CN116643345A - 一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤 - Google Patents
一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116643345A CN116643345A CN202210711025.7A CN202210711025A CN116643345A CN 116643345 A CN116643345 A CN 116643345A CN 202210711025 A CN202210711025 A CN 202210711025A CN 116643345 A CN116643345 A CN 116643345A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wavelength
- optical fiber
- effective area
- core layer
- dispersion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims abstract description 133
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims abstract description 82
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 69
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 10
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 5
- 238000004904 shortening Methods 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 23
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 12
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 11
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 10
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005374 Kerr effect Effects 0.000 description 1
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000012681 fiber drawing Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02214—Optical fibres with cladding with or without a coating tailored to obtain the desired dispersion, e.g. dispersion shifted, dispersion flattened
- G02B6/02219—Characterised by the wavelength dispersion properties in the silica low loss window around 1550 nm, i.e. S, C, L and U bands from 1460-1675 nm
- G02B6/02266—Positive dispersion fibres at 1550 nm
- G02B6/02271—Non-zero dispersion shifted fibres, i.e. having a small positive dispersion at 1550 nm, e.g. ITU-T G.655 dispersion between 1.0 to 10 ps/nm.km for avoiding nonlinear effects
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/028—Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index
- G02B6/0281—Graded index region forming part of the central core segment, e.g. alpha profile, triangular, trapezoidal core
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
- G02B6/03694—Multiple layers differing in properties other than the refractive index, e.g. attenuation, diffusion, stress properties
Abstract
本发明公开了一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，本发明涉及短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤技术领域，光纤包括芯层、内包层和外包层，芯层由三个芯部组成，三个芯部整体的截面为三角形芯+环型，并增加中心局部凹陷和基座型结构，其特征在于1550nm波长处具有大于70μm2的有效面积Aeff，截止波长λc小于1250nm。本发明通过对该光纤的光学特性和传输性能等全性能评估，其1550nm和1625nm波长处的衰减典型值分别是0.195dB/km和0.203dB/km，有效面积典型值为72μm2，截止波长小于1250nm，1550nm的色散3‑5ps/nm·km，色散斜率小于0.08ps/nm2·km，具有良好的抗弯曲性能，达到并超过了ITU‑T G.655.D的宏弯水平，证实了本光纤能够用于高速率、大容量、长距离的新一代光纤通信系统。
Description
技术领域
本发明涉及短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤的制备方法技术领域，具体为一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤。
背景技术
随着数据中心和云计算业务的飞速发展，传输网面临着数据流量爆炸式的增长，高速大容量和更高性价比的光网络成为迫切需求。电信运营商、设备厂家正积极推进400G及超400G技术的应用部署。目前单信道传输速率与密集波分复用(DWDM)技术是光传输领域发展的主流趋势，许多新技术不断涌现，以解决色散、偏振模色散和非线性效应等传输损伤。增加复用信道数过多就会导致严重的非线性效应，而非线性效应和有效面积成反比，为此能够通过增大光纤的有效面积，来提高光纤的传输带宽，降低光纤的非线性效应。
随着网络速率不断提升以及商用化时分复用(TDM)系统的出现，普通的G.652光纤在传输过程中遇到严重的色散受限，严重限制了高速传输系统的开发。技术人员一直在寻找既能承载高速率TDM系统，又能承载多通路的WDM系统的载体。20世纪80年代，光纤研发人员想到将零色散波长从1310nm移动到1550nm，从而开发出G.653色散位移光纤，但使用过程中发现具有严重的四波混频(FWM)效应，导致WDM信道间发生串扰。为此，人们试图将零色散波长偏移一定距离，因此又产生了非零色散位移光纤(NZDSF)。1993年美国Bell实验室的Andrew Chraplyvy,Robert Tkach和Kenneth Walker三位科学家在研究WDM系统时开发出TrueWave光纤。TrueWave光纤的零色散波长在1530nm以下，在1530-1565nm的色散系数在1.3-5.8ps/nm·km，在1549-1561nm的EDFA光谱增益平坦区，色散系数在2.0-4.0ps/nm·km，消除了四波混频的相位匹配效应，避免了非线性效应影响。1996年美国康宁公司的刘燕明博士发明了大有效面积(LEAF)光纤，该光纤的特点是通过特殊的光纤折射率剖面设计，使材料色散和波导色散达到平衡，零色散波长移动到1500nm，利用了最小色散和最小衰减的1550nm窗口，实现了色散和衰减的最优化配置。LEAF光纤在1550nm窗口的衰减系数<0.2dB/km，使1530-1565nm区间的色散绝对值保持在1.0-6.0ps/nm·km，维持有一定的正色散值，避免了四波混频，能够开通多波长的WDM系统。ITU定义这种光纤为G.655光纤，主要应用于WDM系统，2009年11月ITU修订了G.655光纤规范。至此，由EDFA、DWDM、G.655的组合成为国际上长途干线光通信传输的重要技术方向之一。
为了进一步开发利用单根光纤的传输能力，逼近香农定理极限，光传输的下一步研究方向主要是进一步提升单信道容量、压缩传输信道间隔和增加信道数量。为此选择哪种光纤甚至研发新一代DWDM系统用的光纤也是下一步的研发任务，最新G.655的研究内容是开发低色散斜率和大有效面积光纤，满足长途大容量的宽带传输，如将1530-1565nm波段的色散绝对值提高到6-10ps/nm·km的中等色散与低色散斜率结合的C+L波段低色散斜率光纤，或中等色散与大有效面积结合的大有效面积光纤，甚至还有S+C+L波段超低色散斜率光纤。主要通过优化折射率剖面图，降低光纤水峰，缩短截止波长，缩短零色散波长等方法。2010年7月ITU修订了G.656宽带传输用非零色散光纤的规范。目前国产G.655和G.656光纤生产尚未形成规模，国内所使用的G.655和G.656光纤仍依赖于进口，近几年，国内长飞的大保实光纤已经开始占有一定的市场。然而，未来几年G.655光纤市场供应量的50％仍依赖于进口。因此，努力开发出具有自主知识产权的G.655光纤和G.656光纤，更好的满足DWDM系统的宽带传输用光纤，具有非常重要的实际应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，以解决现有技术不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，光纤包括芯层、内包层和外包层，芯层由三个芯部组成，三个芯部整体的截面为三角形芯+环型，并增加中心局部凹陷和基座型结构，其特征在于1550nm波长处具有大于70μm2的有效面积Aeff，截止波长λc小于1250nm，零色散斜率S0小于0.08ps/nm2·km，1550nm的色散D1550介于3-5ps/nm·km，零色散波长λ0在1520nm以下。
如上所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，所述的三个芯部折射率结构，一个具有一定中心凹陷的三角形芯的第一芯层，半径记作R1，第一芯层区域具有相对折射率百分比Δn1％；一个下凹的第二芯层的环形区域，半径记作R2，第二芯层围绕第一芯层区域并具有相对折射率百分比Δn2％；一个上凸的第三芯层的环形区域，半径记作R3，它围绕第二芯层的环形区域并具有相对折射率百分比Δn3％，且Δn 1％>Δn 3％>Δn2％≥0；。
表1三个芯层折射率结构参数
| 第一芯层 | 第二芯层 | 第三芯层 |
| R1约为2-3μm | R2约为5-6.5μm | R3约为8-10μm |
| Δn1％约为0.5％-0.7％ | Δn2％约为0.03％-0.06％ | Δn3％约为0.11％-0.16％ |
如上所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，所述的光纤三个折射率结构的一组较佳的结构参数为：
表2三个芯层折射率结构的一组较佳的结构参数
| 第一芯层 | 第二芯层 | 第三芯层 |
| R1约为2-3μm | R2约为5-6μm | R3约为8-9μm |
| Δn1％约为0.5％-0.6％ | Δn2％约为0.03％-0.05％ | Δn3％约为0.13％-0.15％ |
如上所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，所述的第一芯层半径R1、R2、R3尺寸相对固定时，控制相对折射率Δn1％于0.5％-0.6％，Δn2％于0.03％-0.05％，Δn3％于0.13％-0.15％，能够增大模场直径，减小1550nm的衰减，缩短截止波长和降低光纤的色散。
如上所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，所述的光纤的相对折射率Δn1％、Δn2％、Δn3％一定时，适当减少第一芯层R1，并控制R1∶R2∶R3＝1∶1.5-2.5∶3-4.5，能够缩短截止波长、减小光纤衰减、增大模场直径、减小1550nm的色散、增大零色散波长和提高零色散斜率。
如上所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，所述的光纤以50mm直径绕100圈后在1550nm与1625nm波长引起的附加宏弯损耗小于0.05dB。
如上所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，所述的折射率指数α＝1；光纤的偏振模色散小于0.05ps/km0.5。
如上所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，所述的光纤在1625nm波长处具有在9至12ps/(nm·km)的色散。
如上所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，所述的光纤在1550nm波长处具有在3至5ps/(nm·km)之间的色散。
如上所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，所述的光纤在1460nm波长处具有大于-3ps/(nm·km)的色散。
对于高速光纤通信系统，光纤的衰减、色度色散、偏振模色散和非线性效应是限制其性能的主要因素；衰减能够通过提升光纤制备的材料纯度与改进制备工艺；色散能够用色散补偿的方式进行消除，如色散补偿光纤和反射光栅；偏振模色散能够在光纤拉丝和成缆工序中进行优化；而非线性效应与光纤信息传输的功率密度相关，降低功率密度是解决非线性效应最有效方法；高速率、大容量光纤通信系统还需要密集波分系统的多信道传输，以提高使用波段效率；根据凋啾现象所引起的色散受限距离的估算公式：
L＝71400/(α×D×λ2×B2) (1)
式中：λ为工作波长(nm)，α为啁啾系数，D为色散系数(ps/nm·km)，B为线路比特率(Tbit/s)；对于普通G.652光纤，1550nm色散值达到17ps/nm·km，必须引入色散补偿模块，解决积累的色散问题。
当EDFA放大器将光信号放大并在多个信道同时传输时，会产生各种非线性效应，其中FWM对DWDM系统的影响最大；当三个不同频率的光波在光纤中传播时，由于其相互作用会产生新的光频率分量P(FWM)，称为FWM光；FWM光的功率与入射光的功率P1、光纤的色散D、波分复用的波长间隔Δλ和光纤的有效面积Aeff大小有关系：
P(FWM)∝P1/(D×Δλ×Aeff) (1)
式中：当P1、Aeff一定时，调整Δλ使信道间隔不均匀分布，从而使FWM无法达到相位匹配，能够一定程度上减少FWM效应，但光纤传输波段的利用率有所下降；当P1、Δλ一定时，提高Aeff和具有一定的色散D能够有效的减小FWM效应，尤其是增大有效面积，能够降低光纤中传输信号的光功率密度，从而减小FWM。
因此，利用大有效面积Aeff、低色散系数D光纤，是减少DWDM系统中FWM的最佳方法；同时，在现有G.652光纤线路进行升级扩容，将G.652光纤与G.655光纤混合使用，降低光纤色散系数的同时，减少FWM的影响。
光纤的波导结构决定光学性能，尤其是光纤剖面结构中各层之间的相对折射率Δ(r)％和宽度决定光纤的有效面积Aeff、色散Dw和模场直径2w等重要参数；根据研究结果，非零色散位移光纤的重要参数由下列公式决定：
式中：积分上下限是0到∞，而为光纤中的模场分布，r是距离光纤中心的距离。
在弱波导近似条件下，光纤的波导色散近似为：
式中：λ是光纤工作波长(nm)，w是用Peterman II方法来度量的模场半径(μm)，2w即模场直径。光纤中波导色散由纤芯结构包层导向结构中的模场分布控制，根据研究结果，模场半径w由下列公式表示：
根据推导，单模光纤的有效面积Aeff能够简易参照如下的经验公式表示：
式中：k是常数；因此，光纤的模场半径w决定了光纤的Aeff，通过增加光纤的w能够提高光纤的Aeff。在光纤中，光纤模场分布由纤芯的折射率分布决定，即折射率α分布。将光纤的零色散波长平移到1550nm同时提高MFD的关键是要选择合适的光纤的折射率分布结构。光纤的折射率α分布可表达为：
式中：α表示折射率分布指数，r是距离光纤中心的距离，α不同折射率的分布Δ(r)％就不同，这里r0是Δ(r)％最大的点，r1是Δ(r)％为0的点。
光纤制作过程中由于掺杂物的扩散，往往容易形成锥度形状的折射率剖面图；这些掺杂物的扩散能够在顶部形成直角和在底部形成圆角；这种扩散现象由多种原因造成，包括工艺步骤的细节、掺杂物的浓度梯度和宽度。
三角形芯型的结构一般有两种形态，一种是尖锐型的剖面图上的锥度的Δn％一半高度的宽度应该大约是锥度底部宽度的40％-50％，而锥度的90％高度的宽度大约是底部宽度的15％-25％。另一种中等角度的锥度的Δn％一半高度的宽度大约是底部宽度的60％-80％，而锥度的90％高度的宽度大约是底部宽度的35％-50％。后面要讨论的剖面图总体上接近于尖锐型锥度和中等角度的锥度状态。然而，本发明并不局限于某些带有特定角度锥度的折射率指数剖面图。
根据光纤传输原理和普通G.652光纤相比，G.655需要提高Δn1来增加Dw，进而使零色散波长平移至1500nm附近，但增加Δn1％时必须减小光纤芯层半径。然而芯层半径过小会导致色散的增加以及高功率密度引起的非线性效应，业内大多采用三角形芯+环型的剖面图结构，即公式(7)中的折射率分布指数α＝1。因此本发明选择的剖面图结构是在三角形芯+环型的基础上增加中心局部凹陷和类似基座型结构(图7)；结果表明，通过调节第一芯层的掺锗浓度控制芯层折射率，同时调节第二芯层和第三芯层中的掺锗浓度和宽度，形成新型的剖面波导结构，进而实现大有效面积、波长色散、抗弯曲性能三者之间的平衡。
本发明涉及的带有中心凹陷的三角形芯型的折射率分布能降低非线性效应，尤其用于无信号衰变的长距离传输高功率信号。高功率和长距离的定义在电信系统中明确比特率、误码率、波分复用等要求下能传输的功率和距离。在高功率传输中，存在诸如自相位调制、交叉相位调制、四波混频等的克尔效应，需要用大有效面积设计进而克服。
本发明涉及的带有近似基座型的环型第三芯层的折射率分布能增大光纤的有效面积和提高一定的抗弯曲性能。实验中采用比国际标准(半径30mm)还要严苛的弯曲半径(25mm)，仍然能够在绕100圈的情况下保持1550nm和1625nm的弯曲损耗小于0.05dB/km。
本发明涉及的外部气相沉积工艺(OVD)制备G.655.D光纤在国内鲜有报到。国内制备G.655光纤一般采用等离子体化学气相沉积工艺(PCVD)或者改进的化学气相沉积工艺(MCVD)两种工艺，它们能够精确控制折射率剖面图；事实上，OVD工艺同样也能够精确控制折射率剖面，适合制造各种波导结构的光纤；OVD工艺是将SiCl4和GeCl4等气态混合物3通过和氧气混合后在喷灯4表面发生水解反应，生成SiO2、GeO2细微颗粒，这些颗粒通过火焰导向一根往复运动的靶棒5，逐渐形成粉末的疏松体芯棒1；经过加热炉6烧结、延伸玻璃芯棒子棒7、外包等工序制成预制棒；OVD工艺先粉末沉积、整体脱水和烧结，采用较低温度烧结避免GeO2等掺杂材料的挥发，脱水过程去除羟基，没有管内法制棒工艺中塌缩时带来的1383nm羟基吸收峰问题。
本发明的优点在于：本发明OVD工艺制作光纤的芯层、内包层和外包层，通过控制各层的掺杂浓度、厚度等，对光纤的有效面积、色散斜率、零色散波长等参数进行优化设计，研制出新型大有效面积非零色散位移光纤。通过对该光纤的光学特性和传输性能等全性能评估，其1550nm和1625nm波长处的衰减典型值分别是0.195dB/km和0.203dB/km，有效面积典型值为72μm2，截止波长小于1250nm，1550nm的色散3-5ps/nm·km，色散斜率小于0.08ps/nm2·km，具有良好的抗弯曲性能，达到并超过了ITU-G.655.D的宏弯水平，证实了这种新型光纤能够用于高速率、大容量、长距离的新一代光纤通信系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还能够根据这些附图获得其他的附图。
图1为芯层结构是三角形芯+环型的折射率剖面图；图2为芯层结构是基座芯型的折射率剖面图；图3为芯层结构是环形芯+环型的折射率剖面图(图1至图3为非零色散位移光纤通常使用的折射率剖面图结构根据芯层结构形态图)；图4为疏松层沉积结构示意图；图5为烧结固化结构示意图；图6为芯棒延伸结构示意图(图4-图6为本发明的OVD工艺光纤预制棒制备过程)；图7为本发明折射率剖面图(虚线部分为尖锐型锥度的剖面图；实线部分为中等角度锥度的剖面图并为本发明的折射率剖面图)；图8为实施例1-4相对应的折射率分布图；图9为实施例1的折射率剖面图；图10为实施例2的折射率剖面图；图11为实施例3的折射率剖面图；图12为实施例4的折射率剖面图；图13为第一芯层半径R1对MFD的影响的示意图；图14为第一芯层半径R1对截止波长的影响的示意图；图15为第一芯层半径R1对零色散波长的影响的示意图；图16为第一芯层半径R1对零色散斜率的影响的示意图；图17为第一芯层半径R1对1550nm色散D的影响的示意图；图18为本发明G.655.D光纤谱损耗图；图19为G.655.D光纤波长色散图；图20为宏弯损耗测试值(R＝25mm x100圈)。
附图标记：1-疏松体芯棒、2-玻璃芯棒母棒、3-气态混合物、4-喷灯、5-靶棒、6-加热炉、7-玻璃芯棒子棒。
具体实施方式
如图1至图20所示，本实施例具体公开的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤；
本发明实施例中的折射率分布的剖面图如图7中的实线所示；三角形芯型的结构一般有两种形态(如图7)，一种是尖锐型的剖面图(虚线)上的锥度的Δn％一半高度的宽度应该大约是锥度底部宽度的40％-50％，而锥度的90％高度的宽度大约是底部宽度的15％-25％。另一种中等角度锥度的剖面图(实线)，锥度的Δn％一半高度的宽度大约是底部宽度的60％-80％，而锥度的90％高度的宽度大约是底部宽度的35％-50％。本发明的折射率分布的剖面图介于中等角度的锥度的折射率剖面图，并三角形芯+环形结构基础上增加了中心局部凹陷和类似基座型的结构。
如图8所示，本发明实施例的四种剖面模型，Δn1％、Δn2％、Δn3％分别为第一芯层、第二芯层和第三芯层的相对折射率，R1、R2、R3为光纤中心到各层折射率Δn％一半高度的半径；四种剖面图结构的区别在于：剖面图I采用三角型剖面结构的第一芯层，纯硅的或者微量掺锗的第二芯层和高于第二芯层的阶跃型的第三芯层；剖面图II类似剖面图I，通过适当降低第一芯层和第三芯层的掺锗浓度，同时增大第二芯层的宽度R2-R1和第三芯层的宽度R3-R2来增大模场直径；剖面图III是基于剖面图II，通过进一步降低第一芯层和第三芯层的掺锗浓度，同时增加第二芯层宽度R2-R1和第三芯层宽度R3-R2来增大模场直径；剖面图IV是基于剖面图III，通过进一步降低第一芯层和第三芯层的掺锗浓度，同时减小第二芯层的宽度R2-R1和第三芯层的宽度R3-R2来控制模场直径。
实施例1到4
本发明实施例1-4中的折射率分布的剖面图如图9-12所示，其中纵坐标对应光纤纤芯的中轴线。光纤纤芯结构由三个部分组成，采用三角型剖面结构的第一芯层，纯硅的或者微量掺锗的第二芯层和高于第二芯层的阶跃型的第三芯层。
表3实施例1-4的波导结构参数
表4实施例1-4折射率设计得到的光纤参数
本发明实施例1由于折射率偏高，光纤并没有获得适宜的模场直径MFD，仅有8.9μm，同时光纤的1550nm衰减偏高达到了0.219dB/km，Aeff偏小达到62.2μm2，截止波长λc偏高，达到1406nm，零色散波长S0偏向短波长，1530-1625nm波长的色散值偏大。
本发明实施例2中的折射率分布的剖面图如图10所示，其中纵坐标对应光纤纤芯的中轴线。光纤纤芯结构由三个部分组成，采用剖面图II类似剖面图I，通过适当降低第一芯层和第三芯层的掺锗浓度，同时增大第二芯层的宽度R2-R1和第三芯层的宽度R3-R2来增大模场直径；图10是实施例2较实施例1比进一步降低第一芯层的Δn1％和第三芯层的Δn3％，增大了第二芯层的厚度R2-R1和第三芯层的厚度R3-R2；测试结果显示，光纤的MFD增大至9.31μm，Aeff达到68μm2，1550nm的衰减值下降至0.197dB/km，截止波长缩短至1211nm。可见降低第一芯层的折射率后可以增大光纤的MFD和减小衰减。
本发明实施例3中的折射率分布的剖面图如图11所示，其中纵坐标对应光纤纤芯的中轴线。光纤纤芯结构由三个部分组成，剖面图III是基于剖面图II，进一步降低第一芯层的Δn1％和降低第三芯层的Δn3％，同时增加第二芯层宽度R2-R1和第三芯层宽度R3-R2来增大模场直径。测试结果显示，光纤的1550nm模场直径MFD达到了9.92μm，有效面积Aeff达到77.2μm2，1550nm的衰减值降低到0.194dB/km，且截止波长显著降低到1222nm。
本发明实施例4中的折射率分布的剖面图如图12所示，其中纵坐标对应光纤纤芯的中轴线。光纤纤芯结构由三个部分组成，剖面图IV是基于剖面图III，通过进一步降低第一芯层和第三芯层的掺锗浓度，同时减小第二芯层的宽度R2-R1和第三芯层的宽度R3-R2来控制模场直径。测试结果显示，光纤的MFD达到了9.61μm，Aeff达到72μm2，1550nm衰减值维持在0.195dB/km，截止波长控制在1217nm左右。
实施例1到4是将不同折射率剖面结构设计的光纤预制棒进行拉丝与测试分析，实验结果如表4所示。对比实施例1和实施例2，实施例2的1550nm的衰减下降，且有效面积增加，这主要是通过减少第一芯层的掺锗浓度，降低第一芯层的相对折射率Δn1％，同时降低第三芯层的相对折射率Δn3％，从而增加了模场直径MFD，同时也降低了光纤的色散。实施例3中色散比实施例2进一步降低，主要是由于相对折射率降低的同时增加了第二芯层的厚度，对比于实施例3和实施例4，实施例4的第二芯层和第三芯层的厚度适宜，MFD更佳，色散和截止波长λc达到较为合适的范围。
实施例5到9
表3列出来本发明揭示的光纤的针对几何尺寸的实验结果。选取同一根芯棒，相对折射率Δn1、Δn2、Δn3分别是0.54％、0.05％、0.16％的折射率，进行不同的外包后拉丝测试，实验结果如表5所示。对比实施例5至实施例9能够发现，随着第一芯层半径逐渐降低，模场直径随之增大，截止波长逐渐降低，零色散波长缓慢增大，零色散斜率也缓慢上升。这主要是由于光纤第三芯层对光的约束作用，光能量随着第一芯层半径的减小，更多的分布到第三芯层中，从而实现MFD的增大，同时带来了截止波长、零色散波长和零色散斜率的略微变化(图13至图17)。
表5不同芯半径径对光纤性能的影响
由图13至图17可知，光纤的几何尺寸，尤其是第一芯层对于MFD、零色散斜率和零色散波长都有重要影响。在一定范围内，第一芯层的芯径的增大有利于色散斜率降低、零色散波长减小、截止波长上升，而MFD快速变小。在芯径偏小时，其变化趋势趋缓，在芯径偏大时，芯径的增加导致零色散波长快速降低，同时也会造成1550nm波长的色散值明显上升。
通过设计具有三角型第一芯层以及适当凹陷的第二芯层和第三芯层的折射率剖面结构的光纤预制棒进行制备、拉丝与测试；图18显示了光纤经PK2300AG测试的谱损曲线图，在1383nm，1550nm和1625nm波长处的衰减值分别是0.296dB/km、0.195dB/km和0.203dB/km；图19是光纤的波长色散图，虚线是G.655.D光纤标准中的色散最大值和最小值，红线为测试光纤的各波长色散值；图20是光纤在弯曲半径R为25mm绕100圈条件下的宏弯损耗，其测试法结果1550nm和1625nm波长处的附加损耗低于0.027dB和0.045dB，具有良好的抗弯曲性能。
从表6的对比中不难发现，本实验得出的光纤指标在光纤衰减、色散、模场直径、有效面积、零色散波长等指标方面等同甚至优于其他光纤厂家的指标，尤其在1383nm的衰减值低至0.30dB/km。
表6本发明结果和其他光纤指标对比
OVD工艺制作的G.655.D光纤具有优异的色散纵向均匀性，模场直径和截止波长均具有较好的一致性。实验拉制获得24km G.655.D光纤，其1550nm衰减低至0.195dB/km，1550nm处MFD为9.6±0.1μm，光纤截止波长小于1260nm，零色散斜率达到0.08ps/nm2·km，1530-1625nm波长范围色散值为1.6-9.5ps/nm·km，零色散波长在1480-1510nm波段(如图18至图20)，能够适用于C+L波段的WDM波分复用系统。
Claims (10)
1.一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，光纤包括芯层、内包层和外包层，芯层由三个芯部组成，三个芯部整体的截面为三角形芯+环型，并增加中心局部凹陷和基座型结构，其特征在于1550nm波长处具有大于70μm2的有效面积Aeff，截止波长λc小于1250nm，零色散斜率S0小于0.08ps/nm2·km，1550nm的色散D1550介于3-5ps/nm·km，零色散波长λ0在1520nm以下。
2.根据权利要求1所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于：所述的三个芯部折射率结构，一个具有一定中心凹陷的三角形芯的第一芯层，半径记作R1，第一芯层区域具有相对折射率百分比Δn1％；一个下凹的第二芯层的环形区域，半径记作R2，第二芯层围绕第一芯层区域并具有相对折射率百分比Δn2％；一个上凸的第三芯层的环形区域，半径记作R3，它围绕第二芯层的环形区域并具有相对折射率百分比Δn3％，且Δn1％>Δn3％>Δn2％≥0；第一芯层的R1为2-3μm时，Δn1％为0.5％-0.7％；第二芯层的R2为5-6.5μm时，Δn2％为0.03％-0.06％；第三芯层的R3为8-10μm时，Δn3％为0.11％-0.16％。
3.根据权利要求2所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于：所述的光纤三个折射率结构的一组较佳的结构参数为：第一芯层的R1为2-3μm时，Δn1％为0.5％-0.6％；第二芯层的R2为5-6μm时，Δn2％为0.03％-0.05％；第三芯层的R3为8-9μm时，Δn3％为0.13％-0.15％。
4.根据权利要求2或3所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于：所述的第一芯层半径R1、R2、R3尺寸相对固定时，控制相对折射率Δn1％于0.5％-0.6％，Δn2％于0.03％-0.05％，Δn3％于0.13％-0.15％，能够增大模场直径，减小1550nm的衰减，缩短截止波长和降低光纤的色散。
5.根据权利要求2或3所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于：所述的光纤的相对折射率Δn1、Δn2、Δn3一定时，控制R1∶R2∶R3＝1∶1.5-2.5∶3-4.5，能够缩短截止波长、减小光纤衰减、增大模场直径、减小1550nm的色散、增大零色散波长和提高零色散斜率。
6.根据权利要求1所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于：所述的光纤以50mm直径绕100圈后在1550nm与1625nm波长引起的附加宏弯损耗小于0.05dB。
7.根据权利要求1所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于：所述的折射率指数α＝1；光纤的偏振模色散小于0.05ps/km0.5。
8.根据权利要求1所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于：所述的光纤在1625nm波长处具有在9至12ps/nm·km的色散。
9.根据权利要求1所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于：所述的光纤在1550nm波长处具有在3至5ps/nm·km之间的色散。
10.根据权利要求1所述的一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于：所述的光纤在1460nm波长处具有大于-3ps/nm·km的色散。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210711025.7A CN116643345A (zh) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | 一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210711025.7A CN116643345A (zh) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | 一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116643345A true CN116643345A (zh) | 2023-08-25 |
Family
ID=87621757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210711025.7A Pending CN116643345A (zh) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | 一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116643345A (zh) |
-
2022
- 2022-06-22 CN CN202210711025.7A patent/CN116643345A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1845399B1 (en) | Single-mode optical fibre with low bending losses still complying with the ITU-T G.652 specification | |
| US7623747B2 (en) | Single mode optical fiber | |
| US20060018614A1 (en) | High performance dispersion compensating optical fibers and manufacturing method for the same | |
| US10775558B2 (en) | Low loss wide bandwidth optical fiber | |
| EP3715923B1 (en) | Single-mode optical fiber with ultralow loss and large effective area and manufacturing method therefor | |
| CN106772788B (zh) | 一种截止波长位移单模光纤 | |
| US10571628B2 (en) | Low loss optical fiber with core codoped with two or more halogens | |
| CN109839694B (zh) | 一种截止波长位移单模光纤 | |
| KR101558257B1 (ko) | 분산보상 광섬유 | |
| WO2014135054A1 (zh) | 一种低衰减单模光纤 | |
| KR20070012841A (ko) | 저감쇠 대면적 유효 영역 광섬유 | |
| CN104316994A (zh) | 一种低衰减弯曲不敏感单模光纤 | |
| JP2017510532A (ja) | 損失低下を示す、台形コアを有するシングルモードファイバ | |
| JP2015536475A (ja) | 大有効面積を有するシングルモード光ファイバ | |
| JP2005534963A (ja) | 大なる実効面積、低傾斜及び低ゼロ分散である非ゼロ分散シフト光ファイバ | |
| CN103323908A (zh) | 一种单模光纤及其制造方法 | |
| US9002164B2 (en) | Optical fiber and method of manufacturing the same | |
| WO2023240880A1 (zh) | 一种多波段衰减平坦光纤 | |
| WO2023240881A1 (zh) | 一种陆地用g.654.e光纤及其制作工艺 | |
| CN116643345A (zh) | 一种短截止波长大有效面积的非零色散位移光纤 | |
| CN114153021A (zh) | 低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤 | |
| US11067744B2 (en) | Low bend loss optical fiber with step index core | |
| JP4776174B2 (ja) | 光ファイバ及びこの光ファイバを用いた光信号処理装置 | |
| CN110244402B (zh) | 一种超低损耗大有效面积单模光纤设计及其制造方法 | |
| CN117518338A (zh) | 一种超低损耗大有效面积的光纤 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |