CN1341223A - 供激光器和led光源和使用上述器件的系统之用的经激光优化的多模光纤及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种多模光纤(10),它具有:在850nm窗口中大于220MHz.km的第一激光带宽,在1300nm窗口中大于500MHz.km的第二激光带宽,在850nm窗口中至少为160MHz.km的第一OFL带宽,和在1300nm窗口中至少为500MHz.km的第二OFL带宽。
Description
相关的专利申请
根据U.S.C.§120,本申请请求美国专利申请60/121,169(申请日:1999年2月22日)的60/174,722(申请日:2000年1月6日)的优先权。
发明背景
1.发明领域
本发明总的涉及一种多模光纤以及可供采用低数据速率的通信系统以及采用高数据速率的电信系统使用的方法,尤其涉及一种多模光纤以及为现代激光光源,以及为普通发光二极管光源设计应用的最佳方法。
尽管本发明能有广阔的应用范围,但是它在以速率等于和超过1千兆比特/秒的传输数据来设计的电信系统中尤其有用。
2.技术背景
电信系统的目的一般是要在较长的距离,较短的时间内传输较大量的信息。过去已经证明,这个目标是一个看不到有明显的尽头的移动目标。当系统用户的数目和系统使用的频率增加时,系统资源的需求也随之增加。
直至最近,数据网通常已经由采用相对较低的数据速率的局域网(LANs)来提供服务。因此,在这些应用中,发光二极管(LEDs)必须是并且继续是最常用的光源。但是,当数据速度开始增加到LED的调制能力之外时,系统协议从LED移出至激光光源。这种变迁由最近移向可能在速率等于和超过1千兆比特/秒的传送信息的系统所证明。
尽管这种传输速度将大大加强LANs的能力,但是它不会对系统所有者产生即时的关心。在电信系统中目前所采用的多模光纤主要是设计用来供LED光源使用的,并且通常在设计用来在等于或大于1千兆比特/秒的速率下发送信息的系统中,是无法使激光器的使用最佳化的。与LED光源相比,激光光源对多模光纤质量和设计有不同的需求。历史上,用LED光源把在多模光纤的纤芯处的折射率分布已调谐到产生高的带宽,其中LED光源往往会导致过量充满纤芯。来自LED光源输出脉冲的光强度分布和光纤的折射率分布的组合产生过量充满的常见加权,它会在输出脉冲中导致具有相对平滑的上升和下降。虽然会有与理想的近抛物线的折射率分布的微小偏差而引起的峰顶或平顶,但它们的幅度大小不会影响在低数据速率的系统性能。但是,在激光系统中,光源的强度分布把它的能量集中在靠近多模光纤的中心处。因此,在光纤外形中的微小偏差可在脉冲的上升与下降中产生显著的干扰,它对系统的性能可能有较大的影响。这效应能以过分低的带宽,过分高的暂时不稳定性,或者两者都有的形式出现。虽然,由改变光源的激励条件,诸如补偿激励模式调整的连接光缆或激光光束扩展器,在一定程度上来修正这些缺陷是可能的,但是,通常这不是一个为系统所有者实用的解决办法。
对于LAN系统其典型的场地配置被设计成能满足某种特定的连接长度。至于场地支柱(它在大楼之间通过)的标准一般是具有一长达约2千米的连接长度。大楼支柱或升降机(它在大楼的楼层间通过)一般是具有一长达约500米的连接长度。水平的连接长度(它在大楼一个层面上的办公室之间通过)一般是具有一长达约100米的连接长度。较老式的或近代的LAN技术,诸如10兆比特以大网,用标准级的多模光纤可以获得2千米的连接段传输。但是,能有千兆比特/秒和更高的传输速率的新一代系统,用目前能买到的标准多模光纤不可能实现所有这些连接段。在850nm的窗口中,标准多模光纤仅限于约为220米的连接段。在1300nm窗口中,标准级光纤仅限于约为550米的连接段。因此,目前的技术至多仅能覆盖三个场地连接段中的二个。要全部启动一具有千兆比特/秒传输速率的LAN,就需能在每三个连接段上传输信息的多模光纤。
在这里所用的过量填满(OFL)带宽被定义为带宽,它采用标准测量技术,见EIA/TIA 455-51 FOTP-51A,“多模玻璃光纤信息传输容量的脉冲失真测量”中的描述,而激励条件则见EIA/TIA 455-54A FOTP-54:“用于对多模光纤的过量激励条件的模式振动器的规定”的描述。
这里所用的激光带宽是采用EIA/TIA 455-51A FOTP-51中规定的标准测量技术以及下列两个激励条件方法中的任何一个来定义和测定的。方法(a)用来决定在1300处的3dB带宽,而方法(b)则用来决定在850nm处的3dB带宽。用来决定在1300nm处的3dB激光带宽的方法(a),利用了具有等级5耦合功率比激励的4nmRMS(均方根)谱宽为1300nm的激光,并用绕在直径为500nm纤芯周围二次2米长,标准阶跃折射率,单模光纤,连接电缆来改善激励。激励条件用单模光纤的中心轴与多模光纤中心轴的如此的机械偏离来进一步改善,即在测量下的单模光纤光缆的中心轴与多模光纤之间产生了4μm的横向偏离时。注意,等级5耦合功率比是在TIA/EIA 526-14A OFSTP 14附录A:“已装置的多模光纤索缆设备的光功率损耗测量”中描述的和采用其中的方法测量的。用来决定在850nm处的3dB激光带宽的方法(b),利用了正如在EIA/TIA 455-54A FOTP54中描述的0.85nm RMS谱宽为850nm的OFL激励条件,并连接到长为1米,具有0.208数值孔径和阶跃折射率分布,Alpha为2的特别设计的多模光纤。这样一种的光纤可以由具有折射率delta为1.3的标准直径为50μm的多模光纤的横切面减小到纤芯直径为23.5μm来得到。(其中delta-no 2-nc 2/2nonc,此处,no=纤芯折射率,而nc=包层的折射率)。
目前,为了增大距离,制造商们一般用改变折射率的分布形状,在两个波长窗口间移动带宽。根据所作出的改变,结果或是在850nm窗口处为高OFL带宽,而在1300nm窗口处为低OFL带宽,或是在850nm窗口处为低OFL带宽而在1300窗口处为高OFL带宽。例如,对于标准的Delta为2%的62.5μmFDD1型光纤,其折射率分布可被调节到导致在850nm处OFL带宽为1000MHzkm而在1300nm处则为300MHzkm,或可被调节到导致在850nm处OFL带宽为250MHzkm而在1300nm处是为4000MHzkm。但是,用这种具有标准“alpha”分布的多模光波导光纤,不可能获得在850nm处OF1带宽为1000MHzkm而在1300nm处为4000MHzkm。更有代表性的是,制造公差允许850nm/1300nm的OFL带宽为600MHz.km/300MHz.km或200MHz.km/1000MHz.km但不是600MHz.km/1000MHz.km。
但是,在这些历史上的带宽移动之间存在着分离,而这正是为千兆比特/秒传输速率所需要的。因为高速激光是用于在超过1千兆比特/秒的速率传递信息而设计的LANs的标准光源,所以希望要有一种在850nm和1300nm窗口处都具有增加的带宽的多模光纤。
而且,因为这种LANs尚处于初级阶段,所以必须满足和/或超过1千兆比特/秒传输速率的所有的系统元件尚未全部解决或实用,最优化,和/或测试过。因此,用新的LAN系统设计来满足或超过这种高数据速率的LAN系统来取代现有的LAN系统是不现实的。尽管有可能得到这个结果,但它不像是较佳的或最佳的解决办法,如下文中所描述的那样,这种动作的过程可能会导致昂贵的系统升级和潜在着的对整个系统的返工。
发明概述
本发明以一种最优化的多模光纤为目标,在超过上面讨论的连接段的规定时,这种光纤用于能有1.0,2.5和10千兆比特/秒数据传输的高速激光光源。而且,相同的多模光纤保持足够高的OFL带宽以支持目前用于LAN系统的具有1300nm和850nm的LED光源的信息传输。这种多模光纤使得目前LAN系统的所有者能够保持他们的目前基于LED的LAN系统,而同时能使它们在不必要承担昂贵的多模光纤升级下容易的转换到“千兆比特以太网系统”。在这里所用的“千兆比特以太网系统”被定义为能有传输数据速率为等于和/或超过1千兆比特/秒的电信系统,如LAN。
因此,本发明的一个方面是关于一种多模光纤,它具有:在850nm窗口处一大于220MHz.km的第一激光带宽,在1300nm窗口处一大于500MHzkm的第二激光带宽,在850nm窗口处至少为160MHzkm的第一OFL带宽,以及在1300nm窗口处至少为500MHzkm的第二OFL带宽。这种多模光纤在电信工业中有各种用途。而且特别适用于采用高速激光光源的电信系统。这种光纤具有能为目前在LAN系统中使用的LED光源提供足够的OFL带宽的好处。
在另一方面,本发明以能有等于和超过1千兆比特/秒的传输数据速率的多模传输系统为目标。该多模传输系统包括传输至少1千兆比特/秒信息的激光光源,以及用激光光源通信的多模光纤。多模光纤在850nm窗口具有至少为385MHz.km的第一激光窗口,这个窗口能够携带信息至少为500米。该多模光纤在能携带信息至少为1000米的1300nm窗口中也具有至少为746MHz.km的第二激光带宽。另外,多模光纤包括供850nm和1300nm发光二极管光源之用的第一和第二足够高的OFL带宽。
本发明的另一方面涉及一具有62.5μm的纤芯和包覆纤芯的包覆层的多模光纤。包覆层的折射率低于纤芯的折射率,并且多模光纤呈现出DMD外形,当在波长为1300nm测量时,它包括具有从(r/a)20=0.0到0.25测量的平均斜率的第一区域,以及具有从(r/a)2=0.25到0.50测量的平均斜率的第二斜率区域。第一区域的斜率最好大于第二区域的斜率。第一区域的斜率最好大于第二区域的斜率1.5倍。
另一方面,本发明提供了一种形成多模光纤的方法。该方法包括下述步骤:使包含初始试剂的二氧化硅和至少一种掺杂试剂发生热化学反应以形成碳黑,并把碳黑传递到一靶极在一定程度上足以制出具有特定特性的玻璃预制棒等的工序。把玻璃预制棒压延到一具有62.5μm芯轴区域和包覆芯轴区域的一包覆层区域的多模光纤内。反应工序包括根据足以导致呈现出DMD分布的多模光纤的碳黑沉积配方来选择初始试剂和掺杂试剂,其中的DMD分布,在波长为1300nm测量时,具有一在从(r/a)2=0.0到0.25的第一区域测量的第一平均斜率和一在从(r/a)2=0.25到0.50的第二区域测量的第二平均斜率,第一平均斜率大于第二平均斜率。
本发明的多模光纤与现有技术中其它的多模光纤相比有几个方面的优点。其中的一个优点是,本发明的多模光纤完全可以与采用高速激光光源以及LED光源所具有的优点相比拟。因此,本发明的多模光纤能用于采用LED光源的传统的局域网,并且可以用于采用高速激光光源的千兆比特以太网系统。
另外,本发明的多模光纤无需昂贵的模式调节中继光缆的需求,该中继光缆通常在千兆比特以太网系统协议的1300nm操作窗口中工作。对于许多模光纤来说,模式调节中继光缆是用来消除来自多模光纤中心的功率以避免中心线形状的缺陷,它一般是由某些制作工序产生的。因为本发明的较佳多模光纤是采用外部汽相沉积工艺(OVD)生产的,所以本发明的较佳多模光纤已经减少了中心线形状的缺陷。因而,本发明的较佳多模光纤不再需要模式调节中继光缆来使在1300nm操作窗口能够进行操作,这样,可供由于在轻易装置和使用中导致的由于松散的连接公差引起的在中心激励或略为偏离之用。
另外,本发明的多模光纤使各种激光光源具有最佳的激光性能,例如,但不限于,780nm法布里-珀罗激光器,850nm垂直腔表面发射激光器(VCSELs),1300nm法布里-珀罗激光器,和未来的低成本1300nm发射器。当与较为先进的电信系统中的高性能激光器一起使用时,本发明的多模光纤也被设计成在重要的连接段上支持在2.5和10千兆比特/秒下的操作。
本发明的另外的特点和优点将在下面的详细描述中陈述,而其中一部分对本技术领域中的技术人员从所描述的或通过对本发明的实践将是显而易见的,这里所说的描述包括后文中的详细描述,权利要求和附图。
必须理解,前文中的一般描述和下面的详细描述仅仅是本发明的说明,并且仅是为理解本发明的本质和特点而提供的综述或框架,正如 中所描述的那样,附图提供对本发明的进一步理解,而且构成说明书的一部分。附图描述了本发明的各个实施例,并与说明书一起用来解释本发明的原理和操作。
附图简述
图1是本发明的多模光纤的较佳实施例的透视图。
图2是在1300nm处测量的图1中的多模光纤的DMD分布曲线。
图3是在850nm处测量的图1中所示多模光纤的DMD分布曲线。
图4是在1300nm处测量的本发明的多模光纤的第二较佳实施例的DMD分布曲线。
图5描绘的是图1中的多模光纤的DMD分布曲线,和在1300nm处测量的第二较佳多模光纤的DMD曲线的图。
图6描绘的用于各种激光光源的图1中的光纤的带宽。
图7是本发明的多模光纤的第一较佳实施例的折射率分布曲线,该实施例具有图2所示的DMD曲线。
图8是本发明的多模光纤的第二较佳实施例的折射率分布曲线,该实施例具有图4所示的DMD曲线。
较佳实施例的详细描述
本发明揭示了一种多模光纤的折射率分布,它在采用最先进的激光光源以及较为普通的LED光源时最佳。Alpha折射率的分布曲线描述了可随半径连续地变化的分布曲线。在本发明中,折射率分布曲线最好包括至少两个区域,它至少具有“alpha”指数(通常用符号(α)来标记),使得折射率曲线在靠近曲线中心一个或几个激光光源(在一个或几个波长处)优化的一条或几条alpha平滑地改变到靠近曲线外侧的为LED(在一个或几个波长处)最优化的一条或几条alpha。具有这样一种折射率分布曲线的多模光纤把距离和数据速率的能力都扩展到超出了有文件证明的能在传递信息的速率等于和超过1千兆比特/秒的电信系统的范围。因为激光光源具有比LED小的“光点”,所以已经发现,可以按照OFL带宽的规定(通常对具有62.5μm芯轴的多模光纤在850nm处为160-200MHz.km而在1300nm处为500MHzkm),把分布曲线的外部最优化,而同时可按激光带宽规定和光源特性使里面的部分最优化。可以认为,这是第一分布曲线,它为大光点的LED和小光点激光器在1300nm和850nm两窗口处同时被最优化。因为1300nm的激光光点比短波长(SX)激光光源的光点还要小,所以其内部分布曲线最好是由SX带宽要求来决定。人们发现,当内部分布曲线准确地被最优化时,短波长(例如,选用780nm CD激光器或850nm VCSEL)和长波长(例如,选用1300nm或1500nm法布里-珀罗激光器)都可获得高激光带宽。
经最优化的折射率分布曲线一个重要特性是它用LED光源提供高1300nmOFL带宽,从而为获得优越的激光性能而对整个分布曲线的调节很小,并且/或者在分布曲线区域里,不会影响OFL的带宽性能。这也要求alpha(r)是一没有突变的r的平滑函数。
本发明提供了一种多模光纤,这种光纤具有特别设计的折射率,以便在采用典型的短波(例如,780,850或980nm)激光器和长波(例如,1300nm或1500nm)激光器时,能具有高带宽和低的时间不稳定性,而当采用传统的1300nm和850nm LED光源一起使用时,保持足够高的带宽和低的不稳定性。
本发明的多模光纤的折射率分布曲线可用几种方法来描述。首先,具有M个模式的多模光纤,其输出脉冲可描述为P输出(t)=ΣPmδ(τm-τ平均),此处,第m个模式具有相应的功率Pm,和相对于平均τ平均=ΣPmτm/ΣPm的模式延迟τm。OFL或激光带宽决定于P输出(t)的富立叶变换幅度,并且如果所有的τm都相等,则最好。
模式延迟τm通过折射率分布曲线和工作波长来决定。最常见的功率Pm依赖于光源特性(特定的激光器,LED,等)。本发明的多模光纤最好被设计成满足大多数(并且最好是全部)通常使用的光源的OFL或激光带宽的要求。例如,用850nm和1300nm LED光源时,光纤规格可以是OFL带宽分别大于160MHz.km和500KHz。km,并且用850nm VCSEL和1300nm法布里-珀罗激光光源时,其激光带宽分别大于385MHz.km和746MHz.km。
第二个描述光纤的折射率分布的方法涉及到折射率的直接测量或芯轴的二氧化锗含量。典型的多模光纤被设计成具有的折射率为一随径向位置变化的函数并与二氧化锗成正比。这个折射率分布,n(r),由下述函数所描述:
对r<a,n(r)=n1(1-2Δ(r/a)g)0.5此处n1是在芯轴中心处的折射率值,r是径向位置,a是芯轴包覆界面的半径,g是分布形状参数以及Δ是被定义为:
Δ=n1 2-n0 2)/2n1 2此外n0是在芯轴-包覆界面处的折射率值。这种分布描述在文献中是普通的,常把幂指数“g”用alpha(α)来表示。在本技术领域中的技术人员两种术语互相交换使用而不会混淆。
对本发明来说,折射率被定义如下:
对于0<r<a,n(r)=n1(1-2Δ(r/a)g(r))0.5这里g(r)是随半径连续变化的分布形状参数,所以在上面的描述折射率分布的第一个方法中所描述的OFL和激光带宽是符合的。粗略地说,靠近中心的模式相对功率,用于激光光源的大于用于LED光源的,以及用于长波激光的(例如,1300nm法布里-珀罗激光器)大于用于短波激光光源的(例如,典型的850nm的VCSEL光源)。因此,探索地说,g(r)可从在真正的中心在1300nm处被最优化变到在中间的半径处对850nm最优化,以及到对较大的半径在1300nm处被最优化。在实践中,对g(r)从靠近中心处的较大值(模式延迟平衡较接近于780-850nm)变到在外部的较低值(平衡接近于1300nm)是合适的。
这种具有可变g(r)的折射率分布或者可以最容易地设想出描述折射率的第三种方法。这个方法利用了在本技术领域中的技术人员熟知的差分模式延迟(DMD)测量。该方法,简明地描述,包括从一单模光纤径向地跨越多模光纤纤芯扫描一个脉冲,和对脉冲在不同的相对于多模光纤纤芯的开始位置测量输出脉冲和平均延迟时间。把脉冲延迟绘作径向位置的函数,以及DMD对(r/a)2的局域斜率;近似出折射率分布参数g(r),此处“r”被定义为相对于多模芯轴中心的单模光纤的径向偏差(即:在单模轴中央和多模光纤纤芯的轴中央之间的距离,以及“a”被定义为多模光纤纤芯的半径。对于给定的波长和多模光纤的Delta,DMD对(r/a)2曲线的局域斜率正比于相对于最佳g(或alpha)的局域g(r)的误差。在DMD,折射率误差,和“alpha”误差之间的关系对本技术领域的技术人员是熟知的,并在下面的参考中描述。Marcuse,Principles ofOptical Fiber Measurements,pp255-310,(Academic Press,1981),在此全部引入作为参考资料,Olshansky,R.“Propagation in Galss OpticalWaveguides”Rev.Mod Phys.,Vol 51,NO2,April 1979,pp.341-367在此全部引入作为参考资料,以作为DMD测量和技术的更详细的解释。按照本发明的一最佳实施例测量了具有不同的折射率分布(因而DMDs)的一些光纤的OFL的激光带宽,而用激光和LED光源获得高带宽的光纤被证明是等同的。这些最佳光纤的DMD成为用于另外的多模光纤复制中所要的或目标分布的特征。采用DMD的这种实验上的程序不会成为对不同光源的Pm的特征。相反地,它成为与光源一起工作的光纤的特征。
本发明的一个关键方面是激光强度的分配一般是比LEDs要小得多。为了那个理由,其中,要对激光和LED两者的操作上要最优化光纤折射率分布是不可能的。根据本发明的一实施例,对1300nm的LED使折射率分布的外面部分最优化,从而保证了良好的性能,即:对传统的系统,OFL带宽大于500MHzkm。把折射率的里面部分最优化以在1300nm和850nm处提供较相等的带宽。通过用制造技术扩大这个设计来保证平滑的折射率变化,则可重复制造具有高激光带宽和低不稳定性的用于两个波长的激光器的多模光纤。
现在要对本发明的目前最佳实施例作为详细的引证,它的一些例子示于附图中。任何可能的地方,在全部附图中相同的标号用来表示相同的或类似的部件。示于图1的是本发明的多模光纤的一个示范实施例,并且标号10来标记整个。
最佳多模光纤10是62.5μm的多模光纤,经优化后在850nm处具有大于220MHzkm的第一激光带宽,和在1300nm处具有大于500MHzkm的第二激光带宽。但是,在本技术领域内的技术人员将会理解到已经制作了按照本发明的多模光纤,它在跨越850和1300nm的操作窗口上,很可能具有相似的大的带宽,即:在约810nm和890nm之间,更为上佳的是830nm和870nm,以及在约1260nm和1340nm之间,更为上佳的是约在1280nm和1320nm之间。
另外,较佳的多模光纤10包括在850nm窗口的至少为160MHzkm的第一OFL带宽,和在1300nm窗口的至少为500MHzkm的第二OFL带宽,然而,更好地是,多模光纤10具有62.5μm的纤芯12,而且它是为在850nm处的385MHzkm的最小激光带宽,和在1300nm处的746MHzkm的最小脉冲带宽而设计的。应该注意到在上面提到的1300nm的激光带宽并在整本说明书中描述,最好应该用1300nm激光来测量,意即供标准的单模光纤用。目前,在本技术领域内的许多技术人员相信能在速率等于或超过1千兆比特/秒下传递数据的电信系统将需要模式调节连接光缆以补偿在1300nm处的激光激励。然而,对于本发明的多模光纤,在1300nm处的激光激励是用沿着多模光纤的中心轴被激励的大部分功率来测量的,这就排除了对这种模式调节连接光缆的需要,因而,降低了系统的执行过程,成本,和复杂性。对于具有纤芯为50μm(未示出)的多模光纤,其最小激光带宽最佳是:在短波窗口为500MHzkm而在长波窗口为1684MHzkm。当使用那种采用高速脉冲光源的传输系统时,例如设计在速率至少为1千兆比特/秒传输数据的电信系统,具有纤芯为62.5μm的多模光纤10在短波时,在一至少为500米的连接段上能推带至少1千兆比特/秒的信息,而在长波时则在1000米的连接段上。对芯轴为50μm的多模光纤来说,这些距离对连接段分别增加了超过600米和2000米。然而,在本技术领域的技术人员会认识到最佳多模光纤10并不限于1千兆比特/秒的传输速率。相反,本发明的重要的连接段上能有超过10千兆比特/秒的数据传输速率。DMD的测量曲线指出纤芯为62.5μm的多模光纤具有足以满足上述操作参数的一些性质,参照图2-图5。
图2示出按本发明制作的多模光纤10的DMD测量曲线20。多模光纤10的DMD测量是在1300nm采用标准基于脉冲测量技术进行的。这种技术与在下列的参考中所描述的相类似:Marcuse,Principles of Optical Fibermeasurements pp 255-310,(Acadaucic Press.1981),和Olshansky,R.,“Propagation in Glass Optical Waveguides”,Rev.Mod Phys,Vol 51,NO.2,April 1979,pp.341-367它们已被引入作为参考。在1300nm DMD测量曲线向上倾斜的区域,对波长小于1300nm折射率分布是基本上被优化,而在DMD曲线向下倾斜的区域,则对波长大于1300nm折射率分布是基本上被优化。在DMD曲线接近于平坦的区域,对1300nm折射率分布基本上是被优化。
在850nm处,用在市场上能买到的Photon-Kinetics 2500型的光纤测量实验台测量的多模光纤10的DMD测量曲线30示于图3。再一次,在DMD曲线稍为上升的区域,对小波长稍为小于850nm折射率分布是被优化,而在DMD曲线向下倾斜的区域,它指出对波长大于850nm折射率分布是被优化。
在1300nm测量的第二最佳多模光纤(未示出)的DMD分布示于图4。虽然DMD分布40与DMD分布20稍有不同,但是,它也描述了多模光纤具有足以满足对具有芯轴为62.5μm或50μm的多模光纤所需的操作参数。
在1300nm测量的DMD分布20和40两者都被示于图5的同一幅图中。这两根曲线已经都被移动过以致它们被重合在它们的斜率相似的公共点上(而不是(r/a)2=0),而这点被任意地定义为零(0)延迟。笼统来说,当在波长为1300nm测量时,目标DMD分布包括具有从(r/a)2=0.0到0.25测量的平均斜率的第一区域,和具有从(r/a)2=0.25到0.5测量的平均斜率的第二区域,第一区域的斜率大于第二区域的斜率。换一种说法,目标DMD分布不是线性的。更为上佳的是,第一区域的平均斜率要大于第二区域的平均斜率至少为1.5倍。最为上佳的是,目标DMD分布包括具有从(r/a)2=0.4到0.6测量的平均斜率的第三区域,其中(r/a)2=0.4到0.6在DMD中的变化最大是+0.20nsec/km。
形成按照本发明的多模光纤和具有上述的目标DMD分布的最佳方法包括热化学反应包含初始试剂的二氧化硅和至少一种掺杂试剂以形成碳黑,把碳黑传递到一靶极在一定程度上足以制出具有特性的玻璃预制棒,把玻璃预制棒压延到一具有6.25μm或50μm芯轴区域等的工序。反应工序还包括根据足以导致呈现出目标DMD分布特性的多模光纤的碳黑沉积配方来选择初始试剂和至少一种掺杂剂。在一最佳的实施例中,碳黑沉积配方包括SiCl4和GeCl4所需的配比,SiCl4和GeCl4能导致多模光纤满足所要的目标分布的需要。当在波长为1300nm测量时,这样的多模光纤将会具有在第一区域从(r/a)2=0.0到0.25上测量的第一平均斜率,和第二区域从(r/a)2=0.25到0.5上测量的第二平均斜率,随同具有第一平均斜率大于第二平均斜率。然而,会理解到本发明并不限于SiCl4和GeCl4。
图7示出了本发明的多模光纤在图2和图3中显示出DMD分布曲线的同一光纤)的第一最佳实施例的基本上是抛物线的折射率分布曲线。图8示出了本发明的多模光纤(在图4中显示出DMD分布曲线的同一光纤)的第二最佳实施例的基本上是抛物线的折射率分布曲线。虽然这些图在实践本发明中并不需要,正如上所描述的,但是它们清楚地说明了用于按照本发明的DMD测量技术的好处。除了在图7和8指出的折射率分布的峰值区在折射率分布干扰上稍有不同之外,对本发明的多模光纤的第一和第二最佳实施例这两者其折射率分布的其它区域都是惊人地相似。
尽管在这里不作特别的描述,但是具有纤芯为50.0μm的多模光纤可以相似地制作。在本技术领域的技术人员会理解到对于这样的多模光纤的目标DMD分布将不同于如上所描述的具有纤芯为62.5μm的多模光纤的目标DMD分布。因此,碳黑沉积配方也会不同。也会进一步理解到目标DMD分布可以通过把作为第一区域的区域限定为从(r/a)2=0.0到0.2,和第二区域为从(r/a)2=0.2到0.4来描述。
例 子
本发明将通过下面的例子作进一步的阐明,这些例子意欲作为本发明的示例。例 1
一个测试经激光优化的多模光纤性能的方法是制作一种具有所要的DMD特性的光纤和用各种激光光源来测试它。这样测试的结果示于图6。
图示于图2-3和7的由DMD分布表出特征的多模光纤的“有效”带宽(MHzkm),对于各种780到850nm千兆比特以大网系统激励激光器示于图6。利用在本申请中早先作为参考的标准测量和激励技术技术来测量的光纤的过量填满(OFL)带宽,在850nm时是288MHzkm,在1300nm时是1054MHzkm。利用在本申请中早先作为参考的标准测量和激励技术来测量的光纤的激光带宽,在850nm是930MHzkm(采用具有芯轴直径为23.5μm的连接光缆,还有具有RMS光谱宽度小于0.85nm的850nm激光光源,正如早先所描述的)和在1300nm是2028MHzkm(采用典型的在单模光纤中应用的法布里-珀罗激光器和连接光缆以保证从纤芯中心的激励偏离为4μm)。示于图6对于各种千兆比特以太网系统的激光光源的‘有效’带宽是用23.5μm连接光缆所限定的850nm激光带宽的相同测量技术来测量的,但是用随各个别的千兆比特以太网系统而变化的激励条件,这是因为每个激光器,在近场和在远场都有不同的的功率分布。这证明了大的带宽可以利用本发明的光纤与许多种激光激励一起来展示。具有限定激励(930MHzkm)的经测量的激光带宽与用若干实际的千兆比特以太网系统所获得的近似地相同。短波千兆比特以太网系统激光带宽全部是明显地优于850nmOFL带宽的288MHzkm并在所需要较大地扩展千兆比特以太网系统的连接段的范围内。另外,利用具有4μm偏离的1300nm法布里-珀罗激光器测量的1300nm激光带宽是比1300nm OFL带宽的多两倍。例 2
作为第二个例子,该光纤(它的已测的DMD是在图4和它的已测的折射率分布是在图8)为OFL带宽作了测试,对于“限定的”激光带宽,在850nm采用了235μm的连接光缆和在1300nm的4μm的偏离,以及对于“有效”带宽,用了一组13千兆比特以太网系统激光。标准OFL带宽在850nm测得为564MHzkm而在1300nm则为560MHzkm、“限定的”激光带宽在850nm采用具有芯轴直径为23.5μm的连接光缆时是826MHzkm,而在1300nm采用具有4μm偏离的法布里-珀罗激光器所定义的激光宽度具有的值为5279MHzkm。用13千兆比特以太网系统激光在850nm或780nm测量的‘有效’带宽如下:
1214,886,880,876,792,786,754,726,614,394,376,434和472MHzkm。再一次,对850nm用具有纤芯直径为23.5μm的连接光缆,其限定的激光激励给出一个与“有效”带宽近似的带宽,参照用若干实际的千兆比特以太网激光光源。
对在本技术领域中的技术人员来说是明显的,即,在不背离本发明的精神和范围可以对本发明作出各种修改和变化。因此,本发明包罗了这个发明的修改和变化,只要它们来自所附的权利要求书和它们的等价物的范围之中。
Claims (17)
1.一种用于电信系统的多模光纤,其特征在于,所述多模光纤包含:
在850nm窗口中大于385MHz.km的第一激光带宽;
在1300nm窗口中大于746MHz.km的第二激光带宽;
在850nm窗口中至少为160MHz.km的第一OFL带宽;以及
在1300nm窗口中至少为500MHz.km的第二OFL带宽。
2.如权利要求1所述的多模光纤,其特征在于,所述第一激光带宽在850nm窗口中至少为385MHz.km。
3.如权利要求1所述的多模光纤,其特征在于,所述第二激光带宽在1300nm窗口中至少为746MHz.km。
4.如权利要求1所述的多模光纤,其特征在于,所述第一激光带宽在850nm窗口中至少为500MHz.km,而所述第二激光带宽在1300nm窗口中至少为1684MHz.km。
5.如权利要求4所述的多模光纤,其特征在于,它还包含直径为62.5微米的纤芯。
6.如权利要求4所述的多模光纤,其特征在于,它还包含直径为50微米的纤芯。
7.如权利要求4所述的多模光纤,其特征在于,所述第一激光带宽在至少500米长度上能至少携带1千兆比特/秒的信息。
8.如权利要求4所述的多模光纤,其特征在于,所述第二激光带宽在至少1000米长度上能携带至少1千兆比特/秒的信息。
9.如权利要求5所述的多模光纤,其特征在于,所述第一激光带宽在至少600米长度上能携带至少1千兆比特/秒的信息。
10.如权利要求5所述的多模光纤,其特征在于,所述第二激光带宽在至少2000米长度上能携带至少1千兆比特/秒的信息。
11.如权利要求3所述的多模光纤,其特征在于,1300nm的带宽是采用激光器中心发出的激光来测量的,这时采用的是单模光纤。
12.如权利要求4所述的多模光纤,其特征在于,它还包含能以等于并超过1千兆比特/秒的速率来传输数据的传输系统,所述系统包括:
激光光源,它传输至少1千兆比特/秒的信息,并且所述多模光纤与所述激光光源通信,以在850nm窗口中携带信息至少500米,在1300nm窗口中至少携带信息1000米。
13.如权利要求12所述的多模传输系统,其特征在于,所述第一激光带宽在850nm窗口中至少为500MHz.km,而第二激光带宽在1300nm窗口中包括至少1684MHzkm,并且所述第一和第二激光带宽能携带信息分别至少为600米和2000米。
14.如权利要求12所述的多模传输系统,其特征在于,所述多模光纤包括直径为约62.5μm的纤芯。
15.如权利要求13所述的多模传输系统,其特征在于,所述多模光纤包括直径约为50.0μm的纤芯。
16.如权利要求12所述的多模传输系统,其特征在于,所述激光光源包括850nm VCSEL。
17.如权利要求12所述的多模传输系统,其特征在于,所述激光光源包括1300nm法布里-珀罗激光器。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |