一种高带宽弯曲不敏感多模光纤制造技术

本发明专利技术涉及一种高带宽弯曲不敏感多模光纤，包括芯层和围绕芯层的包层，所述的芯层折射率剖面呈抛物线形，其特征在于所述的包层由内到外依次为内包层、下陷包层、第一外包层和第二外包层，内包层半径为R2，单边径向宽度(R2‑R1)为1～3μm，相对折射率差Δ2为‑0.2％～0.05％；下陷包层半径为R3，单边径向宽度(R3‑R2)为4～8μm，相对折射率差Δ3为‑0.8％～‑0.2％；第一外包层半径为R4，R4小于或等于58μm，相对折射率差Δ4为0.01～0.2％；第二外包层半径R5为60～65μm，相对折射率差Δ5为‑0.1～0.1％。本发明专利技术光纤材料组成和结构设计合理，能改善和减小光纤内应力分布，减小光纤剖面的畸变，增强光纤的抗弯曲性能和带宽。

【技术实现步骤摘要】
一种高带宽弯曲不敏感多模光纤
本专利技术涉及一种高带宽弯曲不敏感多模光纤，属于光通信

技术介绍
多模光纤以其低廉的系统成本优势，成为短距离高速率传输网络的优质解决方案，已广泛应用于数据中心、办公中心、高性能计算中心和存储区域网等领域。多模光纤的应用场景往往是狭窄的机柜、配线箱等集成系统，光纤需要经受很小的弯曲半径。常规多模光纤进行小角度弯曲时，靠近纤芯边缘传输的高阶模很容易泄漏出去，从而造成信号损失。因此，这对多模光纤提出了更多苛刻的要求，其中光纤的带宽和抗弯曲特性是最重要的两项参数。相对于常规的多模光纤，高带宽弯曲不敏感光纤不仅具有高带宽的特性，更有优异的抗弯曲性能，因为能在数据中心以及中心机房等特殊布置条件发挥出自身的优势。而在弯曲不敏感多模光纤的剖面设计和工艺设计中，主要的难点是如何通过相关设计保证光纤的宏弯性能，DMD(DifferentialModeDelay,差分模式时延)性能以及带宽性能，同时达到相关标准的要求，并取得最优值。为了获得具有良好稳定性的高带宽多模光纤，光纤折射率剖面，尤其是芯层折射率剖面必须与预期形状精确匹配。通常在光纤预制棒的芯层设计掺入一定浓度的锗、氟、氯、磷等一种或几种来实现所期望的光纤芯层的折射率分布。但光纤预制棒在经过高温熔融，再拉制冷却成光纤后，光纤内部残余应力会导致剖面的折射率分布发生畸变。因而在光纤生产过程中设法减少残余应力对折射率分布的影响很重要。在玻璃网络结构中，掺杂剂如锗、氟、氯、磷等离子以网络形成体、中间体或修饰体的形式存在，破坏了原有网络结构的整体性，在高温下能降低玻璃的粘度。掺杂离子浓度直接影响光纤的高温粘度。多模光纤芯层中心掺杂剂的量大于芯层边缘的掺杂量，导致光纤材料组分的高温粘度失配，加剧了光纤芯层残余应力的形成。通过相关实验研究，对于弯曲不敏感多模光纤，不仅芯层和内包层的粘度设计影响光纤DMD和带宽，光纤剖面整体的粘度设计都会影响光纤DMD和带宽。文献CN104360435中描述了一种弯曲不敏感多模光纤，其使用了粘度匹配的双内包层结构，从粘度设计上减少拉丝张力对光纤芯层部分的影响，降低光纤的弯曲敏感性，但未说明包层材料的粘度对光纤性能的影响。为了获得抗弯曲性能更好的多模光纤，主要的方法是优化弯曲不敏感多模光纤的下陷包层的结构，即光纤下陷包层的深度和宽度以及下陷包层距离芯层的距离。理论上更大的下陷包层宽度和深度都能增加光纤的抗弯曲性能，但是其同样也会使多模光纤的高阶模难以泄露到外包层中去，影响光纤的DMD和带宽性能。
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；套管：符合一定几何和掺杂要求的石英玻璃管；RIT工艺：将芯棒插入套管中组成光纤预制棒；相对折射率差即Δi：其中，ni为距离纤芯中心i位置的折射率；n0为为纯二氧化硅折射率；渐变型多模光纤的芯层折射率剖面满足如下幂指数函数分布：其中，n1为光纤轴心的折射率；r为距离光纤轴心的距离；a为光纤芯半径；α为分布指数；Δ为纤芯中心相对纯二氧化硅的折射率差。DMD:DifferentialModeDelay，差分模式时延。本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足提供一种高带宽弯曲不敏感多模光纤，该光纤材料组成和结构设计合理，能改善和减小光纤内应力分布，减小光纤剖面的畸变，增强光纤的抗弯曲性能和带宽。本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括芯层和围绕芯层的包层，所述的芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为1.9～2.2，芯层的半径R1为23～27μm，最大相对折射率差Δ1为0.9％～1.2％，其特征在于所述的包层由内到外依次为内包层、下陷包层、第一外包层和第二外包层，所述的内包层的半径为R2，单边径向宽度(R2-R1)为1～3μm，相对折射率差Δ2为-0.2％～0.05％；所述的下陷包层的半径为R3，单边径向宽度(R3-R2)为4～8μm，相对折射率差Δ3为-0.8％～-0.2％；所述的第一外包层半径为R4，R4小于或等于58μm，相对折射率差Δ4为0.01～0.2％；第二外包层半径R5为60～65μm，相对折射率差Δ5为-0.1～0.1％。按上述方案，所述的第二外包层为掺有铝、钙、镁、钛、锆、铁、钴、镍、锰、铜、锂、钠、钾、硼等掺杂剂中的一种或几种的二氧化硅玻璃层，其中铝的含量1～40ppm，金属元素总含量≤60ppm。按上述方案，所述的第一外包层为纯二氧化硅玻璃层。按上述方案，所述的第二外包层的材料粘度较第一外包层大。按上述方案，所述光纤的数值孔径为0.185～0.215。按上述方案，所述光纤在850nm波长具有3500MHz-km或3500MHz-km以上有效模式带宽(EMB)，在1300nm波长具有500MHz-km或500MHz-km以上有效模式带宽(EMB)。按上述方案，所述光纤在850nm波长具有4700MHz-km或4700MHz-km以上的有效模式带宽(EMB)，在1300nm波长具有500MHz-km或500MHz-km以上有效模式带宽(EMB)。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。本专利技术光纤制造方法的技术方案为：用纯石英玻璃管作为沉积衬管，使用管内沉积法进行掺杂沉积，根据光纤波导结构的掺杂要求，通过改变混合气体中掺杂气体的流量，在沉积衬管内壁依次沉积下陷包层、内包层和芯层；沉积完成后，用电加热炉将沉积后的衬管熔缩成实心芯棒，所述的实心芯棒包括有芯层、紧密包绕芯层的内包层、紧密包绕内包层的下陷包层和紧密包绕下陷包层的第一外包层；以掺杂石英玻璃管为套管采用RIT工艺制得预制棒，或采用OVD或VAD或APVD外包沉积工艺沉积第二外包层制得预制棒；将预制棒置于光纤拉丝塔上拉制成光纤，在光纤表面涂覆固化的聚丙稀酸树脂层即成。本专利技术的有益效果在于：1、通过合理的结构和材料粘度设计与匹配，对光纤外包层部分设计中，采取两种不同粘度材料进行组合的方式，第一外包层粘度小于第二外包层，第二外包层将在拉丝时承载较大比例的拉丝张力，减少了拉丝张力对剖面结构的影响，使得在纤芯外侧、内包层和下陷层部分的应力降低，应力变化平缓，剖面畸变减少，从而增大带宽；2、应力使得第一外包层相对折射率差大于第二外包层，等效于加深下陷包层的深度，可以有效增强其抗弯性能，但仍能保证多模光纤的高阶模泄露到外包层中去，在提高抗弯性能的同时避免影响DMD和带宽性能；3、第二外包层粘度大，拉应力增大，具有更好的光纤强度；此外，通过在外包层掺杂可以适当调整外包层的材料粘度，使粘度匹配更趋合理；4、本专利技术生产控制简单方便，工效高，适于规模化生产。附图说明图1是本专利技术的实施例一中的一个光纤折射率剖面示意图。图2是本专利技术一个实施例和对比例的应力剖面示意图。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。本专利技术包括芯层和围绕芯层的包层，所述的芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数为α，芯层的半径为R1，芯层中心位最大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高带宽弯曲不敏感多模光纤，包括芯层和围绕芯层的包层，所述的芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为1.9～2.2，芯层的半径R1为23～27μm，最大相对折射率差Δ1为0.9％～1.2％，其特征在于所述的包层由内到外依次为内包层、下陷包层、第一外包层和第二外包层，所述的内包层的半径为R2，单边径向宽度(R2‑R1)为1～3μm，相对折射率差Δ2为‑0.2％～0.05％；所述的下陷包层的半径为R3，单边径向宽度(R3‑R2)为4～8μm，相对折射率差Δ3为‑0.8％～‑0.2％；所述的第一外包层半径为R4，R4小于或等于58μm，相对折射率差Δ4为0.01～0.2％；第二外包层半径R5为60～65μm，相对折射率差Δ5为‑0.1～0.1％。

【技术特征摘要】
1.一种高带宽弯曲不敏感多模光纤，包括芯层和围绕芯层的包层，所述的芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为1.9～2.2，芯层的半径R1为23～27μm，最大相对折射率差Δ1为0.9％～1.2％，其特征在于所述的包层由内到外依次为内包层、下陷包层、第一外包层和第二外包层，所述的内包层的半径为R2，单边径向宽度(R2-R1)为1～3μm，相对折射率差Δ2为-0.2％～0.05％；所述的下陷包层的半径为R3，单边径向宽度(R3-R2)为4～8μm，相对折射率差Δ3为-0.8％～-0.2％；所述的第一外包层半径为R4，R4小于或等于58μm，相对折射率差Δ4为0.01～0.2％；第二外包层半径R5为60～65μm，相对折射率差Δ5为-0.1～0.1％。2.按权利要求1所述的高带宽弯曲不敏感多模光纤，其特征在于所述的第二外包层为掺有铝、钙、镁、钛、锆、铁、钴、镍、锰、铜、锂、钠、钾、硼等掺杂剂中的一种或几种的二氧化硅玻璃层，其中铝的含量1～40ppm，金属元素总含量≤60ppm。3.按权利要求1所述的高带宽弯曲不敏感多模光纤，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖武丰，王润涵，黄荣，王海鹰，汪洪海，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