Оптическое волокно с низкими изгибными потерями

Оптическое волокно с низкими изгибными потерями

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

В соответствии с §119 раздела 35 Кодекса законов США по этой заявке испрашивается приоритет на основании предварительной заявки на патент США № 61/525408, поданной 19 августа 2011 года и заявки на патент США № 61/601713, поданной 22 февраля 2012 года, содержания которых положены в основу этой заявки и полностью включены в эту заявку путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к оптическим волокнам, имеющим низкие изгибные потери.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Имеется необходимость в оптических волокнах с низкими изгибными потерями, в частности в оптических волокнах, используемых при так называемом «доступе», и волокне для распределительных оптических сетей (от узла до точки X). В таких сетях оптическое волокно развертывают способом, при котором могут возникать изгибные потери оптических сигналов, передаваемых по оптическому волокну. Некоторые применения, могут налагать физические требования, такие как небольшие радиусы изгиба, сжатие оптического волокна и т.д., которые наводят изгибные потери, включают в себя развертывание оптического волокна в сборных оптических отводных кабелях, распределительные кабели в случае заводских систем терминирования (ЗСТ) и петлевые трубные компенсаторы, мультипорты с небольшими радиусами изгиба, расположенные в шкафах, которые соединяют канал и распределительные кабели, и перемычки в пунктах доступа к сети между распределительным кабелем и отводными кабелями. В некоторых конструкциях оптического волокна трудно одновременно получать низкие изгибные потери и небольшую кабельную длину волны отсечки.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В этой заявке раскрыты оптические волноводные волокна, содержащие центральную область сердцевины, имеющую внешний радиус r₁ и показатель преломления Δ₁, область оболочки, содержащую первую внутреннюю область оболочки, имеющую внешний радиус r₂ более 8 мкм и показатель преломления Δ₂, и вторую внешнюю область оболочки, имеющую показатель преломления Δ₄, где Δ₁>Δ₄>Δ₂, и при этом разность между Δ₄ и Δ₂ более 0,002%, а упомянутое волокно имеет число МАС более 7,5. Для волокон, раскрытых в этой заявке, предпочтительно, чтобы отсечка 22-метрового кабеля была менее или равна 1260 нм, а в некоторых вариантах осуществления r₁/r₂ было более или равно 0,25, более предпочтительно более 0,3 и еще более предпочтительно более 0,4. В некоторых вариантах осуществления разность между Δ₄ и Δ₂ более 0,005, а в некоторых вариантах осуществления более 0,01%. В некоторых вариантах осуществления разность между Δ₄ и Δ₂ находится между 0,03 и 0,06, а в некоторых вариантах осуществления разность между Δ₄ и Δ₂ находится между 0,07 и 0,1%. Для волокон, раскрытых в этой заявке, предпочтительно, чтобы Δ₄ была более 0,0, более предпочтительно более 0,01 и еще более предпочтительно более 0,02.

Кроме того, в этой заявке раскрыты оптические волокна, содержащие центральную область сердцевины, имеющую внешний радиус r₁ и показатель преломления Δ₁, область оболочки, содержащую первую внутреннюю область оболочки, имеющую внешний радиус r₂ более 8 мкм и показатель преломления Δ₂, и вторую внешнюю область оболочки, окружающую внутреннюю область оболочки и имеющую показатель преломления Δ₄, где Δ₁>Δ₄>Δ₂, и при этом разность между Δ₄ и Δ₂ более 0,01%, а центральная область сердцевины упомянутого волокна по существу имеет альфа-профиль с альфой менее 10, предпочтительно менее 6, более предпочтительно менее 4 и еще более предпочтительно между 1 и 4.

Кроме того, в этой заявке раскрыты оптические волокна, содержащие центральную область сердцевины, имеющую внешний радиус r₁ и показатель преломления Δ₁, область оболочки, содержащую первую внутреннюю область оболочки, имеющую внешний радиус r₂ более 8 мкм и показатель преломления Δ₂, и вторую внешнюю область оболочки, окружающую внутреннюю область оболочки и имеющую показатель преломления Δ₄, где Δ₁>Δ₄>Δ₂, и при этом область сердцевины имеет профиль показателя преломления, который по меньшей мере по существу повторяет супергауссов профиль, то есть профиль, который по меньшей мере по существу подчиняется уравнению %Δ(r)=%Δ_1max·exp(-((r/a)^γ)), где r – радиальное расстояние от центра волокна, а – параметр радиального масштабирования, %Δ=(%Δ_1max/e), e – основание натурального логарифма (~2,71828…) и γ (гамма) является положительным числом. Предпочтительно, чтобы а было более 4,0, более предпочтительно более 4,6 и еще более предпочтительно более 4,7.

Кроме того, в этой заявке раскрыты оптические волокна, содержащие центральную область сердцевины, имеющую внешний радиус r₁ и показатель преломления Δ₁, область оболочки, содержащую первую внутреннюю область оболочки, имеющую внешний радиус r₂ более 8 мкм и показатель преломления Δ₂, где Δ₁>Δ₂, и при этом область сердцевины имеет профиль показателя преломления, который по меньшей мере по существу повторяет супергауссов профиль, то есть профиль, который по меньшей мере по существу подчиняется уравнению %Δ(r)=%Δ_1max·exp(-((r/a)^γ)), где r – радиальное расстояние от центра волокна, а – параметр радиального масштабирования, %Δ=(%Δ_1max/e), и при этом а более 4,5, e – основание натурального логарифма (~2,71828…) и γ (гамма) является положительным числом.

В конструкциях волокон, раскрытых в этой заявке, волокна имеют оптические свойства, которые соответствуют G.652, имеют диаметр модового поля между 8,2 и 9,5 мкм при 1310 нм, обычно между 9,0 и 9,4 мкм при 1310 нм, длину λ0 волны нулевой дисперсии в пределах 1300≤λ0≤1324 нм, кабельную отсечку менее или равную 1260 нм и затухание при 1550 нм менее или равное 0,189 дБ/км, более предпочтительно менее или равное 0,185 дБ/км, еще более предпочтительно менее или равное 0,183 дБ/км при 1550 нм. Кроме того, раскрыты супергауссовы профили сердцевины. Область оболочки, окружающая сердцевину, может иметь пониженный показатель преломления. Волокна, имеющие эту область оболочки с пониженным показателем преломления, имеют пониженные потери на микроизгиб. Область оболочки с пониженным показателем преломления может иметь показатель преломления относительно показателя преломления внешней оболочки, который находится между -0,002 и -0,15 %Δ, при этом абсолютный объем области оболочки с пониженным показателем преломления находится между около 0,3 и 80 %Δ мкм². Область оболочки с пониженным показателем преломления может быть образована легированием понижающей показатель преломления примесью области канавки (например легированием фтором или легированием с использованием непериодических пустот) или легированием повышающей показатель преломления примесью поверх оболочки. В других вариантах осуществления волокна могут включать в себя область оболочки с пониженным показателем преломления и внешнюю область оболочки, которая легирована относительно диоксида кремния, то есть область оболочки, которая включает в себя повышающую показатель преломления примесь, такую как оксид германия или хлор, в количестве, достаточном для заметного повышения показателя преломления диоксида кремния.

Следствием использования супергауссовых профилей в волокнах является меньшее затухание, от 0,001 до 0,005 дБ/км при 1550 нм, по сравнению со сравнимыми одномодовыми легированными оксидом германия изделиями со ступенчатым профилем показателя преломления сердцевины. Низкое затухание в этих волокнах позволяет снижать отношение сигнала к шуму в сети. Кроме того, следствием использования супергауссовых профилей являются низкие потери на микро- и макроизгиб. Дополнительные варианты осуществления волокон с областью оболочки с пониженным показателем преломления позволяют иметь новые конструкции волокон с более контролируемыми дисперсионными свойствами.

Предпочтительно, волокна, раскрытые в этой заявке, имеют потери на микроизгиб на покрытом проволочной сеткой барабане (то есть повышение затухания относительно разогнутого состояния) при 1550 нм, которые предпочтительно менее или равны 0,07 дБ/км, более предпочтительно менее или равны 0,05 дБ/км. Кроме того, волокна, раскрытые в этой заявке, имеют изгибные потери диаметром 20 мм при 1550 нм, которые предпочтительно не более 0,75 дБ/виток, и изгибные потери диаметром 20 мм при 1625 нм, которые не более 1,5 дБ/виток. В то же время эти волокна могут обеспечивать затухание при 1550 нм, которое менее или равно 0,19 дБ/км, более предпочтительно менее 0,186 дБ/км и наиболее предпочтительно менее 0,184 дБ/км, а также затухание при 1310 нм, которое менее или равно 0,34 дБ/км, более предпочтительно менее 0,32 дБ/км. Предпочтительно, чтобы изгибные потери диаметром 30 мм при 1550 нм были не более 0,025 дБ/виток. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изгибные потери диаметром 20 мм при 1550 нм не более 0,4 дБ/виток. В других предпочтительных вариантах осуществления изгибные потери диаметром 20 мм при 1550 нм не более 0,3 дБ/виток. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изгибные потери диаметром 30 мм при 1550 нм не более 0,02 дБ/виток. Такие показатели характеристик изгибных потерь и затухания достигаются при использовании первичного и вторичного покрытий, наносимых на волокно, при этом модуль Юнга первичного покрытия менее 5, более предпочтительно менее 1 МПа, а модуль Юнга вторичного покрытия более 500 МПа, более предпочтительно более 900 МПа и еще более предпочтительно более 1100 МПа.

В некоторых вариантах осуществления профилем показателя преломления дополнительно обеспечивается длина волны нулевой дисперсии менее 1325 нм. В предпочтительных вариантах осуществления профилем показателя преломления дополнительно обеспечивается длина волны нулевой дисперсии между 1300 и 1325 нм.

Предпочтительно, чтобы профилем показателя преломления также обеспечивалась кабельная отсечка менее или равная 1260 нм, более предпочтительно между 1000 и 1260 нм.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления профилем показателя преломления дополнительно обеспечивается диаметр модового поля при 1310 нм, находящийся между 8,2 и 9,5 мкм. В других предпочтительных вариантах осуществления профилем показателя преломления дополнительно обеспечивается диаметр модового поля при 1310 нм, находящийся между 8,2 и 9,0 мкм.

Используемое в этой заявке число МАС означает диаметр модового поля при 1310 нм, деленный на длину волны (в нанометрах) отсечки 22-метрового кабеля. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления профилем показателя преломления дополнительно обеспечивается число МАС более 7,5. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления профилем показателя преломления дополнительно обеспечивается число МАС более 7,6, или более 7,6, или по меньшей мере 8.

Предпочтительно, чтобы оптическое волокно имело максимальное наведенное водородом изменение затухания менее 0,03 дБ/км при 1383 нм после подвергания воздействию водорода при парциальном давлении 0,01 атм (1,01325 кПа) в течение 144 ч. Предпочтительно, чтобы оптическое волокно имело оптическое затухание при 1383 нм, которое не превышает более на 0,10 дБ/км оптическое затухание при 1310 нм, и еще более предпочтительно, чтобы оптическое затухание при 1383 нм было меньше, чем оптическое затухание при 1310 нм.

Теперь будет приведено подробное описание представленных предпочтительных вариантов осуществления, примеры которых иллюстрируются сопровождающими чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертежах:

Фиг.1 – вид профиля показателя преломления, соответствующего варианту осуществления оптического световодного волокна, раскрытого в этой заявке;

Фиг.2 – вид профиля показателя преломления, содержащего супергауссов профиль сердцевины, согласно альтернативному варианту осуществления;

Фиг.3 – вид профиля показателя преломления, содержащего супергауссов профиль сердцевины, окруженной внешней областью оболочки с повышенным показателем преломления, согласно альтернативному варианту осуществления оптического волноводного волокна, раскрытого в этой заявке; и

Фиг.4 – вид профиля показателя преломления, содержащего супергауссов профиль сердцевины, окруженной областью оболочки с пониженным показателем преломления и внешней областью оболочки с повышенным показателем преломления, согласно альтернативному варианту осуществления оптического волноводного волокна, раскрытого в этой заявке.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Дополнительные признаки и преимущества изобретения будут изложены в подробном описании, которое следует ниже, и они должны стать очевидными для специалистов в данной области техники из описания или понятными при применении на практике изобретения, рассмотренного в нижеследующем описании совместно с формулой изобретения и прилагаемыми чертежами.

«Профиль показателя преломления» представляет собой зависимость между показателем преломления или относительным показателем преломления и радиусом волноводного волокна. Радиус для каждого сегмента профиля показателя преломления дается сокращенными наименованиями r₁, r₂, r₃, r₄ и т.д., а строчные и прописные буквы используются в этой заявке на равных основаниях (например, r₁ эквивалентно R₁).

«Относительный показатель преломления в процентах» определяется как Δ%=100×(n_i²-n_c²)/2n_i², а используемый в этой заявке n_c представляет собой средний показатель преломления беспримесного диоксида кремния. Используемый в этой заявке относительный показатель преломления представлен как Δ и его значения даются в единицах «%», если не указывается иное. Термины дельта, Δ, Δ%, %Δ, дельта %, % дельта и дельта в процентах в этой заявке могут использоваться на равных основаниях. В случаях, когда показатель преломления области меньше, чем средний показатель преломления беспримесного диоксида кремния, относительный показатель преломления в процентах является отрицательным и относится к области, имеющей пониженный показатель преломления, или пониженному показателю преломления. В случаях, когда показатель преломления области больше, чем средний показатель преломления области оболочки, относительный показатель преломления в процентах является положительным. «Повышающая показатель преломления примесь», рассматриваемая в этой заявке, представляет собой примесь, которая обладает свойством повышать показатель преломления относительно показателя преломления чистого беспримесного SiO₂. «Понижающая показатель преломления примесь», рассматриваемая в этой заявке, представляет собой примесь, которая обладает свойством понижать показатель преломления относительно показателя преломления чистого беспримесного SiO₂. Примеры повышающих показатель преломления примесей включают в себя GeO₂ (оксид германия), Al₂O₃, P₂O₅, TiO₂, Cl, Br. Примеры понижающих показатель преломления примесей включают в себя фтор и бор.

«Хроматическая дисперсия», в этой заявке называемая «дисперсией», если не указывается иное, волноводного волокна представляет собой сумму дисперсии материала, дисперсии волновода и межмодовой дисперсии. В случае одномодовых волноводных волокон межмодовая дисперсия равна нулю. Длина волны нулевой дисперсии представляет собой длину волны, при которое дисперсия имеет нулевое значение. Наклон дисперсии представляет собой скорость изменения дисперсии относительно длины волны.

«Эффективная площадь» определяется как:

А_эфф=2π(∫f²·r·dr)²/(∫f⁴·r·dr),

где пределы интегрирования – от 0 до ∞, а f – поперечная составляющая электрического поля, связанного со светом, распространяющимся в волноводе. Используемая в этой заявке «эффективная площадь» или «А_эфф» относится к оптической эффективной площади при длине волны 1550 нм, если не указывается иное.

Термин «α-профиль» относится к профилю относительного показателя преломления, выраженному через Δ(r) в единицах «%», при этом r – радиус, который подчиняется уравнению

Δ(r)=Δ(r₀)·(1-[|r-r₀|/(r₁-r₀)]^α),

где r₀ – точка, в которой Δ(r) является максимальной, r₁ – точка, в которой Δ(r)% равна нулю, и r находится в пределах r_i≤r≤r_f, при этом Δ определена выше, r_i – начальная точка α-профиля, r_f – конечная точка α-профиля и α - показатель степени, который представляет собой действительное число.

Диаметр модового поля (ДМП) измеряют способом Петермана II, в котором 2w=ДМП и w²=(2∫f²·r·dr/∫[df/dr]²·r·dr), пределы интегрирования – от 0 до ∞.

Устойчивость к изгибу волноводного волокна можно определять по наведенному затуханию в заданных условиях испытания, например, при развертывании или наматывании волокна вокруг стержня заданного диаметра, например наматывания 1 витка вокруг стержня диаметром 6 мм, 10 мм или 20 мм или подобном (например «потери на макроизгиб 1 на диаметре 10 мм» или «потери на макроизгиб 1 на диаметре 20 мм»), и измерения повышения затухания на виток.

Испытание на изгиб одного вида представляет собой испытание на микроизгиб с поперечной нагрузкой. При этом так называемом испытании с «поперечной нагрузкой» (с поперечной нагрузкой на проволочной сетке) волноводное волокно заданной длины помещают между двумя плоскими пластинками. Проволочную сетку № 70 прикрепляют к одной из пластинок. Волноводное волокно известной длины заключают между пластинками и эталонное затухание измеряют во время прижатия пластинок друг к другу с силой 30 Н. После этого силу 70 Н прикладывают к пластинкам и измеряют повышение затухания в дБ/м. Повышение затухания представляет собой затухание в дБ/м в волноводе при поперечной нагрузке, при точно определенной длине волны (обычно в диапазоне 1200-1700 нм, например 1310 нм, или 1550 нм, или 1625 нм).

Испытание на изгиб другого вида представляет собой испытание на микроизгиб на покрытом проволочной сеткой барабане (ППСБ). При этом испытании алюминиевый барабан диаметром 400 мм обматывают проволочной сеткой. Сетку наматывают плотно без растяжения и она не должна иметь дыр, впадин или повреждения. Технические характеристики материала проволочной сетки: металлотканая сетка из коррозионно-стойкой нержавеющей стали типа 304 от McMaster-Carr Supply Company (Кливленд, Огайо), номер изделия по каталогу 85385Т106, число ячеек на линейном дюйме: 165×165, диаметр проволоки: 0,0019 дюйма (0,04826 мм), ширина отверстий: 0,0041 дюйма (0,10414 мм), площадь отверстий в %: 44,0. Волноводное волокно заданной длины (750 м) наматывают со скоростью 1 м/с на барабан с проволочной сеткой с шагом 0,050 см при приложении нагрузки 80±1 г. Концы волокна заданной длины закрепляют для поддержания нагрузки, при этом пересечения волокон отсутствуют. Затухание в оптическом волокне измеряют при точно определенной длине волны (обычно в диапазоне 1200-1700 нм, например 1310 нм, или 1550 нм, или 1625 нм); эталонное затухание измеряют в оптическом волокне, намотанном на гладкий барабан. Повышение затухания представляет собой затухание в дБ/км в волноводе на барабане, покрытом проволочной сеткой, при точно определенной длине волны (обычно в диапазоне 1200-1700 нм, например 1310 нм, или 1550 нм, или 1625 нм).

Испытание на изгиб на группе штырей используют для сравнения относительной стойкости волноводного волокна к изгибу. Чтобы выполнить это испытание, потери на затухание в волноводном волокне измеряют при по существу отсутствии наведенных изгибных потерь. Затем волноводное волокно располагают зигзагом относительно группы штырей и опять измеряют затухание. Потери, наведенные изгибом, представляют собой разность между двумя измеренными затуханиями. Группу штырей составляют из десяти цилиндрических штырей, расположенных в один ряд на плоской поверхности в фиксированном вертикальном положении. Расстояние между центрами соседних штырей составляет 5 мм. Диаметр штырей равен 0,67 мм. Во время испытания прикладывают достаточную нагрузку, чтобы волноводное волокно плотно прилегало к участкам поверхности штырей. Повышение затухания представляет собой затухание в децибелах в волноводе на группе штырей при точно определенной длине волны (обычно в диапазоне 1200-1700 нм, например 1310 нм, или 1550 нм, или 1625 нм).

Теоретическая волоконная длина волны отсечки, или «теоретическая волоконная отсечка», или «теоретическая отсечка» для данной моды представляет собой длину волны, выше которой направляемый свет не может распространяться при этой моде. Математическое определение можно найти в Single Mode Fiber Optics, Jeunhomme, pp.39-44, Marcel Dekker, New York, 1990, где теоретическая волоконная отсечка описана как длина волны, при которой постоянная распространения моды становится равной постоянной распространения плоской волны во внешней оболочке. Эта теоретическая длина волны соответствует бесконечно длинному, совершенно прямолинейному волокну, которое не имеет вариаций диаметра.

Волоконную отсечку измеряют в соответствии со стандартным испытанием 2-метрового волокна, FOTP-80 (EIA-TIA-455-80), чтобы получить «волоконную длину волны отсечки», также известную как «отсечка 2-метрового волокна» или «измеренная отсечка». Стандартное испытание FOTP-80 выполняют, чтобы удалить моды высших порядков, используя управляемую величину изгиба, или чтобы нормировать спектральную характеристику волокна относительно спектральной характеристики многомодового волокна (FOTP – «Процедура тестирования оптического волокна»).

Под кабельной длиной волны отсечки или «кабельной отсечкой», используемой в этой заявке, имеется в виду отсечка 22-метрового кабеля в соответствии с испытанием, описанным в «Процедурах испытания волоконной оптики», EIA-445, которые являются частью «Стандартов по волоконной оптике» EIA-TIA, то есть «Стандартов по волоконной оптике» Ассоциации электронной промышленности – Ассоциации телекоммуникационной промышленности.

Если в этой заявке не указывается иное, оптические свойства (такие как дисперсия, наклон дисперсии и т.д.) приводятся для моды LP01.

Оптические волокна, раскрытые в этой заявке, могут иметь эффективную площадь при 1550 нм, которая более около 55 мкм², предпочтительно находится между 55 и 95 мкм², еще более предпочтительно между около 65 и 85 мкм². В некоторых предпочтительных вариантах осуществления эффективная площадь оптического волокна при 1550 нм находится между около 75 и 90 мкм².

Один пример оптического волокна 10 показан на фиг.1, при этом оптическое волокно включает в себя центральную область 1 стеклянной сердцевины, имеющую максимальный показатель преломления (дельту) Δ₁ в процентах. Первая внутренняя область 2 оболочки с пониженным показателем преломления, окружает центральную область 1 сердцевины, при этом первая внутренняя область 2 оболочки имеет показатель преломления (дельту) Δ₂ в процентах. Внешняя область 3 оболочки окружает первую внутреннюю область 2 оболочки и имеет Δ₄. В предпочтительных вариантах осуществления Δ₁>Δ₄>Δ₂. В варианте осуществления, показанном на фиг.1, области 1, 2, 3 непосредственно прилегают друг к другу. Однако это не требуется и в качестве варианта можно использовать дополнительные области сердцевины или оболочки. Например, можно использовать внешнюю область оболочки (не показанную), которая окружает кольцевую область 3 и имеет меньший показатель преломления (дельту) Δ₄ в процентах, чем кольцевая область 3.

Центральная область 1 сердцевины содержит внешний радиус r₁, который определяется как место, где касательная, проведенная к максимальному наклонному показателю преломления центральной области 1 сердцевины, пересекает линию нулевой дельты. Предпочтительно, чтобы область 1 сердцевины имела показатель преломления (дельту) Δ₁ в процентах от около 0,3 до 0,7, а в некоторых вариантах осуществления от около 0,3 до 0,5, более предпочтительно от около 0,32 до 0,48. В некоторых вариантах осуществления предпочтительно, чтобы Δ₁ была от 0,36 до 0,46. В некоторых вариантах предпочтительно, чтобы Δ₁ была менее 0,4. Предпочтительно, чтобы радиус r₁ сердцевины был между 3 и 10 мкм, более предпочтительно от около 4,0 до 7,0 мкм. Центральная область 1 сердцевины может иметь односегментный ступенчатый профиль показателя преломления. В некоторых вариантах осуществления центральная область 1 сердцевины имеет альфу более 0,5 и менее 10, а в некоторых вариантах осуществления менее 7,5, менее 6 или менее 4. Однако в других вариантах осуществления центральная область 1 сердцевины может иметь альфу между около 10-100, а в некоторых случаях альфа может быть между 15 и 40. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления центральная область 1 сердцевины имеет альфу более 0,5 и менее 10, а в некоторых вариантах осуществления менее 7,5, менее 5 или менее 3, и при этом область 1 сердцевины имеет показатель преломления (дельту) Δ₁ в процентах от 0,38 до 0,48. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления центральная область 1 сердцевины по существу имеет альфа-профиль с альфой более 0,5 и менее 10, а в некоторых вариантах осуществления менее 7,5, менее 5, менее 3 или более 1 и менее 3, и при этом область 1 сердцевины имеет показатель преломления Δ₁ в процентах от 0,38 до 0,70 и радиус сердцевины от около 4 до 7 мкм. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления центральная 1 область сердцевины по существу имеет альфа-профиль с альфой более или равной 1,5 и менее или равной 3,5 и центральная область 1 сердцевины имеет показатель преломления Δ₁ в процентах от 0,38 до 0,70 и радиус сердцевины от около 4 до 7 мкм.

В варианте осуществления, показанном на фиг.1, внутренняя область 2 оболочки окружает центральную область 1 сердцевины и имеет внутренний радиус r₁ и внешний радиус r₂, при этом r₁ определен выше, а r₂ определяется как место, где кривая профиля показателя преломления пересекает линию нулевой дельты. В некоторых случаях показатель преломления области 2 является по существу плоским, в некоторых вариантах осуществления показатель преломления области 2 возрастает по мере увеличения радиуса. В других случаях могут быть флуктуации в результате небольших вариаций расчета профиля или технологического процесса. В некоторых вариантах осуществления первая внутренняя область оболочки содержит менее 0,02 вес.% фтора. В некоторых вариантах осуществления внутренняя область 2 оболочки содержит диоксид кремния, который по существу не легирован ни фтором, ни оксидом германия, то есть область по существу не имеет фтора и оксида германия. Внутренняя область 2 оболочки содержит показатель преломления (дельту) Δ₂ в процентах, которая вычисляется при использовании:

.

Предпочтительно, чтобы внутренняя область 2 оболочки имела ширину от около 3 до 13 мкм, более предпочтительно от 4 до 12 мкм, еще более предпочтительно от около 7 до 9 мкм. В некоторых вариантах осуществления R₂ может быть более 8, более 9 мкм или более 10 мкм и менее 16 мкм, менее 14 мкм или менее 12 мкм. В других вариантах осуществления R₂ может быть более 20 мкм или даже более 23 мкм. В некоторых вариантах осуществления предпочтительно, чтобы отношение радиуса r₁ сердцевины к радиусу r₂ внутренней области 2 оболочки было более 0,25, более предпочтительно от 0,3 до 0,55. В некоторых вариантах осуществления отношение радиуса r₁ к радиусу r₂ составляет более 0,25. В некоторых вариантах осуществления r₁/r₂ более или равно 0,25, более предпочтительно более 0,3 и еще более предпочтительно более 0,4. В некоторых других вариантах осуществления r₁/r₂ меньше чем 0,25 и более 0,15, более предпочтительно более 0,20.

Внешняя область 3 оболочки окружает кольцевую область 2 с пониженным показателем преломления и содержит показатель преломления (дельту) Δ₄ в процентах, который больше, чем показатель преломления Δ₂ внутренней области 2 оболочки, в результате чего образуется область, которая представляет собой внешнюю область 3 оболочки, легированную повышающей показатель преломления примесью относительно показателя преломления внутренней области 2 оболочки, например, путем добавления некоторого количества примеси (такой как оксид германия или хлор), достаточного для повышения показателя преломления внешней области оболочки. Однако заметим, что область 3 не следует обязательно легировать повышающей показатель преломления примесью, то есть обязательно включать повышающую показатель преломления примесь в область 3. Вместо этого эффект повышения показателя преломления внешней области 3 оболочки такого же вида можно получать легированием внутренней области 2 оболочки примесью, понижающей показатель преломления относительно показателя преломления внешней области 3 оболочки. Однако в некоторых вариантах осуществления во внутренней области 2 оболочки отсутствует фтор или иные понижающие показатель преломления примеси, а область 3 содержит повышающую показатель преломления примесь, например хлор. Внешняя область 3 оболочки имеет более высокий показатель преломления, чем внутренняя область 2 оболочки, и предпочтительно, чтобы она имела показатель преломления (дельту) Δ₄ в процентах, который более 0,002, предпочтительно по меньшей мере 0,005, например по меньшей мере 0,01, и может иметь дельту в процентах более 0,02 или 0,03. Предпочтительно, чтобы участок с более высоким показателем преломления (по сравнению с показателем преломления внутренней области 2 оболочки) внешней области 3 оболочки продолжался, по меньшей мере, до места, где оптическая мощность, которую предполагают передавать по оптическому волокну, более или равна 90% передаваемой оптической мощности, более предпочтительно до места, где оптическая мощность, которую предполагают передавать по оптическому волокну, более или равна 95% передаваемой оптической мощности, и наиболее предпочтительно до места, где оптическая мощность, которую предлагают передавать по оптическому волокну, более или равна 98% передаваемой оптической мощности. Во многих вариантах осуществления этого достигают наличием легированной повышающей показатель преломления примесью третьей кольцевой области, продолжающейся по меньшей мере до радиальной точки около 30 мкм. Следовательно, объемы V₂ и V₃ второй и третьей кольцевых областей 2 и 3, соответственно, в этой заявке определяются вычислением при использовании Δ(3-2)(r)rdr между радиусами r₁ и r₂ в случае V₂, и r₂ и r30 (радиус при 30 мкм) в случае V₃, и поэтому определяются как

и

.

Все объемы представлены в абсолютных величинах (то есть V₂=|V₂|, V₃=|V₃| и т.д.). Предпочтительно, чтобы объем V₂ внутренней области оболочки по сравнению с объемом внешней области 3 оболочки был более 0,7, более предпочтительно более 2, и может быть более 10% Δмкм², а в некоторых вариантах осуществления может быть более 20% Δмкм². В некоторых вариантах осуществления этот объем V₂ внутренней области оболочки более 2% Δмкм² и меньше чем 20% Δмкм². Предпочтительно, чтобы |V₃| составлял по меньшей мере 2,5% Δмкм².

Предпочтительно, чтобы объем V₃ внешней области оболочки (в пределах 30 мкм) по сравнению с объемом внутренней области 2 оболочки был более 5, более предпочтительно более 7, и может быть более 10% Δмкм², а в некоторых вариантах осуществления может быть более 20% Δмкм². В некоторых вариантах осуществления этот объем V₃ внешней области оболочки (в пределах 30 мкм) составляет меньше чем 80% Δмкм².

В некоторых вариантах осуществления показатель преломления Δ₄ внешней области оболочки более 0,002, в некоторых вариантах осуществления более 0,005, в некоторых вариантах осуществления составляет по меньшей мере 0,007 и в некоторых вариантах осуществления по меньшей мере 0,01%, а более предпочтительно более 0,02% по сравнению с дельтой внутренней области 2 оболочки. В некоторых вариантах осуществления третья кольцевая область содержит хлор (Cl) в количестве, которое более 200 единиц концентрации в миллионных долях (пропромилле, ppm) по сравнению с количеством во внутренней области 2 оболочки, например, более 400, или 700, или 1000 ppm или еще больше, и предпочтительно, в некоторых вариантах осуществления, более 1500 ppm, и наиболее предпочтительно в некоторых вариантах осуществления более 2000 ppm (0,2%) по весу (например, 2200 ppm, 2500 ppm, 3000 ppm, 4000 ppm, 5000 ppm, 6000 ppm, 10000 ppm или между этими значениями). Концентрация хлора приводится в этой заявке в единицах ppm по весу (сокращенно в этой заявке ppm wt. или ppm).

Предпочтительно, чтобы область 1 сердцевины на всем протяжении имела положительный показатель преломления. Сердцевина 1 имеет максимальный относительный показатель Δ_MAX преломления, находящийся между r=0 и r=3 мкм. Предпочтительно, чтобы Δ_MAX была более 0,32-0,70%.

Предпочтительно, чтобы внутренняя область 2 оболочки имела по существу постоянный профиль относительного показателя преломления, то есть чтобы разность между относительными показателями преломления при любых двух радиусах в пределах промежуточной области была менее 0,02%, а в некоторых предпочтительных вариантах осуществления менее 0,01%. Поэтому предпочтительно, чтобы профиль относительного показателя преломления внутренней области 2 оболочки имел по существу плоскую форму.

Область 1 сердцевины может быть сердцевиной со ступенчатым показателем преломления и может иметь альфа (α) форму. В предпочтительных вариантах осуществления R₁ менее 8,0 мкм, а более предпочтительно находится между 4,0 мкм и 7,0 мкм. В случае волокон с числом МАС более 7,5 волокна могут иметь изгибные потери менее 0,5 дБ/виток при наматывании на стержень радиусом 20 мм. В некоторых вариантах осуществления оптические волокна, раскрытые в этой заявке, имеют число МАС более 7,6 или 7,7 или в некоторых вариантах осуществления более или равное 8, и длину волны нулевой дисперсии менее 1450 нм, более предпочтительно менее 1330 нм и более 1300 нм.

Волокна, раскрытые в этой заявке, можно вытягивать из заготовок оптического волокна, полученных с использованием обычных способов изготовления, и можно использовать известные способы и установки для вытягивания оптического волокна, раскрытые, например, в патентах США №№ 7565820, 5410567, 7832675, 6027062, описания которых включены в эту заявку путем ссылки.

Различные примеры вариантов осуществления будут дополнительно пояснены нижеследующими примерами. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные модификации и изменения могут быть сделаны без отступления от сущности и объема формулы изобретения.

Ниже в таблицах 1, 2а и 2b приведены характеристики полученных моделированием волокон для сравнительного примера 1 и иллюстративных примеров 2-8, имеющих показатель преломления, показанный на фиг.1. В частности, ниже для каждого примера показаны показатель преломления (дельта) Δ₁, альфа сердцевины и внешний радиус R₁ центральной области 1 сердцевины, показатель преломления (дельта) Δ₂ и внешний радиус R₂ внутренней области 2 оболочки, а также объем V₂ профиля внутренней области 2 оболочки, который вычислен между R₁ и R₂, показатель преломления (дельта) Δ₄ и объем V₃ внешней области 3 оболочки, который вычислен между внутренним радиусом R₂ внешней области 3 оболочки и радиальным расстоянием 30 мкм (и между показателем преломления Δ₄ и показателем преломления Δ₂). Кроме того, показаны хроматическая дисперсия и наклон дисперсии при 1310 нм, хроматическая дисперсия и наклон дисперсии при 1550 нм, диаметр модового поля (ДМП) при 1310 нм и 1550 нм, потери на микроизгиб при поперечной нагрузке на проволочной сетке (ПНПС) при 1550 нм, потери на макроизгиб на группе штырей при 1550 нм, длина волны нулевой дисперсии, отсечка 22-метрового кабеля, число МАС при 1310 нм, снижение потерь на микроизгиб при поперечной нагрузке на проволочной сеткой (ПНПС) при 1550 на по сравнению со сравнительным примером 1, снижение изгибных потерь на группе штырей при 1550 нм по сравнению со сравнительным примером 1, изгибные потери при 1 витке на диамет