CN112711092B - 多模光纤 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种多模光纤，所述多模光纤由内至外依次包括芯层、第一平台层、下陷包层、第二平台层和外包层；所述芯层的折射率剖面呈抛物线，芯层中心与所述外包层之间的折射率差Δn1的范围为0～‑0.10％；所述下陷包层与所述外包层之间的折射率差Δn3的范围为(‑0.885％+Δn1)～‑1.15％；所述第一平台层与所述外包层之间的折射率差Δn2的范围为(Δn3‑Δn1)/2～Δn3；所述第二平台层与所述外包层之间的折射率差Δn4的范围为‑0.30％～‑0.0％；所述芯层、第一平台层、下陷包层和第二平台层均为掺氟石英玻璃层。本申请所述多模光纤不仅具有优异的耐辐射和抗弯曲特性，且具有较低的衰减系数。

Description

多模光纤
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种耐辐射抗弯曲的多模光纤。
背景技术
在光纤通信系统中，光纤作为光波的传输介质，其特性对光信号的传输有非常重要的影响。多模光纤芯径粗，数值孔径大，不仅能够从光源耦合更多的光功率，而且与其配套的元件较便宜，操作简单方便。目前，多模光纤以其低廉的系统成本优势，不仅广泛应用于常规通信领域，同时还用于分布式传感器、等离子体诊断以及仪表系统等高科技领域。在这些应用中，光纤通常经由嘈杂的电磁环境、高的伽玛射线剂量以及高的中子通量来传输信号。当光纤受到伽马射线等的电离辐射后，会使其信号传输能力降低，进而影响光纤使用的安全性和可靠性。辐射通常主要以两种方式影响光纤的光学性质：第一种方式是辐射引起光纤的二氧化硅产生缺陷，缺陷可吸收所传输的电磁信号，使光纤衰减增加；第二种方式是辐射引起光纤的部分折射率发生变化，影响光学传输系统的可靠性。
此外，上述高科技领域不仅对多模光纤的耐辐射性能有较高的要求，光纤的抗弯曲性能也是非常重要的参数。多模光纤会经常应用在狭窄环境中，需要经受很小的弯曲半径。传统多模光纤在小半径弯曲条件下会产生较高的弯曲损耗，使光信号严重损失。
目前，通信用抗弯曲多模光纤芯层掺杂Ge(锗)元素，抗辐射能力较差；而为了减小弯曲损耗，这类光纤都采用了在芯层外加4～7微米宽的凹陷包层的结构。为了达到IEC60793-2-10A1a.1规范所要求的弯曲损耗指标，标准的50/125(芯径/外径，微米)抗弯曲多模光纤，芯层中心和凹陷底部的折射率差通常都大于1.3％。然而典型的等离子沉积技术所能制造的掺氟石英很难超过1.15％。采用传统的多模光纤设计无法制造出实现满足标准所要求指标的抗辐射抗弯曲多模光纤。因此，亟需开发出一种耐辐射抗弯曲的多模光纤。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提出了一种耐辐射抗弯曲的多模光纤，所述多模光纤由内至外依次包括芯层、第一平台层、下陷包层、第二平台层和外包层；所述芯层的折射率剖面呈抛物线，芯层中心与所述外包层之间的折射率差Δn1的范围为0～-0.10％；所述下陷包层与所述外包层之间的折射率差Δn3的范围为(-0.885％+Δn1)～-1.15％；所述第一平台层与所述外包层之间的折射率差Δn2的范围为(Δn3-Δn1)/2～Δn3；所述第二平台层与所述外包层之间的折射率差Δn4的范围为-0.30％～-0.0％；所述芯层、第一平台层、下陷包层和第二平台层均为掺氟石英玻璃层(SiO2-F)。
一种实施方式中，所述芯层的半径为R1，所述R1的范围为20～25μm；所述外包层的半径为Rc，所述Rc的范围为60～65μm。
一种实施方式中，所述第一平台层的半径为R2，所述第一平台层的厚度为R2-R1，所述R2-R1的范围为0.5～3.0μm。
一种实施方式中，所述下陷包层的半径为R3，所述下限包层的厚度为R3-R2，所述R3-R2的范围为15～(Rc-R2)μm。
一种实施方式中，所述第二平台层的半径为R4，所述第二平台层的厚度为R4-R3，所述R4-R3的范围为0～5μm。
一种实施方式中，所述多模光纤在850nm波长下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗小于或等于0.190dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗小于或等于0.021dB；所述多模光纤在1300nm波长下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗为小于或等于0.210dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗为小于或等于0.041dB。
一种实施方式中，所述多模光纤在850nm波长下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗小于或等于0.003dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗小于或等于0.003dB；所述多模光纤在1300nm波长下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗为小于或等于0.020dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗为小于或等于0.009dB。
一种实施方式中，所述芯层掺氟(F)的摩尔浓度范围为0.4％～0.8％。
一种实施方式中，所述芯层的折射率剖面分布参数α的范围为1.90～2.08。
一种实施方式中，所述多模光纤的数值孔径NA为0.2103～0.2254。
本申请实施方式提供的耐辐射抗弯曲多模光纤，由内至外依次包括芯层、第一平台层、下陷包层、第二平台层和外包层。所述芯层、第一平台层、下陷包层和第二平台层的各层组分均为纯掺氟石英玻璃层，不含Ge(锗)掺杂，使多模光纤具有优异的耐辐照特性；通过优化所述下陷包层和其它各层的结构参数，使多模光纤不仅具有低的衰减系数，且具有良好的弯曲不敏感性能。
附图说明
图1为本申请一实施方式提供的多模光纤的折射率剖面示意图。
图2为本申请实施例1提供的多模光纤的折射率剖面图。
图3为本申请实施例2提供的多模光纤的折射率剖面图。
图4为本申请实施例3提供的多模光纤的折射率剖面图。
图5为本申请实施例4提供的多模光纤的折射率剖面图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
下面将结合本申请具体实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
本申请提供一种多模光纤，由内至外依次包括芯层、第一平台层、下陷包层、第二平台层和外包层。如图1所示，所述芯层的折射率剖面呈抛物线，芯层中心与所述外包层之间的折射率差Δn1的范围为0～-0.10％；所述下陷包层与所述外包层之间的折射率差Δn3的范围为(-0.885％+Δn1)～-1.15％；所述第一平台层与所述外包层之间的折射率差Δn2的范围为(Δn3-Δn1)/2～Δn3；所述第二平台层与所述外包层之间的折射率差Δn4的范围为-0.30％～-0.0％；所述芯层、第一平台层、下陷包层和第二平台层均为掺氟石英玻璃层。进一步地，所述芯层掺氟的摩尔浓度范围为0.4％～0.8％，所述外包层为纯二氧化硅层，nc为外包层的折射率。
请参阅图1，所述芯层的半径为R1，所述R1的范围为20～25μm；所述外包层的半径为Rc，所述Rc的范围为60～65μm。所述第一平台层的半径为R2，所述第一平台层的厚度为R2-R1，所述R2-R1的范围为0.5～3.0μm。所述下陷包层的半径为R3，所述下限包层的厚度为R3-R2，所述R3-R2的范围为15～(Rc-R2)μm。所述第二平台层的半径为R4，所述第二平台层的厚度为R4-R3，所述R4-R3的范围为0～5μm。可以理解的是，所述第二平台层的厚度为R4-R3可以为0μm，即表示所述第二平台层不存在，所述多模光纤可以不包括第二平台层。
所述多模光纤在850nm波长下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗小于或等于0.190dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗小于或等于0.021dB；所述多模光纤在1300nm波长下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗为小于或等于0.210dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗为小于或等于0.041dB。
进一步地，所述多模光纤在850nm波长下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗小于或等于0.003dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗小于或等于0.003dB；所述多模光纤在1300nm波长下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗为小于或等于0.020dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗为小于或等于0.009dB。
进一步地，所述芯层的折射率剖面分布参数α的范围为1.90～2.08。
进一步地，所述多模光纤的数值孔径NA为0.2103～0.2254。
以下将结合具体实施例对本申请作进一步说明。
实施例1
本实施例中，多模光纤的结构由内至外依次包括芯层、第一平台层、下陷包层和外包层，其折射率剖面图如图2所示。其中，芯层折射率剖面呈抛物线，芯层中心与外包层之间的折射率差Δn1为-0.10％，第一平台层与外包层之间的折射率差Δn2为-0.71％，下陷包层与外包层之间的折射率差Δn3为-1.02％；芯层半径R1为23.87μm，第一平台层半径R2为25.22μm，下陷包层半径R3为43.60μm。
对所述多模光纤进行衰减性能测试。由测试结果可知，本实施例的多模光纤在波长850nm、1300nm和1383nm处衰减系数分别为1.97dB/km、2.77dB/km和9.37dB/km。由于下陷包层的厚度较薄(R3-R2＝18.38μm)，在1300nm处和1383nm处的衰减较大，即水峰(光纤制造损耗是在制造光纤的工艺过程中产生的，主要由光纤中杂质吸收和光纤的结构缺陷引起，杂质吸收中影响较大的是OH-离子导致的光损耗，OH-离子的吸收峰分别位于940nm，1240nm和1380nm)衰减较大。
对所述多模光纤进行弯曲损耗测试。由测试结果可知，在波长850nm下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗为0.025dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗为0.003dB。在波长1300nm下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗为0.118dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗为0.009dB。
实施例2
实施例2在实施例1的基础上增加了下陷包层的厚度。本实施例中，多模光纤的结构由内至外依次包括芯层、第一平台层、下陷包层和外包层，其折射率剖面图如图3所示。其中，芯层折射率剖面呈抛物线，芯层中心与外包层之间的折射率差Δn1为-0.05％，第一平台层与外包层之间的折射率差Δn2为-0.68％，下陷包层与外包层之间的折射率差Δn3为-1.03％；芯层半径R1为23.47μm，第一平台层半径R2为24.48μm，下陷包层半径R3为45.60μm，下陷包层的厚度为R3-R2＝21.12μm。
对所述多模光纤进行衰减性能测试。由测试结果可知，本实施例的多模光纤在波长850nm、1300nm和1383nm处衰减系数分别为1.99dB/km、0.53dB/km和2.37dB/km。与实施例1相比较，由于本实施例增加了下陷包层的厚度，波长1300nm和1383nm处的衰减系数明显下降。
对所述多模光纤进行弯曲损耗测试。由测试结果可知，在波长850nm下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗为0.003dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗为0.007dB。在波长1300nm下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗为0.020dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗为0.017dB。
实施例3
实施例3增加了第二平台层。本实施例中，多模光纤的结构由内至外依次包括芯层、第一平台层、下陷包层、第二平台层和外包层，其折射率剖面图如图4所示。其中，芯层折射率剖面呈抛物线，芯层中心与外包层之间的折射率差Δn1为-0.02％，第一平台层与外包层之间的折射率差Δn2为-0.68％，下陷包层与外包层之间的折射率差Δn3为-1.02％，第二平台层与外包层之间的折射率差Δn4为-0.26％；芯层半径R1为23.55μm，第一平台层半径R2为24.39μm，下陷包层半径R3为44.66μm，第二平台层半径R4为46.49μm，下陷包层的厚度为R3-R2＝20.27μm。
对所述多模光纤进行衰减性能测试。由测试结果可知，本实施例的多模光纤在波长850nm、1300nm和1383nm处衰减系数分别为2.17dB/km、0.56dB/km和1.28dB/km。由于增加了第二平台层，水峰衰减进一步降低。
对所述多模光纤进行弯曲损耗测试。由测试结果可知，在波长850nm下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗为0.190dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗为0.021dB。在波长1300nm下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗为0.210dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗为0.041dB。
实施例4
本实施例中，多模光纤的结构由内至外依次包括芯层、第一平台层、下陷包层、第二平台层和外包层，其折射率剖面图如图5所示。其中，芯层折射率剖面呈抛物线，芯层中心与外包层之间的折射率差Δn1为-0.10％，第一平台层与外包层之间的折射率差Δn2为-0.72％，下陷包层与外包层之间的折射率差Δn3为-1.04％，第二平台层与外包层之间的折射率差Δn4为-0.20％；芯层半径R1为21.77μm，第一平台层半径R2为22.94μm，下陷包层半径R3为43.51μm，第二平台层半径R4为46.21μm，下陷包层的厚度为R3-R2＝20.57μm。
对所述多模光纤进行衰减性能测试。由测试结果可知，本实施例的多模光纤在波长850nm、1300nm和1383nm处衰减系数分别为2.03dB/km、0.47dB/km和1.11dB/km。
对所述多模光纤进行弯曲损耗测试。由测试结果可知，在波长850nm下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗为0.143dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗为0.013dB。在波长1300nm下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗为0.175dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗为0.021dB。与实施例3相比，实施例4适当增加了第一平台层和下陷包层的厚度，光纤的衰减系数和弯曲损耗均略优于实施例3中的光纤性能。
实施例1-实施例4中各光纤的结构参数见表1，实施例1-实施例4中各光纤的测试性能见表2。
表1
Figure BDA0002901171730000081
表2
Figure BDA0002901171730000091
本申请提供的耐辐射抗弯曲多模光纤，由内至外依次包括芯层、第一平台层、下陷包层、第二平台层和外包层。所述芯层、第一平台层、下陷包层和第二平台层的各层组分均为纯掺氟石英玻璃层，不含Ge(锗)掺杂，使多模光纤具有优异的耐辐照特性；通过优化所述下陷包层和其它各层的结构参数，使多模光纤不仅具有低的衰减系数，且具有良好的弯曲不敏感性能。
以上所揭露的仅为本申请较佳实施方式而已，当然不能以此来限定本申请，因此依本申请所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种多模光纤，其特征在于，所述多模光纤由内至外依次包括芯层、第一平台层、下陷包层、第二平台层和外包层；所述芯层的折射率剖面呈抛物线，芯层中心与所述外包层之间的折射率差Δn1的范围为0～-0.10％；所述下陷包层与所述外包层之间的折射率差Δn3的范围为(-0.885％+Δn1)～-1.15％；所述第一平台层与所述外包层之间的折射率差Δn2的范围为(Δn3-Δn1)/2～Δn3；所述第二平台层与所述外包层之间的折射率差Δn4的范围为-0.30％～-0.0％；所述芯层、第一平台层、下陷包层和第二平台层均为纯掺氟石英玻璃层；
所述芯层的半径为R1，所述R1的范围为20～25μm；所述外包层的半径为Rc，所述Rc的范围为60～65μm；所述第一平台层的半径为R2，所述第一平台层的厚度为R2-R1，所述R2-R1的范围为0.5～3.0μm；所述下陷包层的半径为R3，所述下陷包层的厚度为R3-R2，所述R3-R2的范围为15～(Rc-R2)μm；所述第二平台层的半径为R4，所述第二平台层的厚度为R4-R3，所述R4-R3的范围为0～5μm。
2.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述多模光纤在850nm波长下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗小于或等于0.190dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗小于或等于0.021dB；所述多模光纤在1300nm波长下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗为小于或等于0.210dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗为小于或等于0.041dB。
3.如权利要求2所述的多模光纤，其特征在于，所述多模光纤在850nm波长下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗小于或等于0.003dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗小于或等于0.003dB；所述多模光纤在1300nm波长下，2圈7.5mm弯曲半径的弯曲损耗为小于或等于0.020dB，2圈15mm弯曲半径的弯曲损耗为小于或等于0.009dB。
4.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述芯层掺氟的摩尔浓度范围为0.4％～0.8％。
5.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述芯层的折射率剖面分布参数α的范围为1.90～2.08。
6.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述多模光纤的数值孔径NA为0.2103～0.2254。
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