ОДНОМОДОВОЕ ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО СО СВЕРХНИЗКИМ ЗАТУХАНИЕМ И БОЛЬШОЙ ЭФФЕКТИВНОЙ ПЛОЩАДЬЮ Российский патент 2022 года по МПК G02B6/36 G02B6/02 

Область техники

Изобретение относится к области одномодовых оптических волокон, в частности, к одномодовому оптическому волокну со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью.

Уровень техники

С развитием эры 4G в эру 5G, Интернет эволюционирует к Интернету Всего, от Интернета людей до Интернета людей и вещей, вещей и вещей, так что результирующий формируемый объем данных имеет качественный скачок. Технология волоконно-оптической связи представляет собой наиболее типичную информационную технологию. Поскольку основной материал сердцевины оптической связи, оптическое волокно, является обязательной частью в системе оптической связи, его технический уровень связан с ростом пропускной способности передачи в системе оптической связи. С развитием социальной информатизации, традиционная волоконно-оптическая технология не может удовлетворять потребности быстрого роста информационной пропускной способности.

По мере того, как сеть волоконно-оптической связи развивается в направлении сверхбольших расстояний, сверхбольшой пропускной способности и сверхвысокой скорости, новая 400G- или даже сверх-400G-технология требует совершенствования волоконно-оптической технологии до ее предела, с тем чтобы обеспечивать понижение затухания оптического волокна и обеспечивать увеличение эффективной площади, допускающей поддержание одномодовой передачи, за счет этого позволяя большему оптическому эффекту входить в оптическое волокно и проходить через оптическое волокно с более низкими потерями.

Для традиционных оптических волокон связи показатель преломления слоя сердцевины должен быть выше показателя преломления слоя оболочки, с тем чтобы формировать полное отражение таким образом, чтобы оптические сигналы могли передаваться. Следовательно, слой сердцевины кремнийдиоксидного оптического волокна обычно легируется германием, который может увеличивать показатель преломления, а слой оболочки, покрывающий слой сердцевины, представляет собой чистый кварц.

Тем не менее, волоконно-оптическая технология со сверхнизкими потерями является полностью противоположной, что требует слоя сердцевины на основе более чистого кварца, и слой оболочки легируется такими веществами, как фтор, которые позволяют уменьшать показатель преломления.

Поскольку слой сердцевины на основе чистого кварца имеет более высокую точку плавления, чем легированный фтором слой оболочки, механическое напряжение формируется на поверхности раздела оболочки сердцевины во время формования плавлением, что приведет к увеличению затухания оптического волокна.

Помимо этого, конструкция, комбинирующая слой сердцевины на основе чистого кварца с легированным фтором слоем оболочки, приспосабливаемая посредством оптического волокна со сверхнизким затуханием, с трудом достигает волоконно-оптической передачи по крупномодовому полю, так что трудно уменьшать нелинейный эффект во время передачи с большой пропускной способностью, и предполагаемые виды применения оптического волокна со сверхнизким затуханием в технологии передачи на основе связи с большой пропускной способностью в силу этого ограничены.

Чтобы удовлетворять требованиям технологии передачи на основе волоконно-оптической связи со сверхбольшой пропускной способностью, требуется разрабатывать новый тип одномодовой волоконно-оптической технологии со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью.

Раскрытие сущности изобретения

С учетом недостатков, существующих в предшествующем уровне техники, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставлять одномодовое оптическое волокно, которое не только имеет характеристики сверхнизкого затухания и большой эффективной площади, но и может реализовывать волоконно-оптическую передачу по крупномодовому полю и уменьшать нелинейный эффект передачи с большой пропускной способностью.

Для достижения вышеуказанной цели в настоящем изобретении используется следующее техническое решение: одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью, содержащее слой сердцевины, первый слой оболочки, второй слой оболочки, третий слой оболочки и четвертый слой оболочки, последовательно размещенные изнутри наружу;

- первый слой оболочки изготовлен из легированного фтором кварца;

- второй слой оболочки, третий слой оболочки и четвертый слой оболочки изготовлены из кварца;

- третий слой оболочки содержит по меньшей мере один кольцевой микропористый слой, последовательно размещенный изнутри наружу, кольцевой микропористый слой содержит множество микропор, которые равномерно распределены, центр круга каждой микропоры в каждом кольцевом микропористом слое является конциклическим, и круг является концентрическим со слоем сердцевины;

- слой сердцевины изготовлен из легированного щелочным металлом кварца, и слой сердцевины содержит внутренний слой сердцевины и переходный слой сердцевины, последовательно размещенные изнутри наружу;

- показатели преломления переходного слоя сердцевины и четвертого слоя оболочки составляют n₁₁ и n₅, соответственно, и относительная разность Δn₁₁ показателей преломления между n₁₁ и n₅ удовлетворяет , при этом a является коэффициентом перехода переходного слоя сердцевины, и x является расстоянием от любой точки в переходном слое сердцевины до края внутреннего слоя сердцевины.

Дополнительно, диапазон значений a составляет 1,05≤a≤1,3.

Дополнительно, диапазон значений x составляет 0≤x≤d₁₁ и 1,25 мкм≤d₁₁≤2,50 мкм, при этом d₁₁ является толщиной переходного слоя сердцевины.

Дополнительно, диаметр слоя сердцевины составляет d₁;

- диапазон значений отношения внешнего диаметра d₂ первого слоя оболочки к d₁ составляет 5≤d₂/d₁≤8;

- диапазон значений отношения толщины d₃ второго слоя оболочки к d₁ составляет 0,2≤d₃/d₁≤0,5;

- диапазон значений отношения толщины d₄ третьего слоя оболочки к d₁ составляет 1,0≤d₄/d₁≤3,0; одновременно,

- когда d₂/d₁ принимает максимальное значение, d₃/d₁ и d₄/d₁ принимают минимальное значение; и когда d₂/d₁ принимает минимальное значение, d₃/d₁ и d₄/d₁ принимают максимальное значение.

Дополнительно, диапазон значений диаметра d₁ слоя сердцевины составляет 8,5 мкм≤d₁≤13 мкм.

Дополнительно, диапазон значений отношения диаметра d₄₀ микропоры к толщине d₄ третьего слоя оболочки составляет 0,25/m≤d₄₀/d₄≤0,4/m, при этом m является общим числом кольцевых микропористых слоев.

Дополнительно, в каждом кольцевом микропористом слое, диаметр микропоры составляет d₄₀, расстояние между двумя смежными микропорами составляет h, прилежащий угол, сформированный посредством линий, соответственно, соединяющих центры кругов двух смежных микропор с центром круга слоя сердцевины, составляет α, расстояние центров кругов между микропорой и слоем сердцевины составляет L, в таком случае h удовлетворяет следующей формуле: h=2Lsin(α/2)-d₄₀, и расстояние h между двумя смежными микропорами в различных кольцевых микропористых слоях является одинаковым.

Дополнительно, диапазон значений прилежащего угла α составляет 15°≤α≤30°.

Дополнительно, внутренний слой сердцевины, второй слой оболочки и четвертый слой оболочки имеют одинаковый показатель преломления.

Дополнительно, щелочной металл представляет собой по меньшей мере одно из калия и лития.

Дополнительно, диаметр d₅ четвертого слоя оболочки составляет 125 мкм или 124 мкм.

Дополнительно, диаметр покрытого одномодового оптического волокна составляет 235 мкм~260 мкм.

Дополнительно, когда рабочая длина волны составляет 1550 нм, затухание одномодового оптического волокна достигает 0,150 дБ/км, диаметр модового поля достигает 13,5 мкм, и минимальный радиус изгиба достигает 10 мм, когда дополнительные потери составляют меньше 0,2 дБ.

По сравнению с предшествующим уровнем техники, настоящее изобретение имеет следующие преимущества.

Одномодовое оптическое волокно, предоставленное посредством настоящего изобретения, приспосабливает способ на базе слоя сердцевины, легированного щелочным металлом + слоя оболочки, легированного фтором, и комбинирования с кольцевыми микропорами. По сравнению со способом на базе слоя сердцевины на основе чистого кварца + слоя оболочки, легированного фтором, оптический сигнал лучше ограничивается по диаметру сердцевины на основе решения в отношении согласования механических напряжений, за счет этого достигая крупномодового поля при одновременном уменьшении рассеяния высших мод, обеспечивающем эффективность передачи фундаментальной моды, не только удовлетворяющей характеристикам сверхнизкого затухания и большой эффективной площади и способности достигать передачи оптических сигналов с большим модовым полем под сверхнизким затуханием, но и имеющей хорошие рабочие характеристики изгиба, не только уменьшающие нелинейность передачи с большой пропускной способностью, но и применяющие оптическое волокно со сверхнизким затуханием к таким областям техники, как сети доступа и волоконно-оптическая сеть до дома, которые имеют более высокие требования для рабочих характеристик изгиба оптического волокна, за счет этого эффективно расширяя предполагаемые виды применения оптического волокна со сверхнизким затуханием в технологии передачи на основе связи с большой пропускной способностью, реализуя применение оптического волокна со сверхнизким затуханием во всей сети волоконно-оптической связи и реально реализуя модернизацию существующей сети волоконно-оптической связи на основе волоконно-оптической технологии.

Легирование фтором в первом слое оболочки в силу этого обеспечивает показатель преломления слоя сердцевины, превышающий показатель преломления первого слоя оболочки, и легирование щелочным металлом в слое сердцевины в силу этого уменьшает вязкость слоя сердцевины без привлечения слишком большого количества дополнительного материала для поглощения потерь в полосе частот связи, за счет этого достигая согласования вязкостей слоя сердцевины и первого слоя оболочки, избегая большого механического напряжения между слоем сердцевины и первым слоем оболочки вследствие рассогласования расширения при нагреве и сжатия при охлаждении при высоких и низких температурах во время процесса изготовления и значительно уменьшая потери оптического эффекта, проходящего через слой сердцевины, и обеспечивая удовлетворение требованиям сверхнизких потерь.

Третий слой оболочки дополнительно содержит кольцевой микропористый слой, если начинать с нормализованной частоты оптического волокна, выполняются вычисление и оптимизация условий цикла нагрузки микропор оптического волокна при условиях небольшого изгиба и комбинирование легированием солегирующим веществом, чтобы уменьшать вязкость, с тем чтобы достигать оптимизации механического напряжения на поверхности раздела оболочки сердцевины, за счет этого получая одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью с небольшим радиусом изгиба. Вследствие комбинации нормализованной частоты и специальной конструкции с небольшим радиусом изгиба, одномодовое оптическое волокно имеет хорошее сопротивление внешнему механическому напряжению.

Когда рабочая длина волны составляет 1550 нм, затухание одномодового оптического волокна достигает 0,150 дБ/км, диаметр модового поля достигает 13,5 мкм, и минимальный радиус изгиба достигает 10 мм, когда дополнительные потери составляют меньше 0,2 дБ. Когда диаметр сердцевины оптического волокна составляет 10,0 мкм и ниже, длина волны отсечки оптического волокна составляет меньше 1290 нм, и затухание оптического волокна при 1310 нм достигает 0,29 дБ/км.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 является принципиальной схемой структуры концевой поверхности одномодового оптического волокна со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью в варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 является принципиальной схемой волноводной структуры одномодового оптического волокна со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью в варианте осуществления настоящего изобретения.

На чертежах:

1 - слой сердцевины;

10 - внутренний слой сердцевины;

11 - переходный слой сердцевины;

2 - первый слой оболочки;

3 - второй слой оболочки;

4 - третий слой оболочки;

40 - микропора;

5 - четвертый слой оболочки.

Осуществление изобретения

Ниже подробно описывается настоящее изобретение со ссылкой на чертежи в комбинации с вариантами осуществления.

Как показано на фиг. 1, вариант осуществления настоящего изобретения предоставляет одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью. Одномодовое оптическое волокно содержит слой 1 сердцевины, первый слой 2 оболочки, второй слой 3 оболочки, третий слой 4 оболочки и четвертый слой 5 оболочки, последовательно размещенные изнутри наружу. Первый слой 2 оболочки изготовлен из легированного фтором кварца. Второй слой 3 оболочки, третий слой 4 оболочки и четвертый слой 5 оболочки изготавливаются из кварца.

Как показано на фиг. 1, третий слой 4 оболочки содержит по меньшей мере один кольцевой микропористый слой, последовательно размещенный изнутри наружу. Кольцевой микропористый слой содержит множество микропор 40, которые равномерно распределяются, каждая из микропор 40 в каждом кольцевом микропористом слое равномерно разнесена, и центр круга каждой микропоры 40 в каждом кольцевом микропористом слое является конциклическим, и круг является концентрическим со слоем 1 сердцевины.

Слой 1 сердцевины изготовлен из легированного щелочным металлом кварца, и щелочной металл представляет собой по меньшей мере одно из калия и лития, существующего в форме оксидов в кварце. Слой 1 сердцевины содержит внутренний слой 10 сердцевины и переходный слой 11 сердцевины, последовательно размещенные изнутри наружу.

Как показано на фиг. 2, показатели преломления переходного слоя 11 сердцевины и четвертого слоя 5 оболочки составляют n₁₁ и n₅, соответственно. Относительная разность Δn₁₁ показателей преломления между n₁₁ и n₅ удовлетворяет , при этом a является коэффициентом перехода переходного слоя 11 сердцевины, диапазон значений a составляет 1,05≤a≤1,3, и x является расстоянием от любой точки в переходном слое 11 сердцевины до края внутреннего слоя 10 сердцевины. Относительная разность Δn₁₁ показателей преломления переходного слоя 11 сердцевины приспосабливает конструктивный принцип в комбинации с логарифмический с параболой, который обеспечивает плавность изменения волновода и имеет лучший эффект согласования вязкостей.

В этом варианте осуществления, в способе вычисления относительной разности показателей преломления Δ используется формула:

Δ=(n_{показатель преломления}-n₅)/ n_{показатель преломления}*100%;

где n₅ является показателем преломления четвертого слоя 5 оболочки.

Для настоящего изобретения, при вычислении относительной разности Δn₁₁ показателей преломления между показателем n₁₁ преломления переходного слоя 11 сердцевины и показателем n₅ преломления четвертого слоя 5 оболочки, n_{показатель преломления} в формуле является показателем n₁₁ преломления переходного слоя 11 сердцевины; при вычислении относительной разности Δn₂ показателей преломления между показателем n₂ преломления первого слоя 2 оболочки и показателем n₅ преломления четвертого слоя 5 оболочки, n_{показатель преломления} в формуле является показателем n₂ преломления первого слоя 2 оболочки, показатель n₁₀ преломления внутреннего слоя 10 сердцевины и показатель n₃ преломления второго слоя 3 оболочки являются идентичными показателю n₅ преломления четвертого слоя 5 оболочки.

В этом варианте осуществления, чтобы удовлетворять полному отражению и обеспечивать показатель преломления слоя 1 сердцевины, превышающий показатель преломления первого слоя 2 оболочки, первый слой 2 оболочки может легироваться фтором. После легирования фтором, вязкость первого слоя 2 оболочки снижается, что приводит к тому, что вязкость оболочки сердцевины имеет большую разность, и вследствие рассогласования вязкости, расширение при нагреве и сжатие при охлаждении при высоких и низких температурах не согласуется во время процесса изготовления, приводя к относительно большим механическим напряжениям между слоем 1 сердцевины и первым слоем 2 оболочки, в таком случае эти механические напряжения действуют на слой 1 сердцевины, значительно увеличивая потери оптического эффекта, проходящего через слой 1 сердцевины. Следовательно, чтобы удовлетворять сверхнизким потерям, слой 1 сердцевины легируется щелочным металлом, чтобы уменьшать вязкость слоя 1 сердцевины и, одновременно, не вводить слишком большое количество дополнительного материала для поглощения потерь в полосе частот связи, за счет этого достигая согласования вязкостей слоя 1 сердцевины и первого слоя 2 оболочки.

В указанном варианте осуществления третий слой 4 оболочки дополнительно содержит кольцевой микропористый слой. Если начинать с нормализованной частоты оптического волокна, условия цикла нагрузки микропор оптического волокна при условиях небольшого изгиба вычисляются и оптимизируются, и легирование солегирующим веществом комбинируется для того, чтобы уменьшать вязкость, с тем чтобы достичь оптимизации механического напряжения на поверхности раздела оболочки сердцевины, за счет этого получая одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью с небольшим радиусом изгиба. Вследствие комбинации нормализованной частоты и специальной конструкции с небольшим радиусом изгиба, одномодовое оптическое волокно имеет хорошее сопротивление внешнему механическому напряжению.

Одномодовое оптическое волокно, предоставленное посредством настоящего изобретения, приспосабливает способ на базе слоя сердцевины, легированного щелочным металлом + слоя оболочки, легированного фтором, и комбинирования с кольцевыми микропорами. По сравнению со способом на базе слоя сердцевины на основе чистого кварца + слоя оболочки, легированного фтором, оптический сигнал лучше ограничивается по диаметру сердцевины на основе решения в отношении согласования механических напряжений, за счет этого достигая крупномодового поля при одновременном уменьшении рассеяния высших мод, обеспечивающем эффективность передачи фундаментальной моды, не только удовлетворяющей характеристикам сверхнизкого затухания и большой эффективной площади и способности достигать передачи оптических сигналов с большим модовым полем под сверхнизким затуханием, но и имеющей хорошие рабочие характеристики изгиба, не только уменьшающие нелинейность передачи с большой пропускной способностью, но и применяющие оптическое волокно со сверхнизким затуханием к таким областям техники, как сети доступа и волоконно-оптическая сеть до дома, которые имеют более высокие требования для рабочих характеристик изгиба оптического волокна, за счет этого эффективно расширяя предполагаемые виды применения оптического волокна со сверхнизким затуханием в технологии передачи на основе связи с большой пропускной способностью, реализуя применение оптического волокна со сверхнизким затуханием во всей сети волоконно-оптической связи и реально реализуя модернизацию существующей сети волоконно-оптической связи на основе волоконно-оптической технологии.

Когда рабочая длина волны составляет 1550 нм, затухание одномодового оптического волокна достигает 0,150 дБ/км, диаметр модового поля достигает 13,5 мкм, и минимальный радиус изгиба достигает 10 мм, когда дополнительные потери составляют меньше 0,2 дБ.

Этот вариант осуществления также реализует разработку полнополосного оптического волокна со сверхнизким затуханием с низкой длиной волны отсечки таким образом, что длина волны отсечки оптического волокна составляет меньше 1290 нм, и затухание оптического волокна при 1310 нм достигает 0,29 дБ/км, за счет этого лучше удовлетворяя потребности роста передачи на основе волоконно-оптической связи со сверхбольшой пропускной способностью.

В вышеприведенной формуле значение x связано с толщиной переходного слоя 11 сердцевины. В частности, диапазон значений x составляет 0≤x≤d₁₁ и 1,25 мкм≤d₁₁≤2,50 мкм, при этом d₁₁ является толщиной переходного слоя 11 сердцевины, как показано на фиг. 1.

Как показано на фиг. 2, диаметр слоя 1 сердцевины составляет d₁, и диапазон значений составляет 8,5 мкм≤d₁≤13 мкм;

- диапазон значений отношения внешнего диаметра d₂ первого слоя 2 оболочки к d₁ составляет 5≤d₂/d₁≤8;

- диапазон значений отношения толщины d₃ второго слоя 3 оболочки к d₁ составляет 0,2≤d₃/d₁≤0,5;

- диапазон значений отношения толщины d₄ третьего слоя 4 оболочки к d₁ составляет 1,0≤d₄/d₁≤3,0; одновременно, когда d₂/d₁ принимает максимальное значение, d₃/d₁ и d₄/d₁ принимают минимальное значение; и когда d₂/d₁ принимает минимальное значение, d₃/d₁ и d₄/d₁ принимают максимальное значение.

Как показано на фиг. 1, диапазон значений отношения диаметра d₄₀ микропоры 40 к толщине d₄ третьего слоя 4 оболочки составляет 0,25/m≤d₄₀/d₄≤0,4/m, при этом m является общим числом кольцевых микропористых слоев.

Например, когда m=1, т.е. когда имеется только один кольцевой микропористый слой, диапазон значений отношения диаметра d₄₀ микропоры 40 к d₄ составляет 0,25≤d₄₀/d₄≤0,4;

- когда m=2, т.е. когда имеется два кольцевых микропористых слоя, микропоры 40 в каждом кольцевом микропористом слое имеют одинаковый размер, и диапазон значений отношения диаметра d₄₀ микропоры 40 к d₄ составляет 0,125≤d₄₀/d₄≤0,2; когда m является другими числами и т.д.

В третьем слое 4 оболочки предусмотрены один или более кольцевых микропористых слоев. Для расстояния между двумя смежными микропорами 40 в первом кольцевом микропористом слое, расстояние определяется посредством прилежащего угла между центрами кругов двух микропор 40 и центром круга слоя 1 сердцевины и расстояния центров кругов между микропорой 40 и слоя 1 сердцевины.

В частности, как показано на фиг. 1: в каждом кольцевом микропористом слое, диаметр микропоры 40 составляет d₄₀, расстояние между двумя смежными микропорами 40 составляет h, прилежащий угол, сформированный посредством линий, соответственно, соединяющих центры кругов двух смежных микропор 40 с центром круга слоя 1 сердцевины, составляет α, и расстояние центров кругов между микропорой 40 и слоем 1 сердцевины составляет L. В таком случае, h удовлетворяет следующей формуле: h=2Lsin(α/2)-d₄₀, и расстояние между двумя смежными микропорами 40 в различных кольцевых микропористых слоях является одинаковым, т.е. после того, как расстояние h между двумя смежными микропорами 40 в первом слое кольцевого микропористого слоя определяется, расстояние h между двумя смежными микропорами 40 в каждом кольцевом микропористом слое второго слоя, третьего слоя и т.д. равно расстоянию h между двумя смежными микропорами 40 в первом слое кольцевого микропористого слоя.

Диапазон значений прилежащего угла α составляет 15°≤α≤30°.

Помимо этого, когда общее число кольцевых микропористых слоев m≥2, расстояние между двумя смежными кольцевыми микропористыми слоями равно расстоянию h между двумя смежными микропорами 40.

Поскольку одномодовое оптическое волокно, предоставленное посредством настоящего изобретения, имеет хорошее сопротивление внешнему механическому напряжению, диаметр четвертого слоя 5 оболочки обычно составляет 125 мкм, и когда четвертый слой 5 оболочки используется в случаях, в которых требуется частая стыковка, его диаметр может управляться при 124 мкм, в таком случае материал покрытия (плотное покрытие), который плотно прилипает к кварцу, наносится, диаметр оптического волокна наносится до 125 мкм, далее выполняется нанесение двух покрытий из полиакрилатной смолы, чтобы формировать покровный слой, который по-прежнему может поддерживать хорошие характеристики затухания, и диаметр покрытого одномодового оптического волокна составляет 235 мкм~260 мкм; при последующем использовании, только покровный слой на основе полиакрилатной смолы должен зачищаться, поскольку кварцевое оптическое волокно по-прежнему имеет материал покрытия, чтобы защищать его от наружного воздуха, влаги и пыли, необязательно соединять два оптических волокна посредством теплового плавления, а требуется только закреплять соединитель через холодное соединение соединителя, чтобы обеспечивать хорошее использование оптического волокна.

Ниже подробно описывается настоящее изобретение в комбинации с вариантами осуществления и чертежами.

Когда диаметр четвертого слоя 5 оболочки составляет 125 мкм, реализуются 8 типов оптических волокон. Конкретные параметры показаны в нижеприведенной таблице 1.

Таблица 1. Варианты осуществления с диаметром четвертого слоя оболочки в 125 мкм

Оптическое волокно 1 Оптическое волокно 2 Оптическое волокно 3 Оптическое волокно 4 Оптическое волокно 5 Оптическое волокно 6 Оптическое волокно 7 Оптическое волокно 8 Диаметр d₁ слоя 1 сердцевины (мкм) 8,5 8,5 8,5 10,0 11,0 10,5 13,0 13,0 Толщина d₁₁ переходного слоя 11 сердцевины (мкм) 2,5 1,6 1,25 1,25 1,5 2,5 2,5 1,25 Коэффициент a перехода 1,05 1,16 1,3 1,3 1,2 1,05 1,05 1,3 d₂/d₁ 5 7 8 5 6 8 5,2 6 d₃/d₁ 0,5 0,3 0,2 0,5 0,3 0,2 0,4 0,3 d₄/d₁ 3 2 1 3 2 1 1,5 1,2 α 15° 20° 30° 20° 15° 30° 15° 30° Число m кольцевых микропористых слоев 1 2 3 1 2 3 1 2 Диаметр микропоры 40 d₄₀/d₄ 25% 30% 40% 40% 25% 30% 40% 25% Диаметр покровного слоя (мкм) 235 245 260 260 235 250 235 260

Такое полученное оптическое волокно имеет затухание в 0,150 дБ/км при 1550 нм, диаметр модового поля в 13,5 мкм и минимальный радиус изгиба в 10 мм, когда дополнительные потери составляют меньше 0,2 дБ при 1550 нм; при этом когда диаметр сердцевины оптического волокна составляет 10,0 мкм и ниже, длина волны отсечки оптического волокна составляет меньше 1290 нм, и затухание оптического волокна при 1310 нм достигает 0,29 дБ/км.

При комбинировании нормализованной частоты и специальной конструкции с небольшим радиусом изгиба, оптическое волокно может иметь хорошее сопротивление внешнему механическому напряжению. В случаях, в которых требуется частая стыковка, диаметр слоя оболочки на основе кварца оптического волокна может управляться при 124 мкм, в таком случае материал покрытия, который плотно прилипает к кварцу, наносится, диаметр оптического волокна наносится до 125 мкм, далее выполняется нанесение двух покрытий из полиакрилатной смолы, которые по-прежнему могут поддерживать хорошие характеристики затухания; при последующем использовании, только покровный слой на основе полиакрилатной смолы должен зачищаться, поскольку кварцевое оптическое волокно по-прежнему имеет материал покрытия, чтобы защищать его от наружного воздуха, влаги и пыли, необязательно соединять два оптических волокна посредством теплового плавления, а требуется только закреплять соединитель через холодное соединение соединителя, чтобы обеспечивать хорошее использование оптического волокна.

Когда диаметр четвертого слоя 5 оболочки составляет 124 мкм, реализуются три типа оптических волокон. Конкретные параметры показаны в нижеприведенной таблице 2.

Таблица 2. Варианты осуществления с диаметром четвертого слоя оболочки в 124 мкм

Оптическое волокно 9 Оптическое волокно 10 Оптическое волокно 11 Диаметр d₁ слоя 1 сердцевины (мкм) 8,5 9 10 Толщина d₁₁ переходного слоя 11 сердцевины (мкм) 1,25 1,7 2,5 Коэффициент a перехода 1,3 1,15 1,05 d₂/d₁ 8 7 5 d₃/d₁ 0,2 0,3 0,5 d₄/d₁ 1 2 3 α 15° 20° 30° Число m кольцевых микропористых слоев 4 3 3 Диаметр микропоры 40 d₄₀/d₄ 25% 30% 40% Диаметр после нанесения плотного покрытия (мкм) 125,1 125,2 124,9 Диаметр покровного слоя (мкм) 245,2 240,3 246,5

Такое полученное оптическое волокно имеет длину волны отсечки менее 1290 нм, затухание в 0,29 дБ/км при 1310 нм, в 0,150 дБ/км при 1550 нм и минимальный радиус изгиба в 10 мм, когда дополнительные потери составляют меньше 0,2 дБ при 1550 нм; при условии обеспечения затухания оптического волокна, настоящее изобретение может реализовывать стыковку оптического волокна, которая может адаптироваться к быстрой холодной стыковке, в силу этого обеспечивая применимость для быстрой установки и использования в особых случаях.

Настоящее изобретение не ограничено вышеуказанными вариантами осуществления. Специалисты в данной области техники могут вносить ряд улучшений и модификаций без отступления от принципа настоящего изобретения, и эти улучшения и модификации также считаются находящимися в пределах объема охраны настоящего изобретения. Содержание, которое подробно не приводится в описании, относится к предшествующему уровню техники, известному для специалистов в данной области техники.

Одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью содержит слой (1) сердцевины, первый, второй, третий и четвертый слои (5) оболочки. Первый слой (2) оболочки - легированный фтором кварц; второй, третий и четвертый слои (5) оболочки представляют собой кварц. Третий слой (4) оболочки содержит по меньшей мере один кольцевой микропористый слой, который содержит множество равномерно распределенных микропор (40), причем центры круга микропор (40) в каждом кольцевом микропористом слое являются концикулярными, и круги являются концентрическими со слоем (1) сердцевины. Слой (1) сердцевины - легированный щелочным металлом кварц, содержащий внутренний слой (10) сердцевины и переходный слой (11) сердцевины. Одномодовое оптическое волокно имеет сверхнизкое затухание и большую эффективную площадь и может реализовывать волоконно-оптическую передачу по крупномодовому полю и уменьшать нелинейный эффект передачи с большой пропускной способностью. Технический результат – обеспечение характеристик сверхнизкого затухания и большой эффективной площади и реализация волоконно-оптической передачи по крупномодовому полю и уменьшение нелинейного эффекта передачи с большой пропускной способностью. 12 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью, содержащее: слой (1) сердцевины, первый слой (2) оболочки, второй слой (3) оболочки, третий слой (4) оболочки и четвертый слой (5) оболочки, последовательно размещенные изнутри наружу; при этом

- первый слой (2) оболочки изготовлен из легированного фтором кварца;

- второй слой (3) оболочки, третий слой (4) оболочки и четвертый слой (5) оболочки изготовлены из кварца;

- третий слой (4) оболочки содержит по меньшей мере один кольцевой микропористый слой, последовательно размещенный изнутри наружу, при этом кольцевой микропористый слой содержит множество микропор (40), которые равномерно распределены, центр круга каждой микропоры (40) в каждом кольцевом микропористом слое является конциклическим, и круг является концентрическим со слоем (1) сердцевины;

- слой (1) сердцевины изготовлен из легированного щелочным металлом кварца, и слой (1) сердцевины содержит внутренний слой (10) сердцевины и переходный слой (11) сердцевины, последовательно размещенные изнутри наружу;

- показатели преломления переходного слоя (11) сердцевины и четвертого слоя (5) оболочки составляют n₁₁ и n₅, соответственно, и относительная разность Δn₁₁ показателей преломления между n₁₁ и n₅ удовлетворяет , при этом a является коэффициентом перехода переходного слоя (11) сердцевины, а x является расстоянием от любой точки в переходном слое (11) сердцевины до края внутреннего слоя (10) сердцевины.

2. Одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью по п. 1, в котором диапазон значений a составляет 1,05≤a≤1,3.

3. Одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью по п. 1, в котором диапазон значений x составляет 0≤x≤d₁₁ и 1,25 мкм≤d₁₁≤2,50 мкм, при этом d₁₁ является толщиной переходного слоя (11) сердцевины.

4. Одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью по п. 1, в котором:

- диаметр слоя (1) сердцевины составляет d₁;

- диапазон значений отношения внешнего диаметра d₂ первого слоя (2) оболочки к d₁ составляет 5≤d₂/d₁≤8;

- диапазон значений отношения толщины d₃ второго слоя (3) оболочки к d₁ составляет 0,2≤d₃/d₁≤0,5;

- диапазон значений отношения толщины d₄ третьего слоя (4) оболочки к d₁ составляет 1,0≤d₄/d₁≤3,0; и в то же время,

- когда d₂/d₁ принимает максимальное значение, d₃/d₁ и d₄/d₁ принимают минимальное значение; а когда d₂/d₁ принимает минимальное значение, d₃/d₁ и d₄/d₁ принимают максимальное значение.

5. Одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью по п. 4, в котором диапазон значений диаметра d₁ слоя (1) сердцевины составляет 8,5 мкм≤d₁≤13 мкм.

6. Одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью по п. 1, в котором диапазон значений отношения диаметра d₄₀ микропоры (40) к толщине d₄ третьего слоя (4) оболочки составляет 0,25/m≤d₄₀/d₄≤0,4/m, при этом m является общим числом кольцевых микропористых слоев.

7. Одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью по п. 1, в котором в каждом кольцевом микропористом слое диаметр микропоры (40) составляет d₄₀, расстояние между двумя смежными микропорами (40) составляет h, прилежащий угол, сформированный посредством линий, соответственно, соединяющих центры кругов двух смежных микропор (40) с центром круга слоя (1) сердцевины, составляет α, расстояние центров кругов между микропорой (40) и слоем (1) сердцевины составляет L, так что h удовлетворяет следующей формуле: h=2Lsin(α/2)-d4₄₀, и расстояние h между двумя смежными микропорами (40) в различных кольцевых микропористых слоях является одинаковым.

8. Одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью по п. 7, в котором диапазон значений прилежащего угла α составляет 15°≤α≤30°.

9. Одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью по п. 1, в котором внутренний слой (10) сердцевины, второй слой (3) оболочки и четвертый слой (5) оболочки имеют одинаковый показатель преломления.

10. Одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью по п. 1, в котором щелочной металл представляет собой по меньшей мере одно из калия и лития.

11. Одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью по п. 1, в котором диаметр d₅ четвертого слоя (5) оболочки составляет 125 мкм или 124 мкм.

12. Одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью по п. 1, в котором диаметр покрытого одномодового оптического волокна составляет 235 мкм~260 мкм.

13. Одномодовое оптическое волокно со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью по п. 1, в котором когда рабочая длина волны составляет 1550 нм, затухание одномодового оптического волокна достигает 0,150 дБ/км, диаметр модового поля достигает 13,5 мкм, и минимальный радиус изгиба достигает 10 мм, когда дополнительные потери составляют меньше 0,2 дБ.