CN1460194A - 负色散光纤和包含所述光纤的光学传输线路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以较短的长度补偿信号波段中正色散光纤的色散的负色散光纤，和包含所述负色散光纤的光学传输线路。所述负色散光纤在1550纳米的波长下具有下述特性：不大于－150ps/nm/km的色散D；满足其与色散D的比值(S/D)不小于2.0×10－3/nm又不大于4.7×10－3/nm的条件的色散梯度；和不小于12μm2但是小于25mu2的有效面积。为了满足这些性质，按照从中心向外围陈述的顺序，所述负色散光纤具有最大折射率为n1的芯线区，折射率n2(<n1)的第一包层区，折射率n3(>n2)的第二包层区和折射率n4(<n3)的第三包层区。

Description

负色散光纤和包含所述光纤的光学传输线路
技术领域
本发明涉及补偿正色散光纤的色散的负色散光纤，所述正色散光纤在信号波段中具有正色散现象，本发明还涉及包含所述负色散光纤的光学传输线路。
背景技术
光学传输系统通过由光纤构成的光学传输线路传送多个信道的信号，以便能够实现远距离和大容量通信。通常应用于光学传输线路的基于二氧化硅的光纤在1.55微米的波长附近表现出最小的传输损耗。另一方面，能够放大波长1.55微米附近的信号的掺铒光纤放大器(EDFA：掺铒光纤放大器)可用作光学放大装置。为此，C波段(1530纳米-1560纳米)被主要用作信号波段。
由于最近还开发了能够放大波长1.58微米附近的信号的EDFA，现在L波段(1570纳米-1610纳米)也被用作信号波段。为了实现更大容量的传输，使用S波段(1450纳米-1530纳米)作为信号波段也在研究之中。
另外，波分多路复用(WDM)光学传输系统是传送包含在前述S波段、C波段或L波段中的多个信道的多路复用信号，并且能够实现大容量信息传输的系统。就这样的WDM光学传输系统来说，需要进一步增大信息容量，这要求在整个光学传输线路内，在更宽的波段上保持较小的色散绝对值。
但是，通常应用于光学传输线路的光纤具有正色散，并且在S波段、C波段和L波段的任一波段中的色散梯度为正号。例如，在1.3微米波长附近具有零色散波长的标准单模光纤在1.55微米的波长处具有约+16ps/nm/km～+21ps/nm/km的色散。在1.55微米波长附近具有零色散波长的非零色散移频光纤(NZ-DSF)在1.55微米波长处具有约+2ps/nm/km～+12ps/nm/km的色散。这些单模光纤和非零色散移频光纤在S波段、C波段和L波段中都具有正色散梯度。
当只应用如上所述的具有正色散的光纤(下面称为正色散光纤)构成光学传输线路时，光学传输线路具有较大的累积色散。这会导致信号波形的退化，从而难以实现远距离和大容量光学传输。于是，正在研究具有负色散的光纤(下面称为负色散光纤)的应用，以便补偿正色散光纤的色散(例如日本专利申请公开，No.H6-11620，H8-136758，H8-313750等等)。
发明内容
发明人研究了上述现有技术，发现存在下述问题。即，通常知道负色散光纤的传输损耗大于正色散光纤。于是，在使用长的负色散光纤的情况下，存在传输损耗变大的问题。根据发明人的认识，由正色散和负色散光纤组成的光学传输有下面的倾向：在零色散波长附近，整个光学传输线路上的平均色散为0，但是随着远离零色散波长，色散的绝对值增大。由于常规的传输线路在如上所述的信号波段中存在较大的色散偏差(deviation)，因此在远距离和大容量WDM光学传输的实现方面存在局限性。
为了解决上述问题而提出了本发明，本发明的目的是提供一种可用较短的长度补偿信号波段中正色散光纤的色散的负色散光纤，和包含所述负色散光纤并且能够实现远距离和大容量WDM光学传输的光学传输线路。
为了实现上述目的，根据本发明的负色散光纤在1550纳米波长处具有下述特性：不大于-150ps/nm/km，最好不大于-180ps/nm/km的色散D；满足其与色散D的比值(S/D)不小于2.0×10-3/nm又不大于4.7×10-3/nm的条件的色散梯度S；不小于12μm2但是小于25μm2，最好小于20μm2的有效面积。根据本发明的另一负色散光纤在1550纳米波长处具有下述特性：不大于-200ps/nm/km的色散D；满足其与色散D的比值(S/D)不小于2.0×10-3/nm又不大于4.7×10-3/nm的条件的色散梯度S。
由于如上所述，负色散光纤具有较小的色散D(其符号为负，绝对值较大)，因此可在负色散光纤的长度的比率较小的条件下，构成由正色散光纤和负色散光纤构成的光学传输线路。这抑制了由于在光学传输线路中插入负色散光纤而引起的传输损耗的增大，并且能够以低成本制造光学传输线路。由于前述比值(S/D)不小于2.0×10-3/nm不大于4.7×10-3/nm，因此色散梯度补偿率约为60％-140％，从而可使整个光学传输线路上的平均色散和平均色散梯度的相应绝对值都较小，并使得在信号波段中，在整个光学传输线路上，平均色散在波长之间的偏差(最大值-最小值)较小。不小于12μm2的有效面积等于或大小常规负色散光纤的有效面积，可有效抑制非线性光学现象。即使在呈一束光纤形式的光缆或者以线圈形状缠绕的模块中，小于25m2，最好小于20μm2的有效面积也可抑制负色散光纤中损耗的增大。
如日本专利申请公开No.H8-248251(EP 0 724171A2)中所述，有效面积Aeff由下述等式给出。 A eff = 2 &pi; ( &Integral; 0 &infin; E 2 rdr ) 2 / ( &Integral; 0 &infin; E 4 rdr )
在该等式中，E代表传播光线引起的电场，r代表距离芯线中心的径向距离。
在根据本发明的负色散光纤中，色散梯度S与色散D的比值(S/D)不小于2.7×10-3/nm又不大于4.0×10-3/nm。这种情况下，色散梯度补偿率约为80％-120％，这使包含负色散光纤的整个光学传输线路上平均色散和平均色散梯度的相应绝对值都较小，并使得在信号波段中，在整个光学传输线路上，平均色散在波长之间的偏差更小。
在根据本发明的负色散光纤中，2米长度(CCITT标准)下的截止波长最好不小于1.0微米又不大于2.0微米。这种情况下，可把负色散光纤的弯曲损耗控制在较小的水平。
在根据本发明的负色散光纤中，1550纳米波长下的传输损耗优选不大于1.0dB/km，最好不大于0.7dB/km。原因在于可更有效地抑制整个光学传输线路上传输损耗的增加。
为了实现如上所述的各种性质，根据本发明的负色散光纤包括沿预定轴线延伸，并且具有预定最大折射率的芯线区；围绕芯线区，并且折射率低于芯线区的最大折射率的第一包层区；围绕第一包层区，并且折射率高于第一包层区的折射率的第二包层区；和围绕第二包层区，并且折射率低于第二包层区的折射率的第三包层区。
以这种折射率分布，实现了具有上述各种性质的负色散光纤，并且这种负色散光纤是较好的，因为可有效降低弯曲损耗，同时延长截止波长。在该负色散光纤中，芯线区与第三包层区的最大相对折射率差值不小于1.8％又不大于3.0％。这种情况下，通过延长截止波长，可容易地降低弯曲损耗。
根据本发明的光学传输线路包括具有上述结构的负色散光纤和在1550纳米波长下具有下述性质的正色散光纤：不小于+15又不大于+21ps/nm/km的色散；不小于+0.05ps/nm2/km又不大于+0.07ps/nm2/km的色散梯度。该光学传输线路的构造用来利用在信号波段中具有较小的色散和色散梯度(符号为负，并且绝对值较大)的负色散光纤补偿正色散光纤的色散。这种结构可降低整个传输线路中负色散光纤的长度的比率，并且最终能够有效抑制整个传输线路中传输损耗的增大。由于通过应用具有如上所述各种性质的负色散光纤，在光学传输线路中补偿了色散和色散梯度，因此可在整个信号波段内，使色散的绝对值保持较小，从而使实现远距离和大容量WDM光学传输变得可行。
根据本发明的光学传输线路包括负色散光纤(根据本发明的负色散光纤)和如上所述的正色散光纤，并且至少位于发射站和接收站之间，发射站和包括光学放大器等的中继站之间，中继站之间，或者中继站和接收站之间。包含在光学传输线路中的负色散光纤可位于中继站中。构成光学传输线路的负色散光纤和正色散光纤都可由彼此熔融接合(fusion-spliced)的若干光纤构成。
此外，在根据本发明的光学传输线路中，在1530纳米-1560纳米的波段中，在整个光学传输线路上，平均色散在波长之间的偏差不大于0.5ps/nm/km，在1450纳米-1560纳米的波段中，在整个光学传输线路上，平均色散在波长之间的偏差不大于2.0ps/nm/km，在1450纳米-1610纳米的波段中，在整个光学传输线路上，平均色散在波长之间的偏差不大于4.0ps/nm/km，最好不大于2.0ps/nm/km。
根据下面给出的详细说明和附图，将更充分地理解本发明，所述详细说明和附图只是用于举例说明，而不是对本发明的限制。
根据下面给出的详细说明，本发明的其它应用范围将是显而易见的。但是，应明白在表示本发明的优选实施例的同时，详细说明和具体例子只是用于举例说明，因为根据该详细说明，对本领域的技术人员来说，本发明的精神和范围之内的各种变化和修改将是显而易见的。
附图说明
图1A-1D说明了根据本发明的光学传输线路的具体结构；
图2A和2B表示了根据本发明的负色散光纤的横截面结构及其折射率分布；
图3-5的曲线图表示了根据本发明的负色散光纤的各个实施例的色散和色散梯度之间的关系；
图6是表示和本发明的负色散光纤的各实施例对应的样本(光纤A-G)的规格的表格；
图7的曲线图表示了图6的表格中所示的光纤A-G中的光纤A和B的色散特性；
图8的曲线图表示了图6的表格中所示的光纤A-G中的光纤C-F的色散特性；
图9的曲线图表示了图6的表格中所示的光纤A-G中的光纤G的色散特性；
图10的曲线图表示了分别应用图6中所示的光纤A-G中的光纤A和B的相应光学传输线路的色散特性；
图11的曲线图表示了分别应用图6中所示的光纤A-G中的光纤C-F的相应光学传输线路的色散特性；
图12的曲线图表示了应用图6中所示的光纤A-G中的光纤G的光学传输线路的色散特性；
图13是表示应用图6的表格中所示的光纤A-G的相应传输线路的各种特性的表格；
图14是作为比较例制备的负色散光纤的折射率分布图；
图15的曲线图表示了由图14中所示的负色散光纤和正色散光纤构成的整个传输线路的色散特性。
具体实施方式
下面参考图1A-2B和3-15，说明根据本发明的负色散光纤的各个实施例和包含这些负色散光纤的光学传输线路。在附图的说明中，相同的部件由相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。
图1A表示了根据本发明的光学传输线路的结构。该光学传输线路1配有在1550纳米波长下具有正色散的正色散光纤20，和在1550纳米波长下具有负色散的负色散光纤10(根据本发明的负色散光纤)。一般来说，负色散光纤10的有效面积小于正色散光纤20。因此，为了抑制非线性光学现象的出现，在信号传播通过正色散光纤20之后，最好使信号传播通过负色散光纤10。
构成光学传输线路1的负色散光纤10可由彼此熔融接合的若干光纤10a-10e(彼此具有基本相同的相应光学特性)构成，如图1B中所示。正色散光纤20也可由彼此熔融接合的若干光纤20a-20e(彼此具有基本相同的相应光学特性)构成，如图1C中所示。此外，光学传输线路1是至少位于发送多个信道的信号的发射站和接收站之间，位于发射站和中继站之间，位于中继站之间，或者位于中继站和接收站之间的光学传输线路。包含在光学传输线路1中的负色散光纤10可放置在中继站2中，如图1D中所示。这种情况下，负色散光纤10可位于多级放大器3a、3b之间。
正色散光纤20通常是位于中继站之间，并且具有位于1.3微米波长附近的零色散波长的单模光纤。即，该正色散光纤20具有在1.55微米波长处不小于+15ps/nm/km又不大于+21ps/nm/km的色散D1，和不小于+0.05ps/nm2/km又不大于+0.07ps/nm2/km的色散梯度。
负色散光纤10可位于中继站中，同时与正色散光纤20熔融接合，或者可按线圈形状缠绕而被模块化，并且放置在中继站或者放置在接收站中(参见图1D)。当负色散光纤10和正色散光纤20一起被放置在中继站之间时，累积传输损耗变小，这是可取的。最好通过熔融接合，使正色散光纤20和负色散光纤10彼此接合。这种情况下，由于熔融接合加工中的热量的缘故，这些光纤的模场(mode field)直径增大，从而使接合损耗保持较小。
负色散光纤10在1550纳米波长下具有下述性质：不大于-150ps/nm/km，最好不大于-180ps/nm/km的色散D2；满足与色散D2的比值(S2/D2)不小于2.0×10-3/nm又不大于4.7×10-3/nm的条件的色散梯度S2；有效面积不小于12μm2，但是小于25μm2。作为另一个例子，负色散光纤10在1550纳米波长下具有下述性质：不大于-200ps/nm/km的色散D2；满足与色散D2的比值(S2/D2)不小于2.0×10-3/nm又不大于4.7×10-3/nm条件的色散梯度S2。
色散D2越小(其负值的绝对值越大)，则光学传输线路1中负色散光纤10的长度的比率越小。于是，较小的色散更为可取，因为可以实现光学传输线路1的单位制造成本的降低，并减少整个光学传输线路1上的传输损耗。当比值(S2/D2)不小于2.0×10-3/nm又不大于4.7×10-3/nm时，色散梯度补偿率η约为60％-140％。更可取的是，当比值(S2/D2)不小于2.7×10-3/nm又不大于4.0×10-3/nm时，色散梯度补偿率η约为80％-120％。色散梯度补偿率η(％)由下述等式(1)确定。
η＝100×(S2/D2)/(S1/D1)    (1)
即，当色散梯度补偿率η接近100％时，整个光学传输线路1上的平均色散和平均色散梯度的相应绝对值都变小，并且在信号波段中，在整个光学传输线路1上，平均色散在波长之间的偏差(最大值-最小值)也变小。
随着有效面积的降低，负色散光纤10变得更耐弯曲。当有效面积小于25μm2时，即使在特性和负色散光纤10相同的一束若干光纤形成的光缆中，或者在绕成线圈形状的模块中，传输损耗也较小。当有效面积不小于12μm2时，它等同于或者大于常规光纤的有效面积，并且足以有效抑制负色散光纤10中非线性光学现象的出现。
在负色散光纤10中，在2米的长度下，截止波长最好不小于1.0μm又不大于2.0μm。当截止波长被设定在该范围内时，弯曲损耗变小。即使截止波长大于信号光线波长，但是不大于2.0μm时，由于截止波长的距离相关性的缘故，或者由于在按线圈形状缠绕的模块中较高模式的损失的缘故，有效截止波长变得更短，从而在负色散光纤10中，在信号波长下确保了单模。此外，在负色散光纤10中，1550纳米波长下的传输损耗不大于1.0dB/km，最好不大于0.7dB/km，从而整个光学传输线路1上的传输损耗变小。
该光学传输线路1利用在信号波段中具有较小的色散和色散梯度(符号为负，并且绝对值较大)的负色散光纤10，从而补偿正色散光纤20的色散。在整个传输线路1中，负色散光纤10的长度的比例被降低，从而使整个光学传输线路1上的传输损耗保持较小。由于在光学传输线路1中，色散和色散梯度都被补偿，因此可在整个信号波段内，使色散的绝对值保持较低，在远距离和大容量WDM光学传输的实现方面，这是可取的。
特别地，由于在S波段(1450纳米-1530纳米)，在C波段(1530纳米-1560纳米)或者在L波段(1570纳米-1610纳米)中，色散的偏差较小，因此光学传输线路1产生良好的传输特性。具体地说，在1530纳米-1560纳米的波段中，在整个光学传输线路1上，平均色散在波长之间的偏差最好不大于0.5ps/nm/km。在1450纳米-1560纳米的波段中，在整个光学传输线路1上，平均色散在波长之间的平均色散的偏差最好不大于2.0ps/nm/km。在1450纳米-1610纳米的波段中，在整个光学传输线路1上，平均色散波长之间的偏差优选不大于4.0ps/nm/km，最好不大于2.0ps/nm/km。
图2A表示了根据本发明的负色散光纤10的一个实施例的横截面结构。该负色散光纤200具有沿预定轴线延伸的芯线区210和在芯线区的外围形成的包层区220。包层区220由在芯线区210的外围形成的第一包层区221，在第一包层区221的外围形成的第二包层区222，和在第二包层区222的外围形成的第三包层区223。芯线区210的最大折射率为n1，外径为2a。第一包层区221具有折射率n2(＜n1)和外径2b。第二包层区222具有折射率n3(＞n2)和外径2c。第三包层区223具有折射率n4(＜n3＝和125微米的外径。
用基于二氧化硅的玻璃为主材料，并用适量的GeO2分别掺杂芯线区210和第二包层区222，用适量的元素F掺杂第一包层区221，从而制成这种负色散光纤200。相对于作为基准的第三包层区223的折射率n4，芯线区210的相对折射率差值由Δ1(＝(n1-n4)/n4)给出，第一包层区221的相对折射率差值由Δ2(＝(n2-n4)/n4)给出，第二包层区222的相对折射率差值由Δ3(＝(n3-n4)/n4)给出(本说明书中的相对折射率差值用百分数表示)。
图2B描述了具有上述结构的负色散光纤200的折射率分布剖面250。折射率分布剖面250表示了负色散光纤200中各个部分的沿着经过光轴的线条L(参见图2A)的折射率。因此，在折射率分布剖面250中，区域251表示芯线区210中线条L上各个部分的折射率，区域252表示第一包层区221中线条L上各个部分的折射率，区域253表示第二包层区222中线条L上各个部分的折射率，区域254表示第一包层区223中线条L上各个部分的折射率。
根据本发明的负色散光纤10具有和图2A中所示的负色散光纤200类似的结构，并且具有和图2B中所示的折射率分布剖面250相似的折射率分布剖面，从而实现上述特性。特别地，和具有后面描述的比较例的折射率分布剖面(参见图14)的负色散光纤相比，具有如图2B中所示的折射率分布剖面的负色散光纤10可延长截止波长，从而降低弯曲损耗。就延长截止波长从而降低弯曲损耗而论，芯线区210相对于第三包层区223的相对折射率差值Δ1最好不小于1.8％又不大于3.0％。
下面将说明根据本发明的负色散光纤10的具体实施例。下面说明的每个实施例具有图2A中所示的横截面结构和图2B中所示的折射率分布剖面。在下面的说明中，Ra代表芯线区210和第二包层区222的外径的比值，Rb代表第一包层区221和第二包层区222的外径的比值。即，外径比值Ra、Rb分别由下述等式(2A)、(2B)表示。
Ra＝a/c                     (2A)
Rb＝b/c                     (2B)
图3的曲线图表示了根据本发明的负色散光纤的各个实施例的色散和色散梯度之间的关系。在该图中所示的每个实施例中，相对于第三包层区223，芯线区210的相对折射率差值Δ1被设置为2.4％，第一包层区的相对折射率差值Δ2被设置为-0.5％，第二包层区的相对折射率差值Δ3被设置成0.2％。
对于Ra＝0.20和Rb＝0.48的实施例，Ra＝0.20和Rb＝0.50的实施例，Ra＝0.20和Rb＝0.52的实施例，Ra＝0.20和Rb＝0.55的实施例，和Ra＝0.20和Rb＝0.60的实施例，在第二包层区的外径2c变化的情况下，发明人获得了1550纳米波长下，每个实施例的色散D2和色散梯度S2的相应数值。在图3中，曲线C510表示Ra＝0.20和Rb＝0.48的实施例的色散和色散梯度之间的关系，曲线C520表示Ra＝0.20和Rb＝0.50的实施例的色散和色散梯度之间的关系，曲线C530表示Ra＝0.20和Rb＝0.52的实施例的色散和色散梯度之间的关系，曲线C540表示Ra＝0.20和Rb＝0.55的实施例的色散和色散梯度之间的关系，曲线C550表示Ra＝0.20和Rb＝0.60的实施例的色散和色散梯度之间的关系。图3中，直线R1表示比值(S/D)＝2.0×10-3，直线R2表示比值(S/D)＝2.7×10-3，直线R3表示比值(S/D)＝4.0×10-3，直线R4表示比值(S/D)＝4.7×10-3。
图4也是曲线图，表示了根据本发明的负色散光纤的各个实施例的色散和色散梯度之间的关系。在该图中所示的每个实施例中，芯线区210、第一包层区和第二包层区相对于第三包层区223的相对折射率差值Δ1、Δ2和Δ3分别被设置2.7％、-0.5％和0.3％。
对于Ra＝0.20和Rb＝0.46的实施例，Ra＝0.20和Rb＝0.50的实施例，Ra＝0.20和Rb＝0.54的实施例，和Ra＝0.20和Rb＝0.60的实施例，在第二包层区的外径2c变化的情况下，发明人获得1550纳米波长下，每个实施例的色散D2和色散梯度S2的相应数值。在图4中，曲线C610表示Ra＝0.20和Rb＝0.46的实施例的色散和色散梯度之间的关系，曲线C620表示Ra＝0.20和Rb＝0.50的实施例的色散和色散梯度之间的关系，曲线C630表示Ra＝0.20和Rb＝0.54的实施例的色散和色散梯度之间的关系，曲线C640表示Ra＝0.20和Rb＝0.60的实施例的色散和色散梯度之间的关系。图4中，直线R1表示比值(S/D)＝2.0×10-3，直线R2表示比值(S/D)＝2.7×10-3，直线R3表示比值(S/D)＝4.0×10-3，直线R4表示比值(S/D)＝4.7×10-3。
图5表示了根据本发明的负色散光纤的各个实施例的色散和色散梯度之间的关系。在该图中所示的每个实施例中，芯线区210、第一包层区和第二包层区相对于第三包层区223的相对折射率差值Δ1、Δ2和Δ3分别被设置2.1％、-0.5％和0.2％。
对于Ra＝0.20和Rb＝0.46的实施例，Ra＝0.20和Rb＝0.50的实施例，Ra＝0.20和Rb＝0.54的实施例，在第二包层区的外径2c变化的情况下，发明人获得1550纳米波长下，每个实施例的色散D2和色散梯度S2的相应数值。在图5中，曲线C710表示Ra＝0.20和Rb＝0.46的实施例的色散和色散梯度之间的关系，曲线C720表示Ra＝0.20和Rb＝0.50的实施例的色散和色散梯度之间的关系，曲线C730表示Ra＝0.20和Rb＝0.54的实施例的色散和色散梯度之间的关系。图5中，直线R1表示比值(S/D)＝2.0×10-3，直线R2表示比值(S/D)＝2.7×10-3，直线R3表示比值(S/D)＝4.0×10-3，直线R4表示比值(S/D)＝4.7×10-3。
在图3-图5的每个图中，阴影区表示这样的区域：其中，波长1550纳米下的色散D2不大于-150ps/nm/km，并且波长1550纳米下，色散梯度S2和色散D2的比值(S2/D2)不小于2.0×10-3/nm又不大于4.7×10-3/nm。从这些图中可看出，通过恰当地设置图2B中所示的折射率分布剖面250中的相应参数(Δ1、Δ2、Δ3、Ra、Rb、2c)的数值，波长1550纳米下的色散D2不大于-150ps/nm/km，不大于-180ps/nm/km，甚至不大于-200ps/nm/km。波长1550纳米下，色散梯度S2和色散D2的比值(S2/D2)不小于2.0×10-3/nm又不大于4.7×10-3/nm，甚至不小于2.7×10-3/nm又不大于4.0×10-3/nm。
图6的表格示出了和本发明的负色散光纤的实施例对应的样本(光纤A-G)的规格。光纤A、B对应于图3中所示的相应实施例。光纤C-F对应于图4中所示的相应实施例。光纤G对应于图5中所示的实施例。
在光纤A中，芯线区210、第一包层区221和第二包层区222相对于第三包层区223的相对折射率差值Δ1、Δ2和Δ3分别被设置2.4％、-0.5％和0.2％。Ra为0.20，Rb为0.52，第二包层区222的外径2c为15.4微米。在1550纳米的波长下，这种结构的光纤A具有下述特性：色散D2为-200ps/nm/km；色散梯度S2为-0.69ps/nm2/km；比值(S2/D2)为3.5×10-3/nm；有效面积17.5μm2；在20毫米的弯曲直径下，弯曲损耗为4dB/m；传输损耗为0.52dB/km。在2米长的光纤A的条件下，截止波长为1.22微米。
在光纤B中，芯线区210、第一包层区221和第二包层区222相对于第三包层区223的相对折射率差值Δ1、Δ2和Δ3分别被设置2.4％、-0.5％和0.2％。Ra为0.20，Rb为0.48，第二包层区222的外径2c为15.6微米。在1550纳米的波长下，这种结构的光纤B具有下述特性：色散D2为-185ps/nm/km；色散梯度S2为-0.43ps/nm2/km；比值(S2/D2)为2.3×10-3/nm；有效面积17.7μm2；在20毫米的弯曲直径下，弯曲损耗为1dB/m；传输损耗为0.51dB/km。在2米长的光纤B的条件下，截止波长为1.30微米。
在光纤C中，芯线区210、第一包层区221和第二包层区222相对于第三包层区223的相对折射率差值Δ1、Δ2和Δ3分别被设置2.7％、-0.5％和0.3％。Ra为0.20，Rb为0.46，第二包层区222的外径2c为15.2微米。在1550纳米的波长下，这种结构的光纤C具有下述特性：色散D2为-182ps/nm/km；色散梯度S2为-0.39ps/nm2/km；比值(S2/D2)为2.1×10-3/nm；有效面积14.8μm2；在20毫米的弯曲直径下，弯曲损耗为0.001dB/m；传输损耗为0.65dB/km。在2米长的光纤C的条件下，截止波长为1.70微米。
在光纤D中，芯线区210、第一包层区221和第二包层区222相对于第三包层区223的相对折射率差值Δ1、Δ2和Δ3分别被设置2.7％、-0.5％和0.3％。Ra为0.20，Rb为0.50，第二包层区222的外径2c为15.0微米。在1550纳米的波长下，这种结构的光纤D具有下述特性：色散D2为-189ps/nm/km；色散梯度S2为-0.58ps/nm2/km；比值(S2/D2)为3.1×10-3/nm；有效面积14.4μm2；在20毫米的弯曲直径下，弯曲损耗为0.01dB/m；传输损耗为0.66dB/km。在2米长的光纤D的条件下，截止波长为1.61微米。
在光纤E中，芯线区210、第一包层区221和第二包层区222相对于第三包层区223的相对折射率差值Δ1、Δ2和Δ3分别被设置2.7％、-0.5％和0.3％。Ra为0.20，Rb为0.54，第二包层区222的外径2c为14.8微米。在1550纳米的波长下，这种结构的光纤E具有下述特性：色散D2为-194ps/nm/km；色散梯度S2为-0.78ps/nm2/km；比值(S2/D2)为4.0×10-3/nm；有效面积14.1μm2；在20毫米的弯曲直径下，弯曲损耗为0.06dB/m；传输损耗为0.67dB/km。在2米长的光纤E的条件下，截止波长为1.51微米。
在光纤F中，芯线区210、第一包层区221和第二包层区222相对于第三包层区223的相对折射率差值Δ1、Δ2和Δ3分别被设置2.7％、-0.5％和0.3％。Ra为0.20，Rb为0.54，第二包层区222的外径2c为14.6微米。在1550纳米的波长下，这种结构的光纤F具有下述特性：色散D2为-216ps/nm/km；色散梯度S2为-0.65ps/nm2/km；比值(S2/D2)为3.0×10-3/nm；有效面积15.5μm2；在20毫米的弯曲直径下，弯曲损耗为0.2dB/m；传输损耗为0.67dB/km。在2米长的光纤F的条件下，截止波长为1.49微米。
在光纤G中，芯线区210、第一包层区221和第二包层区222相对于第三包层区223的相对折射率差值Δ1、Δ2和Δ3分别被设置2.1％、-0.5％和0.2％。Ra为0.20，Rb为0.50，第二包层区222的外径2c为17.0微米。在1550纳米的波长下，这种结构的光纤G具有下述特性：色散D2为-206ps/nm/km；色散梯度S2为-0.68ps/nm2/km；比值(S2/D2)为3.3×10-3/nm；有效面积21.3μm2；在20毫米的弯曲直径下，弯曲损耗为9.7dB/m；传输损耗为0.49dB/km。在2米长的光纤G的条件下，截止波长为1.37微米。
具有上述规格的所有光纤A-G在1550纳米的波长下都具有下述特性：不大于-180ps/nm/km的色散D2；不小于2.0×10-3/nm又不大于4.7×10-3/nm的色散梯度S2与色散D2的比值(S2/D2)；不小于12μm2但是小于25μm2的有效面积；不大于0.7dB/km的传输损耗；并且在2米的长度下，具有不小于1.0微米又不大于2.0微米的截止波长。特别地，光纤A和F均具有不大于-200ps/nm/km的色散D2。光纤A、D、E和F均具有不小于2.7×10-3/nm又不大于4.0×10-3/nm的比值(S2/D2)。和相对折射率差值Δ3为0.2％的光纤A和B相比，第二包层区222相对于第三包层区223的相对折射率差值Δ3为0.3％的光纤D-F均具有更小的有效面积，在20毫米的弯曲直径下更小的弯曲损耗，以及2米的长度下更长的截止波长。
图7的曲线图示出了图6的表中所示的光纤A-G中的光纤A和B各自的色散特性。图8的曲线图示出了图6的表中所示的光纤A-G中的光纤C-F各自的色散特性。图9的曲线图示出了图6的表中所示的光纤A-G中的光纤G的色散特性。图7中，曲线C910表示光纤B的色散特性，曲线C920表示光纤A的色散特性。图8中，曲线1010表示光纤C的色散特性，曲线1020表示光纤D的色散特性，曲线1030表示光纤E的色散特性，曲线1040表示光纤F的色散特性。
此外，图10的曲线图示出了分别应用图6的表中所示的光纤A-G中的光纤A和B的相应光学传输线路的波长色散特性。图11的曲线图示出了分别应用图6的表中所示的光纤A-G中的光纤C-F的相应光学传输线路的色散特性。图12的曲线图示出了应用图6的表中所示的光纤A-G中的光纤G的光学传输线路的色散特性。图13的表格给出了应用图6的表中所示的光纤A-G的相应光学传输线路的各种特性。图10中，曲线1210表示包含光纤A的光学传输线路的色散特性，曲线1220表示包含光纤B的光学传输线路的色散特性。图11中，曲线1310表示包含光纤C的光学传输线路的色散特性，曲线1320表示包含光纤E的光学传输线路的色散特性，曲线1330表示包含光纤D的光学传输线路的色散特性，曲线1340表示包含光纤F的光学传输线路的色散特性。
在图10-图13中，作为构成光学传输线路的另一光纤的正色散光纤是在1550纳米的波长下具有下述性质的正色散光纤：+17ps/nm/km的色散；+0.057ps/nm2/km的色散梯度，并且长度为80km。图13中的插入损耗还包括把常规的短的正色散光纤接合到分别由前述光纤A-G制成的模块的两端而引起的接合损耗。
在包含光纤A的光学传输线路中，光纤A的长度为7.4km，1550纳米的波长下插入损耗为4.8dB，在1530纳米-1560纳米的波段(C波段)中，色散的偏差为0.35ps/nm/km，在1450纳米-1560纳米的波段(S波段)中，色散的偏差为0.94ps/nm/km，在1450纳米-1610纳米的波段(S+C+L波段)中，色散的偏差为1.62ps/nm/km。
在包含光纤B的光学传输线路中，光纤B的长度为7.6km，1550纳米的波长下，插入损耗为4.9dB，在1530纳米-1560纳米的波段(C波段)中，色散的偏差为0.32ps/nm/km，在1450纳米-1560纳米的波段(S波段)中，色散的偏差为0.80ps/nm/km，在1450纳米-1610纳米的波段(S+C+L波段)中，色散的偏差为3.18ps/nm/km。
在包含光纤C的光学传输线路中，光纤C的长度为7.6km，1550纳米的波长下，插入损耗为5.9dB，在1530纳米-1560纳米的波段(C波段)中，色散的偏差为0.49ps/nm/km，在1450纳米-1560纳米的波段(S波段)中，色散的偏差为1.51ps/nm/km，在1450纳米-1610纳米的波段(S+C+L波段)中，色散的偏差为3.64ps/nm/km。
在包含光纤D的光学传输线路中，光纤D的长度为7.5km，1550纳米的波长下，插入损耗为6.0dB，在1530纳米-1560纳米的波段(C波段)中，色散的偏差为0.04ps/nm/km，在1450纳米-1560纳米的波段(S波段)中，色散的偏差为0.44ps/nm/km，在1450纳米-1610纳米的波段(S+C+L波段)中，色散的偏差为1.72ps/nm/km。
在包含光纤E的光学传输线路中，光纤E的长度为7.4km，1550纳米的波长下，插入损耗为6.0dB，在1530纳米-1560纳米的波段(C波段)中，色散的偏差为0.48ps/nm/km，在1450纳米-1560纳米的波段(S波段)中，色散的偏差为0.88ps/nm/km，在1450纳米-1610纳米的波段(S+C+L波段)中，色散的偏差为1.02ps/nm/km。
在包含光纤F的光学传输线路中，光纤F的长度为6.6km，1550纳米的波长下，插入损耗为5.4dB，在1530纳米-1560纳米的波段(C波段)中，色散的偏差为0.10ps/nm/km，在1450纳米-1560纳米的波段(S波段)中，色散的偏差为0.41ps/nm/km，在1450纳米-1610纳米的波段(S+C+L波段)中，色散的偏差为2.10ps/nm/km。
在包含光纤G的光学传输线路中，光纤G的长度为7.0km，1550纳米的波长下，插入损耗为4.4dB，在1530纳米-1560纳米的波段(C波段)中，色散的偏差为0.43ps/nm/km，在1450纳米-1560纳米的波段(S波段)中，色散的偏差为1.88ps/nm/km，在1450纳米-1610纳米的波段(S+C+L波段)中，色散的偏差为3.13ps/nm/km。
具有如上所述各种特性的光学传输线路(分别包含光线A-G之一)表现出下述偏差：在1530纳米-1560纳米的波段中总体的平均色散(在波长之间变化)的偏差不大于0.5ps/nm/km；在1450纳米-1560纳米的波段中总体的平均色散(在波长之间变化)的偏差不大于2.0ps/nm/km；在1450纳米-1610纳米的波段中总体的平均色散(在波长之间变化)的偏差不大于4.0ps/nm/km。就分别包含光纤A、D和E的光学传输线路来说，在1450纳米-1610纳米的波段中总体的平均色散(在波长之间变化)的偏差不大于2.0ps/nm/km。
作为比较例，图14表示了一种普通的负色散光纤的折射率分布剖面。从该折射率分布剖面也可看出，作为比较例制备的负色散光纤具有芯线区(对应于折射率分布剖面100中的区域101的部分)，第一包层区(对应于折射率分布剖面100中的区域102的部分)，和第二包层区(对应于折射率分布剖面100中的区域103的部分)。芯线区的最大折射率为n1、外径为2a。第一包层区具有折射率n2(＜n1)和外径2b。第二包层区具有折射率n3(＞n2并且＜n1＝。
更具体地说，例如，该比较例的负色散光纤具有3.2微米的芯线区外径2a，8.1微米的第一包层区外径2b。芯线区和第一包层区相对于第二包层区折射率n3的相对折射率差值Δ1和Δ2分别为2.1％和-0.35％。在1550纳米的波长下，该负色散光纤具有下述特性：色散为-88ps/nm/km；色散梯度为-0.19ps/nm2/km；有效面积为16.2μm2；在20毫米的弯曲直径下，弯曲损耗为6dB/m；传输损耗为0.39dB/km。在2米的长度条件下，截止波长(2米长光纤以2140mm的半径松散弯曲的状态下，LP11模式的截止波长)为0.74微米。
另一方面，在1550纳米的波长下，所述正色散光纤例如具有下述特性：+17ps/nm/km的色散；+0.057ps/nm2/km的色散梯度。当这种正色散光纤的长度为80km时，假设正色散光纤的色散由比较例的负色散光纤所补偿，则负色散光纤需要具有15.9km的长度。
图15的曲线图示出了在由正色散光纤和如上所述的负色散光纤(比较例)构成的整个光学传输线路的平均色散。如图15中所示，虽然在1540纳米的波长下平均色散为0，但是随着偏离该波长，平均色散的绝对值增大。因此，1530纳米-1560纳米波段中平均色散在波长之间的偏差(最大值-最小值)为0.68ps/nm/km，1450纳米-1560纳米波段中平均色散在波长之间的偏差为3.70ps/nm/km，1450纳米-1610纳米波段中平均色散在波长之间的偏差为4.18ps/nm/km。由于如上所述，信号波段中波长之间的偏差较大，包含象比较例这样的负色散光纤的光学传输线路在实现远距离和大容量WDM光学传输方面存在局限性。
工业适用性
如上所述，本发明可降低光学传输线路中负色散光纤长度的比例，所述光学传输线路包含正色散光纤和具有较小色散D(即色散符号为负，并且绝对值较大)的负色散光纤。这可降低光学传输线路的平均传输损耗，并且能够使制造成本较低。由于负色散光纤的色散梯度S与色散D的比值(S/D)不小于2.0×10-3/nm又不大于4.7×10-3/nm，色散梯度补偿率约为60％-140％，这既可降低整个光学传输线路上平均色散和平均色散梯度各自的绝对值，又可降低信号波段中整个光学传输线路上平均色散在波长之间的偏差(最大值-最小值)。不小于12μm2的有效面积等于或大于普通负色散光纤的有效面积，能够有效抑制负色散光纤中非线性光学现象的出现。此外，当有效面积小于25μm2并且最好小于20μm2时，即使在结构和所述负色散光纤相似的一束光纤形式的光缆或者在以线圈形状缠绕的模块中，负色散光纤中的损耗也较小。
另外，由于根据本发明在光学传输线路中既补偿了色散又补偿了色散梯度，因此在整个信号波段中可使色散的绝对值保持较低，并且使实现远距离和大容量WDM光学传输变得可行。

Claims (26)

1、一种在1550纳米的波长下具有下述特性的负色散光纤：
不大于-150ps/nm/km的色散D；
满足其与色散D的比值(S/D)不小于2.0×10-3/nm又不大于4.7×10-3/nm的条件的色散梯度S；和
不小于12μm2但是小于25μm2的有效面积。
2、按照权利要求1所述的负色散光纤，其中所述色散D不大于-180ps/nm/km。
3、按照权利要求1所述的负色散光纤，其中所述有效面积小于20μm2。
4、按照权利要求1所述的负色散光纤，其中所述比值(S/D)不小于2.7×10-3/nm又不大于4.0×10-3/nm。
5、按照权利要求1所述的负色散光纤，还具有在2米的长度条件下，不小于1.0微米又不大于2.0微米的截止波长。
6、按照权利要求1所述的负色散光纤，对于波长1550纳米的光线，还具有不大于1.0dB/km的传输损耗。
7、按照权利要求6所述的负色散光纤，其中所述传输损耗不大于0.7dB/km。
8、按照权利要求1所述的负色散光纤，包括：
沿预定轴线延伸，并且具有预定最大折射率的芯线区；
在所述芯线区的外围形成的，并且折射率低于芯线区的最大折射率的第一包层区；
在所述第一包层区的外围形成的，并且折射率高于第一包层区的折射率的第二包层区；和
在所述第二包层区的外围形成的，并且折射率低于第二包层区的折射率的第三包层区。
9、按照权利要求8所述的负色散光纤，其中所述芯线区与所述第三包层区的最大相对折射率差值不小于1.8％又不大于3.0％。
10、一种光学传输线路，包括：
在1550纳米波长下具有下述性质的正色散光纤：不小于+15又不大于+21ps/nm/km的色散；不小于+0.05ps/nm2/km又不大于+0.07ps/nm2/km的色散梯度；和
按照权利要求1所述的负色散光纤。
11、按照权利要求10所述的光学传输线路，其中在1530纳米-1560纳米的波段中，在整个光学传输线路上，平均色散在波长之间的偏差不大于0.5ps/nm/km。
12、按照权利要求10所述的光学传输线路，其中在1450纳米-1560纳米的波段中，在整个光学传输线路上，平均色散在波长之间的偏差不大于2.0ps/nm/km。
13、按照权利要求10所述的光学传输线路，其中在1450纳米-1610纳米的波段中，在整个光学传输线路上，平均色散在波长之间的偏差不大于4.0ps/nm/km。
14、按照权利要求13所述的光学传输线路，其中在1450纳米-1610纳米的波段中，在整个光学传输线路上，平均色散在波长之间的偏差不大于2.0ps/nm/km。
15、一种在1550纳米的波长下具有下述性质的负色散光纤：
不大于-200ps/nm/km的色散D；和
满足其与所述色散D的比值(S/D)不小于2.0×10-3/nm又不大于4.7×10-3/nm的条件的色散梯度S。
16、按照权利要求15所述的负色散光纤，其中所述比值(S/D)不小于2.7×10-3/nm又不大于4.0×10-3/nm。
17、按照权利要求15所述的负色散光纤，还具有在2米的长度条件下，不小于1.0微米又不大于2.0微米的截止波长。
18、按照权利要求15所述的负色散光纤，对于波长1550纳米的光线，还具有不大于1.0dB/km的传输损耗。
19、按照权利要求18所述的负色散光纤，其中所述传输损耗不大于0.7dB/km。
20、按照权利要求15所述的负色散光纤，包括：
沿预定轴线延伸，并且具有预定最大折射率的芯线区；
在所述芯线区的外围形成的，并且折射率低于芯线区的最大折射率的第一包层区；
在所述第一包层区的外围形成的，并且折射率高于第一包层区的折射率的第二包层区；和
在所述第二包层区的外围形成的，并且折射率低于第二包层区的折射率的第三包层区。
21、按照权利要求20所述的负色散光纤，其中所述芯线区与所述第三包层区的最大相对折射率差值不小于1.8％又不大于3.0％。
22、一种光学传输线路，包括：
在1550纳米波长下具有下述性质的正色散光纤：不小于+15又不大于+21ps/nm/km的色散；不小于+0.05ps/nm2/km又不大于+0.07ps/nm2/km的色散梯度；和
按照权利要求15所述的负色散光纤。
23、按照权利要求22所述的光学传输线路，其中在1530纳米-1560纳米的波段中，在整个光学传输线路上，平均色散在波长之间的偏差不大于0.5ps/nm/km。
24、按照权利要求22所述的光学传输线路，其中在1450纳米-1560纳米的波段中，在整个光学传输线路上，平均色散在波长之间的偏差不大于2.0ps/nm/km。
25、按照权利要求22所述的光学传输线路，其中在1450纳米-1610纳米的波段中，在整个光学传输线路上，平均色散在波长之间的偏差不大于4.0ps/nm/km。
26、按照权利要求13所述的光学传输线路，其中在1450纳米-1610纳米的波段中，在整个光学传输线路上，平均色散在波长之间的偏差不大于2.0ps/nm/km。
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