CN1471256B - 单模光纤和光通信系统 - Google Patents

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Abstract

单模光纤和光通信系统本发明涉及一种单模光纤，它包括一个半径为r1、最大折射率值为n1的第一中心区和至少一个包围所述第一中心区的第二环，其中第二环的半径为r2、最小折射率值为n2，且n2<n1。本发明还涉及一种多信道信号传输的光通信系统。

Description

单模光纤和光通信系统
技术领域
本发明涉及一种单模光纤，该光纤包括一个半径为r1，最大折射率值为n1的第一中心区和至少一个包围所述第一中心区的第二环，其中第二环的半径为r2，最小折射率值为n2，且n2＜n1。
背景技术
可从美国专利No.5,905,838中获知这种单模光纤自身，其中特别是图4简化表示用于四区域光纤的径向位置函数的归一化折射率差。因此参杂有锗的硅石芯被一折射率较小的环形区包围，在此情况下，该环形区由参杂氟的硅石组成。该区域周围是一个德国硅石(germano-silica)环，该德国硅石环又在，例如，未掺杂的硅石外包层区域内。线芯区域显示一MCVD制造的光纤的折射率较小的倾斜特性。这种光纤还被定义为一所谓的“双窗口WDM(“波长分割多路转换”)光纤”，该光纤在所谓的地铁网络或长途网络中使用。这些网络的特征是达到几百公里的中长传输距离和大量节点，其中存在支线和/或与其它(部分)网络的连接。在这些网络中，传输信号用的这种光纤最好是适合在大量不同的波长中用于高速传输。
在“Maxium Effective area for non-zero dispersion-shifted fibre”一文中公开了几种折射率特征，其中这种类型的光纤在1550nm波长时色散斜率为0.08ps/nm2.km。在1550nm时，有效面积介于45-110μm2范围内。有关用于获取一满意特性平衡的斜率的更多细节，特别是有关色散斜率、宏弯曲和有效面积在该文中却无法知晓。
美国专利No.6,396,987涉及一种在WDM传输系统中使用的光纤，其中有效面积大于或等于60μm2，色散值的范围为6至10ps/(nm.km)。
欧洲专利申请No.0 249 230涉及一种制造粗加工成品的方法。由于上述文献仅涉及粗加工的成品，因此没有提供有关从这种粗加工成品中提取的光纤，如色散斜率值、色散值或有效面积等具体细节的描述。
欧洲专利申请No.0775 924涉及一种具有三段折射率曲线的单模光纤。虽然零色散波长的范围是1520-1600nm，但是总色散斜率可能≤0.095ps/μm2.km。但没有说明提供有关获取一满意特性平衡的斜率、有关色散斜率、宏弯曲和有效面积的细节。
在非常远距离(1000km或更远的距离)的情况下，高传输速率的光纤被优化，用于大约1550nm波长范围内，在该波长范围中，可认为光衰减较低(大约0.2dB/km)。NZDF(“非零色散光纤)还有位移色散，因此，在1550nm的波长中色散低于标准单模纤维的色散。但是，为了使可能对允许最大传输容量产生严重不利影响的非线性特性的影响最小，该色散值就充分地偏离零。
由于在上述网络中距离相对较短，对光衰减的要求比较不严格，因此，波长范围大约为1300nm的特征衰减大约为0.3dB/km的光纤在原理上适用于此类应用。但是，由于在1550nm波长范围内其结果最优，因此用于长距离传输的纤维比较不适于在大约为1300nm的波长范围中使用。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种单模光纤，它适用于在波长大约为1550nm的范围，即1440nm-1625nm，以及在波长大约为1300nm的范围，即1250nm-1360nm中使用高传输速率进行多信道传输。
本发明的另一个目的是提供一种单模光纤，其中光纤的剖面设计成能够防止可导致光纤产生不希望特性的应力变化。
引言中所述根据本发明的单模光纤的特征在于，折射率值n1在半径为r1的第一中心区基本上保持不变，而在半径为r2的第二环，折射率值在径向r1-r2的距离上从n1降低至n2，该降低基本上是线性的，并根据下面方程式发生：
斜率＝(D1-D2)/(r2-r1)，
其中0.11＜斜率＜0.22，且
D i = n i 2 - n ci 2 2 . n i 2 * 100 % 和ni＞nci
Di＝位置i的折射率对比值，
ni＝位置i的折射率，和
nci＝外纤维包层的折射率。
在一个特定实施例中，具有一个基本上恒定折射率的中心区的半径r1的最大值最好为0.25μm。如果半径r1大于上述值，就不可能获得一种有效面积足够大、色散斜率足够低的纤维。
本发明还涉及一种单模光纤，它包括一个半径为r1、最大折射率值为n1的第一中心区和至少一个包围所述第一中心区的第二环，其中第二环的半径为r2，最小折射率值为n2，且n2＜n1，该光纤的特征在于折射率值在第二环内基本上保持不变，而从第一中心区中心对称轴径向距离r1上从n1降低至n2，这个降低基本上是线性的，并根据下面方程式发生：
斜率＝(D1-D2)/(r1)，其中
0.11＜斜率＜0.22，且
D i = n i 2 - n ci 2 2 . n i 2 * 100 % 和ni＞nci
这里Di，ni和nci的意义与上面相同。
本发明进一步涉及一种单模光纤，该光纤包括一个半径为r1、最大折射率值为n1的第一中心区和至少一个包围所述第一中心区的第二环，其中第二环的半径为r2，最小折射率值为n2，且n2＜n1，该单模纤维的特征在于折射率值在第二环内基本上保持不变，而从第一中心区对称中心轴在径向距离r1上从n1降低至n1”，这个降低基本上是线性的，并根据下面方程式发生：
斜率＝(D1-D1”)/(r1)，其中
0.11＜斜率＜0.22，且
D i = n i 2 - n ci 2 2 . n i 2 * 100 % 和ni＞nci
n1＞n1”＞n2
其中Di，ni和nci的意义与上面相同。
本申请的发明者根据这种发现已经完成他们的发明，其中，光纤的剖面被设计成防止产生不希望的应力变化。因此能够将不希望的特性，如增加的PMD(或者对氢感应的衰减损耗的灵敏度)降低至最小化。
在具体的实施例中，半径为r2的第二环最好被一第三环包围，第三环的半径为r3、折射率值为n3，其中n3＜n2且r3＞r2。此外，半径为r3的第三环可被一第四环包围，第四环的半径为r4、折射率为n4，其中n4＜n3且r4＞r3。
最好，本发明的光纤在波长为1550nm时的色散值为8ps/nm.km或更大，而在1300nm时色散值必须为-8ps/nm.km或更小。使用这样的色散值时，就可以在上述两个波长范围内以10Gbit/s或更高的传输速率同时使用数个具有不同波长的信道，即，信号，而不会产生具有限制效应的非线性特性。
本申请的发明者还发现在折射率图形中的斜率是一个实现最终光纤特性正确组合的重要设计参数。因此，上述斜率的范围最好为0.11至0.22，特别是0.13至0.19。如果使用大于上述范围值的斜率，宏弯曲损耗和色散斜率将太大，这在实践中是不希望的。另一方面，如果使用小于上述范围值的斜率，有效面积将会变小，这也是实践中不希望的。
为了能够在不明显限制功率密度的情况下同时传输大量不同波长的信号，本发明所述光纤的有效面积在波长为1550nm的范围内最好为60μm2或更大。
而且最好是，本发明光纤的色散斜率在1550nm时的范围为0.07至0.095ps/nm.km2。
为了保证本发明所述的光纤在最大波长范围内可以被认为是一个单模光纤，对于2m长的光纤所测量的截止波长最好小于1200nm。
除了具有上述较佳实施例的特征外，本发明的光纤应该表现出由于光纤的弯曲而产生的损耗很低。事实上，在由光纤组成的上述网络中形成许多连接，对于这些连接，通常在所述连接的位置存在回路。因此，就希望尽可能限制由这些回路引起的衰减损耗，这样最好意味着在1625nm波长和弯曲直径为60mm的100圈时测量的宏弯曲损耗最好小于0.05dB。
本发明还涉及一种多信道信号传输的光通信系统，该系统的特征在于：本发明所述的光纤用作在1550nm或1300nm波长范围内用于数个信道的传输介质。
附图说明
下面借助于实施例更详细地解释本发明，但是，应该指出，本发明决不限于这些实施例。在附图1-3中，根据本发明的一个具体实施例所述的许多光纤的折射率分布大致表示为半径的一个函数：
图1表示根据本发明所述光纤的一种可能的折射率图形；
图2表示根据本发明所述光纤的折射率图形；
图3表示根据本发明所述光纤的折射率图形。
具体实施方式
图1表示根据本发明所述纤维的一种可能的折射率图形。在上述图形中，参考标号1表示的位置是基本上位于对称轴上的最大折射率，该位置的折射率值为n1，折射率差为D1。参考标号2表示的位置与对称轴间隔一段距离r1，它具有一明显比参考标号1表示的位置更小的折射率值n2和折射率差D2。该折射率值实际上从位置1到位置2线性单调下降，斜率h符合下面的方程式：h＝(D1-D2)/(r1)。3表示的位置与对称轴间隔一段距离r2。最后，标号4表示一个与对称轴间隔的距离实质上与位置3相同的位置4，位置4表示包层的折射率值，包层从距离对称轴一段距离r2开始延伸，具有一个小于位置3的折射率值。
图2表示根据本发明所述光纤的折射率图形。在中心对称轴周围建立一个距离为r1的环形对称图形，其中所述图形的参考标号1表示的位置要求一个具有恒定折射率值n1的折射率。参考标号2表示的位置与对称轴间隔一段距离r2，它具有一个明显比参考标号1表示位置更小的折射率值n2和折射率差D2。该折射率值实际上从位置1到位置2以线性单调方式降低，这里斜率h＝(D1-D2)/(r1)。参考标号4表示的位置表示包层的折射率值，其中，包层从对称轴开始的一段距离r2延伸，在图2中，n1＞n2＞nc1。
图3表示根据本发明所述光纤的折射率图形。在所述图形中，1表示的位置是基本上位于对称轴上的最大折射率，该位置具有一折射率值n1和一折射率差D1。参考标号1”表示的位置与对称轴间隔一段距离r1，它具有一明显比1表示的位置更小的折射率值n1”。该折射率值实际上从位置1到位置1”以线性单调方式降低。2表示的位置也与对称轴间隔一段距离r2，具有一个折射率值n2和一个折射率差D2。最后，标号4表示一个与对称轴间隔的距离实质上与位置3相同的位置4，包层从位置4开始，其中包层具有一个小于位置3的折射率值。
正如前面已解释，斜率h是一个获得光纤特性正确组合的重要设计参数。上述斜率h，例如，能够通过改变位置2的折射率差而受到影响。该斜率通过使位置2的折射率值，特别是在图1和2中减小而增大。除此之外，还能够通过改变位置1”(见图3)和位置2(见图1和2)的径向位置而实现斜率的改变。正如前面所述，本申请的发明者已发现该斜率的范围最好为0.11至0.22，特别是0.13至0.19。在斜率的值大于上述范围值的情况下，将不希望地增加宏弯曲的损耗，而斜率值小于上述范围值的结果将会使所希望的有效面积要变得太小。
申请人对满足色散要求的光纤，即，在1550nm时≥8ps/nm.km，在1330nm时≤8ps/nm.km，以及满足小于1200nm的截止波长要求的光纤，研究了这里所给出的图形的斜率对多个参数的影响，即，色散斜率，最好小于0.095ps/nm.km2；宏弯曲损耗，最好小于0.05dB(在波长为1625nm，弯曲直径为60mm的线圈时测量出的)；以及有效面积，最好大于60μm2。所述研究是在2m长的光纤上测量的，测量结果用下面的表格表示。
  斜率   色散斜率   宏弯曲   有效面积
  0.10   ++   ++   -
  0.12   +   ++   +/-
  0.14   +   +   +
0.16 +   +   +
  0.18   +   +   +
  0.20   +/-   + +
  0.22   +/-   +/-   ++
  0.24   +/-   --   ++
上述表格清楚地表明用在0.11＜slope＜0.22范围中的斜率可获得一满意的特性平衡。

Claims (9)

1.一种单模光纤，包括一个半径为r1、最大折射率值为n1的第一中心区和至少一个包围所述第一中心区的第二环，该第二环的半径为r2，最小折射率值为n2，其中，n2＜n1，其特征在于，折射率值n1在半径为r1的第一中心区保持不变，而在半径为r2的第二环，折射率值在径向r1-r2的距离上从n1降低至n2，该降低是线性的，并根据下面的方程式发生：
斜率＝(D1-D2)/(r2-r1)，其中
0.11＜斜率＜0.22，且
D i = n i 2 - n ci 2 2 . n i 2 * 100 % 和ni＞nci
Di＝位置i的折射率对比度值，
ni＝位置i的折射率，和
nci＝外部光纤包层的折射率，
其中：色散斜率在1550nm时的范围为0.07至0.095ps/nm2.km，以及
其中：有效面积在波长为1550nm时为60μm2或更大。
2.如权利要求1所述的光纤，其特征在于：r1＜0.25μm。
3.如权利要求1-2中任一项所述的光纤，其特征在于：具有半径r2的第二环被一第三环包围，第三环的半径为r3、折射率值为n3，其中n3＜n2且r3＞r2。
4.如权利要求3所述的光纤，其特征在于：半径为r3的第三环被一第四环包围，第四环的半径为r4、折射率值为n4，其中n4＜n3且r4＞r3。
5.如权利要求1-2中任一个所述的光纤，其特征在于：0.13＜斜率＜0.19。
6.如权利要求1-2中任一个所述的光纤，其特征在于：在波长为1550nm时色散值为8ps/nm.km或更高。
7.如权利要求1-2中任一个所述的光纤，其特征在于：在波长为1300nm时色散值为-8ps/nm.km或更低。
8.如权利要求1-2中任一个所述的光纤，其特征在于：对于2m长的光纤所测量的截止波长小于1200nm。
9.一种多信道信号传输的光通信系统，其特征在于：根据权利要求1-8中任一个或多个所述的光纤用作在1550nm或1300nm波长范围内的数个信道的传输介质。
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