長飛特種光纖系列之五 器件拉錐用彎曲不敏感單模光纖

一、 器件拉錐用彎曲不敏感單模光纖的產(chǎn)生背景

光纖耦合器是實(shí)現(xiàn)光信號(hào)功率在不同光纖間的分配或組合的光器件。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的發(fā)展，FTTX、4G/5G 等網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的全面鋪開，急劇增長的建設(shè)項(xiàng)目對光纖無源器件，尤其是光纖耦合器的需求呈井噴態(tài)勢。在光纖耦合器的制作工藝中，熔融拉錐法因其操作簡單、制作成本低、器件損耗小，深受光器件制作廠商青睞。

長飛公司是較早針對光纖無源器件應(yīng)用進(jìn)行光纖優(yōu)化設(shè)計(jì)的供應(yīng)商。在此之前，我們已經(jīng)推出了特種器件用單模光纖（PH1010-A）、器件拉錐用單模光纖（PH1010-B）、器件用彎曲不敏感單模光纖（PH1011-A）和器件用超強(qiáng)彎曲不敏感單模光纖（PH1012-A）。這類光纖具有嚴(yán)格的光學(xué)和幾何指標(biāo)，良好的機(jī)械性能，并且其MFD指標(biāo)與相應(yīng)通信用單模光纖一致，因此能與光通信系統(tǒng)完全兼容。

隨著光無源器件小型化發(fā)展，成本控制要求提高，器件客戶在使用已有的器件用單模光纖時(shí)遇到了一些新的問題：使用器件拉錐用單模光纖，在較小彎曲半徑環(huán)境下，如使用在狹小空間、轉(zhuǎn)角、配線箱或分光器等小尺寸器件內(nèi)，光纖鏈路宏彎損耗很大，不能滿足實(shí)際應(yīng)用要求；而器件用彎曲不敏感和器件用超強(qiáng)彎曲不敏感單模光纖盡管宏彎損耗很低，但由于其外包層設(shè)計(jì)中增加了含氟比例，光纖剖面結(jié)構(gòu)為delta下陷深的trench結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在制作熔融拉錐耦合器的過程中，由于芯包材料特性的不匹配（表現(xiàn)為粘度和熱擴(kuò)散比例不匹配），會(huì)導(dǎo)致光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)變化的不同步，最終導(dǎo)致無論怎樣優(yōu)化熔融拉錐工藝都達(dá)不到耦合器需求的分光比，并且過程損耗很大，因此無法完成耦合器的制作。

基于以上原因，長飛公司在已有的器件拉錐用單模光纖（PH010-B）和器件用彎曲不敏感單模光纖（PH1011-A）的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化剖面參數(shù)和合理設(shè)計(jì)v值，新開發(fā)了一款器件拉錐用彎曲不敏感單模光纖（PH1010-C），這款光纖既能滿足熔融拉錐的需求，又具有一定彎曲不敏感特性，可以滿足現(xiàn)有市場主流器件尤其是微型器件的客戶需求。

二、光纖技術(shù)亮點(diǎn)

器件拉錐用彎曲不敏感單模光纖（PH1010-C）具有如下技術(shù)亮點(diǎn)：

1）宏彎損耗

器件拉錐用彎曲不敏感單模光纖（PH1010-C）光學(xué)指標(biāo)完全滿足G.652.D標(biāo)準(zhǔn)，宏彎損耗比ITU-T發(fā)布得G.657.A1標(biāo)準(zhǔn)更優(yōu)，如下表：

表 1 器件拉錐用彎曲不敏感單模光纖（PH1010-C）宏彎損耗

彎曲半徑	圈數(shù)	波長(nm)	G.657.A1	PH1010-C	國際知名友商
15 mm	10	1550	≤0.25	≤0.05	≤0.05
15 mm	10	1625	≤1.0	≤0.3	≤0.3
10 mm	1	1550	≤0.75	≤0.5	≤0.5
10 mm	1	1625	≤1.5	≤1.5	≤1.5

 

圖 1 PH1010-C宏彎測試結(jié)果

上圖是PH1010-C在φ20mm彎曲情況下，1550nm波段宏彎測試結(jié)果?？梢钥闯?，在φ20mm及以上彎曲直徑下，宏彎損耗都小于0.5dB，也遠(yuǎn)低于G.657.A1的ITU-T所規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

2）熔接損耗

上表為PH1010-C光纖抽樣6盤，同通訊用單模光纖熔接的損耗結(jié)果，從損耗值看，結(jié)果都很小，完全可以滿足系統(tǒng)要求。

3）光纖幾何

PH1010-C光纖與普通G.652.D光纖相比，具有更優(yōu)的幾何性能，表現(xiàn)為包層直徑124.5±0.5μm，波動(dòng)幅度更小，包層不圓度以及芯包同心度都比G.652.D標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格。并且，很多光纖器件都有穿插芯的需要，故為了更好的滿足器件客戶的需求，將光纖包層直徑中心值設(shè)定為124.5μm，相比標(biāo)準(zhǔn)纖125μm略小。

表 2 PH1010-C幾何情況

	G.652D	PH1010-C	國際知名友商
包層直徑/μm	125.0±0.7	124.5±0.5	125.0±0.7
芯包同心度/μm	≤0.6	≤0.5	≤0.5
包層不圓度/%	≤1.0	≤0.7	≤0.7
光纖外徑/μm	245±7	242±5	242±5

三、 器件驗(yàn)證

1）拉錐性能驗(yàn)證

拉錐性能驗(yàn)證：光纖在熔融拉伸過程中，材料缺陷和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)變化等原因，會(huì)導(dǎo)致器件的光功率損失。該驗(yàn)證就是根據(jù)器件光功率損耗的大小和器件的穩(wěn)定性直接評估該光纖是否適合制作熔融拉錐型光纖器件。下圖是PH1010-C光纖進(jìn)行拉錐得到的功率/損耗曲線，記錄了光纖從開始拉伸直至光纖拉錐機(jī)停機(jī)整個(gè)過程中功率/損耗隨拉伸長度的變化（P1是光纖輸出功率，EL是附加損耗，CR是分光比）。驗(yàn)證采用1310/1550nm單模泵浦光源，拉錐期間PH1010-C光纖的損耗波動(dòng)很平緩，損耗始終低于0.1dB。

圖 2 PH1010-C光纖拉錐過程中的功率/損耗隨拉錐長度的變化

（上圖：拉錐前；中圖：拉錐中；下圖：拉錐停機(jī)）

按上述拉錐條件，對不同批次的PH1010-C光纖進(jìn)行重復(fù)雙窗拉錐實(shí)驗(yàn)，測試結(jié)果見下表：

表 3 PH1010-C批次間穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

樣品	波長(nm)	分光比（50%±1%）	過程損耗(dB)	樣品	波長(nm)	分光比（50%±1%）	過程損耗(dB)
1	1310	49.55%	0.019	5	1310	49.59%	0.014
	1550	50.32%	0.061		1550	49.39%	0.017
2	1310	50.02%	0.016	6	1310	49.91%	0.055
	1550	50.81%	0.01		1550	50.24%	0.029
3	1310	49.26%	0.025	7	1310	50.01%	0.017
	1550	49.56%	0.011		1550	50.33%	0.023
4	1310	49.55%	0.02	8	1310	49.00%	0.016
	1550	49.85%	0.01		1550	49.14%	0.019

從上述驗(yàn)證結(jié)果可知，無論是拉錐過程損耗值，還是分光比波動(dòng)區(qū)間（即拉錐穩(wěn)定性），PH1010-C均能滿足拉錐耦合要求。

2）器件拉錐驗(yàn)證

為了盡可能的接近實(shí)際應(yīng)用情況，我們將該光纖交給國內(nèi)知名器件公司做成拉錐耦合器，封裝后按光器件檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)做了一系列可靠性測試：1000h干熱（Dry Heat，簡稱DH），800次溫循（Temperature Circuit，簡稱TC） ，直拉側(cè)拉檢驗(yàn)。在上述條件下檢測器件的偏振損耗變化值（PDL），要求PDL小于0.2dB。限于篇幅，我們僅各列舉4個(gè)可靠性檢驗(yàn)結(jié)果如下圖。

 

圖 3 DH測試PDL變化值（Damp Heat (85℃/85% RH),1000 hours qualification( @ 25℃)

 

圖 4 TC測試PDL變化值（Temperature cycle(-40℃～+85℃) ,800 cycles qualification）

 

圖 5 直拉測試PDL變化值（0.45kg,  60sec）

 

圖 6 側(cè)拉測試PDL變化值（0.23kg, 90°, 5sec）

由上述客戶反饋的檢測結(jié)果可知，PH1010-C制備的上述器件全部滿足器件指標(biāo)要求?？蛻艟C合反饋PH1010-C光纖在拉錐損耗方面確實(shí)比國外某知名廠商提供的某款產(chǎn)品好，特別是在拉制Mini 尺寸耦合器方面更有優(yōu)勢。