CN102313924B - 单模光纤及光学*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及单模光纤及光学***。该单模光纤包括中央纤芯、中间包层、槽和光包层。中央纤芯相对于光包层的折射率差Δn₁在2.6×10^-3～3.5×10^-3的范围内。槽的半径r₃小于24μm。在633nm处，槽相对于光包层的折射率差Δn₃在-15.0×10^-3～-4.5×10^-3的范围内。如下定义的槽的体积分V₁₃在170％.μm²～830％.μm²的范围内：在波长1550nm处，该光纤的有效面积大于或等于150μm²，且弯曲损耗较低。本发明的单模光纤特别适用于有中继器或无中继器的远程地面传输***或海底传输***。

Description

单模光纤及光学***

技术领域

本发明涉及光纤传输领域，更具体地，涉及有效面积增大但弯曲损耗没有增加的光纤及相应的光学***。

背景技术

一般而言，在光纤领域中，为了计算非线性效果而引入了有效面积的概念。有效面积通常与光纤的基于该光纤中场传播的模式分布所定义的可用区段相对应。

以非限制性的示例的方式，将有效面积Aeff定义为如下：

$\mathrm{Aeff}=2\mathrm{\π}\frac{{\left(\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}{\left|F\left(r\right)\right|}^2\mathrm{rdr}\right)}^2}{\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}{\left|F\left(r\right)\right|}^4\mathrm{rdr}}.$

其中，F(r)是基本模式LP01在半径r处、即在以相对于光纤的横截轴为极轴并以光纤中心为极点的极坐标系中的极距r处的模式分布。

此外，通常将光纤的折射率量化为作为光纤半径的函数的、折射率的图形的形状的函数。传统上，沿着横轴标绘相对于光纤中心的距离r，并且沿着纵轴标绘距离r处的折射率和光纤的外包层的折射率之间的差。提供光包层的外包层具有大致恒定的折射率；这种光包层通常由纯二氧化硅构成，但也可以包含一种或多种掺杂剂。因而，折射率分布被描述为阶梯形分布、梯形分布、抛物线形分布(还被称为阿尔法(alpha，α)形分布和渐变折射率分布)或三角形分布，其中，这些分布的图形分别具有阶梯形、梯形、抛物线或三角形的形状。这些曲线通常代表光纤的理论分布或设计分布，然而实际光纤制造中的约束条件可能导致略微不同的分布。

传统上，光纤包括：光纤芯，用于传输并可能地放大光信号；和光包层，还被称为外包层，用于将光信号限制在纤芯内。为此，使纤芯的折射率n_c和包层的折射率n_g满足n_c＞n_g。如本领域内众所周知的，光信号在单模光纤中的传播包括在纤芯中引导的基本模式(LP01模式)和在纤芯-包层组合件中的特定距离处引导的被称为包层模式的次级模式。

纤芯可以由多个区段构成，其包括：

·中央部或中央纤芯，具有半径r₁和折射率n₁＞n_g；以及

·位于中央纤芯和光包层之间的多个其它区段，分别具有半径r_i和折射率n_i＜n₁，其中，该折射率n_i可以小于或大于光包层的折射率n_g。

位于中央纤芯和光包层之间的、折射率接近于光包层的折射率n_g的区段有时被称为内包层，并且折射率低于光包层的折射率n_g的区段有时被称为埋包层或埋槽。

传统上使用还被称为单模光纤(SMF)的阶梯折射率光纤作为光纤传输***内的线形光纤(line fiber)。这些光纤呈现满足特定远程通信标准的色散(chromatic dispersion)和色散斜率以及标准化截止波长和有效面积值。

如国际电工委员会(IEC，International ElectrotechnicalCommission)的附属委员会86A在IEC标准60793-1-44中所定义的，光缆内截止波长(in-cable cut-off wavelength)是光信号在光纤中传播了22米之后不再作为单模信号进行传播的波长。最能承受弯曲损耗的次级模式通常是LP 11模式。因此，光缆内截止波长是在光纤中传播了22米之后LP 11模式充分衰减了的波长。以上标准所提议的方法相当于认为，只要LP 11模式的衰减大于或等于19.3分贝(dB)，光信号就为单模信号。根据IEC附属委员会86A在IEC标准60793-1-44中的推荐，通过如下措施来确定光缆内截止波长：在光纤中加入半径为40毫米(mm)的两个环，并将光纤的剩余部分(即，光纤的21.5米)配置在半径为140mm的鼓状物上。

在IEC标准60793-1-44中还定义了有效光纤截止波长，并且该有效光纤截止波长是在封装在半径为140mm的鼓状物上的光纤中传播了2米之后、LP11模式的衰减大于或等于19.3dB的波长。

地面传输***通常使用标准单模光纤(SSMF)，该标准单模光纤具有正的色散、高达约80平方微米(μm²)的有效面积Aeff以及约为0.19分贝/千米(dB/km)的衰减。

采用中继器(repeater)的海底传输***使用混合式传输线路，该混合式传输线路包括具有正的色散、大的有效面积(约为100μm²～110μm²)和低衰减(0.17dB/km～0.19dB/km)的光纤以及具有负的色散的光纤。

无中继海底传输***通常使用包括具有正的色散的光纤(有效面积在80μm²～110μm²的范围内的纯二氧化硅纤芯光纤)的组合的传输线路。近来，在实验室中已经通过使用相干检测(coherent detection)和精密调制格式，利用有效面积约为120μm²的光纤获得了在相对于距离的容量方面具有突破性的结果。

如现有技术已知的，增大传输光纤的有效面积有助于减轻光纤中有害的非线性效应。有效面积大的传输光纤使得能够进行更远距离传输和/或增加传输***的营业利润。

然而，如果还希望保证低水平的弯曲损耗和小于例如1450纳米(nm)的光缆内截止波长λcc、并且确保可以利用补偿模块或利用相干检测和精密调制格式来处理色散和色散斜率，则目前约为130μm²的有效面积Aeff表示可能获得的最大极限。

因而，出现的问题是：如何使有效面积Aeff增大到超过150μm²，而不大幅增加制造成本并且不对弯曲损耗方面的性能造成不利。

次要目的是使色散和色散斜率分别维持为小于22皮秒/纳米/千米(ps/nm/km)和0.07皮秒/平方纳米·千米(ps/(nm²·km))，并且保证在扩展的C波段[1530nm～1569nm]内的单模传输。

为了增大单模光纤的有效面积，在恒定包层结构或埋包层结构中通常采用阶梯折射率光纤分布。

参考文献US6 658 190说明了有效面积Aeff大于100μm²的这类分布。

然而，参考文献US6 658 190所述的例子在弯曲损耗方面和制造成本方面均非最优。参考文献US6 658 190所述的样本5包括具有恒定包层且有效面积为155μm²的单模光纤分布，但其宏弯曲损耗和微弯曲损耗均不令人满意。使用阶梯折射率光纤和埋包层分布的样本6、7和8的有效面积大于150μm²，但该埋包层的外径非常大(大于29微米(μm))，这对制造成本不利。

参考文献US7 076 139说明了Δn₁＜4.4×10^-3且Aeff≥120μm²的阶梯折射率的埋包层光纤。

然而，参考文献US7 076 139所述的例子中的光纤分布均不可能同时具有增大了的有效面积、低弯曲损耗和低埋包层外径。参考文献US7 076 139中的表2明确示出具有Aeff＝156μm²的例子，但埋包层的外径过大(约为31μm)，这意味着制造成本高。

参考文献US6 483 975描述了有效面积Aeff大于100μm²的包括中央纤芯、中间包层和埋包层的光纤分布。

然而，中央纤芯的半径过小(小于6.4μm)并且埋包层过大(大于15μm)但不够深(深度为-2.9×10^-3以上)，从而使得可以获得大于150μm²的有效面积和令人满意的弯曲损耗这两者。此外，埋包层的外径非常大，这意味着制造成本高。

参考文献EP 1477831具体描述了以下的光纤分布：该光纤分布包括中央纤芯、中间包层和埋包层，并且有效面积Aeff大于95μm²(在一个例子中，Aeff＝171μm²)且光缆内截止波长λcc小于或等于1310nm。

然而，利用这种λcc值，不可能得到大于或等于150μm²的有效面积Aeff和弯曲损耗方面令人满意的性能这两者。此外，埋包层的外径非常大(大于33μm)，这大大增加了制造成本。

参考文献US7 254 305描述了以下的光纤分布：该光纤分布包括中央纤芯、中间包层和埋包层，并且色散斜率小于0.07ps/nm²/km且衰减小于0.20dB/km。

针对光缆内截止波长λcc为1854nm，参考文献US7 254 305所述的光纤分布的有效面积Aeff的最大值为106μm²。

然而，对于参考文献US7 254 305所述的光纤分布，Δn₁即中央纤芯和外包层之间的折射率差的值(大于4.3×10^-3)以及Δn₃即槽和外包层之间的折射率差的值(大于-4.3×10^-3)均过高，从而使得不可能获得大于150μm²的有效面积和令人满意的弯曲损耗这两者。

参考文献EP1 978 383描述了以下的光纤分布：该光纤分布包括中央纤芯、中间包层和埋包层，并且有效面积Aeff大于或等于120μm²且有效光纤截止波长小于1600nm。

参考文献EP1 978 383所述的所有例子的中央纤芯和外包层之间的折射率差Δn₁均大于3.9×10^-3。然而，在以上的对截止波长和中央纤芯折射率的约束条件下，不可能实现大于或等于150μm²的有效面积。参考文献EP1 978 383所公开的Aeff的最高值仅为135μm²。

参考文献WO2008 137150描述了以下的光纤分布：该光纤分布包括中央纤芯、中间包层和埋包层，并且有效面积Aeff大于110μm²、光缆内截止波长λcc小于1500nm以及在波长1550nm处对于弯曲半径10mm的宏弯曲损耗小于0.7分贝/匝(dB/匝)。

然而，对λcc和/或弯曲损耗的这种约束条件导致不可能获得大于或等于150μm²的有效面积。在参考文献WO2008 137150中给出了Aeff＞150μm²的两个例子：

·首先，光纤7，Aeff的值为155μm²，但埋包层的外径过大(约为27.5μm)，从而导致制造成本高；以及

·其次，光纤8，Aeff的值为167μm²且埋包层的外径为18.5μm；然而，宏弯曲损耗并非最优(在波长1550nm处，宏弯曲损耗约为10分贝/米(dB/m)，并且在波长1625nm处，对于弯曲半径30nm，宏弯曲损耗大于0.1dB/100匝)。此外，作为中央纤芯的尺寸的函数的槽(参见以下)的体积分并非最优。

因而，上述现有技术没有提出令人满意的关于分布特性和/或传播特性的折衷，以使得可以在不大幅增加光纤制造成本的情况下获得具有大的有效面积以及相对低的宏弯曲损耗和微弯曲损耗的具有槽的光纤。

发明内容

本发明目的在于，与现有技术相比，提出对光纤的性能有影响的参数之间的更好的折衷。

具体地，本发明提出使用包括中央纤芯、中间包层、埋包层和光包层的分布，其中，纤芯相对于光包层的折射率差Δn₁在2.6×10^-3～3.5×10^-3的范围内，并且埋包层的外径小于24μm。还提出放宽对埋包层光纤的光缆内截止波长λcc的约束条件，即允许光缆内截止波长λcc增大，尽管如此，λcc的值仍小于或等于2000nm，以使得这种光纤在波长1550nm处实现了大于或等于150μm²的有效面积。

具体地，提出优化槽的位置和尺寸，以使得能够如上限制性放宽对λcc的约束条件，并且保证非常低的弯曲损耗。

此外，提出对于波长1550nm，将色散维持为在14ps/nm/km～24ps/nm/km的范围内的值、甚至为小于22ps/nm/km的值，并且将色散斜率维持为小于0.08ps/(nm²·km)的值、甚至为小于0.07ps/(nm²·km)的值。

为此，更具体地，本发明提出了一种单模光纤，该单模光纤从中心到外周依次包括中央纤芯、中间包层、槽和光包层，其中：

·所述中央纤芯具有半径r₁，并且所述中央纤芯相对于所述光包层的折射率差Δn₁在2.6×10^-3～3.5×10^-3的范围内；

·所述中间包层具有半径r₂和相对于所述光包层的折射率差Δn₂；

·所述槽的半径r₃小于24μm并且优选为在14～24μm的范围内，所述槽相对于所述光包层的折射率差Δn₃在-15.0×10^-3～-4.5×10^-3的范围内，以及所述槽的如下定义的体积分V₁₃在170％.μm²～830％.μm²的范围内：

$V_{13}=2\mathrm{\π}.\left|\underset{r_2}{\overset{r_3}{\∫}}\mathrm{\Δn}\left(r\right)\mathrm{rdr}\right|;$

·在波长1550nm处，所述光纤的有效面积大于或等于150μm²。

因而，以上的折射率差Δn₁使得可以在波长1550nm处实现大于或等于150μm²的有效面积Aeff，以上的半径r₃使得可以降低制造成本，并且以上的折射率差Δn₃使得可以获得令人满意的在使弯曲损耗最小的最小体积分和使光缆内截止波长最小的最大体积分之间的槽体积分。

在一个具体实施例中，如下定义所述中央纤芯的体积分V₁₁，且所述槽的体积分V₁₃作为所述V₁₁的函数满足式子V₁₃＞2.21×10⁴exp(-0.117×V₁₁)+170，其中，V₁₁和V₁₃的单位为％.μm²：

$V_{11}=2\mathrm{\π}.\left|\underset{0}{\overset{r_1}{\∫}}\mathrm{\Δn}\left(r\right)\mathrm{rdr}\right|.$

有利地，本发明的光纤在波长1550nm处，对于弯曲半径10mm，宏弯曲损耗小于5dB/m。

有利地，本发明的光纤在波长1625nm处，对于弯曲半径10mm，宏弯曲损耗小于10dB/m。

有利地，本发明的光纤在波长1625nm处，对于弯曲半径30mm，宏弯曲损耗小于0.05dB/100匝。

以上的槽的体积分V₁₃和中央纤芯的体积分V₁₁之间的关系使得可以保证宏弯曲损耗不超过以上提到的值。

在一个具体实施例中，所述中央纤芯的半径r₁在6.5μm～10μm的范围内。

这使得可以利用以上提到的Δn₁的值的范围，在波长1550nm处实现大于或等于150μm²的有效面积Aeff。

在具体实施例中，所述中间包层的半径r₂和所述中央纤芯的半径r₁之间的差r₂-r₁在2.0～10的范围内，甚至在3.5～10的范围内。

在另一实施例中，所述中间包层的半径r₂在8.5～20.0μm的范围内。

首先，以上的r₂-r₁的最小值使得可以将色散和色散斜率维持在以上提到的值内。作为对比，以上的r₂-r₁的最大值使得可以限制槽的外半径r₃并且保证弯曲损耗不超过以上提到的值。

在一个具体实施例中，所述槽的半径r₃和所述中间包层的半径r₂之间的差r₃-r₂在3μm～12μm的范围内。

这使得可以同时获得有限的外径以及足够大的槽体积分。

本发明的光纤的实施例具有以下特征中的至少之一：

·中间包层相对于光包层的折射率差Δn₂在-1×10^-3～+1×10^-3的范围内；

·光纤的光缆内截止波长小于或等于2000nm，甚至小于或等于1800nm，更甚至小于或等于1600nm；

·在波长1550nm处，光纤的模场直径(MFD)大于或等于13μm；

·在波长1550nm处，光纤的色散在14ps/nm/km～24ps/nm/km的范围内，甚至在14ps/nm/km～22ps/nm/km的范围内；以及

·在波长1550nm处，光纤的色散斜率小于0.08ps/(nm²·km)，甚至小于0.070ps/(nm²·km)。

因而，与现有技术的光纤相比，本发明的光纤的弯曲损耗更低并且埋包层的外径更小，而有效面积、色散、色散斜率以及光纤直径相当。

本发明还提出了至少容纳本发明的光纤的一部分的光学***。

附图说明

通过阅读以下对以非限制性的示例的方式并且参考附图所给出的本发明的具体实施例的说明，本发明的其它特征和优点变得清楚，其中：

图1是本发明的第一具体实施例的光纤的理论分布的图形表现；

图2是本发明的第二具体实施例的光纤的理论分布的图形表现；以及

图3是示出分别表现作为光纤中央纤芯的体积分的函数的、本发明的光纤的分布的槽的最小体积分和最大体积分的两个曲线的图形。

具体实施方式

本发明提出了通过放宽对光缆内截止波长λcc的约束条件、即通过允许λcc超过1450nm，来使单模光纤的有效面积Aeff增大到超过150μm²。

为此，本发明提出使用具有埋包层的光纤分布。

因而，本发明的光纤具有中央纤芯、中间包层以及埋包层或槽。通常通过在二氧化硅管内部进行化学气相沉积(CVD)来产生中央纤芯、中间包层和埋包层。外光包层包括通常由天然二氧化硅或掺杂二氧化硅制成的二氧化硅管和该二氧化硅管的外包层，但也可以利用任何其它的沉积技术(轴向气相沉积(VAD，vapor axial deposition)或外部气相沉积(OVD，outsidevapor deposition))来产生该外光包层。

例如，可以利用等离子化学气相沉积(PCVD)来获得埋包层，从而使得可以加入大量的氟(或者任何其它可以使得折射率与二氧化硅的折射率相比降低的掺杂剂)以形成深的埋包层。可以想到，通过加入微孔或微气泡而不是通过掺杂也可产生埋包层。然而，对于工业制造而言，与加入微气泡相比，掺杂通常更容易控制。

本发明的光纤的中央纤芯的分布可以是阶梯折射率分布、梯形分布或渐变折射率分布；这些分布的例子不限制本发明的范围。

可以对作为中央纤芯的尺寸的函数的、埋包层或槽的位置和体积分进行优化，以：

·使弯曲损耗最小；

·使埋包层的外径最小从而不大幅增加制造成本；以及

·使光缆内截止波长λcc可维持为小于或等于2000nm的值。

如以下两者所述选择槽的体积分是有利的：

·选择足够大的体积分，以使得可以获得非常低的宏弯曲损耗：即，在波长1550nm处，对于弯曲半径10mm，宏弯曲损耗小于5dB/m；在波长1625nm处，对于弯曲半径10mm，宏弯曲损耗小于10dB/m；以及在波长1625nm处，对于弯曲半径30mm，宏弯曲损耗小于0.05dB/100匝；以及

·选择足够小的体积分，以使得对于给定的有效面积Aeff，光缆内截止波长λcc最小。

此外，如以下两者所述选择槽的位置是有利的：

·选择足够靠近中央纤芯的位置，以使埋包层的外径和微弯曲损耗最小；以及

·选择离纤芯足够远的位置，以将色散维持在14ps/nm/km～24ps/nm/km的范围内并且将色散斜率维持在0.08ps/(nm²·km)以下，或者还更优选地，将色散维持在14ps/nm/km～22p s/nm/km的范围内并且将色散斜率维持在0.07ps/(nm²·km)以下。

图1示出具有阶梯折射率分布(即，阶梯状中央纤芯)的本发明的第一具体实施例的传输光纤的折射率分布。

图2示出具有渐变折射率光纤分布(即，阿尔法形中央纤芯，还被称为抛物线纤芯)的本发明的第二具体实施例的传输光纤的折射率分布。

注意，这两个实施例仅是非限制性的例子。事实上，中央纤芯具有(例如)梯形形状也行。

所示的这些分布都为理论分布，并且通过对预制件拉丝而实际获得的光纤可能具有略微不同的分布。

如现有技术已知的，通过对预制件拉丝来获得光纤。该预制件例如可以由形成最终外光包层的一部分并且包围该光纤的中央纤芯和内包层的极高质量玻璃(纯二氧化硅)管构成；之后，可以在光纤拉丝塔内对该管进行拉丝之前使该管包上外包层(overclad)以增加该管的直径。为了制造该预制件，通常将玻璃管水平安装在玻璃制造塔中，且由玻璃棒持有该管的两端；然后，转动该管并局部加热该管，从而沉积用于确定该预制件的组成的成分。该组成确定了最终光纤的光学特性。

本发明的光纤具有：中央纤芯，其具有相对于提供光包层的外包层的折射率差Δn₁(分别根据该纤芯具有阶梯折射率分布还是渐变折射率分布，该折射率差的值可以大致恒定或依赖于相对于光纤的中心的距离r)；中间包层，其具有相对于外包层的折射率差Δn₂(该折射率差的值恒定并且可能为负)；和埋包层或槽，其具有恒定为负的相对于外包层的折射率差Δn₃。注意，在整个说明书中，表述折射率差包括折射率差的值为0。

中间包层和槽在它们的整个长度内的折射率大致恒定。在图1的实施例中，中央纤芯的折射率大致恒定，并且在图2的实施例中，折射率沿着抛物曲线变化，从而从光纤的中心向外而减小。纤芯的宽度由其半径r₁来定义，并且中间包层的宽度和埋包层的宽度由它们各自的外半径r₂和r₃来定义。

从图2看出，在纤芯的中心处、即对于r＝0，折射率差为Δn₁，并且在纤芯的外侧处、即对于r＝r₁，折射率差为Δn₂。

通常用来定义光纤的理论折射率分布的基准值是外包层的折射率值。然后，将中央纤芯、中间包层和槽的折射率值都表示为折射率差Δn_1，2，3。外包层通常由掺杂二氧化硅或未掺杂二氧化硅构成。

因而，可以利用将光纤的各区段的折射率变化量和半径相关联的积分来定义光纤分布的各区段。

因而，针对本发明的光纤，可以定义表示中央纤芯的体积分V₁₁、中间包层的体积分V₁₂和槽的体积分V₁₃的三个体积分。不应当从几何含义理解术语“体积分(volume)”，而应当将术语“体积分”理解为考虑了三个维度的值。可以如下表示这三个体积分：

$V_{11}=2\mathrm{\π}.\left|\underset{0}{\overset{r_1}{\∫}}\mathrm{\Δn}\left(r\right)\mathrm{rdr}\right|;$

$V_{12}=2\mathrm{\π}.\left|\underset{r_1}{\overset{r_2}{\∫}}\mathrm{\Δn}\left(r\right)\mathrm{rdr}\right|\≈\mathrm{\π}.({r_2}^2-{r_1}^2)\×\mathrm{\Δ}{n}_2;$

$V_{13}=2\mathrm{\π}.\left|\underset{r_2}{\overset{r_3}{\∫}}\mathrm{\Δn}\left(r\right)\mathrm{rdr}\right|\≈\mathrm{\π}.({r_3}^2-{r_2}^2)\×\mathrm{\Δ}{n}_3.$

下表I给出本发明的光纤的分布的11个例子的分布特性：对于与图1所示的分布相对应的阶梯折射率纤芯分布，指定为ST1、ST3、ST4、ST6、ST7、ST10、ST11、ST13、ST14和ST15，并且对于与图2所示的分布相对应的渐变折射率纤芯分布或阿尔法形纤芯分布，指定为AL2。

作为对比，该表还给出不符合本发明、即背离本发明所提出的参数折衷的光纤分布的6个例子的分布特性。利用星号(^*)来标记与不符合本发明的光纤相对应的这些分布；并且对于具有阶梯折射率分布的不符合本发明的光纤分布，指定为ST2^*、ST5^*、ST8^*、ST9^*、ST12^*，而对于具有渐变折射率分布的不符合本发明的光纤分布，指定为AL1^*。以粗线示出背离本发明所提出的折衷的参数值。

这些表中的值与理论光纤分布相对应。

表I的第一列列出这些例子。

第二列给出在中央纤芯具有阿尔法形分布(渐变折射率分布)的情况下的阿尔法的值。

随后的三列给出中央纤芯的半径r₁、中间包层的半径r₂和(在可用的情况下)槽的半径r₃的以μm为单位的值。

随后的三列给出相对于外光包层的折射率差Δn₁、Δn₂、Δn₃的相应值。该表中的这些折射率差值被乘以了1000。这些折射率差值是在波长633nm处测量出的。

随后的两列给出半径差r₂-r₁和r₃-r₂的以μm为单位的值。

表I：分布特性

续表I：分布特性

分布例子ST2^*和ST5^*不具有槽，并且对于ST2^*和ST5^*，不填写给出r₃、Δn₃和r₃-r₂的值的列。

表I的(出现在续表上的)最后三列分别给出中央纤芯的体积分、槽的体积分和实现要求的弯曲特性所需的槽的最小体积分(参见以下的公式(1))。这三个系列的体积分的单位为％.μm²。

尽管分布例子ST2^*和ST5^*不具有槽(因此对于这些例子，槽的体积分为0)，但还是给出了实现要求的弯曲特性所需的槽的最小体积分的指示性理论值，以专门用于与符合本发明的光纤的分布进行比较。

下表II给出符合本发明的光纤的分布的例子的传播特性，并且还给出不符合本发明的光纤的分布的例子的传播特性作为对比。与表I相同，以粗体示出表II中背离本发明所提出的折衷的参数值。

表II的第一列列出这些例子。

随后的两列分别给出在波长1550nm处以ps/nm/km为单位的色散和在波长1550nm处以ps/(nm²·km)为单位的色散斜率。

随后的列给出在波长1550nm处以μm为单位的模场直径(MFD)。

表II：传播特性

续表II：传播特性

随后的列给出在波长1550nm处以μm²为单位的有效面积Aeff。

随后的列给出以nm为单位的光缆内截止波长λcc。

表II中最后的三列出现在续表上并且给出以下：

·分别在波长1550nm处和波长1625nm处，对于弯曲半径10mm，以dB/m为单位的宏弯曲损耗；以及

·在波长1625nm处，对于弯曲半径30mm，以dB/100匝为单位的宏弯曲损耗。

如下定义纤芯的体积分V₁₁：

$V_{11}=2\mathrm{\π}.\left|\underset{0}{\overset{r_1}{\∫}}\mathrm{\Δn}\left(r\right)\mathrm{rdr}\right|.$

如下定义槽的体积分V₁₃：

$V_{13}=2\mathrm{\π}.\left|\underset{r_2}{\overset{r_3}{\∫}}\mathrm{\Δn}\left(r\right)\mathrm{rdr}\right|.$

因此，在槽具有阶梯折射率分布的图1和2的具体实施例中，将槽的体积分表示为如下：

π(r₃ ²-r₂ ²).(Δn₂-Δn₃)。

注意，符合本发明的8个例子的光纤具有以下特性：有效面积大于150μm²，色散小于22ps/nm/km，色散斜率小于0.07ps/(nm²·km)，在波长1550nm和1625nm处对于弯曲半径10mm的宏弯曲损耗分别小于5dB/m和10dB/m，并且在波长1625nm处对于弯曲半径30mm的宏弯曲损耗小于0.05dB/100匝。

许多次模拟已经表明：为了防止光缆内截止波长λcc超过2000nm，优选小于830％.μm²的槽体积分。

然而，这些模拟还表明：优选足够大的槽体积分，以保证可接受程度的弯曲损耗。

中央纤芯的体积分越小，槽的体积分必然越大。如果作为中央纤芯的体积分V₁₁(或V_纤芯)的函数的槽的体积分V₁₃(或V_槽)满足以下的式子，则保证了对于弯曲半径10mm、在波长1550nm和1625nm处的宏弯曲损耗分别小于5dB/m和10dB/m，并且对于弯曲半径30mm、在波长1625nm处的宏弯曲损耗小于0.05dB/100匝，其中，以％.μm²来表示槽的体积分和纤芯的体积分：

V₁₃＞2.21×10⁴exp(-0.117×V₁₁)+170    (1)。

即，满足：

V_槽＞2.21×10⁴exp(-0.117×V_纤芯)+170  (1)。

对于给定的中央纤芯体积分，使光缆内截止波长λcc最小且保持上述的弯曲损耗方面性能的最优的槽体积分正好位于图3中标记为“槽最小体积分”的实曲线之上。

注意：

·例子ST2^*和ST5^*的光纤具有包括阶梯折射率中央纤芯、非深埋的包层(内包层)和光包层的分布。换言之，这两个例子的光纤不具有槽。这两个分布的有效面积Aeff分别与具有中间包层和槽分布的例子ST1和ST4的有效面积Aeff相同。与例子ST2^*相比，在Aeff＝155μm²和相同量级的λcc的情况下，例子ST1使得可以将对于弯曲半径R＝10mm的宏弯曲损耗降低30倍以上并使对于弯曲半径R＝30mm的宏弯曲损耗维持于充分低的水平，而不劣化微弯曲损耗方面的性能。在Aeff约为200μm²的情况下，通过放宽对λcc的约束条件、即通过容许λcc超过1700nm，与例子ST5^*相比，例子ST4使得可以将在波长1550nm和1625nm处、对于弯曲半径R＝10mm的宏弯曲损耗从约100dB/m减少为小于5dB/m，这是利用非深埋的内包层结构所不能实现的。此外，微弯曲损耗方面的性能并未劣化。

·例子ST8^*和ST9^*的光纤具有包括中间包层和槽的分布，且它们的有效面积与例子ST7的光纤的有效面积相同。然而，槽的位置和体积分并非最优。在给定中央纤芯的体积分相同的例子中，例子ST8^*中槽的体积分过小，结果在例子ST8^*中对于弯曲半径10mm和30mm的宏弯曲损耗都过高。相反，例子ST9^*中槽的体积分过大，结果λcc的值过高并且槽的外半径过大，这对制造成本不利。

·例子ST12^*接近限制线(在图3的图形上表示该例子的点位于标记为“槽最小体积分”的曲线下方且非常接近该曲线)，但在槽体积分方面并非最优。与具有相同的Aeff值的例子ST11相比，例子ST12^*的槽的体积分过小，结果对于弯曲半径10mm和30mm的宏弯曲损耗过高。

例子AL1^*的光纤的分布非常接近在本说明书背景技术部分提到的参考文献WO2008 137150中“光纤8”例子的分布。再一次，例子AL1^*中作为中央纤芯的体积分的函数的槽的体积分并非最优，结果对于弯曲半径30mm的宏弯曲损耗过高。作为对比，符合本发明的例子AL2的光纤具有与例子AL1^*相同的纤芯，但例子AL2的槽的尺寸为最优，从而在弯曲损耗和光缆内截止波长之间实现了令人满意的折衷。

本发明的光纤非常适用于远程地面光学***或海底光学***。优选地，如利用根据IEC标准化的TR62221测试方法(方法B：固定直径鼓状物)所测量的，这些光纤在波长1550nm处的微弯曲损耗小于20dB/km。

Claims (17)

1.一种单模光纤，其从中心到外周依次包括中央纤芯、中间包层、槽和光包层，其中：

所述中央纤芯具有半径r₁，并且所述中央纤芯相对于所述光包层的折射率差Δn₁在2.6×10^-3～3.5×10^-3的范围内，其中，所述中央纤芯的半径r₁在6.5μm～10μm的范围内；

所述中间包层具有半径r₂和相对于所述光包层的折射率差Δn₂，其中，所述中间包层的半径r₂在8.5～20.0μm的范围内，所述中间包层相对于所述光包层的折射率差Δn₂在-1×10^-3～+1×10^-3的范围内；

所述槽的半径r₃小于24μm并且所述槽相对于所述光包层的折射率差Δn₃在-15.0×10^-3～-4.5×10^-3的范围内，其中，如下定义的所述槽的体积分V₁₃在170％.μm²～830％.μm²的范围内：

$V_{13}=2\mathrm{\π}.\left|\underset{r_2}{\overset{r_3}{\∫}}\mathrm{\Δn}\left(r\right)\mathrm{rdr}\right|;$

在波长1550nm处，所述光纤的有效面积大于或等于150μm²。

2.根据权利要求1所述的单模光纤，其特征在于，如下定义所述中央纤芯的体积分V₁₁，且所述槽的体积分V₁₃作为所述V₁₁的函数满足式子V₁₃>2.21×10⁴exp(-0.117×V₁₁)+170，其中，V₁₁和V₁₃的单位为％.μm²：

$V_{11}=2\mathrm{\π}.\left|\underset{0}{\overset{r_1}{\∫}}\mathrm{\Δn}\left(r\right)\mathrm{rdr}\right|.$

3.根据权利要求2所述的单模光纤，其特征在于，在波长1550nm处，对于弯曲半径10mm，宏弯曲损耗小于5dB/m。

4.根据权利要求2或3所述的单模光纤，其特征在于，在波长1625nm处，对于弯曲半径10mm，宏弯曲损耗小于10dB/m。

5.根据权利要求2或3所述的单模光纤，其特征在于，在波长1625nm处，对于弯曲半径30mm，宏弯曲损耗小于0.05dB/100匝。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的单模光纤，其特征在于，所述中间包层的半径r₂和所述中央纤芯的半径r₁之间的差r₂-r₁在2.0μm～10μm的范围内。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的单模光纤，其特征在于，所述中间包层的半径r₂和所述中央纤芯的半径r₁之间的差r₂-r₁在3.5μm～10μm的范围内。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的单模光纤，其特征在于，所述槽的半径r₃和所述中间包层的半径r₂之间的差r₃-r₂在3μm～12μm的范围内。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的单模光纤，其特征在于，光缆内截止波长小于或等于2000nm。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的单模光纤，其特征在于，光缆内截止波长小于或等于1800nm。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的单模光纤，其特征在于，光缆内截止波长小于或等于1600nm。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的单模光纤，其特征在于，在波长1550nm处，模场直径即MFD大于或等于13μm。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的单模光纤，其特征在于，在波长1550nm处，色散在14ps/nm/km～24ps/nm/km的范围内。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的单模光纤，其特征在于，在波长1550nm处，色散在14ps/nm/km～22ps/nm/km的范围内。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的单模光纤，其特征在于，在波长1550nm处，色散斜率小于0.08ps/(nm²·km)。

16.根据权利要求1至3中任一项所述的单模光纤，其特征在于，在波长1550nm处，色散斜率小于0.07ps/(nm²·km)。

17.一种光学***，其至少容纳根据权利要求1至16中任一项所述的单模光纤的一部分。