CN1743877A - 宽带高速光纤通信单元 - Google Patents

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CN1743877A
CN1743877A CNA2004100542001A CN200410054200A CN1743877A CN 1743877 A CN1743877 A CN 1743877A CN A2004100542001 A CNA2004100542001 A CN A2004100542001A CN 200410054200 A CN200410054200 A CN 200410054200A CN 1743877 A CN1743877 A CN 1743877A
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Abstract

本发明公开的宽带高速光纤通信单元，由正色散的色散平坦光纤和负色散的色散平坦光纤组成，所述正色散的色散平坦光纤和负色散的色散平坦光纤在实际公差下和至少在1460~1625nm波长范围内，色散系数(绝对值)最小值大于0.5ps/nm－km或2.0ps/nm－km，所述宽带高速光纤通信单元至少在1460~1625nm波长范围内色散系数沿长度平均值(绝对值)小于1.0ps/nm－km或0.5ps/nm－km，可以简单而实际地实现沿长度色散正负交替的色散管理方法，显著提高单模光纤通信系统传输速率，显著增加中继跨距，显著降低色散补偿和色散斜率补偿成本。显著简化色散管理技术。

Description

宽带高速光纤通信单元
发明领域
本发明涉及一种宽带高速光纤通信单元，尤其涉及，一种由正色散的色散平坦光纤和负色散的色散平坦光纤交替串联组成的宽带高速光纤通信单元。
背景技术
在高速单模光纤通信系统中，光纤色散是限制中继跨距的一个主要因素。例如，G.652光纤若在1550nm下色散系数D为17ps/nm-km，则在10Gb/s下中继跨距大约为37km。G.655光纤若在1550nm下色散系数D为4.5ps/nm-km，则在20Gb/s下中继跨距大约为35km。参考2004年ITU-T关于G.656光纤的建议，G.656光纤若在1625nm下色散系数D为13ps/nm-km，则在11Gb/s下中继跨距大约为36km。
解决色散影响的措施是色散管理。在常用的色散管理方法中，减小光纤色散受到四波混频效应的影响，改进光源器件和调制方式技术复杂，色散补偿和色散斜率补偿成本昂贵。
使用沿长度色散正负交替、相互补偿的光纤进行色散管理，原理上很简单，实用中存在以下问题：第一，不能保证在宽带内和实际公差下，光纤正色散系数和负色散系数的绝对值始终大于系统所要求的非零值。第二，色散系数如正负交替的周期太小，难以实施；如正负交替的周期太大，总色散可能太大。第三，色散系数正负交替伴随匹配困难和附加损耗。
发明内容
本发明的目的是：克服所述现有光纤和现有色散管理方法的上述弊端，显著提高单模光纤通信系统传输速率，显著增加中继跨距，显著降低色散补偿和色散斜率补偿成本，显著简化色散管理技术，保证在宽带内和实际公差下光纤正色散和负色散的绝对值均大于系统所要求的非零值，以光缆制造长度为色散正负交替周期，色散正负交替伴随的匹配和附加损耗问题明显减小。
本发明采取以下措施实现所述发明目的：
——所述宽带高速光纤通信单元，由正色散的色散平坦光纤和负色散的色散平坦光纤按不同方式和长度交替串联组成；
——所述正色散的色散平坦光纤，在实际公差下和至少1460~1625nm波长范围内，色散系数最小值大于所要求正值。
——所述负色散的色散平坦光纤，在实际公差下和至少1460~1625nm波长范围内，色散系数最大值小于所要求负值。
——所述正色散的色散平坦光纤和所述负色散的色散平坦光纤，色散斜率彼此之间相互接近，使得所述正色散的色散平坦光纤和所述负色散的色散平坦光纤在相互连接时匹配良好，附加损耗较小。
——设计所述正色散的色散平坦光纤和所述负色散的色散平坦光纤的标称色散特性曲线，选择所述正色散的色散平坦光纤和所述负色散的色散平坦光纤的长度比例，使得至少在1460~1625nm波长范围内，所述宽带高速光纤通信单元色散系数沿长度平均值的绝对值小于所要求正值。
所述宽带高速光纤通信单元，显著提高信号传输速率，增大中继跨距，简化色散管理方式，降低系统成本，有利于建设下一代信息高速公路。
本发明所涉及的宽带高速光纤通信单元，至少在1460~1625nm波长范围内，色散系数沿长度的平均值之绝对值小于1.0ps/nm-km。
本发明所涉及的宽带高速光纤通信单元，所述正色散的色散平坦光纤和所述负色散的色散平坦光纤，在1550nm下，有效面积≥50μm2。
本发明所涉及的宽带高速光纤通信单元，所述正色散的色散平坦光纤和所述负色散的色散平坦光纤采用三包层结构。
本发明所涉及的一些宽带高速光纤通信单元，至少在1460~1625nm波长范围内，色散系数沿长度平均值的绝对值小于0.5ps/nm-km。
本发明所涉及的一些宽带高速光纤通信单元，所述正色散的色散平坦光纤，在实际公差下和至少1460~1625nm波长范围内，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不大于3.5ps/nm-km。
本发明所涉及的一些宽带高速光纤通信单元，所述负色散的色散平坦光纤，在实际公差下和至少1460~1625nm波长范围内，色散系数最大值小于-0.5ps/nm-km，在1550nm下，色散系数沿长度平均值不小于-3.5ps/nm-km。
本发明所涉及的一些宽带高速光纤通信单元，所述正色散的色散平坦光纤，在实际公差下和至少1460~1625nm波长范围内，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不大于5.0ps/nm-km。
本发明所涉及的一些宽带高速光纤通信单元，所述负色散的色散平坦光纤，在实际公差下和至少1460~1625nm波长范围内，色散系数最大值小于-2.0ps/nm-km，在1550nm下，色散系数沿长度平均值不小于-5.0ps/nm-km。
本发明所涉及的一些宽带高速光纤通信单元，所述单元的总长度为L≤30km，三段串连，其中第一段和第三段的长度为L/4，第二段长度为L/2。
本发明所涉及的一些宽带高速光纤通信单元，所述单元的总长度为L≤30km，五段串连，其中第一段和第五段的长度为L/8，其余各段长度为L/4。
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是组成所发明宽带高速光纤通信单元的所述正色散的色散平坦光纤和所述负色散的色散平坦光纤的一种折射率剖面图的示意图。
具体实施方式
如果所述宽带高速光纤通信单元的色散系数沿长度的平均值之绝对值小于1.0ps/nm-km，所述正色散的色散平坦光纤和所述负色散的色散平坦光纤其色散系数绝对值小于2.0ps/nm-km，采用所述三段串联，由色散限制决定的传输速率可达到55Gb/s。
如果所述宽带高速光纤通信单元的色散系数沿长度的平均值绝对值小于0.5ps/nm-km，所述正色散的色散平坦光纤和所述负色散的色散平坦光纤其色散系数绝对值小于2.0ps/nm-km，采用所述五段串联，由色散限制决定的传输速率可达到80Gb/s。
一个高速光纤通信系统中，可以包含一个或多个所述宽带高速光纤通信单元。
本发明所涉及的所述正色散的色散平坦光纤和所述负色散的色散平坦光纤都采用如图1所示α折射率剖面纤芯的三包层结构，图1中1、2、3和4分别表示所发明光纤的纤芯、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、所述第一包层宽度aH1和所述第二包层宽度aH2，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纯SiO2均匀外包层的相对折射率差，n0表示纤芯的最大折射率，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。所述纤芯采用α折射率剖面，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、色散特性、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。
以下例举组成本发明所涉及的宽带高速光纤通信单元的所述正色散的色散平坦光纤和所述负色散的色散平坦光纤的特征性能和结构参数。
表1给出组成所发明宽带高速光纤通信单元的所述正色散的色散平坦光纤的一种较佳实施例的特征：
          表1
  特征参数   指标
  工作波长范围   1460～1625nm
  工作波长范围内色散系数沿长度平均值的变化范围   不大于1.5ps/nm-km
  色散系数沿长度平均值(1550nm)   不大于3.5ps/nm-km
  色散系数最小值(工作波长范围内和实际公差下)   大于0.5ps/nm-km
  光纤截止波长   不大于1430nm
  有效面积(1550nm)   大于50μm2
表2给出了可实现表1所示特征的所述正色散的色散平坦光纤一种较佳实施例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给出了组成所发明宽带高速光纤通信单元的所述负色散的色散平坦光纤的一种较佳实施例的特征：
                         表3
  特征参数   指标
  工作波长范围   1460～1625nm
  工作波长范围内色散系数沿长度平均值的变化范围   不大于1.5ps/nm-km
  色散系数沿长度平均值(1550nm)   不小于-3.5ps/nm-km
  色散系数最大值(工作波长范围内和实际公差下)   小于-0.5ps/nm-km
  光纤截止波长   不大于1430nm
  有效面积(1550nm)   大于50μm2
表4给出了可实现表3所示特征的所述负色散的色散平坦光纤一种较佳实施例的一组示例结构参数：
             表4
  结构参数   指标
  芯线α折射率剖面参数   1～100
  芯线半径   a＝3.00～5.50μm
  芯线相对折射率差   Δ0＝0.39～0.80％
  第一包层相对折射率差   Δ1＝-0.09～-0.30％
  第一包层宽度系数   H1＝0.64～1.20
  第二包层相对折射率差   Δ2＝0.11～0.39％
  第二包层宽度系数   H2＝0.55～1.76
表5给出了组成所发明宽带高速光纤通信单元的所述正色散的色散平坦光纤的一种较佳实施例的特征：
                          表5
  特征参数   指标
  工作波长范围   1460～1625nm
  工作波长范围内色散系数沿长度平均值的变化范围   不大于1.0ps/nm-km
  色散系数沿长度平均值(1550nm)   不大于5.0ps/nm-km
  色散系数最小值(工作波长范围内和实际公差下)   大于2.0ps/nm-km
  光纤截止波长   不大于1430nm
  有效面积(1550nm)   大于50μm2
表6给出了可实现表5所示特征的所述正色散的色散平坦光纤一种较佳实施例的一组示例结构参数：
                     表6
  结构参数   指标
  芯线α折射率剖面参数   1～100
  芯线半径   a＝3.55～4.33μm
  芯线相对折射率差   Δ0＝0.38～0.56％
  第一包层相对折射率差   Δ1＝-0.14～-0.27％
  第一包层宽度系数   H1＝0.90～1.10
  第二包层相对折射率差   Δ2＝0.16～0.36％
  第二包层宽度系数   H2＝1.45～1.77
表7给出了组成所发明宽带高速光纤通信单元的所述负色散的色散平坦光纤的一种较佳实施例的特征：
            表7
  特征参数   指标
  工作波长范围   1460～1625nm
  工作波长范围内色散系数沿长度平均值的变化范围   不大于1.0ps/nm-km
  色散系数沿长度平均值(1550nm)   不小于-5.0ps/nm-km
  色散系数最大值(工作波长范围内和实际公差下)   小于-2.0ps/nm-km
  光纤截止波长   不大于1430nm
  有效面积(1550nm)   大于50μm2
表8给出了可实现表7所示特征的所述负色散的色散平坦光纤一种较佳实施例的一组示例结构参数：
                  表8
  结构参数   指标
  芯线α折射率剖面参数   1～100
  芯线半径   a＝3.13～3.83μm
  芯线相对折射率差   Δ0＝0.40～0.60％
  第一包层相对折射率差   Δ1＝-0.13～-0.30％
  第一包层宽度系数   H1＝0.90～1.10
  第二包层相对折射率差   Δ2＝0.16～0.36％
  第二包层宽度系数   H2＝1.55～1.90
表9给出了组成所发明宽带高速光纤通信单元的所述正色散的色散平坦光纤的一种较佳实施例的特征：
                       表9
  特征参数   指标
  工作波长范围   1460～1625nm
  工作波长范围内色散系数沿长度平均值的变化范围   不大于0.5ps/nm-km
  色散系数沿长度平均值(1550nm)   不大于5.0ps/nm-km
  色散系数最小值(工作波长范围内和实际公差下)   大于2.0ps/nm-km
  光纤截止波长   不大于1430nm
  有效面积(1550nm)   大于50μm2
表10给出了可实现表9所示特征的所述正色散的色散平坦光纤的一种较佳实施例的一组示例结构参数：
            表10
  结构参数   指标
  芯线α折射率剖面参数   1～100
  芯线半径   a＝3.51～4.29μm
  芯线相对折射率差   Δ0＝0.38～0.56％
  第一包层相对折射率差   Δ1＝-0.12～-0.28％
  第一包层宽度系数   H1＝0.90～1.10
  第二包层相对折射率差   Δ2＝0.16～0.36％
  第二包层宽度系数   H2＝1.45～1.77
表11给出了组成所发明宽带高速光纤通信单元的所述负色散的色散平坦光纤的一种较佳实施例的特征：
                       表11
  特征参数   指标
  工作波长范围   1460～1625nm
  工作波长范围内色散系数沿长度平均值的变化范围   不大于0.5ps/nm-km
  色散系数沿长度平均值(1550nm)   不小于-5.0ps/nm-km
  色散系数最大值(工作波长范围内和实际公差下)   小于-2.0ps/nm-km
  光纤截止波长   不大于1430nm
  有效面积(1550nm)   大于50μm2
表12给出了可实现11所示负色散的色散平坦光纤的一种较佳实施例的一组示例结构参数：
                表12
  结构参数   指标
  芯线α折射率剖面参数   1～100
  芯线半径   a＝3.14～3.83μm
  芯线相对折射率差   Δ0＝0.40～0.60％
  第一包层相对折射率差   Δ1＝-0.16～-0.36％
  第一包层宽度系数   H1＝0.85～1.04
  第二包层相对折射率差   Δ2＝0.16～0.36％
  第二包层宽度系数   H2＝1.44～1.76
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。
本发明所涉及的宽带高速光纤通信单元，可以显著提高单模光纤通信系统传输速率，显著增加中继跨距，显著降低色散补偿和色散斜率补偿成本。显著简化色散管理技术，克服现有沿长度正负交替色散管理方法无发实用的各项障碍，在宽带内和实际公差下光纤正色散和负色散的绝对值均大于系统所要求的非零值。以光缆制造长度为色散正负交替周期实现自然连接，色散正负交替伴随的匹配和附加损耗问题理论上最小。由于上述特点，本发明区别于和优越于现有其他各种有关方案。
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、一种宽带高速光纤通信单元，由正色散的色散平坦光纤和负色散的色散散平坦光纤交替串联组成。其特征在于：
所述正色散的色散平坦光纤，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0.5ps/nm-km；在1550nm下，色散系数沿长度平均值不大于3.5ps/nm-km。
所述负色散的色散平坦光纤，至少在1460~1625nm波长范围内和实际公差下，色散系数最大值小于-0.5ps/nm-km；在1550nm下，色散系数沿长度平均值不小于-3.5ps/nm-km。
2、根据权利要求1所述的宽带高速光纤通信单元，其特征在于：
所述正色散的色散平坦光纤和所述负色散的色散平坦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，所述纤芯相对于所述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所述第三包层的相对折射率差为Δ1，宽度为a H1；所述第二包层相对于所述第三包层的相对折射率差为Δ2，宽度为a H2；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：
所述正色散的色散平坦光纤，Δ0＝0.33～0.86％，Δ1＝-0.07～-0.33％，Δ2＝0.10～0.39％，a＝3.35～6.42，H1＝0.68～1.87，H2＝0.64～2.12。
所述负色散的色散平坦光纤，Δ0＝0.39～0.80％，Δ1＝-0.09～-0.30％，Δ2＝0.11～0.39％，a＝3.00～5.50，H1＝0.64～1.20，H2＝0.55～1.76。
3、根据权利要求2所述的宽带高速光纤通信单元，其特征在于：
所述正色散的色散平坦光纤，在1550nm下，有效面积≥50μm2。
所述负色散的色散平坦光纤，在1550nm下，有效面积≥50μm2。
4、根据权利要求3所述的宽带高速光纤通信单元，其特征在于：
所述正色散的色散平坦光纤，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不大于5.0ps/nm-km。
所述负色散的色散平坦光纤，至少在1460~1625nm波长范围内和实际公差下，色散系数最大值小于-2.0ps/nm-km；在1550nm下，色散系数沿长度平均值不小于-5.0ps/nm-km。
5、根据权利要求3所述的宽带高速光纤通信单元，其特征在于：
所述宽带高速光纤通信单元的总长度为L≤30km，选择其中所述正色散的色散平坦光纤和所述负色散的色散平坦光纤的长度的比例，使得至少在1460~1625nm波长范围内，所述宽带高速光纤通信单元的色散系数沿长度的平均值之绝对值小于1.0ps/nm-km。
6、根据权利要求5所述的宽带高速光纤通信单元，其特征在于：
所述正色散的色散平坦光纤，Δ0＝0.38～0.56％，Δ1＝-0.14～-0.27％，Δ2＝0.16～0.36％，a＝3.55～4.33，H1＝0.90～1.10，H2＝1.45～1.77。
所述负色散的色散平坦光纤，Δ0＝0.40～0.60％，Δ1＝-0.13～-0.30％，Δ2＝0.16～0.36％，a＝3.13～3.83，H1＝0.90～1.10，H2＝1.55～1.90。
7、根据权利要求3所述的宽带高速光纤通信单元，其特征在于：
所述宽带高速光纤通信单元的总长度为L≤30km，选择其中所述正色散的色散平坦光纤和所述负色散的色散平坦光纤的长度的比例，使得至少在1460~1625nm波长范围内，所述宽带高速光纤通信单元的色散系数沿长度的平均值之绝对值小于0.5ps/nm-km。
8、根据权利要求7所述的宽带高速光纤通信单元，其特征在于：
所述正色散的色散平坦光纤，Δ0＝0.38～0.56％，Δ1＝-0.12～-0.28％，Δ2＝0.16～0.36％，a＝3.51～4.29，H1＝0.90～1.10，H2＝1.45～1.77。
所述负色散的色散平坦光纤，Δ0＝0.40～0.60％，Δ1＝-0.16～-0.36％，Δ2＝0.16～0.36％，a＝3.14～3.83，H1＝0.85～1.04，H2＝1.44～1.76。
9、根据权利要求6或8所述的宽带高速光纤通信单元，其特征在于：
所述宽带高速光纤通信单元的总长度为L，由三段光纤组成，其中第一段和第三段的长度为L/4，第二段长度为L/2。
10、根据权利要求6或8所述的宽带高速光纤通信单元，其特征在于：
所述宽带高速光纤通信单元的总长度为L，由三段光纤组成，其中第一段和第五段的长度为L/8，其余各段长度为L/4。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107276676A (zh) * 2016-04-07 2017-10-20 四川泰富地面北斗科技股份有限公司 一种静态波长交叉色散补偿方法及链路

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