CN102200610A - 适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，属于光通信技术，其折射率剖面自中心向外包括六个连续的具有不同折射率分布的结构层，其折射率分布随半径变化，从中心向外的分布依次为：Δ₁，|r|≤R₁；，R₁＜|r|≤R₂；Δ₃，R₂＜|r|≤R₃；Δ₄，R₃＜|r|≤R₄；Δ₅，R₄＜|r|≤R₅；0，R₅＜|r|≤R₆；其中，r为半径，R_i代表所在结构层的最大半径，i=1～6，Δ_i为第i层折射率的最大值对最外层折射率的增量,Δ(r)和Δ为第二层的r位置和折射率最小值以最大值为参考的相对折射率,α为分布因子，α＞0。其应用于大容量、超高速率、长距离传输系统时可以灵活部署光纤链路，能有效解决影响超高速通信的非线性问题，减少系统的色散管理成本，并且具有低的熔接损耗。

Description

适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤

技术领域

本发明属于光通信技术，涉及一种为大容量、超高速率、长距离传输系统而设计的非零色散位移单模光纤。该光纤具有大的模场分布（有效面积），增大的色度色散（正值或负值）和较低的色散斜率，低损耗，同时具有偏振模色散低和优异的抗弯曲性能，与光纤熔接时具有低熔接损耗等优点，应用于大容量、超高速率、长距离的密集波分复用DWDM系统传输时，大的有效面积和增大的色散值有利于减少非线性效应，低的色散斜率有利于对色散进行全面的管理，可灵活部署光纤链路，满足C+L与S+C+L波段的长距离的传输。

背景技术

随着光纤通信技术的发展，特别是光纤放大器和波分复用技术的成熟应用，制约光纤通信的已经不再是光纤的损耗。语音、数据、图像等IP业务的迅猛发展，迫切需求高速超大容量和更高性价比的光网络。从技术和经济上考虑，提高单信道传输速率与信道容量的密集波分复用（DWDM）技术是光传输领域发展的主流趋势。制约光纤传输容量和距离的主要因素有非线性效应、色散和光信噪比（光信噪比的英文简称为OSNR）。近年来，单波道40Gbit/s 的规模化商业部署和100Gbit/s的研究开发成为热点，对传输光纤的特性和发展提出新的需求。

在DWDM系统中，随着传输速率和容量的增加，波长间隔随之不断减少，各波长之间的光非线性效应（包括四波混频、自相位调制、交叉相位调制等）日益突出，限制了光信号传输的容量与距离。系统要求的光信噪比随着单信道速率提高而成正比增加，因此要求更高的光信号功率，这更加剧传输光纤的非线性效应。而由于波分复用信道波段的扩展，色散斜率造成长、短波长边缘信道的色散积累不平衡，如果这种色散积累不平衡得不到很好的补偿，会显著缩短系统的再生中继距离，高的色散斜率使得色散管理更加复杂，增加了系统色散补偿成本。如对于40Gbit/s系统，每个信道的带宽达到80GHz近0.8nm，色散斜率对每个信道内各频率分量的影响变得显著，要求接近100%的色散斜率补偿效率，对于现在成熟实用的补偿技术而言增加了难度，光纤的相对色散斜率（英文简称RDS）越大，实现完全补偿的难度越大，为此要求光纤的相对色散斜率尽量小，其最有效的方法是降低色散斜率，或增大色度色散。而迅猛发展中的100Gbit/s技术，对传输系统的要求更加苛刻，尽管许多新技术不断涌现，以抵抗色度色散、偏振模色散、非线性效应等传输损伤，提高信号的频谱效率，但是这些技术尚不成熟，系统的整体成本高。综合而言，超高速长距离通信对光纤的性能，尤其有效面积，色散，损耗等提出了新的要求，解决这些问题的有效途径之一就是不断创新光纤的设计制造技术，开发具有低非线性效应和色散优化的新光纤。

非零色散位移光纤（G.655和G.656光纤）是适用于DWDM传输技术而发展的光纤，不但适合40 Gbit/s传输系统，而且可进行新一代100 Gbit/s光网络的部署，具有广泛应用。在非零色散位移光纤产品规范中，国际电信联盟（ITU-T）制定了严格的G.655D/E和G.656标准。目前已经公布了一系列的相关类型光纤的设计和生产专利（申请）方案。适用于C+L波段的光纤，如98121639.0号中国发明专利申请（公开号为CN1220402A）公布的一种大有效面积非零色散位移光纤和制造方法，其典型色散斜率为0.09ps/（nm²·km），有效面积在80um²以上；如专利号为03125210.9、授权公告号为CN1219227C的中国发明专利公开的一种正色散的非零色散位移光纤，设计8个纤芯分层，1550nm色散斜率减小到0.085ps/（nm²·km），有效面积调整为70um²以上；如00806764.3号中国发明专利申请（公开号为CN1348548A）公布的中心凹陷纤芯结构的光纤，光纤有效面积约70um²，色散斜率为0.09-0.08ps/（nm²·km）；等等。其它光纤的设计和生产专利（申请）方案，US2002/0154876A1号美国专利申请公布的一种抛物线分布纤芯结构光纤，有效面积大于90 um²，但是1550nm的色散过大，为14-20 ps/（nm·km）；美国US6459839B1号专利公布的具有梯形和纤芯凹陷的大有效面积光纤，有效面积达100 um²以上，色散斜率为0.08；美国US6396987B1号专利公布的一种光纤，光纤芯层折射率采用梯形和中心下陷阶跃型的分布，其色散斜率小于0.07ps/（nm²·km），但有效面积达只到60um²；中国00802639.4号专利申请（公开号为CN1337010A）公布的一种阶跃型折射率分布光纤，色散斜率约0.09ps/（nm²·km），1550nm的色散在7－15 ps/（nm·km），有效面积达到60-150um²；中国03119080.4号专利申请（公开号为CN1450369A）公布的中芯下陷环形纤芯结构的光纤，光纤有效面积大于95 um²，色散斜率小于0.065ps/（nm²·km）；均可用于S+C+L波段，但是光纤的熔接附加损耗高。

现在大多数符合ITU-T规范的大有效面积G.655光纤中，色散斜率还是偏大，或者色散偏小，或者结构过于复杂，不利于系统色散管理与光纤部署，以及光纤生产工艺控制。对于宽工作波长的传输系统，色散斜率偏大的直接危害就是造成长、短波长边带波长的色散差异大，传输波长范围越宽，这种色散差异越大，色散补偿难度和成本越大，尤其40Gbit/s以及更高速率的传输系统，要求严格精确色散管理，其影响就成为很大的问题，在实际应用中需要更复杂的光纤链路设计与色散管理技术，增加了系统成本，不符合网络运营商的利益选择。因此，为了充分利用光纤的带宽资源、增大通信容量，并且适应新一代100 Gb/s技术的应用和光网络部署，在光纤波导结构设计上，应保持大有效面积特性的同时，增大色度色散并减小色散斜率，而且降低传输损耗。但是折射率随着波长变化而变化，色散对波长具有依赖性，有效面积和色散斜率相互制约，光纤设计因此变得困难，需要对各种特性平衡给予考虑。

在实际长距离光纤传输系统部署方案中，通常采用光纤混合链路结构，即将不同光纤特性的连接形成通信链路，以减少通信器件和成本。非零色散位移光纤比标准单模光纤折射率分布更复杂，将各种不同类型的光纤熔接在一起时，因为彼此的模长直径和光纤几何参数等差异，往往导致反射增大，附加损耗增加，链路越长接点越多，累积的负效应越大，严重的可能造成不可接受的误码率。因此光纤的熔接特性是不容忽视的问题，需要考虑措施改善光纤的熔接性能，降低熔接损耗对传输系统的有害作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，即具有大的有效面积、增大的色散（包括正值和负值）和较低的色散斜率，从而能有效解决影响高速通信的非线性问题和偏振模色散问题，减少系统的色散管理成本，而且光纤的特性符合国际电信联盟（ITU-T）的多个产品规范，具有低的熔接损耗，以便按照不同的传输系统的需要（如传输容量、速率、距离），灵活设计光纤链路。

为达到上述目的，本发明的适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其折射率剖面自中心向外包括六个连续的具有不同折射率分布的结构层，其特征是所述六个结构层的折射率分布随半径变化，从中心向外的分布依次为：

Δ₁，|r|≤R₁；

，R₁＜|r|≤R₂；

Δ₃，R₂＜|r|≤R₃；

Δ₄，R₃＜|r|≤R₄；

Δ₅，R₄＜|r|≤R₅；

0，           R₅＜|r|≤R₆；

其中，r为半径，R _i 代表所在结构层的最大半径，R₁＜R₂＜R₃＜R₄＜R₅＜R₆，Δ_i为第i层折射率的最大值对最外层折射率的最大值作为参考折射率的折射率增量,Δ(r) 为第二层的半径r位置的折射率以第二层的折射率最大值为参考的相对折射率，Δ为第二层折射率的最小值以第二层折射率的最大值为参考的相对折射率，α为折射率分布因子，α＞0；i=1～6。

作为优选技术措施，所述六个结构层的波导结构参数可以为：

0.39%≤Δ₁≤0.65%，    1.4um≤R ₁ ≤3.6um；

0.20%≤Δ₂≤0.40%，    3.1um≤R ₂ ≤4.5um；

0.20%≤Δ≤0.55%，0.8≤α≤30；

-0.5%≤Δ₃≤-0.1%，   4.5um≤R ₃ ≤7.8um；

0.15%≤Δ₄≤0.35%，   7.5um≤R ₄ ≤9.5um；

-0.3%≤Δ₅≤0，       9.0um≤R ₅ ≤15um；

Δ₆=0                 R ₆ =62.5um；

其中，Δ_i=(n_i ²-n₆ ²)/2n_i  ²，n_i为第i层的折射率的最大值，n₆为最外层的折射率的最大值；从R₁到R₂为第二芯层；，n_2m 为第二层折射率的最小值，n₂为第二层折射率的最大值。

作为优选技术措施，所述六个结构层的波导结构参数可以为：

Δ₁=0.58%，                |r|≤1.85 um；

Δ₂=0.18%         1.85 um＜|r|≤3.85 um；

Δ=0.22%，α=1.3；

Δ₃=-0.13%，      3.85 um＜|r|≤5.75 um；

Δ₄=0.18%，       5.75 um＜|r|≤8.35 um；

Δ₅=-0.03%        8.35 um＜|r|≤9.35 um；

Δ₆=0             9.35 um＜|r|≤62.5 um；

1550nm色散斜率为0.083 ps/（nm²·km）；

零色散波长为1613.1 nm；

有效面积为72.1 um²；

1550nm的色散为-6.26 ps/（nm·km）；

1550nm的模场直径为9.67 um；

相对色散斜率为-0.0133 nm^-1；

1550的损耗≤0.21 dB/km。

作为优选技术措施，所述六个结构层的波导结构参数可以为：

Δ₁=0.40%，              |r|≤3.5um；

Δ₂=0.35%，       3.5um＜|r|≤4.1um；

Δ=0.49%，α=1.1；

Δ₃=-0.48%，      4.1um＜|r|≤5.7um；

Δ₄=0.34%，       5.7um＜|r|≤8.3um；

Δ₅=-0.17%        8.3um＜|r|≤9.3um；

Δ₆=0             9.3um＜|r|≤62.5um；

1550nm色散斜率为0.05 ps/（nm²·km）；

零色散波长为1434 nm；

有效面积为72 um²；

1550nm的色散为5.68 ps/（nm·km）；

1550nm的模场直径为9.60 um；

相对色散斜率为0.0088 nm^-1；

1550的损耗≤0.21 dB/km。

作为优选技术措施，所述六个结构层的波导结构参数可以为：

Δ₁=0.42%，                |r|≤2.7um；

Δ₂=0.38%，         2.7um＜|r|≤3.9um；

Δ=0.50%，α=1.4；

Δ₃=-0.17%，       3.9 um＜|r|≤5.5um；

Δ₄=0.21%，        5.5 um＜|r|≤8.1um；

Δ₅=-0.20%         8.1 um＜|r|≤9.1um；

Δ₆=0              9.1 um＜|r|≤62.5um；

1550nm色散斜率为0.0667 ps/（nm²·km）；

零色散波长为1430 nm；

有效面积为72 um²；

1550nm的色散为7.81 ps/（nm·km）；

1550nm的模场直径为9.59 um；

相对色散斜率为0.00853 nm^-1；

1550的损耗≤0.21 dB/km。

作为优选技术措施，所述六个结构层的波导结构参数可以为：

Δ₁=0.42%，              |r|≤3.0um；

Δ₂=0.07%，       3.0um＜|r|≤3.9um；

Δ=0.228%，α=20；

Δ₃=-0.17%，      3.9um＜|r|≤5.5um；

Δ₄=0.21%，       5.5um＜|r|≤8.1um；

Δ₅=-0.20%        8.1um＜|r|≤9.1um；

Δ₆=0，           9.1um＜|r|≤62.5um；

1550nm色散斜率为0.0675ps/（nm²·km）；

零色散波长为1442nm；

有效面积为72 um²；

1550nm的色散为7.19 ps/（nm·km）；

1550nm的模场直径为9.62 um；

相对色散斜率为0.00939 nm^-1；

1550的损耗≤0.21 dB/km。

在所述的六个结构层中分别掺入锗、氟、磷三种元素的至少一种，用以调节光纤预制件的折射率分布，且使材料的粘度和应力匹配，减少光纤中残余应力，平衡应力分布，降低光纤的偏振模色散。

本发明通过对光纤折射率分布的精确调整，尤其第二芯层折射率为Δ(r)函数分布，可以得到需要的模场分布（有效面积）与色散特性，即增大的色散值（正、负）、降低的色散斜率，提高光纤抑制非线性效应的特性，减少系统的色散管理成本，并具有较低的损耗、偏振模色散、优异的弯曲性能和熔接性能，可按照不同通信网络的需要灵活设计光纤链路，方便系统的部署。因此本发明的光纤特别的具有如下特征：

首先，负色散光纤

1550 nm色散为-6.26 ps/（nm·km）；

1550 nm色散斜率0.083 ps/（nm²·km）；

零色散波长1613.1 nm；

有效面积为72.1 um²。

其次，正色散光纤：

1550 nm色散为5.68～7.81 ps/（nm·km）；

1550 nm 色散斜率为0.05～0.0675 ps/（nm²·km）；

零色散波长≤1442 nm；

有效面积为72 um²；

1550 nm损耗≤0.21 dB/km。

按照光纤弯曲性能测量方法，在φ60 mm芯轴绕100圈的测试中，弯曲引起的附加损耗在1550 nm和1625 nm处均小于0.05 dB。光纤的偏振模色散值≤0.06ps/

。

本发明的光纤芯层可采用但不限于MCVD、PCVD或OVD等工艺制作而成，以实现规定的光纤波导结构设计。

本发明的有益效果是：

1、同以往的大有效面积非零色散位移单模波导结构相比，本发明的波导结构在规定的数值区间内具有增大的色散值（包括正的和负的），降低的色散斜率和传输损耗，并且结合MCVD、PCVD、OVD等工艺对折射率分布的精确控制能力，结构可以容易获得，容易进行生产和质量控制，可高效率地得到所设计的光纤性能。

2、本发明的光纤具有大的模场分布，色散的绝对值增大，而色散斜率较低，提高光纤抑制非线性效应的特性，降低系统色散管理的成本。

3、本发明的光纤波导设计，通过参数的调整，可以达到正色散和负色散的光纤。正色散光纤可以分别同时满足国际电信联盟（ITU-T）的G655D 和G.656，或者G655E和G.656光纤标准。负色散光纤可以应用于海底通信网络。本发明的光纤性能优异，适应C+L和S+C+L波段DWDM的超高速长距离传输需要，系统设计灵活，光纤链路部署方便。

4、本发明在波导设计的同时，兼顾光纤材料的组成设计：低的折射率减少了锗掺杂的浓度，降低瑞利散射损耗；对材料的粘度和应力进行优化匹配，改善应力分布，光纤的PMD性能得到改善。在本发明中通过对预制棒包层掺杂成分的适当选取，达到优化内部应力分布，使光纤PMD性能稳定。

5、本发明的光纤与其它非零色散位移光纤熔接具有低的熔接损耗，熔接性能极好。

附图说明

图1是本发明光纤的具有代表性的折射率n对半径r的分布曲线示意图。

图2是本发明实施例1所述光纤的折射率n对半径r的分布曲线示意图。

图3是本发明实施例2所述光纤的折射率n对半径r的分布曲线示意图。

图4是本发明实施例3所述光纤的折射率n对半径r的分布曲线示意图。

图5是本发明实施例4所述光纤的折射率n对半径r的分布曲线示意图。

图6是本发明实施例1光纤的色散曲线图。

图7是本发明实施例2光纤与国际标准的色散曲线图。

图8是本发明实施例3光纤与国际标准的色散曲线图。

图9是本发明实施例4光纤与国际标准的色散曲线图。

图10是实施例1光纤应用示例图。

图11是实施例1光纤应用示例的色散积累比较图。

图12是实施例1光纤应用示例中1530-1565 nm的色散差曲线。

图13是实施例1光纤应用示例的有效面积对比图。

图1-5中，横坐标r为半径，单位um；纵坐标n为折射率，数字1-6代表六个结构层；Δ_i为第i层折射率的最大值对最外层折射率n₆的增量；n₂代表第二层折射率的最大值，n_2m 代表第二层折射率的最小值，Δ为折射率n_2m以n₂为参考的相对折射率；R_i代表各层的半径最大值；i=1～6。

图6-9中，横坐标W为波长，单位为nm，纵坐标D为色散，单位为ps/（nm·km），D、Dm、Dw分别代表光纤色散（总）、材料色散和波导色散。图7、 8、9中，655D、655E、656分别代表国际电信联盟（ITU-T）的G655D、655E、G.656光纤标准的色散边界线，S、C、L代表工作波长为S、C、L波段。

图10中，1#代表实施例1所述光纤；LA代表常规负色散的大有效面积非零色散位移光纤，其有效面积A_eff为72 um²，1550 nm的色散D为-4 ps/（nm·km），色散斜率为0.12 ps/（nm²·km）；LS代表低色散斜率的负色散非零色散位移光纤，其有效面积A_eff为50 um²，色散D为-3 ps/（nm·km），色散斜率为0.05 ps/（nm²·km）。L1，L2代表跨段连接光纤的长度。EDFA1，EDFA2代表跨段两端所使用的掺铒光纤放大器。①、②、③、④代表四种不同的光纤跨段结构，其中①代表代表常规跨段，长度比LA：LS=1：1；②代表全部为实施例1所述光纤，即1#光纤（100%）；③代表实施例1所述光纤与LS的长度比为1#：LS=1：1，④实施例1所述光纤与LS的长度比为1#：LS=1：3。

图11，12中，横坐标L为光纤长度，单位为公里，纵坐标AD为累积的色散值，单位为ps/（nm·km）。图11中，1530，1550，1565代表工作波长，单位nm，箭头线代表所积累的色散值。序号代表图10中的跨段示例。

图13中，横坐标L为光纤长度，单位为公里，纵坐标A_eff为有效面积，单位um²，序号代表图10中的跨段示例。

图11-13中的①、②、③、④代表图10中所示四种不同的光纤跨段结构。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。

本发明的适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其折射率剖面自中心向外包括六个连续的具有不同折射率分布的结构层，依次为内芯层（第1层）、外芯层（第2层）、内包层、环包层、凹陷包层和外包层，外包层为纯二氧化硅玻璃层，所述内芯层（第1层）、外芯层（第2层）构成芯层，所述内包层、环包层、凹陷包层和外包层构成包层。内芯层（第1层）和外芯层（第2层）具有不同的折射率，外芯层的折射率为函数分布，外包层为纯二氧化硅玻璃层。

如图1所示，所述内芯层（第1层）、外芯层（第2层）、内包层（第3层）、环包层（第4层）、凹陷包层（第5层）和外包层（第6层）的折射率分布随半径变化，从中心向外的分布依次为：

Δ₁，|r|≤R₁；

，R₁＜|r|≤R₂；

Δ₃，R₂＜|r|≤R₃；

Δ₄，R₃＜|r|≤R₄；

Δ₅，R₄＜|r|≤R₅；

Δ₆=0，R₅＜|r|≤R₆；其中

r为半径，

R _i 代表所在结构层的最大半径，R₁＜R₂＜R₃＜R₄＜R₅＜R₆，

Δ_i为第i层折射率的最大值对最外层折射率的最大值作为参考折射率的折射率增量；

Δ(r) 为第二层的半径r位置的折射率以第二层的折射率最大值为参考的相对折射率，Δ为第二层折射率的最小值以第二层折射率的最大值为参考的相对折射率；α为折射率分布因子，α＞0；i=1～6。

进一步的，六个结构层的波导结构参数可以为：

0.39%≤Δ₁≤0.65%，    1.4um≤R ₁ ≤3.6um；

0.20%≤Δ₂≤0.40%，    3.1um≤R ₂ ≤4.5um；

0.20%≤Δ≤0.55%，0.8≤α≤30；

-0.5%≤Δ₃≤-0.1%，   4.5um≤R ₃ ≤7.8um；

0.15%≤Δ₄≤0.35%，   7.5um≤R ₄ ≤9.5um；

-0.3%≤Δ₅≤0，       9.0um≤R ₅ ≤15um；

Δ₆=0                 R ₆ =62.5um；

其中，Δ_i=(n_i ²-n₆ ²)/2n_i  ²，n_i为第i层的折射率的最大值，n₆为最外层的折射率的最大值；从R₁到R₂为第二芯层；，n_2m 为第二层折射率的最小值，n₂为第二层折射率的最大值。

以下通过几个具体实施例对其作详细说明。

实施例1：

如图2所示是本发明的一种光纤波导折射率分布曲线，数字序号1-6代表六个结构层。下述为一组折射率增量，相对折射率，半径的参数：

第1层的参数为：Δ₁=0.58%，                   |r|≤1.85 um；

第2层的参数为：Δ₂=0.18%，          1.85 um＜|r|≤3.85 um；

Δ=0.22%，α=1.3；

第3层的参数为：Δ₃=-0.13%，         3.85 um＜|r|≤5.75 um；

第4层的参数为：Δ₄=0.18%，          5.75 um＜|r|≤8.35 um；

第5层的参数为：Δ₅=-0.03%，         8.35 um＜|r|≤9.35 um；

第6层的参数为：Δ₆=0                9.35 um＜|r|≤62.5 um；

所得光纤的特性如下：

1550nm 色散斜率为0.083 ps/（nm²·km）；

零色散波长为1613.1 nm；

有效面积为72.1um²；

1550nm的色散为-6.26 ps/（nm·km）；

1550nm的模场直径为9.67 um；

相对色散斜率为-0.0133 nm^-1；

1550的损耗≤0.21 dB/km。

宏弯φ60 mm绕100圈，在1550 nm和1625 nm的附加损耗的最大值：0.03 dB。

图6是实施例1所述光纤的色散曲线图，所述光纤特性在1550 nm的色散为-6.26 ps/（nm·km），零色散波长为1613.1 nm，1550 nm色散斜率为0.083 ps/（nm²·km），其有效面积为72.1 um²。常规负色散的大有效面积非零色散位移光纤1550 nm的色散为-4 ps/（nm·km），色散斜率为0.12 ps/（nm²·km），有效面积为72 um²。与其相比，实施例1所述光纤色散值增大，色散斜率降低，A_eff ×D值增大，说明提高了抑制非线性效应的特性。而且衰减和弯曲性能优异，不同批次光纤自身的熔接损耗小于0.03 dB，与其它同类光纤的熔接损耗小于0.05 dB。光纤特性能适用于C+L波段的超高速长距离DWDM系统传输，可部署于海底光通信网络。

图10-13是本发明实施例1所述光纤部署在海底的示例分析，采用混合光纤连接，跨段距离50公里。

图10是实施例1所述光纤应用的示例图。EDFA1和EDFA2代表掺铒光纤放大器，在EDFA1和EDFA1之间为混合光纤链路，一般由大有效面积光纤和低色散斜率光纤组成， L1，L2代表光纤长度。按照常规混合光纤跨段的构造方法，如①，LA部署在EDFA1之后，因为信号功率高，有利于降低光功率密度与减小非线性效应，LS光纤部署在LA光纤之后，因为其有效面积相对小，而光信号功率也因光纤的损耗已减弱。示例②为实施例1所述光纤单独应用的情况，1#为100%。示例③和④采用实施例1所述光纤1#代替LA的两种情况，③中1#：LS=1：1，④1#：LS=1：3。

图11是实施例1光纤应用示例的色散积累比较图。图12是实施例1光纤应用示例中1530-1565 nm的色散差曲线。图13是实施例1光纤应用示例的有效面积对比图。

示例①为长度比LA：LS=1：1的情况，平均色散斜率可由LA的0.12 ps/（nm²·km），减小至0.085 ps/（nm²·km），平均有效面积为61 um²（中等）。从图11中箭头线段可以看出，示例①和示例②在1530-1565 nm的色散积累相当，示例④的色散累积最小。从图12中可以看出，示例①和示例②的曲线在链路末端相交，说明1530-1565 nm波段色散偏差相当，平均色散斜率相当，而示例④的波段色散偏差较小，平均色散斜率较小。从图13可以看出，链路的平均有效面积从示例①的61 um²增大为示例②的72 um²。示例③的有效面积与示例①相等（61 um²），从图12可以看出，示例③波段色散偏差明显减小，平均色散斜率减小为0.0665 ps/（nm²·km）。若进一步优化实施例1所述光纤与LS光纤的长度比例，链路的平均色散斜率可进一步减小，而有效面积扩大，如示例④，链路的平均色散斜率进一步减小为0.0583 ps/（nm²·km），平均有效面积扩大到55 um²（与单独使用LS相比）。从本发明实施例1所述光纤的示例与常规示例①对比分析可以看出，非线性效应和色散斜率都可以明显减小。由于明显降低了色散斜率，增大负的色散值，并保持大的有效面积，将使得超长的海底传输系统的设计更加灵活容易，本发明实施例1所述光纤具有较好的应用前景。

实施例2：

按照图3所示的光纤波导折射率分布曲线，数字序号1-6代表六个结构层，下述为一组折射率增量，相对折射率，半径的参数：

第1层的参数为：Δ₁=0.40%，           |r|≤3.5 um；

第2层的参数为：Δ₂=0.35%，   3.5 um＜|r|≤4.1 um；

Δ=0.49%，α=1.1；

第3层的参数为：Δ₃=-0.48%，  4.1 um＜|r|≤5.7 um；

第4层的参数为：Δ₄=0.34%，   5.7 um＜|r|≤8.3 um；

第5层的参数为：Δ₅=-0.17%    8.3 um＜|r|≤9.3 um；

第6层的参数为：Δ₆=0         9.3 um＜|r|≤62.5 um；

所得光纤的特性如下：

1550nm 色散斜率为0.05 ps/（nm²·km）；

零色散波长为1434 nm；

有效面积为72 um²；

1550nm的色散为5.68 ps/（nm·km）；

1550nm的模场直径为9.60um；

相对色散斜率为0.0088 nm^-1；

1550的损耗≤0.21 dB/km。

在1460nm到1625nm范围内的衰减都小于0.35dB/km。宏弯φ60 mm绕100圈，在1550 nm和1625 nm的附加损耗的最大值：0.04 dB。

图7是本发明实施例2光纤与国际标准的色散曲线。D、Dm、Dw分别代表光纤色散（总）、材料色散和波导色散。655D和656为国际电信联盟（ITU-T）的G655D 和G.656光纤标准的色散边界线，S、C、L代表工作波长S、C、L波段。实施例2所述光纤在1550nm的色散为5.68 ps/（nm·km），色散斜率小于0.05 ps/（nm²·km），有效面积72um²，零色散波长为1434 nm，色散特性同时满足G655D 和G.656光纤标准，可以同时工作在S+C+L波段。有关这一光纤特性的报道很少。常规的大有效面积非零色散位移光纤1550 nm的色散为4 ps/（nm·km），色散斜率为0.080 ps/（nm²·km），有效面积为72 um²。与其相比，本发明实施例2光纤色散值增大，色散斜率降低，A_eff ×D值增大，说明提高了抑制非线性效应的特性。其衰减和弯曲性能优异，不同批次光纤自身的熔接损耗小于0.03 dB，与其它同类光纤的熔接损耗小于0.05 dB。光纤特性能适用于S+C+L波段的超高速长距离DWDM系统传输需要。

实施例3：

按照图4所示的光纤波导折射率分布曲线，数字序号1-6代表六个结构层，下述为一组折射率增量，相对折射率，半径的参数：

第1层的参数为：Δ₁=0.42%，          |r|≤2.7 um；

第2层的参数为：Δ₂=0.38%，  2.7 um＜|r|≤3.9 um；

Δ=0.50%，α=1.4；

第3层的参数为：Δ₃=-0.17%，  3.9 um＜|r|≤5.5 um；

第4层的参数为：Δ₄=0.21%，   5.5 um＜|r|≤8.1 um；

第5层的参数为：Δ₅=-0.20%    8.1 um＜|r|≤9.1 um；

第6层的参数为：Δ₆=0         9.1 um＜|r|≤62.5 um；

所得光纤的特性如下：

1550nm 色散斜率为0.0667 ps/（nm²·km）；

零色散波长为1430 nm；

有效面积为72 um²；

1550nm的色散为7.81 ps/（nm·km）；

1550nm的模场直径为9.59 um；

相对色散斜率为0.00853 nm^-1；

1550的损耗≤0.21 dB/km。

在1460nm到1625nm范围内的衰减都小于0.35dB/km。宏弯φ60 mm绕100圈，在1550 nm和1625 nm的附加损耗的最大值：0.05 dB。

图8是本发明实施例3光纤与国际标准的色散曲线。D、Dm、Dw分别代表光纤色散（总）、材料色散和波导色散。655E和656为国际电信联盟（ITU-T）的G655E 和G.656光纤标准的色散边界线，S、C、L代表工作波长S、C、L波段。实施例3所述光纤在1550 nm的色散为7.81 ps/（nm·km），色散斜率小于0.0667 ps/（nm²·km），有效面积72 um²，零色散波长为1430 nm，色散特性同时满足国际电信联盟（ITU-T）的G655E 和G.656光纤标准，可以同时工作在S+C+L波段。有关这一光纤特性的报道同样很少。常规的大有效面积非零色散位移光纤1550 nm的色散为4 ps/（nm·km），色散斜率为0.080 ps/（nm²·km），有效面积为72 um²。与其相比，本发明实施例3光纤色散值增大，色散斜率降低，A_eff ×D值增大，说明提高了抑制非线性效应的特性。加上衰减和弯曲性能优异，不同批次光纤自身的熔接损耗小于0.03 dB，与其它同类光纤的熔接损耗小于0.05 dB，所以光纤特性能适用于S+C+L波段的超高速长距离DWDM系统传输需要。

实施例4：

按照图5所示的光纤波导折射率分布曲线，数字序号1-6代表六个结构层，下述为一组折射率增量，相对折射率，半径的参数：

第1层的参数为：Δ₁=0.42%，           |r|≤3.0 um；

第2层的参数为：Δ₂=0.07%，   3.0 um＜|r|≤3.9 um；

Δ=0.228%，α=20；

第3层的参数为：Δ₃=-0.17%，  3.9 um＜|r|≤5.5 um；

第4层的参数为：Δ₄=0.21%，   5.5 um＜|r|≤8.1 um；

第5层的参数为：Δ₅=-0.20%，  8.1 um＜|r|≤9.1 um；

第6层的参数为：Δ₆=0，       9.1 um＜|r|≤62.5 um；

所得光纤的特性如下：

1550nm 色散斜率为0.0675 ps/（nm²·km）；

零色散波长为1442 nm；

有效面积为72 um²；

1550nm的色散为7.19 ps/（nm·km）；

1550nm的模场直径为9.62 um；

相对色散斜率为0.00939 nm^-1

1550的损耗≤0.21 dB/km。

在1460nm到1625nm范围内的衰减都小于0.35dB/km。宏弯φ60 mm绕100圈，在1550 nm和1625 nm的附加损耗的最大值：0.05 dB。

图9是本发明实施例4光纤与国际标准的色散曲线。D、Dm、Dw分别代表光纤色散（总）、材料色散和波导色散。655E和656为国际电信联盟（ITU-T）的G655E 和G.656光纤标准的色散边界线，S、C、L代表工作波长S、C、L波段。所述光纤特性在1550 nm的色散为7.19 ps/（nm·km），零色散波长为1442 nm，1550 nm色散斜率为0.0675 ps/（nm²·km），其有效面积为72 um²。色散特性同时满足国际电信联盟（ITU-T）的G655E 和G.656光纤标准，可以同时工作在S+C+L波段。有关这一光纤特性的报道同样很少。常规的大有效面积非零色散位移光纤1550 nm的色散为4 ps/（nm·km），色散斜率为0.080 ps/（nm²·km），有效面积为72 um²。与其相比，本发明实施例4光纤色散值增大，色散斜率降低，A_eff ×D值增大，说明提高了抑制非线性效应的特性。而且衰减和弯曲性能优异，不同批次光纤自身的熔接损耗小于0.03 dB，与其它同类光纤的熔接损耗小于0.05 Db,所以光纤特性能适用于S+C+L波段的超高速长距离DWDM系统传输需要。

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本发明中一些术语的定义：

折射率增量Δ_i由以下方程式定义：

折射率增量Δ_i = (n_i ²-n₆ ²)/2n_i  ²         (1)

其中n_i为第i层的光纤折射率的最大值，n₆为最外包层（纯二氧化硅玻璃部分）的折射率，在本申请中它作为计算折射率增量的参考折射率。

折射率分布的定义是指在光纤的选定部分上折射率n_i与其相对光纤中心位置半径r的关系。在本申请中以相对折射率来表征，Δ(τ)代表折射率n(τ)以折射率n为参考的相对折射率，由以下方程式定义：

在本申请中，Δ(r) 代表第二层中位置r的光纤折射率n(r) 以折射率最大值n₂为参考的相对折射率,计算公式：

在本申请中，Δ代表第二层中折射率最小值n_2m以最大值n₂为参考的相对折射率,计算公式：

折射率按n(r)分布，在本申请中Δ(r)满足公式：

 ，R₁＜|r|≤R₂，

其中，r为半径，R₁、R₂代表所在层的最大半径，α为折射率分布因子，α>0。

总色散（Dispersion, D）定义为光纤材料色散(Dm)和波导色散(Dw)的代数和，在光纤通信技术领域，光纤的色散就是指总色散，其单位为ps/（nm·km）。

色散斜率表示色散对波长的相关性，由于折射率随着波长变化而发生变化，光纤色散数值也随着波长变化而变化，色散斜率表示这种变化性，它是以波长为横座标，色散值为纵座标所描绘曲线的斜率，其单位为ps/（nm²·km）。

Ds = dD/dλ

在波分复用系统中，如果传输链路的色散斜率大，则各波长之间的色散值的差值变大，将降低系统的传输性能或增加色散补偿的成本。

相对色散斜率为色散斜率与色散的比值，其单位为 nm^-1。

有效面积A_eff = 2π（∫E²rdr）²/(∫E⁴rdr)       （2）

式中积分限为0到∞，E为与传播有关的电场。

有效面积与色散值的乘积: A_eff ×D, 反映抑制非线性效应的特性，其值增大表明光纤抑制非线性效应的能力提高。

DWDM是密集波分复用系统的缩写。

PMD是光纤偏振模色散的缩写。

光纤的抗弯曲性能是指在规定测试条件下的附加损耗。测试过程是，在正常条件下测试光纤的损耗，再按照标准要求将光纤绕在芯轴上，测量损耗值，两种测量的差值即为弯曲导致的附加弯曲损耗。其规定的标准测试条件包括在直径75mm的芯轴上绕100圈等。通常，弯曲导致的最大许可损耗以1310nm和1550nm的附件弯曲损耗为准，单位为dB。本申请中采用芯轴60mm绕100圈的条件测量1550nm和1625nm波长的附加损耗，且取最大值作为测量结果。

熔接损耗是用OTDR在1550nm处双向测量取平均值。

Claims (6)

1.适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其折射率剖面自中心向外包括六个连续的具有不同折射率分布的结构层，其特征是所述六个结构层的折射率分布随半径变化，从中心向外的分布依次为：

Δ₁，|r|≤R₁；

，R₁＜|r|≤R₂；

Δ₃，R₂＜|r|≤R₃；

Δ₄，R₃＜|r|≤R₄；

Δ₅，R₄＜|r|≤R₅；

0，R₅＜|r|≤R₆；

其中：r为半径，R_i代表所在结构层的最大半径，R₁＜R₂＜R₃＜R₄＜R₅＜R₆；Δ_i为第i层折射率的最大值对最外层折射率的最大值作为参考折射率的折射率增量,Δ(r) 为第二层的半径r位置的折射率以第二层的折射率最大值为参考的相对折射率，Δ为第二层折射率的最小值以第二层折射率的最大值为参考的相对折射率,α为折射率分布因子，α＞0；i=1～6。

2.根据权利要求1所述的适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其特征是所述六个结构层的波导结构参数为：

0.39%≤Δ₁≤0.65%，    1.4um≤R ₁ ≤3.6um；

0.20%≤Δ₂≤0.40%，    3.1um≤R ₂ ≤4.5um；

0.20%≤Δ≤0.55%，0.8≤α≤30；

-0.5%≤Δ₃≤-0.1%，   4.5um≤R ₃ ≤7.8um；

0.15%≤Δ₄≤0.35%，   7.5um≤R ₄ ≤9.5um；

-0.3%≤Δ₅≤0，       9.0um≤R ₅ ≤15um；

Δ₆=0                 R ₆ =62.5um；

其中，Δ_i=(n_i ²-n₆ ²)/2n_i  ²，n_i为第i层的折射率的最大值，n₆为最外层的折射率的最大值；从R₁到R₂为第二芯层；

，n_2m 为第二层折射率的最小值，n₂为第二层折射率的最大值。

3.根据权利要求1或2所述的适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其特征是所述六个结构层的波导结构参数为：

Δ₁=0.58%，                |r|≤1.85 um；

Δ₂=0.18%         1.85 um＜|r|≤3.85 um；

Δ=0.22%，α=1.3；

Δ₃=-0.13%，      3.85 um＜|r|≤5.75 um；

Δ₄=0.18%，       5.75 um＜|r|≤8.35 um；

Δ₅=-0.03%        8.35 um＜|r|≤9.35 um；

Δ₆=0             9.35 um＜|r|≤62.5 um；

1550nm色散斜率为0.083 ps/（nm²·km）；

零色散波长为1613.1 nm；

有效面积为72.1 um²；

1550nm的色散为-6.26 ps/（nm·km）；

1550nm的模场直径为9.67 um；

相对色散斜率为-0.0133 nm^-1；

1550的损耗≤0.21 dB/km。

4.根据权利要求1或2所述的适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其特征是所述六个结构层的波导结构参数为：

Δ₁=0.40%，              |r|≤3.5um；

Δ₂=0.35%，       3.5um＜|r|≤4.1um；

Δ=0.49%，α=1.1；

Δ₃=-0.48%，      4.1um＜|r|≤5.7um；

Δ₄=0.34%，       5.7um＜|r|≤8.3um；

Δ₅=-0.17%        8.3um＜|r|≤9.3um；

Δ₆=0             9.3um＜|r|≤62.5um；

1550nm色散斜率为0.05 ps/（nm²·km）；

零色散波长为1434 nm；

有效面积为72 um²；

1550nm的色散为5.68 ps/（nm·km）；

1550nm的模场直径为9.60 um；

相对色散斜率为0.0088 nm^-1；

1550的损耗≤0.21 dB/km。

5.根据权利要求1或2所述的适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其特征是所述六个结构层的波导结构参数为：

Δ₁=0.42%，                |r|≤2.7um；

Δ₂=0.38%，         2.7um＜|r|≤3.9um；

Δ=0.50%，α=1.4；

Δ₃=-0.17%，       3.9 um＜|r|≤5.5um；

Δ₄=0.21%，        5.5 um＜|r|≤8.1um；

Δ₅=-0.20%         8.1 um＜|r|≤9.1um；

Δ₆=0              9.1 um＜|r|≤62.5um；

1550nm色散斜率为0.0667 ps/（nm²·km）；

零色散波长为1430 nm；

有效面积为72 um²；

1550nm的色散为7.81 ps/（nm·km）；

1550nm的模场直径为9.59 um；

相对色散斜率为0.00853 nm^-1；

1550的损耗≤0.21 dB/km。

6.根据权利要求1或2所述的适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其特征是所述六个结构层的波导结构参数为：

Δ₁=0.42%，               |r|≤3.0um；

Δ₂=0.07%，        3.0um＜|r|≤3.9um；

Δ=0.228%，α=20；

Δ₃=-0.17%，       3.9um＜|r|≤5.5um；

Δ₄=0.21%，        5.5um＜|r|≤8.1um；

Δ₅=-0.20%         8.1um＜|r|≤9.1um；

Δ₆=0，            9.1um＜|r|≤62.5um；

1550nm色散斜率为0.0675ps/（nm²·km）；

零色散波长为1442nm；

有效面积为72 um²；

1550nm的色散为7.19 ps/（nm·km）；

1550nm的模场直径为9.62 um；

相对色散斜率为0.00939 nm^-1；

1550的损耗≤0.21 dB/km。

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