具有无Ge纤芯的大有效面积光纤

摘要

一种光波导纤维，其包括:(i)无Ge纤芯(12)，该无Ge纤芯在1550纳米波长下的有效面积为100-160μm2,并且该无Ge纤芯的α值满足12≤α≤200,所述纤芯包括以下(a)-(c):(a)中心纤芯区域(14)，该中心纤芯区域从中线沿径向向外延伸至半径r0，具有相对于纯二氧化硅测得的相对折射率百分数曲线Δ0(r)，单位为%,并且满足-0.1%0(r)≤0.1%，所述中心纤芯区域具有最大相对折射率百分数,Δ0MAX;(b)第一环形纤芯区域(16)，该区域围绕所述中心纤芯区域并且与该中心纤芯区域直接相邻，所述第一环形纤芯区域延伸至外部半径r1,其中4.8μm≤r1≤10μm,并且具有相对于纯二氧化硅测得的相对折射率百分数曲线,Δ1(r)，单位为%,还具有最小相对折射率,在半径r=2.5μm处测得的相对折射率满足以下关系式:-0.15＜Δ，(r=2.5μm)＜0，并且Δ0MAX＞Δ，(r=2.5μm);(c)氟掺杂的第二环形区域(18)，该第二环形区域围绕所述第一环形纤芯区域并与所述第一环形纤芯区域直接相邻，所述第二环形区域延伸至半径13μm＜r2＜30μm，具有相对于纯二氧化硅测得的负的相对折射率百分数曲线Δ2(r)，单位为%,最小相对折射率百分数Δ2MIN为:Δ2MIN1(r=2.5μm)，且-0.5%＜Δ2MIN＜-0.27%;(ii)包层(20)，所述包层围绕所述纤芯，并且具有相对于纯二氧化硅测得的相对折射率百分数Δc(r)，单位为%,并且满足Δc(r)=Δ2MIN±0.3%；对所述光纤的相对折射率曲线进行选择，使得在1550纳米波长下的衰减不大于0.175dB/km。

说明书

相关申请交叉参考

本申请要求2010年1月29日提交的美国专利申请第12/696,189号的 优先权。

技术领域

本发明一般涉及光纤，更具体来说，本发明涉及具有纯二氧化硅纤芯 并且具有低衰减的大有效面积光纤。

背景技术

在用于进行远距离高功率传输的远距离通讯系统中，通常需要光学放 大器技术和波分复用技术。只有在比特率、误码率、多路复用方案和(有可 能)光学放大器具体指定的特定的远距离通讯系统中，高功率和长距离的定 义才有意义。本领域技术人员已知，其它的因素也会影响高功率和长距离 的定义。但是，对于大多数的目的，高功率表示光学功率约大于10mW。 高功率系统经常遭受非线性光学效应的影响，所述非线性光学效应包括自 相位调制,四波混频,交叉相位调制和非线性散射过程,所有这些非线性光 学效应都会造成高功率系统的信号下降。在一些应用中,等于或小于1mW 的单功率级仍然对非线性效应很敏感,因此在这些较低功率的系统中，非线 性效应仍然是一个很重要的考量因素。另外，诸如衰减之类的其它的光纤 性能也是造成信号下降的主要贡献因素。

一般来说，具有大的有效面积(A_eff)的光波导纤维能够减少非线性光学 效应，所述非线性光学效应包括自相位调制,四波混频,交叉相位调制和非 线性散射过程,所有这些非线性光学效应都会造成高功率系统的信号下降。

另一方面，光波导纤维的有效面积的增大通常会导致宏弯曲引发的损 耗的增大，所述宏弯曲引发的损耗会导致传输通过光纤的信号衰减。在再 生器、放大器、发射器和/或接收器之间的长(例如等于或大于100千米)距 离(或间距)上，所述宏弯曲损耗会变得越来越显著。不幸的是，常规光纤 的有效面积越大，则宏弯曲引发的损耗越大。另外，衰减可能是大有效面 积光纤中信号下降的主要贡献因素。

发明内容

本发明的一个实施方式涉及一种光波导纤维，其包括以下(i)和(ii):

(i)无Ge纤芯，该无Ge纤芯在1550纳米波长下的有效面积约为90-160 μm²,并且其α值满足12≤α≤200,所述纤芯包括以下(a)-(c):

(a)中心纤芯区域，该中心纤芯区域从中线沿径向向外延伸至半径r₀,具 有相对于纯二氧化硅测得的相对折射率百分数曲线Δ₀(r)，单位为“%”,所 述中心纤芯区域具有最大相对折射率百分数,Δ_0MAX;

(b)第一环形纤芯区域，该区域围绕所述中心纤芯区域并且与该中心纤 芯区域直接相邻，所述第一环形纤芯区域延伸至外部半径r₁,其中4.8μm ≤r₁≤10μm,并且具有相对于纯二氧化硅测得的相对折射率百分数曲线, Δ₁(r)，单位为“%”,还具有最小相对折射率Δ_2MIN,在半径r=2.5μm处测 得的相对折射率满足以下关系式:

-0.15≤Δ₁(r=2.5μm)≤0，并且Δ_0MAX≥Δ1(r=2.5μm);

(c)氟掺杂的第二环形区域，该第二环形区域围绕所述第一环形纤芯区 域并与所述第一环形纤芯区域直接相邻，所述第二环形区域延伸至半径13 μm≤r₂≤30μm，具有相对于纯二氧化硅测得的负的相对折射率百分数曲线 Δ₂(r)，单位为“%”,

最小相对折射率百分数Δ_2MIN为:

Δ_2MIN<Δ₁(r=2.5μm)，且-0.7%≤Δ_2MIN≤-0.28%;

(ii)包层，所述包层围绕所述纤芯，并且具有相对于纯二氧化硅测得的 相对折射率百分数Δ₃(r)，单位为“%”,

对所述光纤的相对折射率曲线进行选择，使得在1550纳米波长下的衰 减小于0.175dB/km。

较佳的是，根据本发明所述的实施方式,Δ₃(r)≥Δ_2MIN。在一些实施方 式中,Δ₃(r)=Δ_2MIN±0.3%。另外，根据至少一些实施方式，0μm≤r₀≤2μm。

根据一些示例性的实施方式，中心纤芯区域的至少一部分由纯二氧化 硅制造。

在以下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特 征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过 实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而 被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都提出了本发明的实施 方式，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。 包括的附图提供了对本发明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并 构成说明书的一部分。附图图示说明了本发明的各种实施方式，并与描述 一起用来说明本发明的原理和操作。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的截面图；

图1B是图1A的光纤的示例性折射率曲线的示意图;

图2-19显示本发明光纤的示例性实施方式的折射率曲线;

图20显示一个示例性光纤实施方式的测得的折射率曲线;

图21显示两个另外的示例性光纤实施方式的折射率曲线;

图22显示表4所示实施例范围内的光纤的模型化(modeled)LLWM-宏 弯曲FOM图;

发明详述

定义

在本文中，“折射率曲线”表示折射率或相对折射率与波导光纤半径之 间的关系。

"相对折射率百分数"定义为Δ%=100×(n(r)²-n_s²)/2n(r)²,除非有不同的 说明，式中n(r)表示与光纤中线径向距离为r处的折射率,n_s是波长1550纳 米处的二氧化硅折射率。除非另有说明，否则，本文所用的相对折射率用Δ 表示，其数值以“%”为单位。在一个区域的折射率小于二氧化硅折射率 的情况下，相对折射率百分数是负值，称作具有低陷折射率 (depressed-index)，并且除非另有说明，否则，在相对折射率为最大负值时 计算得到。当某一区域的折射率大于二氧化硅的折射率的时候,则相对折射 率百分数为正值，该区域可称作突起的，或者具有正的折射率，除非另外 说明,否则，在相对折射率为最大正值处计算。在本文中，“正掺杂剂” (updopant)视为相对于未掺杂的纯SiO₂倾向于提高折射率的掺杂剂。在本 文中，“负掺杂剂”(downdopant)视为相对于未掺杂的纯SiO₂倾向于降低 折射率的掺杂剂。正掺杂剂可存在于光纤中具有负的相对折射率的区域， 同时伴有一种或多种不是正掺杂剂的其他掺杂剂。类似地，一种或多种不 是正掺杂剂的其他掺杂剂可存在于光纤中具有正的相对折射率的区域。负 掺杂剂可存在于光纤中具有正的相对折射率的区域，同时伴有一种或多种 不是负掺杂剂的其他掺杂剂。类似地，一种或多种不是负掺杂剂的其他掺 杂剂可存在于光纤中具有负的相对折射率的区域。

除非另外说明，否则在本文中，将"色散"称作"分散"，波导光纤的色散 是材料色散、波导色散和模间色散之和。对于单模波导光纤，模间色散等 于零。双模体质假设模间色散值等于零。零色散波长(λ₀)表示色散值等于零 的波长。色散斜率表示色散相对于波长的变化率。

"有效面积"定义如下:A_eff=2π(∫f²rdr)²/(∫f⁴rdr),其中积分限是0至∞,f 是与在波导内传输的光相关的电场的横向分量。在本文中，"有效面积"记 作"A_eff"，除非另外说明，否则，表示波长1550纳米处的光学有效面积。

术语"α-曲线"表示相对折射率曲线，记作Δ(r)，其单位为"%",其中r 是半径,用式Δ(r)=Δ(r_o)(1-[|r-r_o|/(r₁-r_o)]^α)表示，式中r_o是Δ(r)为最大值的点, r₁是Δ(r)%等于零的点,r满足r_i≦r≦r_f,Δ如上文所定义,r_i是α-曲线的初始 点,r_f是α-曲线的最终点,α为指数，该指数为实数。

模场直径(MFD)用Petermann II法测定，其中2w=MFD,w²=(2∫f²r dr/∫[df/dr]²r dr),积分限是0至∞。

可以用在上述测试条件下引发的衰减来衡量波导光纤的耐弯曲性。

一种弯曲测试是横向负荷微弯曲测试。在此所谓的“横向负荷”测试 中，将指定长度的波导光纤放置在两块平板之间。将70号金属丝网连接到 其中一块板上。将已知长度的波导光纤夹在所述板之间，用30牛的力将所 述板压在一起的同时，测量参比衰减。然后对板施加70牛的力，测量衰减 的增大，单位为dB/m。所述衰减的增大是波导的横向负荷金属丝网(LLWM) 衰减。

通过“销杆阵列”(pin array)弯曲测试比较了波导光纤对弯曲的相对耐 受性。为了进行该测试，测量了基本没有引发的弯曲损耗的波导光纤的衰 减损失。然后将所述波导光纤绕销杆阵列编织，再次测量衰减。弯曲引发 的损耗是两种测得的衰减之差。所述销杆阵列是一组十个圆柱形的销杆， 它们排成一排，在平坦的表面上保持固定的垂直位置。所述销杆间距(中心 与中心之间的距离)为5毫米。所述销杆的直径为0.67毫米。在测试过程中， 施加足够的张力，使得波导光纤顺应销杆表面的一部分。

对于给定的模式，理论光纤截止波长(理论光纤截止或理论截止)表示 特定的波长，高于该波长的时候，传导的光就无法以该模式传输。数学定 义可以参见《单模光纤光学(Single Mode Fiber Optics)》,Jeunhomme,第 39-44页,Marcel Dekker,New York,1990，其中理论光纤截止记作使得模传 输常数等于外包层的平面波传输常数时的波长。

由于弯曲和/或机械压力引发的损失，使得有效光纤截止低于理论截 止。在本文中，截止表示高于LP11和LP02模式。LP11和LP02在测量上 并没有显著区别,但是在光谱测量中(当使用多模参比技术时)都是很明显 的台阶,也即是说，当波长超过测得的截止波长时，该模式中观察不到功率。 实际的光纤截止可以采用标准2米光纤截止测试FOTP-80 (EIA-TIA-455-80))测定,得到“光纤截止波长”,也被称作“2米光纤截止”或 者“测量截止”。通过进行FOTP-80标准测试从而使用受控量的弯曲提取出 较高级的模式,或者将光纤的光谱响应标准化至多模光纤的光谱响应。

由于光缆环境中较高水平的弯曲和机械压力，光缆截止波长，或“光 缆截止”通常低于测得的光纤截止。实际的光缆条件可以用EIA-445光纤 光学测试程序所述的光缆截止测试近似实现,所述测试程序是EIA-TIA光 纤光学标准的一部份,即，电子工业联盟-电信工业联盟光纤光学标准 (Electronics Industry Alliance-Telecommunications Industry Association  Fiber Optics Standards),通常称为FOTP。光缆截止测量参见EIA-455-170， 通过透射功率测量单模光纤的光缆截止波长(Cable Cutoff Wavelength of  Single-mode Fiber by Transmitted Power),或者"FOTP-170"。在本文中，除 非另外说明，否则，光学性质(例如色散,色散斜率等)是针对LP01模式报 道的。

波导光纤的远程通讯连接件，简称连接件，是由以下部件组成的：光 信号发射器,光信号接收器,以及一段长度的一根或多根光纤，所述光纤相 应的端部与发射器和接收器光学连接，用来在其间传输光信号。所述一定 长度的波导光纤可以由多段较短的长度组成，所述多段较短的长度以头对 头的串联设置方式叠接或连接在一起。连接件可以包括其它的光学部件， 例如光学放大器,光学衰减器,光学隔离器,光学开关,滤光器,或者复用 装置或解复用装置。可以将一组互连的连接件称作远程通讯系统。

本文使用的一定跨距的光纤包括一段长度的光纤,或者以串联方式结 合在一起的多条光纤,所述光纤在光学装置之间延伸，例如在两个光学放大 器之间延伸，或者在复用装置和光学放大器之间延伸。一段跨距可以包括 本文所述光纤的一个或多个部分，还可以包括其它的光纤的一个或多个部 分,例如根据选择获得所需的系统性能或者参数，例如跨距端部的残留色 散。

本发明的实施方式

下面详细参考本发明的各种实施方式，这些实施方式的例子在附图中 示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似 的部件。图1A中显示了本发明的光纤的一种实施方式，本文中一般用附图 标记10指代本发明的光纤。波导光纤10包括纤芯12和围绕所述纤芯的包 层20，所述纤芯12在1550纳米波长处的有效面积约等于或大于90μm²(例 如在1550纳米波长处为90-160μm²,或者100-160μm²,或者120-140μm²), 并且α值满足12≤α≤200(例如12≤α≤100,或者12≤α≤25)。在本文所述的 示例性光纤中，α值通常的范围是14至20，例如15≤α≤17。但是，通过 等离子体化学气相沉积(PCVD)可以获得更大的α值(例如>25)。表1B示出 了该光纤的示例性折射率曲线示意图(相对折射率Δ-半径曲线)。

纤芯12是无Ge的，包括中心纤芯区域14,第一环形纤芯区域16和第 二环形区域18，所述第一环形纤芯区域16围绕所述中心纤芯区域14并与 所述中心纤芯区域14直接相邻,所述第二环形区域18围绕第一环形纤芯区 域16并与第一环形纤芯区域16直接相邻。所述中心纤芯区域14从中线沿 径向向外延伸至半径0μm≤r₀≤2μm,所述中心纤芯区域14具有相对于纯 二氧化硅的相对折射率百分数曲线Δ₀(r)，单位为“%”,其中-0.1%≤Δ₀(r) ≤0.15。在一些实施方式中,-0.1%≤Δ₀(r)≤0.1%。在一些实施方式中,-0.1% ≤Δ₀(r)≤0%。例如，在一些实施方式中,-0.075%≤Δ₀(r)≤0%。所述中心纤 芯区域14还具有最大相对折射率百分数,Δ_0MAX。在本文所述的示例性实施 方式中,Δ_0MAX在光纤的中线处(r=0)出现。

所述第一环形纤芯区域16延伸至外部半径r₁,其中4.8μm≤r₁≤10μm, 并且所述第一环形纤芯区域16具有相对于纯二氧化硅测得的相对折射率百 分数曲线,Δ₁(r)，单位为“%”,还具有最小相对折射率Δ_1MIN、最大相对折 射率Δ_1MAX,(满足Δ_0MAX≥Δ_1MAX)，在半径r=2.5μm处测得的相对折射率Δ₁满足以下关系式:(a)-0.15≤Δ₁(r=2.5μm)≤0,并且(b)Δ_0MAX≥Δ₁(r=2.5 μm)。在一些实施方式中，Δ_1MAX=Δ₁(r=2.5μm)。

所述第二环形纤芯区域18是氟掺杂的,围绕所述第一环形纤芯区域16 并与所述第一环形纤芯区域16直接相邻。通常来说，根据本文所述的实施 方式,第二环形纤芯区域18包含0.1-2重量%的氟,例如0.1-1.6重量%,或 者0.4-2重量%的氟。

所述第二环形纤芯区域18延伸至半径r₂,满足13μm≤r₂≤30μm，并 且所述第二环形纤芯区域18具有相对于纯二氧化硅测得的负的相对折射率 百分数曲线Δ₂(r)，单位为“%”,最小相对折射率百分数Δ_2MIN满足以下条 件:(a)Δ_2MIN<Δ₁(r=2.5μm)并且/或者Δ_2MIN<Δ_1MAX,而且(b)-0.7%≤Δ_2MIN≤-0.27%。Δ₂(r)还具有最大折射率百分数Δ_2MAX，满足Δ_2MAX<Δ₁(r=2.5μm) 且Δ_2MAX≥Δ_2MIN。在一些实施方式中，-0.5%<Δ_2MIN<-0.27%。例如，Δ_2MIN可以是-0.29%,-0.3%,-0.35%,-0.38%。例如,Δ_2MIN可以是-0.29%,-0.3%, -0.35%,-0.38%,-0.4%,-0.47%,-0.5%,或者其间的任意数值。在其它的实 施方式中，-0.4%<Δ_2MIN<-0.27%。

需要注意，当第二环形纤芯区域18具有较平的折射率曲线的时候, Δ_2MAX-Δ_2MIN,<0.03%,半径r₁定义为等于Δ₁(r=2.5μm)和第二环形纤芯区 域第一次达到Δ_2MIN的值之间的中点。也即是说，r₁等于满足以下关系式 的半径Δ(r)=[Δ₁(r=2.5μm)+Δ_2MIN]/2。类似的,所述环形纤芯区域18的外 半径r₂定义为等于Δ_2MIN和第一次达到Δ₃=Δ_3MAX的值之间的中点值。也即 是说，r₂等于满足以下关系式的半径Δ(r)=[Δ_2MIN +Δ_3MAX]/2。当第二环形纤 芯区域18不具有较平的折射率曲线的时候,即Δ_2MAX-Δ_2MIN,≥0.03%,Δ₂在更靠近包层之处达到Δ_2MIN,半径r₁定义为等于Δ₁(r=2.5μm)和第二环形 纤芯区域第一次达到Δ_2MAX的值之间的中点值。也即是说，r₁等于满足以 下关系式的半径Δ(r)=[Δ₁(r=2.5μm)+Δ_2MAX]/2。半径r₂仍然定义为等于 Δ_2MIN和第二环形纤芯区域第一次达到Δ_3MAX的值之间的中点值，即r₂等于 满足下式的半径：Δ(r)=[Δ_2MIN+Δ_3MAX]/2。

在一些实施方式中，比值r₂/r₁为2至6。较佳的是，比值满足2.1≤r₂/r₁≤5.75,例如2.15≤r₂/r₁≤5.7。较佳的是，r₂≤30μm,例如14μm≤r₂≤29 μm。对于特定的Δ₂和Δ₃,如果比值r₂/r₁很小(例如因为r₁很大),则MFD 变大,λ₀变小,1550纳米处的色散D变大。如果比值r₂/r₁过大,则MFD可 能会变得过小,λ₀向着较高的波长移动,1550纳米处的色散D会变小。

包层20围绕纤芯12，包层具有相对于纯二氧化硅测得的相对折射率 百分数Δ₃(r)，单位为“%”,并且满足Δ₃(r)≥Δ_2MIN。

在一些示例性的实施方式中，纤芯12和包层20包含F作为负掺杂剂。 在这些实施方式中，所述第一环形纤芯区域16和第二环形纤芯区域18内 的F的量大于中心纤芯区域14内的氟的含量。在一些示例性的实施方式 中，纤芯12还可以包含至少一种碱金属氧化物掺杂剂，例如碱金属是K,Na, Li,Cs和Rb。在一些示例性实施方式中，纤芯12包含K₂O，其中K的含 量为20-1000重量ppm。光纤10还可以包含氯。优选纤芯12中氯的含量 大于500重量ppm,包层20中氯的含量大于10000重量ppm。需要注意， 除非另外具体说明，否则，术语“ppm”表示以重量计的百万分之分数，或者 重量ppm，可以将用重量％衡量的百分数乘以10,000而转化为ppm。

对光纤10的相对折射率曲线进行选择，从而在1550纳米波长λ下提 供不大于0.175dB/km的衰减,例如在1550纳米波长λ下0.145-0.175dB/km 的衰减。在波长λ＝1550nm条件下的衰减值可以为0.145-0.17dB/km或者 0.15-0.165dB/km,例如0.15dB/km,0.155dB/km,0.16dB/km,0.165dB/km, 0.165dB/km,或0.17dB/km。

实施例1-15

下面通过以下实施例进一步阐述本发明。

表1-2列出一组示例性光纤实施方式的实施例1-15的表征。图2-16分 别显示对应于实施例1-15的折射率曲线。在实施例1-15的这些光纤实施方 式中,-0.5%≤Δ₀=≤0%且Δ_0max=≤0%;-0.065%≤Δ₁(r=2.5μm)≤0%,-0.065% ≤Δ_1max≤0.0%,-0.5%≤Δ_2MIN≤-0.27%,-0.4%≤Δ₃≤-0.2%,并且r₂/r₁满足 2.17≤r₂/r₁≤5.7，并且r₂<30。但是，注意到在其它的实施方式中，根据中心 纤芯区域14包含正掺杂剂或负掺杂剂，Δ₀可以略大于0％或者小于0％(相 对于二氧化硅)。虽然光纤10的一些实施方式的α值为12至25,但是实施 例1-9的光纤实施方式的α值为13-15。实施例10-15的光纤实施方式的α 值约为20。

这些示例性光纤的模型化曲线参数汇总列于表1A。r₃的值等于包层的 外直径，在这些实施例中，r₃为62.5μm。在一些示例性的光纤中， Δ₂(%)=Δ₃(%)。因此，因为在这些实施方式中，环形纤芯区域16和18之间 没有明显的折射率变化,r₂值在规定的范围之内。

表-1

在这15个示例性实施方式中，纤芯12是基于二氧化硅(SiO₂)的,并且 用氟掺杂。下表提供了纤芯区域16、18和包层20中的氟(F)的重量百分数 (重量%)。

表2

  实施例   区域16中的F,重量%   区域18中的F,重量%   区域20中的F,重量%   1   0.00   -1.00   -1.00   2   0.00   -0.97   -0.87   3   0.00   -1.37   -0.71   4   0.00   -1.37   -0.71   5   0.00   -1.27   -0.75   6   0.00   -1.27   -1.27   7   0.00   -0.97   -0.97   8   0.00   -1.01   -0.97   9   0.00   -1.05   -1.05   10   -0.21   -1.00   -1.05   11   -0.21   -1.33   -0.87   12   -0.21   -1.57   -0.93   13   -0.21   -1.27   -1.17   14   -0.21   -1.27   -1.13   15   -0.20   -1.34   -1.27

注意在对应于表1的实施例1-9的光纤实施方式中,Δ_0MAX=Δ_1MAX,中 心纤芯区域14和第一环形纤芯区域16(直至图中与向第二环形区域18转变 相关的拐弯部分)的组成是相同的(见图2-10)。因此，由于在实施例1-9中, 在纤芯区域14和16之间没有清晰的转变,虽然表1描述了r₀等于0μm,我 们也可以认为r₀=2μm。在这些示例性光纤中，因为纤芯区域14(以及第一 环形纤芯区域16的至少一部分)是纯二氧化硅，Δ_0MAX等于0。

更具体来说，对应于表1的实施例2-5的光纤实施方式(见图3-6)包括 纤芯折射率曲线，其中被第一环形纤芯区域16围绕的中心纤芯区域14具 有折射率Δ₀=Δ₁,而第一环形纤芯区域16又被对应于第二环形纤芯区域18 的环绕区域围绕，所述环绕区域具有折射率Δ_2MIN。所述环绕区域(第二环形 纤芯区域18)被包层20围绕，所述包层20具有折射率Δ₃>Δ_2MIN。在对应于 实施例1-5的光纤实施方式中，-0.38%≤Δ₃≤-0.26%;-0.412%≤Δ₂≤-0.290 %。

对应于表1的实施例6-9的光纤实施方式包括纤芯折射率曲线，其中 纯二氧化硅的中心纤芯区域14被第一(纯二氧化硅)环形纤芯区域16围绕， 所述第一环形纤芯区域16的相对折射率Δ₀=Δ₁=0。在这些示例性光纤中， 第一环形纤芯区域16被第二环形纤芯区域18围绕，所述第二环形纤芯区 域18的折射率满足Δ₂<Δ₁。所述第二环形纤芯区域18具有相对折射率Δ₂,该 第二环形纤芯区域18被包层20围绕，所述包层20的折射率Δ₃=Δ₂。在对 应于实施例6、7和9的光纤实施方式中，第二环形纤芯区域18和包层20 的组成是相同的。但是，在其它的实施方式中(例如参见实施例9的光纤参 数)，第二环形纤芯区域18和包层20的组成可以是不相同的，即Δ₃≠Δ_2MIN或Δ₃>Δ_2MIN。在对应于实施例6-9的光纤实施方式中，-0.382%≤Δ₂≤-0.292 %，-0.382%≤Δ₃≤-0.315%。对应于表1的实施例10-15的光纤实施方式(见 图11-16)包括纤芯折射率曲线，其中纯二氧化硅的中心纤芯区域14的相对 折射率Δ_0MAX=0，被第一环形纤芯区域16围绕。所述第一环形纤芯区域16 的相对折射率-0.1%<Δ₁≤0%,被环绕区域围绕，所述环绕区域对应于第二 环形纤芯区域18，具有折射率Δ_2MIN。在对应于实施例10-15的光纤实施方 式中，第二环形纤芯区域18满足-0.5%≤Δ_2MIN≤-0.27%,例如Δ_2MIN可以等 于-0.29,-0.3,-0.35,-0.38,-0.4,-0.47,或者其间的任意数值。所述环绕区域 (第二环形纤芯区域16)被第三环形纤芯区域18围绕，所述第三环形纤芯区 域18具有折射率Δ₃>Δ_2MIN。在对应于实施例10-15的光纤实施方式中，-0.38 %≤Δ₃≤-0.26%。

光纤的一些实施方式具有以下模型化的值:光纤截止波长λc为1321 nm至1580nm,1550纳米处的有效面积为90μm²≤A_eff≤160μm²,1550纳米 处的色散D为18-25ps/nm/km,更优选为19-23.5ps/nm/km,在1550纳米处 的衰减小于0.175dB/km,例如为0.165-0.175dB/km。表1的示例性光纤已 经模型化，模型化的光纤性能列于表2A和2B。

表-2A

表-2B

在表2A和2B中,术语“斜率1310”和“斜率1550”分别表示在波长1310 纳米和1550纳米处的色散斜率，单位为ps/nm²/km;“MFD 1310”和“MFD 1550”分别表示在波长1310纳米和1550纳米处的模场直径，单位为微米; “Aeff 1310”和“Aeff 1550”分别表示在波长1310纳米和1550纳米处光纤的 有效面积，单位为微米²;“D 1625”表示波长1625纳米处的色散，单位为 ps/nm/km,“衰减1550”表示波长1550纳米处的衰减，单位为dB/km,术语 “λ₀”表示零色散波长，单位为纳米。

光纤实施例16-23

图17显示本发明光纤10的两个实施方式(光纤实施例16和17)的模 型化折射率曲线。这些光纤包括纤芯12和围绕纤芯的包层20，所述纤芯 在1550纳米处的的有效面积约为110μm²。所述纤芯12包括纯二氧化硅 中心纤芯区域14和第一环形纤芯区域16，所述纯二氧化硅中心纤芯区域 14从中线沿径向向外延伸至半径0μm≤r₀≤2μm,所述第一环形纤芯区域 16延伸至外半径r₁,其中r₁约为5μm。所述第二环形纤芯区域18围绕第 一环形纤芯区域，相对于第一环形纤芯区域16是负掺杂的。所述第二环形 纤芯区域延伸至外半径r₂,在光纤实施例16中，r₂约为17μm，在光纤实 施例17中，r₂约为25μm。下表3A列出光纤实施例16和17的光学参数。

表3A-光纤实施例16和17的光学参数。

下表3B列出了另一组示例性光纤实施方式的光纤实施例18-21的表 征。

表3B-光纤实施例18-21

图18显示(制造的)光纤实施例22的折射率曲线该光纤测得的Aeff为 110μm²，在1550纳米的衰减为0.167dB/km。下表(4a和4b)提供了光纤实 施例22的光学参数。

表4a

表4b.预测的光学性质

图19显示(制造的)光纤实施例23的折射率曲线。制得折射率曲线1。 该光纤测得的Aeff为110μm²，在1550纳米的衰减小于0.17dB/km。下表 (5a和5b)提供了光纤实施例23的光学参数。

表5a.测得的光学性质

表5b.预测的光学性质

实施例24、25和26-34

表6A列出另外两个实施例24和25的测得的特征，图20显示了实施 例24的光纤测得的折射率曲线。表6B总结了根据本发明制造的长度超过 500千米的光纤测得的属性的平均值、最大值和最小值。表6A和6B的光 纤实施方式具有碱金属掺杂的第一纤芯12以及氟掺杂的第二环形纤芯区域 18。这些光纤的有效面积A_eff大于100μm²,优选大于110μm²,更优选大 于115μm²,更优选大于120μm²。这些光纤实施方式的光缆截止小于1520 nm,更优选小于1500nm，更优选小于1450nm。通常这些光纤实施方式的 衰减(例如参见表6A和6B)小于0.17dB/km,更优选小于0.16dB/km,更优 选小于0.155dB/km。

表6A.(光纤实施例24,25)

表6B.

表7列出另一组光纤实施方式的实施例26-34的曲线参数和模型化特 征。图21是本发明另两个光纤实施方式(表7中的29和33，有效面积大于 115μm²)的折射率曲线图。表7的示例性光纤实施方式的一般性质如下:在 有效面积大于115微米²的光纤实施方式中，光纤的初级涂层的杨氏模量小 于1.0Mpa，次级涂层的杨氏模量大于1200Mpa。实施例26-34的1550衰 减值小于0.175dB/km,优选小于0.17dB/km,光缆截止波长<1500nm,优 选<1450nm,有效面积>110μm²,更优选>120μm²,更优选>130μm²。横 向负荷金属丝网(LLWM)微弯曲损耗<5dB,优选<4dB,更优选<3dB。 LP11截止波长优选为1350-1500nm,更优选为1380-1450nm。

在实施方式26-34中,-0.2%≤Δ₀=≤0.2%,-0.065%≤Δ₁(r=2.5μm)≤0%, -0.065%≤Δ_1max≤0.0%,-0.5%≤Δ_2MIN≤-0.27%,-0.4%≤Δ₃≤-0.2%(优选 -0.3%≤Δ₃≤-0.2%),并且r₁/r₂为0.2≤r₁/r₂≤0.3,并且r₂<30。第二环形纤芯 区域的体积优选小于-40%-μm²,更优选小于-50%-μm²,曲线的体积是通过 将第二环形纤芯区域的折射率相对于包层区域折射率的径向加权差积分而 计算:

$V=\underset{r_1}{\overset{r_2}{\int }}({\Delta }_2\left(r\right)-{\Delta }_3)\mathrm{r>}$

为了帮助将光能约束在纤芯之内，从而尽可能减少微弯曲损耗，将大 的有效面积和低衰减相结合，人们需要获得更负的曲线体积。在实施例 26-34中,第一环形纤芯区域的半径与第二纤芯区域的外半径之比r1/r2小 于0.4,优选小于0.3，更优选为0.2-0.3。表7给出的微弯曲品质因数(MFOM) 是揭示了微弯曲和色散之间的关系的参数。

$\mathrm{MFOM}=C\frac{{\left(\mathrm{Aeff}\right)}^2}{\left(D\right)\left(\mathrm{LP}11\right)}$

式中D是1550纳米的光纤色散,C是涂层造成的微弯曲减少的度量, LP11是LP11模式的理论截止波长。微弯曲品质因数(MFOM)优选<0.6,更 优选<0.55,更优选为0.45-0.5。

表7

表8给出了根据表7的实施例29制造的两种光纤测得的性质。表7的 光纤实施方式具有碱金属掺杂的第一纤芯12以及氟掺杂的第二环形纤芯区 域18。这些光纤的有效面积A_eff大于115微米²,优选大于120微米²,更 优选大于125微米²。这些光纤实施方式的光缆截止小于1520nm,更优选 小于1500nm，更优选小于1450nm。这些光纤实施方式常规的衰减小于 0.175dB/km,更优选小于0.17dB/km。

表7.(光纤实施例29)

图22显示了模型化的LLWM对于MFOM的依赖关系。在这两种参数 之间有极佳的相关性,因此该新的度量是极佳的用来评价特定光纤设计的 微弯曲敏感性的手段。还揭示了较低色散的光纤具有较高微弯曲敏感性的 原因。在图22中，上方的曲线显示了用标准涂层制造的低衰减光纤具有可 以接受的微弯曲损耗(LLWM<2dB)，微弯曲品质因素的值最高约为0.45。 由此将光纤的有效面积限制在大约115μm²。图22中下方的曲线显示了提 供更强耐微弯曲性的涂层能够带来较大的MFOM值,由此使得最大LLWM 值延伸至约为4dB,由此使得可以获得明显更大的有效面积。通过将表7 的曲线设计与具有极佳的耐微弯曲性的涂层相结合，可以获得有效面积最 高达140μm²的低衰减光纤。

我们发现初级涂层和次级涂层的某些组合能够显著改进微弯曲性能， 因此显著改进总体衰减，使得光纤的有效面积增大到≥115μm²,优选≥120 μm²，更优选≥130μm²。有效面积至少为115μm²的光纤优选包括初级涂层 P，所述初级涂层与所述包层20接触并围绕所述包层20。所述初级涂层P 的杨氏模量小于1.0MPa,优选小于0.9MPa,在优选的实施方式中不大于 0.8MPa。所述光纤还包括次级涂层S，所述次级涂层S与所述初级涂层P 接触并围绕所述初级涂层P。所述次级涂层S的杨氏模量大于1200MPa,更 优选大于1400MPa。

在本文中，初级涂层的固化聚合物材料的杨氏模量、致断伸长和抗张 强度是使用拉张测试设备(例如Sintech MTS张力测试仪或因斯卓通用材料 测试系统(INSTRON Universal Material Test System))对厚度约为0.003"(76 微米)至0.004"(102微米)、宽度约为1.3厘米的薄膜状材料样品测量的,测 量采用的测量长度为5.1厘米,测试速度为2.5厘米/分钟。

在示例性的实施方式中，初级涂层P的玻璃化转变温度优选低于涂覆 的光纤的最低预计使用温度。在一些实施方式中，所述初级涂层P的玻璃 化转变温度低于-25°C,更优选低于-30°C。初级涂层P的折射率优选高于光 纤包层的折射率，以使其能够将偏离的光信号从光纤的纤芯提取出来。例 如，传输光纤的纤芯和包层在1550纳米波长下的折射率分别为1.447和 1.436;因此，希望初级涂层P在1550纳米的折射率大于1.44。所述初级涂 层P应当在热老化和水解老化过程中保持足够的对玻璃光纤的结合性,但 是又可以从玻璃光纤上剥下以进行叠接。所述初级涂层P的厚度通常为 25-50μm(例如约为32.5μm)，可以以液态的形式施涂于光纤，然后固化。

所述初级涂层P优选是包含低聚物和至少一种单体的初级可固化组合 物的固化产物。用来形成初级涂层的初级可固化组合物还可以包含光引发 剂。

对本领域技术人员显而易见的是，可以在不偏离本发明的精神和范围 的情况下对本发明进行各种修改和变化。因此，本发明人的意图是本发明 覆盖本发明的修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求书和其等 同内容的范围之内。