本發(fā)明涉及光纖。

背景技術(shù)：

在光通信系統(tǒng)中，光纖傳輸路徑用作傳輸信號(hào)光的光傳輸路徑。在信號(hào)光傳輸(即，尤其是數(shù)字相干傳輸)中，期望提高OSNR(光信噪比)。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，需要減小光纖的衰減和非線性。為了減小光纖的非線性，有效的是增大光纖的有效面積。例如，已知一種具有增大至110μm²以上的有效面積的光纖。

然而，在具有增大的有效面積的光纖中，對(duì)芯部中的傳播光(基模光)的限制變?nèi)?，并且微彎損耗趨于增大，最終使OSNR變小。微彎損耗是如下現(xiàn)象：由于從一側(cè)對(duì)光纖施加壓力而發(fā)生隨機(jī)微彎，使得因在傳播通過芯部的基模與包層模耦合時(shí)造成的光泄漏而使傳輸損耗增大。

Pierre Sillard等人的“Micro-Bend Losses of Trench-Assisted Single-Mode Fibers(溝槽輔助型單模光纖的微彎損耗)”ECOC2010 We.8.F.3(非專利文獻(xiàn)1)描述了微彎損耗。根據(jù)非專利文獻(xiàn)1，在具有階梯型折射率分布的單模光纖中，微彎損耗相對(duì)于波長(zhǎng)呈指數(shù)增大。在具有溝槽型折射率分布的光纖中，隨機(jī)微彎使基模與高次模耦合(這是泄漏模)，使得微彎損耗相對(duì)于波長(zhǎng)是相對(duì)均一的。溝槽型折射率分布的光纖自中心起依次具有芯部、第一包層、第二包層和第三包層。芯部的折射率大于第一包層和第三包層的折射率，并且第二包層的折射率小于第一包層和第三包層的折射率。

W型折射率分布被認(rèn)為是有效面積可以增大的光纖的折射率分布。W型折射率分布的光纖具有：芯部；內(nèi)包層，其包圍芯部，并具有比芯部的折射率小的折射率；以及外包層，其包圍內(nèi)包層，并具有比芯部的折射率小但比內(nèi)包層的折射率大的折射率。非專利文獻(xiàn)1中沒有描述具有W型折射率分布的光纖的微彎損耗的波長(zhǎng)相關(guān)性(譜)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于提供一種用作光傳輸路徑的光纖，使得可以以優(yōu)異的OSNR進(jìn)行光通信。

解決問題的技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的光纖包括：芯部；內(nèi)包層，其包圍芯部，并具有比芯部的折射率小的折射率；以及外包層，其包圍內(nèi)包層，并具有比芯部的折射率小但比內(nèi)包層的折射率大的折射率。對(duì)波長(zhǎng)在1400nm至1700nm的范圍內(nèi)時(shí)由微彎造成的損耗增大的譜進(jìn)行近似處理的二次函數(shù)在波長(zhǎng)處于1520nm至1630nm的范圍內(nèi)時(shí)具有最小值。作為選擇，根據(jù)本發(fā)明的光纖具有基模與包層模之間的耦合系數(shù)C_01-CL、基模與高次模之間的耦合系數(shù)C_01-11、高次模與包層模之間的耦合系數(shù)C_11-CL，并且C_total(其定義為C_total＝C_01-CL+C_01-11C_11-CL)在波長(zhǎng)處于1520nm至1630nm的范圍內(nèi)時(shí)具有最小值。在該描述中，由微彎造成的損耗增大指的是：在以80g的張力將光纖卷繞在直徑為400mm且表面包覆有如下線材網(wǎng)格的繞線筒上時(shí)發(fā)生的損耗增大，該線材網(wǎng)格是通過以100μm的間距編織直徑為50μm的線材而得到的。

根據(jù)本發(fā)明的光纖可以具有基于ITU-T G.650.1定義且在1350nm以上至1475nm以下的范圍內(nèi)的光纜截止波長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的光纖可以在波長(zhǎng)為1550nm時(shí)具有在110μm²以上至175μm²以下的范圍內(nèi)的有效面積。此外，波長(zhǎng)為1550nm時(shí)的有效面積可以在110μm²以上至165μm²以下的范圍內(nèi)或可以在130μm²以上至165μm²以下的范圍內(nèi)。芯部可以具有在11.5μm以上至16.0μm以下的范圍內(nèi)的直徑，芯部相對(duì)于內(nèi)包層的相對(duì)折射率差可以在0.25％以上至0.45％以下的范圍內(nèi)，內(nèi)包層的外徑與芯部直徑的比率在2.5以上至5.0以下的范圍內(nèi)，并且外包層相對(duì)于內(nèi)包層的相對(duì)折射率差在0.01％以上至0.20％以下的范圍內(nèi)。

光纖可以包括：環(huán)狀的芯部外周部；以及凹陷部分，其位于芯部中心，并具有比芯部外周部的折射率小的折射率。在該情況下，芯部外徑與凹陷部分的直徑的比率可以在2.0以上至4.0以下的范圍內(nèi)，并且凹陷部分相對(duì)于芯部的相對(duì)折射率差可以在0.02％以上至0.20％以下的范圍內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的光纖傳輸路徑具有根據(jù)本發(fā)明的光纖。根據(jù)本發(fā)明的光纖傳輸波長(zhǎng)在1520nm至1630nm范圍內(nèi)的信號(hào)光。

本發(fā)明的有益效果

通過使用根據(jù)本發(fā)明的光纖作為光傳輸路徑，可以以優(yōu)異的OSNR進(jìn)行光通信。

附圖說明

圖1示意地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖的折射率分布。

圖2是示出了耦合系數(shù)C_01-CL、C_01-11、C_11-CL和C_total中的每一者的波長(zhǎng)相關(guān)性的實(shí)例的曲線圖。

圖3是示出了相對(duì)于光纖的微彎損耗的波長(zhǎng)相關(guān)性的實(shí)例的曲線圖。

圖4是示出了波長(zhǎng)λ_min與光纜截止波長(zhǎng)λ_cc之間的關(guān)系的曲線圖。

圖5是示出了根據(jù)實(shí)例1至22的光纖的規(guī)格和特性的表格。

圖6示意地示出了根據(jù)實(shí)施例的變型例的光纖的折射率分布。

圖7是示出了根據(jù)實(shí)例23至44的光纖的規(guī)格和特性的表格。

圖8示意性地示出了使用根據(jù)本發(fā)明的光纖作為光傳輸路徑的光通信系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

在下文中，將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明不限于下述實(shí)例，并意圖包括由權(quán)利要求的范圍表示以及具有與權(quán)利要求的范圍等同且在該范圍內(nèi)的含義的所有變型。

圖1示意地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖的折射率分布。根據(jù)該實(shí)施例的光纖具有：芯部；內(nèi)包層，其包圍芯部；以及外包層，其包圍內(nèi)包層。內(nèi)包層的折射率小于芯部的折射率。外包層的折射率小于芯部的折射率但大于內(nèi)包層的折射率。芯部直徑用2a表示，并且內(nèi)包層的外徑用2b表示。以內(nèi)包層的折射率為基準(zhǔn)，芯部的相對(duì)折射率差用Δ1＝((芯部的折射率)-(內(nèi)包層的折射率))/(內(nèi)包層的折射率)表示，而外包層的相對(duì)折射率差用Δ2＝((外包層的折射率)-(內(nèi)包層的折射率))/(內(nèi)包層的折射率)表示。

在該光纖中，基模(LP01模)有時(shí)與高次模(尤其是LP11模)耦合，并有時(shí)與包層模耦合。此外，在基模與高次模耦合之后，該高次模有時(shí)進(jìn)一步與包層模耦合。因?yàn)榛Ｅc除了LP11模之外的高次模的耦合足夠小，所以可以僅考慮LP11模作為高次模。

由于光纖的隨機(jī)微彎造成的各模之間的光耦合，而造成了光纖的微彎損耗。某個(gè)第一模與另一個(gè)第二模之間的耦合系數(shù)C_1-2用表達(dá)式(1)表示。

在該情況下，第一模和第二模中的每一者為基模(LP01模)、高次模(LP11模)和包層模中的任一者。在該表達(dá)式中，λ表示波長(zhǎng)，β₁表示第一模的傳播常數(shù)，Ψ₁表示第一模的功率分布，β₂表示第二模的傳播常數(shù)，Ψ₂表示第二模的功率分布，r是表示自光纖的中心軸線起在徑向上的距離的變量，θ是表示圍繞光纖的中心軸線的位置的變量，并且K和p表示擬合參數(shù)。例如，K＝2.8，并且p＝2.8。

基模(LP01模)與包層模之間的耦合系數(shù)用C_01-CL表示，基模(LP01模)與高次模(LP11模)之間的耦合系數(shù)用C_01-11表示，并且高次模(LP11模)與包層模之間的耦合系數(shù)用C_11-CL表示。耦合系數(shù)C_01-CL、C_01-11和C_11-CL用表達(dá)式(1)表示，并為波長(zhǎng)函數(shù)。由于光纖的隨機(jī)微彎，傳播通過光纖的基模有時(shí)因直接變?yōu)榘鼘幽６孤?，并且也因?jīng)由高次模而變?yōu)榘鼘幽６孤Ｒ虼?，考慮到基模直接或間接與包層模耦合的情況，基模與包層模之間的耦合系數(shù)C_total被定義為表達(dá)式(2)。

C_total＝C_01-CL+C_01-11C_11-CL (2)

圖2是示出了耦合系數(shù)C_01-CL、C_01-11、C_11-CL和C_total中的每一者的波長(zhǎng)相關(guān)性的實(shí)例的曲線圖。在圖2中，1000nm與1700nm之間的波長(zhǎng)范圍被劃分成四個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域(I)至(IV)。

在波長(zhǎng)區(qū)域(I)中(即，在圖2中的約1170nm以下的區(qū)域中)，耦合系數(shù)C_01-CL足夠小而可以被忽略，并且耦合系數(shù)C_11-CL也較小。因此，微彎損耗極小。在波長(zhǎng)區(qū)域(II)中(即，在圖2中的約1170nm以上至1300nm以下的區(qū)域中)，耦合效率C_11-CL快速變大，使得微彎損耗快速增大。在波長(zhǎng)區(qū)域(III)中(即，在圖2中的約1300nm以上至1550nm以下的區(qū)域中)，高次模的有效折射率變?yōu)樾∮谕獍鼘拥恼凵渎?，并且高次模完全變?yōu)榘鼘幽２?dǎo)致泄漏。然而，因?yàn)轳詈舷禂?shù)C_01-11變小，所以微彎損耗也減小。在波長(zhǎng)區(qū)域(IV)中(即，在圖2中的約1550nm以上的區(qū)域中)，耦合效率C_01-CL變大，使得微彎損耗增大。因此，耦合系數(shù)C_total在波長(zhǎng)區(qū)域(III)與波長(zhǎng)區(qū)域(IV)之間的分界處具有最小值。

圖3是示出了相對(duì)于光纖的微彎損耗的波長(zhǎng)相關(guān)性的實(shí)例的曲線圖。微彎損耗的波長(zhǎng)相關(guān)性具有與圖2所示的耦合系數(shù)C_total的波長(zhǎng)相關(guān)性類似的趨勢(shì)。在耦合系數(shù)C_total變?yōu)樽钚〉牟ㄩL(zhǎng)處，微彎損耗變?yōu)樽钚?。微彎損耗變?yōu)樽钚〉牟ㄩL(zhǎng)用λ_min表示。在圖3所示的微彎損耗的波長(zhǎng)相關(guān)性中，如下波長(zhǎng)用λ_min.fit表示：在該波長(zhǎng)處，對(duì)波長(zhǎng)在1400nm至1700nm范圍內(nèi)時(shí)由微彎造成的損耗增大的譜進(jìn)行近似處理的二次函數(shù)具有最小值。λ_min(＝1560nm)與λ_min.fit(＝1540nm)之差小至20nm，并且λ_min和λ_min.fit可以被認(rèn)為是大致彼此相等。

以如下方式測(cè)量微彎損耗。制備直徑為400mm且表面包覆有如下線材網(wǎng)格的繞線筒，該線材網(wǎng)格是通過以100μm的間距編織直徑為50μm的線材而得到的。當(dāng)以80g的張力將光纖卷繞在該繞線筒上時(shí)，測(cè)量微彎損耗被作為損耗增大量。根據(jù)該測(cè)量方法測(cè)量出的微彎損耗期望為1.0dB/km以下。

因此，微彎損耗的波長(zhǎng)相關(guān)性依賴于基模、高次模和包層模之間的耦合。因?yàn)楦叽文５男孤p耗增大且高次模不能再被傳播的波長(zhǎng)是光纜截止波長(zhǎng)，所以波長(zhǎng)λ_min.fit和λ_min可以被設(shè)定在通過適當(dāng)設(shè)計(jì)光纜截止波長(zhǎng)而得到的實(shí)際使用波段中，使得可以降低微彎損耗。具體而言，根據(jù)該實(shí)施例的光纖具有如下結(jié)構(gòu)：微彎損耗在實(shí)際使用波段中變?yōu)樽钚≈?。?shí)際使用波段是通常在光通信中使用的波段，并例如為C波段(1530nm至1565nm)或L波段(1565nm至1625nm)。

圖4是示出了波長(zhǎng)λ_min與光纜截止波長(zhǎng)λ_cc之間的關(guān)系的曲線圖。為了將波長(zhǎng)λ_min設(shè)定在實(shí)際使用波段中，優(yōu)選的是，光纜截止波長(zhǎng)λ_cc在1350nm至1475nm的范圍內(nèi)。

圖5是示出了根據(jù)實(shí)例1至22的光纖的規(guī)格和特性的表格。根據(jù)實(shí)例1至22中的每一個(gè)實(shí)例的光纖具有圖1所示的折射率分布。在該表格中，依次列出：芯部相對(duì)于內(nèi)包層的相對(duì)折射率差Δ1、外包層相對(duì)于內(nèi)包層的相對(duì)折射率差Δ2、芯部直徑2a、內(nèi)包層的外徑與芯部直徑的比率b/a、波長(zhǎng)為1550nm時(shí)的有效面積Aeff、光纜截止波長(zhǎng)λ_cc、微彎損耗變?yōu)樽钚≈禃r(shí)的波長(zhǎng)λ_min.fit和λ_min、波長(zhǎng)為1550nm時(shí)的微彎損耗以及在彎曲半徑R被設(shè)定為10mm的情況下波長(zhǎng)為1550nm時(shí)的彎曲損耗。當(dāng)R＝10mm時(shí)，彎曲損耗優(yōu)選地為20dB/m以下。由數(shù)值計(jì)算出的λ_min與由測(cè)量所確定的λ_min.fit之差為±20nm以下，并且大致上彼此相等。因此，從實(shí)踐觀點(diǎn)來看，λ_min.fit可以在該使用波段內(nèi)。

波長(zhǎng)為1550nm時(shí)的有效面積Aeff優(yōu)選地在110μm²以上至175μm²以下的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在110μm²以上至165μm²以下的范圍內(nèi)，并且甚至更優(yōu)選地在130μm²以上至165μm²以下的范圍內(nèi)。此外，芯部直徑2a優(yōu)選地在11.5μm以上至16.0μm以下的范圍內(nèi)，芯部的相對(duì)折射率差Δ1優(yōu)選地在0.25％以上至0.45％以下的范圍內(nèi)，內(nèi)包層的外徑與芯部直徑的比率b/a優(yōu)選地在2.5以上至5.0以下的范圍內(nèi)，并且外包層的相對(duì)折射率差Δ2優(yōu)選地在0.01％以上至0.02％以下的范圍內(nèi)。

圖6示出了根據(jù)變型例的光纖的折射率分布。與圖1所示的折射率分布相比，圖6所示的光纖的不同之處在于：其具有位于芯部中心的凹陷部分。凹陷部分的折射率小于環(huán)狀的芯部外周部的折射率。凹陷部分的直徑用2d表示，并且相對(duì)于芯部外周部的折射率，凹陷部分的相對(duì)折射率差用Δ1’表示。即使在具有這種折射率分布的該光纖中，微彎損耗也可以在波長(zhǎng)在1520nm至1630nm的范圍內(nèi)時(shí)具有最小值。此外，在具有這種折射率分布的光纖中，可以在增大有效面積Aeff的同時(shí)使模場(chǎng)直徑MFD相對(duì)地減小，從而減少了與另一根光纖(例如，遵循ITU-T G.652的光纖)的連接損耗。

圖7是示出了根據(jù)實(shí)例23至44的光纖的規(guī)格和特性的表格。根據(jù)實(shí)例23至44中的每一個(gè)實(shí)例的光纖具有圖6所示的折射率分布。在該表格中，依次列出：芯部外周部相對(duì)于內(nèi)包層的相對(duì)折射率差Δ1、外包層相對(duì)于內(nèi)包層的相對(duì)折射率差Δ2、凹陷部分相對(duì)于芯部外周部的相對(duì)折射率差Δ1’、芯部直徑2a、內(nèi)包層的外徑與芯部外徑的比率b/a、芯部外徑與凹陷部分的直徑的比率a/d、波長(zhǎng)為1550nm時(shí)的有效面積Aeff、光纜截止波長(zhǎng)λ_cc、微彎損耗變?yōu)樽钚≈禃r(shí)的波長(zhǎng)λ_min.fit和λ_min、波長(zhǎng)為1550nm時(shí)的微彎損耗以及在彎曲半徑R被設(shè)定為10mm的情況下波長(zhǎng)為1550nm時(shí)的彎曲損耗。芯部外徑與凹陷部分的直徑的比率a/d優(yōu)選地在2.0以上至4.0以下的范圍內(nèi)，并且凹陷部分的相對(duì)折射率差Δ1’優(yōu)選地在0.02％以上至0.20％以下的范圍內(nèi)。

圖8示意性地示出了使用根據(jù)本發(fā)明的光纖作為光傳輸路徑的光通信系統(tǒng)1。光通信系統(tǒng)1將信號(hào)光從發(fā)射器10經(jīng)由中繼器20傳輸至接收器30。根據(jù)本發(fā)明的光纖40被設(shè)置作為在發(fā)射器10與第一階段處的中繼器20之間、在一個(gè)中繼器20與隨后階段處的中繼器20之間以及在最后階段處的中繼器20與接收器30之間傳輸信號(hào)光的光傳輸路徑。

用作光傳輸路徑的根據(jù)本發(fā)明的光纖具有圖1或圖6所示的折射率分布，其中，微彎損耗在波長(zhǎng)在1520nm至1630nm的范圍內(nèi)時(shí)具有最小值，并且實(shí)際使用波段中的微彎損耗被減少。在具有用于減小非線性的增大Aeff的光纖中，微彎損耗趨于增大。因此，根據(jù)本發(fā)明的光纖的傳輸特性是有效的，并且光通信系統(tǒng)1可以以優(yōu)異的OSNR進(jìn)行光通信。

工業(yè)實(shí)用性

本發(fā)明在進(jìn)行數(shù)字相干傳輸?shù)墓鈧鬏斚到y(tǒng)中是有效的。