专利名称：高带宽多模光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤光学传输的领域，更特别地，涉及具有适于高数据率应用的减少 的弯曲损耗和高带宽的多模光纤。
背景技术：
光纤(S卩，一般由一个或多个涂层围绕的玻璃纤维)常规地包括传输和/或放大 光信号的光纤纤芯，和光学包层，其将光信号限制在纤芯内。因此，纤芯的折射率η。一般大 于光学包层的折射率ng(即，η。> ng)。对于光纤，折射率分布通常根据使折射率与光纤半径相关联的函数的图形外观进 行分类。常规地，至光纤中心的距离r显示在χ轴上，并且折射率(半径r处)和光纤外包 层(即，外光学包层)的折射率之间的差值显示在y轴上。折射率分布被称作“阶跃”分布， “梯形”分布，“α ”分布或“三角”分布，其适于具有阶跃，梯形，α或三角的各个形状的曲 线图。这些曲线通常表示光纤的理论或设置分布。可是，光纤制造中的限制可能导致稍微 不同的实际分布(profile)。一般而言，光纤的两个主要分类在于多模光纤和单模光纤。在多模光纤中，对于 给定波长，多种光学模式沿着光纤同时传播，而在单模光纤中，更高级模式被很强地衰减。 单模或多模玻璃光纤的一般尺寸是125微米。多模光纤的纤芯一般具有大约50微米和62. 5 微米之间的直径，而单模光纤的纤芯一般具有大约6微米和9微米之间的直径。多模系统 通常比单模系统更便宜，这是因为多模光源，连接器和维护能以较低成本得到。多模光纤通常用于需要宽的带宽的短距离应用，如本地网或LAN(局域网)。多模 光纤已经是ITU-T G. 651. 1标准下的国际标准化的主体，其特别地限定涉及光纤兼容性需 求的准则(例如，带宽，数值孔径和纤芯尺寸)。另外，已经采用0M3标准以满足长距离(即，大于300米的距离)上高带宽应用 (高于ΚΛΕ的数据率)的需求。随着高带宽应用的发展，适于多模光纤的平均纤芯直径已 经从62. 5微米减小至50微米。—般，光纤应当具有最大的可能带宽以使其能够用于高带宽应用。对于给定波长， 光纤带宽的特征在于几个不同方面。一般，区别形成在所谓的“过注入”条件(OFL)带宽和 所谓的“有效模式带宽”条件(EMB)之间。OFL带宽的获取假定使用在光纤的整个径向表面 上显示均勻激励的光源(例如，使用激光二极管或发光二极管(LED))。高带宽应用中使用的最近研发的光源，例如VCSEL (垂直腔面发射激光器)，在光 纤的径向表面上显示不均勻的激励。对于这类光源，OFL带宽是不太适合的测量，并且优选 使用有效模式带宽(EMB)。计算的有效带宽(EMBc)独立于所用类型的VCSEL评估多模光纤 的最小EMB。EMBc从色散模式延迟(DMD)测量(例如在F0TP-220标准中阐述)得到。
图1示出了根据如2002年11月22日的TIA SCF0-6. 6译本中出版的F0TP-220 标准的准则的DMD测量的示意图。图1示出了一部分光纤(即，外包层所围绕的光学纤芯) 的示意表示。DMD曲线图通过以每个连续脉冲之间的径向偏移将具有给定波长λ ^的光脉冲连续注入多模光纤得到。每个脉冲的延迟随后在给定光纤长度L后被测量。多个相同的 光脉冲(即，具有相同幅度，波长和频率的光脉冲)以相对于多模光纤纤芯的中心具有不同 的径向偏移被注入。注入的光脉冲在图1中描绘为光纤光学纤芯上的黑点。为了表征具有 50微米直径的光纤，F0TP-220标准推荐至少24个单独测量被实行(即，以M个不同的径 向偏移值)。根据这些测量，有可能确定模式色散和计算的有效模式带宽(EMBc)。TIA-492AAAC-A标准为以太网高带宽传输网络应用中长距离上使用的50微米直 径的多模光纤指定性能需求。0M3标准在850纳米波长处需要至少2，OOOMHz · km的EMB。 0M3标准确保直至300米距离的10(ib/S (IOGbE)数据率的无误差传输。0M4标准在850纳 米波长处需要至少4，700MHz · km的EMB以得到对于直至550米距离的10(ib/s (10(ΛΕ)数 据率的无误差传输。在多模光纤中，沿着光纤在几种模式的传播时间之间或组延迟时间之间的差值确 定光纤的带宽。特别地，对于相同的传播介质(即，在阶跃-指数-类型多模光纤中)，不同 模式具有不同的组延迟时间。组延迟时间中的这个差值导致沿着光纤的不同径向偏移传播 的脉冲之间的时滞。例如，如图1中右侧上的曲线图所示，时滞在单独脉冲之间观察到。图1中的曲线 图根据其径向偏移(y轴，单位为微米)和时间(χ轴，单位为纳秒)描述了每个单独脉冲， 该脉冲沿着给定长度的光纤通过。如图1所描绘的，沿着χ轴的顶峰的位置改变，这表示单独脉冲之间的时滞(即， 延迟)。该延迟使得所得到的光脉冲加宽。脉冲的加宽(i)增加脉冲叠加在以下脉冲上时 的危险，和(ii)减少光纤支撑的带宽(即，数据率)。因此，带宽直接与在光纤的多模纤芯 中传播的光学模式的组延迟时间相关联。因此，为了保证宽的带宽，需要所有模式的组延迟 时间是相同的。换句话说，模间色散对于给定波长应当是零，或至少被最小化。为了减少模间色散，远程通信中使用的多模光纤通常具有纤芯，其具有从光纤的 中心至其与包层的界面逐渐减少的折射率(即，“α”纤芯分布)。上述光纤已经使用了 很多年，并且其特征已经在1973年Bell system Technical Journal中1563-1578页的 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 页的 G. Yabre 的 “Comprehensive theory of dispersion in graded—index optical fibers，，里。渐变折射率分布(S卩，α指数分布)可以由折射率值η和离光纤中心的距离r之 间的关系根据以下等式予以描述
权利要求
1.一种多模光纤，从中心至周边包括中心纤芯，其具有半径A和相对于外包层的α指数分布； 第一凹陷槽，其具有宽度W2，相对于所述外包层的折射率差An2，和体积V2 ； 内包层，其具有小于大约4微米的宽度W3和相对于所述外包层的折射率差Δη3 ； 第二凹陷槽，其具有宽度W4，相对于所述外包层的折射率差An4，和体积V4 ；和 外包层；其中所述内包层的折射率差Δη3大于所述第一凹陷槽的折射率差An2 ；以及 其中所述内包层的折射率差Δη3大于所述第二凹陷槽的折射率差An4 ；以及 其中所述第二凹陷槽的体积V4大于所述第一凹陷槽的体积ν2。
2.根据权利要求1的多模光纤，其中所述内包层的折射率差Δη3在大约-0.05X10_3 和 0. 05Χ1(Γ3 之间。
3.根据权利要求1的多模光纤，其中所述内包层的宽度w3和所述第一凹陷槽的折射率差Δ n2满足下述不等式OQ0 71-—-r + 0.08<w3 -—-Γ+ 0.7|l 000 χ M2 + 2||1000 χ An2+1.75!
4.根据权利要求1的多模光纤，其中所述第一凹陷槽的宽度W2在大约0.5微米和1. 5 微米之间，以及所述第一凹陷槽的折射率差Δη2在大约-4Χ 10_3和-0. 5X ΙΟ"3之间。
5.根据权利要求1的多模光纤，其中所述第二凹陷槽的宽度W4在大约3微米和.5微 米之间，以及所述第二凹陷槽的折射率差Δη4在大约-15Χ 10_3和-3Χ 10_3之间。
6.根据权利要求1的多模光纤，其中所述第二凹陷槽的体积V4在大约200%· μ m2和 1, 200% · μ m2 之间，优选在 250% · μ m2 和 750% · μπι2 之间。
7.根据权利要求1的多模光纤，其中对于在850纳米的波长处曲率半径15毫米附近的 两次转向，光纤的弯曲损耗小于0. ldB，优选小于0. 05dB。
8.根据权利要求1的多模光纤，其中对于在850纳米的波长处曲率半径10毫米附近的 两次转向，光纤的弯曲损耗小于0. 3dB，优选小于0. ldB。
9.根据权利要求1的多模光纤，其中对于在850纳米的波长处曲率半径7.5毫米附近 的两次转向，光纤的弯曲损耗小于0. 4dB，优选小于0. 2dB。
10.根据权利要求1的多模光纤，其中对于在850纳米的波长处曲率半径5毫米附近的 两次转向，光纤的弯曲损耗小于ldB，优选小于0. 3dB。
11.根据权利要求1的多模光纤，其中在850纳米的波长处，光纤具有至少大约 4，OOOMHz · km，优选至少10，OOOMHz · km的在M微米处的径向偏移带宽(R0B24)。
12.根据权利要求1的多模光纤，其中在850纳米的波长处，光纤具有大约 1，500MHz · km，优选大于3，500MHz · km的过注入(OFL)带宽。
13.根据权利要求1的多模光纤，其中光纤的数值孔径为0.200士0. 015。
14.根据权利要求1的多模光纤，其中所述中心纤芯的α指数分布具有在1.9和2. 1 之间的α参数
15.根据权利要求1的多模光纤，其中所述中心纤芯相对于所述外包层的折射率差值 具有在大约11 X ΙΟ—3和18 X 10_3之间的最大值An10
16.根据权利要求1的多模光纤，其中在850纳米的波长处，光纤具有小于0.33ps/m,优选小于0. 25ps/m,更优选小于0. 14ps/m的外部DMD值(0_23微米)。
17.—种包括根据权利要求1的光纤的至少一部分的多模光学系统。
18.根据权利要求17的多模光学系统，其中系统在大约100米的距离上，优选在大约 300米的距离上具有至少10(ibE((;b/S)的数据率。
全文摘要
本发明包含了包括相对于外包层具有α指数分布的中心纤芯，第一凹陷槽，内包层，第二凹陷槽，和外包层(例如外光学包层)的光纤。第二凹陷槽的体积一般大于第一凹陷槽的体积。光纤实现了适于高数据率应用的减少的弯曲损耗以及具有减少的包层作用的高带宽。
文档编号G02B6/028GK102073099SQ20101055697
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月24日 优先权日2009年11月25日
发明者丹尼斯·莫林, 皮埃尔·希拉德 申请人:德拉克通信科技公司