一种低损耗大有效面积单模光纤及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低损耗大有效面积单模光纤及其制备方法，光纤从内到外是内芯层、外芯层、内包层、下陷层和外包层，采用MCVD+OVD的工艺制备，内芯层半径为r1＝4～7μm，内芯层相对折射率为△n1＝0.25％～0.45％；外芯层半径为r2＝5～9μm，外芯层相对折射率为△n2＝0.1％～0.3％；内包层半径为r3＝9.5～15μm，内包层相对折射率为△n3＝‑0.02％～0.02％；下陷层半径为r4＝12～25μm，下陷层相对折射率为△n4＝‑0.15％～‑0.55％；外包层为纯二氧化硅，外包层半径r5＝60‑65μm。本发明专利技术光纤的有效面积、截止波长、衰减、色散、弯曲损耗等综合性能良好。

A Low Loss and Large Effective Area Single Mode Optical Fiber and Its Preparation Method

The invention relates to a low loss and large effective area single mode optical fiber and its preparation method. The optical fiber is prepared by MCVD+OVD process from inside to outside with inner core, outer core, inner cladding, subsidence and outer cladding. The inner core radius is r1=4-7 micron, the relative refractive index of inner core layer is n1=0.25%-0.45%, the outer core radius is r2=5-9 micron, and the relative refractive index of outer core layer is n2=0.45%. 0.1%-0.3%; the inner cladding radius is r3=9.5-15 um, the relative refractive index of the inner cladding is n3=0.02%-0.02%; the radius of the subsidence layer is r4=12-25 um, the relative refractive index of the subsidence layer is n4=0.15%-0.55%; the outer cladding is pure silica, and the outer cladding radius is r5=60_um. The effective area, cut-off wavelength, attenuation, dispersion and bending loss of the optical fiber of the invention are good.

【技术实现步骤摘要】
一种低损耗大有效面积单模光纤及其制备方法
本专利技术涉及一种低损耗大有效面积单模光纤及其制备方法，属于光纤传输

技术介绍
光纤通信技术以不可思议的速度在改变着我们的世界，光纤作为传输光信号的媒介，光纤衰减和有效面积是目前影响光纤传输性能的重要因素。在未来的400G或更高的传输系统中，光纤衰减的降低和有效面积的增加，将大大提高光纤的传输质量，极大降低整个系统的建设和维护成本。有效面积用来衡量光能量的传输能力，大的有效面积有利于光信号的传输，能有效地提高光纤传输的容量，目前光纤的有效面积在100μm2以上，大有效面积可以通过改变光纤纤芯、包层的折射率分布、纤芯的尺寸和包层的占空比来实现，然而，增大光纤有效面积，伴随损耗的增大，从而限制了光纤有效面积的扩大；另外，增加光纤的芯径虽然可以获得较大的有效面积，但是也会造成光纤的截止波长迅速增加。文献号为CN107132614A的专利提出了一种大有效面积光纤，采用简单的折射率阶跃型下陷包层结构设计，光纤有效面积105～135μm2，光纤的成缆截止波长为1407-1437nm，在1550nm波长处的色散为17-23ps/nm*km，在1550nm波长处的损耗为0.180-0.184dB/km；但是，该光纤存在以下问题：芯层和下陷层紧密相连，且折射率相差较大，造成截止波长过高；光功率易于泄露到下陷层，并折射出光纤，造成衰减增加；下陷层与芯层之间没有隔离层，容易造成氟扩散到芯层。另外，文献号为CN104459876B的专利提出了一种低损耗的大有效面积光纤，该光纤采用下陷内芯层结构设计，光纤在1550nm波长处的有效面积是110-147μm2，成缆截止波长为1389-1522nm，在1550nm处的损耗为0.162-0.181dB/km；但是，该光纤内芯层的折射率比外芯层的折射率小，导致光功率在传播过程中的入射角改变增加损耗，不能集中传播，且其成缆截止波长较大，在实际应用当中，过高的截止波长难以保证光纤在应用波段中得到截止，便无法保证光信号在传输时呈单模状态。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：为解决现有单模光纤存在的有效面积小、损耗大、截止波长高等技术问题，提供一种低损耗大有效面积单模光纤及其制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低损耗大有效面积单模光纤，从内到外依次是内芯层、外芯层、内包层、下陷层和外包层，其中：内芯层的半径为r1＝4～7μm，内芯层的相对折射率为△n1＝0.25％～0.45％；外芯层的半径为r2＝5～9μm，外芯层的相对折射率为△n2＝0.1％～0.3％；内包层的半径为r3＝9.5～15μm，内包层的相对折射率为△n3＝-0.02％～0.02％；下陷层的半径为r4＝12～25μm，下陷层的相对折射率为△n4＝-0.15％～-0.55％；外包层为纯二氧化硅，外包层半径r5＝60-65μm。优选地，所述相对折射率大小为：Δn1>Δn2>Δn3>Δn4。优选地，所述内芯层和外芯层为加入掺杂剂的二氧化硅玻璃层，所述掺杂剂为GeO2、P2O5-F混合物、B2O3中的至少一种。进一步，掺杂剂为P2O5-F混合物时，P的掺杂贡献量ΔnP为0.3％-0.6％。优选地，所述内包层为掺锗和氟的二氧化硅玻璃层，其中Ge的掺杂贡献量ΔnGe为0.01％-0.05％。优选地，所述下陷层为掺氟的二氧化硅玻璃层。优选地，所述光纤在1550nm波长处的有效面积为151～162μm2。优选地，所述光纤成缆截止波长等于或小于1316nm。优选地，所述光纤在1550nm波长处的衰减等于或小于0.15dB/km。优选地，所述光纤在1550nm波长处的色散等于或小于17ps/nm*km。优选地，所述光纤在1550nm波长处，R15mm弯曲半径弯曲10圈的宏弯损耗等于或小于0.02dB，R30mm弯曲半径弯曲100圈的宏弯损耗等于或小于0.06dB。本专利技术还提供一种低损耗大有效面积单模光纤的制备方法，采用MCVD+OVD的制备方法，制备步骤如下：利用MCVD工艺先在作为下陷层的掺氟石英管内壁沉积内包层，再沉积外芯层和内芯层，获得沉积管；将沉积管在高温下熔缩成具有内芯层、外芯层、内包层和下陷层实心预制芯棒；利用OVD工艺在预制芯棒上沉积外包层，并经过烧结，制备出低损耗大有效面积光纤。另外，为清楚地说明本专利技术的技术方案，对本专利技术涉及的术语的定义和说明如下：相对折射率Δni，由以下方程式定义：其中，ni为光纤特定位置部分的绝对折射率，而nc为合成纯石英玻璃的绝对折射率。P的掺杂贡献量ΔnGe，由以下方程式定义：其中，nP为内芯层和外芯层玻璃的掺杂剂P2O5-F混合物时，由P掺杂引起的折射率升高，而nc为合成纯石英玻璃的绝对折射率。Ge的掺杂贡献量ΔnGe，由以下方程式定义：其中，nGe为内包层玻璃由Ge掺杂引起的折射率升高，而nc为合成纯石英玻璃的绝对折射率。光纤的有效面积Aeff，由以下方程式定义：其中，E是与传播有关的电场，R为轴心到电场分布点之间的距离。光缆截止波长λcc：IEC(国际委员会)标准60793-1-44中定义：光缆截止波长λcc是光信号在光纤中传播22米之后不再作为单模信号进行传播的波长。在测试时需要对光纤一个半径14cm的圈，两个半径4cm的圈获取数据。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的低损耗大有效面积单模光纤，其芯层分为内芯层和外芯层，具有合适的相对折射率差和半径，进一步在内芯层和外芯层中加入掺杂剂，可以增加有效面积，降低光纤的衰减系数；外芯层直径的增加可以微调节有效面积，并且能够调节折射率之差，从而降低截止波长；内包层的设计可防止碱金属扩散到掺氟浓度较高的下陷层而形成金属氟化物结晶，减少衰减，并可阻止下陷层的氟离子扩散到芯层；下陷层使用掺氟设计，使光纤在1550nm波长处的有效面积为151～162μm2，同时限制光功率的分布范围，使光功率集中在光纤的芯层，有利于降低光线的衰减，并且提高了光纤的抗弯曲能力；最外层的外包层采用纯二氧化硅的设计，降低了掺氟玻璃在光纤中的比重，从而降低了制造成本。总之，本专利技术光纤的有效面积、截止波长、衰减、色散、弯曲损耗等综合性能在应用波段良好，成缆截止波长可保证光信号在光纤中单模态传播，此光纤可用于高速、大容量的长距离传输以及长距离无中继站的传输系统。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术单模光纤的折射率剖面结构分布图，横轴表示光纤的各层剖面半径，纵轴表示各层对应的相对折射率。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。一种低损耗大有效面积单模光纤，从内到外依次是内芯层、外芯层、内包层、下陷层和外包层，其中：内芯层的半径为r1＝4～7μm，内芯层的相对折射率为△n1＝0.25％～0.45％；外芯层的半径为r2＝5～9μm，外芯层的相对折射率为△n2＝0.1％～0.3％；内包层的半径为r3＝9.5～15μm，内包层的相对折射率为△n3＝-0.02％～0.02％；下陷层的半径为r4＝12～25μm，下陷层的相对折射率为△n4＝-0.15％～-0.55％，所述的外包层为纯二氧化硅r5；所述相对折射率大小为：Δn1>Δn2>Δn3>Δn4；所述内芯层、外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低损耗大有效面积单模光纤，其特征在于，从内到外依次是内芯层、外芯层、内包层、下陷层和外包层，其中：内芯层的半径为r1＝4～7μm，内芯层的相对折射率为△n1＝0.25％～0.45％；外芯层的半径为r2＝5～9μm，外芯层的相对折射率为△n2＝0.1％～0.3％；内包层的半径为r3＝9.5～15μm，内包层的相对折射率为△n3＝‑0.02％～0.02％；下陷层的半径为r4＝12～25μm，下陷层的相对折射率为△n4＝‑0.15％～‑0.55％；外包层为纯二氧化硅，外包层半径r5＝60‑65μm。

【技术特征摘要】
1.一种低损耗大有效面积单模光纤，其特征在于，从内到外依次是内芯层、外芯层、内包层、下陷层和外包层，其中：内芯层的半径为r1＝4～7μm，内芯层的相对折射率为△n1＝0.25％～0.45％；外芯层的半径为r2＝5～9μm，外芯层的相对折射率为△n2＝0.1％～0.3％；内包层的半径为r3＝9.5～15μm，内包层的相对折射率为△n3＝-0.02％～0.02％；下陷层的半径为r4＝12～25μm，下陷层的相对折射率为△n4＝-0.15％～-0.55％；外包层为纯二氧化硅，外包层半径r5＝60-65μm。2.根据权利要求1所述的低损耗大有效面积单模光纤，其特征在于，所述相对折射率大小为：Δn1>Δn2>Δn3>Δn4。3.根据权利要求1或2所述的低损耗大有效面积单模光纤，其特征在于，所述内芯层和外芯层为加入掺杂剂的二氧化硅玻璃层，所述掺杂剂为GeO2、P2O5-F混合物、B2O3中的至少一种，所述掺杂剂为P2O5-F混合物时，P的掺杂贡献量ΔnP为0.3％-0.6％。4.根据权利要求1-3任一项所述的低损耗大有效面积单模光纤，其特征在于，所述内包层为掺锗和氟的二氧化硅玻璃层，其中Ge的掺杂贡献量ΔnGe为0.01％-0.05％。5.根据权利要求1-4任一项所述的低...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈小平，杨志杰，曹锦松，丁润琪，沈佳，满小忠，朱坤，
申请(专利权)人：通鼎互联信息股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32