CN111381312A - 新型光纤 - Google Patents

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CN111381312A CN201811643068.6A CN201811643068A CN111381312A CN 111381312 A CN111381312 A CN 111381312A CN 201811643068 A CN201811643068 A CN 201811643068A CN 111381312 A CN111381312 A CN 111381312A
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Abstract

本发明提供的一种新型光纤，由内到外依次包括同轴设置的单模纤芯、多模层及外包层，所述单模纤芯位于光纤中心，且具有上阶跃折射率，所述多模层包围于所述单模纤芯外，且具有α轮廓分布的折射率；所述多模层内侧和/或所述多模层外侧设有若干过渡层，所述过渡层与所述单模纤芯或所述外包层同轴设置，且所述过渡层紧贴所述多模层，其折射率与所述多模层接触部分的折射率相等。本发明的新型光纤兼具单模传输和多模传输，大大简化数据中心光缆管理、降低未来收发器升级成本，且通过设置过渡层使得光纤具备良好的低损耗特性。另设计含有下掺层或凹陷层使得光纤具有较好的抗弯曲性能。

Description

新型光纤
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，特别是指一种数据中心用的新型光纤。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
单模光纤、多模光纤主要由于模式、数量的显著不同，是两种不同的光纤，也应用在不同的场景中，在数据中心的使用场景中，多模光纤和单模光纤同时存在。单模光纤与多模光纤相比，价格存在明显优势，但是单模收发器比多模收发器价格又高出不少，综合测算，在传输距离小于100-150m时，多模传输依然是成本效益最佳的解决方案。
但是随着数据中心建设量、规模的增大，系统带宽高、到达距离长，在数据中心中更长距离的传输还是需要依靠单模光纤来完成，因此在一个数据中心中就存在单模、多模光纤的混合使用，在对接时就需要专门的处理。如果有一种光纤，既能够实现单模传输，又能够实现多模传输，将能够大大简化光缆管理、降低未来收发器升级成本。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种改进的新型光纤，其兼具单模和多模传输。
本发明提供的技术方案为：一种新型光纤，由内到外依次包括同轴设置的单模纤芯、多模层及外包层，所述单模纤芯位于光纤中心，且具有上阶跃折射率，所述多模层包围于所述单模纤芯外，且具有α轮廓分布的折射率；所述多模层内侧和/或所述多模层外侧设有若干过渡层，所述过渡层与所述单模纤芯或所述外包层同轴设置，且所述过渡层紧贴所述多模层，其折射率与所述多模层接触部分的折射率相等。
进一步地，当所述过渡层介于所述单模纤芯和所述多模层之间为第一过渡层，与纯二氧化硅相比，所述第一过渡层的相对折射率δ0为0.5％至2.0％之间，所述第一过渡层的单侧宽度W0为1μm至4μm之间；当所述过渡层介于所述多模层和所述外包层之间为第二过渡层，与纯二氧化硅相比，所述第二过渡层的相对折射率δ5为-0.4％至0.15％之间，所述第二过渡层的单侧宽度W5为1μm至7μm之间。
进一步地，所述单模纤芯为掺锗的二氧化硅玻璃，其半径r1为3μm至5μm之间，相对折射率δ1高于所述第一过渡层的相对折射率δ0，δ1-δ0＝0.25％～0.4％。
进一步地，所述多模层的相对折射率δ2介于所述第一过渡层的相对折射率δ0和所述第二过渡层的相对折射率δ5之间，呈α轮廓分布，所述多模层的半径r2为15μm至35μm之间，α为1.8至2.5之间。
进一步地，所述新型光纤的半径r3为62μm至63μm之间。
进一步地，所述单模纤芯与所述多模层之间包括下阶跃折射率的下掺层，所述下掺层的相对折射率δ4低于所述第一过渡层的相对折射率δ0，所述下掺层的单侧宽度W4为0.5μm至5μm之间，且δ4-δ0＝-0.05％～-0.35％。
进一步地，所述下掺层包括同轴设置的多层结构，其中具有较低阶跃折射率的为主下掺层，其他为辅下掺层。
进一步地，所述下掺层包括主下掺层和一辅下掺层，其中
所述主下掺层的单层宽度为W04为1μm至4μm之间，且δ04-δ0＝-0.1％～-0.35％；
所述辅下掺层的单层宽度为W14为0.5μm至4μm之间，且δ14-δ0＝-0.05％～-0.2％。
进一步地，所述多模层与所述外包层之间包括下阶跃折射率的凹陷层，所述凹陷层的相对折射率δ6低于所述第二过渡层的相对折射率δ5，所述凹陷层的单侧宽度W6为2μm至45μm之间，相对折射率δ6为-0.05％至-0.4％之间，所述外包层为纯二氧化硅玻璃。
进一步地，所述凹陷层包括同轴设置的多层结构，其中具有较低阶跃折射率的为主凹陷层，其他为辅凹陷层。
进一步地，所述凹陷层包括主凹陷层和一辅凹陷层，其中
所述主凹陷层的单层宽度为W06为2μm至6μm之间，且相对折射率δ06为-0.2％至-0.4％之间；
所述辅凹陷层的单层宽度为W16为2μm至45μm之间，且相对折射率δ16为-0.05％至-0.2％之间。
与现有技术相比，本发明提供的一种新型光纤，由内到外依次包括同轴设置的单模纤芯、多模层及外包层，所述单模纤芯位于光纤中心，且具有上阶跃折射率，所述多模层包围于所述单模纤芯外，且具有α轮廓分布的折射率；所述多模层内侧和/或所述多模层外侧设有若干过渡层，所述过渡层与所述单模纤芯或所述外包层同轴设置，且所述过渡层紧贴所述多模层，其折射率与所述多模层接触部分的折射率相等。本发明的新型光纤兼具单模传输和多模传输，大大简化光缆管理、降低未来收发器升级成本，且通过设置过渡层使得光纤具备良好的低损耗特性。另设计含有下掺层或凹陷层使得光纤具有较好的抗弯曲性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明第一实施方式中新型光纤的折射率分布图。
图2为本发明第二实施方式中新型光纤的折射率分布图。
图3为本发明第三实施方式中新型光纤的折射率分布图。
图4为本发明第四实施方式中新型光纤的折射率分布图。
图5为本发明第五实施方式中新型光纤的折射率分布图。
图6为本发明第六实施方式中新型光纤的折射率分布图。
图7为本发明第七实施方式中新型光纤的折射率分布图。
图8为本发明第八实施方式中新型光纤的折射率分布图。
图9为图8所示新型光纤的截面结构示意图。
附图标记说明:
无。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明实施例。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明实施例，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明实施例保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明实施例。
本发明提供的一种新型光纤，混合有单模光纤和多模光纤，能够实现单模传输，又能够实现多模传输，将能够大大简化光缆管理、降低未来收发器升级成本。所述新型光纤由内到外依次包括同轴设置的单模纤芯、多模层及外包层，所述单模纤芯位于光纤中心，且具有上阶跃折射率，所述多模层包围于所述单模纤芯外，且具有α轮廓分布的折射率；所述多模层内侧和/或所述多模层外侧设有若干过渡层，所述过渡层与所述单模纤芯或所述外包层同轴设置，且所述过渡层紧贴所述多模层，其折射率与所述多模层接触部分的折射率相等。
其中，
过渡层，介于所述单模纤芯和所述多模层之间，也称第一过渡层，与纯二氧化硅相比，所述第一过渡层的相对折射率δ0为0.5％至2.0％之间，所述第一过渡层的单侧宽度W0为1μm至4μm之间；其相对折射率δ0低于所述单模纤芯的相对折射率δ1，且与所述多模层接触部分(即所述多模层内侧)的折射率相等，减小差异性，同时预制时过渡层前驱体的粘度也介于单模纤芯和多模层的粘度之间，能够实现多层夹心结构的均匀拉制，减小拉丝过程中由于粘度不匹配造成的应力上升，衰减大的问题，使得新型光纤具有较低的损耗特性。
过渡层，介于所述多模层和所述外包层之间，也称第二过渡层，与纯二氧化硅相比，所述第二过渡层的相对折射率δ5为-0.4％至0.15％之间，所述第二过渡层的单侧宽度W5为1μm至7μm之间，其相对折射率δ5与所述多模层接触部分(即所述多模层外侧)的折射率相等，同样确保多模层具有较低的损耗特性，且降低成型难度。
单模纤芯，为掺锗的二氧化硅玻璃，其半径r1为3μm至5μm之间，相对折射率δ1高于所述第一过渡层的相对折射率δ0，δ1-δ0＝0.25％～0.4％。
多模层，其相对折射率δ2介于所述第一过渡层的相对折射率δ0和所述第二过渡层的相对折射率δ5之间，呈α轮廓分布，所述多模层的半径r2为15μm至35μm之间，α为1.8至2.5之间。
所述新型光纤的半径r3为62μm至63μm之间。
外包层，为纯二氧化硅玻璃。
在具体实施方式中，所述单模纤芯与所述多模层之间包括下阶跃折射率的下掺层，所述下掺层的相对折射率δ4低于所述第一过渡层的相对折射率δ0，所述下掺层的单侧宽度W4为0.5μm至5μm之间，且δ4-δ0＝-0.05％～-0.35％。在具体实施方式中，所述下掺层包括同轴设置的多层结构，其中具有较低阶跃折射率的为主下掺层，其他为辅下掺层。例如，所述下掺层包括主下掺层和一辅下掺层，其中所述主下掺层的单层宽度为W04为1μm至4μm之间，且δ04-δ0＝-0.1％～-0.35％；所述辅下掺层的单层宽度为W14为0.5μm至4μm之间，且δ14-δ0＝-0.05％～-0.2％。
在具体实施方式中，所述多模层与所述外包层之间包括下阶跃折射率的凹陷层，所述凹陷层的相对折射率δ6低于所述第二过渡层的相对折射率δ5，所述凹陷层的单侧宽度W6为2μm至45μm之间，相对折射率δ6为-0.05％至-0.4％之间，所述外包层为纯二氧化硅玻璃。在具体实施方式中，所述凹陷层包括同轴设置的多层结构，其中具有较低阶跃折射率的为主凹陷层，其他为辅凹陷层。例如，所述凹陷层包括主凹陷层和一辅凹陷层，其中所述主凹陷层的单层宽度为W06为2μm至6μm之间，且相对折射率δ06为-0.2％至-0.4％之间；所述辅凹陷层的单层宽度为W16为2μm至45μm之间，且相对折射率δ16为-0.05％至-0.2％之间。
以下为详细说明本发明，进行举例说明。
实施例1
如图1所示，所述新型光纤由内到外依次包括同轴设置的单模纤芯、第一过渡层、多模层及外包层，所述单模纤芯位于光纤中心，且具有上阶跃折射率，所述多模层包围于所述过渡层的外侧，且具有α轮廓分布的折射率，其中单模纤芯的半径r1为4μm，相对折射率δ1为1.25％；第一过渡层为阶跃折射率，单侧宽度W0为2μm，相对折射率δ0为1.0％；多模层的半径r2为18μm，α为1.8；外包层为纯二氧化硅玻璃，新型光纤半径r3为62μm。新型光纤的主要特性如下，单模纤芯的模场(@1300nm)直径为9.8μm，光纤截止波长为1210nm；多模层满注入带宽在850nm波长为500MHz·km，在1310nm波长为2500MHz·km。
实施例2
如图2所示，所述新型光纤由内到外依次包括同轴设置的单模纤芯、第一过渡层、多模层、第二过渡层及外包层，所述单模纤芯位于光纤中心，且具有上阶跃折射率，所述多模层介于所述第一过渡层和所述第二过渡层之间，且具有α轮廓分布的折射率，其中单模纤芯的半径r1为3.8μm，相对折射率δ1为1.65％；第一过渡层为阶跃折射率，单侧宽度W0为2μm，相对折射率δ0为1.3％；多模层的半径r2为20.5μm，α为1.97；第二过渡层为阶跃折射率，单侧宽度W5为6μm，相对折射率δ5为-0.2％；外包层为纯二氧化硅玻璃，新型光纤半径r3为62.5μm。新型光纤的主要特性如下，单模纤芯的模场直径为9.1μm，光纤截止波长为1300nm；多模层满注入带宽在850nm波长为1300MHz·km，在1310nm波长为1300MHz·km。
实施例3
如图3所示，所述新型光纤由内到外依次包括同轴设置的单模纤芯、下掺层、第一过渡层、多模层及外包层，所述单模纤芯位于光纤中心，且具有上阶跃折射率，所述多模层包围于所述过渡层的外侧，且具有α轮廓分布的折射率，其中单模纤芯的半径r1为4μm，相对折射率δ1为2.1％；下掺层的单侧宽度W4为2μm，相对折射率δ4为1.78％；第一过渡层为阶跃折射率，单侧宽度W0为4μm，相对折射率δ0为1.8％；多模层的半径r2为30μm，α为2.05；外包层为纯二氧化硅玻璃，新型光纤半径r3为63μm。新型光纤的主要特性如下，单模纤芯的模场直径在1310nm波长下为8.9μm，光纤截止波长为1250nm；多模层满注入带宽在850nm波长为4500MHz·km，在1310nm波长为600MHz·km。新型光纤绕10圈弯曲半径为15mm的宏弯损耗在850nm处为0.067dB，在1310nm波长处为0.002dB。
实施例4
如图4所示，所述新型光纤由内到外依次包括同轴设置的单模纤芯、下掺层、第一过渡层、多模层、第二过渡层及外包层，所述单模纤芯位于光纤中心，且具有上阶跃折射率，所述多模层介于所述第一过渡层和所述第二过渡层之间，且具有α轮廓分布的折射率，其中单模纤芯的半径r1为3.4μm，相对折射率δ1为1.2％；下掺层的单侧宽度W4为1μm，相对折射率δ4为0.7％；第一过渡层为阶跃折射率，单侧宽度W0为3μm，相对折射率δ0为0.8％；多模层的半径r2为30μm，α为2.1；第二过渡层为阶跃折射率，单侧宽度W5为4μm，相对折射率δ5为-0.2％；外包层为纯二氧化硅玻璃，新型光纤半径r3为62.3μm。新型光纤的主要特性如下，单模纤芯的模场直径在1310nm波长下为8.8μm，截止波长为1290nm。多模层满注入带宽在850nm波长为2500MHz·km，在1310nm波长为500MHz·km。新型光纤绕10圈弯曲半径为15mm的宏弯损耗在850nm处为0.067dB，在1310nm处光纤衰减约为0.002dB/km。
实施例5
如图5所示，所述新型光纤由内到外依次包括同轴设置的单模纤芯、第一过渡层、多模层、第二过渡层、凹陷层及外包层，所述单模纤芯位于光纤中心，且具有上阶跃折射率，所述多模层介于所述第一过渡层和所述第二过渡层之间，且具有α轮廓分布的折射率，其中单模纤芯的半径r1为5μm，相对折射率δ1为1.9％；第一过渡层为阶跃折射率，单侧宽度W0为4.5μm，相对折射率δ0为1.5％；多模层的半径r2为34.5μm，α为2.2；第二过渡层为阶跃折射率，单侧宽度W5为6μm，相对折射率δ5为0；所述凹陷层的单侧宽度W6为10μm之间，相对折射率δ6为-0.4％；外包层为纯二氧化硅玻璃，新型光纤半径r3为63μm。新型光纤的主要特性如下，多模层满注入带宽在850nm波长处为600MHz·km，在1310nm波长处为350MHz·km。
实施例6
如图6所示，所述新型光纤由内到外依次包括同轴设置的单模纤芯、第一过渡层、多模层、第二过渡层、凹陷层及外包层，所述单模纤芯位于光纤中心，且具有上阶跃折射率，所述多模层介于所述第一过渡层和所述第二过渡层之间，且具有α轮廓分布的折射率，其中单模纤芯的半径r1为3μm，相对折射率δ1为1.3％；第一过渡层为阶跃折射率，单侧宽度W0为1.5μm，相对折射率δ0为1％；多模层的半径r2为28μm，α为2.15；第二过渡层为阶跃折射率，单侧宽度W5为5.5μm，相对折射率δ5为-0.05％；所述凹陷层的单侧宽度W6为10μm之间，相对折射率δ6为-0.35％；外包层为纯二氧化硅玻璃，新型光纤半径r3为62.5μm。
实施例7
如图7所示，所述新型光纤由内到外依次包括同轴设置的单模纤芯、辅下掺层、主下掺层、第一过渡层、多模层、第二过渡层、凹陷层及外包层，所述单模纤芯位于光纤中心，且具有上阶跃折射率，具有α轮廓分布的折射率，其中单模纤芯的半径r1为5μm，相对折射率δ1为1.9％；辅下掺层的单层宽度为W14为1μm，且相对折射率δ14为1.45％；主下掺层的单层宽度为W04为2μm，且相对折射率δ04为1.3％；第一过渡层为阶跃折射率，单侧宽度W0为4.5μm，相对折射率δ0为1.5％；多模层的半径r2为35μm，α为2.2；第二过渡层为阶跃折射率，单侧宽度W5为6μm，相对折射率δ5为0；所述凹陷层的单侧宽度W6为10μm之间，相对折射率δ6为-0.3％；外包层为纯二氧化硅玻璃，新型光纤半径r3为62.8μm。新型光纤的主要特性如下，绕10圈弯曲半径为15mm的宏弯损耗在850nm波长处为0.054dB，在1310nm波长处为0.001dB。
实施例8
如图8所示，所述新型光纤由内到外依次包括同轴设置的单模纤芯、第一过渡层、多模层、第二过渡层、主凹陷层、辅凹陷层及外包层，所述单模纤芯位于光纤中心，且具有上阶跃折射率，具有α轮廓分布的折射率，其中单模纤芯的半径r1为5μm，相对折射率δ1为1.9％；辅下掺层的单层宽度为W14为1μm，且相对折射率δ14为1.45％；主下掺层的单层宽度为W04为2μm，且相对折射率δ04为1.3％；第一过渡层为阶跃折射率，单侧宽度W0为4.5μm，相对折射率δ0为1.5％；多模层的半径r2为35μm，α为2.2；第二过渡层为阶跃折射率，单侧宽度W5为6μm，相对折射率δ5为-0.05％；主凹陷层的单层宽度为W06为3μm，且相对折射率δ06为-0.35％；辅凹陷层的单层宽度为W16为3μm之间，且相对折射率δ16为-0.2％；外包层为纯二氧化硅玻璃，新型光纤半径r3为62.8μm。新型光纤的主要特性如下，绕10圈弯曲半径为15mm的宏弯损耗在850nm处为0.048dB，在1310nm处为0.001dB。
以上实施例表明，本发明的新型光纤的单模纤芯的模场直径为8.9～9.2μm，光纤截止波长为1250-1300nm。多模层满注入带宽在850nm波长为500～4500MHz·km，在1310nm波长处为400～2500MHz·km。光纤绕10圈弯曲半径为15mm的宏弯损耗在850nm处为0.048～0.67dB，在1310nm波长处为0.001～0.02dB。
以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种新型光纤，其特征在于：由内到外依次包括同轴设置的单模纤芯、多模层及外包层，所述单模纤芯位于光纤中心，且具有上阶跃折射率，所述多模层包围于所述单模纤芯外，且具有α轮廓分布的折射率；所述多模层内侧和/或所述多模层外侧设有若干过渡层，所述过渡层与所述单模纤芯或所述外包层同轴设置，且所述过渡层紧贴所述多模层，其折射率与所述多模层接触部分的折射率相等。
2.根据权利要求1所述的新型光纤，其特征在于：当所述过渡层介于所述单模纤芯和所述多模层之间为第一过渡层，与纯二氧化硅相比，所述第一过渡层的相对折射率δ0为0.5％至2.0％之间，所述第一过渡层的单侧宽度W0为1μm至4μm之间；当所述过渡层介于所述多模层和所述外包层之间为第二过渡层，与纯二氧化硅相比，所述第二过渡层的相对折射率δ5为-0.4％至0.15％之间，所述第二过渡层的单侧宽度W5为1μm至7μm之间。
3.根据权利要求2所述的新型光纤，其特征在于：所述单模纤芯为掺锗的二氧化硅玻璃，其半径r1为3μm至5μm之间，相对折射率δ1高于所述第一过渡层的相对折射率δ0，δ1-δ0＝0.25％～0.4％。
4.根据权利要求2所述的新型光纤，其特征在于：所述多模层的相对折射率δ2介于所述第一过渡层的相对折射率δ0和所述第二过渡层的相对折射率δ5之间，呈α轮廓分布，所述多模层的半径r2为15μm至35μm之间，α为1.8至2.5之间。
5.根据权利要求2所述的新型光纤，其特征在于：所述新型光纤的半径r3为62μm至63μm之间。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的新型光纤，其特征在于：所述单模纤芯与所述多模层之间包括下阶跃折射率的下掺层，所述下掺层的相对折射率δ4低于所述第一过渡层的相对折射率δ0，所述下掺层的单侧宽度W4为0.5μm至5μm之间，且δ4-δ0＝-0.05％～-0.35％。
7.根据权利要求6所述的新型光纤，其特征在于：所述下掺层包括同轴设置的多层结构，其中具有较低阶跃折射率的为主下掺层，其他为辅下掺层。
8.根据权利要求6所述的新型光纤，其特征在于：所述下掺层包括主下掺层和一辅下掺层，其中
所述主下掺层的单层宽度为W04为1μm至4μm之间，且δ04-δ0＝-0.1％～-0.35％；
所述辅下掺层的单层宽度为W14为0.5μm至4μm之间，且δ14-δ0＝-0.05％～-0.2％。
9.根据权利要求3-5中任一项所述的新型光纤，其特征在于：所述多模层与所述外包层之间包括下阶跃折射率的凹陷层，所述凹陷层的相对折射率δ6低于所述第二过渡层的相对折射率δ5，所述凹陷层的单侧宽度W6为2μm至45μm之间，相对折射率δ6为-0.05％至-0.4％之间，所述外包层为纯二氧化硅玻璃。
10.根据权利要求9所述的新型光纤，其特征在于：所述凹陷层包括同轴设置的多层结构，其中具有较低阶跃折射率的为主凹陷层，其他为辅凹陷层。
11.根据权利要求9所述的新型光纤，其特征在于：所述凹陷层包括主凹陷层和一辅凹陷层，其中
所述主凹陷层的单层宽度为W06为2μm至6μm之间，且相对折射率δ06为-0.2％至-0.4％之间；
所述辅凹陷层的单层宽度为W16为2μm至45μm之间，且相对折射率δ16为-0.05％至-0.2％之间。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115437060A (zh) * 2022-09-05 2022-12-06 江苏亨通光导新材料有限公司 一种低损抗弯单模光纤及其制备方法

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