Ge-P共掺杂的多模光纤的制作方法
【专利摘要】根据至少一个实施例，梯度折射率多模光纤(10)包括：(i)基于二氧化硅的纤芯(20)，其共掺杂有GeO2和1-12摩尔％的P2O5；该纤芯(20)具有双α，即α1和α2，在840和1100nm之间的波长(λ)范围处，1.8≤α1≤2.4且1.9≤α2≤2.4，以及(ii)围住纤芯的基于二氧化硅的包层区(200)，其中光纤具有数值孔径NA并且0.185≤NA≤0.25(更优选地0.185≤NA≤0.23)。优选地，围住纤芯(20)的基于二氧化硅的包层区(200)具有低于纯二氧化硅更低的折射率。
【专利说明】Ge-P共掺杂的多模光纤
相关申请交叉引用
[0001]本申请要求2011年11月4日提交申请的美国专利申请S/N.13/289,021的优先权，且基于其内容并通过弓丨用将其内容整体结合于此。
【背景技术】
[0002]本公开总地涉及光纤，更具体地涉及渐变折射率多模光纤，并更具体地涉及渐变折射率氧化锗磷共掺杂的多模光纤。
【发明内容】
[0003]本公开的一些实施例涉及在光纤的纤芯内具有氧化锗(GeO2)和磷共掺杂的光纤。
[0004]根据至少一个实施例，渐变折射率多模光纤包括:(i)基于二氧化硅的纤芯，其共掺杂有GeOjP 1-12摩尔％的P2O5 ;该纤芯具有双α，即a α 2，在840和IlOOnm之间的波长(λ )范围处1.8彡a i彡2.4且1.9彡α 2彡2.4，以及(ii)围住纤芯的基于二氧化硅的包层区，其中光纤具有数值孔径NA并且0.185 ^ NA ^ 0.25(更优选地0.185 ^ NA ^ 0.23)。优选地，围住纤芯的基于二氧化硅的包层区具有比纯二氧化硅更低的折射率。在一些实施例中，用F对该基于二氧化硅的区进行下掺杂，并可选择地包括Ge。在一些实施例中，这种基于二氧化硅的包层区包括随机或非周期地分布的孔隙(例如填充有气体)。
[0005]在一些实施例中，纤芯包括大约200-2000ppm重量的Cl以及低于1.2重量％的其它折射率修正的掺杂剂。
[0006]在一些实施例中，基于二氧化硅的纤芯包括GeO2 (例如0.5摩尔％ -1 I摩尔％的最大浓度)和大约1-11摩尔％的最大P2O5浓度，以使GeO2和P2O5之和不超过19摩尔％。优选地，GeO2和P2O5之和不超过12摩尔％，甚更优选地不超过10摩尔％。优选地，光纤具有在大约0.185和0.25之间的数值孔径NA (例如0.185彡NA彡0.23或0.185彡NA彡0.215或0.195彡NA彡0.225或2彡NA彡2.1)以及在800nm和900nm内的至少一个波长处大于2GHz-Km的带宽。
[0007]根据一个实施例，一种渐变折射率多模光纤包括:(i)基于二氧化娃的纤芯(具有至少一个纤芯区)，其共掺杂有GeO2和大约1-9重量％ P2O5以及大约200-2000ppm重量的Cl以及小于I重量％的其它折射率修正掺杂剂；该纤芯具有双a，gp \和Ci2，在840和IlOOnm之间的波长范围内的至少一个波长处(优选在850nm) 1.8彡a i彡2.25且1.9彡a2彡2.25;以及(ii)围住纤芯区的基于二氧化硅的区，该基于二氧化硅的区包括F和可选的GeO2并具有低于二氧化硅的折射率。光纤具有在0.185和0.215之间的数值孔径。
[0008]根据一些实施例,该多模光纤包括:(i)基于二氧化娃的纤芯,其共掺杂有GeO2和大约0.5-10摩尔％ P2O5 (优选地为1-8摩尔％ )以及小于I重量％的其它折射率修正掺杂剂；该纤芯具有双a，g卩a i和α 2，在840和IlOOnm之间的波长范围内的至少一个波长处(优选在850nm)，1.8彡Q1S 2.4且1.9彡a 2 ^ 2.4 ；以及物理纤芯直径Dc，其中Dc=2?并且25 ^ Dc ^ 55微米，在一些实施例中25 < Dc < 45微米；以及(ii)基于二氧化硅的包层区，该基于二氧化硅的包层区(a)围住纤芯并包括F和可选的GeO2并且(b)具有低于二氧化硅的折射率。光纤10具有在0.185和0.215之间的数值孔径；在位于800和900nm范围内的至少一个波长处大于2GHz-Km的带宽。
[0009]根据一些实施例,该多模光纤包括:(i)基于二氧化娃的纤芯,其共掺杂有GeO2和大约0.5-10摩尔％ P2O5 (优选地为1-8摩尔％ )以及小于I重量％的其它折射率修正掺杂剂；该纤芯具有双α，g卩a i和α 2，在840和IlOOnm之间的波长范围内的至少一个波长处(优选在850nm)，1.8彡Q1S 2.4且1.9彡a 2 ^ 2.4 ；以及物理纤芯直径Dc，其中Dc=2?并且45 < Dc < 55微米，以及(ii)基于二氧化硅的包层区，该基于二氧化硅的包层区(a)围住纤芯并包括F和可选的GeO2并且(b)具有低于二氧化硅的折射率。光纤10具有在0.185和0.215之间的数值孔径；在位于800和900nm范围内的至少一个波长处大于2GHz-Km的带宽。
[0010]根据一些实施例，该多模光纤包括:(i)基于二氧化娃的纤芯，其共掺杂有GeO2和大约1-11摩尔％ P2O5以及小于I重量％的其它折射率修正掺杂剂；该纤芯具有双α，即\和α2，在840和IlOOnm之间的波长范围内的至少一个波长处(优选在850nm)，1.8彡4且1.9彡α2< 3.4 ;以及纤芯直径Dc，其中45彡Dc彡55微米，以及(ii)基于二氧化娃的包层区，该基于二氧化娃的包层区(a)围住纤芯并包括F和可选的GeO2并且(b)具有低于二氧化硅的折射率。该纤芯10具有在0.185和0.215之间的数值孔径；在位于范围800nm和900nm的至少一个波长处大于2GHz_Km的带宽以及在位于范围900nm和1300nm的至少一个波长处大于2GHz_Km的带宽。
[0011]根据至少一些实施例，多模光纤具有渐变折射率光纤并提供一带宽，该带宽的特征在于位于800nm和900nm的波长范围内的第一峰值波长λ P1和位于950nm至1700nm的波长范围内的第二峰值波长λ p2。根据一些实施例，多模光纤提供一带宽，该带宽的特征在于，位于800nm和900nm范围内的λ P1和位于950nm和1670nm范围内的λρ2。在一些实施例中，光纤纤芯中的P2O5最大浓度(以摩尔％计)大于GeO2的最大浓度。
[0012]根据一些实施例，多模光纤具有渐变折射率纤芯。双掺杂剂(氧化锗和磷)中的每一种被布置在多模光纤的纤芯，其浓度可随半径变化并由两个α参数(\和Ci2)定义。也就是说，氧化锗掺杂剂浓度因变于α参数(\和α2)随半径而变化，如同磷掺杂剂浓度那般。本文披露的双掺杂剂浓度也降低了对光纤的折射率的整体α形状的波长的敏感性,这有助于提高这些光纤在其制造过程中的生产率产出，由此减少浪费和成本。如本文中使用的，术语“渐变折射率”指在840和I 10nm之间的波长范围内的至少一个波长处(优选在850nm)具有整体双a ( a i和α 2)的折射率的多模光纤，其中1.8彡a i彡2.4且1.9 < α 2 < 2.4o
[0013]在一些实施例中，本文披露的MMF包括一折射率分布，该折射率分布在至少0.04 μ m、优选地为至少0.05 μ m、更优选地至少0.10 μ m、甚优选地至少0.15 μ m的波长窗宽度下提供小于0.25ns/km的RMS脉冲展宽(大于约0.75GHz-km)，其中该窗的中心在大约0.85 μ m。在一些实施例中，本文披露的MMF包括一折射率分布，该折射率分布在至少0.04 μ m、优选地为至少0.05 μ m、更优选地至少0.10 μ m、甚优选地至少0.15 μ m的波长窗宽度下提供小于0.2ns/km的RMS脉冲展宽(大于约0.93GHz_km，例如0.95GHz_km或更大)，其中该窗的中心在大约0.85μπι。在一些实施例中，在至少0.20μπι的波长窗宽度之上提供小于0.2ns/km的RMS脉冲展宽，并且该窗优选地居中在0.8-0.9 μ m范围的波长处(例如大约0.85 μ m)。在一些实施例中，在至少0.20 μ m的波长窗宽度之上提供小于约0.1ns/km的RMS脉冲展宽(大于2GHz-km)，并且该窗优选地居中在0.8-0.9 μ m范围的波长处(例如大约0.85 μ m) ο
[0014]在一些实施例中，本文披露的MMF包括一折射率分布，该折射率分布在至少0.04 μ m、优选地为至少0.05 μ m、更优选地至少0.10 μ m、甚优选地至少0.15 μ m的波长窗宽度上提供小于0.02ns/km的RMS脉冲展宽，其中该窗大约居中在0.85 μ m处。在一些实施例中，在至少0.20 μ m的波长窗宽度之上提供小于0.02ns/km的RMS脉冲展宽，并且该窗优选地居中在0.8-0.9 μ m范围的波长处(例如大约0.85 μ m)。
[0015]在一些实施例中，本文披露的MMF包括一折射率分布，该折射率分布在至少
0.04 μ m、优选地为至少0.05 μ m、更优选地至少0.10 μ m、甚优选地至少0.15 μ m的波长窗宽度之上提供大于2GHz-Km的带宽，其中该窗大约居中在0.85 μ m处。在一些实施例中，在至少0.20 μ m的波长窗宽度之上提供小于0.2ns/km的RMS脉冲展宽，并且该窗优选地居中在0.8-0.9 μ m范围的波长下(例如大约0.85 μ m)。在这些实施例中，纤芯优选地具有渐变的折射率分布。
[0016]在一些实施例中，本文披露的MMF包括一折射率分布，该折射率分布在至少
0.04 μ m、优选地为至少0.05 μ m、更优选地至少0.10 μ m、甚优选地至少0.15 μ m的波长窗宽度之上提供大于4GHz-Km的带宽，其中该窗大约居中在0.85 μ m处。在一些实施例中，在至少0.20 μ m的波长窗宽度之上提供小于0.2ns/km的RMS脉冲展宽，并且该窗优选地居中在0.8-0.9 μ m范围的波长处(例如大约0.85 μ m)。在这些实施例中，纤芯优选地具有渐变的折射率分布。
[0017]在一些实施例中，本文披露的MMF包括一折射率分布,该折射率分布在0.85 μ m下提供大于2GHz-Km的带宽，并在0.98 μ m下提供大于0.75GHz-Km的带宽。在一些实施例中，本文披露的MMF包括一折射率分布，该折射率分布在0.85 μ m下提供大于2GHz-Km的带宽，并在0.98 μ m下提供大于1.5GHz-Km的带宽。在一些实施例中，本文披露的MMF包括一折射率分布，该折射率分布在0.85 μ m下提供大于2GHz-Km的带宽，并在0.98 μ m下提供大于2GHz-Km的带宽。在一些实施例中，本文披露的MMF包括一折射率分布，该折射率分布在0.85 μ m下提供大于2GHz-Km的带宽，并在1.3 μ m下提供大于0.75GHz_Km的带宽。在一些实施例中，本文披露的MMF包括一折射率分布,该折射率分布在0.85 μ m下提供大于2GHz-Km的带宽，并对于0.98 μ m和1.66 μ m之间的至少一个波长提供大于IGHz-Km的带宽。在一些实施例中，本文披露的MMF包括一折射率分布，该折射率分布在0.85 μ m下提供大于4GHz-Km的带宽，并对于0.98 μ m和1.66 μ m之间的至少一个波长提供大于IGHz-Km的带宽。在这些实施例中，纤芯优选地具有渐变的折射率分布。
[0018]在一组实施例中，第一窗居中在大约0.85 μ m而第二窗居中在小于约1.4μπι的波长。在另一组实施例中，第一窗居中在大约0.85 μ m而第二窗居中在小于约1.56 μ m的波长。
[0019]将在以下详细描述中阐述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点在某种程度上对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施此处的描述和权利要求书以及附图所述的实施例可认识到。
[0020]应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者仅为示例性的，并且它们旨在提供用于理解权利要求书的本质和特性的概观或框架。
[0021]所包括的附图用于提供进一步的理解，且被结合到本说明书中并构成其一部分。附图示出一个或多个实施例，并与说明书一起用来解释各实施例的原理和操作。
附图简述
[0022]图1示意地示出如本文公开的光纤的一个实施例的横截面图；
[0023]图2A描绘了渐变折射率多模光纤的一个实施例的示意性折射率分布；
[0024]图2B示出渐变折射率多模光纤的另一实施例的示意性折射率分布；
[0025]图2C是对于与图2A对应的一个示例性光纤的掺杂剂浓度Cee和Cp相对于归一化的纤芯半径的标绘图；
[0026]图3示意地绘出在纤芯内仅具有氧化锗的比较性的渐变折射率多模光纤的纤芯中的Ge掺杂剂浓度分布；
[0027]图4示出对于图3A的光纤因变于波长的均方根(RMS)脉冲展宽；
[0028]图5不出对于Ge和P共掺杂的光纤因变于波长的均方根(RMS)脉冲展宽；
[0029]图6示出对于Ge和P共掺杂光纤的一些实施例的第二窗中心波长的变化；以及
[0030]图7示出对于Ge和P共掺杂光纤的若干示例性实施例在1310nm下以ns/km计的均方根(RMS)脉冲展宽相对于光纤纤芯中的P掺杂程度。
【具体实施方式】
[0031]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。
[0032]“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。
[0033]“相对折射率百分比”被定义为Λ%= 10xOii2-η。2)/2ηΛ其中Iii是区域i中的最大折射率，除非另外指明，而η。是纯二氧化硅的折射率。如本文中使用地，相对折射率以Λ (和δ)表示，而且其值以为单位给出，除非另外指明。此处的“上掺杂剂”在这里被认为是相对于纯的未掺杂S12具有提高折射率的倾向的掺杂剂。此处的“下掺杂剂”在这里被认为是相对于纯的未掺杂S12具有降低折射率的倾向的掺杂剂。不是上掺杂剂的一种或多种其它掺杂剂可存在于具有正的相对折射率的光纤的区域中。下掺杂剂在伴随有不是下掺杂剂的一种或多种其它掺杂剂时，可存在于具有正相对折射率的光纤的区域中。对于术语“氧化锗”，Ge和GeO2在这里可互换地使用并指Ge02。对于术语“磷”，P和P2O5在这里可互换地使用并指P2O5。
[0034]光纤芯直径是使用在IEC60793-1-20、题为 “Measurement Methods and Test
Procedures—Fiber Geometry (测量方法和测试过程-光纤几何学)”中阐述的技术测量的，尤其是使用其附录C中标题为“Method C:Near-field Light Distribut1n (方法C:近场光分布)”中列出的基准测试方法。为了使用该方法从结果中计算光纤芯半径，对于每区段C.4.2.2采用10-80拟合以获得光纤芯直径，然后将其除以2以获得光纤芯半径。术语μm和微米指以微米计的距离并在这里可互换地使用。
[0035]在这里使用的，孔径的数值孔径(NA)表示使用题为“Measurement Methods andTest Procedures-Numerical Aperture (测量方法和测试过程-数值孔径)”的 TIA SP3-2839-URV2F0TP-177IEC-60793-1-43中阐述的方法测得的数值孔径。
[0036]宏观弯曲性能是根据F0TP-62 (JEC-60793-1-47)通过在1mm直径心轴周围缠绕I匝并测量由于使用环绕磁通(EF)发射条件的弯曲(也被称为受限制的发射条件)造成的衰减增加来确定的。环绕磁通是通过将溢出脉冲发射到2米长的50微米纤芯光纤的输入端来测得的，该光纤部署有在中点附近25mm直径心轴上的I匝。InilniCoi?: 50微米纤芯光纤的输出端被分接到待测光纤，并且测得的弯曲损失是在规定的弯曲状态下的衰减与无弯曲的衰减之间的差。使用溢出发射根据F0TP-204来测量溢出带宽。
[0037]如图1所不,本文披露的实施例的光纤10包括基于二氧化娃的纤芯20和围住和直接毗邻于(即接触)纤芯的基于二氧化硅的包覆层(或包层)200。优选地，该光纤具有
0.185 和 0.25 之间(例如 0.195 和 0.25、或 0.185 和 0.215 或 0.195 和 0.225 或 2 和 2.1之间)的数值孔径NA。优选地，光纤带宽大于2GHz-Km，以900nm和1300nm内的波长为中心。
[0038]纤芯20从r = O的中心线开始延伸至最外侧纤芯半径凡。包层200从半径R1延伸至最外侧纤芯半径Rmax。在一些实施例中，光纤10的包层200包括基于二氧化硅的区50，它围住纤芯并具有低于二氧化硅折射率的折射率。基于二氧化硅的包层区50可例如包括F和可选的Ge02。在一些实施例中，这种基于二氧化硅的包层区50包括随机或非周期地分布的孔隙(例如填充有气体)。在一些实施例中，基于二氧化娃的区50延伸通过整个包层200。在其它实施例中，外包层60围住包层区50。在一些实施例中，光纤10的包层200包括基于二氧化娃的区50,该基于二氧化娃的区50围住纤芯并具有低于外包层60的折射率的折射率。
[0039]在一些实施例中，可选的基于二氧化硅的内包层30位于纤芯20和下掺杂区50之间。在这些实施例中，包层200具有相对折射率分布Λ clad (r)。光纤10的一个示例性示意相对折射率分布不出于图2A中。在一些实施例中，下掺杂区50从纤芯20偏移一宽度W2 =R2-R1，并由此该区域在r = R2开始并结束在r = R4,其具有宽度W4 = R4-R3和W5 = R4-R2 (例如参见图2A)。在其它实施例中，下掺杂区50直接毗邻于纤芯20，并可具有矩形或梯形横截面以使该区域在r = R1开始并结束在r = R4,其具有宽度W4 = R4-R3和W5 = R4-R2 (例如参见图2B，在该例中R2 = R1)。包层200从R4延伸至最外侧包层半径Rmax。在一些实施例中，包层200包括Ge-P共掺杂二氧化硅(例如在层30和/或60中)。在一些实施例中，包层200包括氟掺杂的二氧化硅，例如在层50中。例如在一些实施例中，基于二氧化硅的区50 (这里也被称为壕沟)由区60中的二氧化硅包层(例如纯二氧化硅包层60)或上掺杂二氧化硅围住。这例如示出在图2A和图2B。纤芯20和包层200形成光纤10的玻璃部分。在一些实施例中，包层200被涂覆以一个或多个涂层210，例如被涂覆以丙烯酸盐聚合物。
[0040] 在具有掺杂以两种共掺杂剂的二氧化硅掺杂纤芯的光纤实施例中，折射率分布可通过下面的等式(式I)来描述:
【权利要求】
1.一种渐变折射率多模光纤,包括: (i)基于二氧化硅的纤芯，其共掺杂有GeO2和0.5-12摩尔％的最大量P2O5 ;所述纤芯具有双α，即\和α2，在840和IlOOnm之间范围中的波长(λ)处，1.8彡a i彡2.4且1.9 ^ α2<2.4，以及 (?)围住所述纤芯的基于二氧化硅的包层区，其中所述光纤具有在0.185和0.23之间的数值孔径。
2.如权利要求1所述的渐变折射率多模光纤，其特征在于，所述纤芯包括大约200-2000ppm重量的Cl以及低于1.2重量％的其它折射率修正掺杂剂。
3.如权利要求2所述的渐变折射率多模光纤，其特征在于，所述基于二氧化硅的包层区具有低于纯二氧化硅的折射率的折射率。
4.如权利要求1所述的渐变折射率多模光纤，其特征在于，所述基于二氧化硅的包层区具有低于纯二氧化硅的折射率的折射率。
5.如权利要求1或2所述的渐变折射率多模光纤，其特征在于，所述基于二氧化硅的包层区包括F和可选择的GeO2。
6.如权利要求1所述的渐变折射率多模光纤，其特征在于，所述纤芯包括GeO2和大约1-9摩尔％ P2O5,以使最大GeO2和最大P2O5浓度之和不超过19摩尔％，并且所述光纤具有在0.195和0.25之间的数值孔径NA并具有以900nm和1300nm内的一个波长为中心的大于2GHz-Km的带宽。
7.如权利要求1或6所述的光纤，其特征在于，所述纤芯包括GeO2和大约1-9摩尔％P2O5,以使最大GeO2和最大P2O5浓度之和不超过19摩尔％，并且所述带宽在大约850nm处大于 750MHz-Km。
8.如权利要求1、6或7所述的光纤，其特征在于，所述带宽在大约850nm处大于1500MHz-Km。
9.如权利要求1、6、7或8所述的光纤，其特征在于，所述带宽在大约980nm处大于1500MHz-Km。
10.如权利要求1、6或7所述的光纤，其特征在于，所述带宽在大约1300nm处大于500MHz-Km。
11.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，当在1mm的弯曲直径处测量时,在850nm处受约束的发射弯曲损失小于1.5dB/匝。
12.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，当在10_的弯曲直径处测量时,在850nm处受约束的发射弯曲损失小于0.25dB/匝。
13.如权利要求5所述的光纤，其特征在于，壕沟区内的体积平均Ge浓度为至少0.5重量％。
14.如权利要求5所述的光纤，其特征在于，所述基于掺杂氟的二氧化硅的区的体积大于30平方微米-百分比。
15.如权利要求5所述的光纤,其特征在于,所述基于掺杂氟的二氧化娃的区的体积大于100平方微米-百分比且小于300平方微米-百分比。
16.如权利要求5所述的渐变折射率光纤,其特征在于,所述光纤纤芯具有X摩尔％的GeO2和Y摩尔％的P2O5,并且X〈Y。
17.如权利要求5所述的渐变折射率光纤，其特征在于，所述光纤纤芯具有X摩尔％的GeO2和Y摩尔%的P2O5,并且I彡X/Y彡8。
18.如权利要求1所述的渐变折射率多模光纤，其特征在于， (i)所述基于二氧化硅的纤芯区共掺杂了 GeO2和大约1-10重量％ P2O5 ；以及大约200-2000ppm重量的Cl以及小于I重量％的其它折射率修正掺杂剂；以及 (?)围住所述纤芯区的所述基于二氧化硅的区包括F和可选择的GeO2并具有低于二氧化硅的折射率的折射率，并且所述光纤具有在0.185和0.225之间的数值孔径。
19.如权利要求1、6、16、17或18所述的渐变折射率多模光纤,其特征在于,所述光纤在850nm处具有的宏观弯曲损失小于0.25dB/匝。
20.如权利要求18所述的光纤，其特征在于，所述基于掺杂氟的二氧化硅的区的体积大于100平方微米-百分比且小于300平方微米-百分比。
【文档编号】G02B6/028GK104169760SQ201280065933
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2012年10月31日 优先权日:2011年11月4日
【发明者】D·C·布克班德, M-J·李, P·坦登 申请人:康宁股份有限公司