[发明专利]一种低衰减单模光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传输领域，具体的涉及一种用于光通信传输系统的具有较低衰耗的单模光纤。

背景技术

单模光纤作为目前光纤通信网络的传输媒质，从长途干线网到城域网以及接入网都被广泛应用。EDFA光放大技术和波分复用技术(WDM)作为光通信发展的里程碑，使得光通信系统的传输容量距离积得到了巨大提升，高速大容量长距离传输成为目前光纤通信行业内的研究热点。40G的商业化系统已在不断向100G系统演进，并且超100G系统也已经在实验阶段取得了一定的研究成果，为了满足光纤通信系统的发展的需求，作为重要传输媒质的单模光纤的相关性能指标也有待进一步改进。光纤的衰减、有效面积、色散及偏振模色散是影响系统传输距离和传输容量的四个关键因素。对于100G和超100G系统，采用了高级调制方式PDM-QPSK以及接收端的相干检测技术和数字信号处理DSP技术，这些技术的引入可以补偿色散及PMD，且能够实现50000ps/nm以上的色散补偿范围以及20~30ps的PMD补偿范围。因此色散和偏振模色散不再是对系统传输限制的最主要因素。对于系统而言，需要克服和减少光纤的衰减和有效面积这两大因素对光纤通信系统的影响以改善系统传输距离和容量的限制。用于光纤传输系统的传输线路中的单模光纤，光纤衰减系数越小，光信号的可传输距离越长；在同样传输距离下，光信号的衰减幅度越小。光纤的有效面积越大，单位面积上的入纤功率越小，则自相位调制SPM、交叉相位调制XPM、四波混频FWM等非线性效应相对减弱，从而保证高功率下光信号的传输质量。衰减的降低都可以转换到接收端的光信噪比OSNR，以及提高系统的OSNR的冗余量；有效面积的增大可以允许高入纤功率，有效提高接收端的OSNR，进一步提高系统的传输质量和传输距离。

在长距离通信中是利用衰减降低的光纤构筑数千公里的长距离链路，光信号的传输是靠中继站完成的。如果将光纤链路中累积的信号衰减控制到最小，就可以增大相邻两个中继站之间的距离，从而可以减小中继站的数量，最终可以大大减小中继站的运营建设及维护的成本。因此，降低光纤的衰减系数不论从优化系统结构还是降低运营成本，都具有很重要的意义。

在光纤材料中，光纤的衰减来源主要分为光纤具有的固有损耗以及光纤制成后由使用条件造成的附加损耗。固有损耗包括散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗。附加损耗则包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗。其中，散射损耗和吸收损耗是由光纤材料本身的特性决定的，瑞利散射是一种线性散射（即与光信号的频率无关），其大小与波长的4次方成反比，同时由其引起的损耗与掺杂材料的种类与浓度有关。一般来说，掺杂材料的浓度越低，则瑞利散射所引起的损耗越小。

在美国专利US6917740中，描述了一种材料粘度失配得到改善的纯硅芯单模光纤及其制造方法。通过在芯层中掺氯和氟，使得芯层和包层的玻璃化转变温度Tg的差值缩小到200℃以内，优化光纤的衰减性能。该专利未涉及光纤的光学传输性能。

在中国专利CN102411168中，描述了一种低损耗光纤的设计及其制造方法。借助混合VAD/MCVD处理过程生产光纤，纤芯由VAD生产，内包层是凹陷结构由MCVD生产。绝大部分光功率限制在低OH的VAD纤芯中，以及借助无掺杂石英区的光功率最大化，使光损耗达到最小。

以下为本发明中涉及的一些术语的定义和说明：

折射率剖面：光纤中玻璃折射率与其半径之间的关系。

从光纤纤芯轴线开始算起，根据折射率的变化，定义为最靠近轴线为纤芯层，围绕在芯层外的依次为第一包层、第二包层，以此类推。光纤的最外层为纯二氧化硅层定义为光纤外包层。

相对折射率                                                由以下方程式定义，

，其中为各对应部分的折射率，而为包层折射率，即纯二氧化硅的折射率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题旨在通过合理的折射率剖面设计，获得一种用于通信传输系统的低衰耗单模光纤。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有纤芯层和包层，其特征在于在纤芯层外依次包覆第一内包层和第二内包层，所述的纤芯层半径R1为3.5μm~5μm，相对折射率差为0.2%~0.4%，所述的第一内包层半径R2为6.5μm~11μm，相对折射率差为-0.06%~0%，所述的第二内包层半径R3为15μm ~30μm，相对折射率差范围为-0.02%~0.05%；最外层是外包层，外包层为纯二氧化硅石英玻璃层。