CN108873156B - 光纤 - Google Patents

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Abstract

一种光纤，包括：芯部，其具有最大折射率n1；以及包层，其围绕芯部设置并且包层的折射率n0低于最大折射率n1。芯部的径向折射率分布用1.5至10的指数α来表达。在芯部的中央的表达为Δ1＝100×(n1 2‑n0 2)/(2n1 2)的相对折射率差Δ1为0.3％至0.5％。芯部的直径2a为9μm至14μm。零色散波长为1300nm至1324nm。光缆截止波长λcc为1260nm以下。在以30mm的弯曲直径将光纤卷绕十圈的情况下，波长为1550nm时的弯曲损耗为0.25dB以下。

Description

光纤
技术领域
本发明涉及光纤。
背景技术
国际电信联盟电信标准分局(ITU-T)在作为国际标准的建议G.652中所限定的单模光纤(SMF)在全世界被用作用于光学通信系统的最常用的光纤。根据建议G.652，波长为1310nm时的SMF的模场直径(MFD)的标称值应该为8.6μm至9.2μm(公差为±0.4μm)。如果MFD落入该范围内，则可以使要在各个端部小平面彼此熔接的SMF之间的MFD失配小，从而可以使熔接损耗小。建议G.652还限定了SMF应该具有1260nm以下的光缆截止波长λcc。如果λcc落入该范围内，则波长为约1310nm以上时的信号光的单模行为可以得到保证。
另一方面，如果在以小的弯曲直径使光纤弯曲的同时铺设光纤或者如果在一根光缆中密集地设置很多光纤，则期望这种光纤的弯曲损耗是小的。已知光纤的弯曲损耗可以通过减少光纤的宏弯曲数(MAC)来降低。这里，MAC值通过用波长为1310nm时的MFD[μm]除以光纤截止波长λc[μm]来获得。也就是说，为了降低光纤的弯曲损耗，减小MFD和/或增加光纤截止波长λc是有效的。然而，具有减小的MFD的光纤相对于常用SMF展现出增大的MFD失配。这种失配增加了熔接损耗。此外，具有增大的λc的光纤可能在光信号的单模行为方面不再得到保证。
根据美国专利No.7,876,990所公开的现有技术发明的SMF包括具有用大于2.5且小于3.0的指数α表达的径向折射率分布的芯部。根据美国专利No.7,876,990，如上所述设定指数α降低了传输损耗。然而，美国专利No.7,876,990中的描述没有考虑弯曲损耗的降低。另外，美国专利No.7,876,990所公开的SMF不具有包括凹陷部的折射率分布。
发明内容
本发明提供一种光纤，其MAC值等于符合ITU-T建议G.652的常用SMF的MAC值，且具有小的弯曲损耗。
根据本发明的一方面，提供一种光纤，包括：芯部，其具有最大折射率n1；以及包层，其围绕所述芯部设置并且所述包层的折射率n0低于所述最大折射率n1。芯部的径向折射率分布用1.5至10的指数α来表达。在所述芯部的中央的表达为Δ1＝100×(n1 2-n0 2)/(2n1 2)的相对折射率差Δ1为0.3％至0.5％。芯部的直径2a为9μm至14μm。零色散波长为1300nm至1324nm。光缆截止波长λcc为1260nm以下。在以30mm的弯曲直径将所述光纤卷绕十圈的情况下，波长为1550nm时的弯曲损耗为0.25dB以下。
优选的是，上述光纤进一步包括凹陷部，凹陷部围绕所述芯部设置且设置在所述芯部与所述包层之间，并且所述凹陷部的折射率n2既低于所述最大折射率n1也低于所述折射率n0。还优选的是，所述凹陷部的表达为Δ2＝100×(n2 2-n0 2)/(2n2 2)的相对折射率差Δ2为-0.1％至0％。还优选的是，所述凹陷部的外径2b与所述芯部的所述直径2a的比率(b/a)为2.4至4.0。
还优选的是，所述指数α为2.0至5.0。还优选的是，在以30mm的弯曲直径将所述光纤卷绕十圈的情况下，波长为1550nm时的所述光纤的弯曲损耗为0.03dB以下(相当于ITU-TG.657.A2所限定的弯曲损耗)。还优选的是，光纤截止波长λc与光缆截止波长λcc之间的差(λc-λcc)为50nm至100nm。
还优选的是，上述光纤进一步包括：第一树脂层，其围绕所述包层设置且由紫外线固化型树脂制成；以及第二树脂层，其围绕所述第一树脂层设置且由紫外线固化型树脂制成。还优选的是，所述包层的外径为124.3μm至125.7μm，并且所述第二树脂层的外径为188μm至210μm。
根据本发明的上述方面的光纤的MAC值等于符合ITU-T建议G.652的常用SMF的MAC值，且具有小的弯曲损耗。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的光纤的横截面和径向折射率分布的概念图。
图2是利用表达了折射率分布的函数中的指数α作为参数示出根据第一实施例的光纤的几个示例性折射率分布n(r)的曲线图。
图3是示出指数α与在以30mm的弯曲直径将根据第一实施例的光纤卷绕十圈的情况下的波长为1550nm时的弯曲损耗之间的关系的曲线图。
图4是示出指数α与根据第一实施例的光纤的零色散波长之间的关系的曲线图。
图5是示出指数α与根据第一实施例的光纤的光缆截止波长λcc之间的关系的曲线图。
图6是示出根据第二实施例的光纤的横截面与径向折射率分布的概念图。
图7是利用凹陷部相对于包层的相对折射率差Δ2作为参数示出根据第二实施例的光纤的几个示例性折射率分布n(r)的曲线图。
图8是示出相对折射率差Δ2与在以30mm的弯曲直径将根据第二实施例的光纤卷绕十圈的情况下的波长为1550nm时的弯曲损耗之间的关系的曲线图。
图9是示出相对折射率差Δ2与根据第二实施例的光纤的零色散波长之间的关系的曲线图。
图10是示出相对折射率差Δ2与根据第二实施例的光纤的光缆截止波长λcc之间的关系的曲线图。
图11是利用相对折射率差Δ2作为参数示出根据第二实施例的光纤的几个其它示例性折射率分布n(r)的曲线图。
图12是示出指数α与在以30mm的弯曲直径将根据第二实施例的光纤卷绕十圈的情况下的波长为1550nm时的弯曲损耗之间的关系的曲线图。
图13是示出指数α与根据第二实施例的光纤的零色散波长之间的关系的曲线图。
图14是示出指数α与根据第二实施例的光纤的光缆截止波长λcc之间的关系的曲线图。
图15是总结了根据具体实例的光纤1至8的相关因素的表格。
图16是总结了根据其它具体实例的光纤9至15的相关因素的表格。
图17是总结了根据其它具体实例的光纤16至24的相关因素的表格。
具体实施方式
现在将参考附图详细地描述本发明的实施例。在以下说明和附图中，相同的元件用相同的附图标记来表示，并且省略类似元件的冗余说明。本发明不限于以下示例性实施例，其范围由随附权利要求来限定，包括落入该范围内的任何等同替换和所做的任何改变在内。
第一实施例
图1是示出根据第一实施例的光纤1A的横截面和径向折射率分布的概念图。光纤1A包括芯部11和围绕芯部11设置的包层13。芯部11具有最大折射率n1。包层13的折射率n0低于n1。例如，芯部11由包含GeO2的石英玻璃制成，并且包层13由纯的石英玻璃制成。
光纤1A的径向折射率分布n(r)利用指数α近似为表达式(1)：
Figure BDA0001657685090000041
其中r表示与芯部11的中央相距的径向距离，a表示折射率n(r)变得等于包层13的折射率n0时的芯部11的半径，并且Δ1表示折射率最大所在的芯部11的中央与包层13之间的折射率差。相对折射率差Δ1被表达为下面的表达式(2)：
Figure BDA0001657685090000051
光纤1A进一步包括围绕包层13设置的第一树脂层14以及围绕第一树脂层14设置的第二树脂层15。第一树脂层14和第二树脂层15由紫外线固化型树脂制成。第一树脂层14的杨氏模量低于第二树脂层15的杨氏模量。
图2是利用表达了折射率分布的函数中的指数α作为参数示出根据第一实施例的光纤1A的几个示例性折射率分布n(r)的曲线图。曲线图的横轴代表与芯部11的中央相距的径向距离r。曲线图的纵轴代表相对于包层13的折射率n0的相对折射率差Δ。若包层13由纯的石英玻璃制成，那么将Δ1和芯部的半径a调整为使得波长为1310nm时的MFD变为9.0μm，λc变为1280nm，并且MAC值变为7.0。指数α在1至10的范围内变化。
图3至图5是分别示出指数α与图1所示的根据第一实施例的光纤1A的弯曲损耗、零色散波长以及光缆截止波长λcc中的相对应一个之间的关系的曲线图。图3至图5还示出了在芯部的折射率恒定的阶跃折射率型光纤的情况下的分别代表弯曲损耗、零色散波长以及光缆截止波长λcc的值。
图3是示出指数α与在以30mm的弯曲直径将根据第一实施例的光纤1A卷绕十圈的情况下的波长为1550nm时的弯曲损耗之间的关系的曲线图。曲线图表明，将指数α设定为在1.5至10的范围内的值使得对于相同MAC值来说弯曲损耗比在阶跃折射率型光纤的情况中小。曲线图还表明，将指数α设定为在2至5的范围内的值使得弯曲损耗小得多。
图4是示出指数α与根据第一实施例的光纤1A的零色散波长之间的关系的曲线图。曲线图表明，随着指数α变小，零色散波长变长且更偏离ITU-T G.652所建议的范围(1300nm至1324nm)。因此，可以理解，指数α优选为2以上。
图5是示出指数α与根据第一实施例的光纤1A的光缆截止波长λcc之间的关系的曲线图。曲线图表明，将指数α设定为在1.5至10的范围内的值使得光缆截止波长λcc落入ITU-T G.652所建议的范围(1260nm以下)内。
第二实施例
图6是示出根据第二实施例的光纤1B的横截面与径向折射率分布的概念图。光纤1B包括芯部11、围绕芯部11设置的凹陷部12以及围绕凹陷部12设置的包层13。芯部11具有最大折射率n1。包层13的折射率n0低于n1。凹陷部12的折射率n2既低于n1也低于n0。例如，芯部11由包含GeO2的石英玻璃制成，凹陷部12由包含F的石英玻璃制成，并且包层13由纯的石英玻璃制成。
光纤1B的径向折射率分布n(r)利用指数α近似为表达式(3)：
Figure BDA0001657685090000061
其中r表示与芯部11的中央相距的径向距离，a表示折射率n(r)变得等于包层13的折射率n0时的芯部11的半径，b表示凹陷部12的外侧半径，并且Δ2表示凹陷部12相对于包层13的相对折射率差。相对折射率差Δ2被表达为下面的表达式(4)：
Figure BDA0001657685090000062
光纤1B进一步包括围绕包层13设置的第一树脂层14以及围绕第一树脂层14设置的第二树脂层15。第一树脂层14和第二树脂层15由紫外线固化型树脂制成。第一树脂层14的杨氏模量小于第二树脂层15的杨氏模量。
图7是利用凹陷部12相对于包层13的相对折射率差Δ2作为参数示出根据第二实施例的光纤1B的几个示例性折射率分布n(r)的曲线图。曲线图的横轴代表与芯部11的中央相距的径向距离r。曲线图的纵轴代表相对于包层13的折射率n0的相对折射率差Δ。若包层13由纯的石英玻璃制成，那么将Δ1和芯部的半径a调整为使得波长为1310nm时的MFD变为9.0μm，λc变为1280nm，并且MAC值变为7.0。指数α设定为2.5。相对折射率差Δ2在-0.1％至0％的范围内变化。
图8是示出相对折射率差Δ2与在以30mm的弯曲直径将根据第二实施例的光纤1B卷绕十圈的情况下的波长为1550nm时的弯曲损耗之间的关系的曲线图。曲线图表明，期望相对折射率差Δ2是负的，并且期望其绝对值是大的，因为这样的条件使得弯曲损耗小。
图9是示出相对折射率差Δ2与根据第二实施例的光纤1B的零色散波长之间的关系的曲线图。曲线图表明，随着相对折射率差Δ2变得低于-0.1％(随着其绝对值变大)，零色散波长变得比ITU-T所建议的范围短。因此，可以理解，期望相对折射率差Δ2为-0.1％以上。
图10是示出相对折射率差Δ2与根据第二实施例的光纤1B的光缆截止波长λcc之间的关系的曲线图。曲线图表明，如果相对折射率差Δ2落入-0.1％至0％的范围内，则光缆截止波长λcc落入ITU-TG.652所建议的范围内。
图11是利用表达了折射率分布的函数中的指数α作为参数示出根据第二实施例的光纤1B的几个其它示例性折射率分布n(r)的曲线图。曲线图的横轴代表与芯部11的中央相距的径向距离r。曲线图的纵轴代表相对于包层13的折射率n0的相对折射率差Δ。若包层13由纯的石英玻璃制成，那么将Δ1和芯部的半径a调整为使得波长为1310时的MFD变为9.0μm，λc变为1280nm，并且MAC值变为7.0。相对折射率差Δ2设定为-0.02％。指数α在1至10的范围内变化。
图12至图14是分别示出指数α与图6所示的根据第二实施例的光纤1B的弯曲损耗、零色散波长以及光缆截止波长λcc中的相对应一个之间的关系的曲线图。图12至图14还示出了在芯部的折射率恒定的阶跃折射率型光纤的情况下的分别代表弯曲损耗、零色散波长以及光缆截止波长λcc的值。
图12是示出指数α与在以30mm的弯曲直径将根据第二实施例的光纤1B卷绕十圈的情况下的波长为1550nm时的弯曲损耗之间的关系的曲线图。曲线图表明，将指数α设定为在1.5至10的范围内使得对于相同MAC值来说弯曲损耗比在阶跃折射率型光纤的情况中小。曲线图还表明，将指数α设定为在2至5的范围内的值使得弯曲损耗小得多。
图13是示出指数α与根据第二实施例的光纤1B的零色散波长之间的关系的曲线图。曲线图表明，随着指数α变小，零色散波长变长且更偏离ITU-T G.652所建议的范围(1300nm至1324nm)。因此，可以理解，指数α优选2以上。
图14是示出指数α与根据第二实施例的光纤1B的光缆截止波长λcc之间的关系的曲线图。曲线图表明，将指数α设定为在1.5至10的范围内的值使得光缆截止波长λcc落入ITU-T G.652所建议的范围(1260nm以下)内。
实例
图15是总结了根据实例的光纤1至8的相关因素的表格。图16是总结了根据其它实例的光纤9至15的相关因素的表格。这些表格中总结的因素如下，从顶开始依次为：指数α、芯部11的中央处的相对折射率差Δ1、凹陷部12的相对折射率差Δ2、芯部直径2a、凹陷部12的外径2b、比率(b/a)、零色散波长、波长为1310nm时的MFD、波长为1310nm时的有效横截面积Aeff、波长为1550nm时的MFD、波长为1550nm时的有效横截面积Aeff、光纤截止波长λc、光缆截止波长λcc、差(λc-λcc)、MAC值以及在以30mm的弯曲直径将光纤1B卷绕十圈的情况下的波长为1550nm时的弯曲损耗。
光纤1至15均具有符合ITU-T G.652的特性。光纤4、5、13和14是基于未采用凹陷部12的第一实施例。其它光纤是基于采用了凹陷部12的第二实施例。利用凹陷部12，可以使弯曲损耗小得多。
图17是总结了根据其它具体实例的光纤16至24的相关因素的表格。这些表格中总结的因素如下，从顶开始依次为：零色散波长λ0、波长为1310nm时的MFD、光纤截止波长λc、光缆截止波长λcc、差(λc-λcc)、MAC值以及在以30mm的弯曲直径卷绕十圈的情况下的波长为1550nm时的弯曲损耗、包层的直径、第一树脂层的外径和第二树脂层的外径。
优选的是，光纤包括外径为124.3μm至125.7μm的包层。例如，光纤可以包括外径为180μm至200μm的第一树脂层以及外径为235μm至255μm的第二树脂层。作为另一实例，光纤可以包括外径为150μm至175μm的第一树脂层以及外径为188μm至210μm的第二树脂层。这样的光纤均包括外径小于已知光纤的外径的树脂层，并且因此有利之处在于可以在一根光缆中密集地设置更多数量的光纤。

Claims (7)

1.一种光纤，包括：
芯部，其具有
9μm至14μm的直径2a；
最大折射率n1；以及
用1.5至10的指数α来表达的径向折射率分布；
包层，其围绕所述芯部设置并且所述包层的折射率n0低于所述最大折射率n1；以及
凹陷部，其围绕所述芯部设置且设置在所述芯部与所述包层之间，并且所述凹陷部的折射率n2既低于所述最大折射率n1也低于所述折射率n0，
其中，在所述芯部的中央的表达为Δ1＝100×(n1 2-n0 2)/(2n1 2)的相对折射率差Δ1为0.3％至0.5％，并且所述凹陷部的表达为Δ2＝100×(n2 2-n0 2)/(2n2 2)的相对折射率差Δ2为-0.1％至0％，并且
所述光纤具有
1300nm以上且1324nm以下的零色散波长，
1260nm以下的光缆截止波长λcc，以及
在以30mm的弯曲直径将所述光纤卷绕十圈的情况下，波长为1550nm时的0.25dB以下的弯曲损耗。
2.根据权利要求1所述的光纤，其中，
所述凹陷部具有外径2b，并且所述凹陷部的所述外径2b与所述芯部的所述直径2a的比率(b/a)为2.4至4.0。
3.根据权利要求1所述的光纤，其中，
所述指数α为2.0至5.0。
4.根据权利要求2所述的光纤，其中，
所述指数α为2.0至5.0。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光纤，其中，
在以30mm的弯曲直径将所述光纤卷绕十圈的情况下，波长为1550nm时的所述光纤的弯曲损耗为0.03dB以下。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的光纤，其中，
所述光纤的光纤截止波长λc比所述光缆截止波长λcc大50nm以上且100nm以下。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的光纤，进一步包括：
第一树脂层，其围绕所述包层设置且由紫外线固化型树脂制成；以及
第二树脂层，其围绕所述第一树脂层设置且由紫外线固化型树脂制成，
其中，所述包层的外径为124.3μm至125.7μm，并且
所述第二树脂层的外径为188μm至210μm。
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