單模多?；旌鲜郊矣镁W(wǎng)絡(luò)光纖的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種混合光纖，其包括支持多模傳輸?shù)某尸F(xiàn)梯度折射率分布的多段纖芯，其中所述纖芯中心處具有階躍折射率，調(diào)整階躍折射率的分布參數(shù)(as)與(Δs)可以提供一種能傳輸無差多模光信號以及無差單模光信號的光纖。實施纖芯的這樣一種折射率分布n(r)，同時選擇足夠大的參數(shù)as和Δs以適應光纖的基本模，使得在以單模傳輸?shù)牟ㄩL為例如1550nm時，耦合于基本模的光功率將最大化，同時，在以多模傳輸?shù)牟ㄩL為例如850nm時，將保持一個相對減少的模色散。
【專利說明】單模多?；旌鲜郊矣镁W(wǎng)絡(luò)光纖
1、【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳輸，具體而言，涉及支持單模傳輸和多模傳輸?shù)募矣镁W(wǎng)絡(luò)光纖。
2、【背景技術(shù)】
[0002]光纖通常由光纖芯和光纖包層組成，其中所述光纖芯傳輸光信號，所述光纖包層將光信號限制在光纖芯中。為此，纖芯的折射率η。大于包層的折射率ng。光纖的特征通常在于其折射率分布，折射率分布將光纖的折射率(η)與光纖半徑(r)相關(guān)聯(lián)，其中:X軸所示為相對于光纖中心的距離r，Y軸所示為半徑r處的折射率與光纖包層的折射率之差。
[0003]現(xiàn)今,光纖存在兩種主要門類:多模光纖和單模光纖。在多模光纖中，對于給定的波長，多種光模沿光纖同時傳播，而在單模光纖中，高次模(下文稱為Η0Μ)被切斷或高度削弱。
[0004]單模光纖通常用于長距離應用，例如接入網(wǎng)絡(luò)。為獲得能進行單模光信號傳輸?shù)墓饫w，纖芯需要具有相對較小的直徑(通常介于5μπι與11 μπι之間)。為滿足接入網(wǎng)絡(luò)對高帶寬應用的需要(例如IOGbps)，標準單模光纖要求使用調(diào)制的單模激光發(fā)射器，其中所述單模激光發(fā)射器通常以1550nm的波長進行工作。
[0005]多模光纖通常用于需要高帶寬的短距離應用，例如局域網(wǎng)(LAN)和多住戶單元(MDU),所述多住戶單元更普遍地稱為室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)(in-building network)。多模光纖的纖芯的直徑通常為50 μ m或62.5 μ m。多模光纖已成為國際標準化的主題，所述國際標準化設(shè)定了針對給定波長的帶寬、數(shù)值孔徑以及纖芯直徑的標準。已采用0M3標準和0M4標準來滿足長距離(數(shù)十米至數(shù)百米)高帶寬(通常為IOGbps)應用的需求，例如在以太網(wǎng)高速傳輸網(wǎng)絡(luò)中。在850nm的波長下，0M3標準要求至少2000MHz.km的有效模帶寬(efficientmodal bandwidth,下文稱為EMB),以確保IOGbps下進行的無誤差多模傳輸能達到300m的距離。在850nm的波長下，0M4標準要求至少4700MHz.km的EMB，以確保IOGbps下進行的無誤差多模傳輸能達到400m的距離。
[0006]電信中最普遍的多模光纖為梯度折射率分布光纖。通過最大限度地減少模間色散(即沿光纖傳輸?shù)墓饽５膫鞑パ舆t時間之差或群速度之差)，對于給定的波長，這種折射率分布能夠保證較高的模帶寬。
[0007]對于光學家用網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)來說，對光纖門類的選擇是關(guān)鍵。多模光纖是用于光學數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的成本合算的解決方案。由于多模光纖的數(shù)值孔徑和纖芯直徑較寬，并且多模光纖的梯度折射率纖芯分布使得其具有較低的模色散，因此多模光纖下，基于成本合算的光源的解決方案(例如，垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL))能有效地發(fā)射出IOGbps光信號，而單模光纖則需要昂貴又耐用的單模收發(fā)器。具體而言，(發(fā)射條件下)將光源連接到單模光纖比連接到多模光纖要求更加嚴格的對準公差。
[0008]然而，由于光學家用網(wǎng)絡(luò)預期與外部接入網(wǎng)絡(luò)連接，而所述外部接入網(wǎng)絡(luò)由于需要到達較遠距離主要使用單模技術(shù)，所以需要進一步考慮單模光纖的互操作性問題。
[0009]具體而言，多模光纖并不能設(shè)計成與單模光纖傳輸系統(tǒng)互連?？梢詫⒓矣镁W(wǎng)絡(luò)視作一種用戶能在其兩端處進行裝置連接的光纖網(wǎng)絡(luò)。如今，裝置有可能實施基于多模光纖傳輸且要求多模光纖的技術(shù)，但將來，裝置也可以被設(shè)計成能操作基于單模的技術(shù)。因此，如果接入網(wǎng)絡(luò)準備與光學家用網(wǎng)絡(luò)一起工作，需要重復安裝相對昂貴的光纖。
[0010]因此，有必要提供一種用于家用網(wǎng)絡(luò)的光纖，所述光纖可以在家用網(wǎng)絡(luò)的操作波長下(例如850nm)傳輸無誤差的多模光信號，同時,所述光纖也可以在接入網(wǎng)絡(luò)的操作波長下(例如1550nm)傳輸無誤差的單模光信號。
[0011]所提出的一種已知解決方案包括使用標準多模光纖，所述多模光纖具有梯度折射率分布，經(jīng)優(yōu)化，所述梯度折射率分布用于在850nm的波長下提供無誤差且具有較寬帶寬的傳輸。然而，在將單模源耦合到標準多模光纖后，其中所述單模源在1550nm的波長下操作，注入到光纖中的光信號會主要刺激基本光模，但問題是，不僅如此，光信號還會刺激光纖中的Η0Μ。事實上，光功率的一部分耦合到標準多模光纖的基本模中，并且?guī)缀跛惺Ｓ嗟墓β识捡詈系焦饫w的HOM集合中(對應于寄生信號或光噪聲)。由于不同的模具有不同的傳播延遲時間和傳播常數(shù)，因此，在接收器方，基本模和HOM上攜載的光信號會發(fā)生干擾，從而導致功率波動、光纖傳輸?shù)馁|(zhì)量降級。因此，1550nm下，由于在標準多模光纖和標準單模光纖所攜載的基本模之間的模場不匹配，此種標準多模光纖并不適于與單模光纖傳輸系統(tǒng)相互連。
[0012]在實踐中，為在高帶寬應用中表現(xiàn)良好，光纖需要具有最高質(zhì)量級的光纖傳輸性能。對于給定的波長，此種標準的特征可以在于光模耦合比，其由以下等式表示:
【權(quán)利要求】
1.光纖包括光纖芯與包圍光纖芯的光纖包層，其特征在于所述纖芯包括第一纖芯區(qū)域，以及包圍所述第一纖芯區(qū)域的第二纖芯區(qū)域，所述第一纖芯區(qū)域和所述第二纖芯區(qū)域使得所述纖芯具有如下式定義的折射率分布n (r):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述第一纖芯區(qū)域的所述半徑^在，1.5 μ m 至Ij 4.5 μ m 之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖，其特征在于，所述無量綱參數(shù)α在I到5之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，所述第一纖芯區(qū)域和所述第二纖芯區(qū)域之間的所述折射率之差As與所述第一纖芯區(qū)域的所述半徑\滿足如下不等式:
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，所述第一纖芯區(qū)域和所述第二纖芯區(qū)域之間的所述折射率之差As與所述第一纖芯區(qū)域的所述半徑\滿足如下不等式:
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，對于半徑為，25 μ m±2 μ m的所述第二纖芯區(qū)域，所述第一纖芯區(qū)域和所述第二纖芯區(qū)域之間的所述折射率之差As與所述第一纖芯區(qū)域的所述半徑\滿足如下不等式:
7.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，對于半徑為25 μ m±2 μ m的所述第二纖芯區(qū)域，所述第一纖芯區(qū)域和所述第二纖芯區(qū)域之間的所述折射率之差As與所述第一纖芯區(qū)域的所述半徑\滿足如下不等式:
，0.17173as2-l.6926as+5.1835 < Δ s < 0.21308as2_2.3168as+6.9690。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，對于半徑為25 μ m±2 μ m的所述第二纖芯區(qū)域，所述第一纖芯區(qū)域和所述第二纖芯區(qū)域之間的所述折射率之差As與所述第一纖芯區(qū)域的所述半徑\滿足如下不等式:
，0.31742as2-2.9046as+8.3221 < Δ s < 0.26184as2_3.1935as+10.5832。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，對于半徑為31.25 μ m±2 μπι的所述第二纖芯區(qū)域，所述第一纖芯區(qū)域和所述第二纖芯區(qū)域之間的所述折射率之差As與所述第一纖芯區(qū)域的所述半徑\滿足如下不等式:
，0.13774as2-l.3462as+4.0572 < Δ s < 0.22044as2_2.7607as+9.7057。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，對于半徑為31.25 μ m±2 μπι的所述第二纖芯區(qū)域，所述第一纖芯區(qū)域和所述第二纖芯區(qū)域之間的所述折射率之差As與所述第一纖芯區(qū)域的所述半徑\滿足如下不等式:
，0.2839as2-2.5787as+7.2847 < Δ s < 0.22044as2-2.7607as+9.7057。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，對于半徑為31.25 μ m±2 μπι的所述第二纖芯區(qū)域，所述第一纖芯區(qū)域和所述第二纖芯區(qū)域之間的所述折射率之差As與所述第一纖 芯區(qū)域的所述半徑\滿足如下不等式: ， 0.13774as2-l.3462as+4.0572 < Δ s < 0.15979as2_l.8078as+5.9286。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，對于半徑為40 μ m±2 μ m的所述第二纖芯區(qū)域，所述第一纖芯區(qū)域和所述第二纖芯區(qū)域之間的所述折射率之差As與所述第一纖芯區(qū)域的所述半徑\滿足如下不等式:
，0.20185as2-2.0205as+6.2914 < Δ s < 0.26946as2_3.5101as+12.8205。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，對于半徑為40 μ m±2 μ m的所述第二纖芯區(qū)域，所述第一纖芯區(qū)域和所述第二纖芯區(qū)域之間的所述折射率之差Λ s與所述第一所述區(qū)域的所述半徑as滿足如下不等式:
，0.34616as2-3.211as+9.3320 < Δ s < 0.26946as2_3.5101as+12.8205。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，對于半徑為40 μ m±2 μ m的所述第二纖芯區(qū)域，所述第一纖芯區(qū)域和所述第二纖芯區(qū)域之間的所述折射率之差As與所述第一纖芯區(qū)域的所述半徑\滿足如下不等式:
，0.20185as2-2.0205as+6.2914 < Δ s < 0.20605as2_2.4798as+8.3655。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，凹陷折射率區(qū)域進一步定位于所述第一纖芯區(qū)域的外圍，凹陷溝槽具有I μ m到8 μ m之間的寬度Wd以及相對于所述第二纖芯區(qū)域的折射率之差Ad,使得所述凹陷折射率區(qū)域的所述折射率之差Ad與所述第一纖芯區(qū)域和所述第二纖芯區(qū)域之間的所述折射率之差足如下不等式:，0,0549.β* — 0.9053.α； + 5,483.(ξ 一 14.39.as +13,75 < 1000-(Δ, +IaJ) <1.11.α卜6,9145 as +17,94
16.光學系統(tǒng)包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一權(quán)利要求所述的光纖。
【文檔編號】G02B6/036GK103492918SQ201380000341
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月27日
【發(fā)明者】丹尼斯·莫林, 皮埃爾·圣索內(nèi)蒂, 皮埃爾·希爾德 申請人:德拉卡康泰克私營有限責任公司