專利名稱：具有位移至短波長(zhǎng)范圍的零色散波長(zhǎng)的光纖、光傳輸線及使用該光傳輸線的光傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于波分復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)的光纖，尤其涉及一種零色散波長(zhǎng)不大于1300nm的光纖。
背景技術(shù)：
在波分復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)的情況下，通過(guò)增大傳輸率、減小信道間隔或擴(kuò)大傳輸波長(zhǎng)范圍，可以有效地提高傳輸容量。
近來(lái)，系統(tǒng)的傳輸率已經(jīng)從2.5Gb/s提高到10Gb/s，并且在不久的將來(lái)，會(huì)普遍使用40Gb/s的傳輸系統(tǒng)。增大每信道功率以提高傳輸率，但是，如果如上所述增大了每信道功率，則光纖中的噪聲和非線性也會(huì)增大，于是傳輸特性降低。
在以40Gb/s的傳輸率進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸?shù)南到y(tǒng)中，通過(guò)使用拉曼放大器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的EDFA(摻鉺光纖放大器)可以降低噪聲。而且，因?yàn)橛缮⒁鸬男盘?hào)失真系統(tǒng)的公差與傳輸率的平方的倒數(shù)成比例，所以如果傳輸率增大四倍，在接收端該公差會(huì)減少到1/16的大小。因此，需要精確的色散補(bǔ)償以使傳輸信道的累積色散不會(huì)超過(guò)傳輸率為40Gb/s的系統(tǒng)的公差。為此，色散補(bǔ)償光纖的RDS(相對(duì)色散斜率)應(yīng)該與用作傳輸線的光纖的RDS相似(其中，RDS是由色散斜率除以色散得到的值)。
而且，為了提高傳輸容量，系統(tǒng)的信道間隔從200GHz(1.6nm)和100GHz(0.8nm)縮小到50GHz(0.4nm)和25GHz(0.2nm)或更小。但是，隨著信道間隔逐漸變窄，四波混頻現(xiàn)象或如交叉相位調(diào)制和XPM(交叉相位調(diào)制)的非線性現(xiàn)象引起了信號(hào)失真。尤其是，如果光纖的低色散幾乎接近于相位匹配條件，四波混頻就會(huì)引起交叉串?dāng)_功率，最終引起信號(hào)失真。
交叉串?dāng)_功率的強(qiáng)度與每信道功率、系統(tǒng)的信道間隔、以及光纖的色散和有效截面積相關(guān)。如果減小每信道功率以降低交叉串?dāng)_功率的強(qiáng)度，光信噪比就會(huì)變差，因此傳輸距離會(huì)變短，導(dǎo)致在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)系統(tǒng)的成本增加。
而且，隨著光纖的色散增大，交叉串?dāng)_功率的強(qiáng)度會(huì)降低，但是由于用于色散補(bǔ)償?shù)墓饫w的長(zhǎng)度是與光纖的色散成比例地變長(zhǎng)的，所以光纖的損耗會(huì)增大。因此，應(yīng)該依據(jù)系統(tǒng)的特性最優(yōu)化光纖的色散。
而且，光纖的有效截面積(指的是每單位面積的光強(qiáng)度)有利于在有效截面積增大時(shí)抑制非線性現(xiàn)象。
如上所述，除了加快傳輸速度或縮小傳輸波長(zhǎng)的信道間隔以外，還可以通過(guò)擴(kuò)大可放大的波長(zhǎng)范圍來(lái)增大傳輸容量。在此情況下，需要將傳輸波長(zhǎng)范圍擴(kuò)大到傳統(tǒng)的C波段(1530～1565nm)和L波段(1565～1625nm)，以及O波段(1260～1360nm)、E波段(1360～1460nm)和S波段(1460～1530nm)。但是在此情況下，不能使用EDFA(摻鉺光纖放大器)來(lái)放大位于O-E-S波段的信號(hào)。
應(yīng)該使用拉曼放大器而不是EDFA來(lái)放大對(duì)應(yīng)于O-E-S波段的短波長(zhǎng)范圍的信號(hào)。拉曼放大利用產(chǎn)生于光纖中的被稱為非線性現(xiàn)象的SRS(受激拉曼散射)現(xiàn)象，通過(guò)將泵浦波長(zhǎng)的功率轉(zhuǎn)換為傳輸信號(hào)波長(zhǎng)來(lái)放大信號(hào)強(qiáng)度。
也就是說(shuō)，如果光纖的零色散波長(zhǎng)處在泵浦信號(hào)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，由于泵浦信號(hào)間的交叉串?dāng)_，就會(huì)在傳輸信號(hào)波長(zhǎng)范圍內(nèi)產(chǎn)生新的信號(hào)，導(dǎo)致噪聲增大。因此，如果使用拉曼放大，則光纖的零色散波長(zhǎng)應(yīng)該在泵浦信號(hào)波長(zhǎng)的范圍外。而且，光纖應(yīng)該具有低的有效截面積和減小的損耗，從而改善拉曼增益效率。
美國(guó)專利號(hào)5,835,655公開(kāi)了一種光纖，其中位移零色散波長(zhǎng)以脫離傳輸波長(zhǎng)范圍，并且將有效截面積增大到至少70μm2以抑制非線性現(xiàn)象。專利號(hào)5,835,655的光纖因?yàn)榫哂兄辽?0μm2的有效截面積而可以抑制非線性現(xiàn)象，并且因?yàn)榱闵⒉ㄩL(zhǎng)位于1500～1540nm或1560～1600nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)而可以抑制由C波段中的四波混頻引起的信號(hào)失真。但是，該專利中沒(méi)有說(shuō)明零色散波長(zhǎng)在1300nm或以下從而使用O-E-S波段作為傳輸線，并且有效截面積被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整以抑制非線性現(xiàn)象并允許拉曼放大的光纖。
此外，美國(guó)專利號(hào)6,396,987公開(kāi)了一種光纖，其相比于具有40Gb/s傳輸率的系統(tǒng)中的普通單模光纖，能夠降低用于色散補(bǔ)償?shù)某杀?。也就是說(shuō)，專利號(hào)6,396,987的光纖在1550nm處具有6～10ps/nm-km的色散，不大于0.07ps/nm2-km的色散斜率，以及至少60μm2的有效截面積。在此情況下，光纖存在有在泵浦波長(zhǎng)范圍內(nèi)出現(xiàn)由四波混頻引起的信號(hào)失真的問(wèn)題，因?yàn)榱闵⒉ㄩL(zhǎng)位于1460nm附近，例如在用于拉曼放大的泵浦波長(zhǎng)附近。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，因此本發(fā)明的目的在于提供一種光纖，其能夠在1300至1700nm的寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行波分復(fù)用(WDM)傳輸。特別地，本發(fā)明提供一種光纖，其零色散波長(zhǎng)位移至短波長(zhǎng)范圍以能夠在1300至1700nm的寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行拉曼放大。
此外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種光纖，其非線性現(xiàn)象如四波混頻在傳輸波長(zhǎng)范圍內(nèi)被最大程度地抑制，從而能夠在不大于1530nm的短波長(zhǎng)范圍(O-E-S波段)內(nèi)進(jìn)行信號(hào)傳輸。特別地，本發(fā)明提供一種光纖的有效截面積，其能夠最大程度地抑制非線性現(xiàn)象并且在傳輸波長(zhǎng)范圍內(nèi)提高拉曼增益效率。
此外，本發(fā)明的又一目的在于提供一種使用上述光纖的光傳輸線，以及一種采用該光傳輸線的光通信系統(tǒng)。
本發(fā)明的這些以及其它目的和優(yōu)點(diǎn)將在隨后詳細(xì)描述。此外，本發(fā)明的這些以及其它目的和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)隨附的權(quán)利要求所描述的裝置和組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。


在隨后的詳細(xì)說(shuō)明中，結(jié)合附圖更完整地描述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的這些以及其它特征、方案和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的光纖的折射率分布的示意圖；圖2示出零色散波長(zhǎng)隨光纖的折射率分布的變化的曲線圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖的各波長(zhǎng)的色散特性的曲線圖；及圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖的各波長(zhǎng)的有效截面積的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的光纖可以在無(wú)信號(hào)失真下通過(guò)O波段(1260～1360nm)、E波段(1360～1460nm)和S波段(1460～1530nm)以及傳統(tǒng)的C波段(1530～1565nm)和傳統(tǒng)的L波段(1565～1625nm)來(lái)傳輸光信號(hào)。特別地，拉曼放大器用于放大在傳輸波長(zhǎng)范圍內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘?hào)。
拉曼放大與利用被稱為光纖的非線性現(xiàn)象的SRS(受激拉曼散射)放大傳輸信號(hào)功率的方法相關(guān)，并且傳輸信號(hào)功率通過(guò)SRS由泵浦信號(hào)傳輸至傳輸信號(hào)。如果拉曼放大增益譜具有寬的傳輸波長(zhǎng)范圍，則通過(guò)多個(gè)泵浦可以展平拉曼放大增益譜。此時(shí)，如果光纖的零色散波長(zhǎng)位于泵浦信號(hào)與傳輸信號(hào)的波長(zhǎng)范圍之間，則由于多個(gè)泵浦信號(hào)間的交叉串?dāng)_和由該交叉串?dāng)_產(chǎn)生的噪聲信號(hào)與傳輸信號(hào)之間的交叉串?dāng)_，光信噪比增加并且傳輸特性降低。因此，在采用拉曼放大器的系統(tǒng)內(nèi)所使用的光纖中，其零色散波長(zhǎng)應(yīng)該低于泵浦信號(hào)波長(zhǎng)的零色散波長(zhǎng)。特別地，如果拉曼放大后的光信號(hào)不僅通過(guò)C波段或L波段傳輸，而且通過(guò)O波段、E波段和S波段傳輸，則光纖的零色散波長(zhǎng)應(yīng)該位移至1300nm以下。也就是說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的光纖的零色散波長(zhǎng)不大于1300nm。
本發(fā)明的光纖在1310nm處具有非零的正色散值，并且在1550nm處具有正色散斜率，同時(shí)色散不大于25ps/nm-km。而且，由于光纖可以用于單模，所以截止波長(zhǎng)應(yīng)該處在比零色散波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
而且，色散值與有效截面積應(yīng)該足夠大以抑制在傳輸波長(zhǎng)波段內(nèi)的非線性現(xiàn)象，如FWM，并且有效截面積應(yīng)該減小以通過(guò)拉曼放大來(lái)提高拉曼增益效率。因此，在本發(fā)明的光纖中，最優(yōu)化有效截面積以提高1300～1700nm的拉曼增益效率，而沒(méi)有由非線性現(xiàn)象引起的信號(hào)失真。
也就是說(shuō)，本發(fā)明的光纖應(yīng)該在1310nm處具有不大于65μm2(更優(yōu)選為不大于60μm2)的有效截面積，在1550nm處具有不大于80μm2(更優(yōu)選為不大于70μm2)的有效截面積，以及在1300～1500nm具有至少35μm2的有效截面積。
而且，在本發(fā)明的光纖中，1385nm處的損耗被設(shè)定為比1310nm處的損耗低的值，從而在E波段尤其是在1385nm處實(shí)現(xiàn)低損耗傳輸。為此，利用附加的脫水處理將光纖的羥基濃度降低至0.8ppb以下。在美國(guó)專利號(hào)3,737,292、3,823,995、3,884,550、4,737,179和6,131,415以及日本專利申請(qǐng)?zhí)朣ho 63-315530中描述了這種無(wú)OH根的單模光纖的制造工藝。
根據(jù)本發(fā)明的光纖優(yōu)選具有如圖1所示的W型折射率分布。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的光纖包括第一芯區(qū)，其自光學(xué)中心軸具有半徑(r1)并具有特定折射率差(Δ1)；圍繞第一芯區(qū)的第二芯區(qū)，其自光學(xué)中心軸具有半徑(r2)并具有特定折射率差(Δ2)；以及圍繞第二芯區(qū)的包層區(qū)，其自光學(xué)中心軸具有半徑(r3)并具有特定折射率差(Δ3)。
也就是說(shuō)，本發(fā)明的光纖具有W型的折射率分布，其中各區(qū)域的半徑為r1＜r2＜r3，特定折射率差為Δ1＞Δ3＞Δ2，且A2＜0(其中，Δ1(％)＝[(n1-nc)/nc]×100，Δ2(％)＝[(n2-nc)/nc]×100，n1第一芯區(qū)的折射率，n2第二芯區(qū)的折射率，nc包層區(qū)的折射率)。
而且，通過(guò)調(diào)整折射率分布(即折射率沿光纖徑向的變化)來(lái)實(shí)現(xiàn)光纖的光學(xué)特性(零色散波長(zhǎng)、色散、色散斜率等)。因此，實(shí)施折射率分布的最優(yōu)化操作以給出與光學(xué)特性的期望值差別最小的折射率分布，如圖2所示。
圖2示出在具有W型折射率分布的光纖中零色散波長(zhǎng)隨特定折射率差(Δ)和半徑(r)的變化的曲線圖。圖2示出當(dāng)特定折射率差(Δ1)在0.4～0.5％的范圍內(nèi)、特定折射率差(Δ2)在-0.05～-0.35％的范圍內(nèi)、半徑(r1)在4.0～5.0μm的范圍內(nèi)、以及半徑(r2)在10.0～11.5μm的范圍內(nèi)變化時(shí)，零色散波長(zhǎng)的變化。
如圖2所示，其顯示根據(jù)本發(fā)明的光纖的零色散波長(zhǎng)主要是隨著特定折射率差(Δ2)和半徑(r1)而改變的，并且隨著特定折射率差(Δ2)的絕對(duì)值和半徑(r1)變大，零色散波長(zhǎng)位移到短波長(zhǎng)波段。
以下計(jì)算光纖的一種優(yōu)選折射率分布，其中該光纖的零色散波長(zhǎng)不大于1300nm，并且滿足上述的色散值(1310nm非零，1550nm不大于25ps/nm-km)和有效截面積(1310nm不大于65μm2，1550nm不大于80μm2)。
也就是說(shuō)，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光纖中，第一芯區(qū)優(yōu)選具有3.9±0.6μm的半徑(r1)，以及0.55±0.04％的特定折射率差[Δ1(％)]；并且第二芯區(qū)優(yōu)選具有12.3±0.6μm的半徑(r2)，以及-0.37±0.04％的特定折射率差(Δ2)。
此外，在本發(fā)明另一實(shí)施例的光纖中，第一芯區(qū)優(yōu)選具有4.3±0.6μm的半徑(r1)，以及0.42±0.04％的特定折射率差[Δ1]；并且第二芯區(qū)優(yōu)選具有10.3±0.6μm的半徑(r2)，以及-0.07±0.04％的特定折射率差(Δ2)。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及使用上述光纖的光傳輸線，以及將該光傳輸線用作至少一部分光傳輸線的光通信系統(tǒng)。
實(shí)例1(1)半徑r1＝4.3μm，r2＝10.3μm(2)特定折射率差Δ1(％)＝0.42％，Δ2＝-0.07％(3)零色散波長(zhǎng)1289nm(4)色散1460nm13.0ps/nm-km，1530nm17.3ps/nm-km，1550nm18.4ps/nm-km，1625nm22.5ps/nm-km(5)有效截面積1460nm62μm2，1550nm66μm2，1625nm69μm2(6)截止波長(zhǎng)1250nm實(shí)例2(1)半徑r1＝3.9μm，r2＝12.3μm(2)特定折射率差Δ1(％)＝0.55％，Δ2＝-0.37％(3)零色散波長(zhǎng)1264nm(4)色散1460nm15.5ps/nm-km，1530nm19.8ps/nm-km，1550nm20.9ps/nm-km，1625nm24.9ps/nm-km(5)有效截面積1460nm42μm2，1550nm44μm2，1625nm45μm2(6)截止波長(zhǎng)1200nm在實(shí)例1和2中，半徑和特定折射率差可以具有±∝的制造公差(例如，對(duì)于半徑約為±0.6μm，對(duì)于特定折射率差約為±0.04％)。
圖3示出對(duì)應(yīng)于實(shí)例1和2的光纖的各波長(zhǎng)的傳輸特性。對(duì)應(yīng)于實(shí)例1和2的光纖在1460nm～1625nm具有13～25ps/nm-km的色散，并且具有正色散斜率。
此外，圖4示出對(duì)應(yīng)于實(shí)例1和2的光纖的各波長(zhǎng)的有效截面積的特性。對(duì)應(yīng)于實(shí)例1和2的光纖在1460nm處具有42μm2～62μm2的有效截面積，在1550nm處具有44～65μm2的有效截面積，以及在1625nm處具有至少45～69μm2的有效截面積。
如上所述，對(duì)應(yīng)于實(shí)例1和2的光纖可以在1300～1700nm傳輸信號(hào)而沒(méi)有交叉串?dāng)_或信號(hào)失真，因?yàn)樗鼈兊牧闵⒉ㄩL(zhǎng)不大于1300mm，并且它們的色散為非零的正值，而且在比1310nm長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，有效截面積不大于80μm2。
應(yīng)該理解的是，用于說(shuō)明書和隨附權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)解釋為受限于通常及字典含義，而應(yīng)在允許發(fā)明人為最佳解釋適當(dāng)?shù)囟x術(shù)語(yǔ)的原則的基礎(chǔ)上，基于與本發(fā)明技術(shù)方案相對(duì)應(yīng)的含義和概念進(jìn)行解釋。
因此，應(yīng)該理解的是，詳細(xì)說(shuō)明和特定實(shí)例在說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)僅僅是以舉例的方式給出，因?yàn)橥ㄟ^(guò)此詳細(xì)說(shuō)明，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變化與修改對(duì)于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見(jiàn)。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明的光纖的零色散波長(zhǎng)不大于1300nm。因此，即使傳輸信號(hào)在1300～1700nm被拉曼放大，泵浦信號(hào)間的交叉串?dāng)_也不會(huì)使光纖的傳輸特性降低。而且，由于截止波長(zhǎng)不大于1300nm，因此本發(fā)明的光纖在不大于1300nm處用于單模，并且由于具有與傳統(tǒng)的單模光纖相似的色散特性和低的有效截面積，因此本發(fā)明的光纖具有比傳統(tǒng)單模光纖高的拉曼增益效率。
另外，本發(fā)明的光纖能夠在1300～1700nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)以低損耗無(wú)信號(hào)失真地進(jìn)行波分復(fù)用傳輸。
權(quán)利要求
1.一種單模光纖，用于在1300至1700nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行波分復(fù)用傳輸，該光纖具有(a)在1310nm處非零的正色散值，以及在1550nm處的正色散斜率，同時(shí)色散不大于25ps/nm-km；以及(b)在1310nm處不大于65μm2的有效截面積，以及在1550nm處不大于80μm2的有效截面積。
2.如權(quán)利要求1所述的單模光纖，其中在1300至1500nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，該有效截面積至少為35μm2。
3.如權(quán)利要求1所述的單模光纖，其中在1300至1500nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，在使用拉曼放大器的波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)中采用該單模光纖。
4.如權(quán)利要求1所述的單模光纖，其中在1550nm處該有效截面積不大于70μm2。
5.如權(quán)利要求1所述的單模光纖，其中在1385nm處的損耗低于在1310nm處的損耗。
6.一種單模光纖，用于在1300至1700nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行波分復(fù)用傳輸，該光纖具有(a)第一芯區(qū)，位于光學(xué)中心軸上，并且自該光學(xué)中心軸具有半徑(r1)且具有特定折射率差(Δ1)；(b)第二芯區(qū)，圍繞該第一芯區(qū)，并且自該光學(xué)中心軸具有半徑(r2)且具有特定折射率差(Δ2)；(c)包層區(qū)，圍繞該第二芯區(qū)，并且自該光學(xué)中心軸具有半徑(r3)且具有特定折射率差(Δ3)；以及該光纖還具有(d)W型折射率分布，其中各區(qū)域的半徑為r1＜r2＜r3，且特定折射率差為Δ1＞Δ3＞Δ2，且A2＜0；(其中，Δ1(％)＝[(n1-nc)/nc]×100，Δ2(％)＝[(n2-nc)nc]×100，n1第一芯區(qū)的折射率，n2第二芯區(qū)的折射率，nc包層區(qū)的折射率)(e)在1310nm處非零的正色散值，以及在1550nm處的正色散斜率，同時(shí)色散不大于25ps/nm-km；以及(f)在1310nm處不大于65μm2的有效截面積，以及在1550nm處不大于80μm2的有效截面積。
7.如權(quán)利要求6所述的單模光纖，其中在1300至1500nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，在使用拉曼放大器的波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)中采用該單模光纖。
8.如權(quán)利要求6所述的單模光纖，其中在1550nm處該有效截面積不大于70μm2。
9.如權(quán)利要求6所述的單模光纖，其中在1310nm處該有效截面積不大于60μm2。
10.如權(quán)利要求6所述的單模光纖，其中在1385nm處的損耗低于在1310nm處的損耗。
11.如權(quán)利要求6所述的單模光纖，其中(i)該第一芯區(qū)具有3.9±0.6μm的半徑(r1)，以及0.55±0.04％的特定折射率差(Δ1(％))；以及(ii)該第二芯區(qū)具有12.3±0.6μm的半徑(r2)，以及-0.37±0.04％的特定折射率差(Δ2)。
12.如權(quán)利要求6所述的單模光纖，其中(i)該第一芯區(qū)具有4.3±0.6μm的半徑(r1)，以及0.42±0.04％的特定折射率差(Δ1(％))；以及(ii)該第二芯區(qū)具有10.3±0.6μm的半徑(r2)，以及-0.07±0.04％的特定折射率差(Δ2)。
13.一種光傳輸線，其采用權(quán)利要求1或6中所述的單模光纖。
14.一種光通信系統(tǒng)，其采用權(quán)利要求13中所述的光傳輸線作為至少一部分光傳輸線。
全文摘要
公開(kāi)一種適用于WDM系統(tǒng)的光纖，尤其是其零色散波長(zhǎng)位于小于1300mm的短波長(zhǎng)波段的光纖。在該光纖中，在1310nm處，色散具有非零的正值，以及在1550nm處，色散斜率為正，同時(shí)色散不大于25ps/nm－km。另外，有效截面積在1310nm處不大于65μm
文檔編號(hào)G02B6/02GK1981222SQ200480043490
公開(kāi)日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2004年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月8日
發(fā)明者樸惠英, 文俊皓 申請(qǐng)人:Ls電線有限公司