一种多波段衰减平坦光纤的制作方法

13.其中，当δn2的取值范围为0.0～0.03时，a4的取值范围为0.11～0.41；当δn2的取值范围为0.11～0.25时，a4的取值范围为0.0～0.13。
14.一些实施例中，所述中心渐变芯层折射率为n1，n1与n5的相对折射率差为δn1；
15.δn2的取值范围为0.0～0.03时，δn1＝[a1×
(x1 x
12
) b1]/100，其中，x1为所述中心渐变芯层内任意一点到中心渐变芯层中心零点的距离，a1取值范围为1.8％～2.4％，b1取值范围为0.18％～0.24％；
[0016]
δn2的取值范围为0.11～0.25时，δn1＝[a1×
(x1 x
12
x
13
－1) b1]/100，其中，x1为所述中心渐变芯层内任意一点到中心渐变芯层中心零点的距离，a1取值范围为1.0％～2.0％，b1取值范围为0.10～0.24。
[0017]
一些实施例中，所述过渡芯层折射率为n3，n3与n5的相对折射率差为δn3；
[0018]
δn3＝[b3×
(1－a3×
x
32
)]/100
[0019]
其中，x3为所述过渡芯层内任意一点到平坦芯层的距离；当δn2的取值范围为0.0～0.03时，a3取值范围为10～30，b3取值范围为0.08～0.12；当δn2的取值范围为0.11～0.25时，a3取值范围为0.9～1.0，b3取值范围为0.11～0.25。
[0020]
一些实施例中，当中心渐变芯层、平坦芯层和平坦抑制包层均掺杂有锗时，所述平坦抑制包层中掺杂有用于降低其粘度的碱金属元素或者卤素。
[0021]
一些实施例中，当中心渐变芯层和平坦抑制包层均掺杂有氟时，所述中心渐变芯层、平坦芯层中掺杂有用于降低其粘度的碱金属元素或者卤素。
[0022]
一些实施例中，所述碱金属元素为钾、锂中的至少一种，所述卤素为氯元素。
[0023]
一些实施例中，其动摩擦系数值为0.1～0.5。
[0024]
一些实施例中，当中心渐变芯层、平坦芯层和平坦抑制包层均掺杂有锗时，多波段衰减平坦光纤的截止波长小于1310nm，工作波长在1550nm时，衰减值低于0.190db/km，c l波段的多波段衰减平坦度低于0.02db，在1500nm～1650nm的涵盖部分s和u波段的多波段衰减平坦度可低于0.03db；
[0025]
当中心渐变芯层和平坦抑制包层均掺杂有氟时，多波段衰减平坦光纤的截止波长为1350nm～1480nm，工作波长在1550nm时，衰减值低于0.170db/km，c l波段的多波段衰减平坦度低于0.01db。
[0026]
本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0027]
本技术提供的光纤可以实现部分s c l 部分u波段的衰减平坦。
[0028]
现有常规单模光纤例如g.652.d、g.654的最低衰减一般出现在波长1550nm～1565nm附近。如波长大于该波长范围，则会因为波导结构带来的宏弯损耗增大和材料本身的红外吸收等本征吸收增大的影响，光纤的衰减会增大；如波长小于该波长范围，则会由于光纤材料的本征紫外吸收和瑞利散射的影响，光纤的衰减也会增大。
[0029]
而光纤放大器对光纤链路的增益是以1550nm左右为中心来向两边均匀扩展。如果1550nm两端的波段范围相对1550nm本身衰减差异过大，则无法被光纤放大器均匀放大，相应的无法被均匀放大的波段则无法在传输中使用。
[0030]
现有的常规单模光纤主要使用波段为c波段和l波段，部分靠近c波段的s波段以及部分靠近l波段的u波段都因为其衰减与1550nm的衰减差距过大，而无法在通信链路传输中被使用。这限制了通过使用更多的波长来扩展传输容量。
[0031]
本技术从波导结构与材料掺杂两个方面出发，在平坦芯层内外设计中心渐变芯层和过渡芯层，并使二者的相对折射率差呈多项式线形平滑过渡，可以更好的抑制长波长段的宏弯损耗。
[0032]
通过在过渡芯层外设计平坦抑制包层，可进一步控制光纤的微弯损耗。
[0033]
在中心渐变芯层、平坦芯层和平坦抑制包层同掺锗或中心渐变芯层和平坦抑制包层同掺氟则可使芯层和包层之间的粘度相互匹配，从而降低芯层和包层间的应力，其对控制长波长的波导损耗带来帮助；而粘度匹配带来的应力降低可进一步降低芯层内因外界应力干扰带来的微小石英材料的密度起伏，从而控制其因瑞利散射的影响带来的短波长损耗增加的问题。
[0034]
由于掺锗可以提升平坦抑制包层na，而掺氟则会降低平坦抑制包层的na，在平坦抑制包层同时掺锗和氟时，可在保持平坦抑制包层与石英包层相对的na的情况下，进一步降低平坦抑制包层的粘度，从而为在实现芯层和平坦抑制包层粘度相当的情况下，增加芯层掺锗的浓度创造了条件。
[0035]
这样如需要使芯层掺入更多的锗，则可在平坦抑制包层对应掺入一定量的锗和氟。而芯层掺入更多的锗，一方面可以匀化芯区的材料密度波动，使因瑞利散射影响的短波长的衰减向c波段靠近，另一方面锗的掺入，由于其形成的二氧化锗有降低红外吸收作用，从而可降低长波长因红外吸收带来的衰减增大。
[0036]
这样本技术在保持与常规单模光纤1550nm衰减特性相当或略低的同时，l波段、部分s以及部分u波段相比以1550nm为中心的c波段的衰减的差值可以达到光纤放大器容许的平坦范围，从而实现了c l波段衰减平坦的通信单模光纤，并在c l和部分s以及部分u波段区间也实现了较为平坦的衰减，该光纤与现有光纤具有良好兼容特性。
附图说明
[0037]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]
图1为本技术实施例提供的多波段衰减平坦光纤端面示意图；
[0039]
图2为本技术实施例提供的多波段衰减平坦光纤波导结构示意图。
[0040]
图中：1、中心渐变芯层；2、平坦芯层；3、过渡芯层；4、平坦抑制包层；5、石英包层；6、内涂层；7、外涂层。
具体实施方式
[0041]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0042]
硅基光纤的衰减可以表达为：
[0043]
α
tot
＝α
uv
α
ir
α
abs
α
scattering
α
waveguide
[0044]
α
tot
为光纤的总衰减，α
uv
为电子跃迁带来的吸收损耗，α
ir
为多声子吸收带来的损耗，α
abs
为杂质与缺陷吸收带来的损耗，α
scattering
为散射带来的损耗，α
waveguide
为波导损耗；对于通信光纤来说，杂质、缺陷、散射与波导损耗是影响光纤衰减的主要原因。
[0045]
当衰减已降低到一定程度，开始追求将s、c、l乃至u波段间的衰减差值变小的时候，杂质和缺陷不再是解决多波段衰减平坦的主要原因，此时主要的问题是如何处理散射和波导损耗对多波段间衰减平坦的影响问题。
[0046]
对石英光纤而言，因紫外吸收和红外吸收，以最低衰减波段c波段为中心，其在s波段会因红外吸收等而衰减变大，在l及u波段，则会应红外吸收而衰减偏大；因此在散射损耗方面，需要考虑如何优化因此带来的紫外与红外吸收损耗，从而减小由此带来的多波段间衰减差值.
[0047]
另外，由于波导损耗的影响，随着工作波长远离截止波长，其波导损耗会逐渐增加，这一点在l及u波段表现会更加明显，因此，如需要减小l，乃至u波段与c波段的衰减间的差值，则需要考虑优化波导损耗，以降低l和u波段衰减。
[0048]
为了减小多波段间衰减差值，参见图1和图2所示，本技术实施例提供了一种多波段衰减平坦光纤，其包括沿径向由内到外依次布置的中心渐变芯层1、平坦芯层2、过渡芯层3、平坦抑制包层4和石英包层5；中心渐变芯层1的折射率小于平坦芯层2的折射率，平坦芯层2的折射率大于过渡芯层3的折射率，过渡芯层3的折射率大于平坦抑制包层4的折射率；沿径向由内到外，中心渐变芯层1的相对折射率差呈第一多项式线形增加，过渡芯层3的相对折射率差呈第二多项式线形下降；中心渐变芯层1、平坦芯层2和平坦抑制包层4均掺杂有锗，或者中心渐变芯层1和平坦抑制包层4均掺杂有氟。
[0049]
本技术从波导结构与材料掺杂两个方面出发，在平坦芯层2内外设计中心渐变芯层1和过渡芯层3，并使二者的相对折射率差呈多项式线形平滑过渡，以及在过渡芯层3外设计平坦抑制包层4，并使中心渐变芯层1、平坦芯层2和平坦抑制包层4同掺锗，或中心渐变芯层1和平坦抑制包层4均掺氟，实现了c l波段衰减平坦的通信单模光纤，并在c l和部分s以及部分u波段区间也实现了较为平坦的衰减，该光纤与现有光纤具有良好兼容特性，可同时满足g.652.d，乃至在进行优化后，可满足g.657.a系列光纤的应用要求。
[0050]
结合图2所示，当希望截止波长控制在1310nm以下时，中心渐变芯层1、平坦芯层2和平坦抑制包层4均掺入较多的锗，并在中心渐变芯层1、平坦芯层2掺入更多的锗，以更进一步抬升中心渐变芯层1、平坦芯层2的折射率，并使中心渐变芯层1的相对折射率差呈第一多项式线形，过渡芯层3的相对折射率差呈第二多项式线形，以平滑内部组分的均匀掺杂；同时在平坦抑制包层4中掺入一定量的钾、锂等碱金属元素或掺入氯等卤素以降低抑制粘度。
[0051]
多波段衰减平坦光纤的截止波长小于1310nm，工作波长在1550nm时，衰减值低于0.190db/km，c l波段的多波段衰减平坦度低于0.02db，典型值可达到0.010～0.015db；在1500nm～1650nm的涵盖部分s和u波段的多波段衰减平坦度可低于0.03db；中心渐变芯层1、平坦芯层2作为整体对应的模场直径范围为8.5～11.0微米，平坦抑制包层4与之进行匹配比例，其范围为45.0～125.0微米。
[0052]
当希望截止波长控制在1350nm～1480nm以内时，平坦抑制包层4掺氟，中心渐变芯层1、平坦芯层2为纯石英纤芯，并在中心渐变芯层1、平坦芯层2掺入一定量的钾、锂等碱金
属元素或掺入氯等卤素以降低抑制粘度，同时其折射率曲线设计上，在中心渐变芯层1中逐步掺入微量氟，以使其相对折射率差呈第一多项式线形，在过渡芯层3上逐步掺入一定量的氟，以使其相对折射率差呈第二多项式线形，平滑内部组分的均匀掺杂。
[0053]
多波段衰减平坦光纤的截止波长为1350nm～1480nm，工作波长在1550nm时，衰减值低于0.170db/km，典型值可优于0.160db/km，c l波段的多波段衰减平坦度低于0.01db，典型值可优于0.008db；中心渐变芯层1、平坦芯层2作为整体对应的模场直径范围为9.0～12.0微米，平坦抑制包层4与之进行匹配比例，其范围为45.0～125.0微米。
[0054]
需要说明的是，为了获得想要的波导结构，当中心渐变芯层1、平坦芯层2和平坦抑制包层4均掺杂有锗时，根据实际需求，还可以在平坦抑制包层4中掺氟；当中心渐变芯层1和平坦抑制包层4均掺杂有氟时，根据实际需求，还可以在中心渐变芯层1、平坦芯层2中掺锗。
[0055]
本技术采用如下公式计算相对折射率差δni：
[0056]
δni＝(n
i-n5)/(ni n5)*100％
[0057]
其中n5为石英包层5的折射率，对本技术而言，当计算中心渐变芯层1与石英包层5的相对折射率差δn1时，公式中ni为中心渐变芯层1的折射率n1；当计算平坦芯层2与石英包层5的相对折射率差δn2时，公式中ni为平坦芯层2的折射率n2；其他各层以此类推。
[0058]
本技术中，平坦芯层2的相对折射率差δn2的取值范围为0.0～0.03和0.11～0.25。
[0059]
平坦抑制包层4折射率为n4，n4与n5的相对折射率差为δn4；平坦抑制包层4的相对折射率差为δn4通过下式来实现：
[0060]
δn4＝δn2－a4[0061]
其中，当δn2的取值范围为0.0～0.03时，a4的取值范围为0.11～0.41；当δn2的取值范围为0.11～0.25时，a4的取值范围为0.0～0.13。
[0062]
即平坦抑制包层4的相对折射率差为δn4通过以平坦芯层2的相对折射率差δn2为基准进行调整。
[0063]
中心渐变芯层1折射率为n1，n1与n5的相对折射率差为δn1；中心渐变芯层1的相对折射率差为δn1通过下式来实现：
[0064]
当δn2的取值范围为0.0～0.03时，中心渐变芯层1的相对折射率差δn1＝[a1×
(x1 x
12
) b1]/100，其中，x1为中心渐变芯层1内任意一点到中心渐变芯层1中心零点的距离，a1取值范围为1.8％～2.4％，b1取值范围为0.18％～0.24％。
[0065]
当δn2的取值范围为0.11～0.25时，中心渐变芯层1的相对折射率差δn1＝[a1×
(x1 x
12
x
13
－1) b1]/100，其中，x1为中心渐变芯层1内任意一点到中心渐变芯层1中心零点的距离，a1取值范围为1.0％～2.0％，b1取值范围为0.10～0.24。
[0066]
过渡芯层3折射率为n3，n3与n5的相对折射率差为δn3；过渡芯层3的相对折射率差为δn3通过下式来实现：
[0067]
δn3＝[b3×
(1－a3×
x
32
)]/100
[0068]
其中，x3为过渡芯层3内任意一点到平坦芯层2的距离；当δn2的取值范围为0.0～0.03时，a3取值范围为10～30，b3取值范围为0.08～0.12；当δn2的取值范围为0.11～0.25时，a3取值范围为0.9～1.0，b3取值范围为0.11～0.25。
[0069]
参见图1所示，石英包层5外侧还依次设有内涂层6和外涂层7。
[0070]
内涂层6的杨氏模量范围为0.2mpa～10mpa，外涂层7的杨氏模量控制在0.3gpa～1.0gpa。
[0071]
石英包层5直径可以为80.0微米和125.0微米。
[0072]
当石英包层5直径为80.0微米时，外涂层7直径可以为160.0微米到180.0微米，典型值可以为165.0微米～175.0微米。
[0073]
当石英包层5直径为125.0微米时，外涂层7直径可以为180.0微米到250.0微米，典型值可以为200.0微米～245.0微米。
[0074]
本技术提供的多波段衰减平坦光纤，其动摩擦系数值为0.1～0.5。
[0075]
光纤与套管的动摩擦系数采用下列方法进行测量：参考《gb/t24456-2009高密度聚乙烯硅芯管》附录d——圆鼓法测定动态。
[0076]
将测量装置中硅芯管替换为套管，将光缆以及牵引线替换为光纤，将20kg砝码替换为重量为几百克的小砝码。将光纤分别置于干式套管、充油套管等之中，其芯数可为单芯、6芯、12芯、24芯或更多，套管长度为15m，按下列步骤进行测量：
[0077]
101、取一种套管，剥开两端，露出部分光纤，将套管在圆鼓上缠绕450
°
并固定。
[0078]
102、任取套管中一根光纤，将水平伸出的一端通过定滑轮固定在拉力机夹具上，另一端垂直伸出的光纤悬挂砝码.
[0079]
103、使拉力机以100mm/min的速度拉动光纤，通过滑轮的传导，将光纤保持水平方向缓缓拉出，行程为200mm。
[0080]
104、取拉力-位移的稳定段(100～180mm)的平均力值作为此次测试中的摩擦力。
[0081]
105、保留以上测试的光纤在套管中，依照步骤102～103测试下一根光纤。
[0082]
根据上述步骤测得的数据，参照下列公式进行摩擦系数测量
[0083]
摩擦系数公式：μ＝ln(f/n)/θ
[0084]
其中：μ为动摩擦系数；f为平均拉伸力值，单位为n；n为砝码产生的力值，单位为n；θ为套管在圆鼓上缠绕角度，数值为7.854弧度。
[0085]
本技术提供了在不同石英包层半径下的光纤的实施例及参数对应情况，对应截止波长控制在小于1310nm，具体参数见如下表1：
[0086]
表1截止波长小于1310nm
[0087][0088]
当截止波长小于1310nm时，光纤在1550nm的衰减值优于0.190db/km，c l波段衰减平坦度优于0.02db，典型值可达到0.010～0.015db；在1500nm～1650nm的涵盖部分s和u波段的多波段衰减平坦度可优于0.03db。
[0089]
在平坦抑制包层4掺入一定量的钾、锂等元素的氧化物或掺入氯。
[0090]
实施例1在1550nm衰减为0.189db/km，c l波段衰减平坦度0.02db。
[0091]
实施例2在平坦抑制包层4掺入锂氧化物，1550nm衰减为0.176db/km，c l波段衰减平坦度0.018db，在1500nm～1650nm的涵盖部分s和u波段的多波段衰减平坦度达0.03db。
[0092]
实施例3在平坦抑制包层4掺入钾氧化物，1550nm衰减为0.165db/km，c l波段衰减平坦度0.012db，在1500nm～1650nm的涵盖部分s和u波段的多波段衰减平坦度达0.025db。
[0093]
实施例4在平坦抑制包层4掺入氯，1550nm衰减为0.164db/km，c l波段衰减平坦度0.015db，在1500nm～1650nm的涵盖部分s和u波段的多波段衰减平坦度达0.027db。
[0094]
实施例5在1550nm衰减为0.176db/km，c l波段衰减平坦度0.019db。
[0095]
本技术提供了在不同石英包层半径下的光纤的实施例及参数对应情况，对应截止波长控制在1350nm～1480nm，具体参数见表2：
[0096]
表2截止波长在1350nm～1480nm
[0097][0098]
当截止波长在1350nm～1480nm以内时，光纤在1550nm的衰减值优于0.170db/km，典型值可优于0.160db/km，c l波段衰减平坦度优于0.01db，典型值可优于0.008db。
[0099]
在中心渐变芯层1、平坦芯层2掺入一定量的钾、锂等元素的氧化物或掺入氯以降低抑制粘度。
[0100]
实施例6在1550nm衰减为0.169db/km，c l波段衰减平坦度0.01db。
[0101]
实施例7在中心渐变芯层1、平坦芯层2掺入一定量的锂的氧化物，1550nm衰减为0.164db/km，c l波段衰减平坦度0.008db。
[0102]
实施例8在中心渐变芯层1、平坦芯层2掺入氯，1550nm衰减为0.161db/km，c l波段衰减平坦度0.007db。
[0103]
实施例9在中心渐变芯层1、平坦芯层2掺入一定量的钾的氧化物，1550nm衰减为0.159db/km，c l波段衰减平坦度0.007db。
[0104]
实施例10在1550nm衰减为0.165db/km，c l波段衰减平坦度0.008db。
[0105]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0106]
需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0107]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。