CN1601365A - 一种在s、c以及l带改良性能的光纤 - Google Patents

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Abstract

一种改良的光纤设计，其在1385nm波长(“水峰”)显示一个相对低的衰减，允许拉曼放大在1460－1530nm的S带范围的波长有效。一个超干处理用以匹配内部芯棒(纤芯加环绕的沟渠)和包层管(环形区域加包层区域)，并提供等级为0.325dB/km的水峰损耗。该低水峰联合合适的色散值及零色散波长，以形成一种光纤，该光纤支持光传输系统在S、C和L带上的传输和拉曼放大。

Description

一种在S、C以及L带改良性能的光纤
技术领域
本发明涉及一种适合于支持分布式拉曼放大的光学传输纤维，更特别是，涉及一种在S带传输区域呈现与产生拉曼放大一致的操作参数的光纤。
背景技术
作为数据密集应用持续惊人增长的结果，在通讯系统中对带宽的需求不断在增加。相应的，电信操作的安装容量很大程度上被光纤替代，光纤提供一个显著的带宽增加，超过传统的、基于铜线的系统。
为开发光纤的带宽，两种主要技术发展应用在电信工业：光放大器和波分复用器(WDMs)。光放大器增强信号强度并补偿固有的纤维损耗与其他分裂和插入损耗。WDMs使得不同波长的光通过同一根光纤并行地传送不同的信号。在大多数WDMs系统中，在该系统所容纳的信道数量之间以及相邻信道的间隔之间存在一个交换替位。高比特速度通常要求增加信道间隔。两个目的都是希望一个宽的操作光谱，也就是，操作波长的一个宽的范围。
此外，很重要的是，在WDM光通信系统的整个操作光谱上具有相同的增益。当操作波长延伸到短波长(S带系统，波长范围从1460-1530nm)的时候，在这里，不能利用基于掺铒光纤放大器的传统放大技术，这个目的变得难以达到。新类型的光纤放大器已经被开发，其采用受激拉曼散射操作。其中最显著的是作为行波放大器操作在常规传输跨度的分布式放大器。拉曼散射是一个过程，通过该过程，入射在一个介质上的光被转化成在一个比该入射光频率低(斯托克斯情形)的光。使用一个光泵浦源，其中泵浦光子激励该光学介质的分子振动到一个虚能级(非谐振态)。该分子态快速地衰退到一个低能级，在该过程中发射一个信号光子。由于该泵浦光子被激励到一个虚能级，拉曼增益可以产生在一个泵浦源的任意波长上，包括S带(如上定义的)及L带(波长大致为1565-1625nm)。该泵浦和信号光子之间的能量差异通过宿主材料的分子振动而消失。那些振动的能级决定频率漂移和拉曼增益曲线的形状。该泵浦和信号光子之间的频率(波长)差异因此被定义为斯托克斯漂移。最大的拉曼增益发生在13.4THz(即13.4×1012)的斯托克斯漂移上，其与光通信窗口中的拉曼泵浦相差大致100nm。
由于拉曼散射发生在任意波长，通过采用处于几个不同波长的拉曼泵浦源去放大信息信号该现象可以开发用于在一个包含若干信号波长的通信系统中。因此，一个给定信息信号波长所经历的增益是所有泵浦提供的增益成分的叠加，考虑到由于拉曼散射所引起的泵浦本身之间的能量转换。通过适当的加大提供在每一个拉曼泵浦波长上的能量，可能获得一个信号增益与波长的关系曲线，在该关系曲线中，不同信息信号波长所经历的增益之间存在一个小的差异(这里这个差异叫做“增益波动”或者“增益平坦度”)。因此，利用具有若干泵浦的拉曼放大可以使密集WDM技术在10到40Gb/s传输的演化变得可靠，因为它在较低发射功率条件下改善了光信号噪声比(OSNR)。
一个使用若干泵浦的持久的问题是不希望的、称为四波混频(FWM)的非线性效应。通常，如果两个强的光波(如，一个拉曼泵浦和一个信息信号，或者两个拉曼泵浦)经历四波混频，它们将产生两个新的频率成分，这样，所有四个光波将在频率上均等地隔开。已经发现，这个不希望的效应的强度可以通过在该混合波长上增加光纤色散而显著减小(参看，例如，在发给A.R.Chraplyvy等人的美国专利5,327,516中，描述了利用非零色散抑制若干信号之间的FWM)。通过调节光纤的非零色散波长(此后，波导色散)的位置，可以控制FWM，在很多情况下，根本上消除FWM。通常，希望在一个小于最短波长泵浦的波长上具有一个“零”的色散，因此，该色散在拉曼泵浦和信息信号的整个区域上大于大约1pk/km-nm。该准确色散值的获得依赖于光纤的有效面积、信号信道间隔以及其他系统设计细节。
已经发现，与拉曼放大有关的、效率低的问题在S带拉曼放大特别严重，在这里，一个或者更多泵浦要求非常接近或者甚至在1385nm“水峰”上，以利用整个S带(由于该拉曼泵浦通常低于该信息信号波长100nm)。公知的、在1385nm上的水峰被定义为在该波长上的光学损耗，其作为保持在玻璃中的水的函数。存在的水越多，则损耗越高。相应地，氢氧根离子的吸收常称为“水”吸收，产生于光波能量在与其不同振动模式相关的波长位置被OH根离子吸收。例如，该离子的两个基本的振动发生在2730和6250nm，分别对应于其展宽和弯曲运动。然而，谐波和组合振动强烈地影响近红外和可见光波区域的损耗。特别是，如上所述，1385nm的谐波位于S带拉曼放大区域的中心。实际上，在光纤纤芯中的OH的浓度低达百万分之一(ppm)，已经发现的是，该浓度导致在1385nm的损耗高达65dB/km。希望将该OH浓度降低到一个等级，这样，在1385nm的总的光学损耗至少与诸如在1310nm的总的光学损耗相似(对于匹配包层光纤，大约为0.325dB/km)。维持OH的浓度大致低于十亿分之一(ppb)，这是当前商业上可行的，特别是当采用VAD处理制造该纤芯时。然而，折射率曲线相对于简单的匹配包层设计越复杂，则越来越难以保持OH的浓度始终在一个次ppb等级。
如上所述，拉曼泵浦设置在低于(偏向“蓝”一侧的)信号波长大约100nm的位置。其结果是，在该S带的较低的2/3上的操作由于衰减中心位于1385nm的水峰的存在而受到极大的影响。特别是，在S带的拉曼增益(采用第一级泵浦)可以表示为：
                   G＝exp(CR*Ppump*Leff)
           其中，Leff＝[1-exp(αpump*Lspan)]/αpump
CR定义为拉曼增益系数，αpump为在泵浦波长上的损耗。如果目的只是匹配该跨度拉曼增益的话，可以简单的通过提高拉曼泵浦功率来补偿光纤损耗。然而，这可以提高拉曼泵浦的成本，也增加热消散负荷。此外，如果具有不同光纤损耗的两个跨度泵浦到相同的拉曼增益，则具有高损耗的跨度比具有低损耗的跨度经受更多的光信号噪声比的衰减。因此，高的光线损耗将削弱传输性能，或增加系统成本。另外，对于系统工程师，泵浦区域损耗的可变性是一个严峻的问题，因为对于一个展开的光线跨度，不能预先知道该损耗(因而是拉曼增益)将变成什么。
在未来的系统中，由于希望在光信号传输的S带采用拉曼放大，这必须发展一组光纤参数来解决FWM和在短波长S带机制的水峰衰减的问题。
发明内容
保留在现有技术中的需要可以通过本发明处理。本发明涉及一种光学传输光纤，其适合于支持分布式拉曼放大，特别是关于显示操作参数和在S带传输区域产生的拉曼放大一致的光纤。
特别的，本发明的光纤由如下特性所定义：
1385nm的水峰损耗(WPL)在所有情况下都小于0.4dB/km，以及特别是通过采用VAD或者OVD工艺制造纤芯区域时，水峰损耗保持小于或者等于0.3250.4dB/km；
零色散波长(ZDW)小于或者等于1355nm(只有一个ZDW穿过整个传输带1310-1625nm)；
色散(D)在1375nm大于1ps/nm-km，且在1565nm小于10ps/nm-km。
这组特性表示光纤是为在S带的分布式拉曼放大而设计，同时也提供在传统C带和长波长L带的放大。因此，根据本发明所形成的光纤可以叫做“SCL带”光纤。
多种光纤折射率曲线和处理技术可以用以产生上述定义的传输特性。在本发明的一个实施例中，低水峰损耗的要求可以通过采用辅助汽相沉积(VAD)工艺制造内芯区域而执行。外芯区域采用改良化学汽相沉积处理制作为一个包覆管。然后，采用VAD工艺，该两个区域在氯气(或者其他适合的气体)中匹配以产生一个超干界面，使得水峰损耗大约为0.31dB/km。然后，这个复合的芯棒用一个或者更多的合成硅管包覆，同时小心准备和保持非常干的界面。
本发明的其它或者进一步的方面将在以下讨论的过程中通过参考附图而明白。
附图说明
现在参考附图。
图1包括一个根据本发明光通信系统的简化图，该系统在S带传输机制中可以支持拉曼放大；
图2是描述三个可用的传输带(S、C和L)的曲线图，说明作为波长的函数的名义色散(ps/nm-km)；
图3给出了在1385nm具有不同程度水峰的NZDF光纤的光纤损耗曲线，S带中第一级泵浦和延伸的L带中第二级泵浦的拉曼泵浦的位置叠加；
图4说明了第一和第二级拉曼泵浦结构，其中一拉曼泵浦设置在接近水峰的位置；
图5显示了在拉曼放大的S带单一信道系统中信号功率的计算结果，其中，拉曼泵浦设置在1395nm上以支持在1495nm附近的操作；
图6描述了对1580nm附近的L带中的信号传输进行第二级拉曼泵浦的情况下该信号功率演化；
图7说明了第一根光纤的曲线，该光纤显示本发明的特性，其色散曲线如图2中曲线C所示；
图8说明了第二根光纤的曲线，该光纤同样适合支持在S带传输区域的拉曼放大，其色散曲线如图2中曲线D所示；
图9说明了本发明的第三根光纤的曲线，该光纤具有一个基本上与图7中的曲线相同的色散曲线，但是其具有大的有效面积；
图10描述了两个分立的预型部分，其可以用以形成本发明的光纤。
具体实施方式
图1所示为一个适合于采用本发明的传输光纤的光纤通信系统1。在图1的特别排列中，传输光纤12作为一分布式放大器而形成，用于传输和放大，该光信息信号I由信号源，如光发送器14，发出。传输光纤12的长度通常为500米，以允许产生拉曼放大的光学交互作用的发生。在通信系统10的特别排列中，该放大器是反向泵浦的放大器，具有一个拉曼源16，其通过一个耦合器18耦合在传输光纤12的纤芯中，正如所示。一个色散补偿模组20，如下所讨论的，设置在传输光纤12的输出端和一个光接收器22之间。可以理解的是，这个特别的实施例只是典型的例子，可以使用一个这样的排列，该排列同时采用一个副泵浦拉曼源(或者多个拉曼源)和多个分立的反向泵浦拉曼源，特别是在密集WDM(DWDM)中。在某些应用中为了优化性能，拉曼放大同样可以和掺铒光纤放大器(EDFAs)一起使用。如上面和即将详细描述的，该“水峰”包括至少五个次峰，这里，曲线的实际形状取决于制造方法和纯净硅区域相对于掺杂硅区域羟基的多少。其结果是，被引用在光纤文献中的水峰中心，在一个变化的波长范围1380-1390nm内。为了本次讨论的目的，1385这个值通常用来定义水峰的“中心”。然而，可以理解，本发明所教的内容通常可以应用到上述的整个1380-1390范围。
已经被引起注意的是，光纤设计的色散与波长关系曲线决定了在一个希望的带上拉曼放大是否容易被支持，也决定了在一个宽的波长带上色散补偿的精确度。图2是一个色散与波长关系曲线图，包含两种不同的现有技术的光纤设计以及本发明形成的两种光纤。特别的，曲线A和B描述了两种传统现有技术的光纤的特性，TrueWaveREACH光纤(曲线A)和TrueWave缓斜(RS)光纤(曲线B)。如图所示，该两种光纤在一个区域都显示一个负的色散值，该区域产生一个用于S带放大的泵浦信号。如图所示，光纤A由于在该低S带中1385nm附近的ZDW的存在而削弱，用于信号放大的拉曼泵浦。光纤B由于1460nm附近的ZDW的存在削弱，用于C带的信号和在低S带中传播的信号的拉曼泵浦。因此，光纤A和光纤B均不完全取得SCL带光纤的资格。
为了抑制泵浦对泵浦的FWM，色散的绝对值应该大致大于1ps/nm-km；一个相似的条件在DWDM中作为必要而广泛接受，以避免信号对信号的FWM。为了避免泵浦对信号的FWM，该ZDW不能在泵浦和信号之间以大致等间距设置。同时，这些条件意味着，用于SCL带光纤的、理想的ZDW将设置在小于最短的泵浦波长，或者大于最长的泵浦波长的位置。因此，对于SCL光纤，ZDW可以小于1360nm或者大于1620nm。可以在一个粗糙设置的ZDW附近设计一个拉曼系统，但是这需要以系统设计的复杂度或者费用、或者次最佳的增益平坦度为代价。
根据本发明所形成、如图2中曲线C和D所定义的光纤，显示了那些需求中的两个：在1385nm的色散大于+1ps/nm-km以及近似为1350nm的ZDW。如图所示，光纤C和D的色散值在1375nm大于1ps/nm-km，而在波长大于1565nm时小于10ps/nm-km。
根据本发明所形成、同适当的色散补偿模组结合的这样的光纤使40Gb/s传输和/或超长通信距离传输成为可能，并支持该传输。该传输具有拉曼放大或者混合拉曼/EDFA放大。在发展一个适当的色散补偿模组时，一个相关的、有用的参数是色散倾斜度(测量在ps/nm2-km)与在信号带中心波长中的色散的比值(此后参考为“相关色散倾斜度”或者RDS)。如果传输光纤的RDS等于负色散补偿光纤(发现在补偿模组中)的RDS，那么在一个宽的范围(例如，±15-20nm)中，可以获得色散的精确的取消。可以发现，传输光纤与具有低RDS的色散补偿光纤之间的匹配，通常优于传输光纤与具有高RDS的色散补偿光纤之间的组合。本发明所形成的光纤将具有小于0.004/nm的RDS。形成以与标准匹配包层光纤匹配的色散补偿模组或者其微小的改型具有一个在0.0023-0.0036/nm范围的RDS，因此可以产生非常低的残留色散，当与根据本发明形成的光纤成对使用时，适合于10和40Gb/s的长距离传输。
图3给出了非零色散光纤(NZDF)的光纤损耗曲线，其拉曼泵浦位置在S带第一级拉曼泵浦与在延伸的L带和C带的上部的第二级拉曼泵浦叠加，该光纤在1385nm具有水峰的变化等级。非零色散光纤，如这里所推荐的，其纤芯中具有一个比匹配包层光纤高的GeO2含量，并具有并置的多层掺杂材料，因此在界面上呈现更多的压力和不规则的机会。这将具有增加的背景损耗(通常叫做瑞利散射)影响，该背景损耗以λ-4变化。由于这个原因，NZDF光纤通常在水峰区域具有比匹配包层光纤更高的背景损耗。一个不对称的洛伦兹曲线用于如图3中在水峰的模拟，该曲线实际上是多个次峰的合成。图3中给出了高度为0.3、0.35、0.4、0.35和0.5dB/km的水峰(在1385nm)。在与随后讨论相关的相邻波长上的关联损耗如下面的表1所示。最低的曲线表示瑞利散射基线以上OH损耗近似为10dB/km，超过了，并可以认为是名义上的“零水峰”NZDF硅光纤，该NZDF硅光纤的纤芯指数在0.4-0.5％/Δ范围内。个别的具有一个低的瑞利系数的光纤可以在1385nm具有低达0.29dB/km的水峰损耗，
                        表1-水峰区域的衰减
    1365nm     1375nm     1385nm     1395nm     1475nm
    0.297     0.298     0.30     0.288     0.224
    0.303     0.325     0.35     0.325     0.226
    0.310     0.358     0.40     0.363     0.227
    0.316     0.387     0.45     0.398     0.229
    0.322     0.420     0.50     0.437     0.231
    0.347     0.544     0.70     0.585     0.238
如图4所示，在S带放大上的水峰衰减的有害效果，可以通过考虑两种典型的情况显示，图4显示了第一和第二级拉曼泵浦结构，在该结构中拉曼泵浦必须设置在接近水峰的位置。情况(a)表示第一级单一泵浦，窄带泵浦的方案，情况(b)表示第一级双重泵浦的方案，其在一个宽的波长增益区域上具有平坦的增益。用于宽的平坦增益的拉曼泵浦之间的间隔通常为15-20nm，这使得S带的全部使用需要横跨在该水峰两侧的两个拉曼泵浦。情况(c)是一个用于L带传输的第二级泵浦的拉曼结构。可以理解的是，该水峰损耗及其可变性影响拉曼增益、为获得目标拉曼增益所需的平均泵浦功率以及放大器的OSNR。
首先，考虑一个制造分销中光纤与光纤之间的泵浦区域衰减的简单可变性引起拉曼增益的可变性。一个典型的陆地传输的跨度大致为100km，由长度大致为4-5km的连接光缆段形成。因此，具有20-25个不同损耗值的20-25根光纤，可以在任何一个给定的跨度中取样。这种平均减少了典型光纤传输性质变化的影响，该光纤传输性质包括色散、模式场或者损耗等。然而，拉曼增益只有在非线性相互作用的有效长度的几倍时才具有显著效果，其随着损耗的增加而减小作为Leff＝[1-exp(-αpump*Lspan)]/αpump。对于在0.3与0.5dB/km之间的泵浦区域损耗，该有效长度在15km和19km之间相应地变化。因此，该分布式拉曼放大器只能有效地具有4-6根分立的光纤，其结果是，对于系统设计工程师，在损耗变化对拉曼增益变化的影响是一个严重的问题。
该拉曼增益(其也可以叫做“on-off”增益)，在图1所示的反向泵浦情况下可以表示为G＝exp(CR*Ppump*Leff)。对于0.3、0.4和0.5dB/km的水峰以及一个在1395nm单一的540mW泵浦(如图4中情况(a)所示)，拉曼增益G在1490nm分别为22.0、17.4和14.5dB。这里有一个7.5dB的范围，其超过在拉曼增益中五倍变化的因素。该增益变化在实际中是不能容忍的，拉曼跨度中的泵浦功率可以基于安装而调节，以获得在常规系统工程规则中的一个有效增益。保持该水峰损耗在1385nm小于0.4dB/km，可以减小成本损失，该成本损失与S带系统的拉曼泵浦区域中的损耗变化相关，这可以通过以下描述而理解。
单一的泵浦、窄带结构可能需要(或者超过)500mW的泵浦功率，最大可能是由一光纤激光源提供。然而，更希望采用一个低噪声激光二极管去泵浦更宽带宽的拉曼系统。商业化的低噪声激光二极管具有在200-350mW范围的输出功率，可以用到输出功率为50-80mW的等级中。一个非常宽带宽的拉曼系统(如，转换整个C和L带)可以要求5-6个泵浦，每个泵浦输出在50-200mW之间。一个适中的带宽系统可以包括两到三个输出功率为100-300mW的泵浦。通常，最短波长的泵浦需要其它系统泵浦的功率的两到三倍。为减少成本，采用可以控制输出功率范围的最小激光二极管，该输出功率可以补偿在该领域预期的光纤损耗变化。对于在0.3与0.4dB/km之间的水峰，损耗在1395nm变化25％，要求泵浦功率调节25％以获得一个目标拉曼增益。对于在水峰的一个0.30.5dB/km的范围，在1395nm可以获得泵浦功率50％的盈余。当超过4-6根光纤的平均值用以缓和该问题时，该光纤具有拉曼有效长度，可以清楚地看到，上限为0.4dB/km(以及可能甚至更低，如0.325dB/km)的水峰将极大地增加这样的可能性，即该最低功率(以及因此最小轨迹)激光二极管可以指定于传输系统以降低拉曼泵浦的成本。
为描述损耗对放大器性能的影响，对拉曼放大跨度中的信号功率的演化的考虑是有用的。在OSNR、泵浦功率和光纤损耗之间的交换替位可以通过分析具有代表性情况的曲线而理解。图3中说明了NZDF光纤和拉曼泵浦移位的光谱损耗曲线，该拉曼泵浦移位与具有第一级泵浦的S带操作和具有第二级泵浦的延伸L带操作以相关。这两个方案中都要求拉曼泵浦非常靠近该水峰。图5中给出了不同水峰损耗对沿着100km跨度上的信号功率演化的影响，在对S带靠近1490nm(图4中情况(a))的信号在1395nm上的单一拉曼泵浦的情况下。同样可以考虑反向泵浦，其中拉曼功率自跨度的一端后向注入，如图1所示，引起跨度后半部分的增益。在两种情况下，跨度的分布式拉曼增益可以设计等于总的跨度损耗22dB。这个设计要求，对于水峰为0.50dB的情况下，在1395nm的泵浦功率为540mW，对于水峰为0.30dB的情况下，泵浦功率为820mW。尽管拉曼增益相等，沿着该跨度的最小信号功率相差2.3dB，低于高泵浦衰减的情况。在这种低损耗的情况下，拉曼增益通常被“进一步渗透到跨度中”，如这样的事实所示，即在该跨度中的信号最小功率相对高损耗的情况提前6km发生。
这些真实的观察是直接关于获得的OSNR的。可以得知，沿着该跨度的最小信号功率在分贝上的不同近似等于OSNR中在分贝上的不同。一个对最小信号功率和OSNR相互关系的不严密的解释，可以在这种直觉的想法中发现，即当恢复一个微弱的信号而不是恢复一个较强的信号到它的原始能量级时，会有更多的噪声产生。值得注意，在低泵浦损耗拉曼情况时的最小信号功率比高泵浦损耗情况时的最小信号功率高2.3dB(即，比较理想的)。然而，即使在相比较差的拉曼情况下，沿着该跨度的最低信号功率也比没有拉曼放大情况的最低信号功率高5.3dB。在集总放大(如具有EDFA)中，信号功率由于总的跨度损耗(图5中标注‘没有拉曼增益’的曲线中为22dB)而下降，然后在高增益掺铒光纤的较短的一段上经历快速放大。在拉曼放大器中，每单位长度的增益低于EDFA中的情况，但是其在传输距离中占很大的百分比，因此光纤中的光功率在达到一个最小的中间跨度后开始增加。
该距离由有效长度参数量化，显著的拉曼放大发生在该距离上，其中有效长度参数定义为Leff＝[1-exp(-αpump*Lspan)]/αpump。长的有效长度意味着更大等级的拉曼放大，并引起一个高的最小信号功率和来自于改良的OSNR更好的性能。对最小信号功率和改良OSNR相互关系的更详细的理解，要求该微分方程的解答，其中，该微分方程描述了在放大器中的放大自发辐射(ASE)的增强。然而，物理学中可以如下概述：ASE涉及在增益出现时产生的噪声，其中，该增益加在要放大的信号上。在放大器的输出端的大多数的ASE功率，来自这样的ASE，其在增益介质的输入端附近产生并沿着该增益介质的剩余物呈指数的放大。在一个集总的放大器，如EDFA中，ASE被加到信号上，该信号在高的每单位长度增益的放大器光纤中通过一个很短的距离(即数十米)且自身几乎没有经历光纤损耗。在分布式放大器的情况下，ASE在低每单位长度增益的放大器光纤中增加很缓慢，因此其自身不会经历同信号一样的衰减。因此，之前在跨度中产生的ASE除了由拉曼增益放大外，还将经受20-25km的光纤损耗。这样可以减少之前在放大器中产生的ASE经历的指数增益，产生低的总ASE功率和好的OSNR。
因此，可以看到，该跨度中的最小信号功率、位于该跨度中且其上产生最小信号功率的距离、产生的总ASE以及合成的OSNR都是相关的。最长的有效长度可以获得优化的性能，该有效长度要求在该拉曼泵浦波长上有最小的光纤损耗。当强的泵浦衰减所引起的净拉曼增益的减小可以通过提供泵浦功率而抵消时，在水峰附近的高衰减对OSNR的有害影响不能减轻。在αpump＝0.50dB/km情况下的OSNR比在αpump＝0.30dB/km情况下的OSNR差大约2.3dB，排除拉曼增益调节成相同的情况。此外，拉曼泵浦将增加更多的成本，并在相关的包装上始终产生较高的热消散负荷。
以上描述的图2中的情况(a)考虑了单一拉曼泵浦。对于宽带宽系统，通常采用若干间隔为15-20nm的拉曼泵浦，其具有被选择用来获得平坦增益曲线的精确波长。对于在低S带(1460-1500nm)的操作，不能避免将拉曼泵浦设置在非常靠近水峰的位置。图4中情况(b)中描述了设置在1375和1395nm的拉曼泵浦，其经历近似相等的衰减(参看表1)，在用于计算图5的等级中。对以上所计算的OSNR有害影响将被在一定程度上减轻，通过这样的事实，即在1490nm区域中的拉曼增益，实际上将同时包含来自在水峰附近的拉曼泵浦的贡献(经历高的损耗和低渗透到跨度中)，和来自远离水峰的拉曼泵浦的贡献(更进一步渗透到跨度中)。然而，另外一个问题是拉曼增益倾斜，发生在宽带宽的拉曼设计中，由此，低波长的拉曼泵浦的能量损耗到高波长的拉曼泵浦上。在多种拉曼泵浦的情况下，这进一步恶化了低信道的性能，并加重了最小化水峰附近的泵浦损耗的需求。
额外的例子可以发现在这样的情况中，即在L带中用于放大的第二级拉曼泵浦的情况中(图4中情况(c))。第二级泵浦的范例采用一个额外的、低波长拉曼泵浦来放大拉曼泵浦，并延伸如图1所示的第一级方案。基本的好处是，拉曼增益更进一步渗透到跨度中，获得更好的OSNR。然而，这需要高的拉曼泵浦功率。在典型的计算中，第二级拉曼泵浦设置在1375nm，第一级泵浦设置在1475nm，用于放大在1580nm范围内的信号。单一的第二级泵浦和该第一级泵浦结构已经用在文献中，以获得同三个单一第二级泵浦在30nm带宽上一样的增益平坦度。要求以获得15dB拉曼增益的总泵浦功率(第一级和第二级)是703、771、841和973mW，分别对应的水峰为0.3、0.4、0.5和0.7dB/km。功率演化曲线如图6所示。
应该注意的几个重要的要点：第一，最小功率在该跨度的变化在1dB范围内，与从0.3dB/km至0.7dB/km水峰高度的情况下OSNR的近似1dB的衰减相符合。该拉曼增益的衰减远小于第一级情况。然而，要求以获得15dB的目标增益的总功率，对于在水峰的大约0.3dB/km的损耗下限变得非常重要。这很重要，因为当承载功率在1瓦特左右时处理或者干扰光纤，则通常叫做“光纤熔化”的高功率损失现象将发生在该光纤中。因此需要保持拉曼泵浦水平尽可能低，以增强可靠性。尽管光纤熔化发生在宽范围的光功率等级中，水峰值抑制在低于0.4dB/km是容易接受的，因为其限制了所需的拉曼泵浦功率(在这种典型的情况下，大约1瓦特值的75％相应于与光纤熔化的开始)。当然，高功率拉曼泵浦的成本和该相关的额外热消散负荷在任何一个情况中都是不希望出现的。
从低S带的第一级拉曼泵浦或L带的第二级拉曼泵浦的例子，可以清楚，为了拉曼放大的最优化应用，必须使水峰最小化。在1385nm的、从光纤到光纤的衰减应该尽可能低、尽可能稳定，以使得系统工程师设计到已知的条件。尽管很明显是越低越好，但实际的平衡必须保持在什么是可以商业化获得的和什么是理想之间。可以接受的是，VAD方法可以容易地制造商业化的、水峰低于0.31dB/km的匹配包层光纤，尽管采用该方法制造低倾斜的NZD光纤是很大的挑战。从多种理由来看，使商业化的MCVD光纤符合这个限制并非是不重要。然而，上述的该典型的计算显示，限制在0.4dB/km的水峰减少了OSNR的退化。因为当保持该用于第一级拉曼放大的总拉曼泵浦功率到1瓦特的75％时，对于第一拉曼泵浦，泵浦衰减到大约1dB(参看图5)。在拉曼泵浦功率为1瓦特时，将发生已知的高功率损坏效应。0.4dB/km的限制同样有利于减少拉曼功率的设计盈余到小于25％，以减少超过指定激光二极管的成本。
因此，SCL带操作的光纤根据本发明可以定义为一种光纤，其具有适当的色散曲线，可以防止信号和拉曼泵浦的FWM，还具有小于0.4dB/km的水峰损耗，可以防止OSNR衰减、高泵浦功率成本和高功率损坏现象。
图7-9给出了三种典型光纤的折射率曲线图，该光纤显示本发明设计的希望得到的特性。Y轴表示相对德尔塔的单位，该相对德尔塔定义为(n(r)-nclad)/nclad。光纤的标准半径为62.5微米。特别是，显示一个可接受的弯曲损耗的光纤具有一个范围在50-65μm2的有效面积。图7所示的光纤在1550nm波长上具有55μm2的有效面积，9ps/nm/km的色散、0.033ps/nm2/km的倾斜和0.0037/nm的RDS。图8所示的光纤在1550nm波长上具有55μm2的有效面积、8ps/nm/km的色散、0.027ps/nm2/km的倾斜和0.0033/nm的RDS。图9所示的光纤在1550nm波长上具有60μm2的有效面积、9ps/nm/km的色散、0.035ps/nm2/km的倾斜和0.0038/nm的RDS。图7所示的光纤具有低于1275nm的光纤截止点，意味着光缆截止点在50-75nm或更低。图8所示的光纤具有低于1300nm的光纤截止点，同样意味着光缆截止点在50-75nm。图9所示的光纤具有低于1200nm的光纤截止点和光缆截止点。因此，所有都与1310nm传输一致，包括截止点和色散要求。在所有情况下，采用这些预设参数制造的光纤的特性符合以下的规定：
在所有情况下，水峰损耗在1385nm都小于0.4dB/km，特别是通过采用VAD或者外部汽相沉积(OVD)工艺来制造纤芯区域，以保持水峰损耗小于或等于0.325dB/km；
零色散波长(ZDW)小于或等于1355nm(只有一个ZDW穿过整个1310-1625nm传输带)；以及
色散(D)在1375nm大于1ps/nm-km，在1565nm小于10ps/nm-km。
该图示的光纤曲线通常包括五个分立区域。参考图7，该区域定义为中心纤芯区域30、沟渠区域32、环形区域34、下降包层区域36以及外部包层区域38。图8中的光纤具有相同的曲线。中心纤芯区域30从中心向外延伸到一个定义为“a”的半径，显示一个关于光纤保留区域的提升的折射率。纤芯区域30和环形区域34通常包括掺锗的硅，而沟渠区域32和下降包层区域36通常包括氟掺杂的硅。可以理解的是，微量的其他掺杂物(诸如，在其它中，Ge，F，Ti，Al或P)可以混合到一个或者多个区域，以获得某些处理的优势或者特性。作为衬底或者包覆管，合成纤维管可以掺杂氟以有助于形成下降包层区域36。管同样包括Cl，同制造中采用的方法一致，其中Cl可以引入小的、偶然的折射率变化。区域30、32、34和36的制造通常是作为制造的中间步骤完成；形成区域38是实际的包层步骤，可由管套棒法或者微粉沉积方法完成。
根据本发明一实施例，在水峰1385nm(也就是，等级在0.31dB/km的低水峰)所希望的衰减是通过采用气相轴向沉积(VAD)过程形成纤芯区域30和沟渠区域32而获得。例如，参看美国专利6,131,415(这里整合在参考文献，其中完整地描述了采用VAD处理来形成光纤的方法，该光纤具有在1385nm的低水峰。所有其他相同，VAD(或者VOD)玻璃具有优于MCVD玻璃的固有的优点，即在微粉沉积和烧结之间具有一个清楚的脱水步骤。尽管最初微粉沉积由于VAD或者VOD中的氢氧焰而非常“湿”，随后在Cl2中的脱水以使纤芯材料足够干以使水峰始终在0.005-0.010dB/km，高于瑞利散射背景，相应于ppb一段的OH浓度。在MCVD微粉沉积过程中，没有氢源存在。然而，如果没有额外的脱水步骤，少量存在的氢杂质迅速地烧结到玻璃结构中。该MCVD衬底管，如果不如沉积材料干的话，可能同样是促成OH浓度的因素。该OH浓度与光功率分布有相当的重叠。结果是，采用VAD或者OVD玻璃形成区域30和34有其好处，在区域30和34中存在98-99％的光功率。然而，该VAD或OVD处理不擅长于在沟渠区域32之外形成额外的向上掺杂层(例如，锗掺杂)材料(如环形区域34)，如果不凭藉放弃上述超干的优点的方案。
因此，环形区域34和下降包层区域36最好是采用传统的MCVD工艺分别形成，外部包层区域38可以通过一个管包覆工艺而提供。图10给出了两个分立的预型部分，第一预型部分40包括中心纤芯区域30和沟渠区域32，第二预型部分42包括环形区域34、工艺36以及外部包层38。两个分立预型部分40、42之间的界面，在氯(或者氟)气(或者氯、氟的混合物，或者其他合适的气体)中形成，使得一个超干界面形成，以避免在匹配VAD内芯到MCVD外芯的步骤中增加在1383nm的OH衰减。在该方法上希望的变化是采用高纯度、掺杂的合成硅管来形成区域34、36，和在氯(或其他超干)气中形成区域34、36之间的界面。可以理解的是，氯气或者氟气可以通过在高温下多种包括Cl或F原子的化合物的热裂解来提供。该化合物包括Cl、CF4、C2F6、CCl4、SiF4或者SF6，其可以单独或者共同使用。
可以理解的是，上述处理只是典型的、不同的其他处理，其可以形成具有所希望的低水峰损耗特性的光纤。特别是，在0.325-0.34dB/km(足够低以获得上述优点)范围内，稍微高一点的中间水峰可以在标准MCVD纤芯制造中获得，如果MCVD处理在实施时认真注意了以下一些或者全部要点：采用超低水的合成硅衬底管，形成大的沉积外部包层，采用具有超低H杂质的原料气体，高整合的化学传送系统，高有效密封和旋转耦合在该MCVD车床和衬底管之间，采用熔炉加热源以沉积和/或沉淀。在初步加工阶段或者光纤阶段，采用氘对光纤进行处理，可以防止随后对1385nm的损耗几百倍的提升，由于在形成光缆或者其他环境源中的氢暴露。如果排除特别的制造过程，该过程对于实现本发明全部的潜力很必要。如上所述，OVD处理在大多数环境下可以替代VAD处理。
概括地说，本发明提供一种非零色散位移光纤，其联合一个具有一个适当的非零色散波长的低水峰衰减值，以提供S带放大，而对操作在C带或者L带区域的光传输或者信号放大没有负面影响。该非常低的水峰衰减被认为有必要作为一个辅助而具有该在适当位置的零色散波长，因为有用于S带信号的拉曼泵浦，将具有一个“设置在”该1385nm水峰波长的泵浦源。除非该水峰值被严格控制，如根据本发明而完成，对S带信号的拉曼放大将不会有效且是可变的，因此系统性能将遭受退化。

Claims (10)

1.一种采用拉曼放大的光学WDM传输系统，所述系统包括：
一定长度的光纤，其包括一纤芯区域；
一光发射机，用于引入一波长信息信号到该光纤中，该光波信息信号包括分离的信道，其操作在三个波长上，波分复用(WDM)以形成该光波信息信号；
一光泵浦源，用于引入光功率到所述光纤的纤芯区域，通过光泵浦能量与该光波信息信号的相互作用，产生所述光波信息信号的拉曼放大，其中，本发明特征在于该光纤具有以下特性：
低水峰在1385nm小于0.4dB/km；
零色散波长(ZDW)小于或者等于1355nm，且仅具有一个ZDW穿过整个传输带1310-1625nm；以及
色散(D)在1375nm大于1ps/nm-km，在1565nm小于10ps/nm-km。
2.根据权利要求1所述的系统，其中该光纤包括一内部的、高系数的纤芯区域，一环绕的、低系数的沟渠区域，一环绕所述低系数的沟渠区域的环形区域，一凹下包层区域以及形成用于环绕所述环形区域的外部包层区域。
3.一种制造光纤的方法，该方法包括步骤：
a)提供一光纤预型；
b)加热所述的提供的预型到软化的温度；以及
c)从所述的软化的预型抽取光纤，其中该抽取的光纤显示一下特性：
低水峰，在1385nm小于0.4dB/km；
零色散波长(ZDW)小于或者等于1355nm，仅具有一个ZDW穿过整个传输带1310-1625nm；以及
色散(D)在1375nm大于1ps/nm-km，在1565nm小于10ps/nm-km。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在执行步骤a)，该执行提供自：
i.形成一内芯棒，具有一内部的、高系数的纤芯区域和一环绕的、低系数的沟渠区域；
ii.形成一外芯管，具有一系数增加的环形区域和一下降包层区域；
iii.采用一超干处理沉淀该外芯管在内芯棒周围；
iv.包覆在步骤i-iii中形成的复合的芯结构，以完成该执行。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在步骤a)(i)中，采用汽相轴向沉积处理，这样，在1385nm的衰减小于或者等于大约0.325dB/km。
6.根据权利要求4所述的方法，其中在步骤a)(ii)中，采用改良化学汽相沉积工艺。
7.根据权利要求4所述的方法，其中在步骤a)(iii)中，采用氯气、超干匹配处理。
8.根据权利要求4所述的方法，其中在步骤a)(i)中，采用一辅助沉积处理，在步骤a)(ii)中，采用一改良化学汽相沉积处理，在步骤a)(iii)中，采用一氯气超干匹配处理。
9.根据权利要求3所述的方法，其中在执行步骤a)中，该方法包括：
i.形成一内芯棒，具有一内部的、高系数的纤芯区域和一环绕的、低系数的沟渠区域；
ii.采用一超干处理，通过沉淀一高纯度的管在步骤i)中形成的内芯棒上，形成一折射率增加的环形区域；
iii.采用一超干处理，通过沉淀一高纯度的下掺杂管在该环形区域的外部，形成下降的包层区域；
iv.包覆在步骤i-iii中形成的复合芯结构，以完成该执行。
10.根据权利要求3所述的方法，其中在执行步骤a)中，该方法包括步骤：
i.采用汽相轴向沉积处理，形成一复合波导芯，包括一系数增加的纤芯、一系数下降的沟渠、一系数增加的环和一系数下降的包层；
ii.包覆在步骤(i)中形成的复合波导芯，完成该执行。
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