CN103217736A - 一种多层光纤 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多层光纤。所述多层光纤的由五部分组成，从内处外依次为纤芯，内包层，上凸包层，下凹包层和外包层。材料折射率差满足：n_1--n₅＞n_3--n₅>0.001，n_2--n₅≤0，n_4--n₅＜-0.002。其中，n₁,n₂,n₃,n₄,n₅分别表示纤芯，内包层，上凸包层，下凹包层和外包层的折射率。该多层光纤利用低折射率的下凹包层使光纤基模获得低弯曲损耗的光传输，利用上凸包层将高阶模扩展，减少多层光纤与单模光纤连接时的基模与高阶模之间的耦合。利用内包层保持光纤基模与单模光纤的匹配性，实现低连接损耗。光纤的制作工艺与普通光纤相同，可实现大批量生产。

Description

一种多层光纤

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及具有低弯曲损耗特性的非单模光纤。

背景技术

在光纤到户应用中，在墙角及管道的弯曲处，室内光纤可能需要很小弧度的弯曲。若光纤可以允许被弯曲到较小半径，则它也可以减小光纤光缆交接箱和以及用于存放光纤的光纤接口盒的尺寸。因此，理想的室内光纤应在小弯曲半径处具有低弯曲损耗。除了弯曲特性，光纤的兼容性也是很重要的，用于光纤到户的光纤应该能与标准单模光纤相兼容连接，因为这种光纤两端通常是连接标准单模光纤，从而实现与引入光缆、光网络单元等的低损耗连接。

减小光纤弯曲损耗的最简单方法就是增加单模光纤的纤芯和包层的相对折射率差。然而，为保证光纤的单模传输，需要减小纤芯半径。因此，光纤的模场直径会减小，从而使其与标准单模光纤的连接损耗增大。另一种方法是采用包层带凹槽折射率分布光纤[如专利号为ZL200610024532.4的发明专利：具有波导结构的弯曲不敏感光纤，专利号为ZL200410061392.9的发明专利：弯曲不敏感光纤及其制备方法]。这种光纤在包层中引入了低折射率的层。在工作波长为1550nm、弯曲半径为10mm时，这种光纤已能够实现小于0.01dB/匝的弯曲损耗。在波长为1310nm时，光纤和标准单模光纤之间的机械连接损耗平均为0.16dB。

采用孔助光纤，也可以实现低弯曲损耗的光传输[Opt.Express,2005,13(12):4770]。这种光纤在包层中引入了微结构的小孔，有效地降低了光纤的弯曲损耗，同时，在光纤与普通单模光纤熔接时，包层的空气孔会塌陷，从而扩大了光纤的模场直径，降低了孔助光纤与标准单模光纤之间的连接损耗。当然，这种光纤的制作相对要复杂一些，同时其与标准单模光纤的活动连接损耗较大。Li等人提出一种具有其低弯曲损耗特性的新型光纤，这种光纤有一个纳米尺寸结构的微环。在1550nm波长、弯曲半径为5mm处其弯曲损耗小于0.01dB/匝。此外，光纤的其他光学参数也都与标准单模光纤完全兼容。

发明专利“一种双模光纤及其通信系统（201010589018.1）”，提出一种双模光纤及其通信系统，通过允许光纤传输高阶模的方法，实现低弯曲损耗和与单模光纤低损耗连接的目的。但其弯曲损耗仍不够低，且与单模光纤的匹配性有待提高。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的是提出一种可获得低弯曲损耗传输和低连接损耗的新型多层光纤。

本发明的多层光纤的技术方案是：多层光纤由五部分组成，从内向外依次为纤芯，内包层，上凸包层，下凹包层和外包层。材料折射率差满足：n₁-n₅＞n₃-n₅>0.001，n₂-n₅≤0，n₄-n₅＜-0.002。其中，n₁,n₂,n₃,n₄,n₅分别表示纤芯，内包层，上凸包层，下凹包层和外包层的折射率。

作为进一步的改进，要求纤芯的半径，以及内包层，上凸包层，下凹包层的径向宽度满足：a₁取值范围为3.4～6.2μm，a₂取值范围为1.5～3.5μm，a₃取值范围为1.2～3.5μm，a₄取值范围为6.1～12.6μm。其中，纤芯的半径以及内包层，上凸包层，下凹包层的径向宽度分别用a₁,a₂,a₃,a₄表示。n₁-n₅取值范围为0.003～0.0075，n₂-n₅取值范围为-0.002～0.003，n₃-n₅取值范围为0.001～0.0045，n₄-n₅取值范围为-0.011～-0.005。

本发明的多层光纤为非单模光纤，光纤的截止波长大于1.26μm。波长为1.31μm时，光纤基模的模场直径取值范围为8.6～9.5μm。弯曲半径为5mm时，光纤的弯曲损耗小于0.1dB/m。

本发明的有益效果：利用低折射率的下凹包层使光纤基模获得低弯曲损耗的光传输，利用上凸包层将高阶模扩展，减少多层光纤与单模光纤连接时的基模与高阶模之间的耦合。利用内包层保持光纤基模与单模光纤的匹配性，实现低连接损耗。

附图说明

图1本发明光纤横截面结构示意图。

图2本发明光纤的轴向折射率分布示意图。

图3本发明光纤的弯曲损耗曲线。

图4本发明光纤的基模连接损耗曲线。

其中，1为纤芯，2为内包层，3为上凸包层，4为下凹包层，5为外包层。

具体实施方式

为了与普通单模光纤实现有效的连接，要求少模阶跃光纤的基模的模场直径与单模光纤相差较小。对于一般的光纤，两种光纤的连接损耗可由下面公式得到：

$L_s=-20{\log }_{10}\frac{2w_{\mathrm{SMF}}{w}_{\mathrm{DMF}}}{w_{\mathrm{SMF}}^2+w_{\mathrm{DMF}}^2},\left(\mathrm{dB}\right)$

这里L_s是光纤的连接损耗。其中w_SMF和w_DMF分别为单模光纤和少模阶跃光纤的模场直径。因此，根据普通单模光纤的模场直径特点(如G652光纤在1310nm的模场直径M要求为8.6～9.5μm)，要求在1310nm波长时，多层光纤的模场直径M的取值范围为8.6～9.5μm之间。

与阶跃型少模光纤相比，本发明光纤采用多层结构使得纤芯1与相邻的内包层2折射率差较小，与单模光纤相似，从而使光纤基模模场与单模光纤相似，减少了光纤的连接损耗。采用下凹包层结构，实现纤芯与包层高的折射率差，降低光纤的弯曲损耗。同时下凹包层4还能将有效折射率低于下凹包层折射率的高阶模泄漏出去，从而减少了光纤中高阶模的数量。

与常规凹槽结构光纤相比，由于上凸包层3的引入，使得高阶模模场被扩展到该区域，从而使其更容易通过下凹包层4将高阶模泄漏出去。有效地减少了高阶模的数量，从而减少高阶模存在对光纤基模的影响。同时，由于高阶模扩展到包层区，使得其与基模的重叠区变少，从而在与单模光纤连接时，更不容易发生基模与高阶模的耦合，减少了高阶模的存在对基模传输的影响，提高信号的信噪比。

如图3所示，引入下凹包层4后，基模具有低的弯曲损耗。

如图4所示，光纤与普通单模光纤的连接损耗保持在较低水平。

实施例一：

光纤结构如图1所示，其径向折射率分布如图2所示。纤芯1，内包层2，上凸包层3，下凹包层4与外包层5之间的折射率差n₁-n₅，n₂-n₅，n₃-n₅，n₄-n₅分别为0.005,0,0.002,-0.007，纤芯1的半径以及内包层2，上凸包层3，下凹包层4的径向宽度分别为a₁=4μm,a₂=3μm,a₃=2μm,a₄=8μm。在1.31微米波长时，其模场直径为9.0微米，光纤的弯曲半径为7.5mm时，其弯曲损耗小于0.1dB/m。与普通单模光纤的连接损耗小于0.05dB。

实施例二：

光纤结构如图1所示，其径向折射率分布如图2所示。纤芯1，内包层2，上凸包层3，下凹包层4)与外包层5之间的折射率差n₁-n₅，n₂-n₅，n₃-n₅，n₄-n₅分别为0.0045,0,0.0025,-0.008，纤芯1的半径以及内包层2，上凸包层3，下凹包层4的径向宽度分别为a₁=4.2μm,a₂=3μm,a₃=2μm,a₄=9μm。在1.31微米波长时，其模场直径为9.5微米。弯曲半径为7.5mm时，其弯曲损耗小于0.05dB/m。光纤的弯曲半径为5mm时，其弯曲损耗小于0.005dB/匝。

以上光纤均可采用与普通单模光纤相同的制作工艺实现。

上述附图仅为说明性示意图，并不对本发明的保护范围形成限制。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。

Claims (6)

1. 一种多层光纤，包括纤芯与包层，其特征在于：所述多层光纤的结构由五部分组成，从内向外依次为纤芯(1)，内包层(2)，上凸包层(3)，下凹包层(4)和外包层(5)；各层之间的材料折射率差满足： n_1--n₅＞n_3--n₅>0.001，n_2--n₅≤0，n_4--n₅＜-0.002；

其中，n₁,n₂,n₃,n₄,n₅分别表示纤芯(1)，内包层(2)，上凸包层(3)，下凹包层(4)和外包层(5)的折射率。

2.根据权利要求1所述的多层光纤，其特征在于：纤芯(1)，内包层(2)，上凸包层(3)，下凹包层(4)的径向宽度要求为：a₁取值范围为3.4~6.2 μm，a₂取值范围为1.5~3.5 μm，a₃取值范围为1.2~3.5 μm，a₄取值范围为6.1~12.6 μm；a₁,a₂,a₃,a₄分别表示纤芯(1)的半径以及内包层(2)，上凸包层(3)，下凹包层(4)的径向宽度。

3.根据权利要求1所述的多层光纤，其特征在于： n₁-n₅取值范围为0.003~0.0075，n₂-n₅取值范围为-0.002~0.003，n₃-n₅取值范围为0.001~0.0045，n₄-n₅取值范围为-0.011~-0.005。

4.根据权利要求1所述的多层光纤，其特征在于：光纤的截止波长大于1.26 μm。

5.根据权利要求1所述的多层光纤，其特征在于：波长为1.31 μm时，光纤基模的模场直径取值范围为8.6~9.5 μm。

6.根据权利要求1所述的多层光纤，其特征在于：弯曲半径为5mm时，光纤的弯曲损耗小于0.1 dB/m。

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