用于经光纤供电应用的多模光纤制造技术

本发明专利技术涉及用于连续传输高功率的电磁辐射的多模光纤(99)，所述光纤限定了光纤轴并且包括纤芯(110)以及围绕纤芯的包层(120)，并且其中多模光纤是多模梯度折射率光纤，在光纤内的折射率分布基本遵循式(1)，其中式(A)，r是到光纤轴的距离，n(r)是随着到光纤轴的距离而变化的标称折射率，n1是在光纤的轴上的标称折射率，n2是包层的折射率，a是纤芯半径，并且g是限定分布的形状的参数，其中纤芯直径2α被包括在90μm和190μm之间，参数g被包括在1.2和1.8之间，并且光纤的数值孔径(NA)被包括在0.2和0.3之间，其中式(B)。

Multimode fiber for optical fiber power supply

The present invention relates to a multimode fiber continuous transmission of electromagnetic radiation in the high power (99), the optical fiber has limited fiber axis and includes a core (110) and a cladding surrounding the core (120), and wherein the multimode fiber is multimode graded index fiber, the refraction in the optical fiber distribution rate basically follows type (1), of which type (A), R is the distance to the fiber axis, n (R) is changed with the distance to the axis of the fiber nominal refractive index, N1 is in the fiber on the axis of the nominal index, N2 is the refractive index of the cladding, the core radius is a, and G parameters is the limit of the shape of the distribution, the core diameter of 2 alpha is included between 90 m and 190 m, the g parameter is included between 1.2 and 1.8, and the numerical aperture of the fiber (NA) is included between 0.2 and 0.3, of which type (B).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于经光纤供电应用的多模光纤
本专利技术涉及用于长距离传输高功率的多模光纤。本专利技术还涉及用于长距离传输高的光功率的方法。
技术介绍
按标准样式，光纤由功能为传输光信号的光纤芯以及功能为将光信号限制于纤芯内的光外包层组成。为此，纤芯的折射率(ncore)和包层的折射率(ncladding)应使得ncore>ncladding。折射率分布表示将光纤的折射率与半径相关联的函数的图示。按标准样式，到光纤中心的距离示于x轴上，而在y轴上示出的是该径向位置处的折射率与光外包层的折射率之差。通常，折射率分布根据其外形来描述(qualified)。有两种主要类型的光纤，即多模光纤和单模光纤。在多模光纤中，对于给定的波长，若干种光模式同时沿光纤传播，而在单模光纤中，高次模式极大地衰减。现在，在多模光纤中，带宽与模间色散相关联。实际上，带宽由在光模式沿着光纤的传播时间或群延迟时间之间的差异引起。特别地，对于相同的传播介质(在阶跃折射率多模光纤(stepindexmultimodefiber)中)，不同的模式具有不同的群延迟时间。这引起在不同的径向位置传播的脉冲之间的时滞。个体脉冲之间的时滞导致所产生的光脉冲增宽，存在着这种增宽被叠加于随后脉冲上的风险，并且因此降低由光纤支撑的数据率。因此，带宽与在光纤的多模纤芯中传播的光模式的群延迟时间直接相关。为了保证宽的带宽，有必要的是，对于给定的波长，所有模式的群延迟时间都相同，模间色散为零或者至少被最小化。为了减小在多模光纤中的模间色散，已经提出生产具有“g”型纤芯分布的梯度折射率光纤(gradedindexfibres)，例如，在“Pulsebroadeningingraded-indexopticalfibers”(R.Olshansky和D.B.Keck,AppliedOptics,Vol.15,Issue2,pp.483-491,1976)中以及在“Multiple-αindexprofiles”(R.Olshansky,AppliedOptics,Vol.18，Issue5,pp.683-689,1979)中。具有“g”型分布的中心纤芯的多模梯度折射率光纤已经使用了很多年。梯度折射率分布可以由某个点处的折射率值n随着从该点到光纤的中心的距离r而变化的关系来限定：其中r是到光纤轴的距离，n(r)是随着到光纤轴的距离而变化的标称(nominal)折射率，n1是在光纤的轴上的标称折射率，n2是包层的折射率，对于r≥a，该折射率被认为是均质的，a是纤芯半径，并且g是限定分布的形状的参数。对于趋向于无穷大的g，梯度折射率多模光纤变为多模阶跃折射率光纤。当多模电磁辐射在所述梯度折射率光纤中传播时，不同的模式可见于不同的传播介质，不同的传播介质对不同的模式的传播速度具有不同的影响。因此，通过调整参数g的值，可以获得对于所有模式都几乎相等的群速度并因此获得减小的模间色散。对参数g的这种调整在理论上允许获得对于所有模式都几乎相等的群速度。带宽最大的且群速度对于所有模式都相同的g参数为大约等于2的参数。因此，通常以值约为2的g参数来制造梯度折射率光纤。本领域技术人员认为，在多模光纤中，纤芯形状从理想的g值(约为2)的偏离被是非期望的，因为这样的偏离导致与每个模式群相关联的延迟的范围较大的变化，并因此导致总带宽减小。对于许多应用已经提出了基于经光纤供电(PoF)的系统，例如，在“PowerTransmissionbyOpticalFibersforComponentInherentCommunication”(M.Dumke等,Systemics,CyberneticsandInformatics,Vol.8,No.1,pp.55-60,2010)中，主要用于在危险场所中的感测，危险场所诸如高压变电站、传输线、炼油厂等。由于工作于808nm的窗口中的高功率激光二极管(HPLD)可用，对于PoF的主要限制在于GaAs或Si光电转换器(PV)的效率差以及标准的多模光纤的衰减和功率限制。由于这种限制，PoF的应用主要针对短距离，典型为小于200m，并且使用具有小于2W的供应功率的源以及62.5μm梯度折射率多模光纤或105μm阶跃折射率多模光纤。当前，PoF的应用，尤其是在诸如石油和海事监测领域中的应用，要求较长的链路和/或较高的供电功率。在这种情况下，优化的光纤代表PoF系统中的重要元件。US5115486涉及用于传输具有高辐射输出的激光辐射的多模光纤。在连续波操作(continues-waveoperation)中，其初始输出可以超过100W，而在脉冲操作中，峰值输出可以是许多MW。特别地，公开了用于以高输出传输激光辐射的梯度折射率分布光纤，该光纤的纤芯的直径在200×10-6m至800×10-6m之间，指数g在1.4至3.0之间，并且折射率差Δnk＝nki-nka大于1.6×10-3。EP2166386涉及具有高带宽和超低弯曲损耗的多模光纤。其具有梯度折射率分布，纤芯半径为7μm至50μm，分布形状α为1.6至2.2，并且折射率差d1-d4为-0.019至0.032。
技术实现思路
梯度折射率多模光纤是折射率基本遵循公式(1)的光纤。在纤芯区域内，梯度折射率光纤的折射率n(r)在光纤轴(r＝0)处具有最大值，即具有等于n1的值，而在包层内，折射率是恒定的且等于n2。为了引导模式，n2应当小于n1。尽管在US5115486中已经讨论了在光纤内传输高功率的问题，但是关于解决在光纤内尽可能远地传输在给定的功率阈值以上的这样的高的光功率的问题并没有提示。此外，也没有考虑可能会破坏光纤本身的潜在的输入光功率。通常，高功率在多模光纤内的传输限于数十米内的光纤距离，例如，用于工业或医疗应用。寻求其特性被优化的多模梯度折射率光纤，以便在光纤内尽可能远地传输具有高的光功率(1W以上)的电磁辐射，使光功率保持在针对期望的应用预设的给定功率以上，但在可能会破坏光纤本身的给定阈值功率以下。本专利技术的另一个目标是在多模梯度折射率光纤内仅传输不会破坏光纤材料或以其它方式改变光纤材料的功率。本申请人已经意识到，高的光功率在多模光纤内的传输可以通过选择用于实现光纤本身的参数的精确组合来实现，使得具有在光纤的破坏功率以下并且在给定的预设功率以上的光功率的电磁辐射在光纤内的行进距离可以被最大化。特别地，本申请人已经发现，预定的g分布——不同于g＝2的理想值，该理想值通常为用于实现多模梯度折射率光纤的常用g值——允许多模光纤传输高的光功率达远大于200m的距离。根据第一方面，本专利技术涉及用于连续传输高功率的电磁辐射的多模光纤，所述光纤限定了光纤轴且并具有由包层包围的纤芯，并且其中多模光纤是多模梯度折射率光纤，在光纤内的折射率分布基本遵循式(1)：其中r是到光纤轴的距离，n(r)是随着到光纤轴的距离而变化的标称折射率，n1是在光纤的轴上的标称折射率，n2是包层的折射率，a是纤芯半径，并且g是限定分布的形状的参数，其特征在于纤芯直径2a被包括在90μm和190μm之间，参数g被包括在1.2和1.8之间，并且光纤的数值孔径NA被包括在0.2和0.3之间，其中为了本说明书和所附权利要求书的目的，除非另有说明，表示数额、数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模光纤，用于连续传输高功率的电磁辐射，所述光纤限定了光纤轴并且包括纤芯以及包围着所述纤芯的包层，并且其中所述多模光纤是多模梯度折射率光纤，在所述光纤内的折射率分布基本遵循下式：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多模光纤，用于连续传输高功率的电磁辐射，所述光纤限定了光纤轴并且包括纤芯以及包围着所述纤芯的包层，并且其中所述多模光纤是多模梯度折射率光纤，在所述光纤内的折射率分布基本遵循下式：其中r是到所述光纤轴的距离，n(r)是随着到所述光纤轴的距离而变化的标称折射率，n1是在所述光纤的所述轴上的标称折射率，n2是所述包层的折射率，a是纤芯半径，并且g是限定所述分布的形状的参数，其特征在于纤芯直径2a被包括在90μm和190μm之间，参数g被包括在1.2和1.8之间，并且所述光纤的数值孔径(NA)被包括在0.2和0.3之间，其中2.根据权利要求1所述的多模光纤，其中所述包层包括非掺杂的二氧化硅。3.根据权利要求1所述的多模光纤，其中所述纤芯包括掺杂的二氧化硅。4.根据前述权利要求中的任一项所述的多模光纤，其中所述光纤在所述纤芯与所述包层之间具有被包括在0.0556和0.0725之间的折射率差(n1–n2)。5.根据前述权利要求中的任一项所述的多模光纤，其中所述多模梯度折射率光纤具有被包括在95μm和110μm之间的纤芯直径。6.根据前述权利要求中的任一项所述的多模光纤，其中所述g参数被包括在1.3和1.6之间。7.一种用于沿光纤传输高功率的辐射的方法，包括：-将具有等于或大于1W的输入光功率以及被包括在750nm与1000nm之间的波长的电磁辐射连续输入到多模光纤内，其中所述多模光纤限定了光纤轴并且包括纤芯以及包围着所述纤芯的包层，并且其中所述多模光纤是梯度折射率光纤，在所述光纤内的折射率分布基本遵循下式：其中r是到所述光纤轴的距离，n(r)是随着到所述光纤轴的距离而变化的标称折射率，n1是在所述光纤的所述轴上的标称折射率，n2是所述包层的折射率，a是纤芯半径，并且g是限定所述分布的形状的参数，并且被包括在1.2和1.8之间；-在至少500米的长度之后获得至少30dBm的输出功率。8.根据权利要求7所述的方法，其中所输入的电磁辐射的所述波长被包括在800nm和900nm之间。9.根据权利要求7或8所述的方法，包括输入具有等于或大于2W的输入光功率的电磁辐射。10.根据权利要求7-9中的任一项所述的方法，其中所述纤芯具有被包括在90μm和190μm之间的直径。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述纤芯具有被包括在95μm和110μm之间的直径。12.根据权利要求7-11中的任一项所述的方法，其中所述光纤具有被包括在0.2和0.3之间的数值孔径。13.根据权利要求7所述的方法，包括：-在至少1000米的长度处从所述多模光纤输出具有至少25dBm的光功率的电磁辐射。14.根据权利要求13所述的方法，包括：-在至少1000米的长度处从所述多模光纤输出具有至少30dBm的光功率的电磁辐射。15.根据权利要求7-14中的任一项所述的方法，其中输入所述电磁辐射包括输入具有在输入阈值以下的光功率的电磁辐射。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述输入光功率的所述输入阈值等于：

【专利技术属性】
技术研发人员：J·C·维拉达瑟尔瓦，E·L·A·斯宾诺拉德索扎，V·加西亚，J·B·若索勒姆，C·弗洛瑞迪亚，M·A·B·萨恩奇斯，
申请(专利权)人：普睿司曼股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT