多芯光纖、多芯光纖纜線以及多芯光纖傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】該多芯光纖設(shè)有多個芯部、共用包層以及涂層。特別地，為了提高每單位橫截面積的頻譜使用效率，使芯部數(shù)量、整個多芯光纖的橫截面積、從所有其它芯部到芯部n的功率耦合系數(shù)之和以及以具有來自其它芯部的最大串?dāng)_的芯部n的傳輸損耗、非線性折射率、有效面積和波長色散為代表的光學(xué)特性設(shè)定成滿足預(yù)定的關(guān)系。
【專利說明】多芯光纖、多芯光纖纜線以及多芯光纖傳輸系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多芯光纖、多芯光纖纜線以及多芯光纖傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 具有如下結(jié)構(gòu)的多芯光纖被期望是能夠傳輸大量信息的光傳輸線：沿著中心軸線 (光纖軸線）延伸的每個芯部被共用包層覆蓋。為了傳輸更大量信息，已經(jīng)對這種多芯光纖 進(jìn)行了多方面研究（例如，參照非專利文獻(xiàn)1和2)。
[0003] 引文列表
[0004] 非專利文獻(xiàn)
[0005] 非專利文獻(xiàn) 1 :K. Imamura 等人，EC0C2010, P1. 09.
[0006] 非專利文獻(xiàn) 2 :K. Takenaga 等人，EC0C2011, Μο· 1. LeCervin. 2.
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 技術(shù)問題
[0008] 本發(fā)明的發(fā)明人對常規(guī)的多芯光纖進(jìn)行了詳細(xì)的研究并且發(fā)現(xiàn)以下問題。即，前 述非專利文獻(xiàn)1和2未從每單位橫截面積的傳輸容量或譜效率的角度來評估多芯光纖的性 能。例如，非專利文獻(xiàn)1描述了利用每單位橫截面積中芯部的數(shù)量作為多芯光纖性能的指 標(biāo)的研究。此外，非專利文獻(xiàn)2描述了利用"各芯部的有效面積（A eff)之和"與"光纖橫截 面積"之比作為多芯光纖性能的指標(biāo)的研究。本發(fā)明的發(fā)明人利用這些性能指標(biāo)調(diào)研了多 芯光纖的性能并且發(fā)現(xiàn)了這樣的問題：每單位橫截面積的譜效率沒有改善，相反，發(fā)生了譜 效率的劣化。
[0009] 考慮到上述情形完成了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供具有改善了每單位橫截面積 的譜效率的結(jié)構(gòu)的多芯光纖、多芯光纖纜線以及多芯光纖傳輸系統(tǒng)。
[0010] 問題的解決方案
[0011] 在第一方面至第三方面中的每個方面中，根據(jù)本發(fā)明的實施例的多芯光纖包括： 多個芯部，每個芯部都沿著預(yù)定軸線延伸；包層，其一體地覆蓋所述多個芯部中的每一個芯 部；以及涂層，其設(shè)置在所述包層的外周表面上。
[0012] 特別地，在根據(jù)第一方面的多芯光纖中，每個所述芯部都允許進(jìn)行預(yù)定波長下的 單模傳輸。根據(jù)第一方面的該多芯光纖優(yōu)選地滿足下面的表達(dá)式（1):
[0013]
【權(quán)利要求】
1. 一種多芯光纖，包括：多個芯部，每個所述芯部都沿著預(yù)定軸線延伸；包層，其一體 地覆蓋所述多個芯部中的每一個芯部；以及涂層，其設(shè)置在所述包層的外周表面上， 當(dāng)Araat表示整個多芯光纖在與所述預(yù)定軸線正交的橫截面上的橫截面積時，所述多芯 光纖滿足第一條件至第三條件中的至少一個條件，其中 所述第一條件定義如下： 每個所述芯部都允許進(jìn)行預(yù)定波長下的單模傳輸，并且 當(dāng)adB n[dB/km]表示具有來自所述多個芯部中的其它芯部的最大串?dāng)_的預(yù)定芯部η 的在所述預(yù)定波長下的傳輸損耗，n2，n[m2/W]表示所述預(yù)定芯部η的在所述預(yù)定波長下的 非線性折射率，Α# η[ μ m2]表示所述預(yù)定芯部η的在所述預(yù)定波長下的有效面積，Dn[ps/ (nm · km)]表示所述預(yù)定芯部η的在所述預(yù)定波長下的色散，iin[/km]是在所述預(yù)定波長 下從所有其它芯部到所述預(yù)定芯部η的功率耦合系數(shù)之和且表示所述多芯光纖中的芯 部的數(shù)量時，滿足下面的表達(dá)式（1):
所述第二條件定義如下： 每個所述芯部都允許進(jìn)行預(yù)定波長下的單模傳輸，并且 當(dāng)α <η[(1ΒΛπι]表示所述多個芯部中的第η個芯部的在所述預(yù)定波長下的傳輸損耗， %n[m2/W]表示所述第η個芯部的在所述預(yù)定波長下的非線性折射率，Α#η[μπι 2]表示所述 第η個芯部的在所述預(yù)定波長下的有效面積，DjpsAnm ·km)]表示所述第η個芯部的在所 述預(yù)定波長下的色散，nn[/km]是在所述預(yù)定波長下從所述多個芯部中的所有其它芯部到 所述第η個芯部的功率耦合系數(shù)之和且A_ t表示整個多芯光纖在與所述預(yù)定軸線垂直的橫 截面上的橫截面積時，滿足下面的表達(dá)式（2):
并且 所述第三條件定義如下： 未以預(yù)定波長下不大于ldB/km的傳輸損耗被引導(dǎo)的空間模的傳輸損耗不小于0. 9dB/ m，并且 當(dāng)adBinm[dB/km]表示在所述多個芯部中的第η個芯部中的空間模中以所述預(yù)定波 長下不大于ldB/km的傳輸損耗被引導(dǎo)的第m個空間模的在所述預(yù)定波長下的傳輸損耗， %?[m2/W]表示所述第η個芯部中的所述第m個空間模的在所述預(yù)定波長下的非線性折射 率，μ m2]表示所述第η個芯部中的所述第m個空間模的在所述預(yù)定波長下的有效面 積，DnJps/^nm · km)]表示所述第η個芯部中的所述第m個空間模的在所述預(yù)定波長下的 色散，Hn[/km]是從所述多個芯部中的所有其它芯部到所述第η個芯部的功率耦合系數(shù)之 和，并且A_ t表示整個多芯光纖在與所述預(yù)定軸線垂直的橫截面上的橫截面積時，滿足下 面的表達(dá)式（3):
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯光纖，其中所述多個芯部中的至少任一個芯部包括微結(jié) 構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)由多個芯部內(nèi)內(nèi)芯以及芯部內(nèi)內(nèi)包層構(gòu)成，所述芯部內(nèi)內(nèi)包層一體地覆蓋 所述多個芯部內(nèi)內(nèi)芯中的每一個芯部內(nèi)內(nèi)芯并且具有比所述多個芯部內(nèi)內(nèi)芯中的每一個 芯部內(nèi)內(nèi)芯的折射率低的折射率，并且 形成所述微結(jié)構(gòu)的所述多個芯部內(nèi)內(nèi)芯中的相鄰芯部內(nèi)內(nèi)芯之間的功率耦合系數(shù)不 小于 l〇_2[/km]。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多芯光纖，其中形成所述微結(jié)構(gòu)的所述多個芯部內(nèi)內(nèi)芯中的 相鄰芯部內(nèi)內(nèi)芯之間的所述功率耦合系數(shù)不小于1 [/km]。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多芯光纖，其中關(guān)于所述多個芯部中的至少任一個芯部中的 基模的有效面積，在所述預(yù)定波長下的所述有效面積不大于87 μ m2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯光纖，其中關(guān)于所述多個芯部內(nèi)內(nèi)芯中的至少任一個中 的基模的有效面積，在所述預(yù)定波長下的所述有效面積不大于87 μ m2。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯光纖，包括凹陷層，所述凹陷層具有比所述包層的折射 率低的折射率，所述凹陷層設(shè)置在所述多個芯部中的至少任一個芯部與所述包層之間， 其中所述凹陷層由具有比所述包層的折射率低的折射率的實心材料構(gòu)成，或者由在如 下狀態(tài)下布置在所述包層中的多個空隙構(gòu)成：所述空隙圍繞所述芯部以使所述凹陷層的在 相對于所述芯部的中心軸線的周向上的平均折射率低于所述包層的折射率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯光纖，包括： 溝槽層，其具有比所述包層的折射率低的折射率，所述溝槽層設(shè)置在所述多個芯部中 的至少任一個芯部與所述包層之間；以及 內(nèi)包層，其具有比所述芯部的折射率低且比所述溝槽層的折射率高的折射率，所述內(nèi) 包層設(shè)置在所述芯部與所述溝槽層之間， 其中所述溝槽層由具有比所述包層的折射率低的折射率的實心材料構(gòu)成，或者由在如 下狀態(tài)下布置在所述包層中的多個空隙構(gòu)成：所述空隙圍繞所述芯部以使所述溝槽層的在 相對于所述芯部的中心軸線的周向上的平均折射率低于所述包層的折射率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯光纖，其中所述預(yù)定波長是在1 μ m至2. 5 μ m的范圍內(nèi) 的波長。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯光纖，其中所述預(yù)定波長是在1. 26 μ m至1. 65 μ m的范 圍內(nèi)的波長，所述多個芯部中的每一個芯部由石英玻璃構(gòu)成，并且各個芯部的在所述預(yù)定 波長下的非線性折射率n 2在2Xl(T2°[m2/W]至3Xl(T2°[m 2/W]的范圍內(nèi)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的多芯光纖，其中每個所述芯部都摻雜有Ge02，并且所述非線 性折射率n2近似為2. 3 X 10_2° [m2/W]。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的多芯光纖，其中每個所述芯部都沒有摻雜Ge02，并且所述非 線性折射率n2近似為2. 2 X 10_2° [m2/W]。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的多芯光纖，當(dāng)表示所述多個芯部中的距所述多芯光纖的 中心最遠(yuǎn)的芯部的中心與所述多芯光纖的所述中心之間的距離，Λ表示所述多個芯部中的 兩個芯部之間的中心間距離的最短距離，Ν。^表示所述多芯光纖中的芯部的數(shù)量，有效芯 填充率R padtS下面的表達(dá)式（4)定義，并且芯可布置區(qū)域比Rrff由下面的表達(dá)式（5)定義 時，滿足以下第一關(guān)系和第二關(guān)系中的至少一個關(guān)系：
其中 所述第一關(guān)系定義如下： 任一個所述芯部中的基模的半徑為7. 5mm的在1550nm波長下的彎曲損耗a K7.5[dB/m] 不大于10dB/m，并且 所述有效芯填充率Rpadt和所述芯可布置區(qū)域比Reff的乘積Rpadt 與a K7.5[dB/m]之 間的關(guān)系滿足下面的表達(dá)式（6):
所述第二關(guān)系定義如下： 所述多個芯部中的至少任一個芯部中的所述基模的半徑為5_的彎曲損耗，在所述波 長1550nm下的所述彎曲損耗aK5[dB/m]不大于10dB/m，并且 所述有效芯填充率Rpadt和所述芯可布置區(qū)域比Reff的乘積Rpadt · Reff與a K5[dB/m]之 間的關(guān)系滿足下面的表達(dá)式（7):
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的多芯光纖，其中所述有效芯填充率Rpadt和所述芯可布置區(qū) 域比Reff的乘積R pac;k · Reff不小于大約1/8。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯光纖，其中在各所述芯部中未被有效截止地被引導(dǎo)的 空間模的數(shù)量在1530nm至1550nm的波長范圍內(nèi)是恒定的， 所述預(yù)定波長是1550nm，并且 在所述預(yù)定波長下所述ηη在大約5. 3XKT9/km至大約1. 7Xl(T5/km的范圍內(nèi)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯光纖，其中在所述芯部的至少任一個所述芯部中未被 有效截止地被引導(dǎo)的空間模的數(shù)量在1530nm至1565nm的波長范圍內(nèi)是恒定的， 所述預(yù)定波長是1565nm，并且 在所述預(yù)定波長下所述ηη在大約1. 5XKT8/km至大約1. 7Xl(T5/km的范圍內(nèi)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯光纖，其中在所述芯部的至少任一個所述芯部中未被 有效截止地被引導(dǎo)的空間模的數(shù)量在1530nm至1625nm的波長范圍內(nèi)是恒定的， 所述預(yù)定波長是1625nm，并且 在所述預(yù)定波長下所述ηη在大約9. 7XKT8/km至大約1. 7Xl(T5/km的范圍內(nèi)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯光纖，其中所述包層的外徑不小于大約125 μ m且不大 于大約225 μ m，并且 所述涂層的厚度不大于大約42. 5 μ m。
18. -種內(nèi)部包括如權(quán)利要求1所述的多芯光纖的多芯光纖纜線。
19. 一種多芯光纖傳輸系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1所述的多芯光纖作為傳輸線，并且構(gòu)造 成通過空間多路復(fù)用來傳輸信號。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的多芯光纖傳輸系統(tǒng)，其中在多波長傳輸期間，對于信號光 的各波長優(yōu)化調(diào)制方法，從而實現(xiàn)不同調(diào)制方法的信號光的波長多路復(fù)用。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的多芯光纖傳輸系統(tǒng)，包括光學(xué)放大中繼器，其中所述光學(xué) 放大中繼器將在所述多芯光纖中或所述多芯光纖纜線中傳播而衰減的光放大， 所述多芯光纖中或所述多芯光纖纜線的任一個多芯光纖中的任一個所述芯部的模場 直徑與所述光學(xué)放大中繼器的芯的模場直徑之間的差值不大于1 μ m。
22. -種多芯光纖纜線，內(nèi)部包括多個多芯光纖， 所述多芯光纖纜線包括一體地覆蓋多個內(nèi)部多芯光纖的護(hù)套以及沿著所述多芯光纖 纜線的中心軸線延伸的張緊部件， 每個所述多芯光纖都包括：多個芯部，每個芯部都沿預(yù)定軸線延伸；包層，其一體地覆 蓋每個所述芯部；以及涂層，其設(shè)置在所述包層的外周表面上，并且 所述多芯光纖纜線滿足第一條件和第三條件中的至少一個條件，其中 所述第一條件定義如下： 每個所述芯部都允許進(jìn)行預(yù)定波長下的單模傳輸，并且 當(dāng)在所述多個多芯光纖中的第k個多芯光纖中，adBikn[dB/km]表示具有來自所述多個 芯部中的其它芯部的最大串?dāng)_的預(yù)定芯部η的在所述預(yù)定波長下的傳輸損耗，n2，kn[m 2/W] 表示所述預(yù)定芯部η的在所述預(yù)定波長下的非線性折射率，Arff>[ μ m2]表示所述預(yù)定芯部 η的在所述預(yù)定波長下的有效面積，Dto[ps/(nm ·1?ηι)]表示所述預(yù)定芯部η的在所述預(yù)定波 長下的色散且nn[/km]是在所述預(yù)定波長下從所有其它芯部到所述預(yù)定芯部η的功率耦 合系數(shù)之和時，并且當(dāng)A Mble表示整個多芯光纖纜線的與所述中心軸線垂直的橫截面積時， 滿足下面的表達(dá)式（8):
所述第二條件定義如下： 每個所述芯部都允許進(jìn)行預(yù)定波長下的單模傳輸，并且 當(dāng)在所述多個多芯光纖中的第k個多芯光纖中，a^^JclB/km]表不所述多個芯部中的 第η個芯部的在所述預(yù)定波長下的傳輸損耗，％kn[m2/W]表示所述第η個芯部的在所述預(yù) 定波長下的非線性折射率，A# kn[ μ m2]表示所述第η個芯部的在所述預(yù)定波長下的有效面 積，D^^psAnn^km)]表示所述第η個芯部的在所述預(yù)定波長下的色散且iT^L/km]是在所 述預(yù)定波長下從所述多個芯部中的所有其它芯部到所述第η個芯部的功率耦合系數(shù)之和 時，并且當(dāng)Α Μ&表示整個多芯光纖纜線的與所述中心軸線垂直的橫截面積時，滿足下面的 表達(dá)式（9):
所述第三條件定義如下： "未以預(yù)定波長下不大于ldB/km的傳輸損耗被引導(dǎo)的空間模的傳輸損耗"不小于 0. 9dB/m，并且 當(dāng)在所述多個多芯光纖中的第k個多芯光纖中，a 表不在所述多個芯部中 的第η個芯部的空間模中以所述預(yù)定波長下不大于ldB/km的傳輸損耗被引導(dǎo)的第m個空 間模的在所述預(yù)定波長下的傳輸損耗，n2，kmi[m2/W]表示所述第η個芯部中的所述第m個空 間模的在所述預(yù)定波長下的非線性折射率，A rftknm[ μ m2]表示所述第η個芯部中的所述第m 個空間模的在所述預(yù)定波長下的有效面積，Dknm[ps/(nm · km)]表示所述第η個芯部中的所 述第m個空間模的在所述預(yù)定波長下的色散，且iT^L/km]是在所述預(yù)定波長下從所述多個 芯部中的所有其它芯部到所述第η個芯部的功率耦合系數(shù)之和時，并且當(dāng)Α Μ&表示整個多 芯光纖纜線的與所述中心軸線垂直的橫截面積時，滿足下面的表達(dá)式（10):
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的多芯光纖纜線，其中在所述多個多芯光纖中的每一個多芯 光纖中， 所述預(yù)定波長是在1.26μπι至1.65 μπι的范圍內(nèi)的任一波長，每個所述芯部由石 英玻璃構(gòu)成，并且各芯部的在所述預(yù)定波長下的非線性折射率至 3X10_2°[m2/W]的范圍內(nèi)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的多芯光纖纜線，其中在所述多個多芯光纖中的每一個多芯 光纖中， 每個所述芯部都摻雜有Ge02，并且所述非線性折射率n2為大約2. 3X l(T2°[m2/W]。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的多芯光纖纜線，其中在所述多個多芯光纖中的每一個多芯 光纖中， 每個所述芯部都沒有摻雜Ge02，并且所述非線性折射率n2為大約2. 2X l(T2°[m2/W]。
26. -種多芯光纖傳輸系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求22所述的多芯光纖作為傳輸線，并且構(gòu) 造成通過空間多路復(fù)用來傳輸信號。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的多芯光纖傳輸系統(tǒng)，其中在多波長傳輸期間，對于信號光 的各波長優(yōu)化調(diào)制方法，從而實現(xiàn)不同調(diào)制方法的信號光的波長多路復(fù)用。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的多芯光纖傳輸系統(tǒng)，包括光學(xué)放大中繼器，其中所述光學(xué) 放大中繼器將在所述多芯光纖或所述多芯光纖纜線中傳播而衰減的光放大， 所述多芯光纖中或所述多芯光纖纜線中的任一個多芯光纖中的任一個所述芯部的模 場直徑與所述光學(xué)放大中繼器的芯的模場直徑之間的差值不大于1 μ m。
【文檔編號】G02B6/04GK104145198SQ201380011498
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月29日
【發(fā)明者】林哲也 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社