CN106716197B - 具有高带宽的多模光纤及相应的多模光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多模光纤，其具有α值在1.96和2.05之间并且定义为N＝(R1/λ)2(n1 2‑n0 2)的N值在7和52之间的α分布渐变折射率纤芯，其中R1是多模纤芯半径，n1是多模纤芯的最大折射率，n0是渐变折射率纤芯的外边缘处的最小折射率。根据本发明，凹形区域直接包围渐变折射率纤芯并满足标准：‑2.20<Dn2<0，以及220Ln(N)‑1100<V2<220Ln(N)‑865，其中Dn2是凹形区域与外包层的折射率差，并且V2是凹形区域的体积。这种多模光纤在950nm和1310nm之间的工作波长处显示出增加到超过10000MHz.km的OFL带宽。

Description

具有高带宽的多模光纤及相应的多模光学系统
技术领域
本发明涉及光纤传输领域，并且更具体地，涉及相对较长距离和高比特率的系统中所使用的多模光纤。更具体地，本发明涉及被设计为满足下一代400GbE系统的高比特率要求的多模光纤。
背景技术
多模光纤连同通常使用横向多模的垂直腔面发射激光器(更简称为VCSEL)的高速源一起成功地用在高速数据网络中。以850nm和1300nm工作的多模光纤是众所周知的。
由于以下事实，多模光纤受模间色散影响：在多模光纤中，对于特定波长，多个光模式在承载相同信息的情况下沿着光纤同时传播，但以不同的传播速度行进。模式色散是以差分模式延迟(Differential Mode Delay，DMD)的形式表示的，其中该差分模式延迟(DMD)是穿过光纤的最快模式和最慢模式之间的脉冲延迟差(ps/m)的度量。
通常，光纤应当具有最宽的带宽，以用于高带宽应用。对于给定波长，带宽可以以多种不同的方式表征。通常，所谓的过满注入条件(overfilled launch，OFL)带宽和所谓的有效模式带宽条件(EMB)之间有所区分。OFL带宽的获取对针对光纤的整个径向表面呈现均匀激发的光源的使用(激光二极管或发光二极管(LED)的使用)进行调节。已经开发了根据DMD测量得出的计算有效模式带宽(EMBc)，以估计50μm芯径的光纤如在使用以850nm工作的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)源的情况下那样在非均匀激发下针对该光纤的径向表面的最小有效模式带宽。
测量DMD和计算有效模式带宽的方法的实施例可以在FOTP 220标准中找到，而在IEC 66793-1-41(TIA-FOTP-204)中描述了针对过满注入条件而测量的带宽。
为了使模式色散最小化，数据通信中所使用的多模光纤通常包括呈现如下的折射率的通常掺杂了锗的纤芯，其中该折射率从光纤中心向光纤中心与包层的接合部逐渐减小。通常，如下所述，通过已知为“α分布”的关系来给出折射率分布：
其中r≤a
其中：
n1是光纤的光轴上的折射率；
r是相对于所述光轴的距离；
a是所述光纤的纤芯的半径；
Δ是表示光纤的纤芯和包层之间的折射率差的无量纲参数；以及
α是表示折射率分布的形状的无量纲参数。
在光信号在具有渐变折射率的这种纤芯中传播的情况下，不同的模式经历不同的传播介质，从而对这些模式的传播速度产生不同的影响。通过调整参数α的值，由此可以从理论上获得对于所有模式而言实际上均相等的组速度，并且由此可以从理论上获得针对特定波长的有所减小的模间色散。
然而，实际上，多模光纤被制造为：渐变折射率的中心纤芯被恒定折射率的外包层包围。因此，多模光纤的纤芯从不对应于理论上完美的α分布，这是由于纤芯(具有α分布)与外包层(具有恒定的折射率)的交界使α分布中断。与较低阶模式相比，外包层使较高阶模式加速，并且在最高阶模式组内出现时间延迟的一些差异。这种现象被称为包层效应。在DMD测量中，针对最高径向位置(即最靠近外包层)所获得的响应呈现多个脉冲，这导致响应信号的时间扩展。因此，带宽由于包层效应而减小。
多模光纤的渐变折射率α形分布和纤芯-包层交界被优化为与可以直接电流调制以在850nm处支持10Gbps和25Gbps系统的GaAs VCSEL一起工作。针对目前使用的50μm和62.5μm多模光纤中的大多数，也保证了以1300nm使用的与LED源的向后兼容性。这种激光优化的高带宽50μm的多模光纤(也称为OM4光纤)的性能已由国际标准化组织在文献ISO/IEC11801以及TIA/EIA492AAAD标准中进行了标准化。
然而，企业网络中对带宽需求的激增正推动对更高的以太网速度的迫切需求。为了针对下一代400GbE系统进一步提高数据比特率，使用在1060nm附近以40-56Gb/s工作的InGaAs VCSEL，这看起来是一个有希望的解决方案，因为该方案将使得能够实现可靠性更高的更高速度、更低的工作温度和VCSEL的更低成本。此外，在该波长处，如果渐变折射率α形分布被优化为以该特定波长进行工作，则由于模式组更少，因此光纤呈现更低的衰减、更低的色散和更高的潜在模式带宽。
尽管现在可以针对高速应用提出这种VCSEL，但是缺少针对以大于950nm的波长进行工作的这些VCSEL而优化的光纤。
实际上，本领域技术人员知道，通过使α形分布和纤芯-包层交界适应工作波长，可以减少模间色散。
可以通过测试不同的α形分布来容易地评估α值，对于给定的构成，无论纤芯半径和纤芯折射率如何，最佳α随波长单调变化。然而，定义纤芯-包层交界的最佳几何形状更加棘手，这是因为无论纤芯半径和纤芯折射率如何，波长和纤芯-包层交界的几何形状之间都不存在简单的关系。
在长于850nm的波长处，由于模式组更少，因此受纤芯-包层几何形状直接影响的模式组的比例较大。因此，纤芯-包层几何形状的优化更加棘手，并且纤芯-包层几何形状对总带宽的影响增加。以相同的方式，对于小的纤芯半径，由于模式组更少，因此纤芯-包层几何形状对总带宽的影响也增加。
到目前为止，已经进行了许多研究，以设计带宽针对相对大的波长范围将足够高的多模光纤。
DRAKA Comteq BV名下的文献EP 1 503 230公开了一种具有折射率分布的多模光纤，该多模光纤包括由一个或多个包层包围的光导纤芯。根据该文献，通过使用两个或更多个掺杂剂来构建渐变折射率纤芯，特别是通过使用氟F和锗GeO2的共掺杂，可以获得多模光纤。通过针对纤芯半径改变掺杂剂的浓度，可以以带宽不那么依赖于波长的方式来使多模光纤的模间色散特性适应。
该技术的缺点是利用这种多模光纤所实现的并且在该现有技术文献中所报告的带宽不够大。
同样在DRAKA Comteq BV名下的文献EP 2 482 106公开了一种多模光纤，该多模光纤包括Δ值约为1.9％或更大的渐变折射率分布的中心纤芯。渐变折射率纤芯分布沿着纤芯半径具有至少两个不同的α参数值，即中心纤芯的内部区域中的第一值和在中心纤芯的外部区域中的第二值。第二α参数值通常小于第一α参数值。渐变折射率纤芯分布及其一阶导数针对渐变折射率纤芯的宽度通常是大致连续的。
在该现有技术文献中公开的光纤显示出高数值孔径NA并且具有针对850nm的单个波长进行了优化的带宽。此外，高NA值需要具有两个或更多个α值的渐变折射率纤芯。
文献US 7,315,677公开了一种包含共掺杂在光纤的纤芯中的锗(GeO2)和氟的多模光纤。掺杂剂浓度分布由一对α参数α1和α2限定。工作窗口或带宽窗口被放大，并且衰减或损耗低。在一些实施例中，两个工作窗口可用于传输。
因此，文献US 7,315,677教导了基于氟F和锗GeO2的共掺杂的“双α分布”；各掺杂剂分布呈现自身的α。从工艺的角度来看，这种分布是难以产生的。实际上，Ge和F的浓度形状难以控制。
文献US 7,903,918公开了抗弯曲光纤，该光纤在1300nm下处是多模的，并且包括芯、内包层、低折射率环和外包层。纤芯具有渐变折射率、最大相对折射率百分比Δ1Max％以及大于0.23的数值孔径NA，其中该渐变折射率具有纤芯α分布(其中1.9≤α≤2.1)。内包层包围纤芯并且具有最大相对折射率百分比Δ2Max％、最小相对折射率百分比Δ2Min％和径向厚度(≥0.5微米)，其中Δ1Max％>Δ2Max％。低折射率环包围内包层并且具有相对折射率百分比Δ3％、至少0.5微米的径向厚度、绝对大小大于50％-μm2的分布体积，其中Δ2Min％≥Δ3％。外包层包围低折射率环并且具有相对折射率百分比Δ4％，其中Δ1Max％>Δ4％≥Δ2Max％。
该文献中所公开的光纤显示出高NA值、深沟槽和高沟槽体积。这些光纤被优化为以1300nm工作。
文献US 2010/0303428公开了一种抗弯曲多模光纤，该光纤包括纤芯区域和包围并直接邻接该纤芯区域的包层区域，包层区域包括凹形折射率环形区域；凹形折射率区域的内边界是渐变折射率纤芯的延伸，凹形区域具有大于105％-μm2的沟槽体积。因此，这种光纤显示出深沟槽和高沟槽体积。
文献US 2013/0077926公开了多模光纤的若干实施例，其中添加了沟槽以改善弯曲损耗。根据一些实施例，多模光纤包括：折射率为Δ1、最大折射率Δ为Δ1MAX并且纤芯半径在10～40微米之间的渐变折射率玻璃纤芯；以及包围该纤芯的包括折射率Δ4的包层区域，其中该光纤在900nm至1250nm的波长范围内的工作波长处呈现大于2.5GHz.km的过满的带宽。根据一些实施例，光纤在950nm至1100nm之间的波长处呈现大于4GHz.km的过满的带宽。根据一些实施例，光纤在950nm至1100nm之间的波长处呈现大于10GHz.km的过满的带宽。该文献中所公开的沟槽的体积非常大。此外，所公开的分布设计得相当复杂。
文献US 2013/0039626也公开了一种多模光纤，其中，在包层中添加沟槽，以改善多模光纤的弯曲性能。所公开的多模光纤包括具有24微米至40微米范围内的直径的渐变折射率玻璃纤芯，其中该渐变折射率具有小于2.12的α分布和0.6％至1.9％之间的范围内的最大相对折射率。该光纤还包括包围该纤芯并与该纤芯接触的包层。该包层包括凹形折射率环形部分。该光纤在1310nm处具有大于2.0GHz-km的过满的带宽。
该文献中所公开的沟槽的体积非常大。添加沟槽是为了改善小芯径MMF的弯曲性能。
鉴于前述，将期望设计出适应于高速应用(以25Gb/s或更高速率进行VCSEL传输的下一代400GbE系统)并且相对于现有技术显示出改进的多模光纤。
更准确地，将期望设计出在950nm至1310nm之间的工作波长处显示出超过10000MHz.km的OFL带宽这样的多模光纤。
还将期望根据MMF在工作波长处所支持的模式组的数量来设计具有优化的纤芯-包层几何形状的多模光纤。
发明内容
在本发明的一个特定实施例中，提出了一种多模光纤，其包括被外光包层包围的中心纤芯，所述中心纤芯具有(i)外半径R1、(ii)最大折射率n1、(iii)最小折射率n0和(iv)渐变折射率分布n(r)，其中所述渐变折射率分布n(r)是相对于所述中心纤芯的中心的径向距离r的函数，
所述中心纤芯的所述渐变折射率分布n(r)由以下等式定义：
其中，α在1.96和2.05之间，并且α是表示折射率分布的形状的无量纲参数，n0和n1为工作波长为λ的情况下的n0和n1，
所述中心纤芯的N值在7和52之间，其中N由下式定义：
其中λ为工作波长，λ≥950nm。
此外，所述光包层包括包围所述多模光纤的纤芯的被称为沟槽的具有凹形折射率n2的区域，所述沟槽具有内半径R1、外半径R2、相对于所述光包层的外边缘处的折射率ncl的折射率差Dn2以及体积V2，其中R2>R1，n2和ncl是工作波长为λ的情况下的n2和ncl，Dn2＝(n2-nCl)×1000，以及
所述沟槽满足以下标准：
-2.20＜Dn2＜0.0
以及
220×Ln(N)-1100<V2<220×Ln(N)-865。
因此，本发明依赖于多模光纤的新颖且具有创造性的方法。实际上，本发明提出了一种多模光纤，该多模光纤适用于使用发出高于950nm(优选在950nm和1310nm之间)的光的VCSEL的高速应用，该多模光纤具有根据由MMF在工作波长处所支持的模式组的数量而优化的纤芯-包层几何形状。
实际上，根据本发明的实施例的多模光纤适用于等于或大于950nm的工作波长，并且是通过根据标准来优化纤芯-包层几何形状而设计的，其中该标准与MMF所支持的模式的数量成比例。利用直接邻接于纤芯的折射率差为Dn2且体积为V2的小沟槽，本发明的实施例使得能够容易地设计在大于950nm的波长处具有大的OFL带宽的MMF，其中，Dn2和V2满足-2.20＜Dn2＜0.0和220×Ln(N)-1100＜V2＜220×Ln(N)-865。
根据本发明的另一方面，所述中心纤芯在633nm处具有0.185和0.215之间的数值孔径
根据本发明的一个方面，所述中心纤芯的外半径R1在15μm和40μm之间。
根据本发明的另一方面，所述工作波长λ在950nm和1310nm之间。
根据本发明的另一方面，所述工作波长λ优选约为1060nm。
根据另一方面，对于包括在950nm和1310nm之间的至少一个波长，所述多模光纤具有大于10000MHz.km的过满注入带宽(OFL-BW)。
本发明还涉及包括如上所述的多模光纤的至少一部分的多模光学系统。这种多模光学系统包括发射器、接收器和如上所述的多模光纤。这种系统优选地是多通道光通信系统，而本发明还涉及单通道光通信系统。
附图说明
参考下面的描述和附图可以更好地理解本发明，这些描述和附图通过示例给出并且不限制保护范围，其中：
图1示出根据本发明实施例的光纤的示例的折射率分布；
图2示出作为N的函数的、根据本发明实施例的光纤的获得超过10000MHz.km的OFL-BW用的沟槽的体积Vtrench的范围；
图3示出针对多个MMF的各模式组的时间延迟的中间值，这些中间值其中之一符合本发明的要求，而其它值不符合。
附图中的组件不一定是按比例的，而重点在于示出本发明的原理。
具体实施方式
贯穿本文，术语工作波长指定所使用的VCSEL(在950nm和1310nm之间的一个或多个波长处以25Gb/s或更高的速率发射的光的VCSEL)的光源所传递的波长。
此外，应注意，过满注入带宽OFL-BW是光源将光均匀地注入到多模光纤的所有模式中的最初标准化的光纤带宽测量方法。通过均匀地注入所有模式组，该测量对光纤的纤芯/包层交界敏感，并且使得能够将优化的纤芯/包层交界与非优化的纤芯/包层交界区分开。
根据本发明的实施例的多模光纤包括被外部光包层包围的中心纤芯。中心纤芯具有(i)外半径R1、(ii)最大折射率n1、(iii)最小折射率n0以及(iv)作为相对于所述中心纤芯的中心的径向距离r的函数的渐变折射率分布n(r)。中心纤芯的最小折射率n0通常还与包层(最常见的是二氧化硅)的折射率相对应。
纤芯和包层形成光纤的玻璃部分。在一些实施例中，包层涂覆有一个或多个涂层(例如丙烯酸酯聚合物)。
图1示出根据本发明的实施例的多模光纤的折射率分布形状，其中该折射率分布形状表示为作为半径的函数的折射率差Dn。如可以观察到的，外半径R1的中心纤芯显示出由以下等式定义的渐变折射率分布n(r)：
其中，并且α在1.96和2.05之间。
纤芯被光包层包围，其中光包层包括直接包围纤芯的凹形折射率的内层。这种沟槽具有内半径R1和外半径R2，并且显示出折射率差Dn2。
本发明的实施例使得能够设计以比850nm更长的波长(优选在950nm和1310nm之间并且优选地在1060nm左右)工作的MMF。为了优化MMF的带宽，根据与MMF在工作波长λ处所引导的模式的数量成比例的标准 来设计位于纤芯-包层交界处的沟槽的体积Vtrench(在本文中也称为V2)以及折射率差Dn2。
沟槽的体积Vtrench可以表示为(以10-3μm2为单位)，其中，Dn2＝(n2-nCl)×1000(以10-3为单位)并且n2是沟槽在工作波长处的最小折射率。
对于1.96和2.05之间的α，15μm和40μm之间的R1，633nm处在0.185和0.215之间的和λ≥950nm，
·Dn2必须满足：-2.2＜Dn2＜0.0，以及
·Vtrench必须满足：220×Ln(N)-1100＜Vtrench＜220×Ln(N)-865，以使得光纤具有大于10000MHz.km的OFL-BW。
下表1公开了根据本发明的实施例的多模光纤的一些示例(示例1～示例17)，示出了根据图1的分布形状。
示例 工作波长 α NA R1 R2 Dn2 Vtrench n1 nref N OFL-BW
(μm) (@633nm) (μm) (μm) (10-3) (10<sup>-3</sup>μm<sup>2</sup>) (MHz.km)
示例1 1060 2.02 0.193 23 25.35 -0.84 -300 1.4623 1.4499 17 19489
示例2 1060 2.02 0.185 23 25.50 -1.03 -391 1.4613 1.4499 16 16251
示例3 1060 2.02 0.205 23 25.00 -1.00 -295 1.4638 1.4499 19 10249
示例4 1060 2.02 0.193 25 27.40 -0.71 -281 1.4623 1.4499 20 18150
示例5 1060 2.02 0.185 25 27.11 -0.98 -339 1.4513 1.4499 18 18423
示例6 950 2.04 0.193 25 26.92 -0.71 -223 1.4637 1.4513 25 18495
示例7 1310 1.98 0.193 25 28.38 -0.88 -500 1.4594 1.4471 13 12991
示例8 1060 2.02 0.205 27 29.50 -0.76 -337 1.4638 1.4499 26 10993
示例9 1060 2.02 0.193 27 28.64 -0.74 -211 1.4623 1.4499 23 17388
示例10 1060 2.02 0.185 27 29.11 -0.85 -316 1.4613 1.4499 21 18389
示例11 1060 2.02 0.2 32 34.50 -0.53 -275 1.4632 1.4499 35 11847
示例12 1060 2.02 0.185 32 33.09 -0.86 -193 1.4613 1.4499 30 19929
示例13 1060 2.02 0.185 35 35.66 -1.08 -158 1.4613 1.4499 36 17697
示例14 1060 2.02 0.2 38 40.32 -0.19 -107 1.4632 1.4499 50 12374
示例15 1060 2.02 0.185 38 40.49 -0.15 -93 1.4613 1.4499 42 22264
示例16 1060 2.02 0.215 15 17.96 -1.42 -435 1.4652 1.4499 9 11568
示例17 1060 2.02 0.185 15 19.00 -1.42 -606 1.4613 1.4499 7 12723
表1
表1的示例1、2和3描述了优化为在工作波长λ＝1060nm附近具有最大带宽的三个MMF，其中纤芯半径为R1＝23μm，并且数值孔径NA在0.185(示例2)～0.205(示例3)之间变化。与MMF所支持的模式的数量成比例的标准N在16(示例2)～19(示例3)之间变化。选择沟槽折射率差(Dn2)和沟槽体积Vtrench以限制包层的效应(即，限制最后的模式组的组速度的增加)，从而获得大于10000MHz.km的OFL-BW。对于示例1的MMF，过满注入带宽OFL-BW因此达到19489MHz.km，对于示例2的MMF，过满注入带宽OFL-BW因此达到16251MHz.km，对于示例3的MMF，过满注入带宽OFL-BW因此达到10249MHz.km。
表1的示例4～示例17公开了根据本发明实施例的多模光纤的其它示例，其中，纤芯半径R1的范围为15μm至38μm，数值孔径NA的范围为0.185至0.215，并且工作波长λ的范围为950nm(示例6)至1310nm(示例7)。可以注意到，标准N越小，纤芯/包层交界处的沟槽体积对N的变化越灵敏。
在纤芯半径R1大幅减小到15μm(参见示例16和示例17)的情况下，特别是在工作波长偏移至950nm及更高的情况下，光纤所支持的模式数量减少。在这种条件下，标准N低于10，并且纤芯/包层几何形状对总带宽的影响增大。示例16和示例17分别示出如下的一些MMF，其中，这些MMF的纤芯半径等于15μm，Vtrench＝-435×10-3μm2(示例16)，Vtrench＝-606×10-3μm2(示例17)，但呈现大于10000MHz.km的OFL-BW。实际上，示例16的多模光纤显示出过满注入带宽OFL-BW＝11568MHz.km，并且示例17的多模光纤显示出过满注入带宽OFL-BW＝12723MHz.km。
下表2示出一些比较例，这些比较例与上表1中的示例相反，均在本发明的范围之外。
示例 工作波长 α NA R1 R2 Dn2 Vtrench n1 nref N OFL-BW
(μm) (@633nm) (μm) (μm) (10-3) (10<sup>-3</sup>μm<sup>2</sup>) (MHz.km)
示例1c 1060 2.02 0.205 23 23.75 -0.98 -108 1.4638 1.4499 19 7863
示例2c 1060 2.02 0.205 23 24.00 -2.94 -434 1.4638 1.4499 19 2325
示例3c 1060 2.02 0.205 23 24.75 -2.94 -772 1.4638 1.4499 19 1786
示例4c 1060 2.02 0.205 25 26.90 -1.47 -455 1.4638 1.4499 23 5416
示例5c 1060 2.02 0.215 32 33.30 -1.47 -392 1.4652 1.4499 41 5187
示例6c 1060 2.02 0.215 32 32.80 0.49 80 1.4652 1.4499 41 6548
示例7c 1060 2.02 0.212 15 18.90 -1.96 -814 1.4648 1.4499 9 3227
示例8c 1060 2.02 0.212 15 16.50 -2.45 -364 1.4648 1.4499 9 3511
示例9c 1060 2.02 0.185 15 19.50 -1.47 -717 1.4613 1.4499 7 7692
表2
图2表示作为标准N的函数的、针对根据本发明实施例的光纤的获得10000MHz.km的OFL-BW用的沟槽的体积Vtrench(以10-3μm2为单位)的范围。虚线示出无论工作波长λ如何，只要大于950nm，则对于α在1.96和2.05之间、纤芯半径R1在15μm和40μm之间、数值孔径NA在0.185和0.215之间的多模光纤而言，作为N的函数的沟槽的体积Vtrench的下限和上限。
此外，将表1中列出的多模光纤的示例1～示例17以黑点的形式添加到图2上。如可以观察到的，所有相应的黑点均包括在Vtrench的下限和上限之间，这是因为表1的所有示例均满足标准：220×Ln(N)-1100<Vtrench<220×Ln(N)-865。
表2的比较例1c至9c作为三角形也绘制在图2上。除了比较例2c和8c以外，大多数三角形落在允许的体积Vtrench的范围之外。然而，比较例2c和8c的多模光纤也在本发明的实施例的范围之外，这是由于比较例2c和8c的多模光纤呈现沟槽的折射率差Dn2<-2.2×10-3。
如在表2中可以观察到的，比较例1c、2c和3c呈现与表1的实施例3相同的数值孔径NA＝0.205、α＝2.02和纤芯半径R1＝23μm(因此相同的标准值N＝19)。然而，示例1c、2c和3c的三个多模光纤均具有与示例3相比更低的带宽性能。
注意，低阶模式组在纤芯的中心附近行进，而高阶模式组更靠近纤芯-包层交界处行进。为了减少模式色散DMD，并由此增加光纤的带宽，经由光纤行进的模式组的时间延迟的差必须尽可能小。根据本发明的实施例，仔细地设计沟槽的体，这使得能够修改纤芯-包层交界附近的模式组的时间延迟。
选择示例3的沟槽尺寸(即沟槽体积和沟槽折射率)，以使纤芯/包层交界的影响最小化。如可以在图3上观察到的，只有示例3的最后一个模式组与其它模式组相比具有大幅缩短的时间延迟，其中图3示出例如表1的示例3以及表2的比较例1c、2c和3c的(以模式组编号表示的)各模式组的(以ps/m为单位表示的)时间延迟的中间值。
比较例1c具有与示例3(Vtrench＝-295)相比(在绝对值方面)更小的沟槽体积(Vtrench＝-108)。与最低阶模式组相比，三个最后(即高阶)模式组(即模式组n°11、n°12和n°13)的时间延迟大幅缩短。
作为比较例1c的小沟槽体积Vtrench的结果，由于三个最后模式组的大幅缩短的时间延迟，因此比较例1c的多模光纤的OFL-BW低于10000MHz.km。
比较例2c具有足以补偿纤芯/包层交界的沟槽体积(Vtrench＝-434(以10-3μm2为单位))。但是沟槽折射率过低(Dn2＝-2.94)，并且不满足本发明的实施例中所述的标准(-2.2<Dn2<0.0)。尽管最后模式组(模式组n°13)与比较例3和1c相比的时间延迟差大幅缩短，但最后四个模式组(即模式组n°10、n°11、n°12和n°13)均受到沟槽干扰。因此，尽管模式组之间的时间延迟的差不是很高，但是受沟槽影响的大量模式组对带宽具有负面影响，使得过满注入带宽OFL-BW减小到～2300MHz.km。
在比较例3c中，沟槽体积和沟槽深度均太大。实际上，如在表2中可以看出，Vtrench＝-772(以10-3μm2为单位))并且Dn2＝-2.94(以10-3为单位)。结果，最后四个模式组(即模式组n°10、n°11、n°12和n°13)受到沟槽的太多干扰，并且OFL-BW进一步减小到～1700MHz.km。
比较例4c、5c和6c示出纤芯半径等于25μm(示例4c)和32μm(示例5c和6c)的一些MMF。关于比较例4c和5c，根据标准N，沟槽体积过大：图2上绘出的相应的三角形低于针对Vtrench设置的下限。关于比较例6c，根据标准N，沟槽体积过小：图2上绘出的相应的三角形高于针对Vtrench设置的上限。
比较例7c、8c和9c还示出纤芯半径等于15μm的一些MMF。关于比较例7c和9c，根据标准N，沟槽体积过大：图2上绘出的相应三角形低于针对Vtrench所设置的下限。关于比较例8c，尽管沟槽体积满足标准220×Ln(N)-1100<Vrench<220×Ln(N)-865，但沟槽的折射率差Dn2仍过低(Dn2＝-2.45(以10-3为单位))。
本发明的实施例中所设置的标准使得能够在950nm和1310nm之间的工作波长处将多模光纤的OFL带宽增加到10000MHz.km以上。将沟槽的体积Vtrench的最小和最大可接受值与参数N关联的关系220×Ln(N)-1100<Vtrench<220×Ln(N)-865使得能够容易地设计最佳沟槽体积，并且限定最佳纤芯/包层几何形状，而与纤芯大小和工作波长无关。

Claims (7)

1.一种多模光纤，其包括被外光包层包围的中心纤芯，所述中心纤芯具有(i)外半径R1、(ii)最大折射率n1、(iii)最小折射率n0和(iv)渐变折射率分布n(r)，其中所述渐变折射率分布n(r)是相对于所述中心纤芯的中心的径向距离r的函数，
所述中心纤芯的所述渐变折射率分布n(r)由以下等式定义：
其中，α在1.96和2.05之间，并且α是表示折射率分布的形状的无量纲参数，n0和n1为工作波长为λ的情况下的n0和n1，
所述中心纤芯的N值在7和52之间，其中N由下式定义：
其中λ为工作波长，λ≥950nm，
所述光包层包括包围所述多模光纤的纤芯的被称为沟槽的具有凹形折射率n2的区域，所述沟槽具有内半径R1、外半径R2、相对于所述光包层的外边缘处的折射率ncl的折射率差Dn2以及体积V2，其中R2>R1，n2和ncl是工作波长为λ的情况下的n2和ncl，Dn2＝(n2-nCl)×1000，以及其中Dn2是以10-3为单位，并且V2是以10-3μm2为单位，
所述沟槽满足以下标准：
-2.20＜Dn2＜0.0
以及
220×Ln(N)-1100＜V2＜220×Ln(N)-865。
2.根据权利要求1所述的多模光纤，其中，所述中心纤芯在633nm处具有0.185和0.215之间的数值孔径
3.根据权利要求1或2所述的多模光纤，其中，所述中心纤芯的外半径R1在15μm和40μm之间。
4.根据权利要求1或2所述的多模光纤，其中，所述工作波长λ在950nm和1310nm之间。
5.根据权利要求4所述的多模光纤，其中，所述工作波长λ为1060nm。
6.根据权利要求1或2所述的多模光纤，其中，对于包括在950nm和1310nm之间的至少一个波长，所述多模光纤具有大于10000MHz.km的过满注入带宽即OFL-BW。
7.一种多模光学系统，其包括根据权利要求1至6中任一项所述的多模光纤。
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