空分復(fù)用所用的少模光纖鏈路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光纖傳輸領(lǐng)域，并且更具體地設(shè)及空分復(fù)用所用的改進(jìn)的少模(few? mode) 光纖鏈路。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)上，光纖包括傳輸光信號的光纖忍W及將光信號限制在光纖忍內(nèi)的光包層。 為此，纖忍的折射率η。大于包層的折射率nei。通常，光纖的特征由使折射率(η)與光纖的半 徑(r)相關(guān)聯(lián)的折射率分布來描述:在X軸上示出相對于光纖中屯、的距離r，并且在y軸上示 出半徑r處的折射率n(r)與光包層的折射率nci之間的差化。
[0003] 如今，主要存在多模光纖和單模光纖運兩類光纖。在多模光纖中，對于給定波長， 多個光模式沿著光纖同時傳播，而在單模光纖中，高階模下稱為H0M)是進(jìn)行了截除或高 度衰減的。
[0004] 單模光纖通常用于諸如接入網(wǎng)或城域網(wǎng)等的長距離應(yīng)用。為了獲得能夠傳輸單模 光信號的光纖，需要直徑相對較小的纖忍(通常為扣m~Ι?μπι)。為了滿足高速或高比特率的 應(yīng)用（例如aOGbps)的要求，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖需要使用被調(diào)諧成通常Wl550nm的波長進(jìn)行工 作的調(diào)制單模激光發(fā)射器。然而，單模光纖遭受非線性問題，而運成為光纖傳輸容量的主要 限制。
[0005] 多模光纖通常用于諸如局域網(wǎng)(LAN)和多住戶單元(MDU)等(更通常已知為建筑物 內(nèi)網(wǎng)絡(luò)）的要求高帶寬的短距離應(yīng)用。多模光纖的纖忍的直徑通常為50皿或62.5皿。電信中 最普遍的多模光纖是漸變折射率分布光纖。通過使模間色散（即，沿著光纖的光模式的傳播 延遲時間或組速度之間的差，還被稱為差分模式組延遲即DMGD)最小化，運種折射率分布針 對給定波長保證高的模式帶寬。然而，運種光纖設(shè)計不利地增強(qiáng)了模禪合，運樣妨礙了多模 光纖在長距離通信方案中的使用。
[0006] 由于經(jīng)由光纖網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)持續(xù)呈指數(shù)增長，因此針對特別是跨越長距離的不 斷增長的每光纖業(yè)務(wù)的需求不斷增加。為此，開發(fā)了使得多個單獨數(shù)據(jù)流能夠共用同一光 纖的復(fù)用技術(shù)。在運些技術(shù)中，有前景的一個方法是空分復(fù)用(SDM)，其中在空分復(fù)用中，利 用單個光纖所引導(dǎo)的多個光信號模式各自來提供該光纖內(nèi)的多個數(shù)據(jù)通道。
[0007] 運種技術(shù)要求開發(fā)被稱為少模光纖的新型光纖，其中運些新型光纖支持一個W上 的空間模式，但比多模光纖所支持的空間模式少。PCT專利文獻(xiàn)W02011/094400中特別公開 的運種少模光纖支持約2~50個模式。運些少模光纖可被配置成不存在多模光纖中所發(fā)生 的模式色散問題。
[000引使用少模光纖(FMF)的空分復(fù)用傳輸由于有可能使單模傳輸?shù)娜萘吭龃笠褂玫?模式的數(shù)量倍，因而近來受到極大關(guān)注。
[0009]少模光纖的設(shè)計的一個方法包括使差分模式組延遲(DMGD，即空間復(fù)用所使用的 導(dǎo)模(guided mode)的各個到達(dá)時間的差)最小化，由此可W與作為連接長距離的限制因素 其中之一的模禪合現(xiàn)象無關(guān)地使用復(fù)雜的2NX2N(N是空間模式的總數(shù)，即包括LP(線偏振） 模簡并）的ΜΙΜΟ技術(shù)來同時檢測所有的模式。然而，該優(yōu)化在LP模的數(shù)量增加的情況下，變 得越來越難。
[0010] 然而，要注意，可W通過使有效折射率差接近的LP模成組、并且檢測LP模的組而不 是單個LP模，來使用不太復(fù)雜的ΜΙΜΟ技術(shù)。
[0011] 在US 2013/0071114專利文獻(xiàn)中公開了第一個已知解決方案，其中該解決方案描 述了適合用在模分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)中的少模光纖。運種光纖具有單一阿爾法(α)漸變折射 率纖忍，其中：該纖忍的半徑為Ri(在所公開的實施例中，Ri的值高達(dá)11.4μπ〇,其中在波長 1550nm的情況下，阿爾法值大于或等于約2.3且小于約2.7; W及該纖忍的最大相對折射率 A 1MAX為相對于包層的約0.3%~約0.6%。該光纖還具有大于約90μηι2且小于約160μηι2的有 效面積。包層的最大相對折射率A 4ΜΑΧ滿足A 1ΜΑΧ〉A(chǔ) 4ΜΑΧ，并且在波長1550nm的情況下，LP01 模和LP11模之間的差分組延遲小于約0.5ns/km。
[0012] 然而，根據(jù)該第一個已知解決方案，纖忍和包層在大于1500nm的波長的情況下僅 支持LP01模和LP11模，而運與針對每光纖傳輸容量的不斷增加的需求相比模式數(shù)量過少。
[0013] 在US 2013/007115中公開了第二個已知解決方案，其中該解決方案公開了針對少 模光纖的另一具體設(shè)計。然而，如US 2013/0071114中所公開的第一個已知解決方案那樣， 該第二個已知解決方案還包括僅支持兩個導(dǎo)模的FMF。
[0014] 其它已知設(shè)計已得到支持多達(dá)4個或甚至6個模式的FMF。
[0015] 因而，PCT專利文獻(xiàn)W0 2012/161809公開了包括具有漸變折射率分布的被包層包 圍的纖忍的少模光纖，其中該漸變折射率分布被構(gòu)造成在抑制不期望的模式的情況下，支 持多個期望的信號承載模式的傳播。纖忍和包層被配置成:不期望的模式各自的有效折射 率接近或小于包層折射率，使得不期望的模式是泄漏模（leaky mode)。有效折射率最低的 期望模式和有效折射率最高的泄漏模之間的折射率間距足夠大，W基本防止運兩者之間的 禪合。在示例中示出支持多達(dá)4個模式的FMF。
[0016] US 2012/0328255專利文獻(xiàn)公開了如下的少模光纖，其中該少模光纖包括玻璃纖 忍W及包圍該玻璃纖忍并與該玻璃纖忍直接接觸的玻璃包層。玻璃纖忍可W包括:約祉m~ 約13WI1的半徑Ri;波長1550nm處的阿爾法值為約1.9~約2.1的漸變折射率分布；W及最大 相對折射率ΔlMAx為相對于玻璃包層的約0.6%~約0.95%。1550nm處的L01模的有效面積 可W為80μπι2~105μπι2,使得纖忍支持具有X個LP模的光信號在波長1550nm處的傳播和傳輸， 其中X是大于1且小于10的整數(shù)。玻璃包層可W包括的最大相對折射率Α4ΜΑΧ滿足Διμαχ〉 A 4ΜΑΧ。在示例中示出支持多達(dá)6個模式的FMF。
[0017] 盡管運些設(shè)計很有前景，但運些設(shè)計不能按期望的程度減小差分模式組延遲，因 此給傳輸系統(tǒng)距離帶來了限制。另外，運兩個文獻(xiàn)中所公開的分布不夠優(yōu)化W確保低彎曲 損耗和高泄漏損耗，然而低彎曲損耗和高泄漏損耗對于FMF而言是重要問題。實際上，與FMF 有關(guān)的已知文獻(xiàn)均未解決設(shè)計呈現(xiàn)低彎曲損耗和高泄漏損耗的少模光纖運一問題。
[0018] 此外，所有運些已知技術(shù)的目的在于提供少模光纖的新的改進(jìn)設(shè)計，并且基于光 纖必須滿足的理論標(biāo)準(zhǔn)。然而，運些設(shè)計可能對在制造工藝期間可能發(fā)生的小變化(例如， 分布變化、半徑變化或折射率差變化等)敏感。重復(fù)制造目標(biāo)在于完美地呈現(xiàn)理論特征的光 纖，運的確很困難。
[0019] 在80年代初，針對多模光纖提出了設(shè)及使多個光纖聯(lián)合W形成光鏈路的技術(shù)，其 中由于針對光纖的缺陷的補償現(xiàn)象，因此該光鏈路相比單個光纖呈現(xiàn)了改進(jìn)的性能。
[0020] 因此，存在針對差分模式組延遲小、彎曲損耗低且泄漏損耗高的引導(dǎo)4個LP模W上 的少模光纖鏈路的設(shè)計的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 在本發(fā)明的一個特定實施例中，提出一種光鏈路，包括N個光纖，其中N含2，N是整 數(shù)。各光纖包括光纖忍和包圍所述光纖忍的光包層，所述光纖忍具有日1含1的單一日1漸變折 射率分布，αι是用于定義所述光纖忍的折射率分布形狀的無量綱參數(shù)，并且所述光纖忍具 有半徑化1和最大折射率noi，其中i e [ 1;Ν]是用于指定所述光纖的指標(biāo)。所述光包層在外邊 緣具有折射率neii，所述光包層包括被稱為槽的包圍所述光纖忍的具有凹型折射率ntrenchi 的區(qū)域，所述槽具有內(nèi)半徑R2i和外半徑化i，其中R2i > Rli，并且R3i〉R2i。
[0022] 所述光鏈路如下:所述光鏈路的平均光纖忍半徑化link滿足通過W下等式所定義的 光通信的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)C:
[0023]
[0024] DMG化ink是所述光鏈路中的兩個導(dǎo)模之間的差分模式組延遲，
[002引 Max I DMGDiink I是所述光鏈路中的導(dǎo)模的任意組合之間的DMGD的最大絕對值，
[0026]
其中以是所述光鏈路中的光纖i的長度，W及
[0027]
其中Dnii = n〇i-ncii是λ = λ[處的光纖i的纖忍-包層折射率差， Ac是所述光纖期望的工作波段的中屯、傳輸波長，W及
[0028] 針對所述光鏈路中的至少一個光纖i，選擇所述光纖忍的半徑Rii，W使得Rii> 13.5μπι，并且針對所述光鏈路中的所有光纖i e [ 1; N]，選擇所述長度kW使得C < 18。
[0029] 如運里所使用的，并且除非另外規(guī)定，否則術(shù)語"單一αι漸變折射率分布"是指具 有如下定義的折射率分布η (r)的光纖忍：
[0030]
[0031] 其中，
[0032] r是表示光纖的半徑的變量，
[0033] 化1是光纖忍的半徑，
[0034] Δ是歸一化折射率差，其中
[00巧]nil是光纖忍的最小折射率，
[0036] noi是光纖忍的最大折射率，
[0037] αι是定義光纖忍的折射率分布形狀的無量綱參數(shù)。
[0038] 阿爾法參數(shù)α = 2與反拋物線相對應(yīng)。阿爾法參數(shù)α = 1與Ξ角形形狀相對應(yīng)，而阿 爾法參數(shù)α = 〇〇與階躍函數(shù)相對應(yīng)。
[0039] 折射率的漸變可W被定制為減少低損耗纖忍引導(dǎo)模式之間的組速度不匹配。
[0040] 通過適當(dāng)?shù)剡x擇構(gòu)成光鏈路的所有光纖各自的長度以，可W構(gòu)建少模光纖鏈路， 其中該少模光纖鏈路使得能夠在達(dá)到最低差分模式組延遲的情況下，引導(dǎo)與現(xiàn)有技術(shù)的 FMF相比數(shù)量有所增加的LP模。運種光鏈路因而是DMGD補償型FMF鏈路，并且相比所述光鏈 路中所包括的個體FMF呈現(xiàn)改進(jìn)的性質(zhì)。運種低DMGD使得能夠與模禪合現(xiàn)象無關(guān)地使用2N X2N(N是空間模式的總數(shù)，即包括LP模簡并）的ΜΙΜ0Γ多輸入多輸出"）技術(shù)來同時檢測所 有模式。因而，系統(tǒng)距離相對于現(xiàn)有技術(shù)有所增加。
[0041] 然而，要注意，還可W使用不太復(fù)雜的ΜΙΜΟ技術(shù)來檢測呈現(xiàn)接近的有效折射率差 的模式的組而不是單獨檢測所有模式。
[0042] 與諸如US 2012/0328255專利文獻(xiàn)、US 2013/0071114專利文獻(xiàn)和US 2013/ 0071115專利文獻(xiàn)所公開的技術(shù)等的現(xiàn)有技術(shù)相比，具有纖忍半徑Rii> 13.5μπι使得能夠引 導(dǎo)數(shù)量更多的模式。
[0043] 此外，凹槽輔助型光纖通過改進(jìn)纖忍內(nèi)的光模式的限制，使得宏彎曲損耗減少。因 而，在滿足標(biāo)準(zhǔn)Rii含13.5WI1且C<18的運種光鏈路的少模光纖的包層中添加槽，運使得能夠 顯著改善DMGD和彎曲損耗之間的權(quán)衡，其中運種槽是用W降低彎曲敏感度的眾所周知的方 式。
[0044] 根據(jù)一個有利特征，運種光鏈路內(nèi)所包括的光纖中的至少一個光纖具有滿足W下 關(guān)系的槽參數(shù)：
[0045]
[0046] 其中，Dn3i = ntrenchi-ncii是λ = λ(；處的槽-包層折射率差。
[0047] 優(yōu)選地，Dm <-3.10-3。
[004引具有運些特征的槽提供了呈現(xiàn)彎曲損耗和泄漏損耗之間的良好權(quán)衡的少模光纖， 運有助于改進(jìn)該槽所屬于的光鏈路的性質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的少模光纖鏈路在確保低DMGD的情 況下，支持與現(xiàn)有技術(shù)的FMF相比數(shù)量有所增加的LP模，并且針對所有導(dǎo)模呈現(xiàn)低彎曲損耗 (在1550nm處彎曲半徑為10mm的情況下，〈lOOdB/turn)，使得運些導(dǎo)模可