Оптическое волокно (варианты)

 

Изобретение используется в волоконно-оптических линиях связи. Оптическое волокно содержит слой с высокой концентрацией германия, расположенный по центру оптического волокна и имеющий концентрацию оксида германия 0,1 мас.% или более относительно общей массы слоя с высокой концентрацией германия, и слой с низкой концентрацией германия, расположенный вокруг слоя с высокой концентрацией и содержащий оксид германия с концентрацией менее 0,1 мас.% относительно общей массы слоя с низкой концентрацией германия. По первому варианту коэффициент рассеяния оптической мощности из слоя с высокой концентрацией германия в слой с низкой концентрацией германия в используемой полосе длин волн равен 0,4% или менее относительно полной оптической мощности, распространяемой через оптическое волокно. По второму варианту внешний диаметр слоя с высокой концентрацией германия по меньшей мере в 2,6 раза больше диаметра поля моды в используемом диапазоне. Обеспечено повышение водородостойкости волокна. 2 с. и 4 з.п. ф-лы., 1 табл., 12 ил.

Область изобретения Изобретение относится к оптическому волокну, имеющему улучшенную характеристику водородостойкости.

Предшествующий уровень техники Характеристика водородостойкости является одной из характеристик оптического волокна, изготовленного из кварцевого стекла, которые важны для пропускания оптического волокна.

На фиг. 11 изображен график, показывающий зависимость потерь от длины волны до и после воздействия водорода на обычное оптическое волокно в условиях, когда оно подвергается воздействию 100%-го водорода при температуре 30^oС в течение 21 часа. В следующем ниже описании оптическое волокно подвергается воздействию водорода при тех же самых условиях.

На фиг.11 кривая А показывает величину потерь до воздействия, а кривая В показывает величину потерь после воздействия. Для того чтобы пояснить эффекты воздействия водорода, увеличение потерь до и после воздействия водорода показано с помощью кривой С на фиг.12.

В результате воздействия водорода образуется высокий пик увеличения потерь вблизи 1530 нм, и низкий пик увеличения потерь получается вблизи 1580 нм. Как описано ниже, пик вблизи 1580 нм вызван только влиянием водорода, и пик вблизи 1530 нм вызван суммарным влиянием водорода и пероксильных радикалов, существующих в оптическом волокне, как описано ниже.

Кривая D показывает увеличение потерь, вычисленное путем вычитания увеличения потерь, вызванного только за счет воздействия водорода, из увеличения потерь, показанного с помощью кривой С, на которой низкий пик вблизи 1580 нм почти подавлен, и остается относительно высоким пик вблизи 1530 нм.

Так как длина волны, используемая для многочисленных целей, в обычной системе оптической связи находится внутри так называемого диапазона с полосой С (от 1530 до 1560 нм), то последовательные изменения потерь, вызванные воздействием водорода вблизи 1530 нм, значительно влияют на характеристики пропускания оптического волокна.

В последние годы часто используются системы мультиплексирования с разделением по длинам волн (МРДВ (WDM)), в которых используется диапазон с центральной длиной волны 1550 нм.

В этих системах предварительно используется усилительная система, которая компенсирует характеристики потерь оптического волокна в широком диапазоне, например от 1530 до 1560 нм.

Однако когда характеристики потерь на рабочей длине волны изменяются с течением времени за счет проникновения водорода в оптическое волокно, усилительная система не может компенсировать характеристики потерь на рабочей длине волны оптического волокна, что таким образом приводит в результате к значительному воздействию на всю систему.

Пик потерь вблизи 1530 нм образуется в результате следующих эффектов.

Когда пероксильная связь, выраженная следующей химической формулой: ≡ Si-O-O-Si ≡ Химическая формула 1 имеет место в заготовке оптического волокна, полученной в условиях атмосферы с избытком кислорода, пероксильная связь распадается с образованием пероксильных радикалов, выраженных следующей химической формулой: ≡ Si-O-O• Химическая формула 2 в оптическом волокне, полученном с помощью плавления и вытягивания из заготовки оптического волокна при определенных условиях. Когда водород проникает в это оптическое волокно, он реагирует с пероксильными радикалами, вырабатывая при этом группу Si-O-O-H, которая вызывает потери вблизи длины волны 1530 нм. В итоге группа Si-O-O-H теряет атом кислорода, образуя при этом группу Si-OH, которая поглощает на длине волны 1380 нм. После образования группы Si-OH даже в случае, когда она подвергается воздействию водорода, поглощения на длине волны 1530 нм не происходит.

Для того чтобы подавить увеличение потерь, предложен способ, в котором условия для плавления и вытягивания оптимизированы с целью уменьшения образования пероксильных радикалов в оптическом волокне. Кроме того, предложен способ, в котором оптическое волокно предварительно обрабатывается в условиях водородной атмосферы.

Однако эти способы имеют различные недостатки, которые заключаются в том, что имеются ограничения на производственное оборудование, и требуются более сложные этапы производства оптического волокна.

Были проведены различные исследования структуры оптического волокна. Например, в Японской предварительной заявке на патент, первая публикация Hei 9-15464, описано оптическое волокно, включающее сердцевину, полученную путем последовательного ламинирования, слой оболочки, осажденный из паровой фазы, и трубчатый выводной слой оболочки, причем трубчатый выводной слой оболочки имеет участок для поглощения водорода, включающий материалы, выбранные для улавливания водорода для того, чтобы по существу предотвратить диффузию водорода в слой оболочки, осажденный из паровой фазы во время получения оптического волокна.

Однако это оптическое волокно имеет различные недостатки, связанные с тем, что способ изготовления имеет ограничения, и его нельзя использовать для получения многоцелевого профиля показателя преломления.

В Японской предварительной заявке на патент, первая публикация Hei 9-171120, раскрыто оптическое волокно, включающее сердцевину, полученную путем последовательного ламинирования, внутренний слои и внешний слои, в котором германий добавляют во внутренний слой, в котором оптическая мощность распространяется из сердцевины для предотвращения образования пероксильных связей, представленное описанной выше химической формулой 1 и вызванное излишком кислорода, и потери возникают в результате реакции между водородом и пероксильной связью.

Однако в Японской предварительной заявке на патент, первая публикация Hei 9-171120, почти неопределенно описано, что значительная величина света распространяется во внутреннюю область оболочки, легированной германием. Кроме того, исследован только специфический профиль показателя преломления оптического волокна, в котором внутренняя область оболочки и внешняя область оболочки изготовлены по существу из того же самого материала. Поэтому оптическое волокно, описанное в Японской предварительной заявке на патент, первая публикация Hei 9-171120, нельзя просто применить к различным профилям показателя преломления, которые предложены в настоящем изобретении.

В частности, постепенное изменение потерь вблизи 1530 нм приводит к негативному воздействию на систему МРДВ. Напротив, хотя предложено оптическое волокно, имеющее относительно сложный профиль показателя преломления, и предназначенное для использования в системе МРДВ, остаются трудности, связанные с применением этого сложного профиля показателя преломления в известном способе и обеспечения стабильной системы.

Сущность изобретения Настоящее изобретение выполнено с учетом особенностей, описанных выше. Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении оптического волокна, имеющего улучшенную характеристику водородостойкости.

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении оптического волокна, в котором подавляется пик потерь, особенно вблизи длины волны 1530 нм, вызванный связью между пероксильными радикалами и водородом.

Кроме того, задача настоящего изобретения предусматривает обеспечение оптического волокна, которое может применяться с различными профилями показателя преломления и имеет характеристику водородостойкости, при которой подавляется пик потерь, особенно вблизи длины волны 1530 нм.

Для того, чтобы устранить недостатки, описанные выше, настоящее изобретение предусматривает оптическое волокно, содержащее слой с высокой концентрацией германия и слой с низкой концентрацией германия, в котором слой с высокой концентрацией германия расположен по центру оптического волокна и содержит оксид германия с концентрацией 0,1 мас.% или более относительно общей массы слоя с высокой концентрацией германия, слой с низкой концентрацией германия расположен вокруг слоя с высокой концентрацией германия и содержит оксид германия с концентрацией менее 0,1 мас.% относительно общей массы слоя с низкой концентрацией германия, и коэффициент рассеяния оптической мощности из слоя с высокой концентрацией германия в слой с низкой концентрацией германия в используемой полосе длин волн составляет 0,4% или менее относительно полной оптической мощности, распространяющейся через оптическое волокно.

Кроме того, настоящее изобретение предусматривает оптическое волокно, содержащее слой с высокой концентрацией германия и слой с низкой концентрацией германия, в котором слой с высокой концентрацией германия расположен по центру оптического волокна и содержит оксид германия с концентрацией 0,1 мас. % или более относительно общей массы слоя с высокой концентрацией германия, слой с низкой концентрацией германия расположен вокруг слоя с высокой концентрацией германия и содержит оксид германия с концентрацией менее 0,1 мас. % относительно общей массы слоя с низкой концентрацией германия, при этом внешний диаметр слоя с высокой концентрацией германия по меньшей мере в 2,6 раза больше диаметра поля моды в используемой полосе длин волн.

В оптическом волокне слой с низкой концентрацией германия может включать в себя оболочку, слой с высокой концентрацией германия может включать в себя сердцевину и промежуточный слой, расположенный между сердцевиной и оболочкой, и максимальное значение показателя преломления сердцевины может составлять 0,25% или намного выше, чем у промежуточного слоя.

В слой оптического волокна с высоким уровнем концентрации германия вместе с оксидом германия можно добавить легирующую примесь, отличную от оксида германия.

Краткое описание чертежей Сущность изобретения иллюстрируется ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых: фиг. 1А и 1В схематически изображают структуру оптического волокна согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.1С изображает профиль показателя преломления оптического волокна;
фиг. 1D изображает распределение концентрации оксида германия в оптическом волокне;
фиг.2А и 2В схематически изображают структуру оптического волокна согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.2С изображает профиль показателя преломления оптического волокна;
фиг. 2D изображает распределение концентрации оксида германия в оптическом волокне;
фиг. 3А-3С изображают профили показателя преломления оптических волокон, используемых для проверки зависимости пика потерь от коэффициента рассеяния оптической мощности;
фиг. 4 изображает график, показывающий зависимость пика потерь от коэффициента рассеяния оптической мощности;
фиг. 5А изображает график, показывающий профиль показателя преломления оптического волокна в примере 1;
фиг.5В изображает график, показывающий распределение концентрации оксида германия в оптическом волокне;
фиг. 6 изображает график, показывающий зависимость величины увеличения потерь в оптическом волокне примера 1 от длины волны;
фиг. 7А изображает график, показывающий профиль показателя преломления оптического волокна в примере 2;
фиг.7В изображает график, показывающий распределение концентрации оксида германия в оптическом волокне;
фиг. 8 изображает график, показывающий зависимость величины увеличения потерь в оптическом волокне примера 2 от длины волны;
фиг. 9А изображает график, показывающий профиль показателя преломления оптического волокна в примере 3;
фиг.9В изображает график, показывающий распределение концентрации оксида германия в оптическом волокне;
фиг. 10 изображает график, показывающий зависимость величины увеличения потерь в оптическом волокне примера 3 от длины волны;
фиг. 11 изображает график, показывающий зависимость потерь традиционного оптического волокна от длины волны до и после воздействия водорода;
фиг. 12 изображает график, показывающий зависимость величины увеличения потерь от длины волны, которая вычислена путем вычитания величины увеличения потерь, вызванного только воздействием водорода, из величины увеличения потерь оптического волокна до и после воздействия водорода, которое показано на фиг.11.

Подробное описание изобретения
В настоящем изобретении используемую полосу длин волн выбирают в соответствии с назначенной целью: например, выбирают из диапазона длин волн вблизи 1,55 мкм. Специфический пример используемой полосы длин волн включает в себя диапазон с полосой С (от 1530 до 1560 нм), описанный выше.

Настоящее изобретение будет объяснено подробно посредством двух вариантов осуществления.

(1) Первый вариант осуществления
На фиг. 1A-1D показано оптическое волокно, имеющее профиль показателя преломления сегментированной сердцевины, который получают с помощью способа осевого осаждения из паровой фазы (ОПФ (VAD)).

Хотя действительный профиль показателя преломления имеет округленный пик и форму впадины, на фиг.1С показан типичный пример профиля показателя преломления. Профиль показателя преломления предназначен для увеличения площади эффективного поперечного сечения сердцевины (Аэф), требуемой в линии передачи МРДВ, и подходит для подавления дисперсионного наклона.

Это оптическое волокно состоит из слоя 1 с высокой концентрацией германия, включающего 0,1 мас. % или более оксида германия и слоя 2 с низкой концентрацией германия, включающего менее 0,1 мас.% оксида германия, который расположен вокруг слоя 1 с высокой концентрацией германия и имеет постоянный профиль показателя преломления.

Ниже приводится описание верхнего предела концентрации оксида германия, который содержится в слое 1 с высокой концентрацией германия. Нижний предел концентрации оксида германия, который содержится в слое 2 с низкой, концентрацией германия, равен нулю.

В этом варианте осуществления в чистое кварцевое стекло в качестве легирующей примеси добавляют только оксид германия. Так как германий вызывает увеличение показателя преломления, которое показано на фиг.1С для профиля показателя преломления и на фиг.1D для распределения концентрации оксида германия, картина профиля показателя преломления идентична картине распределения концентрации оксида германия, и показатель преломления у слоя 1 с высокой концентрацией германия выше, чем у слоя 2 с низкой концентрацией германия.

Слой 1 с высокой концентрацией германия состоит из сердцевины 7, включающей в себя центральную сердцевину 3, образованную путем ламинирования из центрального положения, промежуточную часть 4 и кольцевую сердцевину 5, и из промежуточного слоя 6, образованного по окружности сердцевины 7.

Слой 2 с низкой концентрацией германия состоит из оболочки 8. Промежуточный слой 6 образован между сердцевиной 7 и оболочкой 8.

Показатель преломления в промежуточной части 4 ниже, чем в центральной сердцевине 3, и показатель преломления в кольцевой сердцевине 5 ниже, чем в центральной сердцевине 3, и выше, чем в промежуточной части 4.

Показатель преломления промежуточного слоя 6 постепенно уменьшается наружу и становится почти идентичным на границе между промежуточным слоем 6 и слоем 2 с низкой концентрацией германия показателю преломления слоя 2 с низкой концентрацией германия.

Слой 2 с низкой концентрацией германия включает в себя внутренний слой 2а и внешний слой 2b. Слой 1 с высокой концентрацией германия и внутренний слой 2а получают в процессе выполнения этапов согласно способу ОПФ. Внешний слой 2b получают с помощью способа внешнего осаждения из паровой фазы, в котором частицы диоксида кремния осаждаются снаружи внутреннего слоя 2а.

В обычном оптическом волокне центральная область, где показатель преломления является высоким, представляет собой область сердцевины и область вокруг области сердцевины, в которой распределение показателя преломления поддерживается практически на постоянном уровне, и показатель преломления ниже, чем в области сердцевины, представляет собой область оболочки. В этом варианте осуществления область сердцевины включает в себя область от центральной сердцевины 3 до кольцевой сердцевины 5, и область оболочки включает в себя область слоя 2 с низкой концентрацией германия. Кроме того, между сердцевиной 7 и слоем 8 образован промежуточный слой 6.

Для того чтобы использовать оптическое волокно в качестве линии передачи, относительная разность показателей преломления определяется формулой
Δ=(n_серд-n_{пром.cл.})/n_{пром.сл.}•100(%)≥0,25 (%),
где n_серд- максимальный показатель преломления сердцевины,
n_{пром.сл.}- максимальный показатель преломления промежуточного слоя.

Максимальное значение показателя преломления сердцевины 7 специально не ограничивается. Например, хотя относительная разность показателей преломления оптического волокна, используемого для передачи МРДВ, обычно устанавливается равной 1,0% или менее, относительную разность показателей преломления оптического волокна, используемого для компенсации дисперсии, можно установить на уровне более 1,0%.

Таким образом, промежуточный слой 6, в котором максимальное значение показателя преломления ниже, чем у сердцевины 7, формируют между слоем 1 с высокой концентрацией германия и слоем 2 с низкой концентрацией германия, и показателем преломления и диаметром промежуточного слоя 6 регулируют независимо от сердцевины 7 для того, чтобы управлять коэффициентом рассеяния оптической мощности из слоя 1 с высокой концентрацией германия в слой 2 с низкой концентрацией германия при сохранении необходимых оптических характеристик.

Предпочтительным обстоятельством является то, что показателем преломления и распределением показателя преломления промежуточного слоя 6 можно управлять с возможностью получения подходящим образом оптического волокна с требуемыми оптическими характеристиками. Например, когда показатель преломления промежуточного слоя 6 выше, чем у оболочки 8, длина волны отсечки становится более длинной, что может вызывать нежелательное уширение в распределении показателя преломления. Таким образом, может потребоваться управляемый показатель преломления промежуточного слоя 6.

Внешний диаметр сердцевины 7 и ширину промежуточного слоя 6 можно определить в соответствии с необходимым показателем преломления или необходимым распределением электрического поля, вызванного показателем преломления, и можно подходящим образом изменить в соответствии с необходимыми условиями.

На фиг.1С и 1D кривыми линиями Е(r) показано уширение электрического поля в оптическом волокне на длине волны 1550 нм в используемой полосе длин волн. Как показано на этих чертежах, хотя свет в основном распространяется по центру оптического волокна, то есть в слое 1 с высокой концентрацией германия, свет немного рассеивается вблизи слоя 1 с высокой концентрацией германия, то есть в слое 2 с низкой концентрацией германия.

В оптическом волокне согласно настоящему изобретению коэффициент рассеяния оптической мощности из слоя 1 с высокой концентрацией германия в слой 2 с низкой концентрацией германия устанавливают на уровне 0,4% или менее, и более предпочтительно на уровне 0,2% или менее относительно полной оптической мощности, распространяющейся через оптическое волокно. Как показывают результаты экспериментальных исследований, описанные ниже, когда коэффициент рассеяния оптической мощности больше 0,4%, то становится невозможным улучшение характеристик водородостойкости.

Коэффициент рассеяния оптической мощности можно альтернативно представить с помощью диаметра поля моды (ДПМ), который показывает величину электрического поля света, распространяющегося через оптическое волокно. То есть внешний диаметр D слоя 1 с высокой концентрацией германия устанавливают по меньшей мере в 2,6 раза больше, более предпочтительно по меньшей мере в 2,8 раза больше ДПМ, для того чтобы сформировать ту же самую структуру, которая была получена при выборе коэффициента рассеяния оптической мощности, равной 0,4% или менее, более предпочтительно 0,2% или менее, как описано выше. Среди этих условий, накладываемых на коэффициент рассеяния оптической мощности и внешний диаметр D, является то, что когда первое выполняется, то другое выполняется обязательно.

Поэтому оптическое волокно согласно настоящему изобретению можно характеризовать коэффициентом рассеяния оптической мощности или отношением внешнего диаметра D слоя 1 с высокой концентрацией германия к ДПМ, которые выбирают в соответствии с требуемыми условиями.

Коэффициентом рассеяния оптической мощности и ДПМ можно подходящим способом управлять в соответствии с профилем показателя преломления у слоя 1 с высокой концентрацией германия. Профиль показателя преломления включает в себя внешний диаметр или показатель преломления каждого слоя. Так как значения показателя преломления в профиле показателя преломления изменяются в соответствии с используемой полосой длин волн, то предпочтительно устанавливать предварительно выбранные оптимальные условия в используемой полосе длин волн.

(2) Второй вариант осуществления
На фиг.2A-2D показан тип оптического волокна с сегментированной сердцевиной, полученный способом модифицированного химического осаждения из паровой фазы (МХОПФ (MCVD)). Среди структур, показанных на фиг.2A-2D, структуры, идентичные структуре, показанной на фиг.1A-1D, обозначены теми же самыми позициями, как и на фиг.1A-1D, и их объяснения опущены.

Профиль показателя преломления второго варианта осуществления подобен профилю показателя преломления первого варианта осуществления за исключением того, что распределение показателя преломления промежуточного слоя 6' вокруг кольцевой сердцевины 5 поддерживается на постоянном уровне, который согласован с показателем преломления слоя 2 с низкой концентрацией германия (оболочка 8).

В соответствии со способом МХОПФ исходная кварцевая трубка, например, горизонтально расположена в продольном направлении, в которую подают тетрахлорид кремния, тетрахлорид германия и тому подобное в паровой фазе и нагревают для начала реакции друг с другом посредством горелки, расположенной снаружи кварцевой трубки. В результате этого частицы диоксида кремния, частицы диоксида германия и тому подобное осаждаются на внутренней стенке исходной кварцевой трубки, формируя в результате заготовку оптического волокна.

Как показано на фиг.2А и 2В, слой 2 с низкой концентрацией германия состоит из исходной кварцевой трубки 2d, внутреннего слоя 2с, сформированного внутри исходной кварцевой трубки 2d, и внешнего слоя 2е, сформированного снаружи исходной кварцевой трубки 2d. Слой 1 с высокой концентрацией германия и внутренний слой 2с формируют внутри исходной кварцевой трубка 2d способом МХОПФ, и внешний слой 2е формируют способом внешнего осаждения из паровой фазы.

На фиг.2С показан профиль показателя преломления, и на фиг.2D изображено распределение концентрации оксида германия. В слой 1 с высокой концентрацией германия фтор, который уменьшает показатель преломления, добавляют вместе с оксидом германия.

Профиль показателя преломления слоя 1 с высокой концентрацией германия пропорционален приблизительно концентрации оксида германия, и показатель преломления промежуточного слоя 6' согласовывают с показателем преломления слоя 2 с низкой концентрацией германия путем добавления фтора.

Во втором варианте осуществления коэффициент рассеяния оптической мощности из слоя 1 с высокой концентрацией германия в слой 2 с низкой концентрацией германия составляет 0,4% или менее, и более предпочтительно 0,2% или менее относительно полной оптической мощности, распространяющейся через оптическое волокно тем же самым способом, как описано в первом варианте осуществления. Внешний диаметр D слоя 1 с высокой концентрацией германия по меньшей мере в 2,6 раза больше ДПМ, более предпочтительно по меньшей мере в 2,8 раза больше ДПМ.

Как описано выше, для управления показателем преломления каждого слоя добавляют фтор. Поэтому фтор можно добавлять только в ту часть слоя 1 с высокой концентрацией германия, в которой необходимо уменьшить показатель преломления, или альтернативно во всю часть слоя 1 с высокой концентрацией германия, регулируя при этом количество добавляемого фтора. В данном случае концентрацию добавляемого фтора не ограничивают, и ее можно подходящим образом определить с учетом конкретного использования.

Легирующая примесь, которую можно добавить в слой 1 с высокой концентрацией германия, не ограничивается фтором, и различные элементы, такие как бор, можно использовать в качестве легирующей примеси. Так как германий обладает эффектом увеличения показателя преломления, и фтор обычно известен как материал, обладающий эффектом уменьшения показателя преломления, то фтор обычно используется в качестве легирующей примеси.

Таким образом, при добавлении легирующей примеси совместно с оксидом германия можно получить оптическое волокно, имеющее сложный профиль показателя преломления. Например, часть, имеющую более низкий показатель преломления, чем у оболочки 8, можно сформировать внутри слоя 1 с высокой концентрацией германия. Кроме того, можно подавить увеличение показателя преломления в промежуточном слое 6', которое вызвано добавлением германия, и можно управлять коэффициентом рассеяния оптической мощности в слое 2 с низкой концентрацией германия без влияния на оптические характеристики, которые определяются с помощью распределения показателя преломления в сердцевине 7.

Хотя выше описан только один пример, в котором фтор добавляют вместе в оптическое волокно, полученное способом МХОПФ, фтор можно добавить вместе в оптическое волокно, полученное с помощью другого способа, такого как способ ОПФ или подобного.

В приведенном ниже описании зависимость между коэффициентом рассеяния оптической мощности из слоя 1 с высокой концентрацией германия в слой 2 с низкой концентрацией германия и пиком потерь вблизи 1530 нм, который вызван воздействием водорода, будет объяснено подробно посредством исследований, в которых действительно получают оптические волокна.

На фиг.3А-3С показаны профили показателя преломления оптических волокон, используемых в экспериментах. Все из этих оптических волокон получены с помощью способа МХОПФ, который использовался выше во втором варианте осуществления.

На фиг.3А показатели преломления в промежуточной части 4, промежуточном слое 6' и слое 2 с низкой концентрацией германия, который находится снаружи промежуточного слоя 6', идентичны друг другу. На фиг.3В показатели преломления в промежуточном слое 6' и слое 2 с низкой концентрацией германия идентичны друг другу, и показатель преломления промежуточной части 4 выше, чем у промежуточного слоя 6' и слоя 2 с низкой концентрацией германия. На фиг.3С показатели преломления промежуточного слоя 6' и слоя 2 с низкой концентрацией германия (оболочка 8) идентичны друг другу, и показатель преломления промежуточной части 4 ниже, чем у промежуточного слоя 6' и слоя 2 с низкой концентрацией германия. Для того чтобы получить оптические волокна, имеющие различные профили распределения показателя преломления, фтор добавляют вместе в слой 1 с высокой концентрацией германия и в промежуточный слой 6' так, как это необходимо.

В настоящем изобретении верхний предел количества добавляемого оксида германия не ограничивается особым образом в частях, таких как центральная сердцевина 3 и кольцевая сердцевина 5, где показатель преломления является высоким. Однако верхний предел количества оксида германия, который необходимо добавлять, должен быть равен 1,0 мас.% в таких частях, как промежуточная часть 4 (фиг.3С), в которых относительная разность показателей преломления, основанная на показателе преломления слоя 2 с низкой концентрацией германия, равна менее -0,1%. Когда количество оксида германия, которое необходимо добавлять, находится в диапазоне от 0,1 до 1,0 мас.%, можно улучшить характеристики водородостойкости. Когда количество оксида германия, которое будут добавлять, больше 1,0 мас.%, оптические потери значительно увеличиваются за счет потерь при рэлеевском рассеянии, вызванных излишним количеством германия. Когда фтор добавляют для того, чтобы уменьшить показатель преломления, который увеличивается за счет добавления 1,0 мас.% или более германия, количество добавляемого фтора увеличивается, что также приводит к значительному увеличению оптических потерь, вызванных потерями при рэлеевском рассеянии.

В таблице представлены номера фигур, соответствующие профилям показателя преломления у четырех изготовленных оптических волокон (образцы 1-4) и измеренные значения оптических характеристик четырех оптических волокон.

На фиг. 4 изображен график, показывающий зависимость величины пика потерь, который возникает вблизи 1530 нм после воздействия водорода (фиг.11), от отношения оптической мощности, рассеивающейся из слоя с высокой концентрацией германия в слой с низкой концентрацией германия к полной оптической мощности [Р_SiO2/Р_полная(%)].

Оптическую мощность рассеяния P_SiO2 и полную оптическую мощность Р_полная определяют с помощью следующих формул:


(где r - радиус, E(r) - распределение электрического поля, _{легир ованный} - радиус слоя с высокой концентрацией германия, и r_{оболочки} - половина толщины слоя оболочки).

Как показано на этом графике, коэффициент рассеяния [P_SiO2/Р_полная(%)] пропорционален величине пика потерь. Величина пика потерь предпочтительно мала. Когда величина пика потерь составляет 0,01 дБ/км или менее, более предпочтительно 0,005 дБ/км или менее, можно подавить влияние на характеристики передачи и в целом на всю волоконно-оптическую систему до степени, которая делает оптическое волокно достаточно технологичным.

Как показано на этом графике, коэффициент [P_SiO2/Р_полная(%)] можно установить равным 0,4% или менее для того, чтобы установить величину пика потерь равной 0,01 дБ/км или менее, и коэффициент [P_SiO2/Р_полная(%)] можно установить равным 0,2% или менее для того, чтобы установить величину пика потерь, равную 0,005 дБ/км или менее. Коэффициент [P_SiO2/Р_полная(%)] можно уменьшить путем увеличения внешнего диаметра слоя с высокой концентрацией германия. Поэтому нижний предел внешнего диаметра слоя с высокой концентрацией германия определяют в соответствии с определенным значением коэффициента [P_SiO2/P_полная (%)] . С точки зрения производительности, верхний предел внешнего диаметра слоя с высокой концентрацией германия определяют в соответствии со способом изготовления, таким как способ ОПФ или способ МХОПФ или устройством для изготовления.

Как описано выше, ДПМ можно использовать в качестве параметра, который является эффективным для определения внешнего диаметра слоя с высокой концентрацией германия и альтернативным коэффициенту [Р_SiO2/Р_полная (%)].

Предпочтительные диапазоны значений коэффициента рассеяния оптической мощности и отношения внешнего диаметра слоя с высокой концентрацией германия к ДПМ, которые описаны выше, применяются к заготовке оптического волокна, а также к оптическому волокну, полученному путем вытягивания заготовки оптического волокна. В частности, в процессе способа МХОПФ или способа ХОПФ коэффициент рассеяния оптической мощности и отношение внешнего диаметра слоя с высокой концентрацией германия к ДПМ заготовки оптического волокна можно также оценить с достаточной точностью.

Поэтому подходящий диапазон слоя с высокой концентрацией германия можно установить на этапе получения заготовки оптического волокна.

Хотя оптическое волокно, имеющее профиль показателя преломления типа сегментированной сердцевины, описано посредством примера, тип профиля показателя преломления оптического волокна специально не ограничивается, и можно применять различные типы профиля показателя преломления, например так называемого ступенчатого типа, W-образного, О-образного кольцевого типа или подобного.

Профиль показателя преломления ступенчатого типа состоит, например, из центральной сердцевины, полученной путем ламинирования из центрального положения, побочной сердцевины и оболочки, показатели преломления которых постепенно уменьшаются от центра сердцевины. Профиль показателя преломления W-образного типа состоит, например, из центральной сердцевины, полученной путем ламинирования из центрального положения, боковой сердцевины и оболочки, показатели преломления которых устанавливают так, чтобы они уменьшались в порядке: центральная сердцевина, оболочка и боковая сердцевина. Профиль показателя преломления O-образного кольцевого типа включает в себя сердцевину, имеющую два или более слоя, в которых окружная сердцевина расположена вокруг центральной сердцевины, и показатель преломления окружной сердцевины выше, чем у центральной сердцевины.

Для улучшения характеристики водородостойкости в оптических волокнах, имеющих такие профили показателя преломления, предпочтительно управлять коэффициентом рассеяния оптической мощности так, чтобы он принимал определенное значение в настоящем изобретении при расположении промежуточного слоя между сердцевиной и оболочкой.

Оптическое волокно согласно настоящему изобретению можно использовать для различных целей, таких как компенсация дисперсии или тому подобное, а также для передачи, таких как передачи МРДВ.

Примеры
В следующем ниже описании оптическое волокно согласно настоящему изобретению будет объясняться специально посредством примеров. Во всех примерах используемая длина волны устанавливается равной 1550 нм.

Пример 1
Согласно способу МХОПФ, заготовку оптического волокна получали из кварцевого стекла и затем из нее вытягивали оптическое волокно. Это оптическое волокно имело оптические характеристики, подобные образцу 4, представленному в таблице 1 и на фиг.4.

На фиг. 5А изображен профиль показателя преломления, и на фиг.5В изображено распределение концентрации оксида германия. В этом оптическом волокне оксид германия и фтор добавляли вместе в сердцевину и промежуточный слой, и соответствующими концентрациями оксида германия и фтора в каждом слое управляли так, чтобы получался слой с относительной разностью показателей преломления, основанной на слое с низкой концентрацией германия (оболочка), -0,1% или менее при поддержании концентрации оксида германия на уровне 0,1 мас.% или более.

Коэффициент рассеяния оптической мощности из слоя с высокой концентрацией германия в слой с низкой концентрацией германия был установлен приблизительно равным 0,1% относительно полной оптической мощности.

В этом оптическом волокне внешний диаметр сердцевины был равен 16,3 мкм, внешний диаметр промежуточного слоя был равен 23,1 мкм, и внешний диаметр промежуточного слоя был приблизительно в 2,75 раза больше, чем у ДПМ (8,4 мкм).

Затем оптическое волокно подвергали воздействию водорода и измеряли его характеристики потерь на рабочей длине волны.

На фиг. 6 изображен тот же самый график, как и на фиг.12, в котором непрерывная линия показывает величину увеличения потерь после воздействия водорода, и штриховая линия показывает величину увеличения потерь, вычисленную путем вычитания увеличения потерь, вызванного только влиянием водорода из увеличения потерь после воздействия водорода.

Величина увеличения потерь вблизи 1530 нм, вызванная связью между пероксильным радикалом и водородом, составила 0,0001 дБ/км или менее, и были достигнуты лучшие характеристики водородостойкости.

Пример 2
Согласно способу ОПФ сначала была получена заготовка оптического волокна и затем из нее вытягивали оптическое волокно. Это оптическое волокно имело оптические характеристики, такие же, как и у образца 3, представленного в таблице 1 и на фиг.4.

На фиг. 7А изображен профиль показателя преломления, и на фиг.7В изображено распределение концентрации оксида германия. В этом оптическом волокне, так как только оксид германия был добавлен в сердцевину и промежуточный слой, профиль показателя преломления и соответствующая концентрация оксида германия были идентичны друг другу. Коэффициент рассеяния оптической мощности из слоя с высокой концентрацией германия в слой с низкой концентрацией германия был установлен приблизительно равным 0,1% относительно полной оптической мощности.

В этом оптическом волокне внешний диаметр сердцевины был равен 14,6 мкм, внешний диаметр промежуточного слоя был равен 25,1 мкм, и внешний диаметр промежуточного слоя был приблизительно в 2,7 раза больше ДПМ (9,3 мкм).

Затем оптическое волокно подвергали воздействию водорода и измеряли характеристики потерь оптического волокна на рабочей длине волны. На фиг.8 изображен график, подобный графику, показанному на фиг.6. Как показано на этом графике, величина увеличения потерь, которое вызвано связью между пероксильным радикалом и водородом, была слишком мала для наблюдения.

Пример 3
Согласно способу МХОПФ сначала была получена заготовка оптического волокна и затем из нее вытягивали оптическое волокно. Это оптическое волокно имело оптические характеристики, такие же, как и у образца 1, представленного в таблице 1 и на фиг.4.

На фиг. 9А изображен профиль показателя преломления, и на фиг.9В изображено распределение концентрации оксида германия. В этом оптическом волокне следовое количество фтора добавляли вместе с оксидом германия в сердцевину и промежуточный слой и управляли соответствующей концентрацией оксида германия и фтора каждого слоя.

В этом оптическом волокне внешний диаметр сердцевины был равен 15,7 мкм, внешний диаметр промежуточного слоя был равен 24,3 мкм, и внешний диаметр промежуточного слоя был приблизительно в 2,6 раза больше ДПМ (9,3 мкм). Коэффициент рассеяния оптической мощности из слоя с высокой концентрацией германия в слой с низкой концентрацией германия был установлен приблизительно равным 0,4% относительно полной оптической мощности.

Затем оптическое волокно подвергали воздействию водорода и измеряли характеристики потерь оптического волокна на рабочей длине волны. На фиг.10 изображен график, подобный графику, показанному на фиг.6. Как показано на этом графике, величина увеличения потерь, которое вызвано связью между пероксильным радикалом и водородом, была приблизительно равна 0,008 дБ/км, что было немного больше, чем в примерах 1 и 2. При сравнении этих примеров ожидалось, что внешний диаметр слоя с высокой концентрацией германия можно увеличить для того, чтобы подавить дополнительное увеличение потерь.

Как описано выше, при установке коэффициента рассеяния оптической мощности из слоя с высокой концентрацией германия в слой с низкой концентрацией германия на уровне 0,4% или менее относительно полной оптической мощности, распространяющейся через оптическое волокно, или альтернативно, при установке внешнего диаметра слоя с высокой концентрацией германия по меньшей мере в 2,6 раза больше диаметра поля моды в используемой полосе длин волн, можно улучшить характеристики водородостойкости оптического волокна. В частности, величину увеличения потерь вблизи 1530 нм, вызванную связью между пероксильным радикалом и водородом, можно уменьшить приблизительно до незначительного уровня.

Нет никаких ограничений, наложенных на профиль показателя преломления, и можно использовать различные профили показателя преломления. Кроме того, можно использовать сложный профиль показателя преломления путем добавления легирующей примеси, такой как фтор вместе с оксидом германия по меньшей мере в один слой с высокой концентрацией германия, включающий по мере необходимости сердцевину и промежуточный слой.

Формула изобретения

1. Оптическое волокно, содержащее слой с высокой концентрацией германия и слой с низкой концентрацией германия, в котором слой с высокой концентрацией германия расположен по центру оптического волокна и содержит оксид германия с концентрацией 0,1 мас.% или более относительно общей массы слоя с высокой концентрацией германия, слой с низкой концентрацией германия расположен вокруг слоя с высокой концентрацией германия и содержит оксид германия с концентрацией менее 0,1 мас.% относительно общей массы слоя с низкой концентрацией германия, коэффициент рассеяния оптической мощности из слоя с высокой концентрацией германия в слой с низкой концентрацией германия в используемой полосе длин волн равен 0,4% или менее относительно полной оптической мощности, распространяющейся через оптическое волокно.

2. Оптическое волокно по п.1, отличающееся тем, что слой с низкой концентрацией германия включает в себя оболочку, слой с высокой концентрацией германия включает в себя сердцевину и промежуточный слой, расположенный между сердцевиной и оболочкой, и относительная разность показателей преломления определяется формулой
Δ =(n_серд-n_{пром.сл})/n_{пром.сл}•100(%)≥0,25 (%),
где n_серд - максимальный показатель преломления сердцевины;
n_{пром.сл} - максимальный показатель преломления промежуточного слоя.

3. Оптическое волокно по п.1, отличающееся тем, что легирующая примесь, отличающаяся от оксида германия, добавляется вместе с оксидом германия в слой с высокой концентрацией германия.

4. Оптическое волокно, содержащее слой с высокой концентрацией германия и слой с низкой концентрацией германия, в котором слой с высокой концентрацией германия расположен по центру оптического волокна и содержит оксид германия с концентрацией 0,1 мас.% или более относительно общей массы слоя с высокой концентрацией германия, слой с низкой концентрацией германия расположен вокруг слоя с высокой концентрацией германия и содержит оксид германия с концентрацией менее 0,1 мас.% относительно общей массы слоя с низкой концентрацией германия, внешний диаметр слоя с высокой концентрацией германия по меньшей мере в 2,6 раза больше диаметра поля моды в используемой полосе длин волн.

5. Оптическое волокно по п.4, отличающееся тем, что слой с низкой концентрацией германия включает в себя оболочку, слой с высокой концентрацией германия включает в себя сердцевину и промежуточный слой, расположенный между сердцевиной и оболочкой, и относительная разность показателей преломления определяется формулой
Δ=(n_серд-n_пром.cл)/n_{пром.сл}•100(%)≥0, 25 (%),
где n_серд - максимальный показатель преломления сердцевины;
n_{пром.сл} - максимальный показатель преломления промежуточного слоя.

6. Оптическое волокно по п.4, отличающееся тем, что легирующая примесь, отличающаяся от оксида германия, добавляется вместе с оксидом германия в слой с высокой концентрацией германия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13