CN102955197B - 光纤 - Google Patents

Abstract

一种光纤，包括芯部和包层部。在1550nm波长，由k=4Aeff/(πMFD²)表示的k值大于或等于1.08，Aeff是有效面积，MFD是模场直径，色散在+19.0ps/nm/km至+21.9ps/nm/km的范围内，而模场直径MFD在10.3μm至13.0μm的范围内。设定不等式r₁<r₂<r₃，R=r₃/r₂大于1.0且小于或等于5.4，以及芯部中折射率的最大值N₂相对于最小值N₁的相对折射率差Δ₁₂大于或等于0.05%，r₁和r₂分别是芯部中折射率变为最小值N₁和最大值N₂的径向位置，而r₃是芯部的半径。

Description

光纤

技术领域

本发明涉及一种光纤。

背景技术

在光通信系统中，理想的是改善光信噪比（OSNR）。对于使用数字相干探测的通信方式，光信噪比中的改善特别重要。通过改善光信噪比，可以增加传输信号的容量，可以增加光通信系统的传输距离，并且，可以增大中继器之间的间隔。因此，可以提高光通信系统的性能。

为了改善光信噪比，重要的是减少用作光传输线的光纤的非线性，以及减小光传输线中的衰减。为了减少光纤中所产生的非线性，可以扩大光纤的有效面积Aeff，以及，可以增加光纤的色散（chromaticdispersion）的绝对值。周知一种非色散位移光纤，其中色散的绝对值较大，并且扩大了有效面积Aeff（例如，国际公开No.00/062106、日本专利申请公开No.2005-202440、以及国际公开No.2011/066063）。

然而，相对于已经安装作为光传输线或在发射机、接收机、中继器等基于光纤的装置中用作光纤的下列这些光纤，ITU-T G.652系列的标准单模光纤（SSMF，波长带1.55μm中的有效面积Aeff为大约80μm²）、ITU-T G.653系列的色散位移光纤（DSF，波长带1.55μm中的有效面积Aeff在50μm²至80μm²的范围内）、以及ITU-T G.655和G.656系列的非零色散位移光纤（NZ-DSF），有效面积Aeff扩大的非色散位移光纤具有较大的异种拼接损耗（dissimilar splice loss）。结果，会使光信噪比降低。ITU-T G.652系列的标准光纤具有的光学特性诸如：光缆截止波长短于或等于1260nm，波长1310nm时模场直径（MFD）的标称值在8.6μm至9.5μm的范围内，零色散波长在1300nm至1324nm的范围内，以及，零色散波长时的色散斜率小于或等于0.093ps/nm²/km。

美国专利No.6,421,489在表1中披露了具有较大有效面积Aeff和较小模场直径MFD的光纤。然而，这些光纤是零色散波长处于1508nm至1570nm范围中的色散位移光纤。因此，这些光纤具有较小绝对值的色散，并且很可能发生非线性现象。此外，预期这些光纤具有较高的弯曲损耗（具体而言，微弯损耗）。另外，这些光纤会具有大于或等于1857nm的非常长的截止波长。

美国专利No.6,687,441在表1中披露了具有较大有效面积Aeff和较小模场直径MFD的光纤。然而，这些光纤是零色散波长处于1472nm至1579nm范围中的色散位移光纤。此外，这些光纤在中心包含中空（空隙（void））。因此，预期其生产率不高，并且，衰减可能较大。另外，容易推知，因为在与其他光纤熔接期间这些光纤的中空塌陷，会使拼接损耗增大，并因此使波导结构改变。

发明内容

据此，本发明的目的是，提供这样一种光纤，其适合用作光通信系统中的光传输线，并且可以改善光信噪比。

根据本发明第一方面的光纤是一种包括芯部和包层部的光纤。在1550nm波长，由k=4Aeff/(πMFD²)表示的“k值”大于或等于1.08，式中Aeff是有效面积，而MFD是模场直径，色散大于或等于+19.0ps/nm/km且小于或等于+21.9ps/nm/km，以及，模场直径MFD大于或等于10.3μm且小于或等于13.0μm。

在根据第一方面的光纤中，适宜的是，在1550nm波长，有效面积Aeff可以大于或等于100μm²。适宜的是，在1550nm波长，衰减可以小于或等于0.19dB/km。适宜的是，芯部可以由石英玻璃（silicaglass）制成，其包含平均浓度大于或等于1000原子ppm的卤族元素，以及，其包含作为掺质的典型金属元素或过渡金属元素的平均浓度不超出0.01原子ppm。此外，适宜的是芯部可以包含平均浓度在0.01原子ppm至50原子ppm范围内的碱金属元素。

在根据第一方面的光纤中，适宜的是，在1550nm波长，本发明的光纤与标准单模光纤之间的异种拼接损耗可以小于或等于0.4dB。适宜的是，当用长度大于或等于10km的光纤以大于或等于0.4N的缠绕张力缠绕于直径220mm的芯轴外周，在1550nm波长，衰减可以小于或等于0.19dB/km。

此外，适宜的是，R=r₃/r₂可以大于1.0且小于或等于8.0，式中r₂是芯部中折射率变为最大值N₂所在的径向位置，而r₃是芯部的半径。适宜的是，包层部可以至少包括具有折射率N_O的第一包层部、以及布置于第一包层部外周并具有折射率N_O2的第二包层部，适宜的是可以设定N_O<N_O2，以及，适宜的是第二包层部相对于第一包层部的相对折射率差Δd可以大于或等于0.08%。

在根据第一方面的光纤中，适宜的是设定r₁<r₂<r₃，式中r₁是芯部中折射率变为最小值N₁所在的径向位置，适宜的是R=r₃/r₂可以大于1.0且小于或等于5.4，以及，适宜的是芯部中折射率的最大值N₂相对于最小值N₁的相对折射率差Δ₁₂可以大于或等于0.05%（第一方面的A）。

此外，在根据第一方面的光纤中，适宜的是设定r₁<r₂<r₃，适宜的是R=r₃/r₂可以大于1.0且小于或等于6.0，以及，适宜的是芯部中折射率的最大值N₂相对于最小值N₁的相对折射率差Δ₁₂可以大于或等于0.05%。适宜的是相对折射率差Δd可以大于或等于0.05%（第一方面的B）。

在根据第一方面的光纤中，适宜的是R=r₃/r₂可以大于或等于1.2。此外，适宜的是相对折射率差Δ₁₂可以小于或等于0.2%。

根据本发明第二方面的光纤包括芯部和包层部。设定不等式r₁<r₂<r₃，R=r₃/r₂大于1.0且小于或等于5.4，芯部中折射率的最大值N₂相对于最小值N₁的相对折射率差Δ₁₂在0.05%至0.2%的范围内，且设定4.5μm≤r₃≤7.0μm，式中r₁是芯部中折射率变为最小值N₁所在的径向位置，r₂是芯部中折射率变为最大值N₂所在的径向位置，而r₃是芯部的半径。相对于自芯部中心三倍于半径r₃距离的径向位置r_O处的折射率N_O，最大值N₂的相对折射率差Δ_c2大于或等于0.25%且小于或等于0.55%，以及，最小值N₁相对于折射率N_O的相对折射率差Δ_c1大于或等于0.05%。在1550nm波长，由k=4Aeff/(πMFD²)表示的k值大于或等于1.08，式中Aeff是有效面积，而MFD是模场直径，色散大于或等于+19ps/nm/km，而模场直径MFD大于或等于10.3μm。

根据本发明的第三方面的光纤包括芯部和包层部。设定不等式r₁<r₂<r₃，且R=r₃/r₂大于1.0且小于或等于6.0。芯部中折射率的最大值N₂相对于最小值N₁的相对折射率差Δ₁₂在0.05%至0.20%的范围内。设定4.5μm≤r₃≤7.0μm。相对于自芯部中心三倍于半径r₃距离的径向位置r_O处的折射率N_O，最大值N₂的相对折射率差Δ_c2大于或等于0.25%且小于或等于0.55%，以及，最小值N₁相对于折射率N_O的相对折射率差Δ_c1大于或等于0.05%。包层部至少包括具有折射率N_O的第一包层部、以及布置于第一包层部外周并具有折射率N_O2的第二包层部，设定N_O<N_O2，且第二包层部相对于第一包层部的相对折射率差Δd大于或等于0.05%。在1550nm波长，由k=4Aeff/(πMFD²)表示的k值大于或等于1.08，色散大于或等于+19ps/nm/km，而模场直径MFD大于或等于10.3μm。

根据本发明第四方面的光纤包括芯部和包层部。设定不等式r₁<r₂<r₃，且R=r₃/r₂大于1.0且小于或等于8.0。芯部中折射率的最大值N₂相对于最小值N₁的相对折射率差Δ₁₂在0.05%至0.20%的范围内。设定4.5μm≤r₃≤7.0μm。相对于自芯部中心三倍于半径r₃距离的径向位置r_O处的折射率N_O，最大值N₂的相对折射率差Δ_c2大于或等于0.25%且小于或等于0.55%，以及，最小值N1相对于折射率N_O的相对折射率差Δ_c1大于或等于0.05%。包层部至少包括具有折射率N_O的第一包层部、以及布置于第一包层部外周并具有折射率N_O2的第二包层部，设定N_O<N_O2，以及第二包层部相对于第一包层部的相对折射率差Δd大于或等于0.08%。在1550nm波长，由k=4Aeff/(πMFD²)表示的k值大于或等于1.08，色散大于或等于+19ps/nm/km，而模场直径MFD大于或等于10.3μm。

在根据第二方面至第四方面中任一方面的光纤中，适宜的是R=r₃/r₂可以大于或等于1.2。

根据本发明的光纤适宜用作光通信系统中的光传输线，并且可以改善光信噪比。

附图说明

图1是示出光纤折射率分布的概念图；

图2是示出光纤折射率分布的概念图；

图3是示出光纤折射率分布的概念图；

图4是示出△₁₂与k值之间关系的曲线；

图5是示出R=r₃/r₂与k值之间关系的曲线；

图6的曲线示出模场直径MFD与光纤相对于标准SMF以及非

零色散位移光纤的异种拼接损耗之间关系；

图7A和图7B是示出光纤折射率分布的概念图；

图8是示出光纤折射率分布的概念图；

图9是示出根据实施例1至实施例5的各光纤折射率分布的概念图；

图10是示出根据实施例6至实施例10的各光纤折射率分布的概念图；

图11是示出R=r₃/r₂与k值之间关系的曲线；

图12是示出R=r₃/r₂与k值之间关系的曲线；

图13是示出△d与k值之间关系的曲线；以及

图14是示出k值相对于△d以及R的等值线的曲线。

具体实施方式

下面，参照附图，说明本发明的实施方式。提供附图是出于说明的目的，而非用于限制本发明的范围。在附图中，相同的附图标记指相同的部分，以省略过多的说明。图中尺寸不必按照准确的相对比例绘制。

根据本发明实施例的光纤是一种包括芯部和包层部的光纤。在1550nm波长，由k=4Aeff/(πMFD²)表示的k值大于或等于1.08，式中Aeff是有效面积，MFD是模场直径，色散为大于或等于+19.0ps/nm/km且小于或等于+21.9ps/nm/km，以及模场直径MFD为大于或等于10.3μm且小于或等于13.0μm。

如果将在1550nm波长的有效面积Aeff扩大至例如大于或等于100μm²以减少光纤中所产生的非线性现象，同时使模场直径MFD增大。这种光纤与SSMF（Aeff为80μm²左右）之间的拼接损耗可能增大。入射到光放大器或光接收器的光的强度按拼接损耗的量降低。因此，光传输系统的光信噪比可能劣化。

有鉴于此，扩大光纤的有效面积Aeff，同时，相对地减小模场直径MFD，使得能减小此光纤与其他光纤之间的拼接损耗。这就是说，使由等式k=4Aeff/(πMFD²)表示的k值增大。如果k值较大，即使不改变模场直径MFD，也能使有效面积Aeff扩大。

SSMF芯部的折射率分布为中心部具有最高折射率的阶状或者α次幂形状。SSMF的k值一般为1.0左右。例如，芯部具有参数α接近为4左右的折射率分布的SSMF，在1550nm波长呈现85μm²的有效面积Aeff以及10.5左右的模场直径MFD，计算出的k值为0.982。如果光纤的芯部具有这种阶状或α次幂的形状，即使光纤具有用于抑制非线性的扩大有效面积Aeff，光纤的k值也几乎与SSMF相同。例如，美国专利No.7,929,818中披露的W形结构的光纤具有的k值在0.987至1.047范围内。此外，美国专利No.7,555,187中所披露的具有折射率沟道（refractive index trench）的光纤具有的k值在0.967至1.011的范围内。

据此，如果k值大于或等于1.08，即使不改变模场直径MFD，与k值为0.982的光纤相比，也能使有效面积Aeff扩大10%。据此，在与SSMF的异种拼接损耗维持较小的同时，还能有效地抑制光纤的非线性。适宜的是k值较大，而且，例如，更适宜的是k值大于或等于1.10。

为了实现具有较大k值的光纤，适宜的是光纤的芯部具有如图1所示的折射率分布。特别地，假设r为自芯部中心轴的径向距离，r₁为芯部中折射率变为最小值N₁所在的径向位置，r₂为芯部中折射率变为最大值N₂所在的径向位置，而r₃为芯部的半径。于是，设定r₁<r₂<r₃。此外，R=r₃/r₂大于1.0且小于等于5.4，而芯部中折射率的最大值N₂相对于最小值N₁的相对折射率差△₁₂在0.05%至0.2%的范围内。

这里，如图2所示，芯部的半径r₃代表这样的位置，此处，100×(N₂-N₃)/N₂为0.15%，式中N₃是径向位置r₃处的折射率。此外，最大折射率N₂相对于最小折射率N₁的相对折射率差△₁₂由等式1表示：

${\mathrm{\&Delta;}}_{12}=100\&CenterDot;\frac{{N_2}^2-{N_1}^2}{{{2N}_2}^2}\&ap;100.\frac{N_2-N_1}{N_2}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;$ 等式1

接着，说明光纤k值和结构参数的范围。在这种情况下，对具有如图3所示折射率分布的光纤进行数值计算。在这种数值计算中，光纤由石英玻璃制成，芯部是实心的，并且，各部具有分级结构（steppedstructure）。芯部包括：第一芯部，其包含中心轴，并具有较低折射率；以及第二芯部，其布置在第一芯部周围，并具有较高折射率。在参照图4和图5的研究中，假设r₁=0，以及，r₂是第一芯部与第二芯部之间分界处的值。

包层部包括与芯部外周相邻且具有较低折射率N_O的第一包层部（外径r_d1）、以及布置于第一包层部外部且具有较高折射率N_O2的第二包层部。这里，假设Δ_c2=100×(N₂-N_O)/N₂是第二芯部与第一包层部的相对折射率差，以及，第二包层部与第一包层部的相对折射率差Δd=100×(N_O2-N_O)/N_O2为0.04%。此外，假设第一包层部的外径r_d1与芯部的外径r₃之比（r_d1/_r3）为3.3。使用这种光纤作为模型，并且进行数值计算。

图4是示出△₁₂与k值之间关系的曲线。在这种情况下，Δ_c2为0.25%和0.30%，R=r₃/r₂为2.0，以及光纤截止波长为1500nm。如果Δ_c2=0.25%，适宜的是Δ₁₂大于或等于0.05%，因为k值成为大于或等于1.08。此外，如果Δ₁₂大于或等于0.07%，k值成为大于或等于1.10。如果Δ₁₂大于或等于0.11%，k值成为大于等于1.15。这些情况更为适宜。如果Δ_c2=0.30%，只要Δ₁₂大于等于0.05%，k值成为大于或等于1.07。适宜的是Δ₁₂大于或等于0.07%，因为k值成为大于或等于1.08。如果Δ₁₂大于等于0.11%，更为适宜，因为k值成为大于或等于1.12。此外，如果在芯部中心周围的折射率骤降，由于芯部区域中的较大折射率失配，会使衰减增大。因此，适宜的是Δ₁₂小于或等于0.2%，以及，适宜的是芯部具有比第二包层部高的折射率。此外，如果Δ₁₂小于或等于0.2%，且Δ_c2为0.25%，则最大k值为1.29。

图5是示出R=r₃/r₂与k值之间关系的曲线。在这种情况下，Δ_c2为0.25%和0.30%，Δ₁₂为0.20%，以及，光纤截止波长为1500nm。如果Δ_c2=0.25%，适宜的是R小于或等于5.4，因为k值成为大于或等于1.08。此外，如果R小于或等于4.4，k值成为大于或等于1.10。如果R小于或等于3.2，k值成为大于或等于1.15。这些情况更为适宜。如果Δ_c2=0.30%，适宜的是R小于或等于5.4，因为k值成为大于或等于1.07。此外，适宜的是，R小于或等于4.4，因为k值成为大于或等于1.09。此外，如果R小于或等于3.2，更为适宜，因为k值成为大于或等于1.13。

图11和图12是示出R=r₃/r₂与k值之间关系的曲线。在图11中，Δ₁₂为0.20%。在图12中，Δ₁₂为0.10%。此外，在任一情况下，将Δ_c2确定为，使得光纤截止波长成为1500nm，以及，当Δd=0.10%且r_d1/r₃=3.3时，波长1550nm时Aeff为135μm²。应当注意到，当R=1时，芯部为在芯部中心没有骤降的阶状。如图11所示，当R=r₃/r₂处在1.3左右至4.0的范围内时特别适宜，因为与R处在1至1.3的范围内以及处在大于等于5.0范围的情况相比，k值明显变大。在图12的情况下，与图11相比，使k值减小。然而，与图11中的情形类似，适宜的是R处在大约1.3至4.0的范围内，因为与R处在1至1.3范围内以及处于大于或等于5.0范围的情况相比，k值明显变大。

此外，表1示出，当Aeff=135μm²时、在1550nm波长，R=r₃/r₂、芯部半径r₃、Δ_c2、以及MFD之间的关系。表1表示图11和图12中的曲线。

表1

如图11和图12所示，当R在2附近时，k值成为最大。对于具有图3中所示折射率分布的光纤，图13示出当R=2时，第二包层部相对于第一包层部的折射率的相对折射率差Δd与k值之间的关系。此时，r_d1/r₃=3.5，Δ₁₂为0.20%，光缆截止波长为1500nm（光纤截止波长为1620nm左右），而波长1550nm时Aeff为143μm²。如图13所示，在任一情况下，k值大于或等于1.10。此外，当Δd为0.05%左右或更高时特别适宜，因为k值成为大于或等于1.20。此外，如果Δd为0.08%左右或更高时明显更为适宜，因为k值成为非常大的大致恒定值，如1.24左右。

如果R为2左右或者更高，则R值越大，k值越小。图14示出当k值为1.08、1.10、或者1.20时Δd与R=r₃/r₂之间的关系。这里，R大于2。此时，与图13中的情形类似，r_d1/r₃=3.5，Δ₁₂为0.20%，光缆截止波长为1500nm（光纤截止波长为1620nm附近），而波长1550nm时Aeff为143μm²。随着Δd越小，使R值（k值随R值变大）减小。例如，当Δd=0.04%时，如果R小于或等于5.4，k值可能成为大于或等于1.08。此外，当Δd大于或等于0.05%时，适宜的是R小于或等于6，因为k值可能成为大于或等于1.08。特别地，当Δd大于或等于0.05%时，如果R大于或等于2且小于或等于3更为适宜，因为k值可能成为大于或等于1.20。比值r_d1/r₃适宜处于2.5至4.0的范围内，因为只要该比值r_d1/r₃处于此范围中，与图13和图14示出的r_d1/r₃=3.5处的衰减特性相比，衰减特性方面没有明显差异。

接着，说明光纤的模场直径MFD的上限。假设W₁是第一光纤的模场直径MFD，W₂是第二光纤的模场直径MFD，由这两种光纤的模场直径MFD失配所可能导致的第一光纤与第二光纤熔接的异种拼接损耗，可以用等式2估计：

这里，如果两个光纤通过熔接，这两个光纤的模场直径MFD之差越大，异种拼接损耗越大。

图6是示出各光纤的模场直径MFD与拼接损耗之间关系的曲线。在这种情况下，第二光纤是在1550nm波长具有10.5μm模场直径MFD的SSMF（Aeff=85μm²、k值=0.982）、或者在1550nm波长具有9.6μm模场直径MFD的NZ-DSF（Aeff=71μm²、k值=0.981）。然后，对于具有各模场直径MFD值的第一光纤用等式2计算异种拼接损耗。

适宜的是拼接损耗较小。例如，适宜的是拼接损耗小于等于0.4dB/facet。在实际拼接中，除了由等式2表示的模场直径MFD之间失配所导致的拼接损耗之外，还产生由两个光纤的芯轴未对准所导致的拼接损耗、以及由两个光纤的端面处的轴弯曲所导致的拼接损耗。结果，总拼接损耗会比等式2得到的值大0.2dB左右。所以，理想的是，基于两个光纤的模场直径MFD之间的失配所计算出的拼接损耗小于等于0.2dB/facet。关于与SSMF熔接，适宜的是，在1550nm波长，模场直径MFD小于或等于13μm。此外，关于与具有较小模场直径MFD的NZ-DSF熔接，更适宜的是，在1550nm波长，模场直径MFD小于或等于12μm。

模场直径MFD越大，有效面积Aeff越大。这是适宜的，因为可以抑制非线性现象。如果k值为1.21，只要模场直径MFD大于或等于10.3μm，有效面积Aeff大于或等于100μm²。因此，适宜的是模场直径MFD大于或等于10.3μm。更适宜的是，在1550nm波长，有效面积Aeff大于或等于110μm²（模场直径MFD大于或等于10.8μm）。最适宜的是有效面积Aeff大于或等于120μm²（模场直径MFD大于或等于11.3μm）。

此外，具有扩大有效面积Aeff的光纤可能具有劣化的弯曲损耗。例如，如果在芯部外周的周围设置具有较低折射率的区域，如图7A和图7B所示，会使弯曲损耗降低。

接着，说明光纤的宏弯损耗。适宜的是光纤的宏弯损耗较小。例如，如果光纤以20mm直径缠绕，在1550nm波长，宏弯损耗可以小于或等于100dB/m，适宜的是小于或等于20dB/m，更适宜的是小于或等于10dB/m。如果光纤以30mm直径缠绕，使宏弯损耗减小。在30mm直径下，在1550nm波长，宏弯损耗小于或等于10dB/m，适宜的是小于或等于2dB/m，更适宜的是小于或等于1dB/m。另外，如果光纤以60mm直径缠绕，波长1625nm时弯曲损耗小于或等于0.01dB/m，适宜的是小于等于0.005dB/m，更适宜的是小于或等于0.002dB/m。

此外，当有效面积Aeff扩大时，微弯损耗增大。传输光纤的包层玻璃部的外周通常涂覆有双层结构涂覆树脂。通常，双层结构的内主涂覆树脂具有较低杨氏模量、且双层结构的外次涂覆树脂具有较高杨氏模量，这种光纤具有较低微弯损耗。具体而言，主涂覆树脂的杨氏模量选自0.2MPa至2MPa的范围，或适宜的是选自0.2MPa至1MPa的范围，以及，次涂覆树脂的杨氏模量选自500MPa至2000MPa的范围，或更适宜的是选自1000MPa至2000MPa的范围。另外，如果主涂覆树脂的玻璃化转变点较低，即使在低温下杨氏模量也不增大，导致低温下光纤的衰减增大得以变小。适宜的是主涂覆树脂的玻璃化转变点小于实际使用环境的温度，特别地，适宜的是玻璃化转变点小于或等于-30°C。此外，更适宜的是玻璃化转变点小于或等于-50°C。次涂覆树脂的玻璃化转变点可以大于或等于70°C。

此外，降低微弯损耗的措施可以是增大光纤的包层玻璃直径或涂覆树脂外径的方法。任一方法都是合适的。然而，这种光纤不实用，因为相对于典型使用的光纤（125μm的玻璃直径、245μm的被覆外径），使直径的差异增大。包层玻璃的外径在123μm至127μm的范围内，以及，涂覆树脂的外径在230μm至260μm的范围内。另外，在1550nm波长由微弯损耗所导致的衰减增大小于或等于1dB/km（与实际使用中用于海底光缆的NZ-DSF大致相当），适宜的是小于或等于0.6dB/km（与实际使用中用于海底光缆的非零色散位移光纤大致相当），更适宜的是小于或等于0.3dB/km（与SSMF大致相当）。在这种情况下，由光纤缠绕于线轴时衰减的增加量表示微弯损耗，线轴直径为400mm，其表面覆盖有间隔100μm直径50μm的金属丝网，缠绕张力为0.8N。

如果周围缠绕光纤的线轴芯轴直径较大，那么施加于光纤的弯曲较小。因此，缠绕光纤时的衰减较小。然而，这并不适宜，因为线轴尺寸变得太大。当以大于或等于0.4N的缠绕张力（此张力在运输期间不会导致诸如缠绕状态崩塌之类的缺陷），将大于或等于10km长度的这种光纤缠绕于直径220mm的芯轴上时，在1550nm波长，衰减小于或等于0.19dB/km，适宜的是小于或等于0.18dB/km，更适宜的是小于或等于0.17dB/km。如上所述，在长光纤缠绕于线轴的状态下，可以保证衰减的实际值而不会由于缠绕于芯轴而增大。此外，适宜的是芯轴直径大于或等于150mm，因为不产生过度弯曲损耗。

接着，说明光纤的其它特征以及结构。为了抑制光纤中非线性现象的产生，适宜的是使光纤的色散较大。特别地，当在光通信系统中进行波分复用（WDM）传输时，因为信号光通过光纤传输线传播时在不同的信号光波长之间产生延迟时间差而具有减小的脉冲-脉冲干涉，并且因为较大色散使信号光脉冲在时间轴上展开而具有减小的峰值功率，能抑制非线性现象（例如，参见V.Curri，等人，IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.22，No.19，pp.1446-1448，2010）。

在1550nm波长SSMF具有大约+17ps/nm/km的色散。因此，适宜的是在1550nm波长的色散为大于或等于+19ps/nm/km，也就是超出10%或更多。此外，由于光纤由石英玻璃构成，适宜的是在1550nm波长，色散小于或等于石英玻璃的材料色散，也就是小于或等于+21.9ps/nm/km。此外，适宜的是在1550nm波长，色散斜率大于或等于+0.050ps/nm²/km且小于或等于+0.070ps/nm²/km。

当包层部作为基准折射率（如果包层部具有多层结构，位于三倍于芯部半径r₃距离的径向位置处的折射率作为基准）时，适宜的是芯部中折射率的最大值的相对折射率差Δ_c2在0.25%至0.55%的范围内。适宜的是芯部的半径r₃大于或等于4.5μm且小于或等于7.0μm。在这些范围内，可以满足在1500nm波长的模场直径MFD在10.3μm至13.0μm的范围内、以及色散在+19.0ps/nm/km至+21.9ps/nm/km的范围内。

衰减越小，光信噪比改善越多。据此，适宜的是，在1550nm波长的衰减小于0.19dB/km，更适宜的是小于或等于0.18dB/km，最适宜的是小于或等于0.17dB/km。

光纤的芯部可以是掺杂GeO₂的石英玻璃。在这种情况下，衰减在大约0.175dB/km至0.19dB/km的范围内。具体而言，光纤的芯部由主要为纯石英玻璃制成，仅掺杂卤族元素诸如氯（Cl）和/或氟（F），其包含的典型金属元素诸如锗（Ge）或铝（Al）、以及过渡金属元素诸如镍（Ni）或铜（Cu）的浓度不超出0.01原子ppm。此外，适宜的是，在芯部中按0.01原子ppm至50原子ppm的平均浓度掺杂碱金属元素诸如钾（K）、钠（Na）和/或铷（Rb）。在这种情况下，能使衰减降低至0.15dB/km至0.18dB/km范围内的值。

另外，在包括由基本上为纯石英制成的芯部的纯石英芯光纤的情况下，芯部的三次非线性折射率n2为小于或等于2.2×10^-20m²/W，其比掺杂有GeO₂的芯低5%至10%。因此，这种纯石英芯光纤是适宜的。这里，n2是偏振状态随机时的有效值。（如果光纤足够长，例如，长度大于等于数千米，光纤中传播的两个正交偏振模式的入射光波彼此随机结合，所以，偏振的状态为随机）。具体而言，纯石英芯光纤的n2值是大约2.18×10^-20m²/W。

适宜的是波长1380nm时衰减例如小于或等于0.8dB/km，更适宜的是小于或等于0.4dB/km，最适宜的是小于或等于0.3dB/km。偏振模色散可以小于或等于0.2ps/√km。光缆截止波长适宜的是小于或等于1520nm，更适宜的是小于或等于1450nm（拉曼放大所使用的泵浦波长）。光纤的芯部和包层部可以各自具有折射率结构，以及，可以具有例如图7和图8示意性示出的分布。然而，并不局限于此。

根据本发明实施例的光纤具有低非线性、低衰减、以及较小异种拼接损耗。由本光纤构造成的光传输系统可以提高光信噪比，并且改善传输性能。

实施例

接着，说明根据本发明的光纤的实施例1至实施例10。实施例1至实施例10的光纤均由石英基玻璃制成，并且用周知的方法制造。

图9是示意性示出根据实施例1至实施例5的各光纤折射率分布的图。在根据实施例1至实施例5的各光纤中，芯部包括具有较低折射率的第一芯部以及具有较高折射率的第二芯部。将氯、氟、以及低浓度GeO₂掺杂至第一芯部。将氯、氟、以及高浓度GeO₂掺杂至第二芯部。包层部也具有折射率分布。将氯和氟掺杂至具有低折射率的第一包层部，并且将氯掺杂至具有高折射率的第二包层部。

图10是示意性示出根据实施例6至实施例10的各光纤折射率分布的图。在根据实施例6至实施例10的各光纤中，芯部包括具有较低折射率的第一芯部以及具有较高折射率的第二芯部。低浓度的氯和氟掺杂至第一芯部。高浓度的氯掺杂至第二芯部。包层部也具有折射率分布。氯和高浓度的氟掺杂至具有低折射率的第一包层部，而氯和低浓度的氟掺杂至具有高折射率的第二包层部。此外，非常低浓度的钾掺杂至各第一芯部、第二芯部、以及第一包层部。芯部中钾的平均浓度小于等于数个原子ppm。

在根据实施例1至实施例10的任一光纤中，包层玻璃部具有的外径在大约124μm至126μm的范围内。主被覆部具有的外径在185μm至195μm的范围内，而杨氏模量在0.3MPa至0.6MPa的范围内。次被覆部具有的外径在235μm至250μm的范围内，而杨氏模量在1200MPa至1500MPa的范围内。在将50km左右长度的光纤以0.5N左右的缠绕张力缠绕在芯轴直径为170mm的线轴上的状态下，对衰减进行测量。用市场可购买到的熔接机、以及用于通过芯对准将标准单模光纤同种拼接的软件，进行异种拼接。当测量异种拼接损耗时，将根据各实施例的光纤与SSMF (MFD=10.5μm、Aeff=85μm²、k值=0.982）或者NZ-DSF（MFD=9.6μm、Aeff=71μm²、k值=0.981）熔接十次，并且获得十次拼接损耗的最大值和最小值。

表2至表5是示出根据实施例1至实施例10的光纤特性的表格。从这些表中可以发现，根据实施例1至实施例10的任一光纤可以提供良好的特性。

表2

表3

表4

表5

Claims (13)

1.一种光纤，包括：

芯部；以及

包层部，

其中，在1550nm波长，

由k＝4Aeff/(πMFD²)表示的k值大于或等于1.08，Aeff是有效面积，以及，MFD是模场直径，

色散大于或等于+19.0ps/nm/km且小于或等于+21.9ps/nm/km，以及

模场直径MFD大于或等于10.3μm且小于或等于13.0μm，

其中

设定r₁<r₂<r₃，r₁是所述芯部中折射率变为最小值N₁所在的径向位置，r₂是所述芯部中折射率变为最大值N₂所在的径向位置，以及，r₃是所述芯部的半径，以及

所述芯部中折射率的最大值N₂相对于最小值N₁的相对折射率差Δ₁₂大于或等于0.05％并且小于或等于0.2％。

2.根据权利要求1所述的光纤，其中：

R＝r₃/r₂大于1.0且小于或等于8.0，以及，其中：

所述包层部至少包括具有折射率N_O的第一包层部、以及布置于所述第一包层部外周并具有折射率N_O2的第二包层部，设定N_O<N_O2，以及，所述第二包层部相对于所述第一包层部的相对折射率差Δd大于或等于0.08％。

3.根据权利要求1所述的光纤，其中：

R＝r₃/r₂大于1.0且小于或等于5.4。

4.根据权利要求1所述的光纤，其中：

R＝r₃/r₂大于1.0且小于或等于6.0，

以及，其中

所述包层部至少包括具有折射率N_O的第一包层部、以及布置于所述第一包层部外周并具有折射率N_O2的第二包层部，设定N_O<N_O2，以及，所述第二包层部相对于所述第一包层部的相对折射率差Δd大于或等于0.05％。

5.根据权利要求2至权利要求4中任一项权利要求所述的光纤，其中

R＝r₃/r₂大于或等于1.2。

6.根据权利要求1至权利要求4中任一项权利要求所述的光纤，其中：

在1550nm波长的有效面积Aeff大于或等于100μm²。

7.根据权利要求1至权利要求4中任一项权利要求所述的光纤，其中：

在1550nm波长的衰减小于或等于0.19dB/km。

8.根据权利要求7所述的光纤，其中：

所述芯部由石英玻璃制成，其包含平均浓度大于或等于1000原子ppm的卤族元素，以及，其包含作为掺质的典型金属元素或过渡金属元素的平均浓度不超出0.01原子ppm。

9.根据权利要求8所述的光纤，其中：

所述芯部包含平均浓度在0.01原子ppm至50原子ppm范围内的碱金属元素。

10.根据权利要求1至权利要求4中任一项权利要求所述的光纤，其中：

在1550nm波长，相对于标准单模光纤的每一拼接位置处的异种拼接损耗小于或等于0.4dB。

11.根据权利要求1至权利要求4中任一项权利要求所述的光纤，其中：

当用长度大于或等于10km的所述光纤以大于或等于0.4N的缠绕张力缠绕于直径220mm的芯轴外周，在1550nm波长的衰减小于或等于0.19dB/km。

12.根据权利要求2至权利要求4中任一项权利要求所述的光纤，

其中，设定4.5μm≤r₃≤7.0μm，

其中，相对于自所述芯部中心三倍于所述半径r₃距离的径向位置r_O处的折射率N_O，最大值N₂的相对折射率差Δ_c2大于或等于0.25％且小于或等于0.55％，以及，最小值N₁相对于折射率N_O的相对折射率差Δ_c1大于或等于0.05％。

13.根据权利要求12所述的光纤，其中

R＝r₃/r₂大于或等于1.2。