專利名稱：負(fù)離散光導(dǎo)纖維及使用該負(fù)離散光導(dǎo)纖維的光傳輸線路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光導(dǎo)纖維及使用光導(dǎo)纖維的光傳輸線路，特別是涉及一種具有適合于波分多路傳輸(WDM)的低非線性特性的負(fù)離散光導(dǎo)纖維以及把負(fù)離散光導(dǎo)纖維與正離散光導(dǎo)纖維連接起來降低綜合離散的光傳輸線路。
背景技術(shù)：
光傳輸?shù)母咚?、大容量化正在進(jìn)展之中，多路傳輸不同波長的多個光信號的波分多路傳輸(WDM)被作為重要技術(shù)而倍受關(guān)注。但是，在WDM傳輸中，產(chǎn)生了新的問題，即由于光信號的高輸出或多個信號波長之間的相互作用引起光導(dǎo)纖維中的非線性現(xiàn)象。
即使在光導(dǎo)纖維的非線性現(xiàn)象中，依然存在相位的自調(diào)制或相位互調(diào)制引起的信號波形失真大的問題。
因?yàn)椴ㄐ问д媾c有效纜芯斷面積(Aeff)成反比，所以，要事先求出非零離散換位光導(dǎo)纖維(NZ-DSF)中Aeff的擴(kuò)大。但是，如果擴(kuò)大NZ-DSF的Aeff，一般都會增大彎曲損耗或離散斜率，因此，實(shí)際上Aeff的擴(kuò)大受到限制。
因?yàn)榉蔷€性現(xiàn)象之一的四光波混合(FWM)的離散明顯地小，所以像NZ-DSF這種離散小的光導(dǎo)纖維在這一點(diǎn)上是不利的。
因此，為了在光傳輸路中防止四光波混合(FWM)，而使各個光導(dǎo)纖維具有某種程度的大的離散(波長離散)，把多個光導(dǎo)纖維連接起來作為整體光傳輸線路，就能夠使離散接近于零，例如在日本公開專利公報特開平9-211511號中就提出了把負(fù)離散光導(dǎo)纖維連接在正離散光導(dǎo)纖維上作為線路型離散補(bǔ)償光導(dǎo)纖維的光傳輸線路(或者也被稱為分散管理光傳輸線路)的方案。在分散管理光傳輸線路中，把波形失真小的正離散光導(dǎo)纖維作為前段，而把具有波形失真較大的逆離散的負(fù)離散光導(dǎo)纖維(RDFReverse Dispersion Fiber)作為后段連接起來，信號首先入射到前段正離散光導(dǎo)纖維將其功率衰減，然后入射到后段負(fù)離散光導(dǎo)纖維，這樣就使由于負(fù)離散光導(dǎo)纖維中的非線性現(xiàn)象引起的波形失真比較小，從而使累積離散接近于零。
例如，在正離散光導(dǎo)纖維和負(fù)離散光導(dǎo)纖維中保持絕對值為大約16～22ps/nm/km的離散，來抑制FWM。這種情況下，為了補(bǔ)償正離散光導(dǎo)纖維的離散斜率，最好使負(fù)離散光導(dǎo)纖維具有負(fù)的離散斜率。結(jié)果，與正離散光導(dǎo)纖維的Aeff為約70～130μm2相比，負(fù)離散光導(dǎo)纖維的Aeff小到約20～30μm2，有限度地減小了負(fù)離散光導(dǎo)纖維中的非線性現(xiàn)象引起的波形失真。
最近，出現(xiàn)了要求重視也用離散斜率的補(bǔ)償來減小波形失真的光傳輸線路的情況。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種通過增大有效纜芯面積(Aeff)來減小非線性特性引起的波形失真的負(fù)離散光導(dǎo)纖維。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使用這種負(fù)離散光導(dǎo)纖維減小了波形失真的光傳輸線路。
為實(shí)現(xiàn)能達(dá)到上述目的的負(fù)離散光導(dǎo)纖維和使用該負(fù)離散光導(dǎo)纖維的光傳輸線路，本申請的發(fā)明人進(jìn)行了種種考察和模擬試驗(yàn)，來找出這種負(fù)離散光導(dǎo)纖維和光傳輸線路的特性及條件，進(jìn)一步實(shí)際試制出這種負(fù)離散光導(dǎo)纖維來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)了所期望的負(fù)離散光導(dǎo)纖維和使用負(fù)離散光導(dǎo)纖維的光傳輸線路。
結(jié)果，發(fā)現(xiàn)作為本發(fā)明的負(fù)離散光導(dǎo)纖維，其有效纜芯斷面積Aeff大于50μm2，1.55μm波長帶域內(nèi)的離散值小于-10ps/nm/km。
這種負(fù)離散光纖維具有中心纜芯，在該纜芯的外周形成的第1外側(cè)纜芯，在該第1外側(cè)纜芯的外周形成的第2外側(cè)纜芯和在該第2外側(cè)纜芯的外周形成的包層。
附圖簡要說明從以下參照附圖的記述中可以更進(jìn)一步地明了上述本發(fā)明的目的和特征以及其他的目的和特征。


圖1A是本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的負(fù)離散光導(dǎo)纖維的折射率分布形狀圖。
圖1B是具有圖1A所示折射率分布形狀的負(fù)離散光導(dǎo)纖維的斷面結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的負(fù)離散光導(dǎo)纖維與正離散光導(dǎo)纖維連接起來構(gòu)成線路型離散補(bǔ)償光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)圖。
優(yōu)選實(shí)施形態(tài)的記述以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
圖1A是按照本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的負(fù)離散光導(dǎo)纖維折射率分布形狀圖。圖1B是具有圖1A所示折射率分布形狀的負(fù)離散光導(dǎo)纖維的斷面結(jié)構(gòu)圖。
本實(shí)施例的負(fù)離散光導(dǎo)纖維按順序形成直徑為2a的中心纜芯1、中心纜芯1外側(cè)的外徑(直徑)為2b的第一側(cè)纜芯2、第一側(cè)纜芯2外側(cè)的外徑(直徑)為2c的第二側(cè)纜芯3；在第二側(cè)纜芯3外側(cè)還形成有直徑為2d的包層4。
因?yàn)檎凵渎史植夹螤顬樵赪字型上附加了第二側(cè)纜芯3的形狀，所以在本說明書中把本實(shí)施例的負(fù)離散光導(dǎo)纖維稱為(W+段節(jié)芯)型光導(dǎo)纖維。
當(dāng)中心纜芯1、第一側(cè)纜芯2、第二側(cè)纜芯3、包層4的折射率分別設(shè)為n1、n2、n3、n4時，上述比折射率差Δ1、Δ2、Δ3、Δ4由下式來規(guī)定[公式1]Δ1=n12-n422n12≅n1-n4n1---(1-1)]]>Δ2=n22-n422n22≅n2-n4n2---(1-2)]]>Δ3=n32-n422n3≅n3-n4n3---(1-3)]]>包層4由石英玻璃制成，把例如鍺(Ge)作為用來提高折射率高于包層4的折射率n4的中心纜芯1、第二側(cè)纜芯3的折射率的摻雜物摻雜到石英玻璃中，而把例如氟作為用來降低折射率低于包層4的折射率n4的第一側(cè)纜芯2的折射率的摻雜物摻雜到石英玻璃中。
負(fù)離散光導(dǎo)纖維的折射率的分布形狀用按下述規(guī)定的比折射率差來表示，即中心纜芯1對于包層4的比折射率差Δ1＞0、第一側(cè)纜芯2對于包層4的比折射率差Δ2＜0、第二側(cè)纜芯3對于包層4的比折射率差Δ3＞0。
在本實(shí)施例的負(fù)離散光導(dǎo)纖維中，設(shè)定有效纜芯斷面積為大于50μm2，1.55μm波長帶域內(nèi)的離散值為小于-10ps/nm/km，模擬試驗(yàn)的結(jié)果表示于表1中。


表1中的符號的含義如下Δ1～Δ3比折射率差α中心纜芯1的折射率分布系數(shù)a；b；c中心纜芯1的半徑a和第一側(cè)纜芯2的半徑b對第二側(cè)纜芯3的半徑c的比離散離散值slope離散斜率Aeff有效纜芯斷面積λc截止波長(使用波長的測定值)彎曲20按φ20mm彎曲負(fù)離散光導(dǎo)纖維時的傳輸損耗增加量上述的折射率分布系數(shù)α是規(guī)定中心纜芯的折射率分布形狀的參數(shù)，該分布由下式規(guī)定。在下述公式2中，比折射率差Δ1是上述的中心纜芯1對包層4的比折射率差，a是中心纜芯1的半徑，r是從纜芯中心0算起的纜芯部分的半徑方向的距離。
n(r)α[1-2Δ0(ra)∂]---(2)]]>其中，Δ0是纜芯中心與包層間的比折射率差。
如表1所示，有關(guān)離散斜率，幾乎所有的情況下都能夠小于0.08ps/nm2/km。保持截止波長λc小于1500nm，可以使φ20mm的彎曲損耗小于10dB/m。另外，把比折射率差Δ1也抑制到小于0.75％的低值，就能夠期待得到低損耗特性或低極化波模式離散(PMD)特性。
實(shí)施例(實(shí)驗(yàn)例)用下述所示的實(shí)施例(實(shí)驗(yàn)例)來確認(rèn)上述的實(shí)施形態(tài)的負(fù)離散光導(dǎo)纖維的有效性。
本實(shí)施例的負(fù)離散光導(dǎo)纖維使用把圖1A、B所示的折射率分布形狀制成為(W+段節(jié)芯型)的光導(dǎo)纖維，制成應(yīng)得到低非線性負(fù)離散光導(dǎo)纖維的表1所示的模擬試驗(yàn)結(jié)果中的第3號、第7號中心纜芯1的折射率分布系數(shù)α為10的負(fù)離散光導(dǎo)纖維作為試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。
表2中表示出實(shí)施例1、2的波長1550nm中的光傳輸特性。
表2中，還表示出典型的正離散光導(dǎo)纖維即CSF(截止轉(zhuǎn)換光導(dǎo)纖維)和已有例1、2的RDF(負(fù)離散光導(dǎo)纖維)的特性例。


如表2的結(jié)果所知，已有例1、2的有效纜芯斷面積Aeff為24.0μm2、21.0μm2，而實(shí)施例1、2的Aeff都大于50μm2，比已有例1、2的RDF都擴(kuò)大了。而且，離散值小于-10ps/nm/km。
這樣，由于本實(shí)施例的負(fù)離散光導(dǎo)纖維擴(kuò)大了有效纜芯斷面積，離散值也小，所以，如圖2所示，把設(shè)置在前段的波形失真小的正離散光導(dǎo)纖維10和設(shè)置在后段的按照本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)離散光導(dǎo)纖維20連接起來，并把負(fù)離散光導(dǎo)纖維20用作線路型離散補(bǔ)償光導(dǎo)纖維30時，就能夠在例如1.55μm波長帶域內(nèi)使綜合離散量幾乎為零。而且，如果使用本實(shí)施例的負(fù)離散光導(dǎo)纖維，還能夠抑制由四光波混合(FWM)所引起的信號噪聲。
另外，波長1550nm內(nèi)的傳輸損耗也降低到0.22dB/km以下，極化波模式離散(PMD)也被抑制到0.05ps/km1/2以下，截止波長λc、離散斜率等其他特性也都良好。
下面，把表2所示的CSF與已有例1、2的RDF(負(fù)離散光導(dǎo)纖維)連接起來，把CSF與實(shí)施例1、2的負(fù)離散光導(dǎo)纖維連接起來，形成分散管理光傳輸線路，并測定波長1550nm內(nèi)的傳輸特性，其結(jié)果示于表3。
在表3中，「歸一化波形失真」表示非線性特性引起的波形失真，用把(CSF+已有例1的RDF)的組合的光傳輸線路的波形失真為基準(zhǔn)的相對值來表示。


如表3所示，如果使用本發(fā)明的實(shí)施例1、2的負(fù)離散光導(dǎo)纖維，與使用已有例的RDF的情況相比，可以把歸一化波形失真抑制到約3/4。另外，因?yàn)閭鬏敁p耗也小，所以能夠減小輸入信號光的強(qiáng)度，這一點(diǎn)也有利于非線性特性的抑制。
本實(shí)施例的負(fù)離散光導(dǎo)纖維+CSF線路的離散斜率為0.056ps/nm2/km和0.059ps/nm2/km，雖然比使用已有例的RDF的情況大，但是與N7-DSF相比較，仍然為可允許的值。
把以上的描述歸納如下(1)有效纜芯斷面積Aeff、離散值負(fù)離散光導(dǎo)纖維的有效纜芯斷面積Aeff大于50μm2，且離散值小于-10ps/nm/km，從而能夠緩和非線性的波形失真，同時能夠抑制四光波混合(FWM)的發(fā)生。
(2)負(fù)離散光導(dǎo)纖維的離散斜率正離散光導(dǎo)纖維的離散斜率為0.06～0.08ps/nm2/km，所以把負(fù)離散光導(dǎo)纖維的離散斜率取為0.100 ps/nm2/km時，在把正離散光導(dǎo)纖維與負(fù)離散光導(dǎo)纖維連接起來構(gòu)成分散管理光傳輸線路的情況下，就能夠抑制分散管理光傳輸線路的整體離散斜率。
一般，因?yàn)樵龃驛eff就使離散斜率增大，所以，如上所述，在滿足Aeff大于50μm2的范圍內(nèi)，最好極力減小離散斜率。表2、表3所示的本實(shí)施例的離散斜率為0.052～0.059ps/nm2/km。
(3)截止波長λc如果截止波長λc取為小于1500nm，就能夠補(bǔ)償1500～1650nm波長帶域的單模動作。
(4)彎曲損耗一般，擴(kuò)大Aeff時容易增大彎曲損耗，但是最好使Aeff大于50μm2，且使彎曲損耗為小于10dB/m的較低的值，來防止正離散光導(dǎo)纖維與負(fù)離散光導(dǎo)纖維連接起來構(gòu)成光傳輸線路時的傳輸損耗的增加。
(5)傳輸損耗、極化波模式離散另外，使傳輸損耗為0.30 dB/km，且使極化波模式離散PMD小于0.10ps/km1/2，以提高傳輸特性。
(6)比折射率差、折射率分布系數(shù)α比折射率差Δ1中心纜芯1對包層4的比折射率差Δ1最好為0.5～0.9％，中心纜芯1的折射率分布系數(shù)α最好為1.5～12.0。
為了降低傳輸損耗或極化波模式離散PMD，使比折射率差Δ1小為好，但是把比折射率差Δ1取為0.5～0.9％的理由是如果小于0.5％，負(fù)離散光導(dǎo)纖維的離散值的絕對值就會小于10ps/nm/km；而如果比折射率差Δ1大于0.9％，Aeff就會小于50μm2。
中心纜芯1的α取為1.5～12.0的理由是如果α小于1.5，在Aeff擴(kuò)大到大于50μm2的情況下，彎曲損耗就會增大；而如果α大于12.0，則離散斜率就會大于0.100ps/nm2/km，或者使截止波長λc大于1500nm。
比折射率差Δ2第一側(cè)纜芯2對包層4的比折射率差Δ2最好為-0.7～-0.1％。
其理由是在Aeff擴(kuò)大到大于50μm2的情況下，如果比折射率差Δ2小于-0.7％，彎曲損耗就會極大；而如果比折射率差Δ2大于-0.1％，離散斜率就會大于0.100ps/nm2/km。
比折射率差Δ3第二側(cè)纜芯3對包層4的比折射率差Δ3最好為0.1～0.4％。
其理由是如果比折射率差Δ3小于0.1％，φ20mm的彎曲損耗就會大于10dB/m；而如果比折射率差Δ3大于0.4％，截止波長λc就會超過1500nm。
(7)外徑比率中心纜芯1的外徑(2a)對第二側(cè)纜芯3的外徑(2c)的比率(a/c)最好是0.30～0.50，其理由是雖然在表1中a/c表示為0.35～0.45，但是當(dāng)a/c小于0.30時，φ20mm的彎曲損耗就會大于10dB/m；當(dāng)a/c大于0.50時，截止波長λc就會大于1500nm，或者離散斜率會大于0.100ps/nm2/km。
第一側(cè)纜芯2的外徑(2b)對第二側(cè)纜芯3的外徑(2c)的比率(b/c)最好是0.55～0.70，其理由是雖然在表1中b/c表示為0.58～0.67，與上述有關(guān)a/c的范圍一樣，b/c在0.55～0.70范圍內(nèi)，φ20mm的彎曲損耗小于10dB/m；而且截止波長λc小于1500nm。
(8)光傳輸線路如在(2)中所述的那樣，由于正離散光導(dǎo)纖維的離散斜率為約0.06～0.08ps/nm2/km，所以如果使負(fù)離散光導(dǎo)纖維的離散斜率小于0.100ps/nm2/km并把正離散光導(dǎo)纖維與負(fù)離散光導(dǎo)纖維連接起來構(gòu)成光傳輸線路(分散管理光傳輸線路)，其綜合離散量就幾乎為零，同時能夠抑制光傳輸線路中的非線性特性引起的FWM，而且能夠減小波形失真。
本發(fā)明的負(fù)離散光導(dǎo)纖維具有所謂負(fù)離散光導(dǎo)纖維的非線性特性引起的波形失真小的效果。
由于作為線路型離散補(bǔ)償光導(dǎo)纖維的本發(fā)明的負(fù)離散光導(dǎo)纖維與正離散光導(dǎo)纖維連接起來構(gòu)成分散管理光傳輸線路，所以具有在1.55μm波長帶域內(nèi)能夠使綜合離散量幾乎為零的效果，同時具有能夠使非線性特性引起的波形失真小的效果。如果使用本發(fā)明的負(fù)離散光導(dǎo)纖維，必然能夠抑制四波混合(FWM)引起的信號噪聲。
本發(fā)明的負(fù)離散光導(dǎo)纖維以及使用該負(fù)離散光導(dǎo)纖維的線路型離散補(bǔ)償光導(dǎo)纖維(分散管理光傳輸線路)并不限定于上述的實(shí)施形態(tài)，在不背離本發(fā)明的技術(shù)宗旨的范圍內(nèi)能夠做出各種變形式樣，而都應(yīng)被理解為涵蓋于所附的權(quán)利要求書的范圍之中。
上述的實(shí)施形態(tài)僅僅是本發(fā)明的示例，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施形態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)離散光導(dǎo)纖維，其特征在于，設(shè)置有中心纜芯、形成在該中心纜芯外周的第一側(cè)纜芯、形成在該第一側(cè)纜芯外周的第二側(cè)纜芯以及形成在該第二側(cè)纜芯外周的包層；有效纜芯斷面積為大于50μm2，1.55μm波長帶域內(nèi)的離散值為小于-10ps/nm/km。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的負(fù)離散光導(dǎo)纖維，其特征在于，1.55μm波長帶域內(nèi)的離散斜率為小于0.100ps/nm2/km。
3.根據(jù)權(quán)利要求1記載的負(fù)離散光導(dǎo)纖維，其特征在于，截止波長為小于1500nm；φ20mm的彎曲損耗為小于10dB/m；1.55μm波長帶域內(nèi)的傳輸損耗為小于0.30dB/km；極化波模式離散為小于0.10ps/km1/2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1記載的負(fù)離散光導(dǎo)纖維，其特征在于，所述中心纜芯對所述包層的比折射率差Δ1為0.5～0.9％；所述中心纜芯的折射率分布系數(shù)α為1.5～12.0；所述第一側(cè)纜芯對所述包層的比折射率差Δ2為-0.7～-0.1％；所述第二側(cè)纜芯對所述包層的比折射率差Δ3為0.1～0.4％；中心纜芯的外徑(2a)對所述第二側(cè)纜芯3的外徑(2c)的比(a/c)為0.30～0.50；第一側(cè)纜芯的外徑(2b)對第二側(cè)纜芯的外徑(2c)的比(b/c)為0.55～0.70。
5.一種光傳輸線路，是沿著信號傳輸方向?qū)⒄x散光導(dǎo)纖維與負(fù)離散光導(dǎo)纖維加以連接，使1.55μm波長帶域的綜合離散幾乎為零的光傳輸線路；其特征在于，所述負(fù)離散補(bǔ)償光導(dǎo)纖維設(shè)置有中心纜芯、形成在該中心纜芯外周的第一側(cè)纜芯、形成在該第一側(cè)纜芯外周的第二側(cè)纜芯、以及形成在該第二側(cè)纜芯外周的包層；有效纜芯斷面積為大于50μm2，1.55μm波長帶域內(nèi)的離散值為小于-10ps/nm/km。
6.根據(jù)權(quán)利要求5記載的光傳輸線路，其特征在于，所述負(fù)離散光導(dǎo)纖維在1.55μm波長帶域內(nèi)的離散斜率為小于0.100ps/nm2/km。
7.根據(jù)權(quán)利要求6記載的光傳輸線路，其特征在于，所述正離散光導(dǎo)纖維在1.55μm波長帶域內(nèi)的離散斜率為0.06～0.08ps/nm2/km。
8.根據(jù)權(quán)利要求5記載的光傳輸線路，其特征在于，所述負(fù)離散光導(dǎo)纖維，其截止波長為小于1500nm；φ20mm的彎曲損耗為小于10dB/m；1.55μm波長帶域內(nèi)的傳輸損耗為小于0.30 dB/km；極化波模式離散為小于0.10ps/km1/2。
9.根據(jù)權(quán)利要求5記載的光傳輸線路，其特征在于，所述負(fù)離散光導(dǎo)纖維，其所述中心纜芯對所述包層的比折射率差Δ1為0.5～0.9％；所述中心纜芯的折射率分布系數(shù)α為1.5～12.0；所述第一側(cè)纜芯對所述包層的比折射率差Δ2為-0.7～-0.1％；所述第二側(cè)纜芯對所述包層的比折射率差Δ3為0.1～0.4％；所述中心纜芯的外徑(2a)對所述第二側(cè)纜芯3的外徑(2c)的比(a/c)為0.30～0.50；所述第一側(cè)纜芯的外徑(2b)對第二側(cè)纜芯的外徑(2c)的比(b/c)為0.55～0.70。
全文摘要
本發(fā)明提供一種因非線性特性引起波形失真小的負(fù)離散光導(dǎo)纖維，還提供一種使用這種負(fù)離散光導(dǎo)纖維的波形失真小的分散管理光傳輸線路。負(fù)離散光導(dǎo)纖維的有效纜芯斷面積大于50μm
文檔編號G02B6/036GK1407359SQ02128638
公開日2003年4月2日 申請日期2002年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月27日
發(fā)明者武笠和則 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社