CN102959439A - 光纤、光纤软线及光缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳定地实现较小的传输损耗的沟槽光纤。该沟槽光纤包括：（1）芯部，其沿轴向延伸并且包含光纤的轴心，该芯部具有7.0μm～7.4μm的直径d1；（2）第一光学包层，其围绕芯部并且具有1.67d1～2.5d1的外径d2；（3）第二光学包层，其围绕第一光学包层；以及（4）套层，其围绕第二光学包层并且包含浓度为0.06wt%或更高的氟。芯部相对于套层的相对折射率差Δ1是0.31%～0.37%。第一光学包层相对于套层的相对折射率差Δ2是+0.02%或更大且小于相对折射率差Δ1。第二光学包层相对于套层的相对折射率差Δ3是-0.2%或更小。

Description

光纤、光纤软线及光缆

技术领域

本发明涉及光纤、光纤软线和光缆。

背景技术

国际公开No.2004/092794（专利文献1）披露了一种光纤，该光纤包括：芯部（具有半径r1和相对折射率差Δ1），其沿轴向延伸并且包含光纤的轴心；第一光学包层（具有半径r2和相对折射率差Δ2），其围绕芯部；第二光学包层（具有半径r3和相对折射率差Δ3），其围绕第一光学包层；以及套层，其围绕第二光学包层。相对折射率差Δ1～Δ3满足Δ1＞Δ2＞Δ3的关系。这样的折射率结构称为沟槽结构。沟槽光纤具有较小的弯曲损耗并且近年来已经适当地被用作供光纤到X（FTTX）的光学传输线路，从而主要用于光纤易于弯曲的局内配线等。

专利文献1披露了以下内容。在沟槽光纤中，通过将芯部的半径r1与第一光学包层的半径r2之比（r1/r2）设定为0.22～0.4而实现的模场直径与具有相同截止波长的通用单模光纤的模场直径之比是0.98或更大。这减少了在沟槽光纤与通用单模光纤熔接时产生的熔接损耗。在这里提到的通用单模光纤是指不包括第二光学包层且具有简单的大致台阶状折射率分布图的光纤。

近年来，例如专利文献1所披露的沟槽光纤等沟槽光纤的应用领域已经得到了扩展。在一些情况下，沟槽光纤被用作供较长距离光学传输的光学传输线路。光学传输线路必须具有足够高的光学信噪比（OSNR）水平以便不会产生传输误差。然而，专利文献1所披露的沟槽光纤具有较大的传输损耗，从而难以提供足够高的OSNR水平。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的在于提供一种稳定地实现较小的传输损耗的沟槽光纤（trench optical fiber）。本发明的另一个目的在于提供各自包括这种光纤的光纤软线和光缆。

技术方案

为了达到上述目的，本发明提供一种光纤，所述光纤包括：（1）芯部，其沿轴向延伸并且包含所述光纤的轴心，所述芯部具有7.0μm～7.4μm的直径d1；（2）第一光学包层，其围绕所述芯部并且具有1.67d1～2.5d1的外径d2（d1/d2＝0.4～0.6）；（3）第二光学包层，其围绕所述第一光学包层；以及（4）套层，其围绕所述第二光学包层并且包含浓度为0.06wt%或更高的氟（F）。所述芯部相对于所述套层的相对折射率差Δ1是0.31%～0.37%。所述第一光学包层相对于所述套层的相对折射率差Δ2是+0.02%或更大且小于相对折射率差Δ1。所述第二光学包层相对于所述套层的相对折射率差Δ3是-0.2%或更小。

在根据本发明的光纤中，优选的是：外径d2是2.0d1～2.5d1（d1/d2＝0.4～0.5），在1.31μm的波长下基于远场模式的动差而定义的模场直径MFD是8.4μm～9.2μm，并且当光缆截止波长为1260nm或更短时，基于电场分布的动差而定义的模场直径MFD1与所述模场直径MFD之比（MFD1/MFD）是1.015或更小。

在根据本发明的光纤中，所述第二光学包层的相对折射率差Δ3可以是-0.6%或更大。在这种情况下，优选的是：在零分散波长下的零分散斜率是0.092ps/nm²/km或更小。此外，在根据本发明的光纤中，所述第二光学包层的相对折射率差Δ3可以是-0.6%或更小。在这种情况下，优选的是：在零分散波长下的零分散斜率大于0.092ps/nm²/km。

优选的是：根据本发明的光纤还包括：第一树脂层，其围绕所述套层并且具有0.6MPa或更小的杨氏模量；以及第二树脂层，其围绕所述第一树脂层并且具有1000MPa或更大的杨氏模量。在这种情况下，优选的是：所述第一涂层的外径与所述第二涂层的外径之比（P/S）是75%～95%。

在根据本发明的光纤中，在1550nm的波长下所述光纤形成为光缆之前和所述光纤形成为光缆之后的传输损耗之差优选是0.05dB/km或更小，或者更优选是0.02dB/km或更小。此外，优选的是：对于具有大致台阶状折射率结构的通用单模光纤的熔接损耗是0.05dB或更小。

根据本发明的光纤软线包括根据本发明的光纤。此外，根据本发明的光缆包括根据本发明的光纤。

有益效果

根据本发明的沟槽光纤稳定地实现较小的传输损耗。

附图说明

图1是示出根据本发明的光纤的折射率分布图的概念图。

图2是示出1550nm的波长下的传输损耗对F浓度的曲线图。

图3是示出由G.657.B3标准规定的以5mm的半径R实现弯曲损耗的光缆截止波长λcc的下限对比值（d1/d2）的曲线图。

图4是示出比值（MFD1/MFD）对比值（d1/d2）的曲线图。

具体实施方式

现在，参照附图来详细地描述本发明的实施例。在对附图的描述中，以相同的附图标记表示相同的部分，并且省略了重复的描述。

图1是示出根据本发明的光纤的折射率分布图的概念图。根据本发明的光纤包括：芯部1，其沿轴向延伸并且包含该光纤的轴心；第一光学包层2，其围绕芯部1；第二光学包层3，其围绕第一光学包层2；以及套层4，其围绕第二光学包层3。

将套层4的折射率作为基准，以Δ1表示芯部1的相对折射率差，以Δ2表示第一光学包层2的相对折射率差，并且以Δ3表示第二光学包层3的相对折射率差。在这种情况下，芯部1的相对折射率差Δ1是0.31%～0.37%。第一光学包层2的相对折射率差Δ2是+0.02%或更大。第二光学包层3的相对折射率差Δ3是-0.2%或更小。根据本发明的光纤具有沟槽结构并且满足Δ1＞Δ2＞Δ3＜Δ4的关系。

芯部1、第一光学包层2、第二光学包层3和套层4分别主要由石英玻璃构成，并且根据需要各自掺有杂质以调节折射率。套层4以0.06wt%或更高的F浓度掺有元素F以减小折射率。第二光学包层3以比套层4高的F浓度掺有元素F。芯部1掺有GeO₂以增大折射率。

以d1表示芯部1的直径。以d2表示第一光学包层2的外径。以d3表示第二光学包层3的外径。这里，芯部的直径d1是7.0μm～7.4μm，并且比值（d1/d2）是0.4～0.6。

将为根据本发明的光纤定义的相对折射率差Δ1、Δ2、Δ3、直径d1、比值（d1/d2）、套层4中的F浓度、模场直径MFD（在1310nm的波长下）和比值（MFD1/MFD）各个参数的能够产生本发明的有益效果的范围（由权利要求1限定的范围）、优选范围和最佳值总结在以下表格中。

（表格）

这里，MFD1和MFD是表示在光纤中观察到的场分布的范围的模场直径，但是分别由不同的等式限定。模场直径MFD1基于电场分布的动差而定义并且是通过以下等式（1）计算出的值W_m的两倍：

${W_m}^2=2\frac{{\∫}_0^{\∞}{\mathrm{\φ}}^2\left(r\right)r^3\mathrm{dr}}{{\∫}_0^{\∞}{\mathrm{\φ}}^2\left(r\right)\mathrm{rdr}}---\left(1\right)$

而模场直径MFD基于远场模式的动差而定义并且是通过以下等式（2）计算出的值W_p的两倍：

${W_p}^2=2\frac{{\∫}_0^{\∞}{\mathrm{\φ}}^2\left(r\right)\mathrm{rdr}}{{\∫}_0^{\∞}{\left[\frac{\mathrm{d\φ}\left(r\right)}{\mathrm{dr}}\right]}^2\mathrm{rdr}}---\left(2\right)$

其中，r是表示沿径向的位置的变量，而φ(r)表示沿径向的电场分布。

在通常的沟槽光纤中，设置在芯部附近的第二光学包层以较高的浓度掺有元素F。这样容易导致因瑞利散射而产生的传输损耗的增加。这样的传输损耗倾向于比通用单模光纤的传输损耗大。与此对比，在根据本发明的光纤中，由于套层4以0.06wt%或更高的浓度掺有元素F，所以套层4的粘度较小。这样降低了由粘度决定的假想温度，并且因此减少了由于形成在相同牵引张力下受牵引的光纤的玻璃的任何结构缺陷而发生的瑞利散射。从而，减少了传输损耗。根据本发明的一些光纤在1550nm的波长下实现0.195dB/km或更小的传输损耗。

图2是示出1550nm的波长下的传输损耗对套层中的F浓度的曲线图。图2示出了在0.07wt%的F浓度下传输损耗的中值是0.189dB/km，在0.06wt%的F浓度下传输损耗的中值是0.190dB/km，而在0.00wt%的F浓度下传输损耗的中值是0.198dB/km。可以看出，F浓度越高，传输损耗越小。

当套层4掺有元素F而粘度减小时，套层4的折射率变小。然而，如果适当地设定比值（d1/d2），则可以在保持弯曲损耗的同时缩短光缆截止波长λcc，并且可以获得与由ITU-T.G.657.A2或G.657.B3规定的国际标准相符的光纤。在根据本发明的光纤中，如果套层4中的F浓度设定为0.06wt%或更高并且比值（d1/d2）设定在0.33～0.6的范围内，则光缆截止波长λcc变得最短。更优选的是：d1/d2＝0.4～0.5。

一般来说，在光纤的弯曲损耗的减少和光缆截止波长λcc的缩短之间存在折衷关系。此外，光缆截止波长λcc与芯部直径成比例。因此，如果能够在保持弯曲损耗的同时缩短光缆截止波长λcc，则可以增大芯部直径的制造公差。在根据本发明的光纤中，适当地设定比值（d1/d2），从而在保持弯曲损耗的同时实现了较短的光缆截止波长λcc。

图3是示出由ITU-T.G.657.B3规定的以5mm的半径R实现弯曲损耗（0.15dB/turn1550nm）的光缆截止波长λcc的下限对比值（d1/d2）的曲线图。这里，Δ1＝0.34%，Δ2＝0.02%，并且Δ3＝-0.7%。从图3可以看出，满足弯曲损耗标准的光缆截止波长λcc的下限依赖于比值（d1/d2）并且在0.4～0.5的范围内变得最小。也就是说，比值（d1/d2）落入0.4～0.5范围内的根据本发明实施例的光纤所具有的单模工作波长范围的下限较小。

在根据本发明的光纤中，适当地设定比值（d1/d2），从而可以使模场直径MFD1相对于模场直径MFD显著地变小。当模场直径MFD1变小时，微弯损耗的增加受到抑制。因此，通过调整比值（d1/d2），可以在将与熔接损耗相关联的模场直径MFD保持恒定的同时使模场直径MFD1变小。图5是示出比值（MFD1/MFD）对比值（d1/d2）的曲线图。

在根据本发明的光纤中，如果将比值（d1/d2）设定为0.4～0.7，则可以将比值（MFD1/MFD）显著地减小为1.015或更小。此外，如果将比值（d1/d2）设定为0.41～0.63，则可以优选地将比值（MFD1/MFD）减小为1.013或更小。因而，可以防止由于在光缆中出现侧压力而产生的微弯损耗的增加。此外，当相对折射率差Δ3变小时，可以在保持弯曲损耗的同时使光缆截止波长λcc变短。如果将相对折射率差Δ3设定为-0.2%或更小，则可以获得满足ITU-T.G.657.A2或B3的光纤。

如上所述，根据本发明的光纤的传输损耗、宏弯损耗（弯曲损耗）、微弯损耗和熔接损耗都减少。包括这样的光纤的光纤软线或光缆的传输损耗也减少。

如下所述为根据本发明的光纤的其他优选实施例。在根据一个优选实施例的光纤中，比值（d1/d2）是0.4～0.5，1.31μm的波长下的模场直径MFD是8.4μm～9.2μm，并且比值（MFD1/MFD）是1.015或更小。从而，可以缩短光缆截止波长λcc，并且可以减小模场直径MFD1。

在根据另一个优选实施例的光纤中，第二光学包层的相对折射率差Δ3是-0.6%或更大，并且零分散波长下的零分散斜率是0.092ps/nm²/km或更小。当相对折射率差Δ3变小时，可以在保持弯曲损耗的同时使光缆截止波长λcc变短，而零分散波长下的零分散斜率变大从而偏离由ITU-T.G.652规定的范围。与此对比，通过将相对折射率差Δ3设定为-0.6%或更大，可以使零分散波长下的零分散斜率落入由ITU-T.G.652规定的范围内，并且可以缩短相同弯曲损耗的光缆截止波长λcc。

在根据又一个优选实施例的光纤中，第二光学包层的相对折射率差Δ3是-0.6%或更小，并且零分散波长下的零分散斜率大于0.092ps/nm²/km。当相对折射率差Δ3变小时，可以在保持弯曲损耗的同时使光缆截止波长λcc变短。通过将相对折射率差Δ3设定为-0.6%或更小，可以显著地缩短光缆截止波长λcc。本实施例可以适当地应用于不需要符合ITU-T.G.652的光纤，例如供仪器配线的光纤。

在根据又一个优选实施例的光纤中，在1550nm的波长下光纤形成为光缆之前和光纤形成为光缆之后的传输损耗之差是0.05dB/km或更小，或者更优选是0.02dB/km或更小。在本实施例中，通过减小比值（MFD1/MFD），可以在保持模场直径MFD的同时减少微弯损耗。

根据又一个优选实施例的光纤还包括：第一树脂层，其围绕套层4并且具有0.6MPa或更小的杨氏模量；以及第二树脂层，其围绕该第一树脂层并且具有1000MPa或更大的杨氏模量。凭借具有这样的物理性质的第一树脂层和第二树脂层，可以更理想地抑制由于发生微弯曲而引起的传输损耗的增加。此外，如果在保持上述树脂的杨氏模量的同时将第一涂层的外径与第二涂层的外径之比（P/S）设定为75%～95%，则可以实现树脂层直径为220μm或更小且微弯损耗减少的光纤。

在根据又一个优选实施例的光纤中，对于具有大致台阶状折射率结构的通用单模光纤的熔接损耗是0.05dB或更小。在根据本实施例的光纤中，即使模场直径MFD1变小，模场直径MFD也可以保持为恒定值。因此，可以将熔接损耗限制为较小值。例如，如果将1.31μm的波长下的模场直径MFD设定为8.6μm，则可以将对于通用单模光纤的熔接损耗设定为0.05dB或更小。

工业实用性

根据本发明的光纤还可以应用于较长距离的传输线路。

Claims (13)

1.一种光纤，包括：

芯部，其沿轴向延伸并且包含所述光纤的轴心，所述芯部具有7.0μm～7.4μm的直径d1；

第一光学包层，其围绕所述芯部并且具有1.67d1～2.5d1的外径d2；

第二光学包层，其围绕所述第一光学包层；以及

套层，其围绕所述第二光学包层并且包含浓度为0.06wt%或更高的氟，

其中，所述芯部相对于所述套层的相对折射率差Δ1是0.31%～0.37%，所述第一光学包层相对于所述套层的相对折射率差Δ2是+0.02%或更大且小于Δ1，而所述第二光学包层相对于所述套层的相对折射率差Δ3是-0.2%或更小。

2.根据权利要求1所述的光纤，其中，

比值（d1/d2）是0.4～0.5，

在1.31μm的波长下，基于远场模式的动差而定义的模场直径MFD是8.4μm～9.2μm，并且

当光缆截止波长为1260nm或更短时，基于电场分布的动差而定义的模场直径MFD1与MFD之比（MFD1/MFD）是1.015或更小。

3.根据权利要求1或2所述的光纤，其中，

所述第二光学包层的相对折射率差Δ3是-0.6%或更大。

4.根据权利要求3所述的光纤，其中，

在零分散波长下的零分散斜率是0.092ps/nm²/km或更小。

5.根据权利要求1或2所述的光纤，其中，

所述第二光学包层的相对折射率差Δ3是-0.6%或更小。

6.根据权利要求5所述的光纤，其中，

在零分散波长下的零分散斜率大于0.092ps/nm²/km。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光纤，还包括：

第一树脂层，其围绕所述套层并且具有0.6MPa或更小的杨氏模量；以及

第二树脂层，其围绕所述第一树脂层并且具有1000MPa或更大的杨氏模量。

8.根据权利要求7所述的光纤，其中，

所述第一涂层的外径与所述第二涂层的外径之比（P/S）是75%～95%。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光纤，其中，

在1550nm下，所述光纤形成为光缆之前和所述光纤形成为光缆之后的传输损耗之差是0.05dB/km或更小。

10.根据权利要求9所述的光纤，其中，

在1550nm的波长下，所述光纤形成为光缆之前和所述光纤形成为光缆之后的传输损耗之差是0.02dB/km或更小。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的光纤，其中，

对于具有大致台阶状折射率结构的通用单模光纤的熔接损耗是0.05dB或更小。

12.一种光纤软线，包括根据权利要求1至11中任一项所述的光纤。

13.一种光缆，包括根据权利要求1至11中任一项所述的光纤。

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