CN109416435B - 高纤维密度的低弯曲损耗光纤光缆 - Google Patents

高纤维密度的低弯曲损耗光纤光缆 Download PDF

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Abstract

提供了一种密集堆积的低弯曲损耗光缆。所述光缆包括外光缆护套和多个由所述光缆护套包围的缓冲管。每个缓冲管包括限定了具有直径D1的通道的内表面，以及面向所述光缆护套的内表面的外表面。所述光缆包括多根(N根)光纤，其位于每个缓冲管的所述通道内并被所述缓冲管的内表面包围。每根光纤具有外径D2。所述N根光纤密集地堆积在每个缓冲管内，使得直径比参数Ω被定义为比率D1/D2，并且是2.25+0.143(N)≤Ω≤1.14+0.313(N)。

Description

高纤维密度的低弯曲损耗光纤光缆
相关申请的交叉引用
本申请根据专利法要求2016年5月25日提交的美国临时申请第62/341,369号的优先权，其以引用的方式并入文中。
发明背景
本公开大体上涉及光缆，并且更具体地涉及尽管具有高光纤密度但具有高光纤密度和低弯曲损耗的光纤光缆。光缆已经在包括各种电子和电信领域在内的各种领域中得到越来越多的应用。光缆包含或包围一根或多根光纤。光缆为光缆内的光纤提供结构和保护。
发明内容
本公开的一个实施方案涉及一种密集堆积的低弯曲损耗光纤光缆。光缆包括外光缆护套和由光缆护套包围的多个缓冲管。每个缓冲管包括内表面，所述内表面限定具有直径D1的通道，以及面向光缆护套的内表面的外表面。光缆包括位于每个缓冲管的通道内并被缓冲管的内表面包围的多根(N根)光纤，并且每根光纤具有外径D2。N根光纤密集地堆积在每个缓冲管内，使得直径比参数Ω被定义为比率D1/D2，并且为2.25+0.143(N)≤Ω≤1.14+0.313(N)。多根光纤中的每一个包括在1310nm处的大于9微米的模场直径，小于1260nm的光缆截止和对于15mm的心轴直径，在1550nm处的小于0.5dB/圈的宏弯曲损耗。
本公开的另一实施方案涉及一种密集堆积的低弯曲损耗光纤光缆。光缆包括外光缆护套和由光缆护套包围的多个缓冲管。每个缓冲管包括限定通道的内表面和面向光缆护套的内表面的外表面。光缆包括位于每个缓冲管的通道内的至少一根光纤的内组和位于每个缓冲管的通道内并包围该内组的多根光纤的外组。外组和内组的光纤被堆积在每个缓冲管内，使得在外组的任一对相邻光纤之间测量的最大间隙长度小于内组的至少一根光纤的外径，从而阻止内组的至少一根光纤从内组移动到外组。内组和外组的每根光纤包括在1310nm处的大于9微米的模场直径，小于1260nm的光缆截止和对于15mm的心轴直径，在1550nm处的小于0.5dB/圈的宏弯曲损耗。
本公开的另一实施方案涉及一种光缆。该光缆包括外径小于15mm的聚合物外光缆护套，由外光缆护套包围的强度构件和包围强度构件的多个缓冲管。光缆包括位于每个缓冲管内的至少四根光纤。每根光纤包括在1310nm处的大于9微米的模场直径，小于1260nm的光缆截止和对于15mm的心轴直径，在1550nm处的小于0.5dB/圈的宏弯曲损耗。
本公开的另一实施方案涉及一种光缆。该光缆包括外径小于15mm的聚合物外光缆护套，由外光缆护套包围的缓冲管和在缓冲管内堆叠布置的多根光纤带。每根光纤带包括由聚合物带基质包围并支撑在其中的多根光纤。每根光纤包括在1310nm处的大于9微米的模场直径，小于1260nm的光缆截止和对于15mm的心轴直径，在1550nm处的小于0.5dB/圈的宏弯曲损耗。
本公开的另一实施方案涉及一种密集堆积的低弯曲损耗光纤光缆。光缆包括外光缆护套和由光缆护套包围的多个缓冲管。每个缓冲管包括限定具有直径D1的通道的内表面，以及面向光缆护套的内表面的外表面。该光缆包括位于每个缓冲管的通道内并被缓冲管的内表面包围的多根(N根)光纤，并且每根光纤具有外径D2。N根光纤密集地堆积在每个缓冲管内，使得直径比参数Ω被定义为比率D1/D2，并且为2.25+0.143(N)≤Ω≤1.14+0.313(N)。多根光纤中的每一根包括在1310nm处的大于9微米的模场直径，小于1260nm的光缆截止和对于20mm的心轴直径，在1550nm处的小于0.5dB/圈的宏弯曲损耗。
额外的特征和优点将在随后的具体实施方式中阐述，并且部分地对于本领域技术人员来说从说明书中是显而易见的，或者通过实践如在书面说明书及其权利要求以及附图中描述的实施方案而被认识到。
应理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式都仅是示例性的，并且旨在提供理解权利要求的性质和特征的概述或框架。
包括附图以提供进一步的理解，并且附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了一个或多个实施方案，并且与说明书一起用于解释各种实施方案的原理和操作。
附图说明
图1是根据示例性实施方案的光纤光缆的剖视图。
图2A-2C是根据示例性实施方案的光纤缓冲管的剖视图。
图3是示出缓冲管内径与光纤外径的最小比率作为缓冲管中光纤数量的函数的曲线图。
图4是根据另一示例性实施方案的光纤光缆的剖视图。
图5是根据另一示例性实施方案的光纤光缆的剖视图。
图6是根据另一示例性实施方案的光纤光缆的剖视图。
图7是根据另一示例性实施方案的光纤光缆的剖视图。
图8示出了对应于本文所公开的光波导光纤的一个实施方案的折射率分布。
图9示出了本文公开的光纤的实施方案的折射率分布。
图10示出了本文公开的光纤的实施方案的折射率分布。
图11示出了本文公开的光纤的实施方案的折射率分布。
图12示出了本文公开的光纤的实施方案的折射率分布。
图13示出了本文公开的光纤的实施方案的折射率分布。
图14示出了本文公开的光纤的实施方案的折射率分布。
具体实施方式
总体上参考附图，示出了光纤光缆的各种实施方案。作为背景，一些光纤光缆应用以可能引起通过光缆的光纤传输的光信号的弯曲损耗的方式部署或使用。这种弯曲损耗可以由引起弯曲损耗的包括紧密弯曲半径、光纤压缩等的光缆部署引起。此外，这种弯曲损耗可以在各种光缆中发生，例如光接光缆组件、具有工厂安装的端接***(FITS)的配电光缆和松弛环路。
另外，在其中光纤密集地堆积在相对刚性的缓冲管中，密集地堆积在光缆护套内和/或密集地堆积在光纤带布置中的光缆中，弯曲损耗可能更大。在这种光缆中的弯曲损耗至少部分是由密集堆积造成的位置约束引起的，这限制了光纤在弯曲，压缩等过程中移位以采用低应力位置的能力。因此，典型的光纤光缆和/或缓冲管配置在光纤的外表面和缓冲管或护套的内表面之间包括大量自由空间，并且该自由空间允许光纤在弯曲期间移动或移位以采用低应力位置。通过减小光纤在弯曲期间经受的应力，这种低密度光缆提供令人满意的信号衰减水平，但是使用相对大直径的缓冲管和/或相对大的光缆护套来实现。
在本文讨论的特定实施方案中，申请人开发了一种新型的高度堆积的缓冲管和高度堆积的光缆设计，其利用新型的小直径，低弯曲损耗光纤设计。如本文所讨论的，申请人开发了一种具有低弯曲损耗的高度堆积的低直径缓冲管，类似地，申请人开发了一种具有低弯曲损耗的高度堆积的低直径光纤光缆。在特定实施方案中，申请人认为，本文所讨论的低直径的对弯曲不敏感的光纤允许密集光纤堆积，即使传统的缓冲管/光缆设计智慧会指示这种堆积密度将由于位置约束而导致不可接受的弯曲损耗并导致在弯曲期间增加对光纤的应力。这种低直径的高度堆积的光纤光缆可以提供许多优点，包括限制管道堵塞、允许将光缆吹送通过管道、减少光缆重量和材料使用等。
参考图1，根据示例性实施方案，示出了示为光缆10的光缆。光缆10包括示为外护套12的外光缆护套，其具有限定内部通道或空腔(示为中心孔16)的内表面14和大体限定光缆10的最外表面的外表面18。通常理解的是，护套12的内表面14限定了本文讨论的各种光缆部件位于其中的内部区或区域。
在各种实施方案中，光缆护套12由挤出的热塑性材料形成。在各种实施方案中，光缆护套12可以是用于光缆制造的各种材料，例如聚乙烯、中密度聚乙烯、聚氯乙烯(PVC)，聚偏二氟乙烯(PVDF)、尼龙、聚酯或聚碳酸酯及其共聚物。另外，光缆护套12的材料可包括少量其他材料或填料，其为光缆护套12的材料提供不同的性质。例如，光缆护套12的材料可包括提供着色、阻挡UV/光(例如炭黑)、耐燃烧等的材料。
光缆10包括一个或多个光学传输元件或光学波导，如光纤20所示。在所示的实施方案中，光纤组20位于单独的缓冲管22中，缓冲管22缠绕在中心强度构件24上(例如，为SZ绞合图案)。在各种实施方案中，光缆10包括至少四个缓冲管22。中心强度构件24可以是任何合适的轴向强度构件，例如玻璃增强塑料杆、钢条/丝等。大体上，光缆10在安装期间和之后为光纤20提供结构和保护(例如，在移动期间的保护，免受因素影响，免受环境影响，免受害虫影响等)。
在各种实施方案中，光缆10还包括铠装层，如铠装26所示。大体上，铠装26由金属材料条(例如，金属带、扁平细长连续材料片等)形成，其被缠绕在缓冲管22上并周向包围缓冲管22。如图1所示，铠装26位于外护套12的内表面附近，使得这两层彼此接触。在特定实施方案中，铠装26是缠绕在光缆10的内部部分上的波纹钢带材料，并且在一些这样的实施方案中，铠装26纵向折叠形成纵向重叠区段，其中带的相对边缘重叠以完全包围内部缓冲管22(和光缆10的任何其他内部部件)。在其他实施方案中，铠装26可以是金属带材料条，螺旋地缠绕在缓冲管22上使得铠装26形成周向包围缓冲管22的层。大体上，铠装层26为光缆内的光纤20提供额外的保护层，并可以提供抗损坏性(例如，安装期间由接触或压缩引起的损坏、因素的损坏、啮齿动物的损坏等)。光缆10可以包括各种其他部件或层，例如螺旋缠绕的粘合剂、周向收缩薄膜粘合剂、阻水带材料、阻水光纤材料等。如文中定义，最小光缆芯直径是缓冲管束没有绞合在中心构件上的最小直径。在一些实施方案中，绞合缓冲管将使光缆芯的直径增加1％至15％。在一些实施方案中，绞合缓冲管将使光缆芯的直径增加1％至5％。
在所示的实施方案中，光缆10包括嵌入夹套12内或下面的一个或多个偏向拉扯特征和/或拉索28。在该实施方案中，偏向拉扯特征和/或拉索28与夹套12定位在一起，使得拉索28利于打开外护套12。在一些实施方案中，拉索28可位于铠装层26内，使得拉索28利于打开铠装26和护套12。
如上所述，光缆10，光纤20和缓冲管22以各种方式配置以提供高纤维密度，高纤维数光缆，同时减小或最小化缓冲管尺寸和/或光缆护套尺寸。如本文所讨论的，低直径光纤允许更高密度和更小的光缆，并且这些光纤的低弯曲损耗设计允许这种高密度和小的光缆具有可接受的信号损耗特性。
参考图2A-2C，示出了具有不同光纤堆积密度水平的各种缓冲管设计。图2A-2C示出了三种不同的缓冲管设计，如缓冲管22'、22"和22"'所示。大体上，缓冲管22'、22"和22"'是包围，保护和组织光纤20的聚合物管，并且另外缓冲管22'、22"和22"'大体彼此相同，不同之处在于缓冲管的内径和在下面更详细地讨论的在每个缓冲管内产生的光纤堆积布置。此外，应该理解，光缆10可以包括任何组合的缓冲管22'、22"和/或22"'。在各种实施方案中，光缆10仅包括缓冲管类型22'、22"和/或22"'中的一种，并且在其他实施方案中，光缆10包括缓冲管22'、22"和/或22"'的混合。
参照图2A，缓冲管22'包括具有内表面32和外表面34的缓冲管壁30。内表面32限定缓冲管通道36，光纤20位于缓冲管通道36内。如图2A所示，光纤20布置在通道36内的外组38和内组40中。大体上，外组38的光纤20位于邻近(例如，距离小于0.5微米)或接触内表面32的通道36的外部中，使得外组38包围内组40。内组40大***于通道36的中心区域中。
内表面32限定缓冲管内径D1，并且在图2A所示的具体实施方案中，D1的尺寸使得光纤20具有完全位置约束。在图2A所示的具体实施方案中，缓冲管22'的内径小于外光纤直径D2，以及光纤数N，这导致图2A所示的完全位置约束。具体是，缓冲管22'的尺寸使得在外组38的任一对相邻光纤20之间测量的最大间隙长度(如G所示)小于内组40的一个或多个光纤20的外径D2，使得内组40的光纤20被阻止从内组40移动到外组38。因此，以这种方式，缓冲管22'产生完全位置约束的光纤布置，并且在这种布置中，缓冲管22'提供光纤的密集堆积单元。具体是，被光纤20占据的通道36的区域部分是高的，并且总内径D1是低的，这导致在相对小的区域中具有较大纤维数目的缓冲管。
在特定实施方案中，申请人已经确定了D1与D2之间的关系，其限定了本公开所提供的缓冲管22'内光纤20的密集堆积。作为具体实例，在本文讨论的各种实施方案中，光纤20密集地堆积在缓冲管22'内，使得被定义为比率D1/D2的直径比参数Ω(Omega)小于2.66+0.134(N)，其中N是缓冲管22'内光纤20的数量，此外，在一个具体实施方案中，Ω也大于2.25+0.143(N)，其中N是缓冲管22'内光纤20的数量。在各种实施方案中，N为至少4，具体地N大于6，更具体地N为8至24，包括8和24。在另一个实施方案中，N为12至24，包括12和24。在另一个实施方案中，N大于24，在一个这样的实施方案中，8≤N≤48。在图2A所示的具体实施方案中，N为12，Dl大于或等于光纤OD的4.030倍且小于或等于光纤OD的4.273倍。另外，在该12根光纤实施方案中，外组38具有9根光纤20，而内组40具有3根光纤20。
在各种实施方案中，管22'内光纤20的堆积程度可以理解为外接外组38的所有光纤20的圆的最小直径D4的比率。在图2A-2C所示的实施方案中，D4相对较大，使得外组38中一半以上，具体是所有光纤20与内表面32接触。在各种实施方案中，光纤20被堆积成使得D4/D1大于0.95，具体是大于0.97，更具体是大于0.99，甚至更具体是大于0.995。在利用这些密集堆积的缓冲管的各种光缆实施方案中，申请人认为光纤20的外表面与管壁30的内表面32之间的相互作用可以增加由这种管构成的光缆的拉伸强度，并且在这样的实施方案中，尽管存在高水平的光纤/管相互作用，但本文讨论的各种对弯曲不敏感的光纤的利用提供了令人满意的光学衰减。
参考图2B和2C，示出了不同水平的光纤堆积密度和位置约束。图2B示出了根据示例性实施方案的缓冲管22"，其尺寸使得对光纤20在缓冲管22"内的移动提供部分位置约束。如图2B所示，缓冲管22"的内径D1的尺寸使得内组40的光纤20中的一个恰好配合在外组38的一对相邻光纤20之间的间隙42中并且可以移回到内组40中。作为比较，图2C示出了缓冲管22"'，其尺寸使得不对缓冲管22"'内的光纤20提供位置约束。
在各种实施方案中，如本文所讨论的光缆10的缓冲管22具有至少一些位置约束。作为具体实例，在本文讨论的各种实施方案中，光纤20密集地堆积在缓冲管内，例如缓冲管22'或22"，使得定义为比率D1/D2的直径比参数Ω小于1.14+0.313(N)，其中N是缓冲管22'或22"内光纤20的数量，此外，在一个具体实施方案中，Ω也大于2.25+0.143(N)，其中N是缓冲管22'和22"内光纤20的数量。在各种实施方案中，N为至少4，具体是N大于6，更具体是N为8至24，包括8和24。在另一个实施方案中，N为12至24，包括12和24。在另一个实施方案中，N大于24，并且在一个这样的实施方案中，8≤N≤48。在图2B所示的具体实施方案中，N为12，缓冲管22"的D1大于或等于光纤OD的4.273倍并且小于或等于光纤OD的4.87倍并且具体是小于光纤OD的4.864倍。另外，在缓冲管22"的这种12根光纤实施方案中，外组38具有9根光纤20，内组40具有3根光纤20，并且允许内组40的一根光纤20部分地移动到间隙42中，如图2B所示。
作为比较，图2C示出了缓冲管22"'，其尺寸使得没有位置约束，从而允许一根或多根光纤20在内组40与外组38之间自由移动，这允许光纤20在弯曲期间采用低应变位置，但与缓冲管22'和22"相比，需要更大的内径D1和更低堆积密度。具体是，如图2C所示，光纤20不密集地堆积在缓冲管22"'内，使得定义为比率D1/D2的缓冲管22"'的直径比参数Ω大于1.14+0.313(N)，其中N是缓冲管22"'内光纤20的数量，其中N大于6，N大于24，N为8至24，包括8和24。在图2C所示的具体实施方案中，N为12，缓冲管22"'的D1大于或等于光纤OD的4.864倍。
在具体实施方案中，缓冲管22'内密集光纤堆积和高光纤数由具有低外径的光纤和各种光纤性质促进，尽管存在密集堆积和高光纤量，但仍允许低信号损耗。在各种实施方案中，此类光纤可具有各种组合的各种性质，例如外径D2小于210微米，在1310nm处的模场直径大于9微米，光缆截止小于1260nm，对于20mm的心轴直径，在1550nm处的宏弯损耗小于0.5dB/圈，和/或在1550nm处的丝网覆盖的滚筒微弯损耗小于0.03dB/km。在具体实施方案中，光纤20可以是任何光纤或包括本文所讨论的任何光纤特征或特性。
在各种实施方案中，缓冲管22'、22"和22"'的管壁30是相对刚性的相对较厚的聚合物结构，使得在弯曲期间，管壁30不会变形到足以允许光纤20通过缓冲管壁本身的变形来采用低应变位置的程度。这与使用柔性薄束护套密集堆积的一些光纤束或微型模块形成对比。在这种光纤束中，通过束护套的柔性特性实现了致密堆积和可接受的弯曲损耗特性，其允许在弯曲期间光纤移动。与这种光纤束相比，在各种实施方案中，缓冲管22'和22"不允许大量的移动，并且通过使用低直径的对弯曲不敏感的光纤(例如本文所讨论的那些)来实现可接受的弯曲损耗特性。
在各种实施方案中，管壁30具有50微米至250微米的厚度T1。在特定实施方案中，管壁30由在25℃下具有0.8GPa至3GPa的弹性模量的材料形成。在本文讨论的各种实施方案中，具有这些厚度和/或模量的管壁30形成相对刚性的管状结构，其在光缆内不会以明显量弯曲、拉伸、变形等，因此，在这样的实施方案中，光纤20是本文所讨论的对弯曲不敏感的光纤。尽管存在于高度堆积的，厚的和/或高模量的管30中，但是这种对弯曲不敏感的光纤允许低的光学衰减。
缓冲管壁30可以由各种合适的聚合物材料制成。在一个实施方案中，缓冲管壁30由聚丙烯材料形成。在另一个实施方案中，缓冲管壁30由聚碳酸酯材料形成。在各种实施方案中，缓冲管壁30由一种或多种聚合物材料形成，包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚氯乙烯(PVC)、阻燃PCV、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)或本文讨论的聚合物材料的各种组合等。在各种实施方案中，缓冲管壁30的材料可包括各种填料或添加剂，包括UV阻挡材料和耐燃材料。
作为本公开的各种缓冲管尺寸和光纤堆积的具体实例，图3示出了缓冲管内径与光纤外径的最小比率作为缓冲管中光纤数量的函数的曲线图。曲线50示出了针对束中限定数量的光纤假采用的标准化有效束直径，曲线52示出了仅适应限定数量的光纤的最小标准化管ID。这与模拟数据拟合，模拟数据定义了外接圆的最小标准化直径，以恰好安装在每1至48根光纤束周围。
返回参照图1，在特定实施方案中，光缆10的一个或多个缓冲管22是一个或多个密集堆积的缓冲管，例如上面讨论的缓冲管22'和22"。在这样的实施方案中，密集堆积和小直径的缓冲管22'或22"允许光缆10也密集地堆积并且具有小直径的但量很大的光纤20。如图1所示，光缆10具有外径D3，其小于15mm，并且在所示的特定实施方案中，光缆10具有这种低外径，同时包括至少72根位于6个缓冲管中的光纤。
参考图4，示出了根据示例性实施方案的光纤光缆60。除了文中讨论之外，光缆60与光缆10基本上相同。如图所示，光缆60包括至少144根光纤，并且包括至少12个缓冲管22，每个缓冲管22包括12根光纤20。与光缆10类似，光缆60包括小于15mm的外径D3，并且缓冲管22是完全约束的缓冲管22'。在其他实施方案中，光缆60的缓冲管22可以是缓冲管22"和/或缓冲管22"'。此外，光缆10包括带护套的中心强度构件62，其包括中心部分64和外护套66。在特定实施方案中。中心部分64可以是相对刚性的，例如金属材料或玻璃增强塑料，外护套66是聚合物涂层。
参考图5，示出了根据示例性实施方案的光纤光缆70。除了文中讨论之外，光缆70与光缆10基本上相同。如图所示，光缆70包括至少96根光纤，并且包括至少8个缓冲管22，每个缓冲管22包括12根光纤20。与光缆10类似，光缆70包括小于15mm的外径D3，并且缓冲管22是完全约束的缓冲管22'。在其他实施方案中，光缆70的缓冲管22可以是缓冲管22"和/或缓冲管22"'。
参考图6，示出了根据示例性实施方案的光纤光缆80。除了文中讨论之外，光缆80与光缆10基本上相同。如图所示，光缆80包括至少72根光纤，并包括至少6个缓冲管22，每根缓冲管22包括12根光纤20。在所示的具体实施方案中，缓冲管22是不受约束的缓冲管22"'。因此，光缆80通过使用两个不受约束的缓冲管22"'实现非常低的弯曲损耗，这允许光纤20在弯曲期间移动以与文中所讨论的低直径的低弯曲损耗光纤组合实现低应变位置。
参考图7，示出了根据示例性实施方案的光纤光缆90。除了文中讨论之外，光缆90与光缆10基本上相同。如图所示，光缆90包括单个缓冲管92和多个光纤带96的堆叠94。每个光纤带96包括由聚合物基质98围绕并由其支撑的多个光纤20。在各种实施方案中，光缆90在堆叠94内包括至少四个带，并且每个带96支撑四根光纤20。在一些实施方案中，与光缆10类似，光缆90包括小于15mm的外径D3。在这样的实施方案中，光缆90利用本文讨论的低直径的低弯曲损耗光纤提供低弯曲损耗的低直径带状光缆。
低弯曲损耗光纤
在各种实施方案中如上所述，本文所讨论的光纤20被配置以在弯曲期间发生低信号损耗。在各种实施方案中，以上关于缓冲管和光缆布置讨论的光纤20可以是本文所讨论的任何光纤，并且具体是可以被配置为下面讨论的光纤110的各种实施方案。
根据至少一些实施方案，为用于数据中心和光纤到户安装，光纤具有低弯曲引起的损耗，尤其是对于急转弯，例如15mm直径弯曲。根据至少一些实施方案，本文公开的光纤与现有安装的光纤网络***向后兼容。根据至少一些实施方案，本文公开的光纤具有>9微米的1310模场直径，以便与现有安装的光纤具有低的接合损耗。文中公开的光纤可以是进行光缆连接，并且可以是具有发射器和接收器的网络***的一部分。
“折射率分布”是折射率或相对折射率与光纤半径之间的关系。折射率分布的每个分段的半径由缩写r1、r2、r3、r4a、r4等给出，并且小写和大写字体在本文中可互换使用(例如，r1等同于R1)。
“相对折射率百分比”(在本文中也称为“折射率Δ百分比”，“相对折射率”，“折射率Δ”和“相对折射率Δ”)定义为Δ％＝100x(ni 2-nc 2)/2ni 2，并且如本文所用，nc是未掺杂的二氧化硅的平均折射率。如本文所用，相对折射率由Δ表示，并且其值以“％”为单位给出，除非另有说明。术语：delta、Δ、Δ％、％Δ、delta％、％delta和百分比delta可以在本文中互换使用。对于本文所述的实施方案，可以通过上移或下移光纤的整个折射率分布来获得等效的相对折射率分布。在区域的折射率小于未掺杂的二氧化硅的平均折射率的情况下，相对折射率百分比是负的并且被称为具有凹陷区域或凹陷指数。在区域的折射率大于包层区域的平均折射率的情况下，相对折射率百分比是正的。“上掺杂剂”在本文中被认为是一种掺杂剂，其相对于纯的未掺杂的SiO2具有提高折射率的倾向。“下掺杂剂”在本文中被认为是一种掺杂剂，其相对于纯的未掺杂的SiO2具有降低折射率的倾向。上掺杂剂的实例包括GeO2(氧化锗)、Al2O3、P2O5、TiO2、Cl、Br。下掺杂剂的实例包括氟和硼。
除非另有说明，否则波导光纤的在本文中称为“色散(dispersion)”的“色散(Chromatic dispersion)”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下，模间色散为零。零色散波长是色散值为零的波长。色散斜率是色散相对于波长的变化率。
“有效面积”在等式1中定义为：
Aeff＝2π(∫f2 r dr)2/(∫f4 r dr) 等式1
在积分极限为0至∞的情况下，r是距芯中心的径向距离，f是与在波导中传播的光相关的电场的横向分量。除非另有说明，否则本文所用的“有效面积”或“Aeff”是指在波长1550nm下的光学有效面积。
术语“α-分布”是指折射率分布，以A(r)表示，单位为“％”，其中r是半径，根据等式2，如下所示
Δ(r)＝Δ(ro)(1-[|r-ro|/(r1-ro)]α) 等式2
其中ro是芯中的点(径向位置)，这个点处Δ(r)最大，r1是Δ(r)％为零的点，r在ri≤r≤rf范围内，其中A如上定义，ri是α分布的初始点，rf是α分布的最终点，α是指数，其为实数(文中称为“芯α”、“芯alpha”、“alpha值”或“α值”)。
使用Peterman II方法测量模场直径(MFD)，其中2w＝MFD，并且w2＝(2∫f2 r dr/∫[df/dr]2 r dr)，积分极限为0至∞。
可以通过在规定的测试条件下引起的衰减来测量波导光纤的抗弯曲性，例如通过将光纤展开或缠绕在规定直径的心轴上，例如通过在6mm、10mm或20mm或类似直径的心轴上缠绕1圈(例如“1x10mm直径宏弯损耗”或“1x20mm直径宏弯损耗”)并测量每圈的衰减增加。
一种弯曲试验是横向负载微弯试验。在这种所谓的“横向负载”试验(LLWM)中，将规定长度的波导光纤放置在两个平板之间。#70丝网连接到其中一个板上。将已知长度的波导光纤夹在板之间，测量参考衰减，同时用30牛顿力将板压在一起。然后将70牛顿力施加到板上，并测量以dB/m为单位的衰减增加。衰减的增加是在特定波长下以dB/m为单位的波导的横向负载衰减(通常在1200-1700nm的范围内，例如，1310nm或1550nm或1625nm)。
另一种弯曲试验是丝网覆盖的滚筒微弯试验(WMCD)。在该试验中，用丝网缠绕400mm直径的铝滚筒。网状物在没有拉伸的情况下被紧密缠绕，并且应该没有孔、凹点或损坏。丝网材料规格：McMaster-Carr Supply Company(克利夫兰，OH)，部件号85385T106，耐腐蚀304型不锈钢编织金属丝布，每直线英寸网格：165x165，丝直径：0.0019”，宽度开口：0.0041”，开放区域％：44.0。规定长度(750米)的波导光纤以1m/s缠绕在丝网滚筒上，卷取间距为0.050厘米，同时施加80(+/-1)克张力。将规定长度的光纤的端部粘住以保持张力并且没有光纤交叉。在指定波长下(通常在1200-1700nm范围内，例如1310nm或1550nm或1625nm)测量光纤的衰减；对缠绕在光滑滚筒上的光纤测量参考衰减。衰减的增加是在特定波长(通常在1200-1700nm范围内，例如，1310nm或1550nm或1625nm)下以dB/km为单位的波导的丝网覆盖的滚筒衰减。
另一种弯曲试验是篮状编织微弯损耗试验。在篮状编织微弯损耗试验中，光纤以高张力缠绕在玻璃卷轴上并暴露于温度循环。试验设备由固定直径的二氧化硅滚筒组成。滚筒表面是光滑的。在该试验中，滚筒直径为110mm。用70克缠绕张力将纤维缠绕在玻璃滚筒上，间距为2mm(相邻的光纤卷之间的距离)。用这种张力和间距缠绕多层光纤。每层缠绕时，倾斜角相反。相邻层的张紧纤维的交叉产生微弯机制。使用2.5km的纤维长度。初始纤维衰减在约23°，约45％RH(相对湿度)下测量，其中光纤以70克的张力展开为篮状编织配置。初始衰减损耗测量在1310nm、1550nm和1625nm的波长下进行。OTDR(光时域反射计)用于获取衰减损耗数据。
在23℃下进行初始衰减损耗测量之后，对纤维进行热循环。在热循环中，首先将纤维以1℃/min的速率从23℃冷却至-60℃。将纤维在-60℃下保持20小时，然后以1℃/min的速率加热回到23℃。将纤维在23℃下保持2小时，然后以1℃/min的速率加热至70℃并在70℃下保持20小时。然后将纤维以1℃/min的速率冷却至23℃并在23℃下保持2小时。然后对纤维进行第二次热循环，该循环与第一次热循环相同-即，将其从23℃冷却至-60℃，然后加热回到23℃，在该温度下保持2小时然后从23℃加热至70℃，之后将其冷却回23℃。最后，在将纤维保持在23℃的温度下2小时后，在第二次循环后，将纤维再次以1℃/min的速率冷却至-60℃，在-60℃下保持20小时，然后以1℃/min的速率进一步冷却至-60℃。将纤维在-60℃下保持20小时，然后以1℃/min的速率加热回到23℃并在23℃下保持2小时。此时热循环结束。
在纤维的热循环期间，连续测量纤维的衰减损耗。确定在两次热循环至-60℃期间的最大衰减损耗，并且该最大衰减损耗与在23℃下的初始衰减损耗之间的差在本文中报告为在-60℃至70℃的温度范围内纤维的篮状编织微弯损耗。在热循环至-60℃中，在-60℃下测得的衰减损耗与在23℃下的初始衰减损耗之间的差在本文中报告为在-60℃至23℃的温度范围内纤维的篮状编织微弯损耗。
“销阵列”弯曲试验用于比较波导纤维的相对抗弯曲性。为了进行该试验，对基本上没有弯曲引起的损耗的波导纤维测量衰减损耗。然后围绕销阵列编织波导纤维并再次测量衰减。弯曲引起的损耗是两次测量的衰减之间的差。销阵列是一组排列成一排并在平坦表面上保持在固定垂直位置的十个圆柱形销。销间距为5mm(中心到中心)。销直径为0.67mm。在试验期间，施加足够的张力以使波导纤维与销表面的一部分相符。衰减的增加是在特定波长下(通常在1200-1700nm范围内，例如1310nm或1550nm或1625nm)的波导的销阵列衰减(以dB为单位)。
对于给定模式，理论纤维截止波长或“理论纤维截止”或“理论截止”是指导光在该模式下不能传播的波长。数学定义可以参见Single Mode Fiber Optics,Jeunhomme,第39-44页,Marcel Dekker,New York,1990，其中理论纤维截止被描述为模式传播常数变得等于外包层中的平面波传播常数的波长。该理论波长适用于无直径变化的无限长，完全直的纤维。
纤维截止通过标准2m纤维截止测试FOTP-80(EIA-TIA-455-80)测量，以产生“纤维截止波长”，也称为“2m纤维截止”或“测量截止”。进行FOTP-80标准测试以使用受控量的弯曲去除高阶模式，或者将纤维的光谱响应标准化为多模纤维的光谱响应。
对于光缆截止波长，本文所用的“光缆截止”，“光缆截止波长”或“光缆截止”，我们指的是通过EIA-445光纤光学测试程序中描述的22m光缆截止测试测定的光缆截止波长，EIA-445光纤光学测试程序是EIA-TIA光纤光学标准的一部分，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。
除非本文另有说明，否则报告LP01模式的光学特性(例如色散、色散斜率等)。
本文公开的光纤能够在1550nm处表现出大于约70平方微米的有效面积，在一些实施方案中，在75与95平方微米之间，例如在约80与90平方微米之间。在一些实施方案中，在1550nm处的光学模式有效面积在约82与88平方微米之间。
纤维110的实施方案(参见，例如，图8)包括具有最大折射率Δ百分比Δ1的芯112和包围芯112的包层120。在本文公开的至少一些实施方案中，芯α大于5(即α>5)。根据本文描述的示例性实施方案，纤维110优选地是单模纤维。
包层120包括与芯112接触并包围芯112的内包层区域121，包围内包层区域121的下陷折射率包层区域122(文中也称为沟槽区域)。包层区域122具有折射率Δ百分比Δ3。外包层区域124包围沟槽区域122并包括折射率Δ百分比Δ4。沟槽区域是低折射率区域，被较高折射率区域包围。例如，如图8所示，包层120内的沟槽区域122被两个较高折射率的包层区域(即包层区域121和124)包围。
在本文描述的实施方案中，Δ1max>Δ4；Δ3<Δ2；并且Δ4>Δ3。在图8-14所示的实施方案中，包层区域121、122和124彼此紧邻。然而，这不是必需的，并且可替代地，可以采用额外的包层区域。
芯112包括外半径r1(其被定义为通过中心芯112的折射率Δ百分比的最大斜率绘制的切线与零Δ线交叉的情况)，其在2.75与6微米之间，在一些实施方案中，在约3与5.75微米之间，例如在3.5与5.6微米之间，在一些实施方案中，为4-5微米。芯112表现出折射率Δ百分比Δ1(相对于纯二氧化硅)。例如，芯的最大折射率Δ(Δ1max)可以是0％(如果其由纯二氧化硅制成)至0.65％，或0.15至0.5％，并且在一些实施方案中，约0.2至0.5％。在一些实施方案中，Δ1max≥0.38，例如0.5≥Δ1max>0.38。
在一些实施方案中，芯112表现出芯alpha(α)，其中，α大于5，例如至少10。在一些实施方案中，芯α为15或更大。在一些实施方案中，芯112可以包括约10至100的α，例如在一些实施方案中，芯alpha(α)可以为15至100，并且在一些实施方案中为15至40。例如，在图8中示出了具有约20的α的示例性纤维实施方案的折射率分布。
在图10-14所示的实施方案中，内包层区域121与芯112相邻并包括内半径r1和外半径r2。内包层区域121优选地表现出≤0.3的折射率Δ百分比Δ2(相对于纯二氧化硅)。如上所述，Δ1≥Δ2。在本文所述的示例性实施方案中，0.15％<Δ1max-Δ2<0.5％，例如0.2％<Δ1max-Δ2<0.4％，或0.25％<Δ1max-Δ2<0.35。在一些实施方案中，Δ2为0至0.3％，例如约0至0.25％，或0.1至0.2％。替代地，例如，如果芯区域112(文中也称为芯)由纯二氧化硅制成，则内包层区域121相对于纯二氧化硅下掺杂，使得Δ1max-Δ2<0.5％。内包层区域121的外半径r2在5与17微米之间，在一些实施方案中在约7与15微米之间，例如6与12微米，或6与10微米。在一些实施方案中，r2/r1的比率>1.2。在一些实施方案中，r2/r1的比率≥1.25，例如1.25≤r2/r1≤<2.5。在本文所述的至少一些示例性实施方案中，1.6≤r2/r1≤2.4。在本文所述的至少一些示例性实施方案中，1.8≤r2/r1≤2.35。上述半径r1值，Δ1max与Δ2之间的差值以及r2/r1比率有助于纤维具有1300nm≤λ0≤1324nm并在1310nm波长处具有8.2微米至9.5微米的MFD。
沟槽区域122(文中也称为下陷折射率包层区域)包围内包层区域121。沟槽区域122具有小于Δ2的折射率Δ百分比Δ3。在一些实施方案中，Δ3为-0.4％≤Δ3≤0.1％。例如，在一些实施方案中，沟槽由纯二氧化硅形成，并且Δ3为0。在一些实施方案中，沟槽区域122中的相对折射率Δ百分比基本上是平坦的，即沟槽区域122内的任何两个半径处的相对折射率Δ百分比之间的差异小于0.03％，并且在一些实施方案中小于0.01％。在其他实施方案中，由于小的分布设计或工艺变化可能存在波动。在一些实施方案中，沟槽区域122包括基本上未掺杂氟或氧化锗的二氧化硅，即，使得该区域基本上不含氟和氧化锗，即小于0.1wt％F或GeO2。在一些实施方案中，沟槽区域是纯二氧化硅，在其他实施方案中，其是掺杂氟的二氧化硅，以使-0.4％≤Δ3≤0.1％。在一些实施方案中，0.35％≤Δ1max-Δ3≤0.65％。
沟槽区域122优选地表现出约4微米至22微米的宽度Wt(其中Wt＝r3-r2)，在一些实施方案中，为8至20微米。在一些实施方案中，沟槽区域的外半径r3可以不小于10微米，例如大于12微米且小于27微米，或者约14.5微米至约25.5微米，以便实现良好的弯曲性能和≤1260nm的光缆截止。
外包层区域124包围沟槽区域122并且包括折射率Δ百分比Δ4，其高于沟槽区域122的折射率Δ百分比Δ3，从而形成相对于下陷折射率包层区域122为“上掺杂的”外包层区域124的区域，例如，通过添加足以增加外包层区域的折射率的量的掺杂剂(例如氧化锗或氯)。在一些实施方案中，沟槽区域122中不存在氟或其他下掺杂剂，并且外包层区域124包括上掺杂剂，例如氯。在一些实施方案中，外包层区域124中的氯浓度≥1重量％。在一些其他实施方案中，外包层区域124中的氯浓度>1.2重量％。在又其他实施方案中，外包层区域124中的氯浓度≥1.5重量％。在又其他实施方案中，外包层区域124中的氯浓度≥2重量％。
外包层区域124包括比沟槽区域122更高的折射率，并且可以例如具有0.12％至0.4％的折射率Δ百分比Δ4。在一些实施方案中，0.12％≤Δ4-Δ3≤0.4％，例如在一些实施方案中，0.12％<Δ4-Δ3<0.3％。在一些实施方案中，外包层区域124由第一外包层区域123(具有外半径r4a)和第二外包层区域125(具有外半径r4)组成，其中第一外包层区域123从r3到40微米具有≥1.2wt％的氯浓度。在一些实施方案中，第一外包层区域123从r3到40微米具有≥1.5重量％的氯浓度，并且在一些实施方案中，第一外包层区域123从r3到40微米具有≥2重量％的氯浓度。
在一些实施方案中，第二外包层区域125具有比第一外包层更高的粘度。即，第二外包层区域125的玻璃的粘度大于第一外包层区域123的玻璃的粘度。在该实施方案中，第二外包层区域125是张力吸收层。在一些实施方案中，第二外包层区域125从r4a到r4具有≤0.5重量％的氯浓度(其中r4a是高(例如，≥1.2重量％Cl)上掺杂区域的外半径，例如，如图9所示，r4是玻璃光纤的外半径，例如62.5微米)。在一些实施方案中，第二外包层区域125从其内半径r4a到外半径r4具有≤0.25重量％的氯浓度。在一些实施方案中，第二外包层区域从r4a到r4具有0.0重量％[Cl]≤0.2重量％的氯浓度[Cl]。在一些实施方案中，40微米≤r4a≤55微米，例如r4a为40微米、45微米、50微米或55微米。优选地，外包层区域124的较高折射率部分(比较沟槽区域122)至少延伸到将通过光纤传输的光功率大于或等于传输的光功率的90％的点，更优选地，延伸到将通过光纤传输的光功率大于或等于传输的光功率的95％的点，并且最优选地，延伸到将通过光纤传输的光功率大于或等于传输的光功率的98％的点，这对于实现良好的弯曲性能和≤1260nm的光缆截止是优选的。在一些实施方案中，这通过使“上掺杂的”第三环形区域(即，第一外包层区域123)至少延伸到约30微米的径向点来实现。在一些实施方案中，“上掺杂的”第三环形区域123至少延伸到约40微米的径向点，第四环形区域(即，第二外包层区域125)基本上由包围第三环形区域的二氧化硅组成。在一些实施方案中，包层120的外径为约125微米的最大半径Rmax的2倍。如图9所示，外包层124的上掺杂区域123(即，第一外包层区域)具有折射率Δ百分比Δ4，并且包层区域125(即，第二外包层区域)具有折射率Δ百分比Δ5，Δ4>Δ5。
沟槽区域122的分布体积V3在半径r2与r3之间使用Δ(4-3)(r)rdr来计算，因此在等式3中定义为
Figure BDA0001902293140000171
所有体积都是绝对量值(即，V3＝|V3|)。为了获得良好的弯曲性能，沟槽区域122的体积V3优选地大于30％Δ平方微米并且可以大于45％Δ平方微米，并且在一些实施方案中大于50％Δ平方微米，并且在一些实施方案中可以大于55％Δ平方微米。在一些实施方案中，沟槽区域122的体积V3是30％Δ平方微米至90％Δ平方微米，例如40至80％Δ平方微米。
在本文公开的示例性实施方案中，芯112始终具有正折射率。芯区域112包括在r＝0与r＝3微米之间出现的最大折射率Δ百分比Δ1max。在这些实施方案中，Δ1max为约0.38％至约0.5％。
对于MAC数≥7.25的纤维，当缠绕在15mm直径的心轴上时，纤维能够表现出小于0.5dB/圈的弯曲损耗。在一些实施方案中，本文公开的光纤具有≥7.6或甚至≥7.7的MAC数，并且在一些实施例中，7.6≤MAC≤8，并且1324nm≥λ0≥1300nm的零色散波长λ0。如本文所用，MAC数表示1310(nm)处的模场直径除以22m光缆截止波长(nm)。
本文公开的纤维可以从使用常规制造技术和使用已知的纤维拉制方法和设备制造的光纤预制件中拉制，例如美国专利号7,565,820、5,410,567、7,832,675、6,027,062中所公开的，其说明书以引用的方式并入文中。
通过以下实施例将进一步阐明各种示例性实施方案。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离权利要求的精神或范围的情况下，可以进行各种修改和变化。
实施例
下表1列出了纤维实施方案实施例1-3的特征。这些纤维实施方案具有如图10-12所示的折射率分布。特别是，下面针对每个实施例阐述了芯112的折射率Δ百分比Δ1，alpha 1(α1)和外半径r1；内包层区域121的折射率Δ百分比Δ2和外半径r2；以及沟槽区域122的折射率Δ百分比Δ3和外半径r3，以及在r2与r3之间计算的分布体积V3；折射率Δ百分比Δ4。还提出了1310nm处的色散和色散斜率，1550nm处的色散和色散斜率，1310nm和1550nm处的模场直径，1550nm处的横向负载丝网微弯，1550nm处的销阵列宏弯，零色散波长(λ0)，22m光缆截止，1310nm处的MAC数，1x15mm直径弯曲损耗(当纤维绕15mm直径心轴一圈时的弯曲损耗)，以及1310和1550nm处的光谱衰减。
表1
Figure BDA0001902293140000181
Figure BDA0001902293140000191
从上表1中可以看出，表1中所示的示例性纤维采用具有折射率Δ1的玻璃芯区域112，具有折射率Δ2的内包层区域121，以及具有折射率Δ百分比Δ3的包层沟槽区域122，以及具有折射率Δ百分比Δ3的外包层区域124；其中Δ1max>Δ2；Δ1max>Δ4；Δ3>Δ2；Δ4>Δ3，其中Δ1max与Δ2之间的差值大于或等于至少0.15，Δ1max与Δ3之间的差值大于或等于至少0.35(例如，0.38≤Δ1max-Δ3≤0.65)；Δ2与Δ3之间的差值大于或等于至少0.08(例如，0.08≤Δ2-Δ3≤0.4)；并且Δ4与Δ3之间的差值大于或等于至少0.08(例如，0.1≤Δ4-Δ3≤0.4，或0.1≤Δ4-Δ3≤0.3)；和分布体积的绝对值|V3|为至少30％平方微米。这些纤维在1310nm处的模场直径(MFD)为9微米至9.5微米，例如9.2微米至9.5微米，零色散波长为1300nm至1324nm。
下表2列出了纤维实施例4实施方案的特征。该纤维实施例具有如图13所示的折射率分布。
表2
Figure BDA0001902293140000201
Figure BDA0001902293140000211
如上表2中可以看到，诸如图9和图13中所示的示例性纤维采用具有折射率Δ百分比Δ1max的玻璃芯区域112，具有折射率Δ百分比Δ2的内包层区域121，和具有折射率Δ百分比Δ3的沟槽区域122，以及具有折射率Δ百分比Δ4第一外包层区域123和具有折射率Δ百分比Δ5的第二外包层区域125；其中Δ1max>Δ2；Δ1max>Δ4；Δ3>Δ2；Δ4>Δ3，其中Δ1max与Δ2之间的差值大于或等于至少0.15，Δ1max与Δ3之间的差值大于或等于至少0.35(例如，0.38≤Δ1max-Δ3≤0.65)；Δ2与Δ3之间的差值大于或等于至少0.08(例如，0.08≤Δ2-Δ3≤0.4)；Δ4与Δ3之间的差值大于或等于至少0.08(例如，0.1≤Δ4-Δ3≤0.4，或0.1≤Δ4-Δ3≤0.3)；和分布体积的绝对值|V3|为至少30％平方微米。在该实施例中，包层区域125是二氧化硅层，其相对折射率百分比为约零。包层区域125(即，第二外包层区域)用作刚性张力吸收层。该纤维实施例在1310nm处的模场直径(MFD)为9微米至9.5微米，零色散波长为1300nm至1324nm。
当缠绕在15mm直径的心轴上时，本文所述的纤维实施例表现出小于或等于1260nm的光缆截止和小于0.5dB/圈的弯曲损耗。这些纤维还表现出在1310nm处的约9至9.5微米的模场直径，1300至1324nm的零色散波长，在1310nm处的小于或等于0.092ps/nm2/km的色散斜率。这些纤维在1550nm处表现出小于或等于0.07dB/km的丝网覆盖的滚筒(WMCD)弯曲损耗，在一些实施方案中小于或等于0.06dB/km，并且在一些实施例中小于或等于0.05dB/km。这些纤维在1550nm处也表现出小于8.5dB的销阵列弯曲损耗，在一些实施方案中小于5dB，在一些实施方案中小于4dB。这些纤维在1550nm处表现出小于或等于0.05dB/km的篮状编织微弯损耗，在一些实施方案中小于或等于0.025dB/km，并且在一些实施方案中小于或等于0.01dB/km。
当缠绕在15mm直径的心轴上时，这些纤维中的一些纤维在1550nm处也表现出小于0.5dB/圈的弯曲损耗，并且在一些情况下小于0.2dB/圈。当缠绕在20mm直径的心轴上时，这些纤维在1550nm处也表现出小于0.2dB/圈的弯曲损失，在一些实施方案中小于0.15dB/圈，并且在一些实施方案中一些纤维小于0.1dB/圈。当缠绕在30mm直径的心轴上时，这些纤维在1550nm处也表现出小于0.02dB/圈的弯曲损耗，例如小于0.005dB/圈，或甚至小于0.003dB/圈。
使用施加到纤维的初级和次级涂层可获得这种弯曲损耗和衰减性能数，其中初级的杨氏模量小于2MPa，在一些实施方案中小于1MPa，并且在一些实施方案中小于0.5MPa。次级涂层的杨氏模量大于500MPa，在一些实施方案中大于1000MPa，并且在一些实施方案中大于1500MPa。在一些实施方案中，次级涂层的外径为242微米。在一些其他实施方案中，次级涂层的外径为200微米。
表3提供了制造的光纤实施方案(实施例5纤维)的数据。光纤实施例5纤维的折射率分布在图14中示出。
表3.制造的光纤的数据
Figure BDA0001902293140000221
Figure BDA0001902293140000231
在表3的实施方案中，光纤在-60℃，1550nm处表现出小于或等于0.05dB/km的篮状编织微弯损耗，例如小于或等于0.03dB/km。
在一些实施方案中，纤维芯可以包括具有可由于一种或多种光纤制造技术而发生的所谓的中心线倾斜的相对折射率分布。然而，本文公开的任何折射率分布中的中心线倾斜是任选的。
本文公开的光纤包括芯112和包围芯并与芯直接相邻的包层120。根据一些实施方案，芯由掺杂锗的二氧化硅，即掺杂氧化锗的二氧化硅组成。除了锗之外，单独或组合的掺杂剂可以用于本文公开的光纤的芯中，特别是在中心线处或附近，以获得所需的折射率和密度。在实施方案中，本文公开的光纤110的芯区域112具有非负折射率分布，更优选地正折射率分布，其中内包层区域121包围芯区域112并且与芯区域112直接相邻。
在本文所讨论的各种实施方案中，光纤包括位于外包层区域124外部并包围外包层区域124的一个或多个保护层(例如，聚合物层)，并且在至少一些实施方案中，这些保护层被配置为向光纤提供抗穿刺性。例如，文中公开的光纤可以被保护涂层包围，例如，接触和包围外包层区域124的初级涂层P。在各种实施方案中，初级涂层P的杨氏模量小于1.0MPa，在一些实施方案中，小于0.9MPa，在一些实施方案中，不大于0.8MPa。在各种实施方案中，本文所讨论的光纤还包括接触并包围初级涂层P的次级涂层S。在各种实施方案中，次级涂层S的杨氏模量大于1200MPa，并且在一些实施方案中大于1400MPa。在一些实施方案中，本文讨论的光纤包括初级涂层P，其具有小于0.5MPa，具体是小于0.2MPa，甚至更优选是小于0.15MPa的固有弹性模量，而玻璃转变温度在-25℃与-35℃之间，并且在一些这样的实施方案中，初级涂层的直径优选地小于165μm，具体是小于160μm，甚至更具体是小于150μm，并且在这样的实施方案中，次级涂层直径小于250微米，更具体是小于210微米。在各种实施方案中，次级涂层的弹性模量大于1200MPa，具体是大于1500MPa，更具体是大于1800MPa。在特定实施方案中，本文所讨论的直径减小的光纤具有弹性模量大于1700MPa的次级涂层，其抗穿刺负荷大于25g，如下表4所示。光纤涂层的抗穿刺性的测试方法可以参见第52届IWCS(国际电线光缆研讨会)会议录，第237-245页。
表4.直径减小的光纤的抗穿刺性测试
Figure BDA0001902293140000241
根据一些实施方案，对于初级涂层和次级涂层，次级涂层的外径小于250微米。根据一些实施方案，纤维还涂覆有初级涂层和次级涂层，并且次级涂层的外径小于210微米。
如本文所用，使用拉伸测试装置(例如，Sintech MTS拉伸测试仪或INSTRON通用材料测试***)对约0.003”(76微米)至0.004”(102微米)厚度和约1.3cm宽度的薄膜材料样品测量初级涂层的固化聚合物材料的杨氏模量，断裂伸长率和拉伸强度，标距长度为5.1cm，测试速度为2.5cm/min。
合适的初级和次级涂层的另外描述可以参见PCT公开案WO2005/010589，其通过引用整体并入本文。
优选地，本文公开的光纤具有低OH含量，并且优选地具有衰减曲线，该衰减曲线在特定波长区域，特别是在E波段中表现出相对低或没有水峰。文中公开的光纤优选地在1383nm处的光学衰减(光谱)高出在1310nm处的光学衰减不大于0.10dB/km，并且更优选地不大于在1310nm处的光学衰减。本文公开的光纤在经受氢气氛(例如0.01atm分压氢)至少144小时后优选地在1383nm处具有小于0.03dB/km的最大氢致衰减变化。
低水峰大体提供较低的衰减损耗，特别是对于约1340nm至约1470nm的传输信号。此外，低水峰还提供了改进的泵浦发光装置的泵效率，该泵浦发光装置光学耦合到光纤，例如可以在一个或多个泵浦波长下操作的拉曼泵或拉曼放大器。优选地，拉曼放大器在一个或多个波长处泵浦，所述波长比任何期望的工作波长或波长区域低约100nm。例如，携带波长约1550nm的工作信号的光纤可以在约1450nm的泵浦波长下用拉曼放大器泵浦。因此，在约1400nm至约1500nm的波长范围内的较低光纤衰减将倾向于降低泵浦衰减并提高泵浦效率，例如每毫瓦泵浦功率的增益，特别是对于约1400nm的泵浦波长。
本文公开的纤维表现出低PMD值，特别是当用OVD工艺制造时。旋转光纤还可以降低本文公开的光纤的PMD值。
光缆实施例
表5示出了具有本文公开的纤维的光纤光缆设计的模型化结果。如下表所示，这些示例性实施例包括缓冲管直径、缓冲管壁厚度、每个缓冲管中的光纤数量、包括涂层和着色层的光纤直径、光缆中的光纤总数、光缆中的缓冲管数量、中心构件的最小直径(包括强度构件和紧包)、最小光缆芯直径、光缆芯中的纤维密度和Ω参数(纤维直径/缓冲管内径)。这些实施例中的光纤光缆可包括缓冲管的绞合，绞合粘合剂纱线和/或薄膜粘合剂以保持缓冲管，在光缆芯、铠装和光缆护套外部的附加强度构件。
表5.光纤光缆
Figure BDA0001902293140000261
表5.光纤光缆(续)
Figure BDA0001902293140000262
Figure BDA0001902293140000271
表5中的光缆实施例示出了包括缓冲管内径为0.75至1.25mm，缓冲管壁厚度为0.05至0.15mm，每个缓冲管中的光纤数量为8至24，包括涂层和着色层的光纤直径为0.21至0.25mm，光缆中光纤总数为72至288，光缆中缓冲管的数量为6至12，包括强度构件和紧包(例如，强度构件上的聚合物涂层)的中心构件的最小直径为0.88mm至4.37mm，最小光缆芯直径为3.22mm至7.41mm，光缆芯中的纤维密度为3.49/mm2至17.64/mm2，Ω参数(光纤直径/缓冲管内径)为3.67至5.81的光缆。本文的实施例显示直径比参数Ω为2.25+0.143(N)≤Ω≤1.14+0.313(N)，并且在一些优选的实施方案中，范围为2.25+0.143(N)≤Ω≤2.66+0.134(N)。
应理解，前面的描述仅是示例性的，并且旨在提供用于理解由权利要求限定的纤维的性质和特性的概述。包括附图以提供对实施方案的进一步理解，并且附图并入本说明书中并构成其一部分。附图示出了各种特征和实施方案，其与它们的描述一起用于解释原理和操作。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离所附权利要求的精神或范围的情况下，可以对文中描述的实施方案进行各种修改。
虽然本文讨论并在附图中示出的特定光缆实施方案主要涉及具有限定基本圆柱形内孔的基本圆形横截面形状的光缆，但在其他实施方案中，本文所讨论的光缆可具有任何数量的横截面形状。例如，在各种实施方案中，光缆护套12可具有卵形、椭圆形、正方形、矩形、三角形或其他横截面形状。在这样的实施方案中，光缆的通道或内腔可以是与光缆护套12的形状相同的形状或不同的形状。在一些实施方案中，光缆护套12可以限定多于一个的通道或通路。在这样的实施方案中，多个通道可以具有彼此相同的尺寸和形状，或者可以各自具有不同的尺寸或形状。
除非另有明确说明，否则决不意图将本文所述的任何方法解释为要求以特定顺序执行其步骤。因此，如果方法权利要求实际上没有记下其步骤所遵循的顺序，或者在权利要求或说明书中没有特别说明该步骤将限于特定的顺序，则决不意图推定任何特定顺序。另外，如本文所用，冠词“一”旨在包括一个或多于一个的部件或构件，并且不旨在被解释为仅意味着一个。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所公开实施方案的精神或范围的情况下，可以进行各种修改和变化。由于结合实施方案的精神和实质的所公开实施方案的修改，组合，子组合和变化可以为本领域技术人员想到，所公开的实施方案应该被解释为包括所附权利要求及其等同物的范围内的所有内容。

Claims (19)

1.一种密集堆积的低弯曲损耗光纤光缆，其包括：
外光缆护套；
多个由所述外光缆护套包围的缓冲管，每个缓冲管包括限定了具有直径D1的通道的内表面，以及面向所述外光缆护套的内表面的外表面；以及
N根光纤，其位于每个缓冲管的所述通道内并被所述缓冲管的内表面包围，其中每根光纤具有外径D2；
其中所述N根光纤密集地堆积在每个缓冲管内，使得直径比参数Ω被定义为比率D1/D2，并且是2.25+0.143N≤Ω≤1.14+0.313N；
其中所述N根光纤中的每一个包括：
在1310nm处大于9微米的模场直径；
小于1260nm的光缆截止；
对于15mm的心轴直径，在1550nm处的小于0.5dB/圈的宏弯损耗，
其中所述N根光纤在每个缓冲管内被布置成外组和内组，所述外组包括多根光纤，所述内组包括至少两根光纤，其中所述外组和所述内组的光纤堆积在所述缓冲管内，使得在所述外组的任一对相邻光纤之间测量的最大间隙长度小于所述内组的至少两根光纤的外径，使得所述内组的至少两根光纤在所述缓冲管内被阻止从所述内组移动到所述外组。
2.根据权利要求1所述的光纤光缆，其中所述N根光纤中的每一根还包括小于210微米的外径。
3.根据权利要求1所述的光纤光缆，其中所述多个缓冲管为至少四个，并且其中每个缓冲管内的所述N根光纤为至少四根。
4.根据权利要求3所述的光纤光缆，其中每个缓冲管内的所述N根光纤为12根，其中所述外光缆护套的外径小于15mm，每根光纤的外径小于210微米。
5.根据权利要求1所述的光纤光缆，其中N大于6。
6.根据权利要求5所述的光纤光缆，其中所述N根光纤密集地堆积在每个缓冲管内，使得Ω≤2.66+0.134N。
7.根据权利要求1所述的光纤光缆，其中N大于24。
8.根据权利要求1所述的光纤光缆，其中每个缓冲管的壁厚为50微米至250微米。
9.根据权利要求1所述的光纤光缆，其中每个缓冲管由25℃下弹性模量为0.8GPa至3GPa的相对刚性的聚合物材料形成。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光纤光缆，其中外接所述N根光纤的圆具有直径D4，其中比率D4/D1大于0.95。
11.根据权利要求1所述的光纤光缆，其中所述N根光纤中的每一根涂有初级和次级涂层，其中所述次级涂层的外径小于210微米，其中所述初级涂层的弹性模量小于0.5MPa，所述次级涂层的弹性模量大于1200MPa，使得所述初级涂层和次级涂层的涂层穿刺负荷大于25g。
12.一种密集堆积的低弯曲损耗的光纤光缆，其包括：
外光缆护套；
多个由所述外光缆护套包围的缓冲管，所述缓冲管包括限定通道的内表面和面向所述外光缆护套的内表面的外表面；
位于每个缓冲管通道内的至少一根光纤的内组；以及
位于每个缓冲管通道内并包围所述内组的多根光纤的外组；
其中所述外组和所述内组的光纤堆积在每个缓冲管内，使得在所述外组的任一对相邻光纤之间测量的最大间隙长度小于内组的至少一根光纤的外径，使得所述内组的至少一根光纤被阻止从所述内组移动到所述外组；
其中所述内组和外组的每根光纤包括：
在1310nm处大于9微米的模场直径；
小于1260nm的光缆截止；
对于15mm的心轴直径，在1550nm处的小于0.5dB/圈的宏弯损耗。
13.根据权利要求12所述的光纤光缆，其中每个缓冲管具有内径D1，并且所述外组和内组的每根光纤具有外径D2，其中每个缓冲管中的光纤总数是N根，其中N根光纤密集地堆积在每个缓冲管内，使得直径比参数Ω被定义为比率D1/D2，并且是2.25+0.143N≤Ω≤1.14+0.313N。
14.根据权利要求13所述的光纤光缆，其中8≤N≤48。
15.根据权利要求14所述的光纤光缆，其中所述N根光纤密集地堆积在每个缓冲管内，使得Ω小于2.66+0.134N。
16.根据权利要求15所述的光纤光缆，其中每个缓冲管内的所述N根光纤是12，其中所述外光缆护套的外径小于15mm，并且D2小于210微米。
17.根据权利要求12所述的光纤光缆，其中所述外组和所述内组的每根光纤还包括：
小于210微米的外径；以及
在1550nm处的小于0.03dB/km的丝网覆盖的滚筒微弯损耗。
18.根据权利要求12所述的光纤光缆，其中所述缓冲管具有50微米至250微米的壁厚，所述缓冲管由25℃下弹性模量为0.8GPa至3GPa的相对刚性的聚合物材料形成。
19.一种密集堆积的低弯曲损耗的光纤光缆，其包括：
外光缆护套；
多个由所述外光缆护套包围的缓冲管，每个缓冲管包括限定具有直径D1的通道的内表面和面向所述外光缆护套的内表面的外表面；以及
N根光纤，其位于每个缓冲管的通道内并由所述缓冲管的内表面包围，其中每根光纤具有外径D2；
其中所述N根光纤密集地堆积在每个缓冲管内，使得直径比参数Ω被定义为比率D1/D2，并且是2.25+0.143N≤Ω≤1.14+0.313N；
其中所述N根光纤中的每一根包括：
在1310nm处大于9微米的模场直径；
小于1260nm的光缆截止；
对于20mm的心轴直径，在1550nm处的小于0.5dB/圈的宏弯损耗。
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