CN1664635A - 三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤，提供了α折射率剖面纤芯的三包层光纤，α＝1~100，其特征是：至少在1460~1625nm波长范围内和实际公差下，色散系数最小值大于0.5ps/nm－km或2.0ps/nm－km；在1550nm下，色散系数沿长度平均值小于3.5ps/nm－km或5.0ps/nm－km。至少在1460~1625nm波长范围内，色散系数沿长度平均值的变化范围小于2.0ps/nm－km或1.0ps/nm－km或0.5ps/nm－km。所述光纤显著地提高信号传输速率，增大中继跨距，简化色散管理，降低系统成本；三包层结构比较简单，有效面积符合实用。

Description

三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤
本申请要求2004年3月2日申请的、申请号为200410016670.9的专利申请的优先权。
发明领域
本发明涉及一种单模光纤，尤其涉及，一种三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤。
背景技术
早期的色散平坦单模光纤有两个零色散波长，色散系数和零色散波长关于结构参数变化的稳定性很差，虽经二十多年研究，一直未能实用。
现有单模通信光纤工作波长范围受限制；当波长接近零色散波长时，由于纵向不均匀性可能使色散系数最小值太小引起四波混频；当波长远离零色散波长时，最大色散系数较大，成为限制系统传输速率和中继间距的主要因素。同时色散补偿和色散斜率补偿技术复杂，光纤通信系统成本昂贵。
最近的色散平坦单模光纤有如下缺点：不能保证在实际公差下和在工作波长窗口内色散系数最小值总大于系统要求的某一正值；四包层结构复杂、色散稳定性较差；有效面积小，不符合实用要求。
本说明书所述定义符合本领域惯例。
发明内容
本发明的目的是：克服所述有两个零色散波长的早期色散平坦单模光纤、所述现有单模通信光纤以及所述现有色散平坦单模光纤的上述缺点，在实际公差下和在三波长窗口内色散系数最小值总为正值，在三波长窗口内色散系数平均值及其变化范围尽可能小，与对应的兼具色散补偿和色散斜率补偿作用的光纤配合使用或单独使用，可显著提高传输速率，增加中继间距，降低系统成本，有效面积符合实用要求，三包层光纤结构比较简单。
本发明提供一种三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤，该光纤包括折射率剖面基本上是α剖面的纤芯和折射率基本上均匀的三个包层，所述光纤各个结构参数的选择可保证：至少在1460~1625nm波长范围内和实际公差下，色散系数最小值大于0.5ps/nm-km；在1550nm下，色散系数沿长度平均值小于3.5ps/nm-km。
所发明的一种三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤，在1550nm下，有效面积≥50μm2。
所发明的一种三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤，至少在1460~1625nm波长范围内和实际公差下，色散系数最小值大于2.0ps/nm-km；在1550nm下，色散系数沿长度平均值小于5.0ps/nm-km。
所发明的一种三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤，至少在1460~1625nm波长范围内，色散系数沿长度平均值的变化范围小于2.0ps/nm-km。
所发明的一种三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤，至少在1460~1625nm波长范围内，色散系数沿长度平均值的变化范围小于1.0ps/nm-km。
所发明的一种三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤，至少在1460~1625nm波长范围内，色散系数沿长度平均值的变化范围小于0.5ps/nm-km。
附图说明
参照以下附图，熟悉本技术领域的人员，从本发明的详细描述中，将显而易见本发明的上述和其他目的、特征和优点。
图1是所发明三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤的一种折射率剖面图的示意图。
具体实施方式
根据发明人提出的光纤色散稳定性理论，首先以一种三包层结构的有两个零色散波长的光纤为参考光纤，通过公差分析计算其在给定公差下的色散变化，得到光纤色散关于各个结构参数变化的偏导数。再通过公差分析的逆方法，逐步求解具有所要求色散特性的的光纤结构参数。在整个工作波长范围内的许多波长下，重复上述计算，按下述要求“剪裁”色散特性，可实现本发明之目的：
——至少在1460~1625nm波长范围内和实际公差下，色散系数最小值大于0.5ps/nm-km或2.0ps/nm-km；
——在1550nm下，色散系数沿长度平均值小于3.5ps/nm-km或5.0ps/nm-km。
——至少在1460~1625nm波长范围内，色散系数沿长度平均值的变化范围小于2.0ps/nm-km或1.0ps/nm-km或0.5ps/nm-km。
此前有一种观点以为低色散斜率必然有效面积小。发明人通过理论研究发现这种观点有片面性，据此发现申请了有关大有效面积光纤的专利，例如，申请号为03141501.6和03141502.4的中国发明专利，以及国际申请号为PCT/CN03/00637和PCT/CN03/00638的国际专利。本发明据此设计了有效面积在1550nm大于50μm2的三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤。
本发明采用如图1所示α折射率剖面纤芯三包层光纤。
图1是所发明三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤的一种折射率剖面图示意图，其中，1、2、3和4分别表示所述光纤的纤芯、第一包层、第二包层和纯SiO2均匀外包层，5、6和7分别表示纤芯半径a、第一包层宽度a H1和第二包层宽度a H2，n0表示所述纤芯的最大折射率，n1、n2和nc1分别表示所述第一包层、所述第二包层和所述纯SiO2外包层的均匀折射率，Δ0、Δ1和Δ2分别表示所述纤芯、所述第一包层和所述第二包层相对于所述SiO2外包层的相对折射率差，所述α变化范围很大，从大约1变化到大约100，即从大约三角形剖面变化到接近于阶梯型剖面，未画出光纤轴线附近不大的中心凹陷；所述各包层的折射率剖面基本上是阶梯型剖面；所述第一包层的相对折射率差Δ1为负；所述第二包层的相对折射率差Δ2为正。
对于所述光纤结构，根据所列α值、色散系数、色散特性曲线、有效面积和公差范围，本领域的普通技术人员使用各自习惯的方法，无需创造性的工作就可以计算出相应的光纤结构参数；利用现有设备和工艺，本领域的普通操作人员无需创造性的工作就可以进行制造。
以下例举所发明三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤的特征性能和结构参数。
表1给出了符合所发明三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤的一种较佳实施例的特征性能：
                      表1
特征参数 指标
工作波长范围 1460～1625nm
色散系数最小值(至少在工作波长范围内和实际公差下) 大于0.5ps/nm-km
色散系数沿长度平均值(1550nm) 小于3.5ps/nm-km
色散系数沿长度平均值的变化范围(至少在工作波长范围内) 小于2.0ps/nm-km
光纤截止波长 不大于1420nm
有效面积(1550nm) 大于50μm2
表2给出了可实现表1所示光纤特性的一组示例结构参数：
                 表2
结构参数 指标
芯线α折射率剖面参数 1～100
芯线半径 a＝3.35～6.42μm
芯线相对折射率差 Δ0＝0.33～0.86％
第一包层相对折射率差 Δ1＝-0.07～-0.33％
第一包层宽度系数 H1＝0.68～1.87
第二包层相对折射率差 Δ2＝0.10～0.39％
第二包层宽度系数 H2＝0.64～2.12
表3给出了可实现表1所示光纤特性的一种较佳实施例的一组示例结构参数：
                   表3
结构参数 指标
芯线α折射率剖面参数 5～100
芯线半径 A＝3.35～4.25μm
芯线相对折射率差 Δ0＝0.33～0.86％
第一包层相对折射率差 Δ1＝-0.16～-0.33％
第一包层宽度系数 H1＝0.68～1.64
第二包层相对折射率差 Δ2＝0.12～0.39％
第二包层宽度系数 H2＝0.74～2.12
表4给出了符合所发明三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤的一种较佳实施例的特征性能：
                      表4
特征参数 指标
工作波长范围 1460～1625nm
色散系数最小值(至少在工作波长范围内和实际公差下) 大于0.5ps/nm-km
色散系数沿长度平均值(1550nm) 小于3.5ps/nm-km
色散系数沿长度平均值的变化范围(至少在工作波长范围内) 小于1.0ps/nm-km
光纤截止波长 不大于1420nm
有效面积(1550nm) 大于50μm2
   表5给出了可实现表4所示特性的光纤的一组示例结构参数：
                    表5
结构参数 指标
芯线折射率剖面参数α α＝1～100
芯线半径 A＝3.40～4.40μm
芯线相对折射率差 Δ0＝0.37～0.60％
第一包层相对折射率差 Δ1＝-0.11～-0.33％
第一包层宽度系数 H1＝0.90～1.10
第二包层相对折射率差 Δ2＝0.10～0.39％
第二包层宽度系数 H2＝1.40～1.80
表6给出了符合所发明三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤的一种较佳实施例的特征：
      表6
特征参数 指标
工作波长范围 1460～1625nm
色散系数最小值(至少在工作波长范围内和实际公差下) 大于0.5ps/nm-km
色散系数沿长度平均值(1550nm) 小于3.5ps/nm-km
色散系数沿长度平均值的变化范围(至少在工作波长范围内) 小于0.5ps/nm-km
光纤截止波长 不大于1420nm
有效面积(1550nm) 大于50μm2
表7给出了可实现表6所示特性的光纤的一组示例结构参数：
                   表7
结构参数 指标
芯线折射率剖面参数α α＝1～100
芯线半径 a＝3.30～4.20μm
芯线相对折射率差 Δ0＝0.39～0.60％
第一包层相对折射率差 Δ1＝-0.15～-0.36％
第一包层宽度系数 H1＝0.74～0.92
第二包层相对折射率差 Δ2＝0.15～0.36％
第二包层宽度系数 H2＝1.40～1.80
所述芯线折射率剖面基本是α折射率剖面，包含与所述α折射率剖面相近的光传输性能相似的其他折射率剖面。所述三个包层折射率基本均匀，包含与所述均匀折射率相近的光传输性能相似的其他折射率剖面。
光纤折射率剖面实际上可由多层沉积组成；沉积层数因制造方法而异，少则几层，多到几百层。纤芯的光滑折射率剖面可看作无穷多层阶梯形剖面的极限情况。
由于工艺原因光纤折射率剖面在轴线附近会有不大的中心凹陷。本领域内的技术人员都知道，不大的中心凹陷不会严重影响光纤基本性能。当所述中心凹陷深度和倒置锥形底面半径都很小其影响可以不计时，可看成极限情况无中心凹陷。
所述三包层光纤有7个所述结构参数，每个所述结构参数可能有不同的公差。当所述结构参数的不同公差组合导致相同的色散系数变化时，被视为等效。所述实际公差是指下述等效公差：a、H1和H2的相对公差均为1％，Δ0、Δ1和Δ2的相对公差均为2％。经验表明，上述等效公差要求在实际生产中一般容易实现。
表中所列数据对应于下述条件：所述纤芯有光滑的α折射率剖面，无中心凹陷，所述各包层的折射率剖面是理想的阶梯型剖面，以及所述实际公差，当实际情况与所述条件稍有差异时，有关数据与表列对应数据稍有不同。
本发明所涉及的三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤，至少在1460~1625nm波长范围内，色散系数平均值及其变化范围尽可能小，在实际公差下色散系数最小值总大于系统所要求的某一正值，和相应的三波长窗口负色散的色散平坦单模光纤配合使用或单独使用，可显著地提高信号传输速率，增大中继跨距，简化色散管理，降低系统成本；有效面积符合实用要求，三包层结构简单，明显优于早期的有两个零色散波长的色散平坦单模光纤、现有的单模通信光纤和现有的色散平坦单模光纤。
前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。

Claims (10)

1、一种三波长窗口正色散的色散平坦单模光纤，其特征在于：至少在1460~1625nm波长范围内，色散系数沿长度平均值的变化范围小于2.0ps/nm-km；在1550nm下，有效面积≥50μm2。
2、根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述光纤包括纤芯和三个包层，所述第三包层是纯SiO2均匀外包层，所述纤芯相对于第三包层的相对折射率差为Δ0，半径为a；所述第一包层相对于第三包层的相对折射率差为Δ1，宽度为aH1；所述第二包层相对于第三包层的相对折射率差为Δ2，宽度为aH2；所述纤芯的折射率剖面基本上是α剖面，所述α＝1～100；所述各包层的折射率剖面基本上是阶梯型剖面；所述第一包层的相对折射率差Δ1为负；所述第二包层的相对折射率差Δ2为正，其中：Δ0＝0.33～0.86％，Δ1＝-0.07～-0.33％，Δ2＝0.10～0.39％。
3、根据权利要求2所述的光纤，其特征在于：a＝3.35～6.42，H1＝0.68～1.87，H2＝0.64～2.12。
4、根据权利要求3所述的光纤，其特征在于：α＝5～100，Δ0＝0.33～0.86％，Δ1＝-0.16～-0.33％，Δ2＝0.12～0.39％，a＝3.35～4.25，H1＝0.68～1.64，H2＝0.74～2.12。
5、根据权利要求3所述的光纤，其特征在于：至少在1460~1625nm波长范围内和实际公差下，色散系数最小值大于0.5ps/nm-km；在1550nm下，色散系数沿长度平均值小于3.5ps/nm-km。
6、根据权利要求3所述的光纤，其特征在于：至少在1460~1625nm波长范围内和实际公差下，色散系数最小值大于2.0ps/nm-km；在1550nm下，色散系数沿长度平均值小于5.0ps/nm-km。
7、根据权利要求3所述的光纤，其特征在于：至少在1460~1625nm波长范围内，色散系数沿长度平均值的变化范围小于1.0ps/nm-km。
8、根据权利要求3所述的光纤，其特征在于：至少在1460~1625nm波长范围内，色散系数沿长度平均值的变化范围小于0.5ps/nm-km。
9、根据权利要求5或6或7所述的光纤，其特征在于：
Δ0＝0.37～0.60％，Δ1＝-0.11～-0.33％，Δ2＝0.10～0.39，a＝3.40～4.40，H1＝0.90～1.10，H2＝1.40～1.80。
10、根据权利要求5或6或8所述的光纤，其特征在于：
Δ0＝0.39～0.60％，Δ1＝-0.15～-0.36％，Δ2＝0.15～0.36％，a＝3.30～4.20，H1＝0.74～0.92，H2＝1.40～1.80。
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