專利名稱：色散補(bǔ)償模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到對(duì)光纖的改進(jìn)，特別涉及到色散補(bǔ)償(dispersion-compensating)模塊的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
各種各樣的機(jī)制限制了光纖的帶寬。例如在多模光纖(multimodeoptical fiber)中存在模式色散(modal dispersion)，其中進(jìn)入光纖一端的光脈沖當(dāng)它們從光纖的另一端出現(xiàn)時(shí)被分散了。這是因?yàn)楫?dāng)光沿光纖長(zhǎng)度傳播時(shí)多模光纖支持上百種不同的模式(或路徑，當(dāng)光子被視為粒子而不是波時(shí))。不幸的是，某些模式的連續(xù)脈沖幾乎是在同時(shí)到達(dá)光纖的遠(yuǎn)端并相互干擾。為了避免這樣的碼間干擾(intersymbol interference)，在多模系統(tǒng)中各個(gè)光脈沖以較低的速率傳輸。
然而，被設(shè)計(jì)成只支持一種特定波長(zhǎng)的基本模式的光纖能夠避免模式色散。這種光纖被稱為單模光纖并且具有比多模光纖高得多的帶寬。但是，即使這樣，引入單模光纖的一端的光脈沖在它自遠(yuǎn)端出現(xiàn)時(shí)也被稍微分散了。這是因?yàn)樵趩我徊ㄩL(zhǎng)的光波上傳遞信息的行為(即調(diào)制)產(chǎn)生了一系列的波長(zhǎng)，它們以不同的速度沿光纖傳播。因此，組成調(diào)制光波的不同波長(zhǎng)的成分(顏色)以不同的時(shí)間到達(dá)光纖的遠(yuǎn)端，并且產(chǎn)生的光脈沖隨著時(shí)間而“消沖”。無需驚訝，這被稱為色散。
已開發(fā)出的一類光纖名為色散補(bǔ)償(DC)光纖，理論上具有和傳輸光纖的色散特性相反的色散特性。這里參照?qǐng)D9簡(jiǎn)單說明，圖9中曲線91表示已知傳輸光纖在1550納米(nm)波長(zhǎng)區(qū)域的色散。在此波長(zhǎng)，曲線91表示每千米(km)光纖色散增加+17ps(這里，1ps＝10-12秒)每納米源光譜寬度。正(+)極性僅表示長(zhǎng)于1550nm的波長(zhǎng)傳播起來要比較短的波長(zhǎng)慢。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，極性沒有意義。然而，為了補(bǔ)償該色散，DC光纖被連接到傳輸光纖以加入一個(gè)等量但相反的色散值。曲線92表示一種公知DC光纖的色散。在1550nm時(shí)，該DC光纖的色散為-17ps/nm·km。因此，如果等長(zhǎng)的傳輸光纖和DC光纖連接起來，則在1550nm時(shí)的總色散值將為零。不幸的是，大于或者小于1550nm的波長(zhǎng)仍將會(huì)有一個(gè)凈余色散量；因此，對(duì)于DC光纖的更理想的色散特性是需要的，諸如曲線93所示，它不僅具有和傳輸光纖色散極性相反的色散值，還具有相反的色散斜率。
事實(shí)上，對(duì)于工作在40Gb/sec及以上的波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)，需要同時(shí)補(bǔ)償色散斜率和色散極性。當(dāng)DC光纖的相對(duì)色散斜率(RDS)等于傳輸光纖的RDS時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)這種補(bǔ)償。RDS被定義為色散斜率除以色散值(即，RDS＝S/D)。一個(gè)近期的發(fā)明，降低斜率的傳輸光纖公開在美國(guó)專利號(hào)5,878,182中，它在1550nm時(shí)具有只有0.045ps/(nm2·km)的斜率和+4.5ps/(nm·km)的色散值，從而產(chǎn)生一個(gè)0.01nm-1的RDS。該種光纖可從OFS Fitel買到，即它的TrueWaveRS光纖。盡管如此，這種光纖也還需要補(bǔ)償。但還沒有發(fā)現(xiàn)有任何一種市場(chǎng)上可買到的具有大于0.0035nm-1的RDS的DC光纖。
在光傳輸系統(tǒng)中，通過將一長(zhǎng)度的DC光纖接合到傳輸光纖上從而獲得色散補(bǔ)償，通常如圖7中所示，并且為方便起見，DC光纖被存儲(chǔ)在一個(gè)模塊中。重要的是，由于多種原因色散補(bǔ)償模塊的插入損耗要盡可能地低。這些原因包括更簡(jiǎn)單的放大器設(shè)計(jì)；更低的傳輸系統(tǒng)的信噪比；和因?yàn)檩斎氲缴⒀a(bǔ)償模塊中的功率可以被降低而降低的非線性影響。色散補(bǔ)償模塊的插入損耗具有兩個(gè)主要的來源(i)在傳輸光纖和DC光纖之間的連接處的接合損耗；和(ii)DC光纖自身的損耗。模塊的插入損耗可以通過使用具有高評(píng)價(jià)指數(shù)的DC光纖得到降低，評(píng)價(jià)指數(shù)被定義為色散值和DC光纖衰減的比率。令人遺憾的是，現(xiàn)有技術(shù)的DC光纖具有小于200ps/(nm·dB)的評(píng)價(jià)指數(shù)。
美國(guó)專利號(hào)5,361,319(Antos)公開了一種DC光纖和系統(tǒng)，其中通過以恰當(dāng)?shù)拈g隔插入模塊來補(bǔ)償色散。每一個(gè)模塊包含一恰當(dāng)長(zhǎng)度的DC光纖，從而產(chǎn)生近似等于(但極性相反于)路徑中傳輸光纖的色散值的色散。然而令人遺憾的是，如Antos中表示的DC光纖具有相對(duì)小的負(fù)色散(絕對(duì)值≤100ps/nm·km；典型的范例是-65ps/nm·km)，迫使使用長(zhǎng)度較長(zhǎng)的DC光纖(例如，39km的DC光纖可補(bǔ)償150km的傳輸光纖的色散)。另外，Antos技術(shù)顯然僅用于補(bǔ)償色散，對(duì)于色散斜率的補(bǔ)償，被作者認(rèn)為是“在現(xiàn)實(shí)中不容易被實(shí)現(xiàn)的”。
美國(guó)專利號(hào)5,448,674(Vengsarkar)公開了一種具有相對(duì)高色散(典型的絕對(duì)值＞150ps/nm·km)和負(fù)色散斜率的DC光纖，在雙方面都表現(xiàn)出超過Antos的實(shí)質(zhì)性改善。為了獲得這種結(jié)果，Vengsarkar的DC光纖除了基本LP模式(LP01)之外還支持至少一種更高級(jí)模式。缺點(diǎn)是復(fù)雜，即增加了模式轉(zhuǎn)換器，它潛在地增加了損耗。另一個(gè)難題是光纖是多模的，意味著模式之間的干擾造成的模式噪音惡化了信噪比。
因此，所需要的是，具有高色散、負(fù)色散斜率和高RDS的一種DC光纖。在單模光纖中滿足這些多重目的是DC光纖設(shè)計(jì)者們長(zhǎng)期追求的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
色散補(bǔ)償(DC)模塊包括和第二長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖串聯(lián)在一起的第一長(zhǎng)度的DC光纖。該DC光纖具有大于0.012nm-1的相對(duì)色散斜率(RDS)。
在一優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，DC光纖的評(píng)價(jià)指數(shù)(FOM)大于200ps/(nm·dB)，并且DC光纖和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖串聯(lián)組合具有大于0.018nm-1的RDS。優(yōu)選地，第一長(zhǎng)度的DC光纖至少包含模塊上光纖的第一和第二長(zhǎng)度總和的25％。
說明一下，DC光纖由石英玻璃制成并且具有一折射率曲線分布，該折射率曲線分布包括一個(gè)芯區(qū)，該芯區(qū)由一具有標(biāo)稱折射率n4的覆層圍繞。所述芯區(qū)包括一具有標(biāo)稱折射率n1的中心核；一圍繞中心核具有標(biāo)稱折射率n2的“溝”；和一圍繞溝具有標(biāo)稱折射率n3的“脊”。可提供理想DC光纖的折射率曲線分布的范圍已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)。范圍可按照折射率的差異方便地表示為0.015＜n1-n4＜0.035；-0.012＜n2-n4＜-0.006；和0.002＜n3-n4＜0.015；折射率差異范圍和下面的半徑尺寸的范圍已經(jīng)被找到，從而提供異常高的RDS值(即，大于0.012nm-1)中心核∶半徑＝1.5±0.5μm；溝寬度＝4.3±1.0μm；和脊寬度＝2.4±1.0μm。
在一個(gè)說明性的具體實(shí)施方式
中，在一光傳輸系統(tǒng)中DC模塊被用于補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)單模傳輸光纖；而且在另一具體實(shí)施方式
中，按照本發(fā)明的DC光纖被用于補(bǔ)償非零色散位移傳輸光纖。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)說明，從中將能更加清晰地理解本發(fā)明和它的工作模式。附圖中圖1為具有兩個(gè)保護(hù)覆蓋層的光纖的透視圖；圖2為一種光纖的色散特性作為波長(zhǎng)的函數(shù)的曲線圖，顯示了它的材料色散和波導(dǎo)色散成分；圖3是標(biāo)準(zhǔn)(無位移)單模光纖色散特性的曲線圖；圖4是按照本發(fā)明的一種DC光纖的典型色散特性的曲線圖；圖5是沒有覆蓋層的光纖的橫截面圖，顯示幾層不同折射率材料；圖6公開了一種按照本發(fā)明的DC光纖的折射率曲線分布；圖7公開了本發(fā)明的一種光傳輸系統(tǒng)，它包括連接到一長(zhǎng)度的DC光纖上的傳輸光纖；圖8所示為通過一如本發(fā)明的DC光纖來補(bǔ)償一NZDF傳輸光纖時(shí)，圖7的光傳輸系統(tǒng)中測(cè)到的色散余量的曲線圖；和圖9是對(duì)于一種公知的傳輸光纖和對(duì)于兩種不同的DC光纖說明色散作為波長(zhǎng)的函數(shù)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
術(shù)語(yǔ)下列定義與現(xiàn)有技術(shù)通常的用法一致。
色散(Chromatic Dispersion)-不同波長(zhǎng)的電磁波，波群速度值不同-在單模光纖中，如果不予補(bǔ)償，對(duì)信道信息容量構(gòu)成主要限制的一種線性影響(其振幅線性依賴于功率)(就位速率而言，正如由于含脈沖的波長(zhǎng)的速率不同造成的脈沖擴(kuò)散)。
評(píng)價(jià)指數(shù)(Figure Of Merit(FOM))-在特定波長(zhǎng)時(shí)光纖色散的數(shù)值除以光纖的衰減形成的比率。
非零色散位移光纖(Non-Zero Dispersion Shifted Fiber(NZDF))-在光纖的預(yù)期的工作波長(zhǎng)λop時(shí)具有一定色散量(典型的大于0.8ps/nm·km)的一種光纖。該種光纖公開于美國(guó)專利號(hào)5,878,182中并且在WDM系統(tǒng)中特別具有優(yōu)勢(shì)。
折射率曲線分布(Refractive Index Profile)-以距光纖的中心軸不同的徑向距離測(cè)量時(shí)，光纖折射率的變化。
相對(duì)色散斜率(Relative Dispersion Slope(RDS))-在特定波長(zhǎng)時(shí)光纖色散斜率的數(shù)值除以光纖的色散值形成的比率。
脊(Ridge)-在一光纖中相對(duì)于相鄰區(qū)域折射率增長(zhǎng)的環(huán)形層。
溝(Trench)-在一光纖中相對(duì)于相鄰區(qū)域折射率減小的環(huán)形層。
非位移光纖(Unshifted Fiber(USF))-其色散零點(diǎn)λ0位于標(biāo)稱波長(zhǎng)值1310nm并且在1550nm時(shí)其色散大約為+17ps/nm·km的光纖。USF也被稱為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖。
W形曲線分布(W-shaped Profile)-包含被一溝和一外面的覆層包圍的一中心核的一個(gè)折射率曲線分布。溝的折射率值不是小于中心核的折射率值就是小于覆層的折射率值。
詳細(xì)說明在光纖的制造過程中，玻璃預(yù)制棒被垂直懸掛并以控制速度移入爐中。預(yù)制棒在爐中變軟并且玻璃纖維通過放置在抽絲塔底部的絞盤從預(yù)制棒融化的端部自由地抽出。(即使抽出的纖維所具有的直徑比預(yù)制棒小了上千倍，它仍然具有同樣的折射率曲線分布！)因?yàn)椴ＡЮw維的表面易因磨損而損壞，所以需要在它被抽出之后但是在和任何表面接觸之前對(duì)纖維進(jìn)行涂層。因?yàn)橥繉硬牧系氖褂靡欢ú荒軗p壞玻璃表面，所以涂層材料在液體狀態(tài)下被使用。一旦施用了涂層材料，它必須在玻璃纖維到達(dá)絞盤之前凝固。這可以通過光固化-液態(tài)涂層材料通過暴露在電磁輻射中被轉(zhuǎn)變成固態(tài)的一種處理工藝-典型地在瞬間完成。圖1公開了一種雙涂層光纖10，它的結(jié)構(gòu)適合用于本發(fā)明中。如圖所示，兩層涂層材料被施用到抽絲玻璃纖維50上，它包括被一覆層52包圍的一光傳輸?shù)男緟^(qū)51。玻璃纖維50具有大約125μm的直徑。內(nèi)層11，稱為第一涂層材料，被施用到玻璃纖維50上；而且外層12，稱為第二涂層材料，被施用到第一涂層材料11上。第二涂層材料通常具有較高的模數(shù)(例如，109Pa)以耐受處理，然而第一涂層材料卻具有較低的模數(shù)(例如，106Pa)以提供一個(gè)可以降低微彎損失的襯墊。在第一涂層材料仍濕的時(shí)候就可以施用第二涂層材料，然后兩個(gè)涂層同時(shí)在電磁光譜的紫外線層通過輻射固化。
圖2說明一種光纖的色散，特別是怎樣通過材料和波導(dǎo)色散的成份的附加組合產(chǎn)生總的特性23。材料色散21和用于制造光纖的特定的材料(例如，石英玻璃)本質(zhì)上相關(guān)。另外一方面，波導(dǎo)色散22通過光纖的折射率曲線分布來控制，舉例說它是當(dāng)以距光纖的中心軸不同的徑向距離測(cè)量時(shí)石英玻璃的折射率的變化。不同于材料色散，波導(dǎo)色散可以由設(shè)計(jì)工程師在限度內(nèi)塑形，從而產(chǎn)生理想的總特性23。不幸的是，存在著和任何特定總特性相關(guān)的“副作用”，那就是說，改變波導(dǎo)色散22也同時(shí)改變了其它的特性，例如截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)、彎曲損耗、模域直徑(mode field diameter)等。而且雖然可能能夠設(shè)計(jì)具有任何預(yù)定色散特性的光纖，然而從實(shí)際出發(fā)這種光纖可能相當(dāng)沒有價(jià)值。例如，已經(jīng)制定的彎曲損耗的限度是對(duì)于75毫米的彎曲半徑1550nm時(shí)彎曲損耗超過0.01dB/km的點(diǎn)。而且雖然一特定的折射率曲線分布可能提供其它方式的理想的色散特性，但它也可能同時(shí)提供了過量的彎曲損失，從而使它不能被接受。
圖3表示一色散無位移光纖(USF)的色散特性300，比如包含在ITURecommendation G.652中的USF。USF是最廣泛使用的光纖類型，有時(shí)被稱為“標(biāo)準(zhǔn)”單模光纖。在1983年投入商業(yè)應(yīng)用。通常用于制造光纖的玻璃成份波長(zhǎng)λ0在1310nm區(qū)域內(nèi)時(shí)具有零色散。但玻璃纖維的理論最小損耗是在1550nm的區(qū)域內(nèi)，大部分實(shí)際應(yīng)用的光纖放大器工作在此區(qū)域內(nèi)。(摻鉺纖維用于放大具有在1530-1565nn區(qū)域內(nèi)波長(zhǎng)的光信號(hào)，在此區(qū)域內(nèi)Er3+摻雜離子中存在轉(zhuǎn)變。)因?yàn)橄Ｍ芄ぷ髟?550nm區(qū)域而且大量的已經(jīng)安裝的系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，工程師們?cè)O(shè)計(jì)了一種色散補(bǔ)償(DC)光纖去和這樣的光纖串聯(lián)從而消除在1550nm處的色散。在實(shí)際應(yīng)用中，適當(dāng)長(zhǎng)度的DC光纖被繞到一個(gè)卷軸上以形成一DC模塊，然后以規(guī)則的間隔被接合到傳輸光纖上。取決于這些間隔的長(zhǎng)度，光放大器可以包含在DC模塊中也可不包含在DC模塊中。然而，DC光纖并不僅僅被使用在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中，而是被用于任何工作于波長(zhǎng)λOP時(shí)存在色散的光纖。
圖4顯示本發(fā)明的DC光纖的總色散特性400。特別是，在光傳輸?shù)腃和L波段(1530-1610nm)中可利用的大值的負(fù)色散十分理想。另外，在此波長(zhǎng)區(qū)域的它的負(fù)色散斜率也非常適合于補(bǔ)償大部分傳輸光纖的正色散斜率(例如見圖3)。正如在圖2相關(guān)的討論中所說明的，包括本發(fā)明的DC光纖的光纖總色散特性是材料色散和波導(dǎo)色散的結(jié)合；并且波導(dǎo)色散由折射率曲線分布來決定。因此，下面跟著的是結(jié)合石英玻璃材料色散特性從而產(chǎn)生本發(fā)明的DC光纖的折射率曲線分布的討論。
參照?qǐng)D5，它一般性地公開了一種顯示出多個(gè)層面511、512、513、521、522的未覆層的玻璃纖維50的橫截面，每一層具有不同的折射率用以修正纖維的波導(dǎo)色散特性。并且盡管圖5建議在不連貫的層變換之間的半徑方向折射率完全保持不變，但這不是能制造的光纖。事實(shí)上，圖6顯示了本發(fā)明的一個(gè)DC光纖的實(shí)際的折射率曲線分布。首要注意的是，折射率在中心核511的幾何中心(即，光纖半徑r＝0)處下降。折射率中的此下降501是通常由使用的特定制造工藝造成的失常。舉例說，圖6中所示的下降歸咎于改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積(MCVD)法，它是說明性地被用來制造本發(fā)明的DC光纖的。但是，下降501對(duì)于獲得的DC光纖的傳輸屬性沒有反作用，因?yàn)樗^窄，甚至能被塑形從而理想地修正光纖的光傳輸特性。
理想的DC光纖質(zhì)量包括負(fù)色散和斜率，高RDS和高FOM。這些光纖的質(zhì)量通過恰當(dāng)選擇折射率曲線分布在預(yù)定的波長(zhǎng)獲得。在本發(fā)明中，光纖由石英玻璃制成并且具有折射率曲線分布，光纖包括由具有標(biāo)稱折射率n4的外覆層圍繞的芯區(qū)。芯區(qū)包括具有標(biāo)稱折射率n1的中心核511；圍繞中心核具有標(biāo)稱折射率n2的“溝”512；以及圍繞溝具有標(biāo)稱折射率n3的“脊”513。標(biāo)稱折射率n4的沉積覆層材料521的內(nèi)層圍繞著脊513。沉積覆層的內(nèi)層對(duì)于保護(hù)芯區(qū)511-513免受外覆層522中的雜質(zhì)移入芯區(qū)和反作用于它的光傳輸屬性有利。說明一下，外覆層522可以是相對(duì)不純的玻璃管，它使用公知的棒入管(rod-in-tube)技術(shù)套在相對(duì)較純的芯區(qū)上。注意，圖5的示圖不成比例，因?yàn)橥飧矊?22的直徑大約為125微米，同時(shí)芯區(qū)511-513的直徑小于15微米。
下面公開了提供具有理想屬性的DC光纖的三個(gè)樣例曲線分布。每一曲線分布都包括5層1.一中心核，它是一個(gè)折射率凸起層，通常包括摻雜有適當(dāng)量的GeO2的SiO2，以便獲得理想的折射率。
2.一圍繞著中心核的溝，它是一個(gè)折射率下降層，包括摻雜有適當(dāng)量的GeO2和F的SiO2，以便獲得理想的折射率。
3.一圍繞著溝的脊，它是一個(gè)折射率凸起層，包括摻雜有適當(dāng)量的GeO2和F的SiO2，以便獲得理想的折射率。
4.一圍繞脊的沉積覆層的內(nèi)層，它和外覆層具有相同的折射率，對(duì)傳輸屬性沒有影響但降低了纖維的接合損耗。沉積覆層通常包括摻雜有適當(dāng)量的P2O5和F的SiO2。
5.一包括SiO2的外覆層。
樣例A

樣例B

樣例C

過號(hào)的負(fù)折射率的消減在所有上述的樣例中，溝的折射率比已知的DC光纖都負(fù)過很多(即，Δ-＞0.5％)。這樣的水平需要減少或者消除核GeO2含量并且為DC光纖提供更大的設(shè)計(jì)靈活性。改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積(MCVD)法說明性地用于本發(fā)明和以前。大于0.5％的Δ-值已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)MCVD中以低沉積效率用摻氟獲得。預(yù)制棒使用兩步工藝來制造，其中在1700℃或者1800℃時(shí)煙灰層被制造時(shí)帶有SiCl4、O2和作為可選的He，然后在2200℃或者2350℃在流動(dòng)SiF4中燒結(jié)，噴火速度從15到140mm/min。該工藝的詳細(xì)說明公開于光纖通訊會(huì)議文摘(Digest of Optical Communications Conference)OFC‘96，論文TuL1，第56-57頁(yè)，A.E.Miller等人撰寫的改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積法的超量德耳塔(delta)覆層(Ultranegative delta cladding for modifiedchemical vapor deposition)。通過在高SiO2處理率時(shí)優(yōu)化工藝條件，已經(jīng)得到0.71％的低Δ-。
相對(duì)色散斜率(RDS)對(duì)多通道高速WDM系統(tǒng)，在寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的色散補(bǔ)償是必須的。這意味著除了色散極性，也必須補(bǔ)償色散斜率。同步色散和斜率補(bǔ)償?shù)臈l件是色散補(bǔ)償光纖的相對(duì)色散斜率(RDS)等于被補(bǔ)償光纖的RDS。RDS被定義成色散斜率除以色散。由于NZDF光纖的低色散使得NZDF光纖比非位移單模光纖具有更高的RDS。如上所述，OFS Fitel的TrueWave RS光纖在1550nm時(shí)具有0.045ps/(nm2·km)的斜率和+4.5ps/(nm·km)的色散值，產(chǎn)生一個(gè)0.01nm-1的RDS-任何市場(chǎng)上可得到的NZDF中最低的RDS。
下表總結(jié)上面已實(shí)現(xiàn)(realized)的三種樣例光纖的被測(cè)傳輸屬性具有高FOM已實(shí)現(xiàn)光纖的傳輸屬性

光纖A具有一個(gè)創(chuàng)記錄高的FOM，但有一個(gè)低的RDS。這樣的光纖在減少需要補(bǔ)償一長(zhǎng)度的傳輸光纖的DC光纖的量方面特性有用。高FOM意味著和DC模塊相關(guān)的插入損耗將被降低。
光纖B具有能為標(biāo)準(zhǔn)單模傳輸光纖提供良好斜率補(bǔ)償?shù)腞DS。和以前已實(shí)現(xiàn)的用于這種傳輸光纖的斜率補(bǔ)償?shù)腄C光纖相比，光纖B具有高出60％的FOM。
光纖C具有能為上面討論的OFS Fitel的TrueWave RS光纖提供94％斜率補(bǔ)償?shù)腞DS，所述光纖是一種普通的非零色散光纖(NZDF)。和以前已實(shí)現(xiàn)的用于在1550nm時(shí)NZDF的完全斜率補(bǔ)償?shù)腄C光纖相比，光纖C具有改善的彎曲損耗性能，它使得該DC光纖特別適合被用于摻鉺光纖放大器。光纖C比以前已實(shí)現(xiàn)的光纖具有高出100％的FOM。
通過恰當(dāng)選擇半徑和折射率，DC光纖的色散特性可以被設(shè)計(jì)為在波長(zhǎng)范圍1530-1610nm內(nèi)提供高量值的負(fù)色散、負(fù)色散斜率和高FOM。這些尺寸和折射率總結(jié)如下。為便利起見，提供delta(Δ)值和標(biāo)準(zhǔn)化Δ值，因?yàn)樗鼈兪潜绢I(lǐng)域的設(shè)計(jì)工程師中都熟悉的。
具有高FOM的合適芯棒設(shè)計(jì)參數(shù)

制造光纖預(yù)制棒的過程的詳細(xì)說明很容易獲得。預(yù)制棒可以是單體的也可以是合成物。包括芯區(qū)(中心核、溝、脊)和內(nèi)覆層的芯棒最好通過改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積(MCVD)法或者一種使用沉積化學(xué)法的方法-例如外測(cè)汽相沉積法(Outside Vapor Deposition)或者汽相軸沉積法(Vapor AxialDeposition)來形成。外覆層最好包括一套在芯棒上的不摻雜的石英管。預(yù)制棒的MCVD制造以及套入的過程在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，為簡(jiǎn)明扼要，不在此說明書中重復(fù)。
增大的相對(duì)色散斜率(RDS)比以前報(bào)告的DC光纖帶有更顯著地高RDS的新型DC光纖已經(jīng)被開發(fā)出來。它的折射率曲線分布通常如圖6中所示，而精確的尺寸公開于下面的樣例D、E和F中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過稍微增加樣例A、B和C的溝和脊的寬度，除了高FOM還可以在DC光纖中獲得更顯著高的RDS。
樣例D

樣例E

樣例F

具有高RDS已實(shí)現(xiàn)光纖的傳輸屬性

注意，光纖D測(cè)得1580的截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)(高于該波長(zhǎng)只有一種模式被導(dǎo)引)。該光纖計(jì)劃用于1530和1570nm之間的C波段。通常，理想的是截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)低于光纖的工作帶寬。這是為了確保單模工作(在光纖中只有一種導(dǎo)引的模式)以避免由于不同導(dǎo)引的模式之間干擾造成的任何信號(hào)的惡化。然而，1580nm截?cái)嗍褂迷趦擅坠饫w上標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)得。對(duì)于此光纖，減小彎曲半徑和增加光纖長(zhǎng)度會(huì)使截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)減小。例如當(dāng)光纖圍繞直徑為165mm的心軸纏繞時(shí)，可以觀察到只在四(4)圈之后截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)就低于1525nm。那意味著，對(duì)于實(shí)際的DC模塊，其彎曲直徑更小，光纖將是單一模式的。
具有高RDS的合適芯棒設(shè)計(jì)參數(shù)

當(dāng)在DC模塊中DC光纖和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖結(jié)合(例如端對(duì)端接合)時(shí)，RDS進(jìn)一步增加。例如樣例D中所示，當(dāng)DC模塊包括從25％到35％的DC光纖和從65％到75％的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖時(shí)，DC模塊的總色散和RDS為Coming的ELEAF光纖提供良好的斜率和色散補(bǔ)償。下面對(duì)此情況進(jìn)行更詳細(xì)的討論。
圖7公開了一種光纖系統(tǒng)700，它包括全長(zhǎng)的光傳輸纖730、一光發(fā)射器710和一接收器720。所述全長(zhǎng)通過將第一預(yù)定長(zhǎng)度Lx的傳輸光纖730接合到第二預(yù)定長(zhǎng)度Ly的DC光纖10來構(gòu)成。發(fā)射器710發(fā)射工作波長(zhǎng)λOP的光進(jìn)入具有正色散的傳輸光纖730。然而，在行進(jìn)了距離Lx之后，正色散的量聚集起來并且在λOP時(shí)具有負(fù)色散的光纖的DC模塊740被引入。該模塊典型地包括一比Lx短的長(zhǎng)度Ly的DC光纖10。通過加入一長(zhǎng)度的DC光纖，引入了額外的損耗，該損耗和傳輸光纖730引入的損耗一起必須通過和模塊740相連的接收器720或者放大器(未標(biāo)示)來處理。對(duì)于這樣的系統(tǒng)的需求很大程度上是受把已經(jīng)存在的當(dāng)前工作在1310nm升級(jí)到工作在1550nm的光纖網(wǎng)絡(luò)從而增加它們的容量的要求的驅(qū)使。(注意，通常工作在1310nm的傳輸光纖在1550nm時(shí)具有大約+17ps/nm·km的色散，因此需要在1550nm時(shí)引入一等量的但反向的色散值以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。)在第一說明性具體實(shí)施方式
中，傳輸光纖730包括100km的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，它的色散特性如圖3中所示。
在此第一具體實(shí)施方式
中，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖被用作傳輸光纖，而色散補(bǔ)償通過包含大約9km的DC光纖10的DC模塊740來完成，該DC光纖的典型色散特性如圖4中所示。和100km傳輸光纖730相關(guān)的衰減大約為20dB，而和9kmDC光纖10相關(guān)的衰減加上相關(guān)的接合損耗小于7dB。在本發(fā)明的優(yōu)選的具體實(shí)施方式
中，DC模塊740進(jìn)一步包括放大裝置，諸如摻鉺光纖放大器(EDFA)或者用于在不同波長(zhǎng)反向抽取DC光纖本身的光能以實(shí)現(xiàn)如2000年8月9日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/634966中公開的拉曼(Raman)放大的設(shè)備。
在第二說明性具體實(shí)施方式
中，傳輸光纖730包括標(biāo)稱長(zhǎng)度100km的非零色散光纖(NZDF)，諸如OFS Fitel的TrueWave RS光纖。該光纖上面討論過，在1550nm具有+4.5ps/(nm·km)的標(biāo)稱色散和+0.045ps/(nm2·km)的標(biāo)稱斜率。相應(yīng)于上面樣例3的一長(zhǎng)度的DC光纖10被纏在一個(gè)卷軸上以形成具有-452ps/nm總色散的DC模塊740。1550nm時(shí)的DC模塊的RDS是0.0095nm-1。一短長(zhǎng)度的中間光纖(未標(biāo)示)被插入在DC光纖10和傳輸光纖730之間，以降低接合損耗。傳輸光纖730的色散量和斜率的1550nm時(shí)的實(shí)際被測(cè)值分別是+4.5ps/(nm·km)和0.044ps/(nm2·km)，產(chǎn)生0.0092nm-1的RDS值。傳輸光纖的實(shí)際長(zhǎng)度是96km，提供458ps/nm的總色散。該第二說明性具體實(shí)施方式
的被測(cè)剩余色散如圖8中所示。注意，剩余色散在C波段僅有±0.04ps/(nm·km)的變化。
在本發(fā)明的第三說明性具體實(shí)施方式
中，傳輸光纖730包含100km的NZDF，諸如Coming的ELEAF光纖。在此具體實(shí)施方式
中，DC光纖10包含和9467米標(biāo)準(zhǔn)單模光纖接合在一起的4288米公開于樣例D中的DC光纖。它們共同為DC模塊740提供在1550nm時(shí)大約-420ps/nm的總色散和大約0.020nm-1的RDS，從而提供完全的斜率和色散補(bǔ)償。
雖然已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的各種特定的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了展示和說明，但是在本發(fā)明范圍內(nèi)的修改還是可能的。例如，可以理解的是本發(fā)明的DC光纖除了可以被用于補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)單模光纖之外還可以被用于補(bǔ)償傳輸光纖。
權(quán)利要求
1.一色散補(bǔ)償(DC)模塊[740]包括在1550nm時(shí)具有折射率曲線分布、傳輸損耗、負(fù)色散值和負(fù)色散斜率的第一長(zhǎng)度的DC光纖[10]，其特征在于，所述DC光纖在1550nm時(shí)具有大于0.012nm-1的相對(duì)色散斜率(RDS)；和所述DC模塊進(jìn)一步包括和所述第一長(zhǎng)度的DC光纖串聯(lián)的第二長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖。
2.權(quán)利要求1的DC模塊[740]，其中所述DC光纖[10]和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的串聯(lián)組合在1550nm時(shí)具有大于0.018nm-1的RDS。
3.權(quán)利要求1的DC模塊[740]，其中所述第一長(zhǎng)度的DC光纖[10]在1550nm時(shí)具有大于200ps/(nm·dB)的評(píng)價(jià)指數(shù)(FOM)。
4.權(quán)利要求1的DC模塊[740]，其中所述第一長(zhǎng)度的DC光纖[10]至少包含在所述模塊上的光纖的第一和第二長(zhǎng)度總和的25％。
5.權(quán)利要求4的DC模塊[740]，其中所述第一長(zhǎng)度的DC光纖包含在所述模塊上的光纖的第一和第二長(zhǎng)度總和的從25％到35％。
6.權(quán)利要求1的DC模塊[740]串聯(lián)組合有一發(fā)射器[710]，用于發(fā)射波長(zhǎng)λop在1530-1610納米范圍內(nèi)的光信號(hào)；一接收器[720]，用于接受上述波長(zhǎng)λop的光信號(hào)；和在λop時(shí)具有正色散值和正色散斜率的一長(zhǎng)度的傳輸光纖[730]。
7.權(quán)利要求6的組合，其中所述傳輸光纖[730]包括標(biāo)準(zhǔn)單模光纖。
8.權(quán)利要求6的組合，其中所述傳輸光纖[730]包括非零色散光纖。
9.權(quán)利要求6的組合，其中所述存儲(chǔ)在模塊上的DC光纖[10]和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的串聯(lián)組合在λop＝1550nm時(shí)具有大于0.018nm-1的RDS。
10.權(quán)利要求6的組合，其中所述DC光纖[10]由石英玻璃制成并且具有折射率曲線分布，所述DC光纖[10]包括由具有標(biāo)稱折射率n4的覆層圍繞的芯區(qū)，所述芯區(qū)包括具有標(biāo)稱折射率n1的中心核；圍繞所述中心核的“溝”，該溝具有標(biāo)稱折射率n2；和圍繞所述溝的“脊”，該脊具有標(biāo)稱折射率n3，其中0.015＜n1-n4＜0.035；-0.012＜n2-n4＜-0.006；0.002＜n3-n4＜0.015；和其中所述芯區(qū)包括下列尺寸中心核半徑＝1.5±0.5μm；溝寬度＝4.3±1.0μm；和脊寬度＝2.4±1.0μm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種色散補(bǔ)償(DC)模塊[740]包括和第二長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖串聯(lián)的第一長(zhǎng)度的DC光纖[10]。該DC光纖由石英玻璃制成并且具有折射率曲線分布，該DC光纖包括由具有標(biāo)稱折射率n
文檔編號(hào)G02B6/34GK1492247SQ0313487
公開日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2003年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者拉絲·格蘭納－尼爾森, 鮑爾·克里斯坦森, 全尼沖·樂, 瑪麗·萬(wàn)德爾, 樂, 萬(wàn)德爾, 克里斯坦森, 拉絲 格蘭納-尼爾森 申請(qǐng)人:Fitel美國(guó)公司