CN1306298C - 光纤以及使用它的喇曼放大系统和光通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤以及使用它的喇曼放大系统和光通信系统。在使用了分布型喇曼放大系统的光通信系统中，作为该光通信系统的传送路使用的光纤其电缆截止波长是1430nm以下，波长1450nm的波形滤波径是7μm以上9μm以下，且传送损失是0.285dB/km以下，分散是0.1～4ps/nm/km。这样使C带和L带的分布喇曼放大系统的特性提高，用低激励功率实现有效的放大。

Description

光纤以及使用它的喇曼放大系统和光通信系统

技术领域

本发明涉及光纤以及使用该光纤的喇曼放大系统和光通信系统。

背景技术

光纤通信中作为能延长信号传送距离、降低干扰的通信系统喇曼放大系统是众所周知的。作为喇曼放大系统是众所周知的的有分布型喇曼放大系统和集中型喇曼放大系统。

图1表示了分布型喇曼放大系统的一例。图1图解的分布型喇曼放大系统10由第一和第二激励光源11、13和光合波装置12、14和光纤15构成。该分布型喇曼放大系统也适用于本发明的实施例。

集中型喇曼放大系统例如是象分散补偿模件这种向被机械装置化(例如卷绕成卷材设置在转播局等状态)的光纤中射入放大光的装置结构的放大系统。

光纤15是用石英玻璃系制作时喇曼放大的最大放大峰值存在于比激励光的光频率低13T(太拉)Hz的光频率中。例如在1.5μm带域的光通信系统中为了得到最大的喇曼放大、波长1580nm的信号光需要把激励光设定成1480nm的波长。

波长多重(WDM)光通信系统中短波长一边的激励光喇曼放大短波长一边的信号光，而长波长一边的激励光喇曼放大长波长一边的信号光。

光通信系统中光纤的零分散波长存在于信号光的波长与激励光的波长之间时，由于信号光和激励光而在信号光近旁产生非线形现象的四光波混合(FWM)，该四光波混合使传送特性恶化。

当四光波混合的产生效率变大时被四光波混合榨取的激励光的光强度也变大，信号光不能得到大的喇曼放大。

作为使用含有零分散波长的光纤时的对策，能举出减小激励光强度的方法、但它带来喇曼放大增益的降低，所以不是良好的解决方法。

因此通过把光纤的零分散波长设置在激励光的波长以下能使不降低信号光受到的喇曼放大增益地压制由信号光和激励光产生的四光波混合的强度。

通过使用Er掺杂光纤的光放大装置(EDFA)、一般的DWDM(DenseWavelength Division Multiplexing)通信主要使用被称为C带的以波长1530nm到1565nm的带域信号为中心的通信在进行。近年来利用被称为L带的从波长1565nm到1625nm的带域信号的通信也在活跃地进行。

如前面所述，为了构筑喇曼放大传送系统需要在短波长的一边输入比信号光最短波长短100nm左右的激励光。因此在C带及L带的两波长带中在使用了喇曼放大的光通信系统中使用的光纤表示出在从比1530nm短100nm的波长1430nm到1625nm之间不能具有零分散波长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤以及分布型喇曼放大系统和光通信系统以实现在C带及L带中用低激励功率有效放大。

为达到上述目的，本发明的光纤具有由芯线和金属包层构成、电缆截止波长在1430nm以下、波长1450nm时波形滤波径(MFD)在7μm以上9μm以下、波长1450nm时传送损失在0.285dB/km以下、波长1450nm时分散是0.1～4ps/nm/km的特性，具有：第一芯线，位于中心；第二芯线，把第一芯线的外周包覆、具有比金属包层折射率低的折射率；第三芯线，把第二芯线的外周包覆、具有比第一芯线的折射率低比金属包层高的折射率。更理想的是波长1450nm时传送损失在0.25dB/km以下。

本发明的分布型喇曼放大系统使用本发明的光纤。

本发明的光通信系统作为传送路使用本发明的光纤。

附图说明

图1是作为本发明一例的分布型喇曼放大系统的结构图；

图2是使用了图1所示分布型喇曼放大系统的光通信系统的结构图；

图3A是表示在图2所示的传送路上所用光纤一例的结构的图；

图3B是表示在图2所示的传送路上所用光纤一例的折射率轮廓的图；

图4是表示使折射率差Δ1～Δ3和直径a、b、c(μm)变化而制作的6根光纤的特性的图；

图5是表示图4所示第一根光纤的波长分散例子的图；

图6是表示图4所示第一根光纤的波长和传送损失例子的图。

具体实施方式

对本发明的光信号传送系统和光纤的恰当实施例进行叙述。

如前面所述，为了构筑使用喇曼放大的光通信系统就需要把在传送路上使用的光纤的零分散波长设在激励光的波长以下。但并不是激励光波长带域的分散大才好，分散最好固定在4ps/nm/km左右。其理由是在1430nm到1625nm的范围不存在零分散波长的光纤中一般地零分散波长存在于1430nm以下的情况多，这时在1430nm到1625nm的波长带域中分散坡度是正，所以激励光带域的分散是大于某种程度以上、例如当4ps/nm/km以上时在信号带域的分散过大，成为信号波形恶化变大原因。

通过把激励光带域分散的绝对值定在4ps/nm/km以下能防止由分散引起激励光波形恶化，还能防止放大度的变动。

1.3μm带具有零分散波长，也有把一般的单模光纤(SMF)用于传送路的方法，但该SMF中与喇曼放大的大小有关的关系值n2/Aeff比较小，所以不能得到能足够补偿传送路损失程度的喇曼放大。n2是克尔系数，Aeff是表示单模光纤的有效芯线断面积。

为了得到足够的喇曼放大增益最好使用具有与一般的分散转换光纤(DSF)同等的0.75(1/w/km)以上喇曼放大效率(增益效率)的光纤。

上述Aeff与MFD有关系，为了减小Aeff、MFD也需要减小。因此为了得到足够的喇曼放大效率、MFD最好是小的，理想的是在9μm以下。

若使用SMF则1.5μm带域的信号光受到约+17ps/nm/km的大的分散，其结果是产生起因于该分散、由脉冲扩展引起的符号间非线形效果(XPM：cross phase modulation)，所以使用SMF不太理想。

为了得到足够的喇曼放大增益，根据上述的关系式n2/Aeff了解到最好是减小有效芯线断面积Aeff。但为了把激励光高效注入传送路、与在一般激励光源泵激光的挠性接头和分接器等光部件上使用的SMF的熔焊连接特性是重要的。

一般的SMF具有在波长1430nm附近9.5μm左右的波形滤波径(MFD)。MFD不同的光纤的连接可如下地估算。

η＝((2×W1×W2)/(W1²+W2²))²

η是结合效率，

W1、W2：分别是波形滤波半径    …(1)

当把W1定为9.5μm、以90％以上的结合效率使光到达传送路时，波形滤波径(MFD)需要7μm以上。

因此作为构成传送路的光纤需要是把激励光波长带域的波形滤波径(MFD)定在7μm以上、同时分散是0.1ps/nm/km以上、4ps/nm/km以下、喇曼增益效率是0.7(1/w/km)以上的光纤。

传送损失是使用作为长距离传送路代表的距离80km的传送路时，为了把传送路上的传送损失整体抑制在20dB以内、则构成传送路的光纤的传送损失必须在0.25dB/km以下。因为进行喇曼放大所以能弥补一些传送损失，但若考虑产生干扰等时最好把信号区域的损失抑制在0.25dB/km以内。

光纤在1390nm附近时有由羟基(OH基)引起的吸收损失是众所周知的。在1390nm的传送损失超过1dB的光纤由于吸收峰值下部的影响、其也不能降低1430nm的损失，激励光带域的传送损失变大，所以需要高价的激励光源和大的电力、在成本上有问题。由光纤电缆内产生的氢而1390nm的传送损失增加10％以上时，若不增加向传送线路输入的激励光功率则有带来系统故障的问题。

偏波波形分散PMD也妨碍高速通信是众所周知的。知道与一般的纤维电缆一样、PMD若不在0.5ps/km^1/2以内的话则没有PMD补偿的高速通信是不可能的。且当是40GB/s(千兆比特/秒)级别的传送速率时作为PMD在0.2ps/km^1/2以下也是必须的条件，但光纤的构造越复杂PMD的降低就越困难。

下面表示本发明光纤结构的一例。

图3A、图3B图解的光纤具有：直径a、折射率n1的第一芯线1；形成在第一芯线1外周的直径b、折射率n2的第二芯线2；形成在第二芯线2外周的直径c、折射率n3的第三芯线3；形成在第三芯线3外周的直径d、折射率n4的金属包层4；形成在未图示的金属包层4的外周的树脂包皮。

折射率大小的关系是n1＞n3＞n4＞n2。

金属包层4是以二氧化硅为基础的部分，把金属包层4的折射率n4作为基准、对折射率比折射率n4高的第一芯线1和第三芯线3在二氧化硅中添加提高折射率的掺杂剂例如锗，对折射率比折射率n4低的第二芯线2在二氧化硅中添加降低折射率的掺杂剂例如氟。

折射率差Δ1～Δ3用下式(2)规定。

$\mathrm{\Δ}1=\frac{{n1}^2-{n4}^2}{{2n1}^2}\≈\frac{n1-n4}{n1}$

$\mathrm{\Δ}2=\frac{{n2}^2-{n4}^2}{{2n2}^2}\≈\frac{n2-n4}{n2}$

$\mathrm{\Δ}3=\frac{{n3}^2{-n4}^2}{{2n3}^2}\≈\frac{n3-n4}{n3}\·\·\·\left(2\right)$

这种光纤最好把第一～第三芯线和到金属包层4的第三芯线3近旁的一部分总括合成，然后拉出线形成光纤。之后进行重氢(D₂)处理的话、由于光纤即使暴露在氢中时也能防止在光纤内生成羟基(OH基)，所以能减少由OH基引起的1390nm附近损失的增加。

实施例

用上述方法制作的图3A、图3B图示的光纤的数据和特性表示在下表1。作为图3A、图3B所示结构的光纤使折射率差Δ1～Δ3和直径a、b、c(μm)变化而制作了6根光纤。

在此直径a是第一芯线1中与金属包层的折射率有相同折射率位置的径，第二芯线2的直径b是第二芯线2与第三芯线3的边界中在Δ2的1/2折射率位置的径，第三芯线3的直径c是第三芯线3与金属包层4的边界中在Δ3的1/10折射率位置的径。

图4对使折射率差Δ1～Δ3和直径a、b、c(μm)变化而制作的6根光纤表示了零分散波长λ₀(nm)、波长1450nm的分散D(ps/nm/km)、波长1450nm的传送损失LOSS(dB/km)、波长1450nm的波形滤波径MFD、波长1450nm的喇曼放大效率gR/Aeff、按曲率20mm(φ20)卷绕时波长1550nm的弯曲损失LOSSφ20(dB/m)、以及截止波长λ_CC。

在此截止波长λ_CC是指ITU-T(国际电气通信联盟)G.650中定义的电缆截止波长λ_CC。另外对本说明书中没有特别定义的用语定为根据ITU-T G650的定义和测量方法。

WDM传送中最经常使用的信号波长是1550nm，把成为1550nm激励光波长的1450nm的特性作为激励光波长带域的特性来表示了。

知道1550nm中卷绕成直径20mm时的弯曲损失是5dB/m以下的话，即使L带也能构成能使用的光纤电缆。这次试制的光纤能构成满足所有该条件、能传送到L带的光纤电缆。即表1所示的所有光纤能构成可用C、L两种带传送的光纤电缆。

表示了实施的所有光纤其1450nm的波形滤波径(MFD)是7μm以上9μm以下，与SMF的连接效率也好，把喇曼放大1530nm信号光用的激励光能高效率使用。

实施的所有光纤其电缆截止波长λ_CC是1430nm以下，1430nm以上的波长区域保证单模动作。

分散D也在0.1～4ps/nm/km的范围，能不产生由波长分散引起激励光波形恶化地稳定放大。

图5表示了图4所示第一号(#1)纤维的波长分散特性。横轴表示波长，纵轴表示分散。

所有光纤的偏波波形分散PMD是0.1ps/km^1/2以下，也没看到随PMD的波形恶化。

光纤的实效长Leff用下式表示

Leff＝(1-exp(-α*L))/α         …(3)

α表示光纤的损失，L表示光纤的长度。

60km传送路为了高效率使用激励光、光纤的实效长Leff最好是15km以上。满足它的损失α相当于在0.285dB/km以下。

表1所示的光纤其有关传送损失都在0.285dB/km以下，实现了目标。

第一号、第五号、第六号(#1、5、6)光纤传送损失实现了0.25dB/km，光纤的实效长Leff是17km以上，能把这些光纤进一步作为高效率传送媒体使用。

C、L带传送中由OH基混入引起的1390nm附近的传送损失几乎不成为问题。但有损失范围的下部吸入，若传送损失在1390nm附近增加时则1450nm的传送损失也增加。1450nm附近的传送损失是瑞利散乱引起的，尽管结构不正等引起的是占主导、但给予1390nm损失峰值3％左右的损失增加。

以由OH基引起的传送损失没有增加状态的传送损失大致是0.247dB左右，所以因0.1dB/km左右的1390nm损失峰值的增加而1450nm的传送损失超过0.25dB/km。

1390nm附近的传送损失即使没有由OH基引起的传送损失增加也是0.28dB/km，若传送损失增加到0.4dB/km时则成为把1450nm的传送损失抑制到0.25dB/km的极限值。因此需要把1390nm的传送损失抑制到0.4dB/km。

图5表示了第一号(#1)光纤的波长损失特性。图5横轴表示波长，纵轴表示传送损失。

电缆内由产生氢引起的OH传送损失增加也必须抑制。因此1～6号(#1～6)的所有光纤从初步加工的成品(光纤母材)拉成线后在包覆树脂电缆化前，要在常温、常压含有D₂的N₂环境下放置24小时。

接着对各试料进行氢老化试验。在此氢老化试验条件根据IEC60793-2 Amendment 1、2001-8 Annex C，是下列条件。

把光纤在室温下氢浓度1％的环境中暴露给氢，把波长1240nm的传送损失与暴露给氢前的传送损失(初期值)比较，将其状态维持到增加0.03dB/km以上。然后取出到大气中放置14日以上，进行传送损失的测量。

传送损失的测量波长是1390nm。

本发明的光纤由于进行了重氢处理，所以氢老化试验的结果是1390nm的传送损失几乎没有增加。

图1作为本发明的一实施例是使用了本发明光纤的分布型喇曼放大系统的结构图。

图1所图解的分布型喇曼放大系统10由第一和第二激励光源11、13和光合波装置12、14和光纤15构成。

本实施例为了使光纤15长度方向的光强度分布变得更均匀，把喇曼放大用的激励光从光纤15前方(与信号光的输入侧同方向)的第一激励光源11和从光纤15后方(信号光输出的方向)的第二激励光源13这两方面输入。即进行双方向激励。

作为使用了喇曼放大的系统、为了使光纤15长度方向的光强度分布变得更均匀，最好这样地进行双方向激励。

图2是把图1所图解的分布型喇曼放大系统10适用于光通信系统的结构图。

图2所图解的光通信系统把与图1所图解相同结构的分布型喇曼放大系统100、200配置在收发两端，在两者之间用光纤(传送路)300连接。分布型喇曼放大系统100、200与图1所图解的有相同结构。分布型喇曼放大系统100、200内的光纤15与光纤300相同。

实际上使用100km的第一号(#1)光纤就构成了图2所图解的光通信系统。该光纤的传送损失是1550nm的0.20dB/km，图2所例示的传送路(光纤300)自身的损失是20dB。实际传送路的连接损失和光部件的损失加起来是28dB的损失。该光纤的喇曼放大效率(喇曼增益效率)是0.79(1/w/km)，即使使用0.3W(瓦特)的激励光、向纤维射入的功率也是0.27W、能得到14dB的放大。这样仅用15dB以下便宜的、使用Er掺杂光纤的光放大装置(EDFA)就能补偿损失。

本发明的实施例中只要是满足上述各种条件的结构和具有折射率轮廓的光纤就可以，并不限定于具有图3A、图3B结构的光纤。

根据本发明使C带和L带的分布喇曼放大系统的特性提高，用低激励功率能实现有效放大。

根据本发明能提供能减少信号光和激励光产生的四光波混合所导致的传送特性恶化的光通信系统。

Claims (13)

1、一种光纤，其特征在于，由芯线和金属包层构成的光纤中，所述芯线具有：第一芯线，位于中心；第二芯线，把第一芯线的外周包覆、具有比金属包层折射率低的折射率；第三芯线，把第二芯线的外周包覆、具有比第一芯线的折射率低比金属包层高的折射率，电缆截止波长是1430nm以下，波长1450nm的波形滤波径是7μm以上9μm以下，波长1450nm的传送损失是0.285dB/km以下，波长1450nm的分散是0.1～4ps/nm/km。

2、如权利要求1所述的光纤，其特征在于，波长1450nm的传送损失是0.25dB/km以下。

3、如权利要求1所述的光纤，其特征在于，波长1550nm的直径20mm的弯曲损失是5dB/m以下。

4、如权利要求1所述的光纤，其特征在于，波长1450nm的喇曼放大效率是0.7以上。

5、如权利要求1所述的光纤，其特征在于，氢老化后的1390nm的传送损失是0.4dB/km以下。

6、如权利要求1所述的光纤，其特征在于，进行了重氢处理。

7、一种分布型喇曼放大系统，其特征在于，使用了权利要求1所述的光纤。

8、一种光通信系统，其特征在于，作为传送路使用了权利要求1所述的光纤。

9、如权利要求2所述的光纤，其特征在于，波长1550nm的直径20mm的弯曲损失是5dB/m以下。

10、如权利要求2所述的光纤，其特征在于，波长1450nm的喇曼放大效率是0.7以上。

11、如权利要求2所述的光纤，其特征在于，氢老化后的1390nm的传送损失是0.4dB/km以下。

12、如权利要求2所述的光纤，其特征在于，进行了重氢处理。

13、一种分布型喇曼放大系统，其特征在于，使用了权利要求2所述的光纤。

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