一种具有较低差分模群时延的少模光纤制造技术

本发明专利技术涉及一种具有较低差分模群时延的少模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于所述芯层的相对折射率差Δ1为0.24％～0.36％，R1为9～12μm，包覆在芯层外的包层由内至外依次包括内包层、下陷包层和外包层，所述的内包层相对折射率差Δ2为-0.02～0.02％，R2为13.6～18μm；所述的下陷包层分为两层，第一下陷包层R3为16～30μm，R3-R2≥2μm，其相对折射率差以α型折射率分布从R2处的Δ2逐渐变小至R3处的Δ3，Δ3为-0.8～-0.4％，第二下陷包层相对折射率差为Δ3，半径R4为18.6～30μm，且R4≥R3，0.5≤(R3-R2)/(R4-R2)≤1，所述的外包层为纯石英玻璃层。本发明专利技术具有更小的DGD和较大的MFD，同时还保留了较好的抗弯曲性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于光纤通信系统的少模光纤，该光纤在1550nm通讯波段支持 的四个模式，具有较低的差分模群时延（DGD)和较大的模场直径（MFD)，属于光纤通信技术 领域。
技术介绍
单模光纤由于其传输速率快，携带信息容量大，传输距离远等优点，被广泛地应用 于光纤通信网络之中。而近年来，随着通信及大数据业务对容量的需求与日倶增，网络带 宽快速扩张，光传输网络的容量正逐步接近单根光纤的香农极限：l〇〇Tb/s。空分复用和模 分复用技术可以打破传统的香农极限，实现更高带宽的传输，是解决传输容量问题的最好 方法。支持此复用技术的光纤即多芯光纤和少模光纤。实验表明，使用少模光纤结合MM0 技术能够在一个以上的空间传播模式下传输信号。并且MM0技术能够补偿模式间的相互 耦合，在接收端将各个空间模式分离开来。美国专利US8948559、US8837892以及中国专利 CN104067152等提出了带下陷层（trench)结构的阶跃型剖面少模光纤，该下陷层为规则的 长方形或方形。具有阶跃型剖面的少模光纤制造工艺简单，可以沿用现有的普通单模光纤 制备技术，因而易于实现大批量生产；下陷层的存在使得光纤有较好的弯曲不敏感性能，保 证光纤的衰减在实际应用坏境中的弯曲状态下不会有较大的变化，下陷层也能够更好地束 缚高阶模，使其具有较好的衰减系数。因此，带下陷层（trench)的阶跃型剖面是目前普遍 采用的剖面结构。但其通常具有较大的D⑶，甚至高达几千ps/km【S.Matsuo,Y.Sasaki,I. Ishida,K.Takenaga,etal.,"RecentProgressonMulti-CoreFiberandFew-Mode Fiber" 0FC2013, 0M3I. 3 (2013)】。 另一方面，随着光放大技术的进一步发展，光纤通信系统正向着更高传输功率和 更长传输距离的方向发展，而高传输功率会增加传输系统中的非线性效应，影响系统传输 质量。因此，光纤的相关性能也必须有进一步的提升，以满足光纤通信系统实际发展的需 要。光纤的模场直径越大，有效面积就越大，则其非线性效应就越弱。大有效面积可以有 效地抑制自相位调制、四波混频、交叉相位调制等非线性效应，保证高功率光信号的传输质 量。 在光纤剖面设计的过程中一般可以采用以下几种方法来增加有效面积或模场直 径，比如增大纤芯直径或降低芯层折射率差。但是这两种方法在增加有效面积的同时，也会 对光纤的其它光学性能参数产生较大的影响，比如增大纤芯会使色散变大，且有可能产生 了其它高阶模式，使其不满足使用要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种具有较 低的差分模群时延的少模光纤，其具有更小的DGD(差分模群时延）和较大的MFD(模场直 径），同时还保留了较好的抗弯曲性能。 为方便介绍
技术实现思路
，定义如下术语： 预制棒：是由芯层和包层组成的径向折射率分布符合光纤设计要求可直接拉制成 所设计光纤的玻璃棒或组合体； 芯棒：含有芯层和部分包层的实心玻璃预制件； 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； 相对折射率差 叫和n。分别为各对应光纤各部分的折射率和纯二氧化硅玻璃的折射率； a型折射率分布：折射率从某轴线处的最高值IV沿径向随半径r的增大而减小至 某分界面处的最低值ny。可用以下公式表示：n(r) =nx ? 1/2(0 <r<a)，其中a为半径，a为折 射率分布参数，它决定了折射率分布曲线的形状。当a= 2时为抛物线折射率分布，a= 1时为三角折射率分布。 0VD工艺：用外部气相沉积和烧结工艺制备所需厚度的石英玻璃； VAD工艺：用轴向气相沉积和烧结工艺制备所需厚度的石英玻璃； APVD外包工艺：用高频等离子体焰将天然或合成石英粉熔制于芯棒表面制备所 需厚度的Si02玻璃； 裸光纤：指光纤中不含涂覆层的玻璃丝。 普通trench:规则矩形（长方形或方形）的下陷包层（trench)。 剖面相同trench不同的光纤：指除下陷包层（trench)的结构不同外，其它剖面结 构（纤芯、内包层、外包层）均相同的光纤。 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，其特征在于所述芯层的相对折射率差A1为0.24 %~ 0. 36 %，半径R1为9ym~12ym，包覆在芯层外的包层由内至外依次包括内包层、下陷包 层和外包层，所述的内包层折射率为n2，相对折射率差A2为-0. 02 %~0. 02%，半径R2 为13. 6ym~18ym;所述的下陷包层分为两层，第一下陷包层紧密围绕内包层，其半径 R3为16~30ym，R3-R2多2ym，其折射率以a型折射率分布从R2处的n2逐渐变小至 R3处的n3，相对折射率差以a型折射率分布从R2处的A2逐渐变小至R3处的A3,A3 为-0.8%~-0.4%，第二下陷包层紧密围绕第一下陷包层，其折射率为n3，相对折射率差为 厶3，半径1?4为18.6 11111~3〇11111，且1?4彡1?3,0.5彡〇?3-1?2)八1?4-1?2)彡1，所述的外包层 为纯石英玻璃层。 按上述方案，所述的第一下陷包层的折射率分布用下式来表示：n(r) =n2 ? {1-2Aa}1/2,其中n2为内包层的折射率，A=，一彳:' 2?m' 0. 5 ^a^ 2. 5〇 对于任意一个含普通下陷层trench的阶跃型剖面：芯层的相对折射率差为A1， 半径为R1 ;内包层的折射率为n2，相对折射率差为A2,半径为R2 ;下陷层trench的折射 率为n3，相对折射率差为A3,半径为R4 ;外包层的相对折射率差为A4,本专利技术有特殊下陷 层trench的少模光纤即是在含普通trench的少模光纤折射率剖面的基础上确定R3的值， R3-R2多2ym，R3 <R4,使其折射率（相对折射率差）以a型折射率分布从R2处的n2 (A2) 逐渐变小至R3处的n3(A3)。R3和R4越接近，a值越大，对减小D⑶和增大MFD越有利， 但trench体积会减小，宏弯损耗会增大。因此在选择R3和a时，要综合考虑DGD、MFD和 宏弯性能。本专利技术中选取0.5彡（R3-R2V(R4-R2)彡1，R3-R2彡2ym，0.5彡a彡2.5。 若含普通trench的阶跃型剖面的下陷层体积为I，本专利技术含特殊trench的阶跃型剖面的 下陷层体积为V2，那么V2< 5/6V1<3 按上述方案，所述光纤在1550nm波长处支持四个稳定的传输模式，分别为LP01、 LP11、LP21和LP02。 按上述方案，所述光纤的高阶模式在1550nm波长处的有效面积大于剖面相同含 普通trench(规则矩形下陷包层）的少模光纤；其中LP11模式在1550nm波长处的有效面 积大于或等于140ym2;LP21模式在1550nm波长处的有效面积大于或等于155ym2;LP02模 式在1550nm波长处的有效面积大于或等于195ym2。 按上述方案，所述光纤在1550nm波长处的max|D⑶|小于等于5. 5ps/m。所述光纤 在1550nm波长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有较低差分模群时延的少模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于所述芯层的相对折射率差Δ1为0.24％～0.36％，半径R1为9μm～12μm，包覆在芯层外的包层由内至外依次包括内包层、下陷包层和外包层，所述的内包层折射率为n2，相对折射率差Δ2为‑0.02％～0.02％，半径R2为13.6μm～18μm；所述的下陷包层分为两层，第一下陷包层紧密围绕内包层，其半径R3为16～30μm，R3‑R2≥2μm，其折射率以α型折射率分布从R2处的n2逐渐变小至R3处的n3，相对折射率差以α型折射率分布从R2处的Δ2逐渐变小至R3处的Δ3，Δ3为‑0.8％～‑0.4％，第二下陷包层紧密围绕第一下陷包层，其折射率为n3，相对折射率差为Δ3，半径R4为18.6μm～30μm，且R4≥R3，0.5≤(R3‑R2)/(R4‑R2)≤1，所述的外包层为纯石英玻璃层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张睿，张磊，周红燕，龙胜亚，张立岩，李婧，王瑞春，
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