CN102043197A - 一种抗弯曲多模光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗弯曲多模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于芯层半径R1为23～27微米，芯层折射率剖面呈抛物线，芯层外的包层从内到外依次为：内包层、下陷环、上升环、下陷外包层；内包层单边厚度W2为0～2.5微米，内包层相对折射率差Δ2为-0.1％～0.1％；下陷环单边厚度W3为0.5～6微米，下陷环最小相对折射率差Δ3min为-0.1％～-0.3％；上升环单边厚度W4为0.5～10微米，上升环为纯二氧化硅层；下陷外包层单边厚度W5为17～39微米，下陷外包层最小相对折射率差Δ5min为-0.15％～-0.6％；且Δ3min＞Δ5min。本发明具有很低的宏弯附加衰减，并且在双通信窗口(850nm和1300nm)具有同等的宏弯性能，具有“宏弯平坦”特性；光纤包层中下陷环的折射率比下陷外包层的折射率高，可以有效提高弯曲不敏感多模光纤的带宽。

Description

一种抗弯曲多模光纤
技术领域
本发明涉及一种用于FTTx，数据中心和小型化光器件中的抗弯曲多模光纤，该光纤具有优异的抗弯曲性能和高的带宽，属于光通信技术领域。
背景技术
多模光纤在中短距离光纤网络系统(如数据中心，局域网、高性能计算中心和存储区域网等)中得到了广泛的应用。在室内及狭窄环境下的布线，特别是在应用中过长的光纤通常缠绕在越来越小型化的存储盒中，此时光纤很可能会经受很小的弯曲半径。因此需要设计开发具有弯曲不敏感性能的多模光纤，以满足室内光纤网络铺设和器件小型化的要求。
目前降低光纤弯曲附加衰减较普遍的方法是采用下陷包层(“壕沟型”)设计，此设计有两个显著的问题，一是较多的高阶模能量会被限制在光纤芯层的边界位置，对多模带宽产生较大的负面影响；二是光纤抗弯曲性能会随着波长增加逐渐变差(见附图2)，光纤在1300nm波长的宏弯性能会明显差于850nm波长的宏弯性能，不能很好地满足双窗口(850nm和1300nm)的通信需要。之前公开的中国专利CN 101738681A在一定程度上解决了上述问题，但光纤的整体带宽和宏弯性能还有待进一步提高，才能更好满足10Gb/s，40Gb/s和100Gb/s高速数据传输，以及狭窄环境下布线的需要。
发明内容
本发明一些术语的定义
为方便介绍本发明内容，定义部分术语：
芯棒：含有芯层和部分包层的预制件；
半径：该层外边界与中心点之间的距离；
折射率剖面：光纤或光纤预制棒(包括芯棒)玻璃折射率与其半径之间的关系；
相对折射率差：
Δ = [ ( n i 2 - n 0 2 ) / 2 n i 2 ] × 100 % ≈ n i - n 0 n 0 × 100 % ,
ni和n0分别为各对应部分和纯二氧化硅玻璃在850nm波长的折射率；
套管：符合一定几何和掺杂要求的石英玻璃管；
RIT工艺：将芯棒插入套管中组成光纤预制棒；
下陷环面积：下陷环面积定义为：
2 ∫ R INNER R OUTER Δ ( r ) rdr
其中，RINNER为下陷环内端的半径，ROUTER为下陷环外端的半径。Δ(r)为下陷环折射率曲线，下陷环面积的单位为％-μm2。
幂指数律折射率剖面：满足下面幂指数函数的折射率剖面，其中，n1为光纤轴心的折射率；r为离开光纤轴心的距离；a为光纤芯半径；α为分布指数；Δ为芯/包相对折射率差；
n 2 ( r ) = n 1 2 [ 1 - 2 &Delta; ( r a ) &alpha; ] r < a
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种结构设计合理、弯曲附加衰减小且宏弯附加衰减平坦、带宽高的抗弯曲多模光纤。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
包括有芯层和包层，其特征在于芯层半径R1为23～27微米，芯层折射率剖面呈抛物线，分布指数α为1.9～2.2，最大相对折射率差Δ1max为0.9％～1.1％，芯层外的包层从内到外依次为：内包层、下陷环、上升环、下陷外包层；内包层单边厚度W2为0～2.5微米，内包层相对折射率差Δ2为-0.1％～0.1％；下陷环单边厚度W3为0.5～6微米，下陷环最小相对折射率差Δ3min为-0.1％～-0.3％；上升环单边厚度W4为0.5～10微米，上升环为纯二氧化硅层(不掺氯或少量掺氯)；下陷外包层单边厚度W5为17～39微米，下陷外包层最小相对折射率差Δ5min为-0.15％～-0.6％；且Δ3min＞Δ5min。
按上述方案，所述的内包层单边厚度W2为0.5～2.5微米。
按上述方案，所述的内包层单边厚度W2为1～2微米。
按上述方案，所述的下陷环单边厚度W3为1～3微米；下陷环面积小于或等于80％-μm2。
按上述方案，所述的下陷环最小相对折射率差Δ3min为-0.1％～-0.2％。
按上述方案，所述的上升环的单边厚度W4为1～3微米。
按上述方案，所述的下陷外包层最小相对折射率差Δ5min为-0.2％～-0.4％；所述的下陷外包层单边厚度W5在25微米或25微米以上。
按上述方案，所述的下陷外包层折射率沿径向为恒定的。
按上述方案，所述的下陷外包层折射率沿径向为渐变的，包括从内向外递增渐变或从内向外递减渐变。
按上述方案，Δ3min比Δ5min大0.1％～0.3％。
按上述方案，各层是由掺锗(Ge)或掺氟(F)或锗氟共掺或纯石英的石英玻璃组成。
按上述方案，所述的掺锗(Ge)和氟(F)石英玻璃的材料组分为SiO2-GeO2-F-Cl；所述的掺氟(F)石英玻璃的材料组分为SiO2-F-Cl。
氯(Cl)是由四氯化硅(SiCl4)、四氯化锗(GeCl4)与氧气(O2)发生反应生成Cl所引入的，其含量的波动对光纤的性能影响不大，且在稳定的工艺条件下其含量的波动也不大，可不作要求和控制。
本发明多模光纤制造方法的技术方案为：
将纯石英玻璃衬管固定在等离子体增强化学气相沉积(PCVD)车床上进行掺杂沉积，在反应气体四氯化硅(SiCl4)和氧气(O2)中，通入含氟的气体，引进氟(F)掺杂，通入四氯化锗(GeCl4)以引入锗(Ge)掺杂，通过微波使衬管内的反应气体离子化变成等离子体，并最终以玻璃的形式沉积在衬管内壁；根据所述光纤波导结构的掺杂要求，通过改变混合气体中掺杂气体的流量，依次沉积下陷环、内包层和芯层；沉积完成后，用电加热炉将沉积管熔缩成实心芯棒；然后采用氢氟酸(HF)根据需要对芯棒进行部分腐蚀，然后以合成的掺氟石英玻璃为套管采用RIT工艺制得光纤预制棒，或采用OVD或VAD外包沉积工艺在芯棒外沉积外包层制得光纤预制棒；将光纤预制棒置于拉丝塔拉成光纤，在光纤表面涂覆内外两层紫外固化的聚丙稀酸树脂即成。
按上述方案，光纤预制棒的下陷外包层采用掺氟套管。
按上述方案，所述的含氟气体为C2F6、CF4、SiF4和SF6的任意一种或多种。
本发明光纤在850nm波长具有3000MHz-km或3000MHz-km以上的带宽，甚至10000MHz-km以上的带宽；光纤的数值孔径为0.185～0.230；在850nm和1300nm波长处，以15毫米弯曲半径绕1圈导致的弯曲附加损耗小于或等于0.01dB，甚至达到0.001dB；以7.5毫米弯曲半径绕1圈导致的弯曲附加损耗小于或等于0.1dB，甚至达到0.01dB；以5毫米弯曲半径绕1圈导致的弯曲附加损耗小于或等于0.3dB，甚至达到0.03dB；且在850nm和1300nm波长处，具有同等的宏弯附加衰减。
本发明的有益效果在于：1、设计出一种同时具有下陷环和宽的下陷外包层的多模光纤，该光纤具有很低的宏弯附加衰减，并且在双通信窗口(850nm和1300nm)具有同等的宏弯性能，具有“宏弯平坦”特性；2、光纤包层中包含纯硅上升环，且紧挨上升环的下陷环的折射率比下陷外包层的折射率高，可以有效提高弯曲不敏感多模光纤的带宽；3、本发明制造方法简便有效，适用于大规模生产。
附图说明
图1是本发明一个实施例的光纤折射率剖面示意图。
图2是本发明另一个实施例的光纤折射率剖面示意图。
图3是“壕沟型”弯曲不敏感多模光纤的宏弯附加衰减曲线示意图。
图4是本发明弯曲不敏感多模光纤的宏弯附加衰减曲线示意图。
具体实施方式
下面将给出详细的实施例并结合附图，对本发明作进一步的说明。
对实施例中宏弯附加损耗和满注入带宽的测试说明如下：
宏弯附加损耗是根据IEC-60793-1-47方法测得的，被测光纤按一定直径(比如：10mm，15mm，20mm，30mm等等)绕一圈，然后将圆圈放开，测试打圈前后光功率的变化，以此作为光纤的宏弯附加损耗。测试时，采用环形通量(Encircled Flux)光注入条件。环形通量(Encircled Flux)光注入条件可以通过以下方法获得：在被测光纤前端熔接一段2米长的普通50微米芯径多模光纤，并在该光纤中间绕一个25毫米直径的圈，当满注入光注入该光纤时，被测光纤即为环形通量(Encircled Flux)光注入。
实施例一：
按照技术方案的设计(如附图1所示)，和本发明所述制造方法，制备了一组预制棒并拉丝，采用多模光纤的双层涂覆和600米/分钟的拉丝速度，光纤的结构和主要性能参数见表1。
表1
Figure BDA0000045346980000041
Figure BDA0000045346980000051
实施例二：
按照技术方案的设计(如附图2所示)，和本发明所述制造方法，制备了一组预制棒并拉丝，采用多模光纤的双层涂覆和600米/分钟的拉丝速度，光纤的结构和主要性能参数见表2。
表2
Figure BDA0000045346980000061

Claims (10)

1.一种抗弯曲多模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于芯层半径R1为23～27微米，芯层折射率剖面呈抛物线，分布指数α为1.9～2.2，最大相对折射率差Δ1max为0.9％～1.1％，芯层外的包层从内到外依次为：内包层、下陷环、上升环、下陷外包层；内包层单边厚度W2为0～2.5微米，内包层相对折射率差Δ2为-0.1％～0.1％；下陷环单边厚度W3为0.5～6微米，下陷环最小相对折射率差Δ3min为-0.1％～-0.3％，上升环单边厚度W4为0.5～10微米，上升环为纯二氧化硅层；下陷外包层单边厚度W5为17～39微米，下陷外包层最小相对折射率差Δ5min为-0.15％～-0.6％；且Δ3min＞Δ5min。
2.按权利要求1所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于所述的内包层单边厚度W2为0.5～2.5微米。
3.按权利要求1或2所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于所述的下陷环单边厚度W3为1～3微米，下陷环面积小于或等于80％-μm2。
4.按权利要求3所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于所述的下陷环最小相对折射率差Δ3min为-0.1％～-0.2％。
5.按权利要求1或2所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于所述的上升环的单边厚度W4为1～3微米。
6.按权利要求1或2所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于所述的下陷外包层最小相对折射率差Δ5min为-0.2％～-0.4％；所述的下陷外包层单边厚度W5在25微米或25微米以上。
7.按权利要求6所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于所述的下陷外包层折射率沿径向为恒定的。
8.按权利要求6所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于所述的下陷外包层折射率沿径向为渐变的，包括从内向外递增渐变或从内向外递减渐变。
9.按权利要求1或2所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于Δ3min比Δ5min大0.1％～0.3％。
10.按权利要求1或2所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于在850nm波长具有3000MHz-km或3000MHz-km以上的带宽；光纤的数值孔径为0.185～0.230；在850nm和1300nm波长处，以15毫米弯曲半径绕1圈导致的弯曲附加损耗小于或等于0.01dB；以7.5毫米弯曲半径绕1圈导致的弯曲附加损耗小于或等于0.1dB；以5毫米弯曲半径绕1圈导致的弯曲附加损耗小于或等于0.3dB；且在850nm和1300nm波长处，具有同等的宏弯附加衰减。
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