多模光纖的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多模光纖，其具有能夠穩(wěn)定地制造的構(gòu)造，該多模光纖作為適用于寬帶寬多模傳送用的傳送介質(zhì)。在該多模光纖中，纖芯具有從纖芯中心沿半徑方向變化，并且通過α乘數(shù)限定其形狀的折射率分布，其中，該α乘數(shù)在半徑方向的規(guī)定范圍內(nèi)沿該半徑方向的變化的平均值為正值。
【專利說明】多模光纖

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多模光纖。

【背景技術(shù)】
[0002]多模光纖由于容易進行光纖間的連接，此外，能夠容易地進行網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)筑，因此廣泛地使用于LAN(Local Area Network)等近距離信息通信的用途中。
[0003]近年來，除了對上述近距離信息通信的高速傳送的研究之外，對于以光纖操作的改善等為目的對上述多模光纖的抗彎特性的改善、通信帶寬的擴大(寬帶寬化)的研究也在如火如荼地進行。另外，在美國專利第6292612號(專利文獻I)、美國專利第7787731號(專利文獻2)、美國專利第7903918號(專利文獻3)、美國專利第8184936號(專利文獻4)、美國專利第8280213號(專利文獻5)、美國公開2011/0243519號公報(專利文獻6)、美國公開2012/0039361號公報(專利文獻7)、美國公開2011/0305423號公報(專利文獻8)中，介紹了用于使涉及的抗彎特性、帶寬等光學特性提高的多模光纖的折射率分布的各種形狀。
[0004]發(fā)明人們對用于實現(xiàn)比以往高速的近距離信息通信、用于穩(wěn)定地制造適用于寬帶寬多模光傳送的多模光纖的技術(shù)進行了如下的探討。另外，在本說明書中，在不特別說明而僅記載為“光纖”的情況下，是指“多模光纖”。
[0005]近年來，人們期望在使用多模光纖的數(shù)據(jù)中心內(nèi)高速化近距離信息通信，尤其是需要穩(wěn)定地制造滿足IS0/IEC11801的0M3標準、0M4標準的光纖。另一方面，為了穩(wěn)定地制造適用于寬帶寬多模傳送的多模光纖，需要使纖芯的折射率分布精確地與所期望的形狀一致。
[0006]另外，纖芯的折射率分布的形狀由α乘數(shù)限定，通常，該α乘數(shù)選擇1.9?2.3的范圍內(nèi)的數(shù)值。具體而言，纖芯(中心處的最大折射率=Ii1)相對于包層(折射率:?)的最大相對折射率差八。_由下式(I)給出，由自具有半徑a的纖芯的中心的距離r限定的該纖芯的折射率分布n(r)由下式(2)給出。在上述專利文獻I?8中均將限定該折射率分布n(r)的形狀的α乘數(shù)作為常數(shù)處理。
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[0009]然而，僅僅將a乘數(shù)作為常數(shù)而選擇，會限制多模光纖的進一步寬帶寬化。此外，實際制造的多模光纖的折射率分布有時會與設(shè)計的折射率分布產(chǎn)生偏差，在該情況下，由于以折射率分布的制造誤差為起因而產(chǎn)生的模式色散成為阻礙寬帶寬化的主要原因，所以難以實現(xiàn)穩(wěn)定地制造適用于寬帶寬多模傳送的多模光纖，即難以使制造出的多模光纖的寬帶寬特性穩(wěn)定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明是為了解決上述課題而提出的，其目的是提供一種多模光纖，其作為寬帶寬多模傳送用傳送介質(zhì)而具有能夠穩(wěn)定地制造的構(gòu)造。
[0011]為了解決上述課題，本發(fā)明涉及的多模光纖作為第I方式，具有沿規(guī)定軸線延伸的纖芯以及設(shè)置在纖芯的外周面上的包層。另外，纖芯在其中心處具有最大折射率H1并且具有外徑2a。包層在其與纖芯的界面處具有折射率IItl(Cn1)。特別地，該第I方式的纖芯在該多模光纖的與規(guī)定軸線正交的截面中，具有由α乘數(shù)a (r)限定其形狀的折射率分布n(r),該α乘數(shù)a (r)從該纖芯的中心起相對于半徑方向的距離r (O < r < a)而變化。此夕卜，在該多模光纖的與規(guī)定軸線正交的截面中，沿半徑方向的α乘數(shù)的變化d(a (r))/dr的平均值在距離r為大于或等于0.4a而小于或等于0.6a的基準范圍內(nèi)滿足下式(3)。
[0012]^cr(r)>0
? … (3)
[0013]作為能夠適用于上述第I方式的第2方式，優(yōu)選纖芯的中心處的α乘數(shù)α (O)小于或等于2.04。即使在GI型折射率分布中的α乘數(shù)的通常數(shù)值范圍內(nèi)，也能夠確保充分的調(diào)整裕度。
[0014]作為能夠適用于上述第I方式和第2方式中至少一個方式的第3方式，優(yōu)選α乘數(shù)的變化的平均值由自纖芯的中心相距基準范圍內(nèi)的距離rji為正整數(shù))的大于或等于兩個的任意點處的α乘數(shù)的變化d(a OgVdr的平均值限定。即，在將自纖芯的中心的距離處于基準范圍內(nèi)的任意的點的數(shù)量設(shè)為k(k為大于或等于2的整數(shù))時，沿半徑方向的α乘數(shù)的變化的平均值由下式(4)限定。
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[0016]作為能夠適用于上述第I方式?第3方式中至少一個方式的第4方式，在將纖芯的以包層的折射率％作為基準的最大相對折射率差設(shè)為八。_，將纖芯的以包層的折射率nQ作為基準的自纖芯中心的距離為r的位置處的相對折射率差設(shè)為Λ (r)時，自纖芯中心的距離為r處的α乘數(shù)a (r)由下式(5)限定。
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[0021]作為能夠適用于上述第I方式?第4方式中至少一個方式的第5方式，優(yōu)選沿半徑方向的α乘數(shù)的變化d(a (r))/dr的平均值在0.3a < r < 0.7a的范圍內(nèi)滿足上述式
(3)。并且，作為能夠適用于上述第I方式?第5方式中至少一個方式的第6方式，更優(yōu)選沿半徑方向的α乘數(shù)的變化d(a (r))/dr的平均值在0.2a彡r彡0.8a的范圍內(nèi)滿足上述式⑶。
[0022]此外，為了實現(xiàn)滿足光布線用的標準光纖的規(guī)格的多模光纖，作為能夠適用于上述第I方式?第6方式中至少一個方式的第7方式,優(yōu)選在基礎(chǔ)外徑為50 μ m的情況下,纖芯的外徑2a大于或等于48 μ m而小于或等于52 μ m。在同樣的宗旨下，作為能夠適用于上述第I方式?第7方式中至少一個方式的第8方式,優(yōu)選該多模光纖具有大于或等于0.195而小于或等于0.230的NA。
[0023]并且，為了實現(xiàn)0M3標準以上的寬帶寬多模傳送，作為能夠適用于上述第I方式?第8方式中至少一個方式的第9方式，優(yōu)選該多模光纖在850nm波長下具有大于或等于1500MHz -km的OFL帶寬。在同樣的宗旨下，作為能夠適用于上述第I方式?第9方式中至少一個方式的第10方式，優(yōu)選該多模光纖在850nm波長下具有大于或等于2000MHz -km的minEMBc 帶寬。
[0024]順便提一下，滿足0M3標準的多模光纖是指如下的光纖:被稱作最小實效帶寬(minEMB:Minimum Effective Modal Bandwidth)的帶寬為大于或等于 2000MHz.km,全模式勵振下的帶寬(國際標準IEC60793-1-41中規(guī)定的OFL帶寬)在850nm下大于或等于1500MHz.km,在1300nm下大于或等于500MHz.km。在本說明書中，計算出的實效帶寬(Calculated Effective Modal Bandwidth)的最小值以“minEMBc”表不。另外，在 0M3 標準中，多模光纖需要滿足以下3個條件(0M3-1?0M3-3)。
[0025](0M3-1) minEMBc (850nm)彡 2000MHz.km
[0026](0M3-2) OFL 帶寬(850nm)彡 1500MHz.km
[0027](0M3-3) OFL 帶寬(1300nm)彡 500MHz.km
[0028]此外，在0M4規(guī)格中，多模光纖有必要滿足以下3個條件(0M4-1?0M4-3)。
[0029](0M4-1) minEMBc (850nm)彡 4700MHz.km
[0030](0M4-2) OFL 帶寬(850nm)彡 3500MHz.km
[0031](0M4-3) OFL 帶寬(1300nm)彡 500MHz.km
[0032]另外，通過以下的詳細的說明及附圖能夠進一步充分地理解本發(fā)明涉及的各實施例。這些實施例僅僅是為了例示而示出，不應(yīng)認為由此限定本發(fā)明。
[0033]此外，本發(fā)明的進一步的應(yīng)用范圍可從以下的詳細說明來明確。然而，應(yīng)當明確的是，詳細的說明以及特定的事例表示本發(fā)明的優(yōu)選的實施例，是僅僅為了例示而示出的例子，根據(jù)該詳細的說明，在本發(fā)明的范圍內(nèi)進行各種變形和改良，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1A是表示本實施方式涉及的多模光纖的剖面構(gòu)造的一個例子的圖，圖1B是其折射率分布。
[0035]圖2是表示用于獲得本實施方式涉及的多模光纖的制造工序的圖。
[0036]圖3A?圖3E是表不可使用在本實施方式涉及的多模光纖中的纖芯的各種折射率分布的圖。
[0037]圖4A?圖4C是表不在相對于纖芯中心處的α乘數(shù)α (O)改變纖芯周邊處的α乘數(shù)(a)時的各種樣本中的折射率分布的形狀變化的圖。
[0038]圖5是表示纖芯中心處的α乘數(shù)α (O)和纖芯周邊處的α乘數(shù)(a)的組合不同的各種樣本在850nm波長下的OFL帶寬(GHz.km)的表。
[0039]圖6是表示纖芯中心處的α乘數(shù)α (O)和纖芯周邊處的α乘數(shù)(a)的組合不同的各種樣本在850nm頻帶處的minEMBc (GHz.km)的表。

【具體實施方式】
[0040]下面，參照附圖對本發(fā)明涉及的多模光纖的各實施方式詳細地說明。另外，【專利附圖】

【附圖說明】中對相同的要素標注相同的標號并省略重復(fù)的說明。
[0041]圖1A是表示本實施方式涉及的多模光纖的剖面構(gòu)造的一個例子的圖。圖1A所示的多模光纖100具有以石英玻璃作為主要材料、沿規(guī)定軸線(光軸AX)延伸的纖芯110以及設(shè)于纖芯110的外周面上的包層120。纖芯110具有外徑2a，且在其中心處(與光軸AX一致的位置)的最大折射率為H1。包層120在與纖芯110的界面處具有比纖芯110的最大折射率Ii1低的折射率η。。
[0042]此外，多模光纖100具有圖1B所示的折射率分布150。另外，圖1B所示的折射率分布150表示圖1A中與光軸AX正交的線LI上的各部分的折射率，相當于該多模光纖100的沿半徑方向的折射率分布。更具體而言，從纖芯中心(與光軸AX—致)到半徑r = a為止的區(qū)域是相當于纖芯110的區(qū)域，半徑r > a的區(qū)域是相當于包層120的區(qū)域。
[0043]另外，如圖2所示，具有圖1B所示的折射率分布150的多模光纖100是通過利用加熱器300 —邊使光纖母材10的一端加熱熔融一邊進行拉絲而獲得。因此，在光纖母材10中也具有與圖1B所示的折射率分布150相同的形狀。具體而言，在圖2中，光纖母材10具有拉絲后成為纖芯110的外徑為2b的第I區(qū)域11、以及拉絲后成為包層120的第2區(qū)域12，光纖母材10的折射率分布的形狀與圖1B所示的折射率分布150的形狀大體一致。
[0044]在本實施方式中，將對圖1B所示的多模光纖100 (或光纖母材10)的折射率分布n(r)進行限定的α乘數(shù)作為半徑!■的變量來處理。即，纖芯110 (中心處的最大折射率:H1)相對于包層120 (折射率:?)的最大相對折射率差通過下式(6)給出，由自具有半徑a的纖芯110的中心的距離r限定的該纖芯110的折射率分布n(r)通過下式(7)給出。另外，通常，針對光纖的折射率分布測量可以采用RNFP法等測量，此外，針對光纖母材的折射率分布測量可以通過利用預(yù)制棒測試儀(PreformAnalyzer)等來測量。
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[0047]特別地，在本實施方式中，在圖1B所示的折射率分布150中，沿半徑方向的α乘數(shù)的變化d/dr ( a (r))的平均值在0.4a彡r彡0.6a的有效范圍內(nèi)滿足下式(8)。
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[0049]另外，在將0.4a彡r彡0.6a的有效范圍內(nèi)的任意點的數(shù)量設(shè)為k(k為大于或等于2的整數(shù))時，上述α乘數(shù)的變化的平均值由下式(9)限定。
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[0050]— S(f) = —S(|*.)

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[0051]在將以包層120的與纖芯110的界面處的折射率Iitl作為基準的纖芯110的最大相對折射率差設(shè)為AeOTe，將自纖芯110的中心的距離為r的以包層120的折射率nQ為基準的該纖芯110的相對折射率差設(shè)為Δ Cr)時,作為半徑r的函數(shù)而給出的α乘數(shù)的一例，α乘數(shù)a (r)由下式(10)限定。
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[0056]此外，也能夠根據(jù)自纖芯中心的距離為ri的大于或等于兩個的任意點處的α乘數(shù)a (r,)計算出直線近似式，推測出α (0)、a (r = a)，其中，距離巧處于半徑r的有效范圍內(nèi)。因此，即使在如上述地利用直線近似的情況下也能夠計算出滿足上述式(8)的α乘數(shù)。
[0057]另外，在實際制造的多模光纖(或者光纖母材)中，有時由于在纖芯的中心附近和纖芯的周邊附近(纖芯和包層的邊界附近)處設(shè)計誤差比較大而難以得到正確的折射率分布。因此在本實施方式中，上述有效范圍的下限值(纖芯中心側(cè)邊界)設(shè)定在0.2a?0.4a的范圍內(nèi)，上述有效范圍的上限值(纖芯周邊側(cè)邊界)設(shè)定在0.6a?0.8a的范圍內(nèi)。
[0058]圖1B中示出了多模光纖的標準的折射率分布，但是用于實現(xiàn)通過本實施方式可得到的效果的折射率分布并不限定于圖1B的例子，圖3A?圖3E所示的各種折射率分布150A?150E可適用于本實施方式涉及的多模光纖100。
[0059]例如，在圖3A中示出了適用于抗彎多模光纖的折射率分布150A，該抗彎多模光纖與在上述專利文獻2、3中示出的折射率分布同樣地，在纖芯的外周部具有溝槽層151a。另夕卜，溝槽層的位置也可以沿著圖3A中所示的箭頭S移動，在該情況下，在折射率分布150A中具有與纖芯接觸的溝槽層151b。在圖3B中示出通過α乘數(shù)限定的纖芯的折射率分布(α乘數(shù)分布)直至鄰接的溝槽層151c的底部為止一直連續(xù)地變化的形狀的折射率分布150B。圖3C中示出與在上述專利文獻5中示出的折射率分布同樣地，纖芯外側(cè)(纖芯和包層的邊界)像懸崖A那樣陡立的形狀的折射率分布150C。在圖3D中示出與在上述專利文獻7示出的折射率分布同樣地，通過添加氟而在纖芯內(nèi)形成有α乘數(shù)分布的折射率分布150D。進一步地，在圖3Ε中示出與在上述專利文獻4中示出的折射率分布同樣地，在包層中形成有臺階B的折射率分布150Ε。
[0060]此外，在圖1B中示出通過在纖芯110中添加GeO2而形成的多模光纖100(纖芯組成=GeO2-S12)的折射率分布150，但是也可由其它組成(例如利用Ge02-Si02_P205、GeO2-S12-FjeO2-P2O5-S12-F等其它組成)構(gòu)成纖芯110。但是，在任意情況下纖芯110都具有通過α乘數(shù)a (r)限定其形狀的折射率分布n (r)，其中，該α乘數(shù)a (r)相對于從纖芯中心起在半徑方向的距離r (0<r < a)而變化，沿半徑方向的α乘數(shù)的變化d(a (r))/dr的平均值大于O。
[0061](樣本)
[0062]接下來，參照圖4A?圖4C、圖5、以及圖6，對改變纖芯內(nèi)的各部分中的α乘數(shù)并制造出的樣本的折射率分布以及它們的帶寬特性進行說明。其中，圖4A?圖4C是表示相對于纖芯中心處的α乘數(shù)a (O)改變了纖芯周邊處的α乘數(shù)(a)時的各種樣本的折射率分布的形狀變化的圖。圖5是表示纖芯中心處的α乘數(shù)α (O)和纖芯周邊處的α乘數(shù)(a)的組合不同的各種樣本在850nm波長下的OFL帶寬(GHz.km)的表。此夕卜，圖6是表不纖芯中心處的α乘數(shù)α (O)和纖芯周邊處的α乘數(shù)(a)的組合不同的各種樣本在850nm波長下的 minEMBc (GHz.km)的表。
[0063]該樣本具有50 μ m(48 μ m?52 μ m)的纖芯直徑和125 μ m的包層直徑。纖芯中心處的最大相對折射率差Λ(相對于包層折射率的相對折射率差)為1.。另外，在該樣本中，對纖芯中心處的α乘數(shù)(α (O))、與纖芯半徑一致位置處(纖芯和包層的界面位置)的α乘數(shù)(a (r = 25ym))進行設(shè)定，并且對任意位置r處的α乘數(shù)a (r)如下式(11)所示進行了直線近似。即，該樣本作為α乘數(shù)在從纖芯中心到纖芯-包層界面的范圍內(nèi)單調(diào)增加的多模光纖制造出。
[0064]眷_ +
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[0065]另外，在圖4Α?圖4C的曲線圖中，縱軸表示以包層作為基準的相對折射率差Δ (% )，橫軸表示半徑。圖4A表示α (O) = 2.04、a (a) = 2.01時的相對折射率分布，圖4B表示α (O) = a (a) = 2.04時的相對折射率分布，圖4C表示α (O) = 2.04、a (a)=2.07時的相對折射率分布。
[0066]在圖5和圖6中示出在上述條件下制造出的樣本的帶寬特性。其中，圖5所示的850nm波長下的OFL帶寬(GHz.km)是指，作為纖芯中心處的α乘數(shù)α (O)在2.00?2.07的范圍內(nèi)的任意的數(shù)值與作為纖芯半徑r = 25 μ m的位置處(纖芯-包層邊界)的α乘數(shù)α (25)在2.00?2.07的范圍內(nèi)的任意的數(shù)值的組合的帶寬特性。此外，與圖5的情況同樣地，圖6所示的850nm波長下的minEMBc (GHz.km)也是指,作為纖芯中心處的α乘數(shù)α (O)在2.00?2.07的范圍內(nèi)的任意的數(shù)值與作為纖芯半徑r = 25 μ m的位置處(纖芯-包層邊界)的α乘數(shù)α (25)在2.00?2.07的范圍內(nèi)的任意的數(shù)值的組合的帶寬特性。
[0067]根據(jù)圖5可知，示出最高帶寬特性的組合是以ARl示出的組合，相對于該最高帶寬特性得到大于或等于95%的帶寬特性的組合用影線區(qū)域表示。同樣地，根據(jù)圖6可知，示出最高帶寬特性的組合是以AR2示出的組合，相對于該最高帶寬特性得到大于或等于95%的帶寬特性的組合用影線區(qū)域表示。根據(jù)圖5和圖6的任意一者可知，優(yōu)選調(diào)整為隨著從纖芯中心向纖芯外周部α乘數(shù)變大，并設(shè)計纖芯的折射率分布。在纖芯中心相對于包層的最大相對折射率差Λ ( Δ core)為0.95%?1.25%，開口數(shù)NA為0.195?0.230的范圍的多模光纖中，同樣能夠得到上述結(jié)果。
[0068]另外，通常，確定纖芯的折射率分布的形狀的α乘數(shù)的下限為1.9左右，其上限為
2.2?2.3左右。在上述通常的數(shù)值范圍內(nèi)對α乘數(shù)進行調(diào)整(將α乘數(shù)調(diào)整為隨著從纖芯中心向纖芯外周部變大)的情況下，為了充分地確保調(diào)整裕度，優(yōu)選將α乘數(shù)的初始值，即纖芯中心處的α乘數(shù)α (O)設(shè)定為小于或等于2.04。
[0069]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠穩(wěn)定地制造出適用于與以往相比更寬的寬帶寬多模傳送用的多模光纖。
[0070]從以上的本發(fā)明的說明中，明確可知能夠?qū)Ρ景l(fā)明進行各種各樣的變形。不能認為這樣的變形超出本發(fā)明的思想和范圍，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的所有的改良包含在本權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多模光纖，其具有:纖芯，其沿規(guī)定軸線延伸，并且具有最大折射率Ii1和外徑2a ；以及包層，其設(shè)置在上述纖芯的外周面上，該包層在與上述纖芯的界面處具有折射率n0,其中 η0 < η” 該多模光纖的特征在于， 在該多模光纖的與上述規(guī)定軸線正交的截面中，上述纖芯具有由α乘數(shù)a (r)限定其形狀的折射率分布n (r)，該α乘數(shù)a (r)從上述纖芯的中心起相對于半徑方向的距離r變化，其中O < r < a, 沿上述半徑方向的上述α乘數(shù)的變化d(a (r))/dr的平均值在上述距離r大于或等于0.4a而小于或等于0.6a的基準范圍內(nèi)滿足下式(I)， —0(1*) > O? … ⑴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其中， 上述纖芯的中心處的α乘數(shù)α (O)為小于或等于2.04。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其中， 上述α乘數(shù)的變化的平均值由自上述纖芯的中心相距上述基準范圍內(nèi)的距離^的大于或等于兩個的任意點處的上述α乘數(shù)的變化d(a (Ti))/dr的平均值限定，其中i為正整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其中， 在將上述纖芯的最大相對折射率差設(shè)為八。_，將上述纖芯的自上述纖芯的中心的距離為r的位置處的相對折射率差設(shè)為Λ (r)時，上述α乘數(shù)a (r)由下式⑵限定， f % \ or / jpyf m 1、_■,一 %Sf\f I 哪.Γ —歸-嶺)…(2) 其中，
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5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其中， 上述α乘數(shù)的變化的平均值在上述距離r在大于或等于0.3a而小于或等于0.7a的范圍內(nèi)滿足上述式(I)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其中， 上述α乘數(shù)的變化的平均值在上述距離r在大于或等于0.2a而小于或等于0.8a的范圍內(nèi)滿足上述式(I)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其中， 上述纖芯的外徑2a大于或等于48 μ m而小于或等于52 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其中， 該多模光纖具有大于或等于0.195而小于或等于0.230的NA。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其中， 該多模光纖在850nm波長下具有大于或等于1500MHz.km的OFL帶寬。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖，其中， 該多模光纖在850nm波長下具有大于或等于2000MHz.km的minEMBc帶寬。
【文檔編號】G02B6/028GK104238003SQ201410251090
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月10日
【發(fā)明者】榎本正, 米澤和泰, 星野壽美夫 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社