專利名稱：：全波非零色散平坦單模光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及全波單模光纖，尤其涉及，全波非零色散平坦單模光纖。
背景技術(shù)：
：下面先對(duì)本發(fā)明涉及到的術(shù)語(yǔ)給出定義，所述定義符合本領(lǐng)域慣例；本說(shuō)明書專用術(shù)語(yǔ)通過(guò)慣用術(shù)語(yǔ)說(shuō)明。光纖各分層的半徑以單位pm計(jì)，按折射率定義，每一特定分層具有第一折射率點(diǎn)和最后折射率點(diǎn)。從光纖軸線到第一折射率點(diǎn)所在位置的半徑是該分層的內(nèi)半徑；從光纖軸線到最后折射率點(diǎn)所在位置的半徑是該分層的外半徑。參見A-光纖半徑分布圖，纖芯中央圓形分層的半徑從光纖軸線量到該分層的外半徑；第一環(huán)形分層的寬度從第一環(huán)形分層的內(nèi)半徑量到第一環(huán)形分層的外半徑；第二環(huán)形分層的寬度從第二環(huán)形分層的內(nèi)半徑量到第二環(huán)形分層的外半徑。纖芯中央圓形分層、第一環(huán)形分層和第二環(huán)形分層關(guān)于所述外包層的相對(duì)折射率差A(yù)&△,禾[]A2以單位％計(jì)，分別定義為A0=(n02-ncl2)/2n(,2A.F(n,2-nd2)/2n2△2=(n22_ncL2)/2n02式中，no表示纖芯中央圓形分層的最大折射率；m和ri2分別表示第一環(huán)形分層和第二環(huán)形分層的均勻折射率；n。,表示外包層的均勻折射率。折射率剖面定義為相對(duì)折射率差或折射率與半徑之間的關(guān)系。a折射率剖面定義為A丄)二A。[l-(r/a)。],0《r《a其'中，r是所處位置半徑；a是所述纖芯中央圓形分層的半徑。色度色散系數(shù)以單位ps/nm-km計(jì)，簡(jiǎn)稱為色散。有效截面以單位iarnH十，定義為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中，積分限為0至；E(r)是光傳播所伴隨的電場(chǎng)。早期的色散平坦光纖，色散特性關(guān)于結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的穩(wěn)定性很差，制造公差要求很嚴(yán)，雖經(jīng)三十多年研究，一直不能實(shí)際應(yīng)用。廣泛應(yīng)用的非零色散位移光纖，單模工作波長(zhǎng)范圍小，通信系統(tǒng)色散補(bǔ)償成本高。最近的低色散斜率光纖，單模工作波長(zhǎng)范圍不夠?qū)?，有效截面面偏小，不符合?shí)用要求。被寄予厚望的光子晶體光纖，要求周期性的空心毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，實(shí)際應(yīng)用尚須解決一系列理論和實(shí)際問(wèn)題?？傊?，現(xiàn)有各種單模通信光纖離開充分利用石英光纖低衰減波長(zhǎng)范圍的全波單模光纖有相當(dāng)大差距。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有色散平坦光纖、非零色散位移光纖、低色散斜率光纖和光子晶體光纖的上述缺點(diǎn)，提供一種簡(jiǎn)單的、大眾化的、充分利用石英光纖低衰減波長(zhǎng)范圍的光纖，即全波非零色散平坦單模光纖。作為一種簡(jiǎn)單的、大眾化的光纖，本發(fā)明所涉及的全波非零色散平坦單模光纖包含纖芯中央圓形分層、包覆在所述纖芯中央圓形分層上的第一環(huán)形分層、包覆在所述第一環(huán)形分層上的第二環(huán)形分層和均勻外包層。所述纖芯中央圓形分層關(guān)于所述外包層的相對(duì)折射率差為An，半徑為a;所述第一環(huán)形分層關(guān)于所述外包層的相對(duì)折射率差為，寬度為H1;所述第二環(huán)形分層關(guān)于所述外包層的相對(duì)折射率差為A2，寬度為H2。所述纖芯中央圓形分層基本上是a折射率剖面，當(dāng)a》100時(shí)所述a折射率剖面實(shí)際上成為階躍型折射率剖面；所述第一環(huán)形分層、所述第二環(huán)形分層和所述外包層的折射率基本上^^是均勻的。所述第一環(huán)形分層A"0;所述第二環(huán)形分層/^〉。所發(fā)明全波非零色散平坦單模光纖的特征是單模工作波長(zhǎng)范圍寬，色散特性平坦，色散最大值和最小值差距小，超越了迄今為止的各種現(xiàn)有光鄉(xiāng)千，接近于現(xiàn)有條件下石英光纖的理論極限。所發(fā)明全波非零色散平坦單模光纖的主要性能指標(biāo)是——在1300nm到1625nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)和常用制造公差下，色散大于0.1ps/nm-km，小于12.0ps/nm-km?！?550nm波長(zhǎng)下，有效截面不小于50pm2。光纖的其他性能滿足現(xiàn)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的,'專利申請(qǐng)人研究了一系列理論問(wèn)題，開發(fā)了相應(yīng)的光纖設(shè)計(jì)方法。所提出的理論包括色散穩(wěn)定性理論；復(fù)數(shù)域中漏泄t莫衰減的計(jì)算方法；凹陷包層光纖的寬帶單模特性理論；簡(jiǎn)化光子晶體光纖理論。相應(yīng)的光纖設(shè)計(jì)方法包括基于色散穩(wěn)定性理論的全波平坦色散特性的優(yōu)化設(shè)i十；基于復(fù)數(shù)域中漏泄模衰減計(jì)算方法的凹陷包層光纖寬帶單模特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)；簡(jiǎn)化光子晶體光纖的優(yōu)化設(shè)計(jì)。將所述理論和設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于所述凹陷剖面三包層光纖，根據(jù)所提出的性能指標(biāo)，計(jì)算出結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)出所要求的全波非零色散平坦單模光纖。參照以下附圖，熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的人員，從本發(fā)明的詳細(xì)描述中，將顯而易見本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。圖1是所發(fā)明光纖的一種折射率剖面的示意圖。所述的a折射率gMJ面，從a吒變化到a》100,無(wú)法一一畫出，圖l.所示只是其中的一種情況。具體實(shí)施例方式圖1中，1、2、3和4分別表示所述光纖的纖芯中央圓形分層、第一環(huán)形分層、第二環(huán)形分層和外包層，5、6、7和8分別表示纖芯中央圓形分層半徑a、第一環(huán)形分層寬度H,和第二環(huán)形分層寬度H2，n。表示所述纖芯中央圓形分層的最大折射率，n,和n2分別表示所述第一環(huán)形分層和所述第二環(huán)形分層的均勻折射率，n。,表示所述外包層的均勻折射率。所述第一環(huán)形分層、所述第二環(huán)形分層和所述外包層的折射率基本上都是均勻的。所述第一環(huán)形分層A,〈0;所述第二環(huán)形分層A,0。表1給出所發(fā)明全波非零色散平坦單模光纖的一種較佳實(shí)施例的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>適用于CWDM通信系統(tǒng)的全波非零色散平坦單模光纖，是本發(fā)明的另一種特例。其主要性能特征是在1300nm到1625nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，色散滿足0.1ps/nm-km《D《9.0ps/nm-km;在1550nm波長(zhǎng)下，有效截面不小于50)^m2。其主要結(jié)構(gòu)特征是純Si02的所述纖芯中央圓形分層(相當(dāng)于a》100)以及摻雜Si02的所述第一環(huán)形分層和所述第二環(huán)形分層。表3給出所述光纖的一種較佳實(shí)施例的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。表3.<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本專利所涉及的正色散的全波非零色散平坦單模光纖，與負(fù)色散的全波非零色散平坦單模光纖聯(lián)合使用，色散互補(bǔ)，可以顯著降低通信系統(tǒng)色散補(bǔ)償成本。所述纖芯中央圓形分層的折射率剖面基本上是a折射率剖面，包含與該剖面相近的光傳輸性能相似的其他折射率剖面。所述第一環(huán)形分層、^述第二環(huán)形分層以及所述內(nèi)包層基底材料基本上是均勻的，包含光傳輸性能相似的接近于均勻的其他折射率剖面。光纖折射率剖面賣際上可由多層沉積組成；沉積層數(shù)因制造方法而異，少則幾層，多到幾百層。纖芯中央圓形分層的光滑折射率剖面可看作無(wú)窮多層階躍型折射率剖面的極限情況。由于工藝原因光纖折射率剖面在軸線附近會(huì)有不大的中心凹陷。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員都知道，不大的中心凹陷不會(huì)嚴(yán)重影響光纖基本性能。當(dāng)所述中心凹陷深度和倒置錐形底面半徑都很小其影坰可以不計(jì)時(shí)，可看成1S限情況無(wú)中心凹陷。'表中所列數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于下述條件所述纖芯中央圓形分層有光滑的a折射率剖面，無(wú)中心凹陷，所述其他各分層和各包層的折射率剖面是理想的階躍型折射率剖面，當(dāng)實(shí)際情況與所述條件稍有差異時(shí)，有關(guān)數(shù)據(jù)與表列對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)稍有不同。本發(fā)明所涉及的全波非零色散平坦單模光纖，以發(fā)明人所提出的一系列理論和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)，正色散單模工作波長(zhǎng)范圍寬，色散特性平坦，色散最大值和最小值差距小，超越了迄今為止的各種現(xiàn)有光纖，接近于現(xiàn)有條件下石英光纖的理論極限。前面提供了對(duì)較佳實(shí)施例的描述，使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員可使用或利用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的各種修改對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是顯而易見的，可把這里所述的總的原理應(yīng)用到其他實(shí)施例而不使用創(chuàng)造性。因而，本發(fā)明將不限于這里所示的實(shí)施例，而應(yīng)依據(jù)符合這里所揭示的原理和新特征的最寬范圍。權(quán)利要求1、一種全波非零色散平坦單模光纖，該光纖由纖芯圓形中央分層、包覆在所述纖芯圓形中央分層上的第一環(huán)形分層、包覆在所述第一環(huán)形分層上的第二環(huán)形分層以及包覆在所述第二環(huán)形分層上的均勻外包層組成。所述纖芯圓形中央分層相對(duì)于均勻外包層的相對(duì)折射率差為Δ0，半徑為a；所述第一環(huán)形分層相對(duì)于均勻外包層的相對(duì)折射率差為Δ1，寬度為H1；所述第二環(huán)形分層相對(duì)于均勻外包層的相對(duì)折射率差為Δ2，寬度為H2。所述纖芯圓形中央分層的折射率剖面基本上是α剖面，所述第一環(huán)形分層和所述第二環(huán)形分層的折射率基本上是均勻的，所述第一環(huán)形分層的折射率低于所述均勻外包層的折射率，其特征在于所述纖芯圓形中央分層、所述第一環(huán)形分層、所述第二環(huán)形分層以及所述均勻外包層的折射率剖面形狀、相對(duì)折射率差和半徑或?qū)挾鹊倪x擇可保證在波長(zhǎng)范圍1300～1625nm內(nèi)，色散在0.1ps/nm-km和12.0ps/nm-km之間；在波長(zhǎng)1550nm下，有效截面Aeff≥50μm2。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于所述纖芯圓形中央分層a折射率剖面取a>5，A。=0.390.74%，a=3.26~5.60,。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于所述纖芯第一環(huán)形分層H,=1.72~5.27,，Af-0.12—1.08%;所述纖芯第；環(huán)形力、層H產(chǎn)2.96~10.00,，A2=0.28~0.80%。.4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于在波長(zhǎng)范圍1300~1625nm內(nèi)，色散在2.0ps/nm-km禾口ll.Ops/nm-km之間。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖，其特征在于波長(zhǎng)1550mn下，有效截面Aeff》55,2。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖，其特征在于所述纖芯圓形中央分層由純石英組成的均勻折射率剖面，A(f0.490.68。/c),a=3.99~5.13fim。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖，其特征在于所述纖芯第一環(huán)形分層札=2.05~3.61|im，Af-0.30~-0.91%;所述纖芯第二環(huán)形分層H'產(chǎn)3.59~7.39)ifn，A2=0.33~0.670/o。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于在波長(zhǎng)范圍1300—1625nm內(nèi)，色散在0.1ps/nm-km和9.0ps/nm-km之間。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖，其特征在于所述纖芯圓形中央分層由純石英組成的均勻折射率剖面，A=0.43~0.68%，a=3.564.88拜。10、根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖，其特征在于所述纖芯第一環(huán)形分層=2.314.44)Lim，厶，=-0.14~-0.52%;所述纖芯第二環(huán)形分層H產(chǎn)3.52~8.39,，A2=0.25~0.59%。全文摘要本發(fā)明公開的全波非零色散平坦單模光纖，包含纖芯圓形中央分層、第一環(huán)形分層、第二環(huán)形分層以及均勻外包層，第一環(huán)形分層的折射率低于均勻外包層的折射率，各分層的折射率剖面形各分層的折射率剖面形狀、相對(duì)折射率差和半徑或?qū)挾鹊膬?yōu)化選擇可保證在波長(zhǎng)范圍1300～1625nm內(nèi)，色散在0.1ps/nm-km和12.0ps/nm-km之間；在波長(zhǎng)1550nm下，有效截面A<sub>eff</sub>≥50μm<sup>2</sup>。根據(jù)DWDM、CWDM等通信系統(tǒng)的不同要求，光纖性能可以在上述范圍的不同區(qū)間內(nèi)變化。文檔編號(hào)G02B6/02GK101169497SQ20061011742公開日2008年4月30日申請(qǐng)日期2006年10月23日優(yōu)先權(quán)日2006年10月23日發(fā)明者汪業(yè)衡申請(qǐng)人:汪業(yè)衡