DE60302843T2

DE60302843T2 - Dispersionskompensierende optische Faser

Info

Publication number: DE60302843T2
Application number: DE60302843T
Authority: DE
Inventors: Lars Gruner-Nielsen; Stig Nissen Knudsen; Morten Ostergaard Pedersen
Original assignee: Fitel USA Corp
Current assignee: Furukawa Electric North America Inc
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: DE60302843D1; EP1396743B1; EP1396743A2; JP4005960B2; US20040042748A1; US6707976B1; EP1396743A3; JP2004133431A

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Faser mit inverser Dispersion. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine optische Faser mit inverser Dispersion, die einen reduzierten optischen Verlust relativ zu einer herkömmlichen Faser mit inverser Dispersion aufweist, und die geeignet zum Ausgleichen einer Dispersion einer Faser mit positiver Dispersion mit großer Wirkfläche ist.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Optische Fasern sind dünne Stränge aus Glas oder Kunststoff, die optische Signale, die relativ große Informationsmengen enthalten, über lange Entfernungen und mit einer relativ niedrigen Dämpfung übertragen können. Üblicherweise werden optische Fasern durch ein Erwärmen und Ziehen eines Abschnitts einer optischen Vorform, die eine Brechungskernregion aufweist, die durch eine Schutzumhüllungsregion umgeben ist, die aus Glas oder einem anderen geeigneten Material hergestellt ist, hergestellt. Optische Fasern, die aus der Vorform gezogen werden, werden üblicherweise ferner durch eine oder mehrere Schichten, die auf die Umhüllungsregion aufgebracht sind, geschützt.
Fortschritte bei der Übertragung über optische Fasern haben es ermöglicht, dass optische Fasern enorme Bandbreitenfähigkeiten aufweisen können. Eine derartige Bandbreite ermöglicht es, dass Tausende von Telefongesprächen und Hunderte von Fernsehkanälen gleichzeitig über eine Faser in Haaresbreite übertragen werden können. Die Übertragungska pazität bzw. -fähigkeit über eine optische Faser ist in Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Systemen erhöht, in denen mehrere Kanäle auf eine einzelne Faser gemultiplext sind, wobei jeder Kanal bei einer unterschiedlichen Wellenlänge arbeitet. In WDM-Systemen jedoch treten nichtlineare Wechselwirkungen zwischen Kanälen auf, wie z. B. ein Vier-Photonenmischen, was die Systemkapazität stark reduziert. Dieses Problem ist durch das U.S.-Patent Nr. 5,327,516 (das '516-Patent), dessen Eigentümerin die Anmelderin der vorliegenden Erfindung ist, größtenteils gelöst worden. Das 516-Patent offenbart eine optische Faser, die diese nichtlinearen Wechselwirkungen reduziert, indem eine kleine Menge einer chromatischer Dispersion bei den Betriebswellenlängen eingeführt wird. Mit steigender Anzahl von WDM-Kanälen, die über eine einzelne Faser übertragen werden sollen, nimmt auch die optische Leistung, die durch die optische Faser getragen wird, zu. Mit zunehmender optischer Leistung nehmen auch die nichtlinearen Effekte, die durch eine Wechselwirkung zwischen den Kanälen bewirkt werden, zu. Folglich ist es wünschenswert, wenn eine optische Faser eine kleine Menge einer chromatischer Dispersion für jeden der WDM-Kanäle bereitstellt, um die nichtlinearen Wechselwirkungen zwischen den Kanälen zu reduzieren, insbesondere angesichts ständig steigender Bandbreitenanforderungen. Um jedoch in der Lage zu sein, das Signal nach der Übertragungsverbindung wieder herzustellen, ist es wichtig, dass die eingeführte Dispersion so wenig wie möglich unter den unterschiedlichen WDM-Kanälen variiert.
Wichtige Fortschritte wurden bei der Qualität des Materials, das bei der Herstellung optischer Fasern eingesetzt wird, erzielt. 1970 lag ein akzeptabler Verlust für eine Glasfaser in dem Bereich von 20 dB/km, wohingegen heutige Verluste allgemein etwa 0,25 dB/km betragen. Der theoretische minimale Verlust für eine Glasfaser beträgt etwa 0,16 dB/km und tritt bei einer Wellenlänge von etwa 1550 Nanometern (nm) auf. Die Dispersion in einer Glasfaser bewirkt eine Pulsverteilung für Pulse, die einen Bereich von Wel lenlängen umfassen, aufgrund der Tatsache, dass die Geschwindigkeit von Licht in einer Glasfaser eine Funktion der Übertragungswellenlänge des Lichts ist. Eine Pulsverbreiterung ist eine Funktion der Faserdispersion, der Faserlänge und der Spektralbreite der Lichtquelle. Die Dispersion für einzelne Fasern wird allgemein unter Verwendung eines Graphen (nicht gezeigt), der eine Dispersion auf der vertikalen Achse (in Pikosekundeneinheiten (ps) pro Nanometer (nm) oder ps/nm) oder ps/nm-km (Kilometer) und eine Wellenlänge auf der Horizontalachse aufweist, dargestellt. Es kann sowohl eine positive als auch eine negative Dispersion geben, so dass die vertikale Achse z. B. von –250 bis +25 ps/nm km variieren könnte. Die Wellenlänge auf der Horizontalachse, bei der die Dispersion gleich Null ist, entspricht der höchsten Bandbreite für die Faser. Diese Wellenlänge fällt jedoch üblicherweise nicht mit der Wellenlänge zusammen, mit der die Faser Licht mit minimaler Dämpfung überträgt.
Typische Einmodenfasern z. B. übertragen allgemein am besten (d. h. mit minimaler Dämpfung) bei 1550 nm, während eine Dispersion für die gleiche Faser bei 1310 nm etwa Null wäre. Außerdem tritt der zuvor genannte theoretische minimale Verlust für eine Glasfaser bei der Übertragungswellenlänge von etwa 1550 nm auf. Da einer minimalen Dämpfung gegenüber einer Null-Dispersion Priorität erteilt wird, beträgt die Wellenlänge, die normalerweise zur Übertragung über derartige Fasern verwendet wird, üblicherweise 1550 nm. Außerdem arbeiten mit Erbium dotierte Verstärker, die gegenwärtig die am häufigsten verwendeten optischen Verstärker für ein Verstärken optischer Signale, die auf einer Faser getragen werden, sind, in dem Bereich von 1530–1565 nm. Da eine Dispersion für eine derartige Faser normalerweise bei einer Wellenlänge von 1310 nm und nicht der optimalen Übertragungswellenlänge von 1550 nm am nächsten an Null ist, werden ständig Versuche unternommen, eine Dispersionskompensation über den Übertragungspfad zu verbessern, um die beste Gesamtsystemleistung bereitzustellen (d. h. niedriger optischer Verlust und niedrige Dispersion).
Um eine Dispersionskompensation bei der Übertragungswellenlänge von 1550 nm zu verbessern, ist es bekannt, die Übertragungsfaser, die normalerweise eine Faser mit positiver Dispersion (PDF) ist, mit einer Faser mit inverser Dispersion (IDF) zu koppeln. Die Übertragungsfaser mit positiver Dispersion weist üblicherweise eine Einmodenfaser auf, die entworfen ist, um eine Dispersion einzuführen, um die nichtlinearen Wechselwirkungen zwischen Kanälen zu reduzieren. Die Faser mit inverser Dispersion weist eine negative Dispersion und eine Negativdispersionsneigung auf, die mit den Dispersionscharakteristika der Übertragungsfaser mit positiver Dispersion zusammenpassen (jedoch entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen), um eine Dispersion in einem breiten Wellenlängenbereich zu kompensieren und die Restdispersion zu minimieren (d. h. eine Dispersion auf anderen Wellenlängenkanälen als dem Mittelwellenlängenkanal, der kompensiert wird).
Eine Übertragungs-PDF ist mit einem Abschnitt einer IDF durch Spleißung gekoppelt. Die Kombination der PDF und der IDF weist sowohl einen intrinsischen Faserverlust als auch einen Spleißungsverlust auf. Natürlich sollte der optische Gesamtverlust für eine Übertragungsverbindung auf einem Minimum gehalten werden. Dies gilt insbesondere für lange Übertragungsverbindungen, da mehr Verstärker benötigt werden, um eine Übertragungsqualitätsdegeneration zu verhindern, wenn die Übertragungsverbindung größere Verluste aufweist. Bei Trans-Ozean-Kommunikationssystemen z. B. ist es von Vorteil, eine Kombination einer PDF mit großer Wirkfläche und einer IDF zu verwenden, die zusammenpassende Dispersions- und Dispersionsneigungscharakteristika aufweist, die ein entgegengesetztes Vorzeichen wie diejenigen der PDF aufweisen. Diese Kombination führt zu der minimalen Ansammlung einer Restdispersion über den Übertragungswellenlängenbereich. Eine herkömmliche IDF weist einen mittleren Verlust von z. B. etwa 0,246 dB/km bei 1550 nm auf. Eine Art und Weise zum Senken des Gesamtverlustes der Übertragungsverbindung bestünde darin, eine IDF zu verwenden, die einen niedrigeren Faserverlust aufweist als die herkömmliche IDF, die gegenwärtig eingesetzt wird.
Viele Merkmale einer Faser, wie z. B. einer IDF, können aus dem Brechungsindexprofil der Faser ermittelt werden. Das Brechungsindexprofil zeigt, wie der Index einer Brechung der Faser als eine Funktion einer Entfernung von deren Mittelachse variiert. Parameter, die zum Beschreiben des Brechungsindexprofils eingesetzt werden, sind allgemein auf den Index einer Brechung der äußersten Schicht Glas bezogen. Idealisierte Modelle eines Brechungsindexprofils weisen üblicherweise axialsymmetrische Ringe oder Regionen mit unterschiedlichem Brechungsindex auf. Ein Verändern der Anzahl, Größe und/oder Form einer dieser Regionen beeinflusst jedoch allgemein mehr als eine Charakteristik der Faser (z. B. wird eine Dispersionsneigung reduziert, ein Biegeverlust erhöht sich jedoch oder eine Wirkfläche nimmt ab). So besteht eine wesentliche Entwurfsbemühung darin, ein Brechungsindexprofil zu erzeugen, das einen Großteil, wenn nicht alle erwünschten Merkmale für die Faser bereitstellt, und dennoch ohne Weiteres herstellbar ist.
Es wäre wünschenswert, über eine IDF mit einem Brechungsindexprofil zu verfügen, das der IDF einen geringeren Faserverlust verleiht als den Faserverlust der herkömmlichen IDF, die gegenwärtig eingesetzt wird, und das eine minimale Ansammlung einer Restdispersion über eine Übertragungsverbindung, die eine Kombination einer PDF und einer IDF aufweist, liefert. Zusätzlich sollte der Verlust beim Spleißen dieser IDF an eine PDF so gering wie möglich gehalten werden. Es wäre ebenso wünschenswert, eine derartige IDF bereitzustellen, die geeignet zum Kompensieren einer Dispersion einer PDF mit großer Wirkfläche, wie z. B. einer PDF mit supergroßer Wirkfläche, ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die EP 1 195 627 beschreibt eine optische Faser mit inverser Dispersion mit niedrigem Verlust mit einer Dispersion zwischen –18 ps/nm km und –8 ps/nm km.
Die Erfindung ist in einem optischen Kommunikationssystem ausgeführt, das eine oder mehrere optische Sendevorrichtungen, eine oder mehrere optische Empfangsvorrichtungen und zumindest ein Optikfaserkabel, das zwischen dieselben gekoppelt ist, umfasst, das zumindest eine optische Faser mit positiver Dispersion und eine entsprechende optische Faser mit inverser Dispersion umfasst. Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung weist die Faser mit inverser Dispersion eine negative Dispersion und eine Negativdispersionsneigung um die Wellenlänge 1550 nm auf. Die Faser mit inverser Dispersion umfasst eine dotierte Kernregion mit einem Brechungsindex n₁, eine Umhüllungsregion mit einem Brechungsindex n₂ und eine Grabenregion, eine erst Barriereregion und eine zweite Barriereregion mit Brechungsindizes n₃, n₄ bzw. n₅, die zwischen der dotierten Kernregion und der Umhüllungsregion gebildet sind.
Die Faser mit inverser Dispersion gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise eine chromatische Dispersion von etwa –44 Pikosekunden/(Nanometer-Kilometer) und eine relativ große effektive Modenfeldfläche, A_eff, auf, die z. B. größer ist als etwa 30,0 μm², beides bei einer Wellenlänge von 1550 nm. die verschiedenen Regionen der Faser mit inverser Dispersion sind auf eine derartige Art und Weise hergestellt, dass die Brechungsindexwertbereiche vorzugsweise z. B. 0,709% < (n₁ – n₂)/n₂ < 1%, –0,358% < (n₃ – n₂)/n₂ < –0,293%, 0,194% < (n₄ – n₂)/n₂ < 0,237% und –0,045% < (n₅ – n₂)/n₂ < –0,037% betragen. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Herstellung der optischen Faser eine Herstellung einer Kernregion, die einen Durchmesser von etwa 4,83 μm aufweist, einer Grabenregion, die einen Durchmesser von etwa 11,01 μm aufweist, einer ersten Barriereregion, die einen Durchmesser von etwa 18,44 μm aufweist, und einer zweiten Barriereregion, die einen Durchmesser von etwa 21,97 μm aufweist.
Der Brechungsindex des Kerns ist vorzugsweise abgestuft, um einem Potenzgesetz, mit einer Exponente γ, zu folgen, wobei 1 < γ < 7 gilt. Die Kernregion ist z. B. mit Germanium oder einem anderen geeigneten Material dotiert. Die Grabenregion, die erste Barriereregion, die zweite Barriere und die Umhüllungsregion sind z. B. mit Germanium und/oder Fluor und/oder einem oder mehreren anderen geeigneten Materialien dotiert. Die optische Faser mit inverser Dispersion gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung liefert eine verbesserte Kompensation optischer Fasern mit positiver Dispersion, einschließlich existierender optischer Fasern mit positiver Dispersion.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine Querschnittsendansicht einer optischen Faser mit inverser Dispersion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
1B ist ein graphisches Diagramm eines Brechungsindexabstufungskernprofils der optischen Faser mit inverser Dispersion aus 1.
2A ist gleich 1A und wird wiederholt, um die Beziehung zwischen den Brechungsindizes der unterschiedlichen Schichten der Fasern als eine Funktion des Radius der verschiedenen Regionen zu zeigen; 2B ist ein Brechungsindexdifferenz-Profil, das die Differenzen zwischen den Brechungsindizes der Schichten der in 2A ge zeigten Faser als eine Funktion des Radius der verschiedenen Regionen darstellt.
3 ist ein graphisches Diagramm, das die Restdispersion einer Spanne einer Optikfaserverbindung darstellt, die einen Abschnitt einer Faser mit supergroßer Wirkfläche (SLA-Faser) und einen Abschnitt der optischen Faser mit inverser Dispersion der folgenden Erfindung umfasst.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Die hierin beschriebene IDF ist als bestimmte Eigenschaften und ein bestimmtes Brechungsindexprofil aufweisend beschrieben. Es wird jedoch angemerkt, dass die hierin beschriebene IDF ein Beispiel der IDF der vorliegenden Erfindung ist. Fachleute auf diesem Gebiet werden angesichts der hierin bereitgestellten Erläuterung erkennen, dass die IDF der vorliegenden Erfindung auf keine bestimmte IDF eingeschränkt ist. IDFs mit Eigenschaften und Brechungsindexprofilen, die sich von denjenigen der hierin beschriebenen IDF unterscheiden, befinden sich ebenso innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung.
Die IDF der vorliegenden Erfindung ist geeignet zum Kompensieren einer Dispersion in vielen Typen optischer Fasern, wie z. B. einer Faser mit reinem Silikakern und positiver Dispersion von Sumitomo Electric Industries, Ltd., wie in „Ultra Low Nonlinearity Low Loss Pure Silica Core Fiber", Electronics Letters Online No: 19991094, 3. August 1999 beschrieben ist, einer Vascade 100-Faser von Corning, einer Faser mit großer Wirkfläche von Fujitsu und einer Ultra Wave^® SLA-Faser von der Fitel USA Corporation.
Wie oben erläutert wurde, resultiert die Gesamtdispersion einer optischen Faser allgemein aus der Kombination einer Materialdispersion, die von dem einen oder den mehreren tatsächlichen Materialien abhängt, die bei der Herstellung der optischen Faser verwendet werden, und einer Wellenlängendispersion, die eine Funktion des Brechungsindexprofils der Faser ist. 1A zeigt eine Querschnittsansicht einer IDF 10 und 1B zeigt ihr entsprechendes Brechungsindexprofil gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die IDF 10 umfasst eine Mehrzahl von Schichten 11, 12, 13, 14 und 15, die jeweils einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen. Die Region 11 entspricht dem Mittelkern der optischen Faser 10 und weist einen nominellen Brechungsindex n₁ auf. Die Mittelkernregion 11 ist durch einen ersten ringförmigen Ring oder eine Region 12 (Grabenregion), der/die einen nominellen Brechungsindex n₃ aufweist, umgeben. Die Grabenregion 12 ist durch eine zweite ringförmige Region 13 (erste Barriereregion) umgeben, die einen nominellen Brechungsindex n₄ aufweist. Die zweite Region 13 ist durch eine dritte ringförmige Region 14 (zweite Barriereregion) umgeben, die einen nominellen Brechungsindex n₅ aufweist. Eine Außenumhüllung 15 mit einem nominellen Brechungsindex n₂ umgibt die Region 14.
Es wird darauf verwiesen, dass die optische Faser 10 nicht maßstabsgetreu gezeichnet ist (der äußere Durchmesser der Umhüllungsschicht 15 beträgt vorzugsweise etwa 125 μm, während der Durchmesser der Kernregion 11 vorzugsweise kleiner als etwa 6 μm ist). Außerdem wird, wie unten detaillierte erläutert ist, aufgrund der relativen Brechungsindexwerte der verschiedenen Regionen und aufgrund ihrer Funktionen die erste Region 12 im Folgenden als eine Grabenregion bezeichnet, die zweite Region 13 wird im Folgenden als eine erste Barriereregion bezeichnet und die dritte Region 14 wird im Folgenden als eine zweite Barriereregion bezeichnet. Die Region 15 wird im Folgenden als die Außenumhüllung bezeichnet.
Obwohl die Ringe in 1A nahe legen, dass die Veränderungen zwischen den Brechungsindizes der Regionen 11–15 abrupt sind, ist dies nicht der Fall. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Faser 10 eine Faser mit abgestuftem Index und die Brechungsindexveränderungen zwischen benachbarten Schichten sind allmählich. Abrupte Veränderungen sind jedoch in 1A gezeigt, um eine leichte Unterscheidung zwischen den Regionen zu ermöglichen.
1B ist eine graphische Darstellung des Brechungsindexprofils 20 der in 1A gezeigten Faser 10. Die Y-Achse entspricht einem Brechungsindex × 100 und die X-Achse entspricht Positionen entlang eines Radius von der Mitte des Kerns 11 der Faser 10 zu der äußeren Kante der Umhüllung 15 der Faser 10. Die Brechungsindexwerte aus 1B sind tatsächlich relative Brechungsindexwerte, d. h. sie sind relativ zu dem Brechungsindex der Außenumhüllung 15. Deshalb sollten die in 1B gegebenen Indexwerte als die Differenz zwischen dem Indexwert für die bestimmte Region und dem der Außenumhüllung 15, geteilt durch den der Außenumhüllung betrachtete werden (d. h. (n_Region – n_Umhüllung)/n_Umhüllung)). Deshalb sollte, wenn die Brechungsindizes der verschiedenen Regionen der Faser 10 hierin erläutert werden, erkennbar sein, dass diese tatsächlich relative Brechungsidizies sind.
Die Kernregion 11 weist einen Brechungsindex n₁ auf. Die Grabenregion 12 weist einen Brechungsindex n₃ auf, der kleiner ist als n₁. Die erste Barriereregion 13 weist einen Brechungsindex n₄ auf, der größer ist als n₃. Die zweite Barriereregion 14 weist einen Brechungsindex n₅ auf, der kleiner ist als n₄ (dem der ersten Barriereregion), jedoch größer ist als n₃ (dem der Grabenregion). Die Umhüllungsregion 15 weist einen Brechungsindex n₂ auf, der größer ist als n₃ (dem der Grabenregion) und n₅ (dem der zweiten Barriereregion), jedoch kleiner ist als n₄ (dem der ersten Barriereregion) und n₁ (dem des Kerns).
Die Kernregion 11 weist einen Radius b₁ auf. Die Grabenregion 12 weist einen äußeren Radius b₂ und einen inneren Radius b₁ auf. Die erste Barriereregion 13 weist einen äußeren Radius b₃ und einen inneren Radius b₂ auf. Die zweite Barriereregion 14 weist einen äußeren Radius b₄ und einen inneren Radius b₃ auf. Die Umhüllungsregion 15 weist einen äußeren Radius b₅ und einen inneren Radius b₄ auf.
Das Brechungsindexprofil 20 der Faser, das in 1B gezeigt ist, stellt eine Faser gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar, die einen mit Germanium dotierten Siliziumdioxid-(SiO₂-)Kern 11 (z. B. SiO₂ dotiert mit einer geeigneten Menge an GeO₂), eine mit Fluor (F) und/oder Germanium (Ge) dotierte Grabenregion 12, die die Kernregion 11 umgibt (z. B. SiO₂ dotiert mit einer geeigneten Menge an GeO₂ und F), eine mit Germanium und/oder Fluor und/oder Phosphor dotierte erste Barriereregion 13, die die Grabenregion 12 umgibt (z. B. SiO₂ dotiert mit einer geeigneten Menge an GeO₂, F und P), eine mit Germanium und/oder Fluor dotierte und/oder mit Phosphor dotierte zweiten Barriereregion 14, die die erste Barriereregion 13 umgibt (z. B. SiO₂ dotiert mit einer geeigneten Menge an GeO₂ und F und P) und eine äußere Umhüllung 15 aus reinem Siliziumdioxid, die die zweite Barriereregion 14 umgibt, aufweist.
In dem in 1B gezeigten Brechungsindexprofil 20 sind die nominellen Brechungsindizes n₁, n₃, n₄ und n₅ alle relativ zu dem Brechungsindex n₂ der Umhüllung 15, was der X-Achse in 1B entspricht. Der nominelle Brechungsindex n₁ der Kernregion 11 beträgt etwa 0,788%. Der nominelle Brechungsindex n₃ der Grabenregion 12 beträgt etwa –0,326%. Der nominelle Brechungsindex n₄ der ersten Barriereregion 13 beträgt etwa 0,215%. Der nominelle Brechungsindex n₅ der zweiten Barriereregion 14 beträgt etwa –0,041%. Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung liefert das Brechungsindexprofil eine optische Faser mit negativer Dispersion, inverser Dispersion oder Dispersionskompensation mit einer relativ großen Wirkübertragungsfläche (d. h. effektive Modenfeldfläche, A_eff) und Übertragungscharakteristika, die eine verbesserte Dispersions- und Dispersionsneigungsübereinstimmung mit Fasern mit positiver Dispersion und supergroßer Wirkfläche (SLA) liefern, wie z. B. den hierin zuvor erläuterten. Es soll angemerkt werden, dass die Faser der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Brechungsindexwerte eingeschränkt ist. Fachleute auf diesem Gebiet werden angesichts der hierin breitgestellten Erläuterung verstehen, dass diese Brechungsindizes der bevorzugten Faserkonfiguration entsprechen (und so den bevorzugten Brechungsindexwerte entsprechen), und dass andere Brechungsindexwerte innerhalb der in den Ansprüche spezifizierten Bereiche geeignet zur Bereitstellung einer Faser sind, die die Ziele der vorliegenden Erfindung erfüllt.
Der Abschnitt des Profils 20, der mit dem Brechungsindex n₁ bezeichnet ist, entspricht der Kernregion 11 der Faser 10. Der Abschnitt des Profils 20, der mit dem nominellen Brechungsindex n₃ bezeichnet ist, entspricht der Grabenregion 12 der Faser 10. Der Abschnitt des Profils 20, der mit dem nominellen Brechungsindex n₄ bezeichnet ist, entspricht der ersten Barriereregion 13 der Faser 10. Der Abschnitt des Profils 20, der mit dem nominellen Brechungsindex n₅ bezeichnet ist, entspricht der zweiten Barriereregion 14 der Faser 10. Der Abschnitt des Profils 20, der mit dem nominellen Brechungsindex n₂ bezeichnet ist, entspricht der Umhüllungsregion 15 der Faser 10. Es ist aus dem Profil 20 zu erkennen, dass der Kern 11 einen nominellen Brechungsindex (n₁) aufweist, der positiv ist, dass die Grabenregion 12 einen Brechungsindex (n₃) aufweist, der negativ ist, und dass die erste Barriereregion 13 einen nominellen Brechungsindex (n₄) aufweist, der positiv ist, jedoch kleiner als der Brechungsindex n₁ der Kernregion 11. Deshalb weist die erste Barriereregion 13 einen nominellen Brechungsindex n₄ auf, der größer ist als derjenige der Grabenregion n₃. Die zweite Barriereregion 14 weist einen nominellen Bre chungsindex n₅ auf, der kleiner ist als n₄ (dem der ersten Barriereregion), jedoch größer als n₃ (dem der Grabenregion). Die Umhüllungsregion 15 weist einen Brechungsindex n₂ auf, der größer ist als n₃ (dem der Grabenregion) und n₅ (dem der zweiten Barriereregion), jedoch kleiner ist als n₄ (dem der ersten Barriereregion) und n₁ (dem des Kerns).
Zusätzlich zu einer graphischen Darstellung des Brechungsindexprofils der optischen Faser 10 der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der tatsächlichen Werte des Brechungsindex, wie in 1B gezeigt ist, ist es nützlich, ein Brechungsindexdifferenzprofil als eine Funktion genormter Brechungsindexwertdifferenzen Δ₁, Δ₂, Δ₃ und Δ₄ zu zeigen, die folgendermaßen definiert sind: Δ₁ = (n₁ – n₂)/n₂ × 100%, Δ₂ = (n₃ – n₂)/n₂ × 100%, Δ₃ = (n₄ – n₂)/n₂ × 100 und Δ₄ = (n₅ – n₂)/n₂ × 100%. Dies ist Bezug nehmend auf die 2A und 2B zu erkennen. 2A ist identisch zu 1A und wird wiederholt, um zu zeigen, wie die Brechungsindexdifferenzen, die in 2B gezeigt sind, den Regionen 11–15 der optischen Faser 10 der vorliegenden Erfindung, in 2A gezeigt, entsprechen.
2B ist ein Brechungsindexdifferenzprofil 30. Die gestrichelten Linien zwischen 2A und 2B zeigen, wie die Brechungsindexdifferenzen Δ₁, Δ₂, Δ₃ und Δ₄ auf die Regionen 11–15 der Faser 10 bezogen sind. Unter Verwendung der obigen Differenzgleichungen mit den oben gegebenen Brechungsindexwerten werden die folgenden Deltawerte erhalten: Δ₁ ≈ 0,788%; Δ₂ ≈ –0,326%; Δ₃ ≈ 0,215% und Δ₄ ≈ –0,041%. Vorzugsweise sind die Bereiche für die Deltawerte wie folgt: 0,709% < Δ₁ < 1%; –0,358% < Δ₂ < –0,293%; 0,194% < Δ₃ < % 0,237 und –0,045% < Δ₄ < –0,037%. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt b₁ etwa 2,41 μm (d. h. der Kernregiondurchmesser beträgt etwa 4,83 μm), b₂ beträgt etwa 5,50 μm (d. h. der Grabenregiondurchmesser beträgt etwa 11,01 μm), b₃ beträgt etwa 9,22 μm (d. h. der Durchmesser der ersten Barriereregion beträgt etwa 18,44 μm) und b₄ beträgt etwa 10,98 μm (d. h. der Durchmesser der zweiten Barriereregion beträgt etwa 21,97 μm). So beträgt die Breite der Grabenregion etwa 3,09 μm (5,50 μm – 2,41 μm), die Breite der ersten Barriereregion beträgt etwa 3,72 μm (9,22 μm – 5,50 μm) und die Breite der zweiten Barriereregion beträgt etwa 1,76 μm (10,98 μm – 9,22 μm).
Die folgende Tabelle zeigt die Brechungsindizes für jede der Regionen 11–14, sowie die Durchmesser jeder der Regionen 11–14 der optischen Faser der vorliegenden Erfindung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Tabelle 1
Es sollte angemerkt werden, dass die in Tabelle 1 gegebenen Brechungsindexwerte die absoluten Werte im Gegensatz zu relativen Werten sind. Das Faserbrechungsindexprofil 20 aus 1B ist ein abgestuftes Indexprofil und folgt einem Exponentenprofil, das durch die folgende Gleichung gegeben ist. n(r) = n0·(1 – (r/r0)r) r < r0 Gleichung 1 wobei n(r) der Kernbrechungsindex als eine Funktion des Faserradius ist und γ, der Kernindexprofilexponent, (γ = 4 in Tabelle 1 für dieses Beispiel) ein Exponent ist, der die Kernform bestimmt. Der Term n₀ ist der maximale Kernbrechungsindex und der Term r₀ ist der maximale Kernradius. Der Effekt dessen, dass ein Kern gemäß dem durch Gl. 1 definierten Brechungsindexprofil hergestellt wird, besteht darin, den Term eines anormalen Faserverlustes, α_anormal, zu senken, der durch die folgende Gleichung gegeben ist:
Die Verwendung eines Kernexponenten γ von 4, wie dies der Fall bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, ermöglicht es, dass der Term des anormalen Verlustes α_anormal um mehr als einen Faktor 2 verglichen mit einer ähnlichen Faser gesenkt werden kann, die ein abgestuftes Kernbrechungsindexprofil mit einer Kernexponenten γ von 30 oder mehr aufweist. Wie oben angemerkt wurde, ist gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Bereich von γ etwa 1 < γ < 7.
Die folgende Tabelle listet die Mittelwerte für die optischen Parameter der optischen Faser der vorliegenden Erfindung, die das Brechungsindexprofil und andere Charakteristika, wie oben Bezug nehmend auf die 1A–2B erläutert wurde, aufweist.
Tabelle 2
Die in Tabelle 2 spezifizierte Relativdispersionsneigung (RDS) ist definiert als RDS = (^∂D/_∂λ)/D, wobei D die chromatische Dispersion der Faser ist und die Ableitung von D in Bezug auf λ die Chromatikdispersionsneigung der Faser ist.
3 ist ein Graph, der die erzielbare Restdispersion als eine Funktion der Wellenlänge für einen Bereich einer Optikfaserverbindung, die einen Abschnitt einer SLA-Faser und einen Abschnitt der IDF-Faser der vorliegenden Erfindung aufweist, darstellt. Es ist zu sehen, dass die Restdispersionsvariation in einem breiten Wellenlängenbereich um 1550 nm niedrig gehalten werden kann und die Kurve 30 bei der Zielübertragungswellenlänge von 1550 nm zu Null gemacht werden kann, falls dies erwünscht ist. Die Faser 10 der vorliegenden Erfindung weist verglichen mit anderen IDFs, wie unten in Tabelle 3 gezeigt ist, verbesserte Faserverlustcharakteristika auf. Die Faser 10 der vorliegenden Erfindung weist einen mittleren Verlust von 0,234 Dezibel pro Kilometer (dB/km) bei 1550 nm auf. Der „mittlere Verlust" ist der Verlustwert, bei dem 50% der Verlustmessungen unter den mittleren Verlustwert fallen und 50 der Verlustmessungen den Mittelwert übersteigen. Dies ist eine große Verbesserung gegenüber anderen herkömmlichen IDF-Fasern (nicht gezeigt), die in der Vergangenheit verwendet wurden, und die allgemein einen mittleren Verlust von zumindest etwa 0,246 Dezibel/Km (dB/km) bei 1550 nm aufweisen. Tabelle 3 zeigt den Verlust für einen vollen 45 km-Bereich einer kombinierten UltraWave^®-SLA-Faser und einer herkömmlichen IDF-Faser, für einen vollen 45 km-Bereich einer kombinierten UltraWave^®-SLA-Faser und der IDF-Faser der vorliegenden Erfindung und für einen vollen 45 km-Bereich kombinierter, herkömmlicher Nicht-Null-Dispersions-Untersee-Fasern, von denen eine eine große Wirkfläche aufweist und die anderen eine geringe Dispersionsneigung. Die Äquivalentwirkfläche ist definiert als die Wirkfläche einer Nicht-Null-Dispersionsverschobenen Faser mit einer Dämpfung von 0,21 dB/km, was zu der gleichen nicht linearen Phasenverschiebung aus einer Eigenphasenmodulation führt wie der Übertragungsbereich von Interesse. Als eine Anforderung bei den Berechnungen wird die abgegebene Eingangsleistung eingestellt, um eine konstante Ausgangsleistung zu halten.
Tabelle 3
Es ist in Tabelle 3 zu sehen, dass der Bereich, den die IDF der vorliegenden Erfindung verwendet, eine größere Äquivalentwirkfläche und einen geringeren Verlust aufweist als bei den anderen Bereichen. Es ist aus Tabelle 2 zu sehen, dass die chromatische Dispersion der Faser der vorliegenden Erfindung mit dem Indexprofil aus 1B –44,16 ps/nm km bei 1550 nm beträgt, was (numerisch) größer ist als bei typischen IDFs bei 1550 nm. Die Reduzierung bei dem Verlust und der Anstieg der absoluten Dispersion (–44,16) führen zu niedrigeren nicht linearen Nachteilen in dem Übertragungsbereich (der Optikfaserverbindung). Deshalb erlaubt es die Faser 10 der vorliegenden Erfindung, dass eine Optikfaserverbindung hergestellt werden kann, die eine sehr geringe Restdispersion über das Übertragungsband aufweist, während gleichzeitig eine große Äquivalentwirkfläche bereitgestellt wird (und so niedrige nicht lineare Nachteile und ein niedriger optischer Verlust in der Optikfaserverbindung). Diese Verbesserungen wiederum ermöglichen es, dass die Bereichslänge erhöht und die Anzahl von Verstärkern entlang der Optikfaserverbindung gesenkt werden kann, wodurch die Gesamtsystemkosten reduziert werden können.
Es ist für Fachleute auf diesem Gebiet zu erkennen, dass viele Veränderungen und Ersetzungen an den Ausführungsbeispielen der optischen Fasern, die hierin beschrieben sind, vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen. Derartige Veränderungen und Ersetzungen umfassen die Verwendung anderer Dotierungsmaterialien, um die gleichen allgemeinen Profilformen zu erzielen, und die Verwendung von Kunststoffmaterialien (nicht Glas) bei der Herstellung der optischen Faser, sind jedoch nicht darauf beschränkt.

Claims

Ein Optikfaserkommunikationssystem mit folgenden Merkmalen: zumindest einer Quelle optischer Energie; einem Optikfaserkabel, das zumindest eine optische Faser mit positiver Dispersion, die mit der zumindest einen Quelle gekoppelt ist, und zumindest eine optische Faser mit inverser Dispersion, die mit der optischen Faser mit positiver Dispersion gekoppelt ist, umfasst, wobei die optische Faser (10) mit inverser Dispersion folgende Merkmale aufweist: eine dotierte Kernregion (11) mit einem Brechungsindex n₁, eine Umhüllungsregion (15) mit einem Brechungsindex n₂, eine Grabenregion (12) zwischen der dotierten Kernregion (11) und der Umhüllungsregion (15) und benachbart zu der dotierten Kernregion (11), wobei die Grabenregion (12) einen Brechungsindex n₃ aufweist, eine erste Barriereregion (13) zwischen der dotierten Kernregion (11) und der Umhüllungsregion (15) und benachbart zu der Grabenregion (12), wobei die erste Barriereregion (13) einen Brechungsindex n₄ aufweist, und eine zweite Barriereregion (14) zwischen der dotierten Kernregion (11) und der Umhüllungsregion (15) und benachbart zu der ersten Barriereregion (13), wobei die zweite Barriereregion (14) einen Brechungsindex n₅ aufweist, wobei die dotierte Kernregion (11), die Umhüllungsregion (15), die Grabenregion (12), die erste Barriereregion (13) und die zweite Barriereregion (14) auf eine derartige Weise konfiguriert sind, dass etwa 0,709% < (n₁– n₂)/n₂ < 1%, etwa –0,358% < (n₃ – n₂)/n₂ < –0,293%, etwa 0,194% < (n₄ – n₂)/n₂ < 0,237%, und etwa –0,045% < (n₅ – n₂)/n₂ < –0,037% gilt, wobei Δ₁ = (n₁ – n₂)/n₂, Δ₂ = (n₃ – n₂)/n₂, Δ₃ = (n₄ – n₂)/n₂ und Δ₄ = (n₅ – n₂)/n₂, wobei der Radius der dotierten Kernregion (11) etwa 2,4 μm beträgt, die Breite der Grabenregion (12) etwa 3,1 μm beträgt, die Breite der ersten Barriereregion (13) etwa 3,7 μm beträgt und die Breite der zweiten Barriereregion (14) etwa 1,8 μm beträgt, wobei die optische Faser (10) mit inverser Dispersion bei einer Wellenlänge von 1550 Nanometern (nm) eine chromatische Dispersion zwischen etwa –48 Pikosekunden/(Nanometer-Kilometer) und –38 Pikosekunden/(Nanometer-Kilometer) aufweist, wobei die optische Faser (10) mit inverser Dispersion bei 1550 nm einen mittleren Verlust aufweist, der kleiner oder gleich etwa 0,235 Dezibel (dB) pro Kilometer (dB/km) ist; und zumindest einem Empfänger, der mit der optischen Faser (10) mit inverser Dispersion gekoppelt ist, zum Empfangen optischer Energie von der Quelle.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem die optische Faser (10) mit inverser Dispersion bei einer Wellenlänge von 1550 nm eine Relativdispersionsneigung (RDS), die etwa 0,0030 nm^–1 beträgt, aufweist.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem Δ₁ etwa 0,788 beträgt, Δ₂ etwa –0,326% beträgt, Δ₃ etwa 0,215% beträgt und Δ₄ etwa –0,041% beträgt.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem die optische Faser (10) mit inverser Dispersion bei einer Wellenlänge von 1550 nm eine effektive Modenfeldfläche, A_eff, von zumindest etwa 30 Mikrometern quadriert (μm²) aufweist.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem das Optikfaserkabel ferner eine Mehrzahl von Fasern (10) mit inverser Dispersion aufweist, die aneinander gespleißt sind, wobei der Spleißungsverlust zwischen gespleißten Fasern mit inverser Dispersion bei einer Wellenlänge von etwa 1550 nm kleiner oder gleich 0,15 dB ist.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem der Spleißungsverlust zwischen der Faser mit positiver Dispersion und der zumindest einen Faser (10) mit inverser Dispersion bei einer Wellenlänge von etwa 1550 nm kleiner oder gleich 0,40 dB ist.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem die optische Faser (10) mit inverser Dispersion bei einer Wellenlänge von 1550 nm einen Modenfelddurchmesser (MDF) von etwa 6,4 μm aufweist.