CN104834054A - 光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光纤，其具有W型折射率分布并且在实际使用弯曲半径下具有降低的弯曲损耗。本发明的光纤包括：芯部；内包层，其包裹芯部并且折射率小于芯部的折射率；以及外包层，其包裹内包层并且折射率小于芯部的折射率且大于内包层的折射率，光纤在弯曲半径R下具有弯曲损耗α(R)，在为最小值时弯曲半径Rt为25mm以下。

Description

光纤
技术领域
本发明涉及一种光纤。
背景技术
为了改善光学传输***中的信噪比(SN比)，需要光纤具有低的衰减和低的非线性。为了减小光纤的非线性，有效的是增大光纤的有效面积。然而，如果为了扩大光纤的有效面积而增大芯部的直径，则将会传输高次模。因此，为了避免由于传输模之间的干涉导致的信号劣化，需要光纤的LP11模的有效截止波长不大于信号光波长，即，例如在信号光在C波段(1530到1565nm)中传输的情况下为1530nm以下。
W型折射率分布被认为是一种不仅能够增大有效面积而且在波长为1530nm以上时有效地产生单模的光纤的折射率分布。具有W型折射率分布的光纤具有：芯部；内包层，其包裹住芯部，并且折射率小于芯部的折射率；以及外包层，其包裹住内包层，并且折射率小于芯部的折射率而大于内包层的折射率。
在实际使用光纤时，需要弯曲光纤并且将光纤的过大长度收纳在中继器、收发装置和电缆接头箱等中。例如，在这种情况下，弯曲半径为大约25mm。
然而，大部分情况下以前均是论证光纤在10mm的弯曲半径下的弯曲损耗值，而很少讨论在光纤的实际使用弯曲半径下的弯曲损耗。例如，日本专利申请公开No.2011-197667提出了一种光纤的折射率分布的设计方法来减少弯曲半径为10mm时的弯曲损耗，但是对光纤例如25mm的实际使用弯曲半径并没有任何调研。
发明内容
发明目的
本发明的目的是提供一种能使实际使用弯曲半径下的弯曲损耗得到减少的具有W型折射率分布的光纤。
实现目的的方法
为了达成目的，本发明所述光纤包括：芯部，其包括中心轴线；内包层，其包裹所述芯部，并且所述内包层的折射率小于所述芯部的折射率；以及外包层，其包裹所述内包层，并且所述外包层的折射率小于所述芯部的折射率并大于所述内包层的折射率，其中光纤在弯曲半径R下具有弯曲损耗α(R)，并在弯曲半径为25mm以下时为最小值。
本发明光纤的有效面积可用为110μm2以上且170μm2以下，并且具有1600nm以下的截止波长。所述有效面积优选为110μm2以上且160μm2以下，更优选为120μm2以上且140μm2以下。在这些情况下，所述截止波长可以为1500nm以下。在此，所述截止波长是在ITU-TG.650.1中定义的光纤截止波长。
在本发明光纤中，关于芯部的半径“a”和内包层的外半径“b”，比率b/a可以为2.0以上且4.5以下，并且所述外包层相对于所述内包层的相对折射率差Δ2＝100×(n3-n2)/n3[％]可以为0.01％以上且0.15％以下。在这种情况下，所述芯部的直径可以为12.0μm以上且15.5μm以下，并且所述芯部相对于所述内包层的相对折射率差Δ1＝100×(n1-n2)/n1[％]可以为0.25％以上且0.35％以下。优选地，所述直径为12.0μm以上且14.5μm以下，相对折射率差Δ1为0.25％以上且0.35％以下。
在本发明光纤中，所述芯部可以具有位于中心的凹陷部分，并且所述凹陷部分的折射率小于所述凹陷部分周围的折射率。在这种情况下，所述芯部的直径可以为12.0μm以上且15.5μm以下，并且关于所述凹陷部分的半径“d”，并且比率a/d可以为2.2以上且4.0以下，所述凹陷部分的折射率深度Δ1’＝100×(n1-n0)/n1[％]可以为0.01％以上且0.15％以下。优选地，所述直径为12.0μm以上且14.0μm以下，比率a/d为2.2以上且4.0以下，并且所述折射率深度为0.01％以上且0.15％以下。
本发明的另一方面是光纤传输装置，其配备有用作光学传输路线的本发明光纤。
本发明的效果
根据本发明能够提供一种能使实际使用弯曲半径下的弯曲损耗得到减少的具有W型折射率分布的光纤。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的光纤的折射率分布的示意图。
图2是示出弯曲光纤的等效折射率分布的示意图。
图3是示出具有W型折射率分布的光纤的弯曲半径和弯曲损耗之间的关系的曲线图。
图4是示出具有W型折射率分布的光纤的弯曲半径和弯曲损耗关于弯曲半径的一阶偏差之间的关系的曲线图。
图5是示出根据本发明实施例的光纤的变型例的折射率分布的示意图。
图6是示出配备有本发明光纤的光学传输***的示意图。
具体实施方式
下面参考附图具体描述本发明的具体实施方式。本发明不限于实例并由权利要求书示出，包括与权利要求书的范围等同或落入权利要求书的范围内的所有变型例。
图1是示出根据本发明实施例的光纤的折射率分布的示意图。光纤具有W型折射率分布。即，光纤具有芯部、包裹芯部的内包层和包裹内包层的外包层。内包层的折射率n2小于芯部的折射率n1。外包层的折射率n3小于芯部的折射率n1并且大于内包层的折射率n2。光纤由石英玻璃制成，并且根据需要向各个区域添加折射率调整用添加剂。用“a”表示芯部半径，“b”表示内包层外半径。以内包层的折射率为基准，芯部的相对折射率差表示为Δ1＝100×(n1-n2)/n1[％]，外包层的相对折射率差表示为Δ2＝100×(n3-n2)/n3[％]。
图2是示出弯曲光纤的等效折射率分布的示意图。如果光纤弯曲，则光纤的等效折射率分布从弯曲中心向外具有与弯曲半径的倒数成比例的斜率，从而位置越靠近半径部位的外侧，包层的等效折射率就越高。在包层的等效折射率与LP01模的有效折射率相等的半径部位外侧，LP01模的光的泄漏会导致弯曲损耗。
具有W型折射率分布的光纤具有内包层和外包层。在弯曲半径小的情况下，内包层区域的等效折射率等于LP01模的有效折射率。在弯曲半径变大时，内包层和外包层之间的界面处的等效折射率等于LP01模的有效折射率。此外，在弯曲半径变得更大时，外包层区域的等效折射率等于LP01模的有效折射率。在外包层的等效折射率等于LP01模的有效折射率的弯曲半径的边界处，具有W型折射率分布的光纤的弯曲损耗特性会发生显著变化。
图3是示出具有W型折射率分布的光纤在波长为1550nm时弯曲半径和弯曲损耗之间的关系的曲线图。在此将芯部直径2a设为12.8μm,将内包层的外半径和芯部半径之间的比率b/a设为3.6，并且以内包层的折射率为基准，将芯部的相对折射率差Δ1设为0.29％，外包层的相对折射率差Δ2设为0.07％。在弯曲半径24mm的边界处弯曲损耗特性的变化程度为约两位数。
图4是示出具有W型折射率分布的光纤在波长为1550nm时弯曲半径和弯曲损耗关于弯曲半径的一阶偏差之间的关系的曲线图。纵轴表示其中α(R)[dB/m]是弯曲半径R[mm]下的弯曲损耗。在为最小值时，弯曲半径Rt为24mm。弯曲半径Rt由等效折射率分布和基模的有效折射率之间的关系决定。因此，通过适当地设计光纤结构，能够将Rt减小到小于或等于实际使用弯曲半径，并且减少在实际使用弯曲半径下的弯曲损耗。
光纤的LP01模的有效折射率由光纤的折射率分布决定。因为如果将b/a设定得更小，则Rt也会因内包层和外包层之间的界面更接近中心芯部的缘故而变得更小，从而会减少在LP01模的有效折射率和外包层的等效折射率相等时的弯曲半径，所以将b/a设定为4.5以下是合适的。此外，因为类似地通过减小内包层和外包层之间的折射率差可以减小Rt，所以优选将Δ2设定为0.15％以下。
表I总结了实例1到18的光纤的分布参数和特征值，还示出了：芯部直径2a；内包层外半径和芯部半径之间的比率b/a；以内包层的折射率为基准，芯部的相对折射率差Δ1和外包层的相对折射率差Δ2；在波长为1550nm时的有效面积Aeff；截止波长λc；Rt；在弯曲半径为10mm且波长为1550nm时的弯曲损耗αb10；以及在弯曲半径为25mm且波长为1550nm时的弯曲损耗αb25。这些光纤具有图1所示的折射率分布，并且Rt为25mm以下。
表I
图5是示出根据本发明实施例的光纤的变型例的折射率分布的示意图。所述光纤也具有W型折射率分布并且在芯部中心具有凹陷部分，凹陷部分的折射率n0比其周围的折射率要低。用“d”表示凹陷部分的半径，并且将芯部相对于凹陷部分的相对折射率差表示为Δ1’＝100×(n1-n0)/n1[％]。
表II总结了实例21到38的光纤的分布参数和特征值，还示出了：芯部直径2a；凹陷部分的相对折射率差Δ1’；芯部的相对折射率差Δ1；芯部半径和凹陷部分半径的比率a/d；内包层外半径和芯部半径之间的比率b/a；外包层的相对折射率差Δ2；波长为1550nm时的有效面积Aeff；截止波长λc；Rt；在弯曲半径为10mm且波长为1550nm时的弯曲损耗αb10；以及在弯曲半径为25mm且波长为1550nm时的弯曲损耗αb25。这些光纤具有图5所示的折射率分布，并且Rt为25mm以下。
表II
图6是示出配备有本发明光纤的光学传输***1的示意图。光学传输***1通过中继器20将光学信号从发射器10传输到接收器30。光纤传输线路40使用本发明光纤作为传输线路，且安装在发射器10和第一级的中继器20之间、中继器20和下一级的中继器20之间以及最后一级的中继器20和接收器30之间。在这样的光学传输***1中，因为传输线路是使用具有W型折射率分布地光纤的光纤传输线路40且Rt为25mm以下，所以减少了实际使用弯曲半径下的弯曲损耗，并且信号光可以以低损耗和低非线性传输。
为了减小光纤的非线性，有效的是扩大有效面积。然而，在有效面积变大时，在这种情况下将有效面积如此扩大的光纤连接到已经安装作为光学传输路线或者在传输装置中使用的光纤，如基于ITU-TG.652系列的普通单模光纤、基于ITU-T G.653系列的色散移位光纤以及基于ITU-T G.655和G.656系列的非零色散移位光纤上，连接损耗会变大，并且可能导致OSNR变低。因此，合适的是波长为1550nm时的有效面积为110μm2以上且160μm2以下。截止波长优选为1600nm以下。这将保证波长为1530nm以上时的有效单模传输。有效面积优选为120μm2以上且140μm2以下(实例3到13以及实例23到32)，并且截止波长优选为1500nm以下(实例1、实例4到15、实例21以及实例24到例35)。

Claims (12)

1.一种光纤，包括：
芯部，其包括中心轴线；
内包层，其包裹所述芯部，并且所述内包层的折射率小于所述芯部的折射率；以及
外包层，其包裹所述内包层，并且所述外包层的折射率小于所述芯部的折射率并大于所述内包层的折射率，其中
光纤在弯曲半径R下具有弯曲损耗α(R)，并在弯曲半径为25mm以下时为最小值。
2.根据权利要求1所述的光纤，其中
所述光纤的有效面积为110μm2以上且170μm2以下，并且具有1600nm以下的截止波长。
3.根据权利要求2所述的光纤，其中
所述有效面积为110μm2以上且160μm2以下。
4.根据权利要求3所述的光纤，其中
所述有效面积为120μm2以上且140μm2以下。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的光纤，其中
所述截止波长为1500nm以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光纤，其中
所述芯部具有半径a，所述内包层具有外半径b，并且比率b/a为2.0以上且4.5以下，所述外包层相对于所述内包层的相对折射率差为0.01％以上且0.15％以下。
7.根据权利要求6所述的光纤，其中
所述芯部的直径为12.0μm以上且15.5μm以下，并且所述芯部相对于所述内包层的相对折射率差为0.25％以上且0.35％以下。
8.根据权利要求7所述的光纤，其中
所述直径为12.0μm以上且14.5μm以下。
9.根据权利要求6所述的光纤，其中
所述芯部具有位于中心的凹陷部分，并且所述凹陷部分的折射率小于所述凹陷部分周围的折射率。
10.根据权利要求9所述的光纤，其中
所述芯部的直径为12.0μm以上且15.5μm以下，所述凹陷部分具有半径d，并且比率a/d为2.2以上且4.0以下，所述凹陷部分的折射率深度为0.01％以上且0.15％以下。
11.根据权利要求10所述的光纤，其中
所述直径为12.0μm以上且14.0μm以下。
12.一种光纤传输线路，其配备有根据权利要求1至11中任一项所述的光纤。
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