CN116829998A - 低护槽体积单模超低损耗光纤 - Google Patents
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Abstract
本公开的实施例包括低护槽体积单模超低损耗光纤。在一些实施例中，单模光纤包括：第一芯区域；第二芯区域，围绕第一芯区域并与第一芯区域直接接触，其中第二芯区域的体积V小于或等于14％Δμm2；包层区域，围绕芯区域；并且其中光纤具有小于1260nm的线缆截止、1310nm下8.6微米至9.7微米的模场直径、1550nm下9.9微米至11微米的模场直径、以及1550nm下小于或等于0.17dB/km的衰减。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119要求于2020年12月11日提交的美国临时申请序列第63/124,455号的优先权，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及光纤。更具体地，本公开涉及单模光纤。更具体地，本公开涉及低护槽(moat)体积单模超低损耗光纤。
背景技术
电信系统(海底应用和陆地应用两者都)需要能够长距离传输信号而不会退化的光纤。诸如衰减和弯曲损耗之类的光纤属性会导致信号退化。当前的海底和陆地应用需要光纤在大弯曲直径(例如50-70mm范围)下改进的弯曲性能，同时保持适合此类应用的其他光学属性(例如模场直径、线缆截止和衰减)。
期望对上述方面的改进。因此，发明人开发了在大弯曲直径下具有低弯曲损耗的单模光纤。
发明内容
本公开的第一实施例包括一种单模光纤，所述单模光纤包括：第一芯区域，所述第一芯区域具有1.5≤α≤10的α值，并且延伸至外半径r1，其中2.5μm≤r1≤8μm，并且具有相对于纯二氧化硅测量的以％为单位的相对折射率百分比分布Δ1(r)、最小相对折射率Δ1MIN、最大相对折射率Δ1MAX并且所述相对折射率在半径r＝2μm处测量，其中-0.35≤Δ1MIN≤-0.05；第二芯区域，所述第二芯区域围绕所述第一芯区域并且与所述第一芯区域直接相邻，并且延伸至半径10μm≤r2≤22μm，并且具有相对于纯二氧化硅测量的以％为单位的相对折射率百分比分布Δ2(r)，具有最小相对折射率Δ2MIN，其中-0.47％≤Δ2MIN≤-0.3％，并且其中所述第二芯区域的体积V小于或等于14％Δμm2；包层区域，所述包层区域围绕所述芯，并且包括：相对于纯二氧化硅测量的以％为单位的相对折射率百分比Δ3(r)，以及最小折射率增量Δ3MIN，并且-0.45％≤Δ3≤-0.2％；并且其中所述光纤具有小于1260nm的线缆截止、1310nm下8.6微米至9.7微米的模场直径、1550nm下9.9微米至11微米的模场直径、以及1550nm下小于或等于0.17dB/km的衰减。
本公开的第二实施例可包括第一实施例，其中第二环形芯区域的体积V为0％Δμm2至9％Δμm2。
本公开的第三实施例可包括第一实施例，其中第二环形芯区域的体积V为4％Δμm2至9％Δμm2。
本公开的第四实施例可包括第一实施例，其中第二环形芯区域的体积V为2％Δμm2至7％Δμm2。
本公开的第五实施例可包括第四实施例，其中第二环形芯区域的体积V为2％Δμm2至9％Δμm2。
本公开的第六实施例可包括第一实施例，其中当光纤缠绕在30mm直径的芯轴上时表现出小于0.75dB/圈的宏弯曲损耗。
本公开的第七实施例可包括第一实施例，其中当光纤缠绕在40mm直径的芯轴上时表现出小于0.5dB/圈的宏弯曲损耗。
本公开的第八实施例可包括第一实施例，其中当光纤缠绕在50mm直径的芯轴上时表现出小于0.05dB/圈的宏弯曲损耗。
本公开的第九实施例可包括第一实施例，其中当光纤缠绕在60mm直径的芯轴上时表现出小于0.005dB/圈的宏弯曲损耗。
本公开的第十实施例可包括第一实施例，其中1≤r2/r1≤9，r1≤8μm并且r2≤20μm。
本公开的第十一实施例可包括第一实施例，其中2.5≤r2/r1≤5。
本公开的第十二实施例可包括第一实施例，其中光纤表现出零色散波长λ0，并且1300nm≤λ0≤1324nm。
本公开的第十三实施例可包括第一实施例，其中光纤表现出小于或等于1dB/km的微弯曲损耗。
本公开的第十四实施例包括一种单模光纤，所述单模光纤包括：第一芯区域，所述第一芯区域具有1.5≤α≤10的α值，并且延伸至外半径r1，其中2.5μm≤r1≤8μm，并且具有相对于纯二氧化硅测量的以％为单位的相对折射率百分比分布Δ1(r)、最小相对折射率Δ1MIN、最大相对折射率Δ1MAX并且所述相对折射率在半径r＝2μm处测量，其中-0.3≤Δ1MIN≤-0.05；第二芯区域，所述第二芯区域围绕所述第一芯区域并且与所述第一芯区域直接相邻，并且延伸至半径10μm≤r2≤22μm，并且具有相对于纯二氧化硅测量的以％为单位的相对折射率百分比分布Δ2(r)，具有最小相对折射率Δ2MIN，其中-0.47％≤Δ2MIN≤-0.3％，并且其中所述第二环形芯区域的体积V小于或等于14％Δμm2；包层区域，所述包层区域围绕所述芯，并且包括：相对于纯二氧化硅测量的以％为单位的相对折射率百分比Δ3(r)，以及最小折射率增量Δ3MIN，并且-0.55％≤Δ3≤-0.3％；并且其中所述光纤具有小于1530nm的线缆截止、1310nm下8.6微米至9.7微米的模场直径、1550nm下9.9微米至11微米的模场直径、以及1550nm下小于或等于0.17dB/km的衰减。
本公开的第十五实施例可包括第十四实施例，其中第二环形芯区域的体积V为0％Δμm2至9％Δμm2。
本公开的第十六实施例可包括第十四实施例，其中第二环形芯区域的体积V为4％Δμm2至9％Δμm2。
本公开的第十七实施例可包括第十四实施例，其中第二环形芯区域的体积V为2％Δμm2至7％Δμm2。
本公开的第十八实施例可包括第十四实施例，其中第二环形芯区域的体积V为2％Δμm2至9％Δμm2。
本公开的第十九实施例可包括第十四实施例，其中当光纤缠绕在60mm直径的芯轴上时表现出小于0.005dB/圈的弯曲损耗。
本公开的第二十实施例可包括第十四实施例，其中当光纤缠绕在30mm直径的芯轴上时表现出小于0.75dB/圈的宏弯曲损耗。
本公开的第二十一实施例可包括第十四实施例，其中当光纤缠绕在40mm直径的芯轴上时表现出小于0.5dB/圈的宏弯曲损耗。
本公开的第二十二实施例可包括第十四实施例，其中当光纤缠绕在50mm直径的芯轴上时表现出小于0.05dB/圈的宏弯曲损耗。
本公开的第二十三实施例可包括第十四实施例，其中1≤r2/r1≤9，r1≤8μm并且r2≤20μm。
本公开的第二十四实施例可包括第十四实施例，其中2.5≤r2/r1≤5。
本公开的第二十五实施例可包括第十四实施例，其中，光纤表现出零色散波长λ0，并且1300nm≤λ0≤1324nm。
本公开的第二十六实施例可包括第十四实施例，其中光纤表现出小于或等于1dB/km的微弯曲损耗。
将在随后的详细描述中阐述附加特征以及优点，通过描述这些特征以及优点部分地对所属领域的技术人员显而易见，或通过实施如书面描述所描述以及此处的权利要求以及附图所描述的实施例识别这些特征以及优点。
应当理解的是，前述的大体描述和以下的详细描述两者仅为示例性的，并且它们旨在提供用于理解权利要求书的本质和特性的概述或框架。
各个附图被包括以提供进一步理解，各个附图被收入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图对于本公开的选定方面是说明性的，并与描述一起用于解释本公开所包含的方法、产品和组成物的原理和操作。
附图说明
图1是根据本公开的一些实施例的光纤的示意图。
图2示意性地图示出根据本公开的一些实施例的图1的光纤的示例性折射率分布。
图3描绘了根据本公开的一些实施例的单模光纤的相对折射率分布。
具体实施方式
本公开被提供作为可行的教导并且可以通过参考以下描述、附图、示例和权利要求更容易地理解。为此，相关领域技术人员将认识到并理解，可以对本文描述的实施例的各个方面进行许多改变，同时仍然获得有益的结果。还显而易见的是，可以通过选择特征中的一些特征而不利用其他特征来获得本实施例的一些期望益处。因此，本领域技术人员将认识到，许多修改和适应是可能的，甚至在某些情况下可能是期望的，并且是本公开的一部分。因此，应当理解，除非另有说明，否则本公开不限于所公开的具体组成物、制品、设备和方法。还应理解，本文中使用的术语只是出于描述具体方面的目的，而不旨在是限制性的。
在本说明书和随后的权利要求中，将引用许多术语，这些术语应被定义为具有以下含义：
“径向位置”或径向坐标“r”是指相对于光纤的中心线(r＝0)的径向位置。长度尺寸“微米”在本文中可称为微米(micron)(或微米(microns))或μm。基于微米的面积尺寸在本文中可称为微米2或μm2。
“折射率分布”是折射率或相对折射率与波导光纤半径之间的关系。对于本文描绘为在相邻芯和/或包层区域之间具有阶跃边界的相对折射率分布，处理条件的正常变化可能妨碍在相邻区域的界面处获得尖锐的阶跃边界。应理解，尽管折射率分布的边界在本文中可以被描绘为折射率的阶跃变化，但是在实践中边界可以是圆形的或者以其他方式偏离完美的阶跃函数特性。进一步理解，相对折射率的值可以随着芯区域和/或包层区域中的任何包层区域内的径向位置而变化。当相对折射率在光纤的特定区域(芯区域和/或包层区域中的任何包层区域)中随径向位置而变化时，可以用其实际或近似的函数相关性或可应用于该区域的平均值来表示。除非另有规定，否则如果区域(芯区域和/或包层区域中的任何一者)的相对折射率被表示为单个值，则应理解该区域中的相对折射率是恒定的或近似恒定的，并且对应于该单个值，或者该单个值表示取决于该区域中的径向位置的非恒定相对折射率的平均值。无论是通过设计还是由于正常制造可变性，相对折射率对径向位置的相关性都可以是倾斜的、弯曲的或以其他方式不恒定的。
“相对折射率”或“相对折射率百分比”定义为：
其中n(r)是距光纤中心线径向距离r处的折射率，并且除非另有说明，否则nc是1550nm的波长下二氧化硅的折射率。如本文所使用的，除非另有规定，否则相对折射率用Δ表示，并且其值以“％”为单位。在区域的折射率小于二氧化硅的折射率的情况下，相对折射率百分比为负并且被称为具有凹陷折射率，并且除非另有说明，否则在相对折射率最负的点处进行计算。在区域的折射率大于二氧化硅的折射率的情况下，相对折射率百分比为正并且该区域可以被称为是升起的或具有正折射率，并且除非另有说明，否则在相对折射率百分比最正的点处进行计算。“上掺杂剂”在本文中被认为是相对于纯未掺杂的SiO2具有提高折射率的倾向的掺杂剂。“下掺杂剂”在本文中被认为是相对于纯未掺杂的SiO2具有降低折射率的倾向的掺杂剂。当伴随有一种或多种不是上掺杂剂的其他掺杂剂时，上掺杂剂可存在于具有负相对折射率的光纤区域中。同样地，不是上掺杂剂的一种或多种其他掺杂剂可存在于具有正相对折射率的光纤区域中。当伴随有不是下掺杂剂的一种或多种其他掺杂剂时，下掺杂剂可存在于具有正相对折射率的光纤区域中。同样地，不是下掺杂剂的一种或多种其他掺杂剂可存在于具有负相对折射率的光纤区域中。在一个实施例中，未掺杂玻璃是纯二氧化硅玻璃。当未掺杂玻璃为纯二氧化硅玻璃时，上掺杂剂包括Cl、Br、Ge、Al、P、Ti、Zr、Nb和Ta，并且下掺杂剂包括F和B。
除非另有说明，否则波导光纤的“色度色散”(本文中称为“色散”)是材料色散、波导色散和模间色散的总和。在单模波导光纤的情况下，模间色散为零。双模模式下的色散值假定模间色散为零。零色散波长(λ0)是色散具有零值的波长。色散斜率是色散相对于波长的变化率。
“有效面积”定义为：
其中f(r)是被引导的光学信号的电场的横向分量，并且r是光纤中的径向位置。如本文所用，除非另有说明，否则“有效面积”或“Aeff”是指1550nm波长下的光学有效面积。
术语“α-分布”(也称为“αlpha分布”)是指相对折射率分布，用Δ(r)表示，Δ(r)以“％”为单位，其中r是半径，如下等式所示：
其中ro是Δ(r)最大的点，r1是Δ(r)为零的点，并且r在ri≤r≤rf的范围内，其中ri是α-分布的起始点，rf是α-分布的终点，并且α是实数。
光纤的模场直径(MFD)定义为：
其中f(r)是被引导的光学信号的电场分布的横向分量，并且r是光纤中的径向位置。“模场直径”或“MFD”取决于光学信号的波长，并且除非另有说明，否则在本文中被理解为指1550nm的波长。本文列出的针对MFD的公式对于1310nm和1550nm的波长是有效的。
“沟槽体积”定义为：
其中rTrench,inner是折射率分布的沟槽区域的内半径，rTrench,outer是折射率分布的沟槽区域的外半径，ΔTrench(r)是折射率分布的沟槽区域的相对折射率，并且r是光纤中的径向位置。沟槽体积为绝对值和正数，并且在本文中将以％Δ微米2、％Δ-微米2、％Δ-μm2或％Δμm2为单位表示，由此这些单元在本文中可以可互换地使用。
在规定的测试条件下，波导光纤的抗弯曲性可以通过感应衰减来测量。
一种类型的弯曲测试是横向负载微弯曲测试。在这种所谓的“横向负载”测试中，规定长度的波导光纤被放置在两个平板之间。70号金属丝网附接到板中的一个板上。已知长度的波导光纤被夹在板之间，并且在用30牛顿的力将板压在一起时测量参考衰减。然后向板施加70牛顿的力，并测量衰减的增加(以dB/m为单位)。衰减的增加是波导的横向负载金属丝网(LLWM)衰减。
另一种类型的弯曲测试测量由于宏弯曲引起的光纤衰减。更具体地，波导光纤的抗弯曲性可以通过在规定的测试条件下的感应衰减来测量，例如，通过将光纤部署或缠绕在规定直径的芯轴上(例如，通过围绕10mm、20mm或30mm或类似直径的芯轴缠绕1圈(例如“1×10mm直径宏弯曲损耗”或“1×20mm直径宏弯曲损耗”))，并测量每圈衰减的增加。
“引脚阵列”弯曲测试用于将波导光纤的相对电阻与宏弯曲损耗进行比较。为了执行该测试，测量了基本上没有诱导弯曲损耗的波导光纤的衰减损耗。然后将波导光纤编织在引脚阵列周围，并再次测量衰减。弯曲引起的损耗是两个所测量的衰减之间的差值。引脚阵列是一组十个圆柱形引脚，其以单行布置并保持在平坦表面上的固定垂直位置处。引脚从中心到中心的间距为5mm。引脚直径为0.67mm。在测试期间，施加足够的张力以使波导光纤符合引脚表面的一部分。
对于给定模式，理论光纤截止波长或“理论光纤截止”或“理论截止”是被引导的光在该模式下不能以超过该波长的波长传播的波长。数学定义可以在Jeunhomme的《单模光纤(Single Mode Fiber Optics)》(第39-44页，Marcel Dekker，纽约，1990)中找到，其中理论光纤截止被描述为模式传播常数等于外包层中平面波传播常数时的波长。
由于弯曲和/或机械压力引起的损耗，有效光纤截止低于理论截止。在这种情况下，截止是指LP11模式和LP02模式中较高的模式。LP11和LP02在测量中通常没有区别，但两者都作为光谱测量中的步骤(当使用多模参考技术时)而明显，即在比所测量的截止长的波长下的模式中没有观察到功率。实际的光纤截止可以通过标准的2米光纤截止测试FOTP-80(EIA-TIA-455-80)进行测量，以产生“光纤截止波长”，也称为“2米光纤截止”或“测量截止”。执行FOTP-80标准测试以使用受控的弯曲量剥离更高阶模式，或者将光纤的光谱响应归一化为多模光纤的光谱响应。
由于线缆环境中的较高的弯曲和机械压力水平，线缆截止波长或“线缆截止”通常低于所测量的光纤截止。实际的线缆状况可以通过EIA-445光纤测试程序中描述的线缆截止测试来近似，该程序是EIA-TIA光纤标准的一部分，即电子工业联盟——电信工业协会光纤标准(更常称为FOTP)的一部分。通过传输功率在单模光纤的EIA-455-170线缆截止波长(或“FOTP-170”)中描述了线缆截止测量。除非本文另有说明，否则针对LP01模式报告光学属性(诸如色散、色散斜率等)。
在规定的测试条件下，光纤的抗弯曲性可以通过弯曲引起的衰减来测量。在本描述中，弯曲损耗是通过芯轴缠绕测试来确定的。在芯轴缠绕测试中，光纤围着具有指定直径的芯轴被缠绕，并且处于缠绕配置中光纤在1550nm处的衰减被确定。弯曲损耗被报告为处于缠绕配置中的光纤的衰减相对于处于展开(直)配置中的光纤的衰减的增加。本文以dB/圈为单位报告了弯曲损耗，其中一圈对应于光纤围绕芯轴圆周的单个绕组。
1550nm下的MFD与线缆截止波长的比率(1550nm下的MFD/线缆截止波长，以微米为单位)在本文中定义为MACC。
波导光纤电信链路(或简称为链路)由光信号的发射器、光信号的接收器和一定长度的一个或多个波导光纤组成，该一个或多个波导光纤具有光学连接到发射器和接收器以在其间传播光信号的相应端部。波导光纤的长度可以由以端到端的串联排列拼接或连接在一起的多个较短长度组成。链路可以包括附加的光学部件，诸如光学放大器、光学衰减器、光学隔离器、光学开关、光学滤波器或复用或解复用设备。可以将一组互连链路表示为电信系统。
本文中使用的光纤跨接包括一定长度的光纤，或在光学设备之间(例如在两个光学放大器之间，或在复用设备和光学放大器之间)延伸的串联融合在一起的多个光纤。跨接可以包括如本文所公开的光纤的一个或多个分段，并且可以进一步包括其他光纤的一个或多个分段，例如被选择以实现期望的系统性能或参数，诸如在跨接端部的残余色散。
图1描绘了本发明的光纤的一个实施例的横截面图，并且总体上贯穿全文由附图标记10指定。光纤10包括中心光纤轴22(光纤10的中心线，其定义径向位置R＝0)。波导光纤10包括芯12，芯12在1550nm波长下具有大于70μm2的有效面积(Aeff)(例如，在1550nm波长下，70μm2至110μm2，或75μm2至104μm2，或75μm2至97μm2)，以及1.5≤α≤10的α值。波导光纤10包括围绕芯的包层20。在一些实施例中，在芯和包层之间可以存在中间层或区域。芯区域的折射率分布可以被设计为使衰减损耗最小化。
如下文将进一步描述的，芯区域和包层区域的相对折射率可以不同。区域中的每一者可以由二氧化硅玻璃或基于二氧化硅的玻璃形成。基于二氧化硅的玻璃是用一种或多种元素掺杂或改性的二氧化硅玻璃。折射率的变化可以通过使用本领域技术人员已知的技术以已知的水平并入上掺杂剂或下掺杂剂来实现，以提供目标折射率或折射率分布。上掺杂剂是相对于未掺杂的玻璃组成物增加玻璃的折射率的掺杂剂。下掺杂剂是相对于未掺杂的玻璃组成物减小玻璃的折射率的掺杂剂。在一个实施例中，未掺杂玻璃是纯二氧化硅玻璃。当未掺杂玻璃为纯二氧化硅玻璃时，上掺杂剂包括Cl、Br、Ge、Al、P、Ti、Zr、Nb和Ta，并且下掺杂剂包括F和B。可以通过不掺杂或以均匀浓度掺杂来形成恒定折射率的区域。可变折射率的区域可以通过掺杂剂的不均匀空间分布形成。
应理解，芯形成光纤的中心部分，并且其形状基本上是圆柱形的。进一步理解，包层区域的形状基本上是环形的。环形区域可以根据内半径和外半径来表征。径向位置r1和r2在本文中分别指第一芯区域和第二芯区域的最外半径。当两个区域彼此直接相邻时，两个区域中的内区域的外半径与两个区域中的外区域的内半径一致。在一个实施例中，例如，光纤包括第一芯区域。在这样的实施例中，半径r1对应于第一芯区域的外半径。
图2中示意性地示出了这种光纤的示例性折射率分布(相对折射率增量对半径)。图2示出了光纤的相对折射率分布，该光纤具有从径向位置r0延伸到径向位置r1并具有相对折射率Δ1的第一芯区域16和从径向位置r1延伸到径向位置r2并具有相对折射率Δ2的第二芯区域18。第一芯区域16在分布中具有最高的相对折射率。
在图2中所示的实施例中，芯12包括第一芯区域16和第二芯区域18，第二芯区域18围绕第一芯区域16并与第一芯区域16直接相邻。如本文所用，“直接相邻”是指直接物理接触，其中直接物理接触是指触摸关系。
在一些实施例中，芯12不含Ge。
第一芯区域16具有α值1.5≤α≤10(例如2≤α≤8，或1.5≤α≤6，1.5≤α≤4.5，或2≤α≤4，或2≤α≤3.5)，并延伸至外半径r1，其中2.5μm≤r1≤8μm，优选地，3μm≤r1≤7μm，更优选地，3.5μm≤r1≤6μm。第一芯区域16还具有(相对于纯二氧化硅测量的以％为单位)的相对折射率百分比分布Δ1(r)、最小相对折射率Δ1MIN和最大相对折射率△1MAX，并且在半径r＝2μm处测量的相对折射率Δ1为：(a)-0.15≤Δ1(r＝2μm)≤0.1。在一些实施例中，-0.08≤Δ1(r＝2μm)≤0.1，或-0.15％≤Δ1(r＝2μm)≤0.05。在一些实施例中，Δ1MAX＝Δ1(r＝2μm)。在一些实施例中，-0.35％≤Δ1MIN≤-0.05％，例如-0.3％≤Δ1MIN≤-0.1％，或-0.35％≤Δ1MIN≤-0.1％。
在一些实施例中，第二芯区域18是氟掺杂的。第二芯区域18围绕第一芯区域16并且与第一芯区域直接相邻。通常，根据本文所述的实施例，第二芯区域18具有0.6至2.5wt.％的氟，例如，0.6至2wt.％，或0.9至2wt.％。
第二芯区域18延伸至半径r2，10μm≤r2≤22μm(例如，11μm≤r2≤20μm或12μm≤r2≤18μm)，并且具有相对于纯二氧化硅测量的以％为单位的负相对折射率百分比分布Δ2(r)。相对折射率Δ2也可以小于或等于第一芯区域16的相对折射率Δ1，使得第二芯区域18在芯12的相对折射率分布中形成沟槽。本文使用的术语“沟槽”是指芯12的区域，该区域在径向横截面上被第一芯区域16和包层20包围。包层折射率设置为20微米作为参考点，并且沟槽体积计算基于20微米包层折射率参考点。在一些实施例中，第二芯区域18的沟槽体积V小于或等于14％Δμm2。在一些实施例中，第二芯区域18的沟槽体积V是0％Δμm2至8％Δμm2。在一些实施例中，第二芯区域18的沟槽体积V是4％Δμm2至8％Δμm2。在一些实施例中，第二芯区域18的沟槽体积V是4％Δμm2至6％Δμm2。
最小相对折射率百分比Δ2MIN为：(a)Δ2MIN≤Δ1(r＝2μm)并且Δ2MIN≤Δ1MIN。在一些优选实施例中，-0.47％≤Δ2MIN≤-0.3％，并且在其他优选实施例中，-0.46％≤Δ2MIN≤-0.36％。例如，Δ2MIN可以是-0.29％、-0.3％、-0.35％、-0.38％、-0.4％、-0.42％、-0.47％或其间的任何数字。应注意，在至少一些实施例中：-0.35％≤Δ2(r＝r1)≤-0.05％。
应注意，在第二芯区域18具有相对平坦的折射率分布(Δ2MAX-Δ2MIN≤0.03％)的情况下，半径r2被定义为对应于包层20的开始。在一些示例中，第二芯区域18在半径r2处达到Δ2MIN值，刚好在包层20的开始之前。
在一些实施例中，比率r2/r1为1≤r2/r1≤9。优选地，r1≤8μm并且r2≤20μm。在一些实施例中，比率2.5≤r2/r1≤5(或0.2≤r1/r2≤0.4)。
包层20围绕芯12，并且具有相对于纯二氧化硅测量的以％为单位的相对折射率百分比Δ3(r)，并且Δ3(r)≥Δ2MIN，其中截止小于或等于1260nm。在一些实施例中，Δ3(r)小于或等于Δ2，其中截止小于或等于1530nm。在一些示例性实施例中，Δ3(r)≥Δ2MIN。在一些示例性实施例中，Δ3(r)≥Δ2MAX。包层20优选地具有最小相对折射率百分比Δ3MIN，其中-0.4％≤Δ3MIN≤-0.2％。在一些实施例中，Δ3MIN小于-0.4％。包层20延伸至半径r3。在一些示例性实施例中，芯12和包层20包括F作为下掺杂剂。优选地，芯区域16和18中的F的量随着半径的增加而增加。优选地，F浓度可以从0增加至2.0wt.％，更优选地从0增加至1.8wt.％，例如从0增加至1.6wt.％。
在一些示例性实施例中，芯12还包括至少一种碱金属氧化物掺杂剂，例如，其中碱为K、Na、Li、Cs和Rb。在一些示例性实施例中，芯12含有K2O，其中K的量为5ppm至1000ppm重量、更优选地在5-500ppm重量之间、以及最优选地在5-300ppm重量K之间。光纤10还可以包括氯。优选地，在芯12中氯的量小于3500ppm重量，并且在包层20中氯的量小于500ppm重量。在一些实施例中，光纤包括Cl掺杂的芯，其中第一芯区域16中的Cl的范围为1500-10000ppm或1500-3500ppm。由于Cl掺杂的芯将基于Cl掺杂的量而提高折射率，因此光纤的周围部分将相对于芯进行相应的调整。应注意，除非另有特别说明，否则术语“ppm”指的是重量的百万分之一或重量的ppm，并且wt.测量值可以通过乘以10000的因子来转换为ppm。
光纤10的相对折射率分布被选择为在1550nm的波长λ下提供不超过0.17dB/km的衰减，例如在1550nm的波长λ下提供0.145dB/km至0.17dB/km的衰减，更优选地0.145至0.165dB/km的衰减、最优选地0.145至0.160dB/km的衰减。1550nm的波长λ下的衰减值可以是0.15dB/km至0.17dB/km，或者0.145dB/km至0.165dB/km，或者例如：0.149dB/km；0.15dB/km、0.152dB/km；0.153dB/km；0.155dB/km、0.158dB/km、0.16dB/km、0.162dB/km；0.165dB/km、0.168dB/km或0.17dB/km。
在至少一些实施例中，光纤具有1300nm≤λ0≤1324nm的零色散波长λ0。在至少一些实施例中，光纤在1310nm下具有8.6微米至9.7微米的MFD。在至少一些实施例中，光纤在1550nm下具有9.9微米至11微米的MFD。在至少一些实施例中，光纤具有小于1530nm的线缆截止。在至少一些实施例中，光纤具有小于1260nm的线缆截止。
在一些实施例中，当缠绕在直径为30mm的芯轴上时，1550nm下的宏弯曲损耗小于0.75dB/km。在一些实施例中，当缠绕在直径为40mm的芯轴上时，1550nm下的宏弯曲损耗小于0.5dB/圈。在一些实施例中，当缠绕在直径为50mm的芯轴上时，1550nm下的宏弯曲损耗小于0.05dB/圈。在一些实施例中，当缠绕在直径为60mm的芯轴上时，1550nm下的宏弯曲损耗小于0.005dB/圈。
图3描绘了根据本公开的一些实施例的三个示例性单模光纤的相对折射率分布。光纤ULLP0描绘了具有14.5％Δμm2的建模沟槽体积的比较性示例光纤的相对折射率分布。光纤ULLP1描绘了具有8.75％Δμm2的建模沟槽体积的根据本公开的光纤的相对折射率分布。光纤ULLP2描绘了具有6.36％Δμm2的建模沟槽体积的根据本公开的光纤的相对折射率分布。光纤ULLP3描绘了具有4.16％Δμm2的建模沟槽体积的根据本公开的光纤的相对折射率分布。在光纤ULLP1、ULLP2和ULLP3的分布中，与光纤ULLP0的比较性分布相比，通过减小第二界面位置来实现减小的沟槽体积。表1、表2和表3列出了具有小于或等于14％Δμm2的沟槽体积的示例性光纤1-12的光学特性。
表1
表2
表3
可以通过本领域熟知的方法在单步骤操作或多步骤操作中产生本光纤的芯和包层。合适的方法包括：火焰燃烧法、火焰氧化法、火焰水解法、OVD(外部气相沉积)、IVD(内部气相沉积)，VAD(气相轴向沉积)、双坩埚法、管中棒(rod-in-tube)过程、烟灰中杖(cane-in-soot)法和掺杂沉积二氧化硅工艺。各种CVD工艺是已知的，并且适用于产生本发明的光纤中使用的芯区域和包层区域。它们包括外部CVD工艺、轴向气相沉积工艺、改性CVD(MCVD)、内部气相沉积和等离子体增强CVD(PECVD)。
适用于二氧化硅的前驱物包括SiCl4和有机硅化合物。有机硅化合物是包括碳的硅化合物。有机硅化合物还可以包括氧和/或氢。有机硅化合物的示例包括OMCTS(八甲基环四硅氧烷)、硅酸盐(Si(OR)4)、有机硅烷(SiR4)和Si(OR)xR4-x，其中R是含碳有机基团或氢，并且其中R在每次出现时可以相同或不同，这受到至少一个R是含碳有机基团的附带条件的影响。用于氯掺杂的合适的前驱物包括Cl2、SiCl4、Si2Cl6、Si2OCl6、SiCl3H和CCl4。用于氟掺杂的合适的前驱物包括F2、CF4和SiF4。
对本领域技术人员显而易见的是在不背离本发明的精神或范围的情况下可以作出各种修改和变化。由于所属技术领域的技术人员可以想到包括本发明的精神和实质的所公开的各实施例的修改、组合、子组合和变体，因此，本发明应当被理解为包括所附权利要求书以及它们的等效内容的范围的一切。
Claims (26)
1.一种单模光纤，包括：
第一芯区域，所述第一芯区域具有1.5≤α≤10的α值，并且延伸至外半径r1，其中2.5μm≤r1≤8μm，并且具有相对于纯二氧化硅测量的以％为单位的相对折射率百分比分布Δ1(r)、最小相对折射率Δ1MIN、最大相对折射率Δ1MAX并且所述相对折射率在半径r＝2μm处测量，其中-0.35≤Δ1MIN≤-0.05；
第二芯区域，所述第二芯区域围绕所述第一芯区域并且与所述第一芯区域直接相邻，并且延伸至半径10μm≤r2≤22μm，并且具有相对于纯二氧化硅测量的以％为单位的相对折射率百分比分布Δ2(r)，具有最小相对折射率Δ2MIN，其中-0.47％≤Δ2MIN≤-0.3％，并且其中所述第二芯区域的体积V小于或等于14％Δμm2；
包层区域，所述包层区域围绕所述芯，并且包括：相对于纯二氧化硅测量的以％为单位的相对折射率百分比Δ3(r)，以及最小折射率增量Δ3MIN，并且-0.45％≤Δ3≤-0.2％；并且
其中所述光纤具有小于1260nm的线缆截止、1310nm下8.6微米至9.7微米的模场直径、1550nm下9.9微米至11微米的模场直径、以及1550nm下小于或等于0.17dB/km的衰减。
2.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，第二环形芯区域的所述体积V为0％Δμm2至9％Δμm2。
3.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，第二环形芯区域的所述体积V为4％Δμm2至9％Δμm2。
4.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，第二环形芯区域的所述体积V为2％Δμm2至7％Δμm2。
5.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，第二环形芯区域的所述体积V为2％Δμm2至9％Δμm2。
6.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，当所述光纤缠绕在30mm直径的芯轴上时表现出小于0.75dB/圈的宏弯曲损耗。
7.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，当所述光纤缠绕在40mm直径的芯轴上时表现出小于0.5dB/圈的宏弯曲损耗。
8.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，当所述光纤缠绕在50mm直径的芯轴上时表现出小于0.05dB/圈的宏弯曲损耗。
9.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，当所述光纤缠绕在60mm直径的芯轴上时表现出小于0.005dB/圈的宏弯曲损耗。
10.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，1≤r2/r1≤9，r1≤8μm并且r2≤20μm。
11.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，2.5≤r2/r1≤5。
12.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤表现出零色散波长λ0，并且1300nm≤λ0≤1324nm。
13.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤表现出小于或等于1dB/km的微弯曲损耗。
14.一种单模光纤，包括：
第一芯区域，所述第一芯区域具有1.5≤α≤10的α值，并且延伸至外半径r1，其中2.5μm≤r1≤8μm，并且具有相对于纯二氧化硅测量的以％为单位的相对折射率百分比分布Δ1(r)、最小相对折射率Δ1MIN、最大相对折射率Δ1MAX并且所述相对折射率在半径r＝2μm处测量，其中-0.3≤Δ1MIN≤-0.05；
第二芯区域，所述第二芯区域围绕所述第一芯区域并且与所述第一芯区域直接相邻，并且延伸至半径10μm≤r2≤22μm，并且具有相对于纯二氧化硅测量的以％为单位的相对折射率百分比分布Δ2(r)，具有最小相对折射率Δ2MIN，其中-0.47％≤Δ2MIN≤-0.3％，并且其中所述第二环形芯区域的体积V小于或等于14％Δμm2；
包层区域，所述包层区域围绕所述芯，并且包括：相对于纯二氧化硅测量的以％为单位的相对折射率百分比Δ3(r)，以及最小折射率增量Δ3MIN，并且-0.55％≤Δ3≤-0.3％；并且
其中所述光纤具有小于1530nm的线缆截止、1310nm下8.6微米至9.7微米的模场直径、1550nm下9.9微米至11微米的模场直径、以及1550nm下小于或等于0.17dB/km的衰减。
15.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，第二环形芯区域的所述体积V为0％Δμm2至9％Δμm2。
16.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，第二环形芯区域的所述体积V为4％Δμm2至9％Δμm2。
17.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，第二环形芯区域的所述体积V为2％Δμm2至7％Δμm2。
18.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，第二环形芯区域的所述体积V为2％Δμm2至9％Δμm2。
19.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，当所述光纤缠绕在60mm直径的芯轴上时表现出小于0.005dB/圈的弯曲损耗。
20.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，当所述光纤缠绕在30mm直径的芯轴上时表现出小于0.75dB/圈的宏弯曲损耗。
21.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，当所述光纤缠绕在40mm直径的芯轴上时表现出小于0.5dB/圈的宏弯曲损耗。
22.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，当所述光纤缠绕在50mm直径的芯轴上时表现出小于0.05dB/圈的宏弯曲损耗。
23.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，1≤r2/r1≤9，r1≤8μm并且r2≤20μm。
24.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，2.5≤r2/r1≤5。
25.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述光纤表现出零色散波长λ0，并且1300nm≤λ0≤1324nm。
26.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述光纤表现出小于或等于1dB/km的微弯曲损耗。
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