CN1294690A - 光学传输、用于所述光学传输线的负色散光纤以及使用所述光学传输线的光学传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了在1570至1620nm波段(L波段)色散低而且非线性低的光学传输线,从而能够在1520至1620nm波段进行波分多路传输,该波段包含先前已经考虑过的波段。对于该光学传输线,光学放大器(32)。SMF(33)、L－RDF(34)依次连接在一起构成一个模块,一个或多个这样的模块插在光学信号发送器件(31)和光学信号接收器件(35)之间以便形成光学传输线。对于SMF(33),在L波段内的预定波段上的色散值和色散斜率都是正的。L－RDF(34)是在上述预定波段上补偿SMF(33)的色散值和色散斜率的线型负色散补偿光纤。通过把SMF(33)和L－RDF(34)连接在一起,使得光学传输线作为一个整体在上述预定波段的色散值大于等于－1ps/nm/km而且小于等于1ps/nm/km。

Description

光学传输线、用于所述光学传输线的负色散光纤 以及使用所述光学传输线的光学传输系统
技术领域
本发明涉及用于例如波分多路光学传输的光学传输线、用于光学传输线的负色散光纤以及使用光学传输线的光学传输系统。
背景技术
通常，单模光纤(后面将称为“SMF”)用于光学传输线，而且该SMF在1310nm波段具有零色散波长。虽然考虑到使用该SMF在1550nm波段进行光学传输，但是该SMF在1550nm波段具有正色散值和正色散斜率。因此当只有所述SMF用于1550nm波段的波分多路光学传输时，产生波长色散的副作用。因为为了补偿该波长色散，对用于短波长的模块型波长色散补偿光纤(模块型波长色散补偿光纤后面将称为“DCF”)的研究很活跃。这种DCF在例如日本专利公开出版物平6-11620中公开了。
作为DCF的一个例子，已经开发出这样的DCF，使得中心芯的折射率高以便色散值为大的负值，从而实现高的品质因数(FOM)(FOM=大约200)。
还有，已知的DCF折射率分布形式包括单峰值分布形式，诸如匹配包层类型光纤的折射率分布，以及多包层类型光纤，诸如W类型光纤。上述单峰值类型DCF具有正色散斜率。因此当这种类型的DCF与SMF连接时，虽然能够补偿单个波长处的色散，但是色散斜率进一步增大。因此这种类型的DCF不适用于波分多路传输(后面将称为“WDM”传输)。同时，W类型和其他类型的多包层类型DCF是能够补偿SMF的色散和色散斜率的光纤，因此这些光纤引起了广泛的兴趣，因为当与SMF连接时它们提供了适合于WDM传输的结构。
也就是说，需要一种补偿SMF的波长色散的斜率的补偿型色散补偿光纤(DFCF)，这种光纤能够同时补偿色散值和色散斜率。要求这样的DCF具有如下高FOM和控制补偿因子。
当DCF与普通SMF连接时所表现出来的色散补偿特性用如下补偿因子表示时，可以容易地理解：
补偿因子(％)={(SDCF／SSMF)／(DDCF／DSMF)}    ……(1)
在等式(1)中，SDCF是DCF的色散斜率，SSMF是SMF的色散斜率，DDCF是DCF的色散值，DSMF是SMF的色散值。上述数值是DCF补偿SMF的色散的带宽范围内的数值(通常是1520nm到1570nm的带宽)，或者是该波段范围内的任意波长。关于上述等式，补偿因子越接近于100％越能够成功地实现宽波段零色散。在日本专利出版物平8-136758中提出了这种DCF的最佳设计。
然而，这种目的在于短波长的DCF只是对于目前已经安装的SMF的色散补偿是有效的，但是只有它本身不能构成新的光纤线路。由于它的分布特性，上述DCF不能保持低非线性，而低非线性是SMF的优良特性。也就是说，DCF的目的在于补偿SMF对尽可能短波长的色散值和色散斜率。因此DCF通常在MFD中小而在Δ1中大，而且这样的DCF倾向于极易产生非线性现象。
近年来，正考虑使用色散特性与SMF的色散特性相反的线型色散补偿光纤(这种类型的线型色散补偿光纤后面将称为“RDF”)作为能够有效补偿色散值和色散斜率的低非线性光纤。RDF例如在ECOC’97 Vol．1 p．127和日本专利公开出版物平10-319920中描述了。
上述传统的DCF和RDF只是为在1520nm至1570nm波段(后面将称为“C波段”)上补偿而设计的。
近年来，波分多路光学传输正在考虑使用1570nm或更长的波段，更具体地说，使用1570nm至1620nm波段(后面将称为“L波段”)。例如，正在开发能够放大L波段光的光学放大器。目前正在考虑使用所述L波段和上述C波段进行波分多路光学传输来扩展波分多路光学传输的波段。
然而，目前没有提出用于补偿L波段的色散补偿光纤，而且用于在L波长波段进行波长多路光学传输的光学传输线还没有实现。
虽然包括SMF和色散补偿光纤的光学传输线具有诸如下面(1)至(3)给出的性能，但是因为这样的传输线的主要目的在于C波段，它们不适于作为L波段波分多路光学传输线。上述的性能包括如下：(1)可以利用SMF的低非线性和低损耗；(2)在C波段的色散是平滑的；(3)因为线路具有高局部色散(单位长度的色散值)，能够避免产生四波混合(后面将称为“FWM”)，所述四波混合变成显著的近似零色散。
图13是SMF连接到RDF用于C波段补偿的条件下的色散特性的原理图。如图13所示，其中SMF连接到C波段补偿RDF上的光学传输线在L波段具有大的负色散和色散斜率。因此当L波段光学信号通过C波段的光学传输线传输时，由于色散产生的信号波形畸变变成大的干扰，使得在L波段进行WDM传输很困难。对于C波段补偿的DCF也同样。
因此难以实现能够利用上述L波段和C波段两个波段进行波分多路光学传输的光学传输线和光学传输系统。
发明的公开
本发明就是为解决上述问题而提出的。即本发明的最终目的是提供一种波分多路光学传输系统，通过它能够利用L波段和C波段两个波段进行波分多路光学传输。为了达到这一目的，本发明首先提供了能够在L波段进行高质量波分多路光学传输的光学传输线和能够在C波段进行高质量波分多路光学传输的光学传输线。为了实现这些光学传输线，本发明提供了能够在预定的波段内补偿SMF或其他正色散光纤的色散的负色散光纤。
本发明的第一种结构的光学传输线的特征在于正色散光纤连接到负色散光纤上，对于所述正色散光纤在1570至1620nm波段内的预定波段上色散值和色散斜率是正值，所述负色散光纤补偿上述正色散光纤在上述预定波段上的色散和色散斜率，以便使得光学传输线作为一个整体的色散值在上述预定波段范围内大于等于-1ps／nm／km而且小于等于1ps／nm／km。
本发明的第二种结构的光学传输线的特征在于正色散光纤、负色散光纤、和色散特性调整光纤连接在一起，对于所述正色散光纤在1570至1620nm波段内的预定波段上色散值和色散斜率是正值，所述负色散光纤补偿上述正色散光纤在临近波段1570至1620nm的波段上的色散和色散斜率，所述色散特性调整光纤补偿连接上述负色散光纤和上述正色散光纤形成的光纤连接单元在上述预定波段上的色散和色散斜率，以便使得光学传输线作为一个整体的色散值在上述预定波段范围内大于等于-1ps／nm／km而且小于等于1ps／nm／km。
本发明的第三种结构的光学传输线的特征在于除了具有上述第二种结构以外，所述临近波段1570至1620nm的波段设置为波段1520至1570nm。
本发明的第四种结构的光学传输线的特征在于除了具有上述第一、二或三种结构以外，使得光学传输线作为一个整体的色散值在波段1520至1570nm内大于等于-1ps／nm／km而且小于等于1ps／nm／km。
本发明的第五种结构的光学传输线的特征在于除了具有上述第一、第二或第三种结构以外，提供了在波段1570至1620nm内补偿传输损耗的波长相关性的功能。
本发明的第六种结构的光学传输线的特征在于除了具有上述第四种结构以外，提供了在波段1570至1620nm内补偿传输损耗的波长相关性的的功能。
本发明的第七种结构的光学传输线的特征在于正色散光纤、负色散光纤、和色散特性调整光纤连接在一起，对于所述正色散光纤在1520至1570nm波段内的预定波段上色散值和色散斜率是正值，所述负色散光纤补偿上述正色散光纤在临近波段1520至1570nm的波段上的色散和色散斜率，所述色散特性调整光纤补偿连接上述负色散光纤和上述正色散光纤形成的光纤连接单元在上述预定波段上的色散和色散斜率，以便使得光学传输线作为一个整体的色散值在上述预定波段范围内大于等于-1ps／nm／km而且小于等于1ps／nm／km。
本发明的第八种结构的光学传输线的特征在于所述临近波段1520至1570nm的波段设置为波段1570至1620nm。
本发明的第九种结构的光学传输线的特征在于除了具有上述第一、二、三、六、七或八种结构以外，所述正色散光纤至少在波段1520至1620nm内具有正色散。
本发明的第十种结构的光学传输线的特征在于除了具有上述第四种结构以外，所述正色散光纤至少在波段1520至1620nm内具有正色散。
本发明的第十一种结构的光学传输线的特征在于除了具有上述第五种结构以外，所述正色散光纤至少在波段1520至1620nm内具有正色散。
本发明的第十二种结构的光学传输线的特征在于除了具有上述第一、二、三、六、七或八种结构以外，所述负色散光纤至少在波段1520至1620nm内具有负色散。
本发明的第十三种结构的光学传输线的特征在于除了具有上述第四种结构以外，所述负色散光纤至少在波段1520至1620nm内具有负色散。
本发明的第十四种结构的光学传输线的特征在于除了具有上述第五种结构以外，所述负色散光纤至少在波段1520至1620nm内具有负色散。
本发明的第一种结构的负色散光纤的特征在于用于上述第一种至第十四种结构的光学传输线中的任何一种中，在1570至1620nm波段内的预定波段上的任意单个波长处的色散值设置成大于等于-75ps／nm／km而且小于等于75ps／nm／km，而且使得在上述预定波段上的色散斜率具有负值，从而具有降低安装在所述光学传输线上的正色散光纤在上述预定波段上的色散值和色散斜率的特性。
本发明的第二种结构的负色散光纤的特征在于除了具有上述第一种结构的负色散光纤的结构以外，在1570至1620nm波段内的预定波段的任意单个波长处的传输损耗设置为0．27db／km或更小，偏振相关损耗设置为0．15ps／km1／2或更小，而模场直径设置为5．5μm或更大，以便提供使得光纤能够放在光缆中的弯曲损耗特性。
本发明的第三种结构的负色散光纤的特征在于除了具有上述第一或第二种结构的负色散光纤的结构以外，还提供有外径为a的中心芯、包围所述中心芯的外径为b的侧芯、以及包围所述侧芯的包层，而且当所述中心芯和侧芯基于所述包层的折射率的特定微分折射率分别表示为Δ1和Δ2时，那么a／b的值设置在0．4至0．55范围内，Δ2／Δ1的值设置在-0．45至-0．30范围内，Δ1设置在1％至1．4％范围内，a的值设置在10．5至14．0μm范围内。
本发明的第四种结构的负色散光纤的特征在于除了具有上述第一或第二种结构的负色散光纤的结构以外，提供有外径为a的中心芯、包围所述中心芯的外径为b的第一侧芯、包围所述第一侧芯的外径为c的第二侧芯、以及包围所述第二侧芯的包层，而且当所述中心芯、第一侧芯和第二侧芯基于所述包层的折射率的特定微分折射率分别表示为Δ1、Δ2和Δ3时，那么Δ1的值设置在0．9％至1．5％范围内，Δ2的值设置在-0．5％至-0．2％范围内，Δ3的值设置在0．2％至0．3％范围内，a、b和c设置成满足a＜b＜c，a∶b∶c的值设置成在1∶2至2．5∶2．5至3．5范围内，而c的值设置成在13至19μm范围内。
本发明的第一种结构的光学传输系统的特征在于安装有上述第一种至第十四种结构的光学传输线中的任何一种，当要沿着所述光学传输线传输光学信号时，在所述光学信号分离成1570至1620nm波段内的第一预定波段上的光学信号和临近波段1570至1620nm的波段内的第二预定波段上的光学信号，然后再传输。
本发明的第二种结构的光学传输系统的特征在于除了具有上述第一种结构的光学传输系统的结构以外，所述第一预定波段上的光学信号和所述第二预定波段上的光学信号在彼此相反的方向上传输。
本发明的第三种结构的光学传输系统的特征在于上述第二种至第十四种结构的光学传输线中的任何一种是通过依次连接正色散光纤、色散特性调整光纤、和负色散光纤形成的，即该光学传输线的正色散光学端的终端部分用作1570至1620nm波段内的第一预定波段上的光学信号的输入端部分，该光学传输线的负色散光学端的终端部分用作临近1570至1620nm的波段内的第二预定波段上的光学信号的输入端部分，所述第一预定波段上的光学信号和所述第二预定波段上的光学信号在彼此相反的方向上传输。
本发明的第四种结构的光学传输系统的特征在于除了具有上述第一、二和三种结构的光学传输系统的结构以外，构成光学传输线的各个光纤的色散值和色散斜率以及光学信号的传输方向确定为使得光学传输线相对于第一预定波段上的光学信号的累积色散和光学传输线相对于第二预定波段上的光学信号的累积色散二者从紧邻光学信号输入到光学传输线的终端之后的点都不为零。
对于本发明的第一种至第三种结构的光学传输线中的任何一种，通过使小波长色散值在1570至1620nm波段内的预定波长，能够实现适合于高速、大容量传输的低色散WDM光学传输线结构。
而且，利用第四种结构的光学传输线，通过使小波长色散值在1520至1620nm波段内的预定波长，能够实现适合于高速、大容量传输的低色散WDM光学传输线结构。
而且，第五种或第六种结构的光学传输线除了提供上述效果外，还能够改善损耗的波长相关性。因此，利用本发明第五种或第六种结构的光学传输线，也能够同时满足在1520至1570nm范围内具有低色散特性的要求。
而且，对于本发明第七种或第八种结构的光学传输线，利用负色散光纤能够实现适合于高速、大容量传输的低色散WDM光学传输线结构，它的特性对于临近波段1520至1570nm的波段已经优化，以便使得在1520至1570nm波段内的预定波长的波长色散值很小。
而且，对于第九至第十四种结构的光学传输线中的任何一种，具体规定了构成第一至第八种结构的光学传输线中的任何一种的正色散光纤或负色散光纤的色散。因此第九至第十四种结构的光学传输线中的任何一种使得第一至第八种结构的光学传输线中的任何一种能够利用正色散光纤或负色散光纤精确设计。如同在相应的结构中所描述的一样。
用于本发明的光学传输线中的负色散光纤能够具体实现适合于上述传输线的负色散光纤结构，例如能够提供低非线性的线型色散补偿光纤。
而且，利用例如上述线型色散补偿光纤作为负色散光纤，从而在L波段提供WDM传输的装置，能够最大限度利用L-RDF的诸如低非线性、低损耗、以及能够在L波段低PMD补偿的特性。利用上述线型色散补偿光纤作为负色散光纤，不仅能够在L波段而且能够在L波段+C波段进行WDM传输。
而且，通过提供光学传输线，通过它利用传统的RDF能够实现在L波段进行WDM传输，从而增大了在L波段进行WDM传输的可能性。
而且，因为利用本发明的光学传输线的光学传输系统是利用具有上述优良效果的光学传输线的光学传输系统，这样可以实现能够进行波分多路光学传输的优异光学系统。
而且，利用本发明的光学传输系统，设定了1570至1620nm波段内的第一预定波段内的光学信号和临近波段1570至1620nm的波段内的第二预定波段的光学信号。由于本发明的光学传输系统当要传输光学信号时将所述光学信号分离成上述第一预定波段上和第二预定波段上的光学信号后再传输，所以第一预定波段的光学信号例如可以被用于该波段上放大的光学放大器放大，并且第二预定波段的光学信号可以被用于该波段上放大的光学放大器放大。因此本发明的光学传输系统能够精确地实现波分多路传输等。
而且，对于本发明第二种或第三种结构的光学传输系统，因为第一预定波段的光学信号和第二预定波段的光学信号沿着彼此相反的方向传输，能够抑制第一预定波段的光学信号功率与第二预定波段的光学信号功率的叠加，从而抑制了非线性现象等的发生。
而且，对于本发明第二种或第三种结构的光学传输系统，可以如同在本发明的第四种结构的光学传输系统中一样设计光学系统，通过它光学传输线对于第一预定波段的光学信号的累积色散和光学传输线对于第二预定波长的光学信号的累积色散从紧邻光学信号输入后的点到光学传输线的终端都不为零。通过这样设计光学传输系统，因为第一和第二预定波段的光学信号不必通过在信号波长处色散为零的点，因此能够更具体地限制由于非线性现象产生的波形畸变。
附图的简要说明
图1是示出本发明的光学传输线的第一实施例的方框图，图2是示出用于本发明的光学传输线的负色散光纤的折射率的例子的分布图，图3是示出用于本发明的光学传输线的负色散光纤的折射率曲线的另一个例子的分布图，图4是示出本发明的光学传输线第二实施例的方框图，图5是描述利用本发明的波分多路光学传输线的损耗特性的波长相关性的补偿原理说明图，图6是示出本发明的光学传输线的色散特性的波长相关性和损耗特性的波长相关性的例子的说明图，以及图7是示出本发明的光学传输线的色散特性的波长相关性的例子的说明图。
图8是示出本发明第一实施例的光学传输系统的方框图。图9示出的是说明性视图，(a)示出组成上述第一实施例光学传输系统的各个光纤的色散特性；(b)示出当1520nm到1620nm的光学信号从左侧到右侧通过图8中的光学传输系统时的累计色散特性，以及(c)示出当1520到1620nm的光学信号从左侧到右侧通过图8中的光学传输系统时的累计色散特性；图10是曲线图，其中(a)波长在上述第一实施例光学传输系统的第一预定波长范围内的光学信号的累计色散特性，而(b)示出波长在该光学传输系统的第二预定波长范围内的光学信号的累计色散特性；图11是示出本发明的第二实施例的光学传输系统的方框图；图12是曲线图，其中(a)波长在第二实施例光学传输系统的第一预定波长范围内的光学信号的累计色散特性，而(b)示出从该光学传输系统中去掉色散特性调整光纤的情况下波长在第一预定波长范围内的光学信号的累计色散特性；以及图13是示出现有的波分多路光学传输线的色散特性的波长相关性的说明图。
实现本发明的最佳方式
为了详尽地描述本发明，现在基于本发明的实施例并参考附图来描述本发明。
图1是本发明的第一实施例的光学传输线的原理图。在图1中，31是光学信号发射器件，32是光学放大器，33是一个SMF，34是一个L-RDF，35是光学信号接收器件。这样，对于本实施例的光学传输线，通过依次连接光学放大器32、SMF33和L-RDF构成一个模块，再将一个或多个这样的模块插入光学信号发射器件31和光学信号接收器件31之间。靠近光学信号发射器件31的光学放大器32可以包括在光学信号发射器件31内部。
在本实施例里，SMF 33的作用是一个正色散光纤，在波段1570到1620nm(L波段)范围内的预定波段内的色散值和色散斜率都是正的。L-RDF 34的功能是在上述预定波段内补偿SMF 33的色散和色散斜率的负色散光纤。对于L-RDF 34而言，在1520到1620nm(C波段+L波段)内的色散值和色散斜率都是负的。
本实施例的特征在于，通过连接SMF 33和L-RDF 34，使得光学传输线作为一个整体在上述预定波段内的色散值大于等于-1ps／nm／km而且小于等于1ps／nm／km。
如前面已经谈到的，由于以前开发的DCF和RDF是仅考虑SMF在C波段的色散而开发的，所以很难精确地补偿SMF在L波段的色散。本发明人认为为了设计用于在L波段进行WDM传输的新型光学传输线，有必要提出一种补偿SMF在L波段的色散值和色散斜率的新的色散补偿光纤。现在将要描述本发明人为确定新型色散补偿光纤的结构所做的实验。
SMF在1520nm到1620nm波段具有正的色散值，而且在L波段的色散近似为15到25ps／nm／km。如果光学传输线作为一个整体有剩余色散，由于该剩余色散将产生信号波形的恶化。因此本发明人考虑到用于构成在L波段进行WDM传输的新型光学传输线的新型色散补偿光纤必须具有负色散值，以便抵消SMF在L波段的色散。
而且，在L波段SMF一般具有比如说近似为0．05ps／nm2／km的正色散斜率。对于在L波段的WDM传输，最好使得新色散补偿光纤在L波段具有负斜率。通过这样做，对于其中SMF与RDF连接的整个光学传输线(光学传输线作为一个整体)在L波段的带宽内可以获得低色散，例如在±1ps／nm／km范围内，最好在大约±0．5ps／nm／km范围内。当实现这一点时，光学传输线可以用于宽波长范围内(用于WDM传输)。
而且，即使当由于FWM引起的光学传输线作为一个整体的色散以及波形恶化被限制，如果光纤模场直径(以后将称为“MFD”)小或者如果非线性折射率大，由于交叉相位调制(XPM)或自身相位调制(SPM)容易发生信号波形恶化。对于现有技术，模块型色散补偿光纤(DCF)，开发出来是为了补偿SMF的正色散，一般地，MFD在L波段要比C波段的MFD大。因此，在L波段使用现有的DCF就这一点来讲是有利的。然而目前，即使DCF的MFD在L波段比在C波段要大，但是它仍是太小以致于不能限制非线性现象。
因此本发明人考虑到，线型色散补偿光纤(RDF型)与DCF比较，在MFD方面较大，而非线性比较小，作为新型色散补偿光纤更为优选。RDF也具有传输损耗比DCF小而且在偏振模式色散(以后将称为“PMD”)低的优点。根据传输的光学信号、传输距离等条件，可以用DCF代替RDF来补偿SMF的色散。
在以前，当使用现有的用于补偿SMF在C波段的色散的RDF时，长度大约是SMF的长度的1／3到1倍的RDF被连接到SMF。因此对于本发明，在使用新型RDF(L-RDF)补偿SMF在L波段的色散时，决定连接长度为SMF长度的1／3到1倍的L-RDF。为了利用这一长度补偿SMF在L波段的色散，L-RDF在L波段的色散值最好在-15到-75ps／nm／km范围内。
当光功率强时，上面谈到的非线性现象就变得极端明显。因此在将SMF与L-RDF连接设计光学传输线时，考虑将光学放大器的输出端连接到SMF的输入端、并把RDF连接到SMF的输出端是有效的，所述SMF是非线性低的光纤。通过这一连接顺序，通过SMF光将被减弱，然后减弱的光经过L-RDF，L-RDF是具有比SMF更高非线性的光纤。
为了优化L-RDF的分布结构以便满足上面谈到的特性，本发明人进行了下面的研究。首先，如图2所示的三层结构作为优化具体的基本结构。在图2中，1是中心芯，2是侧芯，3是包层，而且该光纤是通过用侧芯包围中心芯1、再用包层3包围侧芯2形成的。这种类型的三层结构在L波段具有负色散斜率而且结构简单。因此这种类型的三层分布结构被认为是容易用来制造DCF及RDF的结构。
这里，根据三层分布结构的包层部分定义了特定的微分折射率。中心芯1基于包层3的特定微分折射率表示为Δ1，侧芯2基于包层3的特定微分折射率表示为Δ2，RΔ定义为RΔ=Δ2／Δ1。而且，中心芯1的直径表示为a，侧芯2的直径表示为b，Ra定义为Ra=a／b。对这些值组合的优化进行考察。
首先，在确定色散值时，优化RΔ，它被认为是最重要的因子。对DCF(模块型色散补偿光纤)，我们知道，设定RΔ近似为-0．3对于制造是没有问题的(将不带来问题)，而且能够实现高补偿因子而与Δ1的值无关。这样固定RΔ值不变(=-0．3)，然后考虑Δ1和Ra的优化值。因为现在着重在获得小的非线性，所以研究集中在使Δ1小并使MFD大。
当RΔ固定在-0．3而Δ1固定在1．1％时，在波长1590nm处相对于RA值的特性变化在表1中示出。假定色散和色散斜率几乎100％的补偿。
表1
   Ra    芯直径    λC      色散       斜率    MFD     Aaff    β／k
 单位     μm    nm     ps／nm／km  ps／nm2／km    μm     μm2
 0．35    15．58    780     -14．34     -0．038    5．54    22．65  1．44532
 0．40    14．75    794     -16．70     -0．044    5．58    23．06  1．44551
 0．45    13．39    805     -20．91     -0．055    5．65    23．78  1．44559
 0．50    12．66    810     -25．32     -0．067    5．76    24．60  1．44560
 0．55    11．02    802     -30．73     -0．081    5．81    25．27  1．44552
 0．60    9．98    798     -34．82     -0．092    5．87    25．96  1．44541
从表1中清楚地看到，为了获得低非线性和高传导折射率(β／k；是一个表达传导条件质量的指标)，Ra取值必须设定在大约0．45到0．55的范围内。下一步，Ra固定在0．5，改变RΔ看是否RΔ=-0．3是最优的。结果发现传导条件RΔ=-0．38附近被优化。
下一步，当Δ1在上述分布范围内变化时，研究色散及MFD的变化。在接近上述值的范围内精确调整Ra和RΔ以便于保持高补偿因子和低弯曲损耗。发现一般地当Δ1增加时，MFD降低，色散增加，而且截止波长也趋于增大。
然后，基于上面的观察，确定所说的分布结构。首先，在Δ1的上限将是1．4％，对于所说的上限可以获得5．5μm或更大的MFD。同时，如果截止波长降到800nm或更小，弯曲损耗一般地将增加。Δ1下限将是1．0％，在所说的下限20nm直径的弯曲损耗将不会变成10db或更大。对于各个分布结构，中心直径确定在一定范围内(10．5μm到14．0μm)，在该范围内色散和色散斜率将能得到充分的补偿。
结果，利用三层分布结构获得了一种新RDF(L-RDF)，该新RDF在L波段具有与SMF的色散值和色散斜率符号相反的色散值和色散斜率，而且能够基本上抵消掉相同值的色散和色散斜率。
在上述的分布结构范围内，在C波段的色散特性是色散和色散斜率是负的。因为利用上面描述的三层分布结构获得的L-RDF具有如等式(2)确定的值为60％或更高的补偿因子，该L-RDF被确认为也能够同时在C波段进行一定程度的补偿。
补偿因子(％)={(SRDF／SSMF)／(DRDF／DSMF)}    …(2)
等式(2)利用上面描述的等式(1)，而且在等式(2)里，SRDF是RDF的色散斜率，DRDF是RDF的色散值，而且DSMF和SSMF分别与等式(1)的相应量相同。在确定在C波段的补偿因子时，这些值中的每一个被认为是C波段的一个值或在C波段内的任意一个波长。
下一步，如在图3中所示，四层分布结构被用做优化具体结构的基本结构。对于四层结构，折射率比包层高的部分设置在三层结构的外围部分。象三层分布结构一样，四层分布结构被认为是能够在L波段提供负色散和负斜率并能实现低非线性以及优良的弯曲损耗特性的结构。
基于该结构的包层部分定义了特定微分折射率。中心芯21基于包层24的特定微分折射率用Δ1表示，第一侧芯22的基于包层24的特定微分折射率用Δ2表示，第二侧芯23的基于包层24的特定微分折射率用Δ3表示。而且，中心芯21的直径表示为a，第一侧芯22的直径表示为b，第二侧芯23的直径表示为c。然后对这些值组合的优化进行研究。
首先，在确定色散值时，优化Δ2的深度，Δ2被认为是最重要的因子。我们知道，对在DCF中，当Δ2的绝对值变大时，DCF弯曲特性变强而且可获得高补偿因子。然而，如果使得Δ2太大，弯曲特性有从某点突然变弱的趋势。因此把Δ2／Δ1的值设定为一个值(=-0．3)，认为该值是利用传统的DCF可以获得近似为100％的高补偿因子的最优值，并考虑Δ1、Δ3以及a∶b∶c的最优值。因为在本情况下，注意力集中在降低非线性上，研究主要围绕在使Δ1小(因而使非线性折射率(以后将称为“n2”)小)并且使MFD大。
表2是示出在固定Δ1为1％、而且a∶b∶c固定为a∶b∶c=1∶2∶3时，在波长1590nm处相对于Δ3的值的特性变化。从表2中清楚地看出，为了实现低的非线性，也就是说，大的MFD和1．4456或更大的高传导折射率(β／k，是一个表达传导条件质量的指标)，Δ3的值必须设定在大约0．25％的范围内。同样可以看到，由于Δ2／Δ21被设定为一个值(=-0．3)，该值被认为是传统的DCF的最优值，可获得大的负色散和色散斜率。
表2
    Δ3     芯直径     λc     色散     斜率 MFD  Aaff  β／k
    ％     μm    nm     ps／nm／km  ps／nm2／km    μm  μm2
   0．15     17．2   1168     -17．3     -0．040  6．22  30．6  1．44554
   0．20     16．7   1339     -24．8     -0．066  6．78  34．0  1．44558
   0．25     16．3  1485     -37．6     -0．085  6．95  42．8  1．44562
   0．30     16．0  1570     -41．3     -0．106  6．71  38．3  1．44559
下一步，Δ2／Δ1、Δ3的值分别固定在-0．3和0．25％，变化Δ1以研究最优值。调整直径比a∶b∶c使得补偿因子近似为100％。
当变化Δ1时，研究色散和MFD的变化。一般地，当Δ1降低时，MFD增加，色散变小，而且截止波长也降低。这里，对于Δ1，有可以增加MFD到5．5μm或更大的可能性，在此范围内截止波长满足单模条件，而且对于直径为20mm的弯曲损耗在制造光缆时不产生问题，那么Δ1接近0．9％到1．5％。
还发现如果在上述范围内弯曲损耗高达大约10db／m对于20mm直径是允许的，可以实现6．5μm或更大的MFD。这里，变化a∶b∶c的值以便能够完全补偿SMF在L波段的通常色散值和色散斜率。
结果，当a∶b为1∶2至1∶2．5时，获得极大色散斜率。而且，当a∶c为1∶2．5至3时，将保持大的负色散斜率，弯曲损耗不再提高，并且截止波长将保持在1550nm或更小。因此直径比(a∶b∶c)设置为1∶2至2．5∶2．5至3。
通过上面的观察，发现当Δ1设置为0．9％到1．5％、Δ2设置为-0．2％到-0．5％、Δ3设置为0．2％到0．3％、而a∶b∶c设置为1∶2至2．5∶2．5至3时，能够获得满意的结果。然后研究对于芯形状的α常数在1至无穷大范围内(三角形至阶跃形状)上述结构的特性。
结果，发现存在这样的结论，在α=1．5至3的范围内，斜率特性良好而且对于直径20mm的弯曲损耗将不会变成大于或等于10db／m。还发现当α常数设置为1．5或更小时，弯曲损耗增大，而当α设置为3或更大时，色散斜率的绝对值变得极小。因此发现，即使在四层分布结构情况下，对于L-RDF在上述范围内能够获得极好特性。
当芯直径设定为补偿因子对于每个分布结构都好的值时，芯直径变为13．0μm至19．0μm。同样如同对于三层分布结构一样，对于四层分布结构的L-RDF在C波段也获得负的色散和色散斜率。因为四层分布结构的L-RDF也提供70％或更大的高补偿因子，发现也能够同时在C波段进行WDM传输。
基于上述的研究结果，本发明人利用上述结构的L-RDF作为负色散光纤，用于形成本实施例的光学传输线，而且形成的光学传输线的结构示于图1中。
L-RDF的芯的有效截面积(后面将称为“Aeff”)与C-DCF(传统的用于C-波段补偿的模块型色散补偿光纤)和C-RDF(传统的用于C-波段补偿的线型色散补偿光纤)的有效面积比较通常较大。然而，L-RDF的Aeff仍然为普通SMF的近似三分之一。这样，例如如图1所示，使用这样的系统结构，其中在光学放大器32的后面，首先插入SMF33，然后插入L-RDF34。认为利用这一结构能够限制非线性现象。
也就是说，通过这一结构，使得被放大器放大之后的高功率光立即进入SMF。因为SMF的非线性低，非线性现象将被抑制，然后，因为使得功率被SMF衰减后的光进入L-RDF，L-RDF中的非线性现象也被限制。而且，因为SMF和L-RDF相互抵消在L波段和C波段的色散和色散斜率，因此在L波段(或L波段和C波段)能够获得平滑和低色散特性。通过这些特性，可以说该系统适合于WDM传输。
也就是说，该新型RDF线是在未来对于WDM传输能够变成主流的光纤，而且通过完成能够实现这样的光纤的分布结构，能够容易地制造适合于高速大容量传输的光纤。
本发明的光学传输线的第二实施例示于图4中。在图4中，41是光学信号发射器件，42是光学放大器，43是一个SMF，44是一个DSF(色散位移光纤)，45是C-RDF，而46是光学信号接收器件。
在该第二施例中，SMF 43的作用方式与上述第一实施例中的SMF 33相同。也就是说，SMF 43作为正色散光纤，对于它在波段1570到1620nm范围内的预定波段内的色散值和色散斜率都是正的。而且C-RDF 45的功能是补偿SMF 43在临近波段1570到1620nm的波段内(在本情况下是波段1520到1570nm)的色散和色散斜率的负色散光纤。而且，DSF 44作为色散特性调整光纤，它补偿连接C-RDF 45和SMF 43而形成的光纤连接单元在上述预定波段内的色散和色散斜率。
该第二实施例的特征在于，通过连接SMF 43、C-RDF 45和DSF 44形成光学传输线，使得光学传输线作为一个整体在上述预定波段内的色散值大于等于-1ps／nm／km而且小于等于1ps／nm／km。
DSF 44是色散位移光纤，在1520到1620nm的波段内具有零色散，而且在该波段内具有正色散斜率。通常的DSF例如接近1550 nm具有零色散波长，用作DSF 44。而且，相当适合于在1550 nm波段进行WDM传输的DSF，即，例如可使零色散波长从1550 nm位移20 nm或更多的DSF可以用作DSF 44。
C-RDF 45是具有负色散斜率而且能够补偿SMF 43在C波段的色散和色散斜率的RDF。在图4中，C-DCF可以用于代替C-RDF 45作为上述负色散光纤。
利用直到目前为止描述的方法，通过利用传统RDF(或具有负色散斜率的DCF)的光学传输线不能在L波段进行WDM传输。然而，利用具有SMF43+DSF 44+C-RDF 45(或C-DCF)结构的光学传输线，如图4所示，即使使用传统的色散补偿光纤也能够在L波段进行WDM传输。
理由如下。即，当传统的色散补偿光纤用于L波段时，在L波段的色散特性的波长相关性将是负色散和色散斜率大，如图13所示。然而，DSF的色散特性的波长相关性将与图13中所示的L波段的色散特性的波长相关性相反。因此，通过连接可以使得光学传输线作为一个整体的色散特性的波长相关性小的长度的上述DSF，能够获得可以进行WDM传输而且色散特性的波长相关性小的光学传输线。
关于光学传输线中的光纤的顺序，希望是这样的顺序，即在1．31μm波段具有零色散波长的SMF 43、在1．55μm波段具有零色散波长的DSF44、和C-RDF 45。当以这一顺序连接这些光纤形成光学传输线时，能够避免非线性现象。而且，DSF 44的MFD最好设置为大约8μm，因为可以减小在熔接过程中由于MFD差异导致的连接损耗。或者，DSF 44可以作为短长度(例如几km)模块连接到光学传输线的光学信号接收器件一端，即例如，图4中的光学信号接收器件C-RDF 45一端。
然而，利用传统的用于C波段的RDF或传统的用于C波段的DCF，由于露泄模可能发生损耗增大。因此为了解决这一问题，在图4中给光学传输线增加了补偿传输线的波长相关性的功能，在所述光学传输线中SMF43、DSF 44和C-RDF 45(或C-DCF)被组合在一起。图5中示出了补偿传输损耗的波长相关性的原理图。图5描述了利用上述功能补偿传输损耗的波长相关性曲线的原理，而没有精确示出传输损耗数值。也就是说，如在该图中用“总和”曲线所示的，上述功能从C波段到L波段提供与波长无关的平滑的损耗特性，从而使得能够进行WDM传输。
作为上述补偿传输损耗的波长相关性的功能的例子，在上述光学传输线中可以连接光波混和器／分频器，以便能够补偿该光学传输线的传输损耗的波长相关性。在这种情况下，结构设计成使得光波混和器／分频器的各个分支端口的光路长度不同，或者使得每个分支端口发生轴向位移。
作为与上述不同的例子，通过利用马赫泽德干涉仪使得光路长度对于每个波长不同，也能够补偿传输损耗的波长相关性。
作为另一个例子，可以利用单个标准板等的反射性或利用组合多个标准板等的反射性也可以补偿传输损耗的波长相关性。能够补偿传输损耗的波长相关性的其他方法也可以应用于本发明。
(例子)
本发明的光学传输线的有效性和用于该光学传输线中的负色散光纤现在将通过举例来证实。实验模型将参考模拟结果制造。直径比和Δ设置成接近于模拟所确定的最佳值，而且目标是通过使得Δ1小同时获得低线性和高补偿因子。表3中示出的两个结构是基于模拟结果选择的。
表3
    类型     Δ1     α     Δ2     Δ3     a∶b(a∶b∶c)     芯直径
  三层型 1．15％ 2．1 -0．43％ -     1∶2．1  10．4μm
  四层型 1．08％ 2．4 -0．39％ -0．25％    1∶2．2∶2．7  10．4μm
制造分布结构接近于上述分布结构的实验模型。实验模型的结果示于表4中。
表4
光纤长度 传输损耗1590nm 色散1590nm     色散斜率1590nm  MFD1590nm 弯曲损耗20φ     λc 补偿因子1550nm
单位 km  dB／km  ps／nm／km  ps／nm2／km  μm dB/Km nm
 3层#1  20．0  0．245     -19．1     -0．040  5．80  2．9    847   53．0
 3层#2  22．0  0．250     -27．1     -0．065  5．84  5．8    834   60．7
 3层#3  22．0  0．230     -31．1     -0．078  5．89  9．2    829   74．9
 4层#1  10．0  0．245     -18．8     -0．052  6．07  1．9    1336   61．3
 4层#2  10．0  0．230     -24．2     -0．070  6．15  3．5    1310   73．8
 4层#3  19．0  0．240     -29．4     -0．075  6．23  5．3    1294   79．7
结果表明，当本发明的L-RDF以直径比大约为1∶1至1∶3与SMF连接时，提供高补偿因子，如同前面所述。从上面的结果可以清楚地看到，利用L-RDF实现了线型色散补偿光纤(可以用作光学传输线)，该线型色散补偿光纤的色散值和色散斜率与SMF的色散值和色散斜率符号相反而绝对值近似相等。损耗也限制在低水平。而且，因为实现了5．8μm或更大的大MFD值，而且因为Δ1小，实现了低非线性。另外，补偿因子也保持在在1550nm波段实际应用没有问题的水平(50％或更高)，表明能够同时进行WMD传输和在C波段的传输。
当表4中的L-RDF连接SMF时的色散特性和损耗特性的波长相关性的例子在图6中示出。不仅实现了L波段的补偿，而且在一定程度上也实现了C波段的补偿，表明能够在L波段(或L波段+C波段)进行WDM传输。利用这一光学传输线获得大约为0．21dB／km的足够低的平均传输损耗。
而且，制备了DSF 44插入C-RDF 45和SMF 43之间的光学传输线并检验了它的效果，DSF 44作为在1520到1620nm范围内具有零色散的光学传输线，而且在1520到1620nm范围内具有正色散斜率。
对于传统的光学传输线，即由SMF 43和C-RDF 45形成的光学传输线，L波段的色散特性表现为陡峭的负色散斜率，如图13所示。然而，当MFD大约为8μm的DSF 44连接在SMF 43与C-RDF之间时，在L波段的色散特性被平滑化。因此表明，中间具有DSF 44的光学传输线表现为较平滑的色散特性。
图7示出DSF插在光学传输线中的情况下色散的波长相关性的例子，所述传输线设计成SMF 43的长度为20km，C-RDF的长度为20km。能够清楚地理解，通过连接DSF获得平滑的色散特性。
现在将描述利用本发明的光学传输线的光学传输系统的一个实施例。图8示出本发明的光学传输系统的第一实施例。对于本实施例的光学传输系统，光学传输线是通过依次连接SMF 53、色散特性调整光纤54、和DCF 55形成的。
而且在该图中，51和57表示光学信号发射器件，56和59表示光学信号接收器件，52a至52c表示用于L波段放大的光学放大器，58a至58c表示用于C波段放大的光学放大器，而60a至60d表示循环器。在某些情况下至少光学放大器52b、52c、58b和58c之一可以省去。
本实施例的光学传输系统的特征在于首先具有如下结构，即其中当光学信号沿着光学传输线传输时，把该光学信号分成第一预定波段的光学信号和第二预定波段的光学信号时再传输这个光学信号。更具体地说，本实施例的光学传输系统沿着彼此相反的方向传输第一预定波段的光学信号和第二预定波段的光学信号，第一预定波段的光学信号从光学信号的发射器件51发射，第二预定波段的光学信号从光学信号发射器件57发射。
上述第一预定波段的光学信号是在1570至1620nm波段(L波段)的光学信号，在本实施例中，该光学信号是1575至1620nm的信号。上述第二预定波段的光学信号是在临近波段1570至1620nm的波段上的光学信号，在本实施例中，该光学信号是C波段信号。
而且，为了如上所述沿着彼此相反的方向传输第一预定波段的光学信号和第二预定波段的光学信号，SMF 53一侧的终端部分用作第一预定波长的光学信号输入端部分，而且光学信号发送器件51连接在上面。而且，DCF 55一侧的终端部分用作第二预定波长的光学信号输入端部分，而且光学信号发送器件57连接在上面。
上述循环器60a和60b具有分别把第二预定波段的光学信号发送到DCF 55和SMF 53侧的功能。循环器60c和60d把发送信号中的第二预定波段的光学信号发送至光学放大器58b和58c。具有波分功能的WDM耦合器可以用于代替循环器60a至60d。
在本实施例中，构成光学传输线的SMF 53、DCF 55和色散特性调整光纤54分别具有如下功能。即SMF 53作为正色散光纤，它在波段1570到1620nm范围内的预定波段内的色散值和色散斜率都是正的。而且DCF55的功能是补偿SMF 53在临近波段1570到1620nm的波段内的色散和色散斜率的负色散光纤。DCF 55具有大绝对值负色散和负色散斜率。
而且，色散特性调整光纤54具有补偿连接DCF 55和SMF 53而形成的光纤连接单元在上述预定波段内的色散和色散斜率的功能。在本实施例中，由于注意力集中在补偿色散斜率上，使用本身色散值小的色散特性调整光纤54。对于该实施例，SMF 53可以用作光学传输线，而图中由虚线勾画的部分(色散特性调整光纤54、DCF 55、以及循环器60a和60c)可以作为DCF模块安装在光学传输线的中继点上。
表5示出上述光纤(SMF 53、色散特性调整光纤54和DCF 55)的光纤长度以及在第一和第二预定波段上的色散和色散斜率。
表5
光纤 光纤长度(km) 第二预定波段 第一预定波段色散(ps/nm/km)
色散(ps/nm/km) 色散斜率(ps/nm2/km) 1575nm 1620nm 色散斜率(ps/nm2/km)
1535nm 1560nm
SMF 53 80.00 16.0 17.4 0.0565 18.2 20.7 0.0555
调整光纤 54 9.00 -2.95 -0.2 0.110 1.5 6.4 0.110
DCF 55 17.45 -73.4 -80.0 -0.250 -83.9 -97.0 0.290
在本实施例的光学传输系统中，从光学信号发送器件51发送的第一预定波段的光学信号从图的左侧向右侧传播。也就是说，被发送的第一预定波段的光学信号由在第一预定波段进行光学放大的光学放大器52a(L波段光学放大器)放大，该放大的光经过循环器60d进入SMF 53。经过SMF53传播之后，光经过循环器60c进入光学放大器52b，被光学放大器52b放大，并经过循环器60b依次进入色散特性调整光纤54和DCF 55并在其中传播。然后，光经过循环器60a进入光学放大器52c，被光学放大器52c放大，并被光学信号接收器件56接收。
同时，从光学信号发送器件57发送的第二预定波段的光学信号沿着与第一预定波段的光学信号相反的方向传播。也就是说，被发送的第一预定波段的光学信号由在第二预定波段进行光学放大的光学放大器58a(C波段光学放大器)放大，该放大的光经过循环器60d进入DCF 55。然后依次经过DCF 55和色散特性调整光纤54传播，光经过循环器60c进入光学放大器58b，被光学放大器58b放大，并经过循环器60b进入SMF53并在其中传播。然后，光经过循环器60d进入光学放大器58c，被光学放大器58c放大，并被光学信号接收器件59接收。
本发明人的目的是能够在C波段和L波段的带宽内进行WDM传输。因此如上所述，补偿SMF的色散和色散斜率并限制由于WDM传输中的非线性现象产生的波形畸变是很重要的。为了明确地限制非线性现象，光学传输线在光学信号波长处的累积色散在光学传输线的中间不变为零也是十分重要的。
因此本发明人设计了本实施例的光学传输系统，使得光学传输线对于第一预定波长的光学信号的累积色散和光学传输线对于第二预定波长的光学信号的累积色散从紧邻光学信号输入后的点到光学传输线的终端都不为零。即如上所述，SMF53、色散特性调整光纤54和DCF 55用作构成光学传输线的光纤，并且确定各个光纤的色散值和色散斜率。而且，确定光学信号的传输方向，使得上述第一预定波段的光学信号和上述第二预定波段的光学信号沿着相互相反的方向发送。
更具体地，SMF53、色散特性调整光纤54和DCF 55在1520至1620nm波段(C波段+L波段)的色散特性在图9(a)中示出。在该图中，色散特性调整光纤54表示为“调整光栅54”。而且，第一预定波段和第二预定波段的特性都在该图中示出，图中标有“第一”的范围对应于第一预定波段，图中标有“第二”的范围对应于第二预定波段。
同一图中的(b)示出在本实施例的光学传输系统中、当假定该光学信号沿着第一预定波段的传输方向(换句话说沿着图8中从左侧向右侧的方向)传输时的光学传输线对于1520至1620nm的光学信号的累积色散。更具体地，示出的光学传输线对于1520至1620nm的光学信号的累积色散是对于通过SMF 53之后的点、通过色散特性调整光纤54之后的点、以及通过DCF 55之后(通过光学传输线终端之后)的点。
因为在本实施例的光学传输系统中只有第一预定波段的光学信号实际从图8的左侧向右侧传输，应该理解第一预定波段与图9(b)有关。如同图中清楚地示出的一样，本实施例的光学传输系统中，光学传输线对于第一预定波长的光学信号的累积色散从紧邻信号输入后的点到光学传输线的终端(即在整个光学传输线)不为零。
而且，光学传输线对于第一预定波段的光学信号的累积色散在表6和图10(a)中更具体地示出，而且该表和图清楚地示出光学传输线对于第一预定波长的光学信号的累积色散从紧邻信号输入后的点到光学传输线的终端不为零。波长为1575nm的光的累积色散在图10(a)中示出，而且在从表6之后的表中色散特性调整光纤54表示为“调整光纤54”。
表6
光纤 光纤长度(km) 光纤特征 线的累计色散(ps／nm)
色散(ps／nm／km) 色散斜率(ps／nm2／km) 1575nm 1620nm
1575nm 1620nm
SMF53(发射端) 80．0 18．2 20．7 0．0530 1456 1656
调整光纤54 6．0 1．5 6．4 0．110 1465 1686
DCF55(接收端) 17．45 -83．9 -97．0 -0．200 1 2
同时，图9(c)示出在本实施例的光学传输系统中，当假定该光学信号沿着第二预定波段的传输方向(换句话说沿着图8中从右侧向左侧的方向)传输时，光学传输线对于1520至1620nm的光学信号的累积色散。更具体地，所示的光学传输线是对于1520至1620nm的光学信号的累积色散是对于通过DCF 55之后的点、通过色散特性调整光纤54之后的点、以及通过SMF 53之后(通过光学传输线终端之后)的点。
因为在本实施例的光学传输系统中只有第二预定波段的光学信号实际从图8的右侧向侧左侧传输，应该理解第二预定波段与图9(c)有关。如同图中清楚地示出一样，本实施例的光学传输系统中，光学传输线对于第二预定波长的光学信号的累积色散从紧邻信号输入后的点到光学传输线的终端不为零。
而且，光学传输线对于第二预定波段的光学信号的累积色散在表6和图10(b)中更具体地示出，而且该表和图清楚地示出光学传输线对于第二预定波长的光学信号的累积色散从紧邻信号输入后的点到光学传输线的终端不为零。波长为1535nm的光的累积色散在图10(b)中示出。
表7
光纤 光纤长度(km) 光纤特征 线的累计色散(ps／nm)
色散(ps／nm／km) 色散斜率(ps／nm2／km) 1535nm 1560nm
1535nm 1560nm
SMF53(发射端) 17．45 -73．7 -80．0 -0．250 -1286 -1396
调整光纤54 6．0 -2．95 -0．2 0．110 -1303 -1367
DCF55(接收端) 80．0 16．0 17．4 0．0565 -23 -5
如上所述，对于本实施例的光学传输系统，由于光学传输线对于第一预定段的光学信号的累积色散和光学传输线对于第二预定波段的光学信号的累积色散从紧邻光学信号输入后的点到光学传输线的终端都不为零，因此能够无误地限制由于非线性现象产生的波形畸变。
尤其是，对于本实施例的光学传输系统，由于传输方向确定为使得第一预定波段的光学信号和第二预定波段的光学信号沿着彼此相反的方向传播，因此也能够限制第一预定波段的光学信号和第二预定波段的光学信号的重叠。因为随着光学信号的强度变高更容易发生非线性现象，从这一方面也能够限制非线性现象。
图11示出本发明光学传输系统的第二实施例。第二实施例的光学传输系统以几乎与上述第一实施例的光学传输系统相同的方式设计，而且相同符号表示同名部件。在第二实施例的描述中，与上面给出的第一实施例的描述相重复的部分将省略。该第二实施例相对于上述第一实施例的特征区别是循环器60c的安装位置设置在色散特性调整光纤54和DCF 55之间。
通过这一设计，第二预定波段的光学信号通过DCF 55传输之后将不通过色散特性调整光纤54被传输至SMF 53一侧。
因为色散特性调整光纤54在C波段具有正色散斜率，第二预定波段的光学信号在传输方向上的累积色散的斜率在通过色散特性调整光纤54和SMF 53二者之后将很大，如图9(c)所示。因此诸如第二实施例的结构可以考虑作为只防止第二预定波段的光学信号通过色散特性调整光纤54的措施。通过这一结构，光学传输线对于第二预定波段的光学信号的累积色散的斜率在通过色散特性调整光纤54和SMF 53二者之后将很小。
在第二实施例的光学传输系统中，光学传输线对于第二预定波段的光学信号的累积色散示于表8和图12(a)中。如同该表和图所清楚地示出的一样，在第二实施例中，对于第二预定波长的光学信号的累积色散从紧邻光学信号输入后的点到光学传输线的终端也不为零。对于1535nm波长的光的累积色散示于图12(a)中。
表8
光纤 光纤长度(km) 光纤特征 线的累计色散(ps／nm)
色散(ps／nm／km) 色散斜率(ps／nm2／km) 1535nm 1560nm
1535nm 1560nm
DCF55(接收端) 17．45 -73．7 -80．0 -0．250 -1286 -1396
SMF53(发射端) 80．0 16．0 17．4 0．0565 -6 -4
而且对于第二实施例的光学传输系统，因为光学传输线对于第一预定波段的光学信号的累积色散将与上述第一实施例中相同，对于第一预定波长的光学信号的累积色散从紧邻光学信号输入后的点到光学传输线的终端也不为零。
仅供参考，在色散特性调整光纤54被省略的情况下，光学传输线对于第一预定波段的光学信号的累积色散示于表9和图12(b)中。对于1575nm波长的光的累积色散示于图12(b)中。在这种情况下，对于第一预定波段的光学信号的累积色散在光学传输线的终端变为零，而且容易发生四波光学混合。因此可以理解这样的结构对于限制非线性现象是有效的，即使得第一预定波段的光学信号通过色散特性调整光纤54，如同在第二实施例的光学传输系统中一样。
表9
光纤 光纤长度(km) 光纤特征 线的累计色散(ps／nm)
色散(ps／nm／km) 色散斜率(ps／nm2／km) 1575nm 1620nm
1575nm 1620nm
SMF53(发射端) 80．0 18．2 20．7 0．0555 1456 1656
DCF55(接收端) 17．45 -83．9 -96．95 -0．290 -8 -36
表10总结了在第二实施例和上述第一实施例的光学传输系统中，在光学传输线的终端的累积色散值和对于第一预定波段的光学信号和第二预定波段的光学信号产生零色散通道。上述光学传输线的终端将根据光学信号的传输方向而不同，在第一预定波段的光学信号的情况下是DCF 55的终端，在第二预定波段的光学信号的情况下是SMF 53的终端。没有安装色散特性调整光纤54的情况下的结果也在表10中示出作为对比例。
表10
光传输结构 第二预定波段 第一预定波段
累计色散(ps／nm) 零色散通道的发生 累计色散(ps／nm) 零色散通道的发生
1535nm 1560nm 1575nm 1620nm
第一实施例 -23 -5 无 1 2 无
第二实施例 -6 -4 无 1 2 无
对比例 -6 -4 无 -8 -36 有
如同表中清楚地示出一样，虽然在整个C波段+L波段绝对值最大的色散值是-36ps／nm／km，利用光学传输系统的第一实施例所述色散能够显著降低到-23ps／nm／km。利用光学传输系统的第二实施例绝对值最大的色散值能够进一步显著降低到-6ps／nm／km。而且利用光学传输系统的各个实施例，对于第一预定波段和第二预定波段累积色散都不为零。
本发明并不限于上述实施例和例子，而是可以适当地调节设置。例如，第一预定波段、第二预定波段和预定波段并不具体限定而是可以适当调节设置。例如，预定波段可以设置在1520至1620nm范围之外的波长。
而且，在WDM耦合器等用于任何上述实施例的光学传输系统中以便把光学信号分离为L波段和C波段的各个波段的情况下，不能使用波长间隔5至10nm，该波长间隔将在第一预定波段和第二预定波段之间产生。因此光学传输系统可以设置成使得对于这一波段内的光学信号的累积色散为零。
当如同在任何上述实施例的光学传输系统中一样通过提供色散特性调整光纤54设计光学传输系统时，在许多情况下色散特性调整光纤54在第一预定波段和第二预定波段将具有零色散。因此色散特性调整光纤54最好不设置在光学传输线的终端部分，而是设置在SMF或其他正色散光纤与DCF、RDF或其他负色散光纤之间，如同在上述实施例中一样。
工业应用性
如上所述，光学传输线、用于光学传输线中的负色散光纤、以及利用本发明的光学传输线的光学传输系统能够补偿SMF或其他正色散光纤的色散和色散斜率。而且，因为上述光学传输线、用于光学传输线中的负色散光纤、以及利用光学传输线的光学传输系统能够限制非线性现象，它们适合于波分多路传输。

Claims (22)

1、一种光学传输线，其特征在于：正色散光纤连接到负色散光纤上，对于所述正色散光纤在1570至1620nm波段内的预定波段的色散值和色散斜率是正值，所述负色散光纤补偿上述正色散光纤在上述预定波段的色散和色散斜率，以便使得光学传输线作为一个整体的色散值在上述预定波段范围内大于等于-1ps／nm／km而且小于等于1ps／nm／km。
2、一种光学传输线，其特征在于：正色散光纤、负色散光纤、和色散特性调整光纤连接在一起，对于所述正色散光纤在1570至1620nm波段内的预定波段的色散值和色散斜率是正值，所述负色散光纤补偿上述正色散光纤在临近波段1570至1620nm的波段上的色散和色散斜率，所述色散特性调整光纤补偿连接上述负色散光纤和上述正色散光纤形成的光纤连接单元在上述预定波段的色散和色散斜率，以便使得光学传输线作为一个整体的色散值在上述预定波段范围内大于等于-1ps／nm／km而且小于等于1ps／nm／km。
3、如权利要求2所述的光学传输线，其特征在于：所述临近波段1570至1620nm的波段设置为波段1520至1570nm。
4、如权利要求1、2或3所述的光学传输线，其特征在于：使得光学传输线作为一个整体的色散值在波段1520至1570nm内大于等于-1ps／nm／km而且小于等于1ps／nm／km。
5、如权利要求1、2或3所述的光学传输线，其特征在于：增加了在波段1570至1620nm内补偿传输损耗的波长相关性的功能。
6、如权利要求4所述的光学传输线，其特征在于：增加了在波段1570至1620nm内补偿传输损耗的波长相关性的的功能。
7、一种光学传输线，其特征在于：正色散光纤、负色散光纤、和色散特性调整光纤连接在一起，对于所述正色散光纤在1520至1570nm波段内的预定波段的色散值和色散斜率是正值，所述负色散光纤补偿上述正色散光纤在临近波段1520至1570nm的波段的色散和色散斜率，所述色散特性调整光纤补偿连接上述负色散光纤和上述正色散光纤形成的光纤连接单元在上述预定波段的色散和色散斜率，以便使得光学传输线作为一个整体的色散值在上述预定波段范围内大于等于-1ps／nm／km而且小于等于1ps／nm／km。
8、如权利要求7所述的光学传输线，其特征在于所述临近波段1520至1570nm的波段设置为波段1570至1620nm。
9、如权利要求1、2、3、6、7、或8所述的光学传输线，其特征在于所述正色散光纤至少在波段1520至1620nm内具有正色散。
10、如权利要求4所述的光学传输线，其特征在于所述正色散光纤至少在波段1520至1620nm内具有正色散。
11、如权利要求5所述的光学传输线，其特征在于所述正色散光纤至少在波段1520至1620nm内具有正色散。
12、如权利要求1、2、3、6、7或8所述的光学传输线，其特征在于所述负色散光纤至少在波段1520至1620nm内具有负色散。
13、如权利要求4所述的光学传输线，其特征在于所述负色散光纤至少在波段1520至1620nm内具有负色散。
14、如权利要求5所述的光学传输线，其特征在于所述负色散光纤至少在波段1520至1620nm内具有负色散。
15、一种负色散光纤，其特征在于：用于上述权利要求1至权利要求14所述的光学传输线中的任何一种中，在1570至1620nm波段内的预定波段上的任意单个波长处的色散值设置成大于等于-75ps／nm／km而且小于等于75ps／nm／km，而且使得在上述预定波段上的色散斜率具有负值，从而具有降低安装在所述光学传输线上的正色散光纤在上述预定波段上的色散值和色散斜率的特性。
16、如权利要求15所述的负色散光纤，其特征在于：在1570至1620nm波段内的预定波段的任意单个波长处的传输损耗设置为0．27db／km或更小，偏振相关损耗设置为0．15db／km1／2或更小，而模场直径设置为5．5μm或更大，以便提供使得光纤能够制成光缆的弯曲损耗特性。
17、如权利要求15或16所述的负色散光纤，其特征在于：提供有外径为a的中心芯、包围所述中心芯的外径为b的侧芯、以及包围所述侧芯的包层，而且当所述中心芯和侧芯基于所述包层的折射率的特定微分折射率分别表示为Δ1和Δ2时，那么a／b的值设置在0．4至0．55范围内，Δ2／Δ1的值设置在-0．45至-0．30范围内，Δ1设置在1％至1．4％范围内， a的值设置在10．5至14．0μm范围内。
18、如权利要求15或16所述的负色散光纤，其特征在于：提供有外径为a的中心芯、包围所述中心芯的外径为b的第一侧芯、包围所述第一侧芯的外径为c的第二侧芯、以及包围所述第二侧芯的包层，而且当所述中心芯、第一侧芯和第二侧芯基于所述包层的折射率的特定微分折射率分别表示为Δ1、Δ2和Δ3时，那么Δ1的值设置在0．9％至1．5％范围内，Δ2的值设置在-0．5％至-0．2％范围内，Δ3的值设置在0．2％至0．3％范围内，a、b和c设置成满足a＜b＜c，a∶b∶c的值设置成在1∶2至2．5∶2．5至3．5范围内，而c的值设置成在13至19μm范围内。
19、一种光学传输系统，其特征在于：安装有如权利要求1至14中任何一项所述的光学传输线，当要沿着所述光学传输线传输光学信号时，把所述光学信号分离成1570至1620nm波段内的第一预定波段的光学信号和临近波段1570至1620nm的波段内的第二预定波段的光学信号，然后再传输。
20、如权利要求19所述的光学传输系统，其特征在于所述第一预定波段的光学信号和所述第二预定波段的光学信号在彼此相反的方向上传输。
21、一种光学传输系统，其特征在于：权利要求2至14中的任何一项所述的光学传输线是通过依次连接正色散光纤、色散特性调整光纤、和负色散光纤形成的，即该光学传输线的正色散光学端的终端部分用作1570至1620nm波段内的第一预定波段的光学信号的输入端部分，该光学传输线的负色散光学端的终端部分用作临近1570至1620nm的波段内的第二预定波段的光学信号的输入端部分，所述第一预定波段的光学信号和所述第二预定波段的光学信号在彼此相反的方向上传输。
22、如权利要求19、20、或21所述的光学传输系统，其特征在于构成光学传输线的各个光纤的色散值和色散斜率以及光学信号的传输方向确定为使得光学传输线相对于第一预定波段的光学信号的累积色散和光学传输线相对于第二预定波段的光学信号的累积色散二者从紧邻光学信号输入的点到光学传输线的终端之后的点都不为零。
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