專利名稱：大容量傳輸用低斜率色散位移單模光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種為大容量傳輸系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的單模光纖。該單模光纖具有色散斜率低、色散大小適中、低衰減和優(yōu)異的抗彎曲性能。適用于高速(10Gbit/S和40Gbit/S)、大容量、長距離的DWDM系統(tǒng)，此光纖的S-C-L波段均可用于DWDM傳輸。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)90年代中期以來，隨著摻鉺光纖放大器和波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展，光纖通信進(jìn)入前所未有的高速發(fā)展階段。光纖通信容量每年翻一翻，目前商用傳輸系統(tǒng)的速率已經(jīng)達(dá)到了10Gbit/S，容量達(dá)到1.6T的水平。當(dāng)傳輸速率超過2.5Gbit/S，以及隨著光纖放大器的實(shí)用，色散取代衰減成為長距離傳輸?shù)闹饕拗埔蛩?。隨著波分復(fù)用的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)各波長之間的非線性效應(yīng)(如四波混頻、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制等)對系統(tǒng)的影響限制了系統(tǒng)容量的擴(kuò)大。為了抑制DWDM系統(tǒng)中非線性的影響，在傳輸波段需要適量的色散值。因而光纖技術(shù)的發(fā)展從零色散位移光纖過渡到非零位移光纖。目前已經(jīng)公布了一系列的這種光纖的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)專利，如中國專利98121639.0公布了一種較大有效面積非零色散位移光纖和其制造方法，這種光纖目前已經(jīng)廣泛的用于通信骨干網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中。傳輸容量的進(jìn)一步擴(kuò)大就促使人們考慮充分利用光纖的帶寬資源，而放大器的使用范圍已經(jīng)從C-波段延伸到了L-波段，同時(shí)可用于更寬波長范圍的新型放大器的研究取得了很大突破，有報(bào)道目前光纖拉曼放大器的增益帶寬已達(dá)132nm，在1480～1620nm范圍內(nèi)增益可達(dá)30dB，市場上已有用于40Gbit/S系統(tǒng)和C、L波段的光纖拉曼放大器模塊。但目前的非零色散位移光纖的零色散點(diǎn)位于S波段，從而使S-波段不能用于DWDM傳輸，而且在C和L波段的色散斜率偏大，一般在0.08ps/nm2·km以上，這造成在利用色散補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行色散管理時(shí)，除中心波長范圍外，邊帶波長很難完全補(bǔ)償，傳輸波長范圍越寬，邊帶波長的殘余色散越大。這個問題對10Gbit/S以下的系統(tǒng)的影響不大，但40Gbit/S的高速系統(tǒng)，要求精確的色散管理，色散斜率會造成很大問題。這就要求降低光纖的色散斜率，以減小隨距離增加而擴(kuò)大的長、短波長色散的差異，以充分利用帶寬。在大容量、高速傳輸系統(tǒng)中，非線性效應(yīng)影響更為強(qiáng)烈，這就要求適當(dāng)?shù)奶岣吖饫w的色散值，以抑制由非線性效應(yīng)帶來的影響。在中國專利公報(bào)00806764.3申請文本中，有一種實(shí)施例，采用中心下陷的三角型結(jié)構(gòu)，其色散斜率下降到0.073ps/nm2·km，但零色散點(diǎn)為1499nm，沒能移出S-波段且色散斜率仍偏高。而在美國專利6396987 B1中公布了一種光纖，它的有效面積在60μm2以上，色散斜率小于0.07ps/nm2·km，1550nm的色散在7～9ps/nm·km之間，零色散點(diǎn)在1400～1440nm，光纖截止波長約1600nm以上，1550nm衰耗小于或等于0.23dB/km。在此專利中，光纖芯層是采用梯形折射率和中心下陷的階躍折射率分布。在中國專利公報(bào)00802639.4申請文本中也給出了一種階躍型的折射率分布，其所得光纖1550nm的色散在7～15ps/nm·km之間，色散斜率也小于0.07ps/nm2·km。
然而，現(xiàn)有的低色散斜率光纖由于光纖剖面分層少、結(jié)構(gòu)較為簡單，芯層折射率分布形狀的控制參數(shù)相對較少，因而對光纖參數(shù)難于精確控制，所以光纖的色散、色散斜率、有效面積與衰減特性等不容易進(jìn)行平衡和控制。在批量生產(chǎn)中上述情況更為突出。本發(fā)明一些術(shù)語的定義和說明相對折射率差Δ％＝[(ni2-nc2)/2ni2]×100式中ni為第i層的光纖折射率，nc為包層純二氧化硅玻璃部分的折射率，在本申請中它作為參考折射率；折射率分布的定義是指在光纖的所選部分上相對折射率差Δ％或相對折射率與其半徑之間的關(guān)系。
總色散定義為光纖波導(dǎo)色散和材料色散的代數(shù)和，在光纖通信領(lǐng)域，總色散被稱為光纖的色散，其單位為ps/nm·km。
色散斜率表示色散值對波長的依賴性，是在橫軸取為波長、縱軸取為色散值進(jìn)行描繪時(shí)的曲線的斜率，其單位為ps/nm2·km。在波分復(fù)用系統(tǒng)中，如果傳輸線路的色散斜率大，則各波長之間的色散值的差值變大，整個傳輸特性會惡化。
有效面積Aeff為Aeff＝2π(∫E2rdr)2/(∫E4rdr)式中積分限為0到∞，并且E為與傳播有關(guān)的電場。
DWDM是密集波分復(fù)用系統(tǒng)的縮寫。
光纖的抗彎曲性能是指在規(guī)定測試條件下的附加衰減。其標(biāo)準(zhǔn)測試條件包括在直徑75mm的芯軸上繞100圈和在直徑32mm的芯軸上繞1圈。其過程是，先在正常條件下測試光纖的衰減；再按標(biāo)準(zhǔn)要求將光纖繞在芯軸上，測量衰減值；兩種測試的差值即為增加的附加彎曲衰減。通常，彎曲導(dǎo)致的最大許可衰減以1310nm和1550nm的附加彎曲衰減為準(zhǔn)，每種測試條件下彎曲附加衰減的單位為dB。在本申請中采用的是更為嚴(yán)格的彎曲測量方法，即采用繞在60mm的芯軸上100圈及32mm的芯軸上繞1圈的方式測量1550nm和1625nm處的附加衰減，并取最大值作為最后測量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于高速、大容量傳輸系統(tǒng)的正非零色散位移單模光纖。它平衡了光纖傳輸?shù)膸讉€關(guān)鍵性能色散、色散斜率、有效面積與衰減特性，從而不僅能有效解決困擾高速通信的非線性問題，而且可在更寬的波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)10Gbit/S以上的DWDM傳輸。同時(shí)低色散斜率有利于對色散進(jìn)行全面的管理，滿足長距離無電中繼的傳輸。
本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案如下包括有一纖芯和一包層，其特征在于纖芯設(shè)有3-5個不同折射率分布的纖芯分層，包層包括有4-6個包層分層。所述光纖在1550nm處的總色散斜率小于0.060ps/nm2·km，零色散波長小于1420nm，有效面積在55μm2～65μm2之間，1530nm～1565nm范圍內(nèi)的色散在5.0～12.0ps/nm·km之間。
按上述方案，所述纖芯通常包括設(shè)有3個不同折射率分布的纖芯分層，包層包括有4個包層分層，所述纖芯的第一纖芯分層Core1的相對折射率差ΔCore1％的范圍約為0.35％至0.9％，直徑ΦCore1的范圍為2.0μm至7.0μm，第二纖芯分層相對折射率差ΔCore2％的范圍約為0.25％至0.65％，直徑ΦCore2的范圍約為3.0μm至8.0μm，第三纖芯分層的相對折射率差ΔCore3％的范圍約為0.1％至0.4％，直徑ΦCore3的范圍約為4.0μm至10.0μm；第一包層分層Clad1，其相對折射率差ΔClad1％的范圍約為-0.2％至0.1％，直徑ΦClad1的范圍約為8.0μm至16.0μm，第二包層分層Clad2的相對折射率差ΔClad2％的范圍約為0.1至0.4％，直徑ΦClad2的范圍約為12.0μm至25.0μm；第三包層分層Clad3的相對折射率差ΔClad3％的范圍約為-0.2％至0.2％，直徑ΦClad3的范圍為19.0μm至30.0μm；第四包層分層為純二氧化硅玻璃層，其折射率為純二氧化硅玻璃折射率nc。
本發(fā)明光纖的較佳波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為包層分層中第一包層分層Clad1的相對折射率差ΔClad1％和第三包層分層Clad3的相對折射率差ΔClad3％均為負(fù)值；其各芯層分層和包層分層的參數(shù)范圍為第一纖芯分層Core1的參數(shù)為ΔCore1％約為0.42±0.06(0.36～0.48)，ΦCore1約為4.6±0.7μm(3.9～5.3μm)，第二纖芯分層Core2的參數(shù)為ΔCore2％約為0.35±0.08(0.27～0.43)，ΦCore2約為6.0±1.0μm(5.0～7.0μm)，第三纖芯分層Core3的參數(shù)為ΔCore3％約為0.28±0.1(0.18～0.38)，ΦCore3約為7.1±1.5μm(5.6～8.6μm)，第一包層分層Clad1的參數(shù)為ΔClad1％約為-0.08±0.07(-0.01～-0.15)，ΦClad1約為12.5±2.0μm(10.5～14.5μm)，第二包層分層Clad2的參數(shù)為ΔClad2％約為0.18±0.07(0.11～0.25)，ΦClad2約為18.1±2.0μm(16.1～20.1μm)，第三包層分層Clad3的參數(shù)為ΔClad3％約為-0.08±0.07(-0.01～-0.15)，ΦClad3約為27.0±2.5μm(24.5～29.5μm)，第四包層分層為純二氧化硅玻璃層，其折射率為純二氧化硅玻璃折射率nc。
本發(fā)明的有益效果在于與以往的結(jié)構(gòu)相比，有更多的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)可以調(diào)節(jié)，如ΔCore1，ΦCore1，ΔCore2，ΦCore2，ΔCore3，ΦCore3，以及決定Core1形狀的冪指數(shù)d等，因此多分層纖芯設(shè)計(jì)對光纖性能的控制更為精確，容易平衡色散、色散斜率、有效面積與衰減特性。
通過對光纖折射率分布的調(diào)整，可以得到所需的色散值、色散斜率和較大的有效面積，并具有較低的衰減和優(yōu)異的彎曲性能。根據(jù)本發(fā)明，光纖在1550nm處的總色散斜率小于0.060ps/nm2·km，零色散波長小于1420nm，有效面積在55μm2～65μm2之間，1530nm～1565nm范圍內(nèi)的色散在5.0～12.0ps/nm·km之間，1550nm的衰耗小于或等于0.22dB/km；按照光纖的抗彎曲性能測試方法，在Φ60mm芯軸繞100圈的測試中，彎曲引起的附加衰減在1550nm和1625nm處均小于0.05dB，在Φ32mm芯軸繞1圈的測試中，彎曲引起的附加衰減在1550nm和1625nm處均小于0.5dB；在整個1530～1625nm波段衰減小于或等于0.23dB/km。這是目前最佳的傳輸窗口，因?yàn)樗cEDFA的增益平坦范圍相對應(yīng)，可以用于高速率的DWDM傳輸。特別是由于ΔClad3采用了下陷結(jié)構(gòu)，使截止波長下降至小于1310nm，從而可同時(shí)在本發(fā)明的寬帶非零色散位移光纖上實(shí)現(xiàn)1310nm窗口進(jìn)行單模傳輸。
本發(fā)明采用較復(fù)雜的光纖折射率分布實(shí)現(xiàn)色散、色散斜率、有效面積與衰減特性的平衡，并結(jié)合PCVD工藝所特有的精確控制折射率分布的能力，可高效率地得到所設(shè)計(jì)的性能。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中相對折射率差Δ％對直徑的分布曲線示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例2中相對折射率差Δ％對直徑的分布曲線示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例3中相對折射率差Δ％對直徑的分布曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1所述光纖的特性在1550nm處的色散斜率小于0.055ps/nm2·kn，零色散波長移出了S-波段，而衰減及彎曲性能優(yōu)異，成纜以后截止波長下降200到400鈉米，光纖可以滿足在S+C+L波段進(jìn)行密集波分復(fù)用傳輸?shù)男枰?。?shí)施例2下面所列為圖2所示的一組相對折射率差分布參數(shù)，纖芯各分層的參數(shù)為第一纖芯分層Core1的參數(shù)為ΔCore1％約為0.42，ΦCore1約為4.6μm第二纖芯分層Core2的參數(shù)為ΔCore2％約為0.35，ΦCore2約為6.0μm第三纖芯分層Core3的參數(shù)為ΔCore3％約為0.28，ΦCore3約為7.1μm包層各分層的參數(shù)為第一包層分層Clad1的參數(shù)為ΔClad1％約為-0.10，ΦClad1約為11.5μm第二包層分層Clad2的參數(shù)為ΔClad2％約為0.18，ΦClad2約為16.2μm第三包層分層Clad3的參數(shù)為ΔClad3％約為0.02，ΦClad3約為29.0μm第四包層分層為純二氧化硅玻璃層。所得光纖的特性如下1550nm有效面積64μm2，零色散波長1395nm，在1550nm色散7.4ps/nm·km，在1550nm色散斜率0.043ps/nm2·km，光纖截止波長1480nm，在1550nm衰耗0.20dB/km，宏彎Φ60mm繞100圈，在1550nm和1625nm中附加衰耗的最大值0.009dB，宏彎Φ32mm繞1圈，在1550nm和1625nm中附加衰耗的最大值0.014dB。
實(shí)施例2所述光纖的特性在1550nm處的色散斜率小于0.050ps/nm2·km，零色散波長移出了S-波段，而衰減及彎曲性能優(yōu)異，成纜以后截止波長下降200到400鈉米，光纖可以滿足在S+C+L波段進(jìn)行密集波分復(fù)用傳輸?shù)男枰?br> 實(shí)施例3所述光纖的特性在1550nm處的色散斜率小于0.055 ps/nm2·km，零色散波長移出了S-波段，而衰減及彎曲性能優(yōu)異，光纖可以滿足在S+C+L波段進(jìn)行密集波分復(fù)用傳輸?shù)男枰］^小的截止波長，和較低的1310nm衰耗值使傳統(tǒng)上的1310nm窗口也可用于單模傳輸，在非零色散位移光纖上實(shí)現(xiàn)了1310nm窗口進(jìn)行單模傳輸。特別是實(shí)施例3中由于ΔClad3采用了下陷結(jié)構(gòu)，使截止波長下降至小于1310nm，從而可同時(shí)在本發(fā)明的寬帶非零色散位移光纖上實(shí)現(xiàn)1310nm窗口進(jìn)行單模傳輸。采用標(biāo)準(zhǔn)測試方法，在Φ60mm芯軸繞100圈的測試中，彎曲引起的附加衰減在1550nm和1625nm處均小于0.01dB，在Φ32mm芯軸繞1圈的測試結(jié)果小于0.02dB。
比較上述三個實(shí)施例可以看出，折射率分布曲線對波導(dǎo)性能影響很大。特別是芯層各分層的折射率和直徑會使色散和有效面積受到很大影響，相對折射率值大則有效面積小；由于本發(fā)明在芯層的設(shè)計(jì)上采用了分層纖芯的方法，有效面積和色散得到了精確控制。ΔClad1的大小又改變光纖色散斜率值，其相對值越小則光纖的色散斜率越?。沪lad3對有效面積和色散斜率會產(chǎn)生影響，但實(shí)施例3中由于ΔClad3采用了下陷結(jié)構(gòu)，使截止波長大幅度下降，從而在非零色散位移光纖上實(shí)現(xiàn)了1310nm窗口進(jìn)行單模傳輸?shù)目赡堋?br> 權(quán)利要求
1.一種大容量傳輸用低斜率色散位移單模光纖，包括有一纖芯和一包層，其特征在于纖芯設(shè)有3-5個不同折射率分布的纖芯分層，包層包括有4-6個包層分層。
2.按權(quán)利要求1所述的低斜率色散位移單模光纖，其特征在于所述光纖在1550nm處的總色散斜率小于0.060ps/nm2·km，零色散波長小于1420nm，有效面積在55μm2～65μm2之間，1530nm～1565nm范圍內(nèi)的色散在5.0～12.0ps/nm·km之間。
3.按權(quán)利要求1或2所述的低斜率色散位移單模光纖，其特征在于所述纖芯包括設(shè)有3個不同折射率分布的纖芯分層，包層包括有4個包層分層，所述纖芯的第一纖芯分層Core1的相對折射率差ΔCore1％的范圍約為0.35％至0.9％，直徑ΦCore1的范圍為2.0μm至7.0μm，第二纖芯分層相對折射率差ΔCore2％的范圍約為0.25％至0.65％，直徑ΦCore2的范圍約為3.0μm至8.0μm，第三纖芯分層的相對折射率差ΔCore3％的范圍約為0.1％至0.4％，直徑ΦCore3的范圍約為4.0μm至10.0μm；第一包層分層Clad1，其相對折射率差ΔClad1％的范圍約為-0.2％至0.1％，直徑ΦClad1的范圍約為8.0μm至16.0μm，第二包層分層Clad2的相對折射率差ΔClad2％的范圍約為0.1至0.4％，直徑ΦClad2的范圍約為12.0μm至25.0μm；第三包層分層Clad3的相對折射率差ΔClad3％的范圍約為-0.2％至0.2％，直徑ΦClad3的范圍為19.0μm至30.0μm；第四包層分層為純二氧化硅玻璃層，其折射率為純二氧化硅玻璃折射率nc。
4.按權(quán)利要求3所述的低斜率色散位移單模光纖，其特征在于較佳波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為包層分層中第一包層分層Clad1的相對折射率差ΔClad1％和第三包層分層Clad3的相對折射率差ΔClad3％均為負(fù)值。
5.按權(quán)利要求4所述的低斜率色散位移單模光纖，其特征在于纖芯各分層和包層各分層的參數(shù)范圍為第一纖芯分層Core1的參數(shù)為ΔCore1％約為0.42±0.06，ΦCore1約為4.6±0.7μm，第二纖芯分層Core2的參數(shù)為ΔCore2％約為0.35±0.08，ΦCore2約為6.0±1.0μm，第三纖芯分層Core3的參數(shù)為ΔCore3％約為0.28±0.1，ΦCore3約為7.1±1.5μm，第一包層分層Clad1的參數(shù)為ΔClad1％約為-0.08±0.07，ΦClad1約為12.5±2.0μm，第二包層分層Clad2的參數(shù)為ΔClad2％約為0.18±0.07，ΦClad2約為18.1±2.0μm，第三包層分層Clad3的參數(shù)為ΔClad3％約為-0.08±0.07，ΦClad3約為27.0±2.5μm，第四包層分層為純二氧化硅玻璃層，其折射率為純二氧化硅玻璃折射率nc。
6.按權(quán)利要求1或2所述的低斜率色散位移單模光纖，其特征在于纖芯各分層的參數(shù)為第一纖芯分層Core1的參數(shù)為ΔCore1％約為0.64，ΦCore1約為3.0μm第二纖芯分層Core2的參數(shù)為ΔCore2％約為0.42，ΦCore2約為4.1μm第三纖芯分層Core3的參數(shù)為ΔCore3％約為0.21，ΦCore3約為7.5μm第四纖芯分層Core4的參數(shù)為ΔCore4％約為0.15，ΦCore4約為9.0μm最外層包層分層為純二氧化硅玻璃層。
7.按權(quán)利要求3所述的低斜率色散位移單模光纖，其特征在于纖芯各分層的參數(shù)為第一纖芯分層Core1的參數(shù)為ΔCore1％約為0.42，ΦCore1約為4.6μm第二纖芯分層Core2的參數(shù)為ΔCore2％約為0.35，ΦCore2約為6.0μm第三纖芯分層Core3的參數(shù)為ΔCore3％約為0.28，ΦCore3約為7.1μm包層各分層的參數(shù)為第一包層分層Clad1的參數(shù)為ΔClad1％約為-0.10，ΦClad1約為11.5μm第二包層分層Clad2的參數(shù)為ΔClad2％約為0.18，ΦClad2約為16.2μm第三包層分層Clad3的參數(shù)為ΔClad3％約為0.02，ΦClad3約為29.0μm第四包層分層為純二氧化硅玻璃層。
8.按權(quán)利要求5所述的低斜率色散位移單模光纖，其特征在于纖芯各分層的參數(shù)為第一纖芯分層Core1的參數(shù)為ΔCore1％約為0.42，ΦCore1約為4.6μm第二纖芯分層Core2的參數(shù)為ΔCore2％約為0.35，ΦCore2約為6.0μm第三纖芯分層Core3的參數(shù)為ΔCore3％約為0.28，ΦCore3約為7.1μm包層各分層的參數(shù)為第一包層分層Clad1的參數(shù)為ΔClad1％約為-0.08，ΦClad1約為12.5μm第二包層分層Clad2的參數(shù)為ΔClad2％約為0.18，ΦClad2約為18.1μm第三包層分層Clad3的參數(shù)為ΔClad3％約為-0.08，ΦClad3約為29.0μm第四包層分層為純二氧化硅玻璃層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大容量傳輸用低斜率色散位移單模光纖。它包括有一纖芯和一包層，其特征在于纖芯設(shè)有3－5個不同折射率分布的纖芯分層，包層包括有4－6個包層分層。光纖在1550nm處的總色散斜率小于0.060ps/nm
文檔編號G02B6/036GK1424599SQ0311846
公開日2003年6月18日 申請日期2003年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月14日
發(fā)明者張樹強(qiáng), 韓慶榮, 曹宇青, 王鐵軍, 拉吉·馬泰, 羅杰 申請人:長飛光纖光纜有限公司