專(zhuān)利名稱(chēng)：一種優(yōu)化色散特性的單模光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通信技術(shù)，具體涉及一種為大容量、高速率、長(zhǎng)距離傳輸系 統(tǒng)而設(shè)計(jì)的非零色散位移單模光纖。該單模光纖具有優(yōu)化的色散特性，即適當(dāng) 的色散和較低的色散斜率，有效面積適中，同時(shí)具有偏振模色散低、低損耗和 優(yōu)異的抗彎曲性能，與光纖熔接時(shí)具有低熔接損耗等優(yōu)點(diǎn)，適用于大容量、高
速率、長(zhǎng)距離的DW面系統(tǒng)傳輸，其低的色散斜率有利于對(duì)色散進(jìn)行全面的精確 管理，適中的有效面有利于得到高的拉曼放大效率，滿(mǎn)足C、 C + L波段的長(zhǎng)距 離的傳輸。
背景技術(shù)：
隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，特別是光纖放大器和波分復(fù)用技術(shù)的成熟應(yīng)用， 制約光纖通信的己經(jīng)不再是光纖的損耗。全球信息化的迅猛發(fā)展需要大容量、 高速率光纖通信系統(tǒng)。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上考慮，光纖通信技術(shù)發(fā)展主要分為2個(gè) 方向，即提高波分復(fù)用單信道的傳輸速率，增加波分復(fù)用的信道數(shù)量與增加傳 輸波段。因此大容量、高速率、長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)對(duì)光纖的特性和發(fā)展提出新的 要求。目前對(duì)于波分復(fù)用技術(shù)而言，制約光纖傳輸容量和距離的主要因素為非 線性效應(yīng)，色散和光信噪比OSNR。
在波分復(fù)用系統(tǒng)中，隨著容量增加，波長(zhǎng)間隔不斷減少，各波長(zhǎng)之間的光 非線性效應(yīng)，包括四波混頻，自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制等，限制了光傳輸?shù)?容量與距離。系統(tǒng)要求的光信噪比隨著單信道的速率提高而成正比增加，因此 要求更高的信號(hào)光功率，這使得光纖非線性效應(yīng)更趨嚴(yán)重。而由于波分復(fù)用信 道波段擴(kuò)展，長(zhǎng)短波長(zhǎng)邊緣信道的色散積累使得色散管理更加復(fù)雜，增加了系 統(tǒng)色散補(bǔ)償成本。解決這些問(wèn)題的有效途徑就是不斷創(chuàng)新光纖技術(shù)，開(kāi)發(fā)具有 優(yōu)化色散特性的新光纖。
為了抑制DWDM系統(tǒng)中非線性的影響，在傳輸波段需要適當(dāng)?shù)纳⒅挡⒔档?br> 光功率密度，人們?cè)谏⑽灰乒饫w的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了非零色散位移光纖(NZ-DSF， G. 655光纖)以及大有效面積非零色散位移光纖。目前已經(jīng)公布了一系列的這類(lèi)光 纖的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)專(zhuān)利。如中國(guó)ZL98121639.0號(hào)發(fā)明專(zhuān)利(授權(quán)公告號(hào)為 CN1068434C)公布了一種較大有效面積非零色散位移光纖和制造方法，其典型 色散斜率為0.09ps/ (nm、km)，有效面積在80um2以上，1550nm損耗典型值為 0. 205dB/km。中國(guó)ZL03125210. 9號(hào)發(fā)明專(zhuān)利(授權(quán)公告號(hào)為CN1219227C)公布 了一種正非零色散位移光纖，設(shè)計(jì)具有8個(gè)纖芯分層，1550nm色散斜率減小到 0.085ps/ (nm、km)，有效面積調(diào)整為70um2以上，1530 —1550nm范圍的色散在 2. 0-6. Ops/ (nm km)， 1550nm的損耗小于0. 21dB/km。中國(guó)00806764. 3號(hào)發(fā) 明專(zhuān)利申請(qǐng)(公開(kāi)號(hào)為CN1348548A)公布了一種中下陷的三角型設(shè)計(jì)光纖，色 散斜率為0.073ps/ (nm、km)。美國(guó)專(zhuān)利6396987B1公布了一種光纖，光纖芯 層折射率采用梯形和中心下陷階躍型的分布，其色散斜率小于0.073ps/
(nm、km)，有效面積達(dá)到60um2。中國(guó)00802639. 4號(hào)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)(公開(kāi)號(hào)為 CN1337010A)公布了一種階躍型折射率分布光纖，色散斜率也小于0.07ps/
(nm2 km)， 1550nm的色散在7 — 15 ps/ (nm km)。
雖然現(xiàn)在G. 655光纖種類(lèi)眾多，但是大多數(shù)的G. 655光纖中，色散斜率 還是偏大，色散特性不均衡，或者波導(dǎo)結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，實(shí)際不利于生產(chǎn)工藝控 制和得到高的成品率。在以前的工藝操作中，用于長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)的大有效面 積光纖的色散斜率大且色散較高，因此導(dǎo)致DWDM系統(tǒng)性能劣化。對(duì)于寬工作波 長(zhǎng)的傳輸系統(tǒng)，色散斜率偏大的直接危害就是造成長(zhǎng)短波長(zhǎng)邊帶波長(zhǎng)的色散差 異大，傳輸波長(zhǎng)范圍越寬，這種差值越大，色散補(bǔ)償難度或成本的增加越大， 對(duì)于40Gbit/s這樣要求精確色散管理的高速傳輸系統(tǒng)，其影響就成為很大的問(wèn) 題，在實(shí)際應(yīng)用中依然需要復(fù)雜的色散管理，增加了系統(tǒng)成本。隨著拉曼放大 器的應(yīng)用，非零色散位移光纖的拉曼增益特性也越來(lái)越受到重視。光纖的拉曼 增益效率與有效面積近似反比關(guān)系，大的有效面積意味著低的拉曼增益效率。 因此，為充分利用光纖的帶寬資源，增大通信容量，并且適應(yīng)分布式拉曼放大
器傳輸系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，要求光纖具有均衡的色散特性，即要求降低色散斜率， 通過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)淖畹偷纳⒆兓种品蔷€性效應(yīng)，同時(shí)保持光纖的有效面積適 中。
理想的光纖的色散應(yīng)當(dāng)在整個(gè)工作波段具有一個(gè)恒值，但是折射率隨著波 長(zhǎng)變化而變化，色散對(duì)波長(zhǎng)具有依賴(lài)性，在光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，有效面積和 色散、色散斜率相互制約，在光纖設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)各種特性平衡給予考慮。
在實(shí)際長(zhǎng)距離光纖傳輸系統(tǒng)中，通常需要將不同光纖連接形成通信鏈路，
非零色散位移光纖比標(biāo)準(zhǔn)單模光纖折射率分布更復(fù)雜，將非零色散位移光纖與 其它不同類(lèi)型的光纖熔接在一起時(shí)，因?yàn)楸舜说哪ｉL(zhǎng)直徑和光纖幾何參數(shù)等不 匹配，往往導(dǎo)致反射增大，附加損耗增加，鏈路越長(zhǎng)接點(diǎn)越多，累積的效應(yīng)越 大，嚴(yán)重的可能造成不可接受的誤碼率。因此在光纖制造中熔接特性是不容忽 視的問(wèn)題，需要采取措施降低光纖的熔接損耗，限制熔接損耗對(duì)傳輸系統(tǒng)的有 害作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)影響高速通信的非線性問(wèn)題和 偏振模色散問(wèn)題，提供一種適用于大容量、高速率、長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)的非零色 散位移單模光纖。賦予該單模光纖優(yōu)化的色散特性，即較低的色散斜率、適當(dāng)
的色散值和有效面積，同時(shí)具有偏振模色散低、低摜耗和優(yōu)異的抗彎曲性能與 熔接性能，從而有效減少色散補(bǔ)償成本。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種優(yōu)化色散特性的單模光纖，其特征是它包括構(gòu)成光纖芯層的第一層、 第二層以及構(gòu)成光纖包層的第三層、第四層、外包層，第一層折射率為階躍分 布(階躍分布在折射率對(duì)直徑的分布曲線上表現(xiàn)為臺(tái)階狀)，第二層折射率梯度 變化(梯度變化在折射率對(duì)直徑的分布曲線上表現(xiàn)為斜線狀)，第三層、第四層 折射率為階躍分布，外包層為純的二氧化硅玻璃包層，所述光纖芯層的折射率
分布為nl>n2>nc，所述光纖包層的折射率分布為n4>nc>n3;其中ni為第i 層的光纖折射率，nc為外包層的折射率。
在構(gòu)成光纖芯層的第二層直徑和折射率的梯度分布，得到適當(dāng)?shù)纳⒑陀?br> 效面積。在構(gòu)成光纖包層的第三層的折射率改變色散斜率。
作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明還包括以下附加技術(shù)特
征
纖的四個(gè)分層的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)為 0. 34%《Anl《0. 46%, 5. 0um《rl《7. Oum;
0. 25%《A n2《0. 35%， 6. 0um《r2《8. Oum;
-0. 15%《An3《-0. 01%， 10. 5um《r3《14. 5um; 0. 07%《△ n4《0. 12%， 10. 66《r4《18. 66um;
其中Ani為以nc作為參考折射率的第i層的相對(duì)折射率差，ri為第i層 的半徑。
在構(gòu)成光纖包層的第三層、第四層中慘入鍺、氟、磷，用以調(diào)節(jié)光纖制件 的折射率分布，且使粘度和應(yīng)力匹配，減少光纖中殘余應(yīng)力，平衡應(yīng)力分布， 穩(wěn)定光纖偏振模色散性能。同時(shí)得到光纖的熔接性能的改善，獲得低的熔接損 耗。
通過(guò)對(duì)光纖折射率分布的精確調(diào)整，可以得到需要的色散特性，即色散值、 色散斜率和適當(dāng)?shù)挠行娣e，并具有較低的PMD和低損耗、優(yōu)異的彎曲性能和 熔接性能。根據(jù)上述方案，本發(fā)明的單模光纖具有如下特征
1550nm色散斜率《0. 05 ps/ (nm2 km)，
零色散波長(zhǎng)《1460nm，
有效面積55 — 65um2，
1530nm-1565nm范圍內(nèi)的色散在2.0 —6. 0 ps/ (nm km)之間， 1550的損耗《0.22dB/km。按照光纖彎曲性能測(cè)量方法，在小60腿芯軸繞 100圈的測(cè)試中，彎曲引起的附加損耗在1550nm和1625nm處均小于0. 05dB，在 4)32mm芯軸繞1圈的測(cè)試中，彎曲引起的附加損耗在1550nm和1625nm處均小 于0. 5dB。光纖的偏振模色散值《0. lps/。與其它非零色散位移光纖(NZ-DSF) 的熔接損耗小于O. 05dB。
本發(fā)明在光纖設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)色散、色散斜率和有效面積進(jìn)行折中，在追求低色散
斜率的前提下，得到適中的光纖有效面積，以達(dá)到色散特性的整體優(yōu)化的結(jié)果， 同時(shí)得到其它相關(guān)特性的改善，滿(mǎn)足光纖傳輸系統(tǒng)對(duì)光纖特性的均衡需要，具 有以下有益效果
1、 同以往的非零色散位移單模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單， 不但可以容易獲得，并且波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在規(guī)定的數(shù)值區(qū)間內(nèi)具有相應(yīng)的優(yōu)化的色散
特性，結(jié)合MCVD、 PCVD、 0VD等工藝對(duì)折射率分布的精確控制能力，容易進(jìn)行 規(guī)模化穩(wěn)定生產(chǎn)和質(zhì)量控制，可高效率地獲得所設(shè)計(jì)的光纖性能。
2、 本發(fā)明在波導(dǎo)設(shè)計(jì)的同時(shí)，兼顧光纖材料的組成設(shè)計(jì)，對(duì)粘度和應(yīng)力進(jìn) 行優(yōu)化匹配，改善應(yīng)力分布，獲得光纖PMD性能的改善。
3、 本發(fā)明的光纖的特性足以滿(mǎn)足抑制非線性效應(yīng)的要求，適用于C波段或 C+L波段的DWDM傳輸需要，而且降低系統(tǒng)色散管理的成本。同時(shí)在分布式拉曼 放大傳輸系統(tǒng)，本發(fā)明的光纖具有很好的應(yīng)用。
4、 在本發(fā)明中通過(guò)對(duì)預(yù)制棒包層摻雜成分的適當(dāng)選取，得到好的熔接性能。 本發(fā)明的光纖與其它非零色散位移光纖熔接時(shí)可以獲得低的熔接損耗，得到不 同光纖之間好的適應(yīng)性。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中相對(duì)折射率△對(duì)直徑的分布曲線示意圖。 圖2是本發(fā)明實(shí)施例2中相對(duì)折射率△對(duì)直徑的分布曲線示意圖。 圖3是本發(fā)明實(shí)施例3中相對(duì)折射率△對(duì)直徑的分布曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖以實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。 實(shí)施例1:
釆用MCVD (改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積)工藝制造光纖芯層，采用OVD(外部氣相 沉積)工藝制造光纖包層，按照?qǐng)Dl所示的光纖波導(dǎo)折射率分布曲線，下述為一
組相對(duì)折射率差分布參數(shù)
第一纖芯分層Corel的參數(shù)為Anl約為O. 45%, rl約為6. Oum，
第二纖芯分層Core2的參數(shù)為An2約為0.35y。， r2約為7.3um，
第一包層分層Cladl的參數(shù)為An3約為-0. 14%， r3約為10. 8um，
第二包層分層Clad2的參數(shù)為An4約為0. 12%， r4約為18. 5um，
最外層包層分層為純二氧化硅玻璃層。
所得光纖的特性如下
1550nm有效面積58咖2，
零色散波長(zhǎng)1460nm，
1550nm色散4.0 ps/ (nm km)，
在1550mn色散斜率:0. 046 ps/ (nm2 km)，
光纖截止波長(zhǎng)1480nm，
在1550損耗0. 20dB/km，
偏振模色散值《0. lps/V^。
宏彎4)60mm繞100圈，在1550nm和1625nm的附加損耗的最大值0. OldB。 宏彎4)32mm繞1圈，在1550nm和1625nm的附加損耗的最大值0. 015dB。 該單模光纖特性在1550nm的色散斜率小于0.049 ps/ (nm2 km)，有效面
積適中，而衰減和彎曲性能優(yōu)異，與其它非零色散位移光纖(NZ-DSF)的熔接損
耗小于0. 05dB。
實(shí)施例2:
采用等離子化學(xué)氣相沉積(PCVD)工藝制造光纖芯層，采用OVD工藝制造光纖 包層，按照?qǐng)D2所示的光纖波導(dǎo)折射率分布曲線，下列為一組相對(duì)折射率差分 布參數(shù)
第一纖芯分層Corel的參數(shù)為Anl約為0. 44%, rl約為6. 2um， 第二纖芯分層Core2的參數(shù)為An2約為0. 36%， r2約為7. 3um， 第一包層分層Cladl的參數(shù)為△ n3約為-O. 15%, r3約為10. 8um， 第二包層分層Clad2的參數(shù)為An4約為0. 12W，r4約為18. 5um， 第三包層分層Clad3的參數(shù)為An5約為一O. 04%, r5約為28. 5um， 最外層包層分層為純二氧化硅玻璃層。頁(yè)
所得光纖的特性如下
1550nm有效面積62um2，
零色散波長(zhǎng)1430nm，
在1550nm色散4.0 ps/ (nm km)，
在1550nm色散斜率0. 048 ps/ (nm2 km)，
光纖截至波長(zhǎng)1480mn，
在1550損耗0. 20dB/km，
偏振模色散值《0. lps/。
宏彎4)60mm繞100圈，在1550nm和1625nm的附加損耗的最大值0. OldB。 宏彎4)32mm繞l圈，在1550nm和1625nm的附加損耗的最大值0. 015dB。 該實(shí)施例所得單模光纖特性在1550nm的色散斜率小于0. 05 ps/ (nm2 'km)，
有效面積適中，而衰減和彎曲性能優(yōu)異，與其它NZ-DSF光纖的熔接損耗小于
0. 048dB。
實(shí)施例3:
采用OVD工藝制造光纖芯層，采用OVD工藝制造光纖包層，按照?qǐng)D3所示的 光纖波導(dǎo)折射率分布曲線，下列為一組相對(duì)折射率差分布參數(shù)
第一纖芯分層Corel的參數(shù)為Am約為0. 44%, rl約為6. 0咖，
第二纖芯分層Core2的參數(shù)為八112約為0. 35%, r2約為7. 3um，
第一包層分層Cladl的參數(shù)為Ari3約為-0. 15%，r3約為10. 8um，
第二包層分層Clad2的參數(shù)為Am約為0. 06y。，r4約為12. 5um，
第三包層分層Clad3的參數(shù)為Ans約為0. 12y。，r5約為18. 5um，
第四包層分層Clad4的參數(shù)為Ari6約為0. 01%, r6約為28. 5um，
最外層包層分層為純二氧化硅玻璃層。
所得光纖的特性如下
1550nm有效面積65mn2，
零色散波長(zhǎng)1460nm，
在1550nm色散4. 0 ps/ (nm km)，
在1550nm色散斜率0. 049 ps/ (nm2 km)， 光纖截至波長(zhǎng)1480mn， 在1550損耗:0. 20dB/km,
宏彎4)60mm繞100圈，在1550nm和1625nm的附加損耗的最大值0. OldB。 宏彎4)32mm繞1圈，在1550nm和1625nm的附加損耗的最大值:0. 015dB。 偏振模色散值《0. lps/V^。
該實(shí)施例所得光纖特性在1550nm的色散斜率小于0. 050 ps/ (nm2 km)，有 效面積適中，而衰減和彎曲性能優(yōu)異，與其它NZ-DSF光纖的熔接損耗小于 0. 045dB。
需要說(shuō)明的是，本發(fā)明通過(guò)以上三個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思進(jìn)行了具體的 闡述，但本發(fā)明并不限于以上三個(gè)實(shí)施例，限于篇幅的限制，不再以列舉的方 式一一贅述；在實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例時(shí)，涉及的工藝并不限于MCVD， PCVD或OVD， 而且這些工藝可以彼此互換，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)定的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 備注
以下是本發(fā)明的一些術(shù)語(yǔ)的定義。
折射率差A(yù)由以下方程式定義 相對(duì)折射率差A(yù)ni^二[(ni2 — nc2)/2 ni2]
其中ni為第i層的光纖折射率,nc為外包層純二氧化硅玻璃部分的折射率， 在本申請(qǐng)中它作為參考折射率。
折射率分布的定義是指在光纖的選定部分上折射率ni或Ani與其相對(duì)光 纖中心位置ri(半徑)的關(guān)系。
總色散定義為光纖材料色散和波導(dǎo)色散的代數(shù)和，在光纖通信技術(shù)領(lǐng)域， 光纖的色散就是指總色散，其單位為ps/ (rn^km)。
色散斜率表示色散對(duì)波長(zhǎng)的相關(guān)性，由于折射率隨著波長(zhǎng)變化而發(fā)生變化，
光纖色散數(shù)值也隨著波長(zhǎng)變化而變化，色散斜率表示這種變化性，它是以波長(zhǎng) 為橫座標(biāo)，色散值為縱座標(biāo)所描繪曲線的斜率，其單位為ps/ (nm"km)，其計(jì) 算公式= C MM
在波分復(fù)用系統(tǒng)中，如果傳輸鏈路的色散斜率大，則各波長(zhǎng)之間的色散值 的差值變大，將降低系統(tǒng)的傳輸特性或增加色散補(bǔ)償?shù)某杀尽?br> 有效面積Aeff = 2兀(/E2rdr) 7(/E4rdr) 式中積分限為0到②，E為與傳播有關(guān)的電場(chǎng)。 DWDM是密集波分復(fù)用系統(tǒng)的英文縮寫(xiě)。 PMD是光纖偏振模色散的英文縮寫(xiě)。
光纖的抗彎曲性能是指在規(guī)定測(cè)試條件下的附加損耗。測(cè)試過(guò)程是，在正 常條件下測(cè)試光纖的損耗，再按照標(biāo)準(zhǔn)要求將光纖繞在芯軸上，測(cè)量損耗值， 兩種測(cè)量的差值即為彎曲導(dǎo)致的附加彎曲損耗。其規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件包括在 直徑75mm的芯軸上繞100圈和在32mm的芯軸上繞1圈。通常，彎曲導(dǎo)致的最 大許可損耗以1310nm和1550nm的附件彎曲損耗為準(zhǔn)，單位為dB。本申請(qǐng)中采 用芯軸60mm和32mm各繞100圈和1圈的條件測(cè)量1550nm和1625nm波長(zhǎng)的附 加損耗，且取最大值作為測(cè)量結(jié)果。
熔接損耗是用OTDR在1550nm處雙向測(cè)量取平均值。
權(quán)利要求
1.一種優(yōu)化色散特性的單模光纖，其特征是它包括構(gòu)成光纖芯層的第一層、第二層以及構(gòu)成光纖包層的第三層、第四層、外包層，第一層折射率為階躍分布，第二層折射率梯度變化，第三層、第四層折射率為階躍分布，外包層為純的二氧化硅玻璃包層，所述光纖芯層的折射率分布n1>n2>nc，所述光纖包層的折射率分布n4>nc>n3，其中ni為第i層的光纖折射率，nc為外包層的折射率。
全文摘要
一種優(yōu)化色散特性的單模光纖，屬于光通信技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)存在影響高速通信的非線性問(wèn)題和偏振模色散問(wèn)題，本發(fā)明包括構(gòu)成光纖芯層的第一層、第二層以及構(gòu)成光纖包層的第三層、第四層、外包層，第一層折射率為階躍分布，第二層折射率梯度變化，第三層、第四層折射率為階躍分布，外包層為純的二氧化硅玻璃包層，光纖芯層的折射率分布為n1＞n2＞nc，光纖包層的折射率分布為n4＞nc＞n3，其中ni為第i層的光纖折射率，nc為外包層的折射率。本發(fā)明的光纖具有較低的色散斜率，適當(dāng)?shù)纳⒑陀行娣e、同時(shí)具有偏振模色散低、低損耗和優(yōu)異的抗彎曲性能，與光纖熔接時(shí)具有低熔接損耗等優(yōu)點(diǎn)，適用于大容量、高速率、長(zhǎng)距離DWDM系統(tǒng)傳輸。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101373237SQ20071007098
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2007年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日
發(fā)明者盧衛(wèi)民, 吳海港, 吳金東, 張立永, 李群星 申請(qǐng)人:富通集團(tuán)有限公司