CN1308711C - 光纤及利用该光纤的光传输路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适合波分复用传输的价格低廉、能对小弯曲径的弯曲损耗有强耐力的光纤。该光纤是一种具有折射率大体均一的纤芯1和装在该纤芯外折射率也大体均一的包层2，由这两层构成的、以石英玻璃为主要成分的光纤。该光纤的特征为满足下述(1)～(3)。(1)前述光纤的外径在4～8μm，相对折射率差在0.4～0.8%；(2)波长1550nm下，波长色散为2～15ps/nm/km；(3)波长1550nm下，有效截面积在40μm2以上。

Description

光纤及利用该光纤的光传输路
技术领域
本发明涉及光纤及利用该光纤的光传输路。
背景技术
随着数据通信量的增加，人们希望增加网络的传输容量。例如，波分复用传输(WDM)就是为满足这一需求应运而生的，这种方式已经开始运用于商业领域。
近年来，人们不仅开始探讨在远距离传输中采用WDM技术，而且还着手研究在大批量传输中使用WDM技术。
适用于大批量传输的WDM传输技术大致分为两大类，一类被称为高密度传输(DWDM)，采用的是与远距离传输相同的方式；还有一类叫做低密度传输(CWDM)，这种方法是进一步扩大各个信号的波长间隔，代替拓宽所使用的波长宽度。
与大批量传输方式相同，对于在相对较短的距离中采用WDM传输而言，成本是一个非常重要的因素(而且，虽然说是近距离，但也有可能达到200km)。为此，在此类传输路中使用的光纤有必要低廉。
此外，在考虑将光纤接入办公室或光纤入户(Fiber To The Home，FTTH)时，除了要求光纤价格低廉之外，光纤还必须具备不同于其他传输途径的特殊性能。换而言之，在办公大楼或住宅内铺设缆线时，光纤上有可能出现诸如30φ、20φ这样极为微小的弯度。
除此之外，还有一点至关重要的是，在整理多余的缆线时，即便把它盘得很小，也要注意减少错误的发生。
在过去，人们曾经设计出了若干适用于WDM的光纤。但是，它们都十分复杂，折射率分布均超过3次，因此，这样的构造导致光纤价格极为昂贵。
另外，在办公室或家庭，以往普遍采用1.3μm带单模光纤或复接光纤。但是，这些光纤所能容许的弯曲度一般都在60φ以下，在伸缩光缆的时候，要格外注意，以免光缆过度弯曲。最近，参照ITU-T G.652这一1.3μm带用单模光纤的国际规格设计出来的一种光纤已经投入使用，这一光纤通过缩小MFD，使得光纤的容许弯曲直径最大可达到30φ。不过，人们希望开发出适用于写字楼、住宅内、弯曲度更小的光纤。
本发明的具体内容如前所述，其首要目的在于提供适用于WDM传输的廉价光纤；其次一个目的是提供弯曲直径较小或者可以整理剩余缆线的光纤。
发明内容
为了解决前述课题，该项技术的发明者们就如下问题进行了分析和讨论：能否设计出一种光纤，使之折射率分布结构尽可能简单，同时具有适于WDM传输的特性。
结果，发明者们设计出了这样一种光纤：采用双层结构的单峰状(阶梯状)折射率的分布形状——这种构造由最简单的纤芯和包层构成，过去被认为不适于WDM传输，然后赋予其适于WDM传输的光学特性。
换言之，本技术中的第一项发明是主要成分为石英玻璃的光纤，其包括折射率大体均一的纤芯以及在其外侧设置的、折射率大体均一的包层两部分组成，该光纤的特征是满足下列(1)～(3)中的条件：(1)上述纤芯外径范围为4～8μm，并且该纤芯的相对折射率差在0.4～0.8％的范围；(2)波长为1550nm时的波长色散为2～15ps/nm/km；(3)波长为1550nm时的有效截面积在40～70μm2。
第二项发明是在上述第一项发明基础上加上以下特征而设计出来的光纤：上述外径范围为4～5.5μm，上述波长色散为2～6ps/nm/km。
第三项发明是在上述第一项发明基础上加上以下特征而设计出的光纤：上述外径范围为5～8μm，上述波长色散为6～15ps/nm/km。
第四项发明是在前述第三项发明基础上加上以下特征设计的光纤：上述外径在5～6.5μm范围之间，波长为1550nm时的波长色散为6～15ps/nm/km。
第五项发明是上述第一至第四项发明的任何一项基础上加上以下特征而设计出的光纤：上述相对折射率差的范围为0.4～0.6％，上述有效截面积在50μm2以上。
第六项发明是在第三或第四项发明基础上加上以下特征而设计出的光纤：上述相对折射率差范围为0.4～0.5％，上述有效截面积在60μm2以上。
第七项发明是在上述第一至第六项发明的任何一项基础上加上以下特征而设计出的光纤：在波长1360～1400nm范围内的所有波长上的传输损耗在0.35dB/km以下。
第八项发明是在上述第一至第七项发明的任何一项基础上加上以下特征设计出的光纤：在波长1260～1625nm范围内的所有波长上的传输损耗在0.40dB/km以下。
此外，发明者们着眼于Vcore这一参数，发现通过限定这一参数，有可能将波长为1550nm的光波波长色散值控制在小范围内。
换言之，第九项发明是在第四项发明基础上加上以下特征而设计出的光纤：设上述光纤的半径为r，以上述包层折射率为基础的相对折射率差设为Δn(r)，上述纤芯的最大外径为rcore，然后在0～rcore范围内针对r求上述r与上述Δn(r)乘积的积分值，把该积分值乘以π定义为Vcore，所述Vcore在15％μm2以下。
第十项发明是在第三项发明基础上加上以下特征而设计出的光纤：上述相对折射率差的范围为0.51％～0.59％，上述纤芯径的范围为5.5～7.0μm。
第十一项发明是在第十项发明基础上加上以下特征而设计出的光纤：在0～rcore(纤芯最大外径)范围内针对r求光纤半径r与以包层折射率为基准的相对折射率差Δn(r)乘积的积分值，把该积分值乘以π定义为Vcore，且设上述相对折射率差为Δ时，前述Vcore大于(-17.25xΔ+25.2)，而小于20。
第十二项发明是在第十一项发明的基础上加上如下特征而设计出的光纤：波长为1550nm时的模场直径MFD在7.8μm以上，并且，容许弯曲半径20φ的弯曲损耗在0.3dB/m以下。
第十三项发明是在第十二项发明基础上加上如下特征而设计出的光纤：在波长为1550nm时，它与TU-T G.652规格的普通单模光纤的连接损耗在0.35dB以下。
第十四项发明是包括上述第一至第十三项发明中任何一种光纤的光传输路。
第十五项发明是在第十四项发明基础上，还包含与前述光纤组合的色散补偿器的传输路。
附图说明
图1本发明的光纤的折射率分布形状示意图。
图2本发明的光纤折射率分布形状在实际制作状态下的说明图。
图3(a)、图3(b)对本发明的光纤的折射率分布形状在实际制作时的状态说明图。
图4波长1550nm下的模场直径MFD与光纤的连接损耗之间的关系表。
具体实施方式
以下将对本发明进行详细说明。
(第一项发明中所指的光纤)
图1(a)、图1(b)描绘的是本发明中光纤折射率分布形状的一个例子。图1(a)、代表垂直于中轴方向横切下来的剖面图，图1(b)表示从侧面所看到的折射率分布形状。
图中符号1为纤芯，外侧是呈同心状的包层2，纤芯1和包层2这两层就构成了光纤。
纤芯1和包层2都具有大致均一的折射率，纤芯1的折射率高于包层2。
该光纤的主要成分是石英玻璃，纤芯1和包层2的材料由折射率等相关因素所决定。例如，当纤芯1由加锗石英玻璃构成时，包层2就由纯石英玻璃或加氟石英玻璃组成；纤芯1由纯石英玻璃构成时，包层2就由加氟石英玻璃等构成。
以石英玻璃为主要成分的光纤中，由于锗、氟等添加元素较少的材料可以降低光波传输中的损耗，因此，纤芯1和包层2最好是仅有一方的制作材料中含有添加元素，比如，最好是纤芯1由加锗石英玻璃组成，而包层2由纯石英玻璃构成；或者是纤芯1由纯石英玻璃构成，而包层2由加氟石英玻璃等构成。
运用于WDM传输、DWDM传输的光纤所应具有的光学特性众多，其中包括波长色散、有效截面积等。
此时的前提条件是必须满足通常情况下对SM光纤所要求的特性，如PMD(偏波色散)、截断波长、弯曲损耗等。虽然没有特意限定，但是，PMD最好是低于0.1ps/√km；运用于传输中的截断波长，其数值应达到可用做单模传输的标准，最佳的情形是实际测量的截断波长小于在传输中所用波长的下限。
运用于传输的波长区域可以从波段S～波段C～波段L(1460～1625nm)中任意选取。在本项发明的光纤中，例如ITU-TG.650等记载的光缆截断波长所取的值低于1.4μm。另外，比如光波的波长为1550nm，弯曲半径测定为20mm，在此条件下，其弯曲损耗值低于10dB/m。
一旦波长色散的绝对值变小，FWM(4种光波混合)的发生概率增高，这是引起WDM尤其是DWDM信号弱化的原因。
为此，对于WDM中的光纤来说，其用于传输的波长范围应符合如下条件：波长色散至少在1ps/nm/km以上，最好超过2ps/nm/km。
如果波长色散过大，与SPM离散而引起的信号弱化就将成为问题，例如，必须进行离散补偿，从而将提高成本，或传输距离受到制约。为此，用于WDM的光纤波长色散以小为宜。
为适应以上要求，在WDM传输中，光纤以具有既不过大也不过小的中等波长色散为最佳。
为了在更广泛的领域满足上述要求，在进行传输的波长范围内，色散斜率以小为宜。
有效截面积(Aeff)以大为宜，这就象面积大者可以抑制SPM、FWM等的非线形效应一样。
第一项发明中的光纤满足前述(1)～(3)所提出的条件，符合WDM、DWDM传输中所用光纤应具备的波长色散、有效截面积等条件。
前述(1)中，纤芯1的外径为4～8μm。若不足4μm，则会出现极为微小的波长色散，以致不足以控制FWM；一旦超过8μm，波长色散过大，传输性能将下降。
此外，纤芯1的相对折射率差为0.4～0.8％。当纤芯1的折射率设定为n1、包层2为n2时，纤芯1的相对折射率差则定为(n12-n22)/2n12。
在不足0.4％的情况下，当使用的是具有上述中等波长色散的光纤时，弯曲损耗一旦过大，就无法在实际当中加以运用；如果超过0.8％，有效截面积则变小，在抑制非线形光学效应方面将会存在问题。在制造过程中，可以通过增减添加成分的含量，来调节相对折射率差。
本发明中的光纤可以通过如下方式制造出来：在4～8μm波段内选择纤芯1的外径，从0.4～0.8％的范围内选择出纤芯1的相对折射率差，通过模拟实验，再加上必须满足上述(2)、(3)点光学特性等条件，就可从具备这两个指标的光纤中选取所需光纤。模拟手法是业内人士常用的手段。
众所周知，在呈单峰状分布的折射率中，色散斜率在大约0.05～0.06％ps/nm2/km波段内大体保持一定，由于在WDM、特别是DWDM传输中，该波段可在广义上具备中等的波长色散值，因此最为适宜。
关于前述(2)，波长为1550nm的光波如果波长色散超过2ps/nm/km，比如在C波段内(1530～1556nm)，则可控制FWM。在光波波长为1550nm的情况下，波长色散如果低于15ps/nm/km，即使波长达到L波段(1565～1625nm)最高值的1625nm，波长色散值也会不足18ps/nm/km，可以把使用的波长区域扩大到L波段最高限。
通常波长为1550nm、适用于1.3μm的单模光纤其波长色散为18ps/nm/km。从波长色散的观点来看，如果采用本项发明中的光纤，即使波长范围扩大到1625nm，也可以获得与此光纤相同的传输性能，因此，从扩大适用的波长范围、波长多样性等角度出发，本发明中的光纤是很适宜的。
另外，有效截面积如果满足上述(3)列示的范围(超过40μm2，同时，由于实际上受到弯曲损耗等其他性质的制约，从制造的角度来考虑，有效截面积低于70μm2)，则可降低非线形光学效应，提高传输性能。
包层2的外径通常定为125μm左右。
众所周知，具有纤芯和包层这样双层结构(即所谓的单峰状折射率分布形状)的光纤与本发明中的光纤相同，过去采用的都是适用于1.3μm的单模光纤。但是，考虑到具有单峰状折射率分布形状的光纤不适于WDM传输，因此未受到人们的重视而被用于WDM传输。
所以，传统的具有单峰状折射率分布形状的光纤其纤芯外径、相对折射率差不符合前述(1)的条件，同时也不能满足前述(2)、(3)所列示的特点。为此，这种过去标准的1.3μm用单模光纤一旦用于WDM、DWDM传输，就会产生诸多的问题，比如：传输距离受到限制；由于要使用色散补偿器，导致必须予以补偿的波长色散值增大，从而引起了系统整体的成本上升。无论是从结构上还是从效果上来说，以往标准的1.3μm用单模光纤与本发明中的光纤截然不同。
(第2项发明中的光纤)
第2项发明中的光纤是在前述第1项发明的光纤基础上，把纤芯1的外径进一步扩展到4～5.5μm，从而可使光波波长为1550nm的波长色散扩大到2～6ps/nm/km。据此将进一步降低弯曲损耗，并提高传输性能。
此外还有一个优点是，L波段的传输性能良好，可抑制L波段的波长色散值。
在1550nm波长的波长色散为6ps/nm/km的情况下，假如是处于C波段，有可能不需色散补偿而传输能力超过10G、100km。
综上所述，第2项发明中的光纤适宜于在C～L波段内选择波长区间。
第3项发明中的光纤是在前述第1项光纤基础上，通过把纤芯1的外径定为5～8μm，从而可使波长为1550nm的光波波长色散范围处于6～15ps/nm/km。
即使在更短的波长区间，即所谓的S波段(1460～1530nm)，此类性能也可控制FWM。在不足5μm的情况下，S波段的波长色散将变小，因此无法抑制FWM。
波长为1550nm的光波波长色散是6ps/nm/km的情况下，即使波长为S波段的最下限(1460nm)，也可以确保波长色散处于高位(1ps/nm/km左右为最佳)，以便抑制FWM。
因此，第3项发明中的光纤以S～C波段中选取的波长区间为宜。
(第4项发明中的光纤)
第4项发明中的光纤是在前述第3项光纤基础上，通过把纤芯1的外径定为5～6.5μm，从而可使波长为1550nm的光波波长色散范围处于6～10ps/nm/km。
第4项发明中的光纤适用于S波段，还可以降低波长色散的最高限，同时还能提高L波段的传输性能。
因此，第4项发明中的光纤可以采用S～C～L波段中选取的波长区间。
(第5项发明中的光纤)
第5项发明中的光纤是在前述第1～4项任何一项发明的光纤基础上，通过把纤芯1的相对折射率差范围定为0.4～0.6％，从而可使波长为1550nm的光波有效截面积达到50μm2以上(事实上由于受到弯曲损耗等其他性能的制约以及制造方面的原因，有效截面积在70μm2以下)。据此可以提高其抑制非线形光学效应的能力。
第6项发明中的光纤是在前述第5项发明的光纤基础上，通过把纤芯1的相对折射率差范围定为0.4～0.5％，从而可使有效截面积达到达到60μm2以上(事实上由于受到弯曲损耗等其他性能的制约以及制造方面的原因，有效截面积在70μm2以下)。据此可以提高其抑制非线形光学效应的能力。
此时，波长色散调整到6～15ps/nm/km为最佳。如果在波长色散超过2ps/nm/km而不足6ps/nm/km的范围内，使之调整到满足前述条件，波长为1550nm、弯曲直径为20mm的光波弯曲损耗若超过40dB/m，则有可能损耗加大，无法运用于实际当中。
(第7项发明中的光纤)
由于不能使用光增幅器，CWDM所要求的性能是在很宽的波长区间内传输损耗较低。
第7项发明中的光纤是在前述第1～6项任何一项发明的光纤基础上，波长区间为1360～1400nm的所有光波的传输损耗均低于0.35dB/km，最好是低于0.32Db/km。这样，就有可能适于WDM传输(包括CWDM、DWDM传输)。
众所周知，由于在石英玻璃中，Si-OH结合体导致了光波吸收峰值的出现(在1380nm附近)，因此，在该波长区间，传输损耗极大。Si-OH结合体是在光纤制作过程中混入了OH键而形成的，这可以通过采用脱水剂等方法在一定程度上予以清除。但是，由于无法彻底清除Si-OH结合体，所以应当尽可能地防止OH键混入。
在前述波长区间内，如果采用的是以往用于WDM、具有复杂的折射率分布形状的光纤，将会导致在光纤制造过程中，OH键混入其中的机会增加，很难降低Si-OH结合体吸收光波的可能性。
由于本发明中的光纤具有单纯的折射率分布形状，因此在制造过程中，可以防止光纤中产生Si-OH结合体。这样，在上述所指的1360～1400nm波长范围内，光波的传输损耗可以降至极低。
(第8项发明中的光纤)
与传统上用于WDM、具有复杂折射率分布形状的光纤相比，本发明中的光纤纤芯1的折射率小，因此可以降低锗、氟等添加剂的用量，从而可起到减少光波损耗的目的。
通过改变设计条件、制作条件等方式，可以将添加剂的用量调整到适宜的水平。例如，在石英玻璃加锗制成纤芯1，包层2由纯石英玻璃制成的情况下，换算成酸性锗之后，锗的用量为4.0～7.5mol％(相当于相对折射率差为0.4～0.8％)。
该项发明不仅可以如前所述，起到防止Si-OH结合体吸收光波的作用，而且，在1260～1625nm波长范围内，可将传输损耗控制在0.40dB/km以下，甚至低于0.36dB/km。
如图1(a)、图1(b)所示，如果以理论上的折射率分布形状为基础，采用MDVD手法、OVD手法、VAD手法等以往普遍使用的方式制造光纤，那么，由于制造过程中可能出现震动等原因，将如图2表示的那样，在纤芯1中出现折射率“下垂”或长“角”等现象。
不过，只要设计条件实质上相当于前述(1)中的要求，就不会出现什么特别的问题。例如，在实际制造光纤时，纤芯的折射率等数据的平均值只要满足理想的折射率分布形状(纵剖面图)中的折射率分布条件即可。
如上所述，所谓的“只要设计条件实质上相当于前述(1)中的要求”可以举出以下诸多实例。
首先，纤芯的相对折射率差可以如下所示：①实际上制造出来的光纤，其纤芯折射率的平均值满足前述(1)所述理想的折射率分布形状中的折射率分布条件，并且，该光纤的光学性能符合前述特性；②实质上呈单峰状即可，只有折射率分布形状的设计本意不是单峰状这一情形除外。
还可举例如下。例如，如图3(a)所示，纤芯折射率的平均值满足前述(1)中的折射率分布条件，就纤芯折射率的平均值而言，纤芯折射率的变动幅度在±25％以内；如图3(b)所示，纤芯折射率的平均值满足前述(1)中的折射率分布条件，折射率的急剧变动幅度处于纤芯的中心直径2μm以内(MCVD手法、PCVD手法中，因腐蚀而出现意料之外的折射率变动)；等等。
纤芯外径：先计算出纤芯折射率的平均值，按此平均值下的理想折射率分布形状(矩形折射率分布)，如果纤芯外径在如前述(1)所记纤芯外径值范围内，并满足前述光学特性则可。再有，假设实质中的实际折射率分布形状为纤芯折射率平均值的20～80％，此范围如在前述(1)所记纤芯外径数值范围内则可。
本发明光纤可以按传统既知办法制作。
(第9项之发明光纤)
上述第1～第8项中的发明光纤中，言及用单一构造(单峰状剖面图)实现适合WDM传输的光学特性(中色散下50μm2上下的Aeff)剖面图。
上述第1～第8项中的发明光纤中，用纤芯径和纤芯相对折射率差做参数规定了折射率。对此，第9项之发明光纤依照前述第4项之发明光纤引入Vcore参数，对纤芯径和相对折射率差的关系下定义，设Vcore在15％μm2以下，由此可得10ps/nm/km以下的波长色散光纤，对此进行阐明。
上述参数Vcore定义在(1)式子里，单位是％μm2。这里，Δn(r)中光纤半径r，以包层折射率为基准的相对折射率差，rcore为纤芯最大外径。
[式1]
V core = π ∫ 0 r core Δ n ( r ) · rdr - - - ( 1 )
即：在0～rcore范围内，先求出前述r和Δn(r)的乘积，再求出该乘积与r的积分值，该值乘以π即可得出Vcore。
将式子(1)中表述的Vcore限制在15％μm2以内，波长1550nm的波长色散值则有可能被控制在+10ps/nm/km以内。即使是用在图2、图3所示的呈“下垂状”或“角状”折射率分布，这个关系也是同样有效的。
(第10项发明中的光纤)
第10项发明中的光纤是在前述第3项发明中的光纤基础上，加上如下条件而设计出来的：把纤芯1相对折射率差的范围设定为0.51％～0.59％，并设定纤芯径的范围为5.5～7.0μm，通过这一方式得出的光纤其模场直径超过7.8μm，截断(cut-off)波长低于1.26μm，同时，20φ的弯曲损耗低于0.34dB/m。这样，与传统的1.3μm带用单模光纤相比，该光纤的容许弯曲径即使更小，弯曲损耗也会相对较少。据此，我们可以得到办公室或家庭所需的、弯曲径小而回旋度大或便于收藏剩余缆线的光纤。
相对折射率差Δ一旦低于0.51％，便不能同时使λc低于1.26μm以及弯曲损耗低于0.3dB/m。在光波通信方式中，广泛使用的传输波长是范围为1.26～1.625μm的波长，为了适应CWDM传输系统的要求，需要有低于1.26μm的截断波长。
相对折射率差Δ如果超过0.59％，波长1550nm的MFD将低于7.8μm。如果MFD低于7.8μm，与ITU-T G.652所规定的普通单模光纤进行连接就将成为一个问题。普通单模光纤被广泛用作光波传输，按照ITU-T，MFD把波长1310的名义值(Nominal Value值)规定为8.6～9.5μm。1310nm中，具有9.2μm左右MFD的单模光纤在1550nm中就成为了10.4μm的MFD。为此，一旦如上所述，MFD低于7.8μm，那么，与普通单模光纤的连接损耗就有可能超过0.35dB/m。
由于在系统设计中，上述连接损耗加大将导致系统损耗增加，因此应尽量避免。例如，2000年电子信息通信学会综合大会B-10-29中就曾围绕弯曲度高的室内用光纤等问题展开过讨论。讨论结果指出，色散移动光纤(以下称为ITU-T G.653)在弯曲性能方面表现卓越，但是，它与波长1550nm的普通单模光纤的连接损耗为0.55dB，与波长1310nm的普通单模光纤连接损耗为0.87dB，在实用性方面存在着问题。
相反，本发明中的光纤的连接损耗仅为上述讨论结果的一半，即低于0.35dB，解决了实用性方面的问题，因此，该光纤深受欢迎。
(第11项发明中的光纤)
第11项发明中的光纤是在前面第10项发明的基础上，加上以下特征得到的：前述相对折射率差设定为Δ时，Vcore大于(-17.25xΔ+25.2)，而小于20。也就是说，这个关系可以用式子(2)来表示。
[式2]
-17.25×Δ+25.2＜Vcore＜20            (2)
上述式子(2)是从下述实例结果中推导出来的关系式，上面第10项发明中光纤的Vcore和Δ均满足式子(2)。这也要求弯曲损耗低于0.3dB/m。此外，如果Vcore超过20，λc就难以低于1.26μm。
(第12项发明中的光纤)
第12项发明中的光纤是在前面第11项发明的基础上，加上如下特征设计得出的：波长1550nm的模场直径MFD大于7.8μm，并且，容许弯曲径20φ的弯曲损耗低于0.3dB/m。
从构成来看，第12项发明中的光纤如前所述，波长1550nm的模场直径MFD大于7.8μm，因此，与普通单模光纤连接时可使损耗降至低于0.35dB/m的良好水位。另外，通过把容许弯曲径20φ的弯曲损耗减少到不足0.3dB/m，即便弯曲至20φ，也有可能将损耗控制在最低限度内。所以说，第12项发明中的光纤具有适于家庭内配线的良好性能，家庭用配线要求容许弯曲径较小。
(第13项发明中的光纤)
第13项发明中的光纤是在前面第12项发明的基础上，加上以下特征设计出来的：连接损耗在波长1550nm的情况下低于0.3dB。
在有关光纤连接损耗的文献中，D.Marcuse的文章很具有代表性(Loss analysis of single-mode fiber splices，Bell syst.Tech.J.，Vol.56，No.5，P703，May 1997)。该文献把具有不同模场直径MFD的光纤连接损耗定义为式子(3)。在此，Tg为连接损耗，2w1和2w2为连接各光纤的模场直径，d为光纤的偏轴量。
[式3]
T g = ( 2 w 1 w 2 w 1 2 + w 2 2 ) 2 exp ( - 2 d 2 w 1 2 + w 2 2 ) - - - ( 3 )
从而，假定在无偏轴量理想化连接情况时，上述(3)式如下(4)式被简略。
[式4]
T g = ( 2 w 1 w 2 w 1 2 + w 2 2 ) 2 - - - ( 4 )
ITU-T G.652规定所规定的通常单模光纤波长1550μm的MFD在10.4μm上下，图4显示为运用(4)式，相对通常单模光纤(2W2＝10.4μm)的连接损耗MFD(＝2W1)依存性的计算结果。从图4可知，对通常单模光纤MFD偏差越大，连接损耗也随之增大。
对此，如第12项发明所示，本发明的光纤波长1550μm具备7.8μm以上的MFD，如此在与ITU-TG.652规格的通常型单模光纤连接时，当波长为1550μm时连接损耗将在0.35dB以下，极为实用。
(光传输路(第14至15项之发明))
第14项的发明为包括前述第1～13的发明之任一发明的光纤在内的光传输路。
用本发明的光纤，可以实现低成本WDM(包括CWDM、DWDM)传输用光传输路。
另，在所采用的光传输路上，也可以运用色散补偿器对本发明之光纤的波长色散进行补偿。用这样的结构能更好地降低传输损耗，可取。
另，对色散补偿器的结构没有特别限制，既可以把色散补偿光纤装配到传输路上，也可以用使用了光纤等分器或色散补偿光纤等模块型色散补偿器类。特别是，最好用连色散斜率也可补偿的所谓色散斜率补偿型的模块型色散补偿器。再者也可以按S、C、L各波段装配上各自合适的色散补偿器。
经色散补偿器补偿后的波长色散值，以使用了色散补偿光纤为例，可以通过改变其每一单位波长色散值或者改变色散补偿光纤的长度来调整，使用波长域内的波长色散为1～1ps/nm/km，最好是采用-0.2～0.2ps/nm/km范围里的色散补偿器。
本发明因可使用如此单纯的折射率分布形状，所以对生产工程上相关构造参数等的要求。
控制变简单了，生产率也就提高了。另外生产时可用比较简单的生产设备，因此又可保证低价制造。
本发明的光纤及其传输路适用于WDM传输，对DWDM、CWDM两种传输都适用，而且特别适合DWDM传输。
[实施举例]
以下通过实施举例对本发明作详细说明。
[表1]
  特性(单位)   实施例
  1   2   3   4   5   6   7
  纤芯径(μm)   5.4   4.9   5.5   6.4   5.1   5.9   7.0
  相对折射率差Δ(％)   0.62   0.66   0.52   0.50   0.55   0.44   0.44
  Vcore(％μm2)   14.20   12.45   12.35   16.08   11.24   12.03   16.93
  波长色散(ps/nm/km)   8.1   4.0   7.3   12.8   3.9   9.5   13.9
  波长色散斜率(ps/nm2/km)   0.054   0.054   0.056   0.056   0.057   0.057   0.057
  有效截面积Aeff(μm2)   42.8   40.4   51.4   53.6   50.3   61.4   61.5
  弯曲损耗(dB/m)@20φ   0.5   0.8   3.1   0.7   4.2   6.4   0.8
  截断波长(μm)@ITU-TG.650   1.07   1.04   1.05   1.11   1.25   1.01   1.15
  PMD(ps/√KM)   0.03   0.02   0.01   0.04   0.04   0.01   0.02
  传输损耗(dB/km)@1550nm   0.192   0.197   1.191   0.189   0.193   0.186   0.188
  传输损耗(dB/km)@最大1360nm～1400nm   0.32   0.33   0.30   0.34   0.35   0.30   0.29
  传输损耗(dB/km)@最大1260nm～1625nm   0.39   0.38   0.36   0.37   0.39   0.37   0.36
[表2]
  特性(单位)   实施例
  8   9   10   11   12   13   14
  纤芯径(μm)   6.9   6.9   6.6   6.8   6.5   6.4   6.6
  相对折射率差Δ(％)   0.51   0.52   0.52   0.54   0.54   0.54   0.56
  Vcore(％μm2)   19.1   19.3   18.0   19.4   18.0   17.1   19.0
  波长色散(ps/nm/km)   14.1   14.1   13.3   13.9   12.9   12.3   13.3
  波长色散斜率(ps/nm2/km)   0.057   0.057   0.056   0.056   0.056   0.056   0.056
  有效截面积Aeff(μm2)   53.31   53.39   52.54   51.53   50.57   50.09   49.35
  模场直径MFD(μm)   8.42   8.34   8.30   8.19   8.14   8.12   8.03
  弯曲损耗(dB/m)@20φ   0.20   0.12   0.26   0.05   0.16   0.24   0.04
  截断波长(μm)@ITU-TG.650   1.24   1.25   1.21   1.26   1.21   1.18   1.25
  PMD(ps/√KM)   0.02   0.04   0.03   0.05   0.01   0.03   0.03
  传输损耗(dB/km)@1550nm   0.189   0.192   0.191   0.191   0.189   0.191   0.190
  传输损耗(dB/km)@最大1360nm～1400nm   0.32   0.33   0.33   0.32   0.33   0.32   0.33
  传输损耗(dB/km)@最大1260nm～1625nm   0.38   0.39   0.38   0.37   0.37   0.38   0.36
[表3]
  特性(单位)   实施例
  15   16   17   18   19   20
  纤芯径(μm)   6.4   6.1   6.5   6.3   5.9   6.3
  相对折射率差Δ(％)   0.56   0.56   0.58   0.58   0.58   0.59
  Vcore(％μm2)   18.0   16.2   19.3   18.0   15.6   18.4
  波长色散(ps/nm/km)   12.6   11.1   13.2   12.3   10.2   12.5
  波长色散斜率(ps/nm2/km)   0.055   0.055   0.056   0.055   0.055   0.051
  有效截面积Aeff(μm2)   48.75   47.86   47.83   47.05   46.00   46.49
  模场直径MFD(μm)   7.99   7.95   7.90   7.85   7.81   7.80
  弯曲损耗(dB/m)@20φ   0.08   0.28   0.01   0.04   0.27   0.02
  截断波长(μm)@ITU-TG.650   1.21   1.15   1.26   1.21   1.13   1.23
  PMD(ps/√KM)   0.04   0.05   0.03   0.02   0.02   0.03
  传输损耗(dB/km)@1550nm   0.193   0.192   0.190   0.192   0.193   0.192
  传输损耗(dB/km)@最大1360nm～1400nm   0.34   0.33   0.31   0.32   0.32   0.34
  传输损耗(dB/km)@最大1260nm～1625nm   0.37   0.37   0.39   0.38   0.38   0.37
[表4]
  特性(单位)   实施例
  21   22   23
  纤芯径(μm)   6.5   7.5   7.5
  相对折射率差Δ(％)   0.50   0.50   0.46
  Vcore(％μm2)   16.6   22.1   20.3
  波长色散(ps/nm/km)   12.7   15.7   15.6
  波长色散斜率(ps/nm2/km)   0.056   0.057   0.058
  有效截面积Aeff(μm2)   53.93   57.66   61.56
  模场直径MFD(μm)   8.43   8.62   8.93
  弯曲损耗(dB/m)@20φ   1.06   0.06   0.46
  截断波长(μm)@ITU-TG.650   1.17   1.33   1.28
  PMD(ps/√KM)   0.02   0.03   0.03
  传输损耗(dB/km)@1550nm   0.189   0.191   0.190
  传输损耗(dB/km)@最大1360nm～1400nm   0.33   0.35   0.34
  传输损耗(dB/km)@最大1260nm～1625nm   0.38   0.39   0.39
表1～3所示的任一光纤，波长1550nm下波长色散在2～15ps/nm/km范围内，波长在1550nm下有效截面积在40μm2以上，是适合WDM传输的光纤。
其次，表1所示地实施例1、2、3、5和6经与其他实施例相比，将Vcore限为15％μm2以下时，波长1550nm下的波长色散值可被控制在+10ps/nm/km以下。
再有，从实施例21～23之外的其他实施例可见，纤芯1的相对折射率差设为0.51～0.59％时，纤芯径设为5.5～7.0μm，可得模场直径在7.8μm以上、截断波长1.26μm以下、同时20Φ弯曲损耗在0.3dB/m以下的光纤。
对此，表4所示实施例21～23，是相对折射率差和纤芯径两者都偏出上述范围的情况，表明此时不可得截断波长1.26μm以下、20Φ弯曲损耗在0.3dB/m以下两项同时能满足的光纤。
发明的效果
如上述说明本法名因可以用单纯的折射率分布形状，所以它可实现适合WDM传输用光纤及其传输路的低成本开发。
本发明中Vcore被限定在15％μm2，于是在预想上述低成本化的同时，它与传统的1.3μm带宽用单模光纤相比，所能提供的光纤对再小的容许弯曲径产生的弯曲损耗表现得非常耐磨损。
从而，本发明对主线就不用说了，就是分支即办公家用场合，通过小弯曲径可来回拉折，或可将余出长度储藏起来，本发明是对提供廉价的可信赖的光纤的一个贡献。

Claims (28)

1.一种光纤，主要成分是石英玻璃，该石英玻璃包括两层：即折射率大体均一的纤芯；以及包在该纤芯外侧、折射率大体均一的包层，该光纤的特征是满足下列(1)～(3)中的条件，
(1)上述纤芯外径范围为4～8μm，并且该纤芯的相对折射率差在0.4～0.8％的范围；
(2)波长为1550nm时，其波长色散为2～15ps/nm/km；
(3)波长为1550nm时，有效截面积在40～70μm2。
2.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，上述外径范围为4～5.5μm，上述波长色散为2～6ps/nm/km。
3.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，上述外径范围为5～8μm，上述波长色散为6～15ps/nm/km。
4.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，上述外径范围为5～6.5μm，上述波长色散为6～10ps/nm/km。
5.如权利要求1～4任一项所述的光纤，其特征在于，上述相对折射率差在0.4～0.6％范围之间，上述有效截面积在50μm2以上。
6.如权利要求5所述的光纤，其特征在于，上述相对折射率差的范围为0.4～0.5％，上述有效截面积在60μm2以上。
7.如权利要求1～4、6任一项所述的光纤，其特征在于，在波长1360～1400nm范围内的所有波长上，传输损耗在0.35dB/km以下。
8.如权利要求5所述的光纤，其特征在于，在波长1360～1400nm范围内的所有波长上，传输损耗在0.35dB/km以下。
9.如权利要求1～4、6、8任一项所述的光纤，其特征在于，在波长1260～1625nm范围内的所有波长上，传输损耗在0.40dB/km以下。
10.如权利要求5所述的光纤，其特征在于，在波长1260～1625nm范围内的所有波长上，传输损耗在0.40dB/km以下。
11.如权利要求7所述的光纤，其特征在于，在波长1260～1625nm范围内的所有波长上，传输损耗在0.40dB/km以下。
12.如权利要求4所述的光纤，其特征在于，设上述光纤的半径为r，以上述包层折射率为基准的相对折射率差为Δn(r)，上述纤芯的最大外径为rcore，然后在0～rcore范围内针对r求上述r与上述Δn(r)乘积的积分值，把该积分值乘以π并定义为Vcore，此时的上述Vcore在15％μm2以下。
13.如权利要求12所述的光纤，其特征在于，上述相对折射率差的范围为0.4～0.6％，上述有效截面积在50μm2以上。
14.如权利要求3所述的光纤，其特征在于，上述相对折射率差的范围为0.51～0.59％，上述纤芯径的范围为5.5～7.0μm。
15.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，在0～纤芯最大外径rcore范围内针对r求光纤半径r与以包层折射率为基准的相对折射率差Δn(r)乘积的积分值，把该积分值乘以π并定义为Vcore，且设上述相对折射率差为Δ时，Vcore大于(-17.25xΔ+25.2)，而小于20。
16.如权利要求15所述的光纤，其特征在于，波长为1550nm时的模场直径MFD在7.8μm以上，并且，容许弯曲径20φ时的弯曲损耗在0.3dB/m以下。
17.如权利要求16所述的光纤，其特征在于，在波长为1550nm时，与ITU-T G.652规格的普通单模光纤的连接损耗在0.35dB以下。
18.如权利要求12～17任一项所述的光纤，其特征在于，在波长1360～1400nm范围内的所有波长上，传输损耗在0.35dB/km以下。
19.如权利要求12～17任一项所述的光纤，其特征在于，在波长1260～1625nm范围内的所有波长上，传输损耗在0.40dB/km以下。
20.如权利要求18所述的光纤，其特征在于，在波长1260～1625nm范围内的所有波长上，传输损耗在0.40dB/km以下。
21.包含权利要求1～4、6、8、10～17、20任何一项所述光纤的光传输路。
22.包含权利要求5所述光纤的光传输路。
23.包含权利要求7所述光纤的光传输路。
24.包含权利要求9所述光纤的光传输路。
25.包含权利要求18所述光纤的光传输路。
26.包含权利要求19所述光纤的光传输路。
27.如权利要求21所述的光传输路，其中还包含有与上述光纤组合在一起的色散补偿器。
28.如权利要求22～27所述的光传输路，其中还包含有与上述光纤组合在一起的色散补偿器。
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