CN1542471A - 微结构光纤 - Google Patents

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Abstract

一种适合用于单光纤或多光纤光学连接器或阵列的光纤，该光纤由芯区和包围芯区的包层区构成，并且，在波长λ上，在弯曲直径为15mm时，该光纤的基模弯曲损耗低于0.1dB/m，在波长λ上，在光纤一端的基模模场直径，在8.0μm到50λ之间，而且，在波长λ上，在弯曲直径为30mm时，该光纤的第一高阶模的弯曲损耗，高于1dB/m。该光纤是多重结构的，其中的包层区包括主介质和在其内的多个副介质区，以形成空间均匀的平均折射率。

Description

微结构光纤
技术领域
本发明涉及光纤光波导，更具体说，是涉及微结构光纤中副介质区的排列。
背景技术
图1画出常规的光纤。在剖面中画出的是，有预定折射率的第一主介质5c，被第二主介质6c包围，第二主介质的折射率低于第一主介质的折射率。芯区2c包括第一主介质，以便使光波局限在该芯内并在光纤上传播。第一主介质的折射率通常是在空间上均匀的，但也可以有其他熟知的分布，如W形分布。
近年来发展的微结构光纤中，高折射率的芯被石英和空气混合物的包层包围，由于玻璃和空气之间大的折射率反差，给出新的光纤性质。包层结构可以有空间均匀的平均折射率，可以调整该平均折射率，使它与芯的折射率满足要求的关系。如在J.Broeng等人刊登在Optical Fiber Technology，Vol.5，pp.305-330(1999)，page316的论文说明的，利用有足够大的空气孔的微结构光纤，能够比常规光纤实现更低的弯曲损耗。
需要在光学部件间(光纤、波导光路、包含它们的模块等等)布线的光纤，必须能以低的损耗和低的费用拼接，能在弯曲成小直径下工作，和能有低的多模噪声。小直径弯曲带来的弯曲损耗，和光纤单元不精确定位带来的耦合损耗，是常见的问题。用有空间均匀平均折射率的包层的微结构光纤，很难获得对低损耗拼接足够大、但对泄漏引起的光损耗又不太大的模场直径。
发明内容
本发明至少部分通过提供一种光纤来满足上述的需求，该种光纤的光学特征是，基模的弯曲损耗低、第一高阶模的弯曲损耗高、和模场直径适合低损耗的光耦合及低损耗的导向。本文在说明本发明中使用的词汇，特征如下。
主介质是能靠自身构成光纤的介质。相反，副介质是不一定能靠自身构成光纤的介质。例如，玻璃和聚合物能用作主介质或副介质，而液体、气体、和真空，能用作副介质。
用若干种介质i(i＝1…M)构成的区域的平均折射率，由下述方程式(1)定义。
n avg = { ( Σ i = 1 M n 2 [ i ] f [ i ] ) / ( Σ i = 1 M f [ i ] ) } 1 / 2 - - - - - - ( 1 )
在方程式(1)中，n[i]和f[i]分别为介质i的折射率和体积。
折射率n1的介质1与折射率n0的介质0的相对折射率差Δ，由方程式(2)给出。
Δ = ( n 1 2 - n 0 2 ) / 2 n 1 2 - - - - - - ( 2 )
这里副介质区被安排在主介质0或1中，考虑用平均折射率代替主介质的折射率。
在孔是周期地排列的结构中，孔的相对直径d/L是孔的直径d与结构的周期性晶格间距L之比。
第一高阶模是其相位指数(phase index)是最高的仅次于两个基模的模。
通过下面的详细说明，本发明的优点变得显而易见，下面的说明是简明地以完成本发明的最佳方式演示的。本发明可以有其他的不同的实施例，且本发明的若干细节也可以在各个不同方面进行修改，全都不偏离本发明。因此，图和说明都是示例性的，不是限制。
附图说明
本发明在附图中以举例方式，而不是以限制的方式演示，附图中相同的数字表示相同的单元，附图有：
图1画出常规光纤垂直于光纤轴的剖面。
图2画出一种按照本发明的微结构光纤垂直于光纤轴的剖面。
图3A和3B分别表示三种光纤A1-A3的基模和第一高阶模的弯曲损耗曲线，光纤A1-A3是按照图2的本发明形成的。
图4画出按照本发明另一个实施例的微结构光纤垂直于光纤轴的剖面。
图5表示光纤的基模和第一高阶模的弯曲损耗曲线，该光纤是按照图2和4的本发明形成的。
图6画出一种按照图2本发明的涂敷微结构光纤。
图7画出一种按照本发明构成涂敷微结构光纤的微结构光纤带。
图8画出一种按照本发明的可分离的微结构光纤带。
图9画出一种光纤连接器，它把按照本发明的微结构光纤与常规光纤拼接。
图10画出一种多光纤的光纤连接器，它把按照本发明的微结构光纤阵列，与包含常规光纤的光纤阵列拼接。
图11画出按照本发明的一种多光纤的光纤阵列，其中的微结构光纤与常规光纤拼接。
图12画出按照本发明的另一种光纤连接器。
图13画出按照本发明的微结构光纤平行于光纤轴的剖面。
图14画出按照本发明的另一种微结构光纤平行于光纤轴的剖面。
图15画出一种按照本发明的多光纤光学连接器，它与图10所示连接器类似。
图16画出一种按照本发明的多光纤光纤阵列，它与图11所示阵列类似。
图17是用扫描电子显微镜拍摄的图片，表明本发明制成的光纤的剖面。
图18是本发明制作的光纤的衰减系数谱，用剪断法测量。
具体实施方式
图2画出第一实施例微结构光纤垂直于光纤轴的剖面。图中尺寸不一定按精确的比例。微结构光纤1有芯区2、包围芯区的内包层区3、和包围内包层区的外包层区4。芯区由第二主介质区6包围的第一主介质5构成。内包层区由第二主介质和多个副介质区7构成。外包层区由第三主介质8构成。外包层区的作用，除改进机械强度外，是增加高阶模的弯曲损耗。外包层区的外边界是圆周，直径例如125μm。最好用涂层介质，例如UV固化树脂，覆盖外包层区的外表面。光纤的外经可以小于125μm，例如80μm，以便降低弯曲产生的应变。或者，光纤的外经可以大于125μm，例如180μm，以便防止光纤的微弯曲。
最好还要在光纤拉制当中或光纤拉制之后，让微结构光纤以高于2.5％的应变通过一过筛步骤，从而降低在光纤中包含低强度的段的概率。具体说，经2.5％的过筛后，2米长的光纤弯曲成15mm直径的断裂概率小于10-3。又，经3.5％的过筛后，2米长的光纤弯曲成10mm直径的断裂概率小于10-3。
第一主介质是以GeO2掺杂的石英玻璃。第二和第三主介质是纯的石英玻璃。副介质是不活泼的气体，如空气和氮气，于是副介质区是空气孔。因此，如把第一、第二、和第三主介质的折射率分别记为n1、n2、和n4，副介质的折射率记为n3，而内包层区的平均折射率记为N，那么下面的关系式成立。
            n1＞n2＞n3，和N＜n4。
内包层区的平均折射率N，第一主介质对第二主介质的相对折射率之差Δ，和第一主介质区的形状，按如下方式选取，使在200nm到1700nm的波长λ上，基模的模场直径大于或等于8.0μm，并当副介质被第二主介质代替时，小于或等于50λ。结果是，把基模与外界光学系统耦合时，耦合损耗是低的，同时，在副介质被代替的部分，泄漏损耗也是低的。因此，降低了伴随光耦合的费用和光损耗。
在该第一实施例的微结构光纤中，第一主介质区和空气孔在垂直于光纤轴剖面上的的形状，是圆的。空气孔排列在恒定间距L的六方晶格的格点上。空气孔的数目是36，占据三层六方晶格。第一主介质区的折射率，在空间上基本是均匀的。也可以用锗、氟、氯、硼、铝、和钛，对第一到第三主介质的石英玻璃掺杂，以便形成折射率分布。还有，虽然熟知的芯区折射率分布是突变折射率分布，但其他分布，如人们熟知的W形分布也是可能的。此外，空气孔的排列不一定是六方晶格。可以替换的是把副介质区排列在多个同心的圆周上，从而改善模场的圆度并增强常规光纤间的耦合效率。
下面的表1，列出第一实施例举出的三种微结构光纤A1-A3的结构细节。比较是在包括副介质的光纤与副介质被第二主介质代替的光纤间进行的。不论副介质是否被第二主介质代替，模场直径都在8.0μm与50λ之间。
表1
    (A1)     (A2)     (A3)
    芯直径[μm]     4.85     5.13     5.44
    芯Δ[％]     0.34     0.34     0.34
    孔数     36     36     36
    间距L[μm]     8.08     8.55     9.07
    孔直径d[μm]     3.23     3.85     4.54
    相对孔直径d/L     0.40     0.45     0.50
    内包层的Δ[％]     -4.1     -5.3     -6.7
    1550nm上的MFD(*1)[μm]     8.6     8.6     8.6
    1550nm上的MFD(*2)[μm]     12.8     12.0     11.4
    1550nm上孔中功率分数     7.3e-5     6.2e-5     5.4e-5
(*1)是当副介质没有被第二主介质代替时
(*2)是当副介质被第二主介质代替时
内包层对第二主介质的相对折射率之差Δ，是根据在1550nm波长上，第二主介质与副介质的折射率分别为1.444和1获得的。内包层区的边界，按如下方式定义，即从该边界到该边界相邻的副介质的距离，与副介质区的直径之比，基本上等于两相邻副介质区之间的距离与它们的平均直径之比。内包层区的内外边界都是六方形，边长分别为0.5L和3.5L。
图3A和3B分别画出光纤A1-A3的基模和第一高阶模的弯曲损耗。如图2a所示，在弯曲直径为15mm时，在A1-A3中基模的弯曲损耗小于0.1dB/m，而且，即使在弯曲直径为10mm时，在A2-A3中也小于0.1dB/m。如图2b所示，在弯曲直径为30mm时，A1-A3第一高阶模的弯曲损耗，高于1dB/m，又即使在直径为280mm时，A1也高于1dB/m。由于基模的低弯曲损耗，所以这些光纤能在小直径弯曲下工作。因为第一高阶模的高弯曲损耗，基模与高阶模之间干涉产生的多模噪声是低的。虽然在常规光纤中，基模弯曲损耗的下降趋于使第一高阶模的弯曲损耗下降，并增加多模噪声，但是，本发明采用外包层区折射率高于内包层区平均折射率的结构，同时实现了基模的低的弯曲损耗和第一高阶模的高的弯曲损耗。还有，因为不论有没有副介质区，模场直径都在8.0μm与50λ之间，所以有可能以低的光损耗和低的费用，实现与外部光学系统的光耦合。这样的特征组合，在现有的熟知的光纤中尚未发现，在现有的熟知的光纤中，外包层有效地改善了机械强度，但不增加第一高阶模的弯曲损耗。而且，在第一实施例的光纤中，位于孔内的功率分数，低于10-4。结果是，孔内和孔周围杂质，和孔的表面粗糙度引起的吸收或散射所导致的传输损耗，被降低了，且该光纤的传输损耗是稳定的和低的。
图4画出第二实施例微结构光纤垂直于光纤轴的剖面。图中尺寸不一定按精确的比例。微结构光纤1有芯区2、包围芯区的第一内包层区31、包围第一内包层区的第二内包层区32、和包围第二内包层区的外包层区4。芯区由被第二主介质区6包围的第一主介质区5构成。第一和第二内包层区由第二主介质和多个副介质区7构成。外包层区由第三主介质8构成。如同第一实施例，外包层区的外边界是直径为125μm的圆周，最好用涂层介质，例如UV固化树脂，覆盖外包层区的外表面。最好还要在光纤拉制当中或光纤拉制之后，让微结构光纤以高于2.5％的应变通过一过筛步骤。
主介质和副介质的成分，及第一主介质区和空气孔的形状，与第一实施例相同。第二实施例举出10种微结构光纤B1-B5、C1-C3、和D1-D2作为示范，它们的结构细节见下面的表2和3。
表2
    (B1)     (B2)     (B3)     (B4)     (B5)
 芯直径[μm]     4.85     5.13     5.44     5.73     6.01
 芯Δ[％]     0.34     0.34     0.34     0.34     0.34
 孔数     18     18     18     18     18
 在第一内包层中的间距L1[μm]     8.08     8.55     9.07     9.55     10.02
 在第一内包层中的孔直径d1     3.23     3.85     4.54     5.25     6.01
 相对孔直径d1/L1     0.40     0.45     0.50     0.55     0.60
 第一内包层的Δ[％]     -4.1     -5.3     -6.7     -8.3     -10.2
 在第二内包层中的间距L2[μm]     8.08     8.55     9.07     9.55     10.02
 在第二内包层中的孔直径d2     3.23     3.85     4.54     5.25     6.01
 相对孔直径d2/L2     0.40     0.45     0.50     0.55     0.60
 第二内包层的Δ[％]     -4.1     -5.3     -6.7     -8.3     -10.2
 1550nm上的MFD(*1)[μm]     8.6     8.6     8.6     8.6     8.6
 1550nm上的MFD(*2)[μm]     12.8     12.0     11.4     11.0     10.7
 1550nm上孔中功率分数     7.6e-5     6.6e-5     5.5e-5     4.9e-5     4.5e-5
(*1)是当副介质没有被第二主介质代替时
(*2)是当副介质被第二主介质代替时
   表3
    (C1)     (C2)     (C3)     (D1)     (D2)
芯直径[μm]     6.01     6.01     6.01     5.73     5.73
芯Δ[％]     0.34     0.34     0.34     0.34     0.34
孔数     18     18     18     18     18
在第一内包层中的间距L1[μm]     10.02     10.02     10.02     9.55     9.55
在第一内包层中的孔直径d1     6.01     6.01     6.01     5.25     5.25
相对孔直径d1/L1     0.60     0.60     0.60     0.55     0.55
第一内包层的Δ[％]     -8.2     -8.6     -9.4     -7.1     -7.6
在第二内包层中的间距L2[μm]     11.32     11.02     10.52     10.50     10.03
在第二内包层中的孔直径d2     6.01     6.01     6.01     5.25     5.25
相对孔直径d2/L2     0.53     0.55     0.57     0.50     0.52
第二内包层的Δ[％]     -7.3     -7.9     -8.9     -6.4     -7.3
1550nm上的MFD(*1)[μm]     8.6     8.6     8.6     8.6     8.6
1550nm上的MFD(*2)[μm]     12.8     12.0     11.4      11.0     10.7
1550nm上孔中功率分数     4.4e-5     4.4e-5     4.4e-5     4.9e-5     4.9e-5
(*1)是当副介质没有被第二主介质代替时
(*2)是当副介质被第二主介质代替时
第一和第二内包层区分别包括6和12个孔，排列在每一内包层区的六方晶格的格点上。如果在光纤B1-B5中，把第k个内包层区的晶格间距和孔直径记作Lk和dk(k＝1、2)，d1＝d2和L1＝L2，那么在B1-B5中，第一和第二内包层区的平均折射率相等。相反，在光纤C1-D2中，d1＝d2和L1＜L2，所以在C1-D2中，第二内包层区比第一内包层区有更高的平均折射率。如在表中所示，不论副介质是否被第二主介质代替，模场直径都在8.0μm与50λ之间。各介质的折射率与实施例1的相同，且各内包层边界的定义方式，也与实施例1相同。就是说，第一内包层的内边界，是边长为0.5L1的六方形，第一内包层区的外边界，是边长为0.5*(L1+2*L2)的六方形，并等于第二内包层区的内边界，而第二内包层区的外边界，是边长为2.5L2的六方形。这些六方形的中心与光纤中心重合。
图5画出光纤B1-D2的基模和第一高阶模的弯曲损耗。如果拿光纤C1-D2与光纤B1-B5比较，前者有较低的基模弯曲损耗和较高的第一高阶模弯曲损耗，但前者与后者在模场直径上，没有明显的差别。因此，前者比后者更适合应用于光学布线。前者的结构在于，第二内包层比第一内包层有更高的平均折射率，而后者的结构在于，第一和第二内包层区的平均折射率是相等的。
还应指出，实施例1的光纤A1-A3，比光纤B1-B3更适合，虽然Ak和Bk(k＝1，…，3)之间的差别，仅在于孔数。已经发现，孔数对用于布线应用的光纤性能的这种影响，是现有的已知光纤所没有的。
如同第一实施例，因为低的基模弯曲损耗，这些光纤能在小直径弯曲下工作。因为第一高阶模的高的弯曲损耗，基模与高阶模之间干涉产生的多模噪声是低的。此外，因为不论有没有副介质区，模场直径都在8.0μm与50λ之间，所以有可能以低的光损耗和低的费用，实现与外部光学系统的光耦合。还有，位于孔内的功率分数，低于10-4，所以孔内和孔周围杂质，和孔的表面粗糙度引起的吸收或散射所导致的传输损耗，被降低了，且该光纤的传输损耗是稳定的和低的。
图6画出一种由第一涂层32覆盖的涂敷微结构光纤31。第一涂层通常用UV固化树脂，以保护光纤表面避免划伤，划伤是使光纤断裂的原因，还避免水，水是导致损耗和强度恶化的原因。还有，第一涂层可以有足够的尺寸和强度，防止比几毫米还小的极小直径弯曲的出现。
图7画出一种涂敷微结构光纤31的微结构光纤带33。微结构光纤带33是有多根(通常是2到20根)涂敷微结构光纤的阵列，并且有第二涂层34同时覆盖各涂敷光纤。第二涂层通常用UV固化树脂。该带能改善光布线的空间密度，并比常规光纤带更容易拼接和对小直径弯曲更牢固。
图8画出一种可分离的微结构光纤带35。该可分离光纤带是有多组(通常是2到4组)涂敷光纤组37的阵列，并且有第三涂层36同时覆盖各涂敷光纤组。第三涂层通常用UV固化树脂。涂敷光纤组是多根(通常是2到10根)涂敷微结构光纤的阵列，并且有第二涂层同时覆盖各涂敷微结构光纤。
图9画出一种有微结构光纤1的光纤连接器41。光纤连接器有套管42和法兰盘44。法兰盘有边缘45。边缘易于使连接器精确定位。套管有腔，内径比125μm略大，125μm是微结构光纤1的玻璃区外经。包括光纤一端的一段微结构光纤，插入套管的腔中。在拼接部分43，该微结构光纤的一端，通过电弧熔接或机械地与没有副介质区的常规光纤1c的一端拼接。最好在拼接端，常规光纤1c的模场直径基本上与微结构光纤1的模场直径一致。常规光纤1c的外径基本上与微结构光纤的外径相同。常规光纤的另一端，有抛光的表面，它成为该连接器与另一个光学连接器连接时的接口。抛光表面可以取熟知的形状，如平面或球面。在光纤连接器的本实施例中，要保护微结构光纤的副介质区，防止微粒和溶液随抛光过程进入，还要防止连接器环境中包含的水的污染，所以，连接器和微结构光纤的可靠性是高的。
图10画出一种多光纤光纤连接器41b，它有如图7所示带33那样的微结构光纤带，这种微结构光纤带也可以用图8的可分离微结构光纤带35代替。多光纤连接器41b有一多光纤套管48，套管上有边缘47。该边缘易于使连接器精确定位。套管有一个或多个易于使连接器精确定位的定位孔46，和多个内径略大于125μm的腔，125μm是微结构光纤的外经。在包括微结构光纤的光纤一端的段上，除去涂层，把该段插入套管的腔内。在拼接部分43b，每一微结构光纤，通过电弧熔接或机械地与一常规光纤1c拼接。如同在图9的连接器41那样，每一常规光纤的另一端，有抛光的表面。该多光纤连接器能实现高度的可靠性，因为微结构光纤的副介质区是与环境分隔开的。
图11画出一种光纤阵列49，它有如图7所示带33那样的微结构光纤带，这种微结构光纤带也可以用图8的可分离微结构光纤带35代替。光纤阵列49有衬底50，衬底上有V形槽52，它的形状适合放置125μm直径的光纤。在包括微结构光纤的光纤一端的段上，除去涂层，然后把该段放在V形槽上，并用固定的介质51(通常是树脂)固定。在拼接部分43c，每一微结构光纤，通过电弧熔接或机械地与一常规光纤1c拼接。如同在图9的连接器41那样，常规光纤的另一端有抛光的表面。该光纤阵列连接器能实现高度的可靠性，因为微结构光纤的副介质区是与环境分隔开的。
图12画出一种有微结构光纤1的光纤连接器41d，其中的套管42d、法兰盘44d、和边缘45d，基本上与图9的光纤连接器41中的相同。在本连接器中，微结构光纤的一端有一段12，其中的副介质用第二主介质代替，或段12b，其中把密封介质填充进该副介质区中。微结构光纤的一端有抛光的表面，它成为本连接器与另一个光学连接器连接时的接口。本连接器还能实现高度的可靠性，因为微结构光纤的副介质区是与环境分隔开的。
图13画出微结构光纤平行于光纤轴的剖面，该微结构光纤有上面对图12说明的段12。在标准的段11中，微结构光纤的剖面，具有第一或第二实施例说明的结构。在段12中，空气孔被石英玻璃代替。在标准的段11与段12之间，有过渡段13，在过渡段，孔的直径沿光纤长度变化。能够通过有选择地加热一段光纤，使孔因表面张力而收缩，形成段12和13。此外，过渡段可以通过沿光纤长度的温度分级来形成。
图14画出另一种形式处理的微结构光纤1沿光纤轴的剖面，该微结构光纤有上面对图12说明的段12b。在标准的段11中，微结构光纤的剖面，具有第一或第二实施例说明的结构。在段12b中，空气孔被密封介质72填充，密封介质通常是树脂。
图15画出一种多光纤光纤连接器41c，它有如图7所示带33那样的微结构光纤带33，这种微结构光纤带也可以用如图8的可分离微结构光纤带35代替。套管48e和边缘47e，基本上与图10的多光纤光纤连接器41b中的相同。在本连接器中，微结构光纤的每一端，具有如图13和14所示的段12或12b，以及抛光的表面，抛光表面成为本连接器与另一个光学连接器连接时的接口。本连接器还能实现高度的可靠性，因为副介质区是与环境分隔开的。
图16画出一种光纤阵列49f，它有如图7所示带33那样的微结构光纤带，这种微结构光纤带也可以用如图8所示的可分离微结构光纤带35代替。衬底50f、V形槽52f、和固定介质51f，基本上与图11所示光纤阵列49中的相同。在本光纤阵列中，微结构光纤的每一端，具有如图13和14所示的段12或12b，以及抛光的表面，抛光表面成为本连接器与另一个光学连接器连接时的接口。本光纤阵列还能实现高度的可靠性，因为副介质区是与环境分隔开的。
本发明人已经制成并评估若干本发明的光纤。图17是用扫描电子显微镜拍摄的图片，表明制成的光纤(a)-(d)的剖面。4根光纤每一根的结构，与图4所示第二实施例的相同，所以，每一光纤有芯、第一内包层、第二内包层、和外包层。芯有被纯石英包围的掺锗石英制成的区，掺杂区对纯石英的相对折射率差Δ约为0.33％，该区的直径约8.5μm。内包层区由纯石英玻璃制成，空气孔嵌入该玻璃中。外包层由纯石英制成。4根光纤的差别在于孔的直径。
表4概括了制成的光纤的光学性质和结构。如在表中所示，制成的光纤对至少10mm以上的弯曲直径，有低的弯曲损耗。
 表4
  性质     波长[nm]                               光纤
    (a)     (b)     (c)     (d)
  MFD[μm]     1550     8.5     8.5     8.9     8.8
  有效面积[μm^2]     1550     60.6     59.8     65.8     66.0
  弯曲损耗[dB/km]     1550                               弯曲直径[mm]
    10     ＜0.1     ＜0.1     ＜0.1     ＜0.1
    15     ＜0.1     ＜0.1     ＜0.1     ＜0.1
    20     ＜0.1     ＜0.1     ＜0.1     ＜0.1
  截止波长(*1)[nm]     1444     1180     1095     1104
  衰减[dB/km]     1550     0.23     0.24     0.24     0.30
    1310     0.48     0.50     0.53     0.53
  色散[ps/nm/km]     1550     28.1     28.0     27.2     27.4
  色散斜率[ps/nm^2/km]     1550     0.0711     0.0708     0.0707     0.0702
  孔直径[μm]     第一内包层     6.00     5.00     4.16     4.15
    第二内包层     5.75     4.60     3.77     4.07
(*1)光纤长度是2m，在280mm的直径上绕一圈，与ITU-TG.650相符。
还有，当保留空气孔时，基模的模场直径(MDF)是8.5到8.9μm。当空气孔被纯石英玻璃代替时，例如通过电弧熔接使空气孔消失，根据折射率差和芯直径的计算，模场直径可望增加至约10.3μm。
基模的有效面积是59到66μm2。有效面积较可取的是大于20μm2，更可取的是大于50μm2，以便在光信号传输时抑制非线性光学效应。
高阶模在截止波长以上传播时，经受足够高的衰减，从而抑制多模噪声，截止波长按照ITU-TG.650的方式，取2m长的样品并在280mm直径上绕一圈进行测量。为了光纤在广泛使用的1530至1580nm波段中使用，截止波长较可取的是低于1530nm，更可取的是低于1300nm，以便光纤在更广泛使用的1300至1700nm波段中使用。
用剪断法测量的光衰减系数，是0.23到0.30dB/km。为了在长于1km距离上的传输，衰减系数较可取的是低于0.30dB/km，更可取的是低于0.25dB/km，以便在长于1km距离上的传输和/或以便通过增加传输链路的损耗预算，降低光发射机和光接收机的费用。
制成的光纤的色散是27到29ps/nm/km，色散斜率约为0.07ps/nm2/km。色散和色散斜率最好是正的，使广泛可购得的发射机能够使用，这种发射机是按ITU-TG.652单模光纤标准制订的链路设计的。
图18画出制成的光纤的光衰减系数谱，是用剪断法测量的。如图所示，光纤(a)的衰减系数，在1520至1650nm波段低于0.25dB/km、在1500至1660nm波段低于0.30dB/km、和在1000至1300nm波段及1460至1760nm波段低于1dB/km。在广阔的波长范围上有如此低的衰减，用于大容量、长距离、和/或低费用的光传输是优越的。
虽然本发明已经结合目前认为最实际和优选的实施例加以说明，但本发明不限于已公开的实施例，相反，本发明涵盖包含在后面的权利要求书的精神和范围内各种修改和等效装置。例如，带的阵列和连接器，除了上述第一和第二实施例中那些微结构光纤外，可以包括其他已知的微结构光纤。

Claims (34)

1.一种光纤，包括芯、包围芯的内包层、和包围内包层的外包层，其中
芯是第一主介质，在200nm到1700nm的波长λ上，具有折射率n1；
至少作为光纤的一部分的内包层，包括第二主介质和多个副介质区，第二主介质在波长λ上的折射率是低于n1的n2，多个副介质区在波长λ上的折射率是低于n2的n3；
外包层是第三主介质，在波长λ上的折射率n4高于内包层的平均折射率N；
所述芯、内包层、外包层、和副介质区，沿光纤的轴伸延；
光纤的基模在弯曲直径为15mm时，在波长λ上的弯曲损耗，低于0.1dB/m；
在光纤的端部，在波长λ上，基模的模场直径在8.0μm到50λ之间；和
在波长λ上，第一高阶模在弯曲直径为30mm时的弯曲损耗，高于1dB/m。
2.按照权利要求1的光纤，其中外包层的外径，在124μm到126μm之间，且光纤能抵抗高于2.5％的应变。
3.按照权利要求1的光纤，其中第一到第三主介质，是纯的或掺杂的石英玻璃，掺杂物属于下面的一组材料：锗、氟、氯、磷、氮、硼、铝、钛、铒、镱、钕、镨、和铋，而副介质是气体或真空。
4.按照权利要求3的光纤，其中的内包层有包围芯的第一内包层区和包围第一内包层区的第二内包层区，且在波长λ上，第一内包层区的平均折射率N1低于第二内包层区的平均折射率N2。
5.按照权利要求1的光纤，其中在弯曲直径为280mm时，第一高阶模的弯曲损耗高于1dB/m。
6.按照权利要求3的光纤，其中光纤端部的内包层副介质区，在波长λ上的折射率是n2。
7.按照权利要求6的光纤，其中光纤端部的内包层副介质区，与第二主介质是同一种材料。
8.按照权利要求3的光纤，其中，在波长λ上，位于副介质区中的光功率与光纤中以基模传播的总光功率之比，小于10-4。
9.按照权利要求8的光纤，其中光纤端部的副介质区，用波长λ上折射率为n5的介质密封，折射率n5高于n3，并且该介质在波长λ上的光衰减系数小于10dB/mm。
10.按照权利要求1的光纤，其中，在波长λ上，光纤端部的基模模场直径在8.0μm到10λ之间。
11.按照权利要求1的光纤，其中，在波长λ上，光纤所述端部的基模光衰减系数，低于0.30dB/km。
12.按照权利要求11的光纤，其中，在波长λ上，光纤所述端部的基模光衰减系数，低于0.25dB/km。
13.一种光纤带，包括权利要求1所述的涂敷光纤的阵列，该阵列的每一光纤有第一涂层，且涂敷光纤阵列被第二涂层覆盖。
14.按照权利要求13的光纤带，其中所述阵列包括多组涂敷光纤，还包括覆盖所述多个组的每一个组的至少一部分的第三涂层。
15.一种光学连接器，包括内含权利要求1所述的一根或多根光纤和一根或多根非微结构光纤的一个套管，每一所述光纤有一端与相应的一根非微结构光纤的一端连接，每一非微结构光纤的另一端是抛光了的。
16.一种光纤阵列，包括多根权利要求1所述的光纤，每一所述光纤有一端与相应的一根非微结构光纤的一端连接，每一非微结构光纤的另一端是抛光了的。
17.一种光学连接器，包括内含权利要求6所述的一根或多根光纤的一个套管，其中，光纤的端部是抛光了的，并精确定位在套管的端面。
18.一种光纤阵列，包括多根权利要求6所述的光纤，其中，光纤的端部是抛光了的，并精确定位在阵列的端面。
19.一种光学连接器，包括内含权利要求9所述的一根或多根光纤的一个套管，其中，光纤的端部是抛光了的，并精确定位在套管的端面。
20.一种光纤阵列，包括多根权利要求9所述的光纤，其中，光纤的端部是抛光了的，并精确定位在阵列的端面。
21.一种光学连接部件，包括：微结构光纤、非微结构光纤、和固定装置，其中
微结构光纤包括芯和包围芯的包层，包层包括主介质和多个副介质区，主介质在200nm到1700nm的预定波长λ上的折射率为n1，多个副介质区排列在主介质中，副介质在波长λ上的折射率为n2；
非微结构光纤包括芯和包围芯的包层，芯在波长λ上的折射率为N3，包层在波长λ上的折射率为N4，N4低于N3；
非微结构光纤的第一端有抛光的界面；
非微结构光纤的第二端与微结构光纤的第一端拼接；和
抛光的界面、非微结构光纤、和微结构光纤的第一端，都固定在固定装置上。
22.按照权利要求21的光学连接部件，其中的固定装置包括有一个或多个腔的一个套管。
23.按照权利要求21的光学连接部件，其中的固定装置包括一个或多个槽和固定介质。
24.一种光学连接部件，包括微结构光纤和固定装置，其中
微结构光纤包括芯和包围芯的包层，包层包括主介质和多个副介质区，主介质在200nm到1700nm的预定波长λ上的折射率为n1，多个副介质区排列在光纤部分的主介质中，副介质在波长λ上的折射率为不同于n1的n2；
微结构光纤的一端包括预定形状的抛光界面，又在微结构光纤所述一端的另一部分上，包层包括第二主介质区；和
抛光的界面和微结构光纤的一端，都固定在固定装置上。
25.按照权利要求24的光学连接部件，其中的固定装置包括有一个或多个腔的一个套管。
26.按照权利要求24的光学连接部件，其中的固定装置包括一个或多个槽和固定介质。
27.一种光纤，包括芯区和包围芯区的包层区，所述芯区和包层区沿光纤轴伸延，其中
在200nm和1700nm之间的波长λ上，在弯曲直径为15mm时，光纤的基模弯曲损耗低于0.1dB/m；
在光纤的端部，在波长λ上，基模的模场直径在8.0μm到50λ之间；和
在波长λ上，在弯曲直径为30mm时，第一高阶模的弯曲损耗高于1dB/m。
28.按照权利要求27的光纤，其中的包层区包括主介质和多个副介质区，据此形成微结构光纤。
29.按照权利要求27的光纤，其中，在波长λ上，基模的光衰减系数低于0.30dB/km。
30.按照权利要求29的光纤，其中，在波长λ上，基模的光衰减系数低于0.25dB/km。
31.一种光学连接器，包括内含权利要求11所述的一根或多根光纤和一根或多根非微结构光纤的一个套管，每一所述光纤有一端与相应的一根非微结构光纤的一端连接，每一非微结构光纤的另一端是抛光了的。
32.一种光纤阵列，包括多根权利要求11所述的光纤，每一所述光纤有一端与相应的一根非微结构光纤的一端连接，每一非微结构光纤的另一端是抛光了的。
33.一种光纤，包括芯和包围芯的包层，包层包括主介质和多个副介质区，主介质的主介质折射率，在200nm到1700nm的波长λ上是n1，多个副介质区排列在光纤部分的主介质中，副介质在波长λ上的折射率为不同于n1的n2，其中，在波长λ上，基模的光衰减系数低于0.30dB/km。
34.按照权利要求33的光纤，其中，在波长λ上，基模的光衰减系数低于0.25dB/km。
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