光纤以及包含光纤的光学放大器和传输系统.pdf

上传人:t**** 文档编号:1131211 上传时间:2018-04-01 格式:PDF 页数:26 大小:866.76KB
返回 下载 相关 举报
摘要
申请专利号:

CN03106129.X

申请日:

2003.02.19

公开号:

CN1441565A

公开日:

2003.09.10

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

未缴年费专利权终止IPC(主分类):G02B 6/036申请日:20030219授权公告日:20090909终止日期:20150219|||授权|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

H04J14/02; H04B10/12; G02B6/16; G02F1/39

主分类号:

H04J14/02; H04B10/12; G02B6/16; G02F1/39

申请人:

古河电气工业株式会社;

发明人:

武笠和则

地址:

日本东京

优先权:

2002.02.19 JP 041921/2002

专利代理机构:

中原信达知识产权代理有限责任公司

代理人:

钟强;陆弋

PDF下载: PDF下载
内容摘要

一种具有高非线性和低色散的适于喇曼放大的光纤。它的结构和特点的说明如下:具有α分布的第一芯1被第二芯2包围,更进一步地,第二芯2被包层5所包围;设定第一芯1与包层5相比具有不小于1.8%的相对折射率差异;设定第二芯2与包层5相比具有不超过-0.4%的相对折射率差异,并且设定α为1.5或更大,使得第二芯2的直径至少为第一芯1的2.2倍;有效面积不超过15μm2,色散斜率的绝对值为0.05ps/nm2/km或更小,色散的绝对值不小于5ps/nm/km并且不大于20ps/nm/km,截止波长为1350nm或更小,以及弯曲损耗在弯曲直径为20mm的情况下不大于5.0dB/m。以上均是在波长为1.55μm的情况下。

权利要求书

1: 一种具有芯和包层的光纤,其特征在于: 在波长为1.55μm处,不超过15μm 2 的有效面积; 在波长为1.55μm处,绝对值不超过0.05ps/nm 2 /km的色散斜率; 在波长为1.55μm处,绝对值不小于5ps/nm/km且不大于20 ps/nm/km的色散; 不大于1400nm的截止波长;以及 在波长为1.55μm处,弯曲直径为20mm的情况下,不大于5.0dB/m 的弯曲损耗。
2: 如权利要求1所述的光纤,其特征还在于: 不大于1400nm或者不小于1650nm的零色散波长。
3: 如权利要求1所述的光纤,其特征还在于: 在波长为1.55μm处,不超过1.0dB/km的传输损耗。
4: 如权利要求1所述的光纤,其中,所述芯具有位于中心的第 一芯和包围第一芯的一个或多个层,并且所述一个或至少一个层具有 与所述包层相比不超过-0.4%的相对折射率差异。 5.如权利要求4所述的光纤,其中,所述第一芯的折射率高于 所述包层的折射率;所述第一芯与包围所述第一芯的第二芯相邻;并 且所述第二芯的折射率低于所述包层的折射率。 6.如权利要求5所述的光纤,其中,所述第一芯具有α分布,所 述α分布的“α”为1.5或更大;所述第一芯具有与所述包层相比不小于 1.8%的相对折射率差异。 7.如权利要求6所述的光纤,其中,所述第二芯具有与所述包 层相比不超过-0.6%的相对折射率差异;并且所述第二芯与所述第一芯 的直径比为2.2或更大。 8.如权利要求4所述的光纤,其中, 所述第一芯的折射率比所述包层的折射率高; 所述第一芯与包围所述第一芯的第二芯相邻; 所述第二芯的折射率比所述包层的折射率低; 所述第二芯与包围所述第二芯的第三芯相邻;以及 所述第三芯的折射率比所述包层的折射率高,但是比所述第一芯 的折射率低。 9.如权利要求8所述的光纤,其中,所述第三芯具有与所述包 层相比不超过-0.45%的相对折射率差异;所述第三芯与所述第二芯的 直径比为1.8或更大。 10.一种喇曼放大器,其包含如权利要求1所述的光纤。 11.一种光传输系统,其包含至少一个如权利要求1所述的用于 喇曼放大的光纤。 12.一种光纤,其特征在于,所述核具有位于中心的第一芯和包 围第一芯的一个或多个层,并且所述一个或至少一个层具有与包层相 比不超过-0.4%的相对折射率差异。 13.如权利要求12所述的光纤,其中所述第一芯的折射率高于 所述包层的折射率;所述第一芯与包围所述第一芯的第二芯相邻;并 且所述第二芯的折射率低于所述包层的折射率。 14.如权利要求13所述的光纤,其中所述第一芯具有α分布,所 述α分布的“α”为1.5或更大;所述第一芯具有与所述包层相比不小于 1.8%的相对折射率差异。 15.如权利要求14所述的光纤,其中所述第二芯具有与所述包 层相比不超过-0.6%的相对折射率差异;并且所述第二芯与第一芯的直 径比为2.2或更大。 16.如权利要求12所述的光纤,其中, 所述第一芯的折射率比所述包层的折射率高; 所述第一芯与包围所述第一芯的第二芯相邻; 所述第二芯的折射率比所述包层的折射率低; 所述第二芯与包围所述第二芯的第三芯相邻;以及 所述第三芯的折射率比所述包层的折射率高,但是比第一芯的折 射率低。 17.如权利要求16所述的光纤,其中所述第三芯具有与包层相 比不超过-0.45%的相对折射率差异;并且所述第三芯与所述第二芯的 直径比为1.8或更大。 18.一种喇曼放大器,其包含如权利要求12所述的光纤。 19.一种光传输系统,其包含至少一个如权利要求12所述的用 于喇曼放大的光纤。
5: 0dB/m 的弯曲损耗。 2.如权利要求1所述的光纤,其特征还在于: 不大于1400nm或者不小于1650nm的零色散波长。 3.如权利要求1所述的光纤,其特征还在于: 在波长为1.55μm处,不超过1.0dB/km的传输损耗。 4.如权利要求1所述的光纤,其中,所述芯具有位于中心的第 一芯和包围第一芯的一个或多个层,并且所述一个或至少一个层具有 与所述包层相比不超过-0.4%的相对折射率差异。 5.如权利要求4所述的光纤,其中,所述第一芯的折射率高于 所述包层的折射率;所述第一芯与包围所述第一芯的第二芯相邻;并 且所述第二芯的折射率低于所述包层的折射率。
6: 如权利要求5所述的光纤,其中,所述第一芯具有α分布,所 述α分布的“α”为1.5或更大;所述第一芯具有与所述包层相比不小于 1.8%的相对折射率差异。
7: 如权利要求6所述的光纤,其中,所述第二芯具有与所述包 层相比不超过-0.6%的相对折射率差异;并且所述第二芯与所述第一芯 的直径比为2.2或更大。
8: 如权利要求4所述的光纤,其中, 所述第一芯的折射率比所述包层的折射率高; 所述第一芯与包围所述第一芯的第二芯相邻; 所述第二芯的折射率比所述包层的折射率低; 所述第二芯与包围所述第二芯的第三芯相邻;以及 所述第三芯的折射率比所述包层的折射率高,但是比所述第一芯 的折射率低。
9: 如权利要求8所述的光纤,其中,所述第三芯具有与所述包 层相比不超过-0.45%的相对折射率差异;所述第三芯与所述第二芯的 直径比为1.8或更大。
10: 一种喇曼放大器,其包含如权利要求1所述的光纤。
11: 一种光传输系统,其包含至少一个如权利要求1所述的用于 喇曼放大的光纤。
12: 一种光纤,其特征在于,所述核具有位于中心的第一芯和包 围第一芯的一个或多个层,并且所述一个或至少一个层具有与包层相 比不超过-0.4%的相对折射率差异。
13: 如权利要求12所述的光纤,其中所述第一芯的折射率高于 所述包层的折射率;所述第一芯与包围所述第一芯的第二芯相邻;并 且所述第二芯的折射率低于所述包层的折射率。
14: 如权利要求13所述的光纤,其中所述第一芯具有α分布,所 述α分布的“α”为1.5或更大;所述第一芯具有与所述包层相比不小于 1.8%的相对折射率差异。
15: 如权利要求14所述的光纤,其中所述第二芯具有与所述包 层相比不超过-0.6%的相对折射率差异;并且所述第二芯与第一芯的直 径比为2.2或更大。
16: 如权利要求12所述的光纤,其中, 所述第一芯的折射率比所述包层的折射率高; 所述第一芯与包围所述第一芯的第二芯相邻; 所述第二芯的折射率比所述包层的折射率低; 所述第二芯与包围所述第二芯的第三芯相邻;以及 所述第三芯的折射率比所述包层的折射率高,但是比第一芯的折 射率低。
17: 如权利要求16所述的光纤,其中所述第三芯具有与包层相 比不超过-0.45%的相对折射率差异;并且所述第三芯与所述第二芯的 直径比为1.8或更大。
18: 一种喇曼放大器,其包含如权利要求12所述的光纤。
19: 一种光传输系统,其包含至少一个如权利要求12所述的用 于喇曼放大的光纤。

说明书


光纤以及包含光纤的光学放大器和传输系统

    【技术领域】

    本发明涉及适用于喇曼放大的光纤、和使用光纤的光学放大器以及光传输系统。背景技术

    波分复用(WDM)传输允许通过一根光纤传送多个光信号的高性能传输,其在电信领域得到广泛的使用。

    铒掺杂光纤放大器(EDFA)已经发展起来,其在WDM传输系统中作为中继点。另外,对于光放大,掺杂除铒之外的其他稀土元素的光纤也在研究之中。使用掺杂稀土元素的光纤进行放大,不需要在前述的中继点的每个波长上进行由光信号到电信号的转换,因此成为发展WDM传输的动力。

    同时,作为一种新颖的光学放大器,使用喇曼放大的喇曼放大器正在引起人们的兴趣。例如,分布式喇曼放大正被密切地研究,通过将喇曼放大组件应用到光传输线路以提高传输性能。

    并且,在Tus5、OFC’99和OtuB6会议上作为权威报告的光学放大器及其应用2001中,离散喇曼放大正处于蓬勃的研究之中,其采用DCF(色散补偿光纤)作为单模光纤(SMF)。该研究目的是使DCF具有光放大地功能。

    喇曼放大是这样一种技术:其使用低于泵浦光源频率(大约在100-110nm中更长的波长)的13.2太赫兹(THz)的频率,在喇曼散射中使用感应发射进行光信号放大。其放大效率很大部分取决于光纤的非线性。一般地,光纤的非线性程度越高,喇曼放大的效率就越高。

    以上的DCF设计在某些情况下可用于尽可能补偿发生在单模光纤或非零色散偏移光纤(NZ-DSF)中的正色散,其中这种单模光纤或非零色散偏移光纤具有偏移到1.55μm波长附近的零色散。因此,DCF在波长为1.55μm时(下文称为“在1.55μm处”)具有不超过-70ps/nm/km的负色散以及在1.55μm处具有大小为15-20μm2的有效面积。

    这种具有小有效面积和高非线性的DCF,非常适合用作喇曼放大组件。发明内容

    不过,当喇曼放大用于无色散补偿的传输时,DCF负色散的大绝对值会导致传输性能的恶化。

    换句话说,在不需要色散补偿的传输系统中不适合将DCF应用到喇曼放大中,这是因为当前传输的高比特率和高性能趋势要求对色散的控制需格外小心谨慎。但是,在无色散补偿的传输系统中用于喇曼放大的光纤还没有被全面地研究。

    本发明针对上述问题提出了解决方案,它不影响光传输线路中的受控色散,因此可以在其中实现有效的喇曼放大。因此,根据本发明提供的光纤适用于光源和放大器,以及使用了本发明中的光纤的光学放大器和光传输系统。

    为了实现上述目标,根据本发明的一个方面,光纤具有在1.55μm不超过15μm2的有效面积,绝对值不超过0.05ps/nm2的色散斜率,在1.55μm的绝对值不小于5ps/nm/km且不超过20ps/nm/km的色散,以及不超过1400nm(优选不超过1350nm)的截止波长和在20mm弯曲直径情况下不超过5.0dB/m的弯曲损耗。

    根据本发明的另一个方面,光纤有一个至少有两个层的芯,其中第一芯在中心,一个或多个层包着第一芯。同时,包围着第一芯的至少一个层具有与包层相比不超过-0.4%的相对折射率差异。附图说明

    图1(A)和图1(B)为本发明的第一实施例中的折射率分布解释图。图1(B)给出了遵从图1(A)中的折射率分布的光纤剖面图。

    图2是一个模式图,画出了零色散波长,色散,色散斜率,喇曼放大波长带,以及传输波长带之间的相互关系。

    图3是一个图形,它描述了由纤芯与第一包层之间的相对折射率差异的变化所导致的特征曲线。

    图4(A)和图4(B)为本发明的第二实施例中的折射率分布解释图。图4(B)给出的是遵从图4(A)中的折射率分布的光纤剖面图。

    图5是一个图形,它描述了在具有第三核层的W形分布的第三芯的相对折射率中差异的变化所导致的特征曲线。

    图6图示了本发明中用一条光纤形成喇曼放大组件的光学放大器的结构。

    图7图示了本发明中用一条光纤形成与光传输线路相连接的喇曼放大组件的光传输系统放大器的结构。具体实施方式

    现在将参考附图,描述本发明的实施例。图1(A)显示了本发明的第一实施例中的折射率分布。本发明兼容不同的折射率分布,但是如图1(A)所示的应用了W形分布的第一实施例相对来说要简单和容易设计。

    在第一实施例中,光纤具有被层5包围的芯4。芯4的第一芯的折射率比包层5的折射率高。另外,第二芯2与第一芯1相邻并包围着第一芯1,它的折射率比包层5的折射率低。

    特别地,第一芯1具有α剖面(假设α不小于1.5),以及相对于包层5不小于1.8%的相对折射率差异(Δ1);第二芯2具有相对于包层5不小于-0.4%的相对折射率差异(Δ2),其中Δ2的优选值不大于-0.6%。

    本专利说明书使用以下公式(1)、(2)和(3)来分别定义(Δ1)和(Δ2):

    Δ1={(nc1-nS)/nc1}×100    ......(1)

    其中,“nc1”表示第一芯1的最大折射率,“nS”表示包层5的折射率。

    Δ2={(nc2-nS)/nc2}×100    ......(2)其中,“nc2”表示第二芯2的最小折射率。

    n(r)=nc1·{1-2·Δ1·(r/a)α}1/2   ......(3)

    0<=r<=a

    其中,“r”表示光纤半径上的已知点(r=0表示光纤中心),“n(r)”表示在给定的“r”处的折射率。

    作为补充,在第一个实施例中,第二芯2的直径至少为第一芯1的2.2倍。

    这里,第一芯1的直径2a被定义为第一芯的直径长度,它的两端具有与包层5相同的折射率。

    类似地,第二芯2的直径2b被定义为第二芯的直径长度,其中第二芯位于在包层5的边界处,两倍邻接在表明了包层5和第二芯2之间的折射率(Δ2)差异的1/2的位置。

    第一实施例具有上述的折射率分布和下面的关键特征和参数值;即,在1.55μm处不超过15μm2的有效面积,绝对值不超过0.05ps/nm2的色散斜率,以及在1.55μm处绝对值不小于5ps/nm/km且不超过20ps/nm/km的色散。

    在第一实施例中,光纤具有不超过1400nm(优选不超过1350nm)的截止波长和在20mm弯曲直径情况下的不超过5.0dB/m的弯曲损耗。

    在第一实施例中,光纤被调整到不超过1400nm或不短于1650nm的零色散波长,传输损耗在1.55μm时不超过1.0dB/km。

    如上面所提到的,在第一实施例中,由于具有在1.55μm小于15μm2的小有效面积,光纤具有高非线性,使它具有高性能喇曼放大。只要有可能增加一点有效面积,就会显著提高喇曼放大的效率。特别地,在1.55μm的有效面积优选是10μm2或更小。

    在实施例中,光纤被调整到色散的绝对值为5ps/nm/km到20ps/nm/km之间的范围,这使得在光传输线路中的受控色散不受干扰。相反,对于喇曼放大来说,最大可能的光纤长度很少超过20km左右,而且在1.55μm(假设传输跨度为20km)的色散的绝对值为20ps/nm/km或更低的情况下,整个光纤色散将被限制在400ps/nm/km或以下。

    当前,跨度达100km、使用具有在1.55μm处色散值为4-5ps/nm/km的NZ-DSF的、整个色散值达到400ps/nm的光传输陆地线路已经投入应用。

    因此,根据第一实施例中的光纤,发明者已经设计了用于喇曼放大的光纤,其在1.55μm处的色散值不超过20ps/nm/km,或者说不超过前述的具有NZ-DSF的光传输陆地线路的全部色散值。

    整个色散随着传输能力而变化;因而最好是将色散在1.55μm处的值限制到最低可承受的值。同时,色散急剧降低的区域将导致四波混合(FWM),这肯定出现在低色散区域。在第一实施例中,光纤被设计为具有至少5ps/nm/km的色散,并且抑制FWM。

    需要指出的是,最好是抵消FWM以致可以完美,使色散在1.55μm处不小于10ps/nm/km。

    如果在1.55μm处优化的色散存在一特定色散斜率,则色散的设置将转移到其他波长,而不是最优值。因此,用于喇曼放大的光纤所应具有的色散斜率以不会影响到光传输线路的性能为宜。简而言之,在第一实施例中,光纤色散斜率的绝对值优选不超过光传输线路中同样的斜率。

    另外作为参考,传统的单模光纤或NZ-DSF的色散斜率一般在0.05至0.07ps/nm2/km的范围内。

    在第一实施例中,被设计成具有在1.55μm处不超过0.05ps/nm2/km的色散斜率的光纤,能够在1.55μm的每一端的宽带范围内抑制色散效应。特别地,在1.55μm处的色散斜率的绝对值越小,就越适用于传输。

    而且,在第一实施例中,假设具有不长于1400nm的截止波长的光纤,能够在跨越C波段和L波段的宽带范围内放大光信号。优选地,在第一实施例中的截止波长以不长于1350nm为宜,这样使得放大范围扩展到从S波段到L波段的大范围内。

    一般需指出的是,S波段范围从1460nm到1520nm,L波段范围从1565nm到1620nm。C波段位于1520nm到1565nm,它处于前面两个波段之间,其中S、C和L波段共同形成宽广的波长范围。

    喇曼放大可通过向比传输信号短100-110nm的波长端注入泵浦光来激活。用于喇曼放大的光纤需要有比泵浦光的波长更短的截止波长。

    在第一实施例中,光纤有一个不超过1400nm的、可以与比C波段短100-110nm的波长端相匹配的截止波长,它至少可以覆盖C波段和L波段。优选地,截止波长应该不长于1350nm以及比最短的波长,即S波段上的1460nm,短100-110nm,以覆盖同样的波段。结果是,第一实施例中的光纤能够完全满足以上要求。

    在第一实施例中设计的光纤,在1.55μm处和在20mm弯曲直径情况下,将显示不超过5.0dB/m的弯曲损耗,因此能够使小尺寸的线圈安置在具有更小损耗增加的模块内。

    在1.55μm处和在20mm弯曲直径情况下的弯曲损耗的上限为5.0dB/m意味着与DCF中的对应部分等价或较之更好。优选地,同样的光纤应设计成在1.55μm处和在20mm弯曲直径情况下的弯曲损耗不超过1.0dB/m。

    在第一实施例中,被设计成在小于1400nm或大于1650nm时具有零色散波长的光纤,具有能够在跨越C波段和L波段的宽广的波长范围内抑制FWM的积极表现。更好地,考虑到覆盖S波段,零色散波长不应长于1350nm(优选为1300nm或以下)。

    其中包含零色散波长的传输波段更有可能产生FWM。发明人计划设计在第一实施例中使得光纤适用于C波段和L波段。因此,考虑到泵浦光和传输信号的波长,同样的光纤被设计成在1400nm和1650nm之间的范围没有任何零色散波长。

    此外,如前所述,所设的零色散波长小于1400nm有利于覆盖较宽的波长范围,特别是它包括了S波段。

    例如,图2显示了曲线“a”,其在光纤的色散/波长坐标中具有1400nm或更短的零色散波长:喇曼放大和传输波长范围。

    遵从曲线“a”的光纤在1.55μm处所具有关键参数在方框A中列出,即:色散为+10ps/nm/km,色散斜率为0.05ps/nm2/km,零色散波长(λ0)约为1350nm。因此,同样的光纤具有一个既不在传输波段也不在喇曼放大波段范围内的零色散波长。

    接着,图2显示了曲线“b”,在光纤的色散/波长坐标中具有不小于1650nm的零色散波长:喇曼放大和传输波长范围。

    遵从曲线“b”的光纤在1.55μm处所具有关键参数在方框B中列出,即:色散为-10ps/nm/km,色散斜率为0.05ps/nm2/km,零色散波长(λ0)约为1750nm。因此,同样的光纤具有一个既不在传输波段也不在喇曼放大波段范围内的零色散波长。

    与前面所述相一致,在1.55μm处,绝对值为至少5ps/nm/km的色散与低色散斜率二者一起使得零色散波长位于传输波段和喇曼放大波段之外,这是有利的特征要求。

    在第一实施例中设计的光纤具有在1.55μm不超过1.0dB/km的传输损耗,这导致总体传输损耗的降低。如果光纤中存在传输损耗的话,仅靠增强非线性程度来提高喇曼放大效率最终将得到较低的放大效率。不过,对于第一实施例中的光纤不必有这种担心——不需要损耗补偿,如前所述,其具有相当低的传输损耗。

    为了说明第一实施例中的光纤的折射率分布,发明人作出了如下研究。简短地说,首先研究的是如图1(A)所示的W形分布的细节。已知具有W形分布的光纤的优点是,容易通过优化与包层5相比具有较低折射率的第二芯2来降低色散斜率。

    W形分布具有如下参数,即:第一芯1的、与包层5相比的相对折射率(Δ1),第二芯2的、与包层5相比的相对折射率(Δ2),第一芯1的直径(2a)与第二芯2的直径(2b)之比(=a/b),第一芯1的α分布“α”,第二芯2的直径(2b)。特别地,相对折射率(Δ2)在形成色散斜率或有效面积时是一个很有用的因子。

    如图例所示,发明人研究了色散、色散斜率或有效面积、以及相对折射率Δ2之间的关系,假定Δ1=2.4%,α=6和a/b=0.3。结果如图3所示。

    在图3中,曲线“a”表示Δ2=-0.5%情况下的斜率,曲线“b”表示Δ2=-0.7%情况下的斜率,曲线“c”表示Δ2=-0.9%情况下的斜率。

    另外,曲线“d”表示Δ2=-0.5%情况下的有效面积,曲线“e”表示Δ2=-0.7%情况下的有效面积,曲线“f”表示Δ2=-0.9%情况下的有效面积。

    使用的光纤样本已经被优化以实现如下要求:截止波长不大于1350nm,弯曲损耗在1.55μm处和在20mm弯曲直径情况下不超过5.0dB/m。

    从图3中对色散的限制明显可以看出,相对折射率Δ2的绝对值越大,色散斜率和有效面积就越小。

    因此,将参数调整到已排序值进行测试。然后,将相对折射率(Δ2)调整到不超过-0.4%(优选-0.6%)结果将导致在1.55μm处色散绝对值大小为5-20ps/nm/km(优选为10-20ps/nm/km),在1.55μm处色散斜率绝对值大小不超过0.05ps/nm2/km,以及有效面积不超过15μm2(最好为10μm2)。注意,要同时优化其他一些参数。

    紧接着,如图1(A)所示,根据相对折射率(Δ1)、α和a/b优化W形分布,参数调整的目标是使:在1.55μm处色散绝对值为10-20ps/nm/km,在1.55μm处色散斜率绝对值大小不超过0.05ps/nm2/km,有效面积不超过10μm2,截止波长不超过1350nm,以及在1.55μm处弯曲损耗在20mm弯曲直径情况下不超过5.0dB/m。

    结果,将相对折射率(Δ1)调整到不小于1.8%,将相对折射率(Δ2)调整到不超过-0.6%,将α调整到不小于1.5,以优化折射率分布。

    简而言之,偏离上面所设定的参数值,使有效面积大于10μm2或甚至更少,结果将使在1.55μm处的色散绝对值偏移5-20ps/nm/km这个范围,或者使色散斜率的绝对值在1.55μm处大于0.05ps/nm2/km。

    另外,在-0.6%与-0.4%之间(高于等于-0.6%,但是低于-0.4%)的相对折射率差异(Δ2)能够实现在1.55μm处的色散绝对值在5-20ps/nm/km范围、在1.55μm处的色散斜率绝对值不大于0.05ps/nm2/km以及有效面积在10μm2-15μm2范围这样的调整。

    表1表示的是在第一实施例中,借助计算机模拟程序所得到的1.55μm处的折射率分布和模拟性能。

    表1  Δ1   α  Δ2    a/b  芯直径  色散色散斜率  Aeff    λc  弯曲  损耗  %  %   μm ps/nm/km ps/nm2/km  μm2  nm  dB/m  2.2   10   -0.70    0.32   10.7  -14.2  0.009  9.4  1058  0.2  2.4    6   -0.90    0.50   7.0  -14.1 -0.014  9.6  1080  0.1  2.1    6   -0.90    0.30   10.9  -17.2  0.001  9.7  936  0.3  2.4    2   -0.90    0.30   12.0  -13.1  0.016  9.9  983  0.5  2.4    5   -0.70    0.48   6.9  -18.0 -0.004  10.0  1143  0.1  2.4   10   -0.50    0.50   6.9  -9.6  0.004  10.4  1169  0.1

    这里所附的表1中,芯直径表示第二芯2的直径;色散斜率表示在1.55μm处的色散斜率;Aeff表示有效面积;λc表示截止波长;弯曲损耗表示在20mm直径下的弯曲损耗。

    从表1中,明显可以看出,在第一实施例中的模拟光纤具有高非线性和低色散,可以有效地使用在喇曼放大中,不会显著干扰光传输线路中的受控色散。模拟光纤最适合用于未来的喇曼放大器,可能还包括离散喇曼放大。

    因此,第一实施例中的光纤样本可以作为喇曼放大器组件,应用于宽广波长范围的高性能喇曼放大中。第一实施例中的模拟光纤与光传输线路相连以用于离散喇曼放大组件,其不会显著干扰受控色散,从而,所述模拟光纤与高效喇曼放大相结合以实现更好的光传输系统。作为参考,每个模拟光纤的截止波长为1350nm或更短。

    图4图示了第二实施例中的模拟光纤的折射率分布。第二实施例的解释使用了上面所述的第一实施例中使用的部分名称和附图标记,并省略和简化了重复的解释。

    在第二实施例中,如第一实施例中的那样,模拟光纤具有由层所包围的芯。但是芯是三层的(3个芯层),这一点与第一实施例中的对应部分不同。

    在第二实施例中,每个模拟光纤具有第一芯1和第二芯2,并且第三芯3与第二芯在边缘相邻。第三芯3的折射率比包层的折射率大,但是比第一层1的折射率低。作为参考,所关注的折射率分布属于W形分布类别。

    在第二实施例中,对于每一根模拟光纤,设计的第三芯的相对折射率差异与包层相比不超过0.45%。在外部直径上,第三芯是第二芯的1.8倍或更小些。

    本专利说明书定义了第三芯3与包层相比的相对折射率差异(Δ3),如下面公式所示:

    Δ3={(nc3-nS)/nc3}×100   ......(4)

    其中nc3表示第三芯3的最大折射率。

    除了第三芯以外,第二实施例的光纤在结构上与第一实施例相同。下面,发明人解释了第三纤芯的优化。

    首先,对第二实施例进行优化,使相对折射率差异(Δ1)为2.4%,α为6,第一芯的直径(2a)与第二芯的直径(2b)之比(a/b)为0.3,第三芯的直径(2c)与第二芯的直径(2b)之比(c/b)为1.5。

    这里,第三芯的直径(2c)定义为第三芯3的直径长度,第三芯位于包层5的边界处,两倍邻接在由折射率级别5以及包层5与第三芯3之间相对率差异(Δ3)的1/10导致的位置。

    结果,图5给出的是在1.55μm处的色散、色散斜率与有效面积之间的关系。

    曲线“a”表示Δ3=0%情况下的色散斜率;曲线“b”表示Δ3=0.1%情况下的色散斜率;曲线“c”表示Δ3=0.3%情况下的色散斜率,以上均指在1.55μm处。

    此外,曲线“d”表示Δ3=0%情况下的有效面积;曲线“e”表示Δ3=0.1%情况下的有效面积;曲线“f”表示Δ3=0.3%情况下的有效面积,以上均指在1.55μm处。

    从图5中可以看出,相对折射率差异(Δ3)从0到0.1%到0.3%的逐步增加,使得在没有显著扩大有效面积的情况下,能够降低1.55μm处的色散斜率。例如,将在1.55μm处的色散的绝对值设为15ps/nm/km并将相对折射率差异(Δ3)调整为0.3%,结果色散斜率最终下降到0.0025ps/nm2/km或其左右。

    另外,增加第三芯3的直径(2c)的结果将随之减小在1.55μm处的色散斜率。

    不过假如折射率差异(Δ3)或第三芯3的直径(2c)大大增加,则截止波长(λc)将超过1350nm,或者有效面积将超过15μm2。因此,就弄清楚了最优性能所需的关键参数,即:相对折射率差异为0.45%或以下,第三芯3的直径(2c)与第二芯2的直径(2b)之比为1.8或以下,这些参数可用于调整第二实施例中对应的参数。

    表2给出的是第二实施例中的模拟光纤的虚拟性能特征:在1.55μm处测得的折射率分布各参数。

    表2    Δ1    α    Δ2    Δ2    a/b    c/b  芯直径    色散  色散斜率  Aeff   λc  弯曲  损耗     %    %    %    μm  ps/nm/km  ps/nm2/km    μm2    nm    dB/m    2.4    5    -0.90    0.10    0.32    1.40    10.6    -19.2    -0.001    8.7    978    0.2    2.4    10    -0.90    0.10    0.30    1.45    10.6    -15.1     0.002    8.9    1019    0.1    2.4    6    -0.70    0.15    0.29    1.50    11.3    -14.1     0.011    9.5    1045    0.2    2.1    6    -0.90    0.10    0.30    1.40    10.8    -19.7    -0.008    9.6    923    0.4    2.1    7    -0 90    0.12    0.30    1.60    11.2    -13.8     0.004    9.8    959    0.3    2.4    10    -0.50    0.10    0.40    1.60    8.2    -17.3    -0.002    10.0    1105    0.0

    从图2明显可以看出,第二实施例中的每个模拟光纤与第一实施例中类似,表现出与第一实施例中的几乎一样的性能,显示了高非线性和低色散。

    [实施例]

    现在来解释第一实施例与第二实施例中的具体光纤,例如,表1中从上数起第4行用粗体表示的实际数据所描述的就是一试验用光纤,目的是得到相对折射率差异Δ1=2.4%,α=2,相对折射率差异Δ2=-0.9%,a/b=0.30,以及纤芯直径=12.0μm时的数据。这个试验光纤1在表3中的第1行数据中有描述。

    注意:截止波长可通过使用ITU-T G.650.1中所描述的测试方法得到。

    表3 No.  色散  色散  斜率  λo  传输  损耗  Aeff n2/Aeff λc    弯曲    损耗  PMD  ps/nm/km  ps/nm2/km  nm  dB/km  μm2  10-10/W  nm    dB/m  ps/√km  1  -13.7  0.014 2132  0.57  9.8  45.0  1026    0.1    0.11  2  -16.0  0.002 2735  0.58  9.1  49.1  1053    0.2    0.14

    另外,在表2中从上数起第2行用粗体表示的实际数据描述的是另一试验光纤,其目的是得到相对折射率差异Δ1=2.4%,α=10,相对折射率差异Δ2=-0.9%,a/b=0.3,c/b=1.45,以及纤芯直径(2b)=10.6μm时的数据。这个试验光纤2在表3中的第2行数据中有描述。

    注意,表3中的“n2”为非线性折射率,如表3所示,试验光纤1和2是好的,有利于色散和非线性,其与前面的模拟光纤相一致。这样,n2/Aeff的值就达到了45.0e-10/W。

    同时,值得一提的是,截止波长不要超过1350nm,在1.55μm处和弯曲直径为20mm的情况下的弯曲损耗不超过1.0dB/m,以及在1.55μm处的极模色散(PMD)相当低。

    类似地,有如下几条重要发现:试验光纤1和2的零色散波长不小于2000nm,远离它们的运行波长段,因此FWM限制了传输波段和喇曼放大波段。因此这两个试验光纤在传输损耗和PMD两方面的表现都相当低。

    本发明不能局限于前面所介绍的实施例、模拟光纤或试验光纤。例如,第一和第二实施例可对芯4应用不少于四个的包层,尽管前一个实施例中应用了两个包层(第一芯和第二芯),后一个实施例中应用了三个包层(第一芯、第二芯和第三芯)。

    根据本发明的优选实施例、模拟光纤和试验光纤,选择的光纤最好在1.55μm情况下的零色散波长和传输损耗的范围内,不过细微的差异将不会造成问题。

    本发明提供的光纤具有高非线性和低色散特征,因此使高性能喇曼放大能够工作在没有显著分布的受控色散的光传输线路中。

    本发明提供的光纤的截止波长为1400nm或更小,因此可以以单模方式工作在光信号和泵浦光的波长段内,其设计用于喇曼放大和WDM传输的波长段跨越C波段和L波段。另外,较低的弯曲损耗保证了可靠的光传输。注意,在覆盖S波段、C波段和L波段的一个宽广范围内将截止波长重新调整到1350nm或以下将实现同样的结果。

    基于本发明所设计的光纤,如果将其零色散波长调整到不超过1400nm或不小于1650nm,并且使用于覆盖C和L波段的光信号的喇曼放大WDM传输,可以抑制FWM的影响,因此能够保证在同一波段上的更好的WDM传输。另外,如果将其零色散波长重新调整到1350nm或以下,可以在S波段、C波段和L波段这三个波段范围内取得上述结果。

    基于本发明所设计的光纤,如果在1.55μm处将其传输损耗调整到1.0dB/km或以下,将能够抑制在1.55μm处的传输损耗,因此能够保证借助喇曼放大来取得高性能的光传输。

    基于本发明所设计的光纤,如果赋予具体实际的折射率分布,能很容易地必定取得上述结果。

    基于本发明所设计的、用光纤来显示上述良好结果的光学放大器,如果用于设计喇曼放大器,将能够实现具有高性能和低色散的喇曼放大。

    用上述能够显示良好结果的光纤设计的光传输系统,如果使其与光传输线路相连,可以实现高性能的喇曼放大,而不会显著地影响受控色散,因此将是优秀的光传输系统。

光纤以及包含光纤的光学放大器和传输系统.pdf_第1页
第1页 / 共26页
光纤以及包含光纤的光学放大器和传输系统.pdf_第2页
第2页 / 共26页
光纤以及包含光纤的光学放大器和传输系统.pdf_第3页
第3页 / 共26页
点击查看更多>>
资源描述

《光纤以及包含光纤的光学放大器和传输系统.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《光纤以及包含光纤的光学放大器和传输系统.pdf(26页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。

一种具有高非线性和低色散的适于喇曼放大的光纤。它的结构和特点的说明如下:具有分布的第一芯1被第二芯2包围,更进一步地,第二芯2被包层5所包围;设定第一芯1与包层5相比具有不小于1.8的相对折射率差异;设定第二芯2与包层5相比具有不超过0.4的相对折射率差异,并且设定为1.5或更大,使得第二芯2的直径至少为第一芯1的2.2倍;有效面积不超过15m2,色散斜率的绝对值为0.05ps/nm2/km或更小。

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 电学 > 电通信技术


copyright@ 2017-2020 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1