空分復(fù)用所用的少模光纖的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光纖傳輸領(lǐng)域，并且更具體地設(shè)及空分復(fù)用所用的改進(jìn)的少模(few? mode) 光纖設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)上，光纖包括傳輸光信號(hào)的光纖忍W及將光信號(hào)限制在光纖忍內(nèi)的光包層。 為此，纖忍的折射率η。大于包層的折射率nei。通常，光纖的特征由使折射率(η)與光纖的半 徑(r)相關(guān)聯(lián)的折射率分布來(lái)描述:在X軸上示出相對(duì)于光纖中屯、的距離r，并且在y軸上示 出半徑r處的折射率n(r)與光包層的折射率nci之間的差化。
[0003] 如今，主要存在多模光纖和單模光纖運(yùn)兩類光纖。在多模光纖中，對(duì)于給定波長(zhǎng)， 多個(gè)光模式沿著光纖同時(shí)傳播，而在單模光纖中，高階模下稱為H0M)是進(jìn)行了截除或高 度衰減的。
[0004] 單模光纖通常用于諸如接入網(wǎng)或城域網(wǎng)等的長(zhǎng)距離應(yīng)用。為了獲得能夠傳輸單模 光信號(hào)的光纖，需要直徑相對(duì)較小的纖忍(通常為扣m~Ι?μπι)。為了滿足高速或高比特率的 應(yīng)用（例如aOGbps)的要求，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖需要使用被調(diào)諧成通常Wl550nm的波長(zhǎng)進(jìn)行工 作的調(diào)制單模激光發(fā)射器。然而，單模光纖遭受非線性問題，而運(yùn)成為光纖傳輸容量的主要 限制。
[0005] 多模光纖通常用于諸如局域網(wǎng)(LAN)和多住戶單元(MDU)等(更通常已知為建筑物 內(nèi)網(wǎng)絡(luò)）的要求高帶寬的短距離應(yīng)用。多模光纖的纖忍的直徑通常為50皿或62.5皿。電信中 最普遍的多模光纖是漸變折射率分布光纖。通過使模間色散（即，沿著光纖的光模式的傳播 延遲時(shí)間或組速度之間的差，還被稱為差分模式組延遲即DMGD)最小化，運(yùn)種折射率分布針 對(duì)給定波長(zhǎng)保證高的模式帶寬。
[0006] 由于經(jīng)由光纖網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)持續(xù)呈指數(shù)增長(zhǎng)，因此針對(duì)特別是跨越長(zhǎng)距離的不 斷增長(zhǎng)的每光纖業(yè)務(wù)的需求不斷增加。為此，開發(fā)了使得多個(gè)單獨(dú)數(shù)據(jù)流能夠共用同一光 纖的復(fù)用技術(shù)。在運(yùn)些技術(shù)中，有前景的一個(gè)方法是空分復(fù)用(SDM)，其中在空分復(fù)用中，利 用單個(gè)光纖所引導(dǎo)的多個(gè)光信號(hào)模式各自來(lái)提供該光纖內(nèi)的多個(gè)數(shù)據(jù)通道。
[0007] 運(yùn)種技術(shù)要求開發(fā)被稱為少模光纖的新型光纖，其中運(yùn)些新型光纖支持一個(gè)W上 的空間模式，但比多模光纖所支持的空間模式少。PCT專利文獻(xiàn)W02011/094400中特別討論 的運(yùn)種少模光纖支持約2~50個(gè)模式。運(yùn)些少模光纖可被配置成不存在多模光纖中所發(fā)生 的模式色散問題。
[000引使用少模光纖(FMF)的空分復(fù)用傳輸由于有可能使單模傳輸?shù)娜萘吭龃笠褂玫?模式的數(shù)量倍，因而近來(lái)受到極大關(guān)注。
[0009]少模光纖的設(shè)計(jì)的一個(gè)方法包括使差分模式組延遲(DMGD，即空間復(fù)用所使用的 導(dǎo)模(guided mode)的各個(gè)到達(dá)時(shí)間的差)最小化，由此可W與作為連接長(zhǎng)距離的限制因素 其中之一的模禪合現(xiàn)象無(wú)關(guān)地使用復(fù)雜的2NX2N(N是空間模式的總數(shù)，即包括LP(線偏振） 模簡(jiǎn)并）的ΜΙΜΟ技術(shù)來(lái)同時(shí)檢測(cè)所有的模式。然而，該優(yōu)化在LP模的數(shù)量增加的情況下，變 得越來(lái)越難。
[0010] 然而，要注意，可W通過使有效折射率差接近的LP模成組、并且檢測(cè)LP模的組而不 是單個(gè)LP模，來(lái)使用不太復(fù)雜的ΜΙΜΟ技術(shù)。
[0011] 在US 2013/0071114專利文獻(xiàn)中公開了第一個(gè)已知解決方案，其中該解決方案描 述了適合用在模分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)中的少模光纖。運(yùn)種光纖具有單一阿爾法(α)漸變折射 率纖忍，其中：該纖忍的半徑為Ri(在所公開的實(shí)施例中，Ri的值高達(dá)11.4μπ〇,其中在波長(zhǎng) 1550nm的情況下，阿爾法值大于或等于約2.3且小于約2.7; W及該纖忍的最大相對(duì)折射率 A 1MAX為相對(duì)于包層的約0.3%~約0.6%。該光纖還具有大于約90μηι2且小于約160μηι2的有 效面積。包層的最大相對(duì)折射率A 4ΜΑΧ滿足A 1ΜΑΧ〉A(chǔ) 4ΜΑΧ，并且在波長(zhǎng)1550nm的情況下，LP01 模和LP11模之間的差分組延遲小于約0.5ns/km。
[0012] 然而，根據(jù)該第一個(gè)已知解決方案，纖忍和包層在大于1500nm的波長(zhǎng)的情況下僅 支持LP01模和LP11模，而運(yùn)與針對(duì)每光纖傳輸容量的不斷增加的需求相比模式數(shù)量過少。
[0013] 在US 2013/007115中公開了第二個(gè)已知解決方案，其中該解決方案公開了針對(duì)少 模光纖的另一具體設(shè)計(jì)。然而，如US 2013/0071114中所公開的第一個(gè)已知解決方案那樣， 該第二個(gè)已知解決方案還包括僅支持兩個(gè)導(dǎo)模的FMF。
[0014] 其它已知設(shè)計(jì)已得到支持多達(dá)4個(gè)或甚至6個(gè)模式的FMF。
[0015] 因而，PCT專利文獻(xiàn)W0 2012/161809公開了包括具有漸變折射率分布的被包層包 圍的纖忍的少模光纖，其中該漸變折射率分布被構(gòu)造成在抑制不期望的模式的情況下，支 持多個(gè)期望的信號(hào)承載模式的傳播。纖忍和包層被配置成:不期望的模式各自的有效折射 率接近或小于包層折射率，使得不期望的模式是泄漏模（leaky mode)。有效折射率最低的 期望模式和有效折射率最高的泄漏模之間的折射率間距足夠大，W基本防止運(yùn)兩者之間的 禪合。在示例中示出支持多達(dá)4個(gè)模式的FMF。
[0016] US 2012/0328255專利文獻(xiàn)公開了如下的少模光纖，其中該少模光纖包括玻璃纖 忍W及包圍該玻璃纖忍并與該玻璃纖忍直接接觸的玻璃包層。玻璃纖忍可W包括:約祉m~ 約13WI1的半徑Ri;波長(zhǎng)1550nm處的阿爾法值為約1.9~約2.1的漸變折射率分布；W及最大 相對(duì)折射率ΔlMAx為相對(duì)于玻璃包層的約0.6%~約0.95%。1550nm處的L01模的有效面積 可W為80μπι2~105μπι2,使得纖忍支持具有X個(gè)LP模的光信號(hào)在波長(zhǎng)1550nm處的傳播和傳輸， 其中X是大于1且小于10的整數(shù)。玻璃包層可W包括的最大相對(duì)折射率Α4ΜΑΧ滿足Διμαχ〉 A 4ΜΑΧ。在示例中示出支持多達(dá)6個(gè)模式的FMF。
[0017] 盡管運(yùn)些設(shè)計(jì)很有前景，但運(yùn)些設(shè)計(jì)不能按期望的程度減小差分模式組延遲，因 此給傳輸系統(tǒng)距離帶來(lái)了限制。另外，運(yùn)兩個(gè)文獻(xiàn)中所公開的分布不夠優(yōu)化W確保低彎曲 損耗和高泄漏損耗，然而低彎曲損耗和高泄漏損耗對(duì)于FMF而言是重要問題。實(shí)際上，與FMF 有關(guān)的已知文獻(xiàn)均未解決設(shè)計(jì)呈現(xiàn)低彎曲損耗和高泄漏損耗的少模光纖運(yùn)一問題。
[0018] 因此，存在針對(duì)差分模式組延遲小、彎曲損耗低且泄漏損耗高的引導(dǎo)4個(gè)LP模W上 的少模光纖的設(shè)計(jì)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中，提出一種光纖，包括光纖忍和包圍所述光纖忍的 光包層，所述光纖忍具有α含1的單一α漸變折射率分布，其中α是定義所述光纖忍的折射率 分布形狀的無(wú)量綱參數(shù)，并且所述光纖忍具有半徑Ri和最大折射率no,所述光包層在外邊緣 處具有折射率nci。所述光包層包括包圍所述光纖忍的、被稱為槽(trench)的、具有凹型折射 率ntrench的區(qū)域，所述槽具有內(nèi)半徑R2和外半徑化，其中化含Rl，并且化〉化。
[0020] 所述光纖如下:所述光纖忍的半徑Ri滿足通過W下等式所定義的光通信的質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn)C:
[0021]
[0022] 其中：DMGD是所述光纖中的兩個(gè)導(dǎo)模之間的差分模式組延遲;Max IDMGDI是導(dǎo)模的 任何組合之間的DMGD的最大絕對(duì)值，W及化i = n〇-nci是λ = λ〇處的纖忍-包層折射率差，其中 是所述光纖期望的工作波段的中屯、傳輸波長(zhǎng)。此外，選擇所述漸變折射率分布的α值和所 述光纖忍的半徑Ri，W使得化Μ3.5μπι并且C。8。
[0023] 如運(yùn)里所使用的，并且除非另外規(guī)定，否則術(shù)語(yǔ)"單一α漸變折射率分布"是指具有 如下定義的折射率分布n(r)的光纖忍：
[0024]
[0025] 其中；
[0026] r是表示光纖的半徑的變量；
[0027] 化是光纖忍半徑；
[00巧]Δ是歸一化折射率差，其中
[0029] m是光纖忍的最小折射率；
[0030] no是光纖忍的最大折射率；
[0031] α是定義光纖忍的折射率分布形狀的無(wú)量綱參數(shù)。
[0032] 阿爾法參數(shù)α = 2與反拋物線相對(duì)應(yīng)。阿爾法參數(shù)α = 1與Ξ角形形狀相對(duì)應(yīng)，而阿 爾法參數(shù)α = 〇〇與階躍函數(shù)相對(duì)應(yīng)。
[0033] 折射率的漸變可W被定制為減少低損耗纖忍引導(dǎo)模式之間的組速度不匹配。
[0034] 因而，通過使?jié)u變折射率纖忍的α值和纖忍直徑相適應(yīng)，W滿足上述等式所定義的 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明提供一種少模光纖，其中該少模光纖使得能夠在達(dá)到最低差分模式組延 遲的情況下，引導(dǎo)與現(xiàn)有技術(shù)的FMF相比數(shù)量有所增加的LP模。運(yùn)種低DMGD使得能夠與模禪 合現(xiàn)象無(wú)關(guān)地使用2ΝΧ2Ν(Ν是空間模式的總數(shù)，即包括LP模簡(jiǎn)并）的ΜΙΜ0Γ多輸入多輸 出"）技術(shù)來(lái)同時(shí)檢測(cè)所有模式。因而，系統(tǒng)距離相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)有所增加。
[0035] 然而，要注意，還可W使用不太復(fù)雜的ΜΙΜΟ技術(shù)來(lái)檢測(cè)呈現(xiàn)接近的有效折射率差 的模式的組而不是單獨(dú)檢測(cè)所有模式。
[0036] 與諸如US 2012/0328255專利文獻(xiàn)、US 2013/0071114專利文獻(xiàn)和US 2013/ 0071115專利文獻(xiàn)所公開的技術(shù)等的現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)相比，具有纖忍半徑Ri> 13.5μπι使得 能夠引導(dǎo)數(shù)量更多的模式。
[0037] 此外，凹槽輔助型光纖通過改進(jìn)纖忍內(nèi)的光模式的限制，使得宏彎曲損耗減少。因 而，在滿足標(biāo)準(zhǔn)Ri>13.5皿且C<18的少模光纖的包層中添加槽，運(yùn)使得能夠顯著改善DMGD 和彎曲損耗之間的權(quán)衡，其中運(yùn)種