一种低衰减少模光纤的制作方法

1.本发明属于光纤技术领域，更具体地，涉及一种低衰减少模光纤。


背景技术：

2.单模光纤由于具有传输速率快、携带信息容量大、传输距离远等优点，被广泛应用于光纤通信网络。然而随着通信及大数据业务对容量的需求与日俱增，网络带宽需求加剧，光传输网络的容量正逐步接近单根光纤的香农极限。实验表明，使用少模光纤结合多输入多输出(multiple input multiple output，mimo)技术能够在一个以上的空间传播模式下传输信号，并且mimo技术能够补偿模式间的相互耦合，在接收端将各个空间模式分离开来。因此，可以利用少模光纤来提高光传输容量。
3.现有研究提出了一些抛物线型或阶跃型剖面的少模光纤，但它们各自存在优缺点。具有阶跃型剖面的少模光纤制造工艺简单，易于实现大批量生产，但较大的差分群时延(different group delay，dgd)仍是有待解决的问题。渐变型剖面的少模光纤可调节更多参数来降低模间串扰和dgd，但是工艺复杂，相关参数难以精准控制，重复性差。
4.此外，作为光纤通信系统中的重要传输媒质，光纤的相关性能也必须有进一步的提升，以满足光纤通信系统实际发展的需要。衰减是其中一项重要的性能指标，光纤的衰减越小，光信号在这种媒质中的传输距离越长，光通信系统的无中继距离也越长，从而能显著减少中继站数量，在提高通信系统可靠性的同时使得建设和维护成本大幅降低。
5.如何设计少模光纤，实现模式间弱耦合，使其不仅衰减低，便于制造，而且综合性能好，是本领域关注和需要解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是，提供一种低衰减少模光纤，实现模式间弱耦合，使其不仅衰减低，便于制造，而且综合性能好。
7.本发明提供一种低衰减少模光纤，包括芯层和包层，所述芯层为三层，从内至外依次为第一芯层、第二芯层和第三芯层；所述芯层外从内至外依次包覆内包层、下陷包层和外包层；所述第一芯层的半径r1为2～3.2μm，所述第一芯层的相对折射率差
△
1为0.3～0.6％；所述第二芯层的半径r2为5～8μm，所述第二芯层的相对折射率差
△
2为0.6～1.2％；所述第三芯层的半径r3为7～10μm，所述第三芯层的相对折射率差
△
3为0.4～0.8％；所述第一芯层、所述第二芯层和所述第三芯层的相对折射率差呈阶跃型，且相对折射率差满足
△
1＜
△
3＜
△
2；所述内包层的半径r4为12～15μm，所述内包层的相对折射率差
△
4为-0.2％～0.1％；所述下陷包层的半径r5为16～19μm，所述下陷包层的相对折射率差
△
5为-1.0％～-0.5％；所述外包层为纯二氧化硅玻璃层。
8.优选的，每层芯层为掺有锗和碱金属的二氧化硅玻璃层。
9.优选的，每层芯层还掺有氟。
10.优选的，每层芯层中锗的相对折射率贡献量为0.3％～1.2％，每层芯层中碱金属
的含量为50～4000ppm。
11.优选的，掺入的碱金属为锂、钠、钾、铷中的一种或多种。
12.优选的，0.3≤
△
1/
△
2≤0.75，0.45≤
△
1/
△
3≤0.87。
13.优选的，所述低衰减少模光纤在c波段上支持四个lp模式的传播：lp01、lp11、lp21和lp02；
14.所述低衰减少模光纤的参数满足如下公式：
[0015][0016]
其中，n1为第一芯层的折射率值，n4为内包层的折射率值。
[0017]
优选的，所述低衰减少模光纤在波长1550nm处，各模式的衰耗均小于或等于0.21db/km。
[0018]
优选的，所述低衰减少模光纤各模式在波长1550nm处，r10mm弯曲半径弯曲1圈的宏弯损耗等于或小于0.25db。
[0019]
优选的，所述低衰减少模光纤在波长1550nm处，各高阶模对基模的差分群时延为2～10ps/m。
[0020]
优选的，所述低衰减少模光纤中的基模和各高阶模的有效面积均为100～260μm2。
[0021]
优选的，所述低衰减少模光纤在波长1550nm处，各模式的色散等于或小于27ps/(nm
·
km)；所述低衰减少模光纤各模式在波长1550nm处的模场直径为11～17μm。
[0022]
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0023]
(1)本发明采用三环形芯结构，并通过对光纤各层剖面的合理设计，抑制lp21与lp02模之间的耦合，实现模式弱耦合，增大光纤传输容量。本发明提供的少模光纤的dgd、各模式的色散和弯曲损耗等综合性能参数在应用波段良好。可使用空分复用技术，支持四个模式的长距离信号传输，每个模式均具有较低的衰减系数。本发明采用阶跃型芯层结构，外包层采用纯二氧化硅的设计，不仅便于制造和生产，而且也降低了生产成本。
[0024]
(2)本发明采用掺有锗及碱金属的芯层设计，合理的设计了光纤内部的粘度匹配，能够减少光纤制备过程中的缺陷，降低光纤的衰减系数。
[0025]
(3)本发明设计了合理的下陷包层，能够控制有效折射率差，大大降低光纤的高阶模弯曲损耗。
附图说明
[0026]
图1为本发明实施例提供的一种低衰减少模光纤的折射率剖面示意图；
[0027]
图2为本发明实施例提供的一种低衰减少模光纤的截面示意图。
具体实施方式
[0028]
为方便介绍本发明内容，首先定义如下术语：
[0029]
相对折射率差
△
ni为光纤各层(除外包层外)与纯二氧化硅的相对折射率差。
[0030]
从光纤纤芯中轴线算起，根据折射率的变化，定义为最靠近中轴线的那层为第一芯层，光纤的最外层即纯二氧化硅层为外包层。
[0031]
光纤各层相对折射率差
△
ni由以下方程式定义：
[0032][0033]
其中，ni为光纤各层(除外包层外)的折射率，nc为外包层的折射率，即纯二氧化硅的折射率。
[0034]
光纤芯层锗(ge)掺杂的相对折射率贡献量
△
ge
由以下方程式定义：
[0035][0036]
其中，n
ge
为纤芯的ge掺杂物，在掺杂到没有其他掺杂物的纯二氧化硅中，引起的二氧化硅玻璃折射率的变化量，其中nc为外包层的折射率，即纯二氧化硅的折射率。
[0037]
光纤芯层氟(f)掺杂的相对折射率贡献量
△f由以下方程式定义：
[0038][0039]
其中，nf为纤芯的f掺杂物，在掺杂到没有其他掺杂物的纯二氧化硅中，引起的二氧化硅玻璃折射率的变化量，其中nc为外包层的折射率，即纯二氧化硅的折射率。
[0040]
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0041]
本发明提供一种低衰减少模光纤，参见图1和图2，包括芯层和包层，所述芯层为三层，从内至外依次为第一芯层、第二芯层和第三芯层；所述芯层外从内至外依次包覆内包层、下陷包层和外包层；所述第一芯层的半径r1为2～3.2μm，所述第一芯层的相对折射率差
△
1为0.3～0.6％；所述第二芯层的半径r2为5～8μm，所述第二芯层的相对折射率差
△
2为0.6～1.2％；所述第三芯层的半径r3为7～10μm，所述第三芯层的相对折射率差
△
3为0.4～0.8％；所述第一芯层、所述第二芯层和所述第三芯层的相对折射率差呈阶跃型，且相对折射率差满足
△
1＜
△
3＜
△
2；所述内包层的半径r4为12～15μm，所述内包层的相对折射率差
△
4为-0.2％～0.1％；所述下陷包层的半径r5为16～19μm，所述下陷包层的相对折射率差
△
5为-1.0％～-0.5％；所述外包层为纯二氧化硅玻璃层。
[0042]
具体的，0.3≤
△
1/
△
2≤0.75，0.45≤
△
1/
△
3≤0.87；且基于相对折射率差的范围可知，
△
5＜
△
4。
[0043]
所述低衰减少模光纤在c波段上支持四个lp模式的传播：lp01、lp11、lp21和lp02。
[0044]
所述低衰减少模光纤的参数满足如下公式：
[0045][0046]
其中，n1为第一芯层的折射率值，n4为内包层的折射率值。
[0047]
每层芯层为掺有锗及碱金属的二氧化硅玻璃层，每层芯层还可以为锗氟以及碱金属共掺的二氧化硅玻璃层，即还可以掺有氟。每层芯层中锗的相对折射率贡献量为0.3％～1.2％，每层芯层中碱金属的含量为50～4000ppm，掺入的碱金属为锂、钠、钾、铷中的一种或多种。
[0048]
所述内包层掺氟、锗中的至少一种元素，锗的相对折射率贡献量为0％～0.2％，氟的相对折射率贡献量为-0.3％～0.8％；所述下陷包层掺氟，所述外包层的半径r6为60～100μm。
[0049]
所述低衰减少模光纤在波长1550nm处，各模式的衰耗均小于或等于0.21db/km；优选条件下等于或小于0.19db/km。
[0050]
所述低衰减少模光纤各模式在波长1550nm处，r10mm弯曲半径弯曲1圈的宏弯损耗等于或小于0.25db。
[0051]
所述低衰减少模光纤在波长1550nm处，各高阶模对基模的差分群时延dgd为2～10ps/m。
[0052]
所述低衰减少模光纤中的基模和各高阶模的有效面积均为100～260μm2。
[0053]
所述低衰减少模光纤在波长1550nm处，各模式的色散等于或小于27ps/(nm
·
km)。
[0054]
所述低衰减少模光纤各模式在波长1550nm处的模场直径为11～17μm。
[0055]
本发明提供的4个实施例的光纤的结构和主要性能参数见表1和表2。
[0056]
表1实施例少模光纤的结构和材料组成
[0057][0058]
表2实施例少模光纤的主要性能参数
[0059]
[0060]
综上，本发明提供的低衰减少模光纤可实现模式间弱耦合，不仅衰减低，便于制造，而且光纤的dgd、各模式的色散和弯曲损耗等综合性能好。
[0061]
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种低衰减少模光纤，包括芯层和包层，其特征在于，所述芯层为三层，从内至外依次为第一芯层、第二芯层和第三芯层；所述芯层外从内至外依次包覆内包层、下陷包层和外包层；所述第一芯层的半径r1为2～3.2μm，所述第一芯层的相对折射率差
△
1为0.3～0.6％；所述第二芯层的半径r2为5～8μm，所述第二芯层的相对折射率差
△
2为0.6～1.2％；所述第三芯层的半径r3为7～10μm，所述第三芯层的相对折射率差
△
3为0.4～0.8％；所述第一芯层、所述第二芯层和所述第三芯层的相对折射率差呈阶跃型，且相对折射率差满足
△
1＜
△
3＜
△
2；所述内包层的半径r4为12～15μm，所述内包层的相对折射率差
△
4为-0.2％～0.1％；所述下陷包层的半径r5为16～19μm，所述下陷包层的相对折射率差
△
5为-1.0％～-0.5％；所述外包层为纯二氧化硅玻璃层。2.根据权利要求1所述的低衰减少模光纤，其特征在于，每层芯层为掺有锗和碱金属的二氧化硅玻璃层。3.根据权利要求2所述的低衰减少模光纤，其特征在于，每层芯层还掺有氟。4.根据权利要求2所述的低衰减少模光纤，其特征在于，每层芯层中锗的相对折射率贡献量为0.3％～1.2％，每层芯层中碱金属的含量为50～4000ppm。5.根据权利要求2所述的低衰减少模光纤，其特征在于，掺入的碱金属为锂、钠、钾、铷中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的低衰减少模光纤，其特征在于，0.3≤
△
1/
△
2≤0.75，0.45≤
△
1/
△
3≤0.87。7.根据权利要求1所述的低衰减少模光纤，其特征在于，所述低衰减少模光纤在c波段上支持四个lp模式的传播：lp01、lp11、lp21和lp02；所述低衰减少模光纤的参数满足如下公式：其中，n1为第一芯层的折射率值，n4为内包层的折射率值。8.根据权利要求1所述的低衰减少模光纤，其特征在于，所述低衰减少模光纤在波长1550nm处，各模式的衰耗均小于或等于0.21db/km。9.根据权利要求1所述的低衰减少模光纤，其特征在于，所述低衰减少模光纤各模式在波长1550nm处，r10mm弯曲半径弯曲1圈的宏弯损耗等于或小于0.25db。10.根据权利要求1所述的低衰减少模光纤，其特征在于，所述低衰减少模光纤在波长1550nm处，各高阶模对基模的差分群时延为2～10ps/m。11.根据权利要求1所述的低衰减少模光纤，其特征在于，所述低衰减少模光纤中的基模和各高阶模的有效面积均为100～260μm2。12.根据权利要求1所述的低衰减少模光纤，其特征在于，所述低衰减少模光纤在波长1550nm处，各模式的色散等于或小于27ps/(nm
·
km)；所述低衰减少模光纤各模式在波长1550nm处的模场直径为11～17μm。

技术总结
本发明属于光纤技术领域，公开了一种低衰减少模光纤，本发明中芯层为三层，芯层外依次包覆内包层、下陷包层和外包层；第一芯层的半径R1为2～3.2μm，相对折射率差


技术研发人员：许硕 王棚栓 张磊 沈磊 杨柳波 张黎 龚先超
受保护的技术使用者：长飞光纤光缆股份有限公司
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/10/15