降低弯曲敏感性和灾难性弯曲损耗的单模光学纤维及其制造方法技术

一种对于弯曲损耗比较不敏感和缓解灾难性弯曲损耗问题的光学纤维，包括构造成支持和导引光以基本横向模式的传播的芯部区域和包层区域。包层区域包括：（ｉ）外部包层区域；（ｉｉ）环形基座（或环）区域；（ｉｉｉ）环形内部沟槽区域；及（ｉｖ）环形外部沟槽区域。基座区域和外部包层区域中的每个具有比较接近外部包层区域的折射率的折射率。为了抑制ＨＯＭ，基座区域被构造成谐振地将芯部区域的至少一种（不需要的）横向模式（基本模式除外）耦合到基座区域的至少一种横向模式上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及单模光学纤维，并且更具体地说，涉及降低在这样的纤维中的弯曲敏 感性和灾难性弯曲损耗。
技术介绍
与例如在陆上线路、海底和地铁系统中使用的标准单模光学纤维不同，接入纤 维-它典型地布置得离用户较近，包括入户纤维(fiber-to the house) (FTTH)、跨接光缆、 及FTTx纤维(例如，纤维到路边(fiber-to the curb)、室内布线)。接入纤维必须不仅以 低损耗、可靠方式与标准单模光学纤维(SMF)接口，而且也必须对于弯曲的影响比较不敏 感，该标准单模光学纤维将光信号传输到被接入的位置(例如，家中、公司、或其它设施)， 这些弯曲影响在多种接入纤维应用中是固有的。因而，在接入纤维应用中，高度希望的是，具有将低弯曲损耗和与现有基础结构和 标准的良好兼容性相结合的纤维。然而，不牺牲对于兼容性重要的性能，特别是模式尺寸、 接合或连接器损耗、截断、及高阶模式抑制，在实现低弯曲损耗时有固有的困难。环形辅助 (ring-asisted)或谐振辅助(resonance-asisted)纤维(RAF)设计缓解这些困难，但多种 以前RAF设计受到构造和弯曲范围约束。构造约束导致较高成本和较小预型件尺寸。具体 地说，RAF的内部区域(即，不包括外部包层)具有使用常规蒸汽淀积技术(例如，MCVD)构 造的折射率分布。内部区域的各个部分(例如，芯、沟槽、环/基座)具有不同的折射率，这 可通过掺杂有例如氟或创建空穴以产生抑制_折射率区域、或掺杂有锗以产生升高_折射 率区域而调整。由于与常规单模纤维相比RAF的内部区域的巨大径向范围(横截面面积或 体积)，纤维体积的很大部分使用汽相工艺淀积。由于这样的工艺的淀积速率比较慢，所以 这种类型的纤维材料具有比较低的生产率，并因此具有比较高的成本。因此，对于RAF设计需要使内部区域的至少一部分由常规、低淀积速率蒸汽淀积 之外的技术而构造。除制造成本之外，当前RAF呈现在芯与环之间的基本模式信号光的突然谐振耦 合，在临界弯曲半径下引起灾难性光学损耗，该临界弯曲半径典型地在3_5mm范围中。而最 近工业研究已经指示，急弯弯曲半径(2-4mm)可能发生在一些设施中，并且应该受到支持。因此，对于RAF设计需要缓解在临界半径下的灾难性弯曲损耗的问题，并且在较宽范围的弯曲半径上提供低弯曲损耗性能。
技术实现思路
按照我们的专利技术的一个方面，一种对于弯曲损耗比较不敏感和缓解灾难性弯曲损 耗问题的光学纤维，包括芯部区域和包层区域，被配置成支持和引导光按基本横向模式传 播，包层区域 包括⑴外部包层区域，具有比芯部区域的折射率n。_小的折射率n。ut ;(ii) 环形基座(或环)区域，具有折射率nped ； (iii)环形内部沟槽区域，布置在芯部区域与基座 区域之间，内部沟槽区域具有比基座区域的折射率小得多的折射率ntei ；及(iv)环形外部 沟槽区域，布置在基座区域与外部包层区域之间，外部沟槽区域具有比基座区域的折射率 小并且比较接近外部包层区域的折射率的折射率nte。。为了抑制Η0Μ，基座区域构造成，谐振地将芯部区域的至少一种横向模式(基本模 式除外)耦合到基座区域的至少一种横向模式上。在我们的纤维的优选实施例中，基座和外部沟槽区域的折射率和宽度(或厚度) 被构造成，纤维具有与减小谐振损耗波峰相结合的比较低的弯曲敏感性。具体地说，我们 的纤维被构造成，在近似1550nm的信号波长下，其弯曲损耗在5mm的弯曲半径下不大于约 0. IdB/弯(turn)，并且在IOmm的弯曲半径下不大于约0.02dB/弯。为此，基座区域短而 宽，而外部沟槽区域浅而宽，就是说，nped和nte。都非常接近于n。ut，但nped > ntro并且n。ut > nte。u。在2-4mm范围中的甚至更急半径下，我们的纤维呈现相当低的弯曲损耗；例如，在3mm 的弯曲半径下，弯曲损耗不大于约0. 2dB/弯，使某些纤维具有小于0. IdB/弯的弯曲损耗。另外，在我们的纤维的一个实施例中，芯部区域也包括内部芯部区域和围绕内部 芯部区域的环形外部芯部(或搁架)区域。搁架区域的折射率小于内部芯部区域的折射率， 并且搁架区域的厚度小于内部芯部区域的直径。根据这个实施例的一个方面，搁架区域从 内部芯部区域的纵轴径向延伸小于9 μ m的距离。此外，在我们的纤维的另一个实施例中，内部沟槽区域包括环形内部区域和围绕 所述环形内部区域的环形外部(或阶梯)区域。阶梯部分的折射率大于内部部分的折射率。在优选实施例中，芯部区域和内部沟槽区域的以上特征都并入我们的纤维中。按照我们的专利技术而设计的纤维可以便利地用作接入纤维，但可以具有其它应用， 如在传感器或车辆中使用的纤维。另外，按照我们的专利技术而设计的纤维具有改进的可制造性，因为环/基座、浅外部 沟槽及/或外部包层区域可以使用可买到的玻璃管生产，而不是使用较昂贵的、低淀积速 率技术。因而，我们的专利技术的另一个方面是一种制造上述RAF的方法，该方法包括步骤1)提供第一开始管，该第一开始管包括硅石并且具有折射率Iiped ；2)将多个低掺杂第一玻璃层淀积在第一管的内侧上；第一玻璃层形成更深折射 率(deeper-index)内部沟槽区域；3)将多个高掺杂第二玻璃层淀积在第一层上；第二层形成芯部区域；4)收缩(collapse)第一管以形成第一杆；5)提供第二管，该第二管包括低掺杂玻璃并且具有折射率nte。；6)提供第三管，该第三管包括硅石并且具有折射率n。ut ；7)将第一杆放置在第二管内；8)将其中具有第一杆的第二管放置在第三管内；及9)将第三管和第二管收缩到第一杆上以形成纤维预型件。在步骤(9)之后，熟知的技术可以用来从预型件拉制纤维。通过使用多个管[步 骤(1)、(5)及(6)]，由蒸汽淀积形成的硅玻璃的体积显著地减小，伴随构造成本的降低。由我们的专利技术的构造技术也想到仅利用两个开始管的以上方法的变化。此外，用来过包覆第一杆的可替代方法可以用来代替第二或第三管，并且/或 者用来创建第一杆的可替代方法也可以被使用，如外侧蒸汽淀积(OVD)或汽相轴向淀积 (VAD) ο附图说明由联系附图进行的如下更详细描述，可容易地理解我们的专利技术、以及其各种特征 和优点，在附图中图IA是类型I RAF的示意横截面视图，该类型I RAF在上述的共同待决父代专利 申请 No. 12/072，869 (Fini 9-5)中描述；图IB是图IA的纤维的折射率分布的示意曲线图；图IC是按照在我们的专利申请中描述的专利技术的一个实施例的专利技术(类型II)RAF 的折射率分布的示意曲线图，在该RAF中外部沟槽更浅；图ID是按照本专利技术的一个实施例的类型II RAF的折射率分布的示意曲线图，表 明如下特征的结合浅外部沟槽、短基座、芯部区域搁架、及内部沟槽区域阶梯；图2是具有用来抑制较高阶模式(HOM)的阶梯- 折射率芯和环形基座区域的纤维 的折射率分布的示意曲线图；图2A表明直纤维的情形；图2B用于弯曲纤维；图3是与如图IB所示的两个类型I RAF的折射率分布(虚线曲线II. 3、III. 3) 相比，按照我们的专利技术的一个实施例的类型II RAF的折射率分布(实线曲线I. 3)的示意 曲线图。相对于外部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学纤维，包括：　　具有纵轴的芯部区域，　　所述芯部区域包括内部芯部区域和围绕所述内部芯部区域的环形外部芯部区域，所述外部芯部区域的折射率小于所述内部芯部区域的折射率，所述外部芯部区域的厚度小于所述内部芯部区域的直径，并且所述外部芯部区域从所述轴径向延伸小于９μｍ且大于５μｍ的距离，和　　围绕所述芯部区域的包层区域，所述芯部区域和所述包层区域被构造成支持和导引信号光以基本横向模式在所述芯部区域中在所述轴的方向上的传播，　　所述包层区域包括　　外部包层区域，具有比所述芯部区域的折射率小的折射率，　　基座区域，具有与所述外部包层区域的折射率近似相等的折射率，　　环形内部沟槽区域，布置在所述芯部区域和所述基座区域之间，所述内部沟槽区域包括环形内部部分和围绕所述内部部分的环形外部部分，所述外部部分的折射率大于所述内部部分的折射率，及　　环形外部沟槽区域，布置在所述基座区域与所述外部包层区域之间，所述基座区域具有比所述内部沟槽区域和所述外部沟槽区域的折射率大的折射率，　　所述基座区域被构造成谐振地将所述基本模式除外的所述芯部区域的至少一种横向模式耦合到所述基座区域的至少一种横向模式，并且　　所述纤维被构造成使得在近似１５５０ｎｍ的信号波长下，相关弯曲损耗在５ｍｍ的弯曲半径下不大于约０．１ｄＢ／弯，并且在１０ｍｍ的弯曲半径下不大于约０．０２ｄＢ／弯。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-5-28 61/056,461;US 2009-5-27 12/472,5221.一种光学纤维，包括具有纵轴的芯部区域，所述芯部区域包括内部芯部区域和围绕所述内部芯部区域的环形外部芯部区域，所述 外部芯部区域的折射率小于所述内部芯部区域的折射率，所述外部芯部区域的厚度小于所 述内部芯部区域的直径，并且所述外部芯部区域从所述轴径向延伸小于9 μ m且大于5 μ m 的距离，和围绕所述芯部区域的包层区域，所述芯部区域和所述包层区域被构造成支持和导引信 号光以基本横向模式在所述芯部区域中在所述轴的方向上的传播，所述包层区域包括外部包层区域，具有比所述芯部区域的折射率小的折射率，基座区域，具有与所述外部包层区域的折射率近似相等的折射率，环形内部沟槽区域，布置在所述芯部区域和所述基座区域之间，所述内部沟槽区域包 括环形内部部分和围绕所述内部部分的环形外部部分，所述外部部分的折射率大于所述内 部部分的折射率，及环形外部沟槽区域，布置在所述基座区域与所述外部包层区域之间，所述基座区域具 有比所述内部沟槽区域和所述外部沟槽区域的折射率大的折射率，所述基座区域被构造成谐振地将所述基本模式除外的所述芯部区域的至少一种横向 模式耦合到所述基座区域的至少一种横向模式，并且所述纤维被构造成使得在近似1550nm的信号波长下，相关弯曲损耗在5mm的弯曲半径 下不大于约0. IdB/弯，并且在IOmm的弯曲半径下不大于约0. 02dB/弯。2.根据权利要求1所述的纤维，其中，所述纤维包括硅石，并且所述外部沟槽区域的折 射率在所述外部包层区域的折射率的近似0. 002的范围内。3.根据权利要求1所述的纤维，其中，所述纤维包括硅石，并且所述内部沟槽区域、所 述基座区域及所述外部沟槽区域的折射率每个都在所述外部包层区域的折射率的0. 002 的范围内。4.根据权利要求1所述的纤维，其中，所述基座区域、所述外部沟槽区域及所述外部包 层区域中的至少两个包括收缩玻璃管。5.根据权利要求4所述的纤维，其中，所述基座区域、所述外部沟槽区域及所述外部包 层区域全部三个都包括收缩玻璃管。6.根据权利要求1所述的纤维，其中，所述内部沟槽区域、所述基座区域及所述外部沟 槽区域的总厚度为至少近似20 μ m。7.根据权利要求6所述的纤维，其中，所述内部沟槽区域、所述基座区域及所述外部沟 槽区域中的每一个的厚度为近似6-8 μ m。8.根据权利要求1所述的纤维，其中，所述芯部区域包括内部芯部区域和围绕所述内 部芯部区域的环形外部芯部区域，所述外部芯部区域的折射率小于所述内部芯部区域的折 射率，并且所述外部芯部区域的厚度小于所述内部芯部区域的直径。9.根据权利要求1所述的纤维，被构造成使得在近似1550nm的信号波长下，相关弯曲 损耗在5mm的弯曲半径下不大于约0. IdB/弯，并且在IOmm的弯曲半径下不大于约0. OldB/ 弯。10.根据权利要求1所述的纤维，被构造成使得在近似1550nm的信号波长下，相关弯曲 损耗在3mm的弯曲半径下不大于约0. 2dB/弯。11.一种接入系统，包括单模光学输入/输出纤维，用于向/从被接入的设施传输信号光，与所述设施相关联的 利用装置，根据权利要求1所述的接入纤维，用于将所述输入/输出纤维耦接到所述利用装置，所 述接入纤维被构造成具有与所述输入/输出纤维的模式场面积本质上相等的模式场面积。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述接入纤维包括至少一个弯曲纤维段，该弯 曲纤维段具有大于临界半径的弯曲半径。13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述弯曲半径在近似2-15mm的范围中。14.一种光学纤维，包括 具有纵轴的芯部区域，所述芯部区域包括内部芯部区域和围绕所述内部芯部区域的环形外部芯部区域，所述 外部芯部区域的折射率小于所述内部芯部区域的折射率，所述外部芯部区域的厚度小于所 述内部芯部区域的直径，并且所述外部芯部区域从所述轴径向延伸小于9 μ m的距离，和围绕所述芯部区域的包层区域，所述芯部区域和所述包层区域被构造成支持和导引信 号光以基本横向模式在所述芯部区域中在所述轴的方向上的传播， 所述包层区域包括外部包层区域，具有比所述芯部区域的折射率小的折射率， 基座区域，具有与所述外部包层区域的折射率近似相等的折射率， 环形内部沟槽区域，布置在所述芯部区域和所述基座区域之间，及 环形外部沟槽区域，布置在所述基座区域和所述外部包层区域之间，所述基座区域具 有比所述内部沟槽区域和所述外部沟槽区域的折射率大的折射率，所述基座区域被构造成谐振地将所述基本模式除外的所述芯部区域的至少一种横向 模式耦合到所述基座区域的至少一种横向模式。15.一种接入系统，包括单模光学输入/输出纤维，用于向/从被接入设施传输信号光，与所述设施相关联的利用装置，根据权利要求14所述的接入纤维，用于将所述输入/输出纤维耦接到所述利用装置， 所述接入纤维被构造成具有与所述输入/输出纤维的模式场面积本质上相等的模式场面 积。16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述接入纤维包括至少一个弯曲纤维段，该弯 曲纤维段具有大于临界半径的弯曲半径。17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述弯曲半径在近似2-15mm的范围中。18.一种光学纤维，包括 具有纵轴的芯部区域，和围绕所述芯部区域的包层区域，所述芯部区域和所述包层区域被构造成支持和导引信 号光以基本横向模式在所述芯部区域中在所述轴的方向上的传播， 所述包层区域包括外部包层区域，具有比所述芯部区域的折射率小的折射率， 基座区域，具有与所述外部包层区...

【专利技术属性】
技术研发人员：PI保雷尔，DJ迪吉奥瓦尼，JM菲尼，P克里斯藤森，
申请(专利权)人：OFS菲特尔有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]