CN1321255A - 光纤和包含光纤的光传输路径 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在1.55μm波长的色散值为6～24ps/nm/km,并当令在1.55μm波长带的中心波长的色散值为D(ps/nm/km)和纤芯的实效截面积为A(μm2)时,满足A>3×D+40的光纤。本发明还提供包含这种光纤,用于传输光信号的光传输路径。

Description

光纤和包含光纤的光传输路径
技术领域
本发明涉及光纤和包含这种光纤的光传输路径，特别是涉及能很好地适用于波长多路复用(WDM)光通信的光传输路径。
背景技术
在目前正在进行的光传输的高速大容量化的研究开发中，WDM传输技术作为关键技术引人注目。但是，伴随着光信号的高功率化，在光传输路径内部，出现了由于两个波长以上的光信号之间的相互作用等引起的非线性现象那样的新问题。
在非线性现象中，四光波混合(FWM)在进行WDM传输时发生的噪声对传输产生深刻的影响，现在人们正在热烈地研讨用于抑制这种影响的抑制方法。例如，在OFC′94 Technical Digest PD19中，作为减少非线性现象的方法，提出了错开零色散的波长带的色散移位光纤(DSF)的方案。
即，用在1.55μm的波长带中有微小色散的DSF。在大多数情形中都将这时的微小色散(单位：ps/nm/km)的绝对值设定在0.5～5。
又，也存在由于自位相调制(SPM)和交叉位相调制(XPM)使波形畸变那种非常深刻的问题。作为对这种问题的解决方法的研究，现在，在OFC′97 TuN1b等中报告的减小非线性折射率(n2)实施抑制的研讨，和扩大DSF的波型滤波器的直径(MFD)的技术，即扩大纤芯的实效截面积(Aeff)的技术非常令人注目。
由非线性现象引起的信号畸变φNL，一般地，由下列公式(1)表示。
φNL=(2π×n2×Leff×P)/(λ×Aeff)......(1)
根据公式(1)，可以看到为了减小由非线性现象引起的信号畸变φNL,Aeff大是有利的。又，Aeff由下列公式(2)表示。
Aeff=k×(MFD)2    .....(2)
(其中，k是常数)
根据上述的公式(2)，我们看到MFD大时，能够得到非常高的效率，从而使非线性非常小。
也如在OFC′96 WK15和OFC′97 TuN2中报告的那样，扩大MFD是当今对于DSF来说的一个最迫切要求的特性。
与非线性现象一起成为光纤传输特性上的一个问题的还有由色散引起的波形畸变。为了既抑制非线性现象，又抑制由色散引起的波形畸变，在整条线路上，对色散进行管理的方法是有效的。例如，在日本平成6年公开的6-11620号专利公报中提出了将在1.3μm附近有零色散的单模光纤(SMF)和色散补偿光纤(DCF)组合起来的光传输路径的方案。
又，最近，也提出了如日本平成10年公开的10-325913号专利公报中揭示的，将SMF和线路型的DCF组合起来的光传输路径的方案。
一般地，在1.55μm波长带中有零色散的或微小色散的DSF有大的非线性，容易受到XPM和SPM的影响，如已有的例子那样，现在很多人都在进行通过扩大DSF的MFD，减小非线性的研究，但是扩大DSF的MFD一般地伴随着弯曲损耗和色散梯度的增大。又，在1.55μm波长带中有微小色散的DSF的情形中，避开在零色散波长区域中的使用，为了使每单位长度的波长色散(以下，称为局部色散)小，与SMF相比，较容易产生FWM。
另一方面，SMF因为有比在1.55μm波长带中有微小色散的DSF大的正的局部色散(在1.55μm波长带中，约为16ps/nm/km)，所以容易避开FWM。又，由于Aeff比较大(约80μm2)，不容易产生XPM和SPM等的非线性现象。但是，产生了由在1.55μm波长带的大的色散引起的信号波形的劣化，可是，能够用上述那样的色散补偿光纤，通过对全体线路进行管理来解决这个问题。又，一般地，SMF损耗低并有低的PDM。即，为了WDM传输，能够说SMF是比较优越的光纤。
但是，当迎接更高速大容量传输时代的到来时，因为入射光的功率非常强，所以只用现在的SMF，非线性现象就可能成为问题。又，用于补偿SMF的色散的色散补偿光纤，由于它的构成，有很大的非线性，并且容易产生XPM和SPM等的非线性现象。
因此，本发明的目的是提供解决上述问题的新类型的正色散光纤。
又，本发明的其它目的是提供它的一部分包含这种正色散光纤的光传输路径。
本发明的揭示
根据本发明，能够提供在1.55μm波长的色散值为6～24ps/nm/km，并当令在1.55μm波长带的中心波长的色散值为D(ps/nm/km)，纤芯的实效截面积为A(μm2)时，满足A＞3×D+40的光纤。
又，根据本发明，能够提供包含光纤的用于传输光信号的光传输路径，该光传输路径是上述的光纤的至少一部分，在1.55μm波长的色散值为6～24ps/nm/km，并当令在1.55μm波长带的中心波长的色散值为D(ps/nm/km)，纤芯的实效截面积为A(μm2)时，满足A＞3×D+40的光纤。
在如上述那样构成的本发明的光纤中，有下列类别。
(1)在1.55μm波长的色散值为17ps/nm/km～24ps/nm/km，在1.55μm波长带的中心波长的纤芯实效截面积为95μm2以上，弯曲直径20mm的弯曲损耗为20db/m以下，并且在1.55μm波长带进行单模工作的光纤。
(2)在1.55μm波长的色散值为14ps/nm/km～17ps/nm/km，在1.55μm波长带的中心波长的纤芯实效截面积为95μm2以上，弯曲直径20mm的弯曲损耗为20db/m以下，并且在1.55μm波长带进行单模工作的光纤。
(3)在1.55μm波长的色散值为6ps/nm/km～14ps/nm/km，在1.55μm波长带的中心波长的纤芯实效截面积为75μm2以上，弯曲直径20mm的弯曲损耗为20db/m以下，并且在1.55μm波长带进行单模工作的光纤。
(4)在1.55μm波长带的色散梯度(单位是ps/nm2/km)的绝对值为0.08以下的光纤。
(5)在1.55μm波长带的中心波长的传输损耗为0.25dB/km以下，极化波模色散的值为0.15ps/km1/2以下的光纤。
(6)在1.55μm波长带的整个带宽内传输损耗为0.25dB/km以下的光纤。
(7)有由一层纤芯和包层形成的单峰构造的折射率分布，当令以上述包层的折射率为基准的上述纤芯的比折射率差为Δ1时，满足0.2％≤Δ1≤0.35％的光纤。
(8)有由一层纤芯和包层形成的单峰构造的折射率分布，当令以上述包层的折射率为基准的上述纤芯的比折射率差为Δ1时，满足0.2％≤Δ1≤0.6％，并且用α曲线近似上述纤芯的折射率分布时的α的值满足1≤α≤6的光纤。
(9)有从内侧，以中央纤芯，周围纤芯，和包层的顺序构成的两层纤芯型的折射率分布的光纤，它是当令以上述包层的折射率为基准的上述的中央纤芯的比折射率差为Δ1，以上述包层的折射率为基准的上述的周围纤芯的比折射率差为Δ2时，满足0.2％≤Δ1≤0.35％，和-0.3％≤Δ2≤0，并且当令上述的中央纤芯的外径为a，上述的周围纤芯的外径为b时，满足0.3≤a/b≤0.7的光纤。
(10)有从内侧，以中央纤芯，周围纤芯，和包层的顺序构成的两层纤芯型的折射率分布的光纤，它是当令以上述包层的折射率为基准的上述的中央纤芯的比折射率差为Δ1，以上述包层的折射率为基准的上述的周围纤芯的比折射率差为Δ2时，满足0.2％≤Δ1≤0.7％，和-0.3％≤Δ2≤-0.1％，并且当令上述的中央纤芯的外径为a，上述的周围纤芯的外径为b时，满足0.3≤a/b≤0.7，并且用α曲线近似上述纤芯的折射率分布时的α的值满足1≤α≤6的光纤。
(11)有从内侧，以中央纤芯，周围纤芯，和包层的顺序构成的两层纤芯型的折射率分布的光纤，它是当令以上述包层的折射率为基准的上述的中央纤芯的比折射率差为Δ1，以上述包层的折射率为基准的上述的周围纤芯的比折射率差为Δ2时，满足0.2％≤Δ1≤0.35％，和0＜Δ2＜Δ1，并且当令上述的中央纤芯的外径为a，上述的周围纤芯的外径为b时，满足0.3≤a/b≤0.7的光纤。
(12)有从内侧，以中央纤芯，周围纤芯，和包层的顺序构成的两层纤芯型的折射率分布的光纤，它是当令以上述包层的折射率为基准的上述的中央纤芯的比折射率差为Δ1，以上述包层的折射率为基准的上述的周围纤芯的比折射率差为Δ2时，满足0.2％≤Δ1≤0.7％，0.1％≤Δ2≤0.3％，和Δ1＞Δ2，并且当令上述的中央纤芯的外径为a，上述的周围纤芯的外径为b时，满足0.3≤a/b≤0.7，并且用α曲线近似上述纤芯的折射率分布时的α的值满足1≤α≤6的光纤。
(13)在(12)中，上述的周围纤芯的至少一部分是有折射率变化部分的光纤。
(14)有从内侧，以中央纤芯，周围纤芯，和包层的顺序构成的两层纤芯型的折射率分布的光纤，它是当令以上述包层的折射率为基准的上述的中央纤芯的比折射率差为Δ1，以上述包层的折射率为基准的上述的周围纤芯的比折射率差为Δ2时，满足0.6％≤Δ2≤1.0％，和-1.2≤Δ1/Δ2≤-0.4，并且当令上述的中央纤芯的外径为a，上述的周围纤芯的外径为b时，满足0.3≤a/b≤0.7的光纤。
(15)有从内侧，以中央纤芯，第一个周围纤芯，第二个周围纤芯，和包层的顺序构成的三层纤芯型的折射率分布的光纤，它是当令以上述包层的折射率为基准的上述的中央纤芯的比折射率差为Δ1，以上述包层的折射率为基准的上述的第一个周围纤芯的比折射率差为Δ2，和以上述包层的折射率为基准的上述的第二个周围纤芯的比折射率差为Δ3时，满足0.6％≤Δ2≤1.0％,-1.2≤Δ1/Δ2≤-0.4，和0.2≤Δ3/Δ2≤0.6，并且当令上述的中央纤芯的外径为a，上述的第一个周围纤芯的外径为b，和上述的第二个周围纤芯的外径为c时，满足0.3≤a/b≤0.7，和0.2≤a/c≤0.5的光纤。
(16)在(15)中，上述的第二个周围纤芯的至少一部分是有折射率变化部分的光纤。
此外，在本说明书中，1.5μm波长带，除非预先告知，指的是1520～1620nm的波长范围，1.55μm波长带指的是在1.5μm波长带，即1520～1620nm的波长范围内，在光传输路径中实际进行光传输的波长带，例如指的是1530～1570nm的波长范围。又，假定1.55μm波长带的带域可以用于WDM传输，并假定1.55μm波长带的带域是30nm以上的带域。
诸图的简单说明
图1是表示与本发明的第1个实施形态有关的光纤的折射率分布的一个例子的图。
图2是表示与本发明的第2个实施形态有关的光纤的折射率分布的一个例子的图。
图3是表示与本发明的第3个实施形态有关的光纤的折射率分布的一个例子的图。
图4是表示与本发明的第3个实施形态有关的光纤的中央纤芯的α和色散特性之间的关系的一个例子的曲线图。
图5是表示与本发明的第3个实施形态有关的光纤的中央纤芯的α和Aeff之间的关系的一个例子的曲线图。
图6是表示与本发明的第4个实施形态有关的光纤的折射率分布的一个例子的图。
图7是表示与本发明的第5个实施形态有关的光纤的折射率分布的一个例子的图。
图8A和8B是表示与本发明的第6个实施形态有关的光纤的折射率分布的一个例子的图。
图9A～AF是表示作为本发明的第6个实施形态的变型例的光纤的折射率分布的各种例子的图。
图10是表示与本发明的第7个实施形态有关的光传输系统的图。
为了实施本发明的最佳形态
本发明的光纤是对已有的SMF进行改良后的光纤，它的实际使用形态与已有的SMF大致相同。因此，我们一面考虑已有的SMF的使用形态，一面说明本发明的光纤。
已有的SMF，在1.55μm波长附近，约有16ps/nm/km的色散，和约0.065ps/nm2/km的色散梯度。用这个SMF，在1.55μm波长附近进行传输时，因为产生了由色散引起的波形畸变，所以，一般地，SMF要用对SMF的在1.55μm波长附近的色散进行补偿的光纤，例如与DCF组合起来加以使用。因此，在考虑SMF的在1.55μm波长附近的传输特性的基础上，对包含DCF的整条光传输路径的性能进行评价是有现实意义的。
通过控制折射率分布(截面)，能够将这个DCF设计成有负的色散和负的色散梯度，通过将这些DCF和SMF适当量地组合起来，能够在1.5μm波长带的广大范围内将光传输路径全体的色散调整到大致为零。通过这样做，在1.5μm波长带进行WDM传输时，能够抑制由色散引起的信号波形的劣化。
又，即便光传输路径全体的色散大致为零，因为SMF和DCF局部地有大的色散，所以也可以抑制在微小色散区域发生的显著的FWM。因此，有由SMF和DCF的组合形成的构成的光传输路径能够是非常适合于高速大容量WDM传输的线路。
但是，即便抑制了由色散和FWM引起的波形的劣化，当光纤的Aeff小时，或者非线性折射率大时，容易产生由XPM和SPM引起的波形的劣化。
因为当光功率大时这些非线性现象十分显著，所以如图6所示，以在线路中的光放大器后面，配置非线性更低的光纤，其后，当光变弱时配置比前段的光纤的非线性高的光纤这样的顺序进行配置是有效的。例如，我们认为就在光放大器后面，配置Aeff为80μm2以上的SMF，并在后段配置Aeff为20μm2左右的DCF那样的顺序，对于抑制由XPM和SPM等的非线性现象引起的波形劣化是很有效的。
可以这样说，当考虑到DCF的非线性比SMF显著地大，进行大容量传输时，在DCF内部，可能产生由非线性现象引起的波形劣化。又，最近，也出现了称为在ECOC′97 Vol.1 P127中那样的RDF的，非线性更低的线路型的色散补偿光纤。
可是，即便在这种RDF中，由上述的公式(1)表示的非线性大约要比SMF大一个量级，在大容量传输时，也不能够忽视非线性现象。
因此，例如，如果能够使前段的光纤的长度加长，则非线性更低的光纤的长度加长，因为功率经过相当衰减的光入射到后段的非线性高的光纤，结果，能够抑制后段光纤的非线性现象。
又，因为SMF本身也可以说是Aeff约为80μm2的非线性低的，能够直接配置在光放大器后面的光纤，所以随着急速的长距离大容量化，我们考虑进一步增大SMF的Aeff，即使它近一步低非线性化。
又，因为SMF和DCF一般地包含总的色散大致为零的一段长度，所以SMF的色散越小，SMF的这段长度就越长。因为已有的SMF有约为+16ps/nm/km的色散，所以如果能够使色散在约+16ps/nm/km以下，则能够相对于光传输路径的全长加长SMF的这段长度，结果，能够抑制入射到后段的非线性高的光纤的光功率。
但是，因为当色散值变得太小时，可能产生FWM现象，所以我们认为色散值最好在+6～+14ps/nm/km附近。而且，我们认为如果非线性能够达到已有的程度，则能够抑制后段光纤的非线性现象，从而能够抑制总的非线性现象。
又，将SMF的色散作为现在具有的大小(+14～+24ps/nm/km)，如果能够使SMF的Aeff例如在90μm2以上，并进一步扩大到希望的95μm2以上(与已有类型的SMF比较，使Aeff扩大约10％以上)，则能够将在前段的SMF中的非线性现象抑制到比已有低的水平上，从而能够抑制光传输路径全体的非线性现象。
如果能够扩大SMF的Aeff，并且使色散值有比已有SMF小的值，例如+6～+14ps/nm/km那样的程度，则能够一起抑制前段，后段的非线性现象，从而使光传输路径全体的非线性现象变成相当小的值是最好的。
因此，已经提出了有这样的与已有的SMF不同的新的非线性低的光纤，即，在1.55μm波长的色散值为6～24ps/nm/km，当令在1.55μm波长带的中心波长的色散值为D(ps/nm/km)，纤芯的实效截面积为A(μm2)时，满足A＞3×D+40的光纤，和用这种光纤的光传输路径的方案。
但是，因为色散梯度与已有的SMF比较增大了，并且即便用色散补偿光纤要在大范围内进行色散补偿是困难的，所以我们希望通过注意使色散梯度(单位为ps/nm2/km)的绝对值不增大超过0.08，来设定折射率分布。
又，因为引起了弯曲损失增大和光缆化后的损耗增加等深刻的问题，所以我们希望通过注意使弯曲直径20mm的弯曲损失不大于20dB，来设定折射率分布。
进一步，因为当在实际的使用条件下，例如用光缆化的光纤时，截止波长比使用波长的最短波长，即1.55μm波长带的最短波长大时，不能保证光传输路径全体中的单模工作，所以我们希望通过注意使至少在实际的使用条件下的截止波长不在使用波长的最短波长以上，来设定折射率分布。
下面，我们参照诸图说明本发明的各种实施形态。
图1是表示与本发明的第1个实施形态有关的光纤的折射率分布的说明图。图1的折射率分布，从内侧，以纤芯11，包层14的顺序构成，纤芯11有对于包层14的最大比折射率差Δ1。又，纤芯11的直径为a。
此外，已有的SMF有图1的折射率分布，但是Δ1=0.4％左右，α=无穷大，即一般是近似阶梯型的构成。
因此，从对已有的SMF一步一步地进行模拟的结果，我们可以看到通过将图1中的Δ1设定在0.2％≤Δ1≤0.35％的范围内，或将Δ1设定在0.2％≤Δ1≤0.6％的范围内，并使α在1以上6以下，可以将Aeff扩大到95μm2以上。此外，要使Δ1在0.2％以上是因为使Δ1比0.2％小时，弯曲损耗增大，设定Δ1的上限是因为超过上限值时，不仅不能充分扩大Aeff，而且使PMD恶化。
又，与本实施形态有关的光纤，即便关于色散特性也能够得到与已有的SMF没有不同的特性。在下述的表1中，表示出已有的SMF的模拟结果，在下述的表2中，表示出与本实施形态有关的，Aeff扩大型正色散光纤的模拟结果。
                                表1
 Δ1  α 纤芯直径a   色散值  色散梯度  MFD  Aeff  λc
单位 ％ μm ps/nm/km ps/nm2/km μm μm2 nm
模拟1 0.40  ∞  10.00   16.42   0.0597  10.0  79.4  1295
                                表2
  Δ1   α   纤芯直径b  色散值     色散梯度  MFD  Aeff  λc
单位   ％     μm  ps/nm/km     ps/nm2/km  μm  μm2   nm
模拟21  0.35  14.0     10.75  16.88     0.0597  10.95  95.5  1435
模拟22  0.30  15.0     11.75  17.16     0.0609  11.65  107.6  1452
模拟23  0.25  14.0     14.50  18.13     0.0610  13.20  138.7  1512
模拟24  0.40   2.0     13.50  14.01     0.0603  10.98  96.8  1423
模拟25  0.40   3.0     12.50  15.48     0.0636  10.80  91.4  1490
从上述的表2可见，通过将Δ1设定在0.2％≤Δ1≤0.35％的范围内，能够使Aeff扩大。又，通过将Δ1设定在0.2％≤Δ1≤0.6％的范围内，并使α在1≤α≤6的范围内，使色散变小，和加长对于光传输路径全体的正色散光纤的线长，也能够期待得到抑制色散补偿光纤的非线性现象的效果。
如上所述，用一层纤芯构造的形式实现低非线性化的企图是可以达到的，但是，一般地这是向着使弯曲损耗增大的方向。因此，在上述的纤芯的周围设置第二层纤芯，即周围纤芯，周围纤芯的折射率比第一层纤芯(以下称为中心纤芯)的折射率低，与包层的折射率比较有某种程度差的构造，容易抑制弯曲损耗，并且也容易扩大Aeff。因此，虽然使构造多少复杂了一些，但是作为这样的两层构造实际上并没有什么关系。
图2是表示与本发明的第2个实施形态有关的光纤的折射率分布的说明图。图2的折射率分布，从内侧，以中心纤芯21，周围纤芯22，包层24的顺序构成，中心纤芯21有对于包层24的最大比折射率差Δ1，周围纤芯22有对于包层24的最小比折射率差Δ2。又，中心纤芯21的直径为a，周围纤芯22的直径为b。此外，在图2中，Δ1＞0＞Δ2。
在有如图2所示的折射率分布的光纤的情形中，通过使Δ2＞-0.1％，抑制弯曲损耗的效果是很小的，通过使Δ2＜-0.3％，并不能充分扩大Aeff。
图3是表示与本发明的第3个实施形态有关的光纤的折射率分布的说明图。图3的折射率分布，从内侧，以中心纤芯31，周围纤芯32，包层34的顺序构成，中心纤芯31有对于包层34的最大比折射率差Δ1，周围纤芯32有对于包层34的最小比折射率差Δ2。又，中心纤芯31的直径为a，周围纤芯32的直径为b。此外，在图3中，Δ1＞Δ2＞0。
在有如图3所示的折射率分布的光纤的情形中，通过使Δ2＞0.1％，抑制弯曲损耗的效果是很小的，还增大了色散梯度，通过使Δ2＞0.3％，并不能充分扩大Aeff。
又，在有如图2或图3所示的折射率分布的光纤中，我们看到为使在1.55μm波长的色散值在已有的SMF的1.5倍以下，进一步使色散梯度(单位为ps/nm2/km)的绝对值不大于0.08那样地求纤芯直径比a/b时，得到a/b≥0.3，当求Aeff可以扩大到已有的SMF以上的范围时，得到a/b≤0.7。进一步，我们看到在色散梯度和Aeff之间有好的平衡的a/b的范围为0.4≤a/b≤0.6。
为此，我们可以说在本发明的第2和第3个实施形态中，最好使周围纤芯对包层的比折射率差Δ2的绝对值的最大值为0.1％≤|Δ2|≤0.3％，中央纤芯的外径a和周围纤芯的外径b之比为0.3≤a/b≤0.7。
其次，我们述说在本发明的第2和第3个实施形态的光纤中，如何使中央纤芯的α最佳化。作为一个例子，对于第3个实施形态的光纤的中央纤芯31，改变α时的α与色散值之间的关系和α与Aeff之间的关系分别如图4和图5所示。
此外，在图4和图5中，通过将图3中的Δ2固定在0.15％，将a/b的值固定在0.5，和将截止波长固定在1500nm，来改变α。
又，在图4中，图中的实曲线表示当Δ1=0.2％时，图中的虚曲线表示当Δ1=0.3％时，图中的点划曲线表示当Δ1=0.4％时的结果。
又，在图5中，图中的实曲线表示当Δ1=0.3％时，图中的虚曲线表示当Δ1=0.4％时，图中的点划曲线表示当Δ1=0.5％时的结果。
从图4可见，当使Δ1等于0.4％时，色散值与已有的SMF相同有低的值。进一步，当Δ1增大时，弯曲损耗一般地变小。但是，从图5可见，当使Δ1的值增大时，因为有使Aeff变小的倾向，所以对于Δ1的值来说存在一个最佳值。
与已有的SMF比较，在以使色散值小为主要目的的情形中，我们可以考虑能够使Aeff比已有类型的SMF大的Δ1的范围有以0.40％为中心的值，具体地是在0.35～0.45％之间。此外，我们希望这时的α在1～6的范围内。
在上述的范围内，对两层构造的光纤进行模拟时，能够得到以下的结果。下列的表3表示Δ2为负的光纤的模拟结果，下列的表4表示Δ2为正的光纤的模拟结果。
                                表3
 Δ1  α   Δ2  a/b  纤芯直径b    色散值    色散梯度   MFD  Aeff  λc
单位   ％   ％     μm   ps/nm/km   ps/nm2/km  μm  μm2   nm
模拟31  0.25  14.0  -0.15  0.50     35.00     19.73     0.0628  14.20  158.4  1528
模拟32  0.35  14.0  -0.25  0.50     18.50     17.94     0.0607  11.48  111.3  1436
模拟33  0.50  4.0  -0.25  0.55     15.00     12.99     0.0592  10.44  91.2  1387
                                表4
 Δ1  α  Δ2  a/b  纤芯直径b     色散值    色散梯度   MFD  Aeff  λc
单位   ％   ％     μm   ps/nm/km   ps/nm2/km  μm  μm2   nm
模拟41  0.25  14.0  0.20  0.55     22.50     17.44     0.0619  13.27  159.2  1522
模拟42  0.30  16.0  0.20  0.45     16.50     15.41     0.0609  12.29  118.3  1460
模拟43  0.60  3.0  0.25  0.50     12.25     11.48     0.0611  10.89  90.07  1496
模拟44  0.35  3.0  0.15  0.50     15.00     15.86     0.0648  12.10  109.1  1506
模拟45  0.40  3.0  0.15  0.50     14.50     15.50     0.0670  11.58  99.8  1477
模拟46  0.45  3.0  0.15  0.50     14.00     15.16     0.0692  11.08  92.9  1487
模拟47  0.35  4.0  0.20  0.50     11.75     16.14     0.0619  11.82  106.2  1522
模拟48  0.40  4.0  0.20  0.50     11.50     15.91     0.0634  11.13  95.1  1485
模拟49  0.45  4.0  0.20  0.50     11.25     15.48     0.0651  10.89  90.1  1496
从上述的表3和表4可见，无论哪种光纤，它们的Aeff都已扩大得比已有的SMF(约80μm2)大，其中有两种光纤，它们的Aeff都有超过150μm2的值。又，在α小的两种光纤中，色散值变小，通过加长对于DCF的正色散的光纤的长度，能够抑制输入DCF的光功率，从而抑制非线性现象。
图6是表示与本发明的第4个实施形态有关的光纤的折射率分布的说明图。图6的折射率分布，从内侧，以第一个纤芯41，第二个纤芯42，包层44的顺序构成，第一个纤芯41有对于包层44的最小比折射率差Δ1，第二个纤芯42有对于包层44的最大比折射率差Δ2。又，第一个纤芯41的直径为a，第二个纤芯42的直径为b。此外，在图6中，Δ1＜0＜Δ2。
现在我们讨论在有如图6所示地中央光纤成为ABC层的折射率分布的光纤中，实现低非线性光纤的可能性。首先，从模拟计算，探索Aeff可以在95μm2以上的光纤。
首先，令Δ2为固定值(这里为0.7％)，调查当Δ1变化时的特征变化。因此，当调查Aeff在95μm2以上时的弯曲损耗时，我们看到Δ1不在-0.2％以下并且弯曲损耗增加。
因此，固定Δ1在-0.2％，通过模拟调查使弯曲直径为20mm的弯曲损耗保持在20dB/m以下的Δ2的值时，我们看到Δ2的值必须在0.6％以上。进一步，Δ2超过1.0％时，有使Aeff在95μm2以下不能充分扩大的结果。
进一步，在上述的条件下，当求即便Aeff在95μm2以上弯曲损耗也很小的纤芯直径比a/b的范围时，我们看到0.3≤a/b≤0.7的范围很好，更好是0.4≤a/b≤0.6的范围。在这些范围内，进行各种模拟，探求认为是最佳的结果。这个最佳的结果如下列的表5所示。
                                表5
  Δ1   Δ2   a/b 纤芯直径b   色散值   色散梯度  MFD  Aeff λc
单位    ％   ％  μm  ps/nm/km   ps/nm2/km  μm  μm2   nm
模拟51   -0.4   0.8   0.5  10.50     8.88     0.077  10.02  84.5  1535
模拟52   -0.5   0.8   0.5  11.00     7.16     0.078  9.65  76.6  1515
模拟53   -0.6   0.6   0.5  10.50     8.84     0.073  10.07  84.7  1508
模拟54   -0.6   0.7   0.5  10.00     7.40     0.073  9.14  72.8  1523
从上述的表5可见，通过用图6所示的折射率分布，能够保持小的色散，同时能够将Aeff扩大到75μm2以上，即扩大到与已有类型的SMF同等的程度或在它以上。
但是，有如图6所示的折射率分布的光纤，与已有类型的SMF比较有它的优点，可是关于Aeff，因为已经达到与已有的同等的程度，所以考虑进一步扩大Aeff时，必须研讨新的折射率分布。
图7是表示与本发明的第5个实施形态有关的光纤的折射率分布的说明图。图7的折射率分布，从内侧，以第一个纤芯51，第二个纤芯52，第三个纤芯53，包层54的顺序构成，第一个纤芯51的直径为a，第二个纤芯52的直径为b，第三个纤芯53的直径为c。又，第一个纤芯51有对于包层54的最小比折射率差Δ1，第二个纤芯52有对于包层54的最大比折射率差Δ2，第三个纤芯53有对于包层54的最大比折射率差Δ3。此外，在图7中，Δ1＜0＜Δ3＜Δ2。
在图7中，Δ3不到0.1％时，扩大Aeff的效果很小，Δ3超过0.3％时，截止波长增大，不能满足在使用波长带中的单模传输条件。因此，我们讨论将Δ3固定在0.2％的情形。此外，在本实施形态中，与第4实施形态一样地设定Δ1,Δ2，和纤芯直径比a/b。
在上述的范围内，对图7的折射率分布进行模拟时，能够得到下面的结果。这个结果如下列的表6所示。
                                表6
  Δ1  Δ2  Δ3  a∶b∶c 纤芯直径c    色散值   色散梯度  MFD  Aeff  λc
单位    ％   ％   ％     μm   ps/nm/km   ps/nm2/km  μm  μm2   nm
模拟61   -0.4  0.6  0.20  1∶2∶4     10.00     14.51     0.066  10.64  99.4  1541
模拟62   -0.5  0.7  0.25  1∶2∶4     10.00     14.94     0.068  11.11  110.3  1536
模拟63   -0.5  0.6  0.30  1∶2∶3     10.00     13.08     0.069  11.28  114.8  1487
从上述的表6可见，无论哪一种光纤都已经将Aeff扩大到100μm2左右，或它以上。又，我们认为通过使色散值也成为比较小的值，并加长对于DCF的正色散光纤的长度，能够达到抑制输入DCF的光功率，同时抑制非线性现象的目的。
又，我们希望在第3个实施形态的光纤中的周围纤芯32或在第5个实施形态的光纤中的第三个纤芯53中分别至少有一个部分是折射率变化部分。这里，我们说明在第3个实施形态的光纤中的周围纤芯32中设置折射率变化部分的例子。
图8A和图8B是表示与本发明的第6个实施形态有关的光纤的折射率分布的说明图。图8A和图8B的折射率分布在性质上与图3基本相同，但是在周围纤芯中设置了折射率变化部分。图8A表示折射率从周围纤芯的内周向外周增加的折射率分布。图8B表示折射率从周围纤芯的外周向内周增加的折射率分布。
关于图8A和图8B的折射率分布，以上述的表4的模拟结果“模拟45”为基准，对折射率从周围纤芯的内周向外周变化进行模拟时，得到下面那样的结果。这个结果如下列的表7所示。
                                表7
  Δ1  α     Δ2  a/b    纤芯直径b    色散值    色散梯度  MFD  Aeff  λc
单位    ％      ％     μm   ps/nm/km   ps/nm2/km  μm  μm2   nm
模拟45   0.40  3.0     0.15  0.50     14.50     15.50     0.0670  11.58  99.8  1477
模拟71   0.1→0.2     14.00     14.58     0.0688  11.46  97.7  1495
模拟72   0.2→0.1     15.00     16.27     0.0655  11.85  105.2  1505
此外，在上述的表7中，Δ2的“0.1→0.2”表示如图8A所示从周围纤芯的内周向外周，比折射率差Δ2从0.1％大致直线地增高到0.2％,Δ2的“0.2→0.1”表示如图8B所示从周围纤芯的内周向外周，比折射率差Δ2从0.2％大致直线地降低到0.1％。
如在上述的表7中所示，有图8A所示的那样从周围纤芯的内周向外周折射率增加的折射率分布的光纤，与图3那样折射率没有实质变化的光纤比较，有使色散值减小的倾向。又，有图8B所示的那样从周围纤芯的内周向外周，折射率降低的折射率分布的光纤，与图3那样折射率没有实质变化的光纤比较，有使Aeff增大的倾向。
又，作为第6个实施形态的变型例，图9A～AF表示折射率分布的一个例子。图9A～AF表示光纤的周围纤芯的至少一个部分中有折射率变化部分的折射率分布。
此外，如上所述，能够将折射率变化部分设置在第5个实施形态的光纤中的第三个纤芯53上。具体地说，可以将第三个纤芯53的形状设定得与图8A和图8B或图9A～AF所示的周围纤芯的形状相同。
以上，我们说明了与本发明的各种实施形态有关的光纤，下面我们说明用本发明的光纤的光传输路径。
图10是与本发明的第7个实施形态有关的，包含用与本发明的第1到第6个实施形态有关的光纤的光传输路径的光传输系统的说明图。在图10中，分别地，参考数字61表示光发射机，62a,62b……表示光放大器，63a,63b……表示正色散光纤，64a,64b……表示DCF等的负色散光纤，65表示光接收机。
图10所示的系统本身是与已有的系统等同的，但是通过将本发明的光纤用于它的一部分，具体地说是63a,63b等能够很大地提高传输特性。即，通过将本发明的光纤应用于图10所示的光传输系统，能够达到低非线性(能够抑制FWM,SPM,XPM等)，色散梯度的平坦性，和光传输路径全体的低弯曲损耗特性。用这种新光纤的新光传输路径的低非线性，色散梯度的平坦性，和低弯曲损耗这样的特性作为光传输路径是最合适的。因此，能够容易地制作适合于高速大容量传输的线路。
实施例
我们通过下面所示的实施例，确认本发明的有效性。首先，用图1所示的单峰构造，根据上述的表1所示的模拟结果进行光纤的试制。试制的结果如下述的表8所示。此外，下面的试制例的号码与上述模拟的号码相对应。例如，“试制例21”与“模拟21”相当。
                                表8
   传输损耗    色散   色散梯度  MFD  Aeff 弯曲损耗  λc
单位     dB/km  ps/nm/km   ps/nm2/km  μm μm2     dB/m   nm
试制例21     0.185     17.3     0.057  11.74  110.2     9.7  1444
试制例22     0.190     16.1     0.058  10.91  95.6     7.2  1395
试制例24     0.200     13.2     0.059  10.89  95.1     5.3  1429
上述的表8的结果大致是上述的表2的结果的再现。即，对于全部的试制例，Aeff扩大到95μm2以上，又因为Δ1也比已有的SMF小，所以能够期望有抑制由XPM和SPM引起的波形畸变的效果。又，因为1.55μm波长带的色散值与已有的SMF同等程度地十分大，所以能够期望有抑制由FWM引起的信号噪声的效果。进一步，我们看到能够将损耗和弯曲损耗抑制到小的值，并能够充分地进行实用化。
特别是，在试制例24那样的类型中，因为色散变小，所以能够缩短用于与本发明的光纤连接的DCF的长度，能够期望有相对地抑制主要在DCF中的非线性的效果。
进一步，根据上述的表3和表4的模拟结果进行试制。试制的结果分别如下列的表9和表10所示。
                        表9
   传输损耗     色散    色散梯度  MFD  Aeff  弯曲损耗  λc
单位     dB/km    ps/nm/km    ps/nm2/km  μm  μm2     dB/m   nm
试制例31     0.190     19.1     0.061  14.38  161.8     4.9  1470
试制例32     0.200     17.9     0.059  10.89  99.2     2.7  1394
试制例33     0.205     12.1     0.058  10.11  89.6     1.2  1395
                                表10
   传输损耗     色散   色散梯度   MFD  Aeff 弯曲损耗  λc
单位     dB/km    ps/nm/km   ps/nm2/km   μm  μm2     dB/m   nm
试制例41     0.195     17.8     0.062   13.77  150.9     5.0  1436
试制例42     0.205     15.4     0.059   10.95  98.0     3.5  1465
试制例43     0.210     11.2     0.058   10.79  90.6     1.3  1449
试制例44     0.191     15.8     0.063   11.57  102.9     5.0  1436
试制例45     0.196     15.3     0.065   11.38  98.0     3.5  1465
试制例46     0.199     14.7     0.066   10.89  90.6     1.3  1449
上述的表9和表10的结果大致是上述的表3和表4的结果的再现。即，因为在无论那种光纤的情形中，都使Aeff扩大，所以能够期望有抑制由XPM和SPM引起的信号噪声的效果。又，与图1所示的光纤比较时，截面多少变得复杂一些，但是即便使Aeff扩大，也能够将弯曲损耗抑制到小的水平。
特别是，在试制例33，试制例43那样的类型中，因为将色散值抑制到小的值，所以能够期望有抑制后段光纤的非线性那样的新效果。
进一步，根据上述的表5和表6的模拟结果进行试制。试制的结果分别如下列的表11所示。
                                表11
   传输损耗     色散   色散梯度  MFD  Aeff   弯曲损耗  λc
单位     dB/km    ps/nm/km   ps/nm2/km  μm μm2     dB/m   nm
试制例51     0.120     8.1     0.071  10.08  89.8     3.9  1470
试制例53     0.205     7.9     0.072  9.84  80.2     3.7  1394
试制例62     0.215     12.4     0.078  11.11  111.6     8.2  1495
试制例63     0.215     13.8     0.072  11.27  117.2     7.9  1468
上述的表11的结果大致是上述的表5和表6的结果的再现。即，图6和图7所示的光纤，因为在中心部分有ABC层，所以折射率分布多少变得复杂一些，但是因为使Aeff扩大，并且使色散的绝对值变小，所以我们认为作为光传输路径全体，能够实现很大地抑制非线性现象的目的。进一步，能够将传输损耗和弯曲损耗抑制到比已有的小的水平。
进一步，根据上述的表7的模拟结果进行试制。这里，进行与上述的表7的“模拟71”相当的光纤的试制。这个结果如下列的表12所示。
                                表12
  传输损耗     色散    色散梯度   MFD   Aeff 弯曲损耗  λc     PMD
   单位     dB/km   ps/nm/km    ps/nm2/km   μm  μm2     dB/m  nm    ps/km1/2
试制例71a     0.197     14.6     0.066   11.17   96.0     3.0  1516     0.05
试制例71b     0.190     14.3     0.067   11.05   93.8     3.7  1495     0.04
试制例71c     0.195     13.9     0.066   10.89   90.3     3.3  1488     0.03
上述的表12的结果大致是上述的表7的结果的再现。即，图8所示的光纤，因为有折射率变化部分，所以使Aeff扩大，并且因为使色散的绝对值变小，所以我们认为作为光传输路径全体，能够实现很大地抑制非线性现象的目的。进一步，能够将传输损耗和弯曲损耗抑制到比已有的小的水平。
如上所述，与本发明有关的正色散光纤有非常优越的低非线性，低损耗，和低弯曲损耗特性。当在1.5μm波长带进行WDM传输时，色散和色散梯度成为障碍，但是因为通过连接色散补偿光纤，或色散梯度补偿光纤等，可以在广大的波长范围内得到低色散，所以可以将这个问题考虑为将来要解决的问题。
又，我们看到，本发明的光纤，因为与已有的SMF比较色散变小，所以能够实现缩短用于与本发明的光纤连接的色散补偿光纤的目的，从而能够在光传输路径全体中达到更低的非线性。进一步，因为将在图1中的纤芯1，在图1和图3中的中央纤芯1的比折射率差设定得要比已有的SMF低很多，所以无论是PMD和任何其它的光纤都显示出在0.1ps/km1/2以下低值。
在产业上利用的可能性
以上，如详细说明的那样，根据本发明，可以制造出有超过已有的SMF的低非线性，并且，适合于是低传输损耗，低弯曲损耗，低PMD的高速大容量传输的低非线性的正色散光纤，和构筑用该光纤的光传输路径。特别是，本发明的光纤和光传输路径能够适用于波长多路复用(WDM)光通信。

Claims (18)

1．一种光纤，它是在1.55μm波长的色散值为6～24ps/nm/km，并当令在1.55μm波长带的中心波长的色散值为D(ps/nm/km)和纤芯的实效截面积为A(μm2)时，满足A＞3×D+40的光纤。
2．权利要求1中记载的光纤，它是在1.55μm波长的色散值为17ps/nm/km～24ps/nm/km，在上述的1.55μm波长带的中心波长的纤芯的实效截面积为95μm2以上，弯曲直径20mm的弯曲损耗为20db/m以下，并且在上述的1.55μm波长带内进行单模工作的光纤。
3．权利要求1中记载的光纤，它是在1.55μm波长的色散值为14ps/nm/km～17ps/nm/km，在上述的1.55μm波长带的中心波长的纤芯的实效截面积为90μm2以上，弯曲直径20mm的弯曲损耗为20db/m以下，并且在上述的1.55μm波长带内进行单模工作的光纤。
4．权利要求1中记载的光纤，它是在1.55μm波长的色散值为6ps/nm/km～14ps/nm/km，在上述的1.55μm波长带的中心波长的纤芯的实效截面积为75μm2以上，弯曲直径20mm的弯曲损耗为20db/m以下，并且在上述的1.55μm波长带内进行单模工作的光纤。
5．权利要求1～4的任何一项中记载的光纤，它是上述的1.55μm波长带的色散梯度(单位是ps/nm2/km)的绝对值为0.08以下的光纤。
6．权利要求1～4的任何一项中记载的光纤，它是在上述的1.55μm波长带的中心波长的传输损耗为0.25dB/km以下，极化波模色散的值为0.15ps/km1/2以下的光纤。
7．权利要求1～4的任何一项中记载的光纤，它是在上述的1.55μm波长带的整个带宽内传输损耗为0.25dB/km以下的光纤。
8．权利要求1～4的任何一项中记载的光纤，它是有由一层纤芯和包层形成的单峰构造的折射率分布，并当令以上述包层的折射率为基准的上述纤芯的比折射率差为Δ1时，满足0.2％≤Δ1≤0.35％的光纤。
9．权利要求1～4的任何一项中记载的光纤，它是有由一层纤芯和包层形成的单峰构造的折射率分布，并当令以上述包层的折射率为基准的上述纤芯的比折射率差为Δ1时，满足0.2％≤Δ1≤0.6％，并且用α曲线近似上述纤芯的折射率分布时的α的值满足1≤α≤6的光纤。
10．权利要求1～4的任何一项中记载的光纤，它是有从内侧，以中央纤芯，周围纤芯，和包层的顺序构成的两层纤芯型的折射率分布的光纤，它是当令以上述包层的折射率为基准的上述的中央纤芯的比折射率差为Δ1，以上述包层的折射率为基准的上述的周围纤芯的比折射率差为Δ2时，满足0.2％≤Δ1≤0.35％，和-0.3％≤Δ2＜0，并且当令上述的中央纤芯的外径为a，上述的周围纤芯的外径为b时，满足0.3≤a/b≤0.7的光纤。
11．权利要求1～4的任何一项中记载的光纤，它是有从内侧，以中央纤芯，周围纤芯，和包层的顺序构成的两层纤芯型的折射率分布的光纤，它是当令以上述包层的折射率为基准的上述的中央纤芯的比折射率差为Δ1，以上述包层的折射率为基准的上述的周围纤芯的比折射率差为Δ2时，满足0.2％≤Δ1≤0.7％，和-0.3％≤Δ2≤-0.1％，并且当令上述的中央纤芯的外径为a，上述的周围纤芯的外径为b时，满足0.3≤a/b≤0.7，并且用α曲线近似上述纤芯的折射率分布时的α的值满足1≤α≤6的光纤。
12．权利要求1～4的任何一项中记载的光纤，它是有从内侧，以中央纤芯，周围纤芯，和包层的顺序构成的两层纤芯型的折射率分布的光纤，它是当令以上述包层的折射率为基准的上述的中央纤芯的比折射率差为Δ1，以上述包层的折射率为基准的上述的周围纤芯的比折射率差为Δ2时，满足0.2％≤Δ1≤0.35％，和0＜Δ2＜Δ1，并且当令上述的中央纤芯的外径为a，上述的周围纤芯的外径为b时，满足0.3≤a/b≤0.7的光纤。
13．权利要求1～4的任何一项中记载的光纤，它是有从内侧，以中央纤芯，周围纤芯，和包层的顺序构成的两层纤芯型的折射率分布的光纤，它是当令以上述包层的折射率为基准的上述的中央纤芯的比折射率差为Δ1，以上述包层的折射率为基准的上述的周围纤芯的比折射率差为Δ2时，满足0.2％≤Δ1≤0.7％,0.1％≤Δ2≤0.3％，和Δ1＞Δ2，并且当令上述的中央纤芯的外径为a，上述的周围纤芯的外径为b时，满足0.3≤a/b≤0.7，并且用α曲线近似上述纤芯的折射率分布时的α的值满足1≤α≤6的光纤。
14．权利要求13中记载的光纤，它是上述的周围纤芯的至少一部分有折射率变化部分的光纤。
15．权利要求1～4的任何一项中记载的光纤，它是有从内侧，以中央纤芯，周围纤芯，和包层的顺序构成的两层纤芯型的折射率分布的光纤，它是当令以上述包层的折射率为基准的上述的中央纤芯的比折射率差为Δ1，以上述包层的折射率为基准的上述的周围纤芯的比折射率差为Δ2时，满足0.6％≤Δ2≤1.0％，和-1.2≤Δ1/Δ2≤-0.4，并且当令上述的中央纤芯的外径为a，上述的周围纤芯的外径为b时，满足0.3≤a/b≤0.7的光纤。
16．权利要求1～4的任何一项中记载的光纤，它是有从内侧，以中央纤芯，第一个周围纤芯，第二个周围纤芯，和包层的顺序构成的三层纤芯型的折射率分布的光纤，它是当令以上述包层的折射率为基准的上述的中央纤芯的比折射率差为Δ1，以上述包层的折射率为基准的上述的第一个周围纤芯的比折射率差为Δ2，以上述包层的折射率为基准的上述的第二个周围纤芯的比折射率差为Δ3时，满足0.6％≤Δ2≤1.0％,-1.2≤Δ1/Δ2≤-0.4，和0.2≤Δ3/Δ2≤0.6，并且当令上述的中央纤芯的外径为a，上述的第一个周围纤芯的外径为b，和上述的第二个周围纤芯的外径为c时，满足0.3≤a/b≤0.7，和0.2≤a/c≤0.5的光纤。
17．权利要求16中记载的光纤，它是上述的第二个周围纤芯的至少一部分有折射率变化部分的光纤。
18．光传输路径，它是包含光纤，用于传输光信号的光传输路径，它是上述光纤的至少一部分，在1.55μm波长的色散值为6～24ps/nm/km，并当令在上述的1.55μm波长带的中心波长的色散值为D(ps/nm/km)和纤芯的实效截面积为A(μm2)时，满足A＞3×D+40的光纤的光传输路径。
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