CN107960119B - 用于多模和单模传输的光纤 - Google Patents

用于多模和单模传输的光纤 Download PDF

Info

Publication number
CN107960119B
CN107960119B CN201680037240.6A CN201680037240A CN107960119B CN 107960119 B CN107960119 B CN 107960119B CN 201680037240 A CN201680037240 A CN 201680037240A CN 107960119 B CN107960119 B CN 107960119B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
refractive index
region
relative refractive
cladding region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680037240.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107960119A (zh
Inventor
S·R·别克汉姆
D·C·布克班德
李明军
P·坦登
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Corning Inc
Original Assignee
Corning Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Corning Inc filed Critical Corning Inc
Publication of CN107960119A publication Critical patent/CN107960119A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107960119B publication Critical patent/CN107960119B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/028—Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index
    • G02B6/0288—Multimode fibre, e.g. graded index core for compensating modal dispersion
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02004—Optical fibres with cladding with or without a coating characterised by the core effective area or mode field radius
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02395—Glass optical fibre with a protective coating, e.g. two layer polymer coating deposited directly on a silica cladding surface during fibre manufacture
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/028—Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index
    • G02B6/0281—Graded index region forming part of the central core segment, e.g. alpha profile, triangular, trapezoidal core
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
    • G02B6/03616—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference
    • G02B6/03622—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 2 layers only
    • G02B6/03627—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 2 layers only arranged - +
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
    • G02B6/03616—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference
    • G02B6/03638—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 3 layers only
    • G02B6/0365—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 3 layers only arranged - - +
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2581—Multimode transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

用于光学数据连接件的多模耦合光纤具有如下特征：对于硅光子学激光器、VCSEL、单模传输光纤、多模传输光纤和高速接收器具有低耦合损耗。耦合光纤包括：纤芯、任选的内包层区域、凹陷折射率包层区域、和外包层区域。耦合光纤的相对折射率分布包括：具有α分布的纤芯区域，和促进了低弯曲损耗和高带宽的凹陷折射率包层区域。所述纤芯区域具有10‑20μm的外半径r1，以及所述凹陷折射率包层区域具有11‑20μm的内半径r2，14‑24μm的外半径r3，和‑0.8％至‑0.1％的相对折射率Δ3。耦合光纤的模场直径与标准单模传输光纤良好地匹配，并且耦合光纤的聚光率足够高，从而与多模传输光纤高效耦合。

Description

用于多模和单模传输的光纤
本申请根据35U.S.C.§119，要求2015年06月23日提交的美国临时申请系列第62/183,252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。
技术领域
本公开属于用于集成光学系统的光纤。更具体来说，本说明书属于涉及用于使得硅光子中所用的芯片和器件有效耦合的光纤。最具体来说，本说明书属于多模光纤，其具有低弯曲损耗的特征，并且与光学信号的传输和接收中所用的光源、波导、其他光纤和检测器有效耦合。
背景技术
对于更大带宽和更高数据传输速率的需求激发了开发下一代信息储存和传输平台的努力。广泛地相信光信息系统会为如今的基于微电子的系统提供优异的性能。基于硅光子的集成光学系统是微电子系统的领先替代技术。硅光子与标准CMOS技术和WDM(波分复用)接口，将电信号转变为光学信号，传输光学信号，并将光学信号重新转变为电信号。在分解系统中，单元之间的信号传输在提供了高带宽和高数据传输速率的光学连接之间进行。
光纤与收发器之间的低损耗耦合对于数据中心和高性能计算机应用是关键挑战。为了有效地运行，需要使得到达和离开用于集成光系统中的光学连接件和器件的光学信号传输损耗最小化。需要用于系统中的光源、芯片、波导、光纤和接收器以及用于传递光学信号的连接件之间的光学信号的有效耦合。
特别感兴趣的是光学信号与用于硅光子技术平台中的组件的有效耦合。硅光子中的典型光学数据连接件包括：形成在硅基材中或其上的光源，其产生收录了数据的光学信号，用于传输光学信号的光纤，以及用于接收光学信号的检测器，其中，检测器形成在硅基材中或其上。光源和检测器是“芯片上”器件，需要芯片与互联光传输光纤之间的光学信号的有效耦合，以实现该技术平台。含光源的芯片在本文中可以被称作传输芯片，并且还可以包括用于接收电信号和将电信号转变为光学信号的器件。含检测器的芯片在本文中可以被称作接收芯片，并且还可以包括用于将光学信号转变为电信号的器件。
已经提出了多种技术来改善光纤与传输和接收芯片的耦合。大多数技术使用透镜和光转向元件来形成用于光学数据传输的传输光纤与传输和接收芯片之间的光学桥接。但是，迄今为止，进展是有限的，并且证明实现小于2dB的耦合损耗是艰巨的挑战。需要一种新的技术来改善光学信号系统中的组件之间的耦合效率。
发明内容
用于光学数据连接件的多模耦合光纤具有如下特征：对于硅光子激光器、VCSEL、单模传输光纤、多模传输光纤和高速接收器具有低耦合损耗。耦合光纤改善了光学数据加工和传输系统中所用的传输光纤与芯片、光源和检测器之间的耦合效率。耦合光纤还提供了高带宽和低弯曲损耗，使得其适合用作多模传输光纤。特别感兴趣的是使用耦合光纤来实现传输光纤与基于芯片的光源和检测器之间的低损耗耦合。
耦合光纤是多模光纤，其具有设计成使得与光纤、传输光纤和检测器的耦合效率最大化的折射率分布。耦合光纤包括：纤芯、任选的内包层区域、凹陷折射率包层区域、和外包层区域。耦合光纤的相对折射率分布包括：具有α分布的纤芯区域，和促进了低弯曲损耗和高带宽的凹陷折射率包层区域。耦合光纤的模场直径与标准单模传输光纤良好地匹配，并且耦合光纤的聚光率(etendue)足够高，从而与多模传输光纤高效耦合。
本说明书延伸至：
多模光纤，其包含：
纤芯区域，所述纤芯区域具有10-20μm的外半径r1和由如下关系式限定的相对折射率分布：
Figure BDA0001522485350000021
以及
与所述纤芯区域相邻的包层，所述包层包括：凹陷折射率包层区域，其具有：11-20μm的内半径，14-24μm的外半径r3，和-0.8％至-0.1％的相对折射率Δ3；
其中，所述纤芯区域和所述包层形成波导，其在1310nm处支持基模和至少一个更高阶模式，以及所述光纤在1310nm处具有至少1.5GHz-km的有效模带宽。
本说明书延伸至：
多模光纤，其包含：
纤芯区域，所述纤芯区域具有10-20μm的外半径r1和由如下关系式限定的相对折射率分布：
Figure BDA0001522485350000031
以及
与所述纤芯区域相邻的包层，所述包层包括：凹陷折射率包层区域，其具有：11-20μm的内半径，14-24μm的外半径r3，和-0.8％至-0.1％的相对折射率Δ3；
其中，所述纤芯区域和所述包层形成波导，其在1550nm处支持基模和至少一个更高阶模式，以及所述光纤在1550nm处具有至少1.5GHz-km的有效模带宽。
本说明书延伸至：
光学数据连接件，其包括：
发射器，所述发射器包括光源，所述光源提供光；以及
第一多模光纤，其以可操作的方式与所述发射器相连，所述第一多模光纤从所述光源接收所述光，所述多模光纤包括：
纤芯区域，所述纤芯区域具有10-20μm的外半径r1和由如下关系式限定的相对折射率分布：
Figure BDA0001522485350000032
以及
与所述纤芯区域相邻的包层，所述包层包括：凹陷折射率包层区域，其具有：11-20μm的内半径，14-24μm的外半径r3，和-0.8％至-0.1％的相对折射率Δ3；
其中，所述第一多模光纤的所述纤芯区域和所述包层形成波导，其在1310nm处支持基模和至少一个更高阶模式，以及所述光纤在1310nm处具有至少1.5GHz-km的有效模带宽。
本说明书延伸至：
光学数据连接件，其包括：
发射器，所述发射器包括光源，所述光源提供光；以及
第一多模光纤，其以可操作的方式与所述发射器相连，所述第一多模光纤从所述光源接收所述光，所述多模光纤包括：
纤芯区域，所述纤芯区域具有10-20μm的外半径r1和由如下关系式限定的相对折射率分布：
Figure BDA0001522485350000041
以及
与所述纤芯区域相邻的包层，所述包层包括：凹陷折射率包层区域，其具有：11-20μm的内半径，14-24μm的外半径r3，和-0.8％至-0.1％的相对折射率Δ3；
其中，所述第一多模光纤的所述纤芯区域和所述包层形成波导，其在1550nm处支持基模和至少一个更高阶模式，以及所述光纤在1550nm处具有至少1.5GHz-km的有效模带宽。
在以下的详细描述中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域技术人员而言是容易理解的，或通过实施文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。
应理解，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。
所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图是对本说明书所选择方面的示意，并且与说明书一起用来对属于本说明书的方法、产品和组合物的原理与操作进行解释。附图中所示的特征是所选择的本文的实施方式的示意，不必按比例绘制。
附图说明
尽管说明书以及权利要求书得出结论并具体指出和明确要求保护本说明书的主题，但是相信结合附图，能够更好地理解以下说明书，其中：
图1显示包括发射器、光传输光纤和接收器的光学数据连接件。
图2显示包括发射器、光传输光纤、接收器和两个耦合光纤的光学数据连接件。
图3显示耦合光纤的横截面图，所述耦合光纤具有纤芯区域、内包层区域、凹陷折射率包层区域、和外包层区域。
图4显示耦合光纤的横截面图，所述耦合光纤具有纤芯区域、凹陷折射率包层区域、和外包层区域。
图5显示耦合光纤的相对折射率分布，所述耦合光纤具有纤芯区域、内包层区域、凹陷折射率包层区域、和外包层区域。
图6显示耦合光纤的相对折射率分布，所述耦合光纤具有纤芯区域、凹陷折射率包层区域、和外包层区域。
图7显示对比耦合光纤与两个根据本说明书所选定的耦合光纤的相对折射率分布。
图8对比了对于标准单模传输光纤和根据本说明书选定的耦合光纤在1310nm处的LP01模式的光场强度。
图9显示对于根据本说明书选定的耦合光纤和对比耦合光纤，在1310nm处的不同模式组的相对时间延迟。
图中所示的实施方式的性质为举例说明，不是用来限定详细说明或权利要求的范围。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特征。
具体实施方式
下面将详细参见本说明书的示意性实施方式。
下面给出所选择的本文所用术语的解释：
本文所记录的选定测量可以表述为微米或平方微米的单位。单位“微米”也可表述为“μm”或“um”。类似地，单位“平方微米”也可表述为“μm2”、“um2”或“微米平方”错误！未找到引用源。。
“径向位置”或者径向坐标“r”指的是相对于光纤的中心线(r＝0)的径向位置。
“折射率分布”是折射率或相对折射率与光纤半径之间的关系。对于本文所示的在相邻纤芯和/或包层区域之间具有阶梯式边界的相对折射率分布，处理条件的正常变化可排除在相邻区域的界面处获得锋利阶梯式边界。要理解的是，虽然本文可能将折射率分布的边界显示为折射率的阶梯式变化，但是实际上，边界可能是圆化的或者任意其他方式偏离完美阶梯式功能特性。还要理解的是，在纤芯区域和/或任意包层区域内，相对折射率值可能随着径向位置发生变化。当在光纤的特定区域(纤芯和/或任意包层区域)内，相对折射率随着径向位置发生变化时，它可以用其实际或近似的函数依赖性，或其在区域内的特定位置的值进行表示，或者以适用于该区域整体的平均值进行表示。除非另有说明，否则如果区域(纤芯和/或任意包层区域)的相对折射率表述为单值，则要理解的是，区域内的相对折射率是恒定或者近似恒定的，并且对应该单值，或者该单值表示依赖于区域内的径向位置的非恒定的相对折射率的平均值。无论是通过设计还是正常制造变化的结果，相对折射率对于径向位置的依赖性可能是倾斜的、弯曲的、或者任意其他方式非恒定的。
如本文所用，“相对折射率”如等式1所定义：
Figure BDA0001522485350000061
除非另外说明，否则式中ni是半径ri处的折射率；以及除非另外说明，否则nref是纯二氧化硅玻璃的折射率。因此，如本文所用，相对折射率百分数是相对于纯二氧化硅玻璃的。除非另有说明，否则，如本文所用的相对折射率用Δ(或“Δ”)或者Δ％(或“Δ％”)表示，其数值的单位是“％”。相对折射率也可表示为Δ(r)或Δ(r)％。
光纤的一个区域的平均相对折射率(Δ平均)由等式2决定：
Figure BDA0001522485350000071
式中，r内是该区域的内半径，r外是该区域的外半径，以及Δ(r)是该区域的相对折射率。
术语“α分布”指的是相对折射率分布Δ(r)，其具有等式(3)所限定的函数形式：
Figure BDA0001522485350000072
式中，ro是Δ(r)为最大值的径向位置，Δ(r0)>0，rz>r0是Δ(r)为零的径向位置，r的范围是ri≤r≤rf，其中，ri是α-分布的起始径向位置，rf是α-分布的最终径向位置，以及α是实数。在本文中，α-分布的Δ(r0)可以被称作Δ最大值，或者当指的是光纤的具体区域i时，称作Δi,最大值。当光纤纤芯区域的相对折射率分布用α-分布描述时，且r0位于中心线(r＝0)以及rz对应纤芯区域的外半径r1，等式3简化为等式3'：
Figure BDA0001522485350000073
光纤的“聚光率”由等式4定义：
Figure BDA0001522485350000074
其中，r1是光纤的纤芯半径，以及NA是光纤的数值孔径。
术语“模”指的是导模。单模光纤是如下光纤：其设计成在光纤的显著长度(例如，至少数米)上仅支持单模，但是在某些情况下，能够在短距离(例如，数十微米)支持多模。多模光纤是如下光纤：其设计成在光纤的显著长度上支持基模和至少一种更高阶模。
耦合光纤的运行波长λ是耦合光纤运行的波长。运行波长对应于导模的波长。代表性运行波长包括1310nm和1550nm，其常用于包含本文所揭示耦合光纤类型的电信系统和光学数据连接件。虽然对于耦合光纤可能指定特定的运行波长，但是要理解的是，特定的耦合光纤可以运行在多个运行波长和/或运行在连续的运行波长范围上。诸如带宽和模场直径之类的特性可能随着运行波长发生变化，以及特定耦合光纤的相对折射率分布可以设计成在特定运行波长、运行波长的特定组合、或者运行波长的特定连续范围上提供最佳性能。
光纤的“模场直径”或“MFD”由等式5定义：
Figure BDA0001522485350000081
其中，f(r)是导光学信号的电场分布的横向分量，r是光纤中的径向位置。“模场直径”或“MFD”依赖于光学信号的波长，并且在本文中记录的是1310nm和1550nm波长的情况。当本文涉及模场直径时，会具体指出波长。除非另有说明，否则模场直径指的是具体波长处的LP01模式。
两个光纤之间的拼接损耗可以基于互联光纤中的LP01模式的光场振幅的重叠积分，采用如下等式计算：
Figure BDA0001522485350000082
式中，
Figure BDA0001522485350000083
是第一光纤的光场振幅，以及
Figure BDA0001522485350000084
是第二光纤的光场振幅。对于单模光纤的耦合损耗的评估，我们假定单模光纤具有圆化的阶梯状折射率纤芯，α为12，半径为4.7um，以及最大相对折射率为0.35％。对于该单模光纤以及例如本文所述的那些光纤，折射率分布的光场振幅可以采用数种市售可得软件包中的一种进行计算，例如Optiwave、BeamPROP或VPIphotonics。
本文的耦合光纤包括纤芯区域和围绕纤芯区域的包层区域。包层区域可包含内包层区域和外包层区域。包层还可包含凹陷折射率包层区域。凹陷折射率包层区域是相对折射率低于相邻的内包层区域和/或外包层区域的包层区域。凹陷折射率包层区域在本文中也可称作凹槽或者凹槽区域。凹陷折射率包层区域可围绕内包层区域和/或被外包层区域围绕。凹陷折射率包层区域可以起到降低弯曲损耗的作用。
无论何时，本文所用的半径r1和相对折射率Δ1(r)涉及纤芯区域，半径r2和相对折射率Δ2(r)涉及内包层区域，半径r3和相对折射率Δ3(r)涉及凹陷折射率包层区域，半径r4和相对折射率Δ4(r)涉及外包层区域，以及半径r5涉及涂层。要理解的是，中心纤芯区域是基本圆柱形形状，以及围绕的内包层区域、凹陷折射率包层区域、外包层区域和涂层是基本环状形状。环状区域可以用内半径和外半径进行表征。在本文中，径向位置r1、r2、r3、r4和r5分别涉及纤芯区域、内包层区域、凹陷折射率包层区域、外包层区域和涂层的最外半径。
当两个区域相互直接相邻时，两个区域中靠内那个的外半径与两个区域中靠外那个的内半径是一致的。例如，在一个实施方式中，光纤包括凹陷折射率包层区域，其被外包层区域围绕且直接相邻。在该实施方式中，半径r3对应凹陷折射率包层区域的外半径和外包层区域的内半径。在相对折射率分布包括与内包层区域相邻的凹陷折射率包层区域的实施方式中，径向位置r2对应内包层区域的外半径和凹陷折射率包层区域的内半径。在相对折射率分布包括与纤芯直接相邻的凹陷折射率包层区域的实施方式中，径向位置r1对应纤芯的外半径和凹陷折射率包层区域的内半径。
以下术语应用于相对折射率分布包括内包层区域的实施方式。径向位置r2与径向位置r1之差在本文可以被称作内包层区域的厚度。径向位置r3与径向位置r2之差在本文可以被称作凹陷折射率包层区域的厚度。径向位置r4与径向位置r3之差在本文可以被称作外包层区域的厚度。
以下术语应用于相对折射率分布不含内包层区域的实施方式。径向位置r3与径向位置r1之差在本文可以被称作凹陷折射率包层区域的厚度。径向位置r4与径向位置r3之差在本文可以被称作外包层区域的厚度。
如下文进一步详述，纤芯区域、内包层区域、凹陷折射率包层区域和外包层区域的相对折射率可以是不同的。每个区域可分别由二氧化硅玻璃或者基于二氧化硅的玻璃形成。可以采用本领域技术人员已知的技术，通过结合正掺杂剂或负掺杂剂，结合的水平设计成提供目标折射率或折射率分布，从而完成折射率的变化。正掺杂剂是增加了玻璃相对于未掺杂的玻璃组合物的折射率的掺杂剂。负掺杂剂是降低了玻璃相对于未掺杂的玻璃组合物的折射率的掺杂剂。在一个实施方式中，正掺杂剂是纯二氧化硅玻璃。当未掺杂的玻璃是纯二氧化硅玻璃时，正掺杂剂包括Cl、Br、Ge、Al、P、Ti、Zr、Nb、和Ta，以及负掺杂剂包括F和B。可以通过不掺杂或者以均匀的浓度进行掺杂，来形成恒定折射率的区域。可以通过掺杂剂的不均匀空间分布，来形成变化的折射率的区域。
耦合光纤还可包括环绕了包层区域的第一涂层和环绕了第一涂层的第二涂层。可以对第一和第二涂层进行选择，以保护纤芯和包层的机械完整性，并且使得外部机械扰动对于光纤中引导的光学信号特性的影响最小化。第一和第二涂层可确保由于弯曲和其他扰动作用力所导致的损耗的最小化。
耦合光纤可以仅包括围绕了包层区域的单涂层。可以对涂层进行选择，以保护纤芯和包层的机械完整性，并且使得外部机械扰动对于光纤中引导的光学信号特性的影响最小化。该涂层也可确保由于弯曲和其他扰动作用力所导致的损耗的最小化。
本说明书提供了一种耦合光纤，其改善了光学数据加工和传输系统中所用的传输光纤与芯片、光源和检测器之间的耦合效率。耦合光纤还提供了高带宽和低弯曲损耗，使得其适合用作多模传输光纤。
耦合光纤是多模光纤，其具有设计成使得与光源、传输光纤和检测器的耦合效率最大化的折射率分布。特别感兴趣的是使用耦合光纤来实现传输光纤与基于芯片的光源和检测器之间的低损耗耦合。
图1显示代表性光学数据连接件，其可用于数据中心的数据传输、高性能计算和其他应用。光学数据连接件100包括发射器110、传输光纤120和接收器130。发射器110包括产生光学信号的光源。光学信号收录、编录或者任意其他方式存在信号或数据。光源包括激光和二极管。代表性光源包括硅光子激光器和VCSEL(垂直腔体表面发射激光器)。在一个实施方式中，以芯片实现发射器110，例如与硅光子技术平台相容的硅芯片。发射器110还可包括用于接收电信号的器件，并且其使得光源构造成产生对应电信号的光学信号。
传输光纤120与发射器110互联，并且接收由光源产生的光学信号。传输光纤120可以直接从光源接收光学信号。或者，光源可以与波导(例如，芯片上波导)耦合，以及波导可以与传输光纤120耦合。传输光纤120将光学信号传递到接收器130。传输光纤120可以是单模光纤或者多模光纤。在一个实施方式中，传输光纤120是基于二氧化硅的光纤，其包括较高折射率的基于二氧化硅的纤芯和较低折射率的基于二氧化硅的包层。
接收器130从传输光纤120接收光学信号。接收器130包括检测器，例如，光检测器，其提供光学信号的输出特性。检测器响应光学信号的波长。检测器可以将光学信号转变成电信号，所述电信号的电流或电压与光学信号成比例或者任意其他方式具有光学信号的特性。在一个实施方式中，以芯片实现接收器130，例如与硅光子技术平台相容的硅芯片。接收器130可以直接从传输光纤120接收信号，或者可以经由波导(例如，芯片上波导)从传输光纤120间接接收信号。
在图1所述的光学数据连接件中，发射器110产生光，传输光纤120与发射器110以可运行方式连接并且接收由发射器110产生的光，以及接收器130与传输光纤120以可运行方式连接并且从传输光纤120接收光。
为了成为可行的商业技术，光学数据连接件需要高效地产生、传输和检测光学信号。在发射器与传输光纤之间的接合处以及传输光纤与接收器之间的接合处的光学信号强度损耗是特别成问题的。重要的考虑包括使得光源与传输光纤有效耦合以及使得传输光纤与检测器有效耦合。
本公开提供了一种耦合光纤，其促进了来自光源的光学信号到传输光纤的有效传输，以及从传输光纤到检测器的有效传输。耦合光纤可以在光源(或发射器)与传输光纤之间的接合处和/或传输光纤与检测器(或接收器)之间的接合处插入。图2显示在每个连接处，将耦合光纤插入光学数据连接件中的实施方式。光学数据连接件150包括：发射器110、传输光纤120、接收器130、耦合光纤140和耦合光纤145。耦合光纤140放在发射器110与传输光纤120之间，并且促进了来自发射器110的光源的光与传输光纤120的有效耦合。耦合光纤145放在传输光纤120与接收器130之间，并且促进了来自传输光纤120的光与接收器130的检测器的有效耦合。
在图2所示的光学数据连接件中，发射器110包括光源并且产生光，耦合光纤140以可运行的方式与发射器110连接。耦合光纤140接收发射器110产生的光并将其传输到传输光纤120。传输光纤120以可运行的方式与耦合光纤140连接，接收通过耦合光纤140传输的光并将其传输到耦合光纤145。耦合光纤145以可运行的方式与传输光纤120连接。耦合光纤145接收由传输光纤120传输的光并将其传输到接收器130。接收器130以可运行的方式与耦合光纤145连接并且接收通过耦合光纤145传输的光。
如图3所示的是耦合光纤的玻璃部分的横截面示意图。耦合光纤10包括纤芯区域20和包层区域30。包层区域30包括：内包层区域31、凹陷折射率包层区域33、和外包层区域35。内包层区域31是任选的，并且可以如图4所示的光纤15那样忽略。耦合光纤10和15还可包括一层或多层涂层，例如第一涂层和第二涂层。
在一个实施方式中，耦合光纤包括：被内包层区域围绕的纤芯，围绕了内包层区域的凹陷折射率包层区域，和围绕了凹陷折射率包层区域的外包层区域。内包层区域可以与纤芯直接相邻，凹陷折射率包层区域可以与内包层区域直接相邻，以及外包层区域可以与凹陷折射率包层区域直接相邻。在另一个实施方式中，耦合光纤不含内包层区域，并且其包括：围绕了纤芯的凹陷折射率包层区域，和围绕了凹陷折射率包层区域的外包层区域。凹陷折射率包层区域可以与纤芯区域直接相邻，以及外包层区域可以与凹陷折射率包层区域直接相邻。
图5呈现的是耦合光纤的玻璃部分(纤芯和包层区域)的代表性相对折射率分布。图5显示耦合光纤40的矩形凹槽分布，所述耦合光纤40具有：纤芯区域(1)，所述纤芯区域(1)具有外半径r1和相对折射率Δ1；内包层区域(2)，所述内包层区域(2)从径向位置r1延伸到径向位置r2并且具有相对折射率Δ2；凹陷折射率包层区域(3)，所述凹陷折射率包层区域(3)从径向位置r2延伸到径向位置r3并且具有相对折射率Δ3；以及外包层区域(4)，所述外包层区域(4)从径向位置r3延伸到径向位置r4并且具有相对折射率Δ4。在图5的分布中，凹陷折射率包层区域(3)可以在本文中称作凹槽并且可以具有恒定的折射率，该折射率小于内包层区域(2)和外包层区域(4)的折射率。纤芯区域(1)在分布中具有最高相对折射率。纤芯区域(1)可以在中心线或者靠近中心线处具有较低折射率区域(现有技术中已知为“”中心线下沉”)(未示出)。应注意的是，内包层区域(2)是任选的，并且如上文所述，可以消除该内包层区域(2)。当内包层区域(2)消失时，凹陷折射率包层区域(3)与纤芯区域(1)直接相邻，如图6的耦合光纤45所示。
在图5和6所示的实施方式中，耦合光纤的纤芯区域具有通过α-分布表述的相对折射率。α-分布的径向位置r0(对应Δ1最大值)可以对应光纤的中心线(r＝0)或者可以对应靠近光纤的中心线的径向位置，以及α-分布的径向位置rz可以对应纤芯半径r1。
在图5中，从内包层区域(2)到凹陷折射率包层区域(3)的过渡区域42以及从凹陷折射率包层区域(3)到外包层区域(4)的过渡区域44显示为阶梯状变化。要理解的是，阶梯状变化是理想化的，在实践中，过渡区域42和过渡区域44可能不是如图5所示的严格垂直的情况。相反地，过渡区域42和过渡区域44可以具有斜率或者曲率。当过渡区域42和过渡区域44不是垂直的情况时，凹陷折射率包层区域(3)的内半径r2和外半径r3分别对应过渡区域42和44的中点。中点对应凹陷折射率包层区域(3)的深度47的一半处。当过渡区域46和48具有斜率或者曲率时，类似的解释适用于如图6所示的光纤45。
在如图5所示的相对折射率分布中的相对折射率Δ1、Δ2、Δ3和Δ4的相对次序满足如下条件：Δ1最大值>Δ4>Δ3且Δ1最大值>Δ2>Δ3。Δ2和Δ4的值可以相等或者一个比另一个大，但是Δ2和Δ4都在Δ1最大值与Δ3之间。在如图6所示的相对折射率分布中的相对折射率Δ1、Δ3和Δ4的相对次序满足如下条件：Δ1最大值>Δ4>Δ3。
将耦合光纤的相对折射率分布设计成使得光学数据连接件中的耦合效率最优化。以下描述与常用于光学数据连接件中的光源、传输光纤和检测器相关的选定特性。呈现了用于提供有效光学耦合的耦合光纤的这些特性、示例性相对折射率分布和参数的如下描述。
单模和多模VCSEL(垂直腔体表面发射激光器)是用于硅光子应用的诱人光源。单模VCSEL通常具有范围为0.10-0.15的数值孔径(NA)、直径约为10um的斑尺寸、和数个平方微米的聚光率。多模VCSEL通常具有范围为0.20-0.30的数值孔径(NA)、直径范围是10-30um的斑尺寸、和约为10μm2的聚光率。单模和多模VSCEL的数值孔径和斑尺寸分别与常用单模和多模传输光纤良好地匹配，但是耦合损耗严重取决于对准情况，并且VCSEL与单模光纤的精确对准是具有挑战性的。
硅光子激光器是多模光源，其具有最高至0.4的数值孔径(NA)，直径范围为4-10um的斑尺寸，和数平方微米的聚光率。类似于VSCEL，硅光子激光器的光学参数与对于常见多模传输光纤端有效耦合一致，经受对准限制。由于硅光子波导的高NA，对于角度不对准的灵敏性通常是高的。
单模传输光纤通常在1310nm具有约8um的纤芯直径，以及在1310nm具有0.12的数值孔径(NA)。多模传输光纤通常具有约50um的纤芯直径、0.20的数值孔径(NA)、和约75μm2的聚光率。
运行在25Gb/s或更高情况下的高速光学接收器通常包括Ge光二极管(p-i-n器件)，其通常具有25-35μm的用于接收光的孔。当在具有标准50um多模传输光纤的光学数据连接件中采用Ge光二极管时，Ge光二极管的孔的过填充成为问题。过填充不仅导致高的耦合损耗，并且还导致背反射，其具有破坏光源的可能性。
本文的耦合光纤的相对折射率分布设计成与光学数据连接件中通常所含的光源、传输光纤和检测器有效耦合。耦合光纤是多模光纤，其具有高数值孔径(NA)，位于单模和多模传输光纤的典型纤芯直径之间的纤芯直径，以及高带宽。耦合光纤的模场直径(MFD)与单模传输光纤紧密匹配，从而使得与单模光纤的耦合损耗最小化，并且与此同时，耦合光纤的聚光率足够高，从而与多模传输光纤有效耦合。同时提供对于单模和多模光纤这两者的低损耗耦合的能力实现了将耦合光纤用于单模情况或多模情况。耦合光纤的高聚光率和高数值孔径(NA)确保了与单模VCSEL、多模VCSEL、单模硅光子激光器和多模硅光子激光器的有效耦合。耦合光纤的纤芯直径足够小，从而使得高速Ge光检测器的孔的过填充最小化。耦合光纤还具有高带宽的特征，这实现了将其用作多模传输光纤。
耦合光纤的相对折射率分布包括凹陷折射率包层区域。凹陷折射率包层区域有助于降低弯曲损耗并且还通过降低不同模式组的时间延迟促进了高带宽。耦合光纤的相对折射率分布可以是如图5和6所示的形式。
在一个实施方式中，耦合光纤的纤芯的相对折射率通过α-分布描述，α值是如下范围：1.8-3.0、或者1.85-3.0、或者1.85-2.5、或者1.9-2.3、或者1.95-2.2、或者1.9-2.05、或者1.95-2.05。纤芯的外半径r1可以是如下范围：8μm至22μm、或10μm至20μm、或11μm至19μm、或12μm至18μm、或13μm至17μm。
纤芯中的最大相对折射率Δ1最大值可以是如下范围：0.9％-2.8％、或1.2％-2.6％、或1.5％-2.4％、或1.6％-2.2％、或1.7％-2.1％、或1.8％-2.1％、或1.85％-2.05％、或1.85％-1.95％。
在相对折射率分布包括内包层区域的实施方式中，相对折射率Δ2可以是如下范围：-0.2％至0.2％、或-0.15％至0.15％、或-0.1％至0.1％、或-0.05％至0.05％。内包层区域的厚度r2-r1可以是如下范围：0.5-3.5μm、或0.7-2μm、或0.7-1.5μm。
凹陷折射率包层区域的相对折射率Δ3可以是如下范围：-1.0％至-0.1％、或-0.8％至-0.1％、或-0.7％至-0.2％、或-0.6％至-0.3％、或-0.5％至-0.3％。
(在凹陷折射率包层区域与纤芯直接相邻的实施方式中)，凹陷折射率包层区域的内半径r1或者(在凹陷折射率包层区域与内包层区域直接相邻的实施方式中)凹陷折射率包层区域的内半径r2可以是如下范围：11-20μm、或者12-19μm、或者13-18μm、或者14-17μm。凹陷折射率包层区域的外半径r3可以是如下范围：14-24μm、或15-23μm、或16-22μm、或17-21μm、或18-20μm。(在凹陷折射率包层区域与内包层区域直接相邻的实施方式中)，凹陷折射率包层区域的厚度r3-r2或者(在凹陷折射率包层区域与纤芯直接相邻的实施方式中)凹陷折射率包层区域的厚度r3-r1可以是如下范围：2-8μm、或者2-7μm、或者3-7μm、或者3-6μm、或者3-5μm。
外包层区域的相对折射率Δ4可以是如下范围：-0.2％至0.2％、或-0.15％至0.15％、或-0.1％至0.1％、或-0.05％至0.05％。外包层区域的外半径r4可以小于60μm、或者小于55μm、或者小于50μm、或者小于45μm、或者35-60μm、或者35-55μm、或者35-50μm、或者35-45μm。外包层区域的厚度r4-r3可以是如下范围：10-50μm、或15-40μm、或15-30μm、或15-25μm。
耦合光纤的相对折射率分布的代表性例子总结见表1A、2A和3A。耦合光纤的示意性实施例是多模光纤。表1A和2A给出的示意性实施例设计成在1310nm运行波长提供高带宽，以及表3A给出的示意性实施例设计成在1550nm运行波长提供高带宽。表1A还包括典型单模传输光纤和对比耦合光纤的特性。对比耦合光纤是不含凹陷折射率包层区域的多模光纤。
示例性实施例基于类似于如图6所示分布的相对折射率分布。示意性实施例的相对折射率分布包括：具有α-分布的纤芯区域、凹陷折射率包层区域、和外包层区域。示意性实施例的相对折射率分布与图6所示的分布的不同之处在于，纤芯与凹陷折射率包层区域之间的过渡区域以及凹陷折射率包层区域与外包层区域之间的过渡区域是倾斜的。
在表1A、2A和3A中包含了相对折射率分布的如下特性：Δ1最大值(表述的单位是％)，对应纤芯区域中的α-分布的相对折射率的最大值。对于所呈现的示意性实施例，Δ1最大值存在于耦合光纤的中心线(r＝0)位置处。r1的单位是微米，其是纤芯区域的外径向位置。对于所呈现的示意性实施例，r1对应rz(α-分布中Δ＝0的径向位置)。α对应纤芯的相对折射率分布的α值。r1'的单位是微米，对应凹陷折射率包层区域的内半径。r3的单位是微米，对应凹陷折射率包层区域的外半径。Δ3是凹陷折射率包层区域的相对折射率。对于所呈现的示意性实施例，凹陷折射率包层区域在与纤芯区域的过渡区域和与外包层区域的过渡区域之间具有近似恒定的相对折射率值。Δ4是外包层区域的相对折射率，以及r4是外包层区域的外半径，其在每个建模实施例中等于40.0μm，但是可以具有范围为35μm至62.5μm的任意值，而不影响任意所揭示的光学特性。
由于从纤芯区域到凹陷折射率包层区域的过渡区域是倾斜的，凹陷折射率包层区域的内半径r1'不同于纤芯区域的外半径r1。将凹陷折射率包层区域的一半深度所对应的径向位置选择作为r1'。类似地，将凹陷折射率包层区域的一半深度所对应的径向位置选择作为凹陷折射率包层区域的外半径r3。对于所呈现的示意性实施例，凹陷折射率包层区域的深度是Δ3，以及对应一半深度的径向位置是对应1/2Δ3的径向位置。r1'是与纤芯区域相邻的一半深度的位置，以及r3是与外包层区域相邻的一半深度的位置。
图7显示表1A所述的示意性实施例1和3的相对折射率分布以及比较例耦合光纤的相对折射率分布。对于示意性实施例1和3，从纤芯区域到凹陷折射率包层区域以及从凹陷折射率包层区域到外包层区域的倾斜的过渡区域是明显的。注意到的是，比较例耦合光纤不含凹陷折射率包层区域。
表1B、2B和3B分别总结了对于具有表1A、2A和3A所列出的相对折射率分布参数的光纤的建模性能特性。性能特性包括：各种所示波长下的有效模带宽(EMB)(表述的单位是GHz-km)，数值孔径(NA)，对于LP01模式在各种所示波长下的模场直径(MFD)(表述的单位是微米)，以及聚光率(表述的单位是μm2)。
表1A：示意性耦合光纤的相对折射率特性
Figure BDA0001522485350000161
Figure BDA0001522485350000171
表1B：示意性耦合光纤的性能特性
Figure BDA0001522485350000172
Figure BDA0001522485350000181
表2A：示意性耦合光纤的相对折射率特性
Figure BDA0001522485350000182
表2B：示意性耦合光纤的性能特性
Figure BDA0001522485350000183
Figure BDA0001522485350000191
表3A：示意性耦合光纤的相对折射率特性
Figure BDA0001522485350000192
表3B：示意性耦合光纤的性能特性
Figure BDA0001522485350000193
Figure BDA0001522485350000201
图8对比了对于具有表1A所述的相对折射率特性的示意性实施例1和单模传输光纤在1310nm处的LP01模式的光场强度。耦合光纤与单模传输光纤的光场强度的紧密匹配表明耦合光纤与单模传输光纤的高效耦合是可能的。基于光场强度的重叠积分，这些示意性耦合光纤与标准单模光纤之间的耦合损耗分别小于0.1dB。耦合光纤与单模传输光纤之间的低耦合损耗的另一个表示是相当的模场直径，尽管这是必要非充分条件。在耦合光纤中，1310nm处的LP01模式的模场直径可以是8.6-10.0um、或者8.8-9.6um、或者8.9-9.5um、或者9.0-9.4um。在耦合光纤中，1550nm处的LP01模式的模场直径可以是9.6-11.0um、或者9.8-10.6um、或者9.9-10.5um、或者10.0-10.4um。所示的耦合光纤的高聚光率还表示出乎意料的所示耦合光纤与标准单模传输光纤之间以及所示耦合光纤与硅光子收发器之间的低耦合损耗。
表1B、2B和3B所呈现的性能特性证实了所示的耦合光纤在1310nm(表1B和2B)和1550nm(表3B)的目标运行波长展现出高带宽。所获得的高带宽来自对相对折射率分布进行设计，从而使得在目标运行波长下不同模组之间的相对时间延迟最小化。例如，图9显示对于具有表1所述的相对折射率特性的示意性实施例1和比较例耦合光纤在1310nm处，不同模组的相对时间延迟(表述的单位是ps/m)。对于示意性实施例1，模组的相对时间延迟基本为零，这导致表1A所规定的1310nm处的大的有效模式带宽。相反地，对于比较例耦合光纤观察到模组的相对时间延迟的明显变化，因此观察到1310nm处的低的有效模式带宽。对于余下的示意性耦合光纤，观察到相当的结果。
在1310nm或1550nm运行波长处的高的模式带宽对于光学数据连接件是特别合乎希望的，这是因为这两个波长对于基于二氧化硅的光纤中的光学信号传播是有利的。本文耦合光纤的某些实施方式在1310nm处的有效模式带宽至少是1.5GHz-km，或者至少是2GHz-km，或者至少是3GHz-km，或者至少是4GHz-km，或者至少是8GHz-km，或者至少是16GHz-km，或者2-40GHz-km，或者4-30GHz-km，或者8-20GHz-km。本文耦合光纤的某些实施方式在1550nm处的有效模式带宽至少是1.5GHz-km，或者至少是2GHz-km，或者至少是3GHz-km，或者至少是4GHz-km，或者至少是8GHz-km，或者至少是16GHz-km，或者2-40GHz-km，或者4-30GHz-km，或者8-20GHz-km。
虽然不希望受限于理论，但是相信在相对折射率分布中包含凹陷折射率包层区域以及对于目标运行波长的相对折射率分布的特性的具体设计对于目标运行波长处的高带宽具有贡献作用。在本文的耦合光纤中，观察到与运行波长有关的出乎意料的高带宽。例如，表1B和2B表明示意性耦合光纤(实施例1-8)在1310nm处的带宽比数个类似波长处(1270nm、1290nm和1330nm)要高得多。但是，在从1270nm到1330nm波长范围上的带宽仍然保持足够高，从而实现2个或更多个光学信号的波分复用。本文耦合光纤的某些实施方式在从1270nm到1330nm波长范围上的最小有效模式带宽至少是1GHz-km，或者至少是2GHz-km，或者至少是3GHz-km，或者至少是4GHz-km，或者1-20GHz-km，或者1-10GHz-km，或者2-8GHz-km。
表3B类似地显示示意性耦合光纤(实施例9-14)在1550nm处的带宽比类似波长处(1530nm和1570nm)要高得多。但是，在从1530nm到1570nm波长范围上的带宽仍然保持足够高，从而实现2个或更多个光学信号的波分复用。本文耦合光纤的某些实施方式在从1530nm到1570nm波长范围上的最小有效模式带宽至少是1GHz-km，或者至少是2GHz-km，或者至少是3GHz-km，或者至少是4GHz-km，或者1-20GHz-km，或者1-10GHz-km，或者2-8GHz-km。
在某些实施方式中，还注意到在具有高聚光率的耦合光纤中可以实现上文所述的带宽性能规格中的一种或多种。耦合光纤的聚光率可以至少是40μm2，或者至少是50μm2，或者至少是60μm2，或者至少是70μm2，或者40-80μm2，或者50-80μm2，或者50-75μm2，或者55-80μm2。
耦合光纤可以包括围绕了外包层区域的一层或多层涂层。所述一层或多层涂层可以与外包层区域直接相邻，并且可以从外包层区域的外半径r4延伸到外半径r5。所述一层或多层涂层的外半径r5可以小于100μm，或者小于80μm，或者小于60μm，或者55-70μm，或者55-65μm，或者60-65μm。在一个或多个实施方式中，耦合光纤包括具有如上文所述的外半径r5的单层涂层。
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不背离所示实施方式的精神或范围的情况下作出各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到结合了所示实施方式的精神和实质内容的所揭示的实施方式各种改良、组合、子项组合和变化，应认为本说明书包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。

Claims (13)

1.一种多模光纤，其包含：
纤芯区域，所述纤芯区域具有10-20μm的外半径r1和由如下关系式限定的相对折射率分布：
Figure FDA0002618784960000011
其中，Δ1(r)是纤芯区域在径向位置r处的相对折射率，以及Δ1最大值是纤芯区域的最大相对折射率，以及
与所述纤芯区域相邻的包层，所述包层包括：(i)凹陷折射率包层区域，其具有：11-20μm的内半径，14-24μm的外半径r3，和-0.8％至-0.1％的相对折射率Δ3；以及(ii)与所述凹陷折射率包层区域相邻的外包层区域，其具有-0.2％至0.2％的相对折射率Δ4和小于60μm的外半径r4；
其中，所述纤芯区域和所述包层形成波导，其在1310nm处支持基模和至少一个更高阶模式，以及所述光纤在1310nm处具有至少3GHz-km的有效模带宽。
2.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述外半径r1是13-17μm。
3.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述凹陷折射率包层区域的厚度是3-6μm。
4.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述相对折射率Δ3是-0.6％至-0.3％。
5.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于，所述外包层区域的外半径r4是35-45μm。
6.如权利要求1-5中任一项所述的多模光纤，其还包括与所述包层相邻的涂层，所述涂层具有小于80μm的外半径r5。
7.一种多模光纤，其包含：
纤芯区域，所述纤芯区域具有10-20μm的外半径r1和由如下关系式限定的相对折射率分布：
Figure FDA0002618784960000021
其中，Δ1(r)是纤芯区域在径向位置r处的相对折射率，以及Δ1最大值是纤芯区域的最大相对折射率，
以及
与所述纤芯区域相邻的包层，所述包层包括：(i)凹陷折射率包层区域，其具有：11-20μm的内半径，14-24μm的外半径r3，和-0.8％至-0.1％的相对折射率Δ3；以及(ii)与所述凹陷折射率包层区域相邻的外包层区域，其具有-0.2％至0.2％的相对折射率Δ4和小于60μm的外半径r4；
其中，所述纤芯区域和所述包层形成波导，其在1550nm处支持基模和至少一个更高阶模式，以及所述光纤在1550nm处具有至少3GHz-km的有效模带宽。
8.如权利要求7所述的多模光纤，其特征在于，所述外半径r1是13-17μm。
9.如权利要求7所述的多模光纤，其特征在于，所述凹陷折射率包层区域的厚度是3-6μm。
10.如权利要求7所述的多模光纤，其特征在于，所述相对折射率Δ3是-0.6％至-0.3％。
11.如权利要求7所述的多模光纤，其特征在于，所述外包层区域的外半径r4是35-45μm。
12.如权利要求7-11中任一项所述的多模光纤，其还包括与所述包层相邻的涂层，所述涂层具有小于80μm的外半径r5。
13.一种光学数据连接件，其包括：
发射器，所述发射器包括光源，所述光源提供光；以及
多模光纤，其以可操作的方式与所述发射器相连，所述多模光纤从所述光源接收所述光，所述多模光纤包括：
纤芯区域，所述纤芯区域具有10-20μm的外半径r1和由如下关系式限定的相对折射率分布：
Figure FDA0002618784960000031
其中，Δ1(r)是纤芯区域在径向位置r处的相对折射率，以及Δ1最大值是纤芯区域的最大相对折射率，
以及
与所述纤芯区域相邻的包层，所述包层包括：(i)凹陷折射率包层区域，其具有：11-20μm的内半径，14-24μm的外半径r3，和-0.8％至-0.1％的相对折射率Δ3；以及(ii)与所述凹陷折射率包层区域相邻的外包层区域，其具有-0.2％至0.2％的相对折射率Δ4和小于60μm的外半径r4；
其中，所述多模光纤的所述纤芯区域和所述包层形成波导，其在1310nm处支持基模和至少一个更高阶模式，以及所述光纤在1310nm处具有至少3GHz-km的有效模带宽。
CN201680037240.6A 2015-06-23 2016-06-21 用于多模和单模传输的光纤 Active CN107960119B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562183252P 2015-06-23 2015-06-23
US62/183,252 2015-06-23
PCT/US2016/038454 WO2016209786A1 (en) 2015-06-23 2016-06-21 Optical fiber for multimode and single-mode transmission

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107960119A CN107960119A (zh) 2018-04-24
CN107960119B true CN107960119B (zh) 2020-10-30

Family

ID=56345235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680037240.6A Active CN107960119B (zh) 2015-06-23 2016-06-21 用于多模和单模传输的光纤

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9804326B2 (zh)
EP (1) EP3314317A1 (zh)
CN (1) CN107960119B (zh)
WO (1) WO2016209786A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10126495B2 (en) 2016-06-29 2018-11-13 Corning Incorporated Coated low loss optical fiber with small diameter
CN109791252B (zh) * 2016-09-29 2021-06-29 恩耐公司 可调整的光束特性
WO2019226477A1 (en) * 2018-05-25 2019-11-28 Corning Incorporated Single-mode large effective area optical fibers with low cutoff wavelength
CN109188603B (zh) * 2018-09-25 2020-09-15 长飞光纤光缆股份有限公司 小芯径渐变折射率光纤
WO2020171942A1 (en) 2019-02-22 2020-08-27 Corning Incorporated Multimode optical fiber with reduced cladding thickness
WO2020171943A1 (en) 2019-02-22 2020-08-27 Corning Incorporated Puncture-resistant reduced-diameter multimode optical fiber
CN110824610B (zh) * 2019-11-29 2021-06-18 江苏亨通光导新材料有限公司 一种弯曲不敏感单模光纤
CN111221073B (zh) * 2019-12-24 2022-07-22 中天科技精密材料有限公司 一种抗弯多模光纤
US11874494B2 (en) 2020-03-18 2024-01-16 Corning Incorporated Reduced diameter optical fiber with improved microbending
WO2021231083A1 (en) 2020-05-12 2021-11-18 Corning Incorporated Reduced diameter single mode optical fibers with high mechanical reliability
JP2021182113A (ja) * 2020-05-20 2021-11-25 株式会社日本マイクロニクス 光プローブ、光プローブアレイ、光プローブカードおよび光プローブの製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102854563A (zh) * 2011-07-01 2013-01-02 德拉克通信科技公司 多模光纤
JP2014137588A (ja) * 2013-01-18 2014-07-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> マルチモード光ファイバおよび光ファイバ伝送システム
WO2014179404A1 (en) * 2013-05-02 2014-11-06 Corning Incorporated Optical fiber with large mode field diameter and low microbending losses
WO2015040447A1 (en) * 2013-09-20 2015-03-26 Draka Comteq Bv Few mode optical fiber links for space division multiplexing

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130243382A1 (en) 2012-03-13 2013-09-19 Ming-Jun Li Gradient-index multimode optical fibers for optical fiber connectors
US8948559B2 (en) 2012-09-05 2015-02-03 Ofs Fitel, Llc Multiple LP mode fiber designs for mode division multiplexing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102854563A (zh) * 2011-07-01 2013-01-02 德拉克通信科技公司 多模光纤
JP2014137588A (ja) * 2013-01-18 2014-07-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> マルチモード光ファイバおよび光ファイバ伝送システム
WO2014179404A1 (en) * 2013-05-02 2014-11-06 Corning Incorporated Optical fiber with large mode field diameter and low microbending losses
WO2015040447A1 (en) * 2013-09-20 2015-03-26 Draka Comteq Bv Few mode optical fiber links for space division multiplexing

Also Published As

Publication number Publication date
EP3314317A1 (en) 2018-05-02
US9804326B2 (en) 2017-10-31
US20160377801A1 (en) 2016-12-29
WO2016209786A1 (en) 2016-12-29
CN107960119A (zh) 2018-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107960119B (zh) 用于多模和单模传输的光纤
US9989699B2 (en) Low bend loss single mode optical fiber
US10816743B2 (en) High-density optical fiber ribbon and ribbon cable interconnects employing small diameter optical fibers
US9477037B1 (en) Optical fiber for silicon photonics
EP3761088A9 (en) Multi-core optical fiber
US9042692B2 (en) Universal optical fibers for optical fiber connectors
US20130039626A1 (en) Multimode optical fiber and optical backplane using multimode optical fiber
EP3143441A1 (en) Multimode optical fiber and system including such
US11287567B2 (en) Single-mode large effective area optical fibers with low cutoff wavelength
WO2017200986A1 (en) Optical fiber for both multimode and single-mode operation and transmission system therefor
Li MMF for high data rate and short length applications
US9995873B2 (en) Single-mode large effective area optical fibers
CN100504479C (zh) 点对点光纤链路
US20210026063A1 (en) Optical fibers for single mode and few mode vertical-cavity surface-emitting laser-based optical fiber transmission systems
CN111474626A (zh) 一种多芯光纤
CN103364868A (zh) 用于光纤连接器的梯度折射率多模光纤
JP2012212115A (ja) 光ファイバ、光ファイバコードおよび光ファイバケーブル
US8764311B2 (en) Single-mode optical fibers for optical fiber connectors
JP2007316480A (ja) 高屈曲性光ファイバ
Bickham et al. Fiber array unit with reduced clad fibers for high-density fiber-chip coupling
GB2565128A (en) Fan-in/Fan-out device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant