МНОГОМОДОВОЕ ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО С ПРОФИЛЕМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, СИСТЕМА ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО ВОЛОКНА
MULTIMODE FIBER WITH REFRACTIVE INDEX DISTRIBUTION PROFILE, OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM INCORPORATING AFORESAID FIBER AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Настоящее изобретение относится к многомодовому оптическому волокну с профилем распределения показателя преломления, содержащему светопроводящую сердцевину, вокруг которой расположен один или более слоев оболочки. Кроме того, настоящее изобретение относится к системе оптической связи, содержащей передатчик, приемник и многомодовое оптическое волокно. Помимо этого, настоящее изобретение относится к способу изготовления многомодового оптического волокна с профилем распределения показателя преломления, в котором на внутреннюю сторону подложки, выполненной в виде трубки, наносят слои стекла с легирующими примесями или без легирующих примесей способом химического осаждения из газовой фазы с использованием смеси химически активных газов, в результате чего получают заготовку, имеющую точно заданный профиль распределения показателя преломления, а из этой заготовки способом вытяжки получают многомодовое оптическое волокно путем нагрева одного из концов заготовки, а также относится к многомодовому оптическому волокну, имеющему профиль распределения показателя преломления и содержащему светопроводящую сердцевину с градиентным распределением показателя преломления, созданную с использованием нескольких легирующих примесей.
2
По существу, из уровня техники известно многомодовое оптическое волокно с шириной полосы пропускания, равной, по меньшей мере, 700 МГц, раскрытое в патенте США № 4339174. Известное из этого патента оптическое волокно содержит три отдельных области, а именно внешний слой оболочки, барьерный слой, расположенный на поверхности внутренней стенки слоя оболочки, и сердцевину, выполненную из очень чистого стекла с профилем распределения показателя преломления, при этом сердцевина расположена внутри барьерного слоя и содержит диоксид кремния SiO, легированный первым оксидом, количество которого является достаточным для увеличения показателя преломления сердцевины до величины, превышающей показатель преломления слоя оболочки, а концентрация вышеупомянутого первого оксида изменяется в соответствии с конкретным профилем распределения. Для многомодового оптического волокна, имеющего внутренний диаметр, равный 64,0 мкм (микроны), и числовую апертуру, ЧА (NA), равную 0,207, полученная в результате измерений ширина полосы пропускания в мегагерцах (МГц)) для длин волн 900 нм и 1300 нм оказалась равной соответственно 1024 и 1082. Какие-либо дополнительные подробности, относящиеся к пропускной способности, в этом патенте не приведены.
2
2
3
2
3
Из патента США № 3989350 известно многомодовое оптическое волокно, имеющее профиль распределения показателя преломления для снижения модовой дисперсии расширением полезной ширины полосы пропускания системы оптической связи. Известное из этого патента многомодовое оптическое волокно содержит сердцевину, показатель преломления которой уменьшается в радиальном направлении от оси волокна до области на внешней окружности сердцевины, при этом сердцевина, состоящая, по существу, из SiO и, по меньшей мере, из одного вещества, изменяющего показатель преломления, в частности, оксида бора, концентрация которого возрастает в радиальном направлении, а окончательный состав на внешней окружности сердцевины содержит существенное количество силиката бора в концентрации от 10 молярных процентов BO до 20 молярных процентов BO. Какие-либо дополнительные подробности, относящиеся к ширине полосы пропускания или к пропускной способности, в этом патенте не приведены.
Из патента США № 4222631 известно многомодовое оптическое волокно, содержащее, по меньшей мере, три стеклообразующих состава и имеющее сердцевину с градиентным профилем распределения показателя преломления в радиальном направлении и оболочку, в которой профиль распределения показателя преломления изменяется по особой формуле как функция от радиуса. Какие-либо конкретные подробности, относящиеся к ширине полосы пропускания или к пропускной способности, в этом патенте не приведены.
Существует необходимость в создании систем связи и стекловолокон, имеющих высокую пропускную способность, что обусловлено непрерывным ростом в области передачи данных и телекоммуникаций. Одним из способов увеличения пропускной способности стекловолокна (системы) является использование так называемого мультиплексирования с разделением по длине волны, МРДВ (WDM), при котором осуществляют одновременную передачу нескольких сигналов через стекловолокно на различных длинах волн. Вследствие необходимости использования дорогостоящего периферийного оборудования этот способ применяют, в основном, в сетях дальней связи, в которых используют одномодовые волокна.
Однако, в локальных сетях, ЛС (LAN), в сетях устройств хранения данных, СУХД (SAN), и в сетях связи, в которых часто используют многомодовые волокна ввиду относительно коротких расстояний и большого количества соединений, также существует растущая потребность в обеспечении высокой пропускной способности, реализуемой посредством способов МРДВ (WDM). Помимо этого, в вышеупомянутых сетях ближней связи стремятся использовать лазеры без термостабилизации, что значительно дешевле, чем использование лазеров с термостабилизацией. При использовании таких лазеров без термостабилизации имеет место сдвиг длины волны излучения лазера при изменении температуры. Как при использовании способов МРДВ (WDM), так и при использовании лазеров без термостабилизации необходимо, чтобы ширина полосы пропускания многомодовых волокон была достаточно высокой во всем относительно широком диапазоне длин волн для обеспечения используемых скоростей передачи.
Многомодовые стекловолокна, имеющие большую ширину полосы пропускания, выполненную с возможностью обеспечения высоких скоростей передачи, могут быть созданы путем создания в волокне очень точно заданного профиля распределения показателя преломления. Например, в ранее опубликованной международной заявке на изобретение PCT/NL02/00604, поданной от имени настоящего заявителя, указано, что профиль распределения показателя преломления таких волокон должен точно соответствовать уравнению согласно формуле (1):
где:
1
-
n значение показателя преломления сердцевины волокна;
r - радиальное положение в сердцевине волокна (мкм);
Δ - контраст показателя преломления волокна;
α - параметр формы профиля распределения;
a - радиус сердцевины волокна (мкм).
Кроме того, в вышеупомянутой международной заявке указано, что важным фактором является обеспечение адекватного контроля внутренней части оптической сердцевины. Обычно используют лазеры с желательными высокими скоростями передачи, а эти лазеры "облучают" только лишь часть оптической сердцевины, что обусловлено размером пятна, поэтому установлены более строгие требования в отношении адекватного контроля профиля распределения.
Согласно способу, известному из заявки PCT/NL02/00604, можно изготовить многомодовые волокна, имеющие большую ширину полосы пропускания на одной конкретной длине волны, для которой было разработано это волокно. Такое волокно обеспечивает высокие скорости передачи на этой конкретной длине волны. При использовании волокна на других длинах волн, отличающихся от расчетной длины волны (как больших, так и меньших нее), ширина полосы пропускания является значительно более узкой, в результате чего максимальная скорость передачи на длинах волн, отличающихся от расчетной длины волны, является более низкой.
Согласно первому аспекту изобретения предложенное техническое решение обеспечивает создание таких многомодовых стекловолокон, которые могут быть использованы в относительно большом диапазоне длин волн при конкретной скорости передачи.
Согласно другому аспекту изобретения предложено техническое решение, которое обеспечивает многомодовые волокна, которые в предпочтительном варианте реализации имеют характерный внутренний диаметр и числовую апертуру, а также характерный минимум ширины полосы пропускания при насыщении световыми модами, НСМ (Over Filled Launch, OFL), измеренный в соответствии с процедурой тестирования волоконной оптики FOTP-204 согласно стандарту TIA/EIA-455-204 Ассоциации промышленности средств связи/Ассоциации электронной промышленности (США).
Другой аспект изобретения относится к техническому решению, которое связано с созданием систем оптической связи, содержащих многомодовое волокно и имеющих относительно большой диапазон длин волн при конкретной скорости передачи.
Еще одно техническое решение, предложенное в настоящем изобретении, связано с созданием систем оптической связи, содержащих многомодовые волокна и позволяющих использовать лазеры без термостабилизации.
Другое техническое решение, предложенное в настоящем изобретении, обеспечивает создание оптического волокна, имеющего достаточно большую ширину полосы пропускания в конкретном диапазоне длин волн, например, около 800 нм, для реализации конкретной пропускной способности.
Еще одно техническое решение, предложенное в настоящем изобретении, обеспечивает создание многомодового оптического волокна, совместимого с уже установленными многомодовыми волокнами.
Согласно настоящему изобретению многомодовое оптическое волокно, ссылка на которое приведена во введении, отличается тем, что имеет пропускную способность, равную, по меньшей мере, 1 гигабит в секунду (Гбит/с) в диапазоне длин волн шириной, по меньшей мере, 100 нм в спектральном диапазоне, включающем в себя длину волны 1300 нм, и тем, что обеспечивает эту пропускную способность на длине волокна равной, по меньшей мере, 1000 м.
Согласно другому варианту осуществления изобретения пропускная способность равна, по меньшей мере, 10 Гбит/с в диапазоне длин волн шириной, по меньшей мере, 50 нм, в частности, шириной, по меньшей мере, 100 нм, в спектральном диапазоне, включающем в себя длину волны 850 нм, и эта пропускная способность обеспечена на длине волокна, равной, по меньшей мере, 150 м.
Особый вариант осуществления многомодового оптического волокна согласно настоящему изобретению отличается тем, что оно имеет пропускную способность, равную, по меньшей мере, 1 Гбит/с в диапазоне длин волн шириной, по меньшей мере, 250 нм в спектральном диапазоне, включающем в себя длину волны 1400 нм, и тем, что обеспечивает эту пропускную способность на длине волокна, равной, по меньшей мере, 850 м.
Поскольку предпочтительно, чтобы такие многомодовые волокна являлись совместимыми с уже установленными многомодовыми волокнами, то в предпочтительном варианте волокно имеет диаметр сердцевины, равный 62,5 мкм, числовую апертуру в интервале от 0,25 до 0,30 и минимальную ширину полосы пропускания при НСМ, равную, по меньшей мере, 160 МГц·км на длине волны 850 нм, к тому же, в частности, минимальная ширина полосы пропускания при НСМ равна, по меньшей мере, 300 МГц·км на длине волны 1300 нм.
Кроме того, настоящее изобретение относится к многомодовому оптическому волокну с профилем распределения показателя преломления, содержащему светопроводящую сердцевину, вокруг которой расположен один или большее количество слоев оболочки, отличающемуся тем, что имеет пропускную способность, равную, по меньшей мере, 1 Гбит/с в диапазоне длин волн шириной, по меньшей мере, 100 нм в спектральном диапазоне, включающем в себя длину волны 1300 нм, и тем, что обеспечивает эту пропускную способность на длине волокна, равной, по меньшей мере, 2000 м.
В особом варианте осуществления многомодового оптического волокна согласно настоящему изобретению его пропускная способность равна, по меньшей мере, 10 Гбит/с в диапазоне длин волн шириной, по меньшей мере, 50 нм, в частности, шириной, по меньшей мере, 100 нм, в спектральном диапазоне, включающем в себя длину волны 850 нм, и эта пропускная способность обеспечена на длине волокна, равной, по меньшей мере, 300 м.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, пропускная способность многомодового оптического волокна равна, по меньшей мере, 1 Гбит/с в диапазоне длин волн шириной, по меньшей мере, 250 нм в спектральном диапазоне, включающем в себя длину волны 1400 нм, и эта пропускная способность обеспечена на длине волокна, равной, по меньшей мере, 1300 м.
Поскольку предпочтительно, чтобы такие волокна являлись совместимыми с уже установленными многомодовыми волокнами, то в предпочтительном варианте волокно имеет диаметр сердцевины, равный 50 мкм, числовую апертуру в интервале от 0,18 до 0,22 и минимальную ширину полосы пропускания при НСМ, равную, по меньшей мере, 400 МГц·км на длине волны 850 нм, к тому же, в частности, минимальная ширина полосы пропускания при НСМ равна, по меньшей мере, 400 МГц·км на длине волны 1300 нм.
Для обеспечения возможности получения таких значений пропускной способности многомодового оптического волокна с градиентным распределением показателя преломления в различных системах, в которых могут быть использованы лазеры, имеющие различные характеристики, имеются определенные модели, определяющие минимальную ширину полосы пропускания используемых волокон при НСМ. Следовательно, для специалистов в данной области техники минимальная ширина полосы пропускания при НСМ, требуемая для вышеупомянутых комбинаций произведения пропускной способности на диапазон длин волн, является известной.
Кроме того, оптические волокна согласно настоящему изобретению не должны иметь какие-либо возмущения в центральной части характеристики ДЗМ (дифференциальной задержки мод, DMD) в используемом диапазоне длин волн. Такими возмущениями могут являться, в том числе: двойные импульсы, уширение импульсов, опережающие импульсы или запаздывающие импульсы.
При измерении ДЗМ осуществляют измерение импульсной характеристики пропускания световых импульсов через сердцевину многомодового волокна в точках, имеющих различное радиальное местоположение. При использовании многомодового оптического волокна при вышеупомянутых более высоких скоростях передачи важно, чтобы импульсная характеристика световых импульсов в центральной части сердцевины волокна диаметром 18 мкм не имела никаких возмущений.
Кроме того, настоящее изобретение относится к системе оптической связи, содержащей передатчик, приемник и многомодовое оптическое волокно, отличающейся тем, что вышеописанное многомодовое оптическое волокно используют в качестве многомодового оптического волокна для обеспечения пропускной способности, равной, по меньшей мере, n×1 Гбит/с, при этом расстояние между вышеупомянутыми передатчиком и приемником равно, по меньшей мере, 1 км, а n≥2.
В конкретных вариантах осуществления изобретения вышеупомянутая система оптической связи в предпочтительном варианте отличается тем, что вышеописанное многомодовое оптическое волокно используют в качестве многомодового оптического волокна для обеспечения пропускной способности, равной, по меньшей мере, n×10 Гбит/с, при этом расстояние между передатчиком и приемником равно, по меньшей мере, 150 м, а n≥2.
В особом варианте системы оптической связи вышеописанное многомодовое оптическое волокно используют в качестве многомодового оптического волокна для обеспечения пропускной способности, равной, по меньшей мере, n×1 Гбит/с, при этом расстояние между передатчиком и приемником равно, по меньшей мере, 850 м, а n≥2.
Следует понимать, что параметр "n" означает многоканальную систему оптической связи, следовательно, помимо этого, настоящее изобретение также относится и к одноканальной системе оптической связи, пропускная способность которой соответственно равна, по меньшей мере, 1 Гбит/с или 10 Гбит/с, в которой передатчиком является, в частности, лазер без термостабилизации. В зависимости от величины дрейфа длины волны таких лазеров без термостабилизации системы оптической связи, содержащие такие лазеры, могут быть также выполнены в виде многоканальных систем.
Согласно настоящему изобретению многомодовые оптические волокна могут быть получены с использованием двух или большего количества легирующих примесей для формирования сердцевины многомодового оптического волокна, имеющей градиентное распределение показателя преломления. Путем изменения концентрации легирующих примесей по радиусу сердцевины характеристики межмодовой дисперсии многомодового оптического волокна могут быть подобраны таким образом, чтобы ширина полосы пропускания имела более слабую зависимость от длины волны. Путем одновременного задания очень точного профиля распределения показателя преломления получают большую ширину полосы пропускания в широком спектральном диапазоне.
2
2
В предпочтительном варианте в качестве легирующих примесей, вводимых в SiO для создания оптической сердцевины, используют GeO и F. В связи с этим важным фактором является то, что концентрация F в оптической сердцевине многомодового волокна является более низкой на оси волокна (в точке r=0), чем в любом другом месте сердцевины волокна (в точке 0<r≤a), при этом край сердцевины определен как r=a. Таким образом, можно воздействовать на зависимость ширины полосы пропускания от используемой длины волны светового излучения для обеспечения возможности реализации достаточного объема производства волокон согласно настоящему изобретению.
2
2
2
3
2
5
2
2
2
2
3
Аналогичным образом, могут быть использованы другие комбинации легирующих примесей, вводимых в SiO для воздействия на характеристики межмодовой дисперсии оптического волокна таким образом, чтобы обеспечить ослабление зависимости ширины полосы пропускания от длины волны. Помимо вышеупомянутых GeO и F, могут быть использованы следующие легирующие примеси: BO, PO, N, TiO, ZrO, SnO или AlO.
Особые варианты осуществления многомодового оптического волокна согласно настоящему изобретению и способа изготовления такого многомодового оптического волокна сформулированы в зависимых пунктах формулы изобретения.
Ниже приведено более подробное описание настоящего изобретения со ссылкой на несколько чертежей, однако в связи с этим следует отметить, что такой отдельный чертеж никоим образом не ограничивает настоящее изобретение.
На фиг.1 показана зависимость ширины полосы пропускания от длины волны для многомодового оптического волокна из известного уровня техники.
На фиг.2 показаны профиль распределения показателя преломления и концентрация легирующей примеси в оптическом волокне согласно фиг.1.
На фиг.3 показана зависимость ширины полосы пропускания от длины волны для другого многомодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На фиг.4 показаны профиль распределения показателя преломления и концентрация легирующей примеси в многомодовом оптическом волокне согласно фиг.3.
На фиг.5 показана зависимость ширины полосы пропускания от длины волны для еще одного многомодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На фиг.6 показаны профиль распределения показателя преломления и концентрация легирующей примеси в многомодовом оптическом волокне согласно фиг.5.
2
2
5
На фиг.1 показана зависимость ширины полосы пропускания от длины волны для многомодового оптического волокна из известного уровня техники. Профиль распределения показателя преломления (сплошная линия) и концентрация F (штрихпунктирная линия) для вышеупомянутого волокна показаны на фиг.2. Концентрация F может изменяться от 0 до приблизительно 4 весовых процентов, а профиль распределения показателя преломления создают за счет легирующей примеси, увеличивающей показатель преломления, которой является, например, GeO, PO или их совокупность, и концентрация которой изменяется вдоль радиуса сердцевины в соответствии с требуемой формой профиля распределения показателя преломления. Положение максимума максимальной ширины полосы пропускания, изображенного на чертеже, может быть смещено в область более высоких или более низких длин волн путем увеличения или уменьшения концентрации F (которая является постоянной вдоль радиуса) либо путем изменения формы профиля распределения показателя преломления, при этом более низкое значение параметра (профиля распределения приводит к сдвигу максимума вправо. Такие изменения значения (или концентрации F не приводят к существенным изменениям формы максимума, показанного на фиг.1. Отклонения от идеального профиля распределения показателя преломления, заданного согласно формуле, обычно приводят к получению значений ширины полосы пропускания, расположенных ниже кривой из фиг.1. Следовательно, на кривой согласно фиг.1 показана максимальная ширина полосы пропускания для волокна, имеющего конкретный состав, которая может быть достигнута при конкретной длине волны.
На фиг.3 показан пример зависимости ширины полосы пропускания многомодового оптического стекловолокна для многомодового оптического стекловолокна, имеющего профиль распределения показателя преломления (сплошная линия) и концентрацию F (штрихпунктирная линия) согласно принципу, показанному на фиг.4. Увеличение концентрации F в радиальном направлении от центральной оси волокна оказывает такое воздействие на дисперсионные характеристики многомодового оптического волокна, которое обеспечивает конкретную минимальную ширину полосы пропускания в более широком диапазоне длин волн. Ширина максимума на половине высоты в 1,8 раза превышает его ширину, показанную на фиг.1. На фиг.4 показано линейное увеличение концентрации F в сердцевине многомодового оптического стекловолокна в зависимости от радиуса. Однако такие изменения зависимости ширины полосы пропускания от длины волны также имеют место в случае параболической или экспоненциальной зависимости увеличения концентрации F от радиуса.
В примере согласно фиг.4 концентрация F увеличивается с 0 весовых процентов на центральной оси волокна (при r=0) до максимального значения, составляющего приблизительно от 0,5 до 5 весовых процентов на краю оптической сердцевины (при r=a). За счет использования такого изменения концентрации легирующей примеси, которой является F, например, от 0 до 4 весовых процентов в стандартном многомодовом волокне, имеющем диаметр сердцевины, равный 62,5 мкм, и числовую апертуру (ЧА), равную приблизительно 0,27, значение α, равное приблизительно 1,97, приводит к получению оптического волокна, выполненного с возможностью передачи данных со скоростью, по меньшей мере, 1 Гбит/с на расстояние 1000 м в спектральном диапазоне, включающем в себя длину волны 1300 нм. Такое волокно может быть использовано в системе оптической связи, содержащей передатчик и приемник, в которой осуществляют одновременную передачу сигналов на двух или более длинах волн со скоростью передачи, равной, по меньшей мере, 1 Гбит/с в диапазоне длин волн шириной, по меньшей мере, 100 нм для каждой длины волны на расстояние, как минимум, 1000 м. Такое оптическое волокно также может быть использовано в системе оптической связи, содержащей передатчик без термостабилизации, а также приемник, которая обеспечивает скорость передачи, равную, по меньшей мере, 1 Гбит/с, на расстояние, равное, по меньшей мере, 1000 м. Аналогичным образом, подобное изменение концентрации легирующей примеси, которой является F, в стандартном многомодовом волокне, имеющем диаметр сердцевины, равный 50 мкм, и ЧА, равную приблизительно 0,2, при значении α, равном приблизительно 1,97, обеспечивает получение волокна, обеспечивающего передачу со скоростью, равной, по меньшей мере, 1 Гбит/с, на расстояние 2000 м в диапазоне длин волн шириной 100 нм в спектральном диапазоне, включающем в себя длину волны 1300 нм. Такое волокно может быть использовано в системе оптической связи, содержащей передатчик и приемник, в которой осуществляют одновременную передачу сигналов на двух или более длинах волн со скоростью передачи, равной, по меньшей мере, 1 Гбит/с для каждой длины волны, на расстояние, как минимум, 2000 м. Такое волокно может быть также использовано в системе оптической связи, содержащей передатчик без термостабилизации, а также приемник, которая обеспечивает скорость передачи, равную, по меньшей мере, 1 Гбит/с на расстояние, равное, по меньшей мере, 2000 м.
max
max
2
Выбор более высоких значений приводит к смещению максимума полосы пропускания в область более низких длин волн. Использование такого изменения концентрации легирующей примеси, которой является F, например, от 0 до 1,5 весовых процентов в многомодовом волокне, имеющем значение α, равное приблизительно 2,05, позволяет приспособить стандартное многомодовое волокно, имеющее диаметр сердцевины, равный 62,5 мкм, и ЧА, равную приблизительно 0,27, для передачи со скоростью, равной, по меньшей мере, 10 Гбит/с, на расстояние, равное 150 м, в диапазоне длин волн шириной 50 нм в спектральном диапазоне, включающем в себя длину волны 850 нм. Следовательно, стандартное многомодовое волокно, имеющее диаметр сердцевины, равный 50 мкм, и ЧА, равную приблизительно 0,2, может быть выполнено с возможностью передачи со скоростью, равной, по меньшей мере, 10 Гбит/с, на расстояние, равное 300 м, в диапазоне длин волн шириной 50 нм в спектральном диапазоне, включающем в себя длину волны 850 нм. Увеличение разности между минимальным количеством легирующей примеси, которой является F, и максимальным количеством легирующей примеси, которой является F, например, от 0 до 2 весовых процентов приводит к расширению диапазона длин волн, в пределах которого волокна пригодны для вышеупомянутой скорости передачи и для вышеупомянутого расстояния. В этом случае диапазон длин волн возрастает с 50 нм до 100 нм. Вышеупомянутые волокна, оптимизированные для работы на длине волны 850 нм, могут быть использованы в системе оптической связи, содержащей передатчик и приемник, в которой осуществляют одновременную передачу сигналов на двух или более длинах волн со скоростью передачи, равной, по меньшей мере, 10 Гбит/с для каждой длины волны, на расстояние, равное, по меньшей мере, 150 м. Вышеупомянутые волокна могут быть также использованы в системе оптической связи, содержащей передатчик без термостабилизации, а также приемник, которая обеспечивает скорость передачи, равную, по меньшей мере, 10 Гбит/с, на расстояние, равное, по меньшей мере, 150 м. При этом также существует возможность получения прогнозируемых эффектов при использовании концентрации F>0 весовых процентов на центральной оси волокна. Таким образом, оказывается, что изменение концентрации F от 0 до 1 весового процента приводит к получению тех же самых результатов, что и изменение от 0,5 до 1,5 или от 2 до 3 весовых процентов. На фиг.6 показан вариант осуществления изобретения, в котором концентрация F возрастает в радиальном направлении от центральной оси волокна до конкретного максимального значения, равного приблизительно от 0,5 до 8 весовых процентов при радиусе r, значение которого находится в интервале от 0 до a, а затем уменьшается от r до a. За счет использования такого специального изменения концентрации легирующей примеси, которой является F, при наличии максимальной концентрации легирующей примеси, которой является F, между значениями радиуса в интервале от 0 до a, стандартные многомодовые волокна могут быть выполнены с возможностью обеспечения высоких скоростей передачи в широком диапазоне длин волн, а именно, превышающем 250 нм. Стандартное многомодовое волокно, имеющее диаметр сердцевины, равный 62,5 мкм, и ЧА, равную приблизительно 0,27, становится пригодным для передачи со скоростью 1 Гбит/с на расстояние 850 м в диапазоне длин волн, превышающем 250 нм. Путем легирования вышеупомянутых волокон при их изготовлении легирующей примесью, которой является F, с вышеописанным изменением ее концентрации, при котором используют максимальную концентрацию легирующей примеси, которой является F, равную, например, 5 весовым процентам на радиусе r=20 мкм, а в центре сердцевины и на краю сердцевины поддерживают концентрацию F=0, и путем одновременного совместного легирования GeO с изменяющейся его концентрацией, можно реализовать профиль распределения показателя преломления, имеющий конкретное значение α. В том случае, когда выбрано значение α, равное приблизительно 2,3, то в спектральном диапазоне 1400 нм ширина диапазона длин волн составляет 250 нм.
Аналогичным образом, стандартное многомодовое волокно, имеющее диаметр сердцевины, равный 50 мкм, и ЧА, равную приблизительно 0,2, является пригодным для передачи со скоростью 1 Гбит/с на расстояние 1300 м в диапазоне длин волн, превышающем свыше 250 нм, за счет легирования вышеупомянутых волокон при их изготовлении легирующей примесью, которой является F, с изменяющейся вышеуказанным способом концентрацией, при этом используют максимальную концентрацию легирующей примеси, которой является F, равную, например 4,5 весовым процентам при r=15 мкм, с профилем распределения показателя преломления, имеющим значение α, равное приблизительно 2,4.
Такие волокна могут быть использованы в системе оптической связи, содержащей передатчик и приемник, в которой осуществляют одновременную передачу сигналов на двух или более длинах волн со скоростью передачи, равной, по меньшей мере, 1 Гбит/с для каждой длины волны, на расстояние, как минимум, 850 м. Такие волокна могут быть также использованы в системе оптической связи, содержащей передатчик без термостабилизации, а также приемник, которая обеспечивает передачу со скоростью, по меньшей мере, 1 Гбит/с на расстояние, равное, по меньшей мере, 850 м.
Следует понимать, что термин "стандартное многомодовое волокно" означает многомодовое волокно, имеющее диаметр сердцевины, равный 50 мкм, ширину полосы пропускания при НСМ>400 МГц·км на длине волны 850 нм и >400 МГц·км на длине волны 1300 нм; многомодовое волокно, имеющее диаметр сердцевины, равный 62,5 мкм; ширину полосы пропускания при НСМ>160 МГц·км на длине волны 850 нм и >300 МГц·км на длине волны 1300 нм.
2
На фиг.5 показан пример, иллюстрирующий зависимость ширины полосы пропускания многомодового оптического стекловолокна для многомодового оптического стекловолокна, содержащего молярную долю GeO (штрихпунктирная линия), имеющего профиль распределения показателя преломления (сплошная линия) и содержащего концентрацию F (пунктирная линия) согласно способу, показанному на фиг.6. Оказывается, что таким способом можно получить конкретную минимальную ширину полосы пропускания в еще большем диапазоне длин волн; при этом ширина на половине высоты "максимума" согласно фиг.5 в 10,8 раза превышает ширину из известного уровня техники, показанную на фиг.1. Существуют несколько технологических процессов, посредством которых можно ввести вышеупомянутые легирующие примеси, которыми является F, в сердцевину многомодового волокна. В результате более высокой эффективности внедрения фтора, наиболее целесообразным технологическим процессом для этой цели является процесс плазменного химического осаждения из газовой фазы (PCVD). В результате указанного процесса осуществляют осаждение слоев стекла на внутреннюю сторону подложки, выполненную в виде трубки, способом осаждения, и эти слои стекла образуют сердцевину многомодового волокна. Технологические газы подают в газообразном виде с входной стороны трубки, и они вступают в реакцию, образуя тонкий слой стекла на внутренней стороне трубки под влиянием созданной в трубке плазмы низкого давления, совершающей возвратно-поступательное движение. При каждом перемещении плазмы происходит осаждение тонкого слоя стекла. Путем изменения концентрации исходных веществ в потоке газа, подаваемых при каждом перемещении или непрерывно по времени, получают профиль распределения показателя преломления, содержащий одну из вышеописанных изменяющихся концентраций легирующей примеси, которой является F. Согласно мнению авторов настоящего изобретения, такие изменяющиеся концентрации легирующей примеси также можно получить и при использовании иных технологических процессов изготовления оптического волокна. Одним из их примеров является модифицированный процесс химического осаждения из газовой фазы (MCVD), в котором газы, подаваемые во внутреннюю часть трубки, вступают в реакцию, образуя слои стекла на внутренней стороне подложки, выполненной в виде трубки, под влиянием внешнего источника теплоты, а концентрация исходных веществ в подаваемом потоке газа может быть иной для каждого осаждаемого слоя стекла. То же самое применимо и для процессов внешнего осаждения из газовой фазы (OVD) или осевого осаждения из газовой фазы (VAD). После осаждения слоев стекла формируют заготовку путем сжатия полой трубки или спекания осажденных слоев ультрадисперсного порошка. Осуществляют вытяжку такой заготовки в оптическое стекловолокно с использованием нагрева.
Такие многомодовые оптические волокна могут быть также получены с использованием взаимодействия мод. В заявке на патент Голландии № 1022315 (не опубликованной в виде предварительной публикации), поданной от имени настоящего заявителя, описан пример способа, в котором в волокне обеспечены очень небольшие центры механического напряжения, и эти центры механического напряжения обеспечивают взаимодействие различных мод, оказывающее такое воздействие на передачу сигнала в многомодовом волокне, которое устраняет какое-либо различие в скорости передачи для мод более высокого порядка и мод более низкого порядка, и являющееся в большей или в меньшей степени независимым от профиля распределения показателя преломления. Это также приводит к тому, что ширина полосы пропускания становится менее зависящей от длины волны. Для получения многомодовых оптических волокон согласно настоящему изобретению также используют варианты объединения способа взаимодействия мод с вышеописанным способом легирования.
Пример 1
Было сформировано многомодовое оптическое волокно, содержащее сердцевину с градиентным распределением показателя преломления согласно уравнению 1, диаметр сердцевины которого равен 50,2 мкм, а ЧА равна 0,201. Значение параметра α формы профиля распределения равно 1,97. Концентрация фтора в сердцевине возрастала с 0 весовых процентов на центральной оси волокна при r=0 до 4 весовых процентов на краю сердцевины при r=a.
Было проведено измерение ширины полосы пропускания вышеупомянутого волокна на длине волны 850 нм и на нескольких длинах волн вблизи 1300 нм с использованием способа тестирования волоконной оптики FOTP-204. Результаты представлены в таблице 1, которая приведена ниже. Кроме того, было проведено измерение ДЗМ на длине волны 1300 нм, при этом не было обнаружено каких-либо возмущений импульсных характеристик ДЗМ в центральной части.
Таблица 1
Длина волны, L [нм]
850
1250
1270
1300
1330
1350
Ширина полосы пропускания [МГц·км]
447
2037
1979
2280
2027
1829
В представленном диапазоне длин волн вблизи 1300 нм для обеспечения гарантированной скорости передачи, равной, по меньшей мере, 1 Гбит/с, на минимальное расстояние, равное 2000 м, необходима минимальная ширина полосы пропускания, равная 1821 МГц·км во всем диапазоне длин волн. Следовательно, значения ширины полосы пропускания волокна в диапазоне длин волн вблизи 1300 нм являются достаточно высокими для обеспечения вышеупомянутой пропускной способности.
Сравнительный пример 1
Было сформировано многомодовое оптическое волокно, содержащее сердцевину с градиентным распределением показателя преломления согласно уравнению 1, диаметр сердцевины которого равен 49,9 мкм, а ЧА равна 0,202. Значение параметра α формы профиля распределения равно 1,97. Концентрация фтора в сердцевине имела постоянное значение, равное 0,2 весового процента в сердцевине волокна.
Было проведено измерение ширины полосы пропускания вышеупомянутого волокна на длине волны 850 нм и на нескольких длинах волн вблизи 1300 нм с использованием способа тестирования волоконной оптики FOTP-204. Результаты тестирования представлены в таблице 2, которая приведена ниже. Кроме того, было проведено измерение ДЗМ на длине волны 1300 нм, при этом не было обнаружено каких-либо возмущений импульсных характеристик ДЗМ в центральной части.
Таблица 2
Длина волны, L [нм]
850
1250
1270
1300
1330
1350
Ширина полосы пропускания [МГц·км]
324
993
1128
2095
2257
1401
Ширина полосы пропускания волокна на длинах волн 1300 нм и 1330 нм является достаточно высокой для обеспечения скорости передачи, равной, по меньшей мере, 1 Гбит/с, на расстояние, как минимум, 2000 м. На других длинах волн, показанных в таблице, ширина полосы пропускания является слишком низкой для обеспечения вышеупомянутой пропускной способности.
Сравнительный пример 2
Было сформировано многомодовое оптическое волокно, содержащее сердцевину с градиентным распределением показателя преломления согласно уравнению 1, диаметр сердцевины которого равен 50,4 мкм, а ЧА равна 0,206. Значение параметра α формы профиля распределения равно 1,93. Концентрация фтора в сердцевине уменьшалась с 4 весовых процентов на центральной оси волокна при r=0 до 0 весовых процентов на краю сердцевины при r=a.
Было проведено измерение ширины полосы пропускания вышеупомянутого волокна на длине волны 850 нм и на нескольких длинах волн вблизи 1300 нм с использованием способа тестирования волоконной оптики FOTP-204. Результаты тестирования представлены в таблице 3, которая приведена ниже. Кроме того, было проведено измерение ДЗМ на длине волны 1300 нм, при этом не было обнаружено каких-либо возмущений импульсных характеристик ДЗМ в центральной части.
Таблица 3
Длина волны, L [нм]
850
1250
1270
1300
1330
1350
Ширина полосы пропускания [МГц·км]
269
733
1020
2354
1056
629
Ширина полосы пропускания волокна на длине волны 1300 нм является достаточно высокой для обеспечения скорости передачи, равной, по меньшей мере, 1 Гбит/с, на расстояние, как минимум, 2000 м. Однако, на других длинах волн, показанных в таблице, ширина полосы пропускания является слишком низкой для обеспечения вышеупомянутой пропускной способности.
Пример 2
Было сформировано многомодовое оптическое волокно, содержащее сердцевину с градиентным распределением показателя преломления согласно уравнению 1, диаметр сердцевины которого равен 62,3 мкм, а ЧА равна 0,269. Значение параметра α формы профиля распределения равно 1,97. Концентрация фтора в сердцевине возрастала с 0 весовых процентов на центральной оси волокна при r=0 до 4 весовых процентов на краю сердцевины при r=a.
Было проведено измерение ширины полосы пропускания вышеупомянутого волокна на длине волны 850 нм и на нескольких длинах волн вблизи 1300 нм с использованием способа тестирования волоконной оптики FOTP-204. Результаты тестирования представлены в таблице 4, которая приведена ниже. Кроме того, было проведено измерение ДЗМ на длине волны 1300 нм, при этом не было обнаружено каких-либо возмущений импульсных характеристик ДЗМ в центральной части.
Таблица 4
Длина волны, L [нм]
850
1250
1270
1300
1330
1350
Ширина полосы пропускания [МГц·км]
175
720
820
1010
904
817
В представленном диапазоне длин волн вблизи 1300 нм для обеспечения гарантированной скорости передачи, равной, по меньшей мере, 1 Гбит/с, на расстояние, как минимум, 1000 м, необходима минимальная ширина полосы пропускания, равная 707 МГц·км во всем диапазоне длин волн. Следовательно, значения ширины полосы пропускания волокна в диапазоне длин волн вблизи 1300 нм являются достаточно высокими для обеспечения вышеупомянутой пропускной способности.
Сравнительный пример 3
Было сформировано многомодовое оптическое волокно, содержащее сердцевину с градиентным распределением показателя преломления согласно уравнению 1, диаметр сердцевины которого равен 62,4 мкм, а ЧА равна 0,262. Значение параметра (формы профиля распределения равно 1,96. Концентрация фтора в сердцевине имела постоянное значение, равное 1 весовому проценту в сердцевине волокна.
Было проведено измерение ширины полосы пропускания вышеупомянутого волокна на длине волны 850 нм и на нескольких длинах волн вблизи 1300 нм с использованием способа тестирования волоконной оптики FOTP-204. Результаты тестирования представлены в таблице 5, которая приведена ниже. Кроме того, было проведено измерение ДЗМ на длине волны 1300 нм, при этом не было обнаружено каких-либо возмущений импульсных характеристик ДЗМ в центральной части.
Таблица 5
Длина волны, L [нм]
850
1250
1270
1300
1330
1350
Ширина полосы пропускания [МГц·км]
273
522
695
955
909
726
В представленном диапазоне длин волн вблизи 1300 нм для обеспечения гарантированной скорости передачи, равной, по меньшей мере, 1 Гбит/с, на расстояние, как минимум, 1000 м, необходима минимальная ширина полосы пропускания, равная 707 МГц·км во всем вышеупомянутом диапазоне длин волн. Описанное здесь волокно не обладает такой шириной полосы пропускания во всем диапазоне длин волн от 1250 до 1350 нм.
Пример 3
Было сформировано многомодовое оптическое волокно, содержащее сердцевину с градиентным распределением показателя преломления согласно уравнению 1, диаметр сердцевины которого равен 49,7 мкм, а ЧА равна 0,198. Значение параметра α формы профиля распределения равно 2,045. Концентрация фтора в сердцевине возрастала с 0 весовых процентов на центральной оси волокна при r=0 до 2 весовых процентов на краю сердцевины при r=a.
Было проведено измерение ширины полосы пропускания вышеупомянутого волокна на нескольких длинах волн вблизи 850 нм и на длине волны 1300 нм с использованием способа тестирования волоконной оптики FOTP-204. Результаты тестирования представлены в таблице 6, которая приведена ниже. Кроме того, было проведено измерение ДЗМ на длине волны 850 нм, при этом не было обнаружено каких-либо возмущений импульсных характеристик ДЗМ в центральной части.
Таблица 6
Длина волны, L [нм]
800
820
850
875
900
1300
Ширина полосы пропускания [МГц·км]
2182
2604
4880
2791
2081
634
В представленном диапазоне длин волн вблизи 850 нм для обеспечения гарантированной скорости передачи, равной 10 Гбит/с, на расстояние, как минимум, 300 м, необходима минимальная ширина полосы пропускания, равная 2000 МГц·км во всем диапазоне длин волн. Следовательно, значения ширины полосы пропускания волокна в диапазоне длин волн вблизи 800 нм являются достаточно высокими для обеспечения вышеупомянутой пропускной способности.
Пример 4
Было сформировано многомодовое оптическое волокно, содержащее сердцевину с градиентным распределением показателя преломления согласно уравнению 1, диаметр сердцевины которого равен 50,3 мкм, а ЧА равна 0,201. Значение параметра α формы профиля распределения равно 2,05. Концентрация фтора в сердцевине возрастала с 1 весового процента на центральной оси волокна при r=0 до 2,5 весовых процентов на краю сердцевины при r=a.
Было проведено измерение ширины полосы пропускания вышеупомянутого волокна на нескольких длинах волн вблизи 850 нм и на длине волны 1300 нм с использованием способа тестирования волоконной оптики FOTP-204. Результаты тестирования представлены в таблице 7, которая приведена ниже. Кроме того, было проведено измерение ДЗМ на длине волны 850 нм, при этом не было обнаружено каких-либо возмущений импульсных характеристик ДЗМ в центральной части.
Таблица 7
Длина волны, L [нм]
800
825
850
875
900
1300
Ширина полосы пропускания [МГц·км]
1829
2737
4860
2652
1789
583
В представленном диапазоне длин волн вблизи 850 нм для обеспечения гарантированной скорости передачи, равной 10 Гбит/с, на расстояние, как минимум, 300 м, необходима минимальная ширина полосы пропускания, равная 2000 МГц·км во всем диапазоне длин волн. Значения ширины полосы пропускания показанного здесь волокна в диапазоне длин волн шириной, по меньшей мере, 50 нм вблизи 850 нм являются достаточно высокими для обеспечения вышеупомянутой пропускной способности.
Пример 5
Было сформировано многомодовое оптическое волокно, содержащее сердцевину с градиентным распределением показателя преломления согласно уравнению 1, диаметр сердцевины которого равен 62,7 мкм, а ЧА равна 0,274. Значение параметра α формы профиля распределения равно 2,03. Концентрация фтора в сердцевине возрастала с 0 весовых процентов на центральной оси волокна при r=0 до 3 весовых процентов на краю сердцевины при r=a.
Было проведено измерение ширины полосы пропускания вышеупомянутого волокна на нескольких длинах волн вблизи 850 нм и на длине волны 1300 нм с использованием способа тестирования волоконной оптики FOTP-204. Результаты тестирования представлены в таблице 8, которая приведена ниже. Кроме того, было проведено измерение ДЗМ на длине волны 850 нм, при этом не было обнаружено каких-либо возмущений импульсных характеристик ДЗМ в центральной части.
Таблица 8
Длина волны, L [нм]
800
820
850
875
900
1300
Ширина полосы пропускания [МГц·км]
1135
1542
2056
1814
826
357
В представленном диапазоне длин волн вблизи 850 нм для обеспечения гарантированной скорости передачи, равной 10 Гбит/с, на расстояние, как минимум, 150 м, необходима минимальная ширина полосы пропускания, равная 808 МГц·км во всем диапазоне длин волн. Значения ширины полосы пропускания показанного здесь волокна в диапазоне длин волн шириной, по меньшей мере, 100 нм вблизи 850 нм являются достаточно высокими для обеспечения вышеупомянутой пропускной способности.
Пример 6
Было сформировано многомодовое оптическое волокно, содержащее сердцевину с градиентным распределением показателя преломления согласно уравнению 1, диаметр сердцевины которого равен 49,7 мкм, а ЧА равна 0,198. Значение параметра α формы профиля распределения равно 2,427. Концентрация фтора в сердцевине возрастала с 0 весовых процентов на центральной оси волокна при r=0 до максимального значения, равного 6,1 весовых процентов при r=15,5, после чего концентрация фтора уменьшалась до величины, равной 0 весовых процентов на краю сердцевины при r=a.
Было проведено измерение ширины полосы пропускания вышеупомянутого волокна на нескольких длинах волн между 1300 нм и 1550 нм, а также на длине волны 850 нм с использованием способа тестирования волоконной оптики FOTP-204. Результаты тестирования представлены в таблице 9, которая приведена ниже. Кроме того, было проведено измерение ДЗМ на длине волны 1300 нм, при этом не было обнаружено каких-либо возмущений импульсных характеристик ДЗМ в центральной части.
Таблица 9
Длина волны, L [нм]
850
1300
1360
1400
1450
1500
1550
Ширина полосы пропускания [МГц·км]
431
1477
1386
1597
1537
1344
1529
В диапазоне длин волн вблизи 1400 нм и, в особенности, в представленном диапазоне длин от 1300 нм до 1550 нм для обеспечения гарантированной скорости передачи, равной, по меньшей мере, 1 Гбит/с, на расстояние, как минимум, 1300 м, необходима минимальная ширина полосы пропускания, равная 1196 МГц·км во всем диапазоне длин волн. Следовательно, значения ширины полосы пропускания волокна в диапазоне длин волн вблизи 1400 нм являются достаточно высокими для обеспечения вышеупомянутой пропускной способности.
Пример 7
Было сформировано многомодовое оптическое волокно, описанное в примере 6, за исключением того, что в нем значение профиля распределения параметра α формы равно 2,28, а максимальная концентрация фтора равна 5,4 весовых процентов.
Было проведено измерение ширины полосы пропускания вышеупомянутого волокна на нескольких длинах волн между 1200 нм и 1450 нм с использованием способа тестирования волоконной оптики FOTP-204. Результаты тестирования представлены в таблице 10, которая приведена ниже. Кроме того, было проведено измерение ДЗМ на длине волны 1300 нм, при этом не было обнаружено каких-либо возмущений импульсных характеристик ДЗМ в центральной части.
Таблица 10
Длина волны, L [нм]
850
1200
1230
1300
1360
1400
1450
Ширина полосы пропускания [МГц·км]
546
1217
1356
1267
1369
1382
1275
В диапазоне длин волн вблизи 1400 нм и, в особенности, в представленном диапазоне длин от 1200 нм до 1450 нм для обеспечения гарантированной скорости передачи, равной, по меньшей мере, 1 Гбит/с, на расстояние, как минимум, 1300 м, необходима минимальная ширина полосы пропускания, равная 1100 МГц·км во всем диапазоне длин волн. Следовательно, значения ширины полосы пропускания волокна в диапазоне длин волн вблизи 1400 нм являются достаточно высокими для обеспечения вышеупомянутой пропускной способности.