一种高带宽多模光纤制造技术

本发明专利技术涉及一种高带宽多模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为2.0～2.3，芯层的半径R1为23～27μm，芯层中心最大相对折射率差Δ1max为0.9％～1.2％，所述的芯层为锗磷氟Ge、P、F三元共掺的二氧化硅玻璃层，芯层中心的P的贡献量ΔP0为0.01％～0.30％，芯层与内包层交界的P的贡献量ΔP1为0.01％～0.30％，芯层中心P含量与芯层边缘保持一致，芯层F作为负掺杂剂，芯层中心到芯层边缘方向，F掺杂量呈递增状，芯层中心的F的贡献量ΔF0为0.0％～‑0.1％，芯层边缘F的贡献量ΔF1为‑0.40％～‑0.20％。本发明专利技术材料组成和芯包层结构设计合理，降低了色度色散，提高了带宽性能，并降低了光纤衰耗。

【技术实现步骤摘要】
一种高带宽多模光纤
本专利技术涉及一种高带宽多模光纤，属于光通信

技术介绍
按照国际电工委员会(IEC)的光纤产品规范标准IEC60793-2中对多模光纤的描述，A1类光纤为多模光纤，并且根据几何结构的不同，A1类光纤又被分为A1a、A1b和A1d类。A1a类光纤即50/125μm的渐变折射率光纤，A1b类光纤即62.5/125μm的渐变折射率光纤，A1d类光纤即100/140μm的渐变折射率光纤。其中A1a类光纤是目前商用最广泛的多模光纤类型，它又按照带宽性能从小到大依次被分为A1a.1、A1a.2和A1a.3类光纤，分别对应ISO/IEC标准中的成缆光纤类型OM2、OM3和OM4。多模光纤以其低廉的系统成本优势，成为短距离高速率传输网络的优质解决方案，已广泛应用于数据中心、办公中心、高性能计算中心和存储区域网等领域。多模光纤的应用场景往往是狭窄的机柜、配线箱等集成系统，光纤会经受很小的弯曲半径。常规多模光纤进行小角度弯曲时，靠近纤芯边缘传输的高阶模很容易泄漏出去，从而造成信号损失。在设计抗弯多模光纤折射率剖面时，可以采用在光纤包层增加低折射率区域的方法来限制高阶模的泄漏，使信号损失最小化。抗弯多模光纤优异的抗弯曲性能使得其能够被高效地应用在数据中心局域网中。多模光纤中存在的模间色散使其所能支持的传输距离受到大大限制，为降低光纤模间色散，需要将多模光纤的芯层折射率剖面设计成中心至边缘连续逐渐降低的折射率分布，通常我们称其为“α剖面”。即满足如下幂指数函数的折射率分布：其中，n1为光纤轴心的折射率；r为离开光纤轴心的距离；a为光纤芯半径；α为分布指数；Δ0为纤芯中心相对包层的折射率。相对折射率即Δi：Δi％＝[(ni2-n02)/2ni2]×100％，其中，ni为距离纤芯中心i位置的折射率；n0为光纤芯层的最小折射率，通常也是光纤包层的折射率。通过在SiO2中掺入一定浓度具有折射率调节功能的掺杂剂(如GeO2、F、B2O3、P2O5、TiO2、Al2O3、ZrO2、SnO2等)来实现多模光纤的芯层折射率分布。由此设计而得的多模光纤能够支持数百米的高速率传输。例如，用850nm激光光源，单根OM4多模光纤能够支持10Gb/s的以太网流量传输550m以上，支持40Gb/s的速率传输150m以上。然而，随着网络传输速率的飞速发展，和用户对带宽需求的不断上升，多模光纤的容量需要不断提升。目前单根OM4多模光纤的带宽已经接近多模光纤上限。在100Gb/s、400Gb/s甚至更高速的单一光源传输系统中，OM4多模光纤所能支持的传输距离会大大缩短。波分复用(WDM)技术是进一步提升多模光纤容量以适应更高速传输系统的有效手段。采用WDM，单根光纤可以容纳多股数据通道，每增加一个波长，光纤的传输能力就会增加。例如，4个25Gb/s的波长合并在一起通过一根多模光纤传输，就实现了单根多模光纤支持100Gb/s的速率传输150m以上的性能，即单根多模光纤容量增大至原来的4倍。多模光纤应用WDM技术，要求该光纤能够支持多个波长窗口下的高性能传输。多模光纤可以通过精确控制芯层折射率分布来获得高带宽性能。这里的带宽性能是指光纤的满注入带宽(OFLBandwidth)，采用TIA中规定的FOTP-204标准测试方法测得。研究表明，多模光纤折射率剖面一定时，往往只针对特定的波长窗口表现出较高的带宽性能，当光纤应用窗口移至较大或较小波长时，带宽性能会出现明显的下降。因此，从应用角度出发，需要对多模光纤的设计进行改进，使其既能与现有OM3/OM4多模光纤兼容，又能具有较低的带宽-波长敏感性，满足一定波段范围内WDM技术的应用要求，并且还能具有优异的抗弯曲性能，以适应传输技术进步对多模光纤的新需求。在传统的掺锗多模光纤中，锗掺杂被用于在多模光纤的芯层处形成接近抛物线的折射率剖面，并通过优化该剖面的α值实现高带宽。然而，由于掺锗芯层的色度色散较高，最优α值对光纤中传播的光的工作波长的敏感。因此，传统的多模光纤带宽对芯层α的波动十分敏感，稍微偏离最优α值就会导致带宽的降低，使得传统多模光纤的高带宽工作波长范围很窄。另外，由于锗是半径较大的金属原子，当其掺杂量较高时，光纤的衰耗较高。波分复用技术要求光纤能够支持多个波长窗口下的高性能传输，因此多模光纤需要在较宽的范围内对工作波长不敏感，以保证有较大的高带宽工作窗口。相对于单掺锗的芯层，通过优化掺杂组分的类别、浓度和方式，多组分掺杂的芯层可以具有相对传统多模光纤单掺锗芯层更小的色度色散，从而在较宽的范围内具有较高的带宽。
技术实现思路
为方便介绍本
技术实现思路
，定义部分术语：芯棒：含有芯层和部分包层的预制件；半径：该层外边界与中心点之间的距离；折射率剖面：光纤或光纤预制棒(包括芯棒)玻璃折射率与其半径之间的关系；氟(F)的贡献量：掺氟(F)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(ΔF)，以此来表示掺氟(F)量；锗(Ge)的贡献量：掺锗(Ge)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(ΔGe)，以此来表示掺锗(Ge)量；磷(P)的贡献量：掺磷(P)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值磷(ΔP)，以此来表示掺磷(P)量。本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足提供一种材料组成和芯包层结构设计合理、工艺控制方便的高带宽多模光纤。本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有芯层和包层，其特征在于芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为2.0～2.3，芯层的半径R1为23～27μm，芯层中心最大相对折射率差Δ1max为0.9％～1.2％，所述的芯层为锗磷氟Ge、P、F三元共掺的二氧化硅玻璃层，P和Ge作为正掺杂剂，芯层中心的P的贡献量ΔP0为0.01％～0.30％，芯层与内包层交界的P的贡献量ΔP1为0.01％～0.30％，芯层中心和边缘的P的贡献量之差ΔP10小于或等于5％，芯层中心P含量与芯层边缘保持一致，即浓度差尽可能小；芯层F作为负掺杂剂，芯层中心到芯层边缘方向，F掺杂量呈递增状，芯层中心的F的贡献量ΔF0为0.0％～-0.1％，芯层边缘F的贡献量ΔF1为-0.40％～-0.20％。按上述方案，所述的包层由内到外依次为内包层和外包层，所述的内包层为磷氟P、F共掺的二氧化硅玻璃层，其中F掺杂的贡献量ΔF2为-0.18％～-0.08％，内包层外边缘的P贡献量ΔP2为0％～0.40％，芯层和内包层交界处与内包层外边缘的P的贡献量之差为ΔP21＝ΔP2-ΔP1，ΔP21为-0.3％～-0.01％或0.01％～0.20％。按上述方案，所述内包层的P浓度变化从内至外分为平台区和渐变区，平台区的浓度基本保持不变，而后逐渐增加或逐渐降低，平台区的宽度T1为0.1-2μm，渐变区的宽度T2为2-4μm；所述的内包层宽度(R2-R1)为1.0～5.0μm，内包层的相对折射率差Δ2＝ΔP2+ΔF2，平台区和渐变区的ΔF2保证Δ2介于-0.09％～0.09％；所述的外包层为纯二氧化硅玻璃层。按上述方案，所述光纤的DMDInnerMask(5-18μm)和DMDOuterMask(0-23μm)均小于等于0.33ps/m；DMDIntervalMask小于等于0.25ps/m；优选条件下光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高带宽多模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为2.0～2.3，芯层的半径R1为23～27μm，芯层中心最大相对折射率差Δ1max为0.9％～1.2％，所述的芯层为锗磷氟Ge、P、F三元共掺的二氧化硅玻璃层，P和Ge作为正掺杂剂，芯层中心的P的贡献量ΔP0为0.01％～0.30％，芯层与内包层交界的P的贡献量ΔP1为0.01％～0.30％，芯层中心和边缘的P的贡献量之差

【技术特征摘要】
1.一种高带宽多模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于芯层折射率剖面呈抛物线形，分布指数α为2.0～2.3，芯层的半径R1为23～27μm，芯层中心最大相对折射率差Δ1max为0.9％～1.2％，所述的芯层为锗磷氟Ge、P、F三元共掺的二氧化硅玻璃层，P和Ge作为正掺杂剂，芯层中心的P的贡献量ΔP0为0.01％～0.30％，芯层与内包层交界的P的贡献量ΔP1为0.01％～0.30％，芯层中心和边缘的P的贡献量之差ΔP10小于或等于5％，芯层中心P含量与芯层边缘保持一致，芯层F作为负掺杂剂，芯层中心到芯层边缘方向，F掺杂量呈递增状，芯层中心的F的贡献量ΔF0为0.0％～-0.1％，芯层边缘F的贡献量ΔF1为-0.40％～-0.20％。2.按权利要求1所述的高带宽多模光纤，其特征在于所述的包层由内到外依次为内包层和外包层，所述的内包层为磷氟P、F共掺的二氧化硅玻璃层，其中F掺杂的贡献量ΔF2为-0.18％～-0.08％，内包层外边缘的P贡献量ΔP2为0％～0.40％，芯层和内包层交界处与内包层外边缘的P的贡献量之差为ΔP21＝ΔP2-ΔP1，ΔP21为-0.3％～-0.01％或0.01％～0.20％。3.按权利要求2所述的高带宽多模光纤，其特征在于所述内包层的P浓度变化从内至外分为平台区和渐变区，平台区的浓度基本保持不变，而后逐渐增加或逐渐降低，平台区的宽度T1为0.1-2μm，渐变区的宽度T2为2-4μm；所述的内包层宽度(R2-R1)为1.0～5.0μm，内包层的相对折射率差Δ2＝ΔP2+ΔF2，平台区和渐变区的ΔF2保证Δ2介于-0.09％～0.09％；所述的外包层为纯二氧化硅玻璃层。4.按权利要求1或2所述的高带宽多模光纤，其特征在于所述光纤的DMDInnerMask(5-18μm)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王润涵，肖武丰，黄荣，王海鹰，汪洪海，王瑞春，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42