
发明内容
通过掺杂GeO2或者其它折射率升高掺杂剂生产的光纤的纤芯与包层之间的折射率的差值可能产生内部应力，因为光纤成分的变化导致热膨胀系数在径向发生变化。在拉制过程中，也产生内部应力，因为纤芯与包层之间的黏度不匹配。冷却之后，光纤内的内部应力被冻结，而且内部应力导致最终折射率永久变化。因为黏度不匹配产生的内部应力与施加的拉制拉力成正比。
在产品规范范围内制造光纤期间，处理条件的稍许变化均导致其物理参数和几何形状参数可能在给定范围内变化的光纤。因此，几何形状或者MFD不匹配可能影响符合产品规范的两个光纤的接合。关于不同类型光纤的接合，将这种接合称为混合接合。
永久接合的接合方法，例如，熔融接合通常包括将要连接在一起的光纤头加热到足以使玻璃变软并使玻璃流动的温度。本发明人观察到加热可能导致光纤靠近接合点的区域，即，受加热影响的区域的RIP发生变化。他们还发现，在以较大拉力拉制的光纤中，还存在接合之后引起的RIP的动态变化。相反，以较低拉力拉制的光纤，在接合之后表现降低的RIP变化。
本发明人假定在加热期间，光纤靠近接合点的区域上的冻结应力至少被部分释放，从而导致在熔融之后，RIP发生变化。由于RIP的变化是局部的，即，在靠近接合点的光纤长度区域内，所以接合的光纤导致在光学上不同类(inhomogeneous)，因为RIP沿光纤不同，从而因为内部光反射或者漫射而导致光损失。本发明人假定较低的拉制拉力减小光纤内的冻结应力，因此，限制了接合之后RIP的变化。
为了减小光纤的接合损耗，本发明人发现拉制拉力应该不大于150g，优选不大于100g。在最优选实施例中，拉制拉力在60至100g之间。
本发明的光纤具有纤芯区域和外部包层区域，其中纤芯区域具有分段纤芯型的RIP，每个部分分别具有特定折射率分布图。纤芯RIP包括3个纤芯部分和一个内包层部分。特别是，纤芯包括中心部分、与该中心部分相邻的第一环形部分、与该第一环形部分相邻的第二环形部分以及围绕该第二环形部分的内包层部分。利用等式定义第i部分相对于外部包层区域的折射率百分比差值，即，折射率增量Δi％
Δ i % = 100 × n i - n c n c
其中ni是第i部分的最大折射率，而nc是基准区域的折射率，该基准区域作为均匀外部包层区域，通常主要由基本未掺杂的硅玻璃构成。已知形状的部分，例如，利用其折射率增量，而且如果需要，利用一个或者多个其它参数，例如，中心半径或者曲线宽度(curve width)表示高斯类型的部分或者阶跃折射率部分的特征。通常，部分上的每个点分别具有相关相对折射率。
每个纤芯部分分别具有非负相对折射率，中心部分的折射率增量Δ0％大于其它部分的相对折射率。因此，折射率增量Δ0％对应于光纤的最大相对折射率Δmax％。第二环形部分的折射率增量Δ2％大于第一环形部分的折射率增量Δ1％。纤芯部分的折射率增量之间的关系为：
Δ0％＞Δ2％＞Δ1％≥0，
Δ2％＞Δ3％≥0
其中Δ3％是内包层的折射率增量。
然而，本发明人发现，接合损耗与拉制拉力非常有关，诸如信号沿光纤的衰减的其它重要光学特性也取决于拉力。本发明人知道，为了实现低信号衰减，纤芯与包层之间的折射率的最大正差，即，最大相对折射率Δmax％应该小于取决于拉制拉力的某一值。他们还发现，对于以不大于200g的拉力拉制的光纤，Δmax％不应该大于约0.84％，对于不超过150g的拉力拉制的光纤，Δmax％不应该大于约0.80％。对于不大于100g的拉制拉力，Δmax％应该优选不大于约0.73％。特别是，对于150-200g范围内的拉制拉力，Δmax％应该优选在约0.80％至0.84％的范围内，对于100-150g范围内的拉制拉力，Δmax％应该优选在约0.73％至0.80％的范围内，对于60-100g范围内的拉制拉力，Δmax％应该优选在约0.64％至0.73％的范围内。
优选选择部分的光纤的纤芯参数，以获得其零色散波长λ0在约1430与1510nm范围内的NZD光纤。本发明人认识到，为了获得以不大于200g的拉力拉制的分段纤芯NZD光纤，中心部分的相对折射率Δ0％应该在约0.64％至0.84％的范围内，而第二环形部分的中心半径和宽度应该分别在约5.5-7.5μm和1.7-3.0μm的范围内。对于以不大于150g的拉力拉制的光纤，外环的中心半径应该优选在约6.7至7.5μm的范围内。
对于不大于100g的拉制拉力，Δ0％应该优选在约0.64％至0.73％的范围内。对于不大于100g的拉制拉力，外环的中心半径应该更优选在约7.1至7.5％的范围内。
拉制拉力的降低通常意味着加热炉的温度要升高到通常高于1900℃的温度。本发明人认识到，较高的拉制温度可能导致诸如非桥键氧核(non-bridging oxygen centre)的光纤材料的结构和过氧原子团产生缺陷。渗入光纤内的氢可以与这些缺陷发生反应，然后，产生氢氧离子(hydroxil)团，它对光纤性能有害。
本发明人还注意到，为了减小光纤的氢渗透性，以折射率增量Δ3％在0.02％与0.04％之间的低浓度锗掺杂光纤的内包层是有利的。内包层的相对折射率更优选在约0.021％至0.027％的范围内。
优选以约9至约16m/s范围内的速度拉制光纤预制棒。
在优选实施例中，光纤包括：
中心部分，相对折射率Δ0％在0.64％与0.80％的范围内，中心半径在5.5μm至7.5μm之间，半高宽度w0在3.5μm至4.3μm之间，
第一环形部分，折射率增量Δ1％不大于约0.1％的值，优选不大于0.07％，
第二环形部分，其相对折射率Δ2％在0.11％至0.17％范围内，中心半径r2在5.5至7.5μm之间，半高宽度w2在约1.7至3.0μm之间，
内包层部分，折射率增量Δ3％≥0。
在本实施例的变换实施例中，外环具有α分布图。优选的α分布图是α在约4至约7范围内的分布图。
在本发明的另一个变换实施例中，纤芯包括内包层部分，它与第二环形部分相邻，其正折射率增量Δ3％在0.02％与0.04％之间，优选在0.021％与0.027％之间。
这种纤芯结构保证光纤在光纤的1550nm的正色散D在2.0至8.5ps/nm/km的范围内，而且它在1550nm的色散斜率S在0.075到0.1ps/nm2/km的范围内。最好选择RIP，以保证有效面积Aeff在约60至90μm2的范围内。零色散优选在约1430至1510nm的范围内。
附图说明
图1是根据本发明实施例的光纤拉制系统的原理图。
图2是根据本发明优选实施例的分段纤芯光纤的折射率分布图(RIP)的示意图。
图3是已知分段纤芯光纤的RIP的示意图。
图4是示出作为图2所示光纤和图3所示光纤的同类接合的拉力的函数，在1550nm的接合损耗的曲线图。
图5是示出作为图2所示不同光纤和图3所示光纤的混合接合的拉力的函数，在1550nm的接合损耗的曲线图。
具体实施方式
由预制棒坯(perform)拉制光纤。优选利用外部汽相沉积(OVD)法生产光纤预制棒。在第一阶段，在旋转的圆棒(mandrel)上沉积玻璃颗粒，该圆棒优选由诸如氧化铝的陶瓷材料构成。玻璃颗粒主要包括掺杂了诸如氧化锗(GeO2)的其它化合物的二氧化硅(SiO2)构成，该化合物用于调节SiO2的折射率。例如，在沉积过程中，通过改变掺杂剂的浓度或者类型，改变反应物流，从而获得要求的RIP。然后，移走该圆棒，在积粉体(soot)预制棒上留下中心孔。对该圆棒进行脱水，然后，进行烧结，以获得固结纤芯坯，该纤芯坯最终形成光纤的纤芯和包层的内部，下面将它称为内包层。在包括Cl2的惰性气体气氛下，进行脱水，以消除积粉体预制棒上的氢氧离子或者水分子。固结纤芯坯具有中心孔，其直径比移走圆棒后的孔的直径小，将该固结纤芯坯放置到加热炉内，以使其下端之一熔融。在与第4,810,276号美国专利公开的处理过程类似的处理过程中，在加热固结纤芯坯期间，该中心孔被抽空，从而导致其壁皱缩。冷却该熔融的玻璃材料，形成圆柱形细长部件，利用牵引设备向下拉伸该圆柱形细长部件，该牵引设备优选是WO01/49616中描述的类型。将拉伸产生的细长部件切割为多个棒，该棒将被称为纤芯棒。每个纤芯棒分别用作用于化学沉积玻璃粉的衬底，该玻璃粉最终形成覆盖包层或者外包层。该沉积过程包括在纤芯棒上沉积玻璃颗粒，该玻璃颗粒主要包括SiO2，以获得积粉体预制棒。以与玻璃化纤芯积粉体预制棒执行的处理过程相同的处理过程，对该积粉体预制棒进行脱水和固结。然后，拉制该预制棒，以形成光纤。
尽管在该实施例中，利用OVD方法生产预制棒，但是，显然，本发明并不局限于利用OVD方法制造预制棒。还可以利用汽相轴向沉积法(VAD)、改进型化学汽相沉积法(MCVD)、管棒法或者其它方法制造预制棒。
图1示出用于制造根据本发明的光纤的光纤拉制塔(10)的原理图。将预制棒坯11装载到保持给定温度的加热炉12内，例如，石墨加热炉内。冷却器13位于加热炉的下面，用于冷却光纤。例如，该冷却器可以是圆柱形冷却器，在该冷却器中，诸如氦气的冷却气体流到光纤上。在加热炉的下面设置直径传感器20，以便连续监测光纤的外经。典型的光纤直径约为125μm。然后，利用涂覆单元14，对光纤涂覆第一涂层，该涂覆单元14包括：储罐14a，用于容纳涂覆模(coatingdie)，例如，丙烯酸氨基甲酸酯材料；以及固化单元14b，例如，UV射线烤箱，用于使涂覆模交联。任选第二涂覆单元15包括储罐15a和固化单元15b，它对光纤涂覆辅助涂层。牵引机构19位于该涂覆单元的下游。牵引机构从加热的预制棒坯拉制光纤，然后，将光纤缠绕在卷盘(未示出)上。拉力表16优选设置在拉制加热炉的下方，以测量裸光纤的拉力。用于旋转光纤的旋转装置17可选择设置在涂覆单元的后面。
拉制条件很大程度上由加热炉的温度、拉制拉力以及光纤拉制速度确定。为了控制拉制条件，利用例如拉力表和/或者直径测量表和加热炉内的高温表，可以在加热炉温度与拉制拉力或者拉制速度之间建立反馈回路。
本发明的光纤是其λ0优选在约1430与1510nm之间的NZD型光纤。通过以不超过150g的拉力拉制光纤，所设计的光纤的衰减足够低，以进行长距离通信。如果拉制拉力不超过100g，则光纤应该优选表现低衰减和良好光学性能。RIP是分段(segmented)纤芯型光纤，它包括三个纤芯部分和一内包层部分。所有部分均具有非负相对折射率，中心部分的相对折射率Δ0％大于其它部分的相对折射率，因此，它对应于最大相对折射率Δmax％。
图2所示的示意图示出根据本发明的一组分布图的RIP。RIP包括三个部分21、22和23以及内包层24。可以利用等式表示RIP，
Δn ( r ) % = Δ 0 % · exp ( - 1 2 ( r σ 0 ) 2 ) + Δ 2 % · exp ( - 1 2 | r - r 2 σ 2 | α ) + Δ 3 % · U ( r - r 3 ) . . . ( 2 )
其中Δ0％、Δ2％和Δ3％分别是接近纤芯中心线 ( r 0 ≅ 0 ) 的中心部分、第二环形部分，即外环以及内包层的相对折射率。U(r-r3)是单式函数(unitary function)，如果r实际延伸到纤芯棒的外部边缘(在图2所示的例子中，外部边缘是10.5μm)，则对于r≥r3，它等于1，而对于r＜r3，则它等于0，其中r3是内包层的内半径，它接近对应于外环的外半径r2+σ2。利用高斯算法对中心部分建模，而利用阶数大于2的超级高斯算法对第二环形部分建模。半径r2是外环的中心半径或者平均半径(mean radius)，σ0和σ2分别是相对于中心部分和外环的曲线的分散范围。对于这种类型的RIP，使Δ1％保持不大于0.1％，优选不大于0.07％。根据建模的分布图，它示出，如果保持在给定范围内，则Δ1％不显著影响该分布图。因此，预期小负值Δ1％不影响光纤特性。
中心部分21具有约0.64％至约0.80％范围内的相对折射率Δ0％和在包括约3.5μm至约4.3μm的半高计算的峰值宽度 w 0 = 2 σ 0 21 n 2 . 尽管利用高斯算法对中心部分建模，但是，显然，该部分的分布图形状的微小变化不显著影响获得的光纤的特性。例如，还可以使用具有适当折射率增量和宽度的三角形中心部分。
与中心部分20相邻的第一环形部分22具有不大于0.1％，优选不大于0.07％的非负相对折射率Δ1％。在此，与第一环形部分相邻的第二环形部分23还被称为外环，它具有约0.11％至约0.17％范围内的相对折射率Δ2％，而其半径r2在约5.5μm至7.5μm范围内。利用α在约4至7范围内的超级高斯算法，对外环建模。在半高计算的外环的宽度w2＝2σ2(2ln2)1/α，对于4至7范围内的α，它约为1.7μm至3.0μm。外环的曲线分散范围(spread)σ0在约0.8至约1.4μm范围内。
显然，外环分布图形状的微小变化不显著影响光纤特性。例如，利用阶跃式分布图对外环建模。
内包层24具有折射率增量Δ3％，使得Δ2％＞Δ3％≥0。内包层24具有介于约0.02％至0.04％，更优选介于0.021至0.027％之间的正相对折射率。升高的内包层区域可以包括在纤芯设计中，以减小光纤对氢的透气性。取作内包层的外半径与外环的外半径的差值的内包层的宽度r2+σ2包括在约2至4μm的范围内。显然，阶跃式形状内包层的微小变化不能调整获得的光纤的光学特性。例如，可以对内包层设计稍许弯曲的阶跃分布图。
在纤芯的中心出现折射率分布图向下倾斜，向下倾斜至少部分是因为多数在脱水和固结过程中发生掺杂剂扩散引起的。
通过对SiO2玻璃掺杂不同数量的锗，以提高纤芯和内包层的折射率，获得图2所示的RIP。
表1列出具有根据图2所示分布图参数的光纤的光学特性，利用计算模型计算光学特性。
                        表1
  在1550nm的色散(ps/nm·km)   2.0-8.5
  在1550nm的色散斜率(ps/nm2·km)   ＜0.1
  零色散波长(nm)   1430-1510
  在1550nm的模场直径(μm)   9.0-10.5
  在1550nm的有效面积(μm2)   60-90
  光缆截至波长(nm)   ＜1450
  在1550nm的衰减(dB/km)   ＜0.225
通过测试氢老化损失说明，以RIP形状制造光纤平均表现良好耐氢性。
通过根据IEC标准62221 TR3 Ed.1，Method A，计算微弯曲，估计光纤的弯曲性能。根据本发明的光纤的微弯曲不大于10(dB/km)/(g/mm)。
                       例子1
利用图2所示的分布图形状对光纤建模。下面是折射率分布图参数：Δ0％＝0.71％、w0＝3.90μm、Δ2％＝0.12％、r2＝7.21μm、w2＝2.21μm、α＝6以及Δ3％＝0.021％。RIP适合于约90g的拉制拉力。表2列出具有这种分布图的光纤的光学特性。
                    表2
  在1550nm的色散(ps/nm·km)   5.5
  在1550nm的色散斜率(ps/nm2·km)   0.073
  零色散波长(nm)   1476
  在1550nm的模场直径(μm)   9.5
  有效面积(μm2)   71
  光缆截至波长   1230
  在1550nm的微弯曲(dB/km)/(g/mm)   5
                          例子2
利用图2所示的分布图形状对光纤建模。下面是折射率分布图参数：Δ0％＝0.64％、w0＝4.05μm、Δ2％＝0.12％、r2＝7.21μm、w2＝2.21μm、α＝6以及Δ3％＝0.021％。RIP适合于约90g的拉制拉力。表3列出具有这种分布图的光纤的光学特性。
                    表3
  在1550nm的色散(ps/nm·km)   7.2
  在1550nm的色散斜率(ps/nm2·km)   0.075
  零色散波长(nm)   1457
  在1550nm的模场直径(μm)   10.1
  有效面积(μm2)   81
  光缆截至波长   1230
  在1550nm的微弯曲(dB/km)/(g/mm)   10
                        例子3
利用图2所示的分布图形状对光纤建模。下面是折射率分布图参数：Δ0％＝0.71％、w0＝3.90μm、Δ2％＝0.12％、r2＝7.21μm、w2＝2.27μm、α＝4以及Δ3％＝0.021％。该分布图适合于约90g的拉制拉力。表4列出具有这种分布图的光纤的光学特性。
                      表4
  在1550nm的色散(ps/nm·km)   5.5
  在1550nm的色散斜率(ps/nm2·km)   0.073
  零色散波长(nm)   1477
  在1550nm的模场直径(μm)   9.5
  有效面积(μm2)   71
  光缆截至波长   1240
  在1550nm的微弯曲(dB/km)/(g/mm)   6
                        例子4
利用图2所示的分布图形状对光纤建模。下面是折射率分布图参数：Δ0％＝0.77％、w0＝3.67μm、Δ2％＝0.13％、r2＝6.71μm、w2＝2.21μm、α＝6以及Δ3％＝0.021％。该分布图适合于约150g的拉制拉力。表5列出具有这种分布图的光纤的光学特性。
                     表5
  在1550nm的色散(ps/nm·km)   4.0
  在1550nm的色散斜率(ps/nm2·km)   0.076
  零色散波长(nm)   1498
  在1550nm的模场直径(μm)   9.25
  有效面积(μm2)   68
  光缆截至波长   1235
  在1550nm的微弯曲(dB/km)/(g/mm)   4
                       例子5
利用图2所示的分布图形状对光纤建模。下面是折射率分布图参数：Δ0％＝0.73％、w0＝3.67μm、Δ2％＝0.13％、r2＝6.71μm、w2＝2.21μm、α＝6以及Δ3％＝0.021％。该分布图适合于约90g的拉制拉力。表6列出具有这种分布图的光纤的光学特性。
                      表6
  在1550nm的色散(ps/nm·km)   4.1
  在1550nm的色散斜率(ps/nm2·km)   0.076
  零色散波长(nm)   1496
  在1550nm的模场直径(μm)   9.5
  有效面积(μm2)   71
  光缆截至波长   1200
  在1550nm的微弯曲(dB/km)/(g/mm)   5
                        例子6
利用图2所示的分布图形状对光纤建模。下面是折射率分布图参数：Δ0％＝0.81％、w0＝3.63μm、Δ2％＝0.14％、r2＝5.92μm、w2＝2.63μm、α＝6以及Δ3％＝0.021％。该分布图适合于约200g的拉制拉力。表7列出具有这种分布图的光纤的光学特性。
                   表7
  在1550nm的色散(ps/nm·km)   4.9
  在1550nm的色散斜率(ps/nm2·km)   0.08
  零色散波长(nm)   1489
  在1550nm的模场直径(μm)   9.2
  有效面积(μm2)   6.7
  光缆截至波长   1280
  在1550nm的微弯曲(dB/km)/(g/mm)   4
                      比较例
图3所示的示意图示出具有分段纤芯型折射率分布图的已知光纤的RIP。纤芯折射率分布图包括三个部分：中心部分30、第一环形部分31和第二环形部分32以及内包层区域33。中心部分30具有约0.76％的相对折射率Δ0％和在约3.96μm的半高估计的峰值宽度w0。第二环形部分32具有约0.32％的相对折射率Δ2％，以约6.5μm的r2为中心。在半高计算的外环的宽度W2约为1.5μm。内包层区域33的折射率与未掺杂的SiO2，即，外部包层的折射率接近相同。
将其参数接近上述给定值的光纤作为比较例。表8列出这些光纤的光学特性。
                      表8
  在1550nm的色散(ps/nm/km)   3.2-7.7
  在1550nm的模场直径(μm)   9.1-10.0
  光缆截至波长(nm)   ＜1400
  平均纤芯/包层同心度(μm)   0.23
  平均卷曲(m)   23
  在1550nm的衰减(dB/km)   ＜0.225
图4是示出对于两种NZD光纤的拉制拉力，在1550测量的接合损耗的曲线图。通过至少计算10个与它们自己接合的，即，同类接合的光纤的测量值的平均值，获得各值。在拉制期间，加热炉的温度和拉制拉力基本保持固定。拉制速度是14m/s。通过利用光学方法使纤芯对准，利用Fujikura生产的FS 30类型的分布图对准接合器接合光纤。在接合之前，拆开各光纤，然后，通过在超声波酒精槽中浸渍光纤头清洗光纤。清洗之后，将光纤头插入接合器中，然后，通过将解理报警阈值设置为1度，以不大于1度的解理角解理光纤头。利用双向光时域反射计，从接合在一起的两个光纤的每端，测量在1550nm的接合损耗。
在图4中，空心圆表示具有根据图2的RIP的光纤的值，实心圆表示具有比较例中(图3)的RIP的NZD光纤的值。随着拉制拉力的减小，接合损耗显著减小。尽管两种类型的光纤的RIP不同，但是对于这两种光纤均可以看到接合损耗主要取决于拉制拉力。然而，具有图3所示RIP、以不超过250g的拉力拉制的光纤通常表现较高的衰减，即，在1550nm，平均值不低于0.205dB/km。例如，其RIP与比较例中的RIP相同而且以150g拉制的光纤在1550nm显示0.215dB/km的衰减。相反，当以不大于150g的拉力拉制时，根据本发明的光纤显示低衰减。例如，其RIP为图2所示类型、其Δ0％为0.65％而且以90g的拉力拉制的光纤在1550nm表现0.195dB/km衰减。
如图4所示，对于同类接合，200g或者更小的拉力产生不大于0.03dB的接合损耗。对于不超过约150g的拉力，实现小于0.02dB的接合损耗。
表9列出对于接合不同类型的NZD光纤，在1550nm测量的平均接合损耗的实验测量值。为了进行比较，给出商用LEAF光纤的平均接合损耗的测量值。在MFD在9.5与9.9μm之间变化、纤芯/包层同心度平均值为0.19μm而最大值为0.32μm而且卷曲平均值为40m而最大值为11m的光纤束中随机选择LEAF光纤。
                                    表9
  光纤类型   接合数量   拉力   平均接合损耗(dB)   标准偏差   最小值(dB)   最大值(dB)
  NZD-A   43   90   0.019   0.011   0.002   0.051
  NZD-B   60   150   0.030   0.014   0.004   0.058
  NZD-C   142   250   0.038   0.016   0.005   0.106
  LEAF   214   -   0.040   0.022   0.002   0.128
NZD-A和NZD-B光纤具有图2所示的折射率分布图，分别以90g和150g的拉力拉制它们。在随机选择的具有图2所示RIP、而且光学参数位于表1列出的范围内的NZD-A光纤之间进行43个接合。在随机选择的具有图2所示RIP、而且光学参数位于表1列出的范围内的NZD-B光纤之间进行60个接合。NZD-A光纤的平均卷曲值为28m，而其平均纤芯/包层同心度为0.24μm。NZD-B的平均卷曲值为24m，而其平均纤芯/包层同心度为0.29μm。
NZD-C具有与图3所示RIP相符的RIP。在NZD-C光纤之间进行接合，该NZD-C光纤是从光学参数在表8所列范围内的光纤束中选择的。以250g的拉力拉制NZD-C光纤。表3的结果清楚地说明平均接合损耗随着拉制拉力的降低而减小。
图5是示出对于混合接合根据图2的一组分布图的NZD光纤(空心圆)和根据图3所示RIP的NZD光纤(实心圆)在1550nm的接合损耗对拉制拉力的曲线图。对于以不大于150g的拉力拉制的光纤，可以实现不大于0.03dB的接合损耗。

Claims (13)

1、一种用于制造非零色散光纤的方法，包括步骤：
形成玻璃预制棒，由该玻璃预制棒拉制光纤，该预制棒具有纤芯和围绕该纤芯的外部包层，预制棒芯是这样的，使得在拉制的光纤中，纤芯包括中心部分、第一环形部分、第二环形部分以及内包层部分，它们分别具有相应的最大折射率百分比差值Δi％，选择纤芯部分，使得Δ0％＞Δ2％＞Δ1％≥0而且Δ2％＞Δ3％≥0，其中中心部分具有在0.64％与0.80％之间的Δ0％，而第二环形部分具有在5.5至7.5μm范围内的中心半径r2，而且宽度w2在1.7至3.0μm范围内；
加热预制棒的一个区域，以从其拉制光纤，而且通过对该预制棒的加热区域施加拉制拉力，将预制棒拉制为光纤，该拉力不超过150g。
2、根据权利要求1所述的方法，其中r2在6.7至7.5μm的范围内。
3、根据权利要求1所述的方法，其中第二环形部分的Δ2％在0.11％至0.17％的范围内。
4、根据权利要求1所述的方法，其中拉制拉力不大于100g。
5、根据权利要求4所述的方法，其中拉制拉力在60至100g之间。
6、根据权利要求4或者5所述的方法，其中Δ0％在0.64％至0.73％之间。
7、根据权利要求2所述的方法，其中r2在7.1至7.5μm的范围内。
8、根据权利要求1所述的方法，其中以9至16m/s范围内的速度拉制光纤。
9、根据权利要求1所述的方法，其中第二环形部分的折射率分布图具有其α在4至7范围内的超级高斯形状。
10、根据权利要求1所述的方法，其中中心部分的宽度在3.5至4.3μm的范围内。
11、根据权利要求1所述的方法，其中内包层的最大相对折射率Δ3％在0.02％至0.04％之间。
12、根据权利要求11所述的方法，其中Δ3％在0.021％至0.027％之间。
13、一种利用根据上述权利要求之一所述方法制造的光纤。
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