[发明专利]带宽保持多模光纤

说明书

本申请是申请日为2009年9月16日、申请号为200910211614.3、发明名称为“带宽保持多模光纤”的发明专利申请的分案申请。

申请号为200910211614.3的发明专利申请要求于2008年9月17日提交的、序号为61097639的临时申请的权益，该临时申请通过引用方式合并于此。

技术领域

本发明涉及具有鲁棒性的光传输特性的光纤的一系列设计。更具体地，本发明涉及被设计成在保持光纤的模态结构和带宽的同时控制弯曲损耗的光纤。

背景技术

光纤在弯曲时会泄漏光能的趋势自从该技术的早期起就已经被熟知。众所周知，光沿着直线路径传播，但是在某种程度上能通过提供由低折射率材料包围的高折射率材料的路径（甚至是曲线路径）而被引导。然而，实际上该原理是受限的，而且光纤常常具有曲率超出光导包含光的能力的弯曲。

在弯曲时控制传输特性是几乎每个实用光纤设计的一个问题。最初的方法，也是普遍的方法，是防止或最小化光纤中的物理弯曲。虽然这种方式可以通过在长距离时设计鲁棒性的线缆或者在短距离时在微导管（microduct）中安装光纤来很大程度上实现，但是在所有的情况下，光纤必须在每个端部被端接。因此即使是在最优的情况下，弯曲（通常是严重弯曲）会在光纤端出现。

控制弯曲损耗也可在光纤自身的物理设计中解决。一些光纤相对于其他光纤本身就不易弯曲损耗。这很早就被发现，并且大多数光纤现在被特定设计为低损耗。对微弯曲损耗控制典型有效的设计要素涉及光纤包层（通常是外包层）的属性。于是，在光纤折射率分布之外通常发现环形特征或者沟槽特征或者它们的组合，来控制弯曲损耗。例如参见美国专利4,691,990和4,852,968，两者均通过引用合并于此。

光纤在弯曲情况下的性能问题通常被认为涉及总光能损耗，因为有光从光纤弯曲处泄漏。在多数情况下，模态结构的改变对弯曲损耗的影响被忽略。

在单模光纤中总能量损耗是首要考虑的事情，因为所有的漏损都涉及光纤基模中的光。然而，在多模光纤中模态结构影响了损耗，其中高阶模的损耗多于低阶模。另外，光纤中的弯曲引起模式转变和混合。因此，虽然一个信号在低阶模中可能能抵抗一些弯曲，但如果它转变成高阶模，将更易受弯曲损耗的影响。

多模光纤中高阶模和低阶模的组合决定了光纤的带宽，且因此决定了光纤的信号承载能力。弯曲多模光纤会降低光学系统的信号承载能力。

多模光纤中的差模损耗特性比单模光纤中的总光能损耗更加严重。后者能够通过使用低成本功率放大器来解决。然而，多模光纤中的差模损耗能导致在高阶模中传播的信号的完全损失。

发明内容

我们已经设计出即使在存在严重弯曲时也能够在很大程度上保持光纤的模态结构，由此保持光纤的带宽的多模光纤。

附图说明

图1是示出根据下面描述的实施例中使用的设计参数的标记的光纤折射率分布图。该图不表示任何空间比例；

图2是用于测量差模延迟（DMD）的装置的示意图，其中差模延迟是一种用于评估本发明光纤的性能的特性；

图3a和3b是显示弯曲对传统多模光纤的影响的DMD脉冲轨迹；

图4a和4b是相对于图3a和3b的显示了弯曲对本发明的多模光纤的影响的DMD轨迹；

图5是比较两种多模光纤的损耗对波长的图，其中一种是传统光纤，而另一种是根据本发明设计的光纤。

具体实施方式

参考图1，示出了与实施本发明相关的空间设计参数。垂直参考线即线d1代表多模光纤的中心。具有不同的绝对值的同样比例的轮廓将表征用于制造光纤的预成型品（preform）。

可以发现，针对特别控制设计比例和尺寸，可以制造出本身就不易受中等严重弯曲影响的多模光纤。模态结构也很大程度上不受弯曲影响，因此导致光纤带宽本质上并未受损。普通光纤在弯曲时会展现出显著的模态结构改变，这是因为高阶模泄漏进入包层并且中间阶次模混入高阶模造成了光纤带宽的显著改变。这些改变通常被测量为差模延迟（DMD）。与本发明相关的DMD技术和DMD测量，将在下面更详细地予以描述。

典型光纤以及本发明所属的那些光纤具有多模渐变折射率的纤芯，其中最大折射率位于纤芯的中心，且折射率朝着纤芯/包层边界逐渐减小。逐渐减小的折射率通常满足下述公式定义的抛物线：