用于模分多路復(fù)用的少模光纖的制作方法
【專利摘要】一種光纖，包括：(i)具有一折射率分布的纖芯(20)；(ii)圍住纖芯的環(huán)形包層(50)；(iii)接觸并圍住包層的主覆層(62)，該主覆層具有小于0.35MPa的原位模量以及小于-35℃的原位玻璃轉(zhuǎn)變溫度；以及(iv)圍住主覆層的次覆層(64)，該次覆層具有大于1200MPa的原位模量；其中所述纖芯的折射率分布被構(gòu)造成在1550nm處提供其LP11理論截止波長大于2.0μm且其LP01模的有效面積大于110μm2的少模傳輸。
【專利說明】用于模分多路復(fù)用的少模光纖
[0001]相關(guān)申請交叉引用
[0002]本申請要求2011年9月16日提交申請的美國臨時(shí)專利申請61/535562的優(yōu)先權(quán)，且基于其內(nèi)容并通過弓丨用將其內(nèi)容整體援弓I于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本說明書總地涉及光纖，更具體地涉及一種用于模分多路復(fù)用的大有效面積的少模光纖。
【背景技術(shù)】
[0004]多媒體電信應(yīng)用的容量和多樣性的爆炸性增長持續(xù)推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)話務(wù)的速度需求并促動(dòng)骨干光纖通信鏈路的研發(fā)。基于相干通信和電子數(shù)字信號處理(DSP)的接收機(jī)由于其靈活性、可擴(kuò)充性和補(bǔ)償多種傳輸損傷(包括光纖非線性)的能力在近年來已被接受作為長途系統(tǒng)的下一代標(biāo)準(zhǔn)。
[0005]然而，為緩解非線性提出的DSP算法不預(yù)期能提供幾個(gè)數(shù)量級的性能改善。因此，可能需要新的傳輸介質(zhì)和復(fù)用/解復(fù)用技術(shù)來取代標(biāo)準(zhǔn)單模光纖以取得超出DSP算法所能提供的性能。
[0006]由于光纖非線性對可取得的光譜效率構(gòu)成限制，為減少非線性懲罰，已設(shè)計(jì)出大有效面積(AefT)單模(SM)光纖。進(jìn)一步減小傳輸光纖的非線性的一種提議是利用在工作波長下引導(dǎo)一個(gè)以上模的光纖。在這些少模光纖(FMF)設(shè)計(jì)中，基LPOl模的有效面積高于單模光纖中的情形，并且投射到LPOl模的光信號將遭受較低的非線性損傷。然而，該技術(shù)僅在LPOl模中投射的功率保持在該模而不耦合至LPll?；蚱渌叽文?HOM)的情形下才能得到良好的性能。如果該模耦合發(fā)生，則光信號將通過多徑干擾(MPI)而被降級。
[0007]然而，盡管在少模光纖(FMF)中的單模傳輸給予超越當(dāng)前光傳輸系統(tǒng)的改善，然而光纖的光譜效率隨著有效面積的增加而緩慢地增加。需要另一解決方案來增加系統(tǒng)容量。最近的試驗(yàn)已表明，可使用多輸入多輸出(MMO)技術(shù)在FMF的一個(gè)以上的空間傳播模式下傳輸信號。典型的少模光纖可引入光纖中傳播的模之間的耦合，導(dǎo)致通過多徑干擾(MPI)降級的光信號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]一種光纖，包括:
[0009](i)具有一折射率分布的纖芯；
[0010](ii)圍住纖芯的環(huán)形包層；
[0011](iii)接觸和圍住包層的主覆層，該主覆層具有小于約0.35MPa的原位模量以及小于約-35C的原位玻璃轉(zhuǎn)化溫度；
[0012](iv)圍住主覆層的次覆層，該次覆層具有大于約1200MPa的原位模量；其中
[0013]所述纖芯的折射率分布被構(gòu)造成在1550nm處提供大于2.0 μ m的理論LPll截止波長以及大于110 μ m2的LPOl有效面積。
[0014]根據(jù)一些實(shí)施例，光纖包括具有小于約0.3MPa (例如≤0.25MPa，或≤0.2MPa)的
原位模量的主覆層。
[0015]根據(jù)一些實(shí)施例，光纖包括具有小于約-40C (例如S-45C，或S-50C)的原位玻璃
轉(zhuǎn)變溫度的主覆層。
[0016]根據(jù)一些實(shí)施例，光纖包括具有大于約1300MPa (例如≥1400MPa,≥1500MPa或≤1600MPa)的原位模量的次覆層。
[0017]根據(jù)一些實(shí)施例，光纖包括階躍折射率分布，其中纖芯是玻璃纖芯，而包層是玻璃包層。纖芯包括:從4.5 μ m至大約15 μ m的半徑R1 ;相對于玻璃包層從大約0.2%至大約0.55%的最大相對折射率Λ 1ΜΑΧ ；以及大于10的α值。優(yōu)選地，纖芯半徑R1在大約6 μ m和
12μ m之 間，更優(yōu)選地在大約7 μ m和11 μ m之間。纖芯在大于1530nm的波長處支持LPOl和LPll模的傳播與傳輸，并在一些實(shí)施 例中，LP02模的理論截止波長小于約1800nm，這確保了僅有LPOl和LPll模在1550nm窗內(nèi)傳播。LPOl有效面積大于110 μ m2 (例如≥120 μ m2，或≤150 μ m2)優(yōu)選地，LPOl有效面積在110 μ m2和210 μ m2之間。玻璃包層包括最大相對折射率Λ4ΜΑΧ，以使Λ 1μαχ>Δ4μαχο在一些實(shí)施例中，LPOl和LPll模之間的差分延遲在1550nm的波長處小于約0.5ns/km(例如< 0.3ns/km,或< 0.1ns/km)。
[0018]根據(jù)一些實(shí)施例，光纖包括階躍折射率分布，其中纖芯是玻璃纖芯，而包層是玻璃包層。纖芯包括:從4.5 μ m至大約15 μ m的半徑R1 ;相對于玻璃包層從大約0.2%至大約0.55%的最大相對折射率Λ 1ΜΑΧ ；以及大于10的α值。優(yōu)選地，纖芯半徑R1在大約6 μ m和12 μ m之間，更優(yōu)選地在大約7 μ m和11 μ m之間。玻璃包層包括最大相對折射率Δ 4MAX,以使Δ iiM> Δ?Α)?。纖芯在大于1530nm的波長處支持LPOl和LPll模的傳播與傳輸，并在一些實(shí)施例中，LP02模的理論截止波長小于約1800nm。LPOl有效面積大于約ΙΙΟμπι2。LPOl和LPll模之間的相對延遲在1550nm的波長處小于約0.5ns/km(例如≤0.3ns/km,或^ 0.1ns/km)。
[0019]根據(jù)一些實(shí)施例，光纖包括階躍折射率分布，其中纖芯是玻璃纖芯，而包層是玻璃包層。纖芯包括:從4.5 μ m至大約15 μ m的半徑R1 ;相對于玻璃包層從大約0.2%至大約0.55%的最大相對折射率Λ 1ΜΑΧ ；以及大于10的α值。優(yōu)選地，纖芯半徑R1在大約6 μ m和12μπ?之間，更優(yōu)選地在大約7μπ?和11 μ m之間。玻璃包層具有圍住纖芯的低折射率環(huán)。低折射率環(huán)具有最小相對折射率Λμ/Ο。玻璃包層也具有外包層，該外包層圍住低折射率環(huán)并具有最大相對折射率Λ 4ΜΑΧ以使Λ 1ΜΑΧ> Δ 4ΜΑΧ> Δ 2ΜΙΝ。纖芯在大于1530nm的波長處支持LPOl和LPll模的傳播與傳輸，并在一些實(shí)施例中，LP02模的理論截止波長小于約1800nm。LPOl有效面積大于約110 μ m2。優(yōu)選地，LPOl有效面積在110 μ m2和210 μ m2之間。LPOl和LPll模之間的相對延遲在1550nm的波長處小于約0.5ns/km(例如≤0.3ns/km，或≤0.1ns/km)。在一些實(shí)施例中，MPI在1550nm波長下小于_30dB。在一些實(shí)施例中，MPI在1550nm波長下小于_35dB。
[0020]根據(jù)一些實(shí)施例，光纖包括漸變折射率分布，其中纖芯是玻璃纖芯，而包層是玻璃包層。纖芯包括:從4.5 μ m至大約15 μ m的半徑R1 ;相對于玻璃包層從大約0.2%至大約0.55%的最大相對折射率Λ 1ΜΑΧ ；以及小于5的α值。優(yōu)選地，纖芯半徑R1在大約7 μ m和
13μ m之間，更優(yōu)選地在大約8 μ m和12 μ m之間。纖芯在大于1530nm的波長處支持LPOl和LPll模的傳播與傳輸，并在一些實(shí)施例中，LP02模的理論截止波長小于約1800nm。LPOl有效面積大于約150 μ m2。玻璃包層包括最大相對折射率Δ 4MAX,以使Λ 1ΜΑΧ> Δ 4ΜΑΧ。
[0021]根據(jù)一些實(shí)施例,光纖包括漸變折射率分布,其中纖芯是玻璃纖芯,而包層是玻璃包層。纖芯包括:從4.5 μ m至大約15 μ m的半徑R1 ;相對于玻璃包層從大約0.2%至大約0.55%的最大相對折射率Λ 1ΜΑΧ ；以及小于5的α值。優(yōu)選地，纖芯半徑R1在大約7 μ m和13μπι之間，更優(yōu)選地在大約8μπι和12 μ m之間。纖芯在大于1530nm的波長處支持LPOl和LPll模的傳播與傳輸，并在一些實(shí)施例中，LP02模的理論截止波長小于約1800nm。LPOl有效面積大于約110 μ m2。LPOl和LPll模之間的相對延遲在1550nm的波長處小于約0.5ns/km(例如≤0.3ns/km,或≤0.1ns/km)。玻璃包層包括最大相對折射率Λ4ΜΑΧ，以使
A 1ΜΑΧ〉A(chǔ) 4ΜΑΧ°
[0022]根據(jù)一些實(shí)施例，光纖包括漸變折射率分布，其中纖芯是玻璃纖芯，而包層是玻璃包層。纖芯包括:從4.5 μ m至大約15 μ m的半徑R1 ;相對于玻璃包層從大約0.2%至大約0.55%的最大相對折射率Λ 1ΜΑΧ ；以及小于5的α值。優(yōu)選地，纖芯半徑R1在大約7 μ m和13μπι之間，更優(yōu)選地在大約8μπι和12 μ m之間。玻璃包層具有圍住纖芯的低折射率環(huán)。低折射率環(huán)具有最小相對折射率玻璃包層也具有外包層，該外包層圍住低折射率環(huán)并具有最大相對折射率Λ 4ΜΑΧ以使Λ 1ΜΑΧ> Δ 4ΜΑΧ> Δ 2ΜΙΝ。纖芯在大于1530nm的波長處支持LPOl和LPll模的傳播與傳輸，并在一些實(shí)施例中，LP02模的理論截止波長小于約1800nm。LPOl有效面積大于約110 μ m2 (例如在IlOym2和210 μ m2之間)。LPOl和LPll模之間的相對延遲在1550nm的波長處小于約0.5ns/km(例如< 0.3ns/km,或< 0.1ns/km)。
[0023]根據(jù)一些實(shí)施例，光纖包括在1550nm波長處α值大于1.8并小于約2.7的漸變折射率纖芯。根據(jù)其它實(shí)施例，光纖包括在1550nm波長處α值大于2.3并小于約2.7的漸變折射率纖芯。
[0024]根據(jù)一些實(shí)施例，LPOl和LPll模之間的相對延遲在1550nm波長處小于約0.3ns/km。根據(jù)其它實(shí)施例，LPOl和LPll模之間的相對延遲在1550nm波長處小于約0.1ns/km。
[0025]根據(jù)一些實(shí)施例，LPOl和LPll模之間的相對延遲在1530nm和1570nm之間的全部波長處小于約0.3ns/km。根據(jù)其它實(shí)施例，LPOl和LPll模之間的相對延遲在1530nm和1570nm之間的全部波長處小于約0.1ns/km。
[0026]根據(jù)一些實(shí)施例，LPOI模的Aeff在1550nm波長下大于110 μ m2。根據(jù)其它實(shí)施例，LPOl模的Aeff在1550nm波長處大于110 μ m2。根據(jù)其它實(shí)施例，LPOl模的Aeff在1550nm波長處大于120 μ m2。根據(jù)其它實(shí)施例，LPOl模的Aeff在1550nm波長處大于140 μ m2。根據(jù)其它實(shí)施例，LPOl模的Aeff在1550nm波長處大于150 μ m2。根據(jù)其它實(shí)施例，LPOl模的Aeff在1550nm波長處大于160 μ m2。
[0027]根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例制造的光纖提供對LPOl和LPll模的低衰減。根據(jù)一些實(shí)施例，LPOl衰減在1550nm波長處小于0.22dB/km。根據(jù)其它實(shí)施例，LPOl衰減在1550nm波長處小于0.21dB/km。根據(jù)其它實(shí)施例，LPOl衰減在1550nm波長處小于0.20dB/km。根據(jù)一些實(shí)施例，LPll衰減在1550nm波長處小于0.25dB/km。根據(jù)其它實(shí)施例，LPOl衰減在1550nm波長處小于0.24dB/km。根據(jù)其它實(shí)施例，LPOl衰減在1550nm波長處小于0.23dB/km。
[0028]根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例制造的光纖提供低MPI。根據(jù)一些實(shí)施例，MPI在1550nm波長處小于_20dB ;根據(jù)其它實(shí)施例，MPI在1550nm波長處小于_25dB ;根據(jù)其它實(shí)施例，MPI在1550nm波長處小于_30dB ;并根據(jù)其它實(shí)施例，MPI在1550nm波長處小于_35dB。
[0029]根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例制造的光纖提供低MPI和高LPll截止波長。根據(jù)一些實(shí)施例，MPI在1550nm波長處小于_20dB并且LPll模的理論截止大于2.4 μ m。根據(jù)其它實(shí)施例，MPI在1550nm波長處小于_25dB并且LPll模的理論截止大于2.25 μ m。根據(jù)其它實(shí)施例，MPI在1550nm波長處小于_30dB并且LPll模的理論截止大于2.15 μ m。根據(jù)其它實(shí)施例，MPI在1550nm波長處小于_35dB并且LPll模的理論截止大于2.0 μ m。
[0030]因此，本文描述的實(shí)施例的少模光纖提供下列優(yōu)勢:大的有效面積、低損耗、小的群時(shí)延差(DOT)和/或MPI。
[0031]在本文描述的實(shí)施例中，具有光覆層的少模光纖在LPOl和LPll模之間具有相當(dāng)小的耦合，所述光覆層包括具有低的原位模量的主覆層和具有高的原位模量的次覆層。將該覆層系統(tǒng)利用到光纖設(shè)計(jì)對于MDM系統(tǒng)來說是尤為有優(yōu)勢的，這樣做導(dǎo)致LPOl模和較高次模之間的低延遲差。
[0032]將在以下詳細(xì)描述中闡述本公開的附加特征和優(yōu)點(diǎn)，這些特征和優(yōu)點(diǎn)在某種程度上對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說根據(jù)該描述將是顯而易見的，或者通過實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書以及附圖的本文所述的實(shí)施例可認(rèn)識(shí)到。
[0033]應(yīng)當(dāng)理解的是，以上一般描述和以下詳細(xì)描述兩者描述了各實(shí)施例，并且它們旨在提供用于理解所要求保護(hù)的主題事項(xiàng)的本質(zhì)和特性的概觀或框架。所包括的附圖用于提供對各實(shí)施例的進(jìn)一步理解，且被結(jié)合到本說明書中并構(gòu)成其一部分。附圖示出本文所述的各個(gè)實(shí)施例，并與說明書一起用于說明所要求保護(hù)的主題事項(xiàng)的原理和操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1示意地示出了根據(jù)本文描述的實(shí)施例的光纖的橫截面；
[0035]圖2是沿剖切線A-A取的橫截面圖并示出圖1的光纖的一個(gè)示例性實(shí)施例的配置；
[0036]圖3A是與圖2對應(yīng)的一個(gè)光纖實(shí)施例的相對折射率分布的不例標(biāo)繪圖；
[0037]圖3B是與圖2對應(yīng)的另一光纖實(shí)施例的相對折射率分布的示例標(biāo)繪圖；
[0038]圖4A是圖1的少模光纖沿剖切線A-A取的橫截面圖并示出本文披露的少模光纖實(shí)施例的第二主例實(shí)施例的配置；
[0039]圖4B是圖4A的少模光纖的相對折射率分布的標(biāo)繪圖；
[0040]圖5是一示例性MPI測量系統(tǒng)的示意圖；
[0041]圖6是對于三種主覆層和次覆層組合因變于理論LPll截止波長的測得MPI的標(biāo)繪圖；
[0042]圖7是對于具有最佳值α的最大纖芯相對折射率Λ 1ΜΑΧ(在圖例中表示為“ Λ ”)的不同值的脈沖展寬(ns/km)相對于波長(ym)的標(biāo)繪圖；
[0043]圖8是使用本文披露的少模光纖的不例性MDM系統(tǒng)的不意圖；以及
[0044]圖9是光連接圖8的MDM系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的示例性光纖鏈路的示意圖，其中光纖鏈路具有由光放大器連接的少模光纖的多個(gè)跨距。【具體實(shí)施方式】
[0045]下面將詳細(xì)參照用于長途傳輸光纖的光纖實(shí)施例，其例子示出于附圖中。在可能時(shí)，將在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)號來指示相同或類似的部件。
[0046]術(shù)語
[0047]下面的術(shù)語在本文中用來描述光纖，一些參數(shù)結(jié)合各示例性實(shí)施例在下面予以介紹和定義。
[0048]本文中使用的術(shù)語“折射率分布”是折射率或相對折射率與光纖半徑之間的關(guān)系。
[0049]本文中使用的術(shù)語“相對折射率”被定義為:
[0050]Δ (r) = [n (r)2 - nEEF2) ] /2n (r)2，
[0051]其中n(r)是在半徑r的折射率，除非另外指明。相對折射率百分比在1550nm處被定義，除非另外指明。在一個(gè)方面，基準(zhǔn)折射率nKEF是二氧化硅玻璃的。在另一方面，nKEF是包層的最大折射率。如本文中使用地，相對折射率以△表示，而且其值以單位給出，除非另外指明。在一區(qū)域的折射率小于基準(zhǔn)折射率nKEF的情況下，相對折射率百分比為負(fù)且被稱為具有凹陷區(qū)或折射率下陷，而且最小相對折射率在相對折射率負(fù)值最大的點(diǎn)處被計(jì)算出，除非另外指明。在一區(qū)域的折射率大于基準(zhǔn)折射率n-的情況下，相對折射率百分比為正，而且該區(qū)域可被認(rèn)為是凸起的或具有正折射率。
[0052]本文中使用的術(shù)語“向上摻雜”指相對于純的、未摻雜的SiO2升高玻璃的折射率的摻雜。本文中使用的術(shù)語“向下?lián)诫s”指相對于純的、未摻雜的SiOJi往降低玻璃的折射率的摻雜。向上摻雜在伴隨有不是提高摻雜劑的一種或多種其它摻雜劑時(shí)，可存在于具有負(fù)的相對折射率的光纖的區(qū)域中。同樣，不是提高摻雜劑的一種或多種其它摻雜劑可存在于具有正的相對折射率的光纖的區(qū)域中。向下?lián)诫s在伴隨有不是降低摻雜劑的一種或多種其它摻雜劑時(shí)，可存在于具有正相對折射率的光纖的區(qū)域中。同樣，不是向下?lián)诫s的一種或多種其它摻雜劑可存在于具有負(fù)相對折射率的光纖的區(qū)域中。
[0053]在本文中，光纖的“有效面積”Aeff是光在其中傳播的光纖面積，它被定義為:
【權(quán)利要求】
1.一種光纖，包括: 具有一折射率分布的纖芯； 圍住所述纖芯的環(huán)形包層； 接觸且圍住所述包層的主覆層，所述主覆層具有小于0.35MPa的原位模量以及小于_35°C的原位玻璃轉(zhuǎn)化溫度； 圍住所述主覆層的次覆層，所述次覆層具有大于1200MPa的原位模量； 其中，所述纖芯的折射率分布被構(gòu)造成在1550nm處提供大于約2.0 μ m的LPlI模的理論截止波長以及大于110 μ m2的LPOl有效面積。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述光纖包括階躍折射率分布，其中所述纖芯是玻璃纖芯并且所述包層是玻璃包層； 所述纖芯包括: 從大約6 μ m至大約15 μ m的半徑rc ； 相對于所述玻璃包層從大約0.2%至大約0.55%的最大相對折射率Λ 1ΜΑΧ ； 大于約110 μ m2且小于約210 μ m2的LPOl有效面積，并且LP02模的理論截止波長小于約1800nm ；以及 所述玻璃包層包括最大相對折射率Λ 4ΜΑΧ,以使Λ 1ΜΑΧ> Δ 4ΜΑΧ。
3.如權(quán)利要求2所述的光纖，其特征在于，所述MPI在1550nm的波長處小于_30dB。
4.如權(quán)利要求3所述的光纖，其特征在于，所述MPI在1550nm的波長處小于_35dB。
5.如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，所述LPOl和LPll模之間的差分延遲在1550nm波長處小于約0.5ns/km。
6.如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，LPll模的理論截止大于2.15 μ m并且所述MPI在1550nm波長處小于_30dB。
7.如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，所述光纖具有<0.22dB/km的LPOl衰減。
8.如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，所述光纖具有<0.25dB/km的LPll衰減。
9.如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖，其特征在于，所述光纖具有漸變折射率玻璃纖芯并且所述包層是玻璃包層。
10.如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光纖,其特征在于,所述光纖纖芯在1550nm波長處具有大于2.3且小于約2.7的α值。
11.一種模分多路復(fù)用(MDM)光傳輸系統(tǒng),包括: 發(fā)射機(jī)，所述發(fā)射機(jī)被配置成在LPll模和LPOl模中分別發(fā)射分別具有第一和第二波長的第一和第二導(dǎo)波光信號； 接收機(jī)，所述接收機(jī)被配置成接收所述第一和第二光信號并對所述第一和第二光信號進(jìn)行波長多路分解；以及 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的少模光纖，所述少模光纖被配置成光連接所述發(fā)射機(jī)和所述接收機(jī)并支持所述第一和第二導(dǎo)波光信號的傳輸。
【文檔編號】H04B10/2581GK103946729SQ201280043916
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月16日
【發(fā)明者】K·W·貝內(nèi)特, S·R·別克漢姆, A·E·科羅廖夫, D·V·庫克森考弗, V·N·納扎羅夫 申請人:康寧股份有限公司