CN1303194A - 波分复用光纤传送系统的色散位移光纤 - Google Patents

波分复用光纤传送系统的色散位移光纤 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单模的电缆光纤,它包括一个其周围是光学套管的光芯,所述光芯的折光剖面形状带有呈阶梯形的中心部分,该中心部分的周围是中间区域,其折射率小于所述中心部分的折射率,所述中间区域本身的周围是折射率小于所述中心部分的折射率而大于所述中间区域的折射率的环形区域。对于波长为1550nm来讲,所述纤维的色散斜率跨导为0—0.1ps/nm2.km,所述纤维的特征在于它在波长为1550nm时还有以下特性:－有效面积大于或等于60μm2;－色散为3—14ps/(nm.km);－有效面积与色散斜率之间的比值大于900μm2.nm2.km/ps。

Description

波分复用光纤 传送系统的色散位移光纤
本发明涉及光纤传送领域，具体地说涉及位移色散的线路波分复用传输领域光纤。
对于光纤来讲，通常根据将纤维半径与折射率结合在—起的函数图象鉴定折射率的大小。通常横坐标表示离纤维中心的距离r，纵坐标表示折射率和纤维套管折射率之间的差。这样就谈到了“阶梯”，“梯形”，“三角”形折射率曲线图，它们分别具有阶梯，梯形，三角形的形状。这些曲线通常表示纤维的理论折射率或纤维的指定折射率，纤维制造时的应力可能会引起差别很大的折射率。
为了在传输系统中使用纤维，特别是在波分复用传输系统中使用纤维，在复用波长范围内，纤维最好具有比较大的有效面积。比较大的有效面积可以将纤维中的功率密度限定在恒定的总功率范围内。并且限制或避免不希望出现的非线性效应。
对于高速率系统来讲，纤维保证多路通道的单模传播也是可利用的。ITU-TG650限定了电缆的截止波长。纤维理论上的截止波长通常要比电缆的截止波长大几百纳米。因此光纤中的传播看起来可能是单模，即使理论截止波长比所用信号的波长大也是如此：事实上，当超过几米或十几米的距离时，由于衰减很厉害，所以二次模式消失，而所述的几米或十几米的距离在光纤传输系统中传播距离面前是很小的。因此在传输系统中的传播为单模。
同样重要的是要使纤维对曲度情况和细微曲度情况的灵敏度均应尽可能的小。例如在ITU-TG650文章中，通过测量一个半径为30mm的线圈上绕100圈纤维引起的衰减来估计对曲度的灵敏度，对细微曲度情况的灵敏度用公知的方法测量；可以象下面所述的那样测纤维的灵敏度，例如市售的ASMF200纤维。
在新的高输率和波分复用网络中，最好限定波分复用范围内的色散斜率跨度；其目的在于减少传输过程中多路通道之间的失真。
市场上已经出现了色散位移光纤或DSF(英语称作Dispersion ShiftedFiber)。这些纤维的色散在其应用的传输波长中基本为零，所用的波长通常与1.3μm的波长不同，对于1.3μm的波长来讲，二氧化硅的色散基本为零。换句话说，二氧化硅的非零色散通过增加纤芯和光套之间折射率差Δn得到补偿。该折射率的差可以移位色散为零的波长；在加工预制件时，在预制件中加入添加剂，例如通过公知的MCVD方法就可以实现这种折射率差，此处不再进行详细描述。对于纤维用的波长来讲，要对非零色散的偏离色散纤维的NZ-DSF(英语称作“非零色散位移光纤”(Non-Zero Dispersion Shifted Fiber))进行鉴定。色散的非零值可以限定纤维中的非线性效应，特别是可以限定多路通道之间的四波混频。
与其图3C有关的欧洲专利文献EP-0883002涉及的电缆单模纤维DSF为具有环形阶梯状，其色散平均斜率为0.043ps/nm2.km。但是这些纤维的负色散约为1550nm。
但是，在欧洲专利文献EP-0859247中介绍了这类纤维DSF的缺陷：当纤维的有效表面增大时，通常色散斜率也增大。
欧洲专利文献EP-A-0859247描述了环形DSF纤维，提出在这种纤维范围内有效面积和色散斜率具有不同的变化方向。作为例子给出的纤维的色散为负值，其值为-4,5-1.0ps/nm.km。对于长度为2m的纤维来讲，这些纤维的截止波长为1500nm。该文献提出这种高截止波长值在其波长随传播距离而减小的范围内并没有太大影响，传输距离约为1000km时可保证单模传播。
本发明提出的光纤可以用在电缆上，这种纤维可以对有效面积和色散斜率之间进行很好的折中，其主要原因在于选择了截止波长，而且也便于制造。
具体地说，本发明目的在于提供一种单模电缆光纤，它包括一个周围是光学套管的光学芯材，所述光芯的折射率曲线形状中心部分是阶梯形的，该中心部分的周围是折射率小于所述中心部分的中间区域。所述中间区域本身的周围是其折射率小于所述中心部分而大于所述中间区域的环形区域，对于波长为1550nm来讲，所述纤维的色散斜率为0-0.1ps/nm2.km，所述纤维的特征在于它在波长为1550nm时还有以下特性：
-有效面积大于或等于60μm2；
-色散为3-14ps/(nm.km)；
-有效面积与色散斜率之间的比值大于900μm2.nm2.km/ps。
本发明纤维同时具有大的有效面积，约1550nm的正色散，而且保持小的色散斜率。本发明的优点在于满足有关曲度损耗和有关对微曲度灵敏度的要求，同时制造也很方便。
本发明纤维在1550nm时的色散最好为5-11ps/nm.km，和/或色散斜率低于0.07ps/nm2.km。
本发明纤维的有效面积与色散斜率之间的比值最好大于或等于1000μm2.nm2.km/ps。该比值最好保持在小于5000μm2.nm2.km/ps，即小于2500μm2.nm2.km/ps。
本发明纤维的色散消除波长λ0最好小于或等于1480nm。
在一个实施方案中，纤维的有效面积大于或等于70μm2。
在半径为30mm的周围绕100圈纤维时，本发明纤维在1550nm时的曲度损耗低于或等于0.05dB，最好低于或等于0.005dB。本发明的纤维还可以具有低于1.2的微曲度灵敏度，微曲度灵敏度最好低于0.8。
该纤维的理论截止波长大于1550nm，电缆的截止波长小于1300nm。
在一个实施方案中，该纤维在1550nm时的衰减低于或等于0.23dB/km，偏振模态偏差低于或等于0.1ps.km-0.5。
纤维中心部分的折射率和光学套管折射率之间的差最好可以为5×10-3与9.10-3之间。在这种情况下，中心部分的半径和环的外半径之间的比值最好为0.23和0.45之间。
中间区域的折射率和光学套管折射率之间的差最好能在-4×10-3与1×10-3之间，在-3×10-3与5×10-4之间最佳。在这种情况下，中间区域的外半径和环的外半径之间的比值为0.45和0.75之间，最好为0.48和0.7之间。
根据一个优选实施方案，环的折射率和光学套管折射率之间的差可以在5×10-4与5×10-3之间。在这种情况下，环的外半径最好为7和13μm之间。
此外，最好能够选择本发明纤维的参数，以便验证下面的一个或多个关系式，在这些式子中，r是半径，Δn(r)是半径为r的折射率和光学套管折射率之间的折射率差：
• S 1 = 2 . ∫ 0 Δn ( r ) . dr (其中r1是中心部分的半径)，该值为45×10-3和110×10-3μm2之间，最好为50×10-3和100×10-3μm2之间。
• S 12 = 2 . ∫ 0 Δn ( r ) r . dr (其中r2是中间区域的外半径)，该值大于25×10-3μm2，最好为30×10-3和100×10-3μm2之间。
• S 23 = 2 . ∫ 1 Δn ( r ) r . dr (其中r3是环形区域的外半径)，该值为30×10-3和150×10-3μm2之间，最好为55×10-3和140×10-3μm2之间。
• S 123 = 2 . ∫ 0 Δn ( r ) . dr , 该值小于220×10-3μm2，最好为130×10-3和205×10-3μm2之间。
本发明还提出了一种波分复用光纤传输系统，该系统包括上述纤维，将该纤维作为线路光纤。因此除了提供该纤维以外还可考虑色散补偿纤维。
本发明的其它特征和优点通过下面结合唯一的附图对本发明实施方案的描述将会更加清楚，这些实施方案仅作为例子，该图概括地表示本发明纤维环形阶梯状的折射率曲线变化。
在所有的实施方案中，半径r的单位是微米(μm)，它从纤维的轴开始测量。折射率Δn通过与纤维套的折射差进行测量。
该纤维包括其周围是光学套管13的光芯。从纤维的中心开始，该光芯包括：
·半径为r1的阶梯形中心部分10，它与光学套管13之间的折射率差Δn1基本不变，而且为正值；
·延伸到半径为r2的中间区域11，它与光学套管13之间的折射率差Δn2基本不变，该值可正可负，且总是小于Δn1；
·延伸到半径为r3的环形区域12，它的折射率差Δn3基本不变，该值可正可负，但小于Δn1。
纤维的光学套管13绕环12延伸。
下面的表1示出了这类具有环形阶梯状纤维的半径和折射率可能有的数值。表1
    N0     r1     r2     r3     10-3.Δn1   10-3.Δn2   10-3.Δn3
    1     3.4     5.5     8.5     7.2     -2.2     3.2
    2     2.9     6.5     10     7.5     0     2.2
    3     3.3     5.1     7.8     7.1     -2.1     3.2
    4     3.7     5.6     9     6.7     -3.3     2.1
    5     3.2     5.2     10.8     6.9     0     1.2
    6     3.3     6     11.6     6.8     0     1.3
    7     3     5.1     8.7     7     0.35     2.5
    8     3.6     5.7     8.8     5.9     0     2.5
本发明纤维的特征可以用常规方法得到；作为比较，现有技术中常说的折射率差为1％的值对应差值Δn1，该值为14.5×10-3。发现本发明既没有导致强折射率，也没有太薄的光涂层，因而避免了制造问题，而且还避免了纤维的过分衰减。
用这些半径和折射率数值得到的纤维特征在对应于1.55μm的表2的各相应行中给出，理论截止波长和色散衰减波长的行除外。所用单位为：
理论截止波长λcth:nm
色散衰减波长λ0:nm
色散C:ps/(nm.km)
色散斜率C’:ps/(nm2.km)
有效面积Seff:μm2
曲度损耗PC:dB
微曲度损耗Sμc：无
如上所述，在半径为30mm的线圈上绕100圈纤维和测量所造成的损耗来测量曲度损耗。
根据本申请人提供的商品型号ASMF200纤维来测量微曲度损耗Sμc，该微曲度损失为无量纲。Seff/C’比值的量纲是μm2.nm2.km/ps。表2
N0 λcth λ0 C C’ Seff Seff/C’ PC Sμc
    1     1700   1475     4  0.054  62  1150 ∠10-5  0.69
    2     1700   1475     4  0.057  62  1090 ∠10-5  0.71
    3     1630   1460     6  0.068  68  1010 ∠10-5  0.73
    4     1550   1380     8  0.048  62  1290 ∠10-5  0.64
    5     1630   1410     8  0.058  65  1130 ∠10-5  0.67
    6     1780   1400     8  0.054  65  1200 ∠10-5  0.65
    7     1780   1440     8  0.075  78  1040 ∠10-5  0.82
    8     1780   1370     12  0.067  88  1310 ∠10-5  0.93
在表1的所有例子中，折射率Δn1,Δn2和Δn3的变化5×10-4可以获得类似的结果。这对半径也一样，这些半径相对于给定值分别可以变化10％，同时获得类似的结果。
本发明可以由本领域技术人员利用公知技术来实现，例如MCVD或其它用于制造光纤的常用技术实现。
本发明的纤维最好用作传输系统中的线路光纤，特别是波分复用系统中的线路光纤，波长的应用范围为1300到1630nm。也可以在使用这种纤维的系统中设置色散补偿纤维，它在系统中按照规定的间隔设置，以便限制沿传输线的色散累积增加。
当然，本发明并不限于上述实施方案和实施例，而本领域的技术人员可以进行各种变换。

Claims (24)

1．一种单模的电缆光纤，它包括一个周围是光学套管的光芯，所述光芯的折光剖面形状带有呈阶梯形的中心部分，该中心部分的周围是中间折光区域。其折射率小于所述中心部分的折射率，所述中间区域本身的周围是折射率小于所述中心部分的折射率而大于所述中间区域的折射率的环形区域。对于波长为1550nm来讲，所述纤维的色散斜率跨导为0-0.1ps/nm2.km之间，所述纤维的特征在于它在波长为1550nm时还有以下特性：
-有效面积大于或等于60μm2；
-色散为3-14ps/(nm.km)；
-有效面积与色散斜率之间的比值大于900μm2.nm2.km/ps。
2．根据权利要求1所述的纤维，其特征在于其在1550nm时的色散为5-11ps/(nm.km)。
3．根据权利要求1或2所述的纤维，其特征在于该纤维在1550nm时的色散斜率低于0.07ps/(nm2.km)。
4．根据权利要求1-3之一所述的纤维，其特征在于该纤维的有效面积与色散斜率之间的比值大于或等于1000μm2.nm2.km/ps，该比值最好小于或等于5000μm2.nm2.km/ps。
5．根据权利要求1-4之一所述的纤维，其特征在于该纤维的色散衰减波长λ0小于或等于1480nm。
6．根据权利要求1-5之一所述的纤维，其特征在于该纤维的有效面积大于或等于70μm2。
7．根据权利要求1-6之一所述的纤维，其特征在于按半径为30mm卷绕100圈纤维时，该纤维在1550nm时的曲度损耗低于或等于0.005dB。
8．根据权利要求1-7之一所述的纤维，其特征在于该纤维具有低于1.2的微曲率灵敏度，微曲率灵敏度最好低于0.8。
9．根据权利要求1-8之一所述的纤维，其特征在于该纤维的理论截止波长大于1550nm。
10．根据权利要求1-9之一所述的纤维，其特征在于其电缆的截止波长低于1300nm。
11．根据权利要求1-10之一所述的纤维，其特征在于该纤维在1550nm时的衰减低于或等于0.23dB/km。
12．根据权利要求1-11之一所述的纤维，其特征在于其偏振模态耗散低于或等于0.1ps.km-0.5。
13．根据枳利要求1-12之一所述的纤维，其特征在于纤维中心部分的折射率和光学套管折射率之间的差Δn1为5×10-3与9×10-3之间。
14．根据权利要求13所述的纤维，其特征在于中心部分的半径r1和环的外半径r3之间的比值r1/r3为0.23和0.45之间。
15．根据权利要求1-14之一所述的纤维，其特征在于中间区域的折射率和光学套管折射率之间的差Δn2在-4×10-3与1×10-3之间，在-3×10-3与5×10-4之间最佳。
16．根据权利要求15所述的纤维，其特征在于中间区域的外半径r2和环区外半径r3之间的比值r2/r3为0.45和0.75之间，最好为0.48和0.7之间。
17．根据权利要求1-16之一所述的纤维，其特征在于环形区的折射率和光学套管折射率之间的Δn3在5×10-4与5×10-3之间。
18．根据权利要求17所述的纤维，其特征在于环形区的外半径r3为7和13μm之间。
19．根据权利要求1-18之一所述的纤维，其特征在于数值S1由下式限定： S 1 = 2 . ∫ 0 Δn ( r ) . dr , 其中r是半径，Δn(r)是半径r附近的折射率和光学套管折射率之间的折射率差；其中r1是中心部分的半径，该值为45×10-3和110×10-3μm2之间，最好为50×10-3和100×10-3μm2之间。
20．根据权利要求1-19之一所述的纤维，其特征在于数值S12由下式限定： S 12 = 2 . ∫ 0 Δn ( r ) r . dr , 其中r是半径，Δn(r)是半径r附近的折射率和光学套管折射率之间的折射率差；其中r2是中间区域的外半径，该值大于25×10-3μm2，最好为30×10-3和100×10-3μm2之间。
21．根据权利要求1-20之一所述的纤维，其特征在于S23由下式限定： S 12 = 2 . ∫ 1 Δn ( r ) r . dr , 其中r是半径，Δn(r)是半径r附近的折射率和光学套管折射率之间的折射率差；其中r3是环形区域的外半径，该值为30×10-3和150×10-3μm2之间，最好为55×10-3和140×10-3μm2之间。
22．根据权利要求1-21之一所述的纤维，其特征在于数值S123由下式限定： S 123 = 2 . ∫ 0 Δn ( r ) r . dr , 其中r是半径，Δn(r)是半径r附近的折射率和光学套管折射率之间的折射率差；其中r3是环形区域的外半径，该值小于220×10-3μm2，最好为130×10-3和205×10-3μm2之间。
23．一种波分复用传输系统，该系统包括权利要求1-22之一所述的纤维，将该纤维作为线路光纤。
24．根据权利要求23所述的传输系统，该系统还包括色散补偿纤维。
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