CN102141648B - 具有短截止波长的非零色散位移光纤 - Google Patents

具有短截止波长的非零色散位移光纤 Download PDF

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Abstract

一种非零色散位移光纤(NZDSF)，包括：中央纤芯、内部包层和外部包层。所述中央纤芯具有外半径r1和关于外部包层的最大折射率差Dn1。所述内部包层包括第一中间包层和埋入沟槽。所述第一中间包层具有外半径r2和关于所述外部包层的折射率差Dn2。所述埋入沟槽具有外半径r3、宽度w3和关于所述外部包层的负折射率差Dn3。在某些实施例中，内部包层包括第二中间包层，其具有外半径r4和关于外部包层的折射率差Dn4。对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，该光纤典型地展示低于0.5dB/100圈或者更小的弯曲损耗；该光纤的22米电缆截止波长(22m-λcc)和有效2米光纤截止波长(2m-λceff)典型地小于1150nm。

Description

具有短截止波长的非零色散位移光纤
发明领域
本申请涉及光纤传输领域，尤其涉及一种展示低弯曲损耗和短截止波长的非零色散位移光纤。
背景
光纤(即，典型地由一个或多个涂层覆盖的玻璃纤维)传统地包括：光纤芯，其传送和/或放大光信号：和光学包层，其将光信号限定在芯中。相应地，芯的折射率nc典型地大于光学包层的折射率ng(即，nc＞ng)。
对于光纤而言，折射率分布通常根据使光纤折射率与半径相联的函数的曲线外形来归类。按照惯例，到光纤中心的距离r显示在x轴上，而(在半径r处的)折射率与光纤的外部包层(例如，外部光纤包层)的折射率之间的差值显示在y轴上。折射率分布被称为“阶跃型”分布、“梯型”分布、“α型”分布或“三角型”分布，其曲线图相应地分别具有阶梯形、梯形或三角形。这些曲线通常代表的是光纤理论上的或设定的分布。然而，在光纤制造中的制约可能导致稍微不同的实际分布。
一般而言，光线的两个主要分类为：多模光纤和单模光纤。在多模光纤中，对于给定的波长，几种光频振动模式(optical mode)同时沿着光纤被传播。在单模光纤中，信号以在纤芯中被引导的基本LP01模式传播，而更高阶模式(例如，LP11模式)则强烈地衰减。
传统地，所谓“标准”单模光纤(SSMF)通常被用于基于陆地传输系统。为了方便来自不同厂商的光纤系统的兼容性，国际电信联盟(ITU)定义了应当遵守的标准光学传输纤维(即，标准单模光纤或SSMF)的标准参照ITU-TG.625。ITU-T G.625推荐标准包括几个版本(即，A、B、C和D)。
典型地，SSMF遵守诸如ITU-T G.625推荐标准的专门的电信标准。传统地，SSMF显示了以下性质：(i)在1550纳米(nm)波长处具有0.190分贝每千米(dB/km)的衰减；(ii)在1550纳米(nm)波长处具有80平方微米(μm2)的有效面积；(iii)小于1260nm的22米电缆截止波长；(iv)约为17皮秒每纳米千米(ps/(nm·km))的正色散；和(v)在1550纳米(nm)波长处，0.058皮秒每平方纳米千米(ps/(μm2·km))的正色散斜率。
对于波长分割多路传送(WDM)的应用，单模非零色散位移光纤(NZDSF)也被使用。NZDSF显示了小于SSMF色散的在1550nm波长处的色散。在所用波长处(通常为1550nm附近)具有非零且正色散的色散位移光纤被描述为NZDSF+。在1550nm波长处，NZDSF+光纤典型地呈现出处在3ps/(nm·km)到14ps/(nm·km)之间的色散，和小于0.1ps/(μm2·km)的色散斜率。NZDSF+典型地满足特定的通信标准，诸如ITU-T G.655和ITU-T G.656推荐标准。
传统地，NZDSF具有三包层结构(即，三包层NZDSF)。NZDSF的一个例子包括：(i)具有关于外部包层(例如，与外部光学包层)的折射率差的中央纤芯；(ii)具有关于外部包层的折射率差的第一内部包层(例如，中间包层)；和(iii)具有关于外部包层的正折射率差的第二内部包层(例如，环)。中央纤芯、中间层和环的折射率在它们的整个宽度内大致为恒量。传统的NZDSF是可在商业上获取的，例如，eLEAF光纤，TrueWaveRS光纤，或德雷卡通信技术公司(Draka Communications)的TeraLight光纤。
NZDSF具有同轴折射率分布(即，同轴NZDSF)。具有同轴折射率分布的NZDSF的中央纤芯包括两个区。第一区位于中央纤芯的中心，并且第一区关于外部包层的折射率差小于第二区关于外部包层的折射率差。第二区的关于外部包层的折射率差是正的。第一区的关于外部包层的折射率差可以为正、负或者甚至为零。
NZDSF也包括中央纤芯、内部包层和埋入沟槽(buried trench)(即，具有关于外部包层的负的折射率差的包层)。典型地，这种分布更容易制造。另外，为了近似一致的光学特性，这种NZDSF中央纤芯具有小于三包层NZDSF中央纤芯的折射率差。因此，需要更少的中央纤芯掺杂以获取这种NZDSF，其从而能减少信号衰减，尤其是由于瑞利分布引起的衰减损失。
在使用中，光纤由于弯曲而使得由光纤传输的信号衰减。典型地最小化光纤的弯曲损耗可提高传输信号的质量。
光纤可设计为确保传输的信号的更高阶模式被充分衰减(即，相对于基本模式)以获取单模传输。光纤衰减更高阶模式的能力依赖于传输信号的波长而变化。所谓的“截止波长”是指来自更高阶模式的波长被充分衰减以确保传输为单模。截止波长作为信号的波长的函数来表现信号的单模传输的特点。
一般而言，改进光纤的某些特性对光纤的其他特性具有有害的影响，其会减少光纤与其他光纤的兼容性。因此，通常想要做到的是，改进某些光纤特性而同时保持光纤之间的适当的兼容性。
由S.Matsuo等发表的于2002年3月17日至22日公开在《光纤通信会议和展览2002》(即OFC 2002，Optical Fiber Communication Conference andExhibit 2002)的第329页至330页的论文《新媒介-具有较大有效面积和较低色散斜率的色散光纤(New Medium-Dispersion Fiber with Large EffectiveArea and Low Dispersion Slope)》描述了同轴NZDSF。其公开的光纤截止波长不适合用于所有的商业应用。而且，光纤的中央纤芯包括一个具有大于13×10-3的折射率差的区。这样的高折射率差会在波长1550nm处引起强衰减，诸如大于0.21dB/km(例如，0.22dB/km或者更大)的衰减。
欧洲专利号为0,992,817和它的同族美国专利号为6,459,839的专利描述了具有较低弯曲损耗的三包层NZDSF。然而，其公开的光纤截止波长不适合于所有的商业应用。而且，对于可供比较的光纤特性，该光纤的中央纤芯具有大约13.7×10-3的折射率差，其大于包括埋入沟槽的光纤的折射率差。因此，在波长为1550nm处，所公开的光纤展示了大于0.20dB/km、甚至大于0.21dB/km的的衰减。这些衰减值大于在包括埋入沟槽光纤中的值。另外，公开的三包层NZDSF比包括埋入沟槽的光纤更难制造，因为三包层NZDSF的环的参数更加灵敏，需要比用于有效埋入沟槽更小的制造容差。
欧洲专利号为1,477,831和它的同族美国专利号为6,904,218的专利描述了使用埋入沟槽以改进SSMF光纤的特性。类似地，欧洲专利号为1,978,383和美国专利公开号为2005/0244120的专利描述了使用埋入沟槽以改进SSMF光纤的特性。然而，这些文件都没有公开具有提高的弯曲损耗和合适的截止波长的NZDSF。美国专利号为4,852,968的专利描述了使用置于中央纤芯附近的埋入沟槽以减少色散和色散斜率的值。然而，所公开的光纤具有的沟槽内半径与中央纤芯的半径的比在1.5到3.5之间，其可以引起(i)对于30毫米(mm)半径的较大弯曲损耗；和(ii)在1550纳米(nm)波长处具有小于55μm2的有效面积。
国际专利申请公开号为WO2008/106033和它的同族美国专利号为7,603,015的专利介绍了包括埋入沟槽的NZDSF。然而，其中央纤芯折射率太小和半径太大。中央纤芯的特性在大曲率半径(例如，大于25mm)处引起极大的弯曲损耗。所公开的NZDSF具有在波长1550nm处大于0.060ps/(nm2·km)的色散斜率。例如，本发明人曾经计算过，在波长为1625nm处和30mm的曲率半径，NZDSF展示了大于10分贝每100圈(dB/100turns)的弯曲损耗。
因此，需要一种展示了用于大曲率半径的低弯曲损耗和改进的单模传输的NZDSF，并同时与其他光纤保持合适的兼容性。
发明内容
因此，在一个方面，本发明包含一种非零色散位移光纤(NZDSF)，其包括中央纤芯、内部包层和外部包层(例如，外部光学包层)。中央纤芯具有外半径r1和关于外部包层的最大折射率差Dn1。
在一个实施例中，本发明涉及一种非零色散位移光纤，包括：
具有外半径r1和关于外部包层的最大折射率差Dn1的中央纤芯；
位于所述中央纤芯和所述外部包层之间的第一中间包层，所述第一中间包层具有外半径r2和关于所述外部包层的折射率差Dn2；和
位于所述第一中间包层和所述外部包层之间的埋入沟槽，所述埋入沟槽具有外半径r3、宽度w3和关于所述外部包层的负折射率差Dn3；
其中，对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，光纤展示低于0.5dB/100圈的弯曲损耗；
其中光纤的22米电缆截止波长(22m-λcc)大约为1150nm或更小；和
其中光纤的有效2米光纤截止波长(2m-λceff)大约为1150nm或更小。
在一个实施例中，光纤的内部包层包括中间包层和埋入沟槽。典型地，中间包层位于中央纤芯和埋入沟槽(例如，直接包围中央纤芯)之间。在某些实施例中，埋入沟槽直接包围中间包层。中间包层具有外半径r2和关于外部包层的折射率差Dn2。埋入沟槽具有外半径r3、宽度w3和关于外部包层的负折射率差Dn3。
在另一个实施例中，对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，光纤展示了低于大约0.5dB/100圈的弯曲损耗。
在另一个实施例中，对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，光纤展示了低于大约0.1dB/100圈的弯曲损耗(例如，低于0.05dB/100圈)。
在另一个实施例中，对于在波长1550nm处的30mm的曲率半径，光纤展示了低于大约0.01dB/100圈的弯曲损耗(例如，低于0.005dB/100圈)。
在另一个实施例中，对于在波长1550nm处的25mm的曲率半径，光纤展示了低于大约0.5dB/100圈的弯曲损耗。
在另一个实施例中，光纤具有小于1150nm的22米电缆截止波长(22m-λcc)。
在另一个实施例中，光纤具有小于1150nm的有效2米光纤截止波长(2m-λceff)。
在另一个实施例中，在波长1550nm处，光纤拥有大约0.060ps/(nm2·km)或更低的色散斜率。
在另一个实施例中，在波长1550nm处，光纤的有效面积至少大约为55μm2。
在另一个实施例中，中央纤芯具有阶跃型折射率分布。
在另一个实施例中，在波长为1550nm处，光纤展示色散在大约3ps/(nm·km)到14ps/(nm·km)之间(例如，在大约4ps/(nm·km)到12ps/(nm·km)之间)。
在另一个实施例中，中央纤芯的外半径r1在大约2.5微米到3.5微米之间。
在另一个实施例中，光纤的内包层包括具有外半径为r2的中间包层，且中间包层的外半径r2与中央纤芯的外半径r1的比率(即，比率r2∶r1)在4.5和7.5之间(例如，在5.5到6.5之间)。
在另一个实施例中，光纤的内包层包括具有宽度w3在大约0.5微米到3微米之间的埋入沟槽。
在另一个实施例中，光纤的内包层包括具有外半径r3在大约19微米或者更小的埋入沟槽。
在另一个实施例中，中央纤芯的最大折射率差Dn1大约在6×10-3到9×10-3之间。
在另一个实施例中，光纤的内包层包括中间包层，该中间包层的关于外部包层的折射率差Dn2在大约-1×10-3到1×10-3之间。
在另一个实施例中，光纤的内包层包括埋入沟槽，该埋入沟槽的关于外部包层的折射率差Dn3在大约-13×10-3到-3×10-3之间。
在另一个实施例中，光纤的内包层包括第一中间包层、埋入沟槽和第二中间包层。典型地，第一中间包层位于中央纤芯和埋入沟槽之间(例如，直接包围住中央纤芯)。埋入沟槽典型地位于第一中间包层和第二中间包层之间(例如，直接包围第一中间包层)。在某些实施例中，第二中间包层直接包围所述埋入沟槽。所述第一中间包层具有外半径r2和关于所述外部包层的折射率差Dn2。所述埋入沟槽具有外半径r3、宽度w3和关于所述外部包层的负折射率差Dn3。所述第二中间包层具有外半径r4和关于所述外部包层的折射率差Dn4。
换而言之，在某一实施例中，本发明涉及一种非零色散位移光纤，包括：
具有外半径r1和关于外部包层的最大折射率差Dn1的中央纤芯；
位于所述中央纤芯和所述外部包层之间的第一中间包层，所述第一中间包层具有外半径r2和关于所述外部包层的折射率差Dn2；和
位于所述第一中间包层和所述外部包层之间的埋入沟槽，所述埋入沟槽具有外半径r3、宽度w3和关于所述外部包层的负折射率差Dn3；
位于所述埋入沟槽和所述外部包层之间的第二中间包层，所述第二中间包层具有外半径r4和关于所述外部包层的折射率差Dn4；
其中，对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，光纤展示了低于0.5dB/100圈的弯曲损耗；
其中光纤的22米电缆截止波长(22m-λcc)大约为1150nm或更小；和
其中光纤的有效2米光纤截止波长(2m-λceff)大约为1150nm或更小。
在另一个实施例中，光纤的内部包层包括第二中间包层，该第二中间包层的关于外部包层的折射率差Dn4在-9×10-3到-6×10-3之间。
在该实施例中，中央纤芯基本上由纯硅石组成。
在另一个实施例中，光纤的内部包层包括第二中间包层，该第二中间包层具有关于外部包层的折射率差Dn4，并且中央纤芯的最大折射率差Dn1与所述第二中间包层的折射率差Dn4之间的差值(即，Dn1-Dn4)在大约6×10-3到9×10-3之间。
在另一个实施例中，光纤的内部包层包括(i)具有关于外部包层的折射率差Dn2的第一中间包层，和(ii)具有关于外部包层的折射率差Dn4的第二中间包层。所述第一中间包层的折射率差Dn2与所述第二中间包层的折射率差Dn4之间的差值(即，Dn2-Dn4)在大约-1×10-3到1×10-3之间。
在另一个实施例中，光纤的内部包层包括(i)具有关于外部包层的折射率差Dn3的埋入沟槽，和(ii)具有关于外部包层的折射率差Dn4的第二中间包层。所述埋入沟槽的折射率差Dn3与所述第二中间包层的折射率差Dn4之间的差值(即，Dn3-Dn4)在大约-13×10-3到-3×10-3之间。
在另一个实施例中，光纤的内包层包括具有外半径r4在大约41微米或者更小(例如，小于37微米)的第二中间包层。
在另一个实施例中，对于在1550nm处的波长，光纤展示了低于大约0.190dB/km(例如，0.180dB/km或者更小)的衰减。
在另一个实施例中，本发明涉及一种非零色散位移光纤，包括：
具有外半径r1和关于外部包层的最大折射率差Dn1大约在6×10-3到9×10-3之间的中央纤芯；
位于所述中央纤芯和所述外部包层之间的第一中间包层，所述第一中间包层具有外半径r2和关于所述外部包层的折射率差Dn2；和
位于所述第一中间包层和所述外部包层之间的埋入沟槽，所述埋入沟槽具有外半径r3、宽度w3和关于所述外部包层的负折射率差Dn3；
其中，对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，光纤展示了低于0.5dB/100圈的弯曲损耗；
其中光纤的22米电缆截止波长(22m-λcc)大约为1150nm或更小；和
其中光纤的有效2米光纤截止波长(2m-λceff)大约为1150nm或更小。
以上示例性的简述以及本发明的其他目的和/或优点和实现这些的方式将进一步通过以下描述并参考附图来解释。
附图简要说明
图1为示例性地描述根据本发明的光纤的实例的设定分布图；
图2为示例性地描述根据本发明的光纤的另一个实例的设定分布图。
详细描述
在一方面，本发明包括非零色散位移光纤(NZDSF)，其展示了对于较大曲率半径和改进的单模传输的较低弯曲损耗，并同时与其他光纤保持合适的兼容性。最终，根据本发明的NZDSF典型地展示了对于较大曲率半径和较短截止波长的较低弯曲损耗，并且同时保持了光纤的其他特性(例如，色散值、有效面积和衰减)。
根据本发明的光纤的实例为所具备的色散小于阶跃折射率标准单模光纤(SSMF)的色散的NZDSF。在1550nm波长处，本发明的光纤可以具备小于大约14ps/(nm·km)(例如，在大约3ps/(nm·km)到14ps/(nm·km)之间)的色散。典型地，本发明的光纤具备正色散。
光纤包括中央纤芯、内部包层和外部包层(例如，外部光学包层)。内部包层典型地位于中央纤芯和外部包层之间。
图1和2示例性地描述了根据本发明的光纤的两个实施例的设定分布图。如前所述，所制造的光纤的折射率分布典型地略微偏离它们的设定分布(即，理论折射率分布)。
图1和图2都描述了具有阶跃型折射率分布的中央纤芯。因而，中央纤芯的折射率差是常量并且等于中央纤芯的最大折射率差Dn1。那就是说，中央纤芯也具有梯型、三角型或α型分布(即，折射率分布作为径向位置的函数而变化)。
另外，图1和图2都描述了内部包层，每一个都具有关于外部包层的恒定的折射率差。然而，根据本发明的光纤可具有一个或多个作为径向位置的函数(例如，梯型、三角型或α型分布)而变化的折射率差。对于具有非恒定折射率的各内部包层，按照绝对值来看，其各自的折射率差(例如，埋入沟槽的折射率差Dn3)适用内部包层和外部包层之间的最大折射率差。
一般而言，折射率差也可以使用如下等式以百分比来表达：
&Delta; % ( r ) = 100 &times; ( n ( r ) 2 - n cladding 2 ) 2 n ( r ) 2
这里n(r)为作为径向位置的函数的比较折射率值，和ncladding为外部包层的折射率值。本领域技术人员应当意识到假如折射率在光纤的给定截面内变化(即，折射率值作为径向位置的函数而变化)或者折射率值在给定截面内为恒量，该等式能够被使用。
本领域技术人员应当意识到外部包层典型地具有恒定折射率。那就是说，假如外部包层具有非恒定折射率，折射率差典型地按照与外部包层的最里面的部分(即，外部包层的最靠近中央纤芯且可影响光信号在光纤内的传播的部分)来进行测量。
关于外部包层的恒定折射率差也可以使用如下等式以百分比表达：
&Delta; % = 100 &times; ( n 2 - n cladding 2 ) 2 n 2
这里n为比较折射率值(例如埋入沟槽的折射率n3)，和ncladding为外部包层的折射率值。
如图1所示，一种光纤的实例包括具有外半径r1和关于外部包层的最大折射率差Dn1的中央纤芯。所述光纤的内部包层包括中间包层，该中间包层具有外半径r2和关于所述外部包层的折射率差Dn2。如所示，中间包层直接包围中央纤芯。所述光纤内部包层还包括埋入沟槽，该埋入沟槽具有外部半径r3、宽度w3和关于所述外部包层的负折射率差Dn3。
对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，根据本发明的光纤展示了低于0.5dB/100圈的弯曲损耗。更典型地，对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，根据本发明的光纤展示低于0.1dB/100圈或者更少(例如，大约0.05dB/100圈或者更少)的弯曲损耗。
本发明的中央纤芯具有(i)小于1150nm的22米电缆截止波长(22m-λcc)和(ii)小于1150nm的有效2米光纤截止波长(2m-λceff)。22米电缆截止波长(22m-λcc)和有效2米光纤截止波长(2m-λceff)将在下文中进一步解释。
中央纤芯的外半径r1典型地在2.5微米到3.5微米之间。中央纤芯的分布有利于减少的色散。在中央纤芯中的有限量的掺杂物也有利于控制来自瑞利散射的衰减损失。
在某些实施例中，中间包层的外半径r2与中央纤芯的外半径r1之间的比率(即，比率r2∶r1)在4.5到7.5之间(例如，在5.0到7.0之间)。不需要任何特别的原理，本申请的发明人发现增大比率r2∶r1使得埋入沟槽远离中央纤芯，从而阻止了埋入沟槽干扰基本模式的传播。调整比率r2∶r1也有利于对光纤的有效面积和色散的控制。
埋入沟槽可直接地邻近中间包层(即，埋入沟槽可直接包围中间包层)。典型地，埋入沟槽的宽度w3在大约0.5微米和6微米之间。埋入沟槽的外半径r3也典型地小于大约19微米。埋入沟槽的特性有利于实现弯曲损耗的降低。埋入沟槽的特性也有利于通过控制具有直接大于基本模式的阶的各模式的损耗(例如，LP11和LP02模式)来控制光纤截止波长。
外部包层典型地为光学包层。外部包层具有外半径r5。本发明的光纤可以包括具有大约50微米的外半径r5的外部包层，和玻璃纤维本身具有100微米的外直径。在另外的实施例中，外部包层具有62.5微米的外半径r5和玻璃纤维自身具有125微米的外半径。
中央纤芯和内部包层(例如，中间包层和埋入沟槽)可以在硅石管的内表面使用化学蒸汽沉积法来制造。在这点上，外部包层可以由硅石管和在硅石管上的玻璃积层(glass buildup)构成(例如，通过过包层(overcladding)或套管方法)。硅石管和任何积层典型地是天然的或掺杂质的硅石。外部包层也可以通过任何其他的沉积技术来获得，诸如蒸汽轴沉积法(VAD，vaporaxial deposition)或外侧蒸汽沉积法(OVD，outside vapor deposition)。
根据图1，光纤的一个实例包括中央纤芯，其具有的关于外部包层的最大折射率差Dn1在6×10-3到9×10-3之间。中间包层具有的关于外部包层的折射率差Dn2在-1×10-3到1×10-3之间。例如，中间包层具有的关于外部包层的折射率差可大致等于0(即，中间层的折射率大约等于外部包层的折射率)。埋入沟槽具有的关于外部包层的折射率差Dn3在-13×10-3到-3×10-3之间。中央纤芯可以掺入杂质以将折射率提高到外部折射率之上。例如，中央纤芯可以掺入锗和/或其他一种或多种合适的杂质。在某些实施例中，外部包层可以掺入氟和/或其他一种或多种合适的杂质。类似地，中间包层的折射率差Dn2和埋入沟槽的折射率差Dn3可以通过使用一种或多种合适的杂质来获得。
根据图1，光纤的另一个实例包括中央纤芯、内部包层和作为光学包层的外部包层。中央纤芯具有外半径r1和关于外部包层的正的最大折射率差Dn1。内部包层包括中间包层和埋入沟槽。中间包层具有外半径r2和关于外部包层的折射率差Dn2。埋入沟槽具有外半径r3、宽度w3和关于外部包层的负折射率差Dn3。在该实施例中，埋入沟槽的折射率差Dn3小于中间层的折射率差(即，Dn3＜Dn2)。换句话说，埋入沟槽的折射率小于中间包层的折射率。
如所提及的且根据图1，对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，光纤展示了低于大约0.5dB/100圈的弯曲损耗。更特别地，对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，光纤展示了大约0.1dB/100圈或更少的弯曲损耗(例如，0.05dB/100圈或者更小)。光纤具有(i)小于1150nm的22米电缆截止波长(22m-λcc)和(ii)小于1150nm的有效2米光纤截止波长(2m-λceff)。
在实施例中，光纤的内部包层可以仅包括中间包层和埋入沟槽。在这点上，中间包层直接包围中央纤芯，埋入沟槽直接包围中间包层，而光学包层直接包围埋入沟槽。
如图2所描述，光纤的内部包层包括第一中间包层、埋入沟槽和第二中间包层。第二中间包层具有外半径r4和关于外部包层的折射率差Dn4。
根据图2，光纤的中央纤芯的一个实例具有的关于外部包层的最大折射率差Dn1大致为0(即，中央纤芯的折射率基本等于外部包层的折射率)。在这点上，中央纤芯可以掺入氟、锗和/或其他一种或多种任何合适的杂质来获得大致等于0的折射率差。例如，中央纤芯和外部包层可以使用纯硅石来制作。具有使用纯硅石制作的光纤通常被称为纯硅石芯光纤(PSCF，pure silicacore fiber)。较低的芯掺杂和纯硅石芯可有利于在波长1550nm处获得低于0.190dB/km的光纤衰减值(例如，低于0.180dB/km)。较低的衰减在长距离传输应用中特别有利。
在某些实施例中，中央纤芯的最大折射率差Dn1和第二中间包层折射率差Dn4之间的差(即，Dn1-Dn4)大约在6×10-3到9×10-3之间。差值Dn1-Dn4可以通过使用合适的掺杂物来减少第二中间包层的折射率而实现。
如图2所述，内部包层被埋入，即内部包层的折射率低于外部包层的折射率。在这点上，第一中间包层、埋入沟槽和第二中间包层每一个的折射率都低于外部包层的折射率。内部包层的折射率可以通过掺入氟、锗和/或其他任何合适的杂质来减少到低于外部包层的折射率。
在某些实施例中，第一中间包层的折射率差Dn2和第二中间包层的折射率差Dn4之间的差值(即，Dn2-Dn4)在-1×10-3到1×10-3之间。埋入沟槽的折射率差Dn3和第二中间包层的折射率差Dn4之间的差值(即，Dn3-Dn4)在-13×10-3到-3×10-3之间。差值Dn2-Dn4和Dn3-Dn4可以通过利用适当的掺杂来分别减少或者增加第一中间包层和埋入沟槽的折射率来获得。另外，差值Dn2-Dn4和Dn3-Dn4可以通过利用适当的掺杂来分别减少或者增加第二中间包层的折射率来获得。
第二中间包层典型地具有的关于外部包层的折射率差Dn4在-9×10-3到-6×10-3之间。
第二中间包层可以具有小于大约41微米(例如，小于37微米)的外半径r4。减小第二中间包层的外半径典型地有助于减少与在光纤内部包层掺入杂质的制造成本。
无需任何特别的原理，本申请的发明人发现，当外部包层的折射率大约与中央纤芯的折射率相同，将外部包层更靠近中央纤芯(即，减小中央纤芯的外半径r1和外部包层的内半径之间的差值)时，增加了基本传播模式LP01的泄漏损耗。然而，在某些光纤中，将外部包层更靠近中央纤芯并减小埋入沟槽的外半径r3同时保证在1550nm波长处基本模式的泄漏损耗小于大约0.030dB/km(例如，0.020dB/km或更小)是可能的。事实上，根据本发明的光纤在1550nm的波长处拥有小于大约0.010dB/km(例如，小于0.005dB/km)的基本泄漏损耗。
根据图2，另一种光纤包括中央纤芯、内部包层和作为光学包层的外部包层。内部包层典型地位于中央纤芯和外部包层之间。中央纤芯具有外半径r1和关于外部包层的最大折射率差Dn1。
内部包层包括第一中间包层、埋入沟槽和第二中间包层。典型地，内部包层的埋入沟槽位于第一中间包层和第二中间包层之间。第一中间包层具有外半径r2和关于外部包层的折射率差Dn2。埋入沟槽具有外半径r3、宽度w3和关于外部包层的负折射率差Dn3。在该实施例中，埋入沟槽的折射率差Dn3小于中间包层的折射率差Dn2(即，Dn3＜Dn2)。换句话说，埋入沟槽具有小于该中间包层的折射率。
第二中间包层具有外半径r4且其关于外部包层的折射率差Dn4小于中央纤芯最大折射率差Dn1。在该实施例中，埋入沟槽的折射率差Dn3小于第二中间包层的折射率差Dn4(即，Dn3＜Dn4)。换句话说，埋入沟槽具有小于第二中间包层的折射率。
如所提及的且根据图2，对于在1625nm波长处的30mm的曲率半径，光纤展示了低于大约0.5dB/100圈的弯曲损耗。更典型地，对于在1625nm波长处的30mm的曲率半径，光纤展示了大约0.1dB/100圈或者更小(例如，大约0.05dB/100圈或者更小)的弯曲损耗。光纤具有(i)小于1150nm的22米电缆截止波长(22m-λcc)和(ii)小于1150nm的有效2米光纤截止波长(2m-λceff)。
在实施例中，光纤的内部包层可以仅仅包括第一中间包层、埋入沟槽和第二中间包层。在这点上，第一中间包层直接包围中央纤芯，埋入沟槽直接包围第一中间包层，第二中间包层直接包围埋入沟槽，和外部包层直接包围第二中间包层。
本发明的光纤展示了较低的弯曲损耗和拥有较短的截止波长。在这点上，对于在1625nm波长处的30mm的曲率半径，光纤展示了低于大约0.5dB/100圈的弯曲损耗。更典型地，对于在1625nm波长处的30mm的曲率半径，光纤展示了大约0.1dB/100圈或者更小(例如，大约0.05dB/100圈或者更小)的弯曲损耗。对于在1550nm波长处的30mm的曲率半径，光纤展示了小于0.01dB/100圈(例如，大约0.005dB/100圈或者更小)的弯曲损耗。对于在1550nm波长处的25mm的曲率半径，光纤展示了小于大约0.5dB/100圈的弯曲损耗。
截止波长的测量早已是标准化(standardization)的一个主题。光纤的截止波长可能依赖于沿着要测量截止波长的光纤的位置而变化。22米电缆截止波长(22m-λcc)传统地是作为在沿着22米的光纤传播后光信号为单模的波长被测量，正如在国际电工委员会的小组86A在标准IEC 60793-1-44中所定义的那样。有效的2米光纤截止波长(2m-λceff)传统地是作为在沿着2米的光纤传播后光信号为单模的波长被测量，正如在国际电工委员会的小组86A在标准IEC 60793-1-44中所定义的那样。光纤典型地具有(i)小于1150nm的22米电缆截止波长(22m-λcc)和(ii)小于1150nm的有效2米光纤截止波长(2m-λceff)。因此，根据本发明的NZDSF典型地适于较大曲率半径且展示了改进的单模传输。
另外，本发明的光纤典型地拥有用于能够与其他光纤很好兼容的所有的光纤参数的可接受的值。特别地，在波长1550nm处，光纤可以呈现大约在3ps/(nm·km)和14ps/(nm·km)(例如，4ps/(nm·km)和12ps/(nm·km))之间的色散和大约0.060ps/(nm2·km)或者更小的色散斜率。在一些实施例中，在波长1550mm处，光纤可呈现大约0.045ps/(nm2·km)或者更小的色散斜率。在波长1550nm处，光纤可以具有大约55μm2或者更多的有效面积。更典型地，在波长1550nm处，光纤可以具有大约58μm2或者更多的有效面积。典型地，在波长1550nm处，光纤可以具有小于70μm2的有效面积。
***
下表(在下面)通过提供可比较的光纤和具有创造力的两种光纤的例子(例如，预见性的例子)而显示了本发明诸多方案。为了便于下面的讨论，对于具有与图1类似的折射率分布的可比较的和具有创造力的例子，中间包层被认为是第一中间包层。
表1(在下面)表现了11个光纤例子的折射率分布。表1的第一列提供了对每一个分布的参考符号。接下来的三列提供了中央纤芯的外半径r1、第一中间包层的外半径r2和中央纤芯的外半径与中间包层的外半径的比率r2∶r1。接下来的两列提供了埋入沟槽的外半径r3和宽度w3。接下来的一列提供了可用的第二中间包层的外半径r4，和接下来的一列提供了外部包层的外半径。
之后，表1提供了，对于633nm的波长和关于外部包层的各个折射率差：中间纤芯Dn1；第一中间包层Dn2；埋入沟槽Dn3，和在可应用场合的第二中间包层Dn4。为了完整性的目的和进一步解释这里所使用的折射率差的意义，最后一列提供了外部包层关于其自身的折射率差Dn5等于零。
在表1中的值与上述光纤实例中的设定分布相符。如前所述，所制造的光纤典型地拥有稍微偏离于它们的设定分布(即，理论上的折射率分布)的折射率分布。
表1
  2-PSC   2.83   14.25   5.0   15.00   0.75   40.0   62.5   0.0   -7.0   -13.0   -7.1   0.0
  3-std   2.86   16.15   5.6   17.00   0.85   62.5   7.0   0.1   -5.6   0.0   0.0
  3-PSC   2.86   16.15   5.6   17.00   0.85   40.0   62.5   0.0   -6.9   -12.6   -7.0   0.0
  4-std   2.64   16.20   6.1   18.00   1.80   62.5   7.5   0.0   -6.5   0.0   0.0
  5-std   3.12   14.69   4.7   16.32   1.63   62.5   6.3   0.0   -6.9   0.0   0.0
光纤例子1-std、2-std、3-std、4-std和5-std的是根据本发明的具有包括第一中间包层和埋入沟槽(例如，类似图1)的内部包层的光纤。在这些例子中，第二中间包层的外半径r4和第二中间包层的折射率差Dn4不被提供，因为光纤的内部包层不包括第二中间包层。
光纤例子1-PSC、2-PSC和3-PSC是根据本发明的具有包括第一中间包层、埋入沟槽和第二中间包层(例如，类似于图2)的内部包层的光纤。在这些例子中，中央纤芯的最大折射率差Dn1为0。另外，第二中间包层的折射率差Dn4在-9×10-3到-6×10-3之间，且第二中间包层的外半径r4小于41微米，或者甚至小于37微米(例如，在1-PSC中)。
光纤例子1b-std、1c-std和1d-std的例子是提供以与光纤1-std进行比较的可比较的光纤。
表2提供了根据本发明的光纤和表1中的可比较的光纤的光学属性。
在表2中，第一列重复了表1的参考符号。接下来三列提供了，对于在波长1550处的每一个光纤分布的以下值：色散(D)；色散斜率；有效面积Aeff和基本模式的泄漏损耗Pleak。接下来的两列提供了用于在波长1550处的10mm和30mm的曲率半径下相应的弯曲损耗P10mm和P30mm。接下来的一列提供了在波长1625处用于30mm的曲率半径测得的弯曲损耗P30mm。最后一列提供了有效2米光纤截止波长(2m-λceff)和22米电缆截止波长(22m-λcc)。
表2
1c-std 8.0 0.062 48 ＜1 ＜0.01 ＜0.1 ＜1150 ＜1150
  1d-std   8.7   0.066   73   ＜3   ＞1   ＞10   ＜1150   ＜1150
  1-PSC   7.0   0.052   57  ＜0.03   ＜0.5   ＜0.01   ＜0.1   ＜1150   ＜1150
  2-std   7.2   0.057   58   ＜2   ＜0.005   ＜0.05   ＜1150   ＜1150
  2-PSC   6.2   0.052   58  ＜0.02   ＜2   ＜0.01   ＜0.1   ＜1150   ＜1150
  3-std   7.2   0.056   60   ＜2   ＜0.005   ＜0.05   ＜1150   ＜1150
  3-PSC   6.2   0.051   60  ＜0.005   ＜2   ＜0.01   ＜0.1   ＜1150   ＜1150
  4-std   5.0   0.057   55   ＜1   ＜0.005   ＜0.05   ＜1150   ＜1150
  5-std   10.00   0.058   63   ＜1   ＜0.005   ＜0.05   ＜1150   ＜1150
对于在波长1625处的30mm的曲率半径，本发明的光纤展示了低于0.5dB/100圈和甚至低于0.1dB/100圈的弯曲损耗P30mm。事实上，对于在波长1625处的30mm的曲率半径，光纤1-std、2-std、3-std、4-std、5-std和6-std展示了低于0.05dB/100圈的弯曲损耗P30mm。
对于在波长1550处的30mm的曲率半径，本发明的光纤展示了低于低于0.01dB/100圈的弯曲损耗P30mm。事实上，对于在波长1550处的30mm的曲率半径，光纤1-std、2-std、3-std、4-std、5-std和6-std展示了低于0.005dB/100圈的弯曲损耗P30mm。
本发明的光纤拥有低于1150nm的有效2米光纤截止波长(2m-λceff)和22米电缆截止波长(22m-λcc)。
另外，在1550nm波长处，本发明的光纤具有大于或等于55μm2的有效面积Aeff。在1550nm波长处，本发明的光纤也展示了(i)在3ps/(nm·km)到14ps/(nm·km)之间的色散值D，和(ii)0.060ps/(nm2·km)或者更低的色散斜率值。
在波长1550nm处，光纤1-PSC、2-PSC和3-PSC显示了低于0.03dB/km的基本模式泄漏损耗Pleak，同时利用了具有外半径仅为40微米或更小的第二中间包层(参见表1)。事实上，光纤3-PSC显示了低于0.01dB/km的基本模式泄漏损耗Pleak。
可比较的光纤1b-std、1c-std和1d-std与光纤1-std类似，只是特定的折射率分布特性被改变。可比较的光纤例子通过与光纤1-std对比而进行描述以进一步阐明本发明的光纤的优点。
可比较光纤1b-std不同于光纤1-std之处在于其埋入沟槽更靠近中央纤芯。可比较光纤1b-std的比率r2∶r1为3.3，而光纤1-std的比率r2∶r1为5。因此，可比较光纤1b-std的有效面积减少到低于55μm2，且在波长1550nm处，色散的斜率增加到大于0.060ps/(nm2·km)。可比较光纤1b-std的色散D也高于光纤1-std的色散D。
可比较光纤1c-std类似于可比较光纤1b-std，只是可比较光纤1c-std的中央纤芯的特性被调整以获取与光纤1-std相同的色散D。因此，可比较光纤1c-std的埋入沟槽影响大于可比较光纤1b-std的埋入沟槽的影响。在波长1550nm处，可比较光纤1c-std的有效面积小于50μm2。
可比较光纤1d-std不同于光纤1-std之处在于其中央纤芯的最大折射率差Dn1已经减小到5.5×10-3。在波长1550nm处，可比较光纤1d-std的有效面积增加到大于70μm2。然而，在波长1550nm处，可比较光纤1d-std的色散斜率增加到大于0.060ps/(nm2·km)。另外，对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，可比较光纤1d-std的弯曲损耗增加到大于10dB/100圈。
根据本发明的光纤典型地与用于NZDSF的ITU-T G.655和G.656推荐标准保持一致。特别地，用于NZDSF的ITU-T G.655和G.656标准推荐了(i)小于1450nm的22米电缆截止波长(22m-λcc)，和(ii)在波长1550nm处，模场半径在大约7微米到11微米之间，或在大约8微米到11微米之间。相应地，根据本发明的光纤可以安装在多个传输系统中并与系统的其他光纤表现良好的兼容性。
本发明的光纤非常适合以C波段运行的远距离传输系统，并且尤其在波分复用(wavelength division multiples)应用中。光纤的减少的色散斜率使得在整个传输线上保持等量的色散成为可能，这最小化了上述复用的传输信道之间的性能差异。光纤的减小的电缆截止波长和有效光纤截止波长使得确保单模传输成为可能。在弯曲损耗上的减小，尤其是对于较大的曲率半径，也能提供较好的信号质量。
在说明书和/或附图中，本发明典型的实施例已经被公开。本发明不限于这些实施例。附图是原理性的表示，因此没有必要按照比例画出。除非另外说明，专门的术语是按照其通常的和描述的含义，并且不是为了限制。

Claims (27)

1.一种非零色散位移光纤，包括： 
具有外半径r1和关于外部包层的最大折射率差Dn1的中央纤芯； 
位于所述中央纤芯和所述外部包层之间的第一中间包层，所述第一中间包层具有外半径r2和关于所述外部包层的折射率差Dn2；和 
位于所述第一中间包层和所述外部包层之间的埋入沟槽，所述埋入沟槽具有外半径r3、宽度w3和关于所述外部包层的负折射率差Dn3； 
其中，对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，光纤展示的弯曲损耗低于0.5dB/100圈； 
其中光纤的22米电缆截止波长(22m-λcc)为1150nm或更小； 
其中光纤的有效2米光纤截止波长(2m-λceff)为1150nm或更小； 
其中所述第一中间包层的外半径r2与所述中央纤芯的外半径r1的比率r2：r1在4.5到7.5之间；以及 
其中所述中央纤芯的最大折射率差Dn1在6×10-3到9×10-3之间。 
2.如权利要求1所述的光纤，其中对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，光纤展示的弯曲损耗低于0.5dB/100圈。 
3.如权利要求1所述的光纤，其中对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，光纤展示的弯曲损耗低于0.1dB/100圈。 
4.如权利要求1所述的光纤，其中对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，光纤展示的弯曲损耗低于0.05dB/100圈。 
5.如权利要求1至4中任一项所述的光纤，其中，对于在波长1550nm处的30mm的曲率半径，光纤展示的弯曲损耗低于0.01dB/100圈。 
6.如权利要求1至4中任一项所述的光纤，其中，对于在波长1550nm处的30mm的曲率半径，光纤展示的弯曲损耗低于0.005dB/100圈。 
7.如权利要求1至4中任一项所述的光纤，其中，对于在波长1550nm处的25mm的曲率半径，光纤展示的弯曲损耗低于0.5dB/100圈。 
8.如权利要求1至4中任一项所述的光纤，其中，在波长1550nm处，光纤的有效面积为55μm2或者更大。 
9.如权利要求1至4中任一项所述的光纤，其中，在波长1550nm处，光纤展示的色散在3ps/(nm·km)到14ps/(nm·km)之间。 
10.如权利要求1至4中任一项所述的光纤，其中，在波长1550nm处，光纤展示的色散在4ps/(nm·km)到12ps/(nm·km)之间。 
11.如权利要求1至4中任一项所述的光纤，其中，在波长1550nm处，光纤展示的色散斜率为0.060ps/(nm2·km)或者更小。 
12.如权利要求1至4中任一项所述的光纤，其中所述中央纤芯具有阶跃型折射率分布。 
13.如权利要求1至4中任一项所述的光纤，其中所述中央纤芯的外半径r1在2.5微米到3.5微米之间。 
14.如权利要求1至4中任一项所述的光纤，其中所述埋入沟槽的宽度w3在0.5微米到3微米之间。 
15.如权利要求1至4中任一项所述的光纤，其中所述埋入沟槽的外半径r3小于19微米。 
16.如权利要求1至4中任一项所述的光纤，其中所述第一中间包层的折射率差Dn2在-1×10-3到1×10-3之间。 
17.如权利要求1至4中任一项所述的光纤，其中所述埋入沟槽的折射率差Dn3在-13×10-3到-3×10-3之间。 
18.如权利要求1至4中任一项所述的光纤，其包括位于所述埋入沟槽和所述外部包层之间的第二中间包层，所述第二中间包层具有外半径r4和关于所述外部包层的折射率差Dn4。 
19.如权利要求18所述的光纤，其中所述中央纤芯基本上由纯硅石构成。 
20.如权利要求18所述的光纤，其中所述第二中间包层的折射率差Dn4在-9×10-3到-6×10-3之间。 
21.如权利要求18所述的光纤，其中所述中央纤芯的最大的折射率差Dn1与所述第二中间包层的折射率差Dn4之间的差Dn1-Dn4在6×10-3到9×10-3之间。 
22.如权利要求18所述的光纤，其中所述第一中间包层的折射率差Dn2与所述第二中间包层的折射率差Dn4之间的差Dn2-Dn4在-1×10-3到1×10-3之间。 
23.如权利要求18所述的光纤，其中所述埋入沟槽的折射率差Dn3与所述第二中间包层的折射率差Dn4之间的差Dn3-Dn4在-13×10-3到-3×10-3之间。 
24.如权利要求18所述的光纤，其中所述第二中间包层的外半径r4为41微米或者更小。
25.如权利要求18所述的光纤，其中所述第二中间包层的外半径r4为37微米或者更小。 
26.如权利要求18所述的光纤，其中，在波长1550nm处，光纤展示的衰减为0.190dB/km或者更小。 
27.如权利要求18所述的光纤，其中，在波长1550nm处，光纤展示的衰减为0.180dB/km或更小。 
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