[發明專利]一種超低衰減大有效面積單模光纖

有效

• 申請號: 201610420817.3
• 申請日: 2016-06-14
• 公開（公告）號: CN105866879B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 張磊;朱繼紅;吳俊;李鵬;汪洪海;王瑞春
• 申請（專利權）人: 長飛光纖光纜股份有限公司
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02B6/036
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 胡建平

技術領域

本發明涉及到光通信領域，具體涉及到一種超低衰減大有效面積單模光纖。

背景技術

目前光纖制造領域熱點的是制備超低衰減新型單模光纖產品，所以找到一種有效的方法降低光纖衰減系數，控制制造成本，對于光纖制造企業來說，都是非常巨大的挑戰。其主要困難在于以下三點：其一，如何降低衰減：目前主要的方法是降低光纖的瑞利散射系數；其二，在獲得超低衰減系數的同時，需要保證光纖各個光學參數滿足ITU-T標準，主要指MFD，色散，截止波長和彎曲性能控制在標準要求范圍內：即在保證光纖超低衰減性能的同時，其他光學參數必須控制在相應范圍內；其三，光纖制造工藝簡單可控，不顯著增加光纖制造成本。

對于以上三個困難，首先從如何降低光纖的衰減來說。對于石英光纖，在600nm-1600nm的衰減主要來自于瑞利散射，由瑞利散射所引起的衰減α_R可由下式計算：

式中，λ為波長(μm)，R為瑞利散射系數(dB/km/μm⁴)；P為光強；當瑞利散射系數確認時，B為相對應的常數。因而只要確定了瑞利散射系數R就可得到因瑞利散射所引起的衰減α_R(dB/km)。瑞利散射一方面是由于密度波動引起的，另一方面是由于濃度波動引起的。因而瑞利散射系數R可表示為：

R＝R_d+R_c

上式中，R_d和R_c分別表示由于密度波動和濃度波動所引起的瑞利散射系數變化。其中R_c為濃度波動因子，其主要受到光纖玻璃部分摻雜濃度的影響，理論上采用越少的Ge和F或者其他摻雜，R_c越小，這也是采用純硅芯設計，實現超低衰減性能的原因。

但是需要注意到，瑞利散射系數中還包括另外一個參數R_d。R_d與玻璃的假想溫度T_F相關，且伴隨玻璃的結構變化和溫度變化而變化。玻璃的假想溫度T_F是表征玻璃結構一個物理參數，定義為從某溫度T‘將玻璃迅速冷卻到室溫玻璃的結構不再調整而達到某平衡狀態對應的溫度。當T’>Tf(玻璃的軟化溫度)，由于玻璃的粘度較小，玻璃結構易于調整，因而每一瞬間玻璃均處于平衡狀態，故T_F＝T’；當T’<T_g(玻璃的轉變溫度)，由于玻璃的粘度較大，玻璃結構難于調整，玻璃的結構調整滯后于溫度變化，故T_F>T’；當T_g<T’<T_f(玻璃的軟化溫度)，玻璃趨向于平衡所需要的時間較短一些，具體與玻璃的組分和冷卻速度有關，故T_F>T’或T_F<T’。

虛擬溫度除了與光纖制備過程的熱歷史有關系外，光纖玻璃材料的組分對虛擬溫度有著明顯和直接的影響。具體而言，材料組分對光纖玻璃材料的粘度，熱膨脹系數，冷卻過程的弛豫時間的影響，直接決定著光纖的虛擬溫度。需要注意的是，因為超低衰減光纖玻璃部分一般分為幾個部分，如典型的芯層，內包層和外包層，或更復雜的結構。所以對多個部分之間材料的組分差異需要進行合理的匹配：第一保證光纖的光學波導，第二保證玻璃在拉絲應力作用下被拉絲成光纖后，各層之間沒有明顯的缺陷，造成光纖衰減異常。

如上所述，從光纖制備工藝來講，降低光纖衰減系數有三種方法：第一種是盡量減少芯層部分的摻雜，降低光纖瑞利散射的濃度因子。第二種是降低拉絲速度，增加光纖退火過程，保證光纖預制棒在拉絲成光纖的過程中，緩慢降低溫度，從而降低光纖的虛擬溫度，降低衰減。但是這種方法顯著提高光纖制造成本，且緩慢退火過程對光纖衰減的貢獻也很大程度上受到光纖玻璃材料組分和預制棒制備熱歷史制約，所以使用這種方法降低衰減的效果有限。第三種是合理設計光纖內部的材料組分匹配，即在少摻雜的基礎上，需對光纖芯層，內包層以及其他位置的玻璃材料進行合理的配比不僅保證在拉絲過程中，光纖各個位置有合理的光學剖面匹配，也要保證光纖各個位置有合理的粘度，熱膨脹，應力匹配。目前在制造超低衰減光纖時，更多的是將注意力放在第一種和三種方法上。