CN1317575C

CN1317575C - 一种色散补偿光纤

Info

Publication number: CN1317575C
Application number: CNB2004100611478A
Authority: CN
Inventors: 曹宇青; 王铁军; 罗杰
Original assignee: Yangtze Optical Fibre and Cable Co Ltd
Current assignee: Yangtze Optical Fibre and Cable Co Ltd
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: CN1609640A

Abstract

本发明涉及一种在C波段光通信窗口具有负色散和负色散斜率的色散补偿光纤，它包括有纤芯和包层，其特征在于纤芯至少包括四个纤芯分层，其中第一纤芯分层的相对折射率差Δ1%为正值，存在有相对折射率差为负值的中间纤芯分层，且第一纤芯分层与负值的中间纤芯分层之间的最大相对折射率差的差值大等于2.45%，在纤芯外至少有一个包层分层，包层分层为纯二氧化硅(SiO₂)层。本发明可同时获得较大的负色散和负色散斜率，以获得更大的RDS值和更宽的RDS范围，并具有很低的衰减和PMD值，可适应各种不同G655光纤的补偿要求，更适于作为商用G655光纤的色散补偿光纤。

Description

一种色散补偿光纤

技术领域

本发明涉及一种在C波段(1525nm-1565nm)光通信窗口具有负色散和负色散斜率的单模光纤，该光纤可用于G.655通信光纤的色散和色散斜率补偿，并具有很低的衰减和PMD(偏振模色散)值。

背景技术

光通信技术发展至今，基于G.655光纤的DWDM(密集波分复用)系统已经普遍采用，并且向着高速率，长距离，无中继和密集通道的方向发展。光纤的色散补偿要求也越来越严格，要求对光通信链路有精确的色散管理技术。运用色散补偿光纤对通信链路进行色散补偿是目前使用最多的方式，它采用特定长度的专门用于色散补偿的光纤插入光纤链路以补偿色散，而DWDM系统则要求同时补偿链路光纤的色散和色散斜率。

色散补偿光纤的波导结构设计复杂，并且工艺实现难度大。在要求同时补偿链路光纤的色散和色散斜率时，波导结构常常采用较大的折射率差设计。此外，光纤的衰减，弯曲损耗，非线性等特性也应综合考虑。色散补偿光纤的波导结构特点是具有较高的芯折射率，较低的包层折射率和较细的芯层直径。不同的光纤制造工艺均可制造色散补偿型光纤，但存在工艺控制难易程度的区别。

G.655光纤具有较大的相对色散斜率RDS值，为实现对色散和色散斜率同时补偿，其色散补偿光纤要求有相匹配的RDS值。为此，在波导设计上需要采用较高的折射率差和较宽的折射率下陷层。这将导致光纤的衰减，弯曲特性和PMD的控制难度变大。

现有技术中，如美国专利US 6,546,178 B2等，已提出了较大相对色散斜率RDS色散补偿光纤的波导设计，但仍存在RDS值不够大和RDS值变化范围较小的问题，因而对具有大RDS值的G.655光纤难以达到很好的补偿效果，而且制作时工艺控制难度相对较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足提出一种在C波段(1525nm-1565nm)光通信窗口具有负色散和负色散斜率的单模光纤，该波导结构可达到更大的RDS值，获得更宽的RDS范围，可适应各种不同G.655光纤的补偿要求，更适于作为商用G.655光纤的色散补偿光纤。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有纤芯和包层，纤芯包括四个纤芯分层，其中第一纤芯分层的相对折射率差Δ1％为正值，存在有相对折射率差为负值的中间纤芯分层，其特征在于所述的负值纤芯分层为第二纤芯分层，其中Δ1％-Δ2％的值大于或等于2.45％，第一纤芯分层和第二纤芯分层的半径比r2/r1大于或等于4.0，第三分层的相对折射率差Δ3％为正值，且Δ1％＞Δ3％＞Δ2％，第四纤芯分层的相对折射率差Δ4％满足Δ3％＞Δ4％＞Δ2％，在纤芯外至少有一个包层分层，包层分层为纯二氧化硅层。

本发明光纤的较佳波导结构为：纤芯中四个纤芯分层相对折射率差范围，从Δ1％至Δ4％依次为：1.8％至2.2％，-0.7％至-0.4％，0.2％至0.6％，-0.2％至0.2％；半径范围，从r1至r4依次为：1.4μm至1.8μm，5.5μm至7.5μm，7.8μm至11.8μm，10.0μm至13.0μm。

本发明采用较大折射率差和较大芯分层半径比设计，其在1550nm波长处具有0.01nm^-1～0.05nm^-1的相对色散斜率，通常可达0.01nm^-1～0.03nm^-1的相对色散斜率；负色散值为90ps/nm.km～220ps/nm.km或更高；在1550nm处的衰减低于1.5dB/km，最低可达0.4dB/km或更低；PMD小于0.1ps/km^1/2。

本发明上述相对折射率差Δ％的定义为：Δ％＝[(n₁-n₂)/n₂]*100，其中n₁为所在波导分层的最值折射率，n₂为纯二氧化硅SiO₂折射率。

本发明中每一分层的半径定义为：从光纤的中心线至该分层离中心线最远点。各层半径从纤芯外推依次为：r1，r2，r3，r4。

光纤在某一波长的相对色散斜率RDS值定义为该波长上的色散斜率DS和色散D的比值：RDS＝DS/D。在C波段通信窗口，一般取1550nm波长，对通信光纤的色散和色散斜率同时补偿，补偿后的光纤链路将没有残余色散，并且波段内色散差为零，这是最理想的补偿效果，其示意图见图3。要达到这样的补偿效果，色散补偿光纤必须有和链路光纤相匹配的RDS值。

本发明纤芯部分分层的制作工艺可采用等离子体化学气相沉积法PCVD工艺，围绕纤芯的包层可采用外部气相沉积法OVD工艺或其它制作工艺方法。该光纤芯层由PCVD工艺提供的意义在于：PCVD工艺具有很高的沉积效率，可易于实现大折射率差的波导设计；PCVD工艺适宜于精细剖面设计，对多分层结构和梯度分层结构制造方便；PCVD工艺提供很好的波导均匀性，沿光纤轴向的几何和光学均匀性优于其他工艺。上述PCVD工艺特点，可保障本发明光纤波导设计在大折射率差时，依然有良好的色散，衰减和PMD等特性，并有很高的成品制造效率。

本发明光纤利用纯二氧化硅SiO₂基玻璃，纤芯各分层使用掺杂剂改变折射率，第一分层掺锗Ge形成正的折射率分布，第二分层掺氟F形成负的折射率分布，第三分层掺锗Ge形成正的折射率分布，第四分层F/Ge共掺，设计为纯二氧化硅SiO₂玻璃折射率上下波动，以便在制造工艺中对波导特性微调。其纤芯以外的包层分层为纯二氧化硅SiO₂包层。

特别指出，对于本发明中纤芯区各分层的折射率分布，可依工艺控制的方便设置一些折射率分布梯度，形成过渡分层，曲线形状不限。其目的在于平滑折射率分布，改善光纤内部应力的均匀性，从而最终达到改善光纤光学特性的目的。例如可降低光纤衰耗，改善光纤的弯曲特性，降低光纤PMD等。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用较高的折射率差和芯层半径比值，可同时获得较大的负色散和负色散斜率，从而达到较高的相对色散斜率RDS值。

2、本发明的波导结构对RDS敏感，通过微调就可实现RDS值的大范围变化，并且由于PCVD工艺的稳定性，这种波导结构除了易于实现大的RDS值和大的RDS值变化范围外，在光纤其它性能如光纤的衰减，弯曲特性和PMD以及成品效率方面仍然十分理想，对基于G.655光纤的高速DWDM系统，本发明可提供链路光纤色散和色散斜率的补偿，补偿后的光纤链路将没有残余色散，并且波段内色散差为零，因此，很适合用作G.655色散补偿光纤，能达到非常优良的色散补偿效果；同时还可降低色散补偿光纤制作时的工艺控制难度。

3、充分利用PCVD制造工艺的剖面精细控制和光波导沿光纤长度上有良好几何和光学均匀性的特点，使较高的折射率差和较宽的折射率下陷层与光纤其它性能之间的矛盾得以均衡，用以满足对各种G.655光纤进行色散和色散斜率补偿。

附图说明

图1为本发明一个实施例的光纤折射率分布示意图。

图2为本发明三个实施例的C波段色散曲线。

图3为传输光纤色散和色散斜率同时补偿示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例。

第一个实施例如图1所示，纤芯包含四个纤芯分层1、2、3、4为掺杂区，各纤芯分层的半径范围从r1到r4依次为：1.63μm至1.65μm，6.58μm至6.62μm，9.80μm至10.20μm，11.00μm至12.00μm。其中r2/r1值为4.03。包层分层5半径r5为124μm至126μm。各纤芯分层的相对折射率差从Δ1％到Δ4％依次为：1.966％，-0.527％，0.462％，0.186％，其中Δ1％和Δ2％的差值为2.493％。各纤芯分层的相对折射率差的波动范围为±0.020％。包层分层5的相对折射率差Δ5％为纯SiO₂相对折射率差。各分层间尤其是第一和第二纤芯分层之间，设置折射率分布梯度以平缓过渡。本实施例在1550nm处的色散为-202ps/nm.km，RDS值为0.030nm^-1，衰减1.216dB/km，PMD为0.082ps/km^1/2。

在第二个实施例中，纤芯包含四个纤芯分层为掺杂区，各纤芯分层的半径范围从r1到r4依次为：1.66μm至1.70μm，6.68μm至6.85μm，9.92μm至10.50μm，11.00μm至12.00μm。其中r2/r1值为4.03。包层分层半径r5为124μm至126μm。各纤芯分层的相对折射率差从Δ1％到Δ4％依次为：1.962％，-0.522％，0.460％，0.100％。其中Δ1％和Δ2％的差值为2.484％。各纤芯分层的相对折射率差的波动范围为±0.020％。包层分层Δ5％为纯SiO₂相对折射率差。各分层间尤其是第一和第二纤芯分层之间，设置了折射率分布梯度以平缓过渡。其在1550nm处的色散为-135ps/nm.km，RDS值为0.021nm^-1，衰减0.410dB/km，PMD为0.092ps/km^1/2。

在第三个实施例中，纤芯包含四个纤芯分层为掺杂区，各纤芯分层的半径范围从r1到r4依次为：1.63μm至1.65μm，6.79μm至6.83μm，9.80μm至10.20μm，11.00μm至12.00μm。其中r2/r1值为4.14。包层分层半径r5为124μm至126μm。各纤芯分层的相对折射率差从Δ1％到Δ4％依次为：1.886％，-0.566％，0.300％，0.096％。其中Δ1％和Δ2％的差值为2.452％。各纤芯分层的相对折射率差的波动范围为±0.020％。包层分层Δ5％为纯SiO₂相对折射率差。各分层间尤其是第一和第二纤芯分层之间，设置了折射率分布梯度以平缓过渡。其在1550nm处的色散为-90ps/nm.km，RDS值为0.010nm^-1，衰减0.384dB/km，PMD0.100ps/km^1/2。

Claims

1、一种色散补偿光纤，包括有纤芯和包层，纤芯包括四个纤芯分层，其中第一纤芯分层的相对折射率差Δ1％为正值，存在有相对折射率差为负值的中间纤芯分层，其特征在于所述的负值纤芯分层为第二纤芯分层，其中Δ1％-Δ2％的值大于或等于2.45％，第一纤芯分层和第二纤芯分层的半径比r2/r1大于或等于4.0，第三分层的相对折射率差Δ3％为正值，且Δ1％＞Δ3％＞Δ2％，第四纤芯分层的相对折射率差Δ4％满足Δ3％＞Δ4％＞Δ2％，在纤芯外至少有一个包层分层，包层分层为纯二氧化硅层。

2、按权利要求1所述的色散补偿光纤，其特征在于纤芯中四个纤芯分层相对折射率差范围，从Δ1％至Δ4％依次为：1.8％至2.2％，-0.7％至-0.4％，0.2％至0.6％，-0.2％至0.2％；半径范围，从r1至r4依次为：1.4μm至1.8μm，5.5μm至7.5μm，7.8μm至11.8μm，10.0μm至13.0μm。

3、按权利要求1或2所述的色散补偿光纤，其特征在于在1550nm波长处具有0.01nm^-1～0.05nm^-1的相对色散斜率；负色散值为90ps/nm.km～220ps/nm.km或更高；在1550nm处的衰减低于1.5dB/km；PMD小于0.1ps/km^1/2。

4、按权利要求1或2所述的色散补偿光纤，其特征在于第一和第二纤芯分层之间，设置折射率分布梯度。

5、按权利要求2所述的色散补偿光纤，其特征在于各纤芯分层的半径范围从r1到r4依次为：1.63μm至1.65μm，6.58μm至6.62μm，9.80μm至10.20μm，11.00μm至12.00μm，包层分层半径r5为124μm至126μm；各纤芯分层的相对折射率差从Δ1％到Δ4％依次为：1.966％，-0.527％，0.462％，0.186％，各纤芯分层的相对折射率差的波动范围为±0.020％，包层分层的相对折射率差Δ5％为纯SiO₂相对折射率差；各分层间设置折射率分布梯度。

6、按权利要求2所述的色散补偿光纤，其特征在于各纤芯分层的半径范围从r1到r4依次为：1.66μm至1.70μm，6.68μm至6.85μm，9.92μm至10.50μm，11.00μm至12.00μm，包层分层半径r5为124μm至126μm；各纤芯分层的相对折射率差从Δ1％到Δ4％依次为：1.962％，-0.522％，0.460％，0.100％，各纤芯分层的相对折射率差的波动范围为±0.020％，包层分层的相对折射率差Δ5％为纯SiO₂相对折射率差；各分层间设置折射率分布梯度。

7、按权利要求2所述的色散补偿光纤，其特征在于各纤芯分层的半径范围从r1到r4依次为：1.63μm至1.65μm，6.79μm至6.83μm，9.80μm至10.20μm，11.00μm至12.00μm，包层分层半径r5为124μm至126μm；各纤芯分层的相对折射率差从Δ1％到Δ4％依次为：1.886％，-0.566％，0.300％，0.096％，各纤芯分层的相对折射率差的波动范围为±0.020％，包层分层的相对折射率差Δ5％为纯SiO₂相对折射率差；各分层间设置折射率分布梯度。