[发明专利]高带宽多模光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤光学传输的领域，更特别地，涉及具有适于高数据率应用的减少的弯曲损耗和高带宽的多模光纤。

背景技术

光纤(即，一般由一个或多个涂层围绕的玻璃纤维)常规地包括传输和/或放大光信号的光纤纤芯，和光学包层，其将光信号限制在纤芯内。因此，纤芯的折射率n_c一般大于光学包层的折射率n_g(即，n_c＞n_g)。

对于光纤，折射率分布通常根据使折射率与光纤半径相关联的函数的图形外观进行分类。常规地，至光纤中心的距离r显示在x轴上，并且折射率(半径r处)和光纤外包层(即，外光学包层)的折射率之间的差值显示在y轴上。折射率分布被称作“阶跃”分布，“梯形”分布，“α”分布或“三角”分布，其适于具有阶跃，梯形，α或三角的各个形状的曲线图。这些曲线通常表示光纤的理论或设置分布。可是，光纤制造中的限制可能导致稍微不同的实际分布(profile)。

一般而言，光纤的两个主要分类在于：多模光纤和单模光纤。在多模光纤中，对于给定波长，多种光学模式沿着光纤同时传播，而在单模光纤中，更高级模式被很强地衰减。单模或多模玻璃光纤的一般尺寸是125微米。多模光纤的纤芯一般具有大约50微米和62.5微米之间的直径，而单模光纤的纤芯一般具有大约6微米和9微米之间的直径。多模系统通常比单模系统更便宜，这是因为多模光源，连接器和维护能以较低成本得到。

多模光纤通常用于需要宽的带宽的短距离应用，如本地网或LAN(局域网)。多模光纤已经是ITU-T G.651.1标准下的国际标准化的主体，其特别地限定涉及光纤兼容性需求的准则(例如，带宽，数值孔径和纤芯尺寸)。

另外，已经采用OM3标准以满足长距离(即，大于300米的距离)上高带宽应用(高于1GbE的数据率)的需求。随着高带宽应用的发展，适于多模光纤的平均纤芯直径已经从62.5微米减小至50微米。

一般，光纤应当具有最大的可能带宽以使其能够用于高带宽应用。对于给定波长，光纤带宽的特征在于几个不同方面。一般，区别形成在所谓的“过注入”条件(OFL)带宽和所谓的“有效模式带宽”条件(EMB)之间。OFL带宽的获取假定使用在光纤的整个径向表面上显示均匀激励的光源(例如，使用激光二极管或发光二极管(LED))。

高带宽应用中使用的最近研发的光源，例如VCSEL(垂直腔面发射激光器)，在光纤的径向表面上显示不均匀的激励。对于这类光源，OFL带宽是不太适合的测量，并且优选使用有效模式带宽(EMB)。计算的有效带宽(EMBc)独立于所用类型的VCSEL评估多模光纤的最小EMB。EMBc从色散模式延迟(DMD)测量(例如在FOTP-220标准中阐述)得到。

图1示出了根据如2002年11月22日的TIA SCFO-6.6译本中出版的FOTP-220标准的准则的DMD测量的示意图。图1示出了一部分光纤(即，外包层所围绕的光学纤芯)的示意表示。DMD曲线图通过以每个连续脉冲之间的径向偏移将具有给定波长λ₀的光脉冲连续注入多模光纤得到。每个脉冲的延迟随后在给定光纤长度L后被测量。多个相同的光脉冲(即，具有相同幅度，波长和频率的光脉冲)以相对于多模光纤纤芯的中心具有不同的径向偏移被注入。注入的光脉冲在图1中描绘为光纤光学纤芯上的黑点。为了表征具有50微米直径的光纤，FOTP-220标准推荐至少24个单独测量被实行(即，以24个不同的径向偏移值)。根据这些测量，有可能确定模式色散和计算的有效模式带宽(EMBc)。

TIA-492AAAC-A标准为以太网高带宽传输网络应用中长距离上使用的50微米直径的多模光纤指定性能需求。OM3标准在850纳米波长处需要至少2,000MHz·km的EMB。OM3标准确保直至300米距离的10Gb/s(10GbE)数据率的无误差传输。OM4标准在850纳米波长处需要至少4,700MHz·km的EMB以得到对于直至550米距离的10Gb/s(10GbE)数据率的无误差传输。

在多模光纤中，沿着光纤在几种模式的传播时间之间或组延迟时间之间的差值确定光纤的带宽。特别地，对于相同的传播介质(即，在阶跃-指数-类型多模光纤中)，不同模式具有不同的组延迟时间。组延迟时间中的这个差值导致沿着光纤的不同径向偏移传播的脉冲之间的时滞。