CN102141649B - 具有较大有效面积的非零色散位移光纤 - Google Patents

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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，光纤典型地展示了大约0.5dB/100圈或者更小的弯曲损耗。在波长1550处，光纤的有效面积典型地大约为95μm2或者更大。

Description

具有较大有效面积的非零色散位移光纤
技术领域
本申请涉及光纤传输领域，尤其涉及一种展示了较低弯曲损耗和较大有效面积的非零色散位移光纤。
背景技术
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(22m-λcc)；(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/nm2·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/(nm2·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，光纤，光纤，或德雷卡通信技术公司(Draka Communications)的光纤。
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。
增加光纤的有效面积允许信号以更高的功率通过光纤被发送而不会在光纤中增加非线性影响。具有放大的有效面积的光纤允许在更长距离上的传输和/或增加传输系统的运营利润率。
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低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。其具有大约100μm2的有效面积。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和较大有效面积的三包层NZDSF。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放大的有效面积的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。NZDSF的例子之一具有大于100μm2的有效面积。然而，其中央纤芯的折射率太小且半径太大。并且，内部包层关于光学包层的折射率差为零。中央纤芯和内部包层的特性在大曲率半径(例如，大于25mm)处引起极大的弯曲损耗。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/100圈)的弯曲损耗。
因此，需要一种不会增加非线性影响而允许更高的传输功率、并同时与其他光纤保持合适的兼容性和对于大曲率半径展示出较低弯曲损耗的NZDSF。
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的折射率差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，光纤展示的弯曲损耗为低于0.5dB/100圈；和
其中在波长1550nm处，光纤的有效面积大约为95μm2或者更大。
在实施例中，所述光纤为单模光纤。
在实施例中，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和关于外部包层的负折射率差Dn3。
在另一个实施例中，在波长1550nm处，光纤的有效面积至少为大约95μm2。
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，光纤具有小于1650nm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1530nm(例如，小于1450nm)的22米电缆截止波长(22m-λcc)。
在另一个实施例中，在波长1550nm处，光纤拥有大约0.110ps/(nm2·km)或更小的色散斜率。
在另一个实施例中，在波长为1550nm处，光纤展示的色散在大约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，中央纤芯具有阶跃型折射率分布。
在另一个实施例中，本发明涉及一种非零色散位移单模光纤，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，光纤展示了低于0.5dB/100圈的弯曲损耗；
其中，在波长1550nm处，所述光纤展示的正色散为14ps/(nm·km)或者更小；和
其中在波长1550nm处，光纤的有效面积大约为95μm2或者更大。
在另一个实施例中，中央纤芯的外半径r1在大约1.0微米到2.5微米之间。
在另一个实施例中，光纤的内包层包括中间包层，该中间包层具有外半径r2且该中间包层的外半径r2与中央纤芯的外半径r1的比(即，比率r2∶r1)在5和9之间。
在另一个实施例中，光纤的内包层包括宽度w3在大约3微米到6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6.5×10-3到10.5×10-3之间。
在另一个实施例中，光纤的内包层包括中间包层，该中间包层关于外部包层的折射率差Dn2在大约1×10-3到2.5×10-3之间。
在另一个实施例中，光纤的内包层包括埋入沟槽，该埋入沟槽关于外部包层的折射率差Dn3在大约-15×10-3到-4×10-3之间。
在某一实施例中，光纤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。换句话说，本发明涉及一种非零色散位移单模光线，其包括：
具有外半径r1和关于外部包层的最大的折射率差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，光纤展示低于0.5dB/100圈的弯曲损耗；和
其中，在波长1550处，所述光纤的有效面积为大约95μm2或者更大。
在该实施例中，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Dh4。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，其具有的关于外部包层的折射率差Dn4在-10.5×10-3到-6.5×10-3之间。
在另一个实施例中，光纤的内包层包括具有的外半径r4在大约41微米或者更小的第二中间包层。
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6.5×10-3到10.5×10-3之间。
在另一个实施例中，光纤的内部包层包括第一中间包层，其具有的关于外部包层的折射率差Dn2在1×10-3到2.5×10-3之间。
在另一个实施例中，中央纤芯的内部包层包括具有关于外部包层的折射率差Dn3的埋入沟槽，和具有关于外部包层的折射率差Dn4的第二中间包层，并且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-15×10-3到-4×10-3之间。在另一个实施例中，在波长1550nm处，光纤展示了低于大约0.190dB/km(例如，0.180dB/km或者更小)的衰减。
以上示例性的简述以及本发明的其他目的和/或优点和同样在其中实现的方式将进一步通过以下描述并参考附图来解释。
附图说明
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。
具体实施例
在一方面，本发明包括非零色散位移光纤(NZDSF)，其展示了允许更高的单模传输功率而不会增加非线性影响，并同时与其他光纤保持合适的兼容性且展示出对大曲率半径的低弯曲损耗。最终，根据本发明的NZDSF典型地具有较大的有效面积，并且同时保持了光纤的其他特性(例如，色散值、截止波长和衰减)。本领域技术人员将能意识到单模传输典型地指基本传播模式LP01的传输。
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。在波长为1550nm处，本发明的光纤可以拥有小于大约14ps/(nm·km)(例如，在大约3ps/(nm·km)到14ps/(nm·km)之间)的色散。典型地，本发明的光纤拥有正色散。
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。
在波长1550nm处，光纤的有效面积典型地至少大约为95μm2。
例如，对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，光纤展示了低0.5dB/100圈的弯曲损耗。更典型地，例如，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(例如，0.05dB/100圈或者更小)的弯曲损耗。
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，制造的光纤典型地具有略微偏离它们的设定分布(即，理论折射率分布)的折射率分布。
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)使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：
Δ % ( r ) = 100 × ( 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可比较折射率值，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关于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：
Δ % = 100 × ( 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，其具有外半径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，其具有外部半径r3、宽度w3和关于所述外部包层的负折射率差Dn3。
中央纤芯的外半径r1典型地在1微米到2.5微米之间。中央纤芯的分布有利于降低色散。在中央纤芯的有限量的掺杂物也有利于控制来自瑞利分布的衰减损失。
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的比率(即，比率r2∶r1)在5到9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3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。光纤的例子可以包括具有大约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，通过过包层或套管方法)。硅石管和任何积层典型地是天然的或掺有杂质的硅石。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，vapor axial 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6.5×10-3到10.5×10-3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2.5×10-3之间。埋入沟槽具有的关于外部包层的折射率差Dn3在-15×10-3到-4×10-3之间。中央纤芯可以掺入杂质以将折射率提高到外部包层的折射率之上。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1一致，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和在大约1×10-3到2.5×10-3之间的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。
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，0.050dB/100圈或者更小)。在波长1550nm处，光纤的有效面积典型地至少为大约95μm2。
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，光纤的一个实例的中央纤芯具有的关于外部包层的最大折射率差Dn1大致为0(即，中央纤芯的折射率大约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基本等于0的折射率。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纤芯光纤(PSCF，pure silicacore fiber)。较低的芯掺杂和纯硅石纤芯有利于在波长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6.5×10-3到10.5×10-3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2.5×10-3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-15×10-3到-4×10-3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-10.5×10-3到-6.5×10-3之间。第二中间包层可以具有小于大约41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相关的制造成本。
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0.020dB/km(例如，0.010dB/km或更小)是可能的。
根据图2，另一个光纤的实例包括中央纤芯、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。第二中间包层具有外半径r4和小于中央纤芯的最大折射率差Dn1的关于外部包层的折射率差Dn4。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2.5×10-3之间。
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。在波长1550nm处，光纤的有效面积典型地至少为大约95μm2。
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。
本发明的光纤的实例展示了较低的弯曲损耗和拥有较大的有效面积。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，光纤展示了小于大约0.01dB/100圈或者更小(例如，大约0.005dB/100圈或者更小)的弯曲损耗。在1550nm波长处，光纤具有大约95μm2或者更大(例如，98μm2或更多)的有效面积。典型地，光纤的有效面积在波长1550处少于130μm2。因而，根据本发明的NZDSF典型地适应较大的曲率半径和允许更高的传输功率而不会增加非线性影响。
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0.110ps/(nm2·km)或者更小的色散斜率。
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，正如在围际电工委员会的小组86A在标准IEC60793-1-44中所定义的那样。IEC 60793-1-44标准在这里是作为整体被参考的。光纤典型地具有小于1650nm的22米电缆截止波长(22m-λcc)。更典型地，光纤具有小于1530nm(例如，小于1450nm)的22米电缆截止波长(22m-λcc)。
***
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应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值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
光纤例子1-std、2-std、3-std、4-std、5-std和6-std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。在该例子中，第二中间包层的外半径r4小于41微米，且第二中间包层的折射率差Dn4在-10.5×10-3到-6.5×10-3之间。
光纤例子1b-std、1c-std、1d-std和1e-std是根据以与光纤1-std进行比较的可比较的光纤。
表2提供了本发明的光纤和表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22米电缆截止波长(22m-λcc)。
表2
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。
另外，在1550nm波长处，本发明的光纤具有大于或等于95μm2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)0.110ps/(nm2·km)或者更低的色散斜率值。
本发明的光纤具有低于1650nm的22米电缆截止波长(22m-λcc)。事实上，光纤1-std、1-PSC、3-std、4-std、5-std和6-std具有低于1530nm的22米电缆截止波长(22m-λcc)。光纤1-std、3-std、4-std、5-std和6-std具有低于1450nm的22米电缆截止波长(22m-λcc)。
在波长1550nm处，光纤1-PSC显示了低于0.005dB/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)。
可比较的光纤1b-std、1c-std、1d-std和1e-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3.5，而光纤1-std的比率r2∶r1为7。因此，可比较光纤1b-std的有效面积减少到低于55μm2且对于在波长1550nm处的30mm的曲率半径，弯曲损耗增加到超过1dB/100圈。可比较光纤1b-std的色散D也高于光纤1-std实例的色散D。
可比较光纤1c-std不同于光纤1-std之处在于其第一中间包层的折射率差Dn2更小。事实上，在可比较光纤1c-std中，第一中间包层的折射率差Dn2为0.5×10-3，而在光纤1-std中，第一中间包层的折射率差Dn2为1.5×10-3。因而，可比较光纤1c-std的有效面积减少到低于80μm2，且对于在波长1625nm处的30mm的曲率半径，其弯曲损耗增加到大于10dB/100圈。
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被改变。特别地，可比较光纤1d-std的最大折射率差Dn1为5.5×10-3，而相对比之下，光纤1-std的最大折射率差Dn1为8.7×10-3。在可比较光纤1d-std中，中央纤芯的外半径r1增加到2.7微米。另外，在可比较光纤1d-std中，第一中间包层的折射率差Dn2为零，与在例子1-std中的1.5×10-3形成对比。因此，可比较光纤1d-std的有效面积被减少到低于80μm2，且对于在1625nm处的30mm的曲率半径，其弯曲损耗被增加到超过1dB/100圈。
可比较光纤1e-std不同于光纤1-std之处在于，其中：(i)中央纤芯的外半径r1增加到超过2.5微米；(ii)第一中间包层的折射率差Dn2为零；和(iii)埋入沟槽的宽度w3减小到低于3微米。色散斜率和22米电缆截止波长(22m-λcc)也被减小。弯曲损耗不会明显改变，因为中央纤芯的最大折射率差Dn1没有改变，且第一中间包层的折射率差Dn2被增加的中央纤芯的外半径补偿。不过，可比较光纤1e-std的有效面积减小到低于50μm2。
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)低于1450nm的22米电缆截止波长(22m-λcc)；和(ii)在波长1550nm处，模场直径在大约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被安装在许多传输系统中，并且与系统中的其他光纤表现出良好的兼容性。
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。光纤的增加的有效面积，而且其他光纤参数没有显著减小，使得增加光纤信号的传输功率而不会增加非线性影响成为可能。因而，传输线的信噪比可以被提高，其特别被陆地和海底的远距离光纤传输系统所需要。在弯曲损耗上的减少，特别对于大曲率半径也对更好的信号质量做出贡献。
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 (29)

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的折射率差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
所述中央纤芯的外半径r1在1.0微米到2.5微米之间，
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5到9之间，
所述埋入沟槽的宽度w3在3微米到6微米之间，
所述埋入沟槽的外半径r3小于19微米，
所述中央纤芯的最大的折射率差Dn1在6.5×10-3到10.5×10-3之间，
所述第一中间包层的折射率差Dn2在1×10-3到2.5×10-3之间，
所述埋入沟槽的折射率差Dn3在-15×10-3到-4×10-3之间，
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为低于0.5dB/100圈的；和
其中，在波长1550nm处，光纤的有效面积为95μm2或者更大。
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0.1dB/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0.05dB/100圈。
4.如权利要求1-3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。
5.如权利要求1-3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。
6.如权利要求1-3中任一项所述的光纤，其中所述光纤具有的22米电缆截止波长(22m-λcc)低于1650nm。
7.如权利要求1-3中任一项所述的光纤，其中所述光纤具有的22米电缆截止波长(22m-λcc)低于1530nm。
8.如权利要求1-3中任一项所述的光纤，其中所述光纤具有的22米电缆截止波长(22m-λcc)低于1450nm。
9.如权利要求1-3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1-3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1-3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0.110ps/(nm2·km)或者更小。
12.如权利要求1-3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1-3中任一项所述的光纤，其中，在波长1550nm处，光纤展示的衰减为0.190dB/km或者更小衰减。
14.如权利要求1-3中任一项所述的光纤，其中，在波长1550nm处，光纤展示的衰减为0.180dB/km或更小。
15.一种非零色散位移光纤，其包括：
具有外半径r1和关于外部包层的最大的折射率差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；
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；和
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
所述中央纤芯的外半径r1在1.0微米到2.5微米之间，
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5到9之间，
所述埋入沟槽的宽度w3在3微米到6微米之间，
所述埋入沟槽的外半径r3小于19微米，
所述第二中间包层的折射率差Dn4在-10.5×10-3到-6.5×10-3之间，
所述第二中间包层的外半径r4为41微米或者更小，
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6.5×10-3到10.5×10-3之间，
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2.5×10-3之间，
所述埋入沟槽折射率差Dn3与所述第二中间包层的折射率差Dn4之间的差Dn3-Dn4在-15×10-3到-4×10-3之间，
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为低于0.5dB/100圈的；和
其中，在波长1550nm处，光纤的有效面积为95μm2或者更大。
16.如权利要求15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。
17.如权利要求15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。
18.如权利要求15-17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。
19.如权利要求15-17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。
20.如权利要求15-17中任一项所述的光纤，其中所述光纤具有的22米电缆截止波长(22m-λcc)低于1650nm。
21.如权利要求15-17中任一项所述的光纤，其中所述光纤具有的22米电缆截止波长(22m-λcc)低于1530nm。
22.如权利要求15-17中任一项所述的光纤，其中所述光纤具有的22米电缆截止波长(22m-λcc)低于1450nm。
23.如权利要求15-17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。
24.如权利要求15-17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。
25.如权利要求15-17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0.110ps/(nm2·km)或者更小。
26.如权利要求15-17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。
27.如权利要求15所述的光纤，其中所述中央纤芯由纯硅石构成。
28.如权利要求15-17中任一项所述的光纤，其中，在波长1550nm处，光纤展示的衰减为0.190dB/km或者更小衰减。
29.如权利要求15-17中任一项所述的光纤，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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