CN114397727A - 一种超低衰减大有效面积单模光纤 - Google Patents

一种超低衰减大有效面积单模光纤 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超低衰减大有效面积单模光纤，包括有芯层和包层，所述的包层从内到外依次包括有内包层和外包层，其特征在于所述的芯层为氯掺杂二氧化硅玻璃层，或为氟氯共掺杂二氧化硅玻璃层，芯层半径R1为4～10μm，相对折射率差Δn1为‑0.1％～0.2％，所述的内包层为氟掺杂二氧化硅玻璃层，内包层半径R2为20～40μm，相对折射率差Δn2为‑0.4％～‑0.11％，所述的外包层为全部或部分氟掺杂二氧化硅玻璃层。本发明不仅衰减低，有效面积大，具有良好的弯曲性能，而且能采用高速拉丝，提高生产效率，降低光纤的成本。

Description

一种超低衰减大有效面积单模光纤
技术领域
本发明涉及一种超低衰减大有效面积单模光纤，属于光通信技术领域。
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。“新基建”中数据中心与5G同等重要，是下一波技术创新制高点。同时，千兆光网和5G 协同发展，形成了“新基建”的连接基础，推动固定和移动宽带双双迈入千兆(G比特)时代。 在100G以及超100G时代，非线性效应和光纤衰减成为制约系统传输性能提升的主要因素， 因此大有效面积光纤和低衰减光纤成为目前研究和使用的热点。
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二氧化硅料，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，应该尽量减少 芯层的瑞利散射系数，瑞利散射系数的影响因素可以分为浓度因子和密度因子，可以通过减 少掺杂剂的量来减少浓度因子，当光纤芯层为纯硅材料时，浓度因子最小，但是因为纯硅材 料的粘度较高，与掺F包层形成的光纤存在较大的粘度差异，容易形成粘度不匹配，造成衰 减较高，因此在减小浓度因子的同时，需要考虑粘度匹配的问题，粘度不匹配会带来光纤芯 层应力较大，使得衰减增大，纯硅芯层材料的光纤为了减小光纤的应力，在拉丝过程中需要 采用低速拉丝，这使生产效率降低，增加了光纤的制造成本。目前大有效面积光纤的折射率 剖面的设计中，往往通过增大用于传输光信号的光学芯层的直径来获得大的有效面积。该类 方案存在着一定的设计难点。一方面，光纤的芯层和靠近它的包层主要决定光纤的基本性能， 并在光纤制造的成本中占据较大的比重，如果设计的芯层径向尺寸过大，必然会提高光纤的 制造成本，增加光纤价格，将成为此类光纤普遍应用的障碍。另一方面，相比普通单模光纤， 光纤有效面积的增大，会带来光纤其它一些参数的恶化：比如，光纤截止波长会增大，如果 截止波长过大则难以保证光纤在传输波段中光信号的单模状态；此外，光纤折射率剖面如果 设计不当，还会导致弯曲性能、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：
Figure BDA0003328309460000021
其中ni为纤芯的折射率，而nc为纯二氧化硅的折射率。
如光纤芯层Cl掺杂的相对折射率差贡献量△Cl由以下方程式定义，
Figure BDA0003328309460000022
其中ncl为假设纤芯的Cl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nc为纯二氧化硅的折射率。
光纤芯层和内包层F掺杂的相对折射率差贡献量ΔFi由以下方程式定义，
Figure BDA0003328309460000023
其中nF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nc为纯二氧化硅的折射率。
光纤的有效面积Aeff
Figure BDA0003328309460000024
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超低衰减大有 效面积单模光纤，它不仅衰减低，有效面积大，具有良好的弯曲性能，而且能采用高速拉丝， 提高生产效率，降低光纤的成本。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有芯层和包层，所述的包层从 内到外依次包括有内包层和外包层，其特征在于所述的芯层为氯掺杂二氧化硅玻璃层，或为 氟氯共掺杂二氧化硅玻璃层，芯层半径R1为4～10μm，相对折射率差Δn1为-0.1％～0.2％， 所述的内包层为氟掺杂二氧化硅玻璃层，内包层半径R2为20～40μm，相对折射率差Δn2为 -0.4％～-0.11％，所述的外包层为全部或部分氟掺杂二氧化硅玻璃层。
按上述方案，所述的芯层中氯掺杂对相对折射率差的贡献为0.05％～0.2％，氟掺杂对相 对折射率差的贡献为-0.1％～0％。
按上述方案，所述的芯层相对折射率差与内包层相对折射率差的相差值等于或大于 0.28％，即Δn1-Δn2≥0.28％。
按上述方案，所述的外包层为全部氟掺杂二氧化硅玻璃层，外包层半径R3为62.5μm， 相对折射率差为-0.35％≤Δn3<0％，且Δn3-Δn2≥0.02％，或者外包层为部分氟掺杂二氧化硅玻 璃层，其中靠近内包层的第一外包层为氟掺杂二氧化硅玻璃层，第一外包层半径R31为 40～50μm，相对折射率差Δn31为-0.32％～0％，且Δn31-Δn2≥0.02％，第二外包层为纯二氧化 硅玻璃层，第二外包层半径R32为62.5μm，相对折射率差Δn32＝0％，且Δn32-Δn31>0％。
按上述方案，所述的内包层相对折射率差由内向外呈递减型。
按上述方案，所述光纤在波长1550nm处的有效面积为110～140μm2。
按上述方案，所述光纤的成缆截止波长等于或小于1530nm。
按上述方案，所述光纤在波长1550nm处的色散等于或小于23ps/nm*km且等于或大于 17ps/nm*km，所述光纤在波长1550nm处的色散斜率等于或小于0.07ps/nm2*km且等于或大 于0.05ps/nm2*km，所述光纤在波长1625nm处的色散等于或小于27ps/nm*km。
按上述方案，所述光纤在波长1550nm处的衰减等于或小于0.175dB/km；优选条件下等 于或小于0.167dB/km，更优选条件下等于或小于0.160dB/km。
按上述方案，所述光纤在波长1625nm处的衰减等于或小于0.185dB/km；优选条件下等 于或小于0.170dB/km。
按上述方案，所述光纤在波长1700nm处的微弯损耗等于或小于8dB/km，优选条件下等 于或小于5dB/km。
按上述方案，所述光纤以30mm半径弯曲100圈，在波长1550nm处的宏弯损耗等于或小于0.5dB，优选等于或小于0.1dB。
按上述方案，所述光纤以15mm半径弯曲10圈，在波长1550nm处的宏弯损耗等于或小于0.5dB，优选等于或小于0.1dB。
本发明的有益效果在于：1.芯层为氯掺杂或氟氯共掺杂，并设置合理的芯包层结构，由 于氯在二氧化硅玻璃中更容易均匀的掺杂，从而降低光纤的瑞利散射系数，与掺锗光纤相比， 光纤的衰减更低。2.Cl和F都能降低粘度，光纤芯层中添加Cl可以调整芯层的粘度，与含 有F的内包层形成良好的粘度匹配，减少光纤制造过程中的畸变和缺陷，进一步降低光纤的 衰减，适合制备具有较大的有效面积的光纤。3.该光纤具有合理的剖面设计，采用下陷的内 包层的设计，保证光纤有合适的成缆截止波长，并保证该类光纤在C波段传输应用中光信号 的单模状态，而且具有良好的弯曲性能，能限制基模在弯曲条件下发生泄漏。4.内包层采用 相对折射率差由内向外呈递减型，减小突变，有利于在界面进行粘度的合理过渡，减少光纤 应力，提升光纤性能，降低衰减。5.本发明制备工艺简单，能采用高速拉丝，提高生产效 率，降低光纤的成本，适于大规模生产。
附图说明
图1为本发明一个实施例的芯层和内包层折射率剖面示意图。
图2为本发明另一个实施例的芯层和内包层折射率剖面示意图。
图3为本发明一个实施例的折射率剖面示意图。
图4为本发明另一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，所述的包层从内到外依次包括有内包层和外包层， 所述的芯层为氯掺杂二氧化硅玻璃层，或为氟氯共掺杂二氧化硅玻璃层，芯层半径为R1， 相对折射率差为Δn1，所述的内包层为氟掺杂二氧化硅玻璃层，内包层半径为R2，相对折 射率差为Δn2，所述的外包层为全部或部分氟掺杂二氧化硅玻璃层，其中全部氟掺杂二氧化 硅玻璃层，外包层半径为R3，相对折射率差为Δn3，部分氟掺杂二氧化硅玻璃层，其中靠 近内包层的第一外包层为氟掺杂二氧化硅玻璃层，第一外包层半径为R31，相对折射率差为 Δn31，第二外包层半径为R32，相对折射率差为Δn32，第二外包层为纯二氧化硅玻璃层。
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
Figure BDA0003328309460000041
Figure BDA0003328309460000051
注：实施例4中Cl含量为抛物线型，折射率贡献值为计算值。
序号 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12
R1(μm) 6.1 6.3 6.8 6.8 7 7.6
Δn1 0.1 0.12 0.15 0.15 0.1 0.08
Cl 0.1 0.12 0.15 0.15 0.1 0.08
F 0 0 0 0 0 0
R2(μm) 28 25 22 22 26 20
Δn2(％) -0.22 -0.21 -0.16 -0.16 -0.22 -0.18～-0.24
F -0.22 -0.21 -0.16 -0.16 -0.22 -0.18～-0.24
R3(μm) 62.5 50 50 62.5 62.5 46
Δn3(％) -0.17 -0.16 -0.16 -0.16 -0.17 -0.16
F -0.17 -0.16 -0.16 -0.16 -0.17 -0.16
R32(μm) - 62.5 62.5 - - 62.5
Δn32 - 0 0 - - 0
表二.本发明实施例中光纤的参数
Figure BDA0003328309460000052
Figure BDA0003328309460000053
Figure BDA0003328309460000061

Claims (10)

1.一种超低衰减大有效面积单模光纤，包括有芯层和包层，所述的包层从内到外依次包括有内包层和外包层，其特征在于所述的芯层为氯掺杂二氧化硅玻璃层，或为氟氯共掺杂二氧化硅玻璃层，芯层半径R1为4～10μm，相对折射率差Δn1为-0.1％～0.2％，所述的内包层为氟掺杂二氧化硅玻璃层，内包层半径R2为20～40μm，相对折射率差Δn2为-0.4％～-0.11％，所述的外包层为全部或部分氟掺杂二氧化硅玻璃层。
2.按权利要求1所述的超低衰减大有效面积单模光纤，其特征在于所述的芯层中氯掺杂对相对折射率差的贡献为0.05％～0.2％，氟掺杂对相对折射率差的贡献为-0.1％～0％。
3.按权利要求1或2所述的超低衰减大有效面积单模光纤，其特征在于所述的芯层相对折射率差与内包层相对折射率差的相差值等于或大于0.28％，即Δn1-Δn2≥0.28％。
4.按权利要求1或2所述的超低衰减大有效面积单模光纤，其特征在于所述的外包层为全部氟掺杂二氧化硅玻璃层，外包层半径R3为62.5μm，相对折射率差为-0.35％≤Δn3<0％，且Δn3-Δn2≥0.02％，或者外包层为部分氟掺杂二氧化硅玻璃层，其中靠近内包层的第一外包层为氟掺杂二氧化硅玻璃层，第一外包层半径R31为40～50μm，相对折射率差Δn31为-0.32％～0％，且Δn31-Δn2≥0.02％，第二外包层为纯二氧化硅玻璃层，第二外包层半径R32为62.5μm，相对折射率差Δn32＝0％，且Δn32-Δn31>0％。
5.按权利要求1或2所述的超低衰减大有效面积单模光纤，其特征在于所述的内包层相对折射率差由内向外呈递减型。
6.按权利要求1或2所述的超低衰减大有效面积单模光纤，其特征在于所述光纤在波长1550nm处的有效面积为110～140μm2；所述光纤的成缆截止波长等于或小于1530nm。
7.按权利要求1或2所述的超低衰减大有效面积单模光纤，其特征在于所述光纤在波长1550nm处的色散等于或小于23ps/nm*km且等于或大于17ps/nm*km，所述光纤在波长1550nm处的色散斜率等于或小于0.07ps/nm2*km且等于或大于0.05ps/nm2*km，所述光纤在波长1625nm处的色散等于或小于27ps/nm*km。
8.按权利要求1或2所述的超低衰减大有效面积单模光纤，其特征在于所述光纤在波长1550nm处的衰减等于或小于0.175dB/km；所述光纤在波长1625nm处的衰减等于或小于0.185dB/km。
9.按权利要求1或2所述的超低衰减大有效面积单模光纤，其特征在于所述光纤在波长1700nm处的微弯损耗等于或小于8dB/km。
10.按权利要求1或2所述的超低衰减大有效面积单模光纤，其特征在于所述光纤以30mm半径弯曲100圈，在波长1550nm处的宏弯损耗等于或小于0.5dB，所述光纤以15mm半径弯曲10圈，在波长1550nm处的宏弯损耗等于或小于0.5dB。
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