CN1391657A - 有效面积大的色散位移波导光纤 - Google Patents

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Abstract

公开一种色散位移的光学波导纤维，它在包括从1470nm至1625nm波长在内的扩展波长窗口下具有低但非零的色散。波导光纤纤芯的折射率分布显示出所希的色散性能，同时保持对钉阵列和侧向负荷弯曲的阻抗，至少相等于标准的波导光纤。工作波长范围下的衰减是低的，而零色散波长典型地小于1450nm。

Description

有效面积大的色散位移波导光纤
对相关申请的交叉参考
本申请对以下临时申请有优先权并主张其权益，即于1999年11月22日提出的美国临时申请60/166,954(P14914)和于2000年3月13日提出的美国临时申请60/188,915(P14914A)，其内容是依据的，并在此通过参考将其全部引入。
发明背景
1、发明领域
本发明一般涉及具有大有效面积的波导光纤，尤其涉及这样一种设计用于扩展波长范围的光纤。
2、技术背景
色散位移的光学波导纤维具有大的有效面积，例如在Liu等人美国专利5,835,655中揭示和描述的那种光纤，业已开发用于跨越大约1550nm衰减波长窗口的波长范围。波导的大有效面积用来限制可能在大功率或高数据速率系统中发生的非线性色散效应。在Smith的美国专利5,748,824中揭示一色散位移的波导光纤，它在工作窗口之外具有零色散波长以限制波分多路复用系统中由于四波混频和正交相位调制引起的损耗。尤其是，设计零色散波长小于工作窗口的较低波长，使线性色散非为零，且在工作窗口上是正的。在这样一种波导光纤设计中，非线性自相位调制以及四波混频和正交相位调制效应就及以削减。
对额外容量的要求鼓励人们去探索工作窗口扩展至L-波段的波长折射率分布之设计，L-波段典型地被限定在1565nm至1625nm或1650nm的波长范围。对此扩展工作范围成功的设计将显示出在整个工作波长范围内是以限制四波混频和正交相位调制效应的色散大小。所述使调制效应在具有相对较小信道间距的系统中变得比较大。这样一种波导光纤设计最好不要牺牲典型地限定为1530nm至1565nm波长范围的C-波段。此外，总的色散斜率最好要低到足以排除波长范围之较高处的高线性色散。
在至少S(1470nm至1530nm)，C(1530nm至1565nm)和L(1565nm至1650nm)波段上具有所希总色散大小之波导光纤的设计问题由本发明加以解决。在本发明中还建议有限定1350nm至1530nm波长范围的扩展S波段。
定义
以下使定义与技术领域上常用的相符。
折射率分布是指折射率或相对折射率和波导光纤半径之间的关系。
分段的纤芯是一种被分成至少第一和第二波导纤芯部分或区段。每一部分或区段沿特定的半径长度放置，对波导光纤中心线基本上是对称的，并具有相关的折射率分布。
纤芯的区段半径以区段相应的起点和终点上相应的折射率加以定义。此处所用半径的定义显示在图及其讨论中。
波导光纤的总色散是材料色散，波导色散以及模间色散之总和。在单模波导光纤情况下模间色散为零。
一般适用于总色散的符号约定为下：
如果在波导中较短波长信号传播得比长波长信号快，则称总色散为正。相反，对负的总色散，较长波长的信号传播较快
有效面积是
A有效＝2π(E2rdr)2/(E4rdr)，
式中积分极限为0至∞，而E则为同波导中光传播相关的电场。有效直径D有效可定义为
A有效＝π(D有效/2)2
相对折射率百分数(％)，Δ％＝100×(ni 2-nc 2)/2ni 2，其中除非另有规定，ni为区段i中的最大折射率，而nc则为包层区的平均折射率。
术语义-公布系指以Δ(b)％表示的折射率分布，其中b为半径，Δb％遵循下式：
ΔΔ(b)％＝Δ(b0)(1-[|b-b0|/(b1-b0)]α，其中b0是其上Δ(b)％最大的点，b1是其上Δ(b)％为零的点，而b则处在范围bi≤b≤bf中，其中Δ定义如上，bi是α分布的起始点，bf是α-分布的终点，而α则为实数的指数。
钉阵列弯曲试验，用以比较波导光纤对弯曲的相对阻抗。为完成此试验，对根本未引起弯曲损耗的波导光纤进行衰减损耗测定。然后将波导光纤对着钉阵列进行编织，并再次测定衰减。因弯曲引起的损耗乃两次衰减测量之间的差。钉阵列为一组10个园柱形钉子排成一行，产在平坦的表面上保持固定的垂直位置构成。钉中心至中心的间距为5mm。钉的直径为0.67mm。迫使波导光纤通过相邻诸钉的诸相反面。试验期间在刚好是在使波导符合诸钉周边部分的张力下放置波导光纤。该试验属于波导光纤的宏观弯曲阻抗。
此处参考引入的另一弯曲试验为侧向负荷试验。在该试验中将规定长度的波导光纤置于两平板之间。将#70丝网同两板之一接触。(商用编码#70网是一种由直径为0.178mm的丝做成的网络。网格的开孔为边长0.185mm的正方形)。将已知长度的波导光纤夹在两板之间，并在对该两板一起压以30N(牛顿)的力下进行参考衰减测定。然后施加70N的力于板，并测定以每单位长度的dB数表示的衰减增加。这种衰减增加便是波导的侧向负荷衰减。该试验属于波导光纤的微观弯曲阻抗。
发明概述
本发明的一个方面是光学波导纤维，典型地具有纤芯区包围有包层的单模光学波导纤维。纤芯区和包层由相应的折射率分布加以表征。纤芯区分成为中心区段，包围中心区段的第一环形区段，以及包围第一环形区段的第二环形区段。每一区段均具有折射率分布和内部及外部半径。将纤芯区配置成提供这样一种波导光纤，它在1470nm扩展至1625nm的波长范围下具有1.0ps/nm-km至16.0ps/nm-km范围内正的总色散。
本发明的这方面扩展(方面扩展)是其中工作波长范围为1450nm至1625nm的一种。总色散(有时称作为色彩色散)的范围在工作范围下为0.1ps/nm-km至18ps/nm-km。而零色散波长则小于1450nm。在方面扩展的较佳实施例中，1525nm处的总色散不大于11ps/nm-km。
在1550nm处，第一方面的波导表征如下，有效面积大于60μm2，较佳的是大于70μm2，而衰减则小于0.25dB/km，较佳的是小于0.20dB/km。在方面扩展中，有效面积为大于70-μm2，较佳的是大于80μm2。在1600nm处，本发明的第一方面具有有效面积大于70μm2，较佳的是大于80，而更为可取的是大于85μm2。在1600nm处，方面扩展具有有效面积大于90μm2，而更为可取的是大于95μm2。在1600nm处的衰减为小于0.25dB/km，较佳地是小于0.22dB/km，更加的是0.20dB/km。在1600nm处，方面扩展的衰减为小于0.21dB/km，而较佳的是小于0.20dB/km。此外，按本发明的此第一方面制作的波导在1550nm处的钉阵列弯曲损耗和侧向负荷弯曲损耗分别为小于12dB和小于1.0dB/km。在1600nm处的钉阵列弯曲损耗小于16dB。在方面扩展中钉阵列弯曲损耗小于10dB，而侧向负荷弯曲损耗则小于1.3dB/km，较可取的是小于1.0dB/km。
按照本发明第一方面所作波导光纤的实施例，其中心区段具有的相对折射率％，Δ0为0.50％≤Δ0≤1.00％，内部半径零，而外部半径r0则为3.5μm≤r0≤5.0μm。第一环形区段具有的相对折射率％，为Δ1；0.01％≤Δ1≤0.1％，而外部半径r1则为，5.5μm≤r1≤9.0μm。第二环形区段具有的相对折射率％，为Δ2；0.15％≤Δ2≤0.35％，中心半径r2c为7.0μm≤rc≤11.0μm，而宽度w2，则为0.8μm≤w2≤2.5μm。
按照方面扩展所作波导光纤的实施例，其三角形中心区段具有的相对折射率％，Δ0为0.50％≤Δ0≤0.75％，内部半径为零，而外部半径r0则为4.0μm≤r0≤5.5μm。第一环形区段具有相对折射率％，Δ1为0.01％≤Δ1≤0.04％，而外部半径r1则为6.0μm≤r1≤8.0μm。第二区段相对折射率％，Δ2为0.25％≤Δ2≤0.40％，中心半径r2c为6.5μm≤r2c≤9.0μm，而宽w2则为1.0μm≤w2≤2.5μm。本实施例可具有一任选的中心线凹陷(Optional CenterlineDepression)，后者具在中心线上具有大约0.3％的折射率％，而半相对折射率半径则不大于0.5μm左右。术语半相对折射率半径在详细描述中加以定义。
在另一实施例中，按本发明第一方面制作的波导光纤在其中心线上具有其折射率凹陷，而该凹陷显示出不小于零的最小相对折射率和在最小折射率处测得的半径不大于1μm。在该实施例中，波导光纤的纤芯参数为这样，使中心区段具有相对折射率％，Δ0为0.50％≤Δ0≤1.0％，而外部半径r0则为3.0μm≤r0≤5.0μm。第一环形区段具有相对折射率％，Δ1为0.01％≤Δ1≤0.1％，而外部半径r1则为6.0μm≤r0≤9.0μm。第二环形区段具有相对折射率％Δ2为0.15％≤Δ2≤0.5％，中心半径r2c为7.0μm≤r2c≤11.0μm，而宽w2则为1.0μm≤w2≤3.0μm。
在本发明的方面扩展的实施例中，波导光纤在其中心线上具有折射率凹陷。凹陷显示出范围在0.1至0.3的相对折射率和在最小折射率处测得的半径范围在0.5至1μm。在该实施例中波导光纤的纤芯参数这这样，使中央区段具有相对折射率％，Δ0为0.55％≤Δ0≤0.8％，而外部半径r0则为3.5μm≤r0≤4.5μm。第一环形区段具有相对折射率％，Δ1为0.015％≤Δ1≤0.35％，而外部半径r1则为7.0μm≤r1≤8.0μm。第二环形区段具有相对折射率％，Δ2为0.30％≤Δ2≤0.40％，中心半径r2c为8.0μm≤r2c≤9.0μm，而宽w2则为1.0μm≤w2≤2.0μm。
在此处提及的任何实施例中，相应区段的分布形状均选自由以下组成的组；台阶，园形台阶，梯形台阶，园形梯形以及α-分布，其中α为0.1≤α≤50。大家知道三角分布是具有α＝1的α分布。
在按本发明第一方面所作波导的又一实施例中，纤芯区包括具有负折射率的第三环形区段，其中正如上述，参考折射率被取为包层的平均指数。这种第三环形区段的加入提供具有以下特征的波导光纤，在1550nm处的有效面积大于70μm2和较佳的是大于80μm2，而在1550nm处的衰减则小于0.25dB/km和较佳的是小于0.20dB/km。按此实施例所作的波导光纤也具有钉阵列弯曲损耗，其在1550nm和1600nm处的分别小于5dB和小于8dB。在1550nm和1600nm处的侧向负荷弯曲损耗分别小于1.38dB/km和小于2.55dB/km。该实施例在1600nm处的有效面积大于90μm2和较佳的是大于95μm2，而在1600nm处的衰减则小于0.25dB/km，和较佳的是小于0.22dB/km。
按此实施例制作的波导具有以下特征的第三环形区段，相对折射率％Δ3为-0.15％≤Δ3≤-0.45％，中心半径r3c为12.0μm≤r3c≤17.0μm，以及宽度w3，2.5μm≤w3≤5.0μm。该实施例具有以下特征的中心区段，相对折射率％，Δ0为0.05％≤Δ0≤1.0％，和外部半径r0，4.0μm≤r0≤6.0μm。第一环形区段具有相对折射率％，Δ1为0.01％≤Δ1≤0.10％，和外部半径r1，7.5μm≤r1≤11.0μm。第二环形区段具有相对折射率％，Δ2为0.35％≤Δ2≤0.6％，和外部半径r2，10.0μm≤r2≤15.0μm。
将在随后详细描述中论及本发明另外的特点和优点，并且对于在技术上熟炼的那些人而言，将从此处所作描述或通过实施本发明而加以认知，包括接下来的详细描述，权利要求以及附图在内而部分地欣然明朗。
要理解的是，前面的一般描述和接下来的详细描述均只是本发明的范例，并企图为了解正如权利要求所提出之本发明的本质和特性而提供一全貌或构架。把附图包括进来以进一步了解本发明，并引入构成本说明书的一部分。诸图说明本发明的各种实施例，并连同描述一起用来解释本发明的原理和操作。
附图简述
图1是按本发明波导光纤的相对折射率对半径的曲线图。
图2是按本发明具有负环形区段的波导光纤的相对折射率对半径的曲线图。
图3是按本发明波导光纤的相对折射率对半径的曲线图。
图4是按本发明波导光纤的相对折射率对半径的曲线图。
图5是按本发明波导光纤的相对折射率对半径的曲线图。
图6是按本发明波导光纤的相对折射率对半径的曲线图。
图7是按本发明波导光纤的相对折射率对半径的曲线图。
发明详细描述
现将详细论及本发明现有较佳的实施，其例子则在附图中加以说明。
本发明波导光纤折射率分布的范例性实施示于图1。示于图1中的折射率分布具有一纤芯区，它包括中心区段2，第一环形区段4，以及第二环形区段6。纤芯的几何宽度典型地定义为由中心线至点20引出的半径，此处最终纤芯段，在该情况下为区段6的相对折射率，相等于包层，在此情况下为层18的相对折射率。
诸区段半径的定义说明于图1。中心区段2半径r0，它测自分布的中心线，也即垂直轴至点12，后者是其上中心区段2外推相交于第一环形区段4之外推的点。中心区段的内部半径为零。第一环形区段的内部半径等同于中心区段的外部半径。第一环形区段4的外部半径为r1，从中心线至环形区段4和6之外推交点14的半径。第二环形区段6的中心半径为r2c，由中心线至第二环形区段宽度8之中点14引出的半径。宽度8作为第二环形区段在最大相对折射率％之半处的宽加以取得。纤芯区诸半径定义的选择决不限制本发明，而只是企图作为一种2具来描述纤芯区的结构特点。图1中的虚线表示靠近中心线处区段部分中心区段2的另一可供选择的形状。
由图1所示折射率分布以及由下述诸分布所提供的大的有效面积限制了非线性效应，从而使高功率激光源，例如那些提供几毫瓦或以上发射功率的光源，能以因非线性效应而引起的有限代价加以使用。再者，按图1所制波导光纤在扩展波长范围下之非零色散以及下述的数字为电信系统提供十分高的数据速率。例如，在波分多路复用通信系统中，采用本发明之波导光纤并在10Gb/s运行下，人们将预期色散补偿仅需在系统的终端，而非沿系统长度分隔开的区间。通过使用按本发明的波导光纤来制作50GHz的信道间距是可能的，因为在扩展的波长范围下的非零色散(在1470nm至1625nm波长范围为1～16ps/nm-km)是以限制因四波混合和正交相调制引起的功率牺牲。按本发明的波导较好地可使多网路复用电信系统在40Gb/s下运行。
图2示出的本发明实施例包括围绕中心区22的第三环形区28，第一环形区24和第二环形区26。第三环形区28具有负的相对折射率％，它用来更为有效地导引信号光功率在波导中的传播。这种改进信号功率导引意味着，和不包括具有负折射率之第三环形区段的波导折射率分布相比，该波导对于因弯曲引起的损耗较少敏感。
例1
采用以下参数来仿造按图1的波导光纤：中心区段相对折射率2，Δ0％＝0.53％，中心区段外部半径r0＝4.6μm，第一环形区段折射率4，Δ1％＝0.025％，第一环形区段半径r1＝7.8μm，和第二环形区段折射率6，Δ2％＝0.30％，中心半径r2c＝9μm而宽w2＝1.56μm。取中心线相对折射率为最小0.27％，并同样具有0.5μm的最大宽度。这种小半径的折射率凹陷对跨越波导纤芯区所传播光的功率分布并无明显的影响。且通过中心区段中小的相对折射率去改变便可轻易地加以补偿。
所计算的范例波导光纤的性质为：零色散波长1478.8μm，在1525nm处的总色散3.47ps/nm-km，在1575nm处的总色散7.23ps/nm-km，1525nm至1575nm波长范围下总的色散斜率0.075ps/nm2-km，在1550nm处的模场直径，10.23μm，对应于所计算为1247nm通信截止的光纤截止波长1906nm，1550nm处的钉阵弯曲损耗11.82dB，1550nm处的侧向负荷弯曲损耗0.732dB/km，1550nm处的有效面积79.6μm2，和1550nm处衰减0.196dB/km。
对L-波段所计算的性质为：1625nm处的总色散11.4ps/nm-km，1575nm至1625nm波长范围下的总色散斜率0.075ps/nm2-km，光纤截止波长1834nm，1600nm处的钉阵弯曲损耗15.6dB，1600nm处的有效面积89.5μm2，和1600nm处的模场直径10.84μm。
在1310nm工作窗口处计算的性质为：1285nm处的总色散-13.9，1335nm处的总色散-10ps/nm-km，1285nm至1335nm波长范围下的总色散斜率0.079ps/nm2-km，光纤截止波长1834nm，1310nm处的钉阵弯曲损耗0.39dB，1310nm处的有效面积48.1μm2，和1310nm处的模场直径8.0μm。
这些性质均在C和L波段的所希极限以内。并且适层于提供一扩展至大约1310nm较短波长的工作窗口。按比例所作光学波导纤维将支持上述高的多路复用数据速率。
比较例2
采用以下参数仿造按照图2的波导光纤；中心区段相对折射率22，Δ0＝0.58％，中心区段外部半径r0＝5.0μm，第一环形区段折射率24，Δ1％＝0.02％，第一环形区段半径r1＝9.2μm，第二环形区段折射率26，Δ2％＝0.46％，外部半径r2＝12.2μm，以及第三环形区段折射率28，Δ3％＝-0.25％，中心半径r3c＝14.3μm，和宽32，w3＝3.45μm。虚线30表示另一可供选择的中心线相对折射率形状。取中心线相对折射率为0.23％最小并同样具有0.04μm的最大宽度。此种小半径的折射率凹陷对跨越波导纤芯区所传播之类功率的分布并无明显影响，且因而通过中心区段中相对折射率之小的改变便可轻易地加以补偿。
所计算的范例波导光纤的性质为：零色散波长1461.5μm，在1525nm处的总色散4.88ps/nm-km，1575nm处的总色散8.72ps/nm-km，1525nm至1575nm的总色散斜率0.077ps/nm2-km，模场直径10.46μm，对应于所计算为1212nm通信截止的光纤截止波长2150nm，1550nm处的钉阵列弯曲损耗4.76dB，1550nm处的侧向负荷弯曲损耗1.38dB/km，1550nm处的有效面积90.2μm2，和1550nm处的衰减0.198dB/km。
对L波段计算的性质为：在1625nm处的总色散12.6ps/nm-km，1575nm至1625nm波长范围下的总色散斜率0.079ps/nm2-km，1660nm处的钉阵列弯曲损耗7.5dB，1600nm处的侧向负荷弯曲损耗2.55dB/km，1600nm处的有效面积101.7μm2和1600nm处的模场直径11.0μm。
和图1的相比，图2中所示的分布设计在改进弯曲阻抗和有效面积方面是明显的。当选择或如图1的或比作为较佳的图2之折射率分布时主要改进是制造的困难。
例3
采用以下参数伤造按照图3的波导光纤：中心区段相对折射率36，Δ0％＝0.65％，中心区段外部半径r0＝4.0μm，第一环形区段折射率4，Δ1％＝0.025％，第一环形区段半径r1＝7.8μm，和第二环形区段折射率6，Δ2％＝0.275％，中心半径r2c＝9μm，以及宽w2＝2.0μm。选择中心线折射率34为0.1％并同样具有0.8μm的最小宽度rc。此种类型的折射率凹陷不难制造，且对跨越波导纤芯区之所传播光的功率分布的确具有有益的影响。也就是说，中心线上的台阶或梯形形式出现的凹陷提供具有弯曲阻抗改进了的波光纤。
所计算的范例波导光纤的性质为：零色散波长1460.4μm，1525nm处的总色散4.49ps/nm-km，1575nm处的总色散7.96ps/nm-km，1625nm处的总色散11.44ps/nm-km，1525nm至1625nm波长范围下的总色散斜率0.0695ps/nm2-km，对应于所计算为1250nm通信截止的光纤截止波长1911nm，1600nm处的模场直径10.1μm，1600nm处的钉阵列弯曲损耗9.41dB，1600nm处的侧向负荷弯曲损耗0.588dB/km，1600nm处的有效面积79.4μm2和1600nm处的衰减0.21dB/km。
这此处这些性质再一次都处于L波段工作所希的参数以内，而制造工艺则与图1所示分布的基本相同。
例4
按照类似图3分布之图4的波导光纤通过采用以下诸参数加以仿造：中心区段相对折射率46，Δ0％＝0.70％，中心区段外部半径r0＝3.6μm，第一环形区段折射率48，Δ1％＝0.024％，第一环形区段半径r1＝7.78μm，以及第二环形区段折射率，Δ2％＝0.28％，中心半径r2c＝9μm，和宽52，w2＝2.06μm。选择中心线折射率44为0.1％并同样具有0.89μm的最小宽rc。不难制造这样类型的折射率凹陷，且对跨过波导纤芯区所传播光的功率分布功率分布确有有益的作用。也就是说，中心线上的台阶或梯形形工出现的凹陷指数分布提供具有弯曲阻抗改进了的波导光纤。
所计算的范例波导光纤的性质为：零色散波长1455.1μm，1525nm处的总色散4.81ps/nm-km，1575nm处的总色散8.26ps/nm-km，1625nm处的总色散11.7ps/nm-km，1525nm至1625nm波长范围下的总色散斜率0.069ps/nm2-km，对应于1251nm处所计算通信截止的光纤截止波长1913nm，1600nm处的模场直径10.1μm，1600nm处针阵列弯曲损耗8.69dB，1600nm处侧向负荷弯曲损耗0.563dB/km，1550nm处的有效面积80.2μm2，和1550nm处的衰减0.214dB/km。
和图3中所示的折射率分布相比，中心线半径rc的加宽导致改进了的弯曲阻抗和较大的有效面积。
例5
采用以下诸参数仿造示于图5之类似于图3和4所示的波导光纤折射率分布：中心区段相对折射率56，Δ0％＝0.68％，中心区段外径r0＝3.56μm，第一环形区段折射率48，Δ1％＝0.048％，第一环形区段半径r1＝7.72μm，以及第二环形区段折射率50，Δ2％＝0.27％，中心半径r2c＝9.0μm，和宽52，w2＝2.0μm。选择中心线相对折射率44为0.1％并同样具有0.67μm的最小宽度rc。在该例中，将中心线凹陷变狭，限制其对光功率分布的影响，但第一环形区段的相对折射指率分布的影响，但第一环形区段的相对折射指灵敏却增加。和图3和4所示的折射率分布相比，这种参数的联合对钉阵列弯曲损耗提供改进，而对侧向负荷弯曲损耗则并无明显改变。
所计算的范例波导光纤的性质为：零色散波长1460.4μm，1525nm处总色散4.64ps/nm-km，1575nm处的总色散8.26ps/nm-km，1625nm处总色散11.84ps/nm-km，对应于1281nm处所计算通信截止的光纤截止波长1964nm，1600nm处的横式存档直径10.2μm，1600nm处的钉阵列损耗6.58dB，1600nm处侧向负荷弯曲损耗0.627dB/km，1550nm处的有效面积80.2μm2和1550μm处的衰减0.21dB/km。
这些发明的实施例提供适合在长途电信系统中使用的光学波导光纤，这些系统采用波长扩展的工作窗口。经扩展窗的总色散处在4ps/nm-km至13ps/nm-km范围之内，而有效面积典型地80μm2，大于90μm2较大的有效面积是可能的，如在纤芯中包括有负相对折射率之环形区段的话。通过本发明能使波分多路复用工作在10Gb/s而只采用终端的包散补偿。
例6
采用以下诸参数仿造示于图6的波导光纤：中心相对折射率66，Δ0％＝0.61％，中心区段外径r0＝4.55μm，第一环形区段折射率68，Δ1％＝0.03％，第一环形区段半径r1＝7.4μm，以及第二环形区段折射率70，Δ2％＝0.35％，中心半径r2c＝8.5μm，和宽72＝1.5μm。中心线相对折射率为0.3％最小并同样具有0.4μm的宽64。这种小半径的折射率凹陷对跨越越波导纤芯区所传播光功率的分布并不具有明显的影响，并通对中心区段相对折射率之小的改变便可轻易地加以补偿，半宽意指中心线至其上中心线分布Δ％是中心线分布部分上最大和最小相对折射率差之半这一点的距离。这一定义始终如一地使用在整个说明书中。
所计算的范例波导光纤的性质为：零色散波长1434.6μm，1525nm处总色散6.77ps/nm-km，1575nm处的总色散10.51ps/nm-km，1525nm至1575nm波长范围下的总色散斜率0.0748ps/nm2-km，1550nm处的模场直径10.6μm，对应于所计算为1271nm之通信截止的光纤截止波长1999nm，1550nm处钉阵列弯曲损耗8.26dB，1550nm处侧向负荷弯曲损耗0.82dB/km，1550nm处的有效面积85.17μm2，和1550nm处的衰减0.194dB/km。
跨越S和L波段范围的波导光纤性质可与以上诸例中所示的那些相比美。
有效面积和模场直径都是大的，与此同时宏观弯曲衰减却是显著地低。光纤只显示出在微观弯曲衰减上小的增大。
例7
采用以下诸参数仿造按照图6的波导光纤：中心区段相对折射率66，Δ0％＝0.56％，中心区段外径r0＝5.0μm，第一环形区段指数68，Δ1％＝0.03％，第一环形区段半径r1＝7.2μm，以及第二环形区段指数70，Δ2％＝0.35％，k中心半径r2c＝8μm，和宽72＝1.5μm。取中心线相对折射率为0.3％最小，并同样具有0.4μm的半宽64。这种小半径的折射率凹陷对跨越波导纤芯区所传播光功率的分布并未有明显的影响，并且通过中心区段上相对折射率之小的改变便可轻易地加以补偿。
所计算的范例波导光纤的性质为：零散波长1391.4nm，1525nm处的总色散10.07ps/nm-km，1575nm处的总色散13.84ps/nm-km，1525nm至1575nm波长范围下的总色散斜率0.0745ps/nm2-km，1550nm处的模场直径11.29μm，对应于所计算为1297nm之通信截止的光纤截止波长1963nm，1550nm处的钉阵列弯曲损耗7.51dB，1550nm处侧向负荷弯曲损耗1.286dB/km，1550nm处的有效面积96.57μm2，和1550nm处的衰减0.193dB/km。
和例7相比，Δ0的少量减小和r0的增加起着增加有效面积的作用，而与此同时保持低的宏观弯曲阻抗并允许在微观弯曲上只有少量增加。
例8
采用以下诸参数仿造按照图6的波导光纤：中心区段相对折射率66，Δ0％＝0.625％，中心区段外径r0＝4.6μm，第一环形区段指数68，Δ1％＝0.03％，第一环形区段半径r1＝6.1μm，以及第二环形区段指数70，Δ2％＝0.30％，中心半径r2c＝7μm，和宽72，1.8μm。取中心线相对折射率为0.3％，并同样具有0.4μm的半宽64。这种小半径的折射率凹陷对跨越波导纤芯区所传播光的功率分布并不具有明显的影响，且通过中央区段在相对折射率上小的改变便可轻易地加以补偿。
所计算的范例，波导光纤的性质为：零色散波长1399.2nm，1525nm处的总色散9.67ps/nm-km，1575nm处的总色散13.51ps/nm-km，1525nm至1575nm波长范围下的总色散斜率0.0769ps/nm2-km，1550nm处的模场直径10.73μm，对应于所计算为1324nm之通信截止的光纤截止波长1727nm，1550nm处钉阵列弯曲损耗3.48dB，1550nm处侧向负荷弯曲损耗0.812dB/km，1550nm处的有效面积86.76μm2，和1550nm处的衰减0.194dB/km。
这一设计提供大的有效面积和优良的宏观弯曲阻抗，同时保持微观弯曲损耗的良好控制。
例9
采用以下诸参数仿造按照图7的波导光纤：中心区段相对折射率78，Δ0％＝0.71％，中心区段外径r0＝3.9μm，第一环形区段指数80，Δ1％＝0.03％，第一环形区段半径r1＝7.5μm，以及第二环形区段指数82，Δ2％＝0.35％，中心半径r2c＝8.5μm，和宽84＝1.5μm。选择中心线相对折射率74为0.1％并同样具有1.0μm的最小宽度rc。这种类型的指数凹陷不难制造并对跨越波导纤芯区所传播光的功率分布确有有益影响。也就是说，中心线上以台阶或梯形形式出现的凹陷指数提供具有弯曲阻抗改进了的波导光纤。
所计算的范例波导光纤的性质为：零色散波长1435.2nm，1525nm处的总色散6.76ps/nm-km，1575nm处的总色散10.52ps/nm-km，在1525nm至1575nm波长范围下的总色散斜率0.0752ps/nm2-km，对应于所计算1264nm之通信截止的光纤截止波长1264nm，1550nm处的模场直径10.76μm，1550nm处的钉阵列弯曲损耗11.71dB，1550nm处的侧向负荷弯曲损耗1.065dB/km，1550nm处的有效面积90.39μm2，和1550nm处的衰减0.206dB/km
这种纤芯辐射指数分布的设计用来满足1450nm至1625nm扩展窗口下所希的光纤功能.
比较例10
采用以下诸参数仿造按照图7的波导光纤：中心区段相对折射率78，Δ0％＝0.725％，中心区段外径r0＝3.94μm，第一环形区段指数80，Δ1％＝0.03％，第一环形区段半径r1＝7.5μm，以及第二环形区段指数82，Δ2％＝0.35％，中心半径r2c＝8.5μm，和宽84＝1.5μm。选择中心线相对折射率74为0.1％，并同样具有1.0μm的最小宽度rc。这种类型的折射率凹陷不难制造，且对跨越波导纤总区所传播光的功率分布确有明显的有益影响。也就是说，中心线上以台阶或梯形形式出现的凹陷指数提供具有弯曲阻抗改进了的波导光纤。
所计算的范例波导光纤的性质为：零色散波长1433.2μm，1525nm处的总色散6.65ps/nm-km，1575nm处的总色散10.27ps/nm-km，1525nm至1575nm波长范围下的总色散斜率0.0725ps/nm2-km，对应于所计算为1266nm之通信截止的光纤截止波长1860nm，1550nm处的模场直径10.48μm，1550nm处的钉阵弯曲损耗8.46dB，1550nm处侧向负荷弯曲损耗0.767dB/km，1550nm处的有效面积85.46μm2和1550nm处的衰减0.207dB/km。
所计算的在L波段的参数为：1625nm处的色散14.30ps/nm-km，1625nm处的色散斜率0.744ps/nm2-km，模场直径11.26nm，1600nm处的钉阵列弯曲损耗13.91dB，1600nm处的侧向负荷弯曲损耗1.55dB/km，1600nm处的有效面积96.8μm2处的衰减0.198dB/km。
和例9的分布相比，Δ0％和r0的增加用来改进弯曲阻抗，同时保持堪与比美的有效面积，模场直径和衰减。L波段的数值表明这一波导光纤设计之扩展了的性能窗口。
这些发明的实施例提供适于在长途电信系统中使用的光学波导纤维，这些系统采用扩展了的工作波长窗口。在扩展窗口下的总色散处在0ps/nm-km至15ps/nm-km范围之内，而典型有效面积为80μm2，较高的大于90μm2的有效面积是可能的而无需求助于负的相对折射率区段。这一因素在制造成本方面是重要的。通过本发明能使波分多路复用工作在10Gb/s而只采用终端的色散补偿。
显然，对于技术上熟炼的那些人而言，可以作出本发明的各种修正和更改而不背离本发明的精神和范畴。因此，打算使现在的发明包括进该发明的各种修正变更，倘若它们均处于所附权利要求乃其等同物的范畴以内的话。

Claims (35)

1、一种单模光学波导纤维，它包含
由包层加以围绕并与之接触的纤芯区，其中，纤芯区和包层各具有相应的折射率分布，并加以配置以引导光通过波导光纤；其中，
所述纤芯区包括中心区段，围绕中心区段的第一环形区段以及围绕第一环形区段的第二环形区段；其特征在于。
各所述区段具有相应的折射率分布，内半径和外半径，并选择相对的折射率以提供在1470nm至1625nm波长范围下具有总色散范围在约1.0ps/nm-km至16.0ps/nm-km的波导光纤。
2、权利要求1的单模波导，其特征在于1550nm处的有效面积大于60μm2和1550nm处的衰减小于0.25dB/km。
3、权利要求1的单模波导，其特征在于1550nm处的有效面积大于70μm2和衰减小于0.20dB/km。
4、权利要求1的单模波导，其特征在于1550nm处的钉阵列弯曲损耗小于12dB和1600nm处的小于16dB。
5、权利要求1的单模波导，其特征在于1550nm处的侧向负荷弯曲损耗小于1.0dB/km。
6、权利要求1的单模波导，其特征在于1600nm处的有效面积大于70μm2和1600nm处的衰减小于0.25dB/km。
7、权利要求6的单模波导，其特征在于1600nm处的有效面积大于80μm2。
8、权利要求6的单模波导，其特征在于1600nm处的有效面积大于85μm2。
9、权利要求1的单模波导，其特征在于，所述中心区段具有相对折射率％，Δ0，0.50％≤Δ0≤1.0％，内半径零和外半径r0，3.5μm≤r0≤5.0μm。
所述第一环形区段具有相对折射率％，Δ1，0.01％≤Δ1≤0.1％，和外半径r1，5.5μm≤r1≤10.0μm。
所述第二环形区段具有相对折射率％，Δ2，0.15％≤Δ2≤0.35％，和外半径r2，7.0μm≤r2≤11.0μm，和宽w2，0.8μm≤w2≤2.5μm。
10、权利要求1的单模波导，其中所述中心区段具有中心线，并在中心线上还包括相对折射率凹陷，以及其中所述指数凹陷具有大于或等于零的最小相对折射率以及在所述最小相对折射率处从中心线向外测得的半径小于或等于1μm。
11、权利要求10的单模光纤，其特征在于所述中心区段具有相对折射率％，Δ0，0.50％≤Δ0≤1.0％，外半径r0，3.0μm≤r0≤5.0μm，所述第一环形区段具有相对折射率％，Δ1，0.01％≤Δ1≤0.10％，外半径r1，6.0μm≤r0≤9.0μm，所述第二环形区段具有相对折射率％，Δ2，0.15％≤Δ2≤0.5％，中心半径r2c，7.0μm≤r2c≤11.0μm，和宽w2，1.0μm≤w2≤3.0μm。
12、权利要求9或11之一的单模波导光纤，其特征在于所述中心区段，所述第一环形区段和所述第二环形区段均具有选自由台阶，园形台阶，梯形，园形梯形以及α分布组成的组的相应形状，其中α为0.1≤α≤50.
13、权利要求1的单模波导光纤，其特征在于它还包括围绕所述第二环形区，具有负相对折射率的第三环形区。
14、权利要求13的单模波导，其特征在于有效面积大于70μm2和1550nm处的衰减小于0.25dB/km。
15、权利要求13的单模波导，其特征在于1550nm处的有效面积大于80μm2和衰减小于0.20dB/km。
16、权利要求13的单模波导，其特征在于1550nm处的钉阵列弯曲损耗小于5dB和1600nm处的小于8dB。
17、权利要求13的单模波导，其特征在于1550nm处的侧向负荷弯曲损耗小于1.38dB/km，和1600nm处的小于2.55dB/km。
18、权利要求13的单模波导，其特征在于1600nm处的有效面积大于90μm2和1600nm处的衰减小于0.22dB/km。
19、权利要求13的单模波导，其特征在于1600nm处的有效面积大于95μm2。
20、权利要求19的单模波导，其特征在于1600nm处的衰减小于0.25dB/km。
21、权利要求13的单模波导，其特征在于所述第三环形区段具有相对折射率，Δ3，-0.20％≤Δ3≤-0.45％，中心半径r3c，12.0μm≤r3c≤17.0μm，和宽w3，2.5μm≤w3≤5.0μm。
22、权利要求21的单模波导，其特征在于所述中心区段具有相对折射率％，Δ0，0.50％≤Δ0≤1.0％，外半径r0，4.0μm≤r0≤6.0μm，所述第一环形区段具有相对折射率％，Δ1，0.01％≤Δ1≤0.1％，外半径r1，7.5μm≤r1≤1.0μm，所述第二环形区段具有对折射率％，Δ2，0.35％≤Δ2≤0.60％， 和半径r2，10.0μm≤r2≤15.0μm。
23、权利要求22的单模波导，其特征在于所述中心区段，所述第一环形区段，所述第二环形区段以及所述第三环形区段均具选自由台阶，园形台阶，梯形，园形梯形以及α-分布组成的组的相应形状，其中α为0.1≤α≤50。
24、一种单模光学波导纤维，它包含：
由包层加以用绕并与之接触的纤芯区，其中，中纤芯区和包层各自具有相应的折射率分布并加以配置以引导光通过波导光纤；其中，
所述纤芯区包括中心区段，围绕中心区段的第一环形区段以及围绕第一环形区段的第二环形区段；其中，
每一区段均具有相应的折射率分布，内半径和外半径，并选择相对折射率以提供具有以下性质的波导光纤：在1450nm至1625nm波长范围下范围在约0.1ps/nm-km至约18.0ps/nm-km的总色散，零色散波长小于1450nm，1525nm处的总色散不大于11ps/nm-km。
25、权利要求24的单模波导光纤，其特征在于所述中心区段的至少一部分是三角形。
26、权利要求25的单模波导光纤，其特征在于1550nm处的有效面积大于70μm2。
27、权利要求25的单模波导光纤，其特征在于1550nm处的有效面积大于80μm2。
28、权利要求26或27之一的单模波导光纤，其特征在于1550nm处的衰减小于0.20dB/km。
29、权利要求26或27之一的单模波导光纤，其特征在于有效面积大于90μm2。
30、权利要求26或27之一的单模波导光纤，其特征在于1600nm处的衰减小于0.21dB/km。
31、权利要求26或27之一的单模波导光纤，其特征在于钉阵列弯曲损耗小于10dB和侧向负荷弯曲损耗小于1.3dB/km。
32、权利要求24的单模光波导，其特征在于所述中心区段是三角形并具有相对折射率％，Δ0，0.50％≤Δ0≤0.75％，内半径零和外半径r0，4.0μm≤r0≤5.5μm，所述第一环形区段具有相对折射率％，Δ1，0.01％≤Δ1≤0.04％和外半径r1，6.0μm≤r1≤8.0μm，以及所述第二环形区段具有相对折射率％Δ2，0.25％≤Δ2≤0.40％，中心半径r2c，6.5μm≤r2c≤9.0μm，和宽w2，1.0μm≤w2≤2.5μm。
33、权利要求32的单模波导光纤，其特征在于，所述中心区段进一步包括中心线凹陷，后者具有在中心线上大约0.30％的相对折射率和不大于约0.5μm的半径，半径在中心线上的相对折射率和所述中心区段最大相对折射率之间一半的相对折射率点上加以测定。
34、权利要求24的单模光学波导，其特征在于所述中心区段的至少一部分是三角形并具有相对折射率％，Δ0，0.50％≤Δ0≤0.80％，内半径零，和外半径r0，3.5μm≤r0≤4.5μm，所述第一环形区段具有相对折射率％，Δ1，0.015％≤Δ1≤0.035％和外半径r1，7.0μm≤r1≤8.0μm，以及所述第二环形区段具有相对折射率％，Δ2，0.30％≤Δ2≤0.40％，中心半径r2c，8.0μm≤r2c≤9.0μm，和宽w2，1.0μm≤w2≤2.0μm。
35、权利要求34的单模波导，其特征在于所述中心区段还包括中心线上的折射率凹陷，中心线相对折射率的范围在0.1μm至0.3μm以及在中心线上凹陷之最小相对折射率处测得的半径范围在0.5μm至1μm。
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