光纤制造技术

一种光纤，其特征在于：其包括有一个被环形包层区包围的、中心阶跃折射率或梯度折射率纤芯区，其中所述包层区的折射率沿径向向外增加。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对光纤的新颖设计，并具体地涉及能提供高容量传输的大芯单模光纤或多模光纤的设计。
技术介绍
提高光纤通信系统传输容量的最有效方法是使用带宽极宽的单模光纤并将大量可行的信道供给至光纤。因此，发展的趋势是将通信窗口从C-波段扩展到L-波段和S-波段，以便通信窗口覆盖大约200nm的总范围。然而，发展超宽带密集波分复用系统(DWDM)的主要障碍是不能用色散来控制的非线性效应，尤其是拉曼效应。非线性效应能够引起例如失真和串扰。控制这种非线性效应的一种直接方法是使用有效芯面积很大的单模光纤，因此，近来所作的许多工作都是在发展这类光纤。同时，人们日益对扩展多模光纤的带宽来满足像宽带互联网和局域网这些短距离宽带的应用感兴趣。对于这些应用，多模光纤的大尺寸芯线证明是很重要的，这是因为它可以简化光学对准并降低光纤连接费用(从而降低系统成本)。遗憾的是，传统阶跃折射率多模光纤尤其是大线芯多模光纤的带宽非常有限，不能满足进一步的需求。因此，就希望设计一种光芯尺寸很大且带宽足够大的多模光纤。现有技术传统的色散偏移单模光纤的有效芯面积大约是50μm2。在1996年，康宁公司(Coring Inc.)研制出一种有效芯面积约80μm2的大有效面积色散偏移光纤(LEAF)，当然也存在对大有效面积光纤的其它设计，其中的一种设计具有约100μm2的有效面积。一种被称作有孔光纤的单材料光子晶体光纤的特性在于包层中气孔的分布遍及包层的整个长度，而且由于它能够在很宽的波长范围上进行单模工作，因此近年来已经吸引了相当多的注意。然而，因为气孔所引入的巨大折射率反差，所以很难在光纤内保持双折射，从而光纤中的偏振模式色散很低。商业上的多模光纤的芯面积大约是1000-100000μm2。带宽问题可通过在光纤纤芯中引入分布合适的折射率梯度来解决。然而，为了获得大大宽于具有相同芯尺寸的阶跃折射率光纤的带宽，就需要精确地控制折射率分布的形状，而这很难做到，尤其在芯非常大时。
技术实现思路
本专利技术提供一种光纤，其包括有被环形包层区包围的中心阶跃折射率或梯级折射率纤芯区，其中所述包层区沿径向向外具有增加的折射率。至少在优选形式中，本专利技术的一个优点是，纤芯区的尺寸可以足够小以保证有效的单模工作，也可以足够大以提供有效多模工作。包层区的折射率优选从一个低值增加到一个接近于或高于纤芯区的峰值折射率。在本专利技术的优选实施方案中，包层区的折射率单调增加。例如，依据幂律或其它，所述包层区的折射率可以以类似阶跃的方式增加。附图说明现在通过实例并参照附图来描述本专利技术的一些实施方案，其中图1的曲线为本专利技术实施方案光纤所选择的可能折射率分布；图2示出了本专利技术实施方案光纤的分布参数和包层-芯半径比对归一化传播常数的实部的影响；图3示出分布参数对于基模和第一高阶模损失的影响；图4是传统光纤带宽长度的乘积与本专利技术实施方案的光纤的对比。具体实施例方式正如下面所看到的，本专利技术至少以优选的方式提供了一种具有包层折射率分布的光纤，该包层折射率分布沿径向从中心向外单调增加。这种结构的优点在于它能够提供一种在所需波长(例如，1550nm通信窗口)处进行有效单模工作且有效模面积很大的光纤。径向增加的包层分布使光纤基本上成为一种泄漏结构。适当地选择该包层分布会使光纤的第一较高阶模式很快漏出而同时对基模提供很低的泄漏损失。从而，即使纤芯尺寸很大，这种光纤也可有效地保持单模。图1示出为本专利技术实施方案中折射率单调增加的光纤的一些典型折射率分布。但是，实际上，折射率平滑增加的光纤在制造上并非一定简单，折射率可以以类似阶跃的方式增加，因此，图1也包括了这种“阶梯情形”的分布。在折射率以类似阶跃方式增加的位置，阶跃的数目可以变化，并且不必要使每个阶跃都具有相同的高度或相同的长度。阶跃的数目、长度和高度可随需要变化以接近平滑增加的分布。包层中的折射率分布可以是任何形状(除了下例之外还包括的指数分布和高斯分布)，该分布是沿着径向向外从一个低值增加到一个接近或大于纤芯峰值折射率的值。为了说明起见，在本专利技术的一些实施方案中，折射率分布可表示为n2(r)＝n12r＜a且r＞bn2(r)=n12,a<r<b---(1)]]>其中r＜a的区域代表纤芯，a＜r＜b的区域代表光纤的包层。光纤的包层截至于r＝b处，在r＝b外是高折射率区域n1。纤芯内(r＜a)的分布或包层外(r＞b)的分布可以是梯度折射率分布或者阶跃折射率分布。为了简化起见，在这些区域可以选择阶跃折射率分布。包层中的分布是具有分布形状参数q的幂律分布。Δ＝(n12-n22)/2n12是纤芯-包层的相对折射率差，其中n2是包层折射率的最小值。光纤可以用归一化参量V=2πλan12Δ]]>和B=neff2-n22n12-n22]]>来表示其特性，其中V是归一化频率而B是归一化传播常数，neff是模折射率(modeindex)。由于这种光纤是泄漏结构，因此B是复数，其实部Br给出模折射率的值，其虚部Bi测量泄漏损失。光纤的实际泄漏损失可通过a=8.686×10122πλn1ΔBi]]>(单位为dB/km)计算出，其中λ是单位为nm的自由空间光波长。本专利技术的光纤可由K.Thyagarajan，S.Diggavi，A.Taneja和A.K.Ghatak在Appl.Opt.30(1991)3877中所描述的矩阵法来分析，图2和图3中LP01和LP11模的Br和Bi是不同V和b/a下分布参数q的函数。图2表明模的有效折射率几乎不受分布形状参数q的影响。同样，b/a对Br具的影响也很小。同时，可以看出，对于给定的V，Br的值非常接近于相应阶跃折射率光纤的Br值。包层中这种径向升高的分布并不很影响模的有效折射率这一事实表明能够如传统的光纤设计中那样制作具有纤芯合适折射率分布的色散光纤。另一方面，如图3所示，这种包层中的径向升高分布对模式的泄漏损失具有显著的影响。可以看出，即使V很大(其远远高于传统阶跃折射率光纤的单模限值2.4048)，只要适当选择包层分布，基模的泄漏损失可以很低，而同时第一高阶模的泄漏损失比基模的高出多个数量级。因此，光纤显示出有效的单模操作(operation)。同时也可以看出，对于给定的分布q，b/a的增大提高了LP11模泄漏损失与LP01模泄漏损失比值的数量级。例如，对于q＝1和V＝4，当b/a从5.0增加到6.25时，这一比值从104提高到105，并且对于b/a＝7.5，这一比值提高到106，从而依据它们在光纤中的传导能力就清楚地区分出这两种模。很大的V或者很小的q值都会产生很低的损失，即使对于LP11模也是如此。因此，应当选择V和q的值来给出对LP11模足够高的泄漏损失，同时对LP01模足够低的损失。为了估算出泄漏损失的实际值，我们考虑一种具有Δ＝0.0023的石英光纤。依据Bi，这种光纤在1550nm处的损失用a＝1.17×108Bi以dB/km给出。因此，在具有q＝4.0的石英光纤中，a＝20μm(有效芯面积～1000μm2)，b＝100μm，这对应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑建成，V·拉斯托吉，
申请(专利权)人：香港城市大学，
类型：发明
国别省市：