專利名稱：色散偏移光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在光通信或類似領(lǐng)域的光傳輸中所采用的單一模式的光纖(以下稱作S-模式光纖)，尤其是涉及一種適用于波長復(fù)用傳輸?shù)纳⑵乒饫w。
一般地，采用S-模式的光纖作為其傳輸線的光通信系統(tǒng)經(jīng)常采用1.3μm或1.55μm波段的光作為傳輸用信號光。近來，為了降低傳輸線中的傳輸損耗，越來越多地采用1.55μm波段的光。在這種1.55μm波段的光的傳輸線中所采用的S-模式光纖(以下稱作1.55-μm S-模式光纖)被設(shè)計成使其波長色散(由于光傳播速度隨波長而改變從而產(chǎn)生脈沖波分散的現(xiàn)象)為零(即得到一種色散偏移光纖，其零色散波長是1.55μm)。例如，作為這類色散偏移光纖，日本專利公告第3-18161號公開了一種具有雙重芯型折射率分布的色散偏移光纖，其中芯部是由一個內(nèi)芯層和一個具有低于內(nèi)芯層的折射率的外芯層構(gòu)成。此外，已公開的日本專利申請第63-43107號和第2-141704號提出一種具有凹下的包層/雙重芯型折射率分布的色散偏移光纖，其中，除了上面提到的雙芯結(jié)構(gòu)以外，包層是由一個內(nèi)包層和一個具有高于內(nèi)包層的折射率的外包層構(gòu)成的。
另一方面，近來隨著波分多路復(fù)用(WDM)傳輸以及光放大器的出現(xiàn)而使得長距離傳輸成為可能。然而，在這種情況下，不可忽視非線性光效應(yīng)的影響。因此，為消除非線性光效應(yīng)，已有人提出改變上述折射率公布，進而使零色散波長向其信號波段中更短或更長的波長方向移動(日本已公開專利申請第7-168046號和美國專利第5,483,612號)。這里，非線性光效應(yīng)是一種現(xiàn)象，其中信號光脈沖與光強的密度或類似量成比例地失真。這種現(xiàn)象成為限制傳輸速度以及中繼傳播系統(tǒng)中的中繼距離的一個因素。
對上述現(xiàn)有技術(shù)研究后，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了以下問題。也就是說，在用于波分多路復(fù)用傳輸?shù)纳鲜錾⑵乒饫w中，零色散波長被設(shè)置在一個與信號波段的波長量級不同的波長量級上以便防止出現(xiàn)非線性光效應(yīng)，其有效芯截面積Aeff被設(shè)為約55μm2量級。盡管用于波分多路復(fù)用傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)的色散偏移光纖對于傳統(tǒng)的應(yīng)用已足夠，但是對于現(xiàn)有技術(shù)來說，可能很難在傳輸變得更為復(fù)雜而波長復(fù)用將有進一步發(fā)展的情況下，在傳統(tǒng)的傳輸距離內(nèi)保證適宜的傳輸質(zhì)量。
這里，如已公開的日本專利申請第8-248251號所公開的，有效芯截面積Aeff由下式給出Aeff=2π[∫0∞E2rdr]/[∫0∞E4rdr]]]>其中E為傳播光伴生的一個電場，r為由芯中心度量的徑向距離。
本發(fā)明的目的在于提供一種可有效地防止出現(xiàn)非線性光效應(yīng)并適于長距離傳輸?shù)纳⑵乒饫w。
根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖為一種S-模式光纖，主要由石英玻璃制成，其零色散波長向短于或長于信號光波段的波長方面偏移。一個被傳輸?shù)哪繕?biāo)通過根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖時，至少一個光分量的中心波長位于1,500到1,600nm的范圍內(nèi)(信號光波段)。在本說明書中，1.55μm波段的光等同于信號光波段的光，該色散偏移光纖具有的零色散波長不在1.53μm(1530nm)到1.56μm(1560nm)的波段范圍內(nèi)，且在波長1,550nm時具有以下各種性能色散度的絕對值為1.0到4.5ps/nm/km，色散梯度絕對值不大于0.13ps/nm2/km，有效芯截面積Aeff70μm2或再大些，和相對于1.55μm波段內(nèi)的光的傳輸損耗不大于0.25dB/km。
在這里，當(dāng)色散度絕對值小于1.0ps/nm/km時，在超過20km或更長的長距離傳輸中，由四-波混合，不穩(wěn)定的調(diào)制和類似原因?qū)е碌牟ㄐ问д媸遣荒鼙缓雎缘?。?dāng)色散度絕對值大于4.5ps/nm/km時，與之相反，在超過20km或更長的長距離傳輸中，由波長色散和自身相位調(diào)制所導(dǎo)致的波形失真是不能被忽略的。
在根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖中，色散梯度的絕對值不大于0.13ps/nm2/km。因此，傳輸因色散波長產(chǎn)生的波形失真總量的變化被有效降低的信號光成為可能。
所產(chǎn)生的非線性光效應(yīng)的大小與非線性光效應(yīng)常數(shù)(N2/Aeff)成正比。因此，在相同的傳播光的條件下，使非線性光效應(yīng)常數(shù)(N2/Aeff)減小能有效地防止非線性光效應(yīng)的發(fā)生。另一方面，由于非線性折射率N2基本上是由光纖的主要材料所決定的，對于由相同的主要材料制成的光纖很難由傳統(tǒng)的量級改變其非線性折射率N2的值以防止非線性光效應(yīng)的發(fā)生。
因此，根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖，其有效芯截面積Aeff增加到70μm2或更大些，于是，所產(chǎn)生的非線性光效應(yīng)的總量較傳統(tǒng)的色散偏移光纖減少了至少20％。


圖1為一種具有典型結(jié)構(gòu)的色散偏移光纖中有效芯截面積Aeff和非線性光效應(yīng)常數(shù)(N2/Aeff)之間的關(guān)系曲線。由圖1可以看出，在有效芯截面積Aeff為55μm2時，非線性光常數(shù)(N2/Aeff)為5.8×10-10(1/W)，在有效芯面積Aeff為70μm2時變?yōu)?.6×10-10(1/W)，從而減少了約20％。因此，與傳統(tǒng)的色散偏移光纖相比，根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖可增加信號光中波長復(fù)用的程度。
通常，介質(zhì)的折射率N在強光下根據(jù)光的強度而變化。因此，對折射率(N)的最低階的影響可表示為N＝N0+N2·E2其中N0為線性折射率，N2為非線性折射率，而E為光電場波幅。即，在強光下，介質(zhì)的折射率N為N0和一個與光電場波幅E的平方成正比的增量之和。特別是第二項中的比例常數(shù)N2(單位m2/v2)被認為是非線性折射率。因為在各非線性折射率中，光信號脈沖的失真主要是受第二項非線性折射率的影響，所以在本說明中的非線性折射率主要指該第二階非線性折射率。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖中，因其入射信號光功率與傳統(tǒng)的色散偏移光纖相比可提高約20％(約1dB)，在傳輸損耗假定為0.2dB/km的情況下，信號光傳輸?shù)木嚯x比傳統(tǒng)光纖長5km。因此，例如在傳統(tǒng)的中繼站間距為50km的情況下，中繼站的數(shù)目可減少約10％。
再有，根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖在彎曲直徑為32mm時的彎曲損耗為0.5dB/圈或更小些。這里，彎曲損耗是這樣測量的，即將被測量的光纖纏繞在一個直徑為32mm的芯棒上，并得到一測量出代表每一圈的損耗值。
通常，有效芯截面積Aeff越大，其外圓周表面上的光強密度就越大，從而產(chǎn)生更大的彎曲損耗。具有較大彎曲損耗的光纖會因光纜分編階段，放纜階段，連接時超長部分的處理以及類似情況所導(dǎo)致的不可避免的彎曲而產(chǎn)生較大的光損耗。因此，根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖在彎曲直徑為32mm時彎曲損耗為0.5dB/圈或更小，從而抑制了在光纜分編階段或類似情況產(chǎn)生的彎曲所引起的光損耗。
優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖中，色散梯度的絕對值為0.09ps/nm2/km或更高。色散梯度越小，因信號光中波長色散產(chǎn)生的波形失真總量的變化也越小。另一方面，色散梯度越小，就越可能滿足產(chǎn)生非線性光學(xué)現(xiàn)象之一的四-波混合的相位匹配條件。因此，在根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖中，色散梯度的絕對值優(yōu)選地至少為0.09ps/nm2/km但不高于0.13ps/nm2/km，從而，在傳輸信號光時，防止了由波長色散引起的波形失真總量的變化，并避免四-波混合的發(fā)生。
為實現(xiàn)上述性能，本發(fā)明的色散偏移光纖可通過雙重芯型折射率分布或分段芯型折射率分布來實現(xiàn)，這兩種折射率分布都為凹下的包層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的色散偏移光纖的第一實施例具有凹下的包層/雙重芯折射率分布。該色散偏移光纖的第一實施例包括一具有給定折射率和外徑為2a的內(nèi)芯；一環(huán)繞內(nèi)芯外表面配置并具有比內(nèi)芯低的折射率且外徑為2b的外芯；一環(huán)繞外芯外表面配置并具有比外芯低的折射率的內(nèi)包層；及一環(huán)繞內(nèi)包層的外表面配置并具有比內(nèi)包層高的折射率的外包層。即，根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖，為具有凹下的包層/雙重芯型折射率分布的色散偏移光纖。
根據(jù)本發(fā)明人研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一個具有簡單雙重芯型折射率分布而不具有凹下的包層結(jié)構(gòu)的色散偏移光纖中，即非凹下的包層/雙重芯型折射率分布，當(dāng)在其色散的絕對值在波長1550nm時設(shè)置在1.0至4.5ps/nm/km的狀態(tài)下，其有效芯截面積Aeff增加時，其截斷波長變短，從而增加了彎曲損耗。甚至在調(diào)整折射率分布以增加截斷波長從而減少彎曲損耗時，由于截斷波長不能超過信號光波長，彎曲損耗也不能充分地得到改善。
同時，根據(jù)發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，具有包層/雙重芯型折射率分布的色散偏移光纖，其彎曲損耗小于具有簡單雙重芯型折射率分布的色散偏移光纖。于是，采用上述結(jié)構(gòu)的光纖(具有凹下的包層/雙重芯型折射率分布)利于實現(xiàn)前述的各種性能，并將彎曲損耗抑制在一個預(yù)定的水平或更低。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的色散偏移光纖滿足以下關(guān)系式a/b≤0.15 (1)0.8％≤Δn1≤1.2％ (2)0.12％≤Δn2≤0.30％ (3)Δn3/Δn2≤0.95 (4)其中Δn1為內(nèi)芯相對于內(nèi)包層的折射率的相對差值，Δn2為外芯相對于內(nèi)包層的折射率的相對差值，和Δn3為外包層相對于內(nèi)包層的折射率的相對差值。
滿足這些關(guān)系式的色散偏移光纖可以很好地實現(xiàn)前述的各種性能，并使其色散梯度的絕對值至少是0.09ps/nm2/km但不高于0.13ps/nm2/km。
這里，內(nèi)芯相對于內(nèi)包層的折射率相對差值Δn1，外芯相對于內(nèi)包層的折射率相對差值Δn2，和外包層相對于內(nèi)包層的折射率相對差值Δn3分別定義如下Δn1＝(n12-n32)/(2n12)(5)Δn2＝(n22-n32)/(2n22)(6)Δn3＝(n42-n32)/(2n42)(7)其中n1為內(nèi)芯的折射率，n2為外芯的折射率，n3為內(nèi)包層的折射率，和n4為外包層的折射率。在本說明中，每個折射率相對差值是用百分率表示的。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的色散偏移光纖還滿足下面的關(guān)系式1.2≤c/b≤3.5 (8)其中2c為內(nèi)包層的外徑。
以上關(guān)系式是基于這樣的事實，即在第一實施例的色散偏移光纖中，因內(nèi)包層的存在而產(chǎn)生的彎曲損耗降低效應(yīng)，在內(nèi)包層過薄時將不會充分地顯示出來。另一方面，在內(nèi)包層過厚時，其作用可能和常規(guī)的包層相同，從而不能產(chǎn)生凹下的包層型折射率的截斷波長縮短效應(yīng)。當(dāng)色散偏移光纖滿足關(guān)系式c/b≥1.2時，在彎曲直徑為32mm的情況下，彎曲損耗可變成0.5dB/圈或更小。
另一方面，本發(fā)明第一實施例的色散偏移光纖滿足關(guān)系式c/b≤3.5時，其截斷波長可很好地被縮短，從而可以容易地獲得進行單一模式傳輸?shù)男盘柟獾囊粋€波長范圍。
其次，本發(fā)明第二實施例的色散偏移光纖具有凹下的包層/分段芯型折射率分布。第二實施例的色散偏移光纖包括一具有給定折射率和外徑2a的內(nèi)芯；一環(huán)繞內(nèi)芯外表面設(shè)置并具有比內(nèi)芯低的折射率且外徑為2b的中芯；一環(huán)繞中芯芯外表面設(shè)置并具有比中芯高的折射率且外徑為2c的外芯；一環(huán)繞外芯的外表面設(shè)置并具有比外芯低的折射率的內(nèi)包層；及一環(huán)繞內(nèi)包層的外表面設(shè)置并具有比內(nèi)包層高的折射率的外包層。
優(yōu)選地，第二實施例的色散偏移光纖滿足下列關(guān)系式a/c≤0.42 (9)b/c≤0.60 (10)0.5％≤Δn1≤1.1％ (11)
0.2％≤Δn3-Δn2≤0.7％ (12)Δn4/Δn3≤0.95 (13)其中，Δn1為內(nèi)芯相對于內(nèi)包層的折射率相對差值，Δn2為中芯相對于內(nèi)包層折射率相對差值，Δn3為外芯相對于內(nèi)包層的折射率相對差值，以及Δn4為外包層相對于內(nèi)包層的折射率相對差值。
上述關(guān)系式(9)和(10)是滿足有效芯截面積Aeff為70μm2的條件。內(nèi)芯相對于內(nèi)包層的折射率的相對差值Δn1最好為0.5％或更大以滿足色散度的絕對值降至1.0到4.5 ps/nm/km的條件。此外，當(dāng)折射率相對差值Δn1為1.1％或更小時，色散梯度的絕對值降至0.09到0.13ps/nm2/km的范圍內(nèi)。(Δn3-Δn2)的值應(yīng)為0.2％或更大以滿足彎曲直徑為32mm時的彎曲損耗為0.5dB/圈或更小的條件，并且(Δn3-Δn2)的值應(yīng)為0.7或更小以使長度為2m的截斷波長為2.2μm或更小。關(guān)系式(13)限制對應(yīng)1.55μm波段的光的傳輸損耗不超過0.25dB/km。
此外，第二實施例的色散偏移光纖滿足下列關(guān)系式1.2≤d/c≤3.5 (14)其中，2d是內(nèi)包層的外直徑。
當(dāng)(d/c)小于1.2時，彎曲直徑為32mm時的彎曲損耗變?yōu)?.5dB/圈或更小，并且當(dāng)(d/c)超過3.5時，截斷波長的縮短效應(yīng)達到飽和。
由以下給出的詳細的描述和附圖，將會對本發(fā)明有更為全面的理解，這些說明僅是為了說明而不是作為對本發(fā)明的限制。
本發(fā)明的進一步的適用范圍由下面的詳細描述將變得非常明顯。然而，應(yīng)該理解，在陳述本發(fā)明的優(yōu)選實施例同時所作的詳細說明和給出特定的例子，僅僅是說明性的，因為對于熟悉本專業(yè)的人員來講，根據(jù)這些詳細的說明，在本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的各種改變和修改是很明顯的。
圖1為表示有效芯截面積Aeff和非線性光常數(shù)(N2/Aeff)關(guān)系曲線的一個例子的圖形；圖2為表示根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖的一個典型實施例的橫截面結(jié)構(gòu)及其折射率分布的圖形(凹下的包層/雙重芯型)；圖3為表示值(a/b)和有效芯截面積Aeff之間關(guān)系曲線的圖形；圖4為表示折射率相對差值Δn1和相對于波長為1.550nm的光的色散度D的絕對值|D|之間關(guān)系曲線的圖形；
圖5為表示折射率相對差值Δn1和色散梯度之間關(guān)系曲線的圖形；圖6為表示折射率相對差值Δn2與彎曲直徑為32mm時所產(chǎn)生的彎曲損耗之間關(guān)系曲線的圖形；圖7為表示折射率相對差值Δn2與參照長度為2m的截斷波長之間關(guān)系曲線的圖形；圖8為表示值(Δn3/Δn2)與傳輸損耗之間關(guān)系曲線的圖形；圖9為表示值(c/b)與在彎曲直徑為32mm時所產(chǎn)生的彎曲損耗之間關(guān)系曲線的圖形；圖10為表示值(c/b)與參照長度為2m的截斷波長之間關(guān)系曲線的圖形；圖11為表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的色散偏移光纖的橫截面結(jié)構(gòu)及其折射率分布的圖形(凹下的包層/雙重芯型)；圖12為表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的色散偏移光纖的橫截面結(jié)構(gòu)及其折射率分布的圖形(凹下的包層/分段芯型)；圖13為表示如圖12所示的第二實施例的色散偏移光纖的凹下的包層/分段芯型折射率分布的第一種應(yīng)用的圖形；圖14為表示如圖12所示的第二實施例的色散偏移光纖的凹下的包層/分段芯型折射率分布的第二種應(yīng)用的圖形。
下面將參照圖2至11對根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖進行說明。在圖形的說明中，彼此相同的部分將用相同的標(biāo)號或文字來表示，并且不對其進行重復(fù)的描述。
圖2為表示根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖的一個典型實施例的橫截面結(jié)構(gòu)及其折射率分布的圖形。如圖2所示，此色散偏移光纖100包括一具有最大折射率為n1和外徑為2a的內(nèi)芯110；一環(huán)繞內(nèi)芯110外表面配置并具有折射率為n2(＜n1)和外徑為2b的外芯120；一環(huán)繞外芯120的外表面配置并具有折射率為n3(＜n2)和外徑為2c的內(nèi)包層210；和一環(huán)繞內(nèi)包層210的外表面配置并具有折射率為n4(＞n3)的外包層220。由于具有這種結(jié)構(gòu)，色散偏移光纖100實現(xiàn)了一個凹下的包層/雙重芯型的折射率分布101。
該色散偏移光纖滿足下述關(guān)系式a/b≤0.15(1)0.8％≤Δn1≤1.2％ (2)0.12％≤Δn2≤0.30％(3)
Δn3/Δn2≤0.95(4)1.2≤c/b≤3.5(8)其中Δn1為內(nèi)芯110相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值，Δn2為外芯120相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值，和Δn3為外包層220相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值。
圖3為表示內(nèi)芯110的外徑2a和外芯120的外徑2b之比與有效芯截面積Aeff的關(guān)系曲線的圖形。在圖3中，當(dāng)Δn1＝1.0％和Δn2＝0.2％時，改變內(nèi)芯110的外徑2a和外芯120的外徑2b以得到一為1,580nm的零色散波長。由圖3可見，當(dāng)(a/b)≤0.15時，Aeff≥70μm2。
圖4為表示內(nèi)芯110相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值Δn1與對應(yīng)于具有1,550nm波長的光的色散值D的絕對值|D|的關(guān)系曲線的圖形。在圖4中，改變內(nèi)芯110的外徑2a，外芯120的外徑2b，內(nèi)芯110相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值Δn1和外芯120相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值Δn2以滿足(a/b)＝0.13和Aeff＝80μm2。從圖4可以看出，當(dāng)Δn1≥0.8％時，|D|≥1.0 ps/nm/km，和當(dāng)Δn1≈1.2％時，|D|≤4.5ps/nm/km。
圖5為表示內(nèi)芯110相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值Δn1與色散梯度的關(guān)系曲線的圖形。在圖5中，改變內(nèi)芯110的外徑2a，外芯120的外徑2b，內(nèi)芯110相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值ΔnI，和外芯120相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值Δn2以滿足(a/b)＝0.13，Aeff＝80μm2，在彎曲直徑為32mm時彎曲損耗＝0.1dB/圈，和零色散波長＝1,580nm。由圖5可見，當(dāng)Δn1≥1.2％時，色散梯度為0.13ps/nm2/km或更大。
圖6為表示外芯120相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值Δn2與彎曲直徑為32mm時所產(chǎn)生的彎曲損耗的關(guān)系曲線的圖形。在圖6中，改變內(nèi)芯110的外徑2a，外芯120的外徑2b，和外芯120相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值Δn2，以滿足在內(nèi)芯110中相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值為Δn1＝1.0％，(a/b)＝0.13，Aeff＝80μm2和零色散波長＝1.580nm。由圖6可見，當(dāng)Δn2≥0.12％時，彎曲直徑為32mm時的彎曲損耗為0.5dB/圈或更小。這里，彎曲損耗是在被測光纖繞直徑為32mm的芯棒纏繞預(yù)定的圈數(shù)(例如，100圈)時進行測量的，并用測量出的每一圈的彎曲損耗值來表示。
圖7為表示外芯120相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值Δn2與參考長度為2m的截斷波長的關(guān)系曲線的圖形。在圖7中，改變內(nèi)芯110的外徑2a，外芯120的外徑2b，外芯120相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值Δn2，和外包層220相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值Δn3以滿足內(nèi)芯110相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值Δn1＝1.0％，(a/b)＝0.13，Aeff＝80μm2，零色散波長＝1,580nm，和Δn3/Δn2＝0.8。
通常，光纖的截斷波長λc的測量是在2m的長度上用彎曲的方法進行的，這種方法是由CCITT-G.650所建議的。一根長度L為2m的S-模式光纖，其截斷波長λc，作為允許單一模式傳輸?shù)淖畹筒ㄩL，與上述測量的結(jié)果相符。如所周知的，當(dāng)長度L增加時，截斷波長λc的改變服從下邊的表達式(15)λc(L)＝λc(L0＝2 m)-0.184×log10(L/L0) (15)(見TKato等，OECC′96 Technical Digest，1966.7，Makuhari Messe，pp.160-161)。
另一方面，假定本發(fā)明的色散偏移光纖在20km或更長的距離內(nèi)傳輸波長在0.55μm波段內(nèi)的信號光。于是，長度為2m的截斷波長λc(L0)須滿足下面的表達式(16)λc(L)＜1.5+0.732[μm]＝2.2μm(16)由圖7可以看出，當(dāng)Δn2≤0.30％時，長度為2m的截斷波長λc(L0)≤2.2μm。
圖8為表示比值(Δn3/Δn2)與傳輸損耗的關(guān)系曲線的圖形。在圖8中，在下列條件下改變外包層220相對于內(nèi)包層210的折射率相對差值Δn3。
由圖8可見，在(Δn3/Δn2)＞0.95時傳輸損耗急劇增加超出0.25dB/km。
折射率相對差值Δn1=1.0％；折射率相對差值Δn2＝0.20％；及(a/b)＝0.13圖9為表示比值(c/b)與彎曲直徑為32mm時所產(chǎn)生的彎曲損耗的關(guān)系曲線的圖形。在圖9中，在下列情況下改變內(nèi)包層210的外徑2c折射率相對差值Δn1＝1.0％；折射率相對差值Δn2＝0.20％；折射率相對差值Δn3＝0.12％；半徑a＝2.1μm；及半徑b＝16.0μm
由圖9可以看出，在直徑為32mm時彎曲所產(chǎn)生的彎曲損耗，當(dāng)(c/b)不大于1.2時急劇增加并超過0.5dB/圈。
圖10為表示比值(c/b)與長度為2m時的截斷波長的關(guān)系曲線的圖形。在圖10中，在下列條件下改變內(nèi)包層210的外徑2c折射率相對差值Δn1＝1.0％；折射率相對差值Δn2＝0.20％；折射率相對差值Δn3＝0.12％；半徑a＝2.1μm；及半徑b＝16.0μm由圖10可以看出，當(dāng)(c/b)不大于3.5時，降低截斷波長的效果已達到飽和的程度。
即，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖具有凹下的包層/雙重芯型折射率分布時，其滿足以下關(guān)系式a/b≤0.15(1)0.8％≤Δn1≤1.2％ (2)0.12％≤Δn2≤0.30％(3)Δn3/Δn2≤0.95 (4)1.2≤c/b≤3.5(8)因此，它在波長1，550nm時很好地滿足了各種性能色散值的絕對值為1.0到4.5ps/nm/km，色散梯度的絕對值不大于0.13ps/nm2/km，有效芯截面積Aeff為70μm2或更大，相對于波段1.55μm內(nèi)的光的傳輸損耗不大于0.25dB/km，和在彎曲直徑為32mm時的彎曲損耗為0.5dB/圈或更少。
因此，很好地得到了一種可以有效地防止了非線性光效應(yīng)的發(fā)生并適于長距離光傳輸?shù)纳⑵乒饫w。
另一方面，并不局限于上述具有凹下的包層/雙重芯型折射率分布的色散偏移光纖，本發(fā)明可以各種方式實施。例如，該色散偏移光纖可應(yīng)用于如下所述的具有分段芯型折射率分布的色散偏移光纖。
具有分段芯型折射率分布的色散偏移光纖包括一具有預(yù)定折射率和外徑2a的內(nèi)芯；一環(huán)繞內(nèi)芯外表面設(shè)置并具有低于內(nèi)芯的折射率且外徑為2b的中芯；一環(huán)繞中芯外表面設(shè)置并具有比中芯高的折射率且外徑為2c的外芯；一環(huán)繞外芯的外表面設(shè)置，并具有比外芯低的折射率且外徑為2d的內(nèi)包層；及一環(huán)繞內(nèi)包層的外表面設(shè)置并具有比內(nèi)包層高的折射率的外包層。
因此，具有上述各種性能的色散偏移光纖應(yīng)滿足下列關(guān)系式a/c≤0.42 (9)b/c≤0.60 (10)0.5％≤Δn1≤1.1％(11)0.2％≤Δn3-Δn2≤0.7％ (12)Δn4/Δn3≤0.95 (13)1.2≤d/c≤3.5 (14)其中，Δn1是內(nèi)芯相對于內(nèi)包層的折射率相對差值，Δn2是中芯相對于內(nèi)包層的折射率相對差值，Δn3是外芯相對于內(nèi)包層的折射率相對差值，及Δn4是外包層相對于內(nèi)包層的折射率相對差值，2d為內(nèi)包層的外徑。
這里，在分段芯型折射率分布中，每一玻璃層相對于內(nèi)包層的相對折射率差值如下定義Δnx＝(nx2-ncld2)/(2nx)2x＝1，2，3，4其中，n1是內(nèi)芯的折射率，n2是中芯的折射率，n3為外芯的折射率，n4為外包層的折射率。
圖11為根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖的第一個典型例子(雙重芯型)的橫截面結(jié)構(gòu)及其折射率分布。如圖11所示，該色散偏移光纖200具有凹下的包層/雙重芯型折射率分布201且包括一外徑為4.2μm的內(nèi)芯111；一環(huán)繞內(nèi)芯111的外表面配置的外徑2b為32μm的外芯121；一環(huán)繞外芯121外表面配置的外徑2c為63μm的內(nèi)包層211；和一環(huán)繞內(nèi)包層211的外表面配置的外包層221。
同樣，該色散偏移光纖200的第一實施例滿足上述的關(guān)系式(1)至(4)和(8)，如下所示a/b＝0.13＜0.150.8％＜Δn1＝0.98％＜1.2％0.12％＜Δn2＝0.20％＜0.30％Δn3＝0.12％Δn3/Δn2＝0.6＜0.951.2＜c/b＝1.97＜3.5
另外，色散偏移光纖的第一實施例在波長為1,550nm時測量所得的性能如下零色散波長＝1,585nm；1,550nm時的色散度＝-3.8ps/nm/km；色散梯度＝0.111ps/nm2/km；有效芯截面積Aeff＝78.2μm2；截斷波長＝1.59μm；彎曲直徑為32mm時，彎曲損耗＝0.1dB/圈；和傳輸損耗＝0.21dB/km。
下面，圖12為表示本發(fā)明的色散偏移光纖的第二實施例300的橫截面結(jié)構(gòu)與其折射率分布的圖形。如圖12所示，色散偏移光纖的第二實施例300具有分段芯型的折射率分布且包括一外徑2a為7.0μm的內(nèi)芯301；一環(huán)繞內(nèi)芯301外表面設(shè)置且外徑2b為13.4μm的中芯302；一環(huán)繞中芯302的外表面設(shè)置且外徑2c為19.2μm的外芯303；一環(huán)繞外芯303的外表面設(shè)置且外徑2d為38.4μm的內(nèi)包層304；以及一環(huán)繞內(nèi)包層304的外圓周設(shè)置的外包層305。
同時，色散偏移光纖的第二實施例300滿足上述的關(guān)系式(9)到(14)，如下所示a/b＝0.36＜0.42 (9)b/c＝0.7＞0.60(10)0.5％＜Δn1＝0.72％＜1.1％ (11)0.2％＜(Δn3-Δn2)=0.4％＜0.7％ (12)Δn4/Δn3＝0.15＜0.95 (13)1.2＜d/c＝2＜3.5 (14)此外，凹下的分段芯型折射率分布以如圖13至14所示的各種方式變形。例如，圖13示出在中芯302的折射率高于內(nèi)包層304折射率(Δn2＞0)的條件下，凹下的包層/分段芯型折射率分布的第一種應(yīng)用；圖14示了在中芯302的折射率低于內(nèi)包層304(Δn2＜0)的條件下，凹下的包層/分段芯型折射率分布的第二種應(yīng)用。
色散偏移光纖的第二實施例在波長為1,550nm時測量所得的性能如下零色散波長＝1,567nm；
波長為1,550nm時的色散度＝-1.8ps/nm/km；色散梯度＝0.110ps/nm2/km；有效芯截面積Aeff＝81.8μm；截斷波長＝1.74μm；彎曲直徑為32mm時的彎曲損耗＝0.1dB/圈；及傳輸損耗＝0.21dB/km。
如前面所詳細描述的，在根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖中，其零色散波長至少在波段1.53至1.56μm范圍內(nèi)是不存在的，而其有效芯截面積設(shè)置為70μm2或再大，有效地防止了非線性光效應(yīng)的發(fā)生。因此，可以得到一種適于長距離離傳輸?shù)纳⑵乒饫w，并能有效地限制非線性光效應(yīng)的產(chǎn)生。
另外，由于根據(jù)本發(fā)明的色散偏移光纖具有凹下的包層/雙重芯型或分段芯型的折射率分布的結(jié)構(gòu)，它可減少彎曲損耗，并很好地實現(xiàn)了所要求的色散偏移光纖。
根據(jù)所描述的本發(fā)明，可以各種方式修改本發(fā)明是很明顯的。這類修改不能偏離本發(fā)明的精神與范圍，并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講包括在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)的各種變形是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種色散偏移光纖，具有不在波段1.53至1.56μm內(nèi)的零色散波長且在波長為1,550nm時具有以下性能色散度的絕對值為1.0至4.5ps/nm/km；色散梯度的絕對值不大于0.13ps/nm2/km；有效芯截面積不小于70μm2；和相對于波段在1.55μm的光，傳輸損耗不大于0.25dB/km。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色散偏移光纖，其中，所述的色散偏移光纖在直徑32mm下彎曲時相對于波段為1.55μm的光的彎曲損耗不大于0.5dB/圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色散偏移光纖，其中，所述的色散偏移光纖的色散梯度的絕對值在波長為1,550nm時不小于0.09ps/nm2/km。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色散偏移光纖，其中，所述的色散偏移光纖包括一內(nèi)芯，具有預(yù)定的折射率和外徑2a；一環(huán)繞所述的內(nèi)芯的外表面配置的外芯，所述的外芯具有低于所述的內(nèi)芯的折射率和外徑2b；一環(huán)繞所述的外芯的外表面配置的內(nèi)包層，所述的內(nèi)包層具有低于所述的外芯的折射率；和一環(huán)繞所述的內(nèi)包層的外表面配置的外包層，所述的外包層具有高于所述的內(nèi)包層的折射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的色散偏移光纖，其中，所述的色散偏移光纖滿足以下關(guān)系式a/b≤0.150.8％≤Δn1≤1.2％0.12％≤Δn2≤0.30％Δn3/Δn2≤0.95其中，Δn1為所述的內(nèi)芯相對于所述的內(nèi)包層的折射率相對差值，Δn2為所述的外芯相對于所述的內(nèi)包層的折射率相對差值，和Δn3為所述的外包層相對于所述的內(nèi)包層的折射率相對差值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的色散偏移光纖，其中，所述的色散偏移光纖滿足下述關(guān)系式1.2≤c/b≤3.5其中，2c為所述的內(nèi)包層的外徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色散偏移光纖，其中，所述的色散偏移光纖包括一內(nèi)芯，具有預(yù)定的折射率和外徑2a；一環(huán)繞所述內(nèi)芯的外表面配置的中芯，所述中芯具有低于所述內(nèi)芯的折射率和外徑2b；一環(huán)徑所述中芯的外表面配置的外芯，所述外芯具有低于所述中芯的折射率和外徑2c；一環(huán)繞所述外芯的外表面配置的內(nèi)包層，所述內(nèi)包層具有低于所述外芯的折射率；一環(huán)繞所述內(nèi)包層的外表面配置的外包層，所述外包層具有高于所述內(nèi)包層的折射率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的色散偏移光纖，其中，所述的色散偏移光纖滿足下列關(guān)系式a/c≤0.42b/c≥0.600.5％≤Δn1≤1.1％0.2％≤Δn3-Δn2≤0.7％Δn4/Δn3≤0.95其中，Δn1是所述內(nèi)芯相對于所述內(nèi)包層的折射率相對差值，Δn2是所述中芯相對于所述內(nèi)包層的折射率相對差值，Δn3是所述外芯相對于所述內(nèi)包層的折射率相對差值，Δn4是所述外包層相對于所述內(nèi)包層的折射率相對差值。
9根據(jù)權(quán)利要求8所述的色散偏移光纖，其中，所述的色散偏移光纖滿足下述關(guān)系式1.2≤d/c≤3.5其中，2d為所述內(nèi)包層的外徑。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種可有效地防止非線性光效應(yīng)發(fā)生并具有適于遠距離光傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)的色散偏移光纖。在波長為1,550nm時,該色散偏移光纖具有以下各種性能:色散度的絕對值為1.0至4.5ps/nm/km,色散梯度的絕對值不大于0.13ps/nm
文檔編號C03B37/014GK1186250SQ9712329
公開日1998年7月1日 申請日期1997年12月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月27日
發(fā)明者加藤考利, 笹岡英資, 石川真二 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社