专利名称：具有高带宽的光纤及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有高带宽的多模光纤的制造方法和多模光纤，特别是涉及通过折射率分布的测量技术制造高带宽多模光纤的方法。
背景技术：
光纤光波通信系统在声音和数据传输中扮演着重要的角色。用在通信系统中的光纤可以是单模光纤或者多模光纤。本发明主要涉及制造多模光纤的方法。尽管如此，本发明所公开的方法也可以用于制造单模光纤。
多模光纤包括将整个信号限制在内的芯层和环绕芯层的包层。通常，在芯层和包层之间会间插有阻挡层。多模光纤由预制棒拉制而成，该预制棒可以通过不同的技术加工，比如改良的化学气相沉积法(MCVD)，等离子化学气相沉积法(PCVD)，外部化学气相沉积法(OVD)，气相轴向沉积法(VAD)等等。
光纤的通信性能主要由光损或者衰减以及由色散决定。光损由吸收、散射、不良几何形状或结构缺陷和色散引起，这些导致了光脉冲的拖尾效应，导致噪音。多模光纤中，信号色散是由于色散和模间色散引起的。色散是由于材料本身引起的不同波长的折射率的变化，而模间色散是由于不同传输模式的光程不同。色散被表达为每单位长度的光纤带宽或者每单位长度的最大比特率。
通过设计光纤，使之在芯层区域具有径向变化的折射率分布，可以降低模间色散。折射率(n)的大小已知是自光纤中心起的半径(r)的函数，如以下等式1n(r)＝n1(1-2Δ(r/a)α)1/2(1)n(r)＝n2(1-2Δ)1/2其中，n1表示芯层中心的折射率；n2表示包层的折射率，α表示芯层形状指数，以及Δ表示相对折射率差，如等式2所示Δ＝(n1-n2)/n1(2)已经发现，多模光纤带宽主要取决于α的值。因此，渐变型光纤的芯层的分布形状为抛物线形，并且当α取1.9～2时可以得到更高的带宽，这取决于波长。该发现绘制在“Optical FiberCommunications vol.1，Fiber Fabrication，Academic Press Inc.，1985，-Tingye Li”的43页图34。该图显示了当α的值小于1.9或者大于2时，多模光纤的带宽将小于500MHz·Km。如果α值选择为等于2(1-Δ)，其中Δ为芯层和包层之间的相对折射率差，那么多模光纤的带宽将更高。
因此，使α值达到该值或者处于在1.9～2.0之间的最大值，将使多模光纤的带宽最大化。上述结果导致了目前公开的方法和所制造的多模光纤的发展。
现有技术美国专利No.4,286,979公开了一种制造具有改进模间色散而产生高带宽的多模光纤的方法。该方法包括差分模延迟测量技术，从而通过适当的折射率结构优化色散。根据此技术，利用单模光纤将光射入多模光纤，其中单模光纤的径向上与多模光纤形状一致。此方法中，对所制造的光纤进行差分模延迟测量，随后制造的光纤的折射率结构被设计成最小化差分模延迟。该随后制造的光纤随后采用此技术再测量，径向折射率梯度因此再次改变。因此，该方法的主要缺点在于，它适用于制造后的光纤而不是制造光线的过程中，也就是说，该方法不适用于作为在生产线制造过程，不能使该技术效率更高、提高或者控制制造工艺以提高生产能力和经济效益。
现有方法的主要局限性在于，技术效益受很难预知的激发模组的限制。在这方法中，单模光纤需具有使在多模光纤内只有有限的子模组激发的特性。这一限制是由于它依赖于子模组的激发，也就是说，它依赖于采用单模光纤激发的差分模延迟测量。
现有方法的另一个局限性是它使得变化的位置处于光纤内径向位置0.1微米。确定光纤测量的径向位置相应的层可能导致确定正确层位置的变化。
已经发现，利用现有技术对光纤测量的分辨率是0.1微米，这比所需的分辨率低得多。此外，如上所述，根据现有方法，折射率[RI]在芯层分布的局部变动在拉伸光纤前不能确定。拉伸后的光纤可能不符合所需的带宽，因此导致光纤废品。
此外，现有方法除了要求利用轮廓分析仪对折射率分布测量，也要求利用差分模延迟装置的分析以矫正所制造的光纤的折射率分布结构。因此，该方法需要额外的设备和技术人力，增加了制造的成本。制造工艺的工序增加也增加了加工的时间。
本发明的必要性因此，有必要研究一种加工多模光纤的方法，该方法即便在加工光纤过程中也能改善折射率分布，也就是说，可以作为生产线制造工艺。同样，也有必要研究一种无需激发子模组的方法，该方法仍能使变化处于芯层径向位置约5微米以内。也有必要研究一种矫正折射率分布的方法，该方法无需用差分模延迟装置分析，从而提高了经济效益。
发明内容
如上所述，α值影响了多模光纤的带宽值。当α取约1.9～2.0之间时，带宽更高。因此，使α值处于1.9～2.0之间将使多模光纤的带宽最大化。本发明的方法及据此生产的光纤就是因此而研发的。
已经意外地发现，当每个沉积层的折射率(RI)沿径向分层测量时，将显示每个沉积层的折射率的局部变动。同样还发现，如果折射率是在拉伸光纤前测量，也就是在制成光纤预制棒后测量，那么将使光线成品的废品率降低。包含差分模延迟技术的常规方法能提供分辨率大概为0.1微米。然而，拉伸光纤前，沿径向分层测量折射率分布使其分辨率约为0.02微米。因此，一个实施例中，本发明涉及一种具有高带宽的多模光纤的制造方法，包括光纤预制棒的制作，使预制棒制作按照利用预制棒分析仪测量的芯层折射率、芯层直径、芯层α值、包层折射率和包层直径，以确定预制棒的轮廓，其特征在于a)根据芯层的预制棒轮廓，在每个沉积层确定芯层折射率分布；b)根据从步骤a)所获得的芯层的折射率分布，沿预制棒径向方向确定折射率分布的峰值和谷值；c)每层的折射率分布由步骤b)所获得的峰值和谷值的平均高度确定；d)根据步骤c)所获得的每个沉积层的折射率，沿径向方向确定分层α；e)根据步骤d)获得的分层α，计算出分层延时；f)根据理想分层模延时和实际模延时的差值确定修正系数，以获得所需的每层α折射率分布；g)基于所述修正参数，通过改变反应参数，比如掺杂剂流量或者浓度或者反应温度等等，获得该所需的α折射率分布，以形成预制棒，进而形成具有高带宽的光纤。
因此，在另一实施例中，本发明涉及一种带有高带宽的多模光纤的制造方法，该方法包括根据现有技术制备光纤预制棒，使预制棒制作按照利用预制棒分析仪测量的芯层折射率、芯层直径、芯层α值、包层折射率和包层直径制备，以确定预制棒的轮廓，其特征在于a)根据芯层的预制棒轮廓，在每个沉积层确定芯层的折射率分布；b)根据步骤a获得的芯层的折射率分布，沿预制棒的径向确定折射率分布的峰值和谷值；c)根据步骤b所获得的峰值和谷值的平均高度，确定每层的折射率分布；d)根据步骤c所获得的每个沉积层的折射率分布，沿径向确定分层α；e)根据理想分层α和实际分层α的差值确定修正系数，以获得每层所需的分层α折射率分布；f)基于修正系数，通过改变反应参数，例如掺杂剂流量或者浓度或者反应温度等等，获得该所需的分层α折射率，以形成预制棒，进而形成高带宽的光纤。
本发明的目的本发明的主要目的是提供一种高带宽的多模光纤的制造方法，其中制造参数可在生产线修正，即在光纤制造之前，指数结构可在生产线修正，以最大化光纤的带宽。
本发明的另一目的是提供一种制造多模光纤的方法，该方法可作为生产线制造方法，使该技术效率更高，并且提高或者控制该制造方法，以提高产量和经济效益。
另外，本发明的另一目的是提供一种多模光纤的制造方法，其中该方法的功效不受激发的模组的限制，也就是不取决于子模组的激发。
另外，本发明的另一目的是提供一种多模光纤的制造方法，其中变化处于光纤径向位置0.02微米。
因此，本发明的目的在于完全公开一种多模光纤的制造方法，其中芯棒内折射率[RI]分布的局部变化可在拉伸光纤之前确定，修正系数可以在生产线应用，从而得到高带宽而又避免废品产生的光纤。
本发明还有一个目的是提供一种多模光纤的制造方法，该方法无需利用差分模延迟装置以修正所制造的光纤的折射率分布，避免所需的额外装置和技术人力，使生产成本降低。本发明的优点还在于节省了光纤的生产时间，提高了工厂的生产能力。
本发明的其他目的、优点和优选实施例在以下描述和结合附图中变得更清楚地，附图并不构成对本发明的保护范围的限制，只是作为本发明优选实施例的图解。
图1展示了渐变型多模光纤的横截面示意图；图2展示了沉积管内的沉积方法示意图；图3展示了多模光纤的折射率(RI)分布，分别表示了根据本发明的光纤的理想分布、常规分布和分布；图4展示了根据常规方法的每个沉积层的分层α和每个沉积层的理想分层α；图5展示了根据本发明一个实施例的每个沉积层的分层α和理想分层α；图6展示了根据常规方法的芯层径向上的时间延迟(ns)和理想α分布的延迟时间(ps)；图7展示了根据本发明的实施例的芯层径向方向的时间延迟(ns)和理想α分布的延迟时间(ps)。
具体实施例方式
本发明公开了一种沿径向识别分层折射率，从而确定分层α，以及确定光信号的分层时间延迟(ns)。该分层差分模延迟用来修正折射率分布，从而在分别覆盖芯层中心和外围区域的波长范围850nm～1300nm上获得所需α约为1.9～2.0，从而降低模色散以提高带宽，使在波长分别在850nm和1300nm带宽在200/500MHz·Km之上，优选500/800MHz·Km。
图1中，多模光纤的芯层3的直径为40～70μm，并由直径约为125μm的包层1包裹，芯层和包层的相应折射率分别由n1和n2表示。芯层的折射率n1为抛物线形状，被称为渐变型分布。由α表示的芯层3的曲线3a需要矫正，以提高光纤的带宽性能。
根据本发明的一个实施例，多模光纤预制棒可以由现有的任意方法制造，比如化学气相沉积法，如图2所示。化学反应物从入口端7进入沉积管4，沉积管4由热源5加热，从而管中的化学物质反应，随着管4的旋转形成烟灰粒子。反应后的烟灰6被从加热区域沿流动方向移走，并落入管内以形成如图2所示的沉积。发生在管内的反应可以由如下的等式(3)表示SiCl4+O2----->SiO2+2Cl2(3)以上SiO2的沉积发生在随后的层，以覆盖沉积层。覆盖层2设置在管和芯层之间，以最小化OH扩散进芯层。所需的覆盖层2完成之后，芯层沉积开始并连续沉积，每层横截面空间减少直至芯层3的中心。
为了增加芯层3的折射率n1，优选以下掺入的化学物质四氯化锗GeCl4，三氯氧磷PoCl3，氟里昂Freon；这些化学物质在每层中可以不同从而获得如图1(3a)所示的指数分布。四氯化硅SiCl4流量和四氯化锗GeCl4流量在每一层内也可以不同，以获得如图3所示的分布形状9。
掺杂物卤化物在各芯层沉积层内根据分层α变动，从而形成径向变化的指数分布。掺杂卤化物、卤化磷在芯层沉积层内根据卤化硅流量或者掺杂卤化物流量变化而变化。
在芯层所需的层厚度形成之后，卤化物的供给可被停止，且分解过程开始分解管以形成预制棒。在分解过程中，氟里昂气体优选在10至50sccm(标准毫升/分钟)流量，该氟里昂气体经过管子以腐蚀芯层表面从而减少中心下凹。
基于修正系数，这种方式所制的预制棒采用本发明的方法矫正折射率分布，所述修正系数由理想分层模延迟和实际分层模延迟之间的差值确定，通过沿径向确定芯层的折射率，得出折射率分布的峰值和谷值以确定每个沉积层的分层折射率分布，从而得出了每层径向上的分层α，以计算每个沉积层的径向上的分层延迟。修正的折射率分布引导反应参数的变化。在一个实施例中，本发明提供一种高带宽的多模光纤的制造方法，包括按如上所述的方式或现有的方法制备光纤预制棒，使预制棒制作按照利用预制棒分析仪测量的芯层折射率、芯层的直径、芯层的α值、包层的折射率和包层的直径制备，以确定预制棒的轮廓，其特征在于a)根据芯层预制棒轮廓，在每个沉积层确定芯层的折射率分布；b)根据步骤a所得的芯层的折射率分布，在预制棒的径向确定折射率分布的峰值和谷值；c)根据步骤b所得的峰值和谷值的平均高度，确定每层的折射率分布；d)根据步骤c所得的每个沉积层的折射率，在径向确定分层α；e)根据步骤d获得的α，计算出分层延迟；f)根据理想分层模延迟和实际分层模延迟确定修正系数，以获得所需的每层α折射率分布；g)基于修正系数，通过改变反应参数获得所需的α折射率分布，这些参数如掺杂剂流量或者浓度或者反应温度等等，从而形成预制棒以形成高带宽的光纤。
通过等式(1)，根据每个沉积层的折射率分布，确定步骤d)的分层αn(r)＝n1(1-2Δ(r/a)α)1/2(1)其中，n1表示芯层中心的折射率；n2表示包层的折射率，α表示芯层形状指数，Δ表示相对折射率差，如等式(2)所示Δ＝(n1-n2)/n1(2)利用模延迟等式4，步骤e)中的分层延迟由步骤d)中所得的α计算出D＝1+(α-2)/(α+2).Δ.F+(3α-2)/(α+2).(Δ.f)2/2(4)其中，D为传播延迟F＝(m/M)g＝(r/a)2gG＝(α/α+2)α为芯层折射率的α参数Δ为等式(2)中芯层和包层之间的折射率差。
步骤f)的修正系数通过利用以下经验等式(5)确定修正系数＝1+K(目标延迟-实际延迟)/目标延迟(5)其中k为0.5～1范围内的常数目标延迟是通过上述等式(4)计算出，目标α和实际延迟通过利用上述等式(4)和每个沉积层的实际α计算出。从等式(5)中，根据每层的实际延迟，可获得每层的修正系数。利用以下形式的修正系数改变反应参数
每层中新的反应参数＝修正系数×每层中旧的反应参数在另一个实施例中，本发明提供一种高带宽的多模光纤的制造方法，包括以上所述的方式或者现有方法制备光纤预制棒，使预制棒根据预制棒分析仪测量的芯层折射率、芯层直径、芯层α值、包层折射率和包层直径制作，以确定预制棒轮廓，其特征在于a.根据芯层的预制棒轮廓，在每个沉积层确定的芯层折射率分布；b.根据步骤a获得的芯层的折射率分布，沿预制棒的径向确定折射率分布的峰值和谷值；c.根据步骤b获得的峰值和谷值的平均高度，确定每层的折射率分布；d.根据步骤c获得的每个沉积层的折射率，确定分层α；e.从理想分层α与实际分层α之间的差值确定修正系数，以获得每层的所需的分层α折射率；f.基于修正系数，所需的分层α折射率通过改变反应参数获得，比如掺杂剂流量或者浓度或者反应时间等等，从而形成预制棒，以形成具有高带宽的光线。
利用等式(1)，根据每个沉积层的折射率分布，沿径向确定步骤d的分层αn(r)＝n1(1-2Δ(r/a)α)1/2(1)其中n1代表芯层中心的折射率；n2代表包层的折射率，α代表芯层形状指数；Δ代表如下等式(2)的相对折射率Δ＝(n1-n2)/n1(2)利用下面的经验等式(6)确定步骤e的修正系数修正系数＝1+K(目标α-实际α)/目标α(6)其中k为0.5～1内的常数。
实际α通过等式(1)计算，而目标α的范围是1.9～2。通过等式(6)，根据实际α确定每个沉积层的修正系数，反应参数通过下面的方式改变每层新的反应参数＝修正系数×每层旧的反应参数根据常规方法的折射率分布形状9见图3所示。从分布分析仪得到的折射率分布给出了基于实际沉积折射率分布的最优曲线的全部α值。即使所达到的全部α值等于理想值，制造过程中的变动导致沿径向方向的折射率局部变动。因此，径向方向上确定这些变化的确切位置，然后降低折射率径向上的局部变动，从而提高多模光纤的带宽，是很具有挑战性，而本发明的方法成功地达到了这些目的。
预制棒的分析仪通常提供芯棒长度方向上的任意位置的所有α值，轮廓议考虑芯层轮廓的整体形状，并基于现有技术图3的虚线所示的每侧实际折射率分布的15％～95％的最优曲线。
所制造的芯棒被装载于预制棒分析仪的卡盘上，以测量折射率分布。该预制棒分析仪主要包括装有折射率匹配液体的箱，芯棒插入所述液体中，带有激光波长为632.8nm的光单元，以及探测器。测量开始后，激光光束扫描芯棒的整个径向。由于芯棒的折射率变化，光偏离，而通过探测器测量偏离角度。偏离角度的单位用弧度表示。利用取5微米步长的重建算法，将偏离的数据重建入折射率分布。折射率可以通过利用轮廓分析仪，例如PK技术仪器的PK2600，测得大约0.0002。
轮廓分析仪以芯棒阶段5微米的间隔测量芯层的折射率，这相当于光纤阶段的0.02微米。例如，为了制作50微米多模光纤，芯棒的芯层直径应接近13毫米，即13000微米直径，从而等于光纤阶段的约0.02微米。
从预制棒轮廓数据，本发明技术在于确定每个分层沉积层的折射率分布。该折射率分布数据将用于确定径向上折射率的峰值和谷值。改良的化学气相沉积法(MCVD)中，芯层的折射率在径向上不光滑，并有波纹。每个所述的波纹对应一个沉积层，并可以由峰值和谷值表征。因此，一个波峰和一个波谷表示一个沉积层，一个波峰和一个波谷的平均高度为一个层的折射率。
类似地，所有层的折射率可以通过本方法计算出，当径向到达连续的波峰或波谷的差值时，本方法也可以给出层的厚度信息。采用上述分层折射率信息，并利用上述等式(1)计算出分层α。由分层折射率测量到的分层α如图4所示，其中点线12代表每个沉积层，而沿径向的理想α由图4中线11表示。从分层α数据，利用现有技术WilliamB.Jones发表的“Introduction to optical fiber communication systems”中的模间延时等式计算出分层延迟，该等式被本发明改良以产生分层延迟如图5所示D＝1+(α-2)/(α+2).Δ.F+(3α-2)/(α+2).(Δ.f)2/2(4)其中D为传播延迟F＝(m/M)g＝(r/a)2gG＝(α/α+2)α为芯层折射率的α参数Δ为芯层和包层之间的折射率差值，如等式(2)所示。
时间延迟图16显示了根据常规方法制作的光纤径向上所计算出的时间延迟。该时间延迟图中，点表示每个沉积层。类似地，利用每层的目标理想α，比如1.96，计算出每层的理想延迟图17。实际延迟图15与理想延迟图21之间的偏离显示了沉积过程冲已经发生的局部变化。
本发明一个实施例中，修正系数根据经验由实际模延迟和理想模延迟的差值获得，修正系数被用于通过改变每层化学物而得到最适宜的α折射率分布，例如改变掺杂剂流量或者浓度或者反应温度，从而获得几乎与理想延迟图相同的实际延迟图，以最大化光纤的带宽。
本发明的另一实施例中，修正系数也可以根据理想分层α和实际分层α的差值经验地得到，修正系数用于通过改变沉积在管内的化学物获得最适宜的α分层折射率分布，例如流量或者浓度或者反应温度，从而达到每层中的最优α，以最大化多模光纤的带宽。
芯层的分层折射率被用于得到分层α值和分层时间延迟图，而折射率分布被改变以减少模间色散，从而最大化多模光纤的带宽。在修正化学物流量后制造随后的预制棒，并再次测量分层折射率分布和时间延迟，以矫正折射率分布。根据本发明所制造的芯棒被装载在预制棒分析仪，以测量折射率分布。如图3所示的折射率分布10为本发明的折射率分布。根据分析仪，利用折射率分布9和10的最优曲线，α测量值分别为1.95和1.96，这两个数值可视为相等，但与折射率分布9的芯层边缘区域相比，分层α12偏离中心区域的目标α11，这将导致芯层的中心区域的信号延迟。根据本发明，通过利用识别分层折射率分布、确定分层α和确定分层延迟图的技术，降低了分层α14相对目标α13的偏离。
由分层折射率测得的分层α见图5所示，其中点线14表示每个沉积层，沿径向的α如图5的线13所示。图5中，根据本发明的分层α点线14被改进至几乎等于最优α13。从分层α数据，利用如上的等式(4)计算出分层延迟。根据本发明获得的分层延迟图用图7中的点线18表示，而线17表示理想延迟时间。通过连续结合本发明的技术，分层延迟和分层α可以达到几乎等于目标α和目标分层延迟。利用这种方法，折射率分布可被优化，以达到多模光纤的最大带宽。
根据本发明，所制得的多模光纤预制棒进一步被拉伸为所需光纤的尺寸。根据本发明所制得的多模光纤具有相当高的带宽，例如波长为850和1300nm时，带宽分别从120和225MHz·Km增高至490和350MHz·Km，优选至约1050和约1200MHz·Km。
根据本发明制造的多模光纤沿所述光纤轴具有最大折射率，其边缘区域的折射率较低。
以下例子将使发明更清楚，这些例子不旨在限制本发明的范围。
以上描述了本发明可以用于制造多模光纤，但本发明也可以用于制造单模光纤，以提高轮廓特性，这也包含在本发明的范围内。因此，本发明涉及芯层内具有最大折射率的光纤的制造方法。
例1根据常规方法沉积预制棒，以达到现有技术所述的目标α值1.9～2之间，而相应的折射率分布通过轮廓分析仪测量。该芯层的α值为1.96，这很接近目标值，但是从芯棒拉伸出的芯层具有的带宽很低，在850和1300nm波长下分别为123和225MHz·Km。
例2根据本发明的方法分析上述轮廓，以确定目标α下带宽低的原因。上述芯棒的分层延迟图16的点线与理想延迟图15有很大的波动，如图6所示。基于这种与理想延迟的偏离，利用经验等式计算出每层的修正系数。该修正系数被用于改变每层的掺杂剂流量，而沉积出第二个芯棒。测量这芯棒的折射率，得到α值为1.955。该轮廓根据先前用来检查是否局部变化的本发明方法进行分层分析。时间延迟图18中，沿径向的点线已近降低，如图7所示。第二个芯棒的时间延迟图18与例1的时间延迟图16相比，显然理想延迟图和实际延迟图的差值已经降低，但是仍然存在一些波动。当第二个预制棒被拉伸后，得到的光纤带宽为在波长850nm和1300nm下分别是491MHz·Km和352MHz·Km。
例3基于第二根芯棒获得的修正系数，进一步矫正分层掺杂剂流量，制作另一根芯棒。该芯棒的α值为1.96，根据本例获得分层延迟图。该延迟图很接近理想图，除了因为中央凹陷的中心和边缘。该芯棒被拉伸后，其带宽在波长850nm和1300nm分别为750MHz·Km和880MHz·Km。
例4由以上例3的方法制作所述第三根芯棒，之后，利用轮廓分析仪依照本发明方法分析其折射率分布。根据本发明的方法，利用以下等式，基于分层α和目标α，确定每个沉积层的分层折射率修正系数＝1+K(目标α-实际α)/目标α每层的掺杂卤化物流量利用下面基于修正系数的等式改进每层的新掺杂剂流量＝修正系数X每层的旧的掺杂剂流量基于以上计算出的新掺杂卤化物流量，制作第四根芯棒，预制棒被拉成光纤后，其带宽在波长850nm和1300nm下分别为950MHz·Km和1100MHz·Km。
例5采用如例3所述的方法制作第五根芯棒，此后，利用轮廓分析仪依照本发明方法分析第五根芯棒的折射率分布。根据本发明的方法，利用以下等式，基于分层时间延迟和目标时间延迟确定每层的修正系数修正系数＝1+K(目标延迟-实际延迟)/目标延迟利用以下基于修正系数的等式，改进每层的掺杂卤化物的浓度每层中新的掺杂卤化物流量＝修正系数×每层中旧的掺杂卤化物流量基于以上计算出的新掺杂卤化物流量制作第五根芯棒，其带宽在波长850nm和1300nm下带宽分别是1050MHz·Km和1200MHz·Km。
本发明已经结合附图作了相应描述。显然，对于本领域技术人员，对本发明方法不偏离发明范围的修改将包含在本发明的范围中。
权利要求
1.一种具有高带宽的多模光纤的制造方法，包括光纤预制棒的制作，使预制棒制作按照利用预制棒分析仪测量的芯层折射率、芯层直径、芯层α值、包层折射率和包层直径，以确定预制棒的轮廓，其特征在于a.根据芯层的预制棒轮廓，在每个沉积层的确定芯层的折射率分布；b.根据步骤a获得的折射率分布，沿预制棒径向确定折射率分布的峰值和谷值；c.根据步骤b获得的峰值和谷值的平均高度，确定每层的折射率分布；d.根据步骤c获得的每个沉积层的折射率，在径向上测定分层α；e.根据步骤d获得的分层α计算出分层延迟f.根据理想分层模延迟和实际分层模延迟的差值确定修正系数，以获得每层所需的折射率分布；g.基于修正系数，通过改变反应参数，比如掺杂剂流量或者浓度或者反应温度等等，获得所需的α折射率分布，从而形成预制棒以形成高带宽的光纤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由每个沉积层的折射率分布，在径向上利用等式(1)确定所述步骤d中的分层αn(r)＝n1(1-2Δ(r/a)α)1/2(1)其中n1表示芯层的中心折射率；n2表示包层的折射率，α表示芯层形状指数，Δ表示如下等式2所示的相对折射率差Δ＝(n1-n2)/n1(2)
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用模延迟等式4，由步骤d获得的分层α计算出所述步骤e中的分层延迟D＝1+(α-2)/(α+2).Δ.F+(3α-2)/(α+2).(Δ.f)2/2(4)其中D为传播延迟F＝(m/M)g＝(r/a)2gG＝(α/α+2)α芯层折射率的α参数Δ为等式(2)所示的芯层和包层之间的折射率差值。
4.根据权利要求1-3任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤f中所述修正系数通过以下经验等式(5)确定修正系数＝1+K(目标延迟-实际延迟)/目标延迟(5)
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标延迟通过所述等式(4)计算出，目标α和实际延迟通过等式(4)和每个沉积层的实际α计算出。
6.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述反应参数利用修正系数，以下面的方式改变每层的新反应参数＝修正系数×每层的旧反应参数
7.一种具有高带宽的多模光纤的制造方法，包括光纤预制棒的制作，使预制棒制作按照利用预制棒分析仪测量的芯层折射率、芯层直径、芯层α值、包层折射率和包层直径制作，以确定预制棒的轮廓，其特征在于a.根据芯层的预制棒轮廓，在每个沉积层确定芯层的折射率分布；b.根据步骤a获得的折射率分布，沿预制棒径向确定折射率分布的峰值和谷值；c.根据步骤b获得的峰值和谷值的平均高度，确定每层的折射率分布；d.根据步骤c获得的每个沉积层的折射率，在径向上确定分层α；e.根据理想分层模延迟和实际分层模延迟的差值确定修正系数，以获得每层所需的折射率分布；f.基于修正系数，通过改变反应参数，比如掺杂剂流量或者浓度或者反应温度等等，获得所需的α折射率分布，从而形成预制棒以形成高带宽的光纤。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过利用等式(1)，从每个沉积层的折射率分布沿径向确定所述步骤d中的αn(r)＝n1(1-2Δ(r/a)α)1/2(1)其中，n1表示芯层中心的折射率；n2表示包层的折射率，α表示芯层形状指数，Δ表示等式2所示的相对折射率差Δ＝(n1-n2)/n1(2)
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，利用以下经验等式(6)确定所述步骤e中的所述修正系数修正系数＝1+K(目标α-实际α)/目标α (6)其中K为0.5～1的常数。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述实际α通过所述等式(1)计算出，目标α的范围是1.9～2。
11.根据权利要求7至10任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述反应参数通过利用修正系数，采用下面的方式改变每层的新反应参数＝修正系数×每层的旧反应参数
12.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述掺杂剂为卤化物气体，优选卤化锗和卤化磷气体。
13.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，基于所述修正系数，所述卤化物掺杂剂在所述沉积层中为变化的，从而形成径向变化的指数分布。
14.一种多模光纤的制造方法，该多模光纤如结合前述例子所述和附图所示。
15.一种具有高带宽的多模光纤，其中波长850和1300nm下，其带宽从约120和225MHz·Km分别被增高至约490和350MHz·Km。
16.一种具有高带宽的多模光纤，其中波长850和1300nm下，带宽从约120和225MHz·Km分别被增高至约750和880MHz·Km。
17.一种多模光纤，其中所述光纤的轴线上具有最大折射率，所述光纤的边缘具有较低的折射率。
全文摘要
一种具有高带宽的多模光纤的制造方法，其特征在于，采用修正系数以获得所需分层α折射率分布，从而形成预制棒以形成具有高带宽的光纤。修正系数由理想分层模延迟和实际分层模延迟的差值确定。该方法也包括由理想分层α和实际分层α的差值确定修正系数。
文档编号C03B37/00GK101052596SQ200580033608
公开日2007年10月10日 申请日期2005年10月28日 优先权日2005年10月7日
发明者潘纳哥·班加罗尔－克里希纳斯瓦米, 萨瓦·杜塔, 萨西斯·朗姆·潘内塞尔万, 森西尔·库马尔·纳格斯瓦兰 申请人:斯德莱特光学技术有限公司