CN101907738B

CN101907738B - 纤芯包层界面优化和包层效应降低的甚宽带宽多模光纤

Info

Publication number: CN101907738B
Application number: CN201010198579.9A
Authority: CN
Inventors: D·莫兰; K·德容; P·西亚尔; Y·吕米内奥
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2030-06-07
Also published as: US8867880B2; JP5830228B2; US20100310218A1; EP2259105B1; CN101907738A; ES2897829T3; JP2011008248A; EP2259105A1; FR2946436A1; FR2946436B1; DK2259105T3

Abstract

本发明涉及一种纤芯包层界面优化和包层效应降低的甚宽带宽多模光纤。一种包括由外光包层所包围的纤芯的多模光纤，纤芯从中心到外围：具有半径(r₁)和相对于外光包层的阿尔法折射率分布的中心纤芯；位于中心纤芯的外围的、具有宽度(w_t)以及相对于外光包层的折射率差(Δn_t)的凹陷沟槽，其中中心纤芯的直径具有50±3μm的值，凹陷沟槽的宽度(w_t)在0.5μm和2μm之间，并且凹陷沟槽相对于外光包层的折射率差(Δn_t)在-4×10^-3和-1×10^-3之间。

Description

纤芯包层界面优化和包层效应降低的甚宽带宽多模光纤

技术领域

本发明涉及通过光纤传输的领域，并且更加具体地，涉及用于高带宽应用的多模光纤。

背景技术

光纤常规地由具有传输和可选地放大光信号的功能的纤芯，以及具有将光信号限制在纤芯内的功能的光包层所组成。为此，纤芯的折射率n_c与包层的折射率n_g的关系为n_c＞n_g。

折射率分布表示将光纤的折射率与其半径相关联的函数的标绘图。到光纤中心的距离常规地在x轴上示出，而在此特定的距离上的折射率与光纤包层的折射率之间的差在y轴上示出。一般地，折射率分布依据其外观而分类。因而对于具有梯级、梯形、三角形，或者渐变形状的标绘图，折射率分布相应地按照“梯级”、“梯形”、“三角形”，或者“阿尔法”来描述。这些曲线代表光纤的理论或设置分布，而光纤的生产限制可造成略微不同的分布。

存在两种主要类型的光纤，即，多模光纤与单模光纤。在多模光纤中，对于给定的波长，数个光模式沿光纤同时传播，而在单模光纤中，更高阶的模式被强烈地衰减。单模或多模光纤的典型直径为125μm。多模光纤的纤芯通常具有50μm或者62.5μm的直径，而单模光纤的纤芯一般具有大约6μm到9μm的直径。由于源、连接器以及维护具有较低的成本，因而多模系统比单模系统便宜。

多模光纤多用于需要宽带宽的短距离应用，比如本地网络或LAN(局域网)。多模光纤成为了在ITU-T G.651.1标准下的国际标准化的主题，该标准为了光纤间的兼容性而定义带宽、数值孔径(定义为纤芯折射率分布的最大折射率的平方与包层的折射率的平方之间的差值的平方根)以及纤芯直径的特定准则。此外，OM3标准被采用以满足在长距离上(即，高于300m的距离)的高带宽应用(即，数据速率高于1GbE)。随着高带宽应用的发展，多模光纤的平均纤芯直径已从62.5μm降低到50μm。

光纤必须具有尽可能宽的带宽以使得它可用于高带宽应用中。对于给定的波长，光纤的带宽以将在随后解释的多种不同的方式表征。对所谓OFL或“过满注入”条件中的带宽和所谓EMB或“有效模态带宽”条件中的带宽加以区别。OFL带宽的获得假设使用在光纤的整个径向表面上表现出均匀的激发的光源，比如激光二极管或LED(发光二极管)。然而，最近开发出的在高带宽应用中使用的光源，比如VCSEL(垂直腔面发射激光器)，在光纤的径向表面上表现出不均匀的激发。对于这种类型的光源，OFL带宽较不适合，并且在这种情况下使用有效模态带宽或EMB条件是优选的。计算的有效模态带宽或EMBc，独立于所使用的VCSEL类型估算多模光纤的最小EMB。EMBc以广为人知的方式获取自DMD(分散模式延迟)测量。

图1示出依据FOTP-220标准如在它的2002年11月22日的TIASCFO-6.6版本中发布的准则的DMD测量的示意图。图1示出作为由光包层所包围的纤芯的光纤的一部分的示意图。DMD标绘图通过将具有给定波长λ₀的光脉冲连续地注入多模光纤中并在每个连续脉冲之间具有径向偏移，并且通过测量光纤的给定长度L之后的每个脉冲的延迟而获得。具有相对于多模光纤的纤芯的中心的不同径向偏移地注入相同光脉冲。具有特定径向偏移的注入光脉冲在图1中被描绘为在光纤的纤芯上的黑点。为了表征具有50μm直径的光纤，FOTP-220标准需要进行24个单独的测量，每一个都针对不同径向偏移。从这些测量中，可以以广为人知的方式推断出模态分散DMD以及计算的有效模态带宽EMBc。

TIA-492AAAC-A标准对于具有50μm直径的多模光纤规定在长距离上的以太网高带宽传输网络应用所需的性能。标准OM3确保EMB在850nm上高于或等于2000MHz·km，以获得对于在达300m的距离上的10Gb/s(10GbE)的数据速率的无差错传输。标准OM4将确保EMB在850nm上高于或等于4700MHz·km，以获得对于在达550m的距离上的10Gb/s(10GbE)的数据速率的无差错传输。

在多模光纤中，带宽产生自沿光纤的多个模式的传播时间或群延迟时间之间的差。特别是对于同一传播介质(即，梯级折射率类型的多模光纤)，不同的模式具有不同的群延迟时间。这种在群延迟时间中的差造成沿光纤的不同径向方向传播的脉冲之间的时间滞后。例如，在图1中，如在图1的右侧的图中可见，观察到单独的脉冲之间的时间滞后，其中每条迹线为单独的脉冲，并且针对每个脉冲，以纳秒为单位的时间标绘在x轴上，以微米为单位的径向偏移标绘在y轴上。可以看到，在峰中存在差异，其意味着单独的脉冲之间的时间滞后。这种时间滞后导致产生的光脉冲的展宽。这种展宽造成使该脉冲被叠加到随后的脉冲上的风险，并因此造成降低由光纤所支持的数据速率及由此的带宽的风险。带宽因此直接联系到在光纤的多模纤芯中传播的光模式的群延迟时间。为了确保宽带宽，需要所有的模式的群延迟时间一致，即，对于给定的波长，模态间分散为零，或者至少是最小化的。

为了减小多模光纤中的模态间分散，已提出制造具有“阿尔法”纤芯分布的渐变折射率光纤。这样的光纤已被使用了若干年并且它的特性特别地在“Multimode theory of graded-core fibres”，D.Gloge等人，Bell system Technical Journal 1973，pp 1563-1578中描述，并且在“Comprehensive theory of dispersion in graded-index optical fibers”，G.Yabre，Journal of Lightwave Technology，2000年2月，Vol.18，No.2，pp 166-177中概述。

渐变折射率分布或者阿尔法折射率分布(这两个术语是等效的)可以由在一点上的折射率值n作为从这点到光纤的中心的距离r的函数之间的关系，依据以下等式定义：

n = n_{1} \sqrt{1 - 2 Δ {(\frac{r}{a})}^{α}}

其中α≥1；

n₁为多模纤芯的最大折射率；

a为多模纤芯的半径；以及

Δ = \frac{(n_{1}^{2} - n_{0}^{2})}{2 n_{1}^{2}}

其中n₀为多模纤芯的最小折射率，通常对应于包层(通常用二氧化硅制成)的折射率。

具有渐变折射率的多模光纤因此具有旋转对称的纤芯分布从而使折射率的值从光纤的中心沿光纤的任意径向方向到它的外围连续降低。当多模光信号在这样的渐变折射率纤芯中传播时，不同的光模式经历不同的传播介质(由于不同的折射率)，不同的传播介质不同地影响它们的传播速度。通过调节参数α的值，可以获得对于全部模式几乎都相等的群延迟时间并从而获得降低的或者甚至为零的模态间分散。

然而，实际生产出的多模光纤的折射率分布包括由恒定折射率的外包层所包围的渐变折射率中心纤芯。因而，多模光纤的纤芯不会对应于完美的阿尔法分布，因为纤芯(具有阿尔法分布)与外包层(具有恒定折射率)的界面中断了这种阿尔法分布。这种外光包层相对于低阶模式加速高阶模式。称为“包层效应”的这种现象，可见于在图2中展现的DMD测量的图中。观察到，对于最高径向位置(即，高径向偏移，例如20微米以上)获取的响应随后显现出多个脉冲。这些脉冲是由于这样的事实：高阶模式在通过包层而不是通过纤芯的时候会被加速，在这种情况下这些高阶模式将会在与低阶模式不同的时间到达。这样的多个脉冲的存在反映在得到的响应的时间展宽。由于这种包层效应，带宽因而被降低。

为了实现由TIA-492AAAC-A标准制定的性能，必须限制在光纤中的包层效应。

文件WO-A-2006/010798描述包括渐变折射率中心纤芯以及位于中心纤芯的外围的凹陷沟槽的多模光纤。中心纤芯的渐变折射率分布延伸至凹陷沟槽的底部(延伸的凹陷梯度纤芯)，后面是恒定折射率的凹陷。这种现有技术分布的类型在图10C(在以下解释)中示出。延伸的凹陷梯度纤芯被认为是纤芯的一部分，并且恒定折射率的凹陷被认为是凹陷沟槽。在外光包层下并且至延伸的凹陷梯度纤芯的形式的凹陷沟槽的底部的阿尔法折射率纤芯的延伸能够导致纤芯的尺寸的增加，此纤芯随后变得与以上所解释的OM3和OM4标准不兼容。由于凹陷沟槽的几何结构所固有的泄漏模式的传播，纤芯至负折射率值的延伸也能够造成损耗。

本发明人的WO-A-2009/054715公开包括具有渐变折射率分布的中心纤芯以及位于中心纤芯的外围的凹陷包层的多模光纤。纤芯的这种渐变折射率分布延伸至凹陷沟槽的底部，后面是恒定折射率的凹陷。这种现有技术分布的类型在图10C中示出(在以下解释)。在外光包层下并且至凹陷沟槽的底部的阿尔法折射率纤芯的延伸能够导致纤芯的尺寸的增加。这样的结果是，光纤变得与以上所解释的OM3和OM4标准不兼容。由于凹陷沟槽的几何结构所固有的泄漏模式的传播，纤芯至负折射率值的延伸也能够造成损耗。

文件US-A-4,339,174描述包括具有渐变折射率分布以及降低的包层效应的纤芯的多模光纤。然而此光纤具有60.5μm的直径，并且未对于高带宽应用而做出优化。

文件US-A-4,184,744公开包括具有渐变折射率分布的中心纤芯以及位于中心纤芯的外围的凹陷沟槽(称作中间层)的多模光纤。凹陷沟槽的厚度在纤芯的半径的0.1和1倍之间。对于具有50μm的半径的纤芯，中间层的厚度在5μm到50μm之间。

文件US-A-4,229,070和US-A-4,230,396描述具有由凹陷沟槽所包围的渐变折射率纤芯以降低包层效应的多模光纤。然而，描述的光纤具有60.5μm的直径，并且不适合于高带宽应用。

因此存在对于具有包括渐变折射率纤芯以及凹陷沟槽的折射率分布的多模光纤的需要，上述光纤提供降低的包层效应，以允许针对高带宽应用的高带宽。

发明内容

为此，本发明提出一种多模光纤，其包括由外光包层所包围的纤芯，纤芯从中心到外围包括：具有半径并且具有相对于外光包层的阿尔法折射率分布的中心纤芯，以及具有宽度以及相对于外包层的折射率差的、位于中心纤芯的外围的凹陷沟槽，其中中心纤芯的直径(两倍于半径)具有50±3微米(μm)的值，其中凹陷沟槽的宽度在0.5微米(μm)和2微米(μm)之间，并且其中凹陷沟槽相对于外光包层的折射率差在-4×10^-3和-1×10^-3之间。

根据一种实施方式，中心纤芯的阿尔法折射率分布的末端与外光包层之间的折射率差在-0.5×10^-3和0之间。

根据一种实施方式，光纤具有高于2000MHz·km的具有在25μm的径向偏移的带宽(径向偏移带宽-ROB25)。

根据一种实施方式，光纤具有高于4000MHz·km的具有在25μm的径向偏移的带宽。

根据一种实施方式，中心纤芯的阿尔法折射率分布具有阿尔法参数，其具有在1.9和2.1之间的值。

根据一种实施方式，光纤具有等于0.200±0.015的数值孔径(NA)。

根据一种实施方式，中心纤芯具有在11×10^-3和16×10^-3之间的、相对于外光包层的折射率差的最大值。

根据一种实施方式，凹陷沟槽相对于外光包层的折射率差在凹陷沟槽的整个宽度上是恒定的。

根据一种实施方式，光纤具有高于1500MHz·km的过满注入(OFL)带宽。

根据一种实施方式，光纤具有高于3500MHz·km的过满注入(OFL)带宽。

根据一种实施方式，光纤具有高于2000MHz·km的有效模态带宽(EMB)。

根据一种实施方式，光纤具有高于4000MHz·km的有效模态带宽(EMB)。

本发明还涉及一种包括根据本发明的光纤的至少一部分的多模光学系统。

根据一种实施方式，多模光学系统具有在达100米(m)上的高于或等于10GbE(Gb/s)的数据速率。

根据一种实施方式，多模光学系统具有在达300米(m)上的高于或等于10GbE(Gb/s)的数据速率。

附图说明

本发明的其他特点和优点将在阅读以举例的方式并参考附图给出的本发明的实施方式的描述中变得明晰，附图示出：

图1已经被描述成演示DMD测量的图示；

图2已经被描述成为DMD测量的标绘图；

图3展示作为以微米为单位的径向偏移的函数的、以兆赫兹千米为单位的径向偏移带宽(ROB)参数的趋势的标绘图；

图4通过标绘折射率对以微米为单位的光纤半径而示出根据本发明的光纤的折射率分布的图示；

图5到图7示出作为光纤的折射率分布的参数(凹陷沟槽的深度)的函数的，具有23微米(ROB23)、24微米(ROB24)以及25微米(ROB25)的径向偏移的全部以兆赫兹千米为单位的径向偏移带宽的测量的标绘图；

图8示出在根据现有技术的数条光纤上和在根据本发明的数条光纤上的、以兆赫兹千米为单位的ROB25参数的值的标绘图；

图9示出根据现有技术和根据本发明的光纤对于具有25μm的径向偏移(ROB25)的光脉冲注入的响应的两幅三维(3D)标绘图；根据现有技术的光纤展示于左图而根据本发明的光纤在右图。

图10通过标绘折射率对光纤中的半径而示出三个折射率分布的图示。图10A示出根据本发明的第一实施方式的光纤的折射率分布。图10B示出根据本发明的第二实施方式的光纤的折射率分布。图10C示出根据现有技术的光纤的折射率分布。

具体实施方式

本发明的光纤是包括具有相对于外光包层的阿尔法折射率分布的半径r₁的中心纤芯的多模光纤。根据本发明的光纤还包括位于中心纤芯的外围并且具有宽度w_t以及相对于外光包层的折射率差Δn_t的凹陷沟槽，从而最小化包层效应。本发明的特征的组合确保降低的包层效应。本发明的光纤使得大于2000MHz·km，甚至大于4700MHz·km的有效模态带宽(EMB)得以实现。这在以下更加详细的解释。

为了表征包层效应而确定ROB(径向偏移带宽)。该ROB构成提取自DMD测量的参数。DMD测量对于使得输入脉冲的空间宽度在850nm为5μm+/-0.5μm以及探测光纤(服务于将脉冲传输至多模光纤的单模光纤)与多模光纤之间的距离小于10μm的注入条件而获取。对于给定的波长λ₀(例如850nm)，表示为ROBX的，在径向偏移X上的ROB通过利用包含在对于在径向偏移X上的注入获取的输出脉冲的时间分布的展宽与形变中的信息而被计算。使用傅立叶变换以及脉冲解卷积获得的传递函数H^(X)对应于每个径向偏移。

设S_e(f)为根据TIA-455-220-A 5.1标准测量的输入脉冲的傅立叶变换。S_s(f，X)为对应于根据TIA-455-220-A 5.1标准测量的X偏移注入的输出脉冲的傅立叶变换，f为频率。

对于每个偏移注入X，传递函数可以定义如下：

H^{X} (f) = \frac{S_{s} (f, X)}{S_{e} (f)}

ROBX因此为传递函数H^X(f)在-3dB的带宽，其对应于在DMD测量中光纤对于在X的径向偏移的注入的响应。在实践中，对于-1.5dB的衰减计算带宽，并且随后假设高斯响应，对于-3dB的衰减外推带宽，并且乘以的因子(如对于有效带宽的计算的情况一样)：

10·log₁₀(H^(X)(f))＝-1.5

ROBX = \sqrt{2} \cdot f_{x}

图3中的标绘图示出作为测量于850nm的波长的径向偏移的函数的ROB。ROB值相对于在x轴上标绘的以微米为单位的径向偏移而在y轴上标绘。图3中的ROB对于带有具有不同的阿尔法参数值(阿尔法在2.04与2.08之间变化)的阿尔法折射率分布的光纤而标绘。观察到，对于在0与大约18μm之间的径向偏移r，ROBX在很大程度上取决于参数α的值。这意味着在0到18微米的径向偏移窗口中，不同的阿尔法值的迹线变化大大超出18μm的径向偏移(即，超出ROB18)，ROBX的值小于2000MHz·km。在ROB18之后，ROBX随后对于参数α不再非常敏感(即，不同的阿尔法值的迹线不显著地变化)，并且ROBX基本上取决于纤芯-包层界面。这些光纤的中心纤芯的半径为25微米，并且大致上在外层7微米(即，ROB18与ROB25之间)中，阿尔法分布的影响被大大降低，并且被凹陷沟槽和包层的影响所接替。

本发明的光纤在第一实施方式中具有如在图4中所演示的以及在图10A中所示意性地演示的折射率分布，其使得获取高于2000MHz·km并且甚至高于4000MHz·km的ROB25成为可能。根据本发明的光纤包括纤芯和外光包层，纤芯在中心包括具有渐变折射率或阿尔法折射率分布的中心纤芯。此中心纤芯在中心纤芯的中心(其中r₁为零)具有最大折射率，此折射率从光纤的中心(其中r₁为零)到中心纤芯的外围连续地减小，在外围处相对于外光包层的折射率差在它的最低点，其在示出于图4和图10A中的第一实施方式的情况中为零。包围中心纤芯的是凹陷沟槽。在本申请的说明书与权利要求中的凹陷沟槽的意思是具有小于外光包层的折射率n_g的折射率的光纤的径向部分，即，具有负折射率。凹陷沟槽以折射率中的基本上垂直的降低开始。

在本发明的第二实施方式(示出于图10B)中，中心纤芯的阿尔法折射率分布包括具有负折射率值的部分，即，渐变折射率中心纤芯“延伸”入凹陷沟槽。凹陷沟槽以折射率中的基本上垂直的降低开始，而具有负折射率的渐变折射率分布的部分被认为是渐变折射率中心纤芯的部分而不是凹陷沟槽的部分。

包围凹陷沟槽的是外光包层。在本发明的实施方式中，中心纤芯直接地由凹陷沟槽所包围；而凹陷沟槽直接地由外光包层所包围。

图10C示出现有技术的实施方式，例如如同公开的WO-A-2006/010798和WO-A-2009/054715那样。纤芯的这种现有技术渐变折射率分布延伸至凹陷沟槽的底部，后面是恒定折射率的凹陷。

应该注意，在一个实施方式中，凹陷沟槽在整个宽度w_t上具有恒定的负折射率值。然而，也可能凹陷沟槽包括两个或更多凹陷子沟槽，每个凹陷子沟槽具有独立的恒定的负折射率值。该实施方式未在附图中示出。

通常，根据本发明的凹陷沟槽具有深度Δn_t，即，相对于外光包层的负折射率差。此深度Δn_t在-4×10^-3和-1×10^-3之间。此取值范围的重要性可通过参考图5、图6和图7而被更好的理解。图5、图6和图7相应地示出在23微米(ROB23)、24微米(ROB24)和25微米(ROB25)的径向偏移上的径向偏移带宽的测量。以兆赫兹千米为单位的ROB在y轴上示出，而凹陷沟槽的深度Δn_t在x轴上示出。图5示出ROB23值，图6示出ROB24值并且图7示出ROB25值。

这些ROB值在某些参数已被改变的光纤上获取。凹陷沟槽的宽度w_t和深度Δn_t相应地在0.4μm与2μm之间和在-8×10^-3和-0.5×10^-3之间改变。此外，中心纤芯的阿尔法折射率分布的末端与外光包层之间的折射率差在-0.5×10^-3和0之间改变。在图10A中所示的第一实施方式的情况下此折射率差为零，而在图10B中所示的第二实施方式的情况下此折射率差在零以上。而且，数值孔径在0.2和0.22之间改变。

业已发现，凹陷沟槽的深度Δn^t是影响ROB23、ROB24和ROB25值的主要参数。深度Δn_t的最佳值使得在遵守由ITU-T G.651.1标准所制定的参数值的同时获得高于2000MHz·km的ROB23、ROB24和ROB25值成为可能。因而，根据本发明的凹陷沟槽的深度Δn_t的取值范围(即，0.5到2微米)确保包层效应由本发明光纤的凹陷沟槽所很好的补偿。

凹陷沟槽具有在0.5μm与2μm之间的宽度w_t。宽度w_t限制在最大为2μm的值，以保持光纤的数值孔径落入ITU-T G.651.1标准之内。

光纤的中心纤芯具有25μm的半径r₁(即，50μm的直径)。中心纤芯的渐变折射率分布具有对于通常为多模光纤的阿尔法系数的值：α例如在1.9和2.1之间。中心纤芯相对于外光包层的折射率差具有在11×10^-3和16×10^-3之间的最大值Δn₁(在中心纤芯的中心)。

中心纤芯的渐变折射率分布的末端与外光包层之间的折射率差在-0.5×10^-3和0之间。如果中心纤芯的渐变折射率分布的末端与外光包层之间的折射率差为零，那么中心纤芯的渐变折射率分布不延伸至外光包层的折射率水平以下。

在其中中心纤芯的渐变折射率分布的末端与外光包层之间的折射率差为正的另一实施方式中，中心纤芯的渐变折射率分布延伸至外光包层的折射率水平以下。然而，对于现有技术光纤，如公开于图10C中的那样，中心纤芯的渐变折射率分布的延伸不达到凹陷沟槽的底部。因而由于固有的泄漏模式的传播造成的衰减被限制。

为了成本的原因，外光包层通常由天然二氧化硅制成，但是它也可以由掺杂的二氧化硅制成。

通过对比根据现有技术的光纤与根据本发明的光纤，本发明的优点将会更加明显。现有技术的光纤与根据本发明的光纤具有相同的光学参数，除了凹陷沟槽被制出。凹陷沟槽的相应的参数在下表中示出：

	深度Δn_t×10³	宽度w_t(μm)
			现有技术	-0.8	8
本发明	-3	8

图8示出在如在上表中所公开的根据现有技术的光纤上和根据本发明的光纤上所获取的，在25微米的径向偏移上的径向偏移带宽(ROB25)的值。据观察所得，根据本发明的光纤中的大多数都具有高于2000MHz·km的、大约为10000MHz·km的ROB25值，而根据现有技术的光纤具有大约1000MHz·km的ROB25值。根据本发明的光纤因此具有至少为现有技术的光纤的两倍的ROB25，这对于以上所述的包层效应的所需降低而言是期望的。

图9示出在以上所述的表中的，根据现有技术与根据本发明的光纤对于在25μm的径向偏移上的光脉冲的注入的响应。根据现有技术与根据本发明的光纤的响应相应地在图9中的左侧和右侧标绘图中示出。每幅标绘图在x轴上示出时间标度，在y轴上示出每条光纤的编号，并且在侧面，示出输出信号的标准化幅值。根据现有技术的光纤的响应中的绝大多数示出多个脉冲，而根据本发明的光纤的响应中的大多数示出单个脉冲。由此可以得出结论，在相较于根据现有技术的光纤时，包层效应在根据本发明的光纤中被降低。

通过比较图8观察图9可以发现，根据本发明的光纤具有高于2000MHz·km或者甚至高于4000MHz·km的ROB25值，并且以单个脉冲(本发明光纤)而不是多个脉冲(现有技术)的形式展现出对于25μm的径向偏移的响应。因此，根据本发明的光纤具有较小的包层效应，其允许对于高带宽应用的宽带宽，并且由此实现本发明的目的之一。

根据本发明的光纤与ITU-T G.651.1标准相兼容。它具有50μm的中心纤芯直径以及0.2±0.015的数值孔径。应当注意，渐变折射率中心纤芯不在凹陷沟槽中延续。这确保了保持由所述标准所制定的数值孔径以及衰减包层效应。

根据实施方式，根据本发明的光纤与OM3标准相兼容，即，大于2000MHz·km的有效模态带宽EMB与小于0.3ps/m的模态分散，以及大于1500MHz·km的OFL带宽。根据另一实施方式，根据本发明的光纤与OM4标准相兼容，即，大于4700MHz·km的有效模态带宽EMB与小于0.14ps/m的模态分散，以及大于3500MHz·km的OFL带宽。

根据本发明的光纤可以通过以公知的方式将它们从最终预型体中拉出而生产。

最终预型体可以通过为以公知的方式生产的初级的预型体提供外包覆层(即，所谓的包覆工艺)而生产。这种外包覆层包含掺杂或未掺杂的天然的或合成的二氧化硅玻璃。有数种方法可选用以提供外包覆层。

例如在第一方法中，可以通过在热的影响下将天然的或合成的二氧化硅颗粒沉积并玻璃化于初级预型体的外围而提供外包覆层。这样的工艺已知自例如US 5,522,007，US 5,194,714，US 6,269,663和US 6,202,447。

在方法的另一个范例中，初级预型体可以使用可能被掺杂或可能未被掺杂的二氧化硅套管进行包覆。此套管可以随后被塌缩到初级预型体上。

还在另外的可选方法中，包覆层可以通过OVD(外气相沉积)方法而应用，其中第一烟粒层被沉积到初级预型体的外围，随后上述烟粒层被玻璃化以形成玻璃。

初级预型体可以使用包括但不限于比如OVD和VAD(气相轴向沉积)之类的外气相沉积技术以及比如MCVD(改进化学气相沉积)、FCVD(熔炉化学气相沉积)和PCVD(等离子体化学气相沉积)之类的内沉积技术的已知技术生产，其中玻璃层被沉积在由掺杂的或未掺杂的二氧化硅玻璃构成的基底管的内表面上。

在优选实施方式中，初级预型体使用PCVD工艺生产，因为这种工艺允许对中心纤芯的渐变折射率分布的形状的非常精确的控制。

凹陷沟槽可以作为化学气相沉积工艺的一部分被沉积在基底管的内表面上。然而在优选实施方式中，凹陷沟槽通过使用氟掺杂基底管作为用于渐变折射率中心纤芯的沉积的内部沉积工艺的起始点而生产，或者凹陷沟槽通过用氟掺杂二氧化硅管来为使用外沉积工艺产生的渐变折射率中心纤芯装套管而生产。

还在另外的实施方式中，初级预型体使用在其中使用氟掺杂基底管的内部沉积工艺生产，产生的包括沉积层的管可以由一个或多个额外的氟掺杂二氧化硅管所套管，用以增加凹陷沟槽的厚度，或者用以制造在其宽度上具有变化的折射率的凹陷沟槽。虽然不必要，但是所述一个或多个额外的套管优选地在进一步的包覆步骤进行以前塌缩到初级预型体上。套管和塌缩的工艺有时被称为套式冷却(jacketing)，并且如果这被需要的话可以重复进行，用以在初级预型体的外部构建数个玻璃层。

本发明不限制在通过举例的方式而描述的实施方式。根据本发明的光纤可以被安装在众多的传输系统中，具有与系统的其他光纤的良好兼容性。例如，根据本发明的多模光纤可例如用于具有提高的带宽的以太网光学系统中。

Claims

1.一种包括由外光包层所包围的纤芯的多模光纤，所述纤芯从中心到外围包括：

中心纤芯，其具有半径(r₁)和相对于所述外光包层的阿尔法折射率分布；

凹陷沟槽，其位于所述中心纤芯的外围，具有宽度(w_t)以及相对于所述外光包层的折射率差(Δn_t)；

其中

所述中心纤芯的直径为r₁的2倍，具有50±3μm的值；

所述凹陷沟槽的宽度(w_t)在0.5微米(μm)和2微米(μm)之间；

所述凹陷沟槽相对于所述外光包层的折射率差(Δn_t)在-4×10^-3和-1×10^-3之间；

所述中心纤芯的阿尔法折射率分布的末端与所述外光包层之间的折射率差在-0.5×10^-3和0之间；以及

其中所述光纤具有等于0.200±0.015的数值孔径(NA)；

其中所述中心纤芯具有在11×10^-3和16×10^-3之间的相对于所述外光包层的折射率差的最大值(Δn₁)。

2.根据在前的权利要求之一的光纤，其具有高于2000MHz·km的具有在25μm的径向偏移的带宽(径向偏移带宽-ROB25)。

3.根据权利要求1或2所述的光纤，其具有高于4000MHz·km的具有在25μm的径向偏移的带宽(ROB25)。

4.根据权利要求1或2所述的光纤，其中所述中心纤芯的阿尔法折射率分布具有阿尔法参数(α)，其具有在1.9和2.1之间的值。

5.根据权利要求1或2所述的光纤，其中所述凹陷沟槽相对于所述外光包层的折射率差(Δn_t)在所述凹陷沟槽的整个宽度(w_t)上是恒定的。

6.根据权利要求1或2所述的光纤，其具有高于1500MHz·km的过满注入(OFL)带宽。

7.根据权利要求1或2所述的光纤，其具有高于3500MHz·km的过满注入(OFL)带宽。

8.根据权利要求1或2所述的光纤，其具有高于2000MHz·km的有效模态带宽(EMB)。

9.根据权利要求1或2所述的光纤，其具有高于4000MHz·km的有效模态带宽(EMB)。

10.一种包括根据权利要求1到9中的任意一个的多模光纤的至少一部分的多模光学系统。

11.根据权利要求10的系统，其具有在达100米(m)的距离上的高于或等于10GbE(Gb/s)的数据速率。

12.根据权利要求10的系统，其具有在达300米(m)的距离上的高于或等于10GbE(Gb/s)的数据速率。