CN102768382A - 高带宽的耐辐射多模光纤 - Google Patents

Abstract

一种高带宽的耐辐射多模光纤。一种多模光纤，包括中央纤芯和外包层(例如，外光包层)。通常，该光纤的中央纤芯是凹式的中央纤芯，该中央纤芯具有α折射率分布(即，渐变折射率分布)、外半径为r₁并且相对于外包层的最大折射率差为Δn₁。该中央纤芯的α折射率分布在该中央纤芯的外半径r₁处具有与相对于外包层的折射率差Δn_end相对应的最小折射率。示例性光纤的实施例可以包括内包层，该内包层的外半径为r₂、宽度为w₂并且相对于外包层的折射率差为Δn₂。示例性光纤的实施例可以包括埋槽，该埋槽的外半径为r₃、宽度为w₃并且相对于外包层的折射率差为Δn₃。此外，示例性光纤的实施例可以包括中间包层，该中间包层的外半径为r₄、宽度为w₄并且相对于外包层的折射率差为Δn₄。

Description

高带宽的耐辐射多模光纤

技术领域

本发明涉及光纤领域，尤其涉及针对高辐射应用的高带宽多模光纤。

背景技术

传统上，光纤(即，通常由一个或多个包覆层包住的玻璃纤维)包括传输和/或放大光信号的光纤芯以及将光信号限制在纤芯内的光包层。因此，纤芯的折射率n_c通常大于光包层的折射率n_g(即，n_c＞n_g)。

对于光纤，通常根据将折射率和光纤半径相关联的函数的图形外观来分类折射率分布。传统上，在x轴上示出相对于光纤中心的距离r，并且在y轴上示出(半径r处的)折射率和光纤的外包层(例如，外光包层)的折射率之间的差。对于具有阶梯、梯形、α(alpha)或三角形的各种形状的图形，折射率分布被称为“阶梯”分布、“梯形”分布、“α”分布或“三角形”分布。这些曲线通常代表光纤的理论分布或设定分布。然而，制造光纤时的限制可能导致略微不同的实际分布。

一般而言，主要存在多模光纤和单模光纤这两类光纤。在多模光纤中，对于给定波长，几种光模式沿着光纤同时传播。在单模光纤中，信号在光纤中以所引导的基本LP01模式传播，而高阶模式(例如，LP11模式)被大幅衰减。单模玻璃纤维或多模玻璃纤维的直径通常为125微米。多模光纤的纤芯的直径通常约为50微米～62.5微米，而单模光纤的纤芯的直径通常约为6微米～9微米。由于可以以较低的成本获得多模光源、连接器和维护，因此与单模系统相比，多模系统通常不太昂贵。

多模光纤通常用于诸如本地网络或LAN(局域网)等要求宽带宽的短距离应用。多模光纤已经成为ITU-T G.651.1推荐下的国际标准的主题，其中，ITU-T G.651.1推荐特别定义与光纤兼容性的要求有关的标准(例如，带宽、数值孔径和纤芯直径)。

另外，已经采用OM3标准以满足长距离(即，大于300米的距离)的高带宽应用(即，高于1GbE的数据速率)的要求。随着高带宽应用的发展，多模光纤的平均纤芯直径已从62.5微米缩减至50微米。

针对将光纤用于核电厂以及诸如粒子加速实验室和卫星等的辐射富集环境中的关注不断增加。例如，光纤已经用于光数据通信链路、分布式传感器、等离子体诊断以及仪表系统中。在这些应用中，光纤通常经由嘈杂的电磁环境、高的伽玛射线剂量和/或剂量率以及高的中子通量来传输信号。

经由光纤所传输的信号通常遭受在所经过距离内累积的光损耗(即，衰减)。当光纤受到诸如β、α、γ和/或X射线等的电离辐射时，这些传输损耗大幅增加。

一般而言，辐射以如下两种方式影响光纤的光学性质。

第一种方式被称为“辐射引起的衰减”(RIA)，其发生在辐射在光纤的二氧化硅中造成缺陷时。这些缺陷吸收所传输的电磁信号。因此，随着光信号沿着光纤的长度进行传输，辐射引起的吸收使该光信号所经历的衰减增大。

第二种方式被称为辐射引起的折射率变化，其发生在辐射引起光纤的一部分的折射率变化时。这些折射率变化可能损害光纤的带宽，而导致损害光学传输系统的可靠性。因此，辐射富集环境中所使用的光纤应当展现出良好的耐辐射性。

因此，需要一种带宽高且耐辐射性良好的多模光纤。尤其需要一种展现出低的辐射引起的衰减的高带宽多模光纤。

发明内容

在一个实施例中，本发明涉及一种多模光纤，包括：由外包层包住(surround)的中央纤芯，其中，(i)所述中央纤芯的外半径为r₁、(ii)所述中央纤芯具有α折射率分布、(iii)所述中央纤芯相对于所述外包层的最大折射率差Δn₁小于或等于0、以及(iv)在所述外半径r₁处，所述中央纤芯相对于所述外包层的最小折射率差为Δn_end；以及位于所述中央纤芯和所述外包层之间的内部包层，其中，所述内部包层相对于所述外包层的折射率差为负；其中，所述中央纤芯的最大锗浓度为0.1重量百分比以下；所述中央纤芯的平均氯浓度为0.1重量百分比以下；以及在所述外半径r₁处，所述中央纤芯的最小氟浓度为3重量百分比以上。

在另一实施例中，所述内部包层是直接包住(immediatelysurround)所述中央纤芯的内包层，其中，(i)所述内包层的外半径为r₂，(ii)所述内包层的宽度为w₂，以及(iii)所述内包层相对于所述外包层的负的折射率差为Δn₂。

在又一实施例中，埋槽位于所述内包层和所述外包层之间，其中，(i)所述埋槽的外半径为r₃，(ii)所述埋槽的宽度为w₃，以及(iii)所述埋槽相对于所述外包层的负的折射率差为Δn₃，使得Δn₃＜Δn_end；以及中间包层位于所述埋槽和所述外包层之间，其中，(i)所述中间包层的外半径为r₄，(ii)所述中间包层的宽度为w₄，以及(iii)所述中间包层相对于所述外包层的负的折射率差为Δn₄。

在又一实施例中，埋槽位于所述中央纤芯和所述外包层之间，其中，(i)所述埋槽的外半径为r₃，(ii)所述埋槽的宽度为w₃，以及(iii)所述埋槽相对于所述外包层的负的折射率差为Δn₃，使得Δn₃＜Δn_end；以及所述内部包层是位于所述埋槽和所述外包层之间的中间包层，其中，(i)所述中间包层的外半径为r₄，(ii)所述中间包层的宽度为w₄，以及(iii)所述中间包层相对于所述外包层的负的折射率差为Δn₄。

在又一实施例中，所述中央纤芯基本不含锗掺杂物，使得所述中央纤芯的锗浓度小于0.005重量百分比。

在又一实施例中，所述多模光纤的纤芯-包层平均卤素比为20以上，优选为25以上，更优选为48以上，并且最优选为60以上。

在又一实施例中，所述多模光纤在所述中央纤芯的外半径r₁处的卤素比为50～500。

在又一实施例中，所述多模光纤的纤芯平均卤素比为20以上，优选为30～170。

在又一实施例中，所述中央纤芯的平均氯浓度为0.08重量百分比以下，优选为0.07重量百分比以下，更优选为0.06重量百分比以下，并且最优选为0.05重量百分比以下。

在又一实施例中，在所述中央纤芯的整个宽度内，所述中央纤芯的氯浓度小于0.1重量百分比，优选小于0.08重量百分比，更优选小于0.07重量百分比，并且最优选为0.05重量百分比。

在又一实施例中，在所述外半径r₁处，所述中央纤芯的最小氟浓度为3.5重量百分比以上，优选为4.0重量百分比以上，并且最优选为4.5重量百分比以上。

在又一实施例中，所述中央纤芯的最小折射率差Δn_end为-21×10^-3以上，优选为-20×10^-3～-14×10^-3，并且更优选为-16×10^-3～-15×10^-3。

在又一实施例中，所述中央纤芯的最大折射率差Δn₁为-5×10^-3～0，并且优选为-2×10^-3～-0.05×10^-3。

在又一实施例中，所述埋槽的折射率差Δn₃和所述中央纤芯的最小折射率差Δn_end之差为-15×10^-3～-1×10^-3，优选为-13×10^-3～-3×10^-3，更优选为-11×10^-3～-5×10^-3，最优选为-10×10^-3～-6×10^-3。

在又一实施例中，所述埋槽的体积v₃为260％·μm²以上，优选为280％·μm²～450％·μm²，更优选为300％·μm²～425％·μm²，并且最优选为350％·μm²～400％·μm²。

因此，在一个方面中，本发明涉及如下光纤，其中该光纤包括中央纤芯、内部包层(interior cladding)(例如，内包层(innercladding))和外包层(例如，外光包层)。通常，该光纤的中央纤芯是具有α折射率分布(即，渐变折射率分布)和外半径r₁的基于玻璃的中央纤芯。

中央纤芯的α折射率分布在该中央纤芯的外半径r₁处具有与相对于外包层的最小折射率差Δn_end相对应的最小折射率值。更具体地，中央纤芯具有外半径r₁和α折射率分布，并且在中央纤芯的外半径r₁处相对于外包层(例如，外包层的最内部分)的折射率差为Δn_end。

类似地，中央纤芯的α折射率分布(例如，在中央纤芯的中心处)具有与相对于外包层的最大折射率差Δn₁相对应的最大折射率值。通常，中央纤芯的最大折射率差Δn₁大致为等于或小于0。换句话说，中央纤芯的最大折射率差通常等于或小于外包层的折射率值。

光纤的内包层位于中央纤芯和外包层之间。内包层的外半径为r₂，宽度为w₂，并且相对于外包层的折射率差为Δn₂。

在典型实施例中，光纤的中央纤芯的最大折射率差Δn₁为-5×10^-3～0(例如，-2×10^-3～-0.05×10^-3)。

在另一典型实施例中，中央纤芯的外半径r₁为22.5微米～27.5微米(即，25±2.5微米)。

在又一典型实施例中，中央纤芯的最小折射率差Δn_end为-21×10^-3～-14×10^-3(例如，-17×10^-3～-15×10^-3)。

在又一典型实施例中，中央纤芯的α折射率分布的α参数为1.90～2.15。

在又一典型实施例中，内包层的折射率差Δn₂为-21×10^-3～-14×10^-3(例如，-16×10^-3～-15×10^-3)。

在又一典型实施例中，内包层的宽度w₂为5微米～37.5微米(例如，10微米～25微米)。

在又一典型实施例中，内包层的宽度w₂为20微米以上。

在又一典型实施例中，内包层的外半径r₂为30微米～62.5微米(例如，35微米～50微米)。

在又一典型实施例中，内包层的外半径r₂大于45微米(例如，50微米～62.5微米)。

在又一典型实施例中，内包层的折射率差Δn₂大致为等于中央纤芯的最小折射率差Δn_end。

在又一典型实施例中，光纤的数值孔径为0.200±0.015(即，0.185～0.215)。

在又一典型实施例中，在中央纤芯的整个宽度内，光纤的氯浓度小于0.10重量百分比。

在又一典型实施例中，在中央纤芯的95％的宽度内，光纤的氯浓度小于0.08重量百分比(例如，小于0.07重量百分比)。

在又一典型实施例中，光纤的平均氯浓度为0.06重量百分比以下(例如，大致为小于0.05重量百分比)。

在又一典型实施例中，在波长为856纳米、温度约为24℃且辐射剂量率为0.15Gy/s的情况下，光纤在经受650Gy的辐射剂量之后展现出约26.7dB/km以下的辐射引起的衰减。

在又一典型实施例中，在波长为856纳米、温度约为24℃且辐射剂量率为0.15Gy/s的情况下，剂量从650Gy到10,000Gy，光纤展现出的辐射引起的衰减增大了约5.6％或更少。

在又一典型实施例中，光纤在中央纤芯的外半径处的卤素比大于30(例如，50～500)。

在又一典型实施例中，光纤的纤芯-包层平均卤素比大于20(例如，22～300)。

在又一典型实施例中，光纤的纤芯-包层平均卤素比为25～269(例如，48～240)。

在又一典型实施例中，光纤的纤芯-包层平均卤素比为53～200(例如，60～140)。

在又一典型实施例中，光纤的纤芯平均卤素比大于20(例如，30～170)。

在另一方面中，本发明涉及如下光纤，其中该光纤包括中央纤芯和内部包层(例如，内包层)。通常，该光纤的中央纤芯是具有α折射率分布(即，渐变折射率分布)和外半径r₁的基于玻璃的中央纤芯。

中央纤芯的α折射率分布在该中央纤芯的外半径r₁处具有与相对于纯二氧化硅的最小折射率差Δn_end相对应的最小折射率值。更具体地，中央纤芯具有外半径r₁和α折射率分布，并且在中央纤芯的外半径r₁处相对于纯二氧化硅的折射率差为Δn_end。

类似地，中央纤芯的α折射率分布(例如，中央纤芯的中心处)具有与相对于纯二氧化硅的最大折射率差Δn₁相对应的最大折射率值。通常，中央纤芯的最大折射率差Δn₁大致为等于或小于0。换句话说，中央纤芯的最大折射率值通常等于或小于纯二氧化硅的折射率值。光纤的内包层被配置为包住中央纤芯。内包层的外半径为r₂，宽度为w₂，并且相对于纯二氧化硅的折射率差为Δn₂。

在又一方面中，本发明涉及如下光纤，其中该光纤包括中央纤芯、埋槽、内部包层(例如，中间包层)和外包层(例如，外光包层)。通常，埋槽位于中央纤芯和外包层之间(例如，直接包住中央纤芯)。埋槽的宽度为w₃，外半径为r₃，并且相对于外包层的折射率差为Δn₃。中间包层通常位于埋槽和外包层之间(例如，直接包住埋槽)。中间包层的外半径为r₄，宽度为w₄，并且相对于外包层的折射率差为Δn₄。

在又一方面中，本发明涉及如下光纤，其中该光纤包括中央纤芯、内包层、埋槽、中间包层和外包层(例如，外光包层)。通常，内包层位于中央纤芯和外包层之间(例如，直接包住中央纤芯)。内包层的外半径为r₂，宽度为w₂，并且相对于外包层的折射率差为Δn₂。埋槽通常位于内包层和外包层之间(例如，直接包住内包层)。埋槽的宽度为w₃，外半径为r₃，并且相对于外包层的折射率差为Δn₃。另外，中间包层通常位于埋槽和外包层之间(例如，直接包住埋槽)。中间包层的外半径为r₄，宽度为w₄，并且相对于外包层的折射率差为Δn₄。

在又一方面中，本发明涉及展现出优良的阻氢性的光纤。

在另一方面中，本发明涉及一种包括根据前述的光纤的至少一部分的光传输系统。在典型实施例中，该光传输系统在至少100米(例如，300米)内的数据速率至少约为10Gb/s。

在又一方面中，本发明涉及一种光纤制造方法。通常，该方法包括向基管的一侧供给反应气体。通常以与传统化学气相沉积技术相比高约1.8倍的流量向基管的内部供给氧。该方法还包括使能源沿着基管在两个换向点之间往返移动以促成玻璃层的形成。

在典型实施例中，该方法包括使等离子体发生器沿着基管在两个换向点之间往返移动。

在以下的详细说明及其附图内，进一步解释本发明的前述示例性发明内容以及其它的示例性目的和/或优点、以及实现这些的方式。

附图说明

图1示意性说明典型的DMD测量方法和图。

图2图示说明根据本发明的示例性光纤的设定折射率分布。

图3图示说明在暴露至500kGy的辐射之前和之后光纤的300米长度的所计算出的过满模式带宽(OMBc)。

图4图示说明在暴露至500kGy的辐射之前和之后光纤的300米长度的所计算出的有效模式带宽(EMBc)。

图5图示说明比较光纤的作为径向偏移的函数的氟(F)浓度和氯(Cl)浓度。

图6图示说明示例性光纤的作为径向偏移的函数的氟(F)浓度和氯(Cl)浓度。

图7图示说明比较光纤和示例性光纤的作为辐射剂量的函数的辐射引起的衰减。

图8图示说明比较光纤的作为辐射剂量的函数的辐射引起的衰减。

图9图示说明示例性光纤的作为辐射剂量的函数的辐射引起的衰减。

图10图示说明另一示例性光纤的作为径向偏移的函数的氟(F)浓度和氯(Cl)浓度。

图11图示说明又一示例性光纤的作为径向偏移的函数的氟(F)浓度和氯(Cl)浓度。

图12图示说明根据本发明的另一示例性光纤的设定折射率分布。

图13图示说明根据本发明的又一示例性光纤的设定折射率分布。

图14图示说明两个示例性光纤的波长850nm处对于以给定弯曲半径绕两匝的宏弯曲损耗。

具体实施方式

本发明涉及带宽高且辐射引起的衰减低的多模光纤。通常，该光纤包括中央纤芯、内包层和外包层。

光纤应当具有充分带宽以在高带宽应用中有良好表现。对于给定波长，可以以几个不同的方式来确定光纤的带宽的特征。通常，区分所谓的“过满模式带宽(OMB)”和所谓的“有效模式带宽(EMB)”。获取OMB带宽假定使用在光纤的整个径向面上展现均匀激发的光源(即，例如使用激光二极管或发光二极管(LED)的过满注入条件)。

最近研发的诸如VCSEL(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，垂直腔面发射激光器)等的高带宽应用中使用的光源在光纤的径向面上展现出不均匀激发。对于这类光源，OMB带宽是不太适当的测量值，因此优选使用有效模式带宽(EMB)。所计算出的有效模式带宽(EMBc)在不依赖于所使用的VCSEL的类型的情况下估计多模光纤的最小EMB。通过(例如，在FOTP-220标准中所述的)差分模式延迟(DMD，differential-mode-delay)测量来获得EMBc。

可以在FOTP-220标准中找到测量DMD并计算有效模式带宽的示例性方法。在以下出版物中说明了更多与该技术有关的详细内容：P.F.Kolesar and D.J.Mazzarese，“UnderstandingMultimode Bandwidth and Differential Mode Delay Measurementsand Their Applications，”Proceedings of the 51st Int’l Wire andCable Symposium，2002，pp.453-460；以及Doug Coleman andPhillip Bell，“Calculated EMB Enhances 10GbE PerformanceReliability for Laser-Optimized 50/125μm Multimode Fiber，”Corning Cable Systems Whitepaper(March 2005)。

图1示出根据FOTP-220标准的如(2002年11月22日)在TIASCFO-6.6版本中公开的DMD测量的示意图。图1示意性表示光纤的一部分(即，由外包层包住的光纤芯)。通过以各连续脉冲之间存在径向偏移的方式向多模光纤连续注入给定波长λ₀的光脉冲，来获得DMD图。然后，在给定的光纤长度L之后测量各脉冲的延迟。多个相同的光脉冲(即，振幅、波长和频率均相同的光脉冲)以相对于多模光纤的纤芯的中心具有不同的径向偏移的方式注入。在图1中，将所注入的光脉冲描绘为光纤的光纤芯上的点。为了确定直径为50微米的光纤的特征，FOTP-220标准推荐以约2微米以下的径向偏移间隔来执行各个测量。通过这些测量，可以确定模式色散(modal dispersion)和所计算出的有效模式带宽(EMBc)。

TIA-492AAAC-A标准规定了以太网(Ethernet)高带宽传输网络应用中长距离使用的直径为50微米的多模光纤的性能要求。OM3标准要求在波长850纳米处的EMB至少2,000MHz·km。OM3标准确保数据速率为10Gb/s(10GbE)的无差错传输距离长达300米。OM4标准要求在波长850纳米处的EMB至少4,700MHz·km，以获得数据速率为10Gb/s(10GbE)的无差错传输距离长达550米。

在多模光纤中，几种模式沿着光纤的传播时间或组延迟时间之间的差决定了光纤的带宽。特别地，对于同一传播介质(即，在阶梯折射率多模光纤中)，不同模式的组延迟时间不同。组延迟时间的该不同导致在沿着光纤的不同径向偏移传播的脉冲之间产生时滞(time lag)。

例如，如图1右侧的图所示，在各个脉冲之间观察到时滞。该图1的图根据以微米为单位的径向偏移(y轴)和脉冲通过光纤的给定长度所需的以纳秒为单位的时间(x轴)来描绘各个脉冲。

如图1所示，峰值的位置沿着x轴变化，这表示各个脉冲之间存在时滞(即，延迟)。该延迟导致由此产生的光脉冲变宽。光脉冲变宽使该脉冲叠加在尾随脉冲上的风险增大，并且使光纤所支持的带宽(即，数据速率)减小。因此，带宽与在光纤的多模纤芯中传播的光模式的组延迟时间直接相关联。因而，为了确保宽带宽，期望所有模式的组延迟时间均相同。换句话说，对于给定波长，模间色散(intermodal dispersion)应当为0，或者至少应当使模间色散最小。

为了减少模间色散，本发明的示例性多模光纤的纤芯的折射率从光纤中心向着纤芯与包层的界面逐渐减小(即，“α”纤芯分布)。

可以根据以下等式，通过折射率值n和相对于光纤中心的距离r之间的关系来说明渐变折射率分布(即，α折射率分布)：

$n=n_1\sqrt{1-2\mathrm{\Δ}{\left(\frac{r}{r_1}\right)}^{\mathrm{\α}}}.$

其中：

α≥1，并且α是表示折射率分布的形状的无因次参数；

n₁是光纤纤芯的最大折射率；

r₁是光纤纤芯的半径；以及

$\mathrm{\Δ}=\frac{(n_1^2-n_0^2)}{{2n}_1^2}.$

其中，n₀是多模纤芯的最小折射率。

因此，具有渐变折射率(即，α分布)的示例性多模光纤各自具有旋转对称的纤芯分布，以使得沿着该光纤的任何径向方向，折射率的值从该光纤纤芯的中心向着其外围连续减小。当多模光信号在这种渐变折射率的纤芯中传播时，不同的光模式经历不同的传播介质(即，由于折射率不断变化)。而不同的传播介质对各光模式的传播速度产生不同的影响。因而，通过调整参数α的值，可以获得对于所有模式实际上均相等的组延迟时间。换句话说，可以修改折射率分布以减少或甚至消除模间色散。

图2图示说明根据本发明的示例性光纤的折射率分布。该光纤包括由外包层(例如，外光包层)包住的中央纤芯。由于成本原因，外包层通常由天然二氧化硅制成，但也可以由掺杂二氧化硅制成。如所示，光纤的中央纤芯是具有α折射率分布(即，渐变折射率分布)和外半径r₁的基于玻璃的中央纤芯。中央纤芯通常掺杂有氟(F)以降低二氧化硅的折射率。

中央纤芯的α折射率分布在该中央纤芯的外半径r₁处具有与相对于外包层的折射率差Δn_end相对应的最小折射率。换句话说，中央纤芯具有α折射率分布，并且在中央纤芯的外半径r₁处相对于外包层(例如，外包层的最内部分)的折射率差为Δn_end。

此外，中央纤芯的α折射率分布相对于外包层的最大折射率差(例如，在中央纤芯的中心处)为Δn₁。中央纤芯的α折射率分布便于实现高带宽。

通常，光纤的中央纤芯的最大折射率差Δn₁约为-5×10^-3～0(例如，约为-4×10^-3～-0.05×10^-3)。更通常地，中央纤芯的最大折射率差Δn₁约为-2×10^-3～0。中央纤芯的外半径r₁通常约为22.5微米～27.5微米(即，25±2.5微米)。中央纤芯的最小折射率差Δn_end通常约为-21×10^-3～-14×10^-3(例如，-19×10^-3～-17×10^-3)。更通常地，中央纤芯的最小折射率差Δn_end大致为大于-20×10^-3(例如，约为-16×10^-3～-15×10^-3)。另外，中央纤芯的α折射率分布的α参数通常约为1.90～2.15。

在预制件制造期间，通过沉积约1000～2000层(例如，1400～1700层)的玻璃来创建中央纤芯的α折射率分布。在这方面，与使用离散层的阶梯状近似(例如，约3～200层的阶梯状减小的折射率)相比，中央纤芯的α折射率分布通常更类似于准确的渐变折射率分布。与中央纤芯具有阶梯状近似的α折射率分布的光纤相比，中央纤芯的设定α折射率分布类似于准确的渐变α折射率分布的光纤通常展现出较高的带宽。

如图2所示，示例性光纤还包括内包层。光纤的内包层位于中央纤芯和外包层之间。内包层的外半径为r₂，宽度为w₂，并且相对于外包层的折射率差为Δn₂。内包层通常掺杂有氟(F)以降低二氧化硅的折射率。光纤的内包层通常将光信号限定在中央纤芯内。

内包层的折射率差Δn₂通常约为-21×10^-3～-14×10^-3(例如，约为-16×10^-3～-15×10^-3)。内包层的宽度w₂通常约为5微米～37.5微米(例如，约为10微米～25微米)。在典型实施例中，内包层的宽度w₂约为20微米以上。内包层的外半径r₂通常约为30微米～62.5微米(例如，35微米～50微米)。

在典型实施例中，内包层的外半径r₂约为45微米以上(例如，约为50微米～62.5微米)。本发明人已经发现，与内包层的外半径小于45微米的光纤相比较，内包层的外半径r₂大致为大于45微米的示例性光纤由于限制损耗降低了而展现出对光纤长度不太敏感的带宽。

在典型实施例中，内包层的折射率差Δn₂大致为等于中央纤芯的最小折射率差Δn_end。这就是说，内包层的折射率差Δn₂与中央纤芯的最小折射率差Δn_end相比可能较大或较小。

图2说明内包层相对于外包层的折射率差是恒定的。然而，根据本发明的示例性光纤可以具有根据径向位置而改变的一个或多个折射率差(例如，梯形分布、三角形分布或α分布)。对于折射率非恒定的包层，各个折射率差(例如，内包层的折射率差Δn₂)是指包层与外包层之间的就绝对值而言的最大折射率差。

此外，本领域的技术人员能理解，外包层的折射率通常是恒定的。这就是说，如果外包层的折射率不是恒定的，则通常相对于外包层的最内部分(即，外包层的离中央纤芯最近并且可能影响光信号在光纤内的传播的部分)来测量折射率差。

因而，所制造的示例性多模光纤具有由包层包住的渐变折射率的中央纤芯。纤芯-包层界面中断该纤芯的α折射率分布。结果，多模光纤的纤芯与在理论上完美的α分布(即，α设定分布)根本不对应。外包层使高阶模式相对于低阶模式加速。该现象被称为“包层效应(cladding effect)”。在DMD测量时，针对最高的径向位置(即，离外包层最近)所获取的响应展现多个脉冲，这导致响应信号的时间扩散。因此，带宽因该包层效应而变小。

可以使用利用外部掩模所获取的差分模式延迟测量值来评价光纤的包层效应。例如，对于50微米的中央纤芯(即，中央纤芯的直径为50±3微米或者半径为25±1.5微米)，可以使用FOTP-220标准的方法来获得与0～23微米的外部掩模有关的差分模式延迟值。在这方面，在从中央纤芯的中心(即，0微米)到23微米的径向偏移范围上，使用DMD方法来测量与0～23微米的外部掩模有关的差分模式延迟值(即，DMDout，外部DMD(0～23微米))。换言之，当计算光纤的外部DMD值时，不考虑大于23微米的径向偏移值的信号。

本领域普通技术人员能意识到，针对纤芯直径较大或较小的光纤，可以修改外部掩模的尺寸。例如，针对纤芯直径为62.5微米的多模光纤，可以使用尺寸较大(例如，内半径和外半径较大)的掩模。同样，对于纤芯小于50微米的多模光纤，可以使用尺寸较小(例如，内半径和外半径较小)的掩模。

从针对在光纤长度上(例如，在光纤的750米上)测量出的DMD的标绘得出该外部DMD。所使用的光源可以是以850纳米发光的脉冲式钛蓝宝石激光器。该光源以四分之一高度发出小于40皮秒(picoseconde)的脉冲，并且RMS(Root Mean Square，均方根)光谱宽度小于0.1纳米。

可以使用利用内部掩模所获取的差分模式延迟测量值来评价光纤的差分模式延迟的其它方面。可以使用FOTP-220标准的方法来获得与5微米～18微米的内部掩模有关的差分模式延迟值。在这方面，在从相对于中央纤芯的中心5微米到相对于中央纤芯的中心18微米的径向偏移范围上，使用DMD方法来测量与5微米～18微米的内部掩模有关的差分模式延迟值(即，DMDin，内部DMD(5微米～18微米))。

还可以根据FOTP-220标准的方法使用利用滑动(sliding)掩模所获取的差分模式延迟测量值来评价光纤的差分模式延迟的其它方面。进行滑动掩模DMD测量以确定与7微米和19微米的径向偏移位置之间任意6微米间隔上的掩模宽度有关的最大DMD(即，DMDslid或滑动DMD(7微米～19微米))。

如所述，对于一般的光纤，纤芯的折射率n_c通常大于光包层的折射率n_g(即，n_c＞n_g)。然而，图2的示例性光纤具有凹式中央纤芯(例如，氟掺杂二氧化硅纤芯)。在这方面，中央纤芯的最大折射率差Δn₁大致为等于或小于0。换句话说，中央纤芯的最大折射率值等于或小于外包层的折射率值。

在典型实施例中，中央纤芯的最大折射率差Δn₁为负。本领域的技术人员能理解，对于整个纤芯相对于外包层的折射率差为负的光纤实施例，中央纤芯和外包层之间的最大折射率差发生在中央纤芯的最外部分处。换言之，就绝对值而言，中央纤芯和外包层之间的最大数值折射率差发生在中央纤芯的α折射率分布的端部。相反，就绝对值而言，中央纤芯和外包层之间的最小数值折射率差发生在中央纤芯的α折射率分布的中心。

如前所述，外包层通常由纯二氧化硅制成。这就是说，在一些典型实施例中，光纤不包括纯二氧化硅外包层。例如，光纤可以包括由延伸至光纤的最外半径的氟掺杂包层(例如，内包层)包住的中央纤芯。在这些实施例中，通常针对折射率值约为1.456的纯二氧化硅来测量折射率差。包括由氟掺杂包层包住的中央纤芯的示例性光纤可以使用氟掺杂基管经由PCVD沉积来进行制造。可选地，示例性光纤可以使用在沉积之后以机械方式或经由蚀刻技术去除的纯二氧化硅沉积管来进行制造。

锗和/或磷的存在趋于促进辐射引起的衰减。然而，共同受让人的美国专利申请公开2012/0039361证明了锗掺杂可以降低光纤的氢引起的衰减。因而，本光纤可以包括利用某种锗掺杂所制造的凹式中央纤芯(和/或内部包层)。一些示例性多模光纤可能包括最大锗浓度为0.1重量百分比以下(例如，约为0.01～0.05重量百分比的锗)的锗掺杂中央纤芯。换句话说，在中央纤芯的整个宽度内，锗浓度不超过0.1重量百分比。

已经观察到，在温度大于200℃(例如，250℃)的富氢环境中，光纤的中央纤芯内含有锗可能促进氢引起的衰减。因此，为了实现凹式中央纤芯(例如，氟掺杂二氧化硅的α折射率纤芯)，通常在无需锗掺杂或磷掺杂的情况下制造光纤的设定分布。作为代替，使用氟掺杂来实现中央纤芯的α折射率分布，以使中央纤芯的折射率降低至外包层的折射率以下。

示例性多模光纤通常具有如下中央纤芯，其中该中央纤芯基本不含锗掺杂物，使得该中央纤芯内的锗浓度小于0.005重量百分比(即，小于50ppm)。换句话说，不特意对这些光纤进行掺杂，并且任何微量的锗均被看作杂质。

示例性光纤的中央纤芯中不含有锗和磷使得光纤的以下两方面性能特征得以提高。消除中央纤芯的锗含量和磷含量使光纤的总体衰减下降。此外，如所述，中央纤芯内不含有锗或磷使得光纤的耐辐射性得以提高。

为了例示凹式纤芯的光纤的提高了的耐辐射性的一个方面，图3和4分别图示说明辐射之前和之后的300米光纤试样的所计算出的过满模式带宽(OMBc)和所计算出的有效模式带宽(EMBc)。生成图3和4的数据所使用的光纤包括凹式α折射率纤芯和外半径为35微米的内包层，因此具有与图2的示例性光纤相同的折射率分布。这些图包括两个条形。左侧的阴影条形表示辐射之前的光纤的带宽(即，OMBc或EMBc)。相应的右侧的无阴影条形表示经受了500kGy的辐射剂量之后的光纤的带宽。

通常，对于具有锗掺杂中央纤芯的标准多模光纤，在累计剂量高达500kGy的照射之后，由于该辐射使光纤的衰减增大到几百dB/km，因此所计算出的过满模式带宽和所计算出的有效模式带宽实际为0。

如图3和4分别所示，对于300米的凹式α折射率纤芯的光纤，500kGy的辐射对该光纤的所计算出的过满模式带宽几乎未产生影响并且仅使该光纤的所计算出的有效模式带宽略微降低。因而，示例性光纤的中央纤芯内不含有锗和磷使得该光纤抵抗由辐射引起的带宽劣化的性能得以提高。

参考(以下的)表1将更好地理解示例性光纤的凹式α折射率纤芯的更多优点。表1示出针对图3和4的光纤所进行的测量的结果。再次说明，这些测量是在对该光纤进行了500kGy的辐射之前和之后进行的。

表1的第1列提供光纤的长度。第2列和第7列分别示出辐射之前和之后光纤的外部DMD(DMDout)值。第3列和第8列分别示出辐射之前和之后光纤的内部DMD(DMDin)值。第4列和第9列分别示出辐射之前和之后光纤的滑动DMD(DMDslid)值。第5列和第10列分别示出辐射之前和之后光纤的所计算出的有效模式带宽(EMBc)。第6列和第11列分别示出辐射之前和之后光纤的所计算出的过满模式带宽(OMBc)。各测量均是在波长850纳米处进行的。

表1

如表1所示，光纤的DMD和带宽特性并未受到辐射明显影响。图3和4已图示说明了表1的EMBc和OMBc数据。因而，表1还示出以下：示例性光纤的中央纤芯内不含有锗和磷使得该光纤抵抗由辐射引起的带宽劣化的性能得以提高。

在经由PCVD来制造光纤期间，氯(Cl)通常混入该光纤内。例如，图5图示说明使用一般的氯浓度所制造的凹式渐变折射率的比较多模光纤的化学组成。该比较光纤包括由宽度约为10微米的内包层包住的直径为50微米的中央纤芯。

将各个氯浓度和氟(F)浓度(即，以重量百分比为单位)描述为光纤半径的函数。位于中央的纵轴以及较深的菱形标绘线提供了特定径向偏移下光纤的氟(F)浓度。同样，右侧的纵轴以及较浅的正方形标绘线提供了特定径向偏移下光纤的氯(Cl)浓度。如这里所使用的，氯或氟浓度的表述分别是指氯元素或氟元素的重量分数。

如图5所述，比较光纤的氯浓度在中央纤芯的约95％的宽度内均大于0.10重量百分比。另外，比较光纤的平均氯浓度约为0.15重量百分比。

作为对比，本发明的示例性光纤的氯浓度通常低。例如，示例性光纤的平均氯浓度与图5的比较光纤的氯浓度相比可能小了2～3倍。图6图示说明根据本发明的凹式渐变折射率的多模光纤的典型实施例的化学组成。所述的示例性光纤包括由宽度约为10微米的内包层包住的直径为50微米的中央纤芯。

再次将氯浓度和氟浓度描述为光纤半径的函数。位于中央的纵轴以及较深的菱形标绘线提供了特定径向偏移下光纤的氟浓度。右侧的纵轴以及较浅的正方形标绘线提供了特定径向偏移下光纤的氯浓度。

如图6所述，在中央纤芯的整个宽度内，示例性光纤的氯浓度小于0.10重量百分比(即，中央纤芯的最大氯浓度小于0.10重量百分比)。另外，在中央纤芯的95％的宽度内，示例性光纤的氯浓度小于0.08重量百分比(如果不小于0.07重量百分比)。此外，所述的示例性光纤的平均氯浓度约为0.06重量百分比。

更常见地，在中央纤芯的95％的宽度内，示例性光纤的氯浓度通常小于0.10重量百分比(例如，小于0.09重量百分比)。在一些实施例中，在中央纤芯的整个宽度内，示例性光纤的氯浓度小于0.08重量百分比(例如，小于0.07重量百分比)。例如，在中央纤芯的整个宽度内，示例性光纤的氯浓度小于0.06重量百分比(例如，小于0.05重量百分比)。

此外，在典型实施例中，光纤的平均氯浓度大致为小于0.10重量百分比(例如，大致为小于0.09重量百分比)。示例性光纤的平均氯浓度通常大致为小于0.08重量百分比(例如，小于0.07重量百分比)。更通常地，示例性光纤的平均氯浓度小于0.06重量百分比(例如，小于0.05重量百分比)。在一些典型实施例中，光纤的平均氯浓度小于0.03重量百分比(例如，小于0.01重量百分比)。

在典型实施例中，中央纤芯在其外半径处的最小氟浓度至少约为3重量百分比(例如，3.5～7.0重量百分比)。在中央纤芯的外半径处，示例性光纤的最小氟浓度通常为4重量百分比(例如，4.5～6.0重量百分比)。参见图6。

如前面所述，在一般的制造技术期间，氯混入光纤内。然而，在辐射富集环境的情况下，本发明人已经发现，高的氯浓度实际使光纤的衰减增大。

图7图示说明(i)使用一般技术所制造的比较光纤和(ii)根据本发明的示例性光纤这两者的作为辐射剂量的函数的辐射引起的衰减(即，引起的损耗)。比较光纤和示例性光纤均是折射率分布与图2的折射率分布相同的凹式渐变折射率的多模光纤。较浅的(上侧)标绘线提供了比较光纤的辐射引起的衰减。较深的(下侧)标绘线提供了示例性光纤的辐射引起的衰减。

图8图示说明比较光纤的作为辐射剂量的函数的辐射引起的衰减(即，引起的损耗)。图9图示说明示例性光纤的作为辐射剂量的函数的辐射引起的衰减(即，引起的损耗)。

为了生成图7～9的标绘，使用钴-60源(即，⁶⁰Co源)以0.15Gy/s的剂量率在约24℃的温度下对光纤照射19个小时。在照射期间，使用以波长856纳米、约-18dBm(即，约16μW)发光的LED源来测量光纤的辐射引起的衰减。可以在以下出版物中得到用于生成图7～9的标绘的设备和测试过程的更多详细内容：Jochen Kuhnhenn，Stefan Klaus

and Udo Weinand，Quality Assurance for Irradiation Tests of Optical Fibers：Uncertainty and Reproducibility，IEEE Transactions on NuclearScience，Vol.56，No.4，August 2009，at 2160-2166。

如图7～9所示，示例性光纤与比较光纤相比展现出较大的抵抗由辐射引起的衰减的性能。实际上，示例性光纤的辐射引起的衰减与比较光纤的辐射引起的衰减相比小了2～3倍。

在这方面，在波长为856纳米、温度约为24℃并且辐射剂量率为0.15Gy/s的情况下，比较光纤在经受650Gy的辐射剂量之后展现出61.5dB/km的辐射引起的衰减。剂量从650Gy到1500Gy，比较光纤的辐射引起的衰减减小了约0.9％、即减小至60.95dB/km。剂量从1500Gy到10,000Gy，比较光纤的辐射引起的衰减增大了约9.5％、即增大至67.35dB/km。由于比较光纤的辐射引起的衰减在照射期间既增大也减小，因此该辐射引起的衰减相对不可预测。因而，比较光纤展现出(i)高的辐射引起的衰减、(ii)高的辐射引起的衰减变化、以及(iii)不可预测的辐射引起的衰减变化。

作为对比，在波长为856纳米、温度约为24℃且辐射剂量率为0.15Gy/s的情况下，示例性光纤在经受650Gy的辐射剂量之后展现出26.7B/km的辐射引起的衰减。剂量从650Gy到10,000Gy，示例性光纤的辐射引起的衰减增大了约5.6％、即增大至28.7dB/km。显然，示例性光纤的辐射引起的衰减在照射期间仅增大。因而，示例性光纤与比较光纤相比展现出(i)相对低的辐射引起的衰减、(ii)相对低的辐射引起的衰减变化、以及(iii)更加可预测的辐射引起的衰减变化。

图7的辐射测试结果示出如下：特别是在辐射富集环境下，高的氯浓度可以使光纤的衰减增大。因而，示例性光纤内的氯浓度相对低，外加该光纤不包含诸如锗和/或磷等的掺杂物的事实，这便于在辐射富集环境下实现低的光纤衰减值。

在一些典型实施例中，本发明的光纤具有高卤素比。如这里所使用的，“卤素比”的概念是指氟元素的重量分数相对于氯元素的重量分数之比。例如，可以在光纤的特定半径(例如，中央纤芯的外半径)处表示该卤素比，或者可以将该卤素比表示为一层或多层内的平均值(例如，中央纤芯内的平均值)。该卤素比提供了在用于实现光纤的折射率分布的氟掺杂物的量与制造工艺期间混入光纤内的氯的量之间的有意义比较。

本光纤在中央纤芯的外半径处的卤素比大致为大于30(例如，约为50～500)。就光纤相对于氟元素和/或氯元素展现出圆周变化来说，可以使用平均浓度来计算这种半径依赖的卤素比。

光纤的纤芯-包层平均卤素比是光纤的纤芯和最内包层(即，诸如图2和13所示的内包层或者如图12所示的埋槽等的邻接中央纤芯的包层)之间的平均卤素比。例如，为了计算具有中央纤芯、内包层和外包层的光纤的纤芯-包层平均卤素比，将使用中央纤芯和内包层的平均氟浓度和平均氯浓度。因而，纤芯-包层平均卤素比通常表示光纤的主要传播所传输信号的部分的卤素比。

使用传统技术所制造的光纤的纤芯-包层平均卤素比通常大致为小于18.5。作为对比，该光纤的典型实施例的纤芯-包层平均卤素比通常大致为大于20(例如，约为22～300)。通常，该光纤的纤芯-包层平均卤素比为25～269(例如，约为48～240)。更通常地，该光纤的纤芯-包层平均卤素比为53～200(例如，约为60～140)。

使用光纤的中央纤芯内的平均氟浓度和平均氯浓度来确定光纤的纤芯平均卤素比。使用传统技术所制造的光纤的纤芯平均卤素比通常大致为小于15。作为对比，示例性光纤的纤芯平均卤素比通常大致为大于20(例如，约为30～170)。

卤素比较高似乎使光纤的耐辐射性提高。特别地，卤素比高的光纤通常展现出较低的辐射引起的衰减。另外，卤素比高的光纤通常更能抵抗可能损害光纤的带宽的辐射引起的折射率变化。因而，卤素比高的光纤通常具有高带宽并且在辐射富集环境下展现出低衰减。

例如，图10和11图示说明两个示例性光纤的作为径向偏移的函数的氟(F)浓度和氯(Cl)浓度。示例性光纤包括由宽度约为15微米的内包层包住的直径为50微米的中央纤芯。

将各个氟浓度和氯浓度(即，以重量百分比为单位)均描述为光纤半径的函数。左侧的纵轴以及较浅的正方形标绘线提供了特定径向偏移下光纤的氯浓度。同样，右侧的纵轴以及较深的圆形标绘线提供了特定径向偏移下光纤的氟浓度。如这里所使用的，氯浓度或氟浓度的表述分别是指氯元素或氟元素的重量分数。

图10的光纤在其纤芯处的平均氯浓度为0.10重量百分比，并且图11的光纤在其纤芯处的平均氯浓度为0.05重量百分比。图10和11的光纤在它们各自的纤芯处的平均氟浓度相当。因而，图11的光纤的纤芯平均卤素比是图10的光纤的纤芯平均卤素比的约两倍(即，2X)。

使用钴-60源(即，⁶⁰Co源)以约1.25Gy/s的剂量率来在约45℃的温度下对图10和11的光纤进行照射，直到累计剂量高达2.35MGy(即，2.35百万Gy)为止。在照射之后，测量光纤的辐射引起的衰减。在波长1300纳米处，图10的光纤的辐射引起的衰减与图11的光纤的辐射引起的衰减相比大了50％(即，1.5X)。此外，在波长850纳米处，图10的光纤的辐射引起的衰减与图11的光纤的辐射引起的衰减相比大了100％(即，2X)。因而，增大光纤的纤芯平均卤素比似乎能够使光纤的辐射引起的衰减降低。

根据一个实施例，本发明的光纤符合ITU-T推荐G.651.1，但该推荐的与色散有关的规范例外。如此，该光纤的中央纤芯直径为50微米(即，中央纤芯半径r₁为25微米)并且/或者数值孔径为0.2±0.015。

在另一方面中，本发明涉及包括如这里所公开的光纤的至少一部分的多模光学系统。特别地，该光学系统可以在至少100米(例如，300米)内展现出至少10Gb/s的数据速率。在这方面，本光学系统的典型实施例符合OM3标准和OM4标准，但这两个标准的与色散有关的规范例外。

在一些典型实施例中，本发明的光纤包括位于中央纤芯和外包层之间的埋槽。通常，光纤的埋槽可以直接包住内包层。可选地，光纤可以包括直接包住中央纤芯的埋槽。在包括直接包住中央纤芯的埋槽的典型实施例中，光纤可以包括或者可以不包括中间包层(例如，位于埋槽和外包层之间的中间包层)。

对于包括埋槽的典型实施例，埋槽的宽度为w₃，外半径为r₃，并且对于外包层的折射率差为Δn₃。通常使用术语“埋槽”来描述光纤的折射率基本小于外包层的折射率的径向部分。

一般而言，还可以使用以下等式来将折射率差表示为百分比：

$\mathrm{\Δ}\%\left(r\right)=\frac{100\×(n{\left(r\right)}^2-{n_{\mathrm{cladding}}}^2)}{2n{\left(r\right)}^2}.$

其中，n(r)是作为径向位置的函数的比较折射率值(例如，埋槽的折射率n₃)，并且n_cladding是外包层的折射率值。本领域的技术人员能意识到，在折射率在光纤的给定区段内改变(即，折射率值根据径向位置而改变)的情况下或者在折射率在给定区段内恒定的情况下，可以使用该等式。

因而，可以使用以下等式来将相对于外包层的恒定折射率差表示为百分比：

$\mathrm{\Δ}\%=\frac{100\×(n^2-{n_{\mathrm{cladding}}}^2)}{2n^2}.$

其中，n是比较折射率值(例如，埋槽的折射率n₃)，并且n_cladding是外包层的折射率值。

如这里所使用的，通过以下等式来定义埋槽的体积v：

$v=|2\mathrm{\π}\×\underset{r_{\mathrm{int}}}{\overset{r_{\mathrm{ext}}}{\∫}}\mathrm{\Δ}\%\left(r\right)\×r\×\mathrm{dr}|.$

其中，r_int和r_ext分别是埋槽的内半径和外半径，并且Δ％(r)是以百分比表示的埋槽相对于外包层的折射率差。本领域的技术人员能意识到，对于矩形槽和非矩形槽这两者均可使用该等式。

如果埋槽具有矩形形状(即，阶梯折射率分布)，则可以将(上述)等式简化为以下等式：

v＝|Δ％×π×(r_ext ²-r_int ²)|。

其中，r_int和r_ext分别是埋槽的内半径和外半径，并且Δ％是以百分比表示的埋槽相对于外包层的折射率差。

如所述，示例性光纤可以包括直接包住中央纤芯的埋槽。图12图示说明直接包住中央纤芯的埋槽的示例性光纤的设定折射率分布。该光纤包括由外包层(例如，外光包层)包住的中央纤芯。由于成本原因，外包层通常由天然二氧化硅制成，但也可以由掺杂二氧化硅制成。如所示，光纤的中央纤芯是具有α折射率分布(即，阶梯折射率分布)和外半径r₁的基于玻璃的中央纤芯。该中央纤芯通常掺杂有氟以降低二氧化硅的折射率。

中央纤芯的α折射率分布在中央纤芯的外半径r₁处具有与相对于外包层的折射率差Δn_end相对应的最小折射率。换句话说，中央纤芯具有α折射率分布，并且在中央纤芯的外半径r₁处相对于外包层(例如，外包层的最内部分)的折射率差为Δn_end。

此外，中央纤芯的α折射率分布相对于外包层的最大折射率差(例如，在中央纤芯的中心处)为Δn₁。中央纤芯的α折射率分布便于实现高带宽。

通常，光纤的中央纤芯的最大折射率差Δn₁约为-4×10^-3～0。更通常地，中央纤芯的最大折射率差Δn₁约为-1.5×10^-3～-0.1×10^-3。中央纤芯的外半径r₁通常约为22.5微米～27.5微米(即，25±2.5微米)。中央纤芯的最小折射率差Δn^end通常约为-21×10^-3～-14×10^-3(例如，-19×10^-3～-17×10^-3)。更通常地，中央纤芯的最小折射率差Δn_end大致为大于-18×10^-3(例如，约为-16×10^-3～-15×10^-3)。另外，中央纤芯的α折射率分布的α参数通常约为1.9～2.1。

如图12所述，示例性光纤还包括直接包住中央纤芯的埋槽。埋槽的宽度为w₃，外半径为r₃，并且相对于外包层的折射率差为Δn₃。埋槽通常掺杂有氟以降低二氧化硅的折射率。埋槽的宽度为w₃，外半径为r₃，并且相对于外包层的折射率差为Δn₃。在典型实施例中，埋槽的折射率差Δn₃约为-36×10^-3～-15×10^-3(例如，约为-34×10^-3～-18×10^-3)。通常，埋槽的折射率差Δn₃约为-30×10^-3～-16×10^-3(例如，约为-21×10^-3～-19×10^-3)。

根据前述，示例性槽辅助多模光纤的埋槽的氟浓度可以至少约为5重量百分比(例如，5.5～6.5重量百分比)，诸如约为6重量百分比～7重量百分比等。通常，掺杂有1重量百分比的氟的二氧化硅相对于纯二氧化硅的折射率差约为-3×10^-3。

在一些典型实施例中，埋槽的折射率差Δn₃和中央纤芯的最小折射率差Δn_end之差(即，Δn₃-Δn_end)约为-15×10^-3～-1×10^-3(例如，约为-14×10^-3～-2×10^-3)。埋槽的折射率差Δn₃和中央纤芯的最小折射率差Δn_end之差(即，Δn₃-Δn_end)通常为-13×10^-3～-3×10^-3(例如，约为-10×10^-3～-3×10^-3或者-12×10^-3～-4×10^-3)。更通常地，埋槽的折射率差Δn₃和中央纤芯的最小折射率差Δn_end之差(即，Δn₃-Δn_end)约为-11×10^-3～-5×10^-3(例如，约为-10×10^-3～-6×10^-3)。

埋槽的宽度w₃可以约为0.5微米～10微米(例如，约为2微米～8微米)。通常，埋槽的宽度w₃约为3微米～7微米(例如，约为4微米～6微米)。埋槽的外半径r₃通常约为23微米～38微米(例如，约为26微米～35微米)。更通常地，埋槽的外半径r₃约为28微米～33微米(例如，约为30微米～32微米)。在一些典型实施例中，本发明的光纤包括体积v₃约为260％·μm²以上(例如，约为280％·μm²～450％·μm²)的埋槽。更通常地，埋槽的体积v₃约为300％·μm²～425％·μm²(例如，约为350％·μm²～400％·μm²)。埋槽通常掺杂有氟(F)以降低二氧化硅的折射率。

如图12所示，在值r＝r₁处，光纤的折射率在从中央纤芯的最小折射率差Δn_end到埋槽的折射率差Δn₃存在明显的非连续下降。这就是说，在典型实施例中，光纤折射率在中央纤芯的外半径r₁处的下降可能是连续的。例如，中央纤芯的α折射率分布可以包括与埋槽的折射率差Δn₃相对应的折射率差Δn_end。

图12的示例性光纤还包括位于埋槽和外包层之间的中间包层。中间包层的外半径为r₄，宽度为w₄，并且相对于外包层的折射率差为Δn₄。中间包层通常掺杂有氟以降低二氧化硅的折射率。

在典型实施例中，中间包层的折射率差Δn₄大致为等于中央纤芯的最小折射率差Δn_end。这就是说，中间包层的折射率差Δn₄与中央纤芯的最小折射率差Δn_end相比可能较大或较小。

光纤的中间包层的宽度w₄通常约为8微米～40微米(例如，约为10微米～25微米)。中间包层的折射率差Δn₄通常约为-21×10^-3～-14×10^-3(例如，约为-19×10^-3～-17×10^-3)。更通常地，中间包层的折射率差Δn₄大致为大于-20×10^-3(例如，约为-16×10^-3～-15×10^-3)。中间包层的外半径r₄通常约为30微米～62.5微米(例如，约为35微米～50微米)。

在典型实施例中，中间包层的外半径r4约为45微米以上(例如，约为50微米～62.5微米)。本发明人已经发现，与中间包层的外半径小于45微米的光纤相比较，中间包层的外半径r₄大致为大于45微米的示例性光纤由于限制损耗降低了而展现出对光纤长度不太敏感的带宽。

图13图示说明包括埋槽的又一示例性光纤的设定折射率分布。该光纤包括由外包层(例如，外光包层)包住的中央纤芯。如所示，光纤的中央纤芯是具有α折射率分布(即，渐变折射率分布)、外半径r₁、最小折射率差Δn_end和最大折射率差Δn₁的基于玻璃的中央纤芯。

在该典型实施例中，光纤的中央纤芯的最大折射率差Δn₁通常约为-5×10^-3～0(例如，约为-4×10^-3～-0.05×10^-3)。更通常地，中央纤芯的最大折射率差Δn₁约为-2×10^-3～0。中央纤芯的外半径r₁通常约为22.5微米～27.5微米(即，25±2.5微米)。中央纤芯的最小折射率差Δn_end通常约为-21×10^-3～-14×10^-3(例如，约为-19×10^-3～-17×10^-3)。更通常地，中央纤芯的最小折射率差Δn_end大致为大于-20×10^-3(例如，约为-16×10^-3～-15×10^-3)。另外，中央纤芯的α折射率分布的α参数通常约为1.90～2.15。

如图13所示，示例性光纤还包括内包层(例如，环)。光纤的内包层位于中央纤芯和外包层之间。内包层的外半径为r₂，宽度为w₂，并且相对于外包层的折射率差为Δn₂。内包层通常掺杂有氟以降低二氧化硅的折射率。

内包层的折射率差Δn₂通常约为-21×10^-3～-14×10^-3(例如，约为-19×10^-3～-17×10^-3)。更通常地，内包层的折射率差Δn₂大致为大于-20×10^-3(例如，约为-16×10^-3～-15×10^-3)。内包层的宽度w2通常约为0.5微米～10微米(例如，约1微米～9微米)。更通常地，内包层的宽度w₂约为2微米～7微米(例如，约为4微米～6微米)。内包层的外半径r₂约为23微米～38微米(例如，约为26微米～35微米)。更通常地，内包层的外半径r₂约为28微米～33微米(例如，约为30微米～32微米)。

在典型实施例中，内包层的折射率差Δn₂大致为等于中央纤芯的最小折射率差Δn_end。这就是说，内包层的折射率差Δn₂与中央纤芯的最小折射率差Δn_end相比可能较大或较小。

如图13所述，示例性光纤还包括直接包住内包层的埋槽。埋槽的宽度为w₃，外半径为r₃，并且相对于外包层的折射率差为Δn₃。在典型实施例中，埋槽的折射率差Δn₃约为-36×10^-3～-15×10^-3(例如，-34×10^-3～-18×10^-3)。通常，埋槽的折射率差Δn₃约为-30×10^-3～-16×10^-3(例如，约为-21×10^-3～-19×10^-3)。

在一些典型实施例中，埋槽的折射率差Δn₃和内包层的折射率差Δn₂之差(即，Δn₃-Δn₂)约为-15×10^-3～-1×10^-3(例如，约为-14×10^-3～-2×10^-3)。埋槽的折射率差Δn₃和内包层的折射率差Δn₂之差(即，Δn₃-Δn₂)通常约为-13×10^-3～-3×10^-3(例如，约为-10×10^-3～-3×10^-3或者约为-12×10^-3～-4×10^-3)。更通常地，埋槽的折射率差Δn₃和内包层的折射率差Δn₂之差(即，Δn₃-Δn₂)约为-11×10^-3～-5×10^-3(例如，约为-10×10^-3～-6×10^-3)。

埋槽的宽度w₃可以约为0.5微米～10微米(例如，约为2微米～8微米)。通常，埋槽的宽度w₃约为3微米～7微米(例如，约为4微米～6微米)。埋槽的外半径r₃通常约为23微米～38微米(例如，约为26微米～35微米)。更通常地，埋槽的外半径r₃约为28微米～33微米(例如，约为30微米～32微米)。在一些典型实施例中，本发明的光纤包括体积v₃约为260％·μm²以上(例如，约为280％·μm²～450％·μm²)的埋槽。更通常地，埋槽的体积v3约为300％·μm²～425％·μm²(例如，约为350％·μm²～400％·μm²)。埋槽通常掺杂有氟以降低二氧化硅的折射率。

图13的示例性光纤还包括位于埋槽和外包层之间的中间包层。中间包层的外半径为r₄，宽度为w₄，并且相对于外包层的折射率差为Δn₄。中间包层通常掺杂有氟以降低二氧化硅的折射率。

在典型实施例中，中间包层的折射率差Δn₄大致为等于中央纤芯的最小折射率差Δn_end。这就是说，中间包层的折射率差Δn₄与中央纤芯的最小折射率差Δn_end相比可能较大或较小。

光纤的中间包层的宽度w₄通常约为8微米～40微米(例如，约为10微米～25微米)。中间包层的折射率差Δn₄通常约为-21×10^-3～-14×10^-3(例如，约为-19×10^-3～-17×10^-3)。更通常地，中间包层的折射率差Δn₄大致为大于-20×10^-3(例如，约为-16×10^-3～-15×10^-3)。中间包层的外半径r₄通常约为30微米～62.5微米(例如，约为35微米～50微米)。

在典型实施例中，中间包层的外半径r₄约为45微米以上(例如，约为50微米～62.5微米)。本发明人已经发现，与中间包层的外半径小于45微米的光纤相比较，中间包层的外半径r₄大致为大于45微米的示例性光纤由于限制损耗降低了而展现出对光纤长度不太敏感的带宽。

如所述，光纤的一些典型实施例包括直接包住中央纤芯的内包层以及直接包住内包层的埋槽。在光纤的这些实施例中，内包层的折射率差Δn₂可以等于中央纤芯的最小折射率差Δn_end。然而，在可选实施例中，中央纤芯的α折射率分布在比用于确定该α折射率分布的形状的最小折射率大的折射率差Δn_end处中断。如这里所使用的，如果中央纤芯的最小折射率值n_end大于最小折射率值n₀(即，理论最小折射率值)，则认为α折射率分布中断。本领域的技术人员应当理解，n_end是最小折射率值，而Δn_end是最小折射率差。

在不受任何特定理论约束的情况下，本发明人已经发现，埋槽便于实现光纤的弯曲损耗(即，宏弯曲损耗)的降低。在这方面，在波长850纳米处，对于以弯曲半径15毫米绕两匝，包括埋槽的示例性光纤的弯曲损耗小于0.11dB(例如，小于0.06dB)；对于以弯曲半径10毫米绕两匝，该示例性光纤的弯曲损耗小于0.10dB(例如，小于0.09dB)；对于以弯曲半径7.5毫米绕两匝，该示例性光纤的弯曲损耗小于0.15dB(例如，小于0.10dB)；以及对于以弯曲半径5毫米绕两匝，该示例性光纤的弯曲损耗小于0.18dB(例如，小于0.15dB)。

实际上，图14图示说明两个示例性光纤的波长850纳米处对于以给定弯曲半径绕两匝的宏弯曲损耗。这些示例性光纤的其中一个包括直接包住内包层的埋槽(即，与图13相同的设定分布)，而另一个示例性光纤不包括埋槽。利用圆形所标绘的曲线示出包括埋槽的示例性光纤的弯曲损耗。利用三角形所标绘的曲线示出不包括埋槽的示例性光纤的弯曲损耗。如所述，在给定半径的情况下，包括埋槽的示例性光纤的弯曲损耗与不具有埋槽的示例性光纤的弯曲损耗相比小了至少3～5倍。

如这里所使用的，“不具有埋槽的”光纤是指如下的光纤，除了槽被替换为折射率与相邻包层(例如，内包层、中间包层或外包层)相同的材料以外，该光纤在其它部分的折射率分布与比较所用的光纤的折射率分布相同。

可以根据IEC 60793-1-47国际标准和IEC 61280-4-1国际标准来测量宏弯曲损耗。在这方面，通常仅对弯曲直径小的滚珠轴承设置(ball-bearing set-up)进行该测量。通常，所使用的注入条件是IEC 61280-4-1国际标准中所描述的注入条件。

在本说明书和/或附图中，已公开了本发明的典型实施例。本发明不限于这些典型实施例。术语“和/或”的使用包括了所列出的一个或多个关联项的任意组合和所有组合。这些附图是示意呈现，因此无需按比例绘制这些附图。除非另外说明，否则在一般含义和描述的含义上使用这些具体术语，并且这些术语并非用于进行限制。

Claims (15)

1.一种多模光纤，包括：

由外包层包住的中央纤芯，其中，

(i)所述中央纤芯的外半径为r₁，

(ii)所述中央纤芯具有α折射率分布，

(iii)所述中央纤芯相对于所述外包层的最大折射率差Δn₁小于或等于0，以及

(iv)在所述外半径r₁处，所述中央纤芯相对于所述外包层的最小折射率差为Δn_end；以及

位于所述中央纤芯和所述外包层之间的内部包层，所述内部包层相对于所述外包层的折射率差为负；

其中，所述中央纤芯的最大锗浓度为0.1重量百分比以下；

所述中央纤芯的平均氯浓度为0.1重量百分比以下；以及

在所述外半径r₁处，所述中央纤芯的最小氟浓度为3重量百分比以上。

2.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述内部包层是直接包住所述中央纤芯的内包层，其中，

(i)所述内包层的外半径为r₂，

(ii)所述内包层的宽度为w₂，以及

(iii)所述内包层相对于所述外包层的负的折射率差为Δn₂。

3.根据权利要求2所述的多模光纤，其特征在于，还包括：

位于所述内包层和所述外包层之间的埋槽，其中，

(i)所述埋槽的外半径为r₃，

(ii)所述埋槽的宽度为w₃，以及

(iii)所述埋槽相对于所述外包层的负的折射率差为Δn₃，并且Δn₃＜Δn_end；以及

位于所述埋槽和所述外包层之间的中间包层，其中，

(i)所述中间包层的外半径为r₄，

(ii)所述中间包层的宽度为w₄，以及

(iii)所述中间包层相对于所述外包层的负的折射率差为Δn₄。

4.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，

还包括位于所述中央纤芯和所述外包层之间的埋槽，其中，

(i)所述埋槽的外半径为r₃，

(ii)所述埋槽的宽度为w₃，以及

(iii)所述埋槽相对于所述外包层的负的折射率差为Δn₃，并且Δn₃＜Δn_end；以及

所述内部包层是位于所述埋槽和所述外包层之间的中间包层，其中，

(i)所述中间包层的外半径为r₄，

(ii)所述中间包层的宽度为w₄，以及

(iii)所述中间包层相对于所述外包层的负的折射率差为Δn₄。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的多模光纤，其特征在于，所述中央纤芯基本不含锗掺杂物，以使得所述中央纤芯的锗浓度小于0.005重量百分比。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的多模光纤，其特征在于，所述多模光纤的纤芯-包层平均卤素比为20以上，优选为25以上，更优选为48以上，并且最优选为60以上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的多模光纤，其特征在于，所述多模光纤在所述中央纤芯的外半径r₁处的卤素比为50～500。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的多模光纤，其特征在于，所述多模光纤的纤芯平均卤素比为20以上，优选为30～170。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的多模光纤，其特征在于，所述中央纤芯的平均氯浓度为0.08重量百分比以下，优选为0.07重量百分比以下，更优选为0.06重量百分比以下，并且最优选为0.05重量百分比以下。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的多模光纤，其特征在于，在所述中央纤芯的整个宽度内，所述中央纤芯的氯浓度小于0.1重量百分比，优选小于0.08重量百分比，更优选小于0.07重量百分比，并且最优选为0.05重量百分比。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的多模光纤，其特征在于，在所述外半径r₁处，所述中央纤芯的最小氟浓度为3.5重量百分比以上，优选为4.0重量百分比以上，并且最优选为4.5重量百分比以上。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的多模光纤，其特征在于，所述中央纤芯的最小折射率差Δn_end为-21×10^-3以上，优选为-20×10^-3～-14×10^-3，并且更优选为-16×10^-3～-15×10^-3。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的多模光纤，其特征在于，所述中央纤芯的最大折射率差Δn₁为-5×10^-3～0，并且优选为-2×10^-3～-0.05×10^-3。

14.根据权利要求3至13中任一项所述的多模光纤，其特征在于，所述埋槽的折射率差Δn₃和所述中央纤芯的最小折射率差Δn_end之差为-15×10^-3～-1×10^-3，优选为-13×10^-3～-3×10^-3，更优选为-11×10^-3～-5×10^-3，最优选为-10×10^-3～-6×10^-3。

15.根据权利要求3至14中任一项所述的多模光纤，其特征在于，所述埋槽的体积v₃为260％·μm²以上，优选为280％·μm²～450％·μm²，更优选为300％·μm²～425％·μm²，并且最优选为350％·μm²～400％·μm²。

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