CN1702485A - 城域网用的光纤 - Google Patents

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Abstract

一种城域网用的光纤。所述光纤在C波段和L波段中的损耗为0.25dB/km或更小，具有在1560nm与1560nm之间的零色散波长，以及在1550nm波长处的色散斜率至少在0.074ps/nm2/km。

Description

城域网用的光纤
技术领域
本发明涉及城域网，具体地说，涉及在城域网中用作传输线的光纤。
背景技术
为满足以高速度更快地传输和接收数据的需求，正实施以波分复用(WDM)光通信系统。WDM光通信系统可分为密集型波分复用(DWDM)系统和稀疏型波分复用(CWDM)系统。此外，波分复用光通信系统中应用的光通信网络可被分类为接入网，城域接入网，城域核心网，长途网，超长途网等。
接入网互连节点在1km至5km的距离范围内；城域接入网互连节点在20km至100km距离范围内；城域核心网互连节点在100km至300km距离范围内；长途网互连节点在300km至1000km距离范围内；以及超长途网互连节点彼此之间至少相距1000km。
接入网和城域接入网通常采用单模光纤。城域接入网中采用的光纤具有负色散特性，它包括高折射率的纤芯和环绕纤芯的包层。光纤可包括形成在纤芯与包层之间，并且折射率比纤芯低的环形部分。
授予Bhagavatula的美国专利申请No.4,715,679披露了一种单模光纤，这种光纤包括具有至少一个减低(depressed)折射率环形区域的纤芯和围绕纤芯的包层。
通过采用直接调制(DM)方案代替外部调制(EM)方案，以低传输速率实现城域网更为经济。直接调制方案通常采用直接调制分布式反馈激光器(DM-DFB，directly modulated distributed feedback laser)作为生成光信号的光源。DM-DFB具有正啁啾(chirp)。因此，当光源发出光信号时，借助在1550nm波段中具有正色散的光纤且超过预定距离，出现波长色散。波长色散可导致光信号失真，并可导致诸如光信号之间串扰之类的噪声。因此，对于城域网，必须额外具有色散补偿光纤调制，用于补偿如上所述的光信号色散。
此外，使用具有正色散特性光纤的直接调制类型城域网，必须包括至少一个色散补偿光纤调制，这使得网络的结构较为复杂，并导致网络安装成本增加。
为避免复杂的网络结构，已提出使用负色散特性光纤构建城域网的方法。
然而，这种方法会限制传输距离。图1表示对于典型单模光纤(SMF)和典型负色散光纤(NDF)的品质因数随传输距离变化的曲线。具体地说，图1示出，通过第一NDF传输消光系数为5dB的预放大光信号的品质因数曲线，通过第二NDF传输消光系数为8dB的预放大光信号的品质因数曲线，通过第三NDF传输消光系数为8dB的未预放大的光信号的品质因数曲线，通过SMF传输消光系数为8dB的未预放大的光信号的品质因数曲线。对于SMF，由于在直接调制期间的啁啾作用，难以获得较好的传输特性。而且，应予说明的是，对于典型的NDF，由于其较大的负色散特性，使传输距离受到限制。
近年来，为使在具有正色散特性的光纤中可能引起的距离的限制最小化，提出采用在1550nm波长上色散值在-7与-8ps/nm/km之间的光纤的方法，色散值在-7与-8ps/nm/km之间的光纤具有适于C波段区域(1530-1565nm)的色散特性。令人遗憾的是，该光纤如此较大的负色散值，即在-7与-8ps/nm/km之间的色散值，使得在光信号需要以10Gps的速率在L波段区(1565-1625nm)传输至少100km的距离时，难以将该光纤应用到城域网。
发明内容
于是，提出本发明，通过提供可在用于高速通信的长距离光通信网络，如城域网中采用的光纤，以解决上述现有技术中存在的问题，并且给出其他更多优点。
本发明的一个方面在于提供用于既可在C波段，又可在L波段中传输光信号的光纤。
在一个实施例中，提供一种城域网用的光纤，其中，所述光纤在C波段和L波段中的损耗为0.25dB/km或更小，在1560nm与1560nm之间存在零色散波长，以及在1550nm波长处的色散斜率至少在0.074ps/nm2/km。
附图说明
从以下结合附图的详细描述，将使本发明的上述特性和优点变得愈为清晰，其中：
图1表示对于典型单模光纤(SMF)和典型负色散光纤(NDF)的品质因数随传输距离变化的曲线；
图2A显示一种实施例的城域网所用光纤的结构；
图2B表示图2A所示光纤的折射率分布曲线；
图3表示将图2A所示光纤—具有典型负色散值的非零色散位移光纤与具有正色散值的单模光纤之间的色散特性比较的曲线；
图4表示图2A所示光纤的色散斜率与波段之间的关系曲线；
图5显示本发明另一实施例光纤的色散斜率；以及
图6表示本发明光纤与传统单模光纤的传输距离之间比较的曲线。
具体实施方式
以下结合附图，描述本发明的实施例。为清楚和简单计，如果已知功能和结构可能会使本发明的主题不清楚，本文将省略对它们的详细描述。
图2A显示本发明一种实施例光纤的结构，图2B表示图2A所示光纤的折射率分布。
参看图2A，可用于城域网的光纤100包括纤芯110和包层150。纤芯110包括中心区120、折射率减低区130和环形区140。
中心区120具有圆柱形部分，限定光纤100的中心，并且从光纤100中心的半径为R1，具有折射率N1，是光纤100的最高折射率。
折射率减低区130环绕中心区120，其折射率为N2，是光纤100的最低折射率。折射率减低区130的内周与中心区120的外周重合。折射率减低区130的外周自光纤100中心的半径为R2。
环形区140围绕着折射率减低区130，其折射率为N3，N3大于N2，但小于N1。环形区140的内周与折射率减低区130的外周相重合。环形区140的外周自光纤100中心的半径为R3。
包层150围绕着环形区140，其折射率为N4，N4大于N2，但小于N3。包层1 50的内周与环形区140的外周相重合。包层150的外周自光纤100中心的半径为R4。
图3表示将图2A所示光纤，即具有典型负色散值的非零色散位移光纤(下称“NZDSF”)与具有正色散值的单模光纤(SMF)的色散特性之间的比较曲线，为的是有助于理解本发明。
具体地说，图3示出图2所示城域网中所用传输距离约200km的光纤的色散曲线(下称“第一色散曲线”)210。它还示出具有典型负色散值的NZDSF的色散曲线(下称“第二色散曲线”)230，具有典型正色散值的NZDSF的色散曲线(下称“第三色散曲线”)220，以及用于稀疏型波分复用(CWDM)中的典型单模光纤的色散曲线(下称“第四色散曲线”)240，各色散曲线均与波长有关。
第一色散曲线210在C波段具有负色散值，在L波段具有正色散值，这样，如图2A所示光纤的零色散位置与现有掺铒光纤放大器的静区(deadzone)一致，从而获得最大信道效率。优选的是，第一色散曲线210的零色散波长处在1560nm与1570nm之间的范围内。因此，使用具有第一色散曲线210的光纤，通过在第一色散曲线210具有负色散值的C波段区中采用直接调制方案，在第一色散曲线210具有正色散值的L波段区中采用外部调制方案，可大大改善信道效率，能够实现经济型长距离光通信网络。
在1550nm波段，第二色散曲线230具有至多为-10ps/nm/km的负色散值。也就是说，具有第二色散曲线230的光纤有过大的负色散值，使得不可能将该种光纤应用于传输距离超过200km的长距离光通信网络。第三色散曲线220在C波段和L波段具有较高的正色散值，从而，具有第三色散曲线220的光纤，因不可补偿色散从而不能够应用于长距离的光通信网络。
第四色散曲线240示出可用于1250nm与1450nm之间波段中的单模光纤的色散特性。有如所示者，第四色散曲线240在高于S波段的波段中具有近似比10ps/nm/km更高的色散值，从而，在长距离光通信网络中难以采用具有第四色散曲线240的光纤。
图4表示图2A所示光纤的色散斜率与不同波段之间的关系曲线。具体地说，图4示出图2A所示光纤的色散曲线，当该光纤具有1560nm的零色散波长时，它们分别具有0.055ps/nm2/km和0.075ps/nm2/km的色散斜率。图4中所示的四波混频(FWM)损耗区由称作“四波混频”的非线性现象引起，它限制了传输距离，并与色散值的范围有关。FWM损耗区在-0.5与0.5ps/nm/km之间的色散值范围通常变得更大。
换而言之，色散斜率为0.075ps/nm2/km或更高的光纤，在FWM损耗区内具有约在1552.5nm与1567.5nm之间的波段，也就是近似为13nm宽的波段。相比之下，色散斜率为0.055ps/nm2/km(小于0.075ps/nm2/km)的光纤在FWM损耗区内具有近似在1551.25nm与1533.75nm之间的波段，也就是近似为17.5nm宽的波段。
总之，本发明的色散斜率为0.075ps/nm2/km或更高的光纤具有比色散斜率小于0.075ps/nm2/km的光纤更宽的可用波段。
图5显示本发明另一实施例光纤的色散斜率。如图所示，色散斜率曲线400具有1565.4nm的零色散波长，且色散斜率为0.093ps/nm2/km。具有色散斜率曲线400的光纤既可用于在1530nm与1560nm之间的C波段，又可用于在1571nm与1610nm之间的L波段。
在C波段中，可产生具有不同波长的多个信道，可通过直接调制对所产生的每个信道调制光信号。在L波段中，也可产生具有不同波长的多个信道。然而，在L波段中，可通过外部调制对所产生的每个信道调制光信号。
图6表示本发明光纤与传统单模光纤的传输距离之间比较的曲线。如图所示，传统的单模光纤510表现出在5km的距离内约低于1dB的功率损耗，并且，距离超出10km时，功率损耗(power penalty)快速增大的。因此，应予说明的是，传统单模光纤510不适于覆盖区域大于接入网覆盖范围的网络。相比之下，本发明的零色散光纤520，即使在高达80km的传输距离内，表现出在-1dB与1dB之间近乎恒定的功率损耗。
在L波段(1610nm)，本发明光纤的功率损耗上升至3dB，但不会迅速增加到3dB之上。此外，对于L波段中其他波长(1590nm)的功率损耗所显示出的结果与C波段(1550nm)和S波段(1470nm与1510nm)的情形相似。
因此，根据本发明的零色散光纤520对于在80km传输距离内的长距离传输具有恒定的功率损耗，并且，甚至能够不仅用于C波段和L波段，还用于S波段。
由以上显然可以理解，本发明的优点在于，使光纤放大器等的静区与用于构建长距离光通信网络的光纤的零色散位置一致，从而对C波段和L波段都是授予的。因此，本发明能够提供可易于确保有效信道和有效通信容量的长距离光通信网络。
尽管参照已经参照其特定的优选实施例表示和描述了本发明，但对于本领域的技术人员应能理解，可做多种形式和细节上的改变，而不致脱离所附权利要求限定的本发明精神和范围。

Claims (5)

1.一种城域网用的光纤，其中，所述光纤在C波段和L波段中的损耗为0.25dB/km或更小，具有1560nm与1560nm之间的零色散波长，以及在1550nm波长处的色散斜率至少在0.074ps/nm2/km。
2.如权利要求1所述的光纤，其中，所述光纤包括：
纤芯，它包括中心区和折射率减低区，所述中心区具有第一折射率N1，所述折射率减低区具有第二折射率N2，并围绕着所述中心区；所述第一折射率N1为光纤的最高折射率，所述第二折射率N2为光纤的最低折射率；和
包层，包括内包层部分和外包层部分，所述内包层部分具有第三折射率N3，并围绕着所述折射率减低区，所述外包层部分具有第四折射率N4，并且围绕着所述内包层部分；所述第三折射率N3等于或大于第二折射率N2。
3.如权利要求1所述的光纤，其中，所述光纤在1550nm的波长处具有至少55μm2的有效截面积。
4.如权利要求1所述的光纤，其中，所述光纤在C波段具有负色散值，在L波段具有正色散值。
5.如权利要求2所述的光纤，其中，所述光纤的第一至第四折射率具有关系，0.34％≤(N1-N4)N4≤0.55％以及-0.005％≥(N2-N4)/N4≥-0.01％。
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