一種彎曲不敏感多模光纖的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有高帶寬和優(yōu)異抗彎曲性能的多模光纖，屬于光通信技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了光纖寬帶和多業(yè)務(wù)融合的信息高速發(fā) 展時(shí)代。融合后的電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)都可以承載多種信息化業(yè)務(wù)，都可以為用戶提供 打電話、上網(wǎng)和看電視等多種服務(wù)。這必將對(duì)運(yùn)營(yíng)商和企業(yè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施 的高帶寬和靈活性提出了更高的要求，以便能夠支持高性能連接，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN)、網(wǎng) 絡(luò)附加存儲(chǔ)（NAS)和高性能計(jì)算（比如云計(jì)算）等應(yīng)用。因此，未來(lái)幾年，數(shù)據(jù)中心將逐步 成為40G乃至100G以太網(wǎng)的天下。尤其是近年來(lái)云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等概念的提出，以及VCSEL 激光器在多模光纖通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，在數(shù)據(jù)中心和中心機(jī)房中多模光纖提出更多苛刻的要 求，其中光纖帶寬的要求以及光纖的抗彎曲特性是最重要的兩項(xiàng)參數(shù)。
[0003] 降低光纖彎曲附加衰減的一個(gè)有效方法是采用下陷包層的設(shè)計(jì)，當(dāng)光纖受到小的 彎曲時(shí)，從芯子泄露出去的光會(huì)較大比例的限制在內(nèi)包層并返回到芯子，從而有效降低了 光纖的宏彎附加損耗。
[0004] 而要保證多模光纖有很好的帶寬性能和DMD性能，光纖的芯層折射率剖面的精確 控制非常重要。但在實(shí)際的光纖生產(chǎn)過(guò)程中，是通過(guò)先制備預(yù)制棒，再通過(guò)拉絲得到光纖。 在拉制成纖過(guò)程中，玻璃原料不可避免的受到外力作用，導(dǎo)致所拉制的光纖由于殘存的應(yīng) 力和組分?jǐn)U散，相比原始的預(yù)制棒，光纖的芯層折射率剖面分布難免發(fā)生畸變。尤其在具有 下陷包層結(jié)構(gòu)的光纖折射率剖面里，具有較低折射率的部分多由大量摻F而形成，這就容 易造成下陷包層與其前后純硅包層部分的材料形成較高粘度差，使拉絲應(yīng)力的作用發(fā)生變 化。正因如此，為實(shí)現(xiàn)多模光纖芯層的盡可能理想的alpha剖面分布，在實(shí)際抗彎多模光纖 的制造工藝控制過(guò)程中，可在兩個(gè)關(guān)鍵階段尋求解決途徑。一個(gè)是在芯棒制備的過(guò)程中，解 決如何使芯棒沉積設(shè)備按照設(shè)定的參數(shù)精確沉積芯棒剖面，另一個(gè)是在將預(yù)制棒拉制成光 纖時(shí)，解決如何最大程度的防止拉制過(guò)程中的折射率剖面再次畸變的問(wèn)題。
[0005] 目前，由于多模光纖芯層的漸變折射率分布的特點(diǎn)，僅管內(nèi)沉積法的PCVD和MCVD 工藝能夠較好的實(shí)現(xiàn)芯層漸變折射率剖面的精確生產(chǎn)。在沉積，其折射率大小變化的精確 控制是通過(guò)對(duì)原料反應(yīng)氣的配比控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。不同反應(yīng)氣體的流量由設(shè)備上的流量計(jì)來(lái)控 制。一般來(lái)說(shuō)，在流量計(jì)的量程范圍內(nèi)，存在一定的控制精度問(wèn)題。常規(guī)的抗彎多模光纖的 芯區(qū)，由邊緣處至中心處，相對(duì)折射率由芯層邊緣位的基本接近于純硅玻璃的折射率向芯 層中心位逐漸上升，即需要控制升高折射率的組分四氯化鍺氣體流量的流量計(jì)由0%開(kāi)始 逐漸上升。一般來(lái)說(shuō)，實(shí)際生產(chǎn)之中，機(jī)械的流量計(jì)在開(kāi)度小于一定數(shù)值時(shí)，其開(kāi)度與實(shí)際 流量對(duì)應(yīng)的精確性較差，且不穩(wěn)定，只有當(dāng)開(kāi)度增至較大區(qū)域時(shí)，實(shí)際流量才能較好的與流 量計(jì)設(shè)置開(kāi)度吻合。這一不可避免的客觀實(shí)際所帶來(lái)的問(wèn)題便是在芯區(qū)外邊緣位的實(shí)際剖 面與理論設(shè)計(jì)的剖面之間難免產(chǎn)生誤差。此時(shí)，如果在芯區(qū)設(shè)計(jì)較大的摻氟量，那么為達(dá) 到同樣的折射率，對(duì)應(yīng)的必須增大四氯化鍺氣體流量，那么便可增大流量計(jì)的起始開(kāi)度，從 而避開(kāi)了流量計(jì)不精準(zhǔn)的低開(kāi)度區(qū)域。專利US 2011/0194827 Al公開(kāi)了一種抗彎多模光 纖，該光纖芯層外邊緣處增加了一個(gè)臺(tái)階，在芯層沉積初始階段的折射率設(shè)計(jì)的要高于純 硅層的折射率，目的是獲得更好的DMD性能和更高的帶寬。從一定程度上說(shuō)，該途徑增大了 多模光纖芯層外邊緣處的鍺摻入量。但是專利未對(duì)芯層其它摻雜試劑進(jìn)行設(shè)計(jì)或分析，對(duì) 于該種設(shè)計(jì)可能帶來(lái)的由于光纖材料組分變化所造成的粘度失配問(wèn)題未作深入研宄。
[0006] 而在芯層使用深的摻F容易產(chǎn)生的問(wèn)題是芯區(qū)粘度低。對(duì)于抗彎多模光纖而言， 由內(nèi)至外的芯層、中間包層、下陷包層組分差異大，材料粘度差異也大，尤其是芯區(qū)外邊緣 與中間包層的界面處和中間包層與下陷包層的界面處。這種情況下，在拉絲的過(guò)程中很容 易發(fā)生畸變，會(huì)造成帶寬和DMD性能的惡化。研宄表明，合理設(shè)計(jì)內(nèi)包層的粘度，適當(dāng)引入 功能梯度材料的設(shè)計(jì)，可在芯層和下陷包層兩者之間形成緩沖層，承擔(dān)部分拉絲張力，減少 芯包層界面效應(yīng)對(duì)光纖芯層的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為方便介紹本
【發(fā)明內(nèi)容】
，定義部分術(shù)語(yǔ)：
[0008] 芯棒：含有芯層和部分包層的預(yù)制件；
[0009] 半徑：該層外邊界與中心點(diǎn)之間的距離；
[0010] 折射率剖面：光纖或光纖預(yù)制棒（包括芯棒）玻璃折射率與其半徑之間的關(guān)系；
[0011] 相對(duì)折射率差：
[0012]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種彎曲不敏感多模光纖，包括有芯層和包層，芯層折射率剖面呈拋物線形，分布 指數(shù)a為1.9~2. 2,其特征在于芯層的半徑Rl為23~27ym，芯層中心位最大相對(duì)折射 率差A(yù)Imax為0. 9%~1. 2%，芯層邊緣位最小相對(duì)折射率差A(yù)Imin為-0. 06% ~_0. 03%，所述 的包層由內(nèi)到外依次為第一內(nèi)包層、第二內(nèi)包層、下陷包層以及外包層，所述的第一內(nèi)包層 寬度（R2-R1)為0. 5~2ym，相對(duì)折射率差A(yù)2為-0. 07% ~-0. 03%，所述的第二內(nèi)包層寬度 (R3-R2)為I. 8~2. 2ym，相對(duì)折射率差A(yù)3為-0. 03%~0. 03%，所述的下陷包層寬度（R4-R3) 為2. 5~6. 0ym，相對(duì)折射率差A(yù)4為-1. 0% ~-0. 3%，所述的外包層為純二氧化硅玻璃層。
2. 按權(quán)利要求1所述的彎曲不敏感多模光纖，其特征在于所述的芯層為鍺氟Ge/F共摻 的二氧化硅玻璃層，其中芯層中心位氟摻雜的貢獻(xiàn)量AFlimw為-0. 10% ~ -0%，芯層邊緣位 氟摻雜的貢獻(xiàn)量AFltjutJ^ -0. 50% ~ -0. 10%。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的彎曲不敏感多模光纖，其特征在于所述的第一內(nèi)包層相對(duì) 折射率差八2小于或等于芯層邊緣位的折射率八1_，即八2<八1_。
4. 按權(quán)利要求2所述的彎曲不敏感多模光纖，其特征在于由芯層中心位到芯層邊緣 位，F(xiàn)摻雜貢獻(xiàn)量的絕對(duì)值呈遞增狀。
5. 按權(quán)利要求2所述的彎曲不敏感多模光纖，其特征在于第一內(nèi)包層為Ge/F共摻的二 氧化硅玻璃層，其中F摻雜的貢獻(xiàn)量AF2為-0.20% ~ -0.03%;第二內(nèi)包層為Ge/F共摻的 二氧化硅玻璃層，其中F摻雜的貢獻(xiàn)量AF3為-0. 05% ~ 0%。
6. 按權(quán)利要求5所述的彎曲不敏感多模光纖，其特征在于芯層邊緣位F摻雜的貢獻(xiàn)量 第一內(nèi)包層F摻雜的貢獻(xiàn)量AF2,以及第二內(nèi)包層F摻雜的貢獻(xiàn)量AF3三者的關(guān) 系為AFlQUter〈AF2〈AF3。
7. 按權(quán)利要求1或2所述的彎曲不敏感多模光纖，其特征在于所述光纖的DMDInner Mask(5-18ym)和DMDOuterMask(0-23ym)均小于或等于 0.33ps/m;DMDInterval Mask小于或等于0? 25ps/m。
8. 按權(quán)利要求1或2所述的彎曲不敏感多模光纖，其特征在于光纖在850nm波長(zhǎng)具有 1500MHz-km或 1500MHz-km以上帶寬，在 1300nm波長(zhǎng)具有 500MHz-km或 500MHz-km以 上帶寬。
9. 按權(quán)利要求1或2所述的彎曲不敏感多模光纖，其特征在于所述光纖在850nm波長(zhǎng) 具有2000MHz-km或2000MHz-km以上的有效模式帶寬。
10. 按權(quán)利要求1或2所述的彎曲不敏感多模光纖，其特征在于所述光纖的數(shù)值孔徑為 0. 185~0. 215 ;所述光纖在850nm波長(zhǎng)處，以7. 5毫米彎曲半徑繞2圈導(dǎo)致的彎曲附加損耗 小于或等于〇. 2dB;在1300nm波長(zhǎng)處，以7. 5毫米彎曲半徑繞2圈導(dǎo)致的彎曲附加損耗小 于或等于〇. 5dB。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種彎曲不敏感多模光纖，包括有芯層和包層，芯層折射率剖面呈拋物線形，分布指數(shù)α為1.9～2.2，其特征在于芯層的半徑R1為23~27μm，芯層中心位最大相對(duì)折射率差Δ1max為0.9%~1.2%，芯層邊緣位最小相對(duì)折射率差Δ1min為-0.06%~-0.03%，所述的包層由內(nèi)到外依次為第一內(nèi)包層、第二內(nèi)包層、下陷包層以及外包層，所述的第一內(nèi)包層寬度（R2-R1）為0.5~2μm，相對(duì)折射率差Δ2為-0.07%~-0.03%，所述的第二內(nèi)包層寬度（R3-R2）為1.8~2.2μm，相對(duì)折射率差Δ3為-0.03%~0.03%，所述的下陷包層寬度（R4-R3）為2.5~6.0μm，相對(duì)折射率差Δ4為-1.0%~-0.3%，所述的外包層為純二氧化硅玻璃層。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料組成合理，工藝控制方便，易于規(guī)?；a(chǎn)，并具有抗彎曲、高帶寬的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G02B6-028, G02B6-036
【公開(kāi)號(hào)】CN104698535
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510145309
【發(fā)明人】王潤(rùn)涵, 王瑞春, 雷高清, 龍勝亞, 李德武, 黃榮
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)飛光纖光纜股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月31日