CN1734299A - 色散补偿光纤 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及的领域是用于波长多路复用传输网络的单模色散补偿光纤。提供了一种单模色散补偿光纤，该单模色散补偿光纤具有至少六个纤芯片层(1到6)以及在中心波长处具有负色散以及色散斜率。

Description

色散补偿光纤

技术领域

本发明所涉及的领域是用于波长多路复用传输网络的色散补偿光纤。

背景技术

根据在先技术，有一组光学特性例如色散、色散斜率以及有效面积的色散补偿光纤，具有最大折射率很高的中心层，主要用以确保色散补偿光纤的负色散的高的绝对值。

发明内容

为了改善色散补偿光纤的该组光学特性以及主要与其制备过程的难度和复杂度相关的成本之间的整体折衷，本发明对该过程的难度和复杂度之间的平衡提出了修改。本发明的确提出了增加线性光纤的色散补偿光纤的纤芯片层，以将色散补偿光纤的纤芯片层的数量从四至少增加到六，增加至少两个片层必然会增加处理的复杂度，但由于其同时使得中心层的最大掺杂值大大地减少从而较易于制备因此又有助于该处理。色散补偿光纤事实上可能会具有更多的片层但是从总体上来说这些更容易制造。通过增加片层的数量而同时减少中心层的掺杂水平的最大值，就可能减少衰减和偏振模式色散而同时增加有效表面面积，其涉及一种根据本发明的色散补偿光纤的光学特性组之间的较佳的整体折衷。

根据本发明，提供了一种用于波长多路复用传输网络的单模色散补偿光纤，其在所使用的光谱带的中心波长处具有小于-50ps/nm-km的色散C，在所述的中心波长处具有负的色散斜率C’，在所述的中心波长处具有小于600nm的色散与色散斜率的比值C/C’，并且连续地包含，从中心到外围地，具有变量折射率剖面的纤芯以及具有常量折射率的包层，其特征在于纤芯的变量折射率剖面包括至少六个片层，其中连续地，从中心到外围地为，最大折射率大于包层折射率的中心层，中心层的最大折射率和包层折射率之间的差值Dn1大于13×10^-3；第一掩埋片层，其最小折射率低于包层折射率，第一掩埋片层最小折射率和包层折射率之间的差值Dn2小于-4×10^-3；第一环形片层，其最大折射率大于包层折射率并且小于中心层的最大折射率，第一环形片层的最大折射率和包层折射率之间的差值Dn3大于2.5×10^-3；第二掩埋片层，其最小折射率低于包层折射率，第二掩埋片层的最小折射率和包层折射率之间的差值Dn4小于-2×10^-3；第二环形片层，其最大折射率大于包层折射率并且小于中心层的最大折射率，第二环形片层的最大折射率和包层折射率之间的差值Dn5大于2×10^-3；第三掩埋片层，其最小折射率低于包层折射率，且第三掩埋片层的最小折射率和包层折射率之间的差值Dn6小于-1×10^-3。选择色散和色散斜率的比值的阀值允许对波长多路复用光学传送系统中的线性光纤进行有效补偿。在所使用的光谱带的中心波长处，该比值优先选择为小于500nm，更有优势地选择为小于400nm。所使用的光谱带通常至少是光谱带S，C，L和U中的一个，其中由线性光纤以及色散补偿光纤对一个或多个光学信号进行传输。光谱带S大约从1465nm延伸到1530nm，光谱带C大约从1530nm延伸到1570nm，光谱带L大约从1570nm延伸到1625nm，光谱带U大约从1625nm延伸到1675nm。

优选地，为了进一步改善光学特性组之间的整体折衷，对六个第一片层的一个或多个或全部的折射率差值作进一步判定。中心层的最大折射率和包层折射率之间的差值Dn1具有优势地大于15×10^-3。第一掩埋片层的最小折射率和包层折射率之间的差值Dn2具有优势地小于-5×10^-3。第一环形片层的最大折射率和包层折射率之间的差值Dn3具有优势地大于3×10^-3。第二掩埋片层的最小折射率和包层折射率之间的差值Dn4具有优势地小于-3×10^-3。第二环形片层的最大折射率和包层折射率之间的差值Dn5具有优势地大于2.5×10^-3。第三掩埋片层的最小折射率和包层折射率之间的差值Dn6具有优势地小于-2×10^-3。

为了进一步改善色散补偿光纤的光学特性组之间的整体折衷，本发明提出了两个品质因子，第一个品质因子适合意在补偿标准单模光纤(SSMF)的色散补偿光纤，该标准单模光纤(SSMF)对应于较高的、典型地为250nm到400nm之间的色散和色散斜率比值，以及第二个品质因子适合意在补偿非零色散位移光纤(NZ-DSF)的色散补偿光纤，该非零色散位移光纤(NZ-DSF)对应于较低的、典型地为小于200nm的色散和色散斜率比值。

在第一实施例中，为了补偿具有半径为r₁的中心层以及半径为r₂的第一掩埋片层的标准单模线性光纤，色散补偿光纤具有正的且小于90nm-km/ps-μm⁴的第一品质因子Q1，其中：

$Q1=-4800\frac{{(\mathrm{Dn}1-\mathrm{Dn}2)}^{3/2}}{C\·{\left(r_1\right)}^2\·{\left(r_2\right)}^2}$

半径r₁和半径r₂以μm为单位，色散C以ps/nm-km为单位，折射率差值Dn1和Dn2没有单位但是用一个一千的因子相乘。在一个更具有优势的实施例中，第一品质因子Q1为正的并且小于80nm-km/ps-μm⁴，甚至为正的且小于70nm-km/ps-μm⁴，甚至为正的且小于60nm-km/ps-μm⁴。

在第二实施例中，为了补偿在所使用的光谱带中的具有半径为r₁的中心层以及半径为r₂的第一掩埋片层的非零色散位移光纤，色散补偿光纤具有正的且小于100km/ps-μm^1/2第二品质因子Q2，其中：

$Q2=12800\frac{\mathrm{Dn}1\·\mathrm{Dn}2\·C^{\′}}{{\left(r_1\right)}^{1/2}\·{\left(C\right)}^2}$

半径r₁以μm为单位，色散C以ps/nm-km为单位，色散斜率C′以ps/nm²-km为单位，折射率差值Dn1和Dn2没有单位但是用一个一千的因子相乘。在一个更具有优势的实施例中，第二品质因子Q2为正的并且小于90km/ps-μm^1/2，甚至为正的且小于80km/ps-μm^1/2。

在一个实施例中本发明的色散补偿光纤具有片层的变量折射率剖面，该片层连续地包括，从中心向外围，至少有八个片层，其中六个为上述实施例中的，也就是两根环形片层以及三根掩埋片层，并且在朝向外围的方向还包括第三环形片层其最大折射率大于包层折射率且小于中心层的最大折射率，以及第四掩埋片层其最小折射率小于包层折射率。

在进一步的实施例中，本发明的色散补偿光纤具有纤芯的变量折射率剖面，其连续地包括，从中心向外围，至少十个片层，其中六个为上述实施例中的，也就是，两根环形片层以及三根掩埋片层，以及紧挨着的上一个实施例中进一步的两根片层，也就是第三环形片层和第四掩埋片层，并且在朝向外围的方向还包括第四环形片层其最大折射率大于包层折射率且小于中心层的最大折射率，以及第五掩埋片层其最小折射率小于包层折射率。

优先地，为了进一步改善线性光纤的色散补偿中的效率，本发明的色散补偿光纤的色散小于-80ps/nm-km，甚至小于-120ps/nm-km。

本发明还涉及色散补偿模块，包括至少一个根据本发明的色散补偿光纤。第一和第二品质因子尤其很好地适合于准备放在模块内的色散补偿光纤(DCF)，其对应于一个相当负的色散，也就是，典型地小于-50ps/nm-km，与准备放在电缆内的色散补偿光纤(反色散光纤RDF)相反，其相应于一个中等负的色散，也就是，典型地介于-10ps/nm-km到-50ps/nm-km。

附图说明

通过阅读以下作为例子给出的描述及附图，将会有助于理解本发明并且其他的特征和优势将会变得明显，其中：

图1是表示根据本发明的色散补偿光纤的具有十个片层的剖面类型的例子的示意图；

图2是给出了根据本发明的，意图补偿标准单模光纤的色散补偿光纤的具有六个片层的剖面的两个例子的半径和折射率差值的数值列表；

图3是给出了根据图2所定义的本发明色散补偿光纤的剖面的特定特征的列表；

图4是给出了根据本发明的，意图补偿标准单模光纤的色散补偿光纤的具有八个片层的剖面的两个例子的半径和折射率差值的数值列表

图5是给出了根据图4所定义的本发明色散补偿光纤的剖面的特定特征的列表；

图6是给出了根据本发明的，意图补偿标准单模光纤的色散补偿光纤的具有十个片层的剖面的例子的半径和折射率差值的数值列表；

图7是给出了根据图6所定义的本发明色散补偿光纤的剖面的特定特征的列表；

图8是给出了根据本发明的，意图补偿在使用光谱带中的非零色散位移光纤的色散补偿光纤的具有六个片层的剖面的两个例子的半径和折射率差值的数值列表；

图9是给出了根据图8所定义的本发明色散补偿光纤的剖面的特定特征的列表；

图10是包括了根据本发明的，意图补偿在使用光谱带中的非零色散位移光纤的具有八个片层的剖面的两个例子的半径和折射率差值的数值列表；

图11是给出了根据图10所定义的本发明色散补偿光纤的剖面的特定特征的列表；

图12是给出了根据本发明的，意图补偿在使用光谱中的非零色散位移光纤的具有十个片层的剖面的例子的半径和折射率差值的数值列表；

图13是给出了根据图12所定义的本发明色散补偿光纤的剖面的特定特征的列表。

具体实施方式

图1示意地表示了根据本发明的色散补偿光纤的具有十个片层的剖面类型的例子。外形为梯形的第一片层1，称为中心层，其具有与包层的常量折射率的最大折射率差值Dn1以及外径r1b。该最大折射率差值Dn1为正。片层的最大折射率差值首先对于中心层以及环形片层而言是对应于片层的最大折射率和包层的常量折射率之间的差值，并且其次对于掩埋片层而言是对应于片层最小折射率和包层的常量折射率之间的差值。优选地，零半径和半径r1a之间的折射率为常量且为最大，在值为r1的半径处其变成等于包层折射率，而在值为r1b的半径处其达到第二片层的折射率。外形为矩形的第一片层，称为中心层，其具有与包层的常量折射率的最大折射率差值Dn1以及外径r1，在这种情况下，r1a＝r1＝r1b。最大折射率差值Dn1为正的。优选地，在零半径和半径r1之间的折射率为常量。中心层，和每个其他的环形或掩埋的片层一样可以具有各种外形包括矩形、梯形、alpha形、不规则形状或任何其他的形状甚至还可以由几个片组成(每个片可能具有任何外形)，其中有的片具有正的折射率而其它的片则具有负的折射率，前提是这些片层的每一个都需考虑权利要求1中与其对应的定义。第二片层2，称为第一掩埋片层，具有与包层的常量折射率的最大折射率差值Dn2和外径r2。该最大折射率差值Dn2为负的。优选地，半径r1和半径r2之间的折射率为常量。第三片层3，称为第一环形片层，具有与包层的常量折射率的最大折率差值Dn3和外径r3。该最大折射率差值Dn3为正。优选地，半径r2和半径r3之间的折射率是常量。第四片层4，称为第二掩埋片层，具有与包层的常量折射率的最大折射率差值Dn4以及外径r4。该最大折射率差值Dn4为负。优选地，半径r3和半径r4之间的折射率是常量。第五片层5，称为第二环形片层，具有与包层的常量折射率的最大折射率差值Dn5和外径r5。该最大折射率差值Dn5为正。优选地，半径r4和半径r5之间的折射率是常量。第六片层6，称为第三掩埋片层，具有与包层的常量折射率的最大折射率差值Dn6以及外径r6。该最大折射率差值Dn6为负。优选地，半径r5和半径r6之间的折射率是常量。第七片层7，称为第三环形片层，具有与包层的常量折射率的最大折射率差值Dn7和外径r7。该最大折射率差值Dn7为正。优选地，半径r6和半径r7之间的折射率是常量。第八片层8，称为第四掩埋片层，具有与包层的常量折射率的最大折射率差值Dn8和外径r8。该最大折射率差值Dn8为负。优选地，半径r7和半径r8之间的折射率是常量。第九片层9，称为第四环形片层，具有与包层的常量折射率的最大折射率差值Dn9和外径r9。该最大折射率差值Dn9为正。优选地，半径r8和半径r9之间的折射率是常量。第十片层10，称为第五掩埋片层，具有与包层的常量折射率的最大折射率差值Dn10和外径r10。该最大折射率差值Dn10为负。优选地，半径r9和半径r10之间的折射率是常量。在半径r10之外有具有常量折射率的包层g。其纤芯只有八个片层的光纤对应着Dn10＝Dn9＝0并且r10＝r9＝r8的情况。其纤芯只有六个片层的光纤对应着Dn10＝Dn9＝Dn8＝dn7＝0并且r10＝r9＝r8＝r7＝r6的情况。光纤的纤芯优选地具有偶数个片层，虽然也有可能具有7，9，11或更多的片层。

图2是给出了本发明的意图补偿标准单模光纤的色散补偿光纤的具有六个片层的剖面的两个例子的半径和折射率差值的数值列表。左侧栏包括了例子N6T1和N6T2的命名。下一栏表示用一千乘以折射率差值Dn1的值(没有单位)。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单位的半径r1a。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单位的半径r1。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单元的半径r1b。下一栏表示用一千乘以折射率差值Dn2的值(没有单位)。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单位的半径r2。下一栏表示用一千乘以折射率差值Dn3的值(没有单位)。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单位的半径r3。下一栏表示用一千乘以折射率差值Dn4的值(没有单位)。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单位的半径r4。下一栏表示用一千乘以折射率差值Dn5的值(没有单位)。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单位的半径r5。下一栏表示用一千乘以折射率差值Dn6的值(没有单位)。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单位的半径r6。

图3是给出了根据图2所定义的本发明色散补偿光纤的剖面的特定特征的列表。左侧栏包括了例子N6T1和N6T2的命名。对于所考虑的例子，另外的栏代表了对应于所考虑的例子的光纤的特征。下一栏给出了在波长1550nm处以ps/nm-km为单位的色散C。所使用的光谱带是约从1530nm延伸到1570nm的C光谱带。下一栏给出了在波长1550nm处以nm为单位的色散C和色散斜率C’的比值。下一栏给出了在波长1550nm处的根据Petermann II的定义的W02模式的半径，以μm为单位。下一栏给出了在波长1550nm处的有效表面面积S_eff，以μm²为单位。下一栏给出了当所环绕的套管的半径为10mm时在波长1625nm处的最大弯曲损耗阀值，以dB/m为单位。下一栏给出了以nm-km/ps-μm⁴为单位的第一品质因子Q1。

图4是给出了根据本发明的，意图补偿标准单模光纤的色散补偿光纤的具有八个片层的剖面的两个例子的半径和折射率差值的数值列表。对于图4的描述类似于对图2的描述除了它另外还包括两个对于变量纤芯剖面的片层以及不同的例子序号。

图5是给出了根据图4所定义的本发明色散补偿光纤的剖面的特定特征的列表。对于图5的描述类似于对图3的描述。

图6是给出了根据本发明的，意图补偿标准单模光纤的色散补偿光纤的具有十个片层的剖面的例子的半径和折射率差值的数值列表。对于图6的描述类似于对图2的描述除了它另外还包括四个对于变量纤芯剖面的片层以及不同的例子序号。

图7是给出了根据图6所定义的本发明色散补偿光纤的剖面的特定特征的列表。对于图7的描述类似于对图3的描述。

图8是给出了根据本发明的，意图补偿在使用光谱带中的非零色散位移光纤的色散补偿光纤的具有六个片层的剖面的两个例子的半径和折射率差值的数值列表。左侧一栏包括例子M6T1的命名。下一栏表示用一千乘以折射率差值Dn1的值(没有单位)。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单位的半径r1。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单元的半径r1b。下一栏表示用一千乘以折射率差值Dn2的值(没有单位)。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单位的半径r2。下一栏表示用一千乘以折射率差值Dn3的值(没有单位)。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单位的半径r3。下一栏表示用一千乘以折射率差值Dn4的值(没有单位)。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单位的半径r4。下一栏表示用一千乘以折射率差值Dn5的值(没有单位)。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单位的半径r5。下一栏表示用一千乘以折射率差值Dn6的值(没有单位)。下一栏表示纤芯的变量折射率剖面的以μm为单位的半径r6。

图9是给出了根据图8所定义的本发明色散补偿光纤的剖面的特定特征的列表。左侧栏包括了对例子M6T1的命名。对于所考虑的例子，另外的栏代表了对应于所考虑的例子的光纤特征。下一栏给出了在波长1550nm处的以ps/nm-km为单位的色散C。所使用的光谱带是约从1530nm延伸到1570nm的C光谱带。下一栏给出了在波长1550nm处以nm为单位的色散C和色散斜率C’的比值。下一栏给出了在波长1550nm处的根据Petermann II的定义的W02模式的半径，以μm为单位。下一栏给出了在波长1550nm处的有效表面面积S_eff，以μm²为单位。下一栏给出了当连接到半径为10mm的套管时在波长1625nm处的最大弯曲损耗阀值，以dB/m为单位。下一栏给出了以km/ps-μm^1/2为单位的第二品质因子Q2。

图10是给出了根据本发明的，意图补偿在使用光谱带中的非零色散位移光纤的具有八个片层的剖面的两个例子的半径和折射率差值的数值列表。对于图10的描述类似于对图8的描述除了其另外还包括二个变量的纤芯折射率剖面的片层以及不同的例子序号。

图11是给出了根据图10所定义的本发明色散补偿光纤的剖面的特定特征的列表。对图11的描述类似于对图9的描述。

图12是给出了根据本发明的，意图补偿在使用光谱中的非零色散位移光纤的具有十个片层的剖面的例子的半径和折射率差值的数值列表。对于图12的描述类似于对图8的描述除了其另外还包括四个变量纤芯折射率剖面的片层以及不同的例子序号。

图13是给出了根据图12所定义的本发明色散补偿光纤的剖面的特定特征的列表。对图13的描述类似于对图9的描述。

Claims (13)

1.一种用于波长多路复用传输网络的单模色散补偿光纤，该单模色散补偿光纤在所使用的光谱带的中心波长处具有小于-50ps/nm-km的色散C，在所述的中心波长处具有负的色散斜率C’，在所述的中心波长处具有小于600nm的色散与色散斜率的比值C/C’，从中心到外围连续地包含，具有变量折射率剖面的片层，具有常量折射率的包层，其特征在于，纤芯的变量折射率剖面包括至少六个片层(1到6)，其中从中心到外围连续地为，

中心层(1)，其最大折射率大于包层折射率，中心层的最大折射率和包层折射率之间的差值Dn1大于13×10^-3；

第一掩埋片层(2)，其最小折射率低于包层折射率，第一掩埋片层最小折射率和包层折射率之间的差值Dn2小于-4×10^-3；

第一环形片层(3)，其最大折射率大于包层折射率并且小于中心层的最大折射率，第一环形片层的最大折射率和包层折射率之间的差值Dn3大于2.5×10^-3；

第二掩埋片层(4)，其最小折射率低于包层折射率，第二掩埋片层的最小折射率和包层折射率之间的差值Dn4小于-2×10^-3；

第二环形片层(5)，其最大折射率大于包层折射率并且小于中心层的最大折射率，第二环形片层的最大折射率和包层折射率之间的差值Dn5大于2×10^-3；

第三掩埋片层(6)，其最小折射率低于包层折射率，且第三掩埋片层的最小折射率和包层折射率之间的差值Dn6小于-1×10^-3。

2.根据权利要求1的色散补偿光纤，其特征在于，该色散光纤是为了补偿标准单模线性光纤，其中心层具有半径r₁且第一掩埋片层具有半径r₂，该光纤具有正的且小于90nm-km/ps-μm⁴的第一品质因子Q1，其中：

$Q1=-4800\frac{{(\mathrm{Dn}1-\mathrm{Dn}2)}^{3/2}}{C\·{\left(r_1\right)}^2\·{\left(r_2\right)}^2}$

半径r₁和半径r₂以μm为单位，色散C以ps/nm-km为单位，折射率差值Dn1和Dn2没有单位但是用一个值为一千的因子相乘。

3.根据权利要求2的色散补偿光纤，其特征在于所述光纤具有正的且小于80nm-km/ps-μm⁴的第一品质因子Q1。

4.根据权利要求3的色散补偿光纤，其特征在于所述光纤具有正的且小于70nm-km/ps-μm⁴的第一品质因子Q1。

5.根据权利要求4的色散补偿光纤，其特征在于所述光纤具有正的且小于60nm-km/ps-μm⁴的第一品质因子Q1。

6.根据权利要求1的色散补偿光纤，其特征在于该色散补偿光纤是为了补偿在所使用的光谱带中的非零色散位移线性光纤，其中心层具有半径r₁，该光纤具有正的且小于100km/ps-μm^1/2的第二品质因子Q2，其中：

$Q2=12800\frac{\mathrm{Dn}1\·\mathrm{Dn}2\·C^{\′}}{{\left(r_1\right)}^{1/2}\·{\left(C\right)}^2}$

半径r₁以μm为单位，色散C以ps/nm²-km为单位，折射率差值Dn1和Dn2没有单位但是用一个值为一千的因子相乘。

7.根据权利要求6的色散补偿光纤，其特征在于该光纤具有正的且小于90km/ps-μm^1/2的第二品质因子Q2。

8.根据权利要求7的色散补偿光纤，其特征在于该光纤具有正的且小于80km/ps-μm^1/2的第二品质因子Q2。

9.根据前述任何一个权利要求的色散补偿光纤，其特征在于纤芯的变量折射率剖面从中心向外围连续地包括至少八个片层，其中第三环形片层(7)的最大折射率大于包层折射率且小于中心层的最大折射率，第四掩埋片层(8)的最小折射率小于包层折射率。

10.根据权利要求9的色散补偿光纤，其特征在于纤芯的变量折射率剖面从中心向外围连续地包括至少十个片层，其中第四环形片层(9)的最大折射率大于包层折射率且小于中心层的最大折射率，第五掩埋片层(10)的最小折射率小于包层折射率。

11.根据所述任何一个权利要求的色散补偿光纤，其特征在于色散小于-80ps/nm-km。

12.根据权利要求11的色散补偿光纤，其特征在于色散小于-120ps/nm-km。

13.一种色散补偿模块，包括至少一个根据任何一个前述权利要求的色散补偿光纤。

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