CN105425335B - 一种通信用抗弯多芯光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通信用抗弯多芯光纤，包括有7个纤芯区和1个总外包层，其特征在于所述的7个纤芯区包括1个中心纤芯区和6个等距均布在中心纤芯区外周的外纤芯区，每个纤芯区的芯包层结构相同，所述的纤芯区包括有纤芯和包绕芯层的内包层、下陷包层，纤芯区以外的部分为总外包层，所述的纤芯半径a为3.5~4.0μm，芯层相对折射率差△1为0.35%~0.37%，所述的内包层半径b为8~10μm，内包层相对折射率差△2为‑0.05%~+0.05%，所述的下陷包层半径c为14~17μm，下陷包层相对折射率差△3为‑0.7%~‑0.5%。本发明具备优异的抗弯曲性能，并抑制和降低了各纤芯之间的串扰影响，串扰性能在弯曲条件下完全满足高速传输的误码率要求，具备良好的实用性。

Description

一种通信用抗弯多芯光纤
技术领域
本发明涉及一种通信用抗弯多芯光纤，属于光纤通信传输领域。
背景技术
物联网、移动互联网、云管端、数据中心技术等对传输容量的需求不断增大，大数据时代已然来临，尤其是2015年新提出的“互联网+”概念，其互联网云端更是对大数据容量提出了更高的需求。而目前单芯单模光纤容量受到光纤非线性等因素的影响，根据香农定理一般估计最大是100Tb/s。因此容量即将达到100T的极限不容忽视，如何扩容是通信传输亟待解决的问题。近几年来，国际学术界均提出采用空分复用SDM的方式可以解决未来的技术难题。空分复用有两种方式，一是模式复用，即采用少模光纤，利用一根光纤传输2个以上的模式实现复用，增大系统容量。二是空间上的多芯复用，即单根光纤中具有多个单模芯子的光纤，实现多路复用的新传输技术。目前已有提出几种按单根光纤中的芯子数量分成4芯，7芯，10芯，12芯和19芯光纤的多芯光纤等。多芯光纤中每个芯都是独立的光波导，在理论上这些多芯光纤中的N个芯子相应地可以将系统的总传输容量扩大N倍。
在2011年的OFC会议上，美国OFS公司报道了在7芯光纤中实现了56Tb/s的信号传输。同一年，日本NICT联合日本住友在7芯光纤中实现了109Tb/s的信号传输，这是首次实现单根光纤超过100Tb/s的传输实验。在2012年国际会议上，日本NICT首次报道了在19芯光纤上实现了超过305Tb/s的传输。同年ECOC会议上，日本报道了在12芯多芯光纤中实现了1Pb/s以上的信号传输实验，为未来通信网络扩容提供了技术储备。在2013年OFC会议上，首次有报道将7芯光纤用于数据中心的建设上，作为高速计算机的高度、高密度的并行互联。已有的这些多芯光纤在通信线路与高速通信局域连接等领域都已经产生了应用。
多芯光纤已有多种结构，但是这些光纤结构没有研究和涉及多芯光纤在极限弯曲时的使用场景和性能参数。而在通信和连接应用上，弯曲是一个最常见的应用场景，通常弯曲很容易引起光纤内的芯间串扰以及会导致较大的衰减从而影响光纤的正常使用。尤其是在高密度连接和特定光纤传输场合应用的多芯光纤，例如光纤到户(FTTH)中使用的光纤对弯曲状态下的光纤串音指标非常敏感。一旦在弯曲条件下，光纤串音增大将导致传输误码率的增大，严重时将导致通信失效。
专利文献CN201180041565.9中所提出的多芯光纤具有较大模场直径和有效面积，其考虑到了多芯光纤弯曲的状态，但是关注的是曲率半径较大或满足特点范围时的弯曲损耗，但是很多情况下，弯曲半径相当小，例如用于一些狭小空间曲率半径甚至可以达到7.5mm/5mm等。其光纤满足G.654光纤类，因其较高的截止波长而不适用于FTTX的无源光网络PON。
专利文献CN103415795A中提出的是一种中间芯异质结构，降低芯间串扰，并能抑制截止波长长波化的多芯光纤，其波段不适用于FTTX的无源光网络PON中(上下行工作波长分别为1310nm和1490nm)，无法保证在1310nm处的单模状态传输。
发明内容
以下为本发明中涉及的一些术语的定义和说明：
相对折射率差Δni：
从光纤纤芯轴线开始算起，根据折射率的变化，定义为最靠近轴线的那层为纤芯层，光纤的最外层即纯二氧化硅层定义为光纤外包层。
光纤各层相对折射率Δni由以下方程式定义，
其中ni为距离纤芯中心i处的折射率，而nc为纯二氧化硅的折射率。
光纤芯层Ge掺杂的折射率贡献量ΔGe由以下方程式定义，
其中nGe为假设纤芯的Ge掺杂物，在掺杂到无其他掺杂物的纯二氧化硅中，引起二氧化硅玻璃折射率的变化量，而nc为最外包层折射率，即纯二氧化硅的折射率。
芯间串扰：是指光纤中任意两个芯子之间的能量耦合、多个芯子中任意一个芯子中传输的信号耦合到另外一个芯子里形成的噪声,单位是dB,表示有多少百分比的能量从一个芯子耦合到了另外一个芯子。-10dB表示1/10；-20dB表示1/100；-30dB表示1/1000；依次类推。其中相邻两个芯间的串扰为XT,则中间芯所受到的串扰最大，其计算公式为：
XTcenter core＝XT+10lgn(其中n表示相邻芯数目)
对于7芯光纤，则中间芯受到的串扰即：XTcenter core＝XT+10lg6＝XT+7.8
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种结构设计合理，具有优异抗弯曲性能的通信用抗弯多芯光纤。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：包括有7个纤芯区和1个总外包层，其特征在于所述的7个纤芯区包括1个中心纤芯区和6个等距均布在中心纤芯区外周的外纤芯区，每个纤芯区的芯包层结构相同，任意两个相邻的纤芯区之间的纤芯距相同，所述的纤芯区包括有纤芯和包绕芯层的内包层、下陷包层，纤芯区以外的部分为总外包层，所述的纤芯半径a为3.5～4.0μm，芯层相对折射率差△1为0.35％～0.37％，所述的内包层半径b为8～10μm，内包层相对折射率差△2为-0.05％～+0.05％，所述的下陷包层半径c为14～17μm，下陷包层相对折射率差△3为-0.7％～-0.5％。
按上述方案，在纤芯区下陷包层外设置有外包层，所述的外包层半径d为17.5～23.5μm，外包层为纯二氧化硅玻璃层。
按上述方案，光纤的芯层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层，或为掺锗的二氧化硅玻璃层，其中锗的掺杂贡献量ΔGe为0.1％～0.40％。
按上述方案，所述的任意两个相邻的纤芯区之间的纤芯距P为33～46μm。
按上述方案，所述的总外包层为纯二氧化硅玻璃层，总外包层的外径也即光纤的外径2r为150±1.5μm。
按上述方案，所述光纤每个纤芯的模场直径(MFD)在1310nm附近为8.4～9.2μm，光缆截止波长小于或等于1260nm，零色散波长在1300～1324nm范围内。
按上述方案，所述光纤在1550nm波长处对于围绕5毫米弯曲半径绕1圈任意一个纤芯区的弯曲附加损耗小于或等于0.15dB；所述光纤在1625nm波长处对于围绕5毫米弯曲半径绕1圈任意一个纤芯区的弯曲附加损耗小于或等于0.45dB。
按上述方案，纤芯距P为33～46μm时，信号功率在1550nm波长处经任意两个纤芯传输100公里后所附加的串扰小于或等于-65dB。
本发明的有益效果在于：1、采用1个中心纤芯区和6个均匀分布呈六重旋转的7芯分布结构，相邻各纤芯区彼此之间的纤芯距相同，各外纤芯区与中心纤芯区的间隔距相同，各纤芯区的布设合理，光纤内应力分布相对均匀；同时光纤结构紧凑，提高了通信密度，特别适用于数据中心等密集布线或长距离光纤通信环境下使用；2、通过设计特定的芯包层结构，且各纤芯区的下陷包层相近或相衔接，相当于增大了各纤芯区的下陷环宽度，使本发明的多芯光纤具备优异的抗弯曲性能，同时抑制和降低了各个纤芯之间的串扰影响，串扰性能在弯曲条件下完全满足高速传输的误码率要求，具备良好的实用性；3、兼顾光纤的几何和光学性能，能够实现抗弯曲，单模传输和控制光纤的色散、偏振模色散和低损耗等目的，光纤的模场直径、截止波长、色散、PMD等可以兼容G.652光纤，在衰耗上这种多芯光纤可以兼容低水峰光纤G.652.D，使其可以应用于多芯光纤通信；4、纤芯的对称结构，可便于多芯光纤之间的熔接操作，具有较低的熔接损耗。
附图说明
图1为本发明一个实施例的光纤剖面结构及折射率分布图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
多芯光纤包括有7个纤芯区和1个总外包层，所述的7个纤芯区由1个中心纤芯区和6个均布在中心纤芯区外周的外纤芯区构成，任意两个相邻的纤芯区之间的纤芯距相同，每个纤芯区的芯包层结构相同，所述的纤芯区分为两种波导结构，第一种波导结构包括有纤芯1和包绕芯层的内包层2和下陷包层3；第二类波导结构包括有纤芯1和包绕芯层的内包层2和下陷包层3，在下陷包层外还包覆有外包层4。纤芯区以外的部分为总外包层5。总外包层为纯二氧化硅玻璃层，总外包层的外径也即光纤的外径2r为150±1.5μm。本发明各实施例的光纤波导结构参数见表一。
表二所述的串扰值为在1550nm波长信号功率通过任意两个芯子传输100公里后所附加的串扰值，其单位为dB。各性能参数及测试结果见表二。可见各个样品在无弯曲条件下的串扰指标优良，达到了文献记录的实用水平(即优于文献中的-40dB的水平)，并且1550nm弯曲1圈损耗优于G.657.B3标准的0.15dB。
表一本发明实施例的7芯光纤剖面参数
表二、本发明实施例的光纤性能参数

Claims (8)

1.一种通信用抗弯多芯光纤，包括有7个纤芯区和1个总外包层，其特征在于所述的7个纤芯区包括1个中心纤芯区和6个等距均布在中心纤芯区外周的外纤芯区，每个纤芯区的芯包层结构相同，任意两个相邻的纤芯区之间的纤芯距相同，所述的纤芯区包括有纤芯和包绕芯层的内包层、下陷包层，纤芯区以外的部分为总外包层，所述的纤芯半径a为3.5～4.0μm，芯层相对折射率差△1为0.35％～0.37％，所述的内包层半径b为8～10μm，内包层相对折射率差△2为-0.05％～+0.05％，所述的下陷包层半径c为14～17μm，下陷包层相对折射率差△3为-0.7％～-0.5％；所述光纤在1550nm波长处对于围绕5毫米弯曲半径绕1圈任意一个纤芯区的弯曲附加损耗小于或等于0.15dB；总外包层的外径也即光纤的外径2r为150±1.5μm。
2.按权利要求1所述的通信用抗弯多芯光纤，其特征在于在纤芯区下陷包层外设置有外包层，所述的外包层半径d为17.5～23.5μm，外包层为纯二氧化硅玻璃层。
3.按权利要求1或2所述的通信用抗弯多芯光纤，其特征在于光纤的芯层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层，或为掺锗的二氧化硅玻璃层，其中锗的掺杂贡献量ΔGe为0.1％～0.40％。
4.按权利要求1或2所述的通信用抗弯多芯光纤，其特征在于所述的任意两个相邻的纤芯区之间的纤芯距P为33～46μm。
5.按权利要求1或2所述的通信用抗弯多芯光纤，其特征在于所述的总外包层为纯二氧化硅玻璃层。
6.按权利要求1或2所述的通信用抗弯多芯光纤，其特征在于所述光纤每个纤芯的模场直径在1310nm附近为8.4～9.2μm，光缆截止波长小于或等于1260nm，零色散波长在1300～1324nm范围内。
7.按权利要求1或2所述的通信用抗弯多芯光纤，其特征在于所述光纤在1625nm波长处对于围绕5毫米弯曲半径绕1圈任意一个纤芯区的弯曲附加损耗小于或等于0.45dB。
8.按权利要求4所述的通信用抗弯多芯光纤，其特征在于信号功率在1550nm波长处经任意两个纤芯传输100公里后所附加的串扰小于或等于-65dB。
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