CN109983379A - 光纤线路和光纤线路制造方法 - Google Patents

光纤线路和光纤线路制造方法 Download PDF

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Abstract

本实施例涉及光纤线路等，该光纤线路通过将具有含氟包层的单模光纤与大Aeff光纤进行TEC连接而构造。这两种光纤之间的连接状态设定成使得在基模中以dB表示的连接损耗等于或小于在1550nm波长处以dB表示的理想对接损耗的55％。

Description

光纤线路和光纤线路制造方法
技术领域
本发明涉及光纤线路和光纤线路制造方法。
背景技术
如非专利文献1至3中所述，在超长距离大容量传输中，尤其是在例如海底光缆系统中，为了使系统中的光信噪比最大化，使用了具有低传输损耗和大有效面积(Aeff)的光纤(低损耗大Aeff光纤)。目前，在海底光缆系统中采用了在1.55μm波长处Aeff为130μm2至150μm2的大Aeff光纤。然而，在系统的中继器中，通常使用符合ITU-T G.652或G.654C的单模光纤作为馈通部(feedthrough)。
由大Aeff光纤与单模光纤之间的熔接引起的典型连接损耗在1550nm波长处为每个连接0.3dB。如非专利文献4中所述，具有超过500Pb/s×km的容量距离乘积的传输系统中的典型跨度损耗(span loss)为10dB。与该跨度损耗相比，上述连接损耗太高而不能忽略。由于这个原因，期望降低大Aeff光纤与单模光纤之间的连接损耗。
大Aeff光纤与单模光纤之间的连接损耗的产生原因之一是，大Aeff光纤与单模光纤之间的模场直径(MFD)的差异阻止了在跨越两根光纤延伸的过渡区段(MFD沿纵向变化的区段)中全部光功率均耦合到基模。在非专利文献1中描述了：相对于相同的Aeff，具有双芯(环型芯)结构(其中位于第一芯部外侧的第二芯部具有较高的折射率)的大Aeff光纤与具有芯部(阶梯型芯)结构(其具有常规阶梯型折射率分布)的大Aeff光纤相比可以使MFD较小。因此，使用具有环型芯的光纤而不是使用具有阶梯型芯的光纤作为大Aeff光纤，使得可以减小MFD失配(使得可以降低连接损耗)。然而，在1.55μm波长处Aeff为83μm2的单模光纤与在1.55μm波长处Aeff为148μm2的具有环型芯的大Aeff光纤之间的理论上计算的连接损耗仍然保持处于0.22dB的高值。
用于进一步降低MFD彼此不同的两根光纤的端部之间的连接损耗的方法的实例包括：用于夹置和连接具有中间Aeff的光纤的桥连接，用于使连接点物理地逐渐变细的锥形连接，以及用于加热连接点以扩大芯部的芯部扩散连接(热扩张芯部(TEC)连接)。
在专利文献1中，公开了一种使用超短桥(ultra-short bridge)光纤的桥连接的方法。桥连接造成连接点的数量增加，这可能使系统复杂化。此外，在非专利文献3中，描述了一种使用锥形连接的损耗降低方法。请注意，锥形连接造成连接点逐渐变细，这可能导致机械强度降低。
TEC连接没有由桥连接或锥形连接引起的风险，并且是用于海底光缆系统等的最实用的连接方法。在非专利文献5中描述了TEC连接。在连接点周围形成锥形MFD(MFD沿纵向连续增大或减小的状态)减小或消除了连接点处的MFD失配。锥形MFD通常通过加热使掺杂到光纤芯部中的掺杂剂扩散从而扩大MFD来实现。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利公开No.2004-191998
专利文献2：日本未审查专利公开No.2007-535002
专利文献3：日本未审查专利公开No.H9-15441
专利文献4：日本未审查专利公开No.2003-14973
专利文献5：日本未审查专利公开No.2000-98171
专利文献6：WO 01/033266
非专利文献
非专利文献1：Y.Yamamoto等人于2016年1月发表在光波技术期刊(Journal ofLightwave Technology)第34卷第2期第321-326页上的“用于C波段和L波段宽带传输的低损耗低非线性纯二氧化硅芯光纤(Low-loss and Low-Nonlinearity Pure-Silica-CoreFiber for C-and L-band Broadband Transmission)”。
非专利文献2：M.Hirano等人于2012年发表在OFC/NFOEC技术汇编(OFC/NFOECTechnical Digest)OTh4I.2上的“具有环芯分布的Aeff-扩大的纯二氧化硅芯光纤(Aeff-enlarged Pure-Silica-Core Fiber having Ring-Core Profile)”。
非专利文献3：S.Makovejs等人于2016年1月发表在光波技术期刊第34卷第1期第114-120页上的“在海底系统中实现卓越的传输性能：利用超低衰减和大有效面积(TowardsSuperior Transmission Performance in Submarine Systems:Leveraging Ultra LowAttenuation and Large Effective Area)”。
非专利文献4：J.-X.Cai等人2015年7月发表在光波技术期刊第33卷第13期第2724-2734页上的“使用C+L EDFA以49.3Tb/s传输9100km以及使用混合拉曼EDFA以54Tb/s传输9150km(49.3Tb/s Transmission Over 9100km Using C+L EDFA and 54Tb/sTransmission Over 9150km Using Hybrid-Raman EDFA)”。
非专利文献5：K.Shiraishi等人于1990年8月发表在光波技术期刊第8卷第8期第1151-1161页上的“使用掺杂剂的热扩散的扩束光纤(Beam expanding fiber usingthermal diffusion of the dopant)”。
非专利文献6：J.Krause等人于1986年7月发表在光波技术期刊第4卷第7期第837-840页上的“与熔化时间、温度和折射率分布变化有关的单模光纤的熔接损耗(Splice lossof single-mode fiber as related to fusion time,temperature,and index profilealteration)”。
发明内容
技术问题
作为检查上述传统技术的结果，本发明的发明人发现了以下问题。即，为了降低传输损耗，通常采用纯二氧化硅芯光纤作为超长距离大容量传输系统中使用的光纤。为了制造这种纯二氧化硅芯光纤，将氟作为掺杂剂掺杂到包层中以降低SiO2的折射率。如非专利文献6中所述，氟的扩散系数是掺杂到普通单模光纤的芯部中的锗的扩散系数的约30倍。如上所述，当热施加到光纤之间的连接点附近以便通过TEC连接而在具有较小MFD的单模光纤中形成锥形MFD时，MFD失配因为大Aeff光纤中的氟的扩散较大而增加。
专利文献2至5公开了涉及具有相互不同的MFD的两根光纤之间的TEC连接的发明。然而，在每个文献中公开的发明均不能解决上述问题。
本发明是为了解决上述问题而完成的，并且本发明的目的是提供一种光纤线路，其通过用TEC连接将具有含氟包层的单模光纤和大Aeff光纤连接起来而构造，并且其中光纤之间的连接损耗得到降低。本发明的另一目的是提供一种制造这种光纤线路的方法。
解决问题的技术方案
根据本发明的光纤线路包括第一光纤、第二光纤以及第一光纤的端部和第二光纤的端部熔接在一起的结构。请注意，第一光纤主要由石英玻璃构成，并具有第一芯部和包围第一芯部的第一包层。此外，第二光纤主要由石英玻璃构成，并具有第二芯部和包围第二芯部的第二包层。光纤线路包括第一光纤中限定的第一稳定区段、第二光纤中限定的第二稳定区段、以及位于第一稳定区段与第二稳定区段之间的过渡区段。过渡区段是模场直径(MFD)沿光纤线路的纵向过渡的区段。在第一稳定区段中，第一光纤具有在1550nm波长处为90μm2以下(例如，优选地为30μm2至90μm2，更优选的为70μm2至90μm2)的有效面积(Aeff)以及沿纵向具有小于1.0μm的波动范围的MFD。第一包层的与第一芯部相邻的内侧区域含有4000ppm至15000ppm(例如，优选地为6000ppm至15000ppm)的氟。另一方面，在第二稳定区段中，第二光纤具有在1550nm波长处为100μm2至200μm2(例如，优选120μm2至170μm2)的Aeff以及沿纵向具有小于1.0μm的波动范围的MFD。此外，在过渡区段中，基模的以分贝(dB)表示的连接损耗等于或小于在1550nm波长处的以dB表示的理想对接损耗的55％。
请注意，这里，过渡区段对应于沿光纤线路的纵向延伸的一定范围，并且包括在第一光纤和第二光纤被熔接的状态下的第一光纤和第二光纤的相应端部(连接点)。此外，MFD的波动范围被定义为MFD的最大值和最小值之间的差。过渡区段中的基模的连接损耗对应于：当第一光纤和第二光纤在两者间设置过渡区段的状态下彼此光学耦合时，从与过渡区段的第一端(与第一光纤相邻的端部)相邻的第一光纤的基模到与过渡区段的第二端(与第二光纤相邻的端部)相邻的第二光纤的基模的耦合损耗。为简洁起见，过渡区段中的基模的连接损耗简称为连接损耗。
本发明的有益效果
根据本发明，可以提供一种光纤线路，其包括具有含氟包层并通过TEC连接彼此连接起来的单模光纤和大Aeff光纤，并且光纤之间的连接损耗得到降低。
附图说明
图1是示出根据本实施例的光纤线路10的构造实例的图示。
图2是示出第一光纤11的折射率分布的实例的图示。
图3是示出用作比较例的单模光纤的折射率分布的实例的图示。
图4是示出第二光纤12的折射率分布的实例的图示。
图5是用于描述根据本实施例的光纤线路制造方法的流程图。
图6是列出在本实施例的样品中用作第一光纤的光纤1以及在比较例中使用的比较光纤的规格的表。
图7是列出在本实施例的样品以及比较例中的每一个中用作第二光纤的光纤2至4的规格的表。
图8是列出本实施例的样品1至3和比较例1至3中的光纤的组合的表。
图9是示出用于使用本实施例的样品进行基准测量的实验系统的实例的图示。
图10是示出用于使用本实施例的样品进行连接损耗测量的实验系统的实例的图示。
图11是示出用于使用比较例进行基准测量的实验系统的实例的图示。
图12是示出用于使用比较例进行连接损耗测量的实验系统的实例的图示。
图13是示出对于本实施例的样品2和比较例2中的每一个的总附加加热时间与连接损耗之间的关系的曲线图。
图14是示出对于本实施例的样品2和比较例2中的每一个的在当连接损耗变为最小时的总附加加热时间处的连接损耗波长相关性的曲线图。
图15是示出对于本实施例的样品2和比较例2中的每一个的在从1520nm至1640nm的波长区域中连接损耗的最大值和最小值相对于总附加加热时间的变化的曲线图。
图16是示出对于本实施例的样品2和比较例2中的每一个的当连接损耗变为最小时在1.55μm波长处的MFD相对于纵向位置的变化的曲线图。
图17是示出对于本实施例的样品2和比较例2中的每一个的总附加加热时间与各光纤的MFD之间的关系的曲线图。
图18是列出本实施例的样品1至3和比较例1至3的连接损耗结果的表。
图19是示出对本实施例的样品1至3和比较例1至3中的每一个进行附加加热步骤的情况下的连接损耗结果的曲线图。
具体实施方式
[本发明的实施例的描述]
首先，单独列出并描述本发明的实施例的细节。
(1)作为本实施例的一方面，一种光纤线路包括第一光纤和第二光纤，第一光纤的端部和第二光纤的端部熔接在一起。请注意，第一光纤主要由石英玻璃构成，并具有第一芯部和包围第一芯部的第一包层。此外，第二光纤主要由石英玻璃构成，并具有第二芯部和包围第二芯部的第二包层。光纤线路包括第一光纤中限定的第一稳定区段、第二光纤中限定的第二稳定区段、以及位于第一稳定区段与第二稳定区段之间的过渡区段。过渡区段是模场直径(MFD)沿光纤线路的纵向过渡的区段。在第一稳定区段中，第一光纤具有在1550nm波长处为90μm2以下(例如，优选地为30μm2至90μm2，更优选地为70μm2至90μm2)的有效面积(Aeff)以及沿纵向具有小于1.0μm的波动范围的MFD(MFD的最大值和最小值之间的差)。第一包层的与第一芯部相邻的内侧区域含有4000ppm至15000ppm(例如，优选地为6000ppm至15000ppm)的氟。另一方面，在第二稳定区段中，第二光纤具有在1550nm波长处为100μm2至200μm2(例如，优选地为120μm2至170μm2)的Aeff以及沿纵向具有小于1.0μm的波动范围的MFD。此外，在过渡区段中，基模的以分贝(dB)表示的连接损耗等于或小于在1550nm波长处以dB表示的理想对接损耗的55％。更优选地，过渡区段包括MFD变得不连续的点，并且在过渡区域的两侧(上述不连续的点置于这两侧之间)，MFD单调地变化。此外，如上所述，第一光纤在1550nm波长处的Aeff等于或小于90μm2，优选地为30μm2至90μm2，并且更优选地为70μm2至90μm2。
(2)作为本实施例的一方面，第二光纤的第二包层可以含有氟。在这种情况下，在第二光纤中，第二芯部相对于第二包层的相对折射率差优选地等于或大于0.2％。作为本实施例的一方面，第一包层的内侧区域中的氟浓度优选地高于第二包层的与第二芯部相邻的内侧区域中的氟浓度。作为本实施例的一方面，第一包层的内侧区域中的氟浓度优选地高于第二包层的内侧区域中的氟浓度的1.05倍。此外，作为本实施例的一方面，在处于过渡区段的限定在第一光纤中的部分内并沿纵向具有50μm长度的任何区段中，在该任何区段的与第二光纤相邻的端部处的MFD优选地等于或小于在该任何区段的与第一光纤相邻的端部处的MFD的1.2倍。
(3)作为本实施例的一方面，在光纤线路的过渡区段的与第一光纤相邻并沿纵向具有300μm以上长度的区段中(例如，从位于第一光纤和第二光纤之间的连接点延伸到与第一光纤相邻并与连接点相距300μm的点的区段)，优选的是，MFD从第一光纤朝向第二光纤连续地变化1.0μm以上。
(4)作为本实施例的一方面，第二光纤优选地具有环芯型的折射率分布。此外，作为本实施例的一方面，在第一光纤和第二光纤中的每一个中，优选的是，第一芯部和第二芯部的每一个中的限定在过渡区段中的部分的氟浓度从芯部中心沿径向连续地增加。作为本实施例的一方面，过渡区段的沿纵向的长度优选地等于或小于1cm。作为本实施例的一方面，优选的是，第一光纤具有覆盖第一包层的聚酰亚胺树脂层。作为本实施例的一方面，优选的是，光纤线路在其整个长度上具有200kpsi以上的强度。
(5)作为本实施例的一方面，为了制造具有如上所述结构的光纤线路，一种光纤线路制造方法包括布置步骤、熔接步骤以及附加加热步骤。在布置步骤中，将第一光纤和第二光纤以第一光纤的端部与第二光纤的端部彼此面对的状态布置在熔接机中。请注意，第一光纤主要由石英玻璃构成，并具有第一芯部和包围第一芯部的第一包层。此外，第一光纤具有在1550nm波长处为90μm2以下(例如，优选地为30μm2至90μm2，更优选地为70μm2至90μm2)的Aeff以及沿第一光纤的纵向具有小于1.0μm的波动范围的MFD。此外，第一包层的与第一芯部相邻的内侧区域含有4000ppm至15000ppm(例如，优选地为6000ppm至15000ppm)的氟。另一方面，第二光纤主要由石英玻璃构成，并具有第二芯部和包围第二芯部的第二包层。此外，第二光纤具有在1550nm波长处为100μm2至200μm2(例如，优选地为120μm2至170μm2)的Aeff以及沿第二光学的纵向具有小于1.0μm的波动范围的MFD。在熔接步骤中，在第一光纤的端部和第二光纤的端部彼此抵接的状态下，施加热以使第一光纤的端部和第二光纤的端部熔化，从而将第一光纤的端部和第二光纤的端部接合到一起。在附加加热步骤中，对第一光纤的一定范围进一步进行加热，一定范围被限定为沿第一光纤的纵向延伸并包括第一光纤与第二光纤之间的连接点。这里，如上所述，第一光纤的在1550nm波长处的Aeff优选地为30μm2至90μm2，更优选地为70μm2至90μm2。
(6)作为本实施例的一方面，在附加加热步骤中，优选的是，用一放电功率将第一光纤的端部放电加热50秒以上：在放电功率下，第一包层不熔化，但氟扩散。作为本实施例的一方面，在附加加热步骤中，优选的是，第一光纤的沿纵向的一定范围的长度等于或大于第一包层的直径。作为本实施例的一方面，在附加加热步骤中，优选的是，一定范围与热施加部件之间的相对移动使一定范围内的将要被加热的点沿第一光纤的纵向移动。
如上所述，“本发明的实施例的描述”中列出的每个方面适用于所有其余方面或其余方面的所有组合。
[本发明的实施例的细节]
在下文中，将详细地给出根据本实施例的光纤线路和光纤线路制造方法的描述。应当注意，本发明不限于这些实例，并且旨在由权利要求限定并包括在权利要求及其等同物的范围内的所有修改。此外，在附图的描述中，相同的部件由相同的附图标记表示，并且将省略多余的描述。
图1是示出根据本实施例的光纤线路10的构造实例的图示。光纤线路10包括第一光纤(单模光纤)11和第二光纤(大Aeff光纤)12，两根光纤的各自的端部熔接在一起。第一光纤11和第二光纤12中的每一个均主要由石英玻璃构成，并具有芯部和包围芯部的包层。第一光纤11和第二光纤12的各自的包层直径均等于125μm。限定了过渡区段14，在过渡区段14中，在包括第一光纤11和第二光纤12的连接点(熔接部分)13在内的纵向上的一定范围内，MFD由于TEC处理而沿纵向是过渡的。在第一光纤11中限定有第一稳定区段。另一方面，在第二光纤12中限定有第二稳定区段。过渡区段14位于第一稳定区段和第二稳定区段之间。此外，第一稳定区段和第二稳定区段都不总是需要被限定为与过渡区段14接触。
在第一光纤11的除了过渡区段14之外的第一稳定区段中，MFD沿第一光纤11的纵向基本上是均一的。即，第一稳定区段中的MFD沿纵向具有小于1.0μm的波动范围。此外，第一光纤11具有在1.55μm波长处为90μm2以下的Aeff。第一光纤11的与芯部(第一芯部)相邻的包层(第一包层)的内侧区域含有4000ppm至15000ppm，优选地为6000ppm至15000ppm的氟。结果，第一光纤11的包层的内侧区域的折射率比纯石英玻璃的折射率低0.14％至0.53％。在第二光纤12的除了过渡区段14之外的第二稳定区段中，MFD沿第二光纤12的纵向基本上是均一的。即，第二稳定区段中的MFD沿纵向具有小于1.0μm的波动范围。此外，第二光纤12具有在1.55μm波长处为100μm2至200μm2的Aeff。这里，第一光纤11的在1.55μm波长处的Aeff优选地为30μm2至90μm2，更优选地为70μm2至90μm2。此外，第二光纤12的在1.55μm波长处的Aeff优选地为170μm2以下，更优选地为160μm2以下，以抑制光缆状态下的传输损耗的增加。此外，第二光纤12的在1.55μm波长处的Aeff优选地为120μm2以上，更优选地为140μm2以上，以抑制传输期间的非线性噪声。
在过渡区段14中，基模的以dB表示的连接损耗等于或小于在1550nm波长处的以dB表示的理想对接损耗的55％。理想对接损耗α[dB]是仅由第一光纤11的第一稳定区段与第二光纤12的第二稳定区段之间的MFD失配引起的损耗，并且由以下表达式(1)表示(参见上述非专利文献3)。请注意，在表达式(1)中，W12表示通过将第二光纤12的第二稳定区段中的MFD除以第一光纤11的第一稳定区段中的MFD而获得的值。
图2是示出第一光纤11的折射率分布的实例的图示。第一光纤11具有：芯部(第一芯部)，其由基本上不含增大折射率的诸如GeO2等的杂质的纯石英玻璃构成；以及包层(第一包层)，其由包含增大折射率的杂质氟的石英玻璃构成。请注意，第一光纤11的折射率分布不限于图2中所示的形状。第一光纤11的折射率分布例如可以是如下形状：其中，第一光纤11的包层具有包围芯部的内侧区域，和包围内侧区域且折射率高于内侧区域的外侧区域。
图3是示出用作比较例的单模光纤的折射率分布的实例的图示。用作比较例的单模光纤包括：芯部，其由含有增大折射率的杂质GeO2的石英玻璃构成；以及包层，其由基本上不含用于折射率调节的杂质的纯石英玻璃构成。
在用作比较例的单模光纤中，芯部中所含的锗的热扩散使MFD成为锥形结构以降低连接损耗。相比之下，在根据本实施例的第一光纤11中，第一光纤11的包层中所含的氟朝向芯部的热扩散使得MFD逐渐变细。如非专利文献6中所述，由于氟的扩散系数是锗的扩散系数的约30倍大，因此，与用作比较例的单模光纤相比，在根据本实施例的第一光纤11中，MFD可以由于热扩散而容易地逐渐变细。这里，在第一光纤11中，包层的与芯部相邻的内侧区域优选地含有4000ppm至15000ppm的氟。此外，氟的浓度越高，包层中所含的氟朝向芯部扩散的越快，从而允许减少处理时间。因此，期望掺杂6000ppm以上的氟。
图4是示出第二光纤12的稳定区段(第二稳定区段)中的折射率分布的实例的图示。第二光纤12具有环芯型的折射率分布，并且具有：芯部(第二芯部)，其由中心芯部和环芯部组成；以及包层(第二包层)，其由内侧区域和外侧区域组成。中心芯部由含氟的石英玻璃构成。包围中心芯部的环芯部由基本上不含用于折射率调节的杂质的纯石英玻璃构成，并且折射率高于中心芯部的折射率。包层的包围环芯部的内侧区域由含氟的石英玻璃构成，并且折射率低于环芯部的折射率。请注意，在第二光纤12的包层中，包围内侧区域的外侧区域由含氟的石英玻璃构成，并且折射率高于内侧区域的折射率。
在两根光纤具有相同Aeff的情况下，与芯部具有阶梯型而不是环芯型的折射率分布的光纤相比，芯部具有图4所示的环芯型折射率分布的光纤允许MFD较小。例如，在应用阶梯型折射率分布的情况下，在1.55μm波长处的Aeff为150.7μm2，并且在1.55μm波长处的MFD为13.8μm。相比之下，在应用环芯型折射率分布的情况下，在1.55μm波长处的Aeff为147.8μm2，并且在1.55μm波长处的MFD为12.9μm。因此，在应用环芯型折射率分布的情况下，与应用阶梯型折射率分布的情况相比，MFD减小约1μm。即，使用具有环芯型折射率分布的第二光纤12使得可以减小第一光纤11和第二光纤12之间的MFD的差异。换句话说，即使当掺杂到第一光纤11的包层中的氟的热扩散量小时，也可以充分降低第一光纤11和第二光纤12之间的连接损耗。
优选地，第二光纤12的包层含有氟，并且第二光纤12的芯部相对于第二光纤12的包层的相对折射率差等于或大于0.2％。在这种情况下，第二光纤12的芯部中的GeO2浓度可以减小或基本上减小到零。即，可以降低第二光纤12的传输损耗和非线性折射率。
优选地，第一光纤11的包层的与芯部相邻的内侧区域中的氟浓度C1大于第二光纤12的包层的与芯部相邻的内侧区域中的氟浓度C2。在这种情况下，可以使第一光纤11的包层的粘度低于第二光纤12的包层的粘度。即，第一光纤11的包层中的氟可以比第二光纤12的包层中的氟更快地扩散。另外，可以使第一光纤11的MFD的放大率大于第二光纤12的MFD的放大率。更优选地，氟浓度C1高于氟浓度C2的1.05倍。
优选地，在过渡区段14的具有沿光纤线路10的纵向的50μm长度的任何区段中，该任何区段的与第二光纤12相邻的端部处的MFD等于或小于该任何区段的与第一光纤11相邻的端部处的MFD的1.2倍。在过渡区段14的与第一光纤11相邻并具有300μm以上长度的区段(例如，从连接点13延伸到与连接点13相距300μm的点的区段)中，MFD连续地变化1.0μm以上。在过渡区段14中，第一光纤11和第二光纤12中的每一个的芯部中的氟浓度从芯部中心沿径向连续地增加。过渡区段14的沿纵向的长度等于或小于1cm。
优选地，第一光纤11具有覆盖包层的聚酰亚胺树脂层。在海底中继器中，馈通部被焊接以保持中继器中的气密性，使得馈通部优选地用耐热聚酰亚胺树脂覆盖。请注意，第二光纤12也具有覆盖包层的树脂层。
此外，光纤线路10优选地在其整个长度上具有200kpsi以上的强度。为了用于海底光缆系统，光纤线路10由于其高可靠性和高强度而是优选的。
图5是用于描述根据本实施例的光纤线路制造方法的流程图。根据本实施例的光纤线路制造方法是用于制造本实施例的上述光纤线路10的方法，并且包括准备步骤S1、布置步骤S2、对准步骤S3、熔接步骤S4、附加加热步骤S5和加强步骤S6。
在准备步骤S1中，在第一光纤和第二光纤中的每一个的包括它们各自的端部在内的一定范围内去除覆盖树脂层，并且通过光纤切割机将第一光纤和第二光纤的各自的端部切掉。端面的切割角度优选地等于或小于1.0°，更优选地等于或小于0.5°。
在布置步骤S2中，将第一光纤和第二光纤以第一光纤和第二光纤的各自的切割端面彼此面对的状态布置在电弧放电型熔接机中。
在对准步骤S3中，通过电弧放电型熔接机的对准功能将第一光纤和第二光纤彼此对准。在该步骤中，优选的是，执行基于使用图像处理或由功率计辅助的功率计对准的芯部位置估计的芯部对准。
在熔接步骤S4中，在第一光纤和第二光纤的各自的端部彼此抵接的状态下，来自电弧放电型熔接机的电弧放电使两个端部熔化，从而将第一光纤的端部和第二光纤的端部接合到一起。
在附加加热步骤S5中，来自电弧放电型熔接机的电弧放电对第一光纤的包括连接点在内的纵向上的一定范围进一步进行加热。在该步骤中，将光源光学地连接到由已经接合在一起的第一光纤和第二光纤组成的线路的一端，并且将功率计光学地连接到另一端，并且在由功率计获得的光功率测量值的基础上确认连接损耗的变化。然后，间歇性地执行10秒的附加加热。作为终止附加加热的条件，当前一10秒的附加加热与当前10秒的附加加热之间的连接损耗的变化变为等于或小于0.01dB(优选地等于或小于0.005dB)时，做出连接损耗已经最小化的确定，并且终止附加加热步骤S5。
在附加加热步骤S5中，优选的是，将第一光纤的端部(对应于要成为过渡区段的区域)加热50秒以上。对纵向上具有等于或大于包层直径的长度的一定范围进行加热。将要被加热的一定范围与热施加部件之间的相对移动使一定范围内的将要被加热的点沿纵向移动。此外，用一放电功率对第一光纤的端部(一定范围)进行放电加热：在该放电功率下，第一光纤部分的包层不熔化，但氟扩散。例如，在专利文献6中，放电功率设定为使得最大加热温度为1300℃至1800℃(包括端值)。
在加强步骤S6中，用加强套管或通过再涂覆将玻璃覆盖。该步骤使得可以获得在整根光纤长度(由第一光纤和第二光纤组成的线路的总长度)上承受200kpsi以上张力的强度。再涂覆材料优选地是氨基甲酸酯丙烯酸酯树脂(urethane acrylate resin)或聚酰亚胺树脂。
接下来，将描述本实施例的样品和比较例。
图6是列出在本实施例的样品中用作第一光纤的光纤1以及在比较例中使用的比较光纤的规格的表。在该表中，示出了在1550nm波长处的Aeff、在1550nm波长处的MFD、芯部中的GeO2浓度、第一包层中的F浓度以及芯部形状。光纤1具有图2所示的折射率分布，并且光纤1的包层含有掺杂剂。比较光纤具有图3所示的折射率分布，并且比较光纤的芯部含有掺杂剂。
图7是列出在本实施例的样品以及比较例中的每一个中用作第二光纤的光纤2至4的规格的表。在该表中，示出了在1550nm波长处的Aeff、在1550nm波长处的MFD以及芯部形状。光纤2至4具有图4所示的环芯型折射率分布，并且含有掺杂剂。
图8是列出本实施例的样品1至3以及比较例1至3中的光纤的组合的表。样品1由光纤1和光纤2组成。样品2由光纤1和光纤3组成。样品3由光纤1和光纤4组成。比较例1由比较光纤和光纤2组成。比较例2由比较光纤和光纤3组成。比较例3由比较光纤和光纤4组成。
图9是示出用于使用本实施例的样品进行基准测量的实验系统的实例的图示。图9所示的实验系统具有光源、单模光纤、光纤1、单模光纤和功率计按顺序光学连接的构造。
图10是示出用于使用本实施例的样品进行连接损耗测量的实验系统的实例的图示。图10所示的实验系统具有光源、单模光纤、光纤1、光纤2至4中的任何一个、光纤1、单模光纤和功率计按此顺序光学连接的构造。
图11是示出用于使用比较例进行基准测量的实验系统的实例的图示。图11所示的实验系统具有光源、单模光纤、比较光纤、单模光纤和功率计按顺序光学连接的构造。
图12是示出用于使用比较例进行连接损耗测量的实验系统的实例的图示。图12所示的实验系统具有光源、单模光纤、比较光纤、光纤2至4中的任何一个、比较光纤、单模光纤和功率计按此顺序光学连接的构造。
请注意，在图9至图12中所示的每个实验系统中，符号“V”表示光纤之间的V形槽连接(使用V形槽的对接连接)。即，在图9至图12中所示的每个实验系统中，单模光纤和光纤1沿V形槽彼此对接并连接。单模光纤和比较光纤沿V形槽彼此对接并连接。此外，在图9至图12中所示的每个实验系统中，符号“X”表示光纤之间的熔接连接。即，在图9至图12中所示的每个实验系统中，光纤1和光纤2至4中的一个是熔接的。比较光纤和光纤2至4中的一个是熔接的。此外，在熔接之后的附加加热步骤中，光纤1和比较光纤各自通过电弧放电在包括连接点的纵向上的200μm以上的范围内进行加热。
通过将基准测量下的功率计测量值与连接损耗测量下的功率计测量值之间的差除以2来获得本实施例的每个样品和比较例的连接损耗。
图13是示出本实施例的样品2和比较例2的总附加加热时间与连接损耗之间的关系的曲线图。请注意，在图13中，曲线G1310示出了样品2的总附加加热时间与连接损耗之间的关系，并且曲线G1320示出了比较例2的总附加加热时间与连接损耗之间的关系。随着总附加加热时间的增加，连接损耗首先单调地降低，在某一点变为最小，然后单调地增加。样品2的连接损耗变为最小时的总附加加热时间等于或大于比较例2的总附加加热时间的三倍。样品2的连接损耗的局部最小值低于比较例2的连接损耗的局部最小值。这是因为，由形成在第一光纤中的锥形MFD消除的MFD失配量在样品2中比在比较例2中大。
图14是示出对于本实施例的样品2和比较例2中的每一个的当1550nm处的连接损耗变为最小时的连接损耗波长相关性的曲线图。在图14中，曲线G1410示出了样品2的连接损耗波长相关性，并且曲线G1420示出了比较例2的连接损耗波长相关性。在比较例2中，随着波长变短，连接损耗趋于增加，但是与比较例2相比，样品2在C波段和L波段中具有小的波长相关性。
图15是示出对于本实施例的样品2和比较例2的在从1520nm至1640nm的波长区域中的连接损耗的最大值和最小值的变化的曲线图。请注意，在图15中，曲线G1510示出了样品2的连接损耗的最小值的变化(1520nm至1640nm)，曲线G1520示出了样品2的连接损耗的最大值的变化(1520nm至1640nm)，曲线G1530示出了比较例2的连接损耗的最小值的变化(1520nm至1640nm)，并且曲线G1540示出了比较例2的连接损耗的最大值的变化(1520nm至1640nm)。
从图15中可以看出，当总附加加热时间是0秒时，通过从样品2和比较例2中的每一个的连接损耗的最大值中减去连接损耗的最小值而获得的值基本上是相同的。通过从样品2的连接损耗的最大值中减去连接损耗的最小值而获得的值随着总附加加热时间而减小，并且减小到当总附加加热时间为0秒时的该值的一半以下。即，与比较例2相比，样品2可以在宽带中均匀地减小连接损耗，并且适合于波分复用光通信。
图16是示出对于本实施例的样品2和比较例2中的每一个的当连接损耗变为最小时MFD相对于纵向位置的变化的曲线图。请注意，在图16中，MFD不连续地变化的点被定义为点0，点0的负侧(即，左侧)被限定为第一光纤侧，并且点0的正侧(即，右侧)被限定为第二光纤侧。就样品2而言，对于在光纤1侧(第一光纤侧)沿纵向的300μm长度，在1.55μm波长处的MFD的变化量为1.5μm以上。另一方面，就比较例2而言，对于在比较光纤侧(第一光纤侧)沿纵向的300μm长度，在1.55μm波长处的MFD的变化量为0.3μm以上。这种明显的差异是由于如下事实：样品2使用具有掺杂氟的包层的光纤1作为第一光纤，氟的扩散系数是锗的扩散系数的大约30倍。此外，过渡区段中的MFD的过渡优选地在整个第一光纤和第二光纤上最大为1cm以下。
图17是示出本实施例的样品2和比较例2中的总附加加热时间与每根光纤的MFD之间的关系的曲线图。请注意，在图17中，曲线G1710示出了样品2中的总附加加热时间与第一光纤(光纤1)的MFD之间的关系，曲线G1720示出了样品2中的总附加加热时间与第二光纤(光纤3)的MFD之间的关系，曲线G1730示出了比较例2中的总附加加热时间与第一光纤(比较光纤)的MFD之间的关系，曲线G1740示出了比较例2中的总附加加热时间与第二光纤(光纤3)的MFD之间的关系。这里，每根光纤的MFD是在与点0相距25μm的点处测量的值。对于比较例2，随着总附加加热时间的增加，光纤3的MFD继续增加。相比之下，在总附加加热时间达到60秒后，比较光纤的MFD几乎不增加。另一方面，对于样品2，随着总附加加热时间的增加，光纤1和光纤3的MFD都继续增加。从该结果可以看出，氟掺杂到包层中有利于消除过渡区段中的MFD失配，即，表现出降低连接损耗的效果。
图18是列出本实施例的样品1至3和比较例1至3的连接损耗结果的表。此外，图19是示出在对本实施例的样品1至3和比较例1至3中的每一个执行附加加热步骤的情况下的连接损耗结果的曲线图。将本实施例的样品实例和比较例进行比较，使用具有相同Aeff的第二光纤的两个实例都表明，在没有附加加热步骤的情况下，在实例之间不存在连接损耗的显著差异。然而，通过附加加热步骤，本实施例的样品的连接损耗可以降低至比较例的连接损耗的一半或小于一半。
此外，在将利用和没有利用附加加热步骤的每个样品的连接损耗进行比较时，使用光纤1作为第一光纤的每个样品的连接损耗由于附加加热步骤而降低至33％(1/3)或低于33％。另一方面，使用比较光纤作为第一光纤的每个比较例的连接损耗由于附加加热步骤而降低至65％至85％的范围。从这些结果可以看出，可以说掺杂氟的包层具有通过附加加热步骤进一步降低连接损耗的效果。
此外，图19中所示的虚线示出了以dB表示的理想对接损耗的55％。实际上，比以dB表示的理想对接损耗的55％低的连接损耗可以被认为是显著低的连接损耗，因此可以实现通过根据本发明的制造方法显著降低连接损耗的光纤线路。
请注意，上述非专利文献3包括如下报告：其中，在具有含GeO2芯部的单模光纤和具有阶梯型芯部形状以及在1.55μm波长处为150.7μm2的Aeff的大Aeff光纤彼此连接的情况下，连接损耗变为0.30dB。比较例2的结果对应于该报告，但是即使没有附加加热步骤，比较例2的连接损耗也是0.23dB，比非专利文献3中描述的结果低0.07dB。这表明使用具有环芯型折射率分布的大Aeff光纤作为比较例2中的第二光纤的效果。
附图标记列表
10...光纤线路；11...第一光纤；12...第二光纤；13...连接点；和14...过渡区段。

Claims (14)

1.一种光纤线路，包括：
第一光纤；以及
第二光纤，其端部通过熔接连接至所述第一光纤的端部，其中，
所述第一光纤主要由石英玻璃构成并具有第一芯部和包围所述第一芯部的第一包层，并且所述第二光纤主要由石英玻璃构成并具有第二芯部和包围所述第二芯部的第二包层，
所述光纤线路包括所述第一光纤中限定的第一稳定区段、所述第二光纤中限定的第二稳定区段、以及位于所述第一稳定区段与所述第二稳定区段之间的过渡区段，所述过渡区段具有沿所述光纤线路的纵向过渡的模场直径MFD，
在所述第一稳定区段中，所述第一光纤具有在1550nm波长处为90μm2以下的有效面积Aeff以及沿所述纵向具有小于1.0μm的波动范围的模场直径MFD，
在所述第一包层中，所述第一包层的与所述第一芯部相邻的内侧区域含有4000ppm至15000ppm的氟，
在所述第二稳定区段中，所述第二光纤具有在1550nm波长处为100μm2至200μm2的有效面积Aeff以及沿所述纵向具有小于1.0μm的波动范围的模场直径MFD，并且
在所述过渡区段中，基模的以分贝表示的连接损耗等于或小于在1550nm波长处的以分贝表示的理想对接损耗的55％。
2.根据权利要求1所述的光纤线路，其中，
所述第二包层含有氟，并且
在所述第二光纤中，所述第二芯部相对于所述第二包层的相对折射率差等于或大于0.2％。
3.根据权利要求2所述的光纤线路，其中，
所述第一包层的所述内侧区域中的氟浓度高于所述第二包层的与所述第二芯部相邻的内侧区域中的氟浓度。
4.根据权利要求3所述的光纤线路，其中，
所述第一包层的所述内侧区域中的氟浓度高于所述第二包层的所述内侧区域中的氟浓度的1.05倍。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光纤线路，其中，
在处于所述过渡区段的限定在所述第一光纤中的部分内并具有沿所述纵向的50μm长度的任何区段中，在所述任何区段的与所述第二光纤相邻的端部处的模场直径MFD等于或小于在所述任何区段的与所述第一光纤相邻的端部处的模场直径MFD的1.2倍。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光纤线路，其中，
所述第二光纤具有环芯型的折射率分布。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光纤线路，其中，
在所述过渡区段中，所述第一芯部和所述第二芯部中的每一个中的氟浓度从芯部中心沿径向连续地增加。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光纤线路，其中，
所述过渡区段的沿所述纵向的长度等于或小于1cm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光纤线路，其中，
所述第一光纤具有覆盖所述第一包层的聚酰亚胺树脂层。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光纤线路，其中，
所述光纤线路在所述光纤线路的整个长度上具有200kpsi以上的强度。
11.一种用于制造根据权利要求1至10中任一项所述的光纤线路的光纤线路制造方法，所述方法包括：
布置步骤，将第一光纤和第二光纤以所述第一光纤的端部与所述第二光纤的端部彼此面对的状态布置在熔接机中，其中，
所述第一光纤主要由石英玻璃构成，具有第一芯部和包围所述第一芯部的第一包层，具有在1550nm波长处为90μm2以下的有效面积Aeff以及沿所述第一光纤的纵向具有小于1.0μm的波动范围的模场直径MFD，
所述第一包层的与所述第一芯部相邻的内侧区域含有4000ppm至15000ppm的氟，并且
所述第二光纤主要由石英玻璃构成，具有第二芯部和包围所述第二芯部的第二包层，具有在1550nm波长处为100μm2至200μm2的有效面积Aeff以及沿所述第二光纤的纵向具有小于1.0μm的波动范围的模场直径MFD；
熔接步骤，在所述第一光纤的所述端部和所述第二光纤的所述端部彼此抵接的状态下，通过施加热使两个所述端部熔化，从而将所述第一光纤的所述端部和所述第二光纤的所述端部熔接到一起；以及
附加加热步骤，对所述第一光纤的一定范围附加地进行加热，所述一定范围被限定为沿所述第一光纤的所述纵向延伸并包括所述第一光纤与所述第二光纤之间的连接点。
12.根据权利要求11所述的光纤线路制造方法，其中，
在所述附加加热步骤中，用一放电功率将所述第一光纤的所述端部放电加热50秒以上：在所述放电功率下，所述第一包层不熔化，但所述氟扩散。
13.根据权利要求11或12所述的光纤线路制造方法，其中，
在所述附加加热步骤中，沿所述第一光纤的所述纵向的所述一定范围的长度等于或大于所述第一包层的直径。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的光纤线路制造方法，其中，
在所述附加加热步骤中，所述一定范围与热施加部件之间的相对移动使所述一定范围内的将要被加热的点沿所述第一光纤的所述纵向移动。
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