CN101526642A - 宽带非零色散单模光纤 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的宽带非零色散单模光纤，包括纤芯中央圆形分层、包覆在所述纤芯中央圆形分层上的第一环形分层、包覆在所述第一环形分层上的第二环形分层以及包覆在所述第二环形分层上的外包层，所述第一环形分层的折射率适当低于均匀外包层的折射率。所述宽带非零色散单模光纤，在1400到1800nm单模工作波长范围内，正色散随波长增加单调上升；在1400nm波长下，色散斜率为0.025到0.043ps/nm2－km；在1550nm波长下，有效截面为50.0到75.0μm2；在1400到1800nm波长范围内，色散最小值大于0.5ps/nm－km，色散最大值小于12.0ps/nm－km。
Description
本申请要求2008年3月6日申请的、申请号为200810034276.6的专利申请的优先权。
发明领域
本发明涉及单模光纤，尤其涉及，宽带非零色散单模光纤。
背景技术
下面先对本发明涉及到的术语给出定义，其中普通术语符合本领域惯例；本说明书的专用术语通过惯用术语说明。
光纤各分层的半径以单位μm计，按折射率定义，每一特定分层具有第一折射率点和最后折射率点。从光纤轴线到第一折射率点所在位置的半径是该分层的内半径；从光纤轴线到最后折射率点所在位置的半径是该分层的外半径。参见折射率剖面图，纤芯中央圆形分层的半径从光纤轴线量到该分层的外半径；第一环形分层的宽度从第一环形分层的内半径量到第一环形分层的外半径；第二环形分层的宽度从第二环形分层的内半径量到第二环形分层的外半径。
纤芯中央圆形分层、第一环形分层和第二环形分层的相对折射率差Δ0、Δ1和Δ2以单位％计，分别定义为
Δ0＝(n0 2-ncl 2)/2n0 2
Δ1＝(n1 2-ncl 2)/2n0 2
Δ2＝(n2 2-ncl 2)/2n0 2
其中，n0和n2分别表示纤芯中央圆形分层和第二环形分层的最大折射率；n1表示第一环形分层的最小折射率；ncl表示外包层的均匀折射率。
相对凹陷深度定义为凹陷剖面第一环形分层的相对折射率差和纤芯中央圆形分层的相对折射率差之比，取绝对值。
折射率剖面定义为相对折射率差或折射率与半径之间的关系。
α折射率剖面定义为
Δco(r)＝Δ0[1-(r/a)α]，0≤r≤a
其中，r是所处位置半径；a是所述纤芯中央圆形分层的半径；α取任意值，α大于10可以看作阶跃型折射率剖面。α折射率剖面包括与其光传输性能相似的其他折射率剖面。
色度色散系数以单位ps/nm-km计，简称为色散。
有效截面以单位μm2计，定义为
Aeff＝2π(∫E2(r)r dr)2/(∫E4(r)r dr)
其中，积分限为0至∞；E(r)是光传播所伴随的电场，r是所处位置半径。模场直径以单位μm计，定义为MFD＝2Wd，
其中，积分限为0至∞，E(r)是光传播所伴随的电场，r是所处位置半径。
迄今为止单模通信光纤远没有充分利用低衰减波长范围，有三大难题没有解决：色散平坦光纤研究了三十多年，一直没有实用。四波混频发现了十多年，还没有名副其实的宽带非零色散光纤。光子晶体光纤研究了大约十年，因结构复杂很难在通信干线上实用。
发明内容
所发明的各种宽带非零色散单模光纤，有如下共同特点：
单模截止波长不大于1400nm；
在1460nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；
在1460nm波长下，色散斜率为0.017到0.033ps/nm2-km；
在1400nm波长下，色散斜率为0.025到0.043ps/nm2-km；
在1625nm波长以下，色散最大值小于10.0ps/nm-km；
在1800nm波长以下，色散最大值小于12.0ps/nm-km；
在1550nm波长下，有效截面为50.0到75.0μm2。
所发明的一种光纤，在1460nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；在1550nm波长下，有效截面为55.0到60.0μm2；在1625nm波长下，色散最大值小于7.5ps/nm-km。
所发明的一种光纤，在1460nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；在1550nm波长下，有效截面为55.0到60.0μm2；在1800nm波长下，色散最大值小于8.5ps/nm-km。
所发明的一种光纤，在1400nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；在1550nm波长下，有效截面为55.0到60.0μm2；在1625nm波长下，色散最大值小于9.0ps/nm-km。
所发明的一种光纤，在1400nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；在1550nm波长下，有效截面为55.0到60.0μm2；在1800nm波长下，色散最大值小于10.0ps/nm-km。
所发明的宽带非零色散单模光纤，工作波长接近全部低衰减波长范围，色散特性接近理论极限，有效截面大，解决了迄今为止没有解决的三大难题，是名副其实的宽带非零色散单模光纤，色散特性平坦，无需光子晶体光纤的周期性的空心毛细管结构，通信带宽明显增加，有效截面明显增大，可以为互联网提供灵活的通信路径，使信息高速公路设计简化，成本降低。
附图说明
参照以下附图，熟悉本技术领域的人员，从本发明的详细描述中，将显而易见本发明的上述和其他目的、特征和优点。
图1是所发明光纤的理想折射率剖面的一种情况。未画出由于工艺原因在光纤轴线附近出现的不大的中心凹陷，未画出实际折射率剖面与所述理想折射率剖面不大的差异。所述α折射率剖面，从α＝5变化到α≥10；α大于10可以看作阶跃型折射率剖面。各种所发明光纤折射率剖面变化范围很大，无法一一画出。
图2是所发明光纤的理想折射率剖面的一种情况。纤芯中央圆形分层采用纯SiO2材料，可以避免在光纤轴线附近出现中心凹陷。未画出实际折射率剖面与所述理想折射率剖面不大的差异。各种所发明光纤折射率剖面变化范围很大，无法一一画出。
具体实施方式
发明人系统研究了凹陷三包层光纤色散特性和有效截面的变化，发现了如下规律，设计了所发明的光纤：
非色散位移光纤和色散位移光纤色散斜率偏高，色散平坦光纤色散斜率偏低；两者之间尚未利用的色散斜率区域对应于本发明所涉及的发现四波混频之后亟待开发的宽带非零色散单模光纤。
在适当的相对凹陷深度范围内，在宽带非零色散单模光纤和色散平坦光纤所对应的色散斜率区域之间，存在最佳的色散斜率，使得在给定波长范围内(直到全部低衰减波长范围)色散斜率最小值理论为零，色散最大值最小。
给定有效截面的单模光纤，相对凹陷深度越深，色散斜率越低。
给定相对凹陷深度的单模光纤，色散斜率越高，有效截面越大。
实现宽带非零色散单模光纤，可以不需要光子晶体光纤的周期性和空心毛细管的结构，只需要凹陷深度适当的凹陷包层光纤。
所发明光纤有两种具体实施方式。第一种实施方式适用于所述第二环形分层Δ2＜Δ0，采用图1所示折射率剖面。第二种实施方式适用于所述第二环形分层Δ2＝Δ0，采用图2所示折射率剖面。
图1是所发明宽带非零色散单模光纤的一种折射率剖面图。其中，1、2、3和4分别表示所述光纤的纤芯中央圆形分层、第一环形分层、第二环形分层和外包层，5、6和7分别表示所述纤芯中央圆形分层半径a、所述第一环形分层宽度H1和所述第二环形分层宽度H2。n0是所述纤芯中央圆形分层α折射率剖面的最高折射率，n1和n2分别表示所述第一环形分层和所述第二环形分层的均匀折射率，ncl表示所述外包层的均匀折射率。Δ0＞0，Δ1＜0，0＜Δ2＜Δ0。
图2是所发明宽带非零色散单模光纤的一种折射率剖面图。其中，1、2、3和4分别表示所述光纤的纤芯中央圆形分层、第一环形分层、第二环形分层和外包层，5、6和7分别表示所述纤芯中央圆形分层半径a、所述第一环形分层宽度H1和所述第二环形分层宽度H2，n0、n1和n2分别表示所述纤芯中央圆形分层、所述第一环形分层和所述第二环形分层的均匀折射率，ncl表示所述外包层的均匀折射率。Δ0＞0，Δ1＜0，Δ2＝Δ0。
本领域内的技术人员都知道，所述α折射率剖面当α＞10时非常接近实际的阶跃型折射率剖面，所述第二种实施方式可以看作是所述第一种实施方式的一种极限情况：α折射率剖面演变为阶跃型折射率剖面，Δ2＜Δ0演变为Δ2＝Δ0。两种实施方式之间的过渡是连续的。
表1给出了按所述两种实施方式实现所发明的宽带非零色散单模光纤的一组示例结构参数。
在表1所列的一组示例结构参数范围内，利用本领域内任何技术人员熟悉的方法，可以实现具有如下共同特性的宽带非零色散单模光纤：
单模截止波长不大于1400nm；
在1460nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；
在1460nm波长下，色散斜率为0.017到0.033ps/nm2-km；
在1400nm波长下，色散斜率为0.025到0.043ps/nm2-km；
在1625nm波长以下，色散最大值小于10.0ps/nm-km；
在1800nm波长以下，色散最大值小于12.0ps/nm-km；
在1550nm波长下，有效截面为50.0到75.0μm2。
表1
| 结构参数 | 指标 |
| 纤芯中央圆形分层折射率剖面参数 | α≥5 |
| 纤芯中央圆形分层相对折射率差 | Δ0＝0.26到0.52％ |
| 纤芯中央圆形分层半径 | a＝3.10到5.00μm |
| 第一环形分层相对折射率差 | Δ1≤-0.50Δ0 |
| 第一环形分层宽度 | H1＝0.30到1.10a |
| 第二环形分层相对折射率差 | Δ2≤Δ0 |
| 第二环形分层宽度 | H2＝0.20到0.65a |
表2给出了按所述两种实施方式实现所发明的宽带非零色散单模光纤的另一组示例结构参数。
在表2所列的一组示例结构参数范围内，利用本领域内任何技术人员熟悉的方法，可以实现如下宽带非零色散单模光纤：
一种宽带非零色散单模光纤，在1460nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；在1550nm波长下，有效截面为55.0到60.0μm2；在1625nm波长下，色散最大值小于7.5ps/nm-km。
一种宽带非零色散单模光纤，在1460nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；在1550nm波长下，有效截面为55.0到60.0μm2；在1800nm波长下，色散最大值小于8.5ps/nm-km。
一种宽带非零色散单模光纤，在1400nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；在1550nm波长下，有效截面为55.0到60.0μm2；在1625nm波长下，色散最大值小于9.0ps/nm-km。
一种宽带非零色散单模光纤，在1400nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；在1550nm波长下，有效截面为55.0到60.0μm2；在1800nm波长下，色散最大值小10.0ps/nm-km。
表2
| 结构参数 | 指标 |
| 纤芯中央圆形分层折射率剖面参数 | α≥5 |
| 纤芯中央圆形分层相对折射率差 | Δ0＝0.26到0.52％ |
| 纤芯中央圆形分层半径 | a＝3.20到4.40μm |
| 第一环形分层相对折射率差 | Δ1≤-0.50Δ0 |
| 第一环形分层宽度 | H1＝0.30到0.90a |
| 第二环形分层相对折射率差 | Δ2≤Δ0 |
| 第二环形分层宽度 | H2＝0.21到0.72a |
在表1和表2中，纤芯中央圆形分层折射率剖面参数和第二环形分层相对折射率差Δ2包含两种实施方式：第一种实施方式对应于α折射率剖面和Δ2＜Δ0；第二种实施方式对应于阶跃型折射率剖面和Δ2＝Δ0。
所述纤芯中央圆形分层的折射率剖面基本上是α折射率剖面，包括与该剖面相近的光传输性能相似的其他折射率剖面。所述第一环形分层、所述第二环形分层以及所述外包层基底材料基本上是均匀的，包括光传输性能相似的接近于均匀的其他折射率剖面。
表中所列数据对应于下述条件：所述纤芯中央圆形分层有光滑的α折射率剖面，无中心凹陷，所述其他各分层和各包层的折射率剖面是理想的阶跃型折射率剖面。本领域内的技术人员都知道，由于工艺原因光纤折射率剖面在轴线附近会有不大的中心凹陷，不会严重影响光纤基本性能。实际情况与所述条件稍有差异，有关数据与表列对应数据稍有不同。
所发明的宽带非零色散单模光纤，工作波长接近全部低衰减波长范围，色散特性接近理论极限，有效截面大，解决了迄今为止尚未解决的三大难题，是名副其实的宽带非零色散光纤，无需光子晶体光纤的周期性的空心毛细管结构，通信带宽成倍增加，有效截面明显增大，可以为互联网提供灵活的通信路径，使信息高速公路设计简化，成本降低。
前面提供了对较佳实施例的描述，使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。
Claims (10)
1、一种宽带非零色散单模光纤，包括纤芯中央圆形分层、包覆在所述纤芯中央圆形分层上的第一环形分层、包覆在所述第一环形分层上的第二环形分层以及包覆在所述第二环形分层上的均匀外包层。所述纤芯中央圆形分层的相对折射率差为Δ0，半径为a；所述第一环形分层的相对折射率差为Δ1，宽度为H1；所述第二环形分层的相对折射率差为Δ2，宽度为H2；所述纤芯中央圆形分层基本上是α折射率剖面，所述第一环形分层和所述第二环形分层基本上是均匀折射率，所述第一环形分层的折射率低于所述均匀外包层的折射率，所述第二环形分层的折射率高于所述均匀外包层的折射率。其特征在于：α≥5，Δ0＝0.26到0.52％；Δ1≤-0.50Δ0；Δ2≤Δ0；a＝3.10到5.00μm；H1＝0.30到1.10a；H2＝0.20到0.65a。
2、根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：单模截止波长不大于1400nm；在1400nm波长下，色散斜率为0.025到0.043ps/nm2-km；在1460nm波长下，色散斜率为0.017到0.033ps/nm2-km；在1400到1800nm波长范围内，色散斜率为正。
3、根据权利要求2所述的光纤，其特征在于：在1550nm波长下，有效截面为50.0到75.0μm2。
4、根据权利要求3所述的光纤，其特征在于：在1460nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；在1625nm波长下，色散最大值小于8.5ps/nm-km。
5、根据权利要求3所述的光纤，其特征在于：在1460nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；在1800nm波长下，色散最大值小于10.5ps/nm-km。
6、根据权利要求3所述的光纤，其特征在于：在1400nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；在1625nm波长下，色散最大值小于10.0ps/nm-km。
7、根据权利要求3所述的光纤，其特征在于：在1400nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；在1800nm波长下，色散最大值小于12.0ps/nm-km。
8、根据权利要求2所述的光纤，其特征在于：a＝3.20到4.40μm；H1＝0.30到0.90a；H2＝0.21到0.72a。
9、根据权利要求8所述的光纤，其特征在于：在1550nm波长下，有效截面为55.0到60.0μm2；在1460nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；在1625nm波长下，色散最大值小于7.5ps/nm-km；在1800nm波长下，色散最大值小于8.5ps/nm-km。
10、根据权利要求8所述的光纤，其特征在于：在1550nm波长下，有效截面为55.0到60.0μm2；在1400nm波长下，色散最小值大于2.0ps/nm-km；在1625nm波长下，色散最大值小于9.0ps/nm-km；在1800nm波长下，色散最大值小于10.0ps/nm-km。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102841402A (zh) * | 2011-06-20 | 2012-12-26 | 汪业衡 | 弯曲不敏感的色散平坦单模光纤 |
| CN103149630A (zh) * | 2013-03-06 | 2013-06-12 | 长飞光纤光缆有限公司 | 一种低衰减单模光纤 |
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2008
- 2008-07-17 CN CN200810134126A patent/CN101526642A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN102841402A (zh) * | 2011-06-20 | 2012-12-26 | 汪业衡 | 弯曲不敏感的色散平坦单模光纤 |
| CN103149630A (zh) * | 2013-03-06 | 2013-06-12 | 长飞光纤光缆有限公司 | 一种低衰减单模光纤 |
| CN103149630B (zh) * | 2013-03-06 | 2016-02-24 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 一种低衰减单模光纤 |
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