專利名稱：色散控制光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖，更具體地，涉及一種寬帶色散控制光纖。
背景技術(shù)：
如同本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易理解的那樣，光纖由纖芯和包層組成，其中，纖芯的折射率比包層的折射率要高。制造光纖基底材料的公知的方法包括改進(jìn)化學(xué)氣相沉積法(MCVD)，氣相軸向沉積法(VAD)，外延氣相沉積法(OVD)，等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD)等類似方法。
為了獲得超高速和大容量的通信，色散控制光纖(例如，色散位移光纖(DSF)，非零色散位移光纖(NZDSF)，色散補(bǔ)償光纖(DSF))已經(jīng)得到應(yīng)用，它們在傳輸容量上要優(yōu)于現(xiàn)有的單模光纖。這樣，對色散控制光纖的需求增加。如果在纖芯和包層之間插入具有低折射率的區(qū)域來形成光纖，有可能有效控制光纖的色散特性。這種光纖的一個(gè)例子公開在美國專利號No.4715679，申請人Venkata A.Bhagavatula，題目為《低色散、低損耗單模光波導(dǎo)》。
但是，這種類型的色散受控光纖有缺點(diǎn)，由于其在包層中具有嚴(yán)重降低折射率的區(qū)域，這種光纖的彎曲損耗高。此外，由于與普通單模光纖相比，因?yàn)榫哂休^小的模場半徑(MFD)，較小的有效橫截面積，發(fā)生非線性作用。此外，并不適于寬帶通信，而且在長波區(qū)域和短波區(qū)域，損耗和色散特性都不好。
相比于單模光纖，色散控制光纖具有很小的芯徑和高折射率。這樣，如果基底材料的尺寸形成大孔，在拉牽時(shí)，相對大的應(yīng)力施加于纖芯部分將會出現(xiàn)問題。即，將改變折射率的分布。這意味著多種光學(xué)特性依照拉牽溫度具有恒定的值是很困難的。同樣的，和普通單模光纖相比，如果具有相對敏感的特性，制造色散控制光纖也是不容易的。
此外，現(xiàn)有的色散控制光纖通過將零色散波長在1530nm附近而適用在大約1530～1565nm的波長范圍，其中在1550nm處光纖的色散特性不多于5ps/nm·km且直徑范圍在8～9μm之間，這樣對于超過10Gbps水平的通信是有問題的。
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)的色散控制光纖具有以下問題a)現(xiàn)有的色散控制光纖、如色散補(bǔ)償光纖、色散位移光纖、非零色散位移光纖利用位于1530nm相鄰的小波長窗口作為零色散區(qū)，這樣不適用于大容量的傳輸；b)低色散光纖存在問題是它表現(xiàn)出小色散特性，即在超高速傳輸中產(chǎn)生非線性作用(四波混頻(FWM)，以及交叉相位調(diào)制(XPM))；c)普通單模光纖存在問題是在摻鉺光纖(EDF)窗口中表現(xiàn)出過大的色散(≥17ps/nm·km)特性，因此產(chǎn)生非線性作用(自相位調(diào)制(SPM))；以及d)如果為了控制色散特性，光纖具有高纖芯折射率和小芯徑，由于具有小模場直徑(1550nm有效橫截面積＜50μm2)，非線性作用產(chǎn)生極大影響，將產(chǎn)生問題。此外，還有一個(gè)問題，如果色散值太大或者太小，前述的非線性作用將被進(jìn)一步放大，(XPM，SPM和FWM具有互相轉(zhuǎn)化的關(guān)系)，這樣，惡化傳輸特性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明用于解決現(xiàn)有技術(shù)中上述的問題以及提供一種色散控制光纖，其中，可以得到想要得到的色散特性和色散斜率特性，以及具有低損耗特性。
本發(fā)明的另一方面提供一種色散控制光纖，其中可以得到大有效橫截面積，以通過大纖芯直徑得到大模場直徑來減少非線性作用。
本發(fā)明的另一方面提供一種色散控制光纖，其通過將零色散波長區(qū)域設(shè)置在或低于1400nm可以保證可用波長的較寬區(qū)域(1400～1625nm)，以及在1550nm處，其色散特性的范圍大約為5～13ps/nm·km，因此減少非線性作用。
從而，提供一種光纖，包括中心纖芯，它形成傳輸光信號的通路，其折射率為N1；以及圍繞中心纖芯的包層，其折射率為N0，其中光纖還包括上纖芯，其折射率的分布為從外周的折射率N2(＞N0)開始增加到內(nèi)周的折射率N1；以及插入上纖芯和包層之間的微低折射率區(qū)，其折射率為N3，其中折射率N3小于折射率N0。


本發(fā)明上述及其他特性和優(yōu)勢通過以下的描述和附圖將更加清晰，其中圖1根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，給出了色散控制光纖的折射率結(jié)構(gòu)和分布圖；圖2給出了圖1所示的色散控制光纖的色散特性；圖3給出了圖1所示的色散控制光纖的損耗特性。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。為了清晰和簡單，已知功能的細(xì)節(jié)描述及其相關(guān)結(jié)構(gòu)將被省略，由于它們可能會使本發(fā)明的主題不明確。
圖1根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，給出了色散控制光纖的折射率結(jié)構(gòu)和分布圖。如圖1所示，色散控制光纖100包括中心纖芯110，上纖芯120，微低折射率區(qū)130和包層140。
中心纖芯110由硅組成，且其半徑為a。在本實(shí)施例中，中心纖芯110摻雜了預(yù)定數(shù)量的鍺，用于將其折射率調(diào)整為N1。
上纖芯120具有內(nèi)半徑a和外半徑b，在內(nèi)周其折射率為N1，以及在外周其折射率為N2。如圖1所示，上纖芯的折射率從外周向內(nèi)周線性增加。
微低折射率區(qū)130由具有內(nèi)半徑b和外半徑c的硅材料形成。此外，微低折射率區(qū)130摻雜了預(yù)定比例的鍺、磷和氟，用于將其折射率調(diào)整為N3。
包層140由具有內(nèi)半徑a和外半徑b的硅形成，其折射率為N0，比N3高，比N2低。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在低于1400nm的波長區(qū)域，色散控制光纖100中存在零色散特性t，且色散控制光纖100具有預(yù)定范圍的色散值(0.1～4ps/nm·km@1400nm，5～13ps/nm ·km@1550nm，和8～16ps/nm ·km@1625nm)以及大的模場直徑(MFD)或有效橫截面積(8.5～10.0μm@1550nm)，因此減少了非線性作用。為了這個(gè)目的，色散控制光纖遵照以下關(guān)系0.06≤a/b≤0.8，0.02≤a/c≤0.9，1.2≤N1/N2≤ 2.67和-8≤N1/N3≤1.6。在這種情況下，用632.8nm的氦-氖激光器測量的參考的玻璃折射率為1.45709。
圖2給出了圖1所示的色散控制光纖100的色散特性圖，以及圖3給出了圖1所示的色散控制光纖100的損耗特性圖。圖2和圖3中，a/b＝0.206，a/c＝0.0781，N1＝0.4781％，N2＝0.273％，N3＝-0.0683％，其中，1400～1625的色散值為2～16ps/nm·km，1550nm的模場直徑為9.5μm。在這種情況下，用632.8nm的氦-氖激光器測量的參考的玻璃折射率為1.45709，其中，N1、N2、N3為這個(gè)值的百分比，以及a＝0.5，b＝2.43，和c＝6.4。
上纖芯120，具有預(yù)定的折射率斜率，與微低折射率區(qū)130一同，使其具有大的模場直徑并能調(diào)諧成需要的色散值和色散斜率特性。由于微低折射率區(qū)130具有與包層140有微小差別的折射率，將引起微小的彎曲，與現(xiàn)有技術(shù)相比很小，因此減少了彎曲損耗。
在光學(xué)特性里，如果色散很高，光纖的傳輸長度將被限制，并且由于非線性作用引起的相移，自相位調(diào)制將惡化傳輸特性。此外，在零色散附近波長的色散值以及小色散值特性容易引起相位匹配，因此，在典型應(yīng)用于擴(kuò)充傳輸容量的多信道傳輸情況中，四波混頻將惡化傳輸特性。因此，需要有適當(dāng)?shù)纳⒅?，以允許超高速寬帶傳輸，以及具有大的模場直徑，以減少非線性作用。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的色散控制光纖，通過調(diào)諧微低折射率區(qū)和上纖芯，可以得到適合于超高速寬帶傳輸?shù)纳⒅岛蜕⑿甭省?br> 此外，根據(jù)本發(fā)明的色散控制光纖，其損耗不超過0.25dB/km，截止波長不超過1400nm，以及在波長1550nm，色散斜率不超過0.08ps/nm2·km，在波長1400nm，其色散值不超過0.1ps/nm·km，在波長1625nm，其色散值不超過16ps/nm·km，以及在波長1550nm，其模場直徑不小于8.2μm，因此，此色散控制光纖具有適合于使用1400～1625nm波帶進(jìn)行波分復(fù)用傳輸?shù)墓鈱W(xué)特性。更好的，在波長1550nm，模場直徑在8.5～10μm之間，在波長1625nm，模場直徑在9.3～12μm之間，以及在波長1310nm，模場直徑在7.7～8.5μm之間。
總之，如上所述，色散控制光纖具有以下優(yōu)點(diǎn)a)具有大的有效橫截面積，因此可以減少非線性作用；b)通過調(diào)諧微低折射率區(qū)與上纖芯，很容易提供適合于超高速和寬帶傳輸?shù)纳⒅岛蜕⑿甭剩灰约癱)由于在微低折射率區(qū)與上纖芯之間折射率的微細(xì)差別，可以減少彎曲損耗。
盡管本發(fā)明已經(jīng)通過參照優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行闡述，在不偏離附屬權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，對本發(fā)明中那些技術(shù)的形式和細(xì)節(jié)的多種變化是可以理解的。
權(quán)利要求
1.一種色散控制光纖，包括具有折射率N1、用于形成傳輸光信號通路的中心纖芯；具有折射率N0、用于環(huán)繞所述中心纖芯的包層；上纖芯，環(huán)繞所述中心纖芯且具有從外周的折射率N2增加到內(nèi)周的折射率N1的折射率分布；微低折射率區(qū)，折射率為N3，位于所述上纖芯與包層之間，其折射率N3低于折射率N0。
2.按照權(quán)利要求1所述的色散控制光纖，其特征在于所述上纖芯的內(nèi)周與所述中心纖芯的外周相一致。
3.按照權(quán)利要求1所述的色散控制光纖，其特征在于所述上纖芯的內(nèi)周距所述中心纖芯的中心預(yù)定的距離。
4.按照權(quán)利要求1所述的色散控制光纖，其特征在于所述上纖芯的折射率從N2線性增長到N1。
5.按照權(quán)利要求2所述的色散控制光纖，其特征在于所述上纖芯的內(nèi)半徑a和外半徑b，以及所述包層的內(nèi)半徑c滿足關(guān)系式0.06≤a/b≤0.8，0.02≤a/c≤0.9。
6.按照權(quán)利要求5所述的色散控制光纖，其特征在于所述上纖芯的內(nèi)半徑a和外半徑b，以及所述包層的內(nèi)半徑c滿足關(guān)系式1.2≤N1/N2≤2.67，-8≤N1/N3≤1.6。
7.按照權(quán)利要求6所述的色散控制光纖，光纖具有不超過0.25dB/km的損耗，不超過1400nm的截止波長，以及在波長1550nm，具有不超過0.08ps/nm2·km的色散斜率。
8.按照權(quán)利要求6所述的色散控制光纖，光纖在波長1400nm，具有不低于0.1ps/nm·km的色散值，以及在波長1625nm，具有不超過16ps/nm·km的色散值。
9.按照權(quán)利要求6所述的色散控制光纖，其特征在于光纖在波長1550nm，具有不小于8.2μm的模場直徑。
10.按照權(quán)利要求6所述的色散控制光纖，其特征在于光纖包括適合于使用1400～1625nm波帶進(jìn)行波分復(fù)用傳輸?shù)墓鈱W(xué)特性。
11.一種色散控制光纖，包括不超過0.25B/km的損耗，不超過1400nm的截止波長，以及在波長1550nm，不超過0.08ps/nm2·km的色散斜率；在波長1400nm，不低于0.1ps/nm·km的色散值；在波長1625nm，不超過16ps/nm·km的色散值；在波長1550nm，不小于8.2μm的模場直徑，以致于該光纖具有適合于使用1400～1625nm波帶進(jìn)行波分復(fù)用傳輸?shù)墓鈱W(xué)特性。
12.按照權(quán)利要求11所述的色散控制光纖，其特征在于在波長1440nm，色散值在0.1和4ps/nm·km之間，光纖在波長1550nm，具有在5和13ps/nm·km之間的色散值，以及在波長1625nm，具有在8和16ps/nm·km之間的色散值。
13.按照權(quán)利要求11所述的色散控制光纖，其特征在于在波長1550nm，模場直徑在8.5～10μm之間，在波長1625nm，模場直徑在9.3～12μm之間，以及在波長1310nm，模場直徑在7.7～8.5μm之間。
全文摘要
公開了一種光纖，包括中心纖芯，形成傳輸光信號的通路，具有折射率N
文檔編號H04B10/12GK1448743SQ0310770
公開日2003年10月15日 申請日期2003年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月3日
發(fā)明者張?jiān)矢? 都文顯, 崔成旭, 韓周創(chuàng), 曹正植, 楊鎮(zhèn)成 申請人:三星電子株式會社