ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО И ОПТИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЮЩАЯ СИСТЕМА Российский патент 2017 года по МПК G02B6/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к оптическому волокну и к оптической передающей системе.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В публикации Джи Талли (G. Talli) и др. в Journal of Lightwave Technology, Vol. 24, No. 7, 2827-2834 (2006) оптическая сеть доступа, названная "пассивной оптической сетью (PON) дальней досягаемости", описывается как оптическая передающая система следующего поколения. PON дальней досягаемости является передающей системой для передачи светового сигнала от оптического линейного терминала (OLТ) в центральной телефонной станции через сплиттер на находящийся в доме у абонента оптический сетевой блок (ОNU), обеспечивает большую длину оптической передающей линии между OLТ и ОNU и поэтому сокращает стоимость связи.

Такая оптическая передающая система, предпочтительно, использует оптическое волокно с малыми потерями, для того чтобы увеличить длину канала связи при сохранении отношения оптический сигнал/шум (OSNR). Что касается оптического волокна с малыми потерями, то в М. Като (M. Kato) и др. описано оптическое волокно, содержащее сердцевину из чистого кварца (Electron. Lett., Vol. 35, No. 19, 1615-1617 (1999). К сожалению, в области внедрения оптических волокон с сердцевиной из чистого кварца в оптические сети доступа не было прогресса по экономическим причинам, поскольку обычное оптическое волокно с сердцевиной из чистого кварца является дорогим.

С. Сакагучи (S. Sakaguchi) и др. в журнале Appl. Opt Vol., 37, No. 33, 7708-7711 (1998) и в патентной заявке JP2006-58494А раскрывают технологию снижения потерь в оптическом волокне общего назначения, удовлетворяющем стандарту G.652 Международного союза электросвязи ITU-T. В соответствии с этой технологией, когда заготовка оптического волокна вытягивается для формирования оптического волокна, это оптическое волокно медленно охлаждается для снижения фиктивной температуры составляющего волокно стекла, чтобы уменьшить в этом оптическом волокне релеевское рассеяние, достигая, таким образом, малых потерь.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача

Настоящее изобретение обеспечивает недорогое оптическое волокно с малыми потерями, пригодное для использования в качестве оптической передающей линии в оптической сети доступа и в оптической передающей системе, в которой оптическое волокно помещено как передающая линия.

Решение задачи

Настоящее изобретение обеспечивает стеклянное оптическое волокно на основе кварца, которое содержит сердцевину, включающую в себя центральную ось, окружающую сердцевину оптическую оболочку и окружающую оптическую оболочку защитную оболочку. Сердцевина содержит GeO₂, при этом относительная разность показателя преломления сердцевины Δcore больше чем или равна 0,35% или меньше чем или равна 0,50%, а объем показателя преломления:

сердцевины больше чем или равен 0,045 мкм² или меньше чем или равен 0,095 мкм²,

где Δ(r) обозначает относительную разность показателя преломления по радиальной координате r, а а обозначает радиус сердцевины.

Защитная оболочка имеет относительную разность показателя преломления ΔJ, большую чем или равную 0,03% или меньшую чем или равную 0,20%. Составляющее сердцевину стекло имеет фиктивную температуру выше чем или равную 1400°С или ниже чем или равную 1590°С, предпочтительно, ниже чем или равную 1560°С, а более предпочтительно, ниже чем или равную 1530°С. Остаточное напряжение в сердцевине представляет собой напряжение сжатия, которое имеет абсолютную величину, большую чем или равную 5 МПа.

В данном описании термин "относительная разность показателя преломления" означает величину (n-n_cladding)/n_cladding на основе показателя преломления n каждого компонента (сердцевины или защитной оболочки) относительно показателя преломления n_cladding оптической оболочки. Термин "показатель преломления сердцевины" означает эквивалентный ступенчатый показатель (ESI). Термин "внешний диаметр оптической оболочки" означает диаметр, при котором производная показателя преломления по радиальной координате на границе раздела между оптической оболочкой и защитной оболочкой достигает своего максимума. Термин "показатель преломления защитной оболочки " означает среднюю величину показателей преломления оптической оболочки от части, имеющей внешний диаметр оптической оболочки, до самой дальней части стекла.

В оптическом волокне в соответствии с настоящим изобретением длина волны отсечки 2-метрового волокна может быть больше чем или равной 1260 нм, длина волны отсечки 22-метрового кабеля может быть меньшей чем или равной 1260 нм, диаметр поля моды на длине волны 1310 нм может быть большим чем или равным 8,2 мкм и меньшим чем или равным 9 мкм, а затухание на длине волны 1550 нм может быть меньшим чем или равным 0,18 дБ/км. Остаточное напряжение в 50%-й или большей части площади сечения защитной оболочки в сечении, перпендикулярном оси волокна, может быть напряжением растяжения. Абсолютная величина остаточного напряжения в сердцевине может быть меньшей чем или равной 30 МПа. Абсолютная величина остаточного напряжения в сердцевине может быть меньшей чем или равной 10 МПа. Приращение затухания, обусловленное группами ОН, на длине волны 1383 нм может быть меньшим чем или равным 0,02 дБ/км. Сердцевина может содержать фтор. Оптическое волокно может дополнительно включать в себя первичное покрытие и вторичное покрытие, которые окружают защитную оболочку. Вторичное покрытие может иметь модуль Юнга, больший чем или равный 200 МПа и первичное покрытие может иметь модуль Юнга, больший чем или равный 0,2 МПа и меньше чем или равный 1 МПа.

В оптическом волокне в соответствии с настоящим изобретением на длине волны 1550 нм потери на изгибе при радиусе изгиба в 15 мм могут быть меньшими чем или равными 0,002 дБ/виток, потери на изгибе при радиусе изгиба в 10 мм могут быть меньшими чем или равными 0,2 дБ/виток, потери на изгибе при радиусе изгиба в 10 мм могут быть меньшими чем или равными 0,1 дБ/виток и потери на изгибе при радиусе изгиба в 7,5 мм могут быть меньшими чем или равными 0,5 дБ/виток. Кроме того, в оптическом волокне в соответствии с настоящим изобретением на длине волны 1625 нм потери на изгибе при радиусе изгиба в 15 мм могут быть меньшими чем или равными 0,01 дБ/виток, потери на изгибе при радиусе изгиба в 10 мм могут быть меньшими чем или равными 0,4 дБ/виток, потери на изгибе при радиусе изгиба в 10 мм могут быть меньшими чем или равными 0,2 дБ/виток, и потери на изгибе при радиусе изгиба в 7,5 мм могут быть меньшими чем или равными 1 дБ/виток.

В оптическом волокне в соответствии с настоящим изобретением величина МАС (=MFD/λс), то есть отношение диаметра поля моды MFD на длине волны 1310 нм к длине волны отсечки λс 2-метрового волокна может быть меньшим чем или равным 6,6. Разность затухания (α_В - α_t) между затуханием α_В на длине волны 1550 нм, измеренным в оптическом волокне, имеющим длину 10 км или больше, намотанном на катушку φ140, и затуханием α_t на длине волны 1550 нм, измеренным в оптическом волокне в виде "свободно ограниченной" петли, может быть меньше чем 0,01 дБ/км. В оптическом волокне в соответствии с настоящим изобретением оптическое волокно с покрытием может иметь внешний диаметр, меньший чем или равный 210 мкм. Это дает возможность уменьшить площадь поперечного сечения, увеличивая таким образом эффективность использования пространства после укладки. В этом случае с точки зрения предупреждения разрывов вторичное покрытие может иметь толщину, большую чем или равную 10 мкм.

Настоящее изобретение обеспечивает оптическую передающую систему для передачи светового сигнала от оптического линейного терминала в центральной телефонной станции через сплиттер на находящийся в доме у абонента оптический сетевой блок, в которой оптическая передающая линия между оптическим линейным терминалом в центральной телефонной станции и сплиттером или между сплиттером и находящимся в доме у абонента оптическим сетевым блоком, имеет длину, большую чем или равную 15 км, и в которой оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением размещено в секции величиной в 90% или более от оптической передающей линии.

Дополнительно настоящее изобретение обеспечивает оптическую передающую систему для передачи светового сигнала от передатчика к приемнику, в которой оптическая передающая линия между передатчиком и приемником имеет длину, большую чем или равную 40 км, и в которой оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением размещено в секции величиной в 90% или более от оптической передающей линии.

Дополнительно настоящее изобретение обеспечивает оптическую передающую систему для передачи светового сигнала от оптического линейного терминала в центральной телефонной станции через сплиттер на находящийся в доме у абонента оптический сетевой блок, в которой оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением размещено в секции величиной в 50% или более от оптической передающей линии между оптическим линейным терминалом в центральной телефонной станции и находящимся в доме у абонента оптическим сетевым блоком, и в которой световой сигнал в оптической передающей линии не является усиленным. Дополнительно настоящее изобретение обеспечивает оптическую передающую систему для передачи светового сигнала от оптического линейного терминала в центральной телефонной станции через сплиттер на находящийся в доме у абонента оптический сетевой блок, в которой оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением размещено в секции величиной в 50% или более от оптической передающей линии между оптическим линейным терминалом в центральной телефонной станции и находящимся в доме у абонента оптическим сетевым блоком, и в которой световой сигнал в оптической передающей линии является усиленным.

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается недорогое оптическое волокно с низкими потерями, пригодное для использования в качестве оптической передающей линии в оптической сети доступа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой вид поперечного сечения оптического волокна в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость достигаемой фиктивной температуры оптического волокна, включающего в себя сердцевину, содержащую GeO₂, от отношения L/V.

Фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость затухания в оптическом волокне от фиктивной температуре.

Фиг. 4 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость избыточных потерь от остаточного напряжения в сердцевине.

Фиг. 5 представляет собой график, иллюстрирующий радиальное распределение остаточного напряжения в оптическом волокне.

Фиг. 6 представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между рамановской интенсивностью и рамановским сдвигом.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ИСПОЛНЕНИЯ

Далее будут подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи, которые предназначены для целей иллюстрации и не предназначены для ограничения объема изобретения. На этих чертежах одни и те же компоненты во избежание избыточных объяснений помечены идентичными позиционными обозначениями. Размеры и пропорции на чертежах не обязательно являются точными.

Авторы изобретения обнаружили, что в том случае, когда сердцевина содержит GeO₂, если фиктивная температура стекла для уменьшения релеевского рассеяния снижена медленным охлаждением, могут возрастать составляющие потерь (здесь и далее называемые "избыточными потерями"), вызванных иными факторами, чем релеевское рассеяние, и не всегда может быть получено оптическое волокно с низким затуханием. Насколько известно авторам изобретения, соотношение между избыточными потерями в оптическом волокне, содержащем сердцевину, легированную GeO₂, и остаточным напряжением в этой сердцевине в японской патентной заявке JP 2006-58494 А С. Сакагучи (S. Sakaguchi) и др., которая описывает уменьшение затухания в оптическом волокне посредством медленного охлаждения стекла, а также в публикации М. Охаши (M.Ohashi) и др. в IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 5, No. 7, 812-814 (1993), которая описывает затухание в оптическом волокне, обусловленное выравниванием вязкости оболочки сердцевины, не упомянуто.

Фиг. 1 представляет собой вид поперечного сечения оптического волокна 1 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Оптическое волокно 1 представляет собой оптическое волокно, которое образовано из стекла на основе SiO₂, и включает в себя сердцевину 11, включающую в себя центральную ось, окружающую сердцевину 11 оптическую оболочку 12 и окружающую оптическую оболочку 12 защитную оболочку 13.

Сердцевина 11 содержит GeO₂ и дополнительно может содержать фтор. Оптическая оболочка 12 может состоять из чистого стекла на основе SiO₂ или стекла на основе SiO₂, легированного фтором. Оптическая оболочка 12 имеет показатель преломления ниже, чем показатель преломления сердцевины 11. Оптическая оболочка 12 может состоять из чистого стекла на основе SiO₂ или из чистого стекла на основе SiO₂, легированного фтором. Защитная оболочка может состоять из чистого стекла на основе SiO₂ и может содержать хлор.

Уменьшение релеевского рассеяния в оптическом волокне 1 может уменьшить затухание в оптическом волокне 1. Для уменьшения релеевского рассеяния эффективным является снижение фиктивной температуры стекла, образующего оптическое волокно 1. Способы снижения фиктивной температуры стекла включают в себя нижеуказанные первый способ и второй способ.

Первый способ (способ медленного охлаждения) представляет собой способ замедления скорости охлаждения сформированного оптического волокна во время вытягивания заготовки оптического волокна для формирования оптического волокна 1, чтобы ускорить релаксацию решетчатой структуры стекла, снижая таким образом фиктивную температуру стекла. Второй способ представляет собой способ добавления в сердцевину 11 очень малого количества примеси, которая не увеличивает затухание, вызванное поглощением света во время ускорения структурной релаксации сердцевины 11, снижая таким образом фиктивную температуру стекла.

Оптическое волокно 1 может быть подвергнуто уменьшению релеевского рассеяния либо первым, либо вторым способом, или же может быть подвергнуто уменьшению релеевского рассеяния соответствующей комбинацией этих способов. Далее будет описан способ медленного охлаждения.

Способ изготовления оптического волокна 1 следующий. Сначала формируется сердцевина, через которую распространяется свет синтезом стекла из паровой фазы, таким как осевое осаждение пара (VAD), внешнее осаждение пара (ОVD), модифицированное химическое осаждение пара (МСVD) или плазменно-химическое осаждение пара (РСVD), и сердцевина становится окруженной слоем защитной оболочки, сформированной способом VAD, ОVD, усиленным плазменным осаждением из паровой фазы (APVD), "схлопыванием стержня" или иным подобным способом, образуя таким образом, заготовку оптического волокна. Слой промежуточной оптической оболочки между сердцевиной и защитной оболочкой может быть сформирован способом VAD, ОVD, МСVD, "схлопыванием стержня" или иным подобным способом. Образованная, таким образом, заготовка оптического волокна зажимается в вытяжной башне, нижний конец заготовки нагревается до рабочей температуры, или выше ее, и каплеобразный конец расплавленного стекла надлежащим образом вытягивается с образованием волокна, получая, таким образом, стеклянное волокно. Скорость вытяжки регулируется таким образом, чтобы стеклянное волокно имело предопределенный внешний диаметр. Это стеклянное волокно покрывается смолой, образуя таким образом оптическое волокно с покрытием. Оптическое волокно с покрытием наматывается на приемную бобину.

Покрывающий слой смолы имеет двухслойную структуру и включает в себя первичное покрытие, которое защищает стеклянное волокно от непосредственного воздействия внешнего усилия, и вторичное покрытие, которое защищает стеклянное волокно от внешних повреждений. Фильеры для нанесения смоляных покрытий могут быть установлены последовательно на этапе формирования волокна. Альтернативно, смоляные покрытия могут быть нанесены посредством фильеры, предназначенной для одновременного испускания двух покрытий. В этом случае вытяжная башня может быть уменьшена по высоте. Соответственно, может быть уменьшена стоимость строительства здания для размещения этой вытяжной башни.

Далее, между печью вытяжной башни и фильерой может быть размещено устройство для управления скоростью охлаждения образованного стеклянного волокна, так чтобы температуру поверхности входящего в фильеру стеклянного волокна можно было регулировать до нужной температуры. Газ, протекающий через устройство для управления скоростью охлаждения, предпочтительно, имеет низкое число Рейнольдса, так как в этом случае уменьшаются колебания, обусловленные наличием турбулентного потока, воздействующие на сформированное волокно. Кроме того, управление скоростью охлаждения стеклянного волокна может уменьшить релеевское рассеяние, в результате чего получается оптическое волокно с низким затуханием.

В УФ печи для отверждения смолы скорость отверждения смолы может должным образом регулироваться посредством управления с обратной связью интенсивностью УФ излучения и температуры в печи. В УФ печи соответствующим образом используется магнетрон или ультрафиолетовый светодиод. При использовании ультрафиолетового светодиода, поскольку такой источник света не генерирует тепло, в печи дополнительно располагается механизм подачи горячего воздуха, с тем, чтобы в ней поддерживалась надлежащая температура. Остающиеся от смолы компоненты могут налипать на внутреннюю поверхность трубы УФ печи, приводя к изменению мощности УФ излучения, который достигает покрывающий слой во время вытяжки. Соответственно, степень уменьшения мощности УФ излучения во время вытяжки можно контролироваться заранее, и мощностью УФ излучения можно управлять в зависимости от продолжительности вытяжки, так, чтобы падающее на покрытие УФ излучение поддерживался на постоянной мощности. Альтернативно, можно контролировать УФ излучение, исходящее из трубы УФ печи, и мощность УФ излучения можно регулировать таким образом, чтобы падающее на покрытие УФ излучение поддерживается на постоянной мощности. Этим обеспечивается, что оптическое волокно по всей своей длине будет иметь одинаковую прочность на разрыв.

Толщина вторичного покрытия из этих двух покрытий, предпочтительно, соответствующим образом устанавливается такой, чтобы сохранялось сопротивление внешним повреждениям. Обычно, толщина вторичного покрытия, предпочтительно, больше чем или равна 10 мкм, а более предпочтительно, больше чем или равна 20 мкм. Выполненное таким образом и намотанное на приемную бобину оптическое волокно 1 окрашивается, в случае необходимости, и используется в качестве конечного продукта, такого как оптический кабель или оптический шнур.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения оптическое волокно, сформированное в вытяжной печи, по выходе из вытяжной печи проходит через установку медленного охлаждения и печь нагрева, а затем входит в фильеру. Установка медленного охлаждения охлаждает область от сужающейся части на нижнем конце расплавленной заготовки оптического волокна, диаметр которой составляет от 90% до 5% от диаметра заготовки, до части, в которой сформированное оптическое волокно находится при температуре в 1400°С, в непрерывном режиме со скоростью охлаждения, большей чем или равной 1000°С/с и меньшей чем или равной 20000°С/с. Печь нагрева расположена под плоскостью (выход вытяжной печи), которая является нижней частью вытяжной печи, и от которой сформированное оптическое волокно, по существу, выходит из этой вытяжной печи. Расстояние между выходом вытяжной печи и впуском печи нагрева составляет 1 м или меньше. Установка медленного охлаждения, предпочтительно, расположенная между выпуском вытяжной печи и впуском печи нагрева, имеет теплоизолирующую конструкцию для предотвращения повышения температуры сформированного оптического волокна. При входе в печь нагрева оптическое волокно находится при температуре, предпочтительно, более высокой чем или равной 1000°С, а более предпочтительно, более высокой чем или равной 1400°С.

Это позволяет уменьшить длину печи нагрева, в которой оптическое волокно повторно нагревается до температуры (обычно это температура у точки перехода стекла или над ней), которая по существу разрешает структурную релаксацию. Таким образом, время, требуемое для структурной релаксации, может быть увеличено. Пусть V будет скоростью вытяжки, тогда длина L печи нагрева устанавливается такой, чтобы отношение L/V было больше чем или равно 0,05 с. Печь нагрева, предпочтительно, включает в себя множество печей. Таким образом, скорость охлаждения оптического волокна может регулироваться более точно. Предпочтительно, чтобы скорость охлаждения была большей чем или равной 5000°С/с, пока оптическое волокно в печи нагрева не охладится до 1100°С или ниже. При использовании в производстве оптического волокна вышеописанной печи нагрева может быть получено оптическое волокно с уменьшенным рассеянием Релея.

Увеличение L/V может уменьшить фиктивную температуру стекла. С точки зрения экономики скорость вытяжки V, предпочтительно, больше чем или равна 20 м/с. Например, для достижения L/V=0,2 с длина L печи нагрева должна быть 4 м. Как описано выше, совместимость между конструктивной стоимостью оборудования или здания в зависимости от длины печи нагрева и скоростью вытяжки имеет определенный предел.

Фиг. 2 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость достигаемой фиктивной температуры оптического волокна, включающего в себя сердцевину, содержащую GeO₂, от L/V. Фиг. 2 построена на основе данных таблицы 1 из публикации К. Саито (K. Saito) и др. в J. Am. Ceram. Soc., Vol. 89 [1], 65-69 (2006). В том случае, когда по экономическим соображениям допускается L/V<0,5 с, достижимая фиктивная температура равна 1400°С.

Фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость затухания в оптическом волокне при фиктивной температуре; он построен на основании уравнения (2) публикации К. Саито (K. Saito) и др. Термин "избыточные потери" на Фиг. 3 означает затухание (включая потери на макроизгиб и микроизгиб), а не потери, вызванные релеевским рассеянием, бриллюэновским рассеянием и рамановским рассеянием. Когда избыточные потери больше чем или равны 0,030 дБ/км, трудно достичь затухания в 0,18 дБ/км на длине волны 1550 нм при условии, что фиктивная температура равна 1400°С.

Как описано выше, в том случае, когда фиктивная температура стекла понижена посредством медленного охлаждения, так что при этом релеевское рассеяние уменьшено, но увеличены избыточные потери, обусловленные иными факторами, чем компонента релеевского рассеяния, трудно добиться, чтобы затухание на длине волны 1550 нм было бы стабильно меньшим или равным 0,18 дБ/км. Авторы изобретения определили факторы, вызывающие увеличение избыточных потерь и, таким образом, нашли хорошее соотношение между избыточными потерями и остаточным напряжением в сердцевине. Фиг. 4 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость избыточных потерь от остаточного напряжения в сердцевине. Этот график показывает, что когда остаточное напряжение в сердцевине является сжимающим напряжением, которое имеет абсолютную величину, большую чем или равную 5 МПа (на Фиг. 4, равную 5 МПа или меньше), избыточные потери могут быть меньшими чем или равными 0,02 дБ/км, а более достоверно меньшими чем или равными 0,025 дБ/км.

Когда остаточное напряжение в сердцевине является сжимающим напряжением, которое имеет абсолютную величину, большую чем или равную 5 МПа, избыточные потери по существу меньше чем или равны 0,02 дБ/км. Следовательно, на длине волны 1550 нм при фиктивных температурах, составляющих 1530°С, 1560°С и 1590°С могут быть достигнуты затухания 0,180 дБ/км, 0,183 дБ/км и 0,185 дБ/км соответственно.

Сердцевина 11 оптического волокна 1 содержит GeO₂ и имеет относительную разность показателя преломления сердцевины Δcore, большую чем или равную 0,35% и меньшую чем или равную 0,50%, а также имеет объем показателя преломления v, больший чем или равный 0,045 мкм² и меньший чем или равный 0,095 мкм², причем, объем показателя преломления v выражается уравнением (2):

где Δ(r) обозначает относительную разность показателя преломления по радиальной координате r, а а обозначает радиус сердцевины.

Более предпочтительно, чтобы объем показателя преломления v был большим чем или равным 0,06 мкм² или меньшим чем или равным 0,085 мкм². Защитная оболочка 13 имеет относительную разность показателя преломления ΔJ, большую чем или равную 0,03% и меньшую чем или равную 0,20%. Составляющее сердцевину 11 стекло имеет фиктивную температуру выше чем или равную 1400°С или меньшую чем или равную 1590°С, предпочтительно, меньшую чем или равную 1560°С, а более предпочтительно, меньшую чем или равную 1530°С. Кроме того, остаточное напряжение в сердцевине 11 представляет собой напряжение сжатия, которое имеет абсолютную величину, большую чем или равную 5 МПа.

В оптическом волокне 1 длина волны отсечки 2-метрового волокна больше чем или равна 1260 нм, длина волны отсечки 22-метрового кабеля меньше чем или равна 1260 нм, диаметр поля моды на длине волны 1310 нм больше чем или равен 8,2 мкм и меньше чем или равен 9 мкм, а затухание на длине волны 1550 нм меньше чем или равно 0,18 дБ/км. Более предпочтительно, чтобы затухание на длине волны 1550 нм было меньшим чем или равным 0,178 дБ/км, а длина волны отсечки 2-метрового волокна была бы большей чем или равной 1290 нм.

Как описано в патентной заявке JP 2006-168813 А, остаточное напряжение в оптическом волокне измеряется с использованием двойного лучепреломления в оптическом волокне. Альтернативно, остаточное напряжение в оптическом волокне может быть измерено на основании величины изменения показателя преломления, полученной анализом показателя преломления по площади поперечного сечения оптического волокна, и присущего материалу коэффициента фотоупругости. Фиг. 5 представляет собой график, иллюстрирующий радиальные распределения остаточного напряжения в оптическом волокне. В оптическом волокне, включающем в себя сердцевину, содержащую GeO₂, и защитную оболочку, которая состоит по существу из чистого кварца, поскольку вязкость сердцевины при одной и той же температуре ниже чем вязкость защитной оболочки, в сердцевине вытянутого оптического волокна остается напряжение сжатия (на Фиг. 5 L/V=0 с). Такое напряжение сжатия изменяется в зависимости от усилия вытягивания. Известно, что, в принципе, чем больше усилие вытягивания, тем больше остаточное напряжение сжатия.

Далее, в оптическом волокне, подвергнутом медленному охлаждению, напряжение сжатия ослаблено в устройстве медленного охлаждения, так что абсолютная величина напряжение сжатия уменьшена. Фиг. 5 иллюстрирует изменения остаточных напряжений, полученные изменением отношения L/V до 0 с; 0,12 с и 0,40 с. Известно, что увеличение времени нахождения оптического волокна в устройстве медленного охлаждения постепенно уменьшает абсолютную величину напряжение сжатия в сердцевине. Для обеспечения, чтобы абсолютная величина напряжение сжатия в сердцевине была больше или равна 5 МПа, предпочтительно, чтобы L/V было меньше чем 0,4 с. Кроме того, выдержка оптического волокна при температуре, более высокой, чем температура внутренней поверхности устройства медленного охлаждения, до тех пор, пока оптическое волокно не достигнет устройства медленного охлаждения во время охлаждения оптического волокна, может предотвратить излишнее уменьшение напряжение сжатия в сердцевине. В принципе, чем протяженнее устройство медленного охлаждения, тем более значителен эффект медленного охлаждения. Таким образом, величина изменения напряжения сжатия увеличивается.

Например, в том случае, когда устройство медленного охлаждения имеет длину, большую чем или равную 2 м, важно поддерживать L/V на уровне 0,2 с или меньше. Далее, напряжение, приложенное к стеклу оптического волокна, которое было получено вытяжкой, предпочтительно, больше чем или равно 50 г, и более предпочтительно, больше чем или равно 100 г.

Что касается другого способа управления напряжением в сердцевине, то в сердцевину может быть введена добавка для уменьшения вязкости сердцевины, так чтобы напряжением сжатия можно было регулировать до 5 МПа или выше. В качестве добавки, предпочтительно, используется элемент из щелочного металла, поскольку очень малое количество элемента из щелочного металла может заметно уменьшить вязкость кварцевого стекла. Избыточное добавление элемента из щелочного металла, к сожалению, вызывает увеличение структурных дефектов стекла, так что при этом характеристики по водороду и характеристики, связанные с излучением, ухудшаются. Поэтому предпочтительно регулировать указанное количество до подходящей величины. Предпочтительно, чтобы концентрация элемента из щелочного металла в сердцевине после вытяжки была больше чем или равна 1 весовой части на миллион или меньше чем или равна 1 весовой части на тысячу.

Фиг. 6 представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между рамановской интенсивностью и рамановским сдвигом. Фиктивная температура оптического волокна может быть оценена на основании соотношения между площадью выброса D1 (490 см^-1) и площадью выброса 800 см^-1 на полученном посредством микроскопа спектре рамановского рассеяния компонентов, образующих оптическое волокно. В диапазоне волновых чисел между 525 см^-1 и 475 см^-1 нанесена базовая линия, и вычислена площадь выброса D1 между этой базовой линией и спектром. Далее, нанесена базовая линия в диапазоне волновых чисел между 880 см^-1 и 740 см^-1, и между этой базовой линией и спектром вычислена площадь выброса на волновом числе 800 см^-1. Фиктивная температура может быть получена, используя соотношение между отношением площади выброса волнового числа 800 см^-1 к площади выброса D1 и фиктивной температурой, например, сырого стекла, измеренной ИК методом (Д. -Л. Ким (D. -L. Kim) и М. Томозава (М. Tomozawa), J. Non-Cryst. Solids.. Vol. 286, 132-138 (2001)).

Оптическое волокно в соответствии с настоящим вариантом исполнения удовлетворяет стандарту ITU-T G.657.А1, и дополнительно имеет потери на изгиб, удовлетворяющие стандарту ITU-T G.657.А2. Поскольку оптическое волокно в соответствии с настоящим вариантом осуществления удовлетворяет стандарту ITU-T G.657.А2, это оптическое волокно может соединяться с одномодовым волокном общего назначения, удовлетворяющим стандарту G.652.D с низким затуханием, и может быть использовано в передающих системах так же, как и волокно G.652.D.

В оптическом волокне по настоящему варианту осуществления остаточное напряжение в части, составляющей 50% или более от площади сечения защитной оболочки в сечении, перпендикулярном оси оптического волокна, предпочтительно, является растягивающим напряжением. Чтобы сделать так, чтобы остаточное напряжение в сердцевине было напряжением сжатия, к защитной оболочке следует приложить растягивающее усилие таким образом, чтобы величина растягивающего усилия была равна приложенному к сердцевине напряжению сжатия. Управляя напряжением, последовательностью теплового воздействия и составом оптического волокна таким образом, чтобы остаточное напряжение в части, составляющей 50% или более от площади сечения защитной оболочки, являлось растягивающим напряжением, можно легко сделать так, чтобы остаточное напряжение в сердцевине было напряжением сжатия.

В оптическом волокне по настоящему варианту осуществления абсолютная величина остаточного напряжения в сердцевине, предпочтительно, меньше чем или равна 30 МПа. Более предпочтительно, абсолютная величина остаточного напряжения в сердцевине меньше чем или равна 10 МПа. Допускается, чтобы напряжение в сердцевине становится напряжением сжатия, и допускается, чтобы его абсолютная величина была меньшей чем или равной 30 МПа, так чтобы избыточные потери могли бы быть меньше чем или равными 0,02 дБ/км при полном достижении эффекта уменьшения релеевского рассеяния.

В оптическом волокне по настоящему варианту осуществления приращение затухания, обусловленное группами ОН, на длине волны 1383 нм, предпочтительно, меньше чем или равно 0,02 дБ/км. Наличие гидроксильного поглощения (ОН) вызывает увеличение затухания на длине волны 1550 нм. В том случае, когда приращение затухания, обусловленное группами ОН, на длине волны 1383 нм меньше чем или равно 0,02 дБ/км, приращение затухания на длине волны 1550 нм может быть меньшим чем или равным 0,004 дБ/км.

В оптическом волокне по настоящему варианту осуществления сердцевина, предпочтительно, легирована фтором. Поскольку сердцевина содержит фтор, вязкость сердцевины понижена, так что можно легко сделать так, чтобы остаточное напряжение в сердцевине было напряжением сжатия. Таким образом может быть уменьшена зависимость затухания от длины волны. Заметим, что увеличение содержания фтора ведет к увеличению релеевского рассеяния, вызванного флуктуациями концентрации. Поэтому предпочтительно, чтобы фтор добавлялся в такой концентрации, чтобы понижение относительного показателя преломления из-за добавки фтора было большим чем или равным -0,1% или меньшим чем или равным 0%.

Оптическое волокно в соответствии с настоящим вариантом осуществления может дополнительно включать в себя первичное покрытие и вторичное покрытие, которые окружают защитную оболочку. Предпочтительно, чтобы вторичное покрытие имело модуль Юнга, больший чем или равный 800 МПа, первичное покрытие имело модуль Юнга, больший чем или равный 0,2 МПа и меньший чем или равный 1 МПа. Следовательно, потери на микроизгиб могут быть уменьшены, тем самым предотвращая увеличение затухания после формирования кабеля.

В оптическом волокне в соответствии с настоящим вариантом осуществления потери на изгиб на длине волны 1550 нм при радиусе изгиба 15 мм, предпочтительно, меньше чем или равны 0,002 дБ/виток, потери на изгиб при радиусе изгиба 10 мм, предпочтительно, меньше чем или равны 0,2 дБ/виток, потери на изгиб при радиусе изгиба 10 мм, предпочтительно, меньше чем или равны 0,1 дБ/виток, и потери на изгиб при радиусе изгиба 7,5 мм, предпочтительно, меньше чем или равны 0,5 дБ/виток. Кроме того, в оптическом волокне в соответствии с настоящим вариантом осуществления потери на изгиб на длине волны 1625 нм при радиусе изгиба 15 мм, предпочтительно, меньше чем или равны 0,01 дБ/виток, потери на изгиб при радиусе изгиба 10 мм, предпочтительно, меньше чем или равны 0,4 дБ/виток, потери на изгиб при радиусе изгиба 10 мм, предпочтительно, меньше чем или равны 0,2 дБ/виток, и потери на изгиб при радиусе изгиба 7,5 мм, предпочтительно, меньше чем или равны 1 дБ/виток.

В оптическом волокне в соответствии с настоящим вариантом осуществления величина МАС, то есть, отношение MFD/λс диаметра поля моды MFD на длине волны 1310 нм к длине волны отсечки λс 2-метрового волокна, предпочтительно, меньше чем или равна 6,6. Такие допуски дают возможность получать оптические волокна с большим выходом, имеющие вышеописанные потери на микроизгиб.

В оптическом волокне в соответствии с настоящим вариантом осуществления разность затухания (α_В - α_t) между затуханием α_В на длине волны 1550 нм, измеренным в оптическом волокне, имеющим длину 10 км или больше, намотанном на катушку φ140, и затуханием α_t на длине волны 1550 нм, измеренным в оптическом волокне в виде "свободно ограниченной" петли, предпочтительно, меньше чем 0,01 дБ/км. Полагая, что в покрытом состоянии оптическое волокно имеет низкое поглощение, нужный результат может быть не достижим, если не может быть уменьшено затухание при его реальном использовании. Уменьшить затухание оптического волокна при его реальном использовании может уменьшение разности затухания (α_В - α_t), так чтобы она была меньше чем 0,01 дБ/км.

В оптическом волокне в соответствии с настоящим вариантом осуществления покрытое оптическое волокно, предпочтительно, имеет внешний диаметр, меньший чем или равный 210 мкм, а вторичное покрытие имеет толщину, большую чем или равную 10 мкм. Может возрасти потребность в пропускании многих оптических волокон через ограниченный канал, такой как существующий канал. Такая потребность может быть удовлетворена.

Предпочтительными вариантами осуществления оптической передающей системы, включающей в себя оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением, как оптической передающей линии являются следующие.

Оптическая передающая система в соответствии с первым вариантом осуществления представляет собой оптическую передающую систему для передачи светового сигнала от оптического линейного терминала в центральной телефонной станции через сплиттер на находящийся в доме у абонента оптический сетевой блок. Оптическая передающая линия между оптическим линейным терминалом в центральной телефонной станции и сплиттером имеет длину, большую чем или равную 15 км. Оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением размещено в секции величиной в 90% или более от оптической передающей линии.

Оптическая передающая система в соответствии со вторым вариантом осуществления представляет собой оптическую передающую систему для передачи светового сигнала от оптического линейного терминала в центральной телефонной станции через сплиттер на находящийся в доме у абонента оптический сетевой блок. Оптическая передающая линия между сплиттером и находящимся в доме у абонента оптическим сетевым блоком имеет длину, большую чем или равную 15 км. Оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением размещено в секции величиной в 90% или более от оптической передающей линии.

Оптическая передающая система в соответствии с третьим вариантом осуществления представляет собой оптическую передающую систему для передачи светового сигнала от передатчика к приемнику. Оптическая передающая линия между передатчиком и приемником имеет длину, большую чем или равную 40 км. Оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением размещено в секции величиной в 90% или более от оптической передающей линии.

Оптическая передающая система в соответствии с четвертым вариантом осуществления представляет собой оптическую передающую систему для передачи светового сигнала от оптического линейного терминала в центральной телефонной станции через сплиттер на находящийся в доме у абонента оптический сетевой блок. Оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением размещено в секции величиной в 50% или более от оптической передающей линии между оптическим линейным терминалом в центральной телефонной станции и находящимся в доме у абонента оптическим сетевым блоком. Световой сигнал в этой оптической передающей линии не является усиленным.

Оптическая передающая система в соответствии с пятым вариантом осуществления представляет собой оптическую передающую систему для передачи светового сигнала от оптического линейного терминала в центральной телефонной станции через сплиттер на находящийся в доме у абонента оптический сетевой блок. Оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением размещено в секции величиной в 50% или более от оптической передающей линии между оптическим линейным терминалом в центральной телефонной станции и находящимся в доме у абонента оптическим сетевым блоком. Световой сигнал в этой оптической передающей линии является усиленным.

Применение оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением в качестве оптической передающей линии в оптической передающей системе обеспечивает возможность повысить отношение сигнал/шум OSNR=10 log(Aeff × α) - αL по сравнению с системой, использующей оптическое волокно существующего уровня техники. Здесь Aeff обозначает эффективную площадь на длине волны светового сигнала, α обозначает затухание на длине волны светового сигнала, а L обозначает расстояние или длину передачи.

По мере увеличения длины передачи L в оптической передающей системе, включающей в себя оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением, повышается степень улучшения OSNR. Если длина передачи L равна 15 км или больше, то OSNR оптической передающей системы, включающей в себя оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением повышается на 0,1 дБ или больше по сравнению с системой, использующей одномодовое оптическое волокно общего назначения, удовлетворяющее стандарту ITU-T G.652. Типичные потери на соединение с оптическим волокном находятся на уровне 0,1 дБ или меньше. Соответственно, применение оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением может обеспечить OSNR, улучшенный на величину, соответствующую одному или большему количеству соединений. Кроме того, может быть обеспечен запас OSNR на случай неисправного соединения и т.п. В дополнение, поскольку длина передачи может быть увеличена, может быть увеличена скорость покрытия населения одной центральной станцией. Таким образом, может быть уменьшена стоимость построения передающей системы в сетях городского доступа.

Система, в которой расстояние между OLТ и ОNU находится в диапазоне от, приблизительно, 10 км до, приблизительно, 25 км, является типичной системой доступа с отсутствием оптического усиления. Применение оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением в секции величиной в 50% или более от оптической передающей линии между OLТ и ОNU дает возможность увеличить расстояние передачи без какого-либо оптического усиления.

В качестве системы доступа на основе оптического увеличения исследуется система, в которой расстояние между OLТ и ОNU находится в диапазоне от, приблизительно, 20 км до, приблизительно, 100 км. Применение оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением в секции величиной в 50% или более от оптической передающей линии между OLТ и ОNU дает возможность еще более увеличить расстояние передачи с оптическим усилением. Дополнительно, поскольку при усилении увеличение шума может быть подавлено, и на таком расстоянии может быть достигнуто большое отношение сигнал/шум OSNR, может быть уменьшена величина OSNR, необходимая для другого устройства. Таким образом, может быть построена система с высокой экономической эффективностью.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано в оптической сети доступа в качестве оптической передающей линии.

Изобретение относится к оптическим волокнам. Заявленное оптическое волокно с низким затуханием, выполненное с возможностью использования в качестве оптической передающей линии в оптической сети доступа, является стеклянным оптическим волокном на основе кварца и включает в себя сердцевину, включающую в себя центральную ось, оптическую оболочку, окружающую сердцевину, и защитную оболочку, окружающую оптическую оболочку. Сердцевина содержит GeO₂ и имеет относительную разность показателя преломления Δcore на основе оптической оболочки, большую чем или равную 0,35% или меньшую чем или равную 0,50%, и имеет объем v показателя преломления, больший чем или равный 0,045 мкм² и меньший чем или равный 0,095 мкм². Защитная оболочка имеет относительную разность показателя преломления ΔJ, большую чем или равную 0,03% и меньшую чем или равную 0,20%. Составляющее сердцевину стекло имеет фиктивную температуру, выше чем или равную 1400°С и ниже чем или равную 1590°С. Остаточное напряжение в сердцевине представляет собой напряжение сжатия, которое имеет абсолютную величину, большую чем или равную 5 МПа. Технический результат – уменьшение потерь в оптическом волокне при использовании в качестве оптической передающей линии в оптической сети доступа. 6 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Стеклянное оптическое волокно на основе кварца, содержащее:

- сердцевину, включающую в себя центральную ось;

- оптическую оболочку, окружающую сердцевину; и

- защитную оболочку, окружающую оптическую оболочку;

в которой

- сердцевина содержит GeO₂, при этом относительная разность показателя преломления сердцевины ∆core больше чем или равна 0,35% или меньше чем или равна 0,50%, а объем показателя преломления:

сердцевины больше чем или равен 0,045 мкм² или меньше чем или равен 0,095 мкм², где ∆(r) обозначает относительную разность показателя преломления по радиальной координате r, а а обозначает радиус сердцевины;

- защитная оболочка имеет относительную разность показателя преломления ∆J, большую чем или равную 0,03% и меньшую чем или равную 0,20%;

- составляющее сердцевину стекло имеет фиктивную температуру, выше чем или равную 1400°С и ниже чем или равную 1590°С;

- остаточное напряжение в сердцевине представляет собой напряжение сжатия, которое имеет абсолютную величину, большую чем или равную 5 МПа.

2. Оптическое волокно по п. 1, в котором

фиктивная температура ниже чем или равна 1530°С.

3. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором

- длина волны отсечки 2-метрового волокна больше чем или равна 1260 нм;

- длина волны отсечки 22-метрового кабеля меньше чем или равна 1260 нм;

- диаметр поля моды на длине волны 1310 нм больше чем или равен 8,2 мкм и меньше чем или равен 9 мкм; и

- затухание на длине волны 1550 нм меньше чем или равно 0,18 дБ/км.

4. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором

остаточное напряжение в 50%-й или большей части площади сечения защитной оболочки в сечении, перпендикулярном оси волокна, является напряжением растяжения.

5. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором

абсолютная величина остаточного напряжения в сердцевине меньше чем или равна 30 МПа.

6. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором

приращение затухания, обусловленное группами ОН, на длине волны 1383 нм меньше чем или равно 0,02 дБ/км.

7. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором

сердцевина легирована фтором.

8. Оптическое волокно по п. 1 или 2, дополнительно содержащее

первичное покрытие и вторичное покрытие, которые окружают защитную оболочку, в котором

- вторичное покрытие имеет модуль Юнга, больший чем или равный 800 МПа, а

- первичное покрытие имеет модуль Юнга, больший чем или равный 0,2 МПа и меньший чем или равный 1МПа.

9. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором

потери на изгиб на длине волны 1550 нм при радиусе изгиба 15 мм меньше чем или равны 0,002 дБ/виток.

10. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором

потери на изгиб на длине волны 1550 нм при радиусе изгиба 10 мм меньше чем или равны 0,2 дБ/виток.

11. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором

потери на изгиб на длине волны 1550 нм при радиусе изгиба 7,5 мм меньше чем или равны 0,5 дБ/виток.

12. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором

потери на изгиб на длине волны 1625 нм при радиусе изгиба 15 мм меньше чем или равны 0,01 дБ/виток.

13. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором

потери на изгиб на длине волны 1625 нм при радиусе изгиба 10 мм меньше чем или равны 0,4 дБ/виток.

14. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором

потери на изгиб на длине волны 1625 нм при радиусе изгиба 7,5 мм меньше чем или равны 1 дБ/виток.

15. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором

величина МАС (=MFD/λс), то есть отношение диаметра поля моды MFD на длине волны 1310 нм к длине волны отсечки λс 2-метрового волокна, меньше чем или равна 6,6.

16. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором

разность затухания (α_В - α_t) между затуханием α_В на длине волны 1550 нм, измеренным в оптическом волокне, имеющим длину 10 км или больше, намотанном на катушку φ140, и затуханием α_t на длине волны 1550 нм, измеренным в оптическом волокне в виде «свободно ограниченной» петли, меньше чем 0,01 дБ/км.

17. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором

оптическое волокно с покрытием имеет внешний диаметр, меньший чем или равный 210 мкм, а вторичное покрытие имеет толщину, большую чем или равную 10 мкм.

18. Оптическая передающая система для передачи светового сигнала от оптического линейного терминала в центральной телефонной станции через сплиттер на находящийся в доме у абонента оптический сетевой блок, в которой

- оптическая передающая линия между оптическим линейным терминалом в центральной телефонной станции и сплиттером имеет длину, большую чем или равную 15 км; и

- оптическое волокно в соответствии с любым из пп. 1-17 размещено в секции величиной в 90% или более от оптической передающей линии.

19. Оптическая передающая система для передачи светового сигнала от оптического линейного терминала в центральной телефонной станции через сплиттер на находящийся в доме у абонента оптический сетевой блок, в которой

- оптическая передающая линия между сплиттером и находящимся в доме у абонента оптическим сетевым блоком имеет длину, большую чем или равную 15 км; и

- оптическое волокно в соответствии с любым из пп. 1-17 размещено в секции величиной в 90% или более от оптической передающей линии.

20. Оптическая передающая система для передачи светового сигнала от передатчика к приемнику, в которой

- оптическая передающая линия между передатчиком и приемником имеет длину, большую чем или равную 40 км; и

- оптическое волокно в соответствии с любым из пп. 1-17 размещено в секции величиной в 90% или более от оптической передающей линии.

21. Оптическая передающая система для передачи светового сигнала от оптического линейного терминала в центральной телефонной станции через сплиттер на находящийся в доме у абонента оптический сетевой блок, в которой

- оптическое волокно в соответствии с любым из пп. 1-17 размещено в секции величиной в 50% или более от оптической передающей линии между оптическим линейным терминалом в центральной телефонной станции и находящимся в доме у абонента оптическим сетевым блоком; и

- световой сигнал в этой оптической передающей линии не является усиленным.

22. Оптическая передающая система для передачи светового сигнала от оптического линейного терминала в центральной телефонной станции через сплиттер на находящийся в доме у абонента оптический сетевой блок, в которой

- оптическое волокно в соответствии с любым из пп. 1-17 размещено в секции величиной в 50% или более от оптической передающей линии между оптическим линейным терминалом в центральной телефонной станции и находящимся в доме у абонента оптическим сетевым блоком; и

- световой сигнал в этой оптической передающей линии является усиленным.