專利名稱：具有改進的折射率分布的多模光纖的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及用在通信中的光纖，尤其涉及具有改進的折射率分布的多模光纖。
背景技術：
在現代光纖通信系統中，沿著圓柱形的波導來引導光信號，這種圓柱形的波導采用細纖維的形式。光纖包括內部纖芯區域，外部包層區域圍繞著該內部纖芯區域，其中纖芯的光密度是用折射率Ii1來測量的，且折射率II1高于包層的折射率n2，參見圖1。通過在制造過程中引入雜質(或摻雜劑)，可以調節光學介質的折射率。對于玻璃光纖而言，通常使用鍺來增大纖芯的折射率，但也可以使用或添加其它雜質。因為這種折射率方面的差異，在光纖的纖芯內行進的光脈沖每一次到達纖芯-包層界面時都經歷全內反射，結果，光信號就被限定在纖芯之內或者在纖芯內引導光信號。這種光纖具有均勻的纖芯折射率，被稱為階躍式-折射率光纖(Si-光纖)。為了便于高速數據通信，SI-光纖的纖芯直徑通常很小(在9微米的量級上)，這僅僅比所傳輸的光的波長大幾倍，結果，光信號被迫在沿著光纖軸的單條路徑中行進。這種光纖被稱為多模光纖。或者，光纖的纖芯直徑與光的波長相比可以是很大的，在這種情況下，光可以沿著許多分立的光路穿過纖芯，其中每一個光路被稱為一個模式。這種光纖被稱為多模光纖 (MMF)，并且具有50或62. 5微米的額定纖芯直徑。通常，在MMF中，到達光纖的輸入端上的光脈沖照亮了纖芯的相對較大的空間區域，使得光脈沖作為許多分立的光學模式之和進行傳播。因為多個模式之間存在路徑長度方面的差異，所以光脈沖能量的多個部分將會在不同的時刻到達光纖的輸出端。結果，脈沖的寬度變寬了，這被稱為模間色散。這使信號質量變差了。為了減小模間色散，MMF纖芯和包層的折射率是漸變的，使得折射率按照下列方程隨著從纖芯軸起的徑向距離r連續地減小
Γ00051=r<R
LtXXJt5」1 |0(1 - 2Δ0) = η!, r^R其中光纖參數α的數值接近于2 (通常是1.9-2. 1)，并且定義了折射率分布的形狀，對于α = 2的情況正如圖2所示那樣。理想的拋物線(冪定律)折射率分布將使穿過漸變折射率MMF的每一個模式同時到達光纖的輸出端。靠近光纖軸行進的低階模式遭遇很高的折射率，即光密度很高的介質，因此將以減小的速度進行傳播。在纖芯的外部區域中傳播的較高階的模式將遭遇較低的折射率(密度低的介質)，并且將傳播得較快。圖3示出了在具有理想的拋物線折射率分布的MMF中傳播的多個模式。每一個模式穿過正弦路徑，并且所有的模式同時到達光纖的輸出端。我們看到，每一個模式的節點都是同相的。MMF的折射率分布的質量可以用ΤΙΑ-455-220-Α中所規定的標準測試程序來表征。該標準規定了用于測量差模延遲(DMD)的測試方法，該差模延遲量化了模間色散。在這種方法中，單模發射光纖橫跨MMF的纖芯，并且穿過該光纖的每一個受激模式組的傳播延遲被記錄下來。圖4示出了高性能MMF的DMD的圖。該圖示出了在光纖輸出處被記錄下來的受激模式組中的每一個的光學波形(單位是皮秒/米，即ps/m)與垂直的軸上的徑向發射位置(單位是微米)之間的函數關系圖。 對于這種有代表性的MMF，我們看到，受激模式組中的每一個在大約相同的時刻到達光纖的輸出處，而不管光學發射徑向位置如何，因此，這種光纖幾乎不引入模間色散。從這種DMD 圖中可以推斷出，這種光纖的折射率分布接近于理想的拋物線分布。然而，在實踐中，控制制造過程中的低摻雜劑濃度是有困難的，所以大多數MMF無法呈現出理想的拋物線折射率分布。特別是，纖芯的外部區域中的摻雜劑濃度是最小的，也是最難控制的。結果，與沿著纖芯的內部區域進行傳播的那些模式相比，較高階的模式通常呈現出模式延遲方面的變化。因此，期望能以一種方式來修改折射率分布，使得能減小因摻雜劑的低位流動控制方面的變化所導致的不利影響。
發明內容
影響光學信道鏈路的性能的重要因素是光纖中的總色散的量。為了改善MMF的性能，提出了對制造過程進行修改，將折射率分布的數值改變為低于通常會被視為具有傳統理想拋物線α數值的折射率。我們描述了對折射率分布進行的修改，這種修改已經顯示出改善了測量出的系統性能。
圖1是光纖的剖面透視圖；圖2是示出了在漸變折射率多模光纖的纖芯和包層中折射率對半徑的圖；圖3是示出了在漸變折射率多模光纖中的模式行為的圖；圖4是多模光纖中的差模延遲圖，該圖示出了與半徑偏移相比脈沖到達的相對時間；圖5是示出了根據現有技術(α。)以及根據本發明(α)這兩種情況在多模光纖的纖芯中折射率對半徑的圖；以及圖6是差模延遲圖，該圖示出了具有根據本發明修改過的折射率分布的多模光纖的差模延遲特征。
具體實施例方式MMF所支持的模式的個數N是由下式給出的蛣爐如其中，1^ = 2^1/^^是在自由空間中具有波長λ ^的光的波數。通過改變折射率分布的目標數值，使得它在纖芯中逐漸增大的徑向距離處減小至比理想拋物線數值要低的數值，這樣就實現了改善的光纖性能。根據一個實施方式，折射率分布的數值減小至低于理想拋物線折射率分布。根據較佳的實施方式，折射率分布是連續且單調地減小的。在一些實施方式中，在特定的纖芯半徑以上，改變目標折射率分布。例如，在一個實施方式中，針對大于5 μ m的纖芯半徑，改變目標折射率分布，使得折射率分布小于遵循冪定律函數的分布(正如圖5所示那樣)。在另一個實施方式中，針對大于Iym 的纖芯半徑，改變目標折射率分布。根據本發明的一個實施方式，使用了一種技術，通過控制摻雜劑的濃度，產生比傳統標準拋物線型分布所產生的折射率要低的減小的折射率，從而減小折射率分布的“目標” 數值。已經發現，在傳統理想拋物線就是目標的情況下，某一相對少量的所得的光纖將落在該目標附近，從而產生如圖4所示的期望的DMD圖。然而，因為控制低濃度摻雜劑是有困難的，所以生產出的光纖中有一定數量的光纖的折射率分布將低于目標分布，并且有一些光纖的折射率分布將高于目標分布。在多個區域中具有比目標拋物線分布要高的折射率分布的那些光纖(在圖6中，這些光纖被表征為隨著半徑逐漸增大而“向右移動”)具有很差的“系統誤碼率(BER) ”性能。如本發明所提出的，具有修改的折射率分布的光纖將呈現出與圖6所示本質上相似的DMD軌跡。在圖6中，當半徑增大至超過8微米時，有波形峰值的橫向位移，這些波形峰值朝著該圖的左側連續且單調地移動。在這種情況下，較高階的模式行進得較快，因為向左移動就對應于較小的數值(單位是ps/m)。在圖5中，我們畫出了兩個折射率分布，即C^ = 2以及由虛線顯示出的本發明所提出的修改的分布。此處，我們以= 2為示例，但是很明顯，這種修改同樣適用于除2以外的α值。實線表示遵循上文所描述的％(r)的方程的折射率的變化。所提出的修改的折射率分布(虛線)并不遵循該方程。遵循該公式所描述的％(r)的光纖將具有與圖4所示相似的DMD軌跡。對折射率進行的這種修改將影響所支持的模式的個數N。如果光纖遵循冪定律，則對于
權利要求
1.一種制造多模光纖的方法，所述多模光纖的纖芯的折射率分布導致一種與半徑有關的漸變折射率，所述方法包括在光纖纖芯的半徑上使折射率減小，使得在逐漸增大的纖芯半徑處使光纖纖芯的折射率分布減小至低于標準拋物線折射率分布。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于在光纖纖芯的半徑上，使所述光纖纖芯的折射率分布連續且單調地減小至低于標準拋物線折射率分布。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于針對大于5 μ m的纖芯半徑，使所述光纖纖芯的折射率分布減小至低于標準拋物線折射率分布。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于針對大于1 μ m的纖芯半徑，使所述光纖纖芯的折射率分布減小至低于標準拋物線折射率分布。
5.一種制造多模光纖的方法，所述多模光纖的纖芯的折射率分布導致一種與半徑有關的漸變折射率，所述方法包括通過控制摻雜劑濃度，在光纖纖芯的半徑上使折射率減小， 使得通過使折射率分布的目標值減小至低于標準拋物線折射率分布，在逐漸增大的纖芯半徑處使光纖纖芯的折射率分布減小至低于標準拋物線折射率分布。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于在光纖纖芯的半徑上，使所述光纖纖芯的折射率分布連續且單調地減小至低于標準拋物線折射率分布。
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于針對大于5 μ m的纖芯半徑，使所述光纖纖芯的折射率分布減小至低于標準拋物線折射率分布。
8.如權利要求5所述的方法，其特征在于針對大于1 μ m的纖芯半徑，使所述光纖纖芯的折射率分布減小至低于標準拋物線折射率分布。
全文摘要
一種漸變折射率多模光纖以及生產該漸變折射率多模光纖的方法使用了一種使多模光纖的纖芯的折射率分布減小至低于標準拋物線折射率分布的技術。這可以通過在光纖纖芯的半徑上改變光纖纖芯中的摻雜劑濃度來實現。結果是多模光纖具有差模延遲特征，且故意不使這種差模延遲特征最小化。可以在纖芯的全部半徑上或僅僅針對一個指定半徑以上的半徑，使折射率分布減小至低于標準拋物線折射率分布。
文檔編號G02B6/028GK102227658SQ200980149101
公開日2011年10月26日 申請日期2009年12月1日 優先權日2008年12月1日
發明者G·E·圖杜瑞, R·J·皮姆皮娜拉 申請人:泛達公司