[发明专利]具有低损耗和纳米级结构均匀的芯部的光学纤维

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年7月24日提交的美国临时专利申请序列号62/196,465的优先权权益,该美国临时专利申请为本申请的受让人所有,且通过引用将其以其全文并入本文中。

发明背景

发明领域

本发明整体上涉及纤维光学领域，且特别涉及具有低损耗和纳米级结构均匀的芯部的改进的光学纤维。

背景技术

由于互联网服务的迅速普及，对于能够在长距离内传输大量数据的低损耗光学纤维的需求呈指数增加。

芯部均匀性对于光学传输性能有显著影响。当前生产的纤维具有掺杂有锗(Ge)的芯部且典型地具有超过0.18dB/km的衰减。这样的高衰减是由于来自Ge掺杂剂以及纳米级晶体缺陷的散射。虽然具有无Ge芯部的纤维可以去除一个衰减源，但是重要的是减少纤维芯部中的纳米级晶体缺陷浓度，从而将衰减进一步降低至低于0.18dB/km。

通过降低拉制纤维时的速度可减小纳米级晶体缺陷的浓度。然而，使用较低的拉制速度增加了制造纤维所需的时间量，导致增加的制造成本。

发明概述

通过本发明的多方面解决了这些和其它问题，这些方面涉及具有低损耗和纳米级结构均匀的芯部的光学纤维。

根据该发明的一个方面，光学纤维包括多个同轴纤维区域，该多个同轴纤维区域包括芯部区域和周围的包层区域，其中该同轴纤维区域以各自的量和径向位置掺杂有一种或多种改变折射率的掺杂剂，所述各自的量和径向位置经配置以产生所选择的折射率分布。该芯部区域以各自的量掺杂有一种或多种降低粘度的掺杂剂，所述各自的量经配置以使得在具有大约600cm^-1的频移的拉曼光谱中，该纤维具有纳米级结构，该纳米级结构具有小于0.025的积分D2线缺陷强度。

根据该发明的又一个方面，该芯部区域以各自的量掺杂有一种或多种降低粘度的掺杂剂，所述各自的量经配置以使得该纤维具有残余轴向压缩应力，该残余轴向压缩应力具有大于20MPa的应力幅值和芯部半径的2倍和7倍之间的应力径向范围。

根据该发明的另一个方面，通过该纤维的光传播的大部分由确定的组的纤维区域所支持，该确定的组的纤维区域包括该芯部区域和一个或多个邻近的包层区域。该纤维区域以各自的量和径向位置掺杂有一种或多种降低粘度的掺杂剂，所述各自的量和径向位置经配置以获得在该确定的组中的纤维区域之间的粘度匹配。

附图简要说明

图1显示了示例性阶跃折射率光学纤维的等角(isometr ic)视图。

图2显示了图1中所示纤维的折射率分布。

图3显示了具有内圆周的基管的等角视图，在该内圆周上根据改进的化学气相沉积技术沉积了一系列化学烟灰层。

图4显示了由图3中所示的基管的烧结和固结得到的预制体的等角视图。

图5显示了说明由图4中所示的预制体拉制纤维的图。

图6是示例性二氧化硅分子网络的三维示意图。

图7和8显示了在两组纤维中测得的拉曼光谱：第一组具有掺杂有卤素掺杂剂的芯部，且第二组具有掺杂有卤素和碱金属掺杂剂二者的芯部。

图9显示了示出图7和8的两组纤维中的积分D2线强度的表。

图10显示了说明在1550nm处的纤维衰减和D2缺陷线强度的一般关联的图。

图11显示了列出碱金属和卤素的离子半径和电荷的表。

图12和13显示了对于包含相对低的K掺杂剂浓度的两个示例性预制体的钾和氯掺杂剂浓度与预制体径向位置。

图14和15显示了对于包含相对高的K掺杂剂浓度的两个示例性预制体的钾和氯掺杂剂浓度与预制体径向位置。

图16显示了预制体样品的显微图，对于该预制体样品，在图14中绘制了氯和钾掺杂剂浓度。

图17A显示了在无碱金属的纤维中折射率与径向位置的关系。图17B显示了纤维的轴向应力分布与径向位置的关系。

图18A显示了折射率与径向位置的关系，其中在预制体的中心沉积有K掺杂剂，且由该预制体拉制纤维。图18B显示了纤维轴向应力分布与径向位置的关系。

图19显示了纤维的光谱损耗，该纤维在芯部区域中掺杂有钾，导致减小的纳米级晶体缺陷浓度；以及

图20和21分别显示了根据本发明的又一个方面的光学纤维的侧视图和前视图。

图22显示了图20和21中所示纤维的折射率分布。

图23显示了列出用于图20和21中所显示的纤维的多个参数和掺杂制度的表。