CN1275208A - 一种外侧带环的色散迁移单模光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单模色散迁移光纤,这种光纤具有一层给定折射率(ns)的包层,和一个芯子,芯子的折射率分布类似梯形,三角形或矩形并且带一个环,光纤芯子折射率分布还有一个第二个在外侧的环,这个环的折射率(n3)大于包层的折射率(ns)。本发明的特征在于上述第二个环的折射率(n3)大于或等于上述那个环的折射率(n2)。本发明保证较好地控制色差为零微波长的值,同时保持这些数值的光纤其它的特性,如模场直径,大的有效面积和损耗。

Description

一种外侧带环的色散迁移单模光纤
本发明涉及一种色散迁移单模光纤。
称为“色散迁移光纤”(DSFs)的单模光纤是在这些光纤中使用的传输波长上(通常这个波长不同于1.3μm(微米)的在硅中的色散基本为零的波长)，被传输的波的色差基本上为零；也就是说，硅中的非零色差由于增加在光纤芯子与光学包层之间的折射率的差Δn而被补偿(因此用术语“位移”)。这个折射率差可以把波长移动到色差为零。改变折射率的方法是在生产光纤时用改进的化学气相沉积覆(MCVD)往光纤中掺杂，这个过程是公知的，在此就不再细说了。在光纤的包层与芯子之间的折射率差的典型值是24×10-3。用锗作为杂质可以增加硅中的折射率。术语“包层”和“芯子”已经被业界人士所熟知；通常，“包层”是直径延伸到125μm的那一部分，“芯子”对应于其中包含传输的光能的70％的那一部分。
这样的单模光纤，必需最好还具有对于光缆生产者和系统设计者度需要的特性：首先这种光纤必需有小的模场(mode)直径，和良好的“可成缆性”(即适宜于包裹成光缆)，包括光纤的可弯曲性和低的损耗；和其次，这种光纤必需有尽可能大的模场直径，大的有效面积，和适当的作为零色散波长λ0的值。当这种光纤用在波分复用(WDM)传输系统时，受到的约束就更加苛刻了。
最好有这样一种光纤，它的λ0值大于或等于1,565nm(纳米)，若是大于或等于1,585nm则更好，以避免采用一种色散补偿光纤(DCF)，这种色散补偿光纤的缺点是容易产生非线性效应，高损耗，和难以安装在光缆中。遗憾的是目前具有这样λ0值的光纤的有效面积小，并且在1,550nm附近的损耗大。
曾经为这种色散迁移单模光纤提出了有多种折射率的截面分布形状。通常折射率的截面分布以一些曲线显示出的函数来描述，这些曲线表示折射率作为光纤半径的函数。折射率的截面分布因此被称为“阶跃形(stepped)”，“梯形(trapezium-shaped)”，或“三角形(triangular)”分布，以表示各种折射率作为光纤半径的函数的曲线分别是阶跃形，梯形，或三角形。这些曲线一般只表示光纤的折射率理想的或参考的分布，可能由于在光纤生产中的制约使这种分布有明显的差异。
早期的色散迁移光纤是折射率-阶跃型，三角型，高斯型，或α幂型。这些光纤的特性，特别是因为它们的模场直径小，和对于弯曲敏感，尽管它们在1,550nm的损耗低于0.2dB/km(分贝/公里)，已经被认为不再适用了。因此开发了一组新的光纤：折射率分布是梯形-和-环形的光纤。
法国专利FR-A-2 724 234叙述一种色散迁移单模光纤，它的折射率分布是梯形，或，极限是三角形或矩形，围绕这个梯形有一个环。图1表示这个文件中提出的折射率分布的表现。通常，图1中x-轴给出到光纤中心的距离r，y-轴给出折射率，是按照这个折射率对于光纤包层的折射率相对的百分率差值定义的。
这种光纤的有效面积大于70μm2(微米2)，在1,558nm处的损耗为0.20dB/km，色差大约是0.7ps/nm·km(皮秒/纳米·公里)，和λ0是1,550nm。
欧洲专利申请号EP-A-0 131 634和EP-A-0 368 014说明同样一种光纤，是被一个环围绕的一个矩形的芯子。
欧洲专利申请号EP-A-0 724 171说明一种光纤，其折射率分布是被一个三角形的环围绕的一个α分布，表示如图2。这种光纤的有效面积为72μm2。
此外，欧洲专利申请号EP-A-0 127 408说明一种光纤，其折射率分布是被两个环围绕的一个矩形的芯子。矩形的折射率和每个环的折射率可以或者不相同。这样的一种光纤的芯子折射率小于或等于每个环的折射率。显然这样的光纤不可能做成所要求那种的色散迁移光纤。此外，在A.Safaai-Jazi等人的“New designs for dispersion-shiftedand dispersion-flattened fibers(色散迁移和色散平坦光纤的新的设计)”，Proceeding of the SPIE，Vol.1176.5，September 1989，pages196-201，其中说明一种光纤，其折射率分布是带两个环的一个矩形的芯子，这两个环有同样的折射率，芯子折射率大于这些环的折射率。这样的一种光纤的特性有平坦的色散。显然这样的一种光纤不可能做成所要求那种色散迁移光纤。
这些各种已知的办法都不可能得到一个高的或可以自由选择的λ0波长值，而且同时又保持适宜良好的“可成缆性”的特性。
本发明提出一个办法，它可以保持一个大的有效面积Aef，通常大于70μm，因而限制了非线性效应。本发明的光纤还可以得到低的损耗，最好小于或等于0.2dB/km，色差按绝对术语一般大于1.5ps/nm·km，也就是对于波长在1,530nm到1,585nm范围内，按绝对术语色差约为2ps/nm·km。此外它可以对于所有这些参数得到一个零色差波长λ0，能方便地使这个波长大于或等于1,585nm；因而如果这种光纤用作WDM传输，就可以避免或减少四波混频和使用色散补偿光纤。
换而言之，本发明提供一个在一种色散迁移单模光纤中，增加零色散波长λ0值的方法。这种光纤有一层具有给定折射率(ns)的包层，具有一定折射率分布的光纤芯子，这种折射率分布是梯形，或极限情况下是带环的三角形或矩形，光纤的模场直径优先地大于或等于8μm，在光纤芯子的折射率分布之外还有一个外环部分，所述外环部分的折射率大于包层的折射率并且大于或等于，最好是大于，芯子的环的折射率。
这样，本发明提供一种色散迁移单模光纤，它具有：
给定折射率的包层；
一个光纤芯子，它的折射率分布是带一个第一个环的梯形，三角形或矩形，光纤芯子的折射率分布还有一个在外侧的第二个环，所述第二个环的折射率大于上述包层的折射率；
上述光纤的特征在于上述第二个环的折射率大于或等于上述第一个环的折射率。
上述第二个环的折射率一般最好取1×10-3到6×10-3的范围。
上述第二个环的折射率最好大于上述第一个环的折射率。
第二个环的厚度最好取在光纤芯子的梯形，三角形或矩形部分的半径的0.3倍到上述半径的0.8倍的范围。
还可以使上述第一个环的折射率大于包层的折射率。
在一个实施例中，上述梯形，三角形或矩形的最大的折射率一般大于9×10-3。
上述梯形，三角形或矩形的折射率的值最好至少比上述第一个环的折射率的值大50％。
在一个实施例中，上述第一个环的折射率在1×10-3到3×10-3的范围。
在一个实施例中，上述梯形，三角形或矩形到上述第一个环之间的光纤的折射率小于或等于包层的折射率。这个折射率一般取-0.1×10-3到-0.5×10-3的范围。
在另一个实施例中，上述第一个环到上述在外侧的第二个环之间的光纤的折射率小于或等于包层的折射率。这个折射率一般取-0.1×10- 3到-0.5×10-3的范围。
在上述第一个环到上述第二个环之间的那部分的厚度最好取在光纤芯子的梯形，三角形或矩形部分的半径的0.3倍到上述半径的0.8倍的范围。
可以方便地使上述第一个环到上述在外侧的第二个环之间的折射率小于或等于上述梯形，三角形或矩形到上述第一个环之间的折射率。
还可以在上述在外侧的第二个环到包层之间提供一个环形部分，它的折射率小于上述第二个环的折射率和包层的折射率。这个折射率一般取-0.1×10-3到-0.5×10-3的范围。
本发明的光纤是这样的，可以方便地使它的色差为零的波长值大于或等于1,565nm，并且更好的大于或等于1,585nm。
可以方便地使上述光纤具备有效面积大于或等于70μm2。
对于值为1,550nm的波长，光纤的损耗小于0.2dB/km。
在一个实施例中，光纤的截止波长小于1,530nm。它也可以在1,530nm到1,580nm的范围内具有色散-2ps/nm·km。
在阅读以下对本发明的各个实施例参照附图举例说明后，本发明的其它的特性和优点就显示出来了，这些附图有：
图1和2表示用作参考的现有的色散迁移单模光纤的折射率分布图；和
图3表示本发明的一种光纤的折射率分布图。
图1和2已经讨论过了。
本发明提出增加一个第二环，它的折射率大于或等于，最好是大于，现在的具有梯形加环形的折射率分布的色散迁移单模光纤的第一个环的折射率。使光纤有可能保持低损耗和大的有效面积，而同时得到高的λ0值，典型地大于或等于1,565nm，并且优先地达到大于或等于1,585nm。
本发明一般可以得到的光纤具有一个至少是1,565nm的波长λ0，至少是1,585nm，同时还具备如下的特性：
有效面积大于或等于70μm2；
对于波长值1,550nm的损耗小于或等于0.2dB/km；
截止波长小于或等于1,530nm；和
从1,530nm到1,580nm的色差约为-2ps/nm·km。
还可以提供一个围绕第一个环的环形部分，这部分的折射率小于包层的折射率，特别是，如果这样做使生产光纤更容易。
例1(作为比较)
作为比较，下面考虑一个具有图1表示的类型的折射率分布的一种光纤，所述分布有一个梯形的中央部分，和一个单独的环：半径小于a0的光纤的中央部分的折射率为n1＝+10.5×10-3，半径从a1到a2部分的折射率为n4＝-0.3×10-3，半径从a0到a1部分的折射率基本上是线性下降，半径从a2到a3的部分和包层的折射率为n2＝+2×10-3。
半径满足以下关系式：
a0/a1≤0.4；
a2/a1≥1.4；和
0.3≤(a3-a2)/a1≤0.8。
这样一种光纤的零色差波长λ0为1,565nm，有效面积为50μm2，在1,550nm处的理想损耗为R＝0.175dB/km，截止波长约为1.300nm。
例2(本发明)
图3是本发明的一种光纤的第一个实施例的折射率分布；图3的光纤是三角形加环形或梯形加环形的类型，其中增加了其折射率大于或等于第一个环形的折射率的第二个环形或“外环”。因此这种光纤具有一个梯形的中央部分和两个环，更精确地说具有：
半径小于a0，折射率为n1＝+10.5×10-3的中央部分；
半径从a1到a2，折射率为n4＝-0.3×10-3的部分，半径从a0到a1，折射率基本上是线性下降；
半径从a2到a3，折射率为n2＝+2×10-3的部分；
半径从a3到a4，折射率为n5＝-0.3×10-3的部分；
半径从a4到a5，折射率为等于折射率n2的n3的部分；
半径从a5到a6，折射率为nc＝-0.3×10-3的部分；和
折射率为ns的包层。
这些半径一般也方便地满足如下关系式：
2.5μm≤a0≤4μm；
a0/a1≤0.4；
a2/a1≥1.4；
0.3≤(a3-a2)/a1≤0.8
0.3≤(a4-a3)/a1≤0.8
0.3≤(a5-a4)/a1≤0.8；和
a6≤10×a1。
本发明的这种配置使得可以达到波长为1,585nm的λ0，而同时保持例1中的光纤已经具备的其它特性。如上所述，这个值作为波长就可以在WDM应用中避免使用色散补偿光纤。与现在技术的例子比较，零色差的波长λ0的值是增加了。
有无折射率为nc的那部分由光纤的生产方法决定，在本发明的某些实施例中，这部分可能被忽略。
例3(本发明)
在另一个实施例中，本发明提出一种光纤，它的折射率分布与例2(图3)大致相同，只是n3＝+4×10-3，即这个折射率大于折射率n2。本例中，光纤有一个1,620nm的波长λ0。截止波长是1,530nm，其它的参数与例2的相同。
与例2比较，对于由有效面积和损耗组成的传输特性，它仍然保持优良的数值，而同时由于存在其一个折射率比第一环的折射率大的第二个环，使它可以方便地得到较高的λ0波长值。
例4(本发明)
例4的折射率分布与例2相同，只是n1是9×10-3。于是它可以得到一个数值为1,565nm的波长λ0，有效面积为70μm2，在1,550nm处的损耗为R＝0.161dB/km。
由于减少了折射率n1的值，增加了有效面积并且减少了损耗；λ0波长为1,565nm。作为比较，同样的光纤但是没有第二个环，得到一个1,530nm的λ0波长。
例5(本发明)
例5的折射率分布与例3相同，只是n1是9×10-3。在这种情况，它可以得到一个1,585nm的波长λ0，有效面积为80μm2，在1,550nm处的损耗为R＝0.160dB/km。
这样，与例4比较，对于由有效面积和损耗组成的传输特性，它仍然保持优良的数值，而同时由于存在一个其折射率比第一环的折射率大的第二个环，使它可以方便的得到较高的λ0波长值。
所有这些例子中，改变折射率n4，n5，和nc的值也可以得到类似的结果，这些结果可能是独特的或者是另外的情况。折射率的值可以大于，小于或等于包层的折射率ns。
与现在已有的光纤的折射率分布比较，本发明因此可以增加色散为零的波长的值。
当然，本发明不限于所述和所示的实施例，业界人士可以理解有许多变化。可以在上述的推荐的实施例中使用一个第二环，它的折射率分布不是矩形而是三角形或梯形分布。这样的分布可以使它的零色差的波长更加提高。

Claims (22)

1.一种色散迁移单模光纤，具有：
给定折射率(ns)的包层；
一个光纤芯子，它的折射率分布是带一个第一个环的梯形，三角形或矩形，光纤芯子的折射率分布还有一个在外侧的第二个环，第二个环的折射率(n3)大于上述包层的折射率(ns)；
上述光纤的特征在于上述第二个环的折射率(n3)大于或等于上述第一个环的折射率(n2)。
2.根据权利要求1的一种光纤，其中上述第二个环的折射率(n3)大于上述第一个环的折射率(n2)。
3.根据权利要求1或2的一种光纤，其中上述第二个环的折射率(n3)在1×10-3到6×10-3范围。
4.根据权利要求1到3中的任一项的光纤，其中上述第二个环的厚度(a5-a4)在芯子的梯形，三角形或矩形部分的半径(a1)的0.3倍到0.8倍之间。
5.根据权利要求1到4的任一项的光纤，其中上述第一个环的折射率(n2)大于包层的折射率(ns)。
6.根据权利要求1到5的任一项的光纤，其中上述梯形，三角形或矩形部分最大的折射率(n1)大于或等于9×10-3。
7.根据权利要求1到6的任一项的光纤，其中上述梯形，三角形或矩形部分最大的折射率(n1)至少比上述第一个环的折射率(n2)大50％。
8.根据权利要求1到7的任一项的光纤，其中上述第一个环的折射率(n2)在1×10-3到3×10-3的范围内。
9.根据权利要求1到8的任一项的光纤，其中在上述梯形，三角形或矩形和上述第一个环之间的部分的折射率(n4)小于或等于上述包层的折射率(ns)。
10.根据权利要求1到9的任一项的光纤，其中在上述梯形，三角形或矩形和上述第一个环之间的部分的折射率(n4)在-0.1×10- 3到-0.5×10-3的范围内。
11.根据权利要求1到10的任一项的光纤，其中在上述第一个环和上述在外侧的第二个环之间的部分的折射率(n5)小于或等于上述包层的折射率(ns)。
12.根据权利要求1到10的任一项的光纤，其中在上述第一个环和上述在外侧的第二个环之间的部分的折射率(n5)在-0.1×10-3到-0.5×10-3的范围内。
13.根据权利要求1到11的任一项的光纤，其中在上述第一个环和上述在外侧的第二个环之间的部分的厚度(a4-a3)在芯子的梯形，三角形或矩形部分的半径(a1)的0.3倍到0.8倍之间。
14.根据权利要求1到13的任一项的光纤，其中在上述第一个环和上述在外侧的第二个环之间的部分的折射率(n5)小于或等于在上述梯形，三角形或矩形和上述第一个环之间的部分的折射率(n4)。
15.根据权利要求1到14的任一项的光纤，其中在上述外侧的第二个环和包层之间有一个环形部分，这部分的折射率(nc)小于第二个环的折射率(n3)和包层的折射率(ns)。
16.根据权利要求15的一种光纤，其中上述折射率(nc)在-0.1×10-3到-0.5×10-3的范围内。
17.根据权利要求1到16的任一项的光纤，它的色差为零的波长值大于或等于1,565nm。
18.根据权利要求17的一种光纤，它的色差为零的波长值大于或等于1,585nm。
19.根据权利要求1到18的任一项的光纤，它的有效面积大于或等于70μm2。
20.根据权利要求1到19的任一项的光纤，它在波长值为1,550nm处的损耗小于0.2dB/km。
21.根据权利要求1到20的任一项的光纤，它的截止波长小于1,530nm。
22.根据权利要求1到21的任一项的光纤，它在1,530nm到1,580nm的范围内的色差约为-2ps/nm·km。
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