Оптическое волокно с низкими потерями
Патент 2544874
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
Оптическое волокно с низкими потерями
Иллюстрации
Изобретение относится к одномодовым оптическим волокнам, имеющим низкий коэффициент затухания. Оптическое волноводное волокно включает сердцевину и оболочку. Сердцевина включает в себя альфа-профиль, где альфа (α) больше 2,5 и меньше 3,0. Сердцевина и оболочка обеспечивают волокно с коэффициентом затухания менее 0,331 дБ/км на длине волны 1310 нм, коэффициентом затухания менее 0,328 дБ/км на длине волны 1383 нм, коэффициентом затухания менее 0,270 дБ/км на длине волны 1410 нм и коэффициентом затухания менее 0,190 дБ/км на длине волны 1550 нм. Также обеспечен способ изготовления оптического волокна. Технический результат - снижение коэффициента затухания и потерь на изгибе. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 8 ил., 5 табл.
Реферат
Перекрестная ссылка на родственную заявку
[0001] По данной заявке испрашивается приоритет непредварительной патентной заявки США № 12/626305, поданной 25 ноября 2009 г. под названием “Оптическое волокно с низкими потерями”, содержание которой легло в основу данной заявки, и которая в полном объеме включена в настоящее описание изобретения посредством ссылки.
Уровень техники
[0002] Раскрытие относится, в общем случае, к оптическим волокнам и, в частности, к одномодовым оптическим волокнам, имеющим низкий коэффициент затухания.
[0003] Потребности в одномодовом оптическом волокне, пригодном для использования в различных областях применения и отвечающем промышленным стандартам, например, ITU-T G.652, все время растут. Однако такие свойства оптического волокна, как коэффициент затухания и потери на изгибе, способствуют ухудшению сигнала в таких волокнах. Поэтому большое значение и коммерческий интерес имеет снижение коэффициента затухания и потерь на изгибе.
Раскрытие изобретения
[0004] Один вариант осуществления включает в себя оптическое волноводное волокно, которое включает в себя сердцевину и оболочку, причем сердцевина имеет профиль относительного показателя преломления Δ(r), выражаемого в %. Сердцевина включает в себя альфа-профиль, имеющий начальную точку ri и конечную точку rf, где альфа (α) больше 2,5 и меньше 3,0, максимальный относительный показатель преломления Δ1MAX и внешний радиус R1. Сердцевина и оболочка обеспечивают волокно с коэффициентом затухания менее 0,331 дБ/км на длине волны 1310 нм, коэффициентом затухания менее 0,328 дБ/км на длине волны 1383 нм, коэффициентом затухания менее 0,270 дБ/км на длине волны 1410 нм и коэффициентом затухания менее 0,190 дБ/км на длине волны 1550 нм.
[0005] Другой вариант осуществления включает в себя способ изготовления оптического волокна. Способ включает в себя вытягивание волокна из нагретого стеклянного источника. Кроме того, способ включает в себя обработку оптического волокна путем поддержания оптического волокна в зоне обработки, в то время как оптическое волокно в зоне обработки подвергается охлаждению со средней скоростью менее 5,000°C/с. Средняя скорость охлаждения в зоне обработки определяется как температура поверхности волокна при входе в зону обработки минус температура поверхности волокна при выходе из зоны обработки, деленная на полное время пребывания оптического волокна в зоне обработки. Температура поверхности оптического волокна, выходящего из зоны обработки, составляет, по меньшей мере, около 1,000°C. Оптическое волокно имеет сердцевину и оболочку, и сердцевина и оболочка обеспечивают волокно с коэффициентом затухания менее 0,323 дБ/км на длине волны 1310 нм, коэффициентом затухания менее 0,310 дБ/км на длине волны 1383 нм, коэффициентом затухания менее 0,260 дБ/км на длине волны 1410 нм, и коэффициентом затухания менее 0,184 дБ/км на длине волны 1550 нм.
[0006] Дополнительные признаки и преимущества будут изложены в нижеследующем подробном описании осуществления изобретения, и в частности будут очевидны специалистам в данной области техники из этого описания или поняты при практическом применении вариантов осуществления, описанных в данном документе, включающем нижеследующее подробное описание, формулу изобретения, а также прилагаемые чертежи.
[0007] Следует понимать, что вышеприведенное общее описание и нижеследующее подробное описание представляют иллюстративные варианты осуществления и призваны обеспечивать общее представление или общую схему для понимания природы и характера формулы изобретения. Прилагаемые чертежи включены для обеспечения дополнительного понимания и внедрены в данное описание изобретения и составляют его часть. Чертежи иллюстрируют различные варианты осуществления и совместно с описанием служат для пояснения принципов и операций различных вариантов осуществления.
Краткое описание чертежей
[0008] Фиг.1 схематически иллюстрирует вариант осуществления оптического волноводного волокна.
[0009] Фиг.2 иллюстрирует профиль показателя преломления иллюстративного варианта осуществления оптического волноводного волокна.
[0010] Фиг.3 иллюстрирует профили показателя преломления дополнительных иллюстративных вариантов осуществления оптических волноводных волокон.
[0011] Фиг.4 иллюстрирует схематический вид сбоку в разрезе устройства формирования оптического волокна.
[0012] Фиг.5 иллюстрирует схематический вид сбоку в разрезе альтернативного устройства формирования оптического волокна.
[0013] Фиг.6 иллюстрирует систему изготовления оптического волокна.
[0014] фиг.7 иллюстрирует вид в разборе гидродинамического подшипника для использования в системе изготовления оптического волокна.
[0015] Фиг.8 иллюстрирует плоский вид сбоку гидродинамического подшипника, имеющего конусообразную область для системы изготовления оптического волокна.
Осуществление изобретения
[0016] Перейдем к подробному рассмотрению предпочтительных вариантов осуществления, примеры которых проиллюстрированы в прилагаемых чертежах.
[0017] “Профиль показателя преломления” это соотношение между показателем преломления или относительным показателем преломления и радиусом волноводного волокна.
[0018] “Относительный показатель преломления в процентах” определяется как Δ%=100×(ni 2-nc 2)/2ni 2, где ni - максимальный показатель преломления в области i, если особо не указано обратное, и nc - средний показатель преломления самой внешней области оболочки. Используемый здесь относительный показатель преломления обозначается Δ, и его значения выражаются в “%”, если особо не указано обратное.
[0019] “Хроматическая дисперсия”, именуемая здесь “дисперсией”, если особо не указано обратное, волноводного волокна является суммой дисперсии среды, дисперсии волновода и межмодовой дисперсии. В случае одномодовых волноводных волокон межмодовая дисперсия равна нулю. Наклон кривой дисперсии это скорость изменения дисперсии по отношению к длине волны.
[0020] “Эффективная площадь” определяется как:
Aeff = 2π (∫f2 r dr)2/(∫f4 r dr),
где интегрирование производится от 0 до ∞, и f - поперечная составляющая электрического поля, связанного со светом, распространяющимся в волноводе. Используемый здесь термин “эффективная площадь” или “Aeff” означает эффективную оптическую площадь на длине волны 1550 нм, если особо не указано обратное.
[0021] Термин “α-профиль” или “альфа-профиль” означает профиль относительного показателя преломления, обозначаемого Δ(r) и выражаемого в “%”, где r - радиус, согласно уравнению
Δ(r)=(Δ(ro)-Δ(r1))(1-[|r-ro|/(r1-ro)]α)+Δ(r1),
где ro - точка на альфа-профиле, в которой Δ(r) максимален, r1 - точка на альфа-профиле, в которой Δ(r) минимален, и r заключен в диапазоне ri≤r≤rf, где Δ определен выше, ri - начальная точка α-профиля, rf - конечная точка α-профиля, и α - показатель степени, действительное число.
[0022] Диаметр поля моды (MFD) измеряется с использованием способа II Петермана, где, 2w=MFD, и w2=(2∫f2 r dr/∫[df/dr]2 r dr), интегрирование производится от 0 до ∞.
[0023] Устойчивость к изгибу волноводного волокна можно калибровать индуцированным затуханием в предопределенных условиях испытания, например, разматывая или наматывая волокно на оправку предопределенного диаметра.
[0024] Одним типом испытания на изгиб является испытание на микроизгиб при поперечной нагрузке. В этом так называемом испытании при “поперечной нагрузке” предопределенная длина волноводного волокна располагается между двумя плоскими пластинами. К одной из пластин присоединена проволочная сетка #70. Известная длина оптического волноводного волокна размещается между пластинами, и опорный коэффициент затухания измеряется, когда пластины прижимаются друг к другу с силой 30 ньютонов. Затем к пластинам прилагается сила 70 ньютонов и измеряется увеличение коэффициента затухания в дБ/м. Увеличение коэффициента затухания является коэффициентом затухания волновода при поперечной нагрузке.
[0025] Испытание на изгиб на “штырьковой матрице” используется для сравнения относительной устойчивости оптического волноводного волокна к изгибу. Для осуществления этого испытания измеряются потери на ослабление для волноводного волокна, по существу, без индуцированных потерь на изгибе. Затем оптическое волноводное волокно обвивается вокруг штырьковой матрицы, и коэффициент затухания вновь измеряется. Потери, индуцированные изгибанием, являются разностью между двумя измеренными коэффициентами затухания. Штырьковая матрица представляет собой набор из десяти цилиндрических штырьков, размещенных в один ряд и удерживаемых в фиксированном вертикальном положении на плоской поверхности. Расстояние между штырьками равно 5 мм, от центра к центру. Диаметр штырька равен 0,67 мм. В ходе испытания прилагается достаточное натяжение для согласования оптического волноводного волокна с участком поверхности штырька.
[0026] Теоретическая длина волны отсечки волокна или “теоретическая длина волны отсечки волокна” или “теоретическая длина волны отсечки” для данной моды, это длина волны, в случае превышения которой, канализируемый свет не может распространяться в этой моде. Математическое определение приведено в Single Mode Fiber Optics, Jeunhomme, pp. 39-44, Marcel Dekker, New York, 1990, где теоретическая длина волны отсечки волокна описана как длина волны, при которой постоянная распространения моды оказывается равной постоянной распространения плоской волны во внешней оболочке. Эта теоретическая длина волны имеет смысл для бесконечно длинного, абсолютно прямолинейного волокна, не имеющего флуктуаций диаметра.
[0027] Эффективная длина волны отсечки волокна меньше теоретической длины волны отсечки вследствие потерь, индуцируемых изгибанием и/или механическим давлением. В этом контексте, длина волны отсечки относится к более высокой из мод LP11 и LP02. LP11 и LP02, в общем случае, невозможно различить путем измерений, но обе они наблюдаются в виде ступенек в спектральном измерении, т.е. никакой мощности не наблюдается в моде на длинах волны, превышающих измеренную длину волны отсечки. Фактическую длину волны отсечки волокна можно измерить путем стандартного испытания на длину волны отсечки 2 м волокна, FOTP-80 (EIA-TIA-455-80), для получения “длины волны отсечки волокна”, также известной как “ длина волны отсечки 2 м волокна” или “измеренная длина волны отсечки”. Стандартное испытание FOTP-80 осуществляется либо для удаления мод более высокого порядка с использованием управляемой величины изгиба, либо для нормализации спектральной характеристики волокна до характеристики многомодового волокна.
[0028] Длина волны отсечки в кабеле или “длина волны отсечки кабеля” еще больше, чем измеренная длина волны отсечки волокна по причине более высоких уровней изгиба и механического давления в среде кабеля. Фактические условия в кабеле можно аппроксимировать посредством испытания на длину волны отсечки в кабеле, описанного в процедурах тестирования оптического волокна EIA-445 (EIA-445 Fiber Optic Test Procedures), которые составляют часть оптоволоконных стандартов EIA-TIA (EIA-TIA Fiber Optics Standards), то есть оптоволоконных стандартов Альянса отраслей электронной промышленности - Ассоциации телекоммуникационной промышленности (Electronics Industry Alliance - Telecommunications Industry Association Fiber Optics Standards), более широко известных как FOTP. Измерение длины волны отсечки в кабеле описано в EIA-455-170 «Длина волны отсечки кабеля одномодового волокна путем передаваемой мощности» (Cable Cutoff Wavelength of Single-mode Fiber by Transmitted Power) или “FOTP-170”.
[0029] Если в настоящем описании изобретения особо не указано обратное, оптические свойства (например, дисперсия, наклон кривой дисперсии, и т.д.) сообщаются для моды LP01. Если в настоящем описании изобретения особо не указано обратное, длина волны 1550 нм является опорной длиной волны.
[0030] В соответствии с раскрытыми здесь вариантами осуществления и согласно фиг.1 оптическое волноводное волокно 10 включает в себя сердцевину 12 и, по меньшей мере, одну оболочку 14, окружающую сердцевину 12. В предпочтительных вариантах осуществления, оболочка 14 выполнена из чистого кварца, и сердцевина 12 выполнена из кварца, легированного одной или более присадками. В особо предпочтительном варианте осуществления, сердцевина 12 легирована присадкой, повышающей показатель преломления, например Ge, для получения нужного изменения относительного показателя преломления (например, 3,5-4,2 молярных % Ge). Сердцевина 12 также может быть, в необязательном порядке, легирована одной или более присадками, понижающими показатель преломления, например бором или фтором. Предпочтительно, диаметр сердцевины 12 варьируется от около 9 до около 16 мкм. Предпочтительно, внешний диаметр оболочки 14 оптического волокна 10 составляет около 125 мкм. Предпочтительно, область оболочки 14 имеет внешний радиус, по меньшей мере, около 40 мкм. Как обычно, волокно может быть покрыто слоями полимерных покрытий 16 и 18.
[0031] Сердцевина 12 оптического волноводного волокна 10 проходит в радиальном направлении наружу от центральной линии до радиуса R1 и имеет профиль относительного показателя преломления Δ(r), выражаемый в %, с максимальным процентом относительного показателя преломления, Δ1MAX. R1, по определению, является радиусом, на котором Δ(r) впервые достигает 0,02% при перемещении в радиальном направлении наружу от Δ1MAX.
[0032] Профиль показателя преломления (профиль 1) иллюстративного варианта осуществления раскрытого здесь оптического волокна представлен на фиг.2, где показаны целевой профиль 20 и фактический профиль 22 стрежня сердцевины, изготовленного в соответствии с целевым профилем. Параметры профиля согласно варианту осуществления, представленному на фиг.2, приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||
| Целевой профиль | Фактический профиль | ||
| Радиус (мкм) | Дельта (%) | Радиус (мкм) | Дельта (%) |
| 0 | 0,390 | 0 | 0,325 |
| 0,248 | 0,390 | 0,243 | 0,234 |
| 0,496 | 0,388 | 0,488 | 0,385 |
| 1,017 | 0,381 | 1,000 | 0,380 |
| 1,513 | 0,369 | 1,512 | 0,380 |
| 2,009 | 0,351 | 2,000 | 0,356 |
| 2,505 | 0,326 | 2,512 | 0,329 |
| 3,001 | 0,295 | 3,000 | 0,296 |
| 3,522 | 0,254 | 3,512 | 0,255 |
| 4,018 | 0,209 | 4,000 | 0,209 |
| 4,514 | 0,156 | 4,512 | 0,155 |
| 5,010 | 0,096 | 5,000 | 0,094 |
| 5,506 | 0,029 | 5,512 | 0,030 |
| 6,002 | 0,000 | 6,000 | 0,014 |
| 7,020 | 0,000 | 7,000 | 0,010 |
| 8,012 | 0,000 | 8,000 | 0,006 |
| 9,004 | 0,000 | 9,000 | 0,003 |
| 10,020 | 0,000 | 10,000 | 0,001 |
[0033] Моделируемые (прогнозируемые) рабочие параметры варианта осуществления, представленного на фиг.2, приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | |
| Свойство | Профиль 1 |
| Дисперсия на длине волны 1310 нм (пс/(нм·км)) | -0,772 |
| Наклон кривой дисперсии на длине волны 1310 нм (пс/(нм2·км)) | 0,087 |
| Диаметр поля моды (MFD) на длине волны 1310 нм (мкм) | 9,200 |
| Эффективная площадь (Aeff) на длине волны 1310 нм (мкм2) | 64,600 |
| Дисперсия на длине волны 1550 нм (пс/(нм·км)) | 16,610 |
| Наклон кривой дисперсии на длине волны 1550 нм(пс/(нм2·км)) | 0,056 |
| Диаметр поля моды (MFD) на длине волны 1550 нм (мкм) | 10,480 |
| Эффективная площадь (Aeff) на длине волны 1550 нм (мкм2) | 82,330 |
| LP11 длина волны отсечки (нм) | 1330,0 |
| λ0 (нм) | 1318,0 |
| Ддлина волны отсечки кабеля (нм) | 1192,0 |
| Коэффициент затухания на длине волны 1310 нм (дБ/км) | 0,3301 |
| Коэффициент затухания на длине волны 1383 нм (дБ/км) | 0,3270 |
| Коэффициент затухания на длине волны 1410 нм (дБ/км) | 0,2687 |
| Коэффициент затухания на длине волны 1550 нм (дБ/км) | 0,1898 |
| Потери на макроизгибе на штырьковой матрице на длине волны 1550 нм (дБ) | 9,49 |
| Потери на микроизгибе при поперечной нагрузке на длине волны 1550 нм (дБ/м) | 0,64 |
| Альфа (α) | 2,62 |
[0034] Профили показателя преломления дополнительных иллюстративных вариантов осуществления раскрытых здесь оптических волокон представлены на фиг.3 как 24 (профиль 2), 26 (профиль 3), 28 (профиль 4) и 30 (профиль 5). Параметры профиля согласно варианту осуществления, представленному на фиг.3, приведены в таблице 3.
| Таблица 3 | ||||
| Радиус (мкм) | Профиль 2 (дельта (%)) | Профиль 3 (дельта (%)) | Профиль 4 (дельта (%)) | Профиль 5 (дельта (%)) |
| 0 | 0,370 | 0,360 | 0,363 | 0,375 |
| 0,5 | 0,370 | 0,360 | 0,363 | 0,374 |
| 1,0 | 0,369 | 0,358 | 0,360 | 0,370 |
| 1,5 | 0,367 | 0,355 | 0,355 | 0,361 |
| 2,0 | 0,363 | 0,350 | 0,346 | 0,346 |
| 2,5 | 0,358 | 0,342 | 0,332 | 0,324 |
| 3,0 | 0,351 | 0,332 | 0,313 | 0,293 |
| 3,5 | 0,342 | 0,318 | 0,289 | 0,255 |
| 4,0 | 0,330 | 0,300 | 0,257 | 0,202 |
| 4,5 | 0,056 | 0,051 | 0,051 | 0,056 |
| 5,0 | 0,046 | 0,044 | 0,044 | 0,047 |
| 5,5 | 0,039 | 0,038 | 0,038 | 0,041 |
| 6,0 | 0,034 | 0,033 | 0,033 | 0,035 |
| 6,5 | 0,029 | 0,028 | 0,028 | 0,031 |
| 7,0 | 0,025 | 0,024 | 0,024 | 0,027 |
| 8,0 | 0,017 | 0,017 | 0,017 | 0,020 |
| 9,0 | 0,009 | 0,009 | 0,009 | 0,011 |
| 10,0 | 0,005 | 0,005 | 0,005 | 0,007 |
[0035] Моделируемые (прогнозируемые) рабочие параметры варианта осуществления, представленного на фиг.3, приведены в таблице 4. Значения коэффициента затухания, приведенные в таблице 4, представляют собой значения, которые, предположительно, достигаются с применением способа обработки, который включает в себя пропускание волокна через зону обработки как более подробно описано ниже.
| Таблица 4 | ||||
| Свойство | Профиль 2 | Профиль 3 | Профиль 4 | Профиль 5 |
| Дисперсия на длине волны 1310 нм (пс/(нм·км)) | 0,084 | -0,890 | -1,385 | -1,779 |
| Наклон кривой дисперсии на длине волны 1310 нм (пс/( нм2·км)) | 0,087 | 0,087 | 0,087 | 0,088 |
| Диаметр поля моды (MFD) на длине волны 1310 нм (мкм) | 9,186 | 9,169 | 9,185 | 9,214 |
| Эффективная площадь (Aeff) на длине волны 1310 нм (мкм2) | 66,039 | 64,814 | 64,403 | 64,178 |
| Дисперсия на длине волны 1550 нм (пс/(нм·км)) | 17,099 | 16,089 | 15,665 | 15,453 |
| Наклон кривой дисперсии на длине волны 1550 нм(пс/( нм2·км)) | 0,059 | 0,059 | 0,060 | 0,061 |
| Диаметр поля моды (MFD) на длине волны 1550 нм (мкм) | 10,415 | 10,533 | 10,621 | 10,702 |
| Эффективная площадь (Aeff) на длине волны 1550 нм (мкм2) | 82,669 | 83,537 | 84,360 | 85,143 |
| LP11 длина волны отсечки (нм) | 1434,4 | 1345,0 | 1311,0 | 1315,5 |
| λ0 (нм) | 1309,0 | 1320,2 | 1325,9 | 1330,2 |
| Длина волны отсечки кабеля (нм) | 1294,4 | 1205,0 | 1171,0 | 1175,5 |
| Коэффициент затухания на длине волны 1310 нм (дБ/км) | 0,3265 | 0,3265 | 0,3253 | 0,3237 |
| Коэффициент затухания на длине волны 1383 нм (дБ/км) | 0,3024 | 0,3023 | 0,3012 | 0,2997 |
| Коэффициент затухания на длине волны 1410 нм (дБ/км) | 0,2585 | 0,2584 | 0,2574 | 0,2559 |
| Коэффициент затухания на длине волны 1550 нм (дБ/км) | 0,1860 | 0,1848 | 0,1838 | 0,1825 |
| Потери на макроизгибе на штырьковой матрице, на длине волны 1550 нм (дБ) | 4,049 | 10,541 | 15,209 | 16,751 |
| Потери на микроизгибе при поперечной нагрузке на длине волны 1550 нм (дБ/м) | 0,348 | 0,704 | 0,941 | 1,078 |
| Альфа (α) | 2,62 | 2,62 | 2,62 | 2,62 |
[0036] Раскрытые здесь оптические волокна имеют альфа-профиль, где альфа (α) больше 2,5, например альфа-профиль, где альфа (α) больше 2,5 и меньше 3,0, и, в порядке дополнительного примера, альфа-профиль где альфа (α) больше 2,5 и меньше 2,7, и в порядке еще одного дополнительного примера, альфа-профиль, где альфа (α) больше 2,6 и меньше 2,9, и, в порядке еще одного дополнительного примера, альфа-профиль, где альфа (α) больше 2,6 и меньше 2,7. Значения альфа в этих диапазонах может обеспечивать более низкие уровни затухания, чем те, которых можно добиться другими способами.
[0037] Предпочтительно, начальная точка ri альфа-профиля находится на радиусе менее 1 мкм, и конечная точка rf альфа-профиля находится на радиусе, по меньшей мере, 3 мкм, например альфа-профиль, в котором начальная точка ri находится на радиусе менее 0,5 мкм, и конечная точка rf находится на радиусе, по меньшей мере, 4 мкм, и, в порядке дополнительного примера, альфа-профиль, в котором начальная точка ri находится на радиусе менее 0,25 мкм, и конечная точка rf находится на радиусе, по меньшей мере, 5 мкм. Согласно варианту осуществления, представленному на фиг.2, Δ(r) на ri больше 0,35%, и Δ(r) на rf меньше 0,05%. Согласно вариантам осуществления, представленным на фиг.3, Δ(r) на ri составляет, по меньшей мере, 0,35%, и Δ(r) на rf составляет, по меньшей мере, 0,20%, включая, по меньшей мере, 0,25%, и дополнительно включая, по меньшей мере, 0,30%. Согласно вариантам осуществления, представленным на фиг.3, Δ(r) на rf+0,5 мкм, по меньшей мере, на 0,10% меньше, чем Δ(r) на rf, например, по меньшей мере, на 0,15% меньше, чем Δ(r) на rf, и, в порядке дополнительного примера, по меньшей мере, на 0,20% меньше, чем Δ(r) на rf, и, в порядке еще одного дополнительного примера, по меньшей мере, на 0,25% меньше, чем Δ(r) на rf. Предпочтительные варианты осуществления, соответствующие тем, которые представлены на фиг.3, включают в себя те, в которых альфа (α) больше 2,5 и меньше 3,0, ri составляет от 0 до 0,5 мкм, rf составляет от 3,5 до 4,5 мкм, Δ(r) на ri составляет от 0,35% до 0,40%, Δ(r) на rf составляет от 0,20% до 0,33% и Δ(r) на rf+0,5 мкм составляет от 0,02% до 0,10%.
[0038] Раскрытые здесь оптические волокна, предпочтительно, имеют Δ1MAX более 0,30% и также, предпочтительно, имеют Δ1MAX менее 0,40%, например 0,30%<Δ1MAX<0,40%, и, в порядке дополнительного примера, 0,35%<Δ1MAX<0,40%, и, в порядке еще одного дополнительного примера, 0,36%<Δ1MAX<0,39%.
[0039] Раскрытые здесь оптические волокна, предпочтительно, имеют R1 от около 4 до около 12 мкм, например 5 мкм <R1<10 мкм, и, в порядке дополнительного примера, 6 мкм <R1<8 мкм.
[0040] Раскрытые здесь оптические волокна, предпочтительно, имеют Δ(r), менее 0,01% для всех радиусов более 10 мкм, например, Δ(r) менее 0,01% для всех радиусов более 8 мкм, и, в порядке дополнительного примера, Δ(r) менее 0,01% для всех радиусов более 7 мкм.
[0041] Оптические волокна, соответствующие вариантам осуществления, проиллюстрированным на фиг.2 и 3, сравнительно просты в производстве и могут отвечать требованиям промышленного стандарта по производительности, которым отвечает оптическое волокно SMF-28® и SMF-28e® производства Corning, в то же время, обеспечивая еще более низкие затухание и потери на изгибе по сравнению с этими волокнами.
[0042] Например, раскрытые здесь оптические волокна, включающие в себя варианты осуществления, проиллюстрированные на фиг.2 и 3, предпочтительно, обеспечивают диаметр поля моды на длине волны 1310 нм от около 8,8 до около 9,6 мкм и, более предпочтительно, от около 9,0 до около 9,4 мкм. Раскрытые здесь оптические волокна предпочтительно, обеспечивают диаметр поля моды на длине волны 1550 нм от около 9,8 до около 11,0 мкм и, более предпочтительно, от около 10,0 до около 10,8 мкм. Раскрытые здесь оптические волокна, предпочтительно, обеспечивают эффективную площадь на длине волны 1310 нм от около 60 до около 70 мкм2 и, более предпочтительно, от около 62 до около 68 мкм2. Раскрытые здесь оптические волокна предпочтительно, обеспечивают эффективную площадь на длине волны 1550 нм от около 75 до около 90 мкм2 и, более предпочтительно, от около 78 до около 86 мкм2. Раскрытые здесь оптические волокна, предпочтительно, имеют длину волны нулевой дисперсии, λ0, от около 1300 до около 1335 нм и, более предпочтительно, от около 1302 до около 1322 нм. Раскрытые здесь оптические волокна предпочтительно имеют наклон кривой нулевой дисперсии меньший или равный около 0,089 пс/(нм2·км). Раскрытые здесь оптические волокна, предпочтительно, имеют дисперсию на длине волны 1550 нм менее 18,0 пс/(нм·км). Раскрытые здесь оптические волокна, предпочтительно, имеют критическую длину волны кабеля, меньшую или равную 1300 нм, например, критическую длину волны кабеля, меньшую или равную 1260 нм, и, в порядке дополнительного примера, критическую длину волны кабеля, меньшую или равную 1220 нм, и, в порядке еще одного дополнительного примера, критическую длину волны кабеля, меньшую или равную 1200 нм, и, в порядке еще одного дополнительного примера, критическую длину волны кабеля, меньшую или равную 1180 нм.
[0043] Раскрытые здесь оптические волокна, включающие в себя варианты осуществления, проиллюстрированные на фиг.2 и 3, имеют коэффициент затухания менее 0,331 дБ/км на длине волны 1310 нм, коэффициент затухания менее 0,328 дБ/км на длине волны 1383 нм, коэффициент затухания менее 0,270 дБ/км на длине волны 1410 нм и коэффициент затухания менее 0,190 дБ/км на длине волны 1550 нм.
[0044] В предпочтительных вариантах осуществления, раскрытое здесь оптическое волокно имеет коэффициент затухания менее 0,325 дБ/км на длине волны 1310 нм, коэффициент затухания менее 0,323 дБ/км на длине волны 1383 нм, коэффициент затухания менее 0,264 дБ/км на длине волны 1410 нм и коэффициент затухания менее 0,186 дБ/км на длине волны 1550 нм.
[0045] В еще более предпочтительных вариантах осуществления, раскрытое здесь оптическое волокно имеет коэффициент затухания менее 0,324 дБ/км на длине волны 1310 нм, коэффициент затухания менее 0,322 дБ/км на длине волны 1383 нм, коэффициент затухания менее 0,263 дБ/км на длине волны 1410 нм и коэффициент затухания менее 0,185 дБ/км на длине волны 1550 нм.
[0046] В еще более предпочтительных вариантах осуществления, раскрытое здесь оптическое волокно имеет коэффициент затухания менее 0,323 дБ/км на длине волны 1310 нм, коэффициент затухания менее 0,310 дБ/км на длине волны 1383 нм, коэффициент затухания менее 0,260 дБ/км на длине волны 1410 нм и коэффициент затухания менее 0,184 дБ/км на длине волны 1550 нм.
[0047] В еще более предпочтительных вариантах осуществления, раскрытое здесь оптическое волокно имеет коэффициент затухания менее 0,323 дБ/км на длине волны 1310 нм, коэффициент затухания менее 0,300 дБ/км на длине волны 1383 нм, коэффициент затухания менее 0,255 дБ/км на длине волны 1410 нм и коэффициент затухания менее 0,182 дБ/км на длине волны 1550 нм.
[0048] В дополнительно предпочтительных вариантах осуществления, раскрытое здесь оптическое волокно имеет коэффициент затухания менее 0,327 дБ/км на длине волны 1310 нм, коэффициент затухания менее 0,303 дБ/км на длине волны 1383 нм, коэффициент затухания менее 0,259 дБ/км на длине волны 1410 нм и коэффициент затухания менее 0,187 дБ/км на длине волны 1550 нм.
[0049] В дополнительно предпочтительных вариантах осуществления, раскрытое здесь оптическое волокно имеет коэффициент затухания менее 0,327 дБ/км на длине волны 1310 нм, коэффициент затухания менее 0,303 дБ/км на длине волны 1383 нм, коэффициент затухания менее 0,259 дБ/км на длине волны 1410 нм и коэффициент затухания менее 0,185 дБ/км на длине волны 1550 нм.
[0050] В других дополнительно предпочтительных вариантах осуществления, раскрытое здесь оптическое волокно имеет коэффициент затухания менее 0,326 дБ/км на длине волны 1310 нм, коэффициент затухания менее 0,302 дБ/км на длине волны 1383 нм, коэффициент затухания менее 0,258 дБ/км на длине волны 1410 нм и коэффициент затухания менее 0,184 дБ/км на длине волны 1550 нм.
[0051] В других дополнительно предпочтительных вариантах осуществления, раскрытое здесь оптическое волокно имеет коэффициент затухания менее 0,324 дБ/км на длине волны 1310 нм, коэффициент затухания менее 0,300 дБ/км на длине волны 1383 нм, коэффициент затухания менее 0,256 дБ/км на длине волны 1410 нм и коэффициент затухания менее 0,183 дБ/км на длине волны 1550 нм.
[0052] Раскрытые здесь оптические волокна, предпочтительно, имеют потери на макроизгибе на штырьковой матрице, менее 10 дБ на длине волны 1550 нм, и еще более предпочтительно, менее 9,5 дБ на длине волны 1550 нм, еще более предпочтительно, менее 9 дБ на длине волны 1550 нм.
[0053] Раскрытые здесь оптические волокна, предпочтительно имеют потери на микроизгибе при поперечной нагрузке менее 0,7 дБ/м на длине волны 1550 нм, и еще более предпочтительно, менее 0,65 дБ/м на длине волны 1550 нм, и еще более предпочтительно, менее 0,6 дБ/м на длине волны 1550 нм.
[0054] В предпочтительных вариантах осуществления, раскрытые здесь оптические волокна изготавливаются пропусканием волокон через зону обработки, которая определяется как область, находящаяся после протяжной печи, где волокно охлаждается со скоростью, более низкой, чем скорость охлаждения волокна в воздухе при комнатной температуре (т.е. в воздухе при температуре около 25°C). Предпочтительно, температура поверхности волокна на выходе из зоны обработки составляет, по меньшей мере, около 1,000°C.
[0055] Средняя скорость охлаждения волокна в зоне обработки определяется как температура поверхности волокна в точке входа волокна в зону обработки (температура на входной поверхности волокна) минус температура поверхности волокна в точке выхода волокна из зоны обработки (температура на выходной поверхности волокна), деленное на полное время пребывания волокна в зоне обработки. В предпочтительном варианте осуществления, средняя скорость охлаждения волокна в зоне обработки меньше 5,000°C/с, в том числе, менее 2,500°C/с, и, в том числе, дополнительно, менее 1,000°C/с, когда температура волокна составляет, по меньшей мере, 1,000°C, например, когда температура волокна составляет от 1,250°C до 1,750°C.
[0056] В по меньшей мере одном варианте осуществления, зона обработки содержит печь обработки. В одном варианте осуществления, печь обработки располагается, по существу, сразу после протяжной печи, хотя изобретение не ограничивается вариантами осуществления, где печь обработки располагается, по существу, сразу после протяжной печи. В предпочтительном варианте осуществления, печь обработки присоединена непосредственно к концу протяжной печи в месте, где волокно выходит из нее, благодаря чему между ними, предпочтительно, образуется герметичное соединение. Это минимизирует нежелательный приток воздуха в протяжную печь.
[0057] Фиг.4 иллюстрирует устройство 300 формирования оптического волокна, которое можно использовать при изготовлении раскрытого здесь оптического волокна. Устройство 300 включает в себя, в общем случае, протяжную печь 112, печь 350 обработки и установку 128 натяжения, показанную как тракторный узел, для приложения натяжения к вытянутому волокну. Устройство 300 можно использовать для обработки обнаженного оптического волокна 10, например, из легированной стеклянной заготовки 110. Более конкретно, протяжную печь 112 можно использовать для формирования обнаженного оптического волокна 10, после чего печь 350 обработки можно использовать для обработки вытянутого волокна 10. Установка 128 натяжения служит для управления и поддержания нужного натяжения в волокне 10. Могут быть включены дополнительные традиционные этапы процесса, например устройство бесконтактного измерения диаметра, дополнительное устройство охлаждения волокна, устройство покрытия и отверждения волокна для нанесения и отверждения первичных и вторичных покрытий волокно, и устройство намотки на бобину. Такие дополнительные этапы процесса являются традиционными и для ясности не показаны. Дополнительно, на дне печи обработки можно применять механизм ирисовой диафрагмы или подвижной дверцы для минимизации притока воздуха в печь обработки.
[0058] Стеклянная заготовка 110, предпочтительно, формируется из легированного кварцевого стекла, и, предпочтительно, кварцевого стекла, легированного, по меньшей мере, германием. Способы и устройство для формирования заготовки 110 общеизвестны и очевидны специалистам в данной области техники. Такие способы включают в себя IVD, VAD, MCVD, OVD, PCVD и пр.
[0059] Протяжная печь 112, предпочтительно, включает в себя корпус 322, окружающий заготовку и имеющий фланец 323, закрепленный на его нижнем конце, причем фланец 323 выступает в качестве выходной стенки протяжной печи 112. Во фланце 323 предусмотрено осевое отверстие 324, через которое проходит волокно 10 и через которое может проходить ранее вытянутый кусок стекла. Кольцевой трубчатый держатель 326 (который может быть выполнен, например, из графита) проходит через протяжную печь 112 и образует в ней проход 330. Проход 330 включает в себя верхнюю секцию, предназначенную для приема и удержания заготовки 110 оптического волокна, и нижнюю секцию, через которое вытянутое волокно 10 проходит при плавлении и вытягивании стекла из заготовки 110. Кусок, сформированный в начале вытягивания, также проходит через эту секцию. Нижняя секция прохода 330 сообщается с отверстием 324. Пустотелый выходной конус 339, предпочтительно, располагается над отверстием 324. Кольцевой изолятор 332 и катушка(и) 336 индуктивности окружают держатель 326.
[0060] Подходящий инертный газ FG формирования, например гелий, можно нагнетать в проход 330 под давлением около 1 атмосферы через подходящий впускной канал 338, в результате чего он будет течь вниз и выходить из протяжной печи 112 через отверстие 324. Описанная и проиллюстрированная протяжная печь 112 является всего лишь иллюстрацией подходящих протяжных печей, и специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что можно применять протяжные печи других конструкций и конфигураций, например, использующие другие типы механизмов нагрева, держателей и изоляции, и т.д.
[0061] Опять же, согласно фиг.4, противоположные проточные проходы 348 проходят в радиальном направлении через фланец 323 и оканчиваются отверстиями на его верхней поверхности 323A. The проходы 348 также проходят вертикально через фланец 323 и оканчиваются рядом с внешним периметром конуса 339. Газ FG формирования дополнительно подается через отверстия проходов 348 и течет вверх вокруг конуса 339 и возвращается вниз через центральное отверстие конуса 339. Газ FG формирования может представлять собой, например, газообразный гелий (He), газообразный азот (N2), газообразный аргон (Ar) или любой другой подходящий инертный газ.
[0062] Печь 350 обработки располагается под фланцем 323 и, предпочтительно, соединена с ним. Печь 350 обработки включает в себя блок 360 нагрева с одним или несколькими кольцевыми нагревательными элементами 368 в нем. Нагревательный элемент может представлять собой, например, электрическое сопротивление или нагревательную индукционную катушку. Отверстия 352A и 354A предусмотрены на верхнем и нижнем концах печи 352 и 354 обработки, соответственно. Отверстия вдоль пути вытягивания достаточно велики, чтобы кусок стекла мог падать через них после начала вытягивания. Концы 352, 354 и труба 346 выступают в качестве корпуса для печи 350 обработки. Однако очевидно, что можно применять другие конфигурации и компоненты корпуса. Печь 350 обработки, предпочтительно, прикреплена к фланцу 323 протяжной печи 112 подходящими средствами, например крепежными деталями.
[0063] В блоке 360 нагрева располагается, в общем случае, цилиндрическая бобина или трубка 362. Бобина или трубка 362, которая может быть выполнена из, по существу, чистого кварцевого стекла, керамического и/или углеродного материала, образует проход 362A и имеет пару фланцев (т.е. кварцевых фланцев) 362B, находящихся на ее противоположных концах. Фланцы 362B могут быть, например, приварены посредством газовой сварки к концам трубки для формирования бобины 362. Первый графитовый сальник 364 проложен между нижней поверхностью фланца 352 и верхним фланцем 362B. Второй графитовый сальник 364 проложен между нижним фланцем 354 и нижним фланцем 362B.
[0064] Газовые кольца 366, имеющие подводящие проходы 366A, окружают графитовые сальники 364 и имеют небольшие перфорации, призванные направлять промывочный газ PG к графитовым сальникам 364. Промывочный газ PG позволяет снизить или предотвратить воздействие воздуха на графитовые сальники 364 и может представлять собой, например, гелий (He), аргон (Ar), азот (N2) или любой другой подходящий инертный газ.
[0065] Деталь 359 промывки газом присоединена к нижней поверхности фланца 354. Промывочный газ PG нагнетается в п