CN201060284Y - 低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤 - Google Patents

Abstract

低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，属于光通信技术，现有光纤存在带宽受到限制、不能完全满足当前G.656光纤的标准的缺陷，本实用新型包括裸玻璃光纤以及包围在所述裸玻璃光纤外周的树脂保护层，其特征是所述裸玻璃光纤由一个芯层区和三个包层区组成，且芯层区由折射率较低的凹陷区和折射率较高的非凹陷区组成，第一包层区和第三包层区为纯SiO₂层。它通过对光纤的芯层和包层进行合理的设计，实现了完全满足当今有关G.656光纤标准且适用于高速率传输系统和WDM系统的低弯曲损耗、低非线性效应要求。

Description

低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤

技术领域

本实用新型涉及一种光纤，特别是满足G.656光纤标准的、低弯曲损耗的、低非线性效应的、适用于高速率传输系统和波分复用系统(WDM)的单模光纤。

背景技术

目前常用于传输网建设的主要光纤有两种，即G.652常规单模光纤和G.655非零色散位移光纤。通常G.652单模光纤在C波段1530nm～1565nm和L波段1565nm～1625nm的色散较大，一般为17～22ps/nm·km。在开通高速率系统如10Gb/s和40Gb/s及基于单通路高速率的WDM系统时，必须采用色散补偿光纤(DCF)来进行色散补偿，使整个线路上1550nm处的色散减小。但DCF同时会引入较大的衰减，因此又必须在线路中添置光放大器，这样的构造方式大大增加了系统的成本。此外，随着光纤放大器的应用，超过+18dB以上的光信号被耦合进一根光纤，波分复用技术使一根光纤中有了数十条甚至上百条光波道。这时，较高的光能量聚集在很小的截面上，光纤开始呈现出非线性特性，并成为最终限制传输系统性能的关键因素。特别是当波道波长接近光纤零色散点时，这一现象更加突出。

为避开零色散点附近的非线性影响，G.655光纤的零色散点不在1550nm附近，而是向长波长或短波长方向位移，使得1550nm附近呈现一定大小的色散(ITU-T规范为0.1-6ps/nm·km)。这样，可大幅减轻四波混合的影响，有利于密集波分复用系统的传输。同时，通过1550nm附近的色散值的控制，可保证速率超过10Gbit/s的信号可以不受色散限制地传输300km以上，并可在1530nm～1565nm波长范围内适用于WDM。

为进一步扩展WDM，特别是密集波分复用系统(DWDM)的传输带宽，将其应用波长拓展到更广的范围内，很有必要对光纤的折射率剖面进行改善，降低光纤的色散斜率系数，以使光纤在更广的范围内都有较小(非零)的色散。在此背景下，色散平坦光纤得到了广泛的研究，如S.K.Mondal等在“Effect of opticalKerr effect nonlinearity on LP11 mode cutoff frequency of single-modedispersion-shifted and dispersion-flattened fibers，OpticsCommunications，Volume 127，Issues 1-3，1 June 1996，Pages 25-30”中探讨了色散平坦光纤中科尔效应对单模光纤的截至波长的影响；S.K.Mondal等在“Interesting effect of optical Kerr nonlinearity in expandingsingle-mode regime of optical fibers using dispersion-flattenedprofiles，Optics Communications，Volume 150，Issues 1-6，1 May 1998，Pages 81-84”中提出了一种具有W型包层结构的色散平坦光纤，与G.655相比，该光纤能更有效的抑制光纤的非线性效应；A.V.Belov在“Profile structureof single-mode fibers with low nonlinear properties for long-haulcommunication lines，Optics Communications，Volume 161，Issues 4-6，15March 1999，Pages 212-216”介绍了一种在1.53-1.56μm范围内光纤色散不超过±0.4ps nm^-1 km^-1的光纤；日本住友的T.Kato等在“Dispersion flattenedtransmission line consisting of wide-band non-zero dispersion shiftedfiber and dispersion compensating fiber module，Optical Fiber Technology，Volume 8，Issue 3，July 2002，Pages 231-239”中报道一种具有复杂剖面结构的色散平坦的非零色散位移光纤，该光纤的有效面积约60μm²，在C波段的色散斜率系数在0.08ps/nm²/km以下，在1500～1600nm范围内光纤的色散在5～11 ps/nm/km；我国长飞公司也推出一种被称为“大保实”的大有效面积的G.655光纤(邮电设计技术，2002年第9期)。这些研究在一定程度上都推动了WDM应用技术向更宽的波长范围发展。在此前提下，为进一步规范这类光纤的标准，并使之真正广泛的应用到实际的传输线路中，2002年5月日本NTT和CLPAJ在日内瓦ITU-TSG15会议上联合提出研究一种新型的被称为G.656的光纤。与G.655光纤相比，该光纤的色散曲线更加平坦，色散系数更小(在1460～1625nm范围内在2～14ps/nm/km之间)，能够更好的抑制受激散射和克尔效应。此外，为使G.656光纤和已经敷设的单模光纤进行有效的熔接，规定G.656光纤的模场直径在7～11μm之间。该光纤有望把DWDM传输扩展到1460nm～1625nm的整个波长范围内，被认为是继G.652和G.655后的又一应用广泛的光纤产品。

近来，关于G.656的标准初步达成一致，也相继有关于G.656光纤的专利问世。如日本住友的“色散平坦光纤”(国际申请号：PCT/JP98/03383)，该光纤色散系数在0.03ps/nm²/km，在1550nm处的色散绝对值小于5ps/nm/km，光纤的有效面积可控制在约45μm²，但该光纤的有效面积偏小，较高的光能量聚集在较小的截面上，容易导致光纤呈现出非线性特性，从而限制了光纤的带宽；又如国内专利“三波长窗口负色散的色散平坦单模光纤”(申请号：200410016712.9)，该光纤的色散斜率在-0.03～0.03ps/nm²/km，在1500nm～1600nm范围内色散系数在-4.0～-6.9ps/nm/km，虽然该光纤的色散曲线比较平坦，色散系数的绝对值较小，但该光纤并不完全满足当前G.656光纤的标准。

通常情况下，对于G.655光纤和色散平坦光纤，包括住友和汪业衡申请的两种色散平坦光纤，其折射率剖面结构中，包层的折射率均略低于光纤的芯层折射率，这样有利于将光约束在芯层传输。而Bartolomeo等则在“Optical fiberhaving low non-linearity for WDM transmission”的专利申请稿中(申请号：US 2003/0128948A1)提出了一种光纤的外包层的折射率略高于光纤芯层的设计思想，通过芯、包层几何尺寸及其折射率的适当调配，能得到完全满足G.650或G.655传输性能标准的光纤，且具有该种结构的光纤对制造公差的要求较为宽松，成品率相对较高，光纤的制造成本也相对降低。但该实用新型中述及的光纤的芯层和包层折射率均呈抛物线分布，且该抛物线的形状指数对光纤色散、戒指波长和零色散波长等性能的影响较大，从而这种外包高于芯层的设计对提高合格率、降低成本有好处，但抛物线的形状则又在一定程度上限制了这种设计思想优越性的发挥，即导致制造工艺较为复杂，并使得进一步提高光纤制造合格率受到限制。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有技术存在的光纤的带宽受到限制、不能完全满足当前G.656光纤的标准以及因抛物线的形状导致的制造工艺较为复杂、并使得进一步提高光纤制造合格率受到限制的缺陷，提供一种在工艺上可行、制造公差要求较为宽松、制造成本较为低廉并能完全满足当今有关G.656光纤标准的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤。为此，本实用新型采用以下技术方案：

低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，包括裸玻璃光纤以及包围在所述裸玻璃光纤外周的树脂保护层，其特征是所述裸玻璃光纤由一个芯层区和三个包层区组成，且芯层区由折射率较低的凹陷区和折射率较高的非凹陷区组成，第一包层区和第三包层区为纯SiO₂层。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型还包括以下附加技术特征：

所述芯层区和三个包层区的折射率剖面都是阶梯型剖面。

芯层凹陷区厚度在0.9～2.1μm之间；芯层非凹陷区厚度即在0.6～2.3μm之间；第一包层厚度在0.8～2.3μm之间；第二包层厚度在0.76～1.78μm之间；第三包层厚度在57.2～58.8μm之间。

芯层非凹陷区直径在6.19～6.61μm之间，第一包层直径在7.15～7.65μm之间，第二包层直径在8.96～9.60μm之间，第三包层直径在124.00～126.00μm之间。有效面积大于80μm²。

芯层凹陷区直径在3.85～4.15μm之间，芯层非凹陷区直径在5.22～5.58μm之间，第一包层直径在5.98～6.42μm之间，第二包层直径在7.72～8.28μm之间，第三包层之间在124.26～125.92μm之间。在1550nm下的模场直径为8.30～8.50μm。

芯层凹陷区直径在1.92～2.08μm之间，芯层非凹陷区直径在5.44～5.76μm之间，第一包层直径在6.40～6.80μm之间，第二包层直径在8.80～9.36μm之间，第三包层之间在124.31～125.94μm之间。有效面积大于65μm²；在1550nm下的模场直径为9.70～9.90μm。

本实用新型的单模光纤可由掺杂的石英玻璃芯、石英玻璃包层和内外两层树脂构成，其中光纤的芯层和包层具有独特的结构。光纤的芯层带有一定的凹陷区域非凹陷区；第一包层为纯SiO₂层；第二包层折射率略高于芯层；第三包层即光纤的外包层为纯SiO₂层。芯层和第一包层的折射率可通过掺杂不同的组分获得。裸光纤的外径为125±1μm。成品光纤的直径为245±1μm。

制造这种光纤时，先根据设计的折射率剖面，即芯层中凹陷区和非凹陷区的折射率、厚度，第一包层的厚度，第二、三包层的折射率、厚度等参数，确定各层掺杂的组分，再分别以改良的气相沉积法(MCVD)(或等离子化学气相沉积法，PCVD)制造符合设计要求的光纤预制棒的芯棒，以外部气相沉积(OVD)或套管法(RIC)制造包围在芯棒外周的外包层从而得到光纤预制棒，最后再在拉丝塔上将该预制棒拉制成光纤，该光纤经两次紫外光固化树脂涂覆达设计的尺寸；最后经一些列机械、光学和化学筛选后卷盘成为光纤成品。

本实用新型的有益效果是通过对光纤的芯层和包层进行合理的设计，实现了在工艺上可行、制造公差要求较为宽松、制造成本较为低廉并能完全满足当今有关G.656光纤标准且适用于高速率传输系统和WDM系统的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤：

根据光纤标准，G.656光纤主要是在抑制光纤的非线性效应的不利影响方面优于G.655光纤，且前者的色散斜率更小，可使用的波长更广阔。光纤的非线性效应的大小可用非线性系数γ来衡量，γ越小越理想。通常情况下，单模光纤的γ可简化表示为式(1)：

$\mathrm{\γ}=\frac{2\mathrm{\π}{n}^{*}}{\mathrm{\λ}{A}_{\mathrm{eff}}}---\left(1\right)$

式中n^*为光纤的非线性折射率系数。A_eff为在波长λ下的有效面积，即光纤中传输光功率的平均面积。A_eff根据式(2)确定：

$A_{\mathrm{eff}}=\frac{2\mathrm{\π}{\left[{\∫}_0^{\∞}{\mathrm{\ψ}}^2\left(R\right)\mathrm{RdR}\right]}^2}{{\∫}_0^{\∞}{\mathrm{\ψ}}^4\left(R\right)\mathrm{RdR}}---\left(2\right)$

式中ψ(R)为光纤中传输光的波导方程。

由式(1)和(2)可知，减小非线性系数γ可通过调整光纤折射率剖面结构以改变光纤的n^*或A_eff的大小来实现。

另一方面，随着光纤通信业务的进一步推广，特别是光纤到户(FTTH)等工程的即将实施，光纤的抗弯曲性能得到了越来越广泛的重视，它是当今和未来考察光纤性能的重要指标之一。Jingyuan Wang等在“Properties of index-guidedPCF with air-core，Optics & Laser Technology，Volume 39，Issue 2，March2007，Pages 317-321”和Unger C等在“Investigation of the microbendingsensitivity of fibers.J.Light wave technology，1994，14(4)：591～596”论文中均指出，光纤中空对光纤的抗弯曲性能较为有利。但对于剖面复杂的非零色散位移光纤如G.655光纤和G.656光纤，光纤的中空在工艺上难以实现，同时，光纤中空亦会导致光纤的模场直径和色散之间的性能难以协调。本实用新型据此对光纤的芯层进行了关键性的设计，使光纤的芯层不完全中空而是具有一定程度的凹陷，从而使本实用新型的光纤获得了优异的抗弯曲损耗性能的同时还能满足G.656光纤标准的其他要求。

已知的研究表明，无论是宏弯损耗还是微弯损耗都随着光纤MAC值的增加而增加。MAC值是模场直径(MFD)和截至波长(λ_c)的比值，其定义如式(3)所示：

MAC＝MFD/λ_c    (3)

据此，本实用新型中通过对光纤芯层、包层的尺寸和折射率分布的特殊设计，降低了光纤的MFD并增加了光纤的λ_c，从而实现了光纤抗弯曲损耗性能的提高。

本实用新型的光纤具有独特的折射率剖面、波导性能和抗弯性能：MAC值不超过7.5；在1550nm下的宏弯曲损耗系数＜0.35dB/km；在1460nm～1625nm的波长范围内色散系数在2.2～13.5ps/nm/km之间，色散斜率系数不高于0.06ps/nm²/km；有效面积A_eff＞50m²；非线性波导系数γ＜2W^-1K^-1。与G.655光纤相比，其抗弯曲性能和抗光波导的非线性效应性能均有了较大的提高，可在1460nm～1625nm的整个波长范围内使用DWDM技术。

附图说明

图1A和1B分别是根据本实用新型实施方案制造的光纤的剖面示意图和裸光纤的剖面示意图。

图2是图1中裸光纤11的折射率剖面结构示意图。

图3A，3B用于示意图1中裸光纤11折射率分布的其它例子。

图4所示为本实用新型光纤芯层凹陷区直径a0与1550nm下光纤有效面积A_eff之间的关系曲线。

图5所示为本实用新型光纤芯层凹陷区直径a0与1550nm下光纤的色散斜率系数S₁₅₅₀之间的关系曲线。

图6所示为本实用新型光纤芯层凹陷区直径a0与1550nm下光纤色散系数D₁₅₅₀之间的关系曲线。

图7所示为本实用新型光纤芯层凹陷区直径a0与1550nm下光纤抗弯特征量MAC值之间的关系曲线。

图8所示为本实用新型光纤芯层凹陷区直径a0与1550nm下光纤非线性波导系数γ之间的关系曲线。

图9所示为本实用新型光纤芯层凹陷区折射率差Δc与1550nm下光纤有效面积A_eff之间的关系曲线。

图10所示为本实用新型光纤芯层凹陷区折射率差Δc与1550nm下光纤的色散斜率系数S₁₅₅₀之间的关系曲线。

图11所示为本实用新型光纤芯层凹陷区折射率差Δc与光纤1550nm下的色散系数D₁₅₅₀之间的关系。

图12所示为本实用新型光纤芯层凹陷区折射率差Δc与1550nm下光纤抗弯特征量MAC值之间的关系曲线。

图13所示为本实用新型光纤芯层凹陷区折射率差Δc与1550nm下光纤非线性波导系数γ之间的关系曲线。

图14所示为本实用新型光纤芯层直径a与1550nm下光纤有效面积A_eff之间的关系曲线。

图15所示为本实用新型光纤芯层直径a与1550nm下光纤的色散斜率系数S₁₅₅₀之间的关系曲线。

图16所示为本实用新型光纤芯层直径a与1550nm下光纤色散系数D₁₅₅₀之间的关系曲线。

图17所示为本实用新型光纤芯层直径a与1550nm下光纤抗弯特征量MAC值之间的关系曲线。

图18所示为本实用新型光纤芯层直径a与1550nm下光纤非线性波导系数γ之间的关系曲线。

图19所示为本实用新型光纤芯层非凹陷去折射率差Δ1与1550nm下光纤有效面积A_eff之间的关系曲线。

图20所示为本实用新型光纤芯层非凹陷去折射率差Δ1与1550nm下光纤的色散斜率系数S₁₅₅₀之间的关系曲线。

图21所示为本实用新型光纤芯层非凹陷区折射率差Δ1与光纤1550nm下的色散系数D₁₅₅₀之间的关系。

图22所示为本实用新型光纤芯层非凹陷区折射率差Δ1与1550nm下光纤抗弯特征量MAC值之间的关系曲线。

图23所示为本实用新型光纤芯层非凹陷区折射率差Δ1与1550nm下光纤非线性波导系数γ之间的关系曲线。

图24所示为本实用新型光纤不同实施例的色散曲线。

具体实施方式

参照图1A，光纤定义为10。其结构包括：分布在光纤10中心的玻璃裸光纤11，以及包围在11周边的第一涂层12和第二涂层13，第一涂层12和第二涂层13为聚丙烯酸树脂材料，可通过紫外线固化或其它方法固化制得。参照图1B，裸光纤11包括光纤的芯层的折射率凹陷区111、芯层的非折射率凹陷区112、纯SiO₂的第一包层区113、折射率高于芯层的第二包层区114和纯SiO₂的第三包层区115，115也可称为外包层。

本实用新型可以采用MCVD(也可用PCVD或其他类似方法代替)法制备得到具有图2所示折射率剖面结构的光纤预制棒芯棒，然后再以OVD技术制造纯SiO₂的外包层，或采用RIC技术在芯棒周边包上外包层，从而制备得到光纤预制棒。具体工艺如下所述：

利用MCVD(或PCVD)结合OVD的方法制造光纤预制棒：在MCVD或PCVD工艺中，通过在喷灯的SiCl₄原料中掺杂GeCl₄以适当的提高芯层凹陷区111的折射率差Δc，并通过沉积时间和原料流量等参数控制芯层凹陷区111的沉积层尺寸(具体为直径a0)；通过调整GeCl₄的掺杂量以调整芯层非凹陷区112的折射率差Δ1的大小，并通过沉积时间和原料流量等参数控制芯层非凹陷区112的沉积层尺寸(具体为直径a)；停止GeCl₄供料，以纯SiCl₄为原料对沉积层继续喷涂以制造第一包层113，并通过沉积时间和原料流量等参数控制第一包层113的沉积层尺寸(具体为直径c1)；再在原料中掺杂GeCl₄，并通过调整GeCl₄的掺杂量以调整第二包层114的折射率差Δ2的大小，通过沉积时间和原料流量等参数控制第二包层114的沉积层尺寸(具体为直径c2)；停止GeCl₄供料，以纯SiCl₄为原料对沉积层继续喷涂以制得第三包层115的部分厚度，并通过沉积时间和原料流量等参数控制第三包层115该部分的沉积层的尺寸(具体为直径c3)，以制备得到芯棒。然后，根据上述所得芯棒的尺寸推算光纤第三包层115另一部分的厚度，再采用OVD技术，以SiCl₄为原料在芯棒外周沉积一层SiO₂粉尘，经玻璃化炉烧结成透明的玻璃体，即得到光纤预制棒。

采用MCVD(或PCVD)结合RIC法制造光纤预制棒的工艺是：根据选用套管的尺寸计算所需芯棒的尺寸，并计算出芯包折射率剖面结构中各层的几何尺寸和折射率；采用上述MCVD或PCVD相同的方法制造芯棒；采用RIC技术，将芯棒的外表面和套管的内表面用一定浓度(如35％)的氢氟酸(或其他可替代的化学试剂)清洗干净；再将芯棒一端在切割机上加工2～4个导气槽并将芯棒插入与之匹配的外套管中；将带有芯棒的套管的两端接上石英结尾管，然后安置在MCVD或PCVD机床上加热使套管收缩到芯棒上形成光纤预制棒。收缩过程中使套管和芯包之间的空间保持负压，收缩时内部的空气随芯棒一端的导气槽排出。

将上述不同工艺制备得到的光纤预制棒在纺丝机上进行纺丝，同时涂覆两层不同硬度的聚丙烯酸树脂即得光纤。

参照图2和图3，本实用新型光纤具有独特的折射率剖面结构。通常，零色散位移光纤的折射率剖面结构中，包层的折射率均略低于光纤的芯层折射率，但本实用新型光纤的折射率剖面中，第二包层114的折射率略高于芯层的折射率，这种设计提高了光纤剖面结构中各重要参数的容差范围，使得生产制造的控制更加容易，并提高了产品的合格率。在本实用新型中，具有此种结构的G.656光纤，要求芯层凹陷区111折射率差Δc在0.0035～0.0072之间，允许误差为±2.6％；芯层凹陷区111的厚度即a0/2在0.9～2.1μm之间，允许误差为±3.8％。芯层非凹陷区112折射率差Δ1在0.0081～0.0095之间，允许误差为±2.1％；芯层非凹陷区112的厚度即(a-a0)/2在0.6～2.3μm之间，允许误差为±2.2％。第一包层113为纯SiO₂层，其折射率差为0；第一包层113的厚度即(c1-a)/2，在0.8～2.3μm之间，允许误差为±4.2％。第二包层114的折射率差Δ2在0.0089～0.0107之间，允许误差为±2.7％；第二包层114的厚度即(c2-c1)/2在0.76～1.78μm之间，允许误差为±3.5％；第三包层115即外包层亦为纯SiO₂层，其厚度即(c3-c2)/2在57.2～58.8μm之间，允许误差为±0.85％。第三包层115厚度可在预制棒制造完成后通过抛光等适当修正，因此对产品的合格率无太大影响。芯层凹陷区111折射率差Δc、芯层非凹陷区112折射率差Δ1和第二包层114的折射率差Δ2分别用以下公式计算得到：

$\mathrm{\Δc}=\frac{\mathrm{nc}-n0}{\mathrm{nc}}\×100\%---\left(4\right)$

$\mathrm{\Δ}1=\frac{n1-n0}{n1}\×100\%---\left(5\right)$

$\mathrm{\Δ}2=\frac{n2-n0}{n2}\×100\%---\left(6\right)$

式中n0为纯SiO₂的折射率，nc为芯层凹陷区的折射率，n1为芯层非凹陷区的折射率，n2为第二包层的折射率。

采用上述工艺制备的光纤的结构和性能的关系曲线如图4～图23所示。

图4所示的曲线呈近似线性形状，显示出本发明光纤芯层凹陷区直径a0与1550nm下光纤有效面积A_eff之间呈较好的正比例关系。

图5所示的曲线呈近似线性形状，显示出本发明光纤芯层凹陷区直径a0与1550nm下光纤的色散斜率系数S1550之间的近似反比例关系。

图6所示的曲线呈近似线性形状，显示出本发明光纤芯层凹陷区直径a0与1550nm下的色散系数D1550之间呈较好的正比例关系。

图7所示的曲线呈近似抛物线形状，显示出本发明光纤MAC值随光纤芯层凹陷区直径a0的增大而减小的关系。

图8所示的曲线呈近似线性形状，显示出本发明光纤非线性波导系数γ随光纤芯层凹陷区直径a0的增大而减小的关系。

图9所示的曲线呈近似指数函数的曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的有效面积A_eff随芯层凹陷区折射率差Δc的增大而减小的变化关系。

图10所示的曲线呈近似抛物线的曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的色散斜率系数S1550随芯层凹陷区折射率差Δc的增大而增大的变化关系。

图11所示的曲线呈近似直线形状，显示出本发明光纤芯层凹陷区折射率差Δc与1550nm下的色散系数D1550之间呈较好的正比例关系。

图12所示的曲线呈近似抛物线的曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的MAC随芯层凹陷区折射率差Δc的增大而增大的变化关系。

图13所示的曲线呈近似抛物线的曲线形状，显示出本发明光纤的非线性波导系数γ随芯层凹陷区折射率差Δc的增大而增大的变化关系。

图14所示的曲线呈近似抛物线的曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的有效面积A_eff随光纤芯层直径a增大而增大的变化关系。

图15所示的曲线呈不规则曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的色散斜率系数S1550随光纤芯层直径a增大而先减小后增大的变化关系。

图16所示的曲线呈近似抛物线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的色散系数D1550随光纤芯层直径a增大而增大的变化关系。

图17所示的曲线呈不规则曲线形状，显示出本发明光纤MAC值随光纤芯层直径a增大而减小的变化关系。

图18所示的曲线呈近似对数的曲线形状，显示出本发明光纤非线性波导系数γ随光纤芯层直径a增大而减小的变化关系。

图19所示的曲线呈近似抛物线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的有效面积A_eff随光纤芯层非凹陷去折射率差Δ1的增大而增大的变化关系。

图20所示的曲线呈近似对数函数的曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的色散斜率系数S1550随光纤芯层非凹陷去折射率差Δ1的增大而先减小的变化关系。

图21所示的曲线呈不规则曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的色散系数D1550随芯层非凹陷去折射率差Δ1增加而增加的关系。

图22所示的曲线呈不规则的曲线形状，显示出本发明光纤在1550nm下的MAC随光纤芯层非凹陷去折射率差Δ1的增大而先减小后增大的变化关系。

图23所示的曲线呈近似直线形状，显示出本发明光纤非线性波导系数γ随光纤芯层非凹陷去折射率差Δ1的增大而减小的变化关系。

实施例1：

采用MCVD(或PCVD)制造芯棒，OVD(或RIC)技术制造外包层的工艺制造光纤预制棒。在沉积芯层凹陷区111时，在原料SiCl₄中掺杂一量定的GeCl₄使芯层凹陷区折射率差Δc在632.8nm波长下的值为0.0038；在沉积芯层非凹陷区112时，调节GeCl₄的掺杂量使芯层非凹陷区折射率差Δ1在632.8nm波长下的值为0.0094；在沉积第一包层区113时，使用纯SiCl₄原料；在沉积第二包层区114时，在原料SiCl₄中掺杂一定的GeCl₄使第二包层折射率差Δ2在632.8nm波长下的值为0.010；在沉积第三包层区115时，使用纯SiCl₄原料。通过控制喷灯流量和沉积时间将各层厚度控制为：芯层凹陷区111层厚度为2.10μm；芯层非凹陷区112层厚度为1.1μm；第一包层区113层厚度为0.50μm；第二包层区114层厚度在0.94μm；第三包层区115层厚度为57.86μm。通过控制拉丝速度、滴头温度等将裸光纤直径控制在125μm；保证第一涂层12和第二涂层13涂覆树脂的厚度均约为30μm；最终成品光纤直径为245μm；通过树脂和固化条件的控制使得第一涂层12和第二涂层13的杨氏模量分别约为1.2MPa和760MPa，弹性模量分别为1.1MPa和1400MPa。本实施例光纤的各性能参数如下：有效面积为81μm²；在1550nm波长下，非线性系数γ为1.03W^-1km^-1；零色散波长λ₀为1.35μm；截至波长λc为1.362μm；在1550nm波长下的色散斜率系数S₁₅₅₀为0.04485ps/nm²/km；在1550nm波长下的模场直径MFD₁₅₅₀为10.21μm；在1460nm～1625nm的波长范围内，色散系数在6.19～13.17ps/nm/km之间；在1550nm下的抗弯损特征参量(MAC)值为7.49；当弯曲半径为30mm，弯曲圈数为100圈时，在1625nm波长下的最大宏弯损耗为0.29dB。本实施例光纤的色散曲线如图24中实施例1光纤eg1所示。本实施例光纤的有效面积是同类光纤有效面积的2倍左右，可更有效的降低光纤中光的传输密度，而从有效的抑制非线性光学现象的发生，因此这种光纤特别适用于高功率、长距离传输的DWDM系统或波长复用的孤子传输系统。

实施例2

采用MCVD(或PCVD)制造芯棒，OVD(或RIC)技术制造外包层的工艺制造光纤预制棒。在沉积芯层凹陷区111时，在原料SiCl₄中掺杂一量定的GeCl₄使芯层凹陷区折射率差Δc在632.8nm波长下的值为0.0035；在沉积芯层非凹陷区112时，调节GeCl₄的掺杂量使芯层非凹陷区折射率差Δ1在632.8nm波长下的值为0.0088；在沉积第一包层区113时，使用纯SiCl₄原料；在沉积第二包层区114时，在原料SiCl₄中掺杂一定的GeCl₄使第二包层折射率差Δ2在632.8nm波长下的值在0.0097；在沉积第三包层区115时，使用纯SiCl₄原料。通过控制喷灯流量和沉积时间将各层厚度控制为：芯层凹陷区111层厚度为2.00μm；芯层非凹陷区112层厚度为0.70μm；第一包层区113层厚度为0.40μm；第二包层区114层厚度在0.9μm；第三包层区115层厚度在58.50μm。通过控制拉丝速度、滴头温度等将裸光纤直径控制在125μm；保证第一涂层12和第二涂层13涂覆树脂的厚度均约为30μm；最终成品光纤直径为245μm；通过树脂和固化条件的控制使得第一涂层12和第二涂层13的杨氏模量分别约为1.2MPa和760MPa，弹性模量分别为1.1MPa和1400MPa。本实施例光纤的各性能参数如下：有效面积为53μm²；在1550nm波长下，非线性系数γ为1.76W^-1km^-1；零色散波长λ₀为1.36μm；截至波长λc为1.437μm；在1550nm波长下的色散斜率系数S₁₅₅₀为0.04534ps/nm²/km；在1550nm波长下的模场直径MFD₁₅₅₀为8.34μm；在1460nm～1625nm的波长范围内，色散系数在4.26～12.71ps/nm/km之间；在1550nm下的抗弯损特征参量(MAC)值为5.81；当弯曲半径为30mm，弯曲圈数为100圈时，在1625nm波长下的最大宏弯损耗为0.14dB。本实施例光纤的色散曲线如图24中实施例2光纤eg2所示。本实施例光纤除具备常规G.656光纤的性能外，还具有小MAC值的显著特点，其抗弯曲损耗性能亦相应的显著优于其他可得的G.656光纤，因此本实施例光纤特别适用于光纤布线相对复杂或需要光纤弯曲的其他特殊场所。

实施例3

采用MCVD(或PCVD)制造芯棒，OVD(或RIC)技术制造外包层的工艺制造光纤预制棒。在沉积芯层凹陷区111时，在原料SiCl₄中掺杂一量定的GeCl₄使芯层凹陷区折射率差Δc在632.8nm波长下的值为0.0073；在沉积芯层非凹陷区112时，调节GeCl₄的掺杂量使芯层非凹陷区折射率差Δ1在632.8nm波长下的值为0.0088；在沉积第一包层区113时，使用纯SiCl₄原料；在沉积第二包层区114时，在原料SiCl₄中掺杂一定的GeCl₄使第二包层折射率差Δ2在632.8nm波长下的值在0.0010；在沉积第三包层区115时，使用纯SiCl₄原料。通过控制喷灯流量和沉积时间将各层厚度控制为：芯层凹陷区111层厚度为1.00μm；芯层非凹陷区112层厚度为1.80μm；第一包层区113层厚度为0.50μm；第二包层区114层厚度在1.24μm；第三包层区115层厚度在58.02μm。通过控制拉丝速度、滴头温度等将裸光纤直径控制在125μm；保证第一涂层12和第二涂层13涂覆树脂的厚度均约为30μm；最终成品光纤直径为245μm；通过树脂和固化条件的控制使得第一涂层12和第二涂层13的杨氏模量分别约为1.2MPa和760MPa，弹性模量分别为1.1MPa和1400MPa。本实施例光纤的各性能参数如下：有效面积为68μm²；非线性系数γ为1.37W^-1km^-1；零色散波长λ。为1.39μm；截至波长λc为1.40μm；在1550nm波长下的色散斜率系数S₁₅₅₀为0.05207ps/nm²/km；在1550nm波长下的模场直径MFD₁₅₅₀为9.76μm；在1460nm～1625nm的波长范围内，色散系数在2.43～11.51ps/nm/km之间；在1550nm下的抗弯损特征参量(MAC)值为7.02；当弯曲半径为30mm，弯曲圈数为100圈时，在1625nm波长下的最大宏弯损耗为0.23dB。本实施例光纤的色散曲线如图24中实施例3光纤eg3所示。本实施例光纤是实施例1和实施例2所述光纤的折中结果，其既具有相对较大的有效面积又有相对较小的MAC值，因此其抗非线性效应的性能和抗弯曲损耗性能亦介于上述两种光纤之间，其综合性能较佳，因此更具有被广泛使用的潜能。

除上述特殊性能外，本实用新型光纤均具有以下共同的性征：

衰减不均匀性：在光纤后向散射曲线上，任意500m长度上的实测衰减值与全长上平均500m的衰减值之差的最大值不大于0.05dB；包层直径：125±1μm；芯同心度误差：≤0.8μm；包层不圆度：≤0.2％；筛选应力：≥0.69GPa；衰减系数：≤0.4dB/km@1460nm；≤0.35dB/km@1550nm；≤0.4dB/km@1625nm；衰减两端差：双向测试取平均值≤0.05dB/km；偏振模色散(PMD_Q)：≤0.15ps/km^1/2@1550nm；成缆光纤截止波长(λcc)：≤1450nm；使用工作波长：1460nm～1625nm。

需要特别指出的是，上述实施例的方式仅限于描述实施例，但本实用新型不只局限于上述方式，且本领域的技术人员据此可在不脱离本实用新型的范围内方便的进行修饰，因此本实用新型的范围应包括本实用新型所揭示的原理和新特征的最大范围。

Claims (9)

1.低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，包括裸玻璃光纤(11)以及包围在所述裸玻璃光纤外周的树脂保护层(12、13)，其特征是所述裸玻璃光纤(11)由一个芯层区和三个包层区(113、114、115)组成，且芯层区由折射率较低的凹陷区(111)和折射率较高的非凹陷区(112)组成，第一包层区(113)和第三包层区(115)为纯SiO₂层。

2.根据权利要求1所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是所述芯层区和三个包层区的折射率剖面都是阶梯型剖面。

3.根据权利要求1或2所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是芯层凹陷区厚度在0.9～2.1μm之间；芯层非凹陷区厚度即在0.6～2.3μm之间；第一包层厚度在0.8～2.3μm之间；第二包层厚度在0.76～1.78μm之间；第三包层厚度在57.2～58.8μm之间。

4.根据权利要求3所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是芯层非凹陷区直径(a)在6.19～6.61μm之间，第一包层直径(c1)在7.15 ～7.65μm之间，第二包层直径(c2)在8.96～9.60μm之间，第三包层直径(c3)在124.00～126.00μm之间。

5.根据权利要求4所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是有效面积(A_eff)大于80μm²。

6.根据权利要求3所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是芯层凹陷区直径(a0)在3.85～4.15μm之间，芯层非凹陷区直径(a)在5.22～5.58μm之间，第一包层直径(c1)在5.98～6.42μm之间，第二包层直径(c2)在7.72～8.28μm之间，第三包层之间(c3)在124.26～125.92μm之间。

7.根据权利要求6所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是在1550nm下的模场直径(MFD₁₅₅₀)为8.30～8.50μm。

8.根据权利要求3所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是芯层凹陷区直径(a0)在1.92～2.08μm之间，芯层非凹陷区直径(a)在5.44～5.76μm之间，第一包层直径(c1)在6.40～6.80μm之间，第二包层直径(c2)在8.80～9.36μm之间，第三包层之间(c3)在124.31～125.94μm之间。

9.根据权利要求8所述的低弯曲损耗、低非线性效应的单模光纤，其特征是有效面积(A_eff)大于65μm²；在1550nm下的模场直径(MFD₁₅₅₀)为9.70～9.90μm。

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