[发明专利]低损耗光纤及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤领域，特别是涉及一种低损耗光纤及其制造方法。

背景技术

随着光纤通信技术向100G、400G超高速、大容量通信技术方向发展，其对光纤的衰减要求越来越高。在我国，由于地形复杂，国土辽阔，光纤通信有向大容量、超长站距方向发展的趋势。300km以上甚至400km的站距的出现，对传统超长站距光通信系统提出了严峻的挑战。在实际的长距离、大容量、高速率传输系统中，光放大器的ASE（Amplified Spontaneous Emission，放大自发辐射）噪声对系统的损伤不可避免，这一点在采用新的编码方式的超高速光纤通信系统中影响更为明显。ASE噪声的累积降低了系统的OSNR（Optical Signal Noise Ratio，光信噪比），从而限制了大容量高速通信系统传输的距离。降低ASE噪声影响的一个有效方法是采用更低衰减的光纤。光纤的本征衰减包括三个方面：光纤的吸收损耗、光纤的散射损耗和光纤的波导损耗。

光纤的吸收损耗产生的原因如下：在光纤中，当某一能级的电子受到与该能级差相对应的波长的光照射时，则位于低能级轨道上的电子将跃迁到能级高的轨道上。这一电子吸收了光能，就产生了光的吸收损耗。制造光纤的基本材料二氧化硅（SiO2）本身就吸收光，一个叫紫外吸收，另外一个叫红外吸收。石英玻璃中电子跃迁产生的吸收峰在紫外区的0.1～0.2μm波长左右。随着波长增大，其吸收作用逐渐减小，但影响区域很宽，直到1μm以上的波长。不过，紫外吸收对在红外区工作的石英光纤的影响不大。例如，在0.6μm波长的可见光区，紫外吸收可达1dB／km，在0.8μm波长时降到0.2～0.3dB／km，而在1.2μm波长时，大约只有0.1dB／km。石英光纤的红外吸收损耗是由红外区材料的分子振动产生的。在2μm以上波段有几个振动吸收峰。由于受光纤中各种掺杂元素的影响，石英光纤在2μm以上的波段不可能出现低损耗窗口，在1.85μm波长的理论极限损耗为1dB／km。因此目前光纤通信一般仅工作在0.8～1.6μm波长区，在该区域，受限于石英光纤本身的吸收损耗，光纤在1550nm的极限最低衰减在0.15dB/km左右。

光纤的散射损耗产生的原因如下：光纤中还存在类似大气中微颗粒对光的散射现象的瑞利散射。光纤的瑞利散射是由光纤材料内部的密度和成份变化而引起的。光纤材料在加热过程中，由于热骚动，使原子得到的压缩性不均匀，使物质的密度不均匀，进而使折射率不均匀。这种不均匀在冷却过程中被固定下来，它的尺寸比光波波长要小。光在传输时遇到这些比光波波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生散射，引起损耗。另外，光纤中含有的氧化物浓度不均匀以及掺杂不均匀也会引起散射，产生损耗。由于光纤的结构不可能完全接近理想状况的，在其内部会存在诸如气泡、杂质、折射率的微小变化或者直径的不均匀，当光线传到这些地方时，就会有一部分光散射到各个方向，造成损耗。

光纤的波导损耗产生的原因如下：在光纤的芯-包层交界面，由于界面应力和材料分布的原因，会产生因交界面随机的畸变或粗糙所产生的散射，实际上它是由表面畸变或粗糙所引起的模式转换或模式耦合。一种模式由于交界面的起伏，会产生其他传输模式和辐射模式。由于在光纤中传输的各种模式衰减不同，在长距离的模式变换过程中，衰减小的模式变成衰减大的模式，连续的变换和反变换后，虽然各模式的损失会平衡起来，但模式总体产生额外的损耗，即由于模式的转换产生了附加损耗，这种附加的损耗就是波导散射损耗。

为实现低损耗光纤的制造，目前一般采用芯层纯硅芯结合包层掺氟的方式，采用这种方法可实现的最低衰减为：在满足常规G.652性能条件下，光纤在1550nm衰减可达到0.168dB/km，这是目前国际上最先进的水平。而对于未来要出现的100G，乃至400G站距达到数百km的超长站距通信系统而言，光纤的衰减自然是越低越好，如果能再降低0.01dB/km，对整个光通信系统的性能提升将是非常有益的。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种低损耗光纤及其制造方法，制造出的光纤在满足常规G.652光纤规范其他要求的同时，在1550nm波段的衰减系数能降低到0.158dB/km以下。