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(yīng)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(yīng)用，例如接入網(wǎng)絡(luò)。為獲得能進(jìn)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(yīng)用的需要(例如IOGbps)，標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行工作。
[0005]多模光纖通常用于需要高帶寬的短距離應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)化的主題，所述國際標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。已采用0M3標(biāo)準(zhǔn)和0M4標(biāo)準(zhǔn)來滿足長距離(數(shù)十米至數(shù)百米)高帶寬(通常為IOGbps)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行的無誤差多模傳輸能達(dá)到300m的距離。在850nm的波長下，0M4標(biāo)準(zhǔn)要求至少4700MHz.km的EMB，以確保IOGbps下進(jìn)行的無誤差多模傳輸能達(dá)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(xué)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(xué)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(yán)格的對準(zhǔn)公差。
[0008]然而，由于光學(xué)家用網(wǎng)絡(luò)預(yù)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(dá)較遠(yuǎn)距離主要使用單模技術(shù)，所以需要進(jìn)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(jìn)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(zhǔn)備與光學(xué)家用網(wǎng)絡(luò)一起工作，需要重復(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(dǎo)致功率波動、光纖傳輸?shù)馁|(zhì)量降級。因此，1550nm下，由于在標(biāo)準(zhǔn)多模光纖和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖所攜載的基本模之間的模場不匹配，此種標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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A(yù)s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A(yù)s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A(yù)s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A(yù)s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A(yù)s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A(yù)s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A(yù)s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A(yù)s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A(yù)s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A(yù)s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(jìn)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A(yù)d,使得所述凹陷折射率區(qū)域的所述折射率之差A(yù)d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(xué)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(zé)任公司