專利名稱：光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖，具體地說，本發(fā)明涉及的是這樣一種光纖，它被擴(kuò)大了有效橫截面面積Aeff，以便用于長距離多波長傳輸系統(tǒng)，并被限制了色散斜率。
背景技術(shù)：
通過使用波分復(fù)用(下文中稱為WDM)方法可以大幅增加光纖的傳輸容量。在WDM方法中，需要降低非線性效應(yīng)并控制用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w中的色散。為了這個(gè)目的已經(jīng)開發(fā)出了多種不同的光纖，例如有效橫截面面積Aeff被擴(kuò)大的光纖、色散斜率被降低的光纖和用于補(bǔ)償色散斜率的光纖。
為了利用WDM方法來增加光纖的傳輸容量，通常有兩種途徑。一種是增加將被多路復(fù)用的波長的數(shù)目的方法；而另一種途徑是提高傳輸速度。
對于增加將被多路復(fù)用的波長數(shù)目的方法，這里推薦一種途徑，即增大將被用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄩL帶寬。附圖9A顯示了一般的WDM光纖(a)的色散特性。
對于WDM光纖，通常使用1550nm的波長帶寬。具體地說，通常使用一種被稱作常規(guī)波段(1530-1565nm之間，下面稱為C-波段)的波長帶寬。然而最近提出了一些新的方法，其中使用例如1565-1625nm之間的長波長波段(下面稱為L-波段)和1460-1530nm之間的短波長波段(下面稱為S-波段)來傳輸數(shù)據(jù)。
例如，提出了一種附圖9B所示的光纖，其中增大了色散以便能用于S-波段、C-波段和L-波段。
在這樣的光纖中存在多種不同的折射率差，在附圖10到12中顯示了這種光纖的例子。
在這些光纖當(dāng)中，附圖10所示的具有單峰折射率分布的光纖用于一般的1.3μm帶寬中的單模光纖。而下面兩種光纖通常被用于1.55μm帶寬中的零色散位移光纖和已被開發(fā)用于WDM數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆橇闵⑽灰乒饫w(下面稱為NZ-DSF)，所述兩種光纖是附圖11所示的具有階躍折射率分布的光纖，其中在兩層中的折射率相互不同；附圖12A和附圖12B所示的具有分段(segment)折射率分布的光纖，其中高折射率區(qū)域處于中心部分，而且安排具有不同折射率的多個(gè)層。
對用于WDM數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w來說，需要下面的特性。
首先，必須限制非線性效應(yīng)?？梢酝ㄟ^擴(kuò)大有效橫截面面積Aeff來達(dá)到這一目的。其次，必須限制四光子混合(four-photon-mixture)的出現(xiàn)，可以通過獲得局部色散來達(dá)到這一目的。第三，必須限制由色散引起的線性失真，可以通過降低光路上的平均色散來達(dá)到這一目的。最后，可以通過降低色散斜率來控制較大帶寬范圍內(nèi)的色散。
上述的NZ-DSF被設(shè)計(jì)成滿足了所要求的特性。然而，很難同時(shí)擴(kuò)大Aeff和降低色散斜率。從經(jīng)濟(jì)的角度看，通常用于NZ-DSF的光纖是Aeff被擴(kuò)大到70μm2且色散斜率是0.09ps/nm2/km的光纖(Aeff被擴(kuò)大的NZ-DSF)，和Aeff是50μm2且色散斜率被降低到0.05ps/nm2/km的光纖(低色散光纖)。
對于能夠?qū)崿F(xiàn)更大的有效折射率Aeff和更低的色散斜率的光纖，已知了一種如附圖13所示的具有環(huán)形折射率分布的光纖，其中纖芯的中心部分有較低的折射率，且在其周圍安排了高折射率分區(qū)。對于具有這種環(huán)形折射率分布的光纖，在“ECOC’96 MoB.3.2”中報(bào)道了一種其Aeff被擴(kuò)大到100μm2且色散斜率被限制在0.06-0.08ps/nm2/km的光纖。
然而，到目前為止還沒有這樣一種報(bào)道，即具有環(huán)形折射率分布的光纖能夠?qū)崿F(xiàn)低損耗。例如在上面的報(bào)道中，已經(jīng)報(bào)道存在著0.23dB/km的損耗。沒有其他的報(bào)道提出過更低的損耗特性。因此，要想實(shí)現(xiàn)具有環(huán)形輪廓的光纖，必須降低傳輸損耗。
在具有一般環(huán)形折射率分布的光纖中，將1550nm波長處的色散絕對值設(shè)置為零或小于6ps/nm/km。例如6ps/nm/km的色散是與一般NZ-DSF的技術(shù)規(guī)范相一致的。在附圖14中示出了具有這種色散區(qū)域的光纖的折射率分布。表1中示出了這種光纖的特性。
表1


*上面的值是在波長為1550nm的條件下測得的。
在附圖14中，橫軸代表在半徑方向距離纖芯中心的距離；縱軸代表每個(gè)纖芯與包層之間的折射率差。同時(shí)在附圖14中，用虛線表示在光纖中傳輸?shù)闹髂Ｖ械碾妶鯡的平方與在半徑方向的距離r的乘積。同時(shí)在附圖15A中顯示了波長λ的損耗波長特性。在附圖15B中，是橫軸以1/λ4為單位的條件下的損耗值。
這種光纖在1550nm波長處的傳輸損耗是0.231dB/km。這與具有普通環(huán)形折射率分布的光纖的傳輸損耗一樣高。同時(shí)，表示對于1/λ4的斜率的值“a”為1.183。這樣一個(gè)值遠(yuǎn)大于在一般NZ-DSF中的值“a”，后者約為1.06。光纖中的這種高傳輸損耗是由瑞利損耗造成的。為了實(shí)現(xiàn)具有低損耗的光纖，就必須降低瑞利損耗。

發(fā)明內(nèi)容
考慮上述問題而作出了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種具有擴(kuò)大的有效橫截面面積、限制的色散斜率、低損耗多環(huán)形折射率分布的光纖。
為了解決上述問題，本發(fā)明的第一方面是一種具有包含兩層或更多層的纖芯的光纖，且各層折射率不同，使得除了纖芯的中心部分之外的其中一層具有最大折射率，其中在1550nm的波長處的色散大于等于+6ps/nm/km并小于+15ps/nm/km，且傳輸損耗小于0.210dB/km。根據(jù)此特征，就有可能在具有環(huán)形折射率分布的光纖中實(shí)現(xiàn)低損耗特性。
本發(fā)明的第二方面是這樣一種光纖，其中的纖芯包含多于三層，且各層折射率不同。
本發(fā)明的第三方面是這樣一種光纖，其中纖芯中心部分中的一層的折射率小于纖芯的折射率。
本發(fā)明的第四方面是這樣一種光纖，其中在1550nm波長處的有效橫截面面積大于90μm2。
根據(jù)這些特征，就可能實(shí)現(xiàn)能限制非線性效應(yīng)的光纖。
本發(fā)明的第五方面是這樣一種光纖，其中在1550nm波長處的色散斜率小于0.08ps/nm2/km。
根據(jù)這一特征，就可能控制在較大波長帶寬范圍內(nèi)的色散，從而可能提供能實(shí)現(xiàn)高速高質(zhì)光數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w。
本發(fā)明的第六方面是這樣一種光纖，其中在纖芯中的四個(gè)層中的折射率不同，在1550nm處的有效橫截面面積大于90μm2，且色散斜率小于0.07ps/nm2/km。
本發(fā)明的第七方面是這樣一種光纖，它的折射率分布的冪乘積小于0.45，其中折射率分布由公式F1定義MRIP=∫0r|Δ(r)|rE2(r)dr∫0rrE2(r)dr----F1]]>其中r是在半徑方向離開纖芯中心的距離；Δ(r)是在距離r的位置的包層的折射率差；E(r)是在距離r的位置中所傳輸光的主模的電場分布。
根據(jù)這個(gè)特征，就可能降低瑞利損耗，從而可能實(shí)現(xiàn)具有低損耗特性的光纖。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)了這樣一種光纖，它的纖芯包含兩層或更多層，各層折射率不同，使除了纖芯的中心部分之外的其中一層具有最大折射率，其中在1550nm的波長處的色散大于等于+6ps/nm/km并小于+15ps/nm/km。因此，可能在具有環(huán)形折射率分布的光纖中實(shí)現(xiàn)低損耗特性。
同時(shí)，由于生產(chǎn)出的光纖在1550nm波長處的有效橫截面面積大于90μm2，所以可能實(shí)現(xiàn)可限制非線性效應(yīng)的光纖。
同時(shí)，由于生產(chǎn)出的光纖在1550nm波長處的色散斜率小于0.08ps/nm2/km，所以可能控制在較大波長帶寬范圍內(nèi)的色散，從而也可能提供可實(shí)現(xiàn)高速高質(zhì)的光數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w。
同時(shí)，使生產(chǎn)出的光纖具有小于0.45的折射率分布的冪乘積，所以有可能將傳輸損耗限制到低于0.210dB/km。也可能降低由瑞利散射造成的損耗，從而實(shí)現(xiàn)具有低損耗特性的光纖。


附圖1是根據(jù)本發(fā)明的光纖的折射率分布的例子。
附圖2是顯示在根據(jù)本發(fā)明的光纖內(nèi)的折射率分布的示意圖。
附圖3A和圖3B顯示的是在根據(jù)本發(fā)明的光纖內(nèi)的損耗波長特性的例子。
附圖4是根據(jù)本發(fā)明的光纖的色散特性的曲線圖。
附圖5是與根據(jù)本發(fā)明的光纖之內(nèi)的折射率分布作對比的例子。
附圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明的光纖的折射率分布的另一個(gè)例子。
附圖7A和圖7B是與根據(jù)本發(fā)明的光纖的損耗波長特性作對比的例子。
附圖8A和圖8B顯示了根據(jù)本發(fā)明的光纖的損耗波長特性的另一個(gè)例子。
附圖9是普通WDM光纖之中的色散特性的示意圖。
附圖10是在普通光纖中的單峰折射率分布的示例圖。
附圖11是在普通光纖中的階躍折射率分布的示例圖。
附圖12是在普通光纖中的分段纖芯折射率分布的示例圖。
附圖13A-13C是在普通光纖中的環(huán)形折射率分布的示例圖。
附圖14是在普通光纖中的折射率分布的示例圖。
附圖15A和15B是在普通光纖內(nèi)的損耗波長特性的例子。
具體實(shí)施例方式
下面將具體解釋本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的光纖具有包含兩層或更多層的纖芯，且各層折射率不同，使除了纖芯的中心部分之外的其中一層具有最大折射率(下面稱為環(huán)形折射率分布)，其中在1550nm的波長處的色散大于等于+6ps/nm/km并小于+15ps/nm/km，傳輸損耗小于0.210dB/km。
在這種具有環(huán)形折射率分布的光纖中，必須降低瑞利損耗。為了這個(gè)目的，可以通過將在1550nm波長處的色散設(shè)置在+6至+15ps/nm/km的范圍內(nèi)(這高于在普通NZ-DSF之中的色散)，來使此折射率分布比普通光纖的折射率分布更為平滑。就是說有可能減少光纖之中的摻雜物，也由此可以降低瑞利損耗。
在附圖1中示出了一光纖具有色散的條件下該光纖中的折射率分布，該折射率分布與附圖14所示的基本相同，該光纖被設(shè)計(jì)成具有大于+9ps/nm/km的更加擴(kuò)大的色散。在附圖1中，橫軸表示在半徑方向離開纖芯中心的距離，縱軸表示每個(gè)纖芯到包層的折射率差。同時(shí)在附圖1中，用虛線表示在光纖中傳輸?shù)闹髂Ｖ械碾妶鯡的平方與半徑方向距離r的乘積。
附圖2中顯示了根據(jù)本發(fā)明的光纖中的折射率分布的一個(gè)例子。在附圖2中，參考數(shù)字1表示第一層纖芯分區(qū)，它是纖芯的中心。參考數(shù)字2表示第二層纖芯分區(qū)，它形成于第一層纖芯分區(qū)1周圍，且折射率比第一層纖芯分區(qū)1高。參考數(shù)字3表示第三層纖芯分區(qū)，它形成于第二層纖芯分區(qū)2周圍，且折射率比第二層纖芯分區(qū)2低。參考數(shù)字4表示第四層纖芯分區(qū)，它形成于第三層纖芯分區(qū)3周圍，且折射率比第三層纖芯分區(qū)3高。參考數(shù)字5表示形成于第四層纖芯分區(qū)4周圍的包層。
在這個(gè)例子中，在第一層纖芯分區(qū)1和第三層纖芯分區(qū)3內(nèi)的折射率低于包層5內(nèi)的折射率。同時(shí)，在第二層纖芯分區(qū)2內(nèi)的折射率是最高的。這里在以包層5內(nèi)的折射率作為參考點(diǎn)的情況下，在第一層纖芯分區(qū)1內(nèi)的折射率差為Δ1，而第二層纖芯分區(qū)2內(nèi)的折射率差為Δ2，第三層纖芯分區(qū)3內(nèi)的折射率差為Δ3，第四層纖芯分區(qū)4內(nèi)的折射率差為Δ4。在這種情況下，附圖1所示的第一層纖芯分區(qū)1內(nèi)的折射率差Δ1和第三層纖芯分區(qū)3內(nèi)的折射率差Δ3的絕對值小于附圖14所示的普通光纖中的絕對值。
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種具有低損耗特性的光纖。光纖中的損耗很大程度上依賴于光纖中的瑞利散射。事實(shí)上，在光纖中引起的瑞利散射與該瑞利散射發(fā)生區(qū)域的摻雜物的量和電場有關(guān)系。作為一種表示由瑞利散射造成的影響的指數(shù)，折射率和功率的倍數(shù)(multiple ofrefractive index and power)(下面稱為MRIP)非常有用，它由公式F1定義MRIP=∫0r|Δ(r)|rE2(r)dr∫0rrE2(r)dr----F1]]>在公式F1中，r代表在半徑方向距離纖芯中心的距離，Δr代表對于包層的折射率差，E(r)代表在所傳輸?shù)墓庵械闹髂５碾妶龇植肌?br> 在附圖14所示的普通NZ-DSF中，將MRIP設(shè)定為大約0.5。而與此相對照，在附圖1所示的光纖中的MRIP為0.42，由此可見，MRIP降低了大約10％。如下面在本發(fā)明具體實(shí)施方案中解釋的，有可能通過降低瑞利損耗，而使傳輸損耗降低到一個(gè)優(yōu)選的水平，如0.210dB/km或更低。
在此例的光纖中，最好使色散高于+6ps/nm/km。如果色散低于+6ps/nm/km，則可以預(yù)見到不能充分地降低損耗。因此，通過將色散設(shè)為+6ps/nm/km或更高，可使S-波段中的色散不變?yōu)榱?，從而使這種光纖能夠用于WDM數(shù)據(jù)傳輸。
而且，最好使色散低于+15ps/nm/km。如果色散高于+15ps/nm/km，那么即使使用例如單峰折射率分布和階躍折射率分布來替換根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形折射率分布，也可能實(shí)現(xiàn)相同的特性。就是說，使用具有環(huán)形折射率分布的光纖就沒有優(yōu)勢可言了。
根據(jù)以下所述的光纖，就有可能實(shí)現(xiàn)具有環(huán)形折射率分布并具有低損耗特性的光纖，所述光纖具有的纖芯包含兩層或更多層，且各層折射率不同，使除了纖芯的中心部分之外的其中一層具有最大折射率，其中在1550nm的波長處的色散大于等于+6ps/nm/km并小于+15ps/nm/km。
同時(shí)，由于有可能使1550nm波長處的有效橫截面面積大于90μm2，所以可能實(shí)現(xiàn)能限制非線性效應(yīng)的光纖。
并且，因?yàn)橛锌赡苁乖?550nm波長處的色散損耗小于0.08ps/nm2/km，所以有可能實(shí)現(xiàn)一種能控制在較大波長帶寬范圍內(nèi)的色散的光纖；也可能實(shí)現(xiàn)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚俑哔|(zhì)的光纖。
還有，通過將MRIP設(shè)為0.45或更低，就可能將傳輸損耗限制成低于0.210dB/km，從而可能降低由瑞利散射造成的損耗。由此就有可能實(shí)現(xiàn)具有低損耗特性的光纖。
下面結(jié)合附圖來介紹根據(jù)本發(fā)明的光纖的具體實(shí)施方案。
第一實(shí)施方案生產(chǎn)了一種具有附圖1所示的折射率分布的光纖。此光纖是這樣制造的使用化學(xué)氣相沉積(下面稱為CVD)方法生產(chǎn)在具有附圖2所示的折射率分布的光纖之中的區(qū)域(a)，此區(qū)域(a)包含纖芯；使用外部氣相沉積方法生產(chǎn)在具有附圖2所示的折射率分布的光纖之中的區(qū)域(b)，此區(qū)域(b)包含包層。這里如附圖2所示，光纖包層的外直徑為125μm。此光纖中在1550nm波長處的色散為+8ps/nm/km，這滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的要求。此光纖的特性在表2中示出。
表2

*上面的值是在波長為1550nm的條件下測得的。
這里的Aeff約為100μm2。色散斜率為0.069ps/nm2/km。因此可以確定Aeff已被擴(kuò)大，且色散斜率已被降低。另外，在1550nm波長處的傳輸損耗為0.206dB/km；因此，相比具有環(huán)形折射率分布的普通光纖，已經(jīng)降低了0.02dB/km或更大的傳輸損耗。
在這種光纖中的波長λ的損耗波長特性在附圖3A中示出。附圖3B顯示的是損耗值，其中橫軸的單位是1/λ4。在以1/λ4為橫軸單位畫出曲線的圖3中，值“a”表示斜率。附圖3B中的a值為1.06。因此可以理解該特性已被增強(qiáng)，從而已經(jīng)達(dá)到與普通NZ-DSF幾乎相同的增強(qiáng)水平。
在附圖4中顯示了此光纖之中的色散特性。在1550nm波長處的色散為+8ps/nm/km，大于普通NZ-DSF的色散。并且，將色散斜率限制在0.065ps/nm2/km，可以理解，這是一個(gè)相當(dāng)?shù)偷乃?。在此例中，在S-波段之中的色散為+1ps/nm/km或更大；因此不僅C-波段和L-波段，S-波段也可以用于數(shù)據(jù)傳輸。
第二實(shí)施方案生產(chǎn)了一種具有附圖5、6所示的折射率分布的光纖。
附圖5顯示了在普通NZ-DSF色散區(qū)域之中的折射率分布的設(shè)計(jì)值。附圖6顯示了在將色散設(shè)為高于普通NZ-DSF色散的大約+9ps/nm/km時(shí)的折射率分布的設(shè)計(jì)值。此光纖是這樣制造的使用化學(xué)氣相沉積(下面稱為CVD)方法生產(chǎn)在具有附圖2所示的折射率分布的光纖之中的區(qū)域(a)，此區(qū)域(a)包含纖芯；使用外部氣相沉積方法生產(chǎn)在具有附圖2所示的折射率分布的光纖之中的區(qū)域(b)，此區(qū)域(b)包含包層。這里如附圖2中所示，光纖中包層的外直徑被生產(chǎn)為125μm。
在這個(gè)光纖的例子中，通過將色散增大到大約+9ps/nm/km，可使MRIP從0.50降低到0.43。此光纖的特性在表3、4中示出。表3顯示了具有如附圖5所示的普通NZ-DSF色散區(qū)域之中的折射率分布的光纖的特性。表4是具有如附圖6所示的色散約為+9ps/nm/km條件下的折射率分布的光纖的特性。
表3

*上面的值是在波長為1550nm的條件下測得的。
表4


*上面的值是在波長為1550nm的條件下測得的。
通過將色散增大到+9ps/nm/km，可以使傳輸損耗從0.230dB/km降低到0.202dB/km。
在附圖7A中顯示了具有普通NZ-DSF色散區(qū)域中的折射率分布的光纖之中的波長λ的損耗波長特性。在附圖7B中顯示了損耗值，其中橫軸表示1/λ4。在這些橫軸單位為1/λ4的曲線圖中，值“a”表示斜率。這里的值“a”為1.20。對比來看，在附圖8A中顯示了具有色散被設(shè)在大約+9ps/nm/km條件下的折射率分布的光纖之中波長λ的損耗波長特性。同樣，在附圖8B中顯示了損耗值，其中橫軸表示1/λ4。在這些以單位1/λ4畫出的曲線圖中，值“a”表示斜率。這里的值“a”為1.052。由此可以理解，損耗特性已被增強(qiáng)。
在此實(shí)施方案中，通過在比普通光纖大的區(qū)域內(nèi)設(shè)置色散，就必然可以降低由瑞利散射造成的損耗。
權(quán)利要求
1.一種具有包含兩層或更多層的纖芯的光纖，其各層的折射率不同，使除了纖芯的中心部分之外的其中一層具有最大折射率，其中在1550nm波長處的色散大于等于+6ps/nm/km并小于+15ps/nm/km，和傳輸損耗小于0.210dB/km。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其中纖芯包含三個(gè)以上折射率不同的層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其中在纖芯的中心部分的一層的折射率低于纖芯的折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其中在1550nm波長處的有效橫截面面積大于90μm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其中在1550nm波長處的色散斜率小于0.08ps/nm2/km。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其中纖芯中四層的折射率不同，在1550nm處的有效橫截面面積大于90μm2，且色散斜率小于0.07ps/nm2/km。
7.一種折射率分布的冪乘積小于0.45的光纖，其中折射率分布由公式F1定義MRIP=∫0r|Δ(r)|rE2(r)dr∫0rrE2(r)dr----F1]]>其中r是在半徑方向離開纖芯中心的距離，Δ(r)是在距離r的位置中包層的折射率差，E(r)是用于在距離r的位置中所傳輸光的主模的電場分布。
全文摘要
生產(chǎn)一種光纖，使其具有環(huán)形折射率分布，這樣在1550nm的波長處的色散大于等于+6ps/nm/km并小于+15ps/nm/km，傳輸損耗小于0.210dB/km，有效橫截面面積Aeff大于90μm
文檔編號G02B6/036GK1438501SQ0310439
公開日2003年8月27日 申請日期2003年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月13日
發(fā)明者松尾昌一郎, 姬野邦治, 原田光一 申請人:株式會社藤倉