專利名稱：光纖和光傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過具有多種波長的多路復(fù)用光信號(hào)進(jìn)行光傳輸?shù)牟ǚ謴?fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)，和一種用作WDM光傳輸系統(tǒng)的光傳輸線的光纖。
利用光纖網(wǎng)絡(luò)的WDM傳輸系統(tǒng)能夠傳輸大量的信息。WDM傳輸系統(tǒng)包括一個(gè)發(fā)出具有多種波長的光信號(hào)的發(fā)射器，一個(gè)傳遞這些光信號(hào)的光纖，一個(gè)接收這些光信號(hào)的接收器，和一個(gè)放大這些光信號(hào)的光纖放大器。為了增大WDM傳輸系統(tǒng)的傳輸能力，在擴(kuò)大傳輸用的波帶方面已進(jìn)行了很多嘗試。
歐洲專利申請EP1037074公開的一種光纖在包括1.53μm～1.61μm的整個(gè)波長范圍內(nèi)具有合適的色散，光纖放大器在其中可獲得正增益。光纖因此抑制了光信號(hào)由于非線性光學(xué)現(xiàn)象所致的波形衰變以及由于色散的積累所致的光信號(hào)的波形衰變。此光纖的零色散波長至少為1.61μm，但不超過1.67μm，并且在波長1.55μm處的色散斜率為0.15ps·nm-2·km-1或更小。在引用的發(fā)明的實(shí)施例中，公開的光纖至少有0.07ps·nm-2·km-1的色散斜率，但不大于0.15ps·nm-2·km-1。
至于公開在上述公告中的光纖用在大約1.31μm和1.451μm的波長處(波帶S)。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種可利用波長的范圍內(nèi)包括1.31μm、1.45μm、1.55μm和1.58μm等多種波長的光信號(hào)實(shí)現(xiàn)大容量和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓饫w，以及一種包含這種光纖的傳輸系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述及其它目的，提供了一種光纖，該光纖在1300nm～1600nm的整個(gè)波長范圍內(nèi)色散為大于或等于-20ps·nm-1·km-1但小于或等于-3ps·nm-1·km-1。
另外，提供的光傳輸系統(tǒng)包括(1)多個(gè)發(fā)出波長在1300nm～1600nm范圍內(nèi)的光信號(hào)的發(fā)射器，(2)傳遞光信號(hào)并且在1300nm～1600nm的波長范圍內(nèi)色散大于或等于-20ps·nm-1·km-1但小于或等于-3ps·nm-1·km-1的光纖，和(3)接收光信號(hào)的接收器。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光纖具有(1)一個(gè)包括光軸的中心并具有第一折射率的中央芯區(qū)，(2)封閉中央芯區(qū)并具有小于第一折射率的第二折射率的第二芯區(qū)，(3)封閉第二芯區(qū)并具有大于第二折射率的第三芯區(qū)，和(4)封閉第三芯區(qū)并具有小于第三折射率的第四折射率的包層區(qū)。
從下列的參考附圖的描述中本發(fā)明的上述及其它目的和新穎的特點(diǎn)將更加清晰。但應(yīng)理解附圖只是用于示意的目的，并未作為對本發(fā)明的限定。
為了便于理解用在本發(fā)明詳細(xì)描述中的附圖，對每個(gè)附圖提供簡要的說明

圖1表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖的色散特性。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖的折射率曲線的優(yōu)選實(shí)例。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖的折射率曲線的另一優(yōu)選實(shí)例。
圖4是實(shí)施例中描述的每種光纖的色散特性曲線。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光傳輸系統(tǒng)簡圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光傳輸系統(tǒng)簡圖。
下面將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的解釋。為便于理解解釋，在整個(gè)附圖中同一部件用相同的標(biāo)號(hào)，并且省去重復(fù)描述。圖中的尺寸部分地被放大，所以并非總是與尺寸的實(shí)際比例對應(yīng)。圖1表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖的色散特性。光纖的色散在1300nm～1600nm(波帶A)的整個(gè)波長范圍內(nèi)為大于或等于-20ps·nm-1·km-1但小于或等于-3ps·nm-1·km-1。此波帶A包括1.31μm、1.45μm、1.55μm和1.58μm。
大于或等于-20 ps·nm-1·km-1的色散能夠?qū)⑸⒗鄯e導(dǎo)致的光信號(hào)波形的衰變抑制到不超過在波長1550nm處利用規(guī)定為G.654的ITU的單模光纖情形的水平。小于或等于-3ps·nm-1·km-1的色散可以抑制由于非線性光學(xué)現(xiàn)象所致的光信號(hào)的波形衰變。因此，把此光纖用作光傳輸線可以實(shí)現(xiàn)在波帶A內(nèi)大容量及遠(yuǎn)距離的多種波長的光信號(hào)傳輸。
根據(jù)本發(fā)明的光纖色散最好在波帶A中所有波長處的色散大于或等于-12ps·nm-1·km-1但小于或等于-4ps·nm-1·km-1。大于或等于-12ps·nm-1·km-1的色散可以更有效地抑制色散累積導(dǎo)致的光信號(hào)波形的衰變；小于或等于-4ps·nm-1·km-1的色散可以更有效地抑制由于非線性光學(xué)現(xiàn)象所致的光信號(hào)的波形衰變。因此，在這種情況下可以利用波帶A中具有多種波長的光信號(hào)進(jìn)行大容量、遠(yuǎn)距離的傳輸。
更希望本發(fā)明的光纖色散在1250nm～1650nm(波帶B)整個(gè)范圍內(nèi)大于或等于-20ps·nm-1·km-1但小于或等于-3ps·nm-1·km-1，這個(gè)范圍寬于上述的波帶A。在此情形中，還可以利用范圍寬于波帶A的波帶B內(nèi)的多種波長的光信號(hào)進(jìn)行大容量、遠(yuǎn)距離的傳輸。
還希望本發(fā)明的光纖色散在波帶B整個(gè)范圍內(nèi)大于或等于-16ps·nm-1·km-1但小于或等于-4ps·nm-1·km-1。大于或等于-16ps·nm-1·km-1的色散可以更有效地抑制色散累積導(dǎo)致的光信號(hào)波形的衰變；小于或等于-4ps·nm-1·km-1的色散可以更有效地抑制由于非線性光學(xué)現(xiàn)象所致的光信號(hào)的波形衰變。因此，在這種情況下可以利用波帶B中具有多種波長的光信號(hào)進(jìn)行大容量、遠(yuǎn)距離的傳輸。
另外，根據(jù)本發(fā)明的光纖的理想有效面積在1550nm處為大于等于40μm2。在這種情形中，由于非線性光學(xué)現(xiàn)象所致的光信號(hào)的波形衰變變得低于由于規(guī)定為G.653的ITU的色散移動(dòng)光纖中非線性所致的信號(hào)衰減的水平。
另外，由于本發(fā)明OH基光纖所致的損耗的增加在1380nm的波長處最好等于或小于-0.1dB·km-1。在這種情況下因?yàn)榻咏?380nm的波長也可以用作光信號(hào)波長，所以可以進(jìn)行大容量的傳輸。
下面解釋適于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明光纖的折射率曲線。示于圖2中的折射率曲線以從光軸中心開始的順序數(shù)起，具有一個(gè)中心芯區(qū)(折射率n1，外徑2a)，一個(gè)第二芯區(qū)(折射率n2，外徑2b)，一個(gè)第三芯區(qū)(折射率n3，外徑2c)，和一個(gè)包層區(qū)(折射率n4)。各個(gè)折射率的大小關(guān)系為n1＞n2,n2＜n3,和n3＞n4。尤其希望，基于包層區(qū)最外層折射率的中心芯區(qū)的相對折射率之差△1為0.4％～0.7％。具有此折射率曲線的光纖可以通過給中心芯區(qū)和第三芯區(qū)加入硅玻璃基，例如GeO2，和/或給第二芯區(qū)及包層區(qū)加入F元素而獲得。
圖3中所示的折射率曲線是圖2中折射率曲線中的包層區(qū)被內(nèi)包層區(qū)(折射率n4，外徑2d)和一個(gè)外包層區(qū)(折射率n5)代替，其中n4＜n5。優(yōu)選中心芯區(qū)的折射率與外包層區(qū)最外層的折射率的相對折射率之差△1為0.4％～0.7％。具有此折射率曲線的光纖可以通過給中心芯區(qū)和第三芯區(qū)加入硅玻璃基，和/或給第二芯區(qū)及內(nèi)包層區(qū)加入F元素而獲得。
接下來參見表1對關(guān)于本發(fā)明光纖的四個(gè)實(shí)施例進(jìn)行解釋。實(shí)施例的光纖具有圖3所示的折射率曲線。圖4是表示實(shí)施例中每個(gè)光纖的色散特性曲線。
表1實(shí)例
(1)在1550nm處(2)在1550nm處，1轉(zhuǎn)32mm第一至第四實(shí)施例中每個(gè)光纖在波帶A以及波帶B中所有波長處的色散為大于或等于-20ps·nm-1·km-1但小于或等于-3ps·nm-1·km-1。另外，第一至第四實(shí)施例中的每個(gè)光纖在1550nm波長處的有效面積等于或大于40μm，并且由于1380nm波長處的OH基所致的損耗增長等于或小于0.1dB·km-1。第一至第三實(shí)施例中的每個(gè)光纖在波帶A中所有波長處的色散為大于或等于-12ps·nm-1·km-1但小于或等于-4ps·nm-1·km-1。另外，第三實(shí)施例中的光纖在波帶B中所有波長處的色散為大于或等于-16ps·nm-1·km-1但小于或等于-4ps·nm-1·km-1。
接下來，參照圖5對作為傳輸線的采用本發(fā)明光纖的光傳輸系統(tǒng)的第一實(shí)施例進(jìn)行解釋。光傳輸系統(tǒng)1具有一個(gè)作為發(fā)射站110和接收站120之間的光傳輸線的光纖130。
發(fā)射站110包括N個(gè)發(fā)射器1111-111N(N≥2)和一個(gè)光學(xué)多路復(fù)用器112。發(fā)射器111n(1≤n≤N)輸出一個(gè)具有波帶A或波帶B中λn波長的光信號(hào)。波長λ1～λN中一些處于1.31μm波帶，一些處于1.45μm波帶，另一些處于1.55μm波帶，還有一些處于1.58μm波帶。光學(xué)多路復(fù)用器112多路復(fù)用λ1～λN波長的光信號(hào)并將這些光信號(hào)發(fā)送到光纖130。光纖130把光學(xué)多路復(fù)用器112發(fā)出的波長為λ1～λN的光信號(hào)傳輸?shù)浇邮照?20。光纖130在波帶A的所有波長處顯示出大于或等于-20ps·nm-1·km-1但小于或等于-3ps·nm- 1·km-1的色散。另外，光纖130在波帶A的所有波長處最好有大于或等于-12ps·nm-1·km-1但小于或等于-4ps·nm-1·km-1的色散，或在波帶B的所有波長處有大于或等于-20ps·nm-1·km-1但小于或等于-3ps·nm-1·km-1的色散。尤其希望在波帶B的所有波長處有大于或等于-16ps·nm-1·km-1但小于或等于-4ps·nm-1·km-1的色散。另外，還尤其希望光纖130在1550nm波長的有效面積等于大于40μm2，在波長1380nm處由于OH基所致的損耗增長不大于0.1dB·km-1。
接收站120包括N個(gè)接收器1211-121N和一個(gè)多路分用器122。多路分用器122多路分用經(jīng)光纖130接收到的波長為λ1～λN的多路光信號(hào)，并將其輸出。接收器121n接收從多路分用器122輸出的波長為λn的光信號(hào)。
至于光傳輸系統(tǒng)1，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的上述光纖130用作發(fā)射站110和接收站120之間的光傳輸線，所以在波帶A或波帶B的所有波長以及包括1.31μm波帶、1.45μm波帶、1.55μm波帶、和1.58μm波帶由于非線性光學(xué)現(xiàn)象所致的光信號(hào)波形衰變以及由于色散積累所致的光信號(hào)波形衰減被抑制。因此，光傳輸系統(tǒng)1能夠利用具有波帶A和波帶B中多種波長λ1～λN的光信號(hào)進(jìn)行大容量和遠(yuǎn)距離的傳輸。
接下來，參照圖6對采用本發(fā)明光纖作為光傳輸線的光傳輸系統(tǒng)的第二實(shí)施例作以解釋。光傳輸系統(tǒng)2具有一根用作發(fā)射站210和中繼站240之間光傳輸線的光纖231，并且還具有一根用作中繼站240和接收站220之間光傳輸線的光纖232。
發(fā)射站210包括N個(gè)發(fā)射器2111-211N，光多路復(fù)用器2121、2122，光放大器2131、2132，和一個(gè)光多路復(fù)用器214。發(fā)射器211n輸出一個(gè)具有波帶A或波帶B中的波長λn的光信號(hào)。λ1～λN中的波長，一些處于1.31μm波帶，一些處于1.45μm波帶，另一些處于1.55μm波帶，還有一些處于1.58μm波帶。光多路復(fù)用器2121多路復(fù)用從發(fā)射器2111-211M(1≤M≤N)發(fā)出的具有第一波帶中λ1～λM波長的光信號(hào)。光放大器2131放大具有λ1～λM波長的多路復(fù)用的光信號(hào)并將其輸出。光多路復(fù)用器2122多路復(fù)用從發(fā)射器211M+1-211N發(fā)出的具有第二波帶中λM+1～λN波長的光信號(hào)，并且光放大器2132放大具有λM+1～λN波長的多路復(fù)用的光信號(hào)。光多路復(fù)用器214多路復(fù)用具有λ1～λM波長的放大的光信號(hào)和具有λM+1～λN波長的放大的光信號(hào)，并將其發(fā)送到光纖231。
光纖231把從發(fā)射站210發(fā)出的具有波長λ1～λN的光信號(hào)傳輸?shù)街欣^站240。此光纖231在波帶A的所有波長處顯示有大于或等于-20ps·nm-1·km-1但小于或等于-3ps·nm-1·km-1的色散。優(yōu)選光纖231在波帶A的所有波長處有大于或等于-12ps·nm-1·km-1但小于或等于-4ps·nm-1·km-1的色散，或在波帶B的所有波長處有大于或等于-20ps·nm-1·km-1但小于或等于-3ps·nm-1·km-1的色散。尤其優(yōu)選在波帶B的所有波長處有大于或等于-16ps·nm-1·km-1但小于或等于-4ps·nm-1·km-1的色散。另外，光纖231在1550nm波長的有效面積等于大于40μm2，在波長1380nm處由于OH基所致的損耗增長不大于0.1dB·km-1。
中繼站240包括一個(gè)多路分用器241、光放大器2421、2422和光多路復(fù)用器243。多路分用器241多路分用到達(dá)進(jìn)入包括λ1～λM波長的第一波帶和包括λM+1～λN波長的第二波帶的波長λ1～λN的光信號(hào)。光放大器2421放大第一波帶中λ1～λM波長的光信號(hào)，光放大器2422放大第二波帶中λM+1～λN波長的光信號(hào)。然后，光多路復(fù)用器243多路復(fù)用已被放大并輸出的λ1～λM波長的光信號(hào)和λM+1～λN波長的光信號(hào)，并將它們發(fā)送給光纖232。
光纖232把從中繼站240發(fā)出的λ1～λN波長的光信號(hào)傳輸?shù)浇邮照?20。光纖232具有與光纖231相同的特性。
接收站220包括N個(gè)接收器2211-221N，多路分用器2221、2222，光放大器2231、2232，和一個(gè)多路分用器224。多路分用器224將經(jīng)光纖232接收到的具有波長λ1～λN的光信號(hào)多路分用為包括λ1～λM波長的第一波帶和包括λM+1～λN波長的第二波帶中的光信號(hào)。光放大器2231一起放大λ1～λM波長的光信號(hào)，并且多路分用器2221把λ1～λM波長的光信號(hào)多路分用成每種波長的光信號(hào)。光放大器2232一起放大λM+1～λN波長的光信號(hào)，并且多路分用器2222把λM+1～λN波長的光信號(hào)多路分用成每種波長的光信號(hào)。接收器221n接收從多路分用器2221或2222輸出的波長為λn的光信號(hào)。
至于光傳輸系統(tǒng)2，因?yàn)楸景l(fā)明如上所述的光線231、232分別用作發(fā)射站210和中繼站240之間以及中繼站240和接收站220之間的光傳輸線，所以在波帶A或波帶B的所有波長以及包括1.31μm波帶、1.45μm波帶、1.55μm波帶和1.58μm波帶處由于非線性光學(xué)現(xiàn)象所致的光信號(hào)波形衰變以及由于色散積累所致的光信號(hào)波形衰減被抑制。因此，光傳輸系統(tǒng)2能夠利用具有波帶A和波帶B中多種波長λ1～λN的光信號(hào)進(jìn)行大容量和遠(yuǎn)距離的傳輸。
另外，在此光傳輸系統(tǒng)2中，光放大器2131、2421和2231一起放大第一波帶中的λ1～λM波長的光信號(hào)，并且光放大器2132、2422和2232一起放大第二波帶中的λM+1～λN波長的光信號(hào)，并因此能夠遠(yuǎn)距離地傳輸。作為一個(gè)例子，第一波帶包括1.55μm和1.58μm波帶，摻鉺的光纖放大器(EDFA)可以用作一起放大第一波帶中光信號(hào)的光放大器。另一方面，第二波帶包括1.31μm和1.45μm波帶，半導(dǎo)體光放大器或拉曼放大器可以用作一起放大第二波帶中光信號(hào)的光放大器。
在圖6所示的構(gòu)成中，光信號(hào)被分成兩個(gè)波帶，每個(gè)波帶被各自的光放大器放大。但是，它們也可以由一個(gè)光放大器放大，或者是被分成兩個(gè)或多個(gè)波帶，每個(gè)被各自的光放大器放大。例如，光信號(hào)可以被分成四個(gè)波帶1.31μm波帶、1.45μm波帶、1.55μm波帶和1.58μm波帶。然后，可以把摻鐠光纖放大器(PDFA)用于1.31μm波帶的光信號(hào)放大?？梢园褤戒A光纖放大器(TDFA)用于1.45μm波帶的光信號(hào)放大。EDFA可以用于1.55μm和1.58μm波帶的光信號(hào)放大。半導(dǎo)體光放大器或拉曼放大器可以用于任何波帶內(nèi)的任何光信號(hào)的放大。
權(quán)利要求
1．一種光纖，其在1300nm～1600nm范圍內(nèi)的所有波長處的色散為大于或等于-20ps·nm-1·km-1但小于或等于-3ps·nm-1·km-1。
2．一種光纖，其在1300nm～1600nm波長范圍內(nèi)的色散大于或等于-12ps·nm-1·km-1但小于或等于-4ps·nm-1·km-1的光纖。
3．一種光纖，其在1250nm～1650nm波長范圍內(nèi)的色散大于或等于-20ps·nm-1·km-1但小于或等于-3ps·nm-1·km-1的光纖。
4．一種光纖，其在1250nm～1650nm波長范圍內(nèi)的色散大于或等于-16ps·nm-1·km-1但小于或等于-4ps·nm-1·km-1的光纖。
5．如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于光纖在1550nm波長的有效面積為40μm2。
6．如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于光纖在1380nm波長處由于OH基所致的損耗增長小于或等于0.1dB·km-1。
7．如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于光纖具有(1)一個(gè)包括光軸的中心并具有第一折射率的中央芯區(qū)，(2)封閉中央芯區(qū)并具有小于第一折射率的第二折射率的第二芯區(qū)，(3)封閉第二芯區(qū)并具有大于第二折射率的第三芯區(qū)，和(4)封閉第三芯區(qū)并具有小于第三折射率的第四折射率的包層區(qū)。
8．如權(quán)利要求7所述的光纖，其特征在于包層區(qū)包括一個(gè)具有小于第三折射率的折射率的內(nèi)包層和一個(gè)具有大于內(nèi)包層區(qū)折射率的折射率的外包層。
9．如權(quán)利要求7所述的光纖，其特征在于中心芯區(qū)的折射率與包層區(qū)最外層的折射率的相對折射率之差為大于等于0.4％但小于等于0.7％。
10．一種光傳輸系統(tǒng)，包括一個(gè)發(fā)射站，在多路復(fù)用具有1300nm～1600nm波長范圍內(nèi)的光信號(hào)之后將其發(fā)出；如權(quán)利要求1的一根光纖，傳輸上述光信號(hào)；和一個(gè)接收站，接收所述的光信號(hào)并將它們多路分用成各自的波長。
11．一種光傳輸系統(tǒng)，包括一個(gè)發(fā)射站，在多路復(fù)用具有1250nm～1650nm波長范圍內(nèi)的光信號(hào)之后將其發(fā)出；如權(quán)利要求3的一根光纖，傳輸上述光信號(hào)；和一個(gè)接收站，接收所述的光信號(hào)并將它們多路分用成各自的波長。
全文摘要
提供了一種光纖和光傳輸系統(tǒng),可利用波長范圍內(nèi)包括1.31μm、1.45μm、1.55μm和1.58μm等多種波長的光信號(hào)實(shí)現(xiàn)大容量和遠(yuǎn)距離傳輸,并抑制由于非線性光學(xué)現(xiàn)象所致的光信號(hào)波形衰變以及由于色散積累所致的光信號(hào)波形衰減。根據(jù)本發(fā)明的光纖在1300nm～1600nm范圍內(nèi)的所有波長處的色散為大于或等于－20ps·nm
文檔編號(hào)G02B6/02GK1299979SQ00135579
公開日2001年6月20日 申請日期2000年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月13日
發(fā)明者加藤考利, 田中茂, 大西正志, 久保佑二 申請人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社