CN1166967C - 色散补偿光纤 - Google Patents

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Abstract

一种色散补偿光纤，它可以和在1.5微米波段具有零色散并在1.5或1.6微米波段传播信号光的色散移动光纤一起，构成提供得到改善的传送特性和有效的色散补偿的光传送线路。光传送线路的总体色散斜率得到了改善的同时，色散移动光纤的色散也很好地得到了补偿。色散补偿光纤具有包括按照顺序包围在线芯周围的第1、第2和第3包层的3层包层构造。不同的区域之间的比折射率差和它们的外径已被最佳化，同时色散移动光纤的色散被补偿，使得可以得到具有所希望的总体色散斜率。对于1.55微米的波长，上述色散补偿光纤的色散D与色散斜率S满足以下条件：D≤-50ps/nm/km，且S/D≥0.01/nm。

Description

色散补偿光纤
技术领域
本发明涉及可以在具备使得利用1.5微米波段或1.6微米波段的波分多路(WDM，Wavelength Division Multipiexing)信号的长距离且大容量的光通信变成为可能的色散移动光纤的光传送线路中使用，并对该色散移动光纤的色散进行补偿的色散补偿光纤。
背景技术
在可以在长距离的高速大容量通信中使用的光纤传送通路网中，限制传送容量的要素是可以作为传送媒体使用的单模光纤中的材料色散(由光纤的材料所固有的折射率的波长依赖性产生的色散)和构造色散(由传送模式的群速度的波长依赖性产生的色散)之和表示的色散(波长色散)。就是说，由光源发出来的光的波长就算说是单一的，严密地说也具有一定的频谱宽度。如果这样的光脉冲在具有规定的波长色散特性的单模光纤中传播，由于在有限的频谱成分间传播速度不同，故脉冲形状会失去原形。该色散，作为每一单位频谱宽度(nm)和单位光纤长度(km)的传播延迟时间差，可以用单位(ps/km/nm)表示。此外，人们还知道，在单模光纤中，这些材料色散和构造色散互相抵消，在1.31微米附近色散将变成为零。
色散移动光纤，由光纤的传送损耗在1.55波段下将变成为最小，可知是一种使其零色散波长从1.3微米波段向1.55微米波段移动的光纤，作为对该色散移动光纤的色散进行补偿的手段，通常使用色散补偿光纤。作为对这样的色散移动光纤进行补偿的技术，例如，在日本专利杂志特开平10-39155号公报中，讲述了色散补偿光纤和使用它的光传送系统。
色散移动光纤虽然被设计为使得在波长1.55微米附近的规定的波长下其色散变成为零，但是由于具有正的色散斜率，故要在使用波长的整个波段内抑制波长色散的发生的困难的。为此，使互不相同的波长的信号光成分多路化，以使传送容量的进一步大容量化成为可能的波分多路(WDM，Wavelength Division Multiplexing)方式的通信等中，对于种种的传送特性，将会产生对每一波长的不均一性，对此，在上述特开平10-39155号中所讲述的色散补偿光纤，被构成为使得也改善含有色散移动光纤的光传送通路的色散斜率。
另外，所谓色散斜率，由表示波长色散的曲线中的该曲线的斜率给出，可以用单位(ps/nm2/km)表示。
发明内容
本发明人，对现有的色散补偿光纤进行研究的结果，发现了以下的课题。就是说，以色散移动光纤的色散补偿为目的的现有的色散补偿光纤，由于其波长色散小，故要进行色散移动光纤的色散补偿，就需要用更长的光纤长度。为此，色散补偿的效率低，而且不可能避免装置等的大型化。除此之外，现有的色散补偿光纤，对于在作为补偿对象的色散移动光纤中使用的色散补偿光纤的诸特性的最佳化是不充分的，对于在使用色散移动光纤的光传送线路中的色散斜率的改善也是不充分的。
本发明就是为解决以上那样的课题而发明的，目的是提供这样的色散补偿光纤：通过对色散移动光纤的色散进行补偿的同时，应用在含有该色散移动光纤的光传送系统中，在更为宽广的波段内改善该光传送系统的总体色散斜率，而且，具备使高效率的色散补偿或装置的小型化成为可能的构造。
为此，本发明提供一种色散补偿光纤，对在1.5微米波段具有零色散波长的规定长度的色散移动光纤的色散进行补偿，具有：
沿规定的基准轴延伸并具有外径为2a的纤芯的纤芯区域；以及
包层区域，该包层区域是在上述纤芯区域的外周设置的区域，该包层区域具有外径为2b并且在上述纤芯的外周设置的第1包层、外径为2c并且在上述第1包层的外周设置的第2包层、和在上述第2包层的外周设置的第3包层，
其中，上述纤芯的折射率n1、上述第1包层的折射率n2、上述第2包层的折射率n3、上述第3包层的折射率n4满足以下条件：
n1＞n3＞n4＞n2，
上述纤芯和上述第1包层相对于上述第3包层的各比折射率差Δ1和Δ2分别为
1％≤Δ1≤3％
Δ2≤-0.4％，
上述纤芯的外径对上述第2包层的外径的比，为
2a/2c≤0.3，
在通过把上述规定长度的色散移动光纤、和具有用来补偿该色散移动光纤的色散的足够长度的该色散补偿光纤进行光学性地连接而构成光传送系统时，该色散补偿光纤对于使用波段内的信号波长中的最小波长的光和最大波长的光，使该光传送系统中的总体色散斜率的绝对值在0.024ps/nm2/km以下，
对于1.55微米的波长，上述色散补偿光纤的色散D与色散斜率S满足以下条件：
        D≤-50ps/nm/km，
且    S/D≥0.01/nm。
本发明的色散补偿光纤的特征是，在用色散补偿光纤和传播1.5微米波段或1.6微米波段的信号光的色散移动光纤构成光传送系统时，在使用波段内的信号波长之内，对于最小波长λS和最大波长λL的各种光，该光传送系统中的总体色散斜率都具有使之变成为在-0.024ps/nm2/km以上，0.024ps/nm2/km以下所需要的充分的长度。
具体地说，该色散补偿光纤的长度LDCF，在所使用的波段内的信号波长之内，对于波长为λm的光，被设定为使得满足以下的条件：
|DDSF(λm)·LDSF+LDCF(λm)·DDCF|≤200ps/nm
其中，
DDSF(λm)：波长λm中的色散移动光纤的色散
LDSF     ：色散移动光纤的长度
DDCF(λm)：波长λm中的该色散补偿光纤的色散
LDCF     ：该色散补偿光纤的长度。
此外，理想的是，该色散补偿光纤的长度LDCF，对于使用波长波段内的所有的信号波长λall的光，被设定为使得满足以下的条件：
|DDSF(λall)·LDSF+DDCF(λall)·LDCF|≤200ps/nm，
其中，
DDSF(λall)：所有的使用波长λall中的色散移动光纤的色散
LDSF       ：色散移动光纤的长度
DDCF(λall)：所有的使用波长λall中的该色散补偿光纤的色散
LDCF       ：该色散补偿光纤的长度。
此外，纤芯对第3包层的比折射率差，在要求低传送损耗的情况下，理想的是满足条件1％≤Δ1≤2％，在利用高色散得到的高色散补偿效率的情况下，理想的是满足条件2％≤Δ1≤3％，可以根据用途或设备等的诸多条件，来恰当地设定该Δ1的范围。
如上所述，倘若采用具备具有单一的纤芯的区域、和在该纤芯区域的外周设置的3层包层的包层区域(3层包层构造)的该色散补偿光纤，则采用把其各个部分的折射率和外径设定为使得满足上述那样的条件的办法，就可以改善使用该色散补偿光纤的光传送系统中的总体色散斜率。此外，在已使该色散补偿光纤组件化时，可以选择可以使色散补偿的效率化或装置的小型化的那种程度的绝对值充分大的波长色散。
特别是色散移动光纤，尽管色散的绝对值小色散斜率大，但若用2层包层构造的色散补偿光纤进行的色散补偿的话，则或者是色散斜率的补偿和色散的补偿不能两者兼顾，或者是需要具有与本身为补偿对象的色散移动光纤同等程度的长度。再有，还存在着弯曲损耗也大等实用上的问题。这样的问题可以采用对包层区域使用上述的那样的3层包层构造的办法，使该色散补偿光纤的诸特性最佳化。
例如，在3层包层构造的色散补偿光纤中，具有负值的色散的绝对值越大，则进行色散补偿所需要的色散补偿光纤的长度就可以越短，越可以实现色散补偿的效率化。特别是，之所以说纤芯对第3包层的比折射率差Δ1在1％以上且3％以下，是因为例如对波长1.55微米的光的色散，大体上相当于-200ps/nm/km以上且0ps/nm/km以下。
此外，之所以说纤芯对第3包层的比折射率差Δ1在1％以上且2％以下，是因为例如对波长1.55微米的光的色散，大体上相当于-100ps/nm/km以上且0ps/nm/km以下。同样，之所以说纤芯对第3包层的比折射率差Δ1在2％以上3％以下，是因为例如对波长1.55微米的光的色散，大体上相当于-200ps/nm/km以上且-100ps/nm/km以下。
色散虽然随着Δ1的值的增大而增大，但为了增大该Δ1的值，就需要增加例如向纤芯中添加的GeO2的添加量。另一方面，GeO2的添加量的增加，将会引起传送损耗的增加。因此，在与Δ1有关的条件的范围内，理想的是根据用途和设备等的诸条件恰当地进行选择：在要求低传送损耗的情况下，选择1％≤Δ1≤2％，在要求利用高色散进行的高色散补偿效率的情况下则选择2％≤Δ1≤3％。
另外在本发明的色散补偿光纤中，第2包层对上述第3包层的比折射率Δ3，理想的是满足Δ3≥0.1％。此外，纤芯对第1包层的外径之比，理想的是满足0.2≤2a/2b≤0.5。除此之外，本发明的色散补偿光纤，对于波长1.55微米的光，具有在10dB/m以下的直径60mm时的弯曲损耗、0.5ps·km-1/2以下的偏振波模式色散和1dB/km的传送损耗。
事实上，这样的色散补偿光纤有时候可以作成为卷绕成线圈状的小型的组件使用。在这种情况下，特别是采用减小弯曲损耗的办法，可以使装置小型化和抑制伴随着该小型化的传送损耗的增加。
如上所述，采用用传播1.55微米波段的WDM信号的色散移动光纤、和对该色散移动光纤的色散进行补偿具有充分的长度的本发明的色散补偿光纤，构成光传送系统的办法，结果就变成为该光传送系统具有-0.024ps/nm2/km以上且0.024ps/nm2/km以下，理想的是-0.012ps/nm2/km以上且0.012ps/nm2/km以下的总体色散斜率。
附图说明
图1A示出了本发明的色散补偿光纤的剖面构造，图1B示出了图1A的色散补偿光纤的折射率的分布
图2示出了使用本发明的色散补偿光纤的光传送系统的一个例子。
图3A～图3C的曲线图示出了在本发明的色散补偿光纤的实施例1中，其色散、色散斜率和在直径60mm时的弯曲损耗对纤芯外径的依赖性。
图4的曲线图示出了在实施例1的色散补偿光纤中，其色散与色散斜率之间的关系。
图5A～图5C的曲线图示出了在本发明的色散补偿光纤的实施例1中，其色散、色散斜率和在直径60mm时的弯曲损耗对纤芯外径的依赖性。
图6的曲线图示出了在实施例2的色散补偿光纤中，其色散与色散斜率之间的关系。
图7的曲线图示出了在实施例3的色散补偿光纤中，其色散与色散斜率之间的关系。
图8A～图8E的曲线图示出了在本发明的色散补偿光纤的实施例3中，其色散、色散斜率、在直径20mm时的弯曲损耗、有效剖面面积(Aeff)和截止波长对纤芯外径的依赖性。
图9的曲线图示出了在实施例4的色散补偿光纤中，其色散与色散斜率的波长依赖性。
图10是用来对实施例4的色散补偿光纤的色散和具备2层包层构造的色散补偿光纤(比较例)的色散进行比较的曲线。
图11示出了具有2层构造的比较例(色散补偿光纤)的折射率分布。
图12的曲线图示出了在实施例4的色散补偿光纤中，使Δ1变化时的色散与纤芯外径之间的关系。
图13的曲线图示出了在实施例4的色散补偿光纤中，使Δ1变化时的色散与在直径为40mm时的弯曲损耗之间的关系。
图14示出了在实施例4的色散补偿光纤中，在使2a/2b变化时的色散与纤芯外径之间的关系。
图15的曲线图示出了在实施例4的色散补偿光纤中，使2a/2b变化时的色散与在直径为40mm时的弯曲损耗之间的关系。
图16的曲线图示出了在实施例4的色散补偿光纤中，使2a/2c变化时的色散与纤芯外径之间的关系。
图17的曲线图示出了在实施例4的色散补偿光纤中，使2a/2c变化时的色散与在直径为40mm时的弯曲损耗之间的关系。
图18的曲线图示出了在用本发明的色散补偿光纤和色散移动光纤构成的光传送系统中，其色散的波长依赖性(其1)。
图19的曲线图示出了在用本发明的色散补偿光纤和色散移动光纤构成的光传送系统中，其色散的波长依赖性(其2)。
图20示出了使用本发明的色散补偿光纤的光传送系统的另一构成例。
图21示出了使用本发明的色散补偿光纤的光传送系统的另一构成例。
具体实施方式
以下，用图1A、1B、2、3A～3C、4、5A～5C、6～7、8A～8E、9～21，说明本发明的色散补偿光纤的各个实施例，对于图中的同一要素赋予同一标号而省略重复的说明。此外，图面的尺寸比例与所以说明的物体不一定非一致不可。
图1A示出了本发明的色散补偿光纤的剖面构造，该色散补偿光纤100具备具有外径为2a的纤芯1的纤芯区域、和由在该纤芯1的外周设置的外径为2b的第1包层2、在该第1包层2的外周设置的外径为2c的第2包层3和在该第3包层3的外周设置的第3包层4构成的3层包层构造的包层区域5。图1B示出了图1A所示的色散补偿光纤100的直径方向(图中用线L表示的方向)的折射率分布550。另外，图1B所示的折射率分布550的横轴，相当于沿图1A中的线L的对纤芯1的中心轴垂直的剖面上边的各个部位。因此，在图1B中的折射率分布550中，区域10示出了纤芯1的线L上边的各个部位的折射率，区域30示出了第2包层3上边的各个部位的折射率，区域40示出了第3包层4上边的各个部位的折射率。
该色散补偿光纤100，是以SiO2(石英玻璃)为主成分的光波导，其特性受构成该色散补偿光纤100的各个区域的外径和折射率等控制。另外，图1B所示的折射率分布550中的Δ，表示以第3包层4的折射率为基准的各个区域的比折射率差，定义如下。
Δ1＝(n1-n4)/n4
Δ2＝(n2-n4)/n4
Δ3＝(n3-n4)/n4
其中，n1是纤芯1的折射率，n2是第1包层2的折射率，n3是第2包层3的折射率，n4是第3包层4的折射率。此外，在本说明书中，比折射率差Δ用百分比表示，定义式中的各个区域的折射率顺序是不同的。因此，在Δ为负的值的情况下，意味着对应的区域的折射率比第3包层4的折射率低。
本发明的色散补偿光纤，上述各个区域1～4的各个折射率被构成为满足以下的条件(1)：
n1＞n3＞n4＞n2       …(1)
借助于此，各个区域对第3包层4的比折射率差，满足以下的条件(1a)：
Δ1＞Δ3＞0％＞Δ2  …(1a)
(条件(1)和(1a)是等效的)。就是说，被构成为使得Δ1和Δ3具有正的值，Δ2具有负的值，此外，使得Δ1的值变成为最大。
具有这样的折射率分布的3层包层构造的光纤，例如可以构成如下。用SiO2形成位于最外侧的第3包层4。对此，向以SiO2为主材料的纤芯1和第2包层3中分别添加进规定量的GeO2，并控制为使得其折射率比SiO2高。另一方面，向以SiO2为主材料的第1包层2中添加进规定量的F(氟)，并控制为使得其折射率比SiO2低。另外，对于这样的用添加进杂质来控制折射率的具体的方法和构成来说，上述的构成是其一个例子，并不受限于此。例如，第3包层4也可以是添加进规定量的F等的折射率调节剂而不是纯粹的SiO2。
各自的比折射率差，还要满足以下的条件(2)和(3)：
1％≤Δ1≤2％       …(2)
Δ2≤-0.4％         …(3)
此外，各自的外径满足以下的条件(4)：
2a/2c≤0.3％        …(4)
采用象上述那样地设定各个区域的折射率和外径的办法，就可以得到能够实现充分的色散斜率的改善的色散补偿光纤。此外，采用还满足以下的条件(5)和(6)的办法，就可以得到更为合适的色散补偿光纤。
Δ3≥0.1％         …(5)
0.2≤2a/2b≤0.5    …(6)
另外，该色散补偿光纤的色散，例如，对于波长1.55微米来说，在Δ1＝1％时，为大约0ps/nm/km，在Δ1＝0.3％时，为-200ps/nm/km左右。因此在有关纤芯1对第3包层4的比折射率差Δ1的条件(2)的范围1％≤Δ1≤3％中，如果Δ1的值越大，则具有负的值的色散的绝对值就越大，就可以实现色散补偿的效率化。另一方面，为了加大Δ1的值，例如就需要增加向纤芯1内添加的GeO2的量，以增大其折射率n1，但是，在这种情况下，传送损耗将借助于起因于要添加进来的GeO2的雷利(レ-リ-)散射的增大等而增大。在本发明的色散补偿光纤中，采用把Δ1的上限设定为3％的办法，在确保本身为补偿对象的色散移动光纤的足够的色散补偿的同时，而且，还可以把其传送损耗抑制到1dB/km以下。
再有，也可以把条件(2)的范围变更为以下的2个条件(7)和(8)：
1％≤Δ1≤2％    …(7)
2％≤Δ1≤3％    …(8)
对于满足这2个条件的色散补偿光纤来说，可以根据需要进行选择。就是说，在更为重视低传送损耗的情况下，适合于条件(7)那样地选择Δ1，而在更为重视高色散的情况下，则适合于条件(8)那样地选择Δ1。
此外，偏振波色散模式(PMD)虽然伴随着表示纤芯1的形状从偏离真正的圆的非圆度的增大而增大，但在这种情况下，纤芯1的折射率越大，就是说，Δ1的值越大，则起因于偏离真正的圆的偏振波模式色散也增加得越大。在本发明的色散补偿光纤中，采用把Δ1的上限抑制在3％以下的办法，例如，在非圆度在0.5％以下的情况下，就可以把偏振波模式色散抑制到0.5ps km-1/2以下。
图2示出了使用本发明的色散补偿光纤的光传送系统的一个构成例。在该光传送系统中，本身就是补偿对象的色散移动光纤200的一端(入射端)，通过单模光纤等的光纤传送线路300与发送器400光学性地进行连接，同时另一端(出射端)则光学性地连接到本发明的色散补偿光纤100的一端(入射端)上。另一方面，色散补偿光纤100的另一端(出射端)，则通过单模光纤等的光纤传送线路300与接收机500光学性地进行连接。
另外，在使用该色散补偿光纤100的光传送系统中的总体色散和总体色散斜率定义如下。就是说，如图2所示，在由具有色散DDSF(在波长1.55微米时为17ps/nm/km)、色散斜率SDSF(0.06ps/nm2/km)的长度DDSF的色散移动光纤200、和具有色散DDCF、色散斜率SDCF的长度LDCF的色散移动光纤100构成的光传送系统中的总体色散，由下式给出：
DDSF·LDSF+DDCF·LDCF
此外，该光传送系统中的总体色散斜率。由下式给出：
(DDSF·LDSF+DDCF·LDCF)/LDSF
其中，由于该色散补偿光纤100的长度，与由该色散补偿光纤100和色散移动光纤200构成的传送通道部分比非常短，故对于光传送系统中的总体色散和总体色散斜率的贡献可以忽略不计。
本发明的色散补偿光纤，在同时使用色散移动光纤的光传送系统中，在对波长1.55微米的光充分地补偿色散的条件下，就是说，在总体色散变成为零的情况下，具有使其色散斜率的值变成为-0.024ps/nm2/km以上且0.024ps/nm2/km以下那样的诸特性。
关于该总体色散斜率的数值范围的根据，如下所述。就是说，在信号波段宽度为30nm、传送距离为300km时的WDM传送的情况下，在总体色散斜率为0.024ps/nm2/km时，在信号波段的两端(信号波段中的最小波长和最大波长)，将产生216ps/nm的差。这样的光传送中的传送界限的容许色散宽度，例如，已在‘Optical Fiber Communication(OFC’96)Technical Digest Posrdeadline paper PD19(1996)’中论述，根据该论述，在单模光纤150km的光传送中，在把波段宽度定为32.4nm时，容许色散宽度的界限，大致上为200ps/nm。若超过了该界限，则至少在150km以上的光纤传送线路中，为了进行宽波段且高速的WDM传送，该光传送线路的总体色散斜率必须是在-0.024ps/nm2/km以上和0.024ps/nm2/km以下。
再有，采用使用使总体色散斜率的值变成为在-0.012ps/nm2/km以上且0.012ps/nm2/km以下的色散补偿光纤的办法，就可以实现可以进行更高速的光传送的光传送系统。就是说，在20Gbit/sec或30Gbit/sec下的高速的光传送中，必须进一步减小总体色散斜率的值。倘根据‘Optical Fiber Communication(OFC’96)Technical DigestPosrdeadline paper PD19(1996)’的论述，则采用使总体色散斜率变成为在-0.012ps/nm2/km以上且0.012ps/nm2/km以下的办法，进行大致上500～600km以下的光传送就成为可能。
另外，为构成以上那样的光传送系统，该色散补偿光纤的长度LDCF，在使用波段内的信号波长之内，对于波长λm的光，被设定为满足以下的条件：
|DDSF(λm)·LDSF+DLDCF(λm)·LDCF|≤200ps/nm，
其中，
DDSF(λm)：波长λm中的色散移动光纤的色散
LDSF     ：色散移动光纤的长度
DDCF(λm)：波长λm中的该色散补偿光纤的色散
LDCF     ：该色散补偿光纤的长度。
更为理想的是，该色散补偿光纤的长度LDCF，对于使用波段内的所有的信号波长λall的光，被设定为满足以下的条件：
|DDSF(λall)·LDSF+DDCF(λall)·LDCF|≤200ps/nm，
其中，
DDSF(λall)：所有的使用波长λall中的色散移动光纤的色散
LDSF       ：色散移动光纤的长度
DDCF(λall)：所有的使用波长λall中的该色散补偿光纤的色散
LDCF       ：该色散补偿光纤的长度。
其次，与上边所说的总体色散斜率的值一起，对作为评价该色散补偿光纤的指标采用的色散补偿进行说明。在本说明书中，所谓以色散移动光纤为补偿对象的色散补偿光纤的色散补偿率，被定义为用色散补偿光纤的色散对波长1.55微米的色散移动光纤的色散的比率，除色散补偿光纤的色散斜率对波长1.55微米的色散移动光纤的色散斜率的比率的结果，表示用色散补偿光纤和色散移动光纤构成光传送系统时的该光传送系统中的总体色散和总体色散斜率的相关。就是说，在设色散移动光纤的色散为DDSF、设其色散斜率为SDSF，设色散补偿光纤的色散为DDCF、设其色散斜率为SDCF时，色散补偿率DSCR可以用下式给出：
DSCR＝(SDCF/DDCF)/(SDSF/DDSF)
例如，在色散补偿率为100％的光传送系统中，把色散移动光纤和色散补偿光纤的长度比设定为使得总体色散变成为零，同时，使总体色散斜率的值变成为0ps/nm2/km，总体色散和总体色散斜率同时而且完全地进行补偿。此外，在色散补偿率在100％以下，例如在50％的光传送系统中，即便是把色散移动光纤和色散补偿光纤的长度比设定为使总体色散变成为零，总体色散斜率也只能补偿50％。在这种情况下，如果色散移动光纤的色散斜率为0.07ps/nm2/km，则补偿后的总体色散斜率将变成为0.035ps/nm2/km。反之，在色散补偿率为100％以上，例如为150％的光传送系统中，即便是把色散移动光纤和色散补偿光纤的长度比设定为使得总体色散变成为零，总体色散斜率也将变成为50％的超过补偿。在这种情况下，如果色散移动光纤的色散斜率为0.07ps/nm2/km，则补偿后的总体色散斜率将变成为-0.035ps/nm2/km。
对于使用本发明的色散补偿光纤的光传送系统来说，关于将变成为-0.024ps/nm2/km以上且0.024ps/nm2/km以下的总体色散斜率的条件，例如，在把该色散补偿光纤连接到色散斜率为0.07ps/nm2/km的色散移动光纤上的情况下，相当于色散补偿率大约在66％以上且134％以下。同样，关于-0.012ps/nm2/km以上且0.012ps/nm2/km以下这种总体色散斜率的条件，相当于色散补偿率在大约83％以上且117％以下。
另外，这样的光传送系统的构成，不限于上述的构成。例如，在图2中，色散补偿光纤100虽然配置在色散移动光纤200的下流一侧，但也可以配置在色散移动光纤200的上流一侧。此外，图2所示的光传送系统的光传送线路，也可以是能够进行双向通信的光传送线路网。对于光纤传送线路来说，不限于单模光纤，也可以根据需要使用别的形态的光纤。如果有必要，也可以在传送通道上边设置中继器。
以下，对本发明的色散补偿光纤的具体的实施例及其特性进行说明。另外，以下所示的各个实施例中的色散和色散斜率等的诸特性，都采用用有限要素法的计算结果。
(实施例1)
实施例1的色散补偿光纤的剖面构造及其折射率分布，分别与图1A所示的剖面构造和图1B所示的折射率分布是一样的，作为该实施例1的色散补偿光纤，线芯1对第3包层4的比折射率差Δ1固定为1.1％，第1包层2对第3包层4的比折射率差Δ2固定为-0.7％，第2包层3对第3包层4的比折射率差Δ3固定为0.08％，线芯1的外径2a对第1包层2的外径2b的比2a/2b被固定为0.42，线芯1的外径2a对第2包层3的外径2c的比2a/2c，分别准备(a)0.10、(b)0.13、(c)0.15和(d)0.20的4种样品。另外，上述比折射率差Δ1、Δ2、Δ3和2a/2b满足上边所说的条件(1)、(2)、(3)、(6)和(7)，上述2a/2c满足条件(4)。
图3A～图3C的曲线图，对于2a/2c的各个值示出了对波长1.55微米的光的色散(Da～Dd)、色散斜率(Sa～Sd)和在直径为60mm时的弯曲损耗(Ba～Bd)。另外，各自的下标a～d与2a/2c的各自的值(a)～(d)对应。横轴是线芯1的外径2a，在所计算的范围内，弯曲损耗的值大体上变成为10-2dB/m以下的小的值。此外，色散大体上处于-50～0/nm/km的范围内，色散斜率大体上处于-2.0～0ps/nm2/km的范围内。
图4的Aa～Ad示出了这些色散和色散斜率的对应关系。在图4的曲线中，虚线P0～P4示出了想象为连接到具有在波长1.55微米时2ps/nm/km的色散和0.07ps/nm2/km的色散斜率的色散移动光纤上时的色散补偿率。虚线P0示出了色散补偿率为100％的情况，与色散已完全被补偿且色散斜率为0ps/nm2/km的状态对应。虚线P1和P2分别示出了色散补偿率约为66％和134％的情况，同样，与总体色散为0.024和-0.024ps/nm2/km的状态对应。虚线P3和P4分别示出了色散补偿率约为83％和117％的情况，同样，与总体色散为0.012和-0.012ps/nm2/km的状态对应。由这些关系可知，作为本实施例的色散补偿光纤，2a/2c的值为0.10的情况下最为合适。就是说，在第2包层3对第3包层4的比折射率差Δ3为0.08％时，采用增大第2包层3的外径2c的办法，就可以得到能够有效地抑制弯曲损耗的增加的色散补偿光纤。
(实施例2)
其次，本实施例2也和实施例1一样，具有图1A和图1B所示的构造和折射率分布。此外，作为该实施例2的色散补偿光纤，线芯1对第3包层4的比折射率差Δ1固定为2.5％，第1包层2对第3包层4的比折射率差Δ2固定为-0.7％，第2包层3对第3包层4的比折射率差Δ3固定为0.8％，第1包层2的外径2b对第2包层3的外径2c的比2b/2c为0.44，线芯1的外径2a对第1包层2的外径2b的比2a/2b，分别准备(a)0.25、(b)0.34和(c)0.41的3种样品。另外，上述比折射率差Δ1、Δ2、Δ3和2b/2c满足上边所说的条件(1)、(2)、(3)和(8)，3种的2a/2b不论哪一种都满足条件(4)和(6)。
图5A～图5C的曲线图，对于2a/2b的各个值示出了对波长1.55微米的光的色散(Da～Dc)、色散斜率(Sa～Sc)和在直径为60mm时的弯曲损耗(Ba～Bc)。另外，各自的下标a～c，与2b/2c的各自的值(a)～(c)对应。横轴是线芯1的外径2a，在所计算的范围内，弯曲损耗的值大体上变成为10-4dB/m以下的小的值。此外，色散大体上处于-200～-50/nm/km的范围内，色散斜率大体上处于-2.0～0ps/nm2/km的范围内。
图6的Aa～Ac示出了这些色散和色散斜率的对应关系。在图4的曲线中，虚线P0～P4示出了想象为连接到具有在波长1.55微米时5ps/nm/km的色散和0.07ps/nm2/km的色散斜率的色散移动光纤上时的色散补偿率。对于与各个虚线对应的色散补偿率和总体色散斜率，与图4的曲线的情况下是一样的。由这些关系可知，作为本实施例的色散补偿光纤，2a/2b的值为0.25的情况(a)最为合适。
在这里，上边所说的实施例1，线芯1对第3包层4的比折射率差为1.1％，虽然是该比折射率差Δ1处于条件(7)：1％≤Δ1≤2％的范围内的例子，但是在该实施例2中，比折射率差Δ1(2.5％)却处于条件(8)：2％≤Δ1≤3％的范围内。这时，在实施例1中，色散为-50～0ps/nm/km的范围，而在实施例2中，为-200～-50ps/nm/km，由于增大了比折射率差Δ1，故色散的绝对值增大了。对于其它的参数虽然也是一样的，但是由对实施例1和实施例2进行对比可知，色散补偿光纤的诸特性大大地依赖于与这些的折射率和外径有关的参数，重要的是要使各个参数最佳化为使得具有与该色散补偿光纤的用途和必要的条件对应的特性。
(实施例3)
本实施例3也与实施例1和实施例2一样，具有图1A和图1B所示的构造和折射率分布。此外，作为该实施例3的色散补偿光纤，准备线芯1对第3包层4的比折射率差Δ1固定为1.4％，第2包层3对第3包层4的比折射率差Δ3固定为0.4％，，线芯1的外径2a对第1包层2的外径2b的比2a/2b为0.4，线芯1的外径2a对第2包层3的外径2c的比2a/2c为0.27，第1包层2对第3包层4的比折射率差Δ2处于-0.8％～-0.3％的范围的多个样品。另外，上述比折射率差Δ1、Δ3和2a/2b、2b/2c满足上边所说的条件(1)、(2)、(4)、(5)、(6)和(7)，上述比折射率差Δ2，除了-0.3％的样品外，满足条件(3)。
对该实施例3的色散补偿光纤，图7的曲线示出了其色散和色散斜率的对应关系。在本图中，虚线P0～P4示出了想象为连接到具有在波长1.55微米时5ps/nm/km的色散和0.07ps/nm2/km的色散斜率的色散移动光纤上时的色散补偿率。另外，对于与各个虚线对应的色散补偿率和总体色散斜率，与图4的曲线的情况下是一样的。由这些曲线可知，随着Δ2的绝对值的变大(-0.8％、-0.7％、…-0.3％)，色散斜率对某一色散值的绝对值将变大，采用把Δ2设定在-0.7％附近的办法，使之渐近于表示色散补偿率100％的虚线P0，就可以在宽阔的色散值的范围内同时还对色散斜率进行补偿。
图8A～图8E的曲线图，作为优选值，分别示出了在Δ2＝-0.7％时的对波长1.55微米的光的总体色散斜率、色散、和在直径为20mm时的弯曲损耗、有效剖面面积Aeff和截止波长。在各条曲线中，横轴是线芯1的外径2a。在这里，总体色散斜率是在波长1.55微米中的色散完全被补偿的条件下得到的值，但是在线芯1的外径2a在大约4.84～5.13μm的非常宽的范围内，可以把总体色散斜率的绝对值抑制到0.012ps/nm2/km以下。另外，在所计算的全范围内，总体色散斜率的绝对值都在0.024ps/nm2/km以下。
此外，该色散补偿光纤，有时候作为小型组件在卷绕成线圈状的状态下收纳于规定容器内使用。为此，就必须考虑该色散补偿光纤的弯曲损耗。在这里，若设直径为20mm时的弯曲损耗的上限为5dB/m，则由图8C的曲线可知，线芯1的外径2a的下限为4.86微米。再有，为了提高该色散补偿光纤的色散补偿效率缩短必要的光纤长度，增大具有负的值的色散的绝对值是重要的。在该实施例3中，如在图8B的曲线中所示，实现-60ps/nm/km这种程度以下的色散的可能的。借助于此，就可以把色散补偿光纤的必要的光纤长度作成为色散移动光纤传送线路的1/10左右。
另外，对于弯曲损耗来说，在该实施例3的说明中虽然示出的是直径20mm时的弯曲损耗，但在直径60mm时的弯曲损耗，比在直径20mm时的弯曲损耗的值还要小。
在实施例3的色散补偿光纤的情况下，就有效剖面面积Aeff来说，是与现有的色散补偿光纤同等的约17μm2左右(参看图8D)。此外，在光纤长度2m时的2次模式的截止波长约为1.8μm左右(参看图8E)。另外，在本实施例中，在2m的光纤长度下，虽然不能保证单模，但是借助于截止波长的距离依赖性，在实际上可以使用的情况下，由于具有充分的长度，故可以保证单模。
(实施例4)
在具有1.55微米的波段的色散移动光纤的光传送线路中，考虑到为了抑制非线形效应，需要进行1.58微米波段的WDM传送的情况，本发明的色散补偿光纤，对于这样的情况也可以使用。
图9的曲线图示出了根据本发明的色散补偿光纤的实施例4中的色散和色散斜率的波长依赖性的一个例子。另外，C1示出了色散斜率了的曲线，C2示出了色散的曲线。采用适当地选择色散的极小值的办法，例如在-150～-300ps/nm/km左右的绝对值大的色散区域中，就可以得到大的色散斜率。但是，这样的区域虽然弯曲损耗弱，但是，在具有对1.58微米波段的光的1.5～3.0ps/nm/km左右的色散的色散移动光纤的情况下，用不足1km的长度，就可以补偿80km左右的色散移动光纤的色散和色散斜率。因此，把组件(把该色散移动光纤卷绕成线圈状的组件)的最小直径设定得大一点，而且增大第2包层3的折射率，使之变成为不怕弯曲的构造，同时，采用还使用截止波长λc的距离依赖性的办法，就可以得到可以实用的色散补偿光纤。
此外，图10的曲线图示出了3层包层构造的色散补偿光纤中的色散(在图中用C100表示)、和作为比较例的2层包层构造的色散补偿光纤中的色散(在图中用C200表示)的波长依赖性的一个例子。在2层包层构造的色散补偿光纤中，虽然在基底截止波长(将成为极大的波长)附近具有极小值，但是在3层包层构造的色散补偿光纤中，却找不到基底截止波长，借助于此，可以实现大的负的色散值。
另外，图11示出了作为比较例的2层包层构造的色散补偿光纤的折射率分布560，比较例的色散补偿光纤，在图1A所示的3层包层构造中，相当于除去了第2包层3(相当于区域30)后的构造(就是说，2d＝2b)。因此，在图11的折射率分布560中，区域561示出了相当于图1A所示的线芯1的线L上边的各个部位的线芯部分的折射率，区域562示出了相当于图1A所示的第1包层2的线L上边的各个部位的第1包层部分的折射率，区域563示出了相当于图1A所示的第3包层4的线L上边的各个部位的第2包层部分的折射率。因此，作为该比较例的色散补偿光纤，具备折射率为n1、外径为2a的线芯部分、在该线芯部分的外周设置且具有折射率为n2(＜n1)、外径为2d的第1包层部分、和在该第1包层部分的外周设置且具有折射率为n3(＞n2、＜n1)的第2包层部分。此外，图11所示的Δ1是线芯部分对上述第2包层部分的比折射率差，Δ2是上述第1包层部分对上述第3包层部分的比折射率差。
其次，图12的曲线Ca～Ce示出了在使Δ1的值变化时的色散与线芯外径2a之间的关系，图13的曲线Ba～Be示出了在使Δ1的值变化时的色散与直径为40mm时的弯曲损耗之间的关系。另外，这些曲线的附标a～e，分别与使Δ2固定为-0.67％、使Δ3固定为0.147％、使2a/2c固定为0.125、2a/2b固定为0.25、使2b/2c固定为0.5，使Δ1设定为(a)1.83、(b)2.13、(c)2.42、(d)2.71和(e)2.99的情况对应。
采用降低比折射率差Δ1的办法，就可以把色散的负的峰值取得大，借助于此，就可以从峰值开始把线芯外径2a大的区域处的色散斜率取得大。此外，从弯曲损耗的观点来看，对于同一色散值，希望把Δ1的值取得高。从这些逆方向的效果的平衡，就可以导出最佳的Δ1的值。
图14的曲线Ca～Ce示出了在使2a/2b的值变化时的色散与线芯外径2a之间的关系，图15的曲线Ba～Be示出了在使2a/2b的值变化时的色散与直径为40mm时的弯曲损耗之间的关系。另外，这些曲线的附标a～e，分别与使Δ1固定为2.51％、使Δ2固定为0.67％、使Δ3固定为0.147％、使2a/2c固定为0.125、使2a/2b设定为(a)0.231、(b)0.242、(c)0.250、(d)0.263和(e)0.273的情况对应。
特别是，虽然采用减小2a/2b的办法可以增大色散的负的峰值，但是和在使比折射率差Δ1变化时同样，与弯曲损耗处于逆方向的效果的关系。
此外，图16的曲线Ca～Cf示出了在使2a/2c的值变化时的色散与线芯外径2a之间的关系，图17的曲线Ba～Bf示出了在使2a/2c的值变化时的色散与直径为40mm时的弯曲损耗之间的关系。另外，这些曲线的附标a～f，分别与使Δ1固定为2.51％、使Δ2固定为-0.67％、使Δ3固定为0.147％、使2a/2b固定为0.25、使2a/2c设定为(a)0.101、(b)0.110、(c)0.117、(d)0.125、(e)0.133和(f)0.156的情况对应。
在该2a/2c变大的情况和变小的情况这双方中，色散的负的峰值具有变大的倾向。另一方面，当考虑弯曲损耗的色散值依赖性时，由于在2a/2c变小的情况下弯曲损耗的改善效果大，故希望2a/2c的值减小。这时，需要选择最佳的值，使得截止波长λc不大会变成为长波长。
对于由这样的色散补偿光纤和色散移动光纤构成的光传送系统，图18和图19示出了表示色散的波长依赖性的曲线。作为色散补偿光纤的各个参数，把Δ1设定为2.51％、把Δ2设定为-0.67％、把Δ3设定为0.147％、把2a/2c设定为0.11、把2a/2b设定为0.25、把2b/2c设定为0.44。此外，在具有图18所示的色散的波长依赖性的光传送系统中，作为补偿对象，想象具有1.536微米的零色散波长和0.066ps/nm2/km的色散斜率的色散移动光纤，作为补偿对象，想象具有1.552微米的零色散波长和0.075ps/nm2/km的色散斜率的色散移动光纤。在不论哪一种情况下，也可以在波长1.57～1.60微米的范围内实现低的色散值。
图20和图21示出了使用上述那样的色散补偿光纤和色散移动光纤的用来进行1.58微米波段的WDM传送的光传送系统的构成例。在图20的光传送系统中，在发送器400和接收机500之间的传送通道中，设置2个中继放大器600(1.58微米波段用的EDEA：Erbium-dopedfiber amplifier，掺铒(Er)光纤放大器)，在这些中继放大器600之间，设置长度94km的色散移动光纤200和补偿其色散和色散斜率的长度1km的色散补偿光纤100。
此外，在图21的光传送系统中，在发送器400和接收机500之间的传送通道中，设置前置放大器700和后置放大器800，在这些前置和后置放大器700、800之间，设置多个中继放大器600(在图中为4个)。在各个中继放大器600之间，分别设置长度80km的色散移动光纤200。另一方面，在后置放大器800和接收机500之间，设置长度4.8km的色散补偿光纤100，进行该光传送系统中的色散和色散斜率的补偿。另外，在这些光传送系统中，作为发送器400，例如可以使用1.56～1.61微米8波多路的发送器。
另外，在图20和图21所示的各个光传送系统的说明中，对于各个光纤的长度来说，是一个例子，它们的长度可以根据各自的光纤的特性适宜地进行设定，使得可以实现色散补偿等。
工业上利用的可能性
如上所述，倘采用本发明的色散补偿光纤，在对色散移动光纤进行色散补偿的色散补偿光纤中，通过采用3层包层构造，并使其各个部分的折射率和外径最佳化的办法，在进行色散补偿时，就可以同时充分地也对色散斜率进行补偿。
此外，由于把线芯部分的比折射率差Δ1等设定为使得色散的绝对值变成为足够地大，故可以缩短进行色散补偿所需要的色散补偿光纤的长度(与作为补偿对象的色散移动光纤的长度比)，而且，还可以使弯曲损耗变成为充分地小。其结果是，在把该色散补偿光纤卷成线圈状构成组件时，可以使该组件小型化，同时，还可以实现高效率的色散和色散斜率的补偿。

Claims (4)

1.一种色散补偿光纤，对在1.5微米波段具有零色散波长的规定长度的色散移动光纤的色散进行补偿，具有：
沿规定的基准轴延伸并具有外径为2a的纤芯的纤芯区域；以及
包层区域，该包层区域是在上述纤芯区域的外周设置的区域，该包层区域具有外径为2b并且在上述纤芯的外周设置的第1包层、外径为2c并且在上述第1包层的外周设置的第2包层、和在上述第2包层的外周设置的第3包层，
其中，上述纤芯的折射率n1、上述第1包层的折射率n2、上述第2包层的折射率n3、上述第3包层的折射率n4满足以下条件：
n1＞n3＞n4＞n2，
上述纤芯和上述第1包层相对于上述第3包层的各比折射率差Δ1和Δ2分别为
1％≤Δ1≤3％
Δ2≤-0.4％，
上述纤芯的外径对上述第2包层的外径的比，为
2a/2c≤0.3，
在通过把上述规定长度的色散移动光纤、和具有用来补偿该色散移动光纤的色散的足够长度的该色散补偿光纤进行光学性地连接而构成光传送系统时，该色散补偿光纤对于使用波段内的信号波长中的最小波长的光和最大波长的光，使该光传送系统中的总体色散斜率的绝对值在0.024ps/nm2/km以下，
对于1.55微米的波长，上述色散补偿光纤的色散D与色散斜率S满足以下条件：
D≤-50ps/nm/km，
且S/D≥0.01/nm。
2.权利要求1所述的色散补偿光纤，其中，对于1.55微米的波长，上述色散补偿光纤具有-200ps/nm/km以上的色散D。
3.权利要求2所述的色散补偿光纤，其中，对于1.55微米的波长，上述色散补偿光纤具有-100ps/nm/km以下的色散D。
4.权利要求2所述的色散补偿光纤，其中，上述纤芯相对于上述第3包层的比折射率差Δ1满足以下条件：
2％≤Δ1≤3％。
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