CN1217208C - 光纤及包含它的光传输线路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有在1530～1620nm的波长区域中，适合具有互不相同波长的光信号长距离传输的结构的光纤及包含它的光传输线路。本发明的光传输线路具有：一条或一条以上的第一光纤以及一条或一条以上的第二光纤。各条第一光纤在波长区域1530～1620nm中分别有+1.0～+8.0ps/nm/km色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下。各条第二光纤在波长区域1530～1620nm中分别有-1.0～-8.0ps/nm/km色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下。利用上述结构，作为该光传输线路总体能将根据第一及第二光纤各自的长度及色散值获得的平均色散值的最大值和最小值的差抑制在2.0ps/nm/km以下。

Description

光纤及包含它的光传输线路
技术领域
本发明涉及适合具有互不相同波长的光信号的长距离传输的光纤及包含它的光传输线路。
背景技术
在利用光纤网的光通信系统中，能进行长距离且大容量的光通信。特别是在最近的大容量化中，利用了能进行具有互不相同波长的光信号的传播的波分复用(WDM：Wavelength Division Multiplexing)技术。另外，该光通信系统由输出光的光发送器、放大光信号的光放大器、作为传输光信号的光传输线路的光纤、以及接收光信号的光接收器等构成。
在这些构成要素中，为了获得高的信噪比不可缺少的光放大器中，迄今，能进行光信号放大的波长区域(放大波长区域)为1530～1565nm。因此，构成光通信系统的其他要素也设计得能在该放大波长区域良好地工作。例如，D.W.Peckham等，“Reduced Dispersion Slope，Non-ZeroDispersion Fiber”，ECOC’98，pp.130-140，1998(文献1)和美国专利第5684909号(文献2)中公开的光传输线路被设计成该放大波长区域中的色散的偏差、即色散斜率小。
发明内容
本发明者研究了具有上述结构的光通信系统，结果发现了以下的问题。
即，伴随该光放大器的高性能化，光放大器的放大波长区域从上述的波长区域(1530～1565nm)继续放大到还包括长波长一侧的1530～1620nm的波长区域。例如在M.Kakni等，“Optical AmplificationsCharecteristics around 1.58μm of Silica-Based Erbium-DopedFibers Containing Phosphorous/Alumina as Codopants”，OAA’98，TuC3，pp.107-110，1998(文献3)中介绍了该事实。随着光放大器的波长区域的扩大，其他要素也需要设计得能在扩大了的波长区域1530～1620nm中良好地工作。可是，现有的光纤及包含它的光传输线路在扩大的放大波长区域1530～1620nm中不能说色散斜率足够小。
例如，可以考虑按照适当的长度比，连接波长区域1530～1620nm中具有正色散及正色散斜率的第一光纤、以及波长区域1530～1620nm中具有负色散及负色散斜率的第二光纤。另外，在该光传输线路中，波长区域1530～1620nm的中心波长1575nm的色散为0，波长区域1530～1620nm中的该色散的最大值和最小值的差为ΔD。另外，图1是表示上述的光传输线路、第一光纤、以及第二光纤各自的色散的曲线图，在该图1中，曲线G110表示第一光纤的色散，G120表示第二光纤的色散，G130表示包含该第一及第二光纤的该光传输线路的色散(根据第一及第二光纤各自的长度及色散值获得)。
图2是表示具有上述结构的光传输线路的传输距离和累积色散的关系的曲线图。在图2中，G210表示差ΔD为3.6ps/nm/km时的传输距离和累积色散值的关系，G220表示差ΔD为2.0ps/nm/km时的传输距离和累积色散值的关系，G230表示差ΔD为1.0ps/nm/km时的传输距离和累积色散值的关系。另外，该图2中还分别示出了光信号的位速率为10Gb/s时成为传输极限的累积色散值(图中的箭头A)及光信号的位速率为20Gb/s时成为传输极限的累积色散值(图中的箭头B)。
在上述文献1中记载的光传输线路中，波长区域1530～1620nm中的色散斜率为0.04ps/nm2/km，该波长区域的色散的最大值和最小值的差ΔD为3.6ps/nm/km。因此，从图2可知，在文献1记载的光传输线路的情况下，位速率为10Gb/s的光信号只能传输约550km，另外位速率为20Gb/s的光信号只能传输约150km。另外作为参考，差ΔD为2.0ps/nm/km时，位速率为10Gb/s的光信号能传输约1000km，位速率为20Gb/s的光信号能传输约250km。另外，差ΔD为1.0ps/nm/km时，位速率为10Gb/s的光信号能传输约2000km，位速率为20Gb/s的光信号能传输约500km。
本发明就是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种具有在1530～1620nm的波长区域中适合于互不相同波长的多个光信号长距离传输的结构的光纤及包含它的光传输线路。
本发明的光传输线路是至少配置在光发送器和光接收器之间、光发送器和包括光放大器的中继站之间、各中继站之间、以及中继站和光接收站之间等任意两者之间的光纤传输线路。
本发明的光传输线路具有一条或一条以上的第一光纤、以及一条或一条以上的第二光纤。但是，该光传输线路也可以用一条第一光纤和一条第二光纤构成，另外，在多条第一光纤和多条光纤互相熔融连接的情况下，这些光纤的连接顺序可以是任意的。
上述各个第一光纤在波长区域1530～1620nm中分别具有+1.0～+8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，最好在2.0ps/nm/km以下。而且，该光传输线路的特征在于：在上述波长区域中，根据上述第一及第二光纤各自的长度及色散值获得的平均色散值为2.0ps/nm/km以下，最好为1.0ps/nm/km以下，在0.5ps/nm/km以下就更好。
另外，在上述结构中，本发明的光传输线路的总体色散(平均色散值)最好在波长1530nm和波长1620nm时符号相反。另外，在上述波长区域中的任意一种波长(理想的情况下为该波长区域的中心波长附近)时本发明的光传输线路的总体色散为0的情况下，上述平均色散值的绝对值为1.0ps/nm/km以下，最好为0.5ps/nm/km以下。
如果采用具有以上结构的光传输线路，则在波长区域1530～1620nm中，该传输线路全体的平均色散值的最大值和最小值的差ΔD在2.0ps/nm/km以下时(在上述波长区域中的任意一种波长时平均色散值为0的情况下，该平均色散值的绝对值1.0ps/nm/km以下时)，能将位速率为10Gb/s的光信号传输约1000km，能将位速率为20Gb/s的光信号传输约250km。另外，在波长区域1530～1620nm中，平均色散值的最大值和最小值的差ΔD在1.0ps/nm/km以下时(在上述波长区域中的任意一种波长时平均色散值为0的情况下，该平均色散值的绝对值0.5ps/nm/km以下时)，能将位速率为10Gb/s的光信号传输约2000km，能将位速率为20Gb/s的光信号传输约500km。
另外，上述各个第一及第二光纤在波长为1550nm时最好具有40μm2以上的有效断面积。在此情况下，由于每单位断面积的光强变小，所以能抑制四光波混合等非线性光学现象的发生。因此，能增大在该光传输线路中传播的光信号的功率，能延长传输距离。
另外，如特开平8-248251号公报(EP0724171A2)所示，由下式(1)给出有效断面积Aeff。
A eff = 2 π ( ∫ 0 ∞ E 2 rdr ) 2 / ( ∫ 0 ∞ E 4 rdr ) . . . ( 1 )
式中，E是伴随传输光的电场强度，r是从芯线中心算起的径向距离。
另外，各个上述第一及第二光纤在1匝的直径为32mm时，波长为1620nm时最好具有0.5dB/匝以下的弯曲损失。因此，在波长区域1530～1620nm中，能使弯曲损失非常小，能有效地抑制由光缆化等引起的传输损失的增加。
作为具有上述结构的能适用于光传输线路的光纤的一种形态，在波长区域1530～1620nm中，绝对值为1.0～8.0ps/nm/km，最大值和最小值的差为3.0ps/nm/km以下，最好在2.0ps/nm/km以下的色散、以及1匝的直径为32mm时且波长为1620nm时，光纤的弯曲损失在0.5dB/匝以下即可。另外，该形态的光纤最好在波长为1550nm时具有40μm2以上的有效断面积。另外，作为另一种形态，为了抑制弯曲损失的增加，在波长区域1530～1620nm中，绝对值为1.0～8.0ps/nm/km，最大值和最小值的差为3.0ps/nm/km以下，最好在2.0ps/nm/km以下的色散、以及波长为1550nm时，光纤的有效面积比60μm2小即可。但是，该另一种形态的光纤在波长为1550nm时具有40μm2以上的有效断面积。
以上各形态的光纤具有以光轴为中心依次设置第一芯线、第二芯线、第三芯线、内侧包层、以及外侧包层的结构。上述第一芯线沿规定的轴延伸。上述第二芯线包围着第一芯线设置，而且具有比该第一芯线低的折射率。第三芯线包围着第二芯线设置，而且具有比该第二芯线高的折射率。内侧包层包围着第三芯线设置，而且具有比该第三芯线低的折射率。外侧包层包围着内侧包层设置，而且具有比该内侧包层高的折射率。
另外，作为能适用于本发明的光传输线路的光纤具有芯线直径互相相差2％以上的第一及第二部分，能使用不含连接点的连续长度的光纤(unitary optical fiber)。另外，在该光纤中，特征在于：上述第一部分在波长区域1530～1620nm中，具有+1.0～+8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，最好在2.0ps/nm/km以下，上述第二部分在上述波长区域中具有-1.0～-8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，最好在2.0ps/nm/km以下。采用下述方法能获得芯线直径这样沿纵向变化的光纤，即，制造时改变线拉伸张力、或使光纤母材的芯线部分的外径沿纵向变化等。另外，该光纤由于是色散控制的连续长度的光纤(色散控制光纤)，所以在使多条色散控制光纤互相熔融连接构成光传输线路时，不需要考虑各个光纤的色散，在1530～1620nm的波长区域中，能容易地构成能长距离传输具有多种波长的光信号的光传输线路。另外，该色散控制光纤最好也具有上述的结构。
在用以上这样的一条色散控制光纤构成的光传输线路或多条该色散控制光纤熔融连接的光传输线路中，其特征在于：在波长区域1530～1620nm中的平均色散值的最大值和最小值的差为2.0ps/nm/km以下，最好为1.0ps/nm/km以下。即使在该光传输线路中，平均色散值的最大值和最小值的差ΔD为2.0ps/nm/km以下，能将位速率为10Gb/s的光信号传输约1000km，能将位速率为20Gb/s的光信号传输约250km。另外，在波长区域1530～1620nm中，平均色散值的最大值和最小值的差ΔD为1.0ps/nm/km以下时，能将位速率为10Gb/s的光信号传输约2000km，能将位速率为20Gb/s的光信号传输约500km。
附图说明
图1是说明两种光纤的各色散、以及由该两种光纤构成的光传输线路的色散用的图。
图2是表示传输距离和累积色散的关系的曲线图。
图3A及图3B是表示第一实施例的包括光传输线路的光通信系统的简略结构图。
图4A是表示本发明的光传输线路中能使用的光纤的断面结构图，图4B是表示图4A所示的光纤的折射率断面分布的图。
图5是表示第一实施例的光传输线路的第一应用例的光传输线路总体的色散特性及构成该光传输线路的两种光纤各自的色散特性的曲线图。
图6是表示本发明的光传输线路的第一～第五应用例中构成各应用例的两种光纤的光学特性的表。
图7是表示第一实施例的光传输线路的第二应用例中光传输线路总体的色散特性及构成该光传输线路的两种光纤的色散特性的曲线图。
图8是表示第一实施例的光传输线路的第三应用例中光传输线路总体的色散特性及构成该光传输线路的两种光纤的色散特性的曲线图。
图9是表示第一实施例的光传输线路的第四应用例中光传输线路总体的色散特性及构成该光传输线路的两种光纤的色散特性的曲线图。
图10是表示第一实施例的光传输线路的第五应用例中光传输线路总体的色散特性及构成该光传输线路的两种光纤的色散特性的曲线图。
图11是说明本发明的光传输线路的第二实施例中能使用的光纤的断面结构的图。
图12A及图12B是说明本发明的光传输线路及光纤的第二实施例的结构及色散特性用的图(第一应用例)。
图13A及图13B是说明本发明的光传输线路的第二实施例的结构及色散特性用的图(第二应用例)。
具体实施方式
以下，用图3A～图4B、图5～图11、以及图12A～图13B说明本发明的的光传输线路及光纤的各实施例。另外，关于附图的说明，同一要素标以同一符号，省略重复说明。另外，根据需要还参照图1及图2。
(第一实施例)
首先，说明本发明的光传输线路的第一实施例。图3A及图3B是表示第一实施例的包括光传输线路的光通信系统的简略结构图，从这些图可知，第一实施例的光传输线路10是配置在中继站20、30之间的光纤传输线路。但是，图中所示的中继站20、30也可以是包括光发送器、光放大器的中继器、光发送器中的任意一者。因此，该光传输线路10能配置在光发送器和光接收器之间、光发送器和中继站之间、各中继站之间、中继站和光接收器之间等上述的任意的两者之间。
在图3A所示的结构中，该第一实施例的光传输线路10配置在各中继站20、30之间，由熔融连接的第一光纤11和第二光纤12构成。例如，假设将中继站20作为光发送器，该中继站20将波长区域1530～1620nm中的WDM信号(包括多个光信号)输出给第一光纤11。另外，光传输线路10传输从中继站20输出的WDM信号。而且，假设将中继站30作为光接收器，该中继站30接收在光传输线路10中传播的WDM信号。
上述第一光纤11在波长区域1530～1620nm中，具有+1.0～+8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，最好在2.0ps/nm/km以下。另一方面，第二光纤12在波长区域1530～1620nm中，具有-1.0～-8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，最好在2.0ps/nm/km以下。具有以上光学特性的第一光纤11及第二光纤12都没有1530～1620nm的零色散波长，所以能有效地抑制四光波混合的发生。
另外，在波长区域1530～1620nm中，该光传输线路10的总体色散、即根据上述第一及第二光纤11、12各自的光纤长度及色散值获得的平均色散值最大值和最小值的差ΔD为2.0ps/nm/km以下，最好为1.0ps/nm/km以下，在0.5ps/nm/km以下就更好。另外，在上述波长区域中的任意一种波长(理想的情况下为该波长区域的中心波长附近)时该光传输线路10的平均色散为0的情况下，该平均色散值的绝对值为1.0ps/nm/km以下，最好为0.5ps/nm/km以下。这里，光传输线路10的平均色散值是用考虑了第一光纤11及第二光纤12各自的纤维长度的加权平均值给出的值，意味着光传输线路10的总体色散值。
在如上构成的光传输线路10中，由于波长区域1530～1620nm中的色散(平均色散值)的最大值和最小值的差ΔD足够小，所以能有效地抑制由色散引起的光信号的劣化。即，光传输线路10在波长区域1530～1620nm中，色散值的最大值和最小值的差ΔD为2.0ps/nm/km以下时，能将位速率为10Gb/s的光信号传输约1000km，能将位速率为20Gb/s的光信号传输约250km(参照图2)。
另外，该光传输线路10的平均色散值的最大值和最小值的差ΔD为1.0ps/nm/km以下时，能将位速率为10Gb/s的光信号传输约2000km，能将位速率为20Gb/s的光信号传输约500km。
另外，光传输线路10除了图3A所示的结构以外，也可以将多条第一光纤和多条第二光纤12分别熔融连接构成，这些光纤的连接顺序也是任意的。图3B表示这样用多条第一光纤11a～11c和多条第二光纤12a～12c构成第一实施例的光传输线路10的例子。
此外，在具有上述结构(参照图3A及图3B)的光传输线路10中，上述第一光纤11及第二光纤12最好在波长为1550nm时分别具有40μm2以上的有效断面积Aeff。该有效断面积的尺寸与在波长1550nm附近具有零色散波长的通常的色散移动光纤的有效断面积相等或更大，每单位面积的光强变小，所以能有效地抑制四光波混合等非线性光学现象的发生。因此，能增大在光传输线路10中传播的光信号的功率，能使传输距离更长。
另外，第一光纤11及第二光纤12在按照直径32mm构成一匝时，最好在波长为1620nm时分别具有0.5dB/匝以下的弯曲损失。一般说来波长越长，弯曲损失越大，但通过在波长区域中波长最长的一侧规定弯曲损失，能在波长区域1530～1620nm中将弯曲损失抑制得足够小，能抑制由光缆化等引起的传输损失的增加。
其次，说明该第一实施例的光传输线路10中能使用的第一及第二光纤11、12的结构。图4A及图4B是表示第一光纤11及第二光纤12共同的断面结构及其折射率断面分布的图。另外，在图4A中，100是相当于第一及第二光纤11、12的光纤。
如图4A所示，光纤100具有沿规定的轴延伸的芯线区域110、以及包围着该芯线区域110的外周设置的包层区域120。芯线区域110具有：具有折射率n1的第一芯线111；包围着该芯线111的外周设置的具有折射率n2(＜n1)的第二芯线112；以及包围着该芯线112的外周设置的具有折射率n3(＞n2)的第三芯线113。另一方面，包层区域120具有：包围着第三芯线113的外周设置的具有折射率n4(＜n3)的内侧包层121；以及包围着该内侧包层121的外周设置的具有折射率n5(＞n4)的外侧包层122。
另外，将上述外侧包层122作为基准区域，第一芯线111的比折射率差Δn1、第二芯线112的比折射率差Δn2、第三芯线113的比折射率差Δn3、以及内侧包层121的比折射率差Δn4分别如下给出。
Δn1＝(n1-n5)/n5
Δn2＝(n2-n5)/n5
Δn3＝(n3-n5)/n5
Δn4＝(n4-n5)/n5
在该说明书，用百分率表示用上述各式给出的比折射率差，各式中的参数依次不动。因此，用负值表示具有比作为基准区域的外侧包层122低的折射率的区域的比折射率差。
另外，图4B所示的折射率断面分布表示图4A所示的光纤100的线L上各部位与其折射率的关系，在该折射率断面分布150中，区域151表示上述第一芯线111的线L上的各部位的折射率，区域152表示上述第二芯线112的线L上的各部位的折射率，区域153表示上述第三芯线113的线L上的各部位的折射率，区域154表示上述内侧包层122的线L上的各部位的折射率。
第一应用例
作为具有以上的共同结构的多条光纤(色散特性互不相同)的具体例，说明第一实施例的光传输线路10的第一应用例。
该第一应用例中的第一光纤有上述的图4A所示的断面结构，具体地说，第一芯线111的外径2a为6.0微米，第二芯线112的外径2b为17.5微米，第三芯线113的外径2c为25.0微米，内侧包层121的外径2d为50.0微米。另外，以外侧包层122为基准，第一芯线111的比折射率差Δn1为0.50％、第二芯线112的比折射率差Δn2为-0.15％、第三芯线113的比折射率差Δn3为0.27％、内侧包层121的比折射率差Δn4为-0.15％。这样的光纤能以二氧化硅为基础，例如在第一芯线111及第三芯线113中添加元素Ge，在第二芯线112及内侧包层121中添加元素F而获得。
在该第一应用例的第一光纤中，波长1530nm的色散为3.06ps/nm/km，波长1550nm的色散为3.15ps/nm/km，波长1620nm的色散为3.20ps/nm/km。另外，波长区域1530～1620nm中的色散的最大值和最小值的差ΔD为0.14ps/nm/km。波长1550nm时有效断面积为47.4μm2，模式场直径为7.80μm。一匝的直径为32mm时波长1550nm的弯曲损失为0.2dB/匝，波长1620nm的弯曲损失为1.4dB/匝。截止波长(将长2m的光纤卷成半径140mm一匝的状态下的LP11方式的截止波长)为1.56μm。
另一方面，第一应用例中的第二光纤也有上述的图4A所示的断面结构，具体地说，第一芯线111的外径2a为5.7微米，第二芯线112的外径2b为16.7微米，第三芯线113的外径2c为23.8微米，内侧包层121的外径2d为47.6微米。另外，以外侧包层122为基准，第一芯线111的比折射率差Δn1为0.50％、第二芯线112的比折射率差Δn2为-0.15％、第三芯线113的比折射率差Δn3为0.27％、内侧包层121的比折射率差Δn4为-0.15％。这样的光纤能以二氧化硅为基础，例如在第一芯线111及第三芯线113中添加元素Ge，在第二芯线112及内侧包层121中添加元素F而获得。
在该第一应用例的第二光纤中，波长1530nm的色散为-3.02ps/nm/km，波长1550nm的色散为-3.04ps/nm/km，波长1620nm的色散为-2.44ps/nm/km。另外，波长区域1530～1620nm中的色散的最大值和最小值的差ΔD为0.60ps/nm/km。波长1550nm时有效断面积为50.3μm2，模式场直径为8.00μm。一匝的直径为32mm时波长1550nm的弯曲损失为1.2dB/匝，波长1620nm的弯曲损失为5.7dB/匝。截止波长为1.44μm。
图5是表示第一应用例的光传输线路总体的色散特性、以及第一及第二光纤的各色散特性的曲线图。另外，图中的曲线G510表示第一应用例的第一光纤的波长区域1530～1620nm中的色散特性，G520表示第一应用例的第二光纤的波长区域1530～1620nm中的色散特性，G530表示第一应用例的光传输线路总体的波长区域1530～1620nm中的色散特性。另外，在该第一应用例中，第一及第二光纤的长度相等，在第一应用例的光传输线路总体中，在波长区域1530～1620nm中色散的最大值和最小值的差ΔD约为0.5ps/nm/km。
另外，第一实施例的光传输线路除了上述的第一应用例以外，还能进行各种变形。例如，图6是表示上述第一应用例及第二至第五应用例的作为各构成要素的第一光纤和第二光纤的结构参数及光学特性的表。
第二应用例
第二应用例的光传输线路中使用的第一光纤也有图4A所示的断面结构，具体地说，第一芯线111的外径2a为6.2微米，第二芯线112的外径2b为16.7微米，第三芯线113的外径2c为24.6微米，内侧包层121的外径2d为49.2微米。另外，以外侧包层122为基准，第一芯线111的比折射率差Δn1为0.55％、第二芯线112的比折射率差Δn2为-0.15％、第三芯线113的比折射率差Δn3为0.27％、内侧包层121的比折射率差Δn4为-0.15％。
另外，在该第二应用例的第一光纤中，波长1530nm的色散为6.52ps/nm/km，波长1550nm的色散为6.86ps/nm/km，波长1620nm的色散为7.62ps/nm/km。波长区域1530～1620nm中的色散的最大值和最小值的差ΔD为1.10ps/nm/km。波长1550nm时有效断面积为44.0μm2，模式场直径为7.79μm。一匝的直径为32mm时波长1550nm的弯曲损失为0.002dB/匝，波长1620nm的弯曲损失为0.02dB/匝。截止波长(将长2m的光纤卷成半径140mm一匝的状态下的LP11方式的截止波长)为1.69μm。
另一方面，第二应用例的光传输线路中使用的第二光纤也有图4A所示的断面结构，具体地说，第一芯线111的外径2a为5.6微米，第二芯线112的外径2b为14.7微米，第三芯线113的外径2c为22.3微米，内侧包层121的外径2d为44.6微米。另外，以外侧包层122为基准，第一芯线111的比折射率差Δn1为0.57％、第二芯线112的比折射率差Δn2为-0.15％、第三芯线113的比折射率差Δn3为0.30％、内侧包层121的比折射率差Δn4为-0.15％。
另外，在该第二应用例的第二光纤中，波长1530nm的色散为-6.89ps/nm/km，波长1550nm的色散为-6.78ps/nm/km，波长1620nm的色散为-5.14ps/nm/km。另外，波长区域1530～1620nm中的色散的最大值和最小值的差ΔD为1.75ps/nm/km。波长1550nm时有效断面积为48.6μm2，模式场直径为7.76μm。一匝的直径为32mm时波长1550nm的弯曲损失为0.02dB/匝，波长1620nm的弯曲损失为0.2dB/匝。截止波长为1.70μm。
图7是表示上述第二应用例的光传输线路总体的色散特性、以及第一及第二光纤的各色散特性的曲线图。另外，图中的曲线G710表示第二应用例的第一光纤的波长区域1530～1620nm中的色散特性，G720表示第二应用例的第二光纤的波长区域1530～1620nm中的色散特性，G730表示第二应用例的光传输线路总体的波长区域1530～1620nm中的色散特性。另外，在该第二应用例中，第一及第二光纤的长度相等，在该第二应用例的光传输线路总体中，在波长区域1530～1620nm中色散的最大值和最小值的差ΔD约为1.4ps/nm/km。
第三应用例
第三应用例的光传输线路中使用的第一光纤也有图4A所示的断面结构，具体地说，第一芯线111的外径2a为6.3微米，第二芯线112的外径2b为16.6微米，第三芯线113的外径2c为25.2微米，内侧包层121的外径2d为50.4微米。另外，以外侧包层122为基准，第一芯线111的比折射率差Δn1为0.53％、第二芯线112的比折射率差Δn2为-0.15％、第三芯线113的比折射率差Δn3为0.30％、内侧包层121的比折射率差Δn4为-0.15％。
另外，在该第三应用例的第一光纤中，波长1530nm的色散为3.81ps/nm/km，波长1550nm的色散为3.82ps/nm/km，波长1620nm的色散为3.58ps/nm/km。波长区域1530～1620nm中的色散的最大值和最小值的差ΔD为0.23ps/nm/km。波长1550nm时有效断面积为47.8μm2，模式场直径为7.77μm。一匝的直径为32mm时波长1550nm的弯曲损失为0.004dB/匝，波长1620nm的弯曲损失为0.03dB/匝。截止波长(将长2m的光纤卷成半径140mm一匝的状态下的LP11方式的截止波长)为1.91μm。
另一方面，第三应用例的光传输线路中使用的第二光纤也有图4A所示的断面结构，具体地说，第一芯线111的外径2a为6.0微米，第二芯线112的外径2b为15.7微米，第三芯线113的外径2c为23.8微米，内侧包层121的外径2d为47.6微米。另外，以外侧包层122为基准，第一芯线111的比折射率差Δn1为0.53％、第二芯线112的比折射率差Δn2为-0.15％、第三芯线113的比折射率差Δn3为0.30％、内侧包层121的比折射率差Δn4为-0.15％。
另外，在该第三应用例的第二光纤中，波长1530nm的色散为-3.68ps/nm/km，波长1550nm的色散为-3.75ps/nm/km，波长1620nm的色散为-3.02ps/nm/km。另外，波长区域1530～1620nm中的色散的最大值和最小值的差ΔD为0.73ps/nm/km。波长1550nm时有效断面积为51.3μm2，模式场直径为7.95μm。一匝的直径32mm时波长1550nm的弯曲损失为0.04dB/匝，波长1620nm的弯曲损失为0.3dB/匝。截止波长为1.80μm。
图8是表示上述第三应用例的光传输线路总体的色散特性、以及第一及第二光纤的各色散特性的曲线图。另外，图中的曲线G810表示第三应用例的第一光纤的波长区域1530～1620nm中的色散特性，G820表示第三应用例的第二光纤的波长区域1530～1620nm中的色散特性，G830表示第三应用例的光传输线路总体的波长区域1530～1620nm中的色散特性。另外，在该第三应用例中，第一及第二光纤的长度相等，在该第三应用例的光传输线路总体中，在波长区域1530～1620nm中色散的最大值和最小值的差ΔD约为0.2ps/nm/km。
第四应用例
第四应用例的光传输线路中使用的第一光纤也有图4A所示的断面结构，具体地说，第一芯线111的外径2a为6.9微米，第二芯线112的外径2b为17.6微米，第三芯线113的外径2c为26.6微米，内侧包层121的外径2d为53.2微米。另外，以外侧包层122为基准，第一芯线111的比折射率差Δn1为0.49％、第二芯线112的比折射率差Δn2为-0.15％、第三芯线113的比折射率差Δn3为0.32％、内侧包层121的比折射率差Δn4为-0.15％。
另外，在该第四应用例的第一光纤中，波长1530nm的色散为3.50ps/nm/km，波长1550nm的色散为3.34ps/nm/km，波长1620nm的色散为3.00ps/nm/km。波长区域1530～1620nm中的色散的最大值和最小值的差ΔD为0.50ps/nm/km。波长1550nm时有效断面积为56.5μm2，模式场直径为8.29μm。一匝的直径为32mm时波长1550nm的弯曲损失为0.003dB/匝，波长1620nm的弯曲损失为0.02dB/匝。截止波长(将长2m的光纤卷成半径140mm一匝的状态下的LP11方式的截止波长)为2.19μm。
另一方面，第四应用例的光传输线路中使用的第二光纤也有图4A所示的断面结构，具体地说，第一芯线111的外径2a为6.6微米，第二芯线112的外径2b为16.7微米，第三芯线113的外径2c为25.3微米，内侧包层121的外径2d为50.6微米。另外，以外侧包层122为基准，第一芯线111的比折射率差Δn1为0.49％、第二芯线112的比折射率差Δn2为-0.15％、第三芯线113的比折射率差Δn3为0.32％、内侧包层121的比折射率差Δn4为-0.15％。
另外，在该第四应用例的第二光纤中，波长1530nm的色散为-3.36ps/nm/km，波长1550nm的色散为-3.33ps/nm/km，波长1620nm的色散为-1.39ps/nm/km。另外，波长区域1530～1620nm中的色散的最大值和最小值的差ΔD为1.94ps/nm/km。波长1550nm时有效断面积为62.7μm2，模式场直径为8.51μm。一匝的直径为32mm时波长1550nm的弯曲损失为0.02dB/匝，波长1620nm的弯曲损失为0.1dB/匝。截止波长为2.07μm。
图9是表示上述第四应用例的光传输线路总体的色散特性、以及第一及第二光纤的各色散特性的曲线图。另外，图中的曲线G910表示第四应用例的第一光纤的波长区域1530～1620nm中的色散特性，G920表示第四应用例的第二光纤的波长区域1530～1620nm中的色散特性，G930表示第四应用例的光传输线路总体的波长区域1530～1620nm中的色散特性。另外，在该第四应用例中，第一及第二光纤的长度相等，在该第四应用例的光传输线路总体中，在波长区域1530～1620nm中色散的最大值和最小值的差ΔD约为0.8ps/nm/km。
第五应用例
第五应用例的光传输线路中使用的第一光纤也有图4A所示的断面结构，具体地说，第一芯线111的外径2a为6.1微米，第二芯线112的外径2b为15.1微米，第三芯线113的外径2c为24.3微米，内侧包层121的外径2d为48.6微米。另外，以外侧包层122为基准，第一芯线111的比折射率差Δn1为0.58％、第二芯线112的比折射率差Δn2为-0.18％、第三芯线113的比折射率差Δn3为0.25％、内侧包层121的比折射率差Δn4为-0.18％。
另外，在该第五应用例的第一光纤中，波长1530nm的色散为5.71ps/nm/km，波长1550nm的色散为5.96ps/nm/km，波长1620nm的色散为6.44ps/nm/km。波长区域1530～1620nm中的色散的最大值和最小值的差ΔD为0.73ps/nm/km。波长1550nm时有效断面积为41.6μm2，模式场直径为7.30μm。一匝的直径为32mm时波长1550nm的弯曲损失为0.0003dB/匝，波长1620nm的弯曲损失为0.005dB/匝。截止波长(将长2m的光纤卷成半径140mm一匝的状态下的LP11方式的截止波长)为1.69μm。
另一方面，第五应用例的光传输线路中使用的第二光纤也有图4A所示的断面结构，具体地说，第一芯线111的外径2a为5.5微米，第二芯线112的外径2b为13.6微米，第三芯线113的外径2c为22.0微米，内侧包层121的外径2d为44.0微米。另外，以外侧包层122为基准，第一芯线111的比折射率差Δn1为0.58％、第二芯线112的比折射率差Δn2为-0.18％、第三芯线113的比折射率差Δn3为0.25％、内侧包层121的比折射率差Δn4为-0.18％。
另外，在该第五应用例的第二光纤中，波长1530nm的色散为-6.00ps/nm/km，波长1550nm的色散为-5.91ps/nm/km，波长1620nm的色散为-4.71ps/nm/km。另外，波长区域1530～1620nm中的色散的最大值和最小值的差ΔD为1.29ps/nm/km。波长1550nm时有效断面积为44.8μm2，模式场直径为7.51μm。一匝的直径为32mm时波长1550nm的弯曲损失为0.04dB/匝，波长1620nm的弯曲损失为0.3dB/匝。截止波长为1.53μm。
图10是表示上述第五应用例的光传输线路总体的色散特性、以及第一及第二光纤的各色散特性的曲线图。另外，图中的曲线G1010表示第五应用例的第一光纤的波长区域1530～1620nm中的色散特性，G1020表示第五应用例的第二光纤的波长区域1530～1620nm中的色散特性，G1030表示第五应用例的光传输线路总体的波长区域1530～1620nm中的色散特性。另外，在该第五应用例中，第一及第二光纤的长度相等，在该第五应用例的光传输线路总体中，在波长区域1530～1620nm中色散的最大值和最小值的差ΔD约为1.0ps/nm/km。
另外，作为上述的各应用例的光传输线路中能使用的光纤的一种形态，也可以是这样的光纤：在波长区域1530～1620nm中，绝对值为1.0～8.0ps/nm/km、最大值和最小值的差为3.0ps/nm/km以下、最好为2.0ps/nm/km以下的色散、以及一匝的直径为32mm时波长为1620nm时有0.5dB/匝以下的弯曲损失。另外，该形态的光纤最好在波长1550nm时也具有40μm2以上的有效断面积。另外，作为另一种形态，也可以是这样的光纤：为了抑制弯曲损失的增加，在波长区域1530～1620nm中，绝对值为1.0～8.0ps/nm/km、最大值和最小值的差为3.0ps/nm/km以下、最好为2.0ps/nm/km以下的色散、以及波长为1550nm时具有比60μm2小的有效断面积。但是，另一种形态的光纤在波长1550nm时具有40μm2以上的有效断面积。
(第二实施例)
其次，说明根据本发明的光传输线路的第二实施例。图11是说明第二实施例的光传输线路中能使用的光纤的结构用的图。光纤200具有沿规定的轴延伸的芯线区域210、以及包围着该芯线区域210的外周设置的包层区域220，具有图4A及图4B所示的断面结构及其折射率的断面分布。特别是该光纤200是以芯线区域210的外径沿纵向变化为特征的连续长度的光纤，具体地说，芯线直径相对小的部分的外径c2、以及芯线直径相对大的部分的外径c2两者芯线直径相差2％以上。
图12A及图12B是表示该第二实施例的光传输线路的第一应用例中能使用的光纤的结构及色散特性的图。如图12B所示，该第一应用例的光纤40是不含有连接点的连续长度的光纤，从一个端部开始依次有：部分421、部分411、部分422、部分412、部分423、部分413、...。如图12A所示，其中部分41n(n＝1、2、3、...)在波长区域1530～1620nm中，具有+1.0～+8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，最好在2.0ps/nm/km以下。另外，如图12A所示，部分42n(n＝1、2、3、...)在波长区域1530～1620nm中，具有-1.0～-8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，最好在2.0ps/nm/km以下。另外，41n的外径和部分42n的外径互相相差2％以上。该光纤40在波长区域1530～1620nm中，各部分41n、42n的色散不为零，所以能有效地抑制四光波混合的发生。
具体地说，能根据以下的诸因素设计光纤40。即，具有图4A及图4B所示的断面结构及折射率的断面分布，设定第一芯线111的外径2a、第二芯线112的外径2b、第三芯线113的外径2c、以及内侧包层121的外径2d相互之间的比如下。
2a/2c＝0.24
2b/2c＝0.70
2d/2c＝2.0
另外，将外侧包层122作为基准区域，第一芯线111的比折射率差Δn1为0.50％，第二芯线112的比折射率差Δn2为-0.15％，第三芯线113的比折射率差Δn3为0.27％，内侧包层121的比折射率差Δn4为-0.15％。另外，各部分41n、42n的长度为5km。
而且，在以上的条件下，如果第三芯线113的外径2c为23.8微米，则能设计具有与上述的第一实施例的光传输线路中能使用的第二光纤12同样的色散特性(波长为1550nm的色散为-3.04ps/nm/km)的部分，该部分相当于该光纤40的部分42n。另一方面，如果使第三芯线113的外径2c增加5％而达到25.0微米，则能获得具有与上述的第一实施例的光传输线路中能使用的第一光纤11同样的色散特性(波长为1550nm的色散为3.15ps/nm/km)的部分，该部分相当于该光纤40的部分41n。通过准备比折射率分布及各部分的外径沿纵向一定的光纤母材，对该光纤母材进行拉丝时，沿纵向调整纤维直径(例如变更拉丝张力)，能容易地获得这样的第一应用例的光纤40。
另外，上述第一至第三芯线111至113包括在上述的芯线区域210中，上述内侧包层121及外侧包层122包括在上述的包层区域220中。
另外，图13A及图13B是表示该第二实施例的光传输线路的第二应用例中能使用的光纤的结构及色散特性的图。如图13B所示，该第二应用例的光纤50是不含有连接点的连续长度的光纤，从一个端部开始依次有：部分521、部分511、部分522、部分512、部分523、部分513、...。如图13A所示，其中部分51n(n＝1、2、3、...)在波长区域1530～1620nm中，具有+1.0～+8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，最好在2.0ps/nm/km以下。另外，如图13B所示，部分52n(n＝1、2、3、...)在波长区域1530～1620nm中，具有-1.0～-8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，最好在2.0ps/nm/km以下。另外，51n的外径和部分52n的外径互相相差2％以上。该光纤50在波长区域1530～1620nm中，各部分51n、52n的色散不为零，所以能有效地抑制四光波混合的发生。
在该第二应用例的光纤50中，与第一应用例不同，各部分51n、52n的长度和色散值不同。具体地说，例如，也可以设计得使部分521的长度为3km，部分511的长度为5km，部分522的长度为5km，部分512的长度为3km(各部分的长度也可以不一定)。另外，部分51n的色散也可以不一定，例如，部分511的色散约为2.2ps/nm/km，部分512的色散约为3.4ps/nm/km。另外，部分52n的色散也可以不一定，例如，部分521的色散约为-2.1ps/nm/km，部分522的色散约为-3.5ps/nm/km。另外，相邻的部分之间的边界上的色散的变化、即光纤结构的变化也可以是不陡峭的。
如上所述的第二实施例的光传输线路中使用的光纤40(第一应用例)及光纤50(第二应用例)分别是色散控制的连续长度的光纤。因此，通过熔融连接多条光纤构成该光传输线路时，不需要考虑各光纤的色散，能容易地获得在波长为1530～1620nm的波长区域中适合于WDM信号的长距离传输的结构。此外，该第二实施例的光传输线路由于在波长区域1530～1620nm中大部分发生色散(色散不为零)，所以能有效地抑制四光波混合的发生。另外，第二实施例的光传输线路由于在波长区域1530～1620nm中色散的最大值和最小值的差小，所以在波长为1530～1620nm的波长区域中WDM信号能长距离传输。
另外，在上述的光纤40、50多条熔融连接的光传输线路中，波长区域1530～1620nm的平均色散值的最大值和最小值的差ΔD为2.0ps/nm/km以下，最好为1.0ps/nm/km以下，若在0.5ps/nm/km以下就更好，例如，在波长区域1530～1620nm中，该光传输线路的平均色散值的最大值和最小值的差ΔD为2.0ps/nm/km以下时，能将位速率为10Gb/s的光信号传输约1000km，能将位速率为20Gb/s的光信号传输约250km。
另外，在波长区域1530～1620nm中，该光传输线路的平均色散值的最大值和最小值的差ΔD为1.0ps/nm/km以下时，能将位速率为10Gb/s的光信号传输约200km，能将位速率为20Gb/s的光信号传输约500km。
另外，该第二实施例的光纤在一匝的直径为32mm时波长为1620nm的弯曲损失最好也在0.5dB/匝以下，另外，波长为1550nm的有效断面积最好在40μm2以上。
另外，该第二实施例的光传输线路也能进行各种变形。例如，该光传输线路中能使用的光纤也可以是上述的折射率断面分布(参照图4B)中各参数不同的光纤，另外，也可以是另一种折射率断面分布。另外，构成光传输线路的光纤的数量是任意的。
产业上利用的可能性
如上所述，本发明的光传输线路是这样构成的，即通过熔融连接在与光放大用的放大波长区域一致的波长区域1530～1620nm中具有不同的色散特性的第一及第二光纤构成；或者利用具有在该波长区域中有意变更色散特性的芯线直径不同的第一及第二部分的连续长度的光纤构成。特别是第一光纤或第一部分在上述波长区域中具有+1.0～+8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，最好在2.0ps/nm/km以下。另外，第二光纤或第二部分在上述波长区域中，具有-1.0～-8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，最好在2.0ps/nm/km以下。在用这样的色散特性不同的光纤或部分构成的该光传输线路中，上述波长区域的平均色散值的最大值和最小值的差在2.0ps/nm/km以下，最好在1.0ps/nm/km以下，若在0.5ps/nm/km以下就更好。因此，各光纤或部分由于在上述波长区域内不存在零色散波长，所以能有效地抑制四光波混合的发生，同时还能充分地抑制由色散引起的光信号波形的劣化。其结果，在波长区域1530～1620nm中能长距离传输WDM信号(包括具有互不相同的波长的光信号)。

Claims (17)

1.一种光传输线路，具有一条或一条以上的第一光纤和一条或一条以上的第二光纤，上述第一和第二光纤都包括：
沿规定的轴延伸的第一芯线；
在上述第一芯线的外周设置、且具有比该第一芯线低的折射率的第二芯线；
在上述第二芯线的外周设置、且具有比该第二芯线高的折射率的第三芯线；
在上述第三芯线的外周设置、且具有比该第三芯线低的折射率的内侧包层；以及
在上述内侧包层的外周设置、且具有比该内侧包层高的折射率的外侧包层；
该光传输线路的特征在于：
上述第一光纤在波长区域1530～1620nm中，分别有+1.0～+8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下；
上述第二光纤在上述波长区域中，分别有-1.0～-8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，且
在上述波长区域中，由上述第一及第二光纤各自的长度及色散值获得的平均色散值的最大值和最小值的差为2.0ps/nm/km以下。
2.根据权利要求1所述的光传输线路，其特征在于：在各个上述第一及第二光纤中，上述波长区域中的色散的最大值和最小值的差为2.0ps/nm/km以下。
3.根据权利要求1所述的光传输线路，其特征在于：在上述波长区域中，上述平均色散值的最大值和最小值的差为1.0ps/nm/km以下。
4.根据权利要求3所述的光传输线路，其特征在于：在上述波长区域中，上述平均色散值的绝对值为1.0ps/nm/km以下。
5.根据权利要求3所述的光传输线路，其特征在于：在上述波长区域中，上述平均色散值的最大值和最小值的差为0.5ps/nm/km以下。
6.根据权利要求5所述的光传输线路，其特征在于：在上述波长区域中，由上述第一及第二光纤各自的长度及色散值获得的平均色散值的绝对值为0.5ps/nm/km以下。
7.根据权利要求1所述的光传输线路，其特征在于：各个上述第一及第二光纤在波长为1550nm时具有40μm2以上的有效断面积。
8.根据权利要求1所述的光传输线路，其特征在于：各个上述第一及第二光纤以直径32mm卷绕1匝时，波长为1620nm时具有0.5dB/匝以下的弯曲损失。
9.一种光纤，包括：
沿规定的轴延伸的第一芯线；
在上述第一芯线的外周设置、且具有比该第一芯线低的折射率的第二芯线；
在上述第二芯线的外周设置、且具有比该第二芯线高的折射率的第三芯线；
在上述第三芯线的外周设置、且具有比该第三芯线低的折射率的内侧包层；以及
在上述内侧包层的外周设置、且具有比该内侧包层高的折射率的外侧包层；
其特征在于：
该光纤在波长区域1530～1620nm中，具有绝对值为1.0～8.0ps/nm/km、最大值和最小值的差为3.0ps/nm/km以下的色散，
该光纤以直径32mm卷绕1匝时，在波长为1620nm时具有0.5dB/匝以下的弯曲损失，且
波长为1550nm时，该光纤具有比60μm2小的有效面积。
10.根据权利要求9所述的光纤，其特征在于：在上述波长区域中，具有最大值和最小值的差为2.0ps/nm/km以下的色散。
11.根据权利要求9所述的光纤，其特征在于：波长为1550nm时具有40μm2以上的有效断面积。
12.一种光纤，包括：
沿规定的轴延伸的第一芯线；
在上述第一芯线的外周设置、且具有比该第一芯线低的折射率的第二芯线；
在上述第二芯线的外周设置、且具有比该第二芯线高的折射率的第三芯线；
在上述第三芯线的外周设置、且具有比该第三芯线低的折射率的内侧包层；以及
在上述内侧包层的外周设置、且具有比该内侧包层高的折射率的外侧包层；
其特征在于：
该光纤是具有芯线直径相互之间相差2％以上的第一部分和第二部分的、不包含连接点的连续长度的光纤，
上述第一部分在波长区域1530～1620nm中有+1.0～+8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，
上述第二部分在上述波长区域中有-1.0～-8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下。
13.根据权利要求12所述的光纤，其特征在于：在各个上述第一及第二部分中，上述波长区域的色散的最大值和最小值的差在2.0ps/nm/km以下。
14.一种光传输线路，是由多条光纤互相光学连接而成的光传输线路，上述光纤包括：
沿规定的轴延伸的第一芯线；
在上述第一芯线的外周设置、且具有比该第一芯线低的折射率的第二芯线；
在上述第二芯线的外周设置、且具有比该第二芯线高的折射率的第三芯线；
在上述第三芯线的外周设置、且具有比该第三芯线低的折射率的内侧包层；以及
在上述内侧包层的外周设置、且具有比该内侧包层高的折射率的外侧包层；
其特征在于：
该光纤是具有芯线直径相互之间相差2％以上的第一部分和第二部分的、不包含连接点的连续长度的光纤，
上述第一部分在波长区域1530～1620nm中有+1.0～+8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，
上述第二部分在上述波长区域中有-1.0～-8.0ps/nm/km的色散，同时该色散的最大值和最小值的差在3.0ps/nm/km以下，且
在波长区域1530～1620nm中，由上述多条光纤各自的长度及色散值获得的平均色散值的最大值和最小值的差为2.0ps/nm/km以下。
15.根据权利要求14所述的光传输线路，其特征在于：在上述波长区域中，上述平均色散值的最大值和最小值的差为1.0ps/nm/km以下。
16.根据权利要求14所述的光传输线路，其特征在于：在上述波长区域中，上述平均色散值的绝对值为1.0ps/nm/km以下。
17.根据权利要求14所述的光传输线路，其特征在于：在上述波长区域中，上述平均色散值的最大值和最小值的差为0.5ps/nm/km以下。
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