CN102124385B - 具有至少两个包层的多模光纤 - Google Patents

Abstract

本发明的一方面是一种渐变折射率多模光纤。该光纤包括一纤芯区域，其从中心线向外径向延伸至半径R₁并具有正相对折射率的百分比分布Δi(r)。该纤芯区域具有最大相对折射率百分比为Δ_MAX。该光纤还包括第一环形包层区域，其围绕并直接邻近纤芯区域并且延伸至半径R₂，具有宽度W₂为R₂-R₁。第一环形包层区域具有相对折射率百分比分布Δ3(r)，最小相对折射率百分比为Δ_2MIN。另外，该光纤还包括第二环形包层区域，其围绕第一环形包层区域且具有相对折射率百分比分布Δ_3(r)，最大相对折射率百分比为Δ_3MAX，其中Δ_3MAX≥0.05％。

Description

具有至少两个包层的多模光纤

发明背景

对相关申请的交叉引用

本申请要求2008年8月13日递交的美国临时专利No.61/088,490(题为“具有至少两个包层的多模光纤”)的权益和优先权，通过全部引用将其内容结合到本申请中。

发明领域

本发明一般涉及光纤，具体是渐变折射率多模光纤。

背景技术

多模光纤的带宽(MMF)大部分受限于模间色散。为了降低模间色散，将MMF设计为渐变折射率α分布。对于最优的带宽，参数α约为2。但是，抛开理想α分布，一个实际的MMF具有一个包层。对有效折射率与包层的相近、靠近截止频率的高阶模式来说，其时间延迟与无限α分布的时间延迟不同。在过去，由于例如弯曲和包层吸收等干扰的结果，导致它们的损耗很高，这些模式是无关紧要的。

但是，随着光纤玻璃和包层技术的改进，由微小弯曲和包层吸收造成的损耗已经被极大降低。因此，在实际应用过程中，一些高阶模式能够依然存在，而这限制了多模光纤的带宽。

发明概述

本发明的一方面是一种渐变折射率多模光纤。该光纤包括一纤芯区域，其从中心线向外径向延伸至半径R₁并具有正相对折射率的百分比分布Δ₁(r)。该纤芯区域具有最大相对折射率百分比为Δ_1MAX。该光纤还包括第一环形包层区域，其围绕并直接邻近纤芯区域并且延伸至半径R₂，具有宽度W₂为R₂-R₁。第一环形包层区域具有相对折射率百分比分布Δ₂(r)，最小相对折射率百分比Δ_2MIN。另外，该光纤还包括第二环形包层区域，其围绕第一环形包层区域且具有相对折射率百分比分布Δ₃(r)，最大相对折射率百分比为Δ_3MAX，其中Δ_3MAX≥0.05％。

另一方面，本发明涉及一种渐变折射率多模光纤。该光纤包括一纤芯区域，从中心线向外径向延伸至半径R₁并具有正相对折射率的百分比分布Δ₁(r)。该纤芯区域具有最大相对折射率百分比Δ_1MAX。该光纤还包括第一环形包层区域，其围绕并直接邻近纤芯区域并且延伸至半径R₂，具有宽度W₂为R₂-R₁，其中W₂大于5μm。第一环形包层区域具有相对折射率百分比分布Δ₂(r)，最小相对折射率百分比Δ_2MIN。另外，该光纤还包括第二环形包层区域，围绕第一环形包层区域且具有相对折射率百分比分布Δ₃(r)，最大相对折射率百分比为Δ_3MAX，其中(Δ_3MAX-Δ_2MIN)≥0.05％。

在上述方面中，纤芯区域优选alpha(α)介于1.8和2.5之间。在上述方面中，光纤优选为在850nm波长处能传播至少两个模式群，其中在850nm波长处最快的和最慢的传播的模式群的最大差分延迟小于5ns/km。

将在以下详细描述中阐述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点部分对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图的本文所述的本发明可认识到。

应当理解的是，以上概述和以下详细描述两者给出本发明的实施方式，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，且被结合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方式，并与本描述一起用于说明本发明的原理和操作。

附图说明

图1示意性地示出了依照本文所公开的一个实施方式的光波导光纤横截面；

图2示意性地示出了与具有恒定折射率包层的光波导光纤对应的折射率分布；

图3表示图2中的光纤分布的微分模延迟时间与模数的关系；

图4示意性地示出了与一种光波导光纤对应的折射率分布，该光波导光纤具有来自理想alpha分布的畸变和恒定折射率包层；

图5表示图4中的光纤分布的微分模延迟时间与模数的关系；

图6示意性地示出了与本发明所公开的一种光波导光纤对应的折射率分布；

图7表示图6中的光纤分布的微分模延迟时间与模数的关系；

图8示意性地示出了与本发明所公开的一种光波导光纤对应的折射率分布；

图9表示图8中的光纤分布的微分模延迟时间与模数的关系；

图10示意性地示出了与本发明所公开的一种光波导光纤对应的折射率分布；

图11表示图10中的光纤分布的微分模延迟时间与模数的关系；

图12示意性地示出了与本发明所公开的一种光波导光纤对应的折射率分布；

图13表示图12中的光纤分布的微分模延迟时间与模数的关系；

图14示意性地示出了与本发明所公开的一种光波导光纤对应的折射率分布；

图15表示图14中的光纤分布的微分模延迟时间与模数的关系；

图16示意性地示出了与本发明所公开的一种光波导光纤对应的折射率分布；

图17表示图16中的光纤分布的微分模延迟时间与模数的关系；

图18表示图2中的光纤分布和图12中的光纤分布的带宽与波长的关系；

图19表示图12中的光纤分布和修正版本的图6中的光纤分布的带宽与波长的关系。

具体实施方式

将详细说明本发明的优选实施方式，即附图所示的例子。只要可能，对于相同或相似的部件，在全部附图中将使用相同的附图标记。

“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”或“Δ”被定义为

其中n_i是区域i中的最大折射率，除非另有说明，并且n_s是纯净未掺杂的石英玻璃的平均折射率。除非另有说明，本文中使用的折射率都用Δ来表示，其值以“％”为单位给出。除非另有说明，相对折射率百分比是在800nm下测得的。如果某个区域的折射率小于纯净未掺杂的石英玻璃的平均折射率，那么相对折射率为负，被称为具有下陷区域或下陷折射率，而且除非另有说明，是在相对折射率负值最大的点处计算得出的。如果某个区域的折射率大于未掺杂的纯石英玻璃的平均折射率，那么相对折射率为正，并且该区域可以被说成升高的或是具有正的折射率。本文中的“上掺杂剂”被视为相对于纯净未掺杂的SiO₂而言能够提高折射率的掺杂剂。本文中的“下掺杂剂”被视为相对于纯净未掺杂的SiO₂而言能够降低折射率的掺杂剂。当伴有一种或多种非上掺杂剂的其它掺杂剂时，上掺杂剂便可以存在于具有负相对折射率的光纤区域中。同样，一种或多种非上掺杂剂的其它掺杂剂可以存在于具有正相对折射率的光纤区域中。当伴有一种或多种非下掺杂剂的其它掺杂剂时，下掺杂剂可以存在于具有正相对折射率的光纤区域中。同样，一种或多种非下掺杂剂的其它掺杂剂可以存在于具有负相对折射率的光纤区域中。

因此，由一个给定区域的一种特定掺杂剂对相对折射率百分比或Δ的贡献可得到详细说明。例如，GeO₂对于相对折射率百分比的贡献可以被定义为：

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{GeO}2}=\frac{n_{\mathrm{GeO}2}^2-n_{\mathrm{SiO}2}^2}{2n_{\mathrm{GeO}2}^2}$

相似地，氟对于相对折射率百分比的贡献可以被定义为：

${\mathrm{\Δ}}_F=\frac{n_F^2-n_{\mathrm{SiO}2}^2}{2n_F^2}$

相对折射率百分比或Δ值通常被定义在给定波长处。对于在本申请中实施的范例，波长为800nm。例如求出掺杂玻璃的折射率以及色散的Sellmeier公式的材料数据记载如下文章中：J.W.Fleming的″Material dispersion in Lightguideglasses(光导玻璃中的材料分布)″(Electronics Letters Vol.14，No.11，326-328(1978))。

术语“α-分布”是指相对折射率分布，以单位为“％”的术语Δ(r)来表示，其中r是半径，遵循下面的公式：，

Δ(r)＝Δ(r₀)(1-[|r-r₀|/(r₁-r₀)]^α)

其中，r₀是Δ(r)最大时所对应的点，r₁是Δ(r)％为零时所对应的点，并且r处于范围r_i≤r≤r_f中，其中Δ是上文定义过的，r_i是α-分布的起始点，r_f是α-分布的终止点，并且α是为实数的指数。

波导光纤的耐弯曲性可以通过计算在指定测试条件下引发的衰减而得到。例如，宏弯曲性能可根据FOTP-62(IEC-60793-1-47)通过围绕10mm或20mm直径的芯棒缠绕1匝(“1×10mm直径宏弯曲损耗”或“1×20mm直径宏弯曲损耗”)并利用一种过满注入条件测量由弯曲引起的衰减增加来确定。对于具有低宏弯曲损耗的光纤来说，该测量通过在芯棒上缠绕多匝来进行，以提高精确度。通过将总损耗除以缠绕芯棒的圈数，可将宏弯曲损耗归一化为1匝/m。

带宽可通过适当利用在TIA/EIA-455-204“Measurement of Bandwidth onMultimode Fiber(多模光纤上带宽的测量)”描述的TIA/EIA标准，或“FOTP-204”，或通过利用在TIA/EIA-455-220“Differential Mode Delay Measurement ofMultimode Fiber in the Time Domain(时域中多模光纤的差分模式延迟测量)”描述的TIA/EIA标准，或“FOTP-220”来测量。

本文公开的多模光纤中，纤芯是渐变折射率纤芯，并且优选，纤芯的折射率分布具有抛物线(或近似抛物线)状。例如，在某些实施方式中，纤芯的折射率分布具有数值约为2的α形状，优选介于1.8和2.3之间，在850nm处测得。在某些实施方式中，纤芯的折射率可具有中心线凹陷，其中纤芯的最大折射率和整个光纤的最大折射率位于中心线的不远处，但是在其他的实施方式中，纤芯的折射率没有中心线凹陷，且纤芯的最大折射率和整个光纤的最大折射率位于中心线处。如本文中所述，“抛物线”因此包括在纤芯的一个或更多个点处与数值2.00略有不同的近似抛物线状折射率分布，以及具有较小变化和/或中心线凹陷的分布。

如图1中所示，本文中公开的光波导光纤100优选包括纤芯区域20，该纤芯区域20从中心线向外径向延伸到纤芯区域的外径R₁，并且具有相对折射率分布Δ₁(r)，其最大相对折射率百分比Δ_1MAX；第一环形包层区域30，其围绕并且直接邻接纤芯区域20并延伸到半径R₂且具有相对折射率百分比分布Δ₂(r)，其最小相对折射率百分比为Δ_2MIN；以及第二环形包层区域40，其围绕第一环形包层区域30且具有相对折射率分布Δ₃(r)，其最大相对折射率百分比为Δ_3MAX；其中(Δ_3MAX-Δ_2MIN)≥0.05％。第二环形包层区域40被一次被覆层P和二次被覆层S围绕。R₁被定义成发生在从Δ_1MAX径向向外时Δ₁(r)第一次下降到Δ_3MAX-0.05％下的点处。R₂被定义成发生在从Δ_2MIN径向向外时Δ₂(r)第一次上升到Δ_3MAX-0.05％上的点处。第一环形包层30起始于R₁终止于R₂。第一环形包层30的宽度W₂是R₂-R₁。优选地，W₂大于5μm，以及Δ_1MAX大于0.50％。优选地，(Δ_3MAX-Δ_2MIN)≥0.1％，进一步优选地，(Δ_3MAX-Δ_2MIN)≥0.15％，更进一步优选(Δ_3MAX-Δ_2MIN)≥0.2％。

图6、8和10示出了第一组优选实施方式的例举的折射率分布，其中Δ_3MAX≥0.05％，进一步优选≥0.1％，更进一步优选≥0.15％，例如0.15％≤Δ_3MAX≤0.5％。在图6中，Δ₃(r)被示为在第二环形包层区域40中相对恒定。“相对恒定”是指约从R₂处至第二环形包层40的最外边缘，Δ₃(r)具有至少约为0.9×Δ_3MAX的相对折射率百分。在图8中，Δ₃(r)被示为在较高40A和较低40B相对折射率的区域交替。在图10中，Δ₃(r)被示为在较高40A和较低40B相对折射率的两个区域交替。在至少一个较高折射率区域处，Δ₃(r)具有最大相对折射率百分比Δ_3MAX。在至少一个较低折射率区域处，Δ₃(r)优选具有约为0的最小相对折射率百分比Δ_3MIN。虽然图10显示的一个实施方式具有较高40A的两个区域和较低40B相对折射率的两个区域，但是优选的实施方式包括那些具有更多或更少数目的这样的区域，例如一个较高相对折射率的区域被一个较低相对折射率的区域围绕(图8)，或是三个或更多个较高相对折射率的区域被三个以上较低相对折射率的区域围绕。在优选的实施方式中，较高和较低相对折射率的区域分别独立地具有的径向宽度至少为5μm，例如至少7.5μm，以及更进一步例如至少10μm。

在图6、8和10显示的实施方式中，Δ_2MIN优选至少为0％并可以约为0％，例如介于0％与0.01％之间。在优选的实施方式中，第一环形包层区域30不包含折射率下降的掺杂剂，例如氟。在优选的实施方式中，光纤不包含折射率下降的掺杂剂，例如氟。在优选的实施方式中，W₂大于5μm，例如大于或等于7.5μm，以及更进一步例如大于或等于10μm。在一个特定优选实施方式中，7μm≤W₂≤10μm。在优选的实施方式中，纤芯区域20和第二环形包层区域40掺杂有至少一种掺杂剂，选自由锗、铝、钛和磷组成的上掺杂剂群，或选自由氟或硼组成的下掺杂剂群。尤其优选的掺杂剂是锗、铝和氟。

在图6、8和10显示的示例性实施方式中，Δ_1MAX大于1.00％且R₁大于20μm。例如，在一组优选的实施方式中，1.00％≤Δ_1MAX≤2.00％，且20μm≤R₁≤30μm，如1.20％≤Δ_1MAX≤2.00％，且25μm≤R₁≤30μm。在其他优选的实施方式中，Δ_3MAX≥0.05％，Δ_1MAX小于1.00％且R₁小于20μm(没有显示在图6、8和10中)。例如，在一组优选的实施方式中，0.50％≤Δ_1MAX≤1.00％，且10μm≤R₁≤20μm，如0.50％≤Δ_1MAX≤0.80％，且10μm≤R₁≤15μm。同时有一点需要明确，在这些实施方式的每一个中，折射率分布能脱离理论alpha分布，在这些实施方式的每一个中，纤芯区域20优选具有介于1.8和2.5之间的alpha(α)，更优选介于1.9和2.2之间，还更优选介于2.0和2.1之间。在一个特定优选实施方式中，纤芯区域20具有约为2.06的alpha(α)。

例如，第一组的优选的实施方式包括那些实施方式，其中1.00％≤Δ_1MAX≤2.00％，0％≤Δ_2MIN≤0.02％，0.1％≤Δ_3MAX≤0.5％，20μm≤R₁≤30μm，5μm≤W₂≤10μm，并且纤芯区域20具有介于1.8和2.5之间的alpha(α)。第一组的优选实施方式还包括那些实施方式，其中0.50％≤Δ_1MAX≤1.00％，0％≤Δ_2MIN≤0.02％，0.1％≤Δ_3MAX≤0.5％，10μm≤R₁≤20μm，5μm≤W₂≤10μm，并且纤芯区域20具有介于1.8和2.5之间的alpha(α)。另外，第一组的优选实施方式包括那些实施方式，其中1.00％≤Δ_1MAX≤2.00％，0％≤Δ_2MIN≤0.02％，0.15％≤Δ_3MAX≤0.25％，20μm≤R₁≤30μm，7μm≤W₂≤10μm，并且纤芯区域20具有介于1.9和2.2之间的alpha(α)。另外，第一组的优选实施方式还包括那些实施方式，其中0.50％≤Δ_1MAX≤1.00％，0％≤Δ_2MIN≤0.02％，0.15％≤Δ_3MAX≤0.25％，10μm≤R₁≤20μm，7μm≤W₂≤10μm，并且纤芯区域20具有介于1.9和2.2之间的alpha(α)。

图12、14和16示出了第二组优选实施方式的示例性的折射率分布，其中(Δ_3MAX-Δ_2MIN)≥0.05％，进一步优选≥0.1％，更进一步优选≥0.15％，例如0.15％≤(Δ_3MAX-Δ_2MIN)≤0.5％，其中Δ_2MIN小于0％，如-0.05％≥Δ_2MIN≥-0.5％，W₂大于5μm。在这些实施方式中，Δ_3MAX优选约为0％，如介于0％和0.02％之间。在优选的实施方式中，W₂大于或等于7.5μm，如大于或等于10μm。在一个特定优选实施方式中，7μm≤W₂≤10μm。在优选的实施方式中，纤芯区域20掺杂有至少一种掺杂剂，其选自由锗、铝、钛和磷组成的上掺杂剂群，或选自由氟和硼组成的下掺杂剂群。尤其优选的上掺杂剂是锗和铝，并且一种上掺杂的纤芯区域也可额外掺杂氟。在优选的实施方式中，第一环形包层区域30掺杂有至少一种下掺杂剂，如氟。在其他优选的实施方式中，纤芯区域20和包层区域30下掺杂有同样的掺杂剂，如氟，而纤芯区域20额外掺杂有至少一种上掺杂剂，如锗。

在图12、14和16显示的示例性实施方式中，Δ_1MAX约为1.00％和R₁大于20μm。例如，在一组优选实施方式中，1.00％≤Δ_1MAX≤2.00％，且20μm≤R₁≤30μm，如1.20％≤Δ_1MAX≤2.00％，且25μm≤R₁≤30μm。在其他优选实施方式中，(Δ_3MAX-Δ_2MIN)≥0.05％，Δ_1MAX是小于1.00％和R₁小于20μm(没有显示在图12、14和16中)。例如，在一组优选实施方式中，0.50％≤Δ_1MAX≤1.00％，且10μm≤R₁≤20μm，如0.50％≤Δ_1MAX≤0.80％，10μm≤R₁≤15μm。同时有一点需要明确，在这些实施方式的每一个中，折射率分布能脱离理论alpha分布，在这些实施方式的每一个中，纤芯区域20优选具有介于1.8和2.5之间的alpha(α)，更优选介于1.9和2.2之间，还更优选介于2.0和2.1之间。在一个特定优选实施方式中，纤芯区域20具有约为2.06的alpha(α)。

例如，第二组的优选实施方式包括那些实施方式，其中1.00％≤Δ_1MAX≤2.00％，-0.5％≤Δ_2MIN≤-0.1％，0％≤Δ_3MAX≤0.02％，20μm≤R₁≤30μm，5μm≤W₂≤10μm，并且纤芯区域20具有介于1.8和2.5之间的alpha(α)。第二组的优选实施方式还包括那些实施方式，其中0.50％≤Δ_1MAX≤1.00％，-0.5％≤Δ_2MIN≤-0.1％，0％≤Δ_3MAX≤0.02％，10μm≤R₁≤20μm，5μm≤W₂≤10μm，并且纤芯区域20具有介于1.8和2.5之间的alpha(α)。另外，第二组的优选实施方式包括那些实施方式，其中1.00％≤Δ_1MAX≤2.00％，-0.2％≤Δ_2MIN≤-0.1％，0％≤Δ_3MAX≤0.02％，20μm≤R₁≤30μm，7μm≤W₂≤10μm，并且纤芯区域20具有介于1.9和2.2之间的alpha(α)。第二组的优选实施方式还包括那些实施方式，其中0.50％≤Δ_1MAX≤1.00％，-0.2％≤Δ_2MIN≤-0.1％，0％≤Δ_3MAX≤0.02％，10μm≤R₁≤20μm，7μm≤W₂≤10μm，并且纤芯区域20具有介于1.9和2.2之间的alpha(α)。

在优选的实施方式中，多模光纤可构成为传输波长在850nm处的模群，该模群至少为2、优选至少为5、如至少为10、和进一步如至少为15、和还甚至进一步至少为20，其中在850nm波长处，最快和最慢传输的模群之间的最大微分延迟优选小于5ns/km，进一步优选小于1ns/km，更进一步优选小于0.5ns/km，还可以更进一步优选小于0.2ns/km，且还更进一步优选小于0.1ns/km。

优选地，本文中所公开的光纤由气相沉积技术制得。更进一步优选地，本文中所公开的光纤由外部气相沉积(OVD)技术制得。因此，例如，已知的OVD沉积作用、固结和拉伸技术都可以有利地用于生产本文中所公开的光波导光纤。诸如改进的化学气相沉积(MCVD)或气相轴沉积(VAD)或等离子化学气相沉积(PCVD)等其它工艺都可以使用。因此，通过使用本领域技术人员所知的制造技术，包括但不限于OVD、VAD和MCVD工艺，可以实现本文所公开的光波导光纤的折射率和横截面分布。

优选地，本文中所公开的光纤具有以二氧化硅为基体的纤芯和包层。在优选的实施方式中，包层的外直径2×Rmax约为125μm。优选地，沿光纤的长度方向，包层的外直径恒定。在优选的实施方式中，光纤的折射率具有径向对称性。优选地，沿光纤的长度方向，纤芯的外直径具有恒定的直径。优选地，一层或多层涂层围绕并接触包层。该涂层优选是聚合物涂层，比如丙烯酸酯。优选地，沿光纤的长度方向和径向，该涂层都具有恒定的直径。

实施例

本发明将在下述实施例中得到进一步阐明，其中多模光纤的特性通过数值模拟得以评价。在这些实施例中，采用了在下述文章中详述的方案：T.A.Lenahan的“Calculation of modes in an optical fiber using the finite element method andEISPACK(使用有限元方法和EISPACK的光纤中的模数的计算)”，The BellSystem Technical Journal，Vol.62(No.9)：2663-2694(1983)。在实施例中，光纤的特性由标量波动方程决定：

$(\frac{1}{r}\frac{d}{\mathrm{dr}}r\frac{d}{\mathrm{dr}}-\frac{m^2}{r^2}+k^2)f\left(r\right)={\mathrm{\β}}^{2}f\left(r\right)$

其中，r是半径，f(r)是半径方向的本征场，k＝2πn(r)/λ，n(r)是折射率分布，λ是波长，m是标引模式的角参数，并且β是传播常数。对每一个m来说，可具有两个本征-模式μ，如此以来模数Q被定义为：

Q＝2μ+m+1

比较例1

图2示意性地示出了具有恒定折射率包层的光波导光纤对应的折射率分布。图2的分布显示了，纤芯的Δ峰值为1.0％，半径为25μm，alpha值为2.06。图2的光纤分布中的微分模延迟时间与模数的关系如图3所示。如在图3中能看到的，模数高达14时微分模延迟时间小于0.1ns/km。但是，在模数高于14处，延迟时间延长，使得那些最高阶模式(例如，模数从16到19的那些模式)的微分模延迟时间显示为接近1ns/km，其降低了光纤的带宽特性。

比较例2

图4示意性地示出了具有恒定折射率包层的光波导光纤对应的折射率分布，除了在靠近纤芯边缘处的理想alpha分布的畸变，其与图2中所示的折射率分布相同，这是为了模拟一种经常发现于实际光纤中的分布。图4的光纤分布中的微分模延迟时间与模数的关系如图5所示。如在图5中所示，因为该畸变，最高阶模式(例如，模数从16到19的那些模式)的延迟时间延长到与图3中所示的相比，基本上宽一个量级的范围，其最大的微分延迟时间约为10ns/km。该延长导致了光纤带宽特性的降低。

实施例1

图6示意性地示出了依照本发明的一个实施方式的折射率分布，其中，从半径35μm到包层的最外边缘处，包层上掺杂有GeO₂，其中Δ_3MAX为0.2％，Δ_2MIN为0％，并且光纤不包含下掺杂剂，如氟。图6的光纤分布中的微分模延迟时间与模数的关系如图7所示。每一个最高阶模式(例如，模数从16到19的那些模式)的微分模延迟时间显示为限定在约0.12ns/km的范围之内。

实施例2

图8示意性地示出了依照本发明的一个实施方式的折射率分布，其中，从半径35μm到半径45μm处(即，单个上掺杂环)，包层上掺杂有GeO₂，其中Δ_3MAX为0.25％，Δ_2MIN为0％，并且光纤不包含下掺杂剂，如氟。这个光纤折射率分布在纤芯中具有扩散的尾巴，其为一种理想alpha分布的畸变。图8的光纤分布中的微分模延迟时间与模数的关系如图9所示。每一个最高阶模式(例如，模数从16到19的那些模式)的微分模延迟时间显示为小于0.10ns/km。

实施例3

图10示意性地示出了依照本发明的一个实施方式的折射率分布，其中，从半径35μm到半径45μm和再从半径50μm到半径60μm处(即，双上掺杂环)，包层上掺杂有GeO₂，其中Δ_3MAX为0.25％，Δ_2MIN为0％，并且光纤不包含下掺杂剂，如氟。这个光纤折射率分布在纤芯中具有扩散的尾巴，其为一种理想alpha分布的畸变。图10的光纤分布中的微分模延迟时间与模数的关系如图11所示。每一个最高阶模式(例如，模数从16到19的那些模式)的微分模延迟时间显示为小于0.10ns/km。

实施例4

图12示意性地示出了依照本发明的一个实施方式的折射率分布，其中，从半径0μm到半径32μm处，纤芯和第一环形包层区域均下掺杂有氟，使得从半径0μm到半径32μm处，该氟掺杂贡献有-0.15％的Δ。纤芯还上掺杂有GeO₂，以提供归功于GeO₂、值为1.15％的峰值Δ(这样共同掺杂的氟和GeO₂的净贡献获得值为1.00％的峰值纤芯Δ)和值为2.054的纤芯alpha。从半径32微米到光纤的外边缘，包层是不掺杂的(纯二氧化硅)。图12的光纤分布中的微分模延迟时间与模数的关系如图13所示。每一个最高阶模式(例如，模数从16到19的那些模式)的微分模延迟时间显示为小于0.25ns/km。

实施例5

图14示意性地示出了依照本发明的一个实施方式的折射率分布，其中纤芯上掺杂有GeO₂(但没有氟)，以提供1.0％的峰值Δ、2.04的纤芯alpha和25μm的纤芯半径。从半径25μm到半径32μm处，第一环形包层区域下掺杂有氟，以在第一环形包层区域内提供值为-0.1％的最小Δ。从半径32μm到光纤的外边缘，包层是不掺杂的(纯二氧化硅)。图14的光纤分布中的微分模延迟时间与模数的关系如图15所示。每一个最高阶模式(例如，模数从16到19的那些模式)的微分模延迟时间显示为小于0.5ns/km。

实施例6

图16示意性地示出了依照本发明的一个实施方式的折射率分布，其中，从半径0μm到半径34μm处，纤芯和第一环形包层区域均下掺杂有氟，这样从半径0μm到半径34μm处，该氟掺杂贡献有-0.4％的Δ。纤芯还上掺杂有GeO₂，以提供归功于GeO₂、值为1.4％的峰值Δ(这样共同掺杂的氟和GeO₂的净贡献获得值为1.0％的峰值纤芯Δ)和值为2.053的纤芯alpha。从半径34微米到光纤的外边缘，包层是不掺杂的(纯二氧化硅)。图16的光纤分布中的微分模延迟时间与模数的关系如图17所示。每一个最高阶模式(例如，模数从16到19的那些模式)的微分模延迟时间显示为小于0.2ns/km。

另外，图16中示出的折射率分布可表现出改进的弯曲损耗，例如在波长850nm处、弯曲直径为10mm时具有小于约0.02dB/匝。相反地，在波长850nm处、弯曲直径为10mm时，纤芯Δ为1％和纤芯半径为25mm的标准多模光纤预计能表现出约为1dB/匝的弯曲损耗。

表1列出了实施例1-6中的分布特性。

表1

实施例	1	2	3	4	5	6
							Δ1MAX(％)	1.2	1.25	1.25	1.0	1.0	1.0
R1(μm)	25	25	25	25	25	26
							Δ2MIN(％)	0	0	0	-0.15	-0.1	-0.4
R2(μm)	35	35	35	32	32	34
							Δ3MAX(％)	0.2	0.25	0.25	0	0	0
纤芯α	2.06	2.06	2.06	2.054	2.04	2.053

依照本发明的实施方式的光纤的改进之处还能由带宽来展示，其中本文中的带宽定义为在距离为1km时的半功率频率传递函数。当模内色散被忽略不计时，传递函数为

G(ω)＝∑α_n exp(iωτ_n)

其中，

表示n阶模的延迟时间(单位为μs/km)，

是n阶模的功率，ω是光的角频率，i是虚数，因此i²＝-1。具有多种途径来阐述各阶模的功率，该功率取决于投入到各阶模中的功率。根据安培定律，我们设定n阶模的功率和模数之间的关系为Q，这样：

${\mathrm{\&alpha;}}_n^2=\left\{\begin{array}{cc}1-Q/18& Q<=18\\ 0& Q>18\end{array}\right.$

算得平均延迟为：

${\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{\&alpha;v}}=\underset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&alpha;}}_n{\mathrm{\&tau;}}_n/\underset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&alpha;}}_n$

并且算得rms延迟(τ_RMS)为：

${\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{RMS}}={[\underset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&alpha;}}_n{({\mathrm{\&tau;}}_n-{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{av}})}^2/\underset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&alpha;}}_n]}^{1/2}$

然后算得带宽为：

$\mathrm{BW}=\frac{1}{2{\mathrm{\&pi;\&tau;}}_{\mathrm{RMS}}}$

图18表示比较例1(标线1)和实施例4(标线2)中的光纤的带宽与波长的关系。如图18中所示，实施例4中的光纤在宽波长范围内具有更高的带宽。另外，从光纤的中心到略超过纤芯处，大量掺杂相对恒定的氟是一种相当简单的OVD技术的实施。

图19表示实施例4中的光纤(标线2)和实施例1中的改良版本光纤(标线3)的带宽与波长的关系。除了纤芯alpha是2.054和Δ_3MAX是0.15％之外，实施例1改良版本中的折射率分布与图6中的分布一致。如图19所示，实施例4中采用氟大量掺杂的光纤与实施例1中采用在包层中上掺杂GeO₂的改良光纤相比，其带宽与波长性能相似。

在优选的实施方式中，多模光纤可被构建为在800和900nm之间所有波长处具有大于2GHz-km的带宽，例如在825和875nm之间所有波长处具有大于3GHz-km的带宽，并且进一步例如在825和875nm之间所有波长处具有大于4GHz-km的带宽。在优选的实施方式中，多模光纤可被构建为在约850nm波长处具有大于2GHz-km的带宽，例如在约850nm波长处具有大于4GHz-km的带宽，进一步例如在约850nm波长处具有大于5GHz-km的带宽，并且甚至进一步例如在约850nm处具有大于6GHz-km的带宽，并且还甚至进一步例如在约850nm处具有大于8GHz-km的带宽，并且还更甚至进一步例如在约850nm处具有大于10GHz-km的带宽。

对于本领域的技术人员而言，在不背离所附权利要求书所界定的本发明的精神或范围的情况下，对本文所揭示的本发明的各实施方式作出的各种修改和改变都是显而易见的。因此本文意在，如果在所附权利要求书的精神和替代物下，本发明覆盖这个发明的修改和改变。

Claims (5)

1.一种渐变折射率多模光纤，包括：

纤芯区域，其从中心线向外径向延伸至半径R₁，并具有一正相对折射率百分比分布Δ₁(r)，其中，所述纤芯区域具有最大相对折射率百分比Δ_1MAX；

第一环形包层区域，其围绕并直接邻近纤芯区域并且延伸至半径R₂，其宽度W₂为R₂-R₁，并具有相对折射率百分比分布Δ₂(r)，其最小相对折射率百分比为Δ_2MIN；

第二环形包层区域，其围绕第一环形包层区域且具有相对折射率百分比分布Δ₃(r)，其最大相对折射率百分比为Δ_3MAX；

其中，Δ_3MAX是≥0.05%，R₁大于20μm。

2.如权利要求1所述的光纤，其中，W₂大于5μm。

3.如权利要求1所述的光纤，其中，Δ_1MAX大于1.00%。

4.如权利要求1所述的光纤，其中，0.50%≤Δ_1MAX≤1.00%。

5.如权利要求1所述的光纤，其中，所述纤芯区域具有介于1.8和2.5之间的alpha(α)。

Images