CN1735821A - 用于smf(单模光纤)的色散补偿光纤与包括该光纤的传输链路 - Google Patents

用于smf(单模光纤)的色散补偿光纤与包括该光纤的传输链路 Download PDF

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Abstract

用于在C+L波段窗内补偿一段SMF累积色散的DCF，包括被折射率为Δc的包层围绕的纤芯。该纤芯包括至少三个径向相邻的分层：具有正Δ1的中心纤芯部分、具有负折射率Δ2的沟部分和具有正折射率Δ3的环形部分，其中Δ1＞Δ3＞Δc＞Δ2。DCF在1575nm下呈现－0.29～－0.43ps/nm2/km的负色散斜率，在1575nm下的总色散小于－96而大于－108ps/nm/km。还揭示了包括SMF与本发明DCF相结合的传输链路。

Description

用于SMF(单模光纤)的色散补偿 光纤与包括该光纤的传输链路
发明背景
发明领域
本发明涉及波分复用(WDM)系统的光纤与传输链路，更具体地说，涉及色散补偿光纤与包括这种在操作窗内有负色散而且特别适合补偿单模光纤色散的光纤的传输链路。
技术背景
为促进低成本多带宽，电信系统设计师正转向高信道计数密集的波分利用(DWDM)结构、更长的延伸系统和更高的传输比特率。由于系统设计师希望能精密地补偿整个信道方案的色散，这种状况造成了对系统性能起到决定性的色散管理问题。当今，能解决色散的唯一可靠的宽带商业技术一直是色散补偿模块(DCM)，即在其上绕制一段适当长度色散补偿光纤(DCF)的线管。由于DWDM应用增加到16条、32条、40条以上信道，则更加期望宽带色散补偿产品。许多目前的电信系统都有单模光纤(SMF)，虽然它们在约1310nm下对零色散作了优化，并可有效地应用于以1550nm波长发送信号，因而可应用掺铒的光纤放大器。一例这样的SMF就是Corning公司制造的SMF-28。原有技术的图2示出这种的折射率分布曲线。通常，这种光纤称为标准单模光纤或阶跃折射率单模光纤，在1550nm下，色散为17ps/nm/km，色散斜率为0.058ps/nm2/km。
由于对更高比特率系统(＞10Gbs)、宽带长延伸系统(如＞500km)和光学网络的兴趣愈加浓厚，同样在SMF上运送数据的网中必不可少地使用了DCF。高比特率、长延伸和宽带宽都要求更精确地补偿色散。
因此，希望DCF具有的色散特性能使其色散匹配于SMF传输光纤在有关波长窗口要求补偿的色散。在给定波长下色散与色散斜率之比称为“卡巴(κ)”。对一给定的传输光纤，卡巴随波长变化，因而DCF的卡巴值与操作窗内传输光纤的卡巴值精密匹配同样重要。
希望开发另一种DCF，具体地说，一种能在围绕1575nm的宽波长带尤其在C带与L带(1525～1625nm)内补偿SMF色散的DCF。
发明内容
本发明是一种色散补偿光纤，较佳地在1575nm处呈现负色散与负色散斜率，而且较佳地设计成在C+L工作波长带内可补偿SMF的色散，因而提供宽带色散补偿。
本发明的色散补偿光纤包括一条折射率曲线，中心纤芯部分具有正相对折射率Δ1，围绕中心纤芯部分的沟部分具有负相对折射率Δ2，而围绕沟部分的环分层具有正相对折射率Δ3，其中Δ1＞Δ3＞Δ2，这里的Δ定义为：
Δ ( % ) = ( n i 2 - n c 2 ) 2 n c 2 · 100
式中nc是包层折射率，ni为有关分层的折射率。
本发明第一实施例的色散补偿光纤有一条折射率分布曲线，在1757nm波长下的负色散斜率为小于-0.29而大于-0.43ps/nm2/km，更佳在1575nm波长下小于-0.32而大于-0.39ps/nm2/km，在1575nm波长下的负色散小于-96而大于-109ps/km；更佳在1575nm波长下小于-102而大于-108ps/nm2/km。被定义为1575nm下色散除以1575nm下色散斜率的卡巴值，较佳为272～332nm，更佳为285～315nm。该色散补偿光纤较佳地具有围绕环形部分的包层，相对折射率Δc，其中Δ1＞Δ3＞Δc＞Δ2。
根据本发明其它实施例，色散补偿光纤呈现的折射率分布曲线导致：色散斜率在1575nm波长下小于-0.32而大于-0.39ps/nm2/km，负色散在1575nm波长下为-102～-108ps/nm/km。
有利的是，色散补偿光纤的理论截止波长(λc)较佳地小于1700nm。
根据本发明色散补偿光纤的诸实施例，中心纤芯部分的最大增量Δ1大于1.7％而小于2.0％，沟部分的最低增量Δ2小于-0.2％而大于-0.6％，环形部分的最大增量Δ3＞0.2％而小于0.5％。
根据本发明的实施例，色散补偿光纤的中心纤芯部分外半径r1为1.7～2.0微米，沟部分外半径r2为3.5～4.5微米，环形部分中心半径r3为5.0～8.0微米。
色散补偿光纤较佳地呈现出在1575nm下小于20dB的针阵列弯曲损失。低弯曲损失对DCF很重要，因为这样可在色散补偿模块中作紧密封装，使总链路衰减保持低下。
根据本发明其它实施例，提供的光纤传输链路包括一段SMF，在1290～1320nm波长范围内具有色散零值，1575nm下的色散为13～21ps/nm/km；这里所述的一段色散补偿光纤在1575nm下的色散值为-96～-108，在光学上耦接SMF，其中在1525～1625nm的传输带内，该传输链路呈现出小于0.3ps/km/nm的高-低残余色散。较佳地，SMF的长度为色散补偿光纤的长度的5倍以上。
下面的详述将提出本发明的其它特征与优点，本领域的技术人员通过该描述显然会明白，或通过实现这里描述的发明，包括下面的详述、权项及附图，都会知道。
应该理解，前述一般描述和下面的详述只是本发明的系例内容，旨在为理解权项所要求的本发明的特性与特征提供一个概要或框架。包括的附图可进一步理解本发明，并构成本说明书的一部分。诸附图示出各种本发明的实施例，并与描述部分一起说明本发明的原理与操作。
附图简介
图1示出本发明包括色散补偿光纤的传输链路。
图2示出原有技术SMF的折射率分布曲线。
图3示出本发明色散补偿光纤的截面透视图。
图4示出本发明色散补偿光纤的折射率分布曲线。
图5和6示出本发明色散补偿光纤其它实施例的折射率分布曲线。
图7是示出本发明色散补偿光纤诸示例实施例的色散与波长窗曲线。
图8示出本发明色散补偿光纤诸示例实施例的色散斜率与波长窗曲线。
图9示出本发明色散补偿光纤诸示例实施例的卡巴与波长窗曲线。
图10是一条曲线，表示本发明诸实施例包括组合的色散补偿光纤与SMF的传输链路的残余色散。
发明的详细描述
现在仔细参照本发明目前较佳的诸实施例，诸附图示出了其中的一例。只要可能，诸附图都用同样的标号指示同样或同类部件。附图不按比例。图1示出本发明包括色散补偿光纤的传输链路的一实施例。
传输链路含一段SMF22，基本上在1575nm下单模操作，正色散为13～21ps/nm/km，标称18ps/nm/km，正色散斜率在1575nm下为0.04～0.07ps/nm2/km，标称0.057ps/nm2/km。SMF在1575nm下的卡巴较佳为318nm。较佳地，SMF22呈现图2的阶跃折射率形状，如在1290～1320nm内具有零色散波长。链路20还包括一段本发明的色散补偿光纤24，其几何形状与纤芯折射率分布曲线分别如图4～6的实施例所示。
如图3所示，色散补偿光纤24具有：沿光纤中心延伸的中心柱形纤芯部分30，具有正相对折射率Δ1(见图4)；围绕贴近中心纤芯部分30的圆形的沟部分32，具有负相对折射率Δ2(图4)；和贴近围绕沟部分32的圆形环形部分34，具有正相对折射率Δ3(图4)。具体而言，如图4～6的诸实施例所示，色散补偿光纤的折射率分布曲线形状最好使Δ1＞Δ3＞Δ2。
本发明诸实施例的色散补偿光纤24的纤芯折射率分布曲线如图4～6所示，因而得出的光纤在1575nm波长下的负色散斜率小于-0.29ps/nm2/km而大于-0.43ps/nm2/km，在1575nm波长下的负色散小于-96ps/nm/km而大于-108ps/nm/km。更佳地，在1575nm的色散斜率小于-0.32而大于-0.39ps/nm2/km。如图4实施例所示，在1575nm的色散较佳地小于-96而大于-108ps/nm/km，最佳地在1575nm小于-102而大于-108ps/nm/km。在包括一段跨越C与L波段(1525～1625nm)工作的SMF的传输链路内，这一色散补偿光纤的属性十分适合补偿色散与色散斜率。最佳地，色散补偿光纤24呈现出272～332nm的卡巴值(κ)，该值定义为1575nm的色散(D)除以1575nm的色散斜率(DS)(即D/DS)。从图3可见，光纤24较佳地还包括围绕贴近环形部分34的圆包层36，具有相对折射率Δc。具体地说，该包层较佳为纯石英，光纤24的折射率分布曲线使Δ1＞Δ3＞Δc＞Δ2。
再参见图4，色散补偿光纤24的折射率分布曲线具有峰为Δ1的向上掺杂的中心纤芯部分30和α为1.5～5.0的α分布曲线。纤芯部分30被负峰Δ2的向下掺杂的沟部分32围绕，而后者被峰Δ3的向上掺杂的圆环形部分34围绕。前述所有物理纤芯部分较佳地用纯石英包层36和诸如尿烷丙烯酸盐等保护性聚合物层38(图3)围绕，按常规，镀层38较佳地分别包括较佳与较高模量的主辅层部分。较佳地，纤芯和环形部分30与34用适量掺锌的SiO2构成，虽然也可用其它形式的折射率增大掺杂剂实现本文揭示的光纤，只要实现同样的一般折射率分布曲线。同样地，虽然沟部分32较佳地用掺氟SiO2构成，但除了氟，也可应用其它折射率减小的掺杂剂。如上所述，包层36较佳地由纯二氧化硅构成，但只要维持图4所示相对Δ与半径的关系，包层区36必要时还可包含折射率增大或减小的掺杂剂。图4中用于限定R1、R2与R3和Δ1、Δ2与Δ3的尺寸惯例同样适用于图5和6，然而为清楚起见，这些图中并未示出。
在图4～6所示的所有色散补偿光纤24的实施例中，Δ1较佳地大于1.7％而小于2.0％，还包括1.7～2.0微米的外半径R1(图4中，R1画到分布曲线与零增量轴37相交的点)。Δ2较佳地小于-0.2％而大于-0.6％，沟部分32的外半径R2为3.5～4.5微米。根据本发明，环形部分34的Δ3大于0.2％而小于0.5％，其中心半径R3(从连接分层半高点的直线的中心测量)为5～8微米。
最佳地，中心纤芯部分30具有α分布曲线形状，α小于5(较佳为1.8)，Δ1为1.8～2.0％，外半径R1为1.7～1.8微米。更佳地，沟部分32的Δ2为-0.35％～-0.6％，外半径r2为3.3～4.1微米。圆环形部分34较佳地呈现出Δ3大于0.2％而小于0.4％，中心半径5～8微米，半高宽度大于1.0微米。
按本发明制作的色散补偿光纤，理论(模拟)光纤截止波长(λc)较佳地小于1700nm，因而本文揭示的光纤的实际截止点小于1500nm，所以希望单模操作范围为1525～1625nm。
应指出，本文揭示的光纤不一定只能用于色散补偿模块，也可用于色散补偿纤缆(不是封闭式模块，一般为盒式外壳)。
在诸实施例中，本文揭示的色散补偿光纤部署在这样的色散补偿模块中，其中光纤绕在多凸缘螺短管的轮毂上。较佳地，轮毂为圆柱形，直径小于12英寸，更佳地小于10英寸，最佳小于6英寸，里面部署的光纤长度通常大于1km。在本发明一实施例中，当用于传输链路时，SMF与色散补偿光纤的长度之比较佳地大于5∶1.在图1的传输链路中，该比值为5.29∶1～5.95∶1.为清楚起见，SMF22长100km，DCF24长16.81～18.91km。
实例
本发明将用以下诸实例进一步示明，而实例是说明本发明的，实例1～3示于表1，分别对应于图4～6所示的折射率分布曲线。
                            表1
  实例#   Δ1％   R1μm   Δ2％   R3μm   Δ3％   R3μm   D@1575nm   Dslope@1575nm   Aeff@1575nm   针阵列@1575nm  κ@1575nm   截止thnm
  123   1.841.951.84   1.801.721.76   -.51-.50-.39   4.103.524.06   .34.25.24   5.67.56.7   -98-107-106   -0.33-0.37-0.35   19.218.720.6   5.84.915.4   301293300   159716771634
这里按本发明描述的光纤，作为工作于C+L波段的色散补偿光纤具有良好的应用前景，可以补偿应用SMF光纤的光通信系统所产生的色散，这种SMF光纤的零色散波长为1290～1320nm，例如Corning公司制造的SMF-28或SMF-28eTM。
因此在图1中被优化成跨越C+L波段对SMF作宽带色散补偿的实施例中，应用诸如实例1的色散补偿光纤，可跨越C+L波段(1525～1625nm)补偿色散。如图1例举的这种光通信链路20，例如通常包括：至少一个信号元件26，诸如发射机或放大器；第二元件28，诸如信号接收机或放大器；和一个或多个通过通信路径光学互连SMF与DCF(共同示为框27)的放大器或带通滤波器。当然，也设想了包括双向通信的系统。
图7～9分别示出本发明各实施例跨越所需波长带的诸属性(色散、色散斜率与卡巴)，例如第一实施例(实例1)定为38，第二实施例定为40，第三实施例定为42。该示例色散补偿光纤在优选工作波长范围内(1525～1625nm)的色散曲线示于图7。同样地，在C波段(1525～1575nm)和L波段(1575～1625nm)的色散斜率曲线示于图8。图9示出DC光纤诸实施例与波长有关的卡巴。
图10示出在C+L波段内应用实例1～3的色散补偿光纤所得出的与波长有关的高-低残余色散。可以看出，跨越C+L波段的残余色散高-低值44(从各曲线的最高点到同一曲线的最低点)小于0.3ps/nm/km；更佳地小于0.25ps/nm/km。曲线表明，在整个C+L波段窗内，本发明的色散补偿光纤24很好地补偿了链路20中SMF22(图1)的色散。
本发明诸实施例的色散补偿光纤24较佳地应用标准OVD法制造。把掺锌的二氧化硅烟炱淀积到锥形氧化铝转轴上，形成纤芯部分30，然后取下转轴，使烟炱预制件在炉内固结成透明的固结预制件。接着，在再拉丝炉内把固结预制件拉成芯茎(细长杆)，同时在真空下封闭中轴线孔。将一段芯茎装回车床，再在其上用OVD法淀积二氧化硅烟炱，然后加负烟炱的芯茎在固结炉内掺氟，而炉内引入足以形成沟的SiF4气体。之后，经氟处理的烟炱预制件完全固结，在对应于沟部分32的空区形成掺氟沟区。固结的空区再被拉制成芯茎，并在其上用0VD法施加附加的掺锌的烟炱，形成对应于环形部分34的区域。加负烟炱的芯茎再次固结，再拉成如前所述的芯茎。应该明白，该芯茎现在包括对应于纤芯、沟与环形等部分的诸区域。最后，用OVD法把对应于包层36的二氧化硅烟炱加到该芯茎上，并再次固结加负烟炱的芯茎，这样就形成了拉制光纤的最后固结的预制件。接着将该预制件转到拉制炉，用常规技术从中拉制色散补偿光纤。
本领域的技术人员将明白，可对本发明作各种修正与变更而不违背本发明的精神与范围，因此本发明包括本发明的各种修正与变更，只要它们属于所附权项及其等效技术方案的范围内。

Claims (17)

1.一种色散补偿光纤，其特征在于包括：
一条折射率分布曲线，具有：
相对折射率Δ1为正的中心纤芯部分，
围绕中心纤芯部分、相对折射率Δ2为负的沟部分，和
围绕沟部分、相对折射率Δ3为正的环形部分，其中Δ1＞Δ3＞Δ2。
所述折射率分布曲线造成：
色散斜率在1575nm下小于-0.43ps/nm2/km而大于-0.29ps/nm2/km；和
色散在1575nm下比-96ps/nm/km负得多而比-108ps/nm/km负得少。
2.权项1的光纤，其特征在于：还包括一在272与332nm之间的卡巴值，所述卡巴值被定义为1575nm下的色散除以1575nm下的色散斜率。
3.权项1的光纤，其特征在于：还包括围绕环形部分、相对折射率为Δc的包层，其中Δ1＞Δ3＞Δc＞Δ2。
4.权项1的光纤，其中色散斜率在1575nm下小于-0.32ps/nm2/km而大于-0.39ps/nm2/km。
5.权项1的光纤，其中色散在1575nm下为-102～-108ps/nm/km。
6.权项1的光纤，其特征在于，还包括一小于1700nm的理论截止波长(λc)。
7.权项1的光纤，其中Δ1大于1.7％而小于2.0％。
8.权项1的光纤，其中Δ2小于0.2％而大于0.6％。
9.权项1的光纤，其中Δ3大于0.2％而小于0.5％。
10.权项1的光纤，其特征在于还包括：
中心纤芯部分的外半径r1为1.7～2微米；
沟部分的外半径r2为3.5～4.5微米；和
环形部分的中心半径r3为5～8微米。
11.权项10的光纤，其中Δ1＞1.7％而小于2.0％，Δ2小于-0.2％而大于-0.6％，和Δ3大于0.2％而小于0.5％。
12.权项1的光纤，其中有效面积(Aeff)在1575nm下大于约18.5平方微米。
13.权项1的光纤，其特征在于，还包括在1575nm下小于25dB的理论针阵列弯曲损失。
14.一种包括权项1的色散补偿光纤的光纤传输链路，其特征在于还包括：
一段在1290nm～1320nm波长范围内具有一零色散波长并在1575nm下色散为13～21ps/nm/km的SMF，其中对于1525nm～1625nm的传输波段，所述链路呈现小于0.3ps/nm/km的高-低残余色散。
15.权项14的传输链路，其中SMF的长度比色散补偿光纤的长度大5倍以上。
16.一种色散补偿光纤，其特征在于包括：
一条折射率分布曲线，具有：
具有正相对折射率Δ1大于1.7％而小于2.0％的中心纤芯部分，
围绕中心纤芯部分，负相对折射率Δ2小于-0.2％而大于-0.6％的沟部分，
围绕沟部分，正相对折射率Δ3大于0.2％而小于0.5％的环形部分，和
围绕环形部分，相对折射率为Δc的包层，其中Δ1＞Δ3＞Δc＞Δ2，
所述折射率分布曲线造成：
色散斜率在1575nm下小于-0.32ps/nm2/km而大于-0.39ps/nm2/km；
色散在1575nm下小于-102ps/nm/km而大于-108ps/nm/km，和
卡巴值为272～332nm，所述卡巴值被定义为在1575nm下的色散除以在1575nm下的失散斜率。
17.一种色散补偿光纤，其特征在于包括：
一条折射率分布曲线，具有：
正相对折射率Δ1大于1.7％而小于2.0％的中心纤芯部分，其中中心纤芯部分的外半径r1为1.7～2.0微米，
围绕中心纤芯部分，负相对折射率Δ2小于-0.2％而大于-0.6％的沟部分，其中沟部分的外半径r2为3.5～4.5微米。
围绕沟部分，正相对折射率Δ3大于0.2％而小于0.5％的环形部分，其中环形部分的中心半径r3为5～8微米，和
围绕环形部分，相对折射率为Δc的包层，其中Δ1＞Δ3＞Δc＞Δ2，
所述折射率分布曲线造成：
色散斜率在1575nm下小于-0.32ps/nm2/km而大于-0.39ps/nm2/km；
色散在1575nm下小于-102ps/nm/km而大于-108ps/nm/km，和
卡巴值为272～332nm，所述卡巴值被定义为在1575nm下的色散除以在1575nm下的失散斜率。
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