CN1323405A - 色散补偿光纤 - Google Patents

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Abstract

可以与零色散补偿处于1.3微米附近的单模光纤一起对光传输线路进行补偿的色散补偿光纤,该色散补偿光纤可以提供改善了传送特性和高效率的色散补偿。当该单模光纤的色散进行了充分的补偿时,光传输线路的总体色散斜率就被改善。该色散补偿光纤,具有在纤芯的外周按照顺序设置的具有第1包层、第2包层、第3包层的3层包层构造,借助于该各个区域中的比折射率差和它们的外径的最佳化,在已对单模光纤的色散进行了补偿的状态下,实现具有理想的总体色散斜率的光传送系统。

Description

色散补偿光纤
技术领域
本发明涉及在具备1.3微米零色散单模光纤的传送通道内使用，且用来对于波长1.55微米波段的光改善该整个光传输线路的传送特性的色散补偿光纤。
背景技术
在可以在长距离高速大容量通信中使用的光纤传送通路网中，限制传送容量的要素是可以用作为传送媒体使用的单模光纤中的材料色散(由光纤的材料所固有的折射率的波长依赖性产生的色散)和构造色散(由传送模式的群速度的波长依赖性产生的色散)之和表示的色散(波长色散)。就是说，由光源发出来的光的波长就算说是单一的，严密地说也具有一定的频谱宽度。如果这样的光脉冲在具有规定的波长色散特性的单模光纤中传播，由于在有限的频谱成分间传播速度不同，故脉冲形状会失去原形。该色散，作为每一单位频谱宽度(nm)和单位光纤长度(km)的传播延迟时间差，可以用单位(ps/km/nm)表示。此外，人们还知道，在单模光纤中，这些材料色散和构造色散互相抵消，在1.31微米附近色散将变成为零。
作为补偿单模光纤色散的方法，一般是使用色散补偿光纤。特别是由于光纤的传送损耗在1.55微米波段将变成为最小，故希望利用1.55微米波段的光进行光通信。另一方面，迄今为止，大多敷设在1.3微米附近具有零色散波长的单模光纤，有想利用既有的单模光纤传送网络进行1.55微米波段的光通信的需要。于是，采用把在1.55微米波段中具有负色散的色散补偿光纤连接到在1.55微米波段中具有正色散的单模光纤上的办法，就可以对整个光传输线进行补偿。例如，在特开平8-136758号和特开平8-313750号中就有关于具备2重包层构造的色散补偿光纤的记述。此外，在特开平6-11620号中，讲述了具备3重包层构造的色散补偿光纤。
发明的公开
发明人等对上述现有技术进行研究的结果，发现了以下的课题。就是说，在用单模光纤和对该单模光纤的波长色散进行补偿的色散补偿光纤构成的光传输线中，不能在整个使用波段的范围内抑制波长色散的发生，至少在从零色散波长周边偏离开来的波段中会发生波长色散。因此，只要现有的色散补偿光纤的诸特性对于补偿在1.3微米附近具有零色散波长单模光纤(以下，叫做1.3SMF)的波长色散没有充分优化，则在使波长不同的信号光多路化，以使传送容量的进一步大容量化成为可能的波分复用方式的光通信中，对于种种的传送特性都会产生对每一波长的不均一性。
此外，所谓色散斜率，可以用表示波长色散的曲线中的该曲线的斜率给出，可以用ps/nm2/km的单位表示。
本发明就是为解决以上那样的课题而发明的，目的是提供这样的色散补偿光纤：采用对1.3SMF的波长色散进行补偿的同时，应用于含有该1.3SMF的光传送系统中去的办法，在更为宽广的波段内改善该光传送系统的总体色散斜率，而且，具备使高效率的色散补偿或装置的小型化成为可能的构造。
本发明的色散补偿光纤，是对1.3SMF的波长色散进行补偿的光纤，具备沿规定的基准轴延伸的纤芯区域和在纤芯区域的外周设置的包层区域。上述纤芯区域，由外径为2a的纤芯构成。此外，上述包层区域由在该纤芯的外周设置的外径为2b的第1包层、在该第1包层的外周设置的外径为2c的第2包层和在该第2包层的外周设置的第3包层构成。
另外，在该色散补偿光纤中，上述纤芯的折射率n1、上述第1包层的折射率n2、上述第2包层的折射率n3、上述第3包层的折射率n4，满足条件：n1＞n3＞n4＞n2。此外，在该色散补偿光纤中，纤芯对第3包层的比折射率差Δ1和第1包层对上述第3包层的比折射率差Δ2，至少满足1％≤Δ1≤3％和Δ2≤-0.3％。此外，在该色散补偿光纤中，纤芯的外径2a和第2包层的外径2c，满足条件2a/2c≤0.3。
本发明的色散补偿光纤的特征是，在与1.3SMF一起构成光传送系统时，在所使用波段内的信号波长之内，对于最小波长λS和最大波长λL的各种光，该光传送系统中的总体色散斜率都具有对于变成为在-0.024ps/nm2/km以上，0.024ps/nm2/km以下所需要的充分的长度。
具体地说，该色散补偿光纤的长度LDCF，在所使用的波段内的信号波长之内，对于波长为λm的光，被设定为使得满足以下的条件：
|DSMF(λm)·LSMF+DDCF(λm)·LDCF|≤200ps/nm
其中，
DSMF(λm)：波长λm中的1.3SMF的色散
LSMF     ：1.3SMF的长度
DDCF(λm)：波长λm中的该色散补偿光纤的色散
LDCF     ：该色散补偿光纤的长度。
此外，更为理想的是，该色散补偿光纤的长度LDCF，对于使用波长波段内的所有信号波长λall的光，被设定为使得满足以下的条件：
|DSMF(λall)·LSMF+DDCF(λall)·LDCF|≤200ps/nm
其中，
DSMF(λall)：所有的使用波长λall中的1.3SMF的色散
LSMF       ：1.3SMF的长度
DDCF(λall)：所有的使用波长λall中的该色散补偿光纤的色散
LDCF       ：色散补偿光纤的长度。
如上所述，倘采用具备具有单一纤芯的纤芯区域、和具有在该纤芯区域的外周设置的3层包层的包层区域(3层包层构造)的该色散补偿光纤，则采用把其各个部分的折射率和外径设定为使得满足上述条件的办法，就可以改善使用该色散补偿光纤的光传送系统中的总体色散斜率。此外，例如在用该色散补偿光纤卷成线圈状构成组件时，就使选择可以使色散补偿的效率化或装置的小型化、绝对值充分大的色散值成为可能。
特别是若使用具有实现总体色散斜率的改善的2层包层构造的色散补偿光纤的组件的小型化，则使该光纤短尺寸化和减小因卷成线圈状而产生的弯曲损耗这两者不可能并存。这样的问题，对于具有上述这样的3层包层构造的光纤来说，可以使其诸特性最佳化。
例如，在3层包层构造的色散补偿光纤中，具有负值色散的绝对值越大，则进行色散补偿所需要的色散补偿光纤的长度就可以越短，越可以实现色散补偿的效率化。特别是，采用把纤芯对第3包层的比折射率差Δ1设定在1％以上且3％以下的办法，就可以进行高效率的色散补偿。
色散虽然随着Δ1的增大而增大，但为了增大该Δ1的值，就需要增加例如向纤芯中添加的GeO2的添加量。另一方面，GeO2的添加量的增加，将会引起传送损耗的增加。因此，在与Δ1有关的条件的范围内，理想的是根据用途和设备等的诸条件恰当地选择Δ1的范围：在要求低传送损耗的情况下，减小Δ1的值(例如1％≤Δ1≤2％)，在要求利用高色散进行的高色散补偿效率的情况下则加大Δ1的值(例如，2％≤Δ1≤3％)。
另外，在本发明的色散补偿光纤中，第2包层对上述第3包层的比折射率差Δ3，理想的是满足0％＜Δ3≤0.1％。此外，第1包层的外径2b对纤芯的外径2a之比，理想的是满足2.5≤2b/2a≤3.5。除此之外，本发明的色散补偿光纤，对于波长1.55微米的光，具有在0.1dB以下的直径60mm时的弯曲损耗、0.5ps·km-1/2以下的偏振波模式色散和1dB/km的传送损耗。
在实用上，这样的色散补偿光纤有时候可以作成为卷绕成线圈状的小型的组件使用。在这种情况下，特别是采用减小弯曲损耗的办法，可以使装置小型化和抑制因该小型化而产生的传送损耗的增加。
如上所述，采用用1.3MSF和具有为补偿该1.3MSF的足够长度的本发明的色散移动光纤构成光传送系统的办法，结果就变成为该光传送系统具有在所使用的波段内的信号波长之内，对于最小波长λS和最大波长λL的各种光具有-0.024ps/nm2/km以上且0.024ps/nm2/km以下，理想的是-0.012ps/nm2/km以上0.012ps/nm2/km以下的总体色散斜率。
附图的简单说明
图1A示出了本发明的色散补偿光纤的剖面构造，图1B示出了图1A的色散补偿光纤的折射率的分布。
图2示出了使用本发明的色散补偿光纤的光传送系统的一个例子。
图3作为比较例示出了2层包层构造的折射率分布。
图4A的曲线图示出了本发明的色散补偿光纤(3层包层构造)的实施例1中的色散补偿率对纤芯外径的依赖性，图4B的曲线图示出了作为比较例的色散补偿光纤(2层包层构造)中的色散补偿率对纤芯外径的依赖性。
图5表示出了本发明的色散补偿光纤的纤芯外径的允许范围。
图6的曲线图，对于本发明的色散补偿光纤(3层包层构造)和比较例(2层包层构造)，示出了有效剖面面积与Δ1之间的关系。
图7的曲线图示出了本发明的色散补偿光纤(3层包层构造)和比较例(2层包层构造)，示出了在直径40mm时的弯曲损耗与Δ1之间的关系。
优选实施例
以下，用图1A、1B、2～3、4A、AB和5～7，说明本发明的色散补偿光纤的各个实施例。另外，对于图中的同一要素赋予同一标号而省略重复的说明。此外，图面的尺寸比例与所说明的物体不一定非一致不可。
图1A示出了本发明的色散补偿光纤的剖面构造，该色散补偿光纤100具备具有外径为2a的纤芯1的纤芯区域、和由在该纤芯1的外周设置的外径为2b的第1包层2、在该第1包层2的外周设置的外径为2c的第2包层3和在该第2包层3的外周设置的第3包层4构成的3层包层构造的包层区域5。图1B示出了图1A所示的色散补偿光纤100的直径方向(图中用线L表示的方向)的折射率分布550。另外，图1B所示的折射率分布550的横轴，相当于沿图1A中的线L的对纤芯1的中心轴垂直的剖面上边的各个部位。因此，在图1B中的折射率分布550中，区域10示出了纤芯1的线L上边的各个部位的折射率，区域30示出了第2包层3上边的各个部位的折射率，区域40示出了第3包层4上边的各个部位的折射率。
该色散补偿光纤100，是以SiO2(石英玻璃)为主成分的光波导，其特性受构成该色散补偿光纤100的各个区域的外径和折射率等控制。另外，图1B所示的折射率分布550中的Δ，表示以第3包层4的折射率为基准的各个区域的比折射率差，定义如下。
Δ1=(n1-n4)/n4
Δ2=(n2-n4)/n4
Δ3=(n3-n4)/n4
其中，n1是纤芯1的折射率，n2是第1包层2的折射率，n3是第2包层3的折射率，n4是第3包层4的折射率。此外，在本说明书中，比折射率差Δ用百分比表示，各个定义式中的各个区域的折射率顺序是不同的。因此，在Δ为负值的情况下，意味着对应区域的折射率比第3包层4的折射率低。
本发明的色散补偿光纤，上述各个区域1～4的各个折射率被构成为满足以下的条件(1)：
n1＞n3＞n4＞n2    …(1)
借助于此，各个区域对第3包层4的比折射率差，满足以下的条件(1a)：
Δ1＞Δ3＞0％＞Δ2…(1a)
(条件(1)和(1a)是等效的)。就是说，被构成为使得Δ1和Δ3具有正的值，Δ2具有负的值，此外，使得Δ1的值变成为最大。
具有这样的折射率分布的3层包层构造的光纤，例如可以构成如下。用SiO2形成位于最外侧的第3包层4。对此，向以SiO2为主材料的纤芯1和第2包层3中分别添加进规定量的GeO2，并控制为使得其折射率比SiO2高。另一方面，向以SiO2为主材料的第1包层2中添加进规定量的F(氟)，并控制为使得其折射率比SiO2低。另外，对于这样的用添加进杂质来控制折射率的具体方法和构成来说，上述的构成是其一个例子，并不受限于此。例如，第3包层4也可以是添加进规定量F等的折射率调节剂而不是纯粹的SiO2。
各自的比折射率差，还要满足以下的条件(2)和(3)：
1％≤Δ1≤3％      …(2)
Δ2≤-0.3％        …(3)
此外，各自的外径满足以下的条件(4)：
2a/2c≤0.3％       …(4)
采用象上述那样地设定各个区域的折射率和外径的办法，就可以得到能够实现色散斜率充分改善的色散补偿光纤。此外，采用还满足以下的条件(5)和(6)的办法，就可以得到更为合适的色散补偿光纤。
0％＜Δ3≤0.1％    …(5)
2.5≤2b/2a≤3.5    …(6)。
另外，至于与纤芯1对第3包层4的比折射率差Δ1有关的条件(2)的范围1％≤Δ1≤3％，采用加大Δ1的值的办法，就可以加大具有负值的色散的绝对值，实现色散补偿的效率化。另一方面，为了加大Δ1的值例如就需要增加向纤芯1内添加的GeO2的量，以增大其折射率n1，但是，在这种情况下，传送损耗将借助于起因于要添加进来的GeO2的瑞利散射的增大等而增大。在本发明的色散补偿光纤中，采用把Δ1的上限设定为3％的办法，在可以确保本身为补偿对象的色散移动光纤的足够色散补偿的同时，还可以把其传送损耗抑制到1dB/km以下。
此外，偏振波色散模式(PMD)虽然伴随着表示纤芯1的形状从偏离真正的圆的非圆度的增大而增大，但在这种情况下，纤芯1的折射率越大，就是说，Δ1的值越大，则起因于偏离真正的圆的偏振波模式色散也增加得越大。在本发明的色散补偿光纤中，采用把Δ1的上限抑制在3％以下的办法，例如，在非圆度在0.5％以下的情况下，就可以把偏振波模式色散抑制到0.5ps·km-1/2以下。
图2示出了使用本发明的色散补偿光纤的光传送系统的一个构成例。在该光传送系统中，1.3SMF200的一端(入射端)，通过单模光纤等的光纤传送通道300与发送器400光学性地进行连接，同时另一端(出射端)则光学性地连接到本发明的色散补偿光纤100的一端(入射端)上。另一方面，色散补偿光纤100的另一端(出射端)，则通过单模光纤等的光纤传送通道300与接受器500光学性地进行连接。
另外，在使用该色散补偿光纤100的光传送系统中的全色散和总体色散斜率，定义如下。就是说，如图2所示，在由具有色散DSMF(在波长1.55微米时为17ps/nm/km)、色散斜率SSMF(0.06ps/nm2/km)的长度LSMF的1.3SMF200、和具有色散DDCF、色散斜率SDCF的长度LDCF的色散移动光纤100构成的光传送系统中的全色散，由下式给出：
DSMF·LSMF+DDCF·LDCF
此外，该光传送系统中的总体色散斜率。由下式给出：
(SSMF·LSMF+SDCF·LDCF)/LSMF
其中，由于该色散补偿光纤100的长度，与由该色散补偿光纤100和1.3SMF200构成的传送通道部分比非常短，故对于光传送系统中的全色散和总体色散斜率的贡献可以忽略不计。
本发明的色散补偿光纤，在同时使用1.3SMF的光传送系统中，对于波长1.55微米的光可以进行充分的补偿色散的条件下，就是说在全色散变成为零的条件下，具有使其总体色散斜率的值变成为-0.024ps/nm2/km以上0.024ps/nm2/km以下那样的诸特性。
关于该总体色散斜率的数值范围的根据，如下所述。就是说，在信号波段的波段宽度为30nm、传送距离为300km时的WDM传送的情况下，在总体色散斜率为0.024ps/nm2/km时，在信号波段的两端(信号波段中的最小波长和最大波长)处将产生216ps/nm的差。这样的光传送中的传送界限的容许色散宽度，例如，在‘Optical FiberCommunication(OFC’96)Technical digest Postdeadline paperPD19(1996)’中有所论述，根据该论述，在单模光纤150km的光传送中，在波段宽度规定为32.4nm时，容许色散宽度的界限大体上为200ps/nm。若超过了该界限，至少在150km以上的光纤传送通道中，为了进行宽波段且高速的WDM传送，该光纤传送通道的总体色散斜率就必须在-0.024ps/nm2/km以上且在0.024ps/nm2/km以下。
此外，采用使用使总体色散斜率的值变成为在-0.012ps/nm2/km以上且在0.012ps/nm2/km以下的色散补偿光纤的办法，就可以实现可以进行更高速的光传送的光传送系统。就是说，在20Gbit/sec或30Gbit/sec下的高速光传送中，就必须使总体色散斜率的值变得更小。根据‘Optical Fiber Communication(OFC’96)Technical digestPostdeadline paper PD19(1996)’的论述，采用使总体色散斜率的值变成为在-0.012ps/nm2/km以上且在0.012ps/nm2/km以下的办法，大致上500～600km的光传送是可能的。
另外，为构成以上那样的光传送系统，该色散补偿光纤的长度LDCF，对于使用波长波段内的信号波长之内波长λm的光，被设定为使得满足以下的条件：
|DSMF(λm)·LSMF+LDCF(λm)·LDCF|≤200ps/nm
其中，
DSMF(λm)：波长λm中的1.3SMF的色散
LSMF     ：1.3SMF的长度
LDCF(λm)：波长λm中的该色散补偿光纤的色散
LDCF     ：色散补偿光纤的长度。
更为理想的是，该色散补偿光纤的长度LDCF，对于使用波长波段内的所有信号波长λall’被设定为使得满足以下的条件：
|LSMF(λall)·LSMF+LDCF(λall)·LDCF|≤200ps/nm
其中，
DSMF(λall)：所有的使用波长λall中的1.3SMF的色散
LSMF        ：1.3SMF的长度
LDCF(λall)：所有的使用波长λall中的该色散补偿光纤的色散
LDCF        ：色散补偿光纤的长度。
其次，与上边所说的总体色散斜率的值一起，对作为评价该色散补偿光纤的指标采用的色散补偿率，进行说明。在本说明书中，所谓色散补偿率被定义为：用色散补偿光纤的色散对波长1.55微米的单模光纤的色散的比率，除色散补偿光纤的色散斜率对波长1.55微米的单模光纤的色散斜率的比率的结果，表示在用色散补偿光纤和单模光纤构成光传送系统时该光传送系统中的全色散和总体色散斜率的相关。就是说在设单模光纤的色散为DSMF、其色散斜率为SSMF、设色散补偿光纤的色散为DDCF、其色散斜率为SDCF的时候，色散补偿率DSCR可以用下式给出：
DSCR=(SDCF/DDCF)/(SSMF/DSMF)。
例如，在色散补偿率为100％的光传送系统中，使得全色散变成为零那样地设定单模光纤和色散补偿光纤的长度比，同时使总体色散斜率的值变成为0ps/nm2/km，使全色散和总体色散斜率同时且完全地被补偿。此外在色散补偿率在100％以下，例如为50％的光传送系统中，即便是使得全色散变成为0那样地设定单模光纤和色散补偿光纤的长度比，全色散也只能补偿50％。在这种情况下，如果单模光纤的色散斜率为0.06ps/nm2/km，则补偿后的总体色散斜率将变成为0.03ps/nm2/km。反过来，在色散补偿率在100％以上，例如为150％的光传送系统中，即便是使得全色散变成为0那样地设定单模光纤和色散补偿光纤的长度比，总体色散斜率也将变成为50％的过补偿。在这种情况下，如果单模光纤的色散斜率为0.06ps/nm2/km，则补偿后的总体色散斜率将变成为-0.03ps/nm2/km。
对于与使用本发明的色散补偿光纤的光传送系统有关，将变成为-0.024ps/nm2/km以上且0.024ps/nm2/km以下的总体色散斜率的条件，例如把该色散补偿光纤连接到色散斜率为0.06ps/nm2/km的单模光纤上的情况下，相当于色散补偿率为约60％以上140％以下。同样，总体色散斜率为-0.012ps/nm2/km以上且0.012ps/nm2/km以下这样的条件，相当于光传送系统中的色散补偿率大约为80％以上120％以下。
另外，这样的光传送系统的构成，不限于上述的构成。例如，在
图2中，色散补偿光纤100虽然被配置在单模光纤200的下游一侧，但是也可以配置在单模光纤200的上游一侧。此外，图2所示的光传送系统的光传输线，也可以是可以进行双向通信的光传输线路网。对于光纤传送通道300来说，不限于单模光纤，根据需要也可以使用其它形态的光纤。如果有必要还可以在光传输线上边设置中继器等。
以下，对本发明的色散补偿光纤的具体实施例及其特性进行说明。另外，在以下所示的各个实施例中的色散和色散斜率等的诸特性都使用用有限元法计算的计算结果。
(实施例1)
实施例1的色散补偿光纤的剖面构造及其折射率分布，分别与图1A所示的剖面构造和图1B所示的折射率分布一样，在该实施例1的色散补偿光纤中，纤芯1对第3包层4的比折射率差Δ1为1.803％，第1包层2对第3包层4的比折射率差Δ2为-0.334％，第2包层3对第3包层4的比折射率差Δ3为0.084％，纤芯1的外径2a对第2包层3的外径2c的比被设定为2a/2c为0.1，第1包层2的外径2b对第2包层3的外径2c的比2b/2c被设定为0.3。这些数值满足上述的各个条件(1)、(2)、(3)、(4)、(5)和(6)。
此外，为与该实施例1的色散补偿光纤进行比较，对于具有2层包层构造的色散补偿光纤也进行了计算。图3示出了作为该比较例的2层包层构造的色散补偿光纤的折射率分布560，比较例的色散补偿光纤，相当于在图1A所示的3层包层构造中去掉第2包层3(相当于区域30)后的构造(就是说，2d=2b)。因此，在图3的折射率分布560中，区域561示出的是相当于图1A中所示的纤芯1的线L上边的各个部位的纤芯部分的折射率，区域562示出的是相当于图1A中所示的第1包层2的线L上边的各个部位的第1包层部分的折射率，区域563示出的是相当于图1A中所示的第3包层4的线L上边的各个部位的第3包层部分的折射率。因此，作为该比较例的色散补偿光纤，具备具有折射率n1、外径2a的纤芯部分，和设置在该纤芯部分的外周上，具有折射率n2(＜n1)、外径2d的第1包层部分以及设置在该第1包层部分的外周上的折射率n3(＞n2,＜n1)的第2包层部分，纤芯部分对上述第2包层部分的比折射率差Δ1为1.803％，纤芯部分对第2包层部分的比折射率差Δ2为-0.334％，此外，纤芯部分的外径2a对第1包层部分的外径2d的比2a/2d为0.35。
图4A的曲线图，对于3层构造的色散补偿光纤示出了色散补偿率对纤芯外径的依赖性，图4B的曲线图，对于2层构造的色散补偿光纤示出了色散补偿率对纤芯外径的依赖性。在这些曲线图中，虚线P0～P4示出的是设想向在波长1.55微米中具有0.06ps/nm2/km的色散斜率的单模光纤上进行连接时的各个色散补偿率。就是说，虚线P0示出了色散补偿率为100％的情况，与既是色散已完全被补偿的状态又是总体色散斜率为0ps/nm2/km的状态对应。此外，虚线P1和P2分别示出了色散补偿率约为60％和140％的情况，与总体色散斜率为0.024和-0.024ps/nm2/km的状态对应。虚线P3和P4分别示出了色散补偿率约为80％和120％的情况，与总体色散斜率为0.012和-0.012ps/nm2/km的状态对应。
在图4B所示的2层包层构造的色散补偿光纤(比较例)中，色散补偿率80％～120％中的纤芯外径2a允许范围宽度约0.14微米，色散补偿率60％～140％中的纤芯外径2a允许范围宽度约0.22微米。另一方面，在图4A所示的3层包层构造的色散补偿光纤(比较例)中，色散补偿率80％～120％中的纤芯外径2a允许范围宽度约0.24微米，色散补偿率60％～1S0％中的纤芯外径2a允许范围宽度约0.40微米，与2层包层构造的色散补偿光纤比，可知色散补偿率的允许范围，就是说可以当作总体色散斜率的允许范围的纤芯外径2a的范围宽度已变得非常地宽。
另外图5的表，示出了在波长1.55微米时的色散＜-80ps/nm/km、直径60mm时的弯曲损耗＜10-3dB/m的条件下改变关于折射率与外径的参数进行的计算例。在图5的表中，特别示出了色散补偿率80％～120％中纤芯外径的允许范围及其宽度。
这样的色散补偿光纤中，由于除去色散补偿率和总体色散斜率之外，还使把该色散补偿光纤卷成线圈状构成的组件小型化，故(a)具有负值的色散绝对值大和(b)弯曲损耗小这2点是重要的。图4A和图4B中的黑点D1和D2分别表示色散为-80ps/nm/km和-100ps/nm/km的点，不论哪一个点，从该点往左侧(纤芯外径小的一侧)的范围将变成为色散在该值以下且绝对值变大的范围。另一方面，在图4A和图4B中的白点B1和B2分别表示在直径60mm时弯曲损耗为10-3dB/m和10-6dB/m的点，不论哪一个点，从该点往右侧(纤芯外径大的一侧)的范围将变成为弯曲损耗在该值以下的范围。另外，这些色散和弯曲损耗，都是对于波长1.55微米的光的值。
对于这些条件，在图4A所示的3层包层构造的色散补偿光纤制造中，在限制为D1和B1的情况下，纤芯外径2a的允许范围宽度约为0.26微米，限制为更为严格的条件的D2和B2的情况下允许范围宽度约为0.06微米，对此，在在图4B中所示的2层包层构造的色散补偿光纤中，即便是限制在本身为更为缓和的条件的D1和B1的情况下，也不存在更为宽容的纤芯外径的范围。
如上所述，被设计为满足关于上述的折射率和外径的各个条件的3层包层构造的色散补偿光纤的优越性是显而易见的。特别是即便是对于与色散和色散斜率的补偿有关的色散补偿率和总体色散斜率的条件，和对于与小型组件化有关的色散和弯曲损耗的条件中的任何一种条件，若采用本发明的色散补偿光纤，则其纤芯外径的允许范围宽度都可做得非常宽。这意味着光纤制造时的纤芯外径的误差的允许范围特别宽，因此，使光纤制造工序易于进行，而且还可以提高其成品率。
(实施例2)
其次，本实施例2也与实施例1同样具有图1A和图1B所示的构造和折射率分布。此外，在该实施例2的色散补偿光纤中，纤芯1对第3包层4的比折射率差Δ1被设定为1.8％，第1包层2对第3包层4的比折射率差Δ2被设定为-0.35％，第2包层3对第3包层4的比折射率差Δ3被设定为0.08％。此外，纤芯1的外径2a被设定为2.96微米，第1包层2的外径2b被设定为7.4微米，第3包层4的外径2c被设定为29.6微米。这时，纤芯1的外径2a对第2包层3的外径2c的比2a/2c为0.1，第1包层2的外径2b对第2包层3的外径2c的比2b/2c为0.25。这些值满足上边所说的条件(1)、(2)、(3)、(4)、(5)和(6)。
在这些条件下求得的对波长1.55微米的色散补偿光纤的诸特性如下。
色散                  ：-121ps/nm/km
色散斜率              ：-0.425ps/nm2/km
模式场直径(MFD)       ：4.98微米
有效剖面积(Aeff)     ：19.7μm2
在直径40mm时的弯曲损耗：2.4×10-3dB/m
在直径60mm时的弯曲损耗：5.9×10-6dB/m
此外，有效截止波长为1.45微米。在上述诸特性中，色散的绝对值足够地大，此外，至于色散和色散斜率的值，例如，对于色散为17ps/nm/km，色散斜率为0.06ps/nm2/km的单模光纤，色散补偿率将变成为100％。此外还可以把弯曲损耗的值抑制得足够地小。
另一方面，色散补偿光纤，由于纤芯中的Ge的添加量多，有效剖面积小，故非线性高，每每给传送特性造成不好的影响。为此，为了抑制非线性，理想的是加大有效剖面积。因此，在这样的色散补偿光纤中，必须使大的有效剖面积和小的弯曲损耗并存。对于在图6中用C200(实线)示出的2层包层构造的色散补偿光纤和用C100(虚线)示出的3层包层构造的色散补偿光纤中的每一种，示出了纤芯1对于最外层包层(在3层包层构造的情况下为第3包层，在2层包层构造的情况下为第2包层)的比折射率差Δ1与有效剖面积Aeff之间的关系(有效剖面积Aeff对比折射率差Δ1的依赖性)。此外，对于在图7中用C200(实线)示出的2层包层构造的色散补偿光纤和用C100(虚线)示出的3层包层构造的色散补偿光纤中的每一种，示出了纤芯1对于最外层包层(在3层包层构造的情况下为第3包层，在2层包层构造的情况下为第2包层)的比折射率差Δ1与在直径40mm时的弯曲损耗之间的关系(直径40mm时的对纤芯1比折射率差Δ1的依赖性)。
至于弯曲损耗，虽然把Δ1的值形成得大可以把弯曲损耗减小得更多，但是这时有效剖面积Aeff减小，此外由于为了把Δ1的值形成得大，就必须增大例如GeO2的添加量，故由此引起的瑞利散射增大，结果传送损耗增大。为此，现有技术就难于使与有效剖面积和弯曲损耗有关的合适的条件并存。对此，就如由图6和图7可知的那样，倘采用本发明的色散补偿光纤(3层包层构造)，与2层包层构造的色散补偿光纤比较，有效剖面积Aeff大，而且弯曲损耗小，故可以使这些条件并存。
工业上利用的可能性
如上所述，倘采用本发明的色散补偿光纤，由于可以使用用来补偿对1.3SMF的色散的3层包层构造，可是使与其各个部分的折射率和外径有关的参数最佳化，故可以在对该1.3SMF进行色散补偿的同时，还可以充分地补偿整个光传送系统的的色散斜率。
此外，由于可以把纤芯的比折射率差Δ1等的参数设定为使得色散的绝对值变成为充分地大，故可以把进行色散补偿所需要是色散补偿光纤的长度作成得短，而且，还可以把弯曲损耗作成得充分地小，借助于此，在把色散补偿光纤卷成线圈状地构成组件时，在使该组件的小型化成为可能的同时，还可以实现高效率的色散和色散斜率的补偿。

Claims (10)

1．一种用来对具有1.3微米附近的零色散波长的规定长度的单模光纤的色散进行补偿的色散补偿光纤，具备：
沿规定的基准轴延伸且具有外径为2a的纤芯的纤芯区域；
设置在上述纤芯区域的外周上的包层区域，具有在该纤芯的外周设置的外径为2b的第1包层、在该第1包层的外周设置的外径为2c的第2包层和在该第2包层的外周设置的第3包层，
上述纤芯的折射率n1、上述第1包层的折射率n2、上述第2包层的折射率n3、上述第3包层的折射率n4，满足条件：n1＞n3＞n4＞n2，
上述纤芯和上述第1包层对第3包层的比折射率差Δ1和Δ2满足
1％≤Δ1≤3％
Δ2≤-0.3％，
上述纤芯的外径和上述第2包层的外径的比值，满足以下的条件
2a/2c≤0.3，
采用使上述规定长度的单模光纤与为了对该单模光纤的色散进行补偿所具有的充分长度的该色散补偿光纤进行光学性连接的办法构成光传送系统时，在所使用波段内的信号波长之内，对于最小波长的光和最大波长的光，该色散补偿光纤在该光传送系统中的总体色散斜率的绝对值都变成为0.024ps/nm2/km以下。
2．权利要求1所述的色散补偿光纤，其特征是：在所使用的波段内的信号波长之内对于最小波长的光和最大波长的光，在上述光传送系统中的总体色散斜率的绝对值都在0.012ps/nm2/km以下。
3．一种用来对具有1.3微米附近的零色散波长的规定长度的单模光纤的色散进行补偿的色散补偿光纤，具备：
沿规定的基准轴延伸且具有外径为2a的纤芯的纤芯区域；
具有在该纤芯的外周设置的外径为2b的第1包层、在该第1包层的外周设置的外径为2c的第2包层和在该第2包层的外周设置的第3包层的包层区域，
上述纤芯的折射率n1、上述第1包层的折射率n2、上述第2包层的折射率n3、上述第3包层的折射率n4，满足条件：n1＞n3＞n4＞n2，
上述纤芯和上述第1包层对第3包层的比折射率差Δ1和Δ2满足
1％≤Δ1≤3％
Δ2≤-0.3％，
上述纤芯的外径和上述第2包层的外径的比值，满足以下的条件
2a/2c≤0.3，
该色散补偿光纤具有为对上述规定长度的单模光纤的色散进行补偿所需要的充分的长度。
4．权利要求1到3中的任何一项权利要求所述的色散补偿光纤，其特征是：该色散补偿光纤的长度LDCF，在所使用的波段内的信号波长之内，对于波长为λm的光，满足以下的条件：
|DSMF(λm)·LSMF+DDCF(λm)·LDCF|≤200ps/nm
其中，
DSMF(λm)：波长λm中的单模光纤的色散
LSMF     ：单模光纤的长度
DDCF(λm)：波长λm中的该色散补偿光纤的色散
LDCF     ：该色散补偿光纤的长度。
5．权利要求4所述的色散补偿光纤，其特征是：该色散补偿光纤的长度LDCF，对于使用波长波段内的所有信号波长λall的光，满足以下的条件：
|DSMF(λall)·LSMF+DDCF(λall)·LDCF|≤200ps/nm
其中，
DSMF(λall)：所有的使用波长λall中的单模光纤的色散
LSMF       ：单模光纤的长度
DDCF(λall)：所有的使用波长λall中的该色散补偿光纤的色散
LDCF       ：该色散补偿光纤的长度。
6．权利要求1所述的色散补偿光纤，其特征是：上述第2包层对上述第3包层的比折射率差Δ3满足以下的条件：
0％＜Δ3≤0.1％。
7．权利要求1所述的色散补偿光纤，其特征是：上述纤芯的外径2a与上述第1包层的外径2b，满足以下的条件：
2.5≤2b/2a≤3.5。
8．权利要求1所述的色散补偿光纤，其特征是：对于波长1.55微米的光，具有0.1dB/m以下的在直径60mm时的弯曲损耗、0.5ps·km-1/2以下的偏振光模式色散、和1dB/km以下的传送损耗。
9．一种具备具有在1.3微米附近的零色散波长的规定长度的单模光纤和权利要求1所述的色散补偿光纤的光传送系统，
在所使用的波段内的信号波长之内对于最小波长的光和最大波长的光，在上述光传送系统中的总体色散斜率的绝对值在0.024ps/nm2/km以下。
10．权利要求9所述的光传送系统，其特征是：在所使用的波段内的信号波长之内对于最小波长的光和最大波长的光，在上述光传送系统中的总体色散斜率的绝对值在0.012ps/nm2/km以下。
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