CN103988103B - 光纤、光传输系统和光纤制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适合用在光传输网络中的廉价的低损耗光纤。该光纤包括芯部、光学包层和护套。所述芯部的相对折射率差为0.2％至0.32％，并且折射率体积为9％·μm²至18％·μm²。所述护套的相对折射率差为0.03％至0.20％。构成所述中央芯部的玻璃的假想温度为1400℃至1560℃。所述芯部中的残余应力为压缩应力。2m光纤的截止波长为至少1300nm。长度为100m的光纤的截止波长为1500nm以下。在1550nm波长处的有效截面积为至少110μm²。在1550nm波长处的衰减为0.19dB/km以下。

Description

光纤、光传输系统和光纤制造方法

技术领域

本发明涉及光纤、光传输系统和光纤制造方法。

背景技术

对于用作传输速率为100G比特/秒以上的光传输网络中的光传输线的光纤,其优选具有低衰减和低非线性。令n₂为光纤的非线性折射率、Aeff为其有效面积，则该光纤的非线性由n₂/Aeff限定。有效面积Aeff越大，非线性就越低，这是因为防止了光功率密度集中在芯部上。符合ITU-T G.652标准的通用单模光纤(SMF)在1550nm波长处的有效面积Aeff为约80μm²。然而优选的是,低非线性光纤的有效面积Aeff大于或等于110μm²而小于或等于180μm²。

不幸的是，随着有效面积Aeff增加，微弯损耗增加，因此导致电缆形成时损耗增加。另外，随着有效面积Aeff增加，与通用单模光纤连接的损耗增加。考虑到有效面积Aeff对微弯损耗和连接损耗的影响，有效面积Aeff优选小于或等于150μm²，然而该值取决于光纤的折射率分布和杨式模量及树脂覆层厚度。

纯石英芯光纤(PSCF)被称作低损耗光纤。就上述的大容量通信而言，据认为GeO₂掺杂芯光纤(GCF)劣于PSCF，这是因为由于GeO₂的浓度波动,使得GCF具有比PSCF更高的瑞利散射损耗。常见的PSCF是昂贵的。因此，需要一种实现了低损耗和低非线性的廉价光纤。

S.Sakaguchi等人，Applied Optics，第37卷，第33期，第7708-7711页(1998)和JP2006-58494A公开了用于减少GCF中损耗的技术。根据这项技术，当拉伸光纤预制件以形成光纤时，为了降低该光纤中的瑞利散射，将光纤缓慢地冷却以降低构成该光纤的玻璃的假想温度，从而实现低损耗。

发明内容

[本发明要解决的问题]

因此，本发明的目的是提供一种适合用作光传输系统中光传输线的廉价低损耗光纤、一种包括该光纤作为传输线的光传输系统和一种能够制作该光纤的方法。

[解决问题的方案]

本发明提供一种石英玻璃光纤，其包括具有中心轴的芯部、包围所述芯部的光学包层；以及包围所述光学包层的护套。所述芯部含有GeO₂，其相对折射率Δ_芯部大于等于0.2％而小于或等于0.32％，并且其折射率体积v大于或等于9％·μm²而小于或等于18％·μm²，所述折射率体积v由等式(1)表述：

其中Δ(r)表示在径向坐标r处的相对折射率差并且a表示所述芯部的直径。所述护套的相对折射率差ΔJ大于或等于0.03％而小于或等于0.20％。构成所述芯部的玻璃的假想温度为大于或等于1400℃而小于或等于1560℃。芯部中的残余应力为压缩应力。对长度为2m的光纤测得的截止波长大于或等于1300nm。对长度为100m的光纤测得的截止波长小于或等于1500nm。在1550nm波长处的有效面积大于或等于110μm²。在1550nm波长处的衰减小于或等于0.19dB/km。假想温度可以小于或等于1530℃。

在本说明书中，将“相对折射率差”定义为每个对象相对于光学包层中的折射率n_光学包层的折射率差异：Δ_对象＝(n_对象–n_光学包层)/n_光学包层。关于芯部的折射率，使用了等效阶跃折射率(ESI)。将折射率的导数相对于所述光学包层和所述护套之间界面处的径向坐标达到其最大值处的直径定义为所述光学包层的外径。所述护套的折射率是从具有护套外径的部分至玻璃最外部分的光学包层的折射率的平均值。

在本发明的光纤中，在1550nm波长处的衰减可以小于或等于0.178dB/km，并且在1310nm波长处的衰减可以小于或等于0.315dB/km。在垂直于所述光纤的轴的截面中，所述护套的横截面积中50％以上部分中的应力可以是拉伸应力。所述芯部中残余的应力的绝对值可以小于或等于30MPa。在1383nm波长处因OH基团所致的衰减增量可以小于或等于0.02dB/km。所述芯部可以含有氟。在1300℃下所述护套的粘度可以比所述芯部的粘度高0.3泊以上。所述芯部在拉伸后于1300℃温度下退火1分钟以上的过程中的相对折射率差的变化可以大于或等于0.002％而小于或等于0.02％。

在本发明的光纤中，所述芯部和所述光学包层之间的应力之差可以小于或等于20MPa。当所述光纤在大于或等于1600nm的波长范围内的衰减α与波长λ间的关系近似为等式α＝A·exp(B/λ)时，A可以小于或等于6.5×10¹¹并且B可以大于或等于48.5。所述光纤还可以包括围绕所述护套的一次覆层和二次覆层。二次覆层的杨氏模量可以大于或等于800MPa。一次覆层的杨氏模量可以大于或等于0.2MPa而小于或等于1MPa。带有覆层的光纤的外径可以大于或等于240μm，并且二次覆层的厚度可以大于或等于10μm。

本发明提供一种包括两个中继器和连接所述两个中继器的光传输线的光传输系统，其中所述光传输线的长度为大于或等于70km，并且所述光传输线的90％以上的区间包括本发明的光纤。本发明还提供一种包括光传输线的光传输系统，所述光传输线包括本发明的光纤，其中信号光在所述光纤中被分布式拉曼放大。

本发明提供一种制造光纤的方法，所述方法包括在拉丝炉中熔化并拉伸光纤预制件，其中当经过拉伸的所述光纤从所述拉丝炉中拉出时，所述光纤的截面中的平均温度大于或等于1200℃而小于或等于1550℃。可以使所述经过拉伸的光纤在处于1000℃以上的温度下进入设置于所述拉丝炉下游的加热炉。在根据本发明的光纤制作方法中，所述光纤预制件可以包括具有中心轴的芯部、包围所述芯部的光学包层以及包围所述光学包层的护套。在所述光学包层和所述护套之间的界面处的OH浓度可以小于或等于1000wtppm。

[本发明的效果]

本发明提供了一种适合用作光传输网络中的光传输线的廉价低损耗光纤。

附图说明

图1是根据本发明一个实施方案的光纤的截面图。

图2是在根据本发明实施方案的光纤制造方法中使用的光纤制造装置的示意图。

图3是说明关于包括含GeO₂的芯部的光纤的L/V与可达到的假想温度之间的关系的图。

图4是说明假想温度与光纤中的衰减之间关系的图。

图5是说明假想温度与光纤中的衰减之间关系的图。

图6是说明芯部中残余的应力与附加损耗之间关系的图。

图7是说明光纤中残余应力的径向分布的图。

图8是说明拉曼强度和拉曼位移之间关系的图。

具体实施方式

下面将参考附图更详细地描述本发明的实施方案。在附图中，相同的部件由同样的附图标记命名并且避免重复的描述。

发明人已经发现：在芯部含有GeO₂的情况下，如果通过缓慢冷却降低玻璃的假想温度来减少瑞利散射，则由瑞利散射之外的因素引起的损耗成分(以下称作“附加损耗”)可能增加并且不总是能获得低损耗光纤。据发明人所知，在S.Sakaguchi等人和JP2006-58494A(其公开了通过缓慢冷却玻璃以减少光纤中的衰减)和M.Ohashi等人，IEEEPhotonics Technology Letters，第5卷，第7期，第812-814页(1993)(其公开了通过芯部-包层粘度匹配以减少光纤中的衰减)中未提到包括含GeO₂的芯部的光纤中附加损耗和芯部中残余应力的绝对值之间的关系。

图1是根据本发明一个实施方案的光纤1的截面图。所述光纤1是这样的光纤，其由SiO₂玻璃构成并且包括具有中心轴的芯部11、包围所述芯部11的光学包层12和包围所述光学包层12的护套13。所述芯部11含有GeO₂并且还可以含有氟。所述光学包层12的折射率低于所述芯部11的折射率。所述光学包层12可以由纯SiO₂玻璃或含氟的SiO₂玻璃构成。所述护套13由纯SiO₂玻璃构成并且可以含有氯。

减少光纤1中的瑞利散射可以减少光纤1中的损耗。降低构成光纤1的玻璃的假想温度可有效减少瑞利散射。降低玻璃假想温度的方法包括如下的第一方法和第二方法。

第一方法是在拉伸光纤预制件以形成光纤1的过程中，延缓所形成的光纤的冷却速率以促进玻璃网状结构的缓和(relaxation)，从而降低玻璃的假想温度的方法(缓慢冷却法)。第二方法是向芯部11添加非常少量的添加物，从而降低玻璃的假想温度的方法，所述添加物不会增加由光吸收引起的衰减，同时加速芯部11的结构缓和。

光纤1可以通过第一或第二方法来减少瑞利散射，或者可以通过这些方法的适当组合来减少瑞利散射。在以下描述中，假设使用了缓慢冷却法。

制作光纤1的方法如下。首先，通过气相合成法(如VAD、OVD、MCVD或PCVD)形成光经其传播的芯部，并且该芯部被通过VAD、OVD、APVD、棒塌缩法(rod-in-collapse method)或与该方法类似的方法所形成的护套层包围，从而形成光纤预制件。中间光学包层可以通过VAD、OVD、APVD、棒塌缩法或与其类似的方法形成，使得形成的层插入芯部和护套之间。将以这种方式形成的光纤预制件通过拉丝塔固定，将预制件的下端在工作温度以上加热，并且适当地拉伸熔化的玻璃的滴状末端以形成光纤，从而制成玻璃光纤。控制拉伸的速率以使玻璃光纤具有预定的外径，同时使玻璃光纤穿过(例如)用于在玻璃光纤上沉积树脂的模具和用于固化该树脂的UV炉，从而形成具有树脂覆层的包覆光纤。该包覆光纤缠绕在卷绕筒管上。

所述树脂覆层具有双层结构，并包括保护玻璃光纤避免外力直接施加的一次覆层和保护玻璃光纤免受外部损伤的二次覆层。用于施加树脂覆层的模具可以在光纤形阶段串联地布置。或者，可以通过同时喷出两个覆层的模具来施加树脂覆层。在这种情况下，可降低拉丝塔的高度。因此，可以降低构建容纳拉丝塔的结构的成本。

另外，可以在拉丝炉和模具之间放置用于控制冷却所形成玻璃光纤的速率的装置，以便能够将进入模具的玻璃光纤的表面温度控制在适宜的温度下。穿过用于控制冷却速率的装置的气流优选具有较低雷诺数，这样可减少因所形成光纤上出现紊流而导致的振动。另外，控制玻璃光纤的冷却速率还可以减少瑞利散射，从而获得具有低衰减的光纤。

在用于固化树脂的UV炉中，可以通过反馈控制该炉中的UV光强度和温度来适当地控制树脂的固化速率。在UV炉中适当地使用磁控管或紫外LED。在使用紫外LED时，由于这种光源不产生热，所以额外地布置用于供应热空气的机构，以便将该炉控制到适宜的温度。树脂留下的成分可能粘附于UV炉的炉管内表面，导致拉伸过程中达到包覆层的UV光的功率发生改变。因此，可以预先监测拉伸过程中UV光功率的降低程度，并且基于拉伸时间来控制UV光的功率，以便将施加至覆层的UV光控制在恒定的功率。另一方面，可以监测从炉管泄漏的UV光，并且控制UV光的功率以使施加至覆层的UV光控制在恒定的功率。这使得光纤能够在其整个长度上具有均匀的拉伸强度。

适当地设定两个覆层中的二次覆层的厚度，以便保持对外部损伤的抵抗性。通常，二次覆层的厚度优选地大于或等于10μm，更优选地大于或等于20μm。将以这种方式制作并缠绕在卷绕筒管上的光纤1根据需要着色并作为成品使用，如光缆或光索(optical cord)。

根据本发明的实施方案，使拉丝炉中形成的光纤穿过充当拉丝炉下端的淬火部分和加热炉并且随后进入模具。淬火部分通过连续方式，以大于或等于1000℃/秒和小于或等于20000℃/秒的冷却速率将由熔化光纤预制件下端中的锥形部分(其直径范围是预制件直径的90％至5％)至所形成的光纤中温度为1400℃的部分的区域冷却。将加热炉布置在所形成的光纤实质上从拉丝炉中拉出的平面(拉丝炉出口)以下。拉丝炉出口和加热炉入口之间的距离为1米以下。图2是在根据本发明的制作光纤的方法的实施方案中使用的光纤制作装置的示意图。在用于拉伸光纤预制件2的拉丝炉10的出口和加热炉20的入口之间的部分可以具有用于防止形成的光纤1的温度下降的隔热结构。当进入加热炉20时，光纤温度优选为大于或等于1000℃、更优选大于或等于1400℃。

这使得可降低加热炉的长度，在所述加热炉中，光纤被再次加热至实质上允许结构缓和的温度(通常为玻璃化转变温度以上的温度)。因而，可以增加促进结构缓和的时间。令V为拉伸速率，这样设定加热炉的长度L，使得L/V大于或等于0.05秒。加热炉优选包括多个炉。因而，可以更精确地控制光纤的冷却速率。冷却速率优选大于或等于5000℃/秒，直至加热炉中的光纤冷却到1100℃以下。将上述加热炉用于光纤制造可以获得瑞利散射减少的光纤。

提高L/V可以降低玻璃的假想温度。考虑到经济性，拉伸速率V优选地大于或等于20m/秒。例如，为达到L/V＝0.2秒，加热炉的长度L必须为4m。如上所述，在降低生产设备的建设成本和通过通过拉伸速率而增加获得制造成本的降低这二者之间的相容性有一定界限。图3是说明L/V与包括含GeO₂的芯部的光纤中可达到假想温度之间的关系的图，该图基于K.Saito等人,J.Am.Ceram.Soc.,第89卷[1],第65-69页(2006)的表1的数据。在考虑到经济要求而允许L/V<0.5秒的情况下，可达到的假想温度是1400℃。

图4和5是基于K.Saito等人的等式(2)形成的图，每幅图均说明了假想温度与光纤中的衰减之间的关系。图4描述了芯部的相对折射率差为0.32％的情况。图5描述芯部的相对折射率差为0.2％的情况。在本说明书中，术语“附加损耗”意指除瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射引起的损耗之外的衰减(包括宏弯损耗和微弯损耗)。这些图显示，当附加损耗大于或等于0.03dB/km时，难以在假想温度为1400℃的条件于1550nm波长处实现0.18dB/km的衰减。

如上文所述，在通过缓慢冷却降低玻璃的假想温度，从而减少瑞利散射，但是由除瑞利散射组分之外的因素所引起的附加损耗增加情况下，难以使1550nm波长处的衰减稳定地小于或等于0.18dB/km。发明人已经确定造成附加损耗增加的因素，并且因此发现附加损耗和芯部中残余应力之间的良好相关性。图6是说明芯部中残余的应力与附加损耗之间关系的图。该图表明当芯部中的残余应力是压缩应力时，附加损耗可以小于或等于0.03dB/km。另外，当残余应力是绝对值为5MPa以上的压缩应力时，附加损耗可以小于或等于0.025dB/km。

图4和图5之间的比较表明降低芯部相对折射率差可使由浓度波动成分引起的瑞利散射减少，从而可以获得低损耗的光纤。就其他要求而言，优选芯部和光学包层之间的应力差应当小于或等于20Mpa，这是因为能够以90％以上的产率获得0.03dB/km的附加损耗。就上述的应力而言，可以控制芯部中的平均值。应力可以在芯部中波动。

光纤1的芯部11含有GeO₂并具有大于或等于0.2％而小于或等于0.32％的相对折射率差Δ_芯部。令Δ(r)为径向坐标r处的相对折射率差并且令a为芯部的半径，折射率体积v：

大于或等于9％·μm²而小于或等于18％·μm²。所述护套13的相对折射率差ΔJ大于或等于0.03％而小于或等于0.20％。

另外，在光纤1中，构成芯部11的玻璃的假想温度大于或等于1400℃而小于或等于1560℃。芯部11中残余的应力是压缩应力。对长度为2m的光纤测得的截止波长大于或等于1300nm，并且对长度为100m的光纤测得的截止波长小于或等于1500nm。此外，在1550nm波长处的有效面积大于或等于110μm²，并且在1550nm波长处的衰减小于或等于0.19dB/km。光纤1的非线性可远远低于通用单模光纤中的非线性，而其在1550nm波长处的微弯损耗不会过多增加。

对显示出上述特征(折射率分布、截止波长和有效面积)的光纤预制件进行拉伸，同时缓慢冷却，从而制得所述光纤。图4和5显示出当芯部的假想温度小于或等于1560℃、优选地小于或等于1530℃时，可以减少瑞利散射。虽然优选较低的假想温度，但是须不过度增加L/V以便通过缓慢冷却拉伸实现假想温度为1400℃或以下。因此难以满足经济要求。可以通过添加非常少量的降低芯部粘度的添加物(碱金属)来实现较低的损耗。在以这种方式降低假想温度的同时，如图6所示，只要芯部中的残余应力是压缩应力，则可以实现为0.03dB/km以下的附加损耗。因此，可以容易地获得在1550nm波长处的衰减为0.190dB/km以下的光纤。

如上文所述，在保持由瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射引起的低衰减的同时，本发明实施方案的光纤结构的使用防止了在电缆形成后由增加的微弯损耗引起的损耗增加。电缆形成后的衰减小于或等于0.19dB/km、优选小于或等于0.18dB/km，并且更优选小于或等于0.178dB/km。虽然具有纯石英芯部的光纤具有较低衰减，但是具有纯石英芯部的光纤的生产成本通常较高。对于芯部因GeO₂而折射率增加且满足上述要求的光纤，其适合用作传输速率大于100Gbit/s的高速大容量通信的光纤且具有经济优势。

在光纤1中，更优选的是，对长度为2m的光纤测得的截止波长大于或等于1400nm。更优选的是，压缩应力的绝对值为大于或等于5MPa。更优选的是，在1550nm波长处的衰减小于或等于0.178dB/km，并且在1310nm波长处的衰减小于或等于0.315dB/km。此外，更优选的是，在1550nm波长处的衰减小于或等于0.175dB/km，并且在1310nm波长处的衰减小于或等于0.310dB/km。

本发明的光纤可以具有任何折射率分布，例如，阶梯形、W形、沟形或环-芯形(ring-core shaped)折射率分布，只要芯部含有GeO₂即可。在这种情况下，在折射率分布中，将实质上确定为大部分光功率经其传播的模场的部分定义为芯部，并且将包围芯部的部分定义为光学包层。

如JP2009-168813A中所述，利用光纤中的双折射来测量光纤中的残余应力。或者，可以基于折射率的变化量和材料固有的光弹性系数来测量光纤中的残余应力，其中所述折射率的变化量通过对光纤截面中折射率的面积分析获得。图7为示出了光纤中残余应力的径向分布的图。在包括含GeO₂的芯部和基本上由纯石英构成的护套的光纤中，由于在相同的温度下芯部的粘度低于护套的粘度，所以在拉伸后的光纤的芯部中残留有压缩应力(图7中的L/V＝0秒)。压缩应力取决于拉伸张力。原则上，已知拉伸张力越高，残留的压缩应力越大。

然而，在经过缓慢冷却的光纤中，压缩应力得到缓和，从而降低了压缩应力的绝对值。图7显示了通过改变L/V至0秒、0.12秒和0.40秒而获得的残余应力。已知延长光纤在加热炉中的停留时间可逐渐减少芯部中压缩应力的绝对值。为了使芯部中的残余应力为压缩应力，L/V优选小于0.4秒。另外，通过在冷却光纤期间保持光纤处于高于加热炉内表面的温度直至光纤抵达加热炉，可以防止芯部中的压缩应力过度降低。原则上，加热炉越长，缓慢冷却的效果越大。由此，压缩应力的变化量增加。

例如，在加热炉的长度大于或等于2m的情况下，优选维持L/V为0.2秒以下。另外，向正在拉伸的光纤玻璃施加的张力优选大于或等于50g，更优选大于或等于100g。

关于控制芯部中应力的另一种方法，可以将降低芯部粘度的添加物添加至芯部，从而可以将芯部中压缩应力的绝对值控制在5MPa以上。非常少量的碱金属元素可以显著降低石英玻璃的粘度，从而降低对由浓度波动引起的瑞利散射增加的影响。因此，优选使用碱金属元素作为添加物。然而，碱金属元素的过多添加会导致玻璃结构性缺陷增加，从而使氢特性和辐射特性劣化。因此优选调节其含量至合适的值。优选的是，拉伸后芯部中碱金属元素的浓度大于或等于1wtppb而小于或等于10wtppm。

图8为示出了拉曼强度和拉曼位移之间关系的图。在525cm^-1和475cm^-1之间的波数范围内绘制基线并且计算基线和光谱之间D1的峰面积。另外，在880cm^-1和740cm^-1之间的波数范围内绘制基线并且计算基线和光谱之间800cm^-1的峰面积。光纤的假想温度可以利用800cm^-1峰面积与D1峰面积的比和假想温度之间的关系获得，其中所述假想温度用(例如)块体玻璃通过IR方法测量(D.-L.Kim等人,J.Non-Cryst.Solids,第286卷,第136-138页(2001))。

在根据本发明实施方案的光纤中，优选的是，在垂直于光纤轴的截面中，护套横截面积的50％以上的部分中的应力为拉伸应力。在整个截面中，光纤内残余的应力总和为零。为了使芯部中的残余应力为压缩应力，因此，必须使拉伸应力残留在护套中，使得拉伸力的大小等于施加至芯部的压缩力的大小。控制光纤的张力、热历程和组成以使护套的50％以上的横截面积中的应力为拉伸应力，这容易使芯部中的残余应力为压缩应力。

在根据本发明实施方案的光纤中，优选的是，芯部中残余应力的绝对值小于或等于30MPa。更优选的是，芯部中残余应力的绝对值小于或等于10MPa。优选的是，使芯部中的应力为压缩应力并使其绝对值小于或等于30MPa，这是因为附加损耗可以小于或等于0.02dB/km，同时充分实现通过缓慢冷却拉伸而减少瑞利散射的效果。

在根据本发明实施方案的光纤中，优选在1383nm波长处因OH基团所致的衰减的增量小于或等于0.02dB/km。OH吸收的存在造成在1550nm波长处的衰减增加。优选在1383nm波长处因OH基团所致的衰减小于或等于0.02dB/km，这是因为在1550nm波长处的衰减的增量可以小于或等于0.004dB/km。

在根据本发明实施方案的光纤中，芯部优选含有氟。另外，优选护套在1300℃温度下的粘度比芯部的粘度高0.3泊以上。由于芯部含有氟，因此芯部的粘度降低，从而可以容易地使芯部中的残余应力为压缩应力。从而，可以减少与波长无关的衰减。需要注意的是，增加氟含量会导致由浓度波动引起的瑞利散射增加。因此，优选以这样的浓度添加氟，使得因添加氟所致的相对折射率的降低大于或等于-0.1％而小于或等于0％。

在根据本发明实施方案的光纤中，优选的是，拉伸后在1300℃下退火1分钟以上的过程中，芯部中的相对折射率差的变化大于或等于0.002％而小于或等于0.02％。可以通过测量因退火所致的折射率变化而容易地评价光纤芯部中的残余应力。因此，可以容易地控制品质。只要芯部中相对折射率差的变化大于或等于0.002％而小于或等于0.02％，则芯部中的应力和附加损耗不会增加。

在根据本发明实施方案的光纤中，优选芯部和光学包层之间应力的差值小于或等于20MPa。只要芯部和光学包层之间应力的差值小于或等于20MPa，则当压缩应力大于或等于0MPa而小于或等于5MPa时，可以高产率获得0.03dB/km以下的附加损耗。

在根据本发明实施方案的光纤中，在大于或等于1600nm的波长范围内的衰减α与波长λ间的关系似为等式α＝A·exp(B/λ)时，优选A小于或等于6.5×10¹¹并且B大于或等于48.5。在弯曲损耗或由添加物因红外吸收造成的在1600nm以上波长处的损耗超出上述范围的情况下，会在1550nm处出现明显的附加损耗增加。优选控制折射率分布或添加物的量，使得损耗处于上述范围内。

根据本发明实施方案的光纤优选进一步包括围绕护套的一次覆层和二次覆层，二次覆层的杨氏模量大于或等于800MPa，并且一次覆层的杨氏模量大于或等于0.2MPa而小于或等于1MPa。因此，可以减少微弯损耗，从而防止电缆形成后衰减增加。

在根据本发明实施方案的光纤中，优选的是，包覆光纤的外径大于或等于240μm并且二次覆层的厚度大于或等于10μm。为了维持微弯损耗在给定的值以下，优选更大的覆层直径。使包覆光纤的外径为240μm以上可以提供足以满足实际使用的微弯损耗。除控制覆层直径以便减少微弯损耗之外，还可以控制光纤玻璃的直径。在这种情况下，玻璃优选具有更大的外径。

包括本发明光纤作为光传输线的光传输系统的优选实施方案如下。

在根据第一实施方案的光传输系统中，中继器之间的光传输线的长度大于或等于70km，并且本发明的光纤置于光传输线的90％以上的区间中。本发明的光纤的使用可以改善中继器之间光传输线的OSNR，从而放松对传输装置性能的要求。优选的是，中继器之间的光传输线的长度大于或等于100km，并且本发明的光纤置于光传输线的90％以上的区间中。中继器之间的光传输线长度越大，衰减对OSNR的影响越大。本发明光纤的使用可以进一步放松对传输装置性能的要求。

在根据第二实施方案的光传输系统中，放置了本发明的光纤并且信号光在光纤中被分布式拉曼放大。减少光传输线中的衰减可以提高通过分布式拉曼放大激发的效率。

根据前述实施方案的光纤制造方法是这样的光纤制造方法，该方法包括在拉丝炉中对光纤预制件进行拉伸，其中在从拉丝炉中拉出的所形成的光纤基本上暴露于空气中的位置处，光纤的横截面积的平均温度大于或等于1200℃而小于或等于1550℃。如果位于拉丝炉出口处暴露于空气中的光纤的温度高于1550℃，则将出现紊流，从而破坏对光纤外径的控制。因此，该温度优选小于或等于1550℃。然而，过度增加冷却速率会造成衰减增加。上述的温度范围因此是优选的。

在根据本发明实施方案的光纤制造方法中，优选的是，光纤在进入布置在拉丝炉下游的加热炉时温度为1000℃以上。对于包括含GeO₂的芯部的光纤，用以促进假想温度降低的光纤维持温度为1000℃以上。如果进入加热炉时的温度低于1000℃，则缓慢冷却效果无效的时间会延长，从而未充分获得基于假想温度降低的损耗降低效果。更优选进入加热炉时光纤的温度为1200℃以上。

根据本发明实施方案的光纤制造方法中，优选的是，对其中在光学包层和护套之间界面处的OH浓度小于或等于1000wtppm的光纤预制件进行拉伸。降低光纤的冷却速率促进了OH基团在光纤预制件中扩散，从而增加了在1383nm波长处的OH的吸收损耗。只要在光学包层和护套之间界面处的OH浓度小于或等于1000wtppm，则不会形成OH浓度的陡峭梯度(sharp gradient)。即便通过(例如)缓慢冷却拉伸降低冷却速率，也可以防止OH向芯部的扩散。优选OH浓度小于或等于800wtppm。此外，光纤界面中的OH-扩散层的厚度小于或等于50nm。

工业适用性

本发明的光纤可用作要求高OSNR的光传输线。

Claims (17)

1.一种石英玻璃光纤，其包括：

具有中心轴的芯部；

包围所述芯部的光学包层；以及

包围所述光学包层的护套，其中

所述芯部含有GeO₂，其相对折射率差Δcore大于等于0.2％而小于或等于0.32％，并且由等式(1)表述的折射率体积v

$v=2{\&Integral;}_0^a\mathrm{\&Delta;}\left(r\right)\&CenterDot;r\&CenterDot;dr\mathrm{...}\left(1\right)$

大于或等于9％·μm²而小于或等于18％·μm²，其中Δ(r)表示在径向坐标r处的相对折射率差并且a表示所述芯部的直径，

所述护套的相对折射率差ΔJ大于或等于0.03％而小于或等于0.20％，

其中所述相对折射率差定义为每个对象相对于所述光学包层的折射率n_光学包层的折射率差异：Δ_对象＝(n_对象–n_光学包层)/n_光学包层，

构成所述芯部的玻璃的假想温度为大于或等于1400℃而小于或等于1560℃，

所述芯部中的残余应力为压缩应力，

对长度为2m的光纤测得的截止波长大于或等于1300nm，

对长度为100m的光纤测得的截止波长小于或等于1500nm，

在1550nm波长处的有效面积大于或等于110μm²，并且

在1550nm波长处的衰减小于或等于0.19dB/km。

2.根据权利要求1所述的光纤，其中

所述假想温度小于或等于1530℃。

3.根据权利要求1所述的光纤，其中

在1550nm波长处的衰减小于或等于0.178dB/km，并且

在1310nm波长处的衰减小于或等于0.315dB/km。

4.根据权利要求1所述的光纤，其中

在垂直于所述光纤的轴的截面中，所述护套的横截面积中50％以上部分中的应力为拉伸应力。

5.根据权利要求1所述的光纤，其中

所述芯部中残余的应力的绝对值小于或等于30MPa。

6.根据权利要求1所述的光纤，其中

所述芯部和所述光学包层之间的应力之差小于或等于20MPa。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的光纤，其中

在1383nm波长处因OH基团所致的衰减增量小于或等于0.02dB/km。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的光纤，其中

所述芯部含有氟。

9.根据权利要求1至6中任意一项所述的光纤，其中

在1300℃温度下所述护套的粘度比所述芯部的粘度高0.3泊以上。

10.根据权利要求1至6中任意一项所述的光纤，其中

所述芯部在拉伸后于1300℃温度下退火1分钟以上的过程中的相对折射率差的变化大于或等于0.002％而小于或等于0.02％。

11.根据权利要求1至6中任意一项所述的光纤，还包括：

围绕所述护套的一次覆层和二次覆层，其中

所述二次覆层的杨氏模量大于或等于800MPa，并且

所述一次覆层的杨氏模量大于或等于0.2MPa而小于或等于1MPa。

12.根据权利要求11所述的光纤，其中

带有覆层的所述光纤的外径为大于或等于240μm，并且所述二次覆层的厚度为大于或等于10μm。

13.一种光传输系统，包括：

两个中继器；以及

连接所述两个中继器的光传输线，其中

所述光传输线的长度为大于或等于70km，并且

所述光传输线的90％以上的区间包括根据权利要求1至12中任意一项所述的光纤。

14.一种光传输系统，包括：

光传输线，其包括根据权利要求1至12中任意一项所述的光纤，其中

信号光在所述光纤中被分布式拉曼放大。

15.一种制造权利要求1所述的石英玻璃光纤的方法，包括在拉丝炉中熔化并拉伸光纤预制件，其中

当经过拉伸的所述光纤从所述拉丝炉中拉出时，所述光纤的截面中的平均温度大于或等于1200℃而小于或等于1550℃。

16.根据权利要求15所述的制造光纤的方法，其中

使所述经过拉伸的光纤在处于1000℃以上的温度下进入设置于所述拉丝炉下游的加热炉。

17.根据权利要求15所述的制造光纤的方法，其中

所述光纤预制件包括具有中心轴的芯部、包围所述芯部的光学包层、以及包围所述光学包层的护套，并且

在所述光学包层和所述护套之间的界面处的OH浓度小于或等于1000wtppm。