[发明专利]一种阶跃型超低衰减六模光纤

说明书

本发明涉及一种阶跃型超低衰减六模光纤，包括有芯层和包层，所述芯层半径R1为10～20微米，芯层相对折射率差Δ1为‑0.05％～0.2％，芯层外从内向外依次包覆内包层、下陷内包层、辅助外包层和外包层，内包层半径R2为13～23微米，Δ2为‑0.6％～‑0.15％，下陷内包层半径R3为16～26微米，Δ3为‑0.9％～‑0.3％，辅助外包层半径R4为40～50微米，Δ4为‑0.7％～‑0.25％，外包层为纯二氧化硅玻璃层，所述的光纤在C波段上支持六个LP模式的传播：LP01、LP11、LP21、LP02、LP31和LP12。本发明不仅能支持六个模式的长距离信号传输，而且每个模式均具有较低的衰减系数，制造成本低，光纤的弯曲损耗、色散等综合性能在应力波段都处于一个很好的水平。

技术领域

本发明涉及一种用于光纤通信系统的少模光纤，具体涉及一种阶跃型超低衰减六模光纤。

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。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。

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。

目前，世界上的少模光纤技术主要针对光纤的群时延进行优化，如中国发明专利CN201280019895.2公开了用于空间多路复用的渐变折射率少模光纤设计，然而，上述技术方案是基于锗掺杂芯区来调整光纤芯区的折射率分布，由于锗掺杂石英散射系数较高，因此容易造成光纤的损耗较高，而对于超长距离大容量光纤通信的应用场景中，通常锗掺杂渐变折射率少模光纤在1550nm处的衰减系数都在0.19dB/km以上，过高的损耗会导致通信系统中误码的增加以及中继成本的增大。

中国专利CN104714273A和中国专利CN104698534A提出了一种阶跃型低损耗少模光纤，该专利采用折射率剖面阶梯式过渡的芯层，可以使光纤衰减得到一定程度的降低，并兼具较小的DGD，且在1550nm处满足四个LP模式的传输。但该专利的光纤芯层中仍有不少的锗元素掺杂，导致其衰减系数分布在0.18～0.2dB/km，并未达到一个极低的水平。

对于石英光纤在600nm-1600nm的衰减主要来自于瑞利散射，由瑞利散射所引起的衰减α_R可由下式计算：