CN103376504A

CN103376504A - 光纤

Info

Publication number: CN103376504A
Application number: CN201310143020XA
Authority: CN
Inventors: 小山田浩
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2033-04-23
Also published as: KR101436723B1; CN103376504B; EP2657733B1; JP5945516B2; KR20130121008A; JP2013242545A; US8837891B2; US20130287352A1; EP2657733A1

Abstract

本发明提供一种光纤，其可将MFD扩大至8～10μm前后，在弯曲特性优异的同时还具有槽型折射率分布形状。上述光纤之特征在于：满足0.30%≦Δ1≦0.45%、-0.05%≦Δ2≦0.05%、-0.35%≦Δ3≦-0.15%、2.5≦b/a、3.5μm≦a≦4.2μm、9μm≦b≦13μm、4.5μm≦c-b≦7.0μm，零色散波长为1300nm以上1324nm以下，在将光纤卷绕于直径为10mm的芯棒上时，在波长1550nm时的损耗增加量为1dB/turn（匝）以下。

Description

光纤

技术领域

本发明涉及一种光通信用的光纤，尤其涉及一种即便赋予弯曲，传输光的传输损耗也较小的光纤。

背景技术

在站点与各用户家庭之间的通信中使用光纤的光纤入户（FiberTo The Home，FTTH）等接入型通信中，有光纤可能承受曲率为数十mm～数mm的弯曲的问题。因此，对于这种在FTTH和室内布线中使用的光纤要求其相对于弯曲的传输损耗较小。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，因此对光纤本身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，为了保持柔性和实现轻量化而在较细（直径为数mm）的软线状态下进行布线，因此易于受到外力影响，而且光纤承受的弯曲半径为数十mm以下的可能性也较高。

本来，在光纤中，信号光沿着光纤的芯体传输，因此具有在光纤弯曲的状态下也能够进行传输的特性，然而，随着弯曲半径变小，无法全部传输而从芯体泄漏的光的比例呈指数函数性地增加，因而产生传输损耗。该损耗为弯曲损耗。为了降低弯曲损耗，有效的做法是提高芯体的折射率而使光进而向芯体集中，且可通过减小模场直径（Mode Field Diameter，MFD）来得到改善。为此，以往大多使用MFD约为6～8μm的光纤，由此，可实现例如将光纤卷绕在直径20mm的芯棒（mandrel）上时在波长1550mm下的弯曲损耗为0.5dB/turn以下。

然而，在长距离型光通信中通常使用的ITU（InternationalTelecommunications Union，国际电信联盟）-TG.652标准的光纤的MFD为8～10μm左右，因此在将二者相连接时，有因MFD的差异所引起的连接损耗变大的问题。因此，较为理想的是接入型光纤的MFD也增大至8～10μm左右。根据美国专利4,852,968，William A.Reed，“OPTICAL FIBER COMPRISINGA REFRACTIVE INDEX TRENCH”，公开一种在设计较大的MFD的同时能够降低弯曲损耗的槽型光纤。这是以前就知道的周知技术，近年来，其优良的弯曲损耗特性受到关注。

在石英类玻璃光纤的情形中，在芯体中掺杂锗以提高折射率，在槽部分掺杂氟以降低折射率。在除此之外的内侧和外侧包覆层中仅通过掺杂少量的纯石英或锗、氟便能使折射率接近石英水平。

当采用作为一般光纤母材制造方法的VAD（Vapor phase AxialDeposition，轴向汽相沉积）法进行制造时，（1）制造芯体（第一芯体）及内侧包覆层（第二芯体），来作为芯体/包覆层玻璃中间体（中间体）。然后，（2）形成槽部（第三芯体）。该槽部是通过小心翼翼地将玻璃球微粒子喷附于中间体的外侧上，并在含氟的气体环境中进行热处理而形成。最后，（3）形成外侧折射率体。

此时，伴随氦等惰性气体供应SiF₄、CF₄等含氟气体作为环境气体，将喷附有玻璃球微粒子的中间体加热至1300℃前后而在槽部掺杂氟。已知氟的掺杂浓度会与环境气体中的含氟气体的分压的约0.25次方成比例地增大，掺杂浓度越高，越要增大含氟气体的分压。例如，如果使槽部的相对折射率差（Δ）为-0.6%，则需要大致0.7个大气压左右的SiF₄分压，因此有消耗大量含氟气体的问题。

另外，在为槽型折射率分布的情形中，光的高次模式易于在槽的内侧部分传输，存在截止波长有变大的趋势。因此，需要在减小芯体直径等的设计上下工夫。然而，在如此般将芯体的径设计得较小时，又会产生零色散波长向长波长侧偏移的问题。零色散波长是指波长色散为零的波长，当波长色散的绝对值较大时，由于光信号的脉冲变宽等原因而导致长距离传输质量下降。

市场上的要求是不对长距离型和接入型中使用各不相同的光纤，而是将接入型中使用的光纤也这样原封不动地应用于长距离型中。此时，零色散波长较佳为普通的单模光纤的传输光波长即1.31μm左右，更佳为位于1.300～1.324μm的范围。

发明内容

发明要解决的问题:

鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种具有槽型折射率分布形状的光纤，在将MFD扩大至8～10μm左右的同时还具有优良的弯曲特性，并且即使减少向槽部掺杂氟时使用的含氟气体消耗量也具有优良弯曲特性，进而将零色散波长设计于与普通的单模光纤同等的1300～1324nm的范围。

解决问题的技术方案:

本发明的光纤的特征在于包括：位于中心部的第一芯体；与第一芯体相邻接并覆盖其外周的第二芯体；与第二芯体相邻接并覆盖其外周的第三芯体；以及与第三芯体相邻接并覆盖其外周的包覆层；以该包覆层的折射率为基准时，第一芯体的相对折射率差的最大值为Δ1，第二芯体的平坦部的相对折射率差为Δ2，第三芯体的相对折射率差的最小值为Δ3，上述第二芯体的相对折射率差的最大值Δ2max为Δ2max=（Δ1）/2，上述第二芯体的相对折射率差的最小值Δ2min为Δ2min=（Δ3）/2，第一芯体的相对于Δ1的半值半径宽为a，相对于第三芯体的上述Δ3的半值半径宽，第二芯体与第三芯体的分界处的半径为b，第三芯体与包覆层的分界处的半径为c，满足0.30%≦Δ1≦0.45%、-0.05%≦Δ2≦0.05%、-0.35%≦Δ3≦-0.15%、2.5≦b/a、3.5μm≦a≦4.2μm、9μm≦b≦13μm、4.5μm≦c-b≦7.0μm，零色散波长为1300nm以上1324nm以下，在将光纤卷绕于直径10mm的芯棒上时，在波长1550nm下的损耗增加量为1dB/turn以下。

本发明的光纤在波长1310nm下的LP01模式的模场直径为8.2μm以上10.0μm以下。另外，利用由ITU-TG.650标准规定的22m光纤测定的光缆截止波长为1260nm以下。进而，所述b为1310nm下的模场直径的1.21倍以上。另外，在波长1383nm下的传输损耗为0.35dB/km以下。

附图说明

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

图2为表示本发明的光纤的折射率分布的结构参数的模式图。

图3为表示在实施例1中制成的光纤的折射率分布的概略图。

图4为以表格形式表示作为实施例5a～5f、6a～6g而制成的125μm光纤的结构参数以及光学特性的图。

图5为表示零色散波长与Δ1的关系的曲线图。

图6为表示MFD与Δ1的关系的曲线图。

图7为表示b与Δ1的关系的曲线图。

图8为表示c-b与Δ1的关系的曲线图。

图9为表示弯曲损耗（直径10mm波长1550nm）与Δ1的关系的曲线图。

图10为表示弯曲损耗（直径10mm波长1550nm）与Δ3的关系的曲线图。

具体实施方式

本发明的光纤通过使折射率分布为槽型而在增大MFD的同时降低由弯曲所引起的传输损耗。特别是，通过设定为-0.35%≦Δ3≦-0.15%，并且设为4.5μm≦c-b≦7.0μm，来抑制氟的掺杂量，降低含氟气体的使用量。同时，抑制槽的内侧的高次模式传输，并抑制截止波长的增大，由此能够使零色散波长成为1300nm以上1.324μm以下。另外，通过设为3.5μm≦a≦4.2μm、及9μm≦b≦13μm，且设为b/a>2.5，能够使槽的界面位置b适度地远离芯体中心，从而降低易于混入界面附近的OH基的影响，并能够将1383nm附近的传输损耗降低至0.35dB/km以下，进而能够在将光纤卷绕于直径10mm的芯棒上时，使波长1550nm下的损耗增加量为1dB/turn以下。

【实施例】

通过VAD法一体合成包含第一芯体及第二芯体的多孔质玻璃母材。在第一芯体中掺杂有用以提高折射率的锗。将该多孔质玻璃母材在氯环境气体中加热至约1200℃，去除其中所含的羟基（-OH基），继而在氦环境气体中加热至约1600℃，制成实心的透明玻璃芯体母材。将该透明玻璃芯体母材在玻璃旋盘上加热拉伸至特定直径，而使长度方向的外径一致。此时，虽然由于玻璃旋盘的氢氧焰的影响而使OH基进入表面，但通过将拉伸后的透明玻璃芯体母材进而浸渍于氢氟酸水溶液中使表面溶解而可去除OH基。另外，也可在玻璃旋盘的加热源使用氩等离子焰。此时，由于OH基不会混入芯体母材的表面，因此能够省略利用氢氟酸进行的处理。

然后，通过OVD法在该透明玻璃芯体母材上沉积硅玻璃微粒子，形成相当于第三芯体的多孔质层。将其在氯环境气体中加热至约1200℃，去除多孔质玻璃层中所含的OH基，继而在四氟硅烷气（流量：每分钟1升）与氦气（流量：每分钟2升）的混合气流环境中加热至约1400℃，在向多孔质玻璃层中添加氟的同时，使多孔质玻璃层实心化，从而形成低折射率的透明玻璃层。另外，也可使用四氟甲烷和六氟化乙烷等含氟气体来代替四氟硅烷进行处理。

将如此般制成的包含第一芯体、第二芯体及第三芯体的透明玻璃芯体母材插入包覆层用的硅玻璃管中，一面利用真空泵对管的内部进行减压，一面加热至约2000℃，使包覆层与芯体部一体化，从而制成光纤用的透明玻璃母材。另外，也可为如下步骤，即不将透明芯体母材插入管中，而是通过OVD法在透明芯体母材的外侧沉积多孔质硅玻璃层，并将其在氦环境气体中加热至约1600℃左右而使之透明玻璃化。将如此般制成的光纤母材加热至约2100℃并拉丝，由此得到直径125μm的光纤。

另外，在上述内容中，基于所制成的光纤的设计值，并结合各芯体的半值径a、b、c来调整硅玻璃微粒子的沉积量，进而调整向第一芯体掺杂的锗的掺杂量和向第三芯体掺杂的氟的掺杂量，来分别作为实施例1～4、比较例1～3。将其等的光学特性汇总示于图1中。另外，λc为零色散波长，λcc为截止波长。弯曲损耗为将光纤卷绕于直径10mm的芯棒上时在波长1550nm下的数值。本发明的光纤的结构参数如图2所示，在实施例1中制成的光纤的折射率分布如图3所示。

图4为以表格形式表示作为实施例5a～5f、6a～6g而制成的125μm光纤的结构参数以及光学特性的图。在实施例5a～5f中所示的光纤中，改变Δ1制成母材，将λcc调整为1250nm左右。此处，在使零色散波长与普通的单模光纤的光学特性值1300～1324nm一致时，如图5所示，需要使Δ1收敛在大致0.45%以下的范围。另外，在使MFD与普通的单模光纤的光学特性值8.0～10.0μm一致时，如图6所示，需要使Δ1收敛在大致0.3%～0.5%的范围。因此需要使Δ1收敛在大致0.3%以上0.45%以下的范围。此时，为了调整λcc，在通过将芯体径a、b、c扩大缩小来进行研究时发现，如图7、图8所示，b大致为9～13μm，同样地，c-b为4.5～7μm。

图9为表示实施例5a～5f的光纤的弯曲损耗（直径10mm波长1550nm）与Δ1的关系的曲线图。如图9所示，实施例5a～5f的光纤的弯曲损耗特性未达0.5dB/turn，均为较佳。

在实施例6a～6g所示的光纤中，改变Δ3制成母材，将λcc调整为1250nm左右。如图10所示，存在Δ3越小，弯曲损耗越小的趋势。通过设为Δ3≦-0.15%，能够使弯曲损耗收敛在1dB/turn以下的区域，通过设为Δ3<0.25%，弯曲损耗变得小于0.5dB/turn。

第三芯体的相对折射率差的最小值Δ3可通过改变含氟气体的浓度分压进行调整。由于Δ3与含氟气体的分压比的约0.25次方成比例地下降，例如，在欲使Δ3为-0.4%时，需要使含氟气体的分压为Δ3为-0.35%时的1.7倍，这样会造成含氟气体的使用量变得极大。如果含氟气体的使用量变大，则原料气体量和废气的处理量也会增大，造成成本上升，因此在经济上需要尽可能地抑制氟掺杂量。为此，Δ3的值较佳为-0.40%以上，更佳为-0.35%以上。

这样一来，根据本发明的光纤，通过在抑制槽部分的氟掺杂量的同时调整其宽度，可抑制高次模式的传输并抑制截止波长的增大，由此能够使零色散波长为1.324μm以下。另外，通过使槽的界面位置适度地远离芯体中心，从而具有能够得到OH杂质少且弯曲特性也优异的光纤等优异效果。

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，可对上述实施方式加以各种变更或改进。根据权利要求书的记载可知，加以变更或改进的形态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、步骤及阶段等各处理的执行顺序，只要没有特别明示“更早”、“早于”等，或者只要不是前面处理的输出用在后面的处理中，则可以任意顺序实现。关于权利要求书、说明书及附图中的动作流程，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：位于中心部的第一芯体；与第一芯体相邻接并覆盖其外周的第二芯体；与第二芯体相邻接并覆盖其外周的第三芯体；以及与第三芯体相邻接并覆盖其外周的包覆层；以该包覆层的折射率为基准时，第一芯体的相对折射率差的最大值为Δ1，第二芯体的平坦部的相对折射率差为Δ2，第三芯体的相对折射率差的最小值为Δ3，所述第二芯体的相对折射率差的最大值Δ2max为Δ2max=（Δ1）/2，所述第二芯体的相对折射率差的最小值Δ2min为Δ2min=（Δ3）/2，第一芯体的相对于Δ1的半值半径宽为a，相对于第三芯体的所述Δ3的半值半径宽，第二芯体与第三芯体的分界处的半径为b，第三芯体与包覆层的分界处的半径为c，满足0.30%≦Δ1≦0.45%、-0.05%≦Δ2≦0.05%、-0.35%≦Δ3≦-0.15%、2.5≦b/a、3.5μm≦a≦4.2μm、9μm≦b≦13μm、4.5μm≦c-b≦7.0μm，零色散波长为1300nm以上1324nm以下，在将光纤卷绕于直径10mm的芯棒上时，在波长1550nm下的损耗增加量为1dB/turn以下。

2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：在波长1310nm下的LP01模式的模场直径为8.2μm以上10.0μm以下。

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

4.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述b为1310nm下的模场直径的1.21倍以上。

5.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：波长1383nm下的传输损耗为0.35dB/km以下。