Способ изготовления оптического волокна, предназначенного для высокоскоростной передачи данных - RU2286962C2

Описание

Настоящее изобретение относится к способу изготовления оптического волокна, предназначенного для высокоскоростной передачи данных, включающему следующие этапы:

i) подача одного или более исходных веществ для получения стекла и, возможно, легирующей примеси в кварцевой трубке-подложке,

ii) формирование плазмы в кварцевой трубке-подложке для обеспечения реакции в химически активной смеси для получения стеклянных слоев, включающих или не включающих присадку (легирующую примесь), на внутренней стороне трубки-подложки,

iii) схлопывание трубки-подложки, полученной на этапе ii), в заготовку при нагревании,

iv) вытягивание оптического волокна из заготовки при нагревании.

Настоящее изобретение также относится к оптическому волокну, предназначенному для высокоскоростной передачи данных.

Такой способ известен из патентов США № 4793843 и 5188648, выданных данному заявителю. Из указанных источников информации известно, что часть присадки в центральных слоях может испаряться в результате схлопывания кварцевой трубки-подложки при нагревании. Подобное испарение приводит к нарушению профиля показателя преломления в готовом волокне. Указанное нарушение профиля показателя преломления оказывает отрицательное влияние на ширину полосы пропускания оптического волокна.

Дальнейшее развитие телекоммуникационной промышленности включает передачу информации с еще более высокой скоростью (бит/сек) на большие расстояния. Существующие в настоящее время сети передачи данных используют сравнительно низкие скорости передачи информации. Таким образом, светоизлучающие диоды (СИД) до настоящего времени служили наиболее часто используемым источником света. Ввиду потребности в скорости передачи данных, превышающей возможность модуляции СИД, вместо СИД будут применяться лазерные источники. Такой переход знаменуется применением систем, способных передавать информацию со скоростью, указанной в GigabitEthernet Standard (IEEE 802.3z.l998) (стандарт сети), или еще большей скоростью. GigabitEthernet Standard соответствует скорости передачи информации 1,25 Гигабит/сек.

Многомодовое оптическое волокно, используемое в настоящее время в телекоммуникационных системах, в основном предназначено для использования с такими световыми источниками СИД. Кроме того, указанное многомодовое волокно не было оптимизировано для использования с лазерными источниками, присутствующими в системах, предназначенных для передачи информации со скоростью, равной или превышающей скорость, указанную в GigabitEthernet. Иными словами, лазерные источники предъявляют иные требования к качеству и структуре многомодового волокна, чем источники СИД. Особо важное значение имеет профиль показателя преломления в центре сердцевины многомодовых волокон, в которых, в частности, требуется точно определенный параболический профиль, предотвращающий снижение скорости передачи информации. Соответственно небольшие отклонения в центре профиля волокна могут вызвать существенные возмущения выходного сигнала, оказывающие большое влияние на поведение системы. Такое влияние может проявиться в виде очень маленькой ширины полосы пропускания сигнала или очень сильного дрожания либо в виде того и другого.

Длины волн, на которых осуществляется передача данных в таких волокнах, составляют соответственно полосу шириной 850 нм, определяемую здесь как 770-920 нм, и полосу шириной 1300 нм, определяемую здесь как 1260-1360 нм.

Таким образом, целью настоящего изобретения является разработка способа изготовления оптического волокна, предназначенного для использования в многомодовой системе передачи, способной передавать данные со скоростью, равной или выше 1 Гигабит/сек. Такая многомодовая система передачи включает лазерный источник, передающий информацию со скоростью, по меньшей мере, 1,25 Гигабит/сек, а также многомодовое оптическое волокно, облучаемое лазерным источником.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение многомодового оптического волокна, предназначенного для передачи информации GigabitEthernet в полосе шириной 1300 нм на расстояние свыше 1000 м.

Следующей целью настоящего изобретения является разработка многомодового оптического волокна, предназначенного для передачи информации GigabitEthernet в полосе шириной 1300 нм на расстояние свыше 550 м, а также для передачи информации GigabitEthernet в полисе шириной 850 нм на расстояние свыше 550 м.

Целью настоящего изобретения является обеспечение многомодового оптического волокна, предназначенного для передачи информации со скоростью, по меньшей мере, 10 Гигабит/сек в полосе шириной 850 нм на расстояние, по меньшей мере, 300 м.

Дополнительной целью настоящего изобретения является разработка многомодового оптического волокна, предназначенного для передачи информации со скоростью, по меньшей мере, 10 Гигабит/сек в полосе шириной 850 нм на расстояние, по меньшей мере, 300 м, при этом указанные волокна имеют ширину полосы OFL свыше 500 МГц.км.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение способа изготовления оптических волокон, полностью совместимых при использовании с высокоскоростными лазерными источниками, а также с источниками СИД.

В соответствии с настоящим изобретением данный способ, как указано в предисловии, отличается тем, что стеклянные слои, содержащие присадку или без нее, осаждают на внутренней стенке трубки-подложки таким образом, что отдельные слои осаждают после этапов iii) и iv) на участке, имеющем наибольший диаметр 10 мкм в центре оптического волокна, которое впоследствии вытягивают, при этом, по меньшей мере, один из указанных отдельных слоев имеет наибольшую площадь поверхности 2 мкм², а величина показателя преломления в окончательно вытянутом волокне увеличивается по направлению к его центру.

Применение такого способа позволяет получить очень GigabitEthernet в Полосе шириной 850 нм на расстояние свыше 550 м.

Целью настоящего изобретения является обеспечение многомодового оптического волокна, предназначенного для передачи информации со скоростью, по меньшей мере, 10 Гигабит/сек в полосе шириной 850 нм на расстояние, по меньшей мере, 300 м.

Дополнительной целью настоящего изобретения является разработка многомодового оптического волокна, предназначенного для передачи информации со скоростью, по меньшей мере, 10 Гигабит/сек в полосе шириной 850 нм на расстояние, по меньшей мере, 300 м, при этом указанные волокна имеют ширину полосы OFL свыше 500 МГц.км.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение способа изготовления оптических волокон, полностью совместимых при использовании с высокоскоростными лазерными источниками, а также с источниками СИД.

В соответствии с настоящим изобретением данный способ изготовления многомодового оптического волокна, предназначенный для передачи данных с высокой скоростью, равной или превышающей 1 Гигабит/сек, включает следующие этапы

i) подача одного или более исходных веществ для получения стекла и, возможно, присадки в кварцевую трубку-подложку,

ii) формирование плазмы в кварцевой трубке-подложке для обеспечения реакции в химически активной смеси для получения стеклянных слоев, включающих или не включающих присадку, на внутренней стороне трубки-подложки,

iii) схлопывание трубки-подложки, полученной на этапе ii), в заготовку при нагревании,

iv) вытягивание оптического волокна из заготовки при нагревании, при этом

стеклянные слои, содержащие присадку или без нее, осаждают на внутренней стенке трубки-подложки таким образом, что в соответствии с этапом ii) отдельные слои осаждают на участке, имеющем наибольший диаметр 10 мкм в центре вытянутого оптического волокна, при этом, по меньшей мере, один из указанных отдельных слоев имеет на указанном участке наибольшую площадь поверхности 2 мкм², а величина показателя преломления внутри каждого слоя возрастает по направлению к центру оптического волокна.

Кроме того, по меньшей мере, один из указанных отдельных слоев имеет наибольшую площадь поверхности 1 мкм², а величина показателя преломления внутри указанного слоя возрастает по направлению к центру оптического волокна.

Применение такого способа позволяет получить очень отчетливую слоистую структуру в сердцевине оптического волокна, в результате чего в готовом волокне получают точно заданный профиль показателя преломления, при этом световой импульс, проходящий через волокно, только немного расширится, в результате чего волокно приобретет большую мощность передачи.

Особенно предпочтительно, чтобы слои, отдельно осажденные на участке, имеющем наибольший диаметр 10 мкм в центре оптического волокна, имели различные величины показателей преломления относительно друг друга.

На величину показателя преломления каждого слоя может повлиять добавление к химически активной смеси присадки исходных веществ для получения стекла, имеющей более высокую величину показателя преломления, чем у указанных веществ для получения стекла. Подобное влияние может быть, например, осуществлено путем варьирования состава газообразной смеси, подаваемой в кварцевую трубку-подложку. Толщину слоя можно изменять, варьируя скорость газа, скорость прохождения плазмы через трубку-подложку и сам расход плазмы.

Настоящее изобретение также относится к многомодовому оптическому волокну, предназначенному для скорости передачи данных, по меньшей мере, 1 Гигабит/сек, на расстояние, по меньшей мере, 1000 м на длине волны 1300 нм, при этом отдельные слои осаждают на участке, имеющем наибольший диаметр 10 мкм в центре оптического волокна, по меньшей мере, один из указанных отдельных слоев имеет на указанном участке наибольшую площадь поверхности 2 мкм², в частности, 1 мкм², а величина показателя преломления внутри указанного слоя возрастает по направлению к центру волокна.

Кроме того, в указанном многомодовом оптическом волокне слои, отдельно нанесенные на участке, имеющем наибольший диаметр 10 мкм в центре многомодового оптического волокна, имеют различные величины показателя преломления относительно друг друга.

Настоящее изобретение также относится к многомодовому оптическому волокну, предназначенному для передачи информации со скоростью, по меньшей мере, 1 Гигабит/сек на расстояние, по меньшей мере, 550 м при ширине полосы как 1300 нм, так и 850 нм, при этом отдельные слои осаждают на участке, имеющем наибольший диаметр 10 мкм в центре волокна; по меньшей мере, один из указанных отдельных слоев имеет на указанном участке наибольшую площадь поверхности 2 мкм², в частности, 1 мкм², а величина показателя преломления внутри указанного слоя возрастает по направлению к центру волокна.

Кроме того, в указанном многомодовом оптическом волокне слои, отдельно нанесенные на участке, имеющем наибольший диаметр 10 мкм в центре многомодового оптического волокна, имеют различные величины показателя преломления относительно друг друга.

Настоящее изобретение также относится к многомодовому оптическому волокну, предназначенному для передачи информации со скоростью, по меньшей мере, 10 Гигабит/сек, при ширине полосы 850 нм на расстояние, по меньшей мере, 300 м, при этом отдельные слои осаждают на участке, имеющем наибольший диаметр 10 мкм в центре оптического волокна; при этом по меньшей мере, один из указанных отдельных слоев имеет на указанном участке наибольшую площадь поверхности 2 мкм², в частности, 1 мкм², а величина показателя преломления внутри указанного слоя возрастает по направлению к центру волокна.

Кроме того, указанное многомодовое оптическое волокно имеет ширину полосы пропускания (на протяжении возбуждения, измеряемая ширина пропускания, OFL) более 500 МГц.км.

А также в указанном многомодовом оптическом волокне слои, отдельно нанесенные на участке, имеющем наибольший диаметр 10 мкм в центре многомодового оптического волокна, имеют различные величины показателя преломления относительно друг друга.

Далее настоящее изобретение разъясняется более подробно с помощью ряда примеров, однако следует отметить, что условия в указанных примерах приведены только с целью иллюстрации и не должны рассматриваться как ограничивающие. Термин «диаметр оболочки» означает общий диаметр оптического волокна, исключая возможное наружное покрытие, которое может быть снято.

Примеры

Сравнительный пример 1

Многомодовое оптическое волокно получают, применяя способ PCVD (плазменное химическое осаждение из паровой фазы), как описано на этапах i)-iv). На этапе i) 960 слоев сердцевины, имеющих практически одинаковый объем, наносят на трубку-подложку, при этом показатель преломления каждого слоя увеличивают по сравнению с предыдущим слоем, изменяя содержание исходных соединений для образования стекла SiCl₄ и GeCl₄, наносимых на трубку-подложку. Профиль показателя преломления контролируют таким образом, чтобы готовое волокно подходило для применения как при полосе на длинах волн 850 нм, так и 1300 нм, зачастую используемых в настоящее время. Полученную таким образом заготовку после схлопывания в соответствии с этапом iii) вытягивают в оптическое волокно, имеющее диаметр сердцевины 62,5 мкм и диаметр оболочки 125 мкм. Каждый из слоев в полученном таким способом оптическом волокне имеет площадь поверхности 3,2 мкм².

Волокно подвергают тесту по передаче данных, используя 850 нм лазер со скоростью передачи 1,25 Гигабит/сек.

Максимальное расстояние передачи такого волокна составляет 350 м, что является слишком коротким для современных требований.

Пример 1

Оптическое волокно получают, осуществляя такие же этапы, как и в сравнительном примере 1, с тем отличием, что наносят 2750 слоев сердцевины таким образом, чтобы получить волокно, имеющее диаметр сердцевины 62,5 мкм. Каждый из слоев в полученном таким способом оптическом волокне имеет площадь поверхности 1,1 мкм². Тест по передаче данных с применением такого волокна показывает, что максимальное расстояние передачи составляет 600 м при скорости 1, 25 Гигабит/сек и 850 нм лазере.

Сравнительный пример 2

Оптические волокна получают, осуществляя такие же этапы, как и в примере 1, однако контролируя профиль показателя преломления таким образом, что волокно является оптимизированным для использования при ширине полосы 850 нм. Волокно, каждый из отдельных слоев которого имеет площадь поверхности 3,2 мкм², подвергают тесту по передаче данных со скоростью 10 Гигабит/сек. Максимальное расстояние передачи при такой скорости с использованием указанного волокна составляет 250 м, что не отвечает современным требованиям к расстоянию передачи.

Пример 2

Оптическое волокно, получаемое в результате осуществления таких же этапов, как и в примере 1, в котором каждый из отдельных слоев имеет площадь поверхности 1,1 мкм², передает сигнал со скоростью 10 Гигабит/сек на максимальное расстояние 350 м.

Пример 3

Ряд многомодовых оптических волокон, имеющих диаметр сердцевины 50 мкм, получают, применяя способ PCVD, как описано на этапах i)-iv). На этапе i) ±1600 слоев сердцевины, имеющих практически одинаковый объем, наносят на трубку-подложку, при этом показатель преломления каждого слоя увеличивают по сравнению с предыдущим слоем, изменяя содержание исходных соединений для образования стекла SiCl₄ и GeCl₄, наносимых на трубку-подложку. Различные профили показателя преломления контролируют таким образом, чтобы получить оптимальные характеристики при ширине полосы 850 нм или 1300 нм. Каждый из нанесенных слоев в полученных волокнах имеет площадь поверхности 1,2 мкм².

Волокна подвергают тестам по передаче данных при обеих ширинах полос со скоростью передачи 1,25 Гигабит/сек, результаты которых суммированы ниже. Из приведенной таблицы следует, что все измеренные величины удовлетворяют современным требованиям относительно расстояния передачи данных.

Пример 4

Многомодовое оптическое волокно получают, применяя способ PCVD, как описано на этапах i)-iv). На этапе i) вначале на трубку-подложку наносят 550 слоев сердцевины, имеющих относительно большой объем, а затем наносят 120 слоев сердцевины, имеющих меньший объем, при этом показатель преломления каждого слоя увеличивают по сравнению с предыдущим слоем, изменяя содержание исходных соединений для образования стекла SiCl₄ и GeCl₄, наносимых на трубку-подложку. Профиль показателя преломления контролируют таким образом, чтобы готовое волокно подходило для использования при ширине полосы 850 нм и 1300 нм. Полученную таким образом заготовку после схлопывания в соответствии с этапом iii) вытягивают в оптическое волокно, имеющее внутренний диаметр 62,5 мкм и диаметр стекла для оболочки 125 мкм. Каждый из слоев в полученном таким способом оптическом волокне имеет площадь поверхности 1,1 мкм² на участке, имеющем диаметр 10 мкм в центре волокна. Тест по передаче данных с использованием полученного волокна и 850 нм лазера показывает максимальное расстояние передачи 600 м при скорости передачи 1,25 Гигабит/сек. Из него следует, что, в частности, слои в центральной части оптической сердцевины волокна должны иметь небольшую площадь поверхности для достижения цели настоящего изобретения. С другой стороны, слои вне центральной части оптического волокна, имеющей диаметр 10 мкм, могут иметь площадь поверхности более 2 мкм².

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу изготовления оптического волокна, предназначенного для высокоскоростной передачи данных. Способ включает следующие этапы: i) подача одного или нескольких исходных веществ для получения стекла и, возможно, присадки в кварцевую трубку-подложку, ii) формирование плазмы в кварцевой трубке-подложке для обеспечения реакции в химически активной смеси для получения стеклянных слоев, включающих или не включающих присадку, на внутренней стороне трубки-подложки, iii) схлопывание трубки-подложки, полученной на этапе ii), в заготовку при нагревании, iv) вытягивание оптического волокна из заготовки при нагревании. Стеклянные слои осаждают на участке, имеющем наибольший диаметр 10 мкм в центре вытянутого оптического волокна. По меньшей мере, один из указанных слоев имеет наибольшую площадь поверхности 2 мкм², а величина показателя преломления внутри каждого слоя возрастает по направлению к центру волокна. Техническая задача - разработка волокна, способного передавать информацию со скоростью выше 1 Гигабит/сек. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула