１引言
随着大数据与云计算的迅速发展，人们对光纤通信的带宽与速率需求迅速提高。我国光纤通信系统从１０Ｇｂｉｔ／ｓ跨过４０Ｇｂｉｔ／ｓ中间阶段直接构建１００Ｇｂｉｔ／ｓ的高速光纤通信网络。而１００Ｇｂｉｔ／ｓ高速光纤通信的编码方式从传统的归零码（ＲＺ）和非归零码（ＮＲＺ）发展到正交相移键控（ＱＰＳＫ）方式，该系统对光纤的波长色散和偏振模式色散冗余度较大，而对光纤的损耗要求提高。光纤的损耗成为限制高速大容量光纤通信系统光信噪比（ＯＳＮＲ）的首要关键因素［１－３］。ＪｏｈｎＤ．Ｄｏｗｎｉｅ等科学家就低损耗单模光纤及其在１０Ｇｂ／ｓＰＯＮ（无源光网络）进行了研究［４，５］，指出低损耗单模光纤对于通信系统光信噪比性能的重要性；Ｍ．Ｈｉｒａｎｏ等科学家在２０１３年ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ２０１３分析了１００Ｇｂｉｔ／ｓ波分光通信系统光信噪比的影响因素［６］。本文突破光纤的低损耗关键技术，研制出能够适应１００Ｇｂｉｔ／ｓ高速光纤骨干网需求的新型单模光纤，从而满足“宽带中国战略”基础设施建设对光纤的重大需求，为我国“提网速、降网费”提供关键而基础的光纤材料。
２低损耗单模光纤的设计与理论计算
石英玻璃光纤的衰减α可以用式（１）进行计算［７］：对于掺杂ＧｅＯ２系的石英玻璃光纤，其衰减系数可以用式（２）进行计算［８］：为此，我们设计出一种“纤芯双抛物线折射率分布”的光纤波导结构，其折射率剖面结构图如图１所示。该光纤纤芯的正中心部分的折射率采用“双抛物线折射率”分布，纤芯中最高折射率为１．４６２４９，最低折射率为１．４５８３２，纤芯最高折射率处相对于包层的折射率差为０．３７３％，纤芯直径为８．５μｍ。该结构能够有效降低光纤中二氧化锗与氟的掺杂量，从而降低石英玻璃复合材料体系的损耗。理论计算如图２所示，图２中ＯＨ为羟基吸收损耗曲线，ＩＲ为红外吸收损耗曲线，ＵＶ为紫外吸收损耗曲线，ＲＳ为瑞利散射损耗曲线，Ｔ为材料总损耗。理论模拟计算结果表明该光纤在１５５０ｎｍ波长的总损耗可达到０．１７２ｄＢ／ｋｍ，１３１０ｎｍ波长的总损耗可达到０．２９２ｄＢ／ｋｍ。
３新型低损耗单模光纤的制备与性能测试
在上述设计的基础上，我们采用一种化学轴向气相沉积工艺制备出高纯的磷氟锗共掺杂的石英玻璃粉体芯棒预制件，然后将粉体芯棒预制件在氯气气氛中脱水烧结成透明的石英玻璃芯棒，最后将该芯棒装入直径为１８０ｍｍ的石英套管中，形成光纤预制棒。然后将该光纤预制棒在２１００℃的温度下熔融拉丝成包层直径为１２５μｍ，涂层直径为２４５μｍ的光纤。该光纤样品的关键技术指标测试参数见表１所示。该光纤在１３１０ｎｍ波长的衰减系数测试值为０．３０２ｄＢ／ｋｍ，１３８３ｎｍ波长的衰减系数测试值为０．２６２ｄＢ／ｋｍ，１５５０ｎｍ波长的衰减系数测试值为０．１７６ｄＢ／ｋｍ，１６２５ｎｍ波长的衰减系数测试值为０．１８８ｄＢ／ｋｍ。从表１中对比可以看出，该低损耗单模光纤在１３８３ｎｍ波长的羟基吸收显著低于理论计算值，表明我们的脱水工艺效果非常好。同时，该低损耗单模光纤在１３１０ｎｍ和１５５０ｎｍ波长衰减系数测试值略微高于理论设计值，这是因为光纤中存在一定的残余应力，下一步将在该方面进一步开展研究，缩小实践与理论的差异。
４结论
本文在对光纤衰减理论分析的基础上提出一种“纤芯双抛物折射率分布”的新型低损耗单模光纤，通过调整石英光纤中材料组分的分布从而控制光纤折射率分布，使该光纤具备较低的瑞利散射系数。采用该创新型结构研制的新型低损耗单模光纤其在１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍ、１６２５ｎｍ波长的衰减典型值分别为０．３０２ｄＢ／ｋｍ、０．１７６ｄＢ／ｋｍ、０．１８８ｄＢ／ｋｍ。该新技术产品应用有助于提升我国１００Ｇ高速骨干网传输容量，降低光纤网络的组网成本。
作者：陈伟 袁健 贺作为 宋君 王毅强 单位：江苏亨通光纤科技有限公司 上海亨通光电科技有限公司
