一种高带宽抗弯多模光纤的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有高带宽性能的抗弯多模光纤，属于光通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 按照国际电工委员会（IEC)的光纤产品规范标准IEC60793-2中对多模光纤的描 述，A1类光纤为多模光纤，并且根据几何结构的不同，A1类光纤又被分为Ala、Alb和Aid 类。Ala类光纤即50/125μm的渐变折射率光纤，Alb类光纤即62. 5/125μm的渐变折射率 光纤，Aid类光纤即100/140μπι的渐变折射率光纤。其中Ala类光纤是目前商用最广泛的 多模光纤类型，它又按照带宽性能从小到大依次被分为Ala. 1、Ala. 2和Ala. 3类光纤，分别 对应IS0/IEC标准中的成缆光纤类型0M2、0M3和0M4。
[0003] 多模光纤以其低廉的系统成本优势，成为短距离高速率传输网络的优质解决方 案，已广泛应用于数据中心、办公中心、高性能计算中心和存储区域网等领域。多模光纤的 应用场景往往是狭窄的机柜、配线箱等集成系统，光纤会经受很小的弯曲半径。常规多模光 纤进行小角度弯曲时，靠近纤芯边缘传输的高阶模很容易泄漏出去，从而造成信号损失。在 设计抗弯多模光纤折射率剖面时，可以采用在光纤包层增加低折射率区域的方法来限制高 阶模的泄漏，使信号损失最小化。抗弯多模光纤优异的抗弯曲性能使得其能够被高效地应 用在数据中心局域网中。
[0004] 多模光纤中存在的模间色散使其所能支持的传输距离受到大大限制，为降低光纤 模间色散，需要将多模光纤的芯层折射率剖面设计成中心至边缘连续逐渐降低的折射率分 布，通常我们称其为"α剖面"。即满足如下幂指数函数的折射率分布：
[0005]
[0006] 其中，&为光纤轴心的折射率；r为离开光纤轴心的距离；a为光纤芯半径；α为 分布指数；Α。为纤芯中心相对包层的折射率。
[0007] 相对折射率即Δι:
[0008] Δ3 = [ (η/_η02)/2η,]X100%，
[0009] 其中，叫为距离纤芯中心i位置的折射率；η。为光纤芯层的最小折射率，通常也是 光纤包层的折射率。
[0010] 通过在Si02中掺入一定浓度具有折射率调节功能的掺杂剂（如Ge02、F、B203、P205、 Ti02、Al203、Zr02、Sn02等）来实现多模光纤的芯层折射率分布。由此设计而得的多模光纤能 够支持数百米的高速率传输。例如，用850nm激光光源，单根0M4多模光纤能够支持10Gb/ s的以太网流量传输550m以上，支持40Gb/s的速率传输150m以上。然而，随着网络传输 速率的飞速发展，和用户对带宽需求的不断上升，多模光纤的容量需要不断提升。目前单根 0M4多模光纤的带宽已经接近多模光纤上限。在100Gb/s、400Gb/s甚至更高速的单一光源 传输系统中，0M4多模光纤所能支持的传输距离会大大缩短。波分复用（WDM)技术是进一 步提升多模光纤容量以适应更高速传输系统的有效手段。采用WDM，单根光纤可以容纳多股 数据通道，每增加一个波长，光纤的传输能力就会增加。例如，4个25Gb/s的波长合并在一 起通过一根多模光纤传输，就实现了单根多模光纤支持lOOGb/s的速率传输150m以上的性 能，即单根多模光纤容量增大至原来的4倍。多模光纤应用WDM技术，要求该光纤能够支持 多个波长窗口下的高性能传输。
[0011]多模光纤可以通过精确控制芯层折射率分布来获得高带宽性能。这里的带宽性 能是指光纤的满注入带宽（〇FLBandwidth)，采用TIA中规定的F0TP-204标准测试方法测 得。研究表明，多模光纤折射率剖面一定时，往往只针对特定的波长窗口表现出较高的带宽 性能，当光纤应用窗口移至较大或较小波长时，带宽性能会出现明显的下降。常规0M3/0M4 多模光纤的带宽与波长窗口的关系如图1所示，其在850nm窗口之外的带宽性能急剧恶化。 显然，这种多模光纤难以满足WDM技术的应用要求。
[0012] 专利US7336877提出一种芯层具有分段式折射率分布的光纤，能够支持775nm~ 1l〇〇nm波段中一个或多个波长窗口的2GHz-km数据传输。但该光纤不符合0M4光纤标准， 无法与常规多模光纤兼容，且不具有抗弯曲性能。专利US2010254653提出一种具有α剖 面的多模光纤，通过Ge/F共掺的方式来优化光纤在850nm和1300nm窗口的带宽性能。但 该多模光纤无法满足WDM技术的应用要求，且不具有抗弯曲性能。
[0013] 因此，有必要设计一种多模光纤，既能与现有0M3/0M4多模光纤兼容，又具有较低 的带宽-波长敏感性，能够满足一定波段范围内WDM技术的应用要求，并且具有抗弯曲性 能，以适应多模光纤容量日益增长的市场需求。
【发明内容】
[0014] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种结构设计 合理，具有较低带宽-波长敏感性的高带宽抗弯多模光纤。
[0015] 本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有芯层和包层，芯层折 射率剖面呈抛物线形，分布指数为α，其特征在于所述芯层半径R1为23~27μm，芯层中 心位最大相对折射率差A1_为0. 9%~1. 2%，所述的芯层为锗氟共掺的二氧化硅玻璃 层，芯层中心位具有最小氟掺杂量，其氟含量质量百分比为CF，_，芯层的氟含量质量百分比 随半径发牛变化，并桉如下函数分布：
[0016]
[0017] 其中，k为常数，其取值范围为1~2.5 ;CF'的取值范围为3X10 3~12X10 3;所 述的包层由内到外依次为内包层、下陷包层以及外包层。
[0018] 按上述方案，所述的芯层中心位氟含量质量百分比CF，_小于或等于1X10 3。
[0019] 按上述方案，所述的芯层折射率剖面的分布指数α为1. 9~2. 2。
[0020] 按上述方案，所述的内包层单边宽度（R2-R1)为3. 0~6. 0μm，相对折射率差Δ2 为-0.05 %~0.05 %，所述的下陷包层单边宽度（R3-R2)为5.0~8.0μm，相对折射率差 Λ3为-1. 0%~-0. 4%，所述的外包层为纯二氧化硅玻璃层。
[0021] 按上述方案，所述光纤在850nm波长的差分模时延（DMD)满足以下标准：DMD InnerMask(5_18ym)和DMDOuterMask(0_23ym)均小于或等于0.14ps/m;DMDInterval Mask小于或等于0·llps/m。
[0022] 按上述方案，所述光纤的数值孔径为0. 185~0. 215。
[0023] 按上述方案，所述光纤在850nm波长具有3500MHz-km或3500MHz-km以上带宽， 在950nm波长具有2300MHz-km或2300MHz-km以上带宽，在1300nm波长具有500MHz-km或 500MHz-km以上带宽。
[0024] 更进一步的，光纤在850nm波长具有5000MHz-km或5000MHz-km以上带宽，在 950nm波长具有3300MHz-km或3300MHz-km以上带宽，在1300nm波长具有600MHz-km或 600MHz-km以上带宽。
[0025] 按上述方案，所述光纤在850nm波长具有4700MHz-km或4700MHz-km以上的有效 模式带宽（EMB)。
[0026] 按上述方案，所述光纤在875nm波长具有3400MHz-km或3400MHz-km以上的有效 模式带宽（EMB)。
[0027] 按上述方案，所述光纤在900nm波长具有2900MHz-km或2900MHz-km以上的有效 模式带宽（EMB)。
[0028] 按上述方案，所述光纤在925nm波长具有2800MHz-km或2800MHz-km以上的有效 模式带宽（EMB)。
[0029] 按上述方案，所述光纤在950nm波长具有2500MHz-km或2500MHz-km以上的有效 模式带宽（EMB)。
[0030] 按上述方案，所述光纤在850nm波长处，以7. 5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附 加损耗小于0. 2dB，甚至达到0. 02dB;在1300nm波长处，以7. 5毫米弯曲半径绕2圈导致的 弯曲附加损耗小于〇. 5dB，甚至达到0.ldB。
[0031] 本发明的有益效果在于：1、本发明光纤通过对芯层氟掺杂量的优化，实现对于光 传输带宽性能的优化，在带宽性能提高的同时，带宽-波长敏感性降低；2、本发明光纤不仅 能与现有0M3/0M4多模光纤兼容，还能支持850nm~950nm波长范围内的波分复用技术；3、 本发明光纤具有优异的抗弯曲性能，可适用于接入网和小型化光器件中。本发明使多模光 纤传输容量得到进一步提升，适应了数据流量高速增长的网络需求，对光通信技术的应用 具有重要意义。
【附图说明】
[0032] 图1是常规0M3/0M4多模光纤的带宽与波长的关系。
[0033] 图2是本发明光纤折射率剖面示意图。
[0034] 图3是实施例1光纤的芯层折射率