专利名称：具有改进的折射率分布的多模光纤的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用在通信中的光纤，尤其涉及具有改进的折射率分布的多模光纤。
背景技术：
在现代光纤通信系统中，沿着圆柱形的波导来引导光信号，这种圆柱形的波导采用细纤维的形式。光纤包括内部纤芯区域，外部包层区域围绕着该内部纤芯区域，其中纤芯的光密度是用折射率Ii1来测量的，且折射率II1高于包层的折射率n2，参见图1。通过在制造过程中引入杂质(或掺杂剂)，可以调节光学介质的折射率。对于玻璃光纤而言，通常使用锗来增大纤芯的折射率，但也可以使用或添加其它杂质。因为这种折射率方面的差异，在光纤的纤芯内行进的光脉冲每一次到达纤芯-包层界面时都经历全内反射，结果，光信号就被限定在纤芯之内或者在纤芯内引导光信号。这种光纤具有均勻的纤芯折射率，被称为阶跃式-折射率光纤(Si-光纤)。为了便于高速数据通信，SI-光纤的纤芯直径通常很小(在9微米的量级上)，这仅仅比所传输的光的波长大几倍，结果，光信号被迫在沿着光纤轴的单条路径中行进。这种光纤被称为多模光纤。或者，光纤的纤芯直径与光的波长相比可以是很大的，在这种情况下，光可以沿着许多分立的光路穿过纤芯，其中每一个光路被称为一个模式。这种光纤被称为多模光纤 (MMF)，并且具有50或62. 5微米的额定纤芯直径。通常，在MMF中，到达光纤的输入端上的光脉冲照亮了纤芯的相对较大的空间区域，使得光脉冲作为许多分立的光学模式之和进行传播。因为多个模式之间存在路径长度方面的差异，所以光脉冲能量的多个部分将会在不同的时刻到达光纤的输出端。结果，脉冲的宽度变宽了，这被称为模间色散。这使信号质量变差了。为了减小模间色散，MMF纤芯和包层的折射率是渐变的，使得折射率按照下列方程随着从纤芯轴起的径向距离r连续地减小
Γ00051=r<R
LtXXJt5」1 |0(1 - 2Δ0) = η!, r^R其中光纤参数α的数值接近于2 (通常是1.9-2. 1)，并且定义了折射率分布的形状，对于α = 2的情况正如图2所示那样。理想的抛物线(幂定律)折射率分布将使穿过渐变折射率MMF的每一个模式同时到达光纤的输出端。靠近光纤轴行进的低阶模式遭遇很高的折射率，即光密度很高的介质，因此将以减小的速度进行传播。在纤芯的外部区域中传播的较高阶的模式将遭遇较低的折射率(密度低的介质)，并且将传播得较快。图3示出了在具有理想的抛物线折射率分布的MMF中传播的多个模式。每一个模式穿过正弦路径，并且所有的模式同时到达光纤的输出端。我们看到，每一个模式的节点都是同相的。MMF的折射率分布的质量可以用ΤΙΑ-455-220-Α中所规定的标准测试程序来表征。该标准规定了用于测量差模延迟(DMD)的测试方法，该差模延迟量化了模间色散。在这种方法中，单模发射光纤横跨MMF的纤芯，并且穿过该光纤的每一个受激模式组的传播延迟被记录下来。图4示出了高性能MMF的DMD的图。该图示出了在光纤输出处被记录下来的受激模式组中的每一个的光学波形(单位是皮秒/米，即ps/m)与垂直的轴上的径向发射位置(单位是微米)之间的函数关系图。 对于这种有代表性的MMF，我们看到，受激模式组中的每一个在大约相同的时刻到达光纤的输出处，而不管光学发射径向位置如何，因此，这种光纤几乎不引入模间色散。从这种DMD 图中可以推断出，这种光纤的折射率分布接近于理想的抛物线分布。然而，在实践中，控制制造过程中的低掺杂剂浓度是有困难的，所以大多数MMF无法呈现出理想的抛物线折射率分布。特别是，纤芯的外部区域中的掺杂剂浓度是最小的，也是最难控制的。结果，与沿着纤芯的内部区域进行传播的那些模式相比，较高阶的模式通常呈现出模式延迟方面的变化。因此，期望能以一种方式来修改折射率分布，使得能减小因掺杂剂的低位流动控制方面的变化所导致的不利影响。
发明内容
影响光学信道链路的性能的重要因素是光纤中的总色散的量。为了改善MMF的性能，提出了对制造过程进行修改，将折射率分布的数值改变为低于通常会被视为具有传统理想抛物线α数值的折射率。我们描述了对折射率分布进行的修改，这种修改已经显示出改善了测量出的系统性能。
图1是光纤的剖面透视图；图2是示出了在渐变折射率多模光纤的纤芯和包层中折射率对半径的图；图3是示出了在渐变折射率多模光纤中的模式行为的图；图4是多模光纤中的差模延迟图，该图示出了与半径偏移相比脉冲到达的相对时间；图5是示出了根据现有技术(α。)以及根据本发明(α)这两种情况在多模光纤的纤芯中折射率对半径的图；以及图6是差模延迟图，该图示出了具有根据本发明修改过的折射率分布的多模光纤的差模延迟特征。
具体实施例方式MMF所支持的模式的个数N是由下式给出的蛣炉如其中，1^ = 2^1/^^是在自由空间中具有波长λ ^的光的波数。通过改变折射率分布的目标数值，使得它在纤芯中逐渐增大的径向距离处减小至比理想抛物线数值要低的数值，这样就实现了改善的光纤性能。根据一个实施方式，折射率分布的数值减小至低于理想抛物线折射率分布。根据较佳的实施方式，折射率分布是连续且单调地减小的。在一些实施方式中，在特定的纤芯半径以上，改变目标折射率分布。例如，在一个实施方式中，针对大于5 μ m的纤芯半径，改变目标折射率分布，使得折射率分布小于遵循幂定律函数的分布(正如图5所示那样)。在另一个实施方式中，针对大于Iym 的纤芯半径，改变目标折射率分布。根据本发明的一个实施方式，使用了一种技术，通过控制掺杂剂的浓度，产生比传统标准抛物线型分布所产生的折射率要低的减小的折射率，从而减小折射率分布的“目标” 数值。已经发现，在传统理想抛物线就是目标的情况下，某一相对少量的所得的光纤将落在该目标附近，从而产生如图4所示的期望的DMD图。然而，因为控制低浓度掺杂剂是有困难的，所以生产出的光纤中有一定数量的光纤的折射率分布将低于目标分布，并且有一些光纤的折射率分布将高于目标分布。在多个区域中具有比目标抛物线分布要高的折射率分布的那些光纤(在图6中，这些光纤被表征为随着半径逐渐增大而“向右移动”)具有很差的“系统误码率(BER) ”性能。如本发明所提出的，具有修改的折射率分布的光纤将呈现出与图6所示本质上相似的DMD轨迹。在图6中，当半径增大至超过8微米时，有波形峰值的横向位移，这些波形峰值朝着该图的左侧连续且单调地移动。在这种情况下，较高阶的模式行进得较快，因为向左移动就对应于较小的数值(单位是ps/m)。在图5中，我们画出了两个折射率分布，即C^ = 2以及由虚线显示出的本发明所提出的修改的分布。此处，我们以= 2为示例，但是很明显，这种修改同样适用于除2以外的α值。实线表示遵循上文所描述的％(r)的方程的折射率的变化。所提出的修改的折射率分布(虚线)并不遵循该方程。遵循该公式所描述的％(r)的光纤将具有与图4所示相似的DMD轨迹。对折射率进行的这种修改将影响所支持的模式的个数N。如果光纤遵循幂定律，则对于
权利要求
1.一种制造多模光纤的方法，所述多模光纤的纤芯的折射率分布导致一种与半径有关的渐变折射率，所述方法包括在光纤纤芯的半径上使折射率减小，使得在逐渐增大的纤芯半径处使光纤纤芯的折射率分布减小至低于标准抛物线折射率分布。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在光纤纤芯的半径上，使所述光纤纤芯的折射率分布连续且单调地减小至低于标准抛物线折射率分布。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于针对大于5 μ m的纤芯半径，使所述光纤纤芯的折射率分布减小至低于标准抛物线折射率分布。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于针对大于1 μ m的纤芯半径，使所述光纤纤芯的折射率分布减小至低于标准抛物线折射率分布。
5.一种制造多模光纤的方法，所述多模光纤的纤芯的折射率分布导致一种与半径有关的渐变折射率，所述方法包括通过控制掺杂剂浓度，在光纤纤芯的半径上使折射率减小， 使得通过使折射率分布的目标值减小至低于标准抛物线折射率分布，在逐渐增大的纤芯半径处使光纤纤芯的折射率分布减小至低于标准抛物线折射率分布。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于在光纤纤芯的半径上，使所述光纤纤芯的折射率分布连续且单调地减小至低于标准抛物线折射率分布。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于针对大于5 μ m的纤芯半径，使所述光纤纤芯的折射率分布减小至低于标准抛物线折射率分布。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于针对大于1 μ m的纤芯半径，使所述光纤纤芯的折射率分布减小至低于标准抛物线折射率分布。
全文摘要
一种渐变折射率多模光纤以及生产该渐变折射率多模光纤的方法使用了一种使多模光纤的纤芯的折射率分布减小至低于标准抛物线折射率分布的技术。这可以通过在光纤纤芯的半径上改变光纤纤芯中的掺杂剂浓度来实现。结果是多模光纤具有差模延迟特征，且故意不使这种差模延迟特征最小化。可以在纤芯的全部半径上或仅仅针对一个指定半径以上的半径，使折射率分布减小至低于标准抛物线折射率分布。
文档编号G02B6/028GK102227658SQ200980149101
公开日2011年10月26日 申请日期2009年12月1日 优先权日2008年12月1日
发明者G·E·图杜瑞, R·J·皮姆皮娜拉 申请人:泛达公司