ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО С НИЗКИМИ ПОТЕРЯМИ НА ИЗГИБАХ Российский патент 2020 года по МПК G02B6/02 G02B6/36 

[0001] По настоящей заявке испрашивается приоритет согласно 119 U.S.C. 35 предварительной заявки на патент США № 62/314,607, поданной 29 марта, 2016, полное содержание которой взято за основу и включено в настоящую заявку в качестве ссылки во всей ее полноте.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение относится к оптическим волокнам, имеющим низкие потери на изгибах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Существует потребность в оптических волокнах с низкими потерями на изгибах, в частности, в оптических волокнах, используемых для так называемого «доступа», и волокнах для оптических сетей (FTTx) зданий (помещений). Оптическое волокно может быть развернуто в таких сетях таким образом, что оптические сигналы, передаваемые через оптическое волокно, будут тестировать потери на изгибах. Некоторые применения, которые могут вводить физические требования, например, малые радиусы изгиба, сжатие оптического волокна, и т.д., которые вносят потери на изгибах, включают в себя развертывание оптического волокна в узлах оптических ответвительных кабелей, распределительных кабелях с оконечными системами заводской установки (Factory Installed Termination System - FITS) и ненатянутыми витками, многопортовыми устройствами с малым радиусом изгиба, расположенными в шкафах, которые соединяют фидер и распределительные кабели, и перемычками в Точках доступа к сети между распределительными кабелями и ответвительными кабелями.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Согласно по меньшей мере некоторым вариантам осуществления, здесь раскрыты оптические волноводные волокна, содержащие: (I) сердцевину, содержащую внешний радиус r₁, приращение Δ_1max показателя преломления в процентах, и альфа сердцевины, α>5; и (II) оболочку, окружающую сердцевину, причем оболочка содержит: (i) внутреннюю область оболочки, имеющую внешний радиус r₂ и приращение Δ₂ показателя преломления в процентах, причем Δ_1max>Δ₂; (ii) канальную область, окружающую внутреннюю область оболочки, причем канальная область имеет внешний радиус r₃, где r₃≥10мкм, и приращение Δ₃ показателя преломления в процентах; и (iii) внешнюю область оболочки, имеющую концентрацию хлора ≥1,2% по весу, окружающую канальную область и содержащую приращение Δ₄ показателя преломления в процентах, причем Δ_1max>Δ₄, и Δ₂>Δ₃, Δ₄>Δ₃, и причем разница между Δ₄ и Δ₃ составляет ≥0,12%. Волокно имеет диаметр поля моды, MFD>9мкм на длине волны, равной 1310 нм, отсечку кабеля, меньшую чем 1260 нм, и потери на изгибах, на 1550 нм, для оправки диаметром 15 мм, меньшие чем 0,5 дБ/виток, и 1300нм≤λ₀≤1324нм, где λ₀ является длиной волны нулевой дисперсии.

[0005] В некоторых вариантах осуществления, объем профиля, |V₃|, канальной области составляет по меньшей мере 30% Δмкм². В некоторых вариантах осуществления, объем профиля, |V₃|, канальной области составляет по меньшей мере 45%, и в некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере 50% Δмкм². Согласно некоторым вариантам осуществления, альфа сердцевины составляет по меньшей мере 10.

[0006] Волокна, имеющие канальную область (область с пониженным показателем) в оболочке, имеют улучшенные (уменьшенные) потери на микроизгибах. Канальная область в оболочке может быть образована либо посредством понижающего легирования канальной области (например, посредством легирования фтором (F) или посредством легирования непериодическими пустотами) или посредством повышающего легирования внешней области оболочки. В других вариантах осуществления, волокна могут включать в себя как канальную область, так и внешнюю область оболочки, которая легирована с повышением относительно диоксида кремния (SiO₂), т.е. область оболочки, которая включает в себя увеличивающую-показатель легирующую примесь, такую как оксид германия (GeO₂) или хлор (Cl), в количествах, достаточных для заметного подъема показателя диоксида кремния.

[0007] В некоторых вариантах осуществления, 1,2≤r₂/r₁≤2,5, например, 1,2≤r₂/r₁≤2,35, между 1,25 и 2,3, или между 1,25 и 2,15. По меньшей мере в некоторых иллюстративных вариантах осуществления, описанных здесь, 1,6≤r₂/r₁≤2,4,

[0008] В некоторых вариантах осуществления, разница между Δ₄ и Δ₃ составляет по меньшей мере 0,15%. В некоторых вариантах осуществления, разница между Δ_1max и Δ₂ больше или равна по меньшей мере 0,25%, разница между Δ_1max и Δ₃ больше или равна по меньшей мере 0,35%, и разница между Δ₂ и Δ₃ больше или равна по меньшей мере 0,08%.

[0009] В некоторых вариантах осуществления, Δ₄ и Δ₂ имеют одинаковое значение. В некоторых вариантах осуществления, разница между Δ₄ и Δ₂ больше чем 0,01%. В некоторых вариантах осуществления, разница между Δ₄ и Δ₃ находится между 0,15% и 0,4%, в некоторых вариантах осуществления, разница между Δ₄ и Δ₃ находится между 0,15% и 0,2%; и в некоторых вариантах осуществления, 0,38≤Δ_1max-Δ₃≤0,65, например, 0,4≤Δ_1max-Δ₃≤0,5. В некоторых вариантах осуществления, 0,15≤Δ_1max-Δ₂≤0,45; 0,38≤Δ_1max-Δ₃≤0,6; 0,1≤Δ₂-Δ₃≤0,3; и 0,1≤Δ₄-Δ₃≤0,2. В некоторых вариантах осуществления, 0,25≤Δ_1max-Δ₂≤0,35 и 0,4≤Δ_1max-Δ₃≤0,5 и 0,14≤Δ₂-Δ₃≤0,2. В некоторых вариантах осуществления, 0,15≤Δ₄-Δ₃≤0,2.

[0010] Варианты осуществления волокна имеют оптические свойства, которые соответствуют стандарту G.652, MFD между 9,0 и 9,5 мкм на 1310 нм, длину волны нулевой дисперсии, λ₀, в диапазоне 1300 нм≤λ₀≤1324 нм, отсечку кабеля, меньшую или равную 1260нм (например, между 1000 нм и 1260 нм), и затухание, на 1550нм, ≤0,185дБ/км, и, по меньшей мере в некоторых вариантах осуществления, ≤0,185дБ/км на 1550нм (например, 0,17-0,18 дБ/км).

[0011] Иллюстративные волокна, раскрытые здесь, способны демонстрировать потери на микроизгибах на барабане, покрытом проволочной сеткой (т.е. увеличение затухания относительно неизогнутого состояния), на 1550нм (WMCD на 1550нм), которые меньше или равны 0,07дБ/км и, в некоторых вариантах осуществления, меньше или равны 0,05дБ/км, например, 0,005-0,05дБ/км. Иллюстративные волокна, раскрытые здесь, способны демонстрировать потери на микроизгибах при сетчатом плетении, при -60°С (т.е. увеличение затухания относительно неизогнутого состояния), на 1550нм, которые меньше или равны 0,05 дБ/км, в некоторых вариантах осуществления меньше или равны 0,02 дБ/км, и в некоторых вариантах осуществления меньше или равны 0,01 дБ/км, например, 0,001-0,01 дБ/км.

[0012] Дополнительно, варианты осуществления волокна, раскрытые здесь, демонстрируют потери на изгибах, которые не больше чем 0,5 дБ/виток, на 1550 нм, при наматывании вокруг оправки диаметром 15мм. В других вариантах осуществления, потери на изгибах при диаметре 15мм, на 1550нм, составляют не более чем 0,3 дБ/виток, и в некоторых вариантах осуществления не более чем 0,2 дБ/виток, или даже менее чем 0,1 дБ/виток (например, 0,075-0,29 дБ/виток, или 0,09-0,25 дБ/виток). В некоторых вариантах осуществления, потери на изгибах при диаметре 30мм (волокно обмотано вокруг оправки диаметром 30мм), на 1550нм, составляют не более чем 0,02 дБ/виток, например, не более чем 0,01 дБ/виток, и в некоторых вариантах осуществления не более чем 0,005 дБ/виток, или в некоторых вариантах осуществления не более чем 0,003 дБ/виток, на 1550нм.

[0013] В то же время, эти варианты осуществления волокна способны обеспечить затухание на 1550нм, которое меньше или равно 0,185 дБ/км, например, меньше чем 0,182 дБ/км (например, 0,17-0,182 дБ/км или 0,17-0,18 дБ/км), а также затухание на 1310нм, которое меньше или равно 0,34 дБ/км, например, не больше чем 0,32 дБ/км.

[0014] Такие рабочие показатели потерь на изгибах и затухания могут быть достигнуты с использованием первичного и вторичного покрытия, нанесенных на волокно, причем модуль Юнга первичного покрытия меньше чем 2 МПа, в некоторых вариантах осуществления меньше чем 1 МПа, и в некоторых вариантах осуществления меньше чем 0,5 МПа. Модуль Юнга вторичного покрытия больше чем 500 МПа, более того, в некоторых вариантах осуществления больше чем 1000 МПа, и в некоторых вариантах осуществления больше чем 1500 МПа. В некоторых вариантах осуществления, внешний диаметр вторичного покрытия составляет 242 мкм. В некоторых других вариантах осуществления, внешний диаметр вторичного покрытия составляет 200 мкм.

[0015] Теперь ссылка будет делаться на элементы вариантов осуществления настоящего раскрытия, примеры которых показаны в сопутствующих чертежах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0016] Фиг. 1 показывает профиль показателя преломления, соответствующий одному варианту осуществления оптического волноводного волокна, раскрытого здесь.

[0017] Фиг. 2 показывает профиль показателя преломления согласно одному варианту осуществления оптического волокна, раскрытого здесь.

[0018] Фиг. 3 показывает профиль показателя преломления одного варианта осуществления оптического волокна, раскрытого здесь.

[0019] Фиг. 4 показывает профиль показателя преломления одного варианта осуществления оптического волокна, раскрытого здесь.

[0020] Фиг. 5 показывает профиль показателя преломления одного варианта осуществления оптического волокна, раскрытого здесь.

[0021] Фиг. 6 показывает профиль показателя преломления одного варианта осуществления оптического волокна, раскрытого здесь.

[0022] Фиг. 7 показывает профиль показателя преломления одного варианта осуществления оптического волокна, раскрытого здесь.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0023] Дополнительные признаки и преимущества будут изложены в нижеследующем подробном описании и станут понятны специалистам в данной области техники из этого описания или при применении их на практике так, как описано в нижеследующем описании, формуле изобретения и прилагаемых чертежах.

[0024] Согласно по меньшей мере некоторым вариантам осуществления, оптические волокна имеют низкие потери, индуцированные изгибами, конкретно, при сильных изгибах, таких как изгибы диаметром 15мм, для применений в центрах обработки данных и волокнах для домашних подключений. Согласно по меньшей мере некоторым вариантам осуществления, оптические волокна, раскрытые здесь, обратно совместимы с существующими установленными волоконными сетевыми системами. Согласно по меньшей мере некоторым вариантам осуществления, оптические волокна, раскрытые здесь, имеют диаметр поля моды, на 1310 нм, составляющий >9мкм, для обеспечения низких потерь на соединениях с существующими установленными оптическими волокнами. Оптические волокна, раскрытые здесь, могут быть обеспечены в виде кабеля и могут быть частью сетевой системы, имеющей передатчик и приемник.

[0025] «Профиль показателя преломления» является соотношением между показателем преломления или относительным показателем преломления и радиусом волокна. Радиус для каждого сегмента профиля показателя преломления задается сокращениями r₁, r₂, r₃, r_4a, r₄, и т.д., и строчные и прописные буквы используются здесь взаимозаменяемо (например, r₁ эквивалентно R₁).

[0026] «Относительный показатель преломления в процентах» (также называемый здесь «приращением показателя преломления в процентах», «относительным показателем преломления», «приращением показателя преломления» и «приращением относительного показателя преломления» определяют как Δ%=100*(n_i² -n_c²)/2n_i², и используемый здесь n_c является средним показателем преломления нелегированного диоксида кремния. Используемый здесь относительный показатель преломления представлен Δ, и его значения задаются в «%», если не указано иное. Термины: приращение, Δ, Δ%, %Δ_, приращение%, приращение в % и приращение в процентах могут использоваться здесь взаимозаменяемо. Для вариантов осуществления, описанных здесь, эквивалентный профиль относительного показателя преломления может быть получен посредством сдвига всего профиля показателя преломления оптического волокна либо вверх, либо вниз. В случаях, когда показатель преломления области меньше, чем средний показатель преломления нелегированного диоксида кремния, относительный показатель преломления в процентах является отрицательным и говорят, что имеется пониженная область или пониженный показатель. В случаях, когда показатель преломления области больше, чем средний показатель преломления области оболочки, относительный показатель преломления в процентах является положительным. «Повышающая легирующая примесь» считается здесь легирующей примесью, которая имеет свойство повышать показатель преломления относительно чистого нелегированного SiO₂. «Понижающая легирующая примесь» считается здесь легирующей примесью, которая имеет свойство понижать показатель преломления относительно чистого нелегированного SiO₂. Примеры повышающих легирующих примесей включают в себя GeO₂ (оксид германия), Al₂O₃, P₂O₅, TiO₂, Cl, Br. Примеры понижающих легирующих примесей включают в себя фтор и бор. В некоторых вариантах осуществления, сердцевина содержит диоксид кремния, легированный оксидом германия. В некоторых вариантах осуществления, максимальная концентрация оксида германия в области сердцевины, [GeO₂]_{сердцевины-max}, в процентах по весу, удовлетворяет неравенству 4% по весу ≤ [GeO₂]_{сердцевины-max} ≤ 13% по весу, в некоторых вариантах осуществления 6% по весу ≤ [GeO₂]_{сердцевины-max} ≤ 12% по весу, и в некоторых вариантах осуществления 7% по весу ≤ [GeO₂]_{сердцевины-max} ≤ 11% по весу. В некоторых вариантах осуществления, сердцевина содержит диоксид кремния, легированный хлором. В некоторых вариантах осуществления, максимальная концентрация хлора в области сердцевины, [Cl]_{сердцевины-max}, в процентах по весу, удовлетворяет неравенству 1% по весу ≤ [Cl]_{сердцевины-max} ≤ 7% по весу, в некоторых вариантах осуществления 1% по весу ≤ [Cl]_{сердцевины-max} ≤ 6% по весу, и в некоторых вариантах осуществления 1,5% по весу ≤ [Cl]_{сердцевины-max} ≤ 6% по весу.

[0027] «Хроматическая дисперсия» волноводного волокна, называемая здесь «дисперсией», если не указано иное, является суммой дисперсии материала, дисперсии волновода и межмодовой дисперсии. В случае одномодовых волноводных волокон межмодовая дисперсия равна нулю. Длина волны нулевой дисперсии является длиной волны, на которой дисперсия имеет значение, равное нулю. Наклон дисперсии является скоростью изменения дисперсии в зависимости от длины волны.

[0028] «Эффективную площадь» определяют в уравнении 1 как:

(уравнение 1)

где пределами интегрирования являются 0 и ∞, r является радиальным расстоянием от центра сердцевины, и f является поперечной составляющей электрического поля, связанного со светом, распространяющимся в волноводе. Используемые здесь термины «эффективная площадь» или «A_eff» относятся к оптической эффективной площади на длине волны, равной 1550нм, если не указано иное.

[0029] Термин «α-профиль» относится к профилю показателя преломления, выраженному в терминах Δ(r), которое вычисляется в «%», где r является радиусом, который подчиняется уравнению 2, показанному ниже

(уравнение 2)

где r_o является точкой (радиальным местоположением) в сердцевине, в которой Δ(r) является максимальным, r₁ является точкой, в которой Δ(r)% равно нулю, и r находится в диапазоне r₁ <r<r_f, при этом Δ определено выше, r_i является начальной точкой α-профиля, r_f является конечной точкой α-профиля, и α является показателем степени, который является вещественным числом (называемым здесь «α сердцевины», «альфа сердцевины», «значение альфа», или «значение α»).

[0030] Диаметр поля моды (mode field diameter - MFD) измеряют с использованием способа Петермана II (Peterman II method), в котором 2w=MFD, и w²=(2∫f²rdr/∫[df/dr]²rdr), причем пределами интегрирования являются 0 и ∞.

[0031] Сопротивление изгибу волноводного волокна можно оценить посредством индуцированного затухания в заранее заданных условиях тестирований, например, путем размещения или наматывания волокна вокруг оправки заданного диаметра, например наматывания 1 витка вокруг оправки диаметром 6 мм, 10 мм или 20 мм, или подобного диаметра (например, «потери на макроизгибах диаметром 1*10 мм» или «потери на макроизгибах диаметром 1*20 мм»), и измерения увеличения затухания на один виток.

[0032] Одним типом теста на изгиб является тест на микроизгиб с боковой (латеральной) нагрузкой. В этом так называемом тесте с «боковой нагрузкой» («lateral load» test - LLWM), заданная длина волноводного волокна размещается между двумя плоскими пластинами. Проволочную сетку #70 прикрепляют к одной из пластин. Известную длину волноводного волокна размещают между пластинами и измеряют образцовое затухание, в то время как пластины сжимают вместе с силой в 30 Ньютонов. Затем силу в 70 Ньютонов прикладывают к пластинам и измеряют увеличение затухания в дБ/м. Увеличение затухания является затуханием волновода при боковой нагрузке в дБ/м на заданной длине волны (обычно в диапазоне 1200-1700 нм, например, 1310 нм или 1550 нм или 1625 нм).

[0033] Другим типом теста на изгиб является тестирование на микроизгиб на покрытом проволочной сеткой барабане (wire mesh covered drum microbend test - WMCD). В этом тесте, на алюминиевый барабан диаметром 400мм наматывают проволочную сетку. Сетку наматывают плотно без натяжения и обеспечивают отсутствие отверстий, впадин и повреждений. Спецификация материала проволочной сетки: McMaster-Carr Supply Company (Cleveland, OH), номер детали 85385T106, коррозионно-стойкая проволочная ткань из нержавеющей стали типа 304, ячеек на погонный дюйм: 165*165, диаметр проволоки: 0,0019 дюйма, ширина отверстий: 0,0041 дюйма, живое сечение, в %: 44,0. Заданную длину (750 метров) волноводного волокна наматывают со скоростью 1 м/с на барабан с проволочной сеткой с шагом наматывания, равным 0,050 сантиметра, при приложении натяжения 80 (+/- 1) грамм. Концы волокна заданной длины заклеивают для сохранения натяжения, и обеспечивают отсутствие перехлестов волокна. Затухание оптического волокна измеряют на заданной длине волны (обычно в диапазоне 1200-1700 нм, например, 1310 нм или 1550 нм или 1625 нм); образцовое затухание измеряют на оптическом волокне, намотанном на ровный барабан. Увеличение затухания является затуханием волновода на покрытом проволочной сеткой барабане в дБ/км на заданной длине волны (обычно в диапазоне 1200-1700 нм, например, 1310 нм или 1550 нм или 1625 нм).

[0034] Другим типом теста на изгиб является тест на микроизгиб при сетчатом плетении. В тесте на потери на микроизгибах при сетчатом плетении, волокна наматывают с большим натяжением на стеклянную катушку и подвергают воздействию цикла изменения температуры. Устройство тестирования содержит барабан фиксированного диаметра из диоксида кремния. Поверхность барабана является ровной. В этом тесте, диаметр барабана составляет 110 мм. Волокно наматывают на стеклянный барабан с натяжением намотки, равным 79 грамм, и шагом, равным 2 мм (расстоянием между смежными витками волокна). Множественные слои волокна наматывают с этим натяжением и шагом. Шаговые углы реверсируют после каждого намотанного слоя. Перехлест натянутых волокон из смежных слоев создает механизм микроизгибов. Используют волокно длиной 2,5 км. Исходное измерение затухания волокна выполняют при около 23°, при относительной влажности около 45%, причем волокно размещают в конфигурации сетчатого плетения с натяжением 70 грамм. Исходные измерения потерь на затухание проводят на длинах волн, равных 1310 нм, 1550 нм, и 1625 нм. OTDR (оптический рефлектометр временной области) используют для получения данных о потерях на затухание.

[0035] После исходного измерения потерь на затухание при 23°С, волокно подвергают циклическому изменению температуры. При циклическом изменении температуры, волокно сначала охлаждают от 23°С до -60°С со скоростью 1°С/мин. Волокно поддерживают при -60°С в течение 20 часов и затем нагревают со скоростью 1°С/мин обратно до 23°С. Волокно поддерживают при 23°С в течение 2 часов, затем нагревают до 70°С со скоростью 1°С/мин и поддерживают при 70°С в течение 20 часов. Затем волокно охлаждают до 23°С со скоростью 1°С/мин и поддерживают при 23°С в течение двух часов. Затем волокно подвергают воздействию второго теплового цикла, который является идентичным первому тепловому циклу - т.е. его охлаждают от 23°С до -60°С, затем нагревают обратно до 23°С, поддерживают при этой температуре в течение 2 часов и затем нагревают от 23°С до 70°С, после чего его охлаждают обратно до 23°С. Наконец, после поддержания волокна при температуре 23°С в течение двух часов, после второго цикла, волокно еще раз охлаждают до -60°С со скоростью 1°С/мин, поддерживают при -60°С в течение 20 часов, и затем дополнительно охлаждают со скоростью 1°С/мин до -60°С. Волокно поддерживают при -60°С в течение 20 часов, затем нагревают со скоростью 1°С/мин обратно до 23°С и поддерживают при 23°С в течение 2 часов. В этот момент циклическое изменение температуры завершают.

[0036] Во время циклического изменения температуры волокна, непрерывно измеряют потери на затухание. Определяют максимальные потери на затухание на протяжении двух тепловых циклов вниз до -60°С, и сообщают здесь разницу между этими максимальными потерями на затухание и исходными потерями на затухание при 23°С в виде потерь на микроизгибах при сетчатом плетении волокна в диапазоне температур от -60°С до 70°С. В тепловом цикле вниз до -60°С, разницу между потерями на затухание, измеренными при -60°С, и исходными потерями на затухание при 23°С сообщают здесь в виде потерь на микроизгибах при сетчатом плетении волокна в диапазоне температур от -60°С до 23°С.

[0037] Тест на изгиб с «массивом штырьков» используют для сравнения относительного сопротивления волноводного волокна изгибанию. Для выполнения этого теста, потери на затухание измеряют для волноводного волокна по существу в отсутствие индуцированных потерь на изгибах. Волноводное волокно теперь плетут вокруг массива штырьков и снова измеряют затухание. Потери, индуцируемые при изгибании, являются разницей между двумя измеренными затуханиями. Массив штырьков является набором из десяти цилиндрических штырьков, расположенных в единственном ряду и удерживаемых в фиксированном вертикальном положении на плоской поверхности. Межцентровой интервал между штырьками составляет 5 мм. Диаметр штырька составляет 0,67 мм. Во время тестирования, прикладывают достаточное натяжение, чтобы сделать волноводное волокно конформным участку поверхности штырька. Увеличение затухания является затуханием волновода вследствие массива штырьков, в дБ, на заданной длине волны (обычно в диапазоне 1200-1700 нм, например, 1310 нм или 1550 нм или 1625 нм).

[0038] Теоретическая длина волны отсечки волокна, или «теоретическая отсечка волокна», или «теоретическая отсечка», для данной моды, является длиной волны, выше которой направленный свет не может распространяться в этой моде. Математическое определение может быть найдено в работе Single Mode Fiber Optics, Jeunhomme, стр. 39-44, Marcel Dekker, New York, 1990, где теоретическая отсечка волокна описана в виде длины волны, на которой постоянная распространения моды становится равной постоянной распространения плоской волны во внешней оболочке. Эта теоретическая длина волны подходит для бесконечно длинного, идеально прямого волокна, которое не имеет никаких изменений в диаметре.

[0039] Отсечку волокна измеряют с помощью стандартного теста отсечки 2-метрового волокна, FOTP-80 (EIA-TIA-455-80), чтобы получить «длину волны отсечки волокна», также известную как «отсечка 2-метрового волокна» или «измеренная отсечка». Тестирование стандарта FOTP-80 выполняют либо чтобы исключать моды более высокого порядка с использованием управляемой величины изгиба, либо чтобы нормировать спектральную характеристику волокна относительно спектральной характеристики многомодового волокна.

[0040] Под длиной волны кабеля, «отсечкой кабеля», «длиной волны отсечки кабеля», используемыми здесь, мы подразумеваем длину волны отсечки кабеля, определяемую тестом отсечки 22-метрового кабеля, описанным в Процедурах Тестов Волоконной Оптики EIA-455, которые являются частью Волоконно-оптических Стандартов EIA-TIA, а именно, Волоконно-оптических Стандартов Ассоциации электронной промышленности и Ассоциации телекоммуникационной промышленности.

[0041] Если здесь не указано иное, то оптические свойства (такие как дисперсия, наклон дисперсии, и т.д.) обеспечены для моды LP01.

[0042] Оптические волокна, раскрытые здесь, способны демонстрировать эффективную площадь на 1550нм, которая больше чем около 70 мкм², в некоторых вариантах осуществления, находится между 75 и 95 мкм², например, между около 80 и 90 мкм². В некоторых вариантах осуществления, эффективная площадь оптической моды на 1550нм находится между около 82 и 88 мкм².

[0043] Варианты осуществления волокна 10 (см., например, фиг. 1) включают в себя сердцевину 12 с содержащимся максимальным приращением Δ₁ показателя преломления в процентах и оболочку 20, которая окружает сердцевину 12. По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления, раскрытых здесь, альфа сердцевины больше, чем 5 (т.е. α>5). Согласно иллюстративным вариантам осуществления, описанным здесь, волокно 10 предпочтительно является одномодовым волокном.

[0044] Оболочка 20 включает в себя внутреннюю область 21 оболочки, которая находится в контакте с сердцевиной 12 и окружает ее, область 22 оболочки с пониженным показателем преломления (также называемая здесь канальной областью), которая окружает внутреннюю область 21 оболочки. Область 22 оболочки имеет приращение Δ₃ показателя преломления в процентах. Внешняя область 24 оболочки окружает канальную область 22 и содержит приращение Δ₄ показателя преломления в процентах. Канальная область является областью с низким показателем преломления, окруженной областями с более высокими показателями преломления. Как показано, например, на фиг. 1, канальная область 22 в оболочке 20 окружена двумя областями оболочки с более высокими показателями преломления - т.е. областями 21 и 24 оболочки.

[0045] В вариантах осуществления, описанных здесь, Δ_1max>Δ₄; Δ₃<Δ₂; и Δ₄>Δ₃. В вариантах осуществления, показанных на фиг. 1-7, области 21, 22 и 24 оболочки являются непосредственно смежными друг с другом. Однако это необязательно, и альтернативно могут быть использованы дополнительные области оболочки.

[0046] Сердцевина 12 содержит внешний радиус r₁ (который определяется местом, в котором касательная, проведенная через точку максимального наклона приращения показателя преломления в процентах центральной сердцевины 12 пересекает линию нулевого приращения), который находится между 2,75 и 6 мкм, в некоторых вариантах осуществления между 3,5 и 5,75 мкм, например, между 3,5 и 5,6 мкм, и в некоторых вариантах осуществления составляет 4-5 мкм. Сердцевина 12 демонстрирует приращение Δ₁ показателя преломления в процентах (относительно чистого диоксида кремния). Например, максимальное приращение показателя преломления сердцевины, Δ_1max, может составлять от 0% (если оно изготовлено из чистого диоксида кремния) до 0,65%, или может находиться между 0,15 и 0,5%, и в некоторых вариантах осуществления между около 0,2 и 0,5%. В некоторых вариантах осуществления, Δ_1max≥0,38, например, 0,38≤Δ_1max≤0,5.

[0047] В некоторых вариантах осуществления, сердцевина 12 демонстрирует альфа (α) сердцевины, причем α больше чем 5, например, составляет по меньшей мере 10. В некоторых вариантах осуществления, альфа сердцевины составляет 15 или более. В некоторых вариантах осуществления, сердцевина 12 может содержать альфа между около 10 и 100, например, в некоторых вариантах осуществления альфа сердцевины, α, может находиться между 15 и 100, и в некоторых вариантах осуществления между 15 и 40. Профиль показателя преломления иллюстративного варианта осуществления волокна с α₁, составляющим около 20, показан, например, на фиг. 1.

[0048] В вариантах осуществления, показанных на фиг. 3-7, внутренняя область 21) оболочки является смежной с сердцевиной 12 и содержит внутренний радиус r₁ и внешний радиус r₂. Внутренняя область 21 оболочки предпочтительно демонстрирует приращение показателя преломления в процентах, Δ₂≤0,3 (относительно чистого диоксида кремния). Как указано выше, Δ₁≥Δ₂. В иллюстративных вариантах осуществления, описанных здесь, 0,15%≤Δ_1max-Δ₂≤0,5%, например, 0,2%≤Δ_1max-Δ₂≤0,4%, или 0,25%≤Δ_1max-Δ₂≤0,35%. В некоторых вариантах осуществления, Δ₂ составляет от 0 до 0,3%, например, находится между около 0 и 0,25%, или между 0,1 и 0,2%. Альтернативно, например, если область 12 сердцевины 12 (также называемая здесь сердцевиной) изготовлена из чистого диоксида кремния, то внутренняя область 21 оболочки легирована с понижением относительно чистого диоксида кремния, причем Δ_1max-Δ₂≤0,5%. Внешний радиус r₂ внутренней области 21 оболочки находится между 5 и 17 мкм, в некоторых вариантах осуществления между 7 и 15 мкм, например, составляет от 6 до 12 мкм, или от 6 до 10 мкм. В некоторых вариантах осуществления, отношение r₂/r₁>1,2. В некоторых вариантах осуществления, отношение r₂/r₁≥1,25, например, 1,25≤r₂/r₁≤2,5. По меньшей мере в некоторых иллюстративных вариантах осуществления, описанных здесь, 1,6≤r₂/r₁≤2,4. По меньшей мере в некоторых иллюстративных вариантах осуществления, описанных здесь, 1,8≤r₂/r₁≤2,35. Вышеупомянутые значения радиуса r₁, разницы между Δ_1max и Δ₂, и отношения r₂/r₁ помогают волокнам иметь 1300нм≤λ₀≤1324нм, и MFD между 8,2 мкм и 9,5 мкм на длине волны 1310нм.

[0049] Канальная область 22 (также называемая здесь областью оболочки с пониженным показателем) окружает внутреннюю область 21 оболочки. Канальная область 22 имеет приращение Δ₃ показателя преломления в процентах, которое меньше чем Δ₂. В некоторых вариантах осуществления, Δ₃ удовлетворяет неравенству -0,4%≤Δ₃≤0,1%. Например, в некоторых вариантах осуществления упомянутый канал образован из чистого диоксида кремния, и Δ₃ равно 0. В некоторых вариантах осуществления, приращение относительного показателя преломления в процентах в канальной области 22 является по существу плоским, т.е. разница между относительным приращением показателя преломления в процентах на любых двух радиусах меньше чем 0,03%, и в некоторых вариантах осуществления меньше чем 0,01%. В других вариантах осуществления могут быть флуктуации в результате малых изменений конструкции профиля или производственных изменений. В некоторых вариантах осуществления, канальная область 22 содержит диоксид кремния, который по существу не легирован ни фтором, ни оксидом германия, т.е. таким образом, эта область является по существу свободной от фтора и оксида германия, т.е. имеется меньше чем 0,1% по весу F или GeO₂. В некоторых вариантах осуществления, канальная область является чистым диоксидом кремния, в других вариантах осуществления она является диоксидом кремния, легированным фтором, для обеспечения -0,4%≤Δ₃≤0,1%. В некоторых вариантах осуществления, 0,35%≤Δ_1max-Δ₃≤0,65%.

[0050] Канальная область 22 предпочтительно демонстрирует ширину W_t (причем W_t=r₃-r₂), находящуюся между около 4 мкм и 22 мкм, в некоторых вариантах осуществления между 8 и 20 мкм. В некоторых вариантах осуществления, внешний радиус r₃ канальной области может быть не меньшим чем 10 мкм, например, большим чем 12 мкм и меньшим чем 27 мкм, или может составлять от около 14,5 мкм до около 25,5 мкм для обеспечения хорошей эффективности при изгибах и отсечки кабеля ≤ 1260нм. Внешняя область 24 оболочки окружает канальную область 22 и содержит приращение Δ₄ показателя преломления в процентах, которое больше чем приращение Δ₃ показателя преломления в процентах канальной области 22, в результате чего образуется область, которая является «легированной с повышением» внешней областью 24 оболочки относительно области 22 оболочки с пониженным показателем, например, посредством добавления некоторого количества легирующей примеси (такой как оксид германия или хлор), достаточного для увеличения показателя преломления внешней области оболочки. В некоторых вариантах осуществления, не существует никакого фтора и других понижающих легирующих примесей в канальной области 22, и внешняя область 24 оболочки содержит повышающую легирующую примесь, например, хлор. В некоторых вариантах осуществления, концентрация хлора во внешней области 24 оболочки составляет ≥1% по весу. В некоторых других вариантах осуществления, концентрация хлора во внешней области 24 оболочки составляет ≥1,2% по весу. Еще в других вариантах осуществления, концентрация хлора во внешней области 24 оболочки составляет ≥1,5% по весу. Еще в других вариантах осуществления, концентрация хлора во внешней области 24 оболочки составляет ≥2% по весу. Внешняя область 24 оболочки содержит более высокий показатель преломления, чем показатель преломления канальной области 22, и может, например, иметь приращение Δ₄ показателя преломления в процентах, которое находится между 0,12% и 0,4%. В некоторых вариантах осуществления, 0,12%≤Δ₄-Δ₃≤0,4%, например, в некоторых вариантах осуществления 0,12%≤Δ₄-Δ₃≤0,3%. В некоторых вариантах осуществления, внешняя область 24 оболочки состоит из первой внешней области 24а оболочки (с внешним радиусом r_4a) и второй внешней области 24b оболочки (с внешним радиусом r₄), причем первая внешняя область 24а оболочки имеет концентрацию хлора ≥1,2% по весу от r₃ до 40 мкм. В некоторых вариантах осуществления, первая внешняя область 24а оболочки имеет концентрацию хлора ≥1,5% по весу от r₃ до 40 мкм, и в некоторых вариантах осуществления первая внешняя область 24а оболочки имеет концентрацию хлора ≥2% по весу от r₃ до 40 мкм. В некоторых вариантах осуществления, вторая внешняя область 24b оболочки имеет более высокую вязкость, чем первый внешний слой оболочки. А именно, вязкость стекла второй внешней области 24b оболочки больше чем вязкость стекла первой внешней области 24а оболочки. В этом варианте осуществления, вторая внешняя область 24b оболочки является слоем поглощения натяжения. В некоторых вариантах осуществления, вторая внешняя область 24b оболочки имеет концентрацию хлора ≤0,5% по весу от r_4а до r₄ (где r_4а является внешним радиусом сильнолегированной (например, ≥1,2% по весу хлора) с повышением области, как показано, например, на фиг. 2, и r4 является внешним радиусом стеклянного оптического волокна, например, равным 62,5 мкм). В некоторых вариантах осуществления, вторая внешняя область 24b оболочки имеет концентрацию хлора ≤0,25% по весу от своего внутреннего радиуса r_4а до внешнего радиуса r₄. В некоторых вариантах осуществления, вторая внешняя область оболочки имеет концентрацию хлора, [Cl], равную 0,0% по весу, [Cl] ≤0,2% по весу от r_4а до r₄. В некоторых вариантах осуществления, 40мкм≤r_4a≤55мкм, например, r_4a составляет около 40 мкм, 45 мкм, 50 мкм, или 55 мкм. Предпочтительно, участок с более высоким показателем (по сравнению с канальной областью 22) внешней области 24 оболочки продолжается по меньшей мере до точки, где оптическая мощность, которая может передаваться через оптическое волокно, больше или равна 90% передаваемой оптической мощности, более предпочтительно, до точки, где оптическая мощность, которая может передаваться через оптическое волокно, больше или равна 95% передаваемой оптической мощности, и наиболее предпочтительно, до точки, где оптическая мощность, которая может передаваться через оптическое волокно, больше или равна 98% передаваемой оптической мощности, что предпочтительно для обеспечения хорошей эффективности при изгибах и отсечки кабеля ≤ 1260 нм. В некоторых вариантах осуществления, это достигают посредством обеспечения «легированной с повышением» третьей кольцевой области (т.е. первой внешней области 24а оболочки), которая продолжается по меньшей мере до радиальной точки около 30 мкм. В некоторых вариантах осуществления, «легированная с повышением» третья кольцевая область 24а продолжается по меньшей мере до радиальной точки около 40 мкм, причем четвертая кольцевая область (т.е. вторая внешняя область 24b оболочки) состоит по существу из диоксида кремния, окружающего третью кольцевую область. В некоторых вариантах осуществления, оболочка 20 имеет внешний диаметр, в 2 раза больший максимального радиуса, R_max, равного около 125 мкм. Как показано на фиг. 2, легированная с повышением область 24а (т.е. первая внешняя область оболочки) внешней оболочки 24 имеет приращение показателя преломления в процентах, Δ₄, и область 24b оболочки (т.е. вторая внешняя область оболочки) имеет приращение показателя преломления в процентах, Δ₅, и Δ₄> Δ₅.

[0051] Объем V₃ профиля канальной области 22 вычисляют с использованием Δ_(4-3)(r)rdr между радиусом r₂ и r₃, и, таким образом, определяют в уравнении 3 в виде

(Уравнение 3)

[0052] Все объемы являются абсолютными величинами (т.е. V₃=|V₃|). Для обеспечения хорошей эффективности при изгибах, объем V₃ канальной области 22 предпочтительно больше чем 30%Δмкм², и может быть больше чем 45%Δмкм², и в некоторых вариантах осуществления больше чем 50%Δмкм², и в некоторых вариантах осуществления может быть больше чем 55%Δмкм². В некоторых вариантах осуществления, объем V₃ канальной области 22 составляет от 30%Δмкм² до 90%Δмкм², например, от 40%Δмкм² до 80%Δмкм².

[0053] В иллюстративных вариантах осуществления, раскрытых здесь, сердцевина 12 везде имеет положительный показатель преломления. Сердцевина 12 содержит максимальное приращение Δ_1max показателя преломления в процентах, возникающее между r=0 и r=3 мкм. В этих вариантах осуществления, Δ_1max находится между около 0,38% и около 0,5%.

[0054] Волокна способны демонстрировать потери на изгибах, меньшие чем 0,5 дБ/виток, при наматывании на оправку диаметром 15 мм, для волокон с MAC-числами ≥7,25. В некоторых вариантах осуществления, оптические волокна, раскрытые здесь, имеют MAC-число ≥7,6 или даже ≥7,7, и, в некоторых примерах, 7,6≤MAC≤8, и длину волны нулевой дисперсии, λ₀, удовлетворяющую неравенству 1300нм≤λ₀≤1324нм. Используемое здесь MAC-число означает диаметр поля моды на 1310 (нм), деленый на длину волны (нм) отсечки 22-метрового кабеля.

[0055] Волокна, раскрытые здесь, могут быть вытянуты из предварительно отформованных заготовок оптического волокна с использованием общепринятых технологий изготовления и с использованием известных способов и устройств для вытягивания волокон, например, раскрытых в патентах США № 7,565,820, 5,410,567, 7,832,675, 6,027,062, описания которых включены в настоящий документ по ссылке.

[0056] Различные иллюстративные варианты осуществления будут дополнительно разъяснены в нижеследующих примерах. Специалистам в данной области техники следует понимать, что различные модификация и изменения могут быть реализованы, не выходя за рамки сущности или объема формулы изобретения.

ПРИМЕРЫ

[0057] В таблице 1, показанной ниже, приведены характеристики примеров 1-3 вариантов осуществления волокон. Эти варианты осуществления волокон имеют профили показателя преломления, показанные на фиг. 3-5. В частности, для каждого примера ниже приведены приращение Δ₁ показателя преломления в процентах, альфа 1 (α1), и внешний радиус r₁ сердцевины 12; приращение Δ₂ показателя преломления в процентах и внешний радиус r₂ внутренней области 21 оболочки; и приращение Δ₃ показателя преломления в процентах и внешний радиус r₃, а также объем V₃ профиля канальной области 22, который вычисляют между r₂ и r₃; приращение Δ₄ показателя преломления в процентах. Также приведены хроматическая дисперсия и наклон дисперсии на 1310нм, хроматическая дисперсия и наклон дисперсии на 1550нм, диаметр поля моды на 1310нм и 1550нм, микроизгиб на проволочной сетке с боковой нагрузкой на 1550нм, макроизгиб на массиве штырьков на 1550нм, длина (λ₀) волны нулевой дисперсии, отсечка на 22-метровом кабеле, MAC-число на 1310нм, потери на изгибах диаметром 1*15мм (потери на изгибах, когда волокно обернуто один раз вокруг оправки диаметром 15 мм), и спектральное затухание на 1310нм и 1550нм.

[0058] Таблица 1

Параметр Пример 1 Пример 2 Пример 3 Δ_1max (%) 0,47 0,47 0,45 r₁ (мкм) 4,3 4,3 4,3 альфа сердцевины области 12 20 20 20 Δ₂ (%) 0,15 0,15 0,15 Δ₁ - Δ₂ 0,32 0,32 0,30 r₂ (мкм) 10 9 8,1 r₂/r₁ 2,3 2,1 1,9 Δ₃ (%) 0,00 0,00 0,00 Δ₂ - Δ₃ 0,15 0,15 0,15 r₃(мкм) 20 19.5 20 Δ₄ (%) 0,15 0,15 0,15 r₄(мкм) 62,5 62,5 62,5 Максимальная концентрация хлора во внешней области 24 оболочки, % по весу 1,5 1,5 1,5 Δ₄ - Δ₃ 0,15 0,15 0,15 V₃ (%мкм²) 45 45 50 Дисперсия на 1310нм (пк/нм/км) 4,9E-04 0,346 0.25 Наклон дисперсии на 1310нм (пк/нм²/км) 0,088 0,099 0,091 λ₀, нм 1318 1315 1315 Дисперсия на 1550нм (пк/нм/км) 17.5 18 18 Наклон дисперсии на 1550нм (пк/нм²/км) 0,062 0,062 0,063 MFD на 1310нм (мкм) 9,2 9,16 9,25 MFD на 1550нм (мкм) 10,44 10,34 10,38 LLWM @ 1550нм, дБ/м 0,6 0,56 0,77 WMCD на 1550нм, дБ/км 0,04 0,04 0,04 Массив штырьков на 1550нм, дБ 14,9 15,0 23.9 Отсечка кабеля (нм) 1206 1206 1200 Aeff на 1310нм (мкм²) 66.5 65,9 67.2 Aeff на 1550нм (мкм²) 85,6 84,0 84,6 MAC # (MFD на 1310нм/отсечка кабеля) 7.63 7,60 7,71 Потери на изгибах диаметром 1*15 мм на 1550нм (дБ/виток) 0,19 0,2 0,29 Потери на изгибах диаметром 1*20 мм на 1550нм (дБ/виток) 0,047 0,047 0,074 Потери на изгибах диаметром 1*30 мм на 1550нм (дБ/виток) 0,0045 0,0045 0,01 Затухание на 1550нм, дБ/км ≤ 0,18 ≤ 0,18 ≤ 0,18 Затухание на 1310нм, дБ/км ≤ 0,32 ≤ 0,32 ≤ 0,32

Как можно увидеть в таблице 1 выше, иллюстративные волокна, показанные в таблице 1, используют стеклянную область 12 сердцевины, имеющую показатель Δ₁, внутреннюю область 21 оболочки, имеющую показатель Δ₂, и канальную область 22 оболочки, имеющую приращение Δ₃ показателя преломления в процентах, и внешнюю область 24 оболочки, имеющую приращение Δ₄ показателя преломления в процентах; причем Δ_1max>Δ₂; Δ_1max>Δ₄; Δ₃>Δ₂; Δ₄>Δ₃, причем разница между Δ_1max и Δ₂ больше или равна по меньшей мере 0,15, разница между Δ_1max и Δ₃ больше или равна по меньшей мере 0,35 (например, 0,38≤Δ_1max-Δ₃≤0,65); разница между Δ₂ и Δ₃ больше или равна по меньшей мере 0,08 (например, 0,08≤Δ₂-Δ₃≤0,4); и разница между Δ₄ и Δ₃ больше или равна по меньшей мере 0,08 (например, 0,1≤Δ₄-Δ₃≤0,4 или 0,1≤Δ₄-Δ₃≤0,3); и абсолютное значение объема профиля, |V₃|, составляет по меньшей мере 30%Δмкм². Эти волокна имеют диаметры поля моды (MFD) на 1310нм между 9 мкм и 9,5 мкм, например, между 9,2 мкм и 9,5 мкм, и длину волны нулевой дисперсии между 1300нм и 1324нм. Эти волокна имеют затухание ≤0,18 дБ/км и ≤0,32 дБ/км на 1550нм и 1310нм, соответственно.

[0059] Таблица 2 ниже показывает характеристики варианта осуществления примера 4 волокна. Этот вариант осуществления волокна имеет профиль показателя преломления, показанный на фиг. 6.

[0060] Таблица 2

Параметр Пример 4 Δ_1max (%) 0,53 r₁ (мкм) 4,4 альфа сердцевины области 12 20 Δ₂ (%) 0,2 Δ₁ - Δ₂ 0,33 r₂ (мкм) 10 r₂/r₁ 2,27 Δ₃ (%) 0,00 Δ₂ - Δ₃ 0,2 r₃(мкм) 18,2 Δ₄ (%) 0,2 r_4а(мкм) 45 Максимальная концентрация хлора во внешней области 24 оболочки, % по весу 2 Δ₄ - Δ₃ 0,2 Δ₅ (%) 0 r₄(мкм) 62,5 V₃ (%мкм²) 46,2 Дисперсия на 1310нм (пк/нм/км) 0,483 Наклон дисперсии на 1310нм (пк/нм²/км) 0,089 λ₀, нм 1312 Дисперсия на 1550нм (пк/нм/км) 18,5 Наклон дисперсии на 1550нм (пк/нм²/км) 0,062 MFD на 1310нм (мкм) 9,16 MFD на 1550нм (мкм) 10,31 LLWM @ 1550нм, дБ/м 0,4 WMCD на 1550нм, дБ/км 0,04 Массив штырьков на 1550нм, дБ 8,96 Отсечка кабеля (нм) 1257 Aeff на 1310нм (мкм²) 66.1 Aeff на 1550нм (мкм²) 81,7 MAC # (MFD на 1310нм/отсечка кабеля) 7,29 Потери на изгибах диаметром 1*15 мм на 1550нм (дБ/виток) 0,102 Потери на изгибах диаметром 1*20 мм на 1550нм (дБ/виток) 0,023 Потери на изгибах диаметром 1*30 мм на 1550нм (дБ/виток) 0,002 Затухание на 1550нм, дБ/км ≤ 0,18 Затухание на 1310нм, дБ/км ≤ 0,32

Как можно увидеть в таблице 2 выше, иллюстративные волокна, такие как волокно, показанное в таблице 2 и фиг. 6, используют стеклянную область 12 сердцевины, имеющую показатель приращение Δ_1max показателя преломления в процентах, внутреннюю область 21 оболочки, имеющую приращение Δ₂ показателя преломления в процентах, и канальную область 22 оболочки, имеющую приращение Δ₃ показателя преломления в процентах, и первую внешнюю область 24а оболочки, имеющую приращение Δ₄ показателя преломления в процентах, и вторую внешнюю область 24b оболочки, имеющую приращение Δ₅ показателя преломления в процентах; причем Δ_1max>Δ₂; Δ_1max>Δ₄; Δ₃>Δ₂; Δ₄>Δ₃, причем разница между Δ_1max и Δ₂ больше или равна по меньшей мере 0,15, разница между Δ_1max и Δ₃ больше или равна по меньшей мере 0,35 (например, 0,38≤Δ_1max-Δ₃≤0,65); разница между Δ₂ и Δ₃ больше или равна по меньшей мере 0,08 (например, 0,08≤Δ₂-Δ₃≤0,4); и разница между Δ₄ и Δ₃ больше или равна по меньшей мере 0,08 (например, 0,1≤Δ₄-Δ₃≤0,4 или 0,1≤Δ₄-Δ₃≤0,3); и абсолютное значение объема профиля, |V₃|, составляет по меньшей мере 30%Δмкм². В этом варианте осуществления, область 24b оболочки является слоем диоксида кремния с относительным показателем преломления в процентах, равным около нуля. Область 24b оболочки (т.е. вторая внешняя область оболочки) действует как слой поглощения сильного натяжения. Этот вариант осуществления волокна имеет диаметр поля моды (MFD) на 1310нм между 9 мкм и 9,5 мкм, и длину волны нулевой дисперсии между 1300нм и 1324нм.

[0061] Варианты осуществления волокон, описанные здесь, демонстрируют отсечку кабеля, меньшую или равную 1260нм, и потери на изгибах, меньшие чем 0,5 дБ/виток при наматывании на оправку диаметром 15 мм. Эти волокна также демонстрируют диаметр поля моды между около 9 и 9,5 мкм на 1310 нм, длину волны нулевой дисперсии между 1300 и 1324нм, наклон дисперсии на 1310нм, который меньше или равен 0,092 пк/нм²/км. Эти волокна демонстрируют потери на изгибах на барабане, покрытом проволочной сеткой (Wire Mesh Covered Drum - WMCD), на 1550нм, которые меньше или равны 0,07 дБ/км, в некоторых вариантах осуществления меньше или равны 0,06 дБ/км, и в некоторых вариантах осуществления меньше или равны 0,05 дБ/км. Эти волокна также демонстрируют потери на изгибах на массиве штырьков, на 1550нм, которые меньше чем 8,5 дБ, в некоторых вариантах осуществления меньше чем 5 дБ, и в некоторых вариантах осуществления меньше чем 4 дБ. Эти волокна демонстрируют потери на микроизгибах при сетчатом плетении, на 1550нм, которые меньше или равны 0,05 дБ/км, в некоторых вариантах осуществления меньше или равны 0,025 дБ/км, и в некоторых вариантах осуществления меньше или равны 0,01 дБ/км.

[0062] Многие из этих волокон также демонстрируют потери на изгибах, на 1550нм, при наматывании на оправку диаметром 15 мм, меньшие чем 0,5 дБ/виток, и в некоторых случаях меньшие чем 0,2 дБ/виток. Эти волокна также демонстрируют потери на изгибах, на 1550нм, при наматывании на оправку диаметром 20 мм, меньшие чем 0,2 дБ/виток, в некоторых вариантах осуществления меньшие чем 0,15 дБ/виток, и некоторые волокна в некоторых вариантах осуществления меньшие чем 0,1 дБ/виток. Эти волокна также демонстрируют потери на изгибах, на 1550нм, при наматывании на оправку диаметром 30 мм, меньшие чем 0,02 дБ/виток, например, меньшие чем 0,005 дБ/виток, или даже меньшие чем 0,003 дБ/виток.

[0063] Такие значения характеристик потерь на изгибах и затухания достижимы с использованием первичного и вторичного покрытия, нанесенных на волокно, причем модуль Юнга первичного покрытия меньше чем 2 МПа, в некоторых вариантах осуществления меньше чем 1 МПа, и в некоторых вариантах осуществления меньше чем 0,5 МПа. Модуль Юнга вторичного покрытия больше чем 500 МПа, в некоторых вариантах осуществления больше чем 1000 МПа, и в некоторых вариантах осуществления больше чем 1500 МПа. В некоторых вариантах осуществления, внешний диаметр вторичного покрытия составляет 242 мкм. В некоторых других вариантах осуществления, внешний диаметр вторичного покрытия составляет 200 мкм.

[0064] Таблица 3 обеспечивает данные варианта осуществления изготавливаемого оптического волокна (Пример 5 волокна). Профиль показателя преломления примера 5 оптического волокна показан на фиг. 7.

Таблица 3. Данные для изготавливаемого оптического волокна

Параметр Пример 5 Δ_1max (%) 0,48 r₁ (мкм) 4,87 альфа сердцевины, α 20 r₂ (мкм) 6,11 r₂/r₁ 1,25 Δ₂ (%) 0,153 r₃(мкм) 19,8 Δ₃ (%) 0 V₃ (%мкм²) 60 Δ₄ (%) 0,168 r₄(мкм) 62,5 Дисперсия на 1310нм (пк/нм/км) 0,483 Наклон дисперсии на 1310нм (пк/нм²/км) 0,091 Дисперсия на 1550нм (пк/нм/км) 18,1 Длина волны нулевой дисперсии (нм) 1304 MFD на 1310нм (мкм) 9,34 MFD на 1550нм (мкм) 10,45 Aeff на 1550нм (мкм²) 85,8 Отсечка кабеля (нм) 1204 Потери на макроизгибах для оправки диаметром 15 мм на 1550нм (дБ/виток) 0,078 Потери на макроизгибах для оправки диаметром 20 мм на 1550нм (дБ/виток) 0,084 Потери на макроизгибах для оправки диаметром 30 мм на 1550нм (дБ/виток) 0,005 Потери на микроизгибах на 1550нм в тестировании с сетчатым плетением при -60°С для диаметра покрытия 242 мкм (дБ/км) 0,005 Потери на микроизгибах на 1550нм в тестировании с сетчатым плетением при -60°С для диаметра покрытия 200 мкм (дБ/км) 0,003

[0065] В варианте осуществления таблицы 3, оптические волокна демонстрируют потери на микроизгибах при сетчатом плетении при -60°С, на 1550нм, которые меньше или равны 0,05 дБ/км, например, меньше или равны 0,03 дБ/км.

[0066] В некоторых вариантах осуществления, сердцевина волокна может содержать профиль относительного показателя преломления, имеющий так называемый наклон центральной линии, который может возникать в результате одной или нескольких технологий изготовления волокна. Однако наклон центральной линии в любом из профилей показателя преломления, раскрытых здесь, является необязательным.

[0067] Оптическое волокно, раскрытое здесь, содержит сердцевину 12 и оболочку 20, окружающую сердцевину и непосредственно смежную с ней. Согласно некоторым вариантам осуществления, сердцевина состоит из диоксида кремния, легированного германием, т.е. из легированного оксидом германия диоксида кремния. Согласно некоторым вариантам осуществления, сердцевина состоит из диоксида кремния, легированного хлором, т.е. из легированного хлором диоксида кремния. Легирующие примеси, отличные от германия или хлора, отдельно или в комбинации могут быть использованы в сердцевине, и, конкретно, у или вблизи центральной линии оптического волокна, раскрытого здесь, для получения требуемого показателя преломления и плотности. В вариантах осуществления, область 12 сердцевины оптического волокна 10, раскрытого здесь, имеет неотрицательный профиль показателя преломления, более предпочтительно положительный профиль показателя преломления, причем внутренняя область 21 оболочки окружает область 12 сердцевины и является непосредственно смежной с ней.

[0068] Оптическое волокно, раскрытое здесь, может быть окружено защитным покрытием, например, первичным покрытием Р, контактирующим со внешней областью 24 оболочки и окружающим ее, причем первичное покрытие Р имеет модуль Юнга, меньший чем 1,0 МПа, в некоторых вариантах осуществления меньший чем 0,9 МПа, и в некоторых вариантах осуществления меньший чем 0,8 МПа, и дополнительно содержит вторичное покрытие S, контактирующее с первичным покрытием Р, причем вторичное покрытие S имеет модуль Юнга, больший чем 1200 МПа, и в некоторых вариантах осуществления больший чем 1400 МПа.

[0069] Согласно некоторым вариантам осуществления, с первичным и вторичным покрытиями, внешний диаметр вторичного покрытия меньше чем 250 мкм. Согласно некоторым вариантам осуществления, волокно дополнительно покрыто первичным и вторичным покрытиями, и внешний диаметр вторичного покрытия меньше чем 210 мкм.

[0070] Используемые здесь модуль Юнга, относительное удлинение при разрыве, и предел прочности при растяжении отверждаемого полимерного материала первичного покрытия измеряют с использованием инструмента тестирований на предел прочности при растяжении (например, Sintech MTS Tensile Tester, или INSTRON Universal Material Test System) на образце материала, отформованного в виде пленки толщиной между около 0,003 дюйма (76 мкм) и 0,004 дюйма (102 мкм) и шириной около 1,3 см, причем длина тестируемой части образца составляет 5,1 см, и скорость тестирования составляет 2,5 см/мин.

[0071] Дополнительное описание и пригодные первичное и вторичное покрытия могут быть найдены в публикации PCT WO2005/010589, которая полностью включена в настоящий документ по ссылке.

[0072] Предпочтительно, оптические волокна, раскрытые здесь, имеют низкое содержание OH, и предпочтительно имеют кривую затухания, которая демонстрирует относительно низкий пик воды или его отсутствие в конкретном диапазоне длин волн, главным образом, в Е-диапазоне. Оптическое волокно, раскрытое здесь, предпочтительно имеет оптическое (спектральное) затухание на 1383нм, которое не более чем на 0,10 дБ/км выше оптического затухания на 1310нм, и более предпочтительно не большее чем оптическое затухание на 1310нм. Оптическое волокно, раскрытое здесь, предпочтительно имеет максимальное индуцированное водородом изменение затухания, меньшее чем 0,03 дБ/км на 1383нм, после подвергания воздействию водородной атмосферы, например, при парциальном давлении водорода, равном 0,01 атм, в течение по меньшей мере 144 часов.

[0073] Низкий пик воды, в общем, обеспечивает низкие потери на затухание, конкретно, для сигналов передачи между около 1340нм и около 1470нм. Дополнительно, низкий пик воды также обеспечивает улучшенную эффективность накачки устройства излучения света накачки, которое оптически связано с оптическим волокном, такого как рамановское устройство накачки или рамановский усилитель, который может работать на одной или нескольких длинах волн накачки. Предпочтительно, рамановский усилитель обеспечивает накачку на одной или нескольких длинах волн, которые на около 100нм меньше, чем любая требуемая рабочая длина волны или диапазон длин волн. Например, оптическое волокно, несущее рабочий сигнал на длине волны около 1550нм, может накачиваться рамановским усилителем на длине волны накачки, равной около 1450нм. Таким образом, низкое затухание волокна в диапазоне длин волн от около 1400нм до около 1500нм, как правило, уменьшает затухание накачки и увеличивает эффективность накачки, например, коэффициент усиления на каждый мВт мощности накачки, особенно для длин волн накачки около 1400нм.

[0074] Волокна, раскрытые здесь, демонстрируют низкие значения PMD, в частности, при изготовлении с использованием процессов OVD. Вращение оптического волокна может также снизить значения PMD для волокна, раскрытого здесь.

[0075] Следует понимать, что приведенное выше описание является только иллюстративным и предназначено для обеспечения обзора для понимания природы и характера волокон, которые определяются формулой изобретения. Сопутствующие чертежи включены в состав для обеспечения дополнительного понимания вариантов осуществления и встроены в это описание изобретения и образуют его часть. Чертежи иллюстрируют различные признаки и варианты осуществления, которые, вместе с их описанием, служат для объяснения принципов и работы. Специалистам в данной области техники следует понимать, что различные модификации вариантов осуществления, описанных здесь, могут быть реализованы, не выходя за рамки сущности и объема прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к оптической волоконной технике. Одномодовое оптическое волокно включает (I) сердцевину, содержащую внешний радиус r₁, максимальное приращение Δ_1max показателя преломления в процентах и альфа сердцевины, α, большее чем 5; и (II) оболочку, окружающую сердцевину. Оболочка содержит (i) внутреннюю область оболочки, имеющую внешний радиус r₂ и приращение Δ₂ показателя преломления в процентах, причем Δ_1max>Δ₂. Также оболочка содержит (ii) канальную область, окружающую внутреннюю область оболочки, причем канальная область имеет внешний радиус r₃, причем r₃>10 мкм, и приращение Δ₃ показателя преломления в процентах. Кроме того, оболочка содержит (iii) внешнюю область оболочки, имеющую концентрацию хлора ≥1,2% по весу, окружающую канальную область и содержащую приращение Δ₄ показателя преломления в процентах; причем Δ_1max>Δ₄, и Δ₂>Δ₃, и Δ₄>Δ₃ и причем разница между Δ₄ и Δ₃ ≥0,12%. Технический результат заключается в обеспечении возможности снижения оптических потерь на изгибах волокна. 25 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл.

1. Одномодовое оптическое волокно, содержащее:

(I) сердцевину, имеющую внешний радиус r₁, максимальное приращение Δ_1max показателя преломления в процентах и альфа сердцевины >5;

(II) оболочку, окружающую сердцевину, причем оболочка содержит

(i) внутреннюю область оболочки, имеющую внешний радиус r₂ и приращение Δ₂ показателя преломления в процентах, причем Δ_1max>Δ₂; и

(ii) канальную область, окружающую внутреннюю область оболочки, причем канальная область имеет внешний радиус r₃>10 мкм и приращение Δ₃ показателя преломления в процентах; и

(iii) внешнюю область оболочки, имеющую концентрацию хлора, большую чем 1,2% по весу, окружающую канальную область и содержащую приращение Δ₄ показателя преломления в процентах; причем Δ_1max>Δ₄, и Δ₂>Δ₃, и Δ₄>Δ₃ и причем Δ₄-Δ₃≥0,12%, и упомянутое волокно демонстрирует диаметр поля моды, MFD>9 мкм, на длине волны 1310 нм, отсечку кабеля, меньшую чем 1260 нм, и потери на изгибах на 1550 нм для оправки диаметром 15 мм, меньшие чем 0,5 дБ/виток, и 1300нм≤λ₀≤1324, где λ₀ является длиной волны нулевой дисперсии.

2. Оптическое волокно по п. 1, в котором объем профиля, |V₃| канальной области составляет по меньшей мере 30%Δ мкм².

3. Оптическое волокно по п. 2, в котором объем профиля, |V₃| канальной области составляет по меньшей мере 45%Δ мкм².

4. Оптическое волокно по п. 1, в котором Δ₄-Δ₃≥0,15%.

5. Оптическое волокно по п. 1, в котором Δ_1max-Δ₂≥0,25%; и Δ_1max-Δ₃≥0,35; и Δ₂-Δ₃≥0,08%.

6. Оптическое волокно по п. 5, в котором приращение 0,15%≤Δ₄-Δ₃≤0,4%.

7. Оптическое волокно по п. 1, в котором сердцевина содержит меньше чем 10% по весу оксида германия.

8. Оптическое волокно по п. 1, в котором канальная область содержит от 0 до 2% по весу фтора.

9. Оптическое волокно по п. 1, в котором внешняя область оболочки содержит концентрацию хлора ≥1,5% по весу.

10. Оптическое волокно по п. 1, в котором отношение радиуса сердцевины и радиуса внутренней оболочки удовлетворяет неравенству 1,2<r₂/r₁<2,5.

11. Оптическое волокно по п. 1, причем упомянутое волокно дополнительно демонстрирует потери на микроизгибах на покрытом проволочной сеткой барабане на 1550 нм, которые меньше или равны 0,05 дБ/км.

12. Оптическое волокно по п. 1, причем упомянутое волокно дополнительно демонстрирует потери на микроизгибах на покрытом проволочной сеткой барабане на 1550 нм, которые меньше или равны 0,01 дБ/км.

13. Оптическое волокно по п. 1, в котором канальная область по существу свободна от фтора и оксида германия.

14. Оптическое волокно по п. 1, в котором Δ₄≥Δ₂ для радиального положения, продолжающегося от r3 до радиуса, равного по меньшей мере 30 мкм.

15. Оптическое волокно по п. 1, причем упомянутое волокно демонстрирует затухание на 1550 нм, которое меньше или равно 0,18 дБ/км.

16. Оптическое волокно по п. 1, причем упомянутое волокно демонстрирует затухание на 1310 нм, которое меньше или равно 0,32 дБ/км.

17. Оптическое волокно по п. 1, в котором альфа сердцевины больше чем 10.

18. Оптическое волокно по любому из пп. 1-17, в котором 9 мкм<MFD на 1310 нм<9,5 мкм.

19. Оптическое волокно по любому из пп. 1-17, причем упомянутое волокно дополнительно демонстрирует потери на микроизгибах при сетчатом плетении при -60°С, на 1550 нм, которые меньше или равны 0,05 дБ/км.

20. Оптическое волокно по любому из пп. 1-17, причем упомянутое волокно дополнительно демонстрирует потери на микроизгибах при сетчатом плетении при -60°С, на 1550 нм, которые меньше или равны 0,01 дБ/км.

21. Оптическое волокно по любому из пп. 1-17, причем упомянутое волокно дополнительно покрыто первичным и вторичным покрытиями, причем внешний диаметр вторичного покрытия меньше чем 250 мкм.

22. Оптическое волокно по любому из пп. 1-17, причем упомянутое волокно дополнительно покрыто первичным и вторичным покрытиями, причем внешний диаметр вторичного покрытия меньше чем 210 мкм.

23. Оптическое волокно по п. 1, в котором внешняя область оболочки содержит первую внешнюю область оболочки с приращением Δ₄ показателя преломления в процентах и концентрацией хлора, большей чем 1,2% по весу; и вторую внешнюю область оболочки, окружающую первую внешнюю область оболочки и содержащую приращение Δ₅ показателя преломления в процентах, причем Δ₄>Δ₅, причем вторая внешняя область оболочки имеет концентрацию хлора, меньшую чем 0,5% по весу.

24. Оптическое волокно по п. 23, в котором вязкость стекла упомянутой второй внешней области оболочки больше, чем вязкость стекла упомянутой первой внешней области оболочки.

25. Оптическое волокно по п. 1, в котором максимальная концентрация оксида германия в области сердцевины, [GeO₂]_{сердцевины-max}, в % по весу удовлетворяет неравенству 4% по весу ≤ [GeO₂]_{сердцевины-max} ≤ 13% по весу.

26. Оптическое волокно по п. 1, в котором максимальная концентрация хлора в области сердцевины, [Cl]_{сердцевины-max}, в % по весу удовлетворяет неравенству 1% по весу ≤ [Cl]_{сердцевины-max} ≤ 7% по весу, или максимальная концентрация хлора в области сердцевины, [Cl]_{сердцевины-max}, в % по весу удовлетворяет неравенству 1,5% по весу ≤ [Cl]_{сердцевины-max} ≤ 6% по весу.