[发明专利]多模光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传输领域，并且更具体地涉及需要宽带宽的短 距离光学传输系统。

背景技术

多模光纤通常用于短距离应用和局域网。与具有8到9μm的直 径和0.12的数值孔径的单模光纤的纤芯相比，多模光纤的纤芯一般 具有约50μm的直径和大于0.2的数值孔径。因此，对于特定波长， 承载相同的信息的多个光学模式沿着光纤同时传播。带宽直接关联 到在光纤的多模纤芯中传播的光学模式的群速度。为了保证宽带宽， 所有模式的群速度需要相同；换言之，针对特定波长，模间色散， 即，最慢模式和最快模式之间的群速度的差应为零，或至少最小化。 多模光纤已经成为标准ITU-T G.651下的国际标准化的对象，ITU-T G.651特别定义了用于涉及光纤间兼容性要求的带宽、数值孔径、纤 芯直径的标准。

为了减小多模光纤中模间色散，自1970年代以来已经提出制造 具有抛物线形纤芯折射率分布的渐变折射率的光纤。此类光纤已经 使用了很多年并且其特性已经特别地在出版物“Multimode theory of graded-core fibers”D.Gloge等，Bell System Technical Journal 1973， pp 1563-1578以及“Pulse broadening in graded-index optical fibers” Olshansky等，Applied Optics，Vol.15，No.2，1976年2月中描述。

渐变折射率分布可以由作为从点到光纤中心的距离r的函数的 该点处的折射率值n之间的关系定义：

n=n11-2Δ(ra)α]]>

其中α≥1；(α→∞对应于阶跃折射率分布)；

n₁，多模纤芯的最大折射率；

a，多模纤芯的半径；以及

Δ=(n12-n02)2n12;]]>

其中n₀是多模纤芯的最小折射率，通常对应于包层(通常由硅 制成)的折射率。

具有渐变折射率的多模光纤因此具有旋转对称的纤芯折射率分 布，从而沿着任何径向，折射率的值从光纤中心向其外围连续减小。 这些曲线通常表示光纤的理论或设置折射率分布，同时光纤的制造 约束可以导致轻微不同的折射率分布。

当光信号在具有渐变折射率的此类纤芯中传播时，不同模式经 历了不同的传播介质，这些介质不同地影响它们的传播速度。通过 调整参数α的值，因此可能在理论上获得对于所有模式实质上相等 的群速度，并且因此获得针对特定波长的减小的模间色散。包括在 1.8和2.2之间的参数α的值通常允许令人满意的模态色散限制。