CN106233173A - 在扩展的波长范围内工作的多模光纤以及结合其的系统 - Google Patents

Abstract

根据一些实施例，一种多模光纤包括：梯度折射率玻璃芯，该玻璃芯具有折射率Δ1、最大折射率德尔塔Δ1_最大、和在10与40微米之间的芯半径；以及包括折射率Δ4的围绕该芯的包层区域，其中该光纤表现出在850nm波长处至少3GHz‑km的满溢带宽和在980与1060nm之间的一个或多个波长处至少1.2GHz‑km的满溢带宽。

Description

在扩展的波长范围内工作的多模光纤以及结合其的系统

本申请根据35 U.S.C.§119要求于2014年2月19日提交的美国临时申请序列号61/941566的优先权权益，基于其内容并且将其内容整体通过援引方式并入本申请。

本发明总体上涉及光纤，并且更具体地涉及多模光纤和结合此类光纤的系统。

技术背景

在以850nm为中心的波长范围上工作的多模(MM)光纤是已知的。这些多模(MM)光纤的带宽(BW)主要受限于模间色散。为了最小化该模间色散，将MM光纤设计为具有梯度折射率α分布。优化当前的高带宽(大于1GHz·Km)光纤用于在850nm处使用。这些MM光纤中的一些还具有第二工作窗口，具有以1300nm为中心的低得多的BW(<1GHz·km)。

被开发用于大于900nm的波长用于高速工作的VCSEL(垂直腔表面发射激光器)以及它们的使用提供了优于850nm VCSEL的显著的优点。高于约900nm并且低于1200nm工作的VCSEL现在是可行的。虽然这些VCSEL正被提出用于在900nm-1200nm波长范围内的高速应用，被优化以在多个波长中良好工作使得它们可以与850nm VCSEL一起使用并且还与高于约900nm并且低于1200nm工作的VCSEL一起使用的光纤是不可得的。

尽管被优化用于在850nm附近波长的峰模态带宽的多模光纤可以在更长波长下传输，它们表现出在900nm-1200nm范围内的低带宽，有效地限制了系统达到范围(当这种光纤与被开发用于大于900nm波长用于高速工作的VCSEL一起使用时)。另一方面，由于因为材料色散限制的模间色散，具有在宽波长范围内的高带宽的现有多模光纤的制造是非常困难的或不可能的。

发明概述

根据一些实施例，多模光纤包括梯度折射率玻璃芯，该玻璃芯具有折射率Δ1、最大折射率德尔塔Δ1_最大、和在11与23.75微米之间的芯半径(例如，12.5至22.5微米)；以及围绕该芯的包层区域，该包层区域包括折射率Δ4，其中该光纤具有峰模态带宽波长λp>860nm并且表现出在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在900与930nm之间的一个或多个波长处的满溢带宽、和在980与1060nm之间的一个或多个波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽。在一些实施例中，该芯具有2.05<α<2.15，优选2.075<α<2.13，更优选2.08<α<2.115，例如2.08<α<2.11的阿尔法值。

根据一些实施例，多模光纤包括梯度折射率玻璃芯，该玻璃芯具有折射率Δ1、最大折射率德尔塔Δ1_最大、和约22至47.5微米(例如，24至47微米，24至46微米，24至45微米，25至46微米，或在一些实施例中25至45微米，或30至45微米)的芯直径；以及围绕该芯的包层区域，该包层区域包括折射率Δ4，其中该光纤表现出在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在910nm波长处至少2GHz-km的满溢带宽、以及在1000nm波长处至少1GHz-km的满溢带宽。在一些实施例中该芯具有2.05<α<2.115，例如，2.075<α<2.11，或2.08<α<2.11的阿尔法值。在一些实施例中该芯NA是在约0.18至约0.22的范围内，例如0.185至0.215。

根据一些实施例，多模光纤包括梯度折射率玻璃芯，该玻璃芯具有折射率Δ1、最大折射率德尔塔Δ1_最大、和约22至47.5微米(例如，24至45微米)的芯直径；以及围绕该芯的包层区域，该包层区域包括折射率Δ4，其中该光纤表现出在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在920nm波长处至少2GHz-km的满溢带宽、以及在1060nm波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽。在一些实施例中该芯具有2.075<α<2.115，例如，2.08<α<2.11的阿尔法值。

根据一些实施例一种多模光纤包括：

(i)梯度折射率玻璃芯，该玻璃芯包括折射率德尔塔1，所述芯包括在11与23.75微米之间的芯半径；以及(ii)折射率凹陷的(depressed index)包层区域，该包层区域围绕所述芯并且包括折射率德尔塔Δ3最小；以及(iii)包括折射率Δ4的外部包层。该外部包层区域围绕该折射率凹陷的包层区域。该折射率凹陷的包层区域具有小于约-0.1％的折射率德尔塔和至少1微米的宽度，其中Δ1>Δ4>Δ3最小，并且该光纤表现出在850nm的波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在910nm的波长处至少2GHz-km的满溢带宽、以及在980nm与1000nm范围之间的一个或多个波长处至少1.2GHz-km(并且优选地在1000nm处至少1.5GHz-km)的满溢带宽。

根据一些实施例一种系统包括：

(i)至少一个光源(例如，一个或多个VCSEL，所述光源在从约850nm至约1100nm的一个或多个波长处以16Gb/s或更高(例如，25Gb/s、32Gb/s、50Gb/s、或56Gb/s)的比特率传输；

(ii)光学地耦合至该光源的至少一个多模光纤，所述光纤包括具有在2.05与2.15之间(例如，2.075<α<2.13，或2.08<α<2.11)的阿尔法(α)值的梯度折射率玻璃芯，以及包含外部包层部分的包层，

其中所述光纤具有在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在900nm与930nm之间的一个或多个波长处至少2GHz-km的满溢带宽、以及在1000nm与1060nm之间的一个或多个波长处至少1.2Ghz-km(例如，在1000nm或1060nm波长处至少1.5GHz-km)的满溢带宽。

(iii)光学地耦合至该多模光纤并且能够检测在850nm与1100nm之间的波长的检测器。

优选地该光纤表现出：(a)在850nm处小于100ps/nm/km、在位于900nm至1060nm范围内的一个或多个波长处小于60ps/nm/km的色散值；以及(b)在位于900nm至1060nm范围内的一个或多个波长处小于1.5dB/km的衰减。

根据一些实施例，该至少一个光源是在850nm至1060nm波长范围内工作的一个或多个VCSEL。

利用这些利用更长波长(>9000nm)VCSEL的光学系统的一些优点包括支持1级眼睛安全规范、改进的源和检测器性能、更低的光纤衰减、更好的光子能量转换、更少的VCSEL温度增加、更低的色散、以及更低的成本。在此披露的光纤的实施例被设计为用850nm源和VCSEL二者工作，这些VCSEL在900-1100nm范围内的至少一个波长处工作。

本发明的附加特征和优点将在以下详细描述中阐述，并且部分地将从该描述中对于本领域技术人员来说是容易清楚的或通过实践如在此所述的本发明(包括以下详细描述、权利要求书以及附图)而被认识。

应当理解的是，以上总体描述和以下详细描述均呈现本发明的实施例，并且旨在提供用于理解如所要求保护的本发明的本质和特性的概述或框架。附图被包括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。附图示出本发明的不同实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理和操作。

附图简要说明

图1A示出了多模光纤的示例性实施例的玻璃部分的横截面视图的示意图(不按比例)；

图1B示出了图1A的多模光纤的示例性实施例的玻璃部分的横截面的折射率分布的示意图(不按比例)；

图2示出了对于图1A的梯度折射率MM光纤的随芯德尔塔变化的带宽相关性；

图3A和3B示出了光纤1(λp＝850nm)和光纤2(λp＝875nm)对于在850nm与1050nm之间的波长的建模的OFL带宽；

图4A和4B示出了对于两种其他光纤实施例(光纤3和4)的建模的OFL带宽；

图5A和5B示出了对于两种光纤实施例(光纤6和7)的建模的OFL带宽；

图6示出了在此披露的多模光纤的示例性实施例的玻璃部分的横截面的折射率分布的示意图(不按比例)，其中该折射率凹陷的环形部分偏离该芯而且被外部环形部分围绕；

图7A示出了在此披露的多模光纤的示例性实施例的玻璃部分的横截面的折射率分布的示意图(不按比例)，其中该折射率凹陷的环形部分没有与该芯间隔开；

图7B示出了在此披露的多模光纤的另一个示例性实施例的玻璃部分的横截面的折射率分布的示意图(不按比例)；

图8A展示了对于在此披露的多模光纤的一个实施例的示例性建模的折射率德尔塔分布；

图8B展示了在扰动折射率德尔塔分布与在图8A中示出的折射率德尔塔分布之间的差异；

图9A展示了对于在此披露的多模光纤的一个实施例的示例性建模的折射率德尔塔分布。

图9B展示了在扰动折射率德尔塔分布与在图9A中示出的折射率德尔塔分布之间的差异；

图10示出了在此披露的多模光纤的另一个示例性实施例的玻璃部分的横截面的折射率分布的示意图(不按比例)。

详细说明

本发明的附加特征和优点将在以下详细描述中阐述，并且将从该描述中对于本领域技术人员来说是清楚的或通过实践如在以下描述连同权利要求书和附图中描述的本发明被认识。

“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。相对折射率百分比是在980nm处测得的，除非另外指明。除非在此另外指明，n_REF是包层的外部环形部分60的平均折射率，例如，它可通过在包层的外部环形部分中进行“N”次折射率测量(n_C1、n_C2、…、n_CN)，并通过以下计算平均折射率来计算：

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

如在此使用的，相对折射率用Δ表示并且它的值以“％”为单位给出，除非另外指明。在区域的折射率小于参考折射率n_REF的情况下，相对折射率百分比是负的并且被称为具有凹陷区域或凹陷折射率，并且最小相对折射率是在相对折射率最负的点处计算的，除非另外指明。在区域的折射率大于参考折射率n_REF的情况下，相对折射率百分比是正的并且该区域可以说是升高的或具有正折射率。“上掺杂剂(updopant)”在此被认为是相对于纯的未掺杂SiO₂具有升高折射率的倾向的掺杂剂。“下掺杂剂(downdopant)”在此被认为是相对于纯的未掺杂SiO₂具有降低折射率的倾向的掺杂剂。上掺杂剂在伴随有不是上掺杂剂的一种或多种其他掺杂剂时，可存在于具有负相对折射率的光纤区域中。同样地，不是上掺杂剂的一种或多种其他掺杂剂可存在于具有正相对折射率的光纤区域中。下掺杂剂在伴随有不是下掺杂剂的一种或多种其他掺杂剂时，可存在于具有正相对折射率的光纤区域中。同样地，不是下掺杂剂的一种或多种其他掺杂剂可存在于具有负相对折射率的光纤区域中。

除非另外指出，宏弯曲(macrobend)性能是根据FOTP-62(IEC-60793-1-47)通过围绕6mm、10mm或20mm或类似直径的心轴缠绕1匝(例如，“1x10mm直径宏弯曲损耗”或“1x20mm直径宏弯曲损耗”)并利用满溢注入条件测量由弯曲引起的衰减增加来确定，其中光源具有大于受测的光纤的芯直径的50％的光斑尺寸。在一些测量中，环形通量注入(encircledflux launch，EFL)宏弯曲性能是通过将满溢脉冲注入到2m长的50微米光纤的输入端获得的，该光纤在在中点附近部署有1x25mm直径心轴。50微米光纤的输出端被接合到受测的光纤，且所测量的弯曲损耗是在规定弯曲条件下的衰减与不弯曲情况下的衰减的比率。

除非另外说明，带宽是在满溢注入条件下在工作波长处根据IEC 60793-1-41(TIA-FOTP-204)，测量方法和测试程序-带宽(Measurement Methods and TestProcedures-Bandwidth)来测量的。

如在此使用的，光纤的数值孔径是指如使用标题为“测量方法和测试程序-数值孔径(Measurement Methods and TestProcedures-Numerical Aperture)”的TIA SP3-2839-URV2 FOTP-177 IEC-60793-1-43中阐述的方法测量的数值孔径。

术语“α分布”或“阿尔法分布”指的是相对折射率分布，用以“％”为单位的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是零(除非另外指明)，r₁是Δ(r)％是零的点，并且r是在范围r_i≤r≤r_f内，其中Δ是以上定义的，r_i是α分布的起点，r_f是α分布的终点，且α是指数，该指数是实数。

将微弯曲(microbend)敏感度与常规50μm MMF的敏感度进行比较，该常规50μmMMF具有25μm的芯半径和1％的相对折射率。多模光纤的微弯曲敏感度可通过下式来估算

$\mathrm{\&gamma;}=N<h^2>\frac{a^4}{b^6{\mathrm{\&Delta;}}^3}{\left(\frac{E}{E_f}\right)}^{3/2}$

其中γ是微弯曲引起的衰减增加，N是每单位长度的平均高度h的隆起(bump)的数量，b是总的光纤直径，a是芯半径，Δ是光纤折射率差并且E_f和E分别是光纤和光纤围绕材料(即，涂层)的弹性模量[Olshansky,R.“缆线光纤内的形变损耗的模型(Model ofDistortion Losses inCabled Optical Fibers)”，应用光学(Appl.Opt.)，14，20(1975)]。在具有相同涂层和玻璃直径的光纤中，具有芯半径a(μm)和芯德耳塔Δ(％)的光纤相对于标准50μm MMF的微弯曲敏感度为

$\mathrm{\&gamma;}=\frac{{(a/25)}^4}{{\mathrm{\&Delta;}}^3}$

该微弯曲敏感度优选小于10，更优选小于5，更优选小于2并且还更优选小于1。例如，该微弯曲敏感度可以是小于0.8，小于0.6或小于0.4。

折射率凹陷的环形部分具有如在此定义的分布体积V₃：

其中如所定义的，R_内是折射率凹陷的环形部分的内半径且R_外是折射率凹陷的环形部分的外半径。对于在此披露的光纤，V₃的绝对值优选为大于80％-微米²，或大于100％-微米²，或大于125％-微米²。在一些优选的实施例中，V₃的绝对值为大于100％-微米²并且小于200％-微米²。在一些实施例中，V₃的绝对值为大于110％-微米²并且小于175％-微米²，例如140％-微米²。

在此披露的多模光纤包括芯和围绕且直接邻近该芯的包层。在一些实施例中，该芯包括掺杂有锗的二氧化硅，即氧化锗掺杂的二氧化硅。可在此处披露的光纤的芯内、并且尤其在中心线处或附近单独或组合地采用除锗之外的掺杂剂诸如Al₂O₃或P₂O₅，以获得期望的折射率和密度。在一些实施例中，在此披露的光纤的折射率分布从该芯的中心线至外半径是非负的。在一些实施例中，该光纤在该芯中不含有降低折射率的掺杂剂。

图1A是MM光纤100的一个实施例的横截面视图的示意图(不按比例)。多模光纤100的这个示例性实施例包括玻璃芯20和玻璃包层200。该包层可以包括任选的内部环形部分40、任选的折射率凹陷的环形部分50、以及外部环形部分60。优选地，芯20包括基本上用单一掺杂剂，例如Ge掺杂的二氧化硅(即，其他掺杂剂的量是小于0.5wt％，并且优选地小于0.1wt％)。优选地，芯20包括具有单一掺杂剂(例如Ge)的二氧化硅。

图1B示出了包括玻璃芯20和玻璃包层200的多模光纤100的一个示例性实施例的玻璃部分的横截面的折射率分布的示意图，这个实施例的包层仅包括外部环形部分60。在图1B的一个或多个实施例中，光纤芯20具有抛物线形状、外半径R₁、以及最大折射率德耳塔Δ1_最大。该包层具有外半径R_最大。更确切地，图1A实施例的芯德耳塔Δ1_最大是在0.75％与1.2％之间(例如，0.8％，0.9％，0.95％，1％，1.1％或它们之间)

在一些示例性实施例中，该芯半径R₁为15μm至23.75μm，例如15至22.5μm。根据一些实施例，该芯半径R₁为17μm至22.5μm并且该芯NA是0.18至0.22。根据这些实施例光纤100具有峰模态带宽波长λp，其中860nm≤λp≤930nm，例如860nm≤λp≤900nm，或890nm≤λp≤930nm。在一些实施例中，860nm≤λp≤895nm。在一些实施例中，870nm≤λp≤920nm。

应指出，如果包层200包括任选的折射率凹陷的环形部分50，光纤100可以变为弯曲不敏感的。这种弯曲不敏感的光纤的光纤分布例如在图6、7A、7B、8A、9A和10中示出并且进一步在说明书中更详细地描述。

在一个示例性光纤实施例中，该光纤针对两个工作波长850nm和900nm进行优化。在另一个实施例中，该光纤的设计被优化以提供在850nm和930nm波长处的高模态带宽。在另一个示例性实施例中，该光纤被优化以提供在850nm和1060nm的工作波长处的高模态带宽，具有在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽和在1000与1060nm带之间的一个或多个波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽。在另一个示例性实施例中，该光纤被设计为提供在三个工作波长处的高模态带宽：850nm、910nm和1060nm。在另一个示例性实施例中，该光纤被设计为提供在三个工作波长处的高模态带宽：850nm、910nm和1000nm。在另一个示例性实施例中，该光纤被设计为提供在三个工作波长处的高模态带宽：850nm、910nm和1020nm。

在此处描述的所有实施例中，光纤100表现出在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在900与930nm范围之间的一个或多个波长处至少2GHz-km的满溢带宽、以及在1000与1060nm之间的一个或多个波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽。这些光纤还被设计为对小α扰动相对不敏感的，并且还可以在芯的折射率分布中具有小的中心线下降(dip)，如下所述。

例如，在一些实施例中光纤100表现出在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在910nm波长处至少2GHz-km的满溢带宽、以及在1000nm波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽。在一些实施例中光纤100表现出在850nm波长的波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在920nm波长处至少2GHz-km的满溢带宽、以及在1060nm波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽。

MM光纤100的带宽BW主要受限于模间色散。为了最小化该模间色散，该芯的折射率被设计为具有α分布。最佳α由以下方程描述：

其中n₁为在中心的折射率，D为在中心的峰值相对折射率变化，并且其中λ是850nm至1200nm。该方程示出了最佳α依赖于波长和该芯20的色散特性。

根据在此描述的一些实施例，光纤100针对具有在860nm与930nm之间(例如，在900nm-930nm范围内)的峰模态带宽波长λp的带宽进行优化，具有芯德耳塔Δ1_最大(其中0.75％≤Δ1_最大≤1.2％(例如，0.9％≤Δ1_最大≤1.05％))并且具有2.05≤α≤2.15，例如2.075≤α≤2.115的阿尔法值。优选地，2.08≤α≤2.11。我们已经确定，对于光纤100，当0.9<Δ1_最大≤1.05％时，优选的阿尔法值是2.08≤α≤2.11。

该光纤的带宽BW还是芯德耳塔的函数。更确切地，随着最大芯德耳塔Δ1_最大减小，最大带宽BW增大。更确切地，图2结果对应于具有1％和0.75％的Δ1_最大值的两种光纤。例如，图2示出了对于图1A的梯度折射率MM光纤100的随芯德尔塔变化的带宽相关性。它示出了对于具有位于900nm至1050nm的峰模态带宽波长λp的带宽，具有更低Δ1_最大值的光纤100产生更高的最大带宽。

然而，光纤100的弯曲损耗随着芯德耳塔减少而增加，并且芯德耳塔的选择可以通过优化带宽和弯曲损耗考虑来确定。此外，如上所讨论，在任何工作波长处的最佳α也是芯德耳塔的函数。

图1B示出了在此披露的光纤100的一个实施例的示例性建模的折射率德尔塔分布，

对应于图1B的五个示例性光纤实施例(光纤2-6)的这些参数在以下表1中示出。光纤1是具有λp＝850nm的对比光纤。

表1示出了这些光纤的建模的光纤参数和对应的OFL带宽性能。该建模性能数据是基于理想的光纤分布。在实际中，拉制的实际折射率德尔塔分布总是偏离理想阿尔法分布。典型地在峰模态带宽波长处，对于光纤分布的一部分最高可达到的带宽是理想光纤的计算带宽的30％-60％。

表1

如表1所示，申请人出人意料地发现，当光纤100被优化为具有较大λp时，通过略微降低阿尔法值(例如，从2.095至2.086或更小，其在1060nm处的性能得以显著改进(满溢注入带宽(Overfilled Launch bandwidth)，OFL BW，在1060nm处变得更大)，同时在850nm波长处仍然是非常良好的。当该芯直径减小时，该光纤的性能在1060nm波长处被进一步改进(更高的OFL BW值)，同时在850nm波长处仍然是显著高于3GHz-km。应指出，尽管对于光纤1的建模的性能表明这种光纤具有1.41GHz-km(其是理论值)的OFL带宽，实际光纤带宽典型地比该理论值低20％至25％并且预期在1060nm波长处低于要求的1.2GHz-km。

图3A和3B示出了对于对比光纤(光纤1，λp＝850nm)和光纤1000的一个实施例(光纤2，λp＝875nm)的建模的性能。如可以看出，光纤2实施例具有比对比光纤1显著更大的带宽(BW)。它具有比对比光纤1更小的阿尔法值和更大的峰模态带宽波长λp。图4A和4B示出了对于光纤的两个实施例-光纤3和4的建模的性能。光纤3具有峰模态带宽波长λp＝880nm，而光纤4具有890nm的峰模态带宽波长λp。如可以看出，光纤4实施例具有比光纤3显著更大的带宽，因为它的更大的λp值和更小的芯直径。图5A和5B示出了对于光纤的另两个实施例-即，光纤5和6的建模的性能。如可以看出，光纤6实施例具有比光纤5实施例显著更大的带宽，因为它的更小的芯直径(30μm对比40μm)。光纤6还具有比光纤5的λp，这增加了其在更长波长处的带宽。表1的示例性光纤2-6具有不大于0.22的NA，优选0.18≤NA≤0.22，和不大于47.5μm的芯直径。这些结果表明较小的芯与较低的NA(0.22或更小)结合具有降低的材料色散，从而得到较高的模态带宽。优选地，根据一些实施例，芯直径(2R₁)是在20μm至47.5μm范围内(例如，22μm、24μm、25μm、30μm、32μm、35μm、40μm、45μm、47.5μm或它们之间)。此类光纤具有在850nm处至少3GHz-km的模态带宽并且在位于900-1100nm范围内的一个或多个波长处(例如在900nm、980nm、1000nm、或1060nm处)至少1.2GHz-km的带宽。这些光纤将还能够满足在910nm处和在980nm至1000nm范围内100m系统达到范围，同时提供在1060nm处至少1.2GHz-.km的带宽。优选地，光纤芯直径是22μm至45μm。

表1描绘了若干种多模光纤。说明性光纤1(对比光纤)具有50μm的芯直径、1％的折射率德尔塔、以及峰模态带宽波长λp＝850nm。更确切地，表1还示出了具有1％德尔塔的47.5微米芯直径MMF，其中它的峰模态带宽波长位移至875nm(光纤2实施例)。当与光纤1相比时，光纤2在850nm处的带宽降低至7.2GHz-km的值并且在1060nm处的带宽增加至1.68GHz-km，其显著高于需要的1.2GHz-km值。我们还已经将光纤2的建模的结果与拉制光纤的测量结果进行比较。在850nm波长处，光纤2实施例的预测带宽比实际拉制光纤的测量带宽大1.82倍。在1060nm处，光纤2的预测带宽比测值大1.24倍(即，制造的光纤是1.35GHz-km，其低于“理想”建模的值，但仍然处于在该波长处至少1.2GHz-km的目标值内。拉制光纤1的值的类似变化(即，BW在1060nm处从“理想”到实际值的约20％-30％的类似下降)可能使得非常难以或不可能制造这种光纤以满足上述在1060nm处的BW要求。图3A和3B示出了对于光纤1和光纤2二者随波长变化的建模的“理想”光纤带宽。如可以看出，从这些附图中，在较长波长处，OFL带宽对于光纤2比对于光纤1是实质上更高。

光纤3和4也是多模光纤(MMF)，具有1％最大芯德尔塔，但是芯直径分别地对于光纤3是40微米并且对于光纤4是30微米。注意的是发现虽然在850nm处光纤带宽仍然是远高于3GHz-km设计目标，但在1060nm处的带宽值分别增加至1.92和2.19GHz-km，并且分别是比1.2GHz-km设计目标高60％和82.5％。因此，即使在1060nm处的实际BW在基于设计3和4的实际制造的/拉制的光纤中稍微更低，拉制的光纤3和4将仍然表现处于或高于1.2GHz-km目标要求。图4A和4B示出了对于这两种光纤随波长变化的建模的带宽。

光纤5和6是具有0.9％的最大折射率芯德尔塔但分别具有40微米和30微米的芯直径的MMF。在较小的芯折射率德尔塔的情况下，MMF的峰模态带宽可以增加，这允许λp更容易位移至更高的波长，同时保持在850nm处对于100m系统达到范围的足够高的带宽。这两种光纤(光纤5和6)示出了2.4GHz-km和2.7GHz-km的进一步增加的OFL带宽，其分别是比1.2GHz-km设计目标高100％和125％。因此，即使在1060nm处的实际BW对于制造的/拉制的光纤5和6将更低，拉制的光纤5和6将仍然满足1.2GHz-km性能要求。更高的带宽值允许以宽松得多的折射率分布和λp公差进行制造，使得拉制的光纤可以以高产率制成，使其比光纤1容易得多地制造。我们在此还注意到，曲线中的不连续性是由于在更高波长处模式组的数目的改变，这是真实的物理效应。更确切地，图5A和5B示出了对于这两种光纤随波长变化的建模的带宽。

图1B的光纤具有相对简单的梯度折射率分布。然而这种光纤的弯曲性能可能不足以用于某些应用。为了改进弯曲性能，我们设计了弯曲不敏感的光纤100，这些光纤具有，例如，在图6、7A和7B中示出的折射率分布。这些光纤具有包层，该包层具有折射率凹陷的环形部分50(下掺杂的环，具有低折射率的包层区域)。图6、7A和7B的光纤的芯参数类似于对应于图1A的光纤的芯参数。芯半径R₁优选是11至23.75μm(例如，12.5–23.5μm，或14-23.5μm)并且2.05≤α<2.15。在一些实施例中，优选2.08≤α<2.115，更优选2.08≤α<2.11。折射率凹陷的环形部分50具有小于-0.2％、更优选在-0.3％与-0.7％之间的最小折射率Δ_3最小。在一些实施例中，Δ_3最小是在-0.5％与-1.2％之间，或在-0.5％与-1％之间。在图6的实施例中，折射率凹陷的环形部分50的宽度W₃(W＝R₃-R₂)是至少2微米，优选在3微米与20微米之间，更优选在3与10微米之间(例如，3至8微米)。内部环形部分40(位于芯20与折射率凹陷的环形部分50之间)被设计为使得内与外模式组之间的时间延迟差异被最小化。因此，优选地内部环形部分40的宽度(R₂-R₁)是小于3微米，更优选不大于2微米，例如1至2微米。通过将折射率凹陷的环形部分50引入分布设计中，可以改进光纤100的弯曲性能。折射率凹陷的环形部分50可以通过F掺杂使用常规方法诸如OVD、MCVD或PCVD制成。它还可以通过具有位于基于二氧化硅的玻璃内的空隙制成。这些空隙可以周期性地或随机地安排。

更确切地，图6是包括玻璃芯20和玻璃包层200的多模光纤100的一个示例性实施例的玻璃部分的横截面的折射率分布的示意图，该包层包括内部环形部分40、折射率凹陷的环形部分50、以及外部环形部分60。芯20具有外半径R₁和最大折射率德耳塔Δ1_最大。图6光纤的内部环形部分40由折射率德耳塔Δ2构成并且具有宽度W₂和外半径R₂。折射率凹陷的环形部分50具有最小折射率德耳塔百分比Δ3_最小、宽度W₃和外半径R₃。示出了通过内部环形部分40使折射率凹陷的环形部分50是与芯20偏离的或间隔开的。在一些实施例中，内部环形部分40的宽度是小于3微米(如，1至2微米-例如1.2至1.6微米)。在一些实施例中，Δ3_最小出现在半径R_3最小处，其中R_3最小-R₁是小于5.0微米，例如小于4.0微米，优选地小于3.0微米、小于2.0微米、或小于1.0微米。

折射率凹陷的环形部分50围绕内部环形部分40。外部环形部分60围绕并且接触环形部分50。内部环形部分40具有折射率分布Δ2(r)，该分布具有最大相对折射率Δ2_最大、和最小相对折射率Δ2_最小，其中在一些实施例中Δ2(r)不显著改变，即Δ2_最大＝Δ2_最小。折射率凹陷的环形部分50具有折射率分布Δ3(r)，该分布具有最小相对折射率Δ3_最小。外部环形部分60具有折射率分布Δ4(r)，该分布具有最大相对折射率Δ4_最大和最小相对折射率Δ4_最小，其中在一些实施例中Δ4_最大＝Δ4_最小。优选地，Δ1>Δ4>Δ3，并且优选地在图1A和6中示出的实施例中，Δ1_最大>Δ2_最大>Δ_3最小。在一些实施例中，内部环形部分40具有基本上恒定的折射率分布，如图1A和6中所示具有常数Δ2(r)；在这些实施例的一些中，Δ2(r)＝0％。在一些实施例中，外部环形部分60具有基本上恒定的折射率分布，如图6中所示具有常数Δ4(r)；在这些实施例的一些中，Δ4(r)＝0％。芯20优选地具有全部为正的折射率分布，其中Δ1(r)>0％。R₁被定义为，从中心线径向地向外延伸，芯的折射率德耳塔首次达到0.05％的值的半径。优选地，该芯基本不含氟，并且更优选地该芯不含氟。在一些实施例中，内部环形部分40优选地具有拥有最大绝对值小于0.05％、并且Δ2_最大<0.05％且Δ2_最小>-0.05％的相对折射率分布Δ2(r)，并且折射率凹陷的环形部分50在包层的相对折射率首次达到小于-0.05％的值的位置开始，从中心线径向地向外延伸。在一些实施例中，外部环形部分60具有拥有最大绝对值小于0.05％、并且Δ4_最大<0.05％且Δ4_最小>-0.05％的相对折射率分布Δ4(r)，并且折射率凹陷的环形部分50在包层的相对折射率首次达到大于-0.05％的值的位置结束，从发现Δ3_最小的半径处径向地向外延伸。

外包层直径(2xR_最大)优选地是小于150微米，更优选地小于135微米，甚至更优选地小于130微米。在一些实施例中，芯直径(2xR₁)是在40与70微米之间，更优选在45与55微米之间，并且外包层直径是在120与140微米之间，更优选地在120与130微米之间。

在此披露的多模光纤100中，芯是梯度折射率芯，并且优选地该芯的折射率分布具有基本上抛物线形状；例如，在一些实施例中，该芯的折射率分布具有α形状，其中如在900nm处测量的α值优选在2.05<α<2.115范围内，(例如，2.075<α<2.112或2.08<α<2.111)；更优选2.08<α<2.11。在一些实施例中，该芯的折射率可具有中心线下降，其中该芯的最大折射率和整个光纤的最大折射率位于远离中心线的一小段距离，但是在其他实施例中该芯的折射率没有中心线下降，并且该芯的最大折射率和整个光纤的最大折射率位于中心线处。该基本上抛物线形状延伸至半径R₁并且优选从光纤的中心线延伸至R₁。如在此使用，“抛物线的”因此包括基本上抛物线形状的折射率分布，该折射率分布可在芯中的一个或多个点处从约2.1的α值(例如2.05至2.15)略微变化，例如2.08、2.09、2.110、或2.111，以及具有小变化和/或中心线下降的分布。参考图6实施例，内部环形部分40被定义为在约为抛物线形状结束的半径R₁处结束，与包层200的最内半径重合。图7A和7B实施例的光纤100类似于图6的光纤，但不包括任选的内部环形部分40。

包层200的一个或多个部分可由包层材料构成，该包层材料例如在沉积工艺期间被沉积，或以封套(诸如管中棒(rod-in-tube)光学预制安排中的管)的形式、或沉积材料和封套的组合被提供。包层200被至少一个涂层210围绕，该涂层在一些实施例中可包括低模量一次涂层和高模量二次涂层。

优选地，在此披露的光纤具有基于二氧化硅的芯和包层。在一些实施例中，包层200具有约125μm的外直径，R最大的2倍。在一些实施例中，一个或多个涂层围绕包层200并且与其接触。该涂层可以是聚合物涂层诸如基于丙烯酸酯的聚合物。

在一些实施例中，折射率凹陷的环形部分50包括非周期性设置的、或周期性设置的、或两者兼而有之的空隙。关于“非周期性设置的”或“非周期性分布”，我们是指当取该光纤的横截面(诸如垂直于纵轴的横截面)时，非周期性设置的空隙跨过该光纤的一部分随机地或非周期性地分布。沿该光纤的长度在不同点处所取的类似横截面将揭示不同的横截面孔洞图案，即各横截面将具有不同的孔洞图案，其中空隙的分布和空隙的尺寸不匹配。即，空隙或空隙是非周期性的，即它们在光纤结构内不是周期性地设置的。这些空隙沿光纤的长度(即平行于纵轴)伸展(延长)，但对于典型的传输光纤的长度不会延伸整个光纤的整个长度。虽然不希望受理论限制，但认为这些空隙沿光纤的长度延伸小于几米，并且在许多情况下小于1米。在此披露的光纤100可通过利用预成型固化条件的方法来制造，这导致显著量的气体被捕获在固化的玻璃坯料中，从而在固化的玻璃光纤预制件中形成空隙。不是采取措施移除这些空隙，而是使用所得的预制件来形成其中具有空隙的光纤、或空隙。如在此使用的，当在横向于光纤的纵轴的垂直截面上观察光纤时，孔洞的直径是端点设置在限定孔洞的二氧化硅内表面上的最长线段。

在一些实施例中，光纤100的内部环形部分40(例如，图6中示出的)包括基本上未掺杂有氟或氧化锗的二氧化硅。优选地，环形部分40包括小于4.0微米、更优选地小于2.0微米的宽度。在一些实施例中，外部环形部分60包括基本上未掺杂的二氧化硅，虽然该二氧化硅可包含处于共同地不会显著改变折射率的浓度的一定量的氯、氟、氧化锗或其他掺杂剂。在一些实施例中，折射率凹陷的环形部分50包括掺杂有氟和/或硼的二氧化硅。在一些其他实施例中，折射率凹陷的环形部分50包括含有多个非周期性设置的空隙的二氧化硅。这些空隙可含有一种或多种气体，诸如氩气、氮气、氪气、CO₂、SO₂或氧气，或这些空隙可含有基本上没有气体的真空；不管是否存在任何气体，环形部分60的折射率因为空隙的存在而被降低。这些空隙可随机地或非周期性地设置在包层200的环形部分60中。在其他实施例中，这些空隙周期性地设置在环形部分60中。可替代地，或此外，还可通过下掺杂环形部分60(诸如用氟)或上掺杂该包层和/或芯的一个或多个部分来提供环形部分50中的折射率凹陷，其中折射率凹陷的环形部分50是例如不像内部环形部分40那样重地掺杂的二氧化硅。优选地，将任何空隙的存在考虑在内，折射率凹陷的环形部分50的最小相对折射率或平均有效相对折射率优选地小于-0.1％、更优选地小于约-0.2％、甚至更优选地小于约-0.3％、并且最优选地小于约-0.4％。

图7A是包括玻璃芯20和玻璃包层200的多模光纤的可替代示例性实施例的玻璃部分的横截面的折射率分布的示意图，该包层包括折射率凹陷的环形部分50和外部环形部分60。芯20具有外半径R₁和最大折射率德耳塔Δ1_最大。折射率凹陷的环形部分50具有最小折射率德耳塔百分比Δ3_最小、宽度W₃和外半径R₃。折射率凹陷的环形部分50围绕芯20并且与其直接接触，即在芯20与折射率凹陷的环形部分50之间没有内部包层区域40(具有Δ2)(即，R₁＝R₂)。优选地，Δ1>Δ4>Δ3。外部环形部分60围绕并且接触折射率凹陷的环形部分50。折射率凹陷的环形部分50具有折射率分布Δ3(r)，该分布具有最小相对折射率Δ3_最小。外部环形部分60具有折射率分布Δ4(r)，该分布具有最大相对折射率Δ4_最大和最小相对折射率Δ4_最小，其中在一些实施例中Δ4_最大＝Δ4_最小。优选地，Δ1_最大>Δ3_最小。优选地，芯20掺杂有氧化锗并且基本上不含氟，更优选地该芯不含氟。在一些实施例中，折射率凹陷的环形部分50在包层的相对折射率首次达到-0.05％的值的位置开始，从中心线径向地向外延伸。在一些实施例中，外部环形部分60具有拥有最大绝对值小于0.05％、并且Δ4_最大<0.05％且Δ4_最小>-0.05％的相对折射率分布Δ4(r)，并且折射率凹陷的环形部分50在包层的相对折射率首次达到-0.05％的值的位置结束，从发现Δ3_最小的半径处径向地向外延伸。参考图7A，在这个实施例中，芯20在半径R₁处(约抛物线形状结束处)结束。

图7B是包括玻璃芯20和玻璃包层200的多模光纤的可替代示例性实施例的玻璃部分的横截面的折射率分布的示意图，该包层包括内部环形部分40、折射率凹陷的环形部分50以及外部环形部分60。芯20具有外半径R₁和最大折射率德耳塔Δ1_最大。

在这个实施例中芯20还具有抛物线(或基本上抛物线)分布。在一些实施例中，芯20的折射率可具有中心线下降，其中该芯的最大折射率和整个光纤的最大折射率位于远离中心线的一小段距离，但是在其他实施例中该芯的折射率没有中心线下降，并且该芯的最大折射率(以及因此最大折射率德耳塔Δ1_最大)和整个光纤100的最大折射率位于中心线处。

内部环形部分40具有折射率分布Δ2(r)，该分布具有最大相对折射率Δ2_最大和最小相对折射率Δ2_最小。在这个实施例中，该芯的抛物线形状延伸至内部环形部分40的外半径R₂并且优选地从光纤的中心线延伸至R₂。参考图7B实施例，这个或这些实施例的内部环形部分40被限定为在半径R₂处(抛物线形状结束处)结束。如在此使用的，“抛物线”因此包括基本上抛物线形状的折射率分布，该折射率分布可从约2.1的α值略微变化，例如2.05至2.15或2.08至2.11。

折射率凹陷的环形部分50具有最小折射率德耳塔百分比Δ3_最小、宽度W₃和外半径R₃。折射率凹陷的环形部分50围绕内部环形部分40并与其直接接触。优选地，Δ1>Δ4>Δ3。外部环形部分60围绕并且接触折射率凹陷的环形部分50。折射率凹陷的环形部分50具有折射率分布Δ3(r)，该分布具有最小相对折射率Δ3_最小。外部环形部分60具有折射率分布Δ4(r)，该分布具有最大相对折射率Δ4_最大和最小相对折射率Δ4_最小，其中在一些实施例中Δ4_最大＝Δ4_最小。优选地，Δ1_最大>Δ3_最小。优选地，芯20掺杂有氧化锗并且基本上不含氟，更优选地该芯不含氟。在一些实施例中，折射率凹陷的环形部分50在包层的相对折射率首次达到-0.05％的值的位置开始，从中心线径向地向外延伸。在一些实施例中，外部环形部分60具有拥有最大绝对值小于0.05％、并且Δ4_最大<0.05％且Δ4_最小>-0.05％的相对折射率分布Δ4(r)，并且折射率凹陷的环形部分50在包层的相对折射率首次达到-0.05％的值的位置结束，从发现Δ3最小的半径处径向地向外延伸。

折射率凹陷的环形部分50可以通过F掺杂使用常规方法诸如OVD、MCVD或PCVD制成。它还可以通过具有位于基于二氧化硅的玻璃内的空隙制成。这些空隙可以周期性地或随机地安排。内部环形部分40可以是基于二氧化硅的，通过F掺杂使用常规方法如OVD、MCVD或PCVD制成。它还可以通过具有位于基于二氧化硅的玻璃内的空隙制成。这些空隙可以周期性地或随机地安排。

图8A示出了对应于图1A的在此披露的光纤100的一个实施例的示例性建模的折射率德尔塔分布。该折射率德尔塔分布类似于图6的折射率德尔塔分布，其中该包层包括小内部包层部分40、折射率凹陷的环形部分50、以及外部环形部分60。该光纤具有Δ1_最大＝1％；R₁＝23.75μm；Δ2＝0％；R2-R1＝1.3μm，Δ3_最小＝-0.45％；W₃＝5μm。R₄＝62.5μm。

图9A示出了对应于图1A的在此披露的光纤100的一个实施例的示例性建模的折射率德尔塔分布。该折射率德尔塔分布类似于图6的折射率德尔塔分布，其中该包层包括小内部包层部分40、折射率凹陷的环形部分50、以及外部环形部分60。

这种光纤具有在以下表2中示出的参数。

表2

图8B展示了在扰动折射率德尔塔分布与在图8A中示出的折射率德尔塔分布之间的差异，其是由于在光纤的中心的1μm半径下降(中心线下降)。这是可能发生在MMF光纤制造过程中的示例性扰动；其他小的扰动也是可能的。图9A示出了对应于图1A的在此披露的光纤100的一个实施例的另一个示例性建模的折射率德尔塔分布。该折射率德尔塔分布类似于图6的折射率德尔塔分布，其中该包层包括小内部包层部分40、折射率凹陷的环形部分50、以及外部环形部分60。图9B展示了在实际折射率德尔塔分布与在图5A中示出的折射率德尔塔分布之间的差异，其是由于在光纤的中心处的1μm半径下降(中心线下降)。在图9中示出的测量的光纤分布具有与在从2至20微米的径向范围内的阿尔法分布的非常小的偏差，并且尽管存在小的中心线下降，它产生与阿尔法函数的非常小的偏差。图10示出了对应于图1A的在此披露的光纤100的一个实施例的另一个示例性建模的折射率德尔塔分布。

在此披露的光纤100表现出在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在910nm波长处至少2GHz-km的满溢带宽、以及在1000nm波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽。

以下表3提供了类似于图8A的47.5微米直径光纤的带宽(GHz-km)信息，该光纤具有被优化以提供在890nm(实例A)、910nm(实例B)以及930nm(实例C)处的峰模态带宽波长λp的阿尔法值。

例如，具有在图8A中示出的折射率分布的47.5微米直径芯(R₁＝23.75微米)，理想折射率分布产生在表3中示出的带宽(以GHz-km计)，并且具有满足在890nm、910nm和1000nm波长处的BW的上述要求的具有接近890nm的λ_P的理想分布。作为实例，这在下表3中对于光纤A示出。如果将小的中心线下降加入到光纤分布，具有在图8A和9A中绘制的实例的深度的两倍，则峰模态带宽波长λp稍微位移更低，因为LP01模式比在无扰动分布中移动稍微更快。峰模态带宽波长λp稍微减少，但存在对在850和1020nm处的带宽的非常小的影响。如在表3中示出，如果实例A光纤用中心线下降被制造，则该模型表明即使在1020nm的波长处，满溢带宽是至少1.24GHz-km。表4表明即使实际光纤分布稍微偏离该建模的或理想分布，该光纤仍满足提供在1000nm波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽的所要求的规格。因此，有可能通过注意具有λp的最佳值，即，λp>850nm，例如860nm<λp<935nm、或860nm≤λp≤930nm、或甚至更优选地870nm<λp<930nm来满足CWDM标准。

表1.具有理想分布和47.50微米的芯直径以及芯德尔塔＝1％的光纤的建模的带宽(BW)。这些BW是在850nm、870nm、910nm、930nm、980nm、1020nm和1060nm的波长下计算的。

表4.扰动光纤分布(类似于表3中的那些、但具有中心线下降的光纤分布)的建模的带宽。

表1和2还表明如果47.5μm芯直径光纤的阿尔法分布被微调以提供被优化为提供稍微更大的λp值(例如λp＝910nm、λp＝930nm，如在光纤实例B和C中)的光纤设计，具有无扰动的折射率德尔塔分布(相对于设计分布)的光纤满足具有在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在910nm波长处至少2GHz-km的满溢带宽、以及在1000nm波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽的要求。具有扰动折射率德尔塔分布的光纤也满足这些要求。此外，如在表4中示出，光纤B和C即使当用中心线下降建模时，即，当折射率德尔塔偏离理想阿尔法形状(例如在制造期间)时，在1020nm波长处比光纤A表现更好。更确切地，光纤实例B和C的在1020nm波长处的满溢带宽是1.4996和1.7905GHz-km，对比实例光纤A的1.2442GHz-km。这表明这些光纤可以用比光纤A更不严格的公差被制造，因为它们表现出稍微更长的峰模态带宽波长λp(即，该光纤分布的阿尔法值比实例A光纤的阿尔法值稍微小一点)。

我们分析了类似的光纤100，但具有更小的芯直径(12和15.5微米的R₁)。具有24微米(R₁＝12μm)的芯直径的光纤的折射率德尔塔分布在图10中示出。具有31微米的芯直径的光纤的折射率德尔塔分布是类似于在图10中示出的折射率德尔塔分布，其中具有相同的相对最大折射率芯德尔塔，但是对于该芯更大的芯半径R₁，以及对于包层部分40和50相同的折射率德尔塔和宽度。在这些实施例中R4＝62.5。

表5示出了具有芯半径R₁＝15.5微米的光纤100在目标波长范围内的建模的带宽。这些峰模态带宽增加了约50％，并且在850nm和1020nm处的带宽也更高。表6示出了当该分布具有与在表4中相同值的中心线扰动时仍是这种情况。注意，该峰模态带宽比表4中的实例更低，因为该LP01模式携带比更大芯设计中更高分数的功率，并且中心线的负面影响是更显著的。

表5.具有芯德尔塔＝1％、和31微米的芯直径的理想分布的建模的带宽。

表4.具有芯德尔塔＝1％、中心线下降和31微米的芯直径的分布的建模的带宽。

最后，表7示出了具有24微米的芯直径的理想分布(图10分布)在目标波长范围内的建模的带宽。在850nm和1020nm处的峰模态带宽也显著高于在表3或表5中的那些。表8示出了当该分布具有与在表4中相同值的中心线扰动时仍是这种情况。峰模态带宽仍然是比表6中的实例更低，因为该中心线的负面影响是更显著的。因此，优选的是，该光纤芯直径(2R₁)是小于48微米，优选不大于45微米，更优选不大于40微米，并且这些光纤具有峰模态带宽波长λp，其中860nm≤λp≤930nm并且更优选地870nm≤λp≤930nm。光纤的数值孔径(NA)优选地大于将信号导入光纤的光源的NA；例如，光纤的NA优选地大于VCSEL源的NA。典型的NA光纤值是从0.185至0.215，

表7.具有24微米的芯直径的理想分布的建模的带宽。

表6.具有中心线下降和24微米的芯直径的分布的建模的带宽。

如表1-6中所示，我们已经证明具有范围从20至47.5微米的芯直径的MMF的CWDM操作的可行性。我们已经证明，存在可能影响光纤的峰模态带宽的若干可能的分布偏差，包括在以上描述的实例中使用的中心线下降；然而这些具有对在CWDM窗口边缘处的带宽的非常小的影响。

以下在表9中阐述了根据本发明的实施例的各种各样的建模光纤实例。光纤实例7-15表现出类似于图6所示的那些、以及类似于图1A所示的那些的折射率分布。具体地，以下提供的是芯区域20的Δ1_最大、芯区域20的外半径R1、芯区域20的阿尔法、折射率凹陷的包层区域50的Δ3_最小、折射率凹陷的包层区域50的外半径R3。包层半径是光纤的最外半径，而且提供了外部环形玻璃包层部分60的外半径。在每种情况下，将常规的一次和二次聚氨酯丙烯酸酯基保护涂层施用到玻璃光纤的外部。这些光纤的设计被优化为提供在850nm、910nm和1020nm的工作波长处的高带宽，具有在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在910nm波长处至少2GHz-km的满溢带宽、以及在1000至1060nm范围内的一个或多个波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽。在表9的光纤的至少一些实施例中，该光纤被设计成在三个工作波长下表现很好：850nm、910nm和1060nm。

表9

表9的光纤的典型的光纤性能参数提供在以下表10中。

表9

根据一个实施例，系统200包括：(i)至少一个光源(例如，VCSEL 205)，其中该光源(例如，VCSEL 205)在900nm与1200nm之间(例如，在940nm与1100nm之间)的一个或多个波长处以至少16Gb/s、优选地至少25Gb/s(并且，根据一些实施例，28Gb/s或更高)(例如，32Gb/s、或40Gb/s、或50Gb/s、56Gb/s、或60Gb/s)的比特率传输；(ii)至少一个多模光纤100；以及(iii)检测器210。该检测器被光学地耦合至多模光纤100并且能够检测在900nm至1250nm范围内的波长。在这些实施例中，光纤100包括梯度折射率玻璃芯、围绕所述芯的内部包层区域和外部包层，并且具有在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在1000nm与1060nm之间的一个或多个波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽，在2.08与2.115之间的阿尔法；以及在位于900nm至1060nm范围内的一个或多个波长处小于60ps/nm/km的色散值以及在位于900nm至1060nm范围内的一个或多个波长处小于1.5dB/km的衰减。在一些实施例中，例如，该光源(例如，VCSEL 205，或激光器，等)以30GHz的比特率传输，在一些实施例中35GHz或37GHz，在一些实施例中40GHz并且在一些实施例中45GHz。

此种系统的一个实施例包括，例如：(i)至少一个VCSEL，该VCSEL在940与1100nm之间的一个或多个波长处以25GHz或更高(并且优选地，根据一些实施例)以40GHz或更高(即，大于4GHz/km))的比特率传输；(ii)多模光纤光纤100；和(iii)检测器。光纤100，例如，包括梯度折射率玻璃芯；围绕该芯并与该芯接触的内部包层，和包括围绕该内部包层的折射率凹陷的环形部分的第二包层，所述折射率凹陷的环形部分具有小于约-0.2％的折射率德尔塔和至少1微米的宽度，其中所述芯在此具有大于12.5微米并且小于48微米的半径、在0.8％与1.1％之间的最大折射率、以及在2.08与2.115之间的阿尔法。光纤100表现出在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在1000nm与1060nm之间的一个或多个波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽，在1000nm与1060nm之间的一个或多个波长处小于60ps/nm/km的色散值以及在1000nm与1060nm之间的一个或多个波长处小于1.5dB/km的衰减。

以上描述的系统实施例具有以下优点：能量效率和比特率。在980nm处工作的VCSEL仅需要850nm VCSEL的电流的约43％，而1060nmVCSEL仅需要该电流的约21％。电功率消耗是现代数据中心中的严重问题，并且利用较长波长(≥950nm)的光源诸如VCSEL(≥950nm)结合光纤100的较长系统将减轻在850nm处工作的传输系统所面临的一些能耗问题。此外，如果传输系统的工作波长是约850nm，则将系统的速度增加至大于35GHz-km看起来存在显著障碍。利用更长波长的光源(≥950nm)，例如基于In-Ga-As半导体的VCSEL，结合光纤100，使传输系统能够具有比当前可获得的显著更高的传输速度(例如，≥20Gb/s、或≥25Gb/s、或≥28Gb/s、或≥32Gb/s≥32或≥35Gb/s、或≥35Gb/s；≥35Gb/s、或≥40GHz-km)。

应当理解的是，前述描述仅仅是本发明的示例而且旨在提供用于理解如由权利要求书限定的本发明的本质和特征的概述。附图被包括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。附图示出本发明的不同特征和实施例，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将变得清楚的是，可对如在此描述的本发明的优选实施例作出各种修改而不偏离如由所附权利要求书限定的本发明的精神或范围。

Claims (18)

1.一种多模光纤，包括：

梯度折射率玻璃芯，所述玻璃芯包括折射率Δ1、最大折射率德尔塔Δ1_最大、和在11与23.75微米之间的半径R₁；以及围绕所述芯的包层区域，其中所述光纤芯具有在2.05与2.15之间的阿尔法值、峰模态带宽波长λp>860nm并且所述光纤表现出在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽和在980nm与1060nm之间的一个或多个波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽。

2.如权利要求1所述的多模光纤，其中所述阿尔法值是在2.08与2.115之间并且870≤λp≤930nm。

3.如权利要求1或2所述的多模光纤，其中所述光纤表现出在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在900与910nm之间的一个或多个波长处至少2GHz-km的满溢带宽、以及在1000nm波长处至少1GHz-km的满溢带宽。

4.如权利要求1或2所述的多模光纤，其中光纤表现出在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在920nm波长处至少2GHz-km的满溢带宽、以及在1060nm波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽。

5.如权利要求1-4所述的多模光纤，其中所述芯包括掺杂有Ge的二氧化硅，并且没有大于1wt％的量的其他掺杂剂。

6.如权利要求1或2所述的多模光纤，其中所述光纤具有在2.075与2.115之间的阿尔法值、峰模态带宽波长930nm≥λp≥870nm并且表现出在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在900nm与910nm之间的一个或多个波长处至少2GHz-km的满溢带宽、以及在1000nm与1060nm之间的一个或多个波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽。

7.如前述权利要求中任一项所述的多模光纤，其中所述芯具有在0.18与0.22之间的数值孔径NA。

8.一种多模光纤，包括：

梯度折射率玻璃芯，所述玻璃芯包括折射率德尔塔Δ1、最大折射率德尔塔Δ1_最大，所述芯包括在11与23.75微米之间的芯半径；以及折射率凹陷的包层区域，所述包层区域围绕所述芯并且包括折射率德尔塔Δ3和最小折射率德尔塔Δ3_最小，以及包括折射率Δ4的外包层，所述外包层区域围绕所述折射率凹陷的包层区域，所述折射率凹陷的包层区域具有小于约-0.2％的折射率德尔塔和至少1微米的宽度，其中Δ1>Δ4>Δ3_最小，并且其中所述光纤表现出在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽以及在980与1060nm之间的一个或多个波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽。

9.如权利要求1或8所述的多模光纤，其中所述芯包括在11.5与22.5微米之间的芯半径。

10.如权利要求1或8所述的多模光纤，其中所述光纤表现出在910nm波长处至少2GHz-km的满溢带宽、以及在980nm与1000nm之间的一个或多个波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽。

11.如权利要求1或8所述的多模光纤，其中所述芯包括在15与22.5微米之间的芯半径。

12.如权利要求1或8所述的多模光纤，其中所述光纤表现出在980nm波长处大于2.5GHz-km的满溢带宽。

13.如权利要求1或8所述的多模光纤，其中所述光纤表现出在1060nm波长处大于2GHz-km的满溢带宽。

14.如权利要求8-13中任一项所述的多模光纤，其中所述光纤表现出在0.18与0.22之间的数值孔径。

15.一种系统，包括:

(i)在900与1200nm之间的一个或多个波长处以25Gb/s或更高的比特率传输的至少光源；

(ii)至少一个多模光纤，所述光纤光学地耦合至所述光源，所述光纤包括具有在2.05与2.15之间的阿尔法的梯度折射率玻璃芯、以及包含外包层部分的包层，其中所述光纤表现出在850nm波长处至少3GHz-km的满溢带宽、在980nm与1060nm之间的一个或多个波长处至少1.2GHz-km的满溢带宽；以及

(iii)检测器，所述检测器光学地耦合至所述多模光纤并且能够检测900nm至1200nm的波长。

16.根据权利要求15所述的系统，其中：所述光纤表现出：

(a)在850nm处小于100ps/nm/km、在位于900nm至1060nm范围内的至少一个波长处小于60ps/nm/km的色散值；以及

(b)在位于900nm至1060nm范围内的一个或多个波长处小于1.5dB/km的衰减。

17.根据权利要求15所述的系统，其中：

a.所述至少一个光源是至少一个VCSEL；

b.所述包层包括围绕并且接触所述芯的内包层、围绕所述内包层部分的折射率凹陷的环形部分，所述折射率凹陷的环形部分具有小于约-0.2％的折射率德尔塔Δ3_最小和至少1微米的宽度，

所述芯具有大于12微米并且不大于23.75微米的半径、在0.8％与1.1％之间的最大折射率德尔塔。

18.根据权利要求15所述的系统，其中所述光纤是根据权利要求1、5、7、或8所述的光纤。