CN1375714A - 光纤和波分复用传输线路 - Google Patents

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Abstract

本发明光纤和波分复用传输线路,提供用于波分复用传输,并适合与单模光纤连接的线路型色散补偿光纤,具有中心芯部和外侧芯部层。中心芯部比折射率差为1.15～1.40%,表示中心芯部的折射率分布形状的α常数为1.0～5.0,外侧芯部层比折射率差为－0.60～－0.35%,外侧芯部半径b与中心芯部半径a的比为1.6～2.4。中心芯部传输的光波波长为1.55μm的波段时,色散值为－60～－35ps/nm/km,色散斜率小于－0.10ps/nm2/km,波长1.55μm时传输损失小于0.35dB/km,FOM(色散/损失)大于120,偏振模式色散小于0.15ps/km,有效芯部剖面积大于19μm2,弯曲直径20mm时的弯曲损失小于5dB/m。

Description

光纤和波分复用传输线路
技术领域
本发明涉及光纤，尤其是涉及与单模光纤(SMF)连接构成传输线路时能够实现最佳特性的线路用的色散补偿光纤(即RDF：Reverse Dispersion(optical)Fiber(逆色散光纤))。
特别是本发明涉及波分复用(WDM：Wave Division Multiplexing)传输光纤以及在这种光纤与单模光纤(SMF)连接使用时适于使用的波分复用(WDM)传输线路。
背景技术
近年来，人们强烈要求实现以波分复用(WDM)传输为代表那样的，能够在一条光纤传输线路上长距离传输多个不同的高频率脉冲信号的宽带通信。在这样的宽带通信中，不但有长距离通信要求的传输损耗小，而且有色散小等各种要求。
作为满足这样的要求的一种方法，提出迄今为止广泛使用的把单模光纤(SMF)和色散补偿光纤(DCF)相连接，总体上满足上述要求的构想。
这样的色散补偿光纤(DCF)不是已有的模块型色散补偿型光纤，而是被称为与SMF连接作为线路使用的线路用色散补偿光纤(RDF)，其实用化正在认真研究之中。
在波长1.31微米色散为0(ps/nm/km)的1.31零色散单模光纤(SMF)是非线性、传输损耗、偏振模式色散(PMD)等特性方面极为优异的线路(光纤)，但是由于在波长为1.55μm的波段上有着很大的正色散值和正色散斜度(也称为“色散斜率”，表示色散的变化与波长变化之比)，所以只用SMF很难长距离无色散地传输波长为1.55μm的光信号。因此，仅使用SMF是很难实现波分复用(WDM)的。因此色散的补偿是必要的。
在这里，一边谋求利用1.31零色散SMF的特性的优点，一边在与模块型的SMF连接时对色散进行补偿，使得在1.55μm频宽上能够进行传输的色散补偿光纤(DCF)的研究和实用化正在努力进行。
作为这样的色散补偿光纤(DCF)，研究出有例如，为了补偿1.31零色散单模光纤(SMF)具有的的正色散，在与SMF连接时，通过将中心芯部的比折射率差提高2.0％以上来获得很大的负色散，从而达到在与SMF连接时总体上有良好的性能指数(FOM；Figure of Merit)，色散与传输损失之比(色散/传输损失))，例如FOM值达到200ps/nm/dB程度的色散补偿光纤(DCF)。
此外，同时补偿色散斜率的斜率补偿型色散补偿光纤用于波分复用(WDM)传输是引人注目的。这样的斜率补偿型色散补偿光纤(DCF)，不仅对性能指数(FOM)的控制，而且对色散斜率的控制也变得重要了。
在将1.31零色散单模光纤(SFM)与上述色散补偿光纤(DCF)加以连接时，色散补偿性能用下面公式定义的补偿率CR来描述则很容易理解。
补偿率(％)＝[(斜率DCF/斜率SMF)/(色散DCF/色散SMF)]×100  ......(1)
在公式1中，记号“斜率DCF”表示色散补偿光纤(DCF)的色散斜率(ps/nm2/km)，记号“斜率SMF”表示单模光纤(SMF)，例如1.31零色散SMF的色散斜率(ps/nm2/km)，记号“色散DCF”表示色散补偿光纤的色散(ps/nm/km)，记号“色散SMF”表示1.31零散SMF的色散(ps/nm/km)。
公式1中的补偿率CR越是接近100％，宽带零色散越是可能。换句话说，这意味着色散补偿光纤(DCF)的DPS越是接近于单模光纤的DPS，在宽带中进行补偿越是可能。
标记“DPS”是“单位斜率的色散”的缩写，表示色散斜率与色散的之比，即色散/色散斜率(nm)。
日本特开平8-136758号公报提出了这样的模块型色散补偿光纤(DCF)的最佳设计。
然而，在日本特开平8-136758号公报中公开的那样的光纤，是迄今为止以缩短尺寸为目标的模块型色散补偿光纤(DCF)，其有效芯部剖面积Aeff通常为18μm2或更小，而且比折射率差很高。因此，非线性现象很容易发生。此外，这样的模块型色散补偿光纤(DCF)传输损失和偏振模式色散(PMD)值也很大。
因此，为了实现作为本发明的主题的波分复用传输，日本特开平8-136758号公报中公开的那样的模块型DCF不适于与单模光纤(SMF)、例如1.31零色散SMF连接。
最近，作为新的研究，在文献ECOC’97，vol.1，p.127发表了通过将单模光纤(SMF)与具有逆色散特性的线路型色散补偿光纤(RDF)加以连接以补偿色散的方法。
但是，这样的线路型色散补偿光纤(RDF)的色散值仅仅为-15～-30ps/nm/km。在与SMF连接时，设想以SMF和RDF的长度比约为1∶1来构建线路。但即使将有这样的色散值的RDF与SMF联接，也不能实现作为本发明的主题的性能。
具有能够与单模光纤(SMF)的正色散值相互补偿的色散值的线路型色散补偿光纤(RDF)很受人注意，但是迄今为止还没有出现关于能够满足这样的要求的包括色散值、色散斜率、非线性、传输损失、偏振模式色散(PMD)的最佳特性和最佳设计的报告。
本发明的研究认为，这样的线路型的色散补偿光纤(RDF)中，由于RDF占线路的大约一半，有比较大的功率在RDF中长距离传输，其结果是，产生了非线性现象的问题。
在将单模光纤(SMF)与线路型色散补偿光纤(RDF)连接的情况下，RDF的色散绝对值大的一方能够与条长更长的低非线性的SMF连接，由于可以加大SMF与RDF的长度比(条长比)，因此，在将SMF与RDF连接的情况下能够降低总的线路的非线性，这是有益的性能。
在这里，将具有已有的色散补偿光纤(DCF)那样的大色散值、例如-60(ps/nm/km)以下的色散值的光纤与单模光纤(SMF)连接构成线路进行了试验，如上所述在传输损失和偏振模式色散(PDM)等上存在着问题。
例如已有的色散补偿光纤(DCF)在1.55微米的波长区域的传输损失大于0.4dB/km，偏振模式色散(PMD)大于 。而且还存在可能由于色散的累积导致波形畸变增大的缺点。
将这样的已有的色散补偿光纤(DCF)作为与单模光纤(SMF)连接的光纤(线路)使用从现实上看来是很困难的。
发明内容
本发明的目的在于提供在单模光纤(SMF)与例如1.31零色散SMF连接使用时能够满足各种特性，发挥合适的性能的线路型色散补偿光纤(RDF)。
本发明的另一目的在于，提供能够把单模光纤(SMF)、例如1.31零色散SMF与那样的合适的线路型色散补偿光纤(RDF)加以连接，实现波分复用传输、宽带复用传输等的光纤传输线路。
本发明提出具有光纤传输用的在光波波长为1.55微米的波段的色散值为-60～-35(ps/nm/km)和色散斜率为-0.10(ps/nm2/km)以下的新型的线路型色散补偿光纤(RDF)。
本发明选择非线性型和在损失上有利的色散值即-60～-35(ps/nm/km)，求得线路型色散补偿光纤(RDF)的最佳设计。其结果是，通过使用中心芯部的比折射率差为1.2～1.4％，表示中心芯部的折射率分布的形状的α常数为1.0～5.0，外侧芯部(side core)的比折射率差为-0.60～-0.35％，外侧芯部的半径b与中心芯部的半径a之比(径比)为1.6～2.4倍的形状(剖面)的光纤，使有效芯部剖面积Aeff为19μm2以上，能够实现传输损失小于0.27(dB/km)的低损失，小于
Figure A0210791000081
的低PMD(偏振模式色散)、以20mm直径弯曲时损失小于5(dB/m)的具有低弯曲损失特性的线路型色散补偿光纤(RDF)。又可以了解到，以在中心芯部外围附加第2外侧芯部层的结构，可以使中心芯部、第1外侧芯部层、以及第2外侧芯部层的比折射率差和外侧芯部层的径比等实现最佳化，以此可以将有效芯部剖面积Aeff扩大到23μm2以上。
所谓有效芯部剖面积Aeff意味着LP01模式的有效的传输区域，以E(r)表示光纤中的电场分布时，由下式定义： Aeff = 2 π [ ∫ 0 ∞ E ( r ) 2 rdr ] 2 ∫ 0 ∞ E ( r ) 4 rdr . . . . . . ( 2 ) 其中，r表示光纤的半径方向的位置。
本发明的第1种能够提供具有以下特征的光纤，即中心芯部和形成于该中心芯部外侧的第1外侧芯部层，所述中心芯部的比折射率差为1.15～1.40(％)，表示中心芯部的折射率分布的形状的α常数为1.0～5.0，所述第1外侧芯部层的比折射率差为-0.60～-0.35(％)，所述第1外侧芯部层的半径(b)与所述中心芯部的半径(a)的比(b/a)为1.6～2.4，在通过所述中心芯部传输的光波波长为1.55微米的波段时，色散值为-60～-35(ps/nm/km)，色散斜率为-4.0～-0.10(ps/nm2/km)，在通过所述中心芯部传输的光波波长为1.55微米的波段时，传输损失为0～0.35(dB/km)，对于色散的损失比率(性能指数(FOM：Figure of Merit)、色散/损失是120～500((ps/nm)/dB)，偏振模式色散(PMD)是
Figure A0210791000083
有效芯部剖面积(Aeff)为19～50平方微米，曲率直径为20mm的弯曲损失是0～5(dB/m)。
本发明的第2种能够提供具有以下特征的光纤，即具备中心芯部和形成于该中心芯部外侧的第1外侧芯部层，所述中心芯部的比折射率差为0.9～1.4(％)，表示所述中心芯部的折射率分布的形状的α常数为1.0～5.0，所述第1外侧芯部层的比折射率差为-0.65～-0.35(％)，所述第1外侧芯部层的半径b与所述中心芯部的半径a的比b/a为1.6～2.4，在通过所述中心芯部传输的光波波长为1.55微米的波段时，色散值为-60～-35(ps/nm/km)，色散斜率为-4.0～-0.05(ps/nm2/km)，在通过所述中心芯部传输的光波波长为1.55微米的波段时，传输损失为0～0.35dB/km，对于色散的损失比率(性能指数(FOM))是120～500((ps/nm)/dB)，偏振模式色散PMD是
Figure A0210791000091
有效芯部剖面积Aeff为19～50平方微米，曲率直径为20mm的弯曲损失是0～20(dB/m)。
所述1.55微米波段的波长为1.40～1.65微米的波长区域。
本发明的第3种是具有以下特征的光纤，即还具有形成于所述第1外侧芯部层的外侧，比折射率差为0.05～0.35％，其半径c与所述第1外侧芯部的半径b之比c/b为1.3～1.7的第2外侧芯部层。
本发明的第4种能够提供具有以下特征的波分复用传输线路，即将1.31零色散单模光纤或具有与该单模光纤(SMF)相似特性的正色散光纤与上述第1～第3种发明的光纤相连接，将1.5微米波段的特定波长的色散抑制于低色散范围。
附图概述
本发明的上述目的和特征以及其他目的和特征从下述利用附图进行的描述能够得到进一步了解。
图1(A)、(B)是对本发明的光纤的第1实施形态，即具有W形折射率曲线形状的线路型色散补偿光纤(RDF)的图解。图1(A)是本发明第1实施形态的RDF的剖面图，图1(B)是图解于图1(A)的RDF的折射率分布的图解图。
图2是在图1(B)图解的光纤中，中心芯部的比折射率差、对于单模光纤(SMF)的色散补偿率以及传输损失的调查结果的曲线图。
图3(A)、(B)是对本发明的光纤的第2实施形态，即具有W形+外侧芯部的折射率曲线形状的线路型色散补偿光纤(RDF)的图解。图3(A)是本发明第2实施形态的RDF的剖面图，图3(B)是图解于图3(A)的RDF的折射率分布的图解图。
图4(A)是单模光纤(SMF)与线路型色散补偿光纤(RDF)以1比1连接的基本结构的图解。图4(B)是图解于图4(A)的SMF与RDF的多个单元线路连接的情况下的结构图。
图5是本发明的实施形态的线路型色散补偿光纤(RDF)的波长损失特性的图解曲线。
具体实施形态
下面参照图1～图5对本发明的光纤的实施形态进行叙述。
第1实施形态
图1(A)是本发明第1实施形态的线路型色散补偿光纤(RDF)的剖面图，图1(B)是图解于图1(A)的RDF的折射率分布的图解图。
本发明第1实施形态的线路型色散补偿光纤(RDF)1是进行波分复用传输等情况下与单模光纤(SMF)连接构成传输线路用的合适的光纤。
图1(A)图解的线路型色散补偿光纤(RDF)1具有中心芯部11、形成于其外围的外侧芯部层(或depressed layer)12、以及形成于外侧芯部层12的外围的包覆层13。
如图1(B)所示，中心芯部11比折射率差为Δ1，外侧芯部层12的比折射率差为Δ2，折射率分布为W形。
中心芯部11的折射率分布(或比折射率差分布)的轮廓形状以参数α表示。
参数α以式(3)定义： n 2 ( r a ) = n 0 2 [ 1 - 2 * n 1 - n 2 n 1 * ( r a ) α ] . . . . . . ( 3 ) 其中，
以2a表示中心芯部11的直径，以2b表示外侧芯部层12的直径。将外侧芯部层12的直径与中心芯部11的直径之比b/a称为径比(或称为“径倍率”)。
如图1(A)、(B)所示，在中心芯部11的外围具有外侧芯部12的、具有以W型为基础的比折射率差(或折射率)轮廓形状的线路型色散补偿光纤(RDF)具有高色散补偿性能，而且结构简单，因此具有比较容易制作的优点。
本发明人求出了将这样的RDF与单模光纤(SMF)、例如传输波长为1.31微米的光线时色散为零的1.31色散SMF连接、使用于波分复用(WDM)传输等情况下的RDF的最佳条件。该最佳条件记述如下。
                              表1
    色散      斜率   Aeff   DPS     λC   弯曲损失
  ps/nm/km    ps/nm2/km   μm2   nm     nm    dB/m
  SMF     16.5     0.060     75   260     1250     1.0
基本条件
(1)线路型色散补偿光纤(RDF)的色散绝对值务必做得比较大。其理由是，如果色散绝对值大，则在与单模光纤(SMF)连接时能够对色散进行充分补偿。尤其是能够与大正色散的单模光纤(SMF)连接。而且，如上所述，色散绝对值大有各种优点。
(2)作为补偿率的指标的色散与色散斜率之比(色散/色散斜率、DPS)应该良好。作为目标，最好是DPS与单模光纤(SMF)的DPS大致相同，在200～400nm范围。因为这样一来，将SMF与RDF连接时补偿率会接近100％，能够得到理想的补偿率。
(3)有效芯部剖面积Aeff应该比已有的色散补偿光纤(DCF)的有效芯部剖面积Aeff大。例如线路型色散补偿光纤(RDF)的色散补偿光纤(DCF)应该是大于19μm2。在已有的模块中使用的DCF的Aeff小于19μm2，但是那在非线性方面不理想。
还有，有效芯部剖面积Aeff的最大值最好是实质上与作为连接对象的SMF的有效芯部剖面积Aeff同值。在本实施形态中，1.31零色散SMF的有效芯部剖面积Aeff为50～19μm2。最好是有效芯部剖面积Aeff大，但是如果大于50μm2，则弯曲损失就会变得特别大。因此有效芯部剖面积Aeff最好是在这样的范围内。
根据上述条件(1)和(2)，使1.55μm波段的线路型色散补偿光纤(RDF)的色散值小于-35ps/nm/km，色散斜率值小于-0.10(ps/nm2/km)。
色散值的范围为-35～-60(ps/nm/km)。
色散斜率值为-0.30～-0.10(ps/nm2/km)。
在这样的色散值和色散斜率值的情况下，与SMF连接时能够维持式1所示的补偿率于高补偿率。
补偿率最好是在100％～85％的范围。
通常，在以W型为基础的轮廓中，如果加大中心芯部11的比折射率差Δ1，就能够使色散绝对值增大。
在这里，本发明人为了使色散增大到比在记载着中心芯部11的比折射率差Δ1为1.1％左右的ECOC’97，vol.1，p.127发表的线路型色散补偿光纤(RDF)更大，将中心芯部11的比折射率差Δ1定为1.15％以上。还有，为了完全消除弯曲损失的影响，最好是使比折射率差Δ1大于1.20％。
可以确认，作为设计的结果，用这样的方法能够得到色散值小于-35(ps/nm/km)的线路型色散补偿光纤(RDF)。
又可以了解到，在中心芯部11的比折射率差Δ1小于1.15％的情况下，如果要使色散小于-35(ps/nm/km)，弯曲损失或色散补偿率将受到损失。
在这个意义上，如果提高中心芯部11的比折射率差Δ1，则能够得到良好的(绝对值大的)色散特性，但是如果加大比折射率差Δ1，则会遭遇到传输损失和偏振模式色散(PDM)变大的麻烦。一旦增大比折射率差Δ1，增大补偿率也将变得困难。
将这样的关系的分析结果示于图2。
图2是表示在图1(B)图解的光纤1中，中心芯部11的比折射率差Δ1、对于单模光纤(SMF)的色散补偿率以及传输损失的调查结果的曲线图。在该调查结果中，W型轮廓的其他参数固定不变。
在图2中，曲线CVCR表示色散补偿率的变化，曲线CVL表示传输损失的变化。
从图2所示的曲线可知，如果提高中心芯部11的比折射率差Δ1，则色散补偿率下降，传输损失增大。因此中心芯部11的比折射率差Δ1不能够无条件加大。
根据上述观点，作为合适的比折射率差Δ1的范围，也就是作为传输损失缓慢上升的区域而且能够在某种程度上维持高补偿率的区域，将中心芯部11的比折射率差Δ1定为1.15％以上、1.40％以下。从图2可知，这时的补偿率高达约100％～97％。
这样一来，与中心芯部11的比折射率差Δ1密切相关的偏振模式色散(PMD)的值也可望抑制于例如
Figure A0210791000121
以下的较小的值。
作为一个例子，将中心芯部11的比折射率差Δ1设定为1.30％，将表示中心芯部11的折射率分布的形状的常数α、外侧芯部层12的比折射率差Δ2、中心芯部11的直径2a与外侧芯部层12的直径2b之比b/a作为变数对特性变化进行研究。其结果示于表2。
         表2
   改变b/a时的模拟结果
    b/a      色散       斜率     DPS     Aeff     λC
    ps/nm/km     ps/nm2/km     nm     μm2     nm
    1.70     -44.1     -0.071     623     22.4     788
    1.75     -43.0     -0.091     470     21.5     793
    1.80     -41.8     -0.109     385     20.8     797
    1.85     -40.6     -0.119     340     20.3     802
    1.90     -37.3     -0.115     325     19.7     807
    1.95     -34.2     -0.098     348     19.0     813
    2.00     -30.5     -0.077     397     18.6     820
                         α＝2.0，Δ2＝-0.50％
表2表示例如α为2.0，外侧芯部层12的比折射率差Δ2为-0.50％时的，相对于中心芯部11的半径a与外侧芯部层12的半径b之比b/a，色散、色散斜率、DPS、有效芯部剖面积Aeff、截止波长λC等特性的变化的例子。
中心芯部11的直径调整为使弯曲损失为一定值的大小。
从表2所示的结果可知，径比b/a如果接近1.70，则色散斜率大于-0.10(ps/nm2/km)，DPS大于400(nm)，因此偏离单模光纤的DPS，所以由式1可知，提高补偿率CR变得困难，其实用化将变得严峻。
一旦径比(b/a)接近2.00，色散值达到-30(ps/nm/km)，色散值的绝对值变成作为目标值的35(ps/nm/km)。而且有效芯部剖面积Aeff也小于19μm2。可知一旦直径比b/a这样变大，则色散值和补偿率等色散特性方面和有效芯部剖面积Aeff方面要发生问题。
根据上述考察可知，在这样的轮廓范围，直径比b/a的最佳值是1.80～1.90。
以这样的方法使各参数最佳化。而且在改变中心芯部11的比折射率差Δ1的同时实施该最佳化。
其结果是，中心芯部11的比折射率差Δ1为1.15～1.4％，最好是Δ1为1.2～1.4％，α为1.5～5.0，外侧芯部层12的比折射率差Δ2为-0.6～-3.5％，径比b/a在1.6～2.4范围内时，色散为-60～-35(ps/nm/km)，DPS在200～400nm的范围内，补偿率高，有效芯部剖面积Aeff为19μm2以上(具体地说，在19～50μm2的范围内)，可知能够实现低弯曲损失特性的线路型色散补偿光纤(RDF)。
还由于曲率直径20mm的弯曲损失设定为较小的3dB/km进行设计，可以期望能够抑制在长波长的一侧传输损失的增加。
在α小于1.0的情况下，即使是把其他参数最佳化，弯曲损失也大于3dB/m，在使α大于5.0的情况下，DPS变成400nm以上，补偿率下降。
使比折射率Δ2下降到-0.60％以下则弯曲损失增大，而使比折射率Δ2大于-0.35％则补偿率低下。
在径比(径倍率)b/a小于1.6时，色散绝对值大于35(ps/nm/km)，有效芯部剖面积Aeff也大于22μm2，但是DPS也达到60nm，偏离SMF的DPS很远，补偿率下降。另一方面，在大于2.0时，色散绝对值不足，小于35(ps/nm/km)，DPS小于400nm，有效芯部剖面积Aeff也小于19μm2，可知不能够同时满足必要条件。因此，径比b/a的最佳范围是约1.8～1.9。还有，作为径比b/a的允许偏差范围，可以选定为上述最佳范围的25％，即1.6～2.4。
第2实施形态
如上所述，采用上述第1实施形态，对W型的轮廓进行最佳化，能够实现比已有的色散补偿光纤(DCF)有效芯部剖面积Aeff扩大到19μm2以上的线路型色散补偿光纤(RDF)。但即使是直径比b/a为1.70，有效芯部剖面积Aeff扩大，也只是22μm2左右，还希望能够进一步扩大有效芯部剖面积Aeff。
下面参照图3(A)、(B)对实现更大的有效芯部剖面积Aeff的第2实施形态加以说明。
图3(A)所示的光纤1A在图1(A)所示的外侧芯部层12与包覆层13之间附加第2外侧芯部层14。下面称外侧芯部层12为第1外侧芯部层12。光纤1A的中心芯部11与图1(A)所示的中心芯部11实质上相同。
如图3(B)的折射率分布轮廓所示，该光纤1A的折射率的轮廓由于添加了第2外侧芯部层14，变成(W+外侧芯部)型的轮廓。
下面对该光纤1A探讨有效芯部剖面积Aeff扩大的问题。
本发明人在以2a表示中心芯部11的直径，以Δ1表示中心芯部11的比折射率差，2b表示第1外侧芯部层12的直径，以Δ2表示第1外侧芯部层12的比折射率差，以2c表示第2外侧芯部层14的直径，以Δ3表示第2外侧芯部层14的比折射率差的情况下，利用使这些参数的组合最佳化的方法探讨扩大有效芯部剖面积Aeff的方法。
下面对基本上如上所述实现最佳化的W型轮廓的外侧附加第2外侧芯部层的情况下的特性变化进行研究，
作为一个例子，在中心芯部11的比折射率差Δ1为1.25％，α为2.0，第1外侧芯部层12的比折射率差Δ2为-0.50％，第1径比a∶b＝0.5∶1.0(b/a＝2.0)的情况下，附加第2外侧芯部层14引起的特性变化的模拟结果示于表3。
                    表3
          改变外侧芯部层时的模拟结果
  Δ3   c/b       色散        斜率   DPS   Aeff   λC
    ％     ps/nm/km     ps/nm2/km   nm   μm2   nm
    0     0     -30.1     -0.071   380   20.5   813
    0.15     1.50     -43.0     -0.148   298   22.5   1256
    0.20     -47.1     -0.144   348   23.0   1391
    0.25     -49.6     -0.135   368   23.6   1516
    0.30     -53.3     -0.142   397   24.1   1629
    0.15   1.40     -40.6     -0.142   286   22.0   1173
    0.20     -44.3     -0.131   339   22.8   1231
    0.25     -47.4     -0.132   360   23.2   1390
    0.30     -51.6     -0.133   388   23.8   1532
    0.15   1.60     -46.3     -0.152   305   23.0   1426
    0.20     -50.4     -0.142   355   23.4   1548
    0.25     -52.2     -0.140   372   23.9   1610
    0.30     -55.1     -0.135   409   24.4   1669
    0.15   1.30     -37.4     -0.138   271   21.6   1097
    0.20     -39.9     -0.123   324   22.7   1146
    0.25     -45.1     -0.127   355   23.1   1298
    0.30     -49.6     -0.130   382   23.4   1476
    0.15   1.70     -51.4     -0.160   321   23.6   1515
    0.20     -53.6     -0.150   357   23.8   1639
    0.25     -56.8     -0.146   389   24.3   1702
    0.30     -59.0     -0.143   413   24.7   1776
从表3的结果可知，利用附加第2外侧芯部层14的方法，能够得到色散绝对值、DPS(换句话说，也就是补偿率)、有效芯部剖面积Aeff等特性良好的光纤。
也就是说，表3例示的色散绝对值比表2所示的色散绝对值大，达到35(ps/nm/km)以上，DPS也大约在300～400nm的范围内，有效芯部剖面积Aeff也在20～24μm2的范围内，特别是第2实施形态的有效芯部剖面积Aeff比表2所示的第1实施形态的有效芯部剖面积Aeff大。由于弯曲损失不是一定值，反之如果色散补偿和有效芯部剖面积Aeff放宽，则可以把弯曲损失抑制于较小的数值。
但是如果第2外侧芯部层14过分扩大(如果第2直径比c/b的数值变大)，或第2外侧芯部层14的比折射率差Δ3过大，则截止波长λC变大，与单模光纤连接时的补偿率(式1)也逐渐变坏。
这样试行各种设计，其结果表明，在当前的轮廓范围，维持其他特性不变，能够得到有效芯部剖面积Aeff大于23μm2的结果的第2外侧芯部层14，参照表3例示的结果，比折射率差Δ3为0.05(c/b大的时候)～0.35％(c/b小的时候)，第2径比c/b为1.3～1.7。
第3实施形态
对本发明的光纤进一步试行适合光纤的使用形态的光纤最佳化。
最近，利用光纤的光缆化工程的最佳化等，验证了光纤即使弯曲损失稍大一些也能够实际使用。
特别是只使用C波段的情况等，即使光纤的弯曲损失稍大，也有偏重色散补偿率和传输损失，希望减小中心芯部11的比折射率差Δ1的情况。在外侧芯部型光纤中，即使进一步减小中心芯部11的比折射率差Δ1也能够抑制弯曲损失。
但是，如果中心芯部11的比折射率差Δ1小于0.9％，则弯曲损失达到20dB/m以上，超出了光纤的可使用范围。因此可知中心芯部11的比折射率差Δ1应该大于0.9％。
还了解到，通常为了满足作为光纤光缆化的指标使用的弯曲直径20mm时弯曲损失小于10dB/m的条件，中心芯部11的比折射率差Δ1应该大于1.0％。
这样，还可以了解到，中心芯部11的比折射率差Δ1应该适应使用的光波的波段和光纤光缆化的条件进行适当的选择。但是，也了解到，作为基本条件，中心芯部11的比折射率差Δ1应该在0.9～1.4％的范围内。关于1.4％的根据在上面已经进行了说明。
上面所述事项可以适用于具有图1(A)、(B)和图3(A)、(B)所示结构的两种光纤。
采用后述实施例，能够实现在波长1.55μm的波段具有-60～-35(ps/nm/km)的色散值和-0.05(ps/nm2/km)的色散斜率的线路型色散补偿光纤(RDF)。
第4实施形态
使用这种线路型色散补偿光纤(RDF)的系统的例子示于图4(A)、(B)。
图4(A)表示一根单模光纤(SMF)与一根线路型色散补偿光纤(RDF)连接作为单位传输线路的基本结构。
图4(B)表示将多个由图4(A)所示的SMF与RDF的单位线路连接起来的情况下的结构图。记号TX表示光信号发送装置，RX表示光信号接收装置，EDFA表示放大器。
将单模光纤(SMF)与线路型色散补偿光纤(RDF)的长度11、12适当调整，可以得到波分复用(WDM)传输用的平坦的色散特性。
由于最初信号光是射入非线性较小(也就是线性良好)的SMF，所以也能够抑制非线性现象。
又，也可以使用在1.55μm具有大的正色散的其他光纤代替作为单模光纤(SMF)的例子叙述的1.31零色散SMF。作为这样的光纤，可以使用例如(1)使截止波长向长波长侧移动的CSF(截止移动光纤；Cutoff Shifted optical-fiber)采用氟包覆层的纯二氧化硅芯光纤、或FF光纤(Fully fluoride doped opticalfiber)。又可以使用日本特开平11-364609号公报等所述的有效芯部剖面积扩大型单模光纤(SMF)。
除了单模光纤(SMF)以外的这样的正色散光纤的特性的例子示于表4。
                     表4
            与SMF类似的正色散光纤
SMF的种类   损失     色散     斜率 Aeff  λC φ20的弯曲  DPS
 dB/km  ps/nm/km  ps/nm2/km μm2   nm   dB/m   nm
    CSF   0.19     18.5     0.060 80.0   1500    1.0   310
    FF   0.18     20.0     0.060 77.0   1500    1.0   330
  0.19     15.0     0.065 100.0   1500    5.0   230
如表4所示，作为取代单模光纤(SMF)的光纤，例如色散为10～25(ps/nm/km)左右的正色散光纤是合适的。其理由是，如果色散小于10(ps/nm/km)，则也会发生FWM(四光波混合)的问题，DPS值也会变小。另一方面，色散如果大于25(ps/nm/km)，则正色散光纤的条长比变短，即使特地加大线路型色散补偿光纤(RDF)的色散也没有意义。
如上所述，本发明人研制出了能够作为线路使用的新型的线路型色散补偿光纤(RDF)。
RDF的低非线性(高线性)、低传输损失、低PMD特性是作为波分复用(WDM)传输线路的最佳特性。
又，这种线路型色散补偿光纤(RDF)是将来能够进行波分复用(WDM)传输的的光纤，通过完成其能够实现的轮廓，能够方便地制造适用于高速大容量传输的光纤。
实施例
下面利用实施例确认本发明的有效性。参考模拟结果试制光纤。其结果示于表5～表8。
表5～表8的各参数取接近模拟求得的最佳值的数值，中心芯部11的比折射率差Δ1取较小的数值以降低损失和降低PMD。
第1实施例
第1实施例是与参照图1(A)、(B)叙述的第1实施形态的线路型色散补偿光纤(RDF)的实施例。
第1实施例的单模光纤(SMF)与色散补偿光纤(DCF)的尺寸如下所述。
SMF的芯部直径为10μm，包覆层直径为125μm。
DCF的芯部直径(有效芯部剖面积Aeff)的数值如表6、8所示，包覆层直径为125μm。
表5是与参照图1(A)、(B)所述的光纤有关的补偿率高的W型线路型色散补偿光纤(RDF)的实施例的结果。
以模拟结果为依据选择表5中的两种轮廓。根据表5所示的结果可以希望能够得到低非线性(高线性)、高补偿率的线路型色散补偿光纤(RDF)特性。
                     表5
           模拟中补偿率高的RDF的轮廓
Δ1 α   Δ2  b/a 芯部直径   色散  DPS  Aeff λC φ20的弯曲
％   ％    μm  ps/nm/km  nm  μm2  nm    dB/m
1.25  2.0   -0.55  1.8     8.1   -39.2  335  21.4  816     3.0
1.35  2.5   -0.59  1.7     7.7   -46.4  315  20.2  811     1.0
以接近上述轮廓的轮廓试制了几种光纤。试制的W型线路型色散补偿光纤(RDF)的特性示于表6。
                       表6
                    试制结果
No. Δ1  损失     色散  DPS  Aeff λC φ20的弯曲   PMD     FOM
  ％  dB/km    ps/nm/km  nm  μm2  nm  dB/m ps/km  ps/nm/dB
 01  1.25  0.255     -37.3  324  21.2  829   3.5   0.06     146
 02  1.25  0.256     -39.3  304  20.9  832   4.0   0.07     154
 03  1.35  0.267     -45.4  310  20.2  821   1.6   0.09     170
 04  1.35  0.274     -53.2  315  20.0  829   2.0   0.11     194
根据表6的结果，线路型色散补偿光纤(RDF)利用使色散值维持比较大的-35～-55(ps/nm/km)左右的数值，同时得到高补偿率(适当的DPS)，以期待在与单模光纤(SMF)连接时在较宽的波长范围能够实现低色散。而且能够把损失也抑制于低水平。还有，有效芯部剖面积Aeff也达到20.0μm2以上，与已有的色散补偿光纤(DCF)相比有所扩大。而且由于中心芯部11的比折射率差Δ1相对较小，实现了低非线性。PMD、弯曲损失等其他数值也非常良好。
传输损失也小于0.27dB/km，比目标值0.35dB/km小。还有，由于弯曲损失也比较小，只有4dB/m，所以长波长一侧(L-波段)的传输损失也小于0.35dB/km，得到了波长1580nm的传输损失的代表性数值0.30dB/km以下。
性能指数(FOM)、即传输损失与色散的比(色散/传输损失)为146～194(ps/nm/dB)。由于已有的RDF的FOM为100～120(ps/nm/dB)，因此可以了解到，本实施例的FOM得到改善。FOM有很大程度的改善。特别是设想本实施例的RDF与SMF连接使用的情况，如果FOM大，即使是在低传输损失时也能够得到相同的色散值。在FOM为170(ps/nm/dB)的本实施例中，在传输损失相同的情况下能够得到好1.4倍的良好的色散值。
图5是上述第1实施例的线路型色散补偿光纤(RDF)的波长损失特性的图解曲线。
从图5可知，光信号的波长为1500nm～1600nm，传输损失小于0.30dB/km。
本发明的光纤的目的是传输1.55μm波段的波长为1400～1650μm波长的光线，即使是在这样大范围的波段，也可以证明传输损失是低的。
下面对评价波长为1.58μm时的传输损失与波长为1.55μm时的传输损失之差的评价根据加以叙述。1.55μm波段是C-波段的中心波长，1.58μm波段是C-波段的端部(L-波段的开始)。由于两者的损失差比较小，故具有在C-波段的平坦的特性得到补偿的L-波段能够使用的可能性很大的优点。
第2实施例
根据上面所述结果，第1实施例的线路型色散补偿光纤(RDF)能够得到比已有的色散补偿光纤(DCF)大的有效芯部剖面积Aeff。作为对进一步扩大有效芯部剖面积Aeff的探讨，试制了参照图3(A)、(B)叙述的、附加第2外侧芯部层14，具有(W+外侧芯部型)轮廓的第2实施形态的线路型色散补偿光纤(RDF)。
轮廓使用表7所示的模拟中得到良好结果的轮廓。表7表示对于补偿率高的第2实施形态的(W+外侧芯部型)线路型色散补偿光纤(RDF)的模拟结果的轮廓。
                             表7
                  模拟中补偿率高的RDF的轮廓
  Δ1    α   Δ2   Δ3     a∶b∶c 芯部直径     色散   DPS   Aeff   λC   φ20的弯曲
  ％   ％   ％   μm   ps/nm/km   nm   μm2    nm   dB/m
  1.10   2.0   -0.55   0.29   1∶2.0∶3.3   15.9   -44.0   338   26.8   1480   3.5
  1.20   2.0   -0.50   0.20   1∶1.9∶2.9   14.2   -44.2   312   24.6   1386   2.0
  1.30   2.5   -0.50   0.25   1∶2.1∶3.2   13.8   -54.4   327   23.2   1357   1.0
以接近上述轮廓的轮廓试制了几种光纤，试制的W型线路型色散补偿光纤(RDF)的特性示于表8。表8是对第2实施形态的线路型色散补偿光纤(RDF)进行试制得到的光纤(W+外侧芯部型)的特性表。
                        表8
                      试制结果
 No.   Δ1  损失 色散  DPS  Aeff λC φ20的弯曲  PMD  FOM
  ％  dB/km ps/nm/km  nm μm2  nm  dB/m  ps/km ps/nm/dB
 01  1.10  0.237 -43.0  312  25.9  1445  4.2  0.04  181
 02  1.10  0.239 -45.3  277  25.6  1495  3.0  0.05  190
 03  1.20  0.250 -43.1  314  25.2  1329  1.5  0.05  172
 04  1.20  0.252 -47.3  320  24.9  1432  2.2  0.05  188
 05  1.30  0.263 -53.9  315  23.2  1326  3.8  0.07  205
 06  1.30  0.270 -57.2  339  23.0  1395  4.2  0.09  212
根据表8可知，有效芯部剖面积Aeff达到23.0μm2以上，得到了比W型结构大的值。FOM也达到170(ps/nm/dB)以上。
其他特性也非常好。而且也确认了如上所述实施的结果也是良好的。
使用本发明的线路型色散补偿光纤(RDF)与单模光纤(SMF)连接，能够构成适用于高速度大容量传输的低非线性的波分复用(WDM)传输线路。

Claims (20)

1.一种光纤，其特征在于，
具备中心芯部和形成于该中心芯部外侧的第1外侧芯部，
所述中心芯部的比折射率差为1.15～1.40％，
表示所述中心芯部的折射率分布的形状的α常数为1.0～5.0，
所述第1外侧芯部层的比折射率差为-0.60～-0.35％，
所述第1外侧芯部的半径b与所述中心芯部的半径a的比b/a为1.6～2.4，
在所述通过中心芯部传输的光波波长为1.55微米的波段时，色散值为-60～-35(ps/nm/km)，色散斜率为-4.0～-0.10(ps/nm2/km)，
在通过所述中心芯部传输的光波波长为1.55微米的波段时，传输损失为0～0.35dB/km，对于色散的损失比率、即性能指数FOM是120～500(ps/nm)/dB，偏振模式色散PMD是 有效芯部剖面积Aeff为19～50平方微米，
弯曲直径为20mm的弯曲损失是0～5dB/m。
2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述1.55微米波段的波长为1.40～1.65微米的波长区域。
3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，相对于所述光纤的色散的色散斜率比，即色散/色散斜率DPS与1.31零色散单模光纤的DPS实质上相等或近似。
4.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，通过所述中心芯部传输的光线的波长为1.55微米时，有效的芯部剖面积Aeff为23～50平方微米。
5.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，通过所述中心芯部传输的光线的波长为1.55微米时，传输损失小于0.27dB/km，FOM大于170ps/nm/dB。
6.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，通过所述中心芯部传输的光线的波长为1.58微米时，传输损失小于0.30dB/km，
通过所述中心芯部传输的光线的波长为1.58微米时的传输损失减去通过所述中心芯部传输的光线的波长为1.55微米时的传输损失得到的差值的绝对值小于0.01dB/km。
7.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，还具有形成于所述第1外侧芯部层的外侧，比折射率差为0.05～0.35％，其半径c与所述第1外侧芯部层的半径b之比c/b为1.3～1.7的第2外侧芯部层。
8.一种波分复用传输线路，其特征在于，将1.31零色散单模光纤或具有与该单模光纤(SMF)相似特性的正色散光纤与权利要求1所述的光纤相连接，将1.5微米波段的特定波长的色散抑制于低色散。
9.根据权利要求8所述的波分复用传输线路，其特征在于，与所述单模光纤(SMF)相似特性的正色散光纤包含使截止波长向长波长一侧移动的CSF、采用氟包覆层的纯二氧化硅芯光纤、FF光纤、有效芯部剖面积扩大单模光纤。
10.一种光纤，其特征在于，其特征在于，
具备中心芯部和形成于该中心芯部外侧的第1外侧芯部，
所述中心芯部的比折射率差为0.9～1.4％，
表示所述中心芯部的折射率分布的形状的α常数为1.0～5.0，
所述第1外侧芯部层的比折射率差为-0.65～-0.35％，
所述第1外侧芯部的半径b与所述中心芯部的半径a的比b/a为1.6～2.4，
在通过所述中心芯部传输的光波波长为1.55微米的波段时，色散值为-60～-35(ps/nm/km)，色散斜率为-4.0～-0.05(ps/nm2/km)  ，
在通过所述中心芯部传输的光波波长为1.55微米的波段时，传输损失为0～0.35dB/km，对于色散的损失比率、即性能指数FOM是120～500(ps/nm)/dB，偏振模式色散PMD是 有效芯部剖面积Aeff为19～50平方微米，
弯曲直径为20mm的弯曲损失是0～20dB/m。
11.根据权利要求10所述的光纤，其特征在于，
所述中心芯部的比折射率差为1.0～1.4％，
弯曲直径为20mm的弯曲损失是0～10dB/m。
12.根据权利要求10所述的光纤，其特征在于，
所述中心芯部的比折射率差为1.15～1.4％，
弯曲直径为20mm的弯曲损失是0～5dB/m。
13.根据权利要求10所述的光纤，其特征在于，所述1.55微米波段的波长为1.40～1.65微米的波长区域。
14.根据权利要求10所述的光纤，其特征在于，相对于所述光纤的色散的色散斜率比，即色散/色散斜率DPS与1.31零色散单模光纤的DPS实质上相等或近似。
15.根据权利要求10所述的光纤，其特征在于，
通过所述中心芯部传输的光线的波长为1.55微米时，有效的芯部剖面积Aeff为23～50平方微米。
16根据权利要求10所述的光纤，其特征在于，
通过所述中心芯部传输的光线的波长为1.55微米时，传输损失小于0.27dB/km，FOM大于170ps/nm/dB。
17.根据权利要求10所述的光纤，其特征在于，
通过所述中心芯部传输的光线的波长为1.58微米时，传输损失小于0.30dB/km，
通过所述中心芯部传输的光线的波长为1.58微米时的传输损失减去通过所述中心芯部传输的光线的波长为1.55微米时的传输损失得到的差值的绝对值小于0.01dB/km。
18.根据权利要求10所述的光纤，其特征在于，
还具有形成于所述第1外侧芯部层的外侧，比折射率差为0.05～0.35％，其半径c与所述第1外侧芯部层的半径b之比c/b为1.3～1.7的第2外侧芯部层。
19.一种波分复用传输线路，其特征在于，将1.31零色散单模光纤或具有与该单模光纤(SMF)相似特性的正色散光纤与权利要求10所述的光纤相连接，将1.5微米波段的特定波长的色散抑制于低色散。
20.根据权利要求19所述的波分复用传输线路，其特征在于，与所述单模光纤(SMF)相似特性的正色散光纤包含使截止波长向长波长一侧移动的CSF、采用氟包覆层的纯二氧化硅芯光纤、FF光纤、有效芯部剖面积扩大单模光纤。
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