ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО И ОКРАШЕННОЕ ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО Российский патент 2020 года по МПК G02B6/28 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение предлагает оптическое волокно и окрашенное оптическое волокно.

Уровень техники

[0002] Дальнейшее уменьшение потерь при передаче требуется по отношению к оптическим волокнам, используемым в качестве линии оптической передачи для сообщений на длинные расстояния. Известные факторы затухания в оптическом волокне представляют собой потери поглощения, потери рассеяния, потери, обусловленные структурной разупорядоченностью, и внешние потери. В частности, в диапазоне длин волн связи (приблизительно 1,3 мкм и 1,5 мкм) потери рэлеевского рассеяния представляют собой основной фактор затухания. В оптическом волокне, изготовленном из кварцевого стекла, чтобы обеспечивалось распространение вследствие полного отражения света, показатели преломления сердцевины и оболочки определяются соответствующим образом, и регулирование таких показателей преломления осуществляется посредством введения легирующих веществ, таких как германий (Ge), хлор (Cl) и фтор (F).

[0003] JP2002-082250A описывает имеющее низкую нелинейность одномодовое оптическое волокно, которое включает первый центральный сердцевинный слой, второй центральный сердцевинный слой, образованный вокруг периметра первого центрального сердцевинного слоя, и оболочечный слой, образованный вокруг периметра второго центрального сердцевинного слоя. Данное оптическое волокно имеет соотношение n1>n2, n2≥n0, и n1>n0, где n1, n2 и n0 представляют собой, соответственно, средние показатели преломления вышеупомянутых слоев, и желательные разности относительных показателей преломления достигаются посредством легирования германием и т. д. С точки зрения надежности в течение продолжительного периода времени, данное оптическое волокно имеет улучшенные характеристики: регулируется образование дефектов стекла; отсутствует увеличение затухания, вызываемое вследствие сочетания дефектов стекла и водорода; и улучшается устойчивость по отношению к водороду.

[0004] JP2002-148466A описывает оптическое волокно, в котором оболочечная область образуется вокруг периметра сердцевинной области. В данном оптическом волокне соотношение средней вязкости сердцевинной области и средней вязкости всей области, состоящей из сердцевинной области и оболочечной области, составляет 2,5 или менее, и коэффициент потерь рэлеевского рассеяния составляет 95% или менее заданного стандартного значения A₀, где A₀ (дБ/(км·мкм⁴))=0,85+0,29×[Ge], и [Ge] представляет собой количество германия, вводимого в сердцевинную область, которое выражается как процентная разность относительных показателей преломления по отношению к чистому SiO₂.

[0005] WO2009/107260 описывает оптическое волокно, в котором наружный сердцевинный слой образуется вокруг периметра центральной сердцевинной области, и оболочечный слой образуется вокруг периметра наружного сердцевинного слоя. В данном оптическом волокне Ge вводится в центральную сердцевинную область, фтор вводится наружный сердцевинный слой, причем оболочечный слой изготовлен из чистого кварцевого стекла, и Δ1 находится в интервале от 0,30% до 0,35%, в то время как Δ2 находится в интервале от -0,1% до -0,04%, причем |Δ1 /|Δ2| находится в интервале от 2,5 до 7,5, где Δ1 представляет собой разность относительных показателей преломления центральной сердцевинной области и оболочечного слоя, и Δ2 представляет собой разность относительных показателей преломления наружного сердцевинного слоя и оболочечного слоя. Данное оптическое волокно является таким, что улучшаются потери на изгибах, которые представляют собой внешние потери.

Сущность изобретения

Задача изобретения

Средства решения задачи

[0007] Оптическое волокно согласно настоящему изобретению состоит из стеклянной части и покровной части, и стеклянная часть включает центральную сердцевинную область, расположенную вдоль центральной оси, содержащую Ge и имеющую разность относительных показателей преломления Δ1 по отношению к чистому кварцевому стеклу; оптический оболочечный слой, расположенный вокруг периметра центральной сердцевинной области, содержащий фтор и имеющий разность относительных показателей преломления Δ2 по отношению к чистому кварцевому стеклу; и покровный слой, расположенный вокруг периметра оптического оболочечного слоя и имеющий разность относительных показателей преломления Δ3 по отношению к чистому кварцевому стеклу. Указанные разности относительных показателей преломления имеют соотношение Δ1>Δ3≥Δ2. Средний наружный диаметр стеклянной части в продольном направлении находится в интервале 125±0,5 мкм, и когда стандартное отклонение наружного диаметра в продольном направлении определяется как σ, 3σ находится в интервале от 0,1 мкм до 0,5 мкм.

[0008] В оптическом волокне согласно настоящему изобретению предпочтительно разность относительных показателей преломления Δ1 находится в интервале от 0,15% до 0,35%, и разность относительных показателей преломления Δ2 находится в интервале от -0,15% до 0,00%. Кроме того, разность относительных показателей преломления Δ3 предпочтительно находится в интервале от -0,05% до 0,05%. Кроме того, фиктивная температура стеклянной части в оптическом волокне согласно настоящему изобретению предпочтительно составляет 1620°C или менее.

[0009] Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, окрашенное оптическое волокно включает оптическое волокно согласно настоящему изобретению; покровную часть, состоящую из двух защитных покровных слоев; и идентификационный окрашенный слой, расположенный вокруг периметра покровной части, причем наружный диаметр окрашенного слоя составляет 180 мкм или более и 210 мкм или менее.

Полезный эффект изобретения

[0010] Согласно вышеупомянутым вариантам осуществления, могут быть предложены оптические волокна с низким затуханием и окрашенные оптические волокна, в которых достигается уменьшение потерь рэлеевского рассеяния.

Краткое описание чертежей

[0011] Фиг. 1 представляет изображение поперечного сечения стеклянной части оптического волокна согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

[0012] Фиг. 2 представляет изображение поперечного сечения окрашенного оптического волокна согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

[0013] Фиг. 3 представляет схематическую диаграмму, иллюстрирующую профиль показателя преломления стеклянной части оптического волокна на фиг. 1.

[0014] Фиг. 4 представляет график, иллюстрирующий соотношение между затуханием при 1,31 мкм и изменчивостью отклонения наружного диаметра стеклянной части.

[0015] Фиг. 5 представляет график, иллюстрирующий соотношение между затуханием при 1,55 мкм и изменчивостью отклонения наружного диаметра стеклянной части.

Подробное описание изобретения

[0016] Далее будут описаны примерные оптические волокна и окрашенные оптические волокна согласно вариантам осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается представленными примерами, но определяется формулой изобретения и эквивалентами пунктов формулы изобретения, включая все модификации в пределах объема формулы изобретения.

[0017] В оптическом волокне, которое содержит Ge в сердцевине, эта сердцевина проявляет напряжение сжатия. Таким образом, даже если остаточное напряжение сердцевинной области уменьшается посредством регулирования разности вязкости между сердцевиной и оболочкой в целях уменьшения концентрации напряжения в сердцевине, как в случае оптического волокна, описанного в JP2002-148466A, этого оказывается недостаточно для уменьшения потерь рэлеевского рассеяния, и эффект уменьшения затухания является небольшим.

[0018] Фиг. 1 представляет изображение поперечного сечения стеклянной части 1 оптического волокна согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Данное оптическое волокно включает стеклянную часть 1 и покровную часть. Стеклянная часть 1, которая изготавливается из кварцевого стекла, включает центральную сердцевинную область 10, оптический оболочечный слой 20, образованный вокруг периметра центральной сердцевинной области 10, и покровный слой 30, образованный вокруг периметра оптического оболочечного слоя 20. Заданное количество германия, представляющего собой легирующее вещество для регулирования показателя преломления, вводится в центральную сердцевинную область 10. Покровная часть не представлена на фиг. 1.

[0019] Фиг. 2 представляет изображение поперечного сечения, схематически иллюстрируя структуру поперечного сечения окрашенного оптического волокна согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Данное окрашенное оптическое волокно образуется таким образом, что окрашенный слой 60 для идентификации располагается вокруг периметра оптического волокна, представленного на фиг. 1. Покровная часть оптического волокна состоит из двух защитных покровных слоев 40 и 50.

[0020] Фиг. 3 представляет схематическую диаграмму, типично иллюстрирующую профиль показателя преломления стеклянной части 1. Разность относительных показателей преломления, представленная на оси ординат, вычисляется на основании показателя преломления чистого SiO₂ и определяется как процентная (%) разность показателей преломления по отношению к чистому SiO₂. Данное оптическое волокно проявляет соотношение Δ1>Δ3≥Δ2, где Δ1 представляет собой разность относительных показателей преломления центральной сердцевинной области 10, Δ2 представляет собой разность относительных показателей преломления оптического оболочечного слоя 20, и Δ3 представляет собой разность относительных показателей преломления покровного слоя 30.

[0021] Фиг. 4 представляет график, иллюстрирующий соотношение между затуханием при 1,31 мкм и изменчивостью отклонения наружного диаметра стеклянной части 1. Здесь, когда затухание α(λ) (дБ/км) оптического волокна при длине волны λ аппроксимируется формулой:

α(λ)=A/λ⁴+B+C(λ),

первый член A/λ⁴ (дБ/км) формулы представляет собой потери рэлеевского рассеяния, которые вызываются отклонением плотности в оптическом волокне. Коэффициент A первого члена (далее значение A) представляет собой коэффициент потерь рэлеевского рассеяния (дБ/(км·мкм⁴)), и затухание оптического волокна уменьшается в целом посредством уменьшения значения A. Второй член B данной формулы, который представляет собой потери вследствие структурной разупорядоченности оптического волокна, представляет собой компонент, независимый от длины волны λ. Третий член C(λ) данной формулы представляет собой другие потери, такие как поглощение OH и поглощение инфракрасного излучения при большей длине волны.

[0022] На фиг. 4 ордината представляет собой соотношения волокон (процентную длину) имеющих низкое затухание волокон, в которых затухание Δ_1,31 составляло 0,32 дБ/км или менее при длине волны 1,31 мкм (1310 нм), то есть показатель для определения низкого затухания волокна при длина волны, получаемого в результате измерения оптических волокон длиной 10000 км. Здесь горизонтальная штриховая линия проведена на уровне 90% для определения критерия приемлемости, составляющего не менее чем 90% для массового производства оптических волокон.

[0023] С другой стороны, абсцисса на фиг. 4 представляет собой значение 3σ, где σ представляет собой стандартное отклонение наружного диаметра стеклянной части 1 в том случае, где наружный диаметр стеклянной части 1 измеряется с интервалами 1 м по отношению к волокну длиной 10 км. Здесь интервал, в котором 3σ составляет от 0,1 мкм до 0,5 мкм, определяют две вертикальные штриховые линии и стрелка между ними.

[0024] Нижний предел 0,1 мкм вышеупомянутого значения 3σ устанавливается как минимум в интервале 3σ, в котором Δ_1,31≤0,32дБ/км составляет 90% или более. Верхний предел 0,5 мкм в вышеупомянутом интервале устанавливается как максимум в интервале, где Δ_1,31≤0,32дБ/км составляет 90% или более, и требование международного стандарта связи (ITU-T), заключающееся в том, что наружный диаметр стеклянной части 1 должен находиться в интервале 125±1 мкм, практически удовлетворяется (99% или более), когда среднее значение составляет 125±0,5 мкм в фактическом производстве.

[0025] В процессе растяжения в производстве оптического волокна структурная разупорядоченность (отклонение плотности) стекла уменьшается, если оптическое волокно медленно охлаждается из высокотемпературного состояния таким образом, что стекло, составляющее волокно, может приводиться в состояние, приближенное к низкотемпературному тепловому равновесию посредством обеспечения структурной релаксации. Однако в таком случае будет увеличиваться отклонение наружного диаметра стеклянной части 1. Как описано выше, потери рэлеевского рассеяния вызывает отклонение плотности в оптическом волокне, и чем меньше значение A, тем больше отклонение наружного диаметра стеклянной части 1.

[0026] Как упоминается выше, в оптическом волокне, в котором Ge вводится в сердцевину, если 3σ (σ представляет собой стандартное отклонение в продольном направлении наружного диаметра стеклянной части 1) находится в интервале от 0,1 мкм до 0,5 мкм, оказывается возможным получение оптического волокна с низким затуханием, в котором затухание при длине волны 1310 нм составляет 0,32 дБ/км или менее, и наружный диаметр стеклянной части 1 удовлетворяет требованию международного стандарта.

[0027] В оптическом волокне, в котором Ge вводится в сердцевину, оказывается предпочтительным, что Δ1 находится в интервале от 0,15% до 0,35%, и Δ2 находится в интервале от -0,15% до 0,00% в том случае, где покровный слой 30 представляет собой чистое кварцевое стекло, или не добавляются никакие легирующие вещества, не представляющие собой Cl. Нижний предел Δ2, то есть -0,15%, устанавливается на основании предела, который может быть достигнут посредством легирования оболочечного слоя 20 фторидом с использованием тетрафторида углерода CF₄ в качестве материала.

[0028] В оптическом волокне, в котором Ge вводится в сердцевину, оказывается предпочтительным, что Δ3 находится в интервале от -0,05% до -0,05% в том случае, где покровный слой 30 изготавливается из кварцевого стекла, в котором не содержатся какие-либо легирующие вещества, не представляющие собой фторид. Кроме того, в оптическом волокне, в котором Ge вводится в сердцевину, оказывается предпочтительным, что фиктивная температура составляет 1620°C или менее. Здесь фиктивная температура представляет собой температуру переохлажденной жидкой структуры, которая соответствует структуре, замороженной в стекле, и она может представлять собой показатель, определяющий степень структурной релаксации в стекле. То есть она выражает однородность структуры стекла, и чем выше фиктивная температура, тем больше отклонение плотности. За счет обеспечения структурной релаксации потери рэлеевского рассеяния в оптическом волокне уменьшаются, и затухание может также уменьшаться.

[0029] Фиг. 5 представляет график, иллюстрирующий соотношение между затуханием при 1,55 мкм и изменчивостью отклонения по отношению к наружному диаметру стеклянной части 1. Ордината и абсциссы на фиг. 5 являются такими же, как на фиг. 4. Как описано выше, уменьшение значения A влияет на полную длину волны. Таким образом, если 3σ составляет 0,1 или более и 0,5 или менее, оказывается возможным получение оптического волокна, в котором затухание Δ_1,55 при длине волны 1,55 мкм составляет 0,184 дБ/км или менее (т. е. показатель для имеющего низкое затухание волокна при данной длине волны), и в котором наружный диаметр стеклянной части 1 удовлетворяет требованию международного стандарта.

[0030] Оказывается предпочтительным, что наружный диаметр окрашенного слоя составляет 180 мкм или более и 210 мкм или менее в окрашенном оптическом волокне, которое имеет два отверждаемых ультрафиолетовым излучением защитных покровных слоя 40 и 50, нанесенных вокруг периметра стеклянной части 1, включающей сердцевину, легированную германием, и которое имеет окрашенный слой 60 для идентификации. В окрашенном оптическом волокне, имеющем наружный диаметр, составляющий приблизительно 200 мкм, посредством нанесения тонкого покрытия, потери на микроизгибах являются высокими по сравнению с традиционным окрашенным оптическим волокном, включающим окрашенный слой и имеющим наружный диаметр, составляющий приблизительно 250 мкм. Однако, по сравнению с традиционным окрашенным оптическим волокном, оптическое волокно согласно варианту осуществления настоящего изобретения имеет меньшие потери рэлеевского рассеяния и эквивалентное затухание, таким образом, что оно является пригодным для практического использования. Таким образом, окрашенные оптические волока согласно настоящему изобретению могут быть помещены в кабель в большем количестве, чем традиционные окрашенные оптические волокна.

[0031] Как описано выше, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, что касается оптического волокна, изготовленного из кварцевого стекла и включающего центральную сердцевинную область, легированную германием; оптический оболочечный слой, образованный вокруг периметра центральной сердцевинной области; и покровный слой, образованный вокруг периметра оптического оболочечного слоя, оказывается возможным получение оптического волокна с низким затуханием и окрашенного оптического волокна, в котором потери рэлеевского рассеяния уменьшаются посредством регулирования изменчивость отклонения наружного диаметра стеклянной части 1 в пределах данного интервала, в то время как разности относительных показателей преломления центральной сердцевинной области, оптического оболочечного слоя и покровного слоя, соответственно, сохраняются в пределах заданных соотношений по отношению к чистому кварцевому стеклу.

Изобретение предлагает оптическое волокно и окрашенное оптическое волокно. Заявленное оптическое волокно включает стеклянную часть, изготовленную из кварцевого стекла и имеющую первый наружный диаметр; и покровную часть вокруг стеклянной части. Стеклянная часть включает центральную сердцевинную область, содержащую Ge и имеющую разность относительных показателей преломления Δ1 по отношению к чистому кварцевому стеклу; оптический оболочечный слой, расположенный вокруг центральной сердцевинной области, содержащий фтор и имеющий разность относительных показателей преломления Δ2 по отношению к чистому кварцевому стеклу; и покровный слой, расположенный вокруг оптического оболочечного слоя и имеющий разность относительных показателей преломления Δ3 по отношению к чистому кварцевому стеклу. Причем разности относительных показателей преломления имеют соотношение Δ1>Δ3≥Δ2, среднее значение первого наружного диаметра в продольном направлении находится в интервале 125±0,5 мкм, и 3σ находится в интервале от 0,1 до 0,5 мкм, где σ представляет собой стандартное отклонение первого наружного диаметра в продольном направлении. Технический результат - уменьшение потерь рэлеевского рассеяния и, как следствие, получение свойств низкого затухания. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Оптическое волокно, включающее:

стеклянную часть, изготовленную из кварцевого стекла и имеющую первый наружный диаметр; и

покровную часть вокруг стеклянной части,

стеклянную часть, включающую:

центральную сердцевинную область, содержащую Ge и имеющую разность относительных показателей преломления Δ1 по отношению к чистому кварцевому стеклу;

оптический оболочечный слой, расположенный вокруг центральной сердцевинной области, содержащий фтор и имеющий разность относительных показателей преломления Δ2 по отношению к чистому кварцевому стеклу; и

покровный слой, расположенный вокруг оптического оболочечного слоя и имеющий разность относительных показателей преломления Δ3 по отношению к чистому кварцевому стеклу, причем

разности относительных показателей преломления имеют соотношение Δ1>Δ3≥Δ2, среднее значение первого наружного диаметра в продольном направлении находится в интервале 125±0,5 мкм, и 3σ находится в интервале от 0,1 до 0,5 мкм, где σ представляет собой стандартное отклонение первого наружного диаметра в продольном направлении.

2. Оптическое волокно по п. 1, в котором разность относительных показателей преломления Δ1 находится в интервале от 0,15 до 0,35%, и разность относительных показателей преломления Δ2 находится в интервале от -0,15 до 0,00%.

3. Оптическое волокно по п. 1, в котором разность относительных показателей преломления Δ3 находится в интервале от -0,05 до 0,05%.

4. Оптическое волокно по п. 2, в котором разность относительных показателей преломления Δ3 находится в интервале от -0,05 до 0,05%.

5. Оптическое волокно по любому из пп. 1-4, в котором стеклянная часть имеет фиктивную температуру, составляющую 1620°C или менее.

6. Окрашенное оптическое волокно, включающее оптическое волокно по п. 1, в котором покровная часть состоит из двух защитных покровных слоев, и идентификационный окрашенный слой расположен вокруг покровной части, причем окрашенный слой имеет второй наружный диаметр, составляющий 180 мкм или более и 210 мкм или менее.