專利名稱：具有空氣包層的彎曲不敏感單模光纖的制作方法
別是具有優異彎曲性能、適 宜于收藏在接線盒或密閉容器內的具有空氣包層的彎曲不敏感單模光纖。
背景技術：
目前國內普遍應用的G652標準光纖的彎曲半徑為25mm，受彎曲半徑的限制，光纖不 能隨意地進行小角度彎曲安裝。隨著FTTH開始深入到住宅用戶，光纖接入網建設量明顯增加，接入網建設要求組網工 作更容易，時間更短。這就要求適宜于接入網的單模光纖具有在小彎曲半徑下附加損耗小、 機械強度高等特性，便于布線施工和巻曲，同時能控制與已鋪設光纖的接續損耗以下為提高光纖彎曲性能的理論依據。截止波長(人)是單模光纖的重要特性指標，與光纖的結構參數的關系如下-ylc-^n!aV^ (1) vc其中，、是歸一化的截止頻率，對于階躍單模光纖，其值為2.405; n,是芯層折射率，a 是芯層半徑，厶為相對折射率差，其定義為-△ = ^=^1 (2)模場直徑(2 。)定義是在認為近似的高斯分布的模場中，光強下降到l/^兩點之間的 寬度，亦被確認為單模光纖的光斑尺寸，計算公式為、—nsK丄rt5(3)+ 0.0149、義"2.748 - 0.996丄| (4) 足單模光纖彎曲損耗的特性可以用臨界彎曲半徑(A)來表征，計算公式為Z -人—3從公式(1) - (4)可見，為了保證單模光纖適用于1310nm波長和1550nm波長雙窗口 光傳輸，在光纖預制棒波導結構設計中，通過提高芯層相對折射率和降低芯層半徑可以獲得 很好的光纖彎曲性能；同時，為了控制光纖與現已鋪設光纖的接續損耗，芯層半徑值需要設 定在合適的范圍，并且芯層相對折射率也不能過高。為了實現上述要求，已有設計思想主要有改進光纖的折射率剖面，改進光纖的結構和改進光纖的涂覆性能等。對于改進光纖的折射率剖面，中國專利CN101373238A發明的光纖具有一個芯層和兩CN1632628A發明的光纖具有芯層和包層，其中包層分為五個折射率不同的分包層，使用圍 繞芯層多圈的不同成分的包層結構以降低相對于芯層的折射率。但是折射率剖面越復雜，對 工藝的要求就越嚴格，不適于大規模生產。對于涂層改善光纖的抗彎曲性能，中國專利CN1542473A通過提高涂層的彎曲模量，可 以改善光纖的彎曲性能。但改善程度相對有限。在改進光纖的結構方面，光子晶體光纖(PCF)和帶孔光纖(HAF)在包層加入了空氣 孔結構，孔的尺寸大約為幾個微米。中國專利CN1981223A發明的孔輔助型多孔光纖具有折 射率高于包層的芯層部位、設置于其周圍含有多個空孔的包層部，且空孔設置分數量相同的 內外兩層。中國專利CN1971323A介紹了一種在內包層上有均勻分布的空氣小孔的光纖，中 國專利CN1412584A也介紹了一種空心光纖。這類光纖具有較好的彎曲不敏感性能，但是由 于結構相對復雜，生產成品高，而且不能與常規光纖進行兼容。因此，從接入網單模光纖特性出發，結合光纖結構和折射率剖面的設計是必要的，關鍵 考慮的是彎曲性能和芯層相對折射率的均衡，兼顧色散特性和光纖損耗以及機械強度等方面。本發明所描述的光纖設計有一個空氣包層，通過調整空氣包層的寬度以及到芯層的距離 來獲得優異的彎曲性能，同時兼顧色散和損耗特性，并且其合適的的光學參數和幾何尺寸使 得與G652光纖的接續損耗很小。發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種為接入網、FTTH用的，便于收藏在接線盒或密 閉容器內和布線的，具有空氣包層的彎曲不敏感單模光纖。該光纖適用于1310nm波長和 1550nm波長雙窗口，具有優異的彎曲特性，合適的模場直徑和色散、損耗特性，便于樓宇間 和樓宇內的布線施工和巻曲。本發明為解決上述提出的問題提供一種具有空氣包層的彎曲不敏感單模光纖，其波導結構 包括芯層和包層，包層設有三個包層分層~^層一、包層二、包層三，其中包層一和包層三 都為純二氧化硅玻璃層,包層二為空氣，芯層和三個包層分層的相對折射率差都相對于包層三， 其波導結構參數為芯層的相對折射率差0.30%《A1《0.85%,芯層半徑3.5微米《1《5.0微米； 包層二的相對折射率差-55.00%《厶2《-45.00%，包層二半徑8.0微米《r2《15.0微米； 包層一和包層三的折射率為純二氧化硅玻璃折射率nc，包層一半徑6.0微米《rl《12.5微米，包層三半徑為62.0微米《r3《63.0微米。在光纖芯層中，通過摻氧化硅、氧化鍺和少量的氟來或得合適的折射率，同時實現預制棒各層之間的黏度匹配和減少應力。在預制棒芯棒沉積和燒縮過程中，通入適量的氦氣來減少沉積過程中形成的微氣泡，提高光纖強度。通過對單模光纖預制棒波導結構的精密控制，可以得到設計光纖所需的模場直徑、優異的彎曲特性、波長損耗和色散特性。根據上述方案，本發明的光纖截止波長《1310nm,光纜截止 本發明以10mm直徑彎曲一圈的情況下，其典型的彎曲附加損 耗小于0.03dB。本發明在1310nm至1550nm波長范圍光纖的色散絕對值《17ps/nn^km，零 色散波長在1310nm至1400nm波長范圍。本發明涉及的具有空氣包層的彎曲不敏感單模光纖預制棒制造采用VAD工藝(汽相軸 向沉積法)和套管法(RIC)制作而成。


圖1為本發明的裸光纖橫截面示意圖；圖2為本發明的裸光纖結構示意圖；圖3為圖1 中光纖的X方向折射率剖面示意圖；圖4為圖1中光纖的Y方向折射率剖面示意圖。在圖l、圖2、圖3、圖4中，1、芯層，2、包層一，3、包層二 (即空氣包層)，4、包 層三，5、包層二內具對稱雙螺旋結構的支撐棒。
具體實施方式
采用VAD工藝制造本發明光纖的芯棒，采用套管技術制成最終的光纖預制棒，經過拉絲 獲得本發明的光纖產品。制備出的光纖其結構如圖2所示。光纖芯棒的制造過程如下首先 用VAD法按照設計的折射率剖面結構設定工藝氣體流量和配方，沉積出芯層1和包層一 2, 形成芯棒，然后在芯棒上裝好支撐棒，再用套管法將包層三4套在芯棒外，包層三4與芯棒 之間有包層二 3，并以具有對稱雙螺旋結構的支撐棒5來進行連接。這種波導結構的光纖預 制棒經過拉絲、涂覆、篩選、測試、包裝，最后得到本發明的具有空氣包層的彎曲不敏感單 模光纖。實施例在圖1、圖2中，設如下包含芯層1和三個包層分層的波導結構參數相對于包層三4為 芯層1的相對折射率差約為0.60%，芯層半徑約為4微米； 包層二 3的相對折射率差約為-50.00%，包層二 3半徑約為12微米； 包層一2和包層三4為純二氧化硅玻璃層，其折射率為純二氧化硅玻璃折射率nc。包層 一 2半徑約為10微米，包層三4半徑為62.5微米。 所得光纖的特性如下光纖截止波長《1310nm，在1310nm波長光纖模場直徑為7.8-10.2微米，以10mm直徑彎 曲一圈的情況下，其典型的彎曲附加損耗小于0.03dB，在1550nm波長光纖的色散絕對值《 14ps/nm*km,零色散波長在1310nm至1400nm波長范圍，與G652光纖的平均接續損耗小于 0.05dB。所得的光纖在彎曲特性表現優異，作為傳輸光纖，適應于接入網、FTTH使用。
權利要求
1、一種具有空氣包層的彎曲不敏感單模光纖，其波導結構包括芯層和包層，其特征在于包層設有三個包層分層——包層一、包層二和包層三，其中包層一和包層三都為純二氧化硅玻璃層，包層二為空氣層，芯層和三個包層分層的相對折射率差都相對于包層三，其波導結構參數為芯層的相對折射率差0.30％≤Δ1≤0.85％，芯層半徑3.5微米≤r≤5.0微米；包層二的相對折射率差-55.00％≤Δ2≤-45.00％，包層二半徑8.0微米≤r2≤15.0微米；包層一和包層三的折射率為純二氧化硅玻璃折射率nc，包層一半徑6.0微米≤r1≤12.5微米，包層三半徑為62.0微米≤r3≤63.0微米。
2、 按權利要求1所述的具有空氣包層的彎曲不敏感單模光纖，其特征在于將所述光纖 以10mm直徑彎曲一圈的情況下，其典型的彎曲附加損耗小于0.03dB。
3、 按權利要求l所述的具有空氣包層的彎曲不敏感單模光纖，其特征在于所述光纖的 截止波長《1310nm，光纜截止波長《1260nm，在1310nm波長光纖模場直徑為7.8-10.2微 米，能滿足1310nm波長和1550nm波長雙窗口單模光傳輸的要求，與GL652光纖的平均接 續損耗小于0.05dB。
4、 按權利要求1所述的具有空氣包層的彎曲不敏感單模光纖，其特征在于在1310nm 至1550nm波長范圍光纖的色散絕對值《17ps/ra^km，零色散波長在1310nm至1400nm波長范圍。
全文摘要
一種具有空氣包層的彎曲不敏感單模光纖，其波導結構包括芯層和包層，包層設有三個包層分層——包層一、包層二、包層三，其中包層一和包層三都為純二氧化硅玻璃層，包層二為空氣，芯層和三個包層分層的相對折射率差都相對于包層三，其波導結構參數為芯層的相對折射率差0.30％≤Δ1≤0.85％，芯層半徑3.5微米≤r≤5.0微米；包層二的相對折射率差-55.00％≤Δ2≤-45.00％，包層二半徑8.0微米≤r2≤15.0微米；包層一和包層三的折射率為純二氧化硅玻璃折射率nc，包層一半徑6.0微米≤r1≤12.5微米，包層三半徑為62.0微米≤r3≤63.0微米。本發明的光纖截止波長≤1310nm，以10mm直徑彎曲一圈的情況下，其典型的彎曲附加損耗小于0.03dB，與G.652光纖的平均接續損耗小于0.05dB。本發明具有優異的彎曲特性，合適的模場直徑和色散、損耗特性，便于樓宇間和樓宇內的布線施工和卷曲。
文檔編號G02B6/02GK101661132SQ20091003536
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月25日 優先權日2009年9月25日
發明者呂金良, 尹紅兵, 良 張, 殷國亮, 賀作為, 錢建林, 馬建高, 高安敏 申請人:江蘇亨通光纖科技有限公司;上海亨通光電科技有限公司