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

光纖耦合器是實現(xiàn)光信號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)用進行光纖優(yōu)化設(shè)計的供應(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，不能滿足實際應(yīng)用要求；而器件用彎曲不敏感和器件用超強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)為粘度和熱擴散比例不匹配），會導(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

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：

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。可以看出，在φ20mm及以上彎曲直徑下，宏彎損耗都小于0.5dB，也遠低于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、 器件驗證

1）拉錐性能驗證

拉錐性能驗證：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，會導(dǎo)致器件的光功率損失。該驗證就是根據(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停機整個過程中功率/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）。驗證采用1310/1550nm單模泵浦光源，拉錐期間PH1010-C光纖的損耗波動很平緩，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）

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

表 3 PH1010-C批次間穩(wěn)定性實驗

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

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

2）器件拉錐驗證

為了盡可能的接近實際應(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。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個可靠性檢驗結(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。