CN114325928B

CN114325928B - 一种低损耗抗弯曲单模光纤

Info

Publication number: CN114325928B
Application number: CN202111662461.1A
Authority: CN
Inventors: 周新艳; 朱继红; 王瑞春; 顾立新; 吴俊�; 黄利伟; 艾靓; 邱文斌
Original assignee: Yangtze Optical Fibre and Cable Co Ltd
Current assignee: Yangtze Optical Fibre and Cable Co Ltd
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2041-12-31
Also published as: CN114325928A

Abstract

本发明涉及一种低损耗抗弯曲单模光纤，包括芯层和包层，其特征在于所述的芯层半径R1为3～5μm，相对折射率差Δn1为‑0.1％～0.15％，所述的包层由内向外依次分为内包层和外包层，所述的内包层半径R2为20～35μm，相对折射率差Δn2为‑0.42％～‑0.2％，所述的外包层半径R为62.5μm，相对折射率差Δn3＝‑0.37％～‑0.15％。本发明设置合理的芯层波导结构和掺杂，降低芯层的浓度因子和瑞利散射系数，使得光纤的衰减更低。本发明芯包层剖面和掺杂设置合理，进一步改善了光纤的粘度匹配，使光纤既能满足低衰减的要求，又能抗弯，并与常规G.652.D光纤兼容，本发明能采用高速拉丝，提高生产效率，从而降低光纤制造的成本。

Description

一种低损耗抗弯曲单模光纤

技术领域

本发明涉及一种低损耗抗弯曲单模光纤，属于光通信传输技术领域。

背景技术

光通讯具有传输容量大、传输距离远、传输速度快等特点，被广泛应用于长途干线、城域网、以及接入网等光通讯系统。近几年，数据流量急剧增加，宽带成为一种必不可少的基础设施，网络运营商们将增加其资本支出，实施网络升级记忆部署新的设备，来满足这种需求，同时中央已经将“新基建”提升到了前所未有的战略高度。为满足长距离传输的要求，降低成本，对光纤衰减提出了越来越高的要求。

为了使光信号能在光纤中顺利的传输，光纤芯层需要有较高的折射率，而包层需要有较低的折射率，形成全反射，通常在光纤芯层中添加锗料，提高芯层折射率，外包层采用纯硅或者是掺杂F来降低折射率；另外也可以采用芯层为纯硅料，外包层采用深掺杂F来降低折射率，获得合适的折射率差。为了获得较低的衰减，在光纤的制备中，要考虑光纤不同掺杂物质的粘度热膨胀系数不一样，会造成粘度不匹配，使得衰减增加，粘度不匹配会带来光纤芯层较大的应力，使得衰减增大。随着近几年来FTTX的不断发展，原有的G.652光纤的性能已经难以满足用户要求，实际应用环境要求光纤具有一定的抗弯性能，而光纤折射率剖面如果设计不当，将会导致弯曲性能、色散等参数的恶化。

发明内容

以下为本发明中涉及的一些术语的定义和说明：

ppm：百万分之一的重量比。

从光纤最中心的轴线开始算起，根据折射率的变化，定义为最靠近轴线的那层为纤芯层，光纤的最外层定义为光纤外包层。

光纤各层相对折射率差Δni由以下方程式定义：

其中ni为所在纤层的折射率，而nc为纯二氧化硅的折射率。

光纤芯层Ge掺杂的相对折射率差贡献量△Ge由以下方程式定义，

其中n_Ge为假设纤芯的Ge掺杂物，在掺杂到没有其他掺杂物的纯二氧化硅中，引起二氧化硅玻璃折射率的变化量，其中n_c为纯二氧化硅的折射率。

光纤芯层和内包层F掺杂的相对折射率贡献量ΔF_i由以下方程式定义，

其中n_F为假设芯层或内包层位置的F掺杂物，在掺杂到没有其他掺杂物的纯二氧化硅玻璃中，引起二氧化硅玻璃折射率的变化量，其中n_c为纯二氧化硅的折射率。

光纤的有效面积Aeff

其中，E是与传播有关的电场，r为轴心到电场分布点之间的距离。

光缆截止波长λcc

IEC标准60793-1-44中定义：光缆截止波长是光信号在光纤中传播了22m之后不再作为单模信号进行传播的波长，在测试时需要对光纤绕一个半径14cm的圈，两个半径4cm的圈来获取数据。

微弯测试方法参照IECTR62221-2012中规定Method B的方法进行测试，由于长波长对弯曲更为敏感，且为指数形式增加，且测试波长范围为1250-1700nm，所以在本发明中重点考察长波长位置微弯，且以1700nm处微弯值衡量光纤的微弯性能。

本发明所要解决的技术问题旨在针对上述现有技术存在的不足提供一种低损耗抗弯曲单模光纤，它不仅衰减低，具有良好的弯曲性能，而且与常规G.652光纤具有良好的兼容性。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括芯层和包层，其特征在于所述的芯层半径R1为3～5μm，相对折射率差Δn1为-0.1％～0.15％，所述的包层由内向外依次分为内包层和外包层，所述的内包层半径R2为20～35μm，相对折射率差Δn2为-0.42％～-0.2％，所述的外包层半径R为62.5μm，相对折射率差Δn3＝-0.37％～-0.15％。

按上述方案，所述的芯层为纯二氧化硅玻璃层，或者为掺碱金属的二氧化硅玻璃层，或者为氟与碱金属共掺的二氧化硅玻璃层，或者为掺氯或锗的二氧化硅玻璃层，所述的芯层中碱金属掺杂对相对折射率差的贡献量为0％～0.02％，氟掺杂相对折射率差的贡献量为-0.1％～0％，氯掺杂相对折射率差的贡献量为-0.08％～0.15％。

按上述方案，所述的内包层为掺氟或氟氯共掺二氧化硅玻璃层，氟掺杂相对折射率差的贡献量为-0.32％～-0.4％，氯含量≤100ppm，且Δn1-Δn2≥0.3％。

按上述方案，所述的内包层氟掺杂量由内向外逐渐减少，内包层的相对折射率差对应呈内深外浅递减形，变化量为线性变化或者曲线(非线性)变化，氟掺杂相对折射率差的变化(最小差值)大于或等于0.01％，(最大差值)小于或等于0.1％，即0.01％≤∣Δn2max-Δn2min∣≤0.1％，Δn2min为折射率最小处，Δn2max为折射率最大处。

按上述方案，所述的外包层为为掺氟二氧化硅玻璃层，外包层氟掺杂量由内向外逐渐减少，外包层的相对折射率差对应呈内深外浅递减形，变化量为线性变化或者曲线(非线性)变化，氟掺杂相对折射率差的变化(最小差值)大于或等于0.01％，(最大差值)小于或等于0.3％，且∣Δn3min-Δn2max∣≥0.05％，Δn3min为折射率最小处。

按上述方案，所述碱金属源化合物主要为碱金属卤化物中例如：NaF、NaCl、NaBr、KCl、KBr、NaCO₃、KNO₃等。所述碱金属源化合物优选纯度为大于等于99.9％，性状优选粉末状。碱金属源化合物用量优选为1-20g，在此范围内，光纤芯层中的碱金属浓度较高，有利于降低芯层黏度，利于结构调整，同时可避免影响沉积过程中及熔缩孔径过程中玻璃管件内部气体流动。

按上述方案，所述光纤的1310nm波长的模场直径为8.4-9.5μm，优选条件下为8.8-9.2μm。

按上述方案，所述光纤的成缆截止波长等于或小于1260nm。

按上述方案，所述光纤的零色散点为1300-1324nm。

按上述方案，所述光纤的零色散斜率小于或等于0.092[ps/(nm²*km)]。

按上述方案，所述光纤在波长1550nm处的色散等于或小于18ps/(nm*km)，所述光纤在波长1625nm处的色散等于或小于22ps/(nm*km)。

按上述方案，所述光纤在波长1383nm处衰耗≤0.5dB/km，优选≤0.344dB/km，在波长1550nm处衰耗≤0.174dB/km，优选≤0.165dB/km。

按上述方案，所述光纤在波长1550处，R15mm弯曲半径弯曲10圈的宏弯损耗等于或小于0.25dB，在波长1625处小于1.0dB。

按上述方案，所述光纤在波长1625nm处,R30mm弯曲半径弯曲10圈的宏弯损耗等于或小于0.05dB。

按上述方案，在外包层外涂覆内、外涂覆层，所述的内、外涂覆层为树脂涂覆层，选择杨氏模量较小的树脂作为内涂覆层，固化度90～98％，选择杨氏模量较大的树脂作为外涂覆层，固化度95～99％。

按上述方案，所述光纤加工时的拉丝速度为500～2000m/mim，裸光纤的拉丝张力为60～200g。

按上述方案，所述光纤成缆后在1550nm处衰减≤0.174dB/km，优选≤0.165dB/km。

本发明的有益效果在于：1、设置合理的芯层波导结构和掺杂，降低芯层的浓度因子和瑞利散射系数，使得光纤的衰减更低。2、本发明中深掺F内包层，特别是内深外浅型的包层结构，通过较高的折射率差，可以有效的限制基模泄露，同时通过对变化的斜率以及趋势，可以有效控制深掺杂包层小于某一折射率的宽度，对光纤的弯曲损耗具有较好的改进作用，在内包层平均折射率相同的情况下，内深外浅包层结构可以实现更深的折射率差。3、外包层掺杂逐渐减少，可以有效的改善光的场强，外部掺F量减少，外部粘度比内部稍高，可以有效降低芯部的拉伸应力，拉伸应力会导致芯层在拉丝时候的玻璃结构缺陷增加，较优的情况，内深外浅的结构可以使得芯部呈现压缩应力，而压缩应力可以减少在拉丝中的玻璃结构缺陷，降低光纤的衰减。同时此结构可以降低氟掺杂的量，从而降低光纤的制造成本，因为在玻璃预制件中掺杂氟存在扩散挥发等问题，均匀的掺杂，使最外包层内外折射率均一致的工艺难度较大，内深外浅结构利用扩散的方法，有利于工艺调节，通过对线性或者曲线趋势的调整，可以优化剖面，使其满足要求。4、本发明芯包层剖面和掺杂设置合理，进一步改善了光纤的粘度匹配，使光纤既能满足低衰减的要求，又能抗弯，并与常规G.652.D光纤兼容，本发明能采用高速拉丝，提高生产效率，从而降低光纤制造的成本。

附图说明

图1为本发明一个实施例的折射率剖面示意图。

图2为本发明另一个实施例的折射率剖面示意图。

图3为本发明第三个实施例的折射率剖面示意图。

图4为本发明第四个实施例的折射率剖面示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。

一种单模光纤，包括有芯层和包层，芯层为纯硅芯，或者具有碱金属掺杂，或者氟与碱金属共掺杂，所述的包层由内向外依次分为内包层和外包层，紧邻芯层的内包层为深掺F层，深掺F层折射率为恒定(实施例1-3)，或者为内深外浅型的(实施例4、5)；外包层为浅掺F外包层，且掺杂量逐渐减少。芯层半径为R1，相对折射率差为Δn1，所述的内包层半径为R2，相对折射率差为Δn2，所述的外包层半径为R3，相对折射率差为Δn3。在外包层外涂覆内、外树脂涂覆层，内涂覆层固化度为96％，外涂覆层固化度为98％。所述的外包层直径为125μm，外涂覆层直径为245μm左右。

表一中所列为本发明优选的实施例中的折射率剖面参数，表二对应所述光纤的传输特性。

表一.本发明实施例中的折射率剖面参数

表二.本发明实施例中光纤的参数

Claims

1.一种低损耗抗弯曲单模光纤，包括芯层和包层，其特征在于所述的芯层半径R1为3～4.3μm，相对折射率差Δn1为-0.1％～0.15％，所述的包层由内向外依次分为内包层和外包层，所述的内包层半径R2为20～35μm，相对折射率差Δn2为-0.42％～-0.2％，所述的外包层半径R为62.5μm，相对折射率差Δn3＝-0.37％～-0.15％；所述的内包层为掺氟或氟氯共掺二氧化硅玻璃层，氟掺杂相对折射率差的贡献量为-0.32％～-0.4％，氯含量≤100ppm，且Δn1-Δn2≥0.3％；所述的内包层氟掺杂量由内向外逐渐减少，内包层的相对折射率差对应呈内深外浅递减形，氟掺杂相对折射率差的变化大于或等于0.01％，小于或等于0.1％。

2.按权利要求1所述的低损耗抗弯曲单模光纤，其特征在于所述的芯层为纯二氧化硅玻璃层，或者为掺碱金属的二氧化硅玻璃层，或者为氟与碱金属共掺的二氧化硅玻璃层，或者为掺氯或锗的二氧化硅玻璃层，所述的芯层中碱金属掺杂对相对折射率差的贡献量为0％～0.02％，氟掺杂相对折射率差的贡献量为-0.1％～0％，氯掺杂相对折射率差的贡献量为-0.08％～0.15％。

3.按权利要求1或2所述的低损耗抗弯曲单模光纤，其特征在于所述的外包层为掺氟二氧化硅玻璃层，外包层氟掺杂量由内向外逐渐减少，外包层的相对折射率差对应呈内深外浅递减形，氟掺杂相对折射率差的变化大于或等于0.01％，小于或等于0.3％，且∣Δn3min-Δn2max∣≥0.05％。

4.按权利要求1或2所述的低损耗抗弯曲单模光纤，其特征在于所述光纤的1310nm波长的模场直径为8.4-9.5μm。

5.按权利要求1或2所述的低损耗抗弯曲单模光纤，其特征在于所述光纤的成缆截止波长等于或小于1260nm；所述光纤的零色散点为1300-1324nm；所述光纤的零色散斜率小于或等于0.092[ps/(nm²*km)]；所述光纤在波长1550nm处的色散等于或小于18ps/(nm*km)，所述光纤在波长1625nm处的色散等于或小于22ps/(nm*km)。

6.按权利要求1或2所述的低损耗抗弯曲单模光纤，其特征在于所述光纤在波长1383nm处衰耗≤0.5dB/km，在波长1550nm处衰耗≤0.174dB/km。

7.按权利要求1或2所述的低损耗抗弯曲单模光纤，其特征在于所述光纤在波长1550处，R15mm弯曲半径弯曲10圈的宏弯损耗等于或小于0.25dB，在波长1625处小于1.0dB；所述光纤在波长1625nm处,R30mm弯曲半径弯曲10圈的宏弯损耗等于或小于0.05dB。

8.按权利要求1或2所述的低损耗抗弯曲单模光纤，其特征在于所述光纤加工时的拉丝速度为500～2000m/mim，裸光纤的拉丝张力为60～200g。