CN105911639B - 一种低衰减单模光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于光通信传输系统的低衰减单模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于所述的芯层半径R1为4.0μm～7.0μm，相对折射率差Δ1为0.15％～0.35％，所述的包层包括下陷内包层和下陷外包层，所述的下陷内包层半径R2为7.0μm～12.0μm，下陷内包层相对折射率差Δ2为‑0.33％～‑0.05％，所述的下陷外包层相对折射率差Δ3为‑0.29％～‑0.05％。本发明在普通阶跃型剖面的基础上减少芯层掺锗量、增加包层掺氟量，在满足单模传输波导所需的芯包折射率差的基础上，将芯层和包层折射率同时下移，这样可以大大降低芯层掺杂剂浓度波动引起的瑞利散射损耗，而且，掺杂剂的改变使芯层粘度增加、包层粘度下降，芯包层粘度匹配得到进一步改善，这样可以减小拉丝过程产生的内应力，从而也可进一步降低衰减。

Description

一种低衰减单模光纤
技术领域
本发明涉及一种用于光通信传输系统的低衰减单模光纤，属于光纤通信技术领域。
背景技术
光纤通信具有传输容量大、传输距离远、传输速度快等特点，被广泛用于长途干线网、城域网以及接入网等光通信网络。满足ITU-T G.652D标准的单模光纤是最常用的通信光纤。降低单模光纤衰减系数可以有效提高光纤通信系统的传输距离，大大减少中继站的数量和成本，对优化传输系统结构和降低运营成本具有重要意义。
光纤产生衰耗的原因主要有：吸收损耗，包括本征吸收和杂质吸收；散射损耗，包括线性散射、非线性散射和结构不完整散射等；附加衰耗，包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗等。在散射损耗中最重要的损耗之一是瑞利散射损耗，它是一种线性散射，其大小与光波长的四次方成反比。瑞利散射损耗与掺杂剂引起的浓度波动和材料粘度引起的密度波动有关。
降低掺杂材料的浓度并优化剖面设计是降低光纤衰减最有效和最经济的方法。在中国专利CN201410423830.5和CN201410473879.1中，采用折射率逐渐减小的三个芯层来优化剖面，使得纤芯层的掺锗量降低，芯包层粘度匹配得到改善，从而通过减少瑞利散射来降低光纤的衰减系数。在中国专利CN103149630B中，采用双内包层结构，对芯层和包层的掺杂剂进行优化，匹配芯包层粘度，降低拉丝张力在芯层造成的应力，从而降低光纤衰减。在这些专利中，所获得的衰减值跟低衰减光纤标准比较接近，但光纤的衰减还有待进一步改善。在美国专利US9020316B2中，采用掺F芯层和掺F包层，芯层为alpha次抛物线，其最高相对折射率差为0，包层相对折射率差为-0.3％～-1.5％，可以获得比较低的衰减，但包层掺F量很大，工艺控制难度大，成本也很高。
发明内容
为方便介绍发明内容，定义如下术语：
预制棒：是由芯层和包层组成的径向折射率分布符合光纤设计要求可直接拉制成所设计光纤的玻璃棒或组合体；
芯棒：含有芯层和部分包层的实心玻璃预制件；
半径：该层外边界与中心点之间的距离；
折射率剖面：光纤或光纤预制棒(包括芯棒)玻璃折射率与其半径之间的关系；
相对折射率差：
Δ％＝[(n(i)2–n(0)2)/(2n(i)2)]×100％≈[n(i)-n(0)]/n(0)×100％
n(i)和n(0)分别为对应光纤第i层的折射率和纯二氧化硅玻璃层的折射率；
氟(F)的贡献量：掺氟(F)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(ΔF)，以此来表示掺氟(F)量；
锗(Ge)的贡献量：掺锗(Ge)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(ΔGe)，以此来表示掺锗(Ge)量；
衬管(Tube)：管状的基底管，符合一定几何要求的纯石英玻璃管；
PCVD工艺：用等离子体化学气相沉积和熔缩工艺制备所需厚度的石英玻璃；
OVD工艺：用外部气相沉积和烧结工艺制备所需厚度的石英玻璃；
VAD工艺：用轴向气相沉积和烧结工艺制备所需厚度的石英玻璃；
MCVD工艺：用改进的化学气相沉积和熔缩工艺制备所需厚度的石英玻璃；
APVD外包工艺：用高频等离子体焰将天然或合成石英粉熔制于芯棒表面制备所需厚度的SiO2玻璃；
裸光纤：指光纤中不含涂覆层的玻璃丝。
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，提供一种减少芯层掺锗量，改善芯包层粘度匹配，制作工艺较为简单的低衰减单模光纤。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有芯层和包层，其特征在于所述的芯层半径R1为4.0μm～7.0μm，相对折射率差Δ1为0.15％～0.35％，所述的包层包括下陷内包层和下陷外包层，所述的下陷内包层半径R2为7.0μm～12.0μm，下陷内包层相对折射率差Δ2为-0.33％～-0.05％，所述的下陷外包层相对折射率差Δ3为-0.29％～-0.05％。
按上述方案，所述的芯层为掺锗玻璃或者锗氟共掺玻璃组成，其中氟的贡献量为
0％～-0.12％。
按上述方案，所述的下陷内包层由掺氟玻璃或者锗氟共掺玻璃组成，其中氟的贡献量为-0.35％～-0.05％。
按上述方案，所述的下陷外包层由掺氟玻璃或者锗氟共掺玻璃组成，其中氟的贡献量为-0.35％～-0.05％；下陷外包层半径R3为62.5μm。
按上述方案，所述的下陷内包层的相对折射率差Δ2小于下陷外包层的相对折射率差Δ3。
按上述方案，所述光纤在1310nm波长处的模场直径为8.4～9.6微米。
按上述方案，所述光纤在1310nm波长处的衰减系数小于或等于0.335dB/km，优选条件下小于或等于0.324dB/km，在1550nm波长处的衰减系数小于或等于0.195dB/km，优选条件下小于或等于0.184dB/km。
按上述方案，所述光纤具有小于或等于1260nm的光缆截止波长。
按上述方案，所述光纤的零色散波长为1300nm～1324nm；光纤在零色散波长处的色散斜率小于或等于0.092ps/(nm2*km)。
按上述方案，所述光纤加工时的拉丝速度为1000m/min～2500m/min，裸光纤的拉丝张力为100g～350g。
本发明的有益效果在于：1、在普通阶跃型剖面的基础上减少芯层掺锗量、增加包层掺氟量，在满足单模传输波导所需的芯包层折射率差的基础上，将芯层和包层折射率同时下移；2、芯层掺锗量减少，可以明显减少芯层掺杂剂浓度波动引起的瑞利散射损耗，从而有效降低光纤衰减；3、掺杂剂的改变使芯层粘度增加、包层粘度下降，芯包层粘度匹配得到进一步改善，这样可以减小光纤拉丝过程中产生的内应力，从而也可进一步降低衰减；4、现有单模光纤在1310nm和1550nm处的衰减分别为0.330dB/km和0.190dB/km，而本发明光纤能够将这两个窗口的衰减分别降低到0.320dB/km和0.180dB/km以下。
附图说明
图1为本发明一个实施例的光纤折射率剖面示意图。
图2为本发明另一个实施例的光纤折射率剖面示意图。
图3为本发明第三个实施例的光纤折射率剖面示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明实施例的光纤包括有中心部位的芯层、紧密围绕芯层的下陷内包层和紧密围绕下陷内包层的下陷外包层，光纤在阶跃型剖面的基础上减少芯层掺锗量、增加包层掺氟量，在满足单模传输波导所需的芯包层折射率差的基础上，将芯层和包层折射率同时下移。芯层为掺锗二氧化硅玻璃或者锗氟共掺的二氧化硅玻璃组成，下陷内包层和下陷外包层由掺氟二氧化硅玻璃或者锗氟共掺二氧化硅玻璃组成。芯层和下陷内包层均由PCVD、MCVD、OVD或者VAD法制得，下陷外包层为OVD、VAD或者APVD工艺制备的掺氟二氧化硅玻璃层，下陷外包层直径为125μm。
本实施例光纤加工时的拉丝速度为1000m/min～2500m/min，裸光纤的拉丝张力为100g～350g。
按上述单模光纤的技术方案，在其所规定的范围内对光纤的各个参数进行设计，根据光纤的设计要求通过气相沉积工艺(PCVD、MCVD、OVD或VAD工艺)等芯棒制造工艺来制造芯棒，然后通过OVD、VAD或者APVD等外包工艺来完成整个光纤预制棒的制造。所制备的光纤的折射率剖面结构和掺杂材料组成的主要参数如表1所示，所制备的光纤的主要性能参数如表2所示，本实施例光纤折射率剖面示意图如图1所示。
表1：光纤的剖面结构和材料组成
表2：光纤的主要性能参数
本发明芯层、下陷内包层和下陷外包层的折射率分布不限于图1所示的分布，折射率分布也可以是图2和图3中任意一种结构。

Claims (10)

1.一种低衰减单模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于所述的芯层半径R1为4.0μm～7.0μm，相对折射率差Δ1为0.15％～0.35％，所述的包层包括下陷内包层和下陷外包层，所述的下陷内包层半径R2为7.0μm～12.0μm，下陷内包层相对折射率差Δ2为-0.33％～-0.076％，所述的下陷外包层相对折射率差Δ3为-0.29％～-0.05％。
2.按权利要求1所述的低衰减单模光纤，其特征在于所述的芯层为掺锗玻璃或者锗氟共掺玻璃组成，其中氟的贡献量为0％～-0.12％。
3.按权利要求1或2所述的低衰减单模光纤，其特征在于所述的下陷内包层由掺氟玻璃或者锗氟共掺玻璃组成，其中氟的贡献量为-0.35％～-0.05％。
4.按权利要求1或2所述的低衰减单模光纤，其特征在于所述的下陷外包层由掺氟玻璃或者锗氟共掺玻璃组成，其中氟的贡献量为-0.35％～-0.05％；下陷外包层半径R3为62.5μm。
5.按权利要求1或2所述的低衰减单模光纤，其特征在于所述的下陷内包层的相对折射率差Δ2小于下陷外包层的相对折射率差Δ3。
6.按权利要求1所述的低衰减单模光纤，其特征在于所述光纤在1310nm波长处的模场直径为8.4～9.6微米。
7.按权利要求1所述的低衰减单模光纤，其特征在于所述光纤在1310nm波长处的衰减系数小于或等于0.335dB/km，在1550nm波长处的衰减系数小于或等于0.195dB/km。
8.按权利要求7所述的低衰减单模光纤，其特征在于所述光纤具有小于或等于1260nm的光缆截止波长。
9.按权利要求7所述的低衰减单模光纤，其特征在于所述光纤的零色散波长为1300nm～1324nm；光纤在零色散波长处的色散斜率小于或等于0.092ps/(nm2*km)。
10.按权利要求1或2所述的低衰减单模光纤，其特征在于所述光纤加工时的拉丝速度为1000m/min～2500m/min，裸光纤的拉丝张力为100g～350g。
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