多模光纖的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種多模光纖，該多模光纖設置有這樣的區域：在該區域，纖芯的外周區域中的折射率相對于α次方折射率分布的理想形狀具有偏差并且偏差量的絕對值不小于0.005％，以便生成輻射模，并且包層的折射率高于偏差區域的折射率。
【專利說明】多模光纖
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種多模光纖。
【背景技術】
[0002] 眾所周知，與用于長距離光傳輸的單模光纖相比，多模光纖因其結構而具有更大 的傳輸損耗。另一方面，由于多模光纖允許在光纖之間進行比較容易的熔接以及在設備之 間進行比較容易的連接，因此多模光纖常用在LAN(局域網）等近距離信息傳輸的應用中。 為了改善近距離信息傳輸，人們也對用于降低多模光纖的前述傳輸損耗的技術和通信頻帶 的擴展（實現更寬的帶寬）進行了研究。
【發明內容】
[0003] 本申請的發明人對常規多模光纖進行了詳細研究，并且發現了以下問題。應注意 至IJ，在本說明書中，沒有任何特指的簡單表述"光纖"指的是"多模光纖"。
[0004] 多模光纖是已知的其中傳播著多個模（模式）的光傳輸介質。然而，特別是當這 些模中的輻射模（具有較大的群時延差（差分群時延）的高次模）沿多模光纖的縱向傳播 時，傳播模之間的群時延差將會增大；因此在實現多模光纖的更寬帶寬方面存在限制。
[0005] 具體而言，當纖芯具有a次方折射率分布時，在纖芯的外周區域中，折射率沿徑 向的變化率變大，因此實際制造的光纖的纖芯的折射率往往會偏離設計值。如果實際的折 射率分布偏離其理想形狀，則模間色散會增大；因此，光纖的制造誤差也是阻礙實現多模光 纖中的更寬帶寬的因素。
[0006] 為了解決上述問題而完成了本發明，并且本發明的目的在于提供一種多模光纖， 其具有用于減少傳播模之間的群時延差的結構，從而能夠實現更寬的帶寬。
[0007] 本發明涉及一種具有GI(漸變折射率）型折射率分布的GI型多模光纖，該多模光 纖包括折射率從中心軸線沿徑向連續下降的區域（其為具有a次方折射率分布的區域）， 并且這種多模光纖就結構而言明顯與用于長距離傳輸的單模光纖不同。GI型多模光纖還包 括具有設置在纖芯區域的外周面上且具有低折射率的溝槽部的GI型多模光纖（在下文中 也稱為BI(彎曲不敏感）型多模光纖）、以及具有由高折射率的纖芯區域和低折射率的包層 區域構成的一般結構的多模光纖。
[0008] 根據本發明的實施例的多模光纖至少包括：纖芯，其沿著多模光纖的中心軸線延 伸并且具有a次方折射率分布；以及包層，其設置在纖芯外側。可以通過采用纖芯的外周 面與包層直接接觸的接觸式結構來構造多模光纖。還可以通過采用除了纖芯和包層之外還 具有設置在纖芯與包層之間的中間層的多層結構來構造多模光纖。
[0009] 根據本實施例的多模光纖通過將相對于基模具有較大群時延差的高次模主動地 耦合到包層模（或通過將高次模主動地泄漏到包層側）而能夠實現更寬的帶寬。具體而 言，本實施例的第一方面包括用于將在遠離纖芯的中心區域的外周區域中生成的具有較大 群時延差的模（高次模）泄漏到位于纖芯外側的包層中的結構。這能夠將纖芯中的傳播模 之間的群時延差保持為較小，以便實現多模光纖中的更寬帶寬。在本說明書中，纖芯的中心 區域限定為光密度基本上不足以顯著影響傳播模之間的群時延差的區域，并且限定為沿徑 向與中心軸線相距的距離不超過纖芯半徑的20%的區域。纖芯的外周區域限定為圍繞該中 心區域的區域，并且限定為以下區域：在該區域中，折射率沿徑向的變化率較大，在光纖的 制造過程中實際折射率分布往往會偏離設計值，并且如果實際發生了偏離則容易因折射率 的偏差而生成輻射模。
[0010] 在本實施例的第一方面中，纖芯包括：折射率分布遵循a次方折射率分布的區 域；以及折射率相對于a次方折射率分布的理想形狀具有偏差并且就相對折射率差而言 偏差量的絕對值不小于〇. 005%的區域（其被稱為分布偏差部）；偏差量的絕對值最大的點 位于纖芯的外周區域（處于纖芯內部并且與中心相距的距離超過纖芯半徑的20%的部分） 中，并且位于具有比包層的折射率低的折射率的低折射率區域中。該低折射率區域可以是 比纖芯的外周區域寬的區域。
[0011] 作為適用于第一方面的第二方面，纖芯的中心區域中的折射率可以高于包層的折 射率。當對纖芯的中心區域的折射率高于包層的折射率的情況與纖芯的中心區域的折射率 低于包層的折射率的情況進行比較時，在纖芯的中心區域的折射率高于包層的折射率的情 況下，可以將光纖彎曲造成的傳輸損耗保持為比在后一種情況下光纖彎曲造成的傳輸損耗 低。
[0012] 作為適用于第一方面和第二方面中的至少任一方面的第三方面，包層優選地為摻 雜有氯的包層。作為適用于第一方面至第三方面中的至少任一方面的第四方面，可以通過 采用纖芯的外周面與包層直接接觸的結構來構造多模光纖。另一方面，作為適用于第一方 面至第三方面中的至少任一方面的第五方面，如上所述，可以通過采用還包括設置在纖芯 與包層之間并且具有比包層低的折射率的中間層的結構來構造多模光纖。通過第四方面和 第五方面中的任一方面，也可以將纖芯中的傳播模之間的群時延差保持為較小，以便能夠 實現更寬的帶寬。
[0013] 從下面給出的詳細說明和附圖中能夠更充分地理解根據本發明的各個實施例。所 示出的這些實施例僅用于說明的目的，因此不應被視為對本發明的限制。
[0014] 從下文中給出的詳細說明可以清楚地得知本發明的進一步的應用范圍。然而，應 理解的是，雖然詳細的說明和具體實例表示本發明的優選實施例，但它們僅為了說明的目 的而示出，并且很顯然，對于本領域技術人員顯而易見的是，從該詳細說明中能夠理解本發 明的范圍內的各種修改和改進。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖IA是示出根據第一實施例的多模光纖的橫截面結構的視圖，而圖IB是其折射 率分布圖。
[0016] 圖2是用于說明分布偏差部的實例的視圖。
[0017] 圖3是示出圖IA所示的多模光纖的橫截面的一部分的視圖，其作為圖IA中用A 表示的區域的放大圖。
[0018] 圖4是用于說明分布偏差部的另一實例的視圖。
[0019] 圖5A是示出根據第二實施例的多模光纖的橫截面結構的視圖，而圖5B是其折射 率分布圖。
[0020] 圖6是根據比較例的多模光纖的折射率分布圖。
[0021] 圖7是根據第一實施例和第二實施例的多模光纖以及根據比較例的多模光纖的 各個樣本中的群時延差的發生狀況的比較的表格。
【具體實施方式】
[0022] 下面將參考附圖詳細描述根據本發明的多模光纖的各個實施例。在對附圖的描述 中，相同的元件將用相同的附圖標記表示，而不進行重復說明。
[0023] (第一實施例）
[0024] 圖IA是示出根據第一實施例的多模光纖的橫截面結構的視圖，而圖IB是其折射 率分布圖。
[0025] 圖IA所示的第一實施例的多模光纖1具有沿著中心軸線AX(其與光軸一致）延伸 的纖芯11和設置在纖芯11的外周面上的包層12。纖芯11具有外徑2a，含有GeO2 (二氧化 鍺），并且具有折射率從與中心軸線AX-致的中心沿徑向連續下降的a次方折射率分布。 纖芯11在其中心處具有最大折射率nl，并且在纖芯11與包層12之間的界面處具有最小折 射率n2。包層12含有氯，具有外徑2b，并且具有不小于最小折射率n2的折射率n3。包層 12的折射率n3可以商于纖芯11的最大折射率nl。
[0026] 多模光纖1具有圖IB所不的折射率分布150。圖IB所不的折射率分布150不出 了在與圖IA中的中心軸線AX(光軸）垂直的線Ll上的各個部分的折射率，并且折射率分 布150對應于沿多模光纖1的徑向的折射率分布。更具體而言，從纖芯中心（與中心軸線 AX-致的半徑r= 0處的位置）到半徑r=a的區域151是與纖芯11對應的區域，而半徑 r大于a且不大于b的范圍內的區域152是與包層12對應的區域。
[0027] 通過拉制具有與圖IB所示的折射率分布150類似的形狀的折射率分布的光纖 母材（preform)來獲得具有圖IB所示的折射率分布150的多模光纖1。作為實例，通過 以下步驟獲得光纖母材：用OVD(外部氣相沉積）法制備與纖芯11對應的摻雜有用于調 節折射率的GeO2的纖芯母材、使纖芯母材經受脫水、燒結、拉伸等步驟、并且之后在所得到 的纖芯母材的外周上用VAD(汽相軸向沉積）法進一步制出與包層12對應的含有用于調 節折射率的氯的外周部。通過改變GeO2、氯等的沿徑向的摻雜量可以控制光纖母材的折 射率分布的形狀。例如，〇.V.mazurin等人發表的"玻璃數據手冊A部分：石英玻璃和二 兀娃酸鹽玻璃（handbookofglassdataPartA,silicaglassandbinarysilicate glasses) "(ELSEVIER，pp. 582-583,1983(文獻I))示出了添加在作為光纖的主要材料的玻 璃材料中的GeO2的摻雜量與玻璃材料的折射率之間的關系。
[0028] 如圖IB所示，纖芯11具有a次方折射率分布，并且由半徑不超過纖芯半徑a的 20%的中心區域和圍繞中心區域的外周區域構成。在纖芯11的外周區域中，存在具有比包 層12低的折射率的低折射率區域S。由于在纖芯11的折射率變化率較大的外周區域（其 為在光纖制造過程中難以控制折射率分布的區域）中往往會形成包括如下部分的分布偏 差部D:在該部分中，纖芯的折射率分布相對于a次方折射率分布的理想形狀具有偏差，并 且就相對折射率差而言偏差的最大值不小于〇. 005%，因此低折射率區域S設置為包括在 該外周區域中。低折射率區域S設置為包括沿多模光纖1的徑向限定了分布偏差部D的區 域R中的分布偏差最大的點。由于纖芯11中的各個部分的折射率與包層12的折射率之間 的關系限定了纖芯11的外周區域與低折射率區域S之間的關系，因此很自然地，低折射率 區域S可以大于纖芯11的外周區域（其為位于纖芯內部并且與纖芯中心相距的距離超過 纖芯半徑的20%的區域）。當包層12的折射率n3高于纖芯11的中心部分（沿徑向與纖 芯的中心軸線相距的距離不超過半徑的20%的部分）中的最低折射率（與纖芯中心相距的 距離為纖芯半徑的20%的點處的折射率）時，低折射率區域S變為大于纖芯的外周區域。 相反，如果包層12的折射率n3低于纖芯11的中心部分（沿徑向與纖芯的中心軸線相距的 距離不超過半徑的20%的部分）中的最低折射率（與纖芯中心相距的距離為纖芯半徑的 20%的點處的折射率），則低折射率區域S變為小于纖芯的外周區域。如果包層12的折射 率n3大于纖芯的最大折射率nl，則整個纖芯都變為低折射率區域S。
[0029] 圖2是詳細示出形成在低折射率區域S中的分布偏差部D的視圖。在圖2中，虛 線150a表示纖芯的a次方折射率分布的理想形狀（其將被稱為理想分布）。
[0030] S卩，纖芯11中的折射率分布的形狀由指數a限定，通常該指數a選自1.9至2.3 的范圍內的數值。具體而言，由下面的表達式（1)給出纖芯11的最大折射率nl相對于纖 芯11的最小折射率n2的最大相對折射率差△。由下面的表達式（2)給出具有半徑a的纖 芯的與纖芯中心相距的距離為r處的折射率n(r)的理想分布150a。
【權利要求】
1. 一種多模光纖，包括：纖芯；w及設置在所述纖芯的外側的包層， 其中，在與所述多模光纖的中也軸線垂直的橫截面中，所述纖芯由與所述中也軸線相 距的距離不超過所述纖芯的半徑的20%的中也區域和圍繞所述中也區域的外周區域構成， 所述纖芯包括：折射率分布遵循a次方折射率分布的區域；W及折射率相對于所述 a次方折射率分布的理想形狀具有偏差并且就相對折射率差而言偏差量的絕對值不小于 0.005%的區域，所述偏差量的絕對值最大的點位于所述外周區域中，并且所述偏差量的絕 對值最大的所述點處的折射率低于所述包層的折射率。
2. 根據權利要求1所述多模光纖，其中，所述纖芯的所述中也區域中的折射率高于所 述包層的折射率。
3. 根據權利要求1所述多模光纖，其中，所述包層慘雜有氯。
4. 根據權利要求1所述多模光纖，其中，所述纖芯的外周面與所述包層接觸。
5. 根據權利要求1所述多模光纖，還包括中間層，所述中間層設置在所述纖芯與所述 包層之間，并且具有比所述包層低的折射率。
【文檔編號】G02B6/028GK104345381SQ201410377342
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2013年8月2日
【發明者】坂部至, 米澤和泰 申請人:住友電氣工業株式會社