專利名稱：?jiǎn)文９饫w中的彎曲不敏感性的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單模光纖，并且更具體地，涉及降低此類光纖中的彎曲敏感性。本發(fā)明 還涉及不僅彎曲相對(duì)不敏感、而且與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖有效地模式匹配和/或具有有效截止高 階橫模的光纖設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
與例如在陸地線、海底和地鐵系統(tǒng)中使用的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖相比，通常位于更接近 用戶的位置的接入光纖(access fiber)包括光纖到家(FTTH)、跨接線纜、和FTTx光纖(例 如光纖到路邊、室內(nèi)布線)。接入光纖不僅必須以低損耗、可靠的方式與向被接入的位置 (例如家庭、企業(yè)、或其它設(shè)施)載送光學(xué)信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(SMF)接合，而且必須對(duì)許多 接入光纖應(yīng)用中所固有的彎曲效應(yīng)相對(duì)不敏感。更具體地說(shuō)，SMF(標(biāo)準(zhǔn)階躍折射率，standard step index)常常具有約8 11 的芯直徑。作為例證，這種類型的SMF符合國(guó)際電信聯(lián)盟-電信區(qū)推薦G. 652。這種類型 的典型光纖稱為SMF 28，可從紐約科寧的Corning公司購(gòu)買到。對(duì)于此范圍內(nèi)的直徑和約 0. 005 0. 007的芯-包層折射率差異(index contrast)，此類SMF通常具有在約1300nm 的波長(zhǎng)下為約55 70 μ m2和在約1550nm的波長(zhǎng)下為約70 90 μ m2的有效基橫模場(chǎng)面積 (Arff)。為了將此類SMF有效地耦合(接合)到接入光纖，接入光纖的Arff應(yīng)當(dāng)實(shí)際上盡可 能地接近SMF的Arff。然而，另外，例如在墻壁的拐角附近以及在布線管或管道中，某些接入光纖可能必 須彎曲。在許多應(yīng)用中，所要求的接入光纖的彎曲半徑可以約為4 15mm，并且在某些情況 下下限可能反映甚至更為緊密(tight)的彎曲(例如2 3mm半徑)。然而，當(dāng)光纖如此嚴(yán) 重地彎曲時(shí)，光學(xué)損耗可能增加至不可接受的水平。特別地，標(biāo)準(zhǔn)SMF的基橫模所經(jīng)歷的光學(xué)損耗在光纖處于直的狀態(tài)(或僅僅略微彎曲)時(shí)可能在系統(tǒng)規(guī)格內(nèi)，而在該光纖彎曲過(guò) 度時(shí)常常高得多且在規(guī)格之外。另外，如果光學(xué)信號(hào)包含任何高階橫模(HOM)，則此類HOM 所經(jīng)歷的彎曲損耗甚至比基橫模所遭遇的彎曲損耗更高。然而，本質(zhì)上，具有與標(biāo)準(zhǔn)SMF的Arff匹配的Arff并且/或者具有HOM有效截止的 接入光纖的設(shè)計(jì)常常與在典型接入環(huán)境中實(shí)現(xiàn)低彎曲損耗的設(shè)計(jì)相沖突。因此，本領(lǐng)域中仍需要一種在彎曲至約4 15mm的半徑時(shí)具有相對(duì)低的彎曲損耗 并同時(shí)具有與標(biāo)準(zhǔn)SMF的Arff匹配的Arff并且/或者具有HOM有效截止的接入光纖設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種對(duì)彎曲損耗相對(duì)不敏感的光纖包括被配置為支持 并引導(dǎo)基橫模的光傳播的芯區(qū)和包層區(qū)，所述包層區(qū)包括(i)外包層區(qū)，其具有小于芯區(qū) 的折射率，(ii)環(huán)形包層基座(pedestal)區(qū)，其具有比外包層區(qū)高且與芯區(qū)相當(dāng)?shù)恼凵?率，以及(iii)設(shè)置在所述芯區(qū)與所述基座區(qū)之間的環(huán)形包層內(nèi)溝槽區(qū)，所述內(nèi)溝槽區(qū)具 有小于外包層區(qū)的折射率。在可選實(shí)施例中，所述包層區(qū)還包括(iv)設(shè)置在所述基座區(qū)與 所述外包層區(qū)之間的環(huán)形包層外溝槽區(qū)，所述外溝槽區(qū)具有小于所述外包層區(qū)的折射率。 在這些實(shí)施例中的任何一個(gè)中，為了抑制Η0Μ，所述基座區(qū)被配置為將芯區(qū)的至少一個(gè)其它 橫模與所述基座區(qū)的至少一個(gè)橫模諧振地耦合。依照本發(fā)明設(shè)計(jì)的光纖具有相對(duì)低的彎曲敏感度并有利地被用作接入光纖，但可 以具有其它應(yīng)用，諸如在傳感器或在交通工具中使用的光纖。


通過(guò)結(jié)合附圖進(jìn)行的以下更詳細(xì)說(shuō)明，可以容易地理解本發(fā)明及其各種特征和優(yōu) 點(diǎn)，在附圖中圖IA是依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光纖的示意性橫截面圖；圖IB是圖IA的光纖的折射率分布(profile)的示意性圖表；圖IC是依照本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖IA的光纖的另一修改類型(其中外溝槽較 淺)的折射率分布的示意性圖表；圖ID是依照本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖IA的光纖的一種修改類型(其中已省略外 溝槽)的折射率分布的示意性圖表；圖IE是依照本發(fā)明的又一實(shí)施例的光纖的示意性橫截面圖，其中基座區(qū)(或環(huán)) 具有折射率降低氣孔和/或折射率升高內(nèi)含物圖IF是依照本發(fā)明的又一實(shí)施例的光纖的示意性橫截面圖，其中溝槽包括氣孔；圖IG是依照本發(fā)明的另一實(shí)施例的光纖的示意性橫截面圖，所述光纖包 括多個(gè)基座區(qū)(或環(huán))和外環(huán)附近的環(huán)形散射(或吸收)區(qū)以提高模辨別力(mode discrimination)；圖2是用來(lái)描述Arff如何隨著芯區(qū)的折射率差異(Δη)而變的階躍折射率光纖 (SIF)的折射率分布的示意性圖表；圖3是用來(lái)描述Arff如何隨著芯區(qū)的寬度(例如直徑，D)而變的SIF的折射率分 布的示意性圖表；
圖4示出具有用來(lái)抑制高階模(HOM)的環(huán)形包層區(qū)的SIF的折射率分布的示意性 圖表；圖4A說(shuō)明直的光纖的情況；圖4B說(shuō)明彎曲光纖的情況；圖5是依照?qǐng)DIA和IB的設(shè)計(jì)制造的光纖的折射率分布的圖表；圖6是依照?qǐng)DIA和IB的設(shè)計(jì)制造的另一光纖的折射率分布的圖表；圖7是描述本發(fā)明的接入光纖的一般化應(yīng)用的示意性方框圖；圖8是依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例對(duì)于理想雙溝槽光纖的選定模，限制 (confinement)(隧道)損耗相對(duì)于波長(zhǎng)的圖表，其顯示出寬波長(zhǎng)范圍上的HOM抑制；以及圖9是在1300nm下的彎曲損耗相對(duì)于MFD的圖表，其將兩個(gè)現(xiàn)有技術(shù)光纖設(shè)計(jì)類 的數(shù)值性能與依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的雙溝槽環(huán)形設(shè)計(jì)進(jìn)行比較。前述附圖中的各個(gè)附圖被示意性地示出，其中它們不是按比例繪制和/或?yàn)榱死?示的簡(jiǎn)單和明了，未包括所述實(shí)際光纖或產(chǎn)品的所有細(xì)節(jié)。特別地，圖1 6的折射率分布 是可在光纖中觀察到的折射率的實(shí)際變化的平均值。雖然前述(及以下)討論中的術(shù)語(yǔ)半徑的使用暗示各種區(qū)域(例如芯、支架 (shelf)、基座或環(huán)、溝槽、氣孔、內(nèi)含物)的橫截面是圓形和/或環(huán)形的，但實(shí)際上，這些區(qū) 域可以是非圓形的；例如它們可以是橢圓形、多邊形、或其它更復(fù)雜的形狀。然而，如本領(lǐng)域 中常見(jiàn)的那樣，我們?yōu)楹?jiǎn)單和明了起見(jiàn)使用術(shù)語(yǔ)半徑。在下文中，術(shù)語(yǔ)“?！睂⒁庵笝M模，而術(shù)語(yǔ)折射率將意指折光率。
具體實(shí)施例方式用于典型實(shí)際應(yīng)用的光學(xué)接入光纖的設(shè)計(jì)包括三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的要求的考慮(i) 對(duì)于預(yù)定范圍(例如4 15mm)內(nèi)的彎曲半徑的相對(duì)低的彎曲損耗(即低彎曲敏感度)； (ii)HOM的抑制(即對(duì)于要抑制的HOM的相對(duì)低截止波長(zhǎng))；以及(iii)與標(biāo)準(zhǔn)SMF的模面 積匹配(例如到諸如可從上述Corning購(gòu)買到的SMF 28等標(biāo)準(zhǔn)光纖的良好連接和/或接
合)ο光纖設(shè)計(jì)_彎曲不敏感性考慮現(xiàn)在參照?qǐng)DIA和1B，依照本發(fā)明的一個(gè)方面的光纖10具有相對(duì)低的彎曲損耗，并 同樣地適合于各種接入或傳感器光纖應(yīng)用。光纖10包括被包層區(qū)14圍繞的芯區(qū)12，芯和 包層區(qū)被配置為沿著基本上位于芯區(qū)12的中心處的縱軸16軸向地支持并引導(dǎo)信號(hào)光(輻 射)的傳播。雖然信號(hào)光實(shí)際上可以在其沿著光纖10傳播時(shí)與軸16交叉，但在本領(lǐng)域中應(yīng)理 解的是一般傳播方向被適當(dāng)?shù)孛枋鰹檠刂S16。此外，雖然芯區(qū)12被示意性地描述為具有圓形橫截面(常常是優(yōu)選形狀)，但如上 文所討論的，其還可以具有諸如橢圓形或多邊形的其它橫截面形狀。通常，用Arff來(lái)表征模 尺寸，但對(duì)于典型SMF的圓形芯橫截面，還可以使用模場(chǎng)直徑(MFD)。另外，雖然芯區(qū)12被描繪成具有雙層分布(即具有兩個(gè)基本上恒定或均勻的折射 率區(qū)的分布)，但還可以具有階躍折射率、多階、或漸變折射率分布。這種類型的光纖通常由玻璃(例如石英)制成，其中，如本領(lǐng)域中眾所周知的那 樣，由在光纖的制造期間結(jié)合在其中的摻雜劑(例如P、Al、Ge、F)的量和類型來(lái)控制芯區(qū) 和包層區(qū)的折射率。如下文所討論的，這些折射率以及芯/包層區(qū)的厚度/直徑?jīng)Q定光纖
7的重要工作參數(shù)。依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，包層區(qū)14包括環(huán)形外包層區(qū)14. 4、環(huán)形折射率提高基 座區(qū)14. 1、設(shè)置在芯區(qū)12. 1與基座區(qū)14. 1之間的環(huán)形折射率降低的內(nèi)溝槽區(qū)14. 2、以及 設(shè)置在基座區(qū)14. 1與外包層區(qū)14. 4之間的環(huán)形折射率降低的外溝槽區(qū)14. 3?；鶇^(qū)14. 1 的折射率(npJ高于外包層區(qū)14. 4的折射率(n。ut)。此外，內(nèi)溝槽區(qū)和外溝槽區(qū)兩者的折射 率(ntri、ntJ低于外包層區(qū)14. 4的折射率；也就是說(shuō)，nped > nout,ntri < n。ut，且ntr。< n。ut。 如下文所討論的，一般是光纖10、且特別是基座區(qū)14. 1被配置為抑制預(yù)選Η0Μ。通常，內(nèi)溝槽區(qū)和外溝槽區(qū)提供對(duì)各種光纖模的限制?？梢杂帽磉_(dá)式(nte-n。ut)tte 來(lái)量化對(duì)任何接近截止的模的限制的量或水平，其中nte和tte是溝槽區(qū)的折射率和厚度。 優(yōu)選地，由每個(gè)溝槽區(qū)提供的此類限制的水平滿足以下條件0. 5 < [ (ntri-nout) ttri] / [ (ntr。_n。ut) ttro] < 2.0,(la)其中ttei和tte。分別是內(nèi)溝槽區(qū)和外溝槽區(qū)的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，芯區(qū)12包括徑向地被環(huán)形外芯區(qū)(或支架區(qū))12. 2圍繞的內(nèi)芯 區(qū)12. 1。內(nèi)芯區(qū)12. 1的折射率大于外芯區(qū)12. 1的折射率；也就是說(shuō)n。。re > nshlf。支架區(qū) 12. 2是可選的，但在某些情況下可能是優(yōu)選的。在省略了支架區(qū)的設(shè)計(jì)中，芯區(qū)12將簡(jiǎn)單 地只包括內(nèi)芯區(qū)12. 1，內(nèi)溝槽區(qū)14. 2的厚度增加被省略的支架區(qū)的寬度。如下文所討論 的，在任一種情況下，芯區(qū)12被配置為產(chǎn)生與標(biāo)準(zhǔn)SMT的Arff匹配的基模Arff。當(dāng)然，彎曲損耗應(yīng)盡可能低。特別地，對(duì)于在約4 15mm的范圍內(nèi)的任何彎曲半 徑，其在重要工作波長(zhǎng)(例如1300nm、1550nm、以及1650nm)的彎曲損耗應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)SMF的 彎曲損耗。為此，至少一個(gè)溝槽區(qū)14.2、14.3(且優(yōu)選地兩者)應(yīng)提供比標(biāo)準(zhǔn)51^的總差異 高得多的總差異(total contrast) 0作為示例，SMF 28具有約0. 005的總差異。依照本發(fā) 明的一個(gè)實(shí)施例，由下式給出光纖10的總差異I ntri-nc。re | > 0. 007，和 / 或(1)ntro-ncore| > 0.007(2)作為示例，對(duì)于除圖IC的淺溝槽實(shí)施例之外的本發(fā)明的所有實(shí)施例來(lái)說(shuō)，公式 (1)的至少內(nèi)溝槽-芯差異約為0. 008 0. 020，優(yōu)選地，內(nèi)溝槽-芯差異和外溝槽-芯差 異兩者均滿足此條件。另外，外包層區(qū)14. 4與外溝槽區(qū)14. 3之間的界面14. 5的半徑對(duì)于4 15mm的 彎曲半徑來(lái)說(shuō)應(yīng)在約17 23 μ m(在下述淺溝槽設(shè)計(jì)中17 30 μ m)范圍內(nèi)，并且芯和基 座區(qū)的折射率相當(dāng)；也就是說(shuō)ncore-nped| < 0.003(2a)如圖IB所示，光纖10的外溝槽區(qū)14. 3被描述成相對(duì)較窄(徑向厚度ttJ且相 對(duì)較深(折射率nte。<<n。ut)。關(guān)于“深”，我們意指11&。低于n。ut超過(guò)約0.0020。外溝槽 區(qū)的窄度不是關(guān)鍵的。相反，在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，如圖IC的折射率分布所示，光纖IOc的外溝槽區(qū) 14. 3c較淺。關(guān)于“淺”，我們意指1^。低于n。ut少于約0.0020。較淺的溝槽區(qū)14. 3c被期 望來(lái)改善可制造性，這是因?yàn)榭梢允褂孟蛳聯(lián)诫s基底管(例如F摻雜石英(玻璃)基底管) 而不是汽相沉積玻璃來(lái)形成外溝槽?；坠艿氖褂脤p少制造光纖IOc所需的汽相沉積玻 璃的量，從而降低制造成本。
另外，圖IC還將淺溝槽區(qū)14. 3c描繪為比內(nèi)溝槽區(qū)14. 2c寬，但如圖IB的設(shè)計(jì)的 情況一樣，外溝槽區(qū)14. 3c的寬度不是關(guān)鍵的。乍看起來(lái)此淺溝槽設(shè)計(jì)違反由公式(Ia)定義的設(shè)計(jì)原理；也就是說(shuō)，由每個(gè)溝槽 提供的限制的水平應(yīng)大致相同。在大部分的設(shè)計(jì)空間中，將高度限制(深)內(nèi)溝槽與限制 少得多的(較淺)外溝槽組合提供相對(duì)差的HOM抑制，這部分是因?yàn)榛鶇^(qū)14. 1的環(huán)形模 變得損耗過(guò)多且與芯模過(guò)于隔離，如下所討論的，這正好妨礙底座區(qū)的目的(Η0Μ抑制)。然 而，發(fā)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)空間，其中盡管具有兩個(gè)限制水平大不相同的溝槽，但仍獲得良好的性 能；也就是說(shuō)，其中[ (ntri-nout) ttri] / [ (ntr。_n。ut) ttro] > 2.0,(2b)作為示例，公式(2b)的左側(cè)例如在約5 9的范圍內(nèi)。在此設(shè)計(jì)空間中，基座模 不是很好地局限于基座區(qū)；也就是說(shuō)，它們擴(kuò)展至外溝槽區(qū)且由于遂穿至外包層中而具有 大的損耗。對(duì)基座模的不良限制趨向于劣化這些光纖的HOM抑制性能，但是這個(gè)缺點(diǎn)被這 些設(shè)計(jì)的提高的彎曲損耗性能平衡。當(dāng)彎曲時(shí)，光纖的基座模變得損耗極大，使得光纖容易 不受下面參照?qǐng)D4B討論的災(zāi)難性損耗效應(yīng)的影響。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，如圖ID的光纖IOd所示，完全可以將外溝槽省略，因此 假想地示出外溝槽14. 3d。在這種情況下，基座區(qū)(或環(huán))14. Id位于緊鄰著外包層14. 4d的 位置。在此類設(shè)計(jì)中，我們認(rèn)識(shí)到即使光纖松散(loose)彎曲也可能產(chǎn)生來(lái)自基座模的隧 道損耗。實(shí)際上，如果在光纖輕輕彎曲(通常具有約40mm的彎曲半徑)時(shí)顯示出大的損耗 的話，關(guān)于截止的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量和實(shí)踐考慮被有效抑制的高階模。為了在松散彎曲的條件下提 供有效的HOM抑制，不需要提供第二溝槽，通過(guò)該第二溝槽基座?？梢孕纬伤淼?tunnel)。 作為替代，可以將基座區(qū)設(shè)計(jì)為使得基座模在與截止測(cè)量(40mm半徑)相關(guān)的松散彎曲中 顯示充分的彎曲損耗。換句話說(shuō)，可以認(rèn)識(shí)到?jīng)]有外溝槽的同樣制造的光纖在實(shí)際上具有 淺外溝槽的松散彎曲操作中導(dǎo)致等效的折射率。在這些實(shí)施例中的任何一個(gè)中，可以通過(guò)在汽相沉積期間將折射率增加摻雜劑 (例如石英中的P、Al、Ge)引入到基座區(qū)中來(lái)以先前眾所周知的方式形成基座區(qū)(或環(huán))。 如圖IA IB的光纖10所示，在光纖的每個(gè)半徑橫截面中，環(huán)14. 1將具有沿圓周基本上均 勻的折射率。然而，如圖IE的光纖IOe所示，可以借助于諸如折射率降低氣孔30. 1,30.2 和/或折射率升高內(nèi)含物40. 1,40. 2、40. 3等縱向延伸、徑向定位的眾所周知的特征使得環(huán) 14. Ie的折射率沿圓周方向不均勻。對(duì)于芯、環(huán)和溝槽，這些各種可以具有包括圓形(30. 1、 40. 1)、橢圓形(30.2、40.2 40. 3)和多邊形(未示出)的各種橫截面形狀。在此類設(shè)計(jì)中， HOM抑制的原理仍是基座模在它們的有效折射率接近于相同時(shí)有效地耦合到不希望的芯引 導(dǎo)模?？梢允褂糜糜诰哂腥我鈾M截面的光纖的標(biāo)準(zhǔn)方法來(lái)計(jì)算基座模的有效折射率并使其 折射率匹配，因此該設(shè)計(jì)在概念上與具有基本上均勻或恒定的折射率的環(huán)面的特定情況相 同。然而，對(duì)具有理想形狀的特征的使用可以提供優(yōu)點(diǎn)；例如，它們可以在比對(duì)于均勻折射 率環(huán)面來(lái)說(shuō)可能的波長(zhǎng)范圍更寬的波長(zhǎng)范圍上提供折射率匹配。作為選擇，所述基座區(qū)可以是虛擬環(huán)；也就是說(shuō)，環(huán)14e不需要具有通過(guò)在汽相沉 積期間的標(biāo)準(zhǔn)摻雜形成的經(jīng)明確限定的圓周(環(huán)形)邊界。作為替代，可以完全通過(guò)適當(dāng) 地設(shè)置以下特征，即氣孔、內(nèi)含物或這兩者的陣列來(lái)形成基座區(qū)。以類似方式，如圖IOF的光纖IOf所示，內(nèi)溝槽14. 2f和/或外溝槽14. 3f可以包括經(jīng)適當(dāng)分開(kāi)的氣孔陣列，其減小傳播信號(hào)模所見(jiàn)到的有效折射率。最后，在圖IG中描繪的光纖IOg還可以包括多個(gè)環(huán)14. Ig和14. 6g。出于圖解的 目的，只示出了兩個(gè)這種環(huán)。此外，包括散射或吸收中心的損耗區(qū)14. 7g(例如與外環(huán)14. 6g 相鄰)可能是有利的。將損耗區(qū)14. 7g定位于環(huán)14. Ig或14. 6g附近提供對(duì)隧道損耗的替 換損耗機(jī)制。其可以提高模辨別力或去除限制，這可以使得制造更容易。例如，如果基座模 具有期望的散射或吸收損耗水平，則不需要隧道損耗，并且可能除去外溝槽區(qū)。可以通過(guò)在 玻璃中有意地包括引起光學(xué)損耗的材料或者簡(jiǎn)單地通過(guò)使用已知具有適當(dāng)?shù)母邠p耗的可 用“較低質(zhì)量”玻璃來(lái)引入吸收。光纖設(shè)計(jì)-樽匹配考虎由于接入光纖應(yīng)用常常伴隨有將接入光纖接合或耦合到標(biāo)準(zhǔn)單模傳輸光纖，所以 重要的是接入光纖的Aeff與標(biāo)準(zhǔn)SMF(例如可從上述Corning獲得的標(biāo)準(zhǔn)SMF 28光纖) 的Arff匹配。在當(dāng)前的實(shí)踐中，此要求意味著接入光纖還應(yīng)是有效單模的，且應(yīng)具有在約 1550nm的信號(hào)波長(zhǎng)下約70 90 μ m2的Aeff以及在約1300nm的信號(hào)波長(zhǎng)下約55 70 μ m2 的Arff。通常，對(duì)于具有圓形橫截面的接入光纖芯區(qū)，接入光纖應(yīng)大致具有約8 Ι μπι的 芯直徑。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，以下說(shuō)明將集中于圖IA IB的光纖10的設(shè)計(jì)。然而，對(duì)本領(lǐng) 域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是類似考慮適用于圖IC IG的可選實(shí)施例。主要由兩個(gè) 參數(shù)來(lái)控制光纖10的Arff 芯區(qū)12. 1與內(nèi)溝槽區(qū)14. 2之間的折射率差異Δη，即，Δη = (ncore-ntri)；和芯區(qū)12的徑向?qū)挾然蛐久娣e，S卩，在圓形橫截面的情況下為芯區(qū)的直徑D，但 在非圓形橫截面的情況下為芯面積。更具體地說(shuō)，如圖2所示，對(duì)于給定的D，當(dāng)折射率差異 從An2減小至An1時(shí)，對(duì)基模場(chǎng)的限制減小，這意味著其Arff增大。然而，減小的模限制意 味著光纖充當(dāng)不良波導(dǎo)且光學(xué)損耗增加，特別是當(dāng)光纖經(jīng)受突然彎曲時(shí)(例如4 15mm的 彎曲半徑)更是如此。另一方面，如圖3所示，對(duì)于給定的Δη，當(dāng)芯區(qū)12的直徑從Dl增大 至D2時(shí)，Arff增大(大致為直徑的平方)，但所支持的HOM的數(shù)目也增加。通常，在HOM中 存在很大的能量可能是不期望的；例如，如果光纖經(jīng)受彎曲，則光學(xué)損耗增加。在其中省略了外芯區(qū)(或支架)12. 2的圖1的實(shí)施例中，總差異(即n。。M-ntei，或 n。。re-nte。，或兩者)仍應(yīng)滿足不等式(1)和/或(2)，芯寬度(例如直徑D)應(yīng)近似在以下范 圍內(nèi)D ^ llym,(3)且外包層區(qū)14. 4的折射率應(yīng)近似滿足0. 003 ( (ncore-nout) ( 0. 006(4)請(qǐng)注意，如果此差異過(guò)高，則趨向于在芯區(qū)中引Η0Μ，然而，使用在以下部分中描述 的設(shè)計(jì)來(lái)抑制該Η0Μ。圖1中還示出用于滿足降低彎曲損耗以及使Arff與標(biāo)準(zhǔn)SMF的Arff匹配的沖突 要求的替換光纖設(shè)計(jì)。更具體地說(shuō)，如圖1所示，芯區(qū)12包括圍繞內(nèi)芯區(qū)12. 1的薄的、較 低折射率的環(huán)形支架區(qū)12. 2。支架區(qū)12. 2允許Arff增加至與標(biāo)準(zhǔn)SMF的Arff匹配。支架 區(qū)12. 2具有比內(nèi)芯區(qū)12. 1的直徑D小得多的厚度tshlf。作為示例，D >> tshlf且當(dāng)D = 8-11 μ m，近似地Ι.Ομ ^ tshlf ^ 4. Ομ (5)
另外，支架區(qū)12. 2的折射率Iishlf小于內(nèi)芯區(qū)12. 1的折射率；即η。_ < nshlf。通 常，近似地，(n。_-nshlf) < 0.007，其類似于標(biāo)準(zhǔn)SMF的折射率差異(0.005)。優(yōu)選地，nshlf 近似地滿足以下不等式0. 003 ( (ncore-nshlf) ( 0. 007，以及(6)nshlf-nout| ^ 0.002(6a)且D在約8 10 μ m的范圍內(nèi)。芯區(qū)12的前述設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)不僅有利于模匹配，而且有利于HOM抑制，將在以下部分 中對(duì)其進(jìn)行討論。光纖設(shè)計(jì)-HOM考虎為了抑制Η0Μ，光纖10的包層區(qū)14包括具有比包層區(qū)的其余部分高的折射率Iiped 的基座區(qū)14. 1 ；亦即至少由較低折射率(Iitei)內(nèi)溝槽區(qū)14. 2且在某些實(shí)施例中還由較低折 射率(ntro)外溝槽區(qū)14. 3來(lái)徑向地限定基座區(qū)14. 1。另外，其具有比外包層區(qū)14. 4的折 射率(n。ut)高的折射率。在隨后的討論中，出于說(shuō)明的目的采用雙溝槽設(shè)計(jì)，可以理解類似 原理適用于單(內(nèi))溝槽設(shè)計(jì)?；鶇^(qū)14. 1被配置為使得其(環(huán))模中的至少一個(gè)與芯區(qū)12的至少一個(gè)HOM諧 振地耦合。如圖4A的簡(jiǎn)化折射率分布所示，優(yōu)選地，芯區(qū)12的HOM 18(示例性地被描繪成 一階模)與基座區(qū)14. 1的模20諧振，而芯區(qū)的基模22不與基座區(qū)的任何模諧振。模20 通常是具有最高或幾乎最高的有效折射率的基座區(qū)14. 1的環(huán)形模之一，且模20未被眾所 周知的對(duì)稱原理禁止耦合到芯區(qū)的Η0Μ。術(shù)語(yǔ)諧振或諧振地耦合意指芯區(qū)中的模的有效折射率(Iirff)基本上等于基座區(qū)中 的模的有效折射率。因此，芯區(qū)12的一階模18的Iirff 18. 1基本上等于基座區(qū)14. 1的模20 的Iirff 20. 1，這使得HOM 18中的能量能夠從芯區(qū)轉(zhuǎn)移或耦合(箭頭24)到基座區(qū)的模20 中并從那里輻射到外包層區(qū)14.4。(箭頭26指示經(jīng)由泄漏的包層模的此類輻射，其是通常 存在的?；蛘?，此能量可能由于吸收、散射等而損失。)在沿著光纖傳播適當(dāng)?shù)木嚯x之后，諧 振轉(zhuǎn)移和輻射的此過(guò)程有效地抑制芯區(qū)中的HOM 18。相反，芯區(qū)的基模22的Iirff 22. 1不 對(duì)應(yīng)于基座區(qū)中的任何模的neff。因此，基模22在芯區(qū)中有效地傳播，且不發(fā)生其能量(被 否定的箭頭28)到基座區(qū)中的諧振轉(zhuǎn)移。芯區(qū)模和基座區(qū)模具有基本上相等的折射率的條件意指例如芯區(qū)HOM折射率 18. 1和基座區(qū)模折射率20. 1并未不同到這些模之間的光的耦合顯著失敗的程度。在本發(fā) 明的優(yōu)選實(shí)施例中，折射率18. 1與20. 1之間的差比芯基模折射率22. 1與基座模折射率 20. 1之間的差小得多。要抑制的芯區(qū)模與諧振基座區(qū)模之間的適當(dāng)耦合還應(yīng)考慮對(duì)減少諧振基座區(qū)模 向回耦合到要抑制的芯區(qū)模中的需要。光纖10還應(yīng)被配置為允許不期望的芯模通過(guò)基座模的有效泄漏。關(guān)于這一點(diǎn)，參 見(jiàn)結(jié)合公式(2a)和(2b)的以上討論。另外，芯區(qū)與基座區(qū)之間的耦合不應(yīng)過(guò)大而導(dǎo)致期望的(基)芯模被破壞。另一 方面，芯區(qū)與基座區(qū)之間的耦合不應(yīng)過(guò)小，以致于不期望的芯模無(wú)法充分地耦合到要抑制 的基座模。接下來(lái)，基座模的泄漏率不應(yīng)過(guò)大而導(dǎo)致芯與基座區(qū)之間的耦合失敗(即不充 分)。最后，基座模的泄漏率不應(yīng)過(guò)小，以致于不期望的芯模僅僅經(jīng)歷要有效抑制的過(guò)小損^^ ο符合這些設(shè)計(jì)原理確保在芯區(qū)12中，例如，基模22有效地傳播，而HOM 18被有效 地抑制。HOM需要被抑制(或截止)的程度取決于特定應(yīng)用。許多應(yīng)用不要求全部或完全 抑制，這意味著相對(duì)低強(qiáng)度的HOM的持續(xù)存在是可以容忍的。在任何情況下，通過(guò)例如減小 總插入損耗、降低信號(hào)模中的噪聲以及降低微彎曲損耗，抑制HOM改善了系統(tǒng)的性能。當(dāng)我們的雙溝槽環(huán)形光纖被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)不期望的HOM芯模與特定環(huán)形模 之間的折射率匹配(或諧振)，芯模和環(huán)形模折射率曲線的斜率近乎相同，尤其是在它們交 叉的區(qū)域中更是如此。因此，在相對(duì)寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)芯與環(huán)形模之間的折射率匹配耦 合。參照?qǐng)D8來(lái)說(shuō)明HOM抑制的寬帶性質(zhì)，其中相對(duì)于波長(zhǎng)描繪了限制(或隧道)損失，且 由大于20dB/m(線83)的模損耗來(lái)定義截止。(20dB/m的閾值僅僅是示例性的；為了估計(jì) 所測(cè)量的截止，此閾值應(yīng)取決于在測(cè)量中使用的光纖的長(zhǎng)度。)圖8指示HOM(曲線81)在 覆蓋約1320nm(線84)以上的所有波長(zhǎng)的寬帶范圍上是截止的。虛曲線82示出純環(huán)形模 損耗_環(huán)形模在沒(méi)有芯的情況下將經(jīng)歷的計(jì)算損耗。諧振模抑制的特征是耦合到有損耗的 環(huán)形模的模分享其損耗。芯HOM損耗81在各模折射率匹配的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的純環(huán)形模損耗 的2 3倍以內(nèi)。彎曲對(duì)圖4A的光纖的影響在圖4B中示出。如分布4B所示，彎曲前的折射率分布 4A是傾斜的，導(dǎo)致基座區(qū)14. 1的模20的Iieff 20. Ib的增大。如果彎曲半徑足夠小，如箭頭 30所示，包層模20可以變?yōu)榕c芯區(qū)12的基模22諧振。此類諧振將增加基芯模22的光學(xué) 損耗，這是不利的。因此，基座區(qū)14. 1需要被配置為在不促使基芯模22與任何包層模(特 別是包層模20)諧振的情況下適應(yīng)預(yù)期的彎曲半徑。諧振耦合(折射率匹配)的前述原理還可以應(yīng)用于通過(guò)將多個(gè)不期望的芯模諧振 地耦合到基座區(qū)的單?；蛲ㄟ^(guò)將其諧振地耦合到一個(gè)或多個(gè)基座區(qū)的不同模而對(duì)多個(gè)不 期望的芯模進(jìn)行抑制，其中每個(gè)芯模與單獨(dú)的基座模諧振。光纖設(shè)計(jì)原理光纖10的設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)包括內(nèi)芯區(qū)12. 1的折射率(n。。J和半徑(r。 e = D/2)、環(huán)形芯(支架)區(qū)12. 2 (如果存在)的折射率(Iishlf)和厚度(tshlf)、基座區(qū)14. 1的 折射率(npJ、半徑(rpJ和厚度(tpJ、外溝槽區(qū)14.3的折射率(ntJ和厚度(ttJ、以及 內(nèi)溝槽區(qū)14. 2的折射率(ntri)和厚度(ttri)。對(duì)滿足典型的低彎曲損耗和高Arff要求需要進(jìn)行權(quán)衡。低彎曲損耗意味著高折射 率差異，而高差異意味著低Arff。一種折衷是具有低差異芯區(qū)(相對(duì)于支架區(qū))。如前所述， 此條件解譯為滿足不等式(6)的(n。。re-nshlf)。作為示例，(n。。re-nshlf) 0. 005。另外，內(nèi)溝 槽區(qū)14. 2不應(yīng)過(guò)多地影響Arff，這意味著支架區(qū)12. 2 (如果存在)不應(yīng)太?。患?，其應(yīng)滿足 不等式(5)。另一方面，從彎曲損耗的觀點(diǎn)出發(fā)，內(nèi)溝槽區(qū)14. 2的厚度和折射率非常重要。增 大內(nèi)溝槽區(qū)的寬度(或厚度)降低彎曲損耗，但是也趨向于增加不期望的HOM的存在。HOM的存在還可能例如通過(guò)多路徑干擾而顯著地?fù)p害性能。因此，本光纖設(shè)計(jì)的 與HOM抑制有關(guān)的方面也是實(shí)現(xiàn)同時(shí)滿足其它通信系統(tǒng)要求的低彎曲損耗光纖的重要因 素。通常，如上所述，通過(guò)滿足要抑制的高階(例如第一階)芯模與基座環(huán)形模之間的諧振 條件來(lái)抑制HOM 卩，這兩個(gè)模的有效折射率應(yīng)近似彼此相等。關(guān)于這一點(diǎn)，應(yīng)特別注意內(nèi)芯區(qū)12. 1與基座區(qū)14. 1之間的折射率差(n。_-rvd)，以及基座區(qū)的厚度與內(nèi)芯區(qū)的半徑 的比tped/r。_。對(duì)于n。_ rvd，大約1 4 μ m范圍內(nèi)的tped可以滿足此折射率匹配條件。 折射率匹配一般在ncore < nped的情況下要求較小的厚度tped，而在n。_ < nped的情況下，則 要求較大的tped。彎曲損耗還與彎曲半徑有關(guān)；S卩，通常，彎曲越緊(彎曲半徑越小)，光學(xué)損耗越 高。然而，如上文所討論的，存在基芯模與基基座模諧振的臨界彎曲半徑(r。Ht)?；?環(huán) 形)模的環(huán)形模折射率偏移由下式給出的量Δ nped = cnpedrped/rbend(8)其中c是由下式近似地給出的常數(shù)0. 8 ^ c ^ 1. 0.(9)臨界半徑(rCTit)近似為Anped等于基芯模22. 1 (圖4A)與較高階芯模18. 1 (圖 4A)之間的模間隔Anms的半徑rbmd rbend > rcrit cnpedrped/ Δ nms.(10)在！^- = rcrit的情況下，基芯模所經(jīng)歷的光學(xué)損耗極高；即，基芯模是被有效地抑 制，這是非常不希望的環(huán)境。為了緩解此問(wèn)題，可以減小基座區(qū)14. 1的半徑(rpJ，以得到 較小的臨界彎曲半徑，直至工作所需的彎曲半徑大于臨界半徑為止。在實(shí)踐中，rpral的減小 可能伴隨有內(nèi)溝槽深度的增大，以便較大地限制內(nèi)溝槽的厚度減小。本發(fā)明的附加設(shè)計(jì)原理涉及基模截止的潛在問(wèn)題。更具體地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的光 纖在芯區(qū)附近具有深內(nèi)溝槽區(qū)并因此而在長(zhǎng)波長(zhǎng)下易于發(fā)生大隧道損耗的潛在問(wèn)題。如下 描述基模截止效應(yīng)在長(zhǎng)波長(zhǎng)下，基模比在短波長(zhǎng)下更遠(yuǎn)地滲透到內(nèi)溝槽區(qū)中，促使基模的 有效折射率降低到外包層折射率以下?；＞哂性谳^長(zhǎng)波長(zhǎng)下增加的隧道損耗。此潛在問(wèn) 題的補(bǔ)救辦法可以被認(rèn)為是對(duì)外包層折射率的限制，這在很大程度上影響隧道損耗，并且 相反可能被調(diào)整為增加高階模的損耗。依照本發(fā)明的此方面，外包層折射率應(yīng)足夠低，使得 基模隧道損耗對(duì)于意圖用于傳輸?shù)乃行盘?hào)波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)可忽略，并且所述信號(hào)波長(zhǎng)一般包括 1550nm且對(duì)于許多系統(tǒng)來(lái)說(shuō)包括諸如1625nm的甚至更長(zhǎng)的波長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)此期望結(jié)果，外 包層折射率應(yīng)低于特定應(yīng)用所需的最長(zhǎng)信號(hào)波長(zhǎng)下的基模的有效折射率(n。ut = Hlmg，例如 在1625nm下)。我們的模擬和測(cè)量已指示基模隧道損耗在這種水平的外包層折射率附近立 即變得不可接受，因此稍微嚴(yán)格一些的水平(至少0. 001以下)(n。ut < nlong-0. 001)是慎重 的，以便允許有用于制造可變性的空間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果依照其中芯區(qū)12包括內(nèi)芯區(qū)12. 1和徑向地圍繞內(nèi)芯區(qū)的環(huán)形芯區(qū)12. 2兩者的 本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例，這些示例描述彎曲不敏感的預(yù)制件，以及從該預(yù)制件拉拔的石英 光纖。使用眾所周知的MCVD來(lái)由石英玻璃制造光纖并在內(nèi)芯區(qū)12. 1中用Ge、在環(huán)形芯區(qū) 12. 2中用F、在內(nèi)溝槽區(qū)14. 2中用F、在基座區(qū)14. 1中用Ge、以及在外溝槽區(qū)14. 3中用F 進(jìn)行摻雜。我們的包層區(qū)14. 4是未摻雜的。示例I和II的拉拔光纖具有圖5和6所示的 折射率差異分布。目標(biāo)分布由虛線軌跡5. 1和5.2示出，而實(shí)際分布由實(shí)線軌跡6. 1和6.2 示出。徑向位置軸(橫坐標(biāo))給出各種光纖組件，即內(nèi)芯區(qū)、支架區(qū)、溝槽區(qū)、以及基座區(qū)的 實(shí)際厚度/半徑。各種材料、尺寸和工作條件僅僅是以示例的方式提供的，并且除非另外明確指明，否則其并不意圖限制本發(fā)明的范圍。示鑼Ij I在本示例中，光纖預(yù)制件具有18. 8mm的直徑，且拉拔光纖具有119 μ m或者125 μ m 的外徑(OD)。如在下表1中對(duì)于具有125 μ m OD的光纖所列出的那樣，各徑向組成具有厚 度/半徑和相對(duì)于外包層區(qū)的折射率差異(Δη)。表1 如下表2所指示的那樣，在兩種光纖的截止波長(zhǎng)、彎曲損耗(在5mm的彎曲半徑下 和1650nm的波長(zhǎng)下)、以及MFD (在1550nm的波長(zhǎng)下)方面來(lái)表征這兩種光纖表2 盡管有相對(duì)高的截止(1505nm的截止波長(zhǎng)；1553nm的信號(hào)波長(zhǎng))，但125-μπι-( 的光纖未顯示出對(duì)預(yù)先CATV試驗(yàn)的損害。如下滿足在這種情況下由不等式(10)給出的條件rbmd>rCTit。根據(jù)常數(shù)c = 0. 8-1. 0的值，被計(jì)算為在4. 6 5. 8mm的范圍內(nèi)。使用c = 0. 8的較好估計(jì)，我們得 到= 4. 6mm。如預(yù)期的一樣，當(dāng)使rbend小于約5mm時(shí)，存在此光纖的性能的快速劣化。 (系數(shù)值c = 0. 8較好，這是因?yàn)槠浒ū绢I(lǐng)域中已知的應(yīng)力修正。)我們注意到示例I的光纖不滿足不等式(6)所定義的條件。然而，示例II滿足， 部分由于其改善的性能。示例 II在本示例中，光纖預(yù)制件具有19mm的直徑，且拉拔光纖具有125 μ m的外徑(OD)。 如下表3所列，各徑向組成具有厚度/半徑和相對(duì)于外包層區(qū)的折射率差異(Δη)。
表3 如下在光纖的截止波長(zhǎng)、ldB/m的彎曲損耗(在6. 25mm的彎曲半徑和1550nm的波 長(zhǎng)下)、以及8. 6 μ m和9. 2 μ m的MFD (分別在波長(zhǎng)1310nm和1550nm下)方面來(lái)表征所述
光纖此光纖具有通過(guò)ITU-2m測(cè)量確定的明顯比示例I的任一個(gè)光纖低的1304nm的截 止。某些客戶目前需要較大的MFD和/或< 1260nm的截止，這可以通過(guò)犧牲彎曲損耗來(lái)獲 得。下面的示例III實(shí)現(xiàn)此類光纖設(shè)計(jì)。在1320nm下，光纖與在1310nm下> 8. 6μπι的ITU G. 652MFD要求相比較，是有利 的。此光纖還顯示出C帶中的可忽略的MPI (多路徑干擾)。與摻雜劑擴(kuò)散接合< 0. 5dB/在1550nm下接合。連接0.05dB <額外損耗< 0. ldB。額外損耗看起來(lái)是由于所采用的連接技術(shù)/ 設(shè)計(jì)所引入的損耗而引起的。示例III、IV、V這組示例示出本發(fā)明的多個(gè)不同實(shí)施例示例III-具有雙溝槽環(huán)形設(shè)計(jì)(與圖 IB類似)的光纖，其中內(nèi)溝槽區(qū)和外溝槽區(qū)均相對(duì)較深并具有基本上相同的折射率深度； 示例IV-具有雙溝槽環(huán)形設(shè)計(jì)(與圖IB類似)的高性能光纖，其中內(nèi)溝槽區(qū)和外溝槽區(qū)均 相對(duì)較深，但內(nèi)溝槽區(qū)比外溝槽區(qū)深；以及示例V-具有雙溝槽環(huán)形設(shè)計(jì)(與圖IC類似)的 光纖，其中外溝槽區(qū)比內(nèi)溝槽區(qū)淺得多。示例III-V更具體地說(shuō)由下表4所示的折射率分 布參數(shù)來(lái)定義表4 已制造并測(cè)量了基于示例III和IV的參數(shù)的光纖，得到下表5所示的光學(xué)性質(zhì)
表 5 我們的雙溝槽環(huán)形光纖代表寬的新設(shè)計(jì)策略_我們已將多種此類光纖設(shè)計(jì)為適 應(yīng)不同的應(yīng)用要求，每個(gè)都針對(duì)常規(guī)設(shè)計(jì)策略展示出大大改善的性能。所測(cè)得的兩種光 纖(示例III和IV)的性質(zhì)在表5中示出并舉例說(shuō)明截止與彎曲損耗之間的權(quán)衡。對(duì)具 有4. 7mm的外徑的標(biāo)準(zhǔn)垂直布線線纜來(lái)執(zhí)行線纜測(cè)量(因此4. 8mm的線纜彎曲半徑等效 于7. Imm光纖彎曲半徑)。光纖IV具有較低的彎曲損耗并滿足G. 652標(biāo)準(zhǔn)的MFD要求 (8. 6 μ m)和線纜截止要求(1260nm)。彎曲損耗非常低(< 0. 07dB/圈)，甚至低至5mm的 心軸直徑(對(duì)于線纜，等效于IOmm的裸光纖直徑)也是如此。對(duì)于更緊的彎曲，長(zhǎng)期的機(jī) 械可靠性可能成為問(wèn)題，因此某些超低彎曲敏感性的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)(例如K. Himeno等人的 J. Lightwave Technol.，Vol.23, p. 3494(2005))可能提供很少的優(yōu)點(diǎn)。然而，如果在長(zhǎng)度 為2m的短光纖上測(cè)量線纜截止(而不是標(biāo)準(zhǔn)的22m上測(cè)量)，HOM損耗在光纖IV中并不足 以保持1260nm以下的截止。這突出了對(duì)重新考慮用于低彎曲損耗光纖的測(cè)量方法和標(biāo)準(zhǔn)的需要；即，如果在 短長(zhǎng)度跳線中使用滿足G. 652截止要求的光纖，則其可能遭遇嚴(yán)重的多路徑干擾(MPI)。這 個(gè)問(wèn)題并不是雙溝槽環(huán)形光纖特有的，而在許多具有單溝槽(但沒(méi)有環(huán))或具有輔助孔的 設(shè)計(jì)中也發(fā)生。光纖III具有稍高的彎曲損耗，但具有好得多的2m線纜截止，這表示即使對(duì)于短 跳線來(lái)說(shuō)在 1300nm的傳輸波長(zhǎng)下也不應(yīng)存在MPT問(wèn)題。其還應(yīng)具有較大MFD。當(dāng)使用關(guān) 于Fujikura FSM-30S的標(biāo)準(zhǔn)接合程序來(lái)將此光纖接合到標(biāo)準(zhǔn)SMF時(shí)，我們測(cè)量了 1550nm 下的低于0. IdB的典型接合損耗。兩種光纖的衰減在1550nm下小于0. 20dB/km。為了將我們的雙溝槽環(huán)形光纖的模擬性能與其它設(shè)計(jì)策略相比較，如圖9所示， 我們掃描通過(guò)常規(guī)凹陷內(nèi)包層實(shí)心光纖(線91以上的幾乎所有數(shù)據(jù)點(diǎn))、沒(méi)有環(huán)的實(shí)心單 溝槽光纖(線91和92之間的幾乎所有數(shù)據(jù)點(diǎn)，以及線91上的少數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn))、以及依照本發(fā) 明的一個(gè)實(shí)施例的雙溝槽環(huán)形光纖(線92和93之間的幾乎所有數(shù)據(jù)點(diǎn)，以及線92以上和 線93以下的少數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn))的設(shè)計(jì)空間中的許多光纖。我們所比較的所有設(shè)計(jì)具有在相同 波長(zhǎng)(1365nm)下與20dB/m(定義為截止；圖8，線83)交叉的HOM損耗，因此，可以由彎曲 損耗(在1550nm波長(zhǎng)下，采用15mm光纖彎曲直徑)對(duì)比MFD (在1300nm波長(zhǎng)下)的圖中 的單個(gè)點(diǎn)來(lái)總結(jié)每種設(shè)計(jì)的性能。虛線91、92、93描繪三種光纖類型中的每一種的較低彎 曲損耗邊界。垂直箭頭94、95突出在一方面的凹陷內(nèi)包層設(shè)計(jì)與另一方面的(i)單溝槽無(wú) 環(huán)設(shè)計(jì)(箭頭94)和(ii)本發(fā)明的雙溝槽環(huán)形設(shè)計(jì)(箭頭95)之間獲得的彎曲損耗邊界 的改善。細(xì)節(jié)取決于彎曲直徑和HOM損耗約束。在此特定比較中，數(shù)據(jù)顯示我們的雙溝槽環(huán)形設(shè)計(jì)與常規(guī)(凹陷內(nèi)包層)低彎曲損耗策略相比在彎曲損耗方面展示出10倍的改善， 并且相對(duì)于沒(méi)有環(huán)的現(xiàn)有單溝槽設(shè)計(jì)展示出顯著改善。使用眾所周知的一維和二維有限差 模解算器來(lái)進(jìn)行模擬?？偠灾?，不同的示例說(shuō)明了如何可以用沖突要求(低彎曲損耗、短截止等)的 不同優(yōu)先次序來(lái)應(yīng)用本發(fā)明的雙溝槽環(huán)形設(shè)計(jì)的一般光纖設(shè)計(jì)策略。因此，示例III說(shuō)明 了具有非常好的MFD和非常好的HOM抑制、同時(shí)實(shí)現(xiàn)比標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法低得多的彎曲損耗的 設(shè)計(jì)。對(duì)2m長(zhǎng)度測(cè)量的低截止顯示該光纖應(yīng)與具有嚴(yán)格MPI要求的短長(zhǎng)度應(yīng)用兼容。另 一方面，示例IV具有比示例III低大約2 3倍的彎曲損耗，在MFD和2m截止方面作出了 某些犧牲。此光纖可能對(duì)于具有嚴(yán)格彎曲要求、但長(zhǎng)度短的段中的MPI不是重要問(wèn)題的應(yīng) 用來(lái)說(shuō)是理想的。如上所述，示例V說(shuō)明了圖IC的淺外溝槽策略。模擬指示此設(shè)計(jì)應(yīng)提供 1550nm下的彎曲損耗約0. IdB/圈，Dbend = 13讓，MFD 9. 0 μ m，以及與示例III和IV相當(dāng) 的截止。應(yīng)理解的是上述配置僅僅說(shuō)明可以被設(shè)計(jì)為表示本發(fā)明的原理的應(yīng)用的許多可 能的具體實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以依照這 些原理來(lái)設(shè)計(jì)出許多和變化的其它配置。特別地，雖然我們?cè)谏衔拿枋隽烁鞣N光纖尺度如何影響環(huán)形模限制損耗，并因此 減少?gòu)沫h(huán)形區(qū)域耦合回到芯區(qū)的光能量的量，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是 存在實(shí)現(xiàn)相同結(jié)果的其它方式；例如通過(guò)使用吸收、散射、光纖彎曲、模耦合、或增益來(lái)實(shí)現(xiàn) 相同結(jié)果。此外，可以單獨(dú)地或相互組合地使用這些技術(shù)。另外，在圖7中示出了本發(fā)明的接入光纖的示例性的高度概括的應(yīng)用。這里，輸入 光纖(例如標(biāo)準(zhǔn)SMF 70)從源72 (例如傳輸系統(tǒng))向設(shè)施74 (例如具有企業(yè)或家庭的建筑 物)載送光學(xué)信號(hào)。作為示例，SMF70被接合到接入光纖76，接入光纖76向位于設(shè)施內(nèi)或 與設(shè)施相關(guān)的應(yīng)用設(shè)備或裝置78載送信號(hào)。SMF 70和接入光纖76示例性地在接線盒77 處被相互接合，接線盒77通常位于設(shè)施74的內(nèi)壁或外壁74. 1上。然而，接線盒可以位于 設(shè)施內(nèi)部或外部的其它位置。在任一種情況下，接入光纖76通常不具有到應(yīng)用裝置78的 直線路徑。但是，其常常不得不在一個(gè)或多個(gè)障礙物79周圍穿梭，這意味著其頻繁地具有 至少一個(gè)曲線段或分段76. 1。如前所述，此類曲線分段可以具有緊密彎曲，其中光纖彎曲半 徑約為4 15mm。我們的接入光纖的模匹配特征允許其被有效地接合到SMF并且在不遭遇 過(guò)度彎曲損耗的情況下繞障礙物彎曲。作為選擇，SMF 70可以是輸出光纖或是輸入和輸出 光纖。因此，通常，SMF 70可以稱為輸入/輸出光纖。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)很容易認(rèn)識(shí)到曲線段或分段76. 1還可以位于設(shè)施74 外面。最后，雖然我們已強(qiáng)調(diào)了我們的光纖在接入應(yīng)用中的使用，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是這些光纖的降低的彎曲敏感度使得它們?cè)诶鐐鞲衅骰蚪煌üぞ?(例如汽車、飛機(jī)、火車、船)中的使用方面具有吸引力。
權(quán)利要求
一種光纖，包括芯區(qū)，其具有縱軸，以及圍繞所述芯區(qū)的包層區(qū)，所述芯區(qū)和所述包層區(qū)被配置為沿所述軸的方向支持并引導(dǎo)基橫模的信號(hào)光在所述芯區(qū)中的傳播，所述包層區(qū)包括外包層區(qū)；基座區(qū)，其具有比所述外包層區(qū)的折射率高且與所述芯區(qū)的折射率相當(dāng)?shù)恼凵渎?，設(shè)置在所述芯區(qū)與基座區(qū)之間的環(huán)形內(nèi)溝槽區(qū)，所述內(nèi)溝槽區(qū)具有小于所述外包層區(qū)的折射率的折射率，以及所述基座區(qū)被配置為將所述芯區(qū)的至少一個(gè)其它橫模諧振地耦合到所述基座區(qū)的至少一個(gè)橫模。
2.權(quán)利要求1的光纖，還包括設(shè)置在所述基座區(qū)與所述外包層區(qū)之間的環(huán)形外溝槽 區(qū)，所述外溝槽區(qū)具有小于所述外包層區(qū)的折射率的折射率。
3.權(quán)利要求1的光纖，其中，所述外包層具有在所述光纖的最長(zhǎng)信號(hào)波長(zhǎng)下低于所述 基模的有效折射率的折射率。
4.權(quán)利要求3的光纖，其中，所述外包層折射率至少比所述基模的所述有效折射率低 約 0. 001。
5.權(quán)利要求1的光纖，其中，所述芯區(qū)和所述基座區(qū)的折射率在彼此的約0.003以內(nèi)。
6.權(quán)利要求1的光纖，其中，所述芯區(qū)與所述內(nèi)溝槽區(qū)之間的折射率的差大于約 0. 007。
7.權(quán)利要求2的光纖，其中，所述芯區(qū)與所述溝槽區(qū)中的至少一個(gè)之間的折射率的差 在約0. 008 0. 020的范圍內(nèi)。
8.權(quán)利要求7的光纖，其中，所述芯區(qū)與所述內(nèi)溝槽區(qū)之間的折射率的差在約0.010 0. 020的范圍內(nèi)。
9.權(quán)利要求1的光纖，其中，所述基座區(qū)的徑向厚度約為1 4μπι。
10.權(quán)利要求2的光纖，其中，所述外包層區(qū)與所述外溝槽區(qū)之間的界面位于約17 30 μ m的半徑處。
11.權(quán)利要求1的光纖，其中，所述芯區(qū)與所述外包層區(qū)之間的折射率的差在約 0. 003 0. 006的范圍內(nèi)。
12.權(quán)利要求2的光纖，其中，所述內(nèi)溝槽區(qū)和外溝槽區(qū)提供近似相同的模限制量。
13.權(quán)利要求12 的光纖，其中，0.5 < [(ntri-nout)ttri]/[(ntro-nout)ttrJ <2.0，其中11_ 是外包層折射率，ntri是內(nèi)溝槽折射率，ntro是外溝槽折射率，ttri是內(nèi)溝槽的厚度，ttro是外 溝槽的厚度。
14.權(quán)利要求1的光纖，其中，所述芯區(qū)的寬度和所述芯區(qū)的折射率被配置為引導(dǎo)具有 在約1300nm的所述光纖的工作波長(zhǎng)下約為55 70 μ m2而在約1550nm范圍內(nèi)的所述光纖 的工作波長(zhǎng)下約為70 90 μ m2的模場(chǎng)面積的所述基模。
15.權(quán)利要求1的光纖，其中，所述芯區(qū)的所述其它橫模的有效折射率和所述基座區(qū)的 所述橫模的有效折射率基本上彼此相等。
16.權(quán)利要求1的光纖，其中，所述基座區(qū)被配置為將所述芯區(qū)的高階橫模諧振地耦合到所述基座區(qū)的橫模。
17.權(quán)利要求1的光纖，其中，所述芯區(qū)和所述基座區(qū)被配置為減少?gòu)乃龌鶇^(qū)到所 述芯區(qū)的光能流動(dòng)。
18.權(quán)利要求17的光纖，其中，所述基座區(qū)被配置為在所述基座區(qū)模中提供損耗。
19.權(quán)利要求1的光纖，其中，所述光纖被配置為在一定波長(zhǎng)范圍上工作，并且其中，所 述芯區(qū)和所述基座區(qū)的所述諧振橫模的有效折射率基本上在所述范圍內(nèi)的許多波長(zhǎng)下是 相等的。
20.權(quán)利要求1的光纖，其中，所述基座區(qū)被配置為將所述芯區(qū)的多個(gè)橫模諧振地耦合 到所述基座區(qū)的至少一個(gè)橫模。
21.一種接入系統(tǒng)，包括用于向/從被接入設(shè)施載送信號(hào)光的單模光學(xué)輸入/輸出光纖，與所述設(shè)施相關(guān)的應(yīng)用設(shè)備，用于將所述輸入/輸出光纖耦合到所述應(yīng)用設(shè)備的根據(jù)權(quán)利要求1所述的接入光纖， 所述接入光纖被配置為具有基本上等于所述輸入/輸出光纖的模場(chǎng)面積的模場(chǎng)面積。
22.權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中，所述接入光纖包括具有大于由crvdrpral/Δ nfflode給出的臨 界半徑的彎曲半徑的至少一個(gè)曲線光纖段，其中，c是在約0. 8 1. 0范圍內(nèi)的常數(shù)，Ivd是 折射率。
23.權(quán)利要求1的光纖，其中，所述外溝槽相對(duì)較淺，具有在所述外包層的折射率的 0. 0020以內(nèi)的折射率。
24.一種光纖，包括
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.具有縱軸的芯區(qū)，所述芯區(qū)包括內(nèi)芯區(qū)和圍繞所述內(nèi)芯區(qū)的環(huán)形外芯區(qū)，所述內(nèi)芯區(qū) 具有在約8 ΙΟμπι范圍內(nèi)的徑向?qū)挾?，所述外芯區(qū)的折射率小于所述內(nèi)芯區(qū)的折射率且 所述外芯區(qū)的徑向厚度小于所述內(nèi)芯區(qū)的寬度并在約1 5μπι的范圍內(nèi)，所述內(nèi)芯區(qū)與所 述外芯區(qū)之間的折射率的差在約0. 003 0. 007范圍內(nèi)，以及圍繞所述芯區(qū)的包層區(qū)，所述芯區(qū)和包層區(qū)被配置為沿所述軸的方向支持并引導(dǎo)基橫 模的信號(hào)光在所述芯區(qū)中的傳播。所述包層區(qū)包括外包層區(qū)，其具有小于所述芯區(qū)的折射率的折射率，所述芯區(qū)與所述外包層區(qū)之間的 折射率的差約為0. 003 0. 007，且所述外包層區(qū)與所述外芯區(qū)的折射率在彼此的約0. 002 以內(nèi)，環(huán)形基座區(qū)，所述基座區(qū)的徑向厚度約為1 4μπι，所述芯區(qū)與所述基座區(qū)的折射率 在彼此的約0. 003以內(nèi)，設(shè)置在所述芯區(qū)與基座區(qū)之間的環(huán)形內(nèi)溝槽區(qū)，所述第二區(qū)具有小于所述外包層區(qū)的 折射率的折射率，以及設(shè)置在所述基座區(qū)與所述外包層區(qū)之間的環(huán)形外溝槽區(qū)，所述外溝槽區(qū)具有小于所述 外包層區(qū)的折射率的折射率，所述芯區(qū)與所述溝槽區(qū)中的至少一個(gè)之間的折射率差大于約 0. 007，且所述外包層區(qū)與所述外溝槽區(qū)之間的界面位于約17 23 μ m的半徑r。ut處，所述基座區(qū)被配置為將所述芯區(qū)的至少一個(gè)其它橫模諧振地耦合到所述基座區(qū)的至 少一個(gè)橫模。
34.權(quán)利要求33 的光纖，其中，0.5 < [(ntri-nout)ttri]/[(ntro-nout)ttrJ <2.0，其中 n。ut 是外包層折射率，ntri是內(nèi)溝槽折射率，ntro是外溝槽折射率，ttri是內(nèi)溝槽的厚度，ttro是外 溝槽的厚度。
35.一種接入系統(tǒng)，包括用于向/從被接入設(shè)施載送信號(hào)光的單模光學(xué)輸入/輸出光纖，與所述設(shè)施相關(guān)的應(yīng)用設(shè)備，用于將所述輸入/輸出光纖耦合到所述應(yīng)用設(shè)備的根據(jù)權(quán)利要求33所述的接入光纖， 所述接入光纖被配置為具有基本上等于所述輸入/輸出光纖的模場(chǎng)面積的模場(chǎng)面積。
36.權(quán)利要求35的系統(tǒng)，其中，所述接入光纖包括具有大于由crVdi^d/Ar^-給定的臨 界半徑的彎曲半徑的至少一個(gè)彎曲光纖段，其中c是約0. 8 1. 0范圍內(nèi)的常數(shù)，nped是所 述基座區(qū)的折射率，rped是所述基座區(qū)的半徑，且Anmtxte是所述芯區(qū)的基橫模與一階橫模之 間的有效折射率差。
37.權(quán)利要求36的系統(tǒng)，其中，所述彎曲半徑在約4 15mm范圍內(nèi)。
38.一種接入系統(tǒng)，包括用于向/從被接入設(shè)施載送信號(hào)光的單模光學(xué)輸入/輸出光纖，位于所述設(shè)施內(nèi)的應(yīng)用設(shè)備，以及用于將所述輸入/輸出光纖耦合到所述應(yīng)用設(shè)備的接入光纖，所述接入光纖被配置為 具有基本上等于所述輸入/輸出光纖的模場(chǎng)面積的模場(chǎng)面積，且所述接入光纖包括芯區(qū)，其具有縱軸，以及圍繞所述芯區(qū)的包層區(qū)，所述芯區(qū)和包層區(qū)被配置為沿所述軸的方向支持并引導(dǎo)基橫 模的信號(hào)光在所述芯區(qū)中的傳播。所述包層區(qū)包括外包層區(qū)，基座區(qū)，其具有比所述外包層區(qū)的折射率高且與所述芯區(qū)的折射率相當(dāng)?shù)恼凵渎剩约霸O(shè)置在所述芯區(qū)與基座區(qū)之間的環(huán)形內(nèi)溝槽區(qū)，所述內(nèi)溝槽區(qū)具有小于所述外包層區(qū) 的折射率的折射率，并且所述基座區(qū)被配置為將所述芯區(qū)的至少一個(gè)其它橫模諧振地耦合到所述基座區(qū)的至 少一個(gè)橫模。
39.權(quán)利要求38的系統(tǒng)，其中，所述接入光纖還包括設(shè)置在所述基座區(qū)與所述外包層 區(qū)之間的環(huán)形外溝槽區(qū)，所述外溝槽區(qū)具有小于所述外包層區(qū)的折射率的折射率。
40.權(quán)利要求38的系統(tǒng)，其中，所述接入光纖包括具有在約4 15mm范圍內(nèi)的彎曲半 徑的至少一個(gè)彎曲光纖段且具有在約1550 1650nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)下小于約ldB/m的彎曲 損耗。
41.權(quán)利要求38的光纖，其中，所述溝槽區(qū)和所述基座區(qū)中的至少一個(gè)包括改變所述 至少一個(gè)溝槽區(qū)的折射率的局部特征。
42.權(quán)利要求41的光纖，其中，所述特征從由局部折射率降低氣孔和局部折射率升高 內(nèi)含物組成的組中選擇。
全文摘要
一種對(duì)彎曲損耗相對(duì)不敏感的光纖包括被配置為支持并引導(dǎo)基橫模的光傳播的芯區(qū)和包層區(qū)，所述包層區(qū)包括(i)外包層區(qū)，其具有小于芯區(qū)的折射率，(ii)環(huán)形包層基座區(qū)，其具有比外包層區(qū)高且與芯區(qū)相當(dāng)?shù)恼凵渎?，?iii)設(shè)置在所述芯區(qū)與所述基座區(qū)之間的環(huán)形包層內(nèi)溝槽區(qū)，所述內(nèi)溝槽區(qū)具有小于外包層區(qū)的折射率。在一個(gè)實(shí)施例中，所述光纖還包括(iv)設(shè)置在所述基座區(qū)與所述外包層區(qū)之間的環(huán)形包層外溝槽區(qū)，所述外溝槽區(qū)具有小于所述外包層區(qū)的折射率。另外，為了抑制HOM，所述基座區(qū)被配置為將芯區(qū)的至少一個(gè)其它橫模諧振地耦合到所述基座區(qū)的至少一個(gè)橫模。此類光纖有利地用作接入光纖，但也可具有其它應(yīng)用，如傳感器光纖。
文檔編號(hào)G02B6/028GK101883998SQ200880020298
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者J·M·菲尼, P·克里斯騰森 申請(qǐng)人:Ofs菲特爾有限責(zé)任公司