[发明专利]一种弯曲不敏感多模光纤

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有高带宽和优异抗弯曲性能的多模光纤，属于光通信技术领域。

背景技术

随着科学技术的不断发展，中国已经进入了光纤宽带和多业务融合的信息高速发展时代。融合后的电信网、广电网和互联网都可以承载多种信息化业务，都可以为用户提供打电话、上网和看电视等多种服务。这必将对运营商和企业数据中心机房的网络基础设施的高带宽和灵活性提出了更高的要求，以便能够支持高性能连接，存储区域网络(SAN)、网络附加存储(NAS)和高性能计算(比如云计算)等应用。因此，未来几年，数据中心将逐步成为40G乃至100G以太网的天下。尤其是近年来云计算和物联网等概念的提出，以及VCSEL激光器在多模光纤通信网络的应用，在数据中心和中心机房中多模光纤提出更多苛刻的要求，其中光纤带宽的要求以及光纤的抗弯曲特性是最重要的两项参数。

降低光纤弯曲附加衰减的一个有效方法是采用下陷包层的设计，当光纤受到小的弯曲时，从芯子泄露出去的光会较大比例的限制在内包层并返回到芯子，从而有效降低了光纤的宏弯附加损耗。

而要保证多模光纤有很好的带宽性能和DMD性能，光纤的芯层折射率剖面的精确控制非常重要。但在实际的光纤生产过程中，是通过先制备预制棒，再通过拉丝得到光纤。在拉制成纤过程中，玻璃原料不可避免的受到外力作用，导致所拉制的光纤由于残存的应力和组分扩散，相比原始的预制棒，光纤的芯层折射率剖面分布难免发生畸变。尤其在具有下陷包层结构的光纤折射率剖面里，具有较低折射率的部分多由大量掺F而形成，这就容易造成下陷包层与其前后纯硅包层部分的材料形成较高粘度差，使拉丝应力的作用发生变化。正因如此，为实现多模光纤芯层的尽可能理想的alpha剖面分布，在实际抗弯多模光纤的制造工艺控制过程中，可在两个关键阶段寻求解决途径。一个是在芯棒制备的过程中，解决如何使芯棒沉积设备按照设定的参数精确沉积芯棒剖面，另一个是在将预制棒拉制成光纤时，解决如何最大程度的防止拉制过程中的折射率剖面再次畸变的问题。

目前，由于多模光纤芯层的渐变折射率分布的特点，仅管内沉积法的PCVD和MCVD工艺能够较好的实现芯层渐变折射率剖面的精确生产。在沉积，其折射率大小变化的精确控制是通过对原料反应气的配比控制来实现。不同反应气体的流量由设备上的流量计来控制。一般来说，在流量计的量程范围内，存在一定的控制精度问题。常规的抗弯多模光纤的芯区，由边缘处至中心处，相对折射率由芯层边缘位的基本接近于纯硅玻璃的折射率向芯层中心位 逐渐上升，即需要控制升高折射率的组分四氯化锗气体流量的流量计由0％开始逐渐上升。一般来说，实际生产之中，机械的流量计在开度小于一定数值时，其开度与实际流量对应的精确性较差，且不稳定，只有当开度增至较大区域时，实际流量才能较好的与流量计设置开度吻合。这一不可避免的客观实际所带来的问题便是在芯区外边缘位的实际剖面与理论设计的剖面之间难免产生误差。此时，如果在芯区设计较大的掺氟量,那么为达到同样的折射率，对应的必须增大四氯化锗气体流量，那么便可增大流量计的起始开度，从而避开了流量计不精准的低开度区域。专利US 2011/0194827 A1公开了一种抗弯多模光纤，该光纤芯层外边缘处增加了一个台阶，在芯层沉积初始阶段的折射率设计的要高于纯硅层的折射率，目的是获得更好的DMD性能和更高的带宽。从一定程度上说，该途径增大了多模光纤芯层外边缘处的锗掺入量。但是专利未对芯层其它掺杂试剂进行设计或分析，对于该种设计可能带来的由于光纤材料组分变化所造成的粘度失配问题未作深入研究。

而在芯层使用深的掺F容易产生的问题是芯区粘度低。对于抗弯多模光纤而言，由内至外的芯层、中间包层、下陷包层组分差异大，材料粘度差异也大，尤其是芯区外边缘与中间包层的界面处和中间包层与下陷包层的界面处。这种情况下，在拉丝的过程中很容易发生畸变，会造成带宽和DMD性能的恶化。研究表明，合理设计内包层的粘度，适当引入功能梯度材料的设计，可在芯层和下陷包层两者之间形成缓冲层，承担部分拉丝张力，减少芯包层界面效应对光纤芯层的影响。

发明内容

为方便介绍本发明内容，定义部分术语：

芯棒：含有芯层和部分包层的预制件；

半径：该层外边界与中心点之间的距离；

折射率剖面：光纤或光纤预制棒(包括芯棒)玻璃折射率与其半径之间的关系；

相对折射率差：