多模光纖和包含該光纖的系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】多模光纖和包含該光纖的系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002] 本申請(qǐng)要求2012年5月31日提交的美國(guó)優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)第13/484970號(hào)和2012 年7月20日提交的美國(guó)申請(qǐng)第13/553899號(hào)的優(yōu)先權(quán)，它們的全部?jī)?nèi)容作為本申請(qǐng)的基礎(chǔ) 并通過(guò)引用結(jié)合到本文中，在此要求其優(yōu)先權(quán)。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 本發(fā)明總體涉及光纖通信，更具體地涉及多模光纖，其可特別用于1310nm和/或 1550nm窗口的波分復(fù)用。
[0005] 高性能計(jì)算與數(shù)據(jù)中心設(shè)備通常需要大量處理器之間的互聯(lián)，而在這些系統(tǒng)中采 用多模（MM)光纖是具有成本效益的，因?yàn)槔w芯直徑大，從而對(duì)準(zhǔn)容差更寬松。這些系統(tǒng)通 常在850nm的波長(zhǎng)窗口工作，利用相對(duì)廉價(jià)的VCSEL激光源。光纖在850nm具有較高色散， 這導(dǎo)致光信號(hào)迅速變寬。這種高色散是對(duì)最大系統(tǒng)長(zhǎng)度的主要限制，特別是在25GHz及以 上的數(shù)據(jù)調(diào)制速率下。此外，光纖衰減在850nm相對(duì)較高，這在系統(tǒng)長(zhǎng)度超過(guò)幾十米的情況 下對(duì)性能有不利影響。
[0006] 發(fā)明概述
[0007] 根據(jù)一些實(shí)施方式，本發(fā)明提供了一種多模光纖。該光纖包含漸變折射率 玻璃纖芯，所述玻璃纖芯的直徑在41-80 ym范圍內(nèi)；漸變折射率具有α分布，其中 1.95彡α彡2. 04;最大相對(duì)折射率在0.6 %-1.8 %的范圍內(nèi)，例如0.6 %-1.6 %。 該光纖還包含包圍所述纖芯并與所述纖芯接觸的包層。所述包層包含下陷折射率 (depressed-index)環(huán)形部分。該光纖在 1200nm 與 1700nm 之間（例如 1260nm 與 1610nm 之間）的至少一個(gè)波長(zhǎng)處的過(guò)滿注入帶寬（overfilled bandwidth)大于2500MHz · km。
[0008] 纖芯優(yōu)選具有數(shù)值孔徑NA，其中0. 16〈NA〈0. 26。根據(jù)一些實(shí)施方式，包層包含內(nèi) 環(huán)形部分，該內(nèi)環(huán)形部分具有相對(duì)折射率Δ2，該相對(duì)折射率A2在一階微商(1(Λ/Λ 14Λ)/ (!Ον%)等于-2. 5的徑向位置測(cè)得。
[0009] 根據(jù)一些實(shí)施方式，包層包含包圍纖芯并與所述纖芯接觸的內(nèi)環(huán)形部分，包圍該 內(nèi)環(huán)形部分的下陷折射率環(huán)形部分，以及包圍該下陷折射率部分并與該下陷折射率部分接 觸的外環(huán)形部分。
[0010] 高性能計(jì)算與數(shù)據(jù)中心設(shè)備通常需要大量處理器之間的互聯(lián)，而在這些系統(tǒng)中采 用本文所討論的多模光纖可降低連接器成本，因?yàn)槠鋵?duì)準(zhǔn)容差沒(méi)有采用單模（SM)光纖的 系統(tǒng)嚴(yán)格。此外，相比于在850nm工作的常規(guī)系統(tǒng)，在1310nm和/或1550nm窗口工作的系 統(tǒng)具有顯著的性能優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠涔饫w色散和衰減更低。這對(duì)于25GHz及以上的數(shù)據(jù)調(diào)制速 率尤其重要，在此數(shù)據(jù)調(diào)制速率下，光信號(hào)的色散變寬導(dǎo)致大量故障。此外，與在850nm工 作、基于VCSEL的常規(guī)系統(tǒng)相比，在1310nm和/或1550nm窗口采用硅光子收發(fā)器的高數(shù)據(jù) 速率系統(tǒng)有利地需要低得多的電功率。有利的是，在1310nm或1550nm窗口，本文所述的光 纖和系統(tǒng)既可與VCSEL激光源一起使用，也可與硅光子激光源一起使用。
[0011] 需要一種多模光纖，它能在1310nm窗口傳輸至少一路在25GHz及以上調(diào)制的信 號(hào)，傳輸距離至少為l〇〇m。本文所述的光纖實(shí)施方式能在1310nm窗口傳輸至少四路在 25GHz及以上調(diào)制的信號(hào)，傳輸距離至少為100m。本文所述的一些光纖實(shí)施方式還能在 1310nm窗口傳輸至少四路在25GHz及以上調(diào)制的信號(hào)，傳輸距離至少為300m。本文所述的 一些光纖實(shí)施方式還能在13IOnm窗口傳輸至少四路在25GHz及以上調(diào)制的信號(hào)，傳輸距離 至少為500m。
[0012] 類似地，需要一種多模光纖，它能在1550nm窗口傳輸至少一路在25GHz及以上調(diào) 制的信號(hào)，傳輸距離至少為l〇〇m。本文所述的光纖實(shí)施方式能在1550nm窗口傳輸至少四路 在25GHz及以上調(diào)制的信號(hào)，傳輸距離至少為100m。本文所述的一些光纖實(shí)施方式還能在 1550nm窗口傳輸至少四路在25GHz及以上調(diào)制的信號(hào)，傳輸距離至少為300m。本文所述的 一些光纖實(shí)施方式還能在1550nm窗口傳輸至少四路在25GHz及以上調(diào)制的信號(hào)，傳輸距離 至少為500m。
[0013] 在以下的詳細(xì)描述中給出了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì) 本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過(guò)實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利 要求書(shū)以及附圖在內(nèi)的本文所述的各種實(shí)施方式而被認(rèn)識(shí)。
[0014] 應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都僅僅是示例性的，用來(lái)提供理解 權(quán)利要求的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或框架。所附附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，附圖 被結(jié)合在本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分?！靖綀D說(shuō)明】了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，并與文字 描述一起用來(lái)解釋各個(gè)實(shí)施方式的原理和操作。
[0015] 附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0016] 圖1是一個(gè)實(shí)施方式中具有下陷折射率環(huán)形部分的多模光纖的一個(gè)不例性實(shí)施 方式的玻璃部分橫截面的折射率分布示意圖（非按比例繪制）；
[0017] 圖2是圖1所示多模光纖的橫截面圖（非按比例繪制）；
[0018] 圖3是說(shuō)明多模光纖的一個(gè)示例性實(shí)施方式的折射率分布的曲線圖；
[0019] 圖3A是說(shuō)明多模光纖的另一個(gè)示例性實(shí)施方式的折射率分布的曲線圖；
[0020]圖4是說(shuō)明多模光纖的三個(gè)示例性實(shí)施方式的宏彎損耗隨波長(zhǎng)變化的曲線圖；
[0021] 圖5是利用多模光纖的一個(gè)實(shí)施方式的傳輸系統(tǒng)的示意圖。
[0022] 發(fā)明詳述
[0023] 下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，這些實(shí)施方式的例子在附圖中示出。只要 有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同或類似的部分。
[0024] "折射率分布"表示折射率或相對(duì)折射率與波導(dǎo)光纖半徑之間的關(guān)系。
[0025] "相對(duì)折射率"定義為Λ = 100X [n(r)2-nel2)]/2n( r)2,其中n(r)是距光纖中心線 的徑向距離為r處的折射率，nd是外包層在1310nm波長(zhǎng)處的平均折射率。除非另有說(shuō)明，當(dāng) 光纖直徑為125 μ m時(shí)，nj?過(guò)在約45-55 μ m之間的半徑范圍內(nèi)對(duì)折射率求平均值來(lái)確定， 例如
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多模光纖，它包含： 漸變折射率玻璃纖巧，其直徑在41-80 y m范圍內(nèi)，其漸變折射率具有阿爾法分布，其 中1.9《a《2.04,其最大相對(duì)折射率A 1最大在0.6 % -1.8 %范圍內(nèi)；化及 包圍所述纖巧并與所述纖巧接觸的包層，所述包層包含包圍所述纖巧并與所述纖巧接 觸的內(nèi)環(huán)形部分和包圍所述內(nèi)環(huán)形部分的下陷折射率環(huán)形部分，其中所述內(nèi)環(huán)形部分具有 在半徑R2處測(cè)定的相對(duì)折射率A 2,半徑R2位于一階微商d(A/A 1最大）/d(r/Ri)等于-2.5 處， 其中光纖在1260-1610nm之間的至少一個(gè)波長(zhǎng)處的過(guò)滿注入帶寬大于2500MHz ? km。
2. 如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于： (i)所述纖巧具有數(shù)值孔徑NA，且0. 16<NA<0. 26 ; (ii)所述包層包含包圍所述下陷折 射率環(huán)形部分并與所述下陷折射率環(huán)形部分接觸的外環(huán)形部分；（iii)所述光纖在1310nm 處的過(guò)滿注入帶寬大于3750MHz ? km。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的光纖，其特征在于： (i)所述纖巧具有數(shù)值孔徑NA，且0. 16<NA<0. 26 ; (ii)所述包層包含包圍所述下陷折 射率環(huán)形部分并與所述下陷折射率環(huán)形部分接觸的外環(huán)形部分；（iii)所述光纖在1550nm 處的過(guò)滿注入帶寬大于3750MHz ? km。
4. 如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述下陷折射率環(huán)形部分具有小于-0. 2% 的最小相對(duì)折射率As胃,和至少1 ym的寬度。
5. 如權(quán)利要求3所述的光纖，其特征在于，所述下陷折射率環(huán)形部分具有位于-0. 25% 與-0.7%之間的最小相對(duì)折射率As胃,J、。
6. 如權(quán)利要求1，2, 3, 4或5所述的光纖，其特征在于，所述纖巧具有0. 7% -1. 2 %之間 的最大相對(duì)折射率A 1胃t。
7. 如權(quán)利要求1或6所述的光纖，其特征在于，所述纖巧的數(shù)值孔徑在 0. 17《NA《0. 23的范圍內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求1，5, 6或7所述的光纖，其特征在于，所述光纖在（i) 1260-1360皿或 (ii) 1520-1580皿之間的所有波長(zhǎng)處的過(guò)滿注入帶寬大于2500MHz ? km。
9. 如權(quán)利要求1，6或7所述的光纖，其特征在于，所述光纖在（i) 1270-1350皿或 (ii) 1530-1570皿之間的所有波長(zhǎng)處的過(guò)滿注入帶寬大于3750MHz ? km。
10. 如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述光纖在1310nm或1550nm處的過(guò)滿注 入帶寬大于5000MHz ? km。
11. 如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述光纖在1310nm處的過(guò)滿注入帶寬大于 7500MHz ? km。
12. 如權(quán)利要求11所述的光纖，其特征在于，所述光纖在1270-1350nm之間所有波長(zhǎng)處 的過(guò)滿注入帶寬大于5000MHz ? km。
13. 如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述光纖在1550nm處的過(guò)滿注入帶寬大于 7500MHz ? km。
14. 如權(quán)利要求13所述的光纖，其特征在于，所述光纖在1520-1580nm之間所有波長(zhǎng)處 的過(guò)滿注入帶寬大于5000MHz ? km。
15. 如權(quán)利要求1，6或7所述的光纖，其特征在于，所述纖巧具有小于2. 02的阿爾法 值。
16. -種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含： (i) 至少一個(gè)光源，所述光源在1200-1700nm之間的一個(gè)或多個(gè)工作波長(zhǎng)處W等于或 大于25GHz的比特率發(fā)射信號(hào)； (ii) 與所述光源光學(xué)禪接的至少一根多模光纖，所述光纖包含直徑為41-80 ym的漸 變折射率玻璃纖巧和包層，所述包層包含外包層部分，其中所述光纖在1200-1700皿之間 的至少一個(gè)波長(zhǎng)處的過(guò)滿注入帶寬大于2. 5GHz ? km ;所述光纖具有約小于2. 04的阿爾 法值；并且所述光纖在所述一個(gè)或多個(gè)工作波長(zhǎng)處的色散值小于lOps/nm/km且衰減小于 0. 7地/km，W及 (iii) 與所述多模光纖光學(xué)禪接的檢測(cè)器，所述檢測(cè)器能檢測(cè)1200-1700nm之間的波 長(zhǎng)。
17. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述纖巧具有大于20. 5 y m且小于40 y m 的半徑和0.6%-1.6%之間的最大相對(duì)折射率Al最大，并且所述光纖在（i) 1200-1400nm或 (U) 1500-1600皿之間的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)處具有大于5. OGHz ? km的過(guò)滿注入帶寬。
18. 如權(quán)利要求16或17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述包層包含包圍所述纖巧并與所 述纖巧接觸的內(nèi)環(huán)形部分和包圍所述內(nèi)環(huán)形部分的下陷折射率環(huán)形部分，其中所述內(nèi)環(huán)形 部分具有在半徑R2處測(cè)定的相對(duì)折射率A 2,半徑R2位于一階微商d( A/A 1最大)/d(r/Ri)等 于-2. 5處；所述下陷折射率環(huán)形部分具有約小于-0. 2%的相對(duì)折射率As胃,和至少1 ym 的寬度，并且所述光纖在1200-1400nm或1500-1600nm之間的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)處的過(guò)滿注 入帶寬大于5. 0細(xì)Z ? km。
19. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)光源是至少一個(gè)VCSEL。
20. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)光源是至少一個(gè)娃光子激 光器。
【專利摘要】一種示例性多模光纖包含漸變折射率玻璃纖芯，該漸變折射率纖芯具有41-80μm范圍內(nèi)的直徑、阿爾法值小于2.04的漸變折射率和0.6％-1.8％范圍內(nèi)的最大相對(duì)折射率。包層包含下陷折射率環(huán)形部分。光纖在1200-1700nm之間的至少一個(gè)波長(zhǎng)處的過(guò)滿注入帶寬大于2.5GHz·km。
【IPC分類】G02B6-028, G02B6-036
【公開(kāi)號(hào)】CN104685394
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380040189
【發(fā)明人】S·R·別克漢姆, M-J·李, D·C·布克賓德, P·坦登
【申請(qǐng)人】康寧股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年5月29日
【公告號(hào)】EP2856225A1, US8977092, US20130322837, WO2013181182A1