CN108333671A

CN108333671A - 抗弯曲多模光纤

Info

Publication number: CN108333671A
Application number: CN201810103238.5A
Authority: CN
Inventors: 喻煌; 赵梓森
Original assignee: Fiberhome Fujikura Optic Technology Co ltd; Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: Fiberhome Fujikura Optic Technology Co ltd; Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2018-07-27
Anticipated expiration: 2038-02-01
Also published as: WO2019148822A1; CN108333671B

Abstract

本发明公开了一种抗弯曲多模光纤，涉及光纤领域，包括：芯层，芯层折射率剖面呈抛物线形，且分布指数α为1.95～2.05，芯层的半径R1为8～12μm，芯层的最大相对折射率差Δ1％_max为0.8％～1.2％。内包层，其紧密围绕芯层，内包层的半径R2为8～17μm，内包层的相对折射率差Δ2％为‑0.1％～0.05％。以及下陷包层，其紧密围绕内包层，下陷包层的半径R3为9～22μm，下陷包层的相对折射率差Δ3％为‑0.8％～‑0.3％。本发明中的抗弯曲多模光纤抗弯曲性能良好，在受到偶然弯曲后，能够限制信号衰减和信噪比劣化。

Description

抗弯曲多模光纤

技术领域

本发明涉及光纤领域，具体涉及一种抗弯曲多模光纤。

背景技术

现如今，主要存在两类光纤：多模光纤和单模光纤。在多模光纤中，对于给定波长，多个光模式沿着光纤同时传播。单模光纤中，高阶模式被大幅衰减。

由于源、连接器和维护较为便宜，因此多模系统比单模系统便宜。因此，多模光纤以其低廉的系统成本优势，成为短距离高速率传输网络的优质解决方案，已广泛应用于数据中心、办公中心、高性能计算中心和存储区域网等领域。

随着40G系统升级成100G系统后，光源光斑大小由之前的50μm减小到20μm，加上器件用多模光纤会经受很小的弯曲半径，若仍采用原50/125(即芯直径为50μm，包层直径为125μm)多模光纤，会使光源能量损失造成“漏光”现象。所以需设计一种匹配光斑大小并具有抗弯抗弯曲性能的多模光纤，从而使其能够高效地应用在数据中心局域网中。

多模光纤中存在的模间色散使其所能够支持的传输距离受到大大限制，为降低光纤模间色散，需要将多模光纤的芯层折射率剖面设计成中心至边缘连续逐渐降低的折射率分布，通常我们称其为“α剖面”。即满足如下幂指数函数的折射率分布：

其中，n₁为光纤轴心的折射率，r为离开光纤轴心的距离，a为光纤芯半径，α为分布幂指数，Δ为芯/包相对折射率差。

相对折射率差即Δ：

其中，n_i和n₀分别为各对应部分的折射率和纯二氧化硅石英玻璃的折射率。

当多模光纤光纤受到偶然弯曲后，导致信号衰减和信噪比劣化。因此，如何使多模光纤具有良好的抗弯曲性能显得十分重要。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种抗弯曲性能良好的抗弯曲多模光纤。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种抗弯曲多模光纤，包括：

芯层，所述芯层折射率剖面呈抛物线形，且分布指数α为1.95～2.05，所述芯层的半径R1为8～12μm，所述芯层的最大相对折射率差Δ1％_max为0.8％～1.2％；

内包层，其紧密围绕所述芯层，所述内包层的半径R2为8～17μm，所述内包层的相对折射率差Δ2％为-0.1％～0.05％；以及

下陷包层，其紧密围绕所述内包层，所述下陷包层的半径R3为9～22μm，所述下陷包层的相对折射率差Δ3％为-0.8％～-0.3％。

在上述技术方案的基础上，所述芯层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层，所述芯层中锗的贡献折射率为0.88％～1.27％，所述芯层中氟的贡献折射率为-0.09％～-0.08％。

在上述技术方案的基础上，

所述芯层通过固定掺杂的氟的含量，并控制掺杂的锗的含量随所述芯层的半径变化，使所述芯层折射率剖面呈抛物线形；或，

所述芯层通过固定掺杂的锗的含量，并控制掺杂的氟的含量随所述芯层的半径变化，使所述芯层折射率剖面呈抛物线形；或，

所述芯层通过同时控制掺杂的锗和氟的含量随所述芯层的半径变化，使所述芯层折射率剖面呈抛物线形。

在上述技术方案的基础上，

所述芯层通过固定掺杂的氟的含量，并控制掺杂的锗的含量随所述芯层的半径变化，使所述芯层折射率剖面呈中心至边缘连续逐渐降低的抛物线形；或，

所述芯层通过固定掺杂的锗的含量，并控制掺杂的氟的含量随所述芯层的半径变化，使所述芯层折射率剖面呈中心至边缘连续逐渐降低的抛物线形；或，

所述芯层通过同时控制掺杂的锗和氟的含量随所述芯层的半径变化，使所述芯层折射率剖面呈中心至边缘连续逐渐降低的抛物线形。

在上述技术方案的基础上，所述内包层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层，所述内包层中锗的贡献折射率为0.05％～0.16％，所述内包层中氟的贡献折射率为-0.15％～-0.10％。

在上述技术方案的基础上，

所述抗弯曲多模光纤在850nm波长下的衰减系数为1.812～1.942dB/km；

所述抗弯曲多模光纤在1300nm波长下的衰减系数为0.436～0.472dB/km。

在上述技术方案的基础上，所述抗弯曲多模光纤的数值孔径为0.185～0.215。

在上述技术方案的基础上，所述抗弯曲多模光纤在850nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗小于0.2dB；在1300nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗小于0.5dB。

在上述技术方案的基础上，所述抗弯曲多模光纤在850nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗为0.04～0.12dB；在1300nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗为0.25～0.42dB。

在上述技术方案的基础上，所述抗弯曲多模光纤还包括外包层，所述外包层紧密围绕所述下陷包层。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的抗弯曲多模光纤在850nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗为0.04～0.12dB；在1300nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗为0.25～0.42dB。其弯曲附加损耗小，也就是说当本实施例中的抗弯曲多模光纤在发生弯曲后，在传播时所产生的总衰减也会变小，从而很好的满足的抗弯曲的需要。

(2)本发明的抗弯曲多模光纤的数值孔径为0.185～0.215，从而能够很好的满足对光纤的数值孔径有一定的要求，能够在增加进入光纤的光功率的同时不影响光纤的带宽。

附图说明

图1为本发明实施例中相对折射率差的示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

本发明实施例1提供一种抗弯曲多模光纤，其包括芯层、内包层和下陷包层。

其中，芯层折射率剖面呈抛物线形，且分布指数α为1.95～2.05，芯层的半径R1为8～12μm，芯层的最大相对折射率差Δ1％_max为0.8％～1.2％。

内包层紧密围绕芯层，内包层的半径R2为8～17μm，内包层的相对折射率差Δ2％为-0.1％～0.05％。

下陷包层紧密围绕内包层，下陷包层的半径R3为9～22μm，下陷包层的相对折射率差Δ3％为-0.8％～-0.3％。

进一步地，本实施例中的抗弯曲多模光纤还包括外包层，外包层紧密围绕下陷包层。本实施例在计算上述各个相对折射率差时，采用相对折射率差的办法，都是以外包层的折射率为基准，各层之间有一个相对折射率差。各个相对折射率差可参见图一所示。

采用上述结构的抗弯曲多模光纤，其在850nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗小于0.2dB；在1300nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗小于0.5dB。

进一步地，抗弯曲多模光纤在850nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗为0.04～0.12dB；在1300nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗为0.25～0.42dB。

本实施例中的弯曲附加损耗为宏弯损耗，宏弯损耗是指有整个光纤轴线的弯曲造成的损耗。光束在光纤的直或平的部分与光纤的轴线成临界传播角，但是同一光束射到光纤弯曲部分的边界处所形成的传播角大于临界值。其结果就是在弯曲的光纤中不能满足全内反射条件，意味着光束的一部分会从光纤的纤芯中逃离出去。所以，到达目的地的光功率比从光源发出的进入光纤时的光功率小。即将光纤弯曲后会产生光功率的损耗。这是造成光在光纤中传播时所产生的总衰减的最主要原因之一。

通常而言，宏弯损耗是通过将被测光纤按照一定的直径(比如10mm、15mm、20mm等等)绕一圈，然后再将圆圈放开，再测试打圈前后光功率的变化，来作为光纤的宏弯损耗。

采用本实施例中的抗弯曲多模光纤的结构，由于其在850nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗为0.04～0.12dB；在1300nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗为0.25～0.42dB。其弯曲附加损耗小，也就是说当本实施例中的抗弯曲多模光纤在发生弯曲后，在传播时所产生的总衰减也会变小，从而很好的满足的抗弯曲的需要。

实施例2：

作为一个较好的可选方式，本实施例与实施例1的差别在于芯层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层，芯层中锗的贡献折射率为0.88％～1.27％，芯层中氟的贡献折射率为-0.09％～-0.08％。

一般而言是通过锗的贡献折射率和氟的贡献折射率来表示掺锗量和掺氟量。

实施例3：

作为一个较好的可选方式，本实施例与实施例2的差别在于：

芯层通过固定掺杂的氟的含量，并控制掺杂的锗的含量随芯层的半径变化，使芯层折射率剖面呈抛物线形；或，

芯层通过固定掺杂的锗的含量，并控制掺杂的氟的含量随芯层的半径变化，使芯层折射率剖面呈抛物线形；或，

芯层通过同时控制掺杂的锗和氟的含量随芯层的半径变化，使芯层折射率剖面呈抛物线形。

进一步地，芯层通过固定掺杂的氟的含量，并控制掺杂的锗的含量随芯层的半径变化，使芯层折射率剖面呈中心至边缘连续逐渐降低的抛物线形；或，

芯层通过固定掺杂的锗的含量，并控制掺杂的氟的含量随芯层的半径变化，使芯层折射率剖面呈中心至边缘连续逐渐降低的抛物线形；或，

芯层通过同时控制掺杂的锗和氟的含量随芯层的半径变化，使芯层折射率剖面呈中心至边缘连续逐渐降低的抛物线形。

实施例4：

作为一个较好的可选方式，本实施例与实施例1的差别在于：

内包层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层，内包层中锗的贡献折射率为0.05％～0.16％，内包层中氟的贡献折射率为-0.15％～-0.10％。

实施例5：

作为一个较好的可选方式，本实施例与实施例1的差别在于抗弯曲多模光纤在850nm波长下的衰减系数为1.812～1.942dB/km；抗弯曲多模光纤在1300nm波长下的衰减系数为0.436～0.472dB/km。

光纤衰减系数(也称衰耗系数)是多模光纤最重要的特性参数之一，在很大程度上决定了多模光纤通信的中继距离。光纤衰减系数的定义为：每公里光纤对光信号功率的衰减值。使光纤产生衰减的原因很多，主要有：吸收衰减，包括杂质吸收和本征吸收；散射衰减，包括线性散射、非线性散射和结构不完整散射等；其它衰减，包括微弯曲衰减等。其中最主要的是杂质吸收引起衰减。

本实施例中采用PCVD进行芯棒沉积，即首先将纯石英玻璃衬管装配在PCVD(plasma enhanced chemical vapor deposition，等离子体增强化学气相沉积)车床上，然后通入反应气体进行掺杂沉积。对于氟掺杂而言，是在反应气体四氯化硅和氧气中通入含氟气体实现的。对于锗掺杂而言，是通过通入四氯化锗实现的。其中含氟气体可以是C₂F₆、CF₄、SiF₄、SF₆、C₄F₈中的一种或者多种。通过微波使纯石英玻璃衬管内反应气体离子化成为等离子体，最后以玻璃的形式沉积在纯石英玻璃衬管内壁。此外，再根据光纤波导结构的掺杂要求，合理改变混合气体中掺杂气体的流量，依次沉积下陷包层、内包层和芯层。

在上述沉积完成后，再使用套管进行预制棒的制作。即利用电加热炉将沉积管熔缩成实心芯棒，然后以纯石英玻璃为套管采用RIT工艺制作预制棒。将预制棒置于光纤拉丝塔上进行拉丝退火制成光纤，并进一步降低应力来降低光纤衰减。最终使得抗弯曲多模光纤在850nm波长下的衰减系数为1.812～1.942dB/km；抗弯曲多模光纤在1300nm波长下的衰减系数为0.436～0.472dB/km，很好的解决了光信号功率值降低的问题。

实施例6：

作为一个较好的可选方式，本实施例与实施例1的差别在于抗弯曲多模光纤的数值孔径为0.185～0.215。进一步地，抗弯曲多模光纤的数值孔径为0.1841～0.2116。光纤数值孔径是多模光纤的重要参数，它表征光纤端面接收光的能力，其取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和对模式色散的影响。入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度α的正弦值就称为光纤的数值孔径(NA＝sinα)。

光纤的数值孔径大小与芯层折射率，及芯层－包层相对折射率差有关。从物理上看，光纤的数值孔径表示光纤接收入射光的能力。NA越大，则光纤接收光的能力也越强。从增加进入光纤的光功率的观点来看，NA越大越好，因为光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。但是NA太大时，光纤的模畸变加大，会影响光纤的带宽。因此，在光纤通信系统中，对光纤的数值孔径有一定的要求。通常多模光纤的数值孔径取值范围为0.18～0.23，本实施例中的抗弯曲多模光纤的数值孔径为0.185～0.215，从而能够很好的满足对光纤的数值孔径有一定的要求，能够在增加进入光纤的光功率的同时不影响光纤的带宽。

本发明中的抗弯曲多模光纤折射率剖面及掺杂材料含量如表1：

表1：抗弯曲多模光纤折射率剖面及掺杂材料含量

本发明中的抗弯曲多模光纤主要性能参数如表2：

表2：抗弯曲多模光纤主要性能参数

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种抗弯曲多模光纤，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于：所述芯层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层，所述芯层中锗的贡献折射率为0.88％～1.27％，所述芯层中氟的贡献折射率为-0.09％～-0.08％。

3.如权利要求2所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于：

4.如权利要求3所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于：

5.如权利要求1所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于：所述内包层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层，所述内包层中锗的贡献折射率为0.05％～0.16％，所述内包层中氟的贡献折射率为-0.15％～-0.10％。

6.如权利要求1所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于：

7.如权利要求1所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于：所述抗弯曲多模光纤的数值孔径为0.185～0.215。

8.如权利要求1所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于：所述抗弯曲多模光纤在850nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗小于0.2dB；在1300nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗小于0.5dB。

9.如权利要求8所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于：所述抗弯曲多模光纤在850nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗为0.04～0.12dB；在1300nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗为0.25～0.42dB。

10.如权利要求1所述的抗弯曲多模光纤，其特征在于：所述抗弯曲多模光纤还包括外包层，所述外包层紧密围绕所述下陷包层。