CN102959438A - 具有渐变折射率的无Ge芯的大有效面积光纤 - Google Patents

Abstract

根据一些实施方式，一种光波导纤维，其包括：（i）无Ge芯，其在1550纳米波长的有效面积为100-150平方微米，所述芯包括：a）中央芯区域，其从中线向外沿径向延伸到半径r₁，具有相对于纯氧化硅按%测定的相对折射率百分比曲线Δ₁（r），其中-0.1%≤Δ₁（r）≤0.12%，所述中央芯区域具有最大相对折射率百分比Δ_1最大；（b）第一环状芯区域，其包围中央芯区域并与之直接相邻，具有α值，1.5≤α≤10，并延伸到外半径r₂，6微米≤r₂≤10微米，具有相对于纯氧化硅按%测定的相对折射率百分比曲线Δ₂（r）、最小相对折射率Δ_2最小、最大相对折射率Δ_2最大和在半径r=2微米处测定的相对折射率，其中0.45≤Δ₂≤0，-0.25≥Δ_2最小≥-0.45且Δ_1最大≥Δ₂（r=2微米）；（c）氟掺杂的第二环状区域，其包围第一环状芯区域并与之直接相邻，并延伸到半径20微米≤r₃≤30微米，具有相对于纯氧化硅按%测定的负的相对折射率百分比曲线Δ₃（r）和最小相对折射率百分比Δ_3最小，-0.5%＜Δ_3最小＜-0.25%且Δ_3最小≤Δ_2最小；（ii）包覆层，其包围芯，并具有相对于纯氧化硅按%测定的相对折射率百分比Δ₄（r）和最小折射率Δ_4最小，且-0.4%＜Δ₄＜-0.2%；其中对光纤的相对折射率曲线进行选择，以提供在1550纳米波长处不超过0.17分贝/千米的衰减。

Description

具有渐变折射率的无Ge芯的大有效面积光纤

优先权声明

本申请根据35U.S.C.§120要求2010年6月30日提交的美国申请序列第12/827333号的优先权，以其内容作为本申请的基础并通过参考全文结合于此。

发明领域

本发明一般涉及光纤，更具体涉及具有纯氧化硅芯和低衰减的大有效面积光纤。

技术背景

在提供长距离大功率传输的电信***中，特别需要光学放大器技术和波长分割多路复用技术。大功率和长距离的定义只在特定电信***的情况中有意义，在特定电信***中，比特率、误码率、多路复用方案和可能的光学放大器都是指定的。本领域技术人员还已知其他因素会对大功率和长距离的定义产生影响。但是对于大多数目的，大功率是指光功率大于约10毫瓦。大功率***经常受到非线性光学效应的影响，包括自相位调制、四波混合、交叉相位调制和非线性散射过程，这些效应都会导致大功率***中的信号劣化。在一些应用中，等于或小于1毫瓦的单功率水平对非线性效应仍然是敏感的，因此在这些较低功率的***中，非线性效应仍然是重要的考虑因素。另外，其他光纤属性如衰减是信号劣化的一个主要影响因素。

一般来说，具有大有效面积（A_有效）的光波导纤维能减小非线性光学效应，包括自相位调制、四波混合、交叉相位调制和非线性散射过程，这些效应都会导致大功率***中的信号劣化。另一方面，光波导纤维的有效面积的增大，通常导致宏弯诱发损耗增加，进而使传输通过光纤的信号衰减。此外，衰减可能是造成大有效面积光纤中的信号劣化的一个主要影响因素。

发明概述

本发明的一种实施方式是光波导纤维，其包括：

（i）无Ge芯，其在1550纳米波长的有效面积为100-150平方微米，所述芯包括：

（a）中央芯区域，其从中线向外沿径向延伸到半径r₁，具有相对于纯氧化硅按%测定的相对折射率百分比曲线Δ₁（r），其中-0.1%≤Δ₁（r）≤0.12%，该中央芯区域具有最大相对折射率百分比Δ_1最大；

（b）第一环状芯区域，其包围中央芯区域并与之直接相邻，满足1.5≤α≤10，并延伸到外半径r₂，其中6微米≤r₂≤10微米，其具有相对于纯氧化硅按%测定的相对折射率百分比曲线Δ₂（r）、最小相对折射率Δ_2最小、最大相对折射率Δ_2最大，以及在半径r=2微米处测定的相对折射率，其中

-0.45≤Δ₂≤0，-0.25≥Δ_2最小≥-0.45，且Δ_1最大≥Δ₂（r=2微米）；

（c）掺氟的第二环状区域，其包围第一环状芯区域并与之直接相邻，延伸到半径20微米≤r₃≤30微米，具有相对于纯氧化硅按%测定的负的相对折射率百分比曲线Δ₃（r），具有最小相对折射率百分比Δ_3最小，其中

-0.5%＜Δ_3最小＜-0.25%，且Δ_3最小≤Δ_2最小；

（ii）包覆层，其包围芯，并具有相对于纯氧化硅按%测定的相对折射率百分比Δ₄（r），具有最小折射率百分比Δ_4最小，其中

-0.4%＜Δ₄＜-0.2%；

其中对光纤的相对折射率曲线进行选择，从而在1550纳米波长具有不超过0.17分贝/千米的衰减。

根据一些实施方式，对光纤的相对折射率曲线进行选择，从而提供在1550纳米不超过0.165分贝/千米的衰减。根据一些实施方式，对光纤的相对折射率曲线进行选择，从而提供在1550纳米波长不超过0.16分贝/千米或甚至不超过0.155分贝/千米的衰减。

本发明的其他特性和优点将在以下详细描述中提出，其中的部分特性和优点，本领域技术人员容易通过该描述了解或者通过如本文所述（包括以下详细描述、权利要求书以及附图）实施本发明而理解。

应理解，以上一般描述和以下详细描述都提出了本发明的实施方式，目的是提供关于理解提出权利要求的本发明性质和特征的总体评述或框架。附图包括在本说明书中，提供对本发明的进一步理解，并结合在本说明书中作为本说明书的一部分。附图图示说明了本发明的各实施方式，与描述部分一起对本发明的原理和操作进行解释。

附图简要描述

图1A是本发明一种实施方式的截面视图；

图1B图示说明了图1A光纤的示例性折射率曲线（实线）和比较例光纤的折射率曲线（虚线）；

图2-4说明了本发明光纤的示例性实施方式的折射率曲线。

发明详述

定义

“折射率曲线”是折射率或相对折射率与波导光纤半径之间的关系。

“相对折射率百分比”定义为Δ%=100×（n（r）²-n_s ²）/2n（r）²，其中n（r）表示自光纤中线起的径向距离r处的折射率，除非另外指明；n_s是氧化硅在1550纳米波长的折射率。如本文所用，相对折射率用Δ表示，其值按%单位给出，除非另外指明。当某区域的折射率小于氧化硅折射率时，该折射率百分比为负值，称为具有降低的折射率，在相对折射率为最大负值的点计算，除非另外指明。当某区域的折射率大于氧化硅折射率时，该折射率百分比为正值，该区域可称为具有提升的折射率，或具有正折射率，在相对折射率为最大正值的点计算，除非另外指明。在本文中，“提升掺杂剂”表示具有使折射率相对于纯的未掺杂SiO₂发生提升的倾向的掺杂剂。在本文中，“降低掺杂剂”表示具有使折射率相对于纯的未掺杂SiO₂发生降低的倾向的掺杂剂。提升掺杂剂可存在于光纤中具有负的相对折射率的区域中，该区域中可伴随存在一种或多种并非提升掺杂剂的其他掺杂剂。类似地，一种或多种并非提升掺杂剂的其他掺杂剂也可存在于光纤中具有正的相对折射率的区域中。降低掺杂剂可存在于光纤中具有正的相对折射率的区域中，该区域中可伴随存在一种或多种并非降低掺杂剂的其他掺杂剂。类似地，一种或多种并非降低掺杂剂的其他掺杂剂也可存在于光纤中具有负的相对折射率的区域中。

波导光纤的“色散现象”（除非另外指明，否则，在本文中称作“色散”）是材料色散、波导色散和模间色散的总和。在单模波导光纤的情况中，模间色散为零。双模方案中的色散值假设模间色散为零。零色散波长（λ₀）是色散值为零时的波长。色散斜率是色散随波长变化的比率。

“有效面积”定义为：A_有效=2π（∫f²rdr）²/（∫f⁴rdr），其中积分限是0到∞，f是与波导中传播的光相关的电场的横向分量。如本文所用，“有效面积”或“A_有效”是指在波长1550纳米处的光学有效面积，除非另外指明。

术语“α-曲线”表示相对折射率曲线，用Δ（r）表示，单位是%，其中r是半径，满足方程Δ（r）=Δ（r₀）（1-[r-r_i/（r_f-r_i）]^α），其中r_i是Δ（r）为最大值的点，r₂是Δ（r）%为最小值的点，r范围满足r_i≤r≤r_f，其中Δ如上定义，r_i是α-曲线的起点，r_f是α-曲线的终点，α是为实数的指数。

采用Petermann II定义测定或模拟模场半径（MFD），其中2w=MFD，且w²=（2∫f²rdr/∫[df/dr]²rdr），积分限为0到∞。

可通过规定测试条件下的诱发衰减来度量波导光纤的耐弯性。

一种弯曲测试是侧向负荷微弯测试。在这种所谓“侧向负荷”测试中，将规定长度的波导光纤放置在两个平板之间。在一个板上附连70号丝网。将一段已知长度的波导光纤夹在板之间，在施加30牛顿力将板压在一起的同时，测定参比衰减。然后向板施加70牛顿力，测定衰减的增加，单位为分贝/米。衰减的增加是波导的侧向负荷丝网（LLWM）衰减。

采用“针阵列”弯曲测试比较波导光纤的相对耐弯性。为进行这项测试，测定波导光纤在基本无诱发弯曲损耗情况下的衰减损耗。然后围绕针阵列编织波导光纤，并再次测定衰减。因弯曲诱发的损耗是两个衰减测量值之间的差。针阵列是一组10个圆柱形针排成单行并在平坦表面上保持固定垂直位置。针与针间隔5毫米（中心到中心）。针直径为0.67毫米。在测试过程中，施加足够的张力使波导光纤与一部分针表面共形。

对于给定模式，理论光纤截止波长或“理论光纤截止”或“理论截止”是在该模式中大于该波长的引导光无法传播的波长。数学定义可参见《单模光纤光学（Single Mode Fiber Optics）》，Jeunhomme，第39-44页，马索德克出版社（MarcelDekker），纽约，1990，其中将理论光纤截止描述为模传播常数等于外覆层中的平面波传播常数的波长。

由于弯曲和/或机械压力诱发损耗，有效光纤截止低于理论截止。在这种情况下，该截止是指LP11和LP02模式中的较高者。LP11和LP02一般不在测量时进行区分，但都明显作为光谱测量中的台阶（使用多模参比技术时），即，在波长大于测得的截止值的模式中没有观察到功率。实际光纤截止可通过标准2米光纤截止测试方法FOTP-80（EIA-TIA-455-80）测定，得到“光纤截止波长”，也称为“2米光纤截止”或“截止测量值”。进行FOTP-80标准测试，从而采用受控量的弯曲提取出较高阶次模式，或者相对于多模光纤将光纤的光谱响应归一化。

光缆截止波长或“光缆截止”通常小于光纤截止测量值，因为光缆环境中具有更高水平的弯曲和机械压力。实际光缆条件可通过下述光缆截止测试来逼近：EIA-445光纤光学测试程序，其为EIA-TIA光纤光学标准（即电子工业联盟-电信工业协会光纤光学标准）的一部分，更通常称为FOTP。光缆截止测量如EIA-455-170“通过传输功率测定单模光纤的光缆截止波长”或“FOTP-170”所述，对于LP01模式报告光学性质（例如色散、色散斜率等）。

波导光纤电信链路（或简称为链路）由光信号发送器、光信号接收器和一定长度的波导光纤组成，该波导光纤的端部分别与发送器和接收器光学连接，从而在其间传播光信号。波导光纤的长度可以由多个较短的长度组成，这些较短的长度以头尾连接方式搭接或连接成串联形式。链路可包括另外的光学部件，例如光学放大器、光学衰减器、光学隔离器、光学开关、滤光器、多路复用或多路分解装置。可以将一组互连的链路称为电信***。

本文所用的光纤跨度包括一定长度的光纤或成系列地集合在一起的多根光纤，所述光纤在光学器件之间延伸，例如在两个光学放大器之间，或者在多路复用器件和光学放大器之间。跨度可包括一段或多段本文所揭示的光纤，还可包括一段或多段其他光纤，例如可选来实现所需的***性能或参数，例如跨度端部的残余色散。

本发明的实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，附图示出了其实施例。只要有可能，在附图中采用相同的附图标记表示相同或类似的部件。本发明光纤的一种实施方式如图1A中所示，在附图中一般标记为10。波导光纤10包括芯12和包围芯的包覆层20，所述芯在1550纳米波长的有效面积约等于或大于100平方微米（例如在1550纳米波长为100-160平方微米，或105-150平方微米，或120-140平方微米），且1.5≤α≤10。在本文所述的该示例性光纤中，α值的典型范围是1.5-4，例如1.8≤α≤3。这种光纤的示例性折射率曲线（相对折射率Δ-半径）如图1B中所示（实线）。

芯12是无Ge的，芯包括中央芯区域14、包围中央芯区域14并与之直接相邻的第一环状芯区域16和包围第一环状区域16并与之直接相邻的第二环状区域18。中央芯区域14从中线向外沿径向延伸到半径r₁，0微米≤r₁≤2微米，并具有相对于纯氧化硅按%测定的相对折射率百分比曲线Δ₁（r），-0.1%≤Δ₁（r）≤0.12%（如-0.08%≤Δ₁（r）≤0.1%）。在一些实施方式中，-0.06%≤Δ₁（r）≤0.06%。中央芯区域14还具有最大相对折射率百分比Δ_1最大。在本文所述的示例性实施方式中，Δ_1最大在光纤中线处出现（r=0）。

第一环状芯区域16具有α值，1.5≤α≤10（例如2≤α≤8，或1.5≤α≤6，1.5≤α≤4.5，或2≤α≤4，或2≤α≤3.5），并延伸到外半径r₂，6微米≤r₂≤10微米，优选7微米≤r₂≤10微米，更优选7.5微米≤r₂≤9微米。第一环状芯区域16还具有相对于纯氧化硅按%测定的相对折射率百分比曲线Δ₂（r）、最小相对折射率Δ_2最小和最大相对折射率Δ_2最大（其中Δ_1最大≥Δ_2最大），在半径r=2微米处测定的相对折射率Δ₂，其满足以下关系：（a）-0.15≤Δ₂（r=2微米）≤0.1，且（b）Δ_1最大≥Δ₂（r=2微米）。在一些实施方式中，-0.08≤Δ₂（r=2微米）≤0.1，或-0.15%≤Δ₂（r=2微米）≤0。在一些实施方式中，Δ_2最大=Δ₂（r=2微米）。在一些实施方式中，-0.45%≤Δ_2最小≤-0.25%，例如-0.4%≤Δ_2最小≤-0.3%，或-0.45%≤Δ_2最小≤-0.3%。

第二环状芯区域18是氟掺杂的，其包围第一环状区域16并于之直接相邻。根据本文所述的实施方式，通常第二环状芯区域18含有0.4-2重量%的氟，例如0.4-1.6重量%或0.8-1.6重量%的氟。

第二环状芯区域18延伸到半径r₃，15微米≤r₃≤31微米（例如20微米≤r₃≤30微米或25微米≤r₃≤29.5微米），且具有相对于纯氧化硅按%测得的负的相对折射率百分比曲线Δ₃（r）。最小相对折射率百分比Δ_3最小满足以下关系：（a）Δ_3最小＜Δ₂（r=2微米）且Δ_3最小≤Δ_2最小；和（b）-0.5%≤Δ_3最小≤-0.25%。例如在一些实施方式中，-0.5%≤Δ_3最小＜-0.3%。在至少一些实施方式中，Δ₃（r）还具有最大相对折射率百分比Δ_3最大，其中Δ_3最大≥Δ_3最小。在一些优选的实施方式中，-0.45%＜Δ_3最小＜-0.3%，在另一些优选的实施方式中，-0.4%＜Δ_3最小＜-0.3%。例如，Δ_3最小可以为-0.27%、-0.28%、-0.29%、-0.3%、-0.35%、-0.38%、-0.4%、-0.42%，或其间的任意数字。注意到在至少一些实施方式中，Δ_3最大=Δ₃（r=r₂）=Δ_2最小，且-0.45%≤Δ₃（r=r₂）≤-0.3%。

注意到当第二环状芯区域18具有较平坦的折射率曲线时，即Δ_3最大-Δ_3最小＜0.03%，则半径r₃定义为对应于包覆层20的开始。在一些示例性实施方式中，在包覆层20即将开始之前，环状芯区域18正好在半径r₃处达到Δ_3最小值。

在一些实施方式中，比值r₂/r₁为3-5。优选该比值满足3.5≤r₂/r₁≤4.5。优选r₂≤10微米且r₃≤35微米。在一些实施方式中，r₃≤30微米，例如20微米≤r₃≤29微米。在一些实施方式中，2.5≤r₃/r₂≤5（或0.2≤r₂/r₃≤0.4），例如2.7≤r₃/r₂≤4.5（或0.22≤r₂/r₃≤0.37）。

包覆层20包围芯12并具有相对于纯氧化硅按%测定的相对折射率百分比Δ₄（r），且Δ₄（r）≥Δ_3最小。在一些示例性实施方式中，Δ₄（r）≥Δ_3最大。在一些示例性实施方式中，Δ₄（r）≥Δ_3最大。包覆层20优选具有最小相对折射率百分比Δ_4最小，其中-0.4%＜Δ_4最小＜-0.2%。在一些示例性实施方式中，芯12和包覆层20包含F作为降低掺杂剂。在这些实施方式中，第一和第二环状芯区域16和18中存在的F量大于中央芯区域14中存在的氟量。优选芯区域16和18中的F量随着半径增大而增加。优选F浓度可从0.1重量%增至2.0重量%，更优选从0.1重量%增至1.6重量%，例如从0.2重量%增至1.6重量%。在一些实施方式中，光纤的芯中可包含大于500ppm的氟，包覆层中可包含大于5000ppm的氟。

在一些示例性实施方式中，芯12还包含至少一种碱金属氧化物掺杂剂，例如碱金属是K、Na、Li、Cs和Rb。在一些示例性实施方式中，芯12中含K₂O，其量为20-1000重量ppm的K，更优选为50-500重量ppm的K，最优选为50-300重量ppm的K。光纤10还可包含氯。优选芯12中的氯量为小于1500重量ppm，包覆层20中为小于500重量ppm。注意到术语“ppm”是指每一百万份中的重量份数，或重量ppm，除非另外指明；可通过乘以因子10000将按重量%的测量值转化成ppm。

对光纤10的相对折射率曲线进行选择，以提供在1550纳米波长λ处不超过0.17分贝/千米的衰减，例如在1550纳米波长λ处为0.145-0.17分贝/千米，更优选0.145-0.165分贝/千米，最优选0.145-0.160分贝/千米。在1550纳米波长λ处，衰减值可以为0.15-0.17分贝/千米，或0.145-0.165分贝/千米，或例如：0.149分贝/千米、0.15分贝/千米、0.152分贝/千米、0.153分贝/千米、0.155分贝/千米、0.158分贝/千米、0.16分贝/千米、0.162分贝/千米、0.165分贝/千米、0.168分贝/千米或0.17分贝/千米。在至少一些实施方式中，在1550纳米波长处的色散D为19≤D≤23皮秒/纳米/千米，在至少一些实施方式中，光纤具有零色散波长λ₀，1260纳米≤λ₀≤1290纳米。在一些实施方式中，20皮秒/纳米/千米≤D≤23皮秒/纳米/千米，1260纳米≤λ₀≤1290纳米，在20毫米直径心轴上，1550纳米的宏弯损耗小于1分贝/圈。在至少一些实施方式中，光纤的有效面积A_有效＞120平方微米，对光纤的相对折射率曲线进行设计，以提供在1550纳米处小于22皮秒/纳米/千米的色散。

通过以下实施例进一步阐释本发明。

表1-4列出实施例1-11的各组说明性光纤实施方式以及比较例光纤（比较1）的特征。比较例光纤的曲线如图1B中所示（虚线）。图2-4示出对应于光纤实施例2、6、8和9的各折射率曲线。在实施例1-11的这些光纤实施方式中，-0.05%≤Δ_1最大≤0.12%，Δ₂（r＝2微米）≈-0.05%，-0.4%≤Δ_2最小≤-0.25%，-0.41%≤Δ_3最小＜-0.25%，3≤r₂/r₁≤4.5，r₃＜30微米。在至少一些实施方式中，Δ_2最小=Δ_3最大。在至少一些实施方式中，第二环状芯区域18的折射率Δ比较恒定，因此Δ_2最小=Δ_3最小。还注意到在另一些实施方式中，Δ₂（r=2微米）或Δ_2最大可为0%至-0.10%之间（相对于氧化硅），具体取决于该区域中存在的降低掺杂剂的重量百分比。虽然在一些实施方式中，光纤10的α值为1.5-10，但实施例1-11的光纤实施方式的α值小于4，即为1.8-3。

表1和2中总结了这些示例性光纤的模拟曲线参数。在这些实施例中包覆层20的外半径为62.5微米。表3显示了这些光纤的不同区域中的F量。表4显示了表1和2的示例性光纤1-11以及比较例光纤的模拟光学特性。注意到比较例光纤（比较例1）具有与表1中的实施例3光纤几乎相同的有效面积（118平方微米），以及类似的组成。但是，比较例光纤具有阶跃折射率芯区域18（α＞10，即α=30），而实施例3光纤具有渐变折射率芯（α＜10，即α=2.26），因而比较例光纤具有较高的衰减。

在这11种示例性实施方式中，芯12是基于氧化硅（SiO₂）的，芯的至少一部分（例如芯区域16、18）掺杂有氟。表3提供了芯区域16、18和包覆层20中的氟（F）含量（重量%），以及芯区域14的组成。图2和3说明，由于光纤实施例2和6的芯区域18中的F量增大，所以Δ₃随着半径增加而变得更负。图4说明，由于光纤实施例8和9的光纤芯区域18中的F量基本恒定，所以Δ₃在这个区域中基本恒定。图2-5还说明，随着光纤区域16中的F量降低，Δ₂值逐渐变得更负，从Δ_2最大变成Δ_2最小。

表1

光纤	Δ1最大	r1	Δ2最大	α	r2
						比较例1	-0.015	2	-0.05	30.00	6.10
实施例1	-0.032	2	-0.04	2.52	7.15

实施例2	-0.024	2	-0.06	2.26	7.52
						实施例3	-0.027	2	-0.08	2.32	7.71
实施例4	-0.062	2	-0.07	2.49	7.98
						实施例5	-0.025	2	-0.05	2.87	8.08
实施例6	0.016	2	-0.02	2.53	8.97
						实施例7	0.008	2	-0.03	2.23	8.93
实施例8	0.	2	-0.07	2.3	8.4
						实施例9	0.	2	-0.06	2.4	7.6
实施例10	0.025	2	-0.04	1.80	7.77
						实施例11	-0.015	2	-0.05	30.00	6.10

表2

表3

要注意在对应于实施例8和9（表1的实施例8和9）的光纤实施方式中，Δ_2最小=Δ_3最小，第二环状区域18中的玻璃组成是恒定的（参见图4）。在所有这些示例性实施方式中，光纤包括对应于第二环状芯区域18的环护（moat）区域。注意到该环护区域（第二环状芯区域18）的最高折射率差值低于第一环状芯区域16的最高折射率差值。这种环护（第二环状芯区域18）被包覆层20包围，该包覆层的折射率Δ₄＞Δ_3最小。还注意到在所有11种光纤实施方式（表1-3中的实施例1-11）中，光纤芯区域16中的F浓度随着半径的增大而单调地增加。至少在表1-3的一些光纤实施方式中，光纤芯区域16和18中的F浓度都随着半径的增大而单调地增加。此外，至少在一些光纤实施方式中，芯中的F浓度随着半径r的增大而单调地增加。

第二环状芯区域18的体积（环护体积）优选小于-20%-平方微米，更优选小于-40%-平方微米，更优选小于-50%-平方微米，其中通过对第二环状芯区域的折射率相对于包覆层区域的折射率的径向权重差异进行积分，计算曲线体积：

更负的曲线体积有利于帮助限制芯中的光功率，从而使微弯损耗最小化，从而将大有效面积与低衰减相结合。

表1和2的示例性光纤具有模拟的光学属性，如表4中所示。一些光纤实施方式具有以下模拟值：LP11理论光纤截止波长λc为1320-1580纳米，1550纳米处的色散D为18-25皮秒/纳米/千米，更优选为19-23或22皮秒/纳米/千米，1550纳米处的衰减小于0.170分贝/千米，例如为0.145-0.160分贝/千米。表1-2的至少一些示例性光纤的有效面积A_有效大于115平方微米，优选大于120平方微米，更优选大于125平方微米。这些光纤实施方式的光缆截止波长小于1520纳米，更优选小于1500纳米，更优选小于1450纳米。这些光纤实施方式的典型衰减小于0.155分贝/千米，更优选小于0.15分贝/千米。

表4

在表4中，术语“斜率1550”表示1550纳米波长处的色散斜率，单位是皮秒/平方纳米/千米；术语“MFD1550”表示1550纳米波长处的模场直径，单位是微米；“A_有效1550”表示1550纳米波长处的光纤有效面积，单位是平方微米；“色散1550”表示1550纳米波长处的色散，单位是皮秒/纳米/千米；“衰减1550”表示1550纳米处的衰减，单位是分贝/千米；术语“λ₀”表示零色散波长，单位是纳米。

实施例10光纤的有效面积测量值为124平方微米，α=1.8，其在1550纳米的衰减为0.151分贝/千米，小于0.17分贝/千米。

较佳的是，在有效面积大于115平方微米的光纤实施方式中，光纤的一次涂层的杨氏模量小于1.0兆帕，二次涂层的杨氏模量大于1200兆帕。侧向负荷丝网（LLWM）微弯损耗小于5分贝，优选小于4分贝，更优选小于3分贝。LP11截止波长优选为1350-1500纳米，更优选为1380-1450纳米。

我们发现，一次和二次涂层的某些组合显著改善了微弯性能，从而改善了总体衰减，使得光纤的有效面积增加至≥115平方微米，优选≥120平方微米，更优选≥130平方微米。有效面积至少为115平方微米的光纤优选包含一次涂层P，其与包覆层20接触并包围该包覆层。一次涂层P的杨氏模量小于1.0兆帕，优选小于0.9兆帕，在一些优选的实施方式中不超过0.8兆帕。这种光纤还包含二次涂层S，其与一次涂层P接触并包围该一次涂层。二次涂层S的杨氏模量优选大于1200兆帕，更优选大于1400兆帕。

如本文所用，采用拉伸测试仪器[例如新特（Sintech）MTS拉伸测试仪，或英斯特朗（INSTRON）通用材料测试***]在膜形状的材料样品上测定一次涂层的固化后聚合物材料的杨氏模量、致断伸长和抗张强度，所述材料样品的厚度约为0.003-0.004″（76-102微米），宽度约为1.3厘米，计量长度为5.1厘米，测试速度为2.5厘米/分钟。

在一些示例性实施方式中，一次涂层P的玻璃化转变温度优选低于经过涂覆的光纤的最低目标使用温度。在一些实施方式中，一次涂层P的玻璃化转变温度低于-25℃，更优选低于-30℃。一次涂层P的折射率优选高于光纤包覆层的折射率，使得能从光纤的芯去掉杂散的（errant）光信号。例如，对于传输光纤，在1550纳米波长处，芯的折射率值为1.447，包覆层的折射率值为1.436，因此优选一次涂层P在1550纳米的的折射率大于1.44。在热老化和水解老化过程中，一次涂层P应与玻璃光纤保持充分的粘合性，但是对于接合目的，一次涂层P又是能从玻璃光纤剥离的。一次涂层P的厚度通常为25-50微米（例如约32.5微米），能作为液体施涂到光纤上并固化。

一次涂层P优选是一次可固化组合物的固化产物，该组合物包含低聚物和至少一种单体。用于形成一次涂层的一次可固化组合物还可包含光引发剂。

对本领域技术人员显而易见的是，可以在不偏离本发明精神和范围的情况下对本发明进行各种修改和变化。因此，本发明意在涵盖本发明的各种修改和变化，条件是它们落在所附权利要求及其等同项的范围之内。

Claims (20)

1.一种光波导纤维，其包括：

（i）无Ge芯，其在1550纳米波长的有效面积为100-150平方微米，所述芯包括：

（a）中央芯区域，其从中线向外沿径向延伸到半径r₁，具有相对于纯氧化硅按%测定的相对折射率百分比曲线Δ₁（r），其中-0.1%≤Δ₁（r）≤0.12%，所述中央芯区域具有最大相对折射率百分比Δ_1最大；

（b）第一环状芯区域，其包围中央芯区域并与之直接相邻，具有α值，1.5≤α≤10；延伸到外半径r₂，6微米≤r₂≤10微米；并具有相对于纯氧化硅按%测定的相对折射率百分比曲线Δ₂（r）、最小相对折射率Δ_2最小、最大相对折射率Δ_2最大、在半径r=2微米处测定的相对折射率，其中

-0.45≤Δ₂≤0，-0.25≥Δ_2最小≥-0.45且Δ_1最大≥Δ₂（r=2微米）；

（c）氟掺杂的第二环状区域，其包围第一环状芯区域并与之直接相邻，并延伸到半径20微米≤r₃≤30微米，具有相对于纯氧化硅按%测定的负的相对折射率百分比曲线Δ₃（r）和最小相对折射率百分比Δ_3最小，且

-0.5%＜Δ_3最小＜-0.25%且Δ_3最小≤Δ_2最小；

（ii）包覆层，其包围芯，并具有相对于纯氧化硅按%测定的相对折射率百分比Δ₄（r）和最小折射率Δ_4最小，且

-0.4%＜Δ₄＜-0.2%；

其中对光纤的相对折射率曲线进行选择，以提供在1550纳米波长处不超过0.17分贝/千米的衰减。

2.如权利要求1所述的光波导纤维，其特征在于，1.5≤α≤6，对光纤的相对折射率曲线进行选择，以提供在1550纳米波长处不超过0.165分贝/千米的衰减。

3.如权利要求1或2所述的光波导纤维，其特征在于，-0.45%≤Δ_3最小≤-0.3%。

4.如权利要求1-3中任一项所述的光波导纤维，其特征在于，-0.08%≤Δ₂（r=2）≤0.11%。

5.如权利要求1-4中任一项所述的光波导纤维，其特征在于，-0.4%≤Δ_2最小≤-0.3%，0.2≤r₂/r₃≤0.4，r₂≤10微米，且r₃≤35微米。

6.如权利要求1-5中任一项所述的光波导纤维，其特征在于，0.22≤r₂/r₃≤0.37，且r₃≤30微米。

7.如权利要求1-6中任一项所述的光波导纤维，其特征在于，所述纤维的特征是在1550纳米波长处的色散D，且19≤D≤23皮秒/纳米/千米。

8.如权利要求1-6中任一项所述的光波导纤维，其特征在于，所述纤维的特征是零色散波长λ₀，且1260纳米≤λ₀≤1290纳米。

9.如权利要求1-8中任一项所述的光波导纤维，其特征在于：（i）有效面积为100-140平方微米；和（ii）氟掺杂的第二环状区域包含0.1-1.6重量%的氟。

10.如权利要求1-8中任一项所述的光波导纤维，其特征在于，所述纤维在所述芯中包含大于50ppm的氟，在包覆层中包含大于5000ppm的氟。

11.如权利要求1所述的光波导纤维，其特征在于：（a）中央芯区域从中线向外沿径向延伸到半径0微米≤r₀≤2微米，具有相对于纯氧化硅按%测定的相对折射率百分比曲线Δ₁（r），（b）Δ_1最大（r）≤0.11%；（c）对光纤的相对折射率曲线进行选择，从而在1550纳米处提供0.15-0.16分贝/千米的衰减，（d）所述光波导纤维在1550纳米波长处的色散D为20皮秒/纳米/千米≤D≤23皮秒/纳米/千米，1260纳米≤λ₀≤1290纳米，且在20毫米直径心轴上、在1550纳米处的宏弯损耗小于1分贝/圈。

12.如权利要求1-5或11中任一项所述的光波导纤维，其特征在于，（i）所述氟掺杂的第二环状区域包含0.1-1.6重量%的氟，且（ii）所述纤维在芯中包含小于1500ppm的氯，且（iii）在包覆层中包含小于500ppm的氯。

13.如权利要求1-12中任一项所述的光波导纤维，其特征在于，所述纤维的有效面积A_有效＞100平方微米，对光纤的相对折射率曲线进行设计，从而在1550纳米波长处提供不超过0.155分贝/千米的衰减。

14.如权利要求13所述的光波导纤维，其特征在于，（i）在1550纳米处的衰减不超过0.15分贝/千米，且（ii）光缆截止波长小于1520纳米。

15.如权利要求20所述的光波导纤维，其特征在于，所述光缆截止波长小于1450纳米。

16.如权利要求15所述的光波导纤维，其特征在于，所述纤维的有效面积A_有效＞120平方微米，且对光纤的相对折射率曲线进行设计，从而提供小于22皮秒/纳米/千米的色散。

17.如权利要求1-5和13-14中任一项所述的光波导纤维，其特征在于，所述芯的至少一部分包含碱金属。

18.如权利要求17所述的光波导纤维，其特征在于，所述碱金属包括Na、K、Cs、Li或Rb。

19.如权利要求18所述的光波导纤维，其特征在于，所述碱金属包括20-1000重量ppm的K。

20.如权利要求1-5或11中任一项所述的光波导纤维，其特征在于，所述纤维还包括：

a.一次涂层，其杨氏模量小于1.0兆帕；

b.二次涂层，其杨氏模量大于1200兆帕；

其中所述光纤的有效面积大于115平方微米。

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