CN115552298A - 改善了微弯曲的直径减小的光纤 - Google Patents

改善了微弯曲的直径减小的光纤 Download PDF

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CN115552298A CN202180033265.XA CN202180033265A CN115552298A CN 115552298 A CN115552298 A CN 115552298A CN 202180033265 A CN202180033265 A CN 202180033265A CN 115552298 A CN115552298 A CN 115552298A
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Abstract

提供的光纤(10)包含纤芯区域(12)和包层区域(14)。纤芯区域(12)由掺杂了氯和/或碱金属的二氧化硅玻璃形成。包层区域(14)围绕纤芯区域(12)且包括与纤芯区域直接相邻的内包层、围绕内包层的外包层以及在径向方向上布置在内包层与外包层之间的凹槽区域。凹槽区域具有约30％Δ‑微米2或更大的体积。此外，光纤具有1550nm处约100微米2或更小的有效面积。

Description

改善了微弯曲的直径减小的光纤
本申请要求2020年4月3日提交的荷兰专利申请第2025269号的优先权权益，其要求2020年3月18日提交的美国临时专利申请系列号62/991,231的优先权，本文以它们的内容作为基础并将其全文通过引用结合入本文。
技术领域
本公开内容属于光纤。更具体来说，本公开内容属于构造成用于海底环境的光纤光缆。最具体来说，本公开内容属于在没有明显增加微弯曲敏感性的情况下直径减小的光纤。
背景技术
海底光缆设计成承载横跨陆地大洋和海洋的电信信号。在过去数年间，海底光缆上的电信信号急剧增加，目前这些光缆上承载了超过90％的洲际通讯信号。因此，由于受到不同大洲之间的互联网通讯增长的驱动，增加了对于此类海底光缆传输能力的需求。
增加海底光缆传输能力的传统方案包括波分复用来增加传输通道数量以及先进调制格式来增加每个通道上的数据速率。然而，通道数量和通道数据速率接近实践极限，因此使得这些方案不再实用。增加海底光缆的传输能力的另一种可行方案是通过增加光缆的整体直径来增加光缆内的光纤数量。然而，由于为了提供光缆的方便布置使得海底光缆的直径受限，这种方案也不再实用。由于重量增加以及布置海面下光缆的轮船的储存能力有限，增加海底光缆的直径使得对于光缆的管理更为困难。
发明内容
本公开内容提供的光纤具有减小的直径从而增加海底光缆中的光纤数量，因此实现了将海底光缆的直径保持在可接受的尺寸以便于部署。具体来说，本文公开的光纤具有降低的玻璃直径和/或降低的涂层厚度，同时仍然维持了长距离传输所需的微弯曲特性。更具体来说，此处公开的光纤提供了低衰减、低微弯曲敏感性以及紧凑形式下的高抗穿刺性。减小的玻璃直径和/或减小的涂层厚度可以用于增加标准海底光缆设计中的光纤密度。如本文所公开的此类直径减小的光纤的微弯曲性质是通过如下方式实现的：使得光纤的涂层性质与折射率分布中的凹陷包层的尺寸共同优化，以抑制光学信号的泄漏。尽管具有较小的横截面面积，但是更高模量的次级涂层改善了光纤的耐穿刺性和可操作性。
本说明书延伸至具有包含掺杂了氯和/或碱金属的二氧化硅玻璃的纤芯区域的光纤。光纤还包括：围绕纤芯区域的包层区域，所述包层区域包括与纤芯区域直接相邻的内包层，围绕内包层的外包层，以及在径向方向上布置在内包层与外包层之间的凹槽区域，所述凹槽区域具有约30％Δ-微米2或更大的体积。此外，光纤具有1550nm处约100微米2或更小的有效面积。
本说明书还延伸至具有包含掺杂了氯和/或碱金属的二氧化硅玻璃的纤芯区域以及围绕纤芯区域的包层区域的光纤。包层区域包括与纤芯区域直接相邻的内包层、围绕内包层的外包层以及在径向方向上布置在内包层与外包层之间的凹槽区域，所述凹槽区域具有约30％Δ-微米2或更大的体积。光纤还包括环绕了包层区域的初级涂层和环绕了初级涂层的次级涂层。初级涂层具有约0.5MPa或更小的原位模量，而次级涂层具有约1500MPa或更大的原位模量。次级涂层的直径约为210微米或更小。
本说明书还延伸至多纤芯光纤，其具有：包含掺杂了氯和/或碱金属的二氧化硅玻璃的第一纤芯，围绕第一纤芯的第一内包层，以及围绕第一内包层且包含体积约为30％Δ-微米2或更大的第一凹槽区域的第一外包层。此外，多纤芯光纤具有：包含掺杂了氯和/或碱金属的二氧化硅玻璃的第二纤芯，围绕第二纤芯的第二内包层，以及围绕第二内包层且包含体积约为30％Δ-微米2或更大的第二凹槽区域的第二外包层。共用包层围绕第一纤芯和第二纤芯。此外，第一纤芯和第二纤芯分别具有1550nm处约100微米2或更小的有效面积。
在以下的详细描述中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域技术人员而言是容易理解的，或通过实施文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。
要理解的是，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。
所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图是对本公开内容所选择方面的示意，并且与说明书一起用来对属于本公开内容的方法、产品和组合物的原理与操作进行解释。
附图说明
图1是根据本公开内容实施方式的经涂覆的光纤的示意图；
图2是根据本公开内容实施方式的光纤带的示意图；
图3是根据本公开内容实施方式的光纤光缆的示意图；
图4是根据本公开内容实施方式的光纤的横截面示意图；
图5显示根据本公开内容实施方式的光纤的相对折射率分布；
图6A-6E显示根据本公开内容实施方式的光纤的相对折射率分布；
图7显示对于两种光纤的辐射损耗与包层半径的关系图；
图8A显示根据本公开内容实施方式的多纤芯光纤的示意图；
图8B显示根据本公开内容实施方式的多纤芯光纤的示意图；
图8C显示根据本公开内容实施方式的多纤芯光纤的示意图；
图9显示根据本公开内容实施方式的多纤芯光纤的示意图；
图10显示对于三种多纤芯光纤的串扰与纤芯间距关系图；以及
图11显示根据本公开内容实施方式的多纤芯光纤的纤芯的相对折射率分布。
具体实施方式
提供的本公开内容作为实现教导，并且可以通过参考以下描述、附图、实施例和权利要求更容易地理解。为此，本领域技术人员会意识和体会到，可以对本文所述的实施方式的各个方面进行各种变化，同时仍然获得有益结果。还显而易见的是，本实施方式所需的有益结果中的一部分可以通过选择一些特征而不利用其他的特征来获得。因此，本领域技术人员会认识到，许多更改和修改都是可能的，在某些情况下甚至是希望的，并且是本公开的一部分。因此，要理解的是，除非另有说明，否则本公开内容不限于所揭示的具体组合物、制品、装置和方法。还要理解的是，本文所使用的术语的目的仅为了描述特定的方面而不是限制性的。
在本说明书和下面的权利要求书中提到许多术语，这些术语应定义为具有以下含义：
“光纤”指的是玻璃部分围绕有涂层的波导。玻璃部分包括纤芯和包层，并且在本文中被称作“玻璃纤维”。
“径向位置”、“半径”或者径向坐标“r”指的是相对于光纤的中心线(r＝0)的径向位置。
除非另有说明，否则“折射率”指的是1550nm波长处的折射率。
“折射率分布”是折射率或相对折射率与半径之间的关系。对于本文所示的在相邻纤芯和/或包层区域之间具有阶梯式边界的相对折射率分布，处理条件的正常变化可排除在相邻区域的界面处获得锋利阶梯式边界。要理解的是，虽然本文可能将折射率分布的边界显示为折射率的阶梯式变化，但是实践中，边界可能是圆化的或者任意其他方式偏离完美阶梯式功能特性。还要理解的是，在纤芯区域和/或任意包层区域内，相对折射率值可能随着径向位置发生变化。当在光纤的特定区域(例如，纤芯区域和/或任意包层区域)内，相对折射率随着径向位置发生变化时，它可以用其实际或近似的函数依赖性，或其在区域内的特定位置的值进行表示，或者以适用于该区域整体的平均值进行表示。除非另有说明，否则如果区域(例如，纤芯区域和/或任意包层区域)的相对折射率以单值或者作为适用于该区域作为整体的参数(例如，Δ或Δ％)进行表述时，要理解的是，该区域中的相对折射率是恒定的或者近似恒定的，并且对应于该单值，或者该单值或参数表示依赖于该区域中的径向位置的非恒定相对折射率的平均值。例如，如果“i”是玻璃纤维的一个区域，除非另有说明，否则参数Δi指的是该区域中通过如下等式(1)所定义的相对折射率的平均值。无论是通过设计还是正常制造变化的结果，相对折射率对于径向位置的依赖性可能是倾斜的、弯曲的、或者任意其他方式非恒定的。
如本文所用，“相对折射率”如等式(1)所定义：
Figure BDA0003926989960000041
除非另外说明，否则式中ni是玻璃纤维中径向位置ri处的折射率；以及除非另外说明，否则nref是纯二氧化硅玻璃的折射率。因此，如本文所用，相对折射率百分比是相对于(在1500nm波长处的数值为1.444的)纯二氧化硅玻璃而言。除非另有说明，否则，如本文所用的相对折射率用Δ(或“Δ”)或者Δ％(或“Δ％”)表示，其数值的单位是“％”。相对折射率也可以表示为Δ(r)或Δ(r)％。
光纤的一个区域的平均相对折射率(Δ平均)由等式(2)决定：
Figure BDA0003926989960000051
式中，r内是该区域的内半径，r外是该区域的外半径，以及Δ(r)是该区域的相对折射率。
可以采用市售可得装置，例如：IFA-100光纤折射率分布仪(美国马萨诸塞州沙龙市国际光纤分析有限公司(Interfiber Analysis LLC,Sharon,MA USA))或者S14折射率分布仪(美国俄勒冈州比弗顿市光子动力有限公司(Photon Kinetics,Inc.,Beaverton,ORUSA))，来测量光纤的折射率分布。这些装置测量的是相对于测量参照折射率的折射率(n(r)-nmeas)，式中，测量参照折射率nmeas是通常与油或纯二氧化硅玻璃相匹配的校准折射率。测量波长可以是：632.5nm、654nm、677.2nm、654nm、702.3nm、729.6nm、759.2nm、791.3nm、826.3nm、864.1nm、905.2nm、949.6nm、997.7nm、1050nm，或者其间的任意波长。然后如等式(1)所定义的那样将绝对折射率n(r)用于计算相对折射率。
术语“α-分布”或者“α分布”指的是相对折射率分布Δ(r)，其具有等式(3)所限定的函数形式：
Figure BDA0003926989960000052
式中，ro是Δ(r)为最大值时的径向位置，Δ(r0)>0，rz>r0是Δ(r)减小到它最小值时的径向位置，以及r的范围是ri≤r≤rf，式中，ri是α-分布的起始径向位置，rf是α-分布的最终径向位置，以及α是实数。在本文中，α-分布的Δ(r0)可以被称作Δ最大值，或者当指的是光纤的具体区域i时，称作Δi最大值。当光纤纤芯区域的相对折射率分布用α-分布描述时，且r0位于中心线(r＝0)以及rz对应纤芯区域的外半径r1并且Δ1(r1)＝0，等式(3)简化为等式(4)：
Figure BDA0003926989960000053
当纤芯区域具有等式(4)所描述的折射率时，可以通过如下方式从测得的相对折射率分布确定外半径r1。最大相对折射率Δ1最大值、α和外半径r1est的估算值是通过测得的相对折射率分布的检查得到的，并且用于产生r＝-r1est与r＝r1est之间的试探函数。如图5和6所示是根据本公开内容实施方式具有通过α-分布所描述的纤芯的代表性玻璃纤维的相对折射率分布。
“凹槽体积”定义如下：
Figure BDA0003926989960000061
式中，r凹槽，内是折射率分布的凹槽区域的内半径，r凹槽，外是折射率分布的凹槽区域的外半径，Δ凹槽(r)是折射率分布的凹槽区域的相对折射率，以及r是光纤中的径向位置。凹槽体积是绝对值并且是正数，在本文中表述的单位如下：％Δ微米2、％Δ-微米2、％Δ-μm2或％Δμm2，这些单位在本文中可互换使用。凹槽区域在本文中也被称作凹陷折射率包层区域，并且凹槽体积在本文中也被称作V3。
光纤的“模场直径”或“MFD”由等式(6)定义：
MFD＝2w (6)
Figure BDA0003926989960000062
式中，f(r)是导光学信号的电场分布的横向分量，r是光纤中的径向位置。“模场直径”或“MFD”依赖于光学信号的波长，并且在本文中记录的是1310nm、1550nm和1625nm波长的情况。当本文涉及模场直径时，会具体指出波长。除非另有说明，否则模场直径指的是具体波长处的LP01模式。
光纤的“有效面积”的定义如等式(7)：
Figure BDA0003926989960000063
式中，f(r)是导光学信号的电场的横向分量，r是光纤中的径向位置。“有效面积”或者“Aeff”取决于光学信号的波长，并且要理解的是，在本文中指的是1550nm波长的情况。
如本文所用，术语“衰减”是光学功率随着信号沿着光纤传送时的损耗。通过IEC-60793-1-40标准(“Attenuation measurement methods(衰减测量方法)”)来测量衰减。
本文中，可以通过如IEC-60793-1-47标准(“Measurement methods and testprocedures-Macrobending loss(测量方法和测试方案：宏弯曲损耗)”)所规定的指定测试条件下的诱发衰减来度量光纤的抗弯曲性，表述为“弯曲损耗”。例如，测试条件可以包括将光纤绕着规定直径的心轴部署或缠绕一圈或多圈，例如，绕着15mm、20mm或30mm或者类似直径的心轴缠绕1圈(例如，“1×15mm直径弯曲损耗”或者“1×20mm直径弯曲损耗”或者“1×30mm直径弯曲损耗”)并测量每圈的衰减增加。
如本文所用，“光缆截止波长”或者“光缆截止”涉及的是IEC 60793-1-44标准(“Measurement methods and test procedures–Cut-off wavelength(测量方法和测试方案：截止波长)”)所规定的22m光缆截止测试。
本文公开的光纤包括：纤芯区域，围绕了纤芯区域的包层区域，以及围绕了包层区域的涂层。纤芯区域和包层区域是玻璃。包层区域包括多个区域。所述多个包层区域优选是同心区域。包层区域包括内包层区域、凹陷折射率包层区域和外包层区域。内包层区域围绕且与纤芯区域直接相邻。凹陷折射率包层区域围绕且与内包层区域直接相邻，从而使得凹陷折射率包层区域在径向方向上布置在内包层与外包层之间。外包层区域围绕且与凹陷折射率区域直接相邻。凹陷折射率区域的相对折射率低于内包层和外包层区域。凹陷折射率包层区域在本文中也可以称作凹槽或者凹槽区域。内包层区域的相对折射率可以小于、等于、或者大于外包层区域的相对折射率。凹陷折射率包层区域可以起到降低弯曲损耗和微弯曲敏感性的作用。纤芯区域、内包层区域、凹陷折射率包层区域和外包层区域也分别被称作纤芯、包层、内包层、凹陷折射率包层和外包层。
如本文任何地方所用的那样，径向位置r1和相对折射率Δ1或Δ1(r)涉及的是纤芯区域，径向位置r2和相对折射率Δ2或Δ2(r)涉及的是内包层区域，径向位置r3和相对折射率Δ3或Δ3(r)涉及的是凹陷折射率包层区域，径向位置r4和相对折射率Δ4或Δ4(r)涉及的是外包层区域，径向位置r5涉及的是初级涂层，径向位置r6涉及的是次级涂层，以及径向位置r7涉及的是任选的第三级涂层。
相对折射率Δ1(r)具有最大值Δ1最大值和最小值Δ1最小值。相对折射率Δ2(r)具有最大值Δ2最大值和最小值Δ2最小值。相对折射率Δ3(r)具有最大值Δ3最大值和最小值Δ3最小值。相对折射率Δ4(r)具有最大值Δ4最大值和最小值Δ4最小值。在相对折射率在区域上是恒定或者近似恒定的实施方式中，相对折射率的最大值和最小值是相等或者近似相等的。除非另有说明，否则如果对于区域的相对折射率记录的是单值的话，则该单值对应于该区域的平均值。
要理解的是，中心纤芯区域是基本圆柱形形状，以及围绕的内包层区域、凹陷折射率包层区域、外包层区域、初级涂层和次级涂层是基本环状形状。环状区域可以用内半径和外半径进行表征。在本文中，径向位置r1、r2、r3、r4、r5、r6和r7涉及的分别是纤芯、内包层、凹陷折射率包层、外包层、初级涂层、次级涂层和第三级涂层的最外半径。在没有第三级涂层的实施方式中，半径r6还对应于光纤的外半径。当存在第三级涂层时，半径r7对应于光纤的外半径。
当两个区域相互直接相邻时，两个区域中靠内那个的外半径与两个区域中靠外那个的内半径是一致的。例如，光纤包括凹陷折射率包层区域，其被外包层区域围绕且直接相邻。半径r3对应凹陷折射率包层区域的外半径和外包层区域的内半径。相对折射率分布还包括凹陷折射率包层区域，其围绕且与内包层区域直接相邻。径向位置r2对应内包层区域的外半径和凹陷折射率包层区域的内半径。类似地，径向位置r1对应于纤芯区域的外半径和内包层区域的内半径。
径向位置r2与径向位置r1之差在本文被称作内包层区域的厚度。径向位置r3与径向位置r2之差在本文被称作凹陷折射率包层区域的厚度。径向位置r4与径向位置r3之差在本文被称作外包层区域的厚度。径向位置r5与径向位置r4之差在本文被称作初级涂层的厚度。径向位置r6与径向位置r5之差在本文被称作次级涂层的厚度。
如下文进一步详述，纤芯区域、内包层区域、凹陷折射率包层区域和外包层区域的相对折射率可以是不同的。这些区域可以分别由经过掺杂或者未经掺杂的二氧化硅玻璃形成。可以采用本领域技术人员已知的技术，通过结合正掺杂剂或负掺杂剂，结合的水平设计成提供目标折射率或折射率分布，从而完成相对于未经掺杂的二氧化硅玻璃的折射率的变化。正掺杂剂是增加了玻璃相对于未掺杂的玻璃组合物的折射率的掺杂剂。负掺杂剂是降低了玻璃相对于未掺杂的玻璃组合物的折射率的掺杂剂。在一个实施方式中，未经掺杂的玻璃是二氧化硅玻璃。当未掺杂的玻璃是二氧化硅玻璃时，正掺杂剂包括Cl、Br、Ge、Al、P、Ti、Zr、Nb、和Ta，以及负掺杂剂包括F和B。可以通过不掺杂或者在区域的厚度上以均匀的浓度进行掺杂，来形成恒定折射率的区域。通过掺杂剂在区域厚度上的非均匀空间分布和/或通过在不同区域中结合不同掺杂剂，来形成折射率变化的区域。还可以通过在二氧化硅玻璃中结合空穴来完成负掺杂。空穴对应于填充了空气或其他气体(例如，N2、Ar、SO2、CO2、Kr、O2)的局部区域和/或延伸长度小于玻璃纤维全长的真空空间。优选地，空穴沿着玻璃纤维的长度是随机分布或者非周期性分布。
杨氏模量、％拉伸和撕裂强度的数值指的是通过本文所述方案的测量条件下确定的数值。
下面将详细参见本说明书的示意性实施方式。
一个实施方式涉及光纤。光纤包括被涂层围绕的玻璃纤维。图1以横截面示意图显示光纤的例子。光纤10包括被初级涂层16和次级涂层18环绕的玻璃纤维11。在一些实施方式中，次级涂层18可以包含颜料。下面提供了对于玻璃纤维11、初级涂层16和次级涂层18的进一步描述。此外，一层或多层第三级墨层可以围绕次级涂层18。
图2显示光纤带30，其可以包括多根光纤20和包封所述多根光纤的基质32。光纤20分别包括：纤芯区域、包层区域、初级涂层和次级涂层，如上文所述。如上文所述，光纤20还可以包括第三级涂层。
如图2所示，光纤20以基本平面和平行关系相互对准。通过任意数种已知构造(例如，边缘粘结的带、薄包封的带、厚包封的带或者多层带)，通过制造光纤带的常规方法，用带基质32将光纤包封在光纤带30中。图2的实施方式中的光纤带30含有十二(12)根光纤20。然而，考虑可以将任意数量的光纤20(例如，2根或更多根)用于形成特定用途的光纤带30。带基质32的拉伸性质类似于次级涂层的拉伸性质，并且可以通过与用于制备次级涂层相同、相似或者不同的组合物形成。
图3显示光纤光缆40，其包括被夹套42所围绕的多根光纤20。在一些实施方式中，光纤光缆40是海底光缆。光纤20可以以致密或疏松的方式封装成被夹套42的内表面44包封的导管。夹套42中所放入的光纤的数量被称作光纤光缆40的“光纤数”。如下文进一步讨论的那样，本公开内容的光纤具有减小的直径，从而提供了高“光纤数”。
夹套42通过挤出的聚合物材料形成，并且可以包括聚合物或者其他材料的多层同心层。光纤光缆40可以包括嵌入在夹套42中或者放在被内表面44所限定的导管中的一个或多个强化元件(未示出)。强化元件包括比夹套42更为刚性的纤维或棒。强化元件可以由金属、编织钢、玻璃强化塑料、纤维玻璃或者其他合适材料制造。光纤光缆40可以包括被夹套42所围绕的其他层(例如，保护层、防潮层、撕裂线等。此外，光纤光缆40可以具有绞合松套管芯或其他光纤光缆构造。
玻璃纤维。
如图1所示，玻璃纤维11包括纤芯区域12和包层区域14，这是本领域已知的。纤芯区域12的折射率高于包层区域14，以及玻璃纤维11起到波导的作用。在许多应用中，纤芯区域12与包层区域14具有可辨识的纤芯-包层边界。或者，纤芯区域12与包层区域14会缺乏能区分的边界。
在一些实施方式中，纤芯区域12具有随着相对于玻璃纤维的中心的距离发生变化的折射率。例如，纤芯区域12可以具有α-分布(如上文等式(3)所定义)的相对折射率分布，α值是大于或等于2且小于或等于100，或者例如：2至10，2至6，2至4，4至20，6至20，8至20，10至20，或者10至40。
如图4所示是示例性光纤的示意性横截面图。如上文所讨论的那样，图4的光纤可以用于海底光缆中。在图4中，光纤46包括：纤芯区域48、包层区域50、初级涂层56和次级涂层58。包层区域50包括：内包层区域51、凹陷折射率包层区域53和外包层区域55。第三级层(例如，墨层)任选地围绕或者与次级涂层直接相邻。
如上文所讨论的那样，光纤46可以具有减小的玻璃直径和/或减小的涂层直径。此类减小的直径可以增加例如当用于标准海底光缆设计时的光纤46的光纤密度(例如，“光纤数”)。为了为具有较小直径分布的光纤46提供合适的衰减和微弯曲特性，对光纤的性质进行具体调节，如下文更进一步讨论。
如图5所示是根据本公开内容实施方式的玻璃纤维的代表性相对折射率分布。图5的光纤60的分布显示：纤芯区域(1)，其具有外半径r1和相对折射率Δ1，所述折射率Δ1具有最大相对折射率Δ1最大值；内包层区域(2)，其从径向位置r1延伸到径向位置r2并且具有相对折射率Δ2；凹陷折射率包层区域(3)，其从径向位置r2延伸到径向位置r3并且具有相对折射率Δ3；以及外包层区域(4)，其从径向位置r3延伸到径向位置r4并且具有相对折射率Δ4。在图5的分布中，凹陷折射率包层区域(3)可以在本文中被称作凹槽并且具有恒定或者平均的相对折射率，该折射率小于内包层区域(2)和外包层区域(4)的相对折射率。纤芯区域(1)在分布中具有最高的平均和最大相对折射率。纤芯区域(1)可以在中心线或者靠近中心线处具有较低折射率区域(现有技术中已知为“中心线下沉”)(未示出)。纤芯区域(1)可以在中心线或者靠近中心线处具有较高折射率区域(称作“中心线尖峰”)(未示出)。
在图5的相对折射率分布中，玻璃纤维的纤芯区域(1)具有α-分布，α值大于或等于2且小于或等于20。α-分布的径向位置r0(对应于α1最大值)对应于光纤的中心线(r＝0)，而α-分布的径向位置rz对应于纤芯半径r1。在具有中心线下沉的实施方式中，径向位置r0略微偏离光纤的中心线。在一些实施方式中，在远离中心线的径向方向上，相对折射率Δ1持续减小。在其他实施方式中，相对折射率Δ1在中心线与r1之间的一些径向位置上变化，并且在中心线与r1之间的其他径向位置上还包括恒定或者近似恒定数值。
在图5中，从内包层区域(2)到凹陷折射率包层区域(3)的过渡区域61以及从凹陷折射率包层区域(3)到外包层区域(4)的过渡区域62显示为阶梯状变化。要理解的是，阶梯状变化是理想化的，在实践中，过渡区域61和/或过渡区域62可能不是如图5所示的严格垂直的情况。作为替代，过渡区域61和/或过渡区域62可能具有斜率或者曲率。当过渡区域61和/或过渡区域62不是垂直的情况时，凹陷折射率包层区域(3)的内半径r2和外半径r3分别对应过渡区域61和62的中点。中点对应凹陷折射率包层区域(3)的深度63的一半处。
在如图5所示的相对折射率分布中的相对折射率Δ1、Δ2、Δ3和Δ4的相对次序满足如下条件：Δ1最大值>Δ4>Δ3且Δ1最大值>Δ2>Δ3。Δ2和Δ4的值可以相等或者一个比另一个大，但是Δ2和Δ4都在Δ1最大值与Δ3之间。
相对折射率Δ1、Δ2、Δ3和Δ4基于纤芯区域、内包层区域、凹陷折射率包层区域和外包层区域中所用的材料。下文提供了对于相对折射率Δ1、Δ2、Δ3和Δ4的这些材料的描述。
纤芯区域
纤芯区域包括二氧化硅玻璃。纤芯区域的二氧化硅玻璃可以是未掺杂的二氧化硅玻璃、正掺杂的二氧化硅玻璃和/或负掺杂的二氧化硅玻璃。正掺杂的二氧化硅玻璃包括掺杂了碱金属氧化物(例如，Na2O、K2O、Li2O、Cs2O或Rb2O)和/或卤素的二氧化硅玻璃。负掺杂的二氧化硅玻璃包括掺杂了氟的二氧化硅玻璃。在一些实施方式中，纤芯区域的二氧化硅玻璃不含Ge和/或不含Cl；也就是说，纤芯区域包括不含有锗和/或氯的二氧化硅玻璃。
纤芯区域可以包括掺杂了至少一种碱金属(例如：锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)和/或钫(Fr))的二氧化硅玻璃。在一些实施方式中，二氧化硅玻璃掺杂了钠、钾和铷的组合。二氧化硅玻璃的峰值碱性物质浓度可以是如下范围：约10ppm至约500，或者约20ppm至约450ppm，或者约50ppm至约300ppm，或者约10ppm至约200ppm，或者约10ppm至约150ppm。以所公开的范围掺杂碱金属导致瑞利散射的下降，从而提供了较低的光纤衰减。
在一些实施方式中，纤芯区域包括掺杂了碱金属且掺杂了作为负掺杂剂的氟的二氧化硅玻璃。图5和6显示负掺杂的二氧化硅玻璃的示例性实施方式。玻璃纤维中的氟浓度是如下范围：约0.1重量％至约2.5重量％，或者约0.25重量％至约2.25重量％，或者约0.3重量％至约2.0重量％。
在其他实施方式中，纤芯区域包括掺杂了卤素(例如，氯)的二氧化硅玻璃。图6B-6D显示掺杂了氯的二氧化硅玻璃的示例性实施方式。玻璃纤维中的氯浓度是如下范围：约0.4重量％至约2.2重量％，或者约0.6重量％至约2.0重量％，或者约1.0重量％至约1.9重量％，或者约1.6重量％，或者约1.8重量％。
纤芯区域的半径r1是如下范围：约3.0微米至约6.0微米，或者约3.5微米至约5.5微米，或者约4.0微米至约5.0微米，或者约4.2微米至约4.7微米。在一些实施方式中，纤芯区域包括具有恒定或者近似恒定相对折射率的部分，其在径向方向上的宽度是：至少1.0微米，或者至少2.0微米，或者至少3.0微米，或者至少4.0微米，或者1.0微米至4.0微米，或者2.0微米至3.0微米。在一些实施方式中，纤芯区域具有恒定或者近似恒定相对折射率的部分具有相对折射率Δ1最小值。
纤芯区域的相对折射率Δ1或Δ1最大值是如下范围：约-0.15％至约0.30％，或者约-0.10％至约0.20％，或者约-0.05％至约0.15％，或者约0％至约0.10％。纤芯的最小相对折射率Δ1最小值是如下范围：约-0.20％至约-0.50％，或者约-0.30％至约-0.40％，或者约-0.32％至约-0.37％。Δ1最大值与Δ1最小值之差是：大于0.05％，或者大于0.10％，或者大于0.15％，或者大于0.20％，或者0.05％至0.40％，或者0.10％至0.35％。
内包层区域
内包层区域包括掺杂了氟的负掺杂的二氧化硅玻璃和/或具有空穴的二氧化硅玻璃。内包层区域中的负掺杂剂的平均浓度大于纤芯区域中的负掺杂剂的平均浓度。在一些实施方式中，内包层区域中的氟浓度范围是：约0.50重量％至约2.00重量％，或者约0.60重量％至约1.00重量％，或者约0.70重量％至约0.80重量％。
内包层区域的相对折射率Δ2或者Δ2最大值是如下范围：约-0.20％至约-0.50％，或者约-0.25％至约-0.45％，或者约-0.30％至约-0.40％，或者约-0.33％至约-0.37％。相对折射率Δ2优选是恒定的或者近似恒定的。Δ1最大值-Δ2之差(或者Δ1最大值-Δ2最大值之差)是：大于约0.25％，或者大于约0.30％，或者大于约0.35％，或者约0.25％至约0.45％的范围，或者约0.30％至约0.40％的范围。
内包层区域的半径r2是如下范围：约7.0微米至约15.0微米，或者约7.5微米至约13.0微米，或者约8.0微米至约12.0微米，或者约8.5微米至约11.5微米，或者约9.0微米至约11.0微米，或者约9.5微米至约10.5微米。内包层区域的厚度r2-r1是如下范围：约3.0微米至约10.0微米，或者约4.0微米至约9.0微米，或者约4.5微米至约7.0微米。
凹陷折射率包层区域
凹陷折射率包层区域包括负掺杂的二氧化硅玻璃。如上文所讨论的那样，优选的负掺杂剂是氟。凹陷折射率包层区域中的氟浓度范围是：约0.30重量％至约2.50重量％，或者约0.60重量％至约2.25重量％，或者约0.90重量％至约2.00重量％。
相对折射率Δ3或Δ3最小值是如下范围：约-0.30％至约-0.80％，或者约-0.40％至约-0.70％，或者约-0.50％至约-0.65％。相对折射率Δ3优选是恒定的或者近似恒定的。Δ1最大值-Δ3之差(或者Δ1最大值-Δ3最小值之差，或者Δ1-Δ3之差，或者Δ1-Δ3最小值之差)是：大于约0.50％，或者大于约0.55％，或者大于约0.6％，或者约0.50％至约0.80％的范围，或者约0.55％至约0.75％的范围。Δ2-Δ3之差(或者Δ2-Δ3最小值之差，或者Δ2最大值-Δ3之差，或者Δ2最大值-Δ3最小值之差)是：大于约0.10％，或者大于约0.20％，或者大于约0.30％，或者约0.10％至约0.60％的范围，或者约0.20％至约0.60％的范围。
凹陷折射率包层区域的内半径是r2，并且具有上文规定的值。凹陷折射率包层区域的外半径r3是如下范围：约10.0微米至20.0微米，或者约12.0微米至约19.5微米，或者约13.0微米至约19.0微米，或者约13.5微米至约18.5微米，或者约14.0微米至约18.0微米，或者约14.5微米至约17.5微米。凹陷折射率包层区域的厚度r3-r2是如下范围：0.5微米至12.0微米，或者约1.0微米至约10.0微米，或者约1.5微米至约9.0微米，或者约2.0微米至约8.0微米。
凹陷折射率包层区域可以是偏移凹槽设计，具有约30％Δ-微米2或更大，或者约50％Δ-微米2或更大，或者约70％Δ-微米2或更小，或者约30％Δ-微米2或更大且约70％Δ-微米2或更小，或者约50％Δ-微米2或更大且约70％Δ-微米2或更小的凹槽体积。低于所公开范围的凹槽体积具有降低的弯曲性能，而高于所公开范围的凹槽体积不再以单模光纤运行。
本文公开的偏移凹槽设计提供了相比于与纤芯区域相邻的传统凹槽设计的优点。更具体来说，本文公开的偏移凹槽设计降低了基模的限制并为目标光纤模场直径和光缆截止特性提供了大弯曲直径(例如，弯曲直径>25mm)时改进的带损耗。此外，本文公开的凹槽设计具有凹陷折射率凹槽区域，其有利地限制了传播通过光纤的基本LP01模式的强度分布，从而降低了光纤模场直径。
外包层区域
外包层区域包括掺杂了氟的负掺杂的二氧化硅玻璃和/或具有空穴的二氧化硅玻璃。外包层区域中的负掺杂剂的平均浓度大于纤芯区域中的负掺杂剂的平均浓度。在一些实施方式中，外包层区域中的氟浓度范围是：约0.50重量％至约2.00重量％，或者约0.60重量％至约1.00重量％，或者约0.70重量％至约0.80重量％。
外包层区域的相对折射率Δ4或者Δ4最大值是如下范围：约-0.20％至约-0.50％，或者约-0.25％至约-0.45％，或者约-0.30％至约-0.40％，或者约-0.33％至约0.37％。相对折射率Δ4优选是恒定的或者近似恒定的。如图5所示，相对折射率Δ4可以等于相对折射率Δ2。
外包层区域的内半径是r3，并且具有上文规定的值。优选低的外半径r4以使得玻璃纤维的直径最小化从而有助于光缆中的高光纤数。外包层区域的外半径r4是：小于或等于65微米，或者小于或等于62.5微米，或者小于或等于60.0微米，或者小于或等于57.5微米，或者小于或等于55.0微米，或者小于或等于52.5微米，或者小于或等于50.0微米，或者37.5微米至62.5微米，或者40.0微米至60.0微米，或者42.5微米至57.5微米，或者45.0微米至55.0微米。因此，例如，包层区域的直径(即，外半径r4乘以2)是：约130微米或更小，或者约125微米或更小，或者约120微米或更小，或者约115微米或更小，或者约110微米或更小，或者约105微米或更小，或者约100微米或更小，或者约90微米或更小，或者约80微米或更小，或者约75微米或更小。外包层区域的厚度r4-r3是如下范围：约10.0微米至约50.0微米，或者约15.0微米至约45.0微米，或者约20.0微米至约40.0微米，或者约25.0微米至约35.0微米。
光纤特性
根据本公开内容实施方式的光纤可以具有如下范围的模场直径：1310nm处约9微米至约9.5微米以及1550nm处约10微米至约10.5微米，光缆截止小于约1530nm。在一些实施方式中，光缆截止是：小于约1550nm，或者小于约1450nm，或者小于约1400nm，或者小于约1300nm，或者小于约1260nm。
此外，根据本公开内容实施方式的光纤在1550nm处可以具有如下有效面积：约100微米2或更小，或者约90微米2或更小，或者约80微米2或更小，或者约70微米2或更小，或者约70微米2至约90微米2，或者约75微米2至约85微米2，或者约80微米2。
在1550nm波长处，本文公开的光纤的衰减是：小于或等于0.175dB/km，或者小于或等于0.170dB/km，或者小于或等于0.165dB/km，或者小于或等于0.160dB/km，或者小于或等于0.155dB/km，或者小于或等于0.150dB/km。
如图5所示，光纤60提供了具有碱性物质掺杂的纤芯的光纤的示例性实施方式，纤芯区域(1)的相对折射率Δ1是约-0.3％至约-0.42％，以及纤芯半径(r1)是约4微米至约6.5微米。此外，光纤60的内包层区域厚度是约2微米至约12微米。光纤60具有凹槽体积为54.5％Δ-微米2的偏移凹槽设计。光纤60的包层是氟掺杂的，以及凹陷折射率包层区域具有约17.5微米的半径(r3)。下表1显示了光纤60的光学性质。
表1：光纤60的光学性质
模场直径(1310nm处) 9.22微米
模场直径(1550nm处) 10.27微米
模场直径(1625nm处) 10.61微米
零色散波长 1319nm
光缆截止 1315nm
凹槽体积 54.5％Δ-微米<sup>2</sup>
15nm直径弯曲损耗 0.04dB/圈
20nm直径弯曲损耗 0.009dB/圈
30nm直径弯曲损耗 0.001dB/圈
图6A显示光纤64、65的第二和第三示例性实施方式，具有碱性物质掺杂的纤芯以及大于约50％Δ-微米2的凹槽体积，以及其中，包层是氟掺杂的且凹陷折射率包层区域具有约17.5微米的半径(r3)。如下表2所示，光纤64导致1310nm处9.07微米的模场直径，而光纤65导致1310nm处9.39微米的模场直径。下表2显示了光纤64和65的光学性质。
表2：光纤64和65的光学性质
光纤64 光纤65
模场直径(1310nm处) 9.07微米 9.39微米
模场直径(1550nm处) 10.08微米 10.48微米
模场直径(1625nm处) 10.41微米 10.83微米
零色散波长 1319nm 1320nm
光缆截止 1419nm 1339nm
凹槽体积 55％Δ-微米<sup>2</sup> 55％Δ-微米<sup>2</sup>
15nm直径弯曲损耗 0.0137dB/圈 0.042dB/圈
20nm直径弯曲损耗 0.0003dB/圈 0.009dB/圈
30nm直径弯曲损耗 0.0002dB/圈 0.001dB/圈
图6B显示光纤66的第四示例性实施方式，具有氯浓度约为1.8重量％的氯掺杂的纤芯。光纤66还包含掺杂了氟的二氧化硅的内包层、凹陷折射率包层区域以及外包层。内包层的氟浓度为0.73重量％，凹陷折射率包层区域的氟浓度为1.5重量％，以及外包层区域的氟浓度为0.73重量％。此外，光纤66具有125微米的玻璃外直径，167微米的初级涂层外直径，以及200微米的次级涂层外直径。下表3显示了光纤66的光学性质。
表3：光纤66的光学性质
Figure BDA0003926989960000161
Figure BDA0003926989960000171
图6C显示光纤67的第五示例性实施方式，具有氯浓度约为1.8重量％的氯掺杂的纤芯。光纤67还包含掺杂了氟的二氧化硅的内包层、凹陷折射率包层区域以及外包层。内包层的氟浓度为0.73重量％，凹陷折射率包层区域的氟浓度为1.5重量％，以及外包层区域的氟浓度为0.73重量％。此外，光纤67具有125微米的玻璃外直径，167微米的初级涂层外直径，以及200微米的次级涂层外直径。光纤67在使得拉制过程期间光纤在高温炉中缓慢冷却的条件下进行拉制。更具体来说，在拉制过程期间，光纤67在运行在900℃的炉中缓慢冷却持续0.3秒的时间段。下表4显示了光纤67的光学性质。
表4：光纤67的光学性质
光纤67
衰减(1550nm处损耗) 0.175dB/km
模场直径(1550nm处) 10.02微米
有效面积(1550nm处) 78.0微米<sup>2</sup>
光缆截止 1394nm
图6D显示光纤68的第六示例性实施方式，具有氯浓度约为1.8重量％的氯掺杂的纤芯。光纤68还包含掺杂了氟的二氧化硅的内包层、凹陷折射率包层区域以及外包层。内包层的氟浓度为0.73重量％，凹陷折射率包层区域的氟浓度为1.5重量％，以及外包层区域的氟浓度为0.73重量％。此外，光纤68具有100微米的玻璃外直径，125微米的初级涂层外直径，以及160微米的次级涂层外直径。下表5显示了光纤68的光学性质。
表5：光纤68的光学性质
Figure BDA0003926989960000172
Figure BDA0003926989960000181
图6E显示光纤69的第七示例性实施方式，具有氯浓度约为1.8重量％的氯掺杂的纤芯。光纤69还包含掺杂了氟的二氧化硅的内包层、凹陷折射率包层区域以及外包层。内包层的氟浓度为0.73重量％，凹陷折射率包层区域的氟浓度为1.4重量％，以及外包层区域的氟浓度为0.73重量％。此外，光纤69具有100微米的玻璃外直径，131微米的初级涂层外直径，以及172微米的次级涂层外直径。下表6显示了光纤69的光学性质。
表6：光纤69的光学性质
光纤69
衰减(1310nm处损耗) 0.330dB/km
衰减(1550nm处损耗) 0.179dB/km
衰减(1625nm处损耗) 0.192dB/km
模场直径(1550nm处) 10.6微米
光缆截止 1308nm
10nm直径弯曲损耗(1550nm处) 0.674dB/圈
15nm直径弯曲损耗(1550nm处) 0.071dB/圈
光纤60以及64-69的偏移凹槽设计为本文公开的较小直径的光纤提供了改进的微弯曲敏感性。更具体来说，本文公开的偏移凹槽设计在没有牺牲光缆截止和模场直径的情况下对微弯曲进行了优化。
初级和次级涂层
光穿过光纤的传递系数高度取决于施涂到玻璃纤维的涂层的性质。如上文(且参照图4)所讨论的那样，涂层通常包括初级涂层56和次级涂层58，其中，次级涂层围绕初级涂层，以及初级涂层接触玻璃纤维(其包括被包层区域围绕的中心纤芯区域)。任选的第三级层(例如，墨层)围绕并直接接触次级涂层。
次级涂层58可以是比初级涂层56更硬的材料(更高的杨氏模量)，并且设计成用来保护玻璃纤维免受光纤的加工、搬运和部署过程中的磨损或外部作用力所导致的损坏。初级涂层56可以是比次级涂层58软的材料(更低的杨氏模量)，并且设计成用于缓冲或消散由于施加到次级涂层的外表面的作用力所导致的应力。初级涂层中的应力消散使得应力衰减，并且使得抵达玻璃纤维的应力最小化。初级涂层对于当布置成光缆时光纤所遭遇的微弯曲所引起的应力消散是特别重要的。需要使得传递到玻璃纤维的微弯曲应力最小化，因为微弯曲应力产生了玻璃纤维的折射率分布中的局部扰动。局部折射率扰动导致传输通过玻璃纤维的光的强度损失。通过消散掉应力，初级涂层使得由于微弯曲所导致的强度损失最小化。
涂层实施例：制备和测量技术
采用如下所述的测量技术来确定本文公开的初级和次级涂层的性质。
拉伸性质。可固化的次级涂料组合物固化并构造成固化棒样品的形式用于测量杨氏模量、屈服拉伸强度、屈服强度和屈服伸长。通过将可固化的次级组合物注入到内直径约为0.025”的
Figure BDA0003926989960000191
管中，以制备固化棒。采用Fusion D灯泡(Fusion D bulb)以约为2.4J/cm2(通过购自国际光公司(International Light)的Light Bug型号IL390在225-424nm的波长范围上测量)的剂量固化棒样品。在固化后，剥除
Figure BDA0003926989960000192
管，以提供次级涂料组合物的固化棒样品。在测试之前，固化的棒在23℃和50％相对湿度的条件下放置18-24小时。采用Sintech MTS拉伸测试仪，在标距长度为51mm的无缺陷棒样品上测量杨氏模量、断裂拉伸强度、屈服强度和屈服伸长，测试速度为250mm/分钟。根据ASTM标准D882-97测量拉伸性质。以至少五个样品的平均值确定性质，取平均值时排除有缺陷的样品。
原位玻璃转化温度。在从经涂覆的光纤获得的剥除光纤管的样品上进行初级和次级涂层的原位Tg测量。经过涂覆的光纤包括：直径为125微米的玻璃纤维，围绕且直接接触玻璃纤维的厚度为32.5微米的初级涂层，以及围绕且直接接触玻璃纤维的厚度为26.0微米的次级涂层。对于所有测量的样品，玻璃纤维和初级涂层都是相同的。通过下文所述的参照初级涂料组合物来形成初级涂层。对具有比较例次级涂层和根据本公开内容的次级涂层的样品进行测量。
采用如下方案获得剥除光纤管的样品：0.0055”米勒剥离器被夹在距离经过涂覆的光纤端部大约1英寸处。将光纤的该1英寸区域投入液氮流中，并在液氮中保持3秒。然后从液氮流取出经过涂覆的光纤，并快速剥离以去除涂层。检查光纤的剥离端是否有残留涂层。如果在玻璃纤维上留有残留涂层，则丢弃该样品并制备新的样品。剥除过程的结果是干净的玻璃纤维以及剥除的涂层的空心管(其包括完好的初级和次级涂层)。空心管被称作“管剥除样品”。从未进行剥除的光纤的端面测量玻璃以及初级和次级涂层的直径。
以9至10mm的样品标距长度，采用Rheometrics DMTA IV测试仪器来运行管剥除样品的原位Tg。将管剥除样品的宽度、厚度和长度输入到测试仪器的运行程序中。安装管剥除样品，然后冷却到约-85℃。一旦稳定之后，采用如下参数运行升温：
频率：1Hz
应变：0.3％
加热速率：2℃/分钟
最终温度：150℃
初始静力＝20.0g
静态力比动态力大10.0％
将涂层的原位Tg定义为tanδ与温度的函数图中的tanδ的最大值，其中，tanδ定义为：
tanδ＝E”/E'
以及E”是损耗模量，随着变形循环中的加热，其与能量损耗成比例，以及E’是储能模量或弹性模量，其与变形循环中储存的能量成比例。
对于初级和次级涂层，管剥除样品在tanδ图中展现出不同的最大值。在较低温度(约-50℃)时的最大值对应于初级涂层的原位Tg，而在较高温度(大于50℃)时的最大值对应于次级涂层的原位Tg。
初级涂层的原位模量。采用如下方案测量原位模量。获得光纤的6英寸样品，并从光纤的中心窗口剥除一英寸的区段，并用异丙醇擦拭。将窗口剥除的光纤安装到装配有10mm x 5mm矩形铝片的样品支架/对准站，其用于固定光纤。两片水平取向并放置成使得短的5mm侧相对并间隔5mm间隙。窗口剥除的光纤水平放在样品支架上跨过所述片以及将片分隔开的间隙。光纤的窗口剥除区域的一侧的涂覆端放在一个片上并延伸一半进入片之间的5mm间隙中。一英寸窗口剥除区域在余下的一半间隙上延伸并跨过相对的片。在对准之后，取出样品，并向每个片最靠近5mm间隙的那一半施涂小的胶水点。然后，光纤返回至位置并且对齐工作台升高直到胶水正好触碰到光纤。然后通过胶牵拉涂覆端远离间隙，使得片之间的5mm间隙中的大部分被光纤的窗口剥除区域占据。窗口剥除区域留在相对片上的部分与胶水接触。使涂覆端的最顶端延伸超过片并进入片之间的间隙中。涂覆端的这个部分没有嵌入胶水中，并且是进行原位模量测量的物体。使胶水干燥，处于这个构造的光纤样品使得光纤与片固定。在干燥之后，将与每个片固定的光纤的长度修整成5mm。测量嵌入胶水中的涂覆长度、未嵌入的涂覆长度(延伸进入片之间的间隙中的部分)和初级直径(primarydiameter)。
在Rheometrics DMTA IV动态机械测试设备上，以恒定的9e-6 1/s的应变持续45分钟的时间在室温(21℃)下进行原位模量测量。标距长度为15mm。记录作用力和长度变化，并用于计算初级涂层的原位模量。通过从片去除任意会干扰测试设备的15mm夹持长度的环氧化物来制备安装了片的光纤样品，以确保夹具与光纤之间没有接触，并且确保样品与夹具方形地固定。仪器作用力清零。然后，将与光纤的未涂覆端固定的片安装到测试设备的下夹具(测量探针)，以及将与光纤的涂覆端固定的片安装到测试设备的上(固定)夹具。然后进行测试，一旦完成分析取出样品。
次级涂层的原位模量。对于次级涂层，采用由光纤样品制备的光纤管剥除(fibertube-off)样品来测量原位模量。将0.0055英寸米勒剥离器(miller stripper)夹持到光纤样品的端部下方约1英寸处。将光纤样品的这个1英寸区域浸入液氮流中，并保持3秒。然后取出光纤样品并快速进行剥离。然后检查光纤样品的剥离端。如果涂层留在光纤样品的玻璃部分上，则脱管样品视作有缺陷的，并制备新的脱管样品。合适的脱管样品是清楚地剥离了玻璃并且由初级和次级涂层的中空管构成的那种。从未剥离光纤样品的端面测量玻璃以及初级和次级涂层的直径。
采用Rheometrics DMTA IV仪器，以11mm的样品标距长度运行光纤脱管样品，以获得次级涂层的原位模量。确定宽度、厚度和长度，并作为输入提供到仪器的操作软件。安装样品，并采用时基扫描程序在环境温度(21℃)运行，参数如下：
频率：1转/秒
应变：0.3％
总时间＝120秒
每次测量的时间＝1秒
初始静力＝15.0g
静态力比动态力大10.0％
一旦完成，对最后5个E’(储存模量)数据点取平均值。每个样品运行3次(每次运行新鲜样品)，总共15个数据点。记录3次运行的平均值。
次级涂层的耐穿刺性。在包含玻璃纤维、初级涂层和次级涂层的样品上进行耐穿刺性测量。玻璃纤维的直径是125微米。通过下表7所列的参照初级涂料组合物来形成初级涂层。如下文所述制备具有各种次级涂层的样品。对初级涂层和次级涂层的厚度进行调节以改变次级涂层的横截面面积，如下文所述。对于所有样品，次级涂层的厚度与初级涂层的厚度之比维持在约0.8。
采用G.Scott Glaesemann和Donald A.Clark发表在第52届国际电线和光缆研讨会论文集，第237-245页的题为“量化光纤涂层的耐穿刺性(Quantifying the PunctureResistance of Optical Fiber Coatings)”(2003)的文章中描述的技术来测量耐穿刺性。本文提供了该方法的简述。该方法是压痕方法。将4厘米长的光纤放置在3mm厚的载玻片上。光纤的一端附连到实现了光纤以受控方式转动的装置。在100倍放大倍数下检查光纤的透射率并旋转，直到玻璃纤维的两侧平行于载玻片的方向上的次级涂层厚度相等。在这个位置，光纤的两侧上平行于载玻片的方向上的次级涂层的厚度是相同的。次级涂层在垂直于载玻片且高于或低于玻璃纤维上的厚度与平行于载玻片的方向上的次级涂层的厚度是不同的。垂直于载玻片的方向上的一个厚度大于平行于载玻片的方向上的厚度，而垂直于载玻片的方向上的另一个厚度小于平行于载玻片的方向上的厚度。通过将光纤固定贴在载玻片的两端来固定光纤的这个位置，并且这个位置是用于压痕测试的光纤位置。
采用通用测试机器(Instron型号5500R或者等价物)来进行压痕。将倒置显微镜放置在测试机器的十字头下方。显微镜的物镜位于安装在测试机器中的75°金刚石楔形压头的正下方。将贴有光纤的载玻片放在显微镜工作台上面，并且位于压头的正下方，从而压头楔形物的宽度与光纤的方向垂直。在光纤放置好之后，钻石楔形物下探直到与次级涂层的表面接触。然后，钻石楔形物受驱动以0.1mm/分钟的速率进入到次级涂层中，并测量次级涂层上的负荷。随着钻石楔形物受驱动更深入到次级涂层中，次级涂层上的负荷增加，直到发生穿刺，在这时，观察到负荷的急剧减小。记录观察到刺穿时的压痕负荷并在本文中记录为克作用力(g)，在本文中被称作“刺穿负荷”。光纤以相同的取向重复进行实验以获得10个测量点，对其取平均值来确定该取向的刺穿负荷。通过光纤取向转动180°来获得第二组的10个测量点。
宏弯曲损耗。采用标准IEC 60793-1-47所规定的心轴缠绕测试来确定宏弯曲损耗。在心轴缠绕测试中，光纤在具有规定直径的圆柱形心轴上缠绕一次或多次，确定由于弯曲导致的规定波长处的衰减增加。心轴缠绕测试中的衰减的单位为dB/圈，其中一圈指的是光纤绕着心轴一次回转。对于下文所述的选定的例子，采用直径为15mm和30mm的心轴来确定850nm和1625nm波长处的宏弯曲损耗。
初级和次级涂层的示例性实施方式
可以对初级涂层56和次级涂层58的具体性质进行调节以提供本文所公开的较小直径光纤的足够的牢固度和微弯曲特性。例如，初级涂层56可以具有低的杨氏模量和/或低的原位模量。初级涂层的杨氏模量是：小于或等于约0.7MPa，或者小于或等于约0.6MPa，或者小于或等于约0.5MPa，或者小于或等于约0.4MPa，或者约0.1MPa至约0.7MPa，或者约0.3MPa至约0.6MPa。初级涂层的原位模量是：小于或等于约0.50MPa，小于或等于约0.30MPa，或者小于或等于约0.25MPa，或者小于或等于约0.20MPa，或者小于或等于约0.15MPa，或者小于或等于约0.10MPa，或者约0.05MPa至约0.25MPa的范围，或者约0.10MPa至约0.20MPa的范围。
优选地，初级涂层56的折射率高于玻璃光纤的包层区域50，从而允许其将错误的光信号从纤芯区域48剥离。初级涂层56应当在热老化和水解老化过程中保持与玻璃纤维充分的粘附，但是出于拼接目的又是能够从玻璃纤维剥离的。
为了有助于较小直径的光纤，次级涂层58可以具有相比于传统光缆而言更小的厚度。然而，次级涂层58仍然必须维持所需的牢固度以及光纤所需的耐穿刺性。随着次级涂层厚度的减小，其保护功能下降。耐穿刺性是对于次级涂层的保护功能的测量。具有更高的耐穿刺性的次级涂层经受住更大的冲击而不发生失效，并且为玻璃纤维提供了更好的保护。
为了提供所需要的牢固度和耐穿刺性，次级涂层58可以具有如下原位模量：大于约1500MPa，或者大于约1600MPa，或者大于约1800MPa，或者大于约2200MPa，或者大于约2500MPa，或者大于约2600MPa，或者大于约2700MPa，或者约1600MPa至约3000MPa的范围，或者约1800MPa至约2800MPa的范围，或者约2000MPa至约2800MPa的范围，或者约2400MPa至约2800MPa的范围。
通常通过向玻璃纤维施涂作为粘性液体的可固化涂料组合物并固化形成初级和次级涂层。光纤还可以包括围绕次级涂层的第三级涂层。第三级涂层可以包括：颜料、墨或者其他着色剂，出于识别鉴定目的来对光纤进行标记，并且通常杨氏模量类似于次级涂层的杨氏模量。
次级涂层58可以包含三官能单体。次级涂层58的玻璃转化温度(Tg)可以是：大于约50℃，或者大于约60℃，或者大于约70℃，或者大于约80℃，或者大于约90℃，或者大于约100℃。
可以使用合适的初级涂层56和/或次级涂层58，从而光纤46具有如下耐穿刺性：大于或等于约5g，或者大于或等于约10g，或者大于或等于约15g，或者大于或等于约20g，或者大于或等于约25g，或者大于或等于约30g，或者大于或等于约35g，或者大于或等于约40g，或者大于或等于约45g，或者大于或等于约50g，或者大于或等于约55g，或者大于或等于约60g。
直径减小的示例性实施方式
如上文所讨论的那样，本文公开的光纤实施方式可以具有直径减小的玻璃直径和/或涂层直径。在一些实施方式中，包层区域50可以具有约125微米或更小的外直径，以及次级涂层58可以具有约210微米或更小的外直径。包层区域50可以具有约110微米或更小，或者约100微米或更小，或者约90微米或更小，或者约80微米或更小的外直径。此外，次级涂层58可以具有约210微米或更小，或者约200微米或更小，或者约180微米或更小，或者约170微米或更小，或者约160微米或更小的外直径。要注意的是，包层50的外直径是光纤46的玻璃直径，以及次级涂层58的外直径可以是光纤46的整体外直径(当没有施涂第三级墨外层的情况下)。
在一些示例性例子中，包层区域50具有约125微米的外直径以及次级涂层58具有约200微米或更小的外直径；或者包层区域50具有约125微米的外直径以及次级涂层58具有约180微米或更小的外直径；或者包层区域50具有约125微米的外直径以及次级涂层58具有约170微米或更小的外直径；或者包层区域50具有约125微米的外直径以及次级涂层58具有约155至175微米的外直径；或者包层区域50具有约125微米的外直径以及次级涂层58具有约160至170微米的外直径。在其他示例性实施方式中，包层区域50具有约110微米或更小的外直径以及次级涂层58具有约200微米或更小的外直径；或者包层区域50具有约90微米或更小的外直径以及次级涂层58具有约180微米或更小的外直径；或者包层区域50具有约90微米的外直径以及次级涂层58具有约155至175微米的外直径；或者包层区域50具有约90微米的外直径以及次级涂层58具有约160至170微米的外直径。
如上文所讨论的那样，本公开内容的直径减小的光纤轮廓设计提供了特定的优势，例如海底光缆中更高的光纤数。然而，由于包层的轮廓减小，光纤的包层直径减小可能允许一些光通过包层发生泄漏。因此，本公开内容的偏移凹槽设计具有约30％Δ-微米2或大的凹槽体积从而有利地降低了由于透过直径减小的包层的光泄漏所导致的“隧道”或“辐射”损失。
图7显示对于1310nm处的模场直径为9.2微米以及光缆截止为1430nm的两种光纤的辐射损失与包层直径的函数关系。根据本公开内容实施方式的示例性光纤72具有约58％Δ-微米2的凹槽体积，而对比光纤74仅具有约8％Δ-微米2的凹槽体积。如图7所示，在相同的包层直径范围上，示例性光纤72具有相比于对比光纤74更低的辐射损失。本文公开的较大的凹槽体积有利地提供了减小的辐射损失，从而提供了更高效的光纤。此外，具有约30％Δ-微米2或大的凹槽体积的偏移凹槽设计还帮助降低了包层直径减小的光纤中的微弯曲损耗。通常来说，证实包层直径减小的光纤的微弯曲敏感性增加。但是，如本文所公开的具有约30％Δ-微米2或大的凹槽体积的偏移凹槽设计提供了具有减小的微弯曲损耗的光纤。
初级和次级涂层还可以具有相比于常规光纤的涂层形貌而言减小的直径。初级涂层的半径r5是：小于或等于约85.0微米，或者小于或等于约80.0微米，或者小于或等于约75.0微米，或者小于或等于约70.0微米。为了有助于光纤直径的减小，优选使得初级涂层的厚度r5-r4最小化。初级涂层的厚度r5-r4是：小于或等于约25.0微米，或者小于或等于约20.0微米，或者小于或等于约15.0微米，或者小于或等于约10.0微米，或者约5.0微米至约25.0微米的范围，或者约8.0微米至20.0微米的范围，或者约10.0微米至17.0微米的范围。
次级涂层的半径r6是：小于或等于约95.0微米，或者小于或等于约90.0微米，或者小于或等于约85.0微米，或者小于或等于约80.0微米。还考虑使得次级涂层的厚度r6-r5最小化。次级涂层的厚度r6-r5是：小于或等于约25.0微米，或者小于或等于约20.0微米，或者小于或等于约15.0微米，或者小于或等于约10.0微米，或者约5.0微米至约25.0微米的范围，或者约8.0微米至20.0微米的范围，或者约10.0微米至18.0微米的范围，或者约12.0微米至约16.0微米的范围。
次级涂层厚度与初级涂层厚度之比可以是：约0.50至约1.40，或者约0.60至约1.3，或者约0.65至约1.2，或者约0.70至约1.10，或者约0.75至约1.00，或者约为0.80。
因此，相比于传统光纤，根据本公开内容实施方式的光纤具有减小的涂层直径，或者具有减小的玻璃直径，或者同时具有减小的涂层和玻璃直径。这帮助增加了例如海底光缆中的“光纤数”。
下表7提供了五种次级涂层样品的平均涂层厚度。实施例1和2与实施例3、4和5进行对比，显示8.0微米至20微米范围内的平均次级涂层厚度产生了相比低于这个范围的平均厚度而言更高的拉伸强度。实施例1和2所展现出的更高的拉伸强度实现了光纤(例如，海底光缆中所用的那些)使用更薄的次级涂层。
表7：次级涂层的厚度
Figure BDA0003926989960000261
示例性初级和次级涂层
下文对示例性初级和次级涂层以及涂层的强度和耐穿刺性的测量进行了讨论。
初级涂层-组成。初级涂层组合物包含下表8给出的配方，并且是典型的市售可得初级涂层组合物。
表8：参照初级涂料组合物
组分 量
低聚物材料 50.0重量％
SR504 46.5重量％
NVC 2.0重量％
TPO 1.5重量％
Irganox 1035 1.0pph
3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 0.8pph
季戊四醇四-(3-巯基丙酸酯) 0.032pph
其中，如本文所述从H12MDI、HEA和PPG4000采用摩尔比n:m:p＝3.5:3.0:2.0来制备低聚物材料；SR504是乙氧基化(4)壬基酚丙烯酸酯(购自沙多玛公司(Sartomer))；NVC是N-乙烯基己内酰胺(购自奥德里奇公司(Aldrich))；TPO(光引发剂)是(2,4,6-三甲基苯甲酰)-二苯基氧化膦(购自巴斯夫公司)；Irganox 1035(抗氧化剂)是苯丙酸,3,5-二(1,1-二甲基乙基)-4-羟基硫代二-2,1-乙烷二基酯(购自巴斯夫公司)；3-丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷是粘合促进剂(购自格勒斯特公司(Gelest))；以及季戊四醇四-(3-巯基丙酸酯)(也被称作四硫醇，购自奥德里奇公司)是链转移剂。浓度单位“pph”指的是相对于包含所有单体、低聚物和光引发剂的基础组合物的量。例如，1.0pph浓度的Irganox 1035对应于每100g的低聚物材料、SR504、NVC和TPO的总量，具有1g的Irganox 1035。
通过在室温下的500mL烧瓶中混合H12MDI(4,4'-亚甲基双(环己基异氰酸酯))、二月桂基二丁基锡和2,6-二叔丁基-4甲基酚来制备低聚物材料。该500mL烧瓶配有热电偶、CaCl2干燥管和搅拌器。在对烧瓶内含物进行持续搅拌的同时，使用加料漏斗在30-40分钟的时间段上加入PPG4000。在添加PPG4000时，监测反应混合物的内部温度，并且对PPG4000的引入进行控制，以防止(由于反应的放热特性而产生的)过度加热。在添加了PPG4000之后，在约70℃至75℃的油浴中，加热反应混合物持续约1至1.5小时。在各种时间间隔，取样反应混合物样品，通过红外光谱(FTIR)分析，通过确定未反应的异氰酸酯基团的浓度来监测反应进程。基于接近2265cm-1的特征异氰酸酯拉伸模式的强度，来评估未反应的异氰酸酯基团的浓度。从油浴取出烧瓶，并使得内含物自然冷却至低于65℃。进行加入补充HEA，以确保异氰酸酯基团的完全猝灭。使用加料漏斗，在2-5分钟的时间段上，逐滴加入补充的HEA。在添加了补充的HEA之后，烧瓶返回至油浴，并且其内含物再次加热到约70℃至75℃，持续约1至1.5小时。对反应混合物进行FTIR分析，以评估是否存在异氰酸酯基团，并且重复该过程直到添加了足够的补充HEA与任意未反应的异氰酸酯基团发生完全反应。当在FTIR测量中没有检测到可察觉的异氰酸酯拉伸强度时，视作完全反应。
次级涂层-组成。表9中列出了四种可固化次级涂层组合物(A、SB、SC和SD)。
表9：次级涂料组合物
Figure BDA0003926989960000281
PE210是双酚A环氧二丙烯酸酯(购自韩国Miwon特种化学品公司)；M240是乙氧基化(4)双酚A二丙烯酸酯(购自韩国Miwon特种化学品公司)；M2300是乙氧基化(30)双酚A二丙烯酸酯(购自韩国Miwon特种化学品公司)；M3130是乙氧基化(3)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(购自韩国Miwon特种化学品公司)；TPO(光引发剂)是(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦(购自巴斯夫公司)；Irgacure 184(光引发剂)是1-羟基环己基苯基酮(购自巴斯夫公司)；Irganox 1035(抗氧化剂)是苯丙酸,3,5-二(1,1-二甲基乙基)-4-羟基硫代二-2,1-乙烷二基酯(购自巴斯夫公司)。DC190(顺滑剂)是硅酮-环氧乙烷/环氧丙烷共聚物(购自陶氏化学品公司)。浓度单位“pph”指的是相对于包含所有单体和光引发剂的基础组合物的量。例如，对于次级涂层组合物A，1.0pph浓度的DC-190对应于每100g的PE210、M240、M2300、TPO和Irgacure184的总量，具有1g的DC-190。
次级涂层-拉伸性质。采用上文所述技术来测量由次级组合物A、SB、SC和SD制得的次级涂层的杨氏模量、屈服拉伸强度、屈服强度和屈服伸长。结果总结在表10中。
表10：次级涂层的拉伸性质
Figure BDA0003926989960000291
结果显示由组成SB、SC和SD制备得到的次级涂层展现出比由比较例组成A制备得到的次级涂层更高的杨氏模量和更高的屈服强度。此外，从组合物SB、SC和SD制备的次级涂层展现出相比于从组合物A制备的次级涂层更高的断裂韧度。组合物SB、SC和SD所展现出的更高数值实现了在没有牺牲性能的情况下光纤使用更薄的次级涂层。如上文所讨论的，更薄的次级涂层降低了光纤的整体直径并且在给定横截面面积的光缆中(例如，海底光缆中)提供了更高的光纤数。
示例性光纤实施方式
本文公开的实验实例和原理表明可以通过调节光纤的涂层性质在直径减小的光纤中实现足够的微弯曲和耐穿刺性性质。更具体来说，较高模量的次级涂层为直径减小的光学分布提供了足够的耐穿刺性。上文公开的次级涂层与初级涂层的厚度比提供了没有牺牲耐穿刺性的直径减小的光纤。此外，本文公开的实验实例和原理表明可以在直径减小的光纤中通过提供碱性物质掺杂的纤芯来实现足够的衰减。
为了检查初级和次级涂层的厚度和模量对于向玻璃光纤的径向作用力的传输的影响，考虑了一系列的建模实例。在模型中，向光纤的次级涂层的表面施加径向外部负荷P，并计算所得到的玻璃光纤的表面处的负荷。建模的玻璃纤维的杨氏模量为73.1GPa(与二氧化硅玻璃一致)。初级和次级涂层的泊松比νp和νs分别固定在0.48和0.33。考虑比较例样品C1和根据本公开内容的6个样品M1-M6。比较例样品包括具有与本领域已知的光纤一致的厚度和模量的初级和次级涂层。样品M1-M6是根据本公开内容实施方式的初级和次级涂层的厚度减小的例子。表11总结了对初级和次级涂层的构造进行描述的参数。
表11：建模光纤的涂层性质
Figure BDA0003926989960000301
下表12总结了在玻璃纤维的外表面处的负荷P1与施加到次级涂层的表面的负荷P的比例。比例P1/P在本文中被称作负荷传输参数且对应于传输通过初级和次级涂层到达玻璃光纤表面的外部负荷P的比例。负荷P是径向负荷，并且从基于等式(9)至(11)的模型计算负荷传输参数P1/P：
Figure BDA0003926989960000302
式中，
Figure BDA0003926989960000311
以及
B＝((1-2νp(r4/r5)2+(r4/r5)2)(1-2νs(r5/r6)2+(r5/r6)2)) (11)
在等式(9)至(11)中，νp和νs是初级和次级涂层的泊松比，r4是玻璃纤维的外半径，r5是初级涂层的外半径，r6是次级涂层的外半径，Ep是初级涂层的原位模量，以及Es是次级涂层的杨氏模量。表11中的比例尺负荷传输参数P1/P(比例尺)对应于每个样品相对于比较例样品C1的比例P1/P。
表12：玻璃纤维表面处的负荷传输参数(P1/P)
样品 P1/P P1/P(比例尺)
C1 0.004440 1.00
M1 0.004286 0.97
M2 0.004369 0.98
M3 0.0042491 0.97
M4 0.004240 0.95
M5 0.004184 0.94
M6 0.004153 0.94
建模实例显示尽管具有较小的涂层厚度，但是具有如本文所述的初级和次级涂层的光纤相比于具有常规厚度的常规初级和次级涂层的比较例光纤展现出玻璃纤维所经受的作用力的下降。作为结果，本文所述光纤的整体尺寸减小实现了给定尺寸光缆中更高的光纤数(或者对于给定光纤数更小的光缆直径)，而没有增加由于外部作用力所导致的玻璃纤维发生破损的风险。
次级涂层的比例尺负荷传输参数P1/P(比例尺)小于约0.99，或者小于约0.97，或者小于约0.95。次级涂层的负荷传输参数P1/P是：小于约0.005，或者小于0.0045，或者小于约0.00445，或者小于约0.00444，或者小于约0.0043，或者小于约0.0042，或者小于约0.0041，或者约0.005至约0.0041的范围，或者约0.0045至约0.0042的范围，或者约0.00445至约0.00420的范围，或者约0.00440至约0.004200的范围。
下表13提供了根据本公开内容实施方式的额外建模实施例。样品M7-M18是厚度减小的初级和次级涂层的实例。表12总结了对初级和次级涂层的构造进行描述的参数。
表13：建模光纤的涂层性质
Figure BDA0003926989960000321
光纤拉制工艺
可以由连续光纤制造工艺形成本文公开的光纤，在其过程中，从经加热的预制件拉制玻璃纤维并尺寸调节至目标直径。然后，玻璃纤维冷却并被引导到涂覆系统，所述涂覆系统向玻璃纤维施涂液体初级涂层组合物。在向玻璃纤维施涂了液体初级涂层组合物之后，存在两种可行的加工选项。在一个加工选项中(干碰湿工艺)，液体初级涂层组合物固化以形成凝固的初级涂层，液体次级涂层组合物施涂到固化的初级涂层，以及液体次级涂层组合物固化以形成凝固的次级涂层。在第二种加工选项中(湿碰湿工艺)，液体次级涂层组合物施涂到液体初级涂层组合物，并且这两种液体涂层组合物同时固化以提供凝固的初级和次级涂层。在光纤离开涂覆系统之后，对光纤进行收集并室温储存。光纤的收集通常需要将光纤卷绕到卷轴上并储存卷轴。
在一些工艺中，涂覆系统还向次级涂层施涂第三级涂层组合物，并且使得第三级涂层组合物固化以形成固结的第三级涂层。通常来说，第三级涂层是出于鉴别目的对光纤进行标记的墨层，并且具有包含颜料以及其他方面来说与次级涂层类似的组成。将第三级涂层施涂到次级涂层并固化。通常来说，在施涂第三级涂层的时候，次级涂层已经固化了。可以在共用的连续制造工艺中施涂并固化初级、次级和第三级涂层组合物。或者，可以在共用的连续制造工艺中施涂并固化初级和次级涂层组合物，对经过涂覆的光纤进行收集，以及在分开的离线式工艺中施涂并固化第三涂层组合物以形成第三级涂层。
多纤芯光纤
本文公开的光纤可用于多纤芯光纤设计。借助本公开内容的光纤，可以实现此类多纤芯光纤设计，其在较小轮廓光缆中具有最大数量的纤芯，同时维持了光纤之间的低串扰、从角落光纤到边缘的低隧道损失以及良好的弯曲性能。例如，多纤芯光纤可以包括本文公开的小轮廓光纤，每个具有掺杂了卤素和/或碱金属的纤芯以及偏移凹槽设计，如上文所讨论的那样。因此，上文所讨论的单纤芯光纤可以用于多纤芯光纤从而提供与上文所讨论相同的模场直径、有效面积和衰减。
图8A显示具有圆形轮廓的示例性多纤芯光纤80的横截面图。如图8A所示，多纤芯光纤80包括：中心光纤轴85(多纤芯光纤80的中心线)，多个纤芯90，以及形成共用包层98的包层基质94。纤芯90布置在包层基质94中，每个纤芯90形成纤芯纤维CF1、CF2，它们通常延伸穿过平行于中心光纤轴85的多纤芯光纤80的长度。
每个纤芯90分别包括中心轴或中心线CL1和CL2以及外半径r1和r2。要注意的是，外半径r1、r2与上文关于图5所公开的半径r1相类似。如图8A所示，可以采用笛卡尔坐标来定义多纤芯光纤80内的每个中心线CL1和CL2的位置，中心光纤轴85定义了x-y坐标体系的原点(0,0)，并且坐标体系由径向坐标R所限定。中心线CL1的位置可以定义为(x1,y1)，以及中心线CL2的位置可以定义为(x2,y2)。然后可以将中心线CL1与CL2之间的距离DC1-C2定义为√[(x2–x1)2+(y2–y1)2]。因此，对于具有中心线CLi的给定纤芯90以及具有中心线CLj的相邻纤芯90，距离DCi-Cj定义为√[(xj–xi)2+(yj–yi)2]，同样如下文更进一步讨论。
纤芯90可以类似于纤芯区域48且可以包括相同的材料和性质(如上文关于单纤芯光纤所讨论的那样)，以及包层基质94可以类似于包层区域50且可以包括相同的材料和性质(同样如上文关于单纤芯光纤所讨论的那样)。因此，多纤芯光纤80的每个纤芯90可以被具有偏移凹槽设计的包层区域所围绕，如上文所讨论的那样。根据本公开内容的实施方式，多纤芯光纤包括：第一纤芯，围绕第一纤芯的第一内包层，第二纤芯，围绕第二纤芯的第二内包层，以及围绕第一纤芯和第二纤芯的共用包层。此外，可以在包层基质94上布置初级涂层、次级涂层和任选的第三级涂层，同样如上文所讨论的那样。
虽然图8A仅显示两个纤芯90，但是多纤芯光纤80可以包括不止两个纤芯，同样如下文所述。此外，多纤芯光纤80可以包括圆形横截面轮廓(如图8A所示)或者矩形带横截面轮廓。图8B显示多纤芯光纤80的额外示例性实施方式。
多纤芯光纤80可以以本领域已知的任意构造包含任意数量的纤芯90。例如，纤芯90的总数可以是：2至20，2至18，2至16，2至12，2至10，2至8，2至6，2至4，2至3，4至20，4至18，4至16，4至12，4至10，4至8，4至6，6至20，6至18，6至16，6至12，6至10，6至8，8至20，8至18，8至16，8至12，8至10，10至20，10至18，10至16，10至12，12至20，12至18，或者12至16。例如，纤芯90的总数可以是：2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20，或者任意这些值之间的任意纤芯总数。纤芯90的总数可以是偶数或者奇数，并且可以在包层基质94中以任意图案布置，其非限制性例子包括：正方形图案、矩形图案、圆形图案以及六边形格子图案。例如，图9显示包括布置成正方形图案的4根纤芯的多纤芯光纤。
如图8C所示，多纤芯光纤80中的多根纤芯90中的一个或多个被内包层95和外包层97围绕，使得外包层97围绕95，位于内包层95与共用包层98之间。每个内包层95具有外半径rIC1以及对应于纤芯90的外半径r1的内半径。内包层95具有宽度δrIC1，其由纤芯90的外半径r1和内包层95的外半径rIC1所限定。纤芯90可以具有对应于2*r1的直径d，以及内包层95可以具有对应于2*rIC1的直径dIC1。每个外包层97具有外半径rOC1以及对应于内包层95的外半径rIC1的内半径。外包层97具有宽度δrOC1，其由内包层95的外半径rIC1和外包层97的外半径rOC1所限定。要注意的是，内包层95的外半径rIC1类似于半径r2，以及外包层97的外半径rOC1类似于半径r3，如上文关于图5所讨论的那样。共用包层98具有外半径Roc，如图8A所示。
内包层95可以类似于内包层区域51并且包括相同的材料和性质(如上文关于单纤芯光纤所讨论的那样)，外包层97可以类似于凹陷折射率包层区域53并且包括相同的材料和性质(如上文关于单纤芯光纤所讨论的那样)，以及共用包层98可以类似于外包层区域55并且包括相同的材料和性质(如上文关于单纤芯光纤所讨论的那样)。因此，例如外包层97可以形成凹槽区域，类似于凹陷折射率包层区域53。
参见图8A-8C，纤芯90分别具有如下范围的直径“d”(r1 x 2或者r2 x 2)：约4微米至约20微米，或者约5微米至约18微米，或者约6微米至约16微米，或者约7微米至约14微米，或者约8微米至约12微米，或者约9微米至约12微米。每个纤芯90的直径d可以与多纤芯光纤80中的一个或多个其他纤芯90是相同或不同的。每个纤芯90之间的间距D可以在每个纤芯90之间是恒定的，并且可以是：约20微米或更大，或者约25微米或更大，或者约30微米或更大，或者约35微米或更大。作为补充或替代，间距D可以是：约50微米或更小，或者约45微米或更小，或者约40微米或更小，或者约35微米或更小。在一些实施方式中，间距D是如下范围：约20微米至约40微米，或者约25微米至约35微米，或者约为35微米。在其他实施方式中，两个或更多个纤芯90之间的间距可以不同于两个或更多个其他纤芯90之间的间距。纤芯90之间的间距应该足以降低纤芯之间的串扰，如下文更详细讨论。
当处于带形式时，多纤芯光纤80具有横截面宽度W和厚度TH，如图8B所示。纤芯90可以沿着厚度TH布置成一行或多行以及沿着宽度W延伸的一列或多列。宽度W可以是约0.5mm至约3mm，或者约1mm至约2.5mm，或者约1mm至约2mm。厚度可以是约0.1至约0.5mm或者约0.2至0.4mm。在一个实施方式中，多纤芯光纤80具有矩形带横截面轮廓，包括8个纤芯，具有约2mm的宽度W以及约0.3mm的厚度TH。
在圆形横截面设计中，包层基质94的宽度是共用包层98的直径(Roc x 2)并且可以是：约200微米或更小，或者约150微米或更小，或者约125微米或更小，或者约80微米或更大，或者约80微米至约125微米的范围，或者约120微米至约130微米，或者约125微米。在其他实施方式中，共用包层98的直径可以是：约140微米或更大，或者约150微米或更大，或者约160微米或更大，或者约170微米或更大，或者约180微米或更大，或者约190微米或更大。作为补充或替代，共用包层98的直径可以是：约200微米或更小，或者约190微米或更小，或者约180微米或更小，或者约170微米或更小，或者约160微米或更小，或者约150微米或更小，或者约140微米或更小。在一些例子中，共用包层98的直径范围是约120微米至约140微米。
图9显示具有布置成正方形设计的4根纤芯90的示例性多纤芯光纤100。如图9所示，第一纤芯的中心线(CL1)与相邻纤芯的中心线(CL2)之间的距离D1小于约50微米，这是采用如上文所讨论的笛卡尔坐标系测得的。例如，相邻纤芯之间的距离D1可以是：大于约20微米，大于约25微米，大于约28微米，大于约30微米，大于约35微米，或者大于约40微米。作为补充或替代，距离D1可以小于约45微米，小于约40微米，或者小于约35微米。例如，距离D1可以是：约20微米至约50微米，约20微米至约45微米，约20微米至约30微米，约28微米至约50微米，约28微米至约40微米，约28微米至约30微米，约30微米至约50微米，约30微米至约40微米，或者约40微米至约45微米。对于每个纤芯，相邻纤芯90之间的距离D1可以是相同或不同的。
在例如4x4正方形式样中，两个纤芯之间所分开的最大距离(距离D2)可以是：约20微米或更大，约25微米或更大，约30微米或更大，约35微米或更大，或者约40微米或更大。作为补充或替代，距离D2可以是：约50微米或更小，约45微米或更小，约40微米或更小，约35微米或更小，或者约30微米或更小。
同样如图9所示，纤芯90的中心线与共用包层98的外半径之间的距离D3可以是：约40微米或更小，约35微米或更小，约30微米或更小，约25微米或更小，或者约20微米或更小。作为补充或替代，距离D3可以是：约25微米或更大，约30微米或更大，约35微米或更大，约35微米或更大，或者约40微米或更大。在一些例子中，距离D3的范围是约25微米至约40微米或者约30微米至约35微米。还考虑对于每个纤芯90，距离D3可以相同或不同。
纤芯90的外半径与共用包层98的外半径之间的距离D4可以是：约25微米或更小，约20微米或更小，约18微米或更小，约16微米或更小，约14微米或更小，约13微米或更小，约12微米或更小，约10微米或更小，约8微米或更小，或者约6微米或更小。作为补充或替代，距离D4可以是：约8微米或更大，约10微米或更大，约13微米或更大，约16微米或更大，或者约18微米或更大。在一些例子中，距离D4的范围是约10微米至约20微米或者约12微米至约16微米。还考虑对于每个纤芯90，距离D4可以相同或不同。
此外，如图9所示，距离D5可以是每个纤芯90的半径(例如，r1、r2)。距离D5可以是如下范围：约2微米至约30微米，或者约2.5微米至约22.5微米，或者约5微米至约20微米，或者约7微米至约14微米，或者约8微米至约12微米，或者约9微米至约11微米。例如，D5可以是：约9微米、约10微米、约10.5微米、约11微米、约11.5微米、约12微米、约12.5微米、约13微米、约14微米、约15微米、约15.5微米、约16微米、约16.5微米、约17微米、约17.5微米或者约18微米。还考虑对于每个纤芯90，距离D5可以相同或不同。
在一个实施方式中，示例性多纤芯光纤100包括4x4正方形设计的4纤芯区域，使得光纤的宽度W约为125微米，距离D1约为45微米，距离D2约为63.6微米，距离D3约为30.7微米，距离D4约为13微米，以及距离D5约为17.6微米。
如上文所讨论的，纤芯90具有降低的串扰以确保良好的系统性能。串扰取决于纤芯之间的距离以及光纤长度。可以从等式(12)计算得到纤芯之间的平均串扰。
X＝2κ2LLc (12)
式中，k是耦合系数，L是光纤长度，以及Lc是取决于光纤均匀性和部署条件的相关性长度。
在一些实施方式中，对于运行在1550nm处的100km长度的多纤芯光纤进行测量，相邻纤芯90之间的平均串扰是：等于或小于-20dB，或者等于或小于约-30db，或者等于或小于约-35dB，或者小于约-40dB，或者小于约-45dB，或者小于约-50dB，或者等于或小于约-55dB，或者等于或小于约-60dB。
图10显示沿着100km光纤长度的多纤芯光纤设计中的相邻纤芯90之间的串扰与间距图。迹线200代表具有步阶状折射率分布和80微米2有效面积的多纤芯光纤设计，迹线210代表具有(如本文所公开的)偏移凹槽设计和80微米2有效面积的多纤芯光纤设计，以及迹线220代表具有(如本文所公开的)偏移凹槽设计和100微米2有效面积的多纤芯光纤设计。如图10所示，随着纤芯之间的间距增加，迹线220的串扰低于迹线200。此外，随着纤芯之间的间距增加，迹线210的串扰低于迹线220。因此，图10显示每个纤芯具有80微米2的有效面积以及偏移凹槽设计的多纤芯设计有利地提供了相比于100微米2的有效面积的纤芯或者具有步阶状折射率分布的光纤更低的串扰。
在本文公开的多纤芯光纤设计中，纤芯90在1550nm处可以具有如下衰减：小于或等于0.18dB/km，或者小于或等于0.175dB/km，或者小于或等于0.170dB/km，或者小于或等于0.165dB/km，或者小于或等于0.160dB/km，或者小于或等于0.155dB/km，或者小于或等于0.150dB/km，同样如上文所讨论的那样。每根纤芯90可以具有相同或不同的衰减。
本文公开的多纤芯光纤的纤芯90可以具有小于约1500nm、小于约1400nm、小于约1300nm、小于约1260nm或者小于约1200nm的理论截止波长。例如，理论截止波长可以是约1300nm至约1500nm或者约1300nm至约1400nm。例如，理论截止波长可以是：约1300nm、约1310nm、约1320nm、约1329nm、约1330nm、约1340nm、约1350nm、约1360nm、约1370nm、约1380nm、约1400nm、约1500nm，或者这些值之间的任何理论截止波长。每根纤芯90可以具有相同或不同的理论截止波长。
根据一个方面，纤芯90的光缆截止波长是：小于约1500nm、小于约1400nm、小于约1300nm、小于约1260nm或者小于约1200nm。例如，光缆截止波长可以是：约1200nm至约1500nm，约1200nm至约1400nm，约1200nm至约1300nm，约1300nm至约1500nm，约1300nm至约1400nm，或者约1400nm至约1500nm。例如，光缆截止波长可以是：约1200nm、约1209nm、约1210nm、约1220nm、约1230nm、约1240nm、约1250nm、约1260nm、约1300nm、约1310nm、约1350nm、约1400nm、约1410nm、约1420nm、约1430nm、约1440nm、约1450nm、约1460nm、约1500nm，或者这些值之间的任何光缆截止波长。每根纤芯90可以具有相同或不同的光缆截止波长。
根据一个方面，纤芯90可以具有约1280nm至约1340nm的零色散波长。例如，零色散波长可以是：约1290nm至约1330nm，约1295nm至约1325nm，约1300nm至约1320nm，或者约1305nm至约1315nm。例如，零色散波长可以是：约1280nm、约1285nm、约1289nm、约1290nm、约1300nm、约1301nm、约1305nm、约1306nm、约1310nm、约1315nm或者约1320nm，或者这些值之间的任何零色散波长。每根纤芯90可以具有相同或不同的零色散波长。
根据本公开内容的方面，纤芯90可以具有1310nm处小于3ps/nm/km的色散绝对值以及1310nm处小于0.1ps/nm2/km的色散斜率。每根光纤90可以在1310nm处具有相同或不同的色散和色散斜率。例如，1310nm处的色散绝对值可以是：约0.3ps/nm/km至约3ps/nm/km，约0.3ps/nm/km至约2.5ps/nm/km，约0.3ps/nm/km至约2.25ps/nm/km，约0.3ps/nm/km至约2ps/nm/km，约0.3ps/nm/km至约1.75ps/nm/km，约0.3ps/nm/km至约1.5ps/nm/km，或者约0.3ps/nm/km至约1ps/nm/km。例如，1310处的色散绝对值可以是：约0.3ps/nm/km、约0.35ps/nm/km、约0.4ps/nm/km、约0.5ps/nm/km、约0.75ps/nm/km、约1ps/nm/km、约1.25ps/nm/km、约1.5ps/nm/km、约1.75ps/nm/km、约2ps/nm/km、约2.25ps/nm/km、约2.5ps/nm/km、约2.75ps/nm/km、约3ps/nm/km，或者这些值之间的任意值。在一个例子中，1310nm处的色散斜率可以是：约0.075ps/nm2/km至约0.1ps/nm2/km，约0.08ps/nm2/km至约0.1ps/nm2/km，约0.085ps/nm2/km至约0.1ps/nm2/km，约0.09ps/nm2/km至约0.1ps/nm2/km，约0.075ps/nm2/km至约0.09ps/nm2/km，约0.08ps/nm2/km至约0.09ps/nm2/km，或者约0.085ps/nm2/km至约0.09ps/nm2/km。例如，1310nm处的色散斜率可以是：约0.075ps/nm2/km、约0.08ps/nm2/km、约0.085ps/nm2/km、约0.086ps/nm2/km、约0.087ps/nm2/km、约0.088ps/nm2/km、约0.089ps/nm2/km、约0.09ps/nm2/km、约0.01ps/nm2/km，或者这些值之间的任意值。
根据本公开内容的方面，纤芯90可以具有1550nm处小于22ps/nm/km的色散以及1550nm处小于0.1ps/nm2/km的色散斜率。每根纤芯90可以在1550nm处具有相同或不同的色散和色散斜率。例如，1550nm处的色散可以是：约10ps/nm/km至约22ps/nm/km,，约10ps/nm/km至约22ps/nm/km，约10ps/nm/km至约20ps/nm/km，约10ps/nm/km至约15ps/nm/km，约15ps/nm/km至约22ps/nm/km，或者约15ps/nm/km至约20ps/nm/km。例如，1550处的色散可以是：约10ps/nm/km、约15ps/nm/km、约16ps/nm/km、约17ps/nm/km、约17.5ps/nm/km、约18ps/nm/km、约19ps/nm/km、约19.5ps/nm/km、约19.6ps/nm/km、约20ps/nm/km、约20.1ps/nm/km、约22ps/nm/km，或者这些值之间的任意值。在一个例子中，1550nm处的色散斜率可以是：约0.04ps/nm2/km至约0.1ps/nm2/km，约0.05ps/nm2/km至约0.1ps/nm2/km，约0.055ps/nm2/km至约0.1ps/nm2/km，约0.06ps/nm2/km至约0.1ps/nm2/km，约0.08ps/nm2/km至约0.1ps/nm2/km，约0.04ps/nm2/km至约0.08ps/nm2/km，约0.05ps/nm2/km至约0.08ps/nm2/km，约0.055ps/nm2/km至约0.08ps/nm2/km，约0.06ps/nm2/km至约0.08ps/nm2/km，约0.04ps/nm2/km至约0.06ps/nm2/km，约0.05ps/nm2/km至约0.06ps/nm2/km，或者约0.055ps/nm2/km至约0.06ps/nm2/km。例如，1550nm处的色散斜率可以是：约0.04ps/nm2/km、约0.05ps/nm2/km、约0.055ps/nm2/km、约0.057ps/nm2/km、约0.058ps/nm2/km、约0.059ps/nm2/km、约0.06ps/nm2/km、约0.061ps/nm2/km、约0.07ps/nm2/km、约0.08ps/nm2/km，或者这些值之间的任意值。
根据一个方面，通过采用10mm直径心轴的心轴缠绕测试所确定的本文公开的多纤芯光纤中的每根纤芯90在1550nm处的弯曲损耗可以是：小于约3dB/圈、小于约2.5dB/圈、小于约2dB/圈、小于约1.5dB/圈或者小于约1dB/圈。例如，采用直径10mm的心轴，弯曲损耗可以是：约0.5dB/圈至约3dB/圈，约0.5dB/圈至约2.5dB/圈，约0.5dB/圈至约2dB/圈，约0.5dB/圈至约1.5dB/圈，约0.5dB/圈至约1dB/圈，约1dB/圈至约3dB/圈，约1dB/圈至约2.5dB/圈，约1dB/圈至约2dB/圈，约1dB/圈至约1.5dB/圈，约1.5dB/圈至约3dB/圈，约1.5dB/圈至约2.5dB/圈，约1.5dB/圈至约2dB/圈，约2dB/圈至约3dB/圈，或者约2dB/圈至约2.5dB/圈。例如，采用直径10mm的心轴，弯曲损耗可以是：约0.5dB/圈、约0.75dB/圈、约0.9dB/圈、约1dB/圈、约1.5dB/圈、约2dB/圈、约2.5dB/圈、约3dB/圈，或者这些值之间的任意值。
根据一个方面，通过采用15mm直径心轴的心轴缠绕测试所确定的本文公开的多纤芯光纤中的每根纤芯90在1550nm处的弯曲损耗可以是：小于约1dB/圈、小于约0.75dB/圈、小于约0.5dB/圈、或者小于约0.3dB/圈。例如，采用直径15mm的心轴，弯曲损耗可以是：约0.1dB/圈至约1dB/圈，约0.1dB/圈至约0.75dB/圈，约0.1dB/圈至约0.5dB/圈，约0.2dB/圈至约1dB/圈，约0.2dB/圈至约0.75dB/圈，约0.2dB/圈至约0.5dB/圈，约0.3dB/圈至约1dB/圈，约0.3dB/圈至约0.75dB/圈，或者约0.3dB/圈至约0.5dB/圈。例如，采用直径15mm的心轴，弯曲损耗可以是：约0.2dB/圈、约0.23dB/圈、约0.25dB/圈、约0.3dB/圈、约0.5dB/圈、约0.6dB/圈、约0.75dB/圈、约1dB/圈，或者这些值之间的任意值。
根据一个方面，通过采用20mm直径心轴的心轴缠绕测试所确定的本文公开的多纤芯光纤中的每根纤芯90在1550nm处的弯曲损耗可以是：小于约3dB/圈、小于约2dB/圈、小于约1dB/圈、小于约0.5dB/圈、小于约0.3dB/圈或者小于约0.2dB/圈。例如，采用直径20mm的心轴，弯曲损耗可以是：约0.1dB/圈至约3dB/圈，约0.1dB/圈至约2.5dB/圈，约0.1dB/圈至约2dB/圈，约0.2dB/圈至约3dB/圈，约0.2dB/圈至约2.5dB/圈，约0.2dB/圈至约2dB/圈，约0.3dB/圈至约3dB/圈，约0.3dB/圈至约2.5dB/圈，或者约0.3dB/圈至约2dB/圈，约0.1dB/圈至约1dB/圈，约0.1dB/圈至约0.75dB/圈，约0.1dB/圈至约0.5dB/圈，0.5dB/圈至约3dB/圈，约0.5dB/圈至约2.5dB/圈，约0.5dB/圈至约2dB/圈，1dB/圈至约3dB/圈，约1dB/圈至约2.5dB/圈，或者约1dB/圈至约2dB/圈。例如，采用直径20mm的心轴，弯曲损耗可以是：约0.2dB/圈、约0.23dB/圈、约0.25dB/圈、约0.3dB/圈、约0.5dB/圈、约0.6dB/圈、约0.75dB/圈、约0.8dB/圈、约0.9dB/圈、约1dB/圈、约2dB/圈、约2.1dB/圈、约2.5dB/圈、约3dB/圈，或者这些值之间的任意值。
根据一个方面，通过采用30mm直径心轴的心轴缠绕测试所确定的本文公开的多纤芯光纤中的每根纤芯90在1550nm处的弯曲损耗可以是：小于约1dB/圈，小于约0.5dB/圈，小于约0.25dB/圈，小于约0.1dB/圈，小于约0.05dB/圈，小于约0.01dB/圈，或者小于约0.005dB/圈。例如，采用直径30mm的心轴，弯曲损耗可以是：约0.01dB/圈至约1dB/圈，约0.01dB/圈至约0.5dB/圈，约0.01dB/圈至约0.25dB/圈，约0.01dB/圈至约0.2dB/圈，约0.01dB/圈至约0.1dB/圈，约0.01dB/圈至约0.005dB/圈，约0.05dB/圈至约1dB/圈，约0.05dB/圈至约0.5dB/圈，约0.05dB/圈至约0.25dB/圈，或者约0.05dB/圈至约0.2dB/圈，约0.2dB/圈至约1dB/圈，约0.2dB/圈至约0.5dB/圈，或者约0.5dB/圈至约1dB/圈。例如，采用直径30mm的心轴，弯曲损耗可以是：约0.005dB/圈、约0.01dB/圈、约0.05dB/圈、约0.06dB/圈、约0.07dB/圈、约0.08dB/圈、约0.09dB/圈、约0.1dB/圈、约0.12dB/圈、约0.13dB/圈、约0.15dB/圈、约0.2dB/圈、约0.23dB/圈、约0.24dB/圈、约0.24dB/圈、约0.25dB/圈、约0.3dB/圈、约0.31dB/圈、约0.4dB/圈、约0.5dB/圈、约0.51dB/圈、约1dB/圈，或者这些值之间的任意值。
根据本公开内容的实施方式，多纤芯光纤可以具有与上文参照单纤芯光纤所讨论的相同的性质。例如，多纤芯光纤的玻璃纤芯可以具有与上文公开相同的凹槽体积、模场直径、有效面积和衰减。因此，包含本公开内容的多纤芯光纤的光纤还可以在减小轮廓的同时仍然维持长距离传输所需的足够的微弯曲和牢固度。
下表14提供了根据本公开内容实施方式的多纤芯光纤310-340的例子。每个多纤芯光纤310-340由布置成正方形设计的4根纤芯形成，如图9所示。光纤310-340分别具有125微米的玻璃外直径和242微米的涂层外直径。光纤310-340中的每根纤芯的半径(r1)约为17.5微米，并且每根纤芯掺杂了氯。此外，每根纤芯具有偏移凹槽设计以及布置在凹槽外侧的共用包层(如本文所公开的那样)。共用包层的折射率是-0.245％。光纤310-340中的第一纤芯的中心线与第二纤芯的中心线之间的距离D1是40微米。并且，光纤310-340中的纤芯的中心线与共用包层的外半径之间的距离D3是34.2微米。光纤310-340的光学性质如下表14所示，以及每根纤芯的相对折射率分布如图11所示。
表14：多纤芯光纤310-340的光学性质
Figure BDA0003926989960000421
表14(续)
Figure BDA0003926989960000431
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离本发明的范围或精神的情况下进行各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本发明精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本发明包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。

Claims (49)

1.一种光纤，其包括：
包含掺杂了氯和/或碱金属的二氧化硅玻璃的纤芯区域；以及
围绕纤芯区域的包层区域，所述包层区域包括：与纤芯区域直接相邻的内包层，围绕内包层的外包层，以及在径向方向上布置在内包层与外包层之间的凹槽区域，所述凹槽区域具有约30％Δ-微米2或更大的体积，
其中，光纤具有1550nm处约100微米2或更小的有效面积。
2.如权利要求1所述的光纤，其中，纤芯区域具有约10ppm至约500ppm的峰值碱金属浓度范围。
3.如权利要求1或2所述的光纤，其中，碱金属是钠、钾和铷中的至少一种。
4.如权利要求1所述的光纤，其中，纤芯区域的氯浓度范围是约0.4重量％至约2.2重量％。
5.如权利要求1-4中任一项所述的光纤，其中，1550nm处的有效面积范围是约70微米2至约90微米2。
6.如权利要求5所述的光纤，其中，1550nm处的有效面积约为80微米2。
7.如权利要求1-6中任一项所述的光纤，其中，凹槽区域的体积是约70％Δ-微米2或更小。
8.如权利要求1-7中任一项所述的光纤，其中，光纤具有1310nm处约9微米至约9.5微米以及1550nm处约10微米至约10.5微米的模场直径。
9.如权利要求1-8中任一项所述的光纤，其中，光纤在1550nm处的衰减是约0.175dB/km或更小。
10.如权利要求9所述的光纤，其中，1550nm处的衰减是约0.170dB/km或更小。
11.如权利要求10所述的光纤，其中，1550nm处的衰减是约0.160dB/km或更小。
12.如权利要求1-11中任一项所述的光纤，其中，包层区域的直径是约130微米或更小。
13.如权利要求12所述的光纤，其中，包层区域的直径是约110微米或更小。
14.如权利要求13所述的光纤，其中，包层区域的直径是约90微米或更小。
15.如权利要求12所述的光纤，其还包含围绕包层区域的初级涂层和围绕初级涂层的次级涂层，其中，次级涂层的直径是约210微米或更小。
16.如权利要求15所述的光纤，其中，次级涂层的直径是约200微米或更小。
17.如权利要求16所述的光纤，其中，次级涂层的直径是约180微米或更小。
18.如权利要求15所述的光纤，其中，包层区域的直径是约110微米或更小，以及次级涂层的直径是约200微米或更小。
19.如权利要求18所述的光纤，其中，包层区域的直径是约90微米或更小，以及次级涂层的直径是约180微米或更小。
20.如权利要求1-19中任一项所述的光纤，其还包括围绕包层区域的初级涂层和围绕初级涂层的次级涂层，以及其中，初级涂层的原位模量是约0.5MPa或更小，以及次级涂层的原位模量是约1500MPa或更大。
21.如权利要求20所述的光纤，其中，次级涂层的厚度与初级涂层的厚度之比是0.65至1.2。
22.一种光纤，其包括：
包含掺杂了氯和/或碱金属的二氧化硅玻璃的纤芯区域；
围绕纤芯区域的包层区域，所述包层区域包括：与纤芯区域直接相邻的内包层，围绕内包层的外包层，以及在径向方向上布置在内包层与外包层之间的凹槽区域，所述凹槽区域具有约30％Δ-微米2或更大的体积；
围绕包层区域的初级涂层，所述初级涂层具有约0.5MPa或更小的原位模量；以及
围绕初级涂层的次级涂层，所述次级涂层具有约1500MPa或更大的原位模量，
其中，次级涂层的直径是约210微米或更小。
23.如权利要求22所述的光纤，其中，初级涂层的厚度是约25微米或更小。
24.如权利要求23所述的光纤，其中，初级涂层的厚度范围是约8.0微米至20.0微米。
25.如权利要求22-24中任一项所述的光纤，其中，次级涂层的厚度是约25微米或更小。
26.如权利要求25所述的光纤，其中，次级涂层的厚度范围是约8.0微米至20.0微米。
27.如权利要求22-26中任一项所述的光纤，其中，次级涂层的厚度与初级涂层的厚度之比是约0.65至1.2。
28.如权利要求27所述的光纤，其中，次级涂层的厚度与初级涂层的厚度之比是约0.80。
29.如权利要求22-28中任一项所述的光纤，其中，包层区域的直径是约130微米或更小。
30.如权利要求29所述的光纤，其中，包层区域的直径是约110微米或更小。
31.如权利要求30所述的光纤，其中，包层区域的直径是约90微米或更小。
32.如权利要求22-31中任一项所述的光纤，其中，次级涂层的直径是约200微米或更小。
33.如权利要求32所述的光纤，其中，次级涂层的直径是约180微米或更小。
34.如权利要求22-28中任一项所述的光纤，其中，包层区域的直径是约110微米或更小，以及次级涂层的直径是约200微米或更小。
35.如权利要求34所述的光纤，其中，包层区域的直径是约90微米或更小，以及次级涂层的直径是约180微米或更小。
36.如权利要求22-35中任一项所述的光纤，其中，纤芯区域具有约10ppm至约500ppm的峰值碱金属浓度范围。
37.如权利要求22-36中任一项所述的光纤，其中，碱金属是钠、钾和铷中的至少一种。
38.如权利要求22-35中任一项所述的光纤，其中，纤芯区域的氯浓度范围是约0.4重量％至约2.2重量％。
39.如权利要求22-38中任一项所述的光纤，其中，凹槽区域的体积是约70％Δ-微米2或更小。
40.如权利要求22-39中任一项所述的光纤，其中，次级涂层的原位玻璃转化温度Tg大于约70℃。
41.如权利要求40所述的光纤，其中，次级涂层的原位玻璃转化温度Tg大于约90℃。
42.如权利要求22-41中任一项所述的光纤，其中，光纤的耐穿刺性是约5g或更高。
43.如权利要求42所述的光纤，其中，光纤的耐穿刺性是约15g或更高。
44.如权利要求43所述的光纤，其中，光纤的耐穿刺性是约25g或更高。
45.如权利要求44所述的光纤，其中，光纤的耐穿刺性是约50g或更高。
46.如权利要求22-45中任一项所述的光纤，其中，纤芯区域具有1550nm处约0.175dB/km或更小的衰减。
47.如权利要求46所述的光纤，其中，1550nm处的衰减是约0.170dB/km或更小。
48.如权利要求47所述的光纤，其中，1550nm处的衰减是约0.160dB/km或更小。
49.如权利要求22-48中任一项所述的光纤，其还包含围绕次级涂层的第三级墨层。
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