專利名稱：寬帶光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及，適合用于波分多路復(fù)用(WDM)光傳輸系統(tǒng)的光纖。
就喇曼放大來說，在相對于抽運(yùn)光源的較長波長側(cè)上，獲得喇曼增益的約為100nm的最大值，是已知的。利用這個現(xiàn)象，嘗試了用不同波長(下面稱“波長多路復(fù)用的抽運(yùn)光源“)的多個抽運(yùn)光源放大WDM光信號。
在此，為了防止在波長多路復(fù)用抽運(yùn)光(pumping light)源的最長的波長側(cè)上的抽運(yùn)光與在最短波長側(cè)上的WDM信號的信號光重疊，要求波長多路復(fù)用的抽運(yùn)光源的波長段約等于或小于100nm。
例如，在同時放大1530到1565nm的波長段(一般稱為“C-波段“)中的信號光和在1565到1625nm的波長段(一般稱為“L-波段”)的信號光時，波長多路復(fù)用抽運(yùn)光源的最大波長段，變成在約1430到1525nm的范圍中的約95nm。由此能夠認(rèn)為，能夠在C-波段和L-波段同時進(jìn)行喇曼放大。
另外，為了實(shí)現(xiàn)使用喇曼放大的光傳輸系統(tǒng)，要求在中繼器和接收站上不發(fā)生不可修復(fù)的波形失真。為此，要求抑制在光傳輸線路中的非線性現(xiàn)象，并降低在光傳輸線路中的累積色散(dispersion)。
同時，對于使用喇曼放大的光傳輸系統(tǒng)中使用的光傳輸線路來說，正在積極研究，使用在約1.3μm的波長上具有的零色散的現(xiàn)有技術(shù)單模光纖、芯部帶有高折射率的光纖(如在約1.55μm的波長上具有小色散的光纖(NZDSF))等。
但是，SMF的有效芯面積(Aeff)約為80μm2，是較大的。因此它的喇曼放大效率是低的，并且為了提供喇曼放大，波長多路復(fù)用抽運(yùn)光源的1W或更高的總光功率是所需要的。因此，問題是這樣的光纖是不經(jīng)濟(jì)的。
同樣，與上述的SMF比較，NZDSF具有固有的大瑞利散射，因?yàn)樗男镜恼凵渎矢?，并且在芯和包層區(qū)之間的相對折射率差設(shè)定約為1％等。如果具有高瑞利散射系數(shù)的這樣的光纖用于喇曼放大，則所謂的雙瑞利散射會發(fā)生向后散射的噪音分量在下一次向前散射并重疊信號。在此也存在降低信噪比特性(SNR)的傾向。
另外，為了避免四波混合(FWM)問題，設(shè)計(jì)NZDSF使得零色散波長不存在于信號波段或抽運(yùn)光波段。但是，由于輸入高功率光，另一個非線性現(xiàn)象的發(fā)生就成為問題。在很多情況下，密度WDM(DWDM)傳輸系統(tǒng)用于長距離干線系統(tǒng)并且一般在這樣的情況下用極高的傳輸速度。因此，要求將比特誤碼率(BER)抑制到極低的水平，以致，如果存在上述的非線性現(xiàn)象的問題，DWMD傳輸系統(tǒng)中將NZDSF應(yīng)用到喇曼放大就變得困難。
另外，作為能夠用于使用喇曼放大的光傳輸系統(tǒng)的光纖，也可以設(shè)想在信號光的波長段中的色散幾乎取常數(shù)值的色散平坦光纖(DFF)。
作為DFF的特定例子，有日本公報JP11-84159A中公開的一種光纖。這種光纖的特征是，在1550nm波長的模場直徑約等于或大于8.6μm(如果轉(zhuǎn)換成Aeff，這個值變成約等于或大于60μm2)。
但是，以提供喇曼放大的觀點(diǎn)來看，在JP11-84159A中公開的光纖的效率仍低，盡管與上述的SMF比，這個效率并不很低。因此，不能夠顯著降低波長多路復(fù)用抽運(yùn)光源的總功率，以致仍存在不經(jīng)濟(jì)的問題。
另外，例如，在日本公報JP2000-221352中公開了，與上述NZDSF、DFF等不同的，能夠用在寬波長段的一種光纖。
但是，在JP2000-221352A中公開的光纖主要目的是用于在1.3μm和1.55μm波段傳輸信號光，并且它的零色散波長存在在1.37到1.50μm范圍(在特定例子中說明的所有零色散波長在比1.41μm更長的波長側(cè)〕。其結(jié)果，象在上述NZDSF的情況中那樣，由于在抽運(yùn)光波段或與其近似波段存在零色散波長，能夠發(fā)生四波混合(FWM)。
即，上述的每個光纖不適合用作使用喇曼放大的光傳輸系統(tǒng)的光纖。
本發(fā)明的光纖的特征是，在1570nm波長上的有效面積在35-45μm2范圍；在這個波長上的色散斜率的絕對值等于或小于0.04ps/nm2/km，在這個波長上的色散值在5-10ps/nm/km。
上述光纖的折射率分布輪廓，含有在中心的芯和包層區(qū)之間的-個或多個環(huán)形區(qū)，最大相對折射率差Δ1(在中心的芯的最大折射率和包層的折射率的率差)為0.55％-0.7％，最小相對折射率差Δ2(在環(huán)形區(qū)的最小折射率和包層的折射率差)在-0.7％到-0.5％范圍。
最好是，所述光纖具有的折射率分布輪廓，包含在中心的芯和包層區(qū)之間的一個或多個環(huán)形區(qū)，并且當(dāng)中心的芯的外徑為“a”，環(huán)形區(qū)的外徑為“b”時，b/a的值在1.2-1.5。
另外，最好是，“b”值在9-12μm范圍。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述光纖包括中心的芯、包層和在中心的芯和包層之間的環(huán)形區(qū)，并且具有特征Δ1≤0.7％，這里Δ1是在1570nm的光信號波長上的中心的芯的最大折射率和包層的折射率的相對折射率差；以及Aeff≤45μm2，這里Aeff是有效面積。所述光纖還由下面的特征限定Δ1≥0.55％-0.7％≤Δ2≤-0.5％1.2≤b/a≤≤1.59μm≤b≤12μm在此，Δ2是環(huán)形區(qū)的最小折射率和包層的折射率間的相對率差，“a”為中心的芯的直徑，“b”為環(huán)形區(qū)的外徑。
作為附加特征，Aeff大于或等于35μm2，在1570nm波長下的色散斜率的絕對值和色散分別為，小于或等于0.04ps/nm2/km，和在5-10ps/nm/km范圍。
本發(fā)明構(gòu)成一種新光纖傳輸系統(tǒng)，它包括光信號發(fā)射器；光信號接收器；光傳輸線路；抽運(yùn)光源；和光多路復(fù)用器，它從光源向光傳輸線路引入抽運(yùn)光，以在所述光傳輸線路上喇曼放大光信號，其中，光傳輸線路的至少一部分包括上述任何一項(xiàng)限定的光纖。
所述的光傳輸系統(tǒng)中，光傳輸線路包括上述限定的光纖的第一光傳輸線路(如長度≤100km的光纖)和另一類型的光纖的第二光傳輸線路。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的折射率分布輪廓的例子圖和光纖剖面結(jié)構(gòu)圖。在圖1中，上部示出折射率分布輪廓，下部分示出剖面結(jié)構(gòu)。另外，符號1表示中心的芯，2表示環(huán)形區(qū)，3表示包層區(qū)。中心的芯1具有相對于包層區(qū)3的最大相對折射率Δ1(在中心的芯的最大折射率n1和包層區(qū)的折射率nc之間的折射率差；Δ1(％)＝(n12-nc2)/2nc2×100)。另外，環(huán)形區(qū)2具有相對于包層區(qū)3的最小相對折射率差/Δ2(在環(huán)形區(qū)的最小折射率n2和包層區(qū)的折射率nc之間的折射率差Δ2(％)＝(n22-nc2)/2nc2×100)。在此，在圖1中，/Δ1＞0，Δ2＜0，并且在中心的芯1和環(huán)形區(qū)2之間的邊界，是折射率分布輪廓曲線變成包層區(qū)3的折射率的部分。應(yīng)注意，在圖1中省略了包層區(qū)3的外周邊的表示。
本發(fā)明的光纖不限于圖1的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明范圍包含滿足以下條件的光纖，在1570nm波長的有效面積在35-45μm2，在這個波長的色散斜率的絕對值等于或小于0.04ps/nm2/km，和在這個波長的色散值在5-10ps/nm/km。
在此，上述特征是在1570nm的波長上確定的，因?yàn)?，在這情況，將所述光纖用于上述的既在C波段也在L波段上的高密度WDM光傳輸系統(tǒng)變得容易。事實(shí)上，如果在1570nm波長確定這個特征，則極大地增加了所述光纖成為既在C波段也在L波段適用的光纖的可能性。更具體地說，為了平衡具有大的波長相關(guān)性的特性，諸如色散特性，在假設(shè)既在C波段也在L波段使用時，在1570nm確定特性是最好的。
考慮到光纖的非線性現(xiàn)象以及喇曼效率，最好是，在1570nm波長上的有效面積在35到45μm2內(nèi)。
考慮到波長區(qū)域的色散差，最好是設(shè)定在1570nm波長上的色散斜率的絕對值等于或小于0.04ps/nm2/km。
考慮到FWM(四波混合)以及累積色散，最好是在1570nm波長上的色散值在5-10ps/nm/km范圍。
此外，最好是，本發(fā)明的光纖具有以下的結(jié)構(gòu)，以滿足上述的條件。
(1)光纖具有的折射率分布輪廓包含在中心的芯1和包層區(qū)3之間的一個或多個環(huán)形區(qū)，最大相對折射率差Δ1(在中心的芯1的最大折射率和包層區(qū)3的折射率的率差)為0.55％-0.7％，最小相對折射率差Δ2(在環(huán)形區(qū)2的最小折射率和包層3的折射率差)在-0.7％--0.5％范圍。
(2)所述光纖的折射率分布輪廓包含在中心的芯和包層區(qū)之間的一個或多個環(huán)形區(qū)，并且在中心的芯的外徑為“a”，環(huán)形區(qū)的外徑為“b”時，b/a的值在1.2到1.5。
(3)在上述的結(jié)構(gòu)(2)中，“b”值在9到12μm范圍。
另外，在這個實(shí)施例的光纖用于喇曼放大的情況下，從限制FWM的觀點(diǎn)出發(fā)，最好是，零色散波長不位于信號光波長段和抽運(yùn)光波長段。
例如，在信號光波長段是C波長段和L波長段的情況，則最好是，所述光纖在1430-1625nm的波長段內(nèi)具有至少2ps/nm/km的色散值，并且最好是，零色散波長不在1400-1650nm的波長段內(nèi)。
另外，在根據(jù)此實(shí)施例的光纖用于喇曼放大的情況中，最好是，在信號光波長段和抽運(yùn)光波長段進(jìn)行單模操作。因此，最好是，根據(jù)此實(shí)施例的光纖的截止波長，在比抽運(yùn)光波長段短的波長側(cè)上。
例如，在信號光波長段是C波長段和L波長段的情況，最好是，截止的波長存在在比1430nm短的波長側(cè)，截止的波長存在在比1400nm短的波長側(cè)則更好。
在另一方面，存在著這樣的傾向，如果截止的波長向短波長側(cè)移位太多，則在信號光波長段和抽運(yùn)光波長段中光纖的彎曲損失增加。因此，在信號光波長段為C波長段和L波長段的情況，最好是，截止波長存在于比850nm波長更長的波長側(cè)。
說明了本發(fā)明的光纖實(shí)施例。下面說明使用此實(shí)施例的光纖的光傳輸系統(tǒng)。
圖2是使用本發(fā)明光纖的WDM傳輸系統(tǒng)的示意圖。在圖2中，符號21表示光信號發(fā)射器，符號22表示光信號接收器，23表示波長多路復(fù)用抽運(yùn)光源，24表示光多路復(fù)用器，以及25和26表示使用光纖的光傳輸線路。另外，本發(fā)明的光纖用作光傳輸線路25的至少一部分。應(yīng)注意，能夠?qū)⒈景l(fā)明光纖用作光傳輸線路26的至少一部分，并將另一類光纖用于其余傳輸線路。
構(gòu)成波長多路復(fù)用抽運(yùn)光源23，以便包括具有不同波長的多個抽運(yùn)光源。另外，光多路復(fù)用器24，由例如分色鏡或WDM耦合器等的WDM濾波器構(gòu)成，并實(shí)現(xiàn)從波長多路復(fù)用的抽運(yùn)光源23向光傳輸線路25發(fā)送抽運(yùn)光的功能。用這種結(jié)構(gòu)，在光傳輸線路25中進(jìn)行喇曼放大。
通常，在使用圖2中的波長多路復(fù)用抽運(yùn)光源23、光多路復(fù)用器24和光傳輸線路25進(jìn)行喇曼放大的構(gòu)造形式被稱為“分布型(distribution type)”。另外，在一些情況，在圖2中虛線包圍的并包括這些結(jié)構(gòu)元件的區(qū)域27被稱為“分布光喇曼放大器(distributionoptical Ramam amplifier)”。
在圖2中，應(yīng)注意，光傳輸線路25和光傳輸線路26彼此暫時區(qū)分開。即，在圖中，基本進(jìn)行喇曼放大的部分與基本不進(jìn)行喇曼放大的部分區(qū)分開。因此，光傳輸線路25和光傳輸線路26可以是由根據(jù)本發(fā)明的這類相同光纖形成。另外也可以，光傳輸線路是由本發(fā)明光纖形成，而光傳輸線路26是由其他類型的光纖形成的。
在此，圖2的光傳輸線路25直接關(guān)系到喇曼放大，以致特別要求光傳輸線路25使用的光纖具有小的瑞利散射系數(shù)和高喇曼效率。
另外，如在這個實(shí)施例的光纖說明中所述的，從抑制FWM發(fā)生的觀點(diǎn)出發(fā)，零色散波長不排列在信號光波長段和抽運(yùn)光波長段是理想的。
用現(xiàn)有技術(shù)光纖滿足這些要求是困難的。但是，通過在光傳輸線路25應(yīng)用本發(fā)明的光纖，便能夠滿足上述這些要求。因此，能夠理解，本發(fā)明光纖適合喇曼放大。實(shí)施例下面根據(jù)具體例子詳細(xì)說明本發(fā)明。
表1示出本發(fā)明實(shí)施例的光纖和比較例的光纖。應(yīng)注意，表中的Δ1和Δ2的數(shù)字是百分?jǐn)?shù)，即帶有百分?jǐn)?shù)號(％)的，環(huán)形區(qū)的外徑“b”(“b”是比較例的包層內(nèi)徑)的單位是μm，色散的單位是ps/nm/km，色散斜率的單位是ps/nm2/km，截止波長λc和零色散波長λo的單位是nm，和Aeff的單位是μm2。色散、色散斜率和Aeff的值是在1570nm波長上獲得的。
表1

在表1中，所有的本發(fā)明實(shí)施例的例1-8的光纖滿足以下條件在1570nm波長上有效面積在35-45μm2；在此波長上的色散斜率的絕對值等于小于0.04ps/nm2/km；和在此波長上的色散值在5-10ps/nm/km。滿足這些條件，使得例1-8的光纖適合喇曼放大。在表1中，比較例是SMF。傳輸線路的測試使用表1的光纖作為光傳輸線路25，對于圖2的WDM光傳輸系統(tǒng)進(jìn)行光傳輸測試。
在此測試中，在光信號發(fā)射器21和光信號接收器22之間的距離設(shè)定為約100km，在1540-1564nm波長段(在C波長段的范圍內(nèi))內(nèi)以均勻的間隔排列40Gbps/ch的光信號的16個波，在每個測試中在光信號接收器中的信號光電平設(shè)定為固定值。另外，調(diào)節(jié)在波長多路復(fù)用的抽運(yùn)光源33中包含的各光源波長和功率，使得獲得相對于波長的較平坦的增益特性(帶有至少1dB的范圍內(nèi)的離差)。
就光信號的排列來說，也對在1580-1604nm波長段(L波長段內(nèi))內(nèi)以均勻間隔排列的40Gbps/ch的光信號的16個波的情況進(jìn)行測試。
表2中示出了光傳輸線路25使用的光纖類型，抽運(yùn)光功率，和在例1、例5、例6和比較例中的光傳輸測試的結(jié)果。應(yīng)注意，抽運(yùn)光功率是總功率，它的單位是mW。表2中光傳輸測試的結(jié)果是這樣表示的每個結(jié)果標(biāo)記為“o”的情況是，當(dāng)具有約10-12的BER值的信號通過圖2的光傳輸系統(tǒng)被傳輸時，光信號接收器中的BER的值未下降到10-11以下；每個結(jié)果標(biāo)記為“X”的情況是，在信號通過圖2的光傳輸系統(tǒng)被傳輸時，BER值下降到10-11以下。
ITUT G.821定義了BER的測量標(biāo)準(zhǔn)。在這測量系統(tǒng)中，脈沖模式發(fā)生器(pulse pattern generator)，通過光傳輸線路，向BER的測量裝置發(fā)送位模式(bit pattern)。測量裝置通過將傳輸?shù)奈荒Ｊ脚c在其中存儲的位模式比較，檢查傳輸?shù)奈荒Ｊ?，確定光傳輸線路的BER。
表2

從表2能夠理解，使用本發(fā)明的例1、5和6的光纖的圖2的光傳輸系統(tǒng)，比使用比較例的光纖的情況更適合喇曼放大。
在與比較例比較的例1、5和6的光纖的情況中，例1、5和6的Aeff比比較例的小，從而在圖2的光傳輸系統(tǒng)中改進(jìn)了喇曼效率。
即，如表2所示，能夠認(rèn)為，通過使用表1的例1-8的光纖，用喇曼放大的光傳輸系統(tǒng)得到了很好的實(shí)現(xiàn)。也能夠認(rèn)為，在此參考的比較例的光纖不適合喇曼放大。
權(quán)利要求
1.一種光纖，包括芯和包層，其特征在于在1570nm上的有效面積Aeff在35-45μm2范圍；在這個波長上的色散斜率的絕對值等于或小于0.04ps/nm2/km；和在這個波長上的色散值在5-10ps/nm/km。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其中在波長范圍在1430nm到1650nm時，光纖的色散不小于2ps/nm/km；光纖的零色散波長在1400nm到1650nm的范圍以外。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的光纖，其中光纖的截止波長短于1430nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其中所述光纖包括在中心的芯和包層區(qū)之間相對折射率差的至少一個環(huán)形區(qū)；所述的中心的芯的最大折射率和包層區(qū)的折射率的相對折射率差Δ1為0.55％-0.7％；和在環(huán)形區(qū)的最小折射率和包層的折射率的相對折射率差Δ2在-0.7％--0.5％范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的光纖，其中，中心的芯的直經(jīng)為“a”，環(huán)形區(qū)的外徑為“b”時，b/a的值在1.2-1.5之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的光纖，其中，所述的外直徑“b”的值在9-12μm范圍。
7.一種光纖，包括中心的芯、包層和在中心的芯和包層之間的環(huán)形區(qū)，并具有小于或等于0.7％的相對折射率差Δ1，這里Δ1是所述的中心的芯的最大折射率和所述的包層的折射率的折射率差，以及在1570nm的光信號波長上的Aeff小于或等于45μm2，這里Aeff是有效面積，其中所述光纖還由下面的特征限定Δ1≥0.55％-0.7％≤Δ2≤-0.5％1.2≤b/a≤1.59μm≤b≤12μm在此Δ2是在所述的環(huán)形區(qū)的最小折射率和所述的包層區(qū)的相對折射率差，“a”為所述中心的芯的直徑，“b”為所述環(huán)形區(qū)的外徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的光纖，其中Aeff大于或等于35μm2。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的光纖，其中，在1570nm光信號波長下的色散斜率絕對值和色散分別為小于或等于0.04ps/nm2/km和在5-10ps/nm/km范圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的光纖，其中在波長為1570nm時，色散斜率絕對值不大于0.04ps/nm2/km；以及在波長為1570nm時，光纖的色散在5-10ps/nm/km范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的光纖，其中在1430-1625nm波長中色散至少為2ps/nm/km，零色散波長不在1400-1650nm波長范圍。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的光纖，其中，光纖截止波長比1430nm短。
13.一種波分多路復(fù)用(WDM)的光傳輸系統(tǒng)，它包括光信號發(fā)射器；光信號接收器；光傳輸線路；抽運(yùn)光源；和光多路復(fù)用器，它從光源向光傳輸線路引入抽運(yùn)光，以在所述光傳輸線路上喇曼放大光信號，其中，至少光傳輸線路的一部分包括權(quán)利要求1所述的光纖。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的WDM光傳輸系統(tǒng)，其中光傳輸線路包括權(quán)利要求1所述的光纖的第一光纖傳輸線路和另一類型的光纖的第二光傳輸線路。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的WDM光傳輸系統(tǒng)，其中所述光傳輸線路的長度小于或等于100km。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的WDM光傳輸系統(tǒng)，其中光纖的截止波長比抽運(yùn)光的短。
17.一種波分多路復(fù)用(WDM)的光傳輸系統(tǒng)，它包括光信號發(fā)射器；光信號接收器；光傳輸線路；抽運(yùn)光源；和光多路復(fù)用器，它從光源向光傳輸線路引入抽運(yùn)光，以在所述光傳輸線路上喇曼放大光信號，其中，至少光傳輸線路的一部分包括權(quán)利要求7所述的光纖。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的WDM光傳輸系統(tǒng)，其中光傳輸線路包括權(quán)利要求7所述的光纖的第一光纖傳輸線路和另一類型的光纖的第二光傳輸線路。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的WDM光傳輸系統(tǒng)，其中所述光傳輸線路的長度小于或等于100km。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的WDM光傳輸系統(tǒng)，其中光纖的截止波長比抽運(yùn)光的短。
全文摘要
提供一種光纖，它特別適合于喇曼放大。在1570nm波長上的有效面積在35到45μm
文檔編號G02F1/35GK1420372SQ0215220
公開日2003年5月28日 申請日期2002年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月19日
發(fā)明者澀田妙子 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社