技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多模光纖。

背景技術(shù)：

已知一種用于長距離光通信的與單模光纖相比在結(jié)構(gòu)上具有較大傳輸損耗的多模光纖。同時，多模光纖廣泛地應(yīng)用于短距離信息通信，例如LAN（局域網(wǎng)），這是因為連接損耗小而使得光纖間連接容易并且能夠使用性能要求低的設(shè)備來容易地構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)考察了上述現(xiàn)有技術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了下面的問題。

即，從提高短距離信息通信速度的角度看，過去已經(jīng)積極地進(jìn)行了與適于高速傳輸?shù)亩嗄９饫w有關(guān)的研究。盡管如此，幾乎沒有進(jìn)行與下述有關(guān)的研究：從在通信基站內(nèi)利用熔接法執(zhí)行連接工序的角度看，物理上可靠的多模光纖。

參考多模光纖的橫截面結(jié)構(gòu)，例如，芯部摻雜有大量的Ge元素而包層未摻雜有Ge元素，因此，芯部和包層具有不同的玻璃粘度。而且，由于具有不同玻璃粘度的芯部或溝部的占據(jù)面積增大，所以由于拉伸裝置的構(gòu)造或拉伸條件，趨于在包層中出現(xiàn)大的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力殘留在所制造的多模光纖的最外周部（多模光纖的表面附近的區(qū)域以及與包層的外部對應(yīng)的區(qū)域）中時，在處置這種主要由石英玻璃構(gòu)成的多模光纖期間，特別是在利用熔接法執(zhí)行連接工序期間或者在以小曲率半徑彎曲多模光纖期間，多模光纖將容易受到損壞。

而且，在多模光纖的情況下，包層的占據(jù)面積在結(jié)構(gòu)上是小的。因此，作為處理前述殘余拉應(yīng)力的應(yīng)對措施，如果將不同的摻雜劑添加到最外周部或者在涉及加熱的處理期間提供壓縮應(yīng)力層以使沿光軸方向的壓縮應(yīng)力殘留在包層的最外周部中，則存在如下的可能性：這也會影響決定光傳輸特性的芯部。

開發(fā)出本發(fā)明以消除上文所述的問題。本發(fā)明的目的是提供一種如下的物理上可靠的多模光纖：即，能夠通過調(diào)節(jié)包層中最接近光纖表面的包層最外周部中殘留的拉應(yīng)力來有效地降低在處置期間（例如在利用熔接法執(zhí)行連接工序期間）受到損壞的可能性。

本發(fā)明涉及一種GI（漸變折射率）型多模光纖，并且該多模光纖在結(jié)構(gòu)方面明顯不同于用于長距離傳輸?shù)膯文９饫w。而且，GI型多模光纖除了包括具有由高折射率的芯部和低折射率的包層構(gòu)成的普通結(jié)構(gòu)的多模光纖之外，還包括具有設(shè)在芯部和包層之間的低折射率的溝部的GI型多模光纖（下文稱為“BI型多模光纖”）。應(yīng)該注意，溝部具有比包層的折射率低的折射率，并且為多模光纖提供抵抗彎曲所引起的傳輸特性波動的抗性。另外，當(dāng)本說明書簡單地使用術(shù)語“多模光纖”時，該術(shù)語指代GI型多模光纖以及屬于GI型多模光纖的BI型多模光纖。

也就是說，根據(jù)本發(fā)明的多模光纖，作為GI型多模光纖包括：芯部，其沿著光軸方向延伸并且摻雜有GeO2（二氧化鍺）；以及包層，其設(shè)置在所述芯部的外周上并且具有比芯部的折射率低的折射率。此外，根據(jù)本發(fā)明的多模光纖，作為BI型多模光纖包括：芯部，其沿著光軸方向延伸并且摻雜有GeO2（二氧化鍺）；溝部，其設(shè)置在所述芯部的外周上并且具有比所述芯部的折射率低的折射率；以及包層，其設(shè)置設(shè)置在所述溝部的外周上并且具有比所述芯部的折射率低但是比所述溝部的折射率高的折射率。應(yīng)該注意，所述溝部具有大于2a的內(nèi)徑以及小于1.8b的外徑。

在根據(jù)本發(fā)明的多模光纖中，在多模光纖的沿徑向的折射率分布中，與芯部對應(yīng)的部分的α值為1.9至2.2，并且芯部的直徑2a為47.5μm至52.5μm或者60μm至65μm。而且，優(yōu)選地，芯部的中心相對于包層的基準(zhǔn)區(qū)域的相對折射率差Δ（芯部的最大相對折射率差）為0.8%至2.4%。應(yīng)該注意，當(dāng)包層由多個區(qū)域構(gòu)成時，位于最外側(cè)的區(qū)域定義為基準(zhǔn)區(qū)域。

具體地說，在根據(jù)本發(fā)明的多模光纖中，殘留在包層的最外周部中的沿光軸方向的應(yīng)力（殘余應(yīng)力）是0至25MPa的拉應(yīng)力，當(dāng)包層的直徑（與玻璃的外徑同義）為2b時，最外周部定義為具有1.8b以上的直徑的區(qū)域。更優(yōu)選地，殘留在包層的最外周部中的沿光軸方向的應(yīng)力是0至10MPa的拉應(yīng)力。如果將包層的最外周部中的拉應(yīng)力抑制為0至10MPa，則多模光纖的物理可靠性將提高，因此，更容易對其進(jìn)行處置。

應(yīng)該注意，一般而言，光纖中殘留的應(yīng)力根據(jù)拉伸裝置（光纖的制造設(shè)備）的構(gòu)造、條件等而急劇地變化。因此，例如，通過有意地改變在拉伸處理期間施加到預(yù)制件的一端（由于加熱而軟化的部分）上的張力（拉伸張力），能夠容易地調(diào)節(jié)在拉伸之后獲得的光纖內(nèi)部所殘留的沿光軸方向的應(yīng)力（拉應(yīng)力或壓縮應(yīng)力）。

從下文給出的詳細(xì)說明以及附圖將更加全面地理解本發(fā)明，附圖僅以示例的方式給出并且不應(yīng)視為用于限制本發(fā)明。

從下文給出的詳細(xì)說明將容易理解到本發(fā)明的進(jìn)一步應(yīng)用范圍。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，因為本領(lǐng)域技術(shù)人員能根據(jù)以下詳細(xì)說明容易地在本發(fā)明的范圍內(nèi)作出各種變型和修改，所以盡管以下詳細(xì)說明和具體實例表明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但其僅僅是以示例的方式作出的。

附圖說明

圖1A是示出用于獲得GI型多模光纖的預(yù)制件的代表性橫截面結(jié)構(gòu)的視圖，并且圖1B是示出其折射率分布的視圖，GI型多模光纖作為根據(jù)本發(fā)明的多模光纖的一個實例；

圖2A是示出用于獲得BI型多模光纖的預(yù)制件的代表性橫截面結(jié)構(gòu)的視圖，并且圖2B是示出其折射率分布的視圖，BI型多模光纖作為根據(jù)本發(fā)明的多模光纖的另一實例；

圖3是示出用于獲得多模光纖的拉伸裝置的示意性結(jié)構(gòu)的視圖；

圖4A示出了利用圖3所示的拉伸裝置獲得的GI型多模光纖的代表性橫截面結(jié)構(gòu)，并且圖4B示出了作為GI型多模光纖的另一構(gòu)造的BI型多模光纖的代表性橫截面結(jié)構(gòu)；

圖5是示出通過用200g的拉伸張力拉伸圖1A所示的預(yù)制件所獲得的GI型多模光纖的各個部分中的殘余應(yīng)力（拉應(yīng)力或壓縮應(yīng)力）的視圖；

圖6是示出通過用100g的拉伸張力拉伸圖1A所示的預(yù)制件所獲得的GI型多模光纖的各個部分中的殘余應(yīng)力（拉應(yīng)力或壓縮應(yīng)力）的視圖；以及

圖7是示出通過用50g的拉伸張力拉伸圖1A所示的預(yù)制件所獲得的GI型多模光纖的各個部分中的殘余應(yīng)力（拉應(yīng)力或壓縮應(yīng)力）的視圖。

具體實施方式

下面，將參考圖1A至圖2B、圖3、圖4A至圖4B以及圖5至圖7詳細(xì)地說明根據(jù)本發(fā)明的多模光纖的實施例。在附圖的說明中，相同或相應(yīng)的部件用相同的附圖標(biāo)記表示，并且省略重復(fù)的說明。

圖1A是示出用于獲得GI型多模光纖的預(yù)制件（下文稱為“GI型預(yù)制件”）的代表性橫截面結(jié)構(gòu)的視圖，并且圖1B是示出其折射率分布的視圖，GI型多模光纖作為根據(jù)本發(fā)明的多模光纖的一個實例。而且，圖4A是示出利用圖3所示的拉伸裝置300制造的GI型多模光纖的代表性橫截面結(jié)構(gòu)的視圖。圖1A所示的GI型預(yù)制件100主要由石英玻璃構(gòu)成，并且包括沿光軸AX延伸的第一區(qū)域110以及設(shè)置到第一區(qū)域110外周上的第二區(qū)域120。圖4A所示的GI型多模光纖500A包括沿光軸方向（AX表示光軸）延伸的直徑為2a的芯部510A、以及設(shè)置到芯部510A的外周上的直徑（外徑）為2b的包層520A，其中，芯部510A對應(yīng)于第一區(qū)域110，并且包層520A（圖1A的實例中的單層且用作限定相對折射率差的基準(zhǔn)區(qū)域）對應(yīng)于第二區(qū)域120。在圖1A所示的GI型預(yù)制件100中，對應(yīng)于芯部510A的第一區(qū)域110摻雜有用于調(diào)節(jié)折射率分布形狀的GeO2，并且具有最大折射率n1。對應(yīng)于包層520A的第二區(qū)域120為由純石英玻璃構(gòu)成或摻雜有用于調(diào)節(jié)折射率的雜質(zhì)的玻璃區(qū)域，并且具有比第一區(qū)域110的折射率低的折射率n2。

通過拉伸GI型預(yù)制件100使玻璃的外徑變?yōu)?b，能夠獲得圖4A所示的GI型多模光纖500A。結(jié)果，應(yīng)力殘留在GI型多模光纖500A的包層520A中，并且沿光軸方向（沿著光軸AX的方向）產(chǎn)生拉應(yīng)力。因此，在該實施例中，直徑（與玻璃的外徑同義）為2b的包層520A中的最外周部521A定義為包層520A內(nèi)的具有內(nèi)徑1.8b和外徑2b的圓形區(qū)域，并且將最外周部521A中產(chǎn)生的沿光軸方向的殘余應(yīng)力調(diào)節(jié)為25MPa以下的拉應(yīng)力，優(yōu)選地為10MPa以下的拉應(yīng)力（毋庸置疑，殘余應(yīng)力還可以為0MPa）。

圖2A是示出用于獲得BI型多模光纖的預(yù)制件（下文稱為“BI型預(yù)制件”）的代表性橫截面結(jié)構(gòu)的視圖，并且圖2B是示出其折射率分布的視圖，BI型多模光纖作為根據(jù)本發(fā)明的多模光纖的另一實例。而且，圖4B是示出利用圖3所示的拉伸裝置300制造的BI型多模光纖的代表性橫截面結(jié)構(gòu)的視圖。圖2A所示的BI型預(yù)制件200主要由石英玻璃構(gòu)成，并且包括沿光軸AX延伸的第一區(qū)域210、設(shè)置到第一區(qū)域210的外周上的具有低折射率的第二區(qū)域220、以及設(shè)置到第二區(qū)域220的外周上的第三區(qū)域230。圖4B所示的BI型多模光纖500B包括沿光軸方向（AX表示光軸）延伸的直徑為2a的芯部510B、設(shè)置到芯部510B的外周上的溝部520B、以及設(shè)置到溝部520B的外周上的包層530B，其中，芯部510B對應(yīng)于第一區(qū)域210，溝部520B對應(yīng)于第二區(qū)域220，并且包層530B（用作限定相對折射率差的基準(zhǔn)區(qū)域）對應(yīng)于第三區(qū)域230。應(yīng)該注意，在圖2A所示的BI型預(yù)制件200中，對應(yīng)于芯部510B的第一區(qū)域210摻雜有用于調(diào)節(jié)折射率分布形狀的GeO2，并且具有最大折射率n1。對應(yīng)于溝部520B的第二區(qū)域220摻雜有折射率降低摻雜劑，諸如用于為所獲得的BI型多模光纖500B提供抗彎性的氟，并且具有折射率n3（<n1）。對應(yīng)于包層530B的第三區(qū)域230是由純硅石構(gòu)成或摻雜有用于調(diào)節(jié)折射率的雜質(zhì)的玻璃區(qū)域，并且具有比第一區(qū)域210的折射率低且比第二區(qū)域220的折射率高的折射率n2（n3<n2<n1）。

通過拉伸BI型預(yù)制件200使玻璃的外徑變?yōu)?b，能夠獲得圖4B所示的BI型多模光纖500B。結(jié)果，應(yīng)力殘留在BI型多模光纖500B的包層530B中，并且沿光軸方向（沿光軸AX的方向）產(chǎn)生拉應(yīng)力。因此，在本實施例中，直徑（與玻璃的外徑同義）為2b的包層530B中的最外周部531B定義為包層530B內(nèi)的具有內(nèi)徑1.8b和外徑2b的圓形區(qū)域，并且將最外周部531B中產(chǎn)生的沿光軸方向的殘余應(yīng)力調(diào)節(jié)為25MPa以下的拉應(yīng)力，優(yōu)選地為10MPa以下的拉應(yīng)力（毋庸置疑，殘余應(yīng)力還可以為0MPa）。

另外，GI型預(yù)制件100具有圖1B所示的折射率分布150。圖1B所示的折射率分布150示出了在與圖1A中的光軸AX正交的線L1（與GI型預(yù)制件100的徑向一致）上的各部分的折射率，并且更具體地，區(qū)域151（在拉伸之后變?yōu)樾静?10A的區(qū)域）示出了第一區(qū)域110的沿著線L1的各部分的折射率，并且區(qū)域152（在拉伸之后變?yōu)榘鼘?20A的區(qū)域）示出了第二區(qū)域120的沿著線L1的各部分的折射率。

具體地說，圖1B的折射率分布150中的區(qū)域151具有拱頂形形狀，使得折射率在第一區(qū)域110的與光軸AX一致的中心處變得最大。因此，為調(diào)節(jié)折射率而添加的GeO2的濃度也從第一區(qū)域110的中心向第二區(qū)域120急劇地下降。用于限定該拱頂形形狀的α值為1.9至2.2。第一區(qū)域110的中心相對于第二區(qū)域（圖1A的實例中的單層并且用作限定相對折射率差的基準(zhǔn)區(qū)域）120的相對折射率差Δ（與芯部510A相對于包層520A的最大相對折射率差對應(yīng)）為0.8%至2.4%。應(yīng)該注意，所獲得的GI型多模光纖500A中的芯部510A的直徑2a為47.5μm至52.5μm或60μm至65μm（參見圖4A）。

同時，BI型預(yù)制件200具有圖2B所示的折射率分布250。應(yīng)該注意，圖2B所示的折射率分布250示出了在與圖2A中的光軸AX正交的線L2（與BI型預(yù)制件200的徑向一致）上的各部分的折射率，并且更具體地，區(qū)域251（在拉伸之后變?yōu)樾静?10B的區(qū)域）示出了第一區(qū)域210的沿著線L2的各部分的折射率，區(qū)域252（在拉伸之后變?yōu)闇喜?20B的區(qū)域）示出了第二區(qū)域220的沿著線L2的各部分的折射率，并且區(qū)域253（在拉伸之后變?yōu)榘鼘?30B的區(qū)域）示出了第三區(qū)域230的沿著線L2的各部分的折射率。應(yīng)該注意，在GI型多模光纖500A和BI型多模光纖500B中，芯部510A、510B的折射率分布形狀是相同的。

也就是說，圖2B的折射率分布250中的區(qū)域251具有拱頂形形狀，使折射率在第一區(qū)域210的與光軸AX一致的中心處變得最大。因此，為調(diào)節(jié)折射率而添加的GeO2的濃度也從第一區(qū)域210的中心向第二區(qū)域220和第三區(qū)域230急劇地下降。用于限定該拱頂形形狀的α值為1.9至2.2。第一區(qū)域210的中心相對于第三區(qū)域（用作限定相對折射率差的基準(zhǔn)區(qū)域）230的相對折射率差Δ（與芯部510B相對于包層530B的最大相對折射率差對應(yīng)）為0.8%至2.4%。應(yīng)該注意，獲得的BI型多模光纖500B中的芯部510B的直徑2a為47.5μm至52.5μm或60μm至65μm（參見圖4B）。

用圖3所示的拉伸裝置300拉伸具有上述結(jié)構(gòu)的GI型預(yù)制件100（圖1A）和BI型預(yù)制件200（圖2A）中的每個預(yù)制件的一端，然后能夠獲得所期望的GI型多模光纖500A和BI型多模光纖500B。應(yīng)該注意，圖3所示的拉伸裝置300至少包括：加熱器301，其用于對安放好的GI型預(yù)制件100或BI型預(yù)制件200的一端進(jìn)行加熱；以及卷收鼓302，其在向預(yù)制件100（200）的被加熱的一端施加預(yù)定張力的同時卷收預(yù)制件的該端部。在卷收鼓302朝圖3中箭頭R所示的方向旋轉(zhuǎn)時，通過調(diào)節(jié)卷收鼓302的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)包層和芯部的外徑。而且，通過調(diào)節(jié)加熱器301的加熱溫度，來調(diào)節(jié)施加到預(yù)制件100（200）的被加熱的一端上的張力（拉伸張力）。

一般而言，沿光纖的光軸方向殘留的殘余應(yīng)力根據(jù)諸如拉伸裝置300等制造設(shè)備的構(gòu)造、條件等而急劇地變化。因此，在該實施例中，作為代表性的實例，現(xiàn)在將參考圖5至圖7說明通過在拉伸處理期間有意地改變施加到GI型預(yù)制件100的一端（由于加熱而軟化的部分）上的拉伸張力來調(diào)節(jié)在拉伸之后獲得的GI型多模光纖500A的殘余應(yīng)力（拉應(yīng)力或壓縮應(yīng)力）的情況。由于BI型多模光纖500B具有與下文說明的GI型多模光纖500A的各樣品的包層結(jié)構(gòu)相同的包層結(jié)構(gòu)，所以省略其重復(fù)說明。

圖5至圖7是示出通過基于各種拉伸張力拉伸圖1A和圖1B中所示的GI型預(yù)制件所制造出的GI型多模光纖的殘余應(yīng)力的視圖。應(yīng)該注意，在圖5至圖7各圖中，縱軸表示GI型多模光纖500A沿光軸方向的殘余應(yīng)力（MPa），并且橫軸表示GI型多模光纖500A的光纖直徑（μm），其中橫軸與光軸AX交叉的坐標(biāo)為原點。另外，在圖5至圖7各圖中，正殘余應(yīng)力的范圍（由圖中的箭頭RSa示出的區(qū)域）顯示出拉應(yīng)力殘留為殘余應(yīng)力的區(qū)域。同時，負(fù)殘余應(yīng)力的范圍（由圖中的箭頭RSb所示的區(qū)域）顯示出壓縮應(yīng)力殘留為殘余應(yīng)力的區(qū)域。

一般而言，在對光纖進(jìn)行拉伸時，GI型預(yù)制件的一部分一度變?yōu)槿刍癄顟B(tài)，并且在拉伸之后從外周部向中心變冷卻（固化）。此處，如果拉伸張力高，則首先固化的外周部在受到較大張力的同時沿縱向被拉伸。隨后，即使當(dāng)拉伸后的光纖完全固化并且所獲得的光纖不受張力作用時，縱然冷卻繼續(xù)，也會在由于張力而受到顯著拉伸的光纖外周部中殘留有大拉應(yīng)力。因此，在光纖拉伸期間所施加的張力（拉伸張力）越大，則在拉伸之后殘留在光纖外周部中的拉應(yīng)力越大。

對基于各拉伸張力制造的GI型多模光纖500A的樣品進(jìn)行檢查，并且結(jié)果如下。應(yīng)該注意，為了獲得該GI型多模光纖500A，GI型預(yù)制件100被制造為使得第一區(qū)域110相對于第二區(qū)域120的最大相對折射率差Δ為1.17%并且使限定第一區(qū)域110中的折射率分布形狀的α值為2.10。

圖5是示出用圖3所示的拉伸裝置300以200g的拉伸張力拉伸如上所述制造的GI型預(yù)制件100所獲得的GI多模光纖500A（樣品1）的各部分中的殘余應(yīng)力（拉應(yīng)力或壓縮應(yīng)力）的視圖。

在以200g的拉伸張力拉伸的樣品1中，包層520A的最外周部521A沿光軸方向的拉應(yīng)力為大值，最大30MPa。因此，在樣品1中，由于30MPa的拉應(yīng)力殘留在光纖表面附近，所以光纖表面（最外周部521A的表面）容易發(fā)生斷裂。具體地說，存在如下問題：在剝離包層樹脂之后對光纖進(jìn)行處置時，諸如在利用熔接法對光纖執(zhí)行連接工序期間，光纖表面容易由于物理刮擦或應(yīng)力而受損。因此，所獲得樣品1為如下的多模光纖：其不僅具有確保物理可靠性的問題，還存在威脅工人安全的可能性。

圖6是示出使用圖3所示的拉伸裝置300以100g的拉伸張力拉伸如上所述制造的GI型預(yù)制件100所獲得的GI型多模光纖500A（樣品2）的各部分中的殘余應(yīng)力（拉應(yīng)力或壓縮應(yīng)力）的視圖。

在以100g的拉伸張力拉伸的樣品2中，包層520A中的最外周部521A沿光軸方向的拉應(yīng)力已經(jīng)減小至最大值為18MPa。因此，在樣品2中，由于拉應(yīng)力已經(jīng)下降至最大值為18MPa，所以樣本2為如下的多模光纖：其能夠易于處置并且在剝離涂層之后進(jìn)行處置時不易受損。

圖7是示出使用圖3所示的拉伸裝置300以50g的拉伸張力拉伸如上所述制造的GI型預(yù)制件100所獲得的GI型多模光纖500A（樣品3）的各部分中的殘余應(yīng)力（拉應(yīng)力或壓縮應(yīng)力）的視圖。

在以50g的拉伸張力拉伸的樣品3中，包層520A中的最外周部521A沿光軸方向的拉應(yīng)力已經(jīng)減小至最大值為9MPa。因此，在樣品3中，由于拉應(yīng)力已經(jīng)進(jìn)一步下降至最大值為9MPa，所以樣品3為如下的GI型多模光纖：其能夠易于處置并且在剝離涂層之后進(jìn)行處置時不易受損，并且這種多模光纖尤其適用于要求以小曲率進(jìn)行彎曲的工作。

因此，根據(jù)本發(fā)明的多模光纖（GI型以及GI型中包括的BI型兩種）適于用作諸如LAN等短距離信息通信的傳輸介質(zhì)，并且因為芯部的直徑較大且為47.5μm至52.5μm或60μm至65μm，所以有利于光纖間連接。

同時，如果大拉應(yīng)力殘留在光纖表面附近（包層的最外周部），則在利用熔接法對光纖執(zhí)行連接工序期間這種拉應(yīng)力會造成損傷或斷裂。另外，如果在最外周部上設(shè)置壓縮應(yīng)力層，則可能會因為包層在多模光纖的橫截面中占據(jù)的面積小，而對作為光傳輸區(qū)域的芯部造成不利影響。而且，將增加用于提供壓縮應(yīng)力層的處理并且也將增加制造成本。根據(jù)本發(fā)明的多模光纖還能夠解決上述問題。具體地說，根據(jù)本發(fā)明的多模光纖，因為能夠基于拉伸條件（例如，拉伸期間的拉伸張力和熱歷史變化）控制包層的最外周部（多模光纖的表面附近）中的殘余應(yīng)力，所以將不會顯著增加制造成本。

從以上描述的發(fā)明可知，顯然本發(fā)明的實施例可以多種方式進(jìn)行變型。這些變型不應(yīng)視為偏離本發(fā)明的精神和范圍，并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是所有這些修改旨在落入所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。