CN103529511A

CN103529511A - 单模光纤

Info

Publication number: CN103529511A
Application number: CN201310246845.4A
Authority: CN
Inventors: 大薗和正; 姚兵; 渡边智纪
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-01-22
Also published as: JP2014010412A; JP5799903B2

Abstract

本发明提供一种弯曲损耗特性优异并且具有低传送损耗特性的单模光纤。一种具有沟槽型的折射率分布的单模光纤，设第1包覆层的外径为r1、第2包覆层的外径为r2时，相对于距芯层中心的距离r的相对折射率差Δ（r）相对于径向的微分值dΔ（r）/dr为-0.10≤dΔ（r）/dr＜0（r1≤r≤r2）、dΔ（r1）/dr＞dΔ（r）/dr（r1＜r＜r2）并且dΔ（r2）/dr＞dΔ（r）/dr（r1＜r＜r2）。

Description

单模光纤

技术领域

本发明涉及一种弯曲损耗特性优异并且具有低传送损耗特性的单模光纤。背景技术

通信用光纤中，单模光纤（SMF：Single-Mode optical Fiber）作为低损耗、宽频段的传送路径而被广泛实用化。近年来，由于光纤到户（FTTH，Fiber ToThe Home）***的普及，将光纤配线至室内的情况增多。这样的***中，光纤通过分支电缆从室外的接入点导入至室内，但此时，根据建筑物的结构、室内的状况，光纤成为伴有小弯曲的配线形态是常有的。然而，若使光纤发生小弯曲，则光纤的封闭信号光的能力变差而发生大的传送损耗。作为其对策，使用使包覆层的折射率分布为如图7所示的三层结构的沟槽型折射率分布单模光纤。该光纤由于具有沟槽结构，因此与通常的单模光纤相比具有优异的弯曲损耗特性。为了形成该沟槽型折射率分布，需要将光纤的包覆层构成为折射率不同的三层结构。

光纤是将光纤母材进行拉丝来制造的，因此为了将光纤的包覆层制成三层结构，需要制造使成为包覆层的部分为折射率不同的三层结构的光纤母材。

为了制造这样的光纤母材，如图8所示，通过气相轴向沉积法（VAD法：Vapor phase Axial Deposition method）使二氧化硅玻璃微粒（烟灰（soot））堆积，接着在He和Cl₂气的混合气体气氛中进行脱水烧结处理，进一步进行拉伸，从而制造芯和第1包层同时合成母材（（a）芯母材制造工序）。

另外，在其他工序中，通过VAD法使烟灰堆积，接着在He和SiF₄气体的混合气体气氛中烧结时掺杂氟，对于所得的玻璃母材，对用于***芯母材的中空部进行配管加工，制造成为第2包覆层的氟掺杂第2包覆层（氟掺杂管）（（b）沟槽部氟管制造工序）。

将以上制造的芯-第1包层同时合成母材和氟掺杂第2包覆层通过管棒法（rod-in-tube）进行一体化（（c）棒内加工工序）。进一步，若在通过外设VAD法使烟灰堆积在第2包覆层的外周后，在He和Cl₂气的混合气体气氛中烧结，形成成为第3包覆层的氯掺杂石英包覆层，则得到包覆层为三层结构的光纤母材（（d）外侧包层制造工序），然后，将该母材进行拉丝而得到包覆层为三层结构的沟槽型单模光纤。

这样，以往在制造沟槽型单模光纤时，将成为第2包覆层的氟掺杂管通过管棒法进行一体化而制作，因此第1包覆层和第2包覆层的边界部成为如图9所示的伴有光纤组成不连续点的、急剧的折射率分布变化部（由虚线围起来的部分）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-64915号

发明内容

发明要解决的问题

然而，沟槽型单模光纤的成为第1包覆层的部分和成为第2包覆层的部分的组成大不相同时，在将光纤母材拉丝而形成的光纤中，在第1包覆层和第2包覆层的边界部产生残留应力，成为如图10所示的传送损耗增加的主要原因。该传送损耗由于波长依赖性小，因此不是特定杂质引起的吸收损耗，而是一般被称为结构不规则损耗的损耗，芯/包层界面的起伏被认为是原因。在该光纤的情况下，到芯和第1包层为止都与图10中为了比较而示出的常规单模光纤（SMF）相同，因此难以作为传送损耗增加的主要原因来考虑。因此，接下来引起传送损耗增加的可能性高的主要原因是第1包层和第2包层界面的组成差别（起伏）。

该光纤中，第1包层和第2包层的边界部存在急剧的折射率变化（通过用r（表示半径。）对相对折射率差Δ（r）进行微分而算出的、dΔ（r）/dr为-0.15的位置）。这在前述的该光纤母材的制造方法中存在很大的原因。也就是说，在图8示出的工序（c）中，由于对芯/第1包层同时合成母材的第1包层部和折射率不同的成为第2包层的氟掺杂石英管直接进行了一体化，因此其边界部处产生折射率的不连续点。石英中的折射率由构成石英的组成决定，若组成不同则对热的膨胀系数不同，因而在光纤的拉丝工序这样的加热工序之后会产生残留应力。另外，该残留应力也依赖于光纤拉丝时的张力，具有若张力小则残留应力变小的倾向，因此如图10所示与之相伴地结构不规则损耗也变小，但即使使张力在实用的作业条件范围内最小（张力=0.1N），也不能充分减少结构不规则损耗。

为了缓和该残留应力，只要减小成为所述第1包覆层的部分和成为第2包覆层的部分的组成的性质差别（膨胀系数的差），也就是说使第2包覆层的折射率接近第1包覆层的折射率即可，但是，若其差以相对折射率差计大于-0.1%，这样的话则沟槽型光纤的特征得以缓和，无法得到期望的弯曲损耗特性（例如ITU-TG657A2），该光纤难以适用于FTTH***。另外，反过来若小于-0.45%，则难以同时满足ITU-TG657-A2标准中的电缆截止波长和模场直径这两个特性，因此可优选地设为-0.45%以上。

于是，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种弯曲损耗特性优异并且具有低传送损耗特性的单模光纤。

解决问题的手段

为了解决上述问题而立案的本发明是一种单模光纤，其特征在于，是具有芯层、邻接于所述芯层外周的第1包覆层、邻接于所述第1包覆层外周的第2包覆层和邻接于所述第2包覆层外周的第3包覆层的单模光纤；所述芯层的中心处的折射率n0、所述第1包覆层的平均折射率n1、第2包覆层的最小折射率n2以及第3包覆层的平均折射率n3为n0＞n3＞n1＞n2的关系；从所述第3包覆层的平均折射率n3和所述芯层的中心折射率n0算出的所述芯层的相对折射率差为0.3%以上且0.45%以下；从所述第3包覆层的平均折射率n3和所述第2包覆层的最小折射率n2算出的所述第2包覆层的相对折射率差为-0.1%以下且-0.45%以上；设所述第1包覆层的外径为r1、所述第2包覆层的外径为r2时，相对于距所述芯层中心的距离r的相对折射率差Δ（r）相对于径向的微分值dΔ（r）/dr为-0.10≤dΔ（r）/dr＜0（r1≤r≤r2）、dΔ（r1）/dr＞dΔ（r）/dr（r1＜r＜r2）并且dΔ（r2）/dr＞dΔ（r）/dr（r1＜r＜r2）。

所述单模光纤的芯层由添加了锗和氟以及氯的石英玻璃构成；所述第1包覆层和所述第2包覆层由添加了氟以及氯的石英玻璃构成；所述第3包覆层由添加了氯的石英玻璃构成。

所述单模光纤的波长1310nm的模场直径为8.2～9.4μm。

所述单模光纤以弯曲直径15mm弯曲时波长1550nm处的弯曲损耗为0.5dB/圈以下。

所述单模光纤以弯曲直径15mm弯曲时波长1625nm处的弯曲损耗为1.0dB/圈以下。

发明效果

利用本发明，能够提供一种弯曲损耗特性优异并且具有低传送损耗特性的单模光纤。

附图说明

图1为说明本实施方式涉及的单模光纤的折射率分布结构的图；

图2表示本发明光纤中相对折射率差在光纤径向的变化率的状况；

图3为表示在改变第1包覆层和第2包覆层的界面折射率的变化率时传送损耗如何变化的图；

图4表示芯烟灰母材制造的状况；

图5表示芯母材烧结工序的状况；

图6表示芯母材透明玻璃化后的折射率分布；

图7为表示现有的沟槽型光纤的折射率分布的一个例子的图；

图8为说明现有的沟槽型单模光纤的制造中使用的光纤母材的制造方法的图；

图9表示现有的沟槽型光纤的折射率分布；

图10表示现有的沟槽型光纤的传送损耗和SMF的传送损耗的比较结果。

附图标记说明

1-棒

2-烟灰母材中心部

3-烟灰母材中心部形成用喷灯

4-母材第1包层部

5-第1包层部形成喷灯

6-母材第2包层部

7-第2包层部形成喷灯

10-烟灰母材

20-电烧结炉

具体实施方式

以下，对本发明优选的一个实施方式基于附图进行详细描述。

本实施方式涉及的单模光纤具有与现有的单模光纤同等的低损耗传送特性，并且关于弯曲损耗特性，与现有的单模光纤相比具有优异的特性，对其折射率分布结构的实施例通过图1来说明。

首先，如图1所示，本发明的单模光纤具有包括三层包层结构的沟槽型折射率分布结构。其特征是第1包覆层和第2包覆层的边界部不存在组成急剧变化的区域，结果其折射率分布结构成为在第2包覆层内相对于外径方向具有负倾斜的结构。

关于本说明书中各层半径的算出方法如下。首先，使用第3包覆层的目标折射率值（设计值）求出相对折射率差的径向分布Δ（r），接着如图2所示，求出作为相对折射率差的径向分布Δ（r）的微分值的dΔ（r）/dr（r表示半径）。这里，图2中准备直径125μm的光纤，以1.0μm的梯度求出相对折射率差Δ（r）。

芯层的半径r0为从芯层的中心朝向外径方向到dΔ（r）/dr最初成为负极值的位置之间的距离。第1包覆层的外缘半径r1为到与芯层外缘相比的外侧并且dΔ（r）/dr最初由正变负的位置或dΔ（r）/dr在负区域中达到极值的最初位置之间的距离（到dΔ（r）/dr的值从增加（或平稳）转变为减少的位置之间的距离）。第2包覆层的外缘半径r2为到第1包覆层的外侧并且dΔ（r）/dr成为正值的位置之间的距离。第3包覆层的外缘半径等于光纤的外径。

另外，各层的相对折射率差通过以下算出。芯层的相对折射率差Δn0由第3包覆层的平均折射率n3和芯层的中心折射率n0算出（Δn0=100×（n0-n3）/n0。下同。），第1包覆层的相对折射率差Δn1由第3包覆层的平均折射率n3和第1包覆层的平均折射率n1算出，第2包覆层的相对折射率差由第3包覆层的平均折射率n3和第2包覆层的最小折射率n2算出。

从第1包覆层的外缘部朝向第2包覆层的外缘部，相对于光纤径（r）方向的相对折射率差Δ（r）的分布的微分值dΔ（r）/dr在满足r1≤r≤r2的区域中为负（dΔ（r）/dr＜0），也就是说，相对于外径方向相对折射率差Δ（r）始终减少。另外，在满足r1＜r＜r2的区域中，存在小于dΔ（r1）/dr以及dΔ（r2）/dr的dΔ（r）/dr。

本实施例中，预先固定芯层半径r0为7.0μm、第1包覆层的半径r1为20μm、第2包覆层的半径r2为38μm、第3包覆层的半径r3为125μm、芯层的相对折射率差Δn0为0.35%、第1包覆层的相对折射率差Δn1为-0.04%、第2包覆层的相对折射率差Δn3为-0.12%的条件，尝试制作从第1包层的外缘部朝向第2包层的外缘部dΔ（r）/dr（r1＜r＜r2）的最小值为-0.025、-0.10、-0.11、-0.12、-0.15的光纤（光纤拉丝时的张力为1.5N），分别研究其传送损耗。将其结果示于图3。发现，随着dΔ（r）/dr的值变大，结构不规则损耗的发生得以抑制，在-0.10和-0.025达到与通常的SMF同等的传送损耗。因此，本发明中，将-0.10≤dΔ（r）/dr＜0确定为必要条件。

接着，针对本发明的单模光纤的制造方法，以下进行详述。图4示出芯烟灰母材制造的状况。对烟灰母材中心部（芯层）2形成用的喷灯3、烟灰母材第1包层部4形成用的喷灯5以及烟灰母材第2包层部6形成用的喷灯7，供给氧、氢、原料气体（例如SiCl₄、GeCl₄、SiF₄），在氧和氢的混合气体的火焰中，使原料气体燃烧（水解）而生成杂质少的二氧化硅玻璃微粒（烟灰），使其堆积于旋转棒（籽晶杆）1的下端同时提升棒1，形成多孔质体的烟灰母材10。

这里，此时通过控制烟灰堆积温度，能够调节玻璃微粒（烟灰）的堆密度，堆密度越高，则在作为后续工序的在氟气氛中的烧结工序中越能抑制氟掺杂量。利用该方法，能够对从第1包层的外缘部朝向第2包层的外缘部的dΔ（r）/dr（r1＜r＜r2）的最小值进行控制。

此时，对喷灯3供给作为原料气体的SiCl₄=3g/min、GeCl₄=0.2g/min，作为可燃气体的H₂=6.5L/min、作为助燃气体的O₂=16L/min。另外，对喷灯5供给作为原料气体的SiCl₄=20g/min、作为可燃气体的H₂=55L/min、作为助燃气体的O₂=50L/min，进一步，对喷灯7供给作为原料气体的SiCl₄=18g/min、作为可燃气体的H₂=60L/min、作为助燃气体的O₂=50L/min，形成具有φ50mm的烟灰母材中心部2、φ120mm的烟灰母材第1包层部、φ220mm的烟灰母材第2包层部的全长1500mm的多孔质体的烟灰母材10。

接着，进行该烟灰母材10的烧结。烧结中使用图5所示的电烧结炉20。烧结方法是：首先，作为烟灰母材10的脱OH处理，在炉内气体He=20L/min、Cl₂=300cc/min的混合气体气氛中，以烧结温度1200℃、送入速度5mm/min进行烟灰母材全长的加热处理。接着，作为对母材的掺杂氟以及透明玻璃化处理，在炉内气体He=20L/min、SiF₄=150cc/min的混合气体气氛中，以烧结温度1500℃、送入速度5mm/min进行烟灰母材全长的加热处理。结果，得到直径φ100mm、全长850mm的透明玻璃化母材（图中未示出）。

将由以上的方法得到的透明玻璃化母材的折射率分布测定结果的一个例子在图6中示出。本实施例中，就石英基准的相对折射率差而言，中心芯Δn11为0.38%、第1包层Δn21为-0.05%、第2包层最小值Δn31为-0.16%。基于该折射率分布结果进行纤维化后的电缆截止波长=1240nm的设计，可知只要使第2包覆层的半径r2为38μm即可。

下面，将该透明玻璃化母材30拉伸至规定的直径，在其外周部通过外设法使成为第3包覆层的烟灰母材堆积，制成外径φ250mm、长度1600mm的母材40（图中未示出）。将该外设烟灰母材利用温度1500℃的电烧结炉进行透明玻璃化，得到φ110mm、长度1500mm的透明玻璃化全合成母材（图中未示出）。

接着，将得到的透明玻璃化母材通过拉丝工序制成φ125μm的光纤（图1）。将光纤的结构示于表1，各种光学特性示于表2。

表1

	芯层	第1包覆层	第2包覆层	第3包覆层
					半径（μm）	R0=3.5	R1=10	R2=19	R3=62.5
相对折射率差（%）	Δn0=0.35	Δn1=-0.04	Δn2=-0.12	-
					dΔ（r）/dr最小值	-	-	-0.019	-

表2

具备与通常的单模光纤同等的各种特性的同时，特别是关于弯曲损耗特性，具有优异的特性，成为满足ITU-TG.657A2规定特性的特性。另外，即使第2包覆层中dΔ（r）/dr（r1≤r≤r2）大于表1所示的-0.019，只要在-0.10以下，则在抑制结构不规则损耗发生的状态下耐弯曲性变好，能够提供一种作为本发明目的的弯曲损耗特性优异且具有低传送损耗特性的单模光纤，这是不言而喻的。

Claims

1.一种单模光纤，其特征在于，其为具有芯层、邻接于所述芯层外周的第1包覆层、邻接于所述第1包覆层外周的第2包覆层和邻接于所述第2包覆层外周的第3包覆层的单模光纤；

所述芯层的中心处的折射率n0、所述第1包覆层的平均折射率n1、第2包覆层的最小折射率n2以及第3包覆层的平均折射率n3为n0＞n3＞n1＞n2的关系；

由所述第3包覆层的平均折射率n3和所述芯层的中心折射率n0算出的所述芯层的相对折射率差为0.3%以上且0.45%以下；

由所述第3包覆层的平均折射率n3和所述第2包覆层的最小折射率n2算出的所述第2包覆层的相对折射率差为-0.1%以下且-0.45%以上；

设所述第1包覆层的外径为r1、所述第2包覆层的外径为r2时，相对于距所述芯层中心的距离r的相对折射率差Δ（r）相对于径向的微分值dΔ（r）/dr为-0.10≤dΔ（r）/dr＜0其中r1≤r≤r2、dΔ（r1）/dr＞dΔ（r）/dr其中r1＜r＜r2、并且dΔ（r2）/dr＞dΔ（r）/dr其中r1＜r＜r2。

2.根据权利要求1所述的单模光纤，其特征在于，所述芯层由添加了锗和氟以及氯的石英玻璃构成；

所述第1包覆层和所述第2包覆层由添加了氟以及氯的石英玻璃构成；

所述第3包覆层由添加了氯的石英玻璃构成。

3.根据权利要求1所述的单模光纤，其特征在于，波长1310nm的模场直径为8.2～9.4μm。

4.根据权利要求1所述的单模光纤，其特征在于，以弯曲直径15mm弯曲时波长1550nm处的弯曲损耗为0.5dB/圈以下。

5.根据权利要求1所述的单模光纤，其特征在于，以弯曲直径15mm弯曲时波长1625nm处的弯曲损耗为1.0dB/圈以下。