一种弯曲不敏感高带宽多模光纤

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种弯曲不敏感高带宽多模光纤。

背景技术

依据TIA/EIA-492AAA标准，可以将多模光纤分为OM1、OM2、OM3、OM4四种类型。高带宽多模光纤(如OM3/OM4)因系统成本相对较低，在中短距离光纤网络系统中得到了广泛应用。多模光纤的应用场景往往是狭窄的机柜、配线箱等集成系统，光纤存在较多微小弯曲，而常规多模光纤存在小角度弯曲时，靠近纤芯边缘传输的高阶模很容易泄漏出去，从而造成信号丢包。在设计抗弯多模光纤折射率剖面时，一般采用在光纤包层增加低折射率区域的方法来限制高阶模的泄漏，使信号损失最小化。在弯曲不敏感多模光纤的剖面设计和工艺设计中，主要的难点是如何通过相关设计保证光纤的宏弯性能、DMD(Differential ModeDelay，差分模式时延)性能以及带宽性能，并取得最优值。

为了获得具有良好稳定性的高带宽多模光纤，光纤折射率剖面，尤其是芯层折射率剖面，必须与预期剖面精确匹配。通常在光纤预制棒的芯层设计掺入一定浓度的锗、氟、氯、磷等中的一种或几种来实现所期望的光纤芯层的折射率分布。光纤芯层掺杂元素的种类和含量会影响光纤的材料色散，从而影响光纤带宽对波长的敏感性。掺杂有锗元素的SiO

影响多模光纤带宽的不仅有材料色散，其模间色散也会对带宽性能造成影响，为降低光纤模间色散，需要将多模光纤的芯层折射率剖面设计成中心至边缘连续逐渐降低的折射率分布，即如下幂指数函数的折射率分布：

r＜a

其中，n

相对折射率差即Δ

其中，n

相关研究表明，对于弯曲不敏感多模光纤，掺杂量的多少、掺杂后的粘度以及芯层剖面折射率设计都会影响光纤DMD和带宽，因此，为了使多模光纤具有良好的弯曲不敏感性和高带宽性能，需要对多模光纤的掺杂体系、粘度配比和光纤剖面结构进行优化。

中国发明专利，公开号CN 106383379 A，公布了一种高带宽弯曲不敏感多模光纤，其在芯层氟锗共掺中掺氟量逐渐增大之后做了一个掺氟平台层，其在内包层也进行氟锗共掺，但其掺氟量与平台层非连续，易在芯层与下陷包层之间形成应力突变区，光纤的粘度也会发生较大变化，影响光纤带宽性能和衰减性能。

为了平衡芯层和下陷包层的应力和粘度，通常在芯层和下陷包层之间的内包层设计平台层，该平台层的相对折射率差为一个定值，但由于在多模光纤拉丝过程中芯层与下陷包层之间的应力随半径变化，设计一个相对折射率差为定值的平台层并不能很好的平衡两者之间的应力及粘度。同时，由于掺杂剂不同，在拉丝之后平台层将会发生形变，因此，在设计光纤时将内包层设计为相对折射率差不变的平台层并不能完全匹配芯层和下陷包层的应力和粘度，应该考虑到拉丝之后的应力和粘度补偿。

为了解决上述应力差和粘度差的问题，本申请提供了一种弯曲不敏感高带宽多模光纤及其制备方法，设计了一种倾斜相对折射率差的内包层结构，使下陷包层与芯层之间的应力和粘度能够形成延续性，消除了突变区域，从而降低了光纤衰减和提高带宽性能。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种弯曲不敏感高带宽多模光纤及其制备方法。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种弯曲不敏感高带宽多模光纤，包括由内至外依次设置的芯层、延伸层、内包层、下陷包层和外包层，所述芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为1.9～2.2，芯层中心位最大相对折射率差Δ1为0.9％～1.2％，芯层的半径R1为24μm～25μm，延伸层相对折射率差Δ2为-0.03％～-0.02％，延伸层半径R2与芯层半径R1相差0.5μm～3μm，内包层最高相对折射率差与最低相对折射率差之差为0.005％～0.03％，内包层单边径向宽度为0.5μm～4μm，下陷包层单边径向宽度为3μm～9μm，下陷包层相对折射率差Δ4为-0.7％～-0.4％。

进一步的，所述延伸层和内包层分别为掺杂有掺杂剂的二氧化硅玻璃层。

进一步的，所述掺杂剂包括氟、铝、钙、镁、钛、锆、铁、钴、镍、锰、铜、锂、钠、钾、硼、锗、磷中的一种或几种的组合。

进一步的，所述外包层为纯二氧化硅玻璃层，所述外包层半径R5为62μm～63μm。

进一步的，所述光纤在850nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗小于0.2dB；在1300nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗小于0.5dB。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种弯曲不敏感高带宽多模光纤，包括由内至外依次设置的芯层、延伸层、内包层、下陷包层和外包层，芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为1.9～2.2，芯层中心位最大相对折射率差Δ1为0.9％～1.2％，芯层的半径R1为24μm～25μm，延伸层相对折射率差Δ2为-0.03％～-0.02％，延伸层半径R2与芯层半径R1相差0.5μm～3μm，内包层最高相对折射率差与最低相对折射率差之差为0.005％～0.03％，内包层单边径向宽度为0.5μm～4μm，下陷包层单边径向宽度为3μm～9μm，下陷包层相对折射率差Δ4为-0.7％～-0.4％。本发明通过合理的掺杂使光纤具有良好的粘度性能，同时对光纤剖面进行了优化设计，提升多模光纤的高带宽性能；重点对延伸层、内包层的氟/锗掺杂进行了粘度设计和优化，针对延伸层(R2-R1)，采用氟/锗或者其他掺杂剂(如磷)共掺，其掺氟比例从芯层至延伸层为逐渐增大；针对内包层(R3-R2)，采用氟/锗或者其他掺杂剂(如磷)共掺，其掺杂量(不包含氟)与延伸层的最外端一致，其掺氟比例可变，并随着半径的增大逐渐降低，而不是仅采用掺氟且掺氟量保持不变；内包层可变掺氟，可根据光纤的应力和粘度测试进行调整，可以选择合适可变掺氟量和宽度，来实现芯层和延伸层与下陷包层的最优应力差，降低光纤带宽对波长的敏感性，使光纤具备良好抗弯曲性能的同时拥有超高的带宽性能。

附图说明

图1为本发明的折射率剖面示意图；

图2为本发明的掺氟量示意图。

具体实施方式

下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

如图1-2所示，一种弯曲不敏感高带宽多模光纤，包括由内至外依次设置的芯层、延伸层、内包层、下陷包层和外包层，芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为1.9～2.2，芯层的半径R1为24μm～25μm，芯层中心位最大相对折射率差Δ1为0.9％～1.2％；延伸层半径为R2，单边径向宽度(R2-R1)为0.5μm～3μm，延伸层相对折射率差Δ2为-0.03％～-0.02％；内包层最高相对折射率差与最低相对折射率差之差(Δ3-Δ2)为0.005％～0.03％，内包层单边径向宽度(R3-R2)为0.5μm～4μm；下陷包层单边径向宽度(R4-R3)为3μm～9μm，下陷包层相对折射率差Δ4为-0.7％～-0.4％；外包层为纯二氧化硅玻璃层，外包层半径R5为62μm～63μm。通过合理设计波导结构和掺杂体系，优化了光纤粘度，降低了光纤带宽对波长的敏感性，使光纤具备良好的抗弯曲性能同时拥有超高的带宽性能。

延伸层和内包层分别为掺杂有掺杂剂的二氧化硅玻璃层，其中，掺杂剂包括氟、铝、钙、镁、钛、锆、铁、钴、镍、锰、铜、锂、钠、钾、硼、锗、磷中的一种或几种的组合。

本发明重点对延伸层、内包层的氟/锗掺杂进行了粘度设计和优化，针对延伸层，采用氟/锗或者其他掺杂剂(如磷)共掺，其掺氟比例从芯层至延伸层为逐渐增大；针对内包层(R3-R2)，采用氟/锗或者其他掺杂剂(如磷)共掺，其掺杂量(不包含氟)与延伸层的最外端一致，其掺氟比例可变，并随着半径的增大逐渐降低，而不是仅采用掺氟且掺氟量保持不变；内包层可变掺氟，可根据光纤的应力和粘度测试进行调整，可以选择合适可变掺氟量和宽度，来实现芯层和延伸层与下陷包层的最优应力差，降低光纤带宽对波长的敏感性，使光纤具备良好抗弯曲性能的同时拥有超高的带宽性能。

本发明的光纤在850nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗小于0.2dB；在1300nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗小于0.5dB。

实施例1

如图1-2所示，一种弯曲不敏感高带宽多模光纤，包括由内至外依次设置的芯层、延伸层、内包层、下陷包层和外包层，其中，芯层折射率剖面呈抛物线形，在芯层中进行氟/锗共掺，使芯层中心位最大相对折射率差Δ1为1.0％，分布指数α为2.08，芯层半径为24.5μm；延伸层半径为R2，在延伸层中进行氟/锗共掺，使其单边径向宽度(R2-R1)为2μm，延伸层相对折射率差Δ2为-0.03％；在内包层中进行氟掺杂，其最低相对折射率差Δ2为-0.03％，最高相对折射率差Δ3为-0.02％，内包层最高相对折射率差与最低相对折射率差之差(Δ3-Δ2)为0.01％，内包层单边径向宽度(R3-R2)为1.5μm；在下陷包层中进行氟掺杂，下陷包层相对折射率差Δ4为-0.6％，下陷包层单边径向宽度(R4-R3)为6μm。

对实施例1进行性能测试，结果如表1所示。

表1

本发明的光纤在850nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗小于0.2dB；在1300nm波长处，以7.5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附加损耗小于0.5dB。

本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。