專利名稱：單模光纖的制作方法
技術領域：
本發明涉及光纖傳輸領域，更確切地，涉及一種具有擴大的有效面積的線性光纖。
背景技術：
對于光纖，折射率分布通常根據聯系折射率與光纖半徑的函數的圖形外觀分類。 在標準方式下，在X軸上顯示到光纖中心的距離r。在y軸上，顯示折射率(在半徑r處) 和光纖包層的折射率之間的差。因此，術語“階躍形(step)”、“梯形(trapezium) ”、“阿爾法(alpha) ”或“三角形(triangle) ”折射率分布被用 于描述具有階躍形、梯形、阿爾法或者三角形形狀曲線的圖形。這些曲線是光纖的理論的或 者預設的分布的一般代表，同時，光纖的制造約束條件可能導致些微的差異。在標準方式下，光纖由光學纖芯和光學包層組成，光學纖芯的功能為傳輸并選擇 性地放大一光信號，光學包層的功能為將所述光信號限制在纖芯內。為此目的，纖芯的折射 指數η。和包層的折射指數~為11。>118.。眾所周知，在單模光纖內光信號的傳播可被分解 為在纖芯內導向的基模(fundamental mode)，以及在纖芯-包層組件中的一定距離內導向 的第二模(secondary modes)，禾爾為包層模(cladding modes)。在標準方式下，階躍折射率光纖(step-index fibres)，也稱為SMF ( “單模光纖 (Single Mode Fibres) ”)，在光纖傳輸系統中作為做線性光纖使用。所述光纖具有符合特 定電信標準的色散(chromatic dispersion)和色散斜率，以及標準化的截止波長(cut-off wavelength)和有效面積數值。為了滿足來自不同制造商的光學系統之間兼容的需要，國際電信聯盟 (thelnternational Telecommunication Union，ITU)制定了一項標準，ITU-T G. 652標準， 稱為SSMF (Standard Single Mode Fibre標準單模光纖)的標準光學傳輸纖維必需符合所 述標準。在其它方面中，G. 652標準針對傳輸光纖建議在1310nm波長處的模場直徑(Mode Field Diameter, MFD)范圍為8. 6-9. 5 μ m[8. 6 ；9. 5ym]；光纜截止波長的數值最大為 1260nm;零色散波長(表示為λ。)的數值的范圍為1300-1324nm[1300 ； 1324nm]；色散斜 率的數值最大為0.092pS/nm2-km。在標準方式下，如同國際電工委員會(International Electrotechnical Commission)的分組委員會86A在IEC 60793-1-44標準中規定的，光纜 截止波長測定為，在22米的光纖中傳播之后，光信號已不再是單一模式的那個波長。以本質上已知的方式，傳輸光纖的有效面積的增加引起光纖中非線性效應的減 少。具有擴大的有效面積的傳輸光纖允許較長距離上的傳輸，和/或傳輸系統操作裕量的 增加。典型地，SSMF具有80 μ m2量級的有效面積Arff。為了增加傳輸光纖的有效面積，建議制造具有與SSMF相比擴大的和平坦的纖芯 的光纖分布。然而，光纖纖芯形狀的如此改變導致光纖中微彎損耗的增長，有效的和光纜 截止波長的增長。在標準方式下，有效截止波長測定為，按照IEC的分組委員會86A在IEC 60793-1-44標準中規定的，在2米的光纖中傳播之后，光信號已不再是單一模式的那個波長。US-A-6 658 190描述了具有大于110 μ m2的擴大的有效面積的傳輸光纖。所 述的光纖具有非常粗的纖芯(是SSMF的1. 5至2倍)，和具有不變的的或者淺凹陷包層 (shallowly depressed cladding)的構造。為了補償由有效面積的增加引起的微彎損耗 的增加，所述文獻建議增大光纖的直徑(圖29)。然而，所述的光纖直徑的增加包括成本的 增加，并導致由于與其他光纖不相容引起的成纜問題。另外，所述文獻指出，截止波長隨著 所考慮的光纖的長度而減小(圖5)，并且，特別地，所述光纖實現了傳輸1公里后的單模特 性。然而，所述截止波長的測量并不符合上文引用的標準化的測量。所述文獻中描述的光 纖具有大于1260nm的光纜截止波長和小于1300nm的零色散波長因此，所述文獻中的 光纖并不符合G. 652標準中的建議。US-A-6 614 976描述了一種為了補償NZ-DSF光纖(NZ-DSF Non Zero-Dispersion Shifted Fibre，非零色散位移光纖)的負色散，在1550nm波長處具有高色散的傳輸光 纖。所述文獻的光纖具有大于或等于90 μ m2的有效面積。然而，所希望的高色散導致大于 1260nm的光纜截止波長和小于1300nm的零色散波長λ。。這些特征意味著所述光纖不符 合G. 652標準中的建議。US-B-7 187 833描述了一種具有大于80 μ m2的有效面積的傳輸光纖。所述文 獻的光纖具有一中心纖芯，一中間包層以及一凹陷包層。所述的分布可導致光纖中泄漏模 (leaky modes)的出現，其使得難以控制截止波長。現有技術中并沒有任何文獻描述具有與SSMF相比的擴大的有效面積，同時完全 與G. 652標準兼容的光纖。因此，需要一種具有大于90 μ m2的擴大的有效面積，且并不違反G. 652標準的建 議的傳輸光纖。
發明內容
為此目的，本發明提供一種光纖分布，包括一中心芯部、一中間包層以及一環 (ring)；所述中心芯部、中間包層和環同時被優化以擴大光纖的有效面積，相反地并不影響 G. 652標準規定的其他傳輸參數。更特別的，本發明提供一種單模光纖，包括一中心芯部、一中間包層、一環，以及一 外層包層，所述光纖在155011!11波長處具有大于或者等于9(^1112的有效面積，并具有-小于1260nm的光纜截止波長；-在1310nm波長處的模場直徑為在8.6 μ m和9. 5 μ m之間；-零色散波長為在1300nm和1324nm之間；-在零色散波長處的色散斜率小于0.092ps/nm2-km。根據實施例，本發明的光纖也可以包括如下技術特征中的一個或幾個-所述芯部具有在4.5 μ m和6 μ m之間的半徑，以及與外層包層的折射率差為在 4. 2 XlCT3 和 5. 2 XlCT3 之間；-所述中間包層具有在6.5 μ m和9. 5 μ m之間的半徑，；-所述環具有在9.5 μ m和12. 5 μ m之間的半徑；-所述環與所述外層包層的折射率差，為在1X 10_3和5. OX 10_3之間；
-所述中間包層與所述外層包層的一折射率差，為在-3.0X10_3和1.0X10_3之 間；-可選的，所述光纖在所述環外側具有一凹陷包層(expressedcladding)；-所述凹陷包層具有在14μπι和17μ m之間的半徑，以及在-IOX 10_3和-IX IO3 之間的折射率差；-所述光纖具有有效面積和模場直徑之間的一規范化比率，其大于或等于1.270 ；-所述光纖的有效面積嚴格大于90μ m2。-所述光纖的有效面積小于100μ m2 ；-在1625nm波長處，對于30mm的曲率半徑所述光纖具有小于或等于 0. 05dB/100turns 的彎曲損耗。-在1550nm波長處，所述光纖具有的微彎損耗使得，所述光纖的微彎損耗與服從 同樣的約束條件的標準單模光纖的微彎損耗的比率小于或等于1. 5。
在閱讀以下通過示例并參照附圖給出的，對本發明的實施例的說明之后，本發明 的其他特點和優點將清晰可見，這些附圖有圖1為根據本發明第一實施例的光纖的預設分布的圖形表示；圖2為根據本發明第一實施例的光纖的預設分布的圖形表示。
具體實施例方式將參照圖1和圖2描述本發明的光纖，其表示預設分布，也就是表示光纖的理論分 布，實際上，拉拔一預制品之后獲得的光纖可能具有稍有差異的分布。根據第一實施例(圖1)，根據本發明的傳輸光纖包括一中心芯部(centralcore)， 其與外層包層(作為光纖包層)的折射率差為An1 ； —中間內層包層，其與所述外層包層之 間的折射率差為八 ；以及一環，其與所述外層包層之間的折射率差為正Δη3。所述中心 芯部，中間包層和凹陷包層(expressed cladding)內的折射指數在其全部寬度內是實質上 不變的。所述芯部的寬度由其半徑A定義；所述中間包層的厚度由巧-！^巧減巧)定義；所 述環的厚度由！^、(!^減巧)定義。所述中間包層(r2，Δη2)直接包覆所述中心芯部(r1; An1),并且所述環Ov An3)直接包覆所述中間包層(r2，Δη2)。典型地，所述中心芯部，中 間包層和環是通過在一二氧化硅管(silica tube)內的CVD類型淀積得到的，而所述的外 層包層一般是使用天然的或者摻雜的二氧化硅(silica)再次填充所述管而構成，但是也 可通過其他任意淀積技術(VAD或0VD)而獲得。根據第二實施例(圖2)，根據本發明的傳輸光纖還包括一直接位于所述環(r3， An3)的外側的凹陷包層，并具有外半徑r4，該凹陷包層與所述外層包層的負折射率差為 Δη4。所述凹陷包層的寬度由1~4-1~3(1~4減1~3)限定。在根據本發明的光纖中，所述中心芯部的半徑T1在4. 5 μ m和6 μ m之間，并且，優 選地，其與所述的外層光纖包層(例如由二氧化硅(silica)制成)相比的折射率差An1, 在4. 2X10_3和5. 2X10_3之間。因此，根據本發明的光纖的芯部比SSMF內的芯部稍粗且 更平坦化。這些特征使得有可能將在1550nm波長處的有效面積的數值增大為超過90μπι2。
5根據本發明的光纖的中間包層的寬度r2為在6. 5 μ m和9. 5 μ m之間。同時，所述包層與所 述的外層包層的折射率差Δη2為在-3X10_3和1.0X10_3之間。根據本發明的光纖還包括 一半徑r3為在9.5 μ m和12.5 μ m之間的環。所述環與所述的外層包層的折射率差Δ n3為 在1. OX 10_3和5. OX 10_3之間。所述環的尺寸，與所述芯部和中間包層的尺寸被優化，使得 有可能控制所述光纖的光學特性，并且，特別地，使1310nm波長處的模場直徑值保持為在 8. 6 μ m和9. 5 μ m之間，同時，保證在1550nm波長處的有效面積大于90 μ m2，并且保證色散 和截止特性在G. 652標準規定的區間內。此外，根據本發明的光纖可以具有一凹陷包層(expressed cladding)，其具有在 14 μ m禾Π 17^111之間的半徑1~4，以及在-IOX 10_3和-1 X 10_3之間的折射率差An40凹陷包 層的存在使得有可能將信號更大程度地限制在光纖的芯部內。選擇將外層半徑1~4限制在 17 μ m是為了限制光纖的制造成本。如下表1給出了根據本發明的傳輸光纖可能的折射率分布的六個示例，以與具有 “階躍型”折射率分布的標準SSMF光纖進行比較。第一縱欄給出了每一種分布的標號。接 下來的縱欄給出了每一部分(巧到！·》的半徑數值，以及緊接其后的縱欄顯示出每一部分與 外層包層相比的折射率差(八！^到Δη4)。折射率的數值是在633nm波長處測定的。來自 表1的示例的光纖具有125 μ m的外部直徑。表1中的數值相當于光纖的預設分布。表 1 表2顯示了相應于表1的折射率分布的傳輸光纖的仿真的光學特性。在表2中， 第一縱欄重復表1的標號。接下來的縱欄提供對于每一光纖分布，光纜截止波長(λ。。)的 數值，1310nm波長處的模場直徑(2WJ的數值，1550nm波長處的有效面積(Aeff)的數值， 1550nm波長處的有效面積和1310nm波長處的模場直徑之間的規范化關系，1550nm波長處 的色散(D)，以及1550nm波長處的色散的斜率(P)。接下來的縱欄提供對于每一光纖分布，零色散波長(ZDW)的數值，在該波長處的色散斜率(Pzdw)，以及對于30nm的曲率半徑在 1625nm波長處的彎曲損耗(PC)。表2 對于根據本發明的六個示例，從表2指出，有效面積Arff和模場直徑ZWci2之間的規 范化比率(ratio)(參見公式1)是大于或者等于1. 270。
Aff\\550nm\公式 這使得有可能獲得大于90 μ m2的有效面積，同時保持包括在8. 6 μ m和9. 5 μ m之 間的模場直徑。從表2指出，示例1至7符合G. 652標準。光纜截止波長λ。。小于1260nm; 零色散波長ZDW為從1300nm到1324nm之間，以及色散斜率小于0. 092ps/nm2-km。在另一 方面，得出彎曲損耗為小于或者等于0.05dB/100tums。所述彎曲損耗的數值與標準階躍指 數分布的G. 652光纖的數值相等。因此，根據本發明的傳輸光纖具有高有效面積，同時符合 G. 652標準的建議。此外，根據本發明的光纖具有這樣的微彎損耗根據本發明的光纖的微彎損耗與 服從同樣的約束條件的SSMF內的微彎損耗的比率小于或等于1. 5。例如，所述微彎損耗可 以通過例如術語稱為固定直徑卷筒法(the fixed diameter drummethod)的方法測定。所 述方法在借助IEC TR-62221標準在IEC分組委員會86A的技術建議中被描述。與SSMF相比，根據本發明的光纖具有增強的有效面積數值。然而，所述有效面積 保持在小于100 μ m2。這一限制符合G. 652的一套標準。根據本發明的光纖的分布被優化以符合這些高有效面積和服從G. 652標準中的 光學參數的約束條件。表1和2說明了上述的半徑和折射率的限制數值以保證高有效面 積和服從G. 652標準中的限定。特別地，如果所述芯部的半徑巧減小為小于4. 5 μ m，并且 如果An1增大到大于5. 5，所述有效面積將小于90 μ m2。如果巧增大為大于6 μ m，那么所 述模場直徑，光纜截止波長λ。。和零色散波長ZDW具有G. 652標準之外的數值。類似 地，如果r2過小，所述模場直徑2WQ2將大于由G. 652標準規定的最大數值9. 5 μ m ；并且，如 果r2變得過大，所述有效面積將小于90 μ m2。此外，如果r3變得過小，所述有效面積將小于 90 μ m2 ；以及如果r3變得過大，所述模場直徑將變得大于由G. 652標準規定的最大數 值9. 5 μ m，光纜截止波長λ。。的數值也一樣。根據本發明的傳輸光纖特別適用于C-波段長距離傳輸系統。有效面積增加，光纖 其他的光學參數沒有明顯的劣化，允許在不增大非線性效應情況下，傳輸的光信號的功率 的增加；由此，傳輸線的信噪比改善，其是陸基或水下長距離光傳輸系統中特別尋求的。此外，根據本發明的光纖符合ITU G. 652標準的建議。由此，根據本發明的光纖可 以安裝在大量傳輸系統中，且與其他系統中的光纖具有良好的兼
權利要求
一種單模光纖，其特征在于，包括一中心芯部，具有一半徑r1以及與一外部光學包層的一正折射率差Δn1；一中間包層，具有一半徑r2以及與所述外部光學包層的一折射率差Δn2；一環，具有一半徑r3以及與所述外部光學包層的一正折射率差Δn3；所述光纖在1550nm波長處具有大于或者等于90μm2的有效面積，和小于1260nm的光纜截止波長λcc；在1310nm波長處具有在8.6μm和9.5μm之間的模場直徑MDF；具有在1300nm和1324nm之間的零色散波長Xo；在零色散波長Xo處的色散斜率小于0.092ps/nm2 km。
2.根據權利要求1所述的光纖，其特征在于，其中所述中心芯部的半徑^為在4.5μπι 禾口 6μπι之間。
3.根據權利要求1或2所述的光纖，其特征在于，其中所述中心芯部與所述外部光學包 層的折射率差Δ ηι在4. 2 X 10_3和5. 2 X 10_3之間。
4.根據上述任一項權利要求所述的光纖，其特征在于，其中所述中間包層具有在 6. 5 μ m禾口 9. 5 μ m之間的半徑r2。
5.根據上述任一項權利要求所述的光纖，其特征在于，其中所述環具有在9.5 μ m和 12. 5 μ m之間的半徑r3。
6.根據上述任一項權利要求所述的光纖，其特征在于，其中所述環與所述外層包層的 折射率差Δη3為在IX ΙΟ”和5. OX ΙΟ”之間。
7.根據上述任一項權利要求所述的光纖，其特征在于，其中所述中間包層與所述外層 包層的折射率差Δ ri2為在-3.0X 10_3和Ι.ΟΧΙΟ—3之間。
8.根據上述任一項權利要求所述的光纖，其特征在于，在所述環的外側包括一凹陷包 層，其與所述外層包層的負折射率差為Δη4。
9.根據權利要求8所述的光纖，其特征在于，其中所述凹陷包層的半徑r4為在14μπι 禾口 17 μ m之間。
10.根據權利要求8或9所述的光纖，其特征在于，其中所述凹陷包層與所述外層包層 的折射率差Δ Ii4在-10 X 10_3和-1 X 10_3之間。
11.根據上述任一項權利要求所述的光纖，其特征在于，其有效面積與模場直徑MFD的 規范化比率大于或者等于1. 270。
12.根據上述任一項權利要求所述的光纖，其特征在于，其具有大于90μ m2的有效面積。
13.根據上述任一項權利要求所述的光纖，其特征在于，其具有小于100μ m2的有效面積。
14.根據上述任一項權利要求所述的光纖，其特征在于，在1625nm波長處，對于30mm的 曲率半徑具有小于或等于0. 05dB/100turns的彎曲損耗。
15.根據上述任一項權利要求所述的光纖，其特征在于，在1550nm波長處，具有的微彎 損耗使得，所述光纖的微彎損耗與服從同樣的約束條件的標準單模光纖的微彎損耗的比率 小于或等于1.5。
全文摘要
一種單模光纖，包括一中心芯部(r1，Δn1)，一中間包層(r2，Δn2)，一環(r3，Δn3)以及一外層包層。所述光纖在1550nm波長處具有大于或者等于90μm2的有效面積。所述光纖還具有小于1260nm的光纜截止波長(λcc)；在1310nm波長處的在8.6μm和9.5μm之間的一模場直徑，在1300nm和1324nm之間的一零色散波長；以及小于0.092ps/nm2-km的色散斜率。所述光纖具有大于90μm2的有效面積，與SSMF相比光纖的其他光學參數未劣化。
文檔編號G02B6/036GK101915956SQ20101010112
公開日2010年12月15日 申請日期2010年1月26日 優先權日2009年1月27日
發明者丹尼斯·莫林, 瑪麗安·比戈-阿斯特呂克, 皮埃爾·西亞爾, 西蒙·理查德, 路易斯-安妮·德蒙莫里永 申請人:德拉克通信科技公司