制造具有降低的偏振模式色散的光纤远程通信光缆的方法技术

一根用于通信的光缆（１）包括一个光芯（２）以及多个围绕所述光芯（２）的保护和加强部分或层（７，１１和１３），该光芯（２）反过来包括一个中心加强部分（４），一个聚合物层（５），多根包含于聚合物层（５）中的光纤（３），以及覆盖聚合物层（５）的一个薄护套（６），该光纤具有关于它们自己的轴的交替自旋，该自旋具有至少４转每米的最大值，该光纤还包括一个具有平均椭圆度在０．２５到０．５５范围内的芯区（１２），这使得由于成缆所导致的双折射效应大大降低。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有降低的偏振模式色散的光纤通信光缆，以及制造的方法。本专利技术还涉及适用于光纤远程通信光缆的光纤，以及对应的制造方法。
技术介绍
从“光纤通信系统(Fiber-Optic Communication System)”，Govind Agrawal，John Wiley and Sons，Inc.，第二版，中已经知道，具有完全对称芯区以及均匀直径的单模光纤允许传输两个简并的正交模式(一般称为TE和TM)，这两个模式具有相同的模式折射率(或有效折射率)n，它定义为n＝β/k0，其中β为传播常数，k0是自由空间的波数。芯区的圆柱对称性可以通过光芯形状的变化来干扰，这可以是由于诸如光纤牵引工艺的过程而获得。光纤的牵引工艺通常通过一个称为“牵引塔”的这样一个适当的设备从一个适当准备的玻璃预制棒中实现。在实际中，预制棒被置于炉子中的一个竖直的位置，其中预制棒的下端被加热至软化点以上。从预制棒中流出的材料以一个受控的速率被向下牵引，这制造出了形成光纤的丝状部分。在该工艺中，光纤芯区形状的变化可以是由于诸如预制棒中结构和几何缺陷的原因，或是由于工艺中操作条件的所不希望的变化。由于光纤芯区的前述变形，在芯区的截面上两个正交轴x和y的光学性质就变得不同，从而光纤就获得了双折射。如果nx和ny是沿两个迪卡尔坐标x和y偏振的模式的模式折射率，那么双折射就由B＝|nx-ny|给出。当一个光信号在双折射的光纤中经过时，一个称为“偏振模式色散”(PMD)的现象就会发生，这将会导致两个具有正交偏振的模式以不同的相速和群速传播。对于脉冲信号的情况，PMD一般会导致脉冲的展宽。这是因为，如果入射的脉冲激励起两个偏振分量，这两个偏振分量会由于它们不同的群速而沿光纤发生色散，从而离开光纤的脉冲就会变宽。PMD现象通常会限制信号传输的带宽，并且也就会使光纤的性能恶化。所以该现象在光纤通信系统中是不希望出现的，尤其是长距离系统，在长距离系统中需要将信号所有的损耗和色散减小以提供传输和接收的高性能。典型地，PMD现象关于光纤的长度呈线性变化。然而，光纤纵向的缺陷和不规则会导致两个偏振模式之间的功率交换，从而产生“模式耦合”现象。由于该现象，两个偏振模式之间的延时沿光纤轴发生缓慢变化，特别地，该变化与传输距离的平方根成正比。还可以通过适当的方法故意引入模式耦合，例如通过在牵引中将光纤“自旋”的方法，这包括了给光纤加上关于它的轴的预设自旋，这就像AT&T贝尔实验室的美国5,298,047中所描述的。自旋方法可以将单模光纤的PMD降到低于0.1ps/km1/2。这个量级大小的值对于那些构建通信系统的情况通常是需要的。然而，可接受的PMD值会随着其它系统参数而发生变化，所述系统参数尤其指传输速率和链路的长度。该自旋方法还可以被应用于制造用于光放大器的掺杂光纤的制造工艺，这就像Corning的美国5,704,960中所描述的，这是为了降低这种光纤中存在的称为“偏振烧孔”(PHB)和“依赖偏振的增益”(PDG)的两种现象。还是根据美国5,704,960，为了清楚地定义光纤所需要的自旋以及反向长度(换句话说，就是在一个交替自旋中存在的两个自旋方向反向之间的距离)，该光纤通过椭圆度或应力被制造成具有有限的双折射。这个有限的双折射必须能够相对于制造过程中引入的无意双折射起主导作用。申请者发现，尽管美国5,704,960没有指出所加的有限双折射的定量值，仍然需要光纤中的高椭圆度，以获得一个能够相对于无意双折射起主导作用的双折射(所以和无意双折射比起来就相当大)。特别地，申请者认为所需的双折射会增加制造光纤以及装配通信系统的工艺复杂度以及成本。这是因为，在制造过程中，如果光纤需要被做成具有高的椭圆度，那么对光纤光学特性的控制就不可避免的变得不精确。这是由于这样的事实，在光纤的制造过程中，也必须考虑到光纤的高椭圆度以及它对于其它工艺参数的影响，所述制造过程是一个复杂的过程，这是因为它有很多的自由度。此外，在通信系统的装配过程中，如果光纤的椭圆度很高，光纤的正确连接将变得很困难，而且需要复杂且昂贵的设备。通常，在牵引工艺后，用于信号传输的光纤会被制成光缆。典型地，该成缆工艺包括通过积压工艺制造一个包含光纤的聚合物材料体，接下来是加上外保护以及加强层和部分。在称为“紧的”光缆中，光纤被直接地与中心支持部分一起包含在聚合物材料体中。在称为“松的”光缆中，多个管状聚合物材料体被安排在中心部分周围，并且每个包含多根光纤，所述管状聚合物材料体被置于也是聚合物材料制成的外管状体内。前述的成缆操作尤其对“紧的”光缆包括，给光纤加上非均匀的力，然后产生由光纤侧向压力或弹性自旋带来的双折射。更具体一些，申请者已经发现，在成缆工艺的不同步骤中，径向应力被引入了光纤中，这在光缆的整个长度上延伸，并且尤其在“紧的”光缆中，能够导致光纤的侧向变形。例如，在挤压工艺的最后，拉力会被“冻结”在聚合物材料体中，这产生了连续径向应力的状态。类似的效应还会由挤压工艺后冷却中挤压材料的收缩(“shrinkage”)而造成。其它应力贡献可以产生于后续工艺步骤中产生的径向应力，就如同给包含光纤的聚合物材料体加压的步骤或在聚合物材料体周围加上聚乙烯护套的标准工艺。尽管这些应力状态通常在角向是均匀分布的，但是既然光纤不是沿着光缆的轴，就存在光纤的一个非均匀变形(也就有双折射的增大)。此外，由于外加强和保护涂层的椭圆化也会增大双折射。在该情况下，应力是轴向作用的，但沿角向不是均匀分布，这是由于它们主要作用于集中了变形的光缆的侧向部分。这些应力可以以连续或周期的方式作用在光纤上，这依赖于光纤是彼此平行的还是缠绕于中心部分的(按一个圆柱螺旋)。在后一种情况中，应力的影响能够依赖于光纤绕转的周期。所以，由于成缆工艺而造成的光纤芯区所具有的变形就会影响光纤的PMD特性。申请者已经发现，尽管在牵引的过程中加入自旋的方法对于降低牵引过程中引入的内在缺陷而造成的PMD是有效的，它对降低由于成缆所导致的PMD就不太有效。这是由于，既然成缆所导致的双折射贡献不是随机的，所以它们决定性的，所以成缆的光纤的PMD通常很难被预测。为了克服该缺点，特别注意到了现有技术关于光缆设计以及构建，它们是为了尽可能实现光纤中的小的应力。Corning Incorporated的美国5,867,616提出了一个用于控制PMD的方法，该法与牵引工艺后的工艺是完全无关的，所述牵引工艺后的工艺例如“缓冲”(换句话说，就是加上第二保护涂层，这可以是“松的”或“紧的”)和成缆工艺。该专利提出通过芯区椭圆度周期性的变化，通过芯区和包层的同心度的周期性的变化，或通过光纤中剩余应力周期性的变化，可以产生光纤中偏振模式的耦合。这些变化的产生中，它们的对称平面在实质上长度相同的相邻光纤段上彼此正交。所以得到的净双折射就为零。申请者发现，在美国5,867,616中，故意引入的双折射需要具有足够的范围以使得它能够自己减小由于成缆和“缓冲”工艺所带来的双折射效应。申请者已经计算出，由于成缆工艺所导致的双折射的折射率变化一般小于3×10-7，所以就注意到故意引入的折射率变化比由于光缆制造工艺所带来的双折射折射率变化大得多，所述故意引入的折本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于远程通信的光缆（１）包括一个包含多根光纤（３）的光芯（２），其特征在于，至少一个所述的光纤具有最大值至少为４转每米的关于它自己的轴的自旋并包括一个芯区（１２），该芯区具有一个范围从大约０．２５到大约０．５５的平均椭圆度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗哥科基尼，安德烈马佐蒂，阿方索卡瓦拉罗，费朗切斯科迪诺拉，
申请(专利权)人：普雷斯曼电缆及系统能源有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]