专利名称：高数值孔径多模光纤的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及光纤，更具体地涉及多模光纤。
背景技术：
康宁股份有限公司制造和销售hfiniCor 62. 5 μ m光纤，该光纤为多模光纤，其纤芯具有约2 %的最大相对折射率Δ和62. 5 μ m芯直径；以及InfiniCor 50 μ m光纤， 该光纤为多模光纤，其纤芯具有约的最大相对折射率Δ和50μπι芯直径。康宁还制造 100/140 CPC3多模光纤，该光纤是渐变折射率光纤，具有100 μ m芯直径、140 μ m未掺杂氧化硅包层直径和0. 29的数值孔径。
发明内容
本文中公开了抗弯曲多模光纤。本文中公开的多模光纤包括芯半径大于30微米的渐变折射率的芯区域和包围芯区域的包层区域，该包层区域包括折射率下陷的环形包层区域，其相对于包层的另一区域下陷。光纤的芯优选为玻璃，且折射率下陷的环形区域和任何包层区域也可以是玻璃。折射率下陷的环形包层区域优选具有小于约-0. 1的折射率Δ 和至少1微米的宽度，更优选具有小于约-0. 2的折射率Δ和至少2微米的宽度。折射率下陷的环形包层区域优选直接毗邻芯。然而折射率下陷的环形包层区域可与芯间隔开例如小于4微米的量，更优选是1至4微米。本文公开的这种光纤能够在850nm处表现出大于 500MHz-km的满溢带宽(overfilled bandwidth) 0本文公开的光纤优选的最外玻璃直径小于120微米，更优选小于110微米。优选地，该芯的折射率分布具有抛物线或基本为抛物线的形状。折射率下陷的环形部分可例如包括含有多个孔的玻璃、或以诸如氟、硼或其混合物之类的下掺杂剂掺杂的玻璃、或以这类下掺杂剂中的一种或多种掺杂的玻璃，加之包括多个孔的玻璃。在一些优选实施例中，折射率下陷的环形部分包括掺氟的氧化硅玻璃。在一些实施例中，折射率下陷的环形部分具有小于约-0.2%的折射率Δ和至少1微米的宽度，更优选具有小于约-0. 24% 的折射率Δ和至少2微米的宽度。在包括有孔包层的一些实施例中，在一些优选实施例中孔非周期性地设置在折射率下陷的环形区域中。关于“非周期性设置”，表示当对该光纤取截面(诸如垂直于纵轴的截面)时，非周期性设置的孔在光纤的一部分上随机或非周期性地分布(例如在折射率下陷的环形区域中)。沿光纤的长度的不同点处所取的类似截面将揭示不同的随机分布截面孔洞图案，即各截面将具有不同的孔洞图案，其中孔的分布和孔的大小不精确匹配。即，孔是非周期性的，即它们在光纤结构内非周期性地设置。这些孔沿光纤的长度(即平行于纵轴)伸展(延长)，但不会延伸典型传输光纤长度的整个光纤长度。相信，孔沿光纤的长度延伸的距离小于20米，更优选小于10米，又更优选小于5米，且在一些实施例中小于1米。本文中公开的多模光纤表现出非常低的弯曲引起的衰减，特别是非常低的宏弯曲引起的衰减。因此，多模光纤可包括渐变折射率玻璃芯；以及第二包层，其包括包围芯的折射率下陷的环形部分，所述折射率下陷的环形部分具有小于约-0.2%的折射率Δ和至少1微米的宽度，更优选地小于约-0.的折射率Δ和至少2微米的宽度，其中光纤还表现出在850nm处绕IOmm直径心轴缠绕1匝的衰减增加小于或等于0. 4dB/匝，数值孔径大于0. 18、更优选地大于0. 2、且最优选地大于0. 24，以及在850nm处满溢带宽大于 700MHz-km、更优选地在850nm处满溢带宽大于1000MHz-km、更优选地在850nm处满溢带宽大于 1500MHz-km。利用本文公开的设计，能够制造60微米或更大(例如，大于70微米或大于75微米)直径芯多模光纤，其提供在850nm处满溢(OFL)带宽大于700MHz-km，更优选地在850nm 处满溢带宽大于1000MHz-km，更优选地在850nm波长处满溢带宽大于1500MHz_km。可实现这些高带宽，同时仍保持在850nm波长下绕IOmm直径心轴缠绕1匝的衰减增加小于1. 5dB、 更优选小于1. OdB、又更优选小于0. SdB以及最优选小于0. 5dB。还可实现这些高带宽同时仍维持在850nm波长下绕20mm直径心轴缠绕1匝的衰减增加小于1. OdB,更优选地小于 0. 7dB，且最优选地小于0. 5dB,以及在850nm波长下绕15mm直径心轴缠绕1匝的衰减增加小于1. 2dB,更优选地小于1. OdB,且最优选地小于0. 8dB。这种光纤还能够提供大于0. 18 的数值孔径(NA)，更优选地大于0. 2的数值孔径以及最优选地大于0. 24的数值孔径。这种光纤还同时能够表现出在1300nm处的OFL带宽大于200MHz_km，优选大于500MHz_km，更优选大于1000MHz-km且最优选大于1500MHz_km。利用本文公开的设计，能够制造60微米或更大(例如，大于70微米，更优选地大于75微米)直径芯多模光纤，其提供在850nm处满溢(OFL)带宽大于500MHz-km，更优选在850nm处满溢带宽大于700MHz_km，更优选地在850nm波长处满溢带宽大于1000MHz-km。 可实现这些高带宽，同时仍保持在850nm波长下绕3mm直径心轴缠绕1x180°匝的衰减增加小于1. OdB、更优选小于0. 5dB、以及最优选小于0. 3dB。还可实现这些高带宽，同时仍保持在850nm波长下绕4mm直径心轴缠绕匝的衰减增加小于0. 5dB、更优选小于0. 2dB、 以及最优选小于0. ldB。当输入信号与光纤的中心对准时以及当输入信号相对于光纤的中心偏移5或甚至10 μ m注入时，实现这些弯曲损耗和带宽。优选地，本文公开的多模光纤表现出在850nm处小于3. 5dB/km的光谱衰减，优选地在850nm处小于3. 0dB/km,更优选地在850nm处小于2. 7dB/km以及最优选地在850nm 处小于2. 5dB/km。优选地，本文公开的多模光纤表现出在1300nm处小于1. 5dB/km的光谱衰减，优选地在1300nm处小于1. 2dB/km,更优选地在1300nm处小于0. 8dB/km。可能期望旋转多模光纤，因为这样做在一些情况下可能进一步提高具有下陷的包层区域的光纤的带宽。对于旋转，表示对光纤施加或给予旋转，其中在光纤从光纤预制棒预制棒中被拉出时， 即当光纤的至少某种程度仍被加热且能够承受非弹性转动位移、而且能够在光纤完全冷却后基本保持转动位移时给予旋转。
本文公开的光纤的数值孔径(NA)优选小于0. 32且大于0. 18，更优选大于0. 2，更优选小于0. 32且大于0. 24，且最优选小于0. 30且大于0. 24。可将芯设计成从中心线径向向外延伸到半径Rl，Rl ^ 30微米，更优选Rl ^ 40微米，且在一些情况下Rl ^ 45微米。可将芯设计成具有Rl ^ 50微米，更优选Rl ^ 45微米。可将芯设计成具有小于或等于2. 5%且大于0. 5%的最大相对折射率，更优选地小于2. 2%且大于0. 9%，最优选地小于1. 8%且大于1. 2%。芯可具有介于1. 6至2. 0%之间的最大折射率。本文公开的光纤能够表现出在800至1400nm的所有波长下1匝IOmm直径心轴衰减增加不大于1. 5dB,优选地不大于1. OdB,更优选地不大于0. SdB,且最优选地不大于 0. 5dB。本文中公开的多模光纤可包括围绕纵中心线设置的渐变折射率玻璃芯和包围该芯的玻璃包层。包层包括折射率下陷环形部分和外环形部分。折射率下陷的环形部分优选直接邻接芯，且在一些实施例中，外环形部分优选包括未掺杂的氧化硅包层，尽管在其它实施例中，下陷的环形部分可延伸到光纤的最外玻璃直径。本文中阐述的所有折射率参照如下所述的外环形部分。在这种通信光纤的常规工作波长下，即至少在从850nm至1300nm延伸的波长范围上，本文公开的光纤能够多模化。将在以下详细描述中阐述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点可以部分地由本领域内技术人员从说明书中获知或通过实践如本文所述的发明而得知，包括以下详细描述、权利要求书以及附图。应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者给出本发明的实施例，并且它们旨在提供用于理解所要求保护的本发明的本质和特性的概观或框架。所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解，且并入到本说明书中并构成其一部分。附图示出本发明的各个实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理和操作。
图1示出本文中公开的多模光纤的示例性实施例的玻璃部分的截面的折射率分布的示意图(未按比例)，其中折射率下陷的环形部分偏离该芯而且被外环形包层部分包围。图2是图1的光波导光纤的截面图的示意图(未按比例)。图3示出本文中公开的多模光纤的示例性实施例的玻璃部分的截面的折射率分布的示意图(未按比例)，其中折射率下陷的环形部分不偏离该芯而且被外环形包层部分包围。图4是图3的光波导光纤的截面图的示意图(未按比例)。
具体实施例方式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。
“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。“相对折射率百分比”被定义为Δ <%= 100Χ(η 2-ηΚΕ/)/&ιΛ其中Iii是区域i中的最大折射率，除非另外指明。相对折射率百分比在850nm下测得，除非另外指明。除非本文中另外指明，否则nKEF是未掺杂氧化硅玻璃的折射率，即，在850nm为1. 4533。如此处所使用地，相对折射率以Δ表示，而且它的值以“％”为单位给出，除非另外指明。在一区域的折射率小于基准折射率nKEF的情况下，相对折射率百分比为负且被称为具有下陷区域或折射率下陷，而且最小相对折射率在相对折射率负值最大的点处计算得出，除非另外指明。在一区域的折射率大于基准折射率nKEF的情况下，相对折射率百分比为正，而且该区域可被认为是升高的或具有正折射率。此处的“上掺杂剂(updopant) ”被认为是倾向于相对于纯的未掺杂SiO2提高折射率的掺杂剂。此处的“下掺杂剂(downdopant) ” 被认为是倾向于相对于纯的未掺杂SW2降低折射率的掺杂剂。上掺杂剂在伴随有不是上掺杂剂的一种或多种其它掺杂剂时，可存在于具有负相对折射率的光纤的区域中。同样，不是上掺杂剂的一种或多种其它掺杂剂可存在于具有正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。同样，不是下掺杂剂的一种或多种其它掺杂剂可存在于具有负相对折射率的光纤的区域中。除非另外之处，否则宏弯曲性能根据F0TP-62 (IEC-60793-1-47)通过围绕6mm、 IOmm或20mm或类似直径的心轴缠绕一匝(例如，“ IxlOmm直径宏弯曲损耗”或“ 1x20mm直径宏弯曲损耗”)并利用满溢注入条件测量由弯曲引起的衰减增加来确定，其中光源具有大于受测试光纤的芯直径的50%的斑点尺寸。在一些测量中，通过将满溢脉冲注入到关于 1x25mm直径心轴在中点附近部署的长的hfiniCor 50 μ m光纤的输入端来获得环形通量注入(encircled flux launch, EFL)宏弯曲性能。InfiniCor 50 μ m光纤的输出端被接合到受测试光纤，且所测量的弯曲损耗是在规定弯曲条件下的衰减与不弯曲情况下衰减的比。如本文中所使用的，光纤的数值孔径意思是利用题为“Measurement Methods and Test Procedures-Numerical Aperture (测量方法和测试过程-数值孔径)”的TIA SP3-2839-URV2 F0TP-177 IEC-60793-1-43中阐述的方法测量的数值孔径。术语“ α分布”或“阿尔法分布”指的是相对折射率分布，以单位为“ ％ ”的项Δ (r) 表示，其中r是半径，其遵循以下方程， Δ (r) = Δ (r0) (1_ [ | r-r01 / (rrr0) ] α)，其中r。是零除非另外指明，巧是Δ 为零的点，而1~在巧彡rf范围内， 其中△如上定义，^是α分布的起点，1>是α分布的终点，而α是指数，该指数是实数。折射率下陷的环形部分具有由下式定义的分布体积V3
R外
2 Δ3(γ) r dr
R内其中正如所定义的，Rrt是折射率下陷的环形部分的内半径，而是折射率下陷的环形部分的外半径。对于本文公开的光纤，V3的绝对值优选地大于120% - μ m2，更优选地大
7于160% -μ m2，又更优选地大于200% -μ m2。V3的绝对值优选地小于400%~um2,更优选地小于300% - μ m2。在一些优选实施例中，V3的绝对值大于120% - μ m2且小于300% - μ m2。 在其它优选实施例中，V3的绝对值大于160% -μ m2且小于240% -μ m2。此处公开的多模光纤包括芯和包围且直接毗邻芯的包层。在某些实施方式中，芯包括锗掺杂的氧化硅，即氧化锗掺杂的氧化硅。可在本文所公开的光纤的芯内，具体在其中心线处或其附近单独或组合地采用除锗之外的掺杂剂，诸如Al2O3或P2O5，以获得期望的折射率和密度。在某些实施例中，此处所公开的光纤的折射率分布从芯的中心线到外半径是非负的。在某些实施方式中，光纤的芯中不包含降低折射率的掺杂剂。图1示出了包括玻璃芯20和玻璃包层200的多模光纤的一个示例性实施例的玻璃部分的截面的折射率分布的示意图，该包层包括内环形部分30、折射率下陷的环形部分 50以及外环形部分60。图2是图1的光波导光纤的截面图的示意图(未按比例)。芯20 具有外半径R1和最大折射率德耳塔Δ1 λ。内环形部分30由折射率德耳塔△ 2构成且具有宽度W2和外半径&。折射率下陷的环形部分50具有最小折射率德耳塔百分比Δ3ΛΦ、 宽度W3和外半径民。示出内环形部分30使折射率下陷的环形部分50从芯20偏离或隔开。 在优选实施例中，内环形部分30的宽度可小于4. 0微米。在图1所示实施例中，环形部分50围绕内环形部分30，且外环形包层部分60围绕且接触环形部分50。内环形部分30具有折射率分布△ 2(r)，其中最大相对折射率为Δ2λ λ，最小相对折射率为、，其中在某些实施例中A 2最小。折射率下陷的环形部分50具有折射率分布△ 3(r)，其最小相对折射率为Δ3·、。外环形部分60包括相对折射率Δ 4。优选的是，ΔΙ > Δ4 > Δ 3，且在图1所示实施例中，Al > Δ2 > Δ 3。在一些实施例中，内环形部分30具有基本恒定的折射率分布，如图1所示具有常数Δ2(Γ)；在这些实施例中的一些中，Δ2(ι·) =0%。在一些实施例中，外环形部分60具有基本恒定的折射率分布，如图1所示具有常数Δ4(γ)；在这些实施例中的一些中，Δ4(Γ) =0%。优选的是，芯基本不含氟，且优选的是芯不含氟。在某些实施例中，内环形部分30优选地具有最大绝对值小于0. 05%的相对折射率分布Δ 2(r)，且Δ 2最大<0. 05%且Δ2@、>_0. 05%，而且折射率下陷的环形部分50在包层的相对折射率第一次到达小于-0. 05%的值的位置开始， 从中心线径向地向外延伸。在一些实施例中，外环形部分60具有最大绝对值小于0. 05%且大于-0. 05 %的相对折射率分布Δ 4 (r)。光纤的玻璃部分的外直径优选地小于120 μ m，更优选地小于110 μ m，又更优选地小于或等于约100 μ m。因此，在图1所示的实施例中，外包层直径(MR4)优选地小于 120 μ m，更优选地小于110 μ m，又更优选地小于100 μ m。在一些实施例中，芯直径QxR1) 介于35和45 μ m之间，更优选地介于37和43 μ m之间，且外包层直径R4介于45和55 μ m 之间，又更优选地介于47和53 μ m之间。在一些优选实施例中，外包层区域60的宽度小于 15 μ m,更优选地小于10 μ m,最优选地小于7 μ m。在本文公开的多模光纤中，芯是渐变折射率的芯，且优选地，芯的折射率分布具有抛物线(或基本为抛物线)形状；例如，芯的折射率分布可具有α形状，且在850nm处测量时，α值优选介于1.9和2. 3之间，更优选约为2.1。或者，芯的折射率分布可具有α形状，且在850nm处测量时，α值优选介于1. 9和2. 1之间，更优选约为2. 0。在一些实施例中，芯的折射率可具有中心线急降(dip)，其中芯的最大折射率和整个光纤的最大折射率离中心线有一小距离，但是在其它实施例中，芯的折射率没有中心线急降，芯的最大折射率和整个光纤的最大折射率位于中心线处。抛物线形状延伸至半径队，而且优选从光纤的中心线延伸至礼。如此处所使用，“抛物线”因此包括基本为抛物线形状的折射率分布，其可能在芯中的一个或多个点处稍稍偏离约为2. 0的α值——例如1. 9,2. 1或2. 3 ；以及具有小变化和/或中心线急降的分布。参考附图，芯20被定义为在抛物线芯形状结束的半径Rl处终结，与包层200的最内半径重合。优选的是，此处公开的光纤具有基于氧化硅的芯和包层。包层200的一个或多个部分可由包覆材料构成，该包覆材料例如可在沉积工艺期间被沉积，或以诸如套管型光学预制棒中的管之类的封套的形式来提供，或沉积材料和封套的组合。包层200被至少一个涂层210包围，涂层210在某些实施例中可包括低模量主涂层和高模量副涂层。该涂层可以是诸如丙烯酸酯基聚合物之类的聚合物涂层。在一些实施例中，折射率下陷的环形部分包括非周期性设置或周期性设置或两者兼而有之的孔。关于“非周期性设置”或“非周期性分布”，表示当对该光纤取截面(诸如垂直于纵轴的截面)时，非周期性设置的孔在光纤的一部分上随机或非周期性地分布。沿该光纤的长度的不同点处所取的类似截面将揭示不同的截面孔洞图案，即各截面将具有不同的孔洞图案，其中孔的分布和孔的大小不匹配。即，孔是非周期性的，即它们在光纤结构内非周期性地设置。这些孔沿光纤的长度(即平行于纵轴)伸展(延长)，但不会延伸典型传输光纤长度的整个光纤长度。虽然不希望受理论限制，但认为孔沿光纤长度延伸小于几米， 而且在许多情况下小于1米。此处公开的光纤可通过利用预成型固化条件的方法来制造， 这能有效地使大量气体被捕获在固化的玻璃坯料中，从而在固化的玻璃光纤预制棒中形成孔。不是设法去掉这些孔，而是使用所得的预制棒来形成其中具有孔的光纤。如此处所使用，当从横切光纤的纵轴的垂直截面观察光纤时，孔洞的直径是端点设置在限定孔洞的氧化硅内表面上的最长线段。在一些实施例中，内环形部分30包括基本上未用氟或锗掺杂的氧化硅。优选的是，环形部分30包括小于4. 0微米的宽度，更优选的是小于2. 0微米。在一些实施例中，外环形部分60包括基本未掺杂的氧化硅，然而氧化硅可包含一定量的氯、氟、氧化锗或其它掺杂剂，其浓度合起来不会显著改变折射率。折射率下陷的环形部分50可包括用氟和/或硼掺杂的氧化硅。或者，折射率下陷的环形部分50可包括含有多个非周期性设置的孔的氧化硅。孔可包含诸如氩、氮、氪、CO2, SO2或氧之类的一种或多种气体，或孔可包含基本没有气体的真空；不管是否存在任何气体，环形部分50的折射率因为孔的存在而被降低。孔可随机地或非周期性地设置在包层200的环形部分50中，而在其它实施例中，孔周期性地设置在环形部分50中。除此之外或作为替代，还可通过下掺杂环形部分50 (诸如用氟)或上掺杂包层和/或芯中的一个或多个部分来设置环形部分50中的下陷折射率，其中折射率下陷的环形部分50是例如掺杂不像内环形部分30—样重氧化硅。优选的是，诸如考虑到任何孔的存在，折射率下陷的环形部分50的最小相对折射率或平均有效相对折射率优选地小于-0. 1 %，更优选地小于约-0. 2%，又更优选地小于约-0. 3%，且最优选地小于约-0. 4%。图3示出包括玻璃芯20和玻璃包层200的多模光纤的可选示例性实施例的玻璃部分的截面的折射率分布的示意图，该包层包括折射率下陷的环形部分50和外环形部分 60。图4是图3的光波导光纤的截面图的示意图(未按比例)。芯20具有外半径札和最大折射率德耳塔Δ1Λλ。折射率下陷的环形部分50具有最小折射率德耳塔百分比Δ3λφ、 宽度W3和外半径民。折射率下陷的环形部分50围绕芯20且与芯20直接接触，即在芯20 和折射率下陷的环形部分50之间没有内包层区域30 (具有优选的是，Δ1> Δ4> Δ 3。外环形部分60包围并接触折射率下陷的环形部分50。折射率下陷的环形部分50具有折射率分布^300,其最小相对折射率为Δ3·、。外环形部分60具有折射率分布Δ4(Γ)， 其最大相对折射率为Δ ，最小相对折射率为Δ 4^、，其中在某些实施例中Δ4Λλ= Δ 4 优选的是，Δ1最大> Δ3Λ/>0优选的是，用锗掺杂芯且芯基本不含氟，更优选的是芯不含氟。折射率下陷的环形部分50在包层的相对折射率第一次到达值-0. 05%的位置开始， 从中心线径向地向外延伸。在一些实施例中，外环形部分60具有最大绝对值小于0. 05%的相对折射率分布Δ40·)，且Δ4最大<0.05%且Δ4最小>-0.05%，且折射率下陷的环形部分50在相对恒定的折射率区域(Δ4)开始的位置结束。光纤的数值孔径(NA)优选地大于将信号导入光纤的光源的NA ；例如，光纤的NA 优选地大于VCSEL源的ΝΑ。如果需要的话，可将碳密封涂层涂覆到本文公开的光纤的外玻璃表面上。涂层可具有小于约100埃的厚度。可将至少一个且优选两个(软主涂层和较硬的副涂层)保护性聚合物涂层涂覆在碳涂层上。这种碳涂层的使用导致改进的动态抗疲劳性，例如使用这些涂层，可实现动态疲劳常数大于50，更优选地大于100，并且可实现15%威布尔(Weibull) 失效概率大于400kpsi。以下在表1中阐述多个示例的折射率参数和建模的光学特性。示例1-6表现出类似于图3所示的折射率分布。示例7和8表现出类似于图1所示的折射率分布。具体地， 以下提供芯区域20的德耳塔1、芯区域20的外半径R1、芯区域20的阿尔法、内环形区域30 的Δ 2、内环形区域30的外半径R2和宽度W2、折射率下陷的包层区域50的Δ 3、折射率下陷的包层区域50的外半径R3、折射率下陷的包层区域50的分布体积V3。包层半径是光纤的最外半径(R4)以及外环形玻璃包层部分60的外半径。还提供光纤的数值孔径和数值孔径与芯直径的乘积(ΝΑ*⑶)。NA*⑶可优选地大于20 μ m,且更优选地大于22 μ m。在一些实施例中，NA*⑶小于30 μ m。在一些实施例中，外玻璃包层直径小于120微米，优选小于110 微米。表 1
1012345678德耳塔1 (%)0.950.951.11.31.421.41.8Rl (μπι)50.060.050.050.050.050.050.050.0阿尔法2.12.12.12.12.12.12.12.1德耳塔2 (%)0051.051.6W2 (μηι)1.01.6德耳塔3 (%)-0.39-0.41-0.54-0.29-0.39-0.45-0.35-0.42R3 (μπι)53.063.652.554.654.052.655.356.0V3(%-sq. μιη)-120.5-182.4-138.4-139.5-162.2-120.0-160.0-200.0包层半径62.570.062.562.562.562.562.562.5NA0.20230.20230.2180.23740.24670.29670.24670.2808NA*CD (μπι)20.224.321.823.724.729.324.328.1 以下描述实际的光纤示例9至14。在以下的表2中进一步描述根据这些示例的制造的所得多模光纤的折射率分布参数和特性。在每种情况下，常规的主和副氨基甲酸酯丙烯酸酯基保护涂层被涂覆在玻璃光纤的外部。示例9-比较例将650克SiO2 (0. 36g/cc的密度)烟炱(soot)火焰沉积到1米长X 26. Omm直径的GeO2-SiO2渐变折射率芯(具有近似抛物线(α = 2. 11)形状，相对于纯氧化硅的最大折射率为0.96%)的固体玻璃棒上。然后此组件如下地烧结。首先将该组件在由氦气和 3%氯气组成的氛围中在1000°C下干燥2小时，接着在100%氦气氛围下以6mm/min将其下牵引通过设置为1500°C的热区，以将该烟炱烧结至包括GeO2-SiOj^变折射率芯和氧化硅外包层的光学预制棒。然后将该预制棒放置在设置为1000°C的氩气净化的保温炉中对小时。利用具有约8cm长的热区且设置为约2000°C的回火炉以10m/S将该预制棒拉成IOkm 长、125微米直径的光纤。这种光纤的测得OFL带宽在850nm处和1300nm处分别是2315和 666MHz-km。在20mm直径心轴上测得的850nm下宏弯曲损耗是1. 04dB/匝，且光纤的NA是 0.193。示例 10将673克SW2 (0. 36g/cc的密度)烟炱火焰沉积到1米长X 26. Omm直径的 GeO2-SiO2渐变折射率芯(具有近似抛物线(α = 2. 16)形状，相对于纯氧化硅的最大折射率为1.02%)的固体玻璃棒上。然后此组件如下地烧结。首先将该组件在由氦气和3%氯气组成的氛围中在1000°C下干燥2小时，接着在包括50%氮气和50%氦气氛围中以32mm/ min将其下牵引通过设置为1500°C的热区，然后在同样的气氛中以25mm/min使其再次下牵引通过该热区，最后在包括50%氮气和50%氦气氛围中以6mm/min烧结，以将该烟炱烧结至包括被“氮播种(nitrogen-seeded)”包层围绕的无孔6劝2^02渐变折射率芯的含“氮播种”随机分布孔的第一过包层预制棒。然后将该预制棒放置在设置为1000°C的氩气净化的保温炉中M小时。然后将此预制棒放置在车床上，其中将1086克的SW2烟炱火焰沉积到 1米长的棒上。然后此组件如下地烧结。首先将该组件在由氦气和3%氯气组成的氛围中在 1000°C下干燥2小时，接着在100%氦气氛围中以6mm/min将其下牵引通过设置为1500°C 的热区，以将该烟炱烧结至包括GeO2-S^2渐变折射率芯、含“氮播种”随机分布孔的第一包层和无孔氧化硅外包层的光学预制棒。然后将该预制棒放置在设置为1000°C的氩气净化的保温炉中M小时。利用具有约8cm长的热区且设置为约2000°C的回火炉以10m/S将该预制棒拉成IOkm长的125微米直径的光纤。这种光纤的测得OFL带宽在850nm和1300nm处分别是781和172MHz-km。在20mm直径心轴上测得的850nm下宏弯曲损耗是0. OOdB/匝， 且光纤的NA是0. 233。示例11 和 12将127克SW2 (0. 36g/cc的密度)烟炱火焰沉积到1米长X 25. 9mm直径的具有近似抛物线(α = 2.02)形状的GeO2-SiO2渐变折射率芯(相对于纯氧化硅的最大折射率为 0. 96%)的固体玻璃棒上。然后此组件如下地烧结。首先在由氦气和3%的氯气组成的氛围下在1125°C下将该组件干燥2小时，接着在由氦气和20% SiF4组成的氛围下在1125°C 下对烟炱预制棒掺氟4小时，然后在100%氦气氛围中以14mm/min将其下牵引通过设置为 1480°C的热区，以将该烟炱烧结至包括氧化锗-氧化硅渐变折射率芯和掺氟的第二包层的过包层预制棒。然后将该预制棒放置在车床上，其中火焰沉积283克的SiO2烟炱。然后此组件如下地烧结。首先将该组件在由氦气和3%氯气组成的氛围中在1000°C下干燥2小时，接着在100%氦气氛围下以6mm/min将其下牵引通过设置为1500°C的热区，以将该烟炱烧结至包括GeO2-SiO2渐变折射率芯、掺氟第二包层和氧化硅外包层的光学预制棒。然后将该预制棒放置在设置为1000°C的氩气净化的保温炉中M小时。对于示例11，利用具有约 8cm长的热区且设置为约2000°C的回火炉以lOm/s将该预制棒拉成IOkm长的140微米直径的光纤。这种光纤的测得OFL带宽在850nm和1300nm处分别是1722和749MHz_km。在 15和20mm直径心轴上测得的850nm下宏弯曲损耗分别是0. 70和0. 45dB/匝，且光纤的NA 是0. 202。对于示例12，利用具有约8cm长的热区且设置为约2000°C的回火炉以lOm/s将该预制棒拉成7km长的125微米直径的光纤。这种光纤的测得OFL带宽在850nm和1300nm 处分别是3358和1，059MHz-km。在15和20mm直径心轴上测得的850nm下宏弯曲损耗分别是0. 70和0. 40dB/匝，且光纤的NA是0. 202。示例13-比较例将645克SW2 (0. 36g/cc的密度)烟炱火焰沉积到1米长X 26. Omm直径的 GeO2-SiO2渐变折射率芯(具有近似抛物线(α = 2. 1)形状，相对于纯氧化硅的最大折射率为2. 1%)的固体玻璃棒上。然后此组件如下地烧结。首先将该组件在由氦气和3%氯气组成的氛围中在1000°C下干燥2小时，接着在100%氦气氛围中以6mm/min将其下牵引通过设置为1500°C的热区，以将该烟炱烧结至包括GeO2-SiO2渐变折射率芯和氧化硅外包层的光学预制棒。然后将该预制棒放置在设置为1000°C的氩气净化的保温炉中M小时。利用具有约8cm长的热区且设置为约2000°C的回火炉以lOm/s将该预制棒拉成IOkm长的125微米直径的光纤。这种光纤的测得OFL带宽在850nm和1300nm处分别是720和700MHz_km。 在15和20mm直径心轴上测得的850nm下宏弯曲损耗分别是0. 45和0. 35dB/匝，且光纤的 NA 是 0. 275。
12
示例 14将234克SW2 (0. 36g/cc的密度)烟炱火焰沉积到1米长X 25. 9mm直径的包括 GeO2-SiO2渐变折射率芯(具有近似抛物线(α = 2. 1)形状，相对于纯氧化硅的最大折射率为2. 1%)的固体玻璃棒上。然后此组件如下地烧结。首先在由氦气和3%的氯气组成的氛围下在1125°C下将该组件干燥2小时，接着在由氦气和20% SiF4组成的氛围下在1125°C 下对烟炱预制棒掺氟4小时，然后在100%氦气氛围中以14mm/min将其下牵引通过设置为1480°C的热区，以将该烟炱烧结至包括氧化锗-氧化硅渐变折射率芯和掺氟的第二包层的过包层预制棒。将该预制棒拉成22mm直径的棒，然后将其放置在车床上，在其上火焰沉积245克SiO2烟炱。然后此组件如下地烧结。首先将该组件在由氦气和3%氯气组成的氛围中在1000°C下干燥2小时，接着在100%氦气氛围下以6mm/min将其下牵引通过设置为1500°C的热区，以将该烟炱烧结至包括GeO2-SiO2渐变折射率芯、掺氟第二包层和氧化硅外包层的光学预制棒。然后将该预制棒放置在设置为1000°C的氩气净化的保温炉中对小时。利用具有约8cm长的热区且设置为约2000°C的回火炉以10m/S将该预制棒拉成IOkm 长的125微米直径的光纤。这种光纤的测得OFL带宽在850nm和1300nm处分别是588和 253MHz-km。在15和20mm直径心轴上测得的850nm下宏弯曲损耗分别是0. 17和0. IOdB/ 匝，且光纤的NA是0. 291ο表2示出示例9-15中描述的光纤的测得的光学性能。这些示例示出当环形部分30包括绝对值大于约120% -μ m2、更优选地大于约160% -ym2且在一些情况下大于 200% - μ m2的体积V2时可实现高带宽和低弯曲损耗。如表2所示，示例9-15表现出类似于图3所示的折射率分布。具体地，以下提供芯区域20的德耳塔1、芯区域20的外半径R1、芯区域20的阿尔法、折射率下陷的包层区域 50的德耳塔3、折射率下陷的包层区域50的外半径R3、折射率下陷的包层区域50的分布体积V3。包层半径是光纤的最外玻璃半径以及外环形玻璃包层部分60的外半径。还提供光纤的测得数值孔径、光纤的测得满溢带宽(在850和1300nm处测得的)和测得的1x10mm、 1x15mm和1x20mm宏弯曲性能(对于绕10mm、15mm或20mm心轴一匝的衰减增加)。为示例 15提供环形通量注入(encircled flux launch, EFL)宏弯曲性能，并且通过将满溢脉冲注入到关于1x25mm直径心轴在中点附近部署的^ii长的hfiniCor 50 μ m光纤的输入端来获得该环形通量注入宏弯曲性能。InfiniCor 50 μ m光纤的输出端被接合到受测试光纤， 且所测得的弯曲损耗是在规定弯曲条件下的衰减与不弯曲情况下衰减的比。各种EFL测试包括绕3mm、4mm或6mm直径心轴的一个180°弯曲或两个90°弯曲。在一些情况下，注入直接进入光纤的中心(0 μ m偏移)，而在一些情况下，注入从光纤的中心偏移10 μ m。表 权利要求
1.一种多模光纤，包括渐变折射率芯，其包括芯折射率德耳塔百分比A1，所述芯包括大于30微米的芯半径；以及包围所述芯的折射率下陷的包层区域，其包括折射率德耳塔百分比Δ3，其中Δ3小于约-0.1%且所述下陷区域具有至少1微米的宽度，其中A1 > Δ3，所述光纤包括小于120 微米的总外直径，且所述光纤表现出在850nm处大于500MHz-km的满溢带宽。
2.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤包括玻璃，且还包括外包层区域，所述外包层区域包括折射率德耳塔Δ4且包围所述折射率下陷的包层区域。
3.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述折射率下陷的包层区域直接毗邻所述芯且具有小于约-0. 2%的折射率德耳塔和至少2微米的宽度。
4.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，还包括内包层区域，所述内包层区域包括Δ2，其中所述内包层区域包围所述芯且所述下陷的包层区域包围所述内包层区域，其中 Δ!> Δ2> Δ 3，且所述内包层区域宽度小于4微米。
5.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述芯包括大于35微米的芯半径。
6.如权利要求5所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤包括玻璃，所述芯包括小于45 微米的玻璃芯半径，且所述总外玻璃直径小于110微米。
7.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤表现出在850nm处大于 700MHz-km的满溢带宽。
8.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤还表现出在850nm处绕15mm直径心轴缠绕1匝的衰减增加小于或等于0. 5dB/匝。
9.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤还表现出在850nm处绕15mm直径心轴缠绕1匝的衰减增加小于或等于0. 25dB/匝。
10.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤还表现出在850nm处绕15mm直径心轴缠绕1匝的衰减增加小于或等于0. IdB/匝。
11.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述折射率下陷的环形部分具有小于10微米的宽度。
12.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤表现出在1300nm处大于 200MHz-km的满溢带宽。
13.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤表现出大于0.2的数值孔径。
14.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤表现出大于0.24的数值孔径。
15.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤表现出在1300nm处大于 500MHz-km的满溢带宽。
16.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，德耳塔2小于-0.3%。
17.如权利要求2所述的光纤，其特征在于，渐变折射率的玻璃芯的最大折射率德耳塔大于0. 8%且小于2. 2%。
18.一种多模光纤，包括半径大于35微米的渐变折射率芯；以及包括折射率下陷的环形部分的第一内包层，所述折射率下陷的环形部分具有小于约-0. 2%的折射率德耳塔和至少1微米的宽度，且所述光纤还表现出在850nm处绕15mm直径心轴缠绕1匝的衰减增加小于或等于0. 25dB/匝和在850nm处满溢带宽大于500MHz-km。
19.如权利要求18所述的多模光纤，其特征在于，还包括大于0.185的数值孔径。
20.如权利要求18所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤包括玻璃，且其中所述光纤的外玻璃直径小于120微米。
21.如权利要求18所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤表现出在850nm处大于 700MHz-km的满溢带宽。
22.如权利要求17所述的多模光纤，其特征在于，还包括大于0.24的数值孔径。
23.如权利要求17所述的多模光纤，其特征在于，还包括大于0.28的数值孔径。
24.如权利要求17所述的多模光纤，其特征在于，还包括对于环形通量注入在850nm波长下绕3mm直径心轴缠绕1x180°匝的衰减增加小于0. 5dB。
25.如权利要求17所述的多模光纤，其特征在于，还包括对于环形通量注入在850nm波长下绕4mm直径心轴缠绕匝的衰减增加小于0. 2dB。
26.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，还包括在所述光纤的外表面上的碳涂层，所述涂层具有不大于约100° A的厚度，且其中所述多模光纤具有大于50的动态疲劳常数，且至少一个聚合物涂层包围且接触所述碳涂层。
27.如权利要求25所述的多模光纤，其特征在于，所述光纤表现出大于400kpsi的 15%威布尔(Weibull)失效概率。
28.如权利要求25所述的多模光纤，其特征在于，还包括大于100的动态疲劳常数。
29.如权利要求20所述的多模光纤，其特征在于，还包括大于20的NA*⑶。
30.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，还包括大于20的NA*⑶。
31.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，还包括其上肖氏D硬度大于50的涂层，所述涂层的外直径介于120至130微米之间。
全文摘要
本文中公开了抗弯曲多模光纤。本文中公开的多模光纤包括半径大于30微米的芯区域(20)和包围且直接毗邻芯区域的包层区域(30、50、60)，该包层区域包括折射率下陷的环形部分(50)，其包括下陷的相对折射率。光纤的总外直径小于120微米，且表现出在850nm处大于500MHz-km的满溢带宽。
文档编号G02B6/036GK102203647SQ200980143700
公开日2011年9月28日 申请日期2009年9月23日 优先权日2008年9月26日
发明者M-J·李, P·C·小丹尼斯, P·J·龙科, R·L·贝内特, S·R·别克汉姆 申请人:康宁股份有限公司