CN100458477C - 光纤、光传送线路 - Google Patents

Abstract

本发明的光纤的特征在于包括中心芯，位于光纤中心，相对于二氧化硅的折射率N5的最大比折射率差为Δ1，外径为A；侧芯，在上述中心芯外周形成，相对于上述二氧化硅的折射率N5的最大比折射率差为Δ2，外径为B；第1包层，在上述侧芯的外周形成，相对于上述二氧化硅的折射率N5的最大比折射率差为Δ3；以及第2包层，在上述第1包层的外周形成。其中上述Δ1到Δ3具有Δ1＞Δ2＞Δ3的关系；并具有-0.20%≤Δ1≤0.20%、-0.45%≤Δ2≤-0.05%、-0.50%≤Δ3≤-0.20%的关系。上述中心芯的外径A和上述侧芯的外径B具有0.3≤A/B≤0.8的关系；上述第2包层的粘度高于上述中心芯的粘度。

Description

光纤、光传送线路

本申请是申请号为“03143459.2”，申请日为2003年9月30日，发明名称为“光纤、光传送线路以及光纤的制造方法”之申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及光纤及其制造方法，以及光传送线路，特别涉及使用波长多重传送技术的长距离大容量传送系统，无中继海底光缆系统等光通信中使用的光纤、其制造方法和波长分割多重(WDM)光传送中使用的光纤和光传送线路。

背景技术

作为光通信用单模光纤(SMF)的光传送信号使用的波长大多在1300nm(1.3μm)附近或者1550nm(1.55μm)附近，在波长多重传送用光纤中，使用传送损失效小的1550nm(1.55μm)的波长。

近年来，随着波长多重传送系统的发展，非线形光学效果的抑制和色散的抑制的重要性提高。

其中，在长距离大容量传送用光纤中，使用图1所示的、前段部分上具有扩大有效芯截面积(A_eff)的正的波长色散以及正的波长色散斜率的光纤1，后段部分使用具有负的波长色散和负的波长色散斜率的光纤2，将二者组合，提供综合的减小波长色散的线路，即色散管理型传送线路。

在近海岛屿之间的通信等中使用的无中继海底光缆系统中，为了抑制非线形光学效果，可以使用扩大实效(有效)芯截面积A_eff的光纤。

作为这些波长多重传送用单模光纤的制造方法，已知的有VAD法、OVD法、MCVD法或者将它们组合制造的方法等一些公知的合成方法。

上述波长多重传送用单模光纤本身及其制造方法遇到了下面所述的问题。

(1)为了抑制非线形光学效果，必须增大实效(有效)芯截面积A_eff。但是，通常，如果增大A_eff，弯曲损失增加，引起截止波长的增加。因此，在抑制弯曲损失和截止波长的同时扩大A_eff是困难的。这通常被称为特性的折中现象，即A_eff和波长色散、波长色散斜率(波长色散斜率或者波长色散斜度)之间发现的现象。为了实现所希望的所有特性，必须严格管理芯部分的折射率分布(形状、比折射率差)，到目前为止，稳定制造满足这些要求的光纤还是困难的。

(2)作为控制石英系光纤的传送损失的一个因素，已知为瑞利散射。瑞利散射已知是由石英玻璃中所含的杂质，例如增减折射率的掺杂剂的种类和量来决定。到目前为止，能够进行基于扩大A_eff目的的折射率分布的优化，但是必须增加能够提高芯部分的折射率的掺杂剂如锗(Ge)的量。但是，如果锗的掺杂量增多，如上所述，减小瑞利散射并降低传送损失是困难的。

(3)在整个传送线路上的平均传送损失是，例如，在图1所示的示例中，沿着光信号的传送方向D，将前段光纤1和后段光纤2的传送损失进行条长加权平均来提供的。但是，通常，具有负的波长色散和负的波长色散斜率的后段光纤2的传送损失高，其损失降低困难。因此，为了减少整个传送线路的传送损失，希望通过抑制前段光纤1的色散延长整个传送线路的条长并且降低传送损失。

进而，在使用光纤进行光传送时，作为增加传送容量的方法，WDM光传送受到关注。因此，对WDM光传送中使用的光纤进行了多项研究。

能够用于WDM光传送的光纤已知有在1.3μm附近具有零色散波长的单模光纤(SMF)或在使用波长带不具有零色散波长的色散位移光纤(NADSF)等。但是，上述光纤，存在例如自己位相变调(SPM)或相互位相变调(XPM)的非线形性问题。

对于上述光纤，为了解决非线形性的问题，开发将色散值从零充分分离并扩大有效芯截面积(A_eff)的光纤。有效芯截面积是用(MFD)²×π×k/4的式子表示的，其中k为常数。例如，1999年电子情报通信学会电子协会大会稿集中记载的C-3-76和C-3-77中记载了其的例子。

但是，上述稿集中记载的光纤的色散值都超过了20ps/nm/km。因此，累积色散增加，用于长距离WDM光传送用是不合适的。

发明内容

本发明的第1方案是一种光纤，其特征在于零色散波长为1250nm到1350nm，波长1550nm的传送损失为0.185dB/km以下，波长1550nm的波长色散为19±1ps/nm.km，波长1550nm的波长色散斜率为0.06ps/nm².km以下，波长1550nm的实效芯截面积为105μm²以上，光缆截止波长λ_cc为1530nm以下，波长1550nm的偏波模式色散为0.1ps/km^1/2以下，以心轴外径为20mm进行弯曲时的波长1550nm的弯曲损失为10dB/m以下。

本发明的第2方案是一种光纤，其特征在于包括：位于光纤的中心，相对于石英的折射率n0的比折射率差为Δn1，外径为a的第1区域；在上述第1区域的外周形成，相对于石英的折射率n0的比折射率差为Δn2，外径为b的第2区域；在上述第2区域的外周形成，相对于石英的折射率n0的比折射率差为Δn3，外径为c的第3区域；在上述第3区域的外周形成，相对于石英的折射率n0的比折射率差为Δn4，外径为d的第4区域；以及在上述第4区域的外周形成，相对于石英的折射率n0的比折射率差为Δn5，外径为e的第5区域；

其中上述Δn1到Δn5具有

Δn2＜Δn4＜Δn3＜Δn1

Δn1、Δn2、Δn3、Δn4＜0

Δn5＞0的关系。

本发明第3方案是根据第2方案的光纤，其特征在于，上述第1区域的外径a、上述第2区域的外径b、上述第3区域的外径c具有

1.20≤b/a≤2.00

1.44≤c/a≤4.00

的关系。

本发明第4方案是根据第2方案的光纤，其特征在于，上述比折射率差Δn1、Δn2、Δn3的值为

-0.1％＜Δn1＜0％

-0.5％≤Δn2≤-0.2％

-0.4％≤Δn3≤-0.1％。

本发明第5方案是根据第2方案的光纤，其特征在于，上述第5区域的外径e和上述第4区域的外径d具有

0.040≤{(e-d)/2}/e≤0.096

的关系。

本发明第6方案根据是第2方案的光纤，其特征在于，上述第5区域的外径e和上述第4区域的外径d具有

e＝125μm

5μm≤(e-d)/2≤12μm

的关系。

本发明第7方案是光纤，其特征在于包括：位于光纤中心，锗浓度为C_Ge1(摩尔％)、氟浓度为C_F1(摩尔％)的第1区域；在上述第1区域外周形成，锗浓度为C_Ge2(摩尔％)，氟浓度为C_F2(摩尔％)的第2区域；在上述第2区域外周形成，锗浓度为C_Ge3(摩尔％)，氟浓度为C_F3(摩尔％)的第3区域；在上述第3区域外周形成，锗浓度为C_Ge4(摩尔％)，氟浓度为C_F4(摩尔％)的第4区域；以几在上述第4区域外周形成的包层；

其中上述锗浓度、氟浓度具有

-0.1＜0.096×C_Ge1-0.398×C_F1＜0

-0.5≤0.096×C_Ge2-0.398×C_F2≤-0.2

-0.4≤0.096×C_Ge3-0.398×C_F3≤-0.1

-0.5＜0.096×C_Ge4-0.398×C_F4＜-0.1的关系。

本发明的第8方案是根据第7方案的光纤，其特征在于，上述锗浓度、氟浓度为

CGe1、CGe2、CGe3、CGe4＝0

CF1、CF2、CF3、CF4＞0。

本发明的第9方案是根据第7方案的光纤，其特征在于，上述锗浓度、氟浓度为

CGe1、CF1＞0

CGe2、CGe3、CGe4＝0

CF2、CF3、CF4＞0。

本发明的第10方案是根据第7方案的光纤，其特征在于，上述锗浓度、氟浓度为

CGe1、CF1＞0

CGe2＝0、CF2＞0

CGe3、CF3＞0

CGe4＝0、CF4＞0。

本发明的第11方案是一种光纤的制造方法，是包括：位于光纤的中心，相对于石英的折射率n0的比折射率差Δn1，外径为a的第1区域；在上述第1区域的外周形成，相对于石英的折射率n0的比折射率差为Δn2，外径为b的第2区域；在上述第2区域的外周形成，相对于石英的折射率n0的比折射率差为Δn3，外径为c的第3区域；在上述第3区域的外周形成，相对于石英的折射率n0的比折射率差为Δn4，外径为d的第4区域；和在上述第4区域的外周形成，相对于石英的折射率n0的比折射率差为Δn5，外径为e的第5区域；

其中上述Δn1到Δn5具有

Δn2＜Δn4＜Δn3＜Δn1

Δn1、Δn2、Δn3、Δn4＜0

Δn5＞0的关系，

零色散波长为1250nm以上1350nm以下，

上述第1区域的锗浓度为C_Ge1(摩尔％)、氟浓度为C_F1(摩尔％)，

上述第2区域的锗浓度为C_Ge2(摩尔％)，氟浓度为C_F2(摩尔％)，

上述第3区域的锗浓度为C_Ge3(摩尔％)，氟浓度为C_F3(摩尔％)，

上述第4区域的锗浓度为C_Ge4(摩尔％)，氟浓度为C_F4(摩尔％)，

上述锗浓度、氟浓度具有

-0.1＜0.096×C_Ge1-0.398×C_F1＜0

-0.5≤0.096×C_Ge2-0.398×C_F2≤-0.2

-0.4≤0.096×C_Ge3-0.398×C_F3≤-0.1

-0.5＜0.096×C_Ge4-0.398×C_F4＜-0.1

的光纤的制造方法，

其特征在于，在合成要形成上述第1～第4各区域的碳墨预制件(soot)时，在含有硅的碳墨预制件合成原材料中加入定量的锗和/或氟，合成上述碳墨预制件，在将该合成的碳墨预制件进行透明玻璃化时，在含有氟和/或氯的气氛中进行烧结。

本发明第12方案是根据第11方案的光纤制造方法，其特征在于，具有：

合成形成上述第1区域的第1碳墨预制件，加热该第1碳墨预制件，进行玻璃化，形成第1复合玻璃体的第1工序；

在上述第1工序中形成的上述第1玻璃体的外周合成形成上述第2区域的第2碳墨预制件，将得到的第1玻璃.碳墨预制件复合体加热，进行玻璃化，形成第1复合玻璃体的第2工序；

在上述第2工序中形成的上述第1复合玻璃体的外周合成形成上述第3区域的第3碳墨预制件，将得到的第2玻璃.碳墨预制件复合体加热，进行玻璃化，形成第2复合玻璃体的第3工序；

在上述第3工序中形成的上述第2复合玻璃体的外周合成形成上述第4区域的第4碳墨预制件，将得到的第3玻璃.碳墨预制件复合体加热，进行玻璃化，形成第3复合玻璃体的第4工序；

在上述第4工序中形成的上述第3复合玻璃体的外周合成形成上述第5区域的第5碳墨预制件，将得到的第4玻璃.碳墨预制件复合体加热，进行玻璃化，形成第4复合玻璃体，将该第4复合玻璃体制成光纤母材的第5工序；以及，

将上述光纤母材的一端加热，拉丝，形成光纤的第6工序。

本发明第13方案是一种光纤，其特征在于包括：

中心芯，位于光纤中心，相对于二氧化硅的折射率N5的最大比折射率差为Δ1，外径为A；

侧芯，在上述中心芯外周形成，相对于上述二氧化硅的折射率N5的最大比折射率差为Δ2，外径为B；

第1包层，在上述侧芯的外周形成，相对于上述二氧化硅的折射率N5的最大比折射率差为Δ3；以及

第2包层，在上述第1包层的外周形成；

其中上述Δ1到Δ3具有Δ1＞Δ2＞Δ3的关系；

上述Δ1到Δ3具有

-0.20％≤Δ1≤0.20％

-0.45％≤Δ2≤-0.05％

-0.50％≤Δ3≤-0.20％

的关系；

上述中心芯的外径A和上述侧芯的外径B具有0.3≤A/B≤0.8的关系；

上述第2包层的粘度高于上述中心芯的粘度。

本发明第14方案是根据第13方案的光纤，其特征在于，波长1550nm的色散值的绝对值在4ps/nm/km以上20ps/nm/km以下；波长1550nm的色散斜率为0.05ps/nm²/km以上0.08ps/nm²/km以下；波长1550nm的传送损失为0.2dB/km以下；波长1550nm的实效芯截面积A_eff为80μm²。

本发明第15方案是一种光传送线路，其特征在于，将第13方案或者第14方案的光纤用于光传送线路的至少一部分。

附图说明

图1是本发明光纤使用例的色散管理光传送线路的构成。

图2是表示本发明第1实施方案的光纤构成和折射率分布的图。

图3(a)到图3(o)是表示图2所示光纤的制造方法的一个例子的图。

图4是表示本发明第2实施方案的光纤的构造和折射率分布的图。

图5是表示本发明第3实施方案的光纤的构造和折射率分布的图。

图6是表示本发明光纤的折射率分布构造的一个例子的简要说明图。

图7是表示比较例的折射率分布的简图。

图8是本发明例、比较例的特性一览表。

具体实施方式

参照附图描述本发明的光纤及其制造方法的合适的实施方案。

本发明的一个目的是提供零色散波长为1300nm(1.3μm)附近的低损失光纤及其制造方法。即提供零色散波长在1300nm(1.3μm)附近、具有适用于色散管理光传送线路的传送特性的光纤及其制造方法。

第1实施方案

作为本发明光纤的一个实施方案，对图1所示的色散管理光传送线路的前段光纤1，即用于波长多重传送用单模光纤1的光纤进行举例说明。

图1中表示的色散管理光传送线路，前段部分使用具有有效芯截面积(A_eff)扩大的正的波长色散和正的波长色散斜率的波长多重传送用单模光纤1，后段部分使用具有负的波长色散和负的波长色散斜率的光纤2，将二者组合，目的在于减小综合的波长色散。

光纤的构成和特性

图2是表示本发明光纤第1实施方案的具有扩大的有效芯截面积(A_eff)的正的波长色散和正的波长色散斜率，在1.3μm(1300nm)附近保持零色散，波长多重传送用单模光纤(SMF)1构成和折射率分布图。

图2中所示的光纤具有：位于该光纤光轴中心的第1区域(A)(或者第1芯部分或者第1光信号传播区域)101，在第1区域(A)101的外周形成的第2区域(B)(或者第2芯部分或者第2光信号传播区域)102，在第2区域(B)102的外周形成的第3区域(C)(或者第3芯部分或者第3光信号传播区域)103，在第3区域(C)103的外周形成的第4区域(D)(或者第4芯部分或者第4光信号传播区域)104，和，在第4区域(D)104的外周形成的第5区域(E)(或者包层部分或者最外层区域)105。

作为最终制品的光纤上，在最外层区域105的外周覆盖保护用树脂，省略图示。

第1区域(A)101的直径为a，折射率为n1。第2区域(B)102的直径为b，折射率为n2。第3区域(C)103的直径为c，折射率为n3。第4区域(D)104的直径为d，折射率为n4。第5区域(E)105的直径为e，折射率为n5。

以没有掺杂能增减折射率的掺杂剂的硅基石英玻璃的折射率为基准折射率n0。

相对于基准折射率n0的各折射率n1～n5的比折射率差(第1～第5比折射率差)Δ1～Δ5由下式1规定。

数学式1

本发明第1方案的光纤具有作为下述光信号传播层的三层构造的构成要素。

(1)位于光纤中心，具有相对于石英的折射率的比折射率差为不是0的负值Δn1的比折射率差Δn1，外径为a的第1区域(A)(或者第1芯部分或者第1光信号传播区域)101。

(2)在第1区域(A)101的外周形成，具有相对于石英的折射率n0的比折射率差绝对值比第1比折射率差Δn1的绝对值大的负值Δn2的第2比折射率差，外径为b的第2区域(B)(或者第2芯部分或者第2光信号传播区域)102。

(3)在第2区域(B)102的外周形成，具有相对于石英的折射率n0的比折射率差绝对值比第2比折射率差Δn2的绝对值小，并且比第1比折射率差Δn1的绝对值大的负值Δn3的第3比折射率差，外径为c的第3区域(C)(或者第3芯部分或者第3光信号传播区域)103。

(4)在第3区域(C)103的外周形成，具有相对于石英的折射率n0的比折射率差绝对值比第3比折射率差Δn3的绝对值大，并且比第2比折射率差Δn2的绝对值小的负值Δn4的第4比折射率差，外径为d的第4区域(D)(或者第4芯部分或者第4光信号传播区域)104。

(5)在第4区域(D)104的外周形成，具有相对于石英的比折射率差大于0的正值Δn5的第5比折射率差，外径为e的第5区域(E)(或者最外层区域或者包层部分)105。

折射率的大小关系和比折射率差的关系如下：

n5＞n0＞n1＞n3＞n4＞n2

Δn1＜0

/Δn2＞/Δn1，Δn2＜0

/Δn3＜/Δn2，/Δn3＞/Δn1，Δn3＜0

/Δn4＞/Δn3，/Δn4＜/Δn2，Δn4＜0

Δn5＞0

传送特性

基于本发明者的研究，第1实施方案的1.3μm(1300nm)附近具有零色散，光纤所要求的特性条件(1)如下所示。

特性条件(1)

(1)传送损失：波长1550nm时为0.185dB/km以下

(2)波长色散：波长1550nm时为19±1ps/nm.km

(3)波长色散斜率：波长1550nm时为0.06±0.01ps/nm².km的范围

(4)实效芯截面积A_eff：波长1550nm时为105μm²以上

(5)光缆截止波长λ_cc：1530nm以下

(6)心轴外径为20mm的弯曲损失：10dB/m以下

对特定条件(1)中表示的特性条件的根据进行说明。

(a)本申请人对构成波长多重传送线路的光纤进行了锐意研究，研究结果表明，作为适合于零色散波长在1300nm(1.3μm)附近的单模光纤的光纤，将光缆截止波长λ_cc控制在1530nm以下，并且将心轴外径为20nm(20mmφ)的弯曲损失为10dB/nm以下，可以使实效(有效)芯截面积A_eff为105μm²以上，这样就能够进行抑制非线性光学效果的大容量传送。

(b)通过使波长1550nm时的波长色散为19±1ps/nm.km并且波长1550nm时的传送损失为0.185dB/km以下，可以降低图1所示的整个传送线路的平均传送损失。

外径比率

作为特性条件(2)，优选使第2区域(B)102的外径b相对于第1区域(A)101的外径a的比率b/a和第3区域(C)103的外径c相对于第1区域(A)101的外径a的比率c/a如下所述。

特性条件(2)

1.20≤b/a≤2.00，并且

1.44≤c/a≤4.00

对外径比率的条件进行说明。通过分别使外径比率b/a和c/a为2.00以下和1.44以上，可以不增加弯曲损失而增大实效芯截面积A_eff。

进而通过使外径比率b/a为1.20以上，并且外径比率c/a为4.00以下，可以将光缆截止波长λ_cc缩短至1530nm(1.53μm)以下。

这样，为了满足特性条件(2)的不等式，通过设定第1区域(A)101的外径a、第2区域(b)102的内径b和第3区域(C)103的外径c，可以实现传送容量大的单模光纤。

比折射率差

作为特性条件(3)，对第1～第4区域101～104的折射率相对于石英的折射率的第1～第4比折射率差Δn1～Δn4进行说明。

特性条件(3)

-0.1％＜Δn1＜0％

-0.5％≤Δn2≤-0.2％

-0.4％≤Δn3≤-0.1％

/Δn4/＞/Δn3，/Δn4/＜/Δn2/，Δn4＜0

对比折射率差的条件进行说明。

如果使第1比折射率差Δn1为大于-0.1％且不为0的负值，第2比折射率差Δn2为-0.5％以上，第3比折射率差Δn3为-0.4％以上，第4比折射率差Δn4的绝对值为大于第3比折射率差Δn3的绝对值且小于第2比折射率差Δn2的绝对值的负值，可以防止光纤中的传送损失，并且达到扩大实效芯截面积A_eff的目的。

另外，使第2比折射率差Δn2在-0.2％以下，并且第3比折射率差Δn3在-0.1％以下是因为，如果使Δn2大于-0.2％，或者Δn3大于-0.1％，截止波长就变得比1550nm(1.55μm)长。

作为光纤的最外层，通过设置包层(或者第5区域(E))105，能够色散在后述的拉丝时芯部分承受的张力。这样，就能够容易地进行拉丝时的张力控制。

单模光纤的包层部分105的外径e通常为125微米。在外径d的第4区域(D)104的外周形成的包层部分105的厚度与在包层部分105的内部形成的光传播层的数量有关。例如，图2所示的光纤中包层部分105的厚度厚，图4和图5所示的包层部分105的厚度薄。

作为一个例子，第1～第4区域(芯部分)101～104和包层部分(第5区域)105的外径a～e和第1～5比折射率差Δ1～Δ5的例子在表1中表示。

表1

	部分	外径	比折射率差
				(1)	第1区域(A)101	a＝8μm	Δn1＝-0.02
(2)	第2区域(B)102	b＝10.4μm	Δn2＝-0.41
				(3)	第3区域(C)103	c＝18.7μm	Δn3＝-0.25
(4)	第4区域(D)104	d＝111μm	Δn4＝-0.30
				(5)	第5区域(E)105	e＝125μm	Δn5＝+0.03

表1列出的外径比率b/a和c/a为b/a＝1.3，c/a＝2.3375。

包层部分105的厚度为(125-111)/2＝7μm。

光纤的构造条件

为了形成具有表1列出的比折射率差Δn1～Δn4的第1区域(A)101～第4区域(D)104的光纤，在含有石英(硅)的碳墨预制件合成原料中，适当调整改变折射率的掺杂剂，例如锗，和/或降低折射率的掺杂剂，例如氟，掺入二氧化硅基材料中(添加)。

锗增加折射率，但是，如果如上所述在石英玻璃中过度掺入锗，会引起瑞利散射的问题，因此，希望适量掺入。

另外，通过在石英玻璃中掺入氟，可以微调相对于石英的比折射率差，可以得到能够实现所需传送特性的折射率分布形状。

基于上述技术背景的试验结果是，希望掺杂剂的浓度在下述范围。C_Ge(摩尔％)表示锗浓度，C_F(摩尔％)表示氟浓度。

表2

第1区域(1)101	-0.1＜0.096×C<sub>Ge</sub>-0.398×C<sub>F</sub>＜0
		第2区域(B)102	-0.5≤0.096×C<sub>Ge</sub>-0.398×C<sub>F</sub>≤-0.2
第3区域(C)103	-0.4≤0.096×C<sub>Ge</sub>-0.398×C<sub>F</sub>≤-0.1
		第4区域(D)104	-0.5≤0.096×C<sub>Ge</sub>-0.398×C<sub>F</sub>≤-0.1

系数0.096表示通过掺杂1摩尔％的锗比折射率差增加0.096，系数-0.398表示通过掺杂1摩尔％的氟比折射率差减少0.398。例如，这样，适当掺杂锗和/或氟，结果可以使第1区域(A)101的比折射率差Δn1在-0.1～0的范围内。

希望将上述合成的碳墨预制件在透明玻璃化时在至少含有氟或者氯的气氛中烧结。这是因为特别是在将形成第1区域(A)～第4区域(D)101～104的部分的碳墨预制件玻璃化时使用氯，可以除去碳墨预制件中所含的水分，能够降低对光纤进行纺丝后存在问题的羟基(OH基)引起的吸收损失。

在第1区域(A)101～第4区域(D)104整个区域中，在含有硅的碳墨预制件合成原料中不掺杂(添加)锗(C_Ge＝0)在光纤的整个区域；制成不含用于调整比折射率差的锗的石英玻璃，意味着减少杂质的混入。这样，可以减小瑞利散射并降低传送损失。

或者，也可以在合成形成第1区域(A)101的碳墨预制件时，在碳墨预制件合成原料中加入锗，在合成形成第2区域(B)～第5区域(E)105的碳墨预制件时，在碳墨预制件合成原料中不加入锗。

而且，在合成形成折射率高的第1区域(A)101和第3区域(C)103的碳墨预制件时，在含有硅的碳墨预制件合成原料中添加锗，在合成形成折射率低的第2区域(B)102和第4区域(D)104以及包层部分(最外层区域)105的碳墨预制件时，在含有硅的碳墨预制件合成原料中不添加锗。

本发明光纤的制造方法是通过控制上述任意一种掺杂剂的浓度，提高光纤径向折射率分布形状的控制性。

参照图3(a)～图3(o)，说明上述波长多重传送用单模光纤的制造方法的一个例子。

形成第1区域(A)101的部分(区域)的形成

工序1：如图3(a)中所示，例如，通过VAD法，采用燃烧器11和起始石英棒12，通过后续工序；在玻璃化之后，合成形成第1区域(A)101的碳墨预制件(煤体)13。

工序2：如图3(b)所示，将合成的碳墨预制件13在含有例如SiF₄的气氛中加热，制成透明化的玻璃体14。接着，将玻璃体14用燃烧器15加热，拉伸，形成图3(c)表示的玻璃体16。该玻璃体16最终形成第1区域(A)101。

在上述例子中表示了为了形成具有低于石英折射率n0的折射率n1的第1区域(A)101的部分，作为掺杂剂只使用氟的例子，但是例如如表5所示，也可以组合掺杂锗和氟。

形成第2区域(B)102的部分(区域)的形成

工序3：如图3(d)所示，通过OVD法，在玻璃体16的外周，采用燃烧器17，在后面进行的玻璃化处理之后，合成形成第2区域(B)102的碳墨预制件18，形成玻璃.碳墨预制件复合体19。

工序4：如图3(e)所示，将玻璃.碳墨预制件复合体19在含有例如SiF₄的气氛中加热，制成透明化的复合玻璃体20。接着，将该复合玻璃体20用燃烧器15加热，拉伸，形成图3(f)表示的复合玻璃体21。

在上述例子中表示了为了形成具有低于石英折射率n0的折射率n2的第2区域(B)102的部分，作为掺杂剂只使用氟的例子，但是例如如表2所示，也可以组合掺杂锗和氟。

形成第3区域(C)103的部分(区域)的形成

工序5：如图3(g)所示，通过OVD法，在复合玻璃体21的外周，采用燃烧器17，在后面进行的玻璃化处理之后，合成形成第3区域(C)103的碳墨预制件22，形成玻璃.碳墨预制件复合体23。

工序6：如图3(h)所示，将玻璃.碳墨预制件复合体23在含有例如SiF₄的气氛中加热，制成透明化的复合玻璃体24。接着，将该复合玻璃体24用燃烧器15加热，拉伸，形成图3(i)表示的复合玻璃体25。

在上述例子中表示了为了形成具有低于石英折射率n0的折射率n3的第3区域(C)103的部分，作为掺杂剂只使用氟的例子，但是例如如表2所示，也可以组合掺杂锗和氟。

形成第4区域(D)104的部分(区域)的形成

工序7：如图3(j)所示，通过OVD法，在复合玻璃体25的外周，采用燃烧器17，在后面进行的玻璃化处理之后，合成形成第4区域(D)104的碳墨预制件26，形成玻璃.碳墨预制件复合体27。

工序8：如图3(k)所示，将玻璃.碳墨预制件复合体27在含有例如SiF₄的气氛中加热，制成透明化的复合玻璃体28，并将该复合玻璃体28用燃烧器15加热，拉伸，形成图3(1)表示的复合玻璃体29。

在上述例子中表示了为了形成具有低于石英折射率n0的折射率n4的第4区域(D)104的部分，作为掺杂剂只使用氟的例子，但是例如如表2所示，也可以组合掺杂锗和氟。

形成第5区域(E)105的部分(区域)的形成

工序9：如图3(m)所示，通过OVD法，在复合玻璃体29的外周，采用燃烧器17，在后面进行的玻璃化处理之后，合成形成第5区域(E)(包层部分)105的碳墨预制件30，形成玻璃.碳墨预制件复合体31。

工序10：如图3(n)所示，将玻璃.碳墨预制件复合体31加热，进行透明化，形成光纤母材(预成形体)32。

最外层区域105的形成中基本上不加入掺杂剂。

光纤的形成

工序11：如图3(o)所示，将光纤母材32导入到拉丝炉中，将导入到拉丝炉中的光纤母材32的下端部分用加热器33加热，熔融，拉到拉丝炉的外部，形成具有图2所示构成的单模光纤。

在上述制造方法中，如果进行包括碳墨预制件合成和其玻璃化处理的1工序；用共计5个工序；就能制造具有上述多层的芯部分的单模光纤母材。

实施例

下面，基于上述本发明的第1实施方胺对实施例进行说明。

实施例1

作为实施例1，对光纤各部分101～104的锗浓度C_Ge(摩尔％)和氟浓度C_F(摩尔％)进行各种改变，用上述制造方法制造三种样品1～3。

这时，相对于不含有掺杂剂的石英玻璃的基准折射率n0的光纤各区域101～105的比折射率差Δn1～Δn5，以及相对于第1区域(A)101的外径a的第2区域(B)102的外径的比率b/a，以及，相对于第1区域(A)101的外径a的第3区域(C)103的外径的比率c/a如上表1所示固定。即，Δn1＝-0.02，Δn2＝-0.41，Δn3＝-0.25，Δn4＝-0.30，Δn5＝+0.30，b/a＝1.30，c/a＝2.3375。

对于样品1～3，测定波长1550nm时的传送损失、波长1550nm时的波长色散、波长1550nm时的波长色散斜率、波长1550nm时的实效芯截面积A_eff、光缆截止波长λ_cc、心轴外径为20mm(20mmφ)的弯曲损失等传送特性。测定结果在表3表示。在表3中，为了进行对比，还附带记载了上述所希望的特性条件。

表3

评价

样品1是比较例，样品2和样品3相当于本发明实施例的光纤。在表3中，带*的数据表示不满足所希望的传送特性的。

样品1(比较例)是在第1区域(A)101～第3区域(C)103中加入锗的例子，波长色散、波长色散斜率、实效芯截面积A_eff、光缆截止波长λ_cc、弯曲损失满足所希望的条件，但是传送损失和A_eff不满足所希望的特性。在比较例中，传送损失大于希望值的理由是，在光传送区域中存在大量锗，并且与其不同，基于降低相对于石英的比折射率差的调整目的加入的氟起到杂质的作用，引起了由瑞利散射增加造成的传送损失增大。因此理解为锗和氟的加入量应有合适的范围。

样品2和样品3满足所希望的所有传送特性。得到了在传送损失方面样品3优于样品2的结果。其理由是，对于样品3，第1区域(A)101中锗微量加入(0.03摩尔％)，由此促进了第1区域(A)101和第2区域(B)102在界面附近的玻璃粘度的匹配，减少了图3(o)表示的拉丝时产生的应力变形的残留，抑制了由瑞利散射引起的损失。因此，应在第1区域(A)101中加入适量的锗。

这样，对于传送损失之外的传送特性，通过将相对于石英的比折射率差和第1区域(A)101、第2区域(B)102和第3区域(C)103的外径比率最佳化，得到所希望的特性，但是，为了降低传送损失，例如，对于第1区域(A)101，需要控制二氧化硅(石英)玻璃中锗和/或氟的掺杂量。

实施例2

作为实施例2，改变第2区域(B)102～第4区域(D)104的比折射率差Δn2～Δn4，以及第2区域(B)102的外径相对于第1区域(A)101的外径a的比率b/a，以及，第3区域(C)103的外径相对于第1区域(A)101的外径a的比率c/a，制作三种样品A～C。

然后，对样品A～C，与实施例1同样，测定波长1550nm时的传送损失、波长1550nm时的波长色散、波长1550nm时的波长色散斜率、波长1550nm时的实效芯截面积A_eff、光缆截止波长λ_cc、心轴外径为20mm(20mm φ)的弯曲损失等。测定结果在表4表示。在表4中，为了进行对比，还附带记载了上述所希望的特性条件。

表4

样品A、B是比较例1、2，样品C相当于本发明的实施例。在表4中，带*的数据表示不满足所希望的传送特性的。样品C满足所希望的全部传送特性。

比较例1的样品A，比折射率差Δn2～Δn4的绝对值大，波长色散、波长色散斜率、光缆截止波长λ_cc、弯曲损失满足所希望的条件，但是传送损失大于所希望的值，而A_eff比希望值小。

比较例2的样品A，比折射率差Δn2～Δn4的绝对值小，外径比率b/a小。结果，传送损失、波长色散斜率、A_eff满足所希望的条件，但波长色散、截止波长和弯曲损失不满足所希望的条件。

由以上可见，比折射率差Δn2～Δn4的绝对值在适当的范围，至少外径比率b/a在适当的范围，会满足所希望特性，因此是必须的。

其他实施方案

第1实施方案和基于其的实施例1和2的比折射率差Δn1，对芯区域(光传送区域)具有三层构造的进行说明，但是本发明光纤并不妨碍使用更复杂的截面形状和折射率分布形状。下面，说明满足上述诸特性的本发明光纤的其他实施方案。

第2实施方案

参照图4对本发明第2实施方案的光纤进行说明。

图4中表示的本发明第2实施方案的光纤与图2表示的第1实施方案的光纤不同，是第3区域(C)103和第4区域(D)104a之间，附加外径为f，具有第6折射率n6，具有相对于石英的基准折射率n0的第6比折射率差Δn6的第1附加区域(或者第6光信号传播区域或者第6区域(F))106的4层构造的光纤。第6比折射率差Δn6的定义根据数学式1。

第1区域(A)101～第3区域(C)103与第1实施方案的光纤的第1区域(A)101～第3区域(C)103相同。

假定最外层区域105的外径与第1实施方案相同，第1区域(A)101～第3区域(C)103的外径也与第1实施方案相同时，通过附加第1附加芯区域106，第4区域(D)104a的厚度＝d-f比第1实施方案的第4区域(D)104的厚度＝d-c薄。

第4区域(D)104a的比折射率差Δn4是其比折射率差的绝对值比第6比折射率差Δn6小，并且，比第3比折射率差Δn3大的负值。第6比折射率差Δn6是其比折射率差的绝对值比第2比折射率差Δn2小，并且，比第3比折射率差Δn3大的负值。

因此，对于折射率，下面的关系成立。

n5＞n0＞n1＞n3＞n4＞n6＞n2

图4表示的光纤的制造参照图3进行说明。第3区域(C)103形成后，附加第1附加区域(或者第6芯区域或者第6光信号传播区域)106的形成工序。第1附加区域(F)106的形成方法与第2区域(B)102的形成方法相同。但是，锗浓度和氟浓度不同。

对于第2实施方案的光纤也要求具有所希望的特性，而第2实施方案的光纤满足了这些特性。

第3实施方案

参照图5对本发明第3实施方案的光纤进行说明。

图5中表示的本发明第3实施方案的光纤与图4表示的第2实施方案的光纤不同，是第1附加区域(F)106和第4区域(D)104b之间，附加外径为g，具有第7折射率n7，具有相对于石英的基准折射率n0的第7比折射率差Δn7的第2附加区域(或者第7光信号传播区域或者第7区域(G))107的5层构造的光纤。第7比折射率差Δn7的定义根据数学式1。

第1区域(A)101～第3区域(C)103与第1和第2实施方案的光纤的第1区域(A)101～第3区域(C)103相同。

假定最外层区域105的外径与第1和第2实施方案相同，第1区域(A)101～第3区域(C)103的外径也与第1和第2实施方案相同时，通过附加第2附加芯区域107，第4区域(D)104b的厚度＝d-g就比第2实施方案的第4区域(D)104a的厚度＝d-f薄。

第4区域(D)104b的比折射率差Δn4是其比折射率差的绝对值比第6比折射率差Δn6小，并且，比第3比折射率差Δn3大的负值。第6比折射率差Δn6是其比折射率差的绝对值比第2比折射率差Δn2小，并且，比第3比折射率差Δn3大的负值。

第7比折射率差Δn7是其比折射率差的绝对值比第3比折射率差Δn3小，并且，比第6比折射率差Δn6大的负值。因此，对于折射率，下面的关系成立。

n5＞n0＞n1＞n3＞n7＞n4＞n6＞n2

图5表示的光纤的制造参照图3进行说明。第3区域(C)103形成后，附加第1附加区域(或者第6芯区域或者第6光信号传播区域)106的形成工序；进而附加第2附加区域(或者第7芯区域或者第7光信号传播区域)107的形成工序

第1附加区域(F)106和第2附加区域(G)的形成方法与第2区域(B)102的形成方法相同。但是，锗浓度和氟浓度各不相同。

对于第3实施方案的光纤，也需要具有所希望的特性，而第3实施方案的光纤也满足其特性。

本发明的其他一个目的是提供色散值保持与SMF相同的水平，扩大A_eff并且降低传送损失的光纤。

采用附图说明本发明光纤的其他实施方案。图6是表示本发明光纤折射率分布构造的一个例子的简要说明图。以中心芯N1为中心，两侧设置侧芯N2，其外侧设置第1包层N3，再在其外侧设置第2包层N4。

中心芯N1未图示，外径尺寸为A。中心芯N1具有相对于以二氧化硅的折射率值为指标表示的二氧化硅折射率水平N5最大的比折射率差Δ1。侧芯N2也未图示，外径尺寸为B，同样具有相对于二氧化硅的折射率水平N5的最大比折射率差Δ2。而且，第1包层N3同样具有相对于二氧化硅的折射率水平N5的最大比折射率差Δ3。而第2包层N4同样具有相对于二氧化硅的折射率水平N5基本等同的折射率水平。

在本发明的方案中，相对于侧芯N2的二氧化硅的折射率水平N5的比折射率差Δ2如下定义。

(1)在侧芯N2没有折射率极大点的情况下，是在折射率分布曲线的斜率最小位置的值。

(2)在侧芯N2有折射率极大点的情况下，是在折射率极大点相对于二氧化硅的比折射率差的值(折射率极大值)，在存在多个折射率极大值时，为其最大值。

在侧芯N2有折射率极大点时，也存在折射率极小点，但是，在折射率极小点相对于第1包层的比折射率差的值(折射率极小值)的最小值是Δ2和Δ3的差5倍以上的值时，可以使侧芯N2由1层构成。

而且，假定中心芯N1和侧芯N2的境界是中心芯N1的折射率分布曲线与α曲线近似时，该α曲线与比折射率差零线的交叉点。所谓α曲线用下面的式子表示。

Δn(r)＝Δn(0)×{1-(2r/A)α}—————(式1)

其中，0≤r≤A/2

这里，r是距中心的距离。

A是中心芯的外径。

Δn(r)表示以距离r计的折射率。

Δn(0)表示芯中心的折射率。

α表示折射率分布形状。

另外，假定侧芯N2和第1包层N3的境界是比折射率差通过侧芯N2相对于第1包层N3的比折射率差Δ2的1/10的点，在比折射率差发生变化的方向上延伸到直线与比折射率差Δ3的线交叉的点。

采用上述式1，通过与中心芯折射率分布接近，知道与侧芯的境界。而且，如图8的表所示，采用Δ1、Δ2、第1包层的(Δ)值和上述A和B值，通过计算，可以求出下面的数值。

色散值表示信号的群色散，因此，单位为(ps/nm/km)。色散斜率表示在群色散的波长中的变化率，因此，单位为(ps/nm²/km)。A_eff表示光信号的信号在与行进方向垂直的方向上的扩展，因此单位为(μm²)。传送损失在光纤拉丝后测定。传送损失表示能量的衰减，单位为(dB/km)。因此，通过这些数值进行评价，可以预测传送容量。

本实施方案的光纤是从内侧开始由中心芯、侧芯、第1包层、第2包层顺序构成的光纤，特征在于假定中心芯相对于二氧化硅的比折射率差为Δ1，Δ1为-0.20％～0.20％，假定侧芯相对于二氧化硅的比折射率差为Δ2，Δ2为-0.45％～0.05％，假定第1包层相对于二氧化硅的比折射率差为Δ3，Δ3为-0.50％～0.20％，并且，上述中心芯相对于二氧化硅的比折射率差Δ1、上述侧芯相对于二氧化硅的比折射率差Δ2和上述第1包层相对于二氧化硅的比折射率差Δ3之间存在Δ3＜Δ2＜Δ1的关系，上述中心芯的外径A和上述侧芯的外径B之比A/B为0.3～0.8，第2包层的粘度高于中心芯，在波长1550nm的色散值的绝对值为4ps/nm/km～20ps/nm/km，波长1550nm的色散斜率为0.05ps/nm²/km～0.08ps/nm²/km，波长1550nm的传送损失为0.2dB/km以下，波长1550nm的实效芯截面积A_eff为80μm²以上。

这里，使中心芯相对于二氧化硅的比折射率差Δ1为-0.2％～0.20％。如果高于上述范围，必须增加Ge等提高折射率达掺杂剂的量，传送损失增大，如果低于上述范围，必须增加F等降低Δ的掺杂剂的量，传送损失增大。因此，在本发明中，为-0.20％～0.20％。

使侧芯相对于二氧化硅的比折射率差Δ2为-0.45％～-0.05％。如果高于上述范围，λ_c波长增大，如果低于上述范围，弯曲减弱。因此，在本方案中，为-0.45％～-0.05％。

使第1包层相对于二氧化硅的比折射率差Δ3为-0.50％～-0.20％。如果高于上述范围，弯曲减弱，如果低于上述范围，A_eff减小。因此，在本方案中，为-0.45％～-0.05％。

另外，上述中心芯相对于二氧化硅的比折射率差Δ1、上述侧芯相对于二氧化硅的比折射率差Δ2和上述第1包层相对于二氧化硅的比折射率差Δ3之间存在Δ3＜Δ2＜Δ1的关系。通过保证这种关系，可制成适合于WDM传送的光纤。

上述中心芯的外径A和上述侧芯的外径B之比A/B为0.3～0.8。通过保证该范围，可制成A_eff扩大并且弯曲损失强的光纤。如果高于上述范围，截止波长增大，如果低于上述范围，A_eff减小。

第2包层的粘度高于中心芯。低时，拉丝后的光纤的中心芯上残留残留应力，难以获得0.2dB/km以下的传送损失。

波长1550nm的色散值的绝对值为4ps/nm/km～20ps/nm/km。如果高于该范围，由于累积色散引起的波形变形，限制了传送速度。如果低于上述范围，容易引起4光波混合等非线形效果，限制传送速度。

波长1550nm的色散斜率为0.05ps/nm²/km～0.08ps/nm²/km。如果高于该范围，不适合于DWDM传送。

波长1550nm的传送损失为0.2dB/km以下。如果高于该范围，能量衰减增大，必须射入大功率，非线形效果增大。

波长1550nm的实效芯截面积A_eff为80μm²以上。如果低于该范围，非线形效果增大。

本发明的其他方案的特征在于，侧芯中含有Ge作为掺杂剂。通过在侧芯中掺杂Ge，可以将侧芯的形状变成任意形状。因此，增加了折射率分布形状的自由度，能够很容易地制造具有同等特性的光纤。而且，还可以改善实效芯截面积(A_eff)扩大等特性。

本发明的其他方案的特征在于将上述光纤用于传送线路的至少一部分。优点是与现有传送线路用光纤相比，是低损失的，由于A_eff扩大，因此，可以降低非线形效果。

实施例

(实施例3～5)

作为本发明例，对于具有图6所示折射率分布构造的光纤，研究改变参数时的特性的变化。这里，参数的内容为Δ1，采用的式子为，

Δ1＝(n₁ ²-n_s ²)/(2n₁ ²)X100％，n₁为中心芯N的折射率，n_s为二氧化硅的折射率。中心芯的折射率分布为阶梯形，侧芯没有折射率极大点。

其结果在作为图8的表1中表示。在表1中，Δ1、Δ2和第1包层的值的单位为(％)。A/B是相对于侧芯外侧的中心芯的外径的比值。色散值的单位为(ps/nm/km)。色散斜率的单位为(ps/nm²/km)。传送损失的单位为(dB/km)。A_eff的单位为(μm²)。作为参考，表示截止波长λ_c(单位nm)。

(比较例)

作为比较例，对于具有图7所示的折射率分布构造的光纤，研究Δ1＝(n₃₁ ²-n_s ²)/(2n₃₁ ²)×100(％)(其中，n₃₁为芯N31的折射率，n_s为二氧化硅的折射率)的特性。其结果在作为图8的表1中同时表示。

如表1所示，实施例3～5的光纤由于将折射率分布最佳化，因此，具有适合于WDM光输送的特性。但是，比较例光纤的Δ低，因此，色散值不适合于WDM光传送，而且Δ低，截止波长也不适合WDM光传送。

接着，采用实施例3的光纤和能够基本弯曲补偿其色散的长线路型色散补充光纤，构成光传送线路。而且，对于实施例4、实施例5、比较例的光纤，构成同样的光传送线路。这里，WDM光信号的条件为将10Gbps16波在波长1530～1560nm的范围内等间隔配置，将实施例3～5和比较例的光纤长度为100km时的传送试验结果在图8的表1中综合表示。

如表1所示，采用实施例3～5的光纤的光传送线路具有适合于WDM光传送的特性，而采用比较例光纤的光传送线路不适合于WDM光传送。本发明的光传送线路并不限于此，可以获取各种实施方案。例如，也可以代替线路型色散补充光纤采用色散补充光纤模数等构成光传送线路。

根据本发明，可以得到零色散波长在1300nm(1.3微米)附近的、具有优良传送特性的光纤。这样的光纤适合用作波长多重传送用单模光纤。

根据本发明，可以稳定地制造上述光纤。

根据本发明，拉丝时的张力控制容易进行。

进而，根据本发明，可以实现适合于WDM光传送的光纤和光传送线路。

Claims (3)

1、一种光纤，其特征在于包括：

中心芯，位于光纤中心，相对于二氧化硅的折射率N5的最大比折射率差为Δ1，外径为A；

侧芯，在上述中心芯外周形成，相对于上述二氧化硅的折射率N5的最大比折射率差为Δ2，外径为B；

第1包层，在上述侧芯的外周形成，相对于上述二氧化硅的折射率N5的最大比折射率差为Δ3；以及

第2包层，在上述第1包层的外周形成；

其中上述Δ1到Δ3具有Δ1＞Δ2＞Δ3的关系；

上述Δ1到Δ3具有

-0.20％≤Δ1≤0.20％

-0.45％≤Δ2≤-0.05％

-0.50％≤Δ3≤-0.20％

的关系；

上述中心芯的外径A和上述侧芯的外径B具有0.3≤A/B≤0.8的关系；

上述第2包层的粘度高于上述中心芯的粘度。

2、根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，

波长1550nm的色散值的绝对值在4ps/nm/km以上20ps/nm/km以下；

波长1550nm的色散斜率为0.05ps/nm²/km以上0.08ps/nm²/km以下；

波长1550nm的传送损失为0.2dB/km以下；

波长1550nm的实效芯截面积A_eff为80μm²。

3、一种光传送线路，其特征在于，将根据权利要求1或者2所述的光纤用于光传送线路的至少一部分。

Images