[发明专利]单模光纤及其制备方法

说明书

本发明提供的一种单模光纤及其制备方法。该单模光纤包括裸光纤和包覆在裸光纤外的涂覆层，裸光纤包括同轴设置的氟和碱金属共掺二氧化硅的芯层、氟掺二氧化硅的下陷内包层、氟掺二氧化硅的辅助内包层和低氯二氧化硅的外包层，下陷内包层的外表层区域形成高羟基含量层，裸光纤的折射率分布呈阶跃型。通过合理设计剖面折射率分布，增大了光纤有效面积；采用在纯二氧化硅的芯层掺碱金属和掺氟，在下陷内包层外形成高羟基层，低氯纯二氧化硅的外包层等设计，改善光纤内外部的粘度匹配，减少光纤制备过程中缺陷，降低了光纤的衰减参数；在芯层外直接设置下陷内包层，确保了光纤具有良好的弯曲性能。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，特别是指一种单模光纤及其制备方法。

背景技术

随着移动互联网、云计算、大数据等技术的飞速发展，全球带宽需求呈爆炸式增长，400G是未来下一代骨干网升级和新建的方向，高速大容量成为必然需求。传输容量和距离的增长需要更高的入纤功率和更低的光纤损耗来满足可分辨的信噪比需求。但随着光纤功率的增加，光纤芯层会产生非线性效应，使得系统产生信号串扰和信噪比降低，从而无法继续提高传输容量。比如海底传输系统和陆地长距离传输(比如电力光缆)对传输容量和距离有较高的要求，因此开发设计一种具有超低损耗和大有效面积的光纤成为光纤制造领域的一个重要课题。增大光纤的有效面积，就是为系统提高光信噪比和降低非线性效应的效果，需要通过改变光纤纤芯、包层的折射率分布、纤芯的尺寸和包层的占比来增大有效面积。常见的陆地传输普通单模光纤的有效面积仅约80μm²左右。而陆地长距离传输系统的有效面积需要在120μm²以上，海底传输系统的有效面积最好在140μm²以上，甚至更高。另一方面，光通信系统的传输距离与光纤衰减成反比，光纤衰减的高低直接影响传输距离或中继站数量，为了减少造价高昂、维护困难的中继站(或设施)，实现更大的系统跨度，需要降低光纤的衰减系数，达成超低损耗。

对于石英光纤，在600nm～1600nm波段的衰减主要来自于瑞利散射，瑞利散射一方面由浓度波动引起，另一方面由密度波动引起。浓度波动主要受光纤内掺杂元素的浓度波动影响，理论上采用越少的掺杂量，浓度波动就越小。在常规光纤的剖面设计及制造方法中，芯层使用较大量的锗和氟掺杂，为了获得最优的宏弯性能，芯层的相对折射率一般都大于0.35％，即芯层锗掺杂较多，因此会带来较大的瑞利散射从而增加光纤的衰减，因此采用纯硅芯设计是实现超低损耗性能的有效方法。而密度波动与玻璃的假想温度T_F相关，且伴随玻璃的组分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平衡状态对应的温度，实践表明T’的高低对T_F有着较大的影响。假想温度除了与光纤制备过程的热历史有关系外，与光纤玻璃的材料组分也有着明显的影响。具体而言，材料组分对光纤玻璃材料的粘度、热膨胀系数和冷却过程的弛豫时间的影响，直接决定着光纤的假想温度。超低损耗光纤的结构一般分为几个部分，如典型的芯层、内包层和外包层，或更复杂的结构。所以需要对多个部分之间材料的组分差异进行合理的匹配，在保证光纤波导结构的前提下尽量使玻璃在拉丝应力作用下光纤各层之间没有明显的缺陷，造成光纤衰减异常。