一种具有较小模间色散的多模光纤的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有较小模间色散的多模光纤，属于光通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 按照国际电工委员会（IEC)的光纤产品规范标准IEC60793-2中对多模光纤的描 述，A1类光纤即多模光纤，并且根据几何结构的不同，A1类光纤又被分为Ala、Alb和Aid 类。Ala类光纤即50/125ym的渐变折射率光纤，Alb类光纤即62. 5/125ym的渐变折射率 光纤，Aid类光纤即100/140iim的渐变折射率光纤。其中Ala类光纤是目前商用最广泛的 多模光纤类型，它又按照带宽性能从小到大依次被分为Ala. 1、Ala. 2和Ala. 3类光纤，分别 对应IS0/IEC标准中的成缆光纤类型0M2、0M3和0M4。
[0003] 多模光纤以其低廉的系统成本优势，成为短距离高速率传输网络的优质解决方 案，已广泛应用于数据中心、办公中心、高性能计算中心和存储区域网等领域。多模光纤的 应用场景往往是狭窄的机柜、配线箱等集成系统，光纤会经受很小的弯曲半径。常规多模光 纤进行小角度弯曲时，靠近纤芯边缘传输的高阶模很容易泄漏出去，从而造成信号损失。在 设计抗弯多模光纤折射率剖面时，可以采用在光纤包层增加低折射率区域的方法来限制高 阶模的泄漏，使信号损失最小化。抗弯多模光纤优异的抗弯曲性能使得其能够被高效地应 用在数据中心局域网中。
[0004] 在一根多模光纤中，会有多个模式同时传输。每个模式传播路径的不同导致群模 式时延的产生，即模间色散。模间色散越大，光纤带宽越低。位于光纤芯层边缘传播的模式 (高阶模）较位于芯层中心传播的模式（基模）所经过的路径长，使高阶模传播速度大于基 模才可能保证二者同时到达光纤的输出端。光传输介质的折射率越低，光在其中的传播速 度越快。因此，为使多模光纤中多个模式尽量同时到达输出端，降低光纤模间色散，需要将 多模光纤的芯层折射率剖面设计成中心至边缘连续逐渐降低的折射率分布，目前广泛使用 的是幂指数律折射率分布。即满足如下幂指数函数的折射率分布：
[0005]
[0006] 其中，&为光纤轴心的折射率；r为离开光纤轴心的距离；a为光纤芯半径；a为 分布指数；A。为纤芯中心相对包层的折射率。
[0007] 相对折射率差即A1:
[0008]
[0009] 其中，叫为距离纤芯中心i位置的折射率；n。为光纤芯层的最小折射率，通常为纯 二氧化硅折射率。
[0010] 多模光纤芯层折射率分布指数a-般在1. 9~2. 6之间。针对特定的波长窗口， 当a为一个合适的值时，理想条件下所有模式都能同时到达光纤输出端，此时光纤模间色 散最小。差分模时延（DMD)用来量化模间色散的大小，IEC60793-1-49标准规定了测量 DMD的方法。光源以单模脉冲的形式垂直输入待测多模光纤端面，沿光纤径向逐次输入，记 录每个脉冲到达光纤末端的延迟时间。例如，入射光源为单一 850nm光源，待测光纤是具有 合适a值的理想幂指数折射率分布的50/125ym型多模光纤，模拟其DMD测试图形如图1 所示。根据DMD测试结果，待测光纤的有效模式带宽（EMB)能够被计算出来。
[0011] 随着网络传输速率的飞速发展，和用户对带宽需求的不断上升，多模光纤的容量 需要不断提升。而目前单根0M4多模光纤的带宽已经接近多模光纤上限。用850nm激光光 源，单根0M4多模光纤能够支持lOGb/s的以太网流量传输550m以上，支持40Gb/s的速率 传输150m以上。而在100Gb/s、400Gb/s甚至更高速的单一光源传输系统中，0M4多模光纤 所能支持的传输距离会大大缩短。波分复用（WDM)技术是进一步提升多模光纤容量以适应 更高速传输系统的有效手段。采用WDM，单根光纤可以容纳多股数据通道，每增加一个波长， 光纤的传输能力就会增加。例如，4个25Gb/s的波长合并在一起通过一根多模光纤传输，就 实现了单根多模光纤支持l〇〇Gb/S的速率传输150m以上的性能，即单根多模光纤容量增大 至原来的4倍。多模光纤应用WDM技术，要求该光纤能够支持多个波长窗口下的高性能传 输。
[0012] 专利US2012/0195561描述了一种芯层分段式双a幂指数折射率分布的多模光 纤，以获得较大数值孔径的同时，光纤带宽也得到优化。但该类光纤芯/包相对折射率A。 较大，A。彡1.9%;且仅针对850nm波长窗口的带宽优化。专利US7646955提出一种芯层 具有a幂指数折射率分布，且向低于包层折射率方向延伸的多模光纤，该光纤芯层的a幂 指数抛物线中间部分高于包层折射率，边缘部分低于包层折射率，旨在降低由高阶模引起 的色散增大。但该光纤的光学直径较Ala类光纤的50ym小得多，且仅针对850nm和1300nm 波长窗口的带宽优化。
[0013] 现有的关于优化多模光纤芯层折射率的专利大都是为提高光纤在850nm窗口的 带宽性能而进行的优化。当光纤应用窗口移至其它波长时，以上技术并不适用。相同的波 导对不同波长光源的传输能力是有差别的。例如，当光纤应用窗口移至大于850nm波长的 窗口时，原本在850nm窗口表现出最小模间色散的多模光纤的DMD图形会出现向右的偏移， 即模间色散增大。图2模拟了同一根50/125ym多模光纤分别在850nm、875nm和925nm光 源下的DMD图形。所用光源的谱宽均相同。图2显示该光纤在850nm光源下的DMD图形竖 直排列；在875nm光源下，其DMD位于边缘的脉冲向右偏移；在925nm光源下，其DMD位于边 缘的脉冲向右偏移幅度更大。难以支持波分复用技术。
【发明内容】
[0014] 本发明所要解决的技术问题是旨在提供一种具有较小模间色散的多模光纤，其不 仅能支持单一 850nm光源的高性能数据传输，而且还能支持850nm~950nm波长范围内的 波分复用技术。
[0015] 本发明所采用的技术方案为：包括有芯层和包层，其特征在于所述的芯层分为中 心区域和外围区域，所述的芯层半径为&，所述的中心区域为0至^半径区域，所述的外围 区域为&至1^半径区域，其中中心区域的折射率按标准a幂指数函数分布，分布指数a 为1.9~2. 2,所述的外围区域的折射率分布曲线值部分或全部小于标准a幂指数函数分 布值。
[0016] 按上述方案，所述的芯层半径&为23~27ym，芯层最大相对折射率差A:为 0? 9~1. 2%，所述中心区域的最大半径;^为5. 0~17. 5ym。
[0017] 按上述方案，所述的芯层折射率分布为两段连续渐变的折射率分布曲线，其分布 曲线即折射率n(r)与半径r的函数关系如下：
[0018]
[0019] 叫为所述光纤芯层的最大折射率，n。为纯二氧化硅折射率；c、k和m是该方程的系 数。
[0020] 按上述方案，所述的系数c、k和m满足以下条件：
[0021]
[0022] 且系数c、k和m的取值范围为：m为1. 8~2. 2,c为1. 5~15,k为3~30。
[0023] 按上述方案，所述的包层由内至外依次包括内包层、下陷包层和外包层，所述的 内包层的半径为&，单边径向厚度私-心为？』~6.0ym，相对折射率为A2为-〇.〇3~ 0. 03% ;所述的下陷包层的半径为R3，单边径向厚度私-私为2. 5~6. 0ym，相对折射率为 A3为-1. 0~-0. 3 % ;所述的外包层为纯二氧化硅玻璃层。
[0024] 按上述方案，所述光纤在850nm波长的差分模时延（DMD)满足以下标准：DMD InnerMask(5_18iim)和DMDOuterMask(0_23iim)均小于等于 0.14ps/m;DMDInterval Mask小于等于 0?llps/m。
[0025] 按上述方案，所述光纤的数值孔径为0.185~0.215。
[0026] 按上述方案，所述光纤在850nm波长处，以7. 5毫米弯曲半径绕2圈导致的弯曲附 加损耗小于0. 2dB，甚至达到0. 02dB;在1300nm波长处，以7. 5毫米弯曲半径绕2圈导致的 弯曲附加损耗小于〇. 5dB，甚至达到0.ldB。
[0027] 按上述方案，所述光纤在850nm波长具有3500MHz-km或3500MHz-km以上带宽，在 1300nm波长具有500MHz-km或500MHz-km以上带宽。
[0028] 更进一步的，光纤在850nm波长具有5000MHz-km或5000MHz-km以上带宽，在 1300nm波长具有600MHz-km或600MHz-km以上带宽。
[0029] 按上述方案，所述光纤在850nm波长具有4700MHz-km或4700MHz-km以上的有效 模式带宽（EMB)。
[0030] 按上述方案，所述光纤在875nm波长具有3800MHz-km或3800MHz-km以上的有效 模式带宽（EMB)。
[0031] 按上述方案，所述光纤在900nm波长具有3200MHz-km或3200MHz-km以上的有效 模式带宽（EMB)。
[0032] 按上述方案，所述光纤在925nm波长具有3000MHz-km或3000MHz-km以上的有效 模式带宽（EMB)。
[0033] 按上述方案，所述光纤在950nm波长具有2700MHz-km或2700MHz-km以