[发明专利]多模光纤和光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传输领域，尤其涉及多模光纤(MMF)。多模光纤特别用于要求大带宽的短距离传输系统。

背景技术

传统上，光纤包括光纤芯和光包层，其中，光纤芯的功能是传输光信号并可能地放大光信号，光包层的功能是将光信号限制在光纤芯内。为此，纤芯的折射率n_c和外包层的折射率n_g具有如下的关系，即n_c＞n_g。

对于短距离应用和本地网络，频繁使用多模光纤。与单模光纤的纤芯的直径约为6μm相比，多模光纤的纤芯的直径为50μm以上。因此，对于给定波长，几种光模式沿着光纤同时传播以传输相同的信息。带宽与在光纤的多模纤芯中传播的光模式的群速度(group velocity)直接相关。为了确保大带宽，所有模式的群速度必须都相同，即对于给定波长，模间色散必须为零或者至少被最小化。直径为50μm的多模光纤已经成为标准ITU-T G.651下的国际标准的主题，其中，标准ITU-T G.651针对光纤间兼容性的要求具体定义了关于带宽、数值孔径和纤芯直径的标准。

对于光纤，通常将折射率分布限定为与用于标绘使折射率和光纤半径相关联的函数的图形的轨迹相关。传统上，沿着横轴示出相对于光纤中心的距离r，并且沿着纵轴示出光纤芯的折射率和光纤包层的折射率之间的差。因此，对于具有阶梯、梯形、三角形或渐变形的各个形状的图形，折射率分布被称为“阶梯”分布、“梯形”分布、“三角形”分布或“α(alpha)”分布。这些曲线通常代表光纤的理论分布或设定分布，其中，制造光纤时的限制可能导致不同的分布。

在阶梯折射率的光纤中，不同的模式以不同的速度沿着光纤传播，这造成光脉冲的扩散，而光脉冲的扩散可能与脉冲间的间距相当并且导致不能接受的错误率。为了减小多模光纤的模间色散，已提出了制造具有“α”纤芯分布的折射率渐变的光纤。这种光纤已经使用了很多年，并且在D.Gloge等人发表的“Multimode theory of graded-core fibres”，Bell System Technical Journal，1973pp 1563-1578、以及G.Yabre发表的出版物“Comprehensive theory of dispersion in graded-index optical fibers”，Journal of Lightwave Technology，February 2000，vol.18，No.2，pp 166-177中已具体描述了这种光纤的特性。

可以将一般的渐变折射率分布定义为某一点处的折射率值n相对于从该点到光纤中心的距离r之间的关系。

n(r)=n01-2Δ(ra)α---(1)]]>

其中，α≥1；(α→与阶梯折射率相对应的∞)

n₀是多模纤芯的最大折射率；

a是多模纤芯的半径；以及