專利名稱：色散補償光纖和利用這種光纖的光傳輸線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種色散補償光纖，這種色散補償光纖跟例如一根單模光纖連接，這種單模光纖在1.3微米附近具有零色散(以后簡單地稱之為單模光纖)，用于利用1.5微米波長頻帶或者其它預(yù)定波長頻帶內(nèi)的光，進行波分復(fù)用光傳輸；本發(fā)明還涉及利用這種色散補償光纖的一種光傳輸線。
在全世界范圍內(nèi)，已經(jīng)將單模光纖用作光通信的傳輸網(wǎng)絡(luò)。目前，隨著信息社會的發(fā)展，通信的信息量正呈現(xiàn)出迅速增長的趨勢。隨著信息量的增長，在電信領(lǐng)域里，人們已經(jīng)廣泛接受了波分復(fù)用傳輸(WDM傳輸)，使人們進入了WDM傳輸時代。這種WDM傳輸是這樣一種光傳輸方法，它適合于大容量高速通信，因為這種WDM傳輸能夠利用一根光纖傳輸具有多個波長的光。
然而，利用現(xiàn)有單模光纖以及1.3微米波長頻帶內(nèi)的單個光束進行WDM傳輸?shù)臅r候，它并不是落在1.55微米波長頻帶這樣一個波長范圍內(nèi)，這個波長頻帶是利用鉺涂料光纖的通用光放大器的增益頻帶。(注意，1.55微米波長頻帶基本上是中心波長為1550納米的波長頻帶，包括例如，1530納米到1570納米；以后用“1.55微米波長頻帶”這個說法來表示這一意思。)這樣就存在一個問題，那就是無法使用光放大器，并給遠距離光通信(遠距離光傳輸)帶來了障礙。因此，最近的WDM傳輸都是在1.55微米波長頻帶內(nèi)利用現(xiàn)有的單模光纖進行的。
利用現(xiàn)有的單模光纖在1.55微米波長頻帶內(nèi)進行光通信的時候，這種單模光纖在1.55微米波長上通常都有大約17ps/nm/km的正色散，這個1.55微米波長基本上是1.55微米波長頻帶的中心波長，而且，在這一1.55微米波長頻帶內(nèi)具有正的色散斜率。正因為這一原因，出現(xiàn)了這樣一種不利情況，當光信號通過這一單模光纖傳播的時候，光信號的波形失真非常嚴重，特別是采用WDM光傳輸方式時，在信號接收端很難分離/區(qū)分信號，這樣就降低了光通信的質(zhì)量，破壞了光通信的可靠性。
于是，為了解決這一難題，最近，人們已經(jīng)將1.55微米波長頻帶內(nèi)具有很大負色散的一種色散補償光纖實現(xiàn)了模塊化，將它跟單模光纖傳輸線連接，以便用一段很短的色散補償光纖補償1.55微米波長頻帶內(nèi)的色散和色散斜率。這樣做的目的是通過補償單模光纖在1.55微米波長頻帶內(nèi)具有的正色散和正色散斜率，減小波長色散引起傳輸信號變化，從而進行1.55微米波長頻帶內(nèi)的WDM傳輸。
然而，如上所述，傳統(tǒng)的色散補償光纖被設(shè)計成用長度很短的色散補償光纖來補償單模光纖的色散和色散斜率，于是，一般情況下，1.55微米波長頻帶內(nèi)設(shè)計的模場直徑變得非常小，以至于很容易引起非線性現(xiàn)象。另外，還存在一個問題，那就是在1.55微米波長頻帶內(nèi)，傳輸損耗增大到了0.4分貝每千米或者更大，而且在1.55微米波長頻帶內(nèi)的偏振模色散值(PMD值)也達到了相對較大的值0.2ps/km1/2，甚至更大。這種單模光纖具有很低的非線性，性能相對較好。
今天，需要進一步地增加通信信息量。但是，如果這一WDM傳輸只利用這一1.55微米波長頻帶，能夠傳輸?shù)牟ㄩL數(shù)有一個極限，最終會達到飽和狀態(tài)。因此，需要一種新的光傳輸線，在這種新的光傳輸線里，通過將用于波分復(fù)用傳輸?shù)目捎貌ㄩL頻帶擴展到傳統(tǒng)1.5微米波長頻帶(例如，1530到1570納米)的兩側(cè)，將1.5微米波長頻帶(也就是例如1520到1620納米的波長頻帶，包括傳統(tǒng)的1.55微米波長頻帶；以后用“1.5微米波長頻帶”這一術(shù)語來表示這一意思)利用起來，或者將1.5微米波長頻帶以外的波長頻帶(波長范圍)也利用起來。
但是，如果這一傳統(tǒng)的色散補償光纖跟單模光纖連接起來，1.55微米波長頻帶內(nèi)(例如，1530到1570納米的波長)的色散就被補償?shù)綆缀鯙榱?，但是，相反，在跟傳統(tǒng)色散補償光纖連接之前幾乎呈現(xiàn)出零色散的其它波長范圍以內(nèi)的色散，包括1.3微米波長頻帶的色散，卻偏離了零色散附近。用這種方式將傳統(tǒng)色散補償光纖跟單模光纖相連形成的光傳輸線，無法成為能夠利用包括例如1.3微米波長頻帶的其它波長范圍進行WDM傳輸?shù)墓鈧鬏斁€。
于是，本發(fā)明的發(fā)明人改變了只是用很短的色散補償光纖來完成單模光纖色散補償這種傳統(tǒng)思想，研究了實現(xiàn)這樣一種光纖的方法，這種光纖適合用于色散補償光纖的遠距離光傳輸，從而改善模場直徑的特性，降低彎曲損耗，減少色散補償光纖自己在1.5微米波長頻帶內(nèi)的偏振模色散。
如果做出了這種光纖，由非線性導致的難題就能得到控制，在光傳輸線內(nèi)能夠在1.5微米波長頻帶內(nèi)進行良好的信號傳輸，在這種光傳輸線內(nèi)，單模光纖和色散補償光纖互相連接在一起。
另外，本發(fā)明的發(fā)明人認為，如果要跟單模光纖連接的色散補償光纖的色散特性適當，就能形成在例如單模光纖的零色散波長1.3微米附近的波長頻帶內(nèi)具有小色散的光傳輸線。
本發(fā)明考慮了前面的問題。本發(fā)明的第一個目的是提供一種色散補償光纖，這種色散補償光纖在1.5微米波長頻帶內(nèi)的一些特性，包括模場直徑、彎曲損耗以及偏振模色散等等，非常優(yōu)良，并且，通過連接單模光纖，或者連接在1.5微米波長頻帶內(nèi)跟單模光纖一樣具有幾乎相同色散特性的光纖，光信號就能夠進行遠距離傳輸，對光纖內(nèi)傳播的1.5微米波長頻帶內(nèi)的色散進行補償，而且1.5微米波長頻帶以外的波長范圍內(nèi)的色散也能得到減小。本發(fā)明的第二個目的是提供一種光傳輸線，通過利用前面介紹的色散補償光纖，這種光傳輸線能夠進行高質(zhì)量的WDM傳輸，使其中的波形失真得到控制。
為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供具有以下結(jié)構(gòu)的色散補償光纖。也就是說，提供一種色散補償光纖，用于跟單模光纖連接，這種單模光纖在1.3微米的波長附近具有零色散，或者用于跟補償過的光纖連接，這種補償過的光纖在1.5微米波長頻帶的色散特性基本上跟單模光纖一樣；這種色散補償光纖的特征在于，在1.5微米波長頻帶內(nèi)的一個預(yù)定波長頻帶里，跟它連接的光纖的色散值被設(shè)置成-1ps/nm/km到1ps/nm/km，在跟1.5微米波長頻帶內(nèi)的預(yù)定波長頻帶不同的一個或者多個預(yù)定波長頻帶內(nèi)，色散值被設(shè)置成-5ps/nm/km到5ps/nm/km。
作為本發(fā)明的一個特征，不同于1.5微米波長頻帶的預(yù)定波長頻帶是1.3微米波長頻帶，在這個1.5微米波長頻帶波長頻帶里，跟它連接的光纖的色散值被設(shè)置成-5ps/nm/km到5ps/nm/km。
另一方面，本發(fā)明提供一種色散補償光纖，這種色散補償光纖的特征在于1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里的模場直徑，或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長上的模場直徑，是6.3微米或者更大，并且，通過跟一根單模光纖連接，這根單模光纖在1.3微米波長附近具有零色散，或者通過跟一根補償過的光纖連接，這根補償過的光纖在1.5微米波長頻帶的色散特性基本上跟單模光纖的色散特性一樣，在1.5微米波長頻帶里預(yù)定波長頻帶內(nèi)跟它連接的光纖的色散值被設(shè)置成-1ps/nm/km到1ps/nm/km。
再一方面，本發(fā)明提供一種色散補償光纖，其特征在于1.5微米波長頻帶里預(yù)定波長頻帶內(nèi)的模場直徑，或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長的模場直徑是5.5微米或者更大，在預(yù)定波長頻帶或者在預(yù)定波長頻帶中心附近的波長上，20毫米彎曲直徑的彎曲損耗是3.0分貝每米或者更小，而且，通過跟一根單模光纖連接，這根單模光纖在1.3微米波長附近具有零色散，或者通過跟一根補償過的光纖連接，這根補償過的光纖在1.5微米波長頻帶的色散特性基本上跟單模光纖的色散特性一樣，在1.5微米波長頻帶的預(yù)定波長頻帶里或者預(yù)定波長頻帶中心附近，跟它連接的光纖的色散值被設(shè)置成-1ps/nm/km到1ps/nm/km。
在前面提到的色散補償光纖里，1.5微米波長頻帶里預(yù)定波長頻帶內(nèi)的色散值，或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長上的色散值是-20ps/nm/km到10ps/nm/km，在預(yù)定波長頻帶或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長的傳輸損耗是0.25分貝每米或者更小，通過跟單模光纖連接，這根單模光纖在1.3微米波長附近具有零色散，或者通過跟補償過的光纖連接，這根補償過的光纖在1.5微米波長的色散特性基本上跟單模光纖的色散特性相同，在1.5微米波長頻帶里預(yù)定波長頻帶內(nèi)，或者跟它連接的光纖的預(yù)定波長頻帶中心附近，其色散值被設(shè)置成-1ps/nm/km到1ps/nm/km。
最好是這樣，在1.5微米波長頻帶的預(yù)定波長的斜率或者在1.3微米波長頻帶的預(yù)定斜率，或者在1.5微米波長頻帶的預(yù)定波長的色散斜率和1.3微米波長頻帶的斜率都是負的。
本發(fā)明的一個方面，在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里的傳輸損耗，或者在預(yù)定波長頻帶中心附近波長的傳輸損耗，被設(shè)置成0.30分貝每千米或者更小，在預(yù)定波長頻帶里或者在預(yù)定波長頻帶中心附近波長的偏振模色散值被設(shè)置成0.15ps/km1/2或者更小，在預(yù)定波長頻帶或者預(yù)定波長頻帶中心附近的波長，20毫米彎曲直徑的彎曲損耗被設(shè)置成20分貝每米或者更小。
更進一步，本發(fā)明中的色散補償光纖的特征在于，1.5微米波長頻帶里預(yù)定波長頻帶或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長的傳輸損耗被設(shè)置成0.30分貝每千米或者更小，在預(yù)定波長頻帶或者在預(yù)定波長頻帶中心附近波長的偏振模色散值被設(shè)置成0.15ps/km1/2或者更小，在預(yù)定波長頻帶內(nèi)或者在預(yù)定波長頻帶中心附近的波長，20毫米彎曲直徑的彎曲損耗被設(shè)置成20分貝每米或者更小。
本發(fā)明的另一方面，色散補償光纖的特征在于，其中的色散補償光纖是按照以下方式形成的，用第一個側(cè)芯覆蓋中心纖芯的外側(cè)，用第二個側(cè)芯覆蓋第一個側(cè)芯的外側(cè)，用一個包層覆蓋第二個側(cè)芯的外側(cè)，并且Δ1＞Δ3＞Δ2,0.8％≤Δ1≤1.3％,-0.4％≤Δ2≤-0.2％(或者-0.5≤Δ2/Δ1≤-0.35)，以及0.2％≤Δ3≤0.3％這些關(guān)系得以維持，其中Δ1是中心纖芯跟包層之間的相對折射率差，Δ2是第一個側(cè)芯跟包層的相對折射率差，Δ3是第二個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，第一個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2到2.5倍，第二個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2.5到3.5倍。
更進一步，通過前面提到的任何一種色散補償光纖跟單模光纖連接，這根單模光纖在1.3微米波長附近具有零色散，或者跟補償過的光纖連接，這根補償過的光纖在1.5微米波長頻帶的色散特性基本上跟那根單模光纖的色散特性一樣，本發(fā)明提供一種光傳輸線，它在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里的色散值是-1ps/nm/km到1ps/nm/km。
在本發(fā)明一個方面的光傳輸線里，在不同于1.5微米波長頻帶的一個或者多個預(yù)定波長頻帶里的色散值是-5ps/nm/km到5ps/nm/km，在1.3微米波長頻帶里的色散值是-5ps/nm/km到5ps/nm/km。
這一光傳輸線最好通過一個熔接接頭跟單模光纖連接，這根單模光纖在1.3微米波長附近具有零色散，或者跟補償過的光纖連接，它在1.5微米波長頻帶的色散特性基本上跟單模光纖的色散特性相同，熔接接頭的損耗為0.4分貝或者更小。
在本發(fā)明的另一種最佳光傳輸線里，色散補償光纖跟單模光纖連接，這根單模光纖在1.3微米波長附近具有零色散，或者跟補償過的光纖連接，這根補償過的光纖在1.5微米波長頻帶的色散特性基本上跟單模光纖的色散特性相同，在色散補償光纖跟單模光纖或者補償過的光纖之間插入了1.5微米波長頻帶內(nèi)具有零色散的一段色散位移光纖，這段色散位移光纖的長度是跟這根色散補償光纖連接的單模光纖或者補償過的光纖的1/1000倍或者更短，這段色散位移光纖在1.5微米波長頻帶的模場直徑大于色散補償光纖的模場直徑，小于單模光纖的模場直徑或者補償過的光纖的直徑。
通過將前面描述的本發(fā)明的色散補償光纖跟單模光纖連接，或者跟補償過的光纖連接，這根補償過的光纖在1.5微米波長頻帶內(nèi)的色散特性基本上跟單模光纖的色散特性相同，1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的色散值被設(shè)置成-1ps/nm/km到1ps/nm/km。因此，這一波長頻帶內(nèi)的色散幾乎被補償?shù)搅?，在不同?.5微米波長頻帶的一個或者多個預(yù)定波長頻帶(例如1.3微米波長頻帶)的色散值變成-5ps/nm/km到5ps/nm/km，這樣，預(yù)定波長頻帶內(nèi)的色散值小到這樣一個程度，以至于不會對波分復(fù)用傳輸造成不利影響。
于是，通過將本發(fā)明的色散補償光纖跟1.3微米波長附近具有零色散的單模光纖連接，或者跟1.5微米波長頻帶內(nèi)的色散特性跟單模光纖的色散特性基本一樣的補償過的光纖連接，就能夠不但在1.5微米波長頻帶的預(yù)定頻帶內(nèi)，而且在不同于1.5微米波長頻帶的其它預(yù)定波長頻帶(例如1.3微米波長頻帶)內(nèi)，進行WDM傳輸，其中色散引起的信號光束失真很小，傳輸質(zhì)量很高。這使得擴展WDM傳輸?shù)牟ㄩL范圍成為可能。
另外，在1.5微米波長頻帶內(nèi)的預(yù)定頻帶里，或者在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶中心附近的波長，本發(fā)明的色散補償光纖的WDM傳輸性能優(yōu)良，而且，通過將色散補償光纖跟1.3微米波長附近具有零色散的單模光纖相連，或者跟1.5微米波長頻帶內(nèi)色散特性跟單模光纖的色散特性基本相同的補償過的光纖相連，跟它連接的光纖的1.5微米波長頻帶里預(yù)定波長頻帶內(nèi)的色散值可以被設(shè)置成-1ps/nm/km到1ps/nm/km。因此，有可能對1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里的單模光纖的色散進行補償，而且其中補償過的光纖的色散幾乎是零。
于是，通過將這一色散補償光纖跟單模光纖或者跟補償過的光纖連接，就能夠在1.5微米波長頻帶內(nèi)的預(yù)定波長頻帶里進行高質(zhì)量的遠距離傳輸，同時對單模光纖或者補償過的光纖在這一波長頻帶內(nèi)的色散進行補償。
此外，通過將本發(fā)明的這一色散補償光纖跟單模光纖或者補償過的光纖連接，就能夠在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里進行高質(zhì)量的遠距離傳輸，同時對單模光纖或者補償過的光纖的這一波長頻帶內(nèi)的色散進行補償；在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里，或者1.5微米波長頻帶里預(yù)定波長頻帶中心附近波長，這根色散補償光纖的傳輸損耗是一個很小的值0.25分貝每千米，或者更小。
此外，根據(jù)本發(fā)明中在1.5微米波長頻帶內(nèi)色散斜率為負的色散補償光纖，通過將這一色散補償光纖跟單模光纖或者跟1.5微米波長頻帶內(nèi)色散特性基本上跟單模光纖的色散特性相同的補償過的光纖相連，有可能使連接的光纖在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里的色散變平坦，同時對單模光纖或者補償過的光纖在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里的正色散斜率進行補償。
此外，根據(jù)本發(fā)明中在1.3微米波長頻帶內(nèi)色散斜率為負的色散補償光纖，通過將這一色散補償光纖跟單模光纖相連，或者跟1.5微米波長頻帶內(nèi)色散特性基本上跟單模光纖的色散特性相同的補償過的光纖相連，有可能讓連接的光纖在1.3微米波長頻帶內(nèi)的色散變平坦，同時對單模光纖或者補償過的光纖的1.3微米波長頻帶里的正色散斜率進行補償。
更進一步，根據(jù)本發(fā)明在1.5微米波長頻帶里預(yù)定波長頻帶內(nèi)或者在預(yù)定波長頻帶中心附近的波長傳輸損耗為0.3分貝每千米或者更小的色散補償光纖，在預(yù)定波長頻帶內(nèi)的偏振模色散值，或者在預(yù)定波長頻帶中心附近波長上的偏振模色散值是0.15ps/km1/2或者更小，預(yù)定波長頻帶內(nèi)或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長的20毫米彎曲直徑的彎曲損耗是20分貝每米或者更小，由于1.5微米波長頻帶的預(yù)定波長頻帶(例如1.55微米波長頻帶)，或者在預(yù)定波長頻帶中心附近的波長WDM傳輸?shù)膬?yōu)良性能，1.5微米波長頻帶里預(yù)定波長頻帶的WDM傳輸質(zhì)量能夠得到提高，除了前面介紹過的第一到第十個發(fā)明的所有有利之處以外。
此外，根據(jù)建立了關(guān)系Δ1＞Δ3＞Δ2,0.8％≤Δ1≤1.3％,-0.4％≤Δ2≤-0.2％(或者-0.5≤Δ2/Δ1≤-0.35)，以及0.2％≤Δ3≤0.3％的本發(fā)明的色散補償光纖，具有優(yōu)良特性的色散補償光纖的折射率分布能夠得到優(yōu)化。
此外，由于本發(fā)明的光傳輸線是通過將這一色散補償光纖跟單模光纖連接、或者跟1.5微米波長頻帶內(nèi)色散特性基本上跟單模光纖的色散特性相同的補償過的光纖相連來形成的，光傳輸線能夠減少1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里色散導致的波形失真，同時使這一波長頻帶里的色散值保持在-1ps/nm/km到1ps/nm/km，并且能夠進行高質(zhì)量的WDM傳輸。
特別是，按照本發(fā)明中在不同于1.5微米波長頻帶的一個或者多個預(yù)定波長頻帶內(nèi)色散值為-5ps/nm/km到5ps/nm/km的光傳輸線，在這一預(yù)定波長頻帶內(nèi)由于色散引起的波形失真得到了限制，因而能夠進行WDM傳輸，通信波長范圍能夠得到擴展。
類似地，按照本發(fā)明的在1.3微米波長頻帶內(nèi)色散值是-5ps/nm/km到5ps/nm/km的光傳輸線，在1.3微米波長頻帶內(nèi)由色散引起的波形失真能夠得到限制，從而能夠進行WDM傳輸，通信波長范圍能夠得到擴展。
此外，按照本發(fā)明的在單模光纖或者補償過的光纖跟色散補償光纖之間的熔接接頭損耗是0.4分貝或者更少的光傳輸線，光傳輸?shù)馁|(zhì)量不會因為熔接接頭損耗而變壞，從而能夠以甚至更高的質(zhì)量進行WDM傳輸。
此外，按照本發(fā)明的通過1.5微米波長頻帶內(nèi)具有零色散的色散位移光纖的媒質(zhì)相連的光傳輸線，為了將單模光纖或者補償過的光纖跟色散補償光纖連接，在它們中間插入色散位移光纖，這段色散位移光纖的長度短，模場直徑介于前面介紹的光纖的模場直徑之間，這樣就能夠降低光纖的連接損耗，進行高質(zhì)量的WDM傳輸，即使色散補償光纖的模場直徑很小亦是如此。


圖1是本發(fā)明的主要部分的一個示意原理圖，它說明本發(fā)明中色散補償光纖一個實施方案實例的折射率分布。
圖2是一個曲線圖，給出了當改變圖1所示折射率分布內(nèi)的Δ1時色散補償光纖在1.55微米波長內(nèi)色散的變化實例，同時說明其模場直徑的一個變化實例。
圖3是一個曲線圖，說明本發(fā)明中光傳輸線的色散特性，以及連接在一起的色散補償光纖和單模光纖的色散特性。
下面將詳細地介紹本發(fā)明的詳細實施方案，同時參考附圖。
圖1說明本發(fā)明中色散補償光纖第一個和第二個實施方案的折射率分布。第一個和第二個實施方案中的色散補償光纖每一個都具有這個圖所給出的折射率分布。這兩個實施方案都是這樣一根色散補償光纖，其中心纖芯1的外側(cè)覆蓋了第一個側(cè)芯2，第一個側(cè)芯2的外側(cè)覆蓋了第二個側(cè)芯3，第二個側(cè)芯3的外側(cè)覆蓋了一個包層5。
首先介紹第一個實施方案。第一個實施方案的一個特征是Δ1、Δ2和Δ3之間的關(guān)系被表示為Δ1＞Δ3＞Δ2，其中Δ1是中心纖芯1跟包層5之間的相對折射率差，Δ2是第一個側(cè)芯2跟包層5之間的相對折射率差，Δ3是第二個側(cè)芯3跟包層5之間的相對折射率差；Δ1、Δ2和Δ3分別表示為0.8％≤Δ1≤1.3％、-0.4％≤Δ2≤-0.2％以及0.2％≤Δ3≤0.3％；第一個側(cè)芯2的外半徑2b是中心纖芯1外半徑2a的2到2.5倍，第二個側(cè)芯3的外半徑2c是中心纖芯1外半徑2a的2.5至3.5倍。
相對折射率差Δ1、Δ2和Δ3分別由以下公式(1)、(2)和(3)定義Δ1=[{(n1)2-(nc)2}/2(n1)2]×100 (1)Δ2=[{(n2)2-(nc)2}/2(n2)2]×100(2)Δ3=[{(n3)2-(nc)2}/2(n3)2]×100(3)其中，假設(shè)真空的折射率是1,n1就是中心纖芯1的相對折射率，n2就是第一個側(cè)芯2的相對折射率，nc就是外包層的相對折射率，如上所述，它們的單位是％。
在這一實施方案中，第一個側(cè)芯1被表示成一個α階冪函數(shù)分布(也就是折射率分布的形狀呈現(xiàn)出以中心纖芯1的中心為中心的y=-xα曲線的形狀)，常數(shù)α的值為1.5到3。
這一實施方案具有與眾不同的折射率分布，因此，它的特征在于，通過跟一段單模光纖連接，跟單模光纖連接的光纖在1.5微米波長頻帶內(nèi)一預(yù)定波長頻帶里的色散值是-1ps/nm/km到1ps/nm/km。另外，這一實施方案的特征在于1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里的色散斜率是負的，而且，通過跟這一單模光纖連接，1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里的色散斜率得到了補償。
此外，在這個實施方案中，1.5微米波長頻帶里預(yù)定波長頻帶內(nèi)波長上的每一個特性，或者1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶中心附近波長的每一個特性，具有以下特性(1)~(4)中的至少一個(1)模場直徑是6.3微米或者更大；(2)模場直徑是5.5微米甚至更大，而且當彎曲直徑是20毫米時，彎曲損耗是3.0分貝每米或者更?。?3)色散值是-20ps/nm/km到10ps/nm/km，傳輸損耗是0.25分貝每千米或者更小；以及(4)傳輸損耗是0.30分貝每千米或者更小，偏振模色散值是0.15ps/km1/2或者更小，而且當彎曲直徑是20毫米時，彎曲損耗是20分貝每米或者更小。
為了確定本發(fā)明中這個實施方案里的折射率分布，本發(fā)明的發(fā)明人進行了以下檢驗。詳細地說，檢驗了1.5微米波長頻帶內(nèi)具有負色散和負色散斜率的光纖的折射率分布，以便能夠同時補償單模光纖在1.5微米波長頻帶內(nèi)的色散和色散斜率，因為在1.5微米波長頻帶內(nèi)，這一單模光纖具有很大的色散，與此同時，這一單模光纖在這一波長頻帶內(nèi)具有正的色散斜率。結(jié)果是色散補償光纖的折射率分布在圖1所示的狀態(tài)里非常有效。
于是決定這一實施方案中折射率分布應(yīng)當為三層纖芯類型，如圖1所示，相對折射率Δ1、Δ2和Δ3以及每一個側(cè)芯直徑2a、2b和2c的具體值按照以下方式來確定。
也就是說，對色散補償光纖的一個重要要求(即所要求的色散補償性能)是，跟單模光纖連接的時候，在1.5微米波長頻帶的寬范圍內(nèi)具有很小的色散，而且，通過讓下面的公式(4)給出的色散補償百分比非常接近100％，就能獲得均勻的色散，從而獲得優(yōu)良的色散補償性能。換句話說，當色散補償百分比達到100％的時候，有可能形成寬范圍內(nèi)具有零色散的光傳輸線。
補償百分比={S(DCF)/S(SMF)}/{D(DCF)/D(SMF)}×100(4)其中S(DCF)是色散補償光纖使用的波長頻帶(例如在1.5微米波長頻帶具有預(yù)定范圍的一個波長頻帶)的色散斜率的平均值，S(SMF)是單模光纖使用的波長頻帶的色散斜率的平均值，D(DCF)是色散補償光纖使用的波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長(例如1.55微米波長頻帶這種情形里的1.55微米波長)的色散值，D(SMF)是單模光纖預(yù)定波長的色散值。
在具有圖1所示折射率分布的色散光纖里，已經(jīng)用傳統(tǒng)方式證明了，如果相對折射率差Δ2跟相對折射率差Δ1的比(Δ2/Δ1)被設(shè)置成大約-0.3，就能獲得接近100％的色散補償百分比。因此，本發(fā)明的發(fā)明人假設(shè)前面提到的Δ2/Δ1等于-0.3％，從而使補償百分比接近100％。
另外，由于非線性折射率n2有一種增大的趨勢，而與此同時，當Δ1增大時，為了使模場直徑變小，假設(shè)Δ1等于1％，而且1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里的模場直徑被設(shè)置成要增大。此外，中心纖芯1的半徑、第一個側(cè)芯2的半徑和第二個側(cè)芯3的半徑之間的比值被假設(shè)為a∶b∶c=1∶2∶3，通過模擬獲得了當Δ3改變的時候光纖的特性。結(jié)果在表1里給出。
表1
在表1里，“λc”是截止波長，“色散”是在1.55微米波長的波長色散，“色散斜率”是1.55微米波長的色散斜率，“MFD”是1.55微米波長的模場直徑，“Aeff”是1.55微米波長的有效中心纖芯截面積(可用纖芯截面積)，“β/k”是1.55微米波長的傳播折射率(表示傳播條件好壞程度的標志)?！把a償百分比”是從公式(4)獲得的值。
由表1可見，不管Δ3是0.15％,0.20％,0.25％，還是0.30％，補償百分比的值都接近100％，當Δ3等于0.25％時，1.55微米波長的模場直徑達到最大。這樣，有效中心纖芯截面積也達到最大，而且也實現(xiàn)了很小的非線性。與此同時，1.55微米波長的傳播折射率(β/k)也達到了1.4456或者更大的最大值，在傳播特性里它也是最好的。
大家知道，相對折射率差的大小Δ2會影響光纖的色散特性，當Δ2的絕對值增大時，公式(4)給出的補償百分比達到一個大值。另一方面，還知道當相對折射率差Δ2的絕對值太大時，光纖的彎曲特性在某些點會迅速變壞。于是，考慮到以上因素，本發(fā)明假設(shè)比值Δ2/Δ1是一個常數(shù)。
以后，假設(shè)Δ2/Δ1等于-0.3，并假設(shè)Δ3等于0.25％，它是從表1獲得的最佳值，檢驗當改變差Δ1時，1.55微米波長的模場直徑和色散值是如何變化的。此時，通過調(diào)整比值a∶b∶c，將補償百分比設(shè)置成接近100％。這一檢驗結(jié)果在圖2里給出，其中，色散值用特征線a表示，模場直徑用特征線b表示。
從這個圖可以看出，當相對折射率差Δ1在約1％的范圍內(nèi)改變時，當差Δ1變小時，1.55微米波長的模場直徑增大，從而使色散變得非常小。另外，當差Δ1變小時，截止波長也變短了。
于是，檢驗了在截止波長滿足單模式要求、且1.5微米波長頻帶的預(yù)定波長頻帶中20毫米的彎曲直徑的彎曲損耗成為3.0分貝每米或者更小的條件下，1.5微米波長頻帶的預(yù)定波長頻帶中的模場直徑達到5.5微米或者更大時的Δ1的范圍。結(jié)果，證明了當Δ1介于0.8％到1.3％(特別是1.0％到1.3％)之間時，1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的模場直徑很可能達到5.5微米或者更大。另外，還證明了當Δ1在0.8％到1.3％(特別是0.8％到1.1％)之間變化時，如果在截止波長滿足單模式要求時允許彎曲損耗為大約10分貝每米，1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的模場直徑能夠調(diào)整到6.3微米或者更大。
甚至在這一檢驗中，還調(diào)整了a∶b∶c的值，以便通過接近100％的補償百分比補償單模光纖的1.5微米波長頻帶的預(yù)定波長頻帶的色散和色散斜率。結(jié)果，當a∶b=1∶2到1∶2.5的時候，也就是說，當?shù)谝粋€側(cè)芯2的外徑是中心纖芯1外徑的2到2.5倍時，獲得了90％或者更高這樣的很高的補償百分比，當a∶c=1∶2.5到1∶3.5時，也就是說，當?shù)诙€側(cè)芯3的外徑是中心纖芯1外徑的2.5到3.5倍時，獲得了80％或者更高這樣的高補償百分比，以及截止波長達到了1500納米或者更小，而沒有導致彎曲損耗增大。
因此，在以上檢驗結(jié)果的基礎(chǔ)之上，在這個實施方案里，差Δ1、Δ2和Δ3被設(shè)置成0.8％≤Δ1≤1.3％、-0.4％≤Δ2≤-0.2％以及0.2％≤Δ3≤0.3％，第一個側(cè)芯2的外徑2b被設(shè)置成中心纖芯1外徑2a的2到2.5倍，第二個側(cè)芯3的外徑2c被設(shè)置成中心纖芯1外徑2a的2.5到3.5倍，就象前面所介紹的一樣。
如果說明中心纖芯1形狀的常數(shù)α被設(shè)置成1.5到3，補償百分比就能接近100％，在1.5微米波長的彎曲損耗能夠調(diào)整到小于10分貝每米。另一方面，如果將常數(shù)α設(shè)置成小于1.5，彎曲損耗就會增大，而如果常數(shù)α被設(shè)置成大于3，補償百分比就會變差。因此，在這一實施方案里，常數(shù)α被設(shè)置成1.5到3。
根據(jù)這一實施方案，由于折射率分布是在前面提到的檢驗結(jié)果的基礎(chǔ)之上進行優(yōu)化的，因此有可能補償1.5微米波長頻帶內(nèi)單模光纖的色散和色散斜率，從而將1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的色散斜率也調(diào)整到幾乎為零，同時將跟它連接的光纖的1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的色散值設(shè)置在-1ps/nm/km到1ps/nm/km。與此同時，能夠使這一色散補償光纖自己在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的模場直徑增大，從而使它成為一根非線性非常小的色散補償光纖，并限制色散補償光纖自己的彎曲損耗、傳輸損耗和偏振模色散。
換句話說，根據(jù)這一實施方案，有可能使色散補償光纖成為既能夠補償單模光纖的色散，又適合于長光纖傳輸距離或者WDM光纖傳輸距離的色散補償光纖。例如，通過將這一實施方案里跟單模光纖長度一樣的色散補償光纖連接起來，可以減少波長色散導致的波形失真，構(gòu)成非線性現(xiàn)象導致的波形失真較小、偏振模色散導致的波形失真較小、彎曲損耗較小以及傳輸損耗較小的高質(zhì)量的遠距離傳輸光傳輸線。
為了核實這一實施方案的效果，本發(fā)明的發(fā)明人為了試驗的目的，在模擬結(jié)果的基礎(chǔ)之上制作了分別具有表2所示值Δ1、α、Δ2、Δ3和a∶b∶c的具體實例1和2的色散補償光纖，獲得了具體實例1和2中色散補償光纖的特性。結(jié)果在表3中給出。
表2
表3
在表3中，“色散”、“色散斜率”、“補償百分比”、“MFD”和“λc”跟表1中的含義一樣?！皬澢鷵p耗”是在20毫米彎曲直徑的情況下1.55微米波長的彎曲損耗。“傳輸損耗”是1.55微米波長的傳輸損耗，“PMD”是1.55微米波長的偏振模損耗。
從表3可以看出，在實例1或者實例2里的色散補償光纖中，1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的色散斜率是負的，1.55微米波長內(nèi)相應(yīng)的特性如下。也就是，色散值介于-20ps/nm/km到10ps/nm/km之間，傳輸損耗為0.25分貝每千米或者更小，模場直徑是5.5微米或者更大，彎曲直徑為20毫米的情況下彎曲損耗是3.0分貝每米或者更小，偏振模色散值是0.15ps/km1/2或者更小。
這樣，在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶(這里它是1.55微米波長頻帶)的中心波長的1.55微米波長，具體實例1和具體實例2都具有在前面提到過的優(yōu)良的光傳輸線特性，因此，在1.5微米波長頻帶里具有優(yōu)良的光傳輸特性，將它用作遠距離傳輸或者波分復(fù)用傳輸?shù)墓鈧鬏斁€時特別好。
另外，在具體實例1和具體實例2里，補償百分比接近100％,1.55微米波長的色散值跟單模光纖的1.55微米波長的色散值大約17ps/nm/km的絕對值幾乎相同，但數(shù)學符號相反。因此，已經(jīng)核實了，通過按照這種方式將這一單模光纖跟色散補償光纖連接，從而使這一光纖跟另一根光纖的長度之比基本上等于1∶1，連接的光纖在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的色散被設(shè)置成-1ps/nm/km到1ps/nm/km。
現(xiàn)在來描述本發(fā)明中色散補償光纖的第二個實施方案。第二個實施方案里的折射率分布幾乎是按照與第一個實施方案里折射率分布相同的構(gòu)成方式構(gòu)成的。第二個實施方案里折射率分布的一個特征是第一個側(cè)芯2和包層5之間的相對折射率差跟中心纖芯和前面提到過的包層之間的相對折射率差Δ1之間的比(Δ2/Δ1)，被設(shè)置成-0.5或者更大以及-0.35或者更小。這里指出，在第二個實施方案里，還有一種情形，在這種情形中，Δ2的值被設(shè)置成小于-0.4％，以便做到這一點。
第二個實施方案的特征在于，由于它具有前面提到過的與眾不同的折射率分布，跟1.3微米處具有零色散的單模光纖相連時，跟它相連的這一光纖的1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的色散值被設(shè)置成-1ps/nm/km到1ps/nm/km，在不同于1.5微米波長頻帶的預(yù)定波長頻帶內(nèi)，1.3微米波長頻帶內(nèi)的色散值被設(shè)置成-5ps/nm/km到5ps/nm/km。
由于最近需要更進一步地提高通信信息質(zhì)量，如同前面所提到的一樣，還由于需要能夠利用除了1.55微米波長頻帶以外的波長頻帶(波長范圍)進行波分復(fù)用傳輸，以及單模光纖具有低的非線性，因此，本發(fā)明的發(fā)明人試圖通過有效地利用單模光纖優(yōu)良的線性性，在單模光纖和色散補償光纖之間進行連接，形成這樣一種色散補償光纖，它能夠利用1.5微米波長頻帶和1.3微米波長頻帶，包括單模光纖的零色散波長1.3微米波長附近，用于波分復(fù)用傳輸。
還有，由于相對折射率差Δ2似乎對圖1所示折射率分布中光纖的色散特性影響最大，所以增大了相對折射率差Δ2的絕對值，中心纖芯跟包層之間的相對折射率差Δ1跟第一個側(cè)芯2和包層5之間的相對折射率差Δ2之間的比值(Δ2/Δ1)被設(shè)置成-0.5到-0.35，以便規(guī)定第二個實施方案的折射率分布。在此之后，為了這樣做，檢驗了1.55微米波長的色散和色散斜率、1.31微米波長的色散和色散斜率以及互相連接的單模光纖和色散補償光纖的色散值。結(jié)果在表4里給出。
在表4中，“1.55色散”是1.55微米波長的色散值，“1.55斜率”是1.55微米波長的色散斜率，“補償百分比”是從公式(4)獲得的一個值，“1.31色散”是1.31微米波長的色散值，“1.31斜率”是1.31微米波長的色散斜率，“連接后的色散”是連接起來以后光纖在1.31微米波長上的色散值。
已經(jīng)證明，如果將比值Δ2/Δ1設(shè)置成-0.5或者更大和-0.35或者更小，1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的補償百分比能夠調(diào)整到接近100％，通過固定色散補償光纖的長度因而使1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的單模光纖的色散和色散斜率幾乎能夠完全得到補償，1.3微米波長頻帶的色散值被設(shè)置在-5ps/nm/km到5ps/nm/km之間，從而降低色散的絕對值，結(jié)果，就能夠獲得對于波分復(fù)用傳輸有用的特性。
表4
以后，在上述模擬結(jié)果的基礎(chǔ)之上，用實驗方法制作了20公里長度、Δ1、Δ2和Δ3值跟表5所示一樣的具體實例3中的色散補償光纖，見表6和7，研究了具體實例3中色散補償光纖1.5微米波長頻帶的特性以及它在1.3微米波長頻帶的特性。具體實例3中1.5微米波長頻帶的特性跟它在1.3微米波長頻帶內(nèi)的特性分別在表6和表7里給出。
表5
表6
表7
表7還給出了，當長度足以幾乎完全補償1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的單模光纖的色散和色散斜率的具體實例3中的色散補償光纖跟單模光纖連接的時候，連接的光纖在1.3微米波長頻帶內(nèi)色散值(連接后的色散)和色散斜率(連接后的色散斜率)的結(jié)果。
從表6和表7可以看出，已經(jīng)證實了具體實例3的色散補償光纖能夠使1.55微米波長上的補償百分比接近100％，通過將前面提到的長度的色散補償光纖跟單模光纖連接，連接的光纖在1.3微米波長的色散值和色散斜率可以被分別設(shè)置在-2.69ps/nm/km和-0.0525ps/nm2/km，從而變得小到足以將它用于波分復(fù)用傳輸。
根據(jù)第二個實施方案，由于1.55微米波長的補償百分比能夠跟前面提到的一樣接近100％，可以在色散值介于-1ps/nm/km至1ps/nm/km之間的連接的光纖在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里形成能夠進行WDM傳輸?shù)墓鈧鬏斁€，這一光傳輸線也能用于色散值介于-5ps/nm/km到5ps/nm/km之間的1.3微米波長內(nèi)預(yù)定波長頻帶的WDM傳輸。
換句話說，在1.5微米波長頻帶和1.3微米波長頻帶內(nèi)，色散導致的波形失真非常小因而能夠進行高質(zhì)量WDM傳輸?shù)墓鈧鬏斁€能夠通過將第二個實施方案里的色散補償光纖跟單模光纖連接來構(gòu)成，從而使擴展WDM傳輸?shù)牟ㄩL范圍成為可能。
下一步將介紹利用本發(fā)明中色散補償光纖的光傳輸線的第一個實施方案。第一個實施方案中光傳輸線的特征在于這條光傳輸線是通過將第一個實施方案中提到的任意一條色散補償光纖跟單模光纖用熔接接頭連接起來形成的，因此，1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的色散值介于-1ps/nm/km到1ps/nm/km范圍內(nèi)。在第一個實施方案里，色散補償光纖跟單模光纖之間的熔接接頭損耗為0.4分貝或者更小。
第一個實施方案里的光傳輸線是按照以上方式構(gòu)造的，1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的色散值被設(shè)置在-1ps/nm/km到1ps/nm/km之間。因此，在1.5微米波長頻帶里，就能夠制作具有很小的波形失真的光傳輸線。另外，在這一實施方案的光傳輸線里，色散補償光纖和單模光纖之間的熔接接頭損耗具有0.4分貝的很小的值或者更小的值，用于光傳輸線的第一個實施方案里的色散補償光纖在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里具有很大的模場直徑，并且在傳輸損耗特性和彎曲損耗特性方面具有良好的性能，從而使它適合于用作光傳輸線。因此，它能夠成為例如非線性現(xiàn)象導致的波形失真非常小的能夠進行高質(zhì)量WDM傳輸?shù)墓鈧鬏斁€。
至于1.5微米波長頻帶內(nèi)的有效中心纖芯截面積，單模光纖的有效中心纖芯截面積大于色散補償光纖的中心纖芯截面積。因此，通過將單模光纖放在信號光束的入射端，并將色散補償光纖跟單模光纖的信號束發(fā)射端相連接，就有可能讓傳播過程中強度變小了的光束通過單模光纖進入色散補償光纖。因此，它能夠成為進一步制約非線性現(xiàn)象的光傳輸線。
下一步，將描述利用本發(fā)明中色散補償光纖光傳輸線的第二個實施方案。第二個實施方案里的光傳輸線是用熔接接頭將第二個實施方案提到的(表4和表5的)任意一根色散補償光纖，跟單模光纖熔接起來形成的，從而使1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的色散值介于-1ps/nm/km到1ps/nm/km之間，并且使1.3微米波長頻帶內(nèi)的色散值介于-5ps/nm/km到5ps/nm/km范圍內(nèi)。在第二個實施方案里的光傳輸線里，色散補償光纖跟單模光纖之間的熔接接頭損耗也是0.4分貝或者更小。
跟第一個實施方案里的光傳輸線相似，第二個實施方案里的光傳輸線在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的色散值為-1ps/nm/km到1ps/nm/km。因此，在1.5微米波長頻帶里，有可能制作由色散引起的波形失真非常小的光傳輸線。更進一步，在第二個實施方案的光傳輸線里，1.3微米波長頻帶里的色散值被設(shè)置在-5ps/nm/km到5ps/nm/km之間。因此，不但在1.5微米波長頻帶，而且在1.3微米波長頻帶里，有可能制作色散引起的波形失真非常小的光傳輸線。
圖3畫出了本發(fā)明中通過將本發(fā)明的色散補償光纖跟單模光纖連接起來形成的光傳輸線色散特性的測量結(jié)果。測量結(jié)果用實線表示。這里利用了表6所示具體實例3中的色散補償光纖，將它跟單模光纖連接起來，從而形成連續(xù)的長的光傳輸線。實際上，第一個實施方案里的色散補償光纖和第二個實施方案里的色散補償光纖這兩種情況里，光傳輸線的色散特性呈現(xiàn)出基本上相同的趨勢。圖3畫出了典型的色散特性。在圖3里，跟單模光纖連接的色散補償光纖的色散特性用另一條長短相間的虛線表示，在1.3微米波長頻帶內(nèi)具有零色散的單模光纖的色散特性用點劃線表示。
如圖3所示，在幾乎1450納米到1600納米的很寬的波長范圍內(nèi)，色散值的絕對值在1ps/nm/km以內(nèi)，而且在1500納米到1565納米的范圍內(nèi)獲得了幾乎不變的低色散特性。
這里指出，本發(fā)明并不局限于前面提到的實施方案，而是能夠有各種變化。例如，前面提到的實施方案中每一個實施方案里的色散補償光纖都具有圖1所示的折射率分布，但是本發(fā)明的色散補償光纖的折射率分布并不局限于上述的這些分布，而是可以適當?shù)卮_定。
詳細說來，對本發(fā)明色散補償光纖的要求是它具有這樣的特性通過將色散補償光纖跟單模光纖連接起來，在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶連接的光纖的色散值被設(shè)置在-1ps/nm/km到1ps/nm/km之間；另外，至少在1.5微米波長頻帶(也就是1520納米至1620納米)的預(yù)定波長頻帶中心附近的波長，或者在1.5微米波長頻帶里預(yù)定波長頻帶內(nèi)，具有特性(1)、(2)和(3)中的任意一個特性；或者，具有這樣的特性，其中例如1.3微米波長頻帶里預(yù)定波長內(nèi)連接的光纖的色散值被設(shè)置在-5ps/nm/km到5ps/nm/km之間。本發(fā)明的色散補償光纖可能具有這樣的折射率分布，在這一分布中，第一個側(cè)芯2的折射率被設(shè)置成跟圖1中包層5的折射率一樣，或者可以具有省略了第二個側(cè)芯的W類型的折射率分布。
如果將本發(fā)明里的色散補償光纖制作成具有這樣的特性通過使其中的色散斜率是負斜率，并且將它跟單模光纖連接，它能補償1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的色散斜率，就可能同時將1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的單模光纖的色散和色散斜率幾乎完全補償過來，并利用通過連接單模光纖和色散補償光纖形成的光傳輸線，在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的光通信中進行高質(zhì)量的WDM傳輸。
另外，如果將本發(fā)明的色散補償光纖設(shè)計成這樣的通過讓1.3微米波長頻帶內(nèi)的色散斜率是負的，并將它跟單模光纖連接，能夠補償1.3微米波長頻帶內(nèi)的色散斜率，就有可能補償1.3微米波長頻帶內(nèi)單模光纖的色散斜率，并使用通過連接單模光纖和色散補償光纖形成的光傳輸線，從而同樣在1.3微米波長頻帶內(nèi)可進行高質(zhì)量的WDM傳輸。
在第二個實施方案的色散補償光纖里，連接的光纖在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的色散值被設(shè)置在-1ps/nm/km到1ps/nm/km之間，并且通過連接補償光纖和單模光纖使連接的光纖在1.3微米波長頻帶內(nèi)的色散值被設(shè)置在-5ps/nm/km到5ps/nm/km。然而，本發(fā)明的色散補償光纖可以被設(shè)計成在不同于1.3微米波長頻帶和1.5微米波長頻帶以外的一個或者多個預(yù)定波長頻帶內(nèi)的具有-5ps/nm/km到5ps/nm/km范圍內(nèi)的色散值。
如上所述，這一實施方案的光傳輸線是在單模光纖和色散補償光纖之間用熔接接頭直接形成的。換過來，當1.5微米波長頻帶內(nèi)模場直徑相對較小的色散補償光纖跟單模光纖連接起來的時候，有可能在色散補償光纖和單模光纖之間插入一段色散位移光纖，例如，它的長度是單模光纖或者色散補償光纖的1/1000倍或者更短，而且它在1.5微米波長頻帶內(nèi)的模場直徑比色散補償光纖的模場直徑大，或者比單模光纖的模場直徑或者補償過的光纖的直徑小。
所以，可以防止色散補償光纖和單模光纖之間的連接損耗增大，因為色散補償光纖的模場直徑不同于單模光纖的模場直徑。另外，由于插入其間的色散位移光纖的長度很短，所以，它的插入使得形成下述這樣的光傳輸線成為可能利用它能夠進行高質(zhì)量的WDM光傳輸，而不會喪失例如光傳輸損耗這樣的其它特性。
在上述實施方案中的每一個實施方案中，描述了色散補償光纖跟單模光纖連接的這種情形。然而，本發(fā)明的色散補償光纖可以跟色散特性在1.5微米波長頻帶內(nèi)幾乎跟單模光纖色散特性一樣的補償過的光纖連接，而不僅僅是單模光纖。而且，本發(fā)明的光傳輸線可以通過將色散補償光纖跟補償過的光纖連接起來形成。
如上所述，本發(fā)明中的色散補償光纖和利用色散補償光纖的光傳輸線能夠補償1.5微米波長頻帶里通過單模光纖或者具有跟單模光纖一樣的色散特性的光纖的色散，并能夠在除了1.5微米波長頻帶以外的一個波長頻帶內(nèi)(例如1.3微米波長頻帶)使色散下降得更多，而且，與此同時，減少了波形失真，從而能夠構(gòu)成用于進行高質(zhì)量寬范圍WDM傳輸?shù)墓鈧鬏斁€。
權(quán)利要求
1．一種色散補償光纖，用于連接1.3微米波長附近具有零色散的單模光纖，或者連接1.5微米波長頻帶內(nèi)色散特性基本上跟單模光纖一樣的補償過的光纖，這一色散補償光纖的特征在于1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的連接的光纖的色散值設(shè)置在-1ps/nm/km到1ps/nm/km之間，在不同于1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的一個或者多個預(yù)定頻帶里的色散值被設(shè)置在-5ps/nm/km到5ps/nm/km之間。
2．權(quán)利要求1的色散補償光纖，其特征在于不同于1.5微米波長頻帶的所述預(yù)定波長頻帶是一個1.3微米波長頻帶，其中連接的光纖的色散值被設(shè)置在-5ps/nm/km到5ps/nm/km之間。
3．一種色散補償光纖，其特征在于在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的模場直徑，或者預(yù)定波長頻帶中心附近一個波長的模場直徑是6.3微米或者更大，而且，通過連接1.3微米波長附近具有零色散的單模光纖，或者通過連接1.5微米波長頻帶內(nèi)色散特性基本上跟單模光纖一樣的補償過的光纖，在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里連接的光纖的色散值被設(shè)置在-1ps/nm/km到1ps/nm/km之間。
4．一種色散補償光纖，其特征在于1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的模場直徑，或者預(yù)定波長頻帶中心附近一個波長的模場直徑是5.5微米或者更大，預(yù)定波長頻帶內(nèi)或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長在20毫米彎曲直徑時的彎曲損耗是3.0分貝每米或者更小，而且，通過連接1.3微米波長附近具有零色散的單模光纖，或者通過連接1.5微米波長頻帶內(nèi)色散特性基本上跟單模光纖一樣的補償過的光纖，在1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里，或者預(yù)定波長頻帶中心附近連接的光纖的色散值被設(shè)置在-1ps/nm/km到1ps/nm/km之間。
5．權(quán)利要求1到4中任意一個的色散補償光纖，其特征在于1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的色散值，或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長上的色散值，在-20ps/nm/km到-10ps/nm/km之間，而且預(yù)定波長頻帶的傳輸損耗或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長的傳輸損耗是0.25分貝每千米或者更小，還有，通過連接在1.3微米波長附近具有零色散的單模光纖，或者通過連接在1.5微米波長頻帶里色散特性基本上跟單模光纖一樣的補償過的光纖，在1.5微米波長頻帶里預(yù)定波長頻帶內(nèi)，或者預(yù)定波長頻帶中心附近連接的光纖的色散值，被設(shè)置在-1ps/nm/km至1ps/nm/km之間。
6．權(quán)利要求1到4中任意一個的色散補償光纖，其特征在于1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶或者1.3微米波長頻帶的色散斜率，或者1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長和1.3微米波長頻帶內(nèi)的色散斜率是負的。
7．權(quán)利要求5的色散補償光纖，其特征在于1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長或者1.3微米波長頻帶的色散斜率，或者1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里以及1.3微米波長頻帶里的色散斜率，是負斜率。
8．權(quán)利要求1到4中任意一個的色散補償光纖，其特征在于1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里的傳輸損耗，或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長上的傳輸損耗，被設(shè)置成0.3分貝每千米或者更小，預(yù)定波長頻帶內(nèi)的偏振模色散值，或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長的偏振模色散值，被設(shè)置成0.15ps/km1/2或者更小，1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里，或者預(yù)定波長頻帶中心附近的波長頻帶，20毫米彎曲直徑對應(yīng)的彎曲損耗被設(shè)置成20分貝每米或者更小。
9．權(quán)利要求5的色散補償光纖，其特征在于1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的傳輸損耗，或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長的傳輸損耗，被設(shè)置成0.30分貝每千米或者更小，預(yù)定波長頻帶內(nèi)的偏振模色散值，或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長的偏振模色散值，被設(shè)置在0.15ps/km1/2或者更小，1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里，或者預(yù)定波長頻帶中心附近的波長，20毫米彎曲直徑的彎曲損耗被設(shè)置成20分貝每米或者更小。
10．權(quán)利要求6的色散補償光纖，其特征在于1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的傳輸損耗，或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長的傳輸損耗被設(shè)置成0.30分貝每千米或者更小，預(yù)定波長頻帶內(nèi)或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長的偏振模色散值被設(shè)置成0.15ps/km1/2或者更小，1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里，或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長，20毫米彎曲直徑的彎曲損耗被設(shè)置成20分貝每米或者更小。
11．權(quán)利要求7的色散補償光纖，其特征在于1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶的傳輸損耗，或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長的傳輸損耗，被設(shè)置成0.30分貝每千米或者更小，預(yù)定波長頻帶或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長的偏振模色散值被設(shè)置成0.15ps/km1/2或者更小，1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里，或者預(yù)定波長頻帶中心附近波長，20毫米彎曲直徑的彎曲損耗被設(shè)置成20分貝每米或者更小。
12．權(quán)利要求1到4中任意一個的色散補償光纖，其特征在于這一色散補償光纖是通過在中心纖芯外側(cè)覆蓋第一個側(cè)芯，在第一個側(cè)芯外側(cè)覆蓋第二個側(cè)芯，在第二個側(cè)芯外側(cè)覆蓋一個包層來形成的，并且建立如下關(guān)系Δ1＞Δ3＞Δ2,0.8％≤Δ1≤1.3％,-0.4％≤Δ2≤-0.2％，以及0.2％≤Δ3≤0.3％，其中Δ1是中心纖芯跟包層之間的相對折射率差，Δ2是第一個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，Δ3是第二個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，第一個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2到2.5倍，第二個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2.5到3.5倍。
13．權(quán)利要求5的色散補償光纖，其特征在于這一色散補償光纖是通過在中心纖芯外側(cè)覆蓋第一個側(cè)芯，在第一個側(cè)芯外側(cè)覆蓋第二個側(cè)芯，在第二個側(cè)芯外側(cè)覆蓋一個包層形成的，并且建立如下關(guān)系Δ1＞Δ3＞Δ2,0.8％≤Δ1≤1.3％,-0.4％≤Δ2≤-0.2％，以及0.2％≤Δ3≤0.3％，其中Δ1是中心纖芯跟包層之間的相對折射率差，Δ2是第一個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，Δ3是第二個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，第一個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2到2.5倍，第二個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2.5到3.5倍。
14．權(quán)利要求6的色散補償光纖，其特征在于這一色散補償光纖是通過在中心纖芯外側(cè)覆蓋第一個側(cè)芯，在第一個側(cè)芯外側(cè)覆蓋第二個側(cè)芯，在第二個側(cè)芯外側(cè)覆蓋一個包層形成的，并且建立如下關(guān)系Δ1＞Δ3＞Δ2,0.8％≤Δ1≤1.3％,-0.4％≤Δ2≤-0.2％，以及0.2％≤Δ3≤0.3％，其中Δ1是中心纖芯跟包層之間的相對折射率差，Δ2是第一個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，Δ3是第二個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，第一個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2到2.5倍，第二個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2.5到3.5倍。
15．權(quán)利要求8的色散補償光纖，其特征在于這一色散補償光纖是通過在中心纖芯外側(cè)覆蓋第一個側(cè)芯，在第一個側(cè)芯外側(cè)覆蓋第二個側(cè)芯，在第二個側(cè)芯外側(cè)覆蓋一個包層形成的，并且建立如下關(guān)系Δ1＞Δ3＞Δ2,0.8％≤Δ1≤1.3％,-0.4％≤Δ2≤-0.2％，以及0.2％≤Δ3≤0.3％，其中Δ1是中心纖芯跟包層之間的相對折射率差，Δ2是第一個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，Δ3是第二個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，第一個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2到2.5倍，第二個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2.5到3.5倍。
16．權(quán)利要求7或者權(quán)利要求9或者權(quán)利要求10或者權(quán)利要求11的色散補償光纖，其特征在于這一色散補償光纖是通過在中心纖芯外側(cè)覆蓋第一個側(cè)芯，在第一個側(cè)芯外側(cè)覆蓋第二個側(cè)芯，在第二個側(cè)芯外側(cè)覆蓋一個包層形成的，并且建立如下關(guān)系Δ1＞Δ3＞Δ2,0.8％≤Δ1≤1.3％,-0.4％≤Δ2≤-0.2％，以及0.2％≤Δ3≤0.3％這些關(guān)系被建立起來，其中Δ1是中心纖芯跟包層之間的相對折射率差，Δ2是第一個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，Δ3是第二個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，第一個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2到2.5倍，第二個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2.5到3.5倍。
17．權(quán)利要求1到4中任意一個的色散補償光纖，其特征在于這一色散補償光纖是通過在中心纖芯外側(cè)覆蓋第一個側(cè)芯，在第一個側(cè)芯外側(cè)覆蓋第二個側(cè)芯，在第二個側(cè)芯外側(cè)覆蓋一個包層形成的，并且建立如下關(guān)系Δ1＞Δ3＞Δ2,0.8％≤Δ1≤1.3％,-0.5≤Δ2/Δ1≤-0.35，以及0.2％≤Δ3≤0.3％，其中Δ1是中心纖芯跟包層之間的相對折射率差，Δ2是第一個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，Δ3是第二個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，第一個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2到2.5倍，第二個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2.5到3.5倍。
18．權(quán)利要求5的色散補償光纖，其特征在于這一色散補償光纖是通過在中心纖芯外側(cè)覆蓋第一個側(cè)芯，在第一個側(cè)芯外側(cè)覆蓋第二個側(cè)芯，在第二個側(cè)芯外側(cè)覆蓋一個包層形成的，并且建立如下關(guān)系Δ1＞Δ3＞Δ2,0.8％≤Δ1≤1.3％,-0.5≤Δ2/Δ1≤-0.35，以及0.2％≤Δ3≤0.3％，其中Δ1是中心纖芯跟包層之間的相對折射率差，Δ2是第一個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，Δ3是第二個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，第一個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2到2.5倍，第二個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2.5到3.5倍。
19．權(quán)利要求6的色散補償光纖，其特征在于這一色散補償光纖是通過在中心纖芯外側(cè)覆蓋第一個側(cè)芯，在第一個側(cè)芯外側(cè)覆蓋第二個側(cè)芯，在第二個側(cè)芯外側(cè)覆蓋一個包層形成的，并且建立如下關(guān)系Δ1＞Δ3＞Δ2,0.8％≤Δ1≤1.3％,-0.5≤Δ2/Δ1≤-0.35，以及0.2％≤Δ3≤0.3％，其中Δ1是中心纖芯跟包層之間的相對折射率差，Δ2是第一個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，Δ3是第二個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，第一個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2到2.5倍，第二個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2.5到3.5倍。
20．權(quán)利要求8的色散補償光纖，其特征在于這一色散補償光纖是通過在中心纖芯外側(cè)覆蓋第一個側(cè)芯，在第一個側(cè)芯外側(cè)覆蓋第二個側(cè)芯，在第二個側(cè)芯外側(cè)覆蓋一個包層形成的，并且建立如下關(guān)系Δ1＞Δ3＞Δ2,0.8％≤Δ1≤1.3％,-0.5≤Δ2/Δ1≤-0.35，以及0.2％≤Δ3≤0.3％，其中Δ1是中心纖芯跟包層之間的相對折射率差，Δ2是第一個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，Δ3是第二個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，第一個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2到2.5倍，第二個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2.5到3.5倍。
21．權(quán)利要求7或者權(quán)利要求9或者權(quán)利要求10或者權(quán)利要求11的色散補償光纖，其特征在于這一色散補償光纖是通過在中心纖芯外側(cè)覆蓋第一個側(cè)芯，在第一個側(cè)芯外側(cè)覆蓋第二個側(cè)芯，在第二個側(cè)芯外側(cè)覆蓋一個包層形成的，并且建立如下關(guān)系Δ1＞Δ3＞Δ2,0.8％≤Δ1≤1.3％,-0.5≤Δ2/Δ1≤-0.35，以及0.2％≤Δ3≤0.3％，其中Δ1是中心纖芯跟包層之間的相對折射率差，Δ2是第一個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，Δ3是第二個側(cè)芯跟包層之間的相對折射率差，第一個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2到2.5倍，第二個側(cè)芯的外徑是中心纖芯外徑的2.5到3.5倍。
22．一種光傳輸線，其特征在于這一光傳輸線是通過將權(quán)利要求11到21中任意一個的色散補償光纖跟1.3微米波長附近具有零色散的單模光纖連接，或者跟色散特性在1.5微米波長頻帶內(nèi)基本上跟單模光纖相同的補償過的光纖連接來形成的，1.5微米波長頻帶內(nèi)預(yù)定波長頻帶里的色散值是-1ps/nm/km至1ps/nm/km。
23．權(quán)利要求22的光傳輸線，其特征在于在不同于1.5微米波長頻帶的一個或者多個預(yù)定波長頻帶內(nèi)，色散值為-5ps/nm/km到5ps/nm/km。
24．權(quán)利要求23的光傳輸線，其特征在于1.3微米波長頻帶內(nèi)的色散值是-5ps/nm/km到5ps/nm/km。
25．權(quán)利要求22或者23的光傳輸線，其特征在于這一色散補償光纖通過熔接接頭跟1.3微米波長頻帶附近具有零色散的單模光纖或者在1.5微米波長頻帶的色散特性基本上跟單模光纖一樣的補償過的光纖連接，熔接接頭損耗是0.4分貝或者更小。
26．權(quán)利要求22到24中任意一個的光傳輸線，其特征在于所述色散補償光纖跟1.3微米波長附近具有零色散的單模光纖連接，或者跟1.5微米波長頻帶里的色散特性基本上跟單模光纖一樣的補償過的光纖連接，在色散補償光纖和單模光纖或者補償過的光纖之間插入了在1.5微米波長頻帶里具有零色散的一段色散位移光纖，這一色散位移光纖的長度是跟色散補償光纖連接的單模光纖或者補償過的光纖的1/1000倍或者更短，色散位移光纖在1.5微米波長頻帶內(nèi)的模場直徑大于色散補償光纖的模場直徑，并且小于單模光纖的模場直徑或者補償過的光纖的模場直徑。
27．權(quán)利要求25的光傳輸線，其特征在于所述色散補償光纖跟1.3微米波長附近具有零色散的單模光纖連接，或者跟色散特性在1.5微米波長頻帶內(nèi)基本上跟單模光纖的色散特性相同的補償過的光纖連接，在色散補償光纖和單模光纖或者補償過的光纖之間插入了在1.5微米波長頻帶內(nèi)具有零色散的一段色散位移光纖，這一色散位移光纖的長度是跟色散補償光纖連接的單模光纖或者補償過的光纖的1/1000倍或者更短，色散位移光纖在1.5微米波長頻帶內(nèi)的模場直徑大于色散補償光纖的直徑，并且小于單模光纖或者補償過的光纖的模場直徑。
全文摘要
一種能減少1.5微米和1.3微米波長頻帶色散的一種色散補償光纖和利用這一光纖的光傳輸線。在中心纖芯外依次制作第一側(cè)芯、第二側(cè)芯和包層。中心纖芯、第一側(cè)芯、第二側(cè)芯跟包層的相對折射率差△1、△2、△3分別為:△1>△3>△2,0.8%≤△1≤1.3%、－0.5≤△2/△1≤－0.35以及0.2%≤△3≤0.3%,中心纖芯、第一側(cè)芯和第二側(cè)芯的直徑比為1∶2到2.5∶2.5到3.5。色散補償光纖跟單模光纖連接,在1.5微米波長頻帶的色散值為－lps/nm/km到lps/nm/km,連接的光纖在1.3微米波長頻帶的色散值為－5ps/nm/km至5ps/nm/km。
文檔編號G02B6/02GK1313954SQ00801045
公開日2001年9月19日 申請日期2000年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月25日
發(fā)明者武笠和則 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社