專利名稱：色散連續(xù)變化的纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳輸領(lǐng)域，更具體地說，涉及光纖傳輸系統(tǒng)中的色散補(bǔ)償和色散斜率。
在高速率和波分復(fù)用的新傳輸網(wǎng)絡(luò)中，控制色散，尤其是控制大于或等于10Gbit/s的速率是很有益處的；對于所有的波分復(fù)用來說，目標(biāo)是獲得一種在鏈接上幾乎零累積色散，以便限制脈沖展寬。在整個傳輸系統(tǒng)上，有幾百個ps/nm色散累積值是可以接受的。同樣有益的是防止在系統(tǒng)中使用的波長的附近出現(xiàn)色散零值，對其來說，非線性效應(yīng)更為重要。最后，人們同樣感興趣的是限制多路復(fù)用范圍內(nèi)的色散斜率，以便防止或限制多路傳輸信道之間的失真。這種色散補(bǔ)償和色散斜率問題對具有高速率傳輸系統(tǒng)非常突出，對于具有40Gbit/s信道速率的波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)來說尤為典型。更加嚴(yán)重的問題是帶寬增加并達(dá)到大于或等于30nm，甚至35nm。
人們傳統(tǒng)地使用被稱為SMF的纖維(是英文“Single ModeFiber”單模光纖的縮寫)作為光纖傳輸系統(tǒng)中的線路纖維。申請人以標(biāo)號ASMF200銷售具有在1300和1320nm之間的色散消除波長λ0和具有一種在1285-1330nm的范圍內(nèi)的小于或等于3.5ps/(nm.km)，并且在1550nm處為17ps/(nm.km)的色散的階躍折射率單模纖維。在1550nm色散斜率約為0.06ps/(nm2.km)。
在市場上同樣出現(xiàn)色散位移纖維或DSF(是英文“Dispersionshifted fiber”的縮寫)。這些纖維在傳輸中使用的傳輸波長上色散明顯是零，該波長通常不同于石英色散明顯是零的1.3μm的波長，也就是說，石英色散不是零，要補(bǔ)償—由此使用偏移術(shù)語—通過增大纖芯和光纖包層之間的折射率偏差Δn。這種折射率偏移可使波長偏移，在該處色散是零；當(dāng)制造預(yù)制棒時，通過向預(yù)制棒中摻雜獲得這種折射率差，例如用已知的在此并未詳細(xì)描述的MCVD方法。
人們用NZ-DSF+(是英文“non-zero dispersion shifted fiber”的縮寫)形容偏移色散纖維，對于使用的纖維波長具有一種非零并且正的色散。對于波長來說，這些纖維具有一種在1550nm小于10ps/(nm.km)的弱色散，和一種在0.04和0.1ps/(nm2.km)之間的色散斜率。
法國專利FR-A-2790107提出一種線形纖維，完全適用于密集的波分復(fù)用傳輸，對于每信道10Gbit/s的速率具有一個100GHz的信道之間的間隔；這種纖維對于1550nm的波長具有一種大于或等于60μm2有效表面積，一種在6-10ps/(nm.km)之間的色散，和一種小于0.07ps/(nm2.km)的色散斜率。
為了補(bǔ)償SMF或NZ-DSF+纖維中的色散和色散斜率，人們知道使用短長度色散補(bǔ)償纖維DCF(英文是Dispersion CompensatingFiber)。該傳輸系統(tǒng)的一個實(shí)施例，在該實(shí)施例中，SMF線形纖維中色散通過在M.Nishimura et autres，Dispersion compensating fibersand their applications，OFC’96 Technical Digest ThA1中描述DCF纖維補(bǔ)償。這種色散補(bǔ)償纖維的使用在L.Grüner-Nielsen et autres，Large volume Manufacturing of dispersion compensating fibers，OFC’98 Technical Digest TuD5中同樣提及過。這種纖維的缺陷是成本高。
在不同專利中描述過一些DCF纖維。在臨近1550nm波長，這些纖維具有一種負(fù)色散，補(bǔ)償線形纖維中累積的色散，上述纖維可具有一種負(fù)色散斜率，補(bǔ)償線形纖維色散正斜率。US-A-5 568 583或US-A-5361 319提出一種DCF纖維，補(bǔ)償一種在1550nm約17ps/(nm.km)色散的SMF纖維色散。WO-A-99 13366，EP-A-0 674 193還有US-A-5838 867提供有關(guān)偏移色散纖維的色散補(bǔ)償纖維的其它實(shí)施例。這些DCF纖維的問題是它們的費(fèi)用，以及進(jìn)入系統(tǒng)中后衰減。
曾以DMF名稱提出過(英文“Dispersion Managed Fiber”的縮寫或是色散管理纖維)隨著長度變化的色散纖維。這種纖維是使用色散補(bǔ)償纖維的一種變型。提出的一種解決方案是形成一種帶有鄰接部分的纖維，具有相反的色散和色散斜率，以及盡可能短的不同部分之間的過渡區(qū)。在EP-A-0 737 873，US-A-5 887 105，EP-A-0 949 520，EP-A-0 949 519，WO-A-99 57822，WO-A-99 42869中特別提出了這種纖維。它可限制非線性效應(yīng)，色散保持很強(qiáng)狀態(tài)，在長度短的過渡區(qū)中的除外；各部分長度和各部分色散的選擇可控制全部纖維的色散。
T.J.Atwood et W.K.Adcox，Designing a large effective area fiberfor submarine systems(NFOEC’99，National Fiber Optics EngineerConference)強(qiáng)調(diào)有效表面積對減少非線性效應(yīng)的重要性；該文獻(xiàn)指出對于SMF纖維非線性相互作用有效長度約是20km。該文獻(xiàn)同樣提出一種傳輸系統(tǒng)理想的色散分布。
對于孤子型的RZ信號傳輸來說，同樣提出隨纖維長度按指數(shù)律的縮小傳輸纖維色散；這些纖維被稱為DDF(英文是Dispersiondecreasing Fiber逐漸減小色散的纖維)。當(dāng)沿著光纖傳播時，盡管信號減弱，沿著纖維色散的這種變化可保留一種孤子狀態(tài)。EP-A-0 664464提出一種纖維，在纖維兩端之間的折射率分布逐漸變化。為了能以孤子狀態(tài)傳輸，在纖維的一端有正色散，另一端有零色散或極弱色散。通過制造帶有可變折射率的預(yù)制棒獲得纖維，以便在拉制纖維后獲得一種恒定直徑的纖維。纖維作為孤子信號傳輸系統(tǒng)中線形纖維被使用。EP-A-0 789 256同樣提出一種孤子狀態(tài)傳輸?shù)闹饾u縮小的色散纖維。與其使纖維特點(diǎn)連續(xù)變化，該文獻(xiàn)提出沿著纖維準(zhǔn)備一些色散不連續(xù)跳變，以便接近纖維色散指數(shù)律縮小。WO-A-98 25861提出一種階躍折射率光纖的制造方法。
EP-A-0 518 749提出一種具有可變傳播特點(diǎn)的階躍折射率光纖，目標(biāo)是通過布里淵散射效應(yīng)減少后向散射，尤其是當(dāng)注入纖維中光強(qiáng)度增大時。因此提出沿著纖維改變芯徑，纖芯折射率，玻璃成分，和纖芯中的殘留電壓。實(shí)施例中提出的變化是一些周期性變化。
在現(xiàn)有技術(shù)中，特別是在該文獻(xiàn)中提出的逐漸縮小的色散光纖適合于孤子信號。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的問題是在傳輸系統(tǒng)中色散補(bǔ)償問題，尤其是在非孤子信號地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)中的色散補(bǔ)償問題。本發(fā)明提出一種解決方案，可限制傳輸系統(tǒng)中全部色散補(bǔ)償，并提供所需要的色散補(bǔ)償光纖長度。在現(xiàn)有技術(shù)中提出的，并已在本發(fā)明某些實(shí)施方式中得到解決的另一個問題是光纖的制造問題，其傳播特點(diǎn)是隨長度變化的；WO-A-98 25861中提出的解決方案涉及皺形錐度的補(bǔ)償，這使制造過程復(fù)雜化。
光纖被作為傳輸系統(tǒng)中兩個中繼器之間的管段始端的線形纖維使用；當(dāng)光纖傳輸信號具有大功率時，臨近光纖第一端的色散值可限制非線性效應(yīng)。色散的衰減可向色散較弱的線形光纖轉(zhuǎn)換—這可構(gòu)成光纖的一部分。整個光纖具有一種比現(xiàn)有技術(shù)中的線形光纖還要弱的累積色散，這樣限制了色散補(bǔ)償?shù)男枰?br> 更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明提出一種在其第一端具有+6和+17ps/(nm.km)之間的色散和在第二端具有+3和+14ps/(nm.km)之間的色散的光纖；在光纖第一端的色散和在光纖第二端的色散之間的差大于或等于2.5ps/(nm.km)并且色散沿著光纖連續(xù)變化。
最好是光纖在臨近其第一端具有第一部分，其中色散平均大于或等于6ps/(nm.km)。第一部分可具有的長度大于或等于10km；在第一部分中，色散縱向變化率最好是在-1.4和+0.1ps/(nm.km2)之間。
在本發(fā)明實(shí)施例中，沿著光纖的色散變化率明顯恒定。該比例可在-1.4和-0.05ps/(nm.km2)之間。
同樣可提供實(shí)質(zhì)上完全在光纖一部分中進(jìn)行色散變化，該部分光纖具有的長度小于光纖的整個長度。在第一個實(shí)施例中，色散逐漸下降的光纖部分的長度是在10和35km之間。在這種情況下，最好是在色散逐漸降低的光纖部分中的色散縱向變化率在-1.4和-0.07ps/(nm.km2)之間。
同樣可能的是色散逐漸下降的光纖部分的長度在1和5km之間。在這種情況下，有益的是在色散逐漸降低的光纖部分中的色散縱向變化率在-14和-0.5ps/(nm.km2)之間。
在任何情況下，光纖在臨近其第二端具有第二部分，其中色散小于或等于14ps/(nm.km)。第二部分可具有的長度大于或等于1km。
有益的是光纖完全具有一個矩形折射率分布，具有一個耗盡溝(tranchée deprimée)和一個環(huán)。最好是矩形、耗盡溝和環(huán)的半徑沿著光纖是相同的。
本發(fā)明同樣提出一種至少有一個接收機(jī)和這種光纖的傳輸系統(tǒng)，該光纖通過其第一端接收接收機(jī)中的放大信號。人們還可提供一種基本上恒定色散光纖，它與該光纖的第二端連接。


圖1，使用本發(fā)明光纖的傳輸系統(tǒng)的示例；圖2，在本發(fā)明實(shí)施例中，隨光纖長度的變化而變化的色散、色散斜率和模半徑的示意圖；圖3，本發(fā)明一種光纖分布圖的一般形狀；圖4，是圖2光纖傳播特點(diǎn)的示意圖；圖5，是與圖2中一樣的一種光纖，在圖1同類型的系統(tǒng)中四種光波混合效率曲線圖；圖6、圖7和圖8，是本發(fā)明光纖的第二實(shí)施方式，與圖2、圖4和圖5類似的示意圖。
在后面描述了本發(fā)明各種實(shí)施方式。在第一實(shí)施方式中，參照圖2至圖5，描述了沿著光纖的色散變化率從光纖的一端到另一端是恒定的。在第二實(shí)施方式中，參照圖6至圖8，描述了色散在光纖一部分中變化較大；換句話說，色散的變化不是沿著光纖平均分布，而是比較定位。在這些實(shí)施方式中，光纖不具有接頭通過拉制皺形可被獲得，通過CVD或VAD(摻雜層的厚度和/或摻雜劑的比例)，其摻雜特性將沿著其軸心變化。在MCVD的情況下，人們獲得在10km或更長的光纖中可產(chǎn)生的色散變化。所以MCVD特別適合具有固定并相對弱的色散縱向變化率的光纖制造。在VAD的情況下，人們獲得在1km或更長的光纖中可產(chǎn)生的色散變化。因此，VAD尤其適合限制區(qū)域的光纖的制造，在此，色散有較大比率的變化。
通過拉制皺形也可獲得光纖，用磨削法改變纖芯，用非固定速率等離子體沉積法回填纖芯，正如EP 0737873 A2中描述的一樣；人們在拉制的光纖中遇到拉制光纖長度約1至5km時典型的光特性巨變，色散縱向變化率停留在下面提及的范圍內(nèi)。
在改變纖芯的一種預(yù)制棒中，正如沿著預(yù)制棒的沉積特性變化的纖芯，可防止光纖封裝所引起的損失。沿著光纖沒有接頭是專業(yè)人員可得出的一個特點(diǎn)，用光纖直觀檢查和光纖中傳播特性分析一個接頭可導(dǎo)致一種色散間斷變化。在接頭處，從接頭的第一光纖色散值向接頭的第二光纖色散值轉(zhuǎn)變。
相反，在使預(yù)制棒特性改變的同時，可以說沿著拉制光纖的色散是連續(xù)的，—即在幾厘米長的色散沒有標(biāo)出變化。上面提出的特征距離至少按公里計(jì)算。
臨近其第一端，即在其光信號輸入端，光纖具有一個較大的色散。由于臨近其第一端的光纖的高色散值，F(xiàn)WM(Four Wave Mixing)非線性效應(yīng)和交叉相位調(diào)制效應(yīng)XPM在放大時受到限制；從該觀點(diǎn)上看，臨近光纖第一端的色散值最好接近傳統(tǒng)的線形光纖的色散值，如一種SMF或NZ-DSF光纖。本發(fā)明光纖可與中繼器輸出連接，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線形光纖，從而避免非線性效應(yīng)超量增大?；谶@種觀點(diǎn)不再需要匹配中繼器連接本發(fā)明光纖。
有益的是，光纖中平均色散大于+6ps/(nm.km)值，在至少為10km的長度上。這種色散閾值和長度可根據(jù)輸入信號功率和非線性效應(yīng)進(jìn)行選擇正如上面提及的Atwood和Atcox文章中說明的那樣，非線性效應(yīng)取決于有效表面積、信號強(qiáng)度和色散；其入射將隨著傳播長度減弱；所以當(dāng)信號功率級降低時，在有足夠的傳播距離之后，才可能做到降低色散值。該色散值的下降不導(dǎo)致由于非線性效應(yīng)引起大量的損失。在光纖的第一部分，色散并非必須是恒定的它可增大或降低。這對于縱向變化率絕對值小于0.6ps/(nm.km2)是合適的。其實(shí)，調(diào)整光纖第一部分的色散一方面是為了使因非線性效應(yīng)造成的損失小于由傳輸系統(tǒng)特性確定的某些閾值，另一方面是為了使累積的色散保持最低。所以局部色散應(yīng)在光纖第一部分中緩慢變化，以便滿足這兩個限制。然而有利的是在光纖第一部分色散緩慢減少(絕對值比率小于+0.6ps/nm2/km)，以便使在該部分累積的色散最小化，條件是線性效應(yīng)保持在上述閾值以下。
色散可隨后減少。比光纖第一部分還要小的色散值的這種調(diào)整限制了在剩余光纖和管段中累積的色散。其實(shí)將指出可能的是光纖與較弱色散的光纖連接—正如第一實(shí)施方式中的實(shí)施例—或光纖具有較弱色散部分直至其第二端，正如第二實(shí)施方式中描述。圖2中的分布可由色散光纖的部分完成。
光纖輸出端色散值取決于傳輸系統(tǒng)。該色散值要有足夠的高，以便限制非線性效應(yīng)下限為2.5ps/(nm.km)較合適。光纖第二端色散值小于光纖第一端色散值，以便降低光纖長度上的累積色散值。在第一端色散值與第二端色散值之間的差大于或等于2.5ps/(nm.km)保證了累積色散的一個良好的減少。在考慮第一部分色散平均值的同時，人們可使第一部分色散平均值和光纖第二端色散值之間的差大于或等于2.5ps/(nm.km)。
圖1給出本發(fā)明傳輸系統(tǒng)示意圖。在圖上用TX1表示一個發(fā)射機(jī)，用RX2表示接收機(jī)。用多個線形光纖段41至4n連接這兩個部件。這里由線形光纖可想到光纖將沿著傳輸系統(tǒng)擴(kuò)展，其長度顯然與系統(tǒng)長度一致。在光纖段之間放置中繼器51至5n-1。一個中繼器包括一個鉺摻雜光纖放大器；人們可同樣準(zhǔn)備一個色散補(bǔ)償光纖部分7i。在圖上未提及濾波器和有關(guān)本發(fā)明運(yùn)行的無直接影響的其它部件。
至少一個線形光纖段—最好所有段—由本發(fā)明某一部分9i形成，并與一個中繼器的輸出端連接，而后是具有基本恒定色散的光纖部分10i。
圖中傳輸系統(tǒng)運(yùn)行如下。在中繼器5i-1中放大傳輸信號；在中繼器輸出端，信號首先通過光纖第一部分9i傳輸，其中色散足夠升高以便限制非線性效應(yīng)；然后信號傳輸?shù)降诙糠?，其中色散迅速降低。然后信號穿過線形光纖第二部分10i，在此被傳輸?shù)较乱粋€中繼器。
在圖1的系統(tǒng)中線形光纖段中累積的色散比在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的弱。通過比較一個使用NZ-DSF光纖的線形光纖的傳輸系統(tǒng)，在1550nm的色散約8ps/(nm.km)。對于100km的中繼器之間的一段來說，在1550nm信道上累積色散約800ps/(nm.km)；在1550nm色散斜率接近0.058ps/(nm2.km)，在兩個30nm間隔的信道，其中一個軸心信道為1550nm，另一個為1580nm之間的累積色散差約為174ps/nm。
觀察圖1中的一個系統(tǒng)。第一段9i的光纖的全長20km；在其第一端，具有9ps/(nm.km)的色散，和在其第二端具有4ps/(nm.km)的色散。在1550nm的色散在一個20km長度上以-0.125ps/(nm.km2)的速率從9ps/(nm.km)逐漸降至6.5ps/(nm.km)；光纖第二部分是一種在1550nm4ps/(nm.km)恒定色散的NZ-DSF光纖。該段累積色散在1550nm約為475ps/(nm.km)。光纖第一部分9i色散的平均斜率在1550nm約為0.042ps/(nm2km)，而在第二部分的光纖10i中約為0.024。在整個段上，在一個1550nm和一個1580nm的兩個分開30nm的信道之間累積色散差約為83ps/(nm.km)。
與作為比較部件使用的傳輸系統(tǒng)相比，本發(fā)明可限制所需色散補(bǔ)償光纖長度，補(bǔ)償線形光纖中累積色散，因此減少線形損失。例如，一種在1550nm的光纖DCF特征為色散為-100ps/nm/km和衰減0.5dB/km，本發(fā)明可減少系統(tǒng)中需使用的色散光纖長度約系數(shù)1.7，可縮小約1.63dB的線形損失。通過減少每個中繼器中的其中具有色散補(bǔ)償光纖的光纖長度獲得該減少，但人們可減少傳輸系統(tǒng)中色散補(bǔ)償光纖段的數(shù)量。
在此將指出人們可準(zhǔn)備一個繼器輸出端和圖1光纖之間的恒定色散光纖段；這樣不會影響本發(fā)明光纖的功能，并提高了累積色散以及光纖之間的接頭數(shù)量。同樣很清楚人們可使用另一類型的色散補(bǔ)償裝置，而不是色散補(bǔ)償光纖，如布拉格網(wǎng)絡(luò)或其它網(wǎng)絡(luò)；同樣可能的是色散補(bǔ)償光纖將作為線形光纖使用。在任何情況下，本發(fā)明可限制需補(bǔ)償?shù)睦鄯e色散。
在圖1的實(shí)施例中，第二部分的光纖10i同樣可并入本發(fā)明光纖9i中。這樣可限制因兩個光纖部分接頭所產(chǎn)生的損失。
現(xiàn)在給出一種實(shí)施方式來描述本發(fā)明光纖最佳傳輸特點(diǎn)。這些傳播特點(diǎn)在1550nm被測試，除非另外指出-在2m上測試的截止波長小于1550nm；-光纜截止波長小于1300nm；-有效表面積大于40μm2，最好是大于45μm2；-微彎靈敏度小于1，或最好小于或等于0.5；-模直徑大于4μm；-半徑為30mm的100圈的彎曲損耗小于103dB；-一個10mm的環(huán)的彎曲損耗小于20dB/m。
根據(jù)UIT-T G650標(biāo)準(zhǔn)，有效截止波長小于1550nm，保證C和L帶中光纖單模性能。通過與基準(zhǔn)為ASMF 200市場銷售的光纖相比較，相應(yīng)評估了光纖的微彎靈敏度；人們可使用兩個柵格之間光纖的壓縮法。
用測試由光纖繞組所產(chǎn)生的損失的已知形式評估彎曲損耗。例如可圍繞一個半徑30nm的套管纏繞100圈光纖，并測試因繞組引起的損耗；人們同樣可圍繞半徑10nm的套管簡單地形成一個光纖圈，并測試線性損耗。彎曲損耗的限制保證了本發(fā)明光纖安裝在電纜中時具有很好的承受力。
圖2給出一個色散、色散斜率和模半徑根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中光纖長度的示意圖。在曲線圖上，縱坐標(biāo)標(biāo)出色散以ps/(nm.km)，模直徑W02以μm，和色散斜率以ps/(nm2.km)為單位。橫坐標(biāo)標(biāo)出光纖長度km。從在圖的左面的光纖第一端開始測試光纖長度。
如圖中所示，色散連續(xù)變化，并有規(guī)律地在第一端從9ps/(nm.km)值起，直至第二端6.5ps/(nm.km)值。該逐漸縮小與色散變化率-0.125ps/(nm.km2)相符。色散斜率在0.053ps/(nm2.km)至0.031ps/(nm2.km)之間變化。模直徑在光纖整個長度上基本恒定，接近值4μm。Aλ＝1.55μm，色散與色散斜率平均值分別為7.8ps/(nm.km)和0.042ps/(nm2.km)。通常，光纖可具有10至35km的長度，色散縱向變化率在-1.4和-0.05ps/(nm.km2)之間。這些數(shù)值保證光纖兩端色散的變化是在2.5和14ps/(nm.km)之間。
圖3示出本發(fā)明光纖設(shè)定點(diǎn)折射率分布示意圖；如上所示，在該實(shí)施例中，折射率分布是矩形折射率分布，有一個隱藏溝和一個環(huán)；通過具有恒定半徑的折射率值的變化，很容易獲得沿著光纖的色散變化。從光纖中心開始折射率分布具有-一個基本恒定的折射率大于或等于包層折射率的中心部分；-一個小于或等于包層折射率的折射率環(huán)形部分；構(gòu)成折射率分布的整體被稱為“帶有一個隱藏溝或凹陷溝的矩形”。
圍繞隱藏溝，圖3具有一個環(huán)，即大于包層折射率的折射率部分，由此產(chǎn)生帶有一個隱藏溝和一個環(huán)的矩形折射率分布。以下圖表給出折射率值和可獲得圖2光纖的半徑。人們用r1表示光纖中心部分的半徑，r2表示隱藏溝外部半徑，r3表示環(huán)外部半徑。
分別用Δn1，Δn2和Δn3表示矩形，隱藏部分和環(huán)的折射率與包層相比的差。
以下圖表給出圖2光纖兩端的參數(shù)值的差。圖表中示出在使隱藏層折射率變化時很容易獲得的光纖光特性變化情況。當(dāng)構(gòu)成一種預(yù)制棒時可獲得這種折射率變化，通過連續(xù)改變MCVD或VAD摻雜階段沉積層的摻雜劑。光纖分布變化被說成是前述的“連續(xù)”；在實(shí)踐中，這種“連續(xù)性”是制造預(yù)制棒時摻雜物控制系統(tǒng)的屬性。在實(shí)際操作中，發(fā)現(xiàn)拉制光纖的光特性沿著光纖連續(xù)發(fā)生變化。

圖4給出圖2其它光纖傳播特性的一種圖形表示。與圖2類似，橫坐標(biāo)標(biāo)出的是光纖的長度?？v坐標(biāo)是彎曲損耗，有效表面積以及理論上的截止波長。曲線圖示出沿著光纖的這些不同參數(shù)變化較小。
圖5示出頻率偏差等于50GHz和各信道功率為20dBm的兩個信道沿L長度的4種波混合效率的示意圖。圖5中的插圖用圖形說明4波混合相互作用的過程，通過具有p功率f1和f2頻率的兩個信道的相互作用，致使P3功率的f3＝2f1-f2和f4＝2f2-f1頻率生成。所進(jìn)行的計(jì)算是針對由Lkm實(shí)施例光纖和具有+4ps/nm/km色散的(100-L)km光纖構(gòu)成100km全段長度，具有43μm2的有效表面積。水平線表示在100km的光纖中4波混合效率的高度，其特點(diǎn)是色散+7.5ps/(nm.km)和有效表面積為60μm2。
圖5示出一個由20km實(shí)施例光纖和80km具有恒定色散+4ps/nm/km和有效表面積43μm2為特點(diǎn)的光纖構(gòu)成的100km的段具有的4波混合級，與具有恒定色散+7.5ps/(nm.km)和有效表面積為60μm2的100km光纖相比較。
在第一段(20km實(shí)施例光纖+80km具有恒定色散+4ps/nm/km和有效表面積43μm2的光纖)中，累積色散是475ps/nm。而連接的第二光纖和本發(fā)明光纖的平均色散斜率分別為0.024ps/(nm2.km)和0.042ps/(nm2.km)，人們在100km段上獲得一種平均色散斜率為0.0276ps/(nm2.km)。在兩個分開30nm的信道，一個集中在1550nm，一個集中在1580nm，之間的累積色散差約為83ps/nm。
作為比較，在+7.5ps/nm/km的100km光纖段中，其特點(diǎn)是色散斜率為0.058ps/nm2/km，在段末端累積的色散是750ps/nm，在兩個分開30nm信道，一個1550nm，一個1580nm，之間的累積色散差約為174ps/nm。使用圖2中光纖可大量減少線形光纖中累積的色散。
如果用一種在1550nm具有-100ps/nm/km的色散和0.5dB/km的衰減的DCF光纖來補(bǔ)償累積色散，本發(fā)明可減少用于系統(tǒng)的補(bǔ)償光纖長度，系數(shù)約1.6，并可縮小線性損耗約1.4dB。使用本發(fā)明光纖的另一益處是，由于段的第二部分中使用了弱色散的光纖，所以大大減少平均色散斜率。
如上所示，本發(fā)明中還可包括用于傳輸系統(tǒng)的弱色散的光纖。該解決方案避免了形成線形光纖的接頭。
現(xiàn)在參照圖6、圖7和圖8描述本發(fā)明的兩個實(shí)施方式。如上所示，在第二個實(shí)施方式中，沿著光纖的色散變化沒有規(guī)律，但集中在具有長度小于光纖全長的一部分光纖。
圖6與圖2類似。示出臨近第一端，光纖具有第一部分，其中色散變化較慢。臨近第二端，光纖具有第二部分，其中色散明顯恒定。在這兩部分之間，色散以比在第一部分中大的縱向變化率逐漸縮小。具體地說，更有益處的是，第一部分具有一個大于或等于10km的長度，和一個色散縱向變化率在-0.6和+0.1ps/nm/km2之間。對于本發(fā)明來說，色散如同圖2實(shí)施例中的逐漸縮小并非必不可少的。
臨近第二端，光纖具有第二部分；色散小于4ps/(nm.km)。光纖中累積色散小于現(xiàn)有技術(shù)中光纖的色散；由于信號功率在該部分光纖中非常有限，非線性效應(yīng)并沒有造成損耗。同樣有益處的是第二部分中總是大于3ps/(nm.km)；色散正如實(shí)施例中一樣為恒定的是仍然并非必不可少的。
在兩部分之間，色散逐漸縮小，其變化率在-14和-0.5ps/(nm.km2)之間。在上述光纖的兩個部分之間的1至5km的距離上，規(guī)定色散降低至少+2.5ps/(nm.km)，最多+14ps/(nm.km)來確定這些界限。用這些數(shù)值，當(dāng)?shù)诙糠珠L度為75km，光纖兩部分之間色散縮減保證了減少累積色散至少225ps/nm，最多1050ps/nm。Aλ＝1.55μm，色散與色散斜率平均值分別為4.15ps/nm/km和0.024ps/nm2/km。該實(shí)施例與通過EP-A-0737 873中描述的方法制造預(yù)制棒或通過VAD制造預(yù)制棒的益處相一致。在用MCVD獲得的一種光纖的情況下，色散也可以在10至35km上變化，縱向變化率在-1.4和-0.07ps/(nm.km2)之間。
對于下述圖表中給出的參數(shù)值來說，用圖3的分布圖便可獲得這些特點(diǎn)。線(I)給出光纖第一端的值，線(II)給出第一部分末端的值，線(III)給出第二部分中的值。半徑r1，r2，r3在某一區(qū)域的開始和結(jié)尾之間發(fā)生變化并具有類似幾何形狀。這些半徑在區(qū)域(I)的開始和結(jié)尾(從折射率分布I過度到折射率分布II)和區(qū)域(II)的開始和結(jié)尾(從折射率分布II過度到折射率分布III)之間縮小約系數(shù)1.035。區(qū)域(III)保留折射率分布III。通過在使與區(qū)(I)和區(qū)(II)相應(yīng)的預(yù)制棒階段中以線性方式改變表面涂敷直徑，可獲得這種半徑變化。在這個實(shí)施例中，對于一個直徑60mm涂敷表面，區(qū)(I)在光纖上有一個19km的長度，與一個預(yù)制棒的9cm長度相對應(yīng)，而區(qū)(II)1km光纖的長度與0.4cm預(yù)制棒長度相對應(yīng)。

圖7與圖4類似。示出彎曲損耗、有效表面積和理論截止波長的縱向和位置變化。
圖8與圖5類似。示出根據(jù)兩個信道沿L長度4波混合效率示意圖，該兩信道由50GHz頻率偏差分開和有20dBm信道功率。通過使區(qū)(I)+(II)的L長度變化，對于100km整段的長度進(jìn)行計(jì)算。水平線指出100km光纖中4波混合效率級，其特點(diǎn)是色散為+7.5ps/nm/km和有效面積為43μm2。當(dāng)區(qū)(I)+(II)的長度是15km時，圖8示出實(shí)施例光纖有一個4波混合級可與100km光纖的相對應(yīng)，其特點(diǎn)是色散為+7.5ps/nm/km和有效面積為43μm2。
在這個實(shí)施例中，累積色散是440ps/nm。在兩個間隔30nm的信道，一個1550nm和一個1580nm之間的色散差約為72ps/nm。這些數(shù)值需要與一種傳統(tǒng)線形光纖進(jìn)行比較，如上所述。
在兩個實(shí)施方式之一的實(shí)施例中，光纖是一個部件并從同一預(yù)制棒得到。通過CVD或VAD方法，如在第一實(shí)施方式的實(shí)施例中一樣，其中Δn2折射率從0逐漸降到-1.9×103，通過使預(yù)制棒摻雜層厚度發(fā)生線性變化，人們可以達(dá)到傳輸特性縱向和連續(xù)的變化。傳輸特性縱向變化取決于折射率分布的變化。
對于光纖接頭相比，這種解決方案避免產(chǎn)生大量不同色散的光纖的技術(shù)問題—與圖2分布相近似。另外，這種解決方案避免所有接頭光纖的接頭損耗。實(shí)際上應(yīng)對同一模直徑光纖允許有0.1dB/m的接頭損耗。在第二實(shí)施方式中，對于光纖第一部分來說，使用一種連接的光纖除剛提及的缺陷外，具有不能使前20km上的色散縮小的缺陷。然而，正象第二實(shí)施方式中一樣，在第一部分中色散逐漸縮小可減少累積色散近50ps/nm。在用一種恒定色散的光纖代替該實(shí)施例中的光纖時，人們能得到減少50ps/nm，它將需要大于或等于+9ps/(nm.km)的色散，以便保證在段開端的相同累積非線性，在此信號功率最大。
仍然可以使用其它技術(shù)如EP 0737873A2描述的一樣，獲得本發(fā)明的光纖。例如人們可進(jìn)行磨削預(yù)制棒中心部分，而后是石英等離子體沉積，以便最后獲得一種恒定直徑的預(yù)制棒。這種技術(shù)可在預(yù)制棒拉制光纖之后獲得光纖特性縱向(局部)或快或慢的變化。
本發(fā)明光纖可由專業(yè)技術(shù)人員借助已知技術(shù)如MCVD，OVD或制造光纖經(jīng)常使用的其它技術(shù)進(jìn)行制造。要注意到與現(xiàn)有技術(shù)相比。光纖可沿著光纖無半徑變化地被制造。這樣大大簡化了預(yù)制棒的制備過程。在沉積的過程中，改變沉積摻雜物中的濃度來改變折射率就足夠了。但不需要獲得每個沉積層的厚度變化。
當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于描述和介紹的實(shí)施例和實(shí)施方式，但它還有許多專業(yè)人員接受的不同方式。人們可以將本發(fā)明的光纖應(yīng)用于除圖1介紹的其它系統(tǒng)中；人們同樣可獲得具有不同于圖3中分布的本發(fā)明的光纖。在第一實(shí)施方式中，以及在第二實(shí)施方式中，均能選擇除作為實(shí)施例提出的其他色散值。
權(quán)利要求
1.一種在其第一端具有+6ps(nm.km)和+17ps/(nm.km)范圍之間的色散，在其第二端具有在+3ps/(nm.km)和+14ps/(nm.km)范圍之間的色散的光纖，光纖第一端色散和第二端色散之間的差大于或等于2.5ps/(nm.km)，色散沿著光纖連續(xù)變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征是，在臨近光纖的第一端的第一部分中，平均色散大于或等于6ps/(nm.km)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖，其特征是，光纖第一部分的長度大于或等于10km。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光纖，其特征是，光纖第一部分的色散縱向變化率在-1.4和+0.1ps/(nm.km2)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的光纖，其特征是，沿著光纖的色散變化率基本恒定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖，其特征是，該變化率具有一個在-1.4和-0.05ps/(nm.km2)之間的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的光纖，其特征是，在小于光纖全部長度的一部分光纖長度中基本全部完成色散變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖，其特征是，色散逐漸縮小的光纖部分的長度在10和35km之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖，其特征是，在色散逐漸縮小的光纖部分中的色散縱向變化率在-1.4和-0.07ps/(nm.km2)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖，其特征是，色散逐漸縮小的光纖部分的長度在1和5km之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖，其特征是，色散逐漸縮小的光纖部分中的色散縱向變化率在-14和-0.5ps(nm.km2)之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-4和7-11中任一項(xiàng)所述的光纖，其特征是，在臨近其第二端它具有第二部分，第二部分中色散小于或等于14ps(nm.km)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光纖，其特征是，第二部分的長度大于或等于1km。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的光纖，其特征是，光纖在所有位置具有一個帶有凹陷溝和環(huán)的矩形折射率分布。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光纖，其特征是，沿著光纖的矩形、凹陷溝和環(huán)的半徑是相同的。
16.一種傳輸系統(tǒng)，帶有至少一個中繼器，通過根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的光纖，其第一端接收在中繼器中放大的信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求16中所述的系統(tǒng)，其特征是，一種與上述光纖第二端連接的具有基本恒定色散的光纖。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種色散持續(xù)變化的光纖；在一種傳輸系統(tǒng)中，可限制為補(bǔ)償線形光纖中色散所需的色散光纖的數(shù)量。光纖第一端的色散大于另一端，被稱為第二端的色散。色散沿著光纖變化，在至少一部分光纖上逐漸變小。第一端的色散約是傳統(tǒng)線形光纖的色散，即臨近8ps/(nm.km)。在第二端，色散具有4ps/(nm.km)的值。在一種傳輸系統(tǒng)中的兩個中繼器之間的段的起始端上，將光纖作為線形光纖使用。臨近第一端的色散限制了段起始端上的非線性效應(yīng)；光纖中色散的逐漸變小保證在其第二端，光纖可與一種色散比較弱的光纖連接。光纖可制造成帶有矩形和環(huán)的形狀的折射率分布，其中僅使折射率變化，而不使半徑變化。
文檔編號H04B10/2525GK1407358SQ02127888
公開日2003年4月2日 申請日期2002年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月16日
發(fā)明者路德維克·弗勒里, 露易斯－安尼·德－蒙特莫里昂, 皮埃爾·西拉羅, 帕斯卡爾·諾齊 申請人:阿爾卡塔爾公司