專利名稱：光纖和波分復(fù)用傳輸線路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖，尤其是涉及與單模光纖(SMF)連接構(gòu)成傳輸線路時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)最佳特性的線路用的色散補(bǔ)償光纖(即RDFReverse Dispersion(optical)Fiber(逆色散光纖))。
特別是本發(fā)明涉及波分復(fù)用(WDMWave Division Multiplexing)傳輸光纖以及在這種光纖與單模光纖(SMF)連接使用時(shí)適于使用的波分復(fù)用(WDM)傳輸線路。
作為滿足這樣的要求的一種方法，提出迄今為止廣泛使用的把單模光纖(SMF)和色散補(bǔ)償光纖(DCF)相連接，總體上滿足上述要求的構(gòu)想。
這樣的色散補(bǔ)償光纖(DCF)不是已有的模塊型色散補(bǔ)償型光纖，而是被稱為與SMF連接作為線路使用的線路用色散補(bǔ)償光纖(RDF)，其實(shí)用化正在認(rèn)真研究之中。
在波長1.31微米色散為0(ps/nm/km)的1.31零色散單模光纖(SMF)是非線性、傳輸損耗、偏振模式色散(PMD)等特性方面極為優(yōu)異的線路(光纖)，但是由于在波長為1.55μm的波段上有著很大的正色散值和正色散斜度(也稱為“色散斜率”，表示色散的變化與波長變化之比)，所以只用SMF很難長距離無色散地傳輸波長為1.55μm的光信號(hào)。因此，僅使用SMF是很難實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用(WDM)的。因此色散的補(bǔ)償是必要的。
在這里，一邊謀求利用1.31零色散SMF的特性的優(yōu)點(diǎn)，一邊在與模塊型的SMF連接時(shí)對色散進(jìn)行補(bǔ)償，使得在1.55μm頻寬上能夠進(jìn)行傳輸?shù)纳⒀a(bǔ)償光纖(DCF)的研究和實(shí)用化正在努力進(jìn)行。
作為這樣的色散補(bǔ)償光纖(DCF)，研究出有例如，為了補(bǔ)償1.31零色散單模光纖(SMF)具有的的正色散，在與SMF連接時(shí)，通過將中心芯部的比折射率差提高2.0％以上來獲得很大的負(fù)色散，從而達(dá)到在與SMF連接時(shí)總體上有良好的性能指數(shù)(FOM；Figure of Merit)，色散與傳輸損失之比(色散/傳輸損失))，例如FOM值達(dá)到200ps/nm/dB程度的色散補(bǔ)償光纖(DCF)。
此外，同時(shí)補(bǔ)償色散斜率的斜率補(bǔ)償型色散補(bǔ)償光纖用于波分復(fù)用(WDM)傳輸是引人注目的。這樣的斜率補(bǔ)償型色散補(bǔ)償光纖(DCF)，不僅對性能指數(shù)(FOM)的控制，而且對色散斜率的控制也變得重要了。
在將1.31零色散單模光纖(SFM)與上述色散補(bǔ)償光纖(DCF)加以連接時(shí)，色散補(bǔ)償性能用下面公式定義的補(bǔ)償率CR來描述則很容易理解。
補(bǔ)償率(％)＝[(斜率DCF/斜率SMF)/(色散DCF/色散SMF)]×100 ......(1)在公式1中，記號(hào)“斜率DCF”表示色散補(bǔ)償光纖(DCF)的色散斜率(ps/nm2/km)，記號(hào)“斜率SMF”表示單模光纖(SMF)，例如1.31零色散SMF的色散斜率(ps/nm2/km)，記號(hào)“色散DCF”表示色散補(bǔ)償光纖的色散(ps/nm/km)，記號(hào)“色散SMF”表示1.31零散SMF的色散(ps/nm/km)。
公式1中的補(bǔ)償率CR越是接近100％，寬帶零色散越是可能。換句話說，這意味著色散補(bǔ)償光纖(DCF)的DPS越是接近于單模光纖的DPS，在寬帶中進(jìn)行補(bǔ)償越是可能。
標(biāo)記“DPS”是“單位斜率的色散”的縮寫，表示色散斜率與色散的之比，即色散/色散斜率(nm)。
日本特開平8-136758號(hào)公報(bào)提出了這樣的模塊型色散補(bǔ)償光纖(DCF)的最佳設(shè)計(jì)。
然而，在日本特開平8-136758號(hào)公報(bào)中公開的那樣的光纖，是迄今為止以縮短尺寸為目標(biāo)的模塊型色散補(bǔ)償光纖(DCF)，其有效芯部剖面積Aeff通常為18μm2或更小，而且比折射率差很高。因此，非線性現(xiàn)象很容易發(fā)生。此外，這樣的模塊型色散補(bǔ)償光纖(DCF)傳輸損失和偏振模式色散(PMD)值也很大。
因此，為了實(shí)現(xiàn)作為本發(fā)明的主題的波分復(fù)用傳輸，日本特開平8-136758號(hào)公報(bào)中公開的那樣的模塊型DCF不適于與單模光纖(SMF)、例如1.31零色散SMF連接。
最近，作為新的研究，在文獻(xiàn)ECOC’97，vol.1，p.127發(fā)表了通過將單模光纖(SMF)與具有逆色散特性的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)加以連接以補(bǔ)償色散的方法。
但是，這樣的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的色散值僅僅為-15～-30ps/nm/km。在與SMF連接時(shí)，設(shè)想以SMF和RDF的長度比約為1∶1來構(gòu)建線路。但即使將有這樣的色散值的RDF與SMF聯(lián)接，也不能實(shí)現(xiàn)作為本發(fā)明的主題的性能。
具有能夠與單模光纖(SMF)的正色散值相互補(bǔ)償?shù)纳⒅档木€路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)很受人注意，但是迄今為止還沒有出現(xiàn)關(guān)于能夠滿足這樣的要求的包括色散值、色散斜率、非線性、傳輸損失、偏振模式色散(PMD)的最佳特性和最佳設(shè)計(jì)的報(bào)告。
本發(fā)明的研究認(rèn)為，這樣的線路型的色散補(bǔ)償光纖(RDF)中，由于RDF占線路的大約一半，有比較大的功率在RDF中長距離傳輸，其結(jié)果是，產(chǎn)生了非線性現(xiàn)象的問題。
在將單模光纖(SMF)與線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)連接的情況下，RDF的色散絕對值大的一方能夠與條長更長的低非線性的SMF連接，由于可以加大SMF與RDF的長度比(條長比)，因此，在將SMF與RDF連接的情況下能夠降低總的線路的非線性，這是有益的性能。
在這里，將具有已有的色散補(bǔ)償光纖(DCF)那樣的大色散值、例如-60(ps/nm/km)以下的色散值的光纖與單模光纖(SMF)連接構(gòu)成線路進(jìn)行了試驗(yàn)，如上所述在傳輸損失和偏振模式色散(PDM)等上存在著問題。
例如已有的色散補(bǔ)償光纖(DCF)在1.55微米的波長區(qū)域的傳輸損失大于0.4dB/km，偏振模式色散(PMD)大于 。而且還存在可能由于色散的累積導(dǎo)致波形畸變增大的缺點(diǎn)。
將這樣的已有的色散補(bǔ)償光纖(DCF)作為與單模光纖(SMF)連接的光纖(線路)使用從現(xiàn)實(shí)上看來是很困難的。
本發(fā)明的另一目的在于，提供能夠把單模光纖(SMF)、例如1.31零色散SMF與那樣的合適的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)加以連接，實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用傳輸、寬帶復(fù)用傳輸?shù)鹊墓饫w傳輸線路。
本發(fā)明提出具有光纖傳輸用的在光波波長為1.55微米的波段的色散值為-60～-35(ps/nm/km)和色散斜率為-0.10(ps/nm2/km)以下的新型的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)。
本發(fā)明選擇非線性型和在損失上有利的色散值即-60～-35(ps/nm/km)，求得線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的最佳設(shè)計(jì)。其結(jié)果是，通過使用中心芯部的比折射率差為1.2～1.4％，表示中心芯部的折射率分布的形狀的α常數(shù)為1.0～5.0，外側(cè)芯部(side core)的比折射率差為-0.60～-0.35％，外側(cè)芯部的半徑b與中心芯部的半徑a之比(徑比)為1.6～2.4倍的形狀(剖面)的光纖，使有效芯部剖面積Aeff為19μm2以上，能夠?qū)崿F(xiàn)傳輸損失小于0.27(dB/km)的低損失，小于 的低PMD(偏振模式色散)、以20mm直徑彎曲時(shí)損失小于5(dB/m)的具有低彎曲損失特性的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)。又可以了解到，以在中心芯部外圍附加第2外側(cè)芯部層的結(jié)構(gòu)，可以使中心芯部、第1外側(cè)芯部層、以及第2外側(cè)芯部層的比折射率差和外側(cè)芯部層的徑比等實(shí)現(xiàn)最佳化，以此可以將有效芯部剖面積Aeff擴(kuò)大到23μm2以上。
所謂有效芯部剖面積Aeff意味著LP01模式的有效的傳輸區(qū)域，以E(r)表示光纖中的電場分布時(shí)，由下式定義Aeff=2π[∫0∞E(r)2rdr]2∫0∞E(r)4rdr......(2)]]>其中，r表示光纖的半徑方向的位置。
本發(fā)明的第1種能夠提供具有以下特征的光纖，即中心芯部和形成于該中心芯部外側(cè)的第1外側(cè)芯部層，所述中心芯部的比折射率差為1.15～1.40(％)，表示中心芯部的折射率分布的形狀的α常數(shù)為1.0～5.0，所述第1外側(cè)芯部層的比折射率差為-0.60～-0.35(％)，所述第1外側(cè)芯部層的半徑(b)與所述中心芯部的半徑(a)的比(b/a)為1.6～2.4，在通過所述中心芯部傳輸?shù)墓獠úㄩL為1.55微米的波段時(shí)，色散值為-60～-35(ps/nm/km)，色散斜率為-4.0～-0.10(ps/nm2/km)，在通過所述中心芯部傳輸?shù)墓獠úㄩL為1.55微米的波段時(shí)，傳輸損失為0～0.35(dB/km)，對于色散的損失比率(性能指數(shù)(FOMFigure of Merit)、色散/損失是120～500((ps/nm)/dB)，偏振模式色散(PMD)是 有效芯部剖面積(Aeff)為19～50平方微米，曲率直徑為20mm的彎曲損失是0～5(dB/m)。
本發(fā)明的第2種能夠提供具有以下特征的光纖，即具備中心芯部和形成于該中心芯部外側(cè)的第1外側(cè)芯部層，所述中心芯部的比折射率差為0.9～1.4(％)，表示所述中心芯部的折射率分布的形狀的α常數(shù)為1.0～5.0，所述第1外側(cè)芯部層的比折射率差為-0.65～-0.35(％)，所述第1外側(cè)芯部層的半徑b與所述中心芯部的半徑a的比b/a為1.6～2.4，在通過所述中心芯部傳輸?shù)墓獠úㄩL為1.55微米的波段時(shí)，色散值為-60～-35(ps/nm/km)，色散斜率為-4.0～-0.05(ps/nm2/km)，在通過所述中心芯部傳輸?shù)墓獠úㄩL為1.55微米的波段時(shí)，傳輸損失為0～0.35dB/km，對于色散的損失比率(性能指數(shù)(FOM))是120～500((ps/nm)/dB)，偏振模式色散PMD是 有效芯部剖面積Aeff為19～50平方微米，曲率直徑為20mm的彎曲損失是0～20(dB/m)。
所述1.55微米波段的波長為1.40～1.65微米的波長區(qū)域。
本發(fā)明的第3種是具有以下特征的光纖，即還具有形成于所述第1外側(cè)芯部層的外側(cè)，比折射率差為0.05～0.35％，其半徑c與所述第1外側(cè)芯部的半徑b之比c/b為1.3～1.7的第2外側(cè)芯部層。
本發(fā)明的第4種能夠提供具有以下特征的波分復(fù)用傳輸線路，即將1.31零色散單模光纖或具有與該單模光纖(SMF)相似特性的正色散光纖與上述第1～第3種發(fā)明的光纖相連接，將1.5微米波段的特定波長的色散抑制于低色散范圍。


圖1(A)、(B)是對本發(fā)明的光纖的第1實(shí)施形態(tài)，即具有W形折射率曲線形狀的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的圖解。圖1(A)是本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的RDF的剖面圖，圖1(B)是圖解于圖1(A)的RDF的折射率分布的圖解圖。
圖2是在圖1(B)圖解的光纖中，中心芯部的比折射率差、對于單模光纖(SMF)的色散補(bǔ)償率以及傳輸損失的調(diào)查結(jié)果的曲線圖。
圖3(A)、(B)是對本發(fā)明的光纖的第2實(shí)施形態(tài)，即具有W形+外側(cè)芯部的折射率曲線形狀的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的圖解。圖3(A)是本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的RDF的剖面圖，圖3(B)是圖解于圖3(A)的RDF的折射率分布的圖解圖。
圖4(A)是單模光纖(SMF)與線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)以1比1連接的基本結(jié)構(gòu)的圖解。圖4(B)是圖解于圖4(A)的SMF與RDF的多個(gè)單元線路連接的情況下的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的波長損失特性的圖解曲線。
第1實(shí)施形態(tài)圖1(A)是本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的剖面圖，圖1(B)是圖解于圖1(A)的RDF的折射率分布的圖解圖。
本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)1是進(jìn)行波分復(fù)用傳輸?shù)惹闆r下與單模光纖(SMF)連接構(gòu)成傳輸線路用的合適的光纖。
圖1(A)圖解的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)1具有中心芯部11、形成于其外圍的外側(cè)芯部層(或depressed layer)12、以及形成于外側(cè)芯部層12的外圍的包覆層13。
如圖1(B)所示，中心芯部11比折射率差為Δ1，外側(cè)芯部層12的比折射率差為Δ2，折射率分布為W形。
中心芯部11的折射率分布(或比折射率差分布)的輪廓形狀以參數(shù)α表示。
參數(shù)α以式(3)定義n2(ra)=n02[1-2*n1-n2n1*(ra)α]......(3)]]>其中， 以2a表示中心芯部11的直徑，以2b表示外側(cè)芯部層12的直徑。將外側(cè)芯部層12的直徑與中心芯部11的直徑之比b/a稱為徑比(或稱為“徑倍率”)。
如圖1(A)、(B)所示，在中心芯部11的外圍具有外側(cè)芯部12的、具有以W型為基礎(chǔ)的比折射率差(或折射率)輪廓形狀的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)具有高色散補(bǔ)償性能，而且結(jié)構(gòu)簡單，因此具有比較容易制作的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明人求出了將這樣的RDF與單模光纖(SMF)、例如傳輸波長為1.31微米的光線時(shí)色散為零的1.31色散SMF連接、使用于波分復(fù)用(WDM)傳輸?shù)惹闆r下的RDF的最佳條件。該最佳條件記述如下。
表1

基本條件(1)線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的色散絕對值務(wù)必做得比較大。其理由是，如果色散絕對值大，則在與單模光纖(SMF)連接時(shí)能夠?qū)ι⑦M(jìn)行充分補(bǔ)償。尤其是能夠與大正色散的單模光纖(SMF)連接。而且，如上所述，色散絕對值大有各種優(yōu)點(diǎn)。
(2)作為補(bǔ)償率的指標(biāo)的色散與色散斜率之比(色散/色散斜率、DPS)應(yīng)該良好。作為目標(biāo)，最好是DPS與單模光纖(SMF)的DPS大致相同，在200～400nm范圍。因?yàn)檫@樣一來，將SMF與RDF連接時(shí)補(bǔ)償率會(huì)接近100％，能夠得到理想的補(bǔ)償率。
(3)有效芯部剖面積Aeff應(yīng)該比已有的色散補(bǔ)償光纖(DCF)的有效芯部剖面積Aeff大。例如線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的色散補(bǔ)償光纖(DCF)應(yīng)該是大于19μm2。在已有的模塊中使用的DCF的Aeff小于19μm2，但是那在非線性方面不理想。
還有，有效芯部剖面積Aeff的最大值最好是實(shí)質(zhì)上與作為連接對象的SMF的有效芯部剖面積Aeff同值。在本實(shí)施形態(tài)中，1.31零色散SMF的有效芯部剖面積Aeff為50～19μm2。最好是有效芯部剖面積Aeff大，但是如果大于50μm2，則彎曲損失就會(huì)變得特別大。因此有效芯部剖面積Aeff最好是在這樣的范圍內(nèi)。
根據(jù)上述條件(1)和(2)，使1.55μm波段的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的色散值小于-35ps/nm/km，色散斜率值小于-0.10(ps/nm2/km)。
色散值的范圍為-35～-60(ps/nm/km)。
色散斜率值為-0.30～-0.10(ps/nm2/km)。
在這樣的色散值和色散斜率值的情況下，與SMF連接時(shí)能夠維持式1所示的補(bǔ)償率于高補(bǔ)償率。
補(bǔ)償率最好是在100％～85％的范圍。
通常，在以W型為基礎(chǔ)的輪廓中，如果加大中心芯部11的比折射率差Δ1，就能夠使色散絕對值增大。
在這里，本發(fā)明人為了使色散增大到比在記載著中心芯部11的比折射率差Δ1為1.1％左右的ECOC’97，vol.1，p.127發(fā)表的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)更大，將中心芯部11的比折射率差Δ1定為1.15％以上。還有，為了完全消除彎曲損失的影響，最好是使比折射率差Δ1大于1.20％。
可以確認(rèn)，作為設(shè)計(jì)的結(jié)果，用這樣的方法能夠得到色散值小于-35(ps/nm/km)的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)。
又可以了解到，在中心芯部11的比折射率差Δ1小于1.15％的情況下，如果要使色散小于-35(ps/nm/km)，彎曲損失或色散補(bǔ)償率將受到損失。
在這個(gè)意義上，如果提高中心芯部11的比折射率差Δ1，則能夠得到良好的(絕對值大的)色散特性，但是如果加大比折射率差Δ1，則會(huì)遭遇到傳輸損失和偏振模式色散(PDM)變大的麻煩。一旦增大比折射率差Δ1，增大補(bǔ)償率也將變得困難。
將這樣的關(guān)系的分析結(jié)果示于圖2。
圖2是表示在圖1(B)圖解的光纖1中，中心芯部11的比折射率差Δ1、對于單模光纖(SMF)的色散補(bǔ)償率以及傳輸損失的調(diào)查結(jié)果的曲線圖。在該調(diào)查結(jié)果中，W型輪廓的其他參數(shù)固定不變。
在圖2中，曲線CVCR表示色散補(bǔ)償率的變化，曲線CVL表示傳輸損失的變化。
從圖2所示的曲線可知，如果提高中心芯部11的比折射率差Δ1，則色散補(bǔ)償率下降，傳輸損失增大。因此中心芯部11的比折射率差Δ1不能夠無條件加大。
根據(jù)上述觀點(diǎn)，作為合適的比折射率差Δ1的范圍，也就是作為傳輸損失緩慢上升的區(qū)域而且能夠在某種程度上維持高補(bǔ)償率的區(qū)域，將中心芯部11的比折射率差Δ1定為1.15％以上、1.40％以下。從圖2可知，這時(shí)的補(bǔ)償率高達(dá)約100％～97％。
這樣一來，與中心芯部11的比折射率差Δ1密切相關(guān)的偏振模式色散(PMD)的值也可望抑制于例如 以下的較小的值。
作為一個(gè)例子，將中心芯部11的比折射率差Δ1設(shè)定為1.30％，將表示中心芯部11的折射率分布的形狀的常數(shù)α、外側(cè)芯部層12的比折射率差Δ2、中心芯部11的直徑2a與外側(cè)芯部層12的直徑2b之比b/a作為變數(shù)對特性變化進(jìn)行研究。其結(jié)果示于表2。
表2改變b/a時(shí)的模擬結(jié)果

α＝2.0，Δ2＝-0.50％表2表示例如α為2.0，外側(cè)芯部層12的比折射率差Δ2為-0.50％時(shí)的，相對于中心芯部11的半徑a與外側(cè)芯部層12的半徑b之比b/a，色散、色散斜率、DPS、有效芯部剖面積Aeff、截止波長λC等特性的變化的例子。
中心芯部11的直徑調(diào)整為使彎曲損失為一定值的大小。
從表2所示的結(jié)果可知，徑比b/a如果接近1.70，則色散斜率大于-0.10(ps/nm2/km)，DPS大于400(nm)，因此偏離單模光纖的DPS，所以由式1可知，提高補(bǔ)償率CR變得困難，其實(shí)用化將變得嚴(yán)峻。
一旦徑比(b/a)接近2.00，色散值達(dá)到-30(ps/nm/km)，色散值的絕對值變成作為目標(biāo)值的35(ps/nm/km)。而且有效芯部剖面積Aeff也小于19μm2。可知一旦直徑比b/a這樣變大，則色散值和補(bǔ)償率等色散特性方面和有效芯部剖面積Aeff方面要發(fā)生問題。
根據(jù)上述考察可知，在這樣的輪廓范圍，直徑比b/a的最佳值是1.80～1.90。
以這樣的方法使各參數(shù)最佳化。而且在改變中心芯部11的比折射率差Δ1的同時(shí)實(shí)施該最佳化。
其結(jié)果是，中心芯部11的比折射率差Δ1為1.15～1.4％，最好是Δ1為1.2～1.4％，α為1.5～5.0，外側(cè)芯部層12的比折射率差Δ2為-0.6～-3.5％，徑比b/a在1.6～2.4范圍內(nèi)時(shí)，色散為-60～-35(ps/nm/km)，DPS在200～400nm的范圍內(nèi)，補(bǔ)償率高，有效芯部剖面積Aeff為19μm2以上(具體地說，在19～50μm2的范圍內(nèi))，可知能夠?qū)崿F(xiàn)低彎曲損失特性的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)。
還由于曲率直徑20mm的彎曲損失設(shè)定為較小的3dB/km進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以期望能夠抑制在長波長的一側(cè)傳輸損失的增加。
在α小于1.0的情況下，即使是把其他參數(shù)最佳化，彎曲損失也大于3dB/m，在使α大于5.0的情況下，DPS變成400nm以上，補(bǔ)償率下降。
使比折射率Δ2下降到-0.60％以下則彎曲損失增大，而使比折射率Δ2大于-0.35％則補(bǔ)償率低下。
在徑比(徑倍率)b/a小于1.6時(shí)，色散絕對值大于35(ps/nm/km)，有效芯部剖面積Aeff也大于22μm2，但是DPS也達(dá)到60nm，偏離SMF的DPS很遠(yuǎn)，補(bǔ)償率下降。另一方面，在大于2.0時(shí)，色散絕對值不足，小于35(ps/nm/km)，DPS小于400nm，有效芯部剖面積Aeff也小于19μm2，可知不能夠同時(shí)滿足必要條件。因此，徑比b/a的最佳范圍是約1.8～1.9。還有，作為徑比b/a的允許偏差范圍，可以選定為上述最佳范圍的25％，即1.6～2.4。
第2實(shí)施形態(tài)如上所述，采用上述第1實(shí)施形態(tài)，對W型的輪廓進(jìn)行最佳化，能夠?qū)崿F(xiàn)比已有的色散補(bǔ)償光纖(DCF)有效芯部剖面積Aeff擴(kuò)大到19μm2以上的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)。但即使是直徑比b/a為1.70，有效芯部剖面積Aeff擴(kuò)大，也只是22μm2左右，還希望能夠進(jìn)一步擴(kuò)大有效芯部剖面積Aeff。
下面參照圖3(A)、(B)對實(shí)現(xiàn)更大的有效芯部剖面積Aeff的第2實(shí)施形態(tài)加以說明。
圖3(A)所示的光纖1A在圖1(A)所示的外側(cè)芯部層12與包覆層13之間附加第2外側(cè)芯部層14。下面稱外側(cè)芯部層12為第1外側(cè)芯部層12。光纖1A的中心芯部11與圖1(A)所示的中心芯部11實(shí)質(zhì)上相同。
如圖3(B)的折射率分布輪廓所示，該光纖1A的折射率的輪廓由于添加了第2外側(cè)芯部層14，變成(W+外側(cè)芯部)型的輪廓。
下面對該光纖1A探討有效芯部剖面積Aeff擴(kuò)大的問題。
本發(fā)明人在以2a表示中心芯部11的直徑，以Δ1表示中心芯部11的比折射率差，2b表示第1外側(cè)芯部層12的直徑，以Δ2表示第1外側(cè)芯部層12的比折射率差，以2c表示第2外側(cè)芯部層14的直徑，以Δ3表示第2外側(cè)芯部層14的比折射率差的情況下，利用使這些參數(shù)的組合最佳化的方法探討擴(kuò)大有效芯部剖面積Aeff的方法。
下面對基本上如上所述實(shí)現(xiàn)最佳化的W型輪廓的外側(cè)附加第2外側(cè)芯部層的情況下的特性變化進(jìn)行研究，作為一個(gè)例子，在中心芯部11的比折射率差Δ1為1.25％，α為2.0，第1外側(cè)芯部層12的比折射率差Δ2為-0.50％，第1徑比a∶b＝0.5∶1.0(b/a＝2.0)的情況下，附加第2外側(cè)芯部層14引起的特性變化的模擬結(jié)果示于表3。
表3改變外側(cè)芯部層時(shí)的模擬結(jié)果

從表3的結(jié)果可知，利用附加第2外側(cè)芯部層14的方法，能夠得到色散絕對值、DPS(換句話說，也就是補(bǔ)償率)、有效芯部剖面積Aeff等特性良好的光纖。
也就是說，表3例示的色散絕對值比表2所示的色散絕對值大，達(dá)到35(ps/nm/km)以上，DPS也大約在300～400nm的范圍內(nèi)，有效芯部剖面積Aeff也在20～24μm2的范圍內(nèi)，特別是第2實(shí)施形態(tài)的有效芯部剖面積Aeff比表2所示的第1實(shí)施形態(tài)的有效芯部剖面積Aeff大。由于彎曲損失不是一定值，反之如果色散補(bǔ)償和有效芯部剖面積Aeff放寬，則可以把彎曲損失抑制于較小的數(shù)值。
但是如果第2外側(cè)芯部層14過分?jǐn)U大(如果第2直徑比c/b的數(shù)值變大)，或第2外側(cè)芯部層14的比折射率差Δ3過大，則截止波長λC變大，與單模光纖連接時(shí)的補(bǔ)償率(式1)也逐漸變壞。
這樣試行各種設(shè)計(jì)，其結(jié)果表明，在當(dāng)前的輪廓范圍，維持其他特性不變，能夠得到有效芯部剖面積Aeff大于23μm2的結(jié)果的第2外側(cè)芯部層14，參照表3例示的結(jié)果，比折射率差Δ3為0.05(c/b大的時(shí)候)～0.35％(c/b小的時(shí)候)，第2徑比c/b為1.3～1.7。
第3實(shí)施形態(tài)對本發(fā)明的光纖進(jìn)一步試行適合光纖的使用形態(tài)的光纖最佳化。
最近，利用光纖的光纜化工程的最佳化等，驗(yàn)證了光纖即使彎曲損失稍大一些也能夠?qū)嶋H使用。
特別是只使用C波段的情況等，即使光纖的彎曲損失稍大，也有偏重色散補(bǔ)償率和傳輸損失，希望減小中心芯部11的比折射率差Δ1的情況。在外側(cè)芯部型光纖中，即使進(jìn)一步減小中心芯部11的比折射率差Δ1也能夠抑制彎曲損失。
但是，如果中心芯部11的比折射率差Δ1小于0.9％，則彎曲損失達(dá)到20dB/m以上，超出了光纖的可使用范圍。因此可知中心芯部11的比折射率差Δ1應(yīng)該大于0.9％。
還了解到，通常為了滿足作為光纖光纜化的指標(biāo)使用的彎曲直徑20mm時(shí)彎曲損失小于10dB/m的條件，中心芯部11的比折射率差Δ1應(yīng)該大于1.0％。
這樣，還可以了解到，中心芯部11的比折射率差Δ1應(yīng)該適應(yīng)使用的光波的波段和光纖光纜化的條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。但是，也了解到，作為基本條件，中心芯部11的比折射率差Δ1應(yīng)該在0.9～1.4％的范圍內(nèi)。關(guān)于1.4％的根據(jù)在上面已經(jīng)進(jìn)行了說明。
上面所述事項(xiàng)可以適用于具有圖1(A)、(B)和圖3(A)、(B)所示結(jié)構(gòu)的兩種光纖。
采用后述實(shí)施例，能夠?qū)崿F(xiàn)在波長1.55μm的波段具有-60～-35(ps/nm/km)的色散值和-0.05(ps/nm2/km)的色散斜率的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)。
第4實(shí)施形態(tài)使用這種線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的系統(tǒng)的例子示于圖4(A)、(B)。
圖4(A)表示一根單模光纖(SMF)與一根線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)連接作為單位傳輸線路的基本結(jié)構(gòu)。
圖4(B)表示將多個(gè)由圖4(A)所示的SMF與RDF的單位線路連接起來的情況下的結(jié)構(gòu)圖。記號(hào)TX表示光信號(hào)發(fā)送裝置，RX表示光信號(hào)接收裝置，EDFA表示放大器。
將單模光纖(SMF)與線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的長度11、12適當(dāng)調(diào)整，可以得到波分復(fù)用(WDM)傳輸用的平坦的色散特性。
由于最初信號(hào)光是射入非線性較小(也就是線性良好)的SMF，所以也能夠抑制非線性現(xiàn)象。
又，也可以使用在1.55μm具有大的正色散的其他光纖代替作為單模光纖(SMF)的例子敘述的1.31零色散SMF。作為這樣的光纖，可以使用例如(1)使截止波長向長波長側(cè)移動(dòng)的CSF(截止移動(dòng)光纖；Cutoff Shifted optical-fiber)采用氟包覆層的純二氧化硅芯光纖、或FF光纖(Fully fluoride doped opticalfiber)。又可以使用日本特開平11-364609號(hào)公報(bào)等所述的有效芯部剖面積擴(kuò)大型單模光纖(SMF)。
除了單模光纖(SMF)以外的這樣的正色散光纖的特性的例子示于表4。
表4與SMF類似的正色散光纖

如表4所示，作為取代單模光纖(SMF)的光纖，例如色散為10～25(ps/nm/km)左右的正色散光纖是合適的。其理由是，如果色散小于10(ps/nm/km)，則也會(huì)發(fā)生FWM(四光波混合)的問題，DPS值也會(huì)變小。另一方面，色散如果大于25(ps/nm/km)，則正色散光纖的條長比變短，即使特地加大線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的色散也沒有意義。
如上所述，本發(fā)明人研制出了能夠作為線路使用的新型的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)。
RDF的低非線性(高線性)、低傳輸損失、低PMD特性是作為波分復(fù)用(WDM)傳輸線路的最佳特性。
又，這種線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)是將來能夠進(jìn)行波分復(fù)用(WDM)傳輸?shù)牡墓饫w，通過完成其能夠?qū)崿F(xiàn)的輪廓，能夠方便地制造適用于高速大容量傳輸?shù)墓饫w。
實(shí)施例下面利用實(shí)施例確認(rèn)本發(fā)明的有效性。參考模擬結(jié)果試制光纖。其結(jié)果示于表5～表8。
表5～表8的各參數(shù)取接近模擬求得的最佳值的數(shù)值，中心芯部11的比折射率差Δ1取較小的數(shù)值以降低損失和降低PMD。
第1實(shí)施例第1實(shí)施例是與參照圖1(A)、(B)敘述的第1實(shí)施形態(tài)的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的實(shí)施例。
第1實(shí)施例的單模光纖(SMF)與色散補(bǔ)償光纖(DCF)的尺寸如下所述。
SMF的芯部直徑為10μm，包覆層直徑為125μm。
DCF的芯部直徑(有效芯部剖面積Aeff)的數(shù)值如表6、8所示，包覆層直徑為125μm。
表5是與參照圖1(A)、(B)所述的光纖有關(guān)的補(bǔ)償率高的W型線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的實(shí)施例的結(jié)果。
以模擬結(jié)果為依據(jù)選擇表5中的兩種輪廓。根據(jù)表5所示的結(jié)果可以希望能夠得到低非線性(高線性)、高補(bǔ)償率的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)特性。
表5模擬中補(bǔ)償率高的RDF的輪廓

以接近上述輪廓的輪廓試制了幾種光纖。試制的W型線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的特性示于表6。
表6試制結(jié)果

根據(jù)表6的結(jié)果，線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)利用使色散值維持比較大的-35～-55(ps/nm/km)左右的數(shù)值，同時(shí)得到高補(bǔ)償率(適當(dāng)?shù)腄PS)，以期待在與單模光纖(SMF)連接時(shí)在較寬的波長范圍能夠?qū)崿F(xiàn)低色散。而且能夠把損失也抑制于低水平。還有，有效芯部剖面積Aeff也達(dá)到20.0μm2以上，與已有的色散補(bǔ)償光纖(DCF)相比有所擴(kuò)大。而且由于中心芯部11的比折射率差Δ1相對較小，實(shí)現(xiàn)了低非線性。PMD、彎曲損失等其他數(shù)值也非常良好。
傳輸損失也小于0.27dB/km，比目標(biāo)值0.35dB/km小。還有，由于彎曲損失也比較小，只有4dB/m，所以長波長一側(cè)(L-波段)的傳輸損失也小于0.35dB/km，得到了波長1580nm的傳輸損失的代表性數(shù)值0.30dB/km以下。
性能指數(shù)(FOM)、即傳輸損失與色散的比(色散/傳輸損失)為146～194(ps/nm/dB)。由于已有的RDF的FOM為100～120(ps/nm/dB)，因此可以了解到，本實(shí)施例的FOM得到改善。FOM有很大程度的改善。特別是設(shè)想本實(shí)施例的RDF與SMF連接使用的情況，如果FOM大，即使是在低傳輸損失時(shí)也能夠得到相同的色散值。在FOM為170(ps/nm/dB)的本實(shí)施例中，在傳輸損失相同的情況下能夠得到好1.4倍的良好的色散值。
圖5是上述第1實(shí)施例的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的波長損失特性的圖解曲線。
從圖5可知，光信號(hào)的波長為1500nm～1600nm，傳輸損失小于0.30dB/km。
本發(fā)明的光纖的目的是傳輸1.55μm波段的波長為1400～1650μm波長的光線，即使是在這樣大范圍的波段，也可以證明傳輸損失是低的。
下面對評(píng)價(jià)波長為1.58μm時(shí)的傳輸損失與波長為1.55μm時(shí)的傳輸損失之差的評(píng)價(jià)根據(jù)加以敘述。1.55μm波段是C-波段的中心波長，1.58μm波段是C-波段的端部(L-波段的開始)。由于兩者的損失差比較小，故具有在C-波段的平坦的特性得到補(bǔ)償?shù)腖-波段能夠使用的可能性很大的優(yōu)點(diǎn)。
第2實(shí)施例根據(jù)上面所述結(jié)果，第1實(shí)施例的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)能夠得到比已有的色散補(bǔ)償光纖(DCF)大的有效芯部剖面積Aeff。作為對進(jìn)一步擴(kuò)大有效芯部剖面積Aeff的探討，試制了參照圖3(A)、(B)敘述的、附加第2外側(cè)芯部層14，具有(W+外側(cè)芯部型)輪廓的第2實(shí)施形態(tài)的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)。
輪廓使用表7所示的模擬中得到良好結(jié)果的輪廓。表7表示對于補(bǔ)償率高的第2實(shí)施形態(tài)的(W+外側(cè)芯部型)線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的模擬結(jié)果的輪廓。
表7模擬中補(bǔ)償率高的RDF的輪廓

以接近上述輪廓的輪廓試制了幾種光纖，試制的W型線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)的特性示于表8。表8是對第2實(shí)施形態(tài)的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)進(jìn)行試制得到的光纖(W+外側(cè)芯部型)的特性表。
表8試制結(jié)果

根據(jù)表8可知，有效芯部剖面積Aeff達(dá)到23.0μm2以上，得到了比W型結(jié)構(gòu)大的值。FOM也達(dá)到170(ps/nm/dB)以上。
其他特性也非常好。而且也確認(rèn)了如上所述實(shí)施的結(jié)果也是良好的。
使用本發(fā)明的線路型色散補(bǔ)償光纖(RDF)與單模光纖(SMF)連接，能夠構(gòu)成適用于高速度大容量傳輸?shù)牡头蔷€性的波分復(fù)用(WDM)傳輸線路。
權(quán)利要求
1.一種光纖，其特征在于，具備中心芯部和形成于該中心芯部外側(cè)的第1外側(cè)芯部，所述中心芯部的比折射率差為1.15～1.40％，表示所述中心芯部的折射率分布的形狀的α常數(shù)為1.0～5.0，所述第1外側(cè)芯部層的比折射率差為-0.60～-0.35％，所述第1外側(cè)芯部的半徑b與所述中心芯部的半徑a的比b/a為1.6～2.4，在所述通過中心芯部傳輸?shù)墓獠úㄩL為1.55微米的波段時(shí)，色散值為-60～-35(ps/nm/km)，色散斜率為-4.0～-0.10(ps/nm2/km)，在通過所述中心芯部傳輸?shù)墓獠úㄩL為1.55微米的波段時(shí)，傳輸損失為0～0.35dB/km，對于色散的損失比率、即性能指數(shù)FOM是120～500(ps/nm)/dB，偏振模式色散PMD是 有效芯部剖面積Aeff為19～50平方微米，彎曲直徑為20mm的彎曲損失是0～5dB/m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述1.55微米波段的波長為1.40～1.65微米的波長區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，相對于所述光纖的色散的色散斜率比，即色散/色散斜率DPS與1.31零色散單模光纖的DPS實(shí)質(zhì)上相等或近似。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，通過所述中心芯部傳輸?shù)墓饩€的波長為1.55微米時(shí)，有效的芯部剖面積Aeff為23～50平方微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，通過所述中心芯部傳輸?shù)墓饩€的波長為1.55微米時(shí)，傳輸損失小于0.27dB/km，F(xiàn)OM大于170ps/nm/dB。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，通過所述中心芯部傳輸?shù)墓饩€的波長為1.58微米時(shí)，傳輸損失小于0.30dB/km，通過所述中心芯部傳輸?shù)墓饩€的波長為1.58微米時(shí)的傳輸損失減去通過所述中心芯部傳輸?shù)墓饩€的波長為1.55微米時(shí)的傳輸損失得到的差值的絕對值小于0.01dB/km。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，還具有形成于所述第1外側(cè)芯部層的外側(cè)，比折射率差為0.05～0.35％，其半徑c與所述第1外側(cè)芯部層的半徑b之比c/b為1.3～1.7的第2外側(cè)芯部層。
8.一種波分復(fù)用傳輸線路，其特征在于，將1.31零色散單模光纖或具有與該單模光纖(SMF)相似特性的正色散光纖與權(quán)利要求1所述的光纖相連接，將1.5微米波段的特定波長的色散抑制于低色散。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的波分復(fù)用傳輸線路，其特征在于，與所述單模光纖(SMF)相似特性的正色散光纖包含使截止波長向長波長一側(cè)移動(dòng)的CSF、采用氟包覆層的純二氧化硅芯光纖、FF光纖、有效芯部剖面積擴(kuò)大單模光纖。
10.一種光纖，其特征在于，其特征在于，具備中心芯部和形成于該中心芯部外側(cè)的第1外側(cè)芯部，所述中心芯部的比折射率差為0.9～1.4％，表示所述中心芯部的折射率分布的形狀的α常數(shù)為1.0～5.0，所述第1外側(cè)芯部層的比折射率差為-0.65～-0.35％，所述第1外側(cè)芯部的半徑b與所述中心芯部的半徑a的比b/a為1.6～2.4，在通過所述中心芯部傳輸?shù)墓獠úㄩL為1.55微米的波段時(shí)，色散值為-60～-35(ps/nm/km)，色散斜率為-4.0～-0.05(ps/nm2/km) ，在通過所述中心芯部傳輸?shù)墓獠úㄩL為1.55微米的波段時(shí)，傳輸損失為0～0.35dB/km，對于色散的損失比率、即性能指數(shù)FOM是120～500(ps/nm)/dB，偏振模式色散PMD是 有效芯部剖面積Aeff為19～50平方微米，彎曲直徑為20mm的彎曲損失是0～20dB/m。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖，其特征在于，所述中心芯部的比折射率差為1.0～1.4％，彎曲直徑為20mm的彎曲損失是0～10dB/m。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖，其特征在于，所述中心芯部的比折射率差為1.15～1.4％，彎曲直徑為20mm的彎曲損失是0～5dB/m。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖，其特征在于，所述1.55微米波段的波長為1.40～1.65微米的波長區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖，其特征在于，相對于所述光纖的色散的色散斜率比，即色散/色散斜率DPS與1.31零色散單模光纖的DPS實(shí)質(zhì)上相等或近似。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖，其特征在于，通過所述中心芯部傳輸?shù)墓饩€的波長為1.55微米時(shí)，有效的芯部剖面積Aeff為23～50平方微米。
16根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖，其特征在于，通過所述中心芯部傳輸?shù)墓饩€的波長為1.55微米時(shí)，傳輸損失小于0.27dB/km，F(xiàn)OM大于170ps/nm/dB。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖，其特征在于，通過所述中心芯部傳輸?shù)墓饩€的波長為1.58微米時(shí)，傳輸損失小于0.30dB/km，通過所述中心芯部傳輸?shù)墓饩€的波長為1.58微米時(shí)的傳輸損失減去通過所述中心芯部傳輸?shù)墓饩€的波長為1.55微米時(shí)的傳輸損失得到的差值的絕對值小于0.01dB/km。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖，其特征在于，還具有形成于所述第1外側(cè)芯部層的外側(cè)，比折射率差為0.05～0.35％，其半徑c與所述第1外側(cè)芯部層的半徑b之比c/b為1.3～1.7的第2外側(cè)芯部層。
19.一種波分復(fù)用傳輸線路，其特征在于，將1.31零色散單模光纖或具有與該單模光纖(SMF)相似特性的正色散光纖與權(quán)利要求10所述的光纖相連接，將1.5微米波段的特定波長的色散抑制于低色散。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的波分復(fù)用傳輸線路，其特征在于，與所述單模光纖(SMF)相似特性的正色散光纖包含使截止波長向長波長一側(cè)移動(dòng)的CSF、采用氟包覆層的純二氧化硅芯光纖、FF光纖、有效芯部剖面積擴(kuò)大單模光纖。
全文摘要
本發(fā)明光纖和波分復(fù)用傳輸線路,提供用于波分復(fù)用傳輸,并適合與單模光纖連接的線路型色散補(bǔ)償光纖,具有中心芯部和外側(cè)芯部層。中心芯部比折射率差為1.15～1.40%,表示中心芯部的折射率分布形狀的α常數(shù)為1.0～5.0,外側(cè)芯部層比折射率差為－0.60～－0.35%,外側(cè)芯部半徑b與中心芯部半徑a的比為1.6～2.4。中心芯部傳輸?shù)墓獠úㄩL為1.55μm的波段時(shí),色散值為－60～－35ps/nm/km,色散斜率小于－0.10ps/nm
文檔編號(hào)G02B6/028GK1375714SQ02107910
公開日2002年10月23日 申請日期2002年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月16日
發(fā)明者武笠和則 申請人:古河電氣工業(yè)株式會(huì)社