專利名稱：光纖及光學互連系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有小彎曲損耗的光纖。
背景技術(shù)：
電學傳輸和光學互連是用于在設(shè)備中傳輸信號的兩種典型方法。
隨著近來中央處理器(CPU)時鐘頻率的加速，電學傳輸具有由于高密度互連導(dǎo)致的噪聲發(fā)生的問題，迫使波形整形技術(shù)應(yīng)用到電學傳輸。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)若電學傳輸用作設(shè)備中的信號傳輸，傳輸限于1米的傳輸距離和約每秒10吉比特(Gbps)的傳輸速度。
同時，光學互連能夠在比電學傳輸寬得多的帶寬上傳輸信號，以及使用小尺寸、低功耗光學部件構(gòu)造信號傳輸系統(tǒng)。因此，已經(jīng)將注意力投向了作為設(shè)備間信號傳輸技術(shù)的光學互連。
另外，作為用于光學互連的光學傳輸裝置，已將注意力投向了使用光纖的技術(shù)。期望節(jié)省用來儲存所用所有光學部件的空間從而使設(shè)備地尺寸緊湊。對于用于光學互連的光纖，彈性的引線容量和低的接合損失是非常期望的。
作為一種用于存取系統(tǒng)、Ethernet、或者光纖通道的未冷卻光源，已經(jīng)注意力投向了在2.5Gbps至10Gbps的直接調(diào)制速度下工作的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。與諸如分布式反饋(DFB)激光器的邊緣發(fā)射激光器相比，VCSEL具有從基板表面垂直發(fā)射激光束、易于形成多通道陣列、在低閾值下工作和低能耗、發(fā)射表面的高反射率和強的抵御返回光特性(無隔離器激光器)、以及便于以高耦合效率與光纖耦合的圓形光束形狀(無透鏡激光器)的特征。
由于可以減少諸如隔離器和透鏡的部件的數(shù)量，VCSEL成為了一種可以實現(xiàn)模塊成本降低的器件。使用GaAs/AlGaAs量子阱層作為有源層并在850nm波段工作的VCSEL已經(jīng)廣泛作為短途通訊激光器的實際標準。用于此目的的典型光纖的示例包括作為多模光纖(MMF)的一種類型的二氧化硅基漸變折射率光纖。
MMF的特征在于具有約為大數(shù)值孔徑的單模光纖(SMF)的10倍大小的芯直徑。因此，MMF不需要很高的精度來接合光學部件，例如，將光纖彼此接合或?qū)⒐饫w接合于光源，這確保了接合比較容易。
近年來，著眼于實現(xiàn)更高速度的傳輸，已經(jīng)考慮使用與MMF相比具有較低損耗和較寬帶寬的SMF。作為光源，已將注意力投向了一VCSEL其具有在1.3μm(1300±50nm)波段的振蕩波長，在該帶寬中二氧化硅基光纖表現(xiàn)出低損耗的，并對該VCSEL進行積極地研究和開發(fā)。
然而，若使用國際電信同盟電信標準化局(ITU-T)G652規(guī)定的標準SMF，在其儲存在具有預(yù)定曲率半徑的設(shè)備中時將發(fā)生較大的彎曲損失。因此，標準SMF難以用于光學互連系統(tǒng)。
由于SMF具有提高的彎曲損失，具有溝槽型折射率分布并具有比在標準SMF的覆層中提供的覆層更低衍射率部分的光纖被報道作為適用于光纖到戶(FTTH)系統(tǒng)的光纖，如Fujikura Ltd.，Optics and Electronics Laboratory，Optical Process Research Section，M.IKEDA，S.MATSUO，和K.HIMENO在“Low Bending Loss Optical Fiber with Reduced Splice Loss”，Technicalreport of the Institute of Electronics Information and Communications Engineer(IECIE)，0CS2003-43，OFT2003-25(2003-8)中所描述的。然而，該SMF在用于光學互連系統(tǒng)仍無法令人滿意。
如上所述，隨著光纖用于光學互連系統(tǒng)，產(chǎn)生了對實現(xiàn)能夠降低彎曲損失和接合損失兩者、確保高速光學傳輸、以及便于光學互連系統(tǒng)構(gòu)造的光纖的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決至少傳統(tǒng)技術(shù)中的上述問題。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面的一種光纖，由石英玻璃構(gòu)成并且包括芯和圍繞芯的覆層。在1300納米波長上，光纖的模場直徑等于或大于5.4微米。通過光纖以單模傳播波長1250納米波長的光。在1300納米的波長下，彎曲半徑1毫米時，光纖的彎曲損失等于或低于1dB/圈。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的一種光纖帶，其中包括平行排列的多根光纖。每根光纖由石英玻璃制成，并且包括芯和圍繞芯的覆層。在1300納米波長下，光纖的模場直徑等于或大于5.4微米。通過光纖以單模傳播波長1250納米波長的光。在1300納米的波長下，彎曲半徑1毫米時，光纖的彎曲損失等于或低于1dB/圈。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面的一種光學互連系統(tǒng)，具有1.3微米的通訊波段，該光學互連系統(tǒng)包括其中平行排列多根光纖的光纖帶和發(fā)射1.3微米波段的光學信號以向光線輸入的垂直腔面發(fā)射激光器。每根光纖由石英玻璃制成，并且包括芯和圍繞芯的覆層。在1300納米波長下，光纖的模場直徑等于或大于5.4微米。通過光纖以單模傳播1250納米波長的光。在1300納米波長下，彎曲半徑1毫米時，光纖的彎曲損失等于或低于1dB/圈。
結(jié)合附圖考慮，通過閱讀以下對本發(fā)明的目前的優(yōu)選實施例的具體介紹，將使本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點和技術(shù)及工業(yè)上的意義得到更好的理解。


圖1為階躍折射率分布光纖(彎曲半徑和截止波長分別設(shè)置為1mm和1300nm)中彎曲損失與MFD之間關(guān)系的曲線圖；圖2為接合具有不同MFD值的相同類型的光纖時偏移量與接合損失之間關(guān)系的曲線圖；圖3為在彎曲半徑5mm、一圈、且壽命為五年時，故障率與覆層直徑之間關(guān)系的曲線圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明第一示例的W形折射率分布的示意圖；圖5為在具有根據(jù)第一示例的W形折射率分布的光纖的各個參數(shù)改變時，特性參數(shù)的表格(用于MFD、彎曲損失、以及彌散的值的參考波長為1300nm)；圖6為根據(jù)本發(fā)明第二示例的W嵌段型折射率分布的示意圖；圖7為在具有根據(jù)第二示例的W嵌段型折射率分布的光纖的各個參數(shù)改變時，特性參數(shù)的表格(用于MFD、彎曲損失、以及彌散的值的參考波長為1300nm)；圖8為根據(jù)本發(fā)明第三示例的準W嵌段型折射率分布的示意圖；圖9為在具有根據(jù)第三示例的準W嵌段型折射率分布的光纖的各個參數(shù)改變時，特性參數(shù)的表格(用于MFD、彎曲損失、以及彌散的值的參考波長為1300nm)；圖10為根據(jù)本發(fā)明的光學互連系統(tǒng)的構(gòu)造的示例的透視圖；圖11為在具有根據(jù)對比示例的階躍折射率分布的光纖的各個參數(shù)改變時特性參數(shù)的表格(用于MFD、彎曲損失、以及彌散的值的參考波長為1300nm，而彎曲半徑為1mm)；圖12為根據(jù)本發(fā)明第四示例的小直徑光纖的截面；以及圖13為根據(jù)第四示例的包括十二根光纖的小直徑光纖帶的截面。
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細介紹本發(fā)明的示例性實施例。
若將二氧化硅基光纖用于設(shè)備中的光學引線，要求光纖能夠提供彈性引線以用于存儲的緊湊。假定構(gòu)造高速互連系統(tǒng)，則期望光纖的傳輸損失接近于零。即，即使是以非常小的曲率半徑對用于光學引線的光纖進行彎曲，仍要求用于光學互連的光纖無彎曲損失。若在設(shè)備中實際采用了光學引線，則假定最終對光纖的幾個部分進行約1mm曲率半徑的彎曲。因此，必要的彎曲損失容許量是，要考慮在設(shè)置引線時及最壞的情況設(shè)計時進行局部彎曲的情況。若以一圈(注意，在此說明書中，為計算其中進行彎曲的部分(彎曲部分)，使用術(shù)語“圈”，而其中光纖彎曲360度的狀態(tài)表示為“一圈”，例如，具有四個90度的彎曲部分的光纖表述為“光纖彎曲一圈”，而具有兩個90度彎曲部分的光纖表述為“光纖彎1/2圈”)對光纖進行曲率半徑1mm的彎曲，且彎曲損失為1dB或更小，則光纖表現(xiàn)出足夠良好的彎曲損失特性，且可以提供可彎曲的光學引線。
通常，為降低傳統(tǒng)SMF的彎曲損失，需要增大基模的有效折射率。一般而言，若要增大基模的有效折射率，則使用增加光纖折射率分布中的芯與覆層之間的相對折射率差Δ的方法。相對折射率差Δ定義為Δ＝{(n芯-n覆層)/n芯}×100[％](1)其中，n芯和n覆層分別為芯和覆層的折射率。
圖1為改變相對折射率差Δ、芯直徑、以及作為用于表示芯的折射率分布的參數(shù)的α值時，1300nm波長下的模場直徑(MFD)[μm]與1300nm波長下的1mm彎曲直徑每圈的彎曲損失[dB/圈]之間關(guān)系的模擬結(jié)果的曲線圖。截止波長定為1300nm。表示芯的折射率分布的α值定義為
n2(r)＝n芯2×(1-2×(Δ/100)×(2r/a)α)，(0＜r＜a/2) (2)其中，r為沿半徑方向距離光纖中心的位置，n(r)為位置r處的折射率，而“a”為芯的直徑。由圖1顯見，通過增大相對折射率差Δ，可以降低彎曲損失。另外，即使α值改變，彎曲損失與MFD之間的關(guān)系也不會改變。即，在階躍折射率分布中，彎曲損失與MFD之間的關(guān)系是固定的，無論第一芯的折射率分布如何。
另一方面，若彎曲損失更小，MFD更小。在例如Δ＝1.3％而α＝2.0的階躍折射率分布中，彎曲損失為0.7dB/圈，而MFD降低至約5.0μm。
為了用光學互連構(gòu)造設(shè)備中的通訊系統(tǒng)，考慮通過空間耦合來建立諸如光纖與VCSEL之間接合的光學部件間接合。通常，若光波導(dǎo)通過空間耦合接合于光纖等，會發(fā)生接合損失。此接合損失T根據(jù)耦合效率η來確定，且可以理論地計算為T＝-10×log(η) (3)η＝κ×exp{-κ×[(1/w12+1/w22)×x02/2]}(4)κ＝4/{(w1/w2+w2/w1)2+((λ×z/(π×w1×w2)2}(5)其中，w1和w2為各根光纖的MFD，x0為接合在一起的光纖之間的光軸偏移量(以下稱作“偏移量”)，λ表示所用的波長，而z表示兩根光纖的端面之間的距離。在這些等式中，假定兩根光纖的光軸是平行的。
圖2為由上述等式表示獲得的，相同類型的光纖之間的空間接合時，在1300nm波長下偏移量與接合損失之間關(guān)系的曲線圖。圖2中，水平軸表示相同類型的光纖彼此接合時的偏移量[μm]，而垂直軸表示相同類型的光纖彼此接合時的接合損失[dB]。假定接合在一起的光纖的端面之間的距離為零。由圖2顯見，若偏移量越大，接合損失就越大。另外，若接合的光纖的MFD越小，接合損失相對于偏移量的增加則趨向于更大。偏移量和MFD是光纖與諸如VCSEL的光源之間、光纖與諸如PD的光接收器之間、以及光纖之間的接合期間的重要參數(shù)。由于目前的制造誤差造成偏移量的最大值為約1.0μm。因此，從最差設(shè)計情況的角度出發(fā)，必須設(shè)計該損失以能夠允許1.0μm的偏移。
例如，假定構(gòu)造具有通過光纖彼此接合的VCSEL和PD的高速光學互連系統(tǒng)。VCSEL的光輸出設(shè)置為約-10dB，而PD的最低光接收靈敏度設(shè)置為-16dB，考慮到輸出在高溫工作期間易于降低。在此情況下，僅保證了約6dB的光連接損失預(yù)算。現(xiàn)在將在此考慮具體的光學引線形式。假定，在光纖與VCSEL之間存在一個接合點，在光纖之間存在五個接合點，而在光纖與PD之間存在一個接合點。從最差設(shè)計情況的角度出發(fā)，還假定每個接合點處存在1.0μm的偏移。若在這些接合點中在VCSEL與光纖之間存在4μm至6μm的MFD和3度的角度偏移量，總共產(chǎn)生了約3.0dB的接合損失。因此，必須設(shè)置光纖與光纖之間的允許的接合損失為等于或低于3dB，即每個接合點的接合損失等于或低于0.6dB。為了滿足此條件，必須設(shè)置MFD最小為5.4μm。在具有降低的彎曲損失且具有1.3％的Δ、0.2的α、約5.0μm的MFD的階躍折射率分布的情況下，由此在每個接合點產(chǎn)生最高為0.7dB的接合損失。因此，總接合損失約3.5dB，以致難以構(gòu)造高速光學互連系統(tǒng)。
在如上所述的光纖折射率分布的設(shè)計中，若相對折射率差Δ設(shè)定為足夠大以降低彎曲損失，則MFD降低且接合損失增大。即，在彎曲損失與接合損失之間存在權(quán)衡關(guān)系。另外，如圖1所示，在階躍折射率分布中，即使改變第一芯的折射率分布，權(quán)衡關(guān)系也根本不會改善。
根據(jù)本實施例的光纖的芯的折射率分布為兩層結(jié)構(gòu)的W形折射率分布、三層結(jié)構(gòu)的W嵌段型折射率分布、或準W形折射率分布。另外，優(yōu)化分布的結(jié)構(gòu)參數(shù)。由此改善彎曲損失與接合損失之間的權(quán)衡關(guān)系。
即，對于階躍折射率分布SMF，若改變芯直徑并確定截止波長，具有類似MFD的光纖表現(xiàn)出相似的彎曲損失，幾乎不依賴于芯的形狀。對于具有設(shè)置在第一芯外周上的下陷層從而作為第二芯的W形分布光纖，MFD可以在與階躍折射率分布光纖相同的彎曲損失和相同的截止波長下改變。通過提供下陷層，截止波長不會向長波長方向移動且不必降低芯的直徑，即使改變中心芯的相對折射率差(Δ)。若設(shè)置下陷層作為第二芯，第一芯的形狀極大地影響了MFD。若表現(xiàn)第一芯的折射率分布的α值越小，光限制效果就越小而MFD就越大。MFD不會被下陷層的相對折射率差Δ的大小和寬度敏感地影響。
若在設(shè)備中采用光學引線，要求緊湊地存儲光纖。另外，要考慮，由于引線的彎曲導(dǎo)致的具有小曲率半徑的彎曲和5mm的彎曲半徑的彎曲作用在設(shè)備內(nèi)的彎曲半徑1mm的彎曲以外的各個部分。對其進行具有1mm彎曲半徑的彎曲的部分要經(jīng)歷熱處理等從而釋放應(yīng)力。然而，對其進行具有約5mm的彎曲半徑的彎曲的各個部分未經(jīng)歷這樣的處理。結(jié)果，若對光纖中的已進行具有約5mm彎曲半徑的彎曲的部分，進行小曲率半徑的彎曲，光纖可能由于在彎折區(qū)域中產(chǎn)生的壓應(yīng)力而破裂。因此，必須降低彎曲導(dǎo)致的故障率。
彎曲損失根據(jù)彎曲半徑而不同。因此，若彎曲半徑從1mm增加至5mm，彎曲損失以約兩位數(shù)的值減小。即使對于1mm彎曲半徑下具有10dB/圈的彎曲損失的光纖，其彎曲損失在5mm彎曲半徑下改善為約0.1dB/圈。只要光纖滿足在1mm彎曲半徑下彎曲損失為1dB/圈的條件，即使在將引線設(shè)置在光纖上時進行約5mm的彎曲半徑的彎曲，損失改變也落在誤差的范圍內(nèi)。
一般而言，若覆層直徑越大，在光纖彎曲時產(chǎn)生的應(yīng)力就越大，而故障率就越高。若光學互連系統(tǒng)使用光纖來構(gòu)造，例如，尖頂對光纖進行具有約5mm的彎曲半徑r及對應(yīng)一圈的彎曲。覆層直徑與通過模擬獲得的光纖故障率之間的關(guān)系如圖3所示。
圖3為彎曲半徑5mm、一圈、以及五年壽命下，故障率與覆層直徑之間的關(guān)系的曲線圖。圖像的垂直軸表示故障率[％]，而其水平軸表示覆層直徑[μm]。在此模擬中，耐力水平為1.5％，光纖的疲勞系數(shù)為18，而產(chǎn)品壽命在五年內(nèi)。若光纖具有125μm的覆層直徑，其故障率在五年內(nèi)達到100％，使得難以構(gòu)造系統(tǒng)。然而，在90μm的覆層直徑下，光纖的故障率為0.9％，因此其可以降低到在125μm的覆層直徑下的光纖的約0.3％。在系統(tǒng)設(shè)計時故障率優(yōu)選在1.0％以內(nèi)。對于普通光纖而言，降低由于彎曲導(dǎo)致的故障的故障率的要求不那么嚴格，因為其最小彎曲半徑主要是由其大彎曲損失值來確定。然而，對于可以以小直徑彎曲的光學互連，減小由小直徑纏繞導(dǎo)致的故障的故障率的效果卻很大。
同時，要考慮大小達到MFD的約十倍的SMF的覆層會影響傳輸損失。因此，認為根據(jù)本實施例的具有5.4μm或更大的MFD的光纖需要具有至少55μm的覆層直徑。
即，根據(jù)此實施例的光纖具有減小為55μm至90μm的覆層直徑，由此可以降低施加彎曲應(yīng)力時的故障率并且可以改善引線的彈性。
通過模擬來計算如圖4所示的具有W形折射率分布、由石英玻璃構(gòu)成、并具有80μm覆層直徑的光纖的特性。此示例中的光纖包括位于光纖中心并摻鍺的第一芯11(直徑為a)、以及圍繞第一芯11并摻氟的第二芯12(直徑為b)。另外，該光纖包括圍繞第二芯12并由純二氧化硅構(gòu)成的覆層15。在本說明書中，“純二氧化硅”定義為沒有摻雜控制折射率的摻雜劑的純石英玻璃。
圖5為改變作為光纖A1至A12的具有圖4所示的W形折射率分布的光纖的各個參數(shù)的模擬結(jié)果的表格。
相對折射率差Δ1和Δ2為第一芯11和第二芯12相對于覆層15的相對折射率差，并表示為Δ1＝{(nc1-nc)/nc}×100[％] (6)Δ2＝{(nc2-nc)/nc}×100[％] (7)其中，nc1為第一芯11(第一層)的最大折射率，nc2為第二芯12的最小折射率，nc為覆層15的折射率。
在W形折射率分布中，假定第一芯11的直徑a為在某處的直徑其中在該處第一芯11的折射率等于第一芯11與第二芯12之間的邊界上的覆層15的直徑。另外，第二芯12的直徑b為在某處的直徑其中該處第二芯12的相對折射率差等于第二芯12與覆層15之間的邊界上的相對折射率差Δ2的一半。
在光纖A和圖5所示的A1至A12中，那些在1300nm的波長下具有5.4μm或更大的MDF、以單模在1250nm的波長下傳播光、并且在1mm的彎曲半徑下具有1dB/圈或更小的彎曲損失的是光纖A2、A3、A5和A7至A12。因此，由這些模擬計算結(jié)果顯見，若構(gòu)造具有圖4所示的W形分布的光纖使得第一芯11的相對折射率差(Δ1)為0.8％或更大，α值等于或大于1.5，而第二芯12的相對折射率差(Δ2)為-0.2％或更小，可以獲得具有期望特性的根據(jù)本發(fā)明的光纖。
在本說明書中，截止波長假定為ITU-T G. 650.1中指定的光纖截止波長λc。另外，在本說明書中未特殊定義的術(shù)語對應(yīng)于ITU-T G. 650.1中指定的定義和測量方法。
通過模擬來計算如圖6所示具有W嵌段型分布、由石英玻璃構(gòu)成、具有80μm覆層直徑的光纖的特性。本示例中的光纖包括位于光纖中心并摻鍺的第一芯21(直徑為a)、以及圍繞第一芯21并摻氟的第二芯22(直徑為b)。另外，該光纖包括圍繞第二芯22并摻鍺的第三芯23(直徑為c)、以及圍繞第三芯23并由純二氧化硅構(gòu)成的覆層15。相對折射率差Δ3為第三芯23相對于覆層15的相對折射率差并表示為
Δ3＝{(nc3-nc)/nc}×100[％](8)其中，nc3為W嵌段型分布中第三芯23的最大折射率。在W嵌段型分布中，假定第一芯21的直徑a為某處的直徑其中在該處第一芯21的折射率等于在第一芯21與第二芯22之間的邊界上的覆層15。另外，第二芯22的直徑b為某處的直徑其中在該處第二芯22的相對折射率差等于在第二芯22與第三芯23之間的邊界上的相對折射率差Δ2的一半。第三芯23的直徑c為某處的直徑其中在該處第三芯23的相對折射率差等于在第三芯23與覆層15之間的邊界上的相對折射率差Δ3的十分之一。
圖7為改變作為光纖B1至B11的具有圖6所示的W嵌段型折射率分布的光纖的各個參數(shù)的模擬結(jié)果的表格。
在圖7所示的光纖B1至B11中，那些在1300nm的波長下具有5.4μm或更大的MDF、以單模在1250nm的波長下傳播光、并且在1mm的彎曲半徑下具有1dB/圈或更小的彎曲損失的是光纖B2、B4、和B6至B10。因此，由這些模擬結(jié)果顯見，若構(gòu)造具有圖6所示的W嵌段型分布的光纖使得第一芯21的相對折射率差(Δ1)為0.8％或更大，α值等于或大于1.5，第二芯22的相對折射率差(Δ2)為-0.2％或更小，而第三芯23的相對折射率差(Δ3)為0.4％或更小，可以獲得具有期望特性的光纖。
通過模擬來計算圖8所示的具有準W形分布、由石英玻璃構(gòu)成、具有80μm覆層直徑的光纖的特性。本示例中的光纖包括位于光纖中心并摻鍺的第一芯31(直徑為a)、以及圍繞第一芯31并由純石英玻璃構(gòu)成的第二芯32(直徑為b)。另外，該光纖包括圍繞第二芯32并摻鍺的第三芯33(直徑為c)、以及圍繞第三芯33的覆層15。注意，nc3表示準W形分布中第三芯33的最小折射率。相對折射率差Δ3為第三芯33相對于覆層15的相對折射率差并表示為Δ3＝{(nc3-nc)/nc}×100[％] (8)其中，nc3為準W形分布中第三芯33的最小折射率。在準W形分布中，設(shè)想第一芯21的直徑a為某處的直徑其中在該處第一芯31的相對折射率差等于第一芯31與第二芯32之間邊界上的相對折射率差Δ1的十分之一。第二芯32的直徑b為某處直徑其中在該處第二芯32的相對折射率差等于在第二芯32與第三芯33之間的邊界上的相對折射率差Δ3的一半。第三芯33的直徑c為某處直徑其中在該處第三芯33的相對折射率差等于在第三芯33與覆層15之間的邊界上的相對折射率差Δ3的一半。
圖9為改變作為光纖C1至C9的具有圖9所示的準W形折射率分布的光纖的各個參數(shù)的模擬結(jié)果的表格。在圖9所示的光纖C1至C9中，那些在1300nm的波長下具有5.4μm或更大的MDF、以單模在1250nm的波長下傳播光、并且在1mm的彎曲半徑下具有1dB/圈或更小的彎曲損失的是光纖C2、C4、C5和C7至C9。因此，由這些模擬結(jié)果顯見，若構(gòu)造具有圖9所示的準W形分布的光纖使得第一芯31的相對折射率差(Δ1)為0.8％或更大，α值等于或大于1.5，第二芯32的相對折射率差(Δ2)基本為0.0％，而第三芯33的相對折射率差(Δ3)為-0.2％或更小，可以獲得具有期望特性的根據(jù)本發(fā)明的光纖。
盡管由于因用于調(diào)整折射率目的以外而摻雜的摻雜劑例如氯的原因，第二芯32的相對折射率差(Δ2)可以在-0.05％與0.05％之間的范圍內(nèi)，其對光線特性不會導(dǎo)致較大改變。
為將具有階躍折射率分布的光纖與第一至第三示例中的那些光纖的光學特性相比較，進行單峰折射率分布與彎曲損失的降低的光學特性的模擬。模擬的結(jié)果在圖11中示出。
光纖D1具有充分降低的0.7dB/圈的彎曲損失，然而其MFD小至5.0μm。光纖D2的MDF為5.5μm，然而其彎曲損失退化為2.3dB/圈。這些結(jié)果與根據(jù)第一示例的W形折射率分布光纖A12(MDF為5.5μm，彎曲損失為0.3dB/圈)的特性相比較。結(jié)果，根據(jù)第一示例的光纖表現(xiàn)出具有階躍折射率分布的光纖無法實現(xiàn)的光學特性。
若該光纖用于光學互連，考慮光學傳輸介質(zhì)形成為多通道型，并通過由光纖形成帶來建立高速光學通訊。通常，二氧化硅基光纖具有以下特征。相對于覆層直徑125μm，涂覆后外直徑為250μm。通過平行排列多根光纖并將光纖彼此結(jié)合而獲得的光纖帶的間距通常為250μm。對于具有減小的外直徑的小直徑光纖，涂層直徑也減小。因此，可以制造出具有比傳統(tǒng)光纖帶更窄的間距的光纖帶。因此，優(yōu)選采用每個具有覆層直徑為55至90μm的小直徑光纖。使用小直徑光纖并具有較窄間距的光纖帶具有較高的引線彈性并且可以節(jié)省空間地存儲。因此，光纖帶是適用于光學互連的光學部件。
如根據(jù)第一至第三示例的計算結(jié)果中所示，根據(jù)本發(fā)明的光纖可以在1.3μm波段以單模傳輸光，并且具有出色的彎曲損失特性和接合損失特性。圖10示出了使用根據(jù)本發(fā)明的光纖作為傳輸介質(zhì)，并使用振蕩波長在1.3μm波段構(gòu)造的VCSEL作為光源構(gòu)造光學互連系統(tǒng)的示例。
構(gòu)造如圖10所示的光學互連系統(tǒng)50。參照圖10，設(shè)置兩塊印刷電路板48a和48b從而豎在背板47的一個表面上，每塊板的一個側(cè)邊由該一個平面支撐。兩塊印刷電路板48a和48b設(shè)置成彼此面對，并其間保持預(yù)定距離。安裝在驅(qū)動器43上的VCSEL 44和LSI 41設(shè)置在一塊印刷電路板48a面對另一塊印刷電路板48b的表面上。LSI 41和VCSEL 44通過電引線42彼此電性接合。PD 49設(shè)置在另一塊印刷電路板48b面對一塊印刷電路板48a的表面上。VCSEL 44通過利用集成多根第一至第三示例中所示的光纖到平帶上獲得的光纖帶40電性接合到PD49。光纖帶40構(gòu)造為首先沿著一印刷電路板48a的主表面延伸，通過第一連接器46a基本成直角地彎曲，伸展到背板47上，通過第二連接器46b基本成直角地彎曲，沿著另一印刷電路板48b的主表面延伸，并到達PD 49。
通過這樣布置光纖，光纖帶40具有四個彎曲部分A，每個具有約1mm的曲率半徑和四分之一圈。由于光纖的彎曲等，為光纖帶40給出具有約5mm的彎曲半徑且總計約一圈的彎曲部分(未示出)。作為光纖10，如圖12所示，使用光纖A3，其構(gòu)造為使得覆層15的直徑為80μm，主涂覆樹脂52的外直徑為105μm，而次涂覆樹脂53的外直徑為125μm。如圖13所示，光纖帶40通過以125μm的間距平行排列十二根光纖10，利用涂覆樹脂54涂覆光纖10，以及由此彼此結(jié)合光纖10而形成。
由于兩個因素，即涂覆樹脂52和53導(dǎo)致?lián)p失量增大而將其制得更薄和節(jié)省空間，涂覆的直徑H(厚度H)設(shè)置為170μm。125μm的間距P的光纖帶40的尺寸為傳統(tǒng)光纖帶的一半，彈性高，可以節(jié)省空間地存儲在設(shè)備中。使用紫外固化樹脂作為涂覆樹脂52和53。
若構(gòu)造小直徑光纖10使得覆層15的直徑為55μm并使得涂層的外直徑與覆層15的外直徑之間的差為20μm，則間距P可以降低至75μm。
光纖帶40的完成尺寸為寬度W1.55mm，厚度H0.17mm。通過設(shè)置作為接合的一方并且起到光源作用的VCSEL從而具有125μm的間距并形成為十二通道的陣列，可以實現(xiàn)使用制得的光纖帶20的集合光學接合。在此構(gòu)造中，通過對VCSEL進行直接調(diào)制，實現(xiàn)了速度超過100Gbps的非常高速度的光通訊。
另外，由于覆層的直徑設(shè)置為80μm，可以降低彎曲導(dǎo)致的故障率。由此，即使是在五年的壽命以后，光纖帶40也幾乎不會折斷。
在第五示例中，使用阻燃UV固化聚氨脂丙烯酸脂樹脂作為用于根據(jù)第四示例的涂覆樹脂52和53的材料的UV固化樹脂，來制造阻燃帶。例如，如下所述，制造阻燃UV固化聚氨脂丙烯酸脂樹脂。諸如溴或氯的鹵素基添加劑，諸如三氧化銻或三苯銻的銻化物，諸如氫氧化鋁或氫氧化鎂的金屬氫氧化物，或諸如磷酸鹽的磷化合物被添加到樹脂?；蛘?，利用溴或氯來鹵化構(gòu)成UV固化樹脂的預(yù)聚物或丙烯酸單體，并添加磷到所得的UV固化樹脂。通過這樣做，將UV固化樹脂轉(zhuǎn)化為阻燃UV固化樹脂。在這些方法之中，用于添加溴基阻燃的方法對于提供阻燃UV固化樹脂特別有效。
通過由此改變成分而提供阻燃UV固化樹脂的原因如下樹脂的表面覆蓋有分解反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物；在燃燒期間產(chǎn)生的分解氣體形成了與空氣的屏蔽層；來自鹵素基化合物的原子團阻止了燃燒繼續(xù)；或者樹脂通過交叉連接形成為三維樹脂。
通過根據(jù)JIS C3005標準的60度梯度燃燒測試來評價，通過使用包括氫氧化鋁作為阻燃劑的UV固化聚氨脂丙烯酸脂樹脂作為用于將光纖形成為帶的UV固化樹脂，而獲得的光纖帶。結(jié)果，在光纖上點燃的火焰自然地在平均約3.2秒熄滅，由此光纖帶滿足標準。在此示例中，雖然使用阻燃UV固化樹脂，也可以使用阻燃塑料樹脂取代阻燃UV固化樹脂。
在第六示例中，期望獲得涂覆樹脂52和53全部或部分的高度阻燃性，而根據(jù)第四示例的帶涂覆樹脂54形成為阻燃UV固化樹脂。結(jié)果，在JISC3005標準的60度梯度燃燒測試中，在通過使用至少光纖次樹脂和含阻燃的UV固化聚氨脂丙烯酸脂樹脂形成的光纖的光纖束上點燃的火焰，在平均約2.6秒自行熄滅。由此，光纖帶滿足標準。
另外，在光纖帶上進行根據(jù)UL1581標準的垂直燃燒測試，且火焰在平均5.7秒自行熄滅，沒有發(fā)現(xiàn)燃燒的液滴，光纖帶滿足UL標準。另外，在線狀槽的狀態(tài)下對光纖帶進行垂直燃燒測試?；鹧嬖谄骄?.6秒自行熄滅，且在線狀槽狀態(tài)和帶狀狀態(tài)下兩種情況中，光纖帶都表現(xiàn)出充分的阻燃性，盡管在該示例中使用的是阻燃UV固化樹脂，也可以使用阻燃塑料樹脂取代阻燃UV固化樹脂。
根據(jù)本發(fā)明，可以獲得能夠?qū)崿F(xiàn)彎曲損失和接合損失兩者都降低而確保高速光通訊的光纖，從而使用該光纖能容易地構(gòu)造光學互連系統(tǒng)。
盡管對于具體實施例已經(jīng)完全和清楚地公開了本發(fā)明，所附的權(quán)利要求并不限于此，而應(yīng)被理解為包括，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言的，所有的完全落入此處闡述的基礎(chǔ)教導(dǎo)內(nèi)容內(nèi)的改變和替代。
權(quán)利要求
1.一種由石英玻璃構(gòu)成的光纖，包括芯，包括沿縱向方向位于光纖中心的第一芯；以及圍繞第一芯的第二芯；以及覆層，圍繞芯，其中在1300納米下的光纖模場直徑等于或大于5.4微米，通過光纖以單模傳播波長1250納米的光，以及在1300納米的波長下，彎曲半徑1毫米時，光纖的彎曲損失等于或低于1dB/圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中覆層的直徑在55微米與90微米之間的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中第一芯對于覆層的相對折射率差等于或大于0.8％，第一芯的α值等于或大于1.5，以及第二芯對于覆層的相對折射率差等于或小于-0.2％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中芯還包括圍繞第二芯的第三芯，第一芯對于覆層的相對折射率差等于或大于0.8％，第一芯的α值等于或大于1.5，第二芯對于覆層的相對折射率差等于或小于-0.2％，以及第三芯對于覆層的相對折射率差等于或小于0.4％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中芯還包括圍繞第二芯的第三芯，第一芯對于覆層的相對折射率差等于或大于0.8％，第一芯的α值等于或大于1.5，第二芯對于覆層的相對折射率差等于或大于-0.05％且等于或小于0.05％，以及第三芯對于覆層的相對折射率差等于或小于-0.2％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中光纖涂覆有紫外固化樹脂和熱塑樹脂中的至少一種制成的涂層，以及紫外固化樹脂和熱塑樹脂的至少一部分為阻燃的。
7.一種光纖帶，其中平行排列了多根光纖，其中每根光纖由石英玻璃制成，并且包括芯，包括沿縱向方向位于光纖中心的第一芯；以及圍繞第一芯的第二芯；以及覆層，圍繞芯，其中在1300納米下的光纖模場直徑等于或大于5.4微米，通過光纖以單模傳播波長1250納米的光，以及在1300納米的波長下，彎曲半徑1毫米時，光纖的彎曲損失等于或低于1dB/圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的光纖帶，其中光纖帶包括由阻燃紫外固化樹脂和阻燃熱塑樹脂中的至少一種制成的帶涂層。
9.一種光學互連系統(tǒng)，具有1.3微米的通訊波段，該光學互連系統(tǒng)包括光纖；以及垂直腔面發(fā)射激光器，其發(fā)射1.3微米波段的光學信號以輸入到光纖中，其中光纖光纖由石英玻璃制成，并且包括芯，包括沿縱向方向位于光纖中心的第一芯；以及圍繞第一芯的第二芯；以及覆層，圍繞芯，其中在1300納米下的光纖模場直徑等于或大于5.4微米，通過光纖以單模傳播波長1250納米的光，以及在1300納米的波長下，彎曲半徑1毫米時，光纖的彎曲損失等于或低于1dB/圈。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的光學互連系統(tǒng)，其中光纖形成其中多根光纖平行排列的光纖帶。
全文摘要
在1300納米下，光纖的模場直徑等于或大于5.4微米。通過光纖以單模傳播波長1250納米的光。在1300納米的波長下，彎曲半徑1毫米時，光纖的彎曲損失等于或低于1dB/圈。
文檔編號G02B6/04GK1828347SQ200610009590
公開日2006年9月6日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月1日
發(fā)明者佐光曉史, 杉崎隆一, 八木健 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社