在扩展的波长范围内具有高带宽的多模光纤和相应的多模光学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多模光纤，其包括至少利用氟F和锗GeO2进行了共掺杂的渐变折射率纤芯，该渐变折射率纤芯的折射率分布具有至少两个α值。根据本发明专利技术，纤芯中心处的氟F的浓度([F]r＝0)为0～3wt％，并且纤芯外半径处的氟F的浓度([F]r＝a)为0.5wt％～5.5wt％，其中[F]r＝a‑[F]r＝0＞0.4wt％。对于包括在850nm～1100nm之间的波长，所述多模光纤在大于150nm的连续工作波长范围内具有大于3500MHz.km的过满注入带宽(OFL‑BW)和大于4700MHz.km的计算有效模式带宽(EMBc)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光纤传输领域，并且更具体地，涉及距离相对长且比特率高的系统中所使用的多模光纤。更具体地，本专利技术涉及被设计成实现下一代400GbE系统的高比特率要求的多模光纤。
技术介绍
多模光纤连同通常使用横向多模的垂直腔面发射激光器(更简称为VCSEL)的高速源一起成功地用在高速数据网络中。在850nm和1300nm处进行工作的多模光纤是众所周知的。多模光纤受到由于以下事实而产生的模间色散影响：在多模光纤中，针对特定波长，多个光模式在承载相同的信息的情况下沿着光纤同时传播，但以不同的传播速度行进。模式色散是以差分模式延迟(Differential Mode Delay，DMD)的形式表示的，其中该差分模式延迟(DMD)是穿过光纤的最快模式和最慢模式之间的脉冲延迟差(ps/m)的度量。为了使模式色散最小化，数据通信中所使用的多模光纤通常包括呈现如下的折射率的通常掺杂有锗的纤芯，其中该折射率从光纤中心向纤芯与包层的接合部逐渐减小。通常，如下所述，通过已知为“α分布”的关系来给出折射率分布：其中，r≤a，其中：n0是光纤的光轴上的折射率；r是相对于所述光轴的距离；a是所述光纤的纤芯的半径；Δ是表示光纤的纤芯和包层之间的折射率差的无量纲参数；以及α是表示折射率分布的形状的无量纲参数。在光信号在具有渐变折射率的这种纤芯中传播的情况下，不同的模式经历不同的传播介质，从而对这些模式的传播速度产生不同的影响。通过调整参数α的值，由此可以从理论上获得对于所有模式而言实际上均相等的组速度，并且由此可以从理论上获得针对特定波长的有所减小的模间色散。然而，参数α的最佳值仅针对特定波长有效。对多模光纤的渐变折射率阿尔法形状分布和纤芯-包层界面进行优化，以利用可直接被电流调制成在850nm处支持10Gbps系统和25Gbps系统的GaAs VCSEL进行工作。对于当前使用中的50μm和62.5μm的多模光纤中的大部分，还确保了在1300nm处连同LED源一起使用的向后兼容性。这种激光优化的高带宽50μm多模光纤(还被称为OM4光纤)的性能已由国际标准化组织在文献ISO/IEC 11801中以及在TIA/EIA 492AAAD标准中进行了标准化。然而，企业网络中针对带宽需求的激增不断推动对更高的以太网网络速度的迫切需求。为了进一步提高下一代400GbE系统的数据比特率，出现了与波分复用相结合的在约850nm～1200nm之间以40～56Gb/s进行工作的InGaAs VCSEL的使用作为有希望的解决方案，这是因为该解决方案将允许实现更高的速度和更高的可靠性这两者。在这种结构中，由此，与在850nm处进行了优化的现有OM4MMF相比，在扩展的传输带宽内需要OM4性能。由于阿尔法的最佳值是波长依赖的，因此与最佳波长相比，传输带宽在其它波长处通常变得极小。本领域技术人员众所周知，可以使用如磷(P)或氟(F)那样的掺杂物来修改二氧化硅SiO2的折射率，因而使得能够降低最佳阿尔法的波长依赖性。以Draka Comteq B.V.的名义申请的专利文献US 7,421,172公开了如下的多模光纤：通过使用GeO2和F作为SiO2中的掺杂物来构建渐变折射率纤芯。通过改变纤芯半径内的掺杂物的浓度，可以以带宽的波长依赖性更小的方式来改变多模光纤的模间色散特性。尽管渐变折射率多模光纤的这种共掺杂使得能够与先前已知的多模光纤相比在更宽的波长范围内实现更高的带宽，但这种带宽不足以高到满足下一代系统的高比特率的需求。以Draka Comteq B.V.的名义申请的文献US 8,391,661公开了与现有技术的多模光纤相比模式带宽更高且数值孔径更大的多模光纤。为此，这种多模光纤包括如下的中央纤芯：遵循修正的具有依赖于光纤内的径向位置的指数阿尔法(例如，阿尔法参数)的幂律方程。阿尔法参数沿着中央纤芯的半径至少具有两个不同的值。第一阿尔法参数值α1控制中央纤芯的内侧区域中的渐变折射率纤芯的形状，并且第二阿尔法参数值α2控制中央纤芯的外侧区域中的渐变折射率纤芯的形状。第二阿尔法参数值通常小于第一阿尔法参数值。渐变折射率纤芯分布及其一阶导数在渐变折射率纤芯的宽度上通常是基本连续的。中央纤芯的渐变折射率分布的德尔塔Δ值为1.9％以上。在该US 8,391,661文献中，使用具有两个以上的阿尔法值的渐变折射率分布的目的在于设计数值孔径NA大的多模光纤。然而，这种高NA的多模光纤具有针对单一波长(通常为850nm)而优化的带宽。这些多模光纤不允许在扩展的传输带宽内达到OM4性能。文献US 7,315,677公开了包括共掺杂在光纤的纤芯中的二氧化锗(GeO2)和氟的多模光纤。掺杂物浓度分布由一对阿尔法参数α1和α2来定义。工作窗或带宽窗变大，并且衰减或损耗低。在一些实施例中，可利用两个工作窗来进行传输。因而，文献US 7,315,677教导了基于共掺杂的“双阿尔法分布”，其中各掺杂物分布是针对这两个化合物使用相同的α1和α2的情况下的两个阿尔法分布的总和。阿尔法定义不同于通常使用的阿尔法分布的定义。这些分布从工艺的角度是难以产生的。实际上，难以控制Ge和F的浓度形状。更通常地，在文献和专利中提出了涉及使用全氟或低Ge掺杂概念的一些解决方案。这些解决方案中的一部分解决方案也教导了双阿尔法分布，其中各掺杂物分布使用其自身的阿尔法。但这些解决方案要求具有折射率比SiO2的折射率低得多的外包层。因而，对于需要在基管内沉积不同掺杂层的如MCVD(“Modified Chemical Vapor Deposition(改进的化学气相沉积)”的缩写)和PCVD(“Plasma Chemical Vapor Deposition(等离子体化学气相沉积)”的缩写)那样的沉积工艺，这些解决方案相当复杂。需要管理泄漏损耗以及/或者添加外凹型包层。此外，在存在氟掺杂的外包层的情况下，变得更加难以考虑需要进一步对包层进行F掺杂的“槽辅助”概念。将需要以现有的沉积工艺所不能达到的F浓度水平。因而，将期望设计适用于宽带应用并且相对于现有技术表现出改进的多模光纤。更精确地，将期望设计表现出提高至多个波长或提高至大于150nm的波长工作窗的OM4性能的多模光纤。还将期望设计通过使用如MCVD和PCVD那样的沉积工艺非常容易制造的多模光纤。
技术实现思路
在本专利技术的一个特定实施例中，提出一种多模光纤，包括：中央纤芯，其被外光包层包围，所述中央纤芯具有(i)外半径a、(ii)小于所述外半径a的过渡半径rt、(iii)最大折射率n0、(iv)最小折射率nCl和(v)作为相对于所述中央纤芯的中心的径向距离r的函数的渐变折射率分布n(r)，其中，至少利用氟F和锗GeO2对所述中央纤芯进行共掺杂，通过以下等式来定义所述中央纤芯的渐变折射率分布n(r)： n ( r ) = n 0 1 - 2 Δ ( r 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模光纤，包括：中央纤芯，其被外光包层包围，所述中央纤芯具有(i)外半径a、(ii)小于所述外半径a的过渡半径Rt，其中Rt＝a.rt、(iii)最大折射率n0、(iv)最小折射率nCl和(v)作为相对于所述中央纤芯的中心的径向距离r的函数的渐变折射率分布n(r)，其中，至少利用氟F和锗GeO2对所述中央纤芯进行共掺杂，通过以下等式来定义所述中央纤芯的渐变折射率分布n(r)：n(r)=n01-2Δ(ra)α(r)]]>其中：Δ=(n02-nCl2)2n02,]]>阿尔法参数α(r)是相对于所述中央纤芯的中心的径向距离r的函数，所述阿尔法参数α(r)沿着所述中央纤芯的中心与所述中央纤芯的外半径a之间的径向位置具有两个以上的不同值，以及纤芯中心处的氟F的重量比[F]r＝0为0～3wt％，并且纤芯外半径处的氟F的重量比[F]r＝a为0.5wt％～5.5wt％，其中[F]r＝a‑[F]r＝0＞0.4wt％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多模光纤，包括：中央纤芯，其被外光包层包围，所述中央纤芯具有(i)外半径a、(ii)小于所述外半径a的过渡半径Rt，其中Rt＝a.rt、(iii)最大折射率n0、(iv)最小折射率nCl和(v)作为相对于所述中央纤芯的中心的径向距离r的函数的渐变折射率分布n(r)，其中，至少利用氟F和锗GeO2对所述中央纤芯进行共掺杂，通过以下等式来定义所述中央纤芯的渐变折射率分布n(r)： n ( r ) = n 0 1 - 2 Δ ( r a ) α ( r ) ]]>其中： Δ = ( n 0 2 - n C l 2 ) 2 n 0 2 , ]]>阿尔法参数α(r)是相对于所述中央纤芯的中心的径向距离r的函数，所述阿尔法参数α(r)沿着所述中央纤芯的中心与所述中央纤芯的外半径a之间的径向位置具有两个以上的不同值，以及纤芯中心处的氟F的重量比[F]r＝0为0～3wt％，并且纤芯外半径处的氟F的重量比[F]r＝a为0.5wt％～5.5wt％，其中[F]r＝a-[F]r＝0＞0.4wt％。2.根据权利要求1所述的多模光纤，其中，对于包括在850nm～1100nm之间的波长，所述多模光纤在大于150nm的连续工作波长范围内具有大于3500MHz.km的过满注入带宽即OFL-BW。3.根据权利要求1或2所述的多模光纤，其中，对于包括在850nm～1100nm之间的波长，所述多模光纤在大于150nm的连续工作波长范围内具有大于4700MHz.km的计算有效模式带宽即EMBc。4.根据权利要求1至3中任一项所述的多模光纤，其中，Δ为0.7％～1.5％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的多模光纤，其中，所述纤芯外半径处的GeO2的摩尔分数[Ge]r＝a为1.5mol％～17.5mol％。6.根据权利要求1至5中任一项所述的多模光纤，其中，所述纤芯中心处的GeO2的摩尔分数[Ge]r＝0为9.5mol％～30mol％。7.根据权利要求1至6中任一项所述的多模光纤，其中，对于小于所述中央纤芯的过渡半径Rt的径向位置，所述阿尔法参数α(r)具有第一值α1，以及对于大于所述中央纤芯的过渡半径Rt的径向位置，所述阿尔法参数α(r)具有第二值α2。8.根据权利要求1至7中任一项所述的多模光纤，其中，通过以下的幂方程来定义所述中央纤芯的渐变折射率分布： n ( r ) = n 1 · 1 - 2 Δ 1 ( r a ) α 1 0 ≤ r ≤ r t n 2 · 1 - 2 Δ 2 ( r a ) α 2 r t ≤ r ≤ a n C l ( r ) a < r ]]>其中： Δ 1 = α 2 Δ ( r t a ) α 2 - α 1 α 1 + ( α ...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·比戈，D·莫林，P·斯拉德，
申请(专利权)人：德拉克通信科技公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL