CN1133885C - 单模传输光纤及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种供波长分割多路复用传输系统使用的单模传输光纤及其制造方法。所述传输光纤包括一玻璃芯，该玻璃芯包括：一具有大于零的第一折射率差的内芯；一沿光纤长度径向环绕上述内芯并具有小于零的第二折射率差的第一层；一沿光纤长度径向环绕上述第一层并具第三折射率差的第二层，该第三折射率差在绝对值上小于所述第二折射率差的40%；一沿光纤长度径向环绕上述第二层并具有大于零的第四折射率差的第三层；以及一玻璃包层，它环绕着上述玻璃芯并具有基本上等于零的折射率差；其中，该光纤在所述扩展波长范围上的色散斜率小于约0.07ps/nm2/km；该光纤的特征在于，所述第二层具有在1-5μm范围内的宽度。

Description

单模传输光纤及其制造方法
发明背景
本发明在总体上涉及一种传输光纤，它在光纤的低衰减波带上具有改善的色散特性(dispersion characteristics)，具体地说，本发明涉及一种供波长分割多路复用传输系统使用的传输光纤，它在1450-1650nm带宽上具有低衰减和特定的色散特性。
在光学通讯系统中，周知非线性光学效应在某些环境下会降低沿标准传输光纤的传输质量。包括四波混合、自相位调制、布里渊散射、罗曼散射和跨相位调制在内的这些非线性效应会导致高功效系统中传输信号的扭曲，从而降低了传输质量。具体地说，所述非线性效应会影响用波长分割多路复用(WDM)的传输质量，否则，波长分割多路复用能通过增加发送信号的传输信道的数量来极大地增强传输光纤的信号携带能力。
可用具有大有效面积的单模传输光纤来最大限度地减少或避免上述非线性效应。此外，可用色散绝对值大于零或在工作波长附近的光纤来最大限度地减少四波混合的现象。但是，在诸如密集波长分割多路复用(DWDM)和超密集波长分割多路复用(HDWDM)系统之类的传输信道密集地封装在一起(间隔≤0.4nm)的先进WDM系统中，色散值必须满足保持信号质量的最小值。另一方面，如果光纤的色散值太大，则信号就会在传输时变得扭曲，除非在传输线路中包括了色散校正装置。因此，就要在WDM系统中起作用的光纤而言，该光纤必须有最小的色散，但色散值必须也在一最大值之下。
光纤一般在约1450-1650nm的波长范围内有低衰减。的确，在约1580nm处会出现标准光纤的最小光谱衰减，而固有光纤衰减则通常对高达约1650nm的色散位移光纤为0.27dB/km以下，而对色散未位移光纤则更低。但是，通常的掺杂有诸如铒之类稀土材料的光纤放大器能在约1530-1565nm之间的更有限波长窗口中最有效地进行工作。结果，有些研究业已侧重于在1530-1565nm波长范围上最大限度地减少WDM系统的非线性效果和衰减。
由于最近光学放大器技术的发展，WDM系统的工作波长的传输窗口正从传统的1530-1565nm的波长范围提高至约1450-1650nm的更广的波长范围。某些文献业已讨论了在降至1470nm的较低波长区域中的工作。在这方面，《电子学通讯》第34卷第11号1118-1119页(1998年5月28日)以掺杂有铥的光纤放大器为基础讨论了在1467nm至1478nm范围内工作的八信道WDM系统。其它人业已提出了将工作带宽扩展至高达约1600nm的较高波长区域。例如见Srivastava等人发表于PD10，OFC’98的“在400km的TrueWaveTM光纤上的100WDM10Gb/s信道的1Tb/s传输”。还可参见M.Jinno等人发表于《电子学通讯》第33卷第10号882-883页(1997年5月8日)的“对用于使可用带宽加倍并抑制DSF中FWM的1580nm波长带WDM传输的首次证明”。可用工作波长的这种扩展的范围归因于使用了增益系数变动的掺杂有铒的放大器。
此外，传输光纤在1450至1650nm的扩展传输窗口上的低衰减会支持使放大窗口扩展的趋势。但是，现有光纤在传统传输窗口以外的传输能力被严格地限于约1550nm。例如，目前可用的非零负色散(NZD-)光纤在约1585nm处有零色散波长λ0，从而因在这一工作波长处的非线性效应而不适于WDM传输。与此相似，非零正色散(NZD+)和大有效面积(LEA)光纤在1500nm的区域内有零色散波长λ0，从而不适于这一工作波长处的WDM传输。因此，由于有相关的非线性效应，故通常的光纤不能支持最新加宽的传输窗口。而且，就NZD+和LEA光纤而言，即使传输波长被限于1530nm以上的波带，约1600nm和更高波长处的色散也会是高的，因为，色散曲线有陡峭的斜率，从而需要进行色散补偿。因此，申请人业已确定需要这样的传输光纤，它能在1450nm至1650nm的传输窗口上支持WDM传输，并能提供适当的色散特性、低衰减和抗非线性效应性。
多个专利和文献业已讨论了用于高效通讯系统的光纤。例如，授于Antos等人的US专利第5553185号公开了一种NZD光纤，该光纤的特征在于一系列芯区，每个芯区均具有一定的折射率分布和半径。就折射率差与半径而言，每个区域的折射率分布的形状都可加以调节，以及具有为高效远程通讯系统定制的性质。具体地说，所述区域中的一个具有凹下的折射率差。所公开的光纤的色散斜率小于0.05ps/nm2/km，并且，整个色散的绝对值在预定传输范围内在0.5至3.5ps/nm/km之间。
Y.Akasaka等人发表于《OFC’98技术文摘》第302至304页的“扩大色散平整光纤上的有效芯区及其低非线性”讨论了另一种用于高效通讯系统的光纤。这种光纤的特征也在于一系列芯区，这些芯区具有可变的折射率差和半径。所述芯区中的一个也具有凹下的折射率差。所公开的光纤在传输窗口上具有低的色散斜率。
Lucent Technologies公司于1998年6月提供一印刷出版物，该出版物介绍了具有色散斜率降低了的TrueWaveRS光纤。依照该出版物，这种新光纤在约1530-1620nm上具有低值的色散斜率，因此，色散在约3.5-7.5ps/nm-km的范围内。所述印刷出版物没有公开TrueWaveRS光纤的折射率分布。
US4852968公开了一种单模光纤，该光纤的折射率分布在包覆区上包括一有凹下的折射率或堑槽式区域。通过适当地调节堑槽式区域的位置、宽度和折射率，可以相对不包括折射率堑槽的类似光纤改进一种或多种光纤特征，如零色散波长处的色散曲线的斜率、色散绝对值小于预定值的光谱值、给定光谱范围内的色散最大绝对值、给定弯曲半径处的弯曲损失、比率ad/al、管状材料的光学质量、ad处的整个模能量、芯中的掺杂物的浓度以及λ0与芯半径的关系曲线。
US5781684公开了一种单模光波导，它有大有效面积，该面积是用分段的芯分布获得的，所述芯分布包括至少一个段或者一个段的一部分，该段的折射率小于包层的最小折射率。公开了0.085ps/nm2/km以上的色散斜率值。
US5684909公开了一种单模光波导，它有由至小一四个段构成的芯折射率分布。这种芯结构的主要特征是：至少两个不相邻的芯分布段具有正的Δ％，并且，至少两个不相邻的段具有负的Δ％。所述波导有助于生产控制色散的波导光纤。
在本说明书中，涉及光纤的折射率分布。折射率分布包括多个径向设置的部分。在本说明书中，涉及这些部分的精确几何形状，如阶梯形、α剖面、抛物线形。很明显，在实践中获得的折射率分布可以与以上理想的分布有所不同。但是，本文件中业已指明，在光纤的特征受控的情况下，这些不同不会改变光纤的特征。例如见US4406518(日立)。
一般地说，折射率分布具有一相关的形状上有所不同的有效折射率分布。在不改变波导效率的情况下，可用有效折射率分布代替相关的折射率分布。例如，见Marcel Dekker公司1990年出版的Luc B.Jeunhomme著的《单模纤维光学》第32页1.3.2节。
应该认识到，在本公开和权利要求中公开并要求保护的特定折射率分布的形状包括相关的等价形式。
发明概要
申请人业已发现，在有适当色散值的扩展工作范围上进行工作但光纤芯内的区域有唯一凹下折射率的传输光纤有多种缺陷。具体地说，这些光纤具有高衰减，这部分地起因于有此凹下折射率的区域。此外，所公开的在中心上升折射率区域与上升折射率环之间具有有唯一凹下折射率的环形芯的分布通常会在生产过程中导致掺杂物在层与层之间扩散，这就会降低折射率分布的质量。
依照一个方面，本发明涉及一种供波长分割多路复用传输系统使用的单模传输光纤，所述系统的载波波长在约1530和1650nm之间的扩展波长范围内，所述光纤包括：一玻璃芯，该玻璃芯包括：一具有大于零的第一折射率差的内芯；一沿光纤长度径向环绕上述内芯并具有小于零的第二折射率差的第一层；一沿光纤长度径向环绕上述第一层并具第三折射率差的第二层，该第三折射率差在绝对值上小于所述第二折射率差的40％；一沿光纤长度径向环绕上述第二层并具有大于零的第四折射率差的第三层；以及一玻璃包层，它环绕着上述玻璃芯并具有基本上等于零的折射率差；其中，该光纤在所述扩展波长范围上的色散斜率小于约0.07ps/nm2/km；该光纤的特征在于，所述第二层具有在1-5μm范围内的宽度。
依照另一个方面，本发明涉及一种用于生产供波长分割多路复用传输系统使用的单模光纤的方法，所述系统的载波波长在约1530nm到1650nm的扩展波长范围内，所述方法包括下列步骤：生产一预制棒，该预制棒具有：一具有大于零的第一折射率差的内芯区域；一沿所述预制棒长度径向环绕上述内芯区域并具有小于零的第二折射率差的第一层；一沿所述预制棒长度径向环绕上述第一层并具有第三折射率差的第二层，所述第三折射率差在绝对值上小于上述第二折射率差的40％；一沿所述预制捧长度径向环绕上述第二层并具有大于零的第四折射率差的第三层；以及环绕上述芯区域并具有基本上等于零的折射率差的玻璃包层；并且，拉伸上述预制棒；其中，所述内芯区域和所述第一、第二、第三层的宽度以及所述第一、第二、第三、第四折射率差这样选择，使得拉伸制得的光纤的色散斜率在所述扩展波长范围上小于约0.07ps/nm2/km；所述方法的特征在于，所述生产预制棒的步骤包括：选择该预制棒中所述第二层的宽度，以使被拉伸出的光纤中的相应层具有在1-5μm范围内的宽度。
附图简述
包括在并构成了本说明书一部分的附图说明了本发明的多个实施例，并连同本说明用于解释本发明的原理。
图1是本发明一个实施例的传输光纤的剖面图；
图2是本发明另一个实施例的传输光纤的剖面图；
图3是说明本发明光纤的一个示例性的折射率分布的曲线图；
图4是说明本发明光纤的另一个示例性的折射率分布的曲线图；
图5是说明通常有低色散斜率的光纤的折射率分布的曲线图；
图6是这样的曲线图，它说明了本发明光纤的两个替代实施例的作为传输波长的函数的色散值，还说明了本发明光纤的作为传输波长函数的衰减值；
图7是说明本发明光纤的第一实例的曲线图；
图8是说明本发明光纤的第二实例的曲线图；
图9是说明本发明光纤的第三实例的曲线图；
图10是说明本发明光纤的第四实例的曲线图；
图11是说明本发明光纤的第五实例的曲线图；
图12是这样的曲线图，它就图5的通常结构的一组具有折射率分布图的光纤说明了色散斜率与凹下分布量之间关系；
图13是这样的曲线图，它就本发明的一组具有折射率分布的光纤说明了色散斜率与凹陷剖面量之间关系；
图14是申请人用MCVD法生产的光纤预制棒的折射率分布图。
对最佳实施例的说明
以下详细参照本发明的当前最佳实施例，附图中说明了这些实施例的实例。在可能的情况下，在全部附图中用相同的标号表示相同或相似的部分。
本发明的光纤具有一定的折射率分布，它包括在有基本为零的折射率差的区域附近处的有凹下折射率差的区域。申请人业已发现，这种折射率分布的传输光纤可在约1450nm至1650nm的工作波长范围内产生这样的光学传输特性，这些特征包括最低工作波长处的中等色散值、低色散斜率和低衰减。
申请人还发现，包括这种折射率分布的传输光纤可在1450nm与1650nm之间的工作波长传输窗口上有效地支持波长分割多路复用(WDM)和超密集WDM光学传输。
如图5所示，具有有凹下折射率的环形区域的通常光纤包括一内芯52，它具有第一折射率差Δn1。第一玻璃层54如所述环形区域那样环绕着内芯52并具有凹下的折射率差Δn2。第二玻璃层56环绕着上述第一玻璃层并在其宽度内有峰值折射率差Δn3，该峰值折射率差小于内芯52中的峰值折射率但大于零。包层58环绕着上述第二玻璃层并且有基本为零的折射率差。在另一个实施例中，有负折射率差的外层玻璃层59设置在第二玻璃层56的外侧，如虚线所示。外层59可直接环绕第二玻璃层56。
图5的分布的特征在于环形层54上的凹下量。如果r1表示内芯52的外半径，r3表示第二玻璃层56的内半径，那么，光纤凹下分布量可由下式给如 &Integral; r 1 r 3 &Delta;n &CenterDot; rdr - - - ( 1 )
申请人业已发现，有本发明折射率分布的传输光纤能比诸如图5的光纤之类的通常光纤更好地适用于在约1450nm至1650nm范围内的WDM传输。具体地说，申请人业已发现，通过在环形凹下区的截面外部包括一具有折射率差的绝对值基本小于上述凹下折射率差的第二玻璃层，可与先有技术相比减少上述等式(1)的光纤凹下分布量，同时，可在传输窗口获得预定低的色散斜率。较低的凹下分布量会导致较低的负掺杂物的量，从而易于生产光纤并导致较低的衰减。此外，所述光纤在传输窗口的较低端处有中等的色散值。
图1中概略地示出了本发明一个最佳实施例的光纤，该光纤在总体上用标号10表示。依照本发明，供WDM传输系统使用的传输光纤包括一玻璃芯，该芯带有：一有第一折射率差Δn1的内芯、一沿光纤长度径向环绕上述内芯并具有小于零的第二折射率差Δn2的第一层、一沿光纤长度径向环绕上述第一层并具有基本为零的第三折射率差Δn3的第二层、一沿光纤长度径向环绕上述第二层并具有大于零的第四折射率差Δn4的第三层。一玻璃包层环绕着上述玻璃芯并具有基本上等于零的折射率差。所述芯最好包括一沿光纤长度径向环绕上述第三层并具有小于零的第五折射率差的第四层Δn5。
所述光纤在载波波长的范围内具有至少为1.5ps/nm/km的色散值(对密集WDM传输来说最好超过2.5ps/nm/km)并且在载波波长范围内有小于约0.07ps/nm2/km(最好小于约0.05ps/nm2/km)的色散斜率。
如图1概略所示(不成比例)，光纤10包括多个光传导玻璃层。光纤10的轴向中心是内芯12，它由掺杂玻璃制成。内芯12具有第一折射率差Δn1和半径r1。所述折射率差是指给定玻璃层和包覆用玻璃之间的折射率差。也就是说，例如，内芯12的折射率差Δn1等于n1-ncladding。可在0.002-0.010范围内选择Δn1，在2-5μm的范围内选择r1。Δn1和r1的范围最好分别是0.005-0.008和3-4μm。最佳的是，内芯12是由掺杂有诸如GeO2之类能提高纯SiO2的折射率的物质的SiO2制成的。
第一玻璃层14沿光纤10的长度径向地环绕内芯12。第一玻璃层14从内芯的外部半径r1延伸至半径r2并具在宽度上有凹下的折射率Δn2。如在本技术中周知的那样，当给定的玻璃层的折射率小于包层的折射率即Δn2如上述等式给出的那样小于0时，存在有凹下的折射率。如本技术中周知的那样，一般可通过包括有凹下折射率的区域的玻璃层来减少光纤的色散斜率。尽管Δn2的最佳范围是-0.003至-0.002，但可在-0.006-0.001的范围内选择Δn2。最佳的是，第一玻璃层14是由掺杂有诸如氟之类能降低纯SiO2的折射率的物质的SiO2制成的。可在1-6μm最好在2-4μm范围内选择第一玻璃层14的宽度。
第二玻璃层16沿光纤10的长度径向地环绕第一玻璃层14。第二玻璃层16从第一玻璃层的外部半径r2延伸至半径r3并具在宽度上有折射率Δn3。第二玻璃层16的折射率Δn3在绝对值上小于Δn2的约40％，最好小于Δn2的约20％。尽管第二玻璃层可由任何材料或由折射率差基本上等于所述包层的折射率的材料制成，但第二玻璃层却用SiO2制成，如下所述。可在1-5μm最好在2-4μm范围内选择第二玻璃层16的宽度。
第三玻璃层18沿光纤10的长度径向地环绕第二玻璃层16。第三玻璃层从第二玻璃层16的外部半径r3延伸至外部半径r4。第三玻璃层18具有最大的折射率Δn4。尽管Δn4的最佳范围是0.004至0.008，但可在0.003-0.010的范围内选择Δn4。可在1-4μm最好在2-3μm范围内选择第三玻璃层18的宽度。
第四玻璃层15沿光纤10的长度径向地环绕第三玻璃层18。第四玻璃层从第三玻璃层18的外部半径r4延伸至外部半径r5。第四玻璃层具有小于零的折射率Δn5。尽管Δn5的最佳范围是-0.002至0.0，但可在-0.003-0.0的范围内选择Δn5。可在1-6μm最好在3-5μm范围内选择第四玻璃层15的宽度。
最后，光传导包层19按通常的方式包着围第三玻璃层18，以有助于引导光线沿光纤10传播。包层19可包括折射率差基本等于零的纯SiO2玻璃或者包括改变折射率的掺杂物。
在虚线所示的另一个实施例中，第三玻璃层18与第四玻璃层15之间包括第五玻璃层17，它具有基本上为零的折射率Δn6。
当包层19直接环绕第三玻璃层18因而没有第四和第五玻璃层时，图2所示的特定实施例源于图1的实施例。但是，在有或没有第五玻璃层17情况下具有外部下陷玻璃层15的图1实施例是最佳的，因为，这些实施例能在工作波长上简单地获得单模行为。
图3就本发明第一实施例说明了光纤10半径上的折射率分布20，其中，轴线32表示光纤10的轴向中心，轴线34表示基本上为零的折射率差。如图所示，折射率分布具有有凹下折射率Δn2的第一层24，随后是第二层16，它有基本为零的折射率差。层24和26提供了内芯层22与外部峰28之间的下陷的堑槽。在一个最佳实施例中，外部峰28的折射率差Δn4小于内芯22的折射率差Δn1。在如标号23所示另一个实施例中，外部峰28的折射率差Δn4大于内芯22的折射率差Δn1。如图所示，具有凹下折射率差的外层29设置在外部峰28的外侧。外层29可环绕外部峰28，或者，在另一个实施例中，具有基本为零的折射率差的中间层27可设置在外部峰28和外层29之间。
图4示出了与图2实施例相对应的另一种折射率分布，其中，包层30直接环绕着外部峰28。图4的折射率分布由于没有外层29和中间层27而不同于图3的分布。
图6示出了本发明具有一定折射率分布的光纤10的示例性色散曲线40和42以及衰减曲线44。如曲线44所示，光纤10的衰减在比1450-1650nm的传输窗口小的波长处达到了峰46。光纤10的衰减在约1450至1650nm的传输窗口上小于约0.27dB/km。
如标号40所示，第一实施例的光纤10在1450nm处的色散约为1.5ps/nm/km。色散曲线的斜率在1450nm至1650nm的带宽上小于0.06ps/nm2/km。光纤10在1650nm处具有小于约12ps/nm/km的色散值。曲线42表示本发明的第二实施例，其中，在约1480nm处出现了零色散波长。第二实施例的光纤10在1650nm处具有小于约9ps/nm/km的色散值。
此外，光纤10在1550nm处的有效面积大于约50μm2。如本技术中周知的那样，大的有效面积会有助于限制非线性效应的影响。但是，光纤的色散斜率随光纤有效面积的增加而增加。本发明的光纤具有这样的有效面积，它大得足以限制非线性效果的影响，同时又小得足以获得有效面积和色散斜率之间的最佳平衡。
表1提供了具有本发明折射率分布的光纤10的第一实施例的传输特性。
表1-光学传输特性
    光缆截止波长     ＜1400nm
    有效面积     ≥50μm2
    1450nm处的色散     D≥1.5ps/nm/km(最好≥2.5ps/nm/km)
    1550nm处的色散斜率     ≤0.070ps/nm2/km(最好≤0.050ps/nm2/km)
    1310nm处的衰减     ≤0.45dB/km
    1550nm处的衰减     ≤0.30dB/km
图7-9说明了具有本发明第一实施例的折射率分布的光纤的特定实施例。
实例1
如图7所示，内芯72具有约0.0063的基本恒定的折射率差Δn1并延伸约3.3μm的半径r1。可通过使内芯的宽度掺杂有GeO2或任何其它周知的折射率提高掺杂物而增加内芯72的折射率差。尽管图7将内芯72示为有明显的边缘，但其分布在实际实现时也可以是圆的。
第一玻璃层74具有约-0.0010的凹下折射率差Δn2并延伸约2.8μm的半径距离。凹下的分布量约为-0.013μm2。可通过使第一芯层的宽度掺杂有氟或任何其它周知的折射率降低掺杂物而减少第一玻璃层74的折射率差。第二玻璃层76具有约为0的折射率差Δn3并延伸约2.0μm的半径距离。
第三玻璃层78具有基本上为抛物线形的分布并在其约2.9μm宽度中的中点处达到约0.0032的最大折射率Δn4。可通过使第三玻璃层掺杂有增加量的GeO2或任何其它周知的折射率提高掺杂物而形成第三玻璃层的折射率差。
折射率差约为0的包层80环绕着第三玻璃层78。
图7所示的光纤10的特定实施例具有以下业已通过计算机模拟生成的光学传输特性：
缆截止波长≤1400nm
1450nm处的色散＝1.9ps/nm/km
1450nm处的色散斜率＝0.050ps/nm2/km
1550nm处的色散＝6.5ps/nm/km
1550nm处的色散斜率＝0.046ps/nm2/km
1550nm处的模域直径＝9.1μm
1550nm处的有效面积＝63μm2
非线性系数γ＝1.4W-1km-1
60mm直径的心轴上100圈的宏弯曲衰减＜0.5dB
如用例如G.Grasso和F.Meli等人发表于ECOC’88第526-ff页的“成缆单模光纤的微弯曲损耗”或Grasso等人发表于1988年国际线缆研讨会第722-ff页的“单模光缆中的微弯曲效应”中所述的扩展线轴法所确定的那样，微弯曲灵敏度＝2.9(dB/km)/(g/mm)。
实例2
在另一实施例并如图8所示，内芯72具有约0.0067的基本恒定的折射率差Δn1并延伸约3.2μm的半径r1。可通过使内芯的宽度掺杂有GeO2或任何其它周知的折射率提高掺杂物而增加内芯72的折射率差。
第一玻璃层74具有约-0.0015的凹下折射率差Δn2并延伸约3.4μm的半径距离。凹下的分布量约为-0.025μm2。可通过使第一芯层的宽度掺杂有氟或任何其它周知的折射率降低掺杂物而减少第一玻璃层74的折射率差。第二玻璃层76具有约为0的折射率差Δn3并延伸约2.2μm的半径距离。
第三玻璃层78具有基本上为抛物线形的分布并在其约1.1μm宽度中的中点处达到约0.0090的最大折射率Δn4。可通过使第三玻璃层掺杂有增加量的GeO2或任何其它周知的折射率提高掺杂物而形成第三玻璃层的折射率差。
正如所看出的那样，图8的实施例具有外部峰78，它具有高于内部峰72的折射率差。折射率差约为0的包层80环绕了第三玻璃层78。
图8所示的光纤10的特定实施例具有以下光学传输特性：
缆截止波长≤1400nm
1450nm处的色散＝1.6ps/nm/km
1450nm处的色散斜率＝0.042ps/nm2/km
1550nm处的色散＝5.0ps/nm/km
1550nm处的色散斜率＝0.036ps/nm2/km
1550nm处的模域直径＝8.6μm
1550nm处的有效面积＝57μm2
非线性系数γ＝1.6W-1km-1
60mm直径的心轴上100圈的宏弯曲衰减＜0.5dB
如用扩展线轴法所确定的那样，微弯曲灵敏度＝2.1(dB/km)/(g/mm)。
实例3
在另一实施例并如图9所示，光纤10的内芯72具有约0.0067的基本恒定的折射率差Δn1并延伸约3.15μm的半径r1。可通过使内芯的宽度掺杂有GeO2或任何其它周知的折射率提高掺杂物而增加内芯72的折射率差。
第一玻璃层74具有约-0.0014的凹下折射率差Δn2并延伸约3.1μm的半径距离。凹下的分布量约为-0.021μm2。可通过使第一芯层的宽度掺杂有氟或任何其它周知的折射率降低掺杂物而减少第一玻璃层74的折射率差。第二玻璃层76具有约为0的折射率差Δn3并延伸约3.0μm的半径距离。
第三玻璃层78具有基本上为抛物线形的分布并在其约3.2μm宽度中的中点处达到约0.0040的最大折射率Δn4。可通过使第三玻璃层掺杂有增加量的GeO2或任何其它周知的折射率提高掺杂物而形成第三玻璃层的折射率差。
折射率差沿其4.0μm宽度约为-0.0011的第四玻璃层79环绕着第三玻璃层78。
折射率差约为0的包层80环绕着第四玻璃层79。
图9所示的光纤10的特定实施例具有以下光学传输特性：
缆截止波长≤1400nm
1450nm处的色散＝1.6ps/nm/km
1450nm处的色散斜率＝0.038ps/nm2/km
1550nm处的色散＝5.1ps/nm/km
1550nm处的色散斜率＝0.034ps/nm2/km
1550nm处的模域直径＝8.6μm
1550nm处的有效面积＝56μm2
非线性系数γ＝1.6W-1km-1
60mm直径的心轴上100圈的宏弯曲衰减＜0.5dB
如用扩展线轴法所确定的那样，宏弯曲灵敏度＝2.0(dB/km)/(g/mm)。
依照本发明，具有本文所述折射率分布的传输光纤可供在较大波长下进行工作的WDM传输系统使用。具体地说，本发明光纤的第二实施例可供载波波长在约1530nm至1650nm范围内的WDM传输系统使用。图4说明了该第二实施例的光纤的色散曲线42。
如图4所示，光纤10的零色散波长偏移至约1480nm。色散曲线42的色散斜率最好小于约0.06ps/nm2/km。从而能减小较长波长上的最终色散值。最佳的是，光纤10在1650nm的较长传输波长处小于约9μs/nm/km。表2提供了上述第二实施例的光纤的光学传输特性。
表2-光学传输特性
    光缆截止波长(λcc)     ＜1500nm
    有效面积     50μm2
    1530nm处的色散     D≥1.5ps/nm/km(最好≥2.5ps/nm/km)
    1550nm处的色散斜率     ≤0.070ps/nm2/km(最好≤0.050ps/nm2/km)
    1310nm处的衰减     ≤0.45dB/km
    1550nm处的衰减     ≤0.30dB/km
图10-11说明了具有本发明第二实施例的折射率分布的光纤的具体实例。
实例4
图10示出了本发明第二实施例的光纤的折射率分布。光纤10内芯72具有约0.0066的基本恒定的折射率差Δn1并延伸约3.2μm的半径r1。可通过使内芯的宽度掺杂有GeO2或任何其它周知的折射率提高掺杂物而增加内芯72的折射率差。
第一玻璃层74具有约-0.0013的凹下折射率差Δn2并延伸约3.3μm的半径距离。凹下的分布量约为-0.021μm2。可通过使第一芯层的宽度掺杂有氟或任何其它周知的折射率降低掺杂物而减少第一玻璃层74的折射率差。第二玻璃层76具有约为0的折射率差Δn3并延伸约2.4μm的半径距离。
第三玻璃层78具有基本上为抛物线的分布并在其约2.1μm宽度中的中点处达到约0.0058的最大折射率Δn4。可通过使第三玻璃层掺杂有增加量的GeO2或任何其它周知的折射率提高掺杂物而形成第三玻璃层的折射率差。
沿4.3μm的宽度折射率差约为-0.0008的第四玻璃层79环绕着第三玻璃层78。
折射率差约为0的包层80环绕着第四玻璃层79。
图10所示的光纤10的特定实施例具有以下的光学传输特性：
缆截止波长≤1500nm
1550nm处的色散＝3.3ps/nm/km
1550nm处的色散斜率＝0.038ps/nm2/km
1550nm处的模域直径＝8.7μm
1550nm处的有效面积＝59μm2
非线性系数γ＝1.5W-1km-1
60mm直径的心轴上100圈的宏弯曲衰减＜0.5dB
如用扩展线轴法所确定的那样，宏弯曲灵敏度＝3.0(dB/km)/(g/mm)。
实例5
图11示出了第二实施例的光纤的另一种折射率分布。光纤10内芯72具有α分布形状，α＝4，最大折射率差Δn1约为0.0070。内芯7延伸约3.7μm的半径r1。可通过使内芯的宽度掺杂有GeO2或任何其它周知的折射率提高掺杂物而增加内芯72的折射率差。
第一玻璃层74具有基本上为抛物线形的凹下分布并在其约2.4μm宽度中的中点处达到约-0.0024的最小折射率Δn2。可通过使第一芯层的宽度掺杂有氟或任何其它周知的折射率降低掺杂物而减少第一玻璃层74的折射率差。第二玻璃层76具有约为0的折射率差Δn3并延伸约2.6μm的半径距离。
第三玻璃层78具有基本上为抛物线形的分布并在其约2.1μm宽度中的中点处达到约0.0063的最大折射率Δn4。可通过使第三玻璃层掺杂有增加量的GeO2或任何其它周知的折射率提高掺杂物而形成第三玻璃层的折射率差。
在其2.9μm的宽度上最小折射率差约为-0.001的凹下第四玻璃层79环绕着第三玻璃层78。
折射率差约为0的包层80环绕着第四玻璃层79。
图11所示的光纤10的特定实施例具有以下的光学传输特性：
缆截止波长≤1500nm
1550nm处的色散＝3.5ps/nm/km
1550nm处的色散斜率＝0.043ps/nm2/km
1550nm处的模域直径＝8.9μm
1550nm处的有效面积＝61μm2
非线性系数γ＝1.4W-1km-1
60mm直径的心轴上100圈的宏弯曲衰减＜0.5dB
如用扩展线轴法所确定的那样，宏弯曲灵敏度＝3.9(dB/km)/(g/mm)。
图12就一组有图5通常结构的折射率分布的光纤示出了色散斜率与凹下分布量之间的关系。业已选择了限定图5折射率分布的成组随机参数值。通过计算机模拟估算各组的光学传输特性。
图12中每个十字均表示一组参数值，这组参数值对应获得下述范围内的光学传输特性的折射率分布：
截止波长             ＜1800nm
1550nm处的色散       2-8ps/nm/km
有效面积             53-57μm2
60mm直径的心轴上100圈的宏弯曲衰减＜0.5dB
如用扩展线轴测试法所确定的那样，宏弯曲灵敏度＜5(dB/km)/(g/mm)。
图12中未示出这样的参数组，该参数组给出了具有上述范围之外的光学传输特性的折射率分布。
图13示出了用于本发明一组图4的折射率分布的比较例。选择的标准与以上所述相同。
在上述两图中，对应于色散斜率S(以ps/nm2/km为单位)与凹下分布量V(以μm2为单位)之间的关系S＝0.07+V (2)画出了线90。
如上述示例性实施例所示，在低色散斜率与凹下分布量之间存在有折衷。就相应的光纤效率而言，色散斜率越低，凹下分布量越高，从而增加了生产的复杂性和掺杂物含量。
但是，图12和13中的上述曲线示出了与图5的通常结构机对应的折射率分布会具有比公式(2)给出值的大的色散斜率值，而与本发明相对应的折射率分布会具有集中在公式(2)给出的值以下的色散斜率值。
图14中示出了申请人用MCVD技术制成的光纤预制棒的折射率分布。所述预制棒包括内芯区域72、第一玻璃层74、第二玻璃层76、第三玻璃层78、凹下的第四玻璃层79以及包层80。
所述预制棒层对应于参照图3所述的实施例的本发明光纤的层。
在拉伸过程中，具体由于掺杂物的扩散，故被拉伸的光纤的折射率分布通常会相对预制棒折射率分布有某些变化。具体地说，对第二玻璃层76进行掺杂以便获得这样的折射率差值，它比被拉伸的光纤的预定折射率值更为负的，以便考虑在拉伸过程中该层的折射率的相应少量增加。本技术的专家可根据预制棒的特征和光纤拉伸过程参数来确定这种增加量。
申请人业已确定，可用通常的拉伸过程来拉伸折射率分布与参照图3总体所述的值相对应的预制棒，以给出这样的光纤，它在1450-1650nm范围内的波长上具有预定的光学传输特性并在1550nm上具体具有约0.21dB/km的衰减、具有低宏弯曲衰减和宏弯曲以及经过改进的色散斜率与凹下的分布量之间的关系，在所说的预制棒中，具体地说，第二玻璃层76具有这样的折射率差，其绝对值小于第一玻璃层74的折射率差的40％。
尽管MCVD技术业已用于生产图14所示的预制捧，但是，本领域的普通技术人员可就同样的目的选择其它可用的汽相沉积技术。
本领域的普通技术人员将会清楚，在不脱离本发明范围的情况下，可对本发明的光纤作多种改进和改变。例如，附图中所示的折射率分布予定为最佳实施例的示例形式。本领域的普通技术人员可很容易地改变其精确的形状、径向距离以及折射率差，以便获得如上限定的相关有效分布。

Claims (22)

1.一种供波长分割多路复用传输系统使用的单模传输光纤，所述系统的载波波长在约1530和1650nm之间的扩展波长范围内，所述光纤包括：
一玻璃芯，该玻璃芯包括：
一具有大于零的第一折射率差的内芯(22、27)；
一沿光纤长度径向环绕上述内芯并具有小于零的第二折射率差的第一层(24、74)；
一沿光纤长度径向环绕上述第一层并具第三折射率差的第二层(26、76)，该第三折射率差在绝对值上小于所述第二折射率差的40％；
一沿光纤长度径向环绕上述第二层并具有大于零的第四折射率差的第三层(23、28、78)；以及
一玻璃包层(30、80)，它环绕着上述玻璃芯并具有基本上等于零的折射率差；
其中，该光纤在所述扩展波长范围上的色散斜率小于约0.07ps/nm2/km；
该光纤的特征在于，所述第二层具有在1-5μm范围内的宽度。
2.如权利要求1的光纤，其特征在于，所述第三折射率差在绝对值上小于前述第二折射率差的20％。
3.如权利要求2的光纤，其特征在于，所述第三折射率差基本上为零。
4.如权利要求1的光纤，其特征在于，所述第二层具有在2-4μm范围内的宽度。
5.如权利要求1的光纤，其特征在于，该光纤还包括一沿光纤长度径向环绕上述第三层并具有小于零的第五折射率差的第四层(29、79)。
6.如权利要求1的光纤，其特征在于，所述内芯(22、72)的第一折射率差大于前述第三层(28、78)的第四折射率差。
7.如权利要求1的光纤，其特征在于，所述第三层(23、78)的第四折射率差大于前述内芯(22、72)的第一折射率差。
8.如权利要求1的光纤，其特征在于，所述光纤具有小于约1500nm的零色散波长。
9.如权利要求8的光纤，其特征在于，所述光纤具有小于约1480nm的零色散波长。
10.如权利要求1的光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm波长具有小于或等于0.043ps/nm2/km的色散斜率。
11.如权利要求1的光纤，其特征在于，所述光纤在所述扩展波长范围上具有小于约0.05ps/nm2/km的色散斜率。
12.如权利要求1的光纤，其特征在于，所述光纤在所述扩展波长范围上具有至少为1.5ps/nm/km的色散值。
13.如权利要求12的光纤，其特征在于，在所述扩展波长范围上，所述色散值的范围约为1.5-12ps/nm/km。
14.如权利要求1的光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm波长具有小于或等于0.046ps/nm2/km的色散斜率。
15.如权利要求1的光纤，其特征在于，所述光纤具有小于约1450nm的零色散波长。
16.如权利要求1的光纤，其特征在于，所述光纤具有大于50μm2的有效面积。
17.如权利要求16的光纤，其特征在于，所述光纤具有约55μm2的有效面积。
18.一种用于生产供波长分割多路复用传输系统使用的单模光纤的方法，所述系统的载波波长在约1530nm到1650nm的扩展波长范围内，所述方法包括下列步骤：
生产一预制棒，该预制棒具有：
一具有大于零的第一折射率差的内芯区域(22、27)；
一沿所述预制棒长度径向环绕上述内芯区域并具有小于零的第二折射率差的第一层(24、74)；
一沿所述预制棒长度径向环绕上述第一层并具有第三折射率差的第二层(26、76)，所述第三折射率差在绝对值上小于上述第二折射率差的40％；
一沿所述预制捧长度径向环绕上述第二层并具有大于零的第四折射率差的第三层(23、28、78)；以及
环绕上述芯区域并具有基本上等于零的折射率差的玻璃包层(30、80)；并且，
拉伸上述预制棒；
其中，所述内芯区域和所述第一、第二、第三层的宽度以及所述第一、第二、第三、第四折射率差这样选择，使得拉伸制得的光纤的色散斜率在所述扩展波长范围上小于约0.07ps/nm2/km；
所述方法的特征在于，所述生产预制棒的步骤包括：
选择该预制棒中所述第二层的宽度，以使被拉伸出的光纤中的相应层具有在1-5μm范围内的宽度。
19.如权利要求18的方法，其特征在于，所述第三折射率差被选择为在绝对值上小于上述第二折射率差的20％；
20.如权利要求18的方法，其特征在于，所述生产预制棒的步骤包括：选择所述预制棒中第二层的宽度，以使被拉伸出的光纤中相应层具有在2-4μm范围内的宽度。
21.如权利要求18的方法，其特征在于该方法包括：选择前述内芯区和前述第一、第二和第三层的宽度并选择所述第一、第二、第三和第四折射率差，以使所述被拉伸出的光纤的色散斜率在1550nm波长上小于或等于0.046ps/nm2/km。
22.如权利要求21的方法，其特征在于该方法包括：选择前述内芯区和前述第一、第二和第三层的宽度并选择所述第一、第二、第三和第四折射率差，以使所述被拉伸出的光纤的色散斜率在1550nm波长上小于或等于0.043ps/nm2/km。
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