相關申請的交叉引用

本申請依據(jù)35u.s.c.§119要求于2014年9月29日提交且標題為“opticaltransmissionsystemsandmethodsusingaqsmlarge-effective-areaopticalfiber(使用qsm大有效面積光纖的光傳輸系統(tǒng)和方法)”的美國臨時申請序列號62/056,784的優(yōu)先權權益，所述美國臨時申請通過引用并入本文。

本公開涉及光纖，并且具體地涉及具有大有效面積的準單模光纖。

本文提及的任何出版物或專利文獻的完整公開通過引用予以并入，包括i.roudas等人所著的出版物“comparisonofanalyticalmodelsforthenonlinearnoiseindispersivecoherentopticalcommunicationssystems(擴散相干光通信系統(tǒng)中非線性噪聲的分析模型的比較)”ieeephotonicsconference(ieee光子學會議)，文章mg3.4，2013年9月，美國華盛頓貝爾維尤(bellevue,wa)；sui等人所著的出版物“256gb/spm-16-qamquasi-single-modetransmissionover2600kmusingfew-modefiberwithmulti-pathinterferencecompensation(使用具有多徑干涉補償?shù)纳倌９饫w在2600km上的256gb/spm-16-qam準單模傳輸)”，ofc會議(ofcconference)，加州舊金山(sanfrancisco,ca)，2014年3月9-13日，fibernon-linearitymitigationandcompensation(光纖非線性減弱和補償)(m3c)(isbn:978-1-55752-993-0)；以及s.j.savory所著的出版物“digitalfiltersforcoherentopticalreceivers(相干光接收機的數(shù)字濾波器)”，opticsexpress(光學快訊)，第16卷，第2號，2008年1月21日，第804-818頁。

背景技術：

光纖被用于多種多樣的應用，尤其是使用在遠距離高速光纖通信系統(tǒng)中。光纖具有起作用來將光約束到光纖的中央?yún)^(qū)域內的光波導結構。光纖的許多優(yōu)點之一是能夠以不同信道載送大量的光信號，從而支持高數(shù)據(jù)傳輸速率和大帶寬。

對寬帶和更高數(shù)據(jù)傳輸速率的持續(xù)增長的需求已促使光纖承載更多信道以及更高光功率量。然而，在某些點上，光纖承載的光功率可能導致使得光信號失真以及降低光通信系統(tǒng)的傳輸能力的非線性效應。因此，對于光纖能夠承載多少光功率存在實際的限制。

因為光功率受限于光纖波導結構，所以光強度決定了光纖中的非線性效應的嚴重程度。光強度被定義為所引導的光中的光功率量除以所引導的光所分布的(橫截面)面積。此面積在本領域中稱為光纖的“有效面積”aeff。有效面積aeff是使用本領域中公知的技術和方法由在光纖內行進的光的電磁場分布來計算的。

眾所周知，具有大有效面積aeff的光纖由于其非線性失真減損的功率閾值相對較高而是光傳輸系統(tǒng)中所期望的。有效面積aeff越大，光強度越低，并且由此非線性效應越小。因為此特征，具有大的有效面積aeff的光纖可以以較高的光功率工作，由此增大了光信噪比(osnr)。

遺憾的是，無法簡單地無界限地增大光纖的有效面積aeff。本領域中的常規(guī)認識是，約150μm²的有效面積aeff是維持足夠彎曲魯棒性(即，降低的由彎曲所導致的耗損)的真正單模光纖的極限。在一些情況中，150μm²的有效面積aeff事實上對于一些彎曲損耗要求來說可能已經太大。但是，可以通過增大模限制并因而增大與單模操作相關聯(lián)的光纖截止波長來減少光纖的彎曲損耗。使得有效面積aeff增大超出現(xiàn)今的值會要求將截止波長提升到高于信號波長，由此導致少模操作，而這產生所不令人期望的光傳輸減損，例如模態(tài)色散和多徑干涉(mpi)。

增大光纖的有效面積aeff來減少負面非線性效應的替代方案包括減小有效非線性折射率n2。光纖的非線性物理性質取決于比率n2/aeff。但是，改變n2是困難的并且所產生的效果傾向于非常小。減少光纖衰減是獲得較好傳輸性能的另一種替代方案。較低的光纖衰減降低了對放大的需求并且由此降低傳輸鏈路的噪聲，這進而減少了針對給定的所要求osnr的要求的信號功率。但是，減小光纖的衰減影響光纖傳輸系統(tǒng)的方式與改變有效面積aeff不同，使得不能確切地對這兩個參數(shù)加以權衡。

因此，所需要的是一種更具魯棒性類型的、減小負面非線性效應同時也具有足夠小的彎曲損耗的大有效面積光纖。

技術實現(xiàn)要素：

本公開的一方面是qsm光纖。所述qsm光纖包括具有中心線和外邊緣的纖芯，所述中心線上的峰值折射率為n0，所述外邊緣處的折射率為n1。包層區(qū)段包圍所述纖芯且具有與所述纖芯緊鄰的第一內環(huán)向包層區(qū)。所述纖芯和包層區(qū)段支持基模lp01和高階模lp11，并且定義了：i)對于所述lp01：有效面積aeff>170μm²并且在1530nm衰減不大于0.17db/km；ii)對于所述高階模lp11：在1530nm衰減至少為1.0db/km；并且iii)在1625nm并且對于彎曲直徑db＝60mm，彎曲損耗bl<0.02db/匝。

在上文描述的osm光纖的一個示例中，在1530nm，有效面積aeff>200μm²。

本公開的另一方面是一種具有纖芯的qsm光纖，所述纖芯具有中心線和大于5μm的半徑r1，所述中心線上的峰值折射率為n0，所述半徑r1處的折射率為n1；包圍所述纖芯的包層區(qū)段，其中所述包層區(qū)段包括緊鄰所述纖芯具有最小折射率n2的第一內環(huán)向包層區(qū)、緊鄰所述第一內環(huán)向包層區(qū)且具有最小折射率n3的第二內環(huán)向包層區(qū)、以及緊鄰所述第二內環(huán)向包層區(qū)且具有折射率nr的環(huán)，其中n0>n1>n3>n2且nr>n3>n2；其中所述纖芯和包層區(qū)段支持基模lp01和高階模lp11，并且定義了：i)對于所述lp01：有效面積aeff>150μm²并且在1530nm衰減不大于0.17db/km；ii)對于所述高階模lp11：在1530nm衰減至少為1.0db/km；并且iii)在1625nm并且對于彎曲直徑db＝60mm，彎曲損耗bl<0.02db/匝。

在上文剛描述的qsm光纖的一個示例中，有效面積aeff>170μm²，而在另一個示例中，有效面積aeff>200μm²。在另一個示例中，n1>nr，而在其他示例中，n1＝nr和n1<nr。

本公開的另一方面是一種包括如本文描述的qsm光纖的光傳輸系統(tǒng)。所述光傳輸系統(tǒng)還包括：光發(fā)射機，所述光發(fā)射機用于發(fā)射定義了承載信息的光信號的光；光接收機，所述光接收機通過所述qsm光纖光耦合到所述光發(fā)射機，并且被配置成用于接收所述光發(fā)射機發(fā)射的并以所述基模lp01和所述高階模lp11在所述qsm光纖上傳送的光，從而產生多徑干涉(mpi)，其中所述光接收機從所接收的光生成模擬電信號；模數(shù)轉換器(adc)，所述模數(shù)轉換器將所述模擬電信號轉換成對應的數(shù)字電信號；以及數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器電連接到所述adc，并且被配置成用于接收并處理所述數(shù)字電信號以減弱所述mpi并生成表示來自所述光發(fā)射機的所述光信號的經處理的數(shù)字信號。

附加特征以及優(yōu)點將在以下詳細描述中予以闡明、并且部分從所述描述中對本領域技術人員而言將變得非常明顯或者通過實踐如所寫描述中描述的實施例及其權利要求書以及所附附圖很容易被識別。應當理解的是，前述概括描述和以下詳細描述僅是示例性的，并且旨在為理解權利要求書的本質和特征提供概要或框架。

附圖說明

將附圖包括在內來提供進一步的理解，并且這些附圖被結合在本說明書中構成本說明書的部分。附圖展示了一個或多個實施例，并與具體實施方式一起用于解釋這些不同實施例的原理和操作。如此，從以下結合附圖進行的具體闡述中將更充分地理解本發(fā)公開，在附圖中：

圖1是如本文所公開的一段準單模(qsm)光纖的正視圖；

圖2是折射率n對半徑r的曲線圖，展示了圖1的qsm光纖示例的示例性折射率輪廓；

圖3與圖2相似，并且展示了并不包括包層區(qū)段的環(huán)部的qsm光纖的示例性折射率輪廓；

圖4是圖1的qsm光纖的放大截面視圖，展示了光纖包括軸向(縱向)折射率微擾的示例，所述軸向折射率微擾被設計成提供對高階模的顯著衰減但不顯著地衰減基模；

圖5與圖2相似，并且在單個曲線圖中展示了三個針對示例qsm光纖的不同折射率輪廓p1、p2和p3，其中內包層針對這些不同輪廓具有不同的深度；

圖6是圖5的三個折射率輪廓p1、p2和p3的彎曲損耗bl(db/匝)對彎曲直徑db(mm)的曲線圖；

圖7是針對圖5的三個不同折射率輪廓p1、p2和p3測得的輸出光功率p出與輸入光功率p入之比(p出/p入)對波長λ(nm)的曲線圖，其中所述曲線圖用于計算從多模到單模操作的截止波長λc；

圖8a和圖8b是對應于存在可忽略的平均差分模態(tài)衰減或dma的情況(圖8a)以及對應于存在高dma的情況(圖8b)的，雙模(lp01和lp11)qsm光纖中，隨著差分模式延遲或dmd(ns)而變化的、以任意功率單位(a.p.u.)的信號功率分布sp的曲線圖，其中實線示出總功率，虛線示出基模lp01中的功率，點劃線示出高階模lp11中的功率；

圖9a和圖9b是采用本文所公開的qsm光纖的示例的示例性光傳輸系統(tǒng)的有效dmd(表示為dmdeff)對dma(db/km)的曲線圖，其中對于圖9a，dmd單位是納秒，而在圖9b中，dmdeff以信號處理器的抽頭(時間)間隔τ為單位；并且

圖10是采用本文所公開的qsm光纖與mpi補償一起來恢復以qsm光纖的基模lp01行進的信號的光傳輸系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)在詳細參考本公開的多個不同實施例，在附圖中展示了這些實施例的示例。在任何可能的情況下，在附圖中使用相同的或相似的參考數(shù)字和符號來指代相同或相似的部分。附圖不一定是按比例的，而且本領域的技術人員將認識到附圖已經簡化了的地方以展示本公開的重要方面。

下文闡述的權利要求并入此詳細說明并構成其部分。

術語

如本文使用的術語“相對折射率”與下文論述的多模光纖和纖芯結合定義為：

δ(r)＝[n(r)²–ns²)]/(2ns²)

其中除非另外指明，否則n(r)是半徑r處的折射率，ns是參考折射率。所述相對折射率是以工作波長λp定義的。在另一個方面中，ns是無摻雜氧化硅(sio2)的折射率。折射率輪廓中的最大折射率表示為n0，并且在大多數(shù)情況中，n0＝n(0)。

除非另外指明，否則如本文所使用的相對折射率由δ表示，并且它的值以單位“％”給出。在下文論述中，參考折射率nref是純氧化硅的折射率。

除非另外指明，否則如本文所使用的術語“摻雜”一般是指相對于純(無摻雜)sio2改變玻璃的相對折射率的物質。

術語“?！笔菍；蚬饽５暮喎Q?！岸嗄！惫饫w意指設計成在光纖的相當長度上，如2米或更長，支持基本導模和至少一個高階導模的光纖。“單?！惫饫w是設計成在光纖的相當長度上，如2米或更長，僅支持基本導模的光纖。“少?！被颉吧倌B(tài)”光纖是設計成在光纖的相當長度上，如2米或更長支持基本導模和一個或兩個高階模的光纖?！皽蕟文！惫饫w與“少?！惫饫w的區(qū)別在于，前者致力于僅使用基模來承載信息，而后者致力于使用所有這幾個模來承載信息。

如本文所使用的術語“截止”是指截止波長λc，其定義光纖的單模操作與多模操作的界限，其中對應于波長λ>λc發(fā)生光纖的單模操作?？梢酝ㄟ^標準2m光纖截止測試fotp-80(eia-tia-455-80)來測量作為在本文使用的術語截止波長λc，以便產生“光纖截止波長”，也稱為“2m光纖截止”或“測得的截止”。執(zhí)行fotp-80標準測試以便使用受控的彎曲量來剝離較高階模，或是將光纖的光譜響應歸一化為多模光纖的光譜響應。

對于本文公開的qsm光纖的示例，截止波長λc>1600nm，或更優(yōu)選地為λc>1700nm，或更優(yōu)選地為λc>1750nm，或甚至更優(yōu)選地為λc>1800nm。

具有隨意折射率輪廓的圓柱形對稱光纖中的傳播模式的數(shù)量及其特征是通過解標量波動方程式來獲得的(參見例如，t.a.lenahan，“calculationofmodesinanopticalfiberusingafiniteelementmethodandeispack(使用有限元方法和eispack的光纖中的模計算)”，bellsyst.tech.j.(貝爾系統(tǒng)技術雜志)，第62卷，第1號，第2663頁，1983年2月。光纖中行進的光通常是就lp(線性偏振)模的組合而言來予以(大致)描述。p>0的lp0p模具有兩個偏振自由度且是二重簡并。m>0，p>0的lpmp模具有兩個偏振自由度和兩個空間自由度二者。它們是四重簡并。在本文論述中，在指定光纖中的lp模傳播的數(shù)量時并未考慮偏振簡并。例如，其中僅傳播lp01模的光纖是單模光纖，即使所述lp01模具有兩種可能的偏振也是如此。傳播l01和lp11模的少模(或“少模態(tài)”)光纖支持三個空間模，但盡管如此，本文仍稱之為具有兩個模，以便于論述。

正如本文所使用的，光纖的“有效面積”aeff是光傳播通過的光纖的橫截面面積且被定義為：

其中e是與所述光纖中傳播的光相關聯(lián)的電場，r是所述光纖的半徑。除非另外指明，否則有效面積aeff是以1550nm波長來確定的。

本文公開的示例qsm光纖的宏彎性能是根據(jù)fotp-62(iec-60793-1-47)、通過繞具有直徑db(例如，db＝60mm)的芯棒2匝并使用環(huán)形通量(ef)發(fā)射條件測量彎曲所導致的衰減增加來確定的。

在下文論述中，光纖中非纖芯的任何部分均視為包層部，其可以具有多個區(qū)段。在一些附圖(例如，圖1和圖4)中，包層被示出為具有有限的徑向范圍(例如，半徑rg外)以易于展示，即使包層原則上延伸超出此限制也是如此。

c波長帶定義為從1530nm至1565nm的波長范圍；l波長帶定義為從1565nm至1625nm的波長范圍；c+l波長帶定義為從1530nm至1625nm的波長范圍。

除非另外指明，否則對本文引述的任何范圍的限制均視為包括性的，并由此視為位于所陳述的范圍內。

qsm光纖

圖1是如本文所公開的一段qsm光纖10的正視圖。qsm光纖10具有本體11，所述本體如下文所述地配置且包括中心線12，所述中心線順著qsm光纖的中心縱向延伸。

圖2是qsm光纖10的折射率n對如從中心線12測量的半徑r的曲線圖，展示了qsm光纖的示例折射率配置(輪廓)。qsm光纖10具有中央纖芯(例如“纖芯”)20，且包層區(qū)段30包圍所述纖芯。在示例中，纖芯20主要由氧化硅制成，并且優(yōu)選地由摻雜堿，例如鉀，的摻雜氧化硅制成。纖芯20優(yōu)選地基本不含geo2，并且優(yōu)選地完全不含geo2。纖芯20還可以作為摻雜物包括氟。

包層區(qū)段30包括多個區(qū)，即第一內環(huán)向包層區(qū)或“內包層”32、包圍所述內包層的第二內環(huán)向包層區(qū)或“壕溝(moat)”34、以及包圍壕溝34的環(huán)向外包層區(qū)或“環(huán)”38。纖芯20的形狀大致是三角形，但是可以從臺階輪廓改變到阿爾法輪廓。纖芯20具有位于半徑re處的外邊緣21，所述半徑可以視為纖芯半徑，在所述示例中也等于半徑r1。在一個示例中，纖芯半徑re或r1>5μm，而在另一個示例中，re或r1>7μm。

在示例中，纖芯20和包層區(qū)段30都不包括鍺。包層區(qū)段30的不同區(qū)可以由摻氟氧化硅制成。在示例中，包層區(qū)段30被摻雜以氟，而纖芯20被摻雜以鉀。

圖2的示例qsm光纖10的示例折射率輪廓可以通過9個光纖參數(shù)(p)來描述：五個折射率n0、n1、n2、n3和nr，以及四個半徑r1、r2、r3和rr。折射率n0是峰值折射率，出現(xiàn)在r＝0處，即纖芯20內的中心線12上。折射率n1表示纖芯20與相鄰的內包層32之間的界面(即纖芯邊緣21處)處的折射率，在示例中，其與半徑re相關聯(lián)。折射率n2表示內包層32的最小折射率。折射率n3表示壕溝34的最小折射率。折射率nr表示環(huán)38的最小折射率。

在示例中，半徑r1表示纖芯20的半徑和內包層32的內半徑二者，而半徑r2表示內包層的外半徑。半徑r3表示壕溝34的外半徑。半徑rr表示環(huán)38的內半徑。半徑rg表示環(huán)38結束和構成qsm光纖10的其余部分的、折射率為ng的玻璃涂層39開始處的半徑。

在示例中，9個光纖參數(shù)p是針對標稱玻璃半徑rg＝62.5μm來設計的。如果改變光纖玻璃半徑rg，則可能需要尤其對包層參數(shù)(r3、n3)和環(huán)參數(shù)(nr、rr)進行小的調整，這對于減少彎曲損耗是可選的。在圖1中，纖芯邊緣半徑re稍小于內包層半徑r1，這是由折射率測量中的缺點所致。在下文論述的圖5的曲線圖中，從纖芯20至內包層32的過渡是豎直的，從而re＝r1。

在qsm光纖10的示例實施例中，n0>n1>n3>n2。在另一示例中，n1>nr，而在又一示例中，n1≤nr。在又另一示例中，nr>n3>n2。

圖3與圖2相似，并且展示了包層區(qū)30并不包括外環(huán)38的示例qsm光纖10的示例折射率輪廓。對于圖3的“無環(huán)”輪廓，內包層32的內半徑表示為ri且具有相關聯(lián)的折射率ni。在所述示例中，纖芯20的形狀大致是臺階狀的，但是可以從臺階輪廓改變到阿爾法輪廓。圖3的折射率輪廓中的小上升bi和b2是由于預期的牽拉應力分布導致的特征，并且對所述設計并不關鍵。正如上文提到的，內包層32的內半徑ri可以等于纖芯20的半徑r1。

本文所公開的qsm光纖10具有相對大的有效面積aeff，在一個示例中所述有效面積為aeff>150μm²，而在另一個示例中為aeff>170μm²，而在又一個示例中為aeff>200μm²。qsm光纖10被設計成僅使用基模lp01來工作，恰如單模光纖中那樣，而不使用所述一個額外的高階模lp11。除非對接收的(傳送的)信號應用適合的mp補償數(shù)字信號處理，否則所述一個額外的高階模lp11可能減弱qsm光纖中行進的光信號的傳輸。

在示例中，基模lp01具有基模有效折射率，高階模lp11具有高階模有效折射率，并且其中在1550nm波長，基模有效折射率與高階模有效折射率之間的差neff為|δneff|>0.001。

高階模減損

由qsm光纖10中存在高階模lp11所導致的兩個主要減損是多徑干涉(mpi)和過量損耗(el)。本公開的方面包括將qsm光纖10用于光信號傳輸同時使用本領域公知且如更詳細描述的數(shù)字信號處理技術以電子方式減弱光信號的mpi。這種針對mpi效應的電子減弱使得qsm光纖10能夠部署在光傳輸系統(tǒng)中。為此，在示例中，前文提及的qsm光纖10的參數(shù)p得以實質性地優(yōu)化，同時無法補償?shù)倪^量損耗el被基本上減到最小(例如，基本上使之為0)。這避免了過量損耗el減小如上文解釋的使得相對較大有效面積aeff用于克服不利的非線性效應的益處。

因為qsm光纖10的高階模lp11是所不期望的且未被使用的，所以qsm光纖10的設計和配置不同于致力于在高階模中傳送信息的常規(guī)少模光纖的設計和配置。具體地，因為常規(guī)少模光纖致力于利用以高階模傳送的信息，所以這些模需要具有相對低的差分模態(tài)衰減(dma)。正如下文更詳細解釋的，本文公開的qsm光纖10具有相對高的dma，即，有意地使高階模lp11承受相對大的衰減以便減小此高階模所導致的光傳輸減損程度。

理想情況下，qsm光纖10應具有所有支持的模之間的相對較大的相折射率差以便使得模耦合最小化，而同時具有所有支持的模之間的小的群折射率差。這后一屬性使得從接收的信號移除mpi偽影所需的數(shù)字信號處理最小化。遺憾的是，這在具有大有效面積aeff的光纖中是不可能的。定性地，這是因為對于任何模來說，群折射率(ng)與相折射率(或“有效折射率”ne)按如下方式相關：

因此兩種模之間的群折射率ng之差由下式給出：

在非常大的有效面積aeff的極限中，所有模的波長色散逼近塊狀玻璃的波長色散，在此情況下，δng的等式中的最后一項消失，從而ng≈δne。因此，無法同時具有低模耦合(大的δne)和小差分模延遲(dmd，小的δng)。

在本文公開的qsm光纖10中，實質性地保留了低模耦合，同時，如上文提及的，通過有意地將qsm光纖設計成對于高階模lp11具有盡可能多的損耗(即，高dma)來管理dmd。高dma減少了用于mpi補償?shù)臄?shù)字信號處理器中所需的均衡器抽頭(即存儲器)的數(shù)量，從而降低了系統(tǒng)復雜性，如下文所述。高dma值還降低了總mpi水平，這樣可以有就mpi補償數(shù)字信號處理的效力而言的上限。

在一個示例中，1530nm波長的dma為dma≥1.0db/km，而在另一個示例中，dma≥4.0db/km。再有，在一個示例中，1530nm波長的基模lp01與高階模lp11之間的耦合系數(shù)cc是cc<0.002km^-1，而在另一個示例中，耦合系數(shù)cc<0.001km^-1。

增大高階模lp11的dma的一種方式是將截止波長λc向符合宏彎要求的其最低可能值移位。另一種方式是以模式選擇的方式使高階模有損耗。圖4是部分的包括軸向(縱向)折射率微擾52的示例qsm光纖10的放大截面圖。圖4包括折射率n對沿qsm光纖的軸向距離z的曲線圖，展示了具有恒定周期λ的折射率微擾的示例形式。折射率微擾52用于增大高階模lp11的衰減(dma)，而不顯著增大基模lp01的衰減。在示例中，折射率微擾52是在工作波長基本上與高階模lp11的有效折射率和輻射包層模的有效折射率之間的差相匹配的長周期光柵形式，即，周期λ≈1/δn，其中δn是高階模lp11與輻射性包層模之間的有效折射率差。

在示例中，軸向折射率微擾52具有波長諧振且包括用于較之恒定周期配置加寬所述諧振的帶寬的非恒定(例如，啁啾)周期λ。在示例中，可以使用公知的方法，如激光照射，來在qsm光纖10中形成軸向折射率微擾52。在示例中，軸向折射率微擾52可以在光纖被牽拉時例如通過利用一個或多個激光照射光纖來形成。在示例中，折射率微擾的周期λ被選為使得在1530nm波長的示例中c+l波長帶中基本上不存在lp01和lp11模的共振耦合。

光傳輸?shù)乃^的“高斯噪聲(gn)”模型假定發(fā)射功率優(yōu)化的系統(tǒng)q系數(shù)與有效面積aeff按下式換算：

所以將有效面積aeff從150μm²增大到175μm²使得q²增大約11％或0.45db。將有效面積aeff從150μm²增大到250μm²使得q²增大約41％或1.5db。已對摻雜鉺的光纖放大(edfa)的偏振復用(pm)-16qam(正交振幅調制)光傳輸系統(tǒng)實施了示例仿真，所述光傳輸系統(tǒng)具有80個信道、32ghz(奈奎斯)信道間距、50km跨距長度、理想(無噪聲和失真)發(fā)射機和接收機以及0.158db/km的跨距損耗的qsm光纖10。所述仿真顯示將有效面積aeff從150μm²增大到250μm²使得11.25db的到達距離從3000km增大到4000km。因此，雖然最優(yōu)q²中的1.5db增量看上去小，但是能夠使到達距離得到顯著提高。

此仿真表明在50km的跨距長度下，將有效面積aeff從150μm²增大到250μm²并且將跨距損耗從0.158db/km增大到0.215db/km不產生任何q²的凈改變。因此，剛好0.057db/km的過量損耗el(即，由高于本征性lp01衰減的模耦合所導致的附加的損耗)可以完全消除有效面積aeff增大的優(yōu)勢。甚至0.01db/km的過量el也可將有效面積aeff＝250μm²下的qsm光纖10的到達距離減小約200km。有效面積aeff小于250μm²的大有效面積光纖的優(yōu)勢同樣被降低。

通過建?？梢园l(fā)現(xiàn)，在也不引入過量宏彎曲損耗的情況下，常規(guī)折射率輪廓不能實現(xiàn)足夠大的dma和超過175μm²的有效面積aeff。然而，還發(fā)現(xiàn)，酌情添加具有相對于外包層34的折射率nc增大的折射率nr的環(huán)38可以增強對于玻璃涂層39的lp11模耦合，從而在不顯著地影響彎曲性能的情況下增大dma。就此而言，環(huán)38的折射率nr必須不超過基模的有效折射率neff。在示例中，環(huán)38包括促成高階模lp11的衰減的至少一種吸收摻雜物。吸收摻雜物的示例包括鈦或其他過渡金屬。在另一示例中，環(huán)38不包括任何吸收摻雜物。在示例中，環(huán)38包括氟摻雜物，所述氟摻雜物不是吸收摻雜物。

示例qsm光纖

下表1闡述qsm光纖10的三個示例的示例qsm光纖參數(shù)p。在下表中，p表示給定參數(shù)，“min1”和“max1”表示所述給定參數(shù)的第一示例最小值和最大值，“min2”和“max2”表示所述給定參數(shù)的第二示例最小值和最大值，并且“min3”和“max3”表示所述給定參數(shù)的第三示例最小值和最大值。下表中的參數(shù)p基于具有標稱半徑rg＝62.5μm的qsm光纖10。

下表2是表示表1的折射率數(shù)據(jù)的替代性表示。在表2中，使用了相對于純氧化硅的折射率變化。此折射率變化由相對折射率δ表示，其由給出，其中n是上表(在1550nm)中的折射率值且ns＝1.444374(純氧化硅的折射率)。

qsm光纖10的第二示例在下表3中進行闡述并且表示如圖3所示的“無環(huán)”配置的示例。

qsm光纖10的第三示例在下表4中進行闡述并且表示“無環(huán)”配置的另一個示例。

示例輪廓的qsm特性

圖5與圖2相似，并且示出示例qsm光纖10的第一、第二和第三示例折射率輪廓p1、p2和p3(分別為實線、虛線和點劃線)，其中不同折射率輪廓具有內包層32的不同深度。圖6是如使用光建模獲得的1625nm波長的預測的彎曲損耗bl(db/匝)對彎曲直徑db(mm)的曲線圖。圖5中的三條實直線是基于振蕩峰值擬合的、示例輪廓p1、p2和p3的大致上限。所有三個示例輪廓p1、p2和p3在彎曲直徑db為60mm都產生彎曲損耗bl<5mdb/匝。

圖7是針對圖5的三個不同折射率輪廓p1、p2和p3測得的輸出光功率p出與輸入光功率p入之比(p出/p入)對波長λ(nm)的曲線圖，其中所述曲線圖用于計算從多模到單模操作的截止波長λc。

下表5概述圖5的三個示例輪廓p1、p2和p3的預測的光特性。由圖6的直線擬合得到了彎曲損耗bl的值，同時由圖7的功率跡線圖估計了截止波長λc。在λ＝1550nm處，以μm²為單位測量有效面積aeff。以納米(nm)為單位測得直光纖lp11模截止波長λc。在1550nm處，直光纖lp11模輻射性損耗表示為rl且以db/km為單位進行測量。在λ＝1625nm處以及彎曲直徑db＝60mm下，以db/匝為單位測量基模宏彎損耗bl。

dma與nt之間的關系

qsm光纖10的優(yōu)點之一在于，它減少光傳輸系統(tǒng)中用于mpi補償?shù)臄?shù)字信號處理器所需的抽頭的數(shù)量。圖8a和圖8b繪制隨雙模(lp01和lp11)qsm光纖10中的dmd(ns)而變化的以任意功率單位(a.p.u.)的信號功率分布sp。實線示出總功率；虛線示出基模lp01的功率；點劃線示出高階模lp11的功率。

在圖8a中，存在可忽略不計的平均dma，而在圖8b中，存在高平均dma。所有其他光纖參數(shù)p保持不變，并且在兩種情況中，僅將信號發(fā)射到基模lp01中。顯著延遲的貢獻量(粗虛線尾部)隨著dma增大而減小。這使得較之常規(guī)mpi補償，使用qsm光纖10能夠具有相對大的dmd而數(shù)字信號處理器具有數(shù)量nt減少的抽頭。

顯著延遲的貢獻量(粗虛線尾部)隨著dma增大而減小。這使得較之常規(guī)mpi補償，使用qsm光纖10能夠具有相對大的dmd而數(shù)字信號處理器具有數(shù)量nt減少的抽頭。

圖9a和圖9b繪制了利用本文公開的qsm光纖10的示例光傳輸系統(tǒng)的有效dmd(表示為dmdeff)對dma(db/km)。在圖9a中，dmdeff具有的單位為納秒(ns)，而在圖9b中，dmdeff以信號處理器的抽頭(時間)間距τ為單位，其中每個抽頭具有31.25ps的時長。所述有效dmd定義為包括99.95％的干涉脈沖能量的時間間隔，并且表示數(shù)字信號處理器補償mpi所需的延遲量。用于生成圖9a和圖9b的計算假定了qsm光纖10的dmd為1ns/km且長度l＝100km。

圖9a和圖9b的曲線圖示出了非零dma對補償以基模行進的、承載信息的光信號的光傳輸減損所需的抽頭的數(shù)量nt的影響。所需均衡器抽頭的數(shù)量nt的計算是近似性的。所述計算基于平均mpi補償，所以結果可以視為對抽頭數(shù)量nt設置下界限。

具有qsm光纖的光傳輸系統(tǒng)

圖10是采用本文公開的qsm光纖10的示例光傳輸系統(tǒng)(“系統(tǒng)”)100的示意圖。系統(tǒng)100包括光發(fā)射機110、一段qsm光纖10、光接收機130、電連接到所述光接收機的模數(shù)轉換器adc、以及電連接到所述模數(shù)轉換器的數(shù)字信號處理器dsp。系統(tǒng)100中可選地包括的還有電連接到所述數(shù)字信號處理器dsp的判斷電路150。

所述數(shù)字信號處理器dsp包括mpi減弱系統(tǒng)134，在示例中mpi減弱系統(tǒng)包括多個均衡器抽頭136。系統(tǒng)10，并且特別是mpi減弱系統(tǒng)134被配置成用于使用本領域中公知的方法對光信號的光傳輸減損執(zhí)行電子均衡。在一個示例中，mpi減弱系統(tǒng)134包括呈蝴蝶結構(未示出)的四個有限脈沖響應(fir)濾波器，其中每個濾波器具有多個抽頭136，這些抽頭基于最小均方(lms)算法遞歸地進行調整。

qsm光纖段10包括光連接到光發(fā)射機110的輸入端112和光連接到光接收機130的輸出端114，從而在所述光發(fā)射機與所述光接收機之間建立光連接。在示例中，qsm光纖10包括放大器160，例如，edfa。

在系統(tǒng)100的操作中，發(fā)射機110產生光200，光定義了僅以基模lp01承載信息的輸入模擬光信號os。光200進入qsm光纖10的輸入端112并沿所述長度的光纖行進至輸出端114。大部分光200以基模(lp01)行進，同時部分光以高階模lp11行進。光200在qsm光纖10的輸出端處表示為200’，因為如上文所述，光由于行進通過qsm光纖10而存在減損。

光接收機130接收如從qsm光纖10的輸出端114發(fā)射的光200'并將此光轉換成對應的模擬電信號sa。所述模擬電信號sa通過模數(shù)轉換器adc，由其形成對應的數(shù)字電信號sd。然后數(shù)字電信號sd被數(shù)字信號處理器dsp接收，所述數(shù)字信號處理器對所述數(shù)字電信號進行數(shù)字處理。具體地，數(shù)字信號處理器dsp被配置成用于基于本領域中公知的技術使用mpi減弱系統(tǒng)134及其中的均衡器抽頭136來執(zhí)行對mpi的均衡。數(shù)字信號處理器dsp輸出經處理的數(shù)字電信號sdp，經處理的數(shù)字電信號(在mpi減弱系統(tǒng)134的限制內)表示發(fā)射機110生成的初始光信號os。包括最初編碼到光系統(tǒng)os中的信息的經處理的數(shù)字電信號sdp向下游繼續(xù)按需(例如，由判斷電路150)針對給定應用進行處理。

正如上文提及的，≥1db/km或>4db/km的相對高的dma導致復雜性較低的數(shù)字信號處理，即，與采用mpi補償?shù)某Ｒ?guī)光傳輸系統(tǒng)相比，減少了均衡器抽頭136的數(shù)量nt。還如上文提及的，高dma值也降低了總mpi水平，這可以具有就mpi補償數(shù)字信號處理的效力而言的上限。

本領域的技術人員將清楚的是，可以對如在本文中所描述的本公開的優(yōu)選實施例作出各種修改而不偏離如由所附權利要求書所限定的本公開的精神或范圍。因此，本公開涵蓋了這些修改和變形，只要這些修改和變化落在所附權利要求及其等價物的范圍內即可。