DE60127605T2

DE60127605T2 - Monomode-Lichtleitfaser in einem Kabel für ein Lichtleitfaser-Übertragungsnetzwerk mit Wellenlängenmultiplex

Info

Publication number: DE60127605T2
Application number: DE60127605T
Authority: DE
Inventors: Louis-Anne De Montmorillon; Pascale Nouchi; Ludovic Fleury; Pierre Sillard
Original assignee: Draka Comteq BV
Current assignee: Draka Comteq BV
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2021-02-13
Also published as: DK1128196T3; US20010022883A1; JP2001264568A; ATE358829T1; FR2805620B1; EP1128196B1; JP4920829B2; EP1128196A1; US6614973B2; DE60127605D1; FR2805620A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Übertragungen durch Lichtleitfasern, und genauer das Gebiet der Wellenlängenmultiplex-Übertragungen mit einer Transmissionsglasfaser mit versetzter Dispersion.
Bei Lichtleitfasern wird allgemein das Indexprofil in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Graphen der Funktion eingestuft, die dem Radius der Faser den Brechungsindex zuordnet. In üblicher Weise werden auf den Abszissen der Abstand r zur Mitte der Faser und auf den Ordinaten der Unterschied zwischen dem Brechungsindex und dem Brechungsindex der Hülle der Faser eingetragen. Man spricht so von einem "gestuften", "trapezförmigen" oder "dreieckigen" Indexprofil für Graphen, die dementsprechende Stufen-, Trapez- oder Dreiecksformen haben. Diese Kennlinien sind im Allgemeinen für das theoretische oder Sollprofil der Faser repräsentativ, da die Herstellungszwänge der Faser zu einem deutlich anderen Profil führen können.
Um eine Faser in einem Übertragungsnetz, und insbesondere in einem Übertragungsnetz mit Wellenlängenmultiplex zu verwenden, ist es vorteilhaft, wenn die Faser über eine große wirksame Oberfläche im Wellenlängenbereich des Multiplex verfügt. Eine große wirksame Oberfläche ermöglicht es, die Leistungsdichte in der Faser bei konstanter Gesamtleistung zu begrenzen und die unerwünschten nicht-linearen Wirkungen zu begrenzen oder zu vermeiden.
Für die Netzwerke mit hohem Durchsatz ist es auch nützlich, wenn die Faser eine Monomode-Ausbreitung der Kanäle des Multiplex gewährleistet. ITU-T G 650 gibt eine Definition der Grenzwellenlänge in einem Kabel an. Die theoretische Grenz wellenlänge der Faser ist im Allgemeinen um mehrere hundert Nanometer größer als die Grenzwellenlänge in einem Kabel. Es stellt sich tatsächlich heraus, dass die Ausbreitung in einer Lichtleitfaser monomodal sein kann, selbst wenn die theoretische Grenzwellenlänge größer ist als die Wellenlänge der verwendeten Signale: Tatsächlich verschwinden über eine Entfernung von einigen Metern oder einigen zehn Metern hinaus, die gering ist im Vergleich mit den Ausbreitungsentfernungen in den Lichtleitfaser-Übertragungsnetzen, die sekundären Modi aufgrund einer zu starken Dämpfung. Die Ausbreitung im Übertragungssystem ist dann monomodal.
Es ist auch wichtig, dass die Faser eine geringstmögliche Empfindlichkeit für die Krümmungen und Mikrokrümmungen aufweist. Man ermittelt die Empfindlichkeit für Krümmungen, wie in der Empfehlung ITU-T G 650 erläutert, durch Messung der Dämpfung, die durch das Aufwickeln von 100 Windungen einer Faser um eine Spule mit einem Radius von 30 mm bewirkt wird. Die Empfindlichkeit für Mikrokrümmungen wird in an sich bekannter Weise gemessen; man kann sie, wie nachfolgend, bezüglich einer Faser wie der Faser messen, die von der Anmelderin unter der Referenz ASMF 200 vertrieben wird.
Bei den neuen Übertragungsnetzen mit hohen Durchsätzen und Wellenlängenmultiplex ist es vorteilhaft, die chromatische Dispersionsneigung im Wellenlängenbereich des Multiplex zu begrenzen; Ziel ist es, im Lauf der Übertragung die Verzerrungen zwischen den Kanälen des Multiplex zu minimieren.
Die Standard-Transmissionsglasfaser des Netzes, allgemein SMF-Faser genannt, hat eine Wellenlänge mit einer Dispersion Null um 1300 nm herum, eine chromatische Dispersion C_SMF bei 1550 nm in der Größenordnung von 16 bis 18 ps/nm/km, und eine chromatische Dispersionsneigung C'_SMF bei 1550 nm in der Größenordnung von 0,055 bis 0,062 ps/nm²/km.
Der Artikel von YANMING LUI ET AL: "Design and fabrication of locally dispersion-flattened large effective area fibers" PROCEEDINGS OF THE EUROPEAN CONFERENCE ON OPTICAL COMMUNICATION, 20. September 1998 (1998-09-20), XP002105704 betrifft Monomode-Lichtleitfasern, die Indexprofile mit Mehrfachschichten für eine Verwendung im Übertragungssystem WDM aufweisen. Diese Fasern sind durch geringe Werte der chromatischen Dispersion, durch so genannte flache Dispersionsneigungen und durch starke wirksame Oberflächen (> 72 μm²) gekennzeichnet. Genauer gesagt, sind die optischen Eigenschaften der hergestellten Fasern:

– ein chromatischer Dispersionswert zwischen –4 und –0,5 ps/nm-km oder zwischen +0,5 und +6 ps/nm-km für eine Wellenlänge von 1550 nm;
– ein Wert der chromatischen Dispersionsneigung zwischen +0,014 und +0,04 ms/nm²-km bei dieser gleichen Wellenlänge.

Das Übertragungsnetz muss notwendigerweise mit Dispersionskompensation-Faserabschnitten oder DCF (Dispersion Compensating Fiber im Englischen) vervollständigt werden, die dazu bestimmt sind, die chromatische Dispersion und die chromatische Dispersionsneigung der SMF-Transmissionsglasfaser zu kompensieren. Insbesondere aus dem Artikel von Y. Akasaka et al "Dispersion compensating technique of 1300 nm Zero-Dispersion SMF to get flat dispersion at 1550 nm range" Proc. 21st Eur. Cont. on Opt. Comm. (ECOC'95 – Brussels) ist eine DCF-Faser bekannt, die einen Kompensationsgrad zwischen 92 und 108 % für eine SMF-Faser aufweist, wobei gilt C_SMF = 16,3 ps/nm/km und C'_SMF = 0,0617 ps/nm²/km, was einem Verhältnis C_DCF/C'_DCF zwischen 235 nm und 287 nm entspricht.
Es gibt ebenfalls von der Firma LUCENT unter der Bezeichnung DK-Module (DK-40; DK-60; DK-80) verkaufte DCF-Fasern, die einen Kompensationsgrad zwischen 80 % und 120 % für eine SMF-Faser aufweisen, wobei gilt C_SMF = 17 ps/nm/km und C'_SMF = 0,055 ps/nm²/km, was einem Verhältnis C_DCF/C'_DCF zwischen 250 nm und 370 nm entspricht.
Es ist das zu lösende technische Problem, dass ein Übertragungsnetz, das eine SMF-Transmissionsglasfaser und eine DCF-Faser vom vorherigen Typ aufweist, eine große DCF-Faserlänge benötigt, was zu einer starken Dämpfung und hohen Kosten führt.
Die Erfindung hat also zum Ziel, die SMF-Transmissionsglasfaser durch eine Faser zu ersetzen, die auf der Ebene der Dispersion C und der Dispersionsneigung C' durch eine reduzierte Länge der DCF-Faser vorherigen Typs perfekt kompensiert werden kann, und dies für einen großen Nutzungsbereich.
Wenn zunächst eine Faser mit in etwa konstanter Dispersion (d.h. mit einer Dispersionsneigung Null) über den ganzen Nutzungsbereich geeignet wäre, so kann sie in der Praxis nicht angewendet werden, da die wirksame Oberfläche, die mit der Dispersionsneigung abnimmt, zu gering würde, um die unerwünschten nicht-linearen Wirkungen zu vermeiden, wie oben erwähnt.
Die bisher bekannten DSF-Fasern (Akronym des Englischen: "Dispersion Shifted Fibers") und NZDSF-Fasern (Akronym des Englischen: "Non Zero Dispersion Shifted Fibers") ermöglichen es auch nicht, den obigen Kompromiss zu lösen.
Die vorliegende Erfindung hat eine Monomode-Lichtleitfaser in einem Kabel gemäß Anspruch 1.
Die theoretische Grenzwellenlänge der Faser liegt vorzugsweise unter 1,8 μm, wobei die Grenzwellenlänge der verkabelten Faser geringer als 1,3 μm sein muss.
Die erfindungsgemäße Faser kann vorteilhafterweise über den Nutzungsbereich der DCF hinaus in gleicher Weise wie die SMF-Faser verwendet werden. Ihre Verwendung kann also perfekt im Transparenzbereich von Siliciumdioxid zwischen 1300 und 1625 nm in Betracht gezogen werden.
Die erfindungsgemäße Faser hat sehr vorteilhafte Eigenschaften auf der Ebene der Krümmungsverluste.
So weist sie bei 1550 nm Krümmungsverluste von weniger als oder gleich 10^–2 dB für 100 Faserwindungen auf einer Spule mit einem Radius von 30 mm auf; bei 1625 nm beträgt dieser Wert 0,5 dB.
Auch weist sie bei 1550 nm Krümmungsverluste von weniger als oder gleich 100 dB/m auf, wenn sie um einen Radius von 10 mm aufgewickelt ist; bei 1625 nm beträgt dieser Wert 400 dB/m.
Betreffend die Empfindlichkeit für Mikrokrümmungen bei 1550 nm (die hier bezüglich der Empfindlichkeit für Mikrokrümmungen einer Standard-Faser bewertet wird, die von der Anmelderin unter der Bezeichnung ASMF 200 vertrieben wird) weist die erfindungsgemäße Faser eine Empfindlichkeit für Mikrokrümmungen von weniger als 1, und vorzugsweise von weniger als 0,8 auf.
Bei 1550 nm weist die erfindungsgemäße Lichtleitfaser vorzugsweise eine chromatische Dispersionsneigung C' zwischen 0,01 und 0,04 ps/nm².km und eine wirksame Oberfläche zwischen 50 μm² und 70 μm² auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat die erfindungsgemäße Faser ein Profil vom Typ Stufe-Ring mit den folgenden bevorzugten geometrischen Merkmalen:

– die Differenz Δn₁ zwischen dem Index der Stufe der Faser und dem Index der Hülle liegt zwischen 5,9 × 10^–3 und 8,2 × 10^–3;
– die Differenz Δn₃ zwischen dem Index des Rings und dem Index der Hülle liegt zwischen 0,9 × 10^–3 und 7,6 × 10^–3;
– die Differenz Δn₂ zwischen dem Index des Zwischensegments zwischen der Stufe und dem Ring und dem Index der Hülle liegt zwischen –6,8 × 10^–3 und –1,7 × 10^–3;
– der Radius r₁ der Stufe liegt zwischen 3 μm und 4,5 μm;
– der Innenradius des Rings r₂ liegt zwischen 5,3 μm und 8,1 μm;
– der Außenradius des Rings r₃ liegt zwischen 7,3 μm und 11,1 μm.

Die Erfindung hat ebenfalls ein Lichtleitfaser-Übertragungsnetzwerk mit Wellenlängenmultiplex zum Gegenstand, das als Transmissionsglasfaser eine erfindungsgemäße Faser für einen Nutzungsbereich von 1300 nm bis 1625 nm aufweist.
Ein solches Übertragungsnetz weist außerdem Fasern mit Dispersionskompensation mit einer derartigen Dispersion C_DCF und einer derartigen Dispersionsneigung C'_DCF auf, dass das Verhältnis [C/C_DCF : C'/C'_DCF] zwischen 0,8 und 1,2 und vorzugsweise nahe 1 liegt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung einer als Beispiel angegebenen, aber nicht einschränkenden Ausführungsform hervor.
Die einzige Figur zeigt sehr schematisch das Indexprofil vom Typ Stufe-Ring einer erfindungsgemäßen Faser.
In der Abszisse ist der Radius r in Mikron und in der Ordinate die Indexdifferenz Δn bezüglich der Hülle angegeben.
Die nachfolgende Tabelle 1 gibt für 12 Fasern von A bis J die geometrischen Merkmale r_i und Δn_i mit i zwischen 1 und 3 an.
TABELLE 1
Die Tabelle 2 gibt die Ausbreitungsmerkmale bei 1550 nm der Fasern A bis J an, nämlich:

– Die wirksame Oberfläche Seff (μm²).
– Die chromatische Dispersion C (ps/nm/km).
– Die Empfindlichkeit für Mikrokrümmungen Sμc (ohne Einheit).
– Die chromatische Dispersionsneigung C' (ps/nm²/km).
– Das Verhältnis Seff²/Neigung C' (μm⁴.nm².km/ps).
– Das Verhältnis C/C' (nm).

Außerdem erwähnt die Tabelle 2:

– Die Krümmungsverluste PC bei 1550 nm und bei 1625 nm, ausgedrückt in dB für 100 Faserwindungen auf einer Spule mit dem Radius 30 mm, oder ausgedrückt in dB/m für eine um einen Radius 10 mm aufgewickelte Faser.

– Die Grenzwellenlänge λ_c(μm).
– Die Dispersionswellenlänge Null λ₀(μm).

Wie Tabelle 2 zeigt, entsprechen alle erfindungsgemäßen Fasern in großem Maße den Kriterien der Krümmungsverluste und Mikrokrümmungsverluste.
Unter Berücksichtigung des Werts des Verhältnisses C/C' zwischen 250 nm und 370 nm der erfindungsgemäßen Fasern sind sie außerdem besonders gut geeignet für die DCF-Fasern der Übertragungsnetze.
Zum Beispiel:
In einem Übertragungssystem des Stands der Technik werden 100 km SMF-Fasern durch 17 km DCF mit den folgenden Merkmalen kompensiert:

– C_SMF = 16,3 ps/nm/km; C'_SMF = 0,0617 ps/nm²/km
– C_DCF/C'_DCF = 260; C_DCF = –100 ps/nm/km.

In einem erfindungsgemäßen System, in dem die Faser Nr. C der Tabellen 1 und 2 die SMF-Faser ersetzt mit:
C = 7,9 ps/nm/km; C' = 0,03 ps/nm²/km; C/C' = 260 nm,
genügen 7,9 km DCF-Faser, um die gleiche Kompensation auf der Ebene der Dispersion und der Neigung zu erhalten; anders gesagt, ist die Länge der DCF-Faser aufgrund der Verwendung einer erfindungsgemäßen Transmissionsglasfaser 2,15 mal geringer.
Abgesehen von den soeben beschriebenen Eigenschaften hat die erfindungsgemäße Faser eine Dämpfung bei 1550 nm von weniger als oder gleich 0,24 dB/km und eine modale Polarisationsdispersion von weniger als oder gleich 0,1 ps/√km.
Natürlich können andere Profiltypen in Betracht gezogen werden, die den obigen Eigenschaften entsprechen, und insbesondere Profile vom Typ Trapez-Ring.

Claims

Monomode-Lichtleitfaser in einem Kabel für ein Lichtleitfaser-Übertragungsnetzwerk mit Wellenlängenmultiplex, die einen Nutzungsbereich von 1300 nm bis 1625 nm und für eine Wellenlänge von 1550 nm aufweist: – ein Verhältnis zwischen der Dispersion und der Dispersionsneigung zwischen 250 nm und 370 nm einschließlich, – einen wirksamen Oberflächenbereich mindestens gleich 50 μm², – ein Verhältnis zwischen dem Quadrat des wirksamen Oberflächenbereichs und der chromatischen Dispersionsneigung größer als 80000 μm⁴.nm².km/ps, wobei die Faser dadurch gekennzeichnet ist, dass sie außerdem die folgenden Merkmale aufweist, eine Nulldispersion-Wellenlänge von weniger als oder gleich 1370 nm, eine Dispersion C zwischen 7 und 11 ps/nm.km einschließlich, und dass das Indexprofil einen optischen Kern aufweist, der von einer optischen Hülle umgeben ist, die einen konstanten Brechungsindex hat, wobei der optische Kern ein Indexprofil aufweist, das aus einem gestuften zentralen Anschnitt besteht, der von einer Zwischenzone mit einem geringeren Brechungsindex als derjenige des zentralen Abschnitts und als derjenige der Hülle umgeben ist, und selbst von einer ringförmigen Zone umgeben ist, die einen geringeren Brechungsindex als derjenige des zentralen Abschnitts und höher als derjenige der Zwischenzone und als derjenige der Hülle aufweist.
Lichtleitfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Grenzwellenlänge geringer als oder gleich 1,8 μm ist.
Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei 1550 nm Krümmungsverluste von weniger als oder gleich 10^–2 dB für 100 Umdrehungen einer Faser aufweist, die auf eine Spule mit einem Radius von 30 mm gewickelt ist.
Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei 1625 nm Krümmungsverluste von weniger als oder gleich 0,5 dB/m für 100 Umdrehungen einer Faser aufweist, die auf eine Spule mit einem Radius von 30 mm gewickelt ist.
Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei 1550 nm Krümmungsverluste von weniger als oder gleich 100 dB/m aufweist, wenn sie um einen Radius von 10 mm gewickelt ist.
Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei 1625 nm Krümmungsverluste von weniger als oder gleich 400 dB/m aufweist, wenn sie um einen Radius von 10 mm gewickelt ist.
Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die chromatische Dispersionsneigung bei 1550 nm zwischen 0,01 und 0,04 ps/nm².km einschließlich liegt.
Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Oberflächenbereich bei 1550 nm zwischen 50 μm² und 70 μm² einschließlich liegt.
Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Profil vom Typ Stufe-Ring aufweist.
Lichtleitfaser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz Δn₁ zwischen dem Index der Stufe der Faser und dem Index der Hülle zwischen 5,9 × 10^–3 und 8,2 × 10^–3 einschließlich liegt.
Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz Δn₃ zwischen dem Index des Rings und dem Index der Hülle zwischen 0,9 × 10^–3 und 7,6 × 10^–3 einschließlich liegt.
Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz Δn₂ zwischen dem Index des Zwischensegments zwischen der Stufe und dem Ring und dem Index der Hülle zwischen –6,8 × 10^–3 und –1,7 × 10^–3 einschließlich liegt.
Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius r₁ der Stufe zwischen 3 μm und 4,5 μm einschließlich liegt.
Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenradius des Rings r₂ zwischen 5,3 μm und 8,1 μm einschließlich liegt.
Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenradius des Rings r₃ zwischen 7,3 μm und 11,1 μm liegt.
Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dämpfung bei 1550 nm von weniger als oder gleich 0,24 dB/km aufweist.
Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine modale Polarisationsdispersion von weniger als oder gleich 0,1 ps/km aufweist.
Lichtleitfaser-Übertragungsnetzwerk mit Wellenlängenmultiplex, das eine Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Leitungsfaser aufweist.
Lichtleitfaser-Übertragungsnetzwerk nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem Fasern mit Dispersionskompensation mit einer derartigen Dispersion C_DCF und einer derartigen Dispersionsneigung C'_DCF aufweist, dass das Verhältnis [C/C_DCF : C'/C'_DCF) zwischen 0,8 und 1,2 einschließlich liegt.
Lichtleitfaser-Übertragungsnetzwerk nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis nahe 1 ist.