CN115542454A - 一种超低损耗单模光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超低损耗单模光纤，包括有芯层和包层，所述的包层由内向外依次为内包层，下陷包层，辅助外包层和外包层，其特征在于所述的芯层包括有内芯层和外芯层，所述的内芯层半径R1为1～3μm，相对折射率差△n1为‑0.10％～0.22％，所述的外芯层半径R2为4～6μm，相对折射率差△n2为‑0.20％～0.13％，且△n1>△n2，所述的内包层半径R3为7～12μm，相对折射率差Δn3为‑0.20％～‑0.35％，所述的下陷包层半径R4为13～16μm，相对折射率差Δn4为‑0.40％～‑0.60％，所述的辅助外包层半径R5为38～47μm，相对折射率差△n5为‑0.30％～‑0.39％，所述的外包层为纯二氧化硅玻璃层。本发明通过掺杂浓度的渐变，减少突变应力，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，进一步降低衰减。

Description

一种超低损耗单模光纤
技术领域
本发明涉及一种超低损耗单模光纤，属于光通信技术领域。
背景技术
随着全球范围内5G建设的迅猛开展，光通信网络向长距离，大容量，大速率方向发展。通信网络向着下一代系统迈进，具有大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的基础。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，使宽带成为一种必不可少的基础设施。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，因此低衰减光纤成为目前研究和使用的热点。
光纤的衰减系数是光纤最重要的性能指标之一，很大程度上决定着光纤通信的中继站距离。在长距离的光纤传输中，光纤的衰减系数越小，其传输光信号的距离就越远，从而大大较少中继站的设置，极大的降低运营成本，所以降低光功率损耗，减小光纤非线性效应的影响就成为光纤通信的发展方向。
通信光纤的主要成分是高纯SiO2，光纤由光纤预制棒拉丝而成，光纤预制棒内部结构分为芯层和包层，芯层的折射率较大，包层的折射率较小，光主要在光纤芯层中传输，芯层中通常掺入锗来提高玻璃折射率，包层中通常掺入氟来降低折射率，获得合适的折射率差，从而获得所需要的光通信性能。
超低衰减光纤芯层一般是锗/氟共掺结构，在芯层折射率差不变的情况下，可以通过掺氟和掺碱金属盐来平衡石英粘度，实现最低的衰减，在光纤芯层中加入少量碱金属掺杂时，能够增加光纤拉丝时玻璃的粘性流动，可以降低密度波动造成的瑞利散射损耗，从而降低光纤的衰减。
除瑞利散射损耗的影响外，因为光纤芯层和包层需要存在折射率差异，内部掺杂元素差异大，在芯层和内包层之间会产生一个突变的区域，在该区域，光纤粘度差异大，该粘度差异会引起芯层和包层之间的应力差异，差异越大，光纤的衰减会越大。因此如何很好的解决不同部分之间的粘度差异，是继续降低光纤衰减的一个方向。
发明内容
以下为本发明中涉及的一些术语的定义和说明：
从光纤纤芯轴线开始算起，根据折射率的变化，定义为最靠近轴线的那层为纤芯层，光纤的最外层即纯二氧化硅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 BDA0003915401200000021
其中ni为纤芯的折射率，而nc为外包层折射率，即纯二氧化硅的折射率。
光纤芯层Ge掺杂的相对折射率贡献量ΔGe由以下方程式定义，
Figure BDA0003915401200000022
其中nGe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，而nc为最外包层折射率，即纯二氧化硅的折射率。氟掺杂的的相对折射率贡献量含义与其相同。
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种超低损耗单模光纤，该光纤通过掺杂浓度的渐变，减少突变应力，进一步降低衰减。
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，所述的包层由内向外依次为内包层，下陷包层，辅助外包层和外包层，其特征在于所述的芯层包括有内芯层和外芯层，所述的内芯层半径R1为1～3μm，相对折射率差△n1为-0.10％～0.22％，所述的外芯层半径R2为4～6μm，相对折射率差△n2为-0.20％～0.13％，且△n1>△n2，所述的内包层半径R3为7～12μm，相对折射率差Δn3为-0.20％～-0.35％，所述的下陷包层半径R4为13～16μm，相对折射率差Δn4为-0.40％～-0.60％，所述的辅助外包层半径R5为38～47μm，相对折射率差△n5为-0.30％～-0.39％，所述的外包层为纯二氧化硅玻璃层。
按上述方案，所述外芯层半径于内芯层半径之比R2:R1为1.25～4.0，优选的R2：R1≈2:1。
按上述方案，所述的内芯层为纯二氧化硅玻璃层，相对折射率差△n1为0，所述的外芯层相对折射率差△n2为-0.005％～-0.15％。
按上述方案，所述的内芯层相对折射率差△n1为0.005％～0.2％，所述的外芯层为纯二氧化硅玻璃层，相对折射率差△n2为0。
按上述方案，所述的内芯层相对折射率差△n1为0.01％～0.14％，，所述的外芯层相对折射率差△n2为为0.005％～0.10％。
按上述方案，所述的芯层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层，其中内芯层掺锗的相对折射率贡献量为0～0.15％，掺氟的相对折射率贡献量为-0.01％～-0.10％，外芯层掺锗的相对折射率贡献量为0～0.15％，掺氟的对相对折射率贡献量为-0.02％～-0.14％。
按上述方案，所述的内包层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层，其中掺氟的对相对折射率贡献量为-0.30％～-0.36％。
按上述方案，所述的芯层掺杂有碱金属，所述的掺杂碱金属为NaBr、KF、KBr、NaF中的一种或几种。
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，所述光纤在波长1550nm处的色散等于或小于18.6ps/nm*km且等于或大于13.3ps/nm*km，所述光纤在波长1550nm处的色散斜率为0.073-0.092ps/nm2*km。优选的，色散斜率是0.085ps/nm2*km。
按上述方案，所述光纤在波长1550nm处的衰减等于或小于0.174dB/km；优选条件下等于或小于0.164dB/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0.204dB/km；优选条件下等于或小于0.190dB/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3dB/km。
按上述方案，所述光纤以30mm半径弯曲100圈，在波长1625nm处的宏弯损耗等于或小于0.05dB/km，优选的等于或小于0.04dB/km。
本发明的有益效果在于：1.光纤芯层为内凸的双芯层结构，使光纤拉丝时层间应力降低，结合芯层相对折射率差接近0，可减少芯层畸变，降低光纤的衰减；2.芯层为锗、氟和碱金属掺杂，芯层中加入碱金属掺杂以对芯层粘度进行优化，借助芯包层结构合理设计，从而降低光纤的瑞利散射系数，并进一步降低衰减；3.光纤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；4.从芯层到内包层采用相对折射率差由内向外呈阶梯递减，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，可提高生产效率，降低光纤的成本，适于大规模生产。
附图说明
图1为本发明第一种实施例的折射率剖面结构图。
图2为本发明第二种实施例的折射率剖面结构图。
图3为本发明第三种实施例的折射率剖面结构图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明。
光纤由内向外包括芯层、内包层、下陷包层、辅助外包层和外包层，所述的芯层包括有内芯层和外芯层，芯层为锗氟及碱共掺的二氧化硅玻璃层；内包层紧密围绕芯层，所述的内包层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层；下陷内包层紧密围绕内包层，由掺氟二氧化硅石英玻璃组成；下陷包层外包绕辅助外包层，辅助外包层为全掺氟二氧化硅玻璃层；辅助外包层外包绕外包层，所述外包层为纯二氧化硅玻璃层，外包层的直径为125μm。所述的内芯层半径为r1，相对折射率差为Δn1，所述的外芯层半径为r2，相对折射率差为Δn2，所述的内包层半径为r3，相对折射率差为Δn3，所述的下陷包层半径为r4，相对折射率差为Δn4，所述的辅助外包层半径为r5，相对折射率差Δn5，所述的外包层半径为r6，相对折射率差Δn6。
表一中所列为本发明优选的实施例中的剖面参数。
表二中所列的为对应所述光纤的传输特性。
表一
Figure BDA0003915401200000041
表二
Figure BDA0003915401200000051

Claims (14)

1.一种超低损耗单模光纤，包括有芯层和包层，所述的包层由内向外依次为内包层，下陷包层，辅助外包层和外包层，其特征在于所述的芯层包括有内芯层和外芯层，所述的内芯层半径R1为1～3μm，相对折射率差△n1为-0.10％～0.22％，所述的外芯层半径R2为4～6μm，相对折射率差△n2为-0.20％～0.13％，且△n1>△n2，所述的内包层半径R3为7～12μm，相对折射率差Δn3为-0.20％～-0.35％，所述的下陷包层半径R4为13～16μm，相对折射率差Δn4为-0.40％～-0.60％，所述的辅助外包层半径R5为38～47μm，相对折射率差△n5为-0.30％～-0.39％，所述的外包层为纯二氧化硅玻璃层。
2.按权利要求1所述的超低损耗单模光纤，其特征在于所述外芯层半径于内芯层半径之比R2:R1为1.25～4.0。
3.按权利要求1或2所述的超低损耗单模光纤，其特征在于所述的内芯层为纯二氧化硅玻璃层，相对折射率差△n1为0，所述的外芯层相对折射率差△n2为-0.005％～-0.15％。
4.按权利要求1或2所述的超低损耗单模光纤，其特征在于所述的内芯层相对折射率差△n1为0.005％～0.2％，所述的外芯层为纯二氧化硅玻璃层，相对折射率差△n2为0。
5.按权利要求1或2所述的超低损耗单模光纤，其特征在于所述的内芯层相对折射率差△n1为0.01％～0.14％，所述的外芯层相对折射率差△n2为0.005％～0.10％。
6.按权利要求1或2所述的超低损耗单模光纤，其特征在所述的芯层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层，其中内芯层掺锗的相对折射率贡献量为0～0.15％，掺氟的相对折射率贡献量为-0.01％～-0.10％，外芯层掺锗的相对折射率贡献量为0～0.15％，掺氟的对相对折射率贡献量为-0.02％～-0.14％。
7.按权利要求1或2所述的超低损耗单模光纤，其特征在于所述的内包层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃层，其中掺氟的对相对折射率贡献量为-0.30％～-0.36％。
8.按权利要求6所述的超低损耗单模光纤，其特征在于所述的芯层掺杂有碱金属，所述的掺杂碱金属为NaBr、KF、KBr、NaF中的一种或几种。
9.按权利要求1或2所述的超低损耗单模光纤，其特征在于所述光纤的成缆截止波长等于或小于1260nm。
10.按权利要求1或2所述的超低损耗单模光纤，其特征在于所述光纤在波长1550nm处的色散等于或小于18.6ps/nm*km且等于或大于13.3ps/nm*km，所述光纤在波长1550nm处的色散斜率为0.073-0.092ps/nm2*km。
11.按权利要求1或2所述的超低损耗单模光纤，其特征在于所述光纤在波长1550nm处的衰减等于或小于0.174dB/km。
12.按权利要求1或2所述的超低损耗单模光纤，其特征在于所述光纤在波长1625nm处的衰减等于或小于0.204dB/km。
13.按权利要求1或2所述的超低损耗单模光纤，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。
14.按权利要求1或2所述的超低损耗单模光纤，其特征在于所述光纤以30mm半径弯曲100圈，在波长1625nm处的宏弯损耗等于或小于0.05dB/km。
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