CN100334472C - 光纤以及波分多路复用的光传输系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种光纤，它特别适合于喇曼放大。在1570nm波长上的有效面积在35到45μm2范围；在这个波长上的色散斜率的绝对值等于或小于0.04ps/nm2/km；而且在这个波长上的色散值在5-10ps/nm/km范围内。最好是，折射率的分布轮廓包括在，中心的芯和包层区之间的至少一个环形区。

Description

光纤以及波分多路复用的光传输系统
技术领域
本发明涉及，适合用于波分多路复用(WDM)光传输系统的光纤。
背景技术
现在广泛使用一种主要组分是二氧化硅并在其芯部含有锗掺杂剂的光纤。为了在使用这种光纤时增加传输容量，所以对进行WDM光传输的技术进行了积极的研究。近来，也在研究使用喇曼(Raman)放大的光传输系统。
就喇曼放大来说，在相对于抽运光源的较长波长侧上，获得喇曼增益的约为100nm的最大值，是已知的。利用这个现象，尝试了用不同波长(下面称“波长多路复用的抽运光源“)的多个抽运光源放大WDM光信号。
在此，为了防止在波长多路复用抽运光(pumping light)源的最长的波长侧上的抽运光与在最短波长侧上的WDM信号的信号光重叠，要求波长多路复用的抽运光源的波长段约等于或小于100nm。
例如，在同时放大1530到1565nm的波长段(一般称为：“C-波段“)中的信号光和在1565到1625nm的波长段(一般称为“L-波段”)的信号光时，波长多路复用抽运光源的最大波长段，变成在约1430到1525nm的范围中的约95nm。由此能够认为，能够在C-波段和L-波段同时进行喇曼放大。
另外，为了实现使用喇曼放大的光传输系统，要求在中继器和接收站上不发生不可修复的波形失真。为此，要求抑制在光传输线路中的非线性现象，并降低在光传输线路中的累积色散(dispersion)。
同时，对于使用喇曼放大的光传输系统中使用的光传输线路来说，正在积极研究，使用在约1.3μm的波长上具有的零色散的现有技术单模光纤、芯部带有高折射率的光纤(如在约1.55μm的波长上具有小色散的光纤(NZDSF))等。
但是，SMF的有效芯面积(Aeff)约为80μm2，是较大的。因此它的喇曼放大效率是低的，并且为了提供喇曼放大，波长多路复用抽运光源的1W或更高的总光功率是所需要的。因此，问题是这样的光纤是不经济的。
同样，与上述的SMF比较，NZDSF具有固有的大瑞利散射，因为它的芯的折射率高，并且在芯和包层区之间的相对折射率差设定约为1％等。如果具有高瑞利散射系数的这样的光纤用于喇曼放大，则所谓的双瑞利散射会发生：向后散射的噪音分量在下一次向前散射并重叠信号。在此也存在降低信噪比特性(SNR)的倾向。
另外，为了避免四波混合(FWM)问题，设计NZDSF使得零色散波长不存在于信号波段或抽运光波段。但是，由于输入高功率光，另一个非线性现象的发生就成为问题。在很多情况下，密度WDM(DWDM)传输系统用于长距离干线系统并且一般在这样的情况下用极高的传输速度。因此，要求将比特误码率(BER)抑制到极低的水平，以致，如果存在上述的非线性现象的问题，DWMD传输系统中将NZDSF应用到喇曼放大就变得困难。
另外，作为能够用于使用喇曼放大的光传输系统的光纤，也可以设想在信号光的波长段中的色散几乎取常数值的色散平坦光纤(DFF)。
作为DFF的特定例子，有日本公报JP11-84159A中公开的一种光纤。这种光纤的特征是，在1550nm波长的模场直径约等于或大于8.6μm(如果转换成Aeff，这个值变成约等于或大于60μm2)。
但是，以提供喇曼放大的观点来看，在JP11-84159A中公开的光纤的效率仍低，尽管与上述的SMF比，这个效率并不很低。因此，不能够显著降低波长多路复用抽运光源的总功率，以致仍存在不经济的问题。
另外，例如，在日本公报JP2000-221352中公开了，与上述NZDSF、DFF等不同的，能够用在宽波长段的一种光纤。
但是，在JP2000-221352A中公开的光纤主要目的是用于在1.3μm和1.55μm波段传输信号光，并且它的零色散波长存在在1.37到1.50μm范围〔在特定例子中说明的所有零色散波长在比1.41μm更长的波长侧〕。其结果，象在上述NZDSF的情况中那样，由于在抽运光波段或与其近似波段存在零色散波长，能够发生四波混合(FWM)。
即，上述的每个光纤不适合用作使用喇曼放大的光传输系统的光纤。
发明内容
本发明的目的是提供一种特别适合喇曼放大的光纤。
本发明的光纤的特征是，在1570nm波长上的有效面积在35-45μm2范围；在这个波长上的色散斜率的绝对值等于或小于0.04ps/nm2/km，在这个波长上的色散值在5-10ps/nm/km。
上述光纤的折射率分布轮廓，含有在中心的芯和包层区之间的一个或多个环形区，最大相对折射率差Δ1(在中心的芯的最大折射率和包层的折射率的率差)为0.55％-0.7％，最小相对折射率差Δ2(在环形区的最小折射率和包层的折射率差)在-0.7％到-0.5％范围。
最好是，所述光纤具有的折射率分布轮廓，包含在中心的芯和包层区之间的一个或多个环形区，并且当中心的芯的外径为“a”，环形区的外径为“b”时，b/a的值在1.2-1.5。
另外，最好是，“b”值在9-12μm范围。
根据本发明的另一方面，所述光纤包括中心的芯、包层和在中心的芯和包层之间的环形区，并且具有特征：Δ1≤0.7％，这里Δ1是在1570nm的光信号波长上的中心的芯的最大折射率和包层的折射率的相对折射率差；以及Aeff≤45μm2，这里Aeff是有效面积。所述光纤还由下面的特征限定：
Δ1≥0.55％
-0.7％≤Δ2≤-0.5％
1.2≤b/a≤1.5
9μm≤b≤12μm
在此，Δ2是环形区的最小折射率和包层的折射率间的相对率差，“a”为中心的芯的直径，“b”为环形区的外径。
作为附加特征，Aeff大于或等于35μm2，在1570nm波长下的色散斜率的绝对值和色散分别为，小于或等于0.04ps/nm2/km，和在5-10ps/nm/km范围。
本发明构成一种新光纤传输系统，它包括：光信号发射器；光信号接收器；光传输线路；抽运光源；和光多路复用器，它从光源向光传输线路引入抽运光，以在所述光传输线路上喇曼放大光信号，其中，光传输线路的至少一部分包括上述任何一项限定的光纤。
所述的光传输系统中，光传输线路包括上述限定的光纤的第一光传输线路(如长度≤100km的光纤)和另一类型的光纤的第二光传输线路。
附图说明
图1是折射率分布轮廓的示意图和光纤的一个实施例的剖视图；
图2是光传输系统的一个实施例的方框图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明实施例。
图1是本发明实施例的折射率分布轮廓的例子图和光纤剖面结构图。在图1中，上部示出折射率分布轮廓，下部分示出剖面结构。另外，符号1表示中心的芯，2表示环形区，3表示包层区。中心的芯1具有相对于包层区3的最大相对折射率Δ1(在中心的芯的最大折射率n1和包层区的折射率nc之间的折射率差；Δ1(％)＝(n1 2-nc 2)/2nc 2×100)。另外，环形区2具有相对于包层区3的最小相对折射率差Δ2(在环形区的最小折射率n2和包层区的折射率nc之间的折射率差：Δ2(％)＝(n2 2-nc 2)/2nc 2×100)。在此，在图1中，/Δ1＞0，Δ2＜0，并且在中心的芯1和环形区2之间的边界，是折射率分布轮廓曲线变成包层区3的折射率的部分。应注意，在图1中省略了包层区3的外周边的表示。
本发明的光纤不限于图1的结构，本发明范围包含满足以下条件的光纤，在1570nm波长的有效面积在35-45μm2，在这个波长的色散斜率的绝对值等于或小于0.04ps/nm2/km，和在这个波长的色散值在5-10ps/nm/km。
在此，上述特征是在1570nm的波长上确定的，因为，在这情况，将所述光纤用于上述的既在C波段也在L波段上的高密度WDM光传输系统变得容易。事实上，如果在1570nm波长确定这个特征，则极大地增加了所述光纤成为既在C波段也在L波段适用的光纤的可能性。更具体地说，为了平衡具有大的波长相关性的特性，诸如色散特性，在假设既在C波段也在L波段使用时，在1570nm确定特性是最好的。
考虑到光纤的非线性现象以及喇曼效率，最好是，在1570nm波长上的有效面积在35到45μm2内。
考虑到波长区域的色散差，最好是设定在1570nm波长上的色散斜率的绝对值等于或小于0.04ps/nm2/km。
考虑到FWM(四波混合)以及累积色散，最好是在1570nm波长上的色散值在5-10ps/nm/km范围。
此外，最好是，本发明的光纤具有以下的结构，以满足上述的条件。
(1)光纤具有的折射率分布轮廓包含在中心的芯1和包层区3之间的一个或多个环形区，最大相对折射率差Δ1(在中心的芯1的最大折射率和包层区3的折射率的率差)为0.55％-0.7％，最小相对折射率差Δ2(在环形区2的最小折射率和包层3的折射率差)在-0.7％--0.5％范围。
(2)所述光纤的折射率分布轮廓包含在中心的芯和包层区之间的一个或多个环形区，并且在中心的芯的外径为“a”，环形区的外径为“b”时，b/a的值在1.2到1.5。
(3)在上述的结构(2)中，“b”值在9到12μm范围。
另外，在这个实施例的光纤用于喇曼放大的情况下，从限制FWM的观点出发，最好是，零色散波长不位于信号光波长段和抽运光波长段。
例如，在信号光波长段是C波长段和L波长段的情况，则最好是，所述光纤在1430-1625nm的波长段内具有至少2ps/nm/km的色散值，并且最好是，零色散波长不在1400-1650nm的波长段内。
另外，在根据此实施例的光纤用于喇曼放大的情况中，最好是，在信号光波长段和抽运光波长段进行单模操作。因此，最好是，根据此实施例的光纤的截止波长，在比抽运光波长段短的波长侧上。
例如，在信号光波长段是C波长段和L波长段的情况，最好是，截止的波长存在在比1430nm短的波长侧，截止的波长存在在比1400nm短的波长侧则更好。
在另一方面，存在着这样的倾向，如果截止的波长向短波长侧移位太多，则在信号光波长段和抽运光波长段中光纤的弯曲损失增加。因此，在信号光波长段为C波长段和L波长段的情况，最好是，截止波长存在于比850nm波长更长的波长侧。
说明了本发明的光纤实施例。下面说明使用此实施例的光纤的光传输系统。
图2是使用本发明光纤的WDM传输系统的示意图。在图2中，符号21表示光信号发射器，符号22表示光信号接收器，23表示波长多路复用抽运光源，24表示光多路复用器，以及25和26表示使用光纤的光传输线路。另外，本发明的光纤用作光传输线路25的至少一部分。应注意，能够将本发明光纤用作光传输线路26的至少一部分，并将另一类光纤用于其余传输线路。
构成波长多路复用抽运光源23，以便包括具有不同波长的多个抽运光源。另外，光多路复用器24，由例如分色镜或WDM耦合器等的WDM滤波器构成，并实现从波长多路复用的抽运光源23向光传输线路25发送抽运光的功能。用这种结构，在光传输线路25中进行喇曼放大。
通常，在使用图2中的波长多路复用抽运光源23、光多路复用器24和光传输线路25进行喇曼放大的构造形式被称为“分布型(distribution type)”。另外，在一些情况，在图2中虚线包围的并包括这些结构元件的区域27被称为“分布光喇曼放大器(distributionoptical Ramam amplifier)”。
在图2中，应注意，光传输线路25和光传输线路26彼此暂时区分开。即，在图中，基本进行喇曼放大的部分与基本不进行喇曼放大的部分区分开。因此，光传输线路25和光传输线路26可以是由根据本发明的这类相同光纤形成。另外也可以，光传输线路是由本发明光纤形成，而光传输线路26是由其他类型的光纤形成的。
在此，图2的光传输线路25直接关系到喇曼放大，以致特别要求光传输线路25使用的光纤具有小的瑞利散射系数和高喇曼效率。
另外，如在这个实施例的光纤说明中所述的，从抑制FWM发生的观点出发，零色散波长不排列在信号光波长段和抽运光波长段是理想的。
用现有技术光纤满足这些要求是困难的。但是，通过在光传输线路25应用本发明的光纤，便能够满足上述这些要求。因此，能够理解，本发明光纤适合喇曼放大。
实施例
下面根据具体例子详细说明本发明。
表1示出本发明实施例的光纤和比较例的光纤。应注意，表中的Δ1和Δ2的数字是百分数，即带有百分数号(％)的，环形区的外径“b”(“b”是比较例的包层内径)的单位是μm，色散的单位是ps/nm/km，色散斜率的单位是ps/nm2/km，截止波长λc和零色散波长λo的单位是nm，和Aeff的单位是μm2。色散、色散斜率和Aeff的值是在1570nm波长上获得的。
                                                         表1
  Δ1   Δ2   b/a   b     色散     色散斜率   λc   λo     Aeff
  例1   0.63   -0.65   1.30   10.30     8.4     0.026   971   1365     40
  例2   0.63   -0.70   1.30   10.00     5.8     0.016   940   1387     40
  例3   0.63   -0.60   1.30   10.20     7.6     0.027   966   1378     41
  例4   0.63   -0.50   1.30   10.20     7.8     0.032   976   1388     42
  例5   0.55   -0.65   1.30   10.60     7.1     0.017   928   1368     45
  例6   0.70   -0.65   1.30   9.80     7.0     0.026   980   1387     37
  例7   0.63   -0.65   1.50   11.20     7.5     0.006   912   1344     36
  例8   0.63   -0.65   1.20   9.60     7.7     0.035   989   1394     43
  比较例   0.36   -   -   8.0     18.0     0.055   1280   1310     90
在表1中，所有的本发明实施例的例1-8的光纤满足以下条件：在1570nm波长上有效面积在35-45μm2；在此波长上的色散斜率的绝对值等于小于0.04ps/nm2/km；和在此波长上的色散值在5-10ps/nm/km。满足这些条件，使得例1-8的光纤适合喇曼放大。在表1中，比较例是SMF。
传输线路的测试
使用表1的光纤作为光传输线路25，对于图2的WDM光传输系统进行光传输测试。
在此测试中，在光信号发射器21和光信号接收器22之间的距离设定为约100km，在1540-1564nm波长段(在C波长段的范围内)内以均匀的间隔排列40Gbps/ch的光信号的16个波，在每个测试中在光信号接收器中的信号光电平设定为固定值。另外，调节在波长多路复用的抽运光源33中包含的各光源波长和功率，使得获得相对于波长的较平坦的增益特性(带有至少1dB的范围内的离差)。
就光信号的排列来说，也对在1580-1604nm波长段(L波长段内)内以均匀间隔排列的40Gbps/ch的光信号的16个波的情况进行测试。
表2中示出了光传输线路25使用的光纤类型，抽运光功率，和在例1、例5、例6和比较例中的光传输测试的结果。应注意，抽运光功率是总功率，它的单位是mW。表2中光传输测试的结果是这样表示的：每个结果标记为“o”的情况是，当具有约10-12的BER值的信号通过图2的光传输系统被传输时，光信号接收器中的BER的值未下降到10-11以下；每个结果标记为“X”的情况是，在信号通过图2的光传输系统被传输时，BER值下降到10-11以下。
ITUT G.821定义了BER的测量标准。在这测量系统中，脉冲模式发生器(pulse pattern generator)，通过光传输线路，向BER的测量装置发送位模式(bit pattern)。测量装置通过将传输的位模式与在其中存储的位模式比较，检查传输的位模式，确定光传输线路的BER。
                 表2
    光纤     抽运光功率     结果
    例1     400     o L
    例5     450     o O
    例6     350     o O
    比较例     1600     X X
从表2能够理解，使用本发明的例1、5和6的光纤的图2的光传输系统，比使用比较例的光纤的情况更适合喇曼放大。
在与比较例比较的例1、5和6的光纤的情况中，例1、5和6的Aeff比比较例的小，从而在图2的光传输系统中改进了喇曼效率。
即，如表2所示，能够认为，通过使用表1的例1-8的光纤，用喇曼放大的光传输系统得到了很好的实现。也能够认为，在此参考的比较例的光纤不适合喇曼放大。

Claims (8)

1.一种光纤，包括芯、包层以及在芯和包层之间的至少一个环形区域，芯、包层以及环形区域具有如下特征：
在1570nm上的有效面积Aeff在35-45μm2范围；在这个波长上的色散斜率的绝对值等于或小于0.04ps/nm2/km；和
在这个波长上的色散值在5-10ps/nm/km，
其中，所述光纤包括在中心的芯和包层区之间相对折射率差的至少一个环形区；
所述的中心的芯的最大折射率和包层区的折射率的相对折射率差Δ1为0.55％-0.7％；和
在环形区的最小折射率和包层的折射率的相对折射率差Δ2在-0.7％--0.5％范围内，
其中，中心的芯的直径为“a”，环形区的外径为“b”时，b/a的值在1.2-1.5之间。
2.根据权利要求1的光纤，其中在波长范围在1430nm到1625nm时，光纤的色散不小于2ps/nm/km；
光纤的零色散波长在1344nm到1400nm之间的波长范围内。
3.根据权利要求2的光纤，其中光纤的截止波长短于1430nm。
4.根据权利要求1的光纤，其中，所述的外径“b”的值在9-12μm范围。
5.一种波分多路复用的光传输系统，它包括：光信号发射器；光信号接收器；光传输线路；抽运光源；和光多路复用器，它从光源向光传输线路引入抽运光，以在所述光传输线路上喇曼放大光信号，其中，至少光传输线路的一部分包括权利要求1所述的光纤。
6.根据权利要求5的波分多路复用光传输系统，其中光传输线路包括权利要求1所述的光纤的第一光纤传输线路和另一类型的光纤的第二光传输线路。
7.根据权利要求5的波分多路复用光传输系统，其中所述光传输线路的长度小于或等于100km。
8.根据权利要求5的波分多路复用光传输系统，其中光纤的截止波长比抽运光的短。
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