JP2017526960A

JP2017526960A - 低損失フューモードファイバ（ｆｍｆ）

Info

Publication number: JP2017526960A
Application number: JP2017506823A
Authority: JP
Inventors: 莫▲チー▼; 諭煌; 陳文; 杜城; 余志強; 王冬香; 蔡冰峰
Original assignee: 武漢郵電科学研究院; 烽火通信科技股▲分▼有限公司
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2017-09-14
Also published as: WO2016173232A1; CN104793285A; ES2748902T3; CA2954451C; US20170115450A1; US9739936B2; CA2954451A1; EP3141938A4; KR101957612B1; EP3141938A1; CN104793285B; KR20170047217A; EP3141938B1

Abstract

本発明は、一種の低損失フューモードファイバ（FMF）を開示し、光通信及び関連センサー部品技術分野に係り、前記フューモードファイバ（FMF）は、内部から外部まで相次いでコア層、フッ素ドープ石英製内部クラッド層、フッ素ドープ石英製第2コア層、フッ素ドープ石英製凹部クラッド層及びフッ素ドープ石英製外部クラッド層を含む；前記コア層にゲルマニウムドープ材がなく、当該コア層の屈折率が漸進的な分布を呈し、それに加えて、分布が冪指数分布である；コア層とフッ素ドープ石英製内部クラッド層との相対屈折率差の最大値が0.3%〜0.9%である；フッ素ドープ石英製内部クラッド層と合成石英層との相対屈折率差が-0.3%〜-0.5%である；フッ素ドープ石英製第2コア層とフッ素ドープ石英製内部クラッド層との相対屈折率差が0.05%〜0.2%である;フッ素ドープ石英製凹部クラッド層とフッ素ドープ石英製内部クラッド層との相対屈折率差が-0.1%〜-0.5%である；フッ素ドープ石英製外部クラッド層と合成石英層との相対屈折率差が-0.3%〜-0.5%である。本発明は、フューモードファイバ（FMF）でサポートされる直線偏光モード光信号の伝送損失及び中継コストを低減する。【選択図】図１

Description

本発明は、光通信及び関連センサー部品技術分野に係り、具体的に言うと、一種の低損失フューモードファイバ（FMF）に係る。

光ファイバネットワーク上のデータ通信は、継続に且つ指数関数的に成長している。このニーズを満たす為に、多重化技術は、複数の散在しているデータフローによる同じ光ファイバの共有を許容することによって、各光ファイバの通信量を著しく増加するように発展を遂げた。

光ファイバ業界において、現行の研究と開発は、主にDWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing、高密度波長分割多重)に焦点を当てる。これは、一種の多重化技術であり、その中で、複数のデータチャンネルがある運転帯域幅内にある相応な波長に分配される。データチャンネルは、シングルモード光ファイバの基本モード（LP01）において結合されて伝送に用いられている。その上、これらが各自の目的地に達する時に、それぞれ戻され、分離チャンネルに入る。

DWDMに基づく伝送システム内において、所与のアンプ帯域幅内にある総容量がスペクトル効率により制限される。スペクトル効率は、所与のデータ速度の下で、光ファイバーが非線形効果による極端な制限を受ける時に、通信目的とする単一波長が隔てられる緊密程度を説明する。日増しに複雑になっているアルゴリズムを利用することによって、スペクトル効率を向上できるが、帯域幅収益の逓減を齎し、それに加えて、適当な改善は、指数関数的に成長している帯域幅のニーズを満たすことができず、シングルモード光ファイバーの中のDWDMのスペクトル効率は、その理論的極限に近づく。各光ファイバー容量を増加する一種の将来性のある方法は、モード分割多重方式であり、その中で、ファイバー容量は、光ファイバーにより誘導される相応な複数の光信号モードで提供される。当該技術に基づき、各光ファイバの伝送容量を著しく増加する潜在能力を有し、画期的なDWDMシステムに基づく非線形制約を突破できる。

現在、世界上のフューモードファイバ（FMF）技術は、主に光ファイバー中の群遅延時間を最適化する（例えば、中国発明特許CN201280019895.2がスペース多重化に用いられる漸進的な屈折率フューモードファイバ（FMF）の設計を開示した）。ただし、前記技術案は、皆ゲルマニウムドープコア部に基いて光ファイバコア部の屈折率分布を調整し、ゲルマニウムドープ石英の散乱係数が高いので、高い光ファイバー損失が発生し易くなり、超長距離大容量光ファイバー通信の応用場面において、通常の状況の下でゲルマニウムドープ漸進的な屈折率フューモードファイバ（FMF）の1550nmにおける衰減係数は、皆0.19dB以上であり、それに加えて、その減衰係数は、環境温度条件によって異なるので、高すぎる損失により、通信システムにおいてビット誤りが増加し、且つ、中継コストが増加する；もう一方では、光ファイバーにおいて、伝送する必要のない直線偏光モードについて、短距離伝送（例えば、光ファイバージャンパーの応用）において、直線偏光モードの高速損失が必要である。さもなければ、信号識別は難しくなる。長距離伝送における低損失と短距離における不要な直線偏光モードの効果的な減衰をどのように同時に配慮することが難しくなる。

現有技術の不足に対して、本発明の狙いとしては、一種の低損失フューモードファイバ（FMF）を提供し、フューモードファイバ（FMF）でサポートされる直線偏光モード光信号の伝送損失を有効に低減し、通信システムのビット誤りを低減し、それに加えて、中継コストを低減することである；もう一方では、フューモードファイバ（FMF）でサポートされない直線偏光モード光信号の伝送損失を有効に増加し、これで不要な偏波モードの光信号を速く濾過するすることによって、光ファイバーモード伝送の安定性に有利であることである；これにより、フューモードファイバ（FMF）の群遅延時間差（DGD）を調整できることである。

前記目的を達成する為に、本発明の技術案は下記の通りにする。一種の低損失フューモードファイバ（FMF）であり、前記フューモードファイバ（FMF）は、内部から外部まで相次いでコア層、フッ素ドープ石英製内部クラッド層、フッ素ドープ石英製第2コア層、フッ素ドープ石英製凹部クラッド層及びフッ素ドープ石英製外部クラッド層を含む；前記コア層にゲルマニウムドープ材がなく、当該コア層の屈折率が漸進的な分布を呈し、それに加えて、分布が冪指数分布である；コア層とフッ素ドープ石英製内部クラッド層との相対屈折率差の最大値が0.3%〜0.9%である；フッ素ドープ石英製内部クラッド層と合成石英層との相対屈折率差が-0.3%〜-0.5%である；フッ素ドープ石英製第2コア層とフッ素ドープ石英製内部クラッド層との相対屈折率差が0.05% 〜0.2%である;フッ素ドープ石英製凹部クラッド層とフッ素ドープ石英製内部クラッド層との相対屈折率差が-0.1%〜-0.5%である；フッ素ドープ石英製外部クラッド層と合成石英層との相対屈折率差が-0.3%〜-0.5%である。

前記技術案の基礎の上に、前記コア層の半径が10μm〜17.4μmであり、フッ素ドープ石英製内部クラッド層の半径が10.5μm〜21.4μmであり、フッ素ドープ石英製第2コア層の半径が11μm〜22.4μmであり、フッ素ドープ石英製凹部クラッド層の半径が20.5μm〜40.0μmであり、フッ素ドープ石英製外部クラッド層の半径が40.0μm〜100.0μmである。

前記技術案の基礎の上に、前記コア層の半径が15.2μmであり、それに加えて、分布の冪指数が1.98である；コア層とフッ素ドープ石英製内部クラッド層との相対屈折率差の最大値が0.40%である；フッ素ドープ石英製内部クラッド層の半径が19.2μmであり、それに加えて、フッ素ドープ石英製内部クラッド層と合成石英層との相対屈折率差が-0.30%である；フッ素ドープ石英製第2コア層とフッ素ドープ石英製内部クラッド層との相対屈折率差が0.05%である。

前記技術案の基礎の上に、前記コア層の分布冪指数が1.9〜2.05である。

前記技術案の基礎の上に、前記コア層の分布冪指数が1.92〜1.94である。

前記技術案の基礎の上に、前記フューモードファイバ（FMF）がLP01、LP02、LP11、LP21という四種の直線偏光モード光信号をサポートし、光ファイバーの動作波長範囲が1550nm±25nmである。

前記技術案の基礎の上に、前記フューモードファイバ（FMF）でサポートされる直線偏光モード光信号の1550nm波長における伝送損失が0.180dB/kmを下回ること。

前記技術案の基礎の上に、前記フューモードファイバ（FMF）がLP01、LP02、LP11、LP21以外の直線偏光モード光信号をサポートせず、それに加えて、その他の直線偏光モードにおける光信号の遮断波長が1500nmを下回る。

前記技術案の基礎の上に、LP01、LP02、LP11、LP21以外の直線偏光モードにおける前記光信号の1メートル当たりの損失が20dBを上回る。

前記技術案の基礎の上に、前記フューモードファイバ（FMF）の群遅延時間差（DGD）が18ps/kmを下回り、光ファイバーの波長分散が25ps/（nm*km）を下回る。

本発明の有益効果は、下記の通りである。

1、本発明のフューモードファイバ（FMF）は、コア層にゲルマニウムをドープしないと同時に、フッ素のグラジエント・ドープを採用することによって、フューモードファイバ（FMF）でサポートされる直線偏光モード光信号の伝送損失を有効に低減し、通信システムのビット誤りを低減し、それに加えて、中継コストを低減すること；
2、本発明のフューモードファイバ（FMF）は、フッ素ドープ石英製内部クラッド層の箇所にフッ素ドープ石英製第2コア層を増加することによって、フューモードファイバ（FMF）でサポートされない直線偏光モード光信号の伝送損失を有効に増加し、これで、不要な偏波モードの光信号を速く濾過することができるので、光ファイバーモード伝送の安定性に有利である。

3、本発明のフューモードファイバ（FMF）は、コア層の屈折率分布を調整すると同時に、フッ素ドープ石英製内部クラッド層の箇所にフッ素ドープ石英製第2コア層を増加することによって、フューモードファイバ（FMF）の群遅延時間差（DGD）を調整できる。

本発明実施形態の低損失フューモードファイバ（FMF）の縦断面の見取り図である。本発明実施形態の低損失フューモードファイバ（FMF）の屈折率の断面見取り図である。

本発明の理解の便宜を図る為に、まず、本発明に関わる専門用語を下記のように定義する。

コア層：光ファイバー横断面の中心にある部分を指し、光ファイバーの主な導光区域である。

フッ素ドープ石英製クラッド層：光ファイバーの横断面におけるコア層に隣接する環形区域を指す。

内部クラッド層：光ファイバーのコア層に隣接するクラッド層区域を指す。

相対屈折率差:

n_iとn₀は、それぞれ各対応部分と隣の外側クラッドの1550nm波長における屈折率である。

冪指数法則屈折率分布断面:下記冪指数関数を満たす屈折率分布形態を指す。その中で、n₁が光ファイバー軸心の屈折率である；rが光ファイバー軸心からの距離である；aが光ファイバーのコア半径である；αが分布の冪指数である；Δがコア/クラッドの相対屈折率差である。

次に、添付図及び具体的な実施形態と結びづいて、本発明をさらに詳細に説明する。

図1で示すように、本発明の実施形態は、一種の低損失フューモードファイバ（FMF）を提供し、前記フューモードファイバ（FMF）が、内部から外部まで相次いでコア層1、フッ素ドープ石英製内部クラッド層2、フッ素ドープ石英製第2コア層3、フッ素ドープ石英製凹部クラッド層4及びフッ素ドープ石英製外部クラッド層5を含む。前記フューモードファイバ（FMF）の群遅延時間差（DGD，Differential Group Delay）が18ps/kmを下回り、光ファイバーの波長分散が25ps/（nm*km）を下回る。前記フューモードファイバ（FMF）がLP01、LP02、LP11、LP21という四種の直線偏光モード（《光ファイバー光学》_劉徳明第29ページ-32ページ）の光信号をサポートし、光ファイバーの動作波長範囲が1550nm±25nmであり、それに加えて、前記フューモードファイバ（FMF）でサポートされる直線偏光モード光信号の1550nm波長における伝送損失が0.180dB/kmを下回るので、フューモードファイバ（FMF）でサポートされる直線偏光モード光信号の伝送損失を有効に低減し、通信システムのビット誤りを低減し、且つ、中継コストを低減する。更に、前記フューモードファイバ（FMF）がLP01、LP02、LP11、LP21以外の直線偏光モード光信号をサポートせず、それに加えて、その他の直線偏光モードにおける光信号の遮断波長が1500nmを下回り、その上、LP01、LP02、LP11、LP21以外の直線偏光モードにおける前記光信号の1メートル当たりの損失が20dBを上回るので、フューモードファイバ（FMF）でサポートされない直線偏光モード光信号の伝送損失を有効に増加し、これで、不要な偏波モードの光信号を速く濾過することができるので、光ファイバーモード伝送の安定性に有利である。

図2で示すように、前記コア層1にゲルマニウムドープ材がなく、当該コア1の屈折層が漸進的分布を呈し、それに加えて、分布が冪指数分布であり、前記コア層1の分布冪指数αが1.9〜2.05であり、さらに、前記コア層1の分布冪指数αが1.92〜1.94である。コア層1とフッ素ドープ石英製内部クラッド層2との相対屈折率差の最大値Δ1%_maxが0.3%〜0.9%であり、それに加えて、コア層1の半径R1が10μm〜17.4μmである。好ましくは、前記コア層1の半径R1が15.2μmであり、それに加えて、分布の冪指数αが1.98である；コア層1とフッ素ドープ石英製内部クラッド層2との相対屈折率差の最大値Δ1%_maxが0.40%である。

フッ素ドープ石英製内部クラッド層2と合成石英層との相対屈折率差Δa%が-0.3%〜-0.5%である；フッ素ドープ石英製内部クラッド層2の半径R2が10.5μm〜21.4μmである；好ましくは、フッ素ドープ石英製内部クラッド層2の半径R2が19.2μmであり、それに加えて、フッ素ドープ石英製内部クラッド層2と合成石英層との相対屈折率差Δa%が-0.30%である。

フッ素ドープ石英製第2コア層3とフッ素ドープ石英製内部クラッド層2との相対屈折率差Δc%が0.05% 〜0.2%である;フッ素ドープ石英製第2コア層3の半径R3が11μm〜22.4μmである。好ましくは、フッ素ドープ石英製第2コア層3とフッ素ドープ石英製内部クラッド層2との相対屈折率差Δc%が0.05% である。

フッ素ドープ石英製凹部クラッド層4とフッ素ドープ石英製内部クラッド層2との相対屈折率差Δ2%が-0.1%〜-0.5%である；フッ素ドープ石英製凹部クラッド層4の半径R4が20.5μm〜40.0μmである。

フッ素ドープ石英製外部クラッド層5と合成石英層との相対屈折率差Δb%が-0.3%〜-0.5%である。フッ素ドープ石英製外部クラッド層5の半径R5が40.0μm〜100.0μmである。

下記は、いくつかの典型的な実施形態及び測定データである。

前表のテストから見ると、本発明により提供される低損失フューモードファイバ（FMF）は、同じタイプの一般のフューモードファイバ（FMF）と比べて、その衰減係数が大幅に低減した（普通のフューモードファイバ（FMF）の損失が0.2dB/kmである）。これと同時に、この光ファイバーは、サポートされない直線偏光モードに対する損耗性能が良い。

本発明は、前記の実施方式に限らない。本技術分野における普通技術者にとって、本発明原理から外れない前提の下で、若干の改善と潤色を実施できる。これらの改善と潤色も、本発明の保護範囲に属すると見なす。本説明書に、詳細に説明されていない内容は、本技術分野における専門技術者の公知の現有技術に属する。

1−コア層；2−フッ素ドープ石英製内部クラッド層；3−フッ素ドープ石英製第2コア層；4−フッ素ドープ石英製凹部クラッド層；5−フッ素ドープ石英製外部クラッド層。

Claims

前記フューモードファイバ（FMF）が、内部から外部まで相次いでコア層（1）、フッ素ドープ石英製内部クラッド層（2）、フッ素ドープ石英製第2コア層（3）、フッ素ドープ石英製凹部クラッド層（4）及びフッ素ドープ石英製外部クラッド層（5）を含む；
前記コア層（1）にゲルマニウムドープ材がなく、当該コア（1）の屈折層が漸進的分布を呈し、それに加えて、分布が冪指数分布である；コア層（1）とフッ素ドープ石英製内部クラッド層（2）との相対屈折率差の最大値が0.3%〜0.9%である；
フッ素ドープ石英製内部クラッド層（2）と合成石英層との相対屈折率差が-0.3%〜-0.5%である；
フッ素ドープ石英製第2コア層（3）とフッ素ドープ石英製内部クラッド層（2）との相対屈折率差が0.05% 〜0.2%である;
フッ素ドープ石英製凹部クラッド層（4）とフッ素ドープ石英製内部クラッド層（2）との相対屈折率差が-0.1%〜-0.5%である；
フッ素ドープ石英製外部クラッド層（5）と合成石英層との相対屈折率差が-0.3%〜-0.5%であることを特徴とする一種の低損失フューモードファイバ（FMF）。
前記コア層（1）の半径が10μm〜17.4μmであり、
フッ素ドープ石英製内部クラッド層（2）の半径が10.5μm〜21.4μmであり、
フッ素ドープ石英製第2コア層（3）の半径が11μm〜22.4μmであり、
フッ素ドープ石英製凹部クラッド層（4）の半径が20.5μm〜40.0μmであり、
フッ素ドープ石英製外部クラッド層（5）の半径が40.0μm〜100.0μmであることを特徴とする請求項１に記載の低損失フューモードファイバ（FMF）。
前記コア層（1）の半径が15.2μmであり、それに加えて、分布の冪指数が1.98である；コア層（1）とフッ素ドープ石英製内部クラッド層（2）との相対屈折率差の最大値が0.40%である；
フッ素ドープ石英製内部クラッド層（2）の半径が19.2μmであり、それに加えて、フッ素ドープ石英製内部クラッド層（2）と合成石英層との相対屈折率差が-0.30%である；
フッ素ドープ石英製第2コア層（3）とフッ素ドープ石英製内部クラッド層（2）との相対屈折率差が0.05%であることを特徴とする請求項１に記載の低損失フューモードファイバ（FMF）。
前記コア層（1）の分布冪指数が1.9〜2.05であることを特徴とする請求項１に記載の低損失フューモードファイバ（FMF）。
前記コア層（1）の分布冪指数が1.92〜1.94であることを特徴とする請求項１に記載の低損失フューモードファイバ（FMF）。
前記フューモードファイバ（FMF）がLP01、LP02、LP11、LP21という四種の直線偏光モード光信号をサポートし、光ファイバーの動作波長範囲が1550nm±25nmであることを特徴とする請求項１に記載の低損失フューモードファイバ（FMF）。
前記フューモードファイバ（FMF）でサポートされる直線偏光モード光信号の1550nm波長における伝送損失が0.180dB/kmを下回ることを特徴とする請求項６に記載の低損失フューモードファイバ（FMF）。
前記フューモードファイバ（FMF）がLP01、LP02、LP11、LP21以外の直線偏光モード光信号をサポートせず、それに加えて、その他の直線偏光モードにおける光信号の遮断波長が1500nmを下回ることを特徴とする請求項１に記載の低損失フューモードファイバ（FMF）。
LP01、LP02、LP11、LP21以外の直線偏光モードにおける前記光信号の1メートル当たりの損失が20dBを上回ることを特徴とする請求項８に記載の低損失フューモードファイバ（FMF）。
前記フューモードファイバ（FMF）の群遅延時間差（DGD）が18ps/kmを下回り、光ファイバーの波長分散が25ps/（nm*km）を下回ることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の低損失フューモードファイバ（FMF）。