色散管理光纤 【技术领域】
本发明涉及用于波分多路复用传输网的光纤领域。
背景技术
在这类网络中信息流量的增大迫使在一越来越宽的频段(频带)上施加色散补偿和斜率。所谓S频段相应于大约1460nm～1530nm的一频段。所谓C频段相应于大约1530nm～1565nm的一频段。所谓L频段相应于大约1565nm～1625nm的一频段。所谓U频段相应于大约1625nm～1675nm的一频段。最通常使用地是C频段。日益增加的趋势是，除了C频段外，越来越多地还使用S和L频段，甚至U频段。
为此，根据第一种已有技术，已知采用了一种色散管理光纤(“Dispersion Managed Fiber”，即DMF)，这种光纤具有正色散区段和负色散区段的纵向变化。因而对于色散管理光纤的整体色散对一给定的波长容易被补偿。但是，当该色散管理光纤的所用频段范围扩大时，该色散要在很大的频段范围进行补偿，也就是说该色散斜率也要被补偿，色散斜率的这种补偿在实际上显然更难实现，且经常使色散管理光纤的某些其它参数变差，尤其例如其有效面积。
根据第二种已有技术，已知涉及几种类型的色散位移光纤，也即非零色散位移光纤(“non-zero dispersion shifted fiber”即NZ-DSF)与色散补偿光纤(“Dispersion Compensating Fiber”即DCF)组合以降低交叉的非线性效应，这可获得在一宽频段内没有色散的传输线路。这种色散位移光纤和色散补偿光纤的组合的一个缺陷在于色散补偿光纤的损失高，尤其是线性衰减和由于弯曲造成的损失，且呈现很大的偏振模式色散(“Polarisation Mode Dispersion”即PMD)，这限制了信息流量的增大。
【发明内容】
本发明提供的解决方案包括使用一种色散管理光纤，该光纤不同部分的色散斜率相当小，使得即使在色散管理光纤正色散区段和色散管理光纤负色散区段之间没有色散斜率的严格反向(反转)，获得的该色散管理光纤的平均色散在一个很大的频段范围包括S、C、L频段尤其是也包括U频段内也会非常小(低)甚至接近零。因而获得我们可以称之为“平色散”色散管理光纤。没有色散斜率严格的倒置的事实具有额外的优点，即不会造成沿着所获得的色散管理光纤的有效面积值的下降。此外，考虑到不同区段的小色散斜率，色散管理光纤正色散区段和色散管理光纤负色散区段之间的变换可优选地通过该纤芯的折射率剖面分布(折射率分布，indexprofile)的径向几何相似性获得，该几何相似性的比值保持较小且不会造成获得的色散管理光纤性能的显著下降，且尤其是从一光纤的正色散区段到一光纤的负色散区段时不会显著地降低有效面积。
根据本发明，提供了一种用于波分多路复用传输网，该光纤具有沿纵向交替的正色散光纤区段(T+)和负色散光纤区段(T-)，该光纤从中心向周边依次包括一具有变化的折射率剖面分布的纤芯和一具有恒定折射率的护套，该纤芯折射率剖面分布的外径—该外径限定于该纤芯与该护套之间，对于作为光缆中单模式光纤来说足够小，对于1550nm的波长，光纤的每一区段(T+，T-)具有其绝对值为从1ps/nm.km至10ps/nm.km的色散，其绝对值低于0.015ps/nm2.km色散斜率和大于35μm2的有效面积，对于1550nm波长，在光纤的正色散区段(T+)与光纤的负色散区段(T-)之间的有效面积的相对差小于7％，对于1625nm波长，光纤的每一区段(T+，T-)具有的对于直径60mm绕100圈的弯曲损耗为小于0.1dB。
根据现有技术，在一种“平色散”色散管理光纤中，在光纤的一正色散区段与光纤的一负色散区段之间该色散斜率反向，这种反向由具有极为相似的(高几何相似比的)折射率剖面分布构成，这会造成有效面积的大幅下降，这是一个缺陷。为了保持高的有效面积，使用了相似比较低的折射率剖面分布，因而该斜率不再严格地反向，因而该色散管理光纤不是“平色散”型。然而在根据本发明的色散管理光纤中，由于该光纤的正色散区段的斜率已经相当小，所以该斜率的反向较容易实现，而另一方面虽然斜率不严格反向，但由于所述斜率小，该色散管理光纤由光纤的正色散区段与光纤的负色散区段之间的变换所获得的色散是相当“平”的。有关该有效面积的两个优点在于，一方面该光纤的负色散区段的有效面积较大，另一方面该光纤的负色散区段的有效面积相对接近该光纤的正色散区段的有效面积。这类的“平色散”光纤已经包括在已有技术中，其在专利WO00/63732中已经公开，但是该纤芯的折射率剖面分布的外径大，这使所述光纤在光缆中作为多模(纤维)。
根据本发明的色散管理光纤具有一纤芯的折射率剖面分布的外径，该外径限定于该纤芯和该护套之间，其足够小，以便使所述光纤在光缆中用作单模光纤。对于以后所述的实施例来说，都相应于带有三或四层的纤芯的折射率剖面分布，对于光纤的正色散区段以及对于光纤的负色散区段，对于四层的剖面分布该外径的上限小于16μm，对于三层的剖面分布该外径的上限小于10.5μm，这会保证根据本发明的“平色散”色散管理光纤在光缆中表现为单模光纤。
优选地，在所述光纤的正色散区段与光纤的负色散区段之间，相对的外径差被选定为小于11％，以便减小在所述光纤的正色散区段与光纤的负色散区段之间有效面积的变化。
在本发明的第一种最佳实施方式中，根据本发明的该色散管理光纤包括一第一类型的三层(片)纤芯的变化的折射率剖面分布。该第一类型的变化的纤芯折射率剖面分布从中心到周边依次包括：一中心层，其最大折射率大于该护套的折射率，一埋入层，其最小折射率小于该护套的折射率，一环形层，其最大折射率大于该护套的折射率且小于该中心层的最大折射率。该中心层最好为梯形，但是也可成矩形或三角形或α形。
为了改善根据本发明的色散管理光纤频谱的平坦度和其它性能，下面将给出一些该第一类型的纤芯折射率剖面分布的折射率与半径的优选范围或关系。
优选地，在该光纤的全部区段上，在该中心层的最大折射率与该护套的折射率之间的差Δn1的平均值为从7.00×10-3至11.0×10-3，且在该光纤的全部区段上，该中心层的具有大于该护套折射率的折射率的部分的半径r1的平均值为2.65μm至3.70μm。
优选地，对于其折射率剖面分布的半径值相应于全部光纤区段的折射率剖面分布的半径平均值的光纤的一平均部分，在该中心层部分的零半径与具有大于该护套折射率的折射率的半径r1之间，折射率相对于该护套折射率的折射率差的积分S01=∫0r1Δn(r)·dr]]>的值大于23.0×10-3μm。
优选地，对于光纤的一平均部分—其折射率剖面分布的半径值相应于全部光纤区段的折射率剖面分布的半径平均值，在该中心层部分的零半径与具有大于该护套折射率的折射率的半径r1之间，相对于外套的折射率的折射率差与半径的乘积的积分的2倍值S1=2·∫0r1Δn(r)·r·dr]]>为从58×10-3μm2至99×10-3μm2。
优选地，对于光纤的一平均部分—其折射率剖面分布的半径值相应于全部光纤区段的折射率剖面分布的半径平均值，在该中心层部分的零半径与具有大于该护套折射率的折射率的半径r1之间，相对于护套的折射率的折射率差与半径的平方的乘积的积分的3倍值S11=3·∫0r1Δn(r)·r2·dr]]>为从150×10-3μm3至335×10-3μm3。
优选地，在全部光纤区段(T+，T-)上，该埋入层的最小折射率与该护套的折射率之间的差Δn2的平均值为-9.0×10-3至-2.5×10-3，且在全部光纤区段上，该埋入层的外径r2的平均值是从4.00μm至8.10μm。
优选地，对于光纤的一平均部分—其折射率剖面分布的半径值相应于全部光纤区段的折射率剖面分布的半径平均值，在具有大于该护套折射率的折射率的该中心层的部分的半径r1与该埋入层的外径r2之间，折射率相对于该护套折射率的折射率差的积分S02=∫r1r2Δn(r)·dr]]>的值是-22.0×10-3μm至-8.0×10-3μm之间。
优选地，在全部光纤区段上，该环形层的最大折射率与该护套折射率之间的差Δn3的平均值是从0.50×10-3至7.5×10-3，且在全部光纤区段上，该环形层的外径r3的平均值为6.70μm至10.50μm。
优选地，对于光纤的一平均部分—其折射率剖面分布的半径值相应于全部光纤区段的折射率剖面分布的半径平均值，在该埋入层的外径r2与该环形层的外径r3之间，相对于该护套折射率的折射率差折射率的积分S03=∫r2r3Δn(r)·dr]]>的值为1.0×10-3μm至15×10-3μm。
在本发明的第二种最佳实施方式中，根据本发明的该色散管理光纤包括一第二类型的带有四层的变化的纤芯折射率剖面分布。该第二类型变化的纤芯折射率剖面分布从中心到周边依次包括：一中心层，其最大折射率大于该护套的折射率，一第一埋入层，其最小折射率小于该护套的折射率，一环形层，其最大折射率大于该护套的折射率且小于该中心层的最大折射率，一第二埋入层，其最小折射率小于该护套的折射率。该中心层最好为矩形，但是也可成梯形或三角形或α形。
为了改善根据本发明的色散管理光纤频谱的平坦度和其它性能，下面将给出一些该第二类型的纤芯的折射率剖面分布的折射率与半径的优选范围或其间的关系。
优选地，在全部光纤的区段上，在该中心层的最大折射率与该护套的折射率之间的差Δn1的平均值为7.0×10-3至10.0×10-3，且在全部光纤的区段上，该中心层的具有大于该护套折射率的折射率的部分的半径r1的平均值为从2.5μm至3.5μm。
优选地，在全部光纤区段上，该第一埋入层的最小折射率与该护套的折射率之间的差Δn2的平均值为-9.0×10-3至-2.5×10-3，且在全部光纤的区段上，该埋入层的外径r2的平均值为4.1μm至7.0μm。
优选地，在全部光纤区段上，在该环形层的最大折射率与该护套折射率之间的差Δn3的平均值为0.5×10-3至5.0×10-3，且在全部光纤区段上，该环形层的外径r3的平均值为9.0μm至13.0μm。
优选地，在全部光纤区段上，该第二埋入层(嵌入层)的最小折射率与该护套的折射率之间的差Δn4的平均值为-9.0×10-3至-2.0×10-3，且在全部光纤区段上，该第二埋入层的外径r4的平均值为从12.0μm至16.0μm。
沿着根据本发明的色散管理光纤从所述光纤的正色散区段到光纤的负色散区段的转换通过纤芯折射率剖面分布的几何相似性关系来构成，且反之亦然。这种关系可由一些方式实现。按照一种优选方式，根据本发明的色散管理光纤由一个或同样改良性能的预型件通过拉制制成。这种改良例如可以是通过对恒定直径光纤拉伸后进行预型件的变化的拉伸或是通过进行变化的直径光纤拉伸来实现。该色散管理光纤也可例如通过连结光纤的段，即交替的正色散段和负色散段来制成。
【附图说明】
通过下述结合附图对作为例子给出的具体说明，本发明将更容易理解，且其它的特点和优点将更明显，附图如下：
图1示意性地表示一色散管理光纤；
图2示意性地表示根据本发明的一色散管理光纤的三层剖面分布(profile)的一第一类型；
图3表示一表，包括对于根据本发明的色散管理光纤的第一类型剖面分布的十个例子的半径平均值和折射率差；
图4表示一表，包括半径相对于图3中它们的平均值的极端变化以及相应于根据本发明的色散管理光纤剖面分布的某些性能；
图5表示一表，包括对于根据本发明的色散管理光纤的第一类型剖面分布的五个补充例子的半径平均值和折射率差；
图6表示一表，包括半径相对于图5中它们的平均值的极端变化以及相应于根据本发明的色散管理光纤剖面分布的某些性能；
图7表示一表，包括由图4确定的根据本发明的色散管理光纤剖面分布的其它性能；
图8表示一表，包括由图6确定的根据本发明的色散管理光纤剖面分布的其它性能；
图9表示一表，包括由图7和8确定的根据本发明的色散管理光纤剖面分布的性能的平均值；
图10示意性地表示根据本发明的一色散管理光纤的四层剖面分布的一第二类型；
图11表示一表，包括对于根据本发明的色散管理光纤的第二类型剖面分布的十个例子的半径平均值和折射率差；
图12表示一表，包括半径相对于图11中它们的平均值的极端变化以及相应于根据本发明的色散管理光纤剖面分布的某些性能；
图13表示一表，包括由图12确定的根据本发明的色散管理光纤剖面分布的其它性能；
图14表示一表，包括由图13确定的根据本发明的色散管理光纤剖面分布的平均性能；
图15示意性地表示，在一大(宽)频段范围内，由图3和4确定的例子4的正、平均和负色散的变化；
图16示意性地表示，在较窄的频段范围内，图15的放大视图；
图17示意性地表示，在一大频段范围内，由图3和4确定的例子5的正、平均和负色散的变化；
图18示意性地表示在较窄的频段范围内，图17一部分的放大视图；
图19示意性地表示，在一大频段范围内，由图3和4确定的例子7的正、平均和负色散的差异；
图20示意性地表示，在较窄的频段范围内，图19一部分的放大视图；
图21示意性地表示，在一大频段范围内，由图3和4确定的例子10的正、平均和负色散的变化；
图22示意性地表示，在较窄的频段范围内，图21一部分的放大视图；
图23示意性地表示，在一大频段范围内，由图11和12确定的例子20的正、平均和负色散的变化；
图24示意性地表示，在较窄的频段范围内，图23一部分的放大视图。
【具体实施方式】
图1示意性地表示一色散管理光纤。该色散管理光纤1具有交替的色散管理光纤正色散区段T+和色散管理光纤负色散区段T-。为了简化的原因，在该图1只示出了四个区段，但是该光纤1可包括很多很多区段。在两个正区段T+11和13之间可发现一负区段T-12。在两个负区段T-12和14之间可发现一正区段T+13。区段T+和T-例如为同样的长度。
图2示意性地表示根据本发明的一色散管理光纤的三层剖面分布的一第一类型。被称为中心层的该第一层具有相对于护套的恒定折射率的最大折射率差Δn1，并具有一外径r1b。该最大的折射率差Δn1是正的。优选地，在零半径和半径r1a之间，该折射率是常数且最大，对于半径值r1它达到护套的折射率，而对于半径值r1b它达到第二层的折射率。如果r1a不为零，且r1a不等于r1b，该第一层为梯形。如果r1a不为零，且其中r1a等于r1b，该第一层为矩形。如果r1a为零，且其中r1b不为零，该第一层为三角形。被称为埋入层的该第二层相对于护套的恒定折射率具有一最大的折射率差Δn2，并具有一外径r2。该最大的折射率差Δn2是负的。优选地，在半径r1b和半径r2之间，该折射率是常数。被称为环形层的该第三层相对于护套的恒定折射率具有一最大的折射率差Δn3，并具有一外径r3。该最大的折射率差Δn3是正的。优选地，在半径r2和半径r3之间，该折射率是常数。超过半径r3是折射率为常数的护套。
图3表示一表，包括对于根据本发明的色散管理光纤的第一类剖面分布的十个例子的半径平均值和折射率差。该左边列指明了例子1至10。后缀字母i表示给定的半径值，该值是正区段T+的半径与负区段T的半径之间的平均值。下面五列是以μm表示的不同的纤芯折射率剖面分布的半径。最后三列表示千倍的折射率差(没有单位)。
图4表示一表，包括半径相对于图3中它们的平均值的极端变化以及相应于根据本发明的色散管理光纤剖面分布的某些性能。该左边列指明例子1至10。后缀字母a相应于一正区段T+，后者是由相应的标码i的值通过应用几何相似性关系获得的，该几何相似性比为1与以％表示的参数VarRay的和；例如，如果VarRay的值为0.91％，该几何相似性比为1.0091。该后缀字母b相应于一负区段T-，后者是由相应的标码i的值通过应用几何相似性关系获得的，该几何相似性比为1与以％表示的参数VarRay的和；例如VarRay的值为-0.91％，该几何相似性比为0.9909。该参数VarRay示于第二列中。对于每个所考虑的例子来说，其它列表示相应于所考虑的例子的光纤部分的性能。接下来的列(下一列)表示由nm表示的理论截止波长λcth。接下来的列为由μm表示的波长为1550nm的模式直径2W02。接下来的列为由μm2表示的有效面积Seff。接下来的列为由nm表示的色散消除波长λ0。接下来的列为由ps/nm.km表示的波长为1550nm的色散C。接下来的列为由ps/nm2.km表示的对于波长为1550nm的色散C’斜率。接下来的列为由dB表示的对于波长为1625nm以直径为60mm绕100圈的最大弯曲损耗阈值PC。例如，对于例子1a，所述弯曲损耗低于3×10-4dB。该表最后一列表示波长为1550nm时的因微弯曲灵敏性，以相对于由申请人出售的作为参考的光纤G652的比例来表示。
图5表示一表，给出对于根据本发明的色散管理光纤的第一类剖面分布的五个补充例子的半径平均值和折射率差。其描述的内容类似于图3的内容。
图6表示一表，给出相对于图5中它们的平均值的极端变化以及根据本发明的色散管理光纤剖面分布的某些性能。其描述的内容类似于图4的内容。
图7表示一表，给出由图4确定的根据本发明的色散管理光纤剖面分布的其它性能。该表左边列指明上面已经解释过的例子。对每个所考虑的例子来说，其它列给出相应于所考虑的例子的光纤部分的性能。接下来的四列是由μm2表示的波长分别为1460nm，1500nm，1625nm和1675nm的有效面积Seff。接下来的四列为由ps/nm.km表示的波长分别为1460nm，1500nm，1625nm和1675nm的色散C。接下来的三列为以dB/m表示的分别在波长为1500nm，1625nm和1675nm对于半径为10mm的最大弯曲损耗阈值。例如，对于例子1a，所述弯曲损耗低于5dB/m。接下来的三列为以dB/m表示的波分别为于1500nm，1625nm和1675nm对于半径为30mm的最大弯曲损耗阈值。
图8表示一表，包括由图6确定的根据本发明的色散管理光纤剖面分布的其它性能。其描述的内容类似于图7的内容。
图9表示一表，包括由图7和8确定的根据本发明的色散管理光纤剖面分布的性能的平均值。该表左边列表明例子1至15。后缀字母(标码)m表示在其它栏中的性能相应于相同例子但具有后缀字母a和b的区段T+与T-之间的平均值。例如例子1m的性能为例子1a和1b的性能的平均值。对每个所考虑的例子来说，其它列表示相应于所考虑的例子的光纤部分的性能。接下来的四列是由μm2表示的波长分别在1460nm，1500nm，1625nm和1675nm时的有效面积Seff。接下来的列为由μm2表示的波长在1460nm和1625nm之间的有效面积差ΔSeff。接下来的四列为由ps/nm.km表示的波长分别在1460nm，1500nm，1625nm和1675nm时的色散C。最后的列为由ps/nm.km表示的在1460nm和1625nm之间的该色散差ΔC。
图10示意性地表示根据本发明的一色散管理光纤的四层剖面分布的一第二类型。被称为中心层的该第一层具有相对于护套的恒定折射率的最大的折射率差Δn1，并具有一外径r1。该最大的折射率差Δn1是正的。优选地，在一零半径和半径为r1之间，该折射率是常数。被称为第一埋入层的该第二层具有相对于护套的恒定折射率的一最大的折射率差Δn2，并具有一外径r2。该最大的折射率差Δn2是负的。优选地，在半径r1和半径r2之间，该折射率是常数。被称为环形层的该第三层具有相对于护套的恒定折射率的一最大的折射率差Δn3，并具有一外径r3。该最大的折射率差Δn3是正的。优选地，在半径r2和半径r3之间，该折射率是常数。被称为第二埋入层的该第四层具有相对于护套的恒定折射率的一最大的折射率差Δn4，并具有一外径r4。该最大的折射率差Δn4是负的。优选地，在半径r3和半径r4之间，该折射率是常数。超过半径r4是恒定折射率的护套。
图11表示一表，给出对于根据本发明的色散管理光纤的第二类剖面分布的十个例子的半径平均值和折射率差。其描述的内容类似于图3的内容。
图12表示一表，给出其相对于图11中它们的平均值的极端变化以及相应于根据本发明的色散管理光纤剖面分布的某些性能。其描述的内容类似于图4的内容。
图13表示一表，包括由图12确定的根据本发明的色散管理光纤剖面分布的其它性能。其描述的内容类似于图7的内容。
图14表示一表，包括由图13确定的根据本发明的色散管理光纤剖面分布的性能的平均值。其描述的内容类似于图9的内容。
图15示意性地表示，在一大频段范围内，由图3和4确定的例子4的正、平均和负色散变化。曲线a，m和b表示由ps/nm.km表示的在波长为1200nm至1700nm波长频段上、分别对于区段T+与T-以及T+和T-之间的平均值色散，相应于包括交替的区段T+和T-的光纤1的整体色散。在图15中所考虑的是例子4。
图16示意性地表示，在较窄的一频段范围内图15的放大视图。图15中相同曲线在较窄的一频段范围内被示出，该频段范围从1450nm到1675nm。可以看到所获得的该色散管理光纤的色散斜率是“平的”(曲线m)；在图16中该色散保持在0.5ps/nm.km和-1ps/nm.km之间。
图17示意性地表示，在一大频段范围内，由图3和4确定的例子5的正、平均和负色散的变化。其描述的内容类似于图15的内容。
图18示意性地表示，在较窄的一频段范围内图17一部分的放大视图。其描述的内容类似于图16的内容。
图19示意性地表示，在一大频段范围内，由图3和4确定的第7例子的正、平均和负色散的变化。其描述的内容类似于图15的内容。
图20示意性地表示，在较窄的一频段范围内图19一部分的放大视图。其描述的内容类似于图16的内容。
图21示意性地表示，在一大频段范围内，由图3和4确定的例子10的正、平均和负色散的变化。其描述的内容类似于图15的内容。
图22示意性地表示，在较窄的一频段范围内，图21一部分的放大视图。其描述的内容类似于图16的内容。
图23示意性地表示，在一大频段范围内，由图11和12确定的例子20的正、平均和负色散的变化。其描述的内容类似于图15的内容。
图24示意性地表示，在较窄的一频段范围内，图23一部分的放大视图。其描述的内容类似于图16的内容。
优选地，根据本发明的该色散管理光纤在波长为1550nm时，具有小于或等于0.35dB/km的衰减。
优选地，根据本发明的该色散管理光纤在波长为1550nm时，具有偏振模式色散小于或等于0.2ps/km1/2，更优选地小于或等于0.1ps/km1/2，还更优选地是小于或等于0.05ps/km1/2。
优选地，根据本发明的该色散管理光纤在波长为1625nm时，具有为对构成所述光纤的任何一段的半径为10mm测出的弯曲损耗小于400dB/m。