一种抗弯曲多模光纤及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种抗弯曲多模光纤及其制造方法，该光纤包括有芯层和包层，其特征在于芯层半径Ｒ１为２４～２６微米，芯层折射率剖面呈抛物线，最大相对折射率差Δ１为０．９～１．１％，芯层外的包层由三部分组成，内包层Ｒ２为芯层半径Ｒ１的１．０４～１．６倍，Δ２为－０．０１～０．０１％，中间包层为折射率渐变包层，中间包层Ｒ３为Ｒ１的１．０６～１．８倍，相对折射率差由Δ２递减渐变至Δ４，外包层Ｒ４为Ｒ１的２．３８～２．６３倍，Δ４为－０．２０％～－０．４０％。本发明专利技术不仅降低了光纤弯曲附加衰减，提高了光纤的抗弯曲性能，而且基本消除了光纤内部应力，大大提高了光纤的机械性能，光纤长期工作在小半径状态下的使用寿命也能得到保证。本发明专利技术制造方法简便有效，适用于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于接入网或小型化光器件中的多模光纤及其制造方法，该光纤具有优 异的抗弯曲性能，属于光通信

技术介绍
多模光纤，特别是高带宽的多模光纤(比如0M3)由于系统建设成本相对较低，在中短 距离光纤网络系统(比如数据中心和校园网等)中得到了广泛的应用。在室内及狭窄环境下 的布线，光纤经受较高的弯曲应力，特别是在应用中过长的光纤通常缠绕在越来越小型化的 存储盒中，光纤将承受很大的弯曲应力。因此需要设计开发具有抗弯曲性能的多模光纤，以 满足室内光纤网络铺设和器件小型化的要求。与传统多模光纤相比，抗弯曲多模光纤需具有以下特点1、弯曲附加衰减(特别是宏弯附加衰减)要小。多模光纤里面传输有许多模式，靠近多模光纤芯子边界传输的高阶模很容易在光纤弯曲时从芯子泄露出去，从芯子泄露出去 的光一部分会返回芯子， 一部分会在包层中传输， 一部分会穿过涂覆层泄露出去。当弯曲半 径减小时，从芯子泄露出去的光会增加，光纤传输系统的衰减就会增加，从而可能会导致信号失真，增加了系统出现误码的可能。2、小弯曲半径下光纤寿命不受影响。抗弯曲多模光纤工作时可能长期处于小弯曲半径下，当光纤弯曲时，光纤外侧必然受到张应力的作用，其应五.r力大小可用下列公式表示 (^ + <^+")式中，E为石英玻璃的扬氏模量、R为弯曲半径、r为光纤的半径、Qh为涂覆层厚度。对于玻璃包层直径为125微米和外径为250微米 的光纤，当弯曲半径减小至6.5mm时，光纤弯曲外侧将承受0.69GPa (100kpsi)的张应力， 己达到光纤的常用筛选张力。光纤弯曲引起的断裂一方面会发生在敷设过程中，将引起敷设 成本的增加；更严重的是发生在使用过程中，这是因为光纤在张应力作用下，微裂纹会扩张 并可能最终导致光纤的断裂，特别是在FTTx的应用中将大大增加维护成本和影响系统的可 靠性。因此，与普通多模光纤相比，抗弯曲多模光纤必须有很好的机械性能，即在小弯曲半 径状态下，要具有很好的机械可靠性以确保其使用寿命。这就要求光纤具有较小的残存应力 和较少的缺陷。3、具有较高带宽，可以满足10Gb/s，甚至是40Gb/s以太网的需要。降低光纤弯曲附加衰减的一个有效方法是采用下陷包层的设计，其折射率剖面主要有"壕 沟型"(图1所示)和"双包层型"(图2所示)两种。美国专利US20080166094A1，US20090169163A1和US20090154888A1就是采用的此类设计。其设计原理为当光纤受到 小的弯曲时，从芯子泄露出去的光会较大比例的限制在内包层并返回到芯子中，从而有效降 低了光纤宏弯附加损耗。但是，如何保证此类光纤长期工作在小半径状态下的使用寿命，仍然有待进一步的解决。 图1所示折射率剖面对应的光纤由于芯层高掺锗而下陷包层高掺氟，且芯层和下陷包层相距 很近，而掺锗和掺氟石英玻璃的膨胀系数相差很大，光纤内部势必具有很大的内应力，虽然 因应力引起的弯曲附加损耗可通过下陷包层进行克服，但内应力会对光纤的寿命产生严重影 响，且当光纤弯曲时其剖面结构因应力的作用而发生畸变进而影响光纤的传输带宽。图2所 示折射率剖面对应的光纤按照该美国专利所述的材料组成设计，也会同图1所示折射率剖面对应的光纤一样，具有很大的内应力。并且这种内引力是由于各层的热膨胀系数不同所引起 的永久性应力，很难仅仅通过调整工艺优化退火来消除，必须从材料组成和结构设计方面来 解决。对于光纤寿命的预测，在ITU—TG657光纤标准的附录中已有简要介绍，光纤的使用 寿命与光纤的动态疲劳参数nd有关，动态疲劳参数rid越高，在同等弯曲半径和存放长度下， 光纤的机械可靠性就越高。因此，改进光纤材料组成和剖面结构的效果可以通过测试光纤的 动态疲劳参数iid来检验。另外，要使多模光纤具有很好的带宽，光纤芯折射率剖面必须为近似完美的抛物线。包 括专利CN1183049C在内的方法关注的是如何制备有精确折射率分布的预制棒，然而在光纤 拉制过程中，由于残存的应力和组分的扩散，与预制棒折射率分布相比，光纤折射率分布会 发生畸变。也就是说，即使预制棒折射率分布是完美的抛物线，拉成光纤后光纤折射率分布 也很难保持完美的抛物线。
技术实现思路
为方便介绍本
技术实现思路
，定义部分术语芯棒含有芯层和部分包层的预制件；半径该层外边界与中心点之间的距离； 折射率剖面光纤或光纤预制棒(包括芯棒)玻璃折射率与其半径之间的关系； 相对折射率差<formula>formula see original document page 5</formula>"° , ni和no分别为各对应部分和纯二氧化硅玻璃折射率，除非另做说明，ni为各对应部分的最大折射率；氟(F)的贡献量掺氟(F)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(AF)，以此 来表示掺氟(F)量；锗(Ge)的贡献量掺锗(Ge)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(AGe)， 以此来表示掺锗(Ge)量；套管符合一定几何和掺杂要求的石英玻璃管； RIT工艺将芯棒插入套管中组成光纤预制棒；幂指数律折射率剖面满足下面幂指数函数的折射率剖面，其中，m为光纤轴心的折射 率；r为离开光纤轴心的距离；a为光纤芯半径；a为分布指数；A为芯/包相对折射率差；々)="12 r<a本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种结构设计合理、 光纤的机械可靠性高、使用寿命长的抗弯曲、高带宽的多模光纤及其制造方法。本专利技术多模光纤的技术方案为包括有芯层和包层，其特征在于芯层半径R1为24 26微米，芯层折射率剖面呈抛物线 (a为1.9 2.2)，最大相对折射率差M为0.9 1.1%，芯层外的包层由三部分组成，从内 到外依次为内包层半径R2为芯层半径R1的1.04 1.6倍，相对折射率差厶2为-0.01 0.01%， 中间包层为折射率渐变包层，中间包层半径R3为芯层半径R1的1.06 1.8倍，相对折射率 差由A2递减渐变至A4，外包层半径R4为芯层半径R1的2.38 2.63倍，相对折射率差A4 为-0.20% -0.40%。按上述方案，所述的内包层半径R2的最优方案为芯层半径R1的1.04 1.25倍。按上述方案，所述的外包层相对折射率差A4沿径向为恒定的，或者为渐变的，渐变包括 从内向外递增渐变或从内向外递减渐变。最优方案为相对折射率从内向外递增渐变。按上述方案，所述的外包层相对折射率差A4从内向外递增渐变，从-0.40%递增为-0.25 %，或者从-0.35%递增为-0.15%。按上述方案，所述的外包层相对折射率差A4从内向外递减渐变，从-0.15%递减为-0.35 %，或者从-0.10%递减为-0.30%。按上述方案，各层的材料组成为(掺杂剖面示意图见图6):芯层由掺锗(Ge)和氟(F) 的石英玻璃组成，氟(F)的贡献量AF为-0.03±0.02%;所述的内包层由掺锗(Ge)和氟(F)的石英玻璃组成，从内包层外界面32至内界面21，掺氟和掺锗逐渐连续增加，呈梯度变化; 所述的中间包层由掺氟的石英玻璃组成，由中间包层内界面32至外界面43掺氟逐渐连续增 力口；所述的外包层由掺氟的石英玻璃组成。按上述方案，所述的掺锗(Ge)和氟(F)石英玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗弯曲多模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于芯层半径Ｒ１为２４～２６微米，芯层折射率剖面呈抛物线，最大相对折射率差Δ１为０．９～１．１％，芯层外的包层由三部分组成，从内到外依次为：内包层半径Ｒ２为芯层半径Ｒ１的１．０４～１．６倍，相对折射率差Δ２为－０．０１～０．０１％，中间包层为折射率渐变包层，中间包层半径Ｒ３为芯层半径Ｒ１的１．０６～１．８倍，相对折射率差由Δ２递减渐变至Δ４，外包层半径Ｒ４为芯层半径Ｒ１的２．３８～２．６３倍，相对折射率差Δ４为－０．２０％～－０．４０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张方海，曹蓓蓓，韩庆荣，拉吉马泰，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]