專利名稱：光纖和使用該光纖的光通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖，用于光傳輸如波分多路復(fù)用(WDM)傳輸?shù)?，?.5微米等被長帶中的光傳輸和使用這種光纖的光傳輸系統(tǒng)。
目前正在研發(fā)用1.55μm波長帶進(jìn)行波分多路復(fù)用傳輸，該波長帶就是鉺摻雜光纖放大器的增益帶。1.55μm波長帶是似近地以1550nm波長為中心的波長帶，如從1530nm至1570nm的波長帶。
可是，要進(jìn)行波分多路復(fù)用傳輸，存在光信號(hào)功率增大和由于信號(hào)間相互作用引起的非線性現(xiàn)象的問題。因此，例如在日本的學(xué)會(huì)報(bào)告書OFC’97 TuNlb等中報(bào)導(dǎo)有減少和抑制非線性折射率(n2)來抑制非線性現(xiàn)象的研討。
在研討減小這種非線性折射率的同時(shí)，人們還在關(guān)注增大光纖的有效纜芯截面積(Aeff)的研討。由于非線性現(xiàn)象引起的信號(hào)失真φNL通常用以下公式(1)表示，因此，當(dāng)光纖的有效纜芯截面積增大時(shí)，可以減少由于非線性現(xiàn)象引起的信號(hào)波形失真。
φNL＝(2π×n2×Leff×P)/(λ×Aeff)(1)在公式(1)中，π，n2，Leff，P和λ分別表示圓周對(duì)其直徑的比值，非線性折射率，有效光纖長度，信號(hào)功率和信號(hào)光波長。
因此，擴(kuò)大在用于如波分多路復(fù)用傳輸?shù)墓饫w的有效纜芯截面積是很重要的，而且這種擴(kuò)大的像在日本的學(xué)會(huì)報(bào)告書OFC’96 WK 15和OFC’97 YnN2中報(bào)導(dǎo)的那樣，非常引人注目。
通常，在光纖中，當(dāng)有效纜芯截面積擴(kuò)大時(shí)，色散斜率增大。色散斜率的增大引起每種波長的差，并成為波分多路復(fù)用傳輸中的一大障礙。因此，減小色散斜率非常重要。
近年來，正在研究用喇曼放大器在如1.5μm波長帶中進(jìn)行波分多路復(fù)用傳輸來代替使用鉺摻雜的光纖放大器進(jìn)行波分多路復(fù)用傳輸。1.5μm波長帶是近似地以1500nm波長為中心的一種波長帶，如像在從1500nm至1650nm的波長帶，后面，1.5μm波長帶的術(shù)語適用這種含義。
喇曼放大器是利用下述喇曼放大的光放大器，喇曼放大是利用所謂喇曼放大現(xiàn)象的光信號(hào)放大方法。在喇曼放大現(xiàn)象中，當(dāng)激勵(lì)光作為強(qiáng)光入射到光纖時(shí)，因感應(yīng)喇曼散射，而在離開激勵(lì)光波長約100nm的長波長處出現(xiàn)增益，一旦把具有這種增益的波長區(qū)的信號(hào)光入射這樣激勵(lì)起來的光纖，該信號(hào)光就被放大。
因此，當(dāng)使用這種喇曼放大器在1.5μm波長帶中進(jìn)行波分多路復(fù)用傳輸，約1.4μm波長的激勵(lì)光就會(huì)入射光纖中。
可是，按照現(xiàn)有波分多路復(fù)用傳輸用所研討的光纖，1.55μm波長處的波長色散大約從-4ps/nm/km到+6ps/nm/km，而且其色散斜率為0.05ps/nm2/km或更大的值，因此，零色散波長為1.4μm或更長的值，以致引起波長約為1.4μm的激勵(lì)光和四波混頻等的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種光纖及使用這種光纖的光通信系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的光纖包含在1.5μm波長帶的至少一部分的設(shè)定波長帶中的從40μm2至60μm2的有效纜芯截面積；在1.55μm波長處，4ps/nm/km≤色散值為≤10ps/nm/km；在1.55μm波長帶中，色散斜率為等于或小于0.04ps/nm2/km的正值；以及零色散波長≤1.4μm。
按照本發(fā)明的光纖和使用該光光纖的通信系統(tǒng)，由于使用如喇曼放大器并且具有低非線性和低色散斜率，即使在1.5μm波長帶中進(jìn)行波分多路復(fù)用傳輸，幾乎也不會(huì)引起由激勵(lì)光產(chǎn)生的干擾問題。
第一實(shí)施例的光纖具有彼此相鄰并含不同成分的多重(這里是四層)玻璃層(第一玻璃層1，第二玻璃層2，第三玻璃層3和參考層6)。如

圖1B所示，這些玻璃層呈同心形。參考層6作為最外面的層是在四種玻璃層中構(gòu)成折射率分布的參考基準(zhǔn)的層。由第一玻璃層1，第二玻璃層2和第三玻璃層3構(gòu)成的三種玻璃層在該參考層6內(nèi)形成。
在第一實(shí)施例的光纖中，在光纖最內(nèi)側(cè)形成的第一玻璃層1的最大折射率和從內(nèi)向外作為第三層的第三玻璃層3的最大折射率高于參考層6的折射率。另外，在第一實(shí)施例的光纖中，從內(nèi)向外作為第二層的第二玻璃層2的最小折射率低于參考層6的折射率。第一玻璃層1的折射率分布形狀形成α形狀。
在第一實(shí)施例的光纖中，當(dāng)?shù)谝徊Ａ?相對(duì)于參考層6的最大相對(duì)折射率差設(shè)為Δ1，第二玻璃層2相對(duì)于參考層6的最小相對(duì)折射率差設(shè)為Δ2，及第三玻璃層3相對(duì)于參考層6的最大相對(duì)折射率差設(shè)為Δ3時(shí)，Δ1＞Δ3＞Δ2。
在本說明書中，第一玻璃層的折射率最大處的折射率設(shè)為n1，第二玻璃層的折射率最小部分的折射率設(shè)為n2，第三玻璃層的折射率最大部分的折射率設(shè)定為n3，而參考層的折射率設(shè)為n6。各自的相對(duì)折射率差Δ1，Δ2和Δ3分別由下列近似公式(2)至(4)確定。
Δ1≈{(n1-n6)/n6}×100(2)Δ2≈{(n2-n6)/n6}×100(3)Δ3≈{(n3-n6)/n6}×100(4)第一實(shí)施例的光纖的折射率分布示于圖1A，并還具有下列結(jié)構(gòu)。即，第一實(shí)施例的光纖的結(jié)構(gòu)為在1.5μm波長帶的至少一部分的設(shè)定波長帶中，有效纜芯截面積從40μm2至60μm2；1.55μm波長處的色散值為大于等于4ps/nm/km而小于等于10ps/nm/km；在1.55μm波長帶中色散斜率為小于等于0.04ps/nm2/km的正值；零色散波長小于等于1.4μm。例如，設(shè)定波長帶是1.55μm波長帶。
另外，第一實(shí)施例的光纖在2m長度處的截止波長為1.5μm或更短的值，而且在1.5μm波長帶中在20mm直徑下的彎曲損耗為5dB/m或更低的值。
本發(fā)明者們已經(jīng)考慮第一實(shí)施例的光纖用于1.5μm的波長帶的波分多路復(fù)用傳輸，而且下面考慮到相對(duì)于示于圖1A的折射率分布。
即，把各相對(duì)折射率差Δ1，Δ2，Δ3，α和相應(yīng)的直徑a，b，c作為參數(shù)，而且這些值設(shè)為各種值。當(dāng)滿足單摸條件時(shí)，探索使色散斜率(色散斜率的平均值)在1.5μm波長帶之中1.55μm波長帶內(nèi)變?yōu)榈扔诨蛐∮?.03ps/nm/km的正值的分布區(qū)。第一實(shí)施例的最佳分布可由該分布區(qū)中有效纜芯截面積的彎曲損耗值的關(guān)系式算出。
結(jié)果，當(dāng)相對(duì)折射率差Δ1沒有設(shè)定在等于或小于0.6％范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)現(xiàn)光色散斜率設(shè)定為等于或小于0.03ps/nm2/km的正值時(shí)，難以設(shè)定有效纜芯截面積為40μm2或更大的面積。另外，發(fā)現(xiàn)當(dāng)相對(duì)折射率設(shè)為小于0.5％時(shí)，彎曲損耗大于5dB/m。因此，相對(duì)折射率差Δ1的范圍為從0.5％至0.6％。
相對(duì)折射率差Δ1在上述范圍內(nèi)，而當(dāng)有效纜芯截面積擴(kuò)大時(shí)，算出不增大色散斜率的常數(shù)α。于是判定常數(shù)α適于設(shè)定為5.0或更大的值。在這種條件下，算出折射率分布致使有效纜芯截面積可設(shè)定為大于等于40μm2而小于等于60μm2，而且色散斜率設(shè)為0.04ps/nm2/km的正值時(shí)，在20mm直徑下的彎曲損耗值卻保持在等于或小于5dB/m。
結(jié)果，當(dāng)相對(duì)折射率的差Δ2設(shè)為小于-0.4％時(shí)，難以設(shè)定有效纜芯截面積等于或大于40μm2，而在直徑20mm下的彎曲損耗值也變?yōu)榇笥?dB/m的值。另外，當(dāng)相對(duì)折射率的差Δ2設(shè)為大于-0.1％時(shí)，色散斜率為大于0.04ps/nm2/km。因此，相對(duì)折射率的差Δ2的范圍設(shè)定為從-0.4％至-0.1％。
當(dāng)相對(duì)折射率的差Δ3設(shè)為小于0.1％時(shí)，難以設(shè)定有效纜芯截面積等于或大于40μm2，而在直徑20mm下的彎曲損耗值也變?yōu)榇笥?dB/m的值。另外，當(dāng)相對(duì)折射率的差Δ3設(shè)為大于0.4％時(shí)，截止波長λC為大于1.5μm。因此相對(duì)折射率差的范圍設(shè)為從0.1％至0.4％。
在示于表1中每一種具體實(shí)例1至4的折射率分布由上述考慮的結(jié)果確定。


λ＝1550nm
當(dāng)?shù)谝徊Ａ?的外直徑設(shè)為a，第二玻璃層2的外直徑設(shè)為b，第三玻璃層3的外直徑設(shè)為c時(shí)，表1表示各自的相對(duì)折射率的差Δ1，Δ2，Δ3的實(shí)例、常數(shù)α值的實(shí)例、a∶b∶c的比值、纜芯直徑和光纖特性的模擬結(jié)果。
在表1和下示各表中，纜芯直徑和光纖特性顯示下列值。即，纜芯直徑表示第二層的外直徑(在圖1至3的相對(duì)應(yīng)圖中b的值)，色散表示波長1.55μm的色散值，斜率表示在1.55μm波長帶中的色散斜率(色散梯度)的平均值，并為1.5μm波長帶中等于色散斜率的一種值，Aeff表示傳輸1.5μm信號(hào)時(shí)的有效纜芯截面積，λC表示在2m長度處的截止波長，彎曲損耗表示在20mm直徑處相對(duì)于1.55μm波長的光的彎曲損耗值，λ0表示零色散波長。
在第一實(shí)施例的光纖中，由圖1A和表1所示的折射率分布，零色散波長可為等于或小于1.4μm，而且這種光纖具有示于表1中在1.55μm波長及在包括該波長1.55μm的波長帶的特性。就是說，在第一實(shí)施例的光纖中，1.55μm波長的色散值為大于等于4ps/nm/km而小于等于10ps/nm/km；而在1.55μm波長帶中色散斜率為等于或小于0.04ps/nm2/km的正值，以致零色散波長可為等于或小于1.4μm。
因此，在第一實(shí)施例的光纖中，當(dāng)在1.5μm波長帶中進(jìn)行喇曼放大時(shí)，能抑制約1.4μm波長激勵(lì)光和四波混頻等的干擾的產(chǎn)生。
另外，如上所述，因?yàn)樵?.55μm波長的色散值等于或小于10ps/nm/km，第一實(shí)施例中不存在光纖具有大的局部色散如色散值大于10ps/nm/km的情況，因此，第一實(shí)施例的光纖可抑制由于色散產(chǎn)生的失真，并還可縮小波長間色散的差。
另外，1.55波長帶中的色散斜率為等于或小于0.04ps/nm2/km的正值，由于色散斜率的絕對(duì)值減少了，第一實(shí)施例的光纖可以縮小波長間色散的差。因此，第一實(shí)施例的光纖為一種適于用喇曼放大器在1.5μm波長帶中的波分多路復(fù)用傳輸。
另外，因?yàn)榈谝粚?shí)施例中的色散斜率的絕對(duì)值較小，把如按照慣例開發(fā)的色散斜率補(bǔ)償光纖(DSCF)連接到第一實(shí)施例的光纖，就能很容易地補(bǔ)償?shù)谝粚?shí)施例的光纖的色散斜率。
眾所周知，在喇曼放大器中存在分布常數(shù)型喇曼放大器和集中常數(shù)型喇曼放大器。當(dāng)集中常數(shù)型喇曼放大器用于波分多路復(fù)用傳輸時(shí)，不能忽略光纖中的非線性現(xiàn)象。在這種情況下，在第一實(shí)施例的光纖中，有效纜芯截面積設(shè)定為40μm2或更大的值，等于或大于1.5μm波長帶的至少一部分的設(shè)定波長帶中用于波分多路復(fù)用傳輸?shù)钠胀ü饫w的值。因此，通過在這種設(shè)定波長帶中進(jìn)行波分多路復(fù)用傳輸，第一實(shí)施例的光纖也可抑制由于非線性現(xiàn)象產(chǎn)生的信號(hào)光失真。
另外，當(dāng)采用分布常數(shù)型喇曼放大器時(shí)，可以縮小或抑制光纖的最大輸入功率，致使能可靠地抑制光纖中由于非線性現(xiàn)象產(chǎn)生的信號(hào)光失真。
當(dāng)有效纜芯截面積過大時(shí)，會(huì)降低喇曼放大器的效率?？墒?，在第一實(shí)施例的光纖中，在1.5μm波長帶的至少一部分的設(shè)定波長帶中，有效纜芯截面積設(shè)定為60μm2或更小的值。因此，在第一實(shí)施例的光纖中，通過在這種設(shè)定的波長中用喇曼放大器進(jìn)行波分多路復(fù)用傳輸，可以抑制喇曼放大器效率的降低。
因?yàn)樵诘谝粚?shí)施例的光纖中，截止波長為1.5μm波長或更短的值，在等于或大于1.5μm波長的波長帶中可以精確地實(shí)現(xiàn)單模工作。另外，當(dāng)光纖形成光纜時(shí)，第一實(shí)施例的光纖也可抑制彎曲損耗。
因此，第一實(shí)施例的光纖成為適用于在1.5μm波長帶中波分多路復(fù)用傳輸?shù)墓饫w，并能有效地實(shí)現(xiàn)喇曼放大。在1.5μm波長帶中，使用如高質(zhì)量的喇曼放大并第一實(shí)施例的光纖作為光傳輸線的光通信系統(tǒng)可作為的波分多路復(fù)用傳輸系統(tǒng)。
當(dāng)認(rèn)真考慮在第一實(shí)施例和下面表示的第二和第三實(shí)施例中四波混頻影響的限制時(shí)，如每個(gè)表所示，需要使色散值為6ps/nm/km或更大。
圖2表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的光纖中的折射率分布，第二實(shí)施例的光纖具有類似于第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。第二實(shí)施例在特性上和第一實(shí)施例的區(qū)別在于具有比參考層6的折射率低的玻璃層布置在第三玻璃層3和參考層6之間。這種低折射率的玻璃層是第四玻璃層4，第四玻璃層4相鄰地布置在第三玻璃層3的外圓周側(cè)。
在本說明書中，當(dāng)?shù)谒牟Ａ?的最小折射率部分的折射率設(shè)為n4時(shí)，第四玻璃層4相對(duì)于參考層6的相對(duì)折射率差Δ4由近似公式(5)限定如下。在第二實(shí)施例中，相對(duì)折射率差Δ4近似地為-0.2％到-0.1％。
Δ4≈{(n4-n6)/n6}×100(5)表2表示第二實(shí)施例的每一個(gè)具體實(shí)例5至8中光纖的相對(duì)折射率Δ4、第一至第四玻璃層外直徑比a∶b∶c∶d以及光纖的特性。在具體實(shí)例5至8中，相對(duì)折射率Δ1、Δ2、Δ3和常數(shù)α設(shè)定為類似于表1中所示的具體實(shí)例2的光纖中的那些值。當(dāng)?shù)谝徊Ａ?的外直徑是a，第二玻璃層2的外直徑是b，第三玻璃層3的外直徑是c，及第四玻璃層4的外直徑是d時(shí)，第一至第四外直徑之比是a∶b∶c∶d。


λ＝1550nm
如表2所示，在第二實(shí)施例的光纖中，可以縮短截止波長，而且可能設(shè)定一種光纖也能適用于1.31μm波長帶以及1.55μm波長帶中的波分多路復(fù)用傳輸。
圖3表示本發(fā)明第三實(shí)施例的光纖中的折射率分布。第三實(shí)施例的光纖具有近似于第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。第三實(shí)施例特性上和第一實(shí)施例的區(qū)別在于具有比參考層6高的折射率的玻璃層布置在第三玻璃層3和參考層6之間。這種高折射率的玻璃層是第五玻璃層5。
在第三實(shí)施例中，第四玻璃層4布置在鄰近第三玻璃層3的外圓周邊上，并具有等于參考層6的折射率。第五玻璃層5布置在鄰近第四玻璃層4的外圓周側(cè)。
在本說明書中，當(dāng)?shù)谖宀Ａ拥淖畲笳凵渎什糠值恼凵渎试O(shè)為n5時(shí)，第五玻璃層5相對(duì)于參考層6的相對(duì)折射率差Δ5由下面所示的近似公式(6)限定。在第三實(shí)施例中，相對(duì)折射率差近似地設(shè)定為從0.1％到0.2％。
Δ5≈{(n5-n5)/n5}×100(6)表3表示第三實(shí)施例的每一種具體實(shí)例9至12中光纖的相對(duì)折射率Δ5、第一至第五玻璃層外直徑比值a∶b∶c∶d∶e及光纖的特性。在具體實(shí)施例9至12中，相對(duì)折射率Δ1、Δ2、Δ3和常數(shù)α設(shè)定為類似于表1中所示的具體實(shí)例3中光纖中的那些值。當(dāng)?shù)谝徊Ａ?的外直徑是a，第二玻璃層2的外直徑是b，第三玻璃層3的外直徑是c，第四玻璃層4的外直徑是d以及第五玻璃層5的外直徑是e時(shí)，第一至第五玻璃層外直徑之比為a∶b∶c∶d∶e。


λ＝1550nm
如表3所示，第三實(shí)施例的光纖可具有類似于第一實(shí)施例的那些效應(yīng)。
下面將說明基于上述模擬結(jié)果實(shí)際制作光纖的制作實(shí)例。在表1的具體實(shí)例2光纖設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明者們制作實(shí)際的光纖。表4表示這種制作的結(jié)果。


λ＝1550nm
由表4顯而易見，與設(shè)計(jì)值類似，每一個(gè)制作實(shí)例的光纖具有低色散和低色散斜率，并具有低傳輸損耗。另外，在每一個(gè)制作實(shí)例的光纖中，因?yàn)榱闵⒉ㄩL(λ0)等于或小于1400nm，即使當(dāng)使用如喇曼放大器在1.5μm波長帶中進(jìn)行波分多路復(fù)用傳輸時(shí)，也不會(huì)引起激勵(lì)光的干擾問題。
本發(fā)明不限于上述每個(gè)實(shí)施例，但可采用各種實(shí)施例模式。例如，除用于每一實(shí)施例中所示的折射率分布外，本發(fā)明的光纖可含一種折射分布。就是說，在本發(fā)明的光纖中，至少在設(shè)定波長或在1.5μm波長帶中的設(shè)定波長帶中，足以使有效纜芯截面積、色散值和色散斜率為如上述每個(gè)實(shí)施例所示的適用值，并使零色散波長為1.4μm或更短。按照這種結(jié)構(gòu)，可能構(gòu)成一種光纖和使用這種光纖的光通信系統(tǒng)，其中在1.5μm波長帶中用喇曼放大器高質(zhì)量地進(jìn)行波分多路復(fù)用傳輸。
在上述實(shí)施例中，光纖和光通信系統(tǒng)用于在1.5μm波長帶中用喇曼放大器進(jìn)行波分多路復(fù)用傳輸?？墒?，除用于喇曼放大器外，本發(fā)明的光纖和光通信系統(tǒng)還可用于使用如鉺摻雜的光纖放大器的波分多路復(fù)用傳輸。另外，根據(jù)光纖的結(jié)構(gòu)，光纖和光通信系統(tǒng)還可用于除這種1.5μm波長帶以外的波長帶的波分多路復(fù)用傳輸。
另外，在上述實(shí)例中，波長帶設(shè)定為1.55μm波長帶?？墒?，設(shè)定波長帶不特別限定，但適于設(shè)定符合用于波分多路復(fù)用傳輸?shù)鹊牟ㄩL帶，等等。
權(quán)利要求
1.一種光纖，包含彼此相鄰接并含不同成分的多層玻璃層，在參考層內(nèi)形成有至少三層玻璃層，該參考層作為這些多層玻璃層間的折射率分布的參考層；其特征在于在光纖最內(nèi)側(cè)形成的第一玻璃層的最大折射率高于所述參考層的折射率，作為所述光纖內(nèi)向外數(shù)的第二層的第二玻璃層的最小折射率低于所述參考層的折射率，作為所述光纖從內(nèi)向外數(shù)的第三層的第三玻璃層的最大折射率高于所述參考層的折射率；在1.5μm波長帶的至少一部分的設(shè)定波長帶中，該光纖的有效纜芯截面積為40μm2至60μm2；在1.55μm波長下，色散值大于等于4ps/nm/km而小于等于10ps/nm/km；1.55μm波長帶中，色散斜率為等于或小于0.04ps/nm2/km的正值；以及零色散波長等于或小于1.4μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其特征在于在2m長度處，截止波長等于或小于1.5μm；在1.5μm波長帶中，直徑20mm的彎曲損耗為等于或小于5dB/m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其特征在于具有高于參考層折射率的玻璃層布置在第三玻璃層和參考層之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其特征在于具有低于參考層折射率的玻璃層布置在第三玻璃層和參考層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其特征在于第一玻璃層的最大折射率相對(duì)于參考層的相對(duì)折射率差Δ1為大于等于0.5％而小于等于0.6％；第二玻璃層的最小折射率相對(duì)于參考層的相對(duì)折射率差Δ2為大于等于-0.4％而小于等于-0.1％；以及第三玻璃層的最大折射率相對(duì)于參考層的相對(duì)折射率差Δ3為大于等于0.1％而小于等于0.4％。
6.一種光通信系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1的光纖用作光傳輸路徑。
全文摘要
一種能形成用于在1.5μm波長帶中使用喇曼放大器進(jìn)行波分多路復(fù)用傳輸?shù)墓鈧鬏斁€的光纖以及使用這種光纖的光通信系統(tǒng),該光纖在1.5μm波長帶的至少一部分的設(shè)定波長帶中具有40μm
文檔編號(hào)G02B6/036GK1356568SQ01140139
公開日2002年7月3日 申請(qǐng)日期2001年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月28日
發(fā)明者武笠和則, 熊野尚美 申請(qǐng)人:古河電氣工業(yè)株式會(huì)社