專利名稱：光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于傳輸光信號和光功率的光纖。
背景技術(shù)：
美國專利6,687,440已經(jīng)提出一種用來抑制受激布里淵散射(SBS)發(fā)生的光纖。該光纖設(shè)有覆蓋區(qū)域和包層區(qū)域，這兩個區(qū)域在其形狀和性質(zhì)上都具有縱向不規(guī)則性，以便聲波徑向傳播，從而抑制SBS。但是，不容易生產(chǎn)該光纖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種不僅可抑制SBS而且可容易生產(chǎn)的光纖。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具體說明如下的光纖(1)該光纖包括(a)光學(xué)芯區(qū)域，其包括中心軸；(b)光學(xué)包層區(qū)域，其折射率比所述光學(xué)芯區(qū)域的折射率低，并且包圍所述光學(xué)芯區(qū)域；以及(c)作為所述光學(xué)芯區(qū)域的一部分的環(huán)形聲學(xué)芯(acousticcore)區(qū)域；(2)所述光學(xué)芯區(qū)域、所述聲學(xué)芯區(qū)域和所述光學(xué)包層區(qū)域中的每一個都是圍繞所述中心軸同軸地設(shè)置，并且都沿所述中心軸延伸；(3)在所述聲學(xué)芯區(qū)域中的縱向模聲速低于緊接于所述聲學(xué)芯區(qū)域內(nèi)側(cè)的區(qū)域中的縱向模聲速；并且低于緊接于所述聲學(xué)芯區(qū)域外側(cè)的區(qū)域中的縱向模聲速；(4)預(yù)先確定所述聲學(xué)芯區(qū)域中的縱向模聲速和所述聲學(xué)芯區(qū)域的徑向厚度，使得局域在所述聲學(xué)芯區(qū)域中并沿所述中心軸傳播的縱向模聲波可以存在；以及(5)該光纖的布里淵增益譜的3-dB寬度至少是60MHz。
在具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的光纖中，光學(xué)模的振幅分布具有在中心位置上出現(xiàn)峰值的形狀，而聲波模的振幅分布具有在中心位置和聲學(xué)芯區(qū)域都出現(xiàn)峰值的形狀。因此，與常規(guī)的光纖相比，在本發(fā)明的光纖中，光學(xué)模和聲學(xué)模之間的重疊減少，并且布里淵增益下降。另外，因為該光纖不需要在光纖中具有縱向變化，并且不需要具有覆蓋結(jié)構(gòu)，所以可容易生產(chǎn)該光纖。
該光纖可具有如下關(guān)系tλa{1-(V1V0)2}12>0.35---(1),]]>其中V0是緊接在所述聲學(xué)芯區(qū)域內(nèi)側(cè)的區(qū)域中的縱向模聲速或緊接在所述聲學(xué)芯區(qū)域外側(cè)的區(qū)域中的縱向模聲速中較慢的那個縱向模聲速；V1是所述聲學(xué)芯區(qū)域中的縱向模聲速；t是所述聲學(xué)芯區(qū)域的徑向厚度；λa是聲波的波長，其值是0.537μm。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，希望該光纖具有如下的特征(a)所述光學(xué)芯區(qū)域由從里面起依次的第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域組成；(b)所述第三區(qū)域是所述聲學(xué)芯區(qū)域；(c)所述第一區(qū)域、所述第二區(qū)域、所述第三區(qū)域和所述光學(xué)包層區(qū)域中的每一個都是由純二氧化硅玻璃或摻有GeO2的二氧化硅玻璃制成；以及(d)當(dāng)所述第一區(qū)域中的GeO2的濃度表示為X[1]，所述第二區(qū)域中的GeO2的濃度表示為X[2]，所述第三區(qū)域中的GeO2的濃度表示為X[3]，所述光學(xué)包層區(qū)域中的GeO2的濃度表示為X[4]時，這些參數(shù)具有用下式表示的關(guān)系X[1]＞[2]＜X[3]＞X[4] ...(2)。
在這種情況下，該光纖可具有如下的特征(a)在所述第一區(qū)域中的縱向模聲速不同于所述第三區(qū)域中的縱向模聲速；(b)所述第一區(qū)域中存在一個定域聲波模，所述第三區(qū)域內(nèi)存在另一定域聲波模；以及(c)在所述兩個聲波模之間存在至少50MHz的頻率差。另外，該光纖可具有如下性質(zhì)(a)在1,310nm波長處的模場直徑在8至10μm的范圍內(nèi)；(b)光纜截止波長至多是1,260nm；(c)零色散波長在1,300至1,324nm的范圍內(nèi)；(d)當(dāng)該光纖彎成具有32mm的直徑時，在1,550nm波長處的彎曲損耗至多是4dB/m；(e)在1,550nm波長處的損耗至多是0.25dB/Km；以及(f)當(dāng)SBS閾值被變換成無限長時的值時，該閾值在1,550nm波長處至少是9dBm。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，希望該光纖具有如下特征(a)所述光學(xué)芯區(qū)域由從里面起依次的第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域組成；(b)所述第二區(qū)域是所述聲學(xué)芯區(qū)域；(c)所述第一區(qū)域、所述第二區(qū)域、所述第三區(qū)域和所述光學(xué)包層區(qū)域中的每一個都是由純二氧化硅玻璃或摻有F元素的二氧化硅玻璃制成；(d)當(dāng)所述第一區(qū)域中的F元素的濃度表示為Y[1]，所述第二區(qū)域中的F元素的濃度表示為Y[2]，所述第三區(qū)域中的F元素的濃度表示為Y[3]，所述光學(xué)包層區(qū)域中的F元素的濃度表示為Y[4]時，這些參數(shù)具有用下式表示的關(guān)系Y[1]＜Y[2]＞Y[3]＜Y[4]...(3)。


參照下面說明部分、附屬權(quán)利要求書和附圖，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更易于理解，其中圖1A至1C是說明本發(fā)明的第一實施例的光纖的曲線圖和結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1A是示出相對聲學(xué)折射率差(relative acousticrefractive-index difference)Δa的徑向分布的曲線圖，圖1B是示出相對折射率差Δ的徑向分布的曲線圖，圖1C是示出光纖的結(jié)構(gòu)的概念圖。
圖2是示出例1A和比較例1的光纖的布里淵增益譜的曲線圖。
圖3A和圖3B是說明比較例1的光纖中的聲學(xué)模的曲線圖，其中，圖3A示出相對折射率差Δ和相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布，圖3B示出聲波模振幅、歸一化光功率密度和歸一化折射率的徑向分布。
圖4A至4C是說明例1A的光纖中的聲學(xué)模的曲線圖，其中，圖4A示出相對折射率差Δ和相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布，圖4B和圖4C示出聲波模振幅、歸一化光功率密度和歸一化折射率的徑向分布。
圖5A和圖5B是信號分配系統(tǒng)的概念圖，其中，圖5A示出使用通用的光纖的系統(tǒng)，圖5B示出使用例1A的光纖的系統(tǒng)。
圖6A和圖6B是說明第一實施例的光纖在第二芯區(qū)域的折射率n[2]改變時其性質(zhì)變化的曲線圖，其中，圖6A示出SBS閾值Pth和有效芯面積Aeff的變化，圖6B示出歸一化閾值Pth/Aeff和聲學(xué)芯的v值的變化。
圖7是示出第一實施例的光纖的布里淵增益譜的峰寬度和SBS閾值之間的關(guān)系的曲線圖。
圖8A和圖8B是說明第一實施例的光纖在所述第二芯區(qū)域的位置改變時其性質(zhì)變化的曲線圖，其中，圖8A示出SBS閾值Pth和有效芯面積Aeff的變化，圖8B示出歸一化閾值Pth/Aeff和聲學(xué)芯的v值的變化。
圖9是示出例1B的光纖的布里淵增益譜的曲線圖。
圖10A至10C是說明例1B的光纖中的聲學(xué)模的曲線圖，其中，圖10A示出相對折射率差Δ和相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布，圖10B和圖10C示出聲波模振幅、歸一化光功率密度和歸一化折射率的徑向分布。
圖11是示出例1C的光纖的布里淵增益譜的曲線圖。
圖12A至12C是說明例1C的光纖中的聲學(xué)模的曲線圖，其中，圖12A示出相對折射率差Δ和相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布，圖12B和圖12C示出聲波模振幅、歸一化光功率密度和歸一化折射率的徑向分布。
圖13A至13C是說明第二實施例的光纖的曲線圖和結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖13A是示出相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布的曲線圖，圖13B是示出相對折射率差Δ的徑向分布的曲線圖，圖13C是示出光纖的結(jié)構(gòu)的概念圖。
圖14是示出例2和比較例2的光纖的布里淵增益譜的曲線圖。
圖15A和圖15B是說明比較例2的光纖中的聲學(xué)模的曲線圖，其中，圖15A示出相對折射率差Δ和相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布，圖15B示出聲波模振幅、歸一化光功率密度和歸一化折射率的徑向分布。
圖16A至16C是說明例2的光纖中的聲學(xué)模的曲線圖，其中，圖16A示出相對折射率差Δ和相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布，圖16B和圖16C示出聲波模振幅、歸一化光功率密度和歸一化折射率的徑向分布。
具體實施例方式
首先，下面說明本發(fā)明者已經(jīng)研發(fā)出的分析技術(shù)。根據(jù)該分析技術(shù)，使用全矢量有限元方法解聲學(xué)模方程，以評估光學(xué)模和聲學(xué)模之間的重疊。
在該分析技術(shù)中，通過將光纖的折射率分布變換成分量分布來解聲學(xué)模方程。更具體而言，首先，使用文獻1(Y.Koyamada et al.，J.Lightwave Techn.Vol.22，No.2，pp.631-639，2004)中所述的方程(4)至(7)，將折射率分布變換成分量分布，以得到聲速和介質(zhì)密度。
Δ＝1.0×10-1wGeO2-3.3×10-1wF...(4)VL＝5944(1-7.2×10-3wGeO2-2.7×10-2wF) ...(5)VS＝3749(1-6.4×10-3wGeO2-2.7×10-2wF) ...(6)ρ＝2202(1+6.4×10-3wGeO2-3.4×10-3wF) ...(7)這里，Δ[％]表示相對折射率差，wGeO2表示GeO2摻入SiO2中的濃度，wF表示F元素摻入SiO2中的濃度，VL(m/s)表示縱向模的聲速，VS(m/s)表示剪切模的聲速，ρ(kg/m3)表示介質(zhì)密度。
這里，假設(shè)介質(zhì)是各向同性的。因此，彈性矩陣[c]表示為兩個分量c11和c44。使用方程8可得到彈性常量。
c11=ρVL2,c44=ρVS2---(8)]]>接下來，將聲速的分布代入模方程(9)，得到聲學(xué)模。
ρ∂2u/∂t2=▿·([c]▿,u)---(9)]]>這里，u是聲學(xué)模的位移矢量，并由方程(10)表示的函數(shù)形式表示。
u(r，θ，z，t)＝uT(r，θ)exp[j(ωt-koz)]...(10)在空間坐標系中，z軸表示光纖的縱向方向。
如從文獻2(G.P.Agrawal，“Nonlinear fiber optics”，AcademicPress，1989，Sec.9.1)中廣泛已知，例如，對SBS起作用的聲學(xué)模具有如方程(11)所示的傳播常量。
ko＝4πn/λ ...(11)其中，λ表示光的波長，n表示折射率。因此，從光的波長λ和折射率分布Δ(r，θ)中可得到聲學(xué)模的角頻率ω和位移矢量分布u。
另一方面，通過解得自麥克斯韋方程的波方程，可從光的波長λ和折射率分布Δ(r，θ)中得到光學(xué)模的電場分布E。使用上述這些以及方程(12)可得到光感受到的聲波的平均振幅<Δρ>/ρ0。
<Δρ>/ρ0＝ka|∫uz(r，θ)·|E(r，θ)|2rdrdθ|...(12)這里，Δρ是由于聲波而引起的介質(zhì)密度的變化，并且可由方程(13)給出。
Δρ=ρ0▿·u≅iρ0kouz---(13)]]>另外，聲波的位移矢量u和光的電場E是歸一化的，如方程(14)和(15)所示。
∫|E(r，θ)|2rdrdθ＝1 ...(14) 在下面的說明部分中，將對本發(fā)明的兩個實施例，以與比較例相比較的方式來進行解釋，所述實施例是基于使用上述的分析技術(shù)的研究而完成的。
(第一實施例)圖1A至1C是說明本發(fā)明的第一實施例的光纖1的曲線圖和結(jié)構(gòu)示意圖。圖1A是示出相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布的曲線圖。圖1B是示出相對折射率差Δ的徑向分布的曲線圖。圖1C是示出光纖的結(jié)構(gòu)的概念圖。光纖1包括光學(xué)芯區(qū)域10和光學(xué)包層區(qū)域14，所述光學(xué)芯區(qū)域10包括用圖1中的交替長短虛線表示的中心軸，所述光學(xué)包層區(qū)域14包圍所述光學(xué)芯區(qū)域10。所述光學(xué)芯區(qū)域10由從里面起依次的第一區(qū)域11、第二區(qū)域12和第三區(qū)域13組成。所述各個區(qū)域圍繞所述中心軸同軸地設(shè)置，并且沿所述中心軸延伸。
光學(xué)芯區(qū)域10的平均折射率高于光學(xué)包層區(qū)域14的折射率。因此，光纖1可將光的傳播模局域在光學(xué)芯區(qū)域10內(nèi)，從而能夠?qū)膺M行引導(dǎo)。在第一實施例中，作為光學(xué)芯區(qū)域10的一部分的第三區(qū)域13是環(huán)形的聲學(xué)芯區(qū)域。聲波的傳播?？梢跃钟蛟诘谌齾^(qū)域13(聲學(xué)芯區(qū)域)中。
第一區(qū)域11、第二區(qū)域12、第三區(qū)域13和光學(xué)包層區(qū)域14的折射率分別表示為n[1]、n[2]、n[3]和n[4]。第一區(qū)域11、第二區(qū)域12、第三區(qū)域13和光學(xué)包層區(qū)域14的相對折射率差分別表示為Δ[1]、Δ[2]、Δ[3]和Δ[4]。使用各個區(qū)域的折射率n[k]和純二氧化硅玻璃的折射率n0，將各個區(qū)域的相對折射率差Δ[k]表達為方程(16)。
Δ[k]=n[k]n0-1---(16)]]>在這種情況下，各個區(qū)域的折射率的大小之間的關(guān)系和各個區(qū)域的相對折射率差的大小之間的關(guān)系用公式(17)表示(圖1B)。
n[1]＞n[2]＜n[3]＞n[4] ...(17a)Δ[1]＞Δ[2]＜Δ[3]＞Δ[4] ...(17b)第一區(qū)域11、第二區(qū)域12、第三區(qū)域13和光學(xué)包層區(qū)域14的縱向模聲速分別表示為V[1]、V[2]、V[3]和V[4]。第一區(qū)域11、第二區(qū)域12、第三區(qū)域13和光學(xué)包層區(qū)域14的相對聲學(xué)折射率差分別表示為Δa[1]、Δa[2]、Δa[3]和Δa[4]。使用各個區(qū)域的縱向模聲速V[k]和純二氧化硅玻璃的縱向模聲速V0，將各個區(qū)域的相對聲學(xué)折射率差Δa[k]表達為方程(18)。
Δa[k]=V0V[k]-1---(18)]]>在這種情況下，各個區(qū)域的縱向模聲速的大小之間的關(guān)系和相對聲學(xué)折射率差的大小之間的關(guān)系用公式(19)表示(圖1A)。
V[1]＜V[2]＞V[3]＜V[4] ...(19a)Δa[1]＞Δa[2]＜Δa[3]＞Δa[4] ...(19b)在各個區(qū)域中的折射率和縱向模聲速不必是嚴格均勻的。當(dāng)某個區(qū)域不均勻時，可使用那個區(qū)域中的體積加權(quán)的平均值。
如上所述，第三區(qū)域13(聲學(xué)芯區(qū)域)中的縱向模聲速V[3]低于第二區(qū)域12(緊接于第三區(qū)域13內(nèi)側(cè))中的縱向模聲速V[2]，并且低于光學(xué)包層區(qū)域14(緊接于第三區(qū)域外側(cè))中的縱向模聲速V[4]。預(yù)先確定第三區(qū)域13中的縱向模聲速和第三區(qū)域13的徑向厚度，使得局域在第三區(qū)域13中且沿中心軸傳播的縱向模聲波可以存在。最好是，第一區(qū)域11、第二區(qū)域12、第三區(qū)域13和光學(xué)包層區(qū)域14中的每一個都是由純二氧化硅玻璃或摻有GeO2的二氧化硅玻璃制成。當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域11、第二區(qū)域12、第三區(qū)域13和光學(xué)包層區(qū)域14中的GeO2的濃度分別表示為X[1]、X[2]、X[3]和X[4]時，這些參數(shù)具有用公式(20)表示的關(guān)系。
X[1]＞X[2]＜X[3]＞X[4]...(20)。
在這種情況下，特別容易生產(chǎn)該光纖。
此外，最好的是第一區(qū)域11中的縱向模聲速不同于第三區(qū)域13中的縱向模聲速，一個定域聲波模存在于第一區(qū)域11中，另一個定域聲波模存在于第三區(qū)域13中，并且在這兩個聲波模之間存在至少50MHz的頻率差。如上所述，通過在局域在第一芯區(qū)域11中的聲波模和局域在第三芯區(qū)域13中的聲波模之間提供頻率差，可降低布里淵增益譜的峰高度，并且可提高SBS閾值。
另外，最好的是(a)在1,310nm波長處的模場直徑在8至10μm的范圍內(nèi)；(b)光纜截止波長至多是1,260nm；(c)零色散波長在1,300至1,324nm的范圍內(nèi)；(d)當(dāng)該光纖彎成具有32mm的直徑時，在1,550nm波長處的彎曲損耗至多是4dB/m；(e)在1,550nm波長處的損耗至多是0.25dB/km；以及(f)當(dāng)SBS閾值被變換成無限長時的值時，該閾值在1,550nm波長處至少是9dBm。當(dāng)滿足這些條件時，該實施例中的光纖1在保持與普遍使用的ITU-T G.652光纖的兼容性的同時，可提高SBS閾值。
接下來，下面將例1A的光纖和比較例1的光纖一起來進行說明，例1A是第一實施例的光纖1的具體例子。在例1A的光纖中，當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域11、第二區(qū)域12和第三區(qū)域13的外半徑分別表示為R[1]、R[2]和R[3]時，第一區(qū)域11的直徑與第二區(qū)域12的直徑之比，即R[1]/R[2]，是0.52；第二區(qū)域12的直徑與第三區(qū)域13的直徑之比，即R[2]/R[3]，是0.69；第三區(qū)域13的直徑2R[3]是10.57μm。其它的特征在表I中示出。
表I

另一方面，比較例1的光纖具有階梯形折射率分布。在該光纖中，芯區(qū)域由摻有GeO2的二氧化硅玻璃制成，包層區(qū)域由純二氧化硅玻璃制成，芯區(qū)域具有均勻的相對折射率差，該相對折射率差為0.45％，并且該芯區(qū)域的直徑2R是8.89μm。
表II示出了例1A和比較例1的光纖的以下特征有效芯面積Aeff、布里淵增益峰頻率、SBS峰增益和SBS閾值(變換為無限長時的值)。
表II

圖2是示出例1A和比較例1的光纖的布里淵增益譜的曲線圖。通過使用全矢量有限元方法解方程(9)來得到表II和圖2中所示的計算結(jié)果，以使用方程(12)評估光學(xué)模和聲學(xué)模之間的重疊。這些計算結(jié)果示出了在1,550nm波長處的值。
例1A和比較例1的光纖的有效芯面積都是大約84μm2，幾乎彼此相等。因此，這兩個光纖的光功率密度分布也幾乎相同。然而，在布里淵增益譜中，例1A的光纖的峰寬度比比較例1的光纖的峰寬度寬，例1A的光纖的峰值小于比較例1的光纖的峰值。
原因是，在比較例1的光纖中，聲學(xué)模與光學(xué)模的重疊大，該聲學(xué)模僅由一個模構(gòu)成，這個模的峰值在中心處，而在例1A的光纖中，存在兩個模，一個模的峰值在中心處，另一個模的峰值在第三芯區(qū)域13中。布里淵增益的這種不同是由于圖3A、圖3B和圖4A至4C中所示的各個光纖的聲學(xué)模的行為差異而產(chǎn)生的。
圖3A和圖3B是說明比較例1的光纖中的聲學(xué)模的曲線圖。圖3A示出相對折射率差Δ和相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布。圖3B示出聲波模振幅Δρ/ρ0、歸一化光功率密度和歸一化折射率的徑向分布。圖4A至4C是說明例1A的光纖中的聲學(xué)模的曲線圖。圖4A示出相對折射率差Δ和相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布。圖4B和圖4C示出聲波模振幅Δρ/ρ0、歸一化光功率密度和歸一化折射率的徑向分布。圖4B和圖4C示出兩個彼此不同的聲學(xué)模的徑向分布。
在圖3B、圖4B和圖4C中，聲波模振幅是由方程(12)給出的Δρ/ρ0。對光功率密度和折射率進行歸一化，使得最小值是0，最大值是1。
從圖3B中可以看出，在比較例1的光纖中，光學(xué)模和聲學(xué)模每個都具有其形狀彼此相似的徑向分布，所以它們之間的重疊大。更具體地說，在聲波模的10.723GHz頻率處，聲學(xué)模和光學(xué)模之間的重疊＜Δρ＞/ρ0大到0.0036。因此，布里淵增益譜的峰值大。
另一方面，從圖4A中可以看出，在例1A的光纖的光學(xué)芯區(qū)域10中，第二區(qū)域12的相對聲學(xué)折射率差Δa小于第一區(qū)域11和第三區(qū)域13的相對聲學(xué)折射率差Δa。這個條件同時產(chǎn)生兩個聲波模，一個聲波模的頻率為10.732GHz，并且該聲波模局域在第一芯區(qū)域11中，如圖4B所示，另一聲波模的頻率為10.762GHz，并且該聲波模局域在第三芯區(qū)域13中，如圖4C所示。頻率為10.732GHz的聲波模與光學(xué)模之間的重疊是0.0026，頻率為10.762GHz的聲波模與光學(xué)模之間的重疊是0.002。這些重疊小于比較例1中的重疊。因此，在每個聲波模的頻率處產(chǎn)生的布里淵增益都小于比較例1中的布里淵增益。另外，因為在產(chǎn)生布里淵增益的頻率上存在30MHz的差，所以相比于比較例1，例1A最終使布里淵增益譜的峰寬度變寬，并且使布里淵增益譜的峰高度降低。
這里，可使用方程(21)給出的3-dB寬度Δf3dB來評估布里淵增益譜峰寬度的擴展。
Δf3dB＝∫g(f)＞g0/2df ...(21)。
這里，g(f)是布里淵增益譜，g0是光譜中的峰增益。圖2中的布里淵增益譜示出了比較例1的光纖的3-dB寬度Δf3dB是40MHz，而例1A的光纖的3-dB寬度Δf3dB是63MHz。該結(jié)果說明例1A的光纖的布里淵增益譜峰寬度增大了。
如從文獻3(A.Hook et al.，J.Lightwave Techn.Vol.10，No.4，pp.493-502，1992)中廣泛已知，例如，當(dāng)布里淵增益譜的峰高度表示為P0時，SBS閾值Pth表達為“Pth＝常量-P0”。在例1A中，SBS閾值變得大于比較例1中的SBS閾值。換句話說，在例1A中，可傳輸而不產(chǎn)生SBS的光功率大于比較例1中的光功率。在上面描述中，SBS閾值表示為光纖無限長時的值，有效光纖長度可近似為1/a，其中a是損耗系數(shù)。如文獻2所示，SBS閾值與有效光纖長度成比例。因此，根據(jù)此關(guān)系，對于任何給定的光纖長度，可預(yù)測SBS閾值。
如在例1A的情況下，當(dāng)光學(xué)芯區(qū)域10具有諸如第一芯區(qū)域11和第三芯區(qū)域13之類的兩個分離區(qū)域以使定域聲波模能夠存在于第一芯區(qū)域11和第三芯區(qū)域13中的每一個中時，可減少光和聲波之間的重疊，這是人們期望的。
例1A的光纖的其它光學(xué)性質(zhì)如下(a)在1,310nm波長處的模場直徑是9.2μm；(b)光纜截止波長是1.24μm；(c)在1,550nm波長處，32mm直徑的彎曲損耗是0.036dB/m；(d)零色散波長是1.303μm。這些性質(zhì)可以滿足ITU-T G.652D的規(guī)格。因此，例1A的光纖在保持與目前廣泛使用的G.652光纖的兼容性的同時，可提高SBS閾值，從而使可傳輸?shù)墓夤β实臄?shù)量增大。
在諸如色散和模場直徑之類的性質(zhì)方面，與G.652光纖的兼容性是重要的，因為通過使用為G.652光纖開發(fā)的、一直廣泛使用的發(fā)射器、接收器和其它傳輸設(shè)備，該特性能夠增大傳輸容量和距離。
圖5A和圖5B是信號分配系統(tǒng)的概念圖。圖5A示出使用通用的光纖的系統(tǒng)。圖5B示出使用例1A的光纖的系統(tǒng)。在圖5A和圖5B所示的信號分配系統(tǒng)中，為了將足夠的光功率分配到連接各個接收器的支線上，需要發(fā)射器入射大量的光功率到要被分支的線路上。在這種情況下，產(chǎn)生由于SBS而引起的信號畸變問題，尤其在分配模擬視頻信號過程中。常規(guī)上，如圖5A所示，一般一直使用通用的G.652光纖構(gòu)成線路。另一方面，如圖5B所示，使用例1A的具有高SBS閾值的光纖構(gòu)成線路，這不僅提高了可輸入到要被分支的線路上的光功率(這樣，可延長傳輸距離，可提高接收信號的SN比，并且可增加分支數(shù)目)，而且通過使用常規(guī)的發(fā)射器和接收器也可保持低成本。
圖6A和圖6B是說明第一實施例的光纖1在第二芯區(qū)域12的折射率n[2]改變時其性質(zhì)變化的曲線圖。圖6A示出SBS閾值Pth和有效芯面積Aeff的變化。圖6B示出歸一化閾值Pth/Aeff和聲學(xué)芯的v值的變化。第一芯區(qū)域11的相對折射率差Δ[1]和第三芯區(qū)域13的相對折射率差Δ[3]中的每一個都固定為0.45％，通過改變第二芯區(qū)域12的深度來改變相對折射率差Δ[2]，該深度是由方程“Δ[2]＝Δ[1]-δΔ”定義的δΔ。在這種情況下，預(yù)先確定芯直徑2R[3]，使得有效芯面積Aeff均為大約85μm2?！癛[1]/R[2]”的比值固定為0.52，“R[2]/R[3]”的比值固定為0.69。
如圖6A所示，隨著第二芯區(qū)域12的深度δΔ從0(對應(yīng)于比較例1)開始增加，SBS閾值Pth增大。當(dāng)深度δΔ達到0.25％(對應(yīng)于例1A)時，SBS閾值Pth取最大值9.33dBm，說明從6.73dBm(這是在沒有第二芯區(qū)域12(δΔ＝0)時得到的值)起增加了2.60dB。例如，從文獻2中已知這個事實即，SBS閾值Pth與有效芯面積Aeff成比例地增加。然而，如圖6B所示，由SBS閾值Pth除以有效芯面積Aeff而得到的歸一化閾值Pth/Aeff，在δΔ達到0.25％時也取最大值。這個結(jié)果說明了，另一個原理增大了SBS閾值Pth，這個原理不同于已知的與有效芯面積Aeff成比例地增加的原理。
另外，隨著由方程(22)定義的聲學(xué)芯的v值增加，對第三芯區(qū)域13(聲學(xué)芯區(qū)域)中的聲波的約束就增強。
v=tλa{1-(V1V0)2}12---(22).]]>其中，λa是聲波的波長；t是第三芯區(qū)域13(聲學(xué)芯區(qū)域)的徑向厚度；V1是第三芯區(qū)域13的縱向模聲速；V0是緊接于第三芯區(qū)域13內(nèi)側(cè)的區(qū)域中的縱向模聲速或緊接于第三芯區(qū)域13外側(cè)的區(qū)域中的縱向模聲速中較慢的那個縱向模聲速(在這種情況下是第二芯區(qū)域12中的縱向模聲速)。關(guān)于圖6B，λa是0.537μm。該值是將波數(shù)ka＝11.7/μm代入“λa＝2π/ka”而得到的。這里，將光的波長λ＝1.55μm和折射率n＝1.444代入方程(11)，得到ka。
如圖6B所示，當(dāng)聲學(xué)芯的v值大于約0.35時，SBS閾值Pth變高。也就是說，在這種情況下，聲波的傳播?？杀粡娏业鼐钟蛟诃h(huán)形的聲學(xué)芯中。因此，可充分地抑制受激布里淵散射。
另外，當(dāng)深度δΔ是0.40％時，Pth變?yōu)榈诙畲笾?0.52dBm。然而，在δΔ大于0.3％的范圍內(nèi)，有效芯面積Aeff增大，這是因為對光的約束變?nèi)?。因此，?dāng)優(yōu)選增大SBS閾值時，深度δΔ可增大到0.40％。但是，使用大約0.25％的值作為深度δΔ，可增大SBS閾值，同時幾乎保持在沒有第二芯區(qū)域12時可得到的光學(xué)性質(zhì)。原因是，當(dāng)?shù)诙緟^(qū)域12的深度δΔ是0.25％時，可以改變聲學(xué)模振幅的分布，而幾乎不改變光的電場的分布。這個原理不僅可應(yīng)用于該實施例，而且可應(yīng)用于其它的光纖結(jié)構(gòu)中。
在圖6A所示的例子中，SBS閾值隨δΔ增加而增大。在這種情況下，布里淵增益譜的峰寬度也增大。圖7是示出第一實施例的光纖1中的布里淵增益譜的峰寬度與SBS閾值之間的關(guān)系的曲線圖。圖7的水平軸表示3-dB寬度放大率(Δf3dB/Δf0-1)×100(％)，該3-dB寬度放大率表示3-dB寬度相對于δΔ＝0(比較例1)的情況下的3-dB寬度f0放大的相對值。垂直軸表示使用δΔ＝0(比較例1)的情況下的值作為基準的SBS閾值的增量。圖7示出了SBS閾值隨3-dB寬度增大而增大。當(dāng)3-dB寬度放大率設(shè)為50％時，SBS閾值增加大約2dB。該增加能夠使傳輸距離、傳輸容量以及分支數(shù)目增大，這是人們期望的。而且，當(dāng)3-dB寬度放大率設(shè)為75％時，SBS閾值增加大約3dB，這更是人們期望的。
圖8A和圖8B是說明第一實施例的光纖1在第二芯區(qū)域12的位置改變時其性質(zhì)變化的曲線圖。圖8A示出SBS閾值Pth和有效芯面積Aeff的變化，圖8B示出歸一化閾值Pth/Aeff和聲學(xué)芯的v值的變化。
第二芯區(qū)域12的相對寬度d(＝(R[2]-R[1])/R[3])固定為0.33，使第二芯區(qū)域12的相對位置p(＝(R[2]+R[1])/2R[3])改變。在這種情況下，確定芯直徑2R[3]，使得有效芯面積Aeff是均勻的，大約為85μm2。第一芯區(qū)域11的相對折射率差Δ[1]固定為0.45％，第二芯區(qū)域12的相對折射率差Δ[2]固定為0.20％，第三芯區(qū)域13的相對折射率差Δ[3]固定為0.45％，光學(xué)包層區(qū)域14的相對折射率差Δ[4]固定為0％。如圖8A所示，當(dāng)?shù)诙緟^(qū)域12的相對位置p從0.3變到0.8時，SBS閾值在位置p位于0.524時取最大值。這個結(jié)果說明位置p＝0.524是例1A的最佳位置。
然后，下面將說明例1B的光纖，例1B是第一實施例的光纖1的另一具體例子。在例1B的光纖中，當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域11、第二區(qū)域12和第三區(qū)域13的外半徑分別表示為R[1]、R[2]和R[3]時，第一區(qū)域11的直徑與第二區(qū)域12的直徑之比，即R[1]/R[2]，是0.50；第二區(qū)域12的直徑與第三區(qū)域13的直徑之比，即R[2]/R[3]，是0.60；第三區(qū)域13的直徑2R[3]是8.27μm。其它的特征在表III中示出。
表III

使用方程(22)得到的v值變?yōu)?.39。在這種情況下，假定λa是0.537μm。
表IV總結(jié)例1B的光纖的以下特征有效芯面積Aeff、布里淵增益峰頻率、SBS峰增益和SBS閾值(變換為無限長時的值)。
表IV

圖9是示出例1B的光纖的布里淵增益譜的曲線圖。通過使用全矢量有限元方法解方程(9)來得到表IV和圖9中所示的計算結(jié)果，以使用方程(12)評估光學(xué)模和聲學(xué)模之間的重疊。這些計算結(jié)果示出了在1,550nm波長處的值。
圖10A至10C是說明例1B的光纖中的聲學(xué)模的曲線圖。圖10A示出相對折射率差Δ和相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布。圖10B和圖10C示出聲波模振幅、歸一化光功率密度和歸一化折射率的徑向分布。圖10B和圖10C示出兩個彼此不同的聲學(xué)模的徑向分布。
在例1B的光纖的光學(xué)芯區(qū)域10中，第二區(qū)域12的相對聲學(xué)折射率差Δa小于第一區(qū)域11和第三區(qū)域13的相對聲學(xué)折射率差Δa，第二區(qū)域12位于第一區(qū)域11和第三區(qū)域13之間。這個條件同時產(chǎn)生兩個聲波模，一個聲波模的頻率為10.784GHz，并且該聲波模局域在第一芯區(qū)域11中，如圖10B所示，另一聲波模的頻率為10.887GHz，并且該聲波模局域在第三芯區(qū)域13中，如圖10C所示。每個聲波模都具有彼此不同的頻率，并且每個聲波模和光學(xué)模之間的重疊小于比較例1中聲波模和光學(xué)模之間的重疊。頻率在10.784GHz處的聲波模與光學(xué)模之間的重疊是0.0024，頻率為10.887GHz的聲波模與光學(xué)模之間的重疊是0.0024。因此，在每個聲波模的頻率處產(chǎn)生的布里淵增益都小于比較例1中的布里淵增益。另外，因為在產(chǎn)生布里淵增益的頻率上存在103MHz的差，所以相比于比較例1，例1B最終使布里淵增益譜的峰寬度變寬，并且使布里淵增益譜的峰高度降低。
與例1A的光纖一樣，在例1B的光纖中，由于存在聲學(xué)模局域在第三芯區(qū)域13(環(huán)形聲學(xué)芯)中，所以增益譜的峰變寬了，增益峰降低了，并且SBS閾值增大了。在例1B的光纖中，第三芯區(qū)域13(聲學(xué)芯區(qū)域)的形狀優(yōu)化了很多。結(jié)果，布里淵增益譜具有兩個高度幾乎相同的峰，并且相比于例1A的光纖，SBS閾值增大了，變?yōu)?0.29dBm，這說明相對于比較例1的光纖的值增加了3.56dB。布里淵增益譜的3-dB寬度是81MHz，這個值是比較例1的光纖變寬之前的值的大約2倍。這是因為布里淵增益譜的峰數(shù)從1增加到2的緣故。
例1B的光纖具有階梯形折射率分布。但是，不必要求實際生產(chǎn)的光纖具有這里所示的尖階梯形折射率分布。作為一個例子，下面示出例1C的光纖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。雖然例1C的光纖具有圖1A至1C中所示的結(jié)構(gòu)，但是每個區(qū)域中的組成在空間上不是均勻的。
在例1C的光纖中，當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域11、第二區(qū)域12和第三區(qū)域13的外半徑分別表示為R[1]、R[2]和R[3]時，第一區(qū)域11的直徑與第二區(qū)域12的直徑之比，即R[1]/R[2]，是0.56；第二區(qū)域12的直徑與第三區(qū)域13的直徑之比，即R[2]/R[3]，是0.61；第三區(qū)域13的直徑2R[3]是10.00μm。其它的特征在表V中示出。
表V

使用方程(22)得到的v值變?yōu)?.8。在這種情況下，假定λa是0.537μm。
表VI總結(jié)例1C的光纖的以下特征有效芯面積Aeff、布里淵增益峰頻率、SBS峰增益和SBS閾值(變換為無限長時的值)。
表VI

圖11是示出例1C的光纖的布里淵增益譜的曲線圖。通過使用全矢量有限元方法解方程(9)來得到表VI和圖11中所示的計算結(jié)果，以使用方程(12)評估光學(xué)模和聲學(xué)模之間的重疊。這些計算結(jié)果示出了在1,550nm波長處的值。
圖12A至12C是說明例1C的光纖中的聲學(xué)模的曲線圖。圖12A示出相對折射率差Δ和相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布。圖12B和圖12C示出聲波模振幅、歸一化光功率密度和歸一化折射率的徑向分布。圖12B和圖12C示出兩個彼此不同的聲學(xué)模的徑向分布。
在例1C的光纖的光學(xué)芯區(qū)域10中，第二區(qū)域12的相對聲學(xué)折射率差Δa小于第一區(qū)域11和第三區(qū)域13的相對聲學(xué)折射率差Δa，第二區(qū)域12位于第一區(qū)域11和第三區(qū)域13之間。這個條件同時產(chǎn)生兩個聲波模，一個聲波模的頻率為10.735GHz，并且該聲波模局域在第一芯區(qū)域11中，如圖12B所示，另一聲波模的頻率為10.829GHz，并且該聲波模局域在第三芯區(qū)域13中，如圖12C所示。每個聲波模都具有彼此不同的頻率，并且每個聲波模和光學(xué)模之間的重疊都小于比較例1中聲波模和光學(xué)模之間的重疊。頻率為10.735GHz處的聲波模與光學(xué)模之間的重疊是0.0025，頻率為10.829GHz的聲波模與光學(xué)模之間的重疊是0.002。因此，在每個聲波模的頻率處產(chǎn)生的布里淵增益都小于比較例1中的布里淵增益。另外，因為在產(chǎn)生布里淵增益的頻率上存在94MHz的差，所以相比于比較例1，例1C最終使布里淵增益譜的峰寬度變寬，并且使布里淵增益譜的峰高度降低。
與例1A的光纖一樣，在例1C的光纖中，由于存在聲學(xué)模局域在第三芯區(qū)域13(環(huán)形聲學(xué)芯)中，所以增益譜的峰變寬了，增益峰降低了，并且SBS閾值增大了。在例1C的光纖中，第三芯區(qū)域13(聲學(xué)芯區(qū)域)的形狀優(yōu)化了很多。結(jié)果，布里淵增益譜具有兩個峰，并且相比于例1A的光纖，SBS閾值增大了，變?yōu)?0.23dBm，這說明相對于比較例1的光纖的值增加了3.50dB。布里淵增益譜的3-dB寬度是68MHz，這個值大約是比較例1的光纖變寬之前的值的1.7倍。
另外，例1C的光纖的其它光學(xué)性質(zhì)如下(a)在1,310nm波長處的模場直徑是9.34μm；(b)光纜截止波長是1.13μm；(c)在1,550nm波長處，32mm直徑的彎曲損耗是0.73dB/m；(d)零色散波長是1.319μm。這些性質(zhì)可以滿足ITU-T G.652D的規(guī)格。因此，例1C的光纖在保持與目前廣泛使用的G.652光纖的兼容性的同時，可提高SBS閾值，從而使可傳輸?shù)墓夤β实臄?shù)量增大。
(第二實施例)圖13A至13C是說明第二實施例的光纖2的曲線圖和結(jié)構(gòu)示意圖。圖13A是示出相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布的曲線圖，圖13B是示出相對折射率差Δ的徑向分布的曲線圖，圖13C是示出光纖2的結(jié)構(gòu)的概念圖。光纖2包括光學(xué)芯區(qū)域20和光學(xué)包層區(qū)域24，所示光學(xué)芯區(qū)域20包括用圖13C中交替的長短虛線表示的中心軸，所述光學(xué)包層區(qū)域24包圍光學(xué)芯區(qū)域20。光學(xué)芯區(qū)域20由從里面起依次的第一區(qū)域21、第二區(qū)域22和第三區(qū)域23組成。各個區(qū)域圍繞所述中心軸同軸地設(shè)置，并且沿所述中心軸延伸(圖13C)。
光學(xué)芯區(qū)域20的平均折射率高于光學(xué)包層區(qū)域24的折射率。因此，光纖2可將光的傳播模局域在光學(xué)芯區(qū)域20內(nèi)，從而能夠?qū)膺M行引導(dǎo)。在第二實施例中，作為光學(xué)芯區(qū)域20的一部分的第二區(qū)域22是環(huán)形的聲學(xué)芯區(qū)域。聲波的傳播?？梢跃钟蛟诘诙^(qū)域22內(nèi)。
第一區(qū)域21的折射率表示為n[1]，第二區(qū)域22的折射率表示為n[2]，第三區(qū)域23的折射率表示為n[3]，光學(xué)包層區(qū)域24的折射率表示為n[4]。第一區(qū)域21的相對折射率差表示為Δ[1]，第二區(qū)域22的相對折射率差表示為Δ[2]，第三區(qū)域23的相對折射率差表示為Δ[3]，光學(xué)包層區(qū)域24的相對折射率差表示Δ[4]。使用各個區(qū)域的折射率n[k]和純二氧化硅玻璃的折射率n0，將各個區(qū)域的相對折射率差Δ[k]表達為方程(16)。在這種情況下，各個區(qū)域的折射率的大小之間的關(guān)系和各個區(qū)域的相對折射率差的大小之間的關(guān)系用公式(17)表示(圖13B)。
第一區(qū)域21的縱向模聲速表示為V[1]，第二區(qū)域22的縱向模聲速表示為V[2]，第三區(qū)域23的縱向模聲速表示為V[3]，光學(xué)包層區(qū)域24的縱向模聲速表示為V[4]。第一區(qū)域21的相對聲學(xué)折射率差表示為Δa[1]，第二區(qū)域22的相對聲學(xué)折射率差表示為Δa[2]，第三區(qū)域23的相對聲學(xué)折射率差表示為Δa[3]，光學(xué)包層區(qū)域24的相對聲學(xué)折射率差表示為Δa[4]。使用各個區(qū)域的縱向模聲速V[k]和純二氧化硅玻璃的縱向模聲速V0，各個區(qū)域的相對聲學(xué)折射率差Δa[k]表達為方程(18)。在這種情況下，各個區(qū)域的縱向模聲速的大小之間的關(guān)系和各個區(qū)域的相對聲學(xué)折射率差的大小之間的關(guān)系用公式(23)表示(圖13A)。
V[1]＞V[2]＜V[3]＞V[4] ...(23a)Δa[1]＜Δa[2]＞Δa[3]＜Δa[4] ...(23b)在各個區(qū)域中的折射率和縱向模聲速不必是嚴格均勻的。當(dāng)某個區(qū)域不均勻時，可使用以那個區(qū)域中的體積加權(quán)的平均值。
如上所述，第二區(qū)域22(聲學(xué)芯區(qū)域)中的縱向模聲速V[2]低于第一區(qū)域21(緊接于第二區(qū)域22內(nèi)側(cè))中的縱向模聲速V[1]，并且低于第三芯區(qū)域23(緊接于第二區(qū)域22外側(cè))中的縱向模聲速V[3]。預(yù)先確定第二區(qū)域22中的縱向模聲速和第二區(qū)域22的徑向厚度，使得局域在第二區(qū)域22中且沿中心軸傳播的縱向模聲波可以存在。
最好是，第一區(qū)域21、第二區(qū)域22、第三區(qū)域23和光學(xué)包層區(qū)域24中的每一個都是由純二氧化硅玻璃或摻有F元素的二氧化硅玻璃制成。當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域21中的F的濃度表示為Y[1]，第二區(qū)域22中的F的濃度表示為Y[2]，第三區(qū)域23中的F的濃度表示為Y[3]，光學(xué)包層區(qū)域24中的F的濃度表示為Y[4]時，這些參數(shù)具有用公式(24)表示的關(guān)系。
Y[1]＜Y[2]＞Y[3]＜Y[4] ...(24)此外，在這種情況下，特別容易生產(chǎn)該光纖。
接著，下面將例2的光纖和比較例2的光纖一起來進行說明，例2是第二實施例的光纖2的具體例子。在例2的光纖中，當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域21、第二區(qū)域22和第三區(qū)域23的外半徑分別表示為R[1]、R[2]和R[3]時，第一區(qū)域21的直徑與第二區(qū)域22的直徑之比，即R[1]/R[2]，是0.33；第二區(qū)域22的直徑與第三區(qū)域23的直徑之比，即R[2]/R[3]，是0.60；第三區(qū)域23的直徑2R[3]是11.47μm。其它的特征在表VII中示出。
表VII

由方程(22)定義的聲學(xué)芯的v值為1.22。在這種情況下，假定λa是0.537μm。
另一方面，比較例2的光纖具有階梯形折射率分布。在該光纖中，芯區(qū)域和包層區(qū)域中的每一個都由摻有F元素的二氧化硅玻璃制成。芯區(qū)域的相對折射率差為-0.24％，包層區(qū)域的相對折射率差為-0.5％。該芯區(qū)域的直徑是14.16μm。假定芯區(qū)域中的相對折射率差是均勻的。
表VIII總結(jié)了例2和比較例2的光纖的以下特征有效芯面積Aeff、布里淵增益峰頻率、SBS峰增益和SBS閾值(變換為無限長時的值)。
表VIII


圖14是示出例2和比較例2的光纖的布里淵增益譜的曲線圖。通過使用全矢量有限元方法解方程(9)來得到表VIII和圖14中所示的計算結(jié)果，以使用方程(12)評估光學(xué)模和聲學(xué)模之間的重疊。這些計算結(jié)果示出了在1,550nm波長處的值。
例2和比較例2的光纖的有效芯面積都是大約為125μm2，幾乎彼此相等。因此，這兩個光纖的光功率密度分布也幾乎相同。然而，在布里淵增益譜中，例2的光纖不同于比較例2的光纖。
原因解釋如下。在比較例2的光纖中，存在擴展在整個光學(xué)芯區(qū)域20上的聲學(xué)模，并且聲學(xué)模和光學(xué)模之間的重疊大。因此，在聲學(xué)模中，在10.864GHz頻率處產(chǎn)生高的布里淵增益峰。另一方面，在例2的光纖中，存在局域在第二芯區(qū)域22(環(huán)形聲學(xué)芯區(qū)域)中的聲學(xué)模，并且聲學(xué)模和光學(xué)模之間的重疊小。因此，在聲學(xué)模中，在10.681GHz頻率處產(chǎn)生比較低的布里淵增益峰。另外，在例2的光纖中，在第一芯區(qū)域21中還存在頻率為11.064GHz的弱定域聲學(xué)模，并且該聲學(xué)模和光學(xué)模之間的重疊也小。因此，在11.064GHz處產(chǎn)生低的布里淵增益峰。布里淵增益的這種不同可以由圖15A、圖15B和圖16A至16C中所示的各個光纖的聲學(xué)模的行為差異來解釋。
圖15A和圖15B是說明比較例2的光纖中的聲學(xué)模的曲線圖。圖15A示出相對折射率差Δ和相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布。圖15B示出聲波模振幅、歸一化光功率密度和歸一化折射率的徑向分布。圖16A至16C是說明例2的光纖中的聲學(xué)模的曲線圖。圖16A示出相對折射率差Δ和相對聲學(xué)折射率差Δa的徑向分布。圖16B和圖16C示出聲波模振幅、歸一化光功率密度和歸一化折射率的徑向分布。圖16B和圖16C示出兩個彼此不同的聲學(xué)模的徑向分布。
在圖15B、圖16B和圖16C中，聲波模振幅是由方程(13)給出的Δρ/ρ0。通過使用線性函數(shù)的變換對光功率密度和折射率進行歸一化，使得最小值是0，最大值是1。
從圖15B中可以看出，在比較例2的光纖中，光學(xué)模和聲學(xué)模每個都具有其形狀彼此相似的徑向分布，所以它們之間的重疊大到0.0029。結(jié)果，由于SBS產(chǎn)生的增益變大，增益譜具有在聲波的10.864GHz的頻率處的高峰。
另一方面，從圖16A至16C可以看出，例2的光纖具有作為環(huán)形聲學(xué)芯區(qū)域的第二芯區(qū)域22，所以在聲學(xué)芯區(qū)域中存在定域聲波。該聲波和光之間的重疊變?yōu)?.0019，該值小于比較例2的光纖中的重疊。因此，在例2的光纖中，在聲波模的10.681GHz的頻率處產(chǎn)生的增益小于比較例2的光纖中的增益。最終，布里淵增益譜的峰高度下降，SBS閾值增大。也就是說，例2的光纖可傳輸不產(chǎn)生SBS的光功率高于比較例2的光纖可傳輸不產(chǎn)生SBS的光功率。另外，在例2的光纖中，在11.064GHz的頻率處存在微弱的局域在第一芯區(qū)域21中的聲波。該聲波和光之間的重疊小，即0.001，所以在11.064GHz的頻率處產(chǎn)生低的布里淵增益峰。如上所述，在例2的光纖中，最好的是，在第一芯區(qū)域21和第二芯區(qū)域22中的每一個中都存在定域聲波模，這些定域聲波模局域在彼此不同的位置上。當(dāng)滿足該條件時，每個聲學(xué)模和光之間的重疊減少，從而布里淵增益下降，SBS閾值增大。另外，在比較例2的光纖中的3-dB寬度是40MHz，而例2的光纖中的3-dB寬度是76MHz。這說明例2的光纖的布里淵增益譜的峰寬度變寬了。
上面結(jié)合目前被視為最實用的優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。但是，本發(fā)明不局限于所公開的實施例，相反，本發(fā)明旨在覆蓋在附屬權(quán)利要求書的實質(zhì)和范圍中所包括的各種修改和等同形式。
2004年12月27日提交的日本專利申請2004-377800的全部公開，包括說明書、權(quán)利要求書、附圖和總結(jié)，以引用的方式全部并入本文中。
權(quán)利要求
1.一種光纖包括(a)光學(xué)芯區(qū)域，其包括中心軸；(b)光學(xué)包層區(qū)域，其折射率低于所述光學(xué)芯區(qū)域的折射率，并且包圍所述光學(xué)芯區(qū)域；以及(c)作為所述光學(xué)芯區(qū)域的一部分的環(huán)形聲學(xué)芯區(qū)域；所述光學(xué)芯區(qū)域、所述聲學(xué)芯區(qū)域和所述光學(xué)包層區(qū)域中的每一個都是圍繞所述中心軸同軸地設(shè)置，并且都沿所述中心軸延伸；在所述聲學(xué)芯區(qū)域中的縱向模聲速低于緊接于所述聲學(xué)芯區(qū)域內(nèi)側(cè)的區(qū)域中的縱向模聲速；并且低于緊接于所述聲學(xué)芯區(qū)域外側(cè)的區(qū)域中的縱向模聲速；預(yù)先確定所述聲學(xué)芯區(qū)域中的縱向模聲速和所述聲學(xué)芯區(qū)域的徑向厚度，使得局域在所述聲學(xué)芯區(qū)域中并沿所述中心軸傳播的縱向模聲波可以存在；該光纖的布里淵增益譜的3-dB寬度至少是60MHz。
2.如權(quán)利要求1所限定的光纖，所述光纖滿足如下關(guān)系tλa{1-(V1V0)2}12>0.35---(1)]]>其中，V0是由緊接在所述聲學(xué)芯區(qū)域內(nèi)側(cè)的區(qū)域中的縱向模聲速和緊接在所述聲學(xué)芯區(qū)域外側(cè)的區(qū)域中的縱向模聲速組成的群組中較慢的那個縱向模聲速；V1是所述聲學(xué)芯區(qū)域中的縱向模聲速；t是所述聲學(xué)芯區(qū)域的徑向厚度；λa是聲波的波長，其值是0.537μm。
3.如權(quán)利要求1所限定的光纖，其中(a)所述光學(xué)芯區(qū)域由從里面起依次的第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域組成；(b)所述第三區(qū)域是所述聲學(xué)芯區(qū)域；(c)所述第一區(qū)域、所述第二區(qū)域、所述第三區(qū)域和所述光學(xué)包層區(qū)域中的每一個都是由從由純二氧化硅玻璃和摻有GeO2的二氧化硅玻璃組成的群組中選擇的材料制成；以及(d)當(dāng)所述第一區(qū)域中的GeO2的濃度表示為X[1]，所述第二區(qū)域中的GeO2的濃度表示為X[2]，所述第三區(qū)域中的GeO2的濃度表示為X[3]，所述光學(xué)包層區(qū)域中的GeO2的濃度表示為X[4]時，這些參數(shù)具有用下式表示的關(guān)系X[1]＞X[2]＜X[3]＞X[4] ...(2)。
4.如權(quán)利要求3所限定的光纖，其中(a)在所述第一區(qū)域中的縱向模聲速不同于所述第三區(qū)域中的縱向模聲速；(b)在所述第一區(qū)域中存在一個定域聲波模，所述第三區(qū)域內(nèi)存在另一定域聲波模；以及(c)在所述兩個聲波模之間存在至少50MHz的頻率差。
5.如權(quán)利要求3所限定的光纖，所述光纖(a)在1,310nm波長處的模場直徑在8至10μm的范圍內(nèi)；(b)光纜截止波長至多是1,260nm；(c)零色散波長在1,300至1,324nm的范圍內(nèi)；(d)當(dāng)所述光纖彎成具有32mm的直徑時，在1,550nm波長處的彎曲損耗至多是4dB/m；(e)在1,550nm波長處的損耗至多是0.25dB/km；以及(f)當(dāng)SBS閾值被變換成無限長時的值時，該SBS閾值在1,550nm波長處至少是9dBm。
6.如權(quán)利要求1所限定的光纖，其中(a)所述光學(xué)芯區(qū)域由從里面起依次的第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域組成；(b)所述第二區(qū)域是所述聲學(xué)芯區(qū)域；(c)所述第一區(qū)域、所述第二區(qū)域、所述第三區(qū)域和所述光學(xué)包層區(qū)域中的每一個都是由從由純二氧化硅玻璃和摻有F元素的二氧化硅玻璃組成的群組中選擇的材料制成；(d)當(dāng)所述第一區(qū)域中的F元素的濃度表示為Y[1]，所述第二區(qū)域中的F元素的濃度表示為Y[2]，所述第三區(qū)域中的F元素的濃度表示為Y[3]，所述光學(xué)包層區(qū)域中的F元素的濃度表示為Y[4]時，這些參數(shù)具有用下式表示的關(guān)系Y[1]＜Y[2]＞Y[3]＜Y[4]...(3)。
全文摘要
一種光纖不僅可以抑制SBS而且可以容易生產(chǎn)。光纖1包括光學(xué)芯區(qū)域10和光學(xué)包層區(qū)域14，所述光學(xué)芯區(qū)域10包括中心軸，所述光學(xué)包層區(qū)域14包圍所述光學(xué)芯區(qū)域10。所述光學(xué)芯區(qū)域10由從里面起依次的第一區(qū)域11、第二區(qū)域12和第三區(qū)域13組成。作為光學(xué)芯區(qū)域10的一部分的第三區(qū)域13是環(huán)形的聲學(xué)芯區(qū)域。聲波的傳播模可以局域在第三區(qū)域13中。
文檔編號H04B10/12GK1797048SQ20051013289
公開日2006年7月5日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月27日
發(fā)明者長谷川健美 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社