阅读说明：本技术 芯体具有径向依赖性α分布的宽带多模光纤 (Broadband multimode optical fiber with radially dependent α distribution core ) 是由 X·陈 李明军 于 2018-06-22 设计创作，主要内容包括：一种多模光纤包括芯体区域，其具有二氧化硅和外半径R。光纤的包层包围芯体区域并且包含二氧化硅。芯体区域具有折射率分布，其具有径向依赖性α。径向依赖性α通过α(r)＝f(r)给出。(A multimode optical fiber includes a core region having silica and an outer radius r.a cladding of the optical fiber surrounds the core region and contains silica the core region has a refractive index profile having a radial dependence α the radial dependence α is given by α (r) ═ f (r).)

芯体具有径向依赖性α分布的宽带多模光纤

本申请依据35U.S.C.§119要求于2017年6月22日提交的系列号为62/523,320的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。

背景技术

本公开一般涉及宽带多模光纤，更具体地，涉及芯体具有径向依赖性α分布的宽带多模光纤(MMF)。

包括多模光纤在内的光纤被预想用于数据中心和光纤家庭网络以及其他应用，并且其操作窗口大，从而便于在越来越大的波长范围内进行数据传输。例如，正在设计和预想具有渐变折射率芯体的多模光纤(MMF)设计以在850nm附近的波长范围内操作。最近的应用预想工作波长不限于850nm附近的波长。一些最近的应用预想工作波长在840nm至860nm的范围内。其他最近的应用预想工作波长落在840nm至953nm的范围内。正设想这些新型光纤设计中的一些具有复杂的折射率分布，通常具有两种或更多种具有不同浓度分布的掺杂剂。为了满足TIA提出的模式带宽的OM4标准，MMF在850nm处需具有4700MHz-km的有效模式带宽(EMB)。最近，TIA提出了MMF的新标准并将其标准化，该标准被称为OM5，并在TIA-492AAAE中予以记录。对于符合OM5标准的MMF，该MMF在850nm处应满足OM4 EMB要求，同时在953nm处还应提供2470MHz-km的EMB。

目前正在生产的MMF的峰值波长位于满足TIA提出的OM5标准的可接受范围的上限附近。为了符合TIA提出的OM4标准，峰值波长可落入的范围大致在815nm至895nm之间。为了在953nm处符合OM5 EMB，现有的MMF通常具有880nm或更高的峰值波长。然而，目前可用的符合OM4标准的MMF通常具有差分模式色散(differential modal dispersion,DMD)矩心(centroid)，其在其峰值波长下是平坦的，而在较长波长(例如950nm)下DMD矩心常转变成向前或右倾分布，这可使得难以制造在850nm和953nm处符合OM5标准的MMF。

因此，需要宽带MMF，其DMD矩心在峰值波长下具有向后或左倾的分布，并且在大于850nm的波长(例如950nm)下，具有增加的EMB。

发明内容

本公开的一个方面涉及一种多模光纤。所述多模光纤包括芯体区域，其包含二氧化硅和外半径R。光纤包层包围芯体区域并且包含二氧化硅。芯体区域具有折射率分布，其具有径向依赖性α。该径向依赖性α通过α(r)＝f(r)给出，并且以连续的方式从芯体区域的中心处的较大的α值α₀过渡到外半径处的较小的α值。较大的α值与较小的α值之间的差Δα为0.005至0.08。

本公开的另一个方面涉及多模光纤，其包括在光纤中的芯体区域，所述芯体区域包含二氧化硅和外半径R。光纤的包层包围芯体区域并且包含二氧化硅。芯体区域具有折射率分布，其具有径向依赖性α，所述径向依赖性α以连续的方式从芯体区域的中心处的较大的α值α₀过渡到外半径处的较小的α值。较大的α值与较小的α值之间的差δ为0.005至0.08，并且α₀为1.7至2.3。

本公开的另一个方面涉及多模光纤，其包括在光纤中的芯体区域，所述芯体区域包含二氧化硅和外半径R。光纤的包层包围芯体区域并且包含二氧化硅。芯体区域具有折射率分布，其具有径向依赖性α，该径向依赖性α通过下式给出：α(r)＝α₀-Δα(r/R)ⁿ，其中α₀是1.9至2.3，Δα是0.005至0.08，芯体区域中的径向位置r是0至R，并且n在约1至约3之间。

在多模光纤的前述方面的一些实施方式中，径向依赖性α可以通过α(r)＝α₀-Δα(r/R)ⁿ给出。在多模光纤的前述方面的一些替代性实施方式中，径向依赖性α可以通过下式给出：α(r)＝2.0557+0.0263·Δ_1最大·[1-(r/R)^α0]+δ。

在多模光纤的前述方面的实施方式中，α₀可以在以下范围内：约1.7至约2.3、约1.7至约2.2、约1.7至约2.1、约1.7至约2.0、约1.7至约1.9、约1.7至约1.8、约1.8至约2.3、约1.8至约2.2、约1.8至约2.1、约1.8至约2.0、约1.8至约1.9、约1.9至约2.3、约1.9至约2.2、约1.9至约2.1、约1.9至约2.0、约2.0至约2.3、约2.0至约2.2、约2.0至约2.1、约2.1至约2.3、约2.1至约2.2、或约2.2至约2.3。光纤的Δα可以在以下范围内：约0.005至0.08、约0.006至0.07、约0.007至0.06、约0.008至0.05、或约0.01至0.04。在前述方面的一些实施方式中，所述光纤在950nm处的平均模式带宽为至少2.5GHz-km，并且光纤的峰值波长在870nm至900nm的范围内。在多模光纤的前述方面的另一些实施方式中，所述光纤在950nm处的模式带宽比比较光纤在950nm处的模式带宽大至少10％。比较光纤的芯体区域的折射率分布具有恒定的α(阿尔法)，其大致等于α₀。在一些实施方式中，所述光纤在850nm处的平均模式带宽为至少4.7GHz-km。

在多模光纤的一些前述方面中，芯体区域掺杂有GeO₂并且包层掺杂有氟。在一些实施方式中，包层包括凹陷区域，其相对折射率基本上恒定并且低于芯体区域和包层的剩余部分的相对折射率。在另一些实施方式中，包层还包括内包层，其相对折射率在芯体区域的相对折射率与凹陷区域的相对折射率之间，并且凹陷区域与芯体区域通过内包层分离。

在前述方面的一些实施方式中，n等于2。在另一些实施方式中，芯体的相对折射率为0.7％至1.3％。所述芯体的外半径R可以为约14μm至约27μm。

在以下的

具体实施方式

中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的各个实施方式而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式都仅仅是示例性的，并且旨在提供用于理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各个实施方式的原理和操作。

附图说明

图1示意性例示了多模光纤的截面图。

图1A描绘了图1所示的多模光纤的示意性折射率分布。

图2是例示了两种具有恒定α分布的比较光纤的带宽对比波长图和相关的峰值分布的图。

图3是例示了四种示例性光纤的有效模式带宽对比波长图的图。

图4是例示了比较光纤和本公开的光纤的α值对比归一化半径的图。

图5是例示了比较光纤和本公开的光纤的折射率根据所示半径而变化的图。

图6是例示了比较光纤和图5所示的本公开的光纤的折射率分布差异的图。

具体实施方式

下面详细说明本发明优选实施方式，这些优选实施方式的实例在附图中示出。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。

如本文中所使用的，“均方根脉冲展宽”或“RMS脉冲展宽”是指给定波长下，在对应于给定光纤的带宽的波长下或远离该波长的脉冲展宽的程度(例如，单位为ns/km)。此外，均方根(RMS)脉冲展宽是多膜(MMF)光纤中RMS时间延迟的结果。更具体地，RMS脉冲展宽σ由方程(1)和(2)给出：

σ²＝<τ²>-<τ>² (1)

其中，τ(m)是模式m的时间延迟，L是光纤长度，m₁是材料色散系数，n₁是光纤的芯体中心中的折射率值，B是归一化传播常数，λ是波长，c是真空中的光的速度，并且<>表示平均运算(如下面方程(2A)所示)。对于一组变量x₁,x₂,...x_N，x的平均值通过如下方程(2A)给出：

“折射率分布”是折射率或相对折射率与波导光纤半径之间的关系。

术语“μm”和“微米”在本文中可互换使用。

“相对折射率百分比”在以下方程(3)中定义为：

Δ％＝100×(n_i ²-n_c ²)/2n_i ² (3)

其中，n_c是未掺杂的二氧化硅的折射率，并且n_i是在光纤的特定区域中的点i处的平均折射率。

除非另有说明，否则还如本文所用的相对折射率用Δ(和δ)表示，其数值以“％”为单位给出。术语Δ、％Δ、Δ％、德尔塔折射率、折射率百分比、德尔塔折射率百分比和％在本文中可互换使用。在一个区域的折射率小于未掺杂的二氧化硅的折射率的情况中，相对折射率百分比是负数，并且该区域被称为具有凹陷区域或凹陷折射率。在折射率大于未掺杂的二氧化硅的折射率的情况中，相对折射率百分比是正数。“正掺杂剂”在本文中被认为是相对于纯的未掺杂的二氧化硅，具有提高折射率的倾向的掺杂剂。“负掺杂剂”在本文中被认为是相对于纯的未掺杂的二氧化硅，具有降低折射率的倾向的掺杂剂。正掺杂剂的实例包括GeO₂、Al₂O₃、P₂O₅、TiO₂、Cl和Br。进一步地，术语“氧化锗”、“Ge”和“GeO₂”在本文中可互换使用并且是指GeO₂。负掺杂剂的实例包括F和B。此外，术语“氟”和“F”可互换使用以表示源自氟掺杂剂前体的氟掺杂剂，所述氟掺杂剂前体包括但不限于CF₄、SiF₄和C₂F₆。

还如本文中所使用的，术语“坯”、“预制件”和“光纤预制件”可互换使用并且是指可在光纤制造中用于制造光纤的包含掺杂或未掺杂的二氧化硅的制品。术语“烟炱”是指直径在约5nm至约5微米范围内的掺杂或未掺杂的二氧化硅颗粒。烟炱预制件可包含表面积≥2m²/g的烟炱。在一些实施方式中，烟炱预制件包含表面积≥5m²/g的烟炱；在一些实施方式中，烟炱的表面积≥20m²/g；在一些实施方式中，烟炱的表面积≥50m²/g；在一些实施方式中，烟炱的表面积≥200m²/g；并且在一些实施方式中，烟炱的表面积≥2m²/g且≤50m²/g。烟炱预制件可包含堆密度≥0.1g/cm²的烟炱；在一些实施方式中，烟炱的堆密度≥0.2g/cm²；在一些实施方式中，烟炱的堆密度≥0.5g/cm²；在一些实施方式中，烟炱的堆密度≥1g/cm²；并且在一些实施方式中，烟炱的堆密度≥0.2g/cm²且≤1g/cm²。

术语“α”或“α-分布”是指根据Δ(r)表示的相对折射率分布。Δ(r)的单位为“％”，其中r是半径，并且遵循如下方程(4)：

其中Δ_l最大是在光纤或光纤预制件的中心中的峰值折射率变化(即，芯体德尔塔)，并且R是芯体半径。除非另有规定，本文报告的α是在850nm处测量的折射率分布。α＝1对应于三角形相对折射率分布，α＝2描述了抛物线分布，并且α>12对应于接近阶跃折射率分布(即，如本文所用的“似阶跃的折射率分布”)的分布。因此，α＝∞对应于完全的阶跃折射率分布。比较光纤具有标准或比较α分布，其遵循以下方程(5)：

其中α保持恒定数值。

方程(4)和(5)描述了比较MMF的折射率。比较MMF在沿着芯体区域的直径的所有位置处的α具有恒定数值。改变α的数值导致MMF达到最大模式带宽时的波长发生变化。例如，α值为约2.10的MMF在约850nm处具有最大模式带宽。MMF的DMD矩心被定义为在特定的DMD发射偏移处的接收的激光脉冲的平均延迟。在MMF的最大模式带宽处或附近，DMD矩心可以具有大致平坦的分布。然而，随着光的波长移到比与最大模式带宽相关的波长更长的波长处，DMD矩心的分布可以变得右倾或向前。例如，DMD矩心在850nm的最大模式带宽波长处可以是平坦的，然而，随着波长增加到950nm，DMD矩心变得右倾且不对称。DMD矩心的右倾是激光脉冲与特定的DMD发射偏移之间的偏移发生位移的结果。激光脉冲与特定DMD发射偏移之间的偏移的位移是由于芯体区域中的径向位置在芯体区域的中心与芯体区域的外半径之间过渡时，用于制造MMF的材料发生色散的结果。当使用较低的α值时，例如低于2.10的α值，与最大模式带宽相关的波长增大。为了在较长波长下，例如在900nm或950nm处达到足以满足OM5标准的模式带宽要求，可以对MMF有益的是使峰值波长大于850nm。

根据本公开的一个方面，MMF的α值包括基于光纤的芯体区域中的径向位置的径向依赖性。径向依赖性一般可采取方程(6)的形式：

α(r)＝f(r) (6)

其中，α(r)是芯体区域中的α的径向分布，并且f(r)表明在芯体区域中，α根据半径r而变化。结合方程(5)和(6)，芯体区域的折射率可遵循方程(7)的形式：

函数α(r)可以采取各种函数形式，这些函数形式提供从芯体区域的中心到芯体区域的外半径R的平滑、单调和/或连续过渡。虽然函数α(r)具有基于固定α值的基线的径向依赖性，但是本公开的MMF的α值根据沿着芯体区域的半径的径向位置变化而减小。例如，芯体区域的外半径处的α值可以比在芯体区域的中心处的α值低约0.005至约0.08。

根据本公开的一个方面，方程(7)可以根据下述方程(8)的形式重排。特别地，芯体区域中的α根据径向位置的变化而变化，以使得α的值随着离芯体区域的中心的径向位移增加而减小。

方程(8)根据一个实施方式描绘了在芯体区域的半径上的“缓变(ramp)”α分布的实现。径向依赖性α具有基线，即，在芯体区域的中心处的起始点α₀。α的径向依赖性建立在初始值α₀上。通过使用归一化半径r/R，可以清楚地看到比较MMF与本文公开的MMF的α分布之间的差异。如图4所示，本文公开的MMF的α值在芯体区域的中心处最大，所述中心是与x坐标为0.0相关的位置。最大变化或Δα发生在芯体区域的外半径处，其是与图4上的x坐标为1.0相关的位置。方程(8)中的指数n决定了α尺度如何随着芯体区域的半径而变化，并且Δα控制了变化的幅度或强度。还设想了可以提供如下的MMF，其在芯体区域的外半径处的α值小于芯体区域的中心处的α值，其α分布遵循除方程(8)中具体公开的之外的关系。方程(8)是α值的径向依赖性的一个示例性实施方式，并且不旨在限制本公开。

根据另一个方面，可以替代性地定义MMF的芯体区域中的α分布。首先，在以下方程(9)中定义了用于特定峰值波长的具有恒定α值α₀的分布。

接着，引入沿芯体区域的半径的每个位置r处的α值的局部校正或扰动，以拓宽峰宽或带宽窗口。α值的局部校正或扰动取决于由方程(9)定义的Δ值，其以方程(10)来表示。

α(r)＝2.0557+0.0263·Δ₀(r)+δ (10)

根据替代性实施方式，合并方程(4)与方程(10)得到方程(11)。芯体区域中的α的径向依赖性可以遵循方程(11)：

在利用方程(11)中阐述的关系的一个实施方式中，公开了一种MMF，其中，α₀的值是2.082并且δ的值是0.00585。

在一些实施方式中，如果芯体区域的折射率分布具有由方程(8)、方程(9)、方程(10)或方程(11)中的任一个方程给出的径向依赖性α，则MMF在较长波长(例如高于峰值波长的波长)下的模式带宽大于比较MMF在相同波长下的模式带宽，所述比较MMF的模式带宽是恒定的α值。所述光纤在850nm至950nm的平均模式带宽比比较光纤在850nm至950nm的平均模式带宽大至少10％。比较光纤包括芯体区域，其折射率分布具有恒定的α(阿尔法)，其大致等于α₀。此外，所述光纤在950nm处的模式带宽比比较光纤在950nm处的模式带宽大至少10％。在多模光纤的前述方面的一些实施方式中，所述光纤在950nm处的模式带宽比比较光纤在950nm处的模式带宽大至少12％。在多模光纤的前述方面的一些实施方式中，所述光纤在950nm处的模式带宽比比较光纤在950nm处的模式带宽大至少14％。在多模光纤的前述方面的一些实施方式中，所述光纤在950nm处的模式带宽比比较光纤在950nm处的模式带宽大至少16％。在多模光纤的前述方面的一些实施方式中，所述光纤在950nm处的模式带宽比比较光纤在950nm处的模式带宽大至少18％。在多模光纤的前述方面的一些实施方式中，所述光纤在950nm处的模式带宽比比较光纤在950nm处的模式带宽大至少20％。在采用径向依赖性α的一些实施方式中，α₀可以在以下范围内：约1.9至2.3、约1.9至2.2、约1.9至2.1、约1.9至2.0、约2.0至2.3、约2.0至2.2、约2.0至2.1、约2.1至2.3、约2.1至2.2、或约2.2至2.3，Δα可在以下范围内：约0.005至0.08、约0.006至0.07、约0.007至0.06、约0.008至0.05、或约0.01至0.04，芯体区域中的径向位置r可以是0至R，并且Δ_1最大是r＝0的芯体区域的中心的峰值折射率变化。

本公开中的用于制造光纤的芯体预制件以及用于制造光纤的制造和加工方法总体旨在用于宽带多模光纤(MMF)。如本文中所使用的，术语“宽带多模光纤”和“宽带MMF”可互换使用并且表示在800-1000nm的波长范围之间的至少50nm的子窗口中的所有波长处，带宽为至少2GHz-km的多模光纤。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少75nm的子窗口中的所有波长处，带宽为至少2GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少100nm的子窗口中的所有波长处，带宽为至少2GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少150nm的子窗口中的所有波长处，带宽为至少2GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围中的所有波长处，带宽为至少2GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少50nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥2.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少75nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥2.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少100nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥2.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少150nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥2.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围中的所有波长处，带宽≥2.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少50nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥3GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少75nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥3GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少100nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥3GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少150nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥3GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围中的所有波长处，带宽≥3GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少50nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥3.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少75nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥3.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少100nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥3.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少150nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥3.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围中的所有波长处，带宽≥3.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少50nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥4GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少75nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥4GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少100nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥4GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少150nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥4GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围中的所有波长处，带宽≥4GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少50nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥4.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少75nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥4.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少100nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥4.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少150nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥4.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围中的所有波长处，带宽≥4.5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少50nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少75nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少100nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围之间的至少150nm的子窗口中的所有波长处，带宽≥5GHz-km。在一些实施方式中，宽带MMF在800-1000nm的波长范围中的所有波长处，带宽≥5GHz-km。

生产出本文公开的宽带高带宽MMF，其中α分布沿着光纤半径的径向位置的变化而变化。α分布的径向依赖性可通过控制化学气相沉积工艺中的Ge掺杂分布来实现，所述化学气相沉积工艺例如外气相沉积(OVD)、轴向气相沉积(VAD)、改进化学气相沉积(MCVD)、等离子体化学气相沉积(PVCD)或其组合。基于本公开的目标缓变α分布来控制Ge浓度。光纤的芯体区域中的折射率变化遵循α分布，其与Ge浓度成比例。因此，随着光纤中的径向位置从中心增加到外半径，Ge浓度从芯体区域的中心处的较大的Ge浓度降低到外半径处的较小的Ge浓度。Ge浓度根据芯体区域中的径向位置而连续且单调的变化提供了目标缓变α分布。使用预制件分析仪测量得到的预制件的折射率分布并与目标缓变α分布相比较。观察到的分布与目标分布之间的任何差异用来提供反馈，从而可调整分布以校正观察到的分布与目标分布之间的差异。例如，如果观察到的分布在芯体区域中的给定径向位置处的折射率大于芯体区域中的相同径向位置处的目标分布折射率，则根据观察到的分布与目标分布的差异，在随后的预制件制造中降低该径向位置处的Ge浓度。类似地，如果观察到的分布在芯体区域中的给定径向位置处的折射率小于芯体区域中的相同径向位置处的目标分布折射率，则根据观察到的分布与目标分布的差异，在随后的预制件制造中增加该径向位置处的Ge浓度。可能需要几次迭代来获得经过调整的分布并且该经过调整的分布提供与目标分布匹配的观察到的分布。接着，将预制件拉制成光纤。随后，在各个波长处测量光纤的差分模式延迟(DMD)以确定各个波长处的光纤带宽。直接评估折射率根据芯体中的径向位置的变化以测量观察到的分布的替代方法涉及测量特定波长处的DMD或延迟。特定波长处的DMD或延迟可以用作特定波长处的折射率变化的间接测量。因此，通过上述的迭代过程可以校正观察到的分布与目标分布之间的经计算的差，以用于在随后的光纤制造中改变特定径向位置处的Ge浓度。将测得的DMD或延迟转换成折射率变化在本领域普通技术人员的技能范围内，如通过下述文献印证，所述文献通过引用纳入本文：(1)Petermann,K.,“SimpleRelationship Between Differential Mode Delay in Optical Fibres and theDeviation from Optimum Profile”(光纤差分模式延迟与最佳分布偏差之间的简单关系),Elect.Lett.14,(1978)14,第793页；和(2)Stone,F.T.,Ritger,A.J和Head,E.D.,“TheUse of a Quantitative Diffferential Mode Delay Technique to Improve FiberBandwidth”(使用定量差分模式延迟技术改进光纤带宽),J.Lightwave Tech.1(1983)4,第585页。本文公开的光纤可以是具有凹陷区域(例如沟槽、沟纹等)的弯曲不敏感光纤，或者是不具有凹陷区域的非弯曲不敏感光纤。凹陷区域可以通过将氟掺杂到包层中来制造。如下所述，本公开的某些方面涉及具有α分布并且所述α分布随着沿光纤半径的径向位置而变化的MMF的生产和优点。

本文公开了芯体区域包括径向依赖性α分布的MMF。MMF的芯体区域中的径向变化的α值的优点包括但不限于：对于850nm至950nm范围中的所有波长具有增加的EMB，由于在芯体区域中使用单一掺杂剂，因此制造过程不那么复杂，以及由于在芯体区域中使用单一掺杂剂，因此制造MMF的成本有所降低。这些优点至少部分通过用于本公开的各个实施方式的上述方程(8)-(11)中列出的数学关系来提供。

如图1所示，多模光纤10包括基于二氧化硅的芯体20以及包围并直接毗邻(即，接触)芯体20的基于二氧化硅的包覆层(或包层)200。光纤10的数值孔径NA可在0.15至0.25之间，优选在0.185至0.215之间。优选地，光纤10的带宽大于2GHz-km，其中，峰值带宽集中在800nm至1000nm之间的波长。

如图1A所示，包括最大折射率Δ1_最大的多模光纤10的芯体20从r＝0的中心线延伸到最外芯体半径R1，所述R1通常为约12-30μm，在一些实施方式中，其为23.5-26.5μm。包层200从半径R1延伸到最外包层半径R_最大，并且具有相对折射率Δ4。在一些实施方式中，包层200具有内包层30，其具有相对折射率Δ2、外半径R2和宽度W2，W2＝R2-R1。在一些实施方式中，光纤10的包层200包括基于二氧化硅的区域50，其具有相对折射率Δ3_最小、最小半径R3、外半径R4、最大宽度W5＝R4-R2和最小宽度W4＝R4-R3，所述基于二氧化硅的区域50包围芯体并且由于掺杂有负掺杂剂因此折射率低于二氧化硅的折射率。基于二氧化硅的包层区域50(在本公开中可互换地称为“沟槽50”和“沟纹50”)例如可以包含F和任选的GeO₂。在一些实施方式中，该基于二氧化硅的包层区域50包括随机或非周期性分布的空隙(例如填充有气体)。沟槽区域50包含的折射率低于外包层60(例如在R4与R_最大之间)的折射率。在一些实施方式中，基于二氧化硅的区域50延伸通过整个包层200。在另一些实施方式中，外包层60包围包层区域50。在一些实施方式中，光纤10的包层200包括基于二氧化硅的区域50，其包围芯体并且具有折射率Δ3_最小，该折射率低于外包层60的相对折射率Δ4。在光纤10的一些实施方式中还包括包围光纤10的一次和二次聚合物涂层(图1A中未示出)。

在一些实施方式中，任选的基于二氧化硅的内包层30位于芯体20与基于二氧化硅的区域50之间，其通常含有负掺杂剂。图1A描绘了多模光纤10的示意性相对折射率分布。在一些实施方式中，基于二氧化硅的区域50与芯体20偏离宽度W2＝R2-R1，并且其被构造成使区域50开始于r＝R2并终止于r＝R3且宽度W3＝R3-R2。在另一些实施方式中，基于二氧化硅的区域50直接毗邻芯体20，并且具有矩形或梯形截面。

再次参考图1A，包层200从R₁延伸到最外包层半径R₄。在一些实施方式中，包层200包括Ge-F共掺杂的二氧化硅(例如，在内包层30中)。在一些实施方式中，包层200包括F掺杂的二氧化硅(例如，在沟槽区域50中)。例如，在一些实施方式中，沟槽区域50被基于二氧化硅的外包层60(例如，纯二氧化硅外包层或未掺杂的基于二氧化硅的外包层)包围。在一些实施方式中，包层200被一个或多个涂层210(参见图1)包围，例如被丙烯酸酯聚合物包围。

多模光纤10包括芯体区域20和包层200。芯体区域20和包层200可以包含二氧化硅。芯体20可以掺杂有GeO₂并且包层200可以掺杂有氟。芯体区域20具有外半径R。包层200包围芯体区域20。

例如，图2示出了两种比较MMF的模式带宽。比较光纤A在850nm处具有最大模式带宽。因此，随着光的波长从850nm增加，比较光纤A的模式带宽有所下降。比较光纤B在880nm处具有最大模式带宽。比较光纤A和比较光纤B具有相同的分布或峰形。因此，比较光纤B在较高波长(例如950nm)处的模式带宽大于比较光纤A在较高波长处的模式带宽。与MMF的最大模式带宽相关的波长的位移通过降低α的值来实现，这可平衡在大于或等于850nm的波长处的模式带宽。虽然比较光纤B在较高波长(例如950nm)处的模式带宽有所增加，但是比较光纤B在低于880nm的波长(例如850nm)处的模式带宽有所减小。峰宽、分布和/或峰形很大程度上取决于材料的色散。因此，降低α的值不会使曲线变宽或增大峰宽。因此，比较MMF具有窄的窗口，其使得MMF同时符合OM4(在850nm处为4700MHz-km)和OM5(在953nm处为2470MHz-km)标准的带宽要求。

本公开提供了改进的MMF，其能够符合OM4和OM5标准并且降低了制造成本且增加了制造产率。降低α的值可以提供左倾的DMD矩心或平均延迟。因此，在最佳波长处(例如与最大模式带宽相关的波长)，DMD矩心的高阶模式(HOM)可略微是主要的，这是因为在芯体区域的外部处有局部较低的α值，这可防止在较长波长处DMD矩心过分向右倾。在沿着半径与芯体区域的中心偏离的各位置处提供较低的α值可以对峰值波长(例如与最大模式带宽相关的波长)具有较小或忽略不计的影响，同时在较长波长处(例如950nm)具有使模式带宽增加的显著影响或益处。换言之，相对于MMF的其他部分，MMF的HOM显示出延迟减少，因此增加了模式带宽。本公开基于这种理解来扩展，以提供新颖且改进的MMF分布设计，例如图3所示的设计，其拓宽了带宽窗口或峰宽以同时符合OM4和OM5要求，并且具有更大的生产率和重复性。

现在参考图3，其为例示了本公开的三种示例性光纤的有效模式带宽对比波长图的图并且示出了一种比较光纤。光纤包括比较光纤，其是在芯体中具有恒定的α分布的比较纤维。光纤1-3是示例性光纤10，其在芯体20中包括α分布，该α分布随着芯体20中的径向位置而变化。比较光纤与光纤1-3的对比显示出在峰值波长处，光纤10的模式带宽急剧增加。另外，当将比较光纤与光纤1-3进行比较时，峰宽和950nm处的模式带宽有所增加。本文公开的α分布的改变以及通过扩展折射率分布使宽带MMF的制造产率显著增加。

在芯体区域20具有折射率分布并且该折射率分布具有径向依赖性α的实施方式(例如光纤2-4)中，α₀可以在以下范围内：约1.7至约2.3、约1.7至约2.2、约1.7至约2.1、约1.7至约2.0、约1.7至约1.9、约1.7至约1.8、约1.8至约2.3、约1.8至约2.2、约1.8至约2.1、约1.8至约2.0、约1.8至约1.9、约1.9至约2.3、约1.9至约2.2、约1.9至约2.1、约1.9至约2.0、约2.0至约2.3、约2.0至约2.2、约2.0至约2.1、约2.1至约2.3、约2.1至约2.2或约2.2至约2.3。光纤10的Δα可以在以下范围内：约0.005至0.08、约0.006至0.07、约0.007至0.06、约0.008至0.05或约0.01至0.04。芯体区域20中的径向位置r可以从0至R。具有径向依赖性α并且包括n的实施方式其n可在约1至约3之间。在一些实施方式中，n可以等于2。

根据一些实施方式，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少1.3GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少1.4GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少1.5GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少1.6GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少1.7GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少1.8GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少1.9GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少2.0GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少2.1GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少2.2GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少2.3GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少2.4GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少2.5GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少2.6GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少2.7GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少2.8GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少2.9GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少3.0GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少3.1GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少3.2GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少3.3GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少3.4GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少3.5GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少3.6GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少3.7GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少3.8GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少3.9GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少4.0GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少4.1GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少4.2GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少4.3GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少4.4GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少4.5GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少4.6GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少4.7GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少4.8GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少4.9GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在950nm处的平均模式带宽为至少5.0GHz-km。

在一些实施方式中，光纤10可具有光纤10的峰值波长λ_最大，其在850nm至920nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在860nm至920nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在870nm至920nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在880nm至920nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在890nm至920nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在900nm至920nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在910nm至920nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在850nm至910nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在850nm至900nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在850nm至890nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在850nm至880nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在850nm至870nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在850nm至860nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在860nm至910nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在870nm至900nm的范围内。在一些实施方式中，光纤10的λ_最大可在880nm至890nm的范围内。

在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少2.5GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少2.6GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少2.7GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少2.8GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少2.9GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少3.0GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少3.1GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少3.2GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少3.3GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少3.4GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少3.5GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少3.6GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少3.7GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少3.8GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少3.9GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少4.0GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少4.1GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少4.2GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少4.3GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少4.4GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少4.5GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少4.6GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少4.7GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少4.8GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少4.9GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少5.0GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少5.1GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少5.2GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少5.3GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少5.4GHz-km。在一些实施方式中，光纤10在850nm处的平均模式带宽为至少5.5GHz-km。

在一些实施方式中，光纤10的芯体20的相对折射率为0.9％至1.1％。在一些实施方式中，光纤10的芯体20的相对折射率为0.9％至1.2％。在一些实施方式中，光纤10的芯体20的相对折射率为0.9％至1.3％。在一些实施方式中，光纤10的芯体20的相对折射率为0.8％至1.2％。在一些实施方式中，光纤10的芯体20的相对折射率为0.7％至1.3％。在一些实施方式中，芯体20的外半径R为约10μm至约30μm。在一些实施方式中，芯体20的外半径R为约11μm至约29μm。在一些实施方式中，芯体20的外半径R为约12μm至约28μm。在一些实施方式中，芯体20的外半径R为约13μm至约27μm。在一些实施方式中，芯体20的外半径R为约14μm至约27μm。在一些实施方式中，芯体20的外半径R为约14μm至约26μm。在一些实施方式中，芯体20的外半径R为约15μm至约25μm。在一些实施方式中，芯体20的外半径R为约16μm至约24μm。在一些实施方式中，芯体20的外半径R为约17μm至约23μm。在一些实施方式中，芯体20的外半径R为约18μm至约22μm。在一些实施方式中，芯体20的外半径R为约19μm至约21μm。

实施例

本文公开的α分布的各方面有利于宽带MMF。总的折射率分布遵循α分布的径向依赖性。更具体地，利用α值的径向依赖性来提供从芯体20的中心处的较大的折射率过渡到芯体20的外半径R处的较小的折射率，这可以被称为α值和/或折射率的“缓降”。从光纤10中心处的较大折射率到芯体20的外半径处的较小折射率的过渡可以是线性过渡。或者，从光纤10中心处的较大折射率到芯体20的外半径处的较小折射率的过渡可以呈现高阶函数的形式(例如多项式函数)。由于缓降，当在850nm处的模式带宽保持恒定时，在950nm处观察到模式带宽增加(参见表1)。

表1

表1所示的示例性光纤(光纤1-3)包括比较光纤，其在光纤10的芯体20中具有恒定的α分布，并且包括示例性光纤，其包括随着芯体20中的径向位置而变化的α分布(光纤1-3)。参见图3的表1所示的信息的图像表示。

表2示出了比较光纤和示例性的径向依赖性α光纤(光纤1-3)的各种品质因数。

表2

参考图4，其示出了比较光纤和其中的一种示例性径向依赖性α光纤(光纤2)的α值对比归一化半径的图。归一化半径通过r/R给出，其中r是沿着光纤的芯体区域的半径R的径向位置。对于比较光纤，α值在整个芯体区域上保持恒定。对于光纤2，α值具有缓变的分布，其从芯体区域的中心到芯体区域的外半径下降。

现在参考图5，该图是描绘了比较光纤和光纤2的折射率德尔塔根据所示半径而变化的图。图5所示的图的尺度显示出宏观尺度上的折射率。因此，比较光纤与光纤2的折射率分布之间的微小差异不会清晰可见，并且各分布看上去是相似的或重叠的。然而，通过绘制比较光纤与光纤2的折射率差异(Δ差异)相对于半径的变化，可更加清楚地看到各分布之间的差异，如图6所示。

参考图6，该图以相关尺度示出了比较光纤和光纤2的折射率分布的差异根据半径的变化。尽管当在图5所示的宏观尺度上观察时，比较光纤与光纤2的折射率分布之间的差异是微小的，但是在图6中可更加清楚地看到差异。本公开的缓变的α分布可提供多模光纤，其具有更大的模式带宽，更大的制造容易度，更高的制造产率，并且能够符合OM4和OM5标准。

对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离权利要求书的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改和变动。