[0001] 本申请涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种超低损耗光纤、以及超低损耗光纤的拉丝制备方法。

[0002] 光纤技术自20世纪70年代问世以来，迅速发展并在全球范围内得到广泛应用。随着互联网和数据通信需求的爆炸性增长，光纤通信成为骨干网络的主流技术。光纤不仅用于长距离通信，还逐渐进入城域网、接入网和家庭网络，推动了信息社会的快速发展。

[0003] 目前，现有的掺杂光纤通过在纤芯或包层中掺入特定的元素或化合物，改变光纤的光学性能，以满足不同应用的需求。不同类型的掺杂光纤在光纤放大器、光纤激光器、色散补偿、非线性光学和光纤传感等领域具有广泛的应用。根据具体的应用需求，可以选择合适的掺杂光纤类型，以优化系统性能和实现特定功能。

[0004] 然而，现有的参杂光纤在进行光信号的传输时，存在衰减较高，使用效果不好的问题。

[0041] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

[0042] 首先对本申请所涉及的名词进行解释：

[0043] 芯层(Core)是光纤结构的一个关键部分。它是光纤的中心部分，通常由高纯度的玻璃或塑料制成。芯层的主要功能是传导光信号，其折射率比包层(Cladding)高，以便于光在芯层内通过全内反射进行传输。

[0044] 渐变层是指在光纤的纤芯和包层之间存在的一个过渡区域，其折射率从纤芯到包层逐渐变化。这种渐变层的设计目的是为了减少光在纤芯和包层界面上的反射损耗，从而提高光纤的传输效率和信号质量。

[0045] 外包层(Cladding)指包围在纤芯外层，具有比纤芯稍低的折射率，用于通过全内反射将光信号保持在纤芯内，从而减少信号损耗。

[0046] 涂覆层(Coating)可以由一层或多层聚合物材料组成，主要作用是保护光纤免受物理损伤和环境影响。

[0047] 随着数据爆炸的信息时代的到来，无论是第二产业还是第三产业的发展都极度依赖高速通信网络。光纤通信是目前有线通信的最主流的方式，因为光纤的取材简单、体积小、保密性好、传输速度快等优点被广泛应用。高速光通信网络也由10G、40G慢慢发展为现在常用的100G通信系统，而400G系统也在逐渐完善中。但目前存在的是，由于发送的信息量巨大，光信号在光纤中传输时由于光密度过大很容易造成非线性效应的生成，使得信号的误码率提升。为了降低信号在传输中的非线性效应，降低光信号的光密度是较为有效的方法，因此工程人员设计出了一款具备较大的有效面积光纤可应用于高速光通信系统中，同时使之兼具超低的衰减，可应用于长距离无中继的传输系统如海缆中。

[0048] 单模光纤的有效面积与其模场直径有关。由于在信号传输时，光信号不仅仅在光纤芯层中传输，同时一部分信号会在光纤包层中传输，因此用纤芯直径来表达这一特性不符合实际，因此采用模场直径(MFD)这一概念进行定义。一般来说，模场直径的大小与光纤的纤芯直径成正比，模场直径与有效面积的关系如以下公式所示：

[0049]

[0050] 其中，Aeff表示有效面积，MFD为模场直径，K为修正系数。从式中可以看出，模场直径越大时，有效面积越大。

[0051] 本申请实施例提供的一种超低损耗光纤、以及超低损耗光纤的拉丝制备方法，采用以上设计的光纤不仅具备较低的衰减的同时具备较大的模场直径(典型值12.5μm)，采用的渐变结构以及质量百分比确保了光纤在保证足够折射率差的同时保证了不同层级之间良好的黏流度匹配，使得预制棒在进行熔融后具有更好的一致性和强度，平台层的设计确保了光纤具备较小的缆截止波长，典型衰减值1550nm≤0.17dB/km，光缆截止波长≤1500nm，光纤强度对比一般光纤提升50％～100％。

[0052] 图1为本申请提供的超低损耗光纤的结构示意图，如图1所示，该光纤包括：芯层110，以及依次包覆在芯层110外的第一渐变层120、第二渐变层130、第一平台层140、第二平台层150和外包层160，其中，第一渐变层120的相对折射率差和第二渐变层130的相对折射率差均呈线性变化，且第一渐变层120的相对折射率差的最小值大于第二渐变层130的相对折射率差的最大值，第一平台层140的相对折射率差大于第二渐变层130的相对折射率差的最大值。

[0053] 其中，通过相对折射率差的调整，可以改善光纤的多种性能，比如，模式控制、模间色散、带宽、弯曲性能、色散管理、非线性效应、信号质量、传输距离、制造容差和环境稳定性。这些改进使得光纤能够更好地满足不同应用场景的需求，从高速数据通信到长距离传输，再到高功率激光和放大器应用。

[0054] 同时，由于第一渐变层120的相对折射率差的最小值大于第二渐变层130的相对折射率差的最大值，因此，一方面可以更精确地控制光纤中的模式分布和传播特性，优化光纤的传输性能，减少不同模式之间的干扰，提高信号质量，另一方面也可以增强光纤的抗弯性能，使得较大的折射率差可以使光信号更紧密地限制在纤芯内，从而减少光在弯曲时逸出的可能性，由此可以改善降低光纤的衰减。

[0055] 此外，第一渐变层120的相对折射率差和第二渐变层130的相对折射率差均呈线性变化包括了第一渐变层120的相对折射率差和第二渐变层130的相对折射率差均沿远离芯层110的方向线性递减和均沿远离芯层110的方向线性递增两种情况，其中，当第一渐变层120的相对折射率差和第二渐变层130的相对折射率差均沿远离芯层110的方向线性递增时，可以增加模间色散、并实现特定的光学特性，当第一渐变层120的相对折射率差和第二渐变层130的相对折射率差均沿远离芯层110的方向线性递减时，可以减少模间色散、提高带宽和传输距离、改善弯曲性能和优化模式控制，由此提高光纤的传输性能。

[0056] 图2为本申请实施例提供的超低损耗光纤中各层的相对折射率差图，参见结合图1和图2所示出的内容，超低损耗光纤包括：

[0057] 芯层110，芯层110的最大半径取值为r1，其中，r1数值范围为5.5～7.5μm；芯层110相对折射率差为Δn1，Δn1数值范围为0.05％～0.15％；在本申请实施例中，芯层110的质量百分比满足：

[0058] SiO2：GeO2：F：P＝[1‑(0.2％～2％)‑(0.2％～2％)‑(0～0.35％)]:(0.2％～[0059] 2％):(0.05％～0.5％):(0％～0.35％)。

[0060] 第一渐变层120，第一渐变层120的相对折射率差Δn(r)分布满足：

[0061] Δn(r)＝Δn2+(Δn3‑Δn2)(r‑r1/r2‑r1)α1；

[0062] 其中，Δn2的范围为0～0.05％，Δn3的范围为‑0.2％～0，且Δn2大于Δn3，α1的范围为0.5～2，r1为芯层110的最大半径值，r1的取值范围为5.5～7.5μm，r2‑r1为第一渐变层120的半径取值范围，r2‑r1的取值范围为0.5～2μm。

[0063] 在本申请实施例中，第一渐变层120中二氧化硅、二氧化锗、氟、磷的质量百分比为(1‑a‑b‑c)：a：b：c，其中，a的取值范围0％～1％，b的取值范围为0.01％～0.3％，c的取值范围为0～0.2％，在本申请实施例中，氟可以指氟元素，磷可以指磷元素。

[0064] 第二渐变层130，第二渐变层130相对折射率差Δn(r)分布满足：

[0065] Δn(r)＝Δn4+(Δn5‑Δn4)(r‑r2/r3‑r2)α2；

[0066] 其中，Δn4的范围为‑0.45％～‑0.2％，Δn5的范围为‑0.65％～‑0.4％，且Δn4大于Δn5，α2的范围为0.5～3，r3‑r2为第二渐变层130的半径取值范围，r2‑r1的取值范围为4～12μm。

[0067] 在本申请实施例中，第二渐变层130中二氧化硅和氟的质量百分比为1‑(0.5％～1.5％)：0.5％～1.5％。

[0068] 第一平台层140，第一平台层140的半径范围为r3～r4，其中，r4‑r3的取值范围为8～20μm；第一平台层140的相对折射率差为Δn6，Δn6的取值范围‑0.3％～‑0.1％；在本申请实施例中，第一平台层140的质量百分比满足：

[0069] SiO2：GeO2：F＝[1‑(0％～0.15％)‑(0.3％～1％)]:(0％～0.15％):(0.3％～[0070] 1％)。

[0071] 第二平台层150，第二平台层150的半径范围为r4～r5，其中，r5‑r4的取值范围为6～15μm；第二平台层150的相对折射率差为Δn7，其中，Δn7的取值范围‑0.2％～‑0.05％，且Δn7>Δn6；在本申请实施例中，第二平台层150的质量百分比满足：

[0072] SiO2：GeO2：F＝[1‑(0.1％～0.3％)‑(0.15％～0.5％)]:(0％～0.15％):

[0073] (0.3％～1％)。

[0074] 外包层160，外包层160的半径范围r5～r6，其中，r6的取值范围为62～63μm；外包层160的相对折射率差Δn8＝0，外包层160的材料为纯二氧化硅。

[0075] 内涂覆层170，材料为丙烯酸树脂材料，内涂覆层170的材料需满足：弹性模量≦3
0.7Mpa，且在25℃时涂料黏度为(3000～8000)mPa·s，密度为(0.95～1.3)g/cm，断裂伸长率≥125％，且在涂覆内涂覆层170后的光纤的尺寸为180～205μm。

[0076] 外涂覆层180，材料为丙烯酸树脂材料，内涂覆层170的材料需满足：弹性模量≧3
550Mpa，25℃时涂料黏度为(3000～8000)mPa·s，密度为(0.95～1.3)g/cm，断裂伸长率≥
10％，且在涂覆外涂覆层180后的光纤的尺寸为235～252μm。

[0077] 基于此，本申请实施例提供的一种超低损耗光纤，不仅具备较低的衰减，同时也具备较大的模场直径(典型值12.5μm)，而采用的第一渐变层120和第二渐变曾的结构、以及质量百分比确保了光纤在保证足够折射率差的同时保证了不同层级之间良好的黏流度匹配，使得预制棒在进行熔融后具有更好的一致性和强度，平台层的设计确保了光纤具备较小的缆截止波长，典型衰减值@1550nm≤0.17dB/km，光缆截止波长≤1500nm，光纤强度对比一般光纤提升50％～100％。

[0078] 图3为本申请实施例提供的超低损耗光纤的拉丝制备方法的流程示意图，如图3所示，该拉丝制备方法包括：

[0079] S301、基于预设的预加热温度，将光纤预制棒置于圆弧反射罩中进行预加热处理，得到预加热处理后的光纤预制棒。

[0080] 其中，预加热温度可以为1900～2100℃。

[0081] 光纤预制棒可以为本申请实施例中由芯层，以及依次包覆在芯层外的第一渐变层、第二渐变层、第一平台层、第二平台层和外包层的超低损耗光纤。

[0082] 由于本申请实施例中的超低损耗光纤在芯层中的掺杂量很少，因此其硬度相比掺杂氟的下陷层要软很多，硬度的适配会造成黏流度的适配，在进行熔融时会造成内应力差的存在。为了减少黏度失配，因此在熔融前对光纤预制棒的芯层进行预加热处理。

[0083] S302、将预加热处理后的光纤预制棒进行拉丝涂覆处理，得到带有涂覆层的超低损耗光纤。

[0084] 其中，在本申请实施例中，将预加热处理后的光纤预制棒进行拉丝涂覆处理，得到带有涂覆层的超低损耗光纤的方法可以包括：

[0085] 将预加热处理后的光纤预制棒置于拉丝炉中进行拉丝处理，得到拉丝处理后的光纤；

[0086] 将拉丝处理后的光纤依次通过多个退火保温炉进行保温退火处理，得到保温退火处理后的光纤；

[0087] 将保温退火处理后的光纤进行光纤涂覆处理，并对光纤涂覆处理后光纤上的涂覆层进行固化处理，得到带有涂覆层的超低损耗光纤。

[0088] 其中，光纤拉丝炉为感应拉丝炉和石墨拉丝炉中的一种拉丝炉。

[0089] 拉丝处理可以指在将光纤拉丝炉温度升至1800～2200℃后，将预制棒放置在光纤拉丝炉中进行熔融，然后对熔融后的光纤预制棒进行拉丝。其中，

[0090] 光纤拉丝炉内的熔融环境中充满了保护气体，保护气体优选惰性气体，在一些实施例中，保护气体包括氩气和氦气中的至少一种气体，保护气体的流量为10～50L/min，其中，在保护气环境中，氧气含量≤100ppm。

[0091] 光纤拉丝速度≥50m/min，设拉丝速度为V，内部张力为g，则V值和G值存在的关系为g＝aV+b，其中a的取值区间为0.08‑0.12，b值取值范围为20‑35。

[0092] 保温退火处理可以指在光纤路径上经过n节温度不同的温区(2≦n≦6)，光纤在整个温区中停留时间为(0.1～1)S，不同保温炉温度设置从上至下温度按梯度依次递减设置，光纤进入退火区间温度在1100℃～1600℃之间，完成退火后光纤温度为750℃～900℃。整个退火过程在氮气环境下完成，氮气环境下氧气含量小于200ppm，氮气流量为(5～25)L/min，采用上路进气下路抽气的循环方式，通过循环氮气的方式，除了降低氧气含量的同时，也可以降低退火环境下水分子的含量。

[0093] 光纤涂覆处理可以指采用丙烯酸树脂材料对光纤进行涂覆。光纤的涂覆材料分为两层，分别为内层和外层，其中要求内层材料满足以下要求：弹性模量≦0.7Mpa，25℃时涂3
料黏度为(3000～8000)mPa·s，密度为(0.95～1.3)g/cm ，断裂伸长率≧125％；外涂层材料需要满足以下要求：弹性模量≧550Mpa，25℃时涂料黏度为(3000～8000)mPa·s，密度为
3
(0.95～1.3)g/cm，断裂伸长率≧10％。一次涂层材料涂覆后光纤尺寸为180～205μm，二次涂覆后光纤尺寸为235～252μm。

[0094] 固化处理可以指采用UV固化(Ultraviolet Curing)或LED固化(LED Curing)中的一种，固化环境使用非氧气气体进行隔绝，在一些实施例中，使用的非氧气气体可以为氮气、氦气、氩气中的至少一种气体，单个固化炉气体流量为10L～15L，固化环境下氧气含量小于50ppm，在固化过程中，光纤穿过不同的固化炉时，暴露在空气环境下不得大于0.04S，经固化炉固化后，光纤内涂层固化度为87％～94％，外层固化度为92％～100％，其中外层固化度不得小于内层固化度。

[0095] 图4为本申请实施例提供的使用圆弧反射罩对光纤预制棒进行加热的场景结构偶示意图，如图4所示，光纤预制棒100在进行预加热处理时位于圆弧反射罩400内，圆弧反射罩400与光纤预制棒100表面的最短距离L为2～15cm，其中，在使用圆弧反射罩400对光纤预制棒100进行预加热处理时，当预加热温度为1900～2100℃时，光纤预制棒100的自身会辐射较强的漫反射光，本申请实施例中通过使用圆弧反射罩400，将漫反射光进行反射后集中至弧心处，即光纤预制棒100的芯层位置，从而完成对光纤预制棒100的芯层位置的预加热处理。

[0096] 图5为本申请实施例提供的光纤拉丝设备的结构示意图，如图5所示，该光纤拉丝设备包括：送棒器510、光纤预制棒100、拉丝炉520、保温炉单元530、裸纤测试单元540、裸纤保护管550、涂覆单元560、固化单元570、光纤尺寸测试单元580、收线单元590；其中，送棒器510用于将预加热处理后的光纤预制棒100输送至拉丝炉520，以在拉丝炉520中进行拉丝处理，保温炉单元530用于对拉丝处理后的光纤预制棒100进行保温退火处理，裸纤测试单元
540和裸纤保护管550用于对保温退火处理后的裸光纤进行测试，涂覆单元560用于对裸光纤进行涂覆操作；固化单元570用于对涂覆后的裸光纤进行固化操作；光纤测试单元用于对固化后的光纤进行测试；收线单元590用于对整理收集光纤。

[0097] 本发明光纤的各项参数下强度对比如下表所示：

[0098]

[0099]

[0100] 从以上的描述中，可以看出，本发明的上述的实施例实现了如下技术效果：通过采用在芯层和平台层之间设置第一渐变层和第二渐变层，且通过调整第一渐变层和第二渐变层的相对折射率差的手段，从而改善光纤的模式分布、降低弯曲损耗、提高材料纯度和结构设计、减少制造缺陷以及优化色散特性，使得光纤具有更好的一致性，并使得强度保持在150KPSI以上。

[0101] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例以及试验验证。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。