[发明专利]低衰减少模光纤

说明书

本发明涉及一种低衰减少模光纤，芯层为三层，芯层外由内向外有三层包层；第一芯层的相对折射率差Δ1为0.34%~0.45%，R1为4.5μm~7.5μm，第二芯层的相对折射率差Δ2为0.20%~0.29%，R2为8μm~10μm，第三芯层的相对折射率差Δ3为0.15%~0.24%，R3为10μm~13μm，第一包层相对折射率差Δ4为‑0.02%~0.02%，R4为14μm~18μm，第二包层为下陷包层，其相对折射率差Δ5为‑0.8%~‑0.4%，R5为19μm~31μm，第三包层纯石英玻璃层。本发明在1550nm支持四个稳定的传输模式，既具有较小的DGD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。

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”OFC2013,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)。