專利名稱：漸變折射率多模光纖及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及漸變折射率多模光纖(graded-index multimode fiber)以及涉及其制造方法。更具體地，本發(fā)明涉及在中央波長周圍的區(qū)域中具有寬傳輸帶寬的漸變折射率多模光纖以及涉及其制造方法。
背景技術(shù)：
漸變折射率多模光纖(在此后被稱為“GI多模光纖”)是一種類型的多模光纖，其具有大的數(shù)值孔徑并且已經(jīng)被用作光學(xué)局域網(wǎng)(LAN)的傳輸線。受到更快速的光學(xué)LAN需求的驅(qū)動，精確地控制GI多模光纖折射率分布的技術(shù)已經(jīng)得到改進(jìn)。
然而，GI多模光纖性能上的進(jìn)一步改進(jìn)目前看起來幾乎是不可能的，并且需要波分復(fù)用(WDM)以增加GI多模光纖的傳輸帶寬。
然而，在具有含鍺芯的傳統(tǒng)GI多模光纖中，最佳的折射率分布極大地取決于通過光纖傳播的光信號的波長而變化(見，例如R.Olshansky，“Propagation in glass optical waveguides”，Review ofModern Physics，Vol.51，No.2，April 1979)。因而，由于具有在某一波長得到優(yōu)化的折射率分布的光纖在其它波長提供了非常小的傳輸帶寬，所以它不可能用于波分復(fù)用(WDM)。
為了取得寬的傳輸帶寬并且將在不同模之間的傳播速度差異減至最小，制造出GI光纖以便于這些光纖的分布(折射率分布)具有漸變折射率分布。這樣的GI多模光纖具有較大的數(shù)值孔徑，并且已經(jīng)被廣泛地用在各種應(yīng)用，例如光學(xué)LAN的傳輸線中。
概括地，GI光纖的折射率分布可以由下述公式I來定義
其中F是表示分布形狀的函數(shù)，“a”是芯的半徑，“n1”是在芯中心處的折射率，以及“r”是在芯內(nèi)任何給定位置與芯中心之間的距離。
傳統(tǒng)的GI光纖基本上由石英玻璃制成并且被摻雜相當(dāng)數(shù)量的一種或多種摻雜劑，例如鍺(Ge)。一種或多種摻雜劑，例如鍺的濃度在橫斷面方向上發(fā)生變化。
當(dāng)單一摻雜劑被使用時，摻雜劑的分布F的形狀可以由下述公式II進(jìn)行定義F(r)=2Δ(ra)α···(II)]]>其中Δ是芯的中心處相對于包層的相對折射率差，以及α是折射率指數(shù)參數(shù)。
由于提供高傳輸帶寬的最佳值αopt是波長相關(guān)的，所以僅在某一波長取得最大的傳輸帶寬。被摻雜有單一摻雜劑(例如，鍺)的傳統(tǒng)GI光纖在某一波長被優(yōu)化，由于這樣光纖的分布的最佳形狀取決于波長而變化。
被摻雜有單一摻雜劑，例如鍺(Ge)的傳統(tǒng)GI多模光纖得到非常精確的控制，并且目前看起來幾乎不可能在性能上做進(jìn)一步改進(jìn)。最近，對于較快速光學(xué)LAN的要求產(chǎn)生了對多模光纖，例如具有比目前可得到的那些光纖具有較寬傳輸帶寬的GI光纖的需求；因此，波分復(fù)用(WDM)的使用已經(jīng)得到研究。
但是，由于被摻雜有單一摻雜劑，例如鍺(Ge)的GI多模光纖如前面所提到針對某一波長被優(yōu)化，所以這樣光纖的傳輸帶寬在除了最佳波長以外的波長處顯著地變小。因此，這樣的光纖不適合于波長復(fù)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一范例方面是鑒于上述而獲得，并且其目的是提供一種漸變折射率多模光纖，所述光纖在各種波長處提供最大的傳輸帶寬并且免除了對信號光波長的任何相關(guān)性。
為了解決上述提到的問題，本發(fā)明的第一范例方面提供了一種漸變折射率多模光纖，其包括由石英玻璃(silica glass)制成并且包括中央?yún)^(qū)域和外部外圍區(qū)域的芯，以及在芯的外部外圍所提供的包層。芯的中央?yún)^(qū)域包含鍺和磷之一，以及芯的外部外圍區(qū)域包含氟。
根據(jù)本發(fā)明第一范例方面的漸變折射率多模光纖是對在E.A.J.Marcatili，“Modal dispersion in optical fibers with arbitrarynumerical aperture and profile dispersion”，The Bell System TechnicalJournal，Vol.65，No.1，pp.44-63，1977中所說明的方法的改進(jìn)，并且優(yōu)選地具有滿足下述公式(1)-(4)的折射率分布
n12[1-2Δ2(a0a)α2]=n02···(3)]]>n12[1-2Δ1]=n02···(4)]]>其中n(r)是光纖在距芯中心的距離r處的折射率，n1是在芯中心處的折射率，Δ1是被包含在芯中央?yún)^(qū)域中的鍺和磷之一相對于包層的最大相對折射率差，Δx是被包含在芯中央?yún)^(qū)域中的氟相對于包層的最大相對折射率差，“a”是芯的半徑，α1是被包含在芯中央?yún)^(qū)域中的鍺和磷之一的折射率分布指數(shù)參數(shù)，α2是被包含在芯的外部外圍區(qū)域中的氟的折射率分布指數(shù)參數(shù)，a0是芯的中央和外部外圍區(qū)域之間的距離，以及n0是純石英的折射率。
在根據(jù)本發(fā)明第一范例方面的漸變折射率多模光纖中，在公式(2)和(3)中的每個折射率分布指數(shù)參數(shù)α1和α2分別地可具有在操作波長區(qū)域處將傳輸帶寬最大化的最佳值。
在根據(jù)本發(fā)明第一范例方面的漸變折射率多模光纖中，鍺可被包含在芯的中央?yún)^(qū)域中，氟可被包含在芯的外部外圍區(qū)域中，芯的直徑可是50μm，包層的直徑可是125μm，并且在0.8μm和1.1μm之間操作波長處的傳輸帶寬可大于3GHz.km。
在根據(jù)本發(fā)明第一范例方面的漸變折射率多模光纖中，鍺可被包含在芯的中央?yún)^(qū)域中，氟可被包含在芯的外部外圍區(qū)域中，芯的直徑可是62.5μm，包層的直徑可是125μm，并且在0.85μm和1.1μm之間波長處的傳輸帶寬可大于2GHz.km。
在根據(jù)本發(fā)明第一范例方面的漸變折射率多模光纖中，磷可被包含在芯的中央?yún)^(qū)域中，氟可被包含在芯的外部外圍區(qū)域中，芯的直徑可是50μm，包層的直徑可是125μm，并且在0.8μm和1.3μm之間波長處的傳輸帶寬可大于3GHz.km。
在根據(jù)本發(fā)明第一范例方面的漸變折射率多模光纖中，磷可被包含在芯的中央?yún)^(qū)域中，氟可被包含在芯的外部外圍區(qū)域中，芯的直徑可是62.5μm，包層的直徑可是125μm，并且在0.8μm和1.2μm之間波長處的傳輸帶寬可大于2GHz.km。
在根據(jù)本發(fā)明第一范例方面的漸變折射率多模光纖中，磷可被包含在芯的中央?yún)^(qū)域中，氟可被包含在芯的外部外圍區(qū)域中，并且在0.8μm和1.3μm之間波長處的傳輸損耗可為2dB/km或更小。
本發(fā)明第二范例方面的目的是提供一種在相對寬的帶寬范圍處維持高傳輸帶寬的GI光纖，以及其制造方法。
為了解決上述提到的問題，本發(fā)明的第二范例方面提供用于制造如此漸變折射率多模光纖的方法，所述光纖包括芯和包層并且基本上由石英玻璃制成。所述方法包括將鍺(Ge)和氟(F)而不是在R.Olshansky，“Multiple-α index profile”，Appl.Opt.，Vol.18，pp.683-689，1979中所討論的鍺和硼(B)摻雜進(jìn)光纖，以便于由下述公式所表達(dá)的隨漸變折射率多模光纖的波長改變的αi的變化變成零F(r)=Σi=122Δi(ra)αi···(5-1)]]>其中Δi是針對每個折射率分布，芯中心處相對于包層的相對折射率差，αi是由下述公式(5-2)所定義的折射率分布指數(shù)參數(shù)αi=2-2n1N1λΔidΔidλ-125Δ···(5-2)]]>其中n1是在芯中心處的折射率，N1是在芯中心處的群折射率(group index)，λ是波長，而Δ＝Δ1+Δ2是針對每個分布的芯中心相對于包層的相對折射率差，“a”是芯直徑，以及i＝1或者2，代表鍺或者氟。
本發(fā)明第二范例方面提供一種由上述提到的制造方法所制造的漸變折射率多模光纖，并且其具有不小于0.005且不大于0.025的相對折射率差Δ，以及不小于10μm且不大于35μm的芯半徑“a”。
本發(fā)明的第二范例方面提供一種漸變折射率多模光纖，其滿足上述提到的條件，并且具有為0.019或更大的相對折射率差Δ以及在0.8μm和1.4μm之間波長λ處大于1.5GHz.km的傳輸帶寬。
此外，本發(fā)明的第二范例方面提供一種漸變折射率的多模光纖，其具有不小于0.005且不大于0.025的Δ，以及不小于10μm且不大于35μm的“a”，并且具有為0.009或更大的相對折射率差Δ以及在0.8μm和1.3μm之間波長λ處大于3GHz.km的傳輸帶寬。
本發(fā)明的第二范例方面提供了一種漸變折射率多模光纖，其滿足上述所提到的條件，并且被用于波分復(fù)用。


參考不應(yīng)該以任何方式被閱讀為對本發(fā)明加以限制的下述說明、所附的權(quán)利要求以及所附加的附圖，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將得到更好的理解，其中圖1是示例在兩個不同區(qū)域中被摻雜有不同摻雜劑的光纖的折射率分布圖；圖2是示例在定義三個GI多模光纖的折射率分布的公式(1)-(4)中折射率分布指數(shù)參數(shù)α的最佳值αopt的波長相關(guān)性圖形，其中每個光纖具有被分別摻雜有鍺或磷或氟的芯；圖3是示例GI多模光纖傳輸帶寬的波長相關(guān)性的圖形；圖4是示例當(dāng)ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值變化時在芯處的相對折射率差Δ的分布圖；圖5是示例當(dāng)ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值變化時在芯處的相對折射率差Δ的分布圖；圖6是示例當(dāng)ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值變化時在芯處的相對折射率差Δ的分布圖；圖7是示例當(dāng)ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值變化時在芯處的相對折射率差Δ的分布圖；圖8是示例當(dāng)ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值變化時在芯處的相對折射率差Δ的分布圖；圖9是示例GI多模光纖傳輸帶寬的波長相關(guān)性的圖形；圖10是示例當(dāng)改變ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值時在芯處的相對折射率差Δ的分布圖；圖11是示例當(dāng)改變ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值時在芯處的相對折射率差Δ的分布圖；圖12是示例當(dāng)改變ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值時在芯處的相對折射率差Δ的分布圖；圖13是示例當(dāng)改變ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值時在芯處的相對折射率差Δ的分布圖；圖14是示例當(dāng)改變ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值時在芯處的相對折射率差Δ的分布圖；圖15是示例GI多模光纖傳輸帶寬的波長相關(guān)性的圖形；圖16是示例GI多模光纖傳輸帶寬的波長相關(guān)性的圖形；圖17是當(dāng)ΔGe＝ΔF＝0.005，a＝25μm且λ0在0.75μm和0.95μm之間時α1相對波長的圖形；圖18是當(dāng)ΔGe＝ΔF＝0.005，a＝25μm且λ0在0.75μm和0.95μm之間時α2相對波長的圖形；圖19是示例針對λ0＝0.75μm(ΔGe＝ΔF＝0.005)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖20是示例針對λ0＝0.80μm(ΔGe＝ΔF＝0.005)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖21是示例針對λ0＝0.85μm(ΔGe＝ΔF＝0.005)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；
圖22是示例針對λ0＝0.90μm(ΔGe＝ΔF＝0.005)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖23是示例針對λ0＝0.95μm(ΔGe＝ΔF＝0.005)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖24是傳輸帶寬相對針對各種波長而設(shè)計的本發(fā)明GI光纖(ΔGe＝ΔF＝0.005)的波長的圖形；圖25是示例針對λ0＝0.85μm(ΔGe＝ΔF＝0.005)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的傳輸帶寬的圖形；圖26是當(dāng)ΔGe+ΔF＝0.01，a＝25μm且λ0＝0.85μm且與此同時變化ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值時α1相對波長的圖形；圖27是當(dāng)ΔGe+ΔF＝0.01，a＝25μm且λ0＝0.85μm且與此同時變化ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值時α2相對波長的圖形；圖28是示例針對λ0＝0.85μm(ΔGe＝0.002且ΔF＝0.008)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖29是示例針對λ0＝0.85μm(ΔGe＝0.004且ΔF＝0.006)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖30是示例針對λ0＝0.85μm(ΔGe＝0.006且ΔF＝0.004)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖31是示例針對λ0＝0.85μm(ΔGe＝0.008且ΔF＝0.002)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖32是當(dāng)ΔGe+ΔF＝0.01，a＝25μm且λ0＝0.85μm且同時變化ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值時傳輸帶寬相對本發(fā)明GI光纖波長的圖形；圖33是當(dāng)ΔGe＝ΔF＝0.01，a＝31.25μm且λ0在0.75μm和0.95μm之間時α1相對波長的圖形；
圖34是當(dāng)ΔGe＝ΔF＝0.01，a＝31.25μm且λ0在0.75μm和0.95μm之間時α2相對波長的圖形；圖35是示例針對λ0＝0.75μm(ΔGe＝ΔF＝0.01)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖36是示例針對λ0＝0.80μm(ΔGe＝ΔF＝0.01)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖37是示例針對λ0＝0.85μm(ΔGe＝ΔF＝0.01)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖38是示例針對λ0＝0.90μm(ΔGe＝ΔF＝0.01)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖39是示例針對λ0＝0.95μm(ΔGe＝ΔF＝0.01)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖40是當(dāng)ΔGe＝ΔF＝0.01，a＝31.25μm且λ0在0.75μm和0.95μm之間時傳輸帶寬相對本發(fā)明GI光纖波長的圖形；圖41是示例具有ΔGe＝ΔF＝0.01，a＝31.25μm及λ0＝0.85μm的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的傳輸帶寬的圖形；圖42是當(dāng)ΔGe+ΔF＝0.02，a＝31.25μm及λ0＝0.85μm且同時變化ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值時α1相對波長的圖形；圖43是當(dāng)ΔGe+ΔF＝0.02，a＝31.25μm及λ0＝0.85μm且與此同時變化ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值時α2相對波長的圖形；圖44是示例針對λ0＝0.85μm(ΔGe＝0.004且ΔF＝0.016)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖45是示例針對λ0＝0.85μm(ΔGe＝0.008且ΔF＝0.012)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖46是示例針對λ0＝0.85μm(ΔGe＝0.012且ΔF＝0.008)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖47是示例針對λ0＝0.85μm(ΔGe＝0.016且ΔF＝0.004)而被優(yōu)化的具有鍺和氟的本發(fā)明GI光纖，以及僅被摻雜有氟和鍺任何之一的GI光纖的相對折射率差Δ的圖形；圖48是當(dāng)ΔGe+ΔF＝0.02，a＝31.25μm及λ0＝0.85μm且同時變化ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值時傳輸帶寬相對本發(fā)明GI光纖波長的圖形；圖49是示出根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的GI多模光纖實例的示意性橫斷面視圖；以及圖50是示出根據(jù)本發(fā)明第二范例實施例的GI多模光纖實例的示意性橫斷面視圖。
具體實施例方式
第一范例實施例本發(fā)明的第一范例實施例將被詳細(xì)地加以說明。
圖49是示出根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的GI多模光纖10實例的示意性橫斷面視圖。然而，并不旨在地是這個圖示出本發(fā)明第一范例實施例的GI多模光纖的實際尺寸。根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的GI多模光纖10是這樣的光纖，其包括由石英玻璃制成的芯12，以及同心地環(huán)繞芯12而被提供的包層20，其中所述芯12包含在中央?yún)^(qū)域16中的鍺(Ge)或磷(P)并且包含在外部外圍區(qū)域18中的氟(F)。
芯12的中央?yún)^(qū)域16是芯12的內(nèi)部區(qū)域，其同心地圍繞著芯14的中心。中央?yún)^(qū)域16包含鍺或磷，并且從芯的中心徑向地延伸到芯半徑的約70％。芯12的外部外圍區(qū)域18是芯12的剩余部分，其同心地圍繞著中央?yún)^(qū)域16。
此外，根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的GI多模光纖10是具有滿足下述公式(1)-(4)的折射率分布的光纖
n12[1-2Δ2(a0a)α2]=n02···(3)]]>n12[1-2Δ1]=n02···(4)]]>其中n(r)是光纖10在距芯14中心的距離“r”處的折射率，n1是在芯14中心處的折射率，Δ是芯12相對于包層20的最大相對折射率差，“a”是芯的半徑，α1是被包含在芯中央?yún)^(qū)域中的鍺和磷之一的折射率分布的指數(shù)參數(shù)，α2是被包含在芯的外部外圍區(qū)域中的氟的折射率分布指數(shù)參數(shù)，a0是芯12的中央和外部外圍區(qū)域18之間的距離，以及n0是純石英的折射率。
雖然折射率分布指數(shù)參數(shù)α(即α1和α2)被調(diào)節(jié)到在所要求波長處提供最大傳輸帶寬的值，但是α1和α2的最佳值αout取決于被摻雜進(jìn)石英玻璃中的摻雜劑(例如鍺，磷，氟)而變化。
使由公式(1)-(4)所表示的本發(fā)明GI多模光纖10的折射率分布被如此成形，以便于一旦折射率分布在芯14的中心處最高，則隨著距中心的距離增加則它逐漸減少。因此，以較低階模通過GI多模光纖10傳播的信號光行進(jìn)較短的距離但卻處于較慢的速率。相對照，以較高階模傳播的信號光行進(jìn)較長的距離但卻在其中折射率較小的芯12和包層20之間的邊界附近處于較高的速率。
因而，通過改變確定分布形狀的α的值，則可以將在不同模下傳播通過GI多模光纖10的光信號到達(dá)輸出端口的到達(dá)時間差減至最小。假設(shè)在信號光波長下的最大傳輸帶寬，則在被適當(dāng)?shù)丶右赃x擇的α下，模態(tài)色散(modal dispersion)變成理論的最小值，以信號光提供最大的傳輸帶寬。另一方面，α的最佳值αopt取決于所采用的波長而變化。此外，這個變化受到被摻雜進(jìn)芯12的一個或更多個摻雜劑以及一個或更多種摻雜劑的濃度的影響。
根據(jù)本發(fā)明的第一范例實施例，被包含在芯12中央?yún)^(qū)域16中的鍺或磷的折射率分布指數(shù)參數(shù)α1以及被包含在芯12外部外圍區(qū)域18中的氟的折射率分布指數(shù)參數(shù)α2可以被分別加以控制，以便于在操作波長區(qū)域處的傳輸帶寬被最大化，而不管其實際值。因此，折射率分布指數(shù)參數(shù)α1和α2分別確定芯12的中央和外部外圍區(qū)域18的折射率分布，如分別于圖1中所示，而不管其實際值。
因被包含在芯12的中央?yún)^(qū)域16中的摻雜劑(即鍺或磷)而導(dǎo)致的芯12的中央?yún)^(qū)域16(r＜a0)相對于包層20的最大相對折射率差Δin由下述公式(6)加以表達(dá)，并且因被包含在芯12的外部外圍區(qū)域18中的摻雜劑(即氟)而導(dǎo)致的芯12的外部外圍區(qū)域18(r＞a0)相對于包層20的最大相對折射率差Δout由下述公式(7)加以表達(dá)Δin=n12-n022n12···(6)]]>Δout=n02-n222n02···(7)]]>其中n1和n2具有由下述公式(8)所定義的關(guān)系n22=n12[1-Δ2]···(8)]]>因而，整個芯12相對于包層20的最大相對折射率差Δ可以由下述公式(9)加以定義Δ＝Δin+Δout-2ΔinΔout…(9)
在滿足所有公式(1)-(4)和(6)-(9)的折射率分布下，當(dāng)折射率分布指數(shù)參數(shù)α1和α2兩者分別被優(yōu)化時，則獲得最大的傳輸帶寬。α1的最佳值是這樣的α值，當(dāng)假設(shè)僅被包含在芯中央?yún)^(qū)域內(nèi)的摻雜劑貢獻(xiàn)于α階折射率分布，即由公式(1)-(4)所定義的折射率分布時，其提供最大的傳輸帶寬。α2的最佳值是這樣的α值，當(dāng)假設(shè)僅被包含在芯的外部外圍區(qū)域內(nèi)的摻雜劑貢獻(xiàn)于α階折射率分布時，其提供最大的傳輸帶寬。
圖2是示例GI多模光纖的折射率分布指數(shù)參數(shù)α最佳值αopt的波長相關(guān)性的圖形，在定義其中每個分別被摻有鍺，磷或氟的三個GI多模光纖的折射率分布的公式(1)-(4)中，所述GI多模光纖具有為0.01的芯相對于包層的最大相對折射率差Δ。
雖然鍺和磷增加了折射率，但是氟同等地降低了折射率。此外，圖2指示出在包括含有鍺的芯12的GI多模光纖10中隨波長變化最佳值αopt偏離最多，其展示出傳輸帶寬的最大波長相關(guān)性。
圖2還示出較具有含鍺的芯12的GI多模光纖，在具有含磷或氟的芯12的GI多模光纖中最佳值αopt隨波長的變化較小。因此，在這些GI多模光纖中傳輸帶寬的波長相關(guān)性較小。
此外，根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例通過將鍺和氟、或磷和氟摻雜進(jìn)GI多模光纖10，展示出大傳輸帶寬的波長范圍可以被進(jìn)一步擴(kuò)展。
然而，在生產(chǎn)中通過將多種摻雜劑共同摻雜進(jìn)芯12來制造光纖是困難的。此外，當(dāng)利用MCVD(經(jīng)修改的等離子化學(xué)蒸氣沉積)制造GI多模光纖時，通過僅摻雜氟不可能獲得大的最大相對折射率差Δ。
因而，通過將鍺或磷摻雜進(jìn)漸變折射率多模光纖10的芯12的中央?yún)^(qū)域16，以及將氟摻雜進(jìn)芯12的外部外圍區(qū)域18，與通過僅摻雜單一摻雜劑而獲得的GI多模光纖相比較，在本發(fā)明的第一范例實施例中可以獲得較大的最大相對折射率差Δ。
如圖2中所示，鍺或磷的最佳值αopt總體上隨著波長的增加而單調(diào)性地減少，而氟的最佳值αopt總體上隨著波長的增加而單調(diào)性地增加。因此，通過以合適的比率摻雜這些摻雜劑可以獲得在寬的波長范圍中展示出寬的傳輸帶寬的GI多模光纖。
將鍺摻雜進(jìn)芯12的中央?yún)^(qū)域16以及將氟摻雜時芯12的外部外圍區(qū)域18的GI多模光纖10將作為實例被加以說明。
在這個GI多模光纖10中，假設(shè)被包含在芯12中央?yún)^(qū)域16中的鍺的折射率分布指數(shù)參數(shù)α1和被包含在芯12外部外圍區(qū)域18中的氟的折射率分布指數(shù)參數(shù)α2針對0.85μm的波長被優(yōu)化。該GI多模光纖10具有在0.85μm具有最大傳輸帶寬，因為光纖10針對這個波長進(jìn)行了優(yōu)化。
在大于0.85μm的波長處，由于折射率分布指數(shù)參數(shù)α1變得大于其最佳值，所以較高階的模要比較低階的模傳播得慢。相對照，由于折射率分布指數(shù)參數(shù)α2變得大于其最佳值，所以較高階的模比較低階的模傳播要較快。因此，在大于0.85μm的波長處維持寬的傳輸帶寬，因為兩個效果彼此抵消。
在根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的漸變折射率多模光纖10中，如果鍺被包含在芯12的中央?yún)^(qū)域16中，氟被包含在芯12的外部外圍區(qū)域18中，芯12的直徑是50μm，并且包層20的直徑是125μm，則在0.8μm和1.1μm之間波長處的傳輸帶寬變得大于3GHz.km。傳輸帶寬被定義為可能的傳輸速率與光纖長度的乘積，其表示光纖的傳輸能力。
因此，根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的GI多模光纖10在0.8μm和1.1μm之間波長處具有高的傳輸速率；因此，光纖10適合用于波分復(fù)用傳輸。
在根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的漸變折射率多模光纖10中，如果鍺被包含在芯12的中央?yún)^(qū)域16，氟被包含在芯12的外部外圍區(qū)域18，芯12的直徑是62.5μm，并且包層20的直徑是125μm，則在0.8μm和1.1μm之間波長處的傳輸帶寬變得大于2GHz.km。
因此，根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的GI多模光纖10在0.8μm和1.1μm之間波長處具有高的傳輸速率；因此，光纖10適合用于波分復(fù)用傳輸。
在根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的漸變折射率多模光纖10中，如果磷被包含在芯12的中央?yún)^(qū)域16，氟被包含在芯12的外部外圍區(qū)域18，芯12的直徑是50μm，并且包層20的直徑是125μm，則在0.8μm和1.3μm之間波長處的傳輸帶寬變得大于3GHz.km。
因此，根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的GI多模光纖10在0.8μm和1.3μm之間波長處具有高的傳輸速率；因此，光纖10適合用于波分復(fù)用傳輸。
在根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的漸變折射率多模光纖10中，如果磷被包含在芯12的中央?yún)^(qū)域16，氟被包含在芯12的外部外圍區(qū)域18，芯12的直徑是62.5μm，并且包層20的直徑是125μm，則在0.8μm和1.2μm之間波長處的傳輸帶寬變得大于2GHz.km。
因此，根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的GI多模光纖10在0.8μm和1.2μm之間波長處具有高的傳輸速率；因此，光纖10適合用于波分復(fù)用傳輸。
在根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的漸變折射率多模光纖10中，如果磷被包含在芯12的中央?yún)^(qū)域16，氟被包含在芯12的外部外圍區(qū)域18，則在0.8μm和1.3μm之間波長處的傳輸損耗變?yōu)?dB/km或更低。
因此，根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的GI多模光纖10在0.8μm和1.3μm之間波長處具有高的傳輸速率；因此，光纖10適合用于波分復(fù)用傳輸。
現(xiàn)在將說明根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的GI多模光纖10的制造。
通過使用PCVD(等離子化學(xué)汽相淀積)或MCVD(經(jīng)修改的等離子化學(xué)汽相淀積)方法將兩種摻雜劑摻雜進(jìn)芯12的外部外圍區(qū)域18且隨后摻雜進(jìn)芯12的中央?yún)^(qū)域16，并且精確地控制摻雜劑的量以便于獲得所要求的折射率分布，則制造出根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的GI多模光纖10的預(yù)型件。通過在高溫條件下拉拔所獲得的預(yù)型件而形成GI多模光纖10。
現(xiàn)在將通過實例更詳細(xì)地說明本發(fā)明的第一范例實施例。然而，并不旨在本發(fā)明被局限于所說明的實例。
實例1GI多模光纖10被加以制造，其包括由石英玻璃所制成的在中央?yún)^(qū)域16包含鍺且在外部外圍區(qū)域18包含氟的芯12，以及由石英玻璃制成的同心地圍繞芯12的包層20。
GI多模光纖10在0.85μm的波長處被優(yōu)化，并且光纖在芯14的中心處相對于包層20的相對折射率差Δ被調(diào)節(jié)到0.01。此外，芯12的直徑被調(diào)節(jié)到50μm(25μm的芯半徑“a”)，并且包層20的直徑被調(diào)節(jié)到125μm。
Δ被設(shè)置成ΔGe+ΔF而同時改變ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值。
最終所形成GI多模光纖10的傳輸帶寬的波長相關(guān)性被加以檢查。結(jié)果被示于圖3中。
圖3中所示的結(jié)果確認(rèn)包括在中央?yún)^(qū)域16含有鍺及在外部外圍區(qū)域18含有氟的芯12的GI多模光纖10較包括僅含有鍺的芯12的GI多模光纖在較寬的波長范圍中具有大的傳輸帶寬。此外，通過增加氟的量可以獲得具有寬傳輸帶寬的光纖，因為氟的折射率分布指數(shù)參數(shù)α的最佳值αout展示出對波長的較小相關(guān)性。
圖4-8示出當(dāng)ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值發(fā)生變化時芯12的相對折射率差分布。圖4-8示出針對ΔGe/ΔF分別為0.001/0.009，0.002/0.008，0.003/0.007，0.004/0.006及0.005/0.005的相對折射率差分布。
實例2GI多模光纖10被加以制造，其包括由石英玻璃所制成的在中央?yún)^(qū)域16包含鍺且在外部外圍區(qū)域18包含氟的芯12，以及由石英玻璃制成的同心地圍繞芯12的包層20。
GI多模光纖10在0.85μm的波長處被優(yōu)化，并且在芯14的中心處光纖10相對于包層20的相對折射率差Δ被調(diào)節(jié)到0.02。芯直徑被設(shè)置到62.5μm(31.25μm的芯半徑“a”)，并且包層20的直徑被設(shè)置到125μm。
Δ被設(shè)置成ΔGe+ΔF而與此同時改變ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值。
最終所形成GI多模光纖10的傳輸帶寬的波長相關(guān)性被加以檢查。結(jié)果被示于圖9中。
圖9中所示的結(jié)果顯示包括在中央?yún)^(qū)域16含有鍺及在外部外圍區(qū)域18含有氟的芯12的GI多模光纖10較包括僅含有鍺的芯12的GI多模光纖在較寬的波長范圍中具有大的傳輸帶寬。此外，具有ΔGe為0.004和ΔF為0.016的光纖展示出最佳的性能。
圖10-14示出當(dāng)ΔGe＝Δin與ΔF＝Δout的比值發(fā)生變化時，芯12的相對折射率差分布。圖10-14示出針對ΔGe/ΔF分別為0.002/0.018，0.004/0.016，0.006/0.014，0.008/0.012及0.010/0.010的相對折射率差分布。
實例3GI多模光纖10被加以制造，其包括由石英玻璃所制成的芯12，在中央?yún)^(qū)域16含有磷以及在外部外圍區(qū)域18包含氟，以及由石英玻璃制成的同心地圍繞芯12的包層20。
GI多模光纖10在0.85μm的波長處被優(yōu)化，并且在芯14的中心處光纖相對于包層20的相對折射率差Δ被調(diào)節(jié)到0.01。此外，芯12的直徑被設(shè)置到50μm(25μm的芯半徑“a”)，并且包層20的直徑被設(shè)置到125μm。
Δ被設(shè)置成Δp+ΔF而與此同時改變ΔP＝Δin與ΔF＝Δout的比值。
最終所形成GI多模光纖10的傳輸帶寬的波長相關(guān)性被加以檢查。結(jié)果被示于圖15中。
圖15中所示的結(jié)果顯示包括被摻雜有磷和氟的芯12的GI多模光纖10較包括僅被摻雜有任一磷的芯12的GI多模光纖在較寬的波長范圍中具有大的傳輸帶寬。此外，經(jīng)確認(rèn)具有ΔP為0.002和ΔF為0.008的光纖展示出最佳的性能。
此外，將少量磷摻雜進(jìn)芯12降低了瑞利散射率(Rayleigh scatteringindex)，其在短波長處特別有效。此外，芯12的中央?yún)^(qū)域16具有低的熔化粘性，因為它是由含有磷的石英玻璃制成。因此，通過PCVD或MCVD方法可以容易地制造出光纖預(yù)型件，因為多孔的預(yù)型件可以容易地倒塌(collapse)。
實例4GI多模光纖10被加以制造，其包括由石英玻璃所制成的在中央?yún)^(qū)域16包含磷且在外部外圍區(qū)域18包含氟的芯12，以及由石英玻璃制成的同心地圍繞芯12的包層20。
GI多模光纖10在0.85μm的波長處被優(yōu)化，并且在芯14的中心處相對于包層20的光纖相對折射率差Δ被調(diào)節(jié)到0.02。芯直徑被設(shè)置到62.5μm(31.25μm的芯半徑“a”)，并且包層20的直徑被設(shè)置到125μm。
Δ被設(shè)置成ΔP+ΔF而與此同時改變ΔP＝Δin與ΔF＝Δout的比值。
最終所形成GI多模光纖10的傳輸帶寬的波長相關(guān)性被加以檢查。結(jié)果被示于圖16中。
圖16中所示的結(jié)果顯示包括在中央?yún)^(qū)域16含有磷及在外部外圍區(qū)域18含有氟的芯12的GI多模光纖10較包括僅含有磷的芯12的GI多模光纖在較寬的波長范圍中具有大的傳輸帶寬。
由于根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的漸變折射率多模光纖在芯12的中央?yún)^(qū)域16包含鍺或磷兩者之一，并且在芯12的外部外圍區(qū)域18包含氟，所以GI多模光纖是在寬波長范圍內(nèi)具有大傳輸帶寬的光纖；因此，光纖10適合于波分復(fù)用傳輸。
此外，由于根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的漸變折射率多模光纖在芯12的兩個不同區(qū)域中包含不同的摻雜劑，所以可以容易地控制摻雜劑的濃度分布和芯12的折射率分布。因此，制造這種光纖比制造在芯12的同一區(qū)域中包含兩類摻雜劑的光纖要容易。
根據(jù)本發(fā)明第一范例實施例的GI多模光纖可以在0.85μm或小于其的波長下被采用。
第二范例實施例圖50是示出根據(jù)本發(fā)明第二范例實施例而制造的GI多模光纖30的實例的示意性橫斷面視圖。然而，并不旨在這個圖示出本發(fā)明第二范例實施例的GI多模光纖的實際尺寸。本發(fā)明的第二范例實施例提供一種用于制造包括芯32和包層40且基本上由石英玻璃制成的漸變折射率多模光纖30的方法。漸變折射率多模光纖30被摻雜有鍺和氟。
漸變折射率多模光纖具有由下述公式(1)所表達(dá)的折射率分布，并且所述方法包括形成漸變折射率多模光纖的步驟，其中鍺和氟被摻雜以便于隨波長改變的αi變化變?yōu)榱?
F是由下述公式(5-1)所定義的光纖形狀函數(shù)，F(xiàn)(r)=Σi=122Δi(ra)αi···(5-1)]]>αi是針對由下述公式(5-2)所定義的每個分布的折射率分布指數(shù)參數(shù)αi=2-2n1N1λΔidΔidλ-125Δ···(5-2)]]>其中Δ是Δ1+Δ2，n1是在芯中心的折射率，N1是在芯中心的群折射率，λ是波長，Δi是針對每個折射率分布芯中心處相對于包層的相對折射率差，“a”是芯半徑，i是1或者2，代表鍺或者氟。
根據(jù)本發(fā)明的第二范例實施例，通過使用多個摻雜劑并且優(yōu)化摻雜劑的分布，可以獲得在寬波長范圍中具有寬傳輸帶度的GI光纖30。
例如，當(dāng)使用兩個摻雜劑時，含有兩個摻雜劑的GI光纖的折射率分布形狀函數(shù)可以由下述公式(10)來加以定義F(r)=Σi=122Δi(ra)αi···(10)]]>正如從公式(10)中可以看出，含有多個摻雜劑的GI光纖的折射率分布是多α折射率分布(multiple-αindex profile)。此外，芯的中心處相對于包層的相對折射率差Δ由下述公式(11)來定義
Δ＝Δ1+Δ2…(11)此外，為了獲得由公式(11)所定義的折射率分布的最佳分布，每個分布指數(shù)必須滿足下述公式(12)αi=2-2n1N1λΔidΔidλ-125Δ,(i=1,2)···(12)]]>其中n1是在芯中心處的折射率，且N1是芯中心的群折射率，其由下述公式(13)來定義N1=n1-λdn1dλ···(13)]]>在包含單一摻雜劑的傳統(tǒng)GI光纖的制造方法中，在某一波長λ0處的αopt被唯一性地加以確定。相對照，當(dāng)多個摻雜劑被使用時，形成α1分布折射率(profile index of αI)的每個摻雜劑的濃度分布以一些程度的自由度被加以確定。
此外，通過添加由下述公式(14)所定義的條件，可以獲得具有在λ＝λ0處基本上為零的αiopt變化的傳輸帶寬性能dαidλ|λ=λ0=0,(i=1,2)···(14)]]>含有鍺和氟作為摻雜劑的GI多模光纖30將被加以說明。鍺和氟兩者已經(jīng)被單獨地用作摻雜劑，并且它們被公知為提供優(yōu)良傳輸損耗性能的摻雜劑。通過使用鍺和氟作為示范性摻雜劑，公式(12)中的Δ1和Δ2將被詳細(xì)地加以解釋。
假設(shè)光纖30被如此制造以便于Δ1和Δ2滿足由下述公式(15)所定義的關(guān)系2n12Δ1=δG(1-XG)+δFXF,]]>2n12Δ2=δGXG+δF(1-XF)···(15)]]>其中XG和XF分別是鍺和氟和摻雜參數(shù)，以及δG和δF由下述公式(16)來加以定義δG=n12-nS2,]]>δF=nS2-n22···(16)]]>在公式(16)中，ns是純石英的折射率，n1是芯34中心處的折射率，以及n2是在半徑“r”＝a處的折射率。
為了獲得其中在λ＝λ0處αiopt變化基本上為零的條件，公式(10)和(15)的兩邊被替換進(jìn)公式(14)以獲得由下述公式(17)所定義的解XG=AFG+AFF+SS,]]>XF=AFG+AGG+SS···(17)]]>其中S和每個指數(shù)(index)由下述公式(19)和(20)來定義S=AFG2-AFFAGG···(18)]]>Aij=δi′δj′-δiδj′′+δjδi′′2+υ(2δiδj-δiδj′+δjδi′2),]]>i，j＝G，F(xiàn)，以隨機(jī)順序(random order)…(19)
在公式(19)中，符號(prime mark)(’)指示λ(d/dλ)的微分運算并且υ由下述公式(20)來定義v=z2-wz-2,]]>z=λn12dn12dλ,]]>w=λn12ddλ(dn12dλ)···(20)]]>被摻雜有鍺和氟的GI光纖30的折射率分布可以由下述公式(21)來定義n2(r)=nG2(r)+nF2(r)-nS2···(21)]]>其中n2G(r)和n2F(r)是因鍺和氟而分別導(dǎo)致的折射率分布，其由下述公式(22)來加以定義nG2=n12-δG[(1-XG)(ra)α1+XG(ra)α2],]]>nF2=nS2-δF[XF(ra)α1+(1-XF)(ra)α2]···(22)]]>滿足上述所提條件的GI光纖30在λ＝λ0處具有基本上為零的αiopt變化；因此，在中心波長周圍的區(qū)域中維持寬的傳輸帶寬。
優(yōu)選地，相對折射率差Δ不小于0.005且不大于0.025，以及芯半徑“a”不小于10μm且不大于35μm。如果Δ小于0.005，則光纖的NA(數(shù)值孔徑)變得較小。如果Δ大于0.025，則產(chǎn)生太多的模并且傳輸帶寬得到降低。如果“a”小于10μm，則它變得難以耦合光纖及光源。如果“a”大于35μm，則產(chǎn)生太多的模并且傳輸帶寬得到降低。此外，在本發(fā)明的第二實施例中λ0優(yōu)選地為0.95μm或更短。長于0.95μm的λ0增加了α2，從而引起在摻雜劑濃度的急劇增加。
除了鍺和氟，磷和氟可用于摻雜劑。類似于鍺，磷是提供優(yōu)良的傳輸損耗性能的摻雜劑。
實例5被摻雜有具有下述參數(shù)的鍺及氟兩者的GI光纖30被設(shè)計成0.005的ΔGe和ΔF，25μm的芯半徑“a”，以及在0.75μm和0.95μm之間的中心波長λ0。
ΔGe和ΔF由下述公式(23)加以定義ΔGe=n12-nS22n12,]]>ΔF=nS2-n222nS2···(23)]]>首先，ΔGe＝ΔF＝0.005被賦予給下述公式(24)以獲得δG和δF。
δG=n12-nS2,]]>δF=nS2-n22···(24)]]>然后，δG和δF被賦予給下述公式(25)以獲得AFG，AFF和AGG以及S。
Aij=δi′δj′-δiδj′′+δjδi′′2+υ(2δiδj-δiδj′+δjδi′2),]]>i，j＝G，F(xiàn)，以隨機(jī)順序…(25)S=AFG2-AFFAGG···(26)]]>其中
υ=z2-wz-2,]]>z=λn12dn12dλ,]]>w=λn12ddλ(λdn12dλ)···(27)]]>其次，AFG，AFF，AGG以及S的值被替換進(jìn)下述公式(28)以獲得XG和XF。
XG=AFG+AFF+S2,]]>XF=AFG+AGG+S2···(28)]]>接下來，XG和XF的值被替換進(jìn)下述公式(29)以獲得Δ1和Δ2。
2n12Δ1=δG(1-XG)+δFXF,]]>2n12Δ2=δGXG+δF(1-XF)···(29)]]>從Δ1，Δ2以及公式(30)獲得α1和α2。
αi=2-2n1N1λΔidΔidλ-125Δ]]>Δ=Δ1+Δ2···(30)]]>表1示出在不同中心波長處的α1、α2、XG和XF值。圖17和18示例α1和α2分別相對于波長的關(guān)系。
表1

在圖18中，當(dāng)λ0為0.95μm時的α2曲線被忽略，因為波長的值極大。圖17和18確認(rèn)對于每個所設(shè)計的中心波長λ0，α1和α2的變化是零。
然后，ΔGe、ΔF、XG和XF的值被賦予進(jìn)下述公式(31)以獲得光纖30的折射率分布。
n2(r)=nG2(r)+nF2(r)-nS2]]>nG2=n12-δG[(1-XG)(ra)α1+XG(ra)α2],]]>nF2=nS2-δF[XF(ra)α1+(1-XF)(ra)α2]···(31)]]>圖19-23示例在λ0分別為0.75μm，0.80μm，0.85μm，0.90μm和0.95μm處的相對折射率差(Δ)。此外，被摻雜有鍺或氟并且被優(yōu)化用于各種波長的比較實例GI光纖被制造。比較實例的GI光纖的相對折射率差也被加以確定。結(jié)果被示于圖19-23。在圖19-23中，相對于被摻雜有氟的包層的折射率的相對折射率差被加以確定。
根據(jù)IEC 60793-1-49標(biāo)準(zhǔn)通過使用在圖19-23中所示的相對折射率差，被優(yōu)化用于各種波長的GI光纖的傳輸帶寬被加以確定。傳輸帶寬被定義為傳輸速率與光纖長度的乘積，其為傳輸能力的表示。結(jié)果被示于圖24中。
具有λ0為0.85μm的本發(fā)明GI光纖與被摻雜有鍺或氟任何一個且被優(yōu)化用于同一波長的GI光纖的傳輸帶寬性能進(jìn)行比較。圖25示出結(jié)果。
在圖24中，傳輸帶寬的峰值移向相對于λ0較長的波長區(qū)域，盡管事實是所設(shè)計的中心波長為λ0。這是因為隨著波長的增加色散在減少。
圖24指示具有λ0為0.95μm的GI光纖在最寬的波長范圍具有最寬的傳輸帶寬圖25指示本發(fā)明的GI光纖30較被摻雜有鍺或氟任何一個且被優(yōu)化用于同一波長的GI光纖具有更好的傳輸帶寬性能。
實例6類似于實例5，光纖30在下述條件下被加以設(shè)計，即ΔGe+ΔF＝0.01以及λ0＝0.85μm而與此同時改變ΔGe與ΔF的比值。在這個實例中ΔGe、ΔF、α1、α2、XG和XF的值被列在表2中。圖26和27示出α1和α2分別相對于波長的關(guān)系。
表2

表2及圖26和27指示即使當(dāng)ΔGe與ΔF的比值變化時α1和α2隨波長的變化很小。在所設(shè)計的中心波長λ0處α1和α2兩者的變化為零。
類似于實例5，通過使用ΔGe、ΔF、XG和XF的值，光纖30的相對折射率差被加以確定。圖28-31示例當(dāng)分別地ΔGe＝0.002 且ΔF＝0.008，ΔGe＝0.004且ΔF＝0.006，ΔGe＝0.006且ΔF＝0.004，和ΔGe＝0.008且ΔF＝0.002時的相對折射率差。此外，被摻雜有鍺或氟任何一個且被優(yōu)化用于各種波長的比較實例的GI光纖被加以制造。比較實例的GI光纖的相對折射率差被加以確定。結(jié)果示于圖19-23。相對于被摻雜有氟的包層的折射率的相對折射率差被確定。
根據(jù)IEC 60793-1-49標(biāo)準(zhǔn)，通過使用在圖28-31中所示的相對折射率差，被優(yōu)化用于各種波長的GI光纖的傳輸帶寬被加以確定。結(jié)果被示于圖32中。
圖32示出即使當(dāng)ΔGe與ΔFt的比值變化時傳輸帶寬隨著波長的變化很小。這意味著通過使用根據(jù)本發(fā)明的GI光纖的制造方法，在制造期間可以選擇可被控制的鍺和氟的量而沒有招致傳輸帶寬性能的惡化。
實例7類似于實例5，具有下述參數(shù)的被摻雜有鍺及氟兩者的GI光纖30被設(shè)計成0.01的ΔGe和ΔF，31.25μm的芯半徑“a”，以及在0.75μm和0.95μm之間的中心波長λ0。表3示出α1、α2、XG和XF的值。圖33和34示例α1和α2分別相對于波長的關(guān)系。
表3

在圖34中，當(dāng)λ0為0.95μm時的α2曲線被忽略，因為波長的值極大。圖33和34確認(rèn)對于每個所設(shè)計的中心波長λ0，α1和α2的變化是零。
類似于實例5，通過使用ΔGe、ΔF、XG和XF的值光纖的折射率分布被加以確定。
圖35-39示例在λ0分別為0.75μm，0.80μm，0.85μm，0.90μm和0.95μm處的相對折射率差。此外，被摻雜有鍺或氟任何一個并且被優(yōu)化用于各種波長λ0的比較實例GI光纖的相對折射率差被加以確定。結(jié)果被示于附圖中。在圖35-39中，相對于被摻雜有氟的包層的折射率的相對折射率差被加以確定。
根據(jù)IEC 60793-1-49標(biāo)準(zhǔn)通過使用在圖35-39中所示的相對折射率差，被優(yōu)化用于各種波長λ0的GI光纖的傳輸帶寬被加以確定。結(jié)果被示于圖40中。圖41比較具有λ0為0.85μm的本發(fā)明GI光纖30與被摻雜有鍺或氟任何一個且被優(yōu)化用于同一波長的GI光纖的傳輸帶寬性能。
在圖40中，雖然所設(shè)計的中心波長λ0，是零，但是傳輸帶寬的峰值移向相對于λ0較長的波長區(qū)域的原因在于隨著波長的增加色散在增加，類似于實例5。
圖41指示雖然本發(fā)明的GI光纖30比被摻雜有鍺或氟任何一個且被優(yōu)化用于同一波長的GI光纖具有更短的傳輸帶寬，但是本發(fā)明的光纖在長的波長范圍內(nèi)可以維持相對較寬的傳輸帶寬。
實例8類似于實例5，光纖30在下述條件下被加以設(shè)計，即ΔGe+ΔF＝0.02以及λ0＝0.85μm而與此同時改變ΔGe與ΔF的比值。在這個實例中ΔGe、ΔF、α1、α2、XG和XF的值被列在表4中。α1和α2分別相對于波長的關(guān)系被示于圖42和43中。
表4

表4及圖42和43指示即使當(dāng)ΔGe與ΔF的比值變化時α1和α2隨波長的變化很小。在λ0為0.85μm的每個所設(shè)計的中心波長λ0處α1和α2兩者的變化為零。
類似于實例5，通過使用ΔGe、ΔF、XG和XF的值，光纖30的相對折射率差被加以確定。圖44-47示例當(dāng)分別地ΔGe＝0.004且ΔF＝0.016，ΔGe＝0.008且ΔF＝0.012，ΔGe＝0.012且ΔF＝0.008，和ΔGe＝0.016且ΔF＝0.004時的相對折射率差。此外，被摻雜有鍺或氟任何一個且被優(yōu)化用于各種波長的比較實例GI光纖被加以制造。比較實例的GI光纖的相對折射率差被加以確定。結(jié)果被示于圖44-47。相對于被摻雜有氟的包層的折射率的相對折射率差被確定。
根據(jù)IEC 60793-1-49標(biāo)準(zhǔn)，通過使用在圖44-47中所示的相對折射率差，被優(yōu)化用于各種波長的GI光纖的傳輸帶寬被加以確定。結(jié)果被示于圖48中。
圖48示出即使當(dāng)ΔGe與ΔF的比值變化時傳輸帶寬隨著波長的變化很小。這意味著通過使用根據(jù)本發(fā)明的GI光纖的制造方法，可以選擇在制造期間可加以控制的鍺和氟的量而沒有招致傳輸帶寬性能的惡化。
由于根據(jù)本發(fā)明第二范例方面的GI光纖被共摻雜有提供優(yōu)良傳輸損耗性能的鍺和氟，以便于α1和α2在中心波長λ0處的變化變成零；因此，圍繞λ0維持寬的傳輸帶寬。
當(dāng)選擇Δ不小于0.005且不大于0.025，以及“a”不小于10μm且不大于35μm時，上述提到的效果被增強(qiáng)。根據(jù)本發(fā)明的GI光纖的制造方法提供了這樣的GI光纖，其在波長λ不小于0.8μm且不大于1.4μm下具有0.019或以上的Δ以及1.5GHz.km或更高的傳輸帶寬；根據(jù)本發(fā)明的GI光纖制造方法提供了GI光纖，在不小于0.8微米和不大于1.3微米的波長具有0.009或者更大的Δ以及3GHz.km或者更大的傳輸帶寬，獲得非常寬的傳輸帶寬。這樣的GI光纖適合用于波分復(fù)用。
雖然上面對本發(fā)明所優(yōu)選的實施例加以說明和示例，但是應(yīng)該理解為這些是本發(fā)明的實例且并不被視為限制性的。可以進(jìn)行添加、忽略、替換及其它修改而不偏離本發(fā)明的實質(zhì)或范圍。因而，本發(fā)明并不被視為受到上述說明的限制，且它僅受所附權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.一種漸變折射率多模光纖包括由石英玻璃制成的芯，所述芯包括中央?yún)^(qū)域和外部外圍區(qū)域；以及在所述芯的外部外圍處所提供的包層，其中所述芯的中央?yún)^(qū)域包含鍺和磷之一，并且所述芯的外部外圍區(qū)域包括氟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的漸變折射率多模光纖，其中所述漸變折射率多模光纖具有滿足下述公式(1)至(4)的折射率分布 n12[1-2Δ2(a0a)a2]=n02]]>n12[1-2Δ1]=n02]]>其中n(r)是光纖在距芯中心的距離r處的折射率，n1是在芯中心處的折射率，Δ是芯相對于包層的最大相對折射率差，“a”是芯的半徑，以及α1是被包含在芯中央?yún)^(qū)域中的鍺和磷之一的折射率分布指數(shù)參數(shù)，α2是被包含在芯的外部外圍區(qū)域中的氟的折射率分布指數(shù)參數(shù)，a0是芯的中央和外部外圍區(qū)域之間的距離，以及n0是純石英的折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的漸變折射率多模光纖，其中公式(2)-(4)中的每個折射率分布指數(shù)參數(shù)α1和α2具有在操作波長區(qū)域處將傳輸帶寬最大化的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的漸變折射率多模光纖，其中鍺被包含在芯的中央?yún)^(qū)域中，氟被包含在芯的外部外圍區(qū)域中，芯的直徑是50μm，包層的直徑是125μm，以及在0.8μm和1.1μm之間波長處的傳輸帶寬大于3GHz.km。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的漸變折射率多模光纖，其中鍺被包含在芯的中央?yún)^(qū)域中，氟被包含在芯的外部外圍區(qū)域中，芯的直徑是62.5μm，包層的直徑是125μm，并且在0.85μm和1.1μm之間波長處的傳輸帶寬大于2GHz.km。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的漸變折射率多模光纖，其中磷被包含在芯的中央?yún)^(qū)域中，氟被包含在芯的外部外圍區(qū)域中，芯的直徑是50μm，包層的直徑是125μm，并且在0.8μm和1.3μm之間波長處的傳輸帶寬大于3GHz.km。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的漸變折射率多模光纖，其中磷被包含在芯的中央?yún)^(qū)域中，氟被包含在芯的外部外圍區(qū)域中，芯的直徑是62.5μm，包層的直徑是125μm，并且在0.8μm和1.2μm之間波長處的傳輸帶寬大于2GHz.km。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的漸變折射率多模光纖，其中磷被包含在芯的中央?yún)^(qū)域中，氟被包含在芯的外部外圍區(qū)域中，并且在0.8μm和1.3μm之間波長處的傳輸損耗為2dB/km或更小。
9.一種制造漸變折射率多模光纖的方法，所述漸變折射率多模光纖包括芯和包層并且基本上由石英玻璃制成，所述漸變折射率多模光纖被摻雜有鍺和氟，所述漸變折射率多模光纖具有由下述公式(1)所表達(dá)的折射率分布，所述方法包括形成漸變折射率多模光纖的步驟，其中鍺和氟被摻雜以便于隨波長變化的αi的變化變?yōu)榱?F是由下述公式(5-1)所定義的光纖形狀函數(shù)，F(xiàn)(r)=Σi=122Δi(ra)αi]]>αi是由下述公式(5-2)所定義的每個分布的折射率分布指數(shù)參數(shù)αi=2-2n1N1λΔidΔidλ-125Δ]]>其中Δ為Δ1+Δ2，n1是在芯中心處的折射率，N1是在芯中心處的群折射率，λ是波長，Δi是針對每個折射率分布的芯中心相對于包層的相對折射率差，“a”是芯半徑，且Ii＝1或者2，代表鍺或者氟。
10.由根據(jù)權(quán)利要求9的方法所制造的漸變折射率多模光纖，其中所述漸變折射率多模光纖具有不小于0.005且不大于0.025的相對折射率差Δ，以及不小于10μm且不大于35μm的芯半徑“a”。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的漸變折射率多模光纖，其中相對折射率差Δ為0.019或更大，并且在0.8μm和1.4μm之間波長λ處傳輸帶寬大于1.5GHz.km。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的漸變折射率多模光纖，其中相對折射率差Δ為0.009或更大，并且在0.8μm和1.3μm之間波長λ處傳輸帶寬大于3GHz.km。
13.一種借助于波分復(fù)用技術(shù)的通信方法，包括下述步驟提供根據(jù)權(quán)利要求10的漸變折射率多模光纖；以及借助于使用所述漸變折射率多模光纖的波分復(fù)用進(jìn)行通信。
全文摘要
一種漸變折射率多模光纖包括由石英玻璃所制成的芯，以及在芯的外部外圍處所提供的包層，所述芯具有中央?yún)^(qū)域和外部外圍區(qū)域。所述中央?yún)^(qū)域包含鍺和磷之一，以及所述外部外圍區(qū)域包含氟。
文檔編號G02B6/028GK1595213SQ20041007913
公開日2005年3月16日 申請日期2004年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者官寧, 竹永勝宏, 姬野邦治 申請人:株式會社藤倉