专利名称：抗弯曲多模光纤的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及光纤，更具体地涉及多模光纤。
背景技术：
康宁股份有限公司制造和销售hfiniCor 62. 5 μ m光纤，该光纤为多模光纤，其纤芯具有约2%的最大相对折射率Δ和62. 5 μ m芯直径；以及hfiniCor d) 50 μ m光纤， 该光纤为多模光纤，其纤芯具有约的最大相对折射率△和50μπι芯直径。需要开发替代性多模光纤设计，尤其是可实现改良的弯曲性能和较高带宽的设计。
发明内容
本文中公开了高带宽、抗弯曲多模光纤。本文中公开了示例性多模光纤，这些示例性多模光纤在850nm处被多模化，并且优选地包括折射率渐变的多模玻璃芯，该折射率渐变的多模玻璃芯的光学芯半径在21和27微米之间且在850nm处具有最大折射率Δ， Δ1ΜΑΧ。折射率下陷的环形区域包围多模芯并且在850nm处呈现最小折射率Δ，Δ 2ΜΙΝ， 其中折射率下陷区域的内部边界是折射率渐变芯的延伸。下陷区域优选地具有大于120% μ m2的沟槽容积。外包层区优选地包围折射率下陷区域并且在850nm处呈现折射率Δ 3， 其中Δ IMAX > Δ3 > Δ2ΜΙΝ。本文中公开的光纤优选地呈现(a)在850nm波长下大于 1. 5GHz-km的满溢带宽，以及(b)在1550nm波长下，绕IOmm直径的芯棒缠绕1匝，以dB表示的衰减增加小于0. ^dB。包层的折射率下陷环形区域因此与芯紧邻。优选地，该芯的折射率分布具有抛物线或基本为抛物线的形状。折射率下陷环形区域可例如包括含有多个孔的玻璃、或以诸如氟、硼或其混合物之类的下掺杂剂掺杂的玻璃、或以这类下掺杂剂中的一种或多种掺杂的玻璃加以包括多个孔的玻璃。折射率下陷环形区域可通过例如将折射率下陷环形区域设计成基本上未掺杂的氧化硅并且利用诸如Ge02、Al203、P205或其混合物之类的上掺杂剂对包层玻璃的外部环形区域60进行掺杂来实现。在一些实施例中，折射率下陷环形区域的容积优选地大于100% - μ m2，更优选地大于120% - μ m2且再更优选地大于130% - μ m2，甚至再更优选地大于140% -μ m2以及在某些情况下大于150% -μ m2或160% -ym2。折射率下陷环形区域的容积优选地小于220% -ym2，更优选地小于200% -ym2以及再更优选地小于 180%-μ m20在一些实施例中，折射率下陷环形区域的容积优选地大于200% -μ m2，更优选地大于220% -μ m2以及再更优选地大于240% -μ m2。折射率下陷环形区域的容积优选地小于340% -μπι2。在一些实施例中，多模光纤包括折射率渐变的玻璃芯；并且折射率下陷环形区域呈现小于约-0. 25%的折射率Δ以及至少为0. 5、更优选地大于1微米的宽度。本文中公开的多模光纤呈现出非常低的弯曲引起的衰减，特别是非常低的宏弯曲引起的衰减，但是同时能够具有高满溢带宽。在某些实施例中，通过芯内的低最大相对折射率提供高带宽，而且还提供低弯曲损耗。本文公开的光纤设计能够呈现大于0. 185且小于 0. 215的数值孔径，以及在850nm处大于1. 5GHz-km的满溢带宽，更优选地是在850nm处大于3. OGHz-km的满溢带宽，再更优选地是在850nm处大于4. 5GHz_km的满溢带宽。通过使用本文公开的设计，可制作光学芯半径在21和27微米之间的多模光纤， 该多模光纤提供(a)在850nm处大于1. 5GHz-km的满溢带宽，更优选地是在850nm处大于 3GHz-km的满溢带宽，再更优选地是在850nm处大于4. 5GHz-km的满溢带宽。可实现这些高带宽，同时仍保持绕IOmm直径的芯棒缠绕1匝的衰减增加在850nm波长下小于0. ^dB、更优选地小于0. 25dB、再更优选地小于0. 2dB以及最优选地小于0. 15dB。这种光纤还能提供大于0. 185且小于0. 215的数值孔径(NA)。这种光纤还同时能够呈现出在1300nm处大于 500MHz-km,更优选地大于600MHz_km，再更优选地大于700MHz_km的OFL带宽。这种光纤还同时能呈现出最小计算有效模带宽(Min EMBc)，该带宽在850nm处大于约1. 5MHz-km，更优选地大于约2. OMHz-km以及最优选地大于约2. 5MHz_km。优选地，本文公开的多模光纤呈现出的光谱衰减在850nm处小于3dB/km，优选地在850nm处小于2. 5dB/km,更优选地在850nm处小于2. 4dB/km以及再更优选地在850nm处小于2. 3dB/km。优选地，本文公开的多模光纤呈现出的光谱衰减在1300nm处小于1. OdB/ km,优选地在1300nm处小于0. 8dB/km,更优选地在1300nm处小于0. 6dB/km。在一些实施例中，可能期望旋转多模光纤，因为这样做在一些情况下可能进一步提高具有下陷包层区域的光纤的带宽。对于旋转，表示对光纤施加或给予旋转，其中在光纤从光纤预制棒拉制时， 即当光纤仍然至少在某种程度上被加热且能够承受非弹性转动位移、而且能够在光纤完全冷却后基本保持转动位移时给予旋转。在一些实施例中，纤芯从中心线径向向外延伸至物理芯半径R1,该物理芯半径R1 介于22和沈微米之间，优选地介于22和25 μ m之间，更优选地介于22和24 μ m之间；并且纤芯优选地具有光学芯半径民，其中22 < & < 27微米，更优选地23 <民< 26. 5微米， 最优选地M < & < 26微米。在一些实施例中，纤芯具有最大相对折射率Δ，其中0. 5%< Δ彡1.2%，更优选地0.5% < Δ ( 0.95%,以及在某些实施例中0. 70%< Δ彡0. 95 %或0. 70 % < Δ <0.85%。然而，这不是必需的，并且纤芯可替代性地呈现大于0.85%以及在一些实施例中甚至大于0. 95%的最大相对折射率Δ。在一些实施例中，光纤呈现出在800至1400nm的所有波长下1匝IOmm直径芯棒的衰减增加不大于0. ^dB,优选地不大于0. 25dB，更优选地不大于0. 2dB,以及再更优选地不大于0. 15dB。在第一方面中，本文中公开的多模光纤包括围绕纵向中心线设置的折射率渐变玻璃芯和包围该芯的玻璃包层。包层包括折射率下陷环形区域和外部环形包层区域。折射率下陷环形区域直接邻接纤芯。将在以下详细描述中阐述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点一部分对于本领域的技术人员来说根据说明书就能理解，或者可通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图的本文所述的本发明而认识到。应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者给出本发明的实施例，并且它们旨在提供用于理解所要求保护的本发明的本质和特性的概观或框架。包括的附图提供了对本发明的进一步理解，且被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图示出本发明的各个实施例，并与本描述一起用于说明本发明的原理和操作。
图1示出本文中公开的多模光纤的示例性实施例的玻璃部分的横截面的折射率分布的示意图(未按比例)，其中折射率下陷环形区域偏离纤芯而且被外环形区域包围。
具体实施例方式将在以下详细描述中陈述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施在以下详细描述以及权利要求书和附图中描述的本发明可认识到。“折射率分布”是折射率或相对折射率与波导光纤半径之间的关系。“相对折射率百分比”被定义为Δ <%= 100Χ(η 2-ηΚΕ/)/&ιΛ其中Iii是区域i中的最大折射率，除非另外指明。相对折射率百分比在850nm下测得，除非另外指明。除非在此另外指明，nKEF是包层的外部环形区域60的平均折射率，例如，它可通过在包层的外部环形区域中进行“N”次折射率测量(ηα、η。2、…、η。Ν)并通过以下等式计算平均折射率来计算得到
i = Nnc = (1/Ν) Σ nCi .
i= 1如此处所使用地，相对折射率以Δ表示，而且它的值以“％”为单位给出，除非另外指明。在一区域的折射率小于参考折射率nKEF的情况下，相对折射率百分比为负且被称为具有下陷区域或折射率下陷，而且最小相对折射率在相对折射率负得最大的点处计算得出，除非另外指明。在一区域的折射率大于参考折射率n-的情况下，相对折射率百分比为正，而且该区域可被认为是升高的或具有正折射率。通过绕6mm、10mm、20mm、30mm或所述其它直径的芯棒缠绕一匝(例如，“1X10_ 直径宏弯曲损耗”或“lX20mm直径宏弯曲损耗”)并利用环绕通量投射(encircled flux launch, EFL)条件测量由弯曲引起的衰减增加，根据F0TP-62 (IEC-60793-1-47)来确定宏弯曲性能。通过将满溢脉冲投射到在中点附近部署1x25mm直径芯棒的、an长的hfiniCor 50 μ m光纤的输入端来获得环绕通量。hfiniCor 50 μ m光纤的输出端被接合到受测光纤，且所测得的弯曲损耗是在规定弯曲条件下的衰减与不弯曲情况下衰减的比。根据 F0TP-204利用满溢投射测量满溢带宽。从TIA/EIA-455-220所指定的测得差分模式延迟光谱获得最小计算有效模带宽(Min EMBc)的带宽。
根据F0TP-204利用满溢投射在850nm处(除非指定另一波长)测量带宽。如本文中所使用的，光纤的数值孔径是指利用题为“Measurement Methods and Test Procedures-Numerical Aperture (测量方法和测试过程-数值孔径)”的TIA SP3-2839-URV2 F0TP-177 IEC-60793-1-43中阐述的方法测量的数值孔径。术语“ α分布”或“阿尔法分布”指的是相对折射率分布，以单位为“ ％ ”的项Δ (r) 表示，其中r是半径，其遵循以下方程，Δ (r) = Δ (r0) (1_ [ | r-r01 / (rrr0) ] α)，其中r。是Δ (r)最大的点，^是相对于外部环形包层区域60而言Δ (r) %为零的点，而r在TiSrSrf范围内，其中Δ如上定义，巧是α分布的起点，rf是α分布的终点，而α是实数幂。对于从中心线(r = 0)开始的分布片段，α分布具有较简单的形式Δ (r) = Δ (0) (I" [ | r | / (Γι) ] α),其中Δ (0)是中心线处的折射率Δ。使用在题为“Measurement Methods and Test Procedures-Fiber Geometry (测量方法和测试过程-光纤几何结构)”的IEC 60793-1-20中阐述的技术，尤其使用在其附录C中简述的题为“Method C :Near-field Light Distribution (方法C 近场光分布)” 的参考测试方法，测量光学芯直径2*R2。为了从使用该方法所得的结果来计算光学芯半径 R2，每段C. 4. 2. 2应用10-80装配以获得光学芯直径，然后再除以2以获得光学芯半径。折射率下陷环形区域具有由下式定义的分布体积V2
权利要求
1.一种在850nm处的多模光纤，包括折射率渐变的多模玻璃芯，具有在21与27微米之间的光学芯半径以及在850nm处的最大折射率Δ，Δ IMAX ；折射率下陷环形区域，包围所述多模芯且在850nm处呈现最小折射率Δ，Δ 2MIN，其中所述折射率下陷区域的内部边界是折射率渐变芯的延伸，下陷区域具有大于105%-ym2的沟槽容积；以及外部包层区域， 包围所述折射率下陷区域且在850nm处呈现折射率Δ，Δ 3，其中Δ IMAX > Δ 3 > Δ 2ΜΙΝ, 并且其中所述光纤呈现(a)在850nm波长处大于1. 5GHz-km的满溢带宽以及(b)在1550nm 波长处，绕IOmm直径的芯棒缠绕1匝的衰减增加小于0. ^dB。
2.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述沟槽容积大于110%-μπι2。
3.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，ΔIMAX < 0. 95%。
4.如权利要求2所述的多模光纤，其特征在于，ΔIMAX <0.95%。
5.如权利要求2所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤呈现大于0.185且小于0.215 的数值孔径。
6.如权利要求3所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤呈现大于0.185且小于0.215 的数值孔径。
7.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述沟槽容积大于130%-μπι2。
8.如权利要求6所述的多模光纤，其特征在于，所述沟槽容积大于130%-μπι2。
9.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，在850nm波长处，绕IOmm直径的芯棒缠绕1匝的衰减增加小于0. 15dB。
10.如权利要求8所述的多模光纤，其特征在于，在850nm波长处，绕IOmm直径的芯棒缠绕1匝的衰减增加小于0. 15dB。
11.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，ΔIMAX <0.85%。
12.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述芯呈现小于25微米的物理芯半径Rl。
13.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述芯呈现小于M微米的物理芯半径Rl。
14.如权利要求10所述的多模光纤，其特征在于，所述芯呈现小于M微米的物理芯半径R1。
15.如权利要求8所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤呈现出在850nm波长处大于 4. 5GHz-km的满溢带宽。
16.如权利要求3所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤呈现出在850nm波长处大于 4. 5GHz-km的满溢带宽。
17.如权利要求5所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤呈现出在850nm波长处大于 4. 5GHz-km的满溢带宽。
18.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述折射率下陷环形区域具有小于约-0. 25%的折射率Δ和至少1微米的宽度。
19.如权利要求4所述的多模光纤，其特征在于，所述沟槽容积小于140%-μπι2。
20.如权利要求2所述的多模光纤，其特征在于，ΔIMAX < 0. 85%。
全文摘要
本文中公开了抗弯曲多模光纤。本文中公开的多模光纤包括芯区和包围且直接毗邻该芯区的包层区(200)，该包层区包括折射率下陷环形区域，其中所述折射率下陷区域的内边界是折射率渐变芯的延伸，下陷区域具有大于105％-μm2的沟槽容积。
文档编号G02B6/028GK102449514SQ201080023834
公开日2012年5月9日 申请日期2010年5月27日 优先权日2009年5月28日
发明者D·C·布克班德, M-J·李, P·坦登, S·R·别克汉姆 申请人:康宁股份有限公司