多模光纤的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种多模光纤，其具有能够稳定地制造的构造，该多模光纤作为适用于宽带宽多模传送用的传送介质。在该多模光纤中，纤芯具有从纤芯中心沿半径方向变化，并且通过α乘数限定其形状的折射率分布，其中，该α乘数在半径方向的规定范围内沿该半径方向的变化的平均值为正值。
【专利说明】多模光纤
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多模光纤。
【背景技术】
[0002]多模光纤由于容易进行光纤间的连接，此外，能够容易地进行网络的构筑，因此广泛地使用于LAN(Local Area Network)等近距离信息通信的用途中。
[0003]近年来，除了对上述近距离信息通信的高速传送的研究之外，对于以光纤操作的改善等为目的对上述多模光纤的抗弯特性的改善、通信带宽的扩大(宽带宽化)的研究也在如火如荼地进行。另外，在美国专利第6292612号(专利文献I)、美国专利第7787731号(专利文献2)、美国专利第7903918号(专利文献3)、美国专利第8184936号(专利文献4)、美国专利第8280213号(专利文献5)、美国公开2011/0243519号公报(专利文献6)、美国公开2012/0039361号公报(专利文献7)、美国公开2011/0305423号公报(专利文献8)中，介绍了用于使涉及的抗弯特性、带宽等光学特性提高的多模光纤的折射率分布的各种形状。
[0004]发明人们对用于实现比以往高速的近距离信息通信、用于稳定地制造适用于宽带宽多模光传送的多模光纤的技术进行了如下的探讨。另外，在本说明书中，在不特别说明而仅记载为“光纤”的情况下，是指“多模光纤”。
[0005]近年来，人们期望在使用多模光纤的数据中心内高速化近距离信息通信，尤其是需要稳定地制造满足IS0/IEC11801的0M3标准、0M4标准的光纤。另一方面，为了稳定地制造适用于宽带宽多模传送的多模光纤，需要使纤芯的折射率分布精确地与所期望的形状一致。
[0006]另外，纤芯的折射率分布的形状由α乘数限定，通常，该α乘数选择1.9?2.3的范围内的数值。具体而言，纤芯(中心处的最大折射率=Ii1)相对于包层(折射率:?)的最大相对折射率差八。_由下式(I)给出，由自具有半径a的纤芯的中心的距离r限定的该纤芯的折射率分布n(r)由下式(2)给出。在上述专利文献I?8中均将限定该折射率分布n(r)的形状的α乘数作为常数处理。
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[0009]然而，仅仅将a乘数作为常数而选择，会限制多模光纤的进一步宽带宽化。此外，实际制造的多模光纤的折射率分布有时会与设计的折射率分布产生偏差，在该情况下，由于以折射率分布的制造误差为起因而产生的模式色散成为阻碍宽带宽化的主要原因，所以难以实现稳定地制造适用于宽带宽多模传送的多模光纤，即难以使制造出的多模光纤的宽带宽特性稳定。
【发明内容】
[0010]本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的是提供一种多模光纤，其作为宽带宽多模传送用传送介质而具有能够稳定地制造的构造。
[0011]为了解决上述课题，本发明涉及的多模光纤作为第I方式，具有沿规定轴线延伸的纤芯以及设置在纤芯的外周面上的包层。另外，纤芯在其中心处具有最大折射率H1并且具有外径2a。包层在其与纤芯的界面处具有折射率IItl(Cn1)。特别地，该第I方式的纤芯在该多模光纤的与规定轴线正交的截面中，具有由α乘数a (r)限定其形状的折射率分布n(r),该α乘数a (r)从该纤芯的中心起相对于半径方向的距离r (O < r < a)而变化。此夕卜，在该多模光纤的与规定轴线正交的截面中，沿半径方向的α乘数的变化d(a (r))/dr的平均值在距离r为大于或等于0.4a而小于或等于0.6a的基准范围内满足下式(3)。
[0012]^cr(r)>0
? … (3)
[0013]作为能够适用于上述第I方式的第2方式，优选纤芯的中心处的α乘数α (O)小于或等于2.04。即使在GI型折射率分布中的α乘数的通常数值范围内，也能够确保充分的调整裕度。
[0014]作为能够适用于上述第I方式和第2方式中至少一个方式的第3方式，优选α乘数的变化的平均值由自纤芯的中心相距基准范围内的距离rji为正整数)的大于或等于两个的任意点处的α乘数的变化d(a OgVdr的平均值限定。即，在将自纤芯的中心的距离处于基准范围内的任意的点的数量设为k(k为大于或等于2的整数)时，沿半径方向的α乘数的变化的平均值由下式(4)限定。
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[0016]作为能够适用于上述第I方式?第3方式中至少一个方式的第4方式，在将纤芯的以包层的折射率％作为基准的最大相对折射率差设为八。_，将纤芯的以包层的折射率nQ作为基准的自纤芯中心的距离为r的位置处的相对折射率差设为Λ (r)时，自纤芯中心的距离为r处的α乘数a (r)由下式(5)限定。
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[0021]作为能够适用于上述第I方式?第4方式中至少一个方式的第5方式，优选沿半径方向的α乘数的变化d(a (r))/dr的平均值在0.3a < r < 0.7a的范围内满足上述式
(3)。并且，作为能够适用于上述第I方式?第5方式中至少一个方式的第6方式，更优选沿半径方向的α乘数的变化d(a (r))/dr的平均值在0.2a彡r彡0.8a的范围内满足上述式⑶。
[0022]此外，为了实现满足光布线用的标准光纤的规格的多模光纤，作为能够适用于上述第I方式?第6方式中至少一个方式的第7方式,优选在基础外径为50 μ m的情况下,纤芯的外径2a大于或等于48 μ m而小于或等于52 μ m。在同样的宗旨下，作为能够适用于上述第I方式?第7方式中至少一个方式的第8方式,优选该多模光纤具有大于或等于0.195而小于或等于0.230的NA。
[0023]并且，为了实现0M3标准以上的宽带宽多模传送，作为能够适用于上述第I方式?第8方式中至少一个方式的第9方式，优选该多模光纤在850nm波长下具有大于或等于1500MHz -km的OFL带宽。在同样的宗旨下，作为能够适用于上述第I方式?第9方式中至少一个方式的第10方式，优选该多模光纤在850nm波长下具有大于或等于2000MHz -km的minEMBc 带宽。
[0024]顺便提一下，满足0M3标准的多模光纤是指如下的光纤:被称作最小实效带宽(minEMB:Minimum Effective Modal Bandwidth)的带宽为大于或等于 2000MHz.km,全模式励振下的带宽(国际标准IEC60793-1-41中规定的OFL带宽)在850nm下大于或等于1500MHz.km,在1300nm下大于或等于500MHz.km。在本说明书中，计算出的实效带宽(Calculated Effective Modal Bandwidth)的最小值以“minEMBc”表不。另外，在 0M3 标准中，多模光纤需要满足以下3个条件(0M3-1?0M3-3)。
[0025](0M3-1) minEMBc (850nm)彡 2000MHz.km
[0026](0M3-2) OFL 带宽(850nm)彡 1500MHz.km
[0027](0M3-3) OFL 带宽(1300nm)彡 500MHz.km
[0028]此外，在0M4规格中，多模光纤有必要满足以下3个条件(0M4-1?0M4-3)。
[0029](0M4-1) minEMBc (850nm)彡 4700MHz.km
[0030](0M4-2) OFL 带宽(850nm)彡 3500MHz.km
[0031](0M4-3) OFL 带宽(1300nm)彡 500MHz.km
[0032]另外，通过以下的详细的说明及附图能够进一步充分地理解本发明涉及的各实施例。这些实施例仅仅是为了例示而示出，不应认为由此限定本发明。
[0033]此外，本发明的进一步的应用范围可从以下的详细说明来明确。然而，应当明确的是，详细的说明以及特定的事例表示本发明的优选的实施例，是仅仅为了例示而示出的例子，根据该详细的说明，在本发明的范围内进行各种变形和改良，这对本领域技术人员而言是显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1A是表示本实施方式涉及的多模光纤的剖面构造的一个例子的图，图1B是其折射率分布。
[0035]图2是表示用于获得本实施方式涉及的多模光纤的制造工序的图。
[0036]图3A?图3E是表不可使用在本实施方式涉及的多模光纤中的纤芯的各种折射率分布的图。
[0037]图4A?图4C是表不在相对于纤芯中心处的α乘数α (O)改变纤芯周边处的α乘数(a)时的各种样本中的折射率分布的形状变化的图。
[0038]图5是表示纤芯中心处的α乘数α (O)和纤芯周边处的α乘数(a)的组合不同的各种样本在850nm波长下的OFL带宽(GHz.km)的表。
[0039]图6是表示纤芯中心处的α乘数α (O)和纤芯周边处的α乘数(a)的组合不同的各种样本在850nm频带处的minEMBc (GHz.km)的表。
【具体实施方式】
[0040]下面，参照附图对本发明涉及的多模光纤的各实施方式详细地说明。另外，【专利附图】
【附图说明】中对相同的要素标注相同的标号并省略重复的说明。
[0041]图1A是表示本实施方式涉及的多模光纤的剖面构造的一个例子的图。图1A所示的多模光纤100具有以石英玻璃作为主要材料、沿规定轴线(光轴AX)延伸的纤芯110以及设于纤芯110的外周面上的包层120。纤芯110具有外径2a，且在其中心处(与光轴AX一致的位置)的最大折射率为H1。包层120在与纤芯110的界面处具有比纤芯110的最大折射率Ii1低的折射率η。。
[0042]此外，多模光纤100具有图1B所示的折射率分布150。另外，图1B所示的折射率分布150表示图1A中与光轴AX正交的线LI上的各部分的折射率，相当于该多模光纤100的沿半径方向的折射率分布。更具体而言，从纤芯中心(与光轴AX—致)到半径r = a为止的区域是相当于纤芯110的区域，半径r > a的区域是相当于包层120的区域。
[0043]另外，如图2所示，具有图1B所示的折射率分布150的多模光纤100是通过利用加热器300 —边使光纤母材10的一端加热熔融一边进行拉丝而获得。因此，在光纤母材10中也具有与图1B所示的折射率分布150相同的形状。具体而言，在图2中，光纤母材10具有拉丝后成为纤芯110的外径为2b的第I区域11、以及拉丝后成为包层120的第2区域12，光纤母材10的折射率分布的形状与图1B所示的折射率分布150的形状大体一致。
[0044]在本实施方式中，将对图1B所示的多模光纤100 (或光纤母材10)的折射率分布n(r)进行限定的α乘数作为半径!■的变量来处理。即，纤芯110 (中心处的最大折射率:H1)相对于包层120 (折射率:?)的最大相对折射率差通过下式(6)给出，由自具有半径a的纤芯110的中心的距离r限定的该纤芯110的折射率分布n(r)通过下式(7)给出。另外，通常，针对光纤的折射率分布测量可以采用RNFP法等测量，此外，针对光纤母材的折射率分布测量可以通过利用预制棒测试仪(PreformAnalyzer)等来测量。
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[0047]特别地，在本实施方式中，在图1B所示的折射率分布150中，沿半径方向的α乘数的变化d/dr ( a (r))的平均值在0.4a彡r彡0.6a的有效范围内满足下式(8)。
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[0049]另外，在将0.4a彡r彡0.6a的有效范围内的任意点的数量设为k(k为大于或等于2的整数)时，上述α乘数的变化的平均值由下式(9)限定。
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[0051]在将以包层120的与纤芯110的界面处的折射率Iitl作为基准的纤芯110的最大相对折射率差设为AeOTe，将自纤芯110的中心的距离为r的以包层120的折射率nQ为基准的该纤芯110的相对折射率差设为Δ Cr)时,作为半径r的函数而给出的α乘数的一例，α乘数a (r)由下式(10)限定。
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[0056]此外，也能够根据自纤芯中心的距离为ri的大于或等于两个的任意点处的α乘数a (r,)计算出直线近似式，推测出α (0)、a (r = a)，其中，距离巧处于半径r的有效范围内。因此，即使在如上述地利用直线近似的情况下也能够计算出满足上述式(8)的α乘数。
[0057]另外，在实际制造的多模光纤(或者光纤母材)中，有时由于在纤芯的中心附近和纤芯的周边附近(纤芯和包层的边界附近)处设计误差比较大而难以得到正确的折射率分布。因此在本实施方式中，上述有效范围的下限值(纤芯中心侧边界)设定在0.2a?0.4a的范围内，上述有效范围的上限值(纤芯周边侧边界)设定在0.6a?0.8a的范围内。
[0058]图1B中示出了多模光纤的标准的折射率分布，但是用于实现通过本实施方式可得到的效果的折射率分布并不限定于图1B的例子，图3A?图3E所示的各种折射率分布150A?150E可适用于本实施方式涉及的多模光纤100。
[0059]例如，在图3A中示出了适用于抗弯多模光纤的折射率分布150A，该抗弯多模光纤与在上述专利文献2、3中示出的折射率分布同样地，在纤芯的外周部具有沟槽层151a。另夕卜，沟槽层的位置也可以沿着图3A中所示的箭头S移动，在该情况下，在折射率分布150A中具有与纤芯接触的沟槽层151b。在图3B中示出通过α乘数限定的纤芯的折射率分布(α乘数分布)直至邻接的沟槽层151c的底部为止一直连续地变化的形状的折射率分布150B。图3C中示出与在上述专利文献5中示出的折射率分布同样地，纤芯外侧(纤芯和包层的边界)像悬崖A那样陡立的形状的折射率分布150C。在图3D中示出与在上述专利文献7示出的折射率分布同样地，通过添加氟而在纤芯内形成有α乘数分布的折射率分布150D。进一步地，在图3Ε中示出与在上述专利文献4中示出的折射率分布同样地，在包层中形成有台阶B的折射率分布150Ε。
[0060]此外，在图1B中示出通过在纤芯110中添加GeO2而形成的多模光纤100(纤芯组成=GeO2-S12)的折射率分布150，但是也可由其它组成(例如利用Ge02-Si02_P205、GeO2-S12-FjeO2-P2O5-S12-F等其它组成)构成纤芯110。但是，在任意情况下纤芯110都具有通过α乘数a (r)限定其形状的折射率分布n (r)，其中，该α乘数a (r)相对于从纤芯中心起在半径方向的距离r (0<r < a)而变化，沿半径方向的α乘数的变化d(a (r))/dr的平均值大于O。
[0061](样本)
[0062]接下来，参照图4A?图4C、图5、以及图6，对改变纤芯内的各部分中的α乘数并制造出的样本的折射率分布以及它们的带宽特性进行说明。其中，图4A?图4C是表示相对于纤芯中心处的α乘数a (O)改变了纤芯周边处的α乘数(a)时的各种样本的折射率分布的形状变化的图。图5是表示纤芯中心处的α乘数α (O)和纤芯周边处的α乘数(a)的组合不同的各种样本在850nm波长下的OFL带宽(GHz.km)的表。此夕卜，图6是表不纤芯中心处的α乘数α (O)和纤芯周边处的α乘数(a)的组合不同的各种样本在850nm波长下的 minEMBc (GHz.km)的表。
[0063]该样本具有50 μ m(48 μ m?52 μ m)的纤芯直径和125 μ m的包层直径。纤芯中心处的最大相对折射率差Λ(相对于包层折射率的相对折射率差)为1.。另外，在该样本中，对纤芯中心处的α乘数(α (O))、与纤芯半径一致位置处(纤芯和包层的界面位置)的α乘数(a (r = 25ym))进行设定，并且对任意位置r处的α乘数a (r)如下式(11)所示进行了直线近似。即，该样本作为α乘数在从纤芯中心到纤芯-包层界面的范围内单调增加的多模光纤制造出。
[0064]眷_ +
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[0065]另外，在图4Α?图4C的曲线图中，纵轴表示以包层作为基准的相对折射率差Δ (% )，横轴表示半径。图4A表示α (O) = 2.04、a (a) = 2.01时的相对折射率分布，图4B表示α (O) = a (a) = 2.04时的相对折射率分布，图4C表示α (O) = 2.04、a (a)=2.07时的相对折射率分布。
[0066]在图5和图6中示出在上述条件下制造出的样本的带宽特性。其中，图5所示的850nm波长下的OFL带宽(GHz.km)是指，作为纤芯中心处的α乘数α (O)在2.00?2.07的范围内的任意的数值与作为纤芯半径r = 25 μ m的位置处(纤芯-包层边界)的α乘数α (25)在2.00?2.07的范围内的任意的数值的组合的带宽特性。此外，与图5的情况同样地，图6所示的850nm波长下的minEMBc (GHz.km)也是指,作为纤芯中心处的α乘数α (O)在2.00?2.07的范围内的任意的数值与作为纤芯半径r = 25 μ m的位置处(纤芯-包层边界)的α乘数α (25)在2.00?2.07的范围内的任意的数值的组合的带宽特性。
[0067]根据图5可知，示出最高带宽特性的组合是以ARl示出的组合，相对于该最高带宽特性得到大于或等于95%的带宽特性的组合用影线区域表示。同样地，根据图6可知，示出最高带宽特性的组合是以AR2示出的组合，相对于该最高带宽特性得到大于或等于95%的带宽特性的组合用影线区域表示。根据图5和图6的任意一者可知，优选调整为随着从纤芯中心向纤芯外周部α乘数变大，并设计纤芯的折射率分布。在纤芯中心相对于包层的最大相对折射率差Λ ( Δ core)为0.95%?1.25%，开口数NA为0.195?0.230的范围的多模光纤中，同样能够得到上述结果。
[0068]另外，通常，确定纤芯的折射率分布的形状的α乘数的下限为1.9左右，其上限为
2.2?2.3左右。在上述通常的数值范围内对α乘数进行调整(将α乘数调整为随着从纤芯中心向纤芯外周部变大)的情况下，为了充分地确保调整裕度，优选将α乘数的初始值，即纤芯中心处的α乘数α (O)设定为小于或等于2.04。
[0069]如上所述，根据本发明，能够稳定地制造出适用于与以往相比更宽的宽带宽多模传送用的多模光纤。
[0070]从以上的本发明的说明中，明确可知能够对本发明进行各种各样的变形。不能认为这样的变形超出本发明的思想和范围，对本领域技术人员而言是显而易见的所有的改良包含在本权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种多模光纤，其具有:纤芯，其沿规定轴线延伸，并且具有最大折射率Ii1和外径2a ；以及包层，其设置在上述纤芯的外周面上，该包层在与上述纤芯的界面处具有折射率n0,其中 η0 < η” 该多模光纤的特征在于， 在该多模光纤的与上述规定轴线正交的截面中，上述纤芯具有由α乘数a (r)限定其形状的折射率分布n (r)，该α乘数a (r)从上述纤芯的中心起相对于半径方向的距离r变化，其中O < r < a, 沿上述半径方向的上述α乘数的变化d(a (r))/dr的平均值在上述距离r大于或等于0.4a而小于或等于0.6a的基准范围内满足下式(I)， —0(1*) > O? … ⑴。
2.根据权利要求1所述的多模光纤，其中， 上述纤芯的中心处的α乘数α (O)为小于或等于2.04。
3.根据权利要求1所述的多模光纤，其中， 上述α乘数的变化的平均值由自上述纤芯的中心相距上述基准范围内的距离^的大于或等于两个的任意点处的上述α乘数的变化d(a (Ti))/dr的平均值限定，其中i为正整数。
4.根据权利要求1所述的多模光纤，其中， 在将上述纤芯的最大相对折射率差设为八。_，将上述纤芯的自上述纤芯的中心的距离为r的位置处的相对折射率差设为Λ (r)时，上述α乘数a (r)由下式⑵限定， f % \ or / jpyf m 1、_■,一 %Sf\f I 哪.Γ —歸-岭)…(2) 其中，
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5.根据权利要求1所述的多模光纤，其中， 上述α乘数的变化的平均值在上述距离r在大于或等于0.3a而小于或等于0.7a的范围内满足上述式(I)。
6.根据权利要求1所述的多模光纤，其中， 上述α乘数的变化的平均值在上述距离r在大于或等于0.2a而小于或等于0.8a的范围内满足上述式(I)。
7.根据权利要求1所述的多模光纤，其中， 上述纤芯的外径2a大于或等于48 μ m而小于或等于52 μ m。
8.根据权利要求1所述的多模光纤，其中， 该多模光纤具有大于或等于0.195而小于或等于0.230的NA。
9.根据权利要求1所述的多模光纤，其中， 该多模光纤在850nm波长下具有大于或等于1500MHz.km的OFL带宽。
10.根据权利要求1所述的多模光纤，其中， 该多模光纤在850nm波长下具有大于或等于2000MHz.km的minEMBc带宽。
【文档编号】G02B6/028GK104238003SQ201410251090
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2013年6月10日
【发明者】榎本正, 米泽和泰, 星野寿美夫 申请人:住友电气工业株式会社