專利名稱：低色散斜率負(fù)色散光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一個(gè)光學(xué)波導(dǎo)光纖，它有移動(dòng)到長(zhǎng)波長(zhǎng)的零色散，并且特別涉及有負(fù)的總色散的這樣一根光纖。
2.技術(shù)背景為響應(yīng)有適于特殊通信系統(tǒng)特性的高性能波導(dǎo)光纖的需要，對(duì)于分層纖芯光學(xué)波導(dǎo)折射率分布的研究源源不斷。比如Gallagher等人的美國(guó)專利5，483，612(‘612專利)揭示了一種纖芯分布設(shè)計(jì)，它提供了低偏振模式色散，低損耗，一個(gè)移動(dòng)的零色散和低的色散斜率。還設(shè)計(jì)了其他的纖芯折射率分布來迎合包括了使用高功率信號(hào)或光纖放大器應(yīng)用的需要。
為達(dá)到所需的特性而改變纖芯分布時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問題，就是要以犧牲一個(gè)或更多的其他基本特性的代價(jià)來實(shí)現(xiàn)所需特性。比如，某一纖芯折射率分布設(shè)計(jì)可以提供低的總色散斜率，這樣允許在擴(kuò)展的波長(zhǎng)范圍波分復(fù)用。但是，取得低的總色散斜率要嚴(yán)重的危害到衰減，或會(huì)把截止波長(zhǎng)移到可以接受的范圍之外。這樣，纖芯分布設(shè)計(jì)是一個(gè)費(fèi)力的任務(wù)，其中模型研究通常在產(chǎn)品發(fā)展的生產(chǎn)階段之前。
在工藝上需要繼續(xù)進(jìn)行折射率分布的研究來更好的理解分布變量的相互作用，這樣達(dá)到可提供有一系列所需特性的光學(xué)波導(dǎo)光纖的分布變化組合。定義下面是符合工藝上的一般用法的定義?！凵渎史植际钦凵渎屎筒▽?dǎo)光纖半徑之間的關(guān)系?！粋€(gè)分層纖芯是可分成至少一個(gè)第一和一個(gè)第二的波導(dǎo)光纖纖芯部分的纖芯。每一個(gè)部分位于半徑方向的一個(gè)特別位置，并且基本上關(guān)于波導(dǎo)光纖中心線對(duì)稱，且有一個(gè)關(guān)聯(lián)的折射率分布。
—分層光纖的半徑定義為根據(jù)各自的折射率的在每個(gè)分段的各自開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)。這里所用的半徑定義可參考

圖1來解釋。在圖1中，中心折射率部分1 0的半徑是距離2，它從波導(dǎo)中心線延伸到一點(diǎn)，在該點(diǎn)的分布變?yōu)榉侄?2的α分布，即在該點(diǎn)的折射率對(duì)半徑的曲線開始遵循一個(gè)α分布的方程。分段12的外半徑4從中心線延伸到半徑上一點(diǎn)，在那里α分布的外推下降部分與分段14分布的外推延長(zhǎng)部分相交。容易應(yīng)用該定義到可選擇的中心部分，諸如α分布或階躍折射率分布。另外，容易應(yīng)用該定義到那些第二部分的輪廓不同于α分布的情況。在使用可變中心部分輪廓的情況下，半徑在分開的附圖中示出。分段14的半徑6從中心線延伸到Δ％為分段16的Δ％最大值一半的點(diǎn)。類似分段14定義附加部分的半徑一直到纖芯的最終部分。如圖1所示的纖芯的最終部分，分段16的中點(diǎn)半徑8從中心線測(cè)量到該分段寬度的中點(diǎn)。比如對(duì)分段16，分段的寬度為延伸自分段16的相對(duì)兩邊的兩個(gè)Δ％的一半值之間的部分。光纖包層如圖1中17所示。最終分段附近的半徑通過鄰接分段的幾何尺寸決定。最終分段附近的內(nèi)半徑為前一部分的外半徑。最終分段附近的外半徑是最終部分的中心半徑減去最終分段的寬度的一半。
-α分布指一個(gè)折射率分布，由Δ(b)％表示，這里b是半徑，由方程Δ(b)％＝Δ(b0)(1-(|b-b0|)/(b1-b0))α給出，這里b0是Δ(b)％為最大值的點(diǎn)，b1是Δ(b)％為零的點(diǎn)，b在范圍bi≤b≤bf中，這里Δ如上面定義，bi是α分布的起點(diǎn)，bf是α分布的終點(diǎn)，α為實(shí)數(shù)指數(shù)。選擇α分布的起點(diǎn)和終點(diǎn)并進(jìn)入計(jì)算機(jī)模型。當(dāng)α分布以階躍折射率分布或任意其它輪廓為先導(dǎo)時(shí)，α分布的起點(diǎn)是α分布和階躍分布或其它分布的交點(diǎn)。
—總色散是材料色散，波導(dǎo)色散，模間色散和總和。在單模光纖里沒有模間色散?？偵⑺玫挠浱?hào)約定是指如果在波導(dǎo)光纖中的短波長(zhǎng)比長(zhǎng)波長(zhǎng)傳輸快時(shí)，總色散為正。在負(fù)的總色散情況下，光波長(zhǎng)的相對(duì)速度正好相反。
—模場(chǎng)直徑通過工藝上著名的Peterman II定義得到。
—成纜截止波長(zhǎng)是這樣的波長(zhǎng)，即當(dāng)光纖在成纜形式下，在該波長(zhǎng)以上的波長(zhǎng)光纖以單模傳輸。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)方面是一個(gè)單模光纖，它有一個(gè)由包層圍繞并接觸的分層纖芯區(qū)域。選擇纖芯和包層的相對(duì)折射率來提供可傳輸光的光纖結(jié)構(gòu)。纖芯區(qū)域包括了一個(gè)中心部分和圍繞并接觸中心區(qū)域的至少一個(gè)環(huán)形部分。選擇中芯區(qū)域部分的折射率分布來提供一個(gè)波導(dǎo)光纖，它在預(yù)選擇波長(zhǎng)范圍內(nèi)的總色散斜率小于等于0.07ps/nm2-km，在1560nm的總色散位于-3.4ps/nm-km到-1.0ps/nm-km，模場(chǎng)直徑的范圍從7.7μm到8.7μm，成纜的截止波長(zhǎng)小于等于1480nm，在1550的衰減小于等于0.22dB/km。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所設(shè)計(jì)的波導(dǎo)光纖工作在跨度為1500nm到1600nm的波長(zhǎng)窗口中。這樣在該工作窗口中總色散斜率相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定，在該窗口中衰減的變化不超過0.05dB/km。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，中心部分分為包括了波導(dǎo)中心線的第一個(gè)部分和圍繞著第一個(gè)部分的環(huán)形的第二個(gè)部分。這些部分和至少一個(gè)環(huán)形部分從由α分布，階躍分布，圓形階躍分布，梯形和圓形梯形組成的一組輪廓中選出各自的分布。較適宜中心線部分的分布是圓形階躍分布。較適宜環(huán)形部分的分布是α范圍從0.8到8的α分布。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)明中的中心線部分為α范圍從0.8到1.5的α分布，而中心環(huán)形部分是α范圍從1到6的α分布。
在下面的詳細(xì)描述中將提出本發(fā)明另外的特征和優(yōu)點(diǎn)，那些工藝上的能手通過下面的描述將容易的明白其中的一部分，或通過實(shí)施這里描述的發(fā)明，包括下面的詳細(xì)描述，權(quán)利要求和附圖來了解清楚。
可以理解上面的總體描述和下面的詳細(xì)描述僅僅是本發(fā)明的范例，目的是為理解本發(fā)明所要求的特性和性質(zhì)而提供一個(gè)概貌或框架。所包括的附圖為本發(fā)明提供了進(jìn)一步的理解，并合并組成說明書的一部分。附圖示出了本發(fā)明的不同實(shí)施例，并伴隨描述一起解釋本發(fā)明的原理和操作。
附圖概述圖1是折射率分布圖，這里提供了對(duì)分段的半徑和寬度的定義。
圖2是根據(jù)本發(fā)明制作的波導(dǎo)光纖的折射率分布圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明制作的波導(dǎo)光纖的折射率分布圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述現(xiàn)在引用本發(fā)明的較佳實(shí)施例并由附圖示出以來詳細(xì)描述。圖2示出了本發(fā)明的分層纖芯光波導(dǎo)光纖的示范實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的分層纖芯光波導(dǎo)光纖包括了一個(gè)中心部分和至少一個(gè)包圍并接觸中心部分的一個(gè)環(huán)形部分。纖芯的分層結(jié)構(gòu)為海底系統(tǒng)的特殊使用提供了一種波導(dǎo)光纖，在這樣的系統(tǒng)中，較適宜有負(fù)的總色散并且需要低的總色散斜率來得到擴(kuò)展的波長(zhǎng)工作窗口。討論的光波導(dǎo)光纖有一個(gè)在1500nm到1600nm之間的波長(zhǎng)窗口和小于等于0.07ps/nm2-km的色散斜率。在1560nm的總色散范圍在大約-3.4ps/nm-km到-1.0ps/nm-km。不需要犧牲衰減就可在1560nm得到低的總色散斜率和負(fù)色散，它在1550nm小于0.22dB/km，或模場(chǎng)直徑的范圍在7.7μm到8.7μm之間。在保持成纜截止波長(zhǎng)低于1480nm時(shí)得到這些波導(dǎo)光纖的特性。
在這里由圖2示出的實(shí)施例中，波導(dǎo)光纖包括了一個(gè)纖芯區(qū)域，它有一個(gè)包括了中心線部分18的中心區(qū)域和一個(gè)中心環(huán)形部分20，中心部分18是一個(gè)α范圍從0.8到1.5的α分布，并且中心環(huán)形部分20是一個(gè)α范圍從1到6的α分布。中心線部分和中心環(huán)形部分各自的相對(duì)折射率百分比范圍為大約0.40％到0.85％和0.49％到0.78％。分段18和20的相對(duì)外半徑26和28的范圍是大約0.17μm到1.62μm和2.33μm到3.22μm。
中心部分被有圓形階躍分布的第一環(huán)形部分22包圍著并且相對(duì)折射率百分比范圍從0到0.07％。分段22的內(nèi)半徑與半徑28一樣。分段22的外半徑30使用包圍第一環(huán)形部分22的第二環(huán)形部分24的尺寸。第二環(huán)形部分24有一圓形階躍分布并且相對(duì)折射率范圍大約從0.035％到0.70％。第二環(huán)形部分的中心半徑32的范圍大約從7.7μm到10.8μm，寬度34的范圍大約從0.50μm到2.5μm。
根據(jù)上面所述的實(shí)施例所測(cè)的波導(dǎo)光纖的典型參數(shù)是，總色散斜率在1500nm到1600nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)為0.0513ps/nm2-km，1560nm的總色散為-2.21ps/nm-km，模場(chǎng)直徑為8.19μm，成纜截止波長(zhǎng)小于等于大約1480nm，1550nm的衰減為0.200dB/km。零色散波長(zhǎng)為1603.0nm。
在圖3示出的實(shí)施例中，波導(dǎo)光纖包括了一個(gè)纖芯區(qū)域，它有一個(gè)包括了中心線部分36和一個(gè)中心環(huán)形部分38的中心部分。中心線部分36是圓形階躍型并且中心環(huán)形部分38是α范圍從0.8到8的α分布。中心線部分36和中心環(huán)形部分38各自的相對(duì)折射率百分比范圍為大約0.54％到0.67％和0.49％到0.70％。分段36和38各自的外半徑44和46的范圍是大約1.02μm到1.50μm和2.56μm到3.22μm。
有一個(gè)圓形階躍分布且相對(duì)折射率百分比大約為0的第一個(gè)環(huán)形部分40包圍了中心部分。分段40的內(nèi)半徑和半徑46一樣。分段40的外半徑48使用包圍了第一個(gè)環(huán)形部分40的第二個(gè)環(huán)形部分42的尺寸。第二個(gè)環(huán)形部分42有一個(gè)圓形階躍分布并且相對(duì)折射率范圍大約在0.18％到0.30％。第二個(gè)環(huán)形部分的中心半徑50的范圍大約從8.1μm到9.92μm并且寬度52的范圍大約從1.50μm到2.41μm。
根據(jù)上面所述的實(shí)施例所測(cè)得的波導(dǎo)光纖的典型參數(shù)是，總色散斜率在1500nm到1600nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)為0.0499ps/nm2-km，1560nm的總色散為-2.47ps/nm-km，模場(chǎng)直徑為8.58μm，成纜截止波長(zhǎng)小于等于大約1480nm，1550nm的衰減為0.201dB/km。零色散波長(zhǎng)為1609.5nm。
范例1一個(gè)依照?qǐng)D3所作的光纖波導(dǎo)。中心線部分36和中心環(huán)形部分38各自的相對(duì)折射率百分比為0.91％和0.70％。分段36和38的各自外半徑44和46是0.36μm到2.88μm。第一個(gè)環(huán)形部分40有一個(gè)圓形階躍分布并且相對(duì)折射率百分比為0.004％。第二個(gè)環(huán)形部分42有一個(gè)圓形階躍分布并且相對(duì)折射率百分比為0.214％。第二個(gè)環(huán)形部分的中心半徑50為9.268μm并且寬度52是2.25μm。
所測(cè)量的波導(dǎo)光纖的特性是，色散斜率在1500nm到1600nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)為0.048ps/nm2-km，模場(chǎng)直徑為7.97μm，成纜截止波長(zhǎng)為1322nm，1550nm的衰減為0.201dB/km。
范例2一個(gè)依照?qǐng)D3所作的第二個(gè)光纖波導(dǎo)。中心線部分36和中心環(huán)形部分38各自的相對(duì)折射率百分比為0.83％和0.35％。分段36和38的各自外半徑44和46是0.35μm到2.76μm。第一個(gè)環(huán)形部分40有一個(gè)圓形階躍分布并且相對(duì)折射率百分比為0.006％。第二個(gè)環(huán)形部分42有一個(gè)圓形階躍分布并且相對(duì)折射率百分比為0.199％。第二個(gè)環(huán)形部分的中心半徑50為9.121μm并且寬度52是2.50μm。
所測(cè)量的波導(dǎo)光纖的特性是，色散斜率在1500nm到1600nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)為0.065ps/nm2-km，模場(chǎng)直徑為8.76μm，成纜截止波長(zhǎng)為1131nm，1550nm的衰減為0.206dB/km。
對(duì)范例1和范例2作出的比較指出了當(dāng)?shù)诙€(gè)環(huán)形折射率百分比稍微降低并對(duì)波導(dǎo)光纖的中心線向內(nèi)移動(dòng)時(shí)，模場(chǎng)直徑增加了。范例2的結(jié)構(gòu)增加了色散斜率。但是，從兩個(gè)范例得出的主要結(jié)論是上面所述的并在權(quán)利要求1中陳述的所期望的光纖特性可通過改變?cè)谥圃旃顑?nèi)的波導(dǎo)光纖參數(shù)來得到。制造該分層纖芯波導(dǎo)光纖設(shè)計(jì)的便利性使它作為一件商業(yè)產(chǎn)品受到特別關(guān)注。
那些工藝上的能手將清楚在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下能夠?qū)Ρ景l(fā)明作出不同的修改和變化。這樣，意味著本發(fā)明包括了在附加的權(quán)利要求和等價(jià)物的范圍內(nèi)的本發(fā)明的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一個(gè)單模波導(dǎo)光纖，其特征在于，包括了一個(gè)由包層包圍并接觸的纖芯區(qū)域，這里的纖芯區(qū)域和包層有各自的相對(duì)折射率分布并且設(shè)定成能引導(dǎo)光通過的波導(dǎo)光纖，這里的纖芯區(qū)域包括了一個(gè)中心部分和至少一個(gè)包圍并接觸所述中心部分的環(huán)形部分，每一個(gè)所述部分有一個(gè)相對(duì)折射率分布和一個(gè)相對(duì)折射率百分比；其中，所述中心部分和所述至少一個(gè)環(huán)形部分的相對(duì)折射率設(shè)定成能提供波導(dǎo)光纖的特性；在預(yù)選擇的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的總色散斜率小于或等于大約0.07ps/nm2-km，1560nm的總色散范圍在大約-3.4ps/nm-km到-1.0ps/nm-km，模場(chǎng)直徑范圍大約從7.7μm到8.7μm，成纜的截止波長(zhǎng)小于或等于大約1480nm，并且，1550nm的衰減小于或等于0.22dB/km。
2.如權(quán)利要求1所述的單模波導(dǎo)，其特征在于，所述預(yù)選擇的波長(zhǎng)范圍在大約1500nm到1600nm。
3.如權(quán)利要求1所述的單模波導(dǎo)，其特征在于，所述中心部分包括了中心線部分和包圍了所述中心線部分的一個(gè)中心環(huán)形部分，每一個(gè)所述部分有一個(gè)折射率分布和一個(gè)相對(duì)折射率百分比。
4.如權(quán)利要求3所述的單模波導(dǎo)，其特征在于，所述中心部分的所述第一和第二個(gè)部分以及所述至少一個(gè)環(huán)形部分的各自折射率分布從由α分布，階躍分布，圓形階躍分布，梯形分布和圓形梯形分布組成的一組分布中選出。
5.如權(quán)利要求4所述的單模波導(dǎo)，其特征在于，所述中心線部分是環(huán)形階躍分布并且所述中心環(huán)形部分是α范圍從0.8到8的α分布。
6.如權(quán)利要求5所述的單模波導(dǎo)，其特征在于，所述中心線部分和所述中心環(huán)形部分的各自相對(duì)折射率百分比的范圍為大約0.54％到0.67％和0.49％到0.70％，并且各自的外半徑范圍為大約1.02μm到1.50μm和2.56μm到3.22μm。
7.如權(quán)利要求6所述的單模波導(dǎo)，其特征在于，所述纖芯區(qū)域包括了第一和第二個(gè)環(huán)形部分，所述第一個(gè)環(huán)形部分是圓形階躍分布并且相對(duì)折射率百分比大約為零，所述第二個(gè)環(huán)形部分是圓形階躍分布并且相對(duì)折射率百分比的范圍大約從0.18％到0.30％，中心半徑的范圍從8.1μm到9.92μm并且寬度范圍為大約1.50μm到2.41μm。
8.如權(quán)利要求4所述的單模波導(dǎo)，其特征在于，所述中心部分為α范圍從0.8到1.5的α分布并且所述中心環(huán)形部分是α范圍從1到6的α分布。
9.如權(quán)利要求8所述的單模波導(dǎo)，其特征在于，所述中心線部分和所述中心環(huán)形線部分的各自相對(duì)折射率百分比范圍是大約0.40％到0.85％和0.49％到0.78％并且各自的外半徑的范圍為大約0.17μm到1.62μm和2.33μm到3.22μm。
10.如權(quán)利要求9所述的單模波導(dǎo)，其特征在于，所述纖芯區(qū)域包括了第一和第二個(gè)環(huán)形部分，所述第一個(gè)環(huán)形部分是圓形階躍分布并且相對(duì)折射率百分比范圍是大約0到0.07％，所述第二個(gè)環(huán)形部分是圓形階躍分布并且相對(duì)折射率百分比范圍是大約0.035％到0.70％，中心半徑范圍從7.7μm到10.8μm并且寬度的范圍大約從0.50μm到2.5μm。
全文摘要
揭示了一種分層纖芯光學(xué)波導(dǎo)光纖，它在延伸的波長(zhǎng)窗口有低的總色散斜率和負(fù)的總色散。特別感興趣的波長(zhǎng)窗口是范圍為1500nm到1600nm的窗口。根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)光纖的成纜截止波長(zhǎng)低于1480nm并且在1550nm的衰減小于0.22dB/km。對(duì)色散位移波導(dǎo)光纖，模場(chǎng)直徑基本保持在一個(gè)標(biāo)定值，也就是，7.7μm到8.7μm。并詳細(xì)討論了有一個(gè)中心部分以及第一個(gè)和第二個(gè)環(huán)形部分的實(shí)施例。
文檔編號(hào)G02B6/036GK1391658SQ00816031
公開日2003年1月15日 申請(qǐng)日期2000年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月23日
發(fā)明者J·B·赫林, D·K·史密斯 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司