具有功率限制凹陷的光纤制造技术

本发明专利技术针对一种单模光波导纤维分布曲线（１８、２０、２２、２４），该分布曲线提供相对大的有效面积，同时限制了宏弯曲损耗。有效面积大是由于波导纤维的纤芯使传播的光功率偏离波导中心。利用波导中央纤芯区周围的功率限制凹陷（２４），将利用销钉或２０毫米心轴试验测得的宏弯曲损耗保持得很低。此外，还实现了低衰减并控制了截止波长，从而提供波长范围为１２５０～１７００纳米的电信工作窗口。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请要求1999年7月27日提交的美国临时专利申请号60/145,759和1999年11月16日提交的美国临时申请号60/165,833的优先权。
技术介绍
1.专利
本专利技术一般涉及抗弯曲性提高的光波导纤维，尤其涉及有效面积大、在1550纳米工作窗口内具有负总色散而且抗宏弯曲性与抗微弯曲性提高的波导纤维。2.技术背景具有较大有效面积的波导可以减少非线性的光学作用，包括自相位调制、四波混频、交叉相位调制和非线性散射过程等，这些作用都会使高功率系统中的信号减小。一般地说，对这些非线性作用的数学描述包括比值P/Aeff，其中P是光功率。非线性光学作用通常遵循含有项的方程，其中Leff是有效长度。因此，Aeff的增大会降低减小光信号的非线性作用。电信产业中，需要在无再生器情况下，远距离传输较大的信息量，这导致了对单模光纤折射率分布设计的重新评价。重新评价的关键是提供这样的光波导，它们能减少诸如上述的非线性作用；并为在1550纳米周围的波长范围(即，1250nm-1700nm)内工作时有较低的衰减而进行优化。此外，波导应与光放大器兼容；并且保持现已部署的光波导中诸如高强度、耐疲劳和抗弯曲等所需特性。已经发现至少具有两个不同折射率分层的波导纤维具有足够的柔软性，可以满足和超过对高性能波导纤维系统的标准。授予Bhagavatula的美国专利第4,715,679号详细揭示了分层纤芯设计的类型。增大波导有效面积的方法通常是将折射率分布曲线设计成使光纤内的光功率分布从波导纤维中心线向外偏移，从而减小功率密度。然而，在将功率分布向外朝纤芯边缘移动时，由于光纤弯曲，波导更容易损耗功率。在光缆架设与安装过程中，已发现会出现弯曲损耗。在有些波导纤维应用中，至少一部分波导被安装成线圈状，例如装在接线盒里。因此，要求光波导纤维能通过增大有效面积Aeff而减少折射率的非线性项，同时保持期望的抗宏弯曲性与抗微弯曲性。定义以下定义符合本领域常用定义。-折射率分布曲线是折射率与波导纤维半径之间的关系。-分层纤芯至少具有第一和第二波导纤芯部分或分层。每一部分或分层沿一特定的径向长度定位，基本上相对于波导纤维中心线对称，且具有相关的折射率分布曲线。-纤芯分层的半径用各分层的起点和终点处的相应折射率来定义。本文使用的半径定义参照附图说明图1进行说明。在图1中，中央折射率分层10的半径是长度2，它是从波导中心线延伸到分布曲线变成分层12之α分布曲线的点，该点是折射率与半径曲线开始遵循下面对α分布曲线建立的公式的点。分层12的外半径4从中心线延伸到α分布曲线的外推下降部分与分布曲线分层14的外推延伸相交的径向点。这一定义适用于诸如α分布曲线或阶跃折射率分布曲线等其它中央分层。另外，该定义还适用于那些第二分层的形状不同于α分布形状的情况。在应用其它中央分层形状时，用一单独的图来表示半径。分层14的半径6是从中心线延伸到其Δ％为分层16之半Δ％最大值的半径点。其它分层半径的定义类似于分层14的定义，一直到最后的纤芯分层。分层16(即，图1所示纤芯的最后一分层)的中点半径8是从中心线测量至该分层宽度的中点。某一分层(如分层16)的宽度在分层16两端Δ％半值之间延伸。光纤的包层在图1中示为17。这里所述的定义符合计算机模拟，这种模拟可以在给定一折射率分布曲线的情况下预测功能波导性能。模拟还可反过来提供一族具有预选功能特性组的折射率分布曲线。-有效面积为Aeff＝2π(∫E2r dr)2/(∫E4r dr)，其中积分限为0至∞，并且E是与波导中传播的光有关的电场。有效直径Deff可定义为Aeff＝π(Deff/2)2。-相对折射率百分比为Δ％＝100×，其中除非特别指明，ni为区域i的最大折射率，并且除非特别指明，nc为包层区域的平均折射率。-术语α分布曲线是指遵循下述等式的折射率分布曲线，该式用Δ(b)％表示，其中b是半径Δ(b)％＝Δ(b0)(1-α)，其中b0是Δ(b)％为最大值的点，b1是Δ(b)％为零的点，b在bi≤b≤bf的范围内，Δ如上定义，bi是α分布曲线的起点，bf是α分布曲线的终点，α是实数的指数。选择α分布曲线的起点和终点，并将其输入计算机模拟中。如这里所使用的，如果在α分布曲线之前是阶跃型折射率分布曲线或任何其它分布形状，那么α分布曲线的起点是α分布曲线与阶跃型或其它分布曲线的交点。在模拟中，为了使α分布曲线与相邻分布分层的分布曲线光滑连接，可以将等式重写成Δ(b)％＝Δ(ba)+{(1-α)}，其中ba是相邻分层的第一点。-销钉阵列弯曲测试用于比较波导纤维的相对抗弯曲性。为了进行该测试，对基本上不发生感生弯曲损耗的波导纤维测量其衰减损耗。然后把波导纤维绕销钉阵列弯曲，再次测量衰减。弯曲带来的损耗是两次衰减测量结果的差。销钉阵列是一组按单行排列并在一平面上保持固定垂直位置的十个圆柱销钉。销钉的中心至中心间距为5毫米。销钉直径为0.67毫米。使波导纤维穿过相邻销钉的两侧。在测试期间，对波导纤维施加足以使波导与销钉周边一部分贴合的张力。-其它弯曲测试包括将一根光纤围绕一根或多根具有预选半径的心轴。在本场合中，所用的宏弯曲测试是波导围绕20mm直径心轴一周所引起的损耗。-这里所述的另一种弯曲测试是横向负载测试。在该微弯曲测试中，将一根规定长度的波导纤维放在两个平板之间。将一个#70铁丝网固定于其中一个平板。(销售代码为#70的网是用0.178毫米直径的金属丝做的筛网，筛孔为方形，边长为0.185毫米)。把已知长度的波导纤维夹在平板之间。用30牛顿的力压板，测量参考衰减。然后对板加70牛顿的力，并测量衰减的增量，其单位为dB/m。此衰减增量是波导的横向负载衰减。
技术实现思路
本专利技术的一个方面是一种具有分层纤芯和包绕包层的单模光波导纤维，分层纤芯包括的纤芯中央区具有被功率限制凹陷(PLD)包绕的至少两分层。该功率限制凹陷是最后的纤芯分层，所以同包层接触。PLD的相对折射率小于形成PLD内边界的纤芯部分的折射率，且小于形成PLD外界的包层部分的折射率。纤芯与包层曲线，特别是限定PLD曲线的诸参数，在波长为1550±10纳米时，较佳地选择成可提供的功率比值不大于1×10-4，更佳的是地不大于5×10-5。再佳地不大于5×10-6，功率比值是在波导中离波导中心线25微米的径向位置传播的光功率除以在波导离中心线10微米的径向位置传播的光功率。工作波长范围较佳为1250～1700纳米，更佳的是为1520～1650纳米。PLD的内侧半径较佳为大于约12微米。从波导纤维中心线到PLD宽度中点的半径范围较佳为12.5～22微米。PLD宽度范围为0.75～13微米，较佳为3～10微米。PLD宽度和相对折射率各自的范围较佳为0.75～13微米和-0.05％～0.80％。应该理解，对纤芯与包含形成PLD边界的部分掺以提高折射率的物质，可以使PLD实现负的相对折射率。根据选用的基准折射率，可将PLD的相对折射率做成正值，不过这只是一种数字上的习惯，并不影响折射率分布曲线形状或功能。更佳的是的PLD参数是宽度范围为3～10微米，相对折射率为-0.2％～-0.8％。实际上，PLD相对折射率的负下限通常取决于是否有可能，而不是更优先。PLD还可用该PLD与折射率分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单模光波导纤维，其特征在于，包括： 纤芯区，周围包裹与接触一包层，纤芯区与包层具有各自的折射率分布曲线，并被构成将光引导通过波导纤维； 纤芯区包括一中央区和一功能限定凹陷，中央区至少包含两个分层，而功能限定凹陷包裹着所述中央区，并具有内、外半径； 被引导通过波导纤维的光在１５５０纳米处具有功率分布，其特征在于，波导２５微米半径点的功率与１０微米半径点的功率之比小于约１×１０↑［－４］。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：BE米切尔，DK史密斯，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]