CN103282809A - 多芯光纤带及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了多芯光纤带以及制造多芯光纤带的方法。在一个实施例中，多芯光纤带(100)包括至少两个芯构件(102)，它们由基于硅石的玻璃制成并且在单个平面中彼此平行地取向。相邻的芯构件具有≥15微米的中心到中心间距，并且相邻的芯构件之间的串扰≤-25dB。在本实施例中，每一个芯构件是单模的且具有折射率n_c和芯直径d_c。在备选的实施例中，每一个芯构件是多模的且相邻的芯构件之间的中心到中心间距≥25微米。单个包层(104)是由基于硅石的玻璃制成，并且围绕着且直接接触这些芯构件。该单个包层具有大致为矩形的横截面，且具有≤400微米的厚度以及折射率n_cl<n_c。

Description

多芯光纤带及其制造方法

相关申请交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求2010年11月8日提交的美国临时申请61/411,017的优先权，其全部内容通过引用而结合于此。

背景

技术领域

本申请一般涉及光纤带，更具体地涉及具有多个芯的光纤带及其制造方法。

技术背景

近年来，光纤作为数据信号通信所使用的传统材料的可行的替代而已经被接受。光纤现在被广泛地用在各种电子设备中，以促进数据信号以高带宽进行高速通信。然而，随着数据通信设备中的电子部件的速度和带宽不断增大，存在相应的要提高用于耦合这些设备的光互连的速度的需求。提高光互连的速度的一种解决方案是：增大光互连的光纤密度，并由此实现高光纤数连接器。然而，增大光互连中单独的光纤的数目就增大了光互连的总体尺寸。

发明内容

根据一个实施例，多芯光纤带包括至少两个芯构件，它们由基于硅石的玻璃制成并且在单个平面中彼此平行地取向。相邻的芯构件具有≥15微米的中心到中心间距，并且相邻的芯构件之间的串扰≤-25dB。每一个芯构件是单模的且具有折射率n_c和芯直径d_c。单个包层是由基于硅石的玻璃制成，并且围绕着且直接接触这些芯构件。该单个包层具有大致为矩形的横截面，且具有≤400微米的厚度以及折射率n_cl<n_c。

在另一个实施例中，多芯光纤带包括至少两个芯构件，它们由基于硅石的玻璃制成并且在单个平面中彼此平行地取向。相邻的芯构件具有≥35微米的中心到中心间距，并且相邻的芯构件之间的串扰≤-25dB。每一个芯构件是多模的并且具有折射率n_c、大于15微米的直径d_c，每一个芯构件具有一种阿尔法分布，其具有从约1.9到约2.1的α值以及>300MHz的带宽。由基于硅石的玻璃制成的单个包层围绕着且直接接触所述至少两个芯构件。该单个包层具有大致为矩形的横截面，且具有≤400微米的厚度以及包层折射率n_cl<n_c。

在另一个实施例中，一种用于形成多芯光纤带的方法包括：形成一种芯杖组件，该芯杖组件包括在单个平面中平行地取向的多个芯杖构件。将所述芯杖组件定位于载气流中，该载气流包括硅石玻璃前体材料。使燃烧器在所述芯杖组件的第一表面上来回移动，以使载气流中的硅石玻璃前体材料发生反应，由此使硅石玻璃烟灰沉积在所述芯杖组件的第一表面上。使燃烧器在所述芯杖组件的第二表面上来回移动，以使载气流中的硅石玻璃前体材料发生反应，由此使硅石玻璃烟灰沉积在所述芯杖组件的第二表面上。其后，所述芯杖组件上的硅石玻璃烟灰被固结以形成一种多芯带预制棒，所述多芯带预制棒包括被单个包层预制层围绕的芯杖组件，其中，所述单个包层预制层具有大致为矩形的横截面。然后，所述多芯带预制棒被拉成一种其横截面大致为矩形的多芯光纤带。

将在以下详细描述中阐述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点在某种程度上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实施例可认识到。

应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者描述各个实施例，且旨在提供用于理解所要求保护主题的本质和特性的概观或框架。所包括的附图用于提供对各实施例的进一步理解，且被结合到本说明书中并构成其一部分。附图示出本发明所描述的各个实施例，并与本描述一起用于说明所要求保护主题的原理和操作。

附图说明

图1示意性地描绘了根据本文所描述和示出的一个或多个实施例的多芯光纤带的横截面；

图2A示意性地描绘了根据本文所描述和示出的一个或多个实施例的多芯光纤带的横截面；

图2B示意性地描绘了图2A的多芯光纤带的芯构件的横截面；

图3示意性地描绘了根据本文所描述和示出的一个或多个实施例的多芯光纤带的横截面；

图4示意性地描绘了根据本文所描述和示出的一个或多个实施例的用于多芯带预制棒的芯杖组件；

图5-6示意性地描绘了根据本文所描述和示出的一个或多个实施例用于在芯杖组件上形成单个包层预制层的方法；

图7示意性地描绘了一种矩形模具的横截面，该矩形模具具有一种用于多芯光纤带的芯杖组件，该多芯光纤带位于矩形模具腔室中且被玻璃烟灰围绕；

图8示意性地描绘了在芯杖组件周围压缩玻璃烟灰时的矩形模具的横截面；

图9示意性地描绘了根据本文所描述和示出的一个或多个实施例的多芯带预制棒，其包括被单个包层预制层围绕的芯杖组件；

图10示意性地描绘了多芯带预制棒的一个实施例，其包括位于矩形玻璃包层管子之内的芯杖组件；

图11示意性地描绘了根据本文所描述和示出的一个或多个实施例从多芯光纤预制棒中拉出来的多芯光纤带；

图12描绘了在i)一对完全一样的芯构件以及ii)具有1%的德尔塔变化的一对芯构件这两种情况下两个相邻的芯构件之间的串扰与两个相邻的芯构件之间的中心到中心间距的函数关系图；

图13描绘了在i)光纤长度为100米以及ii)光纤长度为2米这两种情况下两个相邻的芯构件之间的串扰与两个相邻的芯构件之间的中心到中心间距的函数关系图；

图14描绘了在i)具有芯相对折射率△_c%=0.34%的一对芯构件以及ii)具有芯相对折射率△_c%=1.0%的一对芯构件这两种情况下两个相邻的芯构件之间的串扰与两个相邻的芯构件之间的中心到中心间距的函数关系图；

图15描绘了在i)未形成有低折射率环的一对芯构件以及ii)形成有低折射率环的一对芯构件这两种情况下两个相邻的芯构件之间的串扰与两个相邻的芯构件之间的中心到中心间距的函数关系图。

详细描述

现在将详细参照多芯光纤带的各种实施例，在附图中示意性地示出了各种实施例的示例。在可能时，在所有附图中使用相同的附图标记来指示相同或类似的部件。图1示意性地示出了光纤带的一个实施例。多芯光纤带一般包括至少两个芯构件，所述芯构件由基于硅石的玻璃形成并且被单个包层围绕着，所述单个包层也是由基于硅石的玻璃形成的。这些芯构件在单个平面中彼此平行地取向并且被间隔开，使得相邻的芯构件之间的串扰≤25dB。所述单个包层具有大致为矩形的横截面，使得光纤带也具有大致为矩形的横截面。下文将更详细地描述多芯光纤带及其制造方法的各种实施例。

在本文中，短语“折射率分布”是指折射率或相对折射率与光纤带的外形尺寸之间的关系。

在本文中，短语“相对折射率”被定义为△%=100x(n_i ²–n_REF ²)/2n_i ²，其中n_i是区域i中的最大折射率，除非另外指明。相对折射率百分比是在1300nm处测得的，除非另外指明。除非在本文中另外指明，否则n_REF是单个包层的平均折射率，例如，它可以是通过对单个包层（它在某些较佳实施例中可能是未掺杂的硅石）进行“N”次折射率测量(n_c1,n_c2,…n_cN)并且通过下式计算平均折射率而计算出的：

$n_C=(1/N)\underset{i=1}{\overset{i=N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{n}_{\mathrm{Ci}}$

如此处所使用地，相对折射率是以△％表示的，而且它的值是以“％”为单位给出，除非另外指明。在一区域的折射率小于参考折射率n_REF的情况下，相对折射率百分比为负且被称为具有下陷区域或下陷折射率，而且最小相对折射率是在相对折射率负得最大的点处计算得出的，除非另外指明。在一区域的折射率大于参考折射率n_REF的情况下，相对折射率百分比为正，而且该区域可被认为是升高的或具有正折射率。

根据FOTP-204利用满溢投射，可以在1300nm处（除非指定另一波长）测量带宽。

术语“α分布”或“阿尔法分布”指的是芯构件的相对折射率分布，以单位为“％”的△(r)来表示，其中r是芯构件的半径，其遵循以下方程，

△(r)%=△(r_o)(1-[|r-r_o|/(r₁-r_o)]^α),

其中，r_o是△(r)为最大的点，r₁是相对于单个包层而言△(r)%为零的点，而r是在r_i≤r≤r_f范围内，其中△是如上文所定义的那样，r_i是α分布的起点，r_f是α分布的终点，而α是为实数的指数。对于从芯构件的中心线（r=0）开始的分布片段，α分布具有较简单的形式：

△(r)%=△(0)(1-[|r|/(r₁)]^α),

其中，△(0)是芯构件的中心线处的折射率德尔塔。

现在参照图1，示意性地描绘了多芯光纤带的一个实施例的横截面。在一个实施例中，多芯光纤带100一般包括被单个包层104围绕着的至少两个芯构件102。在另一个实施例中，多芯光纤带包括至少三个芯构件102。这些芯构件102在单个平面中彼此平行地取向。例如，在图1所描绘的多芯光纤带100的实施例中，芯构件102被取向成使得每一个芯构件102被平面108一分为二，平面108沿着多芯光纤带的长度方向延伸。在本文所描述的实施例中，这些芯构件102彼此间隔开，使得相邻的芯构件之间的串扰小于-25dB，较佳地小于-30dB，更佳地小于-35dB，最佳地小于-40dB。通过将芯构件102放置成使得相邻的芯构件之间的中心到中心间距D≥15微米，就大致实现了小于-25dB的串扰水平。在某些实施例中，芯构件102是等距离地间隔开的，使得芯构件之间的中心到中心间距在多芯光纤带100的宽度W上是均匀的。

仍然参照图1，芯构件102大致是由基于硅石的玻璃形成的，并且具有芯折射率n_c以及相对于单个包层104的芯相对折射率△_c%。在本文所描述的实施例中，芯构件102的基于硅石的玻璃是用能增大芯构件102的折射率的一个或多个掺杂剂来掺杂的。例如，芯构件102可以包括掺有锗的基于硅石的玻璃，例如，当芯构件102包括掺有氧化锗(GeO₂)的硅石(SiO₂)玻璃的时候。然而，应该理解，除了氧化锗之外的掺杂剂也可以用在芯构件中，包括但不限于TiO₂、ZrO₂、Nb₂O₅和/或Ta₂O₅。这些掺杂剂可以单独地或组合地被并入到芯构件102中，以便获得期望的芯折射率n_c和相对折射率△_c%。在本文所描述的实施例中，芯构件102包含从约4.0wt.%到约40wt.%的GeO₂。例如，在一个实施例中，芯构件102包括从约4.0wt.%到约6.5wt.%的GeO₂，更佳地从约5.0wt.%到约6.0wt.%的GeO₂，最佳地从约5.2wt.%到约5.5wt.%的GeO₂，相对于未掺杂的硅石玻璃，这增大了芯构件102的折射率n_c。在本文所描述的实施例中，芯构件102相对于单个包层104的相对折射率△_c%≥0.2%，更佳地≥0.3%，并且最佳地从约0.2%到约2%。

在一些实施例中，芯构件102具有如图1的折射率分布(a)所描绘的阶跃式折射率。在其它实施例中，芯构件102具有如图1的折射率分布(b)所描绘的渐变折射率。在其它实施例中，芯构件102可以具有α分布，该α分布所具有的α值定义了随芯构件102的半径而变化的芯构件102的折射率。在芯构件102具有α分布的实施例中，α分布的α值可以是在1300nm处测得的从约1.9到约2.2的范围中。在芯构件102具有渐变折射率和/或α分布的实施例中，芯构件102具有相对于单个包层104的相对折射率百分比△_c%以及大于0.5%且小于2.2%的最大相对折射率百分比△_cMax%（较佳地至少0.6%，更佳地至少1.0%，尤佳地至少1.5%，最佳地为2.0%）。

在本文所描述的一些实施例中，芯构件102是单模芯并且具有直径d_c≤15微米，较佳地在约3到10微米的范围中，更佳地在约6到9微米的范围中，最佳地在约7到8微米的范围中。在一些实施例中，芯构件102可以在从约1260nm到1700nm的波长处为单模的。或者，芯构件102可以在从约1500nm到1700nm的波长处为单模的。在芯构件102为单模芯的实施例中，相邻的芯构件之间的中心到中心间距D是≥15微米。

在多芯光纤带100的芯构件102是单模的实施例中，芯间距D与芯直径d_c之比R是≤6，较佳地在从约2到6的范围中。

在其它实施例中，芯构件102是多模芯并且具有直径d_c>15微米（较佳地>15微米且≤65微米，更佳地从约25微米到50微米，尤佳地从约35微米到50微米）。在一些实施例中，多模芯支持多个模式在从约830nm到约880nm的波长处的传播。或者，多模芯可以支持多个模式在从约1020nm到约1100nm的波长处的传播。在芯构件102为多模芯的实施例中，相邻的芯构件之间的中心到中心间距D是≥35微米。在这些实施例中，芯构件102具有>300MHz的带宽，较佳地≥500MHz/km，更佳地≥750MHz/km，尤佳地≥1GHz/km，最佳地≥2GHz/km。多模芯一般具有渐变的折射率分布，比如图1的折射率分布(b)。更具体地讲，多模芯一般具有渐变折射率α分布，该α分布所具有的α值从约1.9到2.1，正如上文所描述的那样。

在芯构件102是多模的实施例中，芯间距D与芯直径d_c之比R是在从约1到3的范围中，更佳地小于约2.0，最佳地小于约1.5。

在本文所描述的一些实施例中，相邻的芯构件102的相对折射率△_c%是大致相同的，使得相邻的芯构件102是相位匹配的。然而，在其它实施例中，相邻的芯构件的折射率是不同的，继而产生了相邻的芯构件102的相对折射率△_c%的变化。这种相邻的芯构件的相对折射率△_c%的变化在本文中被称为德尔塔变化。对于给定的中心到中心间距D，相邻的芯构件102之间的德尔塔变化减小了相邻的芯构件102之间的串扰。相应地，与不具有德尔塔变化的相邻的芯构件相比，具有德尔塔变化的相邻的芯构件102可以被放置得更靠近在一起，同时却不增大相邻的芯构件之间的串扰的量。在本文所描述的一些实施例中，相邻的芯构件102可以具有≥1%的德尔塔变化，这允许芯构件被放置得更靠近在一起，同时却不增大这些芯构件之间的串扰。在一些实施例中，相邻的芯构件之间的有效折射率变化（即相邻的芯构件的折射率之差）大于或等于约5x10^-5。

现在参照图2A和2B，示意性地描绘了多芯光纤带100的另一个实施例。在本实施例中，光纤带包括多个芯构件102。每一个芯构件102包括被低折射率环182围绕着的中心部分181。低折射率环182一般具有折射率n_l以及从约5微米到20微米的径向厚度r。低折射率环182的折射率n_l是使得n_l≤n_cl≤n_c，这产生了如图2的(c)所描绘的折射率分布。在一些实施例中，低折射率环的径向厚度可以小于约10微米，更佳地小于约5微米。低折射率环182可以包括用氟向下掺杂的硅石玻璃。例如，低折射率环182可以包括从约0.36wt.%到约3.6wt.%的氟，更佳地包括从约0.72wt.%到约2.5wt.%的氟，最佳地包括从约1.4wt.%到约2.5wt.%的氟，使得低折射率环182相对于单个包层104的相对折射率百分比△_l%小于约-0.1%（更佳地小于约-0.4%，尤佳地从约-0.4%到约-0.7%）。对于相邻的芯构件102之间给定的中心到中心间距D，具有被低折射率环182围绕着的芯部分181的芯构件102已经减小了相邻的芯构件之间的串扰。由此，与不具有低折射率环的相邻的芯构件相比，具有低折射率环182的相邻的芯构件102可以被放置得更靠近在一起，同时却不增大相邻的芯构件之间的串扰的量。相应地，在本文所描述的一些实施例中，具有低折射率环的芯构件可以被用于减小相邻的芯构件之间的间距。

尽管图1和2A描绘了多芯光纤带所具有的多个芯构件在单个平面中平行地取向，但是应该理解在其它实施例中多芯光纤带100可以形成有在不同的平面中取向的多个芯构件。参照图3，作为示例，示意性地描绘了多芯光纤带190的一个实施例的横截面。在本实施例中，多芯光纤带190包括彼此平行地取向的多个芯构件102。然而，在图3所示的多芯光纤带190的实施例中，芯构件102是在多个平行的平面中取向的。例如，第一组191芯构件102被取向成使得第一平面192将芯构件102一分为二。第二组193芯构件102被取向成使得与第一平面192平行的第二平面194将第二组193芯构件102一分为二。相应地，应该理解，第一组191芯构件102大致平行于第二组193芯构件102，并且两者不共面。此外，尽管图3描绘了多芯光纤带100具有两个平面的芯构件102，但是应该理解本文所描述的多芯光纤带可以具有单个平面的芯构件或三个或更多个平面的芯构件。

再次参照图1，芯构件102被单个包层104围绕着。在本文所描述的实施例中，单个包层104是由基于硅石的玻璃(SiO₂)形成的，其折射率n_cl小于芯折射率n_c(即n_cl<n_c)。在一些实施例中，单个包层是由纯的不含任何能改变硅石的折射率的杂质（比如锗等向上掺杂剂或硼、氟等向下掺杂剂）的基于硅石的玻璃形成的。在其它实施例中，单个包层可以包括用于增大硅石玻璃的折射率的一个或多个向上掺杂剂、或用于减小硅石玻璃的折射率的一个或多个向下掺杂剂，只要包层折射率n_cl小于芯折射率n_c并且芯构件102相对于单个包层104的相对折射率△_c%大于约0.2%（较佳地≥0.3%，最佳地从约0.2%到约2%）就可以，正如上文所描述的那样。

单个包层104具有大致为矩形的横截面，其宽度为W且厚度为T。在一些实施例中，宽度W可以等于厚度T，比如在单个包层104具有正方形横截面的时候。芯部分的宽度W取决于多芯光纤带100中所包括的芯构件102的数目。然而，多芯光纤带100的厚度T使得多芯光纤带100在宽度W方向上是柔性的，并且可以在宽度方向上卷成≤140mm的半径（更佳地≤75mm，最佳地≤5mm），同时却不损坏多芯光纤带的玻璃。在本文所描述的实施例中，多芯光纤带100的厚度T是≤400微米，更佳地≤200微米，尤佳地≤125微米，最佳地从约50微米到约125微米。

再次参照图2，在一些实施例中，多芯光纤带100可以还包括至少一个光学涂层120，该光学涂层120围绕着且直接接触该单个包层104。光学涂层120一般具有从约50微米到约150微米的厚度T_oc。该光学涂层的折射率n_ct≥单个包层104的折射率n_cl。在图2所示的实施例中，光学涂层120包括主涂层122和次涂层124。主涂层122围绕着且直接接触单个包层104，并且由相对较软的聚合物材料形成。主涂层122具有从约25微米到约125微米的厚度。次涂层124形成于主涂层122周围且直接接触主涂层122，并且具有从约50微米到约125微米的厚度。与形成主涂层122的聚合物材料相比，次涂层124一般由相对较硬的聚合物材料形成。更具体地讲，主涂层122较佳地呈现出小于100MPa的杨氏模量（更佳地小于50MPa，最佳地小于10MPa），而次涂层124较佳地呈现出大于500MPa的杨氏模量（更佳地大于700MPa，最佳地大于900MPa）。主涂层和次涂层中所使用的材料是UV可固化聚氨酯丙烯酸酯涂层材料。例如，主涂层和次涂层可以包括与美国专利6,849,333和6,775,451所揭示的那些材料相似的材料。

尽管图2的多芯光纤带100的实施例被描绘成具有含主涂层122和次涂层124的光学涂层120，但是应该理解在其它实施例中光学涂层120只包括主涂层122。此外，应该理解，光学涂层120是任选的，并且在一些实施例中，所形成的多芯光纤带100可以不具有光学涂层120，就像图1所示那样。

在本文所描述的多芯光纤带的实施例中，光纤带可以形成为任何长度。然而，应该理解，多芯光纤带中相邻的芯构件之间的串扰随着光纤带的长度减小而减小。相应地，在一些实施例中，多芯光纤带的长度可以小于500m、小于250m、甚至小于100m。

现在将具体结合图4-11来描述从中可拉出多芯光纤带的多芯带预制棒的生产方法。

现在参照图4-6，示意性地描绘了通过外部气相沉积(OVD)形成多芯带预制棒的方法的一个实施例。在本实施例中，首先构造一种芯杖组件200。芯杖组件200一般包括多个玻璃芯杖202，它们彼此平行地在单个平面中取向，使得这些芯杖202可以被拉成上文所描述的光纤带的芯构件。在图4所示的芯杖组件200的实施例中，芯杖202与玻璃附接元件204固定在一起。玻璃附接元件204一般是由基于硅石的玻璃形成的，其成分与多芯光纤带的单个包层相同，因为这些元件将最终变为单个包层的一部分。这些玻璃附接元件将芯杖202彼此固定起来，维持相邻的芯杖之间的期望的间距，并且使这些芯杖保持彼此大致共面。通过将玻璃棒206熔接到芯杖组件的两端以在OVD车床的主轴上支撑该芯杖组件，该芯杖组件的构造就完成了。

在备选的实施例（未示出）中，可以在不使用玻璃附接元件204的情况下将芯杖组件200的各个芯杖202结合起来。例如，在一个实施例中，芯杖202形成有薄的包层，该包层围绕着芯杖的芯预制棒部分，使得该芯杖具有从约0.1到约0.5的“芯:包层”之比。围绕着芯杖的薄的包层可以被用于维持相邻的芯杖之间期望的间距，还可以被用于使相邻的芯杖附接到一起。例如，在一个实施例中，相邻的芯杖在薄的包层处被烧结在一起，以产生芯杖组件。

现在参照图5，一旦芯杖组件200被构造好，就将芯杖组件200放置到OVD车床（未示出）中，使得形成单个包层预制层的基于硅石的玻璃可以被沉积在芯杖组件200上。为了实现大致矩形横截面的预制层，当载气流G（其中夹带了硅石玻璃前体材料）被引导至芯杖组件上时，使燃烧器211在芯杖组件的第一表面208上来回移动。在本文所描述的实施例中，载气包括O₂和CH₄的气流，其中混合了气相硅石玻璃前体材料并且通过燃烧器211的火焰而被热解，以产生硅石玻璃烟灰212，该烟灰被沉积在芯杖组件200的第一表面208上。在所得的多芯光纤带的单个包层不包含掺杂剂的情况下，气相硅石玻璃前体材料可以是SiCl₄，并且热解过程产生了硅石玻璃烟灰，该烟灰被沉积在芯杖组件的第一表面208上。然而，如果单个包层包含掺杂剂（比如一个或多个气相掺杂剂，例如，向上掺杂的GeO₂或像B₂O₃这样的相似的向下掺杂剂），则气相掺杂剂可以与SiCl₄相结合，使得热解过程产生了掺杂的硅石玻璃烟灰，该烟灰继而被沉积到芯杖组件200的第一表面208上。在本文所描述的实施例中，热解操作的温度约为1500°C。

在一个实施例中，使燃烧器211在芯杖组件200的第一表面208上来回移动，直到期望数量的硅石玻璃烟灰212被沉积在第一表面208上。之后，芯杖组件200被转动，在芯杖组件200的第二表面210上重复热解过程，直到期望数量的硅石玻璃烟灰被沉积在第二表面210上，正如图6所描绘的那样。在第一表面208和第二表面210中的每一个上累积烟灰分别地允许所沉积的硅石玻璃烟灰212具有大致矩形的横截面，这继而可以随后被赋予多芯光纤带。在备选实施例中，当燃烧器沿着芯杖组件200的轴长重复地来回移动时，可以使芯杖组件200连续地转动，使得当芯杖组件200被转动时硅石玻璃烟灰212被沉积在第一表面208和第二表面210这两者之上。

本文已经参照了将烟灰沉积到芯杖组件200的第一表面208和第二表面210上。然而，应该理解，当硅石玻璃烟灰被沉积到第一表面208和第二表面210上时，硅石玻璃烟灰也被沉积到芯杖组件200的边缘上了，使得在硅石玻璃烟灰被沉积之后，芯杖组件200被硅石玻璃烟灰的层围绕。

在硅石玻璃烟灰已经被沉积到芯杖组件200的第一表面208和第二表面210上之后，硅石玻璃烟灰212被固结在芯杖组件上以使玻璃烟灰密实并且形成单个包层预制层，该单个包层预制层具有围绕着芯杖组件的大致为矩形的横截面。硅石玻璃烟灰是通过下列操作而被固结的：在从约1000°C到约1100°C的温度下，在流动的氯气中，干燥在芯杖组件200上的硅石玻璃烟灰212；接下来，在固结炉中，将芯杖组件200上的硅石玻璃烟灰212加热到从约1450°C到约1550°C的温度范围中，以围绕着芯杖组件200产生完全密实的基于硅石的玻璃的单个包层预制层，该预制层具有期望的组分。

现在参照图7，在另一个实施例中，通过压缩围绕着芯杖组件200的硅石玻璃烟灰，就形成了多芯光纤预制棒。在本实施例中，芯杖组件被放置在模具主体220的矩形模腔222中。在一个实施例中，芯杖组件的芯杖202被单独地放入矩形模腔222中。每一个单独的芯杖202可以延伸穿过矩形模腔222中所放置的上冲头224和下冲头225，该矩形模腔转而维持芯杖之间的间距以及芯杖相对于模具主体220的取向。在另一个实施例中，在芯杖组件被插入到模具主体中之前，芯杖组件200的芯杖202被附接到一起，正如上文所描述的那样。通常，芯杖组件的芯杖202在单个平面中彼此平行地取向，正如上文所描述的那样。在芯杖组件200被放置到模具主体220中的情况下，具有期望的组分的硅石玻璃烟灰226被载入矩形模腔222中且围绕着芯杖组件200。

现在参照图8，压缩硅石玻璃烟灰，以在芯杖组件200周围形成烟灰压块227。在图8所示的实施例中，通过沿着芯杖组件200的轴长使冲头224、225朝着彼此推进，将硅石玻璃烟灰压缩成烟灰压块227。通过使用液压、机械压力、或适于在冲头224、225上施加力F的任何其它压力，就可以推进所述冲头224、225。此外，应该理解，通过使所述冲头之一（要么上冲头224，要么下冲头225）朝着相对于模具主体220固定不动的另一冲头推进，也可以压缩所述硅石玻璃烟灰。硅石玻璃烟灰被压缩，直到该烟灰达到从约0.5g/cc到约1.2g/cc的密度，更佳地大于约0.7g/cc且小于约1.1g/cc，最佳地大于约0.8g/cc且小于约1.0g/cc。当硅石玻璃烟灰被压缩时，烟灰压块227呈现出矩形模腔的矩形形状。

尽管图8所示实施例描绘了在芯杖组件200的轴向方向上压缩硅石玻璃烟灰，但是应该理解在备选实施例中可以在径向方向上压缩硅石玻璃烟灰以在芯杖组件200周围形成烟灰压块227。

在硅石玻璃烟灰被压成烟灰压块227之后，烟灰压块227与芯杖组件200的组合体从模具主体220被移除，并且通过使用上述技术使烟灰压块227固结在芯杖组件200上以使烟灰压块227接合到芯杖组件并且使硅石玻璃烟灰密实，由此就形成了多芯带预制棒。

现在参照图9，示意性地描绘了可从中拉出多芯光纤带的多芯带预制棒250。多芯带预制棒250一般包括芯杖组件200，芯杖组件200被单个包层预制层230围绕着，单个包层预制层230是通过使芯杖组件200上的硅石玻璃烟灰固结而形成的。在本文所描述的实施例中，单个包层预制层230一般是矩形横截面，使得从多芯带预制棒250中拉出的光纤带也大致是矩形横截面。此外，尽管多芯带预制棒250被显示成具有含在单个平面中平行地取向的多个芯杖的芯杖组件，但是应该理解在备选实施例（未示出）中，芯杖组件可以形成有多个（即2个或更多个）平面的芯杖构件，每一个芯杖构件是平行的并且与其它平面的芯杖构件不共面。

现在参照图10，在备选实施例中，通过使用层叠与拉伸技术，可以形成多芯带预制棒250。在本实施例中，芯杖组件200被放入矩形玻璃包层管子260中，使得芯杖组件的芯杖202在单个平面中彼此平行地取向，正如上文所描述的那样。矩形玻璃包层管子260是由基于硅石的玻璃形成的，其组成成分与多芯光纤带的单个包层的期望成分相同。通常，矩形玻璃包层管子260的基于硅石的玻璃具有折射率n_cl，折射率n_cl小于芯杖202的折射率n_c。在本文所描述的实施例中，矩形玻璃包层管子260具有在从约50mm到约125mm的范围中的壁厚度，更佳地小于125mm，尤佳地小于100mm，最佳地小于90mm。在一个实施例中，芯杖组件200的芯杖202被单独地放入矩形玻璃包层管子260中。在另一个实施例中，在芯杖组件200被插入到矩形玻璃包层管子260中之前，芯杖组件200的芯杖202被附接到一起，正如上文所描述的那样。多个填充杖262被放入矩形玻璃包层管子260和芯杖组件200之间。在本文所描述的实施例中，填充杖262具有与矩形玻璃包层管子260相同的组成成分和折射率（即，填充杖折射率n_filler=矩形玻璃包层管子折射率n_cl）。在多芯带预制棒250的本实施例中，当从预制棒中拉出多芯光纤带时，多芯带预制棒是被放入真空中的，以使相邻的填充杖262和芯杖202之间的空隙空间坍缩并密封。

参照图11，示意性地示出了用于从多芯带预制棒中产生多芯光纤带的系统300的一个实施例。系统300一般包括拉伸炉302，用于加热多芯带预制棒250，使得可以从多芯带预制棒250中拉出多芯光纤带100。拉伸炉302一般是垂直取向的，使得从预制棒250中拉出的多芯光纤带100沿着大致垂直的通路（即，大致平行于图11所示坐标轴的z方向的通路）从该炉子中出来。

在多芯光纤带从拉伸炉302中出来之后，多芯光纤带100的尺寸以及施加到多芯光纤带100的拉伸张力都是用非接触式传感器304、306测量的。如图11所示，在多芯光纤带100的直径和张力被测量之后，多芯光纤带100穿过冷却系统308，该冷却系统308将多芯光纤带冷却到小于约80℃C，更佳地小于约60℃。

在多芯光纤带从冷却系统308中出来之后，多芯光纤带进入涂敷系统310，其中，光学涂层被施加到该多芯光纤带上。当多芯光纤带100从涂敷系统310中出来时，再次使用非接触式传感器312来测量多芯光纤带的尺寸。之后，使用非接触式瑕疵检测器314来检查该多芯光纤带有没有在制造期间可能已出现的破损和/或瑕疵。当多芯光纤带被拉着穿过系统300并绕到存储卷筒320上时，一种光纤拉紧机制315利用各种拉伸机制316和滑轮318以向多芯光纤带100提供必要的张力。

示例

通过下面的预示性模型化示例，将进一步澄清多芯光纤带的实施例。在每一个模型化示例中，多芯光纤带由一对位于单个包层中的芯构件组成。每一个模型化的多芯光纤带的串扰是使用下面的方程确定的。两个相邻的芯构件中所传输的功率可以被计算如下：

$P_1={\cos }^2\left(\mathrm{gz}\right)+{\left(\frac{\mathrm{\&Delta;\&beta;}}{2g}\right)}^2{\sin }^2\left(\mathrm{gz}\right),$ 和

$P_2={\left(\frac{k}{g}\right)}^2{\sin }^2\left(\mathrm{gz}\right),$

其中，z是光纤的长度，κ是耦合系数，△β是在相邻的芯构件彼此隔绝时在它们中传播的模式之间的失配传播常量，并且g是取决于κ和△β的参数，使得：

$g^2={\mathrm{\&kappa;}}^2+{\left(\frac{\mathrm{\&Delta;\&beta;}}{2}\right)}^2\&CenterDot;$

基于通过相邻的芯构件所传输的功率，利用下列关系，可以计算串扰：

$X=10\log \left(\frac{P_2}{P_1}\right)=10\log \left(\frac{{4\mathrm{\&kappa;}}^2}{4g^{2}c\tan \left(\mathrm{gz}\right)+{\left(\mathrm{\&Delta;\&beta;}\right)}^2}\right)\&CenterDot;$

示例1

参照图12，一对多芯光纤带被数学地模型化了。第一光纤带的每一个芯构件被模型化成具有阶跃式折射率分布以及约0.34%的芯相对折射率△_c%。每一个芯构件具有8.4微米的直径d_c，并且在1550nm的波长处是单模的。这些芯构件是相位匹配的，使得相邻的芯构件之间的德尔塔变化是零。图12中的曲线402指示了针对100m的光纤长度在1550nm的波长处随着相邻的芯构件之间的距离而变化的第一相位匹配光纤带的串扰。如图12所示，小于-35dB的串扰仅仅在两个芯构件之间的间距小于54微米时才被实现。

仍然参照图12，第二多芯光纤带被模型化成具有阶跃式折射率且每一个芯构件具有8.4微米的直径d_c，使得芯构件在1550nm的波长处是单模的。然而，在本实施例中，芯构件具有约为1%的德尔塔变化，并且在每一个光纤中传播的基模的相应的有效折射率变化约为5x10^-5。如图12所示，小于-35dB的串扰可以在两个芯构件之间的间距是28微米时被实现。有效折射率变化也可以通过改变芯半径而被实现。在下面的假想示例中，在假定相邻的芯构件具有大约5x10^-5的有效折射率变化的情况下计算串扰。

示例2

现在参照图13，一对多芯光纤带被数学地模型化了。两个光纤带的每一个芯构件被模型化成具有阶跃式折射率分布以及约0.34%的芯相对折射率△_c%。每一个芯构件具有8.4微米的直径d_c，并且在1550nm的波长处是单模的。然而，在本示例中，第一光纤带具有100米的长度，而第二光纤带具有2米的长度。曲线406示出了针对2米的光纤带随着相邻的芯构件的中心到中心间距而变化的串扰，而曲线408示出了针对100米的光纤带随着相邻的芯构件的中心到中心间距而变化的串扰。如图13所示，2米的光纤带一般具有的串扰比100米的光纤带的串扰小约3dB。

示例3

参照图14，一对多芯光纤带被数学地模型化了。第一光纤的每一个芯构件被模型化成具有阶跃式折射率分布以及约0.34%的芯相对折射率△_c%。每一个芯构件具有8.4微米的直径d_c，并且在1550nm的波长处是单模的。第二光纤的每一个芯构件被模型化成具有阶跃式折射率分布以及约1.0%的芯相对折射率△_c%。每一个芯构件具有4.9微米的直径d_c，并且在1550nm的波长处是单模的。曲线410示出了针对第一多芯带随着相邻的芯构件的中心到中心间距而变化的串扰，而曲线412示出了随着第二多芯带的中心到中心间距而变化的串扰。如图13所示，增大芯构件的相对折射率△_c%并减小芯直径就减小了芯构件之间的串扰，因为每一个芯构件的功率被更加限定于该芯构件了，这转而减小了相邻的芯构件之间的耦合系数。

示例4

参照图15，一对多芯光纤带被数学地模型化了。两个光纤带的每一个芯构件被模型化成具有阶跃式折射率分布以及约0.34%的芯相对折射率△_c%。每一个芯构件具有8.4微米的直径d_c，并且在1550nm的波长处是单模的。然而，在本示例中，第二光纤带的芯构件形成有低折射率环作为每一个芯构件的最外面的部分。低折射率环具有-0.4%的相对折射率△_l%以及4微米的径向厚度。曲线414示出了针对没有低折射率环的光纤带随着相邻的芯构件的中心到中心间距而变化的串扰，而曲线416示出了针对形成有低折射率环的光纤带随着相邻的芯构件的中心到中心间距而变化的串扰。如图15所证明的那样，与没有形成低折射率环的光纤带相比，具有低折射率环的光纤带可以用较小的中心到中心间距来实现-35db串扰。

示例5

在本示例中，多模光纤带被模型化了。每一个芯构件具有1.0%的相对折射率△_c%以及50微米的直径d_c。在850nm处，每一个芯构件支持18个模式组。在满溢的发射条件下为了让光纤在850nm的工作波长处实现-35dB的串扰，确定相邻的芯之间的中心到中心间距应该至少是66微米。

示例6

在本示例中，多模光纤带被模型化了。每一个芯构件具有2.0%的相对折射率△_c%以及25微米的直径d_c。在850nm处，每一个芯构件支持13个模式组。在满溢的发射条件下为了让光纤在850nm的工作波长处实现-35dB的串扰，确定相邻的芯之间的中心到中心间距应该至少是41微米。

对本领域的技术人员显而易见的是，可在不背离本发明的精神和范围的情况下对本文中所描述的实施例作出各种修改和变化。因此，本说明书旨在覆盖本文中所描述的各实施例的修改和变化，只要这些修改和变化落在所附权利要求及其等价方案的范围内即可。

Claims (20)

1.一种多芯光纤带，包括：

至少两个芯构件，由基于硅石的玻璃形成并且在单个平面中彼此平行地取向，其中，所述至少两个芯构件的相邻的芯构件具有中心到中心间距≥15微米，相邻的芯构件之间的串扰是≤-25dB，并且所述至少两个芯构件是单模的且具有折射率n_c和芯直径d_c；以及

单个包层，由基于硅石的玻璃制成，围绕着且直接接触所述至少两个芯构件，其中，所述单个包层具有大致为矩形的横截面且具有≤400微米的厚度以及折射率n_cl<n_c。

2.如权利要求1所述的多芯光纤带，其中，

所述至少两个芯构件是等距离间隔开的。

3.如权利要求1所述的多芯光纤带，其中，

所述至少两个芯构件具有相对于所述单个包层的相对折射率△_i%≥0.2%，并且

所述芯直径d_c是≤15微米。

4.如权利要求1所述的多芯光纤带，其中，

所述单个包层的厚度是≤125微米。

5.如权利要求1所述的多芯光纤带，其中，

相邻的芯构件之间的有效折射率变化是≥5x10^-5。

6.如权利要求1所述的多芯光纤带，其中，

所述至少两个芯构件的芯直径d_c是约5微米，

相对于所述单个包层的相对折射率△_c%=1.0%，并且

相邻的芯构件之间的中心到中心间距是20微米。

7.如权利要求1所述的多芯光纤带，其中，

相邻的芯构件之间的中心到中心间距与所述至少两个芯构件的芯直径d_c之比R是使得2≤R≤6。

8.如权利要求1所述的多芯光纤带，其中，

所述至少两个芯构件中的每一个都包括由基于硅石的玻璃形成的低折射率环，所述低折射率环具有折射率n_l，其中，n_l≤n_cl≤n_c。

9.如权利要求1所述的多芯光纤带，还包括：

光学涂层，所述光学涂层围绕着且不直接接触所述单个包层，

其中，所述光学涂层具有折射率n_ct≥n_cl。

10.一种多芯光纤带，包括：

至少两个芯构件，由基于硅石的玻璃形成并且在单个平面中彼此平行地取向，其中，相邻的芯构件具有中心到中心间距≥35微米，相邻的芯构件之间的串扰是≤-25dB，并且所述至少两个芯构件是多模的并且具有芯折射率n_c、大于15微米的芯直径d_c、具有从约1.9到约2.1的α值的阿尔法分布以及>300MHz的带宽；以及

单个包层，由基于硅石的玻璃制成，围绕着且直接接触所述至少两个芯构件，其中，所述单个包层具有大致为矩形的横截面且具有≤400微米的厚度以及包层折射率n_cl<n_c。

11.如权利要求10所述的多芯光纤带，其中，

所述至少两个芯构件是等距离间隔开的。

12.如权利要求10所述的多芯光纤带，其中，

所述至少两个芯构件具有相对于所述单个包层的相对折射率△_c%≥0.2%。

13.如权利要求10所述的多芯光纤带，其中，

所述单个包层的厚度是≤125微米。

14.如权利要求10所述的多芯光纤带，其中，

相邻的芯构件的中心到中心间距与所述至少两个芯构件的芯直径d_c之比R是使得1≤R≤3。

15.如权利要求10所述的多芯光纤带，其中，

所述至少两个芯构件中的每一个的芯直径d_c是50微米，

所述至少两个芯构件中的每一个的相对折射率△_c%是相对于所述单个包层的1.0%，并且

相邻的芯构件之间的中心到中心间距是66微米。

16.如权利要求10所述的多芯光纤带，其中，

所述至少两个芯构件中的每一个的芯直径d_c是25微米，

所述至少两个芯构件的相对折射率△_c%是相对于所述单个包层的2.0%，并且

相邻的芯构件之间的中心到中心间距是41微米。

17.如权利要求10所述的多芯光纤带，还包括：

光学涂层，所述光学涂层围绕着且直接接触所述单个包层，

其中，所述光学涂层具有折射率n_ct≥n_cl。

18.一种用于形成多芯光纤带的方法，所述方法包括：

形成芯杖组件，所述芯杖组件包括在单个平面中平行地取向的多个芯杖构件；

将所述芯杖组件放置于载气流中，所述载气流包括硅石玻璃前体材料；

使燃烧器在所述芯杖组件的第一表面上来回移动，以使所述载气流中的硅石玻璃前体材料发生反应，由此使硅石玻璃烟灰沉积在所述芯杖组件的第一表面上；

使所述燃烧器在所述芯杖组件的第二表面上来回移动，以使所述载气流中的硅石玻璃前体材料发生反应，由此使硅石玻璃烟灰沉积在所述芯杖组件的第二表面上；

使所述硅石玻璃烟灰固结在所述芯杖组件上以形成多芯带预制棒，所述多芯带预制棒包括被单个包层预制层围绕的芯杖组件，其中，所述单个包层预制层具有大致为矩形的横截面；以及

将所述多芯带预制棒拉成多芯光纤带。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，

所述芯杖组件包括多个玻璃附接元件，用于将所述多个芯杖构件彼此耦合起来。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于：

所述多个芯杖构件中的每一个包括包层，使得所述多个芯杖构件中的每一个具有从约0.1到约0.5的“芯:包层”之比；以及

所述多个芯杖构件被烧结在一起以形成所述芯杖组件。

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