CN104216045A - 一种光纤及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光纤及其制作方法。光纤包括纤芯层和包层，纤芯层外包覆包层。包层由内而外依次包括内包层、下陷包层和外包层。光纤满足以下关系式：-0.05％＜Δ1＝n1－n0＜-0.05％；-0.4％＜Δ2＝n2－n0＜-0.2％；-0.6％＜Δ3＝n3－n0＜-0.3％；-0.3％＜Δ4＝n4－n0＜-0.1％；其中，n0为纯石英折射率；n1为所述纤芯层的折射率；n2为所述内包层的折射率；n3为所述下陷包层的折射率；n4为所述外包层的折射率。
Description
技术领域
本发明涉及涉及光纤传输领域，尤其涉及一种大有效面积低损耗光纤预制棒的生产方法，通过PCVD+RIC组合，不仅能生产出大有效面积低损耗光纤，同时采用RIC法适用于规模化生产，更具体说，本发明涉及一种光纤及其制作方法。
背景技术
随着国际通信业务的发展，尤其是互联网技术以及3G和无源光网络等技术的迅猛发展，通信系统对光纤带宽的需求呈现出飞快的增长趋势。在长距离、大容量、高速率传输的通信系统中，通常需要用到光纤放大器技术以及波分复用技术，尤其在主干网和海底通信中，对光纤的无中继传输距离和传输容量有着更高的要求。然而，传输容量和距离的增长需要更高的入纤功率和更低的光纤损耗来满足可分辨的信噪比需求。而随着入纤功率的增大，光纤的非线性效应也大大增加，所以，在大容量、高速率的传输系统中，对于传输光纤的性能提出了更高的需求，通过光纤性能改进可以达到降低非线性效应的目的。
专利文献公开号为CN103257393A的《一种大有效面积光纤》，提供了5层波导结构设计，包含两层芯层，三层包层，波导设计过于复杂，控制难度大，因采用PCVD直接制棒，光棒尺寸小，很难适用于规模化生产。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光纤及其制作方法，光纤满足或超越G.654 ITU-T标准，使用套管法适用于规模化生产。
本发明是这样实现的，一种光纤，其包括纤芯层和包层，所述纤芯层外包覆所述包层，所述包层由内而外依次包括内包层、下陷包层和外包层，所述光纤满足以下关系式：
-0.05％＜Δ1＝n1－n0＜-0.05％；
-0.4％＜Δ2＝n2－n0＜-0.2％；
-0.6％＜Δ3＝n3－n0＜-0.3％；
-0.3％＜Δ4＝n4－n0＜-0.1％；
其中，n0为纯石英折射率；
n1为所述纤芯层的折射率；
n2为所述内包层的折射率；
n3为所述下陷包层的折射率；
n4为所述外包层的折射率。
作为上述方案的进一步改进，所述包层掺氟，所述纤芯层不掺锗，所述纤芯层掺氟和氯，氟和氯的掺杂浓度控制在≤50-500ppm。
作为上述方案的进一步改进，所述纤芯层半径r1为5～7um。
作为上述方案的进一步改进，所述内包层半径r2为7～20um。
作为上述方案的进一步改进，所述下陷包层为掺氟基底管所制，所述下陷包层半径r3为12～40um。
作为上述方案的进一步改进，所述外包层为掺氟纯石英套管所制，所述外包层半径r4为62.5±0.5um。
作为上述方案的进一步改进，所述纤芯层的材料和所述包层的材料高温粘度匹配：所述纤芯层的材料粘度和所述包层的材料粘度在2000℃高温；所述纤芯层的材料粘度和所述包层的材料粘度的粘度比值范围为1～1.5。优选地，所述纤芯层的材料粘度和所述包层的材料粘度的粘度比值范围为1～1.3。
作为上述方案的进一步改进，所述光纤的散射系数α≤0.85db/km.um^4；所述光纤在1550nm波长处的有效面积为110～150um^2，在1550nm波长处的衰减值≤0.180db/km；所述光纤的光缆截止波长≤1530nm。
本发明还提供上述任意一种所述的光纤的制作方法，所述纤芯层、所述内包层采用掺氟石英管由PCVD工艺一次制备而成，然后与低折射率套柱组装后进行在线RIC拉丝，其中，所述纤芯层为氟、氯共同掺杂；所述包层以C2F6或SiF6作为掺氟原料，在所述掺氟石英管内壁气相反应沉积掺氟石英层，依次逐层形成所述内包层、所述下陷包层和所述外包层并同时使所述内包层、所述下陷包层和所述外包层的折射率依次达到n2、n3、n4。
本发明通过设计一种暂新的光纤结构：由内而外依次为纤芯层、内包层、下陷包层和外包层，纤芯层、内包层采用深掺氟管由PCVD工艺一次制备而成，然后与低折射率套柱组装后进行在线RIC拉丝，生产工艺以及波导结构简单，非常适用于规模化生产；PCVD制备此类芯棒时，为匹配包层粘度，芯层为F、Cl共同掺杂，包层以C2F6或SiF6作为掺氟原料，在掺氟管内壁气相反应沉积掺氟石英层，逐层形成包层，使其折射率达到所需目标值，因过程中未使用Ge掺杂，与普通SMF相比，充分的降低了瑞利散射带来的损耗，有利于光纤衰减的降低；引入深掺氟低折射率石英基管，能够在有效面积增大的情况下，保持良好的光纤弯曲性能，改善了因有效面积的增加带来的光纤弯曲性能的负面影响，同时能降低OH-渗入到芯层，大大降低光纤的水峰。
附图说明
图1为本发明光纤的径向截面结构示意图。
图2为本发明光纤的折射率剖面结构示意图。
图3为本发明实施例光纤的折射率剖面结构示意图。
图4为本发明制造光纤的工艺流程图。
图5为本发明实施例光纤在线RIC组装完后的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1、图2及图3，本发明的光纤包括纤芯层1和包层，所述纤芯层外包覆所述包层。所述包层由内而外依次包括内包层2、下陷包层3和外包层4。
纤芯层1不掺Ge，但为避免纤芯层1与内包层2的粘度失配导致光纤衰减增加，纤芯层1会少量掺F和Cl来匹配包层粘度，纤芯层1掺杂浓度控制在≤50-500ppm，所述纤芯层1折射率n1接近纯石英折射率n0，相对折射率差Δ1＝n1－n0≈-0.05％～0.05％，纤芯层1半径r1为5～7um。以下介绍中，相对折射率均以纯石英折射率n0为参照。
包层掺氟，纤芯层1外包覆内包层2，所述内包层2半径r2为7～20um，相对折射率差Δ2＝n2－n0为-0.4％＜Δ2＜-0.2％；下陷包层3为掺氟基底管所制，所述下陷包层3半径r3为12～40um，相对折射率差Δ3＝n3－n0为-0.6％＜Δ3＜-0.3％；最外层为外包层4，所述外包层4为高纯掺氟石英套管所制，外包层4半径r4为62.5±0.5um。所述外包层4相对折射率差Δ4＝n4－n0为-0.3％＜Δ3＜-0.1％。其中，n2为所述内包层2的折射率；n3为所述下陷包层3的折射率；n4为所述外包层4的折射率。
纤芯层1材料和包层材料高温粘度匹配，纤芯层1材料粘度和包层材料粘度在2000℃附近，两者比值范围为1～1.5，优选1～1.3。
采用本发明结构的光纤，所述光纤的散射系数α≤0.85db/km.um^4，所述光纤在1550nm波长处的有效面积为110～150um^2,在1550nm波长处的衰减值≤0.180db/km，所述光纤的光缆截止波长≤1530nm，所述光纤宏弯损耗满足G.657A1标准。
请一并参阅图4及图5，其中，图4为在开发该类光纤之前，使用Fiber CAD软件设计光纤波导结构，通过模拟仿真使得设计光纤的光学参数满足设计标准；图5中未拉丝前组装完后光纤预制棒，低折射率套柱11，芯棒12(PCVD制备)，石英玻璃棒13，可回收石英大尾管14，可回收石英小尾管15。考虑到末端拉丝利用率很低，故直接用100mm的石英玻璃棒(13)替代，在节约资金的同时，还实行节能减排。
所述纤芯层1、所述内包层2采用掺氟石英管由PCVD工艺一次制备而成，然后与低折射率套柱组装后进行在线RIC拉丝，其中，所述纤芯层1为F、Cl共同掺杂；所述包层以C2F6或SiF6作为掺氟原料，在所述掺氟石英管内壁气相反应沉积掺氟石英层，依次逐层形成所述内包层2、所述下陷包层3和所述外包层4并同时使所述内包层2、所述下陷包层3和所述外包层4的折射率依次达到n2、n3、n4。
纤芯层1、内包层2和下陷包层3采用PCVD法制造，采用掺氟石英管作为化学气相反应沉积管，采用SiCl4作为SiO2原料，C2F6或SiF4作为掺氟原料，首先在沉积管内壁气相反应沉积掺氟石英层，逐层形成包层；改变化学反应气体的流量，降低沉积层的掺氟浓度，同时，调节反应气体的比例和反应区的移动速度，可以提高掺氯的浓度，制得共掺氟氯的纤芯层1；最后，将高温熔缩成芯棒(带内包层和下陷包层)与高纯掺氟石英套柱组装后直接进行高温拉丝(俗称“在线RIC法”)。
本发明利用PK2200对光纤光学参数进行测试确认，并测试光纤在1550nm和1625nm波长不同弯曲半径下的附加损耗；利用OTDR对光纤衰减进行测量，再利用NR9200对光纤折射率剖面进行测试。
从以上实施例，可以说明本发明所述光纤的光学参数如模场直径、截止波长和光纤损耗等方面可以做到完全符合ITU-T G.654标准的要求，并且弯曲性能大大优于G.654标准的要求，在此基础上，有效面积能够达到120平方微米以上，且此工艺路线成熟、稳定，非常容易进行批量化生产。本发明能够同时将有效面积和弯曲损耗这两个重要的性能指标达到尽可能的优化。这对于长距离大容量的高速传输具有极其重要的意义，同时具有优秀的弯曲性能，不但能够节省光纤通信系统的敷设成本，也降低了敷设工程中对通信系统性能造成的不良影响，具有重要的应用价值。
本发明通过设计一种暂新的光纤结构：由内而外依次为纤芯层、内包层、下陷包层和外包层，纤芯层、内包层采用深掺氟管由PCVD工艺一次制备而成，然后与低折射率套柱组装后进行在线RIC拉丝，生产工艺以及波导结构简单，非常适用于规模化生产；PCVD制备此类芯棒时，为匹配包层粘度，芯层为F、Cl共同掺杂，包层以C2F6或SiF6作为掺氟原料，在掺氟管内壁气相反应沉积掺氟石英层，逐层形成包层，使其折射率达到所需目标值，因过程中未使用Ge掺杂，与普通SMF相比，充分的降低了瑞利散射带来的损耗，有利于光纤衰减的降低；引入深掺氟低折射率石英基管，能够在有效面积增大的情况下，保持良好的光纤弯曲性能，改善了因有效面积的增加带来的光纤弯曲性能的负面影响，同时能降低OH-渗入到芯层，大大降低光纤的水峰。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光纤，其包括纤芯层和包层，所述纤芯层外包覆所述包层，其特征在于：所述包层由内而外依次包括内包层、下陷包层和外包层，所述光纤满足以下关系式：
-0.05％＜Δ1＝n1－n0＜-0.05％；
-0.4％＜Δ2＝n2－n0＜-0.2％；
-0.6％＜Δ3＝n3－n0＜-0.3％；
-0.3％＜Δ4＝n4－n0＜-0.1％；
其中，n0为纯石英折射率；
n1为所述纤芯层的折射率；
n2为所述内包层的折射率；
n3为所述下陷包层的折射率；
n4为所述外包层的折射率。
2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述包层掺氟，所述纤芯层不掺锗，所述纤芯层掺氟和氯，氟和氯的掺杂浓度控制在≤50-500ppm。
3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述纤芯层半径r1为5～7um。
4.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述内包层半径r2为7～20um。
5.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述下陷包层为掺氟基底管所制，所述下陷包层半径r3为12～40um。
6.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述外包层为掺氟纯石英套管所制，所述外包层半径r4为62.5±0.5um。
7.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述纤芯层的材料和所述包层的材料高温粘度匹配：所述纤芯层的材料粘度和所述包层的材料粘度在2000℃高温；所述纤芯层的材料粘度和所述包层的材料粘度的粘度比值范围为1～1.5。
8.根据权利要求7所述的光纤，其特征在于：所述纤芯层的材料粘度和所述包层的材料粘度的粘度比值范围为1～1.3。
9.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述光纤的散射系数α≤0.85db/km.um^4；所述光纤在1550nm波长处的有效面积为110～150um^2，在1550nm波长处的衰减值≤0.180db/km；所述光纤的光缆截止波长≤1530nm。
10.一种如权利要求1至9中任意一项所述的光纤的制作方法，其特征在于：所述纤芯层、所述内包层采用掺氟石英管由PCVD工艺一次制备而成，然后与低折射率套柱组装后进行在线RIC拉丝，其中，所述纤芯层为氟、氯共同掺杂；所述包层以C2F6或SiF6作为掺氟原料，在所述掺氟石英管内壁气相反应沉积掺氟石英层，依次逐层形成所述内包层、所述下陷包层和所述外包层并同时使所述内包层、所述下陷包层和所述外包层的折射率依次达到n2、n3、n4。
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