專利名稱：具有折射率分布的多模光纖的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有折射率分布的多模光纖，還涉及其制造方法。
從國際專利申請WO 00/50936已知有一種多模光纖及其制造方法。所述多模光纖具有62.5μm的纖芯面積和非線性DMD(差模延遲)分布，在波長為1300nm測量時，所述非線性DMD分布包括在第一區(qū)域測量的第一平均斜率(r/a)2＝0.0-0.25和在第二區(qū)域測量的第二平均斜率(r/a)2＝0.25-0.5，其中，第一平均斜率大于第二平均斜率。已經通過管外汽相淀積(OVD)方法制造從所述文件得知的所述多模光纖。在所述文件中沒有給出關于脈沖分離的更詳細的說明。
前述多模光纖是從美國專利No.4793843中得知的。所述文件說明了制造預制棒的方法，再從預制棒拉制出光纖，其中，所述預制棒的折射率分布幾乎不呈現(xiàn)任何擾動。制造好這種預制棒后，在內表面淀積上玻璃層之后，沿其整個長度加熱所述空心包皮管，加熱元件沿旋轉的包皮管的長度方向勻速往復運動。在軟化的包皮管材料的表面張力影響下，包皮管直徑逐漸縮小，直到包皮管完全閉合，于是形成整體條棒形式的預制棒，通過加熱其一端，即可從所述預制棒拉制出光纖。在由石英玻璃制造光纖時通常使用的摻雜物是二氧化鍺(GeO2)。如果石英玻璃摻雜有略帶揮發(fā)性的摻雜物，例如二氧化鍺，那么，當含有這種石英玻璃的空心包皮管收縮時，部分摻雜物就會從最后淀積的玻璃層中蒸發(fā)。這導致折射率分布方面的擾動，這種擾動對光纖的帶寬具有不利作用。根據(jù)所述美國專利的說明，如果在空心包皮管閉合的同時，使氣態(tài)腐蝕劑通過包皮管(此時包皮管還是空心的)，就可避免所謂的光纖折射率分布的下陷(dip)，從而獲得整體條棒。
對于新一代的光纖，傳輸大量的數(shù)據(jù)至關重要，最好為所謂的10千兆位或大于2.5Gb的以太網系統(tǒng)制造折射率分布沒有擾動的多模光纖。多模光纖中這些特殊的分布擾動會導致對通過光纖的光線的不希望有的干擾。
本發(fā)明的目的就是提供一種折射率分布沒有擾動的多模光纖。
按照本發(fā)明，前述多模光纖的特征在于光纖中心周圍區(qū)域具有這樣的折射率分布，使得可以獲得對長度為至少300m的光纖進行的在光纖中心沒有發(fā)生任何脈沖分離的DMD(微分模時延)測量響應。
本發(fā)明人進行的實驗表明，就多模光纖用作高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪m合性而言，光纖中心是最重要的。多模光纖用作高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪m合性是用所謂的DMD(差模延遲)測量結果來評估的，即，在數(shù)個徑向位置測量光脈沖通過光纖纖芯的傳輸。300m的光纖長度是實際中通常使用的最大長度。而且，對這樣長度的光纖進行DMD測量，光纖浪費的數(shù)量很小。
最好借助波長850mm、短脈沖持續(xù)時間和小頻譜寬度的激光進行DMD測量，測量時用所謂的單模光纖來輻照擬測量的多模光纖。如果多模光纖的理想的折射率分布的中心部分呈現(xiàn)小的偏移，就會在DMD曲線中觀察到脈沖加寬或所謂的雙脈沖。由于所述脈沖加寬，光線就會以不同的速度通過光纖纖芯的這一部分，這是不希望有的。
最好用于本發(fā)明的光纖具有符合以下方程的折射率分布n(r)＝n1[1-2Δ(r/a)α]1/2式中n1＝光纖中心的折射率值r＝光纖中的徑向位置(μm)Δ＝光纖的折射率差α＝分布形狀參數(shù)a＝光纖半徑(μm)分布形狀參數(shù)α決定了測量光纖最大帶寬的波長。如果α值較高，則在較低波長測量最大帶寬。以這種方式改變α值就有可能使光纖帶寬在特定波長下達到最優(yōu)。對于下一代光纖，特別是半徑大于20μm的光纖，可改變分布形狀參數(shù)α以優(yōu)化在850nm波長時的光纖帶寬?？梢酝ㄟ^將具有精確限定的折射率值的層淀積到空心包皮管的內部來獲得非常精確的α分布。所述多模光纖最好具有直徑為50μm的纖芯。
本發(fā)明還涉及所附權利要求書所限定的制造多模光纖的方法。
本發(fā)明人從荷蘭專利NL1013944了解到制造所述多模光纖的方法，所述專利內容可以認為已全部包括在本文內。從所述專利了解的方法涉及以下方法通過化學汽相淀積(CVD)利用反應氣體混合物將玻璃層淀積到包皮管內部，以便獲得具有精確限定的折射率分布的預制棒，所述方法包括以下步驟a)確定擬制造的預制棒的所需折射率分布；b)精確調節(jié)用于制造符合步驟a)所確定的折射率分布的所需預制棒的反應氣體混合物的成分和供應速率；c)在步驟b)調節(jié)后的條件下，將反應氣體混合物引入包皮管中并在其中進行反應，以便將形成玻璃的氧化物淀積到包皮管的內部；d)將在步驟c)的淀積過程獲得的包皮管收縮成預制棒，然后對所述預制棒進行折射率分布測量；e)對步驟a)確定的折射率分布和步驟d)測量的折射率分布加以比較；以及f)通過在隨后的淀積過程中隨時間而變地修改反應氣體混合物的成分，以校正在步驟e)中測量的折射率分布的差異。
利用上述步驟a)-f)，就有可能獲得預制棒中的精確限定的折射率分布，其中，存在最終預制棒的折射率分布測量結果和在淀積過程中使用的氣體劑量的反饋信息。在步驟d)中獲得的折射率分布測量結果用來調節(jié)步驟c)中制造預制棒的生產過程。根據(jù)步驟d)中獲得的折射率分布測量結果，有可能按照上述發(fā)明確定生產過程(特別是反應氣體混合物的成分)應調節(jié)的程度，以便盡可能接近在步驟a)確定的所需的折射率分布。在按照上述發(fā)明的步驟b)精確調節(jié)了反應氣體混合物的成分和供應速率之后，按照步驟c)進行淀積過程。一旦按照步驟c)的淀積過程結束，就對這樣得到的預制棒進行步驟d)的折射率分布測量。把在步驟d)測量的折射率分布與步驟a)確定的折射率分布進行比較，然后在步驟f)通過在隨后的淀積過程中隨時間而變地修改反應氣體混合物的成分來校正在步驟e)中測量的折射率分布的差異。應當理解，在步驟f)進行的校正可以要求在隨后的淀積過程中連續(xù)地修改反應氣體混合物的成分。但是，如果在步驟e)測量的折射率分布的差異可以接受，是在特定的容差范圍之內，則在隨后的淀積過程中不需校正反應氣體混合物的成分。僅在步驟e)測量的折射率分布的差異超過特定容差范圍時才進行校正。
上述PCVD過程使得有可能制造具有折射率分布的多模光纖，其纖芯由數(shù)千層組成。可以改變所述各層中每一層的折射率值，得到非常精確的α分布。
在開發(fā)下一代光纖時，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)光纖中心周圍的區(qū)域，其直徑為1-6μm，在進行DMD測量時防止在光纖中心處發(fā)生脈沖分離方面極其重要，所述DMD測量是在波長850nm，輻射MFD(模場直徑)＜6μm的條件下進行的。
以下將用一些實例和附圖對本發(fā)明加以說明，這些實例和附圖不以任何方式對本發(fā)明構成限制。


圖1示出先有技術光纖的折射率分布和DMD測量結果。
圖2示出從先有技術已知的另一種光纖的折射率分布和DMD測量結果。
圖3示出按本發(fā)明的多模光纖的折射率分布和DMD測量結果。
圖1左側示出示出先有技術光纖的折射率分布的一半，同時還示出按照上述公式理想的α-分布。圖中示出在圍繞光纖中心的區(qū)域中折射率值的偏移有所增加。圖1的右側示出DMD測量的結果，其中，X軸代表時間，Y軸代表在沿纖芯各個位置的各種測量結果。下面的脈沖是在纖芯正中心的測量結果，其它脈沖是以-1μm和1μm在整個纖芯上的測量結果，這樣，上線就表示距中心26μm處的測量結果。圖1清楚表明在光纖中心附近，理想α-分布的折射率值的偏移增大，所以可以觀察到折射率分布的凸起。從DMD測量結果可知所述凸起引起光纖中心周圍的顯著脈沖變寬或脈沖分離。折射率值的增加導致通過這部分纖芯的光線減速。
圖2示出先有技術光纖的折射率分布，所述光纖尺寸和圖1所用相同，在DMD測量中同樣也有脈沖分離發(fā)生。所述折射率分布清楚表明在纖芯中心測得的折射率值低于理想α-分布，由于所述折射率值較低，光線將以較高的速度通過這部分光線。本發(fā)明人認為這種脈沖分離的嚴重情況并非因空心包皮管收縮成整體條棒造成中心下陷所致，而是因纖芯中心周圍區(qū)域中的折射率值的擾動所致，可以利用從荷蘭專利NL1013944得知的PCVD過程精確校正所述折射率區(qū)域。
圖3示出本發(fā)明的多模光纖的折射率分布和DMD測量結果，所述光纖是利用從荷蘭專利NL1013944得知的方法獲得的。由于測得的折射率分布基本上對應于理想的α-分布，沒有擾動偏移，所以在本發(fā)明的多模光纖的纖芯周圍，測量響應在任何位置都未呈現(xiàn)脈沖變寬或脈沖分離。使用這種光纖時，在至少300m的光纖長度上傳輸速率＞2.5Gb/s是可能的。
權利要求
1.一種具有折射率分布的多模光纖，其特征在于所述光纖中心周圍的區(qū)域具有這樣的折射率分布，以便可以獲得對長度為至少300m的光纖進行的在所述光纖中心沒有發(fā)生任何脈沖分離的微分模時延測量響應。
2.如權利要求1所述的多模光纖，其特征在于所述折射率分布符合以下方程n(r)＝n1[1-2Δ(r/a)α]1/2式中n1＝光纖中心的折射率值r＝光纖中的徑向位置(μm)Δ＝光纖的折射率差α＝分布形狀參數(shù)a＝光纖半徑(μm)
3.如上述權利要求中任何一項或多項所述的多模光纖，其特征在于所述微分模時延測量是在波長850nm、輻射模場直徑＜6μm的條件下進行的。
4.如上述權利要求中任何一項或多項所述的多模光纖，其特征在于所述光纖中心周圍的所述區(qū)域具有1-6μm的直徑。
5.如上述權利要求中任何一項或多項所述的多模光纖，其特征在于所述纖芯具有50μm的直徑。
6.一種制造具有折射率分布的多模光纖的方法，其中借助化學汽相淀積法利用反應氣體混合物將摻雜或未摻雜的玻璃層淀積到包皮管內部，以便獲得具有精確限定的折射率分布的預制棒，通過加熱所述預制棒的一端來從所述預制棒拉制多模光纖，其特征在于所述多模光纖中心周圍的區(qū)域具有這樣的折射率分布，使得可以獲得對長度為至少300m的光纖進行的在所述光纖中心沒有發(fā)生任何脈沖分離的微分模時延測量響應。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有折射率分布的多模光纖，其中，光纖中心周圍的區(qū)域具有這樣的折射率分布，使得可以獲得對長度為至少300m的光纖進行的在光纖中心沒有發(fā)生任何脈沖分離的DMD(微分模時延)測量響應。
文檔編號G02B6/00GK1630830SQ02818285
公開日2005年6月22日 申請日期2002年9月19日 優(yōu)先權日2001年9月20日
發(fā)明者P·J·T·普盧尼斯, M·布恩, M·L·P·W·范登霍伊維爾 申請人:德拉卡纖維技術有限公司