CN1395121A - 负色散单模光纤 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种负色散单模光纤。它在C波段光通信窗口或同时在C波段和L波段光通信窗口具有总色散为负的色散特性和正的色散斜率。可供C波段和L波段高速率DWDM光通信系统作信号传输用光纤。该光纤纤芯具有PCVD工艺提供的折射率分布不同的三个分层和四个包层分层及由OVD工艺提供的两个包层分层。该光纤满足了降低光纤的PMD值的需要，改善了光纤的抗弯曲特性和抗氢损特性。该光纤与具有正啁啾的直接强度调制激光器使用于2.5Gbps时，会产生光脉宽压缩效应，从而延长色散受限距离。其对于中长距离传输的DWDM系统非常有利，可减小色散补偿费用，并可避免使用昂贵的外调制器，从而可以降低光传输设备的成本。

Description

负色散单模光纤

技术领域

本发明涉及一种在光通信领域用于信号传输的单模光纤。该光纤通过调整波导折射率分布从而可具有在C波段(1525nm-1565nm)光通信窗口或同时在C波段和L波段(1565nm-1625nm)光通信窗口具有总色散为负的色散特性和正的色散斜率，具有低的光纤PMD，并具有改善的弯曲特性和抗氢损特性。

背景技术

随着通信技术的迅猛发展，对传输光纤容量和传输速率提出了更高的要求。

传统的G.652单模光纤具有1310nm和1550nm两个传输窗口，其零色散点位于1310nm附近。长期以来，G.652光纤仅在1310nm波段上获得广泛应用。而在1550nm窗口，其较大的色散值(约18ps/nm.km)限制了传输速率的提高，一般用于2.5Gbps以下的传输系统。目前DWDM系统大多工作在C波段1550nm窗口，亦即EDFA的工作窗口。随着EDFA的实用化，C波段窗口逐步成为DWDM光通信系统的主要工作窗口。为适应C波段DWDM技术的应用，非零色散位移光纤，即G.655光纤应运而生。G.655光纤设计为在1550nm窗口工作波长上具有不为零且较低的色散值，比如2到4ps/nm.km，使其既可克服非线性效应，又可支持高速率的，如10Gbps和40Gbps的DWDM系统的长距离传输，而无需色散补偿或色散补偿代价减小，从而最终降低网络的复杂性和网络成本。其在1550nm工作窗口对FWM和XPM等非线性效应的抑制，适合DWDM系统向更密集信道间隔方向发展的需要，并同时满足TDM和DWDM两种技术的发展需要。对于10Gbps系统，G.655光纤的色散受限距离约为200km，远较G.652光纤性能优越。

通过对G.655光纤的零色散点设计可分别得到在C波段和L波段的色散值为正或为负的色散特性。两种光纤均能支持2.5Gbps和10Gbps速率的长距离DWDM传输系统.具有正色散的G.655光纤的一阶和二阶色散均可补偿。它的主要缺点是可能产生调制不稳定性。具有负色散的G.655光纤的主要优点是不存在调制不稳定性问题，并且可利用成本便宜的G.652光纤来补偿其一阶色散。在传输距离大于1000km的应用场合，如海底光缆系统，由于正色散光纤的脉冲频谱展宽将会大到其中部分功率落到WDM滤波器通带之外，或者会由于光放大器链路增益带变窄而被滤掉，此时在链路中交替使用正负色散光纤将是很好的选择。此外，具有负色散的G.655光纤与具有正啁啾的直接强度调制激光器使用时，会产生光脉宽压缩效应，从而延长色散受限距离。但现有的具有负色散的G.655光纤的PMD值、弯曲特性和抗氢损特性仍待进一步改善。

在专利CN1274856A中公开的一种光纤，它在EDFA工作区(1530nm-1565nm)具有-3.0+1.7ps/nm.km小的负色散，以及平均小于0.05ps/nm².km的正色散斜率，该光纤用于具有色散补偿的WDM系统，并且该光纤的色散特性不包括L波段的使用扩展。该光纤解决了一般负色散光纤弯曲敏感的问题，但与高速DWDM系统关系密切的光纤PMD链路值需要更为严格的要求。

光纤的特性一般而言，除了衰耗特性外，几乎均可以由光纤的几何及光学剖面结构决定。其中如：色散特性，截止波长，模场直径或有效面积，宏弯曲特性等等。光纤的环境特性很大地决定于光纤的生产工艺和光纤的成缆工艺。

研究表明，对于长距离或中长距离高速大容量DWDM系统用光纤应满足下列条件：

-能适应C波段EDFA窗口的DWDM技术应用。

-能适应DWDM技术在L波段上的应用扩展。

-在工作波段上具合适的色散特性适应高速率光传输系统。

-具适合的有效面积以抑制非线性效应。

-具有低衰耗，良好的弯曲特性。

-强的抗氢损特性。

-低PMD。以下为本发明中一些术语的定义和说明：

光纤的有效面积A_eff是指光纤中传输光功率的平均面积，A_eff由下式决定： $A_{\mathrm{eff}}=\frac{2\mathrm{\π}{\left[{\∫}_0^{\∞}{E}^2\left(R\right)\mathrm{RdR}\right]}^2}{{\∫}_0^{\∞}{E}^4\left(R\right)\mathrm{RdR}}$

其中R为光纤归一化半径，R＝r/a，r是径向座标，a是纤芯半径，E(R)是基模的场分布函数，该式适用于任意折射率剖面光纤有效面积A_eff的计算。

单模光纤的模场直径MFD大致可表示为：光纤中径向场分布由光纤轴(r＝0)处的最大值向两端减小到1/e(约为37％，e＝2.71828)时所对应的直径。设模场直径MFD为W，其Petermann II定义式为： $W^2=\frac{2{\∫}_0^{\∞}{E}^2\left(R\right)\mathrm{RdR}}{{\∫}_0^{\∞}{\left(\frac{\mathrm{dE}\left(R\right)}{\mathrm{dR}}\right)}^2\mathrm{RdR}}$

相对折射率差□％的定义如下：Δ％＝[(n₁ ²-n₀ ²)/2n₀ ²]*100％

其中n₁为光纤纤芯折射率，n₀为光纤外包层折射率，即为纯二氧化硅(SiO₂)的折射率。本发明中如无另作说明，Δ％是由纤芯区最大n₁所表征的最大相对折射率差。

偏振模色散PMD。

光纤的弯曲特性描述为按某一标准测试程序测试下，光纤在指定波长上的衰耗增加。按ITU G.655.B光纤技术规范所示的光纤宏弯特性测试标准，将被测光纤绕在75mm直径的心轴上100周的弯曲情况下，其在1550nm处弯曲导致最大许可衰减为0.5dB，在16xxnm处弯曲导致最大许可衰减为0.5dB，其中有xxnm≤25nm。

光纤氢损特性评估测试方法为：将光纤置于氢气(H₂)和氦气(He)的混合气体中，其中氢气(H₂)的摩尔浓度为1％，氦气(He)的摩尔浓度为99％，并在恒定70℃的环境温度下保温16小时后，取出光纤测其在1530nm附近的氢致衰耗增加，应不大于0.01dB/km。

DWDM为密集波分复用的英文缩写。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种负色散单模光纤，该光纤在C波段或在C波段和L波段具有总色散为负的色散特性。该光纤可满足长距离或中长距离DWDM光通信系统的传输要求，可支持100GHZ以下信道间隔的高速率(例如2.5Gbps或10Gbps)DWDM技术。该光纤满足了降低该类型光纤PMD的需要，还满足了改善该类型光纤的弯曲特性和抗氢损特性的需要。

本发明为解决上述技术问题所提出的技术方案为：具有一纤芯层和一包层，其特征在于纤芯设有折射率分布不同的三个纤芯分层，包层包括有六个分层，所述光纤在1525nm至1565nm波段具有-1.0ps/nm.km到-10.0ps/nm.km的负色散，该波段被称为C波段，位于EDFA的工作窗口，是DWDM系统使用波段；或者，所述光纤在1525nm至1625nm波段具有-1.0ps/nm.km到-10.0ps/nm.km的负色散，该波长范围包括了L波段，即1565nm至1625nm波段，该波段是DWDM系统的扩展使用波段。

所述光纤具有在1550nm不小于7.6μm的模场直径MFD；具有在1550nm不小于45μm²的有效面积A_eff；所述光纤具有在1550nm不大于0.1ps/nm².km的色散斜率；具有不大于1700nm的未成缆光纤截止波长λ_c。

按上述方案，其中第一纤芯分层Core1的直径R_Core1约为1.0μm至5.0μm，其相对折射率差Δ％_Core1约为0.6％至1.2％，第二纤芯分层Core2的直径R_Core2约为3.0μm至6.0μm，其相对折射率差Δ％_Core2约为0.25％至0.65％，第三纤芯分层Core3的直径R_Core3约为4.0μm至8.0μm，其相对折射率差Δ％_Core3约为0.05％至0.25％。

所述单模光纤的包层分层中，其中第一包层分层Clad.1的直径R_Clad.1约为8.0μm至12.0μm，其相对折射率差Δ％_Clad.1约为-0.15％至0.15％，第二包层分层Clad.2的直径R_Clad.2约为12.0μm至20.0μm，其相对折射率差Δ％_Clad.2约为0.1％至0.4％，第三包层分层Clad.3的直径R_Clad.3约为18.0μm至30.0μm，其相对折射率差Δ％_Clad.3约为-0.1％至0.1％，第四，五，六包层分层Clad.4，Clad.5，Clad.6，其直径R_Clad.4，R_Clad.5，R_Clad.6分别为20.0μm至40.0μm，30.0μm至50.0μm，124.0μm至126.0μm，其折射率为纯二氧化硅(SiO₂)折射率，为恒定折射率。

在该光纤中一组较佳的纤芯和包层的参数分布为：

Δ％_Core1约为0.69％至0.85％      R_Core1约为3.45至4.22μm

Δ％_Core2约为0.47％至0.57％      R_Core2约为4.62至5.65μm

Δ％_Core3约为0.17％至0.22％      R_Core3约为5.46至6.67μm

Δ％_Clad.1约为-0.06％至0.06％    R_Clad.1约为8.52至10.42μm

Δ％_Clad.2约为0.14％至0.17％     R_Clad.2约为15.27至18.66μm

Δ％_Clad.3约为0.03％至0.04％     R_Clad.3约为19.83至24.24μm

Δ％_Clad.4约为0％            R_Clad.4约为21.72至26.55μm

Δ％_Clad.5约为0％            R_Clad.5约为30.0至36.41μm

Δ％_Clad.6约为0％            R_Clad.6约为123至125μm。

上述每个分层的折射率分布是该分层各点距光纤中轴线径向距离的函数，并取每个分层的折射率分布为阶跃函数或角圆滑的阶跃函数。

本发明所述单模光纤预制棒的制造工艺为PCVD工艺结合OVD工艺。由OVD工艺提供纯二氧化硅(SiO₂)衬管，由PCVD工艺在该衬管内沉积光纤预制棒芯棒部分，该光纤预制棒芯棒的纯二氧化硅(SiO₂)外包层仍由OVD工艺提供。该光纤预制棒中各分层与该发明第一方面所述光纤各分层是一一对应的，其中芯层分层Core1，Core2，Core3及包层分层中的Clad.1，Clad.2，Clad.3，Clad.4均为PCVD工艺所提供的沉积层，其中包层分层中的Clad.5，Clad.6为OVD工艺所提供的沉积层，并且由OVD工艺提供纯二氧化硅(SiO₂)衬管即为包层分层Clad.5。

在本发明中，该光纤预制棒的芯层分层Core1，Core2，Core3为纯二氧化硅(SiO₂)基体掺杂锗(Ge)，或为纯二氧化硅(SiO₂)基体共掺锗(Ge)及氟(F)以形成所需的正相对折射率差分布。该光纤预制棒的包层分层中的Clad.1，Clad.2，Clad.3为纯二氧化硅(SiO₂)基体掺杂锗(Ge)或掺杂氟(F)，或为纯二氧化硅(SiO₂)基体共掺锗(Ge)及氟(F)以形成所需的正或负的相对折射率差分布。该光纤预制棒的包层分层中的Clad.4，Clad.5，Clad.6为纯二氧化硅(SiO₂)。

在包层分层Clad.3中施加锗(Ge)掺杂可提高光纤的抗氢损性能。实验表明，在包层分层中的Clad.3施加2.0％至5.0％摩尔浓度的锗(Ge)可有效提高光纤的抗氢损性能。在本发明中，可在Clad.3中同时施加氟(F)掺杂以实现预设的光波导结构。

本发明所述制造单模光纤的方法中，光纤预制棒芯棒部分包含芯层分层Core 1，Core2，Core3及包层分层中的Clad.1，Clad.2，Clad.3，Clad.4，Clad.5，该芯棒系PCVD工艺完成管内沉积后用电熔缩工艺熔缩而成，即为光纤预制棒芯棒，最后再由OVD工艺提供芯棒的纯二氧化硅(SiO₂)外包层即Clad.6，从而形成可供拉丝用的光纤预制棒，该光纤预制棒经由拉丝工艺拉制为标称外径125μm的该种光纤。采用电熔缩工艺将对光纤预制棒芯棒的轴向及径向的几何均匀性有很大改善，可提高光纤预制棒芯棒的圆度，对降低光纤PMD指标有很大作用。

本发明的单模光纤，在C波段或在C和L波段具有总色散为负的色散特性。对单模光纤而言，由于不存在模间色散，光纤的总色散是指光纤的材料色散与波导色散之和。单模光纤的光场主要分布在光纤纤芯区，另有部分光场分布在包层中，不同波长的光波在光纤纤芯和包层的能量分布不同，并且不同波长的光波在光纤中的群速度也不同，构成波导色散。单模光纤的波导色散唯一取决于光波导结构，即折射率剖面分布。光纤的材料色散在制造光纤的基体材料与掺杂材料确定时是基本保持不变的。为获得期望的总负色散特性，必须降低光纤的波导色散。若要在预波段上获得负的色散特性，则光波导结构应满足使长波长光比短波长光传播速度更快，反之则表现为正的色散特性。

本发明可通过调整纤芯分层Core1的相对折射率差Δ％_Core1和包层分层Clad.1的相对折射率差Δ％_Clad.1以及纤芯分层Core3的直径R_Core3和包层分层Clad.1的直径R_Clad.1来获得所需的负波导色散；通过改变包层分层Clad.1的直径R_Clad.1和包层分层Clad.2的直径R_Clad.2及包层分层Clad.2的相对折射率差Δ％_Clad.2来获得合适的光纤有效面积和色散斜率。包层分层Clad.3的相对折射率差Δ％_Clad.3和直径R_Clad.3可调节截止波长。

理论分析表明，为使波导色散具有较大的负色散，包层Clad.1的相对折射率差Δ％_Clad.1应尽量低，芯层Core1的相对折射率差Δ％_Core1应尽量高，并在不破坏整个光波导结构的前提下，尽量降低包层Clad.2的相对折射率差Δ％Clad.2°

如发明背景所述，光纤的各种光学特性相互之间有很复杂的内在联系，在有些时候是互相矛盾的。例如光纤的负色散特性与光纤的衰耗或弯曲特性有关。为了获得负的波导色散，芯层Core1必须采用一个较高的的相对折射率差Δ％_Core1，本发明光纤具有不低于0.6％的芯层相对折射率差。较高的芯层相对折射率差□％将加大光纤的瑞利损耗，纤芯分层设计可改善光场因□％过高而过于集中的情况，降低瑞利损耗。本发明中纤芯区设为至少三个分层Core1，Core2，Core3，该三分层相对折射率差Δ％依此递减。选择较小的光纤芯径R_Core3的目的是为了获得更大的负波导色散。在负色散特性要求下避免过高的芯折射率Δ％的措施还包括引入下陷包层Clad.1，即□％_Clad.1值小于零。下陷包层会恶化光纤的弯曲特性，从而使光纤的总衰耗增大，因此Δ％_Clad.1值不宜选择过负，本发明中Δ％_Clad.1值不低于-0.15％。外包层Clad.2的相对折射率差Δ％_Clad.2选择过低会使光纤MFD过于减小，这对光纤的弯曲特性有好处，但不利于DWDM的应用要求。本发明中Clad.2的相对折射率差Δ％_Clad2选择不低于0.1％。

本发明光纤使用波段的色散斜率选择为正值，相对于负色散斜率的光波导，不需要太深的下陷包层设计，这对改善弯曲损耗是有利的。但是由于本发明负色散光纤要求有很大的零色散波长，需注意在满足零色散波长要求的前提下控制光纤模场直径MFD不要过大和过小，过大的MFD会恶化光纤的弯曲特性，过小的MFD会带来材料损耗的增加。

如前所述，光纤内芯分层设计的目的在于优化光场分布，减少材料损耗，并且适当增加光纤MFD。为同时保证光纤弯曲特性，在不破坏波导光学特性前提下，要求波导设计精确，并且制造工艺有严格的制造公差。选择较高的芯层相对折射率差□％_Core1，选择较宽的芯层直径R_Core1，可对光场分布在集中和分散之间取得一个适中的平衡。芯层相对折射率差Δ％_Core2的高度则是为了均衡第二包层分层Clad.2对光场的影响，以免光场过于被外包层吸引而破坏弯曲特性。芯层宽度R_Core2要求有很小的设计及制造公差以便不影响光纤色散特性，因为该芯层Core2对光纤色散贡献是非常大的。芯层Core3缓解了从芯层到包层的折射率突变，可减少光纤内部因高折射率差而形成的内应力，实验表明，渐变的折射率分布对优化光纤的弯曲特性很有帮助。同理，选择较高的包层相对折射率差Δ％_Clad.2以均衡下陷包层对光场的影响，控制包层直径R_Clad.1不过大以控制MFD在合理范围内，可获得好的光纤弯曲特性。PCVD的工艺优势在于可实现要求设计公差极其严格的波导剖面，这不仅可保证光纤的完好特性，还可保证高的成品效率。

按照定义中给出的光纤弯曲性能的标准测试方法，在75mm直径心轴上100周的弯曲情况下，该发明所述的负色散单模光纤由于弯曲引起的损耗在1550nm不大于0.02dB，在1625nm不大于0.02dB，远优于标准给出的低于0.5dB的要求。本发明光纤具有很好的弯曲性能。

另外如光纤的大有效面积和低色散斜率也不容易同时实现。低色散斜率对降低系统色散管理成本很有意义，而大有效面积是抑制光纤非线性效应，提高系统信噪比最有效的途径，因此未来DWDM系统用的传输光纤应要求同时具备以上两个特性。依据本发明指出的波导设计方法，并运用PCVD工艺结合OVD工艺，有利于调和有效面积和色散斜率二者的矛盾。

上述表明，为在不破坏波导的基本色散特性的前提下兼顾其它的光学参数，需要设计复杂的波导剖面，并且要求生产工艺可进行精确的控制，以便光纤中无误差地再现预设计的波导剖面。该发明光纤具复杂的波导剖面，其纤芯分层Core1，Core2，Core3和包层分层Clad.1，Clad.2，Clad.3的几何与折射率参数主要决定了该波导的光学特性。上述各分层均由PCVD工艺提供。PCVD工艺的工艺特点可确保精确实现预设波导剖面。

光纤的氢损特性是指已作过表面涂覆光纤在氢氛围中，其在1530nm处衰耗的增加。由于其影响到DWDM系统在1550nm附近的工作窗口，所以必须降低光纤的氢敏感性。改进光纤的成缆工艺，或采用特殊的光纤表面涂覆材料均有助于提高光纤的抗氢损能力。本发明中指出，在所述单模光纤的包层分层Clad.3中，以纯二氧化硅(SiO₂)基体掺杂锗(Ge)材料将改善光纤抗氢损特性。

光纤的氢损与光纤自身的缺陷有关，其缺陷越多，氢损越严重。光纤中的缺陷，无论是内部还是表面缺陷，均使得氛围中的氢原子(H)易于向光纤内部扩散，并同光纤中的硅原子(Si)间以化学键结合，其可表达为Si-H，该种结合可造成在1530nm波长的光能量吸收峰，因而使光纤出现在1530nm处的损耗增加，即称之为光纤的氢损。因此，减少光纤的缺陷是提高光纤抗氢损性能的有效途径。在PCVD工艺沉积包层分层Clad.3时搀入一定摩尔浓度的锗(Ge)材料将有助于降低光纤预制棒的粘度，从而允许拉丝工艺减小拉丝张力，已经证明小拉丝张力有助于减少光纤的内部或表面缺陷。PCVD工艺作为一种气相沉积工艺，其沉积过程中反应气体氧气(O₂)保持冗余，有些冗量氧原子(O)将被固定在沉积物中，已经证明沉积层内的剩余氧原子(O)可造成光纤内部缺陷，而锗(Ge)可与沉积物内的剩余氧原子(O)结合，从而减小包层分层Clad.3的内部缺陷，并对Clad.3左邻的各芯包分层形成氢(H)阻挡层，提高了光纤的抗氢损性能。

实验表明，在包层分层中的Clad.3施加2.0％至5.0％摩尔浓度的锗(Ge)可有效提高光纤的抗氢损性能。本发明所述光纤在包层分层Clad.3中实施纯二氧化硅(SiO₂)基体掺杂3.5％摩尔浓度的锗(Ge)，并在Clad.3中同时施加相应量的氟(F)掺杂以实现预设的光波导结构。依照定义中所述的光纤氢损特性评估测试方法，测试其在1530nm的氢致损耗小于0.002dB/km，远优于测试方法推荐的不大于0.01dB/km的标准。

PMD被认为是提高光纤通信系统传输速率的最终限制因素，降低PMD有十分重要的意义。PMD的降低有很多种方法，其中最重要的方面是制造出尽量圆的光波导，提高光纤预制棒的圆度可帮助提高光纤的圆度，进而最终降低光纤PMD。本发明所指出的光纤预制棒芯棒电熔缩工艺可提高光纤预制棒的圆度，有效降低光纤PMD。

本发明中采用的电熔缩工艺因采用360度环状热区，改变了预制棒芯棒在熔缩过程中单边受热的状态，可得到圆度极好的光纤预制棒芯棒，其芯层不圆度指标可做到在整个轴向上小于1.0％；电熔缩过程避免了氢氧焰熔缩工艺中高速气流对预制棒的冲击，整棒无轴向弯曲，弓曲度可低于0.1mm。电熔缩工艺制造的光纤预制棒芯棒圆度和几何的均匀性可保证成纤的低PMD特性。本发明所述单模光纤的未成缆光纤PMD系数小于0.035ps/km^1/2，最好值0.035ps/km^1/2，典型值0.035ps/km^1/2。

附图说明

图1为本发明光纤折射率剖面分布以及各分层相对折射率差Δ％和直径R的图示。

图2为本发明光纤实施例1，2，3的色散特性曲线图示。

图3为本发明光纤实施例1的波导剖面图示。

图4为本发明光纤实施例2的波导剖面图示。

图5为本发明光纤实施例3的波导剖面图示。

具体实施方式

以下给出本发明负色散单模光纤的三个实施例及其光学特性，其中实施例1，实施例2所示光纤在C波段(1525nm-1565nm)光通信窗口具有总色散为负的色散特性和正的色散斜率，实施例3所示光纤在C波段(1525nm-1565nm)和L波段(1565nm-1625nm)光通信窗口具有总色散为负的色散特性和正的色散斜率。

-实施例1：

图3所示为本发明负色散光纤实施例1的光纤折射率剖面分布。

图2所示为本发明负色散光纤实施例1的色散特性。

该光纤为单模光纤，其具有三个芯层分层Core1，Core2，Core3及六个包层分层Clad.1，Clad.2，Clad.3，Clad.4，Clad.5，Clad.6，其中：

-第一纤芯分层Core1，其相对折射率差Δ％_Core1约为0.760％，其直径R_Core1约为3.4μm。

-第二纤芯分层Core2，其相对折射率差Δ％_Core2约为0.520％，其直径R_Core2约为4.6μm。

-第三纤芯分层Core3，其相对折射率差Δ％_Core3约为0.190％，其直径R_Core3约为5.6μm。

-第一包层分层Clad.1，其相对折射率差Δ％_Clad.1约为0.043％，其直径R_Clad.1约为9.4μm。

-第二包层分层Clad.2，其相对折射率差Δ％_Clad.2约为0.160％，其直径R_Clad.2约为17.0μm。

-第三包层分层Clad.3，其相对折射率差Δ％_Clad.3约为0.038％，其直径R_Clad.3约为21.8μm。

-第四包层分层Clad.4，其相对折射率差Δ％_Clad.4约为0.0％，其直径R_Clad.4约为23.2μm。

-第五包层分层Clad.5，其相对折射率差Δ％_Clad.5约为0.0％，其直径R_Clad.5约为33.0μm。

-第六包层分层Clad.6，其相对折射率差Δ％_Clad.6约为0.0％，其直径R_Clad.6约为125μm。

该发明光纤的三个芯层分层Core1，Core2，Core3及包层分层中的Clad.1，Clad.2，Clad.3均为PCVD工艺提供的纯二氧化硅(SiO₂)基体掺杂锗(Ge)和氟(F)的沉积层，其包层分层中的Clad.4为PCVD工艺提供的纯二氧化硅(SiO₂)沉积层，其包层分层中的Clad.5，Clad.6为OVD工艺提供的纯二氧化硅(SiO₂)沉积层。

该发明实施例1光纤有如下特性：

-色散特性

1550nm色散系数：-4.5ps/nm.km

1525nm至1565nm色散系数范围：-1.0ps/nm.km至-8.0ps/nm.km

1550nm色散斜率：0.093ps/nm².km

零色散波长：1595nm

-衰减特性

1550nm衰减系数：0.202dB/km

-未成缆光纤截止波长λ_c：1450nm至1560nm

-1550nm模场直径MFD：8.5μm

-1550nm有效面积A_eff：57μm²

-宏弯损耗(75mm芯轴，100圈)

1550nm：≤0.008dB

-氢损特性(1％H₂加99％He，70℃保温16小时)

1530nm：≤0.001dB/km

-未成缆光纤PMD系数：≤0.035ps/km^1/2

该发明实施例1所述单模光纤，在C波段(1525nm-1565nm)光通信窗口具有总色散为负的色散特性和正的色散斜率。该波段为EDFA的工作波段。该光纤可满足长距离或中长距离DWDM光通信系统的传输要求，可支持100GHz以下信道间隔的2.5Gbps/10Gbps速率的DWDM技术.该光纤满足了降低该类型光纤的PMD值的需要。另外，该光纤还满足了改善该类型光纤的抗弯曲特性和抗氢损特性的需要。

该负色散光纤与具有正啁啾的直接强度调制激光器使用于2.5Gbps时，会产生光脉宽压缩效应，从而延长色散受限距离。其对于中长距离传输的DWDM系统非常有利，可减小色散补偿费用，并可避免使用昂贵的外调制器，从而可以降低光传输设备的成本。

-实施例2：

图3b所示为本发明负色散光纤实施例2的光纤折射率剖面分布。

图2所示为本发明负色散光纤实施例2的色散特性。

该光纤为单模光纤，其具有三个芯层分层Core1，Core2，Core3及六个包层分层Clad.1，Clad.2，Clad.3，Clad.4，Clad.5，Clad.6，其中：

-第一纤芯分层Core1，其相对折射率差Δ％_Core1约为0.758％，其直径R_Core1

约为4.0μm。

-第二纤芯分层Core2，其相对折射率差Δ％_Core2约为0.519％，其直径R_Core2约为5.3μm。

-第三纤芯分层Core3，其相对折射率差Δ％_Core3约为0.190％，其直径R_Core3约为6.2μm。

-第一包层分层Clad.1，其相对折射率差Δ％_Clad.1约为-0.031％，其直径R_Clad.1约为8.5μm。

-第二包层分层Clad.2，其相对折射率差Δ％_Clad.2约为0.153％，其直径R_Clad.2约为15.8μm。

-第三包层分层Clad.3，其相对折射率差Δ％_Clad.3约为0.036％，其直径R_Clad.3约为22.3μm。

-第四包层分层Clad.4，其相对折射率差Δ％_Clad.4约为0.0％，其直径R_Clad.4约为24.7μm。

-第五包层分层Clad.5，其相对折射率差Δ％_Clad.5约为0.0％，其直径R_Clad.5约为33.2μm。

-第六包层分层Clad.6，其相对折射率差Δ％_Clad.6约为0.0％，其直径R_Clad.6约为125μm。

该发明光纤的三个芯层分层Core1，Core2，Core3及包层分层中的Clad.1，Clad.2，Clad.3均为PCVD工艺提供的纯二氧化硅(SiO₂)基体掺杂锗(Ge)和氟(F)的沉积层，其包层分层中的Clad.4为PCVD工艺提供的纯二氧化硅(SiO₂)沉积层，其包层分层中的Clad.5，Clad.6为OVD工艺提供的纯二氧化硅(SiO₂)沉积层。

该发明实施例2光纤有如下特性：

-色散特性

1550nm色散系数：-3.4ps/nm.km

1525nm至1565nm色散系数范围：-1.0ps/nm.km至-6.0ps/nm.km

1550nm色散斜率：0.073ps/nm².km

零色散波长：1595nm

-衰减特性

1550nm衰减系数：0.208dB/km

-未成缆光纤截止波长λ_c：1300nm至1400nm

-1550nm模场直径MFD：8.2μm

-1550nm有效面积A_eff；53μm²

-宏弯损耗(75mm芯轴，100圈)

1550nm：≤0.01dB

-氢损特性(1％H₂加99％He，70℃保温16小时)

1530nm：≤0.001dB/km

-未成缆光纤PMD系数：≤0.035ps/km^1/2

该发明实施例2所述单模光纤，在C波段(1525nm-1565nm)光通信窗口具有总色散为负的色散特性和正的色散斜率，该波段为EDFA的工作波段。该光纤可满足长距离或中长距离DWDM光通信系统的传输要求，可支持100GHz以下信道间隔的2.5Gbps/10Gbps速率的DWDM技术。该光纤满足了降低该类型光纤的PMD值的需要。另外，该光纤还满足了改善该类型光纤的抗弯曲特性和抗氢损特性的需要。

该负色散光纤与具有正啁啾的直接强度调制激光器使用于2.5Gbps时，会产生光脉宽压缩效应，从而延长色散受限距离。其对于中长距离传输的DWDM系统非常有利，可减小色散补偿费用，并可避免使用昂贵的外调制器，从而可以降低光传输设备的成本。

-实施例3：

图3c所示为本发明负色散光纤实施例3的光纤折射率剖面分布。

图2所示为本发明负色散光纤实施例3的色散特性。

该光纤为单模光纤，其具有三个芯层分层Core1，Core2，Core3及六个包层分层Clad.1，Clad.2，Clad.3，Clad.4，Clad.5，Clad.6，其中：

-第一纤芯分层Core1，其相对折射率差Δ％_Core1约为0.788％，其直径R_Core1约为4.1μm。-第二纤芯分层Core2，其相对折射率差Δ％_Core2约为0.521％，其直径R_Core2约为5.5μm。

-第三纤芯分层Core3，其相对折射率差Δ％_Core3约为0.200％，其直径R_Core3约为6.4μm。

-第一包层分层Clad.1，其相对折射率差Δ％_Clad.1约为-0.033％，其直径R_Clad.1约为10.5μm。

-第二包层分层Clad.2，其相对折射率差Δ％_Clad.2约为0.160％，其直径R_Clad.2约为18.1μm。

-第三包层分层Clad.3，其相对折射率差Δ％_Clad.3约为0.033％，其直径R_Clad.3约为22.0μm。

-第四包层分层Clad.4，其相对折射率差Δ％_Clad.4约为0.0％，其直径R_Clad.4约为24.5μm。

-第五包层分层Clad.5，其相对折射率差Δ％_Clad.5约为0.0％，其直径R_Clad.5约为33.1μm。

-第六包层分层Clad.6，其相对折射率差Δ％_Clad.6约为0.0％，其直径R_Clad.6约为125μm。

该发明光纤的三个芯层分层Core1，Core2，Core3及包层分层中的Clad.1，Clad.2，Clad.3均为PCVD工艺提供的纯二氧化硅(SiO₂)基体掺杂锗(Ge)和氟(F)的沉积层，其包层分层中的Clad.4为PCVD工艺提供的纯二氧化硅(SiO₂)沉积层，其包层分层中的Clad.5，Clad.6为OVD工艺提供的纯二氧化硅(SiO₂)沉积层。

该发明实施例3光纤有如下特性：

-色散特性

1550nm色散系数：-6.8ps/nm.km

1600nm色散系数：-3.4ps/nm.km

1525nm至1625nm色散系数范围：-1.0ps/nm.km至-10.0ps/nm.km

1550nm色散斜率：0.061ps/nm².km

零色散波长：1645nm

-衰减特性

1550nm衰减系数：0.222dB/km

1600nm衰减系数：0.219dB/km

-未成缆光纤截止波长λ_c：1450nm至1540nm

-1550nm模场直径MFD：7.8μm

-1550nm有效面积A_eff：48μm²

-宏弯损耗(75mm芯轴，100圈)

1550nm：≤0.02dB

1625nm：≤0.02dB

-氢损特性(1％H₂加99％He，70℃保温16小时)

1530nm：≤0.001dB/km

-未成缆光纤PMD系数：≤0.035ps/km^1/2

该发明实施例3所述单模光纤，在C波段(1525nm-1565nm)和L波段(1565nm-1625nm)光通信窗口具有总色散为负的色散特性和正的色散斜率。其中C波段为EDFA的工作波段，L波段为DWDM光通信系统的扩展使用波段。该光纤可满足长距离或中长距离DWDM光通信系统的传输要求，可支持100GHz以下信道间隔的2.5Gbps/10Gbps速率的DWDM技术。该光纤满足了降低该类型光纤的PMD值的需要。另外，该光纤还满足了改善该类型光纤的抗弯曲特性和抗氢损特性的需要。

该负色散光纤与具有正啁啾的直接强度调制激光器使用于2.5Gbps时，会产生光脉宽压缩效应，从而延长色散受限距离。其对于中长距离传输的DWDM系统非常有利，可减小色散补偿费用，并可避免使用昂贵的外调制器，从而可以降低光传输设备的成本。

Claims (13)

1、一种负色散单模光纤，具有一纤芯层和一包层，其特征在于纤芯设有折射率分布不同的三个纤芯分层，包层包括有六个分层，所述光纤在1525nm至1565nm波段具有-1.0ps/nm.km到-10.0ps/nm.km的负色散，或者，所述光纤在1525nm至1625nm波段具有-1.0ps/nm.km到-10.0ps/nm.km的负色散。

2、按权利要求1所述负色散单模光纤，其特征在于所述光纤第一纤芯分层Core1的直径R_Core1约为1.0μm至5.0μm，其相对折射率差Δ％_Core1约为0.6％至1.2％，第二纤芯分层Core2的直径R_Core2约为3.0μm至6.0μm，其相对折射率差Δ％_Core2约为0.25％至0.65％，第三纤芯分层Core3的直径R_Core3约为4.0μm至8.0μm，其相对折射率差Δ％_Core3约为0.05％至0.25％。

3、按权利要求1或2所述负色散单模光纤，其特征在于第一包层分层Clad.1的直径R_Clad.1约为8.0μm至12.0μm，其相对折射率差Δ％_Clad.1约为-0.15％至0.15％，第二包层分层Clad.2的直径R_Clad.2约为12.0μm至20.0μm，其相对折射率差Δ％_Clad.2约为0.1％至0.4％，第三包层分层Clad.3的直径R_Clad.3约为18.0μm至30.0μm，其相对折射率差Δ％_Clad.3约为-0.1％至0.1％，第四，五，六包层分层Clad.4，Clad.5，Clad.6，其直径R_Clad.4，R_Clad.5，R_Clad.6分别为20.0μm至40.0μm，30.0μm至50.0μm，124.0μm至126.0μm，其折射率为纯二氧化硅(SiO₂)折射率，为恒定折射率。

4、按权利要求3所述的负散单模光纤，其特征在于纤芯和包层的较佳参数分布为：

Δ％_Core1约为0.69％至0.85％     R_Core1约为3.45至4.22μm

Δ％_Core2约为0.47％至0.57％     R_Core2约为4.62至5.65μm

Δ％_Core3约为0.17％至0.22％     R_Core3约为5.46至6.67μm

Δ％_Core.1约为0.06％至0.06％    R_Clad.1约为8.52至10.42μm

Δ％_Clad.2约为0.14％至0.17％    R_Clad.2约为15.27至18.66μm

Δ％_Clad.3约为0.03％至0.04％    R_Clad.3约为19.83至24.24μm

Δ％_Clad.4约为0％               R_Clad.4约为21.72至26.55μm

Δ％_Clad.5约为0％               R_Clad.5约为30.0至36.41μm

Δ％_Clad.6约为0％           R_Clad.6约为123至125μm。

5、按权利要求3所述负色散单模光纤，其特征在于所述光纤具有在1550nm不小于7.6μm的模场直径MFD；具有在1550nm不小于45μm²的有效面积A_eff；所述光纤具有在1550nm不大于0.1ps/nm².km的色散斜率；具有不大于1700nm的未成缆光纤截止波长λ_c。

6、按权利要求3所述负色散单模光纤，其特征在于所述光纤在75mm直径心轴上100周的弯曲情况下，由于弯曲引起的损耗在1550nm不大于0.02dB，在1625nm不大于0.02dB。

7、一种制造负色散单模光纤的方法，其特征在于所述单模光纤是由PCVD工艺与OVD工艺共同提供的可供拉丝用光纤预制棒拉制而成，并且该光纤预制棒各分层与权利要求1或2所述单模光纤各分层是一一对应的。

8、按权利要求7所述制造负色散单模光纤的方法，其特征在于所述光纤预制棒各分层沉积工艺为：芯层分层Core1，Core2，Core3，包层分层Clad.1，Clad.2，Clad.3，Clad.4为PCVD工艺提供的沉积层；包层分层Clad.5，Clad.6为OVD工艺提供的沉积层，并且由OVD工艺提供纯二氧化硅(SiO₂)衬管即为包层分层Clad.5。

9、按权利要求7或8所述制造负色散单模光纤的方法，其特征在于所述光纤预制棒芯层分层Core1，Core2，Core3为纯二氧化硅(SiO₂)基体掺杂锗(Ge)，或为纯二氧化硅(SiO₂)基体共掺锗(Ge)及氟(F)以形成所需的正相对折射率差分布；所述光纤预制棒包层分层中的Clad.1，Clad.2，Clad.3为纯二氧化硅(SiO₂)基体掺杂锗(Ge)或掺杂氟(F)，或为纯二氧化硅(SiO₂)基体共掺锗(Ge)及氟(F)以形成所需正或负的相对折射率差分布；所述光纤预制棒包层分层中的Clad.4，Clad.5，Clad.6为纯二氧化硅(SiO₂)。

10、按权利要求7或8所述制造负色散单模光纤的方法，其特征在于所述光纤预制棒包层分层Clad.3中施加2.0％至5.0％摩尔浓度的锗(Ge)以提高光纤的抗氢损性能，并在Clad.3中同时施加氟(F)掺杂以实现预设的光波导结构。

11、按权利要求10所述制造单模光纤的方法，其特征在于所述光纤预制棒包层分层Clad.3中施加3.5％摩尔浓度的锗(Ge)，并同时施加满足预设的光波导结构要求量的氟(F)掺杂，完成拉制后光纤按所述光纤氢损特性评估测试方法，在1530nm的氢致损耗小于0.002dB/km。

12、按权利要求7或8所述制造负色散单模光纤的方法，其特征在于用电熔缩工艺完成所述PCVD工艺沉积衬管的熔缩，提供所述光纤预制棒芯棒。

13、按权利要求12所述制造负色散单模光纤的方法，其特征在于由电熔缩工艺提供所述光纤预制棒芯棒轴向弓曲度低于0.1mm，各芯包分层不圆度指标低于1.0％，完成拉制后光纤未成缆PMD系数小于0.036ps/km^1/2。

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