CN1869745B - 大有效截面的色散位移单模光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的是一种有效纤芯区大于100μm 2的色散位移单模光纤，其特征在于它的零色散波长λ 0在1400到1500nm之间，且有小的弯曲损耗。

Description

大有效截面的色散位移单模光纤
本发明是申请日为1999年10月4日、申请号为99806100.X、发明名称为“大有效截面的色散位移单模光纤”的发明专利申请的分案。
技术领域
本发明涉及的是光纤，特别涉及的是在用于波分复用传输系统中的偏移色散光纤。
背景技术
称为色散位移(DSF或Dispersion Shifted Fibers)的单模光纤是用于1550nm波长附近外，更一般地说，用于波长在1500到1600nm之间的波长窗。在这个波长范围，石英的色散不为零(和1300nm附近传输波长窗的情况相反)。为了减少在DSF光纤传输的波长窗中传输波长的色散，用增加纤芯和光学包层间的石英的折射率差Δn来补偿。这种折射率差在实际上使得零色散波长发生偏移。这可以通过在制造光纤时向光纤中加入掺杂剂，例如通过已知的MCVD过程来得到，在这里不再进行描述。光纤纤芯和包层间的折射率差的典型值在10×10-3到14×10-3之间，可以使用在石英中掺锗来增加石英的折射率。
和传统线路中的光纤完全一样，色散位移单模光纤还应具有小的弯曲损耗和小的衰减。
另外，将色散位移光纤用于RZ、NRZ或光孤子型脉冲的波分复用传输系统中，还要有别的限制：发送的信道越多，每个信道的流量越大、放大后的功率越大，信道间的间距就越小。因此希望在传输滤光片中使用的光纤的色散足够大，以避免出现四波混频现象，于是就使用零色散波长为λ0不为1550nm的光纤，以避免由四波混频带来的问题。这样光纤称为NZ-DSF(Non-Zero Dispersion ShiftedFiber)。
最后，为了避免非线性效应，这些光纤还必须有大的有效纤芯区，典型值大于70μm2。
M.Kato等人在“A new design for dispersion shifted fiberwith an effective core area larger than 100μm2and good bendingcharateristics”，ThK1，OFC’98TechnicalDigest中指出，光纤中的非线性效应可以成为高容量和远距离放大传输系统中的传输容量和距离的最主要的限制。这份文献明确指出可能的解决办法是增加光纤的有效纤芯区，这能获得大的功率和在各中继器间有效大的间隔。这份文献还提出一种外绕一个支座的同轴外形光纤，其有效纤芯区为146μm2，零色散波长λ0为1550nm。在1550nm处的色散很小，且在这个波长的色散变化率为0.09ps/nm2×km。
文献EP-A-0789255描述了一些有效纤芯区大于200μm2的色散位移光纤，这些光纤的波长值λ0大于1550nm。一例光纤族的λ0的值为1580nm，有效纤芯区为265μm2，而色散变化率为0.085ps/nm2×km。
在这两个已知文献中所描述的光纤都有一种缺陷，即在1550nm处的色散都太小，在1550nm外的色散值不能够免除四波混频。
发明内容
本发明的目的在于实现一种大的有效纤芯区的色散位移光纤，这种光纤在1550nm处还具有足够大的色散，从而避免四波混频。
为此，本发明推荐一种色散位移的单模光纤，其有效截面大于100μm2，其特征在于其零色散波长λ0在1400到1500nm之间，且具有小的弯曲损耗。
在一种实施方式中，零色散波长λ0在1450到1500之间，最好在1480nm附近。
相当有利，这种光纤在1550nm处的色散在7.5到10ps/nm×km。
在一种实施方式中，这种光纤具有的有效纤芯区在110到125μm2之间。
在另一种实施方式中，用这种光纤绕成半径为30mm的圈100圈，在1670nm处的衰减小于或等于0.1dB。
在第一种实施方式中，根据本发明的光纤具有一个具有光学包层的纤芯的折射率轮廓线，所述纤芯的组成是自光纤轴线开始同轴安排如下：
·一个梯形的中央部分，
·一个第一中间区，其折射率小于中央部分的最大折射率，
·一个环形区，其折射率小于中央部分的最大折射率而大于第一中间区的折射率。
相当容易，轮廓线在环形区与包层之间有第二中间区，其折射率小于包层的折射率。
在第二种实施方式，根据本发明的光纤具有一个包层的纤芯的折射率轮廓线，所述纤芯的组成从光纤的轴线开始同轴布置如下：
·一个中央部分，其折射率小于或大体上等于包层的折射率，
·一个围层区，其折射率大于中央部分的折射率，
·一个第一中间区，其折射率小于中央部分的折射率，
·一个环形区，其折射率大于包层的折射率。
附图说明
在后面本发明的实施方式的描述中将看到本发明的别的特征和优点，这些实施方式是作为示例给出的，并参考下面的附图：
图1示意性地示出根据本发明的第一种实施方式的光纤的折射率轮廓线，
图2示意性地示出根据本发明的第二种实施方式的光纤的折射率轮廓线。
具体实施方式
根据本发明的光纤有大的有效纤芯区，典型值大100μm2，且其零色散波长λ0在1400到1500nm之间。λ0的一个值在1450到1500nm之间，例如在图示的例子中在1480nm附近，适于波分复用传输。有效纤芯区在110到125μm2之间是适合的。
本发明还建议，在1550nm处的色散在7.5到10ps/nm×km之间。这些数值使得在现在的传输情况下避免四波混频。特别是在1530到1580nm之间用于波分复用传输系统。
最后，本发明所推荐的一种光纤，其对弯曲的灵敏度同于以前技术光纤的这种性质，或者更好。λs的值超过1600nm，例如在1670nm附近是适宜的。是将光纤以半径30mm绕100圈所生成的衰减为0.1dB时的波长值记作λsn于是本发明就实现一种光纤，其以半径为30mm绕100圈在1550nm处的衰减小于0.05dB。
图1示出的一种折射率轮廓线的示意表示10，能得到本发明的各种特征。模坐标表示半径，单位为μm，纵坐标为折射率，用相对于光纤包层折射率的差来表示，用相对值(Δn)或用百分数(Δn％＝100Δn/n)来表示。
图1示出的折射率轮廓线是梯形+环形类型的折射率轮廓线。自光纤中心向包层，包括有一个中央部分111，其折射率，或更确切地说折射率差Δn1，基本上为常数，直到半径r0。折射率Δn1大于包层15的折射率nc。在图中示出的实施方式中，折射率Δn1为0.75％到0.85％，而半径r0为0.84μm。
本发明的光纤有一折射率线性下降或基本上线性下降部分112，环绕着折射率大于包层15的折射率的中央部分111，处在r0与r1之间，这个折射率线性下降部分112与中央部分111组成了一个梯形11。可取r1的值在2.75μm到2.85μm之间，可以预计，梯形11的常数折射率部分，或梯形11的顶部约为梯形总半径的0.3倍，即例如比r0/r1在0.2到0.5之间。
然后，光纤有第一中间区12，其折射率Δn3大体为常数，低于或等于包层15的折射率，半径在r1与r2之间。在图示的实施方式中，折射率的差Δn3为-0.02％，半径r2取值可以在4.8到5.1μm之间。更为普遍一些，Δn3的值在-0.01％到-0.03％之间是适当的。
光纤在这个第一中间区12之外是一个环形区13，其折射率Δn2大于包层15的折射率。在图1所示的实施方式中，环形区13的折射率Δn2在0.45％到0.52％之间，处在半径r2到r3之间。这个环形区的折射率Δn2最好小于或等于梯形中央部分111的折射率Δn1。这个环区13的外径r3最好在6.1和6.6μm之间。
这种光纤在环形区13之外、未达包层15之前有第二中间区14，其折射率小于或等于包层15。在图1所示的例中，第二中间区14的折射率Δn4和处在梯形11和环形区13之间的第一中间区12的折射率一样，为-0.02％(或最好在-0.03％到-0.01％之间)。第二中间区的范围在半径r3和r4之间及半径r4在12.4到13.1μm之间。
这样选择折射率轮廓线就保证光纤有大的有效纤芯区，在110到125μm2之间，亦保证零色散波长λ0在1450到1480nm之间。对于一个波分复用传输系统来说，还可以提高放大器的功率，使用本发明的光纤做为传输媒质，还可缩小传输系统中继器间的距离。
在前述例子中，在1550nm处的色散为8.8ps/nm×km，而最好在7.5到10.0ps/nm×km之间。
相当有利，光纤中的衰减很小，可以很好地用来做成光缆；为此，光纤的波长λs大于或等于1670nm是有利的，同样地，在短于这个波长处，由于弯曲造成的衰减小于0.1dB。
下面的表1中列出另一个如图1那样的梯形+环形的轮廓线的一个示例的各个参量：
表1
 
r<sub>0</sub>(μm) r<sub>1</sub>(μm) r<sub>2</sub>(μm) r<sub>3</sub>(μm) 10<sup>3</sup>×Δn<sub>1</sub> 10<sup>3</sup>×Δn<sub>2</sub> 10<sup>3</sup>×Δn<sub>3</sub> 10<sup>3</sup>×Δn<sub>4</sub>
0.65 2.27 4.61 5.98 13.7 8.5 0 0
表2列出具有表1中各个参量的光纤的传播特性，其中的记号的意义如下：
λc：理论截止波长
λ0：零色散波长
dC/dλ：1550nm处的色散变化率
DC：1550nm处的色散
W02：1550nm处的模直径
Seff：1550nm处的有效纤芯区
Sc：以30mm为半径绕100圈，在1550nm处的弯曲灵敏度
Suc：在1550nm处与本申请人已商品化的G652光纤相比，给出的微弯曲灵敏度比
表2
 
λ<sub>c</sub>(nm) λ<sub>0</sub>(nm) DC/dλ：(ps/nm<sup>2</sup>×km)         DC：(ps/nm×km) 2W<sub>02</sub>(μm) S<sub>eff</sub>(μm<sup>2</sup>) S<sub>c</sub>(dB) S<sub>uc</sub>
1780 1475 0.1 8 10.6 109 <10<sup>-5</sup> 1.2
理论的截止波长通常比在光缆中对光纤进行有效测量得到的截止波长大2到4百纳米。因此，光缆中本发明的光纤的截止波长要小于1500nm，而且本发明的光纤在多工情况下有效地为单模光纤。
更普遍地说，可以看作是可以用下面方法根据本发明为具有梯形+环形的轮廓线选择光纤参数，以满足本发明的要求：
9×10-3≤Δn1≤17.10×10-3
3×10-3≤Δn2≤10.5×10-3
-0.5×10-3≤Δn3≤0.5×10-3
在上述范围选择折射率差，相应的可能的半径范围如下：
0.35≤r1/r3≤0.5
0.55≤r2/r3≤0.85
5μm≤r3≤7.5μm
图2示意地示出的折射率轮廓线20可用来得到本发明的各种特征。横坐标为半径，单位为μm，纵坐标为折射率，用相对于包层的折射率的绝对差Δn来表示。
图2所示的折射率的轮廓线是同轴性的折射率轮廓线，从光纤的中心向包层，这个轮廓线20中有一个中央部分21，其中的折射率，或更确切地说折射率差Δn1直到半径r1大体上为常数，折射率Δn1小于或大体上等于包层25的折射率nc；然后有一围层22，折射率Δn2大体为常数，且大于或大体上等于包层25的折射率，处在半径r1到r2之间；围绕这个围层22有一中间区23，其折射率Δn3小于或等于包层25的折射率，处在半径r2到r3之间。最后，在中间区23和包层25之间有一环形区24，其折射率为Δn4，处在半径r3到r4之间。对应于图2的根据本发明的光纤的两个实施例的参数特征在表3中示出。这些光纤的相应的传播特征在表4的相应各行中示出。
表3
 
r<sub>1</sub>(μm) r<sub>2</sub>(μm) r<sub>3</sub>(μm) r<sub>4</sub>(μm) 10<sup>3</sup>×Δn<sub>1</sub> 10<sup>3</sup>×Δn<sub>2</sub> 10<sup>3</sup>×Δn<sub>3</sub> 10<sup>3</sup>×Δn<sub>4</sub>
3.99 5.71 13.86 16.3 0 11.35 -3.4 2.25
2.13 3.55 5.68 7.1 0 11.7 -2.35 5.85
表4
 
λ<sub>0</sub>(nm) λ<sub>0</sub>(nm) DC/dλ：(ps/nm<sup>2</sup>×km) DC：(ps/nm×km) 2W<sub>02</sub>(μm) S<sub>cff</sub>(μm<sup>2</sup>) S<sub>c</sub>(dB) S<sub>uc</sub>
1710 1460 0.084 8 8.7 137 <10<sup>-5</sup> 1.3
1705 1455 0.081 8 10 102 <10<sup>-5</sup> 1
说得更普遍些，可以将用下面方法根据本发明表示成梯形+环形型的一个轮廓线的光纤的各个参数看成是满足本发明的要求：
-7×10-3≤Δn1≤0.5×10-3
10×10-3≤Δn2≤17×10-3
-7×10-3≤Δn3≤-2×10-3
1×10-3≤Δn4≤6×10-3
在上述范围内选择折射率差可以得出下列的半径范围：
0.4≤r1/r2≤0.7
0.3≤r2/r4≤0.6
0.6≤r3/r4≤0.9
6μm≤r4≤17μm
具有图2所示类型的轮廓线的光纤具有和图1所示类型的光纤相同的性质。
技术人员可以用已知的技术，如MCVD技术或其它通常用来制造光纤的技术来实施本发明。
当然，本发明并不限于已经描述和示出的实施例，而是适用于技术人员采用的多种变形，因而，对于将本发明用于理想色散补偿的波分复用传输系统中已做过描述，本发明亦适于别的应用。
图1和图2示出的轮廓线构成了可以实施本发明的例子，别的轮廓线亦可得到本发明所推荐的色散变化率的值。

Claims (4)

1.一种有效纤芯区大于100μm2的色散位移单模光纤，其特征在于它的零色散波长λ0在1400到1480nm之间，所述光纤以半径为30mm绕100圈的光纤在1550nm处的衰减小于0.05dB，并且它具有一个包有包层的纤芯的折射率轮廓线，所述纤芯是同轴安排的，从光纤轴线开始为：
一个中央部分，其折射率小于或等于包层的折射率，
一个围层区，其折射率大于中央部分的折射率，
一个第一中间区，其折射率小于中央部分的折射率，
一个环形区，其折射率大于包层的折射率，其中
中央部分与包层之间的折射率之差在-7×10-3到0.5×10-3之间，
围层区与包层之间的折射率之差在10×10-3到17×10-3之间，
第一中间区与包层之间的折射率之差在-7×10-3到-2×10-3之间，
环形区与包层之间的折射率之差在1×10-3到6×10-3之间。
2.根据权利要求1的光纤，其特征在于它的零色散波长λ0在1450到1480nm之间。
3.根据权利要求1的光纤，其特征在于它在1550nm波长色散为7.5到10ps/nm×km。
4.根据权利要求1的光纤，其特征在于它的有效纤芯区在从110到125μm2之间。
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