本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種截止波長(zhǎng)位移單模光纖。
背景技術(shù)：
：光纖作為光通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)傳輸物理媒介，對(duì)其傳輸系統(tǒng)性能的改善可以直接體現(xiàn)在對(duì)光信噪比(OSNR)的改善上。光纖的損耗和非線性效應(yīng)是限制高速大容量光纖通信系統(tǒng)OSNR的關(guān)鍵因素。通過(guò)相關(guān)研究證明，增大光纖的有效面積(Aeff)，不僅可以增加入纖光功率，還可以有效降低非線性效應(yīng)。所以增加光纖有效面積，降低光纖損耗是克服光纖損耗和非線性效應(yīng)這兩個(gè)制約因素的主要途徑。目前光通信中最常用的單模光纖G.652在1550nm波長(zhǎng)的衰減典型值是0.19dB/km，截止波長(zhǎng)的上限是1260nm。受到截止波長(zhǎng)的限制，其效面積典型值是83μm2。而截止波長(zhǎng)位移單模光纖(G.654)的截止波長(zhǎng)上限是1530nm，其有效面積通常大于100μm2。對(duì)于光纖的有效面積Aeff，其與模場(chǎng)直徑MFD之間的關(guān)系如式(1)所示，式中，k為修正系數(shù)。由式(1)可知，光纖的有效面積Aeff與MFD的平方成正比，因此大有效面積意味著大的模場(chǎng)直徑。通?？赏ㄟ^(guò)增大光纖的芯層外徑或減小芯層與光纖內(nèi)包層間的折射率差以增大模場(chǎng)直徑。通信光纖的主要成分是二氧化硅。在光纖預(yù)制棒制造過(guò)程中，一般通過(guò)摻入二氧化鍺來(lái)提高芯層的折射率，而摻入氟元素來(lái)降低包層折射率。經(jīng)過(guò)40年的努力，預(yù)制棒和光纖的制造工藝已經(jīng)達(dá)到了極致。除了二氧化硅的本征吸收外，摻雜二氧化鍺的吸收和散射是通信光纖衰減的最主要來(lái)源，故減小芯層二氧化鍺的含量是降低光纖衰減的主要方向?，F(xiàn)有典型G.654單模光纖設(shè)計(jì)中，雖然其芯層的折射率和二氧化鍺的含量顯著低于典型G.652光纖，但是其模場(chǎng)直徑、截止波長(zhǎng)λcc和彎曲損耗限制了芯層二氧化鍺摻雜量的進(jìn)一步下降。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，有必要提供一種光纖，其通過(guò)合理的光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使光纖的損耗進(jìn)一步降低，且同時(shí)滿足G.654對(duì)模場(chǎng)直徑、截止波長(zhǎng)和彎曲損耗等參數(shù)的要求。本發(fā)明提供一種截止波長(zhǎng)位移單模光纖，包括芯層、依次包覆的內(nèi)包層、凹陷包層、中包層和外包層，其中：所述芯層的半徑為R1，R1的范圍為5.5～8.5μm，所述芯層的折射率為n1，所述芯層相對(duì)所述外包層的折射率差為△n1，△n1的范圍為0.1％～0.3％；所述內(nèi)包層的半徑為R2，所述內(nèi)包層的厚度為R2-R1，R2-R1的范圍為5～25μm，所述內(nèi)包層的折射率為n2，所述內(nèi)包層相對(duì)所述外包層的折射率差為△n2，△n2的范圍為-0.2％～0％；所述凹陷包層的半徑為R3，所述凹陷包層的厚度為R3-R2，R3-R2的范圍為4.5～12μm，所述凹陷包層的折射率為n3，所述凹陷包層相對(duì)所述外包層的折射率差為△n3，△n3的范圍為-0.45％～-0.25％；所述中包層的半徑為R4，所述中包層的厚度為R4-R3，R4-R3的范圍為大于10μm，所述中包層的折射率為n4，所述中包層相對(duì)所述外包層的折射率差為△n4，△n4的范圍為△n2～0％；所述外包層的半徑為R5，R5的范圍為60～65μm，所述外包層的折射率為nc。進(jìn)一步地，所述外包層的半徑R5的典型值為62.5μm。進(jìn)一步地，所述光纖在波長(zhǎng)1550nm下的有效面積為100～170μm2；在波長(zhǎng)1550nm下的色散大于18ps/nm/km；在波長(zhǎng)1550nm下的衰減系數(shù)低于0.18dB/km；所述光纖的光纜截止波長(zhǎng)小于1530nm。進(jìn)一步地，所述光纖的有效面積為100～145μm2時(shí)，在波長(zhǎng)1550nm下，30mm半徑-100圈的宏彎損耗小于0.05dB，在波長(zhǎng)1625nm下，30mm半徑-100圈的宏彎損耗小于0.1dB。進(jìn)一步地，所述光纖的有效面積為145～170μm2時(shí)，在波長(zhǎng)1550nm下，30mm半徑-100圈的宏彎損耗小于0.15dB，在波長(zhǎng)1625nm下，30mm半徑-100圈的宏彎損耗小于0.3dB。進(jìn)一步地，所述光纖的應(yīng)用波長(zhǎng)范圍為1535～1625nm。進(jìn)一步地，所述光纖為截止波長(zhǎng)位移的低損耗單模光纖。由本發(fā)明提供的光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而成的光纖不僅能夠滿足G.654光纖的模場(chǎng)直徑、光纜截止波長(zhǎng)λcc和彎曲損耗等參數(shù)要求，而且具有低衰減、大有效面積及低彎曲損耗的特點(diǎn)；同時(shí)可通過(guò)對(duì)光纖結(jié)構(gòu)(中包層)折射率的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)光纖截止波長(zhǎng)的可控性。附圖說(shuō)明下面將結(jié)合說(shuō)明書附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例的光纖的橫截面示意圖；圖2示出了圖1所示光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖；圖3示出了例1光纖的折射率剖面圖；圖4示出了例2光纖的折射率剖面圖；圖5示出了例3光纖的折射率剖面圖；圖6示出了例4光纖的折射率剖面圖；圖7示出了例5光纖的折射率剖面圖；圖8示出了例6光纖的折射率剖面圖；圖9示出了例7光纖的折射率剖面圖；圖10示出了例8光纖的折射率剖面圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明光纖10芯層11內(nèi)包層13凹陷包層15中包層17外包層19如下具體實(shí)施方式將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍?？梢岳斫?，附圖僅提供參考與說(shuō)明用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制。附圖中顯示的連接僅僅是為便于清晰描述，而并不限定連接方式。需要說(shuō)明的是，當(dāng)一個(gè)件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)件，它可以是直接連接到另一個(gè)件或者可能同時(shí)存在居中件。除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2，本實(shí)施例提供一種光纖10，其能夠?qū)崿F(xiàn)低損耗和大有效面積。在本實(shí)施方式中，光纖10為G.654單模光纖，其模場(chǎng)直徑、光纜截止波長(zhǎng)λcc和彎曲損耗等參數(shù)符合G.654光纖的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。光纖10包括位于中心位置的芯層11、包覆在芯層11外表面上的內(nèi)包層13、包覆在內(nèi)包層13外表面上的凹陷包層15、包覆在凹陷包層15外表面上的中包層17及包覆在中包層17外表面上的外包層19。如圖1所示，芯層11、內(nèi)包層13、凹陷包層15、中包層17和外包層19的橫截面示意圖為五個(gè)同心圓。本實(shí)施例中，凹陷包層15的增加有利于單模光纖10彎曲損耗的優(yōu)化；外包層19一般由純二氧化硅制成。在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，外包層19也可為輕微摻雜其他附加材料的二氧化硅，如輕微摻氟的二氧化硅。芯層11的半徑為R1，芯層11的折射率為n1，芯層11與外包層19之間的折射率差為△n1，其中，R1的范圍為5.5～8.5μm，△n1的范圍為0.1％～0.3％。芯層11與外包層19之間折射率差的改變可通過(guò)在芯層11摻雜二氧化鍺來(lái)實(shí)現(xiàn)。內(nèi)包層13的半徑為R2，內(nèi)包層13的折射率為n2，內(nèi)包層13與外包層19之間的折射率差為△n2，其中，內(nèi)包層13的厚度R2-R1的范圍為5～25μm，△n2的范圍為-0.2％～0％。凹陷包層15的半徑為R3，凹陷包層15的折射率為n3，凹陷包層15與外包層19之間的折射率差為△n3，其中，凹陷包層15的厚度R3-R2的范圍為4.5～12μm，△n3的范圍為-0.45％～-0.25％。中包層17的半徑為R4，中包層17的折射率為n4，中包層17與外包層19之間的折射率差為△n4，其中，中包層17的厚度R4-R3的范圍為大于10μm，△n4的范圍為△n2～0％。外包層19的半徑為R5，外包層19的折射率為n5，外包層19的厚度為R5-R4，其中，R5的范圍為60～65μm，其典型值為62.5μm，即光纖10的半徑范圍為60～65μm，其典型值為62.5μm。以下表I示出了根據(jù)本發(fā)明光纖10的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)例，以及本發(fā)明范圍外其他設(shè)計(jì)的比較例。其中例3、例5、例7和例8是根據(jù)本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的例子，例1、例2、例4和例6在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外且是為了進(jìn)行比較所給出的例子。表I以下表II示出了表I所示實(shí)例和比較例的主要性能的測(cè)試值。本發(fā)明在測(cè)試前，例1至例8描述的光纖均在零張力下復(fù)繞在一420mm直徑的圓盤上，再采用光時(shí)域反射儀(PK8000-OTDR)測(cè)試光纖在各個(gè)波長(zhǎng)下的衰減，以消除宏彎曲對(duì)衰減測(cè)試結(jié)果的影響。表II請(qǐng)參照?qǐng)D3至圖10，同時(shí)結(jié)合表I和表II分析各實(shí)例與對(duì)比例的不同及優(yōu)越性。例1至例5(圖3至圖7)是采用軸向氣相沉積法(VAD)、或VAD與改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積(MCVD)摻氟石英套管混合法制作光纖的例子。例1與普通的G.652光纖((Δn1+|Δn2|)約0.35％)具有類似的折射率分布，是最簡(jiǎn)單的光纖設(shè)計(jì)也是目前最常用的G.654光纖的設(shè)計(jì)，其一方面通過(guò)增大芯層11的半徑來(lái)增大有效面積；另一方面通過(guò)降低芯層11與內(nèi)包層13的折射率差(Δn1+|Δn2|約0.29％)來(lái)增大有效面積。相對(duì)于G.652光纖的性能，例1光纖具有較低的衰減系數(shù)和大的模場(chǎng)直徑，但由于受光纜截止波長(zhǎng)和彎曲損耗的限制，芯層11與內(nèi)包層13之間的折射率差優(yōu)化范圍及有效面積的增加量都非常有限(模場(chǎng)直徑的標(biāo)稱值通常小于12.5μm)。如果需要進(jìn)一步提高模場(chǎng)直徑，除了調(diào)整芯層11與內(nèi)包層13的折射率差和芯層直徑，還采用凹陷結(jié)構(gòu)控制光纖的彎曲損耗。例2和例1具有相同的(Δn1+|Δn2|)(約0.29％)。為進(jìn)一步降低光纖損耗，例2通過(guò)減小芯層11二氧化鍺的摻雜量降低n1，為了保持模場(chǎng)直徑不變，同時(shí)降低n2。測(cè)試結(jié)果顯示例2光纖在1550nm處的衰減系數(shù)稍微有所下降，但光纜截止波長(zhǎng)較低(1298nm)。雖然內(nèi)包層13的厚度很大(約22μm)，但彎曲損耗嚴(yán)重變差(在1550nm和1625nm處，30mm半徑-100圈的宏彎損耗分別高達(dá)0.27dB和0.93dB)。例3在例2的基礎(chǔ)上添加了凹陷包層15和中包層17，從表II可以看出例3光纖的彎曲損耗得到顯著降低(在1550nm和1625nm處，30mm半徑-100圈的宏彎損耗分別達(dá)0.01dB和0.02dB)，且1550nm處的衰減系數(shù)較低，光纜截止波長(zhǎng)也顯著提高(1444nm)。例4與例2和例3有相同的n2。為了增加模場(chǎng)直徑同時(shí)進(jìn)一步降低光纖衰減，例4有非常低的Δn1(0.12％)，其(Δn1+|Δn2|)約為0.2％。該實(shí)例采用了傳統(tǒng)的凹陷結(jié)構(gòu)(即凹陷包層15)來(lái)降低彎曲損耗，但是表II的數(shù)據(jù)顯示凹陷結(jié)構(gòu)對(duì)于大圈的彎曲損耗改進(jìn)有限(在1550nm和1625nm處，30mm半徑-100圈的宏彎損耗分別達(dá)0.20dB和0.39dB)；同時(shí)由于Δn1的減小，例4光纖的光纜截止波長(zhǎng)過(guò)低(1021nm)，且所述光纜截止波長(zhǎng)不易調(diào)整和控制。為解決例4中存在的不足，例5在例4的基礎(chǔ)上添加了中包層17，從表II可以看出例5能夠在較低衰減的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低光纖的彎曲損耗(在1550nm和1625nm處，30mm半徑-100圈的宏彎損耗分別達(dá)0.07dB和0.16dB)，且光纜截止波長(zhǎng)滿足G.654標(biāo)準(zhǔn)。例6至例8(圖8至圖10)是采用MCVD工藝和摻氟石英套管或純石英套管制作光纖的例子。對(duì)比例6光纖至例8光纖的主要性能測(cè)試值及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，在進(jìn)一步降低芯層11折射率n1、減小光纖衰減的前提下，僅僅使用凹陷包層15對(duì)彎曲損耗的改善是非常有限的，只有增加采用了中包層17的設(shè)計(jì)，光纖的彎曲損耗才能降低到要求范圍之內(nèi)。例7光纖在1550nm處的光纖衰減系數(shù)為0.176dB/km，30mm半徑-100圈的宏彎損耗為0.02dB；在1625nm處，光纖衰減系數(shù)為0.192dB/km，30mm半徑-100圈的宏彎損耗為0.04dB。對(duì)比例6與例7和例8，光纜截止波長(zhǎng)λcc由1303nm變?yōu)?512nm和1405nm，即通過(guò)調(diào)節(jié)中包層折射率n4，可對(duì)光纖截止波長(zhǎng)進(jìn)行改變和控制。本發(fā)明提供的光纖10中芯層11、內(nèi)包層13、凹陷包層15、中包層17和外包層19的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有低衰減、大有效面積及低彎曲損耗的特點(diǎn)。同時(shí)芯層11、內(nèi)包層13、凹陷包層15、中包層17和外包層19的參數(shù)可實(shí)現(xiàn)如下特征：光纖10的應(yīng)用波長(zhǎng)范圍是1535nm至1625nm；在波長(zhǎng)1550nm下有效面積為100～170μm2；在波長(zhǎng)1550nm下色散大于18ps/nm/km；在波長(zhǎng)1550nm下的衰減系數(shù)低于0.18dB/km。光纖10的光纜截止波長(zhǎng)小于1530nm。當(dāng)光纖10的有效面積范圍為100～145μm2，在波長(zhǎng)1550nm下，30mm半徑-100圈的宏彎損耗小于0.05dB，在波長(zhǎng)1625nm下，30mm半徑-100圈的宏彎損耗小于0.1dB。當(dāng)光纖10的有效面積范圍為145～170μm2，在波長(zhǎng)1550nm下，30mm半徑-100圈的宏彎損耗小于0.15dB，在波長(zhǎng)1625nm下，30mm半徑-100圈的宏彎損耗小于0.3dB。本發(fā)明提供的光纖10完全符合G.654標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于模場(chǎng)直徑、光纜截止波長(zhǎng)λcc和彎曲損耗的要求，進(jìn)一步降低衰減并實(shí)現(xiàn)低彎曲損耗及大有效面積，同時(shí)，本發(fā)明提供的單模光纖10可通過(guò)調(diào)節(jié)中包層17的折射率n4的大小，以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖截止波長(zhǎng)的改變及控制。本發(fā)明提供的光纖10的光纖芯棒適用于軸向氣相沉積法(VAD)、外部化學(xué)氣相沉積法(OVD)、等離子化學(xué)氣相沉積法(PCVD)和改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)等各種制造工藝或混合工藝。在本實(shí)施例中，所述光纖芯棒的制作工藝可采用管內(nèi)沉積法，即以四氯化硅作為二氧化硅的原料，四氯化鍺作為二氧化鍺的原料，四氟化硅、六氟化硫或六氟乙烷作為摻氟的原料，在摻氟的石英基管內(nèi)表面依次沉積凹陷包層15、內(nèi)包層13和芯層11，再在高溫下將所述沉積基管熔縮成所述芯棒，此時(shí)所述摻氟的石英基管或部分所述摻氟的石英基管形成中包層17。若中包層17的厚度小于設(shè)計(jì)值，可采用在所述光纖芯棒外加摻氟套管的方式實(shí)現(xiàn)，此時(shí)所述光纖芯棒和所述摻氟套管通過(guò)套管熔縮法合成一體。所述管內(nèi)沉積法適用于PCVD、MCVD或熔爐化學(xué)氣相沉積法(FCVD)制造工藝。在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，也可采用其他制作工藝制作所述光纖芯棒，如混合法，即先利用VAD或OVD法制作所述光纖芯棒的內(nèi)芯棒，所述內(nèi)芯棒包括芯層11和內(nèi)包層13；再結(jié)合PCVD、MCVD或FCVD法，以四氯化硅作為二氧化硅的原料，四氟化硅、六氟化硫或六氟乙烷作為摻氟的原料，在摻氟石英管內(nèi)表面沉積凹陷包層15；將所述內(nèi)芯棒與所述摻氟石英管通過(guò)套管熔縮法合成一體，此時(shí)所述摻氟石英管或部分所述摻氟石英管形成中包層17，若中包層17的厚度小于設(shè)計(jì)值，可采用在所述光纖芯棒外另加摻氟套管的方式實(shí)現(xiàn)?；蚱渌缮a(chǎn)摻氟高純石英的方法制備凹陷包層15和中包層17，如摻氟套管或利用OVD粉末沉積結(jié)合摻氟燒結(jié)法在所述內(nèi)芯棒外沉積凹陷包層15和中包層17等。由上述方法制備完成的單模光纖10的光纖芯棒經(jīng)測(cè)量計(jì)算后，得到所需的芯棒直徑和外包層19的厚度，通過(guò)熱處理延伸、校直得到目標(biāo)規(guī)格的芯棒，再通過(guò)石英玻璃管融縮或者外部沉積、融縮的方法形成外包層19，最后通過(guò)脫氣等工序形成單模光纖10的光纖預(yù)制棒。可以理解的，在制作所述光纖芯棒的過(guò)程中需精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的△n1、△n2、△n3、△n4及α的值，以確保單模光纖10的模場(chǎng)直徑、光纜截止波長(zhǎng)λcc和彎曲損耗滿足G.654標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明提供的單模光纖10不僅能夠滿足G.654光纖的模場(chǎng)直徑、光纜截止波長(zhǎng)λcc和彎曲損耗等參數(shù)要求，而且具有低衰減、大有效面積及低彎曲損耗的特點(diǎn)；同時(shí)可通過(guò)對(duì)光纖結(jié)構(gòu)折射率的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)光纖截止波長(zhǎng)的可控性。本發(fā)明提供的截止波長(zhǎng)位移的低損耗單模光纖10可應(yīng)用于若干高速長(zhǎng)距離光傳輸系統(tǒng)，包括海底光纖通信，如陸地與島嶼、島嶼與島嶼、沿海城市之間的通信系統(tǒng)；線路需要穿過(guò)沙漠、湖泊、沼澤、森林等地理?xiàng)l件惡劣的地方，及在地理環(huán)境復(fù)雜或氣候較惡劣的地方等；以及高壓電力系統(tǒng)沿線專用通信。本申請(qǐng)的說(shuō)明書和權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括/包含”和詞語(yǔ)“具有/包括”及其變形，用于指定所陳述的特征、數(shù)值步驟或部件的存在，但不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其它特征、數(shù)值、步驟、組件或它們的組合。為清楚起見(jiàn)，本發(fā)明在單獨(dú)實(shí)施例中所描述的某些特征，可以組合在單個(gè)實(shí)施例中使用。而且，在單個(gè)實(shí)施例中描述的本發(fā)明的各種特征，也可以在單獨(dú)地或以任何合適形式在子組合中使用。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3