CN102854563A

CN102854563A - 多模光纤

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Publication number: CN102854563A
Application number: CN2012102280794A
Authority: CN
Inventors: M·比戈-阿斯楚克; D·莫林; P·斯拉德
Original assignee: Draka Comteq BV
Current assignee: Draka Comteq BV
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: DK2541292T3; EP2541292A1; JP2013047785A; US8879878B2; EP2541292B1; JP6031276B2; US20130004135A1; CN102854563B

Abstract

本发明涉及多模光纤，公开了一种凹式渐变折射率多模光纤。该凹式渐变折射率多模光纤包括中央纤芯、凹陷内包层、凹槽、凹陷外包层和外包层。该中央纤芯具有α折射率分布。这些凹陷包层限制了泄漏模式对光纤的性能特性(例如，带宽、纤芯大小和/或数值孔径)所产生的影响。

Description

多模光纤

技术领域

本发明涉及光纤传输领域，更具体地，涉及槽辅助的凹式渐变折射率多模光纤。

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、抛物线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、“抛物线”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，信号以在光纤纤芯中所引导的基本模式LP01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。

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(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，这导致光纤所支持的带宽(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(intermodaldispersion)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，远程通信用多模光纤的纤芯的折射率通常从光纤中心向着纤芯与包层的界面逐渐减小(即，纤芯“α(alpha)”分布)。这种光纤已经使用了很多年，并且在D.Gloge等人发表的“Multimode Theory of Graded-Core Fibers”,Bellsystem Technical Journal1973,pp.1563-1578中描述了这种光纤的特性，并且在G.Yabre发表的“Comprehensive Theory ofDispersion in Graded-Index Optical Fibers”,Journal ofLightwave Technology,February2000,Vol.18,No.2,pp.166-177中概括了这种光纤的特性。上述所引用的各文章均通过引用而被全部包含于此。

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_{\max} \sqrt{1 - 2 Δ {(\frac{r}{r_{1}})}^{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；

n_max是光纤纤芯的最大折射率；

r₁是光纤纤芯的半径；以及

Δ = \frac{(n_{\max}^{2} - n_{\min}^{2})}{2_{\max}^{2}},

其中，n_min是多模纤芯的最小折射率，其可以与(最常见是由二氧化硅制成的)外包层的折射率相对应。

因此，具有渐变折射率(即，α分布)的多模光纤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，这是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。此外，可以对参数α的值进行调整，以在给定波长处或者在波长范围(例如，约为850纳米～1300纳米)内提供高带宽。

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要求有关的标准(例如，带宽、数值孔径和纤芯直径)。ITU-T G.651.1推荐(2007年7月)通过引用而被全部包含于此。

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。OM3标准通过引用而被全部包含于此。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。多模光纤通常用于诸如本地网络或LAN(局域网)等的要求宽带宽的短距离应用。

共同拥有的欧洲专利2,312,350(及其对应美国专利公开2011/0085770)提出了向凹陷内包层添加槽，以降低泄漏损耗以及使外包层更靠近纤芯；上述各文献均通过引用而被全部包含于此。然而，该申请涉及单模光纤，这样产生了不同的设计问题。例如，仅需对LP01模式、LP11模式和LP02模式进行管理，而并未限制带宽、纤芯大小和数值孔径。此外，“凹陷包层的外半径”相对于“中央纤芯的外半径”的比值与多模折射率分布的情况相比大得多。

国际公开2008/085851(及其对应美国专利公开2008/0166094)描述了具有由凹陷折射率环形部分包住的渐变折射率中央纤芯的多模光纤，其中该环形部分位于中央纤芯和光包层之间；上述各文献均通过引用而被全部包含于此。该凹陷折射率环形部分是为了降低渐变折射率多模光纤的弯曲损耗所添加的。一般来说，国际公开2008/085851和美国专利公开2008/0166094所公开的解决方案并不涉及凹式渐变折射率多模光纤。在包层包括凹陷包层和由天然二氧化硅制成的外包层的情况下，将所提出的解决方案应用于仅掺杂有氟的分布并不能够降低泄漏损耗。

欧洲公开2,166,386(及其对应美国专利公开2010/0067858)描述了如下的多模光纤，其中该多模光纤具有渐变折射率中央纤芯、与该渐变折射率中央纤芯相邻的内包层、以及位于该中央纤芯和光包层之间的周围的凹陷折射率环形部分；上述各文献均通过引用而被全部包含于此。该凹陷折射率环形部分是为了降低渐变折射率多模光纤的弯曲损耗所添加的。一般来说，欧洲公开2,166,386和美国专利公开2010/0067858 A1所公开的这些实施方式并不涉及凹式渐变折射率多模光纤。在包层包括凹陷包层和由天然二氧化硅制成的外包层的情况下，将所提出的实施方式应用于仅掺杂有氟的分布并不能够降低泄漏损耗。

欧洲公开2,220,524描述了如下的多模光纤，其中该多模光纤具有渐变折射率中央纤芯、与该渐变折射率中央纤芯相邻的内包层、以及位于该中央纤芯和光包层之间的周围的凹陷折射率环形部分；上述文献通过引用而被全部包含于此。该凹陷折射率环形部分是为了降低渐变折射率多模光纤的弯曲损耗所添加的。一般来说，欧洲公开2,220,524所公开的光纤并不涉及凹式渐变折射率多模光纤。在包层包括凹陷包层和由天然二氧化硅制成的外包层的情况下，将所提出的实施方式应用于仅掺杂有氟的分布并不能够降低泄漏损耗。

此外，包含凹槽使得出现了将与所期望的泄漏模式共同传播的附加泄漏模式。这些附加泄漏模式的有效折射率低于由凹式渐变折射率中央纤芯所维持的有效折射率。与根据众所周知的标准化IEC 60793-1-43方法对不具有凹槽的渐变折射率光纤进行测量得到的数值孔径相比，与这些附加泄漏模式相对应的有效折射率较低导致在包括凹槽的渐变折射率光纤中利用远场模式对两米进行测量得到的数值孔径增大。具有凹槽的渐变折射率多模光纤(GIMMF)的数值孔径可能表现得与基于其渐变折射率纤芯的参数Δ的值所预期的数值孔径相比较大。

另外，如在过满注入(OFL)下使用IEC 60793-1-20方法C根据2米试样的输出端的近场模式所测量的，泄漏模式可能导致纤芯大小失真。因而，具有凹槽的GIMMF的纤芯大小可能表现得与基于其渐变折射率中央纤芯的宽度的值所预期的纤芯大小相比较大。

失真的数值孔径和纤芯大小的测量值可能得出与纤芯大小和折射率分布的参数Δ值有关的不正确结论，纤芯大小和折射率分布的参数Δ值对于连接性很重要。纤芯大小和Δ确定了引导模式的数量和形状。两个不同的渐变折射率光纤之间在引导模式的数量和形状方面的这种差异可能导致模式不匹配，因而导致熔接损耗或连接损耗变高。

另外，包括(i)折射率接近二氧化硅的折射率的中央纤芯、以及(ii)向下掺杂折射率的包层的多模光纤，与具有向上掺杂的中央纤芯和二氧化硅包层的标准多模光纤相比，提供了如下几个有利特征。例如，这些光纤可以展现出提高了的耐辐射性和阻氢性、以及低损耗和大带宽。然而，由于沉积有高度凹陷的包层，因此制造这些结构很困难且非常昂贵。所沉积的包层相对于二氧化硅的折射率差可能达到-16×10^-3。因而，经常使用PCVD技术。该技术是利于实现这种低的、为负的折射率差的内部沉积工艺(如MCVD方法和FCVD方法那样)。这就是说，PCVD技术中所使用的二氧化硅基管必须位于距离中央纤芯很远的位置，以防止这些模式发生泄漏以及由此经历高泄漏损耗。通过确定基管的位置所施加的限制通常得到直径小的纤芯棒，由此使制造成本增加。

因而，需要一种包括如下的凹陷包层的多模光纤，其中该凹陷包层限制了泄漏模式对其它的光纤特性(例如，带宽、纤芯大小和/或数值孔径)所产生的影响，但可能以缩小了的宽度沉积到二氧化硅基管内。

发明内容

因此，在一个方面中，本发明涉及一种包含由外包层(例如，外光包层或外部包层)包住的中央纤芯的多模光纤。所述中央纤芯的外半径为R1，并且具有α折射率分布(即，渐变折射率分布)。所述中央纤芯的α折射率分布(例如，在中央纤芯的中心处)具有最大折射率值，该最大折射率值与相对于外包层的最大折射率差Δn1相对应。

所述多模光纤还包括位于所述中央纤芯和所述外包层之间(例如，直接包住所述中央纤芯)的凹陷内包层。所述凹陷内包层的外半径为R2、宽度为w1，并且所述凹陷内包层相对于所述外包层的折射率差为Δn_inner。在典型实施例中，将中央纤芯和凹陷内包层统称为“芯区域”。所述凹陷内包层的宽度w1通常约为0.6微米～3.5微米。

所述多模光纤通常包括：(i)位于所述凹陷内包层和所述外包层之间(例如，直接包住所述凹陷内包层)的凹槽、以及(ii)位于所述凹槽和所述外包层之间(例如，直接包住所述凹槽)的凹陷外包层。

所述凹槽的外半径为R3、宽度为w2、体积分为V_trench，并且所述凹槽相对于所述凹陷外包层的折射率差为Δn_trench。通常，所述凹槽的体积分V_trench约为1650×10^-3μm²～4500×10^-3μm²。

所述凹陷外包层的外半径为R4，并且所述凹陷外包层相对于所述外包层的折射率差为Δn2。所述凹陷外包层的外半径R4通常约为30微米～47微米。

在典型实施例中，所述中央纤芯的最大折射率差Δn1约为-1.0×10^-3～0.8×10^-3。

在另一典型实施例中，所述凹陷外包层折射率差Δn2约为-18×10^-3～-12×10^-3。

在又一典型实施例中，所述凹槽的宽度w2约为2.4微米～10微米。

在又一典型实施例中，在波长850纳米处，针对所述多模光纤的500米试样测量得到的过满注入带宽是针对所述多模光纤的8000米试样测量得到的过满注入带宽的约90%以上(即，过满注入带宽减小了约10%以下)。

在又一典型实施例中，在波长1300纳米处，针对所述多模光纤的500米试样测量得到的过满注入带宽是针对所述多模光纤的8000米试样测量得到的过满注入带宽的约70%以上(即，过满注入带宽减小了约30%以下)。

在又一典型实施例中，在波长850纳米处，使用近场技术针对所述多模光纤的2米试样测量得到的光纤芯大小相对于所述中央纤芯的外半径R1的公差为±2微米。

在又一典型实施例中，所述中央纤芯的外半径R1约为23微米～27微米。

在又一典型实施例中，所述凹槽相对于所述凹陷外包层的折射率差Δn_trench约为-6×10^-3～-2×10^-3。

在又一典型实施例中，所述凹槽相对于所述外包层的折射率差约为-24×10^-3～-14×10^-3。

在又一典型实施例中，所述凹陷内包层相对于所述凹陷外包层的折射率差约为-2×10^-3～2×10^-3。

在又一典型实施例中，所述中央纤芯的α分布的α参数约为1.9～2.1。

在又一典型实施例中，在波长850纳米处，所述多模光纤的过满注入(OFL)带宽约为500MHz·km以上(例如，约为1000MHz·km以上)。

在又一典型实施例中，在波长1300纳米处，所述多模光纤的过满注入(OFL)带宽约为500MHz·km以上(例如，约为1000MHz·km以上)。

在另一方面中，本发明涉及一种用于制造根据前述的多模光纤的制造方法。

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图示说明比较性的凹式渐变折射率多模光纤的设定折射率分布。

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图示说明测量得到的作为光纤长度的函数的光纤芯大小。

图4针对示例性光纤图示说明作为径向偏移的函数的折射率和近场强度。

图5针对另一示例性光纤图示说明作为径向偏移的函数的折射率和近场强度。

图6针对比较性光纤和示例性光纤示出作为组模式数量的函数的损耗。

具体实施方式

本发明涉及包括如下的凹陷包层的凹式渐变折射率多模光纤，其中该凹陷包层限制了泄漏模式对其它的光纤特性(例如，带宽、纤芯大小和/或数值孔径)所产生的影响。

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其它辐射富集环境中的关注不断增加。例如，光纤可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。

当暴露至这种辐射时，锗和/或磷的存在趋于促进在光纤中形成缺陷，这导致辐射引起的衰减增大。因此，对于辐射富集环境内的应用，已提出了无磷和无锗的光纤。

针对将分布式温度感测所用的光纤用于地热井中的关注不断增加。紧挨在钻井之后所获得的温度分布可以提供与利用该井所产生的热的有效方式有关的信息。另外，需要对发电用地热井进行长期热监控以使其产量最优化。然而，为了实际使用，放置于地热井中的光纤必须能够长期(例如，几年)耐受恶劣的含氢井下环境。已经发现传输异常与在光纤的硅酸盐玻璃基质内形成OH离子有关。可能的降解机制如下所述：高温井下环境内的氢扩散到光纤内，并且与硅酸盐玻璃的氧发生反应以形成OH离子。硅酸盐玻璃基质内锗和/或磷的存在促进了OH离子的形成。因此，对于井下环境内的应用，已提出了与阻隔包覆相组合的无磷且锗含量低的光纤。

传统上，无磷和无锗的多模光纤具有渐变折射率α分布的中央纤芯以及包层，该包层由氟掺杂二氧化硅制成以降低其折射率。因此，渐变折射率中央纤芯和包层的折射率与纯二氧化硅的折射率相比呈凹陷式。

可以通过根据最终光学预制件(例如，光纤拉丝塔)拉丝来制造光纤。示例性光学预制件可以包括初级光学预制件，该初级光学预制件包含构成光纤的包层的一部分和纤芯的质量非常高的玻璃管。然后，将该初级光学预制件包上外包层或套上套筒，以增大该初级光学预制件的直径并形成可在光纤拉丝塔上使用的最终光学预制件。

光纤拉丝操作包括：将最终光学预制件垂直地放置于塔中，并且从该最终光学预制件的端部拉制出光纤束。为此，对最终光学预制件的一个端部局部施加高温，直到二氧化硅软化为止。然后，在光纤拉制期间持续地监控光纤拉丝速度和温度以对光纤的直径进行控制。最终光学预制件的几何性质应完全遵守光纤的折射率比值以及直径比值(例如，针对纤芯和包层而言)，以使得拉制出的光纤具有所需的分布。

初级光学预制件可以包括基管(例如为石英)，其中，在该基管中已沉积了一层或者多层掺杂和/或未掺杂的二氧化硅，以形成光纤的中央纤芯和内包层。在基管内部进行沉积的沉积技术包括改进的化学气相沉积(Modified Chemical VaporDeposition,MCVD)、熔炉化学气相沉积(Furnace ChemicalVapor Deposition,FCVD)或等离子化学气相沉积(PlasmaChemical Vapor Deposition,PCVD)。在沉积了与纤芯和内包层相对应的层之后，在被称为径向收拢(collapsing)的操作期间使该管自身闭合。

成分沉积通常涉及术语“掺杂”，即将掺杂物添加至二氧化硅以改变其折射率。锗(Ge)和磷(P)增大了二氧化硅的折射率，并且各自均经常被用来掺杂光纤的中央纤芯。氟(F)和硼(B)降低了二氧化硅的折射率，并且氟经常被用来形成凹陷包层。

对包括大的渐变折射率中央纤芯和高度凹陷的包层的初级预制件的制作存在特有的问题。这些初级预制件在中央纤芯区域和周围包层这两者中都需要氟。超过特定温度时，氟难以混入到已加热的二氧化硅中，而制作玻璃又需要高温。PCVD技术能够有效地用于在沉积管内部产生凹陷包层。例如，美国专利Re.30,635和美国专利4,314,833中说明了这种制造技术，其中上述各专利均通过引用而被全部包含于此。

PCVD技术使得大量氟能够混入到二氧化硅中，由此形成高度凹陷的包层。在玻璃制造塔中设置和安装有由纯二氧化硅或掺杂氟的二氧化硅所制成的沉积管。然后，使该沉积管转动，并且将二氧化硅和掺杂物的混合气体注入到该管中。该沉积管穿过对混合气体局部加热的微波空腔。微波加热通过使所注入的气体离子化来产生等离子体。离子化的掺杂物与二氧化硅颗粒发生反应，以在该管内部沉积掺杂二氧化硅层。微波加热使掺杂物的反应显著加剧，由此使得高浓度的掺杂物能够被混入到二氧化硅层中。

图1图示说明传统的凹式渐变折射率多模光纤的折射率分布(DGIMMF)。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。该中央纤芯通常掺杂有氟(F)以降低二氧化硅的折射率。通常，该渐变折射率纤芯和内包层通过在基管内部进行沉积所构成，并且该外包层由(i)用于制作初级预制件的基管以及(ii)用于获得所期望的直径比的外包层或套筒所构成。

在外包层具有与渐变折射率纤芯(即，α折射率分布的纤芯)的最大折射率值基本相同的折射率的上述光纤中，多模光纤所传输的不同模式并没有被完全引导，并且表现出被称为泄漏损耗的附加损耗。泄漏损耗是由于这些模式在外包层的内界面处经历低于该外包层的折射率的有效折射率(即，折射率的实数部分)而发生部分反射所引起的。对于给定模式，有效折射率越低，所产生的泄漏损耗越高。结果，对于最高阶模式而言，泄漏损耗将较高。为了使这些泄露损耗最小化，必须减少在纯二氧化硅外包层中传播的能量比。必须使凹陷内包层二氧化硅充分延伸，以确保将光信号良好地限制在渐变折射率中央纤芯中以及可接受的泄露损耗水平。

高泄漏损耗是有害的，这是因为这些泄漏损耗导致有效纤芯大小和数值孔径显著减小。这对于与标准多模光纤的反向兼容性以及连接目的而言至关重要。

另外，最高阶模式的衰减最高将会导致组延迟时间差最大的模式受到抑制。结果，光纤的带宽将会遭受显著的光纤长度依赖性，这对于光纤特性目的而言可能成为问题。

MCVD技术、FCVD技术和PCVD技术能够确保获得高质量的中央纤芯和高度凹陷的大内包层，但这些技术在用于获得大容量预制件时的成本高。然而，CVD技术的使用使得可以限制衰减，尤其是限制由于OH峰所引起的1383纳米处的衰减。

将预制件的容量定义为能够从该预制件拉制出的光纤量(即，光纤长度)。通常，预制件的直径越大，其容量越大。为了降低制造成本，期望从同一预制件中拉制出长度较长的光纤。因此，本发明寻求制造直径大的预制件，同时该预制件又能符合与中央纤芯和凹陷内包层的直径有关的上述限制。因此，“凹陷包层的外半径”相对于“渐变折射率中央纤芯的外半径”的比值较小有利于制造直径较大的预制件，由此降低该预制件的制造成本。

此外，缩小凹陷包层的宽度使得能够沉积相对多的渐变折射率中央纤芯，这通常提高了α形分布的精度。用于缩小凹陷包层的宽度的一个解决方案包含在位于渐变折射率纤芯和外包层之间的内包层中添加凹槽。因此，根据本发明的多模光纤的典型实施例通常包括位于渐变折射率中央纤芯和外部包层之间的凹槽。

通常，凹槽变宽使得泄漏模式的泄漏损耗下降。另外，随着凹槽变深(即，就绝对值而言，凹槽相对于外包层的负的折射率差越大)，泄漏模式的数量增大。此外，凹槽还允许泄漏模式与所期望的引导模式共同传播。

这些泄漏模式可以对在光纤的2米试样的输出端观察到的近场模式和远场模式均造成显著干扰并且导致对渐变折射率纤芯大小的估计过高。

有鉴于此，凹槽的特性(例如，宽度、外半径和折射率差)利于同时实现以下几点：(i)降低所期望的引导模式(即，纤芯模式)的泄漏损耗；(ii)限制附加泄漏模式的数量；(iii)提高泄漏模式的泄漏损耗；以及(iv)高的带宽。降低所期望的引导模式在中央纤芯内的泄漏损耗防止了纤芯大小和/或数值孔径的缩小，同时防止了光纤的带宽在整个光纤长度内的扰动。由于泄漏模式可以在几米内传播，因此限制这些附加泄漏模式的存在有利于精确估计渐变折射率纤芯的尺寸。此外，由于纤芯尺寸与对光纤的连接性能进行评估有关，因此为了连接目的，对泄漏模式进行良好控制很重要。

因此，根据本发明的示例性多模光纤通常具有包含凹式渐变折射率中央纤芯(即，α折射率纤芯)和凹槽的设定折射率分布。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。该多模光纤包括由外包层(例如，外光包层或外部包层)包住的中央纤芯。外包层通常是根据基管所获得的，在预制件制造期间于该基管内发生玻璃层的沉积。中央纤芯的外半径为R1，并且中央纤芯相对于凹陷内包层具有α折射率分布(即，渐变折射率分布)。中央纤芯的α折射率分布(例如，在中央纤芯的中心处)具有最大折射率值，该最大折射率值与相对于外包层的最大折射率差Δn1相对应。

在典型实施例中，中央纤芯的α折射率分布的α参数为1.9～2.1(例如，如图2所示，1.95)。中央纤芯的外半径R1可以是一般的多模光纤的中央纤芯的外半径(例如，约为36.25微米以下)。通常，中央纤芯的外半径R1为23微米～27微米(例如，约为25.5微米)。中央纤芯的最大折射率差Δn1通常为-1.0×10^-3～0.8×10^-3。

多模光纤还包括位于中央纤芯和外包层之间(例如，直接包住中央纤芯的)的凹陷内包层。该凹陷内包层的外半径为R2，宽度为w1，并且该凹陷内包层相对于外包层的折射率差为Δn_inner。在典型实施例中，将中央纤芯和凹陷内包层统称为“芯区域”。如所述，凹陷内包层的折射率差Δn_inner通常在其整个宽度w1内恒定。

在典型实施例中，凹陷内包层的宽度w1为0.6微米～3.5微米(例如，0.8微米～2.5微米)。凹陷内包层的这种宽度有利于实现适当的光纤芯大小而不会使多模光纤的带宽缩小。

该多模光纤通常包括(i)位于凹陷内包层和外包层之间(例如，直接包住凹陷内包层)的凹槽、以及(ii)位于凹槽和外包层之间(例如，直接包住凹槽)的凹陷外包层。

凹槽的外半径为R3，宽度为w2，体积分为V_trench，并且凹槽相对于凹陷外包层的折射率差为Δn_trench。在典型实施例中，凹槽的宽度w2为2.4微米～10微米。示例性光纤的凹槽的折射率差Δn_trench为-6×10^-3～-2×10^-3。

如所述，凹槽的体积分为V_trench。如这里所使用的，利用以下等式来定义凹槽的体积分V_trench：

V_{trench} = 2 π | {&Integral;}_{R 2}^{R 3} {Δn}_{trench} (r) rdr | .

在典型实施例中，凹槽的体积分V_trench为1650×10^-3μm²～4500×10^-3μm²(例如，3000×10^-3μm²～4000×10^-3μm²)。这种凹槽体积分对泄漏损耗进行控制，以使得中央纤芯的外半径与一般多模光纤的相比可以较小，这样降低了制造成本，同时维持了其它的光纤特性。

凹陷外包层的外半径为R4，并且凹陷外包层相对于外包层的折射率差为Δn2。凹陷外包层的外半径R4通常为30微米～47微米(例如，约为30微米～45微米)。在典型实施例中，凹陷外包层的折射率差Δn2为-18×10^-3～-12×10^-3。如所述，示例性光纤的凹槽相对于凹陷外包层的折射率差Δn_trench为-6×10^-3～-2×10^-3。因而，在一些典型实施例中，凹槽相对于外包层的折射率差(即，Δn_trench+Δn2)为-24×10^-3～-14×10^-3。

在典型实施例中，凹陷内包层相对于凹陷外包层的折射率差约为-2×10^-3～2×10^-3。换句话说，凹陷内包层与凹陷外包层之间的折射率差可以为-2×10^-3～2×10^-3。该关系可以利用以下的数学表达式来进一步进行说明：Δn_inner=Δn₂±2×10^-3。

此外，图2说明各自相对于外包层的折射率差均恒定的包层(例如，凹陷内包层、凹槽和凹陷外包层)。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，各个折射率差是指包层与其各自基准包层(例如，外包层)之间的就绝对值而言的最大折射率差。就凹陷外包层的折射率不是恒定的而言，相对于凹陷外包层的最内部分来计算凹槽参数(例如，Δn_trench和凹槽体积分)。

本领域的技术人员将认识到，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。

与中央纤芯尺寸和外包层位置(即，外包层的内半径约为30微米～45微米)相同但不具有凹槽的凹式渐变折射率多模光纤(例如，图1的多模光纤)相比，本示例性多模光纤展现出改善了的光学性能特性。特别地，具有图2的折射率分布以及如下特性的示例性光纤展现出显著改善了的光学性能：凹槽的体积分V_trench为1650×10^-3μm²～4500×10^-3μm²，凹陷内包层的宽度w1为0.6微米～3.5微米，并且凹槽的宽度w2为2微米～10微米。实际上，这种示例性光纤展示出降低了的衰减以及较少依赖于光纤长度的带宽、光纤芯大小和数值孔径。

此外，与中央纤芯尺寸相同但不具有凹槽的凹式渐变折射率多模光纤(例如，图1的多模光纤)相比，包括凹槽的示例性光纤可以允许外包层的位置更靠近中央纤芯(即，外包层的内半径相应地缩小)而不会使光学性能特性劣化。缩小外包层的内半径同时维持中央纤芯的大小和光学性能特性将有利于降低制造成本。

将参考(以下的)表I和II来进一步说明前述优点。表I示出示例性光纤和比较性光纤的模拟光纤分布参数。表II示出相同的示例性光纤和比较性光纤的模拟性能特性。示例性光纤和比较性光纤的渐变折射率中央纤芯的尺寸相似，但这两者的外包层位置和各种槽特性不同。(以“示例T#”的形式来表示包括槽的示例性光纤和比较性光纤。)

表I

对于各光纤，表I提供了如下特性：凹陷外包层的外半径R4；中央纤芯的外半径R1；中央纤芯的最大折射率差Δn1；中央纤芯的最大折射率差Δn1与凹陷外包层的折射率差Δn2之间的差Δn1-Δn2；凹槽相对于凹陷外包层的折射率差Δn_trench；凹陷内包层的宽度w 1；凹槽的宽度w2；以及凹槽的体积分V_trench。各光纤的渐变折射率中央纤芯的α参数均为1.96。另外，对于各光纤，凹陷内包层的折射率差Δn_inner等于凹陷外包层的折射率差Δn2。比较性示例1、2和3不包括凹槽，因此在表I中不具有特定参数的值。

如所述，表II示出表1的示例性光纤和比较性光纤的模拟性能特性。

表II

在表II中，过满注入带宽值是在1000米处测量出的并且是针对850纳米和1300纳米这两个波长所给出的。过满注入带宽是使用由FOTP-204标准所定义的标准化光纤带宽测量方法所获得的，其中FOTP-204标准通过引用而被全部包含于此。在该方法中，源将光均匀地注入到多模光纤的所有模式中。由于对所有模式都进行了均匀注入，因此该测量方法对于检测泄漏损耗而言特别有效。当在不同的光纤长度内测量过满注入带宽时，过满注入带宽测量方法对于检测与最低的有效折射率相对应的最高阶模式的泄漏损耗、即最高泄漏损耗而言特别有效。为了改善带宽测量值的可再现性，利用纤芯直径至少为55微米且数值孔径为0.21±0.01的大纤芯阶梯折射率光纤来对过满注入模式进行过滤。大纤芯阶梯折射率光纤的长度为2米±0.2米，并且与测试中的光纤耦接。

可以将在500米内测量得到的过满注入带宽(即，OFL-BW_0.5km)与在8000米内测量得到的过满注入带宽(即，OFL-BW_8km)进行比较。测量得到的这两个带宽之间的差以相对百分比表示，并且对应于在500米处测量得到的带宽和在8000米处测量得到的带宽之间的带宽损耗。

将该过满注入带宽差表示为ΔB，其中：

ΔB = \frac{OFL - {BW}_{8 km} - OFL - {BW}_{0.5 kw}}{OFL - {BW}_{8 km}} .

过满注入带宽差ΔB可以用作泄漏损耗的关键指标并且是针对850纳米和1300纳米这两个波长所给出的。

可以根据IEC 60793-1-20方法C进行推导出的纤芯大小测量。IEC60793-1-20技术报告通过引用而被全部包含于此。IEC60793-1-20方法C通过分析OFL下光纤端部的横截面的近场光分布(还称为近场模式)并利用或不利用曲线拟合计算纤芯直径来确定光纤的中央纤芯的横截面直径。在不进行曲线拟合的情况下，直接根据k级(k=2.5%)的测量模式使用IEC 60793-1-20方法C来获得在波长850纳米处光纤的纤芯大小。将测量得到的纤芯大小值表示为Φ_core。通常，将测量得到的纤芯大小值Φ_core与渐变折射率纤芯直径进行比较。

示例T1

示例T1是具有如图2所示的折射率分布的示例性光纤。如表I所示，中央纤芯的外半径R1为25.5微米，并且凹陷外包层的外半径R4为40微米。Δn1-Δn2的值为15.8×10^-3。凹槽相对于凹陷外包层的折射率差Δn_trench为-2×10^-3，凹槽的体积分V_trench为3285×10^-3μm²，并且凹槽的宽度w2为8.5微米。另外，凹槽位于与中央纤芯的外半径R1相距1微米的位置处(即，凹陷内包层的宽度w1为1微米)。

示例T1的性能特性如表II所示。针对1000米光纤测量得到的过满注入带宽在850纳米处为1900MHz·km并且在1300纳米处为1660MHz·km。另外，对于波长850纳米和波长1300纳米，ΔB的值分别为0.5%和13.0%。对于波长850纳米，ΔB的值小于10%，并且对于波长1300纳米，ΔB的值小于30%。此外，纤芯大小Φ_core等于52.6微米。

应当将示例T1与比较性示例1进行比较。示例1对应于纤芯尺寸相同且外包层位于相对于纤芯中心的相同半径处的向下掺杂的多模光纤(即，凹式渐变折射率多模光纤)。然而，示例1不包括凹槽。因此，对于示例1，中央纤芯的外半径R1、半径R4以及Δn1-Δn2的值均与示例T1的相同，但如所预期的，Δn_trench和凹槽的体积分V_trench的值均为0。

如表II所示，1000米根据示例1的光纤所展现出的过满注入带宽在850纳米处为1850MHz·km并且在1300纳米处为1450MHz·km。另外，对于波长850纳米和波长1300纳米，ΔB的值分别为4.0%和31.2%。此外，纤芯大小Φ_core等于50.8微米。

因而，对于850纳米和1300纳米的这两个情况，根据示例T1的光纤的ΔB的值与根据示例1的光纤相比均缩小。凹槽的添加不会使过满注入带宽劣化，这是因为示例T1的过满注入带宽超过示例1的过满注入带宽。此外，由凹槽所维持的泄漏模式的作用受到限制，这是因为针对2米的光纤测量得到的纤芯大小与渐变折射率中央纤芯的实际直径(即，2×R1)相差不超过2微米。

根据示例T1的光纤和根据示例1的光纤的不同性能特性可以利用这两个光纤的不同折射率分布进行解释。实际上，在不存在凹槽的情况下，示例1的外包层距离渐变折射率的纤芯太近，这导致最高阶纤芯模式的泄漏损耗变高。结果，在示例1中，最高阶纤芯模式(即，所期望的最高阶引导模式)随着光纤长度而被大幅衰减，并且在光纤长度较长的情况下不用于进行模式带宽计算。在示例1中，由于光纤所维持的模式的数量随着光纤长度变长而大幅减小，因此过满注入带宽将会随着光纤长度而增加，但测量得到的纤芯大小将会减小。因而，过满注入带宽大大依赖于光纤长度，特别是对于泄漏损耗较高的1300纳米(例如，ΔB大于30%)。此外，与具有凹槽的光纤相比，衰减有可能变高。

因而，示例T1与示例1相比展现出提高了的性能特性。实际上，对于给定的外包层位置，衰减以及过满注入带宽、纤芯大小和数值孔径的长度依赖性均减小。

示例T2

示例T2是具有如图2所示的折射率分布的示例性光纤。除凹槽以外，示例T2与示例T1具有相同的折射率分布参数。如表I所示，示例T2包括如下特性：凹槽的折射率差Δn_trench为-3×10^-3；凹槽的体积分V_trench为4276×10^-3μm²；并且凹槽的宽度w2为7.5微米。渐变折射率纤芯和凹槽之间的距离(即，w1)与示例T1相同。

示例T2的性能特性如表II所示。更具体地，针对1000米光纤测量得到的过满注入带宽在850纳米处为4170MHz·km并且在1300纳米处为1700MHz·km。在波长850纳米和波长1300纳米处，ΔB的值分别为0.1%和-0.9%。在850纳米处，ΔB的值小于10%，并且在1300纳米处，ΔB的值小于30%。此外，纤芯大小Φ_core等于52.4微米。

还可以将示例T2与示例1进行比较。对于850纳米和1300纳米的这两个情况，根据示例T2的光纤的ΔB的值均低于示例1的ΔB的值。另外，添加凹槽(与示例T1相同)不会使过满注入带宽劣化。对于示例T2，在850纳米和1300纳米处，在1000米内测量得到的过满注入带宽都大于示例1的。此外，由凹槽所维持的附加泄漏模式的作用受到限制，这是因为针对2米的光纤测量得到的纤芯大小与渐变折射率中央纤芯的实际直径(即，2×R1)相差不超过2微米。因此，与示例T1相同，根据示例T2的光纤与示例1的光纤相比展现出提高了的性能特性。实际上，对于给定的外包层位置，衰减以及过满注入带宽、纤芯大小和数值孔径的长度依赖性均减小。

示例T3

除凹槽的宽度w2为3微米而不是与示例T2相同的7.5微米以外，示例T3与示例T2具有相同的折射率分布参数。结果，凹槽的体积分为1583×10^-3μm²，而不是示例T2的4276×10^-3μm²。在示例T3中，凹槽的外半径R3为29.5微米(即，根据表I得到的R1+w1+w2)。

如表II所示，对于示例T3，在波长850纳米和波长1300纳米处，ΔB的值分别为10.0%和5.5%。与外包层位置相同但凹槽体积分较大的示例T1和T2相比，在850纳米处的ΔB的值基本增大。因而，示例T3的凹槽体积分对最高阶纤芯模式的泄漏损耗的限制不太有效，特别是在850纳米处。结果，示例T3的光纤的过满注入带宽依赖于光纤长度。

示例T4

示例T4是具有如图2所示的折射率分布的另一示例性光纤。凹槽的折射率差Δn_trench为-4×10^-3，凹槽的体积分V_trench为3619×10^-3μm²，并且凹槽的宽度w2为5微米。凹陷内包层的宽度w1为0.8微米。

如表II所示，对于示例T4，针对1000米光纤测量得到的过满注入带宽在850纳米处为2225MHz·km并且在1300纳米处为640MHz·km。另外，在波长850纳米和波长1300纳米处，ΔB的值分别为0.2%和22.5%。在850纳米处，ΔB的值小于10%，并且在1300纳米处，ΔB的值小于30%。此外，纤芯大小Φ_core等于52.4微米。

可以将示例T4与示例1进行比较。针对这两个波长ΔB的值均缩小，并且在850纳米处大幅缩小。这些结果表明与不具有凹槽的相同光纤相比，特别是在850纳米处泄漏损耗已降低。

图3提供了将示例1和示例T4的测量得到的纤芯大小进行比较的附加信息。实际上，图3图示说明作为2米～2000米的光纤长度的函数的测量得到的光纤芯大小。曲线10表示渐变折射率中央纤芯的直径(即，2×R1)为51微米。该51微米的直径是折射率分布参数，因而不依赖于光纤长度。图3还包括曲线12和14，其中曲线12和14分别表示示例T4和示例1的作为光纤长度的函数的测量得到的光纤芯大小。曲线12和14的比较表现出如下特性：(i)曲线12的测量得到的纤芯大小与曲线14相比离曲线10更近；以及(ii)曲线12的测量得到的纤芯大小对光纤长度的依赖性较小。因而，根据示例T4的光纤与根据示例1的光纤相比具有更好的性能特性。曲线12和14之间的差异还表明示例T4与示例1相比所展现出的泄漏损耗较低。换句话说，示例T4的凹槽限制了渐变折射率中央纤芯的所期望的引导模式(如通过测量得到的纤芯大小的长度依赖性低得以证明)，同时限制了由该凹槽所引入的附加泄漏模式的存在(如通过纤芯大小接近渐变折射率中央纤芯的直径得以证明)。

图4也支持如下结论：示例T4与根据示例1的光纤相比具有更好的性能特性。图4针对根据示例T4的示例性光纤以任意单位图示说明作为径向偏移的函数的折射率和近场强度。曲线16表示折射率分布。曲线18表示光纤的在光传播了2米之后的近场强度。曲线20表示光纤的在光传播了2000米之后的近场强度。图4表现出以下：光纤长度仅对近场模式进行了略微修改，并且近场模式与渐变折射率中央纤芯的折射率分布紧密相关。

因此，与示例T1和示例T2相同，根据示例T4的光纤与示例1相比展现出提高了的性能特性。实际上，对于给定的外包层位置，衰减以及过满注入带宽、纤芯大小和数值孔径的长度依赖性均减小。

示例T5

示例T5是具有如图2所示的折射率分布的另一示例性光纤。凹槽的折射率差Δn_trench为-4×10^-3，凹槽的体积分V_trench为3707×10^-3μm²，并且凹槽的宽度w2为5微米。凹陷内包层的宽度w1为1.5微米。

示例T5的性能特性如表II所示。对于波长850纳米和波长1300纳米，ΔB的值分别为0.2%和9.3%。在850纳米处，ΔB的值小于10%，并且在1300纳米处，ΔB的值小于30%。此外，纤芯大小Φ_core等于52.47微米，这表示测量得到的纤芯大小在与渐变折射率中央纤芯的外直径(即，2×R1)相差2微米的范围内。示例T5的凹槽的宽度w2和折射率差Δn_trench与示例T4的凹槽的均相同，但示例T5的凹陷内包层与示例T4的凹陷内包层相比较宽(即，w1较大)。因而，与示例T4的凹槽相比，示例T5的凹槽距离中央纤芯更远。如表II所示，这种改动使1300纳米处的过满注入带宽提高并且使850纳米处的过满注入带宽仅略微下降。然而，示例T5展现出的测量得到的纤芯大小略大于示例T4的测量得到的纤芯大小(即，大了不到2微米)。

还可以将示例T5与示例1进行比较。对于850纳米和1300纳米，根据示例T5的光纤的ΔB的值均低于示例1的ΔB的值。因此，与示例T2和示例T4相同，根据示例T5的光纤与示例1相比展现出提高了的性能特性，特别是针对泄漏损耗。实际上，对于给定的外包层位置，衰减以及过满注入带宽、纤芯大小和数值孔径的长度依赖性均减小。

示例T6

示例T6是具有如图2所示的折射率分布的另一示例性光纤。示例T6与示例T4和示例T5具有相同的折射率分布参数，但示例T6的凹陷内包层与示例T4和示例T5的凹陷内包层相比较宽(即，w1较大)。因而，与示例T4和示例T5的凹槽相比，示例T6的凹槽距离中央纤芯更远。

对于示例T6，凹槽的折射率差Δn_trench为-4×10^-3，凹槽的体积分V_trench为4398×10^-3μm²，并且凹槽的宽度w2为5微米。凹陷内包层的宽度w1为7微米。

如表II所示，根据示例T6的光纤展现出以下：针对1000米光纤测量得到的过满注入带宽在850纳米处为1120MHz·km并且在1300纳米处为1035MHz·km。另外，对于波长850纳米和波长1300纳米，ΔB的值分别为0.9%和5.1%。此外，纤芯大小Φ_core等于62.2微米。

对于示例T4和示例T5，凹槽的体积分V_trench大得足以限制泄漏损耗。结果，与中央纤芯尺寸相同且外包层位置相同、但不具有凹槽的比较性示例1相比，ΔB大幅减小。然而，对于示例T6，无法有效地确定凹槽的位置。由凹槽所支持的附加泄漏模式的泄漏损耗过低，由此使纤芯大小测量值大幅失真。结果，根据示例T6的光纤的测量得到的纤芯大小比根据折射率分布的中央纤芯直径大12微米以上。

图3提供了将示例1和示例T6的测量得到的纤芯大小进行比较的附加信息。实际上，图3图示说明作为2米～2000米的光纤长度的函数的测量得到的光纤芯大小。如所述，曲线10表示渐变折射率中央纤芯的直径(即，2×R1)为51微米。图3还包括曲线22，其中曲线22表示示例T6的作为光纤长度的函数的测量得到的光纤芯大小。曲线14和曲线22的比较表明曲线14的测量得到的纤芯大小与曲线22相比离曲线10更近。这表明示例T6的凹槽与中央纤芯相距过远。结果，过多的泄漏模式在短的光纤长度内传播，这导致针对短的光纤长度的测量得到的纤芯大小增大。

此外，图5针对示例T6以任意单位图示说明作为径向偏移的函数的折射率和近场强度。曲线24表示折射率分布。曲线26表示光纤的在光传播2米之后的近场强度。曲线28表示光纤的在光传播2000米之后的近场强度。图5示出光纤长度对近场模式产生极大影响。另外，通过根据IEC60793-1-20方法C对曲线26进行分析所确定的渐变折射率中央纤芯的直径与通过对曲线28进行分析测量得到的直径相比将会大得多。因而，示例T6无法以与示例T4相同的方式对泄漏模式进行控制。实际上，如所述，示例T6的凹槽与中央纤芯相距过远，因而过多的泄漏模式在短的光纤长度内传播(例如，使针对短的光纤长度测量得到的纤芯大小增大)。

示例T7

示例T7是具有如图2所示的折射率分布的另一示例性光纤。中央纤芯的外半径R1为25.5微米，并且凹陷外包层的外半径R4为35微米。Δn1-Δn2的值为15.8×10^-3。凹槽的折射率差Δn_trench为-4×10^-3，凹槽的体积分V_trench为3707×10^-3μm²，并且凹槽的宽度w2为5微米。凹陷内包层的宽度w1为1.5微米。

如表II所述，对于示例T7，针对1000米光纤测量得到的过满注入带宽在850纳米处为2015MHz·km并且在1300纳米处为2140MHz·km。另外，在波长850纳米和波长1300纳米处，ΔB的值分别为2.9%和3.7%。在850纳米处，ΔB的值小于10%，并且在1300纳米处，ΔB的值小于30%。此外，纤芯大小Φ_core等于52.7微米。

可以将示例T7与示例2进行比较。示例2对应于纤芯尺寸相同、且外包层位于相对于纤芯中心的相同半径处的向下掺杂的多模光纤(即，凹式渐变折射率多模光纤)。然而，示例2不包括凹槽。因此，对于示例2，中央纤芯的外半径R1、半径R4以及Δn1-Δn2的值均与示例T7的相同，然而当然，Δn_trench和凹槽的体积分V_trench的值均为0。

如表II所示，根据示例2的光纤展现出以下：针对1000米光纤测量得到的过满注入带宽在850纳米处为1970MHz·km并且在1300纳米处为2110MHz·km。另外，对于波长850纳米和波长1300纳米，ΔB的值分别为11.3%和39.6%。此外，纤芯大小Φ_core等于49.7微米。

因而，对于850纳米和1300纳米，根据示例T7的光纤的ΔB的值与示例2的相比均减小。凹槽的添加不会使过满注入带宽劣化，这是因为示例T7的过满注入带宽大于示例2的过满注入带宽。尽管在示例T7中凹槽的添加使针对2米的光纤测量得到的纤芯大小增大，但该测量得到的纤芯大小与渐变折射率中央纤芯的实际直径(即，2×R1)相差不超过2微米。

图6进一步表明示例T7与示例2相比更加有效地控制了泄漏模式。图6针对示例T7和示例2图示说明作为组模式数量的函数的损耗(dB/km)。对于各光纤，一个数据集反映了850纳米处的测量值，并且另一个数据集反映了1300纳米处的测量值。

特别地，对于示例2，菱形的数据点表示850纳米处的损耗并且正方形的数据点表示1300纳米处的损耗。对于示例T7，三角形的数据点表示850纳米处的损耗并且圆形的数据点表示1300纳米处的损耗。

如图6所示，对于示例2的最高阶纤芯模式，损耗与示例T7相比大得多。在850纳米和1300纳米处，示例2的损耗分别约为2dB/km和0.8dB/km。在850纳米和1300纳米处，示例T7的损耗分别约为1.9dB/km和0.5dB/km。

因此，示例T7与示例2相比展现出提高了的性能特性。实际上，对于给定的外包层位置，衰减以及过满注入带宽、纤芯大小和数值孔径的长度依赖性均减小。

示例T8

示例T8与示例T7具有相同的折射率分布参数，但示例T8的凹陷内包层与示例T7的凹陷内包层相比较窄(即，w1较小)。因而，与示例T7的凹槽相比，示例T8的凹槽距离中央纤芯更近。对于示例T8，凹陷内包层的宽度w1为0.5微米，并且凹槽的体积分V_trench为3581×10^-3μm²。

如表II所示，对于示例T8，针对1000米光纤测量得到的过满注入带宽在850纳米处为1690MHz·km并且在1300纳米处为590MHz·km。另外，在波长850纳米和波长1300纳米处，ΔB的值分别为1.2%和40.9%。此外，纤芯大小Φ_core等于51.6微米。由于凹槽与渐变折射率中央纤芯如此靠近，因此示例T8展现出的过满注入带宽与示例T7的相比较小。

此外，尽管示例T8的凹槽的体积分V_trench接近示例T7的体积分，但示例T8的凹槽的位置并不利于在1300纳米处实现低的ΔB。结果，对于示例T8，ΔB比30%高得多。

示例T9

示例T9是具有如图2所示的折射率分布的另一示例性光纤。除凹槽的折射率差Δn_trench为-7×10^-3而不是示例T7的-4×10^-3以外，示例T9与示例T7具有相同的折射率分布参数。因此，示例T9与示例T7相比还具有较大的凹槽体积分V_trench6487×10^-3μm²。

如表II所示，对于示例T9，针对1000米光纤测量得到的过满注入带宽在850纳米处为3250MHz·km并且在1300纳米处为875MHz·km。另外，在波长850纳米和波长1300纳米处，ΔB的值分别为2.0%和24.6%。此外，纤芯大小Φ_core等于53.2微米。

对于示例T9的光纤，凹槽的体积分V_trench大得足以限制过满注入带宽的光纤长度依赖性，特别是在850纳米处。这就是说，凹槽的深度(即，凹槽的折射率差Δn_trench的绝对值)以及凹槽的体积分V_trench都过大。结果，过多的泄漏模式在短的光纤长度内传播。这对近场模式造成干扰并且使针对短的光纤长度测量得到的纤芯大小增大。实际上，测量得到的纤芯大小大于53微米(即，与渐变折射率中央纤芯的实际直径即2×R1相比大了不止2微米)。因此，测量得到的纤芯大小依赖于光纤长度。这导致纤芯大小测量值失真，使得对于连接目的而言可能是有害的。

示例T10

示例T10是具有如图2所示的折射率分布的另一示例性光纤。示例T10的折射率分布参数与示例T9的相同，但示例T10的凹陷内包层与示例T9的凹陷内包层相比较宽(即，w1较大)。因而，与示例T9的凹槽相比，示例T10的凹槽距离中央纤芯更远。

对于示例T10，凹槽的折射率差Δn_trench为-7×10^-3，凹槽的体积分V_trench为6482×10^-3μm²，并且凹槽的宽度w2为4.5微米。凹陷内包层的宽度w1为5微米。

如表II所示，对于示例T10，针对1000米光纤测量得到的过满注入带宽在850纳米处为1225MHz·km并且在1300纳米处为1220MHz·km。另外，在波长850纳米和波长1300纳米处，ΔB的值分别为0.4%和4.3%。此外，纤芯大小Φ_core等于59.9微米。

对于示例T10的光纤，在850纳米和1300纳米处，凹槽的体积分V_trench大得足以限制过满注入带宽的光纤长度依赖性。然而，凹槽的体积分V_trench过大、凹槽过深并且凹槽与渐变折射率的中央纤芯相距过远。结果，过多的泄漏模式在短的光纤长度内传播，这对近场模式造成干扰并且使针对短的光纤长度测量得到的纤芯大小增大。实际上，测量得到的纤芯大小大于53微米(即，与渐变折射率中央纤芯的实际直径即2×R1相比大了不止2微米)。因此，测量得到的纤芯大小依赖于光纤长度。这导致纤芯大小测量值失真，使得对于连接目的而言可能是有害的。

示例T11

示例T11是具有如图2所示的折射率分布的另一示例性光纤。凹槽的折射率差Δn_trench为-3.6×10^-3，凹槽的体积分V_trench为3788×10^-3μm²，并且凹槽的宽度w2为5.5微米。凹陷内包层的宽度w1为1.5微米。凹陷外包层的外半径R4为46.5微米。

示例T11的性能特性如表II所示。在波长850纳米和波长1300纳米处，ΔB的值分别为0.5%和0.6%，这两者均非常低。此外，纤芯大小Φ_core等于53.7微米，这表示针对2米的光纤测量得到的纤芯大小与渐变折射率中央纤芯的实际直径(即，2×R1)相差不超过2微米。

示例T11展现出低泄漏损耗。实际上，对于给定的外包层位置，衰减以及过满注入带宽、纤芯大小和数值孔径的长度依赖性均减小。

示例T12

示例T12是具有如图2所示的折射率分布的另一示例性光纤。凹槽的折射率差Δn_trench为-5×10^-3，凹槽的体积分V_trench为3644×10^-3μm²，并且凹槽的宽度w2为4微米。凹陷内包层的宽度w1为2微米。凹陷外包层的外半径R4为32微米。

示例T12的性能特性如表II所示。在波长850纳米和波长1300纳米处，ΔB的值分别为6.0%和6.9%(即，这两者都小于10%)。此外，纤芯大小Φ_core等于49.6微米，这表示针对2米的光纤测量得到的纤芯大小与渐变折射率中央纤芯的实际直径(即，2×R1)相差不超过2微米。

示例T12展现出低泄漏损耗。实际上，对于给定的外包层位置，衰减以及过满注入带宽、纤芯大小和数值孔径的长度依赖性均减小。

还可以将示例T12与示例3进行比较。示例3对应于纤芯尺寸相同的向下掺杂的多模光纤(即，凹式渐变折射率多模光纤)。然而，示例3不包括凹槽。另外，示例3的半径R4为41微米。因此，与示例T12的外包层相比，示例3的外包层与中央纤芯相距更远。示例3的半径R4较大(即，与示例T12相比径向大了12微米)利于实现以下：在850纳米处，ΔB的值小于10%，并且在1300纳米处，ΔB的值小于30%。然而，如所述，制造外部包层的位置更靠近纤芯的凹式光纤较为容易且较为廉价。因此，降低了示例T12的光纤的制造成本，同时不会使光纤性能(即，过满注入带宽、纤芯大小、数值孔径、衰减)劣化。

有鉴于此，示例T1、T2、T4、T5、T7、T11和T12是包括如下特性的示例性多模光纤：(i)中央纤芯的外半径为R1(例如，第一半径R1)并且中央纤芯的α分布具有最大光纤芯折射率；(ii)凹陷内包层从中央纤芯的外半径R1径向延伸至外半径R2(例如，第二半径R2)；(iii)凹槽从凹陷内包层的外半径R2延伸至外半径R3(例如，第三半径R3)；(iv)凹陷外包层从凹槽的外半径R2径向延伸至外半径R4(例如，第四半径R4)；以及(v)外包层从凹陷外包层的外半径R4起径向延伸。此外，对于根据这些示例的各光纤，槽的体积分V_trench为1650×10^-3μm²～4500×10^-3μm²，第二半径R2和第一半径R1之间的差为0.6微米～3.5微米，并且第四半径R4为30微米～47微米。另外，第三半径R3和第二半径R2之间的距离差(即，槽宽度w2)为2.4微米～10微米。

这些示例性光纤展现出提高了的性能特性。此外，示例性光纤是中央纤芯的外半径约为47微米以下的、还对泄漏损耗进行控制的低损耗型凹式渐变折射率的50微米多模光纤。

另外，在波长850纳米处，示例性光纤的过满注入(OFL)带宽为500MHz·km以上(例如，1000MHz·km以上)。在波长1300纳米处，示例性光纤的过满注入(OFL)带宽约为500MHz·km以上(例如，约为1000MHz·km以上)。此外，使用近场技术，在波长850纳米处，针对示例性光纤的2米试样测量得到的光纤大小相对于中央纤芯的外半径R1的公差为±2微米。在波长850纳米处，示例性光纤还展现出在500米内测量得到的过满注入带宽与在8000米内测量得到的过满注入带宽相比减小了10%以下。同样，在波长1300纳米处，示例性光纤展现出在500米内测量得到的过满注入带宽与在8000米内测量得到的过满注入带宽相比减小了30%以下。

此外，示例性光纤的折射率分布有利于通过缩短外包层和中央纤芯的外半径之间的径向距离来降低制造成本，同时不会使光纤的性能特性(即，过满注入带宽、纤芯大小、数值孔径、衰减)劣化。

在另一方面，本发明涉及用于(例如，使用PCVD技术、氟掺杂和/或氟掺杂沉积管)制造根据前述的多模光纤的制造方法。

在本说明书和/或附图中，已经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。附图是示意性的呈现，因此无需按比例绘制。除非另外说明，具体术语已使用一般的描述性意义，而不是用来限制的。

Claims

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，以及

(iii)所述中央纤芯相对于所述外包层的最大折射率差为Δn1；

位于所述中央纤芯和所述外包层之间的凹陷内包层，其中，

(i)所述凹陷内包层的外半径为R2，

(ii)所述凹陷内包层的宽度w1约为0.6微米～3.5微米，以及

(iii)所述凹陷内包层相对于所述外包层的负的折射率差为Δn_inner；

位于所述凹陷内包层和所述外包层之间的凹槽，其中，

(i)所述凹槽的外半径为R3，

(ii)所述凹槽的宽度为w2，

(iii)所述凹槽相对于凹陷外包层的负的折射率差为Δn_trench，以及

(iv)所述凹槽的体积分V_trench约为1650×10^-3μm²～4500×10^-3μm²，其中所述体积分V_trench的定义为如下：

V_{trench} = 2 π | {&Integral;}_{R 2}^{R 3} {Δn}_{trench} (r) rdr |;

以及

位于所述凹槽和所述外包层之间的所述凹陷外包层，其中，

(i)所述凹陷外包层的外半径R4约为30微米～47微米，以及

(ii)所述凹陷外包层相对于所述外包层的负的折射率差为Δn2。

2.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述中央纤芯相对于所述外包层的最大折射率差Δn1约为-1.0×10^-3～0.8×10^-3。

3.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述凹陷外包层相对于所述外包层的折射率差Δn2约为-18×10^-3～-12×10^-3。

4.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述凹槽的宽度w2约为2.4微米～10微米。

5.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述凹槽相对于所述凹陷外包层的折射率差Δn_trench约为-6×10^-3～-2×10^-3。

6.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，在波长850纳米处，在500米内测量得到的所述多模光纤的过满注入带宽至少是在8000米内测量得到的所述多模光纤的过满注入带宽的约90%。

7.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，在波长1300纳米处，在500米内测量得到的所述多模光纤的过满注入带宽至少是在8000米内测量得到的所述多模光纤的过满注入带宽的约70%。

8.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，针对2米的所述多模光纤测量得到的光纤芯大小相对于所述中央纤芯的外半径R1的公差为±2微米。

9.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述中央纤芯的外半径R1约为23微米～27微米。

10.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述凹槽相对于所述外包层的折射率差约为-24×10^-3～-14×10^-3。

11.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述凹陷内包层相对于所述凹陷外包层的折射率差约为-2×10^-3～2×10^-3。

12.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述中央纤芯的α折射率分布的α参数约为1.9～2.1。

13.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，在波长850纳米处，所述多模光纤的过满注入带宽约为500MHz·km或更大。

14.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，在波长850纳米处，所述多模光纤的过满注入带宽约为1000MHz·km或更大。

15.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，在波长1300纳米处，所述多模光纤的过满注入带宽约为500MHz·km或更大。

16.根据权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，在波长1300纳米处，所述多模光纤的过满注入带宽约为1000MHz·km或更大。

17.一种多模光纤，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R1约为23微米～27微米，

(ii)所述中央纤芯具有α折射率分布，且所述α折射率分布的α参数约为1.9～2.1，以及

(iii)所述中央纤芯相对于所述外包层的最大折射率差Δn1约为-1.0×10^-3～0.8×10^-3；

直接包住所述中央纤芯的凹陷内包层，其中，

(i)所述凹陷内包层的外半径为R2，

(ii)所述凹陷内包层的宽度w1约为0.6微米～3.5微米，以及

直接包住所述凹陷内包层的凹槽，其中，

(i)所述凹槽的外半径为R3，

(ii)所述凹槽的宽度w2约为2.4微米～10微米，

(iii)所述凹槽相对于凹陷外包层的负的折射率差Δn_trench约为-6×10^-3～-2×10^-3，以及

V_{trench} = 2 π | {&Integral;}_{R 2}^{R 3} {Δn}_{trench} (r) rdr |;

以及

直接包住所述凹槽的所述凹陷外包层，其中，

(i)所述凹陷外包层的外半径R4约为30微米～47微米，

(ii)所述凹陷外包层相对于所述外包层的负的折射率差Δn2约为-18×10^-3～-12×10^-3，以及

(iii)所述凹陷外包层相对于所述凹陷内包层的折射率差约为-2×10^-3～2×10^-3。

18.根据权利要求17所述的多模光纤，其特征在于，在波长850纳米处，在500米内测量得到的所述多模光纤的过满注入带宽至少是在8000米内测量得到的所述多模光纤的过满注入带宽的约90%。

19.根据权利要求17所述的多模光纤，其特征在于，在波长1300纳米处，在500米内测量得到的所述多模光纤的过满注入带宽至少是在8000米内测量得到的所述多模光纤的过满注入带宽的约70%。

20.根据权利要求17所述的多模光纤，其特征在于，针对2米的所述多模光纤测量得到的光纤芯大小相对于所述中央纤芯的外半径R1的公差为±2微米。

21.根据权利要求17所述的多模光纤，其特征在于，在波长850纳米处，所述多模光纤的过满注入带宽约为1000MHz·km或更大。

22.根据权利要求17所述的多模光纤，其特征在于，在波长1300纳米处，所述多模光纤的过满注入带宽约为1000MHz·km或更大。