CN100514097C - 光纤和使用该光纤的光学通讯系统 - Google Patents

光纤和使用该光纤的光学通讯系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光纤，其包括芯部和围绕所述芯部的包层。在波长为1550nm处的散射绝对值等于或多于4ps/nm/km并且等于或少于10ps/nm/km；在波长为1550纳米处的散射斜率绝对值等于或少于0.04ps/nm2/km；在波长为1550纳米处的有效面积等于或多于40μm2，以及在波长为1550纳米处的传输损失等于或少于0.205dB/km。

Description

光纤和使用该光纤的光学通讯系统
技术领域
本发明涉及一种用于波分复用(WDM)传输的光纤以及使用该光纤的光学通讯系统。
背景技术
近年来，积极进行了针对WDM传输技术的研究和研发，并且需要传输带宽的进一步扩展。响应于这种要求，具有减少的散射斜率的非零散射偏移的光纤(NZ-DSF)是被高度关注的，其目的在于传输带宽的扩展。减少的散射斜率的NZ-DSF适当地保持着散射的绝对值并且抵制散射斜率的绝对值。
减少散射斜率的NZ-DSF被公开在美国专利No.6856744中，其中在波长为1550nm处的散射绝对值等于或多于(大于等于)4ps/nm/km并且等于或少于(小于等于)10ps/nm/km，散射斜率的绝对值等于或少于0.04ps/nm2/km，以及有效面积是40μm2。
但是，公开在上述文献中的减少散射斜率NZ-DSF的折射率剖面是基于具有包括了四层或五层的芯部的光纤，这比传统的NZ-DSF更复杂。尽管所希望的散射、散射斜率和Aeff可以通过在四层或五层中设计芯部而更容易地获得，但是这就难于减少传输损失并且生产成本变高。
发明内容
本发明的目的在于至少部分地解决传统技术中的问题。
根据本发明一个方面的光纤包括芯部和围绕该芯部的包层。在波长为1550纳米处的散射绝对值等于或多于4ps/nm/km并且等于或少于10ps/nm/km。在波长为1550纳米处的散射斜率绝对值等于或少于0.04ps/nm2/km。在波长为1550纳米处的有效面积等于或多于40μm2。在波长为1550纳米处的传输损失等于或少于0.205db/km。
根据本发明另一个方面的光学传输系统使用一种光纤作为光学传输线。在波长为1550纳米处的光纤散射绝对值等于或多于4ps/nm/km并且等于或少于10ps/nm/km。在波长为1550纳米处的光纤散射斜率绝对值等于或少于0.04ps/nm2/km。在波长为1550纳米处的光纤有效芯部面积等于或多于40μm2。在波长为1550纳米处的光纤传输损失等于或少于0.205db/km。
本发明的上述和其它目的、特点、优势以及技术上和工业上的重要性将会通过结合附图阅读本发明的优选实施例的详细说明而更加易于理解。
附图说明
图1(a)和图1(b)是根据本发明一个实施例的光纤的示意图；
图2是通过仿真计算出来的光纤特性的表格；
图3是通过仿真获得的截止波长和α3之间关系的图表；
图4是实验制造的光纤的特性的表格；
图5是根据所述实施例的示例1-4的光纤的折射率剖面的示意图；
图6是根据对比示例1和2的折射率剖面的示意图；
图7是根据对比示例3的折射率剖面的示意图；
图8是根据本发明另一实施例的光学通讯系统的示意图。
具体实施方式
通过参考附图对本发明的示例性实施例进行详细的说明。图1是根据本发明一个实施例的光纤1的示意图。图1的部分(a)是折射率剖面，图1的部分(b)是剖视图。光纤1形成为具有3层的芯部结构，包括第一芯部2，围绕第一芯部的第二芯部3，围绕第二芯部的第三芯部4以及围绕第三芯部的包层5。
第二芯部3的折射率低于第一芯部2的折射率。第三芯部4的折射率低于第一芯部2的折射率但高于第二芯部3的折射率。包层5的折射率高于第二芯部3的折射率但低于第三芯部4的折射率。根据本实施例的光纤1具有所谓的W段类型的折射率剖面，其具有的关系是Δ1>Δ3>0>Δ2，其中Δ1是第一芯部2相对于包层5的相对折射率差异，Δ2是第二芯部3相对于包层5的相对折射率差异，而Δ3是第三芯部4相对于包层5的相对折射率差异。
第一芯部2的折射率剖面是α剖面，第一芯部2的α由α1代表。从具有最高折射率的点到包层5的第三芯部4的折射率剖面也是α剖面，第三芯部4的α由α3代表。当最高折射率不仅在一点处而且在特定区域中被观察到时，第三芯部4的α3由所述区域的最内侧点和包层之间的α指示。
相对折射率差异Δ1、Δ2和Δ3被限定如下：
Δ1＝{(n1-nc)/nc}×100[％]   (1)
Δ2＝{(n2-nc)/nc}×100[％]   (2)
Δ3＝{(n3-nc)/nc}×100[％]   (3)
其中n1是第一芯部2的最大折射率，n2是第二芯部3的最小折射率，n3是第三芯部4的最大折射率，以及nc是包层的折射率。
第一芯部的直径由a表示，第二芯部的直径由b表示，而第三芯部的直径由c表示。
第一芯部直径a是在具有与第一芯部2和第二芯部3之间边界上的包层5的折射率相同的折射率的某一点处测量的。第二芯部直径b是在具有与第二芯部3和第三芯部4之间边界上的Δ2的一半的相对折射率差异的某一点处测量的。第三芯部直径c是在具有与第三芯部4和包层5之间边界上的Δ3的十分之一的相对折射率差异的某一点处测量的。
α剖面的α1和α3被分别限定如下
n2(r)＝n1 2{1-2(Δ1/100)×(2r/a)α1}                   (4)
其中0<r<a/2，以及
n2(r)＝n3 2{1-2(Δ3/100)×{(r-cmax)/(c/2-cmax)}α3}     (5)
其中cmax/2<r<c/2
沿径向离开光纤芯部中心的距离由r表示，在位置r处的折射率由n(r)表示。沿径向从光纤的芯部中心到第三芯部中具有最高折射率的点的距离由cmax/2表示，以及当最高折射率不仅在一点处而且在特定区域中被观察到时，所述被测量的距离达到所述区域的最内部。
基于示出在图1中的w段类型折射率剖面，以参数Δ1，Δ2，Δ3，a，b和c进行仿真以找到优化方案。根据示例1的优化剖面被定义成具有满足下例条件的方案：
在波长为1550纳米处的散射绝对值等于或多于4ps/nm/km并且等于或少于10ps/nm/km；
在波长为1550纳米处的散射斜率绝对值等于或少于0.04ps/nm2/km；以及
在波长为1550纳米处的有效面积Aeff等于或多于40μm2。结果示出在图2中。在图2中，“散射”指代波长为1550nm处的散射值，“斜率”指代波长为1550nm处的散射斜率，“Aeff”指代波长为1550nm处的有效面积，“截止波长”指代线缆的截止波长，以及“弯曲损失”指代波长为1550nm处的弯曲损失，此处有20毫米的弯曲直径和16圈。
线缆截止波长涉及到限定在ITU-I G.650.1中的线缆截止波长λcc。未特别限定在本规格中的其它条件与根据ITU-I G.650.1的测量方法和定义一致。
在图2中，满足上述特性的光纤是A2，A3，C3，D2和E1。
在图3中示出涉及到截止波长中变化的研究结果，其中在α3的值变化时，散射和弯曲损失被分别保持在大约6ps/nm/km和10dB/km的基本上恒定的等级。正如图3所示，当α3到达高于2.0时，截止波长急剧增加。结果，α3优选的等于或少于2.0。
正如图2和图3所示，利用具有w段类型折射率剖面的光纤以满足上述特性，优选的条件如下所述：
第一芯部2相对于包层5的相对折射率差异Δ1介于0.3％和0.6％之间；第一芯部2的α1等于或多于2.0；第一芯部直径a介于7μm和10μm之间；第二芯部3相对于包层5的相对折射率差异Δ2介于-0.5％和-0.1％之间；第二芯部直径b相对第一芯部直径a的比值b/a介于1.5和2.0之间；第三芯部4相对于包层5的相对折射率差异Δ3介于0.1％和0.4％之间；第三芯部直径c相对于第一芯部直径a的比值c/a介于2.2和3.0之间；以及第三芯部的α3等于或少于2.0。
基于从上述仿真获得的结果，实验制造实际的光纤。结果示出在图4中。基于图4中的示例和比较示例，根据示例1至4、比较示例1和2，以及比较示例3的光纤的折射率剖面被分别示出在图5，6和7中。在比较示例1和2中，所述芯部被构造成四层，其中第四芯部6被设置在第三芯部4的外围。
与图2中相同的图4中的说明指出相同的术语。另外，Δ4指代第四芯部相对于包层5的相对折射率差异，d指代第四芯部6的直径，“损失”指代在波长为1550nm处的传输损失，以及“PMD”指代在波长为1550nm处的极化模式散射。
从示例所获得的结果与通过仿真计算出来的结果基本类似。根据示例1-4中任何一个示例以及比较示例1和2，还要满足下例条件：
在波长为1550nm处的散射绝对值等于或多于4ps/nm/km并且等于或少于10ps/nm/km；以及
在波长为1550纳米处的散射斜率绝对值等于或少于0.04ps/nm2/km；以及
在波长为1550纳米处的有效面积等于或多于40μm2。PMD和弯曲损失也处于基本相同的数值。
但是，观察传输损失，根据比较示例1和2，所述数值都为0.210dB/km或更大，而根据示例1至4，其中任何一个数值等于或少于0.205dB/km。
在比较示例3中，所述芯部为构造成如图7所示的三层结构，其具有w段类型折射率剖面，但是第三芯部具有无倾斜(α3＝10)的阶跃指数剖面。根据比较示例3，也满足以下条件：
在波长为1550nm处的散射绝对值等于或多于4ps/nm/km并且等于或少于10ps/nm/km；
在波长为1550纳米处的散射斜率绝对值等于或少于0.04ps/nm2/km；以及
PMD和弯曲损失也处于基本相同的数值。
但是，传输损失处于0.207dB，这一数值稍大，并且Aeff不满足40μm2或更大的临界值。结果，可以发现的是，当第三芯部的折射率剖面不包括如比较示例3中所示的倾斜时，难于减少传输损失并且难于将Aeff扩张到40μm2或更大。
结果，可以确信的是，当折射率剖面是基于三层芯部结构的w段类型时，并且第三芯部的折射率剖面具有倾斜时(即，α3等于或少于2.0)，光纤可以具有以下特性：
在波长为1550nm处的散射绝对值等于或多于4ps/nm/km并且等于或少于10ps/nm/km；
在波长为1550纳米处的散射斜率绝对值等于或少于0.04ps/nm2/km；
在波长为1550纳米处的有效芯部面积Aeff等于或多于40μm2；以及
在波长为1550纳米处的传输损失等于或少于0.205dB/km。
在根据本实施例的光纤的折射率剖面中的第三芯部的倾斜可以通过逐渐减少锗(Ge)的含量而获得，锗是搀杂剂从而在形成第三芯部时朝向外围增加折射率。
认为根据本实施例的光纤的小传输损失的原因在于具有Ge含量显著变化的位置被减少了，具有在光纤径向上玻璃粘性显著变化的位置被减少了，以及在光纤拉伸过程中因快速冷却导致的残余应力可以被减少。
因此，折射率剖面的简化使得制造简单并且导致成本上的减少。
图8是根据本发明另一实施例的光纤通讯系统10的示意图。所述光纤传输系统10使用上述实施例的光纤1作为光学传输线，并且包括分布式喇曼(Raman)放大器11，分散式光学放大器17和18以及散射补偿单元20，光学放大器17和18放大S波段，C波段和L波段至少其中之一的信号光。
对于作为光学传输线的光纤1来说，多路信号分离器15和多路器16以它们之间的间隔设置在分布式喇曼(Raman)放大器11的上游上，散射补偿单元20设置在喇曼(Raman)放大器11的下游上。
分布式喇曼(Raman)放大器11包括激励S波段中信号光的激发光源12，以及设置于光纤1的多路器14。激发光源12经由光纤13被连接到多路器14，用于与S波段相关联的信号光的反向激发。
分散式光学放大器17和18是具有光纤19的饵掺杂光纤放大器(EDFAs)，连接到多路信号分离器15和多路器16，并且分别放大C波段和L波段中的信号光。
散射补偿单元20包括多路信号分离器21，多路器22和设置在多路信号分离器21和多路器22之间的散射补偿光纤23，25和27。所述散射补偿光纤23，25和27是分别为S波段，C波段和L波段准备的，并且分别设置有光学放大器24，26和28，这些放大器补偿每一波段中的信号光损失。
光学传输系统10使用具有作为光学传输线的光纤1的分布式喇曼(Raman)放大器11。因此，光学传输系统10可以将输入到光纤1的最大功率输入压制到低水平，因此可以确保防止因出现在光纤1中的非线性现象所导致的信号失真。
作为喇曼(Raman)放大器，分散类型也适用于上述的分布式类型。当分散式喇曼(Raman)放大器用于WDM传输时，不能忽略出现在光纤中的非线性现象的影响。但是，由于根据本实施例的光学传输系统10使用在波长为1550nm处具有40μm2或更大有效面积Aeff的上述实施例的光纤1，所以可以避免由非线性现象导致的信号失真，即使在使用根据本发明的光纤作为光学传输线的同时使用分散式喇曼(Raman)放大器时。
因此，光纤1可以被用作光学传输线应用于使用分布式喇曼(Raman)放大器的系统以及使用分散式喇曼(Raman)放大器的系统。
另外，根据本实施例的光纤1的使用可以将累积的散射压制在低水平。结果，当以诸如20Gbit/s的传输速度使用光纤1时，所述光纤不需要示出在图5中的散射补偿单元20。而且，在大于40Gbit/s的高速传输中，根据本实施例的光纤可以压制散射差异。因此，设计用于传统标准单模式的光纤足以作为散射补偿光纤而被安装在散射补偿单元中。结果，无需设计新的散射补偿光纤，并且有可能构建低损耗系统。
根据本发明的一个实施例，具有小传输损失适用于WDM传输的光纤可以用低成本提供。
而且，根据本发明的另一个实施例，用于WDM传输具有小传输损失以及高性能的光学传输系统可以用低成本构建。
尽管本发明已经通过结合特定的实施例进行了完整和清楚的说明，但是权利要求并不因此是限制性的，对于本领域技术人员来说，落入这里所述基本教导中的所有修改和变型都是可行的。

Claims (5)

1.一种光纤包括：
芯部，其包括
在纵向上位于光纤中心的第一芯部；
围绕第一芯部的第二芯部；以及
围绕第二芯部的第三芯部；以及
围绕第三芯部的包层，其中
第二芯部的折射率低于第一芯部的折射率，
第三芯部的折射率低于第一芯部的折射率且高于第二芯部的折射率，
包层的折射率高于第二芯部的折射率且低于第三芯部的折射率，
在波长为1550nm处的散射绝对值等于或多于4ps/nm/km并且等于或少于10ps/nm/km；
在波长为1550纳米处的散射斜率绝对值等于或少于0.04ps/nm2/km；
在波长为1550纳米处的有效面积等于或多于40μm2，以及
在波长为1550纳米处的传输损失等于或少于0.205dB/km，
其中第三芯部相对于包层的相对折射率差异介于0.1％和0.4％之间，第二芯部相对于包层的相对折射率差异介于-0.5％和-0.1％之间，第一芯部相对于包层的相对折射率差异介于0.3％和0.6％之间；
第三芯部直径相对于第一芯部直径的比值介于2.2和3.0之间，第二芯部直径相对第一芯部直径的比值介于1.5和2.0之间，第一芯部直径介于7微米和10微米之间；
从第三芯部中的具有最高折射率的部分到包层的范围内的折射率剖面是α剖面并且第三芯部的α由α3代表，且α3等于或少于2.0，第一芯部的折射率剖面是α剖面并且第一芯部的α由α1代表，且α1等于或多于2.0。
2.根据权利要求1所述的光纤，其中
在波长为1550纳米处具有弯曲直径为20毫米的弯曲损失少于10dB/m。
3.根据权利要求1所述的光纤，其中
光纤的线缆截止波长λcc等于或少于1550纳米。
4.根据权利要求1所述的光纤，其中
在波长为1550纳米处的极化模式散射等于或少于0.1ps/km1/2。
5.一种光学传输系统，该系统使用根据权利要求1所述的光纤作为光学传输线。
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