專利名稱：用于低色散多模光纖的經修正的折射率分布的制作方法
用于低色散多模光纖的經修正的折射率分布相關申請的交叉引用本申請要求2009 年 8 月 19 日提交的題為“MODIFIED REFRACTIVE INDEX PROFILEFOR LOW-DISPERSION MULT I-MODE FIBER” 的美國臨時專利申請 No. 61/235，236 的權益，其內容整體援引包含于此。本申請包含下述申請的全部2010年6月9日提交的題為“DESIGN METHOD ANDMETRIC FOR SELECTING AND DESIGNING MULTIMODE FIBER FOR IMPROVED PERFORMANCE(用于選擇和設計具有改善性能的多模光纖的設計方法和度量)，，的S/N 12/797，328美國專利申請；以及 2009 年 11 月 30 日提交的題為 “MULTIM0DE FIBER HAVING IMPROVED INDEXPROFILE (具有改善的折射率分布的多模光纖)，，的S/N 12/627，752的美國專利申請。
背景技術：
針對多模光纖光纜(MMF)傳輸設計的最高發(fā)展水平的高速光收發(fā)器使用垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)作為光源。VCSEL，類似于傳統(tǒng)發(fā)光二極管(LED)，是表面發(fā)射器件，但與LED不同的是，VCSEL的物理結構在形成激光腔的布拉格反射體之間包括由多個量子阱所構成的層。結果，VCSEL的輸出是高度相干的，其包含離散的光學模式。該器件支持與多個橫模耦合的單個縱模，這導致具有略為不同波長的光的分布。另外，每個模式具有被定義的發(fā)射模式。該物理效應導致其中發(fā)射波長與半徑相關的發(fā)射模式。VCSEL模也是動態(tài)的，并與MMF的光學特性結合而造成MMF系統(tǒng)性能的變化。性能變化可歸因于MMF纖芯缺陷和模式色散效應。多數MMF包含一種或多種纖芯缺陷，這些缺陷起因于制造工藝中氣體流量控制的變化?？尚拚凵渎史植?，以使工藝變化引起折射率分布或偏置，從而補償與波長相關的VCSEL發(fā)射模式的作用，改善光纖性能。為了確定不具有纖芯缺陷的最佳折射率分布，人們必須首先考慮由VCSEL發(fā)射的光學模式。參見

圖1，對于代表性的VCSEL，出射的光學模式圖示為驅動電流的函數。由于器件的晶體結構和圓形對稱性，VCSEL中的每一受激橫模都存在兩種偏振狀態(tài)。電場取向限定了光學模式的偏振狀態(tài)。當驅動電流導通(5mA)時，基模在器件的中心附近受到激勵。隨著驅動電流增加，更多的模式(高階模)被激勵，這些模式占據了器件的有源區(qū)或有源孔徑的外部區(qū)域。每個模式都具有離散的光能，并因此具有離散的光波長，其關系表示為E = hc/ λ，其中h =普朗克常數，而c是光速。低階模具有較長的波長，而高階模具有較短的波長和較高的能量。圖2示出了模式和波長之間的這種相關性。基模圖示為具有最長波長而高階模具有較短波長。由于VCSEL模的波長與半徑相關，在光纖中傳播的模式也與波長相關。VCSEL低階模耦合到光纖低階模中，而VCSEL高階模耦合到光纖高階模中。這種波長相關性展示在圖3所示的光譜分析中。在該分析中，MMF連接于包含VCSEL的高速光發(fā)射器。橫越MMF的輸出端掃描具有5微米纖芯直徑(850nm的SMF)的單模光纖(SMF)。通過使用光譜分析儀(OSA)，各模式的光譜被記錄為徑向位移的函數。通常具有五個或更多個由VCSEL發(fā)射出的主波長。在每個主波長的區(qū)域中，通常具有由其它模式或偏振狀態(tài)產生的若干緊密間隔的波長。我們從圖3中看到，隨著橫向偏移的增加，由較長波長(接近849. 33nm)承載的相對光功率減小，同時較短波長(接近848. Inm)的相對功率增大。還觀察到，在徑向偏移較大的情況下，整體向較短波長移動。由于光譜的這種徑向分布，在零偏移下的光脈沖比較大徑向偏移下的光脈沖具有更長的RMS中心波長，如圖4中通過箭頭表示的那樣。中心波長λ。是光波峰的RMS加權平均，由下式給出
權利要求
1.一種多模光纖光纜，包括一種折射率分布，所述折射率分布被設計成用于補償被耦合到所述多模光纖光纜中的激光發(fā)射模式的波長分布，從而使所述多模光纖光纜中的模式色散最小化，其中所述波長分布與半徑相關。
2.如權利要求1所述的多模光纖光纜，其特征在于，所述折射率分布被設計成用于在距離所述多模光纖光纜纖芯中心5微米至19微米的半徑窗內補償激光發(fā)射模式的與半徑相關的波長分布。
3.如權利要求1所述的多模光纖光纜，其特征在于，所述折射率分布產生DMD波形分布，所述DMD波形分布的特征是對于從所述多模光纖光纜的纖芯中心開始的遞增半徑，徑向脈沖波形向左單調平移。
4.如權利要求1所述的多模光纖光纜，其特征在于，所述折射率被設計成通過對折射率分布修正一個量Δη(Γ)來減小差分模式延遲，以使發(fā)射模式中的波長變化補償至少一些模式色散。
5.一種設計改善的多模光纖光纜的方法，所述多模光纖光纜補償被耦合到基準多模光纖光纜中的激光發(fā)射模式的波長分布，其中所述波長分布與半徑相關，所述方法包括通過測量所述基準多模光纖光纜中的DMD波形分布來確定所述基準多模光纖光纜中材料色散和模式色散的量，所述材料色散和模式色散起因于使用激光器射入所述基準多模光纖光纜的光輻射脈沖，其中所述基準多模光纖光纜具有基準折射率分布；以及為改善的多模光纖光纜設計改善的折射率分布，所述折射率分布對被耦合到所述基準多模光纖光纜中的激光發(fā)射模式的與半徑相關的波長分布的至少一部分作出補償。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，還包括確定測得的DMD波形分布表現出向左平移還是向右平移；以及如果測得的DMD波形分布表現出向右平移，在設計所述改善的折射率分布時使所述基準折射率分布線性減小。
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于，如果測得的DMD波形分布表現出向右平移，則調整所述基準折射率分布以使所述改善的多模光纖光纜具有表現出向左平移的DMD波形分布。
8.如權利要求5所述的方法，其特征在于，通過使所述基準折射率分布線性減小，來調整所述基準折射率分布并設計所述改善的折射率分布。
9.如權利要求5所述的方法，其特征在于，通過下述步驟調整所述基準折射率分布并設計所述改善的折射率分布針對遞減半徑，增加折射率的變化Δη，這是校正光波長的半徑相關性所需要的。
10.如權利要求5所述的方法，其特征在于，通過下述步驟調整所述基準折射率分布并設計所述改善的折射率分布對所述基準折射率分布修正一個量ΔηΟ·)，以使發(fā)射模式的波長變化補償模式色散。
11.如權利要求5所述的方法，其特征在于，通過下述步驟調整所述基準折射率分布并設計所述改善的折射率分布修正所述基準折射率分布，以使針對所述基準折射率分布的折射率變化ΔηΟ·)為負，并且隨著徑向距離的遞增，所述折射率變化的絕對值增加，從而補償發(fā)射模式的波長變化。
12.如權利要求5所述的方法，其特征在于，通過下述步驟調整所述基準折射率分布并設計所述改善的折射率分布修正所述基準折射率分布，以使針對所述基準折射率分布的折射率變化ΔηΟ·)為正，并且隨著徑向距離的遞增，所述折射率變化的絕對值減小，從而補償發(fā)射模式的波長變化。
13.如權利要求5所述的方法，其特征在于，通過下述步驟調整所述基準折射率分布并設計所述改善的折射率分布修正所述基準折射率分布，以使針對所述基準折射率分布的折射率變化ΔηΟ·)在低于^時為正值，并且隨著徑向距離的遞增，所述折射率變化的絕對值減小，以及使針對所述基準折射率分布的折射率變化ΔηΟ·)為負，并且隨著徑向距離的遞增，所述折射率變化的絕對值增加，從而補償發(fā)射模式的波長變化，其中^是折射率變化為零的徑向位置。
14.一種設計改善的多模光纖光纜的方法，所述多模光纖光纜補償材料色散和模式色散，所述方法包括測量所述基準多模光纖光纜中的DMD波形分布，其中所述基準多模光纖光纜具有基準折射率分布；以及為所述改善的多模光纖光纜設計改善的折射率分布，所述改善的折射率分布對所述基準多模光纖光纜中的任何材料色散的至少一部分作出補償。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，還包括確定測得的DMD波形分布表現出向左平移還是向右平移；以及如果測得的DMD波形分布表現出向右平移，在設計所述改善的折射率分布時使所述基準折射率分布線性減小。
16.如權利要求14所述的方法，其特征在于，如果測得的DMD波形分布表現出向右平移，則調整所述基準折射率分布以使所述改善的多模光纖光纜具有表現出向左平移的DMD波形分布。
17.如權利要求14所述的方法，其特征在于，通過使所述基準折射率分布線性減小，來調整所述基準折射率分布并設計所述改善的折射率分布。
18.如權利要求14所述的方法，其特征在于，通過下述步驟調整所述基準折射率分布并設計所述改善的折射率分布針對遞減半徑，增加折射率的變化Δη，這是校正光波長的半徑相關性所需要的。
19.如權利要求14所述的方法，其特征在于，通過下述步驟調整所述基準折射率分布并設計所述改善的折射率分布對所述基準折射率分布修正一個量ΔηΟ·)，以使發(fā)射模式的波長變化補償模式色散。
20.如權利要求14所述的方法，其特征在于，通過下述步驟調整所述基準折射率分布并設計所述改善的折射率分布修正所述基準折射率分布，以使針對所述基準折射率分布的折射率變化ΔηΟΟ為負，并且隨著徑向距離的遞增，所述折射率變化的絕對值增加，從而補償發(fā)射模式的波長變化。
全文摘要
提供一種改善的多模光纖光纜。該改善的多模光纖光纜包括，但不局限于，一種折射率分布，該折射率分布被設計成用于補償被耦合到多模光纖光纜中的激光發(fā)射模式的與半徑相關的波長分布，以使多模光纖光纜中的模式色散最小化。通過修正折射率的α分布，將差分模式延遲(DMD)調整為半徑的函數。
文檔編號G02B6/028GK102597826SQ201080037311
公開日2012年7月18日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權日2009年8月19日
發(fā)明者G·E·圖杜瑞, R·J·皮姆皮娜拉 申請人:泛達公司