НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОЕ К ПОТЕРЯМ НА ИЗГИБАХ ОДНОМОДОВОЕ ВОЛОКНО С МЕЛКОЙ КАНАВКОЙ И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
SINGLE-MODE FIBRE WITH SHALLOW GROOVE, INSENSITIVE TO BENDING LOSSES, AND CORRESPONDING OPTICAL SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Это изобретение относится к одномодовым оптическим волокнам, используемым в оптических системах передачи данных, содержащих такие одномодовые волокна, и способам изготовления их. Более конкретно, настоящее изобретение относится к одномодовым оптическим волокнам, которые нечувствительны к потерям на изгибах и соответствуют стандарту G.657.A2 сектора стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (ССЭ-МСЭ).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для систем связи требуется оптическое волокно, которое способно передавать сигналы на большое расстояние без деградации. В таких волоконно-оптических системах передачи данных часто используют оптические одномодовые волокна (ОМВ), такие как, например, стандартные одномодовые волокна (СОМВ), которые используются в наземных системах передачи данных.
Для обеспечения совместимости оптических систем различных производителей Международным союзом электросвязи (МСЭ) разработаны несколько стандартов, с которыми должны быть согласованы характеристики стандартных передающих оптических волокон. В числе этих стандартов в рекомендации G.652 ССЭ-МСЭ (последняя редакция от ноября 2016 года) описываются характеристики одномодового волокна и кабельных сетей, которые отвечают требованиям широковещательных служб. Рекомендация G.652 ССЭ-МСЭ имеет несколько атрибутов (то есть, А, В, С и D), определяющих характеристики одномодового оптического волокна.
Поскольку при конкретном использовании в сети оптического доступа на волокно и кабель накладываются разнообразные требования, которые отражаются на оптимальных характеристиках, в рекомендации G.657 ССЭ-МСЭ обращается особое внимание на нечувствительные к потерям на изгибах одномодовые оптические волокна, которые имеют значительно улучшенную характеристику при изгибе по сравнению с существующими одномодовым волокном и кабелями согласно G.652 ССЭ-МСЭ. Фактически, такая улучшенная характеристика при изгибе необходима вследствие высокой плотности сети распределительных и отводных кабелей в сети доступа, а также ограниченного пространства и многочисленных необходимых операций, для которых требуется благоприятная для оператора характеристика и низкая чувствительность к изгибу.
Как стандарт G.652 ССЭ-МСЭ, так и стандарт G.657 ССЭ-МСЭ полностью включены в эту заявку путем ссылки.
В рекомендации G.657 ССЭ-МСЭ описаны две категории (А и В) кабелей из одномодовых оптических волокон, пригодных для использования в сетях доступа, включая внутренний монтаж на конце этих сетей. Обе категории А и В содержат две подкатегории, которые различаются потерями на макроизгибах.
Волокна категории А оптимизированы в части снижения потерь на макроизгибах и более строгих требований к размерам по сравнению с волокнами стандарта G.652.D сектора ССЭ-МСЭ и могут быть размещены на всем протяжении сети доступа. Эти волокна пригодны для использования в диапазонах O, E, S, C и L (то есть на всем протяжении диапазона от 1260 до 1625 нм). Волокна этой категории и технические условия являются частью стандарта G.652.D ССЭ-МСЭ и поэтому волокна соответствуют волокнам стандарта G.652.D ССЭ-МСЭ и имеют такие же характеристики пропускания и соединений.
Волокна подкатегории G.657.A1 ССЭ-МСЭ являются подходящими для минимального расчетного радиуса 10 мм. Волокна подкатегории G.657.A2 ССЭ-МСЭ являются подходящими для минимального расчетного радиуса 7,5 мм.
Из рекомендации G.657 ССЭ-МСЭ (атрибутов категории А G.657 ССЭ-МСЭ; публикация от ноября 2016 года) в таблице 1 показаны диапазоны или пределы значений характеристик одномодового волокна, соответствующие рекомендации G.657.A ССЭ-МСЭ.
Потери на макроизгибах, наблюдаемые в волокнах вне кабеля, изменяются в зависимости от длины волны, радиуса изгиба и количества витков вокруг сердечника, имеющего заданный радиус. Чтобы одномодовое оптическое волокно соответствовало рекомендации G.657.A ССЭ-МСЭ, потери на макроизгибах не должны превышать максимального значения, приведенного ниже в таблице, для заданных длин волн (длины волны), радиусов изгиба и количества витков.
Хотя в рекомендации G.657.A ССЭ-МСЭ не представлены никакие особые требования относительно профиля показателя преломления оптического волокна, и они не обязательно должны быть известны из стандарта, следует отметить, что на рынке представлены одномодовые оптические волокна с канавкой, влияющей на профили показателя преломления. Благодаря такой структуре могут быть достигнуты пониженные потери на макроизгибах по сравнению с существующими структурами ступенчатого профиля показателя преломления. В настоящее время такая структура профиля используется при изготовлении волокон, согласующихся с рекомендацией G.657.A2 ССЭ-МСЭ.
Таблица 1. Атрибуты G.657.A ССЭ-МСЭ
Атрибуты волокна
Атрибут
Детализация
Значение
Единицы измерения
Диаметр модового поля
Длина волны
1310
нм
Диапазон номинальных значений
8,6-9,2
мкм
Допуск
±4
мкм
Диаметр оболочки
Номинал
125,0
мкм
Допуск
±0,7
мкм
Погрешность концентричности сердцевины
Максимум
0,5
мкм
Некруглость оболочки
Максимум
1,0
%
Кабельная длина волны отсечки
Максимум
1260
нм
G.657.A1 ССЭ-МСЭ
G.657.A2 ССЭ-МСЭ
Потери на микроизгибах волокна вне кабеля (записи 1, 2)
Радиус
15
10
15
10
7,5
нм
Число витков
10
1
10
1
1
Макс. при 1550 нм
0,25
0,75
0,03
0,1
0,1
дБ
Макс. при 1625 нм
1,0
1,5
0,1
0,2
1,0
дБ
Категория А G.657 ССЭ-МСЭ
Предел прочности
Минимум
0,69
ГПа
Параметр хроматической дисперсии; трехчленная аппроксимация Зельмейера
λ<sub>0min</sub>
1300
нм
λ<sub>0max</sub>
1324
нм
S<sub>0min</sub>
0,073
пс/нм<sup>2</sup>·км
S<sub>0max</sub>
0,092
пс/нм<sup>2</sup>·км
Линейная аппроксимация (от 1460 до 1625 нм)
Мин. при 1550 нм
13,3
пс/нм<sup>2</sup>·км
Макс. при 1550 нм
18,6
пс/нм<sup>2</sup>·км
Мин. при 1625 нм
17,2
пс/нм<sup>2</sup>·км
Макс. при 1625 нм
23,7
пс/нм<sup>2</sup>·км
Атрибуты кабеля
Коэффициент ослабления (запись 3)
Максимум от 1310 нм до 1625 нм (запись 4)
0,40
дБ/км
Максимум при 1383 нм ±3 мм после старения водорода (запись 5)
0,40
дБ/км
Максимум при 1530-1565 мм
0,30
дБ/км
Коэффициент ПМД*
M
20
Кабели
Q
0,01
%
Максимальная ПМД<sub>Q</sub>*
0,20
пс/км<sup>1/2</sup>
* ПМД - поляризационная модовая дисперсия.
Точнее, до сегодняшнего дня для соответствия самым жестким техническим условиям G.657.A2 ССЭ-МСЭ нечувствительные к изгибам одномодовые волокна должны были иметь глубокую канавку в оболочке. Фактически, в настоящее время одномодовые волокна без такой глубокой канавки в оболочке могут соответствовать наихудшей категории G.657.A, то есть G.657.A1, но не категории G.657.A2, вследствие высоких уровней потерь на макроизгибах при радиусах изгиба 7,5 мм и 10 мм.
Кроме того, согласно приведенной выше таблице в технических условиях G.657.A2 ССЭ-МСЭ принят в качестве номинального диаметр модового поля (ДМП) от 8,6 мкм до 9,2 мкм при длине волны 1310 нм. В стандарте G.652.D ССЭ-МСЭ также принят в качестве номинального диаметр модового поля (ДМП) от 8,6 мкм до 9,2 мкм при длине волны 1310 нм. Однако в то время как для выпускаемых на рынок волокон согласно G.652.D обычно задается номинальный диаметр модового поля при 1310 нм на верхней границе технических условий, то есть от 9,0 мкм до 9,2 мкм, выпускаемые в настоящее время на рынок волокна согласно G.657.A обычно имеют диаметр модового поля на нижней границе технических условий, то есть от 8,6 мкм до 8,8 мкм. Фактически, для большей части производителей волокон согласно G.657.A диаметр модового поля и снижение его играют важную роль для достижения высоких требований стандарта G.657.A относительно потерь на микроизгибах.
Для улучшения обратной совместимости (в частности, применительно к сращиванию и снижению ошибочной интерпретации данных оптического рефлектометра временной области (OTDR)) со стандартными волокнами согласно G.652.D, имеющими ступенчатый показатель преломления, предпочтительно иметь волокно согласно G.657.A2 без канавки и задавать номинальный диаметр модового поля от 9,0 до 9,2 мкм при 1310 нм.
В патентном документе WO2015/092464 на имя заявителя настоящей заявки описано одномодовое оптическое волокно, имеющее сердцевину и оболочку, при этом профиль показателя преломления сердцевины имеет приблизительно трапецеидальную форму. Переходный участок приблизительно трапецеидального профиля показателя преломления сердцевины получают путем постепенного изменения концентрации по меньшей мере двух примесей, начиная с концентрации в центральной части сердцевины и кончая концентрацией на участке оболочки, прилегающем к сердцевине.
Фактически, трапецеидальная форма профиля показателя преломления сердцевины является хорошо известным решением для регулирования чрезмерных потерь или при проектировании волокон с ненулевой смещенной дисперсией, кроме того, такие волокна легче изготовлять, чем хорошо известные волокна с альфа-профилем показателя преломления сердцевины, используемым для многомодовых волокон. Однако структуры профилей, раскрытые в этом патентном документе, не соответствуют рекомендации G.657.A2 ССЭ-МСЭ и имеют диаметры модового поля меньше 9,0 мкм при 1310 нм.
2
2
В патентном документе US 7187833 раскрыто оптическое световодное волокно, имеющее многосегментную сердцевину, окруженную оболочкой, при этом сердцевина имеет центральный сегмент и кольцевой сегмент, окружающий центральный сегмент. Центральный сегмент имеет положительный профиль относительного показателя преломления, а кольцевой сегмент имеет отрицательный профиль относительного показателя преломления. Оптическое волокно имеет эффективную площадь больше чем около 75 мкм при длине волны около 1550 нм, наклон дисперсии меньше чем 0,07 пс/нм/км при длине волны около 1550 нм, длину волны нулевой дисперсии от около 1290 до 1330 нм и ослабление в волокне меньше чем 0,20 дБ/км, а предпочтительно меньше чем 0,19 дБ/км, при длине волны около 1550 нм.
В противоположность патентному документу WO2015/092464 в этом документе не раскрыта сердцевина с трапецеидальным профилем показателя преломления. Кроме того, соответствующие объемы сердцевины и канавки, раскрытые в этом документе, не позволяют получать профиль одномодового волокна, удовлетворяющий приведенным выше требованиям.
1
1max
2
2
3
3
4
1max
4
2
3
4
3
1
2
В патентном документе US 8849082 раскрыто оптическое волокно, содержащее (I) легированную германием центральную область сердцевины, имеющую внешний радиус r и (II) максимальный относительный показатель Δ преломления, и область оболочки, включающую (i) первую внутреннюю область оболочки, имеющую внешний радиус r>5 мкм и показатель Δ преломления; (ii) вторую внутреннюю область оболочки, имеющую внешний радиус r>9 мкм и показатель Δ преломления; и (iii) внешнюю область оболочки, окружающую внутреннюю область оболочки и имеющую показатель Δ преломления, где Δ>Δ, Δ>Δ и где 0,01%≤Δ-Δ≤0,09%, при этом волокно имеет длину волны отсечки, измеренную на 22-метровом кабеле, меньше чем или равную 1260 нм и 0,25≤r/r≤0,85.
В противоположность патентному документу WO2015/092464 в этом документе не раскрыта сердцевина с трапецеидальным профилем показателя преломления. Кроме того, хотя одномодовые волокна, раскрытые в этом документе, соответствуют стандарту G.652 ССЭ-МСЭ, неясно, соответствуют ли они требованиям стандарта G.657.A2 ССЭ-МСЭ в части потерь на макроизгибах.
В общем, в предшествующем уровне техники отсутствует одномодовое волокно, соответствующее рекомендации G.657.A2 ССЭ-МСЭ, оболочка которого не имеет глубокой канавки и для которого задан номинальный диаметр модового поля в пределах от 9,0 мкм до 9,2 мкм при 1310 нм.
Поэтому имеется необходимость в одномодовом волокне с улучшенным профилем показателя преломления, которое соответствует рекомендации G.657.A2 ССЭ-МСЭ и в то же время легко сращивается со стандартным одномодовым волокном без канавки, соответствующим стандарту G.652.D ССЭ-МСЭ.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения раскрыто нечувствительное к потерям на изгибах одномодовое оптическое волокно, имеющее диаметр модового поля больше чем или равный 9,0 мкм при длине волны 1310 нм. Такое оптическое волокно имеет сердцевину, окруженную оболочкой, при этом профиль показателя преломления сердцевины имеет приблизительно трапецеидальную форму.
0
0
0
1
0
0
1
0
1
Центральная часть сердцевины имеет радиус r и показатель n преломления, а переходный участок приблизительно трапецеидального профиля показателя преломления сердцевины находится в пределах от радиуса r до радиуса r>r при трапецеидальном отношении r/r радиуса r центральной части сердцевины к радиусу r переходного участка от 0,1 до 0,6, предпочтительно от 0,2 до 0,5 и более предпочтительно от 0,25 до 0,45.
2
1
3
2
t
3
4
t
t
4
01
-3
-3
-3
-3
Оболочка содержит по меньшей мере одну область пониженного показателя преломления, называемую канавкой, находящуюся в пределах от радиуса r≥r до радиуса r>r и имеющую показатель n преломления, а внешняя оболочка располагается от радиуса r до конца стеклянной части одномодового волокна и имеет показатель n преломления. Разность Δn=n-n показателей преломления канавки и внешней оболочки составляет от -2×10 до -0,9×10. Сердцевина имеет интеграл V по поверхности от 20×10 мкм до 24×10 мкм, при этом интеграл по поверхности определяется следующим уравнением:  , где Δn(r) является разностью показателей преломления сердцевины и внешней оболочки в зависимости от радиуса r.
02
-3
-3
Оболочка имеет интеграл V по поверхности от -25×10 мкм до -9×10 мкм, при этом интеграл по поверхности определяется следующим уравнением:  , где Δn(r) является разностью показателей преломления оболочки и внешней оболочки в зависимости от радиуса r.
-3
-3
01
02
Кроме того, одномодовое оптическое волокно удовлетворяет следующему критерию: 25,7×10≤V-0,2326V≤26,8×10.
02
Таким образом, настоящее раскрытие основано на новом и изобретательском подходе к конструированию нечувствительных к потерям на изгибах одномодовых волокон. Фактически, одномодовое оптическое волокно согласно варианту осуществления настоящего раскрытия имеет сердцевину с профилем показателя преломления трапецеидальной формы вместо более обычной ступенчатой формы. Хорошо известно, что такая трапецеидальная форма делает возможным снижение избыточных потерь на рассеяние в одномодовом оптическом волокне без снижения рэлеевского рассеяния или разработку волокон с ненулевой смещенной дисперсией. Однако в этой заявке такая трапецеидальная форма используется для обеспечения соответствия одномодового оптического волокна со стандартом G.657.A2 ССЭ-МСЭ и в то же время для исключения добавления глубокой канавки в оболочке. Такая трапецеидальная форма профиля показателя преломления сердцевины используется вместо сочетания с большой, но мелкой канавкой в оболочке (определяемой диапазоном допустимых значений V), и этим выгодно заменяется глубокая канавка, до сих пор необходимая для достижения соответствия со стандартом G.657.A2 ССЭ-МСЭ.
Замена глубокой канавки мелкой и большой канавкой облегчает сращивание волокна со стандартным одномодовым волокном, соответствующим G.652.D ССЭ-МСЭ, которое не имеет канавки.
Кроме того, такая трапецеидальная форма облегчает изготовление волокна по сравнению с волокном с альфа-профилем показателя преломления из предшествующего уровня техники, которое не адекватно одномодовым оптическим волокнам с небольшим диаметром сердцевины.
Такую трапецеидальную форму можно получать путем постепенного изменения концентрации двух или большего количества примесей на переходном участке, начиная от центральной части сердцевины и кончая оболочкой, как это раскрыто, например, в патентном документе WO2015/092464 на имя заявителя настоящей заявки, который полностью включен в эту заявку путем ссылки.
Кроме того, такое нечувствительное к потерям на изгибах одномодовое оптическое волокно согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия имеет номинальный диаметр модового поля от 9,0 до 9,2 мкм при длине волны 1310 нм, то есть на верхнем пределе стандартизированного диапазона G.657.A2 ССЭ-МСЭ; следовательно, эти номинальные значения диаметра модового поля согласуются со значениями для введенных в коммерческое обращение одномодовых волокон, соответствующих G.652.D ССЭ-МСЭ. Оно легче сращивается пользователем, а в оптическом рефлектометре временной области не создаются артефакты.
-3
01
02
Кроме того, для случая номинального диаметра модового поля от 9,0 до 9,2 мкм изобретатели установили, что необходимо иметь 25,7×10≤V-0,2326V для получения потерь на макроизгибах при радиусах изгиба 15 мм и 10 мм, соответствующих требованиям рекомендации G.657.A2 ССЭ-МСЭ.
01
02
-3
Кроме того, изобретатели также установили, что необходимо иметь V-0,2326V≤26,8×10, чтобы гарантировать заданную кабельную длину волны отсечки ниже 1240 нм, когда диаметр модового поля составляет 9,0 мкм при 1310 нм.
01
02
01
02
На самом деле известно, что потери на макроизгибах снижаются, когда интеграл V по поверхности сердцевины возрастает и когда интеграл V по поверхности оболочки уменьшается. Исходя из этого изобретатели вывели, что должно быть положительное число k, которое позволит описать потери на макроизгибах математической функцией вида f=V-k×V.
01
02
01
02
Те же самые соображения применимы к кабельной длине волны отсечки, для которой характерна тенденция повышаться, когда интеграл V по поверхности сердцевины возрастает и когда интеграл V по поверхности оболочки уменьшается. Следовательно, также должно быть положительное число g, которое дает возможность описать поведение кабельной длины волны отсечки математической функцией вида f=V-g×V.
Методом проб и ошибок изобретатели обнаружили, что в случае k=g=0,2326 имеется сильная корреляция между функцией f и потерями на макроизгибах при радиусах изгиба 15 мм и 10 мм, с одной стороны, и кабельной длиной волны отсечки, с другой стороны.
-3
-3
01
02
Исходя из этого они установили, что оптическое волокно согласно настоящему раскрытию должно удовлетворять критерию 25,7×10≤V-0,2326V≤26,8×10, чтобы оно соответствовало требованиям рекомендации G.657.A2 ССЭ-МСЭ относительно нахождения диаметра модового поля в пределах от 9,0 до 9,2 мкм.
0
1
0
1
Кроме того, пределы отношения r/r от 0,1 до 0,6 требуются, чтобы имелась длина волны нулевой хроматической дисперсии (ДВНД) от 1300 нм до 1324 нм (которая необходима для соответствия стандарту G.657.A2 ССЭ-МСЭ). Являются предпочтительными пределы r/r от 0,2 до 0,5, хотя даже при более узких пределах от 0,25 до 0,45 обеспечивается повышенный рабочий диапазон.
2
1
2
3
0
0
4
02
3
2
t
Согласно первому варианту осуществления настоящего раскрытия r=r и канавка, находящаяся в пределах от r до r, окружает сердцевину. Поэтому интеграл по поверхности сердцевины можно аппроксимировать как  , где Δn=n-n является разностью показателей преломления центральной части сердцевины и внешней оболочки, а интеграл по поверхности оболочки можно аппроксимировать как V≈(r-r)×Δn.
1
2
1
2
Согласно второму варианту осуществления настоящего раскрытия оболочка содержит промежуточную оболочку, располагающуюся в пределах от радиуса r до радиуса r>r и имеющую показатель n преломления, а канавка окружает промежуточную оболочку.
При такой промежуточной оболочке облегчается процесс изготовления оптического волокна, когда он основан на способе внешнего осаждения из паровой фазы (OVD).
0
0
4
2
2
4
02
2
1
2
3
2
t
Поэтому согласно этому второму варианту осуществления интеграл по поверхности сердцевины может быть аппроксимирован как  , где Δn=n-n является разностью показателей преломления центральной части сердцевины и внешней оболочки и где Δn=n-n является разностью показателей преломления промежуточной оболочки и внешней оболочки, и интеграл по поверхности оболочки может быть аппроксимирован как V≈(r-r)×Δn+(r-r)×Δn.
2
Согласно предпочтительному аспекту второго варианта осуществления разность показателей преломления промежуточной оболочки и внешней оболочки составляет Δn=0. Поэтому промежуточная оболочка имеет показатель преломления, который эквивалентен показателю преломления внешней оболочки. Такая промежуточная оболочка свободна от всякой примеси и образует буферную зону между легированной повышающей показатель преломления примесью сердцевиной и легированной понижающей показатель преломления примесью канавкой.
1
Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия внешний радиус r сердцевины составляет от 5,4 мкм до 8,0 мкм.
2
Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия внешний радиус r канавки составляет от 16 мкм до 22 мкм.
0
0
4
-3
-3
Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия разность Δn=n-n показателей преломления центральной части сердцевины и внешней оболочки составляет от 5×10 до 6×10.
Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия такое оптическое волокно имеет диаметр модового поля от 9,0 мкм до 9,2 мкм при 1310 нм.
Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия оптическое волокно имеет максимальную кабельную длину волны отсечки 1240 нм.
Фактически, в рекомендации G.657.A2 ССЭ-МСЭ максимальное значение кабельной длины волны отсечки точно определяется как 1260 нм. Однако представляется логичным задавать более низкую максимальную кабельную длину волны отсечки, около 1240 нм, чтобы все производимые оптические волокна гарантированно удовлетворяли требованиям рекомендации в части кабельной длины волны отсечки. Задание кабельной длины волны отсечки на уровне 1260 нм не является обоснованным, поскольку 50% производимых оптических волокон выходят за пределы рекомендации G.657.A2 вследствие производственных дефектов. Задание кабельной длины волны отсечки ниже 1240 нм необходимо для гарантии качественной продукции.
cc
На всем протяжении этого документа кабельная длина волны отсечки (КДВО) соответствует длине волны отсечки λ в кабеле, определяемой подкомитетом 86А Международной электротехнической комиссии (МЭК) в стандарте 60793-1-44 МЭК.
Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия оптическое волокно соответствует рекомендациям стандарта G.657.A2 ССЭ-МСЭ.
Кроме того, настоящее изобретение относится к волоконно-оптической системе передачи данных, содержащей по меньшей мере одно одномодовое волокно согласно изобретению.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие признаки и преимущества вариантов осуществления станут очевидными из последующего описания, изложенного в качестве показательного и не исчерпывающего примера, и из прилагаемых чертежей, на которых:
фиг. 1 - схематичный изометрический вид показанного в качестве примера одномодового оптического волокна согласно одному или нескольким вариантам осуществления, описанным в этой заявке;
фиг. 2 - графическое представление профиля показателя преломления одномодовых оптических волокон согласно первому варианту осуществления настоящего раскрытия;
фиг. 3 - графическое представление профиля показателя преломления одномодовых оптических волокон согласно второму варианту осуществления настоящего раскрытия;
01
фиг. 4А, 4В и 4С - результаты моделирования потерь на макроизгибах и кабельной длины волны отсечки типичных волокон, показанные в зависимости от f=V;
01
02
фиг. 5А, 5В и 5С - результаты моделирования потерь на макроизгибах и кабельной длины волны отсечки типичных волокон, показанные в зависимости от f=V-V;
01
02
фиг. 6A-6G - результаты моделирования потерь на макроизгибах и кабельной длины волны отсечки типичных волокон, показанные в зависимости от f=V-0,2326×V; и
фиг. 7 - иллюстрация оптической линии связи согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.
Компоненты на чертежах необязательно выполнены в масштабе, вместе с тем следует подчеркнуть, что чертежи помещены для иллюстрации принципов изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Теперь обратимся к подробному изложению вариантов осуществления одномодовых оптических волокон, примеры которых показаны на сопровождающих чертежах. Когда это возможно, одинаковые позиции будут использоваться на всех чертежах для обозначения одних и тех же или подобных частей.
1
1
2
2
3
3
Cl
Один вариант осуществления нечувствительного к потерям на изгибах одномодового оптического волокна согласно настоящему раскрытию схематично показан на фиг. 1 в виде изометрического изображения. Оптическое волокно 10 в основном имеет стеклянную сердцевину 101, окруженную стеклянной оболочкой. Более точно, оптическое волокно 10 содержит три или четыре примыкающие концентрические области, а именно: имеющую трапецеидальный профиль показателя преломления сердцевину 101 с внешним радиусом r; необязательную промежуточную оболочку 102 с внутренним радиусом r и внешним радиусом r; канавку или оболочку 103 с пониженным показателем преломления, с внутренним радиусом r и внешним радиусом r; внешнюю оболочку 104, располагающуюся в пределах от внешнего радиуса r до конца стеклянной части волокна, с показателем n преломления.
1
3
В вариантах осуществления настоящего раскрытия без промежуточной оболочки 102 канавка 130 непосредственно примыкает к сердцевине 101 и располагается в пределах от внутреннего радиуса r до внешнего радиуса r.
1
3
0
1
0
1
В вариантах осуществления настоящего раскрытия стеклянная сердцевина 101 обычно имеет внешний радиус r от 5,4 мкм до 8,0 мкм. Кроме того, оболочка 103 с пониженным показателем преломления имеет внешний радиус r от 16 мкм до 22 мкм. Сердцевина 101 имеет трапецеидальную форму профиля показателя преломления с радиусом r малого основания и радиусом r большого основания. Трапецеидальное отношение r/r малого основания к большому основанию находится в пределах от 0,1 до 0,6, обычно в пределах от около 0,2 до около 0,5, предпочтительно от около 0,25 до около 0,45.
В вариантах осуществления, показанных и описанных в этой заявке, сердцевина 101 и оболочка обычно содержат диоксид кремния, в частности кварцевое стекло. Поперечное сечение оптического волокна 10 в общем случае может быть кругообразно симметричным относительно центра сердцевины 101. В некоторых вариантах осуществления, описанных в этой заявке, радиус стеклянного участка оптического волокна 10 составляет около 62,5 мкм. Однако следует понимать, что размеры оболочки можно изменять, так что радиус стеклянной части оптического волокна может быть больше чем или меньше чем 62,5 мкм. Кроме того, оптическое волокно 10 содержит покрытие, окружающее оболочку. Такое покрытие может содержать несколько слоев и в частности, оно может быть двухслойным покрытием, хотя эти различные слои на фиг. 1 не показаны.
2
2
Различные участки в оболочке могут содержать чистое кварцевое стекло (SiO), кварцевое стекло с одной или несколькими примесями, которые повышают показатель преломления (например, с GeO или любой другой известной примесью), например в случае, когда участок оболочки легирован повышающей показатель преломления примесью (например, промежуточная оболочка 102) или кварцевое стекло легировано примесью, которая понижает показатель преломления, такой как фтор, например в случае, когда участок оболочки легирован понижающей показатель преломления примесью (например, канавка 103).
Трапецеидальная форма профиля показателя преломления сердцевины 101 может быть получена плавным изменением концентрации по меньшей мере двух примесей в центральной части сердцевины.
На фиг. 2 и 3 показаны диаграммы профиля показателя преломления волокна, отражающие первый (обозначенный как пример 1) и второй (обозначенный как пример 3) варианты осуществления изобретения.
0
4
0
t
В первом варианте осуществления, показанном на фиг. 2, профиль показателя преломления представляет собой трапецеидальный профиль показателя преломления с канавкой и характеризует, начиная от центра волокна, центральную часть сердцевины, имеющую по существу постоянный показатель n преломления, более высокий, чем показатель n преломления оболочки; первый кольцевой участок сердцевины, на котором показатель преломления понижается по существу линейно от показателя n преломления центральной части сердцевины до показателя n преломления оболочки 103 с пониженным показателем преломления (на всем протяжении настоящего документа такой кольцевой участок сердцевины также называется «переходным участком» трапецеидального профиля показателя преломления сердцевины); оболочку с пониженным показателем преломления или канавку 103; внешнюю оболочку 104.
Таким образом, в целом волокно представляет собой волокно, имеющее так называемый трапецеидальный профиль показателя преломления.
0
0
Центральная часть сердцевины 101 имеет радиус r, а разность показателей преломления между нею и внешней оболочкой составляет Δn. На переходном участке сердцевины разность показателей преломления уменьшается по существу линейно. Показатель преломления сердцевины обычно имеет трапецеидальную форму. В соответствии с этим разность Δn(r) показателей преломления между центральной сердцевиной и внешней оболочкой зависит от расстояния r от центра оптического волокна (например, уменьшается по мере повышения расстояния от центра оптического волокна). Используемый в этой заявке термин «разность показателей преломления» не исключает нулевой разности показателей преломления.
3
t
Оболочка с пониженным показателем преломления или углубленная канавка 103 имеет радиус r, а разность показателей преломления между нею и внешней оболочкой, которая обычно является постоянной, составляет Δn. Используемый в этой заявке термин «углубленная канавка», используется для обозначения радиального участка оптического волокна, имеющего более низкий показатель преломления, чем показатель преломления внешней оболочки.
3
Внешняя оболочка 104 располагается в пределах от радиуса r до конца стеклянной части одномодового волокна.
0
4
0
2
Во втором варианте осуществления, показанном на фиг. 3, профиль показателя преломления представляет собой трапецеидальный профиль показателя преломления с канавкой и он характеризует, начиная от центра волокна, центральную часть сердцевины, имеющую по существу постоянный показатель n преломления, более высокий, чем показатель n преломления оболочки; первый кольцевой участок сердцевины, на котором показатель преломления понижается по существу линейно от показателя n преломления центральной части сердцевины до показателя n преломления промежуточной оболочки 102 (на всем протяжении настоящего документа такой кольцевой участок сердцевины также называется «переходным участком» трапецеидального профиля показателя преломления сердцевины); промежуточную оболочку 102; оболочку с пониженным показателем или канавку 103; внешнюю оболочку 104.
Таким образом, в целом волокно представляет собой волокно, имеющее так называемый трапецеидальный профиль показателя преломления.
0
0
Аналогично варианту осуществления из фиг. 2 центральная часть сердцевины 101 имеет радиус r, а разность показателей преломления между нею и внешней оболочкой составляет Δn. На переходном участке сердцевины разность показателей преломления понижается по существу линейно. Показатель преломления сердцевины обычно имеет трапецеидальную форму. В соответствии с этим разность Δn(r) показателей преломления центральной сердцевины и внешней оболочки зависит от расстояния r от центра оптического волокна (например, уменьшается по мере повышения расстояния от центра оптического волокна. Используемый в этой заявке термин «разность показателей преломления» не исключает нулевой разности показателей преломления.
2
2
2
3
t
Промежуточная оболочка 102 имеет радиус r, а разность показателей преломления между нею и внешней оболочкой, которая обычно является постоянной, составляет Δn. В конкретном варианте осуществления, показанном на фиг. 3, Δn=0. Однако в других вариантах осуществления эта разность показателей преломления может отличаться от нуля (см. пример 4 из примера варианта осуществления, описанного в дальнейшем в этом документе). Оболочка с пониженным показателем преломления или углубленная канавка 103 имеет радиус r, а разность показателей преломления между нею и внешней оболочкой, который обычно является постоянным, составляет Δn. Используемый в этой заявке термин «углубленная канавка», используется для обозначения радиального участка оптического волокна, имеющего более низкий показатель преломления, чем показатель преломления внешней оболочки.
3
Внешняя оболочка 104 располагается в пределах от радиуса r до конца стеклянной части одномодового волокна.
Фиг. 2 и 3 отличаются друг от друга наличием промежуточной оболочки 102 между имеющей трапецеидальный профиль показателя преломления сердцевиной и канавкой.
4
Как на фиг. 2, так и на фиг. 3 показатели n(r) преломления приведены для длины волны 633 нм (то есть, длины волны, при которой профиль измеряют промышленным прибором) относительно показателя n преломления внешней оболочки. Поэтому эти показатели преломления также называют «дельтой показателей преломления». В общем, на всем протяжении настоящего документа все показатели преломления приводятся для длины волны λ=633 нм.
Ниже в таблице 2 приведены для сравнения пример 1 и пример 2 конфигураций показателей преломления согласно примеру варианта осуществления из фиг. 2 вместе со сравнительным примером (сравн. П) эквивалентного ступенчатого профиля показателя преломления одномодового волокна. Значения в таблице 2 соответствуют теоретическим профилям показателя преломления.
Таблица 2
Отношение
r<sub>1</sub>
r<sub>3</sub>
Δn<sub>0</sub>
Δn<sub>t</sub>
r<sub>0</sub>/r<sub>1</sub>
(мкм)
(мкм)
×1000
×1000
Сравн. П
1
4,34
17,50
5,29
-0,16
Пример 1
0,35
6,90
17,50
5,54
-1,23
Пример 2
0,35
6,88
20,00
5,41
-1,35
0
1
1
3
0
t
В первом столбце таблицы 2 перечислены примеры и сравнительный пример оптических волокон. В последующие столбцы для каждого одномодового волокна, указанного в первом столбце, включены отношение r/r радиуса центральной части сердцевины к внешнему радиусу переходного участка сердцевины; внешний радиус r переходного участка сердцевины, выраженный в микрометрах; внешний радиус r канавки, выраженный в микрометрах; дельта Δn показателя преломления центральной части сердцевины; дельта Δn показателя преломления канавки.
-3
Разности показателей преломления в таблице 2 (а также во всех других таблицах на всем протяжении настоящего документа) умножены на 1000, как и значения по осям ординат на фиг. 2 и 3 (например, в примере 1 согласно первому примеру варианта осуществления дельта показателя преломления центральной части сердцевины составляет 5,29×10). Значения показателей преломления измерялись при длине волны 633 нм.
Ниже в таблице 3 приведены пример 3 и пример 4 расчетных показателей преломления из фиг. 3 согласно примеру варианта осуществления. Значения в таблице 3 соответствуют теоретическим профилям показателей преломления. Следует отметить, что в целом профиль показателя преломления в примере 4 соответствует профилю показателя преломления, показанному на фиг. 3, за исключением того, что разность показателей преломления для промежуточной оболочки не равна нулю.
Таблица 3
Отношение
r<sub>1</sub>
r<sub>2</sub>
r<sub>3</sub>
Δn<sub>0</sub>
Δn<sub>2</sub>
Δn<sub>t</sub>
r<sub>0</sub>/r<sub>1</sub>
(мкм)
(мкм)
(мкм)
×1000
×1000
×1000
Пример 3
0,35
5,91
10,00
17,50
5,77
0,00
-1,75
Пример 4
0,35
5,78
10,00
17,50
5,87
0,20
-2,00
0
1
1
2
3
0
2
t
В первом столбце таблицы 3 указаны примеры оптических волокон. В последующие столбцы для одномодовых волокон, указанных в первом столбце, включены отношение r/r радиуса центральной части сердцевины к внешнему радиусу переходного участка сердцевины; внешний радиус r переходного участка сердцевины, выраженный в микрометрах; внешний радиус r промежуточной оболочки, выраженный в микрометрах; внешний радиус r канавки, выраженный в микрометрах; дельта Δn показателей преломления центральной части сердцевины; дельта Δn показателей преломления промежуточной оболочки; дельта Δn показателей преломления канавки.
0
t
-3
-3
-3
-3
Как в одном, так и в другом варианте осуществления из фиг. 2 и фиг. 3 Δn показателей преломления сердцевины обычно находится в пределах от около 5,0×10 до около 6,0×10; Δn показателей преломления канавки обычно находится в пределах от около -2,0×10 до около -0,9×10.
2
В таблице 4 (ниже) показаны характеристики оптического пропускания для оптических одномодовых волокон, имеющих профили показателей преломления, показанные в таблице 2 и таблице 3, в сравнении с характеристиками, рекомендованными в стандарте G.657.A2 сектора стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (ССЭ-МСЭ). В первом столбце указаны рекомендованные стандартом G.657.A2 минимальное (мин) и максимальное (макс) значения, примеры и сравнительный пример (сравн. П) оптических волокон. В следующих столбцах для каждого оптического волокна представлены кабельная длина волны отсечки (КДВО), выраженная в нанометрах; диаметр модового поля при 1310 нм (ДМП 1310), выраженный в микрометрах; диаметр модового поля при 1550 нм (ДМП 1550), выраженный в микрометрах; длина волны нулевой хроматической дисперсии (ДВНД), выраженная в нанометрах; наклон нулевой дисперсии (ННД), выраженный в пс/нм·км; хроматическая дисперсия при длине волны 1550 нм (ХД 1550) и 1625 нм (ХД 1625), выраженная в пс/нм·км.
Таблица 4
КДВО
ДМП1310
ДМП1550
ДВНД
ННД
ХД 1550
ХД 1625
(нм)
(мкм)
(мкм)
(нм)
(пс/нм<sup>2</sup>·км)
(пс/нм·км)
(пс/нм·км)
G.657.A2мин
8,6
1300
13,3
17,2
G.657.A2макс
1260
9,2
1324
0,092
18,6
23,7
Сравн. Пр.
1210
9
10,11
1312
0,086
16,5
20,7
Пример 1
1210
9
10,05
1312
0,090
17,4
21,7
Пример 2
1210
9
10,06
1312
0,090
17,4
21,7
Пример 3
1210
9
10,23
1317
0,090
17,2
21,7
Пример 4
1228
9
10,25
1320
0,090
17,1
21,7
Одномодовое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления из сравнительного примера (сравн. П) имеет такие же значения ДМП при 1310 нм и кабельной отсечки (КДВО), как волокна из примеров с 1 по 3. Однако все примеры с первого по четвертый соответствуют рекомендации G.657.A2 ССЭ-МСЭ, но не сравнительный пример.
Следует отметить, что кабельную длину волны отсечки необходимо задавать значительно ниже максимально допустимого уровня 1260 нм. Задание кабельной длины волны отсечки на уровне 1260 нм не является обоснованным, поскольку для 50% продукции значения будут находиться за пределами значений, рекомендованных стандартом G.657.A2. В приведенных выше примерах кабельная длина волны отсечки задана около 1210 нм, что гарантирует получение качественной продукции, то есть почти все волокна могут соответствовать рекомендации относительно кабельной длины волны отсечки. В общем, задание кабельной длины волны отсечки ниже 1240 нм рекомендуется для гарантии получения качественной продукции.
Как можно видеть из таблицы 4, для всех волокон из примеров с 1 по 4 заданное значение номинального диаметра модового поля (ДМП) при 1310 нм составляет 9 мкм.
В таблице 5 (ниже) показаны потери на макроизгибах для оптических волокон, имеющих профили показателя преломления, представленные в таблицах 2 и 3, при длинах волн 1550 нм и 1625 нм, для радиусов кривизны 15 мм, 10 мм, 7,5 мм и 5 мм, такие как потери на макроизгибах (ПМ) при радиусе (Р) 15 мм и 1550 нм (Р15ПМ при 1550), выраженные в дБ/10В, где 10В обозначает 10 витков; потери на макроизгибах при радиусе 10 мм и 1550 нм (Р10ПМ при 1550), выраженные в дБ/1В, где 1В обозначает 1 виток; потери на макроизгибах при радиусе 7,5 мм и 1550 нм (Р7,5ПМ при 1550), выраженные в дБ/1В, где 1В обозначает 1 виток; потери на макроизгибах при радиусе 5 мм и 1550 нм (Р5ПМ при 1550), выраженные в дБ/1В, где 1В обозначает 1 виток; потери на макроизгибах при радиусе 15 мм и 1625 нм (Р15ПМ при 1625), выраженные в дБ/10В, где 10В обозначает 10 витков; потери на макроизгибах при радиусе 10 мм и 1625 нм (Р10ПМ при 1625), выраженные в дБ/1В, где 1В обозначает 1 виток; потери на макроизгибах при радиусе 7,5 мм и 1625 нм (Р7,5ПМ при 1625), выраженные в дБ/1В, где 1В обозначает 1 виток; потери на макроизгибах при радиусе 5 мм и 1625 нм (Р5ПМ при 1625), выраженные в дБ/1В, где 1В обозначает 1 виток.
В таблице 5 также представлены максимальные (макс) значения, рекомендованные стандартом G.657.A2 сектора ССЭ-МСЭ.
Таблица 5
Р15ПМ(1550)
Р10ПМ(1550)
Р7,5ПМ(1550)
Р5ПМ(1550)
Р15ПМ(1625)
Р10ПМ(1625)
Р7,5ПМ(1625)
Р5ПМ(1625)
дБ/10В
дБ/1В
дБ/1В
дБ/1В
дБ/10В
дБ/1В
дБ/1В
дБ/1В
G.657.A2макс
0,03
0,1
0,5
0,1
0,2
1,0
Сравнит. Пр.
0,022
0,17
1,3
10
0,14
0,55
3,0
16
Пример 1
0,013
0,05
0,3
1,4
0,08
0,17
0,6
2,6
Пример 2
0,016
0,04
0,1
1,0
0,08
0,10
0,3
1,8
Пример 3
0,016
0,06
0,3
1,3
0,08
0,16
0,6
2,4
Пример 4
0,009
0,04
0,2
0,9
0,05
0,11
0,4
1,7
В соответствии с таблицами 4 и 5 (приведенными выше) оптические волокна согласно вариантам осуществления изобретения характеризуются потерями на изгибах, которые ниже, чем потери на изгибах сравнительного оптического волокна, которое имеет ступенчатый профиль показателя преломления.
Четыре профиля показателя преломления из примеров 1, 2, 3 и 4 согласно вариантам осуществления изобретения, представленные в таблицах 2-5, а также на фиг. 1 и 2, соответствуют рекомендации G.657.A2 ССЭ-МСЭ.
Ниже в таблице 6 представлены характеристики трех других оптических волокон согласно примерам 5-7, профиль показателя преломления которых соответствует профилю, показанному на фиг. 2, но в противоположность примерам волокон из таблицы 2 диаметр модового поля при 1310 нм составляет 9,2 мкм.
Таблица 6
Отношение
r<sub>1</sub>
r<sub>3</sub>
Δn<sub>0</sub>
Δn<sub>t</sub>
r<sub>0</sub>/r<sub>1</sub>
(мкм)
(мкм)
×1000
×1000
Пример 5
0,35
7,00
17,50
5,5
-0,93
Пример 6
0,35
6,99
20,00
5,41
-1
Пример 7
0,35
6,97
20,00
5,29
-1,1
Структура таблицы 6 и единицы измерения в таблице 6 идентичны структуре таблицы 2 и единицам измерения в таблице 2, поэтому здесь они не детализируются. Аналогично этому, приведенная ниже таблица 7 соответствует таблице 4, приведенной выше, и в ней представлены оптические характеристики оптических волокон согласно примерам 5-7; приведенная ниже таблица 8 соответствует таблице 5, приведенной выше, и в ней представлены потери на макроизгибах оптических волокон согласно примерам 5-7.
Таблица 7
КДВО
ДМП1310
ДМП1550
ДВНД
ННД
ХД 1550
ХД 1625
(нм)
(мкм)
(мкм)
(нм)
(пс/нм<sup>2</sup>·км)
(пс/нм·км)
(пс/нм·км)
G.657.A2мин
8,6
1300
13,3
17,2
G.657.A2макс
1260
9,2
1324
0,092
18,6
23,7
Пример 5
1236
9,2
10,29
1312
0,090
17,4
21,8
Пример 6
1235
9,2
10,29
1312
0,090
17,4
21,8
Пример 7
1214
9,2
10,29
1312
0,090
17,4
21,7
Таблица 8
Р15ПМ(1550)
Р10ПМ(1550)
Р7,5ПМ(1550)
Р5ПМ(1550)
Р15ПМ(1625)
Р10ПМ(1625)
Р7,5ПМ(1625)
Р5ПМ(1625)
дБ/10В
дБ/1В
дБ/1В
дБ/1В
дБ/10В
дБ/1В
дБ/1В
дБ/1В
G.657.A2макс
0,03
0,1
0,5
0,1
0,2
1,0
Пример 5
0,012
0,07
0,4
2,4
0,07
0,20
0,9
4,1
Пример 6
0,013
0,05
0,2
1,7
0,07
0,14
0,5
3,2
Пример 7
0,025
0,06
0,3
1,8
0,12
0,17
0,6
3,3
Теперь будут описаны представляющие интерес приборы и способы, предназначенные для определения допустимых пределов профиля показателя преломления одномодовых оптических волокон согласно настоящему раскрытию.
Каждый участок профиля показателя преломления оптического волокна может быть определен при использовании интеграла по поверхности. Термин «поверхность» не следует понимать геометрически, а следует понимать как значение, имеющее два измерения.
01
02
В соответствии с этим центральную сердцевину можно определить интегралом V по поверхности и оболочку можно определить интегралом V по поверхности, соответственно определяемыми следующими уравнениями:
,
.
Для оптических волокон из примеров, профиль показателя преломления которых соответствует первому варианту осуществления из фиг. 2, интеграл по поверхности оболочки может быть выражен как:
02
3
2
t
V≈(r-r)×Δn.
01
02
Таблица 9 (ниже) дополняет таблицы 2, 3 и 6 (приведенные выше) значениями интегралов V и V по поверхности, приведенных выше, для примеров 1-7 согласно вариантам осуществления, а также для сравнительного примера одномодового волокна со ступенчатым профилем показателем преломления. Следовательно, все примеры в таблице 9 являются теми же самыми, как в таблицах 2, 3 и 6. Значения в таблице 9 соответствуют теоретическим профилям показателя преломления.
01
02
01
02
В первом столбце таблицы 9 перечислены примеры и сравнительный пример (сравн. П) оптических волокон. В трех других столбцах представлены соответствующие значения для интегралов V и V по поверхности, а также для многочлена V-0,2326V. Интегралы в таблице 9 умножены на 1000.
Таблица 9
V<sub>01</sub>×1000
V<sub>02</sub>×1000
(V<sub>01</sub>-0,2326V<sub>02</sub>)×1000
(мкм)
(мкм)
(мкм)
Сравн. Пр.
22,96
-2,11
23,45
Пример 1
23,04
-13,04
26,08
Пример 2
22,11
-17,71
26,23
Пример 3
23,02
-13,13
26,07
Пример 4
23,27
-14,16
26,56
Пример 5
23,87
-9,77
26,14
Пример 6
23,25
-13,01
26,28
Пример 7
22,40
-14,33
25,73
0
2
1
3
0
t
В таблицах с 10 по 13 (ниже) представлены характеристики дополнительных примеров с 8 по 35 оптических волокон согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия, профиль показателя преломления которых соответствует профилю показателя преломления, показанному на фиг. 2. Точнее, таблица 10 соответствует таблице 6 и в ней представлены отношение r/r радиуса центральной части сердцевины к внешнему радиусу переходного участка сердцевины; внешний радиус r переходного участка сердцевины, выраженный в микрометрах; внешний радиус r канавки, выраженный в микрометрах; дельта Δn показателя преломления центральной части сердцевины; дельта Δn показателя преломления канавки.
Таблица 10
Отношение
r<sub>1</sub>
r<sub>3</sub>
Δn<sub>0</sub>
Δn<sub>t</sub>
r<sub>0</sub>/r<sub>1</sub>
(мкм)
(мкм)
×1000
×1000
Пример 8
0,20
8,00
20,00
5,59
-1,91
Пример 9
0,20
7,90
21,43
5,61
-1,65
Пример 10
0,25
7,65
17,30
5,70
-1,48
Пример 11
0,25
7,85
18,12
5,55
-1,62
Пример 12
0,25
7,43
21,49
5,61
-1,13
Пример 13
0,25
7,95
16,05
5,80
-1,99
Пример 14
0,25
7,33
18,16
5,79
-1,31
Пример 15
0,30
7,21
17,94
5,56
-1,19
Пример 16
0,30
7,56
20,73
5,12
-1,84
Пример 17
0,30
7,42
17,03
5,49
-1,78
Пример 18
0,30
7,06
19,52
5,70
-1,15
Пример 19
0,35
7,06
20,80
5,35
-1,38
Пример 20
0,35
6,78
21,74
5,48
-0,92
Пример 21
0,35
6,91
19,96
5,39
-0,94
Пример 22
0,35
7,25
18,93
5,28
-1,98
Пример 23
0,35
6,90
21,93
5,28
-1,49
Пример 24
0,40
6,67
19,57
5,33
-1,06
Пример 25
0,40
6,98
18,60
5,21
-1,37
Пример 26
0,40
7,01
16,51
5,42
-1,70
Пример 27
0,40
6,43
21,55
5,43
-0,91
Пример 28
0,45
6,42
19,71
5,33
-0,91
Пример 29
0,45
6,55
18,98
5,26
-0,97
Пример 30
0,45
6,68
19,60
5,06
-1,83
Пример 31
0,45
6,35
20,79
5,24
-1,16
Пример 32
0,50
6,23
19,23
5,19
-1,02
Пример 33
0,50
6,37
20,49
5,01
-1,18
Пример 34
0,50
6,34
18,48
5,11
-1,50
Пример 35
0,50
6,10
21,63
5,33
-0,93
01
02
Аналогично этому, таблица 11, приведенная ниже, соответствует таблице 4, приведенной выше, и в ней представлены оптические характеристики оптических волокон из примеров 8-35; таблица 12, приведенная ниже, соответствует таблице 5, приведенной выше, и в ней представлены потери на макроизгибах в оптических волокнах из примеров 8-35. Наконец, таблица 13, приведенная ниже, соответствует таблице 9, приведенной выше, и в ней представлены значения интегралов V и V по поверхности, рассмотренных выше, для примеров 8-35 согласно вариантам осуществления. Структура таблиц 10-13 и единицы измерения в таблицах 10-13 соответствуют ранее рассмотренным таблицам.
Таблица 11
КДВО
ДМП1310
ДМП1550
ДВНД
ННД
ХД 1550
ХД 1625
(нм)
(мкм)
(мкм)
(нм)
(пс/нм<sup>2</sup>·км)
(пс/нм·км)
(пс/нм·км)
G.657.A2мин
8,6
1300
13,3
17,2
G.657.A2макс
1260
9,2
1324
0,092
18,6
23,7
Пример 8
1223
9,12
10,23
1318
0,091
17,3
21,7
Пример 9
1240
9,18
10,32
1319
0,091
17,1
21,5
Пример 10
1219
9,11
10,21
1316
0,091
17,3
21,7
Пример 11
1228
9,20
10,29
1314
0,091
17,5
21,9
Пример 12
1234
9,19
10,34
1318
0,090
17
21,4
Пример 13
1231
9,01
10,05
1313
0,092
17,6
22
Пример 14
1202
9,00
10,12
1319
0,090
17
21,3
Пример 15
1214
9,11
10,21
1315
0,090
17,3
21,6
Пример 16
1234
9,19
10,26
1310
0,091
17,7
22,1
Пример 17
1197
9,01
10,05
1311
0,091
17,6
22
Пример 18
1224
9,00
10,10
1316
0,090
17,1
21,4
Пример 19
1239
9,11
10,16
1310
0,091
17,6
21,9
Пример 20
1230
9,10
10,22
1315
0,089
17,1
21,4
Пример 21
1225
9,20
10,31
1313
0,090
17,3
21,6
Пример 22
1230
9,00
10,00
1306
0,092
18
22,4
Пример 23
1231
9,00
10,06
1311
0,090
17,4
21,7
Пример 24
1222
9,11
10,17
1310
0,090
17,5
21,8
Пример 25
1234
9,20
10,22
1305
0,091
18
22,3
Пример 26
1235
9,01
9,98
1303
0,092
18,2
22,6
Пример 27
1215
9,00
10,10
1314
0,089
17,1
21,4
Пример 28
1232
9,11
10,16
1308
0,090
17,5
21,8
Пример 29
1238
9,20
10,24
1306
0,090
17,8
22,1
Пример 30
1232
9,01
9,96
1301
0,092
18,3
22,6
Пример 31
1216
9,01
10,05
1308
0,089
17,5
21,8
Пример 32
1224
9,10
10,12
1305
0,090
17,7
22
Пример 33
1231
9,20
10,21
1303
0,091
18
22,3
Пример 34
1216
9,00
9,97
1301
0,091
18,2
22,5
Пример 35
1236
9,00
10,03
1307
0,089
17,5
21,8
Таблица 12
Р15ПМ(1550)
Р10ПМ(1550)
Р7,5ПМ(1550)
Р5ПМ(1550)
Р15ПМ(1625)
Р10ПМ(1625)
Р7,5ПМ(1625)
Р5ПМ(1625)
дБ/10В
дБ/1В
дБ/1В
дБ/1В
дБ/10В
дБ/1В
дБ/1В
дБ/1В
G.657.A2,макс
0,03
0,1
0,5
0,1
0,2
1,0
Пример 8
0,021
0,03
0,1
0,5
0,10
0,07
0,19
0,89
Пример 9
0,016
0,02
0,1
0,6
0,07
0,06
0,18
1,19
Пример 10
0,014
0,05
0,2
1,2
0,08
0,15
0,53
2,11
Пример 11
0,014
0,04
0,2
0,9
0,07
0,12
0,38
1,58
Пример 12
0,015
0,04
0,2
1,5
0,07
0,10
0,37
2,79
Пример 13
0,005
0,03
0,1
0,7
0,03
0,09
0,34
1,29
Пример 14
0,016
0,05
0,2
1,3
0,09
0,16
0,54
2,42
Пример 15
0,017
0,06
0,3
1,7
0,10
0,19
0,67
2,94
Пример 16
0,023
0,02
0,1
0,5
0,10
0,06
0,18
0,97
Пример 17
0,018
0,05
0,2
0,9
0,10
0,15
0,44
1,58
Пример 18
0,009
0,04
0,2
1,2
0,05
0,11
0,41
2,18
Пример 19
0,010
0,02
0,1
0,8
0,05
0,07
0,23
1,47
Пример 20
0,012
0,04
0,2
2,1
0,07
0,12
0,47
3,92
Пример 21
0,019
0,06
0,3
2,2
0,10
0,18
0,66
3,90
Пример 22
0,011
0,02
0,1
0,4
0,06
0,06
0,17
0,70
Пример 23
0,014
0,02
0,1
0,7
0,07
0,06
0,19
1,44
Пример 24
0,016
0,05
0,2
1,6
0,09
0,15
0,55
2,93
Пример 25
0,013
0,04
0,2
1,0
0,07
0,12
0,41
1,88
Пример 26
0,006
0,03
0,2
0,8
0,04
0,09
0,36
1,43
Пример 27
0,015
0,04
0,2
2,2
0,08
0,13
0,51
4,16
Пример 28
0,011
0,05
0,2
1,9
0,07
0,15
0,59
3,48
Пример 29
0,012
0,05
0,3
1,9
0,07
0,16
0,63
3,34
Пример 30
0,013
0,02
0,1
0,4
0,07
0,06
0,17
0,79
Пример 31
0,017
0,04
0,2
1,3
0,09
0,11
0,38
2,54
Пример 32
0,016
0,06
0,3
1,7
0,09
0,17
0,61
3,13
Пример 33
0,019
0,04
0,2
1,4
0,10
0,13
0,42
2,57
Пример 34
0,017
0,04
0,2
0,8
0,09
0,12
0,37
1,59
Пример 35
0,008
0,03
0,2
1,6
0,05
0,09
0,38
3,20
Таблица 13
V<sub>01</sub>×1000
V<sub>02</sub>×1000
(V<sub>01</sub>-0,2326V<sub>02</sub>)×1000
(мкм)
(мкм)
(мкм)
Сравн. Пр.
22,96
-2,11
23,45
Пример 8
20,72
-22,92
26,05
Пример 9
21,38
-22,32
26,57
Пример 10
23,01
-14,28
26,33
Пример 11
22,46
-16,64
26,33
Пример 12
22,90
-15,89
26,60
Пример 13
22,89
-16,12
26,64
Пример 14
22,92
-14,19
26,22
Пример 15
23,05
-12,77
26,02
Пример 16
20,29
-24,23
25,93
Пример 17
21,86
-17,11
25,83
Пример 18
23,32
-14,33
26,65
Пример 19
22,33
-18,96
26,74
Пример 20
23,05
-13,76
26,25
Пример 21
23,03
-12,27
25,88
Пример 22
21,17
-23,13
26,55
Пример 23
21,25
-22,39
26,46
Пример 24
22,76
-13,67
25,95
Пример 25
22,59
-15,92
26,29
Пример 26
23,02
-16,15
26,78
Пример 27
22,69
-13,76
25,89
Пример 28
23,20
-12,09
26,01
Пример 29
23,23
-12,06
26,04
Пример 30
21,14
-23,64
26,64
Пример 31
22,10
-16,75
25,99
Пример 32
22,66
-13,26
25,75
Пример 33
22,06
-16,66
25,93
Пример 34
21,92
-18,21
26,16
Пример 35
22,97
-14,44
26,33
0
1
01
02
01
02
-3
-3
-3
-3
-3
-3
Для оптических волокон согласно вариантам осуществления изобретения обычно задают диаметр модового поля больше чем или равный 9 мкм при 1310 нм и при этом волокна имеют следующие характеристики: отношение r/r радиуса центральной части сердцевины к радиусу переходного участка сердцевины в пределах от 0,10 до 0,60 (что требуется для поддержания длины волны нулевой хроматической дисперсии (ДВНД) от 1300 до 1324 нм), предпочтительно от 0,20 до 0,50, более предпочтительно от 0,25 до 0,45 (что обеспечивает устойчивый рабочий диапазон); интеграл V по поверхности сердцевины, предпочтительно находящийся в пределах от около 20×10 мкм до около 24×10 мкм; интеграл V по поверхности оболочки, предпочтительно находящийся в пределах от -25×10 мкм до -9×10 мкм; соотношение V-0.2326×V между интегралом по поверхности сердцевины и интегралом по поверхности оболочки, предпочтительно находящееся в пределах от 25,7×10 мкм до 26,8×10 мкм.
01
02
01
02
01
02
01
02
На самом деле известно, что потери на макроизгибах снижаются, когда интеграл V по поверхности сердцевины возрастает и когда интеграл V по поверхности оболочки уменьшается. В связи с этим изобретатели решили, что должно иметься положительное число k, которое позволит описать потери на макроизгибах математической функцией вида f=V-k×V. То же самое применимо относительно кабельной длины волны отсечки, для которой характерна тенденция повышаться, когда интеграл V по поверхности сердцевины возрастает и когда интеграл V по поверхности оболочки уменьшается. Следовательно, также должно иметься положительное число g, которое позволит описать характер изменения кабельной длины волны отсечки математической функцией вида f=V-g×V. Методом проб и ошибок изобретатели обнаружили, что при k=g=0,2326 имеется сильная корреляция между функцией f и потерями на макроизгибах при радиусах изгиба 15 мм и 10 мм, с одной стороны, и кабельной длиной волны отсечки, с другой стороны.
На фигурах 4-6 показаны обнаруженные данные. Точнее, на фиг. 4А и 4В по y-осям показаны потери на макроизгибах (ПМ) оптических волокон согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия, рассчитанные на получение диаметра модового поля 9 мкм при 1310 нм, в случае длины волны 1550 нм при радиусах (Р) кривизны 15 мм и 10 мм (ПМ при 1550, Р=15 и ПМ при 1550, Р=10), выраженных в дБ/10В, где 10В обозначает 10 витков, в зависимости от представленной выше функции f, когда k=0, по x-осям. На фиг. 4С показана кабельная длина волны отсечки (КДВО), выраженная в нанометрах, для оптических волокон согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия, рассчитанных на получение диаметра модового поля 9 мкм при 1310 нм, в зависимости от представленной выше функции f, когда g=0, по x-оси.
Как можно видеть, значения потерь на макроизгибах и кабельной длины волны отсечки разбросаны.
То же самое можно видеть на фиг. 5А-5С, которые подобны фиг. 4А-4С за исключением того, что параметры k и g приравнены к 1.
Однако на фиг. 6А-6G показано, что имеется сильная корреляция между определенной выше функцией f и как потерями на макроизгибах, так и кабельной длиной волны отсечки, когда k=g=0,2326. Все эти графики построены по результатам моделирования приведенных в качестве примера оптических волокон согласно настоящему раскрытию, рассчитанных на получение диаметра модового поля 9 или 9,2 мкм при 1310 мкм, соответственно нижнему и верхнему пределам настоящего раскрытия.
На фиг. 6А представлены потери на макроизгибах для таких оптических волокон при длине волны 1550 нм в случае радиуса кривизны 15 мм (ПМ при 1550, Р=15), выраженные в дБ/10В, где 10В обозначает 10 витков, в зависимости от определенной выше функции f, когда k=0,2326, по x-оси.
На фиг. 6В представлены потери на макроизгибах для таких оптических волокон при длине волны 1550 нм в случае радиуса кривизны 10 мм (ПМ при 1550, Р=10), выраженные в дБ/10В, где 10В обозначает 10 витков, в зависимости от определенной выше функции f, когда k=0,2326, по x-оси.
На фиг. 6С представлены потери на макроизгибах для таких оптических волокон при длине волны 1550 нм в случае радиуса кривизны 7,5 мм (ПМ при 1550, Р=7,5), выраженные в дБ/10В, где 10В обозначает 10 витков, в зависимости от определенной выше функции f, когда k=0,2326, по x-оси.
На фиг. 6D представлены потери на макроизгибах для таких оптических волокон при длине волны 1625 нм в случае радиуса кривизны 15 мм (ПМ при 1625, Р=15), выраженные в дБ/10В, где 10В обозначает 10 витков, в зависимости от определенной выше функции f, когда k=0,2326, по x-оси.
На фиг. 6Е представлены потери на макроизгибах для таких оптических волокон при длине волны 1625 нм в случае радиуса кривизны 10 мм (ПМ при 1625, Р=10), выраженные в дБ/10В, где 10В обозначает 10 витков, в зависимости от определенной выше функции f, когда k=0,2326, по x-оси.
На фиг. 6F представлены потери на макроизгибах для таких оптических волокон при длине волны 1625 нм в случае радиуса кривизны 7,5 мм (ПМ при 1625, Р=7,5), выраженные в дБ/10В, где 10В обозначает 10 витков, в зависимости от определенной выше функции f, когда k=0,2326, по x-оси.
На фиг. 6G представлена кабельная длина волны отсечки для таких оптических волокон, выраженная в нанометрах, в зависимости от определенной выше функции f, когда g=0,2326, по x-оси.
-3
01
02
Следовательно, как можно видеть из фиг. 6D и 6Е, в случае номинального диаметра модового поля от 9,0 до 9,2 мкм при 1310 нм необходимо иметь 25,7×10≤V-0,2326V, чтобы получать потери на макроизгибах при радиусах 15 мм и 10 мм, соответствующие требованиям, изложенным в рекомендации G.657.A2 ССЭ-МСЭ, максимально допустимый уровень которых показан горизонтальной пунктирной линией.
1
p
На фиг. 7 показана оптическая линия 70 связи согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. Такая оптическая линия связи содержит p участков оптических волокон, где p≥2, которые сращены. На фиг. 7 показаны только оптическое волокно 70 и оптическое волокно 70, а все другие возможные оптические волокна в оптической линии связи обозначены пунктирными линиями. По меньшей мере одно из оптических волокон в оптической линии 70 связи представляет собой такое, что оно имеет характеристики согласно варианту осуществления, описанному выше. Иначе говоря, по меньшей мере одно из оптических волокон соответствует требованиям, изложенным в рекомендации G.657.A2 ССЭ-МСЭ, ориентированным на достижение диаметра модового поля больше чем или равного 9 мкм при 1310 нм и особенностей профиля показателя преломления, представленных выше на фиг. 2 и 3, и в частности, на образование имеющей трапецеидальный профиль показателя преломления сердцевины при большой, но мелкой канавке. Эти оптические волокна могут быть сращены в оптическую линию 70 связи при использовании стандартных одномодовых оптических волокон, соответствующих требованиям, изложенным в рекомендации G.652.D ССЭ-МСЭ.
Теперь будет описан в качестве примера способ изготовления оптического волокна согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия. Такой способ изготовления содержит первый этап химического осаждения из паровой фазы для образования стержня сердцевины. В течение химического осаждения из паровой фазы осаждают легированные или нелегированные слои стекла. Осажденные слои стекла образуют сердцевину с профилем показателя преломления конечной оптики. На втором этапе стержень сердцевины снабжают внешней покровной оболочкой для повышения его диаметра, чтобы образовать преформу. Покровную оболочку можно получать из предварительно образованных трубок из диоксида кремния или путем осаждения слоев стекла по внешней окружности стержня сердцевины. Различные способы можно использовать для образования покровной оболочки путем осаждения слоев стекла, такие как внешнее осаждение из паровой фазы (OVD) или усовершенствованное осаждение из плазмы и паровой фазы (APVD). На третьем этапе оптическое волокно получают вытягиванием из преформы в башне вытяжки волокна.
Чтобы изготовить стержень сердцевины, трубку или подложку обычно устанавливают горизонтально и удерживают в установке для производства стекла. После этого трубку или подложку вращают и нагревают или локально подводят энергию для осаждения компонентов, которыми определяется состав стержня сердцевины. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что составом стержня сердцевины определяются оптические характеристики волокна.
В этой связи, центральную часть и переходный участок сердцевины, промежуточную оболочку и канавку обычно получают при использовании плазмохимического осаждения из паровой фазы (PCVD) или химического осаждения из паровой фазы в печи (FCVD), что позволяет в большом количестве вводить фтор и германий в диоксид кремния и что позволяет постепенно изменять концентрации их на переходном участке сердцевины. Способ плазмохимического осаждения из паровой фазы описан, например, в патентном документе US Re30635 или US 4314833.
Кроме того, другие способы можно использовать для образования стержня сердцевины, такие как осевое осаждение из паровой фазы (VAD) или внешнее осаждение из паровой фазы (OVD).
Оптические волокна согласно настоящему изобретению хорошо подходят для использования в различных системах оптической связи. Они особенно подходят для наземных систем связи, а также для систем «волокно в дом» (FTTH).
Кроме того, они в большинстве случаев совместимы с обычными оптическими волокнами, что делает их пригодными для использования во многих системах оптической связи. Например, оптические волокна согласно вариантам осуществления изобретения в большинстве случаев совместимы с обычными оптическими волокнами в части диаметра модового поля, что способствует хорошей связи волокно-волокно.
В описании и/или на чертежах были раскрыты типичные варианты осуществления изобретения. Настоящее изобретение не ограничено такими примерами вариантов осуществления.