[发明专利]一种抗弯曲多模光纤

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有优异抗弯曲性能的多模光纤，属于光通信技术领域。

背景技术

随着科学技术的不断发展，中国已经进入了光纤宽带和多业务融合的信息高速发展时代。融合后的电信网、广电网和互联网都可以承载多种信息化业务，都可以为用户提供打电话、上网和看电视等多种服务。这必将对运营商和企业数据中心机房的网络基础设施的高带宽和灵活性提出了更高的要求，以便能够支持高性能连接，存储区域网络(SAN)、网络附加存储(NAS)和高性能计算（比如云计算）等应用。因此，未来几年，数据中心将逐步成为40G乃至100G以太网的天下。尤其是近年来云计算和物联网等概念的提出，以及VCSEL激光器在多模光纤通信网络的应用，在数据中心和中心机房中多模光纤提出更多苛刻的要求，其中光纤带宽的要求以及光纤的抗弯曲特性是最重要的两项参数。

2010年6月17日，IEEE 802.3ba标准，即40/100G以太网标准获批，该标准支持40Gb/s和100Gb/s速率下150米多模光纤传输和40公里单模光纤传输。该标准的正式发布，必将加速40G和100G以太网的建设步伐。

OM3和OM4光纤为50μm芯径渐变折射率多模光纤，数值孔径为0.200±0.015。OM3和OM4光纤的最小有效模式带宽EMB（Effective Mode Bandwidth）分别为2000MHz.km和4700MHz.km。OM3/OM4多模光纤在10Gb/s，40Gb/s和100Gb/s系统中的传输距离如表1所示。可以看出，在中短距离的高速网络中，多模光纤能够很好的胜任。

表1： OM3/OM4多模光纤在10Gb/s，40Gb/s和100Gb/s系统中的传输距离

相对于常规的OM3/OM4多模光纤，弯曲不敏感OM3/OM4光纤因为其不仅具有高带宽的特性，更有更加优异的抗弯曲性能，在数据中心以及中心机房等特殊布置条件更能发挥其自身优势，所以逐步成为各个光纤光缆制造企业的研发重点，并有取代常规OM3和OM4光纤的趋势。

降低光纤弯曲附加衰减的一个有效方法是采用下陷包层的设计，当光纤受到小的弯曲时，从芯子泄露出去的光会较大比例的限制在内包层并返回到芯子，从而有效降低了光纤的宏弯附加损耗。

通常的具有下陷包层结构光纤的优化往往在于下陷包层的结构，即下陷包层的深度和宽度以及下陷包层距离芯层的距离。为了得到更好的抗弯曲性能，理论上更大的下陷包层宽度和深度都能增加光纤的抗弯曲性能，但是其同样也会使多模光纤的的高阶模难以泄露到外层纯石英中去，影响光纤的DMD和带宽性能。

目前各个多模光纤激光器的生产厂家的VCSEL光源都存在不同大小的波长色散，为保证激光器的不同波长激光在光纤芯层内能够同步传输，考虑到芯层内部掺杂对不同波长激光传输速率的敏感性，我们可以设计合理的掺杂浓度，保证VCSEL光源激光在光纤内部同步传输；尤其是当VCSEL光源从芯层中心位置进行注入时，芯层中心位置采用适当的Ge/F共掺形式，可以有效的优化DMD性能。

理论上，要保证多模光纤有很好的DMD和带宽性能，光纤的芯层折射率剖面的精确控制非常重要。但在实际的光纤生产过程中，是先制备预制棒，再通过拉丝工序得到光纤。在成纤过程中，玻璃原料不可避免的受到外力作用，导致所拉制的光纤由于残存的应力和组分扩散，相比原始的预制棒，光纤的芯层折射率剖面分布将会发生畸变。研究表明，合理设计内包层的粘度，引入功能梯度材料的设计，可在芯层和下陷层两者之间形成缓冲层，承担部分拉丝张力，减少芯包层界面效应对光纤芯层的影响。抗弯多模光纤预制棒的中间包层的不掺F时，在一定拉丝张力作用下形成光纤，其DMD曲线图形往往如图5，即在芯层靠外部分发生偏移和展宽，反映了光纤芯层折射率剖面靠外区域发生了变形。当中间包层掺入一定量F时，在同样的拉丝张力作用下，其DMD曲线图形如图6，光纤芯层折射率剖面靠外区域畸变程度明显减小。在大规模的生产当中，合适的中间包层粘度将最大限度保持光纤折射率剖面的完美，提高目标产品的合格率，但在同样的芯层掺F量条件下，不同的包层掺F量，其850mm带宽与1300nm带宽的分布也呈现出差异性，如图7。因此，从功能梯度材料角度来设计合理的光纤剖面结构和组成，有助于解决抗弯多模光纤芯层，下陷包层结构和组分差异带来的光纤性能参数恶化的系列问题。