CN218938552U - 高速通信光纤及光纤通信系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种高速通信光纤及应用该光纤的光纤通信系统，光纤包括裸光纤以及包覆在裸光纤外层的涂覆层；裸光纤包括至少一个第一纤芯、包覆在每个第一纤芯表面的第一包层及包覆在第一包层表面的第二包层，每个第一纤芯的直径在50μm以内，第一包层的材质为石英，第二包层的材质为折射率1.38～1.46的含氟丙烯酸树脂。本申请的光纤通信速率高、传输距离覆盖范围广，同时由于第二包层的存在，可完整无痕地从光纤中解离出第一纤芯和第一包层(即石英部分)的端面，提高了石英部分的端面品质并可对外直接插拔使用，提高了光纤建网现场的易用性。

Description

高速通信光纤及光纤通信系统

技术领域

本申请涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种高速通信光纤及应用该高速通信光纤的光纤通信系统。

背景技术

光接入FTTx(Fiber to the Building/Home/Room/Desk)技术，通过将光纤延伸到楼宇、家庭、房间、桌面，以全光组网方式为用户提供千兆乃至万兆的网络覆盖。伴随着FTTx全球部署、光纤替代铜线的进程，在延续石英光纤(Glass Optical Fiber,GOF)高速通信的同时，更亟需提升光纤在建网现场的易用性。如对标铜线实现免熔的现场接续(FieldSplicing)、现场成端(Field Mounting Connection)，是扎实兑现FTTx的工程基础。

当前，光通信应用最为广泛的石英光纤(GOF)虽然具备通信速度快、传输距离覆盖广以及纤路超低损耗的优势。但是，石英光纤(GOF)建网现场工程易用性较差，例如，石英光纤(GOF)用维的门槛高、成本高、洁净度要求高，而且现场操作须熔接机等厚重设备等。

实用新型内容

鉴于此，为了解决以上缺陷中的至少之一，本申请实施例提供了一种通信速率高、传输距离覆盖范围广以及现场易用性高的高速通信光纤。

另，本申请实施例还提供了一种包含以上高速通信光纤的光纤通信系统。

本申请实施例第一方面提供了一种高速通信光纤，包括：裸光纤以及包覆在所述裸光纤外层的涂覆层；所述裸光纤包括至少一个第一纤芯、包覆在每个所述第一纤芯表面的第一包层及包覆在所述第一包层表面的第二包层，每个所述第一纤芯的直径在50μm以内，所述第一包层的材质为石英，所述第二包层的材质为折射率为1.38～1.46的含氟丙烯酸树脂。

通过在裸光纤的第一包层表面增加第二包层，含氟丙烯酸树脂材质的第二包层具有较高的折射率(折射率为1.38～1.46)和较高的硬度，与石英材质的第一包层的折射率(1.46～1.48)和硬度比较接近，第二包层与第一包层之间存在紧耦合作用，以使第二包层与第一包层的结合力较大，进而使第一纤芯、第一包层和第二包层形成一体式裸光纤结构，保障了第一包层与第二包层间的不可剥离。而且，在光纤冷切过程中，过刀深度要小于第二包层的厚度，刀具仅擦划部分第二包层而不会深入伤及第一包层和第一纤芯，从而可完整无痕地从光纤中解离出第一纤芯和第一包层(即石英部分)的端面，使石英部分的端面呈现平整镜面效果，从而保障了高品质的光纤冷切端面并可对外直接插拔使用，以提高光纤建网现场的易用性；而且，通过减小第一纤芯的直径至50μm以内，能够有效提高光纤的传输速度(达到1Gbps～100Gbps)和传输距离(达到100m～10km)，能够适用于多种应用场景；另外，裸光纤中包括至少一个第一纤芯，因此，可以实现高传输速度和长传输距离的单芯或多芯光纤。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述第一包层与所述第二包层之间不可剥离设置，所述涂覆层与所述第二包层之间可剥离设置。

通过将第一包层与第二包层不可剥离设置，涂覆层与第二包层之间可剥离设置，在将涂覆层从裸光纤上剥离时，降低了第二包层从第一包层表面意外剥离的风险。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述第一纤芯为石英少模纤芯，所述第一纤芯的直径为12～50μm。

通过将第一纤芯设计为石英少模纤芯，相比现有的多模纤芯，能大幅减少传输模式数(例如从数百模式数降为几个到几十个模式数)，从而有效降低模间色散，提高光纤的信道容量；而且，石英少模纤芯的光斑直径较大(一般为15～35μm)，相比传统的单模纤芯，能够提供更宽松的对准容差，有效保障了现场光纤成端的低损耗对接。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述第一纤芯为石英单模纤芯，所述第一纤芯的直径为8～12μm。

通过将第一纤芯设计为石英单模纤芯，相比传统的多模纤芯，能够有效降低模间色散，提高光纤的信道容量，石英单模纤芯设计提供了几乎无上限的高速通信潜力，能够满足接入、城域及长距等所有场景的速率通信需求。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述裸光纤包括多个第一纤芯，所述多个第一纤芯中的至少一个为石英少模纤芯，所述多个第一纤芯中的至少一个为石英单模纤芯。

通过将光纤设计为多芯光纤，其中包括少模纤芯和石英单模纤芯，可以通过空分复用来充分利用第一包层内的空间，以提高单根光纤的通信容量。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述裸光纤还包括至少一个第二纤芯，所述第二纤芯为石英多模纤芯，每个所述第二纤芯的直径大于或等于50μm，所述第一包层还包覆每个所述第二纤芯。

通过将光纤设计为石英多芯光纤，其中光纤可以包括石英少模纤芯、石英单模纤芯和石英多模纤芯，可以通过空分复用来充分利用第一包层内的空间，以提高单根光纤的通信容量。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述第一纤芯和所述第二纤芯的折射率分布均为阶跃折射率分布或渐变折射率分布。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述第二包层的直径为100μm～350μm。

根据第一纤芯的直径以及数量，可以调整第二包层的直径，使第二包层有利于在光纤冷切过程中对石英部分(即第一纤芯+第一包层)的端面起到有效的保护作用，使石英部分端面呈现平整镜面效果，以进一步提高光纤建网现场的易用性。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述第一包层的直径为80μm～300μm。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述涂覆层的直径为400μm～2000μm。

本申请实施例第二方面提供了一种光纤通信系统，该光纤通信系统包括如本申请实施例第一方面所述的高速通信光纤。

本申请实施例提供的高速通信光纤的建网现场工程易用性较好，便于光纤通信系统的现场操作，应用该光纤的光纤通信系统的通信速度快，而且传输距离覆盖范围广。

结合第二方面，在一些可能的实施例中，该光纤通信系统还包括依次连接的OLT端、光分路器及至少一个ONU/ONT端，所述高速通信光纤用于光连接所述OLT端、所述光分路器及所述至少一个ONU/ONT端。

附图说明

图1是本申请一实施例提供的光纤的结构示意图。

图2是本申请另一实施例提供的光纤的结构示意图。

图3是本申请又一实施例提供的光纤的结构示意图。

图4是本申请又一实施例提供的光纤的结构示意图。

图5是本申请一实施例提供的光纤通信系统的示意图。

图6是FTTR全光家庭组网的示意图。

图7是FTTR全光企业组网的示意图。

主要元件符号说明

光纤                    100,200,300,400

裸光纤                  10,10a,10b,10c

第一纤芯                1,1a

第一包层                2

第二包层                3

第二纤芯                4

涂覆层                  20

光纤通信系统            1000

OLT端                   1100

光分路器                1200

ONU/ONT端               1300

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。

以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

单模与多模石英光纤一般包括石英纤芯、石英包层和聚合物外涂覆层。石英光纤的接续和成端都是针对剥离了聚合物外涂覆层后的裸纤芯来处理的。

冷切作为石英光纤端面处理的第一个步骤，过刀时必然会直接在石英端面上留下切割痕迹(如豁口、水波纹等)。所以，一般冷切后的石英端面是不能直接成端以及对外插拔使用的。因此，为了获得高质量无缺陷且符合业界标准的外用石英端面，通常采用多步程序式机器研磨来预制成端或采用光纤熔接机来接续光纤。引入研磨机器或光纤熔接机这样的厚重专用设备成本高、操作专业性强，同时依赖平稳洁净的环境等，不易与复杂的建网操作现场匹配，导致石英光纤的易用性差。

为了解决石英光纤的建网现场工程易用性差的问题，研究人员又研究了塑料光纤，塑料光纤一般由高折射率聚合物纤芯和低折射率聚合物皮层组成。由于塑料光纤大纤体、大光斑的特征，使其在建网现场的接续和成端较为简便，通常是基于数百微米或准毫米级的整纤体来处理，直接冷切或简易研磨的端面即可对外使用，具有更强的现场易用性，且提供了较大的对接容差。但是塑料光纤的通信速率受限(通常是Mbps～Gbps)、传输距离受限(≤100m)、传输损耗大(6-20dB/100m)，通信性能指标具有原理性短板，因此，塑料光纤只适用于某些对传输速度和传输距离等要求不高的工业控制和航空车载等特定的场景。

鉴于此，本申请实施例提供了一种通信速率高、传输距离覆盖范围广以及建网现场工程易用性较好的高速通信光纤，该光纤可以应用于光接入FTTx(Fiber to theBuilding/Home/Room/Desk)的多种场景，通过将光纤延伸到楼宇、家庭、房间以及桌面，以全光组网方式为用户提供千兆乃至万兆的网络覆盖。

请参阅图1，本申请实施例提供了一种高速通信光纤100，该光纤100包括裸光纤10以及包覆在裸光纤10外层的涂覆层20。裸光纤10包括至少一个第一纤芯1、包覆在每个第一纤芯1表面的第一包层2及包覆在第一包层2表面的第二包层3，每个第一纤芯1的直径在50μm以内，第一包层2的材质为石英，第二包层3的材质为折射率为1.38～1.46的含氟丙烯酸树脂。

裸光纤10中的第一纤芯1、第一包层2和第二包层3构成了一体式双包层结构，第二包层3与第一包层2之间为不可剥离设置，而涂覆层20与第二包层3为可剥离设置。光纤100的成型方法具体可以是：在沉积管中依次沉积第一包层2和第一纤芯1的石英材料后熔缩成光纤预制棒，将所述光纤预制棒研磨、拉丝处理后涂覆第二包层3，并对第二包层3进行紫外固化或热固化处理，进而形成裸光纤10，再在裸光纤10的表面形成外包的涂覆层20，其中涂覆层20的成型方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的涂覆层的制备方法制备即可。

第二包层3采用硬质的含氟丙烯酸树脂，能够使第二包层3具有较高的折射率(折射率为1.38～1.46)和较高的硬度，而且，第一包层2的折射率(1.46～1.48)与第二包层3的折射率比较接近，使得第二包层3与第一包层2具有更接近的折射率与硬度，使第二包层3与第一包层2的材料之间存在紧耦合作用，保障了第一包层2与第二包层3间的不可剥离，进而使第一纤芯1、第一包层2和第二包层3形成一体式裸光纤10结构。

对光纤100进行接续和成端时，需要对光纤100进行冷切处理。在对光纤100进行冷切过程中，由于在第一包层2的表面包覆有硬质含氟丙烯酸酯材质的第二包层3，过刀深度小于第二包层3的厚度，使得刀具仅擦划部分第二包层3，而不会深入伤及石英材质的第一包层2和第一纤芯1，从而可完整无痕地从裸光纤10中解离出第一纤芯1和第一包层2(即石英部分)的端面，使石英部分的端面呈现平整的镜面效果，从而使光纤100在现场接续和成端过程中，保障了高品质的冷切端面，且具有高品质冷切端面的光纤100可对外直接插拔使用，以提高光纤100在建网现场的易用性。另外，由于光纤100的第一纤芯1和第一包层2均采用石英材质，保持了传统石英纤芯的高通信速度、传输距离覆盖广以及纤路超低损耗的优势，尤其是将第一纤芯1的直径缩小至50μm以内，以得到单模光纤或少模光纤，可以使光纤100的传输速度由1Gbps起步，进一步能够达到10Gbps～100Gbps甚至更高的传输速度，可以使光纤100的传输距离由100m起步，进一步能够达到1km～10km甚至更远的传输距离。

请参阅图1，该光纤100可以为单芯光纤，即第一纤芯1的数量为一个，第一纤芯1可以为单模纤芯，第一纤芯1的直径为8～12μm。通过将第一纤芯1设计为单模纤芯，相比传统的多模纤芯，能够有效降低模间色散，能够有效提高光纤100的传输速度超过100Gbps，同时提高传输距离超过10km，进而提高光纤100的信道容量。单模纤芯设计提供了几乎无上限的高速通信潜力，能够满足接入、城域及长距等所有场景的速率通信需求。另外，由于单模纤芯的光斑较小(约为9μm)，导致光纤100在接续和成端时的对接容差偏小，因此，需求亚微米级的直径控制偏差和高精同心度工艺，从而保障光纤100现场冷切成端后的低损对接。

在一些实施例中，第一纤芯1的折射率分布均为阶跃折射率分布或渐变折射率分布。

在一些实施例中，第一纤芯1可以是具有高折射率的石英材料，具体可以是锗掺杂或稀土掺杂的二氧化硅材料。

第一包层2可以为低折射率的石英材料，石英材料形成的第一包层2延续了石英光纤的高速通信设计理念，有利于确保光纤100的高通信速度。

本申请实施例对第一包层2的直径不作限定，可以根据实际产品进行设定。示例性的，第一包层2的直径可以控制在80μm～300μm之间，例如80μm、100μm、120μm、150μm、180μm、200μm、220μm、250μm、280μm或300μm等，在此不作限定。

在一些实施例中，第一包层2的横截面可以是圆形，也可以是非圆对称形状。

在一些实施例中，第二包层3的材质为含氟的聚氨酯丙烯酸酯、含氟的聚硅氧烷丙烯酸酯、含氟的环氧丙烯酸酯或含氟的聚酯丙烯酸酯等。

本申请实施例对第二包层3的直径不作限定，可以根据实际产品进行设定，使第二包层3有利于在光纤100冷切过程中对第一纤芯1和第一包层2(即石英部分)的端面起到有效的保护作用，使石英部分端面呈现平整镜面效果，以进一步提高光纤100建网现场的易用性。示例性的，第二包层3的直径可以控制在100μm～350μm之间，例如100μm、120μm、150μm、180μm、200μm、220μm、230μm、250μm、280μm、300μm、320μm或350μm等，在此不作限定。也就是，第二包层3的厚度大致为10μm～30μm。在对裸光纤10进行冷切过程中，过刀深度一般控制在10～20μm，小于第二包层3的厚度，从而使刀具只会擦划在第二包层3上而不会深入伤及第一包层2和第一纤芯1(即石英部分)，即不会在石英部分的端面上留下切割痕迹(如豁口、水波纹等缺陷)。此一光纤设计，使光纤100在现场接续和成端过程中，保障了高品质的冷切端面，进一步提高了光纤100在建网现场的易用性。

在一些实施例中，第二包层3的横截面可以是圆形，也可以是非圆对称形状。

涂覆层20作为外护套对裸光纤10起到保护的作用，提供抗拉伸以及耐折弯的优异机械性能。常采用丙烯酸树脂或氟塑膜(ETFE)材料制作涂覆层20，其中，丙烯酸树脂可以是聚氨酯丙烯酸酯、聚硅氧烷丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯或聚酯丙烯酸酯等。

本申请实施例对涂覆层20的直径不作限定，可以根据实际产品进行设定。示例性的，涂覆层20的直径可以控制在400μm～2000μm之间，例如400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm、1300μm、1500μm、1800μm或2000μm等，在此不作限定。

本申请实施例提供的光纤100，通过在第一包层2表面增加聚合物材质的第二包层3，在光纤100冷切过程中，过刀只会擦划到聚合物类的第二包层3，而不会深入伤及石英类的第一包层2和第一纤芯1，从而可完整无痕地从光纤100中解离出第一纤芯1和第一包层2(即石英部分)的端面，使石英部分的端面呈现平整镜面效果，从而保障了光纤100具有高品质的冷切端面并可对外直接插拔使用，以提高光纤100建网现场的易用性。而且，通过减小第一纤芯1的直径至8～12μm，能够形成单模光纤，能够有效提高光纤100的传输速度和传输距离，使光纤100可以适用于多种应用场景。

请参阅图2，本申请实施例还提供了一种高速通信光纤200，相较于前述实施例提供的光纤100，本实施例的光纤200的主要区别在于：该光纤200包括裸光纤10a，裸光纤10a包括一个第一纤芯1a，即光纤200为单芯光纤，且第一纤芯1a为少模纤芯，第一纤芯1a的直径为12～50μm。

通过将第一纤芯1a设计为石英少模纤芯，相比现有的多模纤芯，能大幅减少传输模式数(例如从数百模式数降为几个到几十个模式数)，从而有效降低模间色散，能够有效提高光纤100的传输速度达到100Gbps甚至更高，同时提高传输距离达到10km甚至更远，进而提高光纤100的信道容量。另外，石英少模纤芯的光斑直径较大(一般为15～35μm)，相比石英单模纤芯，能够提供更宽松的对准容差，有效保障了现场光纤100成端的低损耗对接。

请参阅图3，本申请实施例还提供了一种高速通信光纤300，相较于前述实施例提供的光纤100或光纤200，本实施例的光纤300的主要区别在于：光纤300为多芯光纤，即裸光纤10b中包含有多根第一光纤1(或1a)，其中多根第一光纤可以全部是第一光纤1，也可以全部是第一光纤1a，还可以是第一光纤1和第一光纤1a的组合。

通过将光纤300设计为多芯光纤，其中包括石英少模纤芯和石英单模纤芯，可以通过空分复用来充分利用第一包层2内的空间，以提高单根光纤300的通信容量。

请参阅图4，本申请还提供了一种高速通信光纤400，相较于前述实施例提供的光纤300，本实施例的光纤400的主要区别在于：光纤400包括裸光纤10c，裸光纤10c包括至少一个第一纤芯1(或1a)和至少一个第二纤芯4，第二纤芯4为多模纤芯，每个第二纤芯4的直径大于或等于50μm，第一包层2还包覆每个第二纤芯4。

通过将光纤400设计为多芯光纤，其中光纤可以包括石英少模纤芯、石英单模纤芯和石英多模纤芯，可以通过空分复用来充分利用第一包层2内的空间，以提高单根光纤400的通信容量。

请参阅图5，本申请实施例还提供了一种光纤通信系统1000，该光纤通信系统1000包括依次连接的OLT端1100、光分路器1200及至少一个ONU/ONT端1300，以及如前所述的高速通信光纤100(或200,300,400)，高速通信光纤100(或200,300,400)用于光连接OLT端1100、光分路器1200及至少一个ONU/ONT端1300。其中，OLT端为光线路终端(Optical LineTermination，OLT)，ONU端为光网络单元(Optical Network Unit，ONU)，ONT端为光网络终端(Optical Network Termination，ONT)。

图6与图7为前述光纤通信系统1000的具体应用，其中，如图6所示，为将光纤100(或200,300,400)应用于FTTR全光家庭组网中用于光通信传输。如图6所示，为将光纤100(或200,300,400)应用于FTTR全光企业组网中用于光通信传输。

本申请实施例提供的光纤100(或200,300,400)，尤其使限定了第一纤芯1(1a)的直径在50μm以内，得到了单模聚合物包层光纤或少模聚合物包层光纤，有效限制了传输模式总数，相较于传统的多模光纤降低了模间色散，从而指数级提升了光纤100(或200,300,400)的通信能力。因此，光纤100(或200,300,400)不仅适用于前述光接入FTTx工业/园区/企业等短距场景，还可适用于城域几到几十公里、乃至更远的长距传送场景。

需要说明的是，以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内；在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种高速通信光纤，其特征在于，包括：

裸光纤；以及

包覆在所述裸光纤外层的涂覆层；

所述裸光纤包括：

至少一个第一纤芯，每个所述第一纤芯的直径在50μm以内；

包覆在每个所述第一纤芯表面的第一包层，所述第一包层的材质为石英；以及

包覆在所述第一包层表面的第二包层，所述第二包层的材质为折射率为1.38～1.46的含氟丙烯酸树脂。

2.根据权利要求1所述的高速通信光纤，其特征在于，所述第一包层与所述第二包层之间不可剥离设置，所述涂覆层与所述第二包层之间可剥离设置。

3.根据权利要求1所述的高速通信光纤，其特征在于，所述第一纤芯为石英少模纤芯，所述第一纤芯的直径为12～50μm。

4.根据权利要求1所述的高速通信光纤，其特征在于，所述第一纤芯为石英单模纤芯，所述第一纤芯的直径为8～12μm。

5.根据权利要求1所述的高速通信光纤，其特征在于，所述裸光纤包括多个第一纤芯，所述多个第一纤芯中的至少一个为石英少模纤芯，所述多个第一纤芯中的至少一个为石英单模纤芯。

6.根据权利要求3至5中任意一项所述的高速通信光纤，其特征在于，所述裸光纤还包括至少一个第二纤芯，所述第二纤芯为石英多模纤芯，每个所述第二纤芯的直径大于或等于50μm，所述第一包层还包覆每个所述第二纤芯。

7.根据权利要求6所述的高速通信光纤，其特征在于，所述第一纤芯和所述第二纤芯的折射率分布均为阶跃折射率分布或渐变折射率分布。

8.根据权利要求1所述的高速通信光纤，其特征在于，所述第一包层的直径为80μm～300μm。

9.根据权利要求1所述的高速通信光纤，其特征在于，所述第二包层的直径为100μm～350μm。

10.根据权利要求1所述的高速通信光纤，其特征在于，所述涂覆层的直径为400μm～2000μm。

11.一种光纤通信系统，其特征在于，包括如权利要求1至10中任意一项所述的高速通信光纤。

12.根据权利要求11所述的光纤通信系统，其特征在于，所述光纤通信系统还包括依次连接的OLT端、光分路器及至少一个ONU/ONT端，所述高速通信光纤用于光连接所述OLT端、所述光分路器及所述至少一个ONU/ONT端。

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