ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО С НИЗКИМИ ИЗГИБНЫМИ ПОТЕРЯМИ
OPTICAL FIBRE HAVING LOW BEND LOSSES

Перекрестная ссылка на родственные заявки
В соответствии с §119(е) раздела 35 кодекса законов США по этой заявке испрашивается преимущество приоритета предварительной заявки № 61/308625 на патент США, поданной 26 февраля 2010 года.
Область техники
Настоящее изобретение относится к оптическим волокнам, имеющим низкие изгибные потери.
Технические предпосылки
Имеется необходимость в оптических волокнах с низкими изгибными потерями, в частности в оптических волокнах, используемых при так называемом «доступе», и волокне для оптических сетей (волоконно-оптических кабельных сетей) в зданиях. В таких сетях оптическое волокно может размещаться способом, при котором изгибные потери наводятся на оптические сигналы, передаваемые по оптическому волокну. Некоторые применения, при которых могут прикладываться физические нагрузки, например при изгибах малого радиуса, сжатии оптического волокна и т.д., которые наводят изгибные потери, включают в себя размещение оптического волокна в отводных оптических кабельных узлах, распределительных кабелях совместно с установленными изготовителем оконечными системами и петлевыми компенсаторами, мультипортах с небольшими радиусами изгибов, расположенных в комнатах, которые соединяют фидер и распределительные кабели, и соединителях в точках доступа к сети между распределительными и отводными кабелями. В конструкциях некоторых оптических волокон трудно одновременно получать низкие изгибные потери и небольшую длину волны кабельной отсечки.
Краткое изложение
1
1
2
2
3
1
3
2
3
2
1
2
В этой заявке раскрыты оптические световодные волокна, содержащие легированную диоксидом германия центральную область сердцевины, имеющую внешний радиус r и Δ показателя преломления, область оболочек, содержащую первую область внутренней оболочки, имеющую внешний радиус r больше 8 мкм и Δ показателя преломления, и вторую область внешней оболочки, имеющую Δ показателя преломления, где Δ>Δ>Δ, и при этом разность между Δ и Δ больше чем 0,01, указанное волокно имеет отсечку 22-метрового кабеля меньше чем или равную 1260 нм, а r/r больше чем или равно 0,25, более предпочтительно больше чем 0,3.
1
1
2
2
3
1
2
В этой заявке также раскрыты одномодовые оптические волокна, содержащие центральную область сердцевины, имеющую внешний радиус r и Δ показателя преломления, область оболочек, содержащую легированный фтором диоксид кремния, при этом указанная область оболочек содержит первую область внутренней оболочки, имеющую внешний радиус r и Δ показателя преломления, и вторую область внешней оболочки, имеющую Δ показателя преломления, где r/r больше чем или равно 0,25. Волокна, раскрытые в этой заявке, могут соответствовать стандартам Международного союза электросвязи (ITU) G.657A и G.657B.
Предпочтительно, чтобы изгибные потери для диаметра 20 мм при 1550 нм были не больше чем 0,75 дБ/виток. Предпочтительно, чтобы изгибные потери для диаметра 30 мм при 1550 нм были не больше чем 0,025 дБ/виток. В некоторых предпочтительных осуществлениях изгибные потери для диаметра 20 мм при 1550 нм не больше чем 0,3 дБ/виток. В других предпочтительных осуществлениях изгибные потери для диаметра 20 мм при 1550 нм не больше чем 0,1 дБ/виток. В некоторых предпочтительных осуществлениях изгибные потери для диаметра 30 мм при 1550 нм не больше чем 0,003 дБ/виток.
В некоторых осуществлениях изгибные потери для диаметра 15 мм при 1550 нм не больше чем 1 дБ/виток. В некоторых предпочтительных осуществлениях изгибные потери для диаметра 15 мм при 1550 нм не больше чем 0,5 дБ/виток.
В некоторых осуществлениях профилем показателя преломления также обеспечивается длина волны нулевой дисперсии меньше чем 1325 нм. В предпочтительных осуществлениях профилем показателя преломления также обеспечивается длина волны нулевой дисперсии от 1300 до 1325 нм.
Предпочтительно, чтобы профилем показателя преломления также обеспечивалась кабельная осечка меньше чем или равная 1260 нм.
В некоторых предпочтительных осуществлениях профилем показателя преломления при 1310 нм также обеспечивается диаметр модового поля от 8,2 до 9,5 мкм. В предпочтительных осуществлениях профилем показателя преломления при 1310 нм также обеспечивается диаметр модового поля от 8,2 до 9,0 мкм.
Используемое в этой заявке число МАС означает диаметр модового поля при 1310 нм, деленный на длину волны (в нанометрах) отсечки 22-метрового кабеля. В некоторых предпочтительных осуществлениях профилем показателя преломления также обеспечивается число МАС от 6,6 до 7,5. В других предпочтительных осуществлениях профилем показателя преломления также обеспечивается число МАС не больше чем 7,3.
Предпочтительно, чтобы оптическое волокно имело максимальное изменение затухания, наведенное водородом, меньше чем 0,03 дБ/км при 1383 нм после воздействия парциального давления водорода 0,01 атм (0,98 кПа) в течение по меньшей мере 144 ч. Предпочтительно, чтобы оптическое волокно имело оптическое затухание при 1383 нм, которое превышает не больше чем на 0,10 дБ/км оптическое затухание при 1310 нм, а еще более предпочтительно, чтобы оптическое затухание при 1383 нм было меньше, чем оптическое затухание при 1310 нм.
Теперь обратимся детально к предпочтительным в настоящее время осуществлениям, примеры которых иллюстрируются сопровождающим чертежом.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан профиль показателя преломления, соответствующий предпочтительному осуществлению оптического световодного волокна, раскрытого в этой заявке.
Подробное описание предпочтительного осуществления
Дополнительные признаки и преимущества будут изложены в подробном описании, которое следует ниже, и они должны стать очевидными для специалистов в данной области техники из описания или понятными при применении на практике изобретения, изложенного в нижеследующем описании совместно с формулой изобретения и сопровождающим чертежом.
«Профиль показателя преломления» представляет собой зависимость между показателем преломления или относительным показателем преломления и радиусом световодного волокна.
i
c
i
c
2
2
2
2
3
2
5
2
2
2
2
«Относительный показатель преломления в процентах» определяется как Δ%=100×(n -n )/2n , а используемая в этой заявке величина n является средним показателем преломления беспримесного диоксида кремния. Используемый в этой заявке относительный показатель преломления обозначается Δ и значения его даются в единицах процентов, если не оговаривается иное. В случаях, когда показатель преломления области меньше, чем средний показатель преломления беспримесного диоксида кремния, относительный показатель преломления в процентах является отрицательным и указывает на наличие области с пониженным показателем преломления или пониженного показателя преломления. В случаях, когда показатель преломления области больше, чем средний показатель преломления области оболочки, относительный показатель преломления в процентах является положительным. В этой заявке «повышающей показатель преломления примесью» считается примесь, которая обладает свойством повышать показатель преломления относительно показателя преломления чистого беспримесного SiO. В этой заявке «понижающей показатель преломления примесью» считается примесь, которая обладает свойством понижать показатель преломления относительно показателя преломления чистого беспримесного SiO. Примеры повышающих показатель преломления примесей включают в себя GeO, AlO, PO, TiO, Cl, Br. Примеры понижающих показатель преломления примесей включают в себя фтор и бор.
«Хроматическая дисперсия» световодного волокна, в этой заявке называемая «дисперсией», если не указано иное, является суммой дисперсии материала, дисперсии световода и межмодовой дисперсии. В случае одномодовых световодных волокон межмодовая дисперсия равна нулю. Длина волны нулевой дисперсии является длиной волны, при которой дисперсия имеет нулевое значение. Наклон дисперсии является скоростью изменения дисперсии относительно длины волны.
«Эффективная площадь» определяется как:
эфф
2
2
4
А=2π(∫f·r·dr)/(∫f·r·dr),
эфф
где пределы интегрирования составляют от 0 до ∞ и f является поперечной составляющей электрического поля, связанной со светом, распространяющимся в световоде. Используемая в этой заявке «эффективная площадь» или «А» относится к оптической эффективной площади при длине волны 1550 нм, если не указано иное.
Термин «α-профиль» относится к профилю относительного показателя преломления, выраженному в членах Δ(r), в единицах процентов, где r является радиусом, который подчиняется уравнению
0
0
1
0
α
Δ(r)=Δ(r)(1-[|r-r|/(r-r)]),
0
1
i
f
i
f
где r является точкой, в которой величина Δ(r) максимальна, r является точкой, в которой величина Δ(r)% равна нулю, и r находится в диапазоне r≤r≤r, при этом величина Δ определена выше, r является начальной точкой α-профиля, r является конечной точкой α-профиля и α представляет собой показатель, который является вещественным числом.
2
2
2
Диаметр модового поля (ДМП) измеряют, используя способ Петермана II, в котором 2w=ДМП и w=(2∫f·r·dr/∫[df/dr]·r·dr), при этом пределы интегрирования составляют от 0 до ∞.
Сопротивление изгибу световодного волокна можно оценивать по наведенному затуханию в заданных режимах испытаний, например, путем размещения или наматывания волокна вокруг оправки заданного диаметра, например путем наматывания 1 витка вокруг оправки с диаметром 6 мм, 10 мм, или 20 мм, или аналогичным (например, «потери на макроизгибах 1×10 мм в диаметре» или «потери на макроизгибах 1×20 мм в диаметре») и измерения повышения затухания в расчете на виток.
Теоретическая длина волны волоконной отсечки, или «теоретическая волоконная отсечка», или «теоретическая отсечка» для данной моды является длиной волны, выше которой направляемый свет не может распространяться в этой моде. Математическое определение можно найти в “Single mode fiber optics”, Jeunhomme, pp.39-44, Marcel Dekker, New York, 1990, где теоретическая волоконная отсечка охарактеризована как длина волны, при которой постоянная модового распространения становится равной постоянной распространения плоских волн во внешней оболочке. Теоретическая длина волны соответствует бесконечно длинному, совершенно прямому волокну, которое не имеет вариаций диаметра.
Волоконную отсечку определяют с помощью стандартной методики FOTP-80 (EIA-TIA-455-80) измерения отсечки 2-метрового волокна, чтобы получать «длину волны волоконной отсечки», также известную как «отсечка 2-метрового волокна» или «измеренная отсечка». Измерение по стандартной методике FOTP-80 выполняют, чтобы исключать моды высокого порядка путем использования контролируемой степени изгиба или чтобы нормировать спектральную характеристику волокна относительно спектральной характеристики многомодового волокна.
Под длиной волны кабельной отсечки или «кабельной отсечкой», используемой в этой заявке, подразумевается результат измерения отсечки 22-метрового кабеля в соответствии с инструкцией EIA-445 по проведению испытаний волоконной оптики, которая является частью стандартов EIA-TIA по волоконной оптике, то есть стандартов по волоконной оптике Ассоциации электронной промышленности (EIA) - Ассоциации промышленности средств связи (TIA), более известных как стандарты FOTP.
В этой заявке оптические свойства (такие как дисперсия, наклон дисперсии и т.д.) приводятся для моды LP01 (фундаментальной), если не указано иное.
2
2
2
2
Оптические волокна, раскрытые в этой заявке, могут иметь эффективную площадь при 1550 нм, которая больше чем около 55 мкм, предпочтительно от 55 до 90 мкм, еще более предпочтительно от около 65 до около 85 мкм. В некоторых предпочтительных осуществлениях эффективная площадь оптического волокна при 1550 нм составляет от около 65 до около 75 мкм.
1
2
3
1
3
2
4
Один пример волокна 10 показан на фигуре 1, при этом волокно включает в себя центральную область 1 стеклянной сердцевины, имеющую максимальное приращение Δ в процентах показателя преломления. Первая область 2 внутренней оболочки с пониженным показателем преломления окружает центральную область 1 сердцевины, при этом первая область 2 внутренней оболочки имеет приращение Δ в процентах показателя преломления. Область 3 внешней оболочки окружает первую область 2 внутренней оболочки и имеет Δ. В предпочтительных осуществлениях Δ>Δ>Δ. В осуществлении, показанном на фигуре 1, области 1, 2, 3 непосредственно прилегают друг к другу. Однако это не является обязательным и в качестве варианта можно использовать дополнительные области сердцевины или оболочки. Например, можно использовать область внешней оболочки (непоказанную), которая окружает кольцевую область 3 и имеет меньшее приращение Δ в процентах показателя преломления, чем кольцевая область 3.
1
1
1
1
Центральная область 1 сердцевины имеет внешний радиус r, который определяется как место, где касательная линия, проведенная в продолжение максимального наклона показателя преломления центральной области 1 сердцевины, пересекает нулевую линию приращения. Предпочтительно, чтобы область 1 сердцевины имела приращение Δ в процентах показателя преломления от около 0,3 до около 0,5, более предпочтительно от около 0,32 до около 0,48. В некоторых осуществлениях предпочтительно, чтобы Δ составляло от 0,36 до 0,46. Предпочтительно, чтобы радиус r сердцевины составлял от 3 до 6 мкм, более предпочтительно от около 3,5 до около 5,0 мкм. Центральная область 1 сердцевины может содержать единственный сегмент, ступенчатый профиль показателя преломления. Предпочтительно, чтобы центральная область 1 сердцевины имела значение альфа от около 10 до около 100, а в некоторых случаях альфа может быть от 15 до 40.
1
2
1
2
2
В осуществлении, показанном на фиг.1, область 2 внутренней оболочки окружает центральную область 1 сердцевины и имеет внутренний радиус r и внешний радиус r, при этом r определено выше, а r определяется как место, где кривая профиля показателя преломления пересекает нулевую линию приращения. В некоторых случаях показатель преломления в области 2 является по существу плоским. В других случаях может быть градиентный профиль показателя преломления. В других существующих случаях могут быть флуктуации как результат формирования мелкого профиля или отклонений от процесса. В некоторых осуществлениях область 2 внутренней оболочки содержит диоксид кремния, который является по существу не легированным, например фтором или диоксидом германия, так что область является по существу свободной от фтора и диоксида германия. Область 2 внутренней оболочки имеет приращение Δ в процентах показателя преломления, которое вычисляют с использованием:
<mrow><msub><mi>Δ</mi><mn>2</mn></msub><mtext> </mtext><mo>=</mo><mtext> </mtext><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mrow><mi>r</mi><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>r</mi><mn>2</mn></mrow></munderover><mrow><mi>Δ</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>r</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi>d</mi><mi>r</mi><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mtext> </mtext><mo>−</mo><mtext> </mtext><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mrow></mstyle></mrow>
.
1
2
Предпочтительно, чтобы область 2 внутренней оболочки имела ширину от около 3 до около 13 мкм, более предпочтительно от 4 до 12 мкм, еще более предпочтительно от около 7 до около 9 мкм. Предпочтительно, чтобы отношение радиуса r сердцевины к радиусу r области 2 внутренней оболочки было больше чем 0,25, более предпочтительно от около 0,3 до около 0,55.
3
2
3
2
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>3</mn></msub></mrow>
Область 3 внешней оболочки окружает кольцевую область 2 с пониженным показателем преломления и имеет приращение Δ в процентах показателя преломления, которое больше, чем Δ показателя преломления области 2 внутренней оболочки, вследствие чего образуется область, которая легирована примесью, повышающей показатель преломления области 3 внешней оболочки относительно показателя преломления области 2 внутренней оболочки, например, благодаря добавлению примеси (такой как диоксид германия или хлор) в количестве, достаточном для повышения показателя преломления области внешней оболочки. Однако заметим, что не является критичным, чтобы при легировании области 3 повышающая показатель преломления примесь обязательно включалась в область 3. В действительности аналогичный эффект повышенного показателя преломления области 3 внешней оболочки можно получать легированием области 2 внутренней оболочки примесью, понижающей показатель преломления относительно показателя преломления области 3 внешней оболочки. Область 3 внешней оболочки имеет более высокий показатель преломления, чем показатель преломления области 2 внутренней области, и предпочтительно имеет приращение Δ в процентах показателя преломления, которое больше чем 0,01 и может быть больше чем 0,02 или 0,03. Предпочтительно, чтобы участок с более высоким показателем преломления (по сравнению с областью 2 внутренней оболочки) области 3 внешней оболочки продолжался по меньшей мере до точки, где оптическая мощность, которая должна передаваться по оптическому волокну, больше чем или равна 90% передаваемой оптической мощности, более предпочтительно до точки, где оптическая мощность, которая должна передаваться по оптическому волокну, больше чем или равна 95% передаваемой оптической мощности, и наиболее предпочтительно до точки, где оптическая мощность, которая должна передаваться по оптическому волокну, больше чем или равна 98% передаваемой оптической мощности. Во многих осуществлениях это достигается наличием легированной повышающей показатель преломление примесью третьей кольцевой области, продолжающейся по меньшей мере до радиальной точки около 30 мкм. Следовательно, объем
третьей кольцевой области 3, определенной в этой заявке, вычисляется с использованием Δ(3-2)dr/rdr между радиусом r и r30 (радиусом при 30 мкм) и определяется как
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>3</mn></msub><mtext> </mtext><mo>=</mo><mtext> </mtext><mn>2</mn><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mrow><mi>r</mi><mn>2</mn></mrow><mrow><mi>r</mi><mn>30</mn></mrow></munderover><mrow><msub><mi>Δ</mi><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo>−</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>r</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi>r</mi><mi>d</mi><mi>r</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow>
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>3</mn></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>3</mn></msub></mrow>
2
2
Предпочтительно, чтобы объем
области внешней оболочки (в пределах 30 мкм) по сравнению с объемом области 2 внутренней оболочки был больше чем 5, более предпочтительно больше чем 7 и может быть больше чем 10%Δ·мкм. В некоторых осуществлениях этот объем
области внешней оболочки (в пределах 30 мкм) меньше чем 80%Δ·мкм.
3
В некоторых осуществлениях Δ показателя преломления области внешней оболочки составляет больше чем 0,01%, более предпочтительно больше чем 0,02% по сравнению с приращением показателя преломления области 2 внутренней оболочки. В некоторых осуществлениях третья кольцевая область содержит хлор (Cl) в количестве больше чем 1000 частей на миллион, более предпочтительно больше 1500 частей на миллион и наиболее предпочтительно больше чем 2000 частей на миллион (0,2%) по массе.
МАКС
МАКС
Предпочтительно, чтобы область 1 сердцевины имела положительный показатель преломления на всем протяжении. Сердцевина 1 имеет максимальный относительный показатель Δ преломления, наблюдаемый между r=0 и r=3 мкм. Предпочтительно, чтобы Δ был больше чем 0,32-0,48%.
Предпочтительно, чтобы область 2 внутренней оболочки имела по существу постоянный профиль относительного показателя преломления, то есть чтобы разность между относительными показателями преломления при любых двух радиусах в пределах промежуточной области была меньше чем 0,02%, а в некоторых предпочтительных осуществлениях меньше чем 0,01%. Таким образом, предпочтительно, чтобы профиль относительного показателя преломления области 2 внутренней оболочки имел по существу плоскую форму.
1
1
Область 1 сердцевины может быть сердцевиной со ступенчатым показателем преломления, и он может иметь альфа (α)-форму. В предпочтительных осуществлениях r меньше чем 8,0 мкм, предпочтительно меньше чем 6,0 мкм. Предпочтительно, чтобы r был от 3,50 мкм до 5,6 мкм. В случае волокон с числами МАС от 6,6 до 7,5 волокна могут иметь изгибные потери меньше чем 0,15 дБ/виток при намотке на оправку радиусом 20 мм. Оптическое волокно, раскрытое в этой заявке, имеет число МАС не больше чем 7,3 и длину волны нулевой дисперсии меньше чем 1450 нм.
Различные примеры осуществлений будут дополнительно пояснены нижеследующими примерами. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные модификации и варианты могут быть сделаны без отступления от сущности или объема формулы изобретения.
1
1
1
2
2
3
3
2
3
2
Ниже в таблице 1 приведены характеристики полученных моделированием иллюстративных примеров 1-9, имеющих показатели преломления, показанные на фиг.1. В частности, ниже для каждого примера показаны приращение Δ показателя преломления, альфа и внешний радиус R центральной области 1 сердцевины, приращение Δ показателя преломления и внешний радиус R области 2 внутренней оболочки, приращение Δ показателя преломления и объем V области 3 внешней оболочки, который вычислялся между внутренним радиусом R области 3 внешней оболочки и радиальным расстоянием 30 мкм (и между Δ показателя преломления и Δ показателя преломления). Кроме того, представлены теоретическая длина волны отсечки в нанометрах, диаметр модового поля (ДМП) при 1310 нм, эффективная площадь при 1310 нм, хроматическая дисперсия при 1310 нм, наклон дисперсии при 1310 нм, затухание при 1310 нм, диаметр модового поля (ДМП) при 1550 нм, эффективная площадь при 1550 нм, хроматическая дисперсия при 1550 нм, наклон дисперсии при 1550 нм, затухание при 1550 нм и изгибные потери, наведенные на один виток диаметром 10 мм, в децибелах на виток, при 1550 нм. Эти свойства, приведенные в таблице 1, получены моделированием.
Таблица 1
Параметр
Профиль 1
Профиль 2
Профиль 3
Профиль 4
Профиль 5
Профиль 6
Профиль 7
Профиль 8
Профиль 9
Δ<sub>1</sub> (%)
0,39
0,39
0,39
0,39
0,39
0,4
0,37
0,36
0,43
α<sub>0</sub>
20
20
20
20
20
20
20
20
20
R<sub>1</sub> (мкм)
4,25
4,26
4,25
4,25
4,25
4,35
4,5
4,4
4,2
Δ<sub>2</sub> (%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
R<sub>2</sub> (мкм)
12,88
12,91
12,88
17
10,625
8,6
8
13,3
12,72
R<sub>1</sub>/R<sub>2</sub>
,33
,33
,33
,25
,4
,51
,56
,33
,33
Δ<sub>3</sub> (%)
0,03
0,04
0,05
0,10
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
Теоретическая отсечка (мкм)
1,2068
1,1741
1,1383
0,9948
1,1421
1,1993
1,1881
1,1191
1,1965
ДМП при 1310 нм (мкм)
8,6
8,6
8,6
8,6
8,6
8,6
9,0
8,9
8,3
А<sub>эфф</sub> при 1310 нм (мкм<sup>2</sup>)
58,7
58,9
58,8
58,7
58,8
59,5
64,3
63,4
55,1
Дисперсия при 1310 нм (пс/нм/км)
-0,0006
0,0321
-0,0115
0,0103
-0,0982
0,1476
0,1071
0,1837
0,2316
Наклон дисперсии при 1310 нм (пс/нм<sup>2</sup>/км)
0,0854
0,0854
0,0853
0,0855
0,0848
0,0846
0,0845
0,0857
0,0855
Затухание при 1310 нм (дБ/км)
0,342
0,342
0,342
0,342
0,342
0,342
0,340
0,340
0,343
ДМП при 1550 нм (мкм)
9,7
9,7
9,7
9,7
9,8
9,8
10,2
10,1
9,3
А<sub>эфф</sub> при 1550 нм (мкм<sup>2</sup>)
72,9
73,1
73,0
72,9
73,3
73,6
80,3
78,9
67,6
Дисперсия при 1550 нм (пс/нм/км)
16,4194
16,4340
16,3450
16,4557
16,0558
16,2389
16,2213
16,6471
16,6101
Наклон дисперсии при 1550 нм (пс/нм<sup>2</sup>/км)
0,0563
0,0561
0,0558
0,0563
0,0546
0,0544
0,0548
0,0562
0,0559
Затухание при 1550 нм (дБ/км)
0,194
0,194
0,194
0,194
0,194
0,195
0,193
0,193
0,196
Изгибные потери при 1550 нм (дБ/виток диаметром 20 мм)
<0,2
<0,2
<0,2
<0,1
<0,2
<0,2
<0,2
<0,2
<0,2
1
1
2
2
3
3
2
3
2
Ниже в таблице 2 приведены характеристики реальных изготовленных волокон согласно иллюстративным примерам 10-15, имеющих показатели преломления, показанные на фиг.1. В частности, ниже для каждого примера представлены приращение Δ показателя преломления и внешний радиус R центральной области 1 сердцевины, приращение Δ показателя преломления и внешний радиус R области 2 внутренней оболочки, приращение Δ показателя преломления и объем V области 3 внешней оболочки, который вычислялся между внутренним радиусом R области 3 внешней оболочки и радиальным расстоянием 30 мкм (и между Δ показателя преломления и Δ показателя преломления). Кроме того, представлены теоретическая длина волны отсечки в нанометрах, диаметр модового поля (ДМП) при 1310 нм, эффективная площадь при 1310 нм, хроматическая дисперсия при 1310 нм, наклон дисперсии при 1310 нм, затухание при 1310 нм, диаметр модового поля (ДМП) при 1550 нм, эффективная площадь при 1550 нм, хроматическая дисперсия при 1550 нм, наклон дисперсии при 1550 нм, затухание при 1550 нм и изгибные потери, наведенные на один виток диаметром 10 мм, в децибелах на виток, при 1550 нм. Эти свойства, приведенные в таблице 2, получены моделированием.
Таблица 2
Профиль 10
Профиль 11
Профиль 12
Профиль 13
Профиль 14
Профиль 15
Δ<sub>1</sub> (%)
0,42
0,41
0,40
0,46
0,41
0,46
R<sub>1</sub> (мкм)
4,6
5,4
4,9
5,1
4,7
4,9
Примесь в области 1
GeO2
GeO2
GeO2,F
GeO2
GeO2
GeO2
Δ<sub>2</sub> (%)
0,00
0,00
-0,04
0,00
0,00
0,00
R<sub>2</sub> (мкм)
14,8
10,0
10,2
10,2
11,1
13,6
R<sub>1</sub>/R<sub>2</sub>
0,31
0,54
0,48
0,50
0,42
0,36
Примесь в области 2
нет
нет
F
нет
нет
нет
Δ<sub>3</sub> (%)
0,06
0,05
0,00
0,06
0,03
0,04
R<sub>3</sub> (мкм)
62,5
62,5
62,5
62,5
62,5
62,5
Примесь/повышающая показатель примесь в области 3
Cl
Cl
нет
Cl
Cl
Cl
Концентрация повышающей показатель примеси в области 3 (мас.%)
0,6
0,5
Нет данных
0,6
0,3
0,3
Легированный повышающей показатель примесью объем V<sub>3</sub> от R<sub>2</sub> до 30 мкм (%Δ·мкм<sup>2</sup>)
41
40
32
48
23
29
Затухание при 1550 нм (дБ/км)
0,186
0,194
0,227
0,187
0,192
0,201
Отсечка при 22 м (нм)
1210
1260
1175
1258
1192
1224
ДМП при 1310 нм (мкм)
8,77
8,84
8,55
8,40
8,46
8,48
МАС (ДМП при 1310 нм, отсечка при 22 м)
7,2
7,0
7,3
6,7
7,1
6,9
Нулевая лямбда (нм)
1316
1302
1309
1299
1313
1307
Наклон дисперсии при 1310 нм (пс/нм<sup>2</sup>/км)
0,084
0,087
0,085
0,091
0,085
0,086
Изгибные потери, диаметр оправки 15 мм
1,065
0,185
2,781
0,151
0,848
0,52
(дБ/виток)Изгибные потери, диаметр оправки 20 мм (дБ/виток)
0,119
0,052
0,168
0,026
0,247
0,06
Изгибные потери, диаметр оправки 30 мм (дБ/виток)
0,007
0,000
0,004
0,001
0,005
Нет данных
1
2
3
1
3
2
3
2
3
2
2
Как можно видеть из таблиц 1 и 2, приведенных выше, примерами в этой заявке иллюстрируются примеры волокон, в которых используются центральная область стеклянной сердцевины, имеющая Δ показателя преломления, первая область внутренней оболочки, имеющая Δ показателя преломления, и область внешней оболочки, имеющая Δ показателя преломления; где Δ>Δ>Δ, при этом разность между Δ и Δ больше чем или равна 0,01, а абсолютное значение объема |V| профиля составляет по меньшей мере 5%Δ·мкм. Эти волокна имеют кабельную отсечку меньше чем или равную 1260 нм и изгибные потери ниже чем 0,75 дБ/виток при намотке на оправку диаметром 20 мм. Кроме того, эти волокна имеют диаметр модового поля (ДМП) от около 8,2 до около 9,5 мкм при 1310 нм, длину волны нулевой дисперсии от 1300 до 1324 нм, наклон дисперсии при 1310 нм, который меньше чем 0,09 пс/нм/км. Кроме того, при намотке на оправку диаметром 15 мм многие из этих волокон имеют изгибные потери при 1550 нм ниже чем 1 дБ/виток, а в некоторых случаях ниже чем 0,5 дБ/виток. Кроме того, при намотке на оправку диаметром 20 мм эти волокна имеют изгибные потери при 1550 нм ниже чем 0,75 дБ/виток, в более предпочтительном случае ниже чем 0,3 дБ/виток, а некоторые волокна в наиболее предпочтительном случае ниже чем 0,1 дБ/виток. Кроме того, при намотке на оправку диаметром 30 мм эти волокна имеют изгибные потери при 1550 нм ниже чем 0,025 дБ/виток, а некоторые волокна в более предпочтительном случае ниже чем 0,003 дБ/виток. В некоторых из этих примеров в области внешней оболочки использовался хлор в количестве больше 2000 частей на миллион, а в некоторых случаях больше чем 3000 или даже больше чем 4000 частей на миллион по массе.
Затухание (спектральное) при 1550 нм в предпочтительном случае ниже чем 0,21 дБ/км, в более предпочтительном случае ниже чем 0,20 дБ/км, в еще более предпочтительном случае ниже чем 0,197 дБ/км.
Таким образом, оптические волокна, описанные в этой заявке, имеют хорошие изгибные характеристики и дополнительно имеют длины волн отсечки, подходящие для одномодовой работы при длинах волн больше чем около 1260 нм.
В некоторых осуществлениях сердцевина может иметь профиль относительного показателя преломления, имеющий так называемый осевой провал, который может возникать в результате использования одного или нескольких способов изготовления оптического волокна. Однако осевой провал в любом из профилей показателя преломления, раскрытых в этой заявке, является используемым по выбору.
Оптическое волокно, раскрытое в этой заявке, содержит сердцевину и слой оболочки (или оболочку, или кольцевую область внешней оболочки), окружающий и непосредственно прилегающий к сердцевине. Предпочтительно, чтобы сердцевина состояла из диоксида кремния, легированного германием, то есть диоксида кремния, легированного диоксидом германия. Другие примеси помимо германия, отдельно или в сочетании, можно использовать в сердцевине и, в частности, по оси или вблизи оси оптического волокна, раскрытого в этой заявке, для получения заданных значений показателя преломления и плотности. В предпочтительных осуществлениях сердцевина оптического волокна, раскрытого в этой заявке, имеет профиль неотрицательного показателя преломления, в более предпочтительных случаях профиль положительного показателя преломления, при этом сердцевина окружена слоем оболочки и непосредственно прилегает к нему.
макс
Предпочтительно, чтобы оптическое волокно, раскрытое в этой заявке, имело сердцевину и оболочку на основе диоксида кремния. В предпочтительных осуществлениях оболочка имеет внешний диаметр 2×R около 125 мкм.
Оптическое волокно, раскрытое в этой заявке, может быть окружено защитным покрытием, например первичным покрытием Р, контактирующим с областью 3 внешней оболочки и окружающим ее, при этом первичное покрытие Р имеет модуль Юнга меньше чем 1,0 МПа, предпочтительно меньше чем 0,9 МПа, а в предпочтительных осуществлениях не больше чем 0,8 МПа, и может также содержать вторичное покрытие S, контактирующее с первичным покрытием Р и окружающее его, при этом вторичное покрытие S имеет модуль Юнга больше чем 1200 МПа, а в предпочтительных осуществлениях больше чем 1400 МПа.
Используемые в этой заявке модуль Юнга, удлинение до разрыва и прочность на растяжение отвержденного полимерного материала первичного покрытия измеряют, используя прибор для испытаний на растяжение (например, прибор для испытаний на растяжение Sintech MTS или универсальную систему испытаний материалов INSTROM), на образце материала, имеющего форму пленки толщиной от около 0,003″ (76 мкм) до около 0,004″ (102 мкм) и шириной около 1,3 см, при базе 5,1 см и скорости испытания 2,5 см/мин.
Дополнительное описание подходящих первичного и вторичного покрытий можно найти в Международной заявке WO2005/010589, которая полностью включена в эту заявку путем ссылки.
Предпочтительно, чтобы оптические волокна, раскрытые в этой заявке, имели низкое содержание ОН и предпочтительно, чтобы они имели кривую затухания, в соответствии с которой наблюдался бы относительно небольшой или не наблюдался бы водяной пик в конкретном диапазоне длин волн, особенно в Е-диапазоне. Способы получения оптического волокна с небольшим водяным пиком можно найти в Международных заявках WO00/64825, WO01/47822 и WO02/051761, содержания которых включены в эту заявку путем ссылки. Предпочтительно, чтобы оптическое волокно, раскрытое в этой заявке, имело оптическое затухание (спектральное) при 1383 нм, которое превышает не больше чем на 0,10 дБ/км оптическое затухания при 1310 нм, а более предпочтительно, чтобы оно было не больше, чем оптическое затухание при 1310 нм. Предпочтительно, чтобы оптическое волокно, раскрытое в этой заявке, имело максимальное изменение затухания, наведенное водородом, меньше чем 0,03 дБ/км при 1383 нм после воздействия атмосферы водорода, например при парциальном давлении водорода 0,01 атм (0,98 кПа) в течение по меньшей мере 144 ч.
При низком водяном пике обычно обеспечиваются низкие потери на затухание, в частности, при передаче сигналов от около 1340 нм до около 1470 нм. Кроме того, при низком водяном пике также обеспечивается повышенная эффективность накачки светоизлучающего устройства накачки, которое оптически связано с оптическим волокном, такого как рамановское устройство накачки или рамановский усилитель, которые могут работать на одной или нескольких длинах волн накачки. Предпочтительно, чтобы рамановский усилитель выполнял накачку на одной или нескольких длинах волн, которые примерно на 100 нм меньше любой заданной рабочей длины волны или диапазона длин волн. Например, оптическое волокно, несущее рабочий сигнал при длине волны около 1550 нм, может накачиваться рамановским усилителем при длине волны накачки около 1450 нм. Поэтому более низкое затухание в волокне в диапазоне длин волн от около 1400 нм до около 1500 нм будет способствовать снижению ослабления накачки и повышению эффективности накачки, например, повышению в расчете на милливатт мощности накачки, особенно при длинах волн накачки около 1400 нм.
Волокна, раскрытые в этой заявке, имеют низкие значения дисперсии поляризационных мод, особенно при изготовлении процессами внешнего осаждения в химических парах. Кроме того, в случае волокна, описанного в этой заявке, значения дисперсии поляризационных мод можно снижать кручением оптического волокна.
Должно быть понятно, что приведенное выше описание является только примером и предназначено для получения общего представления, необходимого для понимания основных свойств и характерных особенностей волокон, которые определяются формулой изобретения. Сопровождающий чертеж включен для обеспечения дальнейшего понимания предпочтительных осуществлений и составляет часть этого описания. Чертежом иллюстрируются различные признаки и осуществления, которые совместно с их описанием служат для пояснения принципов и работы. Для специалистов в данной области техники должно быть очевидно, что различные модификации предпочтительных осуществлений, описанных в этой в заявке, могут быть сделаны без отступления от сущности или объема прилагаемой формулы изобретения.