CN1632627A - 光纤、使用该光纤的光模块和拉曼放大器 - Google Patents

光纤、使用该光纤的光模块和拉曼放大器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有多个在波长1460nm时色散为－8ps/nm/km以下的玻璃层的光纤，其特征在于：由成为折射率曲线的基准的基准层，和存在于所述基准层内侧的至少三个玻璃层构成；当所述至少三层的玻璃层中在最内侧形成的第一玻璃层对于所述基准层的最大比折射率差为Δ1，从内侧开始第二层形成的第二玻璃层对于所述基准层的比折射率差为Δ2，从内侧开始第三层形成的第三玻璃层对于所述基准层的比折射率差为Δ3，所述基准层对于纯石英的比折射率差为ΔC的时候，满足Δ1＞Δ2＞Δ3，Δ1≥1.0％，和ΔC＜0，提供使用该光纤的光模块和拉曼放大器。

Description

光纤、使用该光纤的光模块和拉曼放大器
技术领域
本发明涉及一种在高速光通信中被优选使用的光纤、使用该光纤的光模块和拉曼放大器。
背景技术
色散补偿技术是为了进行高速光通信而必须使用的技术，其中最普通的是色散补偿光纤(DCF)。DCF是用于对使用波长波段中光纤的色散进行补偿的光纤。为了使DCF具有适于色散补偿的特性，必须增大位于光纤中心部的中央纤芯的比折射率差，通常，向中央纤芯掺杂高浓度锗。
此外，作为光信号处理技术中的一种，有不将光信号变换为电信号而保持光进行处理的全光信号处理技术。该全光信号处理技术是利用非线性现象的方法，必须使用能产生较大非线性现象的光纤，即高非线性光纤。为了使该高非线性光纤具有高非线性，必须增大中央纤芯的比折射率差，向中央纤芯掺杂高浓度锗。
但是，如果向中央纤芯掺杂高浓度锗，会出现非线性折射率变大，导致波形恶化的问题。高非线性光纤具有由非线性系数变大而引起波形失真的特征，而拉曼放大用的高非线性光纤也存在双瑞利散射(double Rayleigh scattering)的问题，所以中央纤芯的锗浓度开始被当作问题。
此外，对高非线性光纤进行拔丝时，由于中央纤芯与包层的玻璃软化点有很大不同，拔丝时会使中央纤芯产生很多缺陷和结构不均一，很难降低传输损耗。
本发明是针对以上情况提出的，目的是提供一种具有满足要求特性的折射率曲线，并且通过使包层的折射率低于纯石英来降低中央纤芯的锗浓度，从而实现低损耗的光纤，以及使用该光纤的光模块和拉曼放大器。
发明内容
为了解决上述课题，本发明提供一种具有在波长1460nm时色散为-8ps/nm/km以下的多个玻璃层的光纤，其特征在于：所述多个玻璃层中一个玻璃层的组成具有与所述一个玻璃层相邻的玻璃层的组成不同的组成；所述多个玻璃层由成为折射率分布的基准的基准层，和存在于所述基准层内侧的至少三个玻璃层构成；当所述至少三层的玻璃层中在最内侧形成的第一玻璃层相对于所述基准层的最大比折射率差为Δ1，在从内侧开始第二层形成的第二玻璃层相对于所述基准层的比折射率差为Δ2，在从内侧开始第三层形成的第三玻璃层相对于所述基准层的比折射率差为Δ3，所述基准层相对于纯石英的比折射率差为ΔC的时候，满足Δ1＞Δ2＞Δ3，Δ1≥1.0％，和ΔC＜0。
如上述结构的本发明的光纤，优选的是满足1.0％≤Δ1≤3.0％，-1.0％≤Δ2≤-0.4％，和0％＜Δ3≤0.5％。
此外，本发明提供一种以具备上述光纤为特征的光模块。
此外，本发明提供一种以将拉曼放大用的激发光源与光模块连接为特征的拉曼放大器。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的光纤的折射率曲线的图。
图2是表示本发明另一个实施方式的光纤的折射率曲线的图。
图3是表示使用本发明实施方式的光纤构成的光模块的图。
具体实施方式
以下参照附图，对作为本发明实施方式的各种实施例进行说明。
非线性系数可以用n2/Aeff来定义，已知非线性系数越大越容易引起波形恶化。此外，由于n2由中央纤芯的锗浓度决定，所以存在如果增加锗浓度n2就变大，而同时瑞利散射也变大的问题。与此相对，Aeff的扩大，可以通过增大中央纤芯对包层的比折射率差来实现，即使降低锗浓度，通过降低包层的折射率可以实现。
在这种情况下，如果使用氟作为降低包层折射率的添加剂，则在包层的折射率下降的同时，包层的玻璃软化点接近中央纤芯的玻璃软化点，所以能防止拔丝时发生的缺陷和结构不均一。因此，能实现具有低损耗、低非线性系数的光纤。
此时，与纯石英的软化点1600℃相比，优选包层的玻璃软化点是例如1200～1500℃。
为了实现此目的，优选包层的氟的添加量是使对纯石英的比折射率差ΔC成为-0.6～-0.1％左右的掺杂量。
实施例1
制作具有下列表1至3表示的光学特性的24种光纤(光纤A至光纤X)。这些光纤的折射率曲线如图1所示的W型和图2所示的带弓形的W型。
即，图1表示的W型折射率曲线表示，构成中央纤芯的第一玻璃层1的外侧具有第二玻璃层2、和构成包层的基准层3。此外，图2表示的带弓形的W型折射率曲线表示，构成中央纤芯的第一玻璃层1的外侧具有第二玻璃层2、第三玻璃层4、和构成包层的基准层3。
此外，表中的Δ1、Δ2、Δ3、ΔC分别表示相对于包层3的第一玻璃层1的折射率差，相对于包层3的第二玻璃层1的折射率差，相对于包层3的第三玻璃层1的折射率差，相对于纯石英的包层4的折射率差，它们如下列式(1)～(4)表示。
Δ1＝{(n1 2-nc 2)/2n1 2}·100                   (1)
Δ2＝{(n2 2-nc 2)/2n2 2}·100                   (2)
Δ3＝{(n3 2-nc 2)/2n3 2}·100                   (3)
ΔC＝{(nc 2-ns 2)/2nc 2}·100                   (4)
其中n1是第一玻璃层1的最大折射率，n2是第二玻璃层2的折射率，nc是包层3的折射率，ns是纯石英的折射率。通过在合成初加工的成品(preform)时调整掺杂的锗和氟的量，可以使这些值变化。
此外，表中GR表示拉曼增益，表中的DPS表示色散值除以色散斜率的值。
在本发明的光纤中，优选的是在设定波长的DPS为不足330的正值。由此，通过使设定波长的DPS为不足330的正值，当该光纤用作SMF用色散补偿光纤时，能达到90％以上的补偿率。此外，用作NZ-DSF时，小于330的值适用，50左右最适合。因此，通过至少具有330以下的值，可以具有作为NZ-DSF或者通常的SMF用的色散光纤的功能。
[表1]
Δ1 Δ2 Δ3 ΔC   传输损耗1550nm     色散1550nm     色散斜率1550nm     GR1450nm泵涌   瑞利散射系数1550nm   Aeff1550nm     λc     DPS
  ％   ％     ％   ％     dB/km     ps/nm/km     ps/nm2/km     (m/W)     (l/m)     um2     nm     nm
  A   2.0   -0.55     0.2   0     0.53     -100     -0.35     1.1e-13     1.0e-6     16     1500     286
  B   2.0   -0.55     0.2   -0.2     0.44     -103     -0.36     1.1e-13     1.0e-6     16     1500     286
  C   2.0   -0.55     0.2   -0.2     0.47     -132     -0.48     1.2e-13     1.0e-6     15     1520     275
  D   2.0   -0.55     0   0     0.40     -70     -0.21     0.9e-13     1.0e-6     17     800     333
  E   2.0   -0.55     0   -0.2     0.35     -70     -0.21     0.9e-13     1.0e-6     17     805     333
  F   2.2   -0.55     0   -0.2     0.37     -90     -0.25     1.0e-13     1.0e-6     16     780     360
  G   1.5   -0.4     0.2   0     0.35     -40     -0.39     0.5e-13     0.6e-6     18     1480     103
  H   1.5   -0.4     0.2   -0.2     0.31     -40     -0.38     0.5e-13     0.5e-6     18     1480     105
  I   1.7   -0.4     0.2   -0.2     0.33     -70     -0.61     0.6e-13     0.6e-6     17     1390     115
[表2]
Δ1 Δ2 Δ3 ΔC   传输损耗1550nm     色散1550nm     色散斜率1550nm     GR1450nm泵涌   瑞利散射系数1550nm     Aeff1550nm     λc     DPS
    ％     ％     ％     ％     dB/km     ps/nm/km     ps/nm2/km     (m/W)     (l/m)     um2     nm     nm
    J     1.8     -0.4     0.2     0     0.35     -110     -0.31     1.0e-13     0.8e-6     18     1540     355
    K     1.8     -0.4     0.2     -0.2     0.30     -110     -0.31     1.0e-13     0.8e-6     18     1535     355
    L     2.0     -0.4     0.2     -0.2     0.33     -120     -0.30     1.1e-13     0.8e-6     17     1500     400
    M     2.4     -0.6     0     0     0.51     -100     -0.26     1.2e-13     1.0e-6     17     780     385
    N     2.4     -0.6     0     -0.1     0.46     -100     -0.27     1.2e-13     1.0e-6     17     780     370
    O     2.5     -0.6     0     -0.1     0.48     -120     -0.25     1.3e-13     1.0e-6     16     750     480
    P     1.1     -0.5     0     0     0.27     -9     -0.12     0.2e-13     0.3e-6     18     800     75
    Q     1.1     -0.5     0     -0.2     0.24     -10     -0.12     0.2e-13     0.3e-6     18     800     83
    R     1.3     -0.5     0     -0.2     0.25     -18     -0.12     0.3e-13     0.3e-6     18     790     150
[表3]
Δ1 Δ2 Δ3 ΔC   传输损耗1550nm     色散1550nm     色散斜率1550nm     GR1450nm泵涌   瑞利散射系数1550nm     Aeff1550nm   λc     DPS
  ％   ％   ％   ％     dB/km     ps/nm/km     ps/nm2/km     (m/W)     (l/m)     um2   nm     nm
    S   2.4   -0.55   0.2   0     0.62     -110     -0.54     1.0e-13     1.0e-6     14   1355     204
    T   2.4   -0.55   0.2   -0.1     0.54     -110     -0.53     1.0e-13     1.0e-6     14   1350     208
    U   2.6   -0.55   0.2   -0.1     0.56     -140     -0.52     1.1e-13     1.0e-6     13   1300     269
    V   1.0   -0.4   0   0     0.62     -8.3     -0.05     0.3e-13     0.3e-6     18   780     166
    W   1.1   -0.4   0   -0.1     0.57     -8.5     -0.05     0.3e-13     0.3e-6     18   780     170
    X   1.1   -0.4   0   -0.1     0.65     -11.2     +0.01     0.4e-13     0.3e-6     17   760     -1120
24种光纤中包含使基准层为纯石英的ΔC＝0的光纤，包层掺杂氟的ΔC＜0，并且Δ1相同的多个光纤，和中央纤芯的锗浓度相等的多个光纤。
在这些光纤中，光纤A和光纤B的Δ1、Δ2和Δ3相同，只有ΔC不同。光纤A与光纤B的折射率曲线相同，所以Aeff和色散特性几乎不变，而包层掺杂氟的光纤B与光纤A相比传输损耗更低。原因是由于包层掺杂氟，包层的软化点下降，从而能进行低温拔丝。
因此，使用光纤B的光模块与使用光纤A的光模块在相同长度下可以补偿相同的色散量，可以作为低传输损耗的光模块。
光纤A与光纤C的中央纤芯的锗浓度相同。如果对它们进行比较，尽管瑞利散射系数相等，但是包层掺杂氟的光纤C的拉曼增益更大。原因是尽管锗浓度相同，但包层掺杂氟的光纤C可以增大Δ1，减小Aeff。
此外，光纤C不仅拉曼增益变大，传输损耗也降低，所以在制作使用采用了光纤C的光模块的DCPA(色散补偿拉曼放大器)的时候，可以在低泵涌功率(pump power)下得到必要的增益。
光纤A与光纤C的瑞利散射系数大致相等，由光纤C构成的DCRA可以在低泵涌功率输入下得到要求的拉曼增益，所以噪声低。光纤D与光纤F、光纤G与光纤I、光纤J与光纤L、光纤M与光纤Q、光纤P与光纤R、光纤S与光纤U、光纤V与光纤X也与此相同。
但是，它们之间不同的是截止波长。光纤C的截止波长是1520nm，由于在1530nm以下，所以可以用在C波段(1530nm～1560nm)以上的波段中。此外，如果在使用波段100nm以下，即1430nm以下设定截止波长，可以在该C波段中用作拉曼放大介质。
同样，在设定L波段(1565nm～1625nm)作为使用波长的时候，必须使截止波长为1565nm以下，通过进一步使截止波长为1465nm以下，可以在L波段中用作拉曼放大介质。
此外，在设定S波段(1460nm～1530nm)作为使用波长的时候，必须使截止波长为1460nm以下，通过进一步使截止波长为1360nm以下，可以在S波段中用作拉曼放大介质。
换言之，截止波长是1350nm的光纤T，可以在S波段到L波段的任何波长中用作拉曼放大器。
这里的截止波长是ITU-T(国际电气通信联盟)G.650.1中定义的光纤截止波长λc。此外，在本说明书中没有特别定义的术语都根据ITU-T G.650.1中的定义及测定方法。
此外，实施例B与实施例E具有相同的Δ1和Δ2，而Δ3的大小不同。即，实施例E是第3层的Δ3为0％的W型曲线，而实施例B是带弓形的W型曲线。两者典型的差别是色散的大小。通过具有第三层而成为带弓形的W型曲线，能实现截止波长变换为长波长、绝对值大的负色散斜率。因此实施例B即使色散的绝对值大，也能实现十分小的DPS。
如果使具有W型曲线的光纤E的中央纤芯的直径变小，可以使色散的绝对值变大，但由于引起损耗增加，所以在C波段中不能传输。
如上述通过具有第三层而成为带弓形的W型曲线，可以使色散和色散斜率的绝对值变大，并且可以使色散和色散斜率的自由度增大。
由此，容易得到要求的光纤的特性，所以能制造合格率高的光纤。
实施例2
使用光纤A和光纤B制作在C波段中补偿SMF 50km的拉曼放大器。该两根光纤具有大致相同的色散，所以都使用8km光纤制作两个光模块。每一个的结构都如图3所示。
两个光模块，即使使用的光纤的光纤长度和拉曼增益相同，传输损耗也不同，所以为了实现无损模块需要的泵涌功率分别是55mW(光纤A)、49mW(光纤B)。因此，使用光纤A的DCRA由双瑞利散射导致噪声变大，使用光纤B的DCRA的噪声系数改善1dB。这里，作为传输路径的光纤使用SMF，而如果使用光纤H，可以对应NZ-DSF(非零色散位移光纤)。
此外，如果使用光纤K和光纤T，可以用在除C波段以外的L波段和S波段，或者包含这些的多个波长中。
如以上详细的说明，根据本发明可以制造具有低传输损耗的光纤。此外，通过降低中央纤芯的锗浓度，可以实现减少双瑞利散射的光纤。
此外，通过带弓形的W型曲线，容易得到要求的光纤特性，可以制造收益好的光纤。
本发明可以有效的用于色散补偿光纤和高非线性光纤。

Claims (13)

1.一种光纤，具有在波长1460nm时色散为-8ps/nm/km以下的多个玻璃层，其特征在于：
所述多个玻璃层中一个玻璃层的组成具有与所述一个玻璃层相邻的玻璃层的组成不同的组成；所述多个玻璃层由成为折射率分布的基准的基准层，和存在于所述基准层内侧的至少三个玻璃层构成；当所述至少三层的玻璃层中在最内侧形成的第一玻璃层相对于所述基准层的最大比折射率差为Δ1，在从内侧开始第二层形成的第二玻璃层相对于所述基准层的比折射率差为Δ2，在从内侧开始第三层形成的第三玻璃层相对于所述基准层的比折射率差为Δ3，所述基准层相对于纯石英的比折射率差为ΔC的时候，满足Δ1＞Δ2＞Δ3，Δ1≥1.0％，和ΔC＜0。
2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，满足1.0％≤Δ1≤3.0％，-1.0％≤Δ2≤-0.4％，和0％＜Δ3≤0.5％。
3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述基准层由添加了氟的玻璃构成。
4.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，构成所述基准层的玻璃的玻璃软化点低于纯石英的软化点。
5.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，截止波长是为比1360nm短的波长。
6.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，截止波长是为比1430nm短的波长。
7.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，截止波长是为比1460nm短的波长。
8.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，截止波长是为比1465nm短的波长。
9.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，截止波长是为比1530nm短的波长。
10.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，截止波长是为比1565nm短的波长。
11.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，波长1460nm～1625nm时的色散除以色散斜率的值为是不足330的正值。
12.一种具备光纤的光模块，其特征在于，所述光纤是具有在波长1460nm时色散为-8ps/nm/km以下的多个玻璃层的光纤，其特征在于：
所述多个玻璃层中一个玻璃层的组成具有与所述一个玻璃层相邻的玻璃层的组成不同的组成；所述多个玻璃层由成为折射率分布的基准的基准层，和存在于所述基准层内侧的至少三个玻璃层构成；当所述至少三层的玻璃层中在最内侧形成的第一玻璃层相对于所述基准层的最大比折射率差为Δ1，在从内侧开始第二层形成的第二玻璃层相对于所述基准层的比折射率差为Δ2，在从内侧开始第三层形成的第三玻璃层相对于所述基准层的比折射率差为Δ3，所述基准层相对于纯石英的比折射率差为ΔC的时候，满足Δ1＞Δ2＞Δ3，Δ1≥1.0％，和ΔC＜0。
13.一种以将拉曼放大用的激发光源与光模块连接为特征的拉曼放大器，其特征在于，
所述光模块具备光纤，该光纤是具有在波长1460nm时色散为-8ps/nm/km以下的多个玻璃层的光纤，所述多个玻璃层中一个玻璃层的组成具有与所述一个玻璃层相邻的玻璃层的组成不同的组成；所述多个玻璃层由成为折射率分布的基准的基准层，和存在于所述基准层内侧的至少三个玻璃层构成；当所述至少三层的玻璃层中在最内侧形成的第一玻璃层相对于所述基准层的最大比折射率差为Δ1，在从内侧开始第二层形成的第二玻璃层相对于所述基准层的比折射率差为Δ2，在从内侧开始第三层形成的第三玻璃层相对于所述基准层的比折射率差为Δ3，所述基准层相对于纯石英的比折射率差为ΔC的时候，满足Δ1＞Δ2＞Δ3，Δ1≥1.0％，和ΔC＜0。
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