[发明专利]一种弯曲不敏感多模光纤

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于接入网或小型化光器件中的弯曲不敏感多模光纤，该光纤具有优异的抗弯曲性能，属于光通信技术领域。 

背景技术

随着科学技术的不断发展，中国已经进入了光纤宽带和多业务融合的信息高速发展时代。融合后的电信网、广电网和互联网都可以承载多种信息化业务，都可以为用户提供打电话、上网和看电视等多种服务。这必将对运营商和企业数据中心机房的网络基础设施的高带宽和灵活性提出了更高的要求，以便能够支持高性能连接，存储区域网络(SAN )、网络附加存储(NAS )和高性能计算（比如云计算）等应用。因此，未来几年，数据中心将逐步成为40G乃至100G以太网的天下。尤其是近年来云计算和物联网等概念的提出，以及VCSEL激光器在多模光纤通信网络的应用，在数据中心和中心机房中对多模光纤提出更多苛刻的要求，其中光纤带宽的要求以及光纤的抗弯曲特性是最重要的两项参数。 

2010年6月17日，IEEE 802.3ba标准，即40/100G以太网标准获批，该标准支持40Gb/s和100Gb/s速率下150米多模光纤传输和40公里单模光纤传输。该标准的正式发布，必将加速40G和100G以太网的建设步伐。 

OM3和OM4光纤为50μm芯径渐变折射率多模光纤，数值孔径为0.200±0.015。OM3和OM4光纤的最小有效模式带宽EMB（Effective Mode Bandwidth）分别为2000MHz.km和4700MHz.km。OM3/OM4多模光纤在10Gb/s，40Gb/s和100Gb/s系统中的传输距离如下表所示。可以看出，在中短距离的高速网络中，多模光纤能够很好的胜任。 

相对于常规的OM3/OM4多模光纤，弯曲不敏感OM3/OM4光纤因为其不仅具有高带宽的特性，更有更加优异的抗弯曲性能，在数据中心以及中心机房等特殊布置条件更能发挥其自身优势，所以逐步成为各个光纤光缆制造企业的研发重点，并有取代常规OM3和OM4光纤的趋势。 

而在弯曲不敏感多模光纤的剖面设计和工艺设计中主要的难点是如何通过相关设计保证光纤的宏弯性能，DMD性能以及带宽性能同时到达相关标准的要求，并取得最优值。 

优化光纤的宏弯性能的最主要的方法就是优化弯曲不敏感多模光纤的下陷包层的结构，即光纤下陷包层的深度和宽度以及下陷包层距离芯层的距离。为了得到更好的抗弯曲性能，理论上更大的下陷包层宽度和深度都能增加光纤的抗弯曲性能，但是其同样也会使多模光纤的的高阶模难以泄露到外层纯石英中去，影响光纤的DMD和带宽性能。特别是光纤的下陷包层同芯层的距离过近时，且下陷包层的深度和宽度过大时，第18和19高阶模族群不能通过下陷包层，泄露到光纤纯石英部分，就后反向耦合回光纤芯层部分，从而影响光纤20-23nm位置的DMD性能，造成较大延时。 

而下陷包层距离光纤芯层部分过远时，首先光纤的抗弯曲性能急剧恶化，并形成“包层效应”，影响芯层边缘部分的模式传输和能量分布，从而恶化光纤的DMD以及带宽。 

通过相关实验研究，对于弯曲不敏感多模光纤，芯层和广义的内包层（即光纤芯层同下陷包层中间的的部分）的粘度设计也是影响光纤DMD和带宽的重要因素。 

目前各个多模光纤激光器的生产厂家的VCSEL光源都存在不同大小的波长色散，为保证激光器的不同波长激光在光纤芯层内能够同步传输，考虑到芯层内部掺杂对不同波长激光传输速率的敏感性，我们可以设计合理的掺杂浓度，保证VCSEL光源激光在光纤内部同步传输；尤其是当VCSEL光源从芯层中心位置进行注入时，芯层中心位置采用适当的Ge/F共掺形式，相对于在芯层中只进行纯掺Ge的形式，可以有效的优化DMD（Differential Mode Delay,差分模式时延）以及带宽性能。 

传统的弯曲不敏感多模光纤芯层部分采用Ge或者Ge/F共掺形式进行制备，由于掺杂量较大，芯层部分粘度非常小，当光纤拉丝时容易在拉丝张力的作用下，芯层受到拉应力，从而造成光纤芯层剖面的畸变，影响高阶模在芯层部分的传输，从而恶化DMD性能。 

为了优化弯曲不敏感多模光纤的各项性能，光纤制造企业和专家在相关工艺上做了较多的工作。如美国专利US8406592中，其采用较小的inner cladding设计方案，中间包层的宽度小于4μm，但为Ge/F共掺型的单一匹配包层结构，且其芯层中心位置的F掺杂浓度小于-0.04%。