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低损耗大有效面积单模光纤的设计与制造

冯高锋 杨军勇 沈杰 浙江富通光纤技术有限公司

摘要：设计和制造了一种低损耗大有效
面积光纤，其1550nm的有效面积和衰减系数
分别为130μm2和0.182dB/km，1625nm宏弯
损耗（Φ60mm×100圈）为0.013dB。比较

了大有效面积光纤与常规G.652光纤传输性
能，链路FOM贡献为2.23dB。
关键词：单模光纤；大有效面积；低损
耗；G.654；VAD+OVD

一、引言
随着因特网的迅速普及和宽带综合业务数字网的快速发 中，制造成本是一个关键因素。光纤中增加一个离开芯层一定
展，人们对于信息的需求正以每年60%的爆炸性速度在增长。 距离的下陷包层，会导致光纤制造成本的增加。并且这种下陷
目前100G/s传输速率的波分复用系统正成为运营商骨干光网络 包层仅能通过PCVD或MCVD工艺制造，生产效率较低。此外如采
的主导。光纤的传输速率越快，无误码传输所需要的信噪比就 用纯SiO2芯层，内包层和外包层掺F的光纤，制造成本相对更
越大。当系统升级到更高速率时，如果采用同样的信号调制方 高。
式，系统速率增加10倍，光信噪比也相应的需要提高10dB。即 我们设计的低损耗大有效面积单模光纤为内包层下陷型阶
10Gb/s系统升级到100Gb/s的系统，需要增加10dB的光信噪比来 跃折射率分布，如图1所示。这种光纤剖面设计下陷包层靠近芯
维持误码率不劣化。若要提高系统的信噪比：可以提高入纤功 层，易于采用VAD工艺规模化制造，成本较低。在保证光纤宏弯
率来提高信噪比，但在光纤有效面积不变的情况下，增大入纤 性能的同时，通过控制内包层的下陷深度，可进一步降低纤芯
功率，会导致非线性效应增大。其次从设备上来说，可采用先 的折射率（减少GeO2的掺杂量），减小光纤的瑞利散射损耗。
进的调制模式和数字信号处理芯片以及相干检测技术提高信噪
图1：低损耗大有效面积光纤剖面设计
比5～6dB，但对于100G或更高速率，信噪比预算仍然不够。从
光纤上来说：（1）系统的信噪比和入射到光纤的信号光功率成
正比，而光功率又正比于光纤的有效面积。（2）信噪比反比于
系统中光纤的损耗。因此，可以通过提高光纤的有效面积和降
低光纤的损耗来提高信噪比。正因为此，下一代光纤的发展方
向是大有效面积和低损耗。

二、低损耗大有效面积单模光纤的设计
目前常规的G.652光纤采用简单阶跃型剖面设计，其有效
面积仅约80µm2。随着光纤传输距离的增加，进入光纤的光功率
也需要相应增大，而光纤的非线性效应对入纤的功率有限制，
进而限制了信噪比。目前主要通过增大光纤的有效面积来减小
非线性效应。增加光纤的有效面积，最简单的方法是对G.652光
纤进行改进，降低纤芯和包层的相对折射率差（Δ）以及增大 纤芯通过掺GeO2提高折射率，而内包层通过掺F降低折射
纤芯直径来实现。然而Δ的降低和纤芯直径的增大会导致光纤 率。石英玻璃掺杂GeO2或者F后，玻璃的粘度都会下降。因此通
性能参数的劣化，如增加宏弯损耗。因此为了提高光纤的弯曲 过调整预制棒芯层中的GeO2和内包层中F的掺杂量，从而使芯
性能，可借鉴G.657光纤的剖面设计，在光纤的包层中（离开芯 层和内包层的粘度匹配，进一步降低光纤拉丝所导致的残余应
层一定的距离）引入低折射率的下陷包层（trench），下陷包 力，降低光纤的衰减。
层的体积越大，光纤的抗弯曲性能越好。然而光纤大规模生产 在给定温度下玻璃粘度的对数与掺杂物浓度的关系可由

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