CN103415794A - 抗弯曲多模光纤 - Google Patents

Abstract

本文公开了抗弯曲多模光纤。本文公开的多模光纤包括纤芯区域（20）和围绕纤芯区域并与之直接相邻的包层区域（200），包层区域包括具有折射率Δ百分比Δ₂的第一区域（30）、具有Δ₃的凹陷折射率环形部分（50）以及围绕凹陷环形部分并包括折射率Δ百分比Δ₄的第三环形区域（60），其中Δ_1MAX>Δ₄>Δ₂>Δ₃，且Δ₄与Δ₂之差大于或等于0.03%。

Description

抗弯曲多模光纤

相关申请交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119要求2011年3月7日提交的美国临时申请61/449,763的优先权，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用而整体结合于此。

背景技术

本公开涉及光纤，尤其涉及对弯曲不敏感的多模光纤。对弯曲不敏感的多模光纤适用于数据中心和其它应用。为了改进多模光纤的弯曲特性，已经提出在纤芯之外具有下掺杂壕沟或沟槽的设计。

发明内容

本文公开的多模光纤包括渐变折射率纤芯区域和围绕纤芯区域的包层区域。包层区域包括：凹陷折射率环形部分；以及与邻近纤芯区域外边缘或在纤芯区域外边缘处的区域相比折射率升高的包层区域。在一些实施例中，凹陷折射率环形区域紧邻纤芯，而在其它实施例中，凹陷折射率区域与纤芯间隔开。

因此，本文公开的多模光纤可以包括：中心多模纤芯区域，包括最大折射率Δ百分比Δ₁；第一内环形区域，围绕所述纤芯并包括折射率Δ百分比Δ₂；凹陷环形区域，围绕所述内环形区域并包括Δ₃；以及第三环形区域，围绕凹陷环形区域并包括折射率Δ百分比Δ₄，Δ₄在距光纤中心小于或等于45微米的径向点处大于Δ₂，其中Δ_1MAX>Δ₄>Δ₂>Δ₃；并且Δ₄与Δ₂之差大于或等于0.03%，优选地大于或等于0.06%。

或者，本文公开的多模光纤包括：中心多模纤芯区域，包括最大折射率Δ百分比Δ₁，所述多模纤芯区域延伸到径向点R₁；以及第一环形区域，围绕所述纤芯区域并包括折射率Δ百分比Δ₂，Δ₂是在导数d(Δ%/Δ%max)/d(r/R₁)等于-2.5的径向位置处测得的折射率Δ百分比，Δ%max是最大纤芯Δ，且R₁是通过将纤芯折射率分布拟合到α分布（如下进一步描述）而估算出的纤芯直径。包括Δ₃的凹陷环形区域围绕所述纤芯区域，且包括Δ₄的外环形区域围绕凹陷环形区域，其中在距光纤中心小于或等于45微米的径向点处Δ₄大于Δ₂，Δ_1MAX>Δ₄>Δ₂>Δ₃，且Δ₄与Δ₂之差大于或等于0.06%。

在包层中采用与邻近多模纤芯区域外边缘或在多模纤芯区域外边缘处的区域相比折射率升高的区域会产生许多益处。例如，使用由下掺杂包层区域所围绕的多模纤芯的先前设计可能会体验到对纤芯/包层界面以及别处的分布误差的敏感度增加了，其结果是对带宽造成负面影响。通过采用升高包层区域，这种分布误差的影响被减轻。还相信，抬升的包层区域有助于去除可能因下掺杂包层区域而导致被捕获的泄漏和辐射模式。这两方面效果有助于在多模光纤中实现更一致的、增加的带宽。相信，对泄漏模式的增强的去除所得到的光纤展现出了沿光纤长度更稳定的纤芯直径和数值孔径（NA）值。例如，多于本文公开的光纤，d(NA)/dL通常具有如下函数相关性d(NA)/dL=-C₁/L，其中L是以米为单位的长度且C₁小于0.003，较佳地小于0.002，更佳地小于0.001。纤芯直径相对于长度的导数d(CD)/dL=-C₂/L，其中CD以m为单位，L是以米为单位的长度，且C₂小于0.6，较佳地小于0.4，更佳地小于0.2。

本文中公开的多模光纤表现出非常低的弯曲引起的衰减，特别是非常低的宏弯曲引起的衰减。在一些实施例中，通过芯内的低最大相对折射率提供高带宽，而且还提供低弯曲损耗。例如，光纤较佳地表现出在850nm处绕10mm直径心轴缠绕1匝的衰减增量小于或等于0.4dB/匝。在一些实施例中，光纤表现出在850nm处大于7GHz/km的满溢带宽（overfilled bandwidth）。此外，光纤较佳地表现出大于0.14、较佳地大于0.17、更佳地大于0.18、最佳地大于或等于0.185的数值孔径以及在850nm处大于1.5GHz·km的满溢带宽。光纤还较佳地表现出小于0.30、较佳地小于0.24、更佳地小于0.22、最佳地小于或等于0.215的数值孔径。

使用本文公开的设计，可制备50微米直径纤芯的多模光纤，它提供(a)在850nm波长处大于1.5GHz-km、较佳地大于2.0GHz-km、更佳地大于3.0GHz-km、最佳地大于3.5GHz-km的满溢(OFL)带宽。可实现这些高带宽，同时仍保持在850nm波长处绕10mm直径的芯棒缠绕1匝的衰减增量小于0.5dB、较佳地小于0.3dB、更佳地小于0.2dB以及最佳地小于0.15dB。还可实现这些高带宽，同时仍维持在850nm波长处绕20mm直径心轴缠绕1匝的衰减增量小于0.2dB，较佳地小于0.1dB，且最佳地小于0.05dB，以及在850nm波长处绕15mm直径心轴缠绕1匝的衰减增量小于0.2dB，较佳地小于0.1dB，且更佳地小于0.05dB。这种光纤还能够提供大于0.17的数值孔径（NA），较佳地大于0.18的数值孔径以及更佳地大于0.185的数值孔径。光纤还较佳地表现出小于0.30、较佳地小于0.24、更佳地小于0.22、最佳地小于或等于0.215的数值孔径。这种光纤还同时能够表现出在1300nm处大于500MHz·km、较佳地大于600MHz·km、更佳地大于700MHz·km的OFL带宽。这种光纤还同时能够表现出在850nm处大于约1.5GHz·km、更佳地大于约1.8MHz·km、更佳地大于约2.0GHz·km、在850nm处更佳地大于约3.0GHz·km以及在850nm处最佳地大于约4.0GHz·km的最小计算有效模带宽（Min EMBc）。使用本文公开的光纤设计，最快和最慢的模式组中的模式之间的相对延迟可以小于0.2ns/km、较佳地小于0.14ns/km、更佳地小于0.1ns/km、最佳地小于0.06ns/km。在一些较佳实施例中，第16模式组中的模式与基模之间的相对延迟较佳地小于0.2ns/km、更佳地小于0.14ns/km、更佳地小于0.1ns/km、最佳地小于0.06ns/km。此外，第15模式组中的模式与基模之间的相对延迟较佳地小于0.2ns/km、更佳地小于0.14ns/km、更佳地小于0.1ns/km、最佳地小于0.06ns/km。

优选地，本文公开的多模光纤呈现出在850nm处小于3dB/km的光谱衰减，较佳地在850nm处小于2.5dB/km，更佳地在850nm处小于2.4dB/km以及更佳地在850nm处小于2.3dB/km。优选地，本文公开的多模光纤呈现出的光谱衰减在1300nm处小于1.0dB/km，较佳地在1300nm处小于0.8dB/km，更佳地在1300nm处小于0.6dB/km。

在一些实施例中，光纤的数值孔径（NA）较佳地小于0.23并大于0.17，更佳地大于0.18、最佳地小于或等于0.215并大于或等于0.185。

在一些实施例中，物理纤芯从中心线径向地向外延伸至半径R1，其中10微米≤R1≤40微米，较佳地20微米≤R1≤40微米。在一些实施例中，20微米≤R1≤34微米。在一些优选实施例中，纤芯的外半径在大约20至28微米之间。在另外一些优选实施例中，纤芯的外半径在大约28至34微米之间。

在一些实施例中，纤芯具有小于或等于1.2%并大于0.5%、较佳地大于0.8%的最大相对折射率。在其它实施例中，纤芯具有小于1.0%且大于0.8%的最大相对折射率。

在一些实施例中，该光纤在800与1400nm之间的所有波长处呈现不大于1.0dB、较佳地不大于0.6dB、更佳地不大于0.4dB、更佳地不大于0.2dB、更佳地不大于0.1dB的绕10mm直径芯棒1匝的衰减增量。

将在以下详细描述中阐述附加的特征和优点，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，或者通过如本文所述地实施可认识到，包括以下详细描述、权利要求书以及附图。

应当理解，以上一般描述和以下详细描述两者给出实施例，并旨在提供用于理解实施例的本质和特性的概观或框架。所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解，且被结合到本说明书中并构成其一部分。

附图简述

图1示出光纤的一个示例性实施例的示例性折射率分布。

图2示出光纤的一个示例性实施例的替换示例性折射率分布。

图3示出使用折射率的导数的Δ2的计算。

图4示出示例2的模式的建模延迟。

具体实施方式

将在以下详细描述中陈述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施在以下详细描述以及权利要求书和附图中描述的本发明可认识到。

“折射率分布”是折射率或相对折射率与波导光纤半径之间的关系。“相对折射率百分比”被定义为Δ%=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。术语Δ%、Δ、德尔塔%、德尔塔百分比以及Δ百分比在本文中可互换地使用，都表示相对折射率百分比。相对折射率百分比是在850nm处测得的，除非另外指明。除非另外指明，参考折射率n_REF在本文中是指在光纤直径靠外的88到96%（即在125微米直径光纤的55.0到60.0微米半径之间）上折射率分布的平均折射率。如果该环形包括未掺杂的氧化硅，折射率在850nm处为1.4525，但是如果通过掺杂氯、钛、磷、氧化锗或替代上掺杂材料，可相对于第一内环形区域上掺杂包层。可以使用折射近场（RNF）或Mach-Zehnder干涉法测量技术来测量给定光纤的折射率分布。

通过绕6mm、10mm、20mm、或30mm直径的芯棒缠绕1匝（例如，“1×10mm直径宏弯曲损耗”或“1×20mm直径宏弯曲损耗”）并利用环绕通量（EF）投射（encircled flux launch）条件测量由弯曲引起的衰减增量，根据FOTP-62（IEC-60793-1-47）来确定宏弯曲性能。通过将满溢脉冲投射到在中点附近部署1x25mm直径芯棒的、2m长的InfiniCor

50μm光纤的输入端来获得环绕通量。InfiniCor

50μm光纤的输出端被接合到受测光纤，且所测得的弯曲损耗是在规定弯曲条件下的衰减与不弯曲情况下衰减的比。根据FOTP-204利用满溢投射测量满溢带宽。带宽是在850nm处测量的，除非另外指出。从TIA/EIA-455-220所指定的测得的差分模式延迟光谱，获得了最小计算有效模式带宽（Min EMBc）的带宽。

如本文中所使用的，光纤的数值孔径是指利用题为“MeasurementMethods and Test Procedures-Numerical Aperture（测量方法和测试过程-数值孔径）”的TIA SP3-2839-URV2 FOTP-177 IEC-60793-1-43中阐述的方法测量的数值孔径。

使用在题为“Measurement Methods and Test Procedures-Fiber Geometry（测量方法和测试过程-光纤几何结构）”的IEC 60793-1-20中阐述的技术，尤其使用在其附录Ｃ中简述的题为“Method C:Near-field Light Distribution（方法Ｃ：近场光分布）”的参考测试方法，测量光学芯直径。除非另行指出，本文使用的纤芯直径或半径是指光学芯直径或半径。

术语“α分布”或“阿尔法分布”指的是相对折射率分布，以单位为“％”的项Δ(r)表示，其中r是半径，其遵循以下方程，

Δ(r)=Δ(r_o)(1-[|r-r_o|/(r₁-r_o)]^α)，

其中r_o是Δ(r)为最大值的点，r₁是Δ(r)%为零的点，而r在r_i<r<r_f范围内，其中Δ如上定义，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。

凹陷折射率环形部分具有以%μm²绝对量为单位给出的分布体积V₃，定义如下：

$2\underset{R_2}{\overset{R_3}{\&Integral;}}{\mathrm{\&Delta;}}_3\left(r\right)\mathrm{r\; dr}$

其中R₂是凹陷折射率环形部分内半径，R₃是凹陷折射率环形部分外半径，且R₃是在区域50的外部分折射率等于Δ₂处测量的。

凹陷折射率环形部分具有以%μm²绝对量为单位给出的分布体积V₄，定义如下：

$2\underset{R_3}{\overset{R_{45}}{\&Integral;}}[{\mathrm{\&Delta;}}_4\left(r\right)-{\mathrm{\&Delta;}}_2]\mathrm{r\; dr}$

其中R₄₅=45微米。

图1示出多模光纤第一实施例的玻璃部分横截面的折射率分布的示意表示，该多模光纤包括中心玻璃芯区域20和玻璃包层200。优选地，此处公开的光纤具有基于氧化硅的纤芯和包层。纤芯区域20包括最大折射率Δ百分比Δ₁。包层200包括围绕纤芯区域20并包括折射率Δ百分比Δ₂的第一内环形区域30、围绕内环形区域30并包括Δ₃的凹陷折射率环形区域50、以及围绕凹陷环形区域50的第三环形区域60。第三环形区域60包括在距光纤中心小于或等于45微米的径向点处大于Δ₂的折射率Δ₄，并且其中Δ_1MAX>Δ₄>Δ₂>Δ₃。Δ₄与Δ₂之差大于或等于0.03%，较佳地大于或等于0.06%。Δ₄与Δ₂之差较佳地小于或等于1%，较佳地小于或等于0.25%，更佳地小于或等于0.1%，在一些实施例中小于或等于0.07%。如图1所示，环形区域60较佳地相对于区域30升高，该升高从凹陷环形区域50外侧的点开始并持续到至少距光纤中心45微米的点（R₄₅）。环形区域60的升高折射率可以延伸通过45微米的径向点，例如区域60可以持续到光纤最外半径，或者如图1所示，可以采用包括Δ₅的外包层区域70，Δ₅可以高于或低于Δ₄。折射率Δ₂是一阶导数d(Δ/Δ_1max)/d(r/R₁)等于-2.5的直径处的相对折射率，Δ_1max是最大纤芯Δ且R₁是通过将纤芯折射率分布拟合到α分布而估算出的纤芯直径，如下所述。

纤芯20具有物理外半径R₁和最大折射率德尔塔Δ1_MAX。内环形部分30具有宽度W₂和外半径R₂。纤芯的折射率分布具有抛物线（或基本上抛物线）形；例如在一些实施例中，纤芯的折射率分布具有α形，其中在850nm处测量，α值较佳地在1.9到2.3之间，更佳地在约2.0到2.2之间。优选地，环形部分30包括大于约0.5且小于约4微米、较佳地大于约0.8且小于约3.0微米、更佳地大于约1.0且小于约2.0微米的宽度。

凹陷折射率环形部分50具有最小折射率Δ百分比Δ3_MIN、宽度W₃和外半径R₃。半径R₂是在出现Δ3_MIN/2的点处凹陷折射率环形部分50的内半径处计算的。在图1中，凹陷折射率环形部分50通过内环形部分30从纤芯20偏离或间隔开。凹陷环形部分50围绕并较佳地接触内环形部分30。外环形部分60围绕并较佳地接触环形部分50。在一些实施例中，例如通过用氟掺杂内环形部分30，内环形部分30的折射率Δ小于未掺杂的氧化硅。

凹陷折射率环形部分可例如包括含有多个孔的玻璃，或以诸如氟、硼或其混合物之类的下掺杂剂掺杂的玻璃，或以这类下掺杂剂中的一种或多种掺杂的玻璃，以及附加地包括多个孔的玻璃。对于本文公开的光纤，V₃的绝对量较佳地大于60%·μm²，更佳地大于80%·μm²，更佳地大于100%·μm²。优选地，V₃的绝对量小于400%·μm²，较佳地小于200%·μm²，更佳地小于150%·μm²。在一些优选实施例中，V₃的绝对量大于60%·μm²且小于200%·μm²。在一些优选实施例中，V₃的绝对量大于80%·μm²且小于150%·μm²。在一些实施例中，凹陷折射率区域包括氟，并且纤芯优选地具有在22到26微米之间的外半径R1。光纤优选地包括宽度大于0.5微米且小于3微米的内环形包层区域，并且内包层还优选地包括大于0.2wt%的峰值氟浓度以及大于0.2wt%的峰值氧化锗浓度。凹陷折射率包层区域优选地包括折射率Δ小于约-0.2%的凹陷折射率以及小于1微米的宽度。在一些实施例中，凹陷折射率包层区域优选地包括折射率Δ小于或等于约-0.3%且在一些实施例中小于或等于-0.4%的凹陷折射率。第三环形区域60围绕并较佳地接触凹陷环形部分50，并包括相对折射率Δ₄。在一些实施例中，内环形部分30具有基本恒定的折射率分布，如图1所示具有常数Δ₂。可以通过用氯、钛、磷、氧化锗或替代上掺杂材料进行掺杂，相对于内环形区域进行上掺杂第三环形部分60。或者，内环形区域可以被下掺杂，且第三环形部分60可以包括基本上未掺杂的氧化硅，或者可替换地，第三环形部分60中的氧化硅可以包含一定量的氯、氟、氧化锗或其它掺杂剂，其浓度加总起来并不显著改变氧化硅的折射率。包括Δ₄并且大于Δ₂的第三环形部分60的宽度较佳地大于10μm，更佳地大于15μm，更佳地大于20μm。第三环形部分60的外半径较佳地大于45μm，更佳地大于50μm，更佳地大于60μm。

上掺杂折射率环形部分60具有折射率Δ百分比Δ₄，且较佳地具有至少R₄₅-R₃的宽度，R₄₅为45微米。外环形部分60围绕并较佳地接触环形部分50。

对于本文公开的光纤，外环形部分60的体积的绝对量V₄较佳地大于30%·μm²，更佳地大于50%·μm²，且在一些实施例中大于100%·μm²。在一些实施例中，V₄的绝对量小于800%·μm²，在其它实施例中，V₄的绝对量小于400%·μm²，且在其它实施例中，V₄的绝对量小于200%·μm²。

图2示出替换实施例，再次示出多模光纤玻璃部分的横截面的折射率分布的示意表示。该实施例中的光纤包括中心多模玻璃纤芯区域20和玻璃包层200。优选地，此处公开的光纤具有基于氧化硅的芯和包层。纤芯区域20包括最大折射率Δ百分比Δ₁，且多模纤芯区域延伸到具有折射率Δ百分比Δ₂的点。在图2中，凹陷折射率环形区域50紧邻并围绕纤芯区域20，且包括Δ₃。凹陷折射率环形部分50具有最小折射率Δ百分比Δ₃、宽度W₃和外半径R₃。半径R₂是在折射率分布上出现Δ3_MIN/2的点处的凹陷折射率环形部分50的内半径处计算的。第三环形区域60围绕凹陷环形区域50并包括在距光纤中心小于或等于45微米的径向点处大于Δ₂的折射率Δ百分比Δ₄，其中Δ_1MAX>Δ₄>Δ₂>Δ₃，且Δ₄与Δ₂之差大于或等于0.03%，较佳地大于或等于0.06%。Δ₄与Δ₂之差较佳地小于或等于1%，较佳地小于或等于0.25%，更佳地小于或等于0.1%，在一些实施例中小于或等于0.07%。环形区域60的升高折射率可以延伸通过距光纤中心45微米的径向点，例如区域60可以持续到光纤最外半径。或者，如图2所示，可以采用外包层区域70，该外包层区域70可以包括高于或低于Δ₄的Δ。

Δ₂和R_2d都是在一阶导数d(Δ/Δ_1MAX)/d(r/R_1est)等于-2.5处测量的，Δ_1MAX是最大纤芯Δ且R_1est是通过将纤芯折射率分布拟合到α分布而估算出的纤芯半径。将纤芯折射率分布拟合到α分布的过程如下。最大纤芯Δ（例如Δ_1MAX=0.95%）、纤芯半径（例如R_1est=24μm）以及纤芯α（例如α₀=2.1）的最初估计值用于创建从r=-R_1est到r=+R_1est的测试函数Δ_trial。使用Nelder-Mead算法（Nelder,John A.以及R.Mead的“A simplex method for function minimization（函数最小化的单一方法）”，Computer Journal 7:308–313，1965），在0.25R_1est到0.95R_1est之间的r值上使测试函数与测得的分布（Δ_meas）之差的平方和∑(Δ_trial-Δ_meas)²最小化。或者，标识近似纤芯半径R₁，并针对在0.25R_1est到0.95 R_1est之间的R₁值，用ln(r/R₁)对函数ln[1-(Δ/Δ_1MAX)]进行线性拟合。通过测试和误差过程来确定Δ_1MAX的大小，使得作为线性拟合确定的系数的R²最大化。线性拟合如下给出：

$\ln [1-\left(\frac{\mathrm{\&Delta;}\%}{{\mathrm{\&Delta;}}_{1\mathrm{MAX}}}\right)]=\mathrm{\&alpha;}\ln \left(\frac{r}{R_{\mathrm{lest}}}\right)+C---\left[1\right]$

其中α是纤芯分布的α指数，参数C用于如下计算物理纤芯半径R₁：

$R_1=\frac{R_{\mathrm{lest}}}{\exp [C/\mathrm{\&alpha;}]}---\left[2\right]$

使用以下示例进一步描述该过程。图3示出对于多模光纤中从0至30μm的径向位置的光纤折射率分布。该分布具有渐变折射率纤芯以及邻近的凹陷环形区域。为了将纤芯拟合到α分布，首先标识24μm的近似纤芯半径R_1est。使用该R_1est值，对在6到23μm之间的径向坐标进行ln(1-(Δ/Δ_1MAX))与ln(r/R_1est)之间的线性拟合，其中在该分布可被拟合到α分布的径向范围上，从α分布的分布偏移是最小的。已经确定，采用斜率α=2.0972且y截距C=-0.021088的拟合参数，对于0.864%的Δ_1MAX（图2），线性拟合的R²最大化。这随后用于使用等式2计算实际纤芯半径，其中实际纤芯半径R₁被估计为24.24μm。最大纤芯德尔塔Δ_1MAX和纤芯半径R₁用于估算一阶导数d(Δ/Δ_1MAX)/d(r/R₁)（如图3所示），它在Δ₂=-0.051%的半径位置24.78μm处具有-2.5的大小。

纤芯20具有外半径R₁和最大折射率德尔塔Δ1_MAX。纤芯的折射率分布具有抛物线（或基本上抛物线）形，例如在一些实施例中，纤芯的折射率分布具有α形，其中在850nm处测量，α值较佳地在1.9到2.3之间，更佳地在约2.0到2.2之间。

凹陷折射率环形部分50具有最小折射率Δ百分比Δ3_MIN、宽度W₃和外半径R₃。在图2中，凹陷环形部分50围绕并较佳地接触纤芯20。外环形部分60围绕并较佳地接触环形部分50。

凹陷折射率环形部分可例如包括含有多个孔的玻璃，或以诸如氟、硼或其混合物之类的下掺杂剂掺杂的玻璃，或以这类下掺杂剂中的一种或多种掺杂的玻璃，以及附加地包括多个孔的玻璃。对于本文公开的光纤，V₃的绝对量较佳地大于60%·μm²，更佳地大于80%·μm²，更佳地大于100%·μm²。优选地，V₃的绝对量小于400%·μm²，较佳地小于200%·μm²，更佳地小于150%·μm²。在一些优选实施例中，V₃的绝对量大于60%·μm²且小于200%·μm²。在一些优选实施例中，V₃的绝对量大于80%·μm²且小于150%·μm²。在一些实施例中，凹陷折射率区域包括氟，并且纤芯优选地具有在23到26微米之间的物理外半径R1。凹陷折射率包层区域优选地包括折射率Δ小于约-0.2%的凹陷折射率以及小于1微米的宽度。

环形区域60围绕并优选地接触凹陷环形部分50，并且包括最小折射率Δ百分比Δ_4min以及最大相对折射率Δ_4max。例如通过用氯或氧化锗或替换上掺杂材料（包括Al₂O₃、P₂O₅、TiO₂或其组合）进行掺杂，可以相对于内环形区域上掺杂环形部分60。在一些实施例中，外环形区域60包括基本未掺杂的氧化硅，然而氧化硅可包含一定量的氯、氟、氧化锗或其它掺杂剂，其浓度加总起来不会显著改变折射率。第三环形部分60的宽度较佳地大于10微米，更佳地大于15微米，更佳地大于20微米。第三环形部分60的外半径较佳地大于45微米，更佳地大于50微米，更佳地大于60微米。

对于本文公开的光纤，外环形部分60的体积的绝对量V₄较佳地大于30%·μm²，更佳地大于50%·μm²，且在一些实施例中大于100%·μm²。在一些实施例中，V₄的绝对量小于800%·μm²，在其它实施例中，V₄的绝对量小于400%·μm²，且在其它实施例中，V₄的绝对量小于200%·μm²。

示例1

使用掺杂GeO₂的SiO₂来制造最大纤芯Δ为0.936%且纤芯α为2.12的光纤。纤芯区域20的半径约为24.2微米，且第一内环形区域30包括基本上不含氧化锗和氟的氧化硅并具有约1.5微米的宽度。凹陷折射率环形区域50（用掺杂氟的氧化硅制成）围绕内环形区域30并包括约-0.45%的Δ₃。凹陷折射率环形区域50在25.7微米处开始并延伸到约31微米。制造多个纤芯预制棒，它们在被拉成光纤时会产生以上参数的纤芯区域20、内环形区域30和凹陷环形区域50。用基本上不含氧化锗和氟（即Δ₄约为零）的氧化硅覆盖这些纤芯预制棒中的一些，而用掺杂有氯的层来覆盖其它相同的纤芯预制棒从而使得覆盖上掺杂折射率（Δ₄）与Δ₂以及未掺杂氧化硅相比约为+0.05%。以这种方式制成的两种光学预制棒在10m/s、不同拉制张力下拉成125μm光纤直径。这些光纤中凹陷折射率环形区域的体积V₃为约135%·μm²。在上掺杂光纤中从径向31微米到45微米的上掺杂区域体积V₄为约53%·μm²。在850和1300nm处测得的光学芯直径和OFL带宽在表1中列出。

表1

以下表2提供7个示例性实施例（示例2-8）的建模分布参数，其中内包层相对于纤芯被下掺杂，例如通过将氟结合到氧化硅材料中。所有这些实施例具有图1所示光纤的一般折射率分布。对每个示例，表2列举出纤芯区域的Δ、α和半径，内环形区域的折射率Δ和宽度，凹陷环形区域（沟槽）的折射率Δ和内侧半径、外侧半径。这些建模示例都具有在47.5到52.5微米之间的光学芯直径，在0.185到0.215之间的数值孔径以及在850nm处大于10GHz·km的满溢带宽。示例2的建模组延迟在图4绘出，示出16模式组中最快和最慢的模式之间的相对延迟小于0.06ns/km。

表2：

两个示例性光纤（示例9和10）的测得折射率分布参数和光学属性在表3中给出。示例9的相对折射率在图5中示出。这些光纤的第一环形区域掺杂有氟以相对于基本上为纯氧化硅的外包层降低折射率。这些光纤的第一环形区域30的相对折射率的大小都大于0.03%。在850nm处的满溢带宽大于2500MHz·km，光学芯直径在47.5到52.5微米之间，且数值孔径小于0.215。

表3：

表4给出两个示例性光纤的测得折射率分布参数和光学属性，其中外环形区域掺杂有氯以相对于第一环形区域增大折射率。在这些示例性光纤中，第一环形区域30相对于最外包层的折射率大小大于0.03%。光学芯直径在47.5到52.5微米之间，并且数值孔径大于0.185且小于0.215。

表4：

参数	示例11	示例12
			Δ1max%	0.905	0.887
R1（微米）	22.41	22.68
			α	2.14	2.15
R2d（微米）	24.27	23.86
			Δ2%	-0.065	-0.050
R2（微米）	24.96	24.66
			W2（微米）	2.55	1.98
Δ3%	-0.467	-0.47
			R3（微米）	31.43	31.25
V3(%·μm2)	158	160
			Δ4%	0	0

V4(%·μm2)	67.4	52.4
			Δ5%	0	0
R5（微米）	62.5	62.5
			光学芯直径（微米）	49.9	49.3
数值孔径	0.203	0.201

表5给出四个示例性光纤的测得折射率分布参数和光学属性，其中外环形区域掺杂有氧化钛以相对于第一环形区域增大折射率。在这些示例性光纤中，第一环形区域30相对于外包层的折射率大小大于0.07%。光学芯直径在47.5到52.5微米之间，并且数值孔径大于0.185且小于0.215。

表5：

参数	示例13	示例14	示例15	示例16
					张力(g)	136	155	182	218
Δ1max%	0.796	0.808	0.837	0.853
					R1（微米）	22.02	21.97	22.14	22.24
α	2.234	2.148	2.067	2.211
					R2d（微米）	23.93	23.89	23.68	23.97
Δ2%	-0.121	-0.112	-0.074	-0.119
					R2（微米）	24.76	24.71	24.70	24.76
W2（微米）	2.74	2.74	2.56	2.52
					R3（微米）	31.06	31.00	31.01	31.09
Δ3%	-0.55	-0.546	-0.528	-0.497
					V3(%·μm2)	179	177	171	162
Δ4%	0.051	0.05	0.056	0.065
					V4(%·μm2)	87.5	87.44	90.81	94.72
Δ5%	0	0	0	0
					R5（微米）	62.5	62.5	62.5	62.5
光学芯直径（微米）	50.9	50.9	50.9	51.0
					数值孔径	0.213	0.213	0.209	0.199

应当理解的是，上述描述仅仅是本发明的示例，而且旨在提供用于理解由所附权利要求限定的本发明的本质和特征的概览。所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解，且被结合到本说明书中并构成其一部分。附图示出本发明的多个特征和实施方式，并与它们的描述一起用于说明本发明的原理和操作。对本领域的技术人员显而易见的是，可对此处描述的本发明的优选实施方式作各种修改而不偏离由权利要求书限定的本发明的精神或范围。

Claims (20)

1.一种多模光纤，包括：

包括最大折射率Δ百分比Δ₁的中心多模纤芯区域，围绕所述纤芯并包括折射率Δ百分比Δ₂的第一内环形区域，围绕所述内环形区域并包括Δ₃的凹陷环形区域，以及包括折射率Δ百分比Δ₄的第三环形区域，在距光纤中心小于或等于45微米的径向点处Δ₄大于Δ₂，所述第三环形区域围绕所述凹陷环形区域，其中Δ_1MAX>Δ₄>Δ₂>Δ₃，并且Δ₄与Δ₂之差大于或等于0.03德尔塔百分比。

2.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，Δ₄与Δ₂之差大于或等于0.06。

3.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤还表现出在850nm处大于1.5GHz·km的满溢带宽。

4.如权利要求3所述的光纤，其特征在于，所述光纤还表现出在850nm处绕10mm直径心轴缠绕1匝的衰减增量小于或等于0.5dB/匝。

5.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤还表现出在850nm处绕10mm直径心轴缠绕1匝的衰减增量小于或等于0.2dB/匝。

6.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述内环形区域包括氟、硼或其混合物。

7.如权利要求2所述的光纤，其特征在于，所述凹陷折射率环形部分具有大于2微米的宽度。

8.如权利要求7所述的光纤，其特征在于，所述第三环形区域包括从包括氯、GeO₂、Al₂O₃、TiO₂、P₂O₅或其混合物的组中选择的掺杂剂。

9.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤还表现出在850nm处大于2.0GHz·km的满溢带宽。

10.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤还表现出在850nm处大于3.5GHz·km的满溢带宽。

11.一种多模光纤，包括：

包括最大折射率Δ百分比Δ₁的中心多模纤芯区域，所述多模纤芯区域延伸到具有折射率Δ百分比Δ₂的径向点R₁，Δ₂是在一阶导数d(Δ%/Δ%max)/d(r/R₁)等于-2.5的径向位置处测得的折射率Δ百分比，Δ%max是最大纤芯Δ，且R₁是通过将纤芯折射率分布拟合到α分布而估算出的纤芯半径；围绕所述纤芯区域并包括Δ₃的凹陷环形区域；以及围绕所述凹陷环形区域的外环形区域，所述外环形区域包括在距光纤中心小于或等于45微米的径向点处大于Δ₂的折射率Δ百分比Δ₄；其中Δ_1MAX>Δ₄>Δ₂>Δ₃，其中Δ₄与Δ₂之差大于或等于0.03德尔塔百分比。

12.如权利要求11所述的光纤，其特征在于，Δ_4min与Δ₂之差大于或等于0.06德尔塔百分比。

13.如权利要求11所述的光纤，其特征在于，所述光纤还表现出在850nm处大于1.5GHz·km的满溢带宽。

14.如权利要求13所述的光纤，其特征在于，所述光纤还表现出在850nm处绕10mm直径心轴缠绕1匝的衰减增量小于或等于0.5dB/匝。

15.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤还表现出在850nm处绕10mm直径心轴缠绕1匝的衰减增量小于或等于0.2dB/匝。

16.如权利要求2所述的光纤，其特征在于，所述凹陷折射率环形部分具有大于2微米的宽度。

17.如权利要求7所述的光纤，其特征在于，所述凹陷折射率环形部分具有小于10微米的宽度。

18.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤还表现出在850nm处大于2.0GHz·km的满溢带宽。

19.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤还表现出在850nm处大于3.5GHz·km的满溢带宽。

20.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤还表现出在850nm处大于7.0GHz·km的满溢带宽。

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