本發明涉及光纖技術領域，特別是涉及一種大有效面積光纖。
背景技術：
光纖的傳輸速率越快，無誤碼傳輸所需要的訊雜比就越大。從光纖上來說，(1)系統的訊雜比和入射到光纖的訊號光功率成正比，而光功率又正比於光纖的有效面積。(2)訊雜比反比於系統中光纖的損耗。因此，可以通過提高光纖的有效面積和降低光纖的損耗來提高訊雜比。正因為此，下一代光纖的發展方向是大有效面積和低損耗。
目前，用於陸地傳輸系統線路的普通單模光纖，其有效面積僅約80μm2左右，而在陸地長距離傳輸系統中，對光纖的有效面積要求更高，一般而言其有效面積在100μm2以上。然而，增大光纖有效面積，伴隨巨集彎和微彎損耗的增大。損耗也會隨著巨集彎/微彎損耗的增加而增大，從而限制了光纖有效面積的擴大。另一方面，製造光纖時採用摻雜劑如geo2(二氧化鍺)、f(氟)等提高或降低石英玻璃的折射率，形成光纖波導結構。芯層和包層摻雜geo2、f會引起純石英玻璃粘度的降低。由於光纖芯層和包層材料粘度不匹配容易使光纖中產生殘餘應力和斷鍵，會增加光纖的損耗。
公開號為cn101688946a的專利文獻，提出了一種非純矽芯的大有效面積光纖設計，該光纖採用階躍型下陷包層結構設計，且下陷層遠離芯層。光纖的有效面積達到110μm2～155μm2，截止波長小於1450nm，1550nm的衰減小於0.22db/km。但是這種光纖的下陷層採用了大量的氣泡填充，製造工藝複雜，不易控制，且不利於光纖的熔接。也有其他專利文獻採用了類似的剖面設計，該光纖的下陷層採用氟摻雜降低折射率，為了降低光纖的巨集彎損耗，要求有較大的下陷層體積，一般可採用pcvd或mcvd等管內沉積工藝形成摻氟二氧化矽層實現。由於摻氟時會造成沉積效率降低從而增加沉積時間，同時管內沉積工藝受限於沉積管尺寸無法製造大尺寸芯棒，製造成本較高。
現有專利文獻中也公開了不同光纖剖面結構的大有效面積光纖設計，但這些光纖的折射率剖面複雜，含有3層以上的包層或含有漸變折射率結構的芯層，實際生產中製造比較困難，製造成本較高，而且這類光纖未對光纖的芯包粘度匹配進行優化，容易使光纖中產生殘餘應力和斷鍵，會增加光纖的損耗。
因此，現有技術的問題在於，無法以簡單、易於實現的結構使芯層與內包層之間的粘度達到理想的匹配。
技術實現要素：
為了解決現有技術存在的問題，本發明提供了一種結構簡單且易於實現的大有效面積光纖。
一種大有效面積光纖，由中心向外依次設有：芯層、一內包層及一外包層，其中芯層及內包層以二氧化矽作為基底材料並摻入摻雜劑，外包層為純二氧化矽層，芯層半徑為4.5～6.5μm，且芯層的相對折射率差δ1為0.23％～0.35％；內包層半徑為16.0～32.5μm，且內包層的相對折射率差為(-0.09％)～(-0.02％)，芯層和內包層粘度對數的差值的絕對值不大於0.105。
進一步而言，芯層的摻雜劑為單一摻雜劑geo2，芯層的相對折射率差δ1滿足公式：
δ1＝100％*(n1-nc)/nc，
n1為摻雜geo2後折射率，nc為純二氧化矽的折射率。
進一步而言，內包層的摻雜劑為單一摻雜劑f，內包層的相對折射率差δ2滿足公式：
δ2＝100％*(n2-nc)/nc，
n2為摻雜f後折射率，nc為純二氧化矽的折射率。
進一步而言，所述大有效面積光纖的塗覆層有兩層，由中心向外依次為內塗覆層和外塗覆層，其中內塗覆層的外徑為185～200μm，外塗覆層的外徑為240～255μm，且內塗覆層的彈性模量不大於1.0mpa，外塗敷層的彈性模量不小於900mpa。
進一步而言，所述大有效面積光纖在1550nm波長處的有效面積為105～135μm2。
進一步而言，所述大有效面積光纖的成纜截止波長不大於1500nm。
進一步而言，所述大有效面積光纖在1550nm波長處的色散為17～23ps/(nm*km)。
進一步而言，所述大有效面積光纖在1550nm波長處的損耗為不大於0.190db/km。
進一步而言，所述大有效面積光纖30mm的彎曲半徑繞100圈在1625nm波長處的巨集彎損耗不大於0.1db。
本發明的優點在於，通過摻雜劑的選擇和摻雜濃度的控制以簡單結構、較低的摻雜量實現了芯包層粘度匹配，減少光纖的損耗，降低了製造工藝的複雜程度和成本；通過塗覆層的彈性模量進一步降低了光纖的損耗。
附圖說明
圖1為本發明的大有效面積光纖的結構示意圖；
圖2為圖1所示大有效面積光纖的折射率剖面圖。
具體實施方式
下面將參照附圖及實施例詳細描述本發明。
如圖1所示，本發明的大有效面積光纖從內向外包括芯層1、內包層2，外包層3，內塗覆層4以及外塗覆層5。其中芯層1及圍繞芯層1的內包層2以合成石英(sio2)作為基底並加入摻雜劑，圍繞內包層2的外包層3為純sio2。圍繞外包層3的內塗覆層4和圍繞內塗覆層4的外塗覆層5的主要成分為光固化樹脂。本發明的有效面積是指在波長1550nm處的有效面積。
圖2為大有效面積光纖的折射率剖面圖。橫軸表示光纖的各層剖面半徑，縱軸表示各層對應的相對折射率差。光纖剖面的設計應該易於製造，並且成本較低。
大規模生產中，製造成本是乙個關鍵因素。折射率剖面複雜的光纖，以及芯層和/或內包層或外包層摻雜濃度高的光纖，一般製造都比較困難，並且成本較高。特別是相對於芯層為純sio2，內包層和外包層摻f(氟)的光纖，芯層摻geo2(二氧化鍺)的光纖製造成本較低。
如圖2所示，本發明大有效面積光纖為內包層下陷型階躍型折射率分布，易於採用vad工藝規模化製造，成本較低。
圖2中的1』為圖1中的芯層1所對應的折射率n1，其通過摻雜正摻雜劑geo2提高折射率，芯層1的相對折射率差為芯層半徑為r1；圖2中的2』為圖1中的內包層2所對應的折射率n2，其通過摻雜負摻雜劑f降低折射率，內包層2的相對折射率差為內包層2半徑為r2；圖2中的3』為圖1中的外包層3所對應的折射率n3，外包層3為純石英，且本發明中nc＝n3。通過調節芯層1和內包層2的折射率剖面分布可以改變光纖的效能引數。製造預製棒和拉製光纖的過程中由於摻雜劑的擴散可能會引起折射率分布偏離理想的階躍型分布，如出現拐角變圓，芯層折射率出現凹陷等現象。
根據本發明，芯層半徑為4.5～6.5μm，芯層相對折射率差δ1為0.23％～0.35％；內包層半徑為16.0～32.5μm，相對折射率差δ2為(-0.09％)～(-0.02％)。外包層3直徑典型值為125μm。與常規的g.652光纖相比，本發明的光纖芯層折射率較低，摻geo2量較小，可減少瑞利散射損耗。同時在保持δ不變的前提下，通過降低內包層的下陷深度，可進一步降低芯層的折射率(減少geo2的摻雜量)。
芯層1通過摻雜geo2來提高折射率，內包層2通過摻雜f來降低折射率。石英玻璃光纖摻雜geo2和f後，玻璃的粘度將會發生改變。在給定溫度下玻璃粘度的對數與相對折射率差的關係可由下式進行計算：
logη＝k0+kfδf+kgeδge
其中，η為摻雜後玻璃的粘度，δf和δge分別為摻雜f和geo2後玻璃的相對折射率差。該公式在摻雜濃度較低時有效。k0為純二氧化矽粘度的對數，與溫度相關，kf和kge是假定與溫度無關的常數，其計算公式如下：
k0＝log[ηsio2(t)]
1700～2000℃時，kf＝1.5，kge＝-0.5，2000℃以上時k0＝6.1。
由於光纖的芯層1中和內包層2中的摻雜劑種類以及含量的不同，因此具有不同的粘度。為了達到粘度匹配，可通過調整光纖中芯/包層的geo2和f的摻雜量，使芯層1和內包層2具有統一或相近的粘度。
本發明大有效面積光纖芯層1粘度ηxore的對數計算公式為：
為常數，為摻geo2的芯層相對折射率差，在本發明中即δ1。為了降低光纖損耗，芯層1中應儘量減少摻雜劑的種類和摻雜劑的濃度，優選為單摻geo2。
大有效面積光纖內包層2粘度ηclad對數為：
為常數，即上文中內包層2摻f的相對折射率差，在本發明中即δ2。由於在給定芯包相對折射率差的情況下，內包層2折射率越低，相應的芯層1折射率也越低，即geo2的摻雜濃度可減少，從而進一步降低光纖的瑞利散射，達到降低衰減的目的。
根據本發明，芯層1和內包層2粘度對數的差值的絕對值滿足條件：
本發明的光纖芯層摻鍺濃度和內包層摻氟濃度較低，因此比較容易精確控制，生產成本低。
本發明的光纖在1550nm處的有效面積為105～135μm2。
光纖成纜截止波長不大於1500nm。
光纖在1550nm的色散在17～23ps/(nm*km)，優選為18～20ps/(nm*km)。
光纖在1550nm處的損耗為不大於0.190db/km，優選為不大於0.185db/km。
光纖30mm的彎曲半徑繞100圈在1625nm的巨集彎損耗不大於0.1db，優選為不大於0.05db。
相對於常規g.652光纖，由於大有效面積光纖芯層1半徑的增大和相對折射率差的減小會導致光纖微彎損耗的增加：
其中γ為由微彎引起的損耗，n為單位長度上平均高度(h)的隆起數，b為塗覆光纖的外徑，a為芯層半徑，δ為芯包相對折射率差ef和e分別為裸光纖和塗覆層的彈性模量。由於受到通訊光纖標準的限制，光纖的塗覆層外徑b和裸光纖的彈性模量ef無法進一步調整。因此只能降低內塗覆層4的彈性模量e，從而減小微彎損耗。
本發明光纖的內塗覆層4的彈性模量不大於1.0mpa；此外，增大外塗覆層5的彈性模量，可以獲得更小的微彎損耗。本發明光纖的外塗覆層5的彈性模量不小於900mpa。內塗覆層4的外徑為185～200μm，外塗覆層5的外徑為240～255μm。
表1表2
對比表1和表2可以看出，採用本發明的結構、摻雜劑、相對折射率差，可以以一種簡單的結構和較低的成本實現芯層與內包層粘度的匹配，避免光纖中產生殘餘應力和斷鍵。另外，控制塗覆層的彈性模量，能夠降低光纖損耗。
本發明的優點在於，通過摻雜劑的選擇和摻雜濃度的控制以簡單結構、較低的摻雜量實現了芯包層粘度匹配，減少光纖的損耗，降低了製造工藝的複雜程度和成本；通過塗覆層的彈性模量進一步降低了光纖的損耗。
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