一种小芯径渐变折射率光纤制造技术

本发明专利技术涉及一种小芯径渐变折射率光纤，包括有芯层和包层，所述的包层由内到外依次为内包层、下陷包层和外包层，其特征在于芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为1.9～2.1，芯层的半径R1为10～21μm，芯层中心最大相对折射率差Δ1max为0.7％～1.7％，所述的内包层为纯二氧化硅层或掺F的二氧化硅玻璃层，单边宽度(R2‑R1)为0.5～5μm，相对折射率差Δ2为‑0.4％～0％，所述的下陷包层单边宽度(R3‑R2)为2～10μm，相对折射率差Δ3为‑0.8％～‑0.2％，所述的外包层为纯二氧化硅玻璃层。本发明专利技术光纤不仅能与现有OM3/OM4多模光纤兼容，还能支持850nm～950nm波长范围内的波分复用技术；光纤的基模LP01的MFD与单模光纤进行匹配，能与单模光纤兼容，支持1310nm和1550nm的单模传输。

【技术实现步骤摘要】
一种小芯径渐变折射率光纤
本专利技术涉及一种小芯径渐变折射率光纤，属于光通信

技术介绍
多模光纤和VCSEL多模收发器、单模光纤和单模收发器均可用于数据中心。其中，在新兴的超大型数据中心中，单模传输系统的使用率更高，以满足数据中心对更长的传输距离的需求。受益于VCSEL光模块较低的成本和功耗，多模传输系统在100m以内的传输中仍占主导地位。由于模间色散的原因，多模光纤的带宽距离的乘积较小。随着数据中心对带宽和传输距离要求的不断提升，多模的应用将进一步受限。多模收发器的功耗和价格相较单模收发器而言都低得多，因此在当前的状况下，使用多模光纤和便宜的VCSEL光源进行局域网建设是合理的。但如果网络需要进一步提速升级至1310nm波长时，就需要重新铺设单模光纤，这显然是不合算的；或者铺设单模、多模光纤混合缆，同样增加了投入。因此向市场提供一种满意的、具有应用发展前景的新型光纤产品，已成当务之急。现有多模光纤不能适应网络高速率、远距离传输，单模光纤能满足高速率、远距离传输却需要昂贵的发射接收系统。为了解决上述问题，设计一种可以同时支持多模和单模传输的光纤是可行性较高的方法。这种光纤不仅能满足高速率、远距离传输，而且可以降低光纤的生产成本和降低网络的运营和升级费用。因此需要设计出一种同时支持多模传输和单模传输的光纤，以满足通信网络低成本传输的需求。
技术实现思路
为方便介绍本
技术实现思路
，定义部分术语：芯棒：含有芯层和部分包层的预制件。半径：该层外边界与中心点之间的距离。折射率剖面：光纤或光纤预制棒(包括芯棒)玻璃折射率与其半径之间的关系。氟(F)的贡献量：掺氟(F)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(ΔF)，以此来表示掺氟(F)量。锗(Ge)的贡献量：掺锗(Ge)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(ΔGe)，以此来表示掺锗(Ge)量。磷(P)的贡献量：掺磷(P)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(ΔP)，以此来表示掺锗(P)量。多模光纤中存在的模间色散使其所能支持的传输距离受到大大限制，为降低光纤模间色散，需要将多模光纤的芯层折射率剖面设计成中心至边缘连续逐渐降低的折射率分布，通常我们称其为“α剖面”。即满足如下幂指数函数的折射率分布：其中，n1为光纤轴心的折射率；r为离开光纤轴心的距离；a为光纤芯半径；α为分布指数；Δ0为纤芯中心相对包层的折射率。相对折射率差即Δi：Δi％＝[(ni2-n02)/2ni2]×100％，其中，ni为距离纤芯中心i位置的折射率；n0为纯二氧化硅材料的折射率，通常也是光纤包层的折射率。本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足提供一种芯包层结构设计合理、工艺控制方便并能同时支持多模和单模传输的小芯径渐变折射率光纤。本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有芯层和包层，所述的包层由内到外依次为内包层、下陷包层和外包层，其特征在于芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为1.9～2.1，芯层的半径R1为10～21μm，芯层中心最大相对折射率差Δ1max为0.7％～1.7％，所述的内包层为纯二氧化硅层或掺F的二氧化硅玻璃层，单边宽度(R2-R1)为0.5～5μm，相对折射率差Δ2为-0.4％～0％，所述的下陷包层单边宽度(R3-R2)为2～10μm，相对折射率差Δ3为-0.8％～-0.2％，所述的外包层为纯二氧化硅玻璃层。按上述方案，所述的芯层为锗氟Ge/F共掺的二氧化硅玻璃层，其中芯层中心的氟掺杂的贡献量ΔF0为-0.10％～0％，芯层边缘的F掺杂的贡献量ΔF1为-0.45％～-0.10％。按上述方案，从芯层中心位到芯层边缘位，氟掺杂贡献量的绝对值呈递增状。按上述方案，内包层相对折射率差Δ2小于或等于芯层边缘位的折射率Δ1min，即Δ2≤Δ1min。按上述方案，所述光纤在850nm波长具有3500MHz-km或3500MHz-km以上带宽，在950nm波长具有2000MHz-km或2000MHz-km以上带宽，在1300nm波长具有500MHz-km或500MHz-km以上带宽。更进一步的，光纤在850nm波长具有5000MHz-km或5000MHz-km以上带宽，在950nm波长具有3300MHz-km或3300MHz-km以上带宽，在1300nm波长具有600MHz-km或600MHz-km以上带宽。按上述方案，所述光纤在1310nm或1550nm的基模LP01的模场直径为8～12μm。按上述方案，所述光纤在850nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗小于0.2dB；在1300nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗小于0.5dB。按上述方案，所述芯层的半径R1为12～20μm。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术设计了一种具有功能梯度材料组成和合理结构的小芯径渐变折射率光纤，结合制棒设备的控制特点，解决了光纤芯棒实际生产过程中设备对折射率精度控制的难题；2、本专利技术通过对芯层氟掺杂量的优化，实现对于光传输带宽性能的优化，在带宽性能提高的同时，带宽-波长敏感性降低；3、光纤芯层采用Ge/F共掺，有利于改进芯层材料的材料色散特性，提高带宽性能；4、本专利技术光纤不仅能与现有OM3/OM4多模光纤兼容，还能支持850nm～950nm波长范围内的波分复用技术；5、光纤的基模LP01的MFD与单模光纤进行匹配，能与单模光纤兼容，支持1310nm和1550nm的单模传输；6、合理的下陷包层参数设计，提高了光纤弯曲不敏感曲性能；7、本专利技术光纤具有优异的抗弯曲性能，可适用于接入网和小型化光器件中，并使传输容量得到进一步提升，适应了数据流量高速增长的网络需求，对光通信技术的应用具有重要意义；8、本专利技术制造方法简便，适于大规模生产。附图说明图1是本专利技术一个实施例的折射率剖面示意图。图2是本专利技术另一个实施例的折射率剖面示意图。图3是本专利技术1310nm的基模LP01的模场直径与芯径R1和(Δ1max-Δ2)的关系示意图。图4是本专利技术1550nm的基模LP01的模场直径与芯径R1和(Δ1max-Δ2)的关系示意图。图5是本专利技术一个实施例的掺杂量剖面示意图。图6是本专利技术另一个实施例的掺杂量剖面示意图。具体实施方式下面将给出具体的实施例，对本专利技术作进一步的说明。光纤包括有芯层和包层，芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为1.9～2.1，芯层的半径为R1，芯层中心的最大相对折射率差Δ1max为0.7％～1.7％；所述的包层由内到外依次为内包层、下陷包层以及外包层，所述的内包层半径为R2，内包层的相对折射率差为Δ2，所述的下陷包层半径为R3，相对折射率差为Δ3；所述的外包层为纯二氧化硅玻璃层，外包层半径为62.5μm。按本专利技术所述，制备了一组预制棒并拉丝，采用双层涂覆，光纤的结构和主要性能参数见表1。宏弯附加损耗的测试，被测光纤按一定直径(比如：10mm，15mm，20mm，30mm等等)绕一圈，然后将圆圈放开，测试打圈前后光功率的变化，以此作为光纤的宏弯附加损耗。满注入带宽是根据FOTP－204方法测得的，测试采用满注入条件。表1：光纤的主要结构参数和性能参数小芯径渐变折射率光纤的芯径较传统多模光纤的芯径小，传导的模数更少，理论上具有更高的带本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小芯径渐变折射率光纤，包括有芯层和包层，所述的包层由内到外依次为内包层、下陷包层和外包层，其特征在于芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为1.9～2.1，芯层的半径R1为10～21μm，芯层中心最大相对折射率差Δ1max为0.7％～1.7％，所述的内包层为纯二氧化硅层或掺F的二氧化硅玻璃层，单边宽度(R2‑R1)为0.5～5μm，相对折射率差Δ2为‑0.4％～0％，所述的下陷包层单边宽度(R3‑R2)为2～10μm，相对折射率差Δ3为‑0.8％～‑0.2％，所述的外包层为纯二氧化硅玻璃层。

【技术特征摘要】
1.一种小芯径渐变折射率光纤，包括有芯层和包层，所述的包层由内到外依次为内包层、下陷包层和外包层，其特征在于芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为1.9～2.1，芯层的半径R1为10～21μm，芯层中心最大相对折射率差Δ1max为0.7％～1.7％，所述的内包层为纯二氧化硅层或掺F的二氧化硅玻璃层，单边宽度(R2-R1)为0.5～5μm，相对折射率差Δ2为-0.4％～0％，所述的下陷包层单边宽度(R3-R2)为2～10μm，相对折射率差Δ3为-0.8％～-0.2％，所述的外包层为纯二氧化硅玻璃层。2.按权利要求1所述的小芯径渐变折射率光纤，其特征在于所述的芯层为锗氟Ge/F共掺的二氧化硅玻璃层，其中芯层中心的氟掺杂的贡献量ΔF0为-0.10％～0％，芯层边缘的F掺杂的贡献量ΔF1为-0.45％～-0.10％。3.按权利要求2所述的小芯径渐变折射率光纤，其特征在于从芯层中心位到芯层边缘位，氟掺杂贡献量的绝对值呈递增状。4.按权利要求1或2所述的小芯径渐变折射率光纤，其特征在于内包层相对折射率差Δ2小于或等于芯层边缘位的折射率Δ1min，即Δ2≤Δ1min。5.按权利要求1或2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖武丰，王润涵，黄荣，王海鹰，张安林，杨笛，王铁军，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42