CN117872526A - 一种抗光致损耗短波长低衰减单模光纤及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗光致损耗短波长低衰减单模光纤及其制备方法，属于特种光纤相关技术领域，其通过优选设计光纤的结构，形成包含高斯分布芯和阶跃分布芯的芯层，再配合各层中SiO2/F/Cl元素占比的优选设计以及各层相对折射率差的组合设置，可以准确得到抗光致损耗短波长低衰减单模光纤。本发明的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤，其制备过程的控制简便，能够满足单模光纤在可见光蓝绿光波段下的应用，降低光纤中的Si‑O键缺陷和非桥键氧缺陷，满足抗光致损耗、短波长、低衰减的单模光纤应用需求，延长光纤的使用寿命，提升单模光纤的使用性能。
Description
技术领域
本发明属于特种光纤相关技术领域，具体涉及一种抗光致损耗短波长低衰减单模光纤及其制备方法。
背景技术
随着光通信技术的高速发展，各式各样的光纤得到了研究和制备，并广泛应用于不同波长和不同环境中。1963年，Duntley S Q及Gilbert G D等人在研究光波在海洋中的传播特性时，发现海水对0.47~0.58μm波段内的蓝绿光的衰减，比对其他光波段的衰减要小很多，证实在海洋中亦存在一个类似于大气中的透光窗口。根据这一现象，发射蓝绿光的激光器在水下目标探测、控制、通信等领域的巨大应用潜力逐渐被发掘。
在实际设置时，对于应用于可见光蓝绿光波段的光纤而言，其往往要求纯硅芯光纤，与掺Ge光纤相比，纯硅光纤有更低的背景衰减和更高的抗辐照、抗色心形成能力。但在高功率水平下，由于高能带来的光纤结构缺陷，光致损耗仍然可能在纯硅芯光纤中发生，限制了光纤的使用寿命。光致损耗发生的根源在于“非桥键氧”的存在，而非桥键氧随着光功率的增加在光纤中产生，“非桥键氧”俘获电子/空穴形成具备特定能量的色心，色心吸收光子造成能量的损耗与光功率衰退，表现在以615~630nm为中心区域的可见光波段衰减显著增加。
同时，在现有制备二氧化硅石英玻璃的工艺中，石英的结构缺陷往往是很难避免的，影响到非桥键氧（NBOHC）的前驱体Si-O和氯离子相关结构缺陷在光纤制备过程中极易形成，且后期极难修补。正因如此，使得现有的可见光蓝绿光波段光纤的使用效果无法完全适配实际应用的需求，光纤的可见光波段衰减和光致损耗较高，光纤的使用寿命受到明显的影响。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种抗光致损耗短波长低衰减单模光纤及其制备方法，能够有效满足光纤在可见光蓝绿光波段下的应用，提升光纤的抗光致损耗能力，降低可见光波段衰减，延长光纤使用寿命。
为实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种抗光致损耗短波长低衰减单模光纤，包括由内至外依次设置的芯层、内包层和外包层，且所述内包层包括内外依次设置的第一包层和第二包层；
所述芯层为掺氟芯层，F元素占比为4.68~6.31mol%，SiO2占比为93.72~95.29mol%，Cl元素占比为0~0.008mol%；且所述芯层包括位于中心的高斯分布芯和位于该高斯分布芯外周的阶跃分布芯；
所述高斯分布芯中的折射率呈渐变分布，其中部的相对折射率差最大；所述高斯分布芯中心的相对折射率差Δ1max为-0.60%~-0.45%，其边界处的相对折射率差Δ1min与阶跃分布芯的相对折射率差Δ2相同，为-0.70%~-0.55%；
所述第一包层为掺氟包层，其相对折射率差Δ3为-0.79%~-1.04%，且第一包层中F元素的占比为7.89~9.38mol%，SiO2的占比为90.58~92.07mol%，Cl元素的占比为0.017~0.031mol%；
所述第二包层为掺氟包层，其相对折射率差Δ4为-0.45%~-0.75%，且第二包层中F元素的占比为4.68~7.46mol%，SiO2的占比为92.44~94.93mol%，Cl元素的占比为0.079~0.086mol%。
作为本发明的进一步改进，所述高斯分布芯与所述阶跃分布芯的相对折射率差满足如下关系：0.05%≤Δ1max-Δ2≤0.1%；
和/或
所述第一包层的半径R3与所述芯层的半径R2之间满足如下关系：5≤R3/R2≤6。
作为本发明的进一步改进，所述高斯分布芯的区域半径R1为1.0~1.5μm，所述芯层的半径R2为1.25~2.0μm；
和/或
所述第一包层的半径R3为6.25~12μm；
和/或
所述第二包层的半径R4为45~49μm。
作为本发明的进一步改进，所述第二包层的相对折射率差Δ4与所述高斯分布芯中心的相对折射率差Δ1max满足如下关系：Δ1max-Δ4≥0%。
作为本发明的进一步改进，所述外包层的半径R5为62~63μm；
和/或
所述外包层中的SiO2占比为99.71~99.75mol%，Cl元素占比为0.235~0.269mol%。
作为本发明的进一步改进，在所述芯层中，高斯分布芯的半径R1与阶跃分布芯的半径R2满足如下关系：0.5≤R1/R2≤0.8。
作为本发明的进一步改进，所述光纤的性能指标满足如下要求：截止波长≤400nm，480nm模场直径2.7~3.3μm，450nm衰减≤40dB/km，530nm衰减≤20 dB/km，620nm衰减≤15 dB/km。
本发明的另一个方面，还提供一种抗光致损耗短波长低衰减单模光纤的制备方法，其包括如下过程：
（1）选择石英管，并在石英管内依次沉积外包层、第二包层、第一包层和芯层，其中，芯层包括先后沉积的阶跃分布区域和高斯分布区域；且
在第二包层的沉积过程中，四氯化硅、氧气、六氟乙烷的体积流量比值控制为：(63~83):(252~305):(13.5~29.7)；
在第一包层的沉积过程中，四氯化硅、氧气、六氟乙烷的体积流量比值控制为：(38~50)：(303~440):(14.2~24.9)；
对于芯层的沉积，在阶跃分布区域，四氯化硅、氧气、六氟乙烷的体积流量比值控制为：(16~27):(398~445):(3.9~8.4)；在高斯分布区域，随着沉积阶段的进行，不断降低六氟乙烷的体积流量，直至芯层沉积结束，且芯层沉积结束阶段，四氯化硅、氧气、六氟乙烷的体积流量比值控制为：(16~27):(398~445):(3.2~7.2)；
（2）将完成沉积后的石英管在1850~2100℃高温下熔缩，制成实心的预制棒；
（3）将所述预制棒在1950~2100℃温度下拉丝成光纤。
作为本发明的进一步改进，在过程（1）中，选用低功率电源箱作为高频发生源。
作为本发明的进一步改进，在过程（1）中，各包层的沉积速率满足如下关系：1.5g/min≤DR包≤3g/min；
和/或
在过程（1）中，芯层的沉积速率满足如下关系：0.2g/min≤DR芯≤1.0g/min 。
上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
（1）本发明的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤，其通过优选设计光纤的结构，形成包含高斯分布芯和阶跃分布芯的芯层，再配合各层中SiO2/F/Cl元素占比的优选设计以及各层相对折射率差的组合设置，使得单模光纤能够满足在可见光蓝绿光波段下的应用，满足抗光致损耗、短波长、低衰减的单模光纤应用需求，延长光纤的使用寿命，提升单模光纤的使用性能。
（2）本发明的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤，其通过优选设计光纤各层的半径以及相对折射率差的组合设计关系，使得单模光纤更加满足在可见光蓝绿光波段下的应用需求，降低光纤的光致损耗和衰减，提升单模光纤的应用效果和信号传输的准确性， 充分满足实际应用的需求。
（3）本发明的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤的制备方法，其步骤简单，操作便捷，通过优化各层原料组分的配比，利用原料组分设计和制备过程的优选设计，使得光纤制备过程中可以有效减少Si-O键的形成，降低光纤中的Si-O键缺陷和非桥键氧缺陷，提升光纤的使用性能，满足光纤在可见光蓝绿光波段下的应用需求，得到抗光致损耗短波长低衰减单模光纤。
（4）本发明的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤的制备方法，通过优化芯层原料组分的匹配，芯层单掺杂F原子，氟原子小，更容易和Si结合，氧原子次之，氯离子最次，形成键能由大到小依次为Si-F(552kj/mol)＞（460kj/mol）＞Si-Cl(360kj/mol)，因此掺杂的氟原子，在反应中一部分Si和F反应更容易形成Si-F键，减少了O和Si的反应发生，也就减少了Si-O 键缺陷，未与Si形成结合的O2又会带走反应中产生的氯离子。芯层由于Si-O缺陷减少，和外部扩散的H反应也降低，因此反应产生的OH基也减少；同时，随着氯离子的去除，氯离子相关结构缺陷也减少，从而保证光纤制备后的性能。
（5）本发明的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤的制备方法，通过进行设备优化，高频功率选用低功率电源箱，低功率在保证原料气体的完全反应的同时，避免了因为能量过剩，超过二氧化硅中原子错位阀值能量而形成电子空穴，避免因为这些电子空穴被捕获而产生新的缺陷中心，即STH1/STH2，以此来减少的前驱体，从而降低可见光波段衰减，并提高抗光致损耗能力，延长使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中抗光致损耗短波长低衰减单模光纤的结构示意图；
图2是本发明实施例中抗光致损耗短波长低衰减单模光纤的相对折射率差剖面图；
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：
1、芯层；2、第一包层；3、第二包层；4、外包层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
另外，定义以下术语：
折射率剖面：在633nm测得玻璃折射率和半径的关系。
记不同掺杂元素的石英玻璃第i层在633nm测得的折射率大小为n i：其中，芯层折射率为n 1，相对折射率为Δ1；掺杂包层的折射率为n 2，相对折射率为Δ2；纯硅外包层的折射率为n 0。
如此，第i层的相对折射率差为：
实施例：
请参阅图1，本发明优选实施例中的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤包括由内至外依次设置的芯层1、内包层和外包层4，其中，内包层包括由内至外依次设置的第一包层2和第二包层3。
具体地，优选实施例中的芯层1为掺氟的二氧化硅石英玻璃层，其半径R2为1.25~2.0μm。与普通的阶跃型光纤不同，优选实施例中的芯层1包括位于中部的高斯分布芯和位于中部外周的阶跃分布芯。
之所以进行上述设计，是因为当芯层处的F含量较高时，在制备的高温条件下极易发生扩散和二次挥发，倘若将芯层做成常规阶跃结构，极易导致芯层周向折射率不均匀，在光纤端面表现出纤芯中空光斑的情况。
其中，高斯分布芯的区域半径R1为1.0~1.5μm，其折射率呈渐变分布，中心处的相对折射率差最大，该中心处的相对折射率差Δ1max为-0.60%~-0.45%；且高斯分布芯与阶跃分布芯交界处的相对折射率差最小，该边缘处的相对折射率差Δ1min为-0.70%~-0.55%。对于芯层1的阶跃分布芯而言，其折射率等于高斯分布芯边界处的折射率，即Δ2=Δ1min，也即是说，在实际设置时，Δ2优选为-0.70%~-0.55%。
更详细地，在实际设置时，芯层1的阶跃分布芯的宽度R2-R1不小于0，其进一步满足如下关系式：0.5≤R1/R2≤0.8。
同时，对于优选实施例中的芯层1而言，其高斯分布芯与阶跃分布芯处的相对折射率差满足如下关系：0.05%≤Δ1max-Δ2≤0.1%。
更详细地，优选实施例中的芯层1为掺氟芯层，其F元素占比为4.68~6.31mol%，SiO2占比为93.72~95.29mol%，Cl元素占比为0~0.008mol%。
进一步地，芯层1外侧的包层区域的折射率呈阶跃分布，其中，第一包层2与芯层1的阶跃分布芯交界设置，其半径R3优选为6.25~12μm，并满足如下关系：5≤R3/R2≤6。
同时，第一包层2为掺氟的二氧化硅石英玻璃层，其相对折射率差Δ3优选为-0.79%~-1.04%，且在第一包层2中，F元素的占比为7.89~9.38mol%，SiO2的占比为90.58~92.07mol%，Cl元素的占比为0.017~0.031mol%。
进一步地，第二包层3也为掺氟的二氧化硅石英玻璃层，其半径R4为45~49μm，相对折射率差Δ4优选为-0.45%~-0.75%，并满足如下关系：Δ1max-Δ4≥0%。
更详细地，在第二包层3中，其F元素的占比为4.68~7.46mol%，SiO2的占比为92.44~94.93mol%，Cl元素的占比为0.079~0.086mol%。
此外，在第二包层3的外周，设置有外包层4，其为纯二氧化硅石英玻璃包层，外包层4的半径R5优选为62~63μm，SiO2的占比处于99.71~99.75mol%范围内，Cl元素占比为0.235~0.269mol%。
在上述技术方案的基础上，得到的光纤满足可见光波段低衰减、抗暗化的需求，其截止波长≤400nm，480nm波长模场直径为2.7~3.3μm。同时，光纤的衰减满足如下要求：450nm衰减≤40dB/km，530nm衰减≤20 dB/km，620nm衰减≤15 dB/km。
与前述优选实施例中所记载的方案相比，在申请人的在先专利申请CN112904475B中，公开了一种单模传感光纤及其应用，主要应用于通信波段的抗辐照光纤。通过在纤芯与包层分别进行氟元素的单掺杂，使得F原子键连到断键区或缺陷中心，利用Si-F键能大于Si-O键能，最终达到抑制辐照时产生缺陷的目的。在前述申请人的在先专利申请中，芯层的直径D1为8～11μm，相对折射率差Δ1为-0.2％～-0.4％；内包层为深掺氟石英玻璃层，其直径D2为56～88μm，相对折射率Δ2为-0.55％～-0.75％；此外；内包层外包覆有纯石英外包层，其直径D3为123～127μm。
显然，从结构组成来看，前述技术方案中的光纤与本发明优选实施例中的光纤有一定的相似性。不过，两者之间仍然存在本质的不同。
具体地，在先专利申请中的光纤结构提供的是一个单模波导，通过剖面仿真软件可得，其光纤截止波长在1100~1260nm之间，其适用于O和C通信波段单模光纤在核辐射环境下的应用。而正是由于该光纤的截止波长处于1100~1260nm，远大400nm，使得该波导结构在可见光波段根本不是单模传输，不满足优选实施例中光纤在可见光波段的单模传输的应用需求。
此外，对于在先专利申请中的光纤而言，也可以看出其芯层和包层的掺氟量低于本发明优选实施例中的掺氟量，这就导致其技术方案无法达到本发明优选实施例中降低Si-O缺陷的技术目的。另外，对于在先专利申请中的光纤而言，其光纤的各层处于常规阶跃分布，倘若其如本发明优选实施例中一般加大F掺量的话，势必会出现周向折射率不均匀的情况，从而导致出现纤芯中空光斑的情况。
相比之下，在优选实施例中，通过将芯层1设置为高斯分布芯与阶跃分布芯的组合设置形式，使得芯层1的中部折射率呈渐变分布，如此设置，避免了芯层做成常规阶跃结构时，因为靠近芯层F含量高，在制备的高温条件下容易发生扩散和二次挥发，导致芯层周向折射率不均匀，在光纤端面表现出纤芯中空光斑的情况。
作为本发明的另一个方面，优选实施例中还进一步提供了一种用于制备前述优选实施例中抗光致损耗短波长低衰减单模光纤的方法，其优选包括如下过程：
首先，进行预制棒的制备；选用合适石英管，并在石英管内依次沉积外包层4、第二包层3、第一包层2和芯层1，并在1850~2100℃高温下熔缩，制成实心的预制棒；其具体过程如下：
（1）利用等离子体管内气相沉积（PCVD）工艺，在石英管内依次沉积外包层4、第二包层3、第一包层2和芯层1；其中，芯层1包括先后沉积的阶跃分布区域和高斯分布区域。
具体地，优选实施例中的PCVD沉积过程中，其沉积原材料优选为四氯化硅、高纯氧气、六氟乙烷，其中，首先将四氯化硅和氧气通入管内，进行反应沉积外包层，再将四氯化硅、六氟乙烷、氧气通入管内沉积内包层，最后通过四氯化硅、六氟乙烷、氧气进入管内沉积芯层。
同时，在沉积过程中，设计的参数主要包括高频功率、沉积速率（DR）、氧气六氟乙烷摩尔质量比例范围。其中，高频功率为入射到沉积基管（石英管）内的功率；沉积速率为单位时间沉积到石英管上的二氧化硅重量。
在实际设置时，优选采用低功率电源箱作为高频发生源，例如，采用3~6kW电源箱作为高频发生源。低功率在保证原料气体的完全反应的同时，避免了因为能量过剩，超过二氧化硅中原子错位阀值能量而形成电子空穴，进而避免因电子空穴被捕获产生新的缺陷中心，即STH1/STH2，从而减少非桥键氧缺陷的前驱体，降低可见光波段衰减，并提高抗光致损耗能力，延长使用寿命。
同时，在沉积包层时，为避免因包层沉积时间过长所导致的未完全玻璃化的二氧化硅粉尘堵管，优选提高反应功率。在优选实施例中，包层的沉积速率优选满足如下关系：1.5g/min≤DR包≤3g/min。
此外，由于纤芯区域的占比较小，不需要长时间沉积，如此，优选降低芯层沉积时的反应功率，芯层的沉积速率优选满足如下关系：0.2g/min≤DR芯≤1.0g/min 。
进一步具体地，在第二包层3的沉积过程中，四氯化硅、氧气、六氟乙烷的体积流量比值控制在如下范围内：(63~83):(252~305):(13.5~29.7)。
同时，在第一包层2的沉积过程中，四氯化硅、氧气、六氟乙烷的体积流量比值优选控制在如下范围内：(38~50)：(303~440):(14.2~24.9)。
此外，对于芯层1的阶跃分布区域，四氯化硅、氧气、六氟乙烷的体积流量比值优选处于如下范围内：(16~27):(398~445):(3.9~8.4)。而在芯层1的高斯分布区域，在芯层渐变起始阶段，通入四氯化硅、氧气、六氟乙烷的体积流量比值范围与前述阶跃分布区域的体积流量比值范围相同；随着芯层1沉积阶段的进行，不断降低六氟乙烷的体积流量，直至芯层1的沉积结束；在芯层沉积结束阶段，通入四氯化硅、氧气、六氟乙烷的体积流量比值范围优选为：(16~27):(398~445):(3.2~7.2)。
通过以上沉积过程中的组分比例控制，进而对应将预制棒各层结构的SiO2/F/Cl控制在预设的摩尔百分比范围内。其中，第一包层2内应具有较低的Cl元素含量，以此防止在拉丝过程中，Cl元素向芯层1扩散，进而避免因Cl元素扩散带来的芯层衰减上升。
此外，在前述沉积过程中，倘若硅流量开度百分比过大，则匹配的功率更高，功率过剩会破坏二氧化硅的分子结构，更容易引起硅原子上的电子跃迁，形成电子俘获空穴导致STH1/STH2，从而导致衰减上升；倘若硅流量开度百分比过小，即沉积速率过低，则不适合批量生产。同时，倘若氧气流量开度百分比过大，则极易形成过氧键（POL，≡Si-O-O-Si≡）和非桥键氧(NBOHC)，影响光纤326nm峰位吸收，导致光纤的衰减增大；倘若氧气流量开度百分比过小，则会导致等离子体反应不充分，部分反应物未完全玻璃化，导致基管沉积时堵塞报废。
此外，由于氟原子的掺杂，使得一部分Si更容易和F反应形成Si-F键，从而减少了O和Si的反应，也就减少了 Si-O 键缺陷；未与Si形成结合的O2又会带走反应中产生的氯离子。纤芯由于Si-O缺陷少，和外部扩散的H反应也降低，因此反应产生的OH基也少，氯离子的去除，氯离子相关结构缺陷也随之减少。因此，倘若六氟乙烷流量过小，更多的氧与硅结合，可能会导致较多的非桥键氧缺陷；倘若六氟乙烷流量过大，则会导致等离子体反应不充分，部分反应物未完全玻璃化，导致石英管沉积时堵塞报废。
（2）完成各层的沉积后，进一步优选将完成沉积后的石英管在电熔缩车床将沉积后的石英管在1850~2100℃高温下经多次熔缩形成实心棒，该温度范围适配最外层纯硅石英结构，芯层1和第一包层2、第二包层3掺F石英的组分结构，确保沉积后的石英管在熔融状态下均匀的塌陷，最终烧实成为光棒，即完成光纤预制棒的制备。
（3）进行光纤的拉丝制备；
具体地，将光纤预制棒设置于拉丝塔上，在1950~2100℃高温下拉丝成光纤，最终得到包层直径为125μm，涂覆直径为250μm的光纤。
在前述拉丝温度范围内进行拉丝，能够有效避免因低温拉丝所带来的高张力拉丝问题，减少光纤在熔融状态因为高张力所带来的疲劳断键。同时，也能有效避免因温度过高，因热辐射过强导致的光纤微观结构断键，例如“Si-O-Si键”断键后变成“Si-O键”。
为了更好地阐述优选实施例中抗光致损耗短波长低衰减单模光纤的性能特点，进一步通过如下具体实施例进行对比分析。
在上述实施例1~6中，实施例1~3为对比例，实施例4~6为实验例。其中，对于实施例1，芯层半径偏大超标；对于实施例2，芯层氧气占比过小超标；对于实施例3，第一包层氧气占比过小超标。相应地，实施例4~6严格按照前述优选实施例中的设计参数和比例进行设置。
通过对上述实施例1~6中制得的光纤进行试验，进一步具体地，优选实施例中采用620nm波段处的衰减来表征非桥键氧的缺陷，以此来评估光纤抗光致损耗的能力，试验结果如下：
| 实施例 | 截止波长(nm) | 480nm模场直径 | 450nm衰减(dB /km) | 530nm衰减 (dB /km) | 620nm衰减(dB /km) |
| 1 | 452 | 2.1 | - | - | - |
| 2 | 372 | 2.8 | 52 | 27.6 | 24.2 |
| 3 | 368 | 3.5 | 44 | 21.2 | 18.2 |
| 4 | 382 | 2.8 | 36.1 | 18.2 | 12.8 |
| 5 | 363 | 3.1 | 33.2 | 16.7 | 11.8 |
| 6 | 375 | 2.8 | 31.2 | 16.2 | 11.2 |
根据上述试验结果，不难发现，对于实施例1中的光纤，其截止波长和模场均超标，无法满足优选实施例中应用场景下的应用需求；对于实施例2、实施例3中的光纤而言，其在不同波段下的衰减均较高。相应地，对于实施例4~6而言，可以看出，随着氧流量和六氟乙烷比例增大时，光纤在450nm、530nm波段下的衰减下降明显，且620nm波段处的衰减呈现一定的下降趋势，如此，表明光纤的抗光致损耗能力逐步提高。
总的来说，根据前述优选实施例中技术方案制备的光纤，其性能指标满足如下要求：截止波长≤400nm，480nm模场直径2.7~3.3μm，450nm衰减≤40dB/km，530nm衰减≤20dB/km，620nm衰减≤15 dB/km。
利用上述制备方法制备得到的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤，能够有效减少STH1、STH2电子俘获空穴（吸收峰位475m、574nm）；同时，通过在芯层阶段控制通入四氯化硅，
利用上述制备方法制备得到的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤，能够有效减少STH1、STH2电子俘获空穴（吸收峰位475m、574nm）；同时，通过在芯层阶段控制通入四氯化硅，氧气、六氟乙烷的摩尔质量比值范围，可有效减少氯离子带来结构缺陷（吸收峰位328nm）、减少过桥键氧结构带来的缺陷（吸收峰位620nm），从而降低300~765nm波段的衰减，整体拉低可见光波段低衰减，确保制备得到的光纤在450nm波段的衰减≤40dB/km，在530nm波段的衰减≤20 dB/km，并因为非桥键氧结构缺陷的减少，提升抗光致损耗的能力。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种抗光致损耗短波长低衰减单模光纤，包括由内至外依次设置的芯层、内包层和外包层，且所述内包层包括内外依次设置的第一包层和第二包层；其特征在于，
所述芯层为掺氟芯层，F元素占比为4.68~6.31mol%，SiO2占比为93.72~95.29mol%，Cl元素占比为0~0.008mol%；且所述芯层包括位于中心的高斯分布芯和位于该高斯分布芯外周的阶跃分布芯；
所述高斯分布芯中的折射率呈渐变分布，其中部的相对折射率差最大；所述高斯分布芯中心的相对折射率差Δ1max为-0.60%~-0.45%，其边界处的相对折射率差Δ1min与阶跃分布芯的相对折射率差Δ2相同，为-0.70%~-0.55%；
所述第一包层为掺氟包层，其相对折射率差Δ3为-0.79%~-1.04%，且第一包层中F元素的占比为7.89~9.38mol%，SiO2的占比为90.58~92.07mol%，Cl元素的占比为0.017~0.031mol%；
所述第二包层为掺氟包层，其相对折射率差Δ4为-0.45%~-0.75%，且第二包层中F元素的占比为4.68~7.46mol%，SiO2的占比为92.44~94.93mol%，Cl元素的占比为0.079~0.086mol%。
2.根据权利要求1所述的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤，其特征在于，所述高斯分布芯与所述阶跃分布芯的相对折射率差满足如下关系：0.05%≤Δ1max-Δ2≤0.1%；
和/或
所述第一包层的半径R3与所述芯层的半径R2之间满足如下关系：5≤R3/R2≤6。
3.根据权利要求2所述的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤，其特征在于，所述高斯分布芯的区域半径R1为1.0~1.5μm，所述芯层的半径R2为1.25~2.0μm；
和/或
所述第一包层的半径R3为6.25~12μm；
和/或
所述第二包层的半径R4为45~49μm。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤，其特征在于，所述第二包层的相对折射率差Δ4与所述高斯分布芯中心的相对折射率差Δ1max满足如下关系：Δ1max-Δ4≥0%。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤，其特征在于，所述外包层的半径R5为62~63μm；
和/或
所述外包层中的SiO2占比为99.71~99.75mol%，Cl元素占比为0.235~0.269mol%。
6.根据权利要求1~3中任一项所述的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤，其特征在于，在所述芯层中，高斯分布芯的半径R1与阶跃分布芯的半径R2满足如下关系：0.5≤R1/R2≤0.8。
7.根据权利要求1~3中任一项所述的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤，其特征在于，
所述光纤的性能指标满足如下要求：截止波长≤400nm，480nm模场直径2.7~3.3μm，450nm衰减≤40dB/km，530nm衰减≤20 dB/km，620nm衰减≤15 dB/km。
8.一种抗光致损耗短波长低衰减单模光纤的制备方法，其特征在于，包括如下过程：
（1）选择石英管，并在石英管内依次沉积外包层、第二包层、第一包层和芯层，其中，芯层包括先后沉积的阶跃分布区域和高斯分布区域；且
在第二包层的沉积过程中，四氯化硅、氧气、六氟乙烷的体积流量比值控制为：(63~83):(252~305):(13.5~29.7)；
在第一包层的沉积过程中，四氯化硅、氧气、六氟乙烷的体积流量比值控制为：(38~50)：(303~440):(14.2~24.9)；
对于芯层的沉积，在阶跃分布区域，四氯化硅、氧气、六氟乙烷的体积流量比值控制为：(16~27):(398~445):(3.9~8.4)；在高斯分布区域，随着沉积阶段的进行，不断降低六氟乙烷的体积流量，直至芯层沉积结束，且芯层沉积结束阶段，四氯化硅、氧气、六氟乙烷的体积流量比值控制为：(16~27):(398~445):(3.2~7.2)；
（2）将完成沉积后的石英管在1850~2100℃高温下熔缩，制成实心的预制棒；
（3）将所述预制棒在1950~2100℃温度下拉丝成光纤。
9.根据权利要求8所述的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤的制备方法，其特征在于，在过程（1）中，选用低功率电源箱作为高频发生源。
10.根据权利要求8或9所述的抗光致损耗短波长低衰减单模光纤的制备方法，其特征在于，在过程（1）中，各包层的沉积速率满足如下关系：1.5g/min≤DR包≤3g/min；
和/或
在过程（1）中，芯层的沉积速率满足如下关系：0.2g/min≤DR芯≤1.0g/min 。
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