低弯曲损耗的光纤.pdf

本发明提供一种光纤，其包括相对折射率差大于0.36％的第1芯区和包层。所述光纤具有：大于1350nm的纤维截止波长λc；小于1285nm的电缆截止波长λcc；在1625nm的波长下，在缠绕直径为20mm时的弯曲损耗不超过10dB/m；在1285nm～1625nm波长范围内的传输损耗不超过0.40dB/km；在1383nm波长下的传输损耗小于在1310nm波长下的传输损耗；和在1383nm的波长下，暴露在氢气前和暴露在氢气后的传输损耗差不超过0.04dB/km。该低弯曲损耗的光纤可以用于在1285～1625nm波长范围内进行WDM传输的光纤电缆。

1.  一种光纤，其包括布置在所述光纤中心的芯区和包围在所述芯区外周边的包层，
所述芯区相对于所述包层的最大相对折射率差大于0.36％和最小相对折射率差大于-0.05％，
所述的光纤具有：
在1310nm波长下为8～10μm的模场直径；
在1550nm波长下为70～90μm2的有效面积；
在1285～1330nm波长范围内的零色散波长；
通过2米测量法测量的大于1350nm的纤维截止波长(λc)；
通过22米测量法测量的小于1285nm的电缆截止波长(λcc)；
在1550nm波长下的不超过20ps/nm/km的色散；
在1625nm波长下，在缠绕半径为10mm时的弯曲损耗不超过10dB/m；
在1285～1625nm波长范围内的传输损耗不超过0.40dB/km；
在1383nm波长下的传输损耗小于在1310nm波长下的传输损耗；和
在1383nm波长下，暴露在氢气前和暴露在氢气后的传输损耗差不超过0.04dB/km。

2.  含有多个权利要求1所述光纤的光纤带，其中所述光纤布置为平行阵列。

3.  一种光纤电缆，其包括：
包含至少一个槽的圆柱杆，所述槽内容纳多个权利要求2所述的光纤带；和
覆盖在所述圆柱杆上的护层。

4.  根据权利要求3的光纤电缆，其中所述的槽具有螺旋状螺距。

5.  根据权利要求3的光纤电缆，其中所述的槽具有周期性转向的螺旋状螺距。

低弯曲损耗的光纤
技术领域
本发明涉及一种低弯曲损耗的光纤，其适合在波分复用(WDM)传输中使用。本申请还涉及包含该光纤的光纤电缆。
背景技术
随着更高比特率和更高容量的光传输的发展，在光传输领域，WDM传输技术吸引了大量的注意力。在目前的WDM传输领域中，需要进一步提高传输容量，并尝试进一步扩大光传输的波长范围。
需要指出的是，在常规的光纤中可能含有作为混和杂质的OH基团，该OH基团在1383nm的波长附近具有吸收峰。因此，通常，常规的光纤不适合在波长1383nm附近进行WDM传输。
为了解决上述问题，专利公开US6205268中公开了一种特定的光纤，其具有与典型的单模光纤(下文称作SMF)类似的折射率分布，在1.31μm波段处具有零色散波长并减少由OH基团产生的吸收损耗。该公开的光纤设计为在WDM传输中，具有1285nm～1600nm的宽波长范围。
典型的光纤通常包括布置在纤维中心区域的芯区、包围在芯的外周边的包层和至少两个包围在包层外周边的涂层。涂层具有不同的杨氏模量并且是由紫外线固化树脂或热固化树脂制得的。
图8表示光纤带，通常以数字20表示，其包含多个光纤10。光纤10布置在一平面中形成平行阵列，光纤10的任何一个的外周边都涂覆彩色涂层15。将光纤10共同使用紫外线固化树脂覆盖。
广泛使用的光纤电缆中包含多个这种的光纤带，每一个所述光纤带具有，例如，4条、8条、12条或24条光纤。
用于大城市区的光纤电缆具有更大量的光纤，其可以多达约1000。图9表示槽形芯式光纤带电缆的横截面图。
本文表示的槽形芯式光纤带电缆30具有槽杆31，在该槽杆31的外表面具有多个槽32，该槽32的任何一个都具有螺旋状螺距。在每一个槽32中都容纳多个按照图8中所示方式布置的光纤带20。每一个光纤带20都可以包含4条、8条或更多的光纤。
槽杆31是由聚乙烯制成的拉长的塑料构件，且在其中心包含强力部件33，例如金属线或纤维强化塑料(FRP)杆。槽杆31的外周边用带子缠绕，然后覆盖塑料护层35，例如聚乙烯或聚氯乙烯。
前述的槽形芯式光纤带电缆30的优点包括：形成更高密度的光纤集合体以及其机械性质具有更高的可靠性。
根据槽形芯式光纤带电缆30的结构，其通常可以使光纤带不处在混乱的状态下。然而，如果光纤电缆弯曲过多，由于由此形成的侧力会将堆叠的光纤带20的端部按压到槽32的内壁，光纤带中的光纤的传输损耗可能增加。
特别是，在堆叠的光纤带的拐角处的四条纤维的传输损耗容易显示出更大的增加。
在专利公开US6205268中介绍的特定的光纤具有类似于SMF的折射率分布，且在1383nm附近由OH基团产生的吸收损耗减小，但是与在芯区具有更高折射率的色散位移纤维(DSF)相比，其通常具有更大的弯曲损耗。
因此，在装入到槽形芯式光纤带电缆中后，由于侧力，该特定光纤的传输损耗显示出更大的增加。传输损耗的更大量的增加是值得注意的，尤其是在L-波段(1565nm和1625nm之间的波段)中，其可能超过1dB/km，这就是在将使用特定光纤的槽形芯式光纤带电缆用于宽波长范围的WDM光传输时所具有地问题。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的目的在于提供一种光纤，其具有较低的弯曲损耗和在1285nm～1625nm的宽波长范围内可以用于进行WDM光传输的槽形芯式光纤带电缆，这是通过抑制由于侧力而在L-波段中产生的传输损耗的增加而实现的。
本发明的另一目的在于提供包含多个所述光纤的槽形芯式光纤带电缆。
本发明提供一种光纤，其包括布置在光纤中心的芯区和包围在芯区外周边的包层，芯区相对于包层的最大相对折射率差大于0.36％和最小相对折射率差大于-0.05％，光纤具有：在1310nm波长下为8～10μm的模场直径；在1550nm波长下为70～90μm²的有效面积；在1285nm～1330nm波长范围内的零色散波长；通过2米测量法测量的大于1350nm的纤维截止波长(λc)；通过22米测量法测量的小于1285nm的电缆截止波长(λcc)；在1550nm波长下的不超过20ps/nm/km的色散；在1625nm波长下，当缠绕半径为10mm时的弯曲损耗不超过10dB/m；在1285nm～1625nm的波长范围内的传输损耗不超过0.40dB/km；在1383nm波长下的传输损耗小于在1310nm波长下的传输损耗；和在1383nm波长下，暴露在氢气前和暴露在氢气后的传输损耗差不超过0.04dB/km。
本发明还提供槽形芯式光纤带电缆，其包含多个上述光纤。
在该说明书中，除非另外说明，术语是根据ITU-T G.650.1定义的。
本发明的上述和其它目的、特征和优点，根据相应的附图，通过如下说明，将会更加的明显。
附图说明
图1A是根据本发明的实施方案的光纤的横截面图，图1B是用于例示图1A中光纤内的玻璃光纤的折射率分布的图。
图2A和2B是用于表示图1A的光纤的折射率分布的其它例子。
图3是表示普通的光纤的Q-值和其弯曲损耗之间的关系图。
图4是表示具有阶跃折射率分布的光纤的第1芯直径和截止波长之间的关系图。
图5是表示制造光纤的典型方法的截面示意图。
图6是表示光纤样品的纤维特征的表格。
图7是表示根据实施方案的光纤暴露在氢气之前和之后的光纤的传输损耗/波长特征的差异的图表。
图8是典型的光纤带的横截面图。
图9是典型的槽形芯式光纤带电缆的横截面图。
具体实施方式
现在，参照相应的附图，对本发明进行更加详细地描述，其中在所有的附图中，类似的组成元件以类似的参考数字定义。
参照图1A，光纤通常定义为数字10，根据本发明的实施方式的光纤包括：布置在光纤10中心的玻璃光纤16，和两个包围在玻璃光纤16外周边的涂层，涂层包括第1涂层13和第2涂层14。涂层13和14由，例如，紫外线固化树脂制得。光纤10的结构与常规光纤的结构类似。玻璃光纤16包括布置在光纤10的中心的芯区(芯)11和包围在芯区11的外周边的包层12。
参照图1B，本实施方式中的芯区11包括第1芯11c，其折射率高于玻璃光纤16中的包层12的折射率。第1芯11c相对于包层12的最大相对折射率差为Δ1。相对折射率差别Δ1根据下述方程式定义：
Δ1＝{(n11-n12)/n11}×100(％)                      (1)
其中，n11是第1芯11c的最大折射率，n12是包层12的折射率。第1芯11c的直径为“a”，在本实施方案中，第1芯11c的最大相对折射率差Δ1至少是0.36％。
参照图2A和2B，其表示对图1A中所示的光纤进行修饰而得到的光纤的折射率分布的其它例子。在图2A的例子中，芯区11A包括布置在玻璃光纤16A中心的第1芯11c，和包围在第1芯11c的外周边的第2芯11d。在图2B的例子中，从玻璃光纤16B的中心观察，芯区11A具有连续布置的第1到第3个芯11c、11e和11f。此处，如图2A和2B所示，芯区11表示折射率与包层12不同的区域。
图2A中所示的芯区11A以及图2B中所示的芯区11B的最小相对折射率差大于-0.05％。
第1芯11c的直径为“a”，其中直径“a”表示相对于包层的相对折射率差为Δ1的一半的位置的直径。图2A中的第2芯11d的最小相对折射率差至少为-0.05％。图2B中的第2和第3芯11e和11f的最小相对折射率差分别至少为-0.05％。在本发明中，芯区相对于包层具有大于0.36％的最大相对折射率差别和大于-0.05％的最小相对折射率差；本发明并不限于上述实施方式。以下，在正文中将直径“a”称作第1芯直径。
玻璃光纤16是通过将锗(Ge)掺杂到芯区而制得的，其可以用于提高折射率。芯区中还可以另外掺杂氟(F)以达到改善传输损耗等的目的，氟是添加到芯11、11A、11B的至少一部分中的。
玻璃光纤16的外径通常为125μm。第1涂层13和第2涂层14都可以由紫外线固化的基于聚醚的聚氨酯丙烯酸酯制得，其中与外部涂层14相比，内部涂层13的杨氏模量较低。
例如，第1涂层13的外径至多为190μm，室温下的杨氏模量至多为0.5kg/mm²。第2涂层14的外径至少为240μm，室温下的杨氏模量至少为50kg/mm²。
已知光纤的弯曲损耗与光纤的模场直径(MFD)和通过2米测量法测量的纤维截止波长λc相关。更具体的是，Q值定义为MFD与纤维截止波长λc的比率，其与弯曲损耗高度相关，且Q值较低表示弯曲损耗较低。这在图3中举例说明。因此，认为可以通过使MFD变小和/或使纤维截止λc波长变长而减少弯曲损耗。
然而，在光传输中，较小的MFD可能产生非线性现象，例如自相位调制(SPM)或交叉相位调制(XPM)。因此，在抑制非线性现象，例如SPM或XPM时，更优选使纤维截止波长λc变长以改善弯曲损耗。
图4表示图1中所示的阶跃型光纤的第1芯直径“a”与纤维截止波长λc的关系。由图4可知，第1芯直径“a”与纤维截止波长λc成比例，其中第1芯直径“a”越大，提供的截止波长λc就越长。从产品的角度包括产品效率来说，更容易使光纤的截止波长λc变长。
此外，考虑到是在1285～1625μm的波长范围内进行WDM传输，因此，通过将电缆的截止波长λcc保持在至多为1285nm，以确保进行单模工作。
如上所述，在消除非线性现象时，通过使纤维截止波长λc变长以改善弯曲损耗是有效的，可以容易地从生产的角度意识到这个问题。为了得到至多为1285nm的电缆截止波长λcc，通过2米测量法测量的纤维截止波长λc可以超过1350nm。
因此，通过设定通过22米测量法测量的电缆截止波长λcc至多为1285nm和设定通过2米测量法测量的纤维截止波长λc为大于1350nm，确保本实施方案的光纤在至少1285nm波长下进行单模操作和获得改善的弯曲损耗。由于本实施方案的光纤仅通过调节第1芯直径“a”而获得，所以可以以与常规光纤类似的生产成本制造。
实施例
在下文中，对本实施方案的实施例进行描述。
为了制造具有图1B的图表中所示的折射率分布的玻璃纤维16，首先制造光纤预型件。在制造光纤预型件的过程中，通过气相轴向沉积(VAD)法，形成包含第1芯和部分包层的多孔芯积粉体(soot)。将生成的多孔预型件脱水和玻璃化，得到玻璃芯棒。
需要在此指出的是，为了在波长范围1285～1625nm范围内适用于WDM传输，需要尽可能降低OH基团在1383nm波长处的吸收损耗，和即使在暴露在氢气中之后也需要尽可能地抑制吸收损耗的增加。因此，要求在制造过程中，不将OH基团混入到光纤中。
如上所述，在此处通常使用的工艺是：通过形成多孔芯积粉体以防止混入OH基团的单步过程制造第1芯11c和直径至少为第1芯直径“a”的4倍的包层区。该方法在光纤的MFD附近没有产生生产界面，由此抑制OH基团混入到MFD区和减少在1383nm波长处的传输损耗。此外，生成的光纤在MFD内的结构缺陷非常少，由此可以抑制将光纤暴露在氢气后的在1383nm波长处的传输损耗。
然后，如上所述，围绕着玻璃芯棒的外周边制造剩余的包层部分，这是通过使用外部气相沉积(OVD)法或管中棒法(rod-in-tube)进行的，由此得到光纤预型件。
然后，在图5中所述的示意图表示的拉制工序中，将生成的光纤预型件拉制，得到光纤10。更具体地是，在拉制炉42中将光纤预型件41热熔化和拉制以得到外径为125μm的玻璃光纤16。通过使用涂布机头43用紫外线固化树脂对玻璃光纤16进行第1次涂覆，并通过相同的紫外线辐射区44固化，然后连续涂覆紫外线固化树脂进行第2次涂覆，形成光纤10。光纤缠绕在线圈架47上。
在室温下，第1涂层13和第2涂层14的杨氏模量分别为0.1kg/mm²和100kg/mm²。第1涂层13和第2涂层14的外径分别为约185μm和约250μm。杨.氏模量都是通过将厚度为0.2mm的薄片拉伸2.5％的拉伸强度计算的。厚度为0.2mm的薄片是通过将紫外线固化树脂进行固化而制造的，紫外线固化树脂的固化是通过在大气环境中、在强度为200mW/cm²、总量为1000mJ/cm²下用紫外线照射而固化的。然后，在23℃和1毫米/分的拉伸速度下，对薄片进行拉伸测试。
在室温和1个大气压下，将光纤在含有氚的气氛中暴露24小时。将光纤暴露在含有氚的气氛中，可以通过氚弥补光纤所具有的缺陷，如果存在缺陷的话，由此可以得到在将其暴露在氢气后，在1383nm的波长处的传输损耗没有实质上的增加的光纤。
图6(表格1)表示生成的光纤样品的纤维特征，共同表示相对折射率差Δ1；第1芯直径“a”；通过2米测量法测量的纤维截止波长λc；通过22米测量法测量的电缆截止波长λcc；在1310nm波长处的MFD；在1550nm波长处的有效面积Aeff；在1285nm和1550nm波长处的色散；零色散波长λ0；在暴露在氢气前，在1310nm和1383nm波长处的传输损耗；和当将光纤以直径20mm缠绕时，在1625nm波长处的弯曲损耗。
为了进行比较，还将常规的SMF的平均纤维特征作为比较例列在表格中。除非有其它说明，这些纤维特征的定义基于ITU-T的G.650.1标准。
如表1所示，本实施方案的样品1～3显示出：在1310nm波长处的MFD为8～10μm，在波长1550nm处的有效面积Aeff为70～90μm²，在1285～1330nm的波长范围内的零色散波长，通过2米测量法测量的纤维截止波长λc大于1350nm，通过22米测量法测量的电缆截止波长小于1285nm，和在1550nm波长处的色散至多为20ps/nm/km。
本实施方案的那些样品还显示出：当缠绕半径为10mm时，在1625nm波长处的弯曲损耗至多为10dB/m；和在1383nm波长的传输损耗小于1310nm波长的传输损耗。
对光纤样品进行氢气老化测试，其中氢气老化测试的条件根据IEC60793-2-50 2002-01附录.C.3.1。更具体的是，氢气老化测试的条件是：在测试时，在室温下，将测试光纤暴露在含有1％氢气的环境中，直到在1240nm波长的传输损耗比暴露在氢气前的传输损耗增加超过0.03dB/km，然后再将光纤在大气环境中放置14天或更长时间后，测定光纤的传输损耗。测定波长设定在1200～1650nm的波长范围内。
图7表示光纤的一个样品暴露在氢气前和暴露在氢气后的传输损耗与波长特征的关系，其中实线表示在进行氢气老化测试前的性质，虚线表示在进行氢气老化测试后的性质。由图7中所知，样品表现出：在老化测试前，在1383nm波长下实质上没有由OH基团引起的吸收损耗，由此，在1285～1625nm的波长范围内得到至多为0.40dB/km的传输损耗。
样品在进行氢气老化测试后，在1383nm波长处还表现出极小的传输损耗的增加。在所有的样品中，该增加是由于暴露到氢气中而产生的，其至多为0.04dB/km。
具有上述性质的本实施方案的光纤样品消除了由OH基团产生的吸收损耗，改善了弯曲损耗，由此适用于在1285～1625nm的相对较宽的波长范围内的WDM传输。
然后，如图8所示，将光纤10的每一个样品都涂覆彩色涂层15，得到彩色的光纤。将多个(在该实施例中为4个)彩色光纤布置在一个平面内，形成平行阵列，然后使用紫外线固化树脂将其作为一个整体进行涂覆，形成图8所示的光纤带20。由此得到的光纤带20的大小为厚度0.3mm和宽度1.1mm。
然后，将多个由此制造的光纤带20堆叠和装入槽32中，槽32是螺旋排列在槽杆31的外周边的，在槽杆31的中心具有中心强力部件33。在该实施例中，光纤带20的横截面积相对于螺旋槽32的横截面积的比例至多为50％。含有多个螺旋状槽32的槽杆31用带子34连续地缠绕，并在其上涂覆护层35，由此得到槽形芯式光纤带电缆30。槽32可以布置为周期性转向的螺旋状螺距的形式。
在1625nm波长下，测定制造为电缆后的光纤的传输损耗的变化，将每个槽内的传输损耗的增加的最大值在表2中表示。
[表2]