CN103376503B

CN103376503B - 光纤

Info

Publication number: CN103376503B
Application number: CN201310126286.3A
Authority: CN
Inventors: 小山田浩; 中岛斉
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2033-04-12
Also published as: US8977094B2; JP2013235261A; US20130272669A1; KR20130116009A; EP2650709B1; EP2650709A1; CN103376503A

Abstract

本发明涉及一种光纤，该光纤的OH杂质较少，弯曲特性也优良。使1383nm处的传输损耗在作为一般通信波段1310nm的传输损耗0.35dB/km以下。其特征在于，以包层的折射率为基准时，第一纤芯的相对折射率差的最大值为Δ1，第二纤芯的相对折射率差的最大值为Δ2，第三纤芯的相对折射率差的最低值为Δ3，第一纤芯的位于相对折射率差（Δ1-Δ2）的一半处的半径宽度为a，第二纤芯与第三纤芯的交界的半径为b，第三纤芯与包层的交界的半径为c，并满足0.30%≦Δ1≦0.45%、-0.05%≦Δ2≦0.05%、-0.6%≦Δ3≦-0.3%、2.85≦b/a、10μm≦b≦15μm、3μm≦c-b≦5.5μm，在将光纤卷绕在直径为10mm的芯棒上时，波长1550nm处的损耗增加量为0.2dB/匝以下。

Description

光纤

技术领域

本发明涉及一种光通信用的光纤，尤其涉及一种在数十公里的长度进行传输的长距离线路以及适用于光纤入户（FiberToTheHome，FTTH）和局域网（LocalAreaNetwork，LAN）中的室内外布线的光纤。

背景技术

光纤由于其宽带特性而适用于远距离通信领域，并广泛应用于数十公里以上的长距离干线线路的通信。另一方面，随着互联网的迅速普及，各个个人电脑的收发信息量也飞速增加。目前，被广泛使用的技术为同轴电缆和非屏蔽双绞线（UnshieldedTwistedPair，UTP）电缆等铜线电缆。然而，由于电缆的带宽很狭窄或易受电磁波噪声影响等原因，难以传输庞大的信息量。

因此，不仅仅是电话局间的长距离通信，电话局与各用户间的通信也使用光纤，作为提高传输容量的技术，FTTH逐渐得到普及。在FTTH中采用的方式为，利用光纤的宽带特性使多个用户在用户群附近共用一根光纤，此后将光信号分路给各个用户，为各个用户分配光纤的引入线。

在FTTH中，从分路点引入到各用户室内的光纤及用于室内布线的光纤所需要具有的重要特性例如为弯曲损耗特性。由于长距离干线电缆铺设在地下管道等不易受到外力影响的地方，给光纤本体施加的弯曲仅仅需要考虑终端容器内的直径60mm的卷绕（最多100圈）。

与此相对，在室内外的布线中，为了保持柔性和轻量化，在较细（直径为数mm）的线缆状态下进行布线，因此易于受到外力影响，较多情况下光纤能承受的弯曲半径为20mm以下。本来，在光纤中，信号光沿着光纤的纤芯传输，因此具有在光纤弯曲的状态下也能够进行传输的特征，然而，随着弯曲半径的变小，在传输途中从纤芯泄漏的光的比例呈指数函数性增加，成为传输损耗。这就是弯曲损耗。

为了降低弯曲损耗，有效的做法是将光更加集中于纤芯，通过减小模场直径（ModeFieldDiameter，MFD）能够得到改善。为此，通常大多使用MFD约为6～8μm的光纤，由此，例如，将光纤卷绕在直径为20mm的芯棒（mandrel）上时，可以实现使波长为1550mm时的弯曲损耗达到0.5dB/匝以下。

美国专利4,852,968号及技术文献“OPTICALFIBERCOMPRISIBGAREFRACTIVEINDEXTRENCH”,WilliamA.Reed中所公开的沟型光纤通过增大MFD而能够降低弯曲损耗。这虽然是很久以前就知道的技术，但近年来，其优良的弯曲损耗特性受到了关注。当采用石英类玻璃光纤时，在纤芯中掺入锗从而提高折射率，在沟部分掺入氟从而降低折射率。在其他的内外侧包层中仅通过少量掺入纯石英或锗和氟便能够使折射率接近石英的水平。

当采用作为一般光纤母材制造方法的VAD（VaporphaseAxialDeposition，轴向汽相沉积）法进行制造时，（1）制造纤芯（第一纤芯）及内侧包层（第二纤芯），作为纤芯/包层玻璃中间体（中间体）。然后，（2）形成沟部（第三纤芯）。这是通过将另外准备好的掺氟玻璃管覆盖在中间体上而制成的。或者，也可以通过小心翼翼地将玻璃球微粒子吹到中间体的外侧上，在含氟气体氛围气中进行热处理而形成。最后，（3）形成外侧包层。

此处的问题在于中间体/沟的交界面附近容易混入OH基等杂质。如果在光纤的光通道中混入较多的OH基，则会在1383nm的波长处出现由OH基引起的光吸收峰值。为此，以这种方式制成的沟型光纤中，由OH基引起的1383nm处的传输损耗较高，从而难以满足ITU-TG652D标准。

发明内容

发明要解决的问题:

考虑到上述现有技术，本发明的目的在于提供一种OH杂质较少，弯曲特性也优良的光纤。尤其是在OH杂质方面，将1383nm处的传输损耗降到作为一般通信波段1310nm的传输损耗0.35dB/km以下。

解决问题的方案:

本发明为解决上述问题提供了一种光纤，其特征在于，包括：位于中心部的第一纤芯、与第一纤芯相邻接并覆盖其外周的第二纤芯、与第二纤芯相邻接并覆盖其外周的第三纤芯以及与第三纤芯相邻接并覆盖其外周的包层；以该包层的折射率为基准时，第一纤芯的相对折射率差的最大值为Δ1，第二纤芯的相对折射率差的最大值为Δ2，第三纤芯的相对折射率差的最低值为Δ3，第一纤芯的位于相对折射率差（Δ1-Δ2）的一半处的半径宽度为a，第二纤芯与第三纤芯的交界的半径为b，第三纤芯与包层的交界的半径为c，并满足0.30%≦Δ1≦0.45%、-0.05%≦Δ2≦0.05%、-0.6%≦Δ3≦-0.3%、2.85≦b/a、10μm≦b≦15μm、3μm≦c-b≦5.5μm，在将光纤卷绕在直径为10mm的芯棒上时，波长1550nm处的损耗增加量为0.2dB/匝以下。另外，上述a、b、c、Δ1、Δ2、Δ3如图1所示。

附图说明

【图1】为说明本发明所述光纤的折射率分布结构的模式图。

【图2】为作为实施例1～4及比较例1～3而制成的125μm的光纤的以表格形式表示的结构参数及光学特性的图。

【图3】为表示1383nm处的传输损耗与b/a的关系的图表。

【图4】为表示1383nm处的传输损耗与b/MFD的关系的图表。

【图5】为表示λc-λcc与c-b的关系的图表。

【图6】为将作为实施例5a～5f、6a～6f而制成的125μm的光纤的结构参数以及光学特性以表格形式进行显示的图。

【图7】为表示MFD与Δ1的关系的图表。

【图8】为表示b与Δ1的关系的图表。

【图9】为表示c-b与Δ1的关系的图表。

【图10】为表示弯曲损耗（直径10mm，波长1550nm）与Δ3的关系的图表。

具体实施方式

以下，例举实施例1～4、比较例1～3对本发明的光纤做进一步详细说明，但本发明并不限定于此，各种各样的形态都是可以的。通过VAD法，一体合成由第一纤芯及第二纤芯构成的多孔质玻璃母材。在第一纤芯中掺杂用于提高折射率的锗。将该多孔质玻璃母材置于氯氛围气气体中以大约1200℃进行加热，去除所包含的羟基（-OH基），接着放在氦氛围气气体中以大约1600℃进行加热，成为实心的透明玻璃纤芯母材。将该透明玻璃纤芯母材放置于玻璃旋盘上拉伸到规定直径，使长度方向的外径一致。此时，虽然在玻璃旋盘的氢氧焰的影响下会使OH基结合到表面中，但通过将拉伸后的透明玻璃纤芯母材进一步浸渍于氢氟酸水溶液中使表面溶化，便可以将其去除。另外，也可以采用氩等离子焰作为玻璃旋盘的加热源。此时，由于不会在纤芯母材的表面中混入OH基，因此能够省略氢氟酸的处理。

然后，在该透明玻璃纤芯母材上通过OVD（OutsideChemicalVaporDeposition，外化学汽相沉积）法堆积硅玻璃微粒子，从而形成相当于第三纤芯的多孔质层。将其置于氯氛围气气体中以大约1200℃进行加热，去除多孔质玻璃层中包含的OH基，接着通过导入四氟硅烷气体而向多孔质玻璃层中添加氟，从而使玻璃的折射率降低，进而置于氦氛围气气体中以大约1600℃进行加热，成为透明的第三纤芯玻璃层。另外，可以采用四氟甲烷和六氟乙烷等含氟气体代替四氟硅烷进行处理。

将这样制成的由第一纤芯、第二纤芯及第三纤芯构成的透明纤芯母材插入到包层用的硅玻璃管中，通过真空泵使管的内部减压的同时以大约2000℃进行加热，从而制成将包层与纤芯部一体化的光纤用透明玻璃母材。另外，也可以并不将透明纤芯母材插入到管中，而是采用通过在透明纤芯母材的外侧通过OVD法堆积多孔质硅玻璃层，将其置于氦氛围气气体中以大约1600℃左右进行加热从而进行透明玻璃化的工序。

改变第一纤芯、第二纤芯、第三纤芯的直径和厚度，或者改变第一纤芯中含有的锗的掺杂量和第三纤芯中含有的氟的掺杂量，从而制成多种不同的光纤用玻璃母材。通过对这样制成的光纤母材以大约2100℃进行加热并拉细，从而得到图2所示直径为125μm的光纤作为实施例1～4及比较例1～3。图2为作为实施例1～4及比较例1～3而制成的125μm的光纤的以表格形式表示的结构参数及光学特性的图。

在该表格中，传输损耗是1383nm处的测定值，弯曲损耗是弯曲直径为10mm时的1550nm处的测定值。

另外，第二纤芯及包层由不含锗和氟的硅玻璃制成，但Δ2未必是0（零）。通常大概会产生-0.05～+0.05%的Δ差。这是玻璃中含有氯的主要原因。在制造多孔质玻璃时的原料（四氯化硅等）和在去除OH基的工序中添加的氯气等的影响下，大概会含有1000～5000ppm的氯（Cl）。已知如果含有1000ppm的Cl，会使折射率Δ增加约0.01%左右。另外，由加热历史等产生的残余应力的差异也是一个主要原因，已知如果有压缩应力残余，则会使折射率变高。

在实施例1中，通过调整结构参数成为b/a=3.01，从而使第二纤芯与第三纤芯的交界面离开第一纤芯。因此，即使在第二纤芯与第三纤芯的交界面附近由于受到OVD工序的氢氧焰的影响会混入1ppm左右的OH基，但由于该OH基很难会给传输光带来影响，因此能够有效地降低由OH基带来的传输损耗，从而得到1383nm处的传输损耗为0.301dB/km的优质的光纤。当卷绕在直径10mm的芯棒上时，弯曲损耗在波长1550nm处于0.066dB/匝的优良水平。

实施例2中，b/a=2.85稍微有点小，但1383nm处的传输损耗为0.342dB/km，也达到了实用上无问题的水平。通过将c-b设为3.61μm，对22米光纤测定的光缆截止波长（λcc）与对2米光纤测定的光纤截止波长（λc）之间的差异低于86nm。

实施例3中，通过设为b/a=2.96，c-b=3.60μm，而使得λc-λcc降低到60nm。通过这样能够将λc降到1310nm以下的1284nm，即便是2米的短光纤也能够在1310nm处执行单模动作。

实施例4中，通过增大到b/a=3.30，并将c-b设为4.81μm，而使λc-λcc成为155nm，当卷绕到直径10mm的芯棒上时，弯曲损耗在波长1550nm中达到0.058dB/匝的极好水平。

在比较例1中，不仅小到b/a=2.79，而且还使MFD大到9.01μm，因此成为b/MFD=1.16。从而使1383nm处的传输损耗高达0.722dB/km。而且使弯曲损耗也高达0.643dB/匝。

在比较例2中，虽然设为b/a=3.00，但由于提高到Δ1=0.402%的影响而成为b/MFD=1.25。因此，1383nm处的传输损耗高达0.666dB/km。进一步地，由于提高到c-b=5.59μm，因此使λc-λcc高达185nm。

在比较例3中，使Δ3成为-0.25%。因此，使由沟带来的弯曲损耗降低效果弱化，使弯曲损耗呈现出高达0.326dB/匝的值。反复尝试的结果是发现1383nm的传输损耗与（b/a）或（b/MFD）的值相关，该关系分别如图3及图4所示。

从图3及图4的关系可以看出，如果要使1383nm处的传输损耗为0.35dB/km以下，则需要使b/a≧2.85，并使b/MFD≧1.21。另外还可以看到λc-λcc与c-b的值相关，其关系如图5的图所示。如果要使λc-λcc达到70nm～160nm以下，则希望使c-b≦5.5μm。另一方面，从比较例1中可以看到，如果使c-b过小，则会使由沟带来的弯曲损耗降低效果弱化，同时，第三纤芯与包层的交界面（OH基易于集中于此处）会影响传输光，使1383nm的传输损耗也恶化。因此，希望使c-b为3μm以上，如果可能，则希望为3.5μm以上。

图6为作为实施例5a～5f、6a～6f而制成的125μm的光纤的结构参数及光学特性以表格形式表示的图。实施例5a～5f所示的光纤改变Δ1制成母材，将λcc调整成1250nm左右。此处，使MFD与通常的单模光纤的光学特性值8.0～10.0μm相匹配时，则如图7所示，需要将Δ1收敛到大致0.3～0.45%以内的范围。此时，为了调整λcc，对纤芯径a、b、c进行放大缩小研究后发现，如图8、图9所示，使b大致成为10～15μm，同样地，使c-b成为3～5.5μm。实施例5a～5f的光纤的弯曲损耗特性不足0.2dB/匝，每一个都很良好。

实施例6a～6f所示光纤改变Δ3制成母材，将λcc调整成1250nm左右。如图10所示，Δ3越小，弯曲损耗就越有变小的趋势。通过使Δ3≦-0.3%，能够将弯曲损耗收敛到1dB/匝以下的区域，通过使Δ3<0.5%，则使弯曲损耗变得比0.2dB/匝还要小。

实施例6f中，虽然是使Δ3=-0.65%，但如果Δ3降低到该值，在制造上会产生第三纤芯与包层的交界部分容易发生气泡的问题。该气泡被认为可能是由于作为掺杂物混入的氟在制造过程中通过加热发泡而造成。因此，Δ3的下限可以说最好为-0.6%左右。

以上，本发明所述光纤的特征为，包括位于中心部的第一纤芯、与第一纤芯相邻接并覆盖其外周的第二纤芯、与第二纤芯相邻接并覆盖其外周的第三纤芯以及与第三纤芯相邻接并覆盖其外周的包层，以该包层的折射率为基准时，第一纤芯的相对折射率差的最大值为Δ1，第二纤芯的相对折射率差的最大值为Δ2，第三纤芯的相对折射率差的最低值为Δ3，第一纤芯的位于相对折射率差（Δ1-Δ2）的一半处的半径宽度为a，第二纤芯与第三纤芯的交界的半径为b，第三纤芯与包层的交界的半径为c，并满足0.30%≦Δ1≦0.45%、-0.05%≦Δ2≦0.05%、-0.6%≦Δ3≦-0.3%、2.85≦b/a、10μm≦b≦15μm、3μm≦c-b≦5.5μm，使得将光纤卷绕在直径为10mm的芯棒上时，波长1550nm处的损耗增加量为0.2dB/匝以下，将波长1310nm处的LP01模式的模场直径设置为8μm以上10μm以下。进一步地，将所述b设置为模场直径的1.21倍以上，从而使波长1383nm处的传输损耗为0.35dB/km以下。由此，能够使交界面位置（b）适当地远离纤芯，降低容易在交界面附近混入的OH基的影响，从而将1383nm附近的传输损耗降低到0.35dB/km以下。

进一步地，本发明的光纤以ITU-TG.650标准规定的22米的光纤测定的光缆截止波长为1260nm以下，优选为即使不依照所述标准也为1260nm以下。进一步地，光纤截止波长为1420nm以下，优选为1310nm以下，光缆截止波长为1260nm以下，光纤截止波长与光缆截止波长的差为160nm以下，优选为70nm以下，通过使光纤截止波长为1310nm以下，能够在1310nm中实质上以单模动作进行传输。另外，通过减小2m与22m的截止波长的差，即使在主要以室内布线为主的22m以下的短距离用途中也能够保证单模动作。

如此，根据本发明的光纤，通过使沟部分与内侧部分的交界面位置离开纤芯，从而达到了减少OH杂质，得到优良弯曲特性的光纤等的优良效果。

以上，使用本发明的实施方式进行了说明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。另外，本领域技术人员应当清楚，在上述实施方式的基础上可加以增加各种变更或改进。此外，由权利要求的记载可知，这种加以变更或改进的实施方式也包含在本发明的技术范围内。

应当注意的是，权利要求书、说明书及附图中所示的装置、系统、程序以及方法中的动作、顺序、步骤及阶段等各个处理的执行顺序，只要没有特别明示“更早”、“早于”等，或者只要前面处理的输出并不用在后面的处理中，则可以以任意顺序实现。关于权利要求书、说明书及附图中的动作流程，为方便起见而使用“首先”、“然后”等进行了说明，但并不意味着必须按照这样的顺序实施。

Claims

1.一种光纤，其特征在于，包括：位于中心部的第一纤芯、与第一纤芯相邻接并覆盖其外周的第二纤芯、与第二纤芯相邻接并覆盖其外周的第三纤芯以及与第三纤芯相邻接并覆盖其外周的包层；以该包层的折射率为基准时，第一纤芯的相对折射率差的最大值为Δ1，第二纤芯的相对折射率差的最大值为Δ2，第三纤芯的相对折射率差的最低值为Δ3，第一纤芯的位于相对折射率差(Δ1-Δ2)的一半处的半径宽度为a，第二纤芯与第三纤芯的交界的半径为b，第三纤芯与包层的交界的半径为c，并满足0.30％≦Δ1≦0.45％、-0.05％≦Δ2≦0.05％、-0.6％≦Δ3≦-0.3％、2.85≦b/a、10μm≦b≦15μm、3μm≦c-b≦5.5μm，所述b为波长1310nm处的模场直径的1.21倍以上，在将光纤卷绕在直径为10mm的芯棒上时，波长1550nm处的损耗增加量为0.2dB/匝以下，波长1383nm处的传输损耗为0.35dB/km以下。

2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，波长1310nm处的LP01模式的模场直径为8μm以上10μm以下。

3.根据权利要求1所述光纤，其特征在于，以ITU-TG.650标准规定的22米的光纤测定的光缆截止波长为1260nm以下。

4.根据权利要求1所述光纤，其特征在于，以ITU-TG.650标准规定的2米的光纤测定的光纤截止波长为1420nm以下。

5.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，以ITU-TG.650标准规定的22米的光纤线缆测定的光缆截止波长为1260nm以下。

6.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，以ITU-TG.650标准规定的2米的光纤测定的光纤截止波长和以ITU-TG.650标准规定的22米的光纤测定的光缆截止波长的差为160nm以下。