CN116626805B - 超低损耗光纤及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种超低损耗光纤及其制备方法。光纤包括：芯层的半径宽度R0的范围为4.2μm至4.8μm，芯层的最大相对折射率差△1_max的范围为0.2%至0.3%；内包层包覆于芯层的外侧，内包层的外半径为R1，内包层的宽度R1‑R0的范围为4.0μm至4.3μm，内包层的最小相对折射率差△2_min的范围为‑0.25%至‑0.3%；凹陷包层的宽度范围为30μm至40μm，凹陷台阶层的宽度大于深凹陷层的宽度，凹陷平台层的宽度大于凹陷台阶层的宽度；外包层包覆于凹陷包层的外侧。超低损耗光纤对应的1550nm波长衰减系数小于或等于0.170dB/km，超低损耗光纤对应的1480nm波长衰减系数小于或等于0.210dB/km。本申请的超低损耗光纤具有不大于1400nm的光缆截止波长，满足G.654.C光纤标准，优选光缆截止波长≤1260nm，满足G.652光纤标准。

Description

超低损耗光纤及其制备方法

技术领域

本申请涉及通信领域，尤其涉及一种超低损耗光纤及其制备方法。

背景技术

根据当前电网的发展趋势，建设大容量、长距离、高可靠性的电力信息通信***将成为趋势。常规光纤通常受衰减损耗的约束，通信距离通常不超过400km，使得特高压电力通信遇到选址难、中继站供电困难等问题。降低光纤衰减系数是提升光纤性能和延长传输距离的有效手段，超低损耗光纤的使用可减少中继站数量，从整体上降低链路的损耗并降低建设成本。

光纤纤芯中一般通过掺杂GeO₂提高折射率，但是Ge元素的大量掺杂会引入瑞利散射，进而造成光纤损耗增加。纯硅芯光纤消除了纤芯中的GeO₂掺杂，光纤1550nm波长衰减理论上可以做到0.145dB/km左右，但是为了设计合适的芯包层折射率差，包层深掺杂会造成制备成本大幅增加。为了解决此问题，目前低损耗光纤折射率结构一般采用阶跃式，但芯层与包层之间由于掺杂浓度变化导致粘度突变，进而产出应力差异，容易带来附加衰减增加。

并且，对应光纤的制备过程，光纤拉丝熔融过程中，拉丝炉内通常设置一个加热单元。在预制件锥头部分为高温熔融区，向上下两个方向温度急剧下降，拉丝炉内温度梯度较大，拉丝炉内温场分布对拉丝条件的变化的比较敏感，造成炉内气体非稳定对流状态，造成光纤成型区直径的不均匀，可能引起光纤内部密度分布突变，导致光纤衰减增加。

如何解决上述问题，降低光纤的衰减是本领域技术人员需要考虑的。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本申请实施例提供一种超低损耗光纤及其制备方法。

本申请实施例提供的所述超低损耗光纤包括：

芯层，所述芯层的半径宽度R0的范围为4.2μm至4.8μm，所述芯层的最大相对折射率差△1_max的范围为0.2%至0.3%；

内包层，其包覆于所述芯层的外侧，所述内包层的外半径为R1，所述内包层的宽度R1-R0的范围为4.0μm至4.3μm，所述内包层的最小相对折射率差△2_min的范围为-0.25%至-0.3%；

凹陷包层，其包括深凹陷层、凹陷台阶层及凹陷平台层，所述深凹陷层、所述凹陷台阶层及所述凹陷平台层依次包覆于所述内包层的外侧，所述凹陷包层的宽度范围为30μm至40μm，所述凹陷台阶层的宽度大于所述深凹陷层的宽度，所述凹陷平台层的宽度大于所述凹陷台阶层的宽度；

外包层，其包覆于所述凹陷包层的外侧。

于一实施例中，所述芯层和所述内包层的折射率结构非线性变化，所述芯层的径向位置r相对折射率△1（r）及所述内包层的径向位置r相对折射率△2（r）的变化服从如下公式(1)：

其中，g为所述芯层的折射率分布参数，其满足2≤g≤6；h为所述内包层的折射率分布参数，其满足3≤h≤10。

于一实施例中，所述芯层的折射率具有平台结构，所述内包层的折射率结构非线性变化，所述芯层的径向位置r相对折射率△1（r）=△1_max，所述内包层的径向位置r相对折射率△2（r）的变化服从如下公式(2)：

其中，m为所述内包层的折射率分布参数，其满足3≤m≤10。

于一实施例中，所述深凹陷层的外半径为R2，所述深凹陷层的宽度R2-R1的范围为5.0μm至6.0μm，所述深凹陷层的相对折射率差△3的范围为-0.45%至-0.48%。

于一实施例中，所述凹陷台阶层的外半径为R3，所述凹陷台阶层的宽度R3-R2的范围为6.0μm至15μm，所述凹陷台阶层的相对折射率差△4的范围为-0.25%至-0.3%。

于一实施例中，所述凹陷平台层的外半径为R4，所述凹陷平台层的宽度R4-R3的范围为12μm至22μm，所述凹陷平台层的相对折射率差△5的范围为-0.35%至-0.4%。

于一实施例中，所述内包层的宽度与所述芯层的半径宽度的比值范围为0.85至1。

于一实施例中，所述芯层及所述内包层中均掺杂有氟元素，所述芯层中氟元素的掺杂浓度范围为0.01%至0.3%，所述内包层中氟元素的掺杂浓度范围为0.01%至2.0%。

于一实施例中，所述芯层、所述内包层及所述凹陷包层中的残余应力为压缩应力，所述压缩应力的范围为40MPa至100MPa。

于一实施例中，所述超低损耗光纤对应的1550nm波长衰减系数小于或等于0.170dB/km，所述超低损耗光纤对应的1480nm波长衰减系数小于或等于0.210dB/km。

本申请实施例提供的所述超低损耗光纤的制备方法包括：根据所述光纤的折射率结构构造预制件；通过一拉丝加热***对所述预制件进行熔融拉丝，以制备所述光纤；

其中，所述拉丝加热***包括拉丝炉内加热单元、高温退火加热单元和低温退火加热单元，所述拉丝炉内加热单元包括熔融变形单元、加热成型单元、加热熔融单元、预热单元，所述预热单元、所述加热熔融单元、所述熔融变形单元、所述加热成型单元、所述高温退火加热单元及所述低温退火加热单元沿所述预制件的加工方向依次间隔排布；

所述熔融变形单元的最高加热温度为T1，所述加热成型单元的最高加热温度为T2，所述加热熔融单元的最高加热温度为T3，所述预热单元的最高加热温度为T4，所述高温退火加热单元的最高加热温度为T200，所述低温退火加热单元的最高加热温度为T300，玻璃化转变温度为Tg，满足T1＞T200＞Tg＞T4＞T300，T1＞T2＞Tg且T1＞T3＞Tg＞T4。

本申请的超低损耗光纤，凹陷包层采取宽度范围为30μm至40μm的宽凹陷包层结构，且凹陷台阶层的宽度大于深凹陷层的宽度、凹陷平台层的宽度大于凹陷台阶层的宽度。一方面可以降低芯层与包层之间的粘度差异，减小应力差异，有利于改善光纤的衰减性能；且通过在凹陷包层中掺杂氟元素降低相对折射率差，同时粘度下降，使凹陷包层与芯层之间的粘度差异相对减小。另一方面，这种宽凹陷包层结构也可以防止传导光泄漏，减少长波长段光信号的损耗，提升光纤的抗弯曲能力。使光纤在1520nm至1625nm范围内保持较低的衰减水平，有利于将通信应用扩展至L波段窗口。

且，芯层采用低掺锗方式，减少GeO₂引起的瑞利散射影响，降低光纤损耗，同时在芯层中掺杂氟元素降低芯层的相对折射率及芯层的粘度。通过控制内包层掺杂氟的浓度，使折射率差缓慢过度，因掺杂浓度突变产生的热膨胀系数差异减小，避免应力不均所带来的附加损耗。所述芯层、所述内包层及所述凹陷包层中的残余应力为压缩应力，压缩应力的存在可以阻止光纤内部微缺陷的扩展，进一步减少瑞利散射。

本申请的光纤的制备方法，采用多单元独立加热的方式对预制件进行热处理，大幅降低熔融加热部分与上下炉内部分之间的温差，降低格拉晓夫数，有利于阻止拉丝炉内非稳态流动，使炉内热场保持稳定，有利于包层直径保持稳定。设置预热段、高温退火、低温退火单元，使预制件在玻璃化转变温度点以上充分释放内应力，有利于降低衰减系数。

附图说明

图1为本申请实施例提供的光纤的截面示意图。

图2为本申请实施例提供的一种光纤折射率分布示意图。

图3为本申请实施例提供的另一种光纤折射率分布示意图。

图4为本申请实施例提供的光纤经截断法测试光纤衰减的示意图。

图5为本申请实施例提供的光纤降低截止波长的示意图。

图6为本申请实施例提供的光纤的制备方法所采用的拉丝加热***的结构示意图。

图7为本申请实施例提供的光纤的制备方法所对应的改进加热方式与传统制备方法所对应的对比加热方式的温度分布示意图。

主要元件符号说明

光纤 1

芯层 10

内包层 20

凹陷包层 30

深凹陷层 31

凹陷台阶层 32

凹陷平台层 33

外包层 40

拉丝炉内加热单元 100

熔融变形加热单元 101

加热成型单元 102

加热熔融单元 103

预热单元 104、105

高温退火加热单元 200

低温退火加热单元 300

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

以下描述将参考附图以更全面地描述本申请内容。附图中所示为本申请的示例性实施例。然而，本申请可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。提供这些示例性实施例是为了使本申请透彻和完整，并且将本申请的范围充分地传达给本领域技术人员。类似的附图标记表示相同或类似的组件。本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不意图限制本申请。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。此外，当在本文中使用时，“包括”和/或“包含”和/或“具有”，整数，步骤，操作，组件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征，区域，整数，步骤，操作，组件和/或其群组。除非另外定义，否则本文使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与本申请所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。此外，除非文中明确定义，诸如在通用字典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关技术和本申请内容中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的含义。以下内容将结合附图对示例性实施例进行描述。须注意的是，参考附图中所描绘的组件不一定按比例显示；而相同或类似的组件将被赋予相同或相似的附图标记表示或类似的技术用语。

本申请实施例提供一种超低损耗光纤，包括：芯层，所述芯层的半径宽度R0的范围为4.2μm至4.8μm，所述芯层的最大相对折射率差△1_max的范围为0.2%至0.3%；内包层，其包覆于所述芯层的外侧，所述内包层的外半径为R1，所述内包层的宽度R1-R0的范围为4.0μm至4.3μm，所述内包层的最小相对折射率差△2_min的范围为-0.25%至-0.3%；凹陷包层，其包括深凹陷层、凹陷台阶层及凹陷平台层，所述深凹陷层、所述凹陷台阶层及所述凹陷平台层依次包覆于所述内包层的外侧，所述凹陷包层的宽度范围为30μm至40μm，所述凹陷台阶层的宽度大于所述深凹陷层的宽度，所述凹陷平台层的宽度大于所述凹陷台阶层的宽度；外包层，其包覆于所述凹陷包层的外侧。

下面参照附图，对本申请的具体实施方式作进一步地详细描述。其中，光纤1指超低损耗光纤，“超低损耗光纤”指光纤1550nm波长衰减系数小于或等于0.170dB/km。

如图1所示，本申请实施例提供一种光纤1。光纤1包括芯层10、内包层20、凹陷包层30及外包层40，内包层20包覆设置于芯层10的外侧，凹陷包层30包覆设置于内包层20的外侧，外包层40包覆设置于凹陷包层30的外侧。即，内包层20、凹陷包层30及外包层40依次包设于芯层10的外。

凹陷包层30具有宽下陷结构，凹陷包层30包括深凹陷层31、凹陷台阶层32及凹陷平台层33，深凹陷层31、凹陷台阶层32及凹陷平台层33依次包覆于内包层20的外侧，凹陷台阶层32的宽度大于深凹陷层31的宽度，凹陷平台层33的宽度大于凹陷台阶层32的宽度。

可以理解地是，宽下陷结构的凹陷包层30是为了约束光纤导波传输，提升光纤的抗弯曲能力，其宽度和相对折射率差影响光纤的截止波长和宏弯损耗。一般凹陷包层30宽度越宽，相对折射率差越大，光纤的截止波长越大，宏弯损耗越小。为控制截止波长和宏弯大小，需平衡设计相关参数，限制凹陷包层30宽度。为降低长波长传输损耗，设置较宽且相对折射率较低的凹陷平台层，防止传导光泄漏。

于一实施例中，凹陷包层30的宽度范围为30μm至40μm，进一步可以为32μm至36μm。

进一步结合图2所示，于一实施例中，芯层10的半径宽度R0的范围为4.2μm至4.8μm，芯层10的最大相对折射率差△1_max的范围为0.2%至0.3%。

在本实施例中，芯层10的半径宽度R0具体可以为4.3μm、4.4μm、4.5μm、4.6μm及4.7μm。芯层10的最大相对折射率差△1_max具体可以为0.21%、0.22%、0.23%、0.24%、0.25%、0.26%、0.27%、0.28%及0.29%。

于一实施例中，内包层20的外半径为R1，内包层20的宽度R1-R0的范围为4.0μm至4.3μm，内包层20的最小相对折射率差△2_min的范围为-0.25%至-0.3%。

在本实施例中，内包层20的宽度R1-R0具体可以为4.1μm及4.2μm。内包层20的最小相对折射率差△2_min具体可以为-0.26%、-0.27%、-0.28%及-0.29%。

于一实施例中，芯层10和内包层20的折射率结构非线性变化，芯层10的径向位置r相对折射率△1（r）及内包层20的径向位置r相对折射率△2（r）的变化服从如下公式(1)：

其中，g为芯层10的折射率分布参数，其满足2≤g≤6；h为内包层20的折射率分布参数，其满足3≤h≤10。

进一步结合图3所示，在另一实施例中，芯层10的半径宽度R0的范围为4.2μm至4.8μm，芯层10的最大相对折射率差△1_max的范围为0.2%至0.3%。

在本实施例中，芯层10的半径宽度R0具体可以为4.3μm、4.4μm、4.5μm、4.6μm及4.7μm。芯层10的最大相对折射率差△1_max具体可以为0.21%、0.22%、0.23%、0.24%、0.25%、0.26%、0.27%、0.28%及0.29%。

于一实施例中，内包层20的外半径为R1，内包层20的宽度R1-R0的范围为4.0μm至4.3μm，内包层20的最小相对折射率差△2_min的范围为-0.25%至-0.3%。

在本实施例中，内包层20的宽度R1-R0具体可以为4.1μm及4.2μm。内包层20的最小相对折射率差△2_min具体可以为-0.26%、-0.27%、-0.28%及-0.29%。

于一实施例中，芯层10的折射率具有平台结构，芯层10的径向位置r相对折射率△1（r）=△1_max;内包层20的折射率结构非线性变化，内包层20的径向位置r相对折射率△2（r）的变化服从如下公式(2)：

其中，m为内包层的折射率分布参数，其满足3≤m≤10。

可以理解地是，图2及图3所分别对应的光纤1折射率分布示意图的区别仅在于二者的芯层10的折射率结构不相同，其他结构相同。

进一步结合图2及图3所示，于一实施例中，深凹陷层31的外半径为R2，深凹陷层31的宽度R2-R1的范围为5.0μm至6.0μm。深凹陷层31的相对折射率差△3的范围为-0.45%至-0.48%。

在本实施例中，深凹陷层31的宽度R2-R1具体可以为5.1μm、5.2μm、5.3μm、5.4μm、5.5μm、5.6μm、5.7μm、5.8μm及5.9μm。深凹陷层31的相对折射率差△3具体可以为-0.46%及-0.47%，。

于一实施例中，凹陷台阶层32的外半径为R3，凹陷台阶层32的宽度R3-R2的范围为6.0μm至15μm。凹陷台阶层32的相对折射率差△4的范围为-0.25%至-0.3%。

在本实施例中，凹陷台阶层32的宽度R3-R2具体可以为6.5μm、7μm、7.5μm、8μm、8.5μm、9μm、9.5μm、10μm、10.5μm、11.5μm、12μm、12.5μm、13μm、13.5μm、14μm及14.5μm。凹陷台阶层32的相对折射率差△4具体可以为-0.25%、-0.26%、-0.27%、-0.28%及-0.29%。

于一实施例中，凹陷平台层33的外半径为R4，凹陷平台层33的宽度R4-R3的范围为12μm至22μm。凹陷平台层33的相对折射率差△5的范围为-0.35%至-0.4%。

在本实施例中，凹陷平台层33的宽度R4-R3具体可以为12.5μm、13μm、13.5μm、14μm、14.5μm、15μm、15.5μm、16μm、16.5μm、17μm、17.5μm、18μm、18.5μm、19μm、19.5μm、20μm、20.5μm、21μm及21.5μm。凹陷平台层33的相对折射率差△5的范围为-0.36%、-0.37%、-0.38%及-0.39%。

芯层10的半径、内包层20的宽度及相对折射率设计范围是实现光纤超低损耗性能的基础，达到特定的模场直径范围。深凹陷层31的宽度设计是为限制光纤截止波长大小，如果深凹陷层31过宽，可能导致截止波长过大超标，影响单模传输；深凹陷层31的折射率设计是为达到与芯层10足够的相对折射率差，降低光纤在弯曲状态下的附加损耗，提升传输能力。凹陷平台层33具有比凹陷台阶层32相对较低的折射率，且增加凹陷平台层33的宽度，是为防止长波长光信号泄露到外包层40中，减少长波长损耗，降低C波段与长波长L波段之间的最大衰减系数差值，有利于扩展光纤C+L通信窗口。凹陷平台层33的宽度过大，会导致外包层40的宽度过小，外包层40形成的拉伸应力无法对芯层10、内包层20及凹陷包层30产生足够的压缩应力，不利于降低衰减。

于一实施例中，外包层40的材质可以为SiO₂，相对折射率n0默认为0。外包层40的直径范围为100μm 至130μm，进一步可以为125μm。

于一实施例中，内包层20的宽度R1-R0与芯层10的半径宽度R0的比值范围为0.85至1。

可以理解地是，宽凹陷包层30结构能够约束光纤导波传输，提升光纤1的抗弯曲能力，深凹陷层31的宽度和相对折射率影响光纤1的截止波长和宏弯损耗，宽凹陷包层30具有较低的相对折射率差，用于降低光纤的传输衰减系数。将内包层20的宽度与芯层10的半径宽度的比值控制在0.85至1之间，用于平衡光纤1的截止波长和宏弯曲损耗。

控制内包层20掺氟量，使内包层20折射率差呈非线性分布、缓慢过度，减小因掺杂浓度突变产生的热膨胀系数差异，进而减小芯层10与凹陷包层30之间的粘度突变，避免应力不均匀造成的附加损耗，有利于改善光纤1的衰减性能。

于一实施例中，芯层10及内包层20中均掺杂有氟元素，芯层10中氟元素的掺杂浓度范围为0.01%至0.3%，内包层20中氟元素的掺杂浓度范围为0.01%至2.0%。

在本实施例中，芯层10中氟元素的掺杂浓度具体可以为0.03%、0.05%、0.08%、0.1%、0.13%、0.15%、0.18%、0.2%、0.23%、0.25%及0.28%。内包层20中氟元素的掺杂浓度具体可以为0.03%、0.08%、0.1%、0.3%、0.5%、1.0%、1.5%及1.8%。在本实施例中，上述掺杂浓度范围表示氟元素与二氧化硅的质量百分比。

可以理解地是，芯层10采用低掺锗方式，传统低损耗光纤芯层折射率一般在0.4%左右。减少GeO₂引起的瑞利散射影响，降低光纤1的损耗，并结合掺氟降低芯层10的相对折射率，同时降低芯层10粘度。根据设计的折射率结构，控制内包层20掺氟的量，使折射率差缓慢过度，因掺杂浓度突变产生的热膨胀系数差异减小，避免应力不均产生附加损耗。

可以理解地是，光纤1主体材质为SiO₂，芯层10通过掺Ge提高折射率，GeO₂在玻璃中同SiO₂一样，起到网络形成体的作用，增加石英玻璃的极化率，因而掺GeO₂能增加玻璃的折射率。内包层20及凹陷包层30通过不同比例掺氟量调整降低折射率，氟在石英玻璃中以网络中间体存在，因而能降低石英玻璃折射率。Ge和F的掺杂均可减弱硅氧键的作用，高温下SiO₂化学键更容易断裂，因此降低石英玻璃的粘度。

于一实施例中，芯层10、内包层20及凹陷包层30中的残余应力为压缩应力，压缩应力的范围为40MPa至100MPa。

在本实施例中，压缩应力的具体可以为40Mpa、50Mpa、60Mpa、70Mpa、80Mpa及90Mpa。

可以理解地是，压缩应力存在可以阻止内部微缺陷的扩展，减少瑞利散射。外包层40为纯SiO₂材质，相对粘度偏大，通过一定张力拉丝，提供拉伸应力。

于一实施例中，光纤1550nm波长模场直径大小范围为10μm至11μm。按照标准《GBT15972.44-2017 光纤试验方法规范截止波长》测试22m光纤1截止波长，光纤1具有不大于1400nm的光缆截止波长，满足G.654.C光纤标准，优选光缆截止波长≤1260nm，满足G.652光纤标准。

进一步结合图4及图5所示，按照标准《GBT 15972.40-2008 光纤试验方法规范衰减》方法A截断法测试光纤1各波长的衰减系数。

测试过程中采用22m光纤作为高次模滤除器，当光缆截止波长大于1260nm时，通过常规绕圈24个半径140mm大环H1加2个半径40mm的小环H2的方式，高次模不能完全滤除，导致1260nm以上至光缆截止波长的范围内光纤衰减系数测试不准确。因此，测试时需额外增加1个半径不大于15mm的小环H3，将光缆截止波长的位置由λ_cc1移动至λ_cc2，保证测试时的光缆截止波长λ_cc2在1260nm以下，进一步滤除高次模，准确测试1260nm以上的衰减系数。光纤1550nm波长衰减系数小于等于0.170dB/km，优选小于等于0.165dB/km；1480nm波长衰减系数小于等于0.210dB/km，优选小于等于0.20dB/km，进一步优选小于等于0.19dB/km；同时宽凹陷层设计使光纤在1520nm至1625nm波长范围内具有较低的衰减系数，使光纤的通信窗口由常规C波段拓展至L波段，适用于C+L波段波分复用通信***。在1520nm至1625nm波长范围内与最大衰减系数与最小衰减系数差异较小，1520nm与该波长范围内最小衰减系数差值△α1520≤0.02dB/km，1625nm与该波长范围内最小衰减系数差值△α1625≤0.02dB/km，且△α1520与△α1625两者的算数差的绝对值△α≤0.009dB/km，优选△α≤0.006dB/km。其中，△α满足如下公式（3）：

进一步结合图6所示，本申请实施例提供一种光纤的制备方法，用于制备前述实施例中的光纤1，光纤的制备方法包括：

根据光纤的折射率结构构造预制件a。

在本实施例中，可以通过MCVD或VAD或OVD方法制备预制件a。

通过一拉丝加热***b对预制件a进行熔融拉丝，以制备光纤。

其中，拉丝加热***b包括拉丝炉内加热单元100、高温退火加热单元200和低温退火加热单元300，拉丝炉内加热单元100包括熔融变形加热单元101、加热成型单元102、加热熔融单元103、预热单元104（105）。预热单元104（105）、加热熔融单元103、熔融变形加热单元101、加热成型单元102、高温退火加热单元200及低温退火加热单元300沿预制件a的加工方向（对应图6为由上至下）依次间隔排布。

熔融变形加热单元101的最高加热温度为T1，加热成型单元102的最高加热温度为T2，加热熔融单元103的最高加热温度为T3，预热单元104（105）的最高加热温度为T4。高温退火加热单元200的最高加热温度为T200，低温退火加热单元300的最高加热温度为T300，玻璃化转变温度为Tg。其满足T1＞T200＞Tg＞T4＞T300，T1＞T2＞Tg且T1＞T3＞Tg＞T4。

于一实施例中，玻璃化转变温度Tg是玻璃折射率、比热容、热膨胀系数等物理性质发生突变的温度。熔融拉丝定型后进行高温加热退火，加热温度T200在玻璃化转变温度Tg之上，能够促进光纤内部应力快速释放，有效降低衰减系数。在本实施例中，T200与Tg之间的差值范围可以在50℃至100℃。

于一实施例中，光纤在低温退火段温度缓慢降低，光纤在退火管出口时的温度达到1000℃至1200℃，结合控制拉丝速度进行控制。出口温度过高，可能造成表面紊流，不利于包层直径控制。可选的，低温退火段下方设置保温退火装置，进一步对光纤退火处理，降低光纤衰减。

于一实施例中，预热单元104（105）、加热熔融单元103、熔融变形加热单元101、加热成型单元102、高温退火加热单元200及低温退火加热单元300均可采用石墨加热或线圈加热方式，预热单元104（105）、加热熔融单元103、熔融变形加热单元101、加热成型单元102、高温退火加热单元200及低温退火加热单元300均可独立加热控温，并与主机PLC控制***（图未示）连接，根据不同工艺设置远程调整温度高低，在此不赘述。

于一实施例中，预热单元104（105）、加热熔融单元103、熔融变形加热单元101、加热成型单元102、高温退火加热单元200及低温退火加热单元300均可对应位置设置有高温探测器（图未示），可实时监测预制件a及光纤周围的温度。

于一实施例中，预热单元104（105）、加热熔融单元103、熔融变形加热单元101、加热成型单元102、高温退火加热单元200及低温退火加热单元300外侧均可设置有保温件（图未示），所述保温件外可设置水循环冷却***（图未示）。

于一实施例中，预热单元104（105）、加热熔融单元103、熔融变形加热单元101、加热成型单元102、高温退火加热单元200及低温退火加热单元300的轴心从上至下保持在一个中心上。

于一实施例中，拉丝加热***b内通入惰性气体保护，惰性气体可以为Ar气，或Ar气与He气的混合气。可以将保护气体的流动不稳定性或者非稳定态性量化为格拉晓夫数(Gr)。格拉晓夫数(Gr)可以被解读为气体***的浮力与粘性力之比。当浮力变得明显大于粘性力时，流动变得不稳定，容易受外部条件变化的影响，格拉晓夫数(Gr)以数值方式表述满足如下公式（4）：

其中，g是重力加速度，β是保护气体的热膨胀系数，L_c是特性长度(如通入气体的空间的长度)，ΔT是温差(如拉丝炉预制棒底部与上部之间温度差异)，以及v是保护气体的动粘度。

可以理解地是，格拉晓夫数(Gr)越低，有利于阻止拉丝炉内非稳态流动；根据上述公式（4）可知g、β、L_c、ΔT、v等参数的变化均可影响格拉晓夫数(Gr)的数值。

保护气可以选用He气和Ar气。在使用He气为保护气时，由于He气具有较高的动粘度，使其可有效抵抗非稳态浮力驱动流动，但He气成本高昂。在使用Ar气等较低动粘度的保护气时，则考虑降低拉丝炉内温差ΔT，减少非稳定对流的产生，改善热场分布，以降低拉晓夫数(Gr)的数值。因此，本申请的光纤的制备方法，通过多单元独立控温加热方式，大幅降低熔融加热部分与上下炉内部分之间的温差（ΔT），使包层直径保持稳定，改进后的温度分布示意如图7所示。

于一实施例中，光纤张力范围控制在80g至150g，使光纤的光缆截止波长控制在目标范围以内。光纤退火冷却后，可进一步在光纤表面涂覆两层树脂进行保护，所述树脂的材料可以为聚甲基丙烯酸树脂。其中，内层树脂的模量相对较低，其范围可以为0.3 Mpa至1Mpa；外层树脂的模量相对较高，其范围可以为大于500Mpa。将所述树脂通过紫外固化成型后，可制备出光纤。

上文中，参照附图描述了本申请的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本申请的精神和范围的情况下，还可以对本申请的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本申请所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种超低损耗光纤，其特征在于，包括：

芯层，所述芯层的半径宽度R0的范围为4.2μm至4.8μm，所述芯层的最大相对折射率差△1_max的范围为0.2％至0.3％；

内包层，其包覆于所述芯层的外侧，所述内包层的外半径为R1，所述内包层的宽度R1-R0的范围为4.0μm至4.3μm，所述内包层的最小相对折射率差△2_min的范围为-0.25％至-0.3％；

凹陷包层，其包括深凹陷层、凹陷台阶层及凹陷平台层，所述深凹陷层、所述凹陷台阶层及所述凹陷平台层依次包覆于所述内包层的外侧，所述凹陷包层的宽度范围为30μm至40μm，所述凹陷台阶层的宽度大于所述深凹陷层的宽度，所述凹陷平台层的宽度大于所述凹陷台阶层的宽度；所述深凹陷层的外半径为R2，所述深凹陷层的宽度R2-R1的范围为5.0μm至6.0μm，所述深凹陷层的相对折射率差△3的范围为-0.45％至-0.48％；所述凹陷台阶层的外半径为R3，所述凹陷台阶层的宽度R3-R2的范围为6.0μm至15μm，所述凹陷台阶层的相对折射率差△4的范围为-0.25％至-0.3％；所述凹陷平台层的外半径为R4，所述凹陷平台层的宽度R4-R3的范围为12μm至22μm，所述凹陷平台层的相对折射率差△5的范围为-0.35％至-0.4％；

外包层，其包覆于所述凹陷包层的外侧；

其中，所述芯层及所述内包层中均掺杂有氟元素，所述芯层中氟元素的掺杂浓度范围为0.01％至0.3％，所述内包层中氟元素的掺杂浓度范围为0.01％至2.0％；所述芯层和所述内包层的折射率结构非线性变化，或者，所述芯层的折射率具有平台结构，所述内包层的折射率结构非线性变化。

2.如权利要求1所述的超低损耗光纤，其特征在于，所述芯层和所述内包层的折射率结构非线性变化，所述芯层的径向位置r相对折射率△1(r)及所述内包层的径向位置r相对折射率△2(r)的变化服从如下公式(1)：

其中，g为所述芯层的折射率分布参数，其满足2≤g≤6；h为所述内包层的折射率分布参数，其满足3≤h≤10。

3.如权利要求1所述的超低损耗光纤，其特征在于，所述芯层的折射率具有平台结构，所述内包层的折射率结构非线性变化，所述芯层的径向位置r相对折射率△1(r)＝△1_max，所述内包层的径向位置r相对折射率△2(r)的变化服从如下公式(2)：

其中，m为所述内包层的折射率分布参数，其满足3≤m≤10。

4.如权利要求1所述的超低损耗光纤，其特征在于，所述内包层的宽度与所述芯层半径的宽度的比值范围为0.85至1。

5.如权利要求1所述的超低损耗光纤，其特征在于，所述芯层、所述内包层及所述凹陷包层中的残余应力为压缩应力，所述压缩应力的范围为40MPa至100MPa。

6.如权利要求1所述的超低损耗光纤，其特征在于，所述超低损耗光纤对应的1550nm波长衰减系数小于或等于0.170dB/km，所述超低损耗光纤对应的1480nm波长衰减系数小于或等于0.210dB/km。

7.一种超低损耗光纤的制备方法，其特征在于，所述光纤的制备方法用于制备如权利要求1所述的光纤，所述光纤的制备方法包括：根据所述光纤的折射率结构构造预制件；通过一拉丝加热***对所述预制件进行熔融拉丝，以制备所述光纤；

其中，所述拉丝加热***包括拉丝炉内加热单元、高温退火加热单元和低温退火加热单元，所述拉丝炉内加热单元包括熔融变形单元、加热成型单元、加热熔融单元、预热单元，所述预热单元、所述加热熔融单元、所述熔融变形单元、所述加热成型单元、所述高温退火加热单元及所述低温退火加热单元沿所述预制件的加工方向依次间隔排布；

所述熔融变形单元的最高加热温度为T1，所述加热成型单元的最高加热温度为T2，所述加热熔融单元的最高加热温度为T3，所述预热单元的最高加热温度为T4，所述高温退火加热单元的最高加热温度为T200，所述低温退火加热单元的最高加热温度为T300，玻璃化转变温度为Tg，满足T1＞T200＞Tg＞T4＞T300，T1＞T2＞Tg且T1＞T3＞Tg＞T4。