一种适用于电力超长距光传输的单模光纤

技术领域

本发明涉及一种适用于电力超长距光传输的单模光纤，用于电力系统长距离、大容量、高速率通信传输系统，属于光通信技术领域。

背景技术

特高压配套通信工程跨区域超长距离光缆和大容量通信系统的建设，将全面加强电力通信核心网络架构，极大提升电力通信传输能力，为国家电网能源互联网提供更快速、更安全的通信基础平台。但是，特高压线路长，途经地区地形复杂，架线施工阶段交叉跨越密集，施工质量工艺要求高，通信系统调试开通技术难度大，中继站点的建设与维护困难，这对传统超长站距光纤通信系统提出了严峻的挑战。

随着相干传输技术的出现，在光纤传输领域，原有限制长距离、大容量和高速率传输的一些重要指标已经不再成为限制，在未来的传输系统中色散(chromatic dispersion,CD)和偏振模色散(polarization mode dispersion,PMD)的指标将可以进一步的放宽。但光纤的衰减和有效面积仍成为限制光通讯技术发展的重要问题。陆地传输用G.654.E光纤在降低衰减的同时拥有更大的有效面积，可以减小非线性效应影响，允许更高的入纤光功率，实现更长跨距的传输，因此，开发设计并制造一种适用于电力长距离、大容量、高速率传输系统的超低衰减大有效面积光纤非常必要。

为了使光信号能在光纤中顺利的传输，光纤芯层需要有较高的折射率，而包层需要有较低的折射率，形成全反射，通常在光纤芯层中添加锗料，提高芯层折射率，外包层采用纯硅或者是掺杂F来降低折射率；另外也可以采用芯层为纯二氧化硅料，外包层采用深掺杂F来降低折射率，获得合适的折射率差。为了获得较低的衰减，在光纤的制备中，应该尽量减少芯层的瑞利散射系数，瑞利散射系数的影响因素可以分为浓度因子和密度因子，可以通过减少掺杂剂的量来减少浓度因子，当光纤芯层为纯硅材料时，浓度因子最小，但是因为纯硅材料的粘度较高，与掺F包层形成的光纤存在较大的粘度差异，容易形成粘度不匹配，造成衰减较高，因此在减小浓度因子的同时，需要考虑粘度匹配的问题，粘度不匹配会带来光纤芯层应力较大，使得衰减增大，纯硅芯层材料的光纤为了减小光纤的应力，在拉丝过程中需要采用低速拉丝，这使生产效率降低，增加了光纤的制造成本。目前大有效面积光纤的折射率剖面的设计中，往往通过增大用于传输光信号的光学芯层的直径来获得大的有效面积。该类方案存在着一定的设计难点。一方面，光纤的芯层和靠近它的包层主要决定光纤的基本性能，并在光纤制造的成本中占据较大的比重，如果设计的芯层径向尺寸过大，必然会提高光纤的制造成本，增加光纤价格，将成为此类光纤普遍应用的障碍。另一方面，相比普通单模光纤，光纤有效面积的增大，会带来光纤其它一些参数的恶化：比如，光纤截止波长会增大，如果截止波长过大则难以保证光纤在传输波段中光信号的单模状态；此外，光纤折射率剖面如果设计不当，还会导致弯曲性能、色散等参数的恶化。

文献US2010022533提出了一种大有效面积光纤的设计，为了得到更低的瑞利系数，其采用纯硅芯的设计，在芯层中没有进行锗和氟共掺，并且其设计采用掺氟的二氧化硅作为外包层。对于这种纯硅芯的设计，其要求光纤内部必须进行复杂的粘度匹配，并要求在拉丝过程中采用极低的速度，避免高速拉丝造成光纤内部的缺陷引起的衰减增加，制造工艺极其复杂。

文献CN10232392 A描述了一种具有更大有效面积的光纤。该发明所述光纤的有效面积虽然达到了150μm

文献CN103257393A描述了一种中心芯层位置有下陷层的低衰减光纤。该发明所述光纤的有效面积虽然达到了150μm

发明内容

以下为本发明中涉及的一些术语的定义和说明：

ppm：百万分之一的重量比。

从光纤最中心的轴线开始算起，根据折射率的变化，定义为最靠近轴线的那层为纤芯层，光纤的最外层定义为光纤外包层。

光纤各层相对折射率差Δn

其中n

光纤芯层Ge掺杂的相对折射率差贡献量ΔGe由以下方程式定义：

其中n

光纤芯层和内包层F掺杂的相对折射率贡献量ΔF由以下方程式定义：

其中n

光纤的有效面积A

其中，E是与传播有关的电场，r为轴心到电场分布点之间的距离。

光缆截止波长λ

微弯测试方法参照IEC TR62221-2012中规定Method B的方法进行测试，由于长波长对弯曲更为敏感，且为指数形式增加，且测试波长范围为1250～1700nm，所以在本发明中重点考察长波长处的微弯，且以1700nm处微弯值衡量光纤的微弯性能。

本发明所要解决的技术问题旨在针对上述现有技术存在的不足提供一种适用于电力超长距光传输的单模光纤，它不仅衰减低，有效面积大，具有良好的弯曲性能，而且能采用高速拉丝，提高生产效率，降低光纤的成本。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括芯层和包层，所述的芯层从中心向外包括下陷芯层和外芯层，所述的下陷芯层半径R

按上述方案，下陷芯层和外芯层为氯掺杂二氧化硅玻璃层，或为氟掺杂二氧化硅玻璃层或为氯氟共掺杂二氧化硅玻璃层，且氯的含量为0.6～1.0ppm％。

按上述方案，所述的下陷芯层中氟掺杂对相对折射率的贡献为-0.1％～-0.04％，外芯层中氟掺杂对相对折射率的贡献为-0.05％～0.05％。

按上述方案，所述的外芯层相对折射率差Δn

按上述方案，所述光纤在波长1550nm处的有效面积为115～160μm

按上述方案，所述光纤在波长1550nm处的色散系数为17～23ps/(nm·km)，所述光纤在波长1550nm处的色散斜率为0.05～0.07ps/(nm2·km)，所述光纤在波长1625nm处的色散小于或等于27ps/(nm·km)。

按上述方案，所述光纤在波长1550nm处的衰减小于或等于0.174dB/km；优选条件下小于或等于0.164dB/km，更优选条件下小于或等于0.159dB/km。

按上述方案，所述光纤在波长1625nm处的衰减小于或等于0.194dB/km；优选条件下小于或等于0.184dB/km。

按上述方案，所述光纤在波长1700nm处的微弯损耗小于或等于5dB/km。

按上述方案，所述光纤以30mm半径弯曲100圈，在波长1550nm处的宏弯损耗等于或小于0.1dB，优选等于或小于0.05dB。

本发明的有益效果在于：1.芯层为氯掺杂或氟氯共掺杂，并设置合理的芯包层结构，由于氯在二氧化硅玻璃中更容易均匀地掺杂，从而降低光纤的瑞利散射系数，与掺锗光纤相比，光纤的衰减更低。2.氯和氟都能降低粘度，光纤芯层中添加氯可以调整芯层的粘度，与含有F的内包层形成良好的粘度匹配，减少光纤制造过程中的畸变和缺陷，进一步降低光纤的衰减，适合制备具有较大的有效面积的光纤。3.设计了合理的氟和氯掺杂下陷芯层结构，并通过对光纤各纤芯层剖面的合理设计，使光纤具有大于或等于115μm

附图说明

图1为本发明一个实施例的各剖面相对折射率差示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。

一种适用于电力超长距光传输的单模光纤，包括有芯层和包层，所述的芯层从中心向外包括下陷芯层和外芯层，下陷芯层和外芯层为氯掺杂二氧化硅玻璃层，或为氟掺杂二氧化硅玻璃层或为氯氟共掺杂二氧化硅玻璃层，且氯的含量为0.6～1.0ppm％，所述的下陷芯层半径为R

续表一

表二.本发明实施例中光纤的参数

续表二

/>