專利名稱：波分復(fù)用光纖傳送系統(tǒng)的色散位移光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳送領(lǐng)域，具體地說涉及位移色散的線路波分復(fù)用傳輸領(lǐng)域光纖。
對(duì)于光纖來講，通常根據(jù)將纖維半徑與折射率結(jié)合在—起的函數(shù)圖象鑒定折射率的大小。通常橫坐標(biāo)表示離纖維中心的距離r，縱坐標(biāo)表示折射率和纖維套管折射率之間的差。這樣就談到了“階梯”，“梯形”，“三角”形折射率曲線圖，它們分別具有階梯，梯形，三角形的形狀。這些曲線通常表示纖維的理論折射率或纖維的指定折射率，纖維制造時(shí)的應(yīng)力可能會(huì)引起差別很大的折射率。
為了在傳輸系統(tǒng)中使用纖維，特別是在波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)中使用纖維，在復(fù)用波長(zhǎng)范圍內(nèi)，纖維最好具有比較大的有效面積。比較大的有效面積可以將纖維中的功率密度限定在恒定的總功率范圍內(nèi)。并且限制或避免不希望出現(xiàn)的非線性效應(yīng)。
對(duì)于高速率系統(tǒng)來講，纖維保證多路通道的單模傳播也是可利用的。ITU-TG650限定了電纜的截止波長(zhǎng)。纖維理論上的截止波長(zhǎng)通常要比電纜的截止波長(zhǎng)大幾百納米。因此光纖中的傳播看起來可能是單模，即使理論截止波長(zhǎng)比所用信號(hào)的波長(zhǎng)大也是如此事實(shí)上，當(dāng)超過幾米或十幾米的距離時(shí)，由于衰減很厲害，所以二次模式消失，而所述的幾米或十幾米的距離在光纖傳輸系統(tǒng)中傳播距離面前是很小的。因此在傳輸系統(tǒng)中的傳播為單模。
同樣重要的是要使纖維對(duì)曲度情況和細(xì)微曲度情況的靈敏度均應(yīng)盡可能的小。例如在ITU-TG650文章中，通過測(cè)量一個(gè)半徑為30mm的線圈上繞100圈纖維引起的衰減來估計(jì)對(duì)曲度的靈敏度，對(duì)細(xì)微曲度情況的靈敏度用公知的方法測(cè)量；可以象下面所述的那樣測(cè)纖維的靈敏度，例如市售的ASMF200纖維。
在新的高輸率和波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中，最好限定波分復(fù)用范圍內(nèi)的色散斜率跨度；其目的在于減少傳輸過程中多路通道之間的失真。
市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了色散位移光纖或DSF(英語稱作Dispersion ShiftedFiber)。這些纖維的色散在其應(yīng)用的傳輸波長(zhǎng)中基本為零，所用的波長(zhǎng)通常與1.3μm的波長(zhǎng)不同，對(duì)于1.3μm的波長(zhǎng)來講，二氧化硅的色散基本為零。換句話說，二氧化硅的非零色散通過增加纖芯和光套之間折射率差Δn得到補(bǔ)償。該折射率的差可以移位色散為零的波長(zhǎng)；在加工預(yù)制件時(shí)，在預(yù)制件中加入添加劑，例如通過公知的MCVD方法就可以實(shí)現(xiàn)這種折射率差，此處不再進(jìn)行詳細(xì)描述。對(duì)于纖維用的波長(zhǎng)來講，要對(duì)非零色散的偏離色散纖維的NZ-DSF(英語稱作“非零色散位移光纖”(Non-Zero Dispersion Shifted Fiber))進(jìn)行鑒定。色散的非零值可以限定纖維中的非線性效應(yīng)，特別是可以限定多路通道之間的四波混頻。
與其圖3C有關(guān)的歐洲專利文獻(xiàn)EP-0883002涉及的電纜單模纖維DSF為具有環(huán)形階梯狀，其色散平均斜率為0.043ps/nm2.km。但是這些纖維的負(fù)色散約為1550nm。
但是，在歐洲專利文獻(xiàn)EP-0859247中介紹了這類纖維DSF的缺陷當(dāng)纖維的有效表面增大時(shí)，通常色散斜率也增大。
歐洲專利文獻(xiàn)EP-A-0859247描述了環(huán)形DSF纖維，提出在這種纖維范圍內(nèi)有效面積和色散斜率具有不同的變化方向。作為例子給出的纖維的色散為負(fù)值，其值為-4,5-1.0ps/nm.km。對(duì)于長(zhǎng)度為2m的纖維來講，這些纖維的截止波長(zhǎng)為1500nm。該文獻(xiàn)提出這種高截止波長(zhǎng)值在其波長(zhǎng)隨傳播距離而減小的范圍內(nèi)并沒有太大影響，傳輸距離約為1000km時(shí)可保證單模傳播。
本發(fā)明提出的光纖可以用在電纜上，這種纖維可以對(duì)有效面積和色散斜率之間進(jìn)行很好的折中，其主要原因在于選擇了截止波長(zhǎng)，而且也便于制造。
具體地說，本發(fā)明目的在于提供一種單模電纜光纖，它包括一個(gè)周圍是光學(xué)套管的光學(xué)芯材，所述光芯的折射率曲線形狀中心部分是階梯形的，該中心部分的周圍是折射率小于所述中心部分的中間區(qū)域。所述中間區(qū)域本身的周圍是其折射率小于所述中心部分而大于所述中間區(qū)域的環(huán)形區(qū)域，對(duì)于波長(zhǎng)為1550nm來講，所述纖維的色散斜率為0-0.1ps/nm2.km，所述纖維的特征在于它在波長(zhǎng)為1550nm時(shí)還有以下特性-有效面積大于或等于60μm2；-色散為3-14ps/(nm.km)；-有效面積與色散斜率之間的比值大于900μm2.nm2.km/ps。
本發(fā)明纖維同時(shí)具有大的有效面積，約1550nm的正色散，而且保持小的色散斜率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于滿足有關(guān)曲度損耗和有關(guān)對(duì)微曲度靈敏度的要求，同時(shí)制造也很方便。
本發(fā)明纖維在1550nm時(shí)的色散最好為5-11ps/nm.km，和/或色散斜率低于0.07ps/nm2.km。
本發(fā)明纖維的有效面積與色散斜率之間的比值最好大于或等于1000μm2.nm2.km/ps。該比值最好保持在小于5000μm2.nm2.km/ps，即小于2500μm2.nm2.km/ps。
本發(fā)明纖維的色散消除波長(zhǎng)λ0最好小于或等于1480nm。
在一個(gè)實(shí)施方案中，纖維的有效面積大于或等于70μm2。
在半徑為30mm的周圍繞100圈纖維時(shí)，本發(fā)明纖維在1550nm時(shí)的曲度損耗低于或等于0.05dB，最好低于或等于0.005dB。本發(fā)明的纖維還可以具有低于1.2的微曲度靈敏度，微曲度靈敏度最好低于0.8。
該纖維的理論截止波長(zhǎng)大于1550nm，電纜的截止波長(zhǎng)小于1300nm。
在一個(gè)實(shí)施方案中，該纖維在1550nm時(shí)的衰減低于或等于0.23dB/km，偏振模態(tài)偏差低于或等于0.1ps.km-0.5。
纖維中心部分的折射率和光學(xué)套管折射率之間的差最好可以為5×10-3與9.10-3之間。在這種情況下，中心部分的半徑和環(huán)的外半徑之間的比值最好為0.23和0.45之間。
中間區(qū)域的折射率和光學(xué)套管折射率之間的差最好能在-4×10-3與1×10-3之間，在-3×10-3與5×10-4之間最佳。在這種情況下，中間區(qū)域的外半徑和環(huán)的外半徑之間的比值為0.45和0.75之間，最好為0.48和0.7之間。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，環(huán)的折射率和光學(xué)套管折射率之間的差可以在5×10-4與5×10-3之間。在這種情況下，環(huán)的外半徑最好為7和13μm之間。
此外，最好能夠選擇本發(fā)明纖維的參數(shù)，以便驗(yàn)證下面的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系式，在這些式子中，r是半徑，Δn(r)是半徑為r的折射率和光學(xué)套管折射率之間的折射率差•S1=2.∫0Δn(r).dr]]>(其中r1是中心部分的半徑)，該值為45×10-3和110×10-3μm2之間，最好為50×10-3和100×10-3μm2之間。
•S12=2.∫0Δn(r)r.dr]]>(其中r2是中間區(qū)域的外半徑)，該值大于25×10-3μm2，最好為30×10-3和100×10-3μm2之間。
•S23=2.∫1Δn(r)r.dr]]>(其中r3是環(huán)形區(qū)域的外半徑)，該值為30×10-3和150×10-3μm2之間，最好為55×10-3和140×10-3μm2之間。
•S123=2.∫0Δn(r).dr,]]>該值小于220×10-3μm2，最好為130×10-3和205×10-3μm2之間。
本發(fā)明還提出了一種波分復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上述纖維，將該纖維作為線路光纖。因此除了提供該纖維以外還可考慮色散補(bǔ)償纖維。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)通過下面結(jié)合唯一的附圖
對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案的描述將會(huì)更加清楚，這些實(shí)施方案僅作為例子，該圖概括地表示本發(fā)明纖維環(huán)形階梯狀的折射率曲線變化。
在所有的實(shí)施方案中，半徑r的單位是微米(μm)，它從纖維的軸開始測(cè)量。折射率Δn通過與纖維套的折射差進(jìn)行測(cè)量。
該纖維包括其周圍是光學(xué)套管13的光芯。從纖維的中心開始，該光芯包括·半徑為r1的階梯形中心部分10，它與光學(xué)套管13之間的折射率差Δn1基本不變，而且為正值；·延伸到半徑為r2的中間區(qū)域11，它與光學(xué)套管13之間的折射率差Δn2基本不變，該值可正可負(fù)，且總是小于Δn1；·延伸到半徑為r3的環(huán)形區(qū)域12，它的折射率差Δn3基本不變，該值可正可負(fù)，但小于Δn1。
纖維的光學(xué)套管13繞環(huán)12延伸。
下面的表1示出了這類具有環(huán)形階梯狀纖維的半徑和折射率可能有的數(shù)值。表1
本發(fā)明纖維的特征可以用常規(guī)方法得到；作為比較，現(xiàn)有技術(shù)中常說的折射率差為1％的值對(duì)應(yīng)差值Δn1，該值為14.5×10-3。發(fā)現(xiàn)本發(fā)明既沒有導(dǎo)致強(qiáng)折射率，也沒有太薄的光涂層，因而避免了制造問題，而且還避免了纖維的過分衰減。
用這些半徑和折射率數(shù)值得到的纖維特征在對(duì)應(yīng)于1.55μm的表2的各相應(yīng)行中給出，理論截止波長(zhǎng)和色散衰減波長(zhǎng)的行除外。所用單位為理論截止波長(zhǎng)λcth:nm色散衰減波長(zhǎng)λ0:nm色散C:ps/(nm.km)色散斜率C’:ps/(nm2.km)有效面積Seff:μm2曲度損耗PC:dB微曲度損耗Sμc無如上所述，在半徑為30mm的線圈上繞100圈纖維和測(cè)量所造成的損耗來測(cè)量曲度損耗。
根據(jù)本申請(qǐng)人提供的商品型號(hào)ASMF200纖維來測(cè)量微曲度損耗Sμc，該微曲度損失為無量綱。Seff/C’比值的量綱是μm2.nm2.km/ps。表2
在表1的所有例子中，折射率Δn1,Δn2和Δn3的變化5×10-4可以獲得類似的結(jié)果。這對(duì)半徑也一樣，這些半徑相對(duì)于給定值分別可以變化10％，同時(shí)獲得類似的結(jié)果。
本發(fā)明可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員利用公知技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，例如MCVD或其它用于制造光纖的常用技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的纖維最好用作傳輸系統(tǒng)中的線路光纖，特別是波分復(fù)用系統(tǒng)中的線路光纖，波長(zhǎng)的應(yīng)用范圍為1300到1630nm。也可以在使用這種纖維的系統(tǒng)中設(shè)置色散補(bǔ)償纖維，它在系統(tǒng)中按照規(guī)定的間隔設(shè)置，以便限制沿傳輸線的色散累積增加。
當(dāng)然，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方案和實(shí)施例，而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種變換。
權(quán)利要求
1．一種單模的電纜光纖，它包括一個(gè)周圍是光學(xué)套管的光芯，所述光芯的折光剖面形狀帶有呈階梯形的中心部分，該中心部分的周圍是中間折光區(qū)域。其折射率小于所述中心部分的折射率，所述中間區(qū)域本身的周圍是折射率小于所述中心部分的折射率而大于所述中間區(qū)域的折射率的環(huán)形區(qū)域。對(duì)于波長(zhǎng)為1550nm來講，所述纖維的色散斜率跨導(dǎo)為0-0.1ps/nm2.km之間，所述纖維的特征在于它在波長(zhǎng)為1550nm時(shí)還有以下特性-有效面積大于或等于60μm2；-色散為3-14ps/(nm.km)；-有效面積與色散斜率之間的比值大于900μm2.nm2.km/ps。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于其在1550nm時(shí)的色散為5-11ps/(nm.km)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維，其特征在于該纖維在1550nm時(shí)的色散斜率低于0.07ps/(nm2.km)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的纖維，其特征在于該纖維的有效面積與色散斜率之間的比值大于或等于1000μm2.nm2.km/ps，該比值最好小于或等于5000μm2.nm2.km/ps。
5．根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的纖維，其特征在于該纖維的色散衰減波長(zhǎng)λ0小于或等于1480nm。
6．根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的纖維，其特征在于該纖維的有效面積大于或等于70μm2。
7．根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的纖維，其特征在于按半徑為30mm卷繞100圈纖維時(shí)，該纖維在1550nm時(shí)的曲度損耗低于或等于0.005dB。
8．根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的纖維，其特征在于該纖維具有低于1.2的微曲率靈敏度，微曲率靈敏度最好低于0.8。
9．根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的纖維，其特征在于該纖維的理論截止波長(zhǎng)大于1550nm。
10．根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的纖維，其特征在于其電纜的截止波長(zhǎng)低于1300nm。
11．根據(jù)權(quán)利要求1-10之一所述的纖維，其特征在于該纖維在1550nm時(shí)的衰減低于或等于0.23dB/km。
12．根據(jù)權(quán)利要求1-11之一所述的纖維，其特征在于其偏振模態(tài)耗散低于或等于0.1ps.km-0.5。
13．根據(jù)枳利要求1-12之一所述的纖維，其特征在于纖維中心部分的折射率和光學(xué)套管折射率之間的差Δn1為5×10-3與9×10-3之間。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的纖維，其特征在于中心部分的半徑r1和環(huán)的外半徑r3之間的比值r1/r3為0.23和0.45之間。
15．根據(jù)權(quán)利要求1-14之一所述的纖維，其特征在于中間區(qū)域的折射率和光學(xué)套管折射率之間的差Δn2在-4×10-3與1×10-3之間，在-3×10-3與5×10-4之間最佳。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的纖維，其特征在于中間區(qū)域的外半徑r2和環(huán)區(qū)外半徑r3之間的比值r2/r3為0.45和0.75之間，最好為0.48和0.7之間。
17．根據(jù)權(quán)利要求1-16之一所述的纖維，其特征在于環(huán)形區(qū)的折射率和光學(xué)套管折射率之間的Δn3在5×10-4與5×10-3之間。
18．根據(jù)權(quán)利要求17所述的纖維，其特征在于環(huán)形區(qū)的外半徑r3為7和13μm之間。
19．根據(jù)權(quán)利要求1-18之一所述的纖維，其特征在于數(shù)值S1由下式限定S1=2.∫0Δn(r).dr,]]>其中r是半徑，Δn(r)是半徑r附近的折射率和光學(xué)套管折射率之間的折射率差；其中r1是中心部分的半徑，該值為45×10-3和110×10-3μm2之間，最好為50×10-3和100×10-3μm2之間。
20．根據(jù)權(quán)利要求1-19之一所述的纖維，其特征在于數(shù)值S12由下式限定S12=2.∫0Δn(r)r.dr,]]>其中r是半徑，Δn(r)是半徑r附近的折射率和光學(xué)套管折射率之間的折射率差；其中r2是中間區(qū)域的外半徑，該值大于25×10-3μm2，最好為30×10-3和100×10-3μm2之間。
21．根據(jù)權(quán)利要求1-20之一所述的纖維，其特征在于S23由下式限定S12=2.∫1Δn(r)r.dr,]]>其中r是半徑，Δn(r)是半徑r附近的折射率和光學(xué)套管折射率之間的折射率差；其中r3是環(huán)形區(qū)域的外半徑，該值為30×10-3和150×10-3μm2之間，最好為55×10-3和140×10-3μm2之間。
22．根據(jù)權(quán)利要求1-21之一所述的纖維，其特征在于數(shù)值S123由下式限定S123=2.∫0Δn(r)r.dr,]]>其中r是半徑，Δn(r)是半徑r附近的折射率和光學(xué)套管折射率之間的折射率差；其中r3是環(huán)形區(qū)域的外半徑，該值小于220×10-3μm2，最好為130×10-3和205×10-3μm2之間。
23．一種波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括權(quán)利要求1-22之一所述的纖維，將該纖維作為線路光纖。
24．根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括色散補(bǔ)償纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單模的電纜光纖,它包括一個(gè)其周圍是光學(xué)套管的光芯,所述光芯的折光剖面形狀帶有呈階梯形的中心部分,該中心部分的周圍是中間區(qū)域,其折射率小于所述中心部分的折射率,所述中間區(qū)域本身的周圍是折射率小于所述中心部分的折射率而大于所述中間區(qū)域的折射率的環(huán)形區(qū)域。對(duì)于波長(zhǎng)為1550nm來講,所述纖維的色散斜率跨導(dǎo)為0—0.1ps/nm
文檔編號(hào)G02B6/02GK1303194SQ00138049
公開日2001年7月11日 申請(qǐng)日期2000年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月25日
發(fā)明者皮埃爾·西拉德, 路易斯－安·德·蒙特墨里倫, 路多維克·夫魯利, 帕斯卡爾·努奇 申請(qǐng)人:阿爾卡塔爾公司