一种超低损耗弯曲不敏感光纤及光纤产品的制作方法

1.本发明涉及单模光纤波导结构技术领域，尤其是指一种超低损耗弯曲不敏感光纤及光纤产品。


背景技术：

2.随着三网融合、iptv业务增长，光纤接入的大面积普及，对于通信容量的需求不断增加，光通信系统也对光纤线路的敷设质量提出了更高的要求，尤其是光纤网络敷设的“最后一公里”，应用场景复杂，安装环境狭小，导致光纤布线曲折、节点较多；既需要降低光纤损耗提升带宽，又同时需要提升光纤的抗弯曲性能使之满足安装要求。
3.抗弯曲性能作为光纤的核心参数之一，目前提升抗弯曲性能的主要途径之一是提高光纤预制棒芯层的折射率，在芯层中掺锗，但锗离子会引起光的吸收，导致瑞丽散射增加影响衰减，不利于光纤损耗的控制，现有技术中缺少适配“最后一公里”安装环境的，能够同时平衡光纤损耗和弯曲敏感特性的单模光纤。


技术实现要素：

4.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中光纤在复杂敷设环境中难以平衡损耗和抗弯曲特性的技术难点，提供一种超低损耗弯曲不敏感光纤及光纤产品，具有超低损耗且弯曲不敏感，具有大模场且与g.652光纤模场直径兼容，减少不同光纤因模场直径差异导致的熔接损耗。
5.第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供了一种超低损耗弯曲不敏感光纤，其包括：
6.芯层，所述芯层设置为氯掺杂的二氧化硅层，所述芯层中掺有质量百分比不低于0.9%的氯，所述芯层的截面半径为r0，r0范围为3.5um~4.5um；
7.内包层，所述内包层包覆于所述芯层外周，所述内包层包括沿径线方向由内向外依次同心设置的第一包层和第二包层，所述第一包层外周的截面半径为r1，3.5um≤r
1-r0≤6.5um，所述第二包层外周的截面半径为r2，3.0≤r2/r0≤4.5；
8.外包层，所述外包层包覆于所述内包层外部，所述外包层包括沿径线方向依次同心设置的第三包层和第四包层，所述第三包层外周的截面半径为r3，5.0≤r3/r0≤7.0，所述第四包层外周的截面半径为r4，r4=62.5um。
9.在本发明的一个实施例中，所述第三包层设置为纯二氧化硅玻璃层。
10.在本发明的一个实施例中，所述第一包层、所述第二包层和所述第四包层均设置为掺杂有氟元素的石英玻璃层。
11.在本发明的一个实施例中，所述芯层与所述第三包层的相对折射率差为δn1，0.0%≤δn1≤0.15%；所述第一包层与所述第三包层的相对折射率差为δn2，-0.08%≤δn2≤-0.01%；所述第二包层与所述第一包层的相对折射率差为δn3，-0.3%≤δn3≤-0.15%；所述第四包层与所述第三包层的相对折射率差为δn4，-0.2%≤δn4≤-0.06%。
12.在本发明的一个实施例中，所述超低损耗弯曲不敏感光纤在1550nm波长处的衰减值≤0.17db/km。
13.在本发明的一个实施例中，所述超低损耗弯曲不敏感光纤成缆后的截止波长不超过1260nm，在1310nm波长处的模场直径为8.8um~9.4um。
14.在本发明的一个实施例中，所述超低损耗弯曲不敏感光纤的零色散波长为1300nm~1324nm，典型值为1309nm。
15.在本发明的一个实施例中，所述超低损耗弯曲不敏感光纤的最小弯曲半径为7.5mm。
16.在本发明的一个实施例中，弯曲半径为15mm时，所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕10圈在1550nm波长处的弯曲附加损耗小于0.03db/km，在1625nm波长处的弯曲附加损耗小于0.1db/km；弯曲半径为10mm时，所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1550nm波长处的弯曲附加损耗小于0.05db/km；所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1625nm波长处的弯曲附加损耗小于0.1db/km；弯曲半径为7.5mm时，所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1550nm波长处的弯曲附加损耗小于0.3db/km；所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1625nm波长处的弯曲附加损耗小于0.6db/km。
17.第二方面，本发明还提供一种光纤产品，所述光纤产品包括上述实施例所述的超低损耗弯曲不敏感光纤。
18.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
19.本发明所述的一种超低损耗弯曲不敏感光纤及光纤产品，在纤芯中掺杂氯，氯离子仅在通信范围以外的波长吸收产生影响，而不影响通信用1310nm和1550nm波段，掺氯相较于芯层掺锗的衰减损耗更低；本发明通过芯包层状结构的设置和掺杂优化保证整体层结构的折射率差值，弯曲不敏感且模场直径较大，符合且优于g.657a2标准，并同时兼容g.652d光纤标准，适用范围广工艺难度小，可推广性更优。
附图说明
20.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
21.图1是本发明优选实施例中超低损耗弯曲不敏感光纤的截面示意图；
22.图2是本发明优选实施例中超低损耗弯曲不敏感光纤的折射率剖面图。
23.说明书附图标记说明：1、芯层；2、第一包层；3、第二包层；4、第三包层；5、第四包层。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
25.实施例一
26.参照图1所示，本发明提供一种超低损耗弯曲不敏感光纤，所述超低损耗弯曲不敏感光纤包括芯层1和依次包覆于所述芯层1外的内包层和外包层；所述芯层1的截面半径为r0，r0范围为3.5um~4.5um；所述内包层包覆于所述芯层1外周，所述内包层包括沿径线方向
由内向外依次同心设置的第一包层2和第二包层3，所述第一包层2外周的截面半径为r1，3.5um≤r
1-r0≤6.5um，所述第二包层3外周的截面半径为r2，3.0≤r2/r0≤4.5；所述外包层包覆于所述内包层外部，所述外包层包括沿径线方向依次同心设置的第三包层4和第四包层5，所述第三包层4外周的截面半径为r3，5.0≤r3/r0≤7.0，所述第四包层5外周的截面半径为r4，r4=62.5um，所述超低损耗弯曲不敏感光纤的截面半径为62.5um；本发明通过优化光纤预制棒的剖面结构和芯层1的掺杂设计，并对应优化所述内包层和所述外包层的氟贡献量，使得所述超低损耗弯曲不敏感光纤具有大模场、超低衰减损耗特性和弯曲不敏感特性，在1550nm波长处的衰减值≤0.17db/km，其他性能参数符合g.657a2标准并能够同时兼容g.652d光纤标准。
27.具体的，所述芯层1设置为氯掺杂的二氧化硅层，所述第一包层2、所述第二包层3和所述第四包层5均设置为掺杂有氟元素的石英玻璃层，所述第三包层4设置为纯二氧化硅玻璃层。光纤预制棒经拉丝制成光纤，光纤预制棒中的芯层经拉伸成为光纤中的纤芯；现行符合g.657a2标准的弯曲不敏感光纤，其纤芯通常掺杂锗元素以改变芯层的折射率，提高层结构的相对折射率差值，经本案发明人研究发现，纤芯掺锗虽然工艺实现和控制较为简单，但由于锗离子掺杂后会在1260nm~1650nm左右的通信波长范围内产生吸收峰，进而引起相应波长范围内的光吸收损耗，使传输能量降低，因此在超低损耗光纤设计中并不适用，据此，在本发明实施例一中所述超低损耗弯曲不敏感光纤在所述芯层1中掺氯，氯离子仅在通信范围以外的波长吸收产生影响，而不影响通信用1310nm和1550nm波段，掺氯在光纤通信中衰减损耗更低。
28.进一步的，现行的符合g.657a2标准的弯曲不敏感光纤在纤芯掺锗的同时还在一次包层中掺杂较深的氟，既通过锗掺杂提高芯层的折射率又同时通过氟掺杂降低包层的折射率，使整体层结构的折射率差值更大，光传输信号在光纤中更易实现全反射；然而实际生产中不仅有杂质吸收问题，还会因掺锗形成的硅锗键与掺氟形成的硅氟键键能不同，在高温情况下芯层与包层产生粘度差异，引起芯包粘度失配，在熔融状态将光纤预制棒拉伸为光纤时，这种粘度失配会直接导致芯层与包层的应力差异，拉伸后的衰减损耗较大，在1550nm波长处的衰减值超过0.19db/km。据此，本发明实施例一中所述芯层1中掺有质量百分比不低于0.9%的氯，并在所述内包层中减少掺氟深度，氯离子掺杂后与掺氟的包层粘度差异减小，会降低粘度失配造成的光纤衰减，在1550nm波长处的衰减值≤0.17db/km。
29.进一步的，所述第一包层2和所述第二包层3均设置为掺氟的石英玻璃层，用于增加模场直径并同时减小弯曲损耗，所述超低损耗弯曲不敏感光纤成缆后的截止波长≤1260nm，在1310nm波长处的模场直径为8.8um~9.4um，典型值为9.1um；常规弯曲不敏感的g.657a2单模光纤的模场直径在8.2um~9.0um，均值在8.5um左右，本发明实施例所述的一种超低损耗弯曲不敏感光纤模场直径更大，与g.652d光纤在连接时的熔接损耗更小，符合且优于g.657a2标准的同时兼容g.652d光纤标准，满足“最后一公里”的组网需求。
30.进一步的，对应掺氯和掺氟调整引起的折射率差值变化，本发明实施例中通过光纤结构的优化设计，设置掺氟的所述第四包层5。所述第四包层5采用低掺氟设计，一方面能够降低所述第二包层3的掺氟深度，由于氟离子较为活泼，对温度变化敏感，因此掺入二氧化硅中形成硅氟键的难度较大，合成法能够做到的掺氟深度受限，工艺不稳定且成品良率较低，本发明实施例一中降低所述第二包层3的掺氟深度，工艺难度小更易实现，成品合格
率更高；另一方面，现有光纤设计中的最外包层采用纯二氧化硅，本发明实施例中将纯二氧化硅作为所述第三包层4，并在所述第四包层5进行低掺氟凹陷设置，通过拉丝时与光纤涂料之间形成较大的相对折射率差有效降低光纤的弯曲损耗，提高抗弯曲性能；所述第四包层5与光纤涂料之间的相对折射率差值约为1.8%~3.2%。
31.进一步的，所述超低损耗弯曲不敏感光纤的最小弯曲半径为7.5mm，符合且优于g.657a2标准；本发明所述超低损耗弯曲不敏感光纤的弯曲损耗具体为：弯曲半径为15mm时，所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕10圈在1550nm波长处的弯曲附加损耗小于0.03db/km，在1625nm波长处的弯曲附加损耗小于0.1db/km；弯曲半径为10mm时，所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1550nm波长处的弯曲附加损耗小于0.05db/km，较常规光纤的0.1db/km更小；所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1625nm波长处的弯曲附加损耗小于0.1db/km，较常规光纤的0.2db/km更小；弯曲半径为7.5mm时，所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1550nm波长处的弯曲附加损耗小于0.3db/km，较常规光纤的0.5db/km更小；所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1625nm波长处的弯曲附加损耗小于0.6db/km，较常规光纤的1.0db/km更小。
32.具体的，所述超低损耗弯曲不敏感光纤的零色散波长为1300nm~1324nm，典型值为1309nm。参照图2所示为所述超低损耗弯曲不敏感光纤折射率剖面图，用以反应光纤折射率与其半径之间的变化关系，所述超低损耗弯曲不敏感光纤，所述芯层1与所述第三包层4的相对折射率差为δn1，0.0%≤δn1≤0.15%；所述第一包层2与所述第三包层4的相对折射率差为δn2，-0.08%≤δn2≤-0.01%；所述第二包层3与所述第一包层2的相对折射率差为δn3，-0.3%≤δn3≤-0.15%；所述第四包层5与所述第三包层4的相对折射率差为δn4，-0.2%≤δn4≤-0.06%；其中，相对折射率百分比的计算公式为，
33.其中ni为掺杂后层结构的折射率，nc为未掺杂的纯二氧化硅玻璃的平均折射率。
34.实施例二
35.本实施例二中提供一种超低损耗弯曲不敏感光纤，所述超低损耗弯曲不敏感光纤包括芯层1和依次包覆于所述芯层1外的内包层和外包层；所述芯层1的截面半径为r0，r0为4.3um；所述内包层包覆于所述芯层1外周，所述内包层包括沿径线方向由内向外依次同心设置的第一包层2和第二包层3，所述第一包层2外周的截面半径为r1，r1为9.2um，所述第二包层3外周的截面半径为r2，r2为13.8um；所述外包层包覆于所述内包层外部，所述外包层包括沿径线方向依次同心设置的第三包层4和第四包层5，所述第三包层4外周的截面半径为r3，r3为24um，所述第四包层5外周的截面半径为r4，r4为62.5um。
36.具体的，所述芯层1与所述第三包层4的相对折射率差为δn1，δn1为0.1%；所述第一包层2与所述第三包层4的相对折射率差为δn2，δn2为-0.07%；所述第二包层3与所述第一包层2的相对折射率差为δn3，δn3为-0.23%；所述第四包层5与所述第三包层4的相对折射率差为δn4，δn4为-0.09%。
37.具体的，本发明实施例二所述的超低损耗弯曲不敏感光纤在波长1310nm处的衰减为0.307db/km，在波长1550nm处的衰减为0.166db/km；在波长1310nm处的模场直径为9.06um；成缆后的截止波长为1231nm，零色散波长为1308nm，本发明实施例二所述的超低损耗弯曲不敏感光纤的主要指标参照表1所示：
表1
38.进一步的，本发明实施例二所述的超低损耗弯曲不敏感光纤的弯曲性能参照表2所示：表2
39.参照表2可知，弯曲半径为15mm时，实施例二所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕10圈在1550nm波长处的弯曲附加损耗为0.009db/km，在1625nm波长处的弯曲附加损耗为0.027db/km；弯曲半径为10mm时，所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1550nm波长处的弯曲附加损耗为0.016db/km，较常规光纤的0.1db/km更小；所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1625nm波长处的弯曲附加损耗为0.034db/km，较常规光纤的0.2db/km更小；弯曲半径为7.5mm时，所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1550nm波长处的弯曲附加损耗为0.031db/km，较常规光纤的0.5db/km更小；所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1625nm波长处的弯曲附加损耗为0.087db/km，较常规光纤的1.0db/km更小；符合且优于g.657a2标准并能够同时兼容g.652d光纤标准，具有超低损耗弯曲不敏感性能且模场直径较大。
40.实施例三
41.本发明还提供一种光纤产品，所述光纤产品包括上述实施例所述的超低损耗弯曲不敏感光纤；由于所述超低损耗弯曲不敏感光纤具有可靠的机械性能，能够满足高强度筛选需求，所述光纤产品包括光纤制导产品、光纤水听器、光纤传感器，在一些实施例中，所述光纤产品还可以为对光纤抗弯曲能力具有一定要求的其他小型化光器件，不限于此。
42.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种超低损耗弯曲不敏感光纤，其特征在于，包括，芯层，所述芯层设置为氯掺杂的二氧化硅层，所述芯层中掺有质量百分比不低于0.9%的氯，所述芯层的截面半径为r0，r0范围为3.5um~4.5um；内包层，所述内包层包覆于所述芯层外周，所述内包层包括沿径线方向由内向外依次同心设置的第一包层和第二包层，所述第一包层外周的截面半径为r1，3.5um≤r
1-r0≤6.5um，所述第二包层外周的截面半径为r2，3.0≤r2/r0≤4.5；外包层，所述外包层包覆于所述内包层外部，所述外包层包括沿径线方向依次同心设置的第三包层和第四包层，所述第三包层外周的截面半径为r3，5.0≤r3/r0≤7.0，所述第四包层外周的截面半径为r4，r4=62.5um。2.根据权利要求1所述的超低损耗弯曲不敏感光纤，其特征在于：所述第三包层设置为纯二氧化硅玻璃层。3.根据权利要求2所述的超低损耗弯曲不敏感光纤，其特征在于：所述第一包层、所述第二包层和所述第四包层均设置为掺杂有氟元素的石英玻璃层。4.根据权利要求1所述的超低损耗弯曲不敏感光纤，其特征在于：所述芯层与所述第三包层的相对折射率差为δn1，0.0%≤δn1≤0.15%；所述第一包层与所述第三包层的相对折射率差为δn2，-0.08%≤δn2≤-0.01%；所述第二包层与所述第一包层的相对折射率差为δn3，-0.3%≤δn3≤-0.15%；所述第四包层与所述第三包层的相对折射率差为δn4，-0.2%≤δn4≤-0.06%。5.根据权利要求1所述的超低损耗弯曲不敏感光纤，其特征在于：所述超低损耗弯曲不敏感光纤在1550nm波长处的衰减值≤0.17db/km。6.根据权利要求1所述的超低损耗弯曲不敏感光纤，其特征在于：所述超低损耗弯曲不敏感光纤成缆后的截止波长不超过1260nm，在1310nm波长处的模场直径为8.8um~9.4um。7.根据权利要求1所述的超低损耗弯曲不敏感光纤，其特征在于：所述超低损耗弯曲不敏感光纤的零色散波长为1300nm~1324nm，典型值为1309nm。8.根据权利要求1所述的超低损耗弯曲不敏感光纤，其特征在于：所述超低损耗弯曲不敏感光纤的最小弯曲半径为7.5mm。9.根据权利要求8所述的超低损耗弯曲不敏感光纤，其特征在于：弯曲半径为15mm时，所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕10圈在1550nm波长处的弯曲附加损耗小于0.03db/km，在1625nm波长处的弯曲附加损耗小于0.1db/km；弯曲半径为10mm时，所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1550nm波长处的弯曲附加损耗小于0.05db/km；所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1625nm波长处的弯曲附加损耗小于0.1db/km；弯曲半径为7.5mm时，所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1550nm波长处的弯曲附加损耗小于0.3db/km；所述超低损耗弯曲不敏感光纤绕1圈在1625nm波长处的弯曲附加损耗小于0.6db/km。10.一种光纤产品，其特征在于，包括如权利要求1~9中任意一项所述的超低损耗弯曲不敏感光纤。

技术总结
本发明涉及一种超低损耗弯曲不敏感光纤及光纤产品，光纤包括芯层、内包层和外包层；所述芯层中掺有质量百分比不低于0.9%的氯，其截面半径为R0，R0范围为3.5um~4.5um；所述内包层包覆于芯层外周，包括沿径线方向由内向外依次同心设置的第一包层和第二包层，所述第一包层外周的截面半径为R1，3.5um≤R


技术研发人员：罗詠淋 刘延辉 蒋锡华 眭立洪 何建勋
受保护的技术使用者：江苏永鼎精密光学材料有限公司
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/8/13