專利名稱：抗彎曲光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以下描述涉及光纖，以及更具體來說，涉及具有極低彎曲損耗的光纖。
背景技術(shù)：
光纖接入(FTTx)是按照光纖端接的位置來分類的各種光纖傳輸拓?fù)涞慕y(tǒng)稱。近來，連同光纖接入(FTTx)市場的持續(xù)擴大，各國正投資于包括FTTx的基礎(chǔ)設(shè)施。例如，由于智能電話對無線數(shù)據(jù)的使用量的增加、三維(3D)電視的廣泛傳播、電視便攜服務(wù)的引入、諸如長期演進(LTE)和WiMAX之類的無線因特網(wǎng)第四代(4G)的增長等，要求光骨干網(wǎng)的容量的增加。所述FTTx的有效網(wǎng)絡(luò)安裝和操作取決于電纜分布站點的環(huán)境限制。相應(yīng)地，服務(wù)運營商和光纖提供商持續(xù)嘗試克服特別是在極度彎曲環(huán)境中在站點處的物理力產(chǎn)生的彎曲損耗。為了防止因單模光纖的彎曲損耗的降級，已經(jīng)提出模場直徑(MFD)控制技術(shù)、凹陷包層制造技術(shù)、低指數(shù)溝槽制造技術(shù)、具有包層中的各向同性環(huán)結(jié)構(gòu)的納米尺寸氣孔的制造技術(shù)等。但是，能夠保持與現(xiàn)有單模光纖(ITU-T G.652.D)的連接的兼容性、同時滿足國際標(biāo)準(zhǔn)ITU-TG. 656. B3的光學(xué)特性和可靠性規(guī)范的商業(yè)化技術(shù)受到極大限制。在嘗試滿足上述光學(xué)特性和可靠性特性中，已經(jīng)商業(yè)化一種包括其中包含核心、內(nèi)層和最小指數(shù)溝槽層的低指數(shù)溝槽的制造技術(shù)。由于低指數(shù)溝槽技術(shù)采用固體玻璃結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)良機械和環(huán)境可靠性，并且由于它適合于大批量生產(chǎn)，所以低指數(shù)溝槽制造技術(shù)作為用于實現(xiàn)極強抗彎曲光纖的方法已經(jīng)引起極大關(guān)注。近來，由于分布站點中所需的彎曲特性已變得更為嚴(yán)格，所以已經(jīng)努力通過形成深溝槽來加強彎曲損耗特性。

但是，低指數(shù)溝槽制造技術(shù)的一個難題是在保持短截止波長的同時使彎曲損耗為最小。光纖中的截止波長的特性與彎曲損耗特性成反比。相應(yīng)地，隨著彎曲特性加強，高階模式變得難以控制。例如，引導(dǎo)光纖中的波的高階模式、例如LPll或更高因深溝槽區(qū)的界面條件、即指數(shù)差而更為集中，使得在保持高階模式特性的同時跨長距離引導(dǎo)波。為了解決上述問題，執(zhí)行對于核心和溝槽層的摻雜濃度以及核心和溝槽層的尺寸的控制，這通常降低實際制造過程的產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了一種光纖，包括核心，包含所述光纖中的最大折射率差Δη ;內(nèi)層，包含比所述核心的所述最大折射率要小并且沿離開所述核心的方向減小的折射率差Δη2，所述內(nèi)層定位在所述核心外部；以及溝槽層，包含比所述內(nèi)層的折射率差要小的內(nèi)圓周折射率差Λη3以及作為所述光纖中的最小折射率差的外圓周折射率差Λη4，所述溝槽層定位在所述內(nèi)層外部，其中，所述溝槽層的折射率差從所述溝槽層的內(nèi)表面到外表面逐漸減小，所述內(nèi)圓周折射率差Δη3與所述外圓周折射率差Δη4的比率(Λη3/Λη4)大于
O.6但小于1，所述核心的半徑‘a(chǎn)’與所述內(nèi)層的厚度‘b’的比率(&+13)/13為2.8以下，并且所述光纖包括1260nm以下的截止波長、在波長為1550nm、半徑為IOmm以下的彎曲中的1.OdB以下的彎曲損耗α I以及小于2. 7的在1625nm的彎曲損耗α 2與在1550nm的所述彎曲損耗α I的比率(α2/α I)。所述核心的最大折射率差小于O. 48 Λ %，并且所述溝槽層的所述外圓周折射率差可小于-O. 21 Λ %。所述光纖還可包括具有比所述溝槽層的所述折射率差要大但比所述核心的所述最大折射率要小的折射率差的外層，所述外層定位在所述溝槽層外部。所述內(nèi)層的所述折射率差Λη2的范圍可以是-0.07 Λ %至O.1 Λ %。所述核心的所述半徑的范圍可以是3. O μ m至7. O μ m。所述內(nèi)層的所述厚度的范圍可以是4. 5μπι至17. 5μπι。在1625nm的所述彎曲損耗α 2與在1550nm的所述彎曲損耗α I的比率(α 2/α I)可以是2.5以下。所述光纖可具有范圍為1 300nm至1324nm的零色散波長并且零色散波長的斜率小于 O. 092ps/ (nm2 · km)。所述內(nèi)層可包括第一內(nèi)子層，具有沿離開所述核心的方向減小的折射率差；以及第二內(nèi)子層，具有恒定折射率差。所述溝槽層可通過改進化學(xué)汽相沉積(MCVD)過程來形成，以及所述溝槽層可通過將SiO2以及F摻雜劑沉積在基底管上并且增加所述F摻雜劑的流率來形成。所述溝槽層可通過外部汽相沉積過程來形成，以及所述溝槽層可通過依次降低形成所述溝槽層的碳煙密度來形成。通過以下詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求書，其它特征和方面會是顯而易見的。


圖1A和圖1B是示出光纖的示例的簡圖。圖2是示出折射率差分布的示例的簡圖。圖3是示出相對于溝槽層的內(nèi)圓周折射率差的變化的MFD的變化和擴散值的變化的示例的簡圖。圖4A和圖4B是示出在光纖彎曲時光纖中的折射率差分布的變化的示例的簡圖。圖5A至圖5C是示出溝槽層的各種折射率差分布的示例的簡圖。圖6是示出相對于第三光纖中的溝槽層的內(nèi)圓周折射率差Λη3與外圓周折射率差Δη4的比率(Λη3/Λη4)的彎曲損耗的變化的示例的簡圖。圖7是示出第一至第三光纖的彎曲損耗和截止波長的示例的簡圖。圖8是示出相對于按照改進化學(xué)汽相沉積(MCVD)方法來制造核心基本材料的過程中的諸如CF4或SiF4之類的包含F(xiàn)的摻雜劑的流率的溝槽層的內(nèi)圓周折射率差Λη3的變化的示例的簡圖。圖9是示出相對于按照外部汽相沉積方法來制造核心基本材料的過程中的碳煙密度(soot density)的溝槽層的內(nèi)圓周折射率差Λη3的變化的示例的簡圖。除非另加說明，否則在全部附圖和詳細(xì)描述中，相同附圖參考標(biāo)號將被理解為表示相同元件、特征和結(jié)構(gòu)。為了清楚、方便起見和便于說明，這些元件的相對尺寸和說明可經(jīng)過放大。
具體實施例方式提供以下詳細(xì)描述以幫助讀者獲得對本文所述方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的全面理解。相應(yīng)地，本文所述方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的各種變更、修改和等效方案將是本領(lǐng)域的技術(shù)人員會想到的。另外，為了增加的清晰性和準(zhǔn)確性，可省略眾所周知的功能和構(gòu)造的描述。圖1A和圖1B示出光纖的示例，以及圖2示出圖1A和圖1B的光纖中所示的折射率差分布的示例。圖1A示出光纖100的截面，以及圖1B是示出按照光纖100的截面的折射率差分布的示例的圖表。參照圖1A和圖1B，光纖100包括核心110和包層115。核心110定位在光纖100的中心，具有較大折射率差，并且可通過全內(nèi)反射來傳送光信號。在這個示例中，包層115定位在核心110外部的周圍，并且具有較小折射率差。例如，包層115可定位成沿核心110的外圓周完全包圍核心110。核心110處于實心圓柱形狀，并且包層115處于圓管形狀，使得核心110和包層115相互同心地定位。核心110具有光纖100中的最大折射率差。核心110的折射率差Λ nl可在核心110的整個區(qū)域之上保持為恒定。例如，核心110的折射率差A(yù)nl可在O. 24Λ% 0. 48Λ%(其中可簡單地表示為％)的范圍之內(nèi)，以及具體來說可包含在0.31 Λ % 0.41 Λ %的范圍之內(nèi)。作為另一個示例，核心110的半徑可在3. Ομπι 7. Ομπι的范圍之內(nèi)，以及具體來說可包含在4. Ομπι 5. Ομπι的范圍之內(nèi)。核心110的半徑可在與核心110的最大折射率差的1/2對應(yīng)的位置來測量。例如，光纖100的層之間的折射率差可定義為每層的折射率與包層115中定位在最外面的外層140的折射率之間的差。在這里，Λ %表示折射率差以百分比來表示。外層140的折射率差為O。

包層115包括內(nèi)層120、外層140以及定位在內(nèi)層120與外層140之間的溝槽層130。內(nèi)層120可具有沿離開核心110的外圓周到光纖100的邊緣的方向逐漸減小的折射率差Λη2。外層140可具有與內(nèi)層120的最小折射率差相似的折射率差。溝槽層130可具有光纖100的層之間的最小折射率差。例如，內(nèi)層120、溝槽層130和外層140可依次沉積在核心110的外圓周表面上，具有圓管形狀，并且可相對于核心110同心地定位。內(nèi)層120包括第一和第二內(nèi)子層121、122，第一和第二內(nèi)子層121、122可依次沉積在核心110的外圓周表面上，具有圓管形狀，并且可相對于核心110同心地定位。第一內(nèi)子層121可具有折射率差分布，其中折射率差沿從接觸核心110的外圓周表面的內(nèi)圓周到第一內(nèi)子層121的外圓周的方向逐漸減小。例如，第一內(nèi)子層121的內(nèi)圓周折射率差可比核心110的折射率差要小，并且可比外層140的折射率差要大。第一內(nèi)子層121的外圓周折射率差可等于外層140的折射率差。作為一個示例，第一內(nèi)子層121可具有折射率差分布，使得折射率差沿從第一內(nèi)子層121的內(nèi)圓周到其外圓周的方向線性減小。第二內(nèi)子層122可具有與第一內(nèi)子層121的外圓周折射率差相等的恒定折射率差。例如，內(nèi)層120的折射率差Λη2可包含在-0.07 Λ % O.1 Λ %的范圍之內(nèi)。為了使彎曲所引起的光損耗為最小并且得到最大或改進模場直徑(MFD)，內(nèi)層120的折射率差可包含在-0.07 Λ % 0.02 Λ %的范圍之內(nèi)。內(nèi)層120的范圍可定義為沿從核心110到外圓周的方向從對應(yīng)于O. 05 Λ %的折射率差的位置到對應(yīng)于-O. 05 Λ %的折射率差的位置的區(qū)域。內(nèi)層120自接觸核心110的位置的厚度b可以是4. 5μπι至17. 5μπι。本文中，核心Iio的半徑a與內(nèi)層120的厚度b的比率(a+b)/b可以是2. 8以下，以及具體來說可小于 2. 7。溝槽層130可沉積在內(nèi)層120的外圓周表面上，具有圓管形狀，并且可相對于核心110和內(nèi)層120同心地定位。溝槽層130可具有折射率差分布，使得折射率差沿從溝槽層130的內(nèi)圓周到其外圓周的方向線性減小。溝槽層130的外圓周折射率差可對應(yīng)于光纖100的最小折射率差，并且溝槽層130可具有折射率差分布，其中折射率差沿從溝槽層130的內(nèi)圓周到其外圓周的方向逐漸減小。外層140包圍溝槽層130，并且可具有與一般純硅玻璃的折射率近似相等的例如1.456的折射率。圖3示出相對于溝槽層130的內(nèi)圓周折射率差的變化的MFD的變化和擴散值的變化的示例。參照圖3,水平軸表示溝槽層130的內(nèi)圓周折射率差Δη3,左垂直軸表示相對于波長1310nm的光線的MFD，以及右垂直軸表示擴散值。隨著溝槽層130的內(nèi)圓周折射率差Δη3與內(nèi)層120的最小折射率差之間的差減小，MFD增加而擴散值減小。MFD的增加擴大穿透溝槽層130的光波的分布，由此降低核心110的有效折射率差。漏模是高階模式LPll的一個示例。例如，通過將溝槽層130的內(nèi)圓周折射率差Λη3保持為盡可能大，漏模的損耗可增加，由此保證在短距離使用波長的單模條件。通常，當(dāng)一般光纖彎曲時，包層的折射率顯著變化。由于折射率的這種變化，光纖中傳播的光線的損耗增加，使得光線的長距`離傳輸是困難或者甚至是不可能的。對于光線的長距離傳輸，彎曲損耗必須降低，為此，包層相對于彎曲的的折射率的變化必須降低。圖4Α和圖4Β示出在光纖100彎曲時光纖100中的折射率差分布的變化的示例。圖4Α示出正常狀態(tài)中的光纖100的折射率差分布的示例，以及圖4Β示出光纖100繞半徑為5mm以下的圓筒盤繞一圈時的光纖100的折射率差分布的不例。參照圖4A和圖4B，當(dāng)光纖100彎曲時，包層的折射率顯著變化。在正常狀態(tài)中，溝槽層130的外圓周折射率差Λη4比內(nèi)圓周折射率差Λη3要小，使得盡管光纖100彎曲，溝槽層130的折射率差分布也變得均勻。也就是說，按照各個方面，當(dāng)光纖100彎曲時，可得到溝槽層130中的最小折射率變化。另外，通過使溝槽層130的外圓周折射率差Λη4小于內(nèi)圓周折射率差ΛΜ，短波長與長波長之間的彎曲損耗差可降低2. 5倍或更低。由于波長相關(guān)性的這種改進，能夠在訂戶網(wǎng)絡(luò)操作中促進長波長的利用。光纖100可滿足關(guān)系A(chǔ)nl> Δη2 > Δη3 > Δη4。圖5Α至圖5C不出溝槽層的各種折射率差分布的不例。圖5A不出具有彼此相等的內(nèi)圓周折射率差Λη3和外圓周折射率差Λη4的第一光纖的折射率差分布的示例。圖5Β示出具有內(nèi)圓周折射率差和外圓周折射率差Λη4的第二光纖的折射率差分布的示例，其中內(nèi)圓周折射率差Λη3比外圓周折射率差Λη4要小。圖5C示出具有內(nèi)圓周折射率差Λη3和外圓周折射率差Λη4的第三光纖的折射率差分布的示例，其中內(nèi)圓周折射率差Δη3比外圓周折射率差Λη4要大。
本文中的表I示出光纖特性的比較的示例。在這個示例中，具有條件Δη3 = Δη4的第一光纖保持具有小折射率差的大溝槽層，因而具有小彎曲損耗和小的每波長損耗，但是因高階模式濃度而具有大截止波長。具有條件Λη3< Λη4的第二光纖因包層的顯著折射率變化而在彎曲損耗較弱。同時，具有條件AM的第三光纖因高階模式濃度而具有小彎曲損耗和較小截止波長。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種光纖，包括核心，包含所述光纖中的最大折射率差A(yù)nl ；內(nèi)層，包含比所述核心的所述最大折射率要小并且沿離開所述核心的方向減小的折射率差△&，所述內(nèi)層定位在所述核心外部；以及溝槽層，包含比所述內(nèi)層的所述折射率差要小的內(nèi)圓周折射率差Λη3以及作為所述光纖中的最小折射率差的外圓周折射率差ΛΜ，所述溝槽層定位在所述內(nèi)層外部，其中，所述溝槽層的折射率差從所述溝槽層的內(nèi)表面到外表面逐漸減小，所述內(nèi)圓周折射率差Λη3與所述外圓周折射率差Λη4的比率(Λη3/Λη4)大于O. 6但小于1，所述核心的半徑‘a(chǎn)’與所述內(nèi)層的厚度‘b’的比率(a+b)/b小于2. 8，并且所述光纖包括1260nm以下的截止波長、在波長為1550nm、半徑為IOmm以下的彎曲中的1. OdB以下的彎曲損耗α I 以及小于2. 7的在1625nm的彎曲損耗α 2與在1550nm的所述彎曲損耗α I的比率(α 2/ α I)。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中，所述核心的所述最大折射率差小于O.48 Λ %，并且所述溝槽層的所述外圓周折射率差小于-O. 21 Λ %。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖，還包括具有比所述溝槽層的所述折射率差要大但比所述核心的所述最大折射率要小的折射率差的外層，所述外層定位在所述溝槽層外部。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中所述內(nèi)層的所述折射率差Λη2的范圍為-0.07 Λ % 至 O.1 Λ %。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中所述核心的所述半徑的范圍為3.O μ m至7. O μ m。
6.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中所述內(nèi)層的所述厚度的范圍為4.5 μ m至17. 5 μ m。
7.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中所述光纖在波長為1550nm、半徑為2.5mm的彎曲中具有1. OdB/圈以下的彎曲損耗。
8.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中在1625nm的所述彎曲損耗α2與在1550nm的所述彎曲損耗α I的比率(α 2/ α I)為2. 5以下。
9.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中所述光纖具有范圍為1300nm至1324nm的零色散波長并且所述零色散波長的斜率小于O. 092ps/(nm2 · km)。
10.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中，所述內(nèi)層包括第一內(nèi)子層，具有沿離開所述核心的方向減小的折射率差；以及第二內(nèi)子層，具有恒定折射。
11.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中，所述溝槽層通過改進化學(xué)汽相沉積(MCVD)過程來形成，以及所述溝槽層通過將SiO2以及F摻雜劑沉積在基底管上并且增加所述F摻雜劑的流率來形成。
12.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中所述溝槽層通過外部汽相沉積過程來形成，以及所述溝槽層通過依次降低形成所述溝槽層的碳煙的密度來形成。
全文摘要
所提供的是抗極端彎曲光纖。光纖包括核心，包含所述光纖中的最大折射率差Δn1；內(nèi)層，包含比所述核心的所述最大折射率要小并且沿離開所述核心的方向減小的折射率差Δn2，所述內(nèi)層定位在所述核心外部；以及溝槽層，包含比所述內(nèi)層的折射率差要小的內(nèi)圓周折射率差Δn3以及作為所述光纖中的最小折射率差的外圓周折射率差Δn4，所述溝槽層定位在所述內(nèi)層外部。
文檔編號G02B6/036GK103048732SQ20121042898
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者李永燮, 都文顯, 宋時鎬, 表明煥, 吳大煥, 李源善, 文大丞, 李泰炯, 金泰勛 申請人:三星光通信株式會社