低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤的制作方法

1.本发明涉及非零色散位移光纤，具体为scl三波段的大有效面积的非零色散位移光纤。


背景技术：

2.光纤的结构传统分为芯部，其主要用于传输光信号；和光纤包层，将光信号限制在纤芯中。相应的芯的折射率n1大于光学包层的折射率n2(n1》n2).
3.对于光纤而言，折射率分布通常根据光纤的折射率和半径的函数曲线进行归类；一般分为“阶跃型”分布、“梯型”分布、“α型”分布或“三角型”分布，其曲线图相应地分别具有阶跃型、梯型、或者三角型等。
4.光纤根据其模式传输可分为：单模光纤和多模光纤。在多模光纤中，对于给定的波长，集中光频振动模式(optical mode)同时沿着光纤传播，信号以在纤芯中被引导的基本lp01模式传输，而更高阶模式(例如，lp11模式) 则强烈衰减。单模光纤通常是用于陆地传输的系统。国际电信联盟itu定义的标准中，满足波分复用系统(wdm)使用要求，往往采用itu-t g.655光纤，可以在c波段1530-1565nm和l波段1565-1625nm波长范围内使用。根据色散斜率和使用波长，又分为g.655.c、g.655.d和g.655.e类光纤。
5.在海底和陆地上采用的通信系统需要能够尽量减少信号发生延迟而影响传输距离。随着技术的进步，诸如波分复用(wdm)和较高信道速度，对网络带宽的要求不断提高。波分复用系统(wdm)系统在本文中定义为包括s 波段1460-1530nm、c波段1530-1565nm、l波段1565nm-1625nm的波长范围。
6.现有的大有效面积非零色散位移光纤一般是指模场直径在8.1至10.1μm 范围内，使用波段在c波段1530-1565nm、l波段1565nm-1625nm的波长范围，零色散波长介于1460-1530nm之间的一种非零色散位移光纤，由于光纤设计中将有效面积的增大，无可避免的将色散向长波长范围移动，使用波段只能在1530-1625nm范围，例如美国康宁的大有效面积leaf光纤，美国ofs 公司的truewave la光纤，在1550nm处的模场直径为9.6μm，c波段 1530-1565nm的色散在2-6ps/(nm
·
km)，l波段的色散在4.5-11.2ps/(nm
·
km)。另外一种非零色散位移光纤，比如itu-t g.656光纤，尽管可以在1460-1625nm 范围使用，但模场直径必须减少到8.1至9.1μm的范围，以便于使零色散波长向短波长范围移动，例如ofs公司的低色散斜率truewave rs光纤，在1550nm 处的模场直径为8.4μm，s-l波段的色散在-1至8.9ps/(nm
·
km)范围内。
7.总之在色散位移和模场直径之间无法找到合适的光纤产品，既能有较大的1550nm模场直径，又能实现scl三波段上的正色散，已实现更宽波段上的密集波分复用(dwdm)。


技术实现要素：

8.本发明揭示了低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，包括中心纤芯区域，它从中心线径向向外并具有最大的折射率百分比δ1，max的正相对折射率百分比δ1％
(r)；第一环形区域，它围绕中心纤芯区域并具有相对折射率百分比δ2％(r)，其最小折射率百分比为δ2，min；第二环形区域，它围绕第一环形区域并具有正相对折射率百分比δ3％(r)，其最大相对折射率百分比δ3，max；以及外环形包层区域，它围绕第二环形区域并具有相对折射率百分比δc％(r)；总分布体积小于约6％-μm2；且δ1，max》δ3，max》δ2， min≥0；光纤在1550nm波长处具有大约是70μm2的有效面积，在约1550nm 波长处色散斜率小于0.07ps/(nm2·
km)，零色散波长约1450nm。
9.在一方面，中心纤芯区域呈折射率阿尔法分布形状；另外一方面，至少一部分的中心纤芯区域，具有阶跃型折射率分布形状。
10.如上所述的低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，所述光纤在 1550nm波长处具有大于70μm2的有效面积。
11.如上所述的低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，所述光纤在 1625nm波长处具有在10至14ps/(nm
·
km)的色散。
12.如上所述的低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，所述光纤在1550nm波长处具有在5至8ps/(nm
·
km)之间的色散。
13.如上所述的低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，所述光纤在 1460nm波长处具有大于1ps/(nm
·
km)的色散。
14.如上所述的低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，所述光纤在 1400nm波长处具有大于-4ps/(nm
·
km)的色散。
15.如上所述的低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，所述光纤的制作过程如下：采用ovd工艺制作芯棒松散体，经过脱水和烧结工艺，得到透明芯棒；延伸工序：将芯棒延伸为外径在30-40mm的小棒。再经过ovd工序，在外表面沉积包层，并经过脱水和烧结，得到适合尺寸的成品棒；经过拉丝、筛选和检测过程，得到合格的光纤。
16.本发明涉及的芯部的折射率分布能降低非线性效应，尤其用于无信号衰变的长距离传输高功率信号；高功率和长距离的定义在电信系统中明确比特率、误码率、波分复用等要求下能传输的功率和距离；在高功率传输中，存在诸如自相位调制、交叉相位调制、四波混频等的克尔效应，需要用大有效面积设计进而克服；众所周知，石英光纤的折射率是根据光电场强度而发生非线性变化的。该折射率可以被定义为
17.n＝n0+n2p/a
eff
18.n0是光纤的线性折射率指数，n2是非线性折射率系数，p是光功率，a
eff
是有效面积；由于n2是材料常数，提高a
eff
是降低折射率指数中非线性系数的唯一办法，从而降低克尔型非线性效应；因此有必要设计一种具有大有效面积的光波导结构的光纤；该光纤的传输窗口是1530-1625nm。这里定义有效面积为
19.a
eff
＝2π(∫e2rdr)2/(∫e4rdr)
20.这里积分上下限是0到∞，e是电场强度；有效直径d
eff
由下列公式限定
21.a
eff
＝π(d
eff
/2)222.阿尔法剖面图由下列公式限定
23.n＝n0(1-δ(r/α)
α
)
24.这里n0是第一点的阿尔法剖面图的折射率指数；δ％是相对折射率差，r 是半径，a是从第一点开始到阿尔法折射率剖面图最后一点的半径，r从0点开始。
25.折射率剖面图不同区域的宽度是由折射率指数和半径图上的两根垂直的线来确定的；折射率差是这样定义的：
26.％δ＝[(n
12-n
c2
)/2n
12
]
×
100
[0027]
这里n1是芯层的折射率，nc是包层折射率；除其他情况，n0是指芯层最大的折射率。
[0028]
光纤制作过程中由于掺杂物的扩散，往往容易形成锥度形状的折射率剖面图。这些掺杂物的扩散可以在顶部形成直角和在底部形成圆角；这种扩散现象由多种原因造成，包括工艺步骤的细节、掺杂物的浓度梯度和宽度；这里不主要讨论剖面图的锥度，因为锥度的形状对于光纤性能不是决定因素；但是基本的剖面图中锥度的角度可能需要描述一下。
[0029]
一种尖锐型的剖面图上的锥度的δ％一半高度的宽度应该锥度底部宽度的 40％-50％，而锥度的90％高度的宽度大约是底部宽度的15％-25％；一种中等角度的锥度的δ％一半高度的宽度是底部宽度的60％-80％，而锥度的90％高度的宽度大约是底部宽度的35％-50％；后面要讨论的剖面图总体上接近于尖锐型锥度和中等角度的锥度状态；然而，本发明并不局限于某些带有特定角度锥度的折射率指数剖面图。
附图说明
[0030]
图1是本发明的光纤的折射率分布图；
[0031]
图2是本发明的光纤的一个实施例相对应的折射率分布图；
[0032]
图3是本发明的光纤的另一个实施例相对应的折射率分布图；
[0033]
图4是本发明的光纤与cl两波段非零色散位移光纤的色散曲线对比图。
具体实施方式
[0034]
低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，包括中心纤芯区域，它从中心线径向向外并具有最大的折射率百分比δ1，max的正相对折射率百分比δ1％(r)；第一环形区域，它围绕中心纤芯区域并具有相对折射率百分比δ2％ (r)，其最小折射率百分比为δ2，min；第二环形区域，它围绕第一环形区域并具有正相对折射率百分比δ3％(r)，其最大相对折射率百分比δ3，max；以及外环形包层区域，它围绕第二环形区域并具有相对折射率百分比δc％(r)。其中δ1，max》δ3max》δ2，min≥0；其中总分布体积小于约6％-μm2；且其中光纤在1550nm波长处色散斜率小于0.07ps/(nm2·
km)，零色散波长小于 1450nm，衰减小于0.190db/km。
[0035]
在本发明的众多实施例中，最大的折射率δ1，max值在0.8-1.0％之间，在光纤的位置大约是1-2μm；中间δ1的凹陷在0-0.4％；凹陷的形状是一种反向凹陷形状，且具有一定的固定宽度，在光纤中的位置大约是0-2μm；第一环形包层δ2，min具有略微高于0的折射率差，半径大约是4-5μm和大约2-3μm 的宽度。第二环形的最大高度δ3，max大约是0.4-0.55％，半径大约是6-7μm，宽度大约是2-4μm。
[0036]
本发明揭示了制作一种在1550nm窗口处具有较大有效面积的高性能传输光纤，同时具有一定的耐弯性能；本发明的第一方面的内容是该光纤的传输窗口是1460nm到1625nm波段；该光纤的芯部由三段组成，并被一层折射率为nc的包层所包裹；芯部的剖面图是预选设计好能够做到有效面积是 70μm2；第一种芯部的具体实例是芯部由三段构成，中心段是带有锥度的折射率剖面，最高折射率是δ1，max，和一个从底部测量的宽度；锥度具体的大
小和形状，无论是三角型或者是不规则型，一般而言不是特别重要；除非特别说明，所有本发明的宽度是指该段折射率的底部的宽度；本发明的中心段包括中心区域的凹陷，该凹陷主要是由于掺杂物的扩散造成的；不同的工艺可以造成凹陷高度的深浅；然而中心凹陷在不同光棒中基本保持恒定。
[0037]
离中心凹陷最近的第一环形段，基本上含有一个稳定的δ2和宽度；离第一环形段一定距离的是第二环形段具有一定锥度的δ3和宽度；两个环形段的几何形状和δ％，一起作用提供给该光纤具有大于等于70μm2的有效面积。
[0038]
本发明主要用于限定该光纤的各层芯部的半径和折射率高度，用于满足该大有效面积的非零色散位移光纤的实际使用目的。
[0039]
实施例1
[0040]
图2揭示的是该类大有效面积的非零色散位移光纤，其最大的折射率δ1， max值在1.0％，在光纤的半径位置大约是1μm；中间δ1的凹陷在0.4％，在光纤中的半径位置大约是0.5μm；第一环形包层δ2，min在0.1％，半径大约是4.5μm，宽度大约是2.5μm的；第二环形的最大高度δ3，max大约是0.4％，半径大约是6.5μm，宽度大约是2.5μm，该光纤的性能为：
[0041]aeff
大约是75μm2。
[0042]
零色散波长大约是1480nm。
[0043]
截止波长大约是1450nm。
[0044]
根据该光纤设计的性能，通过将第一芯部的环形部分向外移动0.15μm，该光纤的性能则变为：
[0045]aeff
大约是83μm2。
[0046]
零色散波长大约是1500nm。
[0047]
截止波长大约是1470nm。
[0048]
实施例2
[0049]
图3揭示的是该类的另一种大有效面积的非零色散位移光纤，具有大约在0.9％的中间芯层的最大的折射率δ1，max值，在光纤的半径位置大约是 1μm；中间δ1的凹陷折射率值通过改进工艺提升到0.6％，在光纤中的半径位置大约是0.5μm；第一环形包层δ2，min在0.1％，半径大约是4μm，宽度大约是2.5μm的；第二环形的最大高度δ3，max大约是0.4％，半径大约是6.5μm，宽度大约是3μm，该光纤的性能为：
[0050]aeff
大约是70μm2。
[0051]
零色散波长大约是1460nm。
[0052]
截止波长大约是1430nm。
[0053]
根据该光纤设计的性能，通过将第一芯部的环形部分向外移动0.15μm，该光纤的性能则变为：
[0054]aeff
大约是78μm2。
[0055]
零色散波长大约是1470nm。
[0056]
截止波长大约是1450nm。
[0057]
本发明提及的这种光纤即能够在1460-1625nm的波长范围内均为正色散，同时兼具模场直径在9.1-10.1μm范围，具有70μm2以上的有效面积，适合scl 三波段的波分复用系统，具有较好的熔接性能。

技术特征：
1.低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，包括中心纤芯区域，它从中心线径向向外并具有最大的折射率百分比δ1，max的正相对折射率百分比δ1％(r)；第一环形区域，它围绕中心纤芯区域并具有相对折射率百分比δ2％(r)，其最小折射率百分比为δ2，min；第二环形区域，它围绕第一环形区域并具有正相对折射率百分比δ3％(r)，其最大相对折射率百分比δ3，max；以及外环形包层区域，它围绕第二环形区域并具有相对折射率百分比δc％(r)；其中δ1，max>δ3max>δ2，min≥0；其中总分布体积小于约6％-μm2；且其中光纤在1550nm波长处色散斜率小于0.07ps/(nm2·
km)，零色散波长小于1450nm，衰减小于0.190db/km。2.如权利要求1所述的低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于，最大的折射率δ1，max值在0.8-1.0％之间，在光纤的位置大约是1-2μm，中间δ1的凹陷在0-0.4％，凹陷的形状是一种反向凹陷形状，且具有一定的固定宽度，在光纤中的位置大约是0-2μm；第一环形包层δ2，min具有略微高于0的折射率差，半径大约是4-5μm和大约2-3μm的宽度；第二环形的最大高度δ3，max大约是0.4-0.55％，半径大约是6-7μm，宽度大约是2-4μm。3.如权利要求1所述的低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm波长处具有大于70μm2的有效面积。4.如权利要求1所述的低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于，所述光纤在1625nm波长处具有在10至14ps/(nm
·
km)的色散。5.如权利要求1所述的低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm波长处具有在5至8ps/(nm
·
km)之间的色散。6.如权利要求1所述的低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于，所述光纤在1460nm波长处具有大于1ps/(nm
·
km)的色散。7.如权利要求1所述的低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于，所述光纤在1400nm波长处具有大于-4ps/(nm
·
km)的色散。8.根据权利要求1所述的低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，其特征在于，所述光纤的制作过程如下：采用ovd工艺制作芯棒松散体，经过脱水和烧结工艺，得到透明芯棒；延伸工序：将芯棒延伸为外径在30-40mm的小棒；再经过ovd工序，在外表面沉积包层，并经过脱水和烧结，得到适合尺寸的成品棒；经过拉丝、筛选和检测过程，得到合格的光纤。

技术总结
本发明公开了低色散斜率大有效面积的非零色散位移光纤，包括中心纤芯区域，它从中心线径向向外并具有最大的折射率百分比Δ1，max的正相对折射率百分比Δ1％(r)；第一环形区域，它围绕中心纤芯区域并具有相对折射率百分比Δ2％(r)，其最小折射率百分比为Δ2，min；第二环形区域，它围绕第一环形区域并具有正相对折射率百分比Δ3％(r)，其最大相对折射率百分比Δ3max；以及外环形包层区域，它围绕第二环形区域并具有相对折射率百分比Δc％(r)；其中Δ1，max>Δ3max>Δ2，min≥0。本发明提及的这种光纤即能够在1460-1625nm的波长范围内均为正色散，同时兼具模场直径在9.1-10.1μm范围，具有70μm2以上的有效面积，具有较好的熔接性能。能。能。


技术研发人员：查健江 陈强 李应 陈剑
受保护的技术使用者：山东富通光导科技有限公司
技术研发日：2021.08.25
技术公布日：2022/3/8