CN110058350A - 一种低损耗大有效面积色散位移单模光纤及其制造方法 - Google Patents

一种低损耗大有效面积色散位移单模光纤及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种低损耗大有效面积色散位移单模光纤及其制造方法。其纤芯采用Ge和Cl掺杂，第一、三包层是浅掺F包层，第二包层是Ge、F共掺杂。光纤1550nm的模场直径是9.6±0.4μm，有效面积大于75μm2，零色散波长小于1500nm，在1530nm～1625nm的色散值在2.0～8.0ps/nm/km范围，1550nm的色散斜率≤0.06ps/nm2/km，1550nm的色散值是3.0ps/nm/km至5.0ps/nm/km之间；光纤截止波长小于1500nm。在1550nm弯曲损耗在16mm弯曲半径下1圈不大于0.01dB，光纤在1550nm波长的衰耗小于或等于0.185dB/km。

Description

一种低损耗大有效面积色散位移单模光纤及其制造方法
(一)技术领域
本发明涉及一种低损耗大有效面积色散位移单模光纤及其制造方法，其主要应用于高速率城域网光纤通信传输领域。
(二)背景技术
光纤通信的传输容量一直在持续提高，用户数持续在增长。长途传输干线主要解决的是运营商网络规模。但是城域网是运营商的高价值业务网络，包含高速上网业务、互动游戏业务、政府服务业务、网络电视业务、企业/团体服务业务等。
城域网建设的光纤通信网络是运营商重点投资内容之一，其对光纤要求价格便宜，适合多种传输方案。因此，一种低损耗色散位移大有效面积单模光纤可以满足这种需求，其主要性能是改善C+L带色散特性，使其在城域网内适合SDH和DWDM的传输。同时，要降低网络建设成本，增大光纤在1550nm的有效面积和降低光纤损耗，使得城域网少建或不建中继放大，可以大幅度降低网络造价，满足实际需求。
文献CN00815954.8公开了一种有效面积大的色散位移光纤，其在1470nm到1625nm有1.0ps/nm/km至16.0ps/nm/km的色散值。在1550nm的有效面积大于70μm2，在1550nm处的衰耗小于0.20dB/km。该光纤在C+L带的色散较大，且色散斜率大，需要专门的色散补偿光纤来补偿长距离传输带来的脉冲展宽，但是色散补偿带来***损耗的增加，导致整个***造价的增大。
文献CN02809096.9中公开了一种低色散斜率的色散位移光纤，其1530nm到1625nm有2.5ps/nm/km至8.6ps/nm/km的色散值。在1550nm的模场直径约为8.3±0.6μm，在1550nm处的衰耗小于0.22dB/km。在1550nm的色散斜率≤0.05ps/nm2/km。该设计优化了色散，但是在1550nm的有限面积较小，小于60μm2，且剖面设计复杂，增加了制造成本。
文献CN03119080.4中公开了一种超大有效面积低色散斜率非零色散位移光纤，该光纤设计有5个纤芯分层和1个包层共6层设计。光纤在1550nm的色散值在8ps/nm/km至10ps/nm/km之间。在1550nm的有效面积大于95μm2，在1550nm处的衰耗小于0.22dB/km。在1550nm的色散斜率≤0.06ps/nm2/km。该光纤在1550nm的色散值非常大，达到10ps/nm/km。
文献CN03125581.7中公开了一直色散位移光纤，其零色散点非常高，在1640nm以上。其在1530nm到1625nm有-1.0ps/nm/km至-10.0ps/nm/km的色散值，在1550nm的有效面积是40～70μm2。这个设计因为零色散波长非常大，导致有效面积非常小。
文献CN03823169.7中公开了一种色散位移光纤，其零色散波长小于1450nm，在1550nm的有效面积大于60μm2，在1550nm的色散斜率≤0.07ps/nm2/km。光纤在1550nm的色散值是4ps/nm/km至10ps/nm/km之间。其色散较大，网络建设时需要色散补偿，且有效面积偏小。
文献CN200410098270.7中公开了一种色散位移光纤，该光纤的在1490nm到1625nm的有效面积是45～120μm2，色散斜率是0.03～0.10ps/nm2/km，但是弯曲损耗是100dB/m，这样光纤的衰耗将非常大。
文献CN200680051445.6中公开了一种低衰减的色散位移光纤，其零色散波长小于1450nm，在1550nm的有效面积大于50μm2，在1550nm的色散斜率≤0.06ps/nm2/km。光纤在1550nm的色散值是5ps/nm/km至15ps/nm/km之间。该光纤在1550nm的小于0.19dB/km。其色散较大，网络建设时需要色散补偿。
文献CN200910203954.1中公开了色散位移光纤，该光纤在1550nm的色散值是小于12ps/nm/km，有效面积大于50μm2，且截止波长小于1600nm。这种设计导致光纤截止波长高，无法保证有效单模传输，且有效面积非常小。
文献CN中201110034823.2公开了一种短截止波长的色散位移光纤，该光纤在1550nm的色散值是3ps/nm/km至14ps/nm/km之间，有效面积大于55μm2，且截止波长小于1150nm。这种设计光纤的弯曲损耗大，且有效面积偏小。
文献CN201110035625.8中公开了色散位移光纤，该光纤在1550nm的色散值是3ps/nm/km至14ps/nm/km之间，有效面积大于95μm2，在1550nm的色散斜率≤0.11ps/nm2/km，且截止波长小于1530nm。其色散较大，网络建设时需要色散补偿，且该文献没有披露制造方法或其他技术特征。
文献CN200820166463.5中公开了色散位移光纤，该光纤在1530nm～1625nm的色散值是2.5ps/nm/km至12ps/nm/km之间，有效面积70～75μm2，在1550nm的色散斜率≤0.073ps/nm2/km，零色散波长小于1500nm，且截止波长小于1530nm。在1550nm的光纤衰耗小于0.22dB/km。该光纤的色散和色散斜率较大，且没有披露制造配方和方法。
综上所述，开发一种低衰耗的低色散值的大有效面积色散位移单模光纤非常关键。为了城域网建设的长距离光纤通信必须是单模传输,降低C+L带的色散和色散斜率，同时增大1550nm的有效面积，降低光纤在1550nm的衰耗，且改善光纤的弯曲损耗性能，可有效降低网络建设成本。同时，选择一种合适的工艺制造方法来制造该光纤，包括纤芯的掺杂技术也是一个亟待解决的问题。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种低损耗，低色散值，大有效面积的色散位移光纤及其制备方法。
以下是本发明中所涉及术语：
相对折射率差：光纤最外的一层定义为外包层，其绝对折射率定义为nSiO2，从左往右第i个台阶(参见附图1)被定义为第i层，如果i是最外一层，其绝对折射率就是nSiO2。
第i层相对折射率差定义为：
光纤的有效面积Aeff由下面公式定义：
其中E是与光纤中传播光关联的电场，且r是光纤的半径。
光缆截止波长：根据IEC定义的光缆截止波长是光信号在光纤中传输了22米之后不再作为单模信号进行传播的波长。在测试时需要通过对光纤进行打圈后测试得到。
之前的解决方案是采用G.655光纤配合掺铒光纤放大器(EDFA)和色散补偿模块建设城域网。G.655光纤在1550nm的色散典型值为12ps/nm/km，衰耗典型值为0.22dB/km。本发明提出另外一种解决问题的思路：即设计一种低色散值的色散位移光纤，使其在城域网建设中无需色散补偿模块。增大光纤的有效面积，提高注入光功率，同时降低光纤的损耗，可以有效提高跨段长度，在城域网建设中无需掺铒光纤放大器。
本发明为解决上述提出的问题所采取的技术方案为：光纤的芯子半径r1为2.5～3.5μm，芯层相对折射率差△n1为+0.45％～+0.55％，芯层掺杂为Cl和Ge；第一包层半径r2为4.0～5.0μm，相对折射率差△n2为-0.08％～-0.11％，第一包层掺杂为F掺杂；第二包层半径r3为7.5～9μm，相对折射率差△n3为+0.12％～+0.17％，第二包层掺杂为Ge、F共掺杂；第三包层半径r4为10～12μm，相对折射率差△n4为-0.03％～-0.05％，第三包层掺杂为F掺杂；最外层为纯二氧化硅，半径为62.5μm。光纤设计的中心相对折射率差较大，是因为这样可以实现色散位移目的。与参考文献不同的是，本发明采用Cl和Ge掺杂的纤芯设计，因为Cl可以有效增加芯层的折射率但是却可以降低光纤的瑞利散射系数，这样可以在高速拉丝时有效减小光纤损耗。本发明中纤芯没有掺碱金属K，是因为纤芯掺杂有较多的GeO2,GeO2在玻璃网络中也是网络体，但是其键能与SiO2差异大，因此有效降低了网络体的粘度，本身就可以匹配拉丝的温度场。其次，本发明采用了两个掺F下凹包层，其目的是减小光纤的截止波长和减小弯曲损耗。
芯子中掺杂有8.5-10.5mol％的GeO2和0.5wt％-0.8wt％的Cl以达到设计相对折射率差，且这种掺杂有利于匹配光纤内部应力，因此，采用本发明的设计可以高速拉丝条件下将光纤1550nm处的衰耗降低到0.185dB/km以下。其拉丝速度可以从600m/min到1800m/min。
芯层、第一包层、第二包层和第三包层采用PCVD工艺制备，其中芯层、第一包层、第二包层和第三包层在PCVD工艺中按照计算的SiCl4流量、GeCl4流量定量蒸发和C2F6、O2流量在管道混合均匀，然后输送到等离子区域进行化学反应，生成所需的波导结构。
芯层与第一、二、三包层的掺杂设计的主要目的是为了匹配光纤内部的粘度，有利于降低光纤在1550nm的衰耗。
沉积完成后的预制棒抬到融缩设备上进行塌缩成实心芯棒，最后根据计算的纯二氧化硅套管套在预制棒外面后进行拉丝。
拉丝的温度为1900℃到2000℃，送棒速度为4.5～10mm/min，拉丝速度为1200～1800m/min，光纤经过高温区，退火区和冷却区后，进入一个双涂敷***，内层涂料和外层涂料同时涂敷在光纤裸纤外，然后经过多个固化装置进行内层涂料和外层涂料同时固化。光纤经过高温区，退火区和冷却区后，也可以进入第一道涂敷器并固化，涂敷后直径为185～200μm，然后再进入第二道涂敷器并固化，涂敷后直径为242～252μm。本发明所设计的光纤因为弯曲损耗较小，因此成缆后应用的附加损耗也更小，适合多种用途如城域网或驻地网，同时，光纤在C+L带的色散较小且平坦，可以应用于多种传输方式而无需色散补偿。同时，本发明所设计的光纤在1550nm有效面积大于75μm2，增大了光纤的非线性系数，可以注入更大功率的信号光，光纤在1550nm的损耗小于或等于0.185dB/km，增大了网络的信噪比，可大幅度提高传输距离，降低了***设计的误码率，可降低通信城域网等网络的建设成本。同时，采用本发明的光纤各层掺杂配方，可以在高速拉丝条件下得到低损耗的大有效面积色散位移单模光纤，降低了光纤制造成本。测试的光纤性能如下：1550nm的模场直径是9.78μm，有效面积75μm2，零色散波长1485nm，在1530nm～1625nm的色散值是2.3ps/nm/km至7.9ps/nm/km之间，1550nm的色散斜率为0.06ps/nm2/km，光纤截止波长1485nm。在1550nm弯曲损耗在16mm弯曲半径下1圈为0.008dB。
(四)附图说明
图1是低损耗大有效面积色散位移单模光纤剖面示意图，r1代表纤芯半径，其相对折射率差在图上用Δn1表示；r2代表第一个浅掺F包层半径，其相对折射率差在图上用Δn2表示；r3代表第二层包层半径，其相对折射率差在图上用Δn3表示；r4代表第二个浅掺F包层半径，其相对折射率差在图上用Δn4表示；r5就是纯二氧化硅包层半径，通常是62.5μm。
图2是低损耗大有效面积色散位移单模光纤的色散曲线图。零色散波长是1491.2nm，在1550nm处的色散值是3.26ps/nm/km，此波长的色散斜率是0.06ps/nm2/km，在1625nm处的色散值是7.96ps/nm/km。
(五)具体实施方式
以下进一步详细说明的实施例。
采用PCVD法首先通入四氯化硅、氧气和六氟化碳沉积在石英反应管内壁形成第三包层，然后通入四氯化硅、四氯化锗、氧气和六氟化碳沉积形成第二包层，再通入四氯化硅、氧气和六氟化碳沉积形成第一包层，再通入四氯化硅、四氯化锗、氧气和六氟化碳沉积形成形成芯层，芯层的沉积流量比例是经过特殊优化以增加芯层Cl含量。沉积完成后，将带有中心孔的反应管熔缩得到实心预制棒。
本发明的设计光纤剖面和参数如表1所示：
本发明的光纤测试数据如表2所示：
注*：色散的单位是ps/nm/km，色散斜率的单位是ps/nm2/km；
本发明的光纤测试数据如表3所示：
以上实施例中的设计参数尽管已经优选，上述实施例也对本发明进行了详细描述，但本领域的技术人员能够明白，在不脱离本发明的精神和范围的情况下还可以在形式或细节上做出多种变化。

Claims (9)

1.一种低损耗大有效面积色散位移单模光纤，光纤的纤芯半径r1为2.5～3.5μm，芯层相对折射率差△n1为+0.45％～+0.55％，芯层掺杂为Cl和Ge；第一包层半径r2为4.0～5.0μm，相对折射率差△n2为-0.08％～-0.11％，第一包层掺杂为F掺杂；第二包层半径r3为7.5～9μm，相对折射率差△n3为+0.12％～+0.17％，第二包层掺杂为Ge、F共掺杂；第三包层半径r4为10～12μm，相对折射率差△n4为-0.03％～-0.05％，第三包层掺杂为F掺杂；最外层为纯二氧化硅。
2.按权利要求1所述的光纤采用PCVD工艺制造，纤芯包含四种元素，分别是Si，O，Ge和Cl；其中Cl的重量比占纤芯玻璃重量的0.5％到0.8％，GeO2的摩尔比占纤芯的8.5％到10.5％。
3.按权利要求1所述的光纤，其特征在于：光纤的零色散波长小于1500nm。
4.按权利要求1所述的光纤，其特征在于：光纤在1550nm的色散值在3～5ps/nm/km范围内；在1530nm～1625nm的色散值是2.0ps/nm/km至8.0ps/nm/km之间，1550nm的色散斜率≤0.06ps/nm2/km。
5.按权利要求1所述的光纤，其特征在于：光纤在1550nm的模场直径是9.6±0.4μm，有效面积大于75μm2。
6.按权利要求1所述的光纤，其特征在于：光纤在1550nm波长的衰耗小于或等于0.185dB/km。
7.按权利要求1所述的光纤，其特征在于：光纤拉丝速度大于1200m/min，优选的拉丝速度为1600m/min。
8.按权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述光纤的截止波长小于或等于1500nm。
9.按权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述光纤的弯曲损耗在1550nm波长处，以16mm弯曲半径1圈则小于或等于0.01dB。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000162462A (ja) * 1998-11-23 2000-06-16 Alcatel 分散シフトタイプのラインファイバを用いた波長分割多重光ファイバ伝送システムのための分散補償ファイバ
JP2003075674A (ja) * 2001-08-31 2003-03-12 Hitachi Cable Ltd 低非線形低分散スロープ光ファイバ
CN1434309A (zh) * 2002-01-22 2003-08-06 株式会社藤仓 光纤及光学传输路径
CN1667437A (zh) * 2004-03-09 2005-09-14 株式会社藤仓 色散补偿纤模块和光纤传输线
CN107247305A (zh) * 2017-07-04 2017-10-13 长飞光纤光缆股份有限公司 低衰减单模光纤及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000162462A (ja) * 1998-11-23 2000-06-16 Alcatel 分散シフトタイプのラインファイバを用いた波長分割多重光ファイバ伝送システムのための分散補償ファイバ
JP2003075674A (ja) * 2001-08-31 2003-03-12 Hitachi Cable Ltd 低非線形低分散スロープ光ファイバ
CN1434309A (zh) * 2002-01-22 2003-08-06 株式会社藤仓 光纤及光学传输路径
CN1667437A (zh) * 2004-03-09 2005-09-14 株式会社藤仓 色散补偿纤模块和光纤传输线
CN107247305A (zh) * 2017-07-04 2017-10-13 长飞光纤光缆股份有限公司 低衰减单模光纤及其制备方法

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