[发明专利]一种大有效面积光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤，尤其涉及一种低衰减的大有效面积单模光纤。

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，尤其是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，不可避免的要在狭窄的光纤芯层产生子相位调制、交叉相位调制、四波混频等非线性效应，尤其会产生阈值较低的受激布里渊散射效应，这些效应的产生使得系统产生信号串扰，或者使系统的信噪比降低，从而无法继续提高传输容量。

这些非线性效应的产生与光纤中的光功率密度尤其相关，通常情况下，采用较大的有效面积可以降低光纤中的功率密度，从而降低光纤中非线性效应的阈值，提高传输功率。然而随着有效面积的增加，光纤的MAC值随之增大，光纤会对弯曲更加敏感，在实际使用中，光纤因为弯曲而产生的附加损耗会造成光纤损耗的增加，影响传输性能。另一方面，光纤损耗越低，同样的入纤功率能够传输的更远，也能够提高光纤的传输容量。

国际电信联盟IUT-T在2010年修订的G.654标准中定义了一种截止波长位移的单模光纤，它的衰减水平小于0.22dB/km，其在1550nm波长窗口的模场直径为9.5-13μm，相对于标准单模光纤SSMF （standard single-mode fiber），其模场直径提高了1-2μm，从而有相对较大的有效面积，用于海底光缆能够有效的提高无中继跨段长度，然而其宏弯性能较SSMF有着比较明显的下降。

专利US6904218描述了以下的光纤结构分布：该光纤结构包括中央纤芯、中间下陷包层和外包层，并且有效面积在1310nm波长处大于80μm_--²，且这种光纤在弯曲半径为10mm的宏弯损耗小于0.7dB/圈，其光纤衰减值仅为低于0.19dB/km，然而在其所有的实施实例中有效面积在1550nm窗口最高只有131.2μm²。

专利US7254305描述了以下光纤结构分布：该结构包括中央纤芯，中间包层，下陷包层和外包层，其在1550nm波长处衰减小于0.19dB/km。然而其结构分布中中央纤芯和包层的折射率差值过高，从而无法同时得到超过100μm²有效面积，同时由于其芯层折射率绝对值较高，需要较高的Ge掺杂浓度，造成光纤的衰减大于0.185dB/km。

一般来说，通过下述方法能够提高光纤的有效面积。一是增加芯层的几何尺寸，芯层的折射率高于包层，光纤中绝大部分光都在芯层中传播，芯层直径的增加，直接增加了有效面积，然而芯直径的增加直接影响截止波长，而截止波长必须小于通讯窗口波长，因此芯直径增加的幅度是有限的。二是降低芯层的相对折射率，这样使光场分布更加平坦，从而增加了有效面积，同时还降低了截止波长，但对光纤衰减有负面的影响。

由芯层结构的变化和芯层尺寸的增加虽然带来有效面积的增加，但也同时会使得光纤的弯曲性能以及光纤衰减性能的恶化，为顾及光纤的弯曲性能，以上专利中光纤的有效面积的增加值有限。在所见专利中，还没有见到有效面积大于135μm²_-，并且保持良好弯曲性能的光纤。

发明内容

为方便介绍发明内容，定义和解释相关术语如下：

相对折射率差：指光纤的各层折射率相对于纯石英玻璃折射率的比值减去1得到相

对折射率差值。

芯层：光纤中间折射率较高的部分，是光纤中主要的导光层，本发明中芯层分为2

部分，包含内芯层和外芯层，外芯层紧密围绕内芯层。

内包层：光线中紧密围绕芯层的包层部分，它与光纤的下限包层相连接。

下陷包层：光纤包层中折射率最低的部分，其相对折射率低于它周围的无论是芯层

还是包层，光纤的下陷包层在光纤预制棒中一般由PCVD工艺掺氟得到或者由掺氟的石英套管构成。

外包层：光纤玻璃结构中最靠外的包层部分，它与光纤的塑料包层相连接；

r₁：内芯层半径，单位为微米（μm）； 

r₂：外芯层半径，在本发明中即整个芯区半径，单位为微米（μm）；