CN101688946A

CN101688946A - 大有效面积光纤

Info

Publication number: CN101688946A
Application number: CN200880023289A
Authority: CN
Inventors: S·R·别克汉姆; D·C·布克班德; X·陈; M·李; S·K·米什拉; D·A·诺兰
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2010-03-31
Also published as: US20080279517A1; JP2010527033A; WO2008137150A1; EP2145219B1; JP2014222354A; EP2145219A1; US7555187B2; JP5925842B2; WO2008136918A2; WO2008136918A3

Abstract

一种根据本发明的一个实施方式的光纤，其包括：从中心线延伸至半径R₁的玻璃芯，其中R₁大于约5μm；围绕芯并与之接触的玻璃包覆层，该包覆层包括：(i)从半径R₁延伸至半径R₂的第一环形区，该第一环形区的径向宽度为W₂＝R₂－R₁，(ii)从半径R₂延伸至半径R₃的第二环形区，其径向宽度为W₃＝R₃－R₂，和(iii)围绕第二环形区并且从半径R₃延伸至最外部玻璃半径R₄的第三环形区；其中，芯包含相对第三环形区的最大相对折射率Δ_1最大，其中Δ_1最大大于约0.1％并且小于约0.3％；第一环形区的折射率Δ₂(r)小于约0.025％；其中，第二环形区包含相对第三环形区的最小相对折射率Δ_3最小；其中，Δ_1最大＞Δ_2最大＞Δ_3最小，并且Δ_2最小＞Δ_3最小＜0；其中，芯和包覆层提供光缆截止波长小于1500nm、在1550nm处的有效面积大于95μm²、在20mm直径心轴上的弯曲损耗＝0.5dB/圈的光纤。

Description

大有效面积光纤

发明背景

发明领域

本申请主张享有2007年5月7日提交的、题为“大有效面积光纤”的美国临时申请第60/927989号的优先权。

本发明一般涉及光纤，具体地，在1550nm处具有大的有效面积和低弯曲损耗的光纤。

技术背景

光放大器技术和波分复用技术通常是为长距离提供高功率传输的远距离通信系统所需要的。高功率和长距离的定义仅仅在具体的远距离通信系统背景下才是有意义的，其中指定了位速率、误码率、多路传输方案，也许还有光放大器。还有一些本领域的技术人员已知的其它因素对高功率和长距离的定义有影响。然而，对于大多数用途，高功率是大于约10mW的光功率。在一些应用中，1mW或更小的单功率级仍然对非线性影响敏感，以便有效面积在这种低功率系统中仍然是一个重要的考虑因素。

通常，具有大有效面积(A_有效)的光波导光纤减小非线性光学效应，包括自相位调制、四波混合、交叉相位调制和非线性散射过程，所有这些都能导致高功率系统中的信号降低。

另一方面，增加光波导光纤的有效面积通常导致大弯曲引起的损耗增加，这会减弱通过光纤的信号传输。经过长(例如100km或更长)距离(或再生器、放大器、发送器和/或接收器之间的间距)，大弯曲损耗变得越来越严重。不幸地，常规光纤的有效面积越大，大弯曲引起的损耗倾向于越高。

一般需要每秒一千兆字节和更高的传输速度以及间距超过100km的通信系统通常利用光放大器技术和/或波分复用技术。因此，波导光纤生产商设计了不易受高功率信号或四波混合(能在多路传输系统中发生)引起的非线性作用影响的波导管。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种光纤包括：从中心线延伸至半径R₁的玻璃芯，其中，R₁大于约5μm；围绕芯并与之接触的玻璃包覆层；其中，芯和包覆层提供光缆截止波长小于1500nm、在1550nm处的有效面积大于95μm²、和在20mm直径的心轴上的弯曲损耗小于或等于0.7dB/圈的光纤。在一些实施方式中，1550nm处的有效面积大于110μm²，在一些实施方式中，1550nm处的有效面积大于115μm²。优选地，包覆层含有二氧化硅基玻璃的环形区域，其中具有至少10个(更优地至少50个)随机分布的封闭的孔，并且(i)孔之间的平均距离小于5000nm，(ii)至少80％的孔的最大横截面尺寸Di小于1000nm。优选地，在20mm直径的心轴上，1550nm处的弯曲损耗小于0.5dB/圈、小于0.25dB/圈、更优地小于0.1dB/圈。在一些示例性的实施方式中，在20mm直径的心轴上，1550nm处的弯曲损耗小于0.08dB/圈，在一些示例性的实施方式中，弯曲损耗小于0.06dB/圈。

根据本发明的一个示例性的实施方式，一种光纤包括：

从中心线延伸至半径R₁的玻璃芯，其中R₁大于约5μm；围绕芯并与之接触的玻璃包覆层，该包覆层包括：(i)从半径R₁延伸至半径R₂的第一环形区，该第一环形区的径向宽度为W₂＝R₂-R₁，(ii)从半径R₂延伸至半径R₃的第二环形区，其径向宽度为W₃＝R₃-R₂，和(iii)围绕第二环形区并且从半径R₃延伸至最外部玻璃半径R₄的第三环形区；

其中，芯包含相对于第三环形区的最大相对折射率Δ_1最大，其中Δ_1最大大于约0.1％并且小于约0.3％；

其中，第一环形区的最大折射率变化Δ_2最大(r)小于约0.025％并且大于约-0.025％；

其中，第二环形区具有相对于第三环形区的最小相对折射率Δ_3最小；

其中，Δ_1最大＞Δ_2最大＞Δ_3最小，Δ_3最小＜0；

其中，芯和包覆层提供光缆截止波长小于1500nm、在1550nm处的有效面积大于110μm²的光纤。在一些示例性的实施方式中，光纤在1550nm处的有效面积大于125μm²。在一些示例性的实施方式中，光纤在1550nm处的有效面积大于135μm²。

在一组实施方式中，第二环形区包含具有掺杂剂的二氧化硅玻璃，所述掺杂剂选自锗、铝、磷、钛、硼和氟。

在另一组实施方式中，第二环形区包含具有多个封闭的孔的二氧化硅玻璃，该孔可以是空的(真空的)或填充气体的，其中，这些孔提供光的内反射，由此提供引导光延芯行进的波导。这种孔能提供低的(例如与纯二氧化硅相比)有效折射率。

根据一个示例性的实施方式，一种光纤包括：

其中，第一环形区的最大折射率Δ_2最大(r)小于约0.025％并且大于约-0.025％；

其中，第二环形区具有：

相对于第三环形区的最小相对折射率Δ_3最小；其中，Δ_1最大＞Δ_2最大＞Δ_3最小，Δ₃ _最小＜0，并且包括二氧化硅基玻璃，其中具有至少10个随机分布的封闭的孔，并且(i)孔之间的平均距离小于5000nm，(ii)至少80％的孔的最大横截面尺寸D_i小于1000nm；

其中芯和包覆层提供光缆截止波长小于1500nm、在1550nm处的有效面积大于95μm²的光纤。

现在我们将具体参考本发明的优选实施方式，它们的例子显示在附图中。

附图简述

图1显示本文公开的光波导纤维的一个实施方式的相对折射率曲线。

图2显示本文公开的光波导纤维的一个实施方式的示意性横截面图。

图3是本发明的光波导管的另一个实施方式的示意性横截面图。

优选实施方式的详述

本发明的其它特征和优点将在随后的具体说明中叙述，本领域的技术人员从该说明中将明白这些特征和优点，或通过实施随后的说明和权利要求书以及附图中描述的本发明而意识到这些特征和优点。

“折射率曲线”是折射率或相对折射率与波导光纤半径之间的关系。

“相对折射率百分率”定义为Δ％＝100×(n_i ²-n_c ²)/2n_i ²，其中n_i是区域i中的最大折射率，除非另外指出，n_c是包覆层的第三环形区60(外区)的平均折射率。如本文中使用的，相对折射率用Δ表示，其值的单位是“％”，除非另外有相反的说明。在一个区的折射率小于第三环形区60的平均折射率的情况下，相对折射率百分率是负的，被称为具有降低的区或降低的折射率，在相对折射率负值最大的点计算最小相对折射率，除非另外指出。在一个区的折射率大于包覆层区的平均折射率的情况下，相对折射率百分率是正的，称该区被提高的或具有正折射率。“提高掺杂剂”在本文中认为是一种掺杂剂，其具有相对于未掺杂的纯SiO₂提高折射率的倾向。“降低掺杂剂”在本文中认为是一种掺杂剂，其有有相对未掺杂的纯SiO₂降低折射率的倾向。

波导光纤的“色散”，除非另外指出在本文中称为“色散”，是材料色散、波导色散和跨模态色散的总和。在单模波导光纤的情况下，跨模态色散是零。色散斜率是色散关于波长的变化率。

“有效面积”定义为：

A_有效＝2л(∫f²r dr)²/(∫f⁴ r dr)，

其中积分极限是0至∞，f是与波导管中传播的光有关的电场的横向分量。如本文中使用的，“有效面积”或“A_有效”指在1550nm波长下的光学有效面积，除非另外指出。

术语“α-曲线”或“阿尔法曲线”指相对折射率曲线，用Δ(r)来表示，单位是“％”，其中r是半径，它用以下方程表示：

Δ(r)＝Δ(r_o)(1-[|r-r_o|/(r₁-r_o)]^α)，

其中r₀是Δ(r)最大处的点，r₁是Δ(r)％为零处的点，r的范围是r_i＜r＜r_f，其中Δ如上定义，r_i是α-曲线的起点，r_f是α-曲线的终点，α是指数，它是一个实数。

使用Peterman II法测量模场直径(MFD)，其中，2w＝MFD，w²＝(2∫f²rdr/∫[df/dr]²r dr)，积分极限是0至∞。

波导光纤的抗弯曲性可以在规定的试验条件下通过诱导衰减来测量，例如通过绕规定直径的心轴配置或缠绕光纤来测定。

对于一个给定的模态，理论的光纤截止波长或“理论光纤截止或理论截止”是一种特定波长，大于该波长的光不能以所述模态进行传输。在单模光纤光学(Single Mode Fiber Optics)，Jeunhomme，pp.39-44，Marcel Dekker，纽约，1990中能够发现数学定义，其中，理论光学截止被描述为一种波长，在该波长下模式传播常数等于外包覆层中的平面波传播常数。该理论波长适合于没有直径变化的无限长的、优选直的光纤。

实际的光纤截止波长可以通过标准2米光纤截止波长试验-FOTP-80(EIA-TIA-455-80)-来测量，以便得到“光纤截止波长”，也称为“2米光纤截止”或“测量截止”。实施FOTP-80标准试验或者使用受控量的弯曲去除高阶模，或者将光纤的光谱响应标准化为多模光纤的光谱响应。

光缆截止波长或“光缆截止”甚至低于所测光纤截止波长，这是因为在光缆环境中存在更高水平的弯曲和机械压力。实际的光缆条件可以通过EIA-445光纤试验程序(Fiber Optic Test Procedures)中所述的光缆截止试验来大致估计，EIA-445光纤试验程序是EIA-TIA光纤光学标准，即电子工业联盟-通信行业协会光纤光学标准(通称为FOTP)的一部分。光缆截止测量在EIA-455-170，通过发射功率测量单模光纤的光缆截止波长(Cable Cutoff Wavelength ofSinele-mode Fiber by Transmitted Power)，或″FOTP-170″中有说明。本文中所述的光缆截止波长，我们指使用近似的试验获得的值。

除非本文中另外指出，报道的光纤性质(诸如色散、色散斜率等)是针对LP01模态。除非本文中另外指出，1550nm波长是参考波长。

参考图1-3，本文中公开的光纤10包括芯20和围绕芯并与之直接相邻的包覆层(或包层)200。芯20具有折射率曲线Δ_芯(r)。包覆层200具有折射率曲线Δ_包覆层(r)。在一些实施方式中，包覆层200包括纯二氧化硅区，它周围围绕着含有随机分布的气孔的区，所述气孔位于Si基玻璃中。

在一些实施方式中，芯包含掺杂锗的二氧化硅，即锗掺杂的二氧化硅。在芯中可以单独地或组合地采用除了锗之外的掺杂剂，特别是在本文公开的光纤的中心线处或附近使用，以便获得所需的折射率和密度。

在一些实施方式中，本文公开的光纤10的折射率曲线从中心线至环形区域30的内径R₂是非负的。在一些实施方式中，光纤10在芯20中不含降低折射率的掺杂剂。

参考图1和2，本文公开光波导光纤10，其包括从中心线径向向外延伸至中心部分外径R₁(优选＞5μm)的芯20，芯具有以％计的相对折射率曲线Δ₁(r)，具有最大相对折射率百分率Δ_1最大(优选≤0.3％并且大于0.1％)；和围绕芯20并与之直接相邻(即直接接触)的包覆层200。包覆层200包括：围绕芯20并与之直接相邻的第一环形区30，该区30径向向外延伸至第二环形区50并且具有半径R₂，该区域30的宽度为W₂(W₂＝R₂-R₁)，具有以％计的相对折射率曲线Δ₂(r)，伴具有以％计的最大相对折射率百分率Δ_2最大(其中，Δ_2最大优选小于约0.025％并且优选大于约-0.025％)和以％计的最小相对折射率百分率Δ_2最 _小；围绕区30并与之直接相邻的第二环形区50，该区50径向向外从R₂延伸至半径R₃，该区50的宽度为W₃)，具有以百分率(％)计的相对折射率曲线Δ₃(r)，具有以％计的最小相对折射率百分率Δ_3最小(优选Δ_3最小小于或等于-0.3％)，其中Δ_1最大＞0＞Δ_3最小；和围绕区50并与之直接相邻的第三环形区60，其具有以％计的相对折射率百分率Δ₄(r)。R₁定义为出现在Δ₁(r)第一次达到+0.05％的半径处。即，(沿径向向外)在半径R₁处相对折射率第一次达到+0.05％，在此处芯20结束并且环形区域30开始，，区域30定义为在半径R₂处结束，在此处相对折射率Δ₂(r)沿径向向外第一次达到-0.05％。对于这组实施方式，第二环形区50在R₂处开始并且在R₃处结束。R₃定义为相对折射率Δ₃(r)(沿径向向外)达到-0.05％处，在Δ₃(r)下降到至少-0.05％后。第二环形区50的宽度W₃是R₃-R₂，它的中点R_3中点是(R₂+R₃)/2。在一些实施方式中，大于90％的芯20具有正的相对折射率，在一些实施方式中，Δ₁(r)对于0至R₁的所有半径范围是正的。在一些实施方式中，对于大于50％的第一环形区30的半径宽度，|Δ₂(r)|＜0.025％并且|Δ_2最大-Δ_2最小|＜0.05％，在另一些实施方式中，对于大于50％的第一环形区30的半径宽度，|Δ₂(r)|＜0.01％。对于R₂至R₃的所有半径范围，Δ₃(r)是负的。优选地，对于大30μm的所有半径范围，Δ_包覆层(r)^＝0％。包覆层200延伸至半径R₄，这也是光纤玻璃部分的最外周边。而且，Δ_1最大＞_2最大＞Δ_3最小并且Δ_2最小＞Δ_3最小。

在一组实施方式中，如图1和2所示，第二环形区50包含具有至少一种掺杂剂的二氧化硅玻璃，所述掺杂剂选自锗、铝、磷、钛、硼和氟。在另一组实施方式中(图3)，第二环形区50包含具有多个随机分布的封闭的孔16A的二氧化硅基玻璃(纯二氧化硅或掺杂例如锗、铝、磷、钛、硼和氟的二氧化硅)，孔16A是空的(真空)或充气的(例如氩气或空气)。这种孔能提供低的(例如与纯二氧化硅相比)有效折射率。

更具体地，参考图3，光纤芯区域20(步长指数为n₁)被第一环形区30(步长指数，n₂)包围，第一环形区与径向宽度为w3的第二环形区50相邻并被其包围，第二环形区进一步被第三环形区60(步长指数，n₄，径向宽度，w4)包围，第四环形区域可以任选地被一个或多个聚合物涂层65包围。第二环形区50的相对百分率折射率(Δn％)在-28％(充气空隙相对于二氧化硅的折射率)和孔周围玻璃的相对折射率(在该例子中是二氧化硅，相对折射率百分数Δn₅约为0％)之间波动。第二环形区50的一般平均相对折射率百分率Δn_平均相对纯二氧化硅玻璃为-2％至-3％，其取决于包围孔的玻璃中存在的掺杂剂。即，第二环形区50的折射率波动，在图3的例子中，充气孔的宽度和/或充气孔之间的填充玻璃的空间S_v随机分布和/或互不相等。即，孔是非周期性的。优选，孔之间的平均距离小于5000nm，更优地小于2000nm，甚至更优地小于1000nm，例如750nm、500nm、400nm、300nm、200nm或100nm。优选，至少80％、更优地至少90％的孔的最大横截面尺寸Di小于1000nm，优选地小于500nm。甚至更优地，孔的平均直径小于1000nm、更优地小于500nm、甚至更优地小于300nm。孔16A是闭合的(被实心材料包围)和非周期性的。即，孔16A可以具有相同的尺寸或不同的尺寸。孔之间的距离可以是统一的(即相同的)或不同的。优选第二环形区50含有至少10个孔，更优地至少50个孔、甚至更优地至少100个孔、最优地至少200个孔。

芯20具有轮廓体积，V₁，本文中其定义为：

{2 &Integral;}_{0}^{R_{1}} Δ_{1} (r) rdr;

第二环形区50具有轮廓体积，V₃，本文中定义如下：

2 {&Integral;}_{R_{2}}^{R_{3}} Δ_{3} (r) rdr;

优选地，Δ_1最大＜0.3％、Δ_2最小＞-0.05％、Δ_2最大＜0.05％、Δ_3最小＜-0.3％、0.1＜R₁/R₂＜0.6，第二环形区的轮廓体积的绝对值|V₃|大于20％-μm²。优选地，Δ_3最小＜-0.3％，更优地Δ_3最小＜-0.45％，甚至更优地≤-0.7％。当我们说，例如Δ＜-0.5％时，我们指Δ是小于-0.5％的负值。优选0.15＜R₁/R₂＜0.5。在一些实施方式中，0.2＜R₁/R₂≤0.4，例如R₁/R₂＝0.25、0.28、0.3、0.33、0.35、0.38或0.4。在另一些实施方式中，0.3＜R₁/R₂≤0.4。

在一些实施方式中，W₂＞2/3R₁，在一些实施方式中，W₂＞R₁，在一些实施方式中，W₂＞2R₁。在一些实施方式中，W₂＞5μm。例如，W₂可以是至少：5.5μm、8μm或甚至大于10μm。优选地，10μm＞W₂＞16μm。

在一些实施方式中，20％-μm²＜|V₃|＜250％-μm²。在一些实施方式中，30％-μm²＜|V₃|＜240％-μm²。在一些实施方式中，40％-μm²＜|V₃|＜221％-μm²，例如|V₃|是50％-μm²、60％-μm²、70％-μm²、80％-μm²、90％-μm²、100％-μm²、110％-μm²、120％-μm²、130％-μm²、140％-μm²、150-μm²或160-μm²。

在一些实施方式中，0.1％＜Δ_1最大＜0.3％，优选0.17％＜Δ_1最大＜0.28％，或更优地0.17％＜Δ_1最大＜0.25％。

优选地，7.2≥R₁≥5.0μm，更优地7.0≥R₁≥5.3μm。

优选地，R₂＞8μm，更优地＞12μm，在一些实施方式中，等于或大于约15.0μm，例如R₂≥20μm。在一些实施方式中，W₂介于约3μm至18μm之间，在一些实施方式中，W₂介于约7μm至15μm之间。

优选地，R3＞11.0μm，在一些实施方式中，11.5μm＜R₃＜30.0μm，例如R₃是约12μm、13μm、15μm或20μm。

在一些实施方式中，W₃＞1.0μm，在一些实施方式中，W₃＞2.0μm，例如2.0＜W₃＜10.0μm。在一些实施方式中，W₃小于6.0μm，在一些实施方式中，3.0≤W₃≤9.0μm，在一些实施方式中，W₃小于6.0μm，在一些实施方式中，3.0≤W₃≤7.0μm。而且，在一些实施方式中，Δ3_最小小于-0.35％，在一些其它的实施方式中，小于-0.5％。

优选地，R₄＞50μm。在一些实施方式中，R₄≥55μm。在其它实施方式中，R₄≥60μm。在一些实施方式中，60μm≤R₄≤90μm。例如R₄可以是62.5μm、70μm、75μm、80μm或85μm。

在一些实施方式中，芯20的中心部分可以包含具有所谓中心线下降的相对折射率曲线，中心线下降是由一种或多种光纤生产技术造成的。例如，中心部分的折射率曲线可以在小于1μm的半径范围内达到局部最小值，其中更高的相对折射率(包括芯部分的最大相对折射率)出现在大于0μm的半径处。

优选地，本文公开的光纤提供：在1550nm处的模场直径大于11μm，在一些实施方式中，介于11μm至15μm之间，更优地介于12.5μm与14.5μm之间。优选地，在1550nm处的有效面积大于110μm²，更优地大于115μm²、更优地大于125μm²、甚至更优地大于135μm²，在一些实施方式中，大于145μm²。

示例性实施方式

表1-2列出说明性实施例1-7的特征。实施例1-7的折射率曲线与图1-3的光纤类似，具有以下的各自的值。注意，在这些实施例中，Δ₂％是约0.0(二氧化硅)。

表1.几个实施例的光纤参数。

实施例	光纤1	光纤2	光纤3	光纤4	光纤5	光纤6	光纤7
实施例	光纤1	光纤2	光纤3	光纤4	光纤5	光纤6	光纤7	Δ_1最大(％)	0.295	0.270	0.243	0.243	0.220	0.200	0.190
R1(μm)	5.45	5.50	5.92	5.92	5.53	6.09	6.78	Δ_1最大(％)	0.295	0.270	0.243	0.243	0.220	0.200	0.190
R1(μm)	5.45	5.50	5.92	5.92	5.53	6.09	6.78	芯α	9.0	20.0	7.0	7.0	100.0	7.0	8.0
V₁(％-μm²)	7.17	8.15	6.62	6.62	6.58	6.35	6.99	芯α	9.0	20.0	7.0	7.0	100.0	7.0	8.0
V₁(％-μm²)	7.17	8.15	6.62	6.62	6.58	6.35	6.99	R2(μm)	18.0	16.0	12.1	19.0	20.0	19.0	21.0
R1/R2	0.30	0.34	0.49	0.31	0.28	0.32	0.32	R2(μm)	18.0	16.0	12.1	19.0	20.0	19.0	21.0
R1/R2	0.30	0.34	0.49	0.31	0.28	0.32	0.32	R2中点(μm)	11.73	10.75	9.01	12.46	12.76	12.55	13.89
W2(μm)	12.55	10.50	6.18	13.08	14.47	12.91	14.22	R2中点(μm)	11.73	10.75	9.01	12.46	12.76	12.55	13.89
W2(μm)	12.55	10.50	6.18	13.08	14.47	12.91	14.22	W3(μm)	3.0	3.5	2.4	4.0	4.5	6.0	6.5
Δ_3最小(％)	-0.50	-0.50	-0.50	-0.50	-0.50	-0.70	-0.70	W3(μm)	3.0	3.5	2.4	4.0	4.5	6.0	6.5
Δ_3最小(％)	-0.50	-0.50	-0.50	-0.50	-0.50	-0.70	-0.70	R3中点	19.50	17.75	13.30	21.00	22.25	22.00	24.25
\|V3\|(μm²％)	58.5	62.1	31.9	84.0	100.1	184.8	220.7	R3中点	19.50	17.75	13.30	21.00	22.25	22.00	24.25

表2.几个示例性光纤的性质。

实施例	光纤1	光纤2	光纤3	光纤4	光纤5	光纤6	光纤7
实施例	光纤1	光纤2	光纤3	光纤4	光纤5	光纤6	光纤7	1550nm的MFD，微米	11.40	11.92	12.2	12.52	12.98	13.615	14.196
1550纳米的A有效(μm²)	100.50	110.5	116.05	119.84	130.04	140.67	155.04	1550nm的MFD，微米	11.40	11.92	12.2	12.52	12.98	13.615	14.196
1550纳米的A有效(μm²)	100.50	110.5	116.05	119.84	130.04	140.67	155.04	1550纳米的色散(ps/nm/km)	18.63	19.08	20.25	18.82	19.14	18.931	19.77
1550纳米的斜率(ps/nm²/km)	0.060	0.060	0.064	0.061	0.061	0.063	0.062	1550纳米的色散(ps/nm/km)	18.63	19.08	20.25	18.82	19.14	18.931	19.77
1550纳米的斜率(ps/nm²/km)	0.060	0.060	0.064	0.061	0.061	0.063	0.062	1550纳米的κ(nm)	309	318	316	307	313	302	317
1550纳米、20毫米直径的弯曲损耗(dB/m)	1.63	1.95	30.25	4.18	5.43	0.49	0.42	1550纳米的κ(nm)	309	318	316	307	313	302	317
1550纳米、20毫米直径的弯曲损耗(dB/m)	1.63	1.95	30.25	4.18	5.43	0.49	0.42	1550纳米、20毫米直径的相对弯曲损耗	0.03	0.04	0.56	0.08	0.10	0.01	0.01
1550纳米、30毫米直径的弯曲损耗(dB/m)	0.04	0.18	7.36	0.46	0.39	0.069	0.0139	1550纳米、20毫米直径的相对弯曲损耗	0.03	0.04	0.56	0.08	0.10	0.01	0.01
1550纳米、30毫米直径的弯曲损耗(dB/m)	0.04	0.18	7.36	0.46	0.39	0.069	0.0139	1550纳米、30毫米直径的相对弯曲损耗	0.02	0.10	4.07	0.25	0.22	0.04	0.01
由于芯造成的理论截止波长(nm)	1379	1443	1353	1353	1361	1263	1391	1550纳米、30毫米直径的相对弯曲损耗	0.02	0.10	4.07	0.25	0.22	0.04	0.01

相对

光纤计算相对弯曲损耗值。

根据本发明的示例性实施方式，示例性光纤的有效面积(A_有效)是95μm²至180μm²(在1550nm处)，并且/或者MFD在约11μm至15μm。这些光纤还具有在1550nm处约17ps/nm/km至约21ps/nm/km的色散值，和0.05ps/nm²/km至0.07ps/nm²/km的色散斜率。κ值，定义为色散与色散斜率的比率，优选在290至330nm之间，更优地在300至320nm之间。在一些优选的实施方式中，光学有效面积大于110μm²，在其它实施方式中大于120μm²。表1和表2中已经显示了一些示例性的光纤，它们的折射率分布参数详见表1，光学性质显示在表2中。它们的有效面积为约110μm²至155μm²，MFD为11.4μm至14.2μm，色散斜率为0.06ps/nm²/km至0.065ps/nm²/km。该设计的一个优点是芯的光缆截止波长优选低于1450nm、更优地低于1400nm、甚至更优地低于1350nm。

通过选择以下各项，弯曲损耗可以尽可能减小：(i)合适的第二环形区的位置和(ii)合适的第二环形区50的体积值，该体积定义为第二环形区的横截面的截面面积和以百分率计的Δ_3最小的绝对值的乘积。第二环形区50的体积影响实际的光纤和光缆的截止波长。为了具有小于1500nm的光缆截止波长，优选第二环形区50的体积的绝对值|V₃|小于约80％-μm²。这个条件得到约等于芯的理论截止的光缆截止。如果第二环形区的体积|V₃|大于约80％-μm²，那么光缆截止波长可能大于理论截止波长或甚至大于1550nm。然而，因为芯的理论截止波长低于1500nm，所以通过使用标准单模光纤发射和接收技术以便确保单模工作，这种光纤仍然能用于在1550nm窗中工作的单模光纤系统。

如上所述，通过降低掺杂(例如通过使用氟掺杂剂)或使多个充气的孔(例如空气填充孔)包埋在第二环形光纤区域50中都能形成第二环形区50。表2中计算的弯曲性能是基于使用第二环形区中的有效折射率。因此，弯曲性能适用于这两种类型的光纤(即，掺杂氟的光纤或在区域50中具有空气孔的光纤)。弯曲性能是光纤的重要性质。在常规的大面积光纤中(A_有效大于约95μm²或更大)，当光学有效面积增加时，弯曲性能显著下降。然而，当光纤的有效面积超过100μm²、或110μm²、112μm²、115μm²或更大时，本发明的实施方式的光纤显示出极小的弯曲损耗。本发明的光纤，例如表1和2中公开的光纤显示优良的抗弯曲损耗能力，无论是在与具有已知的可接受的弯曲性能的常规光纤(诸如

)级别相当的宏观弯曲或级别更高的宏观弯曲方面。

为了预测光纤的大弯曲(macrobending)性能，我们使用有限元法来模拟光纤波导的弯曲性能。预测的模拟结果与具有已知的和测定的弯曲性能的光纤的弯曲性质作比较。虽然一些情况下的数值模拟结果与测得的弯曲结果不完全一致，但是，与其它(不同的)光纤和/或不同的弯曲直径时相比，数值模拟给出准确的相对结果。因此，我们选择相对具有已测弯曲结果的众所周知的光纤(诸如

光纤)计算弯曲性能。(见表2.)测得参考

光纤在1550nm处的弯曲损耗是在15mm弯曲直径时为2.9dB/圈、在20mm弯曲直径时为0.58dB/圈、在30mm弯曲直径时为0.02dB/圈。

光纤的有效面积是约83μm²。

本发明光纤的一些实施方式在1550nm处的弯曲损耗是在20mm弯曲直径时不大于0.7dB/圈、优选不大于0.50dB/圈并且优选小于0.4dB/圈、甚至更优地小于0.35dB/圈、和/或在30mm弯曲直径时小于0.01dB/圈。本发明光纤的一些实施方式在1550nm处的弯曲损耗是在20mm弯曲直径时不大于约0.25dB/圈、优选小于0.20dB/圈、更优地小于0.1dB/圈、和/或在30mm弯曲直径时不大于0.008dB/圈。本发明光纤的一些实施方式在1550nm处的弯曲损耗是在20mm弯曲直径时不大于约0.05、优选小于0.03dB/圈、和/或在30mm弯曲直径时不大于0.006dB/圈。本发明光纤的一些实施方式在1550nm处的弯曲损耗是在20mm弯曲直径时不大于约0.01dB/圈、和/或在30mm弯曲直径时不大于0.003dB/圈。

可以通过改变第二环形区50的位置和体积来优化弯曲性能。例如，在20mm弯曲直径时，光纤3(表1和2)在1550nm、20mm弯曲直径处的弯曲性能比参考光纤更好；在30mm弯曲直径时，则比

差。通过改变第二环形区的参数、同时保持相同的芯参数，我们显示在弯曲方面大为改善的光纤(光纤4，表1和2)。光纤4相比光纤3的弯曲性能的改善是因为第二环形区位置更优化(更远离芯)和第二环形区的绝对体积更大。将第二环形区移至更靠近芯的中心具有增大色散和色散斜率的作用。选择第二环形区50的位置受到几个因素的影响，包括光纤色散、色散斜率和弯曲性能(即，低弯曲诱导损耗)。对于表1和2中明确说明光学有效面积(在1550处，A有效大于95μm²、优选大于110μm²、更优地大于115μm²)的各种光纤，选择第二环形区50的参数以便得到令人满意的弯曲性能。除了选择合适的第二环形区位置以外，通过增加第二环形区50的体积使弯曲引起的损耗达到最小。表1和表2显示，增加第二环形区的体积改善弯曲性能(即降低弯曲引起的损耗)。更具体地，表2显示，光学有效面积比

大得多的均匀光纤(例如光纤5、6和7)比

光纤(它在1550nm处具有小得多的光学有效面积)具有更佳的弯曲性能。然而，当第二环形区的体积太大时，它可以将光俘获在其中，造成光纤的多模化。在这种情况下，因为芯仍然是单模的，我们仍可以使用单模发射技术以便确保单模工作。通过单模发射技术，我们指光信号通过标准单模光纤被发射到传输光纤，另一种单模光纤用于使传输光纤的输出端与光接收器耦合。优选标准单模光纤和传输光纤对齐足够良好以便得到小于0.5dB、更优地小于0.3dB的接头损失。

我们制造了两种示范本发明的光纤，光纤8和光纤9，它们的性质显示在表3和4中。光纤8的第二环形区由掺杂氟的二氧化硅玻璃组成，其相对于二氧化硅外包覆层的最小相对折射率是-0.47。光纤9的第二环形区由具有多个填充氩气的封闭的孔的二氧化硅玻璃组成。光纤8和光纤9具有步长指数匀称的芯，其最大折射率分别为0.19和0.28％。

表3.

	光纤8	光纤9
	光纤8	光纤9	Δ_1最大(％)	0.19	0.28
Δ₂(％)	0	0	Δ_1最大(％)	0.19	0.28
Δ₂(％)	0	0	R1(μm)	7.0	6.1
V1(％-μm²)	7.7	8.5	R1(μm)	7.0	6.1
V1(％-μm²)	7.7	8.5	R2(μm)	13.6	11.1
R1/R2	0.51	0.55	R2(μm)	13.6	11.1
R1/R2	0.51	0.55	R2_中点(μm)	10.3	8.6
W2m)	6.6	5.0	R2_中点(μm)	10.3	8.6
W2m)	6.6	5.0	W₃(μm)	5.1	3.5
R_3中点	16.15	12.9	W₃(μm)	5.1	3.5
R_3中点	16.15	12.9	\|V₃\|(μm²％)	62	103

表4.所测两种制造的实施方式的光学性质

实施例	光纤8	光纤9
实施例	光纤8	光纤9	1550纳米的MFD，微米(μm)	14.6	11.5
1550纳米的A有效(μm²)	167	105	1550纳米的MFD，微米(μm)	14.6	11.5
1550纳米的A有效(μm²)	167	105	1550纳米的衰减(dB/km)	0.212	0.204
1550纳米的色散(ps/nm/km)	20.5	19.05	1550纳米的衰减(dB/km)	0.212	0.204
1550纳米的色散(ps/nm/km)	20.5	19.05	1550纳米的斜率(ps/nm²/km)	0.064	0.064
1550nm的κ(nm)	318	298	1550纳米的斜率(ps/nm²/km)	0.064	0.064
1550nm的κ(nm)	318	298	绕直径10毫米的心轴1圈，在1550纳米的宏观弯曲(dB)	3.78	0.28
绕直径15毫米的心轴1圈，在1550纳米的宏观弯曲(dB)	1.23	0.026	绕直径10毫米的心轴1圈，在1550纳米的宏观弯曲(dB)	3.78	0.28
绕直径15毫米的心轴1圈，在1550纳米的宏观弯曲(dB)	1.23	0.026	绕直径20毫米的心轴1圈，在1550纳米的宏观弯曲(dB)	0.61	0.005
光缆截断波长(nm)	1250	1414	绕直径20毫米的心轴1圈，在1550纳米的宏观弯曲(dB)	0.61	0.005

我们已经发现，较高的芯体积通常不仅易于增加模场的大小，而且提高LP11理论截止波长，因此易于提高2米光纤截止波长。在一些实施方式中，芯的轮廓体积V₁大于5.0％-μm²并且小于9.0％-μm²，在一些实施方式中，V₁为6.50％-μm²至7.5％-μm²。

图1、2和3中显示的光纤10的芯20的折射率曲线是阶梯形的或圆阶梯形的或阿尔法形的(阿尔法是有限数值)。然而，芯20可能具有其它α₁值，或者芯可能具有不同于阿尔法外形的曲线形状，诸如多重分区的芯。

优选地，本文公开的光纤具有低水含量，优选地，是低水峰光纤，即具有衰减曲线，该衰减曲线在具体的波长区，特别是在E波段显示较低的水峰或显示无水峰。

生产低水峰光纤的方法可以在美国专利第6477305号、美围专利第6904772号、和PCT申请公开第WO 01/47822号中找到。

应该理解，以上说明仅仅是对本发明示范，希望为理解本发明的性质和特征提供一个概观，本发明是由权利要求所确定的。附图被包括以便提供对本发明的进一步理解，它被结合在本说明中并且构成本说明的一部分。附图与它们的说明一起举例说明本发明的各种特征和实施方式，用于解释本发明的构思和操作。本领域的技术人员将明白，在不脱离所附权利要求书定义的本发明的精神或范围的情况下，可以对本文所述的本发明的优选实施方式作各种修改。

Claims

1.一种光纤，其包括：

从中心线延伸至半径R₁的玻璃芯，其中，R₁大于约5μm；围绕芯并与之接触的玻璃包覆层；

其中，所述芯和包覆层提供光缆截止波长小于1500nm、在1500nm处的有效面积大于110μm²、和在20mm直径的心轴上的弯曲损耗小于或等于0.7dB/圈的光纤，其中

(i)所述包覆层包括：

从半径R₁延伸至半径R₂的第一环形区，该第一环形区的径向宽度为W₂＝R₂-R₁，

从半径R₂延伸至半径R₃的第二环形区，其径向宽度为W₃＝R₃-R₂，和

围绕第二环形区并且从半径R₃延伸至最外部玻璃半径R₄的第三环形区；

(ii)芯包含相对于第三环形区的最大相对折射率Δ_1最大；

其中，第一环形区具有折射率Δ₂(r)；

其中，第二环形区包括：

相对于第三环形区的最小相对折射率Δ_3最小；其中Δ_1最大＞Δ_2最大＞Δ_3最小，Δ_2最小＞Δ_3最小＜0。

2.如权利要求2所述的光纤，其特征在于，Δ_1最大大于约0.1％并且小于约0.3％；Δ₂(r)小于约0.025％。

3.如权利要求2所述的光纤，其特征在于，相对于第三环形区的Δ_3最小小于约-0.3％。

4.如权利要求2所述的光纤，其特征在于，所述第二环形区包括轮廓体积V₃，V₃等于

2 {&Integral;}_{R_{2}}^{R_{3}} Δ (r) rdr;

其中|V₃|是至少20％-μm²。

5.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述第二环形区包含二氧化硅基玻璃，其中随机分布着多个封闭的孔。

6.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述第二环形区包括二氧化硅基玻璃，其中具有至少50个随机分布的封闭的孔，并且(i)孔之间的平均距离小于5000nm，(ii)至少80％的孔的最大横截面尺寸Di小于1000nm。

7.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述芯与包覆层的组合提供在1550nm波长下，在20mm直径心轴上小于0.25dB/圈的弯曲损耗。

8.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述芯与包覆层的组合提供在1550nm波长下，在20mm直径心轴上小于0.10dB/圈的弯曲损耗。

9.如权利要求2所述的光纤，其特征在于，20％-μm²＜|V₃|＜80％-μm²。

10.如权利要求2所述的光纤，其特征在于，R₂＞10μm。

11.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述有效面积至少是125μm²。

12.如权利要求11所述的光纤，其特征在于，所述有效面积至少是135μm²。

13.如权利要求2所述的光纤，其特征在于，W₃为1μm至10μm。

14.如权利要求2所述的光纤，其特征在于，R₁/R₂为大约0.3至0.4。

15.一种光纤，其包括：

从中心线延伸至半径R₁的玻璃芯，其中R₁大于约5μm；

围绕芯并与之接触的玻璃包覆层，该包覆层包括：

其中，第一环形区的折射率变化Δ₂(r)小于约0.025％；

其中，第二环形区包括：

相对于第三环形区的最小相对折射率Δ_3最小；其中，Δ_1最大＞Δ_2最大＞Δ_3最小，并且Δ_2最小＞Δ_3最小＜0，并且包含二氧化硅基玻璃，其中具有至少10个随机分布的封闭的孔，并且(i)孔之间的平均距离小于5000nm，(ii)至少80％的孔的最大横截面尺寸Di小于1000nm；

其中芯和包覆层提供光缆截止波长小于1500nm、在1550nm处的有效面积大于95μm²、在20mm直径心轴上的弯曲损耗不大于0.5dB/圈的光纤。

16.如权利要求15所述的光纤，其特征在于，所述第二环形区包括至少50个随机分布于其中的封闭的孔。

17.如权利要求15所述的光纤，其特征在于，R₂＞12μm并且W₃为2μm至10μm。

18.如权利要求15所述的光纤，其特征在于，所述芯和包覆层提供光缆截止波长小于1450nm的光纤。

19.如权利要求15所述的光纤，其特征在于，所述光纤在20mm弯曲直径时的弯曲损耗小于0.25dB/圈，在30mm弯曲直径时的弯曲损耗小于0.01dB/圈。

20.一种光纤，其包括：从中心线延伸至半径R₁的玻璃芯，其中R₁大于约5μm；

围绕芯并与之接触的玻璃包覆层，该包覆层包括：

围绕所述第二环形区并且从半径R₃延伸至最外部玻璃半径R4的第三环形区；

其中，第一环形区的折射率变化Δ₂(r)小于约0.025％并且大于约-0.025％；

其中，第二环形区包括：

相对于第三环形区的最小相对折射率Δ_3最小；

其中，Δ_1最大＞Δ_2最大＞Δ_3最小，并且Δ_2最小＞Δ_3最小＜-0.1％；

其中，所述芯和包覆层提供光缆截止波长小于1500nm、在1550nm处的有效面积大于95μm²、在20mm直径心轴上的弯曲损耗不大于0.7dB/圈的光纤。

21.如权利要求20所述的光纤，其特征在于，所述第二环形区包含以下至少一项：i)氟；ii)随机分布的封闭的孔。