[发明专利]一种具有较低衰减系数的单模光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传输技术领域，具体涉及一种具有较低衰减系数的单模光纤。

背景技术

在100G高速传输系统中，相干接收系统及数字信号处理DSP得到普遍应用，由于色散和偏振模色散可以在输出端的电域中进行线性补偿，其二者可以认为不再是长距离高速传输系统性能的主要限制因素，现在更多的难点和热点集中在如何降低光纤的衰减和非线性效应这两个难以用信号处理补偿的因素。

在100G和超100G系统中，接收端采用相干接收及数字信号处理技术(DSP)，能够在电域中数字补偿整个传输过程中累积的色散和偏振模色散(PMD)；信号通过采用偏振模复用和各种高阶调制方式来降低信号的波特率，例如PM-QPSK、PDM-16QAM、PDM-32QAM，甚至PDM-64QAM和CO-OFDM。然而高阶调制方式对非线性效应非常敏感，因此对光信噪比(OSNR)提出了更高的要求。引入低损耗大有效面积光纤，能为系统带来提高OSNR和降低非线性效应的效果。当采用高功率密度系统时，非线性系数是用于评估非线性效应造成的系统性能优劣的参数，其定义为n2/A_eff。其中，n2是传输光纤的非线性折射指数，A_eff是传输光纤的有效面积。增加传输光纤的有效面积，能够降低光纤中的非线性效应。

目前，用于陆地传输系统线路的普通单模光纤，其有效面积仅约80μm²左右。而在陆地长距离传输系统中，对光纤的有效面积要求更高，一般的有效面积在100μm²以上。为了降低铺设成本，尽可能的减少中继器的使用，在无中继传输系统，如海底传输系统，传输光纤的有效面积最好在130μm²以上。然而，目前大有效面积光纤的折射率剖面的设计中，往往通过增大用于传输光信号的光学芯层的直径来获得大的有效面积。该类方案存在着一定的设计难点。一方面，光纤的芯层和靠近它的包层主要决定光纤的基本性能，并在光纤制造的成本中占据较大的比重，如果设计的径向尺寸过大，必然会提高光纤的制造成本，抬高光纤价格，将成为此类光纤普遍应用的障碍。另一方面，相比普通单模光纤，光纤有效面积的增大，会带来光纤其它一些参数的恶化：比如，光纤截止波长会增大，如果截止波长过大则难以保证光纤在传输波段中光信号的单模状态；此外，光纤折射率剖面如果设计不当，还会导致弯曲性能、色散等参数的恶化。

另一种限制长距离大容量传输的光纤特性就是衰减，目前常规的G.652.D光纤的衰减一般在0.20dB/km，激光能量在经过长距离传输后逐渐减小，所以需要采用中继的形式对信号再次放大。而相对与光纤光缆的成本，中继站相关设备和维护成本在整个链路系统的70％以上，所以如果提供一种低衰减或者超低衰减光纤，就可以有效的延长传输距离，减少建设和维护成本。

在同样的输入端OSNR情况下，光纤链路中衰减的降低可以转换到接收端的光信噪比OSNR，提高输出端的OSNR以及提高系统的OSNR的冗余量。在长距离通信中是利用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。尤其对于一些环境艰苦、人烟稀少的地方，其优势显而易见。对于运营商，低损耗带来的经济效益不言而喻：

-100G速率下：三种光纤(普通光纤，低损耗光纤，超低损耗光纤)均能达到1000km以上。

-400G速率：LL光纤减少约20％的再生站数；而ULL减少约40％的再生站数。

综上所述，开发设计一种较低衰减光纤成为光纤制造领域的一个重要课题。

对于低衰减大有效面积光纤剖面设计和工艺设计来说，主要的困难有2个，第一是如何获得较低的衰减；第二是在较低衰减的基础上，保证光纤的模场直径，色散等光学参数符合G.652.D标准要求。

对于普通单模光纤而言，光纤衰减主要来源是瑞利散射，所以如何降低光纤的瑞利散射系数是剖面和工艺设计需要考虑的主要问题，通过有效的降低光纤芯层掺杂以及匹配各个部分的粘度设计，可以有效的降低光纤的瑞利系数。增加有效面积的主要方法是增加光纤的模场直径，其主要挑战是在降低光纤芯层折射率，增加芯层直径的情况下，保证光纤的基模传输，优化光纤的弯曲性能，保证基模截止。