專利名稱：具有低損耗和非線性效應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及傳輸光信號(hào)的設(shè)備和方法。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及減小長距離光通信系統(tǒng)中總衰減和非線性效應(yīng)的設(shè)備和方法。
在當(dāng)今的全球通信系統(tǒng)中，通常必須將傳輸線延伸到長的距離，其中可能會(huì)包括水域，來提供發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間的通信連接。目前在通信系統(tǒng)中趨向于使用光纖來建立這種傳輸線。光纖是最佳的選擇，因?yàn)楣饫w能夠以高數(shù)據(jù)傳輸速率傳輸大量的數(shù)字信號(hào)。
為了進(jìn)一步增進(jìn)傳輸線的信號(hào)載運(yùn)能力，光纖可以采用波分復(fù)用(WDM)技術(shù)。這種技術(shù)允許以間隔緊密的波長信道，通過同一根光纖發(fā)送多個(gè)光信號(hào)。這大大增強(qiáng)了整個(gè)傳輸系統(tǒng)的信息載運(yùn)能力。
使用光纖通過一個(gè)非常長的距離來傳送信號(hào)時(shí)會(huì)遇到若干問題。例如，光信號(hào)的功率隨著信號(hào)通過每個(gè)光纖的傳導(dǎo)而降低。這種功率損耗又被稱做衰減，可以通過沿傳輸線設(shè)置放大器以增大信號(hào)功率來進(jìn)行補(bǔ)償。傳輸線上放大器的位置和數(shù)量，部分是由光纖的衰減決定的。顯然，通過低衰減光纖傳送的信號(hào)與通過高衰減光纖傳送的信號(hào)相比，需要較少的放大器。
色散是通過光纖傳輸信號(hào)時(shí)所遇到的另外一個(gè)問題。當(dāng)光纖以不同速度傳送不同波譜成分的光脈沖時(shí)就產(chǎn)生了色散；當(dāng)信號(hào)沿著傳輸線向下傳輸時(shí)，色散能夠?qū)е鹿饷}沖的擴(kuò)展或展寬。每個(gè)光纖都具有以光信號(hào)的波長為函數(shù)的色散值，是由玻璃光纖的材料組分和波導(dǎo)特性所產(chǎn)生的。對于一給定波長，光纖的色散可能是正的、負(fù)的、或零，取決于光纖的傳輸特性。盡管色散的類型不同(正的或負(fù)的)，過量的色散能夠?qū)е略诮邮掌魈帉庑盘?hào)的探測錯(cuò)誤。
以光纖的零色散波長傳輸信號(hào)，將從實(shí)質(zhì)上消除色散問題，但是可能會(huì)加重其它傳輸問題，特別是當(dāng)使用WDM系統(tǒng)時(shí)，會(huì)加重非線性效應(yīng)。WDM系統(tǒng)中尤為相關(guān)的非線性效應(yīng)為四波混頻(FWM-FourWave Mixing)現(xiàn)象。當(dāng)符合相位匹配條件的至少兩個(gè)信號(hào)通過同一光纖(如在WDM系統(tǒng)中)發(fā)送并相互作用產(chǎn)生新的波長時(shí)，就發(fā)生FWM。在具有大量(多于兩個(gè))等間隔信道的WDM系統(tǒng)的情形下，這些新波長最終將與信號(hào)波長重迭，從而降低信噪比。已經(jīng)知道，工作波長不同于傳輸光纖零色散波長(從而在工作波長下具有非零的色散值)的WDM系統(tǒng)可以使FWM降質(zhì)作用最小化。更確切地說，F(xiàn)WM作用率(efficiency)η定義為FWM功率與每個(gè)信道輸出功率的比值(假定所有信道都具有相同的輸入功率)，近似正比于η∝[n2αAeffD(Δλ)2]2]]>其中α為光纖衰減；n2為非線性折射率；Aeff為光纖有效面積；D為色散；Δλ為信道間距。上述近似在α＜＜Δβ的條件下成立，其中Δβ＝(2πcλ2)·D·Δλ2，c為光速，λ為傳輸波長。參見D.W.Peckham，A.F.Judy和R.B.Kummer在ECOC’98上發(fā)表的論文TuA06，pp.139-140?？梢钥闯觯瑢τ谝唤M給定的Δλ，n2和α值，為了降低FWM作用率，可以增加色散的絕對值和/或光纖的有效面積Aeff的值。另一方面，減小信道間距可以極大地增加FWM作用率。
其它的非線性效應(yīng)包括自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制、受激布里淵散射(SBS)和喇曼散射(SRS)。眾所周知，在工作波長下具有較大有效面積的光纖對于所有非線性效應(yīng)來說比較不敏感。
為了解決通過長光纖發(fā)射信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的色散和非線性效應(yīng)，傳統(tǒng)系統(tǒng)采用連接色散值交替變化的光纖段的傳輸線。例如，一段負(fù)色散光纖后面可以連接一段正色散光纖，從而拉平傳輸線的總色散。使用這種方法可以保證在傳輸線中的局部位置色散是非零的，避免非線性效應(yīng)，并且在接收器處全部傳輸線的總色散被補(bǔ)償?shù)綆缀鯙榱恪?br> 有多個(gè)出版物討論了解決這些問題的不同方法。例如，Tick等人的美國專利No.4,969,710討論了一種光纖傳輸光路，其中通過使用在系統(tǒng)的工作波長下色散具有相反符號(hào)的由玻璃組成的光纖，系統(tǒng)的總色散被補(bǔ)償。
Pirio等人的美國專利No.5,343,322討論了一種數(shù)字信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用具有較低負(fù)色散的光纖將接收站連接起來，接收站包含具有正色散的補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償該負(fù)色散。
Chraplyvy等人的美國專利No.5,559,920討論了一種光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一個(gè)較大負(fù)色散的初始段，在其后是正色散段。該系統(tǒng)過度補(bǔ)償了負(fù)色散，使得最終的色散值不為零。
其它的出版物，如Chraplyvy等人的美國專利No.5,587,830，Chraplyvy等人的美國專利No.5,719,696，Henmi等人的美國專利No.5,675,429，和Wildeman的美國專利No.5,778,128也討論了遠(yuǎn)程系統(tǒng)用的傳輸線路。這些出版物公開了在工作波長下具有負(fù)色散或正色散的光纖通過不同組合所得到的傳輸線。負(fù)色散光纖和正色散光纖被設(shè)置為使系統(tǒng)總色散被補(bǔ)償為接近于零。
與之相似，英國專利No.2 268 018也討論了一種光傳輸系統(tǒng)，將負(fù)色散的光纖與正色散光纖組合，以將傳輸線總長度上的色散補(bǔ)償?shù)搅恪?br> 歐洲專利申請No.0 790 510A2討論了一個(gè)勻稱的，色散可控的纖維光纜。所公開的光纜包括一在工作波長下具有正色散值的傳統(tǒng)單模光纖，該單模光纖與一在工作波長下具有負(fù)色散的第二光纖相連。
申請人已經(jīng)注意到，這些在先的使用光纖組合的配置會(huì)導(dǎo)致所不期望的高衰減水平。另外，申請人注意到傳統(tǒng)系統(tǒng)中所使用的光纖不具有在減小非線性效應(yīng)的同時(shí)使衰減最小的特性。
發(fā)明概述一般說來，本發(fā)明涉及一種用于在較長距離上傳輸光信號(hào)的光傳輸系統(tǒng)和方法。特別是，本發(fā)明涉及一種用于減小光傳輸系統(tǒng)的衰減和非線性效應(yīng)的設(shè)備和方法。
根據(jù)在此被概括并廣泛描述的本發(fā)明的目的，本發(fā)明在于一種傳輸線，包括第一和第二段(spain)單模光纖。第一段光纖具有負(fù)色散，在工作波長下色散絕對值處于大約2.5ps/nm/km到10ps/nm/km之間。第二段光纖與第一段相連接，在工作波長下具有正色散。第二段光纖的正色散補(bǔ)償?shù)谝欢喂饫w的負(fù)色散，使得第一段光纖與第二段光纖的總色散近似為零。
最好是在工作波長下第一段光纖的負(fù)色散的絕對值在大約3ps/nm/km到8ps/nm/km之間，更好是在大約4ps/nm/km和7ps/nm/km之間。
最好是第一段光纖具有的零色散波長下于大于1600nm到1670nm之間，工作波長大約等于1560nm。
在一實(shí)施例中，在工作波長下第二段光纖的正色散大約在10ps/nm/km和20ps/nm/km之間。最好是第一段光纖的長度與第二段光纖的長度之比小于約7∶1，更好是小于約5∶1。
在另一實(shí)施例中，第二段光纖是一個(gè)半色散位移光纖，所具有的零色散波長下于大約1350nm到1450nm之間。在該實(shí)施例中，第二段光纖在工作波長下的正色散最好是在大約7.5ps/nm/km到15.5ps/nm/km之間，最好是在大約8ps/nm/km到13ps/nm/km之間，更加好是在大約9ps/nm/km到12ps/nm/km之間，并且/或第一段光纖與第二段光纖的長度之比小于約6∶1，最好是小于約4∶1。最好是該半色散位移光纖在工作波長下的衰減等于或小于約0.195dB/km。
另一個(gè)方面，本發(fā)明在于一種具有一工作波長的高速光通信系統(tǒng)。該高速通信系統(tǒng)包括具有第一和第二光纖段的傳輸線。第一和第二段光纖均包含至少一個(gè)單模光纖。第一段光纖具有負(fù)色散，在工作波長下色散的絕對值大約在2.5ps/nm/km到10ps/nm/km之間。第二段光纖在工作波長下具有正色散。第二段光纖的正色散補(bǔ)償?shù)谝欢喂饫w的負(fù)色散，從而使第一和第二段光纖的總色散近似為零。還提供了耦合到傳輸線一端的發(fā)送裝置和耦合到傳輸線另一端的接收裝置。發(fā)送裝置將信號(hào)沿傳輸線發(fā)送到接收裝置。
最好是第一段光纖的負(fù)色散絕對值在大約3ps/nm/km到8ps/nm/km之間，更好是在4ps/nm/km到7ps/nm/km之間。
最好是第一段光纖具有大約1600nm到1670nm間的零色散波長，且工作波長大約為1560nm。
根據(jù)一實(shí)施例，在工作波長下第二段光纖的正色散在大約10ps/nm/km到20ps/nm/km之間。最好是第一段光纖與第二段光纖的長度之比小于約7∶1，更好是小于約5∶1。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，第二段光纖是半色散位移光纖，所具有的零色散波長大約在1350nm到1450nm之間。在該實(shí)施例中，第二段光纖在工作波長下的正色散最好在大約7.5ps/nm/km到15.5ps/nm/km之間，更好是在8ps/nm/km到13ps/nm/km之間，更加好的情形是在9ps/nm/km到12ps/nm/km之間，和/或第一段光纖與第二段光纖的長度之比小于約6∶1，最好小于約4∶1。半色散位移光纖在工作波長下的衰減小于0.210dB/km，最好小于約0.205dB/km。更加好的情形是半色散位移光纖在工作波長下的衰減等于或小于大約0.195dB/km。
按照又一個(gè)方面，本發(fā)明在于一種通過傳輸線傳送信號(hào)的方法。該方法包括將信號(hào)加載到傳輸線上的步驟。通過具有負(fù)色散且色散絕對值在2.5ps/nm/km到10ps/nm/km之間的第一單模光纖發(fā)送信號(hào)。接著，該信號(hào)向下傳導(dǎo)到具有正色散的第二段單模光纖，以補(bǔ)償?shù)谝欢喂饫w的負(fù)色散。第二段光纖將傳輸線的總色散補(bǔ)償?shù)浇咏鼮榱恪Ｈ缓笤撔盘?hào)從傳輸線卸載。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于使用發(fā)送裝置將信號(hào)加載到傳輸線上。并且使用接收裝置將信號(hào)從傳輸線上卸載下來。
最好是第一段光纖的負(fù)色散的絕對值在大約3ps/nm/km到8ps/nm/km之間，更好是在大約4ps/nm/km到7ps/nm/km之間。
在一實(shí)施例中，第二段光纖是半色散位移光纖，其所具有的零色散波長大約在1350nm到1450nm之間，和/或第一段光纖與第二段光纖的長度之比小于約6∶1。
按照再一個(gè)方面，本發(fā)明在于一種單模光傳輸光纖。該光纖包括纖芯和包層；纖芯包括一個(gè)具有第一折射率差的內(nèi)芯。在內(nèi)芯周圍有一具有第二折射率差的第一玻璃層。光纖具有的峰值折射率差小于或等于約0.0140，零色散波長小于大約1450nm，1560nm工作波長下的色散值在大約7.5到15.5ps/nm/km之間，有效面積至少為60μm2。成纜光纖的截止波長小于大約1500nm。
比較有利的是，光纖的峰值折射率差小于或等于大約0.0120，并且最好是，纖芯沒有負(fù)折射率差層。
在1560nm工作波長下光纖的衰減小于0.210dB/km，最好是小于大約0.205dB/km，更好是等于或小于0.195dB/km。
在光纖的第一個(gè)實(shí)施例中，第一折射率差大約為零，第二折射率差大于零。最好是第二折射率差大約為0.0120。
在第二實(shí)施例中，該光纖包括包圍第一玻璃層的第二玻璃層和具有第三折射率差。
在第二實(shí)施例的第一個(gè)變型中，第二折射率差大于第一折射率差和第三折射率差，且第一、第二和第三折射率差均大于零。最好是，第一折射率差大約為0.0025，第二折射率差大約為0.0070，第三折射率差大約為0.0017。
在第二實(shí)施例光纖的第二個(gè)變型中，第一折射率差大于零，第二折射率差大約為零，第三折射率差大于零。第一折射率差可以是大約0.0097，同時(shí)第三折射率差大約為0.0122。然而，最好是第一折射率差在大約0.0070到0.0120之間，第三折射率差在大約0.0030到0.0080之間。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明在于一種具有高負(fù)色散值的單模光傳輸光纖。該光纖包括纖芯和包層；該纖芯包括一具有第一折射率差的內(nèi)芯，該折射率差在大約0.0100到0.0160之間；在內(nèi)芯周圍有一個(gè)第一玻璃層，具有基本上恒定的折射率差，內(nèi)芯的第一折射率差大于第一玻璃層的第二折射率差。另外，該光纖在第一玻璃層周圍包括一具有第三折射率差的第二玻璃層，，該第三折射率差大約在0.0030到0.0080之間。當(dāng)制成纜線時(shí)，該光纖的截止波長小于約1500nm。在大約1560nm的工作波長下，該光纖的色散值在大約-8.0到-3.0ps/nm/km之間。最好是，內(nèi)芯擴(kuò)展到處于大約1.9到3.0μm之間的外半徑，且第一玻璃層從內(nèi)芯的外半徑擴(kuò)展到大約3.5到8.0μm的外徑，而且第二玻璃層的寬度在大約1.5到4.0μm之間。
通過當(dāng)前的描述作出光纖的折射率分布。該折射率分布包括不同的呈放射狀設(shè)置的部分。是根據(jù)目前對這些部分精確幾何形狀的描述作出的，如階躍、阿爾法(α)分布、拋物線。正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的那樣，光纖的制造過程可能會(huì)導(dǎo)致所描述的理想的折射率分布結(jié)構(gòu)部分形狀的改變，如在光纖軸附近具有一個(gè)中心凹陷和與折射率峰相關(guān)的擴(kuò)散尾部。然而在文獻(xiàn)中已經(jīng)給出，如果處于受控狀態(tài)，這些差別不會(huì)改變光纖特性。
通常，折射率分布截面具有形狀不同的與之相關(guān)的有效折射率分布截面。有效折射率分布截面可以代替相關(guān)的折射率分布截面，而不改變整個(gè)波導(dǎo)的特性。例如，參見“單模纖維光學(xué)”，Luc B.Jeunhomme，Marcel Dekker Inc.，1990，32頁，第1.3.2節(jié)，或美國專利US4,406,518(Hitachi)。可以理解的是，在本公開和權(quán)利要求中公開并要求保護(hù)一種特別的折射率分布形狀，包括有關(guān)的等價(jià)的折射率分布。
另外，應(yīng)當(dāng)理解，所有先前的概括和以后的詳細(xì)描述都僅僅是示例性的，本發(fā)明并不限于權(quán)利要求。
附圖的簡要說明附圖作為說明書的一部分，解釋了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，與描述一起，用來解釋本發(fā)明的原理。


圖1給出了根據(jù)本發(fā)明的光傳輸系統(tǒng)的示意圖；圖2給出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的光傳輸系統(tǒng)的傳輸線的示意圖，說明了傳輸線上信號(hào)總的色散和衰減；圖3是具有負(fù)色散的光纖的一個(gè)最佳實(shí)施例的色散—波長關(guān)系曲線圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的傳輸線的一個(gè)最佳實(shí)施例的示意圖，說明在傳輸線上信號(hào)總的色散和衰減；
圖5是根據(jù)本發(fā)明的傳輸線的另一個(gè)最佳實(shí)施例的示意圖，，說明在傳輸線上信號(hào)總的色散和衰減；圖6是根據(jù)本發(fā)明的光纖的一個(gè)最佳實(shí)施例的橫截面視圖；圖7給出了本發(fā)明所采用的具有負(fù)色散的半負(fù)色散光纖(HNDF)的一個(gè)實(shí)施例的折射率分布曲線；圖8給出了具有正色散的半色散位移光纖的實(shí)施例的折射率分布曲線；圖9a給出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的傳輸線的示意圖，說明組合HNDF光纖段與半色散位移光纖段的傳輸線上信號(hào)的總色散與衰減；圖9b給出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的傳輸線的示意圖，說明組合HDSF光纖段與NZD光纖段的傳輸線上信號(hào)的總色散與衰減；圖10給出了另一個(gè)具有正色散的半色散位移光纖的實(shí)施例的折射率分布曲線；圖11給出了另一個(gè)具有正色散的半色散位移光纖的實(shí)施例的折射率分布曲線；圖12給出了另一個(gè)具有正色散的半色散位移光纖的實(shí)施例的折射率分布曲線。
最佳實(shí)施例的描述現(xiàn)在將詳細(xì)說明本發(fā)明的最佳實(shí)施例，附圖中已經(jīng)對實(shí)施例進(jìn)行了說明。只要可能，在全部附圖中將使用同一參數(shù)對應(yīng)同一或類似部分。
除非特別說明，光纖參數(shù)指的是1550nm波長。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種高速光通信系統(tǒng)。高速光通信系統(tǒng)包括一個(gè)將信號(hào)加載到傳輸線上的發(fā)送裝置。提供一個(gè)接收器，從傳輸設(shè)備接收信號(hào)。圖1給出了光通信系統(tǒng)，通常用標(biāo)記10表示。
如圖1所示，光通信系統(tǒng)10包括一個(gè)發(fā)送裝置12，一個(gè)傳輸線14和一個(gè)接收裝置26。發(fā)送裝置12將信號(hào)加載到傳輸線14上。發(fā)送裝置的工作波長最好在1560nm附近。
本發(fā)明使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的任何設(shè)備或設(shè)備的組合將信號(hào)加載到傳輸線上。發(fā)射器12可以包括，舉例來說，通過馬赫—曾德干涉儀直接或外部調(diào)制的DFB激光器，或者具有WDM結(jié)構(gòu)的這類設(shè)備的組合。并且，發(fā)射器12可能包括波長轉(zhuǎn)換器，接收來自于單獨(dú)的傳輸網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，并且將載波轉(zhuǎn)換成處于傳統(tǒng)方式下的特性波長。
對于所傳輸?shù)男盘?hào)，光通信系統(tǒng)能夠支持任何類型的通信協(xié)議，如NRZ(不歸零)，或者是RZ(歸零)，例如孤波類。另外，系統(tǒng)不限于特定的位速度。
根據(jù)本發(fā)明，傳輸線14包括至少一個(gè)光纖。然而，本發(fā)明還試圖在同一個(gè)傳輸線中使用多個(gè)光纖來增加線路的信號(hào)載運(yùn)能力?？梢詫⒍鄠€(gè)光纖束在一起，形成一根纜線。
根據(jù)本發(fā)明，系統(tǒng)10在傳輸線14的光纖段之間可以包括多種光放大器24。放大器24可以包括摻鉺光纖放大器，放大1550nm傳輸窗口內(nèi)的信號(hào)。同樣，系統(tǒng)10可以包括一個(gè)光加載/卸載復(fù)用器(OADM，圖中沒有給出)，將信號(hào)卸載或加載到系統(tǒng)10上，特別地具有WDM結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。OADM和放大器24可以是本領(lǐng)域中任何公知的類型。最后，系統(tǒng)10可能包括與光纖22直接相連或通過中間元件耦合到光纖22的接收器26。接收器26，如本領(lǐng)域中所公知的，可能包括一個(gè)路由器，一個(gè)解復(fù)用器和用來從光信號(hào)中解密信息的類似的設(shè)備。
術(shù)語“耦合”的意思是，兩個(gè)物理設(shè)備通過共同的光路被連接在一起，也許，盡管不必要，被物理上粘結(jié)在一起。申請人在描述本發(fā)明時(shí)交替使用“耦合”和“連接”，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，在此所指出的不同元件不必要彼此物理上相接觸來提供光耦合，從而得到本發(fā)明的有益效果。
如圖1所示，傳輸線14包括第一段16和第二段18。在示例中，傳輸線14還可以包括另外的段20和22。每一段包括至少一個(gè)單模光纖。本發(fā)明還試圖在每段內(nèi)使用多個(gè)光纖，來增加傳輸線的信號(hào)載運(yùn)能力。
正如本領(lǐng)域眾所周知的，在工作頻率處，每一段16，18，20和22都有一定的衰減和色散。當(dāng)信號(hào)通過每段時(shí)傳輸線上信號(hào)的總衰減和色散進(jìn)行積累。放大器24可以設(shè)置在段16，18，20和22之間，增加信號(hào)的功率，解決信號(hào)的衰減。
通過將具有相反符號(hào)色散的光纖連接在一起，校正信號(hào)的色散。例如，第一段16可能具有負(fù)色散，第二段18可能具有正色散。第一光纖的負(fù)色散將會(huì)導(dǎo)致沿光纖16長度的總的色散具有更大的負(fù)值。第二段18的正色散補(bǔ)償?shù)谝欢蔚呢?fù)色散，使得傳輸線14的總色散近似為零。因此，通過選擇第一和第二段光纖的色散與長度值大小，可以使位于終點(diǎn)的接收器26處的總色散接近為零。
有許多公知的遠(yuǎn)程光傳輸系統(tǒng)。圖2給出了一種具有相反符號(hào)色散的光纖的傳統(tǒng)的傳輸線的例子。如圖2所示，傳統(tǒng)的傳輸線30包括一個(gè)負(fù)色散光纖段32后有一正色散光纖段34的一個(gè)系列。線42表示傳輸線30的總衰減。單模光纖段34的衰減值小于段32，線42給出了傳輸線的總衰減。為了比較的目的，細(xì)線表示，如果段34具有與段32相同的負(fù)色散，衰減線應(yīng)該如細(xì)線所示。線36表示負(fù)色散光纖32段的總的長度，線38表示正色散光纖段34總的長度。線40表示1560nm處傳輸線的總色散。
在這個(gè)傳統(tǒng)傳輸線的示例中，負(fù)色散光纖段32包括傳統(tǒng)的非零色散(NZD)光纖。NZD光纖在1560nm處具有大約-2ps/nm/km的負(fù)色散和大約0.210dB/km的衰減。如圖2所示，這些值使得線40的總色散的絕對值逐漸減小，線42表示的總衰減沿長度36的光纖段32逐漸增大。相反，正色散段34通常包括在1560nm處色散大約為+18ps/nm/km，衰減大約為0.190dB/km的單模光纖(SMF)。如圖2所示，SMF光纖的這些值導(dǎo)致線40的總色散接近于零值，線42沿長度為38的光纖段34的總衰減與相應(yīng)的NZD光纖相比，以較低速率增加。設(shè)定負(fù)色散段36的長度和正色散段38的長度，使得傳輸線40的總色散在傳輸線的末端接近為零。
另外，圖2所示的傳輸線可以使用純二氧化硅纖芯來組成正色散段34。在1560nm處這種光纖的色散大約為+19ps/nm/km，衰減大約為0.180dB/km。同一般所使用的SMF光纖相比，PSC光纖具有較低的衰減和稍大的色散。如下面的實(shí)施例所給出的，與SMF光纖相比，使用這種光纖將使整個(gè)系統(tǒng)的衰減較小。
根據(jù)本發(fā)明，傳輸線包括一個(gè)第一段，具有至少一個(gè)在工作波長下色散為負(fù)值的單模光纖，色散的絕對值超過傳統(tǒng)的NZD光纖。最好是，第一段包括一個(gè)高負(fù)色散光纖(HNDF)，在工作波長下負(fù)色散的絕對值處于大約2.5ps/nm/km到10ps/nm/km之間，超過了傳統(tǒng)NZD光纖的色散值。最好是，在工作波長下高負(fù)色散光纖的絕對值在大約3ps/nm/km到8ps/nm/km之間。更好的情形是，在工作波長下高負(fù)色散光纖負(fù)色散的絕對值在大約4ps/nm/km到7ps/nm/km之間。
圖3給出了本發(fā)明所采用的負(fù)色散光纖的色散曲線的示例。線45表示不同工作波長下光纖的色散值，如線44和46所示，由于制造偏差，光纖實(shí)際的色散可能有變化。如圖3所示，零色散波長在大約1600nm到1670nm之間。在線48所表示的1560nm的最佳工作波長下，光纖色散的絕對值最好在大約3ps/nm/km到8ps/nm/km之間。豎線47和49表示對于所考慮的系統(tǒng)可能的放大波段(1550-1565nm)。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光傳輸線。如圖4所示，在一系列具有負(fù)色散的第一光纖段16的后面，有一系列具有正色散的第二光纖段18。線52表示負(fù)色散段的長度，線54表示正色散段的長度。線56表示1560nm處傳輸線14的總色散，線50表示傳輸線14的總衰減。
圖5給出了本發(fā)明的另一實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，傳輸線14包括具有交替變化的色散值的幾段16，18，20和22。如圖5所示，段16和20具有負(fù)色散，例如使用高負(fù)色散光纖(HNDF)，段18和22具有正色散。線52表示負(fù)色散段16和20的長度。線54表示正色散段18和22的長度。線50表示總的衰減，線56表示總的色散。通過選擇長度52和54，使得傳輸線14的總色散在傳輸線末端接近為零。通過沿著傳輸線散布設(shè)置用來補(bǔ)償?shù)恼⒐饫w，可以保持傳輸線的最大色散值，同時(shí)獲得減小的衰減和非線性效應(yīng)。
本發(fā)明所使用的負(fù)色散光纖可以具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的能夠得到此處所描述的傳輸特性的任何折射率分布。例如，折射率可以具有峰—環(huán)形狀，其折射率的峰值出現(xiàn)在光纖的中心和外半徑處。
圖6和圖7給出了負(fù)色散具有峰—環(huán)形狀，并且可以得到合適的傳輸特性的光纖68的一個(gè)例子。如圖6所示，光纖68包括一個(gè)內(nèi)芯60，第一玻璃層62，第二玻璃層64和包層66。內(nèi)芯60，第一玻璃層62和第二玻璃層64中的每一個(gè)都具有一定的折射率差。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知，折射率差指的是給定玻璃層與純二氧化硅(SiO2)的折射率的相對差。也就是，內(nèi)芯60的折射率差Δn1等于(n1-nsilica)。圖7給出了該例子中的折射率分布。如圖7所示，峰—環(huán)分布70的特點(diǎn)為具有第一峰值72和第二峰值76，在第一峰值與第二峰值之間的區(qū)域具有基本上為常數(shù)的折射率74。具有大體上為常數(shù)的折射率78的包層環(huán)繞著第二峰值76。
內(nèi)芯60的半徑r1(參照圖7)在大約1.9到3.0μm之間，最好是在大約2.2到2.7μm之間。在一個(gè)實(shí)施例中，r1大約為2.5μm。在光纖中心和外半徑之間，內(nèi)芯60包含一個(gè)折射率增加的摻雜物，如GeO2或類似的物質(zhì)，在光纖68的軸線中心或其附近產(chǎn)生一個(gè)峰值折射率，在外半徑處產(chǎn)生內(nèi)芯的最小折射率。在峰值處，折射率差Δn1大約在0.0100到0.0160之間，最好在大約0.0120到0.0140之間。在一個(gè)實(shí)施例中，Δn1大約為0.0128。使折射率增加的摻雜物的濃度從芯60的中心向外半徑逐漸減小，產(chǎn)生具有彎曲斜線的折射率分布，相當(dāng)于梯度折射率α分布，該彎曲斜線大體上為拋物線形狀，其α值大約為2。
第一玻璃層62環(huán)繞著內(nèi)芯60，其特點(diǎn)在于沿其寬度的折射率小于沿內(nèi)芯60的半徑的折射率。最好是，第一玻璃層62由折射率差大約為零的玻璃制成。第一玻璃層62從內(nèi)芯60的外半徑向外延伸到半徑r2，半徑r2大約在3.5到8.0μm之間，最好是在4.0到5.5μm之間。在一個(gè)實(shí)施例中，r2大約為5.3μm。
第二玻璃層64環(huán)繞著第一玻璃層62。第二玻璃層64向外延伸的寬度w大約為1.5到4.0μm之間，最好是在1.6到3.4μm之間。在一個(gè)例子中，w大約為2.0μm。如圖6所示，第二玻璃層64在其寬度范圍內(nèi)具有最大折射率Δn3。與內(nèi)芯60相似，通過向玻璃層中摻入GeO2或其它眾所周知的可使折射率增加的摻雜物，第二玻璃層64的折射率差增加。第二玻璃層64的折射率分布大體上相當(dāng)于α分布，α大約為2。最好是，第二玻璃層64具有大約在0.0030到0.0080之間的最大折射率差Δn3，最好在大約0.0035到0.0060之間。在一個(gè)例子中，Δn3大約為0.0054。
最后，可導(dǎo)光的包層66以傳統(tǒng)的方式環(huán)繞著第二玻璃層64，有助于導(dǎo)引光沿光纖68的軸傳輸。包層66最好具有基本上等于0的折射率差，但是可以包含摻雜物，不會(huì)使折射率大于內(nèi)芯和第二層的最大折射率72和76。
如上所述，折射率差通常指純二氧化硅的折射率(Δn＝n-nsilica)。另外，遵從光纖領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)表示法，通過目前的描述和權(quán)利要求可以理解，當(dāng)包層包括摻雜物，使拉制好的光纖包層的折射率不同于純二氧化硅的折射率時(shí)，折射率差指得是包層(Δn＝n-ncladding)。
具有圖7所示的折射率分布70的光纖68有如下所述傳輸特性光纜的截止波長小于1500nm，在1560nm處色散在大約-8.0ps/nm/km到-3.0ps/nm/km之間，在1550nm處有效面積大于50μm2，光纖的宏彎系數(shù)小于10dB/km，局部撓曲系數(shù)小于12(dB/km)/(g/mm)。
如果光纖的分布參數(shù)在給定的最佳范圍內(nèi)，具有圖7中折射率分布70的光纖68具有如下傳輸特性光纜的截止波長小于1500nm，在1560nm處色散在大約-7.0ps/nm/km到-4.0ps/nm/km之間，在1550nm處有效面積大于60μm2，光纖的宏彎系數(shù)小于0.05dB/km，局部撓曲系數(shù)小于6(dB/km)/(g/mm)。
在所描述的例子中，光纖68具有下述傳輸特性光纜的截止波長小于1500nm，在1560nm處色散大約為-4.5ps/nm/km，在1550nm處色散大約為-5.6ps/nm/km，在1550nm處色散斜率為0.11ps/nm2/km，在1550nm處模場直徑為8.7μm，在1550nm處有效面積大于60μm2，光纖的宏彎系數(shù)小于0.01dB/km，局部撓曲系數(shù)為3.5(dB/km)/(g/mm)。
在當(dāng)前的工作中，宏彎系數(shù)指在1550nm處彎曲成60mm直徑芯軸的光纖的衰減測量，而撓曲系數(shù)指1550nm處根據(jù)可擴(kuò)展的線軸方法(bobbin method)的衰減測量，如G.Grasso和F.Meli的“單模光纖的撓曲衰減(Microbending losses of cabled single-modefibers)”，ECOC’88，pp.526-ff.或G.Grasso等人的“單模光纜中的撓曲效應(yīng)(Microbending effects in single-mode optical cables)”，國際電線電纜會(huì)議，1988，pp.722-ff。
在圖3，4和5表示的實(shí)施例中，負(fù)色散段16由高負(fù)色散光纖(HNDF)組成，最好是在1560nm處，色散大約-4.5ps/nm/km，衰減等于或小于0.210dB/km的光纖。這種光纖的有效面積至少為50μm2。正色散段18包括傳統(tǒng)的SMF光纖，在1560nm處正色散大約為+18ps/nm/km，衰減大約為0.190dB/km。
將圖4和5與圖2相比較，很明顯，本發(fā)明提供的傳輸光纖具有幾段光纖，與傳統(tǒng)中所使用的光纖相比，色散值下降使得負(fù)值更大。并且，該設(shè)置包括多段正色散光纖18的使用，與傳統(tǒng)的設(shè)置相比降低了總色散和非線性效應(yīng)。選擇負(fù)色散段52和正色散段的長度，使得正色散能夠補(bǔ)償負(fù)色散，使總色散56接近為零。最好是，負(fù)色散段的長度與正色散段的長度之比小于7∶1，最好小于5∶1。
因?yàn)楸景l(fā)明的負(fù)色散段的色散大于傳統(tǒng)傳輸線相應(yīng)段的色散，本發(fā)明中正色散段的長度必須更大，來補(bǔ)償所增加的色散。因?yàn)檎⒍蔚乃p小于負(fù)色散段的衰減，并且負(fù)色散段的長度被減小了，從而也可以減小傳輸線的總衰減。
另外，通過在某一波長下發(fā)送信號(hào)，在這個(gè)波長下沿整條傳輸線色散絕對值明顯大于零，即使對于密集信道間隔和高信號(hào)功率，F(xiàn)WM和XPM問題也可以被避免。從而，根據(jù)本發(fā)明的傳輸線特別適用于使用密集和高密度WDM技術(shù)，其信道間距小于或等于0.8nm。
另外，根據(jù)本發(fā)明的傳輸線對包括SPM，SBS和SRS的所有非線性效應(yīng)都不敏感。這是因?yàn)樵诒景l(fā)明中有效面積大于負(fù)色散段的正色散段的長度大于傳統(tǒng)系統(tǒng)中的正色散段的長度。
根據(jù)本發(fā)明，第二段正色散光纖可以是半色散位移光纖(HDSF)。半色散位移光纖在1560nm處的衰減等于或小于0.210dB/km，零色散波長在350nm到1450nm之間，峰值折射率差小于或等于大約0.0140，有效面積至少為60μm2。光纜的截止波長小于大約1500nm。最好是，在1560nm波長下半色散位移光纖的衰減等于或小于0.205dB/km，更好的情形是等于或小于0.195dB/km。峰值折射率差小于或等于0.0120時(shí)是很有利的。最好是，有效面積至少為70μm2，更好的情形是至少為80μm2。比較有利的是，半色散位移光纖的芯不包括負(fù)折射率差層。在1560nm的最佳工作波長下，色散在大約7.5ps/nm/km到15.5ps/nm/km之間，最好在大約8ps/nm/km和13ps/nm/km之間，更好的情形是在9ps/nm/km和12ps/nm/km之間。從而，與傳統(tǒng)所使用SMF和PSC光纖相比，半色散位移光纖具有較低的色散?？紤]到較低的色散，需要較長的半色散位移光纖段來補(bǔ)償負(fù)色散。本發(fā)明企圖使負(fù)色散光纖與半色散位移光纖的長度之比不大于6∶1，最好不大于4∶1。在下面所給出的例子中，使用半色散位移光纖將導(dǎo)致系統(tǒng)總衰減的減小，同時(shí)減小總的非線性效應(yīng)。半色散位移光纖的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是衰減相當(dāng)?shù)停@與較低的摻雜濃度所獲得的相當(dāng)?shù)偷姆逯嫡凵渎什钣嘘P(guān)。半色散位移光纖的實(shí)施例中在芯中沒有向下?lián)诫s的區(qū)域，也就是沒有負(fù)折射率差的層，相當(dāng)?shù)偷膿诫s濃度所帶來的附加的好處就是衰減的減小。另外，向下?lián)诫s的避免，如氟，極大地簡化了制造工藝。
本發(fā)明中的半色散位移光纖可以具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，能夠得到在此所描述的傳輸特性的任何折射率分布。例如，折射率可以具有峰值—基座(peak-on-pedestal)形狀，雙峰形狀，或環(huán)型峰形狀。與本申請具有相同受讓人的專利公開EP99110784.8中公開了雙峰分布光纖。
圖8中給出了半色散位移光纖18的峰值—基座分布。光纖18的橫截面與圖6中的類似，包括內(nèi)芯60，第一玻璃層62，第二玻璃層64和包層66。構(gòu)成圖8中光纖的各層可能包含可改變折射率的摻雜物，如GeO2或其它眾所周知的可以改變折射率分布的雜質(zhì)。通過選擇摻雜物質(zhì)及其濃度，可以得到本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的折射率分布。
如圖8所示，峰值—基座折射率分布80的特點(diǎn)在于具有一個(gè)內(nèi)部區(qū)域82，一個(gè)峰值84和一個(gè)外部區(qū)域(基座)86。內(nèi)芯60形成內(nèi)部區(qū)域82，具有大約0.9μm的半徑r1(參考圖8)和大約0.0024的折射率差Δn1。第一玻璃層62形成峰84，從內(nèi)芯的外徑向外延伸到外半徑r2，r2大約為2.6μm，折射率差Δn2大約為0.0070。第二玻璃層64形成了外部區(qū)域86，擴(kuò)展到外直徑r3，r3大約為6.6μm，折射率差Δn3大約為0.0017。這種折射率分布80使光纖具有下述特性光纜的截止波長小于1450nm，在1560nm波長下色散為14.6ps/nm/km，色散斜率為0.068ps/nm2/km，模場直徑為10.9μm，有效面積為88μm2，非線性系數(shù)為0.98W-1Km-1，宏彎系數(shù)為1dB/km，撓曲系數(shù)為6.1(dB/km)/(g/mm)。
圖9a給出了根據(jù)本發(fā)明的光傳輸線的第三個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，負(fù)色散段16是HNDF光纖，在1560nm處其色散大約為-4.5ps/nm/km，衰減大約為0.210dB/km。正色散段18為半色散位移光纖，在1560nm處其色散大約為11ps/nm/km，衰減大約為0.195dB/km。負(fù)色散段16的長度由線52表示，正色散段18的長度由線54表示。線56表示在1560nm處傳輸線的總色散，線50表示傳輸線的總衰減。
下面的表格給出了根據(jù)本發(fā)明傳輸系統(tǒng)的不同實(shí)施例和與之相比較的傳統(tǒng)系統(tǒng)的衰減增益。每個(gè)例子都以800km長的傳輸線為基礎(chǔ)。
表1給出了包括傳統(tǒng)系統(tǒng)與使用NZD和PSC系統(tǒng)的兩種系統(tǒng)構(gòu)形，和與之對比的本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施例，即采用單模光纖(SMF)，純二氧化硅芯的光纖(PSC)或半色散位移光纖(HDSF)的高負(fù)色散光纖(HNDF)的光纖主要參數(shù)。
表2概括出了表1中每個(gè)系統(tǒng)的總系統(tǒng)衰減，表明與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，衰減得到改善(減小)。
表1
表2
如表1和表2所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過光纖的選擇與配置可導(dǎo)致相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)，衰減得到改善，非線性效應(yīng)得到降低。特別是，如表2所示，對于使用SMF，PSC和HDSF光纖的本發(fā)明的實(shí)施例，分別將系統(tǒng)衰減降低1.6dB，3.0dB和2.0dB。
圖9b給出了根據(jù)本發(fā)明光傳輸線的第四實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，負(fù)色散段16是NZD光纖，在1560nm處其色散大約為-2ps/nm/km，衰減大約為0.210dB/km。正色散段18是HDSF光纖，在1560nm處其色散大約為+11ps/nm/km，衰減大約為0.195。線52表示負(fù)色散段16的長度，線54表示正色散段18的長度。線56表示1560nm處傳輸線的總色散，線50表示傳輸線的總衰減。
表3給出了本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的光纖參數(shù)，也就是使用了非零色散(NZD)光纖與半色散位移光纖(HDSF)。
表4概括了表3中系統(tǒng)的總系統(tǒng)衰減，并且給出了相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)衰減的改善(減小)。
表3
表4
在圖10所給出的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，半色散位移光纖可能具有雙峰折射率分布90。雙峰分布的特點(diǎn)在于有第一個(gè)峰92和第二個(gè)峰96。一個(gè)具有大體上為常數(shù)折射率94的區(qū)域?qū)⒌谝粋€(gè)峰92和第二個(gè)峰96分開。
如圖6所示的第一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖，光纖的軸芯是內(nèi)芯60，形成了峰92(參照圖10)，具有第一最大折射率差Δn1和半徑r1。內(nèi)芯60最好由SiO2制成，摻入如GeO2的可增大純SiO2折射率的物質(zhì)。
第一玻璃層62環(huán)繞著內(nèi)芯60，其特點(diǎn)在于沿著寬度的折射率小于內(nèi)芯60的折射率。最好是，第一層62的折射率差大體上等于0。
第二玻璃層64環(huán)繞著第一玻璃層62，形成了第二峰96。第二玻璃層64在其寬度范圍內(nèi)具有最大折射率Δn3。最后，包層68以一種傳統(tǒng)的方式環(huán)繞著第二玻璃層64，有助于引導(dǎo)光沿光纖的軸向傳播。包層68具有大體上等于0的折射率差Δn3。如果包層68包括某些可改變折射率的摻雜物，那么包層應(yīng)該沿寬度方向具有最大折射率，該最大折射率小于內(nèi)芯60和第二層64的最大折射率。
如圖10所示，具有雙峰形狀的半色散位移光纖的最佳實(shí)施例中，內(nèi)芯60的半徑r1最好大約為2.5μm。在光纖的中心與該2.5μm半徑位置之間，內(nèi)芯60包括一種可使折射率增加的摻雜物，如GeO2或可在光纖軸中心或附近產(chǎn)生折射率峰值，并在內(nèi)芯的外半徑處產(chǎn)生最小折射率的其它類似物質(zhì)。在峰處，折射率Δn1最好大約是0.0097?？墒拐凵渎试黾拥膿诫s物質(zhì)的濃度從內(nèi)芯60的中心到大約2.5μm的外半徑處，以一種可產(chǎn)生α分布，α大約等于3，的方式逐漸減小。
第一玻璃層62具有基本上為常數(shù)的折射率差Δn2，Δn2小于Δn1。如圖10所示，第一玻璃層的最佳折射率差Δn2大約為零。第一玻璃層62的外半徑r2最好大約為4.5μm。
如同內(nèi)芯60那樣，通過向玻璃層寬度內(nèi)摻入GeO2或其它眾所周知的可使折射率增加的摻雜物質(zhì)，第二玻璃層64的折射率差被增加了。第二玻璃層64具有沿半徑大體上為拋物線的分布，在峰值處最大折射率差Δn3超過了第一玻璃層的最大折射率差Δn2。在峰值處第二玻璃層64的折射率Δn3在大約0.0110到0.0140之間，最好是大約0.0122。第二玻璃層64延伸到大約為5.5μm的外半徑r3。
包層66的折射率差大體上等于0。包層66最好是純SiO2玻璃，不過可以包括不會(huì)使折射率超過內(nèi)芯和第二層的最大折射率92和96的摻雜物。
具有這種雙峰分布90的光纖具有以下傳輸特性截止波長小于1450nm，在1560nm波長下色散為11.2ps/nm/km，色散斜率為0.084ps/nm2/km，模場直徑為10.4μm，有效面積為91μm2，非線性系數(shù)為0.97W-1km-1，宏彎系數(shù)為10-2dB/km，局部撓曲系數(shù)為6.1(dB/km)/(g/mm)。
如圖11所示，在半色散位移光纖的另一個(gè)實(shí)施例中，折射率分布100也可以為環(huán)型。這種形狀的特點(diǎn)在于，峰104環(huán)繞著具有恒定折射率102的區(qū)域。如圖6中實(shí)施例的橫截面圖所示，光纖軸的中心為內(nèi)芯60，其最大折射率差為Δn1，半徑為r1。內(nèi)芯60最好不含氟，并且折射率差為0。
第一玻璃層62沿光纖長度環(huán)繞著內(nèi)芯60。第一玻璃層62在它的寬度范圍內(nèi)具有最大折射率Δn2，Δn2大于內(nèi)芯60的最大折射率Δn1。最后，包層64，66以傳統(tǒng)方式環(huán)繞著第一玻璃層62，有助于引導(dǎo)光沿著光纖的軸進(jìn)行傳播。包層64，66可以由折射率差Δn3基本為0的玻璃構(gòu)成。如果包層64，66包括某些可改變折射率的摻雜物，那么包層沿其寬度的折射率應(yīng)該小于第一層104的最大折射率。
如圖11所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，內(nèi)芯60的半徑r1最好大約為2.0μm。通過向玻璃層中摻入GeO2或其它眾所周知的可使折射率增加的摻雜物，第一玻璃層62的折射率差被增加了。第一玻璃層62沿半徑的折射率分布大體上為拋物線型，最大折射率差Δn2大于玻璃芯60的最大折射率差Δn1。第一玻璃層62的折射率Δn2的最大值大約為0.0126。第一玻璃層62的寬度最好大約為1.6μm，因而層62的外半徑r2大約為3.6μm。
具有這種環(huán)型折射率分布100的光纖具有以下傳輸特性截止波長小于1450nm，在1560nm處色散為11.8ps/nm/km，色散斜率為0.069ps/nm2/km，模場直徑為9.7μm，有效面積為89μm2，非線性系數(shù)為0.98W-1km-1，宏彎系數(shù)為0.1dB/km，局部撓曲系數(shù)為3.8(dB/km)/(g/mm)。
圖12給出了半色散位移光纖的另一個(gè)最佳實(shí)施例，折射率分布100可能具有峰—環(huán)形狀。如圖6所示，光纖68包括內(nèi)芯60，第一玻璃層62，第二玻璃層64和包層66。如圖12所示，峰—環(huán)分布120的特點(diǎn)在于具有第一個(gè)峰122和第二個(gè)峰126，被基本上為恒定折射率124的區(qū)域分開?；旧蠟楹愣ㄕ凵渎?28的包層環(huán)繞著第二個(gè)峰126。
內(nèi)芯60的半徑r1(參照圖12)在大約2.2到4.0μm之間，最好在大約2.5到3.8μm之間。在一個(gè)例子中，r1大約為3.4μm。在光纖中心與外半徑之間，內(nèi)芯60包括一種可使折射率增加的摻雜物，如GeO2或其它類似的物質(zhì)，在光纖68的軸心或其附近產(chǎn)生峰值折射率，在外半徑處產(chǎn)生內(nèi)芯的最小折射率。在峰值處，折射率差Δn1大約在0.0070到0.0120之間，最好是在0.0075到0.0110之間。在一個(gè)例子中，Δn1大約為0.0088?？墒拐凵渎试黾拥膿诫s物質(zhì)的濃度從芯60的中心到外半徑，以能夠產(chǎn)生相當(dāng)于緩變折射率α分布的彎曲傾斜的分布這樣一種方式逐漸減小。彎曲斜率α大約為2。
第一玻璃層62環(huán)繞著內(nèi)芯60，特點(diǎn)在于沿其寬度的折射率小于沿內(nèi)芯60半徑的折射率。最好是，第一玻璃層62由折射率差大約為0的玻璃制成。第一玻璃層62從內(nèi)芯60的外半徑向外延伸到半徑r2，半徑r2在大約3.0到6.0μm之間，最好是在大約3.0到5.0μm之間。在一個(gè)例子中，r2大約為4.6μm。
第二玻璃層64環(huán)繞著第一玻璃層62。第二玻璃層64延伸的寬度w大約為1.5到4.0μm，最好在大約1.6到3.8μm之間。在一個(gè)例子中，w大約為2.2μm。如圖6所示，第二玻璃層64在其寬度范圍內(nèi)具有最大折射率Δn3。如同內(nèi)芯60那樣，通過向玻璃層中摻入GeO2或其它眾所周知的可使折射率增加的摻雜物質(zhì)，第二玻璃層的折射率增加了。第二玻璃層64的折射率分布大體上相應(yīng)于α分布，α大約為2。最好是，第二玻璃層64的最大折射率差Δn3在大約0.0030到0.0080之間，最好在大約0.0035到0.0060之間。在一個(gè)例子中，Δn3大約為0.0080。
最后，光導(dǎo)包層66以傳統(tǒng)的方式環(huán)繞著第二玻璃層64，有助于引導(dǎo)光沿光纖68的軸進(jìn)行傳播。包層66最好是具有基本為0的折射率差，但是可以包含不會(huì)使折射率增加到超過內(nèi)芯60和第二層的最大折射率122和126的摻雜物質(zhì)。
具有圖12所示折射率分布120的半色散位移光纖68，有如下傳輸特性截止波長小于1500nm，在1560nm處色散在大約8.0ps/nm/km到13.0ps/nm/km之間，在1550nm處有效面積為大于60μm2，宏彎系數(shù)小于1dB/km，局部撓曲系數(shù)小于12(dB/km)/(g/mm)。
如果光纖分布參數(shù)在給定的最佳范圍內(nèi)，那么具有圖12所示折射率分布120的半色散位移光纖68具有下述較好的傳輸特性光纜的截止波長小于1500nm，在1560nm處色散在大約9.0ps/nm/km到12.0ps/nm/km之間，在1550nm處有效面積為大于80μm2，宏彎系數(shù)小于0.01dB/km，局部撓曲系數(shù)小于6(dB/km)/(g/mm)。
在所描述的例子中，半色散位移光纖68具有以下的傳輸特性光纜的截止波長小于1450nm，在1560nm處色散大約為11.3ps/nm/km，在1550nm處色散斜率大約為0.082ps/nm2/km，在1550nm處色散大約為10.5ps/nm/km之間，在1550nm處模場直徑大約為10.4μm，在1550nm處有效面積為85μm2，宏彎系數(shù)為0.001dB/km，局部撓曲系數(shù)為5(dB/km)/(g/mm)。
根據(jù)本發(fā)明，對于應(yīng)用來說每個(gè)半色散位移光纖的實(shí)施例的性能都是相似的和適用的。不過，申請人注意到峰—環(huán)分布和雙峰分布比其它折射率分布更優(yōu)越，因?yàn)樗鼈円子谥圃?，并且能夠保證足夠的色散位移，它們可以產(chǎn)生與現(xiàn)有傳輸光纖非常類似的橫向場，從而保證與當(dāng)前的光纖兼容。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，考慮到本發(fā)明所給出的說明和實(shí)施例，本發(fā)明其它的實(shí)施例是顯而易見的。說明和實(shí)施例僅僅作為例子，以下的權(quán)利要求給出了本發(fā)明的真正范圍和發(fā)明精神。
權(quán)利要求
1.一種具有一工作波長的光傳輸線，包括一第一段，其包括至少一個(gè)色散為負(fù)的單模光纖，在工作波長下色散絕對值在大約2.5ps/nm/km到10ps/nm/km之間；和一耦合到第一段上的第二段，該第二段具有至少一個(gè)在工作波長下色散為正的單模光纖，第二段光纖的正色散補(bǔ)償?shù)谝欢蔚呢?fù)色散，使得第一和第二段光纖的總色散近似為零，其中第一段光纖的長度大于第二段的長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸線，其中工作波長大約為1560nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸線，其中在工作波長下第一段的負(fù)色散的絕對值在大約3ps/nm/km到8ps/nm/km之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳輸線，其中在工作波長下第一段的負(fù)色散的絕對值在大約4ps/nm/km到7ps/nm/km之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸線，其中第一段光纖的零色散波長在大約1600nm到1670nm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸線，其中在工作波長下第二段的正色散在大約10ps/nm/km到20ps/nm/km之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸線，其中第一段與第二段的長度之比小于大約7∶1。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳輸線，其中第一段與第二段的長度之比小于大約5∶1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸線，其中第二段光纖為半色散位移光纖，其零色散波長在大約1350nm到1450nm之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳輸線，其中在工作波長下第二段光纖的正色散在大約7.5ps/nm/km到15.5ps/nm/km之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳輸線，其中在工作波長下第二段光纖的正色散在大約8ps/nm/km到13ps/nm/km之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳輸線，其中第一段與第二段的長度之比小于約6∶1。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳輸線，其中第一段與第二段的長度之比小于約4∶1。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳輸線，其中在工作波長下半色散位移光纖的衰減等于或小于大約0.195dB/km。
15.一種具有一工作波長的高速光通信系統(tǒng)，包括一具有第一和第二段的傳輸線，第一和第二段中的每一個(gè)都至少包括一個(gè)單模光纖，第一段光纖在工作波長下具有負(fù)色散，其色散絕對值在大約2.5ps/nm/km到10ps/nm/km之間，第二段光纖在工作波長下具有正色散，第二段的正色散補(bǔ)償?shù)谝欢蔚呢?fù)色散，使得第一和第二段的總色散接近為零，其中第一段的長度大于第二段的長度；一發(fā)送裝置，用于將信號(hào)加載到傳輸線，該發(fā)送裝置被耦合到傳輸線的一端；和一接收裝置，用于接收發(fā)送裝置所發(fā)送的信號(hào)，該接收裝置被耦合到傳輸線的另一端。
16.一種在包括第一和第二段單模光纖的傳輸線上發(fā)送信號(hào)的方法，該方法包括以下步驟將信號(hào)加載到傳輸線上；在具有絕對值大約在2.5ps/nm/km到10ps/nm/km之間的負(fù)色散的第一段光纖上發(fā)送信號(hào)；通過該信號(hào)在第二段具有正色散光纖上的傳導(dǎo)，補(bǔ)償?shù)谝欢喂饫w的負(fù)色散，傳輸線上的總色散被補(bǔ)償?shù)浇咏鼮榱悖渲械谝欢蔚拈L度大于第二段的長度；以及從傳輸線上卸載信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中使用發(fā)送裝置將信號(hào)加載到傳輸線上。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中使用接收裝置從傳輸線上卸載信號(hào)。
19.一種放置在光纜中的單模光傳輸光纖，該光纖具有纖芯和包層，所述纖芯包括一具有第一折射率差的內(nèi)芯；和一環(huán)繞該內(nèi)芯的具有第二折射率差的第一玻璃層，其中該光纖的峰值折射率差小于或等于大約0.0140，零色散波長小于大約1450nm，在大約1560nm的工作波長下的色散值大約在7.5ps/nm/km到15.5ps/nm/km之間，有效面積至少為60μm2，其中成纜的光纖的截止波長小于大約1500nm。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的光纖，其中第一折射率差大約為零，第二折射率差大于零。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光纖，其中第二折射率差大約為0.0120。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的光纖，還包括環(huán)繞著第一玻璃層的第二玻璃層，該第二玻璃層具有第三折射率差。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光纖，其中第二折射率差大于第一折射率差和第三折射率差，而且第一、第二和第三折射率差均大于零。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的光纖，其中第一折射率差大約為0.0025，第二折射率差大約為0.0070，第三折射率差大約為0.0017。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光纖，其中第一折射率差大于零，第二折射率差大約為零，第三折射率差大于零。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光纖，其中第一折射率差大約為0.0100，第三折射率差大約為0.0120。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光纖，其中第一折射率差在大約0.0070到0.0120之間，第三折射率差在大約0.0030到0.0080之間。
28.一種高負(fù)色散單模光傳輸光纖，包括纖芯和包層，該纖芯包括一具有第一折射率差的內(nèi)芯，第一折射率差在大約0.0100到0.0160之間；一環(huán)繞該內(nèi)芯的第一玻璃層，第一玻璃層具有大體上恒定的折射率差，內(nèi)芯的第一折射率差大于第一玻璃層的第二折射率差；一環(huán)繞該第一玻璃層的第二玻璃層，第二玻璃層具有范圍在大約0.0030到0.0080之間的第三折射率差；其中成纜光纖的截止波長小于大約1500nm，且在大約1560nm的工作波長下的色散值在大約-8ps/nm/km到-3ps/nm/km之間。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的光纖，其中該內(nèi)芯擴(kuò)展到大約1.9到3.0μm間的外半徑，且第一玻璃層從該內(nèi)芯的外半徑擴(kuò)展到大約3.5到8.0μm間的外半徑，并且第二玻璃層的寬度大約在1.5到4.0μm之間。
全文摘要
一種發(fā)送光信號(hào)的設(shè)備和方法。本發(fā)明涉及一種包括第一(16)和第二(18)段單模光纖的傳輸線。第一段光纖具有負(fù)色散,在工作波長下該負(fù)色散的絕對值在大約2.5ps/nm/k到10ps/nm/k之間。第二段(18)連接到第一段(16),且在工作波長下具有正色散。第二段的正色散補(bǔ)償?shù)谝欢蔚呢?fù)色散,使得第一和第二段的總色散接近為零。第一段增加的色散值與較低非線性效應(yīng)的特性相符,允許第二段具有較長的長度,有助于降低傳輸線中的衰減。
文檔編號(hào)H04B10/2525GK1361951SQ99815729
公開日2002年7月31日 申請日期1999年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月18日
發(fā)明者巴特勒莫·I·特勒尼, 加克莫·S·勒巴 申請人:皮雷利·卡維系統(tǒng)有限公司