专利名称：高数值孔径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：
康宁公司(CorningIncorporated)制造和销售 InfiniCor 62. 5 u m 光纤和InfiniCor 50 iim光纤，前者是纤芯最大相对折射率差约为2%、纤芯直径为62. 5iim的多模光纤，后者是纤芯最大相对折射率差约为1%、纤芯直径为50 的多模光纤。康宁还制造100/140 CPC3多模光纤，它是纤芯直径为100 u m、未掺杂二氧化硅包层直径为140 u m、数值孔径为0. 29的渐变折射率光纤。
发明内容
本文揭示了具有大纤芯直径和高数值孔径的多模光纤。本文所揭示的多模光纤包含纤芯半径大于30 y m的渐变折射率纤芯区和包围所述纤芯区的包层区，所述包层区可包含凹陷折射率(depressed-index)环形包层区，该环形包层区相对于包层的另一部分而言是折射率凹陷的。凹陷折射率包层区可优选与纤芯直接相邻。掺杂氧化钛的包层区包围上述包层区。氧化钛的含量可大于5重量％，更优选大于8重量％，并且可大于10重量％。氧化钛掺杂区的宽度为1-5 u m。光纤的总外直径优选小于120 u m, 850nm满溢带宽(overfilledbandwidth)可大于 200MHz_km。光纤纤芯优选为玻璃，凹陷折射率环形区和任何包层区也可以是玻璃。凹陷折射率环形包层区优选具有约小于-0. I的折射率差和至少Iym的宽度，更优选具有约小于-0.2的折射率差和至少2 的宽度。凹陷折射率环形包层区优选与纤芯直接相邻。然而，凹陷折射率环形包层区可与纤芯隔开，例如隔开距离小于4 u m,更优选1-4 u m。本文所揭示的这种光纤能够表现出大于200MHz-km的850nm满溢带宽。本文所揭示的光纤优选具有小于120 ii m的最外层玻璃直径,更优选小于110 iim。较佳的是，纤芯的折射率分布具有抛物线形状或者基本上呈抛物线的形状。凹陷折射率环形部分可例如包含具有许多孔隙的玻璃，或者包含掺有负掺杂剂(downdopant)如氟、硼或其混合物的玻璃，或者包含掺有一种或多种这样的负掺杂剂并另掺有包含许多孔隙的玻璃的玻璃。在一些优选的实施方式中，凹陷折射率环形部分由掺氟二氧化硅玻璃组成。在一些实施方式中，凹陷折射率环形部分具有约小于-0. 2%的折射率差和至少I U m的宽度，更优选具有约小于-0. 3%的折射率差和至少2 u m的宽度。在一些包含具有孔隙的包层的实施方式中，所述孔隙在一些优选实施方式中以非周期性方式位于凹陷折射率环形部分内。我们说“以非周期性方式位于”的意思是，当从光纤上取一个截面(如垂直于纵轴的截面)时，非周期性排布的孔隙随机地或以非周期性方式分布在光纤的一部分中(例如位于凹陷折射率环形部分)。沿着光纤长度上不同的位置所取的类似截面将具有不同的随机分布截面空穴图案，即各截面具有不同的空穴图案，而孔隙的分布和孔隙的尺寸不完全一致。也就是说，所述孔隙是非周期性的，即它们在光纤结构内不是周期性排布的。这些孔隙沿着光纤的长度(即平行于纵轴)拉长(伸长)，但是对于传输光纤的常规长度来说，不会在整根光纤的整个长度上延伸。据信，孔隙沿光纤长度延伸的距离小于20m,更优选小于IOm,甚至更优选小于5m,在一些实施方式中小于lm。本文所揭示的多模光纤具有非常低的弯曲诱导衰减，特别是非常低的微弯诱导衰减。因此，所述多模光纤可包含渐变折射率玻璃纤芯；以及第二包层，所述第二包层包含包围所述纤芯的凹陷折射率环形部分，所述凹陷折射率环形部分具有约小于-0. 2%的折射率差和至少I U m的宽度，更优选具有约小于-0. 3%的折射率差和至少2 u m的宽度，其中所述光纤在850nm的0. 5圈3mm直径心轴缠绕衰减增幅小于或等于0. 5dB/圈，数值孔径大于0. 24，更优选大于0. 26，最优选大于0. 28，满溢带宽在850nm大于200MHz_km，更优选在850nm大于500MHz_km，甚至更优选在850nm大于700MHz_km，最优选在850nm大于 1000MHz-km。利用本文所揭示的设计，可制备纤芯直径等于或大于60 iim (例如大于70iim，或者大于75iim)的多模光纤，所述光纤提供(a)大于200MHz_km的850nm满溢(OFL)带宽，更优选大于500MHz-km的850nm满溢带宽，甚至更优选大于700MHz_km的850nm满溢带宽，最优选大于1000MHz-km的850nm满溢带宽。在实现这些高带宽的同时，在850nm波长的1x180°弯3mm直径心轴缠绕衰减增幅仍保持小于I. OdB,更优选小于0. 5dB，甚至更优选小于0. 3dB，最优选小于0. 2dB。这些高带宽也可以是dB。在实现这样的光纤时，在850nm波长的2x90°弯4mm直径心轴缠绕衰减增幅仍保持小于0. 2dB，更优选小于0. IdB,最优选小于0. 05dB。当输入信号与光纤中心对齐，以及当输入信号相对于光纤中心的发射偏差为5pm，甚至为IOym时，均能实现这样的弯曲损耗和带宽。这样的光纤还能提供大于0.24，更优选大于0. 26，最优选大于0. 28的数值孔径(NA)。这样的光纤同时还能在1300nm表现出大于200MHz-km、优选大于500MHz_km、更优选大于1000MHz_km的OFL带宽。较佳的是，本文所揭示的多模光纤的光谱衰减在850nm小于5. 0dB/km，优选在850nm小于4. 0dB/km,更优选在850nm小于3. 5dB/km,甚至更优选在850nm小于3. 0dB/km。较佳的是，本文所揭示的多模光纤的光谱衰减在1300nm小于I. 5dB/km，优选在1300nm小于
I.0dB/km,甚至更优选在1300nm小于0. 8dB/km。旋转多模光纤可能是适宜的，因为在一些情况下，这样做可进一步改善具有凹陷包层区的光纤的带宽。我们所说的“旋转”是指对光纤施加或赋予旋转操作，在从光纤预制件拉制光纤的同时，即光纤多少仍处于受热状态，能够发生非弹性旋转位移，并能够在光纤完全冷却后基本上保持旋转位移的同时，使光纤旋转。本文所揭示的光纤的数值孔径(NA)优选小于0. 32且大于0. 18，更优选大于0. 2，甚至更优选小于0. 32且大于0. 24，最优选小于0. 30且大于0. 24。纤芯可设计成自中心线沿径向向外延伸至半径Rl，Rl彡30 Pm,更优选Rl ^ 35 u m,在一些情况下Rl彡40 ii m。纤芯可设计成Rl < 50 y m,优选RlS 45 y m。纤芯可设计成具有最大相对折射率，它小于或等于3. 0%且大于0. 5%，更优选小于2.5%且大于0. 9%，最优选小于2. 2%且大于I. 2%。纤芯可具有I. 6-2. 0%的最大折射率。本文所揭示的光纤在800-1400nm之间的所有波长下，其1x180°弯3mm直径心轴衰减增幅可以不超过I. OdB，优选不超过0. 5dB，更优选不超过0. 3dB，最优选不超过0. 2dB。本文所述的多模光纤可包含置于纵向中心线周围的渐变折射率玻璃纤芯和包围所述玻璃纤芯的玻璃包层。所述包层包含凹陷折射率环形部分和外环形部分。所述凹陷折射率环形部分优选直接与玻璃纤芯邻接，并且在一些实施方式中，所述外环形部分优选包含未掺杂的二氧化硅包层，但在其他一些实施方式中，所述凹陷环形部分可延伸到光纤最外面的玻璃直径。本文所述的所有折射率均以下文所述的外环形部分为参比。在远程通信光纤的常规工作波长下，即至少在850_1300nm的波长范围内，本文所述的光纤能够多模化。在以下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利 要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都提出了本发明的实施方式，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附示说明了本发明的各种实施方式，并与描述一起用来说明本发明的原理和操作。
图I显示了本文所述多模光纤的示例性实施方式中玻璃部分的截面的折射率分布示意图(非按比例绘制)，其中凹陷折射率环形部分相对于纤芯偏置并被外环形包层部分包围。图2是图I所示光波导光纤的截面示意图(非按比例绘制)。图3显示了本文所述多模光纤的示例性实施方式中玻璃部分的截面的折射率分布示意图(非按比例绘制)，其中凹陷折射率环形部分相对于纤芯没有偏置，并且被外环形包层部分包围。图4是图3所示光波导光纤的截面示意图(非按比例绘制)。
具体实施例方式在以下的详细描述中提出了本发明的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言由所述内容就容易理解，或按下面的描述和权利要求书以及附图所述实施本发明而被认识。“折射率分布”表示折射率或相对折射率与波导光纤半径之间的关系。除非另有说明，否则，“相对折射率百分数”定义为八％=10(^(叫2-11_2)/2叫2，其中Hi是区域i的最大折射率。除非另有说明，否则，相对折射率百分数在850nm处测量。除非本文中另有说明，否则，n#tt是未掺杂二氧化硅玻璃的折射率，即在850nm为I. 4525。除非另有说明，否则，本文所用的相对折射率用A表示，其数值以“％”为单位。在一个区域的折射率小于参比折射率n#tt的情况下，相对折射率是负数，称作具有凹陷区域或者凹陷折射率，并且除非另有说明，否则，最小相对折射率在相对折射率为最大负值时计算得到。在一个区域的折射率大于参比折射率n#tt的情况下，相对折射率是正数，该区域可称为凸起或者具有正折射率。在本文中，“正掺杂剂”(updopant)视为倾向于提高相对于未掺杂的纯SiO2的折射率的掺杂剂。在本文中，“负掺杂剂”视为倾向于降低相对于未掺杂的纯SiO2的折射率的掺杂剂。正掺杂剂可存在于光纤中具有负的相对折射率的区域，同时伴有一种或多种不是正掺杂剂的其他掺杂剂。类似地，一种或多种不是正掺杂剂的其他掺杂剂可存在于光纤中具有正的相对折射率的区域。负掺杂剂可存在于光纤中具有正的相对折射率的区域，同时伴有一种或多种不是负掺杂剂的其他掺杂剂。类似地，一种或多种不是负掺杂剂的其他掺杂剂可存在于光纤中具有负的相对折射率的区域。除非另行指出，否则，宏弯(macrobend)性能按照F0TP-62 (IEC-60793-1-47)测定在2mm、3mm、10mm或类似直径的心轴上缠绕规定的圈数或弯曲规定的度数(例如“ IxlOmm直径宏弯损耗”或者“1x180°弯3mm直径宏弯损耗”)，利用满溢发射条件测量弯曲引起的衰减增幅，在所述满溢发射条件中，光源的光斑尺寸大于在测光纤纤芯直径的50%。在一些实施方式中，环形通量发射(encircled flux launch) (EFL)宏弯性能通过以下方法获得将满溢脉冲(overfilled pulse)发射到长2m的InfiniCor 50 μ m光纤的输入 端中，该光纤在中点附近用1x25mm直径心轴展开。将InfiniCor 50 μ m光纤的输出端接合到在测光纤上，测得的宏弯损耗是在规定的弯曲条件下的衰减与没有发生弯曲时的衰减之比。本文所用的光纤数值孔径是指用题为“数值孔径的测量方法和测试程序”(Measurement Methods and Test Procedures-Numerical Aperture)的TIASP3-2839-URV2F0TP-177 IEC-60793-1-43所提出的方法测量的数值孔径。术语“ α分布”或者“阿尔法分布”是指相对折射率分布，用Λ (r)表示，单位为 ，其中r为半径，该参数用以下方程式表示， Δ (r) = Δ (r0) (I- [ | r_r01 / (r「r0) ] α)，除非另有说明，否则,式中r。是零,!^是Δ (r)%为零的点，r的范围是!Ti彡r彡rf,其中Λ如上文所定义，1^是α分布的起点，4是α分布的终点，α是指数，它是实数。凹陷折射率环形部分具有分布体积V3，它在本文中定义如下
R外
2 J Δ3(γ) r dr
R内其中R#定义为凹陷折射率环形部分的内半径，R#定义为凹陷折射率环形部分的外半径。对于本文揭不的光纤，V3的绝对值优选大于120%- μ m2,更优选大于160%- μ m2,甚至更优选大于200%- μ m2。V3的绝对值优选小于400%- μ m2，更优选小于350%- μ m2。在一些优选实施方式中，V3的绝对值大于120%-μ m2且小于350%-μ m2。在其他优选实施方式中，V3的绝对值大于160%- μ m2且小于300%- μ m2。本文所揭示的多模光纤包含纤芯和包围纤芯并与之直接相邻的包层。在一些实施方式中，所述纤芯包含掺锗二氧化硅，即掺氧化锗的二氧化硅。在本文所揭示的光纤的纤芯中，特别是中心线处或其附近，可单独或组合使用锗以外的掺杂剂，如Al2O3或P2O5，以得到所需的折射率和密度。在一些实施方式中，本文所揭示的光纤从中心线到纤芯外半径的折射率分布不是负的。在一些实施方式中，光纤在纤芯中不含减小折射率的掺杂剂。图I显示了多模光纤的示例性实施方式中玻璃部分的截面折射率分布，所述光纤包含玻璃纤芯20和玻璃包层200，所述包层包含内环形部分30、凹陷折射率环形部分50、外环形部分60和掺杂氧化钛的外包层部分70。图2是图I所示光波导光纤的截面示意图(非按比例绘制)。纤芯20具有外半径R1和最大折射率差Al 内环形部分30具有折射率差Λ 2、宽度W2和外半径R2。凹陷折射率环形部分50具有最小折射率差百分数Λ3·、、宽度W3和外半径R3。图中显示凹陷折射率环形部分50相对于纤芯20偏置，或者说被内环形部分30隔开。在优选的实施方式中，内环形部分30的宽度小于4. O μ m。在图I所示的实施方式中，凹陷折射率环形部分50包围内环形部分30，外环形包层部分60包围并优选接触环形部分50，掺杂氧化钛的外包层部分70包围并优选接触外环形包层部分60。在掺杂氧化钛的外包层部分70中，氧化钛的含量优选大于5重量％，更优选大于8重量％，并且可大于10重量％。掺杂氧化钛的区域的宽度为1-5 μ m。内环形部分30的折射率分布A2(r)具有最大相对折射率Λ 2和最小相对折射率Λ 2■、，在一些实 施方式中凹陷折射率环形部分50具有折射率分布A3(r)，A3(r)具有最小相对折射率Λ3·、。外环形部分60具有相对折射率Λ4。较佳的是，Λ1>Λ4>Λ3，在图I所示的实施方式中，Δ1>Δ2>Δ30在一些实施方式中，内环形部分30具有基本上恒定的折射率分布，如图I所示，恒定值为Λ2(γ);在这样的一些实施方式中，A2(r)=0%。在一些实施方式中，外环形部分60具有基本上恒定的折射率分布，如图I所示，恒定值为AMr)；在这样的一些实施方式中，Δ4(γ)=0%ο较佳的是，纤芯基本上不含氟，纤芯优选不含氟。在一些实施方式中，内环形部分30的相对折射率分布Δ2(;τ)优选具有小于O. 05%的最大绝对值，Λ 2i±〈0. 05%且Λ 2副、>-0. 05%，并且凹陷折射率环形部分50始于该包层的相对折射率自中心线沿径向向外首先达到小于-O. 05%的数值处。在一些实施方式中，外环形部分60具有相对折射率分布Λ 4 (r)，其最大绝对值小于O. 05%且大于-O. 05%。光纤玻璃部分的外直径优选小于120 μ m,更优选小于110 μ m，甚至更优选小于或等于约ΙΟΟμπι。因此，在图I所示的实施方式中，外包层直径(2xR4)优选小于120μπι，更优选小于110 μ m,甚至更优选小于100 μ m。在一些实施方式中，纤芯直径GxR1)为35-45 μ m,更优选为37-43 μ m,并且外包层直径R4为45-55 μ m,更优选为47-53 μ m。在一些优选的实施方式中，外包层区60的宽度小于15 μ m,更优选小于10 μ m,最优选小于7 μ m。在本文所揭示的多模光纤中，纤芯是渐变折射率纤芯，较佳的是，纤芯的折射率分布具有抛物线(或者基本上呈抛物线)的形状；例如，纤芯的折射率分布可具有α形状，在850nm测得的α值优选为I. 9-2. 3，更优选约为2. I。或者，纤芯的折射率分布可具有α形状，在850nm测得的α值优选为I. 9-2. 1，更优选约为2. O。在一些实施方式中，纤芯的折射率可具有中心线下沉的特点，其中纤芯的最大折射率和整根光纤的最大折射率与中心线16相隔较小距离，但在其他实施方式中，纤芯的折射率没有中心线下沉的特点，纤芯的最大折射率和整根光纤的最大折射率位于中心线处。抛物线形状延伸至半径R1，优选从光纤的中心线延伸至％。因此，本文所用的术语“抛物线”包括基本上呈抛物线形的折射率分布，它在纤芯中的一个或多个点上可稍微偏离α值约为2. 0，例如I. 9,2. I或2. 3的情况；“抛物线”还包括有少量变化和/或中心线下沉的分布。参见附图，纤芯20限定为终止于半径R1处，抛物线纤芯形状在此终止，与包层200的半径最内端处于同一位置。
较佳的是，本文所揭示的光纤具有基于二氧化硅的玻璃纤芯和包层。包层200的一个或多个部分可由包层材料组成，所述包层材料例如在沉积过程中沉积，或者以夹套的形式提供，如设置成管中棒(rod-in-tube)光纤预制件形式的管子，或者将沉积材料与夹套组合。包层200可被至少一个涂层210包围，在一些实施方式中，所述涂层可包含低模量一次涂层和高模量二次涂层。所述涂层可以是聚合物涂层，如丙烯酸酯基聚合物。在一些实施方式中，凹陷折射率环形部分包含孔隙，所述孔隙以非周期性方式设置，或者以周期性方式设置，或者同时以这两种方式设置。所谓“以非周期性方式设置”或“以非周期性方式分布”表示从光纤的截面(例如垂直于纵轴的截面)来看，所述以非周期性方式设置的孔隙是随机地或者以非周期性方式分布在一部分光纤上。沿着光纤长度上不同的位置得到的类似截面将具有不同的截面空穴图案，即各种截面具有不同的空穴图案，而孔隙的分布和孔隙的尺寸不一致。也就是说，所述孔隙是非周期性的，即这些孔隙在光纤结构内不是以周期性方式设置。这些孔隙沿着光纤的长度(即平行于纵轴)拉长(伸长)，但是对于传输光纤的常规长度来说，不会在整根光纤的整个长度上延伸。虽然不希望受到理论限制，但发明人相信孔隙延伸长度小于几米，在许多情况下，沿着光纤长度延伸小于I米。 本文所揭示的光纤可以采用这样的方法制造，即所述方法所采用的预制件固结条件会造成大量的气体被捕获在固结的玻璃毛坯中，从而造成在固结的玻璃光纤预制件中形成孔隙。没有采取步骤除去这些孔隙，而是使用所得的预制件形成其中包含孔隙的光纤。如本文所用，当从横截光纤纵轴的垂直截面观察光纤的时候，空穴的直径为其端点设置在限定空穴的二氧化硅内表面上的最长线段。在一些实施方式中，内环形部分30包含基本上既未掺杂氟，又未掺杂氧化锗的二氧化硅。较佳的是，环形部分30的宽度小于4.0 μ m，更优选小于2.0 μ m。在一些实施方式中，外环形部分60包含基本上未掺杂的二氧化硅，但二氧化硅可以包含一定量的氯、氟、氧化锗或其他掺杂剂，只要它们的浓度综合起来不会明显改变折射率即可。凹陷折射率环形部分50可包含掺杂氟和/或硼的二氧化硅。或者，凹陷折射率环形部分50可包含具有许多以非周期性方式设置的孔隙的二氧化硅。所述孔隙可包含一种或多种气体，如氩气、氮气、氪气、CO2, SO2或氧气，或者所述孔隙可包含基本上没有气体的真空；不论存在还是不存在任何气体，环形部分50的折射率都因孔隙的存在而降低了。所述孔隙可随机地或者以非周期性方式设置在包层200的环形部分50中，在其他实施方式中，所述孔隙以周期性方式设置在环形部分50中。作为替代方式或附加方式，环形部分50中的凹陷折射率也可这样提供对环形部分50进行负掺杂(downdoping)(如使用氟)，或者对包层和/或纤芯的一个或多个部分进行正掺杂(updoping)，其中凹陷折射率环形部分50是例如掺杂程度不及内环形部分30的二氧化硅。较佳的是，例如在考虑存在任何孔隙的情况下，凹陷折射率环形部分50的最小相对折射率或者平均有效相对折射率优选小于-O. 1%，更优选约小于-O. 2%，甚至更优选约小于-O. 3%，最优选约小于-O. 4%。掺杂氧化钛的外包层70可利用常规外气相沉积法(OVD)形成。例如，烟炱沉积法可在例如常规OVD烟炱沉积法结束时采用一次或多次沉积TiO2-SiO2烟炱层的步骤。可利用反应物输送系统将TiCl4和SiCl4蒸气提供给OVD燃烧器，由此沉积氧化钛-二氧化硅烟炱。使用氧化钛外包层70可改善耐动态疲劳性，本文用动态疲劳值η描述耐动态疲劳性。例如，利用掺杂氧化钛的外包层70，有可能实现高于25、30甚至40的动态疲劳值。在本专利申请中，假定断裂力学适用于玻璃光纤中的瑕疵即应力强度因数K1与外加拉伸应力σ a和瑕疵深度a存在以下关系K1=O. 73 σ a( Ji a)1/2 (I)当K1达到断裂韧度，即K1=Kle时，光纤遭到破坏，可改写上面的方程式，得到强度σ f与裂纹深度a的关系σ f=KIC/0. 73 (31 a)1/2 (2)还假定幂律裂纹速度模型描述了裂纹速度与应力强度因数之间 的关系，即V=AKln ⑶其中A和η都是裂纹扩展参数。裂纹扩展参数η特别有价值，因为它给出了材料是否容易发生亚临界裂纹扩展的度量方法。对于光纤，η常常利用动态疲劳技术测量，其中光纤强度of用它与应力率\之间的关系度量，其中
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^ti「σ i下角标I和2表示在不同应力率下测得的不同强度。可以简单地对强度的log值和应力率的log值的关系进行回归，从而确定η的值，其中斜率=1/(η+1)。对耐疲劳性η值的一般性讨论，可参见 Glaesemann, Jakus, Ritter, “Strength Variability of IndentedSoda-Lime Glass”(压痕钠|丐玻璃的强度可变性)，Journal of the American CeramicSociety,第 70 卷，第 6 期，1987 年 6 月，第 441-444 页。对于本文给出的η值，采用20m标长，在100%的相对湿度和约25°C的温度条件下测量光纤强度。所用的应力率对应于4%/分钟和0.004%/分钟的应变率。斜率{l/(n+l)}的标准偏差通常是本文所报告的η值的平均值的10%。Ε. LA.测试程序F0TP-76给出了一种类似的但不是穷举性的动态疲劳测试技术。本文所给出的强度数据(与耐疲劳数据相对)是在上述环境条件下，利用4%/分钟的应变率测量的。图3显了多模光纤的另一个例性实施方式中玻璃部分的截面折射率分布意图，所述光纤包含玻璃纤芯20和玻璃包层200，所述包层包含凹陷折射率环形部分50、夕卜环形部分60和掺杂氧化钛的外包层部分70。在掺杂氧化钛的外包层部分70中,氧化钛的含量优选大于5重量％，更优选大于8重量％，并且可大于10重量％。掺杂氧化钛的区域具有1-5 μ m的宽度。图4是图3所示光波导光纤的截面示意图(非按比例绘制)。纤芯20具有外半径R1和最大折射率差Al 凹陷折射率环形部分50具有最小折射率差百分数Λ3·、、宽度W3和外半径R3。凹陷折射率环形部分50包围并直接接触纤芯20，即纤芯20与凹陷折射率环形部分50之间没有内包层区30 (具有Λ2)。较佳的是，Λ1>Λ4>Λ3。外环形部分60包围并接触凹陷折射率环形部分50。凹陷折射率环形部分50具有折射率分布Δ3(γ)具有最小相对折射率Λ3Λ/>。外环形部分60的折射率分布A4(r)具有最大相对折射率和最小相对折射率Λ 4^、，在一些实施方式中Λ4 ±=Λ4υ、。较佳的是，Λ I λ>Δ3,/>0较佳的是，纤芯用氧化锗掺杂，并且基本上不含氟，更佳的是，纤芯不含氟。凹陷折射率环形部分50始于该包层的相对折射率自中心线沿径向向外首先达到-0. 05%的数值处。在一些实施方式中，外环形部分60具有相对折射率分布Δ4(;τ), △ 4(r)具有小于O. 05%的最大绝对值，即Λ 4最大〈O. 05%且Λ 4副、>-0. 05%,凹陷折射率环形部分50终止于具有相对恒定的折射率(Λ 4)的区域开始之处。多模光纤的另一个示例性实施方式包含玻璃纤芯20和玻璃包层200，所述玻璃包层200包含外环形部分60和掺杂氧化钛的外包层部分70。在一些实施方式中，环形部分60具有相对折射率分布Λ 4 (r)，Λ 4 (r)的最大绝对值小于O. 05%,即Λ 4最大〈O. 05%且Λ 4最小>-0. 05%。在一些实施方式中,环形部分60基本上由纯二氧化娃组成。在其他实施方式中，环形部分60包含氟、锗和/或氯，使得相对折射率分布^4(1*)的最大绝对值小于O. 05%。在其他实施方式中，对环形部分60进行掺杂，使得其相对于二氧化硅的折射率约小于-O. 1，更优选约小于-O. 2。在掺杂氧化钛的外包层部分70中，氧化钛的含量优选大于5重量％，更优选大于8重量％，并且可大于10重量％。掺杂氧化钛的区域的宽度为1-5 μ m。纤芯20具有外半径R1和最大折射率差A I最大。外环形部分60的折射率分布^4(1*)具有最大相对折射率Λ 和最小相对折射率Λ 、，在一些实施方式中Λ4 ± = Λ4υ、。较佳的是，纤芯用氧化锗掺杂，并且基本上不含氟，更佳的是，纤芯不含氟。 较佳的是，光纤的数值孔径(NA)大于将信号导入光纤的光源的NA ;例如，光纤的NA优选大于VCSEL源的NA。若需要，可在本文所揭示的光纤的外玻璃表面上施涂气密性碳涂层。所述涂层的厚度约小于100Α..可在碳涂层上施涂至少一个、优选两个(柔软的一次涂层和硬一些的二次涂层)保护性聚合物涂层。使用这种碳涂层可改善耐动态疲劳性，例如使用这种涂层之后，动态疲劳常数可大于50，更优选大于100 ；15%威布尔(Weibull)故障概率大于400kpsio下面的表I列出了各种实施例的折射率参数和模拟光学性质。实施例1-6所表现出来的折射率分布类似于图3所示的分布。实施例7和8所表现出来的折射率分布类似于图I所示的分布。具体地，下表给出了纤芯区20的Λ I、纤芯区20的外半径R1、纤芯区20的α、内环形区30的Λ 2、内环形区30的外半径R2和宽度W2、凹陷折射率包层区50的Λ 3、凹陷折射率包层区50的外半径R3、凹陷折射率包层区50的分布体积V3。包层半径是光纤最外面的半径(R4)以及外环形玻璃包层部分60的外半径。还提供了光纤的数值孔径NA以及数值孔径与纤芯直径之乘积(NA*⑶)。NA*⑶优选大于20 μ m,更优选大于22 μ m。在一些实施方式中，NA*⑶小于30 μ m。在一些实施方式中，夕卜玻璃包层直径小于120 μ m,优选小于110 μ m。另外，由于下面的每种光纤包含氧化钛外包层部分70，例如宽度约为5μπι(例如光纤最外面5 μ m)时的组成含量约为5重量％,这些光纤还具有高于25、30甚至40的动态疲劳值。表I
权利要求
1.一种多模光纤，它包含 具有纤芯折射率差百分数A1的渐变折射率纤芯，所述纤芯的纤芯半径大于30 μπι;以及 包围所述纤芯并具有折射率差百分数A3的凹陷折射率包层区和包围所述凹陷折射率包层区的掺杂氧化钛的包层区，其中A3约小于-O. 1%，所述凹陷折射率区的宽度至少为I μ m,所述光纤的总外直径小于120 μ m,且所述光纤的850nm满溢带宽大于2OOMHz-km。
2.如权利要求I所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤包含玻璃，其中所述外包层区包含氧化钛，其含量大于5重量％。
3.如权利要求2所述的多模光纤，其特征在于，所述凹陷折射率包层区直接邻近所述纤芯，其折射率差约小于-O. 2%,宽度至少为2 μ m，掺杂氧化钛的区域的宽度在1-5μηι之间。
4.如权利要求2所述的多模光纤,其特征在于,所述光纤还包含具有八2的内包层区，其中所述内包层区包围所述纤芯，所述凹陷折射率包层区包围所述内包层区，其中Δ Δ 2> Δ 3,所述内包层区的览度小于4 μ m。
5.如权利要求2所述的多模光纤，其特征在于，所述纤芯的纤芯半径大于35μ m。
6.如权利要求5所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤包含玻璃，所述纤芯具有小于45 μ m的玻璃纤芯半径,所述总的外玻璃直径小于110 μ m。
7.如权利要求I所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤的850nm满溢带宽大于5OOMHz-km。
8.如权利要求I所述的光纤，其特征在于，所述光纤还在850nm具有小于或等于I.OdB的1x180°弯3mm直径心轴缠绕衰减增幅。
9.如权利要求I所述的光纤，其特征在于，所述光纤还在850nm具有小于或等于O.5dB的1x180°弯3mm直径心轴缠绕衰减增幅。
10.如权利要求I所述的光纤，其特征在于，所述光纤还在850nm具有小于或等于O.3dB/圈的1x180°弯3mm直径心轴缠绕衰减增幅。
11.如权利要求I所述的光纤，其特征在于，所述凹陷折射率环形部分的宽度小于8 μ m0
12.如权利要求I所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤的数值孔径大于O.24。
13.一种多模光纤，它包含 半径大于35 μ m的渐变折射率纤芯；以及 包含凹陷折射率环形部分的第一内包层和包围凹陷折射率包层区的掺杂氧化钛的包层区，其中所述凹陷折射率环形部分具有约小于-O. 2%的折射率差和至少I μ m的宽度，所述光纤还在850nm具有小于或等于O. 5dB的1x180°弯3mm直径心轴缠绕衰减增幅和大于200MHz-km的满溢带宽。
14.如权利要求13所述的多模光纤,其特征在于,所述光纤包含玻璃,其中所述外包层区包含氧化钛，其含量大于5重量％。
15.如权利要求14所述的多模光纤,其特征在于,所述光纤包含玻璃,所述光纤的外玻璃直径小于120 μ m。
16.如权利要求14所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤还在850nm具有大于500MHz-km的满溢带宽。
17.如权利要求14所述的多模光纤,其特征在于,所述光纤还具有大于O.26的数值孔径。
18.如权利要求14所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤还具有大于O.28的数值孔径。
19.如权利要求14所述的多模光纤,其特征在于,所述光纤的15%威布尔故障概率大于400kpsi。
20.如权利要求19所述的多模光纤,其特征在于,所述光纤还具有大于30的动态疲劳常数。
21.如权利要求19所述的多模光纤,其特征在于,所述光纤还具有大于35的动态疲劳常数。
22.如权利要求I所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤上还具有肖氏D硬度大于50的涂层，所述涂层的外直径在120-130μπι之间。
全文摘要
本发明揭示了具有大纤芯直径和高数值孔径的多模光纤。本文所揭示的多模光纤包含半径大于30μm的纤芯区和包围并直接邻近所述纤芯区的包层区，所述包层区包含具有凹陷相对折射率的凹陷折射率环形部分。凹陷折射率包层区被掺杂氧化钛的包层区包围。所述光纤的总外直径小于120μm，850nm满溢带宽大于200MHz-km。
文档编号G02B6/028GK102782542SQ201180011857
公开日2012年11月14日 申请日期2011年2月28日 优先权日2010年3月2日
发明者J·德里克, K·W·贝内特, P·沃特金斯, S·R·别克汉姆 申请人:康宁股份有限公司