CN102308235A - 具有低折射率玻璃环的对弯曲不敏感的光纤 - Google Patents

Abstract

光纤包括外径约小于120微米的基于二氧化硅的玻璃部分。所述玻璃部分包括芯、内包层和低折射率环。所述芯具有折射率n₁，和相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率百分数Δ₁％。所述内包层围绕着芯，并具有折射率n₂，约小于40微米的径向厚度，和相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率百分数Δ₂％，其中Δ₁％＞Δ₂％，Δ₁％与Δ₂％之差大于0.1％。低折射率环围绕着所述内包层，并包含硼和氟，具有约小于20微米的径向厚度，折射率n₃，和相对于纯二氧化硅玻璃的第三相对折射率百分数Δ₃％，其中Δ₂％＞Δ₃％，Δ₃％约小于-0.5％。

Description

具有低折射率玻璃环的对弯曲不敏感的光纤

发明背景

相关申请的交叉参考

本申请要求2009年1月9日提交的题为“具有低折射率玻璃环的对弯曲不敏感的光纤(Bend Insensitive Optical Fibers With Low Refractive Index GlassRings)”的美国非临时专利申请第12/351,221号的权益和优先权，该专利全文参考结合入本文中并且作为本文的依据。

发明领域

本发明一般涉及光纤，具体来说，涉及其中包括低折射率玻璃环的对弯曲不敏感的光纤。

背景技术

近来，在电信领域，人们对具有改进的弯曲损耗性能的玻璃光纤报以很大的关注。在很多种光纤中，用来改进弯曲性能的技术可起重要的作用，所述光纤包括用于紧凑型应用的光纤，例如铒掺杂的放大器和色散补偿模块，其中弯曲损耗会对许多的设计构成限制，使其无法实际应用。在某些应用中，例如用于家庭用途的光纤中，人们需要能够形成紧的弯曲直径，例如50毫米或20毫米或更小，同时弯曲损耗可以忽略不计。人们提出的用来解决这个问题的许多方案包括对光纤的折射率分布进行显著的改良。

发明内容

根据本文所示和描述的一个实施方式，光纤包括外径约小于110微米的基于二氧化硅的玻璃部分。所述玻璃部分包括芯、内包层和低折射率环。所述芯具有折射率n₁，和相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率百分数Δ₁％。内包层围绕着芯，并具有折射率n₂，约小于40微米的径向厚度，和相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率百分数Δ₂％，其中Δ₁％＞Δ₂％，Δ₁％与Δ₂％之差约大于0.1％。低折射率环围绕着所述内包层，并包含用硼和氟共掺杂的二氧化硅玻璃，具有约小于20微米的径向厚度，折射率n₃，和相对于纯二氧化硅玻璃的第三相对折射率百分数变化为Δ₃％，其中Δ₂％＞Δ₃％，Δ₃％约小于-0.5％。

在以下的详细描述中提出了本发明的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都提出了本发明的实施方式，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图图示说明了本发明的各种实施方式，并与描述一起用来说明本发明的原理和操作。

附图简要说明

图1是本文所示和描述的一个或多个实施方式的光纤100的截面图，所述光纤100包括芯102，内包层104，低折射率环106和保护涂层108；

图2图示了图1的光纤100的折射率分布；

图3图示说明了在具有各种内包层厚度和外径的光纤中，模拟的弯曲损耗(单位为dB/m)随低折射率环的相对折射率百分数(Δ₃％)而变化；以及

图4图示说明了对于包括具有不同相对折射率的低折射率环的两种光纤，模拟的弯曲损耗(单位为dB/m)随低折射率环的径向厚度而变化。

具体实施方式

在本文中，“折射率分布”表示折射率或相对折射率与波导光纤半径之间的关系。

在本文中，“相对折射率百分数”定义如下：

${\mathrm{\Δ}}_i\%=100\×\frac{({n_i}^2-{n_{\mathrm{ref}}}^2)}{2{n_i}^2}$

除非另外说明，式中n_i是区域i的最大折射率，除非另外说明，n_ref是纯二氧化硅玻璃的折射率。因此，在本文中，相对折射率百分数是相对于纯二氧化硅玻璃的。

更具体来说，在本文中，Δ₁％表示光纤的芯的相对折射率百分数，Δ₂％表示光纤的内包层的相对折射率百分数，Δ₃％表示光纤的低折射率环的相对折射率百分数。

光纤的抗弯性或弯曲性能可以通过在前述测试条件下传播通过光纤的光的诱导衰减来度量。在本文中，测量光纤的弯曲性能的10，15和20毫米直径宏观弯曲测试包括将光纤分别围绕直径10毫米、15毫米和20毫米的心轴缠绕5圈，并计算由于光纤围绕心轴缠绕造成的每圈或每米引起的衰减(即衰减的增加)。

除非在本文中另有说明，光纤的性质的测量在1550纳米下进行。

图1显示根据本文所示和描述的一个或多个实施方式的光纤的截面图。本文所述的光纤一般包括玻璃部分，所述玻璃部分包括芯，以及与所述芯隔开的低折射率环。所述光纤的玻璃部分可以被一个或多个光学涂层包围。在下文中将会更详细地描述和讨论所述光纤的结构和组成以及光纤的性能。

参见图1和图2，图中显示了根据本文所述的一个或多个实施方式的光纤的截面以及光纤相应的折射率分布。所述光纤一般包括玻璃部分，所述玻璃部分包括芯102，以及与所述芯隔开的低折射率环106。在所述芯102和低折射率环106之间可以设置内包层104。所述光纤的玻璃部分可以被一个或多个光学涂层108包围。在图1所示的实施方式中，芯102、内包层104和低折射率环106通常包含二氧化硅，特别是基于二氧化硅的玻璃。所述光纤100的截面通常可以相对于芯102的中心是圆对称的，所述芯102可以具有半径r₁。所述内包层104可以围绕着芯102，从半径r₁延伸到半径r₂，使得内包层的径向厚度T₂＝r₂-r₁。所述低折射率环106可以围绕着内包层104，从半径r₂延伸到半径r₃，使得低折射率环的径向厚度T₃＝r₃-r₂。因此，所述光纤的玻璃部分(例如芯102，内包层104和低折射率环106)可以具有外径2r₃。

在本文所述的实施方式中，所述光纤100的玻璃部分的外径(2r₃)约小于120微米，优选约小于110微米，更优选约小于90微米，最优选约小于85微米。所述光纤100的玻璃部分的外径(2r₃)优选约大于50微米，更优选大于75微米。另外，应当理解，所述低折射率环106是光纤100的最外玻璃层。另外，通过内包层104将低折射率环106与芯102隔开，所述低折射率环106设置成与内包层104直接接触。

所述芯102可具有折射率n₁，和相应的相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率百分数Δ₁％，所述内包层104可具有折射率n₂，和相应的相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率百分数Δ₂％，所述低折射率环106可具有折射率n₃，和相应的相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率百分数Δ₃％，使得n₁＞n₂＞n₃且Δ₁％＞Δ₂％＞Δ₃％，相应于图2所示的阶梯状折射率分布。但是，应当理解芯折射率分布还可以包括梯度折射率分布，圆形阶梯状折射率分布或者其它的形状。

如本文所述，光纤100的芯102具有半径r₁。在本文所述的实施方式中，半径r₁可以约为2-32.5微米，更优选约为3-15微米，最优选约为3-6微米。因此，光纤100可以为单模光纤或多模光纤。例如，在一个实施方式中，所述光纤100的芯的半径约小于10微米，更优选约小于6微米，使得光纤在1300纳米波长下是单模的。但是，还应当理解芯102可以具有不同的尺寸，以便于进行各种其它的单模和多模的实施方式。

芯102可以包含纯二氧化硅玻璃(SiO₂)，或者芯102可以包含一种或多种升高折射率的掺杂剂，例如GeO₂，Al₂O₃，P₂O₅，TiO₂，ZrO₂，Nb₂O₅和/或Ta₂O₅，例如当芯102是“升掺杂(up-doped)”的时候。例如，当芯是升掺杂的时候，芯102可以包含约4.0-20重量％的GeO₂。因此，在一个实施方式中，芯102可以包含约4.0-6.5重量％的GeO₂，更优选约5.0-6.0重量％的GeO₂，最优选约5.2-5.5重量％的GeO₂，其增大芯102的折射率n₁。因此，当如本文所述，用GeO₂对芯102升掺杂的时候，芯102的Δ₁％可以约为0.2-2％。在图2所示的光纤100的示例性折射率分布中，芯102被升掺杂，使得芯的折射率大于纯二氧化硅玻璃的折射率(n_si)。

应当理解，本文所用的词语“纯二氧化硅玻璃”表示光纤玻璃的芯102不含会显著改变芯中的二氧化硅玻璃的折射率的量的材料，例如掺杂剂和/或其他痕量材料。但是，在原本为纯二氧化硅的芯中可以包含少量掺杂剂(例如含量各自小于1500ppm的氯和/或氟)。较佳的是，使用“纯二氧化硅”的芯的实施方式不含氧化锗。

如本文所述，内包层104的径向厚度T₂＝r₂-r₁。所述内包层104的径向厚度T₂可以取决于所需的芯102的尺寸，以及所需的光纤100的玻璃部分的尺寸和弯曲性能(在下文中进一步讨论)。所述内包层104的径向厚度通常可以约小于40微米，优选约小于35.5微米。

所述内包层104可以包含纯二氧化硅(SiO₂)玻璃，包含能够增大折射率的一种或多种掺杂剂(例如GeO₂，Al₂O₃，P₂O₅，TiO₂，ZrO₂，Nb₂O₅和/或Ta₂O₅)的二氧化硅玻璃，例如当内包层104被“升掺杂”的时候，或者包含降低折射率的掺杂剂(例如氟)的二氧化硅玻璃，例如当内包层被“降掺杂(down-doped)”的时候。例如，在一个实施方式中，如图2的示例性折射率分布所示，内包层是纯二氧化硅玻璃，优选其Δ₂％约为-0.5至0.5，更优选约为-0.5至0。在另一个实施方式(图中未显示)中，所述内包层可以包含用以下含量的氟降掺杂的二氧化硅玻璃：约0.5-3重量％，更优选约1.5-3重量％，最优选约1.8-2.5重量％。一般来说，所述内包层104的组成和芯102的组成可以使得Δ₁％和Δ₂％之差(例如Δ₁％-Δ₂％)可约大于0.1％，更优选约大于0.2％，最优选约为0.25-1％。

参照图1，低折射率环106的径向厚度T₃＝r₃-r₂。所述低折射率环106的径向厚度T₃通常可以约为5-20微米。在一些实施方式中(本文中进一步描述)，所述低折射率环可以约小于10微米，更优选约小于7.5微米。

所述低折射率环106可以包含用氟和硼降掺杂的二氧化硅玻璃。例如，所述低折射率环106可以包含约0.5-5重量％的F以及约0.5-20重量％的B(B₂O₃的形式)。在一个实施方式中，所述低折射率环106可以包含约3-10重量％的B以及约0.5-3重量％的F，最优选约4-6重量％的B以及约2-3重量％的F，使得所述低折射率环106相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率百分数(Δ₃％)约小于-0.5％，更优选约小于-1.0％，更加优选约小于-1.5％，最优选约为-2.0％。

在一个实施方式中，所述光纤100的芯102，内包层104和低折射率环106可以通过外部气相沉积(OVD)工艺形成。所述OVD工艺是一种制造光纤的方法，其包括：通过在CH₄+O₂火焰中进行水解过程，使得所需的蒸气组分(包括二氧化硅以及其他所需的掺杂剂前体)反应，形成粉尘颗粒，然后通过热迁移方法将所述粉尘颗粒收集在饵棒上(用来制造芯粉尘预成形件)或者玻璃芯杆或棒(用来制造外包层粉尘-预成形件)。然后在高温加热炉中(在将所述饵棒从芯预成形件中取出之后)对所述粉尘预成形件进行干燥和致密化，形成实心的透明玻璃，该工艺通常被称作固结。所需的芯和包层组成是通过对粉尘预成形件制造工艺中各层使用不同量的各种气相组分而获得的。例如，可以首先形成芯/包层预成形件，然后固结，通过已知的光纤拉制法将最终的(固结的)预成形件拉制成光纤100。

更具体来说，可以用来构成与光纤芯相关的粉尘预成形件的部分的蒸气前体材料是例如SiCl₄，GeCl₄，AlCl₃，TiCl₄或POCl₃。如本文所述，所述芯可以包含GeO₂掺杂的二氧化硅玻璃。在使得升掺杂的SiO₂粉尘固结为芯预成形件之后，可以将纯SiO₂的粉尘沉积在芯预成形件上，形成光纤的内包层部分的粉尘预成形件，然后固结。所述内包层部分的粉尘预成形件可以固结形成二氧化硅内包层，该内包层的Δ₂％约为-0.5至0.5，或者对于包括“纯”二氧化硅芯的光纤，内包层区域可以在包含F的气体(例如SiF₄)的存在下固结，使得在固结之后，内包层用所需量的氟进行降掺杂。

在一个实施方式中，在形成了芯/包层预成形件之后，将用B₂O₃降掺杂的SiO₂沉积在固结的芯/包层预成形件上，形成低折射率环部分的粉尘预成形件。然后在含氟化合物的气体的存在下，使得沉积的用B₂O₃降掺杂的SiO₂固结，从而将氟引入低折射率环，从而进一步降低预成形件的低折射率环部分的折射率。该实施方式的粉尘预成形件可以在包括含氟化合物(例如SiF₄，CF₄或BF₃)的加热炉内固结。根据本发明的一个实施方式，氟(F)烧结掺杂到含硼粉尘预成形件中的过程是单区固结工艺。所述整个固结过程在较低温度的加热炉的干燥区内进行，该干燥区通常位于标准固结炉的上部。由于B/F共掺杂的二氧化硅的玻璃化转变温度(T_g)相当低(约等于或低于800℃)，因此在较低温度下进行固结。所述示例性的二氧化硅粉尘预成形件(用B掺杂)可以首先在约850-900℃用Cl₂干燥45-60分钟。然后将干燥区的温度直线升高到1100℃，进行90-150分钟的烧结/用SiF₄掺杂F。在烧结和F掺杂过程中，固结的玻璃中的硼组成显著减少。例如，当粉尘相中包含约10重量％的硼的时候，完全固结的玻璃相中剩余4-8重量％的硼。这种减少是在氟的存在下蚀刻掉硼而造成的。因此，玻璃中的硼和氟的浓度可以分别为4-8重量％和1.5-2.5重量％。在固结过程之后，对固结的预成形件进行冷却，用于光纤拉制。

尽管本发明具体描述了用于形成包含共掺杂的硼和氟的低折射率环的光纤100的各种实施方式，但是应当理解，可以使用其它的加工技术形成硼和氟共掺杂的低折射率环。

参见图1的截面图所示的光纤100的实施方式以及图2所示的相应的折射率分布，芯102、内包层104和低折射率环106包括光纤100的玻璃部分，基于二氧化硅的玻璃的低折射率环106是玻璃部分的最外玻璃层。所述光纤的玻璃部分可以被从r₃延伸到r_c的光学涂层108包围。所述光学涂层的径向厚度T_c＝r_c-r₃。所述光学涂层108具有相对于二氧化硅玻璃的相对折射率百分数(Δ_C％)，其中Δ_C％大于Δ₂％，更优选大于Δ₁％。所述光学涂层108通常包括至少一个保护光纤100的玻璃部分的有机涂层。

在一个实施方式中，如图1所示，所述光学涂层108可以包括一次涂层110和二次涂层112。所述一次涂层110可以由较软的聚合物材料形成，而所述二次涂层112可以由较硬的聚合物材料形成。更具体来说，所述一次涂层110的杨氏模量优选小于100兆帕，更优选小于50兆帕，最优选小于10兆帕，所述二次涂层112的杨氏模量优选大于500兆帕，更优选大于700兆帕，最优选大于900兆帕。用于一次涂层和二次涂层的材料可以可紫外固化的氨基甲酸酯-丙烯酸酯涂料的形式在市场上购得。或者，所述一次涂层和二次涂层可以包含与美国专利第6,849,333号和6,775,451号所揭示的类似的材料。

所述光学涂层108与低折射率环106相结合，用于减弱从光纤100的芯102泄漏的包层模式。由于所述包层的折射率高于周围的介质，所述周围的介质是空气或一次聚合物涂层，包层模式是一种被限制在光纤的包层的传播模式。当光纤弯曲，又使得芯中传播模式泄漏到包层中的时候，会产生包层模式。这些模式通常不是所需的，因为它们会泄漏返回到光纤中，减小光纤的芯内的模式光束的传播效率。为了促进这些模式的衰减，所述低折射率环106可以是薄的，优选径向厚度T₃约小于20微米，以使得任意从内包层104泄漏出去的模式继续从光纤100漏出，进入涂层中，在涂层中，所述模式衰耗。所述光学涂层108的折射率优选高于内包层104的折射率(例如Δ_C％＞Δ₂％)，更优选高于芯102的折射率(例如Δ_C％＞Δ₁％)，因此不会有任何包层模式在任何有意义的距离上传播通过所述涂层。具体来说，所述一次涂层110的相对折射率百分数ΔC₁％大于1％，更优选大于2％，最优选约为2.35％，所述二次涂层112的相对折射率百分数ΔC₂％大于2％，更优选大于4％，最优选约为5％。

图3图示说明了光纤100的模拟弯曲损耗(单位为dB/m)与低折射率环106的相对折射率百分数Δ₃％的关系，所述光纤100包括玻璃部分，所述玻璃部分具有各种外径(例如2r₃)和内包层104厚度(例如T₂＝r₂-r₁)。所述模型是基于标准单模玻璃光纤，例如康宁有限公司(Corning，Inc.)生产的SMF-28

光纤，其芯102半径约为4.2微米，相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率百分数Δ₁％约为0.35％。在各种情况下，所述低折射率环106的径向厚度为5微米。所述内包层104的径向厚度发生变化，使得光纤的玻璃部分的外径(例如2r₃)为30，70，95和135微米。因此，通过改变内包层104的厚度，还改变了低折射率环106与光纤100的芯102之间的距离。每个模型是基于将光纤100围绕直径20毫米的心轴弯曲，计算对于各种光纤外径(例如，低折射率环106相对于芯102的位置)光纤的弯曲损耗随低折射率环106的相对折射率百分数Δ₃％的变化。如图3的模拟数据所示，当光纤100的外径为30微米的时候，随着低折射率环106的Δ₃％减小，低折射率环减小弯曲损耗的能力增大。具体来说，与Δ₃％约为0％的低折射率环相比，Δ₃％约为-0.5％的低折射率环106改进了直径约为30微米的光纤的弯曲性能。

另外，如图3的模拟数据所示，通过将低折射率环106设置在与光纤100的芯102更远的位置(例如当内包层104的径向厚度增大的时候)，获得相同的弯曲性能改进相对量所需的低折射率环106的相对折射率百分数Δ₃％减小(例如获得相同的弯曲性能，需要具有较低的Δ₃％的低折射率环)。例如，包括Δ₃％为-0.5的低折射率环的外径30微米的玻璃光纤的模拟弯曲损耗约为0.1dB/m。但是，为了用外径70微米的玻璃光纤获得约0.1dB/m的模拟弯曲损耗，需要使用Δ₃％约为-0.75的低折射率环。因此，当低折射率环设置在与芯102相距更远的位置的时候，所述低折射率环的Δ₃％必须更低，以获得相同的弯曲性能。在所有的情况下，即使对于Δ₃％约小于-0.5％的低折射率环106，(甚至对于外径为95微米和135微米的光纤)，弯曲性能也获得显著改进，当Δ₃％约小于-1.0％，约小于-1.5％的时候，甚至可以获得更进一步改进的弯曲性能。

因此，尽管图3所示的模拟数据说明了可以通过将低折射率环与具有各种外径的光纤结合使用，实现改进光纤的弯曲性能，但是用低折射率环改进弯曲性能的益处可能最适用于更小直径的光纤。在这些条件下(例如小外径)，用来获得所需弯曲性能益处的低折射率环的相对折射率百分数可以通过例如用硼和氟对低折射率环进行共掺杂而容易获得。因此，本文所述的光纤的玻璃部分的外径通常可以约小于110微米，更优选约小于90微米，最优选约小于85微米。

图4图示说明了对于包括不同相对折射率的低折射率环的两种理论光纤，模拟的弯曲损耗(单位为dB/m，用对数坐标表示)随低折射率环106的径向厚度而变化。在两个实例中，模拟的光纤100的外径为80微米，包括芯102，该芯102相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率百分数Δ₁％＝0.35％，半径r₁＝4.2微米(与标准单模光纤类似)。在两个实例中，模型中的低折射率环106设置成完全靠在光纤100的内包层104上。各个模型是基于将光纤100围绕直径20毫米的心轴弯曲，计算光纤的弯曲损耗随所述低折射率环的径向厚度的变化。

如图4所示的模拟的数据所示，随着低折射率环106的径向厚度增大，光纤的计算的弯曲损耗线性减小。因此，随着低折射率环106的径向厚度增大，光纤100变得对弯曲更不敏感。另外，当低折射率环106的折射率降低的时候(例如当Δ₃％降低的时候)，对弯曲的不敏感性进一步获得改进。因此，所述光纤的弯曲性能取决于所述低折射率环106的径向厚度以及低折射率环106的相对折射率百分数。

尽管在低折射率环的径向厚度增大的情况下可以改进光纤的弯曲性能，但是低折射率环的径向厚度的增大会导致更多的包层模式被俘获在光纤中，如上文所述，这会降低光纤的性能。因此，在一些实施方式中，所述低折射率环的相对折射率百分数Δ₃％可以约小于-1.0％，径向厚度约小于10微米，优选约小于7微米，从而获得所需的弯曲性能，同时防止包层模式被俘获在光纤中。或者，可以将截止波长小于工作波长(例如小于1550，1310，或1060纳米)的光纤连接(splice)至光纤的发射端或接收端，从而在光纤中提供单模传输，在此情况下这些对低折射率环的径向厚度的优选的限制可以放宽。通过这种方式，设备可以包括连接的第二光纤，该光纤连接到如上文所述的实施方式中的本发明光纤的一端上，所述第二光纤能够在小于1650纳米的波长传输单模传播。

因此，为了获得改进的弯曲性能，所述低折射率环具有Δ₃％约小于-0.5％，优选约小于-1.0％，更优选约小于-1.5％，最优选约为-2.0％的相对折射率百分数，和薄的径向厚度，例如约小于20微米。在一些实施方式中，径向厚度可以优选小于10微米，更优选约小于7微米，最优选约为3-5微米。另外，本文所述的低折射率环可以与高折射率涂层结合使用，以除去不希望有的包层模式，改进光纤100的弯曲性能。

应当理解图1所示的光纤可以包括低折射率环106作为光纤的玻璃部分的最外玻璃层，以除去不希望有的包层模式，并改进光纤的弯曲损耗，将其减少至原来的十分之一、百分之一或更小。另外，所述光纤在1550纳米下因直径20毫米的宏观弯曲引起的损耗小于0.5dB/圈(9.25dB/m)，更优选小于0.1dB/圈(1.85dB/m)，更优选小于0.06dB/圈(0.93dB/m)，最优选约小于0.03dB/圈(0.47dB/m)。

所述包括设置作为最外玻璃部分的低折射率环106或者光纤100的外包层的光纤100可以应用于改进常规光纤的弯曲性能，或者能获得新的特种光纤。例如，使用本发明所揭示的光纤结构和组成改进弯曲性能的做法可以特别有效地用于具有较小直径的光纤，例如直径80微米的光纤(例如光纤的玻璃部分的外径为80微米)，用于各种用途，包括陀螺仪或者用于紧凑封装的铒掺杂的光纤，这是因为当低折射率环106设置在更靠近光纤芯的位置的时候(例如内包层104具有小的径向厚度)，光纤的弯曲性能更显著。

通过使用在玻璃光纤(包括被光学涂层包围的外径约小于110微米的玻璃部分，使得玻璃部分和涂层部分的直径(例如图1的2r_c)近似等于标准光纤的外径，例如约为120-130微米)上使用低折射率环106，可以使用常规的光纤手工操作工具，例如光纤夹持器、连接器、接头器等。例如，可以将足够厚度的光学涂层施涂到光纤的玻璃部分上，所述光纤的玻璃部分的外径约小于110微米，具有径向厚度约小于20微米的低折射率环，使得涂覆的光纤的外径近似与常规涂覆光纤相同(例如常规光纤的外径约为240-260微米)。

所述对弯曲不敏感的光纤还可以具有掺杂稀土元素的芯，以用作放大器光纤或光纤激光器，用于电信和非电信两种用途。在此情况下，当用泵光源对掺杂稀土元素的芯进行泵激的时候，所述掺杂稀土元素的芯可以提供信号放大。例如，Er-掺杂的芯光纤可用于制造放大器(EDFA)，用来对1530-1600纳米范围的信号进行放大。可以用于信号放大的稀土元素掺杂剂包括但不限于Nd，Yb，Er，Tm和Ho。所述芯可以是单模或多模的。单模的芯主要用于较低功率的应用，而多模的芯可以减少不希望有的非线形效应，因此适合用于高功率应用。

对本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改和变动。因此，本发明人的意图是本发明覆盖本发明的修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求书和其等同内容的范围之内。

Claims (20)

1.一种光纤，其包含外径约小于120微米的基于二氧化硅的玻璃部分，所述玻璃部分包括芯、内包层以及低折射率环，其中：

所述芯具有折射率n₁，相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率Δ₁％，和半径r₁；

内包层围绕着所述芯，从r₁延伸到r₂，使得内包层的径向厚度r₂-r₁＜40μm，所述内包层包含基于二氧化硅的玻璃，并具有折射率n₂，相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率百分数Δ₂％，其中n₁＞n₂，且Δ₁％和Δ₂％之差，即Δ₁％-Δ₂％，约大于0.1％；

低折射率环是光纤的最外部的玻璃部分，围绕着内包层，并且与内包层直接接触，从r₂延伸到r₃，使得所述低折射率环的径向厚度r₃-r₂≤约20微米，其中，所述低折射率环包含用硼和氟共掺杂的基于二氧化硅的玻璃，并具有第三折射率n₃，相对于纯二氧化硅玻璃的第三相对折射率百分数Δ₃％，其中n₂＞n₃，Δ₂％＞Δ₃％，且Δ₃％约小于-0.5％。

2.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述芯的半径r₁约为2-10微米。

3.如权利要求2所述的光纤，其特征在于，所述芯是单模的。

4.如权利要求2所述的光纤，其特征在于，所述芯具有梯度指数。

5.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述低折射率环包含约0.5-3重量％的F以及约3-10重量％的B₂O₃形式的B。

6.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述内包层包含用氟掺杂的二氧化硅玻璃，所述芯包含纯二氧化硅玻璃。

7.如权利要求6所述的光纤，其特征在于，所述内包层中的氟的量约为0.5-3.0重量％。

8.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述内包层包含纯二氧化硅玻璃，所述芯包含用GeO₂掺杂的二氧化硅玻璃。

9.如权利要求8所述的光纤，其特征在于，所述芯中的GeO₂的量约为4.0-20重量％。

10.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，Δ₃％约小于-1.0％，所述低折射率环的径向厚度约小于10微米。

11.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，对于20毫米的弯曲直径，在1550纳米的波长下，所述光纤的宏观弯曲引起的损耗约小于0.5dB/圈。

12.如权利要求1所述的光纤，所述光纤还包括包围所述低折射率环的涂层，其特征在于，所述涂层具有相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率百分数Δ_c％，Δ_c％＞Δ₂％。

13.如权利要求12所述的光纤，其特征在于，Δ_c％＞Δ₁％。

14.如权利要求12所述的光纤，其特征在于，所述光学涂层从r₃延伸到半径r_c，其中2r_c约为120-130微米。

15.如权利要求12所述的光纤，其特征在于：

一次涂层包围所述低折射率环并与所述低折射率环直接接触，具有相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率百分数Δ_c1％，Δ_c1％约大于1％；

二次涂层包围所述一次涂层并与所述一次涂层直接接触，具有相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率百分数Δ_c2％，Δ_c2％约大于2％；

16.如权利要求15所述的光纤，其特征在于，Δ_c1％约为2.35％，Δ_c2％约为5％。

17.如权利要求15所述的光纤，其特征在于，所述一次涂层的杨氏模量约小于100MPa，所述二次涂层的杨氏模量约大于500MPa。

18.如权利要求1所述的光纤，该光纤包括掺杂稀土元素的芯。

19.如权利要求18所述的光纤，其特征在于，所述掺杂稀土元素的芯是单模的。

20.一种设备，包括第二光纤，所述第二光纤与如权利要求1所述的光纤连接，其中所述第二光纤能够在小于1650纳米的波长下传输单模式传播。

Images