[发明专利]一种包层组分优化的大有效模面积低损耗光纤

说明书

本发明提供了一种包层组分优化的大有效模面积低损耗光纤，包括芯层和包层，所述包层从内向外包括第一下陷层，第二下陷层，任选的第三下陷层，和外包层。本发明通过在光纤包层中进行磷和铝共掺，在玻璃中形成[AlPO₄]四面体，在有效降低包层折射率的同时，可优化包层粘度，且不会导致氢损的增加，工艺简单，可重复性强。

技术领域

本申请属于通信传输技术领域，尤其是涉及一种包层组分优化的大有效模面积低损耗光纤。

背景技术

长距离通信具有大容量、高速率的特点，其要求光纤具有更高的非线性阈值和更低的传输损耗，而大模场低损耗光纤的提出满足了这一要求，从而引起了全球光通信研发机构和公司的广泛关注和研究。

提高非线性阈值和信噪比的最直接的方式是增大光纤的有效面积，而有效模场面积的增大会导致光纤的抗弯曲能力变差，因此一般需要在光纤包层中添加低折射率包层，以提高其抗弯曲性能。所谓的低折射率包层，通常是指该包层的折射率比纯石英的折射率低，可以通过掺入氟或硼实现，但由于硼的掺入会导致光纤的色散变差和损耗增大等问题，因此目前业界基本通过掺氟实现低折射率包层。但是氟的掺入会导致低折射率包层与纤芯的高温粘度、软化温度和膨胀不匹配，一方面会在预制棒和光纤中产生残余应力，另一方面会在拉丝过程中导致低折射率层中断键的增多，最终导致光纤的传输损耗增大，机械强度变差。因此需要对纤芯和(或)低折射率包层进行玻璃组分优化，降低纤芯和低折射率包层的高温粘度、软化温度和膨胀差异，降低光纤的传输损耗。

专利CN106458696A公开了利用热扩散的方法，将碱金属元素扩散进入光纤，得到较低衰减的光纤，但是单掺碱金属会导致氢损的增加，不利于光纤的长期工作稳定性。

专利CN109445023A公开了通过在纤芯和包层中进行磷、氟和碱金属共掺，实现芯包的粘度匹配，避免单掺金属带来的氢气处理下的衰减增加，但是该方法需要掺入磷、氟和碱金属三种元素，组分较多，工艺复杂，制备难度大，可重复性较低，且不利于成本的降低。

发明内容

以下为本发明中涉及的一些术语的定义和说明：

mol％：摩尔百分比；

wt.％：质量百分比；

从光纤最中心的轴线开始算起，根据折射率的变化，定义为最靠近轴线的那层为纤芯层，光纤的最外层即纯二氧化硅层定义为光纤外包层。

光纤各层相对折射率差△n_i由以下方程式定义：

其中n_i为纤芯或包层折射率，n_s为纯二氧化硅折射率。

光纤芯层锗掺杂的折射率差贡献量△Ge由以下方程式定义：

其中nGe为单独将锗掺入石英玻璃时，引起的玻璃折射率变化量。

光纤包层中氟掺杂的折射率差贡献量△F定义如下：

其中nF为单独氟掺入石英玻璃时，引起的玻璃折射率变化量。

光纤包层中[AlPO₄]的折射率差贡献量△AlP定义如下：

其中nAlP为石英玻璃中单独存在[AlPO₄]四面体时引起的玻璃折射率变化量。

本发明要解决的技术问题是，为解决现有技术中单掺碱金属元素会导致光纤的氢损增加，劣化光纤的长期工作稳定性，而在纤芯和包层中进行磷、氟和碱金属共掺导致所涉及的元素较多，工艺复杂，制备难度大，可重复性低，且不利于成本的降低的不足，从而提供了一种包层组分优化的大有效面积的低损耗光纤。