專利名稱：一種在s、c以及l(fā)帶改良性能的光纖的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適合于支持分布式拉曼放大的光學傳輸纖維，更特別是，涉及一種在S帶傳輸區(qū)域呈現與產生拉曼放大一致的操作參數的光纖。
背景技術：
作為數據密集應用持續(xù)驚人增長的結果，在通訊系統(tǒng)中對帶寬的需求不斷在增加。相應的，電信操作的安裝容量很大程度上被光纖替代，光纖提供一個顯著的帶寬增加，超過傳統(tǒng)的、基于銅線的系統(tǒng)。
為開發(fā)光纖的帶寬，兩種主要技術發(fā)展應用在電信工業(yè)光放大器和波分復用器(WDMs)。光放大器增強信號強度并補償固有的纖維損耗與其他分裂和插入損耗。WDMs使得不同波長的光通過同一根光纖并行地傳送不同的信號。在大多數WDMs系統(tǒng)中，在該系統(tǒng)所容納的信道數量之間以及相鄰信道的間隔之間存在一個交換替位。高比特速度通常要求增加信道間隔。兩個目的都是希望一個寬的操作光譜，也就是，操作波長的一個寬的范圍。
此外，很重要的是，在WDM光通信系統(tǒng)的整個操作光譜上具有相同的增益。當操作波長延伸到短波長(S帶系統(tǒng)，波長范圍從1460-1530nm)的時候，在這里，不能利用基于摻鉺光纖放大器的傳統(tǒng)放大技術，這個目的變得難以達到。新類型的光纖放大器已經被開發(fā)，其采用受激拉曼散射操作。其中最顯著的是作為行波放大器操作在常規(guī)傳輸跨度的分布式放大器。拉曼散射是一個過程，通過該過程，入射在一個介質上的光被轉化成在一個比該入射光頻率低(斯托克斯情形)的光。使用一個光泵浦源，其中泵浦光子激勵該光學介質的分子振動到一個虛能級(非諧振態(tài))。該分子態(tài)快速地衰退到一個低能級，在該過程中發(fā)射一個信號光子。由于該泵浦光子被激勵到一個虛能級，拉曼增益可以產生在一個泵浦源的任意波長上，包括S帶(如上定義的)及L帶(波長大致為1565-1625nm)。該泵浦和信號光子之間的能量差異通過宿主材料的分子振動而消失。那些振動的能級決定頻率漂移和拉曼增益曲線的形狀。該泵浦和信號光子之間的頻率(波長)差異因此被定義為斯托克斯漂移。最大的拉曼增益發(fā)生在13.4THz(即13.4×1012)的斯托克斯漂移上，其與光通信窗口中的拉曼泵浦相差大致100nm。
由于拉曼散射發(fā)生在任意波長，通過采用處于幾個不同波長的拉曼泵浦源去放大信息信號該現象可以開發(fā)用于在一個包含若干信號波長的通信系統(tǒng)中。因此，一個給定信息信號波長所經歷的增益是所有泵浦提供的增益成分的疊加，考慮到由于拉曼散射所引起的泵浦本身之間的能量轉換。通過適當的加大提供在每一個拉曼泵浦波長上的能量，可能獲得一個信號增益與波長的關系曲線，在該關系曲線中，不同信息信號波長所經歷的增益之間存在一個小的差異(這里這個差異叫做“增益波動”或者“增益平坦度”)。因此，利用具有若干泵浦的拉曼放大可以使密集WDM技術在10到40Gb/s傳輸的演化變得可靠，因為它在較低發(fā)射功率條件下改善了光信號噪聲比(OSNR)。
一個使用若干泵浦的持久的問題是不希望的、稱為四波混頻(FWM)的非線性效應。通常，如果兩個強的光波(如，一個拉曼泵浦和一個信息信號，或者兩個拉曼泵浦)經歷四波混頻，它們將產生兩個新的頻率成分，這樣，所有四個光波將在頻率上均等地隔開。已經發(fā)現，這個不希望的效應的強度可以通過在該混合波長上增加光纖色散而顯著減小(參看，例如，在發(fā)給A.R.Chraplyvy等人的美國專利5,327,516中，描述了利用非零色散抑制若干信號之間的FWM)。通過調節(jié)光纖的非零色散波長(此后，波導色散)的位置，可以控制FWM，在很多情況下，根本上消除FWM。通常，希望在一個小于最短波長泵浦的波長上具有一個“零”的色散，因此，該色散在拉曼泵浦和信息信號的整個區(qū)域上大于大約1pk/km-nm。該準確色散值的獲得依賴于光纖的有效面積、信號信道間隔以及其他系統(tǒng)設計細節(jié)。
已經發(fā)現，與拉曼放大有關的、效率低的問題在S帶拉曼放大特別嚴重，在這里，一個或者更多泵浦要求非常接近或者甚至在1385nm“水峰”上，以利用整個S帶(由于該拉曼泵浦通常低于該信息信號波長100nm)。公知的、在1385nm上的水峰被定義為在該波長上的光學損耗，其作為保持在玻璃中的水的函數。存在的水越多，則損耗越高。相應地，氫氧根離子的吸收常稱為“水”吸收，產生于光波能量在與其不同振動模式相關的波長位置被OH根離子吸收。例如，該離子的兩個基本的振動發(fā)生在2730和6250nm，分別對應于其展寬和彎曲運動。然而，諧波和組合振動強烈地影響近紅外和可見光波區(qū)域的損耗。特別是，如上所述，1385nm的諧波位于S帶拉曼放大區(qū)域的中心。實際上，在光纖纖芯中的OH的濃度低達百萬分之一(ppm)，已經發(fā)現的是，該濃度導致在1385nm的損耗高達65dB/km。希望將該OH濃度降低到一個等級，這樣，在1385nm的總的光學損耗至少與諸如在1310nm的總的光學損耗相似(對于匹配包層光纖，大約為0.325dB/km)。維持OH的濃度大致低于十億分之一(ppb)，這是當前商業(yè)上可行的，特別是當采用VAD處理制造該纖芯時。然而，折射率曲線相對于簡單的匹配包層設計越復雜，則越來越難以保持OH的濃度始終在一個次ppb等級。
如上所述，拉曼泵浦設置在低于(偏向“藍”一側的)信號波長大約100nm的位置。其結果是，在該S帶的較低的2/3上的操作由于衰減中心位于1385nm的水峰的存在而受到極大的影響。特別是，在S帶的拉曼增益(采用第一級泵浦)可以表示為G＝exp(CR*Ppump*Leff)其中，Leff＝[1-exp(αpump*Lspan)]/αpumpCR定義為拉曼增益系數，αpump為在泵浦波長上的損耗。如果目的只是匹配該跨度拉曼增益的話，可以簡單的通過提高拉曼泵浦功率來補償光纖損耗。然而，這可以提高拉曼泵浦的成本，也增加熱消散負荷。此外，如果具有不同光纖損耗的兩個跨度泵浦到相同的拉曼增益，則具有高損耗的跨度比具有低損耗的跨度經受更多的光信號噪聲比的衰減。因此，高的光線損耗將削弱傳輸性能，或增加系統(tǒng)成本。另外，對于系統(tǒng)工程師，泵浦區(qū)域損耗的可變性是一個嚴峻的問題，因為對于一個展開的光線跨度，不能預先知道該損耗(因而是拉曼增益)將變成什么。
在未來的系統(tǒng)中，由于希望在光信號傳輸的S帶采用拉曼放大，這必須發(fā)展一組光纖參數來解決FWM和在短波長S帶機制的水峰衰減的問題。

發(fā)明內容
保留在現有技術中的需要可以通過本發(fā)明處理。本發(fā)明涉及一種光學傳輸光纖，其適合于支持分布式拉曼放大，特別是關于顯示操作參數和在S帶傳輸區(qū)域產生的拉曼放大一致的光纖。
特別的，本發(fā)明的光纖由如下特性所定義1385nm的水峰損耗(WPL)在所有情況下都小于0.4dB/km，以及特別是通過采用VAD或者OVD工藝制造纖芯區(qū)域時，水峰損耗保持小于或者等于0.3250.4dB/km；零色散波長(ZDW)小于或者等于1355nm(只有一個ZDW穿過整個傳輸帶1310-1625nm)；色散(D)在1375nm大于1ps/nm-km，且在1565nm小于10ps/nm-km。
這組特性表示光纖是為在S帶的分布式拉曼放大而設計，同時也提供在傳統(tǒng)C帶和長波長L帶的放大。因此，根據本發(fā)明所形成的光纖可以叫做“SCL帶”光纖。
多種光纖折射率曲線和處理技術可以用以產生上述定義的傳輸特性。在本發(fā)明的一個實施例中，低水峰損耗的要求可以通過采用輔助汽相沉積(VAD)工藝制造內芯區(qū)域而執(zhí)行。外芯區(qū)域采用改良化學汽相沉積處理制作為一個包覆管。然后，采用VAD工藝，該兩個區(qū)域在氯氣(或者其他適合的氣體)中匹配以產生一個超干界面，使得水峰損耗大約為0.31dB/km。然后，這個復合的芯棒用一個或者更多的合成硅管包覆，同時小心準備和保持非常干的界面。
本發(fā)明的其它或者進一步的方面將在以下討論的過程中通過參考附圖而明白。


現在參考附圖。
圖1包括一個根據本發(fā)明光通信系統(tǒng)的簡化圖，該系統(tǒng)在S帶傳輸機制中可以支持拉曼放大；圖2是描述三個可用的傳輸帶(S、C和L)的曲線圖，說明作為波長的函數的名義色散(ps/nm-km)；圖3給出了在1385nm具有不同程度水峰的NZDF光纖的光纖損耗曲線，S帶中第一級泵浦和延伸的L帶中第二級泵浦的拉曼泵浦的位置疊加；圖4說明了第一和第二級拉曼泵浦結構，其中一拉曼泵浦設置在接近水峰的位置；
圖5顯示了在拉曼放大的S帶單一信道系統(tǒng)中信號功率的計算結果，其中，拉曼泵浦設置在1395nm上以支持在1495nm附近的操作；圖6描述了對1580nm附近的L帶中的信號傳輸進行第二級拉曼泵浦的情況下該信號功率演化；圖7說明了第一根光纖的曲線，該光纖顯示本發(fā)明的特性，其色散曲線如圖2中曲線C所示；圖8說明了第二根光纖的曲線，該光纖同樣適合支持在S帶傳輸區(qū)域的拉曼放大，其色散曲線如圖2中曲線D所示；圖9說明了本發(fā)明的第三根光纖的曲線，該光纖具有一個基本上與圖7中的曲線相同的色散曲線，但是其具有大的有效面積；圖10描述了兩個分立的預型部分，其可以用以形成本發(fā)明的光纖。
具體實施例方式
圖1所示為一個適合于采用本發(fā)明的傳輸光纖的光纖通信系統(tǒng)1。在圖1的特別排列中，傳輸光纖12作為一分布式放大器而形成，用于傳輸和放大，該光信息信號I由信號源，如光發(fā)送器14，發(fā)出。傳輸光纖12的長度通常為500米，以允許產生拉曼放大的光學交互作用的發(fā)生。在通信系統(tǒng)10的特別排列中，該放大器是反向泵浦的放大器，具有一個拉曼源16，其通過一個耦合器18耦合在傳輸光纖12的纖芯中，正如所示。一個色散補償模組20，如下所討論的，設置在傳輸光纖12的輸出端和一個光接收器22之間?？梢岳斫獾氖?，這個特別的實施例只是典型的例子，可以使用一個這樣的排列，該排列同時采用一個副泵浦拉曼源(或者多個拉曼源)和多個分立的反向泵浦拉曼源，特別是在密集WDM(DWDM)中。在某些應用中為了優(yōu)化性能，拉曼放大同樣可以和摻鉺光纖放大器(EDFAs)一起使用。如上面和即將詳細描述的，該“水峰”包括至少五個次峰，這里，曲線的實際形狀取決于制造方法和純凈硅區(qū)域相對于摻雜硅區(qū)域羥基的多少。其結果是，被引用在光纖文獻中的水峰中心，在一個變化的波長范圍1380-1390nm內。為了本次討論的目的，1385這個值通常用來定義水峰的“中心”。然而，可以理解，本發(fā)明所教的內容通?？梢詰玫缴鲜龅恼麄€1380-1390范圍。
已經被引起注意的是，光纖設計的色散與波長關系曲線決定了在一個希望的帶上拉曼放大是否容易被支持，也決定了在一個寬的波長帶上色散補償的精確度。圖2是一個色散與波長關系曲線圖，包含兩種不同的現有技術的光纖設計以及本發(fā)明形成的兩種光纖。特別的，曲線A和B描述了兩種傳統(tǒng)現有技術的光纖的特性，TrueWaveREACH光纖(曲線A)和TrueWave緩斜(RS)光纖(曲線B)。如圖所示，該兩種光纖在一個區(qū)域都顯示一個負的色散值，該區(qū)域產生一個用于S帶放大的泵浦信號。如圖所示，光纖A由于在該低S帶中1385nm附近的ZDW的存在而削弱，用于信號放大的拉曼泵浦。光纖B由于1460nm附近的ZDW的存在削弱，用于C帶的信號和在低S帶中傳播的信號的拉曼泵浦。因此，光纖A和光纖B均不完全取得SCL帶光纖的資格。
為了抑制泵浦對泵浦的FWM，色散的絕對值應該大致大于1ps/nm-km；一個相似的條件在DWDM中作為必要而廣泛接受，以避免信號對信號的FWM。為了避免泵浦對信號的FWM，該ZDW不能在泵浦和信號之間以大致等間距設置。同時，這些條件意味著，用于SCL帶光纖的、理想的ZDW將設置在小于最短的泵浦波長，或者大于最長的泵浦波長的位置。因此，對于SCL光纖，ZDW可以小于1360nm或者大于1620nm?？梢栽谝粋€粗糙設置的ZDW附近設計一個拉曼系統(tǒng)，但是這需要以系統(tǒng)設計的復雜度或者費用、或者次最佳的增益平坦度為代價。
根據本發(fā)明所形成、如圖2中曲線C和D所定義的光纖，顯示了那些需求中的兩個在1385nm的色散大于+1ps/nm-km以及近似為1350nm的ZDW。如圖所示，光纖C和D的色散值在1375nm大于1ps/nm-km，而在波長大于1565nm時小于10ps/nm-km。
根據本發(fā)明所形成、同適當的色散補償模組結合的這樣的光纖使40Gb/s傳輸和/或超長通信距離傳輸成為可能，并支持該傳輸。該傳輸具有拉曼放大或者混合拉曼/EDFA放大。在發(fā)展一個適當的色散補償模組時，一個相關的、有用的參數是色散傾斜度(測量在ps/nm2-km)與在信號帶中心波長中的色散的比值(此后參考為“相關色散傾斜度”或者RDS)。如果傳輸光纖的RDS等于負色散補償光纖(發(fā)現在補償模組中)的RDS，那么在一個寬的范圍(例如，±15-20nm)中，可以獲得色散的精確的取消。可以發(fā)現，傳輸光纖與具有低RDS的色散補償光纖之間的匹配，通常優(yōu)于傳輸光纖與具有高RDS的色散補償光纖之間的組合。本發(fā)明所形成的光纖將具有小于0.004/nm的RDS。形成以與標準匹配包層光纖匹配的色散補償模組或者其微小的改型具有一個在0.0023-0.0036/nm范圍的RDS，因此可以產生非常低的殘留色散，當與根據本發(fā)明形成的光纖成對使用時，適合于10和40Gb/s的長距離傳輸。
圖3給出了非零色散光纖(NZDF)的光纖損耗曲線，其拉曼泵浦位置在S帶第一級拉曼泵浦與在延伸的L帶和C帶的上部的第二級拉曼泵浦疊加，該光纖在1385nm具有水峰的變化等級。非零色散光纖，如這里所推薦的，其纖芯中具有一個比匹配包層光纖高的GeO2含量，并具有并置的多層摻雜材料，因此在界面上呈現更多的壓力和不規(guī)則的機會。這將具有增加的背景損耗(通常叫做瑞利散射)影響，該背景損耗以λ-4變化。由于這個原因，NZDF光纖通常在水峰區(qū)域具有比匹配包層光纖更高的背景損耗。一個不對稱的洛倫茲曲線用于如圖3中在水峰的模擬，該曲線實際上是多個次峰的合成。圖3中給出了高度為0.3、0.35、0.4、0.35和0.5dB/km的水峰(在1385nm)。在與隨后討論相關的相鄰波長上的關聯損耗如下面的表1所示。最低的曲線表示瑞利散射基線以上OH損耗近似為10dB/km，超過了，并可以認為是名義上的“零水峰”NZDF硅光纖，該NZDF硅光纖的纖芯指數在0.4-0.5％/Δ范圍內。個別的具有一個低的瑞利系數的光纖可以在1385nm具有低達0.29dB/km的水峰損耗，表1-水峰區(qū)域的衰減

如圖4所示，在S帶放大上的水峰衰減的有害效果，可以通過考慮兩種典型的情況顯示，圖4顯示了第一和第二級拉曼泵浦結構，在該結構中拉曼泵浦必須設置在接近水峰的位置。情況(a)表示第一級單一泵浦，窄帶泵浦的方案，情況(b)表示第一級雙重泵浦的方案，其在一個寬的波長增益區(qū)域上具有平坦的增益。用于寬的平坦增益的拉曼泵浦之間的間隔通常為15-20nm，這使得S帶的全部使用需要橫跨在該水峰兩側的兩個拉曼泵浦。情況(c)是一個用于L帶傳輸的第二級泵浦的拉曼結構?？梢岳斫獾氖牵撍鍝p耗及其可變性影響拉曼增益、為獲得目標拉曼增益所需的平均泵浦功率以及放大器的OSNR。
首先，考慮一個制造分銷中光纖與光纖之間的泵浦區(qū)域衰減的簡單可變性引起拉曼增益的可變性。一個典型的陸地傳輸的跨度大致為100km，由長度大致為4-5km的連接光纜段形成。因此，具有20-25個不同損耗值的20-25根光纖，可以在任何一個給定的跨度中取樣。這種平均減少了典型光纖傳輸性質變化的影響，該光纖傳輸性質包括色散、模式場或者損耗等。然而，拉曼增益只有在非線性相互作用的有效長度的幾倍時才具有顯著效果，其隨著損耗的增加而減小作為Leff＝[1-exp(-αpump*Lspan)]/αpump。對于在0.3與0.5dB/km之間的泵浦區(qū)域損耗，該有效長度在15km和19km之間相應地變化。因此，該分布式拉曼放大器只能有效地具有4-6根分立的光纖，其結果是，對于系統(tǒng)設計工程師，在損耗變化對拉曼增益變化的影響是一個嚴重的問題。
該拉曼增益(其也可以叫做“on-off”增益)，在圖1所示的反向泵浦情況下可以表示為G＝exp(CR*Ppump*Leff)。對于0.3、0.4和0.5dB/km的水峰以及一個在1395nm單一的540mW泵浦(如圖4中情況(a)所示)，拉曼增益G在1490nm分別為22.0、17.4和14.5dB。這里有一個7.5dB的范圍，其超過在拉曼增益中五倍變化的因素。該增益變化在實際中是不能容忍的，拉曼跨度中的泵浦功率可以基于安裝而調節(jié)，以獲得在常規(guī)系統(tǒng)工程規(guī)則中的一個有效增益。保持該水峰損耗在1385nm小于0.4dB/km，可以減小成本損失，該成本損失與S帶系統(tǒng)的拉曼泵浦區(qū)域中的損耗變化相關，這可以通過以下描述而理解。
單一的泵浦、窄帶結構可能需要(或者超過)500mW的泵浦功率，最大可能是由一光纖激光源提供。然而，更希望采用一個低噪聲激光二極管去泵浦更寬帶寬的拉曼系統(tǒng)。商業(yè)化的低噪聲激光二極管具有在200-350mW范圍的輸出功率，可以用到輸出功率為50-80mW的等級中。一個非常寬帶寬的拉曼系統(tǒng)(如，轉換整個C和L帶)可以要求5-6個泵浦，每個泵浦輸出在50-200mW之間。一個適中的帶寬系統(tǒng)可以包括兩到三個輸出功率為100-300mW的泵浦。通常，最短波長的泵浦需要其它系統(tǒng)泵浦的功率的兩到三倍。為減少成本，采用可以控制輸出功率范圍的最小激光二極管，該輸出功率可以補償在該領域預期的光纖損耗變化。對于在0.3與0.4dB/km之間的水峰，損耗在1395nm變化25％，要求泵浦功率調節(jié)25％以獲得一個目標拉曼增益。對于在水峰的一個0.30.5dB/km的范圍，在1395nm可以獲得泵浦功率50％的盈余。當超過4-6根光纖的平均值用以緩和該問題時，該光纖具有拉曼有效長度，可以清楚地看到，上限為0.4dB/km(以及可能甚至更低，如0.325dB/km)的水峰將極大地增加這樣的可能性，即該最低功率(以及因此最小軌跡)激光二極管可以指定于傳輸系統(tǒng)以降低拉曼泵浦的成本。
為描述損耗對放大器性能的影響，對拉曼放大跨度中的信號功率的演化的考慮是有用的。在OSNR、泵浦功率和光纖損耗之間的交換替位可以通過分析具有代表性情況的曲線而理解。圖3中說明了NZDF光纖和拉曼泵浦移位的光譜損耗曲線，該拉曼泵浦移位與具有第一級泵浦的S帶操作和具有第二級泵浦的延伸L帶操作以相關。這兩個方案中都要求拉曼泵浦非?？拷撍濉D5中給出了不同水峰損耗對沿著100km跨度上的信號功率演化的影響，在對S帶靠近1490nm(圖4中情況(a))的信號在1395nm上的單一拉曼泵浦的情況下。同樣可以考慮反向泵浦，其中拉曼功率自跨度的一端后向注入，如圖1所示，引起跨度后半部分的增益。在兩種情況下，跨度的分布式拉曼增益可以設計等于總的跨度損耗22dB。這個設計要求，對于水峰為0.50dB的情況下，在1395nm的泵浦功率為540mW，對于水峰為0.30dB的情況下，泵浦功率為820mW。盡管拉曼增益相等，沿著該跨度的最小信號功率相差2.3dB，低于高泵浦衰減的情況。在這種低損耗的情況下，拉曼增益通常被“進一步滲透到跨度中”，如這樣的事實所示，即在該跨度中的信號最小功率相對高損耗的情況提前6km發(fā)生。
這些真實的觀察是直接關于獲得的OSNR的?？梢缘弥刂摽缍鹊淖钚⌒盘柟β试诜重惿系牟煌频扔贠SNR中在分貝上的不同。一個對最小信號功率和OSNR相互關系的不嚴密的解釋，可以在這種直覺的想法中發(fā)現，即當恢復一個微弱的信號而不是恢復一個較強的信號到它的原始能量級時，會有更多的噪聲產生。值得注意，在低泵浦損耗拉曼情況時的最小信號功率比高泵浦損耗情況時的最小信號功率高2.3dB(即，比較理想的)。然而，即使在相比較差的拉曼情況下，沿著該跨度的最低信號功率也比沒有拉曼放大情況的最低信號功率高5.3dB。在集總放大(如具有EDFA)中，信號功率由于總的跨度損耗(圖5中標注‘沒有拉曼增益’的曲線中為22dB)而下降，然后在高增益摻鉺光纖的較短的一段上經歷快速放大。在拉曼放大器中，每單位長度的增益低于EDFA中的情況，但是其在傳輸距離中占很大的百分比，因此光纖中的光功率在達到一個最小的中間跨度后開始增加。
該距離由有效長度參數量化，顯著的拉曼放大發(fā)生在該距離上，其中有效長度參數定義為Leff＝[1-exp(-αpump*Lspan)]/αpump。長的有效長度意味著更大等級的拉曼放大，并引起一個高的最小信號功率和來自于改良的OSNR更好的性能。對最小信號功率和改良OSNR相互關系的更詳細的理解，要求該微分方程的解答，其中，該微分方程描述了在放大器中的放大自發(fā)輻射(ASE)的增強。然而，物理學中可以如下概述ASE涉及在增益出現時產生的噪聲，其中，該增益加在要放大的信號上。在放大器的輸出端的大多數的ASE功率，來自這樣的ASE，其在增益介質的輸入端附近產生并沿著該增益介質的剩余物呈指數的放大。在一個集總的放大器，如EDFA中，ASE被加到信號上，該信號在高的每單位長度增益的放大器光纖中通過一個很短的距離(即數十米)且自身幾乎沒有經歷光纖損耗。在分布式放大器的情況下，ASE在低每單位長度增益的放大器光纖中增加很緩慢，因此其自身不會經歷同信號一樣的衰減。因此，之前在跨度中產生的ASE除了由拉曼增益放大外，還將經受20-25km的光纖損耗。這樣可以減少之前在放大器中產生的ASE經歷的指數增益，產生低的總ASE功率和好的OSNR。
因此，可以看到，該跨度中的最小信號功率、位于該跨度中且其上產生最小信號功率的距離、產生的總ASE以及合成的OSNR都是相關的。最長的有效長度可以獲得優(yōu)化的性能，該有效長度要求在該拉曼泵浦波長上有最小的光纖損耗。當強的泵浦衰減所引起的凈拉曼增益的減小可以通過提供泵浦功率而抵消時，在水峰附近的高衰減對OSNR的有害影響不能減輕。在αpump＝0.50dB/km情況下的OSNR比在αpump＝0.30dB/km情況下的OSNR差大約2.3dB，排除拉曼增益調節(jié)成相同的情況。此外，拉曼泵浦將增加更多的成本，并在相關的包裝上始終產生較高的熱消散負荷。
以上描述的圖2中的情況(a)考慮了單一拉曼泵浦。對于寬帶寬系統(tǒng)，通常采用若干間隔為15-20nm的拉曼泵浦，其具有被選擇用來獲得平坦增益曲線的精確波長。對于在低S帶(1460-1500nm)的操作，不能避免將拉曼泵浦設置在非?？拷宓奈恢?。圖4中情況(b)中描述了設置在1375和1395nm的拉曼泵浦，其經歷近似相等的衰減(參看表1)，在用于計算圖5的等級中。對以上所計算的OSNR有害影響將被在一定程度上減輕，通過這樣的事實，即在1490nm區(qū)域中的拉曼增益，實際上將同時包含來自在水峰附近的拉曼泵浦的貢獻(經歷高的損耗和低滲透到跨度中)，和來自遠離水峰的拉曼泵浦的貢獻(更進一步滲透到跨度中)。然而，另外一個問題是拉曼增益傾斜，發(fā)生在寬帶寬的拉曼設計中，由此，低波長的拉曼泵浦的能量損耗到高波長的拉曼泵浦上。在多種拉曼泵浦的情況下，這進一步惡化了低信道的性能，并加重了最小化水峰附近的泵浦損耗的需求。
額外的例子可以發(fā)現在這樣的情況中，即在L帶中用于放大的第二級拉曼泵浦的情況中(圖4中情況(c))。第二級泵浦的范例采用一個額外的、低波長拉曼泵浦來放大拉曼泵浦，并延伸如圖1所示的第一級方案。基本的好處是，拉曼增益更進一步滲透到跨度中，獲得更好的OSNR。然而，這需要高的拉曼泵浦功率。在典型的計算中，第二級拉曼泵浦設置在1375nm，第一級泵浦設置在1475nm，用于放大在1580nm范圍內的信號。單一的第二級泵浦和該第一級泵浦結構已經用在文獻中，以獲得同三個單一第二級泵浦在30nm帶寬上一樣的增益平坦度。要求以獲得15dB拉曼增益的總泵浦功率(第一級和第二級)是703、771、841和973mW，分別對應的水峰為0.3、0.4、0.5和0.7dB/km。功率演化曲線如圖6所示。
應該注意的幾個重要的要點第一，最小功率在該跨度的變化在1dB范圍內，與從0.3dB/km至0.7dB/km水峰高度的情況下OSNR的近似1dB的衰減相符合。該拉曼增益的衰減遠小于第一級情況。然而，要求以獲得15dB的目標增益的總功率，對于在水峰的大約0.3dB/km的損耗下限變得非常重要。這很重要，因為當承載功率在1瓦特左右時處理或者干擾光纖，則通常叫做“光纖熔化”的高功率損失現象將發(fā)生在該光纖中。因此需要保持拉曼泵浦水平盡可能低，以增強可靠性。盡管光纖熔化發(fā)生在寬范圍的光功率等級中，水峰值抑制在低于0.4dB/km是容易接受的，因為其限制了所需的拉曼泵浦功率(在這種典型的情況下，大約1瓦特值的75％相應于與光纖熔化的開始)。當然，高功率拉曼泵浦的成本和該相關的額外熱消散負荷在任何一個情況中都是不希望出現的。
從低S帶的第一級拉曼泵浦或L帶的第二級拉曼泵浦的例子，可以清楚，為了拉曼放大的最優(yōu)化應用，必須使水峰最小化。在1385nm的、從光纖到光纖的衰減應該盡可能低、盡可能穩(wěn)定，以使得系統(tǒng)工程師設計到已知的條件。盡管很明顯是越低越好，但實際的平衡必須保持在什么是可以商業(yè)化獲得的和什么是理想之間?？梢越邮艿氖?，VAD方法可以容易地制造商業(yè)化的、水峰低于0.31dB/km的匹配包層光纖，盡管采用該方法制造低傾斜的NZD光纖是很大的挑戰(zhàn)。從多種理由來看，使商業(yè)化的MCVD光纖符合這個限制并非是不重要。然而，上述的該典型的計算顯示，限制在0.4dB/km的水峰減少了OSNR的退化。因為當保持該用于第一級拉曼放大的總拉曼泵浦功率到1瓦特的75％時，對于第一拉曼泵浦，泵浦衰減到大約1dB(參看圖5)。在拉曼泵浦功率為1瓦特時，將發(fā)生已知的高功率損壞效應。0.4dB/km的限制同樣有利于減少拉曼功率的設計盈余到小于25％，以減少超過指定激光二極管的成本。
因此，SCL帶操作的光纖根據本發(fā)明可以定義為一種光纖，其具有適當的色散曲線，可以防止信號和拉曼泵浦的FWM，還具有小于0.4dB/km的水峰損耗，可以防止OSNR衰減、高泵浦功率成本和高功率損壞現象。
圖7-9給出了三種典型光纖的折射率曲線圖，該光纖顯示本發(fā)明設計的希望得到的特性。Y軸表示相對德爾塔的單位，該相對德爾塔定義為(n(r)-nclad)/nclad。光纖的標準半徑為62.5微米。特別是，顯示一個可接受的彎曲損耗的光纖具有一個范圍在50-65μm2的有效面積。圖7所示的光纖在1550nm波長上具有55μm2的有效面積，9ps/nm/km的色散、0.033ps/nm2/km的傾斜和0.0037/nm的RDS。圖8所示的光纖在1550nm波長上具有55μm2的有效面積、8ps/nm/km的色散、0.027ps/nm2/km的傾斜和0.0033/nm的RDS。圖9所示的光纖在1550nm波長上具有60μm2的有效面積、9ps/nm/km的色散、0.035ps/nm2/km的傾斜和0.0038/nm的RDS。圖7所示的光纖具有低于1275nm的光纖截止點，意味著光纜截止點在50-75nm或更低。圖8所示的光纖具有低于1300nm的光纖截止點，同樣意味著光纜截止點在50-75nm。圖9所示的光纖具有低于1200nm的光纖截止點和光纜截止點。因此，所有都與1310nm傳輸一致，包括截止點和色散要求。在所有情況下，采用這些預設參數制造的光纖的特性符合以下的規(guī)定在所有情況下，水峰損耗在1385nm都小于0.4dB/km，特別是通過采用VAD或者外部汽相沉積(OVD)工藝來制造纖芯區(qū)域，以保持水峰損耗小于或等于0.325dB/km；零色散波長(ZDW)小于或等于1355nm(只有一個ZDW穿過整個1310-1625nm傳輸帶)；以及色散(D)在1375nm大于1ps/nm-km，在1565nm小于10ps/nm-km。
該圖示的光纖曲線通常包括五個分立區(qū)域。參考圖7，該區(qū)域定義為中心纖芯區(qū)域30、溝渠區(qū)域32、環(huán)形區(qū)域34、下降包層區(qū)域36以及外部包層區(qū)域38。圖8中的光纖具有相同的曲線。中心纖芯區(qū)域30從中心向外延伸到一個定義為“a”的半徑，顯示一個關于光纖保留區(qū)域的提升的折射率。纖芯區(qū)域30和環(huán)形區(qū)域34通常包括摻鍺的硅，而溝渠區(qū)域32和下降包層區(qū)域36通常包括氟摻雜的硅。可以理解的是，微量的其他摻雜物(諸如，在其它中，Ge，F，Ti，Al或P)可以混合到一個或者多個區(qū)域，以獲得某些處理的優(yōu)勢或者特性。作為襯底或者包覆管，合成纖維管可以摻雜氟以有助于形成下降包層區(qū)域36。管同樣包括Cl，同制造中采用的方法一致，其中Cl可以引入小的、偶然的折射率變化。區(qū)域30、32、34和36的制造通常是作為制造的中間步驟完成；形成區(qū)域38是實際的包層步驟，可由管套棒法或者微粉沉積方法完成。
根據本發(fā)明一實施例，在水峰1385nm(也就是，等級在0.31dB/km的低水峰)所希望的衰減是通過采用氣相軸向沉積(VAD)過程形成纖芯區(qū)域30和溝渠區(qū)域32而獲得。例如，參看美國專利6,131,415(這里整合在參考文獻，其中完整地描述了采用VAD處理來形成光纖的方法，該光纖具有在1385nm的低水峰。所有其他相同，VAD(或者VOD)玻璃具有優(yōu)于MCVD玻璃的固有的優(yōu)點，即在微粉沉積和燒結之間具有一個清楚的脫水步驟。盡管最初微粉沉積由于VAD或者VOD中的氫氧焰而非?！皾瘛?，隨后在Cl2中的脫水以使纖芯材料足夠干以使水峰始終在0.005-0.010dB/km，高于瑞利散射背景，相應于ppb一段的OH濃度。在MCVD微粉沉積過程中，沒有氫源存在。然而，如果沒有額外的脫水步驟，少量存在的氫雜質迅速地燒結到玻璃結構中。該MCVD襯底管，如果不如沉積材料干的話，可能同樣是促成OH濃度的因素。該OH濃度與光功率分布有相當的重疊。結果是，采用VAD或者OVD玻璃形成區(qū)域30和34有其好處，在區(qū)域30和34中存在98-99％的光功率。然而，該VAD或OVD處理不擅長于在溝渠區(qū)域32之外形成額外的向上摻雜層(例如，鍺摻雜)材料(如環(huán)形區(qū)域34)，如果不憑藉放棄上述超干的優(yōu)點的方案。
因此，環(huán)形區(qū)域34和下降包層區(qū)域36最好是采用傳統(tǒng)的MCVD工藝分別形成，外部包層區(qū)域38可以通過一個管包覆工藝而提供。圖10給出了兩個分立的預型部分，第一預型部分40包括中心纖芯區(qū)域30和溝渠區(qū)域32，第二預型部分42包括環(huán)形區(qū)域34、工藝36以及外部包層38。兩個分立預型部分40、42之間的界面，在氯(或者氟)氣(或者氯、氟的混合物，或者其他合適的氣體)中形成，使得一個超干界面形成，以避免在匹配VAD內芯到MCVD外芯的步驟中增加在1383nm的OH衰減。在該方法上希望的變化是采用高純度、摻雜的合成硅管來形成區(qū)域34、36，和在氯(或其他超干)氣中形成區(qū)域34、36之間的界面。可以理解的是，氯氣或者氟氣可以通過在高溫下多種包括Cl或F原子的化合物的熱裂解來提供。該化合物包括Cl、CF4、C2F6、CCl4、SiF4或者SF6，其可以單獨或者共同使用。
可以理解的是，上述處理只是典型的、不同的其他處理，其可以形成具有所希望的低水峰損耗特性的光纖。特別是，在0.325-0.34dB/km(足夠低以獲得上述優(yōu)點)范圍內，稍微高一點的中間水峰可以在標準MCVD纖芯制造中獲得，如果MCVD處理在實施時認真注意了以下一些或者全部要點采用超低水的合成硅襯底管，形成大的沉積外部包層，采用具有超低H雜質的原料氣體，高整合的化學傳送系統(tǒng)，高有效密封和旋轉耦合在該MCVD車床和襯底管之間，采用熔爐加熱源以沉積和/或沉淀。在初步加工階段或者光纖階段，采用氘對光纖進行處理，可以防止隨后對1385nm的損耗幾百倍的提升，由于在形成光纜或者其他環(huán)境源中的氫暴露。如果排除特別的制造過程，該過程對于實現本發(fā)明全部的潛力很必要。如上所述，OVD處理在大多數環(huán)境下可以替代VAD處理。
概括地說，本發(fā)明提供一種非零色散位移光纖，其聯合一個具有一個適當的非零色散波長的低水峰衰減值，以提供S帶放大，而對操作在C帶或者L帶區(qū)域的光傳輸或者信號放大沒有負面影響。該非常低的水峰衰減被認為有必要作為一個輔助而具有該在適當位置的零色散波長，因為有用于S帶信號的拉曼泵浦，將具有一個“設置在”該1385nm水峰波長的泵浦源。除非該水峰值被嚴格控制，如根據本發(fā)明而完成，對S帶信號的拉曼放大將不會有效且是可變的，因此系統(tǒng)性能將遭受退化。
權利要求
1.一種采用拉曼放大的光學WDM傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一定長度的光纖，其包括一纖芯區(qū)域；一光發(fā)射機，用于引入一波長信息信號到該光纖中，該光波信息信號包括分離的信道，其操作在三個波長上，波分復用(WDM)以形成該光波信息信號；一光泵浦源，用于引入光功率到所述光纖的纖芯區(qū)域，通過光泵浦能量與該光波信息信號的相互作用，產生所述光波信息信號的拉曼放大，其中，本發(fā)明特征在于該光纖具有以下特性低水峰在1385nm小于0.4dB/km；零色散波長(ZDW)小于或者等于1355nm，且僅具有一個ZDW穿過整個傳輸帶1310-1625nm；以及色散(D)在1375nm大于1ps/nm-km，在1565nm小于10ps/nm-km。
2.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中該光纖包括一內部的、高系數的纖芯區(qū)域，一環(huán)繞的、低系數的溝渠區(qū)域，一環(huán)繞所述低系數的溝渠區(qū)域的環(huán)形區(qū)域，一凹下包層區(qū)域以及形成用于環(huán)繞所述環(huán)形區(qū)域的外部包層區(qū)域。
3.一種制造光纖的方法，該方法包括步驟a)提供一光纖預型；b)加熱所述的提供的預型到軟化的溫度；以及c)從所述的軟化的預型抽取光纖，其中該抽取的光纖顯示一下特性低水峰，在1385nm小于0.4dB/km；零色散波長(ZDW)小于或者等于1355nm，僅具有一個ZDW穿過整個傳輸帶1310-1625nm；以及色散(D)在1375nm大于1ps/nm-km，在1565nm小于10ps/nm-km。
4.根據權利要求3所述的方法，其中在執(zhí)行步驟a)，該執(zhí)行提供自i.形成一內芯棒，具有一內部的、高系數的纖芯區(qū)域和一環(huán)繞的、低系數的溝渠區(qū)域；ii.形成一外芯管，具有一系數增加的環(huán)形區(qū)域和一下降包層區(qū)域；iii.采用一超干處理沉淀該外芯管在內芯棒周圍；iv.包覆在步驟i-iii中形成的復合的芯結構，以完成該執(zhí)行。
5.根據權利要求4所述的方法，其中在步驟a)(i)中，采用汽相軸向沉積處理，這樣，在1385nm的衰減小于或者等于大約0.325dB/km。
6.根據權利要求4所述的方法，其中在步驟a)(ii)中，采用改良化學汽相沉積工藝。
7.根據權利要求4所述的方法，其中在步驟a)(iii)中，采用氯氣、超干匹配處理。
8.根據權利要求4所述的方法，其中在步驟a)(i)中，采用一輔助沉積處理，在步驟a)(ii)中，采用一改良化學汽相沉積處理，在步驟a)(iii)中，采用一氯氣超干匹配處理。
9.根據權利要求3所述的方法，其中在執(zhí)行步驟a)中，該方法包括i.形成一內芯棒，具有一內部的、高系數的纖芯區(qū)域和一環(huán)繞的、低系數的溝渠區(qū)域；ii.采用一超干處理，通過沉淀一高純度的管在步驟i)中形成的內芯棒上，形成一折射率增加的環(huán)形區(qū)域；iii.采用一超干處理，通過沉淀一高純度的下摻雜管在該環(huán)形區(qū)域的外部，形成下降的包層區(qū)域；iv.包覆在步驟i-iii中形成的復合芯結構，以完成該執(zhí)行。
10.根據權利要求3所述的方法，其中在執(zhí)行步驟a)中，該方法包括步驟i.采用汽相軸向沉積處理，形成一復合波導芯，包括一系數增加的纖芯、一系數下降的溝渠、一系數增加的環(huán)和一系數下降的包層；ii.包覆在步驟(i)中形成的復合波導芯，完成該執(zhí)行。
全文摘要
一種改良的光纖設計，其在1385nm波長(“水峰”)顯示一個相對低的衰減，允許拉曼放大在1460－1530nm的S帶范圍的波長有效。一個超干處理用以匹配內部芯棒(纖芯加環(huán)繞的溝渠)和包層管(環(huán)形區(qū)域加包層區(qū)域)，并提供等級為0.325dB/km的水峰損耗。該低水峰聯合合適的色散值及零色散波長，以形成一種光纖，該光纖支持光傳輸系統(tǒng)在S、C和L帶上的傳輸和拉曼放大。
文檔編號H04B10/18GK1601365SQ200410078088
公開日2005年3月30日 申請日期2004年9月20日 優(yōu)先權日2003年9月24日
發(fā)明者唐納德·雅布洛諾夫斯基, 大衛(wèi)·卡利什, 因克·金, 小羅伯特·林格爾 申請人:美國飛泰爾有限公司