[发明专利]一种超低衰减单模光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传输技术领域，具体涉及一种超低衰减单模光纤，其可支持100G及超100G长距离大容量传输。

背景技术

大数据时代已经到来，互联网、物联网、云管端、4G LTE等技术对数据传输容量提出了更高的需求。2013年，100Gbit/s高速通信已经进入商用时代，不断提高传输速率及传输容量和频谱效率是业内一直不断追求的目标。

在100G高速传输系统中，相干接收系统及数字信号处理DSP得到普遍应用，由于色散和偏振模色散可以在输出端的电域中进行线性补偿，其二者可以认为不再是长距离高速传输系统性能的主要限制因素，现在更多的难点和热点集中在如何降低光纤的衰减和非线性效应，这两个难以用信号处理补偿的因素。

在同样的输入端OSNR情况下，光纤链路中衰减的降低可以转换到接收端的光信噪比OSNR，从而提高输出端的OSNR以及提高系统的OSNR的冗余量。在长距离通信中，利用光纤构筑数千公里的长距离链路，光信号的传输是靠中继站完成的。如果将光纤链路中累积的信号衰减控制到最小，就可以增大相邻两个中继站之间的距离，从而可以减小中继站的数量，最终可以大大减小中继站的运营建设及维护的成本。尤其对于一些环境艰苦、人烟稀少的地方，其优势显而易见。对于运营商，低损耗带来的经济效益不言而喻：

-100G速率下：三种光纤(普通光纤，低损耗光纤，超低损耗光纤)均能达到1000km以上。

-400G速率：LL光纤减少约20％的再生站数；而ULL减少约40％的再生站数。

因此，优化光纤衰减性能后的超低衰减光纤对于运营商来说，不论从优化系统结构还是降低运营维护成本，都具有很重要的意义。

对于光纤制造企业，具体而言，如何降低光纤的衰减：对于石英光纤在600nm-1600nm的衰减主要来自于瑞利散射，由瑞利散射所引起的衰减α_R可由下式计算：

式中，λ为波长(μm)，R为瑞利散射系数(dB/km/μm⁴)；P为光强；当瑞利散射系数确定时，B为相对应的常数。因而只要确定了瑞利散射系数R就可得到因瑞利散射所引起的衰减α_R(dB/km)。瑞利散射一方面是由于密度波动引起的，另一方面是由于浓度波动引起的。因而瑞利散射系数R可表示为：

R＝R_d+R_c

上式中，R_d和R_c分别表示由于密度波动和浓度波动所引起的瑞利散射系数变化。其中R_c为浓度波动因子，其主要受到光纤玻璃部分掺杂浓度的影响，理论上采用越少的Ge和F或者其他掺杂，R_c越小，这也是目前国外某些企业采用纯硅芯设计，实现超低衰减性能的原因。

但是我们需要注意到，瑞利散射系数中还包括另外一个参数R_d。R_d与玻璃的假想温度T_F相关，且伴随玻璃的结构变化和温度变化而变化。玻璃的假想温度T_F是表征玻璃结构一个物理参数，定义为从某温度T‘将玻璃迅速冷却到室温玻璃的结构不再调整而达到某平衡状态对应的温度。当T’>Tf(玻璃的软化温度)，由于玻璃的粘度较小，玻璃结构易于调整，因而每一瞬间玻璃均处于平衡状态，故T_F＝T’；当T’<T_g(玻璃的转变温度)，由于玻璃的粘度较大，玻璃结构难于调整，玻璃的结构调整滞后于温度变化，故T_F>T’；当T_g<T’<T_f(玻璃的软化温度)，玻璃趋向于平衡所需要的时间较短一些，具体与玻璃的组分和冷却速度有关，故T_F>T’或T_F<T’。

在使用纯硅芯设计时，为了保证光纤的全反射，必须使用相对较低折射率的F掺杂内包层进行匹配，以保证芯层和内包层之间保持足够的折射率差异。这样纯硅芯的芯层部分粘度相对较高，而同时大量F掺杂的内包层部分粘度较低，造成光纤结构粘度匹配失衡，从而使纯硅芯结构的光纤虚拟温度迅速增加，造成光纤的R_d增加。这样就不仅抵消掉R_c降低带来的好处，更可能造成光纤衰减反向异常增加。