CN103384842A - 制造多模光纤的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种制造多模光纤的方法。在一个实施方式中，所述方法包括计算使得多模光纤的带宽最大化的芯半径，其中考虑了拉制张力的影响。本发明的实施方式说明了如何调节芯半径，使得最外导模组的时间延迟下降。所得的芯半径值可以作为特定商用光纤类型所预期的非标称的目标值。

Description

制造多模光纤的方法

相关申请交叉参考

本申请根据35 U.S.C.§119，要求2010年12月21日提交的美国临时申请系列第61/425,477号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

背景

技术领域

本发明一般地涉及光纤的制造，更具体地涉及优化多模光纤带宽的方法。

技术背景

为了改善多模光纤性能，已经开发了对弯曲不敏感的多模光纤。所述光纤即使在激活了最高级波导模式时也能改善光纤通信系统的可靠性。它们对于用于频繁需要急弯的数据中心应用特别具有吸引力。虽然这些设计可能涉及与芯相邻的相对折射率降低（depressed）区域或者“壕”，但芯与壕区域之间的光纤形状参数α必须精确匹配。芯-壕界面处的任意误差会对光纤的带宽造成负面影响。为了克服该敏感性，还开发了具有补偿壕的多模光纤。对选定的补偿进行选择，使得最外模组的相对延迟最小化。但是，即使采用了最佳补偿，折射率分布的扰动仍会导致最外导模组的延迟误差，从而潜在地限制带宽。

发明内容

在本发明的一个方面，揭示了一种制造多模光纤的方法，该方法包括：确定光纤芯预成形件在预定波长λ处的折射率分布n(r)；选择使得n(r)与f(r)=n(0)[1-2Δ_匹配(r/a_匹配)^α _匹配]^1/2之差最小的芯Δ_匹配、芯半径a_匹配和芯形状参数α_匹配；选择拉制张力T，该拉制张力T使得预定光纤芯的形状参数α_匹配变为α_fcr；计算以拉制张力T获得的包层材料在λ处的折射率n_c1；计算具有光纤芯形状参数α_fcr的多模光纤相对于n_c1的相对折射率分布；计算目标光纤芯半径a_t，使得最外导模组在λ处的相对时间延迟最小化；在光纤芯预成形件上沉积包层材料，以形成光纤预成形件；以张力T从光纤预成形件拉制多模光纤，使得所述多模光纤具有125±2μm的外直径以及半径基本等于a_t的芯。例如，预定的波长范围可以约为830-870，约为840-860。例如，预定的波长可以约为850nm。优选地，由多模光纤引导的不超过18个模组的截止波长大于850nm。

在一些实施方式中，沉积包层材料的步骤包括：在芯预成形件上沉积第一包层材料，并在第一包层材料上沉积不同于所述第一包层材料的第二包层材料。所述第二包层材料可包含至少0.5重量%的氟。

在一些实施方式中，沉积包层材料的步骤包括：在芯预成形件上沉积具有第一折射率n₁的第一包层材料，在所述第一包层材料上沉积折射率n₂小于n₁的第二包层材料，并在所述第二包层材料上沉积外包层材料，其中多模光纤包含厚度为W₁的第一包层、厚度为W₂的不同于第一包层的第二包层，其中W₁大于约0.5μm，W₂大于1.0μm，并且外包层的折射率为n_cl。

在一些实施方式中，多模光纤包含第一内包层、所述第一包层上的第二内包层以及所述第二包层上的外包层，并且第一包层相对于外包层的相对折射率差Δ₁约为-0.1%至0.1%，第二包层材料相对于外包层的相对折射率差Δ₂小于或等于-0.2%。所述第二包层可包含至少0.5重量%的氟。

优选地，光纤芯预成形件的芯形状参数范围约为1.8-2.3，约为1.9-2.2，约为2.0-2.2或者约为2.05-2.15。

多模光纤优选包含第一内包层以及位于所述第一内包层上的第二内包层，所述第一内包层的宽度W₁大于0.5μm并且相对于外包层的相对折射率差Δ₁为-0.1%至0.1%之间，所述第二内包层的宽度W₂大于1.0μm并且相对于外包层的相对折射率差Δ₂小于-0.2%。多模光纤芯相对于外包层的最大相对折射率差优选小于或等于1.05%，并且多模光纤芯的半径大于或等于23.0μm。

优选地，光纤的芯形状参数范围约为1.8-2.3，约为1.9-2.2，约为2.0-2.2或者约为2.05-2.15。

在另一个实施方式中，揭示了一种制造多模光纤的方法，该方法包括：确定芯预成形件在预定波长λ处的折射率分布，以获得芯预成形件的形状参数α_pcr和最大相对折射率差△_pcr；确定用于从α_pcr获得预定光纤形状参数α_fcr的目标拉制张力；计算以目标拉制张力从△_pcr获得的在λ处的光纤芯相对折射率差△_fcr；利用△_fcr来计算使得最外导模组在预定波长处的相对时间延迟△τ最小化的目标芯半径a_t；在芯预成形件上形成外包层，以形成光纤预成形件；并以目标拉制张力从所述光纤预成形件拉制包含芯和包层的多模光纤，使得所述多模光纤具有125±2μm的外直径且芯的半径基本等于a_t。优选地，由多模光纤引导的不超过18个模组的截止波长大于850nm。

在一些实施方式中，多模光纤芯相对于外包层的最大相对折射率差小于或等于1.05%，并且多模光纤芯的半径大于或等于23.0μm。

优选地，最外导模组在传播波长处的最大相对时间延迟△τ小于或等于约1.0ns/km，例如小于或等于约0.20ns/km，小于或等于约0.14ns/km，小于或等于约0.1ns/km，小于或等于约0.09ns/km，或者小于或等于约0.085ns/km，或者小于或等于约0.080ns/km。预定的波长可以是例如，约为830-870或者约为840-860的范围内。例如，预定的波长可以约为850nm。

在另一个实施方式中，揭示了一种制造多模光纤的方法，该方法包括：确定光纤芯预成形件在850nm处的折射率分布n(r)；选择使得从r=0.15a_匹配到r=0.95a_匹配的n(r)与f(r)=n(0)[1-2△_匹配(r/a_匹配)^α _匹配]^1/2之差最小化的芯△_匹配、芯半径a_匹配和芯形状参数α_匹配；选择用于从α_匹配获得预定光纤芯形状参数α_fcr的拉制张力T；计算以拉制张力T获得的包层材料在850nm处的折射率n_c1；计算具有光纤芯形状参数α_fcr的多模光纤相对于n_c1的相对折射率分布，其中

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{fcr}}\left(r\right)=\frac{n^2\left(r\right)-{n^2}_{\mathrm{cl}}}{2n^2\left(0\right)};$

计算目标光纤芯半径a_t；确定要沉积到光纤芯预成形件上的包层材料的厚度，在从包含光纤芯预成形件的光纤预成形件拉制的多模光纤中获得a_t，其中多模光纤的外包层直径为125μm；将包层材料在光纤芯预成形件上沉积预定的厚度，以形成光纤预成形件；以及以张力T从光纤预成形件拉制多模光纤。

在一些实施方式中，沉积包层材料的步骤包括：在芯预成形件上沉积第一包层材料，并在第一包层材料上沉积第二包层材料，所述第二包层材料不同于所述第一包层材料，并且所述第二包层材料包含至少0.5重量%的氟。

优选地，多模光纤包含厚度为W₁的第一包层和厚度为W₂的不同于第一包层的第二包层，其中W₁大于约0.5μm，W₂大于1.0μm。

优选地，第一包层相对于外包层的相对折射率差Δ₁约为-0.1%至0.1%，第二包层相对于外包层的相对折射率差Δ₂小于或等于-0.2%。

优选地，由多模光纤引导的不超过18个模组的截止波长大于850nm。

在另一个实施方式中，揭示了一种制造多模光纤的方法，该方法包括：提供芯预成形件；确定芯预成形件在波长λ为850nm处的折射率分布；确定多个不同多模光纤芯半径在λ处的导模组，并计算导模组的相对时间延迟；计算被多模光纤芯引导的不超过18个模组在λ处的阈值半径a_th；选择目标多模光纤芯半径a_t小于或等于a_th，使得最外导模组在λ处的时间延迟最小化；在芯预成形件上形成包层，以形成光纤预成形件；以及从所述光纤预成形件拉制多模光纤，其中多模光纤的外直径为125±2μm，芯直径基本等于a_t。芯预成形件折射率分布的形状参数α_pcr可以是例如，约1.8-2.3的范围内。优选地，a_t≥(a_th–0.5δa_th)。优选地，至少16个模组由多模光纤芯引导。

优选地，最外导模组的最大相对时间延迟小于或等于约1.0ns/km，例如小于或等于约0.20ns/km，小于或等于约0.14ns/km，小于或等于约0.1ns/km，小于或等于约0.09ns/km，或者小于或等于约0.085ns/km，或者小于或等于约0.080ns/km。

优选地，多模光纤的芯形状参数范围约为1.8-2.3，约为1.9-2.2，约为2.0-2.2或者约为2.05-2.15。

在一些实施方式中，形成包层的步骤包括：绕着芯预成形件形成第一内包层，其中所述第一内包层的宽度W₁大于0.5μm并且相对于外包层的相对折射率差Δ₁为-0.1%至0.1%之间，以及在所述第一内包层上形成第二内包层，其中所述第二内包层的宽度W₂大于1.0μm并且相对于外包层的相对折射率差Δ₂小于-0.2%。

在以下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都提出了本发明的实施方式，目的是提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图举例说明了本发明的各种实施方式，并与描述一起用来解释本发明的原理和操作。

附图简要说明

图1是具有渐变折射率芯和恒定折射率包层的示例性标准多模光纤的折射率分布图；

图2是图1的折射率分布表示的光纤的截面图，显示围绕光纤设置有涂层；

图3是光纤拉制生产系统的示意图；

图4是包含折射率降低的包层环的示例性的对弯曲不敏感的多模光纤的折射率分布图；

图5A-5F显示了光传播通过各种不同芯半径的光纤的相对时间延迟与有效折射率的关系图；

图6显示对于具有不同芯Δ的数个光纤的模组传播数量与芯半径的关系图；

图7显示对于第一内包层的三种不同的宽度W₁值，带宽与壕Δ之间的示例性关系图；

图8显示对于第一内包层的三种不同的宽度W₁值，壕Δ与拉制张力之间的示例性关系图；

图9显示对于弯曲不敏感的光纤群的芯半径与芯Δ的关系，还显示了第16、17和18模组之间的截止界限；

图10A-10D显示了对于芯半径增加的光纤的相对时间延迟与模组的关系，还显示了随着模组数量的变化，相对时间延迟的变化；

图11显示了拉制张力与形状参数之间的示例性关系图；

图12显示了拉制张力与芯Δ之间的示例性关系图。

具体实施方式

下面详细参考本发明的各种实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。

除非另外说明，否则，“相对折射率差”△定义为△=100x(n_i ²–n_参比 ²)/2n_i ²，式中n_i是i区域内的最大折射率。除非另有说明，否则，在850nm处测量相对折射率差。相对折射率差通常简写为“△”。除非另有说明，否则，n_参比是包层的最外环形区域的平均折射率，可以如下计算，例如，在包层的最外环形区域（这在一些实施方式中可以是未掺杂的二氧化硅）中测量“N”折射率(n_C11,n_C12,…n_CN)，并通过下式计算平均折射率：

i=N

n_cl=(1/N)∑n_ci   (1)

i=1

除非另有说明，否则，本文所用的相对折射率差用△表示，其数值以“%”为单位。在一个区域的折射率小于参比折射率n_参比的情况下，相对折射率差是负数，该区域称作折射率降低区域或者降低的折射率，并且除非另有说明，否则，最小相对折射率差在相对折射率为最大负值时计算得到。在一个区域的折射率大于参比折射率n_参比的情况下，相对折射率差是正数，该区域可称为具有提高的或者正的折射率。

除非另有说明，否则根据IEC 60793-1-41(TIA-FOTP-204)带宽的测量方法和测试过程，在满溢注入条件下，在850nm处测量带宽（除非指定了另一个波长）。如IEC 60793-1-49（TIA/EIA-455-220）差分模延迟的测量方法和测试过程所述，由测得的差分模延迟频谱来获得最小计算有效模带宽（Min EMBc）。

本文所用的光纤数值孔径（NA）是指用题为“数值孔径的测量方法和测试程序(Measurement Methods and Test Procedures-Numerical Aperture)”的IEC-60793-1-43（TIA SP3-2839-URV2FOTP-177）所提出的方法测量的数值孔径。NA具有芯部分，NA_芯，其与芯△_cr（参考包层外区域的折射率）直接相关，关系如下：

本文所用术语“相对折射率分布”指的是相对折射率差，它是从波导中心线出发的半径的函数。对于渐变折射率波导，相对折射率分布可以表示为△(r)，它的单位是“%”，其中r是半径，并具有如下等式：

△(r)=△(r_o)(1–[|r–r_o|/(r₁–r_o)]^α)，   (3)

式中r_o是△(r)为最大值的点，r₁是△(r)为零的点（相对于外部环形包层区域），r的范围是r_i≤r≤r_f，其中△如上文所定义，r_i是分布的起点，r_f是分布的终点，指数α是形状参数，为实数，其限定了r_i和r_f之间区域的形状。对于从中心线（r=0）开始的分布段，相对折射率分布可以用如下简化形式表述：

△(r)=△(0)(1–[|r|/(r₁)]^α)，   (4)

式中，△(0)是中心线处的折射率△。可以采用折射率测量技术，例如预成形件分析仪折射率测量系统（美国俄勒冈州比弗顿的光子动力学仪器公司(PhotonKinetics Instruments,Beaverton,OR)）来测量给定预成形件的相对折射率差。

采用题为“光纤几何形貌测量方法和测试过程(Measurement Methods and TestProcedures-Fiber Geometry)”的IEC 60793-1–20中所述的技术，特别是采用其附录C中所述的题为“方法C：近场光分布(Method C:Near-field Light Distribution)”的参考测试方法来测量光纤芯直径2a_opt。为了从采用该方法的结果计算光纤芯半径“a_opt”，按照IEC 60793-1-20的章节C.4.2.2应用10%-80%的拟合，以得到光纤芯直径，然后除以2得到光纤芯半径。

在一些实施方式中，所述芯包含掺锗的二氧化硅，即氧化锗（GeO₂）掺杂的二氧化硅。在本文所揭示的光纤的芯中，特别是中心线处或其附近，可单独或组合使用锗以外的掺杂剂，如Al₂O₃或P₂O₅，以得到所需的折射率和密度。在一些实施方式中，本文所揭示的光纤从光纤的中心线到光纤芯外半径的折射率分布是非负的。在一些实施方式中，光纤在芯中不含减小折射率的掺杂剂。

多模光纤传播多种模式。光纤传输的大部分光能在芯区域中被以较高级的模式以截然不同于其截止波长的波长进行传送。这些导模可以用半径模数m和方位角模数n表述。本文所用术语“模组”指的是简并模的集合。当模具有相同或者基本相同的截止波长和传播性质时，它们据称会发生简并。模组用整数表述，主模数P=2m+n+1。传播模组的总数Q可以由Q=(2V/π)^1/2计算得到，式中V是标准化频率。本文所用术语“多模光纤”定义为在至少6个模组引导的光纤。单独导模的总数M可以由下式计算得到：

式中，a是上文所述的光纤的芯半径，α是芯形状参数，NA_芯是数值孔径的芯部分。对于无限大的芯（其中模之间具有无限小的距离），Q和M的表达式在WKB方面内是严格有效的，但是对于本文所述的光纤设计的模组和模的数量仍提供准确的估计。

通常已知，对于折射率分布由n(r)限定的光纤，采用形状参数α使得标准多模光纤中的模态色散（modal dispersion）最小化，其中n(r)如下：

对于r<a，n(r)=n_最大(1–2△(r/a)^α)^1/2，以及 (5)

对于r≥a,n(r)=n_最大(1–2△)^1/2，           (6)

上式中的r是圆柱形波导（例如光纤）中从波导的中心线出发的半径方向上的坐标或距离，其中，n(r)是波导在距离中心线的半径距离r处的折射率，n_最大是波导的最大折射率。

如图1所示是示例性标准多模光纤10的相对折射率分布，显示了芯区域12和包层区域14，所述芯区域12具有半径“a”以及在芯区域中具有峰值折射率n_cr（相当于上文中的n_最大），所述包层区域14具有折射率n_cl。图1的折射率分布图示性地显示了相对折射率差与从中心线16出发的径向距离“r”之间的关系。因此，△_cr表示图1中的芯区域12的最大相对折射率（△）。标准多模光纤的相对折射率分布包括由描述了光纤芯的折射率分布的等式(4)限定的渐变折射率芯以及具有恒定折射率n_cl的包层。所述分布的芯形状参数α通常约为2，这取决于光纤的最佳波长。但是，常规相对折射率分布无法实现相比于较低等级引导模式的最高等级导模组时间延迟的最小化。

生产基于二氧化硅的光纤预成形件的基本方法是本领域已知的。一种此类方法包括将制造裸（未涂覆）光纤的所有必需的材料形成为单体（光纤预成形件），可任选地对所述光纤预成形件进行加热以使得至少部分预成形件固结成固体玻璃光纤预成形件，然后在炉中加热所述固体光纤预成形件，并将光纤预成形件拉制成光纤。例如，可以采用传统的内部气相沉积法，其中在玻璃涂层管内加热前体材料，使得玻璃层沉积在管内。所述玻璃层可以包括包层玻璃层和/或芯玻璃层。当沉积了足够的层数时，从而形成光纤预成形件，取出光纤预成形件并将其放入拉制设备中。任选地，管可以仅形成一部分包层，其中在其内部沉积了玻璃的管可以形成芯预成形件。可以在所述芯预成形件的外部上形成额外的玻璃，以形成光纤预成形件。在包含拉制设备的炉中加热光纤预成形件，并由其拉制光纤。

在另一个方法中，可以通过化学气相沉积来生产光纤芯预成形件，其中在火焰中烧制前体材料，以产生含二氧化硅的玻璃烟炱，并将其沉积到目标棒上。所述玻璃烟炱包括芯玻璃烟炱和/或包层玻璃烟炱。例如，目标棒可以是陶瓷（例如氧化铝）棒。一旦沉积了玻璃烟炱，取出目标棒。所得烟炱体是多孔且易碎的。如果需要的话，可以对多孔体进行化学干燥以去除水（通常是羟基离子OH的形式），之后将烟炱加热固结成透明的玻璃光纤预成形件。

在一些操作中，分开制造芯预成形件。也就是说，如上所述将芯玻璃烟炱沉积到目标棒上。在前体材料中包含掺杂剂用于调节沉积材料的折射率。取出目标棒，之后加热易碎的多孔预成形件，将多孔预成形件固结成固体透明玻璃芯预成形件。如果需要的话，可以对芯预成形件进行化学干燥以去除水（通常是羟基离子OH的形式）。在固结之后，可以在炉中加热芯预成形件，并拉制成细棒或杆。可以分割得到的棒，以形成多个单独的芯棒或芯杆。每个芯杆可以仅含有芯材料，或者，可以在形成过程中加入额外的材料，例如包层材料，使得芯杆包含至少一部分包层材料。

在后续步骤中，芯杆起了另一步骤的目标棒的作用，其中，在所述芯杆上形成了额外的含二氧化硅烟炱。例如，额外的材料可以是芯材料和/或包层材料。然后加热由此形成的芯杆和烟炱的复合体，将包层材料固结成固体透明的包层，以产生光纤预成形件。在其他方法中，可以用一个或多个预成形的管或套筒围绕芯杆来增加围绕着芯部分的层，例如包层。在一些实施方式中，管和烟炱沉积可以用于形成光纤预成形件的额外部分，例如包层材料。应注意，所述包层材料可以是具有单一折射率的单一包层材料，或者所述包层材料可以是形成不同层的多包层材料，其中每种包层材料可以具有与施加到预成形件的另一包层材料不同的折射率。例如，可以掺杂包层材料来改变其折射率。例如，氟是一种常用来降低包层材料折射率的材料。例如，氯是一种可用于增加包层材料折射率的材料。

一旦形成后，将包含芯材料和包层材料的完整光纤预成形件拉制成包含芯以及围绕着所述芯的一层或多层包层的光纤。光纤的最外包层通常被至少一层涂层围绕并与之接触，所述涂层通常是聚合物，例如丙烯酸酯，在一些实施方式中，所述涂层可以包含与光纤的包层玻璃接触的低模量一次涂层，并在一次涂层上沉积高模量的二次涂层。通常在拉制过程中施加所述至少一层聚合物涂层。在一些实施方式中，最外包层的外直径D的范围约为120-130μm，约为123-127μm，或者约为124-126μm。标称的包层直径可以是例如，125μm。但是，对于具体的应用，也可以按需产生其他的总包层直径。涂层的标称直径“d”可以是，例如245μm，但是可以根据光纤的应用来调节聚合物涂层的厚度。参考图2，显示了图1的光纤的截面图，具有芯区域12、包层14和聚合物涂层18，所述聚合物涂层18包括一次涂层20和二次涂层22。

在上述任意一种情况下，无论单步工艺或者多步工艺，都是以类似的方式进行光纤的拉制。根据一个实施方式，图3显示了一个示例性拉制生产系统24。该拉制生产系统24包括拉制炉26，根据一个实施方式，该拉制炉26加热至约2000℃的温度。在拉制炉26中垂直放置预成形件28，其中拉制炉26至少向预成形件的底部供热。然后可以从预成形件经加热的部分拉制玻璃。如果所述预成形件是芯预成形件，则拉制的玻璃可以是至少包含芯部分的芯棒。或者，芯预成形件可以包含至少一部分包层材料。如果预成形件是光纤预成形件，则从光纤预成形件拉制薄玻璃束（光纤），并缠绕到接收轴上。

预成形件28可用任何玻璃材料制成，并且可进行适合于制造光纤的掺杂以及其他加工。预成形件28可以是具有芯和设置在芯上的包层材料的完整的芯预成形件，或者预成形件28可以是由初始前体芯预成形件产生的任意光纤预成形件。在一些实施方式中，从单个芯预成形件可以形成两个或更多个光纤预成形件，例如五个光纤预成形件，用于在炉26中拉制光纤。例如，可以对一个初始芯预成形件进行拉制来产生多个芯杆，其中，每个芯杆用作后续光纤预成形件的目标棒。对于图3讨论的余下部分，假定图3所示的预成形件28是光纤预成形件，并从所述光纤预成形件拉制光纤。

应理解的是，每个独立的光纤预成形件可以具有不同的折射率测量值，因为其含有与其他光纤预成形件的芯杆不同的芯杆。通常难以产生最佳形状参数（下文称作α_pcr）在芯预成形件的整个长度上延伸的给定芯预成形件，原因在于在加工芯预成形件和拉制芯预成形件时的正常加工变动。从而，单个芯预成形件会产生具有不同芯预成形件形状参数α_pcr的值的单个芯杆。可以采用折射率测量设备，例如预成形件分析仪折射率测量系统（美国俄勒冈州比弗顿的光子动力学仪器公司(Photon Kinetics Instruments,Beaverton,OR)）来测量给定芯预成形件的形状参数α_pcr，并且可以实现所需的分布以提供粗调的预成形件。

在拉制光纤的过程中，用牵引器30从光纤预成形件28的底部拉动光纤10。在离开炉26之后，裸光纤10遭遇直径监测器32，所述直径监测器32提供一个用于反馈控制回路的信号，以调节牵引器30的速度来维持恒定的光纤直径。然后裸光纤10通过光纤张力测量装置34，所述光纤张力测量装置34测量光纤10的张力，并提供反馈控制回路来调节光纤10的张力，并保持所需的拉制张力设定。EP0479120A2公开了光纤张力测量装置34的一个例子，其通过引用结合入本文。

一旦从光纤预成形件28拉制了裸光纤10，在冷却管36或者其他处理装置中冷却所述裸光纤10，所述冷却管36或者其他处理装置可以与炉26的出口相连或者远离炉12的出口，之后用涂布机38涂覆光纤10，所述涂布机38可以向裸光纤10的外表面施涂基于聚合物的涂覆材料。经涂覆的光纤还可通过涂层固化设备40，该设备使得聚合物涂层固化。然后将经涂覆的光纤10缠绕到线轴或者卷轴42上。通常离线测量光纤的各种光纤属性，包括带宽。

根据一个实施方式，还显示拉制生产系统24具有张力控制器43，它可以用具有微处理器44和存储器46的计算机来实现。应理解，可以采用任意数字式和/或模拟式的处理电路和记忆存储介质。张力控制器43接收直径监控装置32的输出以及光纤张力测量装置34的输出，并可用一个或多个软件程序处理输入。张力控制器42还向例如显示器或者其他人机界面（HMI）提供输出47，使得用户能观察到表示缠绕在各卷轴上的各光纤的拉制张力的张力值，例如T_R1、T_R2、T_R3等。应理解，可以以不同的光纤张力从光纤预成形件拉制光纤，以实现不同的光纤芯形状参数值α_fcr，进而可实现光纤的不同带宽特性。作为输入（通过例如HMI）向张力控制器43提供用户选择的目标张力T，允许用户选择所需的目标张力（设定点），以实现生产的光纤所需的带宽特性。张力控制器43响应用户选择的目标张力产生温度控制输出48，它可用于控制炉26的温度。根据一个实施方式，所述温度控制可以调节炉26的温度，以实现所需的光纤拉制张力。通常来说，炉26的温度增加会导致拉制光纤的张力下降，而炉26的温度下降会导致拉制光纤的张力增加。可以用反馈回路来调节炉温，直至拉制张力达到用户选择的张力设定值。应理解，由于炉温变化较慢，所以拉制炉的温度包括慢反馈回路。

根据另一个实施方式，可以通过张力控制器43对于牵引器30的速度控制输出49来调节拉制光纤的张力。牵引器30的转动速度控制了被牵引器30拉制的光纤的线性速度。可以通过张力控制器43响应用户选择的目标张力来控制牵引器30。

在制造渐变折射率多模光纤的过程中，在形成芯期间加入的折射率改进掺杂剂的量和/或类型作为径向距离“r”的函数变化。也就是说，随着芯半径增加，调节加入到前体材料的掺杂剂，以获得作为从芯中心线出发的径向距离“r”的函数变化的逐渐降低的折射率。如上文所述，在一些实施方式中，芯包含氧化锗（GeO₂）掺杂的二氧化硅。在光纤的芯中，特别是中心线处或其附近，可单独或组合使用氧化锗以外的掺杂剂，如Al₂O₃或P₂O₅，以得到所需的折射率和密度。在一些实施方式中，多模光纤从中心线到芯外半径的折射率分布是非负的。在一些实施方式中，光纤在芯中不含减小折射率的掺杂剂。

优选地，光纤芯的折射率分布具有抛物线形状（或者基本上呈抛物线的形状）。芯的抛物线形状从芯的中心线延伸到芯的外半径r=a。因此，本文所用术语“抛物线”包括基本上呈抛物线形的折射率分布，它在芯中的一个或多个点上可稍微偏离α约为2.0，例如2.0、2.05、2.15或2.2的情况；并且“抛物线”还包括有少量变化和/或中心线下沉（芯的中心线处的折射率下降）的分布。例如，光纤芯的相对折射率分布可以具有这样一种形状，其中在850nm波长处测得的芯形状参数α优选在约1.8-2.3的范围内，在约2.0-2.2的范围内，或者在约2.05-2.15的范围内。因此，本文所用的“约为2”指的是1.8-2.3之间的芯形状参数α。在一些实施方式中，芯的折射率分布可具有中心线下沉的特点，其中芯的最大折射率和整根光纤的最大折射率与中心线相隔较小距离。但在其他实施方式中，芯的折射率没有中心线下沉的特点，芯的最大折射率和整根光纤的最大折射率位于芯的中心线处。

在具有芯形状参数α约为2的大致抛物线的相对折射率分布并且包层具有基本均匀折射率的多模光纤中，光纤中引导的最高等级的模式是漏泄模，并且倾向于在有线光纤或配置具有弯曲的光纤（例如可能存在于数据分布中心）中的相当短的距离内消除。因此，减少了会降低光纤的信息传送能力或带宽的模间畸变（intermodal distortion）的发生。但是，更新一代的多模光纤，特别是对弯曲不敏感的光纤（例如那些包含围绕着芯的折射率降低环的光纤），即使是在最高等级的模式下仍能比较早一代的光纤裹得更紧。因此，这些对弯曲不敏感的光纤中的带宽会不利地减小。

旨在形成用于额外的包层材料的目标的芯预成形件（例如芯棒或芯杆）可以在制造过程中单独地测量基础物理和/或光学属性。这些属性包括芯预成形件的形状参数（α_pcr）以及芯预成形件的折射率△（△_pcr）。利用α_pcr和△_pcr，可以计算将光纤预成形件拉制成特定包层直径时，用于实现预定目标芯半径的加入到芯预成形件的包层量，因为在光纤拉制过程中，包层和芯的尺寸（例如直径）成比例地下降。通常根据重量沉积包层材料，当包层材料是均匀沉积时，重量与厚度直接相关。

通常按照客户的具体要求或者具体光纤类型的国家标准和/或国际标准来设定预定的目标芯半径。例如，多模光纤具有国际公认的标称芯直径，包括50μm的芯直径光纤以及标称芯直径为62.5μm的光纤。根据上文所述，并采用标称50μm芯直径的多模光纤作为例子，向芯预成形件加入足量的包层材料，使得当拉制成例如125μm的总包层直径时，拉制光纤的芯直径是标称50μm（标称25μm的芯半径）。这表示对于光纤束群体，光纤束群体的平均芯直径是50μm，其他芯直径分布在平均值的两侧。因此，对于要求符合50μm±2μm的标称芯直径规格的光纤，产生了中心位于约50μm，具有少量但有限的在该标称芯直径附近分布的制造分布。优选地，光纤的芯直径（CD）为±2μm，更优选的CD是±2μm，使得CD-2μm≤CD≤CD+2μm，更优选地CD-1μm≤CD≤CD+1μm。为了实现成本节约的制造工艺，每次尝试都是为了产生以标称芯直径为中心的狭窄的芯直径分布。

随着芯直径以及可用的模体积的增加，导模数相应地增加。先前认为由于导模的增加导致芯直径的增加产生较低带宽。如下文详述，本发明的发明人发现芯直径的增加未必导致带宽下降，可以通过改变光纤的拉制参数使得带宽最大化，对于给定的标称设计获得最佳芯直径。此外，可以结合改变拉制张力来改变芯直径，以校正张力对于带宽的作用。

图4显示了根据一个实施方式的对弯曲不敏感的多模光纤50的示例性折射率分布。图4的多模光纤包含在半径r=a处终止的渐变折射率芯区域12，半径r=a表示从中心线16（r=r₀）延伸的渐变折射率芯或抛物线形状的终止。芯区域12被第一环形部分52围绕并与之直接接触，所述第一环形部分52具有最小相对折射率差△₁。所述第一环形部分52可以称作第一内包层。所述第一环形部分52被第二环形部分54围绕并与之直接接触，所述第二环形部分54具有降低的最小相对折射率差△₂。所述第二环形部分54可以称作第二内包层。所述第二内包层的材料可包含至少0.5重量%的氟。第一环形部分52还表示偏移（距离）W₁，它是第一环形部分在芯区域12和降低部分54之间的厚度或宽度。外包层区域14围绕着第二环形部分54并与之直接接触。芯区域12的形状参数α_fcr的值约为2，以使得导模组的时间延迟最小化。

在设计和制造图4的示例性多模光纤的过程中，可以选择使得外模组的相对时间延迟最小化的最佳光纤芯形状参数α_fcr和最佳偏移值W₁。但是，即使对于最佳形状参数和最佳偏移，最外导模组的时间延迟仍会高于内模组的时间延迟。这可以参见图5A-5F，在这些图中，对于六种不同的芯半径：24.0μm、24.5μm、25.0μm、25.5μm、26.0μm以及26.5μm，绘制了六个光纤所测得的相对时间延迟与850nm处的有效折射率（β/k₀，其中β是传播常数，k₀=2π/λ）的关系图。也就是说，图5A显示了与芯半径为24.0μm的多模光纤的导模组相关的时间延迟，图5B显示了与芯半径为24.5μm的多模光纤的导模组相关的相对时间延迟，图5C显示了与芯半径为25.0μm的多模光纤的导模组相关的相对时间延迟，以此类推至芯半径为26.5μm。在图5A-5F中，光纤芯△_fcr约为0.936%，光纤芯形状参数α_fcr是2.07，区域52表示的偏移W₁为1.4μm。图5A-5F显示最外导模组的相对时间延迟取决于光纤芯半径。例如，对于光纤芯半径a=24μm的情况（图5A），芯具有17个模组。最外导模的相对时间延迟约为0.1ns/km。本文所用的相对时间延迟△τ计算如下，△τ=(观察到的较高等级模式的组延迟-基本模式的组延迟)。

随着芯半径a增加到24.5μm（图5B），对于全部18个导模组显示新的模组，最外导模组的最大相对时间延迟增加一倍以上，值约为0.23ns/km。当芯半径进一步增加到25μm（图5C），最外模组的最大相对时间延迟开始下降，但是仍然约为24.0μm芯半径情况下的最大相对时间延迟的两倍。随着芯半径从25μm增加到26μm（图5E），最大相对时间延迟再次下降到小于0.1ns/km。当芯半径增加到26.5μm（图5F），出现另一新的模组，最大相对时间延迟再次变高。从上文可以清楚地看出，芯半径对最外模组的时间延迟产生影响。优选地，最外导模组在传播波长处的最大相对时间延迟小于或等于约0.14ns/km，小于或等于约0.1ns/km，小于或等于约0.09ns/km，或者小于或等于约0.085ns/km。

在具有抛物线分布的多模光纤中产生新模组的芯半径阈值a_th取决于光纤芯△（△_fcr）和模组数P，关系如下：

$a_{\mathrm{th}}=\frac{2(P-\frac{1}{3})}{n_{\mathrm{cr}}\sqrt{2{\mathrm{\&Delta;}}_{\mathrm{fcr}}}}\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2\mathrm{\&pi;}}---\left(7\right)$

式中n_cr是在波长λ（例如，850nm）处的最大芯折射率。对于约为2的α，a_th由等式(7)确定。图6显示对于两个△_fcr值，导模组的数量与光纤芯半径的关系图，还显示芯半径阈值a_th还取决于芯△（△_fcr）。经过菱形数据点的线56表示△_fcr=0.923%，而经过实心正方形数据点的线58表示△_fcr=0.945%。线56和线58都类似阶梯，在图中，线56相对于线58向右偏移。之后，可以选择目标芯半径a_t，使得在下一导模组出现前的最外导模组的延迟最小化。这意味着选择目标芯半径a_t刚好小于新模组的阈值半径a_th。相邻两模组之间的阈值半径的距离△a_th如下：

$\mathrm{\&delta;}{a}_{\mathrm{th}}=\frac{2}{n_{\mathrm{cr}}\sqrt{2{\mathrm{\&Delta;}}_{\mathrm{fcr}}}}\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2\mathrm{\&pi;}}---\left(8\right)$

优选地，目标光纤芯半径a_t的范围是(a_th–0.5δa_th)≤a_t≤a_th。更优选地，目标光纤芯半径a_t的范围是(a_th–0.2δa_th)≤a_t≤a_th。甚至更优选地，(a_th–0.1δa_th)≤a_t≤a_th。

根据如上所述，下面描述了一种制造多模光纤的方法，其中可以获得芯预成形件的折射率分布。优选地，芯预成形件折射率分布的形状参数α_pcr的值在1.8-2.3之间，优选在1.9-2.2之间。芯预成形件可以是，例如上文所述的芯杆，并且可以包含包层材料。在测量了芯预成形件的折射率分布之后，改变计算中的芯半径来计算导模组和它们各自的时间延迟，并计算导模组的阈值半径。选择目标芯半径a_t刚好小于阈值半径，使得最外导模组的延迟最小化。一旦选择了最佳目标芯半径之后，在芯预成形件上形成包层，以形成光纤预成形件，并由其拉制光纤。所述形成包层可以包括：例如，在芯预成形件上沉积第一包层材料，以形成围绕着芯预成形件的第一内包层，并在所述第一包层材料上沉积第二包层材料，以形成第二内包层，其中所述第一内包层具有外半径R₁，如上文所述的大于0.5μm的宽度W₁以及在-0.1%至0.1%之间的相对折射率差Δ₁，所述第二内包层具有外半径R₂，大于1.0μm的宽度W₂以及小于-0.2%的相对折射率差Δ₂。低折射率第二包层形成了“壕”，它改善了光纤中的模式引导，从而改善了光纤的弯曲损失。在一些实施方式中，可以在第一和第二包层材料上沉积第三包层材料以形成外包层，它起了用于确定相对折射率的参比折射率值的作用，但不限于此。在拉制过程中，光纤芯半径的目标是选定的最佳芯半径。外包层材料可以是，例如二氧化硅。

图7显示对于不同的内包层宽度W₁的值，在850nm处的模满溢带宽对于△₂的依赖性，其中正方形数据对应W₁=1.55μm，实心圆数据对应W₁=1.65μm，三角形数据对应W₁=1.75μm。对于各个W₁的值，存在△₂的值，通过确保外导模组的最大相对时间延迟小于0.1ns/km来使得带宽最大化。如果△₂比该最佳值负得更多，则外模的相对时间延迟增加，带宽下降。如果△₂比该最佳值负得较少，则外模的相对时间延迟下降，带宽也下降。△₂的最佳值还是拉制张力的函数，如图8所示。图8显示对于不同的W₁的值，模拟壕的△₂（单位：百分比）与拉制张力（单位：克）的关系，其中，如图7一样，正方形数据对应W₁=1.55μm，实心圆数据对应W₁=1.65μm，三角形数据对应W₁=1.75μm。低拉制张力使得外包层的折射率增加，这降低了第二内包层的相对折射率差（即，使其负得更多）。该张力引发的折射率变化可以通过在形成第二包层时设定负得较少的△₂的值来补偿。

在拉制过程中，光纤上的张力会对拉制光纤的相对折射率分布造成显著的影响，具体是对光纤芯相对折射率差造成显著的影响，因为包层材料的折射率随着张力变化而变化。并且，因为导模组的数量由芯半径和芯相对折射率差决定，所以需要张力数据。因此，在其他实施方式中，在拉制光纤时，拉制张力可能对芯半径和光纤芯形状参数以及芯相对折射率差造成影响。

图9显示对于弯曲不敏感的多模光纤群，测得的几何芯半径与芯相对折射率差（Δ_fcr）的关系，所述对于弯曲不敏感的多模光纤群具有例如图4所示的相对折射率分布并具有50μm的标称光纤芯直径。还显示了线60和62，它们指出了16和17模组的支持传播(supported propagation)（线60）以及17和18模组的支持传播（线62）之间的边界。也就是说，边界线表示给定模组中的所有模式的理论截止波长。例如，线60表示在第17模组中的所有模式的理论截止波长<850nm。

在通常的商用环境中，几何芯半径基本在标称值附近均匀分布，在该情况下，标称值约为23.7μm。应注意的是，因为图9的数据表示的光纤包含折射率降低环形区域（即区域54），所以光纤芯直径（标称为50μm）包括偏移区域52。但是，图9的数据仅反映了芯区域52，因此平均芯半径小于预期标称的25μm。线64表示数据的线性拟合。

图9的数据显示以标称芯半径为目标的作用，而不需要考虑作为单个光纤变化的结果观察到的芯△的情况。也就是说，如上文所述，芯△不仅作为正常制造变动的函数发生变化，芯△还是拉制张力的函数，因为包层折射率随着张力变化而变化。因此，图9中的线60下方的数据代表的光纤仅传播通过16个模组。图9中的线60上方的数据代表的光纤传播通过大于或等于17个模组。图9中的线62上方的数据代表的光纤传播通过大于或等于18个模组。

但是，本发明的发明人发现，当设计光纤的芯半径产生接近下一个较高模组数的理论截止波长的条件时，可以获得相对时间延迟的下降，从而获得带宽的增加。再次参考图9，这表示优选的操作区域具有第16和17模组之间的数据分布，而不会超过第18模组的截止波长（线62），并且优选不会落在第17模组的截止波长线下方。在图10A-10D的帮助下，可以对其进行更好的描述。图10A-10D显示对于具有例如图4所示的相对折射率分布的多模光纤的相对时间延迟。光纤具有恒定的芯△，但是随着从图10A移动到10D，芯半径增加。

在图10A中，数据表示16个导模组的传播，光纤在第17模组的截止波长下方操作。最大相对时间延迟△τ为0.085ns/km。图10B显示在第17模组截止波长处操作的光纤的时间延迟。仍然仅引导了16个模组。此处，最大相对时间延迟△τ为0.085ns/km。参见图10C，光纤在稍高于第17模组截止波长上方但是在第18模组截止波长下方操作。这足以在光纤中引导17个模组。但是，第17导模组是漏泄的（没有强烈的引导，并且仅在数十米的正常部署条件下，例如有线或者其他弯曲条件下，就容易地从光纤发生衰减）。作为结果，对于所有的实践目的，基本可以忽略第17导模组，最大相对时间延迟△τ=0.080ns/km。最后，图10D显示了光纤在近似第16和17模组截止波长之间的中位数（midway）操作的情形，例如，第17模组的理论截止波长在约870-880nm之间。再次假定第17模组的有效截止波长小于850nm，因此容易发生衰减，仅基于16导模组的最大相对时间延迟约为0.058ns/km。

上述分析表明随着芯半径和/或相对折射率（△）的增加，第16导模组和更低的导模组的有效折射率进一步增加到高于包层折射率。第17导模组中的模式的理论截止波长增加，但是由于这些模式的有效截止波长<850nm，所以可以忽略它们。较大的芯半径使得内部16个导模组的模式时间延迟下降。所述时间延迟的下降可有助于减缓设计和/或制造灵敏度，例如对于偏移宽度（W₁）的任意灵敏度。

回到图9，优选的光纤设计导致芯半径与芯△的函数曲线基本平行于理论截止波长线60或62。也就是说，光纤设计成使得芯半径与芯△的函数曲线倾向于沿着图8中的线66。

可以通过从具有已知的芯形状参数α_pcr的芯预成形件形成的光纤预成形件拉制光纤，来确定多模光纤的形状参数α_fcr变化与拉制张力的关系。所述芯预成形件可以是，例如芯棒或芯杆。芯杆可以包含芯材料，在一些实施方式中，可以包含至少一部分包层材料。在将包层材料沉积到芯预成形件之前，测量芯预成形件的折射率分布，以确定芯预成形件折射率分布的形状参数α_pcr以及芯预成形件相对于纯二氧化硅的折射率差△_pcr。

一旦在芯预成形件上沉积了包层材料并按需进行固结（在芯材料作为玻璃烟炱沉积的情况下）之后，以变化的张力从得到的光纤预成形件拉制光纤。然后在反映不同拉制张力的位置测量拉制的光纤，以得到光纤芯形状参数α_fcr以及光纤芯最大折射率与包层折射率之间的相对折射率差△_fcr（优选在靠近包层外围的位置）。通过测量靠近光纤外围的包层材料的折射率，可以避免内部特征（例如存在折射率降低区域）的影响。然后可以通过例如作图来评估拉制张力T与光纤形状数据的关系，以表征α_fcr与拉制张力之间的关系。例如，如图11所示，对于拉制成标称芯直径为50μm且总包层直径为125μm的多模光纤，显示了基于芯预成形件α_pcr的值为2.1的α_fcr与拉制张力的关系图。对数据进行线性拟合，斜率为S。发现拉制张力与拉制光纤的形状参数之间的关系严格符合如下表达式：

T=((α_fcr-α_pcr)/S)–T₀   (9)

等式9可以视为图9的数据的线性拟合（线68），其中T是在光纤中获得所需形状参数α_fcr所需的光纤拉制张力，S是直线斜率。T₀是若没有张力对形状参数的影响则可以使用的标称或起始拉制张力，从而(T-T₀)成为要在光纤中基于芯预成形件的形状参数获得所需芯形状参数所必需产生的对于起始拉制张力的张力变化△T。对于特定的光纤设计和拉制工艺，拉制张力与α_fcr之间的关系仅需确定一次。

利用等式(9)，可以选择拉制张力，该拉制张力使得能从具有给定芯预成形件形状参数α_pcr的光纤芯预成形件获得预定的光纤芯形状参数α_fcr。

拉制张力对于确定光纤的最终相对折射率差也起了有意义的作用。也就是说，由于拉制张力引起的应力-光学效应导致光纤的包层折射率从包层零张力折射率发生变化，从而改变了由基于芯和包层材料的非零张力折射率计算得到的芯△。因此，可以以多个不同的拉制张力从采用具有已知折射率分布（具体是已知的芯相对折射率差△_pcr）的芯预成形件产生的光纤预成形件来拉制光纤，进行第二次实验。如上文所述，芯预成形件可包括芯棒或芯杆。然后可以将得到的△_fcr描述为拉制张力的函数。图12显示了光纤的拉制张力与相对折射率差之间的一个示例性关系，由如下等式表示：

△_fcr=△_pcr+B(T–T₀),   (10)

式中T同样是等式9中的所需的光纤拉制张力，T₀是起始拉制张力，B是数据线性拟合的斜率，△_pcr是芯预成形件的最大相对折射率差。

一旦确定了张力调节的光纤芯△（△_fcr），可以利用等式7确定阈值半径a_th。如同光纤形状参数α_fcr和张力之间的关系，对于特定的光纤设计和制造工艺，△_fcr的关系也仅需确定一次。

通过下文所述的步骤可以更好地理解前述方法中对多模光纤的带宽进行优化的方法。

在第一步骤，提供光纤芯预成形件。所述光纤芯预成形件可以是通过前述任意技术或者适用于获得光纤芯预成形件的任意其他方法获得的预成形件。例如，光纤芯预成形件可以是上文所述生产的芯杆。光纤芯预成形件包括具有形状参数的形状。但是，所述形状参数不必包括α分布。

通过测量芯预成形件来确定所述芯预成形件的折射率分布n(r)。所述折射率分布n(r)描述了预成形件的折射率与从预成形件的中心线出发的径向距离r的关系。用于确定折射率分布的仪器是市售可得的。

接着，改变芯△_匹配、芯半径a_匹配和芯形状参数α_匹配，使得n(r)与拟合函数f(r)之差最小化，所述f(r)定义为f(r)=n(0)[1–2△_匹配(r/a_匹配)^α _匹配]^1/2。将f(r)拟合到n(r)时，获得目标预成形件α_pcr，目标α_pcr是将f(r)最佳拟合到n(r)时获得的α_匹配。在某些情况下，可能难以获得芯的有效最大（例如n(0)）折射率和最小折射率。例如，中心线凹陷或者其他不规则结构可能使得难以确定芯边界和折射率峰。在这些情况下，可以在r=0.15a和r=0.95a的极限之间对f(r)进行估计。

接着，选择拉制张力T，从α_pcr获得α_fcr。例如，如上文所述，形状参数α_fcr是张力的函数。在该步骤中，通过选择使得形状参数值最接近α_fcr的张力，来确定用于从由具有上述α_pcr的芯预成形件制得的光纤预成形件拉制光纤的拉制张力T。

已知包层折射率也作为拉制张力的函数发生变化，当具有零张力折射率的包层材料以张力T拉制时，计算得到的包层折射率n_cl。例如，选择的包层材料（如纯二氧化硅）具有已知的零张力折射率。虽然如此，但是包层材料在拉制之后的折射率可能不同于包层材料在拉制之前的折射率。应该考虑该变化。

接着，计算光纤芯预成形件相对折射率分布△_fcr(r)，其中

${\mathrm{\&Delta;}}_{\mathrm{fcr}}\left(r\right)=\frac{n^2\left(r\right)-n_{\mathrm{cl}}^2}{2n^2\left(0\right)}---\left(11\right)$

然后选择目标芯半径a_t，确定加入芯预成形件的包层材料的厚度。确定包层厚度，使得向预成形件加入包层材料（如果需要的话进行烧结），并将预成形件拉制成具有预定外（包层）直径的光纤之后，拉制光纤的芯直径为a_t。通常，外包层直径标称为125μm，例如约120-130μm。

一旦获得了光纤的加工参数，则可以在芯预成形件上形成包层材料以形成光纤预成形件，采用选定的拉制张力T和预定的最大包层直径，将所述光纤预成形件拉制成目标芯半径a_t。例如，在拉制之后的光纤包层的最大直径可以是约120-130μm，约122-130μm，或者约124-126μm。常用的标称光纤包层直径是125μm。

在另一个实施方式中，制造多模光纤的方法会涉及以下步骤。

在该方法的第一步骤中，用任意合适的方法提供光纤芯预成形件。在一些情况下，芯预成形件可以是如上文所述的芯杆。所述芯杆包含芯材料，在一些实施方式中，可以包含至少一部分包层材料。

在下一步骤中，确定芯预成形件的折射率分布n(r)。

接着，改变芯△_拟合、芯半径a_拟合和芯形状参数α_拟合，使得n(r)与拟合函数f(r)之差最小化，所述f(r)定义为f(r)=n(0)[1–2△_拟合(r/a_拟合)^α拟合]^1/2。将f(r)拟合到n(r)时，获得目标预成形件α_pcr，目标α_pcr是f(r)最佳拟合到n(r)时获得的α_匹配。在某些情况下，可能难以获得芯的有效最大（例如n(0)）折射率和最小折射率。例如，中心线凹陷或者其他不规则结构可能使得难以确定芯边界和峰。在这些情况下，可以在r=0.15a和r=0.95a的极限之间对f(r)进行估计。

在下一步骤中，选择拉制张力T，从α_pcr获得α_fcr。例如，如上文所述，形状参数α_fcr是张力的函数。在该步骤中，通过选择使得形状参数值最接近α_fcr的张力，来确定用于从由具有上述α_pcr的芯预成形件制得的光纤预成形件拉制光纤的拉制张力T。

已知包层折射率也作为拉制张力的函数发生变化，当具有零张力折射率的包层材料以张力T拉制时，接着计算得到的包层折射率n_cl。然后，计算包含光纤芯形状参数α_fcr的多模光纤相对于n_cl的相对折射率分布。

在另一个步骤中，计算光纤相对折射率分布△_fcr(r)，其中

${\mathrm{\&Delta;}}_{\mathrm{fcr}}\left(r\right)=\frac{n^2\left(r\right)-{n^2}_{\mathrm{cl}}}{2n^2\left(0\right)}---\left(12\right)$

在另一个步骤中，在芯预成形件上形成第一内包层，其中所述第一内包层的宽度W₁大于0.5微米，相对折射率差△₁在-0.1%至0.1%之间，并且选择所述W₁和△₁使得具有如上计算的相对折射率分布△(r)的光纤的带宽在预定波长处最大化。所述预定波长可以是任意波长，这取决于光纤及其应用。但是，所述预定波长通常是850nm。

在另一个步骤中，在芯预成形件上形成第二内包层，其中所述第二内包层的宽度W₂大于1.0微米，相对折射率差△₂小于-0.2%，并且选择所述W₂和△₂使得具有如上计算的相对折射率分布△(r)的光纤的带宽在预定波长处最大化。

接着，在芯预成形件上形成外包层材料以形成光纤预成形件，采用选定的拉制张力T和预定的最大包层直径，将所述光纤预成形件拉制成目标芯半径a_t。例如，包层的最大直径可以在120-130μm之间。外包层材料可以是，例如二氧化硅。

对本领域技术人员显而易见的是，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下对本发明作出各种修改和变化。因此，本发明人的意图是本发明覆盖本发明的修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求书和其等同内容的范围之内。

Claims (25)

1.一种制造多模光纤的方法，该方法包括：

确定光纤芯预成形件在预定波长λ处的折射率分布n(r)；

选择使得n(r)与f(r)=n(0)[1-2△_匹配(r/a_匹配)^α _匹配]^1/2之差最小的芯Δ_匹配、芯半径a_匹配和芯形状参数α_匹配；

选择用于从α_匹配获得预定光纤芯形状参数α_fcr的拉制张力T；

计算以拉制张力T获得的包层材料在λ处的折射率n_c1；

计算包含光纤芯形状参数α_fcr的多模光纤相对于n_cl的相对折射率分布；

计算目标光纤芯半径a_t，使得最外导模组在λ处的相对时间延迟最小化；

在光纤芯预成形件上沉积包层材料，以形成光纤预成形件；以及

以张力T从所述光纤预成形件拉制多模光纤，使得所述多模光纤具有125±2μm的外直径，并且芯的半径基本等于a_t。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由多模光纤引导的不超过18个模组的截止波长大于850nm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉积包层材料包括：在芯预成形件上沉积第一包层材料，并在第一包层材料上沉积第二包层材料，所述第二包层材料不同于所述第一包层材料，并且所述第二包层材料包含至少0.5重量%的氟。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉积包层材料包括：在芯预成形件上沉积具有第一折射率n₁的第一包层材料，在所述第一包层材料上沉积折射率n₂小于n₁的第二包层材料，并在所述第二包层材料上沉积外包层材料，其中，多模光纤包含厚度为W₁的第一包层材料、厚度为W₂的不同于第一包层材料的第二包层材料，其中W₁大于约0.5μm，W₂大于1.0μm，并且外包层的折射率为n_cl。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多模光纤包含第一内包层、所述第一包层上的第二内包层以及所述第二包层上的外包层，并且第一包层相对于外包层的相对折射率差△₁约为-0.1%至0.1%，第二包层材料相对于外包层的相对折射率差△₂小于或等于-0.2%。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多模光纤的芯形状参数在1.8-2.3之间。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多模光纤包括第一内包层以及位于所述第一内包层上的第二内包层，所述第一内包层的宽度W₁大于0.5μm并且相对于外包层的相对折射率差△₁为-0.1%至0.1%之间，所述第二内包层的宽度W₂大于1.0μm并且相对于外包层的相对折射率差△₂小于-0.2%。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述W₁和△₂进行选择，使得最外导模组在λ处的相对时间延迟最小化。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多模光纤芯相对于外包层的最大相对折射率差小于或等于1.05%，并且多模光纤芯的半径大于或等于23.0μm。

10.一种制造多模光纤的方法，该方法包括：

确定芯预成形件在预定波长λ处的折射率分布，以获得芯预成形件的形状参数α_pcr和最大相对折射率差△_pcr；

确定用于从α_pcr获得预定光纤形状参数α_fcr的目标拉制张力；

计算以目标拉制张力从△_pcr获得的在λ处的光纤芯相对折射率差△_fcr；

利用△_fcr来计算目标芯半径a_t，所述目标芯半径a_t使得最外导模组在预定波长处的相对时间延迟△τ最小化；

在芯预成形件上形成外包层，以形成光纤预成形件；以及

以目标拉制张力从所述光纤预成形件拉制包含芯和包层的多模光纤，使得所述多模光纤具有125±2μm的外直径，并且芯的半径基本等于a_t。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，由多模光纤引导的不超过18个模组的截止波长大于850nm。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多模光纤芯相对于外包层的最大相对折射率差小于或等于1.05%，并且多模光纤芯的半径大于或等于23.0μm。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述△τ≤0.14ns/km。

14.一种制造多模光纤的方法，该方法包括：

确定光纤芯预成形件在850nm处的折射率分布n(r)；

选择使得从r=0.15a_匹配到r=0.95a_匹配的n(r)与f(r)=n(0)[1-2△_匹配(r/a_匹配)^α _匹配]^1/2之差最小的芯△_匹配、芯半径a_匹配和芯形状参数α_匹配；

选择用于从α_匹配获得预定光纤芯形状参数α_fcr的拉制张力T；

计算以拉制张力T获得的包层材料在850nm处的折射率n_c1；

利用n_c1来计算具有光纤芯形状参数α_fcr的多模光纤芯的相对折射率分布△_fcr(r)，其中 ${\mathrm{\&Delta;}}_{\mathrm{fcr}}\left(r\right)=\frac{n^2\left(r\right)-{n^2}_{\mathrm{cl}}}{2n^2\left(0\right)};$

计算目标光纤芯半径a_t；

确定要沉积到光纤芯预成形件上的包层材料的厚度，在从包含光纤芯预成形件的光纤预成形件拉制的多模光纤中获得a_t，其中多模光纤的外包层直径为125μm；

在光纤芯预成形件上沉积预定厚度的包层材料，以形成光纤预成形件；以及

以张力T从所述光纤预成形件拉制多模光纤。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，由多模光纤引导的不超过18个模组的截止波长大于850nm。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述沉积包层材料包括：沉积第一包层材料，并在第一包层材料上沉积第二包层材料，所述第二包层材料不同于所述第一包层材料，并且所述第二包层材料包含至少0.5重量%的氟。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述多模光纤包含厚度为W₁的第一包层和厚度为W₂的不同于第一包层的第二包层，其中W₁大于约0.5μm，W₂大于1.0μm。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一包层相对于外包层的相对折射率差△₁约为-0.1%至0.1%，第二包层相对于外包层的相对折射率差△₂小于或等于-0.2%。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，对所述W₁和△₂进行选择，使得最外导模组在λ处的相对时间延迟最小化。

20.一种制造多模光纤的方法，该方法包括：

提供芯预成形件；

确定所述芯预成形件在850nm波长λ处的折射率分布；

确定对于多个不同多模光纤芯半径在λ处的导模组，并计算所述导模组的相对时间延迟；

计算不超过18个模组被多模光纤芯引导的阈值半径a_th；

选择目标多模光纤芯半径a_t小于或等于a_th，使得最外导模组在λ处的时间延迟最小化；

在芯预成形件上形成包层，以形成光纤预成形件；以及

从所述光纤预成形件拉制多模光纤，其中所述多模光纤的外直径是125±2μm，芯直径基本等于a_t。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，芯预成形件折射率分布的形状参数α_pcr的值在1.8-2.3之间。

22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述最外导模组的最大相对时间延迟小于或等于0.2ns/km。

23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述形成包层包括：围绕着芯预成形件形成第一内包层，其中所述第一内包层的宽度W₁大于0.5μm并且相对于外包层的相对折射率差△₁为-0.1%至0.1%之间，以及在所述第一内包层上形成第二内包层，其中所述第二内包层的宽度W₂大于1.0μm并且相对于外包层的相对折射率差△₂小于-0.2%。

24.如权利要求20所述的方法，其特征在于，a_t≥(a_th–0.5δa_th)。

25.如权利要求20所述的方法，其特征在于，至少16个模组被多模光纤芯引导。

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