一種彎曲不敏感光纖的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種彎曲不敏感光纖，由內(nèi)纖芯、外纖芯和包層共三部分組成，且其折射率之間滿足：ncore1＞ncore2＞nclad，其中，ncore1，ncore2，nclad分別表示內(nèi)纖芯、外纖芯和包層的折射率。光纖的截止波長（即出現(xiàn)高階模時(shí)的波長）大于1.26μm，即是一種非單模光纖。該光纖具有極低的彎曲損耗、其模場分布與普通單模光纖相匹配，由該光纖和普通單模光纖組成的光纖通信系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)寬波長范圍的單模傳輸。
【專利說明】一種彎曲不敏感光纖【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖通信領(lǐng)域，尤其涉及具有低彎曲損耗特性的光纖。
【背景技術(shù)】
[0002]在光纖到戶等短距離光通信系統(tǒng)中，要求光纖能夠在小彎曲半徑下仍能夠正常使用，這種光纖稱為彎曲不敏感光纖。彎曲不敏感光纖可以通過減小標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的纖芯尺寸、引入帶凹槽的包層結(jié)構(gòu)、以及采用孔助結(jié)構(gòu)光纖等來實(shí)現(xiàn)[K.Himeno, S.Matsuo, N.Guan, and A.ffada, ^Low-Bending-Loss Single-Mode Fibers for Fiber-to-the-Home, 〃Journal of Lightwave Technology, 2005, 23(11): 3494-3499.]。例如，米用帶凹槽的包層結(jié)構(gòu)，可以使彎曲半徑為10 mm時(shí)的彎曲損耗小于0.01 dB/匝，且與普通光纖的連接損耗小于0.16 dB。
[0003]彎曲不敏感光纖實(shí)現(xiàn)的困難在于，光纖必須同時(shí)滿足單模傳輸(即光纖一般為單模光纖)、具有低彎曲損耗和與普通單模光纖具有低連接損耗的要求。如果允許光纖為非單模光纖，同時(shí)通過一定的方法去除其中的高階模，則光纖仍可實(shí)現(xiàn)單模傳輸，由于彎曲不敏感光纖的纖芯與包層可以具有更高的折射率差，因此，其彎曲損耗可以更低。為了實(shí)現(xiàn)低彎曲損耗的光傳輸，同時(shí)保證光纖具有與普通單模光纖匹配的模場面積，可以米用雙模光纖[M.-Y.Chen, Y.-R.Li, Y.Zhang, Y.-F.Zhu, Y.-K.Zhang, and J.Zhou, "Designof dual-mode optical fibres for the FTTH applications, 〃 Journal of Optics, 2011,13(1): 015402.陳明陽，佟艷群，張銀，李裕蓉，孫兵，付曉霞，張永康，一種雙模光纖及其通信系統(tǒng)，中國專利，201010589018.1，2010.12]，允許光纖傳輸高階模，從而增大纖芯與包層折射率差，實(shí)現(xiàn)低彎曲損耗和與單模光纖低損耗連接的目的。由這種光纖組成的通信系統(tǒng)，在雙模光纖兩側(cè)均連接單模光纖，利用模式間的正交性，抑制雙模光纖中的高階模的產(chǎn)生和對傳輸信號的影響，實(shí)現(xiàn)等效的單模傳輸。但采用階躍結(jié)構(gòu)的雙模光纖由于光纖纖芯與包層的折射率差較大，其模場分布與單模光纖匹配性差，這樣光纖與普通單模光纖連接時(shí)，其基模連接損耗無法降低。事實(shí)上，即使兩種光纖的模場直徑相等，如果兩種光纖中的模式的模場分布不同，也會導(dǎo)致連接損耗。因此，要降低連接損耗，還需要考慮模式的模場分布。`

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對以上不足，本發(fā)明的目的是提出一種新型彎曲不敏感光纖，其模場面積與模場分布均與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖相似，從而可以有效地降低其與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖之間的連接損耗，同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)超低彎曲損耗的光傳輸。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種彎曲不敏感光纖，由內(nèi)纖芯、外纖芯和包層共三部分組成，且其折射率之間滿足:ncorel〉ncore2〉Ilciad，中，HcoreI，ncore2，^cIad
分別表示內(nèi)纖芯、外纖芯
和包層的折射率；所述內(nèi)纖芯半徑a滿足:3 ii m < a < 6.5 ii m,內(nèi)纖芯與外纖芯折射率差滿足:0.003 ( n corel-ncore2 ( 0.0065 ;外纖芯寬度h滿足:lum^h^ 10 u m,外纖芯與包層折射率差滿足:0.002 ( ncore2-nclad≤0.015。波長為1.31 Um時(shí)，光纖基模的模場直徑為8.6^9.5 u m ;其中，外纖芯寬度指環(huán)形的外纖芯的環(huán)寬，即外纖芯的外半徑與內(nèi)纖芯的半徑之差。
[0006]作為一種優(yōu)化方案，要求彎曲不敏感光纖的外纖芯寬度h滿足3 y m < h < 6.5Pm，外纖芯與包層折射率差滿足0.003≤neOTe2-nelad≤0.006。在1.55 Pm波長處，所述光纖的彎曲半徑為5 mm時(shí)的彎曲損耗小于0.1 dB/m。
[0007]本發(fā)明的有益效果:利用本發(fā)明光纖的內(nèi)纖芯與包層之間具有高折射率差的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)超低彎曲損耗傳輸；同時(shí)由于纖芯半徑足夠大，使光纖具有大的模場直徑。內(nèi)纖芯與外纖芯的折射率差和普通單模光纖的纖芯與包層的折射率差相近，而光主要被限制在內(nèi)纖芯中傳輸，因此，這種彎曲不敏感光纖中的基模與普通單模光纖的基模場分布極為相似，從而可以實(shí)現(xiàn)與普通單模光纖的低損耗連接。而外纖芯的存在，使得內(nèi)纖芯與包層的折射率之差足夠大，從而保證低彎曲損耗傳輸。本發(fā)明光纖的基?？梢栽趶澢霃綖?_時(shí)仍然具有極低的彎曲損耗，其結(jié)構(gòu)簡單，可以采用現(xiàn)有的成熟的光纖制作工藝實(shí)現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1本發(fā)明光纖的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2本發(fā)明折射率光纖與普通單模光纖的連接損耗隨外纖芯寬度的變化曲線；
圖3本發(fā)明光纖的基模在纖芯區(qū)的能量比例隨外纖芯寬度的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0009]對于標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，其截止波長(即出現(xiàn)高階模時(shí)的波長)應(yīng)小于1.26 Um0即光纖可以在1.31、1.55 Pm等波長均保持單模傳輸，從而可以實(shí)現(xiàn)寬帶、大容量的信息傳輸。對于普通階躍型單模光纖，若要降低其彎曲損耗，最直接的方法是增大其纖芯與包層的折射率差。但由于包層束縛能力變強(qiáng)，也會導(dǎo)致其基模模場面積的減小。而這樣就導(dǎo)致改進(jìn)后的光纖與普通單模光纖的連接損耗會增大。為此，就需要增大纖芯直徑，以增大光纖的模場面積。這樣就必然導(dǎo)致其歸一化頻率K值的增大，從而出現(xiàn)高階模。
[0010]本發(fā)明提出的彎曲不敏感光纖采用雙層纖芯結(jié)構(gòu)，在保持光纖基模的模場分布與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖相似的同時(shí)，增大了纖芯與包層的折射率差，從而有效地克服普通單模光纖無法獲得高折射率差的缺點(diǎn)。雖然這種光纖會有高階模存在，但可采用與文獻(xiàn)[2]相似的方法，即可以通過在光纖兩端連接標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的方法，實(shí)現(xiàn)等效的單模傳輸。
[0011]光纖結(jié)構(gòu)如圖1所示?？梢赃@樣理解本發(fā)明提出的這種彎曲不敏感光纖。假設(shè)普通單模光纖的纖芯半徑為a(1，纖芯與包層折射率差為Atltj則，應(yīng)取光纖內(nèi)纖芯與外纖芯的折射率差為Aci，而取內(nèi)纖芯的半徑a=a(l。這樣，當(dāng)外纖芯的半徑與包層半徑相同時(shí)，實(shí)際此時(shí)光纖即是普通單模光纖。此時(shí)，光纖與普通單模光纖的模場完全匹配，兩者的連接損耗是最小的。
[0012]而當(dāng)本發(fā)明光纖的外纖芯的半徑與內(nèi)纖芯相同時(shí)，即外纖芯寬度為0時(shí),光纖即是一階躍型光纖。顯然此時(shí)纖芯與包層折射率差大，且纖芯半徑最小，光纖的抗彎曲能力最強(qiáng)。但由于纖芯與包層折射率較大，其模場分布與普通單模光纖相差較大，導(dǎo)致兩者的連接損耗較大。[0013]綜上所述，外纖芯的寬度不能太大，否則，其彎曲損耗性能無法滿足要求。同時(shí)，外纖芯應(yīng)具有一定的寬度，否則，其與普通單模光纖的連接損耗會較大。外纖芯與包層的折射率差越大，越有利于降低光纖的彎曲損耗；但另一方面，也使內(nèi)纖芯與包層的折射率差增大。而這就導(dǎo)致這種光纖與普通單模光纖在纖芯折射率上較大的差異。纖芯折射率上的差別也會導(dǎo)致光纖連接損耗的增大。分析表明:外纖芯與包層折射率差滿足:
0.003 ( ncore2-nclad ( 0.006時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)在低彎曲損耗和低連接損耗之間獲得較好的平衡。
[0014]因此，本發(fā)明提出的這種具有雙層纖芯的光纖即是以上兩種極端情況的中間狀態(tài)。對于普通階躍光纖來說，光纖基模從纖芯中心向外呈類高斯型衰減，在包層區(qū)呈指數(shù)型衰減。對于本發(fā)明提出的彎曲不敏感光纖，由于外纖芯與內(nèi)纖芯存在折射率差，因此，外纖芯也能起到束縛光的作用。其光纖基模的幅值在外纖芯也呈現(xiàn)指數(shù)型衰減的特征。因此，選擇合適參數(shù)，可以使絕大部分的基模能量集中在內(nèi)纖芯和外纖芯區(qū)，從而使其基模與普通單模光纖基模相似程度很高，從而使本發(fā)明光纖與普通單模光纖的模場匹配程度高，連接損耗小。
[0015]因此，當(dāng)取合適的外纖芯參數(shù)時(shí)，可以使其模場分布與普通單模光纖非常相近，從而使兩者具有低的連接損耗。同時(shí)，內(nèi)纖芯與包層具有大的折射率差，使光纖基模具有低彎曲損耗。
[0016]為了與普通單模光纖實(shí)現(xiàn)低損耗的連接，要求少模梯度折射率光纖的基模的模場直徑與單模光纖相差較小。由于兩種光纖的模場面積不同而導(dǎo)致的光纖的連接損耗可由下面公式得到:
【權(quán)利要求】
1.一種彎曲不敏感光纖，由內(nèi)纖芯、外纖芯和包層組成，其特征在于，所述內(nèi)纖芯、外纖芯和包層自內(nèi)向外依次排列；所述內(nèi)纖芯、外纖芯和包層的折射率之間滿足m。。-〉ncore2^nclad?其中， ^xorel，^core2? ^clad
分別表不內(nèi)纖芯、外纖芯和包層的折射率；所述內(nèi)纖芯半徑a滿足:3iim < a < 6.5 y m，所述內(nèi)纖芯與外纖芯折射率差滿足:0.003 < ncore1-ncore2 ( 0.0065 ;所述外纖芯寬度h滿足:I ii m < h < 10 u m,所述外纖芯與包層折射率差滿足:0.002 ( ncore2-nclad ( 0.015，所述外纖芯寬度指環(huán)形的外纖芯的環(huán)寬，即外纖芯的外半徑與內(nèi)纖芯的半徑之差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彎曲不敏感光纖，其特征在于，所述外纖芯寬度h滿足:3um^h^6.5 u m，外纖芯與包層折射率差滿足:0.003 ( ncore2_nclad ( 0.006。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彎曲不敏感光纖，其特征在于，所述光纖基模的模場直徑為8.6~9.5 Um0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彎曲不敏感光纖，其特征在于，在1.55 Pm波長處，所述光纖的彎曲半徑為5 mm時(shí)的彎曲損耗小于0.1 dB/m。
【文檔編號】G02B6/036GK103645539SQ201310692614
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】陳明陽, 龔天翼, 張永康, 陸駒 申請人:江蘇大學(xué)