CN1979234A - 用于累积色散和色散斜率的补偿纤维 - Google Patents

用于累积色散和色散斜率的补偿纤维 Download PDF

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Abstract

一种多模光纤，具有这样的折射率分布，对于除基本模式之外的传播模式和在1550nm波长处，所述光纤呈现大于或等于50ps/nm/km的正色散和正色散斜率。该光纤也具有大于或等于200ps/nm/dB的品质因数(FOM)。该光纤使得可以抵销在光系统的线路终端处或光系统的节点的线路的开始处的光信号的过补偿。

Description

用于累积色散和色散斜率的补偿纤维
技术领域
本发明涉及光纤传输领域，并且更明确地说，涉及在光纤传输系统中对累积色散和累积色散斜率的补偿。
背景技术
对于光纤，折射率分布一般相对于使折射率与纤维半径相关的函数的曲线图而限制。在传统上，到光纤中心的距离r沿横坐标表示，并且与光纤包层的折射率的折射率差沿纵坐标轴表示。因此，折射率分布对于具有相应的台阶、梯形或三角形形状的曲线图，称作“台阶”、“梯形”或“三角形”分布。这些曲线一般代表光纤的理论分布或设定分布，光纤的制造应力可能导致显著不同的分布。
光纤传统上包括光学纤芯和光学包层，光学纤芯的作用是传送光信号并可能放大光信号，而光学包层的作用是把光信号约束在纤芯内。为此目的，纤芯的折射率nc和外部包层的折射率ng是nc＞ng。如熟知的那样，在单模光纤中的光信号的传播分解成在纤芯中传导的基本模式、和在纤芯-包层组件中在一定距离上传导的次级模式。
在新的、高比特速率、波长多路复用传输系统中，特别是对于10Gbit/s或更高的速率，管理色散是有利的。对于所有多路复用波长值，目标是实现在链路上大体是零的累积色散，以便限制脉冲展宽和生成的干扰。“累积色散”涉及局部色散在光纤长度上的积分；色散是恒定的，累积色散等于色散乘以光纤长度的积。一般，在40Gb/s下几十ps/nm的色散累积值是可接收的，在10Gb/s下几百ps/nm的色散累积值是可接收的。在系统中使用的波长附近避免非线性效应较强的局部色散的零值，也是有利的。最后，在多路复用范围上限制累积色散斜率从而避免或限制在多路复用信道之间的失真，也是有利的。这个斜率传统上是局部或累积色散相对于波长的导数。
作为线路光纤，对于光纤传输系统，传统上使用单模光纤(SMF)，或使用非零色散位移光纤(NZDSF+)。NZDSF+光纤是对于它们使用的波长，典型地在1550nm周围，具有非零、正色散的光纤。对于这些波长，这些光纤具有低的正色散，典型地在1550nm处小于10ps/(nm.km)和在0.04和0.1ps/(nm2.km)的正局部色散斜率。
为了补偿用作线路光纤的SMF或NZDSF+光纤中的色散和色散斜率，可使用短长度的色散补偿光纤(DCF)；所述光纤具有负色散和负色散斜率。对于DCF光纤的选择，一般希望补偿光纤的色散对色散斜率的比值大体等于线路光纤的该比值。这个比值由色散对斜率(Dispersion Over Slope)的比值的缩写DOS指示。
US-A-5 568 583或US-A-5 361 319描述了用来补偿SMF光纤的色散的DCF光纤，并且EP-A-1 067 412描述了用来补偿NZDSF光纤的色散的DCF光纤。这些已知的DCF光纤，在1550nm的波长处，呈现负色散和负色散斜率。
存在波长多路复用的光系统，叫做波分多路复用(WDM)，一般包括线路光纤段-SMF、NZDSF或其他的级联，具有色散补偿模块插入在线路光纤段之间，并且包括DCF卷起段。色散补偿模块沿传输线路分布的方式叫做色散管理；这种管理的目的在于，限制非线性效应和累积的线路终端(end-of-line)色散。总是希望在线路终端处实现低累积色散和零累积色散斜率。
在本上下文中，由“传输线路段”指把发射元件链接到接收元件上的光传输系统的一部分，这些元件可以位于线路终端处或光系统的节点中。线路段因此包括一个或多个级联的线路光纤段和分布在线路光纤段之间的一个或多个色散补偿光纤段。线路光纤段通常产生具有正色散斜率的正色散，而补偿光纤段产生具有负色散斜率的负色散。在过补偿的情况下，线路段因此将呈现负累积色散和负色散斜率，这就必须进行抵销以便在节点入口处或在线路终端处到达零色散。
沿传输线路插入过补偿有时是有利的，例如用以限制在线路光纤中的非线性效应。也已经发现，色散的过补偿降低在接收机处的错误率。例如，于2005年9月提交给ECOC’05 Conference(欧洲光通信会议：European Conference for Optical Communication)的，J.CAntona、M.Lefrancois、S.Bigo及G.Le Meur的文章“用于超长距离传输的高级色散管理技术的研究(Investigation of Advanced DispersionManagement Techniques for Ultra-Long Haul Transmissions)”指示，在传输期间的过补偿，在文章中由每个子划分或每个负线路光纤段的残余色散表示，使得有可能改进10Gb/s WDM系统的性能。然而，在传输系统的线路终端处和/或每个节点处，累积色散必须修复到零或稍正。然而，如果光信号已经过补偿，在线路终端处，色散和色散斜率将是负的；那么为了抵销该过补偿，必须使用具有正色散和正色散斜率的光纤终端。为此原因，常常使用纯硅芯光纤(PSCF)或标准单模光纤(SSMF)段。
使用SSMF段来抵销过补偿的主要缺陷是，SSMF相对于产生的色散量引起高损耗。这种特性一般由所谓的“品质因数”(FOM)来确定。FOM定义为色散D的绝对值与以dB/km为单位的信号衰减的比值。对于SSMF光纤，FOM值在85ps/nm/dB的量级。PSCF光纤引起较小的光学损耗并且具有在125ps/nm/dB量级的FOM值，但它们成本高。
US-A-6 724 964描述了这样的光纤，该光纤具有使得该光纤对于高阶传播模式呈现正色散的折射率分布。在这个申请中描述的分布产生正色散和正、零或负的色散斜率。在这个文献中描述的光纤用来补偿具有负色散的线路光纤的色散。所描述的光纤的色散值非常高，在1550nm处在500ps/nm/km的量级。另外，在这个文献中描述的光纤在使用的整个光谱波段上不呈现正色散；特别是在1550nm处，所示的光纤的色散斜率都是负的。在US-A-6 724 964中描述的光纤因此不能用来抵消具有负累积色散和负色散斜率的线路段的过补偿。
US-A-2003/0202761描述了一种对于除基本模式之外的传播模式呈现正色散和负色散斜率的光纤。这种补偿光纤特别适于补偿具有带正色散斜率的负色散的线路光纤，如由康宁(Corning)以商标名Corning LS销售的光纤。在US-A-2003/0202761中描述的光纤因此不适于抵销具有负累积色散和负色散斜率的线路段的过补偿。
因此需要一种色散补偿光纤，借助于该光纤有可能抵销在光系统中的线路终端处或节点入口上的过补偿，并且该光纤具有高于SSMF或PSCF光纤的FOM因数。
发明内容
为此目的，本发明提出一种稍多模光纤的使用，该光纤对于除基本模式之外的传播模式，呈现正色散和正色散斜率以及大于200ps/nm/dB的品质因数。
更具体地说，本发明提出一种多模光纤，其折射率分布是这样的，对于除基本模式之外的传播模式和在1550nm波长处，该光纤呈现：
-50ps/nm/km或更高的正色散，
-正色散斜率，
-200ps/nm/dB或更高的品质因数。
根据诸实施例，本发明的光纤可以具有如下特性的一种或多种：
-40nm或更高的色散对斜率的比值(DOS)，对于在1550nm波长处的高阶传播模式，
-150ps/nm/km或更高的正色散，对于在1550nm波长处的高阶传播模式，
-在使用的整个光谱波段上的正色散斜率，对于高阶传播模式；光谱波段可以从C波段、L波段、S波段或U波段选择，
-100μm2或更大的有效表面积，对于在1550nm波长处的高阶传播模式，
-对于LP02模式大于2000nm的有效截止波长。
本发明也涉及一种适于抵销在包括具有正色散和正色散斜率的线路光纤的传输线路段中以基本模式传播的光信号的过补偿的色散补偿模块，该模块包括：
-第一模式转换器，适于把基本模式转换成高阶模式；
-本发明的多模光纤段，
-第二模式转换器，适于把高阶模式转换成基本模式。
依据诸实施例，本发明的色散补偿模块具有如下特性的一种或多种：
-多模光纤的色散对斜率的比值(DOS)大体上等于传输线路光纤的色散对斜率的比值(DOS)，
-更高阶模式具有与基本模式相同的对称性，
-对于在光纤段中的800ps/nm或更高的累积色散，150ps/nm/dB或更高的品质因数(FOM)。
本发明也涉及一种光传输系统，该系统具有：
-至少一个在预定光谱波段中的光信号发射机；
-至少一个传输线路段，具有负累积色散和负色散斜率；
-至少一个本发明的模块，定位在传输线路段的一端处。
根据一种特性，传输线路段包括至少一个具有正色散和正色散斜率的线路光纤段、和至少一个具有负色散和负色散斜率的色散补偿光纤段。
附图说明
在阅读通过例子给出的和参照附图的本发明实施例的如下描述时，本发明的其他特性和优点将成为显然，在附图中：
图1是对于本发明的色散补偿光纤的可能设置分布的示意曲线图；
图2是示意图，示出了本发明的光传输系统；
图3是根据本发明实施例的第一例子的色散补偿光纤的设置分布的曲线图；
图4是曲线，示出了在图3中的光纤的C波段上的色散；
图5是根据本发明实施例的第二例子的色散补偿光纤的设置分布的曲线图；
图6是曲线，示出了在图5中的光纤的波段C上的色散；
图7是根据本发明实施例的第三例子的色散补偿光纤的设置分布的曲线图；
图8是曲线，示出了在图7中的光纤的波段C上的色散。
具体实施方式
为了抵销在光传输线路段中的累积色散和色散斜率的过补偿而不引起高损耗，本发明提出一种具有特定折射率分布的多模补偿光纤的使用。由于过补偿导致在线路终端处的负累积色散和负累积色散斜率，所以本发明的光纤，对于高阶模式，呈现正色散和正色散斜率以及大于200ps/nm/dB的品质因数。
色散补偿光纤用在除基本模式之外的传播模式中的事实，使得光纤有可能在考虑的波长处，呈现正色散和正色散斜率以及高品质因数。
图1示出了本发明的色散补偿光纤的折射率分布。所示的分布是设置分布，即代表光纤的理论分布，从预制棒经光纤-拉制之后实际得到的光纤可能具有显著不同的分布。另外，尽管没有示出，但对于本发明的光纤可以想到其他折射率分布-这些分布在下面给出的表格中给出。具体地说，本发明的光纤可以在纤芯中具有大于三个的层，并且/或者不具有凹形环。
本发明的补偿光纤包括：中央纤芯，与外部光学包层具有正折射率差Δn1；第一内部包层，与外部包层呈现正或负的折射率差Δn2；及环，与外部包层具有正折射率差Δn3。外部包层是以前定义的光学包层ng。
图1示出了台阶形式的纤芯层折射率分布；然而中央纤芯可以是梯形形状，或者满足α函数。
下面的表1示出了用于本发明的补偿光纤的几种可能折射率分布的特性。第一列把参考号分配给每种模拟光纤，并且随后列依次指示半径值和每段的折射率差。相对折射率值在633nm的波长处测量。图3、5及7示出了在表I的例子1、4及7中的光纤的设置折射率分布。
表I
  光纤    r1(μm)  Δn1(10-3)  r2(μm) Δn2(10-3)   r3(μm) Δn3(10-3)   r4(μm) Δn4(10-3)  r5(μm) Δn5(10-3)
    0   1,69   20,2  8,40  0,4  12,98  8,4  16,39  4,1
    1   1,48   19,1  8,10  0,0  16,34  4,5
    2   2,46   25,0  4,60 -6,0  14,11  15,0
    3   1,38   20,0  7,48  0,1  18,00  3,8
    4   2,27   25,2  4,38 -5,5  13,11  14,2  14,00   3,0  15,61 -3,0
    5   1,49   19,1  7,55  0,0  16,17  4,5
    6   2,04   19,4  6,50  0,1  12,68  9,8
    7   1,61   24,7  4,24  -6,0  9,57  8,2  13,38   -3,0
    8   1,39   19,9  11,00  0,3  13,90  8,0
本发明的补偿光纤，具有以上描述的那样的折射率分布，并且对于除基本模式之外的传播模式，呈现适于抵销具有负累积色散和负累积色散斜率的光传输线路段的过补偿的正色散和正色散斜率。因此，本发明的光纤，对于高阶传播模式和在1550nm波长处，呈现50ps/nm/km或更大的正色散以及正色散斜率和200ps/nm/dB或更高的品质因数(FOM)。更明确地说，本发明的光纤在1550nm处可以呈现150ps/nm/km或更大的正色散，并且在考虑的整个光谱波段上呈现正色散斜率；它因此适于，以较小损耗，完全抵销由旨在减小非线性效应的色散管理插入在传输线路中的过补偿。
高阶传播模式可以是LP02模式、LP03模式或大于LP01模式的任何其他高阶模式，该模式优选地具有与基本LP01模式相同的对称性，例如圆形的，以便限制由模式转换器引起的损耗、和由于在光纤的圆几何形状方面的缺陷造成的偏振效应。但可以考虑其他更高阶模式，如LP11模式。
考虑的光谱波段可以是从1530nm延伸至1565nm的C波段、或从1565nm延伸至1625nm的L波段。C和L波段是光传输系统中使用最频繁的光谱波段，但可以使用其他光谱波段，如从1460nm延伸至1530nm的S波段或从1625nm延伸至1675nm的U波段。
另外，本发明的光纤在1550nm波长处具有40nm或更大的色散对斜率的比值。本发明的光纤的DOS比值选择成尽可能靠近传输线路光纤的DOS，以便在线路段的终端处，即在进入光系统的接收机或节点的入口处，大体达到零色散值和零色散斜率值。在1550nm波长处40nm或更大的所述DOS值，使得有可能抵销在以上定义的那样的大多数传输线路段中的过补偿。
下面的表II示出了与在表I中的折射率分布相对应的补偿光纤的光学特性。第一列复制了表I中的第一列的参考号。随后列，对于每种模拟光纤分布，给出色散值D和色散斜率值D’、DOS值、有效表面积值Aeff、对于大于LP02的高阶传播模式的有效截止波长λceff-02及品质因数FOM。
色散值D、色散斜率值D’、DOS值、FOM值及有效表面积值Aeff对于在1550nm波长处的传播模式LP02而给出。有效截止波长λceff-02与这样的波长相对应，在该波长上和之后，以LP02模式传播的光信号在传播过两米光纤之后不再被传导。品质因数定义为色散D与以dB/km为单位的信号衰减的比值；该FOM值是对于在1550nm波长处的传播模式LP02而给出的。
表II
  光纤     D(ps/nm/km)      D’(ps/nm2/km)    DOS(nm)   Aeff(μm2)   λceff-02(nm)     FOM(ps/nm/dB)
    0     315     6,30     50     220   2400     ＞500
    1     180     2,77     65     380   2100     ＞300
    2     200     2,86     70     295   4000     ＞300
    3     200     2,77     125     270   2100     ＞400
    4     240     1,78     135     180   3300     ＞300
    5     200     1,33     150     235   2100     ＞400
    6     200     0,67     300     160   2500     ＞400
    7     185     0,57     325     140   2000     ＞250
    8     200     2,24     90     240   2100     ＞300
在表II中，确定：对于本发明补偿光纤的所有分布，在1550nm处的色散从180至315ps/nm/km变化，并且DOS大于40nm。本发明光纤的较小部分因此可引起具有与SSMF型或NZDSF型光纤的DOS等效的DOS的高色散。因此，当过补偿插入在线路段中时，借助于例如在节点或接收机的入口处的模块中卷着的较小长度的本发明光纤可以实现抵销补偿。
也确定，色散斜率值D’在1550nm波长处是正的。另外，图4、6及8示出了对于在表1中的例1、4及7在整个C波段上的色散。发现色散斜率在考虑的整个光谱波段上的确保持为正。
在表II中，也确定，本发明补偿光纤的有效表面积Aeff大于140μm2，具有大于250ps/nm/dB的品质因数，并且甚至常常大于300ps/nm/dB。本发明补偿光纤具有的有效表面积Aeff因此显著高于SSMF或PSCF的有效表面积(它在80μm2的量级)，这提供对非线性效应的改进抵消。FOM也比SSMF或PSCF的FOM大两到三倍。在这个表II中也看到，对于所有分布，对于传播模式LP02的有效截止波长位于2000nm与4000nm之间；在考虑的波长处，信号因此的确按照LP02模式在本发明的光纤中传播。
本发明的补偿光纤旨在用在用于具有多个传输线路段的长距离、高比特速率传输系统的色散补偿模块中。
所述传输系统在图2中示出。本发明的系统包括至少一个光信号发射机Tx1、Tx2，以传送在预定光谱波段，例如C波段，中的波长多路复用的光信号。传送的信号以基本模式LP01沿光传输线路段201、202传播。如以前定义的那样，线路段20包括：至少一个线路光纤段，例如SMF，具有正色散和正色散斜率；和至少一个色散补偿光纤DCF段，其呈现负色散和负色散斜率。
光系统可以简单地把光发射机Tx链接到光接收机Rx上，并且/或者具有把几个线路段20聚集到一起的多个节点N1、N2。光系统的节点可以包括光放大器和信号重整形元件以及多路复用器，以向其他传输线路段20分发接收的信号。在光接收机Rx或节点N1、N2的入口处，光信号必须具有接近零的累积色散和累积色散斜率。
为此目的，本发明的光传输系统在每个节点N1、N2或接收机Rx的入口处，具有色散过补偿模块101、102、103。本发明的系统提出把过补偿插入在线路段20的所有或一些中，以便减小非线性效应。给出线路段因此可以呈现负累积色散和负累积色散斜率；然后必须抵销这种过补偿，以在接收机或光学节点的入口处达到零。
本发明的过补偿模块10具有第一模式转换器MC，以把从传输线路段20到达的信号的基本模式LP01转换成更高阶模式，例如LP02。然后高阶模式信号在本发明的光纤段30中传播。本发明的过补偿模块10也具有第二模式转换器MC，以把更高阶模式转换成基本模式以把信号重新插入另一个线路段20中或在接收机中。第一和第二模式转换器可以使用任何已知技术例如长周期光栅或空间光调制器而得到。
本发明的光纤3可以卷在过补偿模块10的壳体中的两个模式转换器MC之间。为此目的，本发明的光纤的分布是这样的，从而光纤呈现减小弯曲损耗，其对于模块10的光损耗没有影响。
而且，为了限制在模块10中的光损耗和偏振效应，优选的是，使用具有与基本模式LP01相同对称性的高阶模式，即具有圆对称性的所有高阶模式。
模块的品质因数(FOM)因此可定义为通过放置在模块中的本发明光纤段的累积色散对于全部光损耗的比值；这些损耗包括由所述光纤段、由模式转换器及连接器引起的光损耗。本发明的模块对于光纤中大于800ps/nm的累积色散，具有150ps/nm/dB或更高的相对较高的FOM值。
借助于本发明的光纤，因此有可能得到一种色散补偿模块，该模块允许在考虑的整个光谱波段上有效地抵销在传输线路段中的过补偿。因此可考虑一种光系统，在该系统中色散管理提高过补偿，以减小当传输速率增大时特别高的非线性效应。根据本发明的补偿模块分布在系统内，以抵销过补偿的影响和优化光传输系统。

Claims (13)

1.一种多模光纤，具有这样的折射率分布，对于除基本模式之外的传播模式和在1550nm波长处，所述光纤呈现：
-大于或等于50ps/nm/km的正色散，
-正色散斜率，
-大于或等于200ps/nm/dB的品质因数(FOM)。
2.根据权利要求1所述的光纤，对于高阶传播模式和在1550nm波长处，具有大于或等于40nm的色散对斜率的比值(DOS)。
3.根据权利要求1或2所述的光纤，对于高阶传播模式和在1550nm波长处，具有大于或等于150ps/nm/km的正色散。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤，对于高阶传播模式，在整个所选择的光谱波段上具有正色散斜率。
5.根据权利要求4所述的光纤，其中所选择的光谱波段是C波段、L波段、S波段或U波段。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光纤，对于高阶传播模式和在1550nm波长处，具有大于或等于100μm2的有效面积。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光纤，对于LP02模式，具有大于2000nm的有效截止波长。
8.一种适于抵销在包括具有正色散和正色散斜率的线路光纤的传输线路段中以基本模式传播的光信号的过补偿的色散补偿模块，该模块包括：
-第一模式转换器，适于把基本模式转换成更高模式；
-根据权利要求1至7中任一项所述的多模光纤段，
-第二模式转换器，适于把更高模式转换成基本模式。
9.根据权利要求8所述的模块，其中多模光纤的色散对斜率的比值(DOS)大体上等于传输线路光纤的色散对斜率的比值(DOS)。
10.根据权利要求8或9所述的模块，其中更高模式和基本模式具有相同的对称性。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的模块，对于在光纤段中大于或等于800ps/nm的累积色散，具有大于或等于150ps/nm/dB的品质因数(FOM)。
12.一种光传输系统，包括：
-至少一个光发射机，发射在预定光谱波段中的光信号；
-至少一个传输线路段，具有负累积色散和负累积色散斜率；
-至少一个根据权利要求8至11中任一项所述的模块，定位在传输线路段的一端处。
13.根据权利要求12所述的系统，其中传输线路段包括至少一个具有正色散和正色散斜率的线路光纤段、和至少一个具有负色散和负色散斜率的色散补偿光纤段。
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