专利名称：具有改进距离的多模光纤的制作方法
具有改进距离的多模光纤相关申请的交叉引用本申请要求2009 年 9 月 2 日提交的题为 “MULTIMODE FIBER HAVING IMPROVED REACH(具有改进距离的多模光纤)”的美国临时专利申请No. 61/239，229的权益，其内容整体结合于此。本申请全篇地纳入2009年11月30日提交的题为“MULTIMODE FIBER HAVING IMPROVED INDEX PROFILE (具有改进折射率分布的多模光纤)”的美国专利申请S/N 12/627，752、2010 年 6 月 9 日提交的题为“DESIGN METHOD AND METRIC FOR SELECTING AND DESIGNING MULTIMODE FIBER FOR IMPROVED PERFORMANCE (用于选择和设计性能改进的多模光纤的设计方法和度量)”的美国专利申请S/N 12/797，328、2010年8月17日提交的题为“SELF-COMPENSATING MULTIMODE FIBER(自补偿多模光纤)”的美国专利申请S/ N 12/858，210、2010 年 8 月 19 日提交的题为 “MODIFIED REFRACTIVE INDEX PROFILE FOR LOW-DISPERSION MULTIMODE FIBER(用于低色散多模光纤的改良折射率分布)，，的美国专利申请 S/N 12/859，629、以及 2010 年 8 月 26 日提交的题为"METHODS FOR CALCULATING MULTIMODE FIBER SYSTEM BANDWIDTH AND MANUFACTURING IMPROVED MULTIMODE FIBER(用于计算多模光纤系统带宽以及制造改进多模光纤的方法)，，的美国专利申请S/N 12/869, 501。背景为了降低用于8G/16G光纤信道和40G/100G以太网的下一代光收发机的成本，放松了光学和电学收发机规范。结果，计划将用于未来以太网的最大信道距离(reach)从当前在10GBASE-SR(10(ib/S以太网)中规定的0M3光纤上300m减少到高带宽激光优化的 0M4MMF(40G/100G以太网)上的125m。然而，信道长度部署数据表明，在数据中心，125m的最大距离不足以支持一般用多模光纤光缆(MMF)提供的全部短距离信道链路。一些数据表明，6%以上的链路不会采用MMF，因此需要诸如单模光学器件或附加交换端口之类的更昂贵的替换方案。因此，需要能够支持使用下一代低成本光收发机的数据中心内即便不是全部也是大多数信道链路的高性能0M4MMF。概述在一个方面，提供一种多模光纤光缆。该多模光纤光缆包括，但不限于，被设计成补偿耦合到多模光纤光缆中的激光器投射模式的径向依赖波长分布以使多模光纤光缆内的模色散最小化的折射率分布。多模光纤光缆具有等于或小于0. 10ps/nm2 · km的零色散斜率。在一个方面，提供一种用于设计具有延长的信道距离的改进多模光纤光缆的方法。该方法包括，但不限于，对从激光发射器发射的光确定径向依赖波长分布。该方法还包括，但不限于，对改进的多模光纤光缆提供改进的折射率分布，该折射率分布基于获知从激光发射器发射的光的径向依赖波长分布而减小改进的多模光纤光缆内的模色散。本发明的范围仅由所附权利要求书限定并不受此概述中陈述的影响。
附图简述参照下面附图和描述可以更好地理解本发明。附图中的组件不一定是按比例的， 而是着重示出了本发明的原理。
图1示出根据本发明一个实施例的光纤带宽(EMB)增加的计算裕量的曲线图。如图1所示，附加裕量是通过从0M3 (2000MHz · km)到0M4 (4700MHz · km)而获得的，而少许是通过达到更高的EMB值而获得的。图2示出根据本发明一个实施例的0M3和0M4光纤类型的预测信道距离的曲线图。给定1. 5dB的最大连接器IL，对0M3和0M4分别实现IOOm和125m的最大距离。图3示出根据本发明一个实施例、0M3和0M4MMF中测量的零色散斜率的制造数据的曲线图。图4示出根据本发明一个实施例、通过减小MMF色散斜率而实现的附加裕量的曲线图。IEEE以太网链路模型预测了裕量增加0. 18dB。图5示出根据本发明一个实施例的最大信道距离相关于零色散斜率减小的 0M4MMF的总连接器损耗的曲线图。0M4MMF具有5000MHz 'km的EMB。距离比标准光纤(例如，比具有0. 105ps/nm2km零色散斜率的标准光纤)延长9. 6%。图6示出根据本发明一个实施例的测量光纤衰减曲线和理论光纤衰减曲线的曲线图，表明光学衰减接近理论极限。图7示出根据本发明一个实施例的最大信道距离相关于光学衰减系数减小的 0M4MMF的总连接器损耗的曲线图。光学衰减系数减小的0M4MMF的距离比标准缆线光纤(例如，比衰减系数为3. 5dB/km的标准缆线光纤)延长5%以上，几乎达到145m。图8示出根据本发明一个实施例的最大信道距离相关于改进距离的0M4MMF的总连接器损耗的曲线图。对于1. 5dB的总连接器损耗，改进距离的0M4MMF的总距离比标准光纤(例如，比不补偿模色散和色彩色散的标准光纤)延长约72%，达到215m。详细描述本发明利用以下发现通过提供具有改进光学特征的超高性能改进0M4MMF，该改进0M4MMF可以支持超过当前0M4MMF能力的延长信道距离。该改进的0M4MMF可以将最大信道距离从125m延长到接近0M4MMF理论极限的约215m间距(如IEEE以太网链路模型所确定的)。除了改进的光学特征之外，该改进的0M4MMF可以补偿离散光纤模式之间的色彩色散效应，提供改进的性能和传输可靠性。然而，制造过程中的变化会继续限制光纤带宽， 因此更实际的距离目标可能略小于200m。根据本发明制造的MMF提供改进的带宽-间距性能，为下一代数据中心网络连接性提供独特的产品机会。倘若MMF的有效模带宽(EMB)小于6000MHz · km,在下一代低成本多模光学系统中，模间色散会继续比色彩色散占优。通过改进若干其它重要参数以实现改进的性能，可以得到某些益处。在本公开中，描述了这些其它参数的改进，并且在信道距离方面对相应性能改进进行量化。这些其它参数的改进提供附加距离能力。MMF的性能和距离主要受光纤中衰减和总色散的限制。衰减是因光纤自身内的散射和吸收而导致的单位长度光学损耗。色散是离散数据比特在传播通过光纤时的展宽。脉冲展宽导致连续数据比特之间的拖尾或重叠，造成比特是逻辑0还是逻辑1的不确定性增力口。该逻辑状态的不确定性表现在信道误码率(BER)中，其中BER被定义为错误比特数除以给定时段中发送的总比特数。总色散存在两种来源。色彩色散和模色散。色彩色散(也被称为材料色散)是由于材料折射率随光波长改变而发生的。通常，采用常用于MMF光纤器件的材料和波长，较短波长遭遇较高折射率(即，较高光学密度)，因此比较长波长行进得更慢。由于光脉冲通常包括若干波长，光学信号的光谱成分在传播时在时间上扩展或色散造成脉宽展宽。由于光的波动性以及光纤的波导属性，光学信号以被称为模式的离散光路传播通过光纤。由于离散模式具有不同路径长度，因此它们在不同时间到达光纤输出。光纤中最快和最慢模式之间的传播延迟差用于量化模间色散，或简称为模色散。MMF典型地设计成使得所有模式大致同时到达光纤输出。这可以通过调节或“渐变(grade)”纤芯折射率分布(通常，从纤芯中央到外边缘的抛物线分布)而使相对于芯轴以大角度行进的模式(高阶模)行进加快并且以小角度行进的模式(低阶模)行进减慢来实现。只减小模色散不能提供实现本文所公开的改进光纤距离所需的性能改进。使用 IEEE以太网链路模型，可以相关于有效模带宽(EMB)绘制光学裕量的增加，其中EMB表征光纤的带宽容量，以兆赫兹千米(MHz · km)为单位表示，参见图1。EMB是从由模色散测量 (差模延迟)获得的脉冲波形数据计算的(参见TIA-492AAAD，“对适于制造0M4缆线光纤的850nm激光优化、50 μ m芯直径/125 μ m包层直径类型Ia渐变折射率多模光纤的详细规范”)。规定0M4光纤的最小EMB为4700MHz · km。分析表明(图1)，很少的裕量是通过将 EMB增加超过4700MHz · km而获得的。然而，对于改进距离的0M4，提出5000MHz · km的最小EMB以预防测量变化并确保0M4EMB的适应性。对于在40(i&100G以太网中规定的1. 5dB 的最大信道插损(IL)，0M3和0M4光纤的预测最大信道距离分别为IOOm和125m，如图2所示。注意到，减小信道IL提供附加距离，但是在多数情况下，这并非可行的选择，因为可以通过多个连接器接口采用多光纤插入(multifiber push-on(MPO))连接器技术。虽然连接器IL的显著降低未必受控并且难以控制，但是有可能减小光缆衰减，如下文所述。参照表1，给定具有特定EMB的0M4MMF (在本情况下为5000MHz ·km)，可以通过减小两个关键光学参数(色彩色散和衰减)来实现性能改进的MMF。表10M4 光学规范，TIA-492AAAD
权利要求
1.一种多模光纤光缆，包括折射率分布，被设计成补偿耦合到所述多模光纤光缆的激光投射模式的径向依赖波长分布，以最小化所述多模光纤光缆内的模色散；以及其中所述多模光纤光缆具有等于或小于0. 10ps/nm2 · km的零色散斜率。
2.如权利要求1所述的多模光纤光缆，其特征在于，所述多模光纤光缆被预分类成具有小于或等于0. 095ps/nm2 · km的零色散斜率。
3.如权利要求1所述的多模光纤光缆，其特征在于，所述多模光纤光缆具有小于或等于3. OdB/km的光缆衰减。
4.如权利要求1所述的多模光纤光缆，其特征在于，所述多模光纤光缆在差模延迟测量分布中具有负移位度量。
5.一种设计具有延长的信道距离的改进多模光纤光缆的方法，包括确定从激光发射器发射的光的径向依赖波长分布，以及提供用于所述改进多模光纤光缆的改进折射率分布，所述改进折射率分布基于获知从所述激光发射器发射的光的径向依赖波长分布而减小所述改进多模光纤光缆内的模色散。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括选择零色散斜率等于或小于0.IOps/ nm2 · km的改进多模光纤光缆。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括选择被预分类成零色散斜率小于或等于0. 095ps/nm2 · km的改进多模光纤光缆。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括将所述改进多模光纤光缆设计成具有小于或等于3. OdB/km的光缆衰减。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括将所述改进多模光纤光缆设计成在差模延迟测量分布中具有负移位度量。
全文摘要
公开一种改进激光优化多模光纤光缆(MMF)的性能以实现用于高速数据通信网络的改进光学裕量和信道距离的方法。所公开的方法可以用于改进OM3和OM4级MMF的性能。
文档编号G02B6/028GK102483487SQ201080039740
公开日2012年5月30日 申请日期2010年9月2日 优先权日2009年9月2日
发明者G·E·图杜瑞, R·J·皮姆皮娜拉 申请人:泛达公司