[发明专利]高带宽的耐辐射多模光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤领域，尤其涉及针对高辐射应用的高带宽多模光纤。

背景技术

传统上，光纤(即，通常由一个或多个包覆层包住的玻璃纤维)包括传输和/或放大光信号的光纤芯以及将光信号限制在纤芯内的光包层。因此，纤芯的折射率n_c通常大于光包层的折射率n_g(即，n_c＞n_g)。

对于光纤，通常根据将折射率和光纤半径相关联的函数的图形外观来分类折射率分布。传统上，在x轴上示出相对于光纤中心的距离r，并且在y轴上示出(半径r处的)折射率和光纤的外包层(例如，外光包层)的折射率之间的差。对于具有阶梯、梯形、α(alpha)或三角形的各种形状的图形，折射率分布被称为“阶梯”分布、“梯形”分布、“α”分布或“三角形”分布。这些曲线通常代表光纤的理论分布或设定分布。然而，制造光纤时的限制可能导致略微不同的实际分布。

一般而言，主要存在多模光纤和单模光纤这两类光纤。在多模光纤中，对于给定波长，几种光模式沿着光纤同时传播。在单模光纤中，信号在光纤中以所引导的基本LP01模式传播，而高阶模式(例如，LP11模式)被大幅衰减。单模玻璃纤维或多模玻璃纤维的直径通常为125微米。多模光纤的纤芯的直径通常约为50微米～62.5微米，而单模光纤的纤芯的直径通常约为6微米～9微米。由于可以以较低的成本获得多模光源、连接器和维护，因此与单模系统相比，多模系统通常不太昂贵。

多模光纤通常用于诸如本地网络或LAN(局域网)等要求宽带宽的短距离应用。多模光纤已经成为ITU-T G.651.1推荐下的国际标准的主题，其中，ITU-T G.651.1推荐特别定义与光纤兼容性的要求有关的标准(例如，带宽、数值孔径和纤芯直径)。

另外，已经采用OM3标准以满足长距离(即，大于300米的距离)的高带宽应用(即，高于1GbE的数据速率)的要求。随着高带宽应用的发展，多模光纤的平均纤芯直径已从62.5微米缩减至50微米。

针对将光纤用于核电厂以及诸如粒子加速实验室和卫星等的辐射富集环境中的关注不断增加。例如，光纤已经用于光数据通信链路、分布式传感器、等离子体诊断以及仪表系统中。在这些应用中，光纤通常经由嘈杂的电磁环境、高的伽玛射线剂量和/或剂量率以及高的中子通量来传输信号。

经由光纤所传输的信号通常遭受在所经过距离内累积的光损耗(即，衰减)。当光纤受到诸如β、α、γ和/或X射线等的电离辐射时，这些传输损耗大幅增加。

一般而言，辐射以如下两种方式影响光纤的光学性质。

第一种方式被称为“辐射引起的衰减”(RIA)，其发生在辐射在光纤的二氧化硅中造成缺陷时。这些缺陷吸收所传输的电磁信号。因此，随着光信号沿着光纤的长度进行传输，辐射引起的吸收使该光信号所经历的衰减增大。

第二种方式被称为辐射引起的折射率变化，其发生在辐射引起光纤的一部分的折射率变化时。这些折射率变化可能损害光纤的带宽，而导致损害光学传输系统的可靠性。因此，辐射富集环境中所使用的光纤应当展现出良好的耐辐射性。

因此，需要一种带宽高且耐辐射性良好的多模光纤。尤其需要一种展现出低的辐射引起的衰减的高带宽多模光纤。

发明内容

在一个实施例中，本发明涉及一种多模光纤，包括：由外包层包住(surround)的中央纤芯，其中，(i)所述中央纤芯的外半径为r₁、(ii)所述中央纤芯具有α折射率分布、(iii)所述中央纤芯相对于所述外包层的最大折射率差Δn₁小于或等于0、以及(iv)在所述外半径r₁处，所述中央纤芯相对于所述外包层的最小折射率差为Δn_end；以及位于所述中央纤芯和所述外包层之间的内部包层，其中，所述内部包层相对于所述外包层的折射率差为负；其中，所述中央纤芯的最大锗浓度为0.1重量百分比以下；所述中央纤芯的平均氯浓度为0.1重量百分比以下；以及在所述外半径r₁处，所述中央纤芯的最小氟浓度为3重量百分比以上。

在另一实施例中，所述内部包层是直接包住(immediately surround)所述中央纤芯的内包层，其中，(i)所述内包层的外半径为r₂，(ii)所述内包层的宽度为w₂，以及(iii)所述内包层相对于所述外包层的负的折射率差为Δn₂。