CN1685255A - 具有大有效面积、低斜率以及低零色散的非零色散位移光纤 - Google Patents

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Abstract

光波导纤维包括中心纤芯区域，它从中心线径向向外延伸并具有非负的相对折射率百分比分布。总分布体积小于约6％－μm2。光纤在约1550nm波长处呈现大于约60μm2的有效面积，在约1550nm波长处色散斜率小于0.07ps/nm2/km，零色散波长小于约1450nm。

Description

具有大有效面积、低斜率以及低零色散的非零色散位移光纤
发明背景
发明领域
本发明涉及具有低斜率的非零色散位移光纤(NZDFS)。尤其是，本发明涉及具有低斜率和低零色散波长的NZDSF光纤。
技术背景
波分复用(WDM)系统在1550nm波长周围操作，这里限定为包括含约1525nm到约1565nm之间的波长的C带以及含约1565nm到约1625nm之间的波长的L带。某些已知的光纤具有操作窗之外的零色散波长，可帮助阻止诸如四波混合(FWM)和交叉相位调制(XPM)的非线性负担。但是，已知NZDSE光纤的零色散波长通常在1550nm的100nm内以降低1550nm操作窗中发送信号的色散大小，从而允许更长的跨长和更少的频率离差补偿。
较佳地，粗波分复用(CWDM)系统和应用在WDM1550nm窗(即在C和L带中)中、在S带(约1450nm和约1525nm之间)以及在1310nm窗(约1280和约1330nm之间)中工作。
已知的光纤具有适于在特定窗中工作的光学特性。例如，标准单模传送光纤，诸如Corning Incorporated制造的SMF-28TM光纤，在1310nm处或附近具有零色散波长，且这种光纤可在1310nm窗内稳定地工作。在1550nm处这种光纤呈现的色散约为17ps/nm/km，这大于典型NZDSF光纤在1550nm处的色散，需要频繁的色散补偿。NZDSF光纤可在1550nm窗中稳定地工作。NZDSF光纤的实例包括：在1500nm附近具有平均零色散波长以及约1550nm处色散斜率为约0.08ps/nm/km的CroningIncorporated制造的LEAF光纤；在1590nm附近具有平均零色散波长以及约1550nm处具有0.1ps/nm/km色散斜率的Corning Incorporated制造的海底LEAF光纤；在1650nm附近具有零色散波长的Corning Incorporated制造的MetroCorTM光纤；以及在约1450nm具有零色散波长的Lucent Corporation制造的TruewaveRSTM光纤。但是，这些NZDSF光纤在1310nm窗中的色散大小不低，且许多NZDSF光纤具有大于1260nm的专门的缆线截止波长。
发明内容
这里揭示了一种光波导纤维，它包括：中心纤芯区域，它从中心线径向向外延伸并具有含最大相对折射率百分比Δ1，MAX的正相对折射率百分比Δ1％(r)；第一环形区域，它围绕中心纤芯区域并具有相对折射率百分比Δ2％(r)，其最小相对折射率百分比为Δ2，MIN；第二环形区域，它围绕第一环形区域并具有正相对折射率百分比Δ3％(r)，其最大相对折射率百分比为Δ3，MAX；以及外环形包层区域，它围绕第二环形区域并具有相对折射率百分比Δc％(r)。总分布体积小于约6％-μm2，且Δ1，MAX＞Δ3，MAX＞Δ2，MIN≥0。光纤在约1550nm波长处具有大于约60μm2的有效面积，在约1550nm波长处色散斜率小于0.07ps/nm2/km，零色散波长小于约1450nm。在较佳实施例中，光纤的相对折射率分布是非负的，特别在光纤中心线周围设置的光导光学纤芯中。在其它较佳实施例中，光纤不包含减弱掺杂物。在再一个较佳实施例中，在光纤中心线的50微米半径内，光纤不包含减弱掺杂物。在其它较佳实施例中，光纤包含由一种或多种折射率增强掺杂物掺杂的氧化硅，其中掺杂物诸如锗，优选没有减弱掺杂物。
在第一方面中，中心纤芯区域具有阿尔法分布形状。在第二方面中，至少一部分中心纤芯区域具有阶跃折射率分布形状。
较佳地，中心纤芯区域延伸到约2微米和约5微米之间的半径R1，其中Δ1，MAX小于约0.7％。较佳地，第一环形区域从半径R1延伸到约5微米和9微米之间的半径R2，其中Δ2，MIN小于约0.2％并大于或等于0％。较佳地，第二环形区域从半径R2延伸到约7微米和约14微米之间的半径R3，其中Δ3，MAX在约0.05％和约0.3％之间。
第二环形区域的半高峰宽设置于小于约10μm的半径处，更优选于6μm和10μm之间的半径处，更加优选在6μm和9μm之间，最好是在7μm和9μm之间。
较佳地，总分布体积在约4％-μm2和约6％-μm2之间。在较佳实施例中，总分布体积小于约5.5％-μm2。
光纤较佳地在约1550nm波长处具有大于约62μm2的有效面积。较佳地，光纤在约1550nm波长处色散斜率小于0.065ps/nm2/km。光纤优选在约1550nm波长处呈现约4ps/nm/km和约10ps/nm/km之间的色散。较佳地，光纤具有小于约1260nm的缆线截止波长。
第一环形区域优选邻近于中心纤芯区域，且第二环形区域优选邻近于第一环形区域。
较佳地，第二环形区域的分布体积小于约3.5％-μm2。
为了增进光场有效部分的中心纤芯中的传播，以及帮助降低对微弯和从而引起的信号衰减的敏感性，第二环形区域的分布体积除以中心纤芯区域的分布体积的比率小于约1.5，更优选小于约1.45，更加优选小于约1.35。或者，或此外，第二环形区域的分布体积除以总分布体积的比率小于约0.6，更优选小于约0.55。
较佳地，这里描述和揭示的光纤允许在约1260nm和约1650nm之间的多个操作波长窗处有适当性能。更优选的，这里描述和揭示的光纤允许在从约1260nm到约1650nm的多个波长处有适当性能。在较佳实施例中，这里描述和揭示的光纤是双窗纤维，它适应在至少1310nm窗和1550nm窗中操作。
现在将详细参考本发明的较佳实施例，其实例在附图中说明。在每个附图中示出根据本发明的分段纤芯折射率分布的实例性实施例。
附图概述
图1是根据本发明的光波导纤维的较佳实施例的示意性剖视图；
图2是采用本发明的光纤的光纤光通信系统的示意图；
图3示出与这里揭示的光波导纤维的较佳实施例相对应的折射率分布图；
图4示出与这里揭示的光波导纤维的另一个较佳实施例相对应的折射率分布图；
图5示出与这里揭示的光波导纤维的另一个较佳实施例相对应的折射率分布图；
图6示出与这里揭示的光波导纤维的另一个较佳实施例相对应的折射率分布图；
图7示出与这里揭示的光波导纤维的另一个较佳实施例相对应的折射率分布图；
图8示出与这里揭示的光波导纤维的另一个较佳实施例相对应的折射率分布图；
图9示出与这里揭示的光波导纤维的另一个较佳实施例相对应的折射率分布图；以及
图10示出与这里揭示的光波导纤维的另一个较佳实施例相对应的折射率分布图。
具体实施方式
将在以下的详细描述中阐述本发明的其它特点和优点，且通过描述或者通过按以下描述结合权利要求书和附图实施本发明加以理解，这将是本领域内的熟练技术人员显见的。
“折射率分布图”是折射率或相对折射率与波导纤维半径之间的关系。
“相对折射率百分比”被定义为Δ％＝100×(ni 2-nc 2)/2ni 2，其中除非另外说明，ni是区域i中的最大折射率，nc是包层区域的平均折射率。在一环形区域或一分段(segment)的折射率小于包层区域的平均折射率的情况中，相对折射率百分比是负的并被称为具有抑制区域或抑制折射率，并且除非另外说明，在相对折射率最负的点处计算。在一环形区域或一分段的折射率大于包层区域的平均折射率的情况中，相对折射率百分比是正的且该区域被称为被提升或具有正折射率。“减弱掺杂物”这里被认为是相对于纯未掺杂SiO2倾向于降低折射率的掺杂物。当伴有一种或多种其它不是减弱掺杂物的掺杂物时，减弱掺杂物可以位于具有正相对折射率的光纤区域中。同样，不是减弱掺杂物的一种或多种其它掺杂物可位于具有负相对折射率的光纤区域中。
光导纤维在这里被称作“色散”的“色散现象”(除非另外提醒)是材料色散、波导色散和模间色散之和。在单模波导纤维的情况中，模间色散是零。
“有效面积”被定义为：
Aeff＝2π(∫E2rdr)2/(∫E4rdr)，
其中积分限是0到∞，且E是与波导中传播的光有关的电场。
术语“α-分布”或“alpha分布”表示折射率分布，用Δ(r)％表示，其中r是半径，其遵循以下等式，
Δ(r)％＝Δ(ro)(1-[|r-ro|/(r1-ro)]α)，
其中r0是Δ(r)％最大的点，r1是Δ(r)％为0的点，r在ri≤r≤rf的范围内，其中以上定义了Δ，ri是α-分布的起始点，rf是α-分布的终止点，其中α是实数指数。
使用Peterman II方法测量模场直径(MFD)，其中2w＝MFD且w2＝(2∫E2rdr/∫[dE/dr]2rdr)，积分限是0到∞。
可通过在规定测试条件下诱发衰减来测量波导纤维抗弯性。
一种弯曲测试是横向负荷微弯测试。在这种所谓的“横向负荷”测试中，将指定长度的波导纤维置于两个平板之间。#70的丝网附着到一个板上。已知长度的波导纤维夹在板之间且在用30牛顿的力将板压在一起时测量参考衰减。随后，将70牛顿的力施加到板上并按dB/m测量衰减的增加。衰减的增加是波导的横向负荷衰减。
“针阵列”弯曲测试用于比较波导纤维对弯曲的相对抵抗力。为了执行该测试，为基本无诱发弯曲损耗的波导纤维测量衰减损耗。随后波导纤维绕针阵列编织并再次测试衰减。由于弯曲引起的损耗是这两个被测衰减之差。针阵列是单行中排列并保持于平坦表面上固定垂直位置的一组10根圆柱针，针间隔是5mm，即中心距。针直径是0.67mm。测试期间，施加足够张力以使得波导纤维与一部分针表面相符。
对于给定模式，理论纤维截止波长或“理论纤维截止”或“理解截止”是一波长，超过该波长则引导的光不能在该模式中传播。数学定义可以在Single ModeFiber Optics，Jeunhomme，pp39-44，Marcel Dekker，New York，1990中找到，其中理论纤维截止被描述为模传播常数变成等于外包层中平面波传播常数的波长。该理论波长适合于无限长，较佳地没有直径变化的直纤维。
由于弯曲和/或机械压力引起的损耗，有效纤维截止低于理论截止。在该上下文中，截止涉及LP11和LP02模式中的更高者。测量中一般不区别LP11和LP02，但两者在光谱测量中显示为阶跃，即在比测量截止常的波长处模中观察不到功率。可以通过普通2m纤维截止测试FOTP-80(EIA-TIA-455-80)测量实际纤维截止以产生“纤维截止波长”，也称作“2m纤维截止”或“测量截止”。进行FOTP-80标准测试以使用受控弯曲量剥去更高次模，或者使光纤的光谱响应规格化为多模光纤的光谱响应。
由于缆线环境中更高程度的弯曲以及机械压力，缆线截止波长或“缆线截止”甚至低于测量的纤维截止。可通过EIA-445 Fiber Optic Test Procedures(光纤光学测试步骤)中描述的缆线截止测试近似实际缆线情况，其是EIA-TIA FiberOptics Standards(纤维光学标准)即Electronics IndustryAlliance-Telecommunications Industry Association(电子产业联盟-电信产业协会)Fiber Optics Standard(更常称为FOTP’s)的一部分。缆线截止测量描述于EIA-455-170通过发送功率的单模光纤的缆线截止波长(Cable CutoffWavelength of Single-mode Fiber by Transmitted Power)，或“FOTP-170”。
波导纤维远程通信链路或简单链路由光信号的发送器、光信号的接收器以及各自端部光耦合到发送器和接收器以便在其间传播光信号的一定长度的波导纤维或许多波导纤维组成。波导纤维的长度可由端到端串联排列而拼接或连接在一起的多个更短的长度组成。链路可包括附加的光学部件，诸如光学放大器、光学衰减器、光纤隔离器、光开关、滤光器或者多路复用或多路分路装置。可将一组互连的链路表示为远程通信系统。
如这里所使用的光纤跨度包括一定长度的光纤或者连续熔在一起的多个光纤，它们在光学器件之间延伸，例如在两个光放大器之间，或者在多路复用设备和光放大器之间延伸。跨度可包括这里所揭示的光纤的一段或多段，且可进一步包括其它光纤的一段或多段，例如被选为实现所需系统性能或参数，诸如跨度端部处的剩余色散。
通常，光纤的“物理”纤芯包括被掺杂的一个或多个分段。这些分段是纤芯的物理可识别部分。同时，应理解，从光学上讲，“光学”纤芯这里被认为是在光纤内约99％的传播光行进的地方，其中一部分传播光会在物理纤芯分段之外行进。
较佳地，通过气相沉积工艺制成这里揭示的光纤。更优选地，这里揭示的光纤通过外部气相沉积(OVD)工艺制成。因此，例如已知的OVD沉积作用、凝固和拉伸技术可有利地用于生成这里揭示的光波导纤维。其它工艺，诸如改良的化学气相沉积(MCVD)或增强气相沉积(VAD)也可使用。因此，可利用本领域中已知的制造技术实现这里所揭示的光波导纤维的折射率和截面分布，这些技术包括但不限于：OVD，VAD和MCVD工艺。
图1是根据本发明的光波导纤维10的示意表示(不按比例)，它具有中心区域(或第一纤芯分段)20、邻近于并围绕中心区域20的第一环形区域(或第二纤芯分段)30、邻近于并围绕第一环形区域30的第二环形区域(或第三纤芯分段)40以及邻近于并围绕第二环形区域40的外部环形包层区域或包层100。
较佳地，这里描述的光纤10的包层100是纯的或基本纯的氧化硅。更优选地，包层中不包含氧化锗或氟掺杂物。外环形包层区域100可以由例如沉积作用过程中沉积的，或者按护套(诸如管中棒光学预制件结构中的管)或沉积材料和护套的组合的形式提供的包层材料构成。外环形包层区域100可以包括一种或多种掺杂物。包层100优选由主涂层P和次涂层S围绕。包层100的折射率用于计算相对折射率百分比，如别处所描述的。
参考图1，包层100具有nc的折射率，围绕被定义为具有Δ(r)％＝0的纤芯，它被用于计算光纤或光纤预制件的各种部分或区域的折射率百分比。
在描述诸如中心纤芯区域或纤芯区域的区域的分布时，通过确定峰值折射率或最大相对折射率(诸如Δ1，MAX)并确定什么半径对应于相对折射率可以限定半最大点，它等于峰值折射率或最大相对折射率(诸如Δ1，MAX)的值的一半，即从描述相对折射率对半径的曲线下垂的垂直线和相对于Δ(r)％＝0的轴(即包层的相对折射率)相交的位置。
如图2所示，光纤通信系统200包括这里所揭示的光纤220。系统200包括发送器210和接收器230，其中光纤220可在发送器210和接收器230之间传输光信号。系统200优选能双向通信，且发送器210和接收器230仅为说明而示出。系统200优选包括具有这里所揭示的光纤的分段或跨度的链路。系统200还可以包括光连接到这里所揭示的光纤的一个或多个分段或跨度的一个或多个光学装置，诸如一个或多个再生器、放大器或色散补偿模块。在至少一个较佳实施例中，根据本发明的光纤通信系统包括通过光纤连接发送器和接收器，其间没有再生器。在另一个较佳实施例中，根据本发明的光纤通信系统包括通过光纤连接的发送器和接收器，其间没有放大器。在再一个较佳实施例中，根据本发明的光纤通信系统包括通过光纤连接的发送器和接收器，其间没有放大器、再生器或转发器。
较佳地，这里所揭示的光纤具有低的含水量，且优选低水峰光纤，即具有在特定波长区域中(特别是1383nm窗)呈现相对低水峰或没有水峰的衰减曲线。
可通过使移动液体混合物的至少某些成分化学反应形成粉尘预制件或粉尘体以形成氧化硅基的反应产物，其中在该移动液体混合物中包含氧化剂中至少一个玻璃制成的原始化合物。该反应产物的至少一部分被引导向基底，以形成多孔氧化硅体，该多孔氧化硅体的至少一部分通常包括键合到氧的氢。例如，通过经由OVD工艺将粉尘层沉积到引诱物杆上而形成粉尘体。
基底或引诱物杆或心轴被插过玻璃体，诸如中空或管状手柄并安装到车床上。车床被设计成旋转和平移心轴与粉尘生成燃烧器接近。随着心轴被旋转和平移，一般称为粉尘的氧化硅基反应产物被引向心轴。至少一部分氧化硅基的反应产物沉积于心轴上和一部分玻璃手柄上以形成其上的粉尘体。
一旦所需量的粉尘已沉积于心轴上，就终止粉尘沉积并从粉尘体中除去心轴。
一除去心轴，粉尘体就形成轴向穿透的中心线孔。较佳地，粉尘体通过手柄悬挂于向下馈送装置上并位于凝固炉内。在将粉尘体定位于凝固炉内之前，远离手柄的中心线孔的端部优选与底塞配合。较佳地，底塞通过摩擦配合相对于粉尘体定位和保持就位。优选将塞逐渐变细以帮助进入和允许至少临时贴合以及至少在粉尘体内是宽松的。
粉尘体优选被化学变干，例如通过在凝固炉内以升高的温度将粉尘体暴露了含氯的气氛。含氯的气氛有效地从粉尘体中除去水分和其它杂质，否则会对粉尘体制成的光波导纤维的性质有不期望的影响。在OVD形成的粉尘体中，氯充分地流过粉尘以有效地使整个坯料变干，包括围绕中心线孔的中心线区域。
在化学变干步骤之后，炉温度提升到足以将粉尘坯料凝固成烧结玻璃预制件的温度，优选约1500℃。随后，在凝固步骤中闭合中心线孔，从而中心线孔在中心线孔闭合前没有机会被氢化合物重新变湿。较佳地，中心线区域具有小于约1ppb的加权平均OH含量。
因此，通过在凝固期间闭合中心线孔可以显著地减少或避免将中心线孔暴露了含氢化合物的气氛。
诸如底塞的玻璃体位于中心线孔内远离手柄的粉尘体端部，且诸如中空管状玻璃塞或具有开口端的顶塞的玻璃体位于与塞相对的分成体中的中心线孔中。顶塞可设置于管状手柄的腔内。在氯干化后，粉尘体向下驱动到凝固炉的热区中，以密封中心线孔并将粉尘体凝固成烧结玻璃预制件或凝固的玻璃预制件。干化和凝固可任选地同时进行。在凝固期间，粉尘体稍许收缩并啮合底塞和顶塞的下端，从而将所形成的烧结玻璃预制件熔合到塞并密封中心线孔。可利用粉尘体一次通过热区实现中心线孔的顶部和底部两者的密封。较佳地，在保持烘箱中，凝固的玻璃预制件或烧结玻璃预制件保持于提升的温度，以允许惰性气体从中心线孔扩散以形成密封中心线孔内的被动真空。较佳地，顶塞具有相对较薄的壁，通过该壁，可以更方便地进行惰性气体的扩散。顶塞优选具有用于支持手柄内的塞的扩大部分以及延伸入粉尘体的中心线孔的较窄部分。顶塞也优选包括伸长的中空部分，它可优选占据手柄的主要部分。中空部分提供附加体积给中心线孔，从而在惰性气体扩散后在中心线孔内提供更好的真空。塞的伸长部分所提供的容积向密封的中心线孔增加了容积。
如以上和这里别处所述，底塞和顶塞优选是玻璃体，具有按重量计算小于约31ppm的含水量，诸如熔融的石英塞，且按重量计算优选小于5ppb，诸如化学变干的氧化硅塞。通常，在含氯气氛中使这种塞变干，但也可等效地应用含其它化学干燥剂的气氛。理想地，玻璃塞将具有按重量计算小于1ppb的含水量。此外，玻璃塞优选是薄壁塞，其厚度范围从约200μm到约2mm。更优选地，至少一部分塞60具有约0.2到约0.5mm的壁厚。更优选地，伸长部分66具有约0.3mm到约0.4mm的壁厚。较薄的壁促进扩散，但处理期间更易于破坏。
因此，在中心线孔已被密封以形成中心线孔内的被动真空后，惰性气体优选从中心线孔扩散，且薄壁玻璃塞可有助于惰性气体从中心线孔的快速扩散。塞越薄，扩散速率越大。凝固的玻璃预制件优选被加热到足够伸展玻璃预制件的升高的温度，优选约1950℃到约2100℃，从而减小预制件的直径以形成圆柱玻璃体，诸如纤芯条或光纤，其中中心线孔塌陷以形成固态中心线区域。在凝固期间被动形成的密封中心线孔内维持的减小压力一般足以帮助完成拉拔(或所谓的再拉拔)过程中的中心线孔闭合。
结果，可以实现整体较低的O-H谐波光衰减。例如，1383nm处的水峰以及诸如950nm或1240nm处其它OH诱发的水峰可以被减少甚至实际上消除。
低水峰一般提供较低的衰减损耗，特别是对于约1340和约1470nm之间的传输信号。此外，低水峰还提供与光纤光耦合的泵浦光发射装置的改善了的泵浦效率，泵浦光发射装置诸如可以一个或多个泵浦波长操作Raman泵浦或Raman放大器。较佳地，Raman放大器以比任何所需工作波长或波长范围低约100nm的一个或多个波长泵浦。例如，承载约1550nm波长的工作信号的光纤可用Raman放大器以约1450nm的泵浦波长泵浦。因此，从约1400到约1500nm的波长范围中的更低的光纤衰减将趋于降低泵浦衰减和增加泵浦效率，即每mW泵浦功率的增益，特别是对于1400nm左右的泵浦波长。一般，对于纤维中更大的OH杂质，水峰在宽、高上都增大。因此更小的水峰提供更有效操作的更宽选择，不管对于工作信号波长或泵浦波长的放大。因此，减小OH杂质可以减少其间的损耗，例如对于约1260nm到约1650nm之间的波长，且特别是可在1383nm水峰区域中获得减少的损耗，从而形成更有效的系统操作。
在用OVD工艺制造时，这里所揭示的光纤呈现低PWD值。对于这里所揭示的光纤，光纤的旋转也会降低PMD值。
参考图3，这里所揭示的光波导纤维10优选包括：从中心线径向向外延伸到中心纤芯区域外径R1并具有含最大相对折射率百分比Δ1，MAX的正相对折射率百分比Δ1％(r)的中心纤芯区域20；以及第一环形区域30，它围绕中心区域20并优选与之相邻，具有中点R2mid处设置的宽度W2以及具有含最小相对折射率百分比Δ2，MIN的相对折射率百分比Δ2％(r)≥0；第二环形区域(或环)40，它围绕第一环形区域30并优选与之相邻，具有环中点R3mid处设置的环宽度W3以及具有含最大相对折射率百分比Δ3，MAX的正相对折射率百分比Δ3％(r)＞0；以及围绕第二环形区域40并优选与之相邻的外环形包层100，它具有相对折射率百分比Δc％(r)。较佳地，Δ1， MAX＞Δ3，MAX＞Δ2，MIN≥0。
中心纤芯区域20从光纤的中心线(r＝0)延伸到中心纤芯区域外径R1。R1HH标记Δ1，MAX的半高或者半峰高的半径。中心纤芯区域20的端部R1优选是第一环形纤芯区域的开始并在这里限定为在一半径处开始，在该半径处由切向经过中心纤芯区域20的半峰高的线21指出的直线近似被推断为与Δ％＝0轴相交。
第一环形区域30从R1延伸到外径R2。宽度W2被限定为R1和R2之间的径向距离。中点R2mid出现于R1和R2的中间。
较佳地，第一环形区域30邻近于中心纤芯区域20。
环40从R2延伸到环外径R3。环宽度W3被限定为R2和R3之间的径向距离。环40具有含“峰”或最大相对折射率百分比Δ3，MAX的正相对折射率分布。R3HHi标记Δ3，MAX的半高第一次径向向内或最中心出现。R3HHj标记Δ3，MAX的半高的第一次径向向外出现。环半高峰宽HHPW3分别由内径和外径R3HHi和R3HHj限定。环半高峰宽HHPW3的中点出现于半径R3HHmid，它是R3HHi和R3HHj之间的径向距离的一半。较佳地，Δ3，MAX出现于R3HHmid。较佳地，R3HHmid与环40的中间一致。较佳地，第二环区域40与第一环区域30相邻。
光纤或其任何部分的分布体积被限定为：
&Integral; r o r f &Delta; ( r ) rdr
其中ro和rf分别是计算分布体积的光纤部分的开始和结束处的半径。
以上描述的定义物理参数应用于其余有关的图。
中心纤芯区域分布体积或中心区域体积从r＝0计算到r＝R1。第一环形区域的分布体积或“深沟(moat)体积”从R1计算到R2。环分布体积或“环体积”从R2计算到R3。总分布体积从r＝0计算到光纤的最外直径，其中通过限定，具有相对折射率Δ％(r)＝0％的光纤的任何部分具有对分布体积的零贡献。以下列出这里揭示的光纤的物理属性的表包括为与中心纤芯区域、深沟、环和槽沟(gutter)相对应的部分以及其总分布体积按％-μm2计算的分布体积。按ps/nm/km的单位给出色散。按ps/nm2/km给出色散斜率或“斜率”。
参考图3-6，在第一方面，这里揭示的光纤10包括：中心纤芯区域20；邻近并围绕中心纤芯区域20的第一环形区域30和邻近并围绕第一环形纤芯区域30的第二环形纤芯区域40；以及邻近并围绕第二环形纤芯区域40的外环形包层区域100。因此，光纤10优选包括三个纤芯分段：中心纤芯区域20、第一环形纤芯区域30和第二环形纤芯区域40。按百分比的相对于包层的相对折射率差或相对折射率Δ％(r)可被描绘为与半径的关系。该第一方面中的中心纤芯区域的相对折射率Δ1％(r)具有阿尔法(α)分布。较佳地，α＜10，更优选地，α＜7，更加优选的是α＜5。
较佳地，对于一直到15微米、更优选地一直到30微米的半径且更加优选的是对于所有半径(即从中心线处r＝0到r＝R，max，其中R，max优选是光纤的最外径)，Δ％(r)大于或等于0％。
中心纤芯区域20包括最大相对折射率或峰Δ1％，Δ1，MAX，小于0.7，更优选小于0.6，甚至更加优选在0.4和0.6之间，而半径R1在约2和5微米之间，更优选在约3和4微米之间，通过直线近似限定，其中直线(21)切向经过中心纤芯区域20的半峰高(R1HH)并被推断为与Δ％＝0轴相交。较佳地，半峰高半径在约2和4微米之间，更优选在2.5和3.5微米之间。
第一环形纤芯区域30包括最小相对折射率或最小值Δ2％，Δ2，MIN，大于或等于0并小于0.2％，更优选大于或等于0并小于0.1％，更加优选的是大于或等于0并小于0.05％，且开始于约2微米和约5微米之间的半径处，更优选在约3微米和约4微米之间的半径处。第一环形纤芯区域30可具有最大值Δ2％，Δ2，MAX，其中Δ2，MAX≥Δ2，MIN。
第一环形纤芯区域30的端部和第二环形纤芯区域40的开始部在这里被限定为出现于一半径处，在该半径处直线近似切向经过第二环形纤芯区域40最中间侧的半峰高并推断为与Δ％＝0轴相交。第一环形纤芯区域30结束且第二环形纤芯区域40开始于约5微米和约9微米之间，更优选在约5.5微米和约8微米之间。第二环形纤芯区域40具有最大相对折射率或峰Δ3％，Δ3，MAX，它在约0.05％和0.3％之间，更优选在约0.05％和0.2％之间。第二环形纤芯区域40在这里被限定为在比出现Δ3，MAX且Δ3(r)％＜0.01的半径大的半径处结束。外环形包层区域或包层分段100设置于邻近和围绕第二环形纤芯分段40，优选从约7微米和约14微米之间的半径开始，更优选在约8微米和约13微米之间。Δ1，MAX大于Δ3，MAX。Δ3，MAX大于Δ2，MIN且较佳地在第一环形区域中的任何半径处(即，r＝R1到R2)Δ3，MAX大于Δ2(r)。因此，Δ1，MAX＞Δ3，MAX＞Δ2，MIN≥0。Δ2，MAX优选小于0.5Δ3，MAX，更优选小于0.4Δ3，MAX。Δ3，MAX优选小于0.5Δ1，MAX，更优选小于0.4Δ1，MAX且最好小于0.35Δ1，MAX。
实例1到4
表1列出了这里揭示的光纤10的第一方面的第一到第四实施例(实例1-4)的物理参数。实例1-4的相对折射率分布分别由图3-6所示的分布表示，其中特定分布的物理参数的对应条目可以在表1中找到。图3-6中每个相对折射率分布的中心纤芯区域具有阿尔法分布形状。表2列出了实例1-4的光学属性。
表1
 实例  1  2  3  4
 Δ1，MAX  0.53  0.50  0.51  0.50
 R1HH  2.9  2.9  2.9  3.0
 R1  3.4  3.6  3.5  3.6
 α1  4  4.4  3.7  3.9
 Δ2，MIN  0.04  0.03  0.015  0.02
 R2  7.5  7.0  5.9  6.6
 W2  4.1  3.4  2.4  3.0
 R2，MID  5.5  5.3  4.7  5.1
 Δ3，MAX  0.15  0.14  0.15  0.08
 R3HHi  7.9  7.6  6.25  7.1
 R3HHJ  10  10.1  8.35  10.5
 HHPW3  2.1  2.6  2.1  3.4
 R3HHMID  9.0  8.8  7.3  8.8
 R3  10.3  10.9  8.7  11.7
 W3  2.8  3.9  2.7  4.8
 中心纤芯体积  2.17  2.15  2.15  2.15
 第一环形体积  0.77  0.5  0.11  0.26
 第二环形体积  2.86  3.05  2.38  2.46
 总分布体积  5.8  5.7  4.64  4.87
表2
实例 1 2 3 4
色散@1310nm -8.9 -8.7 -9.0 -8.0
色散@1400nm -2.5 -2.3 -2.3 -1.6
色散@1450nm 0.75 0.95 1.08 1.6
色散@1535nm 5.95 6.19 6.6 6.7
色散@1550nm 6.85 7.1 7.6 7.5
色散@1565nm 7.75 8.0 8.6 8.4
色散@1625nm 11.35 11.7 12.4 11.8
斜率@1400nm 0.066 0.067 0.070 0.066
斜率@1450nm 0.063 0.063 0.067 0.062
 斜率@1550nm  0.060  0.061  0.064  0.058
 斜率@1625nm  0.060  0.061  0.064  0.057
 Kappa@1550nm  114  113  118  131
 Lambda Zero  1438  1435  1434  1424
 MFD@1550nm  9.21  9.43  9.38  9.2
 Aeff@1550nm  63  66  65.7  62
 针阵列@1550nm  5.5  8.7  7.4  8.6
 横向负荷@1550nm  0.76  1.2  0.7  0.66
 衰减@1550nm  0.198  0.196  0.199  0.197
 LP11  1642  1632  1461  1451
 LP02截止  1624  1613  1422  1529
 缆线截止  1242  1232  1061  1129
参考图7-10，在第二方面中，这里揭示的光纤10包括：中心纤芯区域20；邻近并围绕中心纤芯区域20的第一环形区域30和邻近并围绕第一环形纤芯区域30的第二环形纤芯区域40；以及邻近并围绕第二环形纤芯区域40的外环形包层区域100。因此，光纤10优选包括三个纤芯分段：中心纤芯区域20、第一环形纤芯区域30和第二环形纤芯区域40。第二方面中的中心纤芯区域20包括至少第一部分，它具有阶跃指数的相对折射率分布Δ1，A％(r)。中心纤芯区域20还可包括邻近并围绕第一部分的第二部分，它具有Δ1，B％(r)。较佳地，最大Δ1，B％(r)小于最小Δ1，A％(r)。在较佳实施例中，相对折射率Δ1，B％(r)具有α-分布。较佳地，r＜R1的Δ1，B％(r)大于R1＜r＜R2的Δ2％(r)。
较佳地，对于一直到15微米、更优选为一直到30微米的半径，甚至更加优选地对于所有半径(即从中心线处的r＝0到r＝R，max)，Δ％(r)大于或等于0％，其中R，max是光纤的最外径。
中心纤芯区域20包括最大相对折射率或峰Δ1％，Δ1，MAX，小于0.7，更优选小于0.6，甚至更加优选在0.4和0.6之间；以及半径R1，它在约2和6微米之间，更优选在约3和5微米之间，如直线近似所限定的，其中直线切向经过中心纤芯区域20的四分之一峰高(R1QH)并推断为与Δ％＝0轴相交。较佳地，中心纤芯区域20的第一部分结束于约1和4微米之间的半径处，更优选在约2和4微米之间。较佳地，四分之一峰高出现于约2微米和约4微米之间的半径处。
第一环形纤芯区域30包括最小相对折射率或最小值Δ2％，Δ2，MIN，大于或等于0并小于0.2％，更优选大于或等于0并小于0.1％，甚至更加优选为大于或等于0并小于0.05％，并且开始于约2微米和约6微米之间的半径处，更优选地位于约3微米和约5微米之间的半径处，且最好是在R1处。第一环形纤芯区域30可具有最大值Δ2％，Δ2，MAX，其中Δ2，MAX≥Δ2，MIN。
在第二方面中第一环形纤芯区域30的端部和第二环形纤芯区域40的开始部在这里被限定为出现于一半径处，在该半径处直线近似切线经过第二环形纤芯区域40的最中心侧的半峰高并被推断为与Δ％＝0轴相交。第一环形纤芯区域30结束且第二环形纤芯区域40开始于约5微米和约9微米之间，更优选在约5.5微米和约8微米之间。第二环形纤芯区域40的最大相对折射率或峰Δ3％，Δ3，MAX约为0.05％～0.3％，更优选为0.05％～0.2％，第二环形纤芯区域40这里被限定为出现于比出现Δ3，MIN且Δ3％＜0.01的半径大的半径处。外环形包层区域或包层分段100设置于邻近并围绕第二环形纤芯分段40，且优选从约8微米和约13微米之间的半径开始，其更优选在约9微米和约12微米之间。Δ1，MAX大于Δ3，MAX。Δ3，MAX大于Δ2，MIN，且优选在第一环形区域中的任何半径处Δ3，MAX大于Δ2(r)。因此，Δ1，MAX＞Δ3，MAX＞Δ2，MIN≥0。Δ2，MAX优选小于0.5Δ3，MAX，更优选小于0.4Δ3，MAX。Δ3，MAX优选小于0.5Δ1，MAX，更优选小于0.4Δ1，MAX且最好小于0.3Δ1，MAX。
实例5到8
表3列出了这里揭示的光纤的第二方面的第五到第八实施例(实例5-8)的物理参数。实例5-8的相对折射率分布分别由图7-10所示的分布表示，其中特定分布的物理参数的对应条目可以在表3中找到。图7-10中每个相对折射率分布的至少一部分中心纤芯区域20具有阶跃折射率分布形状。表4列出了实例5-8的光学属性。
表3
 实例  5  6  7  8
 Δ1，MAX  0.49  0.50  0.46  0.67
 R1HH  2.55  2.7  2.9  2.7
 R1QH  3.4  3.3  3.1  3.3
 α1  4  4.4  3.7  3.9
 R1  4.4  3.9  3.8  3.8
 Δ2，MIN  0.05  0.04  0.029  0.02
 R2  7.5  6.6  5.8  7.2
 W2  3.1  2.7  2.0  3.4
 R2，MID  6.0  5.3  4.8  5.5
 Δ3，MAX  0.13  0.095  0.09  0.10
 R3HHi  7.8  7  6.1  7.45
 R3HHJ  10.2  10.2  10.4  10.25
 HHPW3  2.4  3.2  4.3  2.8
 R3HHMID  9.0  8.6  8.2  8.9
 R3  10.4  10.4  10.6  10.6
 W3  2.9  3.8  4.8  3.4
 中心纤芯体积  2.21  2.13  2.09  2.23
 第一环形体积  0.95  0.65  0.27  0.18
 第二环形体积  2.87  2.59  3.13  2.59
 总分布体积  6.03  5.37  5.49  5
表4
实例 5 6 7 8
色散@1310nm -9.7 -9.35 -8.5 -8.5
色散@1400nm -2.8 -2.6 -1.9 -1.8
色散@1450nm 0.65 0.78 1.47 1.49
色散@1535nm 6.3 6.3 7.0 6.7
色散@1550nm 7.3 7.25 7.9 7.6
色散@1565nm 8.3 8.2 8.9 8.5
色散@1625nm 12.2 12.0 12.7 12.0
斜率@1400nm 0.071 0.070 0.069 0.068
斜率@1450nm  0.068  0.067  0.066  0.064
斜率@1550nm  0.066  0.063  0.063  0.059
斜率@1625nm  0.065  0.063  0.063  0.058
Kappa@1550nm  111  114  125  129
Lambda Zero  1440  1438  1428  1427
MFD@1550nm  9.72  9.44  9.68  9.21
Aeff@1550nm  69.9  66  69.9  63
针阵列@1550nm  9.4  8.3  10.6  7.8
横向负荷@1550nm  1.6  0.94  1.35  0.67
衰减@1550nm  0.196  0.197  0.198  0.194
LP11  1684  1556  1584  1488
LP02截止  1616  1546  1551  1542
缆线截止  1284  1156  1184  1144
可通过OVD，PCVD，IVD，VAD或MCVD方法或者通过熟练技术人员已知的任何其它合适的方法构成这里揭示的光纤的各种实施例。
如上所述，由于弯曲和/或机械压力，测量和缆线截止波长低于理论截止波长值。
这里所揭示的所有光纤都可用于光信号传输系统中，其优选包括发送器、接收器和光传输线。光传输线光耦合到发送器和接收器。光传输线优选包括至少一个光纤跨度，它优选包含至少一段光纤。
系统优选还包括至少一个放大器，诸如Raman放大器，它光耦合到光纤部分。
系统优选进一步包括多路复用器，用于将能传送光信号的多个通道互连到光传输线上，其中至少一个(优选至少三个且最好至少10个)光信号以约1260nm和1625nm之间的波长传播。较佳地，至少一个信号在一个或多个以下波长范围中传播：1310nm窗，1383nm窗，S波段，C波段和L波段。
在某些较佳实施例中，该系统能按粗波分复用模式工作，其中一个或多个信号在至少一个(优选至少两个)以下波长范围中传播：1310nm窗，1383nm窗，S波段，C波段和L波段。
在一个较佳实施例中，系统包括如这里揭示的一段光纤，其具有至多20km的长度。在另一个较佳实施例中，系统包括如这里揭示的一段光纤，其具有超过20km的长度。在又一个较佳实施例中，系统包括这里揭示的一段光纤，其具有超过70km的长度。
在一个较佳实施例中，系统以小于或等于约1Gbit/s操作。在另一个较佳实施例中，系统以小于或等于约2Gbit/s操作。在又一个较佳实施例中，系统以小于或等于约10Gbit/s操作。在再一个较佳实施例中，系统以小于或等于约40Gbit/s操作。在别一个较佳实施例中，系统以大于或等于约40Gbit/s操作。
可以理解，以上的描述仅是本发明的实例并旨在提供本发明的性质和特征的理解综述，如权利要求书所限定的。包含附图用于提供本发明的进一步理解，且附图结合并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的各种特点和实施例，且与其描述一起用于说明本发明的原理和操作。本领域熟练技术人员显见的是，可进行对这里描述的本发明较佳实施例的各种修改，而不背离所附权利要求书限定的本发明的精神或范围。

Claims (15)

1.一种光波导纤维，其特征在于，包括：
中心纤芯区域，它从中心线径向向外延伸并具有含最大相对折射率百分比Δ1， MAX的正相对折射率百分比Δ1％(r)，其中Δ1％(r)具有阿尔法分布形状；
第一环形区域，它围绕中心纤芯区域并具有相对折射率百分比Δ2％(r)，其最小相对折射率百分比为Δ2，MIN；
第二环形区域，它围绕第一环形区域并具有正相对折射率百分比Δ3％(r)，其最大相对折射率百分比为Δ3，MAX；以及
外环形包层区域，它围绕第二环形区域并具有相对折射率百分比Δc％(r)；
其中Δ1，MAX＞Δ3，MAX＞Δ2，MIN≥0；
其中总分布体积小于约6％-μm2；而且
其中光纤在约1550nm波长处具有大于约60μm2的有效面积，在约1550nm波长处具有小于0.07ps/nm2/km的色散斜率，和小于约1450nm的零色散波长。
2.如权利要求1所述的光波导纤维，其特征在于，中心纤芯区域延伸到约2微米和约5微米之间的半径R1，其中Δ1，MAX小于约0.7％。
3.如权利要求2所述的光波导纤维，其特征在于，第一环形区域从半径R1延伸到约5微米和9微米之间的半径R2，其中Δ2，MIN小于约0.2％并大于或等于0％。
4.如权利要求3所述的光波导纤维，其特征在于，第二环形区域从半径R2延伸到约7微米和约14微米之间的半径R3，其中Δ3，MAX在约0.05％和约0.3％之间。
5.如权利要求1所述的光波导纤维，其特征在于，第二环形区域的半高峰宽设置于小于约10μm的半径处。
6.如权利要求1所述的光波导纤维，其特征在于，总分布体积在约4％-μm2和约6％-μm2之间。
7.如权利要求1所述的光波导纤维，其特征在于，光纤在约1550nm波长处具有大于约62μm2的有效面积。
8.如权利要求1所述的光波导纤维，其特征在于，光纤在约1550nm波长处具有小于0.065ps/nm2/km的色散斜率。
9.如权利要求1所述的光波导纤维，其特征在于，光纤在约1550nm波长处呈现约4ps/nm/km和约10ps/nm/km之间的色散。
10.如权利要求1所述的光波导纤维，其特征在于，光纤具有小于约1260nm的缆线截止波长。
11.如权利要求1所述的光波导纤维，其特征在于，第一环形区域邻近于中心纤芯区域。
12.如权利要求1所述的光波导纤维，其特征在于，第二环形区域邻近于第一环形区域。
13.如权利要求1所述的光波导纤维，其特征在于，第二环形区域的分布体积小于约3.5％-μm2。
14.如权利要求1所述的光波导纤维，其特征在于，第二环形区域的分布体积除以中心纤芯区域的分布体积的比率小于约1.5。
15.如权利要求1所述的光波导纤维，其特征在于，第二环形区域的分布体积除以总分布体积的比率小于约0.6。
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