CN105324691A - 光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光纤，该光纤具有凹陷型包层结构，该凹陷型包层结构包括：纤芯，其由含Cl的硅基玻璃制成；以及第一包层和第二包层，其由含氟的硅基玻璃制成，并且能够在信号光波长下实施单模传播。该光纤包括纤芯、第一包层和第二包层。该纤芯由含Cl的硅基玻璃制成。第一包层和第二包层由含氟的硅基玻璃制成。第一包层的折射率比纤芯的折射率低。第二包层的折射率比纤芯的折射率低且比第一包层的折射率高。第二包层被划分成具有均匀折射率的外侧区域和具有比外侧区域的折射率高的折射率的内侧区域。在相对于纯硅玻璃的相对折射率方面，内侧区域的最大折射率与外侧区域的折射率之差ΔP为0.02％以上且0.10％以下。内侧区域的径向厚度R为10μm以上且25μm以下。

Description

光纤
技术领域
本发明涉及一种光纤。
背景技术
低损耗光纤的已知实例包括这样的光纤：其包括：纤芯，纤芯由含Cl的硅基玻璃制成；以及第一包层，第一包层由含氟的硅基玻璃制成，从而具有比纤芯的折射率低的折射率。此处，纤芯中Cl的浓度约为10原子ppm以上且20,000原子ppm以下。这种光纤的更具体的折射率结构的实例称为凹陷型包层结构。在凹陷型包层结构中，包层包括第一包层和第二包层。包围纤芯的第一包层具有比纤芯的折射率低的折射率。包围第一包层的第二包层具有比纤芯的折射率低且比第一包层的折射率高的折射率。
用于制造具有这种凹陷型包层结构的光纤的光纤预制件可按下述方式制成。制造由含Cl的硅基玻璃制成的棒，该棒将成为光纤的纤芯；以及制造由含氟的硅基玻璃制成的管，该管将成为光纤的第一包层。将棒插入管中，通过将管和棒加热并使它们成为一体来制造玻璃中间件。将成为光纤的第二包层的玻璃层形成在玻璃中间件的周围，从而制成光纤预制件。通过拉制光纤预制件，能够制成具有凹陷型包层结构的光纤。
棒中塌缩工艺是用于围绕玻璃中间件形成玻璃层的方法的实例，该玻璃层将成为光纤的第二包层。在棒中塌缩工艺中，制造由含氟硅基玻璃制成的管，该管将成为第二包层；将玻璃中间件插入管中；以及通过将管和玻璃中间件加热并成为一体来制作光纤预制件。
VAD和OVD是用于围绕玻璃中间件形成将成为光纤的第二包层的玻璃层的工艺的其他实例。在这些情况下，通过利用VAD或OVD，SiO2烟灰沉积在玻璃中间件的外周表面上，在含氟气氛中将SiO2烟灰烧结成透明的玻璃，从而制成光纤预制件。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种具有凹陷型包层结构的光纤，该凹陷型包层结构包括：纤芯，其由含Cl的硅基玻璃制成；以及第一包层和第二包层，其由含氟的硅基玻璃制成，并且能够在信号光波长下实施单模传播。
问题的解决方案
根据本发明的光纤包括：(1)纤芯，其由含Cl的硅基玻璃制成；(2)第一包层，其包围纤芯，具有比纤芯的折射率低的折射率，并且由含氟的硅基玻璃制成；以及(3)第二包层，其包围第一包层，具有比纤芯的折射率低且比第一包层的折射率高的折射率，并且由含氟的硅基玻璃制成。第二包层被划分成具有实质上均匀折射率的外侧区域和位于外侧区域内侧且具有比外侧区域的折射率高的折射率的内侧区域。在相对折射率方面，内侧区域的最大折射率与外侧区域的折射率之差为0.10％以下，并且内侧区域的径向厚度为10μm以上且25μm以下。
此处，术语“相对折射率”是指目标区域的折射率相对于纯硅玻璃的折射率的相对值(通过将目标区域的折射率除以纯硅玻璃的折射率得到的值)。在本说明书中，除非特别指出，否则折射率的量值是利用“相对折射率”来表示的。术语“实质上均匀”是指在相对折射率方面使得包层的外侧区域的折射率的变化相对于平均值为±0.01％以下的情形。
本发明的有益效果
根据本发明的光纤具有凹陷型包层结构，该凹陷型包层结构包括：纤芯，其由含Cl的硅基玻璃制成；以及第一包层和第二包层，其由含氟的硅基玻璃制成；并且光纤能够在信号光波长下实施单模传播且具有低的传输损耗。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的光纤的折射率分布的概念图。
图2是表示图1所示的光纤的光缆截止波长与相对折射率差ΔP之间的关系的曲线图。
图3是表示图1所示的光纤的在波长为1550nm下的传输损耗与相对折射率差ΔP之间的关系的曲线图。
图4是表示图1所示的光纤的光缆截止波长与第二包层的内侧区域的径向厚度R之间的关系的曲线图。
图5是表示图1所示的光纤的在波长为1550nm下的传输损耗与第二包层的内侧区域的径向厚度R之间的关系的曲线图。
图6是示出纤芯和包层的结构的实例的概念图。
图7是示出纤芯和包层的结构的实例的概念图。
图8是示出纤芯和包层的结构的实例的概念图。
图9是示出纤芯和包层的结构的实例的概念图。
具体实施方式
当利用棒中塌缩工艺来围绕玻璃中间件形成将成为光纤的第二包层的玻璃层时，需要制造由含氟的硅基玻璃制成的管。因此，工艺步骤的数量增加，结果生产成本增加，因此使用棒中塌缩工艺不切实际。相反，使用VAD或OVD的方法比棒中塌缩工艺更符合实际，因为其能够以较低的生产成本来实施。然而，发明人发现该方法具有以下问题。
即，第二包层中的靠近第一包层的内侧区域与布置在内侧区域之外的外侧区域相比，可能未充分掺杂氟；并且内侧区域可能具有比外侧区域的折射率高的折射率。如果第二包层的内侧区域与外侧区域之间的折射率差过大或者具有较高折射率的内侧区域的径向厚度过大，则可能在光纤中残留高次模。结果，存在光纤不能在信号光波长下实施单模传播或者光纤的传输损耗增加的可能性。
下面，将参考附图详细描述本发明的实施例。图1是示出根据本发明的实施例的光纤的折射率分布的概念图。根据本实施例的光纤包括纤芯、包围纤芯的第一包层以及包围第一包层的第二包层。纤芯由含Cl的硅基玻璃制成。第一包层和第二包层均由含氟的硅基玻璃制成。第一包层的折射率比纤芯的折射率低。第二包层的折射率比纤芯的折射率低且比第一包层的折射率高。换言之，根据本实施例的光纤具有凹陷型包层结构的折射率分布。
如图1所示，根据本实施例的光纤的第二包层被划分成具有均匀折射率的外侧区域和位于外侧区域内侧且具有比外侧区域的折射率高的折射率的内侧区域。在相对折射率方面，内侧区域的最大折射率与外侧区域的折射率之差ΔP为0.10％以下。内侧区域的径向厚度R为25μm以下。在该情况下，在相对折射率方面，内侧区域的最大折射率与第一包层的折射率之差ΔD为0.05％以上且0.15％以下。
例如，在根据本实施例的光纤中，第一包层的外径与纤芯的外径之比在3以上且5以下的范围内。光纤的外径与第一包层的外径之比在2以上且5以下的范围内。纤芯与第一包层之间的相对折射率差在0.25％至0.50％的范围内。下面，关于该光纤，将对ΔP、R、ΔD、光缆截止波长和传输损耗之间的关系进行描述。
图2是表示根据本实施例的光纤的光缆截止波长与相对折射率差ΔP之间的关系的曲线图。在该情况下，在相对折射率方面，第二包层的外侧区域的折射率与位于第二包层与第一包层之间的界面处的第一包层的折射率之差ΔJ为0.05％，并且内侧区域的径向厚度R为15μm。当ΔP为0.07％以下时，光缆截止波长随着ΔP增大而减小。当ΔP变成0.11％以上时，光缆截止波长急剧增大。当ΔP＝0.11％时，光缆截止波长为1550nm，并且光纤不能在传输波段(从1530nm至1575nm)中实施单模传输。因此，能够看出，优选的是，ΔP为0.10％以下，即，ΔD为0.15％以下。
图3是表示根据本实施例的光纤在波长为1500nm下的传输损耗与相对折射率差ΔP之间的关系的曲线图。纵轴表示相对于ΔP＝0％时的传输损耗的传输损耗增加量。在该情况下，第二包层的外侧区域的折射率与位于第二包层与第一包层之间的界面处的第一包层的折射率之差ΔJ为0.05％，并且内侧区域的径向厚度R为15μm。能够看出，如果内侧区域的最大折射率与外侧区域的折射率之差ΔP为0.10％以下，即ΔD为0.15％以下，则不会发生传输损耗的增加。
图4是表示根据本实施例的光纤的光缆截止波长与内侧区域的径向厚度R之间的关系的曲线图。在该情况下，第二包层的外侧区域的折射率与位于第二包层与第一包层之间的界面处的第一包层的折射率之差ΔJ为0.05％。能够看出，如果R＝30μm，则在纵轴上绘制的光缆截止波长为1550nm以上，并且光纤在传输波段内不能实施单模传输；以及如果R＝25μm以下，则光缆截止波长短于传输波段，并且光纤在传输波段内能够实施单模传输。
图5是表示根据本实施例的光纤的在波长为1550nm下的传输损耗与内侧区域的径向厚度R之间的关系的曲线图。纵轴表示相对于R＝0μm时的传输损耗的传输损耗增加量。包层的外侧区域的折射率与位于第二包层与第一包层之间的界面处的第一包层的折射率之差ΔJ为0.05％。内侧区域的最大折射率与外侧区域的折射率之差ΔP为以下数据之一：0.01％，0.05％和0.10％。能够看出，如果内侧区域的径向厚度R为25μm以下，则不会发生传输损耗的增加。
优选地，内侧区域的最大折射率与外侧区域的折射率之差ΔP尽可能地接近0％。优选地，内侧区域的径向厚度R尽可能地接近0μm。然而，在制造光纤预制件时形成第二包层的步骤中，SiO2烟灰沉积到由纤芯和第一包层构成的玻璃中间件上，并且SiO2烟灰在含氟环境中烧结成透明玻璃。在该步骤中，难以对沉积的SiO2烟灰均匀地掺杂氟。
例如，为了使第二包层相对于纯硅玻璃的相对折射率差为-0.25％以上，需要精准地控制SiO2烟灰的体积密度或者使掺杂氟的时间非常长。实际上难以采用这类工艺，因为这类工艺会增加生产成本且大幅地降低生产量。因此，出于制造的原因，从现实角度讲，优选的是，内侧区域的最大折射率与外侧区域的折射率之差ΔP为0.02％以上，并且内侧区域的径向厚度R为10μm以上。
纤芯和包层的折射率分布不限于图1所示的阶跃型分布。例如，折射率分布可以是图6至图9中所示的任意一种结构。

Claims (2)

1.一种光纤，包括：
纤芯，其由含Cl的硅基玻璃制成；
第一包层，其包围所述纤芯，具有比所述纤芯的折射率低的折射率，并且由含氟的硅基玻璃制成；以及
第二包层，其包围所述第一包层，具有比所述纤芯的折射率低且比所述第一包层的折射率高的折射率，并且由含氟的硅基玻璃制成，
其中，所述第二包层被划分成具有实质上均匀的折射率的外侧区域和位于所述外侧区域内侧且具有比所述外侧区域的折射率高的折射率的内侧区域，
在相对于纯硅玻璃的相对折射率方面，所述内侧区域的最大折射率与所述外侧区域的折射率之差为0.02％以上且0.10％以下，并且
所述内侧区域的径向厚度为10μm以上且25μm以下。
2.根据权利要求1所述的光纤，其中，在相对于纯硅玻璃的相对折射率方面，所述内侧区域的最大折射率与所述第一包层的折射率之差为0.05％以上且0.15％以下。
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