[发明专利]具有高带宽的光纤及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有高带宽的多模光纤的制造方法和多模光纤，特别是涉及通过折射率分布的测量技术制造高带宽多模光纤的方法。

背景技术

光纤光波通信系统在声音和数据传输中扮演着重要的角色。用在通信系统中的光纤可以是单模光纤或者多模光纤。本发明主要涉及制造多模光纤的方法。尽管如此，本发明所公开的方法也可以用于制造单模光纤。

多模光纤包括将整个信号限制在内的芯层和环绕芯层的包层。通常，在芯层和包层之间会间插有阻挡层。多模光纤由预制棒拉制而成，该预制棒可以通过不同的技术加工，比如改良的化学气相沉积法(MCVD)，等离子化学气相沉积法(PCVD)，外部化学气相沉积法(OVD)，气相轴向沉积法(VAD)等等。

光纤的通信性能主要由光损或者衰减以及由色散决定。光损由吸收、散射、不良几何形状或结构缺陷和色散引起，这些导致了光脉冲的拖尾效应，导致噪音。多模光纤中，信号色散是由于色散和模间色散引起的。色散是由于材料本身引起的不同波长的折射率的变化，而模间色散是由于不同传输模式的光程不同。色散被表达为每单位长度的光纤带宽或者每单位长度的最大比特率。

通过设计光纤，使之在芯层区域具有径向变化的折射率分布，可以降低模间色散。折射率(n)的大小已知是自光纤中心起的半径(r)的函数，如以下等式1：

n(r)＝n₁(1-2Δ(r/a)^α)^1/2        (1)

n(r)＝n₂(1-2Δ)^1/2

其中，n₁表示芯层中心的折射率；n₂表示包层的折射率，α表示芯层形状指数，以及Δ表示相对折射率差，如等式2所示：

Δ＝(n₁-n₂)/n₁        (2)

已经发现，多模光纤带宽主要取决于α的值。因此，渐变型光纤的芯层的分布形状为抛物线形，并且当α取1.9～2时可以得到更高的带宽，这取决于波长。该发现绘制在“Optical FiberCommunications vol.1，Fiber Fabrication，Academic Press Inc.，1985，-Tingye Li”的43页图34。该图显示了当α的值小于1.9或者大于2时，多模光纤的带宽将小于500MHz·Km。如果α值选择为等于2(1-Δ)，其中Δ为芯层和包层之间的相对折射率差，那么多模光纤的带宽将更高。

因此，使α值达到该值或者处于在1.9～2.0之间的最大值，将使多模光纤的带宽最大化。上述结果导致了目前公开的方法和所制造的多模光纤的发展。

现有技术美国专利No.4,286,979公开了一种制造具有改进模间色散而产生高带宽的多模光纤的方法。该方法包括差分模延迟测量技术，从而通过适当的折射率结构优化色散。根据此技术，利用单模光纤将光射入多模光纤，其中单模光纤的径向上与多模光纤形状一致。此方法中，对所制造的光纤进行差分模延迟测量，随后制造的光纤的折射率结构被设计成最小化差分模延迟。该随后制造的光纤随后采用此技术再测量，径向折射率梯度因此再次改变。因此，该方法的主要缺点在于，它适用于制造后的光纤而不是制造光线的过程中，也就是说，该方法不适用于作为在生产线制造过程，不能使该技术效率更高、提高或者控制制造工艺以提高生产能力和经济效益。

现有方法的主要局限性在于，技术效益受很难预知的激发模组的限制。在这方法中，单模光纤需具有使在多模光纤内只有有限的子模组激发的特性。这一限制是由于它依赖于子模组的激发，也就是说，它依赖于采用单模光纤激发的差分模延迟测量。

现有方法的另一个局限性是它使得变化的位置处于光纤内径向位置0.1微米。确定光纤测量的径向位置相应的层可能导致确定正确层位置的变化。

已经发现，利用现有技术对光纤测量的分辨率是0.1微米，这比所需的分辨率低得多。此外，如上所述，根据现有方法，折射率[RI]在芯层分布的局部变动在拉伸光纤前不能确定。拉伸后的光纤可能不符合所需的带宽，因此导致光纤废品。

此外，现有方法除了要求利用轮廓分析仪对折射率分布测量，也要求利用差分模延迟装置的分析以矫正所制造的光纤的折射率分布结构。因此，该方法需要额外的设备和技术人力，增加了制造的成本。制造工艺的工序增加也增加了加工的时间。

本发明的必要性