CN115335742A

CN115335742A - 光纤

Info

Publication number: CN115335742A
Application number: CN202180024028.7A
Authority: CN
Inventors: 武笠和则; 竹内修悟
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2022-11-11
Also published as: US11899239B2; US20230020502A1; WO2021193260A1; JPWO2021193260A1; EP4130819A4; EP4130819A1

Abstract

本发明的目的在于提供一种容易实现低传输损耗且低弯曲损耗，并且容易制造的光纤。光纤(10)具备：中心芯部(11)；中间层(12)，形成于所述中心芯部的外周；芯部，具有形成于所述中间层的外周的沟槽层(13)；和包层部(14)，形成于所述芯部的外周，所述中心芯部不含有锗(Ge)，如果设所述中心芯部相对于纯石英玻璃的平均的最大相对折射率差为Δ1，所述中间层相对于纯石英玻璃的平均相对折射率差为Δ2，所述沟槽层相对于纯石英玻璃的平均相对折射率差为Δ3，则Δ1＞Δ2＞Δ3成立且Δ1为0.05％以上，所述中间层(12)、所述沟槽层(13)以及所述包层部(14)包括仅添加有氟(F)以及氯(Cl)的石英系玻璃。

Description

光纤

技术领域

本发明涉及光纤。

背景技术

公开了用于在光纤中实现低传输损耗、低弯曲损耗的特性的各种技术。例如，在专利文献1、2中，公开了如下技术：通过采用单峰型、W型的折射率曲线，对在芯部添加的掺杂剂进行调整而使折射率接近纯石英玻璃的折射率，从而实现低传输损耗的技术。此外，在专利文献3中，公开了通过采用沟槽型的折射率曲线，并且使沟槽层的折射率较低，从而实现低弯曲损耗的技术。

然而，难以同时实现使芯部的折射率接近纯石英玻璃的折射率的技术和降低沟槽层的折射率的技术。与此相对，在专利文献4中公开了如下技术：在采用沟槽型的折射率曲线的同时，通过在沟槽层中共掺杂氟(F)和硼(B)，从而实现低弯曲损耗。

另外，作为与光纤的低弯曲损耗相关的标准，公知有由ITU-T(国际电信联盟)G.657定义的标准(以下，有时记载为G.657标准等)。例如，在G.657.A1标准中，规定了以直径20mm弯曲的情况下的波长1550nm处的弯曲损耗为0.75dB/turn以下。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第00/042458号

专利文献2：JP特表2018-516386号公报

专利文献3：JP特开2012-027454号公报

专利文献4：JP特表2012-514772号公报

发明内容

-发明所要解决的课题-

然而，在沟槽层中共掺杂F和B的技术由于制造工序复杂，因而光纤的制造的难度变高。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种容易实现低传输损耗且低弯曲损耗并且容易制造的光纤。

-用于解决课题的手段-

为了解决上述的课题并实现目的，本发明的一个方式的光纤具备：中心芯部；中间层，包围所述中心芯部的外周；沟槽层，包围所述中间层的外周；和包层部，包围所述沟槽层的外周，所述中心芯部包括不含有锗(Ge)的石英系玻璃，如果设所述中心芯部相对于纯石英玻璃的平均的最大相对折射率差为Δ1，所述中间层相对于纯石英玻璃的平均相对折射率差为Δ2，所述沟槽层相对于纯石英玻璃的平均相对折射率差为Δ3，所述包层部相对于纯石英玻璃的平均相对折射率差为ΔClad，则Δ1＞Δ2＞Δ3且ΔClad＞Δ3成立，Δ1为0.05％以上，所述中间层、所述沟槽层以及所述包层部包括仅添加有氟(F)以及氯(Cl)的石英系玻璃，所述中心芯部的芯直径为7.7μm以上且8.7μm以下，波长1310nm处的模场直径为8.6μm以上且9.2μm以下，缆线截止波长为1260nm以下，波长1550nm处的传输损耗为0.18dB/km以下。

ΔClad可以小于0％。

以直径20mm弯曲的情况下的波长1550nm处的弯曲损耗可以为0.75dB/turn以下。

零色散波长可以为1300nm以上且1324nm以下，所述零色散波长下的色散斜率也可以为0.092ps/nm²/km以下。

Δ1-ΔClad可以为0.34％以上且0.40％以下，|Δ3-ΔClad|也可以为0.26％以下。

Δ2-ΔClad也可以为-0.05％以上且0.05％以下。

在将所述中心芯部的芯直径设为2a，将所述沟槽层的内径、外径分别设为2b、2c时，b/a可以为1.8以上且4.0以下，c/a也可以为3.4以上且7.0以下。

所述中心芯部的芯直径被设定为缆线截止波长可以为1000nm以上且1260nm以下。

所述中心芯部可以包括添加有氯(Cl)、氟(F)、钾(K)以及钠(Na)中的至少一者的石英系玻璃。

-发明效果-

根据本发明，起到能够实现容易实现低传输损耗且低弯曲损耗、并且容易制造的光纤的效果。

附图说明

图1为实施方式所涉及的光纤的示意性剖视图。

图2为实施方式所涉及的光纤的折射率曲线的示意图。

图3为表示(Δ1-ΔClad)与弯曲损耗的关系的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。另外，并不通过以下说明的实施方式来限定本发明。此外，在各附图中，对相同或者对应的构成要素适当赋予相同的符号。此外，在本说明书中，所谓截止波长或者有效截止波长是指由ITU-T G.650.1定义的缆线截止波长。此外，除此之外关于本说明书中没有特别定义的用语按照G.650.1以及G.650.2中的定义、测量方法得到。

(实施方式)

图1为实施方式所涉及的光纤的示意性剖视图。光纤10包括石英系玻璃，具备中心芯部11、包围中心芯部11的外周的中间层12、包围中间层12的外周的沟槽层13、包围沟槽层13的外周的包层部14。另外，光纤10也可以具备将包层部14的外周包围的被覆层。

图2为表示光纤10的折射率曲线的图。曲线P11为中心芯部11的折射率曲线，具有所谓的阶梯型。曲线P12为中间层12的折射率曲线。曲线P13为沟槽层13的折射率曲线。曲线P14为包层部14的折射率曲线。

在此，中心芯部11的折射率曲线不仅为几何学上理想的形状的阶梯型，还存在成为顶部的形状不平坦而通过制造特性形成凹凸，或从顶部引出下摆那样的形状的情况。在该情况下，制造设计上的中心芯部11的芯直径2a的范围内的、折射率曲线的顶部且大致平坦的区域的折射率成为决定Δ1的指标。

对光纤10的构造参数进行说明。如上所述，中心芯部11的芯直径为2a。此外，中间层12的外径即沟槽层13的内径为2b，沟槽层13的外径为2c。因此，沟槽层13的宽度(沟槽宽度)为(c-b)。

此外，中心芯部11的平均的最大折射率相对于纯石英玻璃的折射率的相对折射率差(最大相对折射率差)为Δ1。中间层12的折射率相对于纯石英玻璃的折射率的平均相对折射率差为Δ2。沟槽层13的折射率相对于纯石英玻璃的折射率的平均相对折射率差为Δ3。包层部14的折射率相对于纯石英玻璃的折射率的平均相对折射率差为ΔClad。在此，所谓纯石英玻璃为实质上不包括使折射率变化的掺杂剂，作为波长1550nm时的折射率为约1.444的极高纯度的石英玻璃。

关于Δ1、Δ2、Δ3、ΔClad，Δ1＞Δ2＞Δ3并且ΔClad＞Δ3成立。即，光纤10具有沟槽型的折射率曲线。此外，本实施方式中，ΔClad小于0％。

对光纤10的构成材料进行说明。中心芯部11包括不含有作为提高折射率的折射率调整用的掺杂剂而通常被使用的锗(Ge)的石英系玻璃。例如，中心芯部11包括氯(Cl)、氟(F)、钾(K)以及钠(Na)中的至少一者、例如两个以上作为掺杂剂。F为使石英玻璃的折射率降低的掺杂剂，Cl、K以及Na为使石英玻璃的折射率上升的掺杂剂。通过这些掺杂剂的之一或者两个以上的组合来调整折射率，从而中心芯部11的Δ1成为0.05％以上。用于将Δ1设为0.05％以上的掺杂剂并不限定于此，但优选不是如Ge那样使瑞利散射增加的掺杂剂。

另一方面，中间层12、沟槽层13以及包层部14包括仅添加了F以及Cl的石英系玻璃。通过由这些掺杂剂调整折射率，从而中心芯部11的Δ1为0.05％以上。通过由这些掺杂剂调整折射率，从而Δ1＞Δ2＞Δ3并且ΔClad＞Δ3成立。

本实施方式所涉及的光纤10，中心芯部11的Δ1为较低的0.05％以上，因而瑞利散射损耗被相对地抑制，容易减小传输损耗。此外，光纤10的折射率曲线为Δ1＞Δ2＞Δ3且ΔClad＞Δ3z这样的沟槽型，由于中间层12、沟槽层13以及包层部14包括仅添加有F以及Cl的石英系玻璃，因而容易实现低弯曲损耗，并且容易制造。

使中心芯部11、中间层12、沟槽层13以及包层部14包括上述的掺杂剂这一点，通过采用了VAD(Vapor Axial Deposition)法、OVD(Outside Vapor Deposition)法等公知的方法制造光纤母材，并根据该光纤母材制造光纤10而能够容易地实现。例如，关于F、K、Na等掺杂剂，通过在煤烟(soot)的合成时采用包括掺杂剂的气体，从而能够添加到光纤母材中。此外，关于Cl，通过使在脱水工序中采用的氯气残留，从而能够添加到光纤母材。此外，关于F，通过在玻璃化烧结结构中流动氟气而能够添加到光纤母材。

另外，如果使中心芯部11的Δ1小于0.05％，则容易更加减小传输损耗，但为了实现低弯曲损耗而需要将沟槽层13的折射率设定得更低，因而制造困难。

在光纤10中，例如能够使波长1550nm下的传输损耗为0.18dB/km以下。此外，在光纤10中，例如能够使以直径20mm弯曲的情况下的波长1550nm下的弯曲损耗为0.75dB/turn以下，能够满足G.657.A1标准。另外，以下有时将以直径20mm弯曲的情况下的波长1550nm下的弯曲损耗仅记载为弯曲损耗。

此外，在光纤10中，使波长1310nm下的模场直径(MFD)为8.6μm以上且9.2μm以下，能够设缆线截止波长(λcc)为1260nm以下。由此，在光纤10中，关于MFD、λcc，对G.652标准或者G657标准的适合性高。在该情况下，优选中心芯部11的芯直径2a被设定为缆线截止波长成为1000nm以上且1260nm以下。此外，如果缆线截止波长为1000nm以上，则从减小宏弯损耗的观点考虑是优选的。

关于用于使光纤10满足上述光学特性的Δ1、ΔClad的条件例如为Δ1-ΔClad为0.34％以上且0.40％以下。

以下，参照仿真计算的结果来说明实施方式所涉及的光纤。

图3为表示(Δ1-ΔClad)与弯曲损耗的关系的一例的图。图3将Δ1-ΔClad设定为0.34％以上且0.40％以下的各种值，进而使Δ2、Δ3、2a、b/a、c/a等参数全面地变化为各种值并进行组合来进行光学特性的计算。

如图3所示那样，确认了在Δ1-ΔClad为0.34％以上且0.40％以下的情况下，通过参数的各种组合，能够为0.75dB/turn以下，进而也能够满足G.657.A2标准的0.1dB/turn以下。此外，确认了为了使弯曲损耗为0.75dB/turn以下，例如优选|Δ3-ΔClad|为0.25％以下，Δ2-ΔClad为-0.05％以上且0.05％以下，b/a为1.8以上且4.0以下，或者、c/a为3.4以上且7.0以下。

此外，在将弯曲损耗设为0.75dB/turn以下而优选的条件下，得到了如下特性：零色散波长为1300nm以上且1324nm以下，零色散波长下的色散斜率为0.092ps/nm²/km以下，进而色散斜率为0.073ps/nm²/km以上。这些特性是对G.652标准或G657标准的适合性高的特性。

进而，在表1以及表2中示出关于以各种Δ1、Δ2、Δ3、ΔClad、b/a、c/a、2a的数值的组合进行设计而制造的、样品编号No.1～34的光纤的传输损耗、弯曲损耗、MFD、λcc的测量结果。另外，关于添加到芯部的芯掺杂剂也设定为各种各样。例如，Cl₂+F为将氯和氟进行芯掺杂而采用的情况，K+Na+Cl₂为将钾、钠和氯进行芯掺杂而采用的情况。

如表1以及表2所示那样，得到以下的期望特性，即Δ1为0.05％以上，ΔClad小于0％，b/a为1.8以上且4.0以下，c/a为3.4以上且7.0以下，Δ1-ΔClad为0.34％以上且0.40％以下，|Δ3-ΔClad|为0.26％以下，Δ2-ΔClad为-0.05％以上且0.05％以下，中心芯直径为7.7μm以上且8.7μm以下，Δ2为-0.32％以上且-0.19％以下，Δ3为-0.55％以上且-0.39％以下，Δclad为-0.32％以上且-0.19％以下，传输损耗为0.18dB/km以下，弯曲损耗为1.6dB/m以下即0.75dB/turn以下，MFD为8.6μm以上且9.2μm以下，λcc为1000nm以上且1260nm以下。另外，Δ3为-0.55％以上，使应添加F的量较少，并且达到能够容易地添加的程度。

表1以及表2所示的各个数值，如以下例所示那样在说明书中被明示出。关于以下作为例子举出的样品编号以外的样品编号，在表1以及表2中记载的数值与以下同样地被记载在说明书中。

即，例如，在表2中的样品编号“No.19”中，Δ1为0.12％，Δ2为-0.25％，Δ3为-0.43％，Δclad为-0.25％，Δ1-ΔClad为0.37％，Δ2-Δclad为0％，|Δ3-ΔClad|为0.18％，b/a为2.2，c/a为4，2a为8.3μm，芯掺杂剂为氯(Cl₂)，波长1550nm处的传输损耗为0.17dB/km，以直径20mm弯曲的情况下的波长1550nm处的弯曲损耗为1.1dB/m，MFD为8.82μm，λcc为1248nm。

此外，例如，在样品编号“No.20”中，Δ1为0.08％，Δ2为-0.29％，Δ3为-0.45％，Δclad为-0.29％，Δ1-ΔClad为0.37％，Δ2-Δclad为0％，|Δ3-ΔClad|为0.16％，b/a为2.2，c/a为4，2a为8.3μm，芯掺杂剂为Cl₂，波长1550nm处的传输损耗为0.17dB/km，以直径20mm弯曲的情况下的波长1550nm处的弯曲损耗为1.6dB/m，MFD为8.83μm，λcc为1241nm。

进而，例如，在样品编号“No.27”中，Δ1为0.09％，Δ2为-0.28％，Δ3为-0.4％，Δclad为-0.28％，Δ1-ΔClad为0.37％，Δ2-Δclad为0％，|Δ3-ΔClad|为0.12％，b/a为3，c/a为5，2a为8.2μm，芯掺杂剂为Cl₂，波长1550nm处的传输损耗为0.166dB/km，以直径20mm弯曲的情况下的波长1550nm处的弯曲损耗为1.5dB/m，MFD为8.84μm，λcc为1250nm。

【表1】

【表2】

另外，不通过上述实施方式限定本发明。适当组合上述的各构成要素而构成的情况也包含在本发明中。此外，本领域技术人员能够容易地导出进一步的效果、变形例。因而，本发明的更广泛的方式不限于上述实施方式，能进行各种变更。

产业上的可利用性

本发明所涉及的光纤能够适用于数据通信、电信等光通信的领域。

-符号说明-

10：光纤

11：中心芯部

12：中间层

13：沟槽层

14：包层部

P11、P12、P13、P14：曲线。

Claims

1.一种光纤，具备：

中心芯部；

中间层，包围所述中心芯部的外周；

沟槽层，包围所述中间层的外周；和

包层部，包围所述沟槽层的外周，

所述中心芯部包括不含有锗Ge的石英系玻璃，

如果设所述中心芯部相对于纯石英玻璃的平均的最大相对折射率差为Δ1，所述中间层相对于纯石英玻璃的平均相对折射率差为Δ2，所述沟槽层相对于纯石英玻璃的平均相对折射率差为Δ3，所述包层部相对于纯石英玻璃的平均相对折射率差为ΔClad，则Δ1＞Δ2＞Δ3且ΔClad＞Δ3成立，

Δ1为0.05％以上，

所述中间层、所述沟槽层以及所述包层部包括仅添加有氟F以及氯Cl的石英系玻璃，

所述中心芯部的芯直径为7.7μm以上且8.7μm以下，

波长1310nm处的模场直径为8.6μm以上且9.2μm以下，缆线截止波长为1260nm以下，

波长1550nm处的传输损耗为0.18dB/km以下。

2.根据权利要求1所述的光纤，其中，

ΔClad小于0％。

3.根据权利要求1或2所述的光纤，其中，

以直径20mm弯曲的情况下的波长1550nm中的弯曲损耗为0.75dB/turn以下。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的光纤，其中，

零色散波长为1300nm以上且1324nm以下，所述零色散波长下的色散斜率为0.092ps/nm²/km以下。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的光纤，其中，

Δ1-ΔClad为0.34％以上且0.40％以下，|Δ3-ΔClad|为0.26％以下。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的光纤，其中，

Δ2-ΔClad为-0.05％以上且0.05％以下。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的光纤，其中，

在将所述中心芯部的芯直径设为2a，将所述沟槽层的内径、外径分别设为2b、2c时，b/a为1.8以上且4.0以下，c/a为3.4以上且7.0以下。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的光纤，其中，

所述中心芯部的芯直径被设定为缆线截止波长为1000nm以上且1260nm以下。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的光纤，其中，

所述中心芯部包括添加有氯(C1)、氟(F)、钾(K)以及钠(Na)中的至少一者的石英系玻璃。