CN1156714C - 光纤、使用该光纤的色散补偿器、罗曼放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光纤，以及使用该光纤色散补偿器、罗曼放大器，具有补偿光学传输线路在S波段的色散特性的补偿作用，并最好具有截止S波段以外波长的滤波功能。该光纤具有三层玻璃层，当形成在光纤的最里面的第一玻璃层相对于第三玻璃层(参考层)的最大相对折射率差用Δ1表示，从光纤最里面数为第二层的第二玻璃层相对于参考层的最小相对折射率差用Δ2表示时，满足下列不等式：1.0%≤Δ1≤3.0%和-1.0%≤Δ2≤-0.4%。在S波段的给定波长的色散值设置成-8ps/nm/km。如，色散值除以色散斜率所获得的数值等于小于300nm的正值，在波长1520nm的传输损耗设置成比波长1500nm的传输损耗大1dB/km或更多。

Description

光纤、使用该光纤的色散补偿器、罗曼放大器
技术领域
本发明涉及适合在1420nm至1520nm波段范围内进行波分复用(WDM)传输的光纤、使用光纤的色散补偿器和罗曼放大器。
背景技术
随着信息社会的发展，极大地增加了通讯信息量，通讯信息的增加使得波分复用传输在通讯领域广泛使用。波分复用传输是使用一根光纤传输多波长光的系统。
最近，使用掺铒光纤的光学放大器(EDFA)已经开发成能够用于波分复用传输的中继部分的光学放大器。目前，把EDFA安装在波分复用传输的中继部分使得不必在中继部分把每种波长的光学信号变为电信号，这一优点推动了波分复用传输的发展。
EDFA的光学放大波段在1520nm至1565nm波段范围内(称为“C波段”)，或者在1565nm至1620nm波段范围内(称为“L波段”)。目前，使用上述波段进行波分复用传输的研究非常活跃。
而且，为了支持通讯信息量的进一步增加，最近考虑在1420nm至1520nm波段范围内(称为“S波段”)进行波分复用传输。在S波段的波分复用传输使用TDFA(掺铥光纤放大器)或罗曼(Raman)光纤放大器实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有下述结构的光纤放大器、使用该光纤的色散补偿器和罗曼放大器。
本发明提供了一种光纤，包括：多个玻璃层，相邻层的组分不同；其中该多个玻璃层至少有两个玻璃层形成于在所述的玻璃层内作为折射率分布标准的参考玻璃层中，当形成在所述光纤的最里面的第一玻璃层相对于参考层的最大相对折射率差用Δ1表示时，满足下列不等式：1.0％≤Δ1≤3.0％；和当从所述光纤最里面数为第二层的第二玻璃层相对于参考层的最小相对折射率差用Δ2表示时，满足下列不等式：-1.0％≤Δ2≤-0.4％；该第一玻璃层的直径大于等于1.7μm，并小于等于5.0μm；该第一玻璃层的直径a除以该第二玻璃层的直径b所得的数值(a/b)满足下列不等式：0.3≤a/b≤0.6；及所述光纤的特征在于，在从1420nm到1520nm的波长范围内的给定波长上的色散为-8ps/nm/km或更小。
本发明还提供了一种色散补偿器，包括一种光纤，其中该光纤包括：多个玻璃层，相邻层的组分不同；其中该多个玻璃层至少有两个玻璃层形成于在所述的玻璃层内作为折射率分布标准的参考层中，当形成在所述光纤的最里面的第一玻璃层相对于参考层的最大相对折射率差用Δ1表示时，满足下列不等式：1.0％≤Δ1≤3.0％；和当从所述光纤最里面数为第二层的第二玻璃层相对于参考层的最小相对折射率差用Δ2表示时，满足下列不等式：-1.0％≤Δ2≤-0.4％；该第一玻璃层的直径大于等于1.7μm，并小于等于5.0μm；该第一玻璃层的直径a除以该第二玻璃层的直径b所得的数值(a/b)满足下列不等式：0.3≤a/b≤0.6；及所述光纤的特征在于，在从1420nm到1520nm的波长范围内的给定波长上的色散为-8ps/nm/km或更小；其中该色散补偿器在从1420nm到1520nm的波长范围内具有大于等于20nm的波长范围，在该波长范围色散斜率大于等于-0.03ps/nm2/km小于等于0.03ps/nm2/km。
本发明还提供了一种罗曼放大器，包括一种光纤，其中该光纤包括：多个玻璃层，相邻层的组分不同；其中该多个玻璃层至少有两个玻璃层形成于在所述的玻璃层内作为折射率分布标准的参考层中，当形成在所述光纤的最里面的第一玻璃层相对于参考层的最大相对折射率差用Δ1表示时，满足下列不等式：1.0％≤Δ1≤3.0％；和当从所述光纤最里面数为第二层的第二玻璃层相对于参考层的最小相对折射率差用Δ2表示时，满足下列不等式：-1.0％≤Δ2≤-0.4％；该第一玻璃层的直径大于等于1.7μm，并小于等于5.0μm；该第一玻璃层的直径a除以该第二玻璃层的直径b所得的数值(a/b)满足下列不等式：0.3≤a/b≤0.6；及所述光纤的特征在于，在从1420nm到1520nm的波长范围内的给定波长上的色散为-8ps/nm/km或更小；及该罗曼放大器具有色散补偿器的功能。
附图说明
现在将结合附图描述本发明的说明性实施例，其中：
图1是根据本发明光纤第一实施例的折射率分布曲线图
图2是根据第一实施例制造的光纤的传输损耗特性和滤波特性的曲线图；
图3根据本发明的光纤第二实施例的折射率分布图；
图4是使用本发明的色散补偿器的一个实施例的光学传输系统图；
图5是用于罗曼(Raman)光纤放大器的光源结构图；
图6是使用色散罗曼(Raman)光纤放大器的系统图；以及
图7是单模光纤在S波段的色散和(色散/色散斜率)特性的曲线图。
具体实施方式
在1.3μm波段附近的波段内具有零色散的单模光纤(这里和后面仅称为“单模光纤”)在全世界作为光学传输的传输网络在使用。单模光纤在图7的特性线a上具有正色散值(大约8至15ps/nm/km)。
图7中的特性线b示出通过把单模光纤在S波段的色散值除以色散斜率获得的D/S值。从该特性直线b可以清楚地看到，单模光纤具有大的正色散斜率(大约为0.060至0.075ps/nm2/km)。
因此，当S波段的波分复用传输使用单模光纤作为光学传输线路实现时，单模光纤的色散特性必须补偿。然而，对于S波段的波分复用传输既没有提出过色散补偿光纤，也没有提出过色散补偿器。
也就是说，已经提出的在C波段和L波段上补偿单模光纤色散的传统色散补偿光纤几乎不能补偿宽波段S波段上单模光纤的色散特性。然而，已经提出的用于在C波段和L波段上补偿色散的色散补偿光纤没有直接用于在S波段上补偿色散。
而且，当使用罗曼(Raman)光纤放大器放大S波段的信号时，罗曼(Raman)光纤放大器的激励光波长设定为大约为1390nm。然而，已经提出的在C波段和L波段上补偿色散的色散补偿光纤在大约1390nm的波长上传输损耗大，因为其中的羟基团(OH-groups)影响吸收峰值。因此，已经提出的在C波段和L波段上补偿色散的色散补偿光纤不能有效地实现罗曼(Raman)放大。
而且，存在一种使用色散补偿光纤作为集中式在线罗曼中继器(concentrated in-line Raman repeaters)的一部分的情况。在这种情况下，如果中继设备的带通滤波器的隔离功能差，中继设备中产生的不希望的C波段和L波段信号就不能截止，无意中这些信号作为噪声被传输到后级。因此，S波段的单模光纤色散补偿光纤需要具有滤波功能，以便截止C波段和L波段上的信号。
有关用于在S波段上补偿单模光纤色散的光纤，截止波长可以设置为1460nm或更短。然而，当该光纤用作罗曼光纤放大器的光纤时，截止波长必须设置为1360nm或更短。
根据本发明的一个方面，提供了一种光纤和色散补偿器，当在S波段上进行波分复用传输时使用它们能够补偿单模光纤或类似元件的光学传输线路的色散特性。最好光纤和色散补偿器能够使用罗曼光纤放大器高效和高质量地实现波分复用传输。使用上述光纤和色散补偿器的光学传输系统能够实现高质量波分复用传输，补偿了其中的色散。
下面，将参考附图描述根据本发明的最佳实施例。
图1示出根据本发明的光纤第一实施例的折射率分布图。不同形式的折射率分布可以作为根据本发明的光纤的折射率分布。然而，第一实施例使用如图1所示的所谓W形折射率分布，该折射率分布结构相对简单，而且折射率结构容易设计和控制。
根据第一实施例的光纤具有多个(在该实施例中为三层)玻璃层(第一玻璃层1、第二玻璃层2和第三玻璃层3)，相邻层的组分不同。这三个玻璃层中作为折射率分布标准的参考层是第三玻璃层3。第一玻璃层1和第二玻璃层2形成在第三玻璃层3内部。换句话说，第一实施例的光纤形成为第一玻璃层1的外部覆盖有第二玻璃层2，第二玻璃层2的外部覆盖有第三玻璃层3。
在第一实施例中，用Δ1表示第一玻璃层1(形成在光纤的最里面)相对于参考层(第三玻璃层)3的最大相对折射率差，满足下列不等式：1.0％≤Δ1≤3.0％；而且，用Δ2表示第二玻璃层2(从光纤最里面数第二层)相对于参考层的最小相对折射率差，满足下列不等式：-1.0％≤Δ2≤-0.4％。
在本说明书中，相对折射率差Δ1和Δ2由下面的式子(1)至(2)定义，其中n1表示第一玻璃层1的折射率最大部分的折射率，n2表示第二玻璃层2中的折射率最小部分的折射率，ns表示参考层的折射率。
Δ1＝{(n1-ns)/n1}×100......(1)
Δ2＝{(n2-ns)/n2}×100......(2)
而且，第一玻璃层1的直径设定为1.7μm至5.0μm范围内的值。第一玻璃层1的直径a与第二玻璃层2的直径b的比值a/b设置成满足下列不等式：0.3≤a/b≤0.6。这里，本说明书中除非特别说明，直径是指外径。
第一实施例具有上述折射率分布，因此具有如下特性。即，在第一实施例的光纤中，在S波段的设定波长上的色散设置为-8ps/nm/km或更小。而且设定在S波段内的20nm波段或更长波长上的色散和色散斜率设置为负值，在上述波段内色散除以色散斜率所得数值设置为小于300的正值。
而且，在第一实施例的光纤中，在波长1390nm的传输损耗设置成3dB/km或更小。此外，在波长1520nm的传输损耗设置成1dB/km或更大。在根据第一实施例的优选光纤中，在波长1520nm的传输损耗设置成比在1500nm的传输损耗大1dB/km或更多的数值。
为了确定第一实施例的折射率分布，本申请的发明人制造了具有如图1所示的W形折射率分布的不同光纤并检测它们的特性。检测结果发现在所有制造的光纤中截止波长等于800nm或更短。
上述光纤(制造的)是如表1所示的光纤A至N，这些光纤A至N中的光纤B、C、H、J、M是第一实施例的光纤。
Δ1 Δ2 a a/b     损耗＠1390nm     损耗＠1500nm     损耗＠1520nm     D＠1500nm     S＠1500nm   D/S＠1500nm
   ％   ％     Um     -     dB/km     dB/km     dB/km     ps/nm/km     ps/nm2/km     nm
  A    0.9   -0.5     5.4     0.60     0.88     0.43     1.53     -20.8     -0.062     335
  B    1.0   -0.5     5.0     0.60     0.92     0.48     1.22     -44.2     -0.173     255
  C    3.0   -1.0     1.7     0.40     2.65     0.79     2.22     -105.6     -0.435     243
  D    3.0   -1.0     1.7     0.40     3.20     0.73     2.32     -103.8     -0.431     241
  E    3.1   -1.0     1.7     0.40     2.85     0.79     1.88     -95.4     -0.309     309
  F    3.0   -1.1     1.9     0.40     2.67     0.73     0.81     -108.3     -0.542     200
  G    1.0   -0.3     4.7     0.30     0.99     0.49     2.10     -8.8     -0.012     720
  H    1.0   -0.4     4.7     0.30     1.03     0.62     4.35     -8.3     -0.051     162
  I    3.0   -1.0     1.6     0.40     2.71     *     *     *     *     *
  J    1.0   -0.5     5.0     0.60     0.99     0.42     1.05     -39.4     -0.138     285
  K    1.0   -0.5     5.1     0.60     1.03     0.41     0.87     -35.1     -0.111     317
  L    2.0   -0.7     3.2     0.29     1.62     0.52     *     *     *     *
  M    2.0   -0.7     3.2     0.30     1.54     0.51     2.48     -94.8     -3.532     27
  N    1.0   -0.5     5.0     0.61     0.88     0.47     0.92     -37.8     -0.112     338
                                            表1
在表1和后面的表中，损耗＠1390nm表示在波长1390nm的传输损耗值，损耗＠1500nm表示在波长1500nm的传输损耗值，损耗＠1520nm表示在波长1520nm的传输损耗值。在每个表中，D＠1500nm表示在波长1500nm的色散值，S＠1500nm表示在波长1500nm的色散斜率值，D/S＠1500nm表示在波长1500nm处色散值除以色散斜率所获得的数值。在这些表中，*表示“无限大”。
这里，如果相对折射率差Δ1设定为0.9％或更小，波长1500nm的色散可以减小到-8ps/nm/km或更小，然而在波长1500nm出现弯曲边缘(bendedge)，所以传输损耗可能上升。弯曲边缘表示基模(base mode)不在长波一侧传播的边界。如果相对折射率差Δ1设定为0.9％或更小，防止弯曲边缘在波长1500nm出现，象所制造的光纤A一样，则难以满足0＜D/S＜300。
相反，如果相对折射率差Δ1大大超过3.1或更大，色散增大。在这种情况下，难以满足0＜D/S＜300。
因此，在本实施例中，相对折射率差Δ1的范围设定为满足1.0％≤Δ1≤3.0％。
在具有如图1所示结构的光纤中，当相对折射率差Δ1增大时，波长1390nm的传输损耗将更大。即，相对折射率差Δ1为3.0％或更大的光纤在波长1390nm倾向于具有大的传输损耗。
因此，如果相对折射率差Δ1设置成小于所提出的在C波段补偿单模光纤色散的光纤的相对折射率差Δ(例如，大约1.7至3.0％)，将更容易减小在波长1390nm的损耗。如上所述，减小相对折射率差Δ1的例子对应于所制造的光纤B。然而，例如即使相对折射率差Δ1增大到3％，也可以通过下述技术抑制在波长1390nm的损耗增加。该技术包括调整火抛光的条件、蚀刻玻璃表面等。
如果相对折射率差Δ2过大(例如，Δ2设定为-0.3％，象制造的光纤G一样)则难以满足0＜D/S＜300，因为难以提高色散斜率。另一方面，如果相对折射率差Δ2过小(例如，Δ2设定为-1.1％或更小)，则在波长1520nm的传输损耗不能提高到1dB/km或更大。
因此，在第一实施例中，相对折射率差Δ2设定为-1.0％≤Δ2≤-0.4％。
而且，当第一玻璃层1的直径a大大减小到1.6μm或更小，如同制造I的情况一样，弯曲边缘移到短波一边，并最后到达波长1500nm。相反，当第一玻璃层1的直径a大大增大到5.1μm或更大，如同制造K的情况一样，难以提高色散斜率，因此难以满足0＜D/S＜300。
因此，在第一实施例中，第一玻璃层1的直径a设定为1.7μm至5.0μm范围内的数值。
而且，当第一玻璃层1的直径a除以第二玻璃层2的直径b所获得数值(a/b)减小到0.29时，如同制造L的情况，容易提高色散斜率，因此容易满足0＜D/S＜300。然而，弯曲边缘出现在波长1500nm。另一方面，当第一玻璃层1的直径a除以第二玻璃层2的直径b所获得数值(a/b)增大到0.61时，如同制造N的情况，在波长1500nm不出现弯曲边缘，然而难以满足0＜D/S＜300。
因此，在第一实施例中，当第一玻璃层1的直径a除以第二玻璃层2的直径b所获得数值(a/b)设定为0.3至0.6范围内的数值。
当通过调整芯直径的设计把弯曲边缘设置成出现在1520nm波长时，1520nm的传输损耗能够提高到1dB/km或更大。
而且，最好第一实施例的光纤在波长1520nm的传输损耗比在波长1500nm的损耗大1dB/km或更多。制造C、H、M是满足该条件的优选光纤。
第一实施例的光纤在波长1500nm的色散值不大于-8ps/nm/km，1500nm波长是对应于大于等于1420nm至小于1520nm的波段内(S波段)的波长。而且，第一实施例的光纤设计成使得色散值除以色散斜率所获得的数值(D/S)为小于大约300的正值。因此，第一实施例的光纤能够整体补偿(collectively compensate)单模光纤在S波段的色散特性。
即如上所述，单模光纤通常在S波段具有大约为8至15ps/nm/km的正色散。因此，例如为了补偿长度为40Km的单模光纤所形成的光学传输线路在波长1500nm的色散值，所设计的光纤需要补偿大约560ps/nm的色散。
例如，在第一实施例的所有制造光纤中具有最大色散绝对值的制造光纤C，通过把它的长度设定为大约为5km，能够补偿大约560ps/nm的色散，
当S波段的波分复用传输使用单模光纤作为光学传输线路实现时，整体补偿单模光纤的色散特性(色散和色散斜率)的光纤只需要D/S值与单模光纤的D/S值接近。最好，单模光纤和用于色散补偿的光纤的D/S数值基本上彼此相等。
单模光纤在S波段的D/S数值(色散值/色散斜率)大约等于120至250nm。单模光纤的色散和色散斜率为正值。
在第一实施例的光纤中，在设定于S波段内的20nm或更长波段上的色散设置为负值，而且上述波段的色散除以色散斜率所获得的数值(D/S)设置为小于300的正值。因此，单模光纤在S波段内的色散和色散斜率能够整体和有效地补偿。
在第一实施例中，在波长1520nm的传输损耗比在波长1500的大1dB/km或更多的光纤能够保持最低限隔离，即能够把C波段和L波段的波长截止。也就是说，该光纤每个波长的损耗差为0.2dB/km，而且通过保持隔离能够实现截止C波段和L波段波长的滤波功能。
例如，制造光纤C在波长1500nm的传输损耗大约为0.8dB/km，在波长1520nm的传输损耗大约为2.2dB/km。即，制造光纤C在波长1500nm和1520nm的传输损耗数值之间的差为1dB/km，因此能够保持上述隔离。
而且，第一实施例的光纤的截止波长为800nm或更短，在波长1390nm的传输损耗为3dB/km或更小，因此能够很好地作为罗曼放大的光纤。
图2示出当使用长度为5.4km的制造光纤C(光纤C)时的传输损耗特性。图2还示出当使用长度为5.3km的制造光纤F(光纤F)时的传输损耗特性，作为对比例。
如图所示，制造光纤C在波长1520nm的传输损耗大，而且在较大波长的传输损耗数值更大。因此，制造光纤C足以实现滤波功能，截止C波段和L波段的波长。
另一方面，制造光纤F在波长1520nm的传输损耗数值较小，因此隔离不够。
图3示出根据本发明光纤的第二实施例的折射率分布。如图3所示，第二实施例的光纤具有多个(在该实施例中为四层)玻璃层(第一玻璃层1、第二玻璃层2、第三玻璃层3和第四玻璃层4)，相邻层的组分不同。
作为折射率分布标准的参考层是第四玻璃层4。在第二实施例的光纤中，至少三个玻璃层(第一玻璃层1、第二玻璃层2和第三玻璃层3)形成在第四玻璃层4内部。换句话说，第二实施例的光纤形成为第一玻璃层1的外部覆盖有第二玻璃层2，第二玻璃层2的外部覆盖有第三玻璃层3，而第三玻璃层3的外部覆盖有第四玻璃层4。
如同第一实施例的情况一样，第二实施例的光纤在如下条件下设计，即相对折射率差Δ1和Δ2满足下列不等式：1.0％≤Δ1≤3.0％和-1.0％≤Δ2≤-0.4％。第三玻璃层3(从第二实施例光纤的最里面数第三层)相对于参考标准的最大相对折射率差Δ3满足下列不等式：0≤Δ3≤0.5％。
相对折射率差Δ3由下面的式子(3)定义。此处，n3代表第三玻璃层3的折射率曲线最大部分的折射率曲线。
Δ3＝{(n3-ns)/n3}×100......(3)
在第二实施例中，第二玻璃层2与第三玻璃层3的直径比值(c/b)设置成满足下列不等式：1.0＜c/b≤2.7，c表示形成在从光纤最里面数第三玻璃层3的直径，b表示形成在从光纤最里面数第二玻璃层2的直径。
本申请的发明人制造了具有如图3所示折射率分布的不同光纤，以便确定第二实施例的光纤结构。
上述制造光纤对应于表2所示的光纤O至U。这些制造光纤O至U中，光纤P、S和U对应于第二实施例的光纤。制造光纤O和R对应于向第一实施例一样具有三层结构的光纤。
Δ1 Δ2 Δ3 a a/b c/b     损耗＠1390nm     损耗＠1500nm     损耗＠1520nm   截止波长     D＠1500nm     S＠1500nm   D/S＠1500nm
   ％   ％     ％    um   -    -     dB/km    dB/km     dB/km     nm     ps/nm/km     ps/nm2/km     nm
O    1.2   -0.6     0.0    4.4   0.40    0.00     0.92     0.48      1.53     ＜800     -24.3     -0.149     163
P    1.2   -0.6     0.5    4.4   0.40    1.20     0.93     0.48      1.55     1357     -63.9     -0.548     117
Q    1.2   -0.6     0.6    4.4   0.40    1.20     0.95     0.47      1.52     1484     -83.2     -0.657     127
R    3.0   -1.0     0.0    1.7   0.40    0.00     2.65     0.79      2.22     ＜800     -105.6     -0.435     243
S    3.0   -1.0     0.1    1.7   0.40    2.70     2.66     0.77      1.81     1390     -137.2     -0.937     146
T    3.0   -1.0     0.1    1.7   0.40    2.80     2.64     0.76      1.56     1463     -138.8     -0.964     144
U    2.4   -0.6     0.2    1.7   0.32    1.70     2.51     0.52      1.94     1355     -180.0     -1.490     121
                                                                 表2
从表2可以清楚地到，即使当光纤的折射率分布具有四层结构而且具有正相对折射率的第三玻璃层3覆盖在第二玻璃层2外部时，光纤也能够实现与第一实施例相同的效果。
设计制造P、Q使得相对折射率差Δ1和Δ2、第一玻璃层1的直径a、和第一玻璃层1的直径a与第二玻璃层2的直径b的比值a/b设置成与制造O的数值相同，所述制造O是具有W形折射率分布的三层结构。制造O的截止波长等于800nm或更短。然而，如果相对折射率差Δ3等于0.6％或更大，象制造Q一样，截止波长转移到长波一端。因此，在第二实施例中，如上所述相对折射率差Δ3等于0.5％或更小。
制造S、T设计成这样，即相对折射率差Δ1和Δ2、第一玻璃层1的直径a及第一玻璃层1的直径a与第二层玻璃层2的直径b之比a/b被设置成与制造R的值相同，所述制造R具有三层结构的W型折射率分布。制造R的截止波长等于800nm或更短。然而，如果第三玻璃层3与第二玻璃层2的直径之比c/b等于2.8或更大的话，截止波长就移向长波长一侧。因此，在第二实施例中，正如上面描述的，第三玻璃层3与第二玻璃层2的直径之比c/b被设在2.7或更小。
第二实施例以如上所述方式制造，它具有和第一实施例相同的效果。
下面，将描述依据本发明的色散补偿器的实施例。
依据本发明实施例的色散补偿器应用于上述实施例的光纤制造C的光纤中，而且形成为5.4km长。处于连接处的单模光纤(用于光纤传输)在波长1500nm处具有+14ps/nm/km的色散值以及和0.063ps/nm2/km的色散斜率。单模光纤的长度设定为40km。
表3说明的是在波长范围从1420nm到1520nm内的传输线的色散值(单模光纤)和DCF(一个色散补偿器实施例)的色散值的测量结果。同时表3也示出了在单模光纤和色散补偿器连接在一起后色散值以及色散斜率的测量结果(补偿后)。
波长     传输线路的色散 DCF色散   补偿后的色散   补偿后的色散斜率
    nm     ps/nm/km ps/nm/km     ps/nm/km     ps/nm2/km
    1420     8.8588 -82.2865     -2.29     0.048
    1425     9.2235 -83.2566     -2.06     0.0456
    1430     9.5847 -84.2748     -1.84     0.0436
    1435     9.9424 -85.3438     -1.62     0.0415
    1440     10.2968 -86.4663     -1.42     0.0394
    1445     10.6479 -87.6453     -1.23     0.0371
    1450     10.9958 -88.8843     -1.05     0.0348
    1455     11.3405 -90.1868     -0.88     0.0324
    1460     11.6820 -91.5569     -0.72     0.0299
    1465     12.0204 -92.999     -0.58     0.0273
    1470     12.3559 -94.5178     -0.45     0.0245
    1475     12.6883 -96.1187     -0.34     0.0216
    1480     13.0178 -97.8075     -0.24     0.0186
    1485     13.3444 -99.5907     -0.15     0.0153
    1490     13.6682 -101.475     -0.08     0.0119
    1495     13.9893 -103.47     -0.03     0.0083
    1500     14.3075 -105.582     0.00     0.0044
    1505     14.6231 -107.823     0.01     0.0002
    1510     14.9361 -110.204     0.00     -0.0042
    1515     15.2464 -112.736     -0.03     -0.0091
    1520     15.5542 -115.435     -0.09     -0.015
                                         表3
在表3中，补偿后的色散斜率通过将+5nm波长处的色散值与-5nm波长的色散值之间的差除以10来得出。例如，在波长1550nm处的色散斜率等于[(在1555nm处的色散值)-(在1545nm处的色散值)]/(1555-1545)。
从表3明显地看到，本实施例的色散补偿器能够有效作为S波段的色散补偿器。也就是说，本实施例的色散补偿器可应用在波长范围1420nm到1520nm内单模光纤的色散补偿。通过使用本色散补偿器，该色散补偿器能够在1460nm到1520nm范围内的40nm或更宽波段上的平均色散斜率设置为-0.03ps/nm2/km到0.03ps/nm2/km范围内的数值。
进一步，通过使用本实施例的色散补偿器，该色散补偿器可以在1495nm到1515nm范围内的20nm或更宽波段上的平均色散斜率设置为-0.01ps/nm2/km到0.01ps/nm2/km范围内的数值。
进而，色散补偿器实施例使用制造光纤C制成，以便它能够在C波段和L波段表现出足够的截止波长滤波功能。也就是说，当本实施例的色散补偿器应用到光学传输系统中时，它能实现高质量的波分复用传输。
图4说明的是使用本实施例的色散补偿器(S波段的色散补偿器)的光学传输系统的实施例。
在图4中，在波分复用传输的光学传输线路12的光发射侧设置有光学解复器13。从光学解复器13分出的光通过C波段和L波段的色散补偿器17，并入射到具有滤波器的光学复用器16的入射口18。从光学解复器13分出的其它光通过实施例的S波段色散补偿器15，并入射到具有滤波器的光学复用器16的入射口19。
在具有滤波器的光学复用器16的入射口18一侧设置有用来阻止S波段的光而通过C波段和L波段的光的高通滤波器20。而且，在具有滤波器的光学复用器16的入射口19一侧设置有用来阻止C波段和L波段的光而通过S波段光的低通滤波器21。
在图4所示的系统中，低通滤波器21的特点用图2中的特征线说明。当应用滤波器时，如果光在1520nm处的光截止作用(传输损耗)小，将产生下列问题。即，在这种情况下，当C波段和L波段的光入射到具有滤波器的光复用器16的入射口19一侧时，光被具有滤波器的复用器16复用并发射。
这里，从具有滤波器的光复用器16的入射口19一侧C波段和L波段的光的色散没有补偿。因此，当光从具有滤波器的复用器16发射时，由于色散产生光信号失真。
然而，根据本发明的形成用于S波段的色散补偿器15的制造光纤C在波长1520nm或更长处传输损耗大，如图2中的特征线所示，因此它能够截止波长为1520nm或更长的光。因此，使用这样的色散补偿器15能够阻止C波段和L波段的光入射到具有滤波器的光复用器16的入射口19一侧。即，能够抑制由于C波段和L波段的色散产生的光信号失真。
图5示出使用上述色散补偿器15制成的色散补偿罗曼光纤放大器的一个实施例。
连接色散补偿器15与用于罗曼光纤放大的泵源24形成色散补偿罗曼光纤放大器，所述泵源24在波长1390nm附近激励。在图5中，参考标号25、26表示光学隔离器，参考标号27、28表示耦合器。表1中的制造光纤C用作形成色散补偿器15的光纤，它的长度设定为大约5.4km。
这样制成的色散补偿罗曼光纤放大器在波长1500nm的传输损耗是长度大约为5.4km的制造光纤C的传输损耗，而且该数值大约等于4.3dB/km。长度为40km的单模光纤在波长1500nm的传输损耗大约等于10dB/km。因此，如果总共大约为14.3dB/km的传输损耗能够被罗曼光纤放大器的增益补偿，光学传输线路的传输损耗和色散补偿器的传输损耗就能够补偿。
图6示出使用上述色散补偿罗曼光纤放大器的光学传输系统。
色散补偿罗曼光纤放大器10通过连接色散补偿器15和罗曼光纤放大器9制成，色散补偿罗曼光纤放大器10插在光学传输线路12(12a、12b)之间。
这里，罗曼增益10·log10{Is(L)/Is(0)·exp(-αs·L)}由下式表示：
10·log10{Is(L)/Is(0)·exp(-αs·L)}＝exp(gr·Io·Leff)......(4)
其中，Leff＝1/αp[1-10·log10·exp(-αp)·L]。αp表示在激励光波长(激励波长)处的损耗，αs表示在信号光波长处的损耗。L表示光纤的长度，设定为5.4km。Is(L)表示在输出端的信号光功率，Is(0)表示信号光功率，gr表示罗曼增益系数，Io表示输入到泵源的功率。
单模光纤和制造光纤中每一个的罗曼增益系数gr大约等于4.4(1/w/km)。在波长1390nm处传输损耗为2.65dB/km的制造光纤C可以用作色散补偿器的光纤，输入到泵源的功率Io可以设定为大约470mW。
当表1中的制造光纤D用作色散补偿罗曼光纤放大器时，光纤在波长1390nm的传输损耗等于3.20dB/km。因此，需要向泵源输入功率大于500mW(大约为560mW)的光。当目前使用的激光二极管用作泵源时，即使在使用偏振多路复用时也难以输入功率大于500mW的光，因此罗曼光纤放大器难以实现足够的增益。
如上所述，当通过使用上述实施例的色散补偿器制成色散补偿罗曼光纤放大器时，必须把波长1390nm处的传输损耗降低到3dB/km或更小。
本发明并不限于上述实施例，而是可以进行各种改进。例如，本发明不仅可以用于S波段的单模光纤色散补偿器，也可以用于不同领域，作为在S波段实现波分复用传输的光纤。例如，表1所示的制造光纤M可以用于补偿S波段上色散值为大约-0.5ps/nm/km至大约5ps/nm/km范围内的光纤的色散。
而且，在上述实施例的光纤中，在波长1390nm的传输损耗等于3dB/km或更小。S波段的波分复用传输可以通过使用罗曼光纤放大器以外光纤放大器的实现。例如，S波段的波分复用传输可以通过使用TDFA(掺铥光纤放大器)实现。在这种情况下，光纤在波长1390nm的传输损耗可以设定为大于3dB/km的数值。
而且，在本发明的光纤中，在大于等于1420nm至小于1520nm波段范围内的设定波长上的色散可以设定为-8ps/nm/km或更小。即，根据本发明的光纤的传输损耗和截止波长等并不限于上述实施例的数值。如上所述通过确定色散，能够有效补偿单模光纤或类似元件的光学传输线路在S波段的色散。

Claims (13)

1、一种光纤，包括：多个玻璃层，相邻层的组分不同；
其中该多个玻璃层至少有两个玻璃层形成于在所述的玻璃层内作为折射率分布标准的参考玻璃层中，
当形成在所述光纤的最里面的第一玻璃层相对于参考层的最大相对折射率差用Δ1表示时，满足下列不等式：1.0％≤Δ1≤3.0％；和当从所述光纤最里面数为第二层的第二玻璃层相对于参考层的最小相对折射率差用Δ2表示时，满足下列不等式：-1.0％≤Δ2≤-0.4％；
该第一玻璃层的直径大于等于1.7μm，并小于等于5.0μm；该第一玻璃层的直径a除以该第二玻璃层的直径b所得的数值a/b满足下列不等式：0.3≤a/b≤0.6；及
所述光纤的特征在于，在从1420nm到1520nm的波长范围内的给定波长上的色散设定为-8ps/nm/km或更小。
2、如权利要求1所述的光纤，其中在波长1520nm的传输损耗设置成大于波长1500nm的传输损耗。
3、如权利要求2所述的光纤，其中在波长1520nm的传输损耗设置成比波长1500nm的传输损耗大1dB/km或更多。
4、如权利要求1所述的光纤，其中所述光纤的截止波长设置为短于1460nm。
5、如权利要求4所述的光纤，其中所述光纤的截止波长设置为短于1360nm。
6、如权利要求1所述的光纤，其中在波长1390nm的传输损耗设置成3dB/km或更小。
7、如权利要求1所述的光纤，其中在从1420nm到1520nm的波长范围内的给定20nm或更宽波段上的色散和色散斜率为负值，而且在给定波段上的任意波长上色散值除以色散斜率所获得的数值设定为小于300nm的正值。
8、如权利要求1所述的光纤，还包括：第三玻璃层，在该第二玻璃层周围并形成于该参考层内部；当第三玻璃层相对于该参考层的最大相对折射率差用Δ3表示时，满足下列不等式：0≤Δ3≤0.5％。
9、如权利要求8所述的光纤，包括：其中该第三玻璃层的直径c除以该第二玻璃层的直径b所得数值c/b设置成满足下列不等式：1.0＜c/b≤2.7。
10、一种色散补偿器，包括一种光纤，
其中该光纤包括：多个玻璃层，相邻层的组分不同；
其中该多个玻璃层至少有两个玻璃层形成于在所述的玻璃层内作为折射率分布标准的参考层中，
当形成在所述光纤的最里面的第一玻璃层相对于参考层的最大相对折射率差用Δ1表示时，满足下列不等式：1.0％≤Δ1≤3.0％；和当从所述光纤最里面数为第二层的第二玻璃层相对于参考层的最小相对折射率差用Δ2表示时，满足下列不等式：-1.0％≤Δ2≤-0.4％；
该第一玻璃层的直径大于等于1.7μm，并小于等于5.0μm；该第一玻璃层的直径a除以该第二玻璃层的直径b所得的数值a/b满足下列不等式：0.3≤a/b≤0.6；及
所述光纤的特征在于，在从1420nm到1520nm的波长范围内的给定波长上的色散为-8ps/nm/km或更小；
其中该色散补偿器在从1420nm到1520nm的波长范围内具有大于等于20nm的波长范围，在该波长范围色散斜率大于等于-0.03ps/nm2/km小于等于0.03ps/nm2/km。
11、如权利要求10所述的色散补偿器，其中该色散补偿器在从1420nm到1520nm的波长范围内具有大于等于20nm的波长范围，在该波长范围色散斜率大于等于-0.01ps/nm2/km小于等于0.01ps/nm2/km。
12.一种罗曼放大器，包括一种光纤，
其中该光纤包括：多个玻璃层，相邻层的组分不同；
其中该多个玻璃层至少有两个玻璃层形成于在所述的玻璃层内作为折射率分布标准的参考层中，
当形成在所述光纤的最里面的第一玻璃层相对于参考层的最大相对折射率差用Δ1表示时，满足下列不等式：1.0％≤Δ1≤3.0％；和当从所述光纤最里面数为第二层的第二玻璃层相对于参考层的最小相对折射率差用Δ2表示时，满足下列不等式：-1.0％≤Δ2≤-0.4％；
该第一玻璃层的直径大于等于1.7μm，并小于等于5.0μm；该第一玻璃层的直径a除以该第二玻璃层的直径b所得的数值(a/b)满足下列不等式：0.3≤a/b≤0.6；及
所述光纤的特征在于，在从1420nm到1520nm的波长范围内的给定波长上的色散为-8ps/nm/km或更小；及
该罗曼放大器具有色散补偿器的功能。
13.如权利要求12所述的罗曼放大器，其中该光纤具有与罗曼放大介质相同的功能。
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