專利名稱：單模光纖的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種單模光纖，具體地說，涉及一種折射率隨芯線半徑變化的單模光纖。
一般地說，長距離、超高速和寬帶通訊所用的光纖在使用波長內必須具有低損失、低散射和低散射斜率的特性。具有這樣的特性的光纖通常是散射移位光纖或非-零散射移位光纖。這些光纖的折射率的分布形式被變化成滿足上述光學特性的各種結構。
通過向其折射率以三角型變化的芯線提供一個環形區或者使芯線具有與凸形折射率對應的雙線結構，可以實現這種折射率變化。
圖1表示美國專利US 5，553，185公開的與普通芯線半徑對應的相對折射率偏差。這里，在nco是芯線的最大折射率，而ncl是包層的折射率的情況下，相對折射率偏差被表示為(nco2-ncl2)/2nco2。按照這種方法，通過降低鄰近芯線的環形區的折射率使包層與芯線之間的折射率偏差增大，從而獲得較小的散射斜率。
為了加寬芯線與包層之間的折射率偏差，可以增加芯線的折射率，或降低包層的折射率。然而，在第一種方法中，用以增加折射率的摻雜劑使光損失增大，這就不可能有一個超過預定水平的折射率。在第二種方法中，由一個降低的區域使長波長區的光損失突然增大。為了解決這一問題，必須使包層半徑對芯線半徑的比率很大。圖2表示美國專利US4，447，127中揭示的在包層半徑與芯線半徑之間的比率為6和7時與光纖的各個波長對應的的泄漏損失。實線表示包層對芯線的直徑比為6的情況，虛線表示包層對芯線的直徑比為7的情況。圖中的a和a’線每個的相對折射率偏差為0，表明包層的折射率與芯線的相同。b和b’線每個的相對折射率為0.2，c和c’線每個的相對折射率為0.23，d和d’線每個的相對折射率為0.25，e和e’線每個的相對折射率為0.27。
然而，當把改良的化學蒸汽沉積(MCVD)方法應用于上述光纖生產方法時，這種常規方法就出現問題，即難于制作大孔徑光纖預制坯件，而且要生產光纖得花費大量的時間。
為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種折射率變化的單模光纖，以獲得低散射和低散射斜率。
于是，為實現上述目的，提供一種單模光纖，它包括第一芯線，在距離光纖中心的預定半徑內有恒定折射率；包在第一芯線外的第二芯線，其折射率隨著其半徑的增加而從第一芯線的折射率降低；和包在第二芯線外的包層，其折射率比第二芯線折射率的最小值還小。
圖1是表示現有技術中具有低散射斜率的折射率變化曲線；圖2是表示當包層對芯線的半徑比為6和7時與光纖的各個波長對應的泄漏損失曲線；圖3是本發明一種實施例單模光纖的橫截面圖；圖4表示圖3所示光纖的折射率的分布；圖5A和5B表示本發明另一實施例光纖的折射率分布；圖6表示本發明又一實施例光纖的折射率分布；圖7是表示與圖4中a1/a2的變化對應的散射斜率的變化曲線；圖8表示隨著使圖4中n1、n2和a2被固定，通過改變a1所得的散射斜率；圖9表示在使圖4的a1／a2為常數時，通過改變a2所得的散射斜率；圖10表示在波長1.55μm下與圖4的a1／a2對應的損失。
參照圖3，一種光纖包括第一芯線300和第二芯線302，以及包層304。第一芯線300和第二芯線302以及包層304的分布如圖4所示。也就是說，距離中心的半徑為a1的第一芯線300的折射率為常數n1。半徑為a2并包在第一芯線上的第二芯線302的折射率從第一芯線的折射率n1線性減小為n2。包層304的折射率為n0，它比n2小。折射率的分布是具有低散射的階梯型折射率分布與具有低損失的三角型折射率分布的結合。
圖5A和5B表示本發明另一實施例光纖的折射率分布。除了第一和第二芯線外，圖5A的光纖還包括第三芯線，而圖5B的光纖還包括在圖5A的第三芯線外面的第四芯線。其中，第三芯線的折射率n3比第二芯線的折射率的最小值n2小，第四芯線的折射率n4比第三芯線的折射率的最小值n3小。這里的n3和n4都比n0大。
圖6表示本發明又一實施例光纖的折射率分布。除了圖4的第一和第二芯線外，圖6的光纖還包括第三芯線和第四芯線。其中，第三芯線的折射率是n2，它等于第二芯線的最小折射率，第四芯線的折射率是n3比第三芯線的折射率n2小，比包層的折射率n0大。
圖7到圖10表示折射率分布與結構之間的相互關系，用以滿足具有上述組合折射率分布的光纖的低分散、低散射斜率和低損失光學特性。
圖7是表示對應于圖4中a1/a2的變化散射斜率變化的曲線。其中N是(第一芯線相對折射率偏差-第二芯線相對折射率偏差)/(第一芯線相對折射率)的結果。隨著N的增加，所述芯線折射率曲線接近三角形，或者隨著N的減小，接近階梯型。根據圖7中所示，當折射率n2較小，即當N較大時，如果a1/a2較小，即折射率曲線是三角形時，散射斜率有較高值。另一方面，當a1/a2增加并達到預定值時，散射斜率有最小值。另外，當折射率n2增大，變成階梯型，即當N變小時，即使a1/a2變化，散射斜率也在較窄的范圍內變化，散射斜率基本上恒定，與a1/a2無關。因此，在N值為0.2到0.85的范圍和a1/a2為0.7或更小的范圍內可以獲得小的散射斜率。另外，通過適當地把n1、n2和a1/a2互相結合在一起，可以獲得優化的小散射斜率。
圖8到圖10表示根據圖7給出的值制作的光纖實施例所得到的散射斜率。
圖8表示隨著圖4的n1、n2和a2被固定，通過改變a1所得到的散射斜率。圖9表示當使圖4的a1/a2為常數時，通過改變a2所得到的散射斜率。
圖10表示在波長1.55μm下與圖4的a1/a2對應的損失。參照圖10，隨著a1/a2變小，即折射率曲線變成三角形的，散射損失變小。隨著a1/a2變大，即折射率曲線變成階梯型的，散射損失變大。這就是說，為了獲得低損失光學特性，最好是三角形的折射率分布。當a1/a2在0到0.7之間時，可以得到約0.22dB/km的損失。
因此，光纖的折射率分布最好為有低散射的階梯型和有低損失的三角形的結合。
根據本發明可以控制光纖的芯線結構，并且使光纖的折射率分布是具有低散射的階梯型和具有低損失的三角形的結合，從而制出具有低散射和低損失的光纖。另外，使大半徑芯線的三角形折射率與具有較小彎曲損失的小半徑芯線的階梯型折射率結合；其中所述大半徑芯線與微觀或宏觀彎曲所對應的損耗增加敏感，這是由于中心下降的緣故。于是，可以減小彎曲損失。
權利要求
1．一種單模光纖，包括第一芯線，在距離光纖中心的預定半徑內有恒定的折射率；第二芯線，它包在所述第一芯線外并且隨著其半徑的增加折射率從第一芯線的折射率減小；和包層，它包在所述第二芯線外并且折射率比所述第二芯線的折射率的最小值還小。
2．按照權利要求1所述的單模光纖，其特征在于所述第一芯線半徑與第二芯線半徑的比在0與0.7之間。
3．按照權利要求1所述的單模光纖，其特征在于公式(第一芯線相對折射率偏差-第二芯線相對折射率偏差)/(第一芯線相對折射率偏差)結果在0.2與0.85之間。
4．按照權利要求1所述的單模光纖，其特征在于還包括多層包在第二芯線外的芯線層，它們的折射率隨半徑的增大而呈階梯型減小，而且小于第二芯線的最小折射率以及大于包層的折射率。
5．按照權利要求4所述的單模光纖，其特征在于所述多層芯線中間，有一個芯線直接包在第二芯線外，折射率與第二芯線的最小折射率相同。
全文摘要
一種單模光纖包括第一芯線,在距離光纖中心的預定半徑內有恒定折射率;第二芯線包在第一芯線外,其折射率隨其半徑的增加而從第一芯線的折射率減小;以及包在第二芯線外的包層,其折疊率比第二芯線的折射率的最小值還小。從而,使該光纖的芯線結構受到控制,并且所述光纖的折射率分布是具有低散射的階梯型和具有低損失的三角形的結合,因而可制作具有低散射和低損失的光纖。
文檔編號G02B6/036GK1285925SQ98812025
公開日2001年2月28日 申請日期1998年12月29日 優先權日1997年12月30日
發明者李知勛, 都文顯 申請人:三星電子株式會社