空分复用所用的少模光纤的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光纤传输领域，并且更具体地设及空分复用所用的改进的少模(few? mode) 光纤设计。
【背景技术】
[0002] 传统上，光纤包括传输光信号的光纤忍W及将光信号限制在光纤忍内的光包层。 为此，纤忍的折射率η。大于包层的折射率nei。通常，光纤的特征由使折射率(η)与光纤的半 径(r)相关联的折射率分布来描述:在X轴上示出相对于光纤中屯、的距离r，并且在y轴上示 出半径r处的折射率n(r)与光包层的折射率nci之间的差化。
[0003] 如今，主要存在多模光纤和单模光纤运两类光纤。在多模光纤中，对于给定波长， 多个光模式沿着光纤同时传播，而在单模光纤中，高阶模下称为H0M)是进行了截除或高 度衰减的。
[0004] 单模光纤通常用于诸如接入网或城域网等的长距离应用。为了获得能够传输单模 光信号的光纤，需要直径相对较小的纤忍(通常为扣m~Ι?μπι)。为了满足高速或高比特率的 应用（例如aOGbps)的要求，标准单模光纤需要使用被调谐成通常Wl550nm的波长进行工 作的调制单模激光发射器。然而，单模光纤遭受非线性问题，而运成为光纤传输容量的主要 限制。
[0005] 多模光纤通常用于诸如局域网(LAN)和多住户单元(MDU)等(更通常已知为建筑物 内网络）的要求高带宽的短距离应用。多模光纤的纤忍的直径通常为50皿或62.5皿。电信中 最普遍的多模光纤是渐变折射率分布光纤。通过使模间色散（即，沿着光纤的光模式的传播 延迟时间或组速度之间的差，还被称为差分模式组延迟即DMGD)最小化，运种折射率分布针 对给定波长保证高的模式带宽。
[0006] 由于经由光纤网络的数据业务持续呈指数增长，因此针对特别是跨越长距离的不 断增长的每光纤业务的需求不断增加。为此，开发了使得多个单独数据流能够共用同一光 纤的复用技术。在运些技术中，有前景的一个方法是空分复用(SDM)，其中在空分复用中，利 用单个光纤所引导的多个光信号模式各自来提供该光纤内的多个数据通道。
[0007] 运种技术要求开发被称为少模光纤的新型光纤，其中运些新型光纤支持一个W上 的空间模式，但比多模光纤所支持的空间模式少。PCT专利文献W02011/094400中特别讨论 的运种少模光纤支持约2~50个模式。运些少模光纤可被配置成不存在多模光纤中所发生 的模式色散问题。
[000引使用少模光纤(FMF)的空分复用传输由于有可能使单模传输的容量增大要使用的 模式的数量倍，因而近来受到极大关注。
[0009]少模光纤的设计的一个方法包括使差分模式组延迟(DMGD，即空间复用所使用的 导模(guided mode)的各个到达时间的差)最小化，由此可W与作为连接长距离的限制因素 其中之一的模禪合现象无关地使用复杂的2NX2N(N是空间模式的总数，即包括LP(线偏振） 模简并）的ΜΙΜΟ技术来同时检测所有的模式。然而，该优化在LP模的数量增加的情况下，变 得越来越难。
[0010] 然而，要注意，可W通过使有效折射率差接近的LP模成组、并且检测LP模的组而不 是单个LP模，来使用不太复杂的ΜΙΜΟ技术。
[0011] 在US 2013/0071114专利文献中公开了第一个已知解决方案，其中该解决方案描 述了适合用在模分复用光传输系统中的少模光纤。运种光纤具有单一阿尔法(α)渐变折射 率纤忍，其中：该纤忍的半径为Ri(在所公开的实施例中，Ri的值高达11.4μπ〇,其中在波长 1550nm的情况下，阿尔法值大于或等于约2.3且小于约2.7; W及该纤忍的最大相对折射率 A 1MAX为相对于包层的约0.3%~约0.6%。该光纤还具有大于约90μηι2且小于约160μηι2的有 效面积。包层的最大相对折射率A 4ΜΑΧ满足A 1ΜΑΧ〉A 4ΜΑΧ，并且在波长1550nm的情况下，LP01 模和LP11模之间的差分组延迟小于约0.5ns/km。
[0012] 然而，根据该第一个已知解决方案，纤忍和包层在大于1500nm的波长的情况下仅 支持LP01模和LP11模，而运与针对每光纤传输容量的不断增加的需求相比模式数量过少。
[0013] 在US 2013/007115中公开了第二个已知解决方案，其中该解决方案公开了针对少 模光纤的另一具体设计。然而，如US 2013/0071114中所公开的第一个已知解决方案那样， 该第二个已知解决方案还包括仅支持两个导模的FMF。
[0014] 其它已知设计已得到支持多达4个或甚至6个模式的FMF。
[0015] 因而，PCT专利文献W0 2012/161809公开了包括具有渐变折射率分布的被包层包 围的纤忍的少模光纤，其中该渐变折射率分布被构造成在抑制不期望的模式的情况下，支 持多个期望的信号承载模式的传播。纤忍和包层被配置成:不期望的模式各自的有效折射 率接近或小于包层折射率，使得不期望的模式是泄漏模（leaky mode)。有效折射率最低的 期望模式和有效折射率最高的泄漏模之间的折射率间距足够大，W基本防止运两者之间的 禪合。在示例中示出支持多达4个模式的FMF。
[0016] US 2012/0328255专利文献公开了如下的少模光纤，其中该少模光纤包括玻璃纤 忍W及包围该玻璃纤忍并与该玻璃纤忍直接接触的玻璃包层。玻璃纤忍可W包括:约祉m~ 约13WI1的半径Ri;波长1550nm处的阿尔法值为约1.9~约2.1的渐变折射率分布；W及最大 相对折射率ΔlMAx为相对于玻璃包层的约0.6%~约0.95%。1550nm处的L01模的有效面积 可W为80μπι2~105μπι2,使得纤忍支持具有X个LP模的光信号在波长1550nm处的传播和传输， 其中X是大于1且小于10的整数。玻璃包层可W包括的最大相对折射率Α4ΜΑΧ满足Διμαχ〉 A 4ΜΑΧ。在示例中示出支持多达6个模式的FMF。
[0017] 尽管运些设计很有前景，但运些设计不能按期望的程度减小差分模式组延迟，因 此给传输系统距离带来了限制。另外，运两个文献中所公开的分布不够优化W确保低弯曲 损耗和高泄漏损耗，然而低弯曲损耗和高泄漏损耗对于FMF而言是重要问题。实际上，与FMF 有关的已知文献均未解决设计呈现低弯曲损耗和高泄漏损耗的少模光纤运一问题。
[0018] 因此，存在针对差分模式组延迟小、弯曲损耗低且泄漏损耗高的引导4个LP模W上 的少模光纤的设计的需求。
【发明内容】
[0019] 在本发明的一个特定实施例中，提出一种光纤，包括光纤忍和包围所述光纤忍的 光包层，所述光纤忍具有α含1的单一α渐变折射率分布，其中α是定义所述光纤忍的折射率 分布形状的无量纲参数，并且所述光纤忍具有半径Ri和最大折射率no,所述光包层在外边缘 处具有折射率nci。所述光包层包括包围所述光纤忍的、被称为槽(trench)的、具有凹型折射 率ntrench的区域，所述槽具有内半径R2和外半径化，其中化含Rl，并且化〉化。
[0020] 所述光纤如下:所述光纤忍的半径Ri满足通过W下等式所定义的光通信的质量标 准C:
[0021]
[0022] 其中：DMGD是所述光纤中的两个导模之间的差分模式组延迟;Max IDMGDI是导模的 任何组合之间的DMGD的最大绝对值，W及化i = n〇-nci是λ = λ〇处的纤忍-包层折射率差，其中 是所述光纤期望的工作波段的中屯、传输波长。此外，选择所述渐变折射率分布的α值和所 述光纤忍的半径Ri，W使得化Μ3.5μπι并且C。8。
[0023] 如运里所使用的，并且除非另外规定，否则术语"单一α渐变折射率分布"是指具有 如下定义的折射率分布n(r)的光纤忍：
[0024]
[0025] 其中；
[0026] r是表示光纤的半径的变量；
[0027] 化是光纤忍半径；
[00巧]Δ是归一化折射率差，其中
[0029] m是光纤忍的最小折射率；
[0030] no是光纤忍的最大折射率；
[0031] α是定义光纤忍的折射率分布形状的无量纲参数。
[0032] 阿尔法参数α = 2与反抛物线相对应。阿尔法参数α = 1与Ξ角形形状相对应，而阿 尔法参数α = 〇〇与阶跃函数相对应。
[0033] 折射率的渐变可W被定制为减少低损耗纤忍引导模式之间的组速度不匹配。
[0034] 因而，通过使渐变折射率纤忍的α值和纤忍直径相适应，W满足上述等式所定义的 质量标准，本发明提供一种少模光纤，其中该少模光纤使得能够在达到最低差分模式组延 迟的情况下，引导与现有技术的FMF相比数量有所增加的LP模。运种低DMGD使得能够与模禪 合现象无关地使用2ΝΧ2Ν(Ν是空间模式的总数，即包括LP模简并）的ΜΙΜ0Γ多输入多输 出"）技术来同时检测所有模式。因而，系统距离相对于现有技术有所增加。
[0035] 然而，要注意，还可W使用不太复杂的ΜΙΜΟ技术来检测呈现接近的有效折射率差 的模式的组而不是单独检测所有模式。
[0036] 与诸如US 2012/0328255专利文献、US 2013/0071114专利文献和US 2013/ 0071115专利文献所公开的技术等的现有技术的技术相比，具有纤忍半径Ri> 13.5μπι使得 能够引导数量更多的模式。
[0037] 此外，凹槽辅助型光纤通过改进纤忍内的光模式的限制，使得宏弯曲损耗减少。因 而，在满足标准Ri>13.5皿且C<18的少模光纤的包层中添加槽，运使得能够显著改善DMGD 和弯曲损耗之间的权衡，其中运种