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CN103364870B - 一种单模光纤及其制造方法 - Google Patents

一种单模光纤及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单模光纤及其制造方法,单模光纤的裸光纤由内至外依次为芯层、第一内包层和第二内包层,所述芯层的折射率大于所述第一内包层,所述第一内包层的折射率大于所述第二内包层。本发明提供的方法,利用等离子体化学气相沉积工艺精确的剖面控制能力,直接设计匹配的包层剖面结构,拉锥过程中包层无需再次扩散,既保证了光纤剖面结构的完整性,同时极大的降低了因扩散不均匀带来的额外附加损耗,极大的提高了光纤的性能。该单模光纤在制作980nm/1550nm双窗口光纤耦合器时,980nm波长的隔离度可达到20dB以上,1550nm波长的隔离度可达到25dB以上。该单模光纤制造工艺简单,生产成本低,可适用于大规模生产。

Description

一种单模光纤及其制造方法
技术领域
本发明涉及单模光纤,具体涉及980nm泵浦光传输用单模光纤及其制造方法。
背景技术
如今,光纤通信领域向着长距离、大容量、高速率的通信传输方向发展,波分复用技术(WDM)以及掺铒光纤放大器(EDFA)的发展和应用发挥了巨大的作用。它们不仅使光纤通信超大传输容量的特性得以发挥,同时也解决了光纤长距离通信过程中光信号补偿的问题,现实了更长通信传输距离的目的。
随着光纤通信传输容量不断增加,在可用的信号传输波长范围没有变化的情况下,信道的划分越来越窄,信道之间的间距越来越小,从而造成对整个系统的插入损耗以及附加损耗的要求越来越高。
但是目前光纤通信领域各主干线使用的光纤均为G.652光纤,该光纤的工作波长为1265nm~1625nm,1310nm/1550nm波长模场直径(MFD)分别为9.0μm/10.0μm左右。而在掺铒光纤放大器中所使用的掺铒光纤,其泵浦光波长为980nm,光信号放大波长为1550nm,980nm/1550nm波长模场直径分别为4.0μm/6.0μm。因此,常规的单模光纤无法满足980nm泵浦光传输的要求,在光通信窗口1550nm,其模场直径也无法与掺铒光纤匹配,容易造成后续熔接损耗以及附加损耗偏大的情况。
中国发明专利CN102621629A(专利号:CN201210104282.0)公开了一种耦合器用980光纤及其生产方法,以气相沉积法(MCVD)来制造光纤预制棒的芯棒,再由外部气相沉积(OVD)制造包围在芯棒外用的外包层从而得到光纤预制棒,再将得到的光纤预制棒在拉丝塔上进行拉丝制成裸玻璃光纤,裸玻璃光纤经过两次紫外光固化树脂涂覆形成内涂层和外涂层后即为成品,该方法主要是通过调整内包层中掺杂物的摩尔百分比例来达到拉锥过程中模场扩散的目的。但是,容易出现包层剖面结构不完整的现象,拉锥过程中包层可能再次扩散,从而因扩散不均匀带来的额外附加损耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何进一步提高980nm泵浦光传输用单模光纤性能的的问题。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是提供一种单模光纤,其裸光纤由内至外依次为芯层、第一内包层和第二内包层,所述芯层的折射率大于所述第一内包层,所述第一内包层的折射率大于所述第二内包层。
在上述单模光纤中,所述芯层相对所述第二内包层的相对折射率差Δn1%为0.65%~1.0%。
在上述单模光纤中,所述第一内包层相对所述第二内包层的相对折射率差Δn2%为0.03%~0.06%。
在上述单模光纤中,所述第一内包层的半径与所述芯层的半径的比值为4~6:1。
在上述单模光纤中,所述单模光纤980nm波长衰减系数小于1.50dB/km,1550nm波长衰减系数小于0.30dB/km,截止波长小于980nm,980nm波长模场直径为3.5~5.5μm,1550nm波长模场直径6.0~8.8μm。
本发明还提供了一种上述单模光纤的制造方法,包括以下步骤:
利用等离子体化学气相沉积工艺,在石英反应管内依次沉积第二内包层、第一内包层和芯层,沉积原料为四氯化硅、四氯化锗、三氯氧磷、C2F6和O2气体,在沉积工艺过程中,通过分别调整沉积原料的流量比例以及沉积的趟数来控制芯层与第一内包层的相对折射率高度和第一内包层与芯层的半径比例;
利用高温石墨感应炉,将沉积后的石英反应管在2200℃温度下熔缩成实心芯棒;
将上述芯棒外包形成单模光纤预制棒并拉制成单模光纤。
在上述方法中,沉积第二内包层过程中,控制四氯化硅流量为60%,四氯化锗流量为20%,C2F6的流量为10%,沉积趟数为1000趟,上述流量的百分比为流量计的开度百分比。
在上述方法中,沉积第一内包层时,控制四氯化硅流量为60%,四氯化锗流量从25%增加至35%,三氯氧磷流量为20%,C2F6的流量为10%,沉积趟数为600趟,上述流量的百分比为流量计的开度百分比。
在上述方法中,沉积芯层时,控制四氯化硅流量为30%,四氯化锗流量为55%,C2F6的流量为5%,沉积趟数100趟,上述流量的百分比为流量计的开度百分比。
本发明,利用等离子体化学气相沉积工艺精确的剖面控制能力,直接设计匹配的包层剖面结构,拉锥过程中包层无需再次扩散,既保证了光纤剖面结构的完整性,同时极大的降低了因扩散不均匀带来的额外附加损耗,极大的提高了光纤的性能。
附图说明
图1为本发明中芯棒的剖面折射率示意图;
图2为本发明中裸光纤的结构示意图;
图3为本发明中第一内包层半径与芯层半径比值(包芯比)与模场直径关系曲线示意图;
图4为本发明中芯层相对第二内包层的相对折射率差Δn1与模场直径关系曲线示意图。
具体实施方式
如图1、2所示,本发明提供的单模光纤,用于980nm泵浦光传输,其裸光纤由内至外依次由芯层11、第一内包层12和第二内包层13组成。其中,芯层11的折射率大于第一内包层12,第一内包层12的折射率大于第二内包层13。
芯层11相对第二内包层13的相对折射率差为Δn1%,第一内包层12相对第二内包层13的相对折射率差为Δn2%,第一内包层12的半径b与芯层11的半径a的比值称为包芯比。
芯层相对所述第二内包层的相对折射率差Δn1%为0.65%~1.0%。
第一内包层相对所述第二内包层的相对折射率差Δn2%为0.03%~0.06%。
第一内包层的半径与所述芯层的半径的比值为3.5~6.5:1。
单模光纤980nm波长衰减系数小于1.50dB/km,1550nm波长衰减系数小于0.30dB/km,截止波长小于980nm,980nm波长模场直径(MFD)为3.5~5.5μm,1550nm波长模场直径6.0~8.8μm,如图3、图4所示。
本发明还提供了上述单模光纤的制造方法,包括以下步骤:
步骤1、利用等离子体化学气相沉积工艺(PCVD),在石英反应管内依次沉积第二内包层,第一内包层和芯层,沉积原料为四氯化硅、四氯化锗、三氯氧磷、C2F6以及O2,在沉积工艺过程中,通过调整上述沉积原料的流量比例以及沉积的趟数来控制芯层与第一内包层的相对折射率高度和第一内包层与芯层的半径比例;
步骤2、利用高温石墨感应炉,将沉积后的石英反应管在2200℃温度下熔缩成实心芯棒;
步骤3、使用套管法(RIT)或者外包工艺制备外包层将上述芯棒形成单模光纤预制棒;
步骤4、将上述预制棒固定在拉丝塔上,在2200℃高温下拉制成光纤。
下面结合具体实施例对本发明做出详细的说明。
实施例1。
采用本实施例获得的单模光纤,芯层11相对相于第二内包层13的相对折射率差Δn1%为0.8%,第一内包层的半径与芯层的半径比(包芯比)为4:1,该单模光纤的制造方法如下:
步骤1、利用等离子体化学气相沉积工艺,首先在石英反应管内沉积第二内包层,控制四氯化硅流量为60%,四氯化锗流量为20%,C2F6的流量为10%,沉积趟数为1000趟(层),本发明中各流量的百分比为流量计的开度百分比,不是质量百分比或体积百分比;
步骤2、第二内包层沉积完后,开始沉积第一内包层,控制四氯化硅流量为60%,四氯化锗流量从25%增加至35%,三氯氧磷流量为20%,C2F6的流量为10%,沉积趟数为500趟;
步骤3、第一内包层沉积完后,继续沉积芯层,控制四氯化硅流量为30%,四氯化锗流量为55%,C2F6的流量为5%,沉积趟数100趟。
步骤4、沉积完成后,利用高温石墨感应炉,将沉积后的石英反应管在2200℃温度下熔缩成实心芯棒。
步骤5、将芯棒放入匹配的套管内拉丝。使用光纤综合测试仪PK2200测试980nm波长衰减系数为1.415dB/km,1550nm波长衰减系数为0.285dB/km,截止波长为912.8nm,980nm波长模场直径为3.5μm,1550nm波长模场直径为6.0μm。
实施例2。
芯层相对折射率差Δn1%为0.8%,包芯比为5:1,该单模光纤的制造方法如下:
步骤1、利用等离子体化学气相沉积工艺,首先在石英反应管内沉积第二内包层,控制四氯化硅流量为60%,四氯化锗流量为20%,C2F6的流量为10%,沉积趟数为1000趟;
步骤2、第二内包层沉积完后,开始沉积第一内包层,控制四氯化硅流量为60%,四氯化锗流量从25%增加至35%,三氯氧磷流量为20%,C2F6的流量为10%,沉积趟数为600趟;
步骤3、第一内包层沉积完后,继续沉积芯层,控制四氯化硅流量为30%,四氯化锗流量为55%,C2F6的流量为5%,沉积趟数100趟。
步骤4、利用高温石墨感应炉,将沉积后的石英反应管在2200℃温度下熔缩成实心芯棒;
步骤5、将芯棒放入匹配的套管内拉丝。使用光纤综合测试仪PK2200测试980nm衰减系数为1.405dB/km,1550nm波长衰减系数为0.281dB/km,截止波长为915.6nm,980nm波长模场直径为4.5μm,1550nm波长模场直径为7.5μm。
实施例3。
芯层相对折射率差Δn1%为0.8%,包芯比为6:1,该单模光纤的制造方法如下:
步骤1、利用等离子体化学气相沉积工艺,首先在石英反应管内沉积第二内包层,控制四氯化硅流量为60%,四氯化锗流量为20%,C2F6的流量为10%,沉积趟数为1000趟;
步骤2、第二内包层沉积完后,开始沉积第一内包层,控制四氯化硅流量为60%,四氯化锗流量从25%增加至35%,三氯氧磷流量为20%,C2F6的流量为10%,沉积趟数为750趟;
步骤3、第一内包层沉积完后,继续沉积芯层,控制四氯化硅流量为30%,四氯化锗流量为55%,C2F6的流量为5%,沉积趟数100趟。
步骤4、利用高温石墨感应炉,将沉积后的石英反应管在2200℃温度下熔缩成实心芯棒;
步骤5、将芯棒放入匹配的套管内拉丝。使用光纤综合测试仪PK2200测试980nm衰减系数为1.397dB/km,1550nm波长衰减系数为0.278dB/km,截止波长为911.8nm,980nm波长模场直径为5.2μm,1550nm波长模场直径为8.5μm。
实施例4。
芯层相对折射率差Δn1%为0.65%,包芯比为5:1,该单模光纤的制造方法如下:
步骤1、利用等离子体化学气相沉积工艺,首先在石英反应管内沉积第二内包层,控制四氯化硅流量为60%,四氯化锗流量为20%,C2F6的流量为10%,沉积趟数为1000趟;
步骤2、第二内包层沉积完后,开始沉积第一内包层,控制四氯化硅流量为60%,四氯化锗流量从25%增加至35%,三氯氧磷流量为20%,C2F6的流量为10%,沉积趟数为600趟;
步骤3、第一内包层沉积完后,继续沉积芯层,控制四氯化硅流量为30%,四氯化锗流量为45%,C2F6的流量为5%,沉积趟数100趟。
步骤4、利用高温石墨感应炉,将沉积后的石英反应管在2200℃温度下熔缩成实心芯棒;
步骤5、将芯棒放入匹配的套管内拉丝。使用光纤综合测试仪PK2200测试980nm衰减系数为1.425dB/km,1550nm波长衰减系数为0.285dB/km,截止波长为890.6nm,980nm波长模场直径为5.5μm,1550nm波长模场直径为8.8μm。
实施例5。
芯层相对折射率差Δn1%为1.0%,包芯比为5:1,该单模光纤的制造方法如下:
步骤1、利用等离子体化学气相沉积工艺,首先在石英反应管内沉积第二内包层,控制四氯化硅流量为60%,四氯化锗流量为20%,C2F6的流量为10%,沉积趟数为1000趟。
步骤2、第二内包层沉积完后,开始沉积第一内包层,控制四氯化硅流量为60%,四氯化锗流量从25%增加至35%,三氯氧磷流量为20%,C2F6的流量为10%,沉积趟数为600趟;
步骤3、第一内包层沉积完后,继续沉积芯层,控制四氯化硅流量为30%,四氯化锗流量为70%,C2F6的流量为5%,沉积趟数100趟;
步骤4、利用高温石墨感应炉,将沉积后的石英反应管在2200℃温度下熔缩成实心芯棒;
步骤5、将芯棒放入匹配的套管内拉丝。使用光纤综合测试仪PK2200测试980nm衰减系数为1.385dB/km,1550nm波长衰减系数为0.276dB/km,截止波长为946.2nm,980nm波长模场直径为3.6μm,1550nm波长模场直径为6.2μm。。
本发明提供的单模光纤,在制作980nm/1550nm双窗口光纤耦合器时,980nm波长的隔离度可达到20dB,1550nm波长的隔离度可达到25dB。
本发明不局限于上述最佳实施方式,任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化,凡是与本发明具有相同或相近的技术方案,均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种单模光纤,其裸光纤由内至外依次为芯层、第一内包层和第二内包层,其特征在于,所述芯层的折射率大于所述第一内包层,所述第一内包层的折射率大于所述第二内包层;所述芯层相对所述第二内包层的相对折射率差Δn1%为0.65%~1.0%;所述第一内包层的半径与所述芯层的半径的比值为4~6:1;所述第一内包层相对所述第二内包层的相对折射率差Δn2%为0.03%~0.06%。
2.如权利要求1所述的单模光纤,其特征在于,所述单模光纤980nm波长衰减系数小于1.50dB/km,1550nm波长衰减系数小于0.30dB/km,截止波长小于980nm,980nm波长模场直径为3.5~5.5μm,1550nm波长模场直径6.0~8.8μm。
3.如权利要求1所述的单模光纤的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
利用等离子体化学气相沉积工艺,在石英反应管内依次沉积第二内包层、第一内包层和芯层,沉积原料为四氯化硅、四氯化锗、三氯氧磷、C2F6和O2气体,在沉积工艺过程中,通过分别调整沉积原料的流量比例以及沉积的趟数来控制芯层与第一内包层的相对折射率高度和第一内包层与芯层的半径比例;
利用高温石墨感应炉,将沉积后的石英反应管在2200℃温度下熔缩成实心芯棒;
将上述芯棒外包形成单模光纤预制棒并拉制成单模光纤;
沉积第二内包层过程中,控制四氯化硅流量为60%,四氯化锗流量为20%,C2F6的流量为10%,沉积趟数为1000趟,上述流量的百分比为流量计的开度百分比;
沉积第一内包层时,控制四氯化硅流量为60%,四氯化锗流量从25%增加至35%,三氯氧磷流量为20%,C2F6的流量为10%,沉积趟数为600趟,上述流量的百分比为流量计的开度百分比;
沉积芯层时,控制四氯化硅流量为30%,四氯化锗流量为55%,C2F6的流量为5%,沉积趟数100趟,上述流量的百分比为流量计的开度百分比。
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