NL1020780C2

NL1020780C2 - Single mode optische vezel, alsmede optisch communicatiesysteem.

Info

Publication number: NL1020780C2
Application number: NL1020780A
Authority: NL
Inventors: Pieter Matthijsse; Mark Peter Marie Jetten
Original assignee: Draka Fibre Technology Bv
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2004-01-06
Also published as: EP1369717A2; NL1020780A1; EP1369717B1; JP4568485B2; CN1471256A; EP1369717A3; US20060140561A1; DE60307178D1; JP2004013163A; US7920768B2; US20100232755A1; BR0301700A; CN1471256B; DE60307178T2; DK1369717T3; US7734136B2; BRPI0301700B1; US7072551B1; US20070041688A1; ATE335213T1

Description

Korte aanduiding: Single mode optische vezel, alsmede optisch communi cati esysteem.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een single 5 mode optische vezel, omvattende een eerste centraal gebied met een straal rl en een maximale brekingsindexwaarde nl en ten minste een het eerste centrale gebied omringende tweede ring met een straal r2 en een minimale brekingsindexwaarde n2, waarbij geldt n2<nl.

Een dergelijke single mode optische vezel is op zich bekend 10 uit het Amerikaans octrooi schrift 5.905.838, waarbij in het bijzonder in Figuur 4 het genormaliseerde brekingsindexverschil als functie van de radiale positie van de uit vier discrete gebieden bestaande vezel schematisch is weergegeven. Aldus is de met germanium gedoteerde siliciumdioxidekern omgeven door een annul air gebied van verlaagde 15 brekingsindex, bijvoorbeeld bestaande uit fluor gedoteerde ___ -S-i. 1 tci-umd.i-ox-1.de-.· D-i-t gebi ed i s aansl ui tend omgeven-door een ri ng-van met germanium gedoteerde siliciumdioxide, welke ring op zijn beurt is omgeven door een mantelgebied, bijvoorbeeld niet-gedoteerde siliciumdioxide. Het kerngebied vertoont een "dip" van verlaagde brekingsindex, welke dip een 20 karakteristiek is van een door middel van MCVD-geproduceerde vezel en verder geen functie bezit. Een dergelijke vezel wordt ook omschreven als een zogenaamde "dubbel-window WDM ("wave length division multiplexed") vezel", welke vezel wordt toegepast in zogenaamde metro-networks of lange afstandnetwerken. Dergelijke netwerken worden gekarakteriseerd door 25 middellange transmissieafstanden tot enkele honderden kilometers en een groot aantal knooppunten waar aftakkingen en/of verbindingen met andere (delen van) netwerken zijn aangebracht. De optische vezels waarover het signaal transport in dergelijke netwerken plaatsvindt, zijn bij voorkeur geschikt voor hoge transmissiesnelheden, bij een groot aantal 30 verschillende golflengtes.

Het artikel "Maximum effective area for non-zero 1020780 2 dispersion-shifted fiber" openbaart brekingsindexprofielen waarbij een dergelijke vezel een dispersiehelling bij 1550 nm van 0,08 ps/nm2.km bezit. Het effectief oppervlak bij 1550 nm ligt in het gebied van 45-110 μιη2. Nadere gegevens met betrekking tot de helling ter verkrijging van 5 een goed evenwicht van eigenschappen, in het bijzonder voor wat betreft de dispersiehelling, macrobending en effectief oppervlak, zijn hieruit niet bekend.

Het Amerikaanse octrooi schrift 6.396.987 heeft betrekking op een optische vezel om in WDM-transmissiesystemen te worden toegepast, 10 waarbij het effectief oppervlak groter dan of gelijk aan 60 μιη2 is en de dispersie in het gebied van 6 tot 10 ps/(nm.km) ligt.

De Europese octrooiaanvrage 0 249 230 heeft betrekking op een werkwijze ter vervaardiging van een voorvorm. Omdat dit document slechts betrekking heeft op voorvormen, zijn geen specifieke gegevens met 15 betrekking tot de uit een dergelijke voorvorm getrokken optische vezel bekend, bijvoorbeeld de waarde van de dispersiehelling, de dispersie of het effectief oppervlak.

De Europese octrooiaanvrage 0 775 924 heeft betrekking op een single mode optische vezel met een drie segmenten omvattend 20 brekingsindexprofiel. Hoewel de nul dispersie golflengte zich bevindt in het gebied van 1520 μιη tot 1600 μιη, de totale dispersiehelling s 0.095 ps/pm2.km bedraagt zijn geen gegevens bekend met betrekking tot de helling ter verkrijging van een goed evenwicht van eigenschappen op het gebied van dispersiehelling, macrobending en effectief oppervlak.

25 Optische vezels voor hoge transmissiesnelheden zijn bij zeer lange afstanden (afstanden van 1000 kilometer en meer) geoptimaliseerd om in het golflengtegebied rond 1550 nm te worden toegepast, in welk golflengtegebied de optische demping als laag is te omschrijven (ongeveer 0,2 dB/km). De hierin toegepaste NZDF ("non-zero 30 dispersion fibers") vezels hebben tevens de beschikking over een verschoven dispersie waardoor de dispersie bij een golflengte van 1550 nm 1020780 3 lager is dan die van een standaard single mode vezel. De dispersie is echter voldoende afwijkend van nul om het effect van niet-lineaire eigenschappen, die de toelaatbare maximale transmissiecapaciteit ernstig nadelig kunnen beïnvloeden, te minimaliseren.

5 Vanwege de relatief korte afstanden in de hiervoor genoemde netwerken zijn de eisen waaraan de optische demping moet voldoen, minder streng, waardoor in principe ook het golflengtegebied rond 1300 nm met een karakteristieke demping van ongeveer 0,3 dB/km geschikt is voor dergelijke toepassingen. Ten gevolge van de optimalisatie hiervan bij een 10 golflengtegebied van 1550 nm zijn de voor transport over lange afstanden toegepaste vezels echter minder geschikt voor gebruik bij het golflengtegebied rond 1300 nm.

Een doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een single mode optische vezel die geschikt is voor de transmissie 15 van meerdere kanalen in het golflengtegebied van 1550 nm, te weten 1440 nm tot 1625 nm, en 1300 nm, te weten 1250 nm tot 1360 nm,_ onder toepassing van hoge transmissiesnelheden.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een single mode optische vezel waarbij het profiel van de 20 optische vezel zodanig is samengesteld dat spanningsvariaties, die tot ongewenste eigenschappen van de optische vezel kunnen leiden, worden voorkomen.

De single mode optische vezel zoals vermeld in de aanhef wordt door de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat in het eerste 25 centrale gebied met straal rl de brekingsindexwaarde nl nagenoeg constant is, waarbij in de tweede ring met straal r2 de brekingsindexwaarde in radiale richting over een afstand van rl naar r2 afneemt van nl naar n2, welke afname nagenoeg lineair is en voldoet aan de volgende vergelijking: 30 helling = (Dl-D2)/(r2-rl), waarbij geldt 0,11 < helling < 0,22, en 1020780 5 4 waarin geldt: Πιζ - ncl2 D, = - . 100% en n^n^, 2.Π,2

Di = brekingsindexcontrast voor positie i, ni = brekingsindex van positie i, nc, = brekingsindex van de buitenste laag van de vezel.

10

In een bijzondere uitvoeringsvorm verdient het de voorkeur dat het centrale gebied, dat een vrijwel constante brekingsindex bezit, een straal rl bezit met een maximale waarde van 0,25 μτη. Indien de straal rl groter dan de hiervoor genoemde waarde is, is het niet mogelijk een 15 vezel met voldoende effectief oppervlak en voldoende lage dispersiehelling te verkrijgen.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een single mode optische vezel, omvattende een eerste centraal gebied met een straal rl en een maximale brekingsindexwaarde nl en ten minste een het 20 eerste centrale gebied omringende tweede ring met een straal r2 en een minimale brekingsindexwaarde n2, waarbij geldt n2<nl, welke vezel wordt gekenmerkt doordat de brekingsindexwaarde in de tweede ring nagenoeg constant is en in het eerste centrale gebied in radiale richting vanaf de centrale symmetrie-as over een afstand rl af neemt van nl naar n2, welke 25 afname nagenoeg lineair is en voldoet aan de volgende vergelijking: helling = (D1-D2)/(rl), waarbij geldt 0,11 < helling < 0,22, en waarin geldt: 30 ni2 - nclz D, = - . 100%, en n,>nc„ 2.η^ 35 waarbij D1f n1 en nc, de hiervoor weergegeven betekenis 1020780 5 bezitten.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een single mode optische vezel, omvattende een eerste centraal gebied met een 5 straal rl en een maximale brekingsindexwaarde nl en ten minste een het eerste centrale gebied omringende tweede ring met een straal r2 en een minimale brekingsindexwaarde n2, waarbij geldt n2<nl, welke single mode optische vezel wordt gekenmerkt doordat de brekingsindexwaarde in de tweede ring nagenoeg constant is en in het eerste centrale gebied in 10 radiale richting vanaf de centrale symmetrie-as over een afstand rl afneemt van nl naar nl", welke afname nagenoeg lineair is en voldoet aan de volgende vergelijking: helling = (Dl-Dl")/(rl), waarbij geldt 15 0,11 < helling < 0,22, en waarin geldt: niz - nci2 D, = - . 100%, η^Πς, en 20 2.n,2 nl>nl">n2, 25 waarbij Dif n^ en nc1 de hiervoor weergegeven betekenis bezitten.

De onderhavige uitvinders hebben op basis hiervan de uitvinding tot stand gebracht, waarbij het profiel van de optische vezel 30 zodanig is samengesteld dat ongewenste spanningsvariaties zijn voorkomen. Ongewenste eigenschappen, zoals verhoogde PMD (of gevoeligheid van de door waterstof geïnduceerde dempingsverliezen), zijn hierdoor tot een minimum beperkt.

In bepaalde uitvoeringsvormen is het gewenst dat de tweede 1020780 6 ring met straal r2 wordt omgeven door een derde ring met een straal r3 en met een brekingsindexwaarde n3, waarbij geldt n3<n2 en r3>r2. Bovendien is het mogelijk dat de derde ring met straal r3 wordt omgeven door een vierde ring met een straal r4 en met een brekingsindexwaarde n4, waarbij 5 geldt n4<n3 en r4>r3.

Het verdient de voorkeur dat de dispersie van de onderhavige optische vezel bij 1550 nm een waarde van 8 ps/nm.km of meer bezit, terwijl de dispersie bij 1300 nm een waarde van -8 ps/nm.km of minder moet bedragen. Onder toepassing van dergelijke dispersiewaarden is 10 het mogelijk om tegelijkertijd meerdere kanalen, te weten signalen met afzonderlijke golflengtes, in beide hiervoor genoemde golflengtegebieden toe te passen met hoge transmissiesnelheden van 10 Gbit/s of meer, zonder dat de niet-lineaire eigenschappen een beperking vormen om deze transmissiecapaciteit te bereiken.

15 De onderhavige uitvinders hebben verder gevonden dat de in het brekingsindexprofiel van toepassing zijnde helling een belangrijke ontwerpparameter is voor het tot stand brengen van de juiste combinatie van eigenschappen van de uiteindelijke optische vezel. Het verdient derhalve de voorkeur dat de helling zich bij voorkeur bevindt in het 20 gebied tussen 0,11 en 0,22, met name tussen 0,13 en 0,19. Indien een helling groter dan het hiervoor genoemde gebied wordt toegepast, zullen de macrobending-verliezen en de dispersiehelling te groot worden, hetgeen in de praktijk ongewenst is. Indien daarentegen een helling met een waarde kleiner dan het hiervoor genoemde gebied wordt toegepast, zal het 25 effectief oppervlak te klein worden, hetgeen in de praktijk ook ongewenst is.

Om het simultaantransport van een groot aantal signalen bij verschillende golflengtes te kunnen uitvoeren, zonder dat de vermogensdichtheid in aanzienlijke mate wordt beperkt, verdient het de 30 voorkeur dat de onderhavige optische vezel een effectief oppervlak van 60 pm2 of meer bij een golflengtegebied van 1550 nm bezit.

*020780 7

Het verdient verder de voorkeur dat voor de onderhavige optische vezel de dispersiehelling bij 1550 nm tussen 0,07 en 0,095 ps/nm.kmz ligt.

Om ervoor te zorgen dat de onderhavige optische vezel over 5 een zo groot mogelijk golflengtegebied als een single mode optische vezel is te beschouwen, verdient het de voorkeur dat de afsnijgolflengte, gemeten aan een optische vezel met een lengte van 2 meter, bij voorkeur lager dan 1200 nm is.

Naast de hiervoor genoemde voorkeursuitvoeringsvormen is 10 het gewenst dat de optische vezel lage verliezen vertoont ten gevolge van het buigen van de optische vezel. Het is namelijk bekend dat in de hiervoor genoemde netwerken met optische vezels veel verbindingen worden gemaakt waarbij op de plaatsen, waar deze verbindingen zich bevinden, veelal lussen in de vezel worden gelegd. Aldus is het gewenst de 15 dempingsverliezen ten gevolge van dergelijke lussen zóveel mogelijk te beperken, hetgeen bij -voorkeur i-nhoudt dat—de macrobendi ng-verl i ezen, gemeten bij een golflengte van 1625 nm en 100 windingen om een buigdiameter van 60 nm, bij voorkeur lager zijn dan 0,05 dB.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een 20 optisch communicatiesysteem voor meerkanaalssignaaltransport, welk systeem wordt gekenmerkt doordat de onderhavige vezel is toegepast als transportmedium voor meerdere kanalen in het golflengtegebied gekozen uit 1550 nm en 1300 nm.

De onderhavige uitvinding zal hierna aan de hand van een 25 uitvoeringsvoorbeeld worden toegelicht, waarbij echter dient te worden opgemerkt dat de onderhavige uitvinding hiertoe in geen geval is beperkt. In de bijgevoegde figuur is schematisch het brekingsindexprofiel als functie van de straal weergegeven.

De ingesloten figuur vertoont een brekingsindexprofiel 30 waarmee een vezel volgens de onderhavige uitvinding kan worden vervaardigd. Rondom een centrale symmetrie-as is een cirkel symmetrisch 1020780 8 profiel opgebouwd, waarbij het met referentiecijfer 1 aangeduide punt van dit profiel een maximale brekingsindex bevindt die zich vrijwel op de symmetrie-as met een brekingsindexwaarde nl en een brekingsindexverschil Dl bevindt. Het met referentieci jfer 2 aangeduide punt is gelegen op een 5 afstand rl van de symmetrie-as en bezit een duidelijk lagere brekingsingdexwaarde n2 en brekingsindexverschil D2 dan het met referentiecijfer 1 aangeduide punt. Vanaf positie 1 naar positie 2 is de brekingsindexwaarde vrijwel lineair monotoon dalend waarbij de helling h voldoet aan h = (Dl-D2)/(rl). De met verwijzingscijfer 3 aangeduide 10 locatie bevindt zich op een afstand r2 van de symmetrie-as en beschikt over een brekingsindexwaarde n3 en brekingsindexverschil D3. Tenslotte is met verwijzingscijfer 4 een locatie aangeduid op vrijwel gelijke afstand van de symmetrie-as als positie 3, welke positie 4 een brekingsindexwaarde bezit die lager is dan die van positie 3. Zoals reeds 15 eerder is toegelicht, is de helling h een belangrijk ontwerpparameter ter verkrijging van de juiste combinatie van eigenschappen van de optische vezel. Deze helling h is bijvoorbeeld te beïnvloeden door aanpassingen in het brekingsindexverschil van positie 2. De helling kan worden vergroot door de indexwaarde van positie 2 te laten afnemen. In een bijzondere 20 uitvoeringsvorm (in gestippelde lijnen weergegeven) valt positie 2 dan samen met positie 5. Daarnaast kan de helling ook worden aangepast door de radiale positie van punt 2 (en ook punt 5) te veranderen. Ook is het mogelijk een centraal gebied met een straal rl' en een brekingsindexwaarde 6 toe te passen, waarbij vervolgens deze waarde over 25 een afstand rl' naar rl afneemt naar bijvoorbeeld positie 2 of positie 5. Aldus zal door het vergroten van de afstand naar de symmetrie-as de helling afnemen. Zoals hiervoor is aangegeven, hebben de onderhavige uitvinders gevonden dat de helling zich bij voorkeur bevindt in het gebied tussen 0,11 en 0,22, met name in het gebied tussen 0,13 en 0,19. 30 Bij een helling groter dan het hiervoor genoemde gebied zullen de macrobending-verliezen ongewenst toenemen, terwijl bij een helling *020780 9 kleiner dan het hiervoor genoemde gebied het gewenste effectief oppervlak te klein is.

j20780

Claims

1. Single mode optische vezel, omvattende een eerste centraal gebied met een straal rl en een maximale brekingsindexwaarde nl en ten 5 minste een het eerste centrale gebied omringende tweede ring met een straal r2 en een minimale brekingsindexwaarde n2, waarbij geldt n2<nl, met het kenmerk, dat in het eerste centrale gebied met straal rl de brekingsindexwaarde nl nagenoeg constant is, waarbij in de tweede ring met straal r2 de brekingsindexwaarde in radiale richting over een afstand 10 van rl naar r2 afneemt van nl naar n2, welke afname nagenoeg lineair is en voldoet aan de volgende vergelijking: helling = (Dl-D2)/(r2-rl), waarbij geldt 0,11 < helling < 0,22 en 15 niZ - ncl1 D, = - . 100% en n^n^, 20 2.^1 Di = brekingsindexcontrast voor positie i, n, = brekingsindex van positie i, 25 ncl = brekingsindex van de buitenste laag van de vezel. 1020780 Single mode optische vezel, omvattende een eerste centraal gebied met een straal rl en een maximale brekingsindexwaarde nl en ten minste een het eerste centrale gebied omringende tweede ring met een 30 straal r2 en een minimale brekingsindexwaarde n2, waarbij geldt n2<nl, met het kenmerk, dat de brekingsindexwaarde in de tweede ring nagenoeg constant is en in het eerste centrale gebied in radiale richting vanaf de centrale symmetrie-as over een afstand rl afneemt van nl naar n2, welke afname nagenoeg lineair is en voldoet aan de volgende vergelijking: helling = (D1-D2)/(rl), waarbij geldt 0,11 < helling < 0,22 en 5 ni2 - nci2 Di =- . 100% en nf>nc1, 2.n,z 10 waarbij D,, n( en ncl de hiervoor weergegeven betekenis bezitten.

3. Single mode optische vezel, omvattende een eerste centraal gebied met een straal rl en een maximale brekingsindexwaarde nl en ten 15 minste een het eerste centrale gebied omringende tweede ring met een straal r2 en een minimale brekingsindexwaarde n2, waarbij geldt n2<nl, met het kenmerk, dat de brekingsindexwaarde in de tweede ring nagenoeg constant is en in het eerste centrale gebied in radiale richting vanaf de centrale symmetrie-as over een afstand rl afneemt van nl naar nl", welke 20 afname nagenoeg lineair is en voldoet aan de volgende vergelijking: helling = (Dl-Dl")/(rl), waarbij geldt 0,11 < helling < 0,22 en 25 ni2 - nCl2 D, =- . 100%, n,>ncl en 2.n,2 30 nl>nl">n2, waarbij n{ en ncl de hiervoor weergegeven betekenis bezitten. 1020780

4. Optische vezel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat geldt: rl< 0,25 μπι.

5. Optische vezel volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de tweede ring met straal r2 wordt omgeven door een derde ring met 5 een straal r3 en met een brekingsindexwaarde n3, waarbij geldt n3<n2 en r3>r2.

6. Optisch vezel volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de derde ring met straal r3 wordt omgeven door een vierde ring met een straal r4 en met een brekingsindexwaarde n4, waarbij geldt n4<n3 en 10 r4>r3.

7. Optische vezel volgens één of meer van de conclusies 1 tot en met 6, met het kenmerk, dat geldt: 0,13 < helling < 0,19.

8. Optische vezel volgens een of meer van de conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de dispersiehelling bij 1550 nm tussen 0,07 en 15 0,095 ps/nm.km2 ligt.

9. Optische vezel volgens een of meer van de conclusies 1-8, met het kenmerk, dat de dispersie bij 1550 nm 8 ps/nm.km of meer bedraagt.

10. Optische vezel volgens een of meer van de conclusies 1-9, 20 met het kenmerk, dat de dispersie bij 1300 nm -8 ps/nm.km of minder bedraagt.

11. Optische vezel volgens een of meer van de conclusies 1-10, met het kenmerk, dat het effectief oppervlak bij 1550 nm 60 pm2 of meer bedraagt.

12. Optische vezel volgens een of meer van de conclusies 1-11, met het kenmerk, dat de afsnijgolflengte, gemeten voor een vezel met een lengte van 2 m, lager dan 1200 nm is.

13. Optisch communicatiesysteem voor meerkanaals signaal transport, met het kenmerk, dat een vezel volgens een of meer der 30 conclusies 1-12 is toegepast als transportmedium voor meerdere kanalen in het golflengtegebied gekozen uit 1550 nm en 1300 nm. <0207 80