弯曲优化多模光纤的DMD性能的改进制造技术

一种光纤折射率分布设计，其具有α芯部分布和负折射率沟槽以控制弯曲损耗，该设计通过截短α芯部分布的边缘和在截短的芯部增加凸台而得以改进。其结果是低的弯曲损耗并且保持了低的差分模式时延和高带宽。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请中所描述和要求权利的专利技术涉及针对不寻常的弯曲损耗和模式色散特性而设计的多模光纤。
技术介绍
光纤在弯曲时会泄漏光能的趋势自从该技术的初期就已经被熟知。众所周知，光沿着直线路径传播，但是在某种程度上可以通过提供由低折射率材料包围的高折射率材料的路径，甚至是弯曲路径而被引导。然而，在实际中该原理是受限制的，并且光纤经常具有曲率超过光导包含全部光的能力的弯曲。控制弯曲时的传输特性是几乎每个实际光纤设计中的问题。最初的方法，也是普遍的方法，是防止或最小化光纤中的物理弯曲。虽然这种方法可以在长距离时通过设计强健的线缆或短距离时通过在微管中安装光纤来很大程度上实现，但是在所有情况下光纤在每一端都必须被端接。因此即使在最好的条件下，在光纤端部也会遇到一定弯曲。控制弯曲损耗还可以通过光纤本身的物理设计来解决。因此，在光纤折射率分布的边缘往往会有用以控制弯曲损耗的环形特征或沟槽特征或其组合。例如参见美国专利4，691，990和4，852，968，以及2009年8月17日提交的序号为12/583212的美国专利申请，所有这些都通过弓I用结合于此。在传统的渐变折射率多模光纤中，当光纤弯曲时，高阶模式比低阶模式损耗更大。在弯曲优化多模光纤设计(BOMMF)中，沟槽位于渐变折射率芯部的外边缘以最小化高阶模式的弯曲损耗。如本领域众所周知的，沟槽是指位于包层区域中的具有低凹的折射率的环形区域，且其是包层区域的一部分。与BOMMF设计相关的问题是，虽然沟槽减少了高阶模式的弯曲损耗，但是其也明显改变了高阶模式的传播性质。取决于BOMMF设计中的芯部和沟槽之间的间隔,较高阶模式比其它模式传播得要么更快要么更慢。因此，由于沟槽对传播模式的速度的不相等影响，较高阶模式的模式色散可能是严重畸变的。该模式色散经常用差分模式时延(DMD)测量值来表征。具有沟槽的BOMMF设计的挑战是在控制高阶模式的DMD的同时维持良好的弯曲损耗性能。理想地，光纤同时具有良好的弯曲损耗性能和良好的DMD性能。此外，制作这样的光纤的过程应当是稳健的并且易于控制。在典型的用沟槽帮助控制弯曲损耗的光纤设计中，沟槽通过肩部(shoulder)而与芯部的ct折射率分布的边缘间隔开。典型地，肩部是具有I. 456折射率的二氧化娃,但是可以是掺杂型二氧化硅并且折射率比二氧化硅更高(正Λη)或更低(负Λη)。肩部的宽度可以是用于跟其它设计参数组合以改变光纤特性的设计变量。用于控制DMD和弯曲损耗性能的附加手段是截短(truncate)芯部的边缘。
技术实现思路
我们发现，在BOMMF中，用肩部将沟槽与轻微截短的芯部隔开会得到良好的DMD控制，并且，当凸台(ledge)被加到肩部时会得到更好的DMD控制。附图说明图I是示出标准多模光纤的折射率分布的图； 图2是示出典型的弯曲不敏感多模光纤的折射率分布的图；图3是图I的光纤的差分模式时延(DMD)轨迹，示出了从O 25微米半径位置的模式时延；图4示出了根据本专利技术的一个方面，具有截短的芯部的光纤的折射率分布；图5是图3的光纤的差分模式时延(DMD)轨迹，示出了从O 25微米半径位置的模式时延；图6示出了具有通过增加凸台而修改的截短的芯部的光纤的折射率分布；以及图7是图6的光纤从O 25微米半径位置的DMD轨迹。具体实施例方式弯曲损耗发生在单模和多模光纤两者中。多模光纤典型地用于短距离通信，例如在数据中心内、企业LAN、SAN等。多模光纤的优点一部分在于能够将这种光纤与简单且经济合算的光源耦合。在过去，这些光源主要是波长为大约850nm或1300nm的LED。在最近十年，低成本的具有垂直共振腔的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)激光二极管已经变得在商业上普遍使用。这些激光器使得激光二极管和光纤之间能够有效耦合，并且还能够达到非常高的调制速率，例如，高达10. 3125Gbps。在弯曲条件下光纤的性能问题已经普遍被认为涉及由于光纤在弯曲位置处的光泄漏导致的普通的光功率损耗。在弯曲光纤时模式结构变化的影响通常被忽略。在单模光纤中，主要考虑的是普通的功率损耗，因为所有泄漏都涉及光纤基模中的光。然而，在多模光纤中，模式结构影响弯曲损耗，较高阶的模式比较低阶的模式的损耗要大。在多模光纤中较高阶模式和较低阶模式的组合决定了带宽，并因而决定了光纤的信号承载能力。对于高带宽，多模光纤中不同模式的群速度应当尽可能相等。差分群速度可以通过使包括芯部的材料的折射率渐变来控制，其意味着规定折射率的函数形式是光纤半径的函数。在传统多模光纤中，设计目的已经是要实现一种形状，其定义为n (r) = 1/2(I)其中r是光纤的半径，Ii1是芯部中心处的折射率，R2是芯部的半径，nelad是包层的折射率，α是自由参数。这就是所谓的理想α形(α芯部)分布，其中α的典型数值为I.7到2. 2。在传统的光纤分布中，α芯部向外径向延伸到幂律曲线(power law curve)与nclad相交的点，在典型的MMF设计中，这个点具有为O的Λη(纯二氧化硅折射率)，但这不是必须的。α芯部分布设计的固有限制是，由于芯部-包层边界处的折射率突变，高阶模式不能被适当补偿，并且在芯部边缘处耦合到包层模。因此，高阶模式的模式时延偏离了低阶模式和中间模式。在传统的MMF中，调整该分布可以减轻模式之间大部分或所有的模式时延差异。然而，在弯曲不敏感MMF中，较高阶模式和沟槽之间的相互作用使得均衡所有模式时延的挑战要大得多。因此，对于用于高速数字传输中的弯曲不敏感MMF (BIMMF)，需要改进的均衡高阶模式的模式时延的方法。在当前的技术状况下，光数据系统的高速传输一般 认为是10Gb/s或更高。弯曲损耗特性的改进可以通过在折射率分布中增加沟槽来实现。沟槽是下掺杂区域，典型地是掺杂氟的二氧化硅区域，比纯二氧化硅的折射率低(负Λη)。图2示出了 MMF的折射率分布，其具有延伸到Rl的α芯部11，且添加沟槽13到外包层14以减小弯曲损耗。在沟槽和α芯部之间是肩部12。作为参考，图I示出了不带有肩部的标准传统MMF的典型折射率分布。较高阶模式与肩部以及沟槽之间的相互作用使得更难以调整光纤分布和均衡所有模式时延。应当认识到，适当定位沟槽以实现降低差分模式时延和改进弯曲损耗特性的组合是重要的。明了的是，图2的设计中的肩部12的宽度不仅影响弯曲损耗，还影响光纤的模式传播特性。然而，由于其它考虑因素，例如可供选择的生产窄肩部的制造技术的困难、精确控制肩部宽度以实现获得完美DMD的加工能力、具有窄肩部设计的光纤与由不同的制造技术制作的光纤的兼容性、以及与可能接合到具有窄肩部设计的光纤的其它光纤的兼容性，期望使肩部宽度延伸超过已经普遍使用的宽度。我们已经发现如果肩部大大地延伸，例如，超过4微米，那么较高阶模式比较低阶模式传播得更快，因此损害了光纤的带宽性能。图3说明了该影响，图3是肩部宽度为8. 5微米的光纤的DMD图，该宽度比以前的典型设计中使用的宽度大得多。该图具有扫描半径从0-25 μ m的时间模式位置，并且示出了较高阶模式如何比其它模传播得快，如图2中在半径19-25 μ m处所示，导致了模式色散并且减小了带宽。根据本专利技术，刚刚描述的DMD损害的解决办法包括向图2示出的α芯部增加截短的边缘。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋新力，金真基，G·欧伦德森，孙懿，
申请(专利权)人：OFS菲特尔有限责任公司，
类型：
国别省市：