一種彎曲不敏感單模光纖及其生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種彎曲不敏感單模光纖，其包括纖芯、內(nèi)包層、下陷包層及外包層。所述纖芯的折射率為n1，所述內(nèi)包層的折射率為n2，所述下陷包層的折射率為n4，所述外包層的折射率為n3.所述折射率n1隨所述纖芯半徑增加保持不變，所述內(nèi)包層的折射率n2隨所述內(nèi)包層的半徑增加保持不變，所述下陷包層的折射率n4隨半徑增加而增加，直至與外包層折射率n3相同，n1>n2>n3>n4，n4隨半徑增加而增加，沒有一個明顯的折光面，其界面折射率由內(nèi)向外,從小到大,從而避免了光強尾場逸出折光面造成的光損耗。因此發(fā)明的彎曲不敏感單模光纖比傳統(tǒng)的同類光纖具有更好的抗彎曲性能和更小的彎曲損耗,以及與G.652D有更好的兼容性。
【專利說明】一種彎曲不敏感單模光纖及其生產(chǎn)工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纜領(lǐng)域，特別涉及一種彎曲不敏感單模光纖及其生產(chǎn)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著接入網(wǎng)和FTTH不斷發(fā)展，對于光纖也提出新的要求。傳統(tǒng)的、大量使用的G.652光纖在某些場合已經(jīng)不能完全滿足使用需求，所以在2006年的12月，ITU推出了新的G.657彎曲損耗不敏感單模光纖(bending loss insensitive single mode optical fiber)的標準，G.657光纖分為G.657A和G.657B兩類。G.657A需與常規(guī)的G.652D光纖完全兼容，彎曲半徑可以小到IOmm ；G.657B光纖并不強求與和G.652D光纖完全兼容，但在彎曲性能上有更高的要求。彎曲半徑可以小到7.5_。隨著G.657光纖應用的不斷發(fā)展，對彎曲損耗的指標提出越來越高的要求，特別是在FTTH的多住戶單元和室內(nèi)布線系統(tǒng)中，彎曲半徑需要降到5mm。為了適應新的市場發(fā)展，2009年10月，ITU在G.657標準中增加了用于彎曲半徑為5_的新規(guī)范，這樣，G.657光纖包含了三種最小彎曲半徑的品種。
[0003]單模光纖中傳輸?shù)腍E11模在直光纖中的光場呈以軸線為中心的對稱的高斯分布。當光纖彎曲時，光場的中心線向外側(cè)包層方向遷移，光場不再呈高斯型分布，而在包層外側(cè)形成較長的尾部。當光波行進時，外側(cè)的尾場比中心場行進的路徑要長，為了整個模場同步，尾場須以較高的速度行進，愈是外側(cè)的尾場速度高，這樣，最外側(cè)尾場的速度將超過光速，這部分尾場就損耗掉，造成彎曲損耗。單模光纖的彎曲損耗很大程度上與光場的集中度(confinement)有關(guān)。場的集中度定義為光纖纖芯部份光強與光纖整個截面上光強的比值。由此可見,模場直徑(MFD)愈小，場的集中度就愈高，彎曲損耗將愈小。因此,各種新型G.657光纖的設計無不以提高場的集中度為著眼點。
[0004]目前，G.657光纖的結(jié)構(gòu)大概可分以下幾類:
[0005](I)小纖芯光纖(small core fiber);即是在常規(guī)的G.652光纖中，減小纖芯直徑，以減小模場直徑來改善彎曲性能。
[0006](2)凹陷包層折射率分布光纖(depressed cladding fiber);是通過在SiO2包層中摻F形成凹陷型折射率包層，以提高場的集中度來改善彎曲性能。
[0007](3)環(huán)溝形下陷包層折射率分布光纖(trench - assisted fiber):這類光纖在包層區(qū)設置的與包層折射率差較大的環(huán)溝形折射率下陷區(qū)，可以提高光場在纖芯的集中度(confinement)。
[0008](4)多孔包層光纖(hole-assisted fiber);這類光纖實際上是從光子晶體光纖(photonic crystal fiber, PCF)轉(zhuǎn)化而來。由于其結(jié)構(gòu)特點,在彎曲時,不僅損耗低,而且彎曲應力也比實心光纖小得多。但PCF無法與標準光纖兼容，也不能與標準光纖相互熔接。規(guī)模化生產(chǎn)也頗困難。
[0009](5)隨機分布微孔包層光纖(nanoStructures fiber);此種光纖是由摻鍺的纖芯和設置有環(huán)形隨機分布的納米級空氣微孔的包層所組成。從光學效果而言，它與環(huán)溝形下陷包層折射率分布光纖(trench - assisted fiber) 一樣,都是在包層中設置一個環(huán)形下陷包層折射率分布區(qū)。祗是采用的物理方式不同，一個是通過摻氟來實現(xiàn)折射率下陷，一個是采用空氣微孔來降低平折射率，(空氣折射率為I)。微孔尺寸在幾納米到幾百納米之間。正因如此，上述環(huán)溝形下陷包層折射率分布光纖的導光原理的分析對這種微孔包層光纖完全適用。但因物理結(jié)構(gòu)不同，從而使這類光纖呈現(xiàn)獨特的優(yōu)點:隨機分布微孔折射率下陷包層與SiO2包層的相對折射率差可高達百分之幾，而摻氟層與包層的相對折射率差為千分之幾。因而這里的第二導光界面己不是傳統(tǒng)意義上的“弱導”性了。這與環(huán)溝形下陷包層折射率分布光纖相比，它的對光場尾場的壁壘效應要強得多。
[0010]上述前三類光纖均可用傳統(tǒng)的光棒氣相沉積工藝制作，且以第三類即環(huán)溝形下陷包層折射率分布光纖的抗彎曲效果最佳。后兩類光纖需用傳統(tǒng)的氣相沉積工藝和氣泡成型工藝相結(jié)合來制作，工藝相當復雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種具有更好的抗彎曲性能和更小的彎曲損耗彎曲不敏感單模光纖。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種彎曲不敏感單模光纖，其包括纖芯、包層，所述包層包括包覆在所述纖芯上的內(nèi)包層、包覆于所述內(nèi)包層上的下陷包層以及外包層，其特征在于:所述纖芯的折射率為Ii1，所述內(nèi)包層的折射率為n2，所述下陷包層的折射率為n4，外包層的折射率為n3.所述折射率Ii1隨所述纖芯半徑增加保持不變，所述內(nèi)包層的折射率n2隨所述內(nèi)包層的半徑增加保持不變，所述下陷包層的折射率114隨半徑增加而增加，直至與外包層的折射率n3相同，折射率叫〉折射率n2>折射率n3>折射率n4，并且
Anl = —~— = 0.5% , \n = —~— = 0.1%, An3 = —~— = -0.6% ,所述纖芯的半徑為
4?5um。
[0013]優(yōu)化的，所述內(nèi)包層的半徑為11?13um。
[0014]優(yōu)化的，所述下陷包層的半徑為17?19um。
[0015]優(yōu)化的，所述下陷包層的折射率n4呈線性遞增至n3。
[0016]優(yōu)化的，所述包層還包括外包層，所述外包層的直徑為125um。
[0017]本發(fā)明還提供了一種彎曲不敏感單模光纖的生產(chǎn)工藝，其包括以下步驟:
[0018](I)用VAD法制作纖芯及內(nèi)包層
[0019]a.將基棒固定在反應容器上方的夾具上；
[0020]b.利用兩個火炬對基棒進行加熱，火炬位置固定，所通氣體為二氧化硅、二氧化鍺、氫氣以及氧氣，一個用于沉積纖芯，另一個用于沉積形成內(nèi)包層；
[0021]c.基棒隨夾具旋轉(zhuǎn)的同時由下至上移動，而沉積面始終保持在一定位置；
[0022]d.去掉基棒形成中空的預制棒；
[0023]e.中空的預制棒經(jīng)過高溫脫水、燒結(jié)形成實行的石英芯棒；
[0024](2)對石英芯棒進行延伸和表面蝕洗
[0025]a.將石英芯棒夾持在豎直的玻璃車床的上架和下架之間；
[0026]b.利用氫氧焰火炬對石英芯棒進行加熱，氫氧焰火炬沿石英芯棒從下向上勻速移動，同時下架向下移動；[0027]c.石英芯棒隨下架的下移而被拉長，直至石英芯棒達到規(guī)定直徑及其公差；
[0028]d.對石英芯棒進行蝕洗，去除殘留的OH離子；
[0029](3)用OVD法制作下陷包層管
[0030]a.在大直徑靶棒上利用OVD法沉積SiO2的多孔管；
[0031]b.將制成的多孔管放入加熱爐內(nèi)加熱，同時向多孔管內(nèi)通含氟氣體，使含氟氣體從管的中心向SiO2多孔管輻向滲透，從而形成下陷的斜坡型折射率分布，同時在多孔管外周通氦氣和氯氣用于干燥脫水；
[0032]c.最后形成可被拉伸且含氟的下陷包層管；
[0033](4)在下陷包層管外沉積SiO2外包層
[0034]a.將下陷包層管作為芯棒，采用VOD法在其外周面上沉積形成多孔體外包層；
[0035](5)將石英芯棒和下陷包層管燒制成一體
[0036]a.將石英芯棒插入下陷包層管內(nèi)；
[0037]b.在加熱爐中進行加熱，同時通氦氣和氯氣進行干燥脫水，在高溫燒結(jié)階段，多孔體外包層在燒結(jié)成致密玻璃的過程中，有一股輻向向內(nèi)的力加到摻氟內(nèi)包層玻璃管上，此力進一步使內(nèi)包層玻璃管向內(nèi)輻向壓在芯棒上，從而使三者熔接成一個整體預制棒；
[0038](6)光纖拉絲
[0039]a.將上述光纖預制棒在拉絲塔中拉制成單模光纖。
[0040]優(yōu)化的，在步驟(I)中，當兩個火炬對基棒進行加熱時，需向反應容器內(nèi)通凈化過的空氣，利用排氣裝置穩(wěn)定火焰。
[0041]優(yōu)化的，在步驟(I)中，反應容器外設置有高溫計對反應容器內(nèi)溫度進行實時監(jiān)控。
[0042]優(yōu)化的，在步驟(2)中，對石英芯棒進行蝕洗時，可以采用等溫等離子蝕洗也可采用噴淋氫氟酸進行蝕洗。
[0043]優(yōu)化的，在步驟(3)中，含氟氣體可以是SiF4、CF4或C2F6。
[0044]本發(fā)明的有益效果在于:在本發(fā)明中，折射率叫〉折射率n2>折射率n3>折射率n4，在纖芯和內(nèi)包層界面構(gòu)成可實現(xiàn)全內(nèi)反射的導光界面，故而此界面為光纖的主要導光界面，將光場的絕大部分光功率限制在纖芯內(nèi)；內(nèi)包層折射率大于下陷包層折射率，且折射率差很大，故其導光性極佳，進一步限制了光功率的擴展，有效地減小模場直徑，提高了場的集中度就，降低了彎曲損耗；下陷包層折射率呈斜坡型分布中，沒有一個明顯的折光面，其界面折射率由內(nèi)向外，從小到大，從而避免了光強尾場逸出折光面造成的光損耗。因此發(fā)明的彎曲不敏感單模光纖比傳統(tǒng)的同類光纖具有更好的抗彎曲性能和更小的彎曲損耗，以及與G.652D有更好的兼容性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]附圖1為本發(fā)明彎曲不敏感單模光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]附圖2為本彎曲不敏感單模光纖的折射率剖面圖；
[0047]附圖3為步驟I的工藝示意圖；
[0048]附圖4、5為步驟3的工藝示意圖；
[0049]附圖6為步驟4的工藝示意圖；[0050]附圖7為步驟5的工藝示意圖；
[0051]附圖中:1、纖芯；2、內(nèi)包層；3、下陷包層；4、外包層。
【具體實施方式】
[0052]下面結(jié)合附圖所示的實施例對本發(fā)明作以下詳細描述:
[0053]如圖1所示,本彎曲不敏感單模光纖包括纖芯1、包層,所述包層包括包覆在所述纖芯I上的內(nèi)包層2、包覆于所述內(nèi)包層2上的下陷包層3、包覆于下陷包層3上的外包層4。
[0054]如圖2所示，所述纖芯I的折射率為Ii1,所述內(nèi)包層2的折射率為n2,所述下陷包層3的折射率為n4，所述外包層的折射率為n3.所述折射率Ii1隨所述纖芯I半徑增加保持不變，所述折射率n2隨所述內(nèi)包層2的半徑增加保持不變，所述折射率n3隨所述外包層半徑增加保持不變，所述下陷包層3的折射率114隨半徑增加而增加，直至與外包層的折射率為η3相同，折射率n i >折射率n2 >折射率η3>折射率n4，并且
【權(quán)利要求】
1.一種彎曲不敏感單模光纖，其包括纖芯(I)、包層，所述包層包括包覆在所述纖芯(I)上的內(nèi)包層(2)、包覆于所述內(nèi)包層(2)上的下陷包層(3)以及外包層(4)，其特征在于:所述纖芯⑴的折射率為Ii1，所述內(nèi)包層⑵的折射率為n2，所述下陷包層⑶的折射率為n4，外包層(4)的折射率為n3.所述折射率Ii1隨所述纖芯⑴半徑增加保持不變，所述內(nèi)包層(2)的折射率112隨所述內(nèi)包層(2)的半徑增加保持不變，所述下陷包層(3)的折射率n4隨半徑增加而增加，直至與外包層(4)的折射率n3相同，折射率&>折射率n2>折射率
n3> 折射率 n4,并且
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎曲不敏感單模光纖，其特征在于:所述內(nèi)包層(2)的半徑為 11 ~13um。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎曲不敏感單模光纖，其特征在于:所述下陷包層(3)的半徑為17~19um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎曲不敏感單模光纖，其特征在于:所述下陷包層(3)的折射率n4呈線性遞增至n3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎曲不敏感單模光纖，其特征在于:所述外包層(4)的直徑為 125um。
6.—種生產(chǎn)權(quán)利要求1~5中任一彎曲不敏感單模光纖的工藝，其特征在于，其包括以下步驟: (1)用VAD法制作纖芯及內(nèi)包層 a.將基棒固定在反應容器上方的夾具上； b.利用兩個火炬對基棒進行加熱，火炬位置固定，一個用于沉積纖芯，另一個用于沉積形成內(nèi)包層； c.基棒隨夾具旋轉(zhuǎn)的同時由下至上移動，而沉積面始終保持在一定位置； d.去掉基棒形成中空的預制棒； e.中空的預制棒經(jīng)過高溫脫水、燒結(jié)形成實行的石英芯棒； (2)對石英芯棒進行延伸和表面蝕洗 a.將石英芯棒夾持在豎直的玻璃車床的上架和下架之間； b.利用氫氧焰火炬對石英芯棒進行加熱，氫氧焰火炬沿石英芯棒從下向上勻速移動，同時下架向下移動； c.石英芯棒隨下架的下移而被拉長，直至石英芯棒達到規(guī)定直徑及其公差； d.對石英芯棒進行蝕洗，去除殘留的OH離子； (3)用OVD法制作下陷包層管 a.在大直徑靶棒上利用OVD法沉積SiO2的多孔管； b.將制成的多孔管放入加熱爐內(nèi)加熱，同時向多孔管內(nèi)通含氟氣體，使含氟氣體從管的中心向SiO2多孔管輻向滲透，從而形成下陷的斜坡型折射率分布，同時在多孔管外周通氦氣和氯氣用于干燥脫水； c.最后形成可被拉伸且含氟的下陷包層管； (4)在下陷包層管外沉積SiO2外包層；a.將下陷包層管作為芯棒，采用VOD法在其外周面上沉積形成多孔體外包層； (5)將石英芯棒和下陷包層管燒制成一體 a.將石英芯棒插入下陷包層管內(nèi)； b.在加熱爐中進行加熱，同時通氦氣和氯氣進行干燥脫水，在高溫燒結(jié)階段，多孔體外包層在燒結(jié)成致密玻璃的過程中，有一股輻向向內(nèi)的力加到摻氟內(nèi)包層玻璃管上，此力進一步使內(nèi)包層玻璃管向內(nèi)輻向壓在芯棒上，從而使三者熔接成一個整體預制棒； (6)光纖拉絲 a.將上述光纖預制棒在拉絲塔中拉制成單模光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)彎曲不敏感單模光纖的工藝，其特征在于:在步驟(1)中，當兩個火炬對基棒進行加熱時，需向反應容器內(nèi)通凈化過的空氣，利用排氣裝置穩(wěn)定火焰。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)彎曲不敏感單模光纖的工藝，其特征在于:在步驟(1)中，反應容器外設置有高溫計對反應容器內(nèi)溫度進行實時監(jiān)控。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)彎曲不敏感單模光纖的工藝，其特征在于:在步驟(2)中，對石英芯棒進行蝕洗時，可以采用等溫等離子蝕洗也可采用噴淋氫氟酸進行蝕洗。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)彎曲不敏感單模光纖的工藝，其特征在于:在步驟(3)中，含氟氣體可以是 SiF4、CF4或C2F6。
【文檔編號】G02B6/036GK103995314SQ201410264646
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】陳炳炎, 崔七寶 申請人:江蘇七寶光電集團有限公司