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光 通 信
在光纤弯曲时，环沟形下陷包层形成了一个阻碍尾场逸出光纤 2、G.654.E光纤的抗微弯特性
的壁垒它能有效地阻碍尾场逸出光纤包层，从而大大地减小弯 微弯损耗是由于光纤在成缆工艺不当或敷设过程中产生的
曲损耗。另外，在环沟形下陷包层与包层的外界面，这里，环 一系列非常小的弯曲半径引起纤芯的高频纵向扰动，从而使纤
沟形下陷包层折射率小于包层折射率，从而构成了折光界面。 芯中的导模功率耦合成为包层中的高阶模式，然后为涂层所吸
在这一界面上，一部份光被反射回来，一部分光则被折射出 收。为了减小微弯损耗除了采用凹陷型包层外还需采用低模量
去，造成损耗。但从图8中可见，到达这一界面的光功率祗有总 的光纤内涂层。
功率的十万分之几，影响甚微。 Olshansky提出一个唯象学模型, 按此模型, 光纤的微弯损
耗可由下式表示:
图8 环沟形下陷包层折射率分布光纤中的基模光强分布
式中, N为单位长度平均高度h的碰撞数,α为纤芯半径, b
为包层半径, Δ为纤芯相对折射率,E f 为光纤杨氏模量，E为光
纤内涂层杨氏模量。由此可见，减小微弯损耗除了必须采用凹
陷型包层以提高Δ值外，还必须采用低模量的光纤内涂层。光
纤内涂层的低模量对于减小大有效面积光纤的微弯损耗是一个
非常重要的因素。因为柔软的内涂层可以缓冲外力对光纤的扰
动，从而有效改善光纤的抗微弯性能。
四、制造方法示例
图9表示了凹陷型包层对于大有效面积光纤宏弯损耗的显
G.654.E光棒可用各种传统工艺制作，如PCVD, VAD OVD
著改善的情况。图9A表示一个匹配型光纤在1550nm波长下的
等，掺杂工艺可在化学气相沉积中完成，也可在光棒疏松体脱
模型弯曲损耗与有效面积的函数关系，光纤的弯曲直径分别为
水、烧结中完成。这里作为例示，采用PCVD工艺制作掺氯芯棒
20mm,30mm和40mm。当弯曲直径为40mm时，有效面积在150µm 2
以及POVD工艺制作掺氟包层。并用RIC工艺完成在线拉丝工序。
时，光纤仍能保持低弯曲损耗。当弯曲直径在20mm时，弯曲损 1、用PCVD法制作梯度型折射率剖面分布纤芯及纯
2
耗随着有效面积的增大而快速增加：当有效面积为130µm 时， SiO 2 内包层：
2
弯曲损耗为1dB/圈; 有效面积为150µm 时，弯曲损耗高达6dB/
（1）PCVD掺氯芯棒制作工艺原理
圏。与匹配包层相比，凹陷型包层光纤的弯曲损耗显著改善，
在PCVD工艺中，热源是微波。其反应机理是：微波谐振腔
图9B表示一个环沟型折射率下陷包层光纤在1550nm波长下的模
中原料气体被微波能激发电离产生等离子体，等离子体含有大
型弯曲损耗与有效面积的函数关系，图9B显示，当弯曲直径为 量的高能量电子，这些电子可以提供化学气相沉积过程中所需
2
20mm，有效面积在150µm 时，弯曲损耗仍低于0.5dB/圈。
要的激活能，由于等离子体中的电子温度非常高，电子与气相
图9 弯曲损耗与有效面积的函数关系（A匹配型光纤，B环沟型下陷 分子的碰撞可以促进反应气体分子的化学键断裂和重新组合，
包层光纤） 形成气相反应生成物SiO 2 ，带电离子重新结合时释放出来的热
能熔化气态反应生成物形成透明的石英玻璃沉积在基管内壁。
沉积过程借助低压等离子体使流进高纯度石英玻璃沉积管
内的气态卤化物和氧气在1000℃以上的高温条件下直接沉积成
设计要求的光纤芯中玻璃的组成成分。在PCVD工艺中,由于气体
电离不受反应管的热容量限制，反应器可以沿反应管作快速往
复沉积，每层厚度可小于1µm,因而可以制造出精确的折射率分
布剖面的光纤,而且也适于制作各种折射率剖面复杂的单模光
纤。
用PCVD工艺技术可制作掺氯纤芯折射率剖面分布,可用
SiCl 4 或Cl 2 作掺杂剂的源前体。PCVD制备预制棒时氯气本来就是
其产物，基础反应方程是四氯化硅和氧气反应生成二氧化硅和
氯气:
SiCl 4 +O 2 →SiO 2 +2Cl 2
但是，其制备成的石英玻璃中仍会残留一定的氯掺杂。
其原因是可以把反应方程视为氧气氧化四氯化硅的氧化还原反
应，是氧原子逐渐替代四氯化硅周围氯原子的过程，若氧气含
量不足时，则会产生不完全氧化的现象，不完全氧化能够稳定
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