[发明专利]一种低衰减少模光纤

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光纤通信系统的低衰减少模光纤，该光纤的纤芯具有阶梯型剖面结构，其在1550nm通讯波段支持的四个模式有较低的差分模群时延(DGD)、较低的衰减和较好的抗弯曲性能，属于光纤通信技术领域。

背景技术

单模光纤由于其传输速率快，携带信息容量大，传输距离远等优点，被广泛地应用于光纤通信网络之中。而近年来，随着通信及大数据业务对容量的需求与日俱增，网络带宽快速扩张，光传输网络的容量正逐步接近单根光纤的香农极限：100Tb/s。空分复用和模分复用技术可以打破传统的香农极限，实现更高带宽的传输，是解决传输容量问题的最好方法。支持此复用技术的光纤即多芯光纤和少模光纤。实验表明，使用少模光纤结合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。美国专利US8948559、US8848285、US8837892、US8705922以及中国专利CN104067152、CN103946729等提出了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，但其通常具有较大的DGD，甚至高达几千ps/km【S.Matsuo,Y.Sasaki,I.Ishida,K.Takenaga,et al.,“Recent Progress on Multi-Core Fiber and Few-Mode Fiber”OFC 2013,OM3I.3(2013)】。抛物线型剖面的少模光纤有更多的可调节参数从而使得模间串扰和DGD均达到很低的水平，但其制备工艺复杂，alpha参数难以精确均匀地控制，可重复性不高。且折射率剖面沿预制棒轴向上的微小波动就能造成光纤不同段长处DGD的明显变化。为了克服上述问题，需要发明一种少模光纤，其具有较小的DGD而且能够通过简单的工艺进行重复性制备。

另一方面，随着光放大技术的进一步发展，光纤通信系统正向着更高传输功率和更长传输距离的方向发展。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。衰减和模场直径是单模光纤的两个重要的性能指标。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；光纤的模场直径越大，有效面积就越大，则其非线性效应就越弱。大有效面积可以有效地抑制自相位调制、四波混频、交叉相位调制等非线性效应，保证高功率光信号的传输质量。降低衰减和增大有效面积可以有效地提高光纤通信系统中的光信噪比，进一步提高系统的传输距离和传输质量。对单模光纤而言，光纤的衰减系数可以用公式(1)表示：

α＝R/λ⁴+α_IR+α_IM+α_OH+α_UV+B(1)

其中R为瑞利散射系数,α_IR,α_IM,α_OH,α_UV分别代表红外吸收，缺陷衰减，OH吸收，以及紫外吸收。在光纤材料中，由于某种远小于波长的不均匀性引起光的散射构成光纤的散射损耗。其中瑞利散射为三种散射机理之一，为线性散射(不产生频率的变化)。瑞利散射的特点是与波长的四次方成反比，由其引起的损耗与掺杂材料的种类与浓度有关。对于少模光纤，可认为光纤中的每一个模式的衰减系数都遵循上述公式(1)。

在光纤预制棒的制造过程中一般可以采用以下几种方法来降低光纤衰减。比如，采用更高纯度的原材料，提高生产环境和设备密封性能，降低外界杂质引入的几率。或者，采用更大外径的预制棒制造工艺，通过大尺寸预制棒的稀释效应降低光纤的整体衰减。另外，在光纤制造过程中，裸光纤表面涂层的涂覆工艺也是影响光纤衰减性能的一个重要因素。但是，无论从理论上还是实际光纤制备中的成本和工艺控制上来讲，降低光纤的掺杂并优化光纤的剖面是最简单且有效的降低光纤衰减的方法。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。通过优化芯层直径和掺氟浓度等参数，不仅可以增大单模光纤的有效面积，而且可以有效的降低光纤中瑞利散射等造成损耗，是一种有效可靠的降低光纤衰减的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于在克服上述现有技术存在的不足提供一种低衰减少模光纤，其既具有较小的DGD(差分模群时延)又工艺简单便于制作，同时，还具有较低的衰减和较好的抗弯曲性能。