CN101893733B - 光纤 - Google Patents

Abstract

一种光纤，在中心部具有芯，邻接于所述芯而具有覆盖所述芯的外周的第1包层，邻接于所述第1包层而具有覆盖所述第1包层的外周的第2包层，所述光纤的特征在于：将以所述第2包层的折射率为基准时的相对于所述芯的折射率分布的最大值的比折射率差设为Δ₁(％)，将相对于所述第1包层的折射率分布的最小值的比折射率差设为Δ₂(％)，且以芯的中心为基准，将所述芯与第1包层的边界的半径设为a(μm)，将第1包层与第2包层的边界的半径设为b(μm)时，满足0.35％≤(Δ₁-Δ₂)≤0.65％、0.30％≤Δ₁≤0.55％、-0.20％≤Δ₂≤-0.05％、0.22≤a/b≤0.34、及4≤b√|Δ₂|≤10，而且在直径20mm的芯棒上缠绕光纤时的波长1550nm时的损耗增加为0.5dB/turn以下。

Description

光纤

技术领域

本发明涉及一种光通信用光纤，尤其涉及一种适宜作为传送数十km长度的长距离线路以及光纤到户(FTTH，Fiber To The Home)或局域网(LAN，Local Area Network)的室内外配线用的光纤。

背景技术

光纤因其宽带特性而适合远距离通信，广泛用于数十km以上的长距离的干线线路的通信。

另一方面，随着因特网的快速普及，各种个人计算机要发送接收的信息量也飞跃性地增大。这里，广泛使用的技术是同轴电缆或非屏蔽双绞线(UTP，unshielded twisted-pair)电缆等的铜线电缆。然而，电缆因波段窄、且易受到电磁波噪音的影响，而难以传送庞大的信息量。

由此，不仅电信局间的长距离通信使用光纤，而且电信局与各用户间的通信也使用光纤，作为增大传送容量的技术，FTTH正在普及。FTTH采用如下方式：利用光纤的宽带特性，直到用户群(user group)的附近为止，由多个用户共用1根光纤，从这里开始先将光信号分支给每个用户，再将光纤的引入线分配给各用户。

光纤虽有各种各样的类型，但用于长距离通信的主要是ITU-T(InternationalTelecommunication Union Telecommunication Standardization Sector，国际电信联盟-电信标准部)G.650规格的单模光纤(Single-Mode Fiber)。所述光纤的传送损耗小，而且比较廉价。截止波长约为1300nm以下，以便使1300nm段的光信号成为单模。另外，模场直径(MFD，mode field diameter)在规格上约为8～10μm，但为了抑制光学非线性(optical nonlinearity)等，MFD通常约为9～10μm。

FTTH使用与所述种类相同的单模光纤，从分支点引入到各用户的室内。这是因为如果在分支点将MFD差异较大的光纤彼此连接，那么会导致传送损耗。这里列举弯曲损耗来作为室内配线的另一个重要的要求特性。这只是因为长距离干线电缆敷设在地下管等难以受到外力影响的场所，故而假设施加给光纤本体的弯曲是终端容器内的直径60mm的缠卷(最多100次)。相对于此，为了使室内外的配线具有可挠性且轻量化，而在比较细的软线(直径数mm)的状态下进行配线，所以大多情况下易受到外力的影响，且光纤接受的弯曲半径也在20mm以下。

最初在光纤中信号光是沿着光纤的芯而传播，所以具有即便在光纤弯曲的状态下也能进行传送的特征，但是随着弯曲半径变小，无法完全传播而从芯泄漏的光的比例呈指数地增大，成为传送损耗。所述传送损耗是弯曲损耗。为了减少弯曲损耗，有效的是使光进一步汇集在芯上，且可以通过减小MFD来改善弯曲损耗。因此，通常在大多情况下是使用MFD约为6～8μm的光纤，如此一来，例如在直径20mm的芯棒(mandrel)(圆筒)上缠绕光纤时的弯曲损耗，在波长1550nm时实现为0.5dB/turn以下。

然而，存在若将MFD约为6μm的光纤与MFD约为10μm的光纤连接则损耗较大的问题，如果不采取其他措施就必须分为干线系的单模光纤与用户系的单模光纤来加以使用。

应对所述问题的策略之一是增大截止波长。如果MFD相同，那么弯曲损耗随着截止波长的增大而呈指数地减少。假设以ITU-T G.650定义的光纤截止波长为1350nm，电缆截止波长通常会短约100nm而变成约1250nm，因此实用方面在1300nm段的使用中没有问题。同时，通过将MFD设计为接近G.652的下限即设为约8～9μm，可以改善弯曲损耗。

并且，通过文献“Shojiro Kawakami and Shigeo Nishida，ochCharacteristics of aDoublyClad Optical Fiber with a Low-Index Inner Cladding，ochIEEE Jounal ofQuantumElectronics，(vol.QB-10，No.12，pp.879-887，Dec.1974)”等所报告的使内侧包层折射率变小的双包层型光纤，可以将MFD设计得较大且可减少弯曲损耗。利用此种结构来减少杂质吸收损耗，使零散射波长(Zero dispersion wavelength)最佳化的光纤揭示于日本专利特开2002-47027号公报中，将低折射包层的比折射率差设计为约-0.021～-0.0007％左右，将MFD设计为9.2μm左右。而且，弯曲特性得到改善的光纤揭示于日本专利特开2006-133496号公报中，将低折射率包层的比折射率差设计为更低的-0.08～-0.02％，且将MFD设计为略小的8.2～9.0μm。

另一方面，利用光纤在电子设备间进行配线的技术也在不断普及，就代表性的LAN通信规格IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers，电气与电子工程师协会)802.3而言可以列举各种光纤。实际上，由于波长1300nm段中使用的激光光源或光接收器比较昂贵，因此就所述用途而言大多情况下是使用廉价的850nm段的发光二极管(LED，light emitting diode)或面发光激光器(VCSEL(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，垂直空腔表面发射激光器))。此时所使用的光纤为多模光纤(multimode fiber)，典型的芯直径为50μm。多模光纤的光传播速度通常来说针对每种模式而不同，因此将折射率分布设计成抛物线形状(α型)而不是单纯的阶跃形状，从而减少模式间的光传播速度的差异。如此一来，传播速度例如变成500MHz·km。

另外，为了利用共同规格的光纤来涵盖长距离传送路径到FTTH、LAN的用途，在日本专利特表2004-508600号公报中，将芯的折射率分布设计成大致α形状，以减少850nm段的模式延迟，从而保证在850nm段中的使用。然而，关于直径20mm左右的小弯曲直径的弯曲损耗并未提及。

发明内容

因此，本文所述革新的一态样的目标为提供一种光纤，该光纤能够克服以上以往技术中所述的缺点。上述目标及其他目标可由独立项中所描述的组合而达成。附属项定义了本文所述革新的其他优势与例示性组合。

本发明鉴于所述以往技术，目的在于提供一种MFD处在G.652规格内、优选为9μm以上且同时改善弯曲特性的光纤，以及提供一种实现850nm段的光源中的使用、且850nm段中多模传送时的传送波段充分宽的光纤。

根据本发明的第一态样，光纤在中心部具有芯，邻接于所述芯而具有覆盖所述芯的外周的第1包层，邻接于所述第1包层而具有覆盖所述第1包层的外周的第2包层，所述光纤的特征在于：将以所述第2包层的折射率为基准时的相对于所述芯的折射率分布的最大值的比折射率差设为Δ₁(％)，将相对于所述第1包层的折射率分布的最小值的比折射率差设为Δ₂(％)，且以芯的中心为基准，将所述芯与第1包层的边界的半径设为a(μm)，将第1包层与第2包层的边界的半径设为b(μm)时，满足0.35％≤(Δ₁-Δ₂)≤0.65％、0.30％≤Δ₁≤0.55％、-0.20％≤Δ₂≤-0.05％、0.22≤a/b≤0.34、及4≤b√|Δ₂|≤10，而且在直径20mm的芯棒上缠绕光纤时的波长1550nm时的损耗增加为0.5dB/turn以下。

根据本发明的第2态样，光纤中，所述芯的折射率分布形状为α次方型，在使距离中心的半径为r(μm)时的折射率的以第2包层的折射率为基准时的比折射率差为Δ(r)(％)时，所述芯的折射率分布形状符合下式：

$\mathrm{\Δ}\left(r\right)=({\mathrm{\Δ}}_{1^{*}}-{\mathrm{\Δ}}_a){(1-r/a)}^{\mathrm{\α}}+{\mathrm{\Δ}}_a.$

其中，

为符合系数，Δ_a为r＝a时的折射率的以第2包层的折射率为基准时的比折射率差(％)，α为乘数。另外，α为2以上5以下。

另外，利用ITU-T G.650规格中规定的长度2m的光纤所测定的光纤截止波长为1350nm以下，同样地利用长度22m的光纤所测定的电缆截止波长为1260nm以下。

此外，波长为850nm时的光传送模式实质上为多模，在直径20mm的芯棒上缠绕光纤时所测定的该波长时的损耗增加为0.5dB/turn以下。另外，波长为850nm时的传送波段为500MHz·km以上，零散射波长为1300nm以上1324nm以下。波长为1310nm时的模场直径为8.0μm以上10.0μm以下，波长为1383nm时的传送损耗为0.4dB/km以下。

发明内容的条款未必描述了本发明的实施例的所有必需特征。本发明也可为以上所述特征的子组合。本发明的以上特征及优势将借助于结合随附图式对实施例进行的以下描述而变得更加明显。

附图说明

图1是表示波长与传送损耗的关系的图表。

表1表示实施例1至4以及比较例1至6的数据。

具体实施方式

现将基于实施例来描述本发明的一些态样，该等实施例并非意欲限制本发明的范畴，而是为了例示本发明。实施例中所描述的所有特征及特征的组合未必是本发明所必要的。

本发明的光纤以覆盖中心部的芯的方式而具有第1包层，邻接于所述第1包层而具有第2包层，相对于芯的折射率分布的最大值的比折射率差Δ₁(％)为0.30％≤Δ₁≤0.55％，相对于第1包层的折射率分布的最小值的比折射率差Δ₂(％)为-0.20％≤Δ₂≤-0.05％，所述Δ₁(％)与所述Δ₂(％)的差为0.35％≤(Δ₁-Δ₂)≤0.65％，此外，距离芯与第1包层的边界的芯中心的半径a(μm)和距离第1包层与第2包层的边界的芯中心的半径b(μm)的比为0.22≤a/b≤0.34、及4≤b√|Δ₂|≤10的范围，由此，MFD为8～10μm，截止波长为1350nm以下，此外，在直径20mm的芯棒上缠绕光纤时的弯曲损耗降低为0.5dB/turn以下。另外，所述比折射率差Δ₁、Δ₂以第2包层的折射率为基准。

在本发明的光纤中，芯的折射率分布形状为α次方型，相对于距离中心的半径为r(μm)时的折射率的比折射率差为Δ(r)(％)符合下式：

$\mathrm{\Δ}\left(r\right)=({\mathrm{\Δ}}_{1^{*}}-{\mathrm{\Δ}}_a){(1-r/a)}^{\mathrm{\α}}+{\mathrm{\Δ}}_a.$

其中，

为符合系数，Δ_a为相对于r＝a时的折射率的比折射率差(％)，比折射率差均以第2包层的折射率为基准。另外，α为2以上5以下。由此，零散射波长控制为1300～1324nm，且使850nm时的传送波段为500MHz·km以上。

本发明的光线中，利用ITU-T G.650规格中规定的长度2m的光纤所测定的光纤截止波长为1350nm以下，同样地利用长度22m的光纤所测定的电缆截止波长为1260nm以下。此外，波长为850nm时的光传送模式实质上为多模，在直径20mm的芯棒上缠绕光纤时的该波长时的损耗增加为0.5dB/turn以下，波长为850nm时的传送波段为500MHz·km以上，此外，零散射波长为1300nm以上1324nm以下，波长为1310nm时的模场直径为8.0μm以上10.0μm以下，波长为1383nm时的传送损耗为0.4dB/km以下。

通过获得这些特性，而本发明的光线可以涵盖长距离传送到短距离用途，具备相对于室内外的严酷的弯曲应力的耐力，同时实现850nm段中的使用。

[实施例]

实施例1中，首先，设定想要获得的光线的各参数的数值，对应所述数值而适当设定原料供给条件以及堆积条件，利用VAD(vaccum arc deposition，真空电弧淀积)法制作具有芯区域与邻接于所述芯而覆盖所述芯的第1包层的芯材。将所述芯材延伸为所期望的直径之后，在所述芯材上外部安装第2包层部。将所获得的玻璃母材拉丝以使包层直径成为125μm，进而，利用聚氨酯丙烯酸酯(urethane acrylate)包覆包层的外周而获得长度为250mm的光线裸线。

这样制作出的光线的各参数如下。

(1)相对于芯的折射率分布的最大值的比折射率差Δ₁：0.37(％)

(2)相对于第1包层的折射率分布的最小值的比折射率差Δ₂：-0.11(％)

(3)芯直径的半径a与第1包层直径的半径b的比a/b：0.304

(4)b√|Δ₂|：7.14

(5)α值：2.5

测定所获得的光线的特性，将其结果与以下的实施例、比较例一起总结于表1中表示。另外，表中的截止波长是利用ITU-T G.650规格中规定的长度2m的光纤来测定的，弯曲损耗是缠绕在直径20mm的芯棒上来测定的。

图1表示所述实施例1中所获得的光线的波长分光特性，1385nm的OH峰值为0.347dB/km。

实施例2～4中，使各参数分别在权力要求1所规定的范围内变化，比较例1～6中，使至少1个参数处于规定以外的范围而进行制作。

在表1中确认到实施例1～4均为MFD大致为9μm以上，截止波长为1350nm以下。此外，卷直径20mm时的弯曲损耗极小为0.1dB/turn以下。另外，零散射波长控制为1300～1324nm。此外，850nm时的传送波段也充分宽，为500MHz·km以上。

相对于此，具有至少1个规定外的参数的比较例1～6中，850nm时的传送波段特别窄。

[表1]

	Δ1(％)	Δ2(％)	a/b(-)	b√|Δ2|(μm％1/2)	α	光纤截止(nm)	MFD(μm)	弯曲损耗D：201550nm(dB/turn)	零散射波长(nm)	850nm波段(MHz·km)
											实施例1	0.37	-0.11	0.304	7.14	2.5	1245	9.23	0.073	1313	1674
2	0.41	-0.18	0.335	8.54	3.3	1293	9.45	0.092	1318	1126
											3	0.40	-0.07	0.294	5.67	2.1	1264	9.02	0.043	1320	1369
4	0.31	-0.09	0.241	8.04	4.8	1322	8.90	0.022	1317	783
											比较例1	0.42	-0.15	0.308	11.0	1.3	1398	7.14	0.267	1332	326
2	0.37	-0.15	0.226	12.05	1.1	1535	9.68	0.0044	1309	254
											3	0.46	-0.11	0.372	7.12	1.3	1346	8.95	0.0073	1324	436
4	0.45	-0.11	0.295	7.40	1.2	1213	8.54	0.052	1334	367
											5	0.44	-0.11	0.40	6.52	1.5	1276	9.02	0.033	1341	231
6	0.31.	-0.16	0.168	10.89	6	1176	10.21	0.674	1296	343

根据所述说明可明确发挥以下等优良的效果，根据本发明的实施例，通过形成为所述构成而使MFD为8.0～10.0μm，同时弯曲损耗得到改善，此外，具有传送损耗小、波长为850nm时的多模传送波段充分宽等的特性，可以涵盖长距离传送到短距离用途，具备相对于室内外的严酷的弯曲应力的耐力，同时实现850nm段中的使用。

通过使用本发明的光纤，可以提高通信特性。

尽管借助于例示性实施例描述了本发明的一些态样，但应了解，熟习此项技术者可进行许多的改变与替换，而不会脱离仅由所附权利要求来界定的本发明的精神与范畴。

Claims (11)

1.一种光纤，在中心部具有芯，邻接于所述芯而具有覆盖所述芯的外周的第1包层，邻接于所述第1包层而具有覆盖所述第1包层的外周的第2包层，所述光纤的特征在于：将以所述第2包层的折射率为基准时的相对于所述芯的折射率分布的最大值的比折射率差设为Δ₁(％)，将相对于所述第1包层的折射率分布p的最小值的比折射率差设为Δ₂(％)，且以芯的中心为基准，将所述芯与第1包层的边界的半径设为a(μm)，将第1包层与第2包层的边界的半径设为b(μm)时，满足0.35％≤(Δ₁-Δ₂)≤0.65％、0.30％≤Δ₁≤0.55％、-0.20％≤Δ₂≤-0.05％、0.22≤a/b≤0.34、及4≤b√|Δ₂|≤10，而且在直径20mm的芯棒上缠绕光纤时的波长1550nm时的损耗增加为0.5dB/turn以下；

在使距离中心的半径为r(μm)时的折射率的以第2包层的折射率为基准时的比折射率差为Δ(r)(％)时，所述芯的折射率分布形状符合下式：

Δ(r)＝(Δ₁*-Δ_a)(1-r/a)^α+Δ_a

其中，Δ_1*为符合系数，Δ_a为相对于以第2包层的折射率为基准时的r＝a时的比折射率差(％)，α为乘数。

2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述芯的折射率分布形状为α次方型。

3.根据权利要求2所述的光纤，其特征在于：所述α为2以上5以下。

4.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：利用ITU-T G.650规格中规定的长度2m的光纤所测定的光纤截止波长为1350nm以下。

5.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：利用ITU-T G.650规格中规定的长度22m的光纤所测定的电缆截止波长为1260nm以下。

6.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：波长为850nm时的光传送模式实质上为多模。

7.根据权利要求6所述的光纤，其特征在于：在直径20mm的芯棒上缠绕光纤时的波长850nm时的损耗增加为0.5dB/turn以下。

8.根据权利要求6所述的光纤，其特征在于：波长为850nm时的传送波段为500MHz·km以上。

9.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：零散射波长为1300nm以上1324nm以下。

10.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：波长为1310nm时模场直径为8.0μm以上10.0μm以下。

11.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：波长为1383nm时的传送损耗为0.4dB/km以下。