专利名称：高带宽多模光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤传输领域，并且更特别地涉及一种多模光纤，其对于高数据传输 率的应用具有减小的弯曲损耗和高带宽。
背景技术：
光纤(S卩，典型地由一个或多个涂层包围的玻璃纤维)通常包括光纤芯和光学包 层，光纤芯传输和/或放大光信号，光学包层将光信号限制在纤芯内。因此，典型地，纤芯的 折射率η。大于光学包层的折射率ng(即，n。> ng)。对于光纤来说，通常根据将折射率与光纤半径联系起来的函数的图像外观对折射 率分布进行分类。通常，距离光纤中心的距离r示于χ轴，而(半径r处的)折射率与光学 外包层(例如，外部的光学包层)的折射率之间的差示于y轴。对于分别呈台阶形、梯形、 阿尔法形或三角形的图形，折射率分布称为“阶跃”分布、“梯形”分布、“阿尔法”分布或“三 角形”分布。这些曲线通常代表光纤的理论分布或设定分布。然而，受到光纤制造的限制， 可能导致实际分布出现略微的不同。一般来说，存在两种主要的光纤种类多模光纤和单模光纤。在多模光纤中，对于 给定的波长，多个光学模式同时沿着光纤传播，而在单模光纤中，高阶模式被强烈地衰减。 单模玻璃纤维或多模玻璃纤维的典型直径为125微米。多模光纤的纤芯典型地具有在大约 50微米到62. 5微米之间的直径，而单模光纤的纤芯典型地具有在大约6微米到9微米之间 的直径。由于多模光源、连接器和维护的成本较低，多模系统通常不像单模系统那么昂贵。多模光纤通常用于要求较宽带宽的短距离应用，例如，本地网或LAN(局域网)。多 模光纤是遵循ITU-T G. 651. 1标准的国际标准客体，该标准特别限定了与光纤兼容性的要 求相关的规范(例如，带宽、数值孔径和纤芯直径)。另外，为满足长距离(即，大于300米的距离)的高带宽应用(即，高于ΚΛΕ的数 据传输率)的需求，使用0M3标准。随着高带宽应用的发展，多模光纤的平均纤芯直径从 62. 5微米减小到50微米。典型地，为了能够用于高带宽应用，光纤应当具有尽可能最宽的带宽。对于给定的 波长，光纤的带宽可以以多种不同的方式表征。典型地，对所谓的“满注入”条件(OFL)带 宽和所谓的“有效模带宽”条件(EMB)进行了区分。OFL带宽的获取假定使用在光纤的整 个径向面(radial surface)上呈现均勻发射的光源(例如，采用激光二极管或发光二极管 (LED))。近来得以发展的用于高带宽应用的光源，例如，VCSEL(垂直腔面发射激光器)，在 光纤的径向面上呈现不均勻的发射。对于这种光源，不太适合OFL带宽这种测量方式，而 更适合于使用有效模带宽(EMB)。用计算得到的有效带宽(EMBc)估算出与所使用的这种 VCSEL无关的多模光纤的最小EMB。EMBc由色散模延迟(DMD)测量得出(例如，如F0TP-220 标准中所阐述的)。在F0TP-220标准中可以找到测量DMD和计算有效模带宽的方法的实施例。该技术的进一步细节阐述在如下刊物中p. F. Kolesar和D. J. Mazzarese, "Understanding multimode bandwidth and differential mode delay measurements and their applications", Proceedings of the 51st International Wire and Cable Symposium, 第 453-460 页；以及 D.Coleman 和 Philip Bell, "Calculated EMB enhances IOGbE performance reliability for laser-optimized 50/125 μ m multimode fiber，，， Corning Cable Systems Whitepaper。
图1示出了根据2002年11月22日公开的TIA SCF0-6. 6版本的F0TP-220标准 的规范的DMD测量的示意图。图1示出了光纤的一部分(即，由外包层包围的光纤芯)的 示意图。通过向多模光纤连续地注入具有给定波长λ ^的光脉冲来获得DMD图，在每个连 续脉冲之间具有径向偏移。然后在经过给定的光纤长度L后，测量每个脉冲的延迟。多个 相同的光脉冲(即，具有相同的振幅、波长和频率的光脉冲)以相对于多模光纤的纤芯中心 具有不同径向偏移而注入。注入的光脉冲在图1中表示为光纤的光纤芯上的黑点。为了表 征50微米直径的光纤特性，F0TP-220标准建议进行至少M次单独测量(即，在M个不同 的径向偏移值处)。从这些测量中，可以确定模色散以及计算出的有效模带宽(EMBc)。TIA-492AAAC-A标准规定了对以太网高带宽传输网络应用中远距离使用的 50微米直径的多模光纤的性能要求。0Μ3标准要求，在850纳米的波长下，EMB为至少 2，000MHz ·1αιι。0Μ3标准确保10(ib/S (IOGbE)的数据传输率高达300米距离的无错误传输。 0M4标准要求，在850纳米的波长下，EMB为至少4，700MHz · km,以实现10(ib/s (IOGbE)的 数据传输率高达550米距离的无错误传输。在多模光纤中，沿光纤传播的多个模式的传播时间差或群延迟时间决定了光纤的 带宽。尤其是，对于相同的传播介质(即，阶跃折射率型多模光纤)，不同的模式具有不同的 群延迟时间。群延迟时间的不同导致了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的右侧图所示，在各个脉冲之间观察到时滞。图1中的图依照脉冲以 微米为单位的径向偏移(y轴)和脉冲通过给定长度的光纤所用的以纳秒为单位的时间(χ 轴)图示了每个单独的脉冲。如图1所示，峰的位置沿着χ轴变化，其表示各个脉冲之间的时滞(S卩，延迟)。该 延迟引起所得到的光脉冲的增宽。光脉冲的增宽(i)增加了脉冲与下一个脉冲重叠的危险 并且(ii)降低了光纤所支持的带宽(即，数据传输率)。因而，带宽与在光纤的多模纤芯中 传播的光学模式的群延迟时间直接相关。因此，为了确保较宽的带宽，需要使所有模式的群 延迟时间相等。换而言之，对于给定波长，模间色散应当为零，或至少被最小化。为了降低模间色散，通信用多模光纤通常具有这样的纤芯，其折射率从光纤中 心向其与包层的界面逐渐减小(即，“阿尔法”纤芯分布)。这样的光纤已经被使用了 多年，其特性描述于“Multimode theory of graded-core fibers”，D. Gloge 等，Bell system Technical Journal 1973,第 1563-1578 页，并概述于"Comprehensive theory of dispersion in graded-index optical fibers", G. Yabre, Journal of Lightwave Technology, 2000 年 2 月，第 18 卷，第 2 期，第 166-177 页。梯度折射率分布(即，阿尔法折射率分布)能够通过根据下列等式的折射率值η 与到光纤中心的距离r之间的关系式来描述
权利要求
1.一种多模光纤，从中心到外周包括中心纤芯，其具有半径A并且相对于外包层具有阿尔法折射率分布；内包层，其具有外半径巧、宽度W2并且相对于所述外包层具有折射率差Δη2 ；下陷沟道，其具有外半径rt、宽度Wt并且相对于所述外包层具有折射率差Ant ；以及外包层；其中，所述内包层的宽度W2与所述下陷沟道的折射率差Ant满足下面的不等式
2.如权利要求1所述的多模光纤，其中，所述中心纤芯的阿尔法折射率分布的阿尔法 参数α在大约1. 9到2. 1之间，优选为在大约2. 04到2. 1之间。
3.如权利要求1所述的多模光纤，其中，所述中心纤芯相对于所述外包层的最大折射 率差An1在大约IlX ΙΟ”到16X ΙΟ”之间。
4.如权利要求1所述的多模光纤，其中，所述内包层直接包围所述中心纤芯，并且所述 下陷沟道直接包围所述内包层。
5.如权利要求1所述的多模光纤，其中，所述内包层的折射率差Δη2在大 约-0. 05 X 1(Γ3 到 0. 05 X 1(Γ3 之间。
6.如权利要求1所述的多模光纤，其中，所述下陷沟道的折射率差Ant在大 约-15 X 1(Γ3 至Ij -3 X 1(Γ3 之间。
7.如权利要求1所述的多模光纤，其中，所述下陷沟道的宽度Wt在大约3微米到5微 米之间。
8.如权利要求1所述的多模光纤，其中，所述下陷沟道的体积Vt在大约200%·μ m2到 1,200% · μ m2之间，优选为在大约250% · μ m2到750% · μπι2之间。
9.如权利要求1所述的多模光纤，其中，在850纳米的波长下，对于绕15毫米的弯曲半 径两圈，所述多模光纤的弯曲损耗小于大约0. ldB，优选为小于大约0. 05dB。
10.如权利要求1所述的多模光纤，其中，在850纳米的波长下，对于绕10毫米的弯曲 半径两圈，所述多模光纤的弯曲损耗小于大约0. 3dB，优选为小于大约0. ldB。
11.如权利要求1所述的多模光纤，其中，在850纳米的波长下，对于绕7.5毫米的弯曲 半径两圈，所述多模光纤的弯曲损耗小于大约0. 4dB，优选为小于大约0. 2dB。
12.如权利要求1所述的多模光纤，其中，在850纳米的波长下，对于绕5毫米的弯曲半 径两圈，所述多模光纤的弯曲损耗小于大约ldB，优选为小于大约0. 3dB。
13.如权利要求1所述的多模光纤，其中，在850纳米的波长下，所述多模光纤在M微 米下的径向偏移带宽(R0B24)为至少大约5，OOOMHz · km。
14.如权利要求1所述的多模光纤，其中，在850纳米的波长下，所述多模光纤在M微 米下的径向偏移带宽(R0B24)为至少大约10，OOOMHz ·—，优选为至少大约15，000MHz ^km0
15.如权利要求1所述的多模光纤，其中，在850纳米的波长下，所述多模光纤的满注入 带宽为至少大约1，500MHz · km，优选为至少大约3，500MHz · km。
16.如权利要求1所述的多模光纤，其中，在850纳米的波长下，所述多模光纤的满注入 带宽为至少大约5，OOOMHz · km。
17.如权利要求1所述的多模光纤，其中，所述多模光纤的数值孔径为0.2士0. 015。
18.如权利要求1所述的多模光纤，其中，在850纳米的波长下，所述多模光纤的外部色 散模延迟值(0-23微米)为小于大约0. 33ps/m，优选为小于大约0. 25ps/m，更优选为小于 大约 0. 14ps/m。
19.一种光纤系统，包括如权利要求1所述的多模光纤的至少一部分。
20.如权利要求19所述的光纤系统，其中，所述光纤系统在至少大约10(ib/S的数据传 输率下的传输距离为大约100米，优选地，在至少大约10(}b/s的数据传输率下的传输距离 为大约300米。
全文摘要
本发明包含一种光纤，尤其是一种高带宽多模光纤，其包括相对于外包层具有阿尔法折射率分布的中心纤芯。该光纤还包括内包层、下陷沟道以及外包层。该光纤对于高数据传输率应用利用减小的包层效应实现了减小的弯曲损耗和高带宽。
文档编号H04B10/12GK102081191SQ20101062448
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者丹尼斯·莫林, 皮埃尔·西亚尔 申请人:德雷卡通信技术公司