CN116009141A - 一种dmd优化渐变多模光纤 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种DMD优化渐变多模光纤，其包括沿多模光纤径向，由内到外依次设置的纤芯层、内包层、下陷包层和外包层；其中，沿多模光纤径向，所述内包层包括由内到外依次设置的第一部分和第二部分，所述第一部分相对纯石英玻璃的折射率随多模光纤的半径增大而呈直线逐步下降，所述第二部分相对纯石英玻璃的折射率随多模光纤的半径增大而呈直线逐步上升。本申请通过将内包层进行两段控制，使得所述内包层的折射率剖面成V字型的折线，优化了多模光纤的纤芯层起始位置的DMD，改善纤芯层起始位置高阶模的传输性能，同时兼顾DMD、满注入有效带宽、有效带宽，提高高端多模光纤的产出比例，从而提高产品质量，提高利润率。
Description
技术领域
本申请涉及光纤技术领域，特别涉及一种DMD优化渐变多模光纤。
背景技术
按照国际电工委员会(IEC)的光纤产品规范标准IEC60793-2中对多模光纤的描述，A1类光纤为多模光纤，并且根据几何结构的不同，A1类光纤又被分为A1a、A1b和A1d类。A1a类光纤即50/125μm的渐变折射率光纤，A1b类光纤即62.5/125μm的渐变折射率光纤，A1d类光纤即100/140μm的渐变折射率光纤。其中A1a类光纤是目前商用最广泛的多模光纤类型，它又按照带宽性能从小到大依次被分为A1a.1、A1a.2和A1a.3类光纤，分别对应ISO/IEC标准中的成缆光纤类型OM2、OM3和OM4。
多模光纤以其低廉的系统成本优势，以及短距离传输容量及综合成本优势，成为短距离高速率传输网络的优质解决方案，已广泛应用于数据中心、办公中心、高性能计算中心和存储区域网等领域。多模光纤的应用场景往往是狭窄的机柜、配线箱等集成系统，光纤会经受很小的弯曲半径。常规多模光纤进行小角度弯曲时，靠近纤芯边缘传输的高阶模很容易泄漏出去，从而造成信号损失。
多模光纤在传输光脉冲时，光脉冲在传输过程中会发生展宽，当这种发散程度严重到一定程度后，前后光脉冲之间会相互叠加，使得接受端无法分辩每一个光信号。我们将这一现象称为DMD(DifferrentialModeDelay)。
从IEC60793-1-49-2018标准中，关于DMD与有效带宽及满注入带宽的计算模版可知，光纤在不同模板下各位置对有效带宽及满注入带宽的影响程度不同。
根据计算模板及有效带宽计算公式，结合实际的测试结果存在满注入带宽及有效带宽均符合OM4要求(Ombc≥3500MHz*km，Embc≥4700MHz*km)，但是DMD不符合要求的情况，且此类问题集中出现在芯径20～23um，造成该光纤被降级判定。因此改善光纤芯区起始位置DMD对优化多模光纤的传输性能，提高带宽的产出比例有改善意义。
造成该现象的原因是:常见的渐变多模光纤剖面示意图如图1所示，因为在芯包界面部分高阶模会在包层中传输，此类设计会造成芯包界面处模间色散变大，造成部分光纤有效带宽符合OM级要求，但DMD不符合要求，如图2所示，有效带宽、满注入带宽均符合OM4要求，但是在此边界处形成展宽，从而造成20～23um处的DMD偏大，不符合OM4光纤判断标准。
为了解决上述问题，在一些相关技术中，是将内包层设计为直线或者曲线的渐变形，以将芯层与下陷包层直接连接用于改善芯包边界对高阶模传输速率的干扰，改善连接处的DMD，从而改善有效带宽。但是由光纤传输原理可知，此类设计会造成芯区进入下陷包层的能量变多，光会大量进入下陷包层，从而降低了满注入带宽。
因此，设计改善DMD及有效带宽，兼顾满注入带宽的高带宽多模光纤是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种DMD优化渐变多模光纤，以解决相关技术中虽然能够改善DMD及有效带宽，但是因为芯区进入下陷包层的能量变多而出现满注入带宽降低的问题。
本申请实施例提供了一种DMD优化渐变多模光纤，其包括沿多模光纤径向，由内到外依次设置的纤芯层、内包层、下陷包层和外包层；
其中，沿多模光纤径向，所述内包层包括由内到外依次设置的第一部分和第二部分，所述第一部分相对纯石英玻璃的折射率随多模光纤的半径增大而呈直线逐步下降，所述第二部分相对纯石英玻璃的折射率随多模光纤的半径增大而呈直线逐步上升。
本申请通过将内包层进行两段控制，使得所述内包层的折射率剖面成V字型的折线，优化了多模光纤的纤芯层起始位置的DMD，改善纤芯层起始位置高阶模的传输性能，同时兼顾DMD、满注入有效带宽、有效带宽，提高高端多模光纤的产出比例，从而提高产品质量，提高利润率。
一些实施例中，所述第一部分的起始位置折射率、所述第二部分的结束位置折射率相等，好处可以避免高阶模过多的进入下陷包层，从而影响满注入带宽，造成满注入带宽降低。
一些实施例中，所述第一部分的宽度为1.5～2um，所述第二部分的宽度为1.5～4um。
一些实施例中，所述第一部分的宽度与所述第二部分的宽度的比值范围为1/3～1。
一些实施例中，所述内包层相对纯石英玻璃的折射率差的取值范围为-0.25％～0.0％。
一些实施例中，所述纤芯层相对纯石英玻璃的折射率随多模光纤的半径的增加呈α幂指数函数分布，α为所述纤芯层折射率剖面分布参数，且所述纤芯层中心的折射率最大。
一些实施例中，α为1.95～2.12。
一些实施例中，所述纤芯层半径为23～27um，所述纤芯层中心相对纯石英玻璃的折射率差为0.95％～1.05％。
一些实施例中，所述下陷包层的宽度为2.5～5.5um，所述下陷包层相对纯石英玻璃的折射率差为-0.7％～-0.4％。
一些实施例中，所述外包层为纯石英玻璃，外径为62.5±2.5um。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种DMD优化渐变多模光纤，本申请通过将内包层进行两段控制，使得所述内包层的折射率剖面成V字型的折线，优化了多模光纤的纤芯层起始位置的DMD，改善纤芯层起始位置高阶模的传输性能，同时兼顾DMD、满注入有效带宽、有效带宽，提高高端多模光纤的产出比例，从而提高产品质量，提高利润率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中渐变多模光纤波导结构剖面示意图；
图2为图1进行DMD测试示意图；
图3为本申请实施例提供的DMD优化渐变多模光纤端面示意图；
图4为本申请实施例提供的DMD优化渐变多模光纤波导结构剖面示意图。
图5为图4进行DMD测试示意图。
图中：1、纤芯层；2、内包层；20、第一部分；21、第二部分；3、下陷包层；4、外包层。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种DMD优化渐变多模光纤，其能解决相关技术中虽然能够改善DMD及有效带宽，但是因为芯区进入下陷包层的能量变多而出现满注入带宽降低的问题。
为了使表述更加清晰，避免出现不清楚的问题，对于折射率做如下解释：
本申请中，提及某一层相对纯石英玻璃的折射率，指的是该层的折射率与纯石英玻璃的折射率的差值。比如：第一部分20相对纯石英玻璃的折射率，指的是第一部分20的折射率减去纯石英玻璃的折射率得到的差值。
本申请中，提及某一层相对纯石英玻璃的折射率差，指的是相对折射率差，且采用如下公式计算相对折射率差Δni：
Δni＝(ni-n00)/ni*100％
其中n00为纯石英玻璃的折射率，对本申请而言，当计算下陷包层3与纯石英玻璃的相对折射率差Δn3时，公式中ni为下陷包层3的折射率，其他层以此类推。
参见图3和图4所示，本申请实施例提供了一种DMD优化渐变多模光纤，该多模光纤包括沿多模光纤径向，由内到外依次设置的纤芯层1、内包层2、下陷包层3和外包层4；其中，沿多模光纤径向，所述内包层2包括由内到外依次设置的第一部分20和第二部分21，第一部分20和第二部分21使得所述内包层2的折射率剖面成V字型的折线，具体地，所述第一部分20相对纯石英玻璃的折射率随多模光纤的半径增大而呈直线逐步下降，所述第二部分21相对纯石英玻璃的折射率随多模光纤的半径增大而呈直线逐步上升，且所述第二部分21的起始位置的折射率与第一部分20结束位置的折射率相等。
参见图5，为进行DMD测试图形，通过DMD测试，可以发现，相对于附图2，本申请起始位置DMD不符合情况的现象得到明显改善。
可见，本申请通过将内包层进行两段控制，使得所述内包层2的折射率剖面成V字型的折线，优化了多模光纤的纤芯层起始位置的DMD，改善纤芯层起始位置高阶模的传输性能，同时兼顾DMD、满注入有效带宽、有效带宽，提高高端多模光纤的产出比例，从而提高产品质量，提高利润率。
参见图4所示，所述第一部分20的起始位置折射率、所述第二部分21的结束位置折射率相等，好处可以避免高阶模过多的进入下陷包层，从而影响满注入带宽，造成满注入带宽降低。
参见图3和图4所示，R1表示纤芯层1的半径，R2表示第一部分20的半径，R3表示第二部分21的半径，R4表示下陷包层3的半径，R5表示外包层4的半径。
所述第一部分20的宽度为R2-R1，其取值范围为1.5～2um，所述第二部分21的宽度为R3-R2，其取值范围为1.5～4um。
所述第一部分20的宽度与所述第二部分21的宽度的比值范围为1/3～1。在这一宽度比值范围，是为了补偿芯区的DMD测试时高阶模的多脉冲而设计，与芯区起始位置这一段展宽长度相对应。
所述内包层2相对纯石英玻璃的折射率差的取值范围为-0.25％～0.0％。
所述纤芯层1相对纯石英玻璃的折射率随多模光纤的半径的增加呈α幂指数函数分布，α为所述纤芯层1折射率剖面分布参数，α的取值范围为1.95～2.12，且所述纤芯层1中心的折射率最大。
作为一个示例，所述纤芯层1相对纯石英玻璃的折射率包括如下公式：
n2 (r)＝n1 2[1-2Δ(r/R1)α](r≤R1)
其中，n(r)为所述纤芯层中到其中心点的距离为r的点的折射率，n1为所述纤芯层的中心点的折射率(此时r＝0)，Δ为(n1-nR)/n1*100％，nR为所述纤芯层中到其中心点的距离为R1的点的折射率，R1为所述纤芯层的半径，α为所述纤芯层1折射率剖面分布参数。
所述纤芯层1半径为23～27um，所述纤芯层1中心相对纯石英玻璃的折射率差为0.95％～1.05％。
参见图4所示，所述下陷包层3的折射率小于所述内包层2的折射率，也小于所述外包层4的折射率。
所述下陷包层3的宽度为R4-R3，其取值范围为2.5～5.5um，所述下陷包层3相对纯石英玻璃的折射率差为-0.7％～-0.4％。
所述外包层4为纯石英玻璃，外径为62.5±2.5um。
以下通过几个实例详细说明。
例1、纤芯层半径R1＝25.2um，R3-R2＝1.7um，R2-R1＝1.5um。对应的内包层最低点相对折射率差为-0.18％，下陷包层相对折射率差为-0.6％。使用PK2550进行DMD测试，根据DMD计算模板850nm有效带宽为6742MHz*km，850nm满注入带宽为5812MHz*km，1300nm满注入带宽为652MHz*km，符合OM4的带宽要求。且DMD测试结果DMD(Inner)＝0.078ps/m，DMD(Outer)＝0.104ps/m，DMD(Interval)＝0.074ps/m，符合OM4的DMD要求。可判定为OM4光纤。该实例的多模光纤可采用MCVD和PCVD工艺制备预制棒。
例2、纤芯层半径R1＝25.3um，R3-R2＝1.9um，R2-R1＝1.6um。对应的内包层最低点相对折射率差为-0.17％，下陷包层相对折射率差为-0.62％。使用PK2550进行DMD测试，根据DMD计算模板850nm有效带宽为6330MHz*km，850nm满注入带宽为4930MHz*km，1300nm满注入带宽为666MHz*km，符合OM4的带宽要求。且DMD测试结果DMD(Inner)＝0.110ps/m，DMD(Outer)＝0.130ps/m，DMD(Interval)＝0.1ps/m，符合OM4的DMD要求。可判定为OM4光纤。该实例的多模光纤可采用MCVD和PCVD工艺制备预制棒。
例3、纤芯层半径R1＝24.9um，R3-R2＝2.5um，R2-R1＝1.7um。对应的内包层最低点相对折射率差为-0.16％，下陷包层相对折射率差为-0.66％。使用PK2550进行DMD测试，根据DMD计算模板850nm有效带宽为5935MHz*km，850nm满注入带宽为4544MHz*km，1300nm满注入带宽为685MHz*km，符合OM4的带宽要求。且DMD测试结果DMD(Inner)＝0.128ps/m，DMD(Outer)＝0.139ps/m，DMD(Interval)＝0.099ps/m，符合OM4的DMD要求。可判定为OM4光纤。该实例的多模光纤可采用MCVD和PCVD工艺制备预制棒。
例4、纤芯层半径R1＝25.2um，R3-R2＝1.7um，R2-R1＝1.7um。对应的内包层最低点相对折射率差为-0.18％，下陷包层相对折射率差为-0.63％。使用PK2550进行DMD测试，根据DMD计算模板850nm有效带宽为7494MHz*km，850nm满注入带宽为6101MHz*km，1300nm满注入带宽为627MHz*km，符合OM4的带宽要求。且DMD测试结果DMD(Inner)＝0.069ps/m，DMD(Outer)＝0.111ps/m，DMD(Interval)＝0.068ps/m，符合OM4的DMD要求。可判定为OM4光纤。该实例的多模光纤可采用MCVD和PCVD工艺制备预制棒。
例5、纤芯层半径R1＝25.5um，R3-R2＝1.8um，R2-R1＝1.6um。对应的内包层最低点相对折射率差为-0.17％，下陷包层相对折射率差为-0.65％。使用PK2550进行DMD测试，根据DMD计算模板850nm有效带宽为7742MHz*km，850nm满注入带宽为5733MHz*km，1300nm满注入带宽为622MHz*km，符合OM4的带宽要求。且DMD测试结果DMD(Inner)＝0.070ps/m，DMD(Outer)＝0.112s/m，DMD(Interval)＝0.060ps/m，符合OM4的DMD要求。可判定为OM4光纤。该实例的多模光纤可采用MCVD和PCVD工艺制备预制棒。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种DMD优化渐变多模光纤，其特征在于，其包括沿多模光纤径向，由内到外依次设置的纤芯层(1)、内包层(2)、下陷包层(3)和外包层(4)；
其中，沿多模光纤径向，所述内包层(2)包括由内到外依次设置的第一部分(20)和第二部分(21)，所述第一部分(20)相对纯石英玻璃的折射率随多模光纤的半径增大而呈直线逐步下降，所述第二部分(21)相对纯石英玻璃的折射率随多模光纤的半径增大而呈直线逐步上升。
2.如权利要求1所述的DMD优化渐变多模光纤，其特征在于：
所述第一部分(20)的起始位置折射率、所述第二部分(21)的结束位置折射率相等。
3.如权利要求1所述的DMD优化渐变多模光纤，其特征在于：
所述第一部分(20)的宽度为1.5～2um，所述第二部分(21)的宽度为1.5～4um。
4.如权利要求3所述的DMD优化渐变多模光纤，其特征在于：
所述第一部分(20)的宽度与所述第二部分(21)的宽度的比值范围为1/3～1。
5.如权利要求1所述的DMD优化渐变多模光纤，其特征在于：
所述内包层(2)相对纯石英玻璃的折射率差的取值范围为-0.25％～0.0％。
6.如权利要求1所述的DMD优化渐变多模光纤，其特征在于：
所述纤芯层(1)相对纯石英玻璃的折射率随多模光纤的半径的增加呈α幂指数函数分布，α为所述纤芯层(1)折射率剖面分布参数，且所述纤芯层(1)中心的折射率最大。
7.如权利要求6所述的DMD优化渐变多模光纤，其特征在于：
α为1.95～2.12。
8.如权利要求1所述的DMD优化渐变多模光纤，其特征在于：
所述纤芯层(1)半径为23～27um，所述纤芯层(1)中心相对纯石英玻璃的折射率差为0.95％～1.05％。
9.如权利要求1所述的DMD优化渐变多模光纤，其特征在于：
所述下陷包层(3)的宽度为2.5～5.5um，所述下陷包层(3)相对纯石英玻璃的折射率差为-0.7％～-0.4％。
10.如权利要求1所述的DMD优化渐变多模光纤，其特征在于：
所述外包层(4)为纯石英玻璃，外径为62.5±2.5um。
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2023
- 2023-02-10 CN CN202310098368.5A patent/CN116009141B/zh active Active
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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