多模光纤的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种多模光纤，该多模光纤设置有这样的区域：在该区域，纤芯的外周区域中的折射率相对于α次方折射率分布的理想形状具有偏差并且偏差量的绝对值不小于0.005％，以便生成辐射模，并且包层的折射率高于偏差区域的折射率。
【专利说明】多模光纤
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多模光纤。
【背景技术】
[0002] 众所周知，与用于长距离光传输的单模光纤相比，多模光纤因其结构而具有更大 的传输损耗。另一方面，由于多模光纤允许在光纤之间进行比较容易的熔接以及在设备之 间进行比较容易的连接，因此多模光纤常用在LAN(局域网）等近距离信息传输的应用中。 为了改善近距离信息传输，人们也对用于降低多模光纤的前述传输损耗的技术和通信频带 的扩展（实现更宽的带宽）进行了研究。
【发明内容】
[0003] 本申请的发明人对常规多模光纤进行了详细研究，并且发现了以下问题。应注意 至IJ，在本说明书中，没有任何特指的简单表述"光纤"指的是"多模光纤"。
[0004] 多模光纤是已知的其中传播着多个模（模式）的光传输介质。然而，特别是当这 些模中的辐射模（具有较大的群时延差（差分群时延）的高次模）沿多模光纤的纵向传播 时，传播模之间的群时延差将会增大；因此在实现多模光纤的更宽带宽方面存在限制。
[0005] 具体而言，当纤芯具有a次方折射率分布时，在纤芯的外周区域中，折射率沿径 向的变化率变大，因此实际制造的光纤的纤芯的折射率往往会偏离设计值。如果实际的折 射率分布偏离其理想形状，则模间色散会增大；因此，光纤的制造误差也是阻碍实现多模光 纤中的更宽带宽的因素。
[0006] 为了解决上述问题而完成了本发明，并且本发明的目的在于提供一种多模光纤， 其具有用于减少传播模之间的群时延差的结构，从而能够实现更宽的带宽。
[0007] 本发明涉及一种具有GI(渐变折射率）型折射率分布的GI型多模光纤，该多模光 纤包括折射率从中心轴线沿径向连续下降的区域（其为具有a次方折射率分布的区域）， 并且这种多模光纤就结构而言明显与用于长距离传输的单模光纤不同。GI型多模光纤还包 括具有设置在纤芯区域的外周面上且具有低折射率的沟槽部的GI型多模光纤（在下文中 也称为BI(弯曲不敏感）型多模光纤）、以及具有由高折射率的纤芯区域和低折射率的包层 区域构成的一般结构的多模光纤。
[0008] 根据本发明的实施例的多模光纤至少包括：纤芯，其沿着多模光纤的中心轴线延 伸并且具有a次方折射率分布；以及包层，其设置在纤芯外侧。可以通过采用纤芯的外周 面与包层直接接触的接触式结构来构造多模光纤。还可以通过采用除了纤芯和包层之外还 具有设置在纤芯与包层之间的中间层的多层结构来构造多模光纤。
[0009] 根据本实施例的多模光纤通过将相对于基模具有较大群时延差的高次模主动地 耦合到包层模（或通过将高次模主动地泄漏到包层侧）而能够实现更宽的带宽。具体而 言，本实施例的第一方面包括用于将在远离纤芯的中心区域的外周区域中生成的具有较大 群时延差的模（高次模）泄漏到位于纤芯外侧的包层中的结构。这能够将纤芯中的传播模 之间的群时延差保持为较小，以便实现多模光纤中的更宽带宽。在本说明书中，纤芯的中心 区域限定为光密度基本上不足以显著影响传播模之间的群时延差的区域，并且限定为沿径 向与中心轴线相距的距离不超过纤芯半径的20%的区域。纤芯的外周区域限定为围绕该中 心区域的区域，并且限定为以下区域：在该区域中，折射率沿径向的变化率较大，在光纤的 制造过程中实际折射率分布往往会偏离设计值，并且如果实际发生了偏离则容易因折射率 的偏差而生成辐射模。
[0010] 在本实施例的第一方面中，纤芯包括：折射率分布遵循a次方折射率分布的区 域；以及折射率相对于a次方折射率分布的理想形状具有偏差并且就相对折射率差而言 偏差量的绝对值不小于〇. 005%的区域（其被称为分布偏差部）；偏差量的绝对值最大的点 位于纤芯的外周区域（处于纤芯内部并且与中心相距的距离超过纤芯半径的20%的部分） 中，并且位于具有比包层的折射率低的折射率的低折射率区域中。该低折射率区域可以是 比纤芯的外周区域宽的区域。
[0011] 作为适用于第一方面的第二方面，纤芯的中心区域中的折射率可以高于包层的折 射率。当对纤芯的中心区域的折射率高于包层的折射率的情况与纤芯的中心区域的折射率 低于包层的折射率的情况进行比较时，在纤芯的中心区域的折射率高于包层的折射率的情 况下，可以将光纤弯曲造成的传输损耗保持为比在后一种情况下光纤弯曲造成的传输损耗 低。
[0012] 作为适用于第一方面和第二方面中的至少任一方面的第三方面，包层优选地为掺 杂有氯的包层。作为适用于第一方面至第三方面中的至少任一方面的第四方面，可以通过 采用纤芯的外周面与包层直接接触的结构来构造多模光纤。另一方面，作为适用于第一方 面至第三方面中的至少任一方面的第五方面，如上所述，可以通过采用还包括设置在纤芯 与包层之间并且具有比包层低的折射率的中间层的结构来构造多模光纤。通过第四方面和 第五方面中的任一方面，也可以将纤芯中的传播模之间的群时延差保持为较小，以便能够 实现更宽的带宽。
[0013] 从下面给出的详细说明和附图中能够更充分地理解根据本发明的各个实施例。所 示出的这些实施例仅用于说明的目的，因此不应被视为对本发明的限制。
[0014] 从下文中给出的详细说明可以清楚地得知本发明的进一步的应用范围。然而，应 理解的是，虽然详细的说明和具体实例表示本发明的优选实施例，但它们仅为了说明的目 的而示出，并且很显然，对于本领域技术人员显而易见的是，从该详细说明中能够理解本发 明的范围内的各种修改和改进。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图IA是示出根据第一实施例的多模光纤的横截面结构的视图，而图IB是其折射 率分布图。
[0016] 图2是用于说明分布偏差部的实例的视图。
[0017] 图3是示出图IA所示的多模光纤的横截面的一部分的视图，其作为图IA中用A 表示的区域的放大图。
[0018] 图4是用于说明分布偏差部的另一实例的视图。
[0019] 图5A是示出根据第二实施例的多模光纤的横截面结构的视图，而图5B是其折射 率分布图。
[0020] 图6是根据比较例的多模光纤的折射率分布图。
[0021] 图7是根据第一实施例和第二实施例的多模光纤以及根据比较例的多模光纤的 各个样本中的群时延差的发生状况的比较的表格。
【具体实施方式】
[0022] 下面将参考附图详细描述根据本发明的多模光纤的各个实施例。在对附图的描述 中，相同的元件将用相同的附图标记表示，而不进行重复说明。
[0023] (第一实施例）
[0024] 图IA是示出根据第一实施例的多模光纤的横截面结构的视图，而图IB是其折射 率分布图。
[0025] 图IA所示的第一实施例的多模光纤1具有沿着中心轴线AX(其与光轴一致）延伸 的纤芯11和设置在纤芯11的外周面上的包层12。纤芯11具有外径2a，含有GeO2 (二氧化 锗），并且具有折射率从与中心轴线AX-致的中心沿径向连续下降的a次方折射率分布。 纤芯11在其中心处具有最大折射率nl，并且在纤芯11与包层12之间的界面处具有最小折 射率n2。包层12含有氯，具有外径2b，并且具有不小于最小折射率n2的折射率n3。包层 12的折射率n3可以商于纤芯11的最大折射率nl。
[0026] 多模光纤1具有图IB所不的折射率分布150。图IB所不的折射率分布150不出 了在与图IA中的中心轴线AX(光轴）垂直的线Ll上的各个部分的折射率，并且折射率分 布150对应于沿多模光纤1的径向的折射率分布。更具体而言，从纤芯中心（与中心轴线 AX-致的半径r= 0处的位置）到半径r=a的区域151是与纤芯11对应的区域，而半径 r大于a且不大于b的范围内的区域152是与包层12对应的区域。
[0027] 通过拉制具有与图IB所示的折射率分布150类似的形状的折射率分布的光纤 母材（preform)来获得具有图IB所示的折射率分布150的多模光纤1。作为实例，通过 以下步骤获得光纤母材：用OVD(外部气相沉积）法制备与纤芯11对应的掺杂有用于调 节折射率的GeO2的纤芯母材、使纤芯母材经受脱水、烧结、拉伸等步骤、并且之后在所得到 的纤芯母材的外周上用VAD(汽相轴向沉积）法进一步制出与包层12对应的含有用于调 节折射率的氯的外周部。通过改变GeO2、氯等的沿径向的掺杂量可以控制光纤母材的折 射率分布的形状。例如，〇.V.mazurin等人发表的"玻璃数据手册A部分：石英玻璃和二 兀娃酸盐玻璃（handbookofglassdataPartA,silicaglassandbinarysilicate glasses) "(ELSEVIER，pp. 582-583,1983(文献I))示出了添加在作为光纤的主要材料的玻 璃材料中的GeO2的掺杂量与玻璃材料的折射率之间的关系。
[0028] 如图IB所示，纤芯11具有a次方折射率分布，并且由半径不超过纤芯半径a的 20%的中心区域和围绕中心区域的外周区域构成。在纤芯11的外周区域中，存在具有比包 层12低的折射率的低折射率区域S。由于在纤芯11的折射率变化率较大的外周区域（其 为在光纤制造过程中难以控制折射率分布的区域）中往往会形成包括如下部分的分布偏 差部D:在该部分中，纤芯的折射率分布相对于a次方折射率分布的理想形状具有偏差，并 且就相对折射率差而言偏差的最大值不小于〇. 005%，因此低折射率区域S设置为包括在 该外周区域中。低折射率区域S设置为包括沿多模光纤1的径向限定了分布偏差部D的区 域R中的分布偏差最大的点。由于纤芯11中的各个部分的折射率与包层12的折射率之间 的关系限定了纤芯11的外周区域与低折射率区域S之间的关系，因此很自然地，低折射率 区域S可以大于纤芯11的外周区域（其为位于纤芯内部并且与纤芯中心相距的距离超过 纤芯半径的20%的区域）。当包层12的折射率n3高于纤芯11的中心部分（沿径向与纤 芯的中心轴线相距的距离不超过半径的20%的部分）中的最低折射率（与纤芯中心相距的 距离为纤芯半径的20%的点处的折射率）时，低折射率区域S变为大于纤芯的外周区域。 相反，如果包层12的折射率n3低于纤芯11的中心部分（沿径向与纤芯的中心轴线相距的 距离不超过半径的20%的部分）中的最低折射率（与纤芯中心相距的距离为纤芯半径的 20%的点处的折射率），则低折射率区域S变为小于纤芯的外周区域。如果包层12的折射 率n3大于纤芯的最大折射率nl，则整个纤芯都变为低折射率区域S。
[0029] 图2是详细示出形成在低折射率区域S中的分布偏差部D的视图。在图2中，虚 线150a表示纤芯的a次方折射率分布的理想形状（其将被称为理想分布）。
[0030] S卩，纤芯11中的折射率分布的形状由指数a限定，通常该指数a选自1.9至2.3 的范围内的数值。具体而言，由下面的表达式（1)给出纤芯11的最大折射率nl相对于纤 芯11的最小折射率n2的最大相对折射率差△。由下面的表达式（2)给出具有半径a的纤 芯的与纤芯中心相距的距离为r处的折射率n(r)的理想分布150a。
【权利要求】
1. 一种多模光纤，包括：纤芯；w及设置在所述纤芯的外侧的包层， 其中，在与所述多模光纤的中也轴线垂直的横截面中，所述纤芯由与所述中也轴线相 距的距离不超过所述纤芯的半径的20%的中也区域和围绕所述中也区域的外周区域构成， 所述纤芯包括：折射率分布遵循a次方折射率分布的区域；W及折射率相对于所述 a次方折射率分布的理想形状具有偏差并且就相对折射率差而言偏差量的绝对值不小于 0.005%的区域，所述偏差量的绝对值最大的点位于所述外周区域中，并且所述偏差量的绝 对值最大的所述点处的折射率低于所述包层的折射率。
2. 根据权利要求1所述多模光纤，其中，所述纤芯的所述中也区域中的折射率高于所 述包层的折射率。
3. 根据权利要求1所述多模光纤，其中，所述包层惨杂有氯。
4. 根据权利要求1所述多模光纤，其中，所述纤芯的外周面与所述包层接触。
5. 根据权利要求1所述多模光纤，还包括中间层，所述中间层设置在所述纤芯与所述 包层之间，并且具有比所述包层低的折射率。
【文档编号】G02B6/028GK104345381SQ201410377342
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2013年8月2日
【发明者】坂部至, 米泽和泰 申请人:住友电气工业株式会社