CN114600014A - 具有减小的α分布的纤芯区域的光纤 - Google Patents

具有减小的α分布的纤芯区域的光纤 Download PDF

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Abstract

光纤包括具有半径rC和渐变式折射率分布ΔC的纤芯部分，所述渐变式折射率分布ΔC具有大于或等于1且小于或等于8的α值。纤芯部分包括基于二氧化硅的玻璃和负掺杂剂，其中，负掺杂剂的浓度是渐变式的，使得负掺杂剂的浓度从半径rC朝向纤芯部分的中心是减小的。光纤包括包覆部分，其围绕纤芯部分且具有相对折射率ΔOC，ΔOC小于纤芯部分的最大折射率ΔCmax。

Description

具有减小的α分布的纤芯区域的光纤
本申请要求2019年10月16日提交的美国临时申请系列第62/915,751号的优先权，本文以其作为基础并将其全文通过引用结合于此。
背景
技术领域
本公开内容大体上涉及光纤，更具体来说，涉及具有降低的衰减和改善了微弯曲损耗的光纤。
背景技术
光学网络在单根光纤上承载了大量信息。新技术(例如，波分复用(WDM)和高速通道)的出现满足了对于网络带宽的不断增长的需求的可能性。包含光学网络的通讯系统(海底和陆地应用这两者)都取决于能够在长距离上传输信号而不发生劣化的光纤。光纤属性(例如，信号衰减和弯曲损耗)会对信号的劣化具有贡献作用。因此，存在对于具有降低的信号衰减和弯曲损耗的光纤的持续需求。
发明内容
根据本公开内容的第1个方面，可以涉及光纤，其包括：具有半径rC和渐变式(graded)折射率分布ΔC的纤芯部分，所述渐变式折射率分布ΔC的α值大于或等于1且小于或等于8。纤芯部分可以包含基于二氧化硅的玻璃和负掺杂剂。负掺杂剂的浓度可以是渐变式的，使得负掺杂剂的浓度从半径rC朝向纤芯部分的中心是减小的。光纤还可以包括包覆部分，其围绕纤芯部分且具有相对折射率ΔOC，其中，ΔOC小于纤芯部分的最大折射率ΔCmax。
第2个方面可以包括第1个方面，其中，纤芯部分可以基本不含正掺杂剂。
第3个方面可以包括第1或第2个方面，其中，纤芯部分可以基本不含GeO2。
第4个方面可以包括第1至第3个方面中的任一项，其中，负掺杂剂可以是氟。
第5个方面可以包括第1个方面，其中，纤芯部分可以包含正掺杂剂，以及正掺杂剂的浓度可以在整个纤芯部分是基本恒定的。在一些实施方式中，正掺杂剂可以包括氯。
第6个方面可以包括第1至第5个方面中的任一项，其中，光纤在1550nm波长可以具有小于或等于0.17的总衰减。
第7个方面可以包括第1至第6个方面中的任一项，其中，光纤在1550nm波长的小角散射小于光纤100在1550nm波长的均匀角散射的4％。
第8个方面可以包括第1至第7个方面中的任一项，其中，包覆部分还可以包括低折射率凹陷和外包覆。低折射率凹陷可以位于纤芯部分与外包覆之间。低折射率凹陷可以具有相对折射率ΔT以及外包覆具有相对折射率ΔOC，其中，ΔCmax>ΔOC>ΔT。
第9个方面可以包括第8个方面，其中，低折射率凹陷可以与纤芯部分和外包覆直接接触。
第10个方面可以包括第8或第9个方面，其中，低折射率凹陷可以由基于二氧化硅的玻璃形成。
第11个方面可以包括第8至第10个方面中的任一项，其中，低折射率凹陷可以由掺杂了凹陷负掺杂剂的二氧化硅玻璃形成。
第12个方面可以包括第11个方面，其中，凹陷负掺杂剂可以与纤芯部分的负掺杂剂相同或不同。
第13个方面可以包括第8至第12个方面中的任一项，其中，包覆部分还可以包括位于纤芯部分与低折射率凹陷之间的内包覆。内包覆可以具有相对折射率ΔIC并且可以由基于二氧化硅的玻璃形成。
第14个方面可以包括第1至第13个方面中的任一项，其中，在1550nm波长处，光纤可以具有如下微弯曲损耗：对于大于120μm2的有效面积(Aeff)，小于或等于0.2dB/km；对于100μm2至120μm2的有效面积(Aeff)，小于或等于0.1dB/km，或者对于小于100μm2的有效面积(Aeff)，小于或等于0.05dB/km。
本公开内容的第15个方面可以涉及光纤，其包括：具有半径rC和渐变式相对折射率ΔC的纤芯部分，所述渐变式相对折射率ΔC的α值大于或等于1且小于或等于8。纤芯部分可以包含基于二氧化硅的玻璃和正掺杂剂。正掺杂剂的浓度可以是渐变式的，使得正掺杂剂的浓度从位于纤芯部分的中心处的最大正掺杂剂浓度到位于纤芯部分的外半径rC处的最小正掺杂剂浓度是减小的。光纤还可以包括包覆部分，其围绕纤芯部分且具有相对折射率ΔOC，ΔOC小于纤芯部分的最大折射率ΔCmax。
第16个方面包括第15个方面，其中，正掺杂剂可以包括氯。
第17个方面可以包括第15或第16个方面，其中，纤芯部分可以基本不含负掺杂剂。
第18个方面可以包括第15或第16个方面，其中，纤芯部分可以包含负掺杂剂。
第19个方面可以包括第18个方面，其中，负掺杂剂的浓度在整个纤芯部分可以是基本均匀的。
第20个方面可以包括第18或第19个方面，其中，负掺杂剂可以是氟。
第21个方面可以包括第15至第20个方面中的任一项，其中，光纤在1550nm波长可以具有小于或等于0.17的总衰减。
第22个方面可以包括第15至第21个方面中的任一项，其中，光纤在1550nm波长的小角散射可以小于光纤100在1550nm波长的均匀角散射的4％。
第23个方面可以包括第15至第22个方面中的任一项，其中，包覆部分还可以包括低折射率凹陷和外包覆。低折射率凹陷可以位于纤芯部分与外包覆之间。低折射率凹陷可以具有相对折射率ΔT以及外包覆具有相对折射率ΔOC，其中，ΔCmax>ΔOC>ΔT。
第24个方面可以包括第23个方面，其中，低折射率凹陷可以与纤芯部分和外包覆直接接触。
第25个方面可以包括第23或第24个方面，其中，低折射率凹陷可以由基于二氧化硅的玻璃形成。
第26个方面可以包括第23至第25个方面中的任一项，其中，包覆部分还可以包括位于纤芯部分与低折射率凹陷之间的内包覆。内包覆可以具有相对折射率ΔIC并且由基于二氧化硅的玻璃形成。
第27个方面可以包括第15至第26个方面中的任一项，其中，在1550nm波长处，光纤可以具有如下微弯曲损耗：对于大于120μm2的有效面积(Aeff)，小于或等于0.2dB/km；对于100μm2至120μm2的有效面积(Aeff)，小于或等于0.1dB/km，或者对于小于100μm2的有效面积(Aeff)，小于或等于0.05dB/km。
本公开内容的第28个方面可以涉及用于生产光纤的预制件，该预制件包括：具有预制件纤芯外半径和渐变式相对折射率ΔPC的预制件纤芯，所述渐变式相对折射率ΔPC的α值大于或等于1且小于或等于8。预制件纤芯可以包含基于二氧化硅的玻璃和掺杂剂，所述掺杂剂具有渐变式浓度分布，所述渐变式浓度分布从预制件纤芯外半径向内朝向预制件纤芯的中心是增加或减小的。预制件还可以包括预制件包覆部分，其围绕预制件纤芯且具有相对折射率ΔPOC，ΔPOC小于预制件纤芯的最大折射率ΔPCmax。
第29个方面可以包括第28个方面，其中，掺杂剂可以包括负掺杂剂，以及负掺杂剂的浓度从预制件纤芯外半径朝向预制件纤芯的中心可以是减小的。
第30个方面可以包括第28或第29个方面，其中，预制件纤芯可以基本不含正掺杂剂。
第31个方面可以包括第28至第30个方面中的任一项，其中，负掺杂剂包括氟。
第32个方面可以包括第28、第29或第31个方面中的任一项，其中，预制件纤芯可以包含正掺杂剂，以及正掺杂剂的浓度在整个预制件纤芯可以是基本恒定的。在一个或多个实施方式中，正掺杂剂可以包括氯。
第33个方面可以包括第28个方面，其中，掺杂剂可以包括正掺杂剂，以及正掺杂剂的浓度从预制件纤芯的中心处的最大正掺杂剂浓度到预制件纤芯外半径处的最小正掺杂剂浓度可以是减小的。
第34个方面可以包括第33个方面，其中，正掺杂剂包括氯。
第35个方面可以包括第33或第34个方面，其中，预制件纤芯可以基本不含负掺杂剂。
第36个方面可以包括第33或第34个方面，其中，预制件纤芯可以包含负掺杂剂。
第37个方面可以包括第36个方面，其中，负掺杂剂的浓度在整个预制件纤芯是基本均匀的。
第38个方面可以包括第36至第37个方面中的任一项，其中，负掺杂剂包括氟。
第39个方面可以包括第28至第38个方面中的任一项，其中，预制件包覆部分还包括预制件低折射率凹陷和预制件外包覆。预制件低折射率凹陷可以位于预制件纤芯与预制件外包覆之间。预制件低折射率凹陷可以具有相对折射率ΔPT以及预制件外包覆具有相对折射率ΔPOC，其中，ΔPCmax>ΔPOC>ΔPT。
第40个方面可以包括第39个方面，其中，预制件低折射率凹陷可以与预制件纤芯和与之间外包覆直接接触。
第41个方面可以包括第39或第40个方面，其中，预制件包覆部分还可以包括位于预制件纤芯与预制件低折射率凹陷之间的预制件内包覆。预制件内包覆可以具有相对折射率ΔPIC并且可以由基于二氧化硅的玻璃形成。
本公开内容的第42个方面可以涉及光纤的制备方法，该方法包括：形成包含基于二氧化硅的组合物的多孔预制件纤芯；在多孔预制件纤芯内形成掺杂剂的渐变式浓度分布；以及对多孔预制件纤芯进行固结以产生固结的预制件纤芯，其具有掺杂剂的渐变式浓度分布。掺杂剂的渐变式浓度分布可以在固结的预制件纤芯中产生渐变式折射率分布，所述渐变式折射率分布具有大于或等于1且小于或等于8的α值。方法还可以包括形成绕着多孔预制件纤芯的预制件包覆部分，所述预制件包覆部分至少包括基于二氧化硅的玻璃。方法还可以包括拉制预制件以产生光纤。
第43个方面可以包括第42个方面，其中，形成掺杂剂的渐变式浓度分布可以包括用负掺杂剂对多孔预制件纤芯进行掺杂，其中，掺杂形成了负掺杂剂的渐变式浓度分布，其中，负掺杂剂的浓度在多孔预制件纤芯的外半径处最大并且随着半径的减小而减小。
第44个方面可以包括第42或第43个方面，其中，负掺杂剂可以是氟。
第45个方面可以包括第42个方面，其中，在多孔预制件纤芯中形成掺杂剂的渐变式浓度分布可以包括用于正掺杂剂对多孔预制件纤芯进行掺杂以具有均匀的正掺杂剂浓度的经掺杂的多孔预制件纤芯以及使得经掺杂的多孔预制件纤芯与氧化气氛接触。与氧化气氛接触可以导致经掺杂的多孔预制件纤芯的外表面处的正掺杂剂的氧化以从经掺杂的多孔预制件纤芯的外表面去除正掺杂剂从而产生正掺杂剂的渐变式浓度分布，其中，正掺杂剂的浓度在多孔预制件纤芯的中心处最大并且随着半径增加而减小。在一个或多个实施方式中，正掺杂剂可以是氯。
在以下的详细描述中提出了本文所述光纤的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的实施方式而被认识。
要理解的是，前述的一般性描述和下文的具体实施方式都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各个实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1示意性绘出了根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的光纤的径向横截面；
图2图示性显示根据本文所示和所述一个或多个实施方式的图1的光纤的模型相对折射率分布与光纤的玻璃部分的半径R的函数关系；
图3图示性显示根据本文所示和所述一个或多个实施方式的光纤的测量得到的相对折射率分布(y轴)与纤芯部分的半径R(x轴)的函数关系，所述光纤的纤芯部分具有以径向方向渐变式的组成；
图4图示性显示根据本文所示和所述一个或多个实施方式的另一光纤的测量得到的相对折射率分布(y轴)与纤芯部分的半径R(x轴)的函数关系，所述光纤的纤芯部分具有以径向方向渐变式的组成；
图5图示性显示现有技术光纤的测量得到的光散射(y轴)与入射角(x轴)的函数关系，所述现有技术光纤的纤芯具有均匀组成以及折射率分布中的步阶状折射率；
图6图示性显示根据本文所示和所述一个或多个实施方式的图3的光纤(编号304)的测量得到的光散射(y轴)与入射角(x轴)的函数关系，所述图3的光纤具有纤芯部分中的渐变式组成；
图7图示性显示另一现有技术光纤的测量得到的光散射(y轴)与入射角(x轴)的函数关系，所述现有技术光纤的纤芯具有均匀组成以及折射率分布中的步阶状折射率；
图8图示性显示根据本文所示和所述一个或多个实施方式的图4的光纤(编号404)的测量得到的光散射(y轴)与入射角(x轴)的函数关系，所述图4的光纤具有纤芯部分中的渐变式组成；
图9图示性显示现有技术光纤的测量得到的光散射(y轴)与入射角(x轴)的函数关系，所述现有技术光纤在纤芯部分中包含氧化锗作为正掺杂剂；
图10示意性绘出了根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的另一光纤的径向横截面；
图11图示性显示根据本文所示和所述一个或多个实施方式的图3的光纤的模型相对折射率分布与光纤的玻璃部分的半径R的函数关系；
图12示意性绘出了根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的另一光纤的径向横截面；
图13图示性显示根据本文所示和所述一个或多个实施方式的图6的光纤的模型相对折射率分布与光纤的玻璃部分的半径R的函数关系；
图14图示性显示根据本文所示和所述一个或多个实施方式的实施例3的光纤的模型相对折射率分布(y轴)与光纤半径R(x轴)的函数关系；
图15图示性显示根据本文所示和所述一个或多个实施方式的实施例4的光纤的模型相对折射率分布(y轴)与光纤半径R(x轴)的函数关系；
图16图示性显示根据本文所示和所述一个或多个实施方式的实施例5的光纤的模型相对折射率分布(y轴)与光纤半径R(x轴)的函数关系；以及
图17图示性显示根据本文所示和所述一个或多个实施方式的以用于制造光纤的比较例6与实施例7-12制备得到的预制件纤芯的测量得到的相对折射率分布(y轴)与半径R(x轴)的函数关系。
具体实施方式
下面详细参考本公开内容的光纤的各种实施方式，其例子在附图中示出。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。根据本公开内容的光纤100的一个实施方式的径向横截面和相对折射率分布分别如图1和2示意性所示。光纤100可以包含纤芯部分102，其包括外半径rC和相对于纯二氧化硅玻璃的最大相对折射率ΔCmax。包覆部分103可以围绕纤芯部分102并且可以与纤芯部分102直接接触。纤芯部分102可以包括二氧化硅玻璃以及一种或多种掺杂剂。掺杂剂的浓度可以是渐变式的，使得纤芯部分102可以具有渐变式相对折射率ΔC，具有大于或等于1且小于或等于8的阿尔法值(α)。围绕纤芯部分102的包覆部分103可以具有相对折射率ΔOC并且可以由基于二氧化硅的玻璃形成。纤芯部分102的最大相对折射率ΔCmax可以大于包覆部分103的相对折射率ΔOC。光纤100可以具有在1550nm波长处小于或等于0.17分贝每千米(dB/km)的总衰减。光纤100在1550nm波长处的小角散射可以小于或等于光纤100在1550nm波长处的均匀角散射的4％。参见图10，在一个或多个实施方式中，光纤的包覆部分103还可以包括低折射率凹陷104和外包覆108，使得低折射率凹陷104布置在纤芯部分102与外包覆108之间。参见图12，在此类实施方式中，包覆部分103还可以包括布置在纤芯部分102与低折射率凹陷104之间的内包覆106。
下文将具体参照附图描述具有纤芯部分102的光纤100的各种实施方式，所述纤芯部分102包括基于二氧化硅的玻璃，具有渐变式浓度分布的至少一种掺杂剂，以及渐变式折射率分布ΔC。
如本文所用，如本文所用的术语“折射率分布”或“相对折射率分布”是折射率或相对折射率与光纤半径R之间的关系。
如本文所用，如本文所用的术语“相对折射率”根据如下等式1(EQU.1)定义：
Figure BDA0003599144210000081
在EQU.1中，除非另有说明，否则n(r)是光纤半径r处的折射率，并且r＝0对应于光纤的中心线CL。除非另有说明，否则相对折射率限定在1550nm处。参比折射率nREF指的是参比玻璃组合物的折射率，例如但不限于：包覆玻璃组合物、纯(即，未掺杂)二氧化硅玻璃(即，波长1550nm处的nREF＝1.444374)、或者其他玻璃组合物的折射率。除非另有说明，否则如本文所用的相对折射率用Δ表示，并且其数值以“％”为单位。除非另有说明，否则在区域的折射率小于参比折射率nREF的情况下，相对折射率百分比是负的，并且称作相对于参比折射率nREF的凹陷区域或者凹陷折射率，以及在相对折射率最为负值的点计算最小相对折射率。在区域的折射率大于参比折射率nREF的情况下，相对折射率百分比是正的，并且该区域可以被称为是相对于参比折射率nREF提升或者具有正折射率。
如本文所使用，术语“正掺杂剂”指的是提升了玻璃相对于纯的未掺杂二氧化硅(SiO2)的折射率的掺杂剂。如本文所使用，术语“负掺杂剂”指的是具有降低玻璃相对于纯的未掺杂二氧化硅(SiO2)的折射率的倾向的掺杂剂。正掺杂剂可以存在于光纤中具有负的相对折射率的区域中，同时伴有一种或多种不是正掺杂剂的其他掺杂剂。类似地，不是正掺杂剂的一种或多种其他掺杂剂可以存在于光纤中具有正的相对折射率的区域中。负掺杂剂可以存在于光纤中具有正的相对折射率的区域中，同时伴有一种或多种不是负掺杂剂的其他掺杂剂。类似地，不是负掺杂剂的一种或多种其他掺杂剂可以存在于光纤中具有负的相对折射率的区域中。
如本文所用，术语“纯二氧化硅纤芯”可以表示基本不含故意添加的掺杂剂的光纤的纤芯部分。但是，纯二氧化硅纤芯可能包含作为杂质天然存在于用于制造玻璃光纤的二氧化硅中的元素和化合物。
如本文所用，术语“基本不含”一种组分可以表示包含小于0.01重量％的该组分的组合物、光纤或气氛。例如，基本不含掺杂剂的光纤的纤芯部分可能包含小于0.01重量％的该掺杂剂。
如本文所用，术语“α-分布”或者“阿尔法分布”指的是纤芯部分的相对折射率分布，用术语Δ表示，其单位为“％”，式中，r为半径，可以用如下等式2(EQU.2)表示：
Figure BDA0003599144210000091
在EQU.2中，ΔCmax是纤芯部分的最大相对折射率，rC是纤芯部分的半径，r的范围是ri≤r≤rf，Δ如上文所定义，ri是α分布的起点，rf是α分布的终点，α或阿尔法是指数，它是实数。对于渐变式折射率分布，α值小于10(例如，α<10)。对于指数化(indexed)或非渐变式折射率分布，α值大于或等于10。
本文所述光纤的弯曲性能的一种测量是销阵列弯曲测试，其用于比较光纤对于弯曲的相对抗性。为了进行这个测试，测量基本无诱发弯曲损耗的光纤的衰减。然后将光纤绕着销阵列编织，并再次测量衰减。由于弯曲诱发的损耗是两次衰减测量之差(单位通常是dB)。销阵列是一组十个圆柱形的销杆，它们排成单排，在平坦的表面上保持固定的垂直位置。销的中心-中心间距为5mm。销直径为0.67mm。使光纤通过相邻销的相对侧。在测试过程中，光纤放置成处于拉伸，所述拉伸足以使得光纤符合与光纤接触的销的周界部分。该测试属于光纤的宏弯曲抗性。
另一种弯曲测试类型是横向负荷微弯曲测试。在这种所谓的“横向负荷”测试(LLWM)中，将指定长度的波导光纤放置在两块平板之间。将70号金属丝网连接到其中一块板上。将已知长度的波导光纤夹在所述板之间，用30牛的力将所述板压在一起的同时，测量参比衰减。然后向板施加70牛顿的作用力，并测量衰减增加，单位为dB/m。衰减的增加是规定波长(通常在1200-1700nm范围内，例如，1310nm或1550nm或1625nm)处的波导的横向负荷衰减，单位dB/m。
另一种类型的弯曲测试是丝网覆盖的鼓微弯曲测试(WMCD)。在这种测试中，用丝网缠绕400mm直径的铝鼓。网是没有拉伸情况下的紧密缠绕，并且不应该有孔、下沉或损坏。丝网购自麦克马斯特-卡尔供应公司(McMaster-Carr Supply Company)(俄亥俄州克利夫兰市(Cleveland,OH))，部件编号85385T106，抗腐蚀型304不锈钢编织丝布，每线性英寸网为165x 165，丝直径为0.0019”，宽度开口为0.0041”，开放区域％为44.0。将规定长度(750米)的波导光纤以1m/s绕到丝网鼓上，当施加80(+/-1)克的张力时，具有0.050厘米的拉紧节距。规定长度光纤的端部胶带固定，以维持张力，并且没有光纤交叉。在规定波长(通常在1200-1700nm范围内，例如，1310nm或1550nm或1625nm)测量光纤的衰减；测量绕到光滑鼓上的光纤的参比衰减。衰减的增加是规定波长(通常在1200-1700nm范围内，例如，1310nm或1550nm或1625nm)处的波导的丝网覆盖的鼓衰减，单位dB/km。
如本文所用，光纤的“有效面积”是光纤中有光传播的面积，并且通过如下等式3定义：
Figure BDA0003599144210000101
在EQU.3中，E是与在光纤中传播的光有关的电场，以及r是光纤半径。除非另有说明，否则在1550nm波长处确定有效面积。
模场直径(MFD)测量的是在单模光纤中传播的光的光斑尺寸或束宽度。模场直径是源波长、光纤纤芯半径和光纤折射率分布的函数。采用彼得曼II方法来测量MFD，其中，MFD根据如下等式4(EQU.4)定义：
MFD＝2w，以及
Figure BDA0003599144210000102
在EQU.4中，E是光纤中的电场分布，以及r是光纤半径。
模的光缆截止是超过其模就停止在光纤中传播的最小波长。单模光纤的截止波长是光纤仅会支持一种传播模式的最小波长。单模光纤的截止波长对应于更高阶模中的最高截止波长。通常来说，最高截止波长对应于LP11模式的截止波长。如果运行波长低于截止波长，则可能发生多模运行，并且引入的额外分散源可能限制光纤的信息运载能力。数学定义可参见单模光纤光学件“(Single Mode Fiber Optics)”，Jeunhomme，第3944页，MarcelDekker，纽约，1990，其中，将理论光纤截止描述为模式传播常数变得等于外包覆中的平面波传播常数的波长。这种理论波长适用于不具有直径变化的无限长的完美直光纤。
光缆截止波长或“光缆截止”可以采用EIA-455-170Cable Cutoff Wavelength ofSingle-mode Fiber by Transmitted Power(EIA-455-170传输功率的单模光纤的光缆截止波长)或者“FOTP-170”所述的22m光缆截止测试近似估算。如本文所用，光缆截止指的是采用近似测试获得的值。
光纤的色散或色分散是材料色散、波导色散、和模间色散之和。对于单模波导光纤的情况，模间色散为零。零色散波长是色散值为零的波长。色散斜率表示色散相对于波长的变化率。
可以采用P.Mazumder,S.Logunov,S.Ragahavan的“Analysis of excessscattering in optical fibers(光纤中的过度散射分析)”，Appl.Optics(应用光学)，96，4042(2004)所述的光散射测量装置进行瑞利散射和SAS分量的测量，其全文通过引用结合入本文。在光散射测量装置中，在光纤的光传播面内测量光的总角度分布。假设方位角对称是均匀的。来自1550nm光源的非偏振光入射到进行测试的光纤中，并测量0-180度的角度分布。当瑞利散射符合(1+cos2(θ))角度分布时(1对应的是垂直偏振光，而cos2(θ)对应的是相对于检测面的垂直偏振)，任何偏离该这个分布的情况都归属于SAS。可以在光散射图中图示性显示瑞利散射和SAS的测量，例如图5-9中的那些。散射图分析可以显示导致SAS贡献的波动的幅度和周期。以高角>40度拟合的曲线(1+cos2(θ))下方的面积得出了瑞利散射的贡献，而光散射图中的任何其他散射(如图5-9所示)会归属于SAS。散射分布函数下方的总面积是损耗。瑞利散射的SAS百分比提供了关于每个分量贡献的信息。
如本文所用，术语“均匀角散射”指的是总光纤衰减的固定散射部分。均匀角散射可以是瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射的总和。
可以采用光学时域反射仪(OTDR)根据标准测试方法来确定光纤的总衰减。
术语“微米”和“μm”在本文中可互换使用。术语“纳米”和“nm”在本文中可互换使用。
参见图1，光纤100通常包括纤芯部分102和围绕纤芯部分102的包覆部分103。在一个或多个实施方式中，包覆部分103可以与纤芯部分102直接接触。在本文所述的实施方式中，光纤100的各个部分(即，纤芯部分102和包覆部分103)由玻璃形成，例如基于二氧化硅的玻璃，其可以掺杂了一种或多种掺杂剂以实现所需的光学性质。本文将进一步详细描述光纤100的结构和组成以及光纤100的性质。
参见图1和2，显示了光纤100的一个实施方式的径向横截面(图1)和光纤100的对应相对折射率ΔC分布(图2)。作为距离光纤100的中心(径向中心线CL)的半径R的函数绘制光纤100的相对折射率ΔC。光纤100通常可以包括纤芯部分102和包覆部分103。纤芯部分102可以置于包覆部分103的内部并且可以具有最大相对折射率ΔCmax(即，相对于没有掺杂剂的纯二氧化硅纤芯的最大折射率的最大折射率)。纤芯部分102和包覆部分103可以是同轴的，使得光纤100的横截面相对于纤芯部分102的中心CL是大致圆形对称的。外包覆103可以与纤芯部分102直接接触。包覆部分103可以具有(相对于纯二氧化硅玻璃的)相对折射率ΔOC。纤芯部分102的ΔCmax可以大于包覆部分103的ΔOC。在本文所述的一个或多个实施方式中，纤芯部分102和外包覆103可以是基于二氧化硅的玻璃组合物。
虽然图1和2仅显示了纤芯部分102和单层的包覆部分103，但是应理解的是，在一个或多个实施方式中，包覆部分103还可以包括低折射率凹陷104和外包覆108，如本文关于图10和11更详细描述的那样。在一个或多个实施方式中，包覆部分103可以包括：低折射率凹陷104、内包覆106以及外包覆108，如本文关于图12和13更详细描述的那样。在光纤100不包括低折射率凹陷104或内包覆106的实施方式中，包覆部分103可以指的是外包覆108。
仍然参见图1和2，纤芯部分102可以具有半径rC，以及包覆部分103可以具有外半径rOC。纤芯部分102的半径rC可以定义为来自纤芯部分102的相对折射率分布(即，图2)的最大斜率的切线与0Δ线(Δ0)相交的点。纤芯部分102的半径rC可以大于或等于3微米且小于或等于15微米。在一个或多个实施方式中，纤芯部分102的半径rC可以大于或等于4微米且小于或等于12微米。
包覆部分103可以从半径rC延伸至半径rOC使得外包覆103的径向厚度TOC＝rOC-rC。包覆103可以围绕纤芯部分102。因此，光纤100的玻璃部分(即，纤芯部分102和包覆部分103)可以具有直径2rOC。在一个或多个实施方式中，光纤的玻璃部分的半径rOC可以小于或等于62.5微米。在一个或多个实施方式中，光纤的玻璃部分的半径rOC可以大于或等于12微米且小于或等于62.5微米。
现有技术的光纤通常包含这样的纤芯，其中，玻璃的组成在光纤的整个横截面上是均匀的。因为这种整个纤芯上恒定的组成，现有技术的光纤在相对折射率ΔC分布中靠近纤芯的外半径rC处展现出急剧转变。参见图3，图示性显示纤芯具有恒定组成的光纤(编号302)的测量得到的相对折射率分布。如图3所示，现有技术的光纤的测量得到的相对折射率分布302显示出急剧的折射率转变。参见图4，图示性显示现有技术的另一种光纤的测量得到的相对折射率分布402与半径R的函数关系。在图4中，现有技术的光纤的测量得到的相对折射率分布402同样在靠近纤芯部分的外半径rC处展现出急剧转变。纤芯具有均匀组成分布的现有技术光纤的相对折射率分布302可能具有大于10的α值，例如大于15，或者甚至大于20。
这种现有技术光纤的相对折射率分布中的急剧转变可以布置在光纤的纤芯的高功率承载区域中。光纤的高功率承载区域的范围可以是4-8微米。相对于纤芯的其他部分而言，光纤在纤芯的高功率承载区域中的特性可能对于光纤性能具有最大影响。现有技术光纤的高功率承载区域中的相对折射率分布的急剧转变会导致现有技术光纤的明显的小角散射(SAS)和微弯曲损耗。纵向方向上的折射率和分布的变化会导致小角时的光散射。这不同于在远小于入射光波长的特征体上发生散射的瑞利散射。如果分布的变化与入射光的波长相当，则这会导致具有小角分量的散射。在将光纤预制件拉制成光纤的拉制过程期间，与相对折射率分布中的急剧转变相关的粘度的急剧变化会导致拉制过程期间的纤芯/包覆界面不稳定性。
参见图5，图示性显示现有技术光纤(例如，图3中表示为编号302)的测量得到的光散射(y轴)与入射角(x轴)的函数关系，该光纤的纤芯具有均匀组成以及相对折射率分布中的急剧转变。如图5所示，纤芯具有均匀组成的现有技术光纤在从0度到10度入射角展现出光散射中的明显峰。在图5中测得的现有技术光纤在1550nm波长的小角散射是光纤在1550nm波长的总散射的3.1％。参见图7，图示性显示现有技术光纤(编号402)的测量得到的光散射(y轴)与入射角(x轴)的函数关系，该光纤的纤芯具有均匀组成以及相对折射率分布中的急剧转变。如图7所示，纤芯具有均匀组成的现有技术光纤(例如，图4中表示为变化402)在从0度到80度入射角展现出明显的光散射。在图7中测得的现有技术光纤在1550nm波长的小角散射是光纤在1550nm波长的均匀角散射的7％。
小角散射对于光纤中的信号衰减会具有明显的贡献作用。现有技术光纤的相对折射率分布中的急剧转变还会增加微弯曲损耗，这可以表示为当光纤穿过曲线时(例如，穿过含有光纤的导管中的弯曲处，或者需要光纤中急弯的设备的布线处)所发生的光学信号的衰减。光纤的弯曲可能导致光纤中的信号的入射角朝向更小的角度偏移。现今通讯系统中的光纤要求在长距离上传输信号而没有发生信号在该距离上的明显劣化。纤芯中具有均匀组成的现有技术光纤的小角散射和微弯曲损耗会对光纤中的信号衰减具有明显贡献作用，因而增加了长距离上发生信号劣化的风险。
可以通过在拉制得到光纤的预制件的预制件纤芯中引入氧化锗(GeO2)作为正掺杂剂来降低小角散射。但是，在纤芯部分中包含GeO2可能导致瑞利散射相比于基于二氧化硅的纤芯部分发生增加。图9提供了纤芯掺杂了GeO2的现有技术光纤的测量得到的光散射。由于存在GeO2导致的瑞利散射的增加可能导致光纤更大的信号衰减，这超过了抵消由于小角散射的下降所得到的任何好处。因此，持续需要在没有增加光纤的瑞利散射和整体信号衰减的情况下具有减小的小角散射的光纤。
再次参见图1和2，本公开内容涉及的光纤100在纤芯部分102的相对折射率分布ΔC中具有更为平缓(gradual)的过渡。可以通过在光纤100的纤芯部分102中形成一种或多种掺杂剂的渐变式(graded)浓度来完成本公开内容的光纤100的纤芯部分102的渐变式相对折射率分布ΔC。在一个或多个实施方式中，光纤100的纤芯部分102可以包括具有如下渐变式浓度的负掺杂剂，所述渐变式浓度从纤芯102的外半径rC向内朝向纤芯部分102的中心(例如，朝向图1中的纤芯部分102的中心线CL)是减小的。作为替代或补充，在一个或多个实施方式中，光纤100的纤芯部分102可以包括具有如下渐变式浓度的正掺杂剂，其在纤芯部分102的外半径rC处开始时具有较低浓度并且朝向纤芯部分102的中心是增加的。纤芯部分102中的一种或多种掺杂剂的渐变式浓度可以产生渐变式相对折射率分布ΔC，其具有的α值(由EQU.2得到的α)小于现有技术的纤芯中具有恒定组成的相似尺寸光纤的相对折射率的α值。本公开内容的光纤的纤芯部分102可以具有α值为1值8的相对折射率ΔC分布。
再次参见图3，图示性显示具有渐变式组成分布的光纤100的一个实施方式的纤芯部分102的测量得到的相对折射率ΔC分布304与光纤半径R的函数关系。相比于现有技术光纤的相对折射率分布302，在纤芯部分102中具有渐变式浓度分布的光纤100的相对折射率ΔC分布304可以在相对折射率分布中具有更为平缓的过度，显示为曲线304的斜率减小。对于具有渐变式组成(编号304)的纤芯部分，相对折射率分布中的过渡从半径r1铺展到半径rC。相反地，现有技术光纤的相对折射率分布(编号302)中的过渡发生在小得多的半径距离上。通过本文公开的光纤100的纤芯部分102中的渐变式组成所产生的渐变式相对折射率ΔC分布，可以减小光纤100的小角散射和微弯曲损耗。降低光纤100的小角散射和微弯曲损耗可以降低光纤100的整体信号衰减。这可以实现将本文公开的光纤100用于在长距离上传输信号和/或用于要求光纤100沿着迂回的路径的应用中。
再次参见图1，本文公开的光纤100的纤芯部分102可以包含基于二氧化硅的玻璃以及一种或多种掺杂剂。在一个或多个实施方式中，纤芯部分102可以是具有一种或多种正掺杂剂的基于二氧化硅的玻璃，所述一种或多种正掺杂剂具有从纤芯部分102的中心到纤芯部分102的外半径rC的恒定浓度。正掺杂剂可以包括但不限于：GeO2、Al2O3、P2O5、TiO2、Cl，或者这些的组合。在一个或多个实施方式中，纤芯部分102可以包含氯作为正掺杂剂。在一个或多个实施方式中，纤芯部分102可以基本不含正掺杂剂。在一个或多个实施方式中，纤芯部分102可以基本不含GeO2。
纤芯部分102可以包括具有渐变式浓度的负掺杂剂，其在纤芯部分102的外半径rC处开始时具有最大浓度并且朝向纤芯部分102的中心随着半径R的减小而减小。负掺杂剂可以包括氟(F)、硼(B)、其他负掺杂剂，或者这些的组合。在一个或多个实施方式中，负掺杂剂可以是氟。
纤芯部分102中的负掺杂剂的浓度梯度可以在靠近纤芯部分102的外半径rC处具有最大负掺杂剂浓度。纤芯部分102中的负掺杂剂的浓度梯度可以在纤芯部分102的中心处(例如，纤芯部分102的中心线CL处)具有最小负掺杂剂浓度。负掺杂剂的浓度可以随着半径R的减小而减小。在一个或多个实施方式中，负掺杂剂的浓度可以从纤芯部分102的外半径rC到中心是连续减小的。在一个或多个实施方式中，负掺杂剂的浓度可以随着半径减小而减小，然后在纤芯部分102的中心区域中平稳至恒定的负掺杂剂浓度。例如，再次参见图3，对于确定了相对折射率分布304的光纤100，负掺杂剂的浓度可以从纤芯部分102的中心到半径r1是大致恒定的。在图3中，从半径r1到半径rc，负掺杂剂的浓度可以随着半径R的增加而增加至纤芯部分102的外半径rC处的负掺杂剂的最大浓度。负掺杂剂的浓度开始随着半径R增加而增加的半径可以大于或等于0微米且小于纤芯部分102的外半径rC。
作为具有渐变式浓度负掺杂剂的替代，纤芯部分102可以具有渐变式浓度的正掺杂剂。在一个或多个实施方式中，纤芯部分102可以包含具有渐变式浓度的正掺杂剂，所述渐变式浓度在纤芯部分102的中心处开始具有最大浓度，并且随着朝向纤芯部分102的外半径rC的光纤半径R的增加而减小。正掺杂剂可以包括上文所讨论的任何正掺杂剂，例如但不限于：GeO2、Al2O3、P2O5、TiO2、Cl，或者这些的组合。在一个或多个实施方式中，正掺杂剂可以是氯。具有正掺杂剂的渐变式浓度分布的纤芯部分102还可以包含负掺杂剂，例如但不限于氟，在纤芯部分102上具有大致均匀的浓度。在这些实施方式中，可以通过正掺杂剂的浓度分布中的梯度提供渐变式相对折射率分布。
纤芯部分102中的正掺杂剂的浓度梯度可以靠近在纤芯部分102的中心处(例如，纤芯部分102的中心线CL处)具有最大正掺杂剂浓度。纤芯部分102中的正掺杂剂的浓度梯度分布可以在靠近纤芯部分102的外半径rC处具有最小正掺杂剂浓度。正掺杂剂的浓度可以随着半径R的增加而减小。在一个或多个实施方式中，正掺杂剂的浓度可以从纤芯部分102的中心到外半径rC是连续减小的。在一个或多个实施方式中，正掺杂剂的浓度可以在靠近纤芯部分102的中心处是均匀的，并且可以在距离中心的一个径向距离处开始随着半径的增加而减小。正掺杂剂的浓度开始随着半径R增加而减小的半径可以大于或等于0微米且小于纤芯部分102的外半径rC。
纤芯部分102中的正掺杂剂或负掺杂剂的渐变式浓度可以在纤芯部分102中产生渐变式相对折射率ΔC分布。光纤100的纤芯部分102的渐变式相对折射率ΔC分布可以具有如下α(α，EQU.2)：大于或等于1，大于或等于1.25，或者大于或等于1.5。光纤100的纤芯部分102的渐变式相对折射率ΔC分布可以具有如下α：小于或等于8，小于或等于7，小于或等于6，小于或等于5，小于或等于4，或者甚至小于或等于3。光纤100的纤芯部分102的渐变式相对折射率ΔC分布可以具有大于或等于1且小于或等于8的α，例如：大于或等于1.25且小于或等于7，大于或等于1.5且小于或等于6，大于或等于1且小于或等于5.5，或者甚至大于或等于1且小于或等于5。
再次参见图1和2，如之前所讨论的那样，光纤100的包覆部分103可以与纤芯部分102直接相邻且直接接触。包覆部分103的内半径可以等于纤芯部分102的半径rC。包覆部分103的相对折射率ΔOC可以小于纤芯部分102的最大相对折射率ΔCmax。包覆部分103可以包含一种或多种正掺杂剂或负掺杂剂以调节相对折射率ΔOC从而满足ΔOC<ΔCmax的关系。ΔCmax与ΔOC之间的绝对差异(例如，ΔCmax-ΔOC)可以是：小于或等于0.1％，小于或等于0.06％，或者甚至小于或等于0.04％，式中，百分比指的是Δ的单位。还可以在包覆部分102中包含正掺杂剂和/或负掺杂剂来使得包覆部分103相对于纤芯部分102或者包覆部分103的不同部分之间的玻璃粘度发生改变，从而降低从预制件下拉得到光纤100的过程中的部分之间的应力。在一个或多个实施方式中，包覆部分103可以包括负掺杂剂，其可以与纤芯部分中的负掺杂剂相同或不同。在一个或多个实施方式中，包覆部分中的负掺杂剂可以是氟。在一个或多个实施方式中，包覆部分103可以包含TiO2。包覆部分103中的负掺杂剂、正掺杂剂或者其他掺杂剂的浓度可以在包覆部分103的整个厚度TOC上是大致均匀的，或者可以在包覆部分103的整个厚度TOC上略微变化。
参见图10和11，示意性显示光纤100的另一个实施方式的径向横截面(图10)和相对折射率分布(图11)。光纤100可以包括纤芯部分102和包覆部分103。包覆部分还可以包括低折射率凹陷104和外包覆108。纤芯部分102的位置是在包覆部分103内，并且可以具有最大相对折射率ΔC最大值(相对于纯的(即未掺杂的)二氧化硅玻璃而言)。纤芯部分102和包覆部分103是同轴的，使得光纤100的横截面相对于纤芯部分102的中心是大致圆形对称的。低折射率凹陷104可以围绕纤芯部分102并且可以是直接接触。低折射率凹陷104可以具有相对折射率ΔT(相对于纯的二氧化硅玻璃而言)。外包覆108可以围绕低折射率凹陷104的外表面并且可以是直接接触。外包覆108可以具有(相对于纯的二氧化硅玻璃的)相对折射率ΔOC。也就是说，低折射率凹陷104和外包覆108排布成使得低折射率凹陷104布置在纤芯部分102与外包覆108之间。如本文所用，术语“凹陷”指的是光纤中这样的区域，在径向横截面中，其被具有较高折射率的区域所围绕。也就是说，对于图10和11所示的光纤100，ΔCmax>ΔOC>ΔT。
仍然参见图10和11，纤芯部分102具有半径rC。低折射率凹陷104可以围绕纤芯部分102，并且可以从半径rC延伸至半径rT，使得低折射率凹陷104的径向厚度为TT＝rT-rC。外包覆108可以围绕低折射率凹陷104，并且可以从半径rT延伸到半径rOC，使得外包覆的径向厚度TOC＝rOC-rT。因此，光纤100的玻璃部分(例如，纤芯部分102、低折射率凹陷104、和外包覆108)可以具有直径2rOC。
在本文所述的一个或多个实施方式中，光纤的玻璃部分的半径rOC可以小于或等于62.5微米。在一个或多个实施方式中，光纤的玻璃部分的半径rOC大于或等于40微米且小于或等于62.5微米。在一个或多个实施方式中，纤芯部分102的半径rC可以大于或等于3微米且小于或等于28微米。在一个或多个实施方式中，纤芯部分102的半径rC可以大于或等于4微米且小于或等于15微米，例如大于或等于6微米且小于或等于14.5微米。
图10和11的光纤100的纤芯部分102可以具有上文对于纤芯部分102所述的任何组成、特征或性质。具体来说，纤芯部分102可以具有一种或多种掺杂剂(例如，本文所述的正掺杂剂或负掺杂剂中的一种或多种)的渐变式浓度分布。如上文所讨论的那样，一种或多种掺杂剂的渐变式浓度分布可以为纤芯部分102提供渐变式相对折射率ΔCmax分布，其渐变式的程度足以降低光纤100的小角散射和微弯曲损耗。
仍然参见图10和11，低折射率凹陷104可以与纤芯部分102的外表面直接相邻并且直接接触。低折射率凹陷104的内半径可以等于纤芯部分102的半径rC。低折射率凹陷104的外半径(即，低折射率凹陷104的半径rT)可以是径向位置上最靠外的点，在该点，低折射率凹陷的相对折射率分布(即，图11)的最大斜率的切线与0Δ线(Δ0)相交。换言之，低折射率凹陷104的外半径可以对应于径向位置上最靠外的点，在该点，光纤的相对折射率分布从低折射率凹陷104的相对折射率分布ΔT以步阶状变化的方式过渡为外包覆108的相对折射率ΔOC。在一个或多个实施方式中，低折射率凹陷104的半径rT可以大于或等于24微米，这可以进一步改善光纤100的弯曲性能。半径rT可以大于或等于26微米且小于或等于40微米，例如大于或等于26微米且小于或等于35微米。
在一个或多个实施方式中，低折射率凹陷104的径向厚度TT可以大于或等于1微米且小于或等于20微米。在一些实施方式中，低折射率凹陷104的径向厚度TT可以大于或等于2微米且小于或等于10微米。在一些实施方式中，低折射率凹陷104的径向厚度TT可以大于或等于2微米且小于或等于8微米，或者甚至大于或等于2微米且小于或等于7微米。
如本文所述，低折射率凹陷104的相对折射率ΔT可以小于纤芯部分102的最大相对折射率ΔCmax和外包覆108的相对折射率ΔOC。低折射率凹陷104可以包括基于二氧化硅的玻璃。在一个或多个实施方式中，低折射率凹陷104可以包含一种或多种掺杂剂，例如正掺杂剂、负掺杂剂或者这两者中的一种或多种，如上文所述。在一个或多个实施方式中，纤芯部分102可以包含二氧化硅和负掺杂剂，而低折射率凹陷104可以包含二氧化硅玻璃和负掺杂剂，其中，低折射率凹陷104中的负掺杂剂的浓度可以大于纤芯部分102和外包覆108中的负掺杂剂的浓度，使得ΔCmax>ΔOC>ΔT。在一个或多个实施方式中，低折射率凹陷104的相对折射率ΔT可以是基本平坦的。也就是说，在低折射率凹陷104内的任意两个半径处的相对折射率ΔT之差可以小于0.1％或者甚至小于0.05％。在其他实施方式中，作为小的分布设计或工艺变量的结果，低折射率凹陷104的相对折射率ΔT可以具有小波动。
仍然参见图10和11，外包覆108可以与低折射率凹陷104直接相邻并且直接接触。也就是说，外包覆108的内半径可以等于低折射率凹陷104的半径rT，以及外包覆108的外半径可以等于包覆部分103的外半径rOC，如上文所述。
参见图11，光纤100的外包覆108的相对折射率ΔOC可以大于低折射率凹陷104的相对折射率ΔT，从而形成相对于低折射率凹陷104的“经正掺杂的”或者“没有那么负掺杂的”区域。外包覆108可以额外地包含一种或多种掺杂剂，例如但不限于正掺杂剂、负掺杂剂或者这两者中的一种或多种，如上文所述。在一个或多个实施方式中，在从内半径(rT)到外半径(rOC)的外包覆108的径向厚度上，外包覆108中的掺杂剂的浓度可以恒定的或者略微减小的。
外包覆108的相对折射率ΔOC与低折射率凹陷104的相对折射率ΔT之差(即，ΔOC–ΔT)可以大于或等于0.1％且小于或等于1.0％。在一些实施方式中，外包覆108的相对折射率ΔOC与低折射率凹陷104的相对折射率ΔT之差可以大于或等于0.15％且小于或等于0.8％，例如：大于或等于0.2％且小于或等于0.4％，或者甚至大于或等于0.5％且小于或等于0.7％。
虽然图10和11显示具有包覆部分103的光纤100，所述包覆部分103位置围绕纤芯部分102包含低折射率凹陷104和外包覆108，但是应理解的是，包覆部分103还可以包括布置在低折射率凹陷104与纤芯部分108之间的内包覆。现参见图12和13，光纤100可以包括纤芯部分102和包覆部分103，如上文所述。此外，包覆部分103可以包括内包覆106与低折射率凹陷104和外包覆108的组合。纤芯部分102、低折射率凹陷104和外包覆108可以包括上文对于光纤100的这些部分所述的任何组成、特征或特性。具体来说，纤芯部分102可以具有一种或多种掺杂剂(例如，本文所述的正掺杂剂或负掺杂剂中的一种或多种)的渐变式浓度分布。如上文所讨论的那样，一种或多种掺杂剂的渐变式浓度分布可以为纤芯部分102提供渐变式相对折射率ΔCmax分布，其渐变式的程度足以降低光纤100的小角散射和微弯曲损耗。
内包覆106可以围绕纤芯部分102并且可以是直接接触。内包覆106可以具有(相对于纯的二氧化硅玻璃的)相对折射率ΔIC。低折射率凹陷104可以围绕内包覆106并且可以是直接接触，以及可以具有(相对于纯二氧化硅玻璃)的相对折射率ΔT。外包覆108可以围绕低折射率凹陷104并且可以是直接接触，以及可以具有(相对于纯二氧化硅玻璃)的相对折射率ΔOC。内包覆106、低折射率凹陷104以及外包覆108可以布置成使得内包覆106置于纤芯部分102与低折射率凹陷104之间，以及低折射率凹陷104置于内包覆106与外包覆108之间。在图12和13所表示的光纤100的实施方式中，ΔCmax>ΔIC，ΔCmax>ΔOC，ΔIC>ΔT，ΔCmax>ΔIC>ΔT，ΔCmax>ΔOC>ΔT。
再次参见图12和13，纤芯部分102具有半径rC。内包覆106可以围绕纤芯部分102并且可以从半径rC延伸到半径rIC，使得内包覆106的径向厚度TIC＝rIC-rC。低折射率凹陷104可以围绕内包覆106并且可以从半径rIC延伸至半径rT，使得低折射率凹陷104的径向厚度为TT＝rT-rIC。外包覆108可以围绕低折射率凹陷104并且可以从半径rT延伸到半径rOC，使得外包覆108的径向厚度TOC＝rOC-rT。因此，光纤100的玻璃部分(例如，纤芯部分102、内包覆106、低折射率凹陷104和外包覆108)可以具有直径2rOC。
参见图12和13，内包覆106的内半径可以等于纤芯部分102的外半径rC。内包覆106的外半径(即，内包覆1064的半径rIC)可以定义为如下的径向最靠外点，在该点，光纤的相对折射率分布从内包覆106的相对折射率分布ΔIC以步阶状变化的方式过渡为低折射率凹陷104的相对折射率ΔT。在一个或多个实施方式中，内包覆106的径向厚度TIC可以大于或等于0.5微米且小于或等于5微米，例如：大于或等于1微米且小于或等于4微米，或者甚至大于或等于1微米且小于或等于3微米。
参见图13，光纤100的内包覆106的相对折射率ΔIC可以大于低折射率凹陷104的相对折射率ΔT，从而形成相对于低折射率凹陷104的“经正掺杂的”或者“没有那么负掺杂的”区域。内包覆106可以是基于二氧化硅的玻璃并且可以额外地包含一种或多种掺杂剂，例如但不限于正掺杂剂、负掺杂剂或者这两者中的一种或多种，如上文所述。可以向内包覆106的基于二氧化硅的玻璃添加正掺杂剂和/或负掺杂剂从而增加或减小相对折射率ΔIC，这是相对于纤芯部分102的最大相对折射率ΔCmax、低折射率凹陷104的相对折射率ΔT或者它们两者而言。在一个或多个实施方式中，内包覆106中的掺杂剂的浓度在内包覆104的径向厚度TIC上可以是恒定的或者略微减小的。
通过本文所公开的工艺生产得到且具有掺杂剂的渐变式浓度和渐变式相对折射率ΔC的光纤100可以在1500nm波长展现出小于或等于0.17dB/km的总衰减。在一个或多个实施方式中，通过本文所公开的工艺生产得到的光纤100可以具有1500nm波长处小于或等于0.16dB/km的总衰减。通过本文所公开的工艺生产得到的光纤100的小角散射可以小于1550nm波长处的光纤100的均匀角散射的4％。相比于具有均匀组成和相对折射率分布中更急剧转变的光纤，通过所述工艺生产得到的光纤100可以具有降低的微弯曲损耗。对于大于120μm2的有效面积(Aeff)，光纤100可以具有1550nm波长处小于或等于0.2dB/km的微弯曲损耗。对于100μm2至120μm2的有效面积(Aeff)，光纤100可以具有1550nm波长处小于或等于0.1dB/km的微弯曲损耗。对于小于100μm2的有效面积(Aeff)，光纤100可以具有1550nm波长处小于或等于0.05dB/km的微弯曲损耗。
可以通过如下方式制造在纤芯部分102中具有渐变式浓度的正掺杂剂或负掺杂剂的光纤100：形成多孔预制件，对多孔预制件进行固结以产生经固结的预制件，以及从经固结的预制件拉制得到光纤。经固结的预制件可以包括纤芯部分和包覆部分，其中，经固结的预制件的纤芯部分可以包括渐变式浓度的正掺杂剂和/或负掺杂剂。可以根据已知技术从经固结的预制件拉制光纤100，例如美国专利第7,565,820号、美国专利第5,410,567号、美国专利第7,832,675号、美国专利第6,027,062号所公开的那些，其说明书全文通过引用结合入本文。
可以通过生产多孔预制件来形成经固结的预制件。例如，包含二氧化硅(或者经掺杂的二氧化硅)烟炱的多孔预制件可以通过外部气相沉积(OVD)形成，但不限于此。在OVD方法中，可以通过将含二氧化硅的烟炱沉积到转动且平移的饵棒上来形成多孔预制件，所述饵棒可以是锥形的。可以通过向燃烧器的火焰提供气态形式的含二氧化硅的玻璃/烟炱前体来形成含二氧化硅烟炱。向燃烧器提供燃料(例如甲烷(CH4))和支持燃烧的气体(例如氧气或空气)，并引燃，从而形成火焰。可以采用多个质量流控制器来对到达燃烧器的燃料气体、支撑燃烧的气体以及含二氧化硅玻璃/烟炱前体的相对流速进行控制。来自二氧化硅玻璃/烟炱前体的氧化的烟炱可以沉积到饵棒上并以微层积累从而形成大致圆柱形形状的烟炱区域，这可以对应于多孔预制件的多孔预制件纤芯。
多孔预制件纤芯可以掺杂正掺杂剂或负掺杂剂从而在多孔预制件纤芯中产生正掺杂剂或负掺杂剂的渐变式浓度分布。多孔预制件纤芯可以在炉中烧结或固结以形成经固结的预制件纤芯。在烧结或固结之前，可以去除饵棒，以形成空心圆柱形多孔预制件纤芯。在烧结或固结过程期间，通过保持机制使得多孔预制件纤芯悬在例如炉的纯石英马弗管中。烧结或固结可以导致将多孔预制件纤芯转变为闭孔状态。
在多孔预制件纤芯的烧结或固结以产生经固结的预制件纤芯之前，多孔预制件纤芯可以掺杂正掺杂剂或负掺杂剂从而最终产生在预制件纤芯中的正掺杂剂或负掺杂剂的渐变式浓度分布。可以通过许多方法中的任意方式将正掺杂剂或负掺杂剂掺杂到多孔预制件纤芯中。在一个或多个实施方式中，可以通过采用OVD方法来产生多孔预制件纤芯中的正掺杂剂或负掺杂剂的渐变式浓度。换言之，可以通过在OVE过程期间，通过引入正掺杂剂前体(例如但不限于四氯化硅)或者负掺杂剂前体(例如，四氟化硅)，在沉铺(laydown)过程(形成多孔预制件纤芯)中形成正掺杂剂或负掺杂剂的渐变式浓度分布。可以修改到达燃烧器的正掺杂剂和/或负掺杂剂的流速，从而增加或减小给定多孔预制件纤芯半径上沉积的正掺杂剂或负掺杂剂的量。
可以通过在固结过程中进行高温掺杂过程来产生负掺杂剂的渐变式浓度分布，通过向其中进行了多孔预制件纤芯的固结的炉中引入负掺杂剂前体。对于高温掺杂过程，可以通过改变炉中的持续时间、温度或者负掺杂剂前体的浓度来修改掺杂剂的浓度分布。
还可以通过如下方式形成正掺杂剂或负掺杂剂的渐变式浓度分布：在多孔预制件纤芯的烧结或固结之前，通过向多孔预制件纤芯的表面中经由负掺杂剂的等离子体化学气相沉积(PCVD)沉积不同组成的连续的非多孔玻璃层。在一个或多个实施方式中，可以通过如下方式形成正掺杂剂的渐变式浓度分布：在沉铺过程中，对多孔预制件纤芯进行掺杂具有均匀浓度分布的正掺杂剂，以及然后在提升的温度下将多孔预制件纤芯暴露于氧化气氛，其中，氧化气氛可以在多孔预制件纤芯的表面处与正掺杂剂(例如，氯)反应从而去除表面处的正掺杂剂，从而在多孔预制件纤芯中产生正掺杂剂的渐变式浓度分布。也可以采用其他方法在经固结的预制件纤芯中产生正掺杂剂或负掺杂剂的渐变式浓度分布。一旦多孔预制件纤芯经过烧结或固结，由于烧结/固结之后的经固结的预制件纤芯的闭孔状态，无法再进一步掺杂正掺杂剂或负掺杂剂。
在固结过程中的烧结温度可以表示足以导致多孔预制件转变为闭孔状态并致密化的一个或多个炉的温度。烧结/固结过程中的烧结温度可以是1100℃至1600℃，1200℃至1550℃，或者甚至1250℃至1500℃。在烧结之后，可以将预制件纤芯拉制成较小直径并切割成一定长度，从而形成预制件芯杆。
经固结的预制件纤芯可以用作光纤制造中的玻璃纤芯或者玻璃芯杆。可以在经固结的预制件纤芯上沉积额外的基于二氧化硅烟炱的微层，从而形成内包覆、低折射率凹陷、外包覆或者这些的组合中的一种或多种。然后，可以采用上文关于形成预制件纤芯所解释的相同方法，将内包覆、低折射率凹陷、外包覆或者这些的组合沉积到预制件纤芯或预制件纤芯杆上。然后可以使用其中具有氟或者其他光纤掺杂剂的掺杂剂气体对内包覆烟炱掺杂氟。例如，可以使用SiF4和/或CF4气体。此类掺杂剂气体的使用可以是采用常规掺杂温度，例如约950℃至1600℃。
可以从采用常规制造技术以及使用已知的光纤拉制方法和设备制造的光纤预成形件拉制得到本文所公开的光纤，例如，如美国专利第7,565,820号、第5,410,567号、第7,832,675号、第6,027,062号所公开，其说明书通过引用结合入本文。具体来说，通过牵引器从光纤预成形件的根部拉出光纤。在离开拉制炉之后，裸光纤遭遇直径监测器(D)，所述直径监测器(D)提供用于反馈控制回路的信号，以调节牵引器的速度来维持恒定的光纤直径。然后，裸光纤通过光纤张力测量装置(T)，其测量的由于从预制件牵拉光纤所导致的光纤的张力。取决于光纤拉制速度、预制件的根部的温度和粘度等，这个张力会发生增加。EP0479120 A2公开了光纤张力测量装置的一个例子，其通过引用结合入本文。
在固结期间的正掺杂剂去除过程可以产生具有正掺杂剂(例如氯)的渐变式浓度的纤芯部分102。纤芯部分102中的正掺杂剂的渐变式浓度可以在纤芯部分102的中心具有最大浓度，并且可以随着半径增加靠近纤芯部分的外半径rC而逐渐减小。正掺杂剂去除工艺可以包括在固结过程期间，使得多孔预制件纤芯经受含氧气氛持续多个离散的时间段。此外，在正掺杂剂去除过程期间，不同热区中的含氧气氛的氧浓度可以是不同的，从而进一步调节相对折射率分布ΔC的形状。
实施例
通过以下实施例进一步阐述本文所述的实施方式。
比较例1和2
制备两种现有技术的光纤，具有基本纯的二氧化硅纤芯部分、低折射率凹陷和外包覆。比较例1和2的纤芯部分是具有恒定组成且没有掺杂剂的纯二氧化硅纤芯部分。比较例1和2的纤芯部分的外半径rC是不同的，比较例2的rC大于比较例1的rC。
测量比较例1和2的光纤的纤芯部分的相对折射率分布ΔC。测量得到的比较例1的光纤的纤芯部分的相对折射率分布如图4图示性所示并且标记为编号402。如图4所示，在约3微米处，纤芯部分的相对折射率402急剧减小。测量得到的比较例2的光纤的纤芯部分的相对折射率分布如图3图示性所示并且标记为编号302。如图3所示，在约5.5微米处，相对折射率302急剧减小。
采用上文所述的光散射测量装置和方法，对比较例1和2的光纤进行瑞利散射和SAS分量的测量。图7和5分别提供了比较例1和2的光纤的光散射图。对于比较例1的较小的光纤(图7)，光散射图显示在小于90度角度的明显小角散射。对于比较例1的光纤，在1550nm波长的小角散射的贡献为1550nm波长处的光纤的均匀角散射的7％。对于比较例2的较大的光纤(图5)，光散射图显示从0(零)到10度角度的散射中的明显峰。从图5确定比较例2在1550nm波长处的小角散射的贡献为1550nm波长处的光纤的均匀角散射的3.1％。
实施例3-5
根据本文公开的方法制备三种光纤，从而使得光纤的纤芯部分具有负掺杂剂的渐变式浓度，导致渐变式相对折射率分布ΔC。实施例3的纤芯部分的尺寸与比较例1的纤芯部分相同，而实施例4的纤芯部分的尺寸与比较例2的纤芯部分相同。实施例5的纤芯部分的横截面面积大于实施例4的纤芯部分。实施例3-5的光纤包括低折射率凹陷和外包覆，它们与比较例1和2的光纤的低折射率凹陷和外包覆相同。
由如下光纤预制件制备实施例3-5的光纤的纤芯部分，所述光纤预制件包括具有渐变式浓度的氟负掺杂剂，其在预制件纤芯的外半径处具有最大浓度并且随着预制件纤芯的半径减小而减小。实施例3-5的预制件纤芯经受低温掺杂，之后在烧结过程期间进行更高温度的掺杂。以不同浓度的四氟化硅作为负掺杂剂前体进行低温掺杂和高温掺杂。在固结过程期间，多孔预制件维持在高温掺杂气氛中直到预制件转变为闭孔结构从而产生实施例3-5的经固结的预制件纤芯，其具有氟负掺杂剂的渐变式浓度，在经固结的预制件纤芯的外表面处具有最大浓度。在固结之后，根据本领域已知方法(例如，通过依次的沉铺和固结步骤)形成低折射率凹陷和外包覆，从而产生实施例3-5的预制件。然后，根据已知方法拉制预制件以产生实施例3-5的光纤。
现参见图4，显示实施例3的光纤的纤芯部分的测量得到的相对折射率ΔC分布(编号404)，与比较例1的纤芯部分的测量得到的相对折射率ΔC(编号402)进行对比。相比于比较例1的纤芯部分的ΔC分布，实施例3的纤芯部分的ΔC分布在ΔC中展现出明显更为逐步的下降，其在更大的半径范围上铺展开来。因此，具有负掺杂剂的渐变式浓度的实施例3的光纤的纤芯部分展现出相比于具有均匀组成的比较例1的纤芯部分而言更为渐变式的相对折射率ΔC分布。参见图3，显示实施例4的光纤的纤芯部分的测量得到的相对折射率ΔC分布(编号304)，与比较例2的纤芯部分的测量得到的相对折射率ΔC(编号302)进行对比。相比于比较例2的纤芯部分的ΔC分布，实施例4的纤芯部分的ΔC分布在ΔC中展现出明显更为逐步的下降，其在更大的半径范围上铺展开来。对于实施例4，ΔC在4微米的半径距离上逐步减小。作为对比，对于比较例2的纤芯部分，ΔC的变化发生在1微米或更短的较短半径距离上。因此，相比于具有均匀组成的比较例2的纤芯部分，具有负掺杂剂的渐变式浓度的实施例4的光纤的纤芯部分展现出渐变式的相对折射率ΔC分布。
采用上文所述的光散射测量装置和方法，对实施例3和4的光纤进行瑞利散射和SAS分量的测量。还测量了比较例1和2以及实施例3-4的光纤的IR衰减，并且计算每个光纤的1550nm波长的总衰减，这是来自瑞利散射、SAS和IR的贡献总和。出于对比目的，采用OTDR测量比较例1和2以及实施例3-4的每个光纤的信号衰减。下表1中提供了比较例1和2以及实施例3-4的光纤的瑞利散射、SAS、IR衰减、1550纳米波长总衰减以及测量得到的衰减的确定值。
表1
Figure BDA0003599144210000261
如表2所示，实施例3和4的光纤的纤芯部分的渐变式相对折射率ΔC分布分别显示相比于具有均匀纤芯组成的比较例1和2的光纤的降低的SAS散射。引入氟负掺杂剂可能略微增加光纤的瑞利散射。但是，当通过OTDR测量光纤的总衰减时，实施例3和4的光纤显示出相比于比较例1和2的光纤而言分别具有降低的总信号衰减。
图8和6分别提供了实施例3和4的光纤的光散射图。参见图8，实施例3的光纤的光散射显示在小于40度的角度偏离曲线的程度较小，这是相比于图7中提供的比较例1的光纤的光散射测量而言。对于实施例3的光纤，在1550nm波长，小角散射的贡献仅为1550nm波长的光纤的均匀角散射的3.7％，这明显小于比较例1的光纤的均匀角散射的7％的小角散射贡献。参见图6，实施例4的光纤的光散射显示在小于20度的角度偏离曲线的程度要小得多，这是相比于图5中提供的比较例2的光纤的光散射测量而言。对于实施例4的光纤，在1550nm波长，小角散射的贡献仅为1550nm波长的光纤的均匀角散射的2.4％，这小于比较例2的光纤的均匀角散射的3.4％的小角散射贡献。因此，测量得到的光散射数据证实了纤芯部分中的负掺杂剂的渐变式浓度所提供的实施例3-5的纤芯部分的渐变式相对折射率ΔC分布可以降低纤芯部分中的小角散射，这可以降低光纤的微弯曲损耗。
此外，根据上文所述方法测量了比较例1和2以及实施例3和4的光纤的光学性质。具体来说，测量了比较例1和2以及实施例3和4的1310nm和1550nm处的MFD(MFD1310和MFD1550)，光缆截至、颜色分散的零色散波长(λ0)，1500nm处的色散，1310nm处的衰减(Atten1310)，以及1550nm处的衰减(Atten1550)。结果列于下表2中。
表2
光纤-> 比较例1 实施例3 比较例2 实施例4
MFD1310 9.13 9.25 -- --
MFD1550 10.4 10.52 12.05 11.9
光缆截止(nm) 1218 1210 1471 1444
λ<sub>0</sub>(nm) 1306.5 1305.6 -- --
色散(1550nm) 16.55 16.79 20.26 20.22
Atten1310 0.2793 0.2727 -- --
Atten1550 0.1596 0.1566 0.1496 0.1491
如表2所示，实施例3和4的光纤展现出1550nm处降低的总信号衰减，这是分别相对于比较例1和2的光纤而言。
对实施例3-5的光纤的作为光纤半径(R)(x轴)的函数关系的相对折射率ΔC(y轴)进行建模，并分别在图14-16中提供图示性模型。基于上文所述方法对实施例3-5的光纤的光学性质进一步建模。具体来说，对于实施例3-5的光纤建模得到了：1310nm和1550nm的MFD(MFD1310和MFD1550)，1310nm和1550nm的色散(Disp1310和Disp1550)，零色散波长(λ0)，1310nm和1550nm的色散斜率(斜率1310和斜率1550)，1310nm和1550nm的有效面积(Aeff1310和Aeff1550)，光缆截至，基于销阵列测试的微弯曲性能(销阵列1550)，基于横向负载测试的微弯曲性能(横向负载1550)，基于鼓测试的微弯曲性能(微弯曲1550)，以及1550nm的衰减(Atten1550)。下表3提供了建模结果。
表3
实施例3 实施例4 实施例5
MFD1310 9.150 10.725 12.638
色散1310 -0.033 2.965 3.523
斜率1310 0.084 0.088 0.090
λ<sub>0</sub> 1310.4 1276.4 1270.9
MFD1550 10.557 11.921 13.902
色散1550 16.463 20.227 21.230
斜率1550 0.058 0.060 0.062
Aeff 1310 64.20 91.20 127.63
Aeff 1550 83.59 110.11 151.42
光缆截止 1200 1426 1478
销阵列1550 23.129 13.686 44.027
横向负载1550 1.003 1.802 39.280
微弯曲1550(dB/km) 0.195 0.305 0.747
Atten1550(dB/km) 0.161 0.152 0.158
比较例6
在比较例6中，制备得到的光纤具有包含略微掺杂了负掺杂剂的基于二氧化硅玻璃的纤芯部分，从而在整个纤芯部分中产生均匀浓度的负掺杂剂氟。通过使得多孔预制件纤芯经受低温掺杂步骤产生了均匀浓度的负掺杂剂。在低温掺杂过程期间，多孔预制件纤芯经受四氟化硅作为负掺杂剂前体的低温掺杂气氛。低温掺杂过程导致多孔预制件纤芯略微掺杂了氟且整体上具有大致均匀浓度的氟。然后，多孔预制件纤芯烧结以产生比较例6的经固结的预制件纤芯。
实施例7-12
实施例7-12显示相对折射率分布ΔC的变化形式。实施例7-12的多孔预制件纤芯与比较例6中所用的那些相同，并且经受了上文比较例6中所述的低温掺杂过程。低温掺杂之后是烧结过程中的较高温度的掺杂，具有不同的四氟化硅浓度作为固结过程期间的负掺杂剂前体，直到预制件转变为闭孔结构以产生经固结的预制件纤芯。实施例7-12的经固结的预制件纤芯拉制并切割成杆。
测量比较例6以及实施例7-12的预制件纤芯的作为标准化半径(x轴)的函数的相对折射率ΔC分布(y轴)，且结果在图17中图示性呈现。下表4提供了图17中的附图标记，分别对应于比较例6和实施例7-12的光纤的相对折射率ΔC分布。
表4
光纤 图17中的附图标记
比较例6 1402
实施例7 1404
实施例8 1406
实施例9 1408
实施例10 1410
实施例11 1412
实施例12 1414
参见图17，掺杂过程的时间、温度和浓度的变化可能导致预制件纤芯的相对折射率ΔC分布变得更为渐变式或者没有那么渐变式。例如，实施例7和8是最为渐变式的ΔC分布(分别是附图标记1404和1406)。改变掺杂温度以及时间和浓度可以用于调节纤芯部分的相对折射率ΔC分布的形状。对于比较例6的光纤(附图标记1402)，预制件纤芯展现出在预制件纤芯的外半径右边的ΔC分布的急剧转变(标准化半径等于1)。
对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，只要这些修改和变化形式落在所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (48)

1.一种光纤，其包括：
具有半径rC和渐变式折射率分布ΔC的纤芯部分，所述渐变式折射率分布ΔC具有大于或等于1且小于或等于8的α值，所述纤芯部分包含：
基于二氧化硅的玻璃；和
负掺杂剂，其中，负掺杂剂的浓度是渐变式的，使得负掺杂剂的浓度从半径rC朝向纤芯部分的中心是减小的；以及
包覆部分，其围绕纤芯部分且具有相对折射率ΔOC，其中，ΔOC小于纤芯部分的最大折射率ΔCmax。
2.如权利要求1所述的光纤，其中，纤芯部分基本不含正掺杂剂。
3.如权利要求1-2中任一项所述的光纤，其中，纤芯部分基本不含GeO2。
4.如权利要求1-3中任一项所述的光纤，其中，负掺杂剂包括氟。
5.如权利要求1所述的光纤，其中，纤芯部分包含正掺杂剂，以及正掺杂剂的浓度在整个纤芯部分是基本恒定的。
6.如权利要求5所述的光纤，其中，正掺杂剂包括氯。
7.如权利要求1-5中任一项所述的光纤，其中，光纤具有1550nm波长处小于或等于0.17的总衰减。
8.如权利要求1-7中任一项所述的光纤，其中，光纤在1550nm波长的小角散射小于光纤100在1550nm波长的均匀角散射的4％。
9.如权利要求1-8中任一项所述的光纤，其中，包覆部分还包括低折射率凹陷和外包覆，低折射率凹陷位于纤芯部分与外包覆之间，低折射率凹陷具有相对折射率ΔT以及外包覆具有相对折射率ΔOC，其中，ΔCmax>ΔOC>ΔT。
10.如权利要求9所述的光纤，其中，低折射率凹陷与纤芯部分和外包覆直接接触。
11.如权利要求9-10中任一项所述的光纤，其中，由基于二氧化硅的玻璃形成低折射率凹陷。
12.如权利要求9-11中任一项所述的光纤，其中，由掺杂了凹陷负掺杂剂的二氧化硅玻璃形成低折射率凹陷。
13.如权利要求12所述的光纤，其中，凹陷负掺杂剂与纤芯部分的负掺杂剂相同或不同。
14.如权利要求9-13中任一项所述的光纤，其中，包覆部分还包括位于纤芯部分与低折射率凹陷之间的内包覆，其中，内包覆具有相对折射率ΔIC并且是由基于二氧化硅的玻璃形成的。
15.如权利要求1-14中任一项所述的光纤，其中，在1550nm波长处，光纤具有如下微弯曲损耗：对于大于120μm2的有效面积(Aeff)，小于或等于0.2dB/km；对于100μm2至120μm2的有效面积(Aeff)，小于或等于0.1dB/km；或者对于小于100μm2的有效面积(Aeff)，小于或等于0.05dB/km。
16.一种光纤，其包括：
具有半径rC和渐变式相对折射率分布ΔC的纤芯部分，所述渐变式相对折射率分布ΔC具有大于或等于1且小于或等于8的α值，所述纤芯部分包含：
基于二氧化硅的玻璃；和
正掺杂剂，其中正掺杂剂的浓度是渐变式的，使得正掺杂剂的浓度从位于纤芯部分的中心处的最大正掺杂剂浓度到位于纤芯部分的外半径rC处的最小正掺杂剂浓度是减小的；以及
包覆部分，其围绕纤芯部分且具有相对折射率ΔOC，ΔOC小于纤芯部分的最大折射率ΔCmax。
17.如权利要求16所述的光纤，其中，正掺杂剂包括氯。
18.如权利要求16-17中任一项所述的光纤，其中，纤芯部分基本不含负掺杂剂。
19.如权利要求16-17中任一项所述的光纤，其中，纤芯部分包含负掺杂剂。
20.如权利要求19所述的光纤，其中，负掺杂剂的浓度在整个纤芯部分是基本均匀的。
21.如权利要求19所述的光纤，其中，负掺杂剂包括氟。
22.如权利要求16-21中任一项所述的光纤，其中，光纤具有1550nm波长处小于或等于0.17的总衰减。
23.如权利要求16-22中任一项所述的光纤，其中，光纤在1550nm波长的小角散射小于光纤100在1550nm波长的均匀角散射的4％。
24.如权利要求16-23中任一项所述的光纤，其中，包覆部分还包括低折射率凹陷和外包覆，低折射率凹陷位于纤芯部分与外包覆之间，低折射率凹陷具有相对折射率ΔT以及外包覆具有相对折射率ΔOC，其中，ΔCmax>ΔOC>ΔT。
25.如权利要求24所述的光纤，其中，低折射率凹陷与纤芯部分和外包覆直接接触。
26.如权利要求24-25中任一项所述的光纤，其中，由基于二氧化硅的玻璃形成低折射率凹陷。
27.如权利要求24-26中任一项所述的光纤，其中，包覆部分还包括位于纤芯部分与低折射率凹陷之间的内包覆，其中，内包覆具有相对折射率ΔIC并且是由基于二氧化硅的玻璃形成的。
28.如权利要求16-27中任一项所述的光纤，其中，在1550nm波长处，光纤具有如下微弯曲损耗：对于大于120μm2的有效面积(Aeff)，小于或等于0.2dB/km；对于100μm2至120μm2的有效面积(Aeff)，小于或等于0.1dB/km；或者对于小于100μm2的有效面积(Aeff)，小于或等于0.05dB/km。
29.一种用于生产光纤的预制件，该预制件包括：
具有预制件纤芯外半径和渐变式相对折射率ΔPC的预制件纤芯，所述渐变式相对折射率ΔPC具有大于或等于1且小于或等于8的α值，所述预制件纤芯包含：
基于二氧化硅的玻璃；和
具有渐变式浓度分布的掺杂剂，所述渐变式浓度分布从预制件纤芯外半径向内朝向预制件纤芯的中心是增加或减小的；以及
预制件包覆部分，其围绕预制件纤芯且具有相对折射率ΔPOC，ΔPOC小于预制件纤芯的最大折射率ΔPCmax。
30.如权利要求29所述的预制件，其中，掺杂剂包括负掺杂剂，以及负掺杂剂的浓度从预制件纤芯外半径朝向预制件纤芯的中心是减小的。
31.如权利要求30所述的预制件，其中，预制件纤芯基本不含正掺杂剂。
32.如权利要求30所述的预制件，其中，负掺杂剂包括氟。
33.如权利要求30所述的预制件，其中，预制件纤芯包含正掺杂剂，以及正掺杂剂的浓度在整个预制件纤芯是基本恒定的。
34.如权利要求33所述的预制件，其中，正掺杂剂包括氯。
35.如权利要求29所述的预制件，其中，掺杂剂包括正掺杂剂，以及掺杂的浓度从位于预制件纤芯的中心处的最大正掺杂剂浓度到位于预制件纤芯外半径处的最小正掺杂剂浓度是减小的。
36.如权利要求35所述的预制件，其中，正掺杂剂包括氯。
37.如权利要求35所述的预制件，其中，预制件纤芯基本不含负掺杂剂。
38.如权利要求35所述的预制件，其中，预制件纤芯包含负掺杂剂。
39.如权利要求38所述的预制件，其中，负掺杂剂的浓度在整个预制件纤芯是基本均匀的。
40.如权利要求38所述的预制件，其中，负掺杂剂包括氟。
41.如权利要求29-40中任一项所述的预制件，其中，预制件包覆部分还包括预制件低折射率凹陷和预制件外包覆，预制件低折射率凹陷位于预制件纤芯与预制件外包覆之间，预制件低折射率凹陷具有相对折射率ΔPT以及预制件外包覆具有相对折射率ΔPOC，其中，ΔPCmax>ΔPOC>ΔPT。
42.如权利要求41所述的预制件，其中，预制件低折射率凹陷与预制件纤芯和预制件外包覆直接接触。
43.如权利要求41-42中任一项所述的预制件，其中，预制件包覆部分还包括位于预制件纤芯与预制件低折射率凹陷之间的预制件内包覆，其中，预制件内包覆具有相对折射率ΔPIC并且是由基于二氧化硅的玻璃形成的。
44.一种制备光纤的方法，该方法包括：
形成包含基于二氧化硅的组合物的多孔预制件纤芯；
在多孔预制件纤芯内形成掺杂剂的渐变式浓度分布；
对多孔预制件纤芯进行固结以产生具有掺杂剂的渐变式浓度分布的经固结的预制件纤芯，其中，掺杂剂的渐变式浓度分布在经固结的预制件纤芯内产生渐变式折射率分布，所述渐变式折射率分布具有大于或等于1且小于或等于8的α值；
形成绕着多孔预制件纤芯的预制件包覆部分，所述预制件包覆部分至少包括基于二氧化硅的玻璃；以及
拉制预制件以产生光纤。
45.如权利要求44所述的方法，其中，形成掺杂剂的渐变式浓度分布包括用负掺杂剂对多孔预制件纤芯进行掺杂，其中，掺杂形成了负掺杂剂的渐变式浓度分布，其中，负掺杂剂的浓度在多孔预制件纤芯的外半径处最大并且随着半径的减小而减小。
46.如权利要求45所述的方法，其中，负掺杂剂是氟。
47.如权利要求44所述的方法，其中，在多孔预制件纤芯中形成掺杂剂的渐变式浓度分布包括：
用正掺杂剂对多孔预制件纤芯进行掺杂以产生具有均匀浓度的正掺杂剂的经掺杂的多孔预制件纤芯；以及
使得经掺杂的多孔预制件纤芯与氧化气氛接触，其中，与氧化气氛的接触导致经掺杂的多孔预制件纤芯的外表面处的正掺杂剂氧化从而从经掺杂的多孔预制件纤芯的外表面去除了正掺杂剂以产生正掺杂剂的渐变式浓度分布，其中，正掺杂剂的浓度在多孔预制件纤芯的中心处最大并且随着半径的增加而减小。
48.如权利要求47所述的方法，其中，正掺杂剂是氯。
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