專利名稱：彎曲損耗低且包層效應(yīng)降低的多模光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種彎曲損耗降低并且具有針對(duì)高數(shù)據(jù)速率 應(yīng)用的高帶寬的多模光纖。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，光纖(即，通常由一個(gè)或多個(gè)包覆層圍繞的玻璃纖維)包括傳輸和/或放 大光信號(hào)的光纖芯和將光信號(hào)限制在纖芯內(nèi)的光包層。因此，纖芯的折射率nc通常大于光 包層的折射率ng(即，n。>ng)。對(duì)于光纖，折射率分布通常根據(jù)將折射率和光纖半徑相關(guān)聯(lián)的函數(shù)的圖形外觀 來(lái)分類。傳統(tǒng)上，在X軸上示出相對(duì)于光纖中心的距離r，并且在y軸上示出(半徑r處 的)折射率和光纖的外包層(例如，外光包層)的折射率之間的差。對(duì)于具有階梯、梯形、 α (alpha)或三角形的各個(gè)形狀的圖形，折射率分布被稱為“階梯”分布、“梯形”分布、“ α ” 分布或“三角形”分布。這些曲線通常代表光纖的理論分布或設(shè)定分布。然而，制造光纖時(shí) 的限制可能導(dǎo)致略微不同的實(shí)際分布。一般而言，主要存在多模光纖和單模光纖這兩類光纖。在多模光纖中，對(duì)于給定波 長(zhǎng)，幾種光模式沿著光纖同時(shí)傳播，而在單模光纖中，高階模式被大幅衰減。單模玻璃纖維 或多模玻璃纖維的直徑通常為125微米。多模光纖的纖芯的直徑通常約為50微米 62. 5 微米，而單模光纖的纖芯的直徑通常約為6微米 9微米。由于可以以較低的成本獲得多 模光源、連接器和維護(hù)，因此與單模系統(tǒng)相比，多模系統(tǒng)通常不太昂貴。多模光纖通常用于諸如本地網(wǎng)絡(luò)或LAN(局域網(wǎng))等要求寬帶寬的短距離應(yīng)用。多 模光纖已經(jīng)成為ITU-T G. 651. 1推薦下的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的主題，其中，ITU-T G. 651. 1推薦特別 定義與光纖兼容性的要求有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)(例如，帶寬、數(shù)值孔徑和纖芯直徑)。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)的高帶寬應(yīng)用 (即，高于KibE的數(shù)據(jù)速率)的要求。隨著高帶寬應(yīng)用的發(fā)展，多模光纖的平均纖芯直徑已 從62. 5微米縮減至50微米。通常，光纖應(yīng)當(dāng)具有盡可能寬的帶寬以在高帶寬應(yīng)用中有良好表現(xiàn)。對(duì)于給定波 長(zhǎng)，光纖的帶寬的特征可以表現(xiàn)在幾個(gè)不同的方面。通常，在所謂的“過(guò)滿注入(overfilled launch)”條件(OFL)帶寬和所謂的“有效模式帶寬(effective modalbandwidth) ”條件 (EMB)之間進(jìn)行區(qū)別。獲取OFL帶寬假定使用在光纖的整個(gè)徑向面上展現(xiàn)均勻激發(fā)的光源 (例如，使用激光二極管或發(fā)光二極管(LED))。最近研發(fā)的諸如VC SEL (Vertical Cavity Surface EmittingLaser，垂直腔面發(fā) 射激光器)等的高帶寬應(yīng)用中使用的光源在光纖的徑向面上展現(xiàn)出不均勻激發(fā)。對(duì)于這類 光源，OFL帶寬是不太適當(dāng)?shù)臏y(cè)量值，因此優(yōu)選使用有效模式帶寬(EMB)。所計(jì)算出的有效 帶寬(EMBc)在不依賴于所使用的VCSEL的類型的情況下估計(jì)多模光纖的最小EMB。通過(guò) (例如，在F0TP-220標(biāo)準(zhǔn)中所述的)差分模式延遲(DMD，differential-mode-delay)測(cè)量 來(lái)獲得該EMBc。
可以在F0TP-220標(biāo)準(zhǔn)中找到測(cè)量DMD并計(jì)算有效模式帶寬的示例性方法。在 以下出版物中說(shuō)明了更多與該技術(shù)有關(guān)的詳細(xì)內(nèi)容P. F. Kolesar and D. J. Mazzarese, “UnderstandingMultimode Bandwidth and Differential Mode Delay Measurementsand Their Applications,，，Proceedings of the 51st Internationalffire and Cable Symposium，pp. 453—460 ；以及 D. Coleman andPhilip Bell, "Calculated EMB Enhances IOGbE PerformanceReliability for Laser-Optimized 50/125 μm Multimode Fiber,，，Corning Cable Systems Whitepaper。圖1示出根據(jù)F0TP-220標(biāo)準(zhǔn)的如于2002年11月22日在TIASCF0-6. 6版本中公 開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)的DMD測(cè)量的示意圖。圖1示意性表示光纖的一部分(即，由外包層圍繞的光纖 芯)。通過(guò)向多模光纖連續(xù)注入在各連續(xù)脈沖之間存在徑向偏移的給定波長(zhǎng)λ J勺光脈沖， 來(lái)獲得DMD圖。然后，在給定的纖維長(zhǎng)度L之后測(cè)量各脈沖的延遲。注入相對(duì)于多模光纖 的纖芯的中心具有不同徑向偏移的多個(gè)相同的光脈沖(即，振幅、波長(zhǎng)和頻率相同的光脈 沖)。在圖1中，將所注入的光脈沖描繪為光纖的纖芯上的黑點(diǎn)。為了表現(xiàn)直徑為50微米 的光纖的特征，F(xiàn)0TP-220標(biāo)準(zhǔn)推薦執(zhí)行至少M(fèi)次單獨(dú)測(cè)量(即，采用M個(gè)不同的徑向偏 移值)。通過(guò)這些測(cè)量，可以確定模式色散(modal dispersion)和計(jì)算出的有效模式帶寬 (EMBc)。TIA-492AAAC-A標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了以太網(wǎng)(Ethernet)高帶寬傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中長(zhǎng)距離 時(shí)使用的直徑為50微米的多模光纖的性能要求。0M3標(biāo)準(zhǔn)在波長(zhǎng)850納米時(shí)要求至少 2，OOOMHz -km的EMB。0M3標(biāo)準(zhǔn)確保距離長(zhǎng)達(dá)300米、數(shù)據(jù)速率為10(ib/s (IOGbE)的無(wú)差錯(cuò) 傳輸。0M4標(biāo)準(zhǔn)在波長(zhǎng)850納米時(shí)要求至少4，700MHz -km的EMB，以獲得距離長(zhǎng)達(dá)550米、 數(shù)據(jù)速率為10(ib/S (10(ΛΕ)的無(wú)差錯(cuò)傳輸。在多模光纖中，幾種模式沿著光纖的傳播時(shí)間或組延遲時(shí)間之間的差決定了光纖 的帶寬。特別地，對(duì)于同一傳播介質(zhì)(即，在階梯折射率多模光纖中)，不同模式的組延遲 時(shí)間不同。組延遲時(shí)間的該差導(dǎo)致在沿著光纖的不同徑向偏移傳播的脈沖之間產(chǎn)生時(shí)滯 (time lag)。例如，如圖1右側(cè)的圖所示，在各個(gè)脈沖之間觀察到時(shí)滯。該圖1的圖根據(jù)其以 微米為單位的徑向偏移(y軸)和脈沖通過(guò)光纖的給定長(zhǎng)度所需的以納秒為單位的時(shí)間(χ 軸)來(lái)描繪各個(gè)脈沖。如圖1所示，沿著χ軸峰值的位置變化，這表示各個(gè)脈沖之間存在時(shí)滯(S卩，延 遲)。該延遲導(dǎo)致由此產(chǎn)生的光脈沖變寬。光脈沖變寬使該脈沖疊加在尾隨脈沖上的風(fēng)險(xiǎn) 增大，并且使光纖所支持的帶寬(即，數(shù)據(jù)速率)減小。因此，帶寬與在光纖的多模纖芯中 傳播的光模式的組延遲時(shí)間直接相關(guān)聯(lián)。因而，為了確保寬帶寬，期望所有模式的組延遲時(shí) 間均相同。換句話說(shuō)，對(duì)于給定波長(zhǎng)，模間色散(intermodal dispersion)應(yīng)當(dāng)為0，或者至 少應(yīng)當(dāng)使模間色散最小。為了減少模間色散，遠(yuǎn)程通信時(shí)使用的多模光纖通常具有折射率從光纖中心向著 中心與包層的界面逐漸減小的纖芯(即，‘‘α”纖芯分布)。這種光纖已經(jīng)使用了很多年， 并且在 D. Gloge 等人發(fā)表的"Multimode Theory of Graded-Core Fibers”，Bellsystem Technical Journal 1973，pp. 1563-1578中描述了這種光纖的特性，并且在G. Yabre發(fā)表 的"Comprehensive Theory ofDispersion in Graded—Index Optical Fibers，，，JournalofLightwave Technology, February 2000，Vol. 18，No. 2，pp · 166-177 中概括了這種光纖 的特性。 可以根據(jù)以下等式，通過(guò)折射率值η和相對(duì)于光纖中心的距離!·之間的關(guān)系來(lái)說(shuō) 明漸變折射率分布(即，α折射率分布)。其中，Iitl是多模纖芯的最小折射率，其可以與(最常見(jiàn)是由二氧化硅制成的)外包 層的折射率相對(duì)應(yīng)。因此，具有漸變折射率(S卩，α分布)的多模光纖具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的纖芯分布，以使 得沿著該光纖的任何徑向方向，折射率的值從該光纖纖芯的中心向著其外圍連續(xù)減小。當(dāng) 多模光信號(hào)在這種漸變折射率的纖芯中傳播時(shí)，不同的光模式經(jīng)歷不同的傳播介質(zhì)(這是 由于折射率在變化)。而不同的傳播介質(zhì)對(duì)各光模式的傳播速度產(chǎn)生不同的影響。因而，通 過(guò)調(diào)整參數(shù)α的值，可以獲得對(duì)于所有模式實(shí)際上均相等的組延遲時(shí)間。換句話說(shuō)，可以 修改折射率分布以減少或甚至消除模間色散。然而，實(shí)際上，所制造的多模光纖具有由折射率恒定的外包層所圍繞的漸變折射 率的中央纖芯。纖芯-包層界面中斷該纖芯的α折射率分布。結(jié)果，多模光纖的纖芯與在 理論上完美的α分布(即。α設(shè)定分布)根本不對(duì)應(yīng)。外包層使高階模式相對(duì)于低階模 式加速。該現(xiàn)象被稱為“包層效應(yīng)(cladding effect)”。在DMD測(cè)量時(shí)，針對(duì)最高的徑向位 置(即，離外包層最近)所獲取的響應(yīng)展現(xiàn)多個(gè)脈沖，這導(dǎo)致響應(yīng)信號(hào)的時(shí)間擴(kuò)散。因此， 帶寬因該包層效應(yīng)而變小。多模光纖通常用于諸如局域網(wǎng)(LAN)等要求寬帶寬的短距離應(yīng)用。在這些應(yīng)用 中，可以對(duì)光纖進(jìn)行偶然彎曲或無(wú)意彎曲，從而可以修改光纖的模式功率分布和帶寬。因此，期望實(shí)現(xiàn)不受曲率半徑為10毫米以下的彎曲影響的多模光纖。所提出的一 個(gè)解決方案涉及在纖芯和包層之間添加凹槽。然而，該溝道的位置和深度可能對(duì)光纖的帶 寬產(chǎn)生極大影響。公開(kāi)號(hào)為JP2006/47719A的日本專利公開(kāi)了在其包層中具有凹槽的漸變折射率 的光纖。然而，所公開(kāi)的光纖展現(xiàn)比所期望的彎曲損耗高的彎曲損耗以及相對(duì)低的帶寬。此 外，沒(méi)有提到所公開(kāi)的光纖的包層效應(yīng)。國(guó)際公開(kāi)W0-A-2008/085851公開(kāi)了在其包層中具有凹槽的漸變折射率的光纖。 然而，所公開(kāi)的光纖展現(xiàn)相對(duì)低的帶寬，并且沒(méi)有提到其包層效應(yīng)。公開(kāi)號(hào)為2009/0154888的美國(guó)專利公開(kāi)了在其包層中具有凹槽的漸變折射率的 光纖。然而，所公開(kāi)的光纖展現(xiàn)相對(duì)地的帶寬，并且沒(méi)有提到其包層效應(yīng)。歐洲專利EP0131729公開(kāi)了在其包層中具有凹槽的漸變折射率的光纖。根據(jù)該其中，α彡1，并且α是表示折射率分布的形狀的無(wú)因次參數(shù)；H1是光纖纖芯的最大折射率；a是光纖纖芯的半徑；以及 Δ =
("ι2-"ο2)文獻(xiàn)，為了實(shí)現(xiàn)高帶寬，漸變折射率分布的纖芯的端部和凹槽的開(kāi)頭之間的距離應(yīng)當(dāng)為0. 5 微米 2微米。然而，所公開(kāi)的光纖展現(xiàn)比所期望的彎曲損耗高的彎曲損耗。此外，沒(méi)有提 到所公開(kāi)的光纖的包層效應(yīng)。因此，需要一種彎曲損耗降低并且具有針對(duì)高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用的包層效應(yīng)降低的高 帶寬的漸變折射率的多模光纖。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種包含由外包層所圍繞的中央纖芯的多模光纖。該 中央纖芯具有⑴外徑ri、(ii)大于0的相對(duì)于外包層的最小折射率差A(yù)nmd、和(iii)相 對(duì)于外包層的α折射率分布。該α折射率分布在中央纖芯的外徑A處和最小折射率差 Δ Iiend處中斷。該α折射率分布定義理論半徑rlzCT。，該理論半徑rlzCT。是在α折射率分布 在中央纖芯的外徑A處未中斷(即，截平)的情況下、中央纖芯和外包層之間的折射率差 將為0的徑向距離。內(nèi)包層位于中央纖芯和外包層之間(例如，緊挨著圍繞中央纖芯)。該內(nèi)包層具有 ⑴外徑r2、(ii)寬度《2和(iii)相對(duì)于外包層的折射率差Δη2。凹槽位于內(nèi)包層和外包 層之間(例如，緊挨著圍繞內(nèi)包層)。該凹槽具有⑴外徑r。ut、(ii)寬度％和(iii)相對(duì) 于外包層的折射率差Δη3。通常，內(nèi)包層的外徑r2和α折射率分布的理論半徑rlzera之間的差約大于0. 5微 米且小于2微米(例如，約為0.5微米 1.5微米)。此外，內(nèi)包層的折射率差Δη2和凹槽 的折射率差Δ η3通常滿足以下不等式-11. 9 X (1000 Δ η2) 2_3· 4 X (1000 Δ η2) _7· 2 < 1000 Δ η3 ；以及IOOOAn3 < -17. 2 X (1000 Δ η2) 2+16. 5 X (IOOOAn2) -8. 0。換言之，本發(fā)明涉及一種多模光纖，其從中心到外周包括_中央纖芯，其具有外 徑巧、大于0的相對(duì)于外包層的最小折射率差A(yù)nmd和相對(duì)于所述外包層的α折射率分 布，所述α折射率分布在所述中央纖芯的外徑T1處中斷，所述α折射率分布定義理論半 徑rlzCT。；-內(nèi)包層，其具有外徑r2、寬度W2和相對(duì)于所述外包層的折射率差Δη2 ；-凹槽，其 具有外徑r。ut、寬度W3和相對(duì)于所述外包層的折射率差Δη3 ；以及-所述外包層；其中，所述 內(nèi)包層的外徑r2和所述α折射率分布的理論半徑rlzCT。之間的差約大于0.5微米且小于2 微米；其中，所述內(nèi)包層的折射率差八 和所述凹槽的折射率差A(yù)nji足以下不等式-11. 9 X (1000 Δ η2) 2_3· 4 X (1000 Δ η2) _7· 2 < 1000 Δ η3 ；以及IOOOAn3 < -17. 2 X (1000 Δ η2) 2+16. 5 X (IOOOAn2) -8. 0。換言之，本發(fā)明涉及一種多模光纖，包括由外包層圍繞的中央纖芯，所述中央纖 芯具有⑴外徑巧、(ii)大于0的相對(duì)于所述外包層的最小折射率差A(yù)nmd和(iii)相對(duì)于 所述外包層的α折射率分布，其中，所述α折射率分布在所述中央纖芯的外徑rl處中斷， 所述α折射率分布定義理論半徑rlzCT。；位于所述中央纖芯和所述外包層之間的內(nèi)包層，所 述內(nèi)包層具有⑴外徑r2、(ii)寬度《2和(iii)相對(duì)于所述外包層的折射率差Δη2;位于 所述內(nèi)包層和所述外包層之間的凹槽，所述凹槽具有(i)外徑r。ut、(ii)寬度％和(iii)相 對(duì)于所述外包層的折射率差Δη3;其中，所述內(nèi)包層的外徑r2和所述α折射率分布的理論 半徑rlzCT。之間的差約大于0. 5微米且小于2微米；其中，所述內(nèi)包層的折射率差Δη2和所述凹槽的折射率差Δ叫滿足以下不等式-11. 9 X (1000 Δ η2) 2_3· 4 X (1000 Δ η2) _7· 2 < 1000 Δ η3 ；以及IOOOAn3 < -17. 2 X (1000 Δ η2) 2+16. 5 X (IOOOAn2) -8. 0。在實(shí)施例中，所述中央纖芯的α折射率分布的α參數(shù)α約為1. 9 2. 1 (例如， 約為2. 0 2. 1)。在另一實(shí)施例中，所述中央纖芯相對(duì)于所述外包層的最大折射率差A(yù)n1約為 11Χ1(Γ3 16 X IO^3O在又一實(shí)施例中，所述α折射率分布的理論半徑rlzera約為23微米 27微米。在又一實(shí)施例中，所述內(nèi)包層緊挨著圍繞所述中央纖芯，并且所述凹槽緊挨著圍 繞所述內(nèi)包層。在又一實(shí)施例中，所述中央纖芯的最小折射率差A(yù)nmd等于所述內(nèi)包層的折射率
H An2O在又一實(shí)施例中，所述內(nèi)包層的折射率差Δη2約為0. 2Χ10_3 2Χ10_3。在又一實(shí)施例中，所述凹槽的外徑r。ut約為32微米以下(例如，約為30微米以 下)。在又一實(shí)施例中，所述凹槽的折射率差八113約為-15\10-3 -3\10-3。在又一實(shí)施例中，所述凹槽的寬度W3約為3微米 6微米，優(yōu)選約為3微米 5微 米。在一個(gè)特定實(shí)施例中，所述凹槽的體積V3約為200% · μ m2 1，200% · μ m2 (例 如，約為 250% · μπι2 750% · μπι2)。在又一實(shí)施例中，所述內(nèi)包層的外徑r2和所述α折射率分布的理論半徑rlzCT。之 間的差約小于1. 5微米(例如，0. 75 1. 25微米)。在又一實(shí)施例中，所述內(nèi)包層的折射率差八 和所述凹槽的折射率差A(yù)n3通常滿 足以下不等式-13. 6 X (1000 Δ η2) 2_5· 2 < 1000 Δ η3 < -18. 1 X (1000 Δ η2) 2+13. 5 X (1000 Δ η2) -7
ο在又一實(shí)施例中，在波長(zhǎng)850納米處，對(duì)于彎曲半徑為15毫米的兩匝(turn around)，所述多模光纖的彎曲損耗約小于0. IdB (例如，約小于0. 05dB)。在又一實(shí)施例中，在波長(zhǎng)850納米處，對(duì)于彎曲半徑為10毫米的兩匝，所述多模光 纖的彎曲損耗約小于0. 3dB(例如，約小于0. IdB)。在又一實(shí)施例中，在波長(zhǎng)850納米處，對(duì)于彎曲半徑為7. 5毫米的兩匝，所述多模 光纖的彎曲損耗約小于0. 4dB (例如，約小于0. 2dB)。在又一實(shí)施例中，在波長(zhǎng)850納米處，對(duì)于彎曲半徑為7. 5毫米的兩匝，所述多模 光纖的彎曲損耗約小于0. IdB (例如，約小于0. OldB)。 在又一實(shí)施例中，在波長(zhǎng)850納米，對(duì)于彎曲半徑為5毫米的兩匝，所述多模光纖 的彎曲損耗約小于IdB (例如，約小于0. 3dB)。在又一實(shí)施例中，在波長(zhǎng)850納米處，對(duì)于彎曲半徑為5. 5毫米的半匝，所述多模 光纖的彎曲損耗約小于0. ldB。在又一實(shí)施例中，在波長(zhǎng)850納米處，所述多模光纖的OFL帶寬通常至少約為1，500MHz · km(例如，至少約為3，500MHz · km)，更常見(jiàn)是至少約為6，OOOMHz · km,再更常見(jiàn) 是至少約為8，OOOMHz · km(例如，至少約為10，OOOMHz · km)。在又一實(shí)施例中，所述多模光纖的數(shù)值孔徑為0. 2士0. 015( BP,0. 185 0. 215)。在又一實(shí)施例中，在波長(zhǎng)850納米處，所述多模光纖的外部DMD值通常約小于 0. 33ps/m，更常見(jiàn)為約小于0. 25ps/m(例如，約小于0. 14ps/m，諸如0. lps/m以下等)。在又一實(shí)施例中，所述中央纖芯的半徑T1為25 士 1. 5微米；以及在波長(zhǎng)850納米 處，所述多模光纖的外部DMD值(0 23微米)約小于0. 25ps/m。在又一實(shí)施例中，所述中央纖芯的半徑T1為25 士 1. 5微米；以及在波長(zhǎng)850納米 處，所述多模光纖的外部DMD值(0 23微米)約小于0. 14ps/m。在又一實(shí)施例中，所述中央纖芯的半徑T1約為23. 5微米 26. 5微米；以及在波 長(zhǎng)850納米處，所述多模光纖的外部DMD值(0 23微米)約小于0. lps/m。在另一特定實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種多模光纖，包括-由外包層圍繞的中央纖芯，所述中央纖芯具有⑴外徑ri、(ii)約為11X10_3 16 X 10_3的最大折射率差A(yù)ni、(iii)大于0的相對(duì)于所述外包層的最小折射率差A(yù)nend和 (iv)相對(duì)于所述外包層的α折射率分布，其中，所述α折射率分布在所述中央纖芯的外徑 巧處中斷，所述α折射率分布定義理論半徑rlzCT。；-位于所述中央纖芯和所述外包層之間的內(nèi)包層，所述內(nèi)包層具有(i)外徑r2、 ( )寬度《2和(iii)約為0.2X10_3 2X10_3的相對(duì)于所述外包層的折射率差Δη2；-位于所述內(nèi)包層和所述外包層之間的凹槽，所述凹槽具有⑴外徑r。ut、(ii)寬 度^和(iii)約為-15X 10_3 -3X 10_3的相對(duì)于所述外包層的折射率差Δη3；-其中，所述內(nèi)包層的外徑r2和所述α折射率分布的理論半徑rlzCT。之間的差約 大于0. 5微米且小于2微米；并且其中，所述內(nèi)包層的折射率差Δη2和所述凹槽的折射率 差八叫滿足以下不等式-11. 9 X (1000 Δ η2) 2_3· 4 X (1000 Δ η2) ~7. 2 < 1000 Δ η3 ；以及IOOOAn3 < -17. 2 X (1000 Δ η2) 2+16. 5 X (IOOOAn2) -8. 0。在又一特定實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種多模光纖，包括-由外包層圍繞的中央纖芯，所述中央纖芯具有⑴外徑ri、(ii)大于0的相對(duì)于 所述外包層的最小折射率差Δη-和 (iii)相對(duì)于所述外包層的α折射率分布，其中，所述 α折射率分布在所述中央纖芯的外徑T1處中斷，所述α折射率分布定義理論半徑rlzCT。；-位于所述中央纖芯和所述外包層之間的內(nèi)包層，所述內(nèi)包層具有(i)外徑r2、 ( )寬度《2和(iii)相對(duì)于所述外包層的折射率差Δη2 ；-位于所述內(nèi)包層和所述外包層之間的凹槽，所述凹槽具有(i)約小于32微米的 外徑r。ut、( )寬度％和(iii)相對(duì)于所述外包層的折射率差Δη3;-其中，所述內(nèi)包層的外徑r2和所述α折射率分布的理論半徑rlzCT。之間的差約 大于0. 5微米且小于2微米；并且其中，所述內(nèi)包層的折射率差Δη2和所述凹槽的折射率 差八叫滿足以下不等式 -11. 9 X (1000 Δ η2) 2_3· 4 X (1000 Δ η2) ~7. 2 < 1000 Δ η3 ；以及IOOOAn3 < -17. 2 X (1000 Δ η2) 2+16. 5 X (IOOOAn2) -8. 0。根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及一種包含根據(jù)前述的光纖的一部分的光纖系統(tǒng)。通常，該光纖系統(tǒng)在約100米的距離內(nèi)的數(shù)據(jù)速率至少約為10(ib/S。在一個(gè)實(shí)施例中，該光纖系 統(tǒng)在約300米的距離內(nèi)的數(shù)據(jù)速率至少約為10(ib/S。在以下的詳細(xì)說(shuō)明及其附圖內(nèi)，進(jìn)一步解釋本發(fā)明的前述示例性發(fā)明內(nèi)容以及其 它的示例性目的和/或優(yōu)點(diǎn)、以及實(shí)現(xiàn)這些的方式。


圖1示意性示出典型的DMD測(cè)量方法和圖。圖2圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的光纖的折射率分布。圖3圖示說(shuō)明作為中央纖芯的α折射率分布的α參數(shù)的函數(shù)的過(guò)滿注入條件 (OFL)帶寬。圖4圖示說(shuō)明作為中央纖芯的α折射率分布的α參數(shù)的函數(shù)的、波長(zhǎng)850納米 處與0 23微米的外部掩模有關(guān)的差分模式延遲值(外部DMD)。圖5圖示說(shuō)明作為有效折射率差(Anrff)的函數(shù)的彎曲損耗。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括實(shí)現(xiàn)了彎曲損耗降低并且實(shí)現(xiàn)了針對(duì)高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用的包層效應(yīng)降 低的高帶寬的多模光纖。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的示例性光纖的折射率分布。該光纖包括中央纖芯，該中央 纖芯具有外徑A和相對(duì)于圍繞該中央纖芯的外包層(例如，外光包層)的α折射率分布 (alpha-index profile)。通常，該纖芯的半徑巧約為25微米。中央纖芯和外包層之間的 折射率差的最大值A(chǔ)n1通常約為11Χ10-3 16Χ10_3。如圖2所示，中央纖芯的α折射率分布在相對(duì)于外包層的正的折射率差Δη-處 中斷。換言之，中央纖芯和外包層之間的折射率差的最小值Δη-通常大于0。此外，中央纖芯的α折射率分布定義理論半徑rlzera，該理論半徑rlzCT。是在α折 射率分布在正的折射率差A(yù)nmd處未中斷的情況下、中央纖芯和外包層之間的折射率差將 為0的徑向距離。因而，中央纖芯的理論半徑rlzCT。通常大于中央纖芯的實(shí)際外徑Γι。這就 是說(shuō)，如果中央纖芯相對(duì)于外包層的最小折射率差Δη-為0，則中央纖芯的理論半徑巧_。 等于中央纖芯的外徑r10通常，中央纖芯的理論半徑rlzera約為25微米 27微米。中央纖芯通常具有α參數(shù)約為1. 9 2. 1的α分布。在特定實(shí)施例中，中央纖芯 具有α參數(shù)約為2. 0 2. 1的α分布，例如中央纖芯具有α參數(shù)約為2. 04 2. 08 (例 如，2. 06 2. 08)的α分布。在另一特定實(shí)施例中，中央纖芯具有α參數(shù)約為2. 05 2.08(例如，2. 06 2. 07)的α分布。由于成本的原因，外包層通常由天然二氧化硅制成，但可選地，外包層可以由摻雜 二氧化硅制成。光纖包括位于中央纖芯和外包層之間的內(nèi)包層。在一個(gè)實(shí)施例中，該內(nèi)包層 緊挨著圍繞中央纖芯。內(nèi)包層的外徑為r2，寬度為w2，并且相對(duì)于外包層的折射率差為 Δη2。通常，內(nèi)包層的外徑r2為0. 5μπι< r2-rlzera < 2μπι。更常見(jiàn)地，內(nèi)包層的外徑r2為 0. 5 μ m < r2-rlzero彡1. 5 μ m。內(nèi)包層和外包層之間的折射率差Δη2通常約為0. 2 X IO"3 2Χ10_3。在實(shí)施例中，內(nèi)包層和外包層之間的折射率差△ 等于中央纖芯和外包層之間的最小折射率差Δη-。通常，內(nèi)包層的折射率差八 是恒定的(即，內(nèi)包層為矩形)。內(nèi)包 層的寬度W2通常約為0. 5微米 4微米。光纖通常包括位于內(nèi)包層和外包層之間的凹槽。例如，該凹槽可以緊挨著圍繞內(nèi) 包層。凹槽的外徑為r。ut，寬度為W3，并且相對(duì)于外包層的折射率差為Δη3。凹槽的寬度W3 通常約為3微米 6微米(μ m)。通常，使用術(shù)語(yǔ)“凹槽”來(lái)描述光纖的折射率大致小于外包層的折射率的徑向 部分。在這方面，凹槽的折射率差八1!3通常約為-15X10_3 -3X10_3，并且更常見(jiàn)是約 為-10X10_3 -5X10_3。內(nèi)包層的折射率差Δη2和凹槽的折射率差八叫便于實(shí)現(xiàn)低彎曲損耗。此外，內(nèi)包 層的折射率差Δη2和凹槽的折射率差Δη3便于實(shí)現(xiàn)包層效應(yīng)降低的高帶寬。在這方面，內(nèi)包層的折射率差Δ η2和凹槽的折射率差A(yù)n3通常滿足以下不等式
權(quán)利要求
1.一種多模光纖，其從中心到外周包括中央纖芯，其具有外徑A、大于0的相對(duì)于外包層的最小折射率差A(yù)nmd和相對(duì)于所述 外包層的α折射率分布，所述α折射率分布在所述中央纖芯的外徑^處中斷，所述α折 射率分布定義理論半徑rlzCT。；內(nèi)包層，其具有外徑r2、寬度W2和相對(duì)于所述外包層的折射率差A(yù)n2 ；凹槽，其具有外徑r。ut、寬度W3和相對(duì)于所述外包層的折射率差Δη3 ；以及所述外包層；其中，所述內(nèi)包層的外徑r2和所述α折射率分布的理論半徑rlzCT。之間的差約大于0.5 微米且小于2微米；其中，所述內(nèi)包層的折射率差八 和所述凹槽的折射率差A(yù)nji足以下不等式-11. 9 X (1000 Δ η2) 2_3· 4 X (1000 Δ η2) _7· 2 < 1000 Δ η3 ；以及IOOOAn3 < -17. 2 X (1000 Δ η2) 2+16. 5 X (IOOOAn2)-8. 0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，所述中央纖芯的α折射率分布的α 參數(shù)α為1. 9 2. 1，優(yōu)選為2. 0 2. 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，所述中央纖芯相對(duì)于所述外包層的 最大折射率差A(yù)n1約為11Χ10_3 16Χ10_3，并且/或者所述α折射率分布的理論半徑 rlzCT。約為23微米 27微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，所述中央纖芯的最小折射率差A(yù)nmd 等于所述內(nèi)包層的折射率差Δη2，并且/或者所述內(nèi)包層的折射率差A(yù)n2約為0.2Χ10_3 2Χ1(Γ3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，所述凹槽的外徑r。ut約小于32微米， 優(yōu)選約小于30微米，并且/或者所述凹槽的寬度W3約為3微米 6微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，所述凹槽的折射率差八！^約 為-15X IO"3 -3X 10_3，并且/或者所述凹槽的體積V3約為200%· μ m2 1，200%· μ m2， 優(yōu)選約為 250% · μ m2 750% · μ m2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，所述內(nèi)包層的外徑r2和所述α折射 率分布的理論半徑rlzCT。之間的差約小于1. 5微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，所述內(nèi)包層的折射率差Δη2和所述 凹槽的折射率差Δ叫滿足以下不等式-13. 6X (1000Δη2)2-5· 2 < IOOOAn3 < -18. IX (1000 Δn2)2+13. 5X (IOOOAn2)-7。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，在波長(zhǎng)850納米處，對(duì)于彎曲半徑為 15毫米的兩匝，所述多模光纖的彎曲損耗約小于0. ldB，優(yōu)選約小于0. 05dB。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，在波長(zhǎng)850納米處，對(duì)于彎曲半徑為 10毫米的兩匝，所述多模光纖的彎曲損耗約小于0. 3dB，優(yōu)選約小于0. ldB。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，在波長(zhǎng)850納米處，對(duì)于彎曲半徑為 7. 5毫米的兩匝，所述多模光纖的彎曲損耗約小于0. 4dB，優(yōu)選約小于0. 2dB。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，在波長(zhǎng)850納米處，對(duì)于彎曲半徑為 7. 5毫米的兩匝，所述多模光纖的彎曲損耗約小于0. ldB，優(yōu)選約小于0. OldB。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，在波長(zhǎng)850納米處，對(duì)于彎曲半徑為5毫米的兩匝，所述多模光纖的彎曲損耗約小于ldB，優(yōu)選約小于0. 3dB。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，在波長(zhǎng)850納米處，所述多模光纖的 OFL帶寬至少約為1，500MHz · km，優(yōu)選至少約為3，500MHz · km。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，在波長(zhǎng)850納米處，所述多模光 纖的OFL帶寬至少約為6，OOOMHz · km，優(yōu)選至少約為8，OOOMHz · km,更優(yōu)選至少約為 10，OOOMHz · km。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，所述多模光纖的數(shù)值孔徑為 0. 2 士 0. 015。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于，在波長(zhǎng)850納米處，所述多模光纖的 外部DMD值約小于0. 33ps/m。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其特征在于所述中央纖芯的半徑巧為25士 1. 5微米；以及在波長(zhǎng)850納米處，所述多模光纖的外部DMD值(0 23微米)約小于0. 25ps/m,優(yōu)選 約小于0. 14ps/m。
19.一種光纖系統(tǒng)，至少包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖的一部分，其中，優(yōu)選所 述光纖系統(tǒng)在約100米的距離內(nèi)的數(shù)據(jù)速率至少約為10(ib/S，更優(yōu)選所述光纖系統(tǒng)在約 300米的距離內(nèi)的數(shù)據(jù)速率至少約為10(ib/S。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種彎曲損耗低且包層效應(yīng)降低的多模光纖，其包括具有相對(duì)于外包層的α折射率分布的中央纖芯。該光纖還包括內(nèi)包層、凹槽和外包層。通常，該中央纖芯的α折射率分布在相對(duì)于外包層的折射率差為正的點(diǎn)處中斷。該光纖實(shí)現(xiàn)了彎曲損耗降低，并且實(shí)現(xiàn)了針對(duì)高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用的包層效應(yīng)降低的高帶寬。
文檔編號(hào)H04B10/12GK102087380SQ20101057948
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者D·莫林, K·德容, M·比戈-阿斯楚克, P·斯拉德 申請(qǐng)人:德拉克通信科技公司