CN1630830A - 具有折射率分布的多模光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有折射率分布的多模光纤，其中，光纤中心周围的区域具有这样的折射率分布，使得可以获得对长度为至少300m的光纤进行的在光纤中心没有发生任何脉冲分离的DMD(微分模时延)测量响应。

Description

具有折射率分布的多模光纤
本发明涉及具有折射率分布的多模光纤，还涉及其制造方法。
从国际专利申请WO 00/50936已知有一种多模光纤及其制造方法。所述多模光纤具有62.5μm的纤芯面积和非线性DMD(差模延迟)分布，在波长为1300nm测量时，所述非线性DMD分布包括：在第一区域测量的第一平均斜率(r/a)2＝0.0-0.25和在第二区域测量的第二平均斜率(r/a)2＝0.25-0.5，其中，第一平均斜率大于第二平均斜率。已经通过管外汽相淀积(OVD)方法制造从所述文件得知的所述多模光纤。在所述文件中没有给出关于脉冲分离的更详细的说明。
前述多模光纤是从美国专利No.4793843中得知的。所述文件说明了制造预制棒的方法，再从预制棒拉制出光纤，其中，所述预制棒的折射率分布几乎不呈现任何扰动。制造好这种预制棒后，在内表面淀积上玻璃层之后，沿其整个长度加热所述空心***管，加热元件沿旋转的***管的长度方向匀速往复运动。在软化的***管材料的表面张力影响下，***管直径逐渐缩小，直到***管完全闭合，于是形成整体条棒形式的预制棒，通过加热其一端，即可从所述预制棒拉制出光纤。在由石英玻璃制造光纤时通常使用的掺杂物是二氧化锗(GeO2)。如果石英玻璃掺杂有略带挥发性的掺杂物，例如二氧化锗，那么，当含有这种石英玻璃的空心***管收缩时，部分掺杂物就会从最后淀积的玻璃层中蒸发。这导致折射率分布方面的扰动，这种扰动对光纤的带宽具有不利作用。根据所述美国专利的说明，如果在空心***管闭合的同时，使气态腐蚀剂通过***管(此时***管还是空心的)，就可避免所谓的光纤折射率分布的下陷(dip)，从而获得整体条棒。
对于新一代的光纤，传输大量的数据至关重要，最好为所谓的10千兆位或大于2.5Gb的以太网***制造折射率分布没有扰动的多模光纤。多模光纤中这些特殊的分布扰动会导致对通过光纤的光线的不希望有的干扰。
本发明的目的就是提供一种折射率分布没有扰动的多模光纤。
按照本发明，前述多模光纤的特征在于：光纤中心周围区域具有这样的折射率分布，使得可以获得对长度为至少300m的光纤进行的在光纤中心没有发生任何脉冲分离的DMD(微分模时延)测量响应。
本发明人进行的实验表明，就多模光纤用作高速数据传输的适合性而言，光纤中心是最重要的。多模光纤用作高速数据传输的适合性是用所谓的DMD(差模延迟)测量结果来评估的，即，在数个径向位置测量光脉冲通过光纤纤芯的传输。300m的光纤长度是实际中通常使用的最大长度。而且，对这样长度的光纤进行DMD测量，光纤浪费的数量很小。
最好借助波长850mm、短脉冲持续时间和小频谱宽度的激光进行DMD测量，测量时用所谓的单模光纤来辐照拟测量的多模光纤。如果多模光纤的理想的折射率分布的中心部分呈现小的偏移，就会在DMD曲线中观察到脉冲加宽或所谓的双脉冲。由于所述脉冲加宽，光线就会以不同的速度通过光纤纤芯的这一部分，这是不希望有的。
最好用于本发明的光纤具有符合以下方程的折射率分布：
n(r)＝n1[1-2Δ(r/a)α]1/2
式中：
n1＝光纤中心的折射率值
r＝光纤中的径向位置(μm)
Δ＝光纤的折射率差
α＝分布形状参数
a＝光纤半径(μm)
分布形状参数α决定了测量光纤最大带宽的波长。如果α值较高，则在较低波长测量最大带宽。以这种方式改变α值就有可能使光纤带宽在特定波长下达到最优。对于下一代光纤，特别是半径大于20μm的光纤，可改变分布形状参数α以优化在850nm波长时的光纤带宽。可以通过将具有精确限定的折射率值的层淀积到空心***管的内部来获得非常精确的α分布。所述多模光纤最好具有直径为50μm的纤芯。
本发明还涉及所附权利要求书所限定的制造多模光纤的方法。
本发明人从荷兰专利NL1013944了解到制造所述多模光纤的方法，所述专利内容可以认为已全部包括在本文内。从所述专利了解的方法涉及以下方法：通过化学汽相淀积(CVD)利用反应气体混合物将玻璃层淀积到***管内部，以便获得具有精确限定的折射率分布的预制棒，所述方法包括以下步骤：
a)确定拟制造的预制棒的所需折射率分布；
b)精确调节用于制造符合步骤a)所确定的折射率分布的所需预制棒的反应气体混合物的成分和供应速率；
c)在步骤b)调节后的条件下，将反应气体混合物引入***管中并在其中进行反应，以便将形成玻璃的氧化物淀积到***管的内部；
d)将在步骤c)的淀积过程获得的***管收缩成预制棒，然后对所述预制棒进行折射率分布测量；
e)对步骤a)确定的折射率分布和步骤d)测量的折射率分布加以比较；以及
f)通过在随后的淀积过程中随时间而变地修改反应气体混合物的成分，以校正在步骤e)中测量的折射率分布的差异。
利用上述步骤a)-f)，就有可能获得预制棒中的精确限定的折射率分布，其中，存在最终预制棒的折射率分布测量结果和在淀积过程中使用的气体剂量的反馈信息。在步骤d)中获得的折射率分布测量结果用来调节步骤c)中制造预制棒的生产过程。根据步骤d)中获得的折射率分布测量结果，有可能按照上述发明确定生产过程(特别是反应气体混合物的成分)应调节的程度，以便尽可能接近在步骤a)确定的所需的折射率分布。在按照上述发明的步骤b)精确调节了反应气体混合物的成分和供应速率之后，按照步骤c)进行淀积过程。一旦按照步骤c)的淀积过程结束，就对这样得到的预制棒进行步骤d)的折射率分布测量。把在步骤d)测量的折射率分布与步骤a)确定的折射率分布进行比较，然后在步骤f)通过在随后的淀积过程中随时间而变地修改反应气体混合物的成分来校正在步骤e)中测量的折射率分布的差异。应当理解，在步骤f)进行的校正可以要求在随后的淀积过程中连续地修改反应气体混合物的成分。但是，如果在步骤e)测量的折射率分布的差异可以接受，是在特定的容差范围之内，则在随后的淀积过程中不需校正反应气体混合物的成分。仅在步骤e)测量的折射率分布的差异超过特定容差范围时才进行校正。
上述PCVD过程使得有可能制造具有折射率分布的多模光纤，其纤芯由数千层组成。可以改变所述各层中每一层的折射率值，得到非常精确的α分布。
在开发下一代光纤时，本发明人发现光纤中心周围的区域，其直径为1-6μm，在进行DMD测量时防止在光纤中心处发生脉冲分离方面极其重要，所述DMD测量是在波长850nm，辐射MFD(模场直径)＜6μm的条件下进行的。
以下将用一些实例和附图对本发明加以说明，这些实例和附图不以任何方式对本发明构成限制。
图1示出先有技术光纤的折射率分布和DMD测量结果。
图2示出从先有技术已知的另一种光纤的折射率分布和DMD测量结果。
图3示出按本发明的多模光纤的折射率分布和DMD测量结果。
图1左侧示出示出先有技术光纤的折射率分布的一半，同时还示出按照上述公式理想的α-分布。图中示出在围绕光纤中心的区域中折射率值的偏移有所增加。图1的右侧示出DMD测量的结果，其中，X轴代表时间，Y轴代表在沿纤芯各个位置的各种测量结果。下面的脉冲是在纤芯正中心的测量结果，其它脉冲是以-1μm和1μm在整个纤芯上的测量结果，这样，上线就表示距中心26μm处的测量结果。图1清楚表明在光纤中心附近，理想α-分布的折射率值的偏移增大，所以可以观察到折射率分布的凸起。从DMD测量结果可知所述凸起引起光纤中心周围的显著脉冲变宽或脉冲分离。折射率值的增加导致通过这部分纤芯的光线减速。
图2示出先有技术光纤的折射率分布，所述光纤尺寸和图1所用相同，在DMD测量中同样也有脉冲分离发生。所述折射率分布清楚表明：在纤芯中心测得的折射率值低于理想α-分布，由于所述折射率值较低，光线将以较高的速度通过这部分光线。本发明人认为这种脉冲分离的严重情况并非因空心***管收缩成整体条棒造成中心下陷所致，而是因纤芯中心周围区域中的折射率值的扰动所致，可以利用从荷兰专利NL1013944得知的PCVD过程精确校正所述折射率区域。
图3示出本发明的多模光纤的折射率分布和DMD测量结果，所述光纤是利用从荷兰专利NL1013944得知的方法获得的。由于测得的折射率分布基本上对应于理想的α-分布，没有扰动偏移，所以在本发明的多模光纤的纤芯周围，测量响应在任何位置都未呈现脉冲变宽或脉冲分离。使用这种光纤时，在至少300m的光纤长度上传输速率＞2.5Gb/s是可能的。

Claims (6)

1.一种具有折射率分布的多模光纤，其特征在于：所述光纤中心周围的区域具有这样的折射率分布，以便可以获得对长度为至少300m的光纤进行的在所述光纤中心没有发生任何脉冲分离的微分模时延测量响应。
2.如权利要求1所述的多模光纤，其特征在于所述折射率分布符合以下方程：
n(r)＝n1[1-2Δ(r/a)α]1/2
式中：
n1＝光纤中心的折射率值
r＝光纤中的径向位置(μm)
Δ＝光纤的折射率差
α＝分布形状参数
a＝光纤半径(μm)
3.如上述权利要求中任何一项或多项所述的多模光纤，其特征在于：所述微分模时延测量是在波长850nm、辐射模场直径＜6μm的条件下进行的。
4.如上述权利要求中任何一项或多项所述的多模光纤，其特征在于：所述光纤中心周围的所述区域具有1-6μm的直径。
5.如上述权利要求中任何一项或多项所述的多模光纤，其特征在于：所述纤芯具有50μm的直径。
6.一种制造具有折射率分布的多模光纤的方法，其中借助化学汽相淀积法利用反应气体混合物将掺杂或未掺杂的玻璃层淀积到***管内部，以便获得具有精确限定的折射率分布的预制棒，通过加热所述预制棒的一端来从所述预制棒拉制多模光纤，其特征在于：所述多模光纤中心周围的区域具有这样的折射率分布，使得可以获得对长度为至少300m的光纤进行的在所述光纤中心没有发生任何脉冲分离的微分模时延测量响应。
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