專利名稱：高帶寬多模光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖光學(xué)傳輸?shù)念I(lǐng)域，更特別地，涉及具有適于高數(shù)據(jù)率應(yīng)用的減少 的彎曲損耗和高帶寬的多模光纖。
背景技術(shù)：
光纖(S卩，一般由一個(gè)或多個(gè)涂層圍繞的玻璃纖維)常規(guī)地包括傳輸和/或放大 光信號(hào)的光纖纖芯，和光學(xué)包層，其將光信號(hào)限制在纖芯內(nèi)。因此，纖芯的折射率η。一般大 于光學(xué)包層的折射率ng(即，η。> ng)。對(duì)于光纖，折射率分布通常根據(jù)使折射率與光纖半徑相關(guān)聯(lián)的函數(shù)的圖形外觀進(jìn) 行分類。常規(guī)地，至光纖中心的距離r顯示在χ軸上，并且折射率(半徑r處)和光纖外包 層(即，外光學(xué)包層)的折射率之間的差值顯示在y軸上。折射率分布被稱作“階躍”分布， “梯形”分布，“α ”分布或“三角”分布，其適于具有階躍，梯形，α或三角的各個(gè)形狀的曲 線圖。這些曲線通常表示光纖的理論或設(shè)置分布?？墒?，光纖制造中的限制可能導(dǎo)致稍微 不同的實(shí)際分布(profile)。一般而言，光纖的兩個(gè)主要分類在于多模光纖和單模光纖。在多模光纖中，對(duì)于 給定波長(zhǎng)，多種光學(xué)模式沿著光纖同時(shí)傳播，而在單模光纖中，更高級(jí)模式被很強(qiáng)地衰減。 單模或多模玻璃光纖的一般尺寸是125微米。多模光纖的纖芯一般具有大約50微米和62. 5 微米之間的直徑，而單模光纖的纖芯一般具有大約6微米和9微米之間的直徑。多模系統(tǒng) 通常比單模系統(tǒng)更便宜，這是因?yàn)槎嗄９庠?，連接器和維護(hù)能以較低成本得到。多模光纖通常用于需要寬的帶寬的短距離應(yīng)用，如本地網(wǎng)或LAN(局域網(wǎng))。多模 光纖已經(jīng)是ITU-T G. 651. 1標(biāo)準(zhǔn)下的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的主體，其特別地限定涉及光纖兼容性需 求的準(zhǔn)則(例如，帶寬，數(shù)值孔徑和纖芯尺寸)。另外，已經(jīng)采用0M3標(biāo)準(zhǔn)以滿足長(zhǎng)距離(即，大于300米的距離)上高帶寬應(yīng)用 (高于ΚΛΕ的數(shù)據(jù)率)的需求。隨著高帶寬應(yīng)用的發(fā)展，適于多模光纖的平均纖芯直徑已 經(jīng)從62. 5微米減小至50微米?！?，光纖應(yīng)當(dāng)具有最大的可能帶寬以使其能夠用于高帶寬應(yīng)用。對(duì)于給定波長(zhǎng)， 光纖帶寬的特征在于幾個(gè)不同方面。一般，區(qū)別形成在所謂的“過注入”條件(OFL)帶寬和 所謂的“有效模式帶寬”條件(EMB)之間。OFL帶寬的獲取假定使用在光纖的整個(gè)徑向表面 上顯示均勻激勵(lì)的光源(例如，使用激光二極管或發(fā)光二極管(LED))。高帶寬應(yīng)用中使用的最近研發(fā)的光源，例如VCSEL (垂直腔面發(fā)射激光器)，在光 纖的徑向表面上顯示不均勻的激勵(lì)。對(duì)于這類光源，OFL帶寬是不太適合的測(cè)量，并且優(yōu)選 使用有效模式帶寬(EMB)。計(jì)算的有效帶寬(EMBc)獨(dú)立于所用類型的VCSEL評(píng)估多模光纖 的最小EMB。EMBc從色散模式延遲(DMD)測(cè)量(例如在F0TP-220標(biāo)準(zhǔn)中闡述)得到。

圖1示出了根據(jù)如2002年11月22日的TIA SCF0-6. 6譯本中出版的F0TP-220 標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)則的DMD測(cè)量的示意圖。圖1示出了一部分光纖(即，外包層所圍繞的光學(xué)纖芯) 的示意表示。DMD曲線圖通過以每個(gè)連續(xù)脈沖之間的徑向偏移將具有給定波長(zhǎng)λ ^的光脈沖連續(xù)注入多模光纖得到。每個(gè)脈沖的延遲隨后在給定光纖長(zhǎng)度L后被測(cè)量。多個(gè)相同的 光脈沖(即，具有相同幅度，波長(zhǎng)和頻率的光脈沖)以相對(duì)于多模光纖纖芯的中心具有不同 的徑向偏移被注入。注入的光脈沖在圖1中描繪為光纖光學(xué)纖芯上的黑點(diǎn)。為了表征具有 50微米直徑的光纖，F(xiàn)0TP-220標(biāo)準(zhǔn)推薦至少24個(gè)單獨(dú)測(cè)量被實(shí)行(即，以M個(gè)不同的徑 向偏移值)。根據(jù)這些測(cè)量，有可能確定模式色散和計(jì)算的有效模式帶寬(EMBc)。TIA-492AAAC-A標(biāo)準(zhǔn)為以太網(wǎng)高帶寬傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中長(zhǎng)距離上使用的50微米直 徑的多模光纖指定性能需求。0M3標(biāo)準(zhǔn)在850納米波長(zhǎng)處需要至少2，OOOMHz · km的EMB。 0M3標(biāo)準(zhǔn)確保直至300米距離的10(ib/S (IOGbE)數(shù)據(jù)率的無誤差傳輸。0M4標(biāo)準(zhǔn)在850納 米波長(zhǎng)處需要至少4，700MHz · km的EMB以得到對(duì)于直至550米距離的10(ib/s (10(ΛΕ)數(shù) 據(jù)率的無誤差傳輸。在多模光纖中，沿著光纖在幾種模式的傳播時(shí)間之間或組延遲時(shí)間之間的差值確 定光纖的帶寬。特別地，對(duì)于相同的傳播介質(zhì)(即，在階躍-指數(shù)-類型多模光纖中)，不同 模式具有不同的組延遲時(shí)間。組延遲時(shí)間中的這個(gè)差值導(dǎo)致沿著光纖的不同徑向偏移傳播 的脈沖之間的時(shí)滯。例如，如圖1中右側(cè)上的曲線圖所示，時(shí)滯在單獨(dú)脈沖之間觀察到。圖1中的曲線 圖根據(jù)其徑向偏移(y軸，單位為微米)和時(shí)間(χ軸，單位為納秒)描述了每個(gè)單獨(dú)脈沖， 該脈沖沿著給定長(zhǎng)度的光纖通過。如圖1所描繪的，沿著χ軸的頂峰的位置改變，這表示單獨(dú)脈沖之間的時(shí)滯(即， 延遲)。該延遲使得所得到的光脈沖加寬。脈沖的加寬(i)增加脈沖疊加在以下脈沖上時(shí) 的危險(xiǎn)，和(ii)減少光纖支撐的帶寬(即，數(shù)據(jù)率)。因此，帶寬直接與在光纖的多模纖芯 中傳播的光學(xué)模式的組延遲時(shí)間相關(guān)聯(lián)。因此，為了保證寬的帶寬，需要所有模式的組延遲 時(shí)間是相同的。換句話說，模間色散對(duì)于給定波長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)是零，或至少被最小化。為了減少模間色散，遠(yuǎn)程通信中使用的多模光纖通常具有纖芯，其具有從光纖的 中心至其與包層的界面逐漸減少的折射率(即，“α”纖芯分布)。上述光纖已經(jīng)使用了 很多年，并且其特征已經(jīng)在1973年Bell system Technical Journal中1563-1578頁的 D. Gloge 等人的 “Multimode theory of graded-core fibers” 中描述，并概括在 2000 年 2 月第 18 卷，第二期的 Journal of Lightwave Technology 中第 166-177 頁的 G. Yabre 的 “Comprehensive theory of dispersion in graded—index optical fibers，，里。漸變折射率分布(S卩，α指數(shù)分布)可以由折射率值η和離光纖中心的距離r之 間的關(guān)系根據(jù)以下等式予以描述
權(quán)利要求
1.一種多模光纖，從中心至周邊包括中心纖芯，其具有半徑A和相對(duì)于外包層的α指數(shù)分布； 第一凹陷槽，其具有寬度W2，相對(duì)于所述外包層的折射率差A(yù)n2，和體積V2 ； 內(nèi)包層，其具有小于大約4微米的寬度W3和相對(duì)于所述外包層的折射率差Δη3 ； 第二凹陷槽，其具有寬度W4，相對(duì)于所述外包層的折射率差A(yù)n4，和體積V4 ；和 外包層；其中所述內(nèi)包層的折射率差Δη3大于所述第一凹陷槽的折射率差A(yù)n2 ；以及 其中所述內(nèi)包層的折射率差Δη3大于所述第二凹陷槽的折射率差A(yù)n4 ；以及 其中所述第二凹陷槽的體積V4大于所述第一凹陷槽的體積ν2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中所述內(nèi)包層的折射率差Δη3在大約-0.05X10_3 和 0. 05Χ1(Γ3 之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中所述內(nèi)包層的寬度w3和所述第一凹陷槽的折射率差Δ n2滿足下述不等式OQ0 71-—-r + 0.08<w3 -—-Γ+ 0.7|l 000 χ M2 + 2||1000 χ An2+1.75!
4.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中所述第一凹陷槽的寬度W2在大約0.5微米和1. 5 微米之間，以及所述第一凹陷槽的折射率差Δη2在大約-4Χ 10_3和-0. 5X ΙΟ"3之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中所述第二凹陷槽的寬度W4在大約3微米和.5微 米之間，以及所述第二凹陷槽的折射率差Δη4在大約-15Χ 10_3和-3Χ 10_3之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中所述第二凹陷槽的體積V4在大約200%· μ m2和 1, 200% · μ m2 之間，優(yōu)選在 250% · μ m2 和 750% · μπι2 之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中對(duì)于在850納米的波長(zhǎng)處曲率半徑15毫米附近的 兩次轉(zhuǎn)向，光纖的彎曲損耗小于0. ldB，優(yōu)選小于0. 05dB。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中對(duì)于在850納米的波長(zhǎng)處曲率半徑10毫米附近的 兩次轉(zhuǎn)向，光纖的彎曲損耗小于0. 3dB，優(yōu)選小于0. ldB。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中對(duì)于在850納米的波長(zhǎng)處曲率半徑7.5毫米附近 的兩次轉(zhuǎn)向，光纖的彎曲損耗小于0. 4dB，優(yōu)選小于0. 2dB。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中對(duì)于在850納米的波長(zhǎng)處曲率半徑5毫米附近的 兩次轉(zhuǎn)向，光纖的彎曲損耗小于ldB，優(yōu)選小于0. 3dB。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中在850納米的波長(zhǎng)處，光纖具有至少大約 4，OOOMHz · km，優(yōu)選至少10，OOOMHz · km的在M微米處的徑向偏移帶寬(R0B24)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中在850納米的波長(zhǎng)處，光纖具有大約 1，500MHz · km，優(yōu)選大于3，500MHz · km的過注入(OFL)帶寬。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中光纖的數(shù)值孔徑為0.200士0. 015。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中所述中心纖芯的α指數(shù)分布具有在1.9和2. 1 之間的α參數(shù)
15.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中所述中心纖芯相對(duì)于所述外包層的折射率差值 具有在大約11 X ΙΟ—3和18 X 10_3之間的最大值A(chǔ)n10
16.根據(jù)權(quán)利要求1的多模光纖，其中在850納米的波長(zhǎng)處，光纖具有小于0.33ps/m,優(yōu)選小于0. 25ps/m,更優(yōu)選小于0. 14ps/m的外部DMD值(0_23微米)。
17.—種包括根據(jù)權(quán)利要求1的光纖的至少一部分的多模光學(xué)系統(tǒng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的多模光學(xué)系統(tǒng)，其中系統(tǒng)在大約100米的距離上，優(yōu)選在大約 300米的距離上具有至少10(ibE((;b/S)的數(shù)據(jù)率。
全文摘要
本發(fā)明包含了包括相對(duì)于外包層具有α指數(shù)分布的中心纖芯，第一凹陷槽，內(nèi)包層，第二凹陷槽，和外包層(例如外光學(xué)包層)的光纖。第二凹陷槽的體積一般大于第一凹陷槽的體積。光纖實(shí)現(xiàn)了適于高數(shù)據(jù)率應(yīng)用的減少的彎曲損耗以及具有減少的包層作用的高帶寬。
文檔編號(hào)G02B6/028GK102073099SQ20101055697
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者丹尼斯·莫林, 皮埃爾·希拉德 申請(qǐng)人:德拉克通信科技公司