专利名称：光纤和使用该光纤的色散补偿器、光传输线及光传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤和使用该光纤的色散(dispersion)补偿器、光传输线以及光传输系统，作为一种用途，它们例如用于波分复用(WDM)传输。
正如大家所知的，光信号的色度色散(chromatic dispersion)和非线性妨碍光信号的高位速率传输。如果光纤具有大的色度色散值，会产生波形畸变和不能实现高位速率传输。另一方面，当色度色散接近零时，会产生四波混合(four-wave mixing)(FWM)的一种非线性现象以及引起信号畸变，使得难于实现WDM传输。
为了避免这种现象，在公开的168046/1995号日本专利中提出了一种用于降低光纤本身非线性和保证在光信号传输范围内产生很小色散的光纤。
图2是表示将本发明的一个实施例中的色散补偿器应用于一光传输系统的解释性的示意图。
图3是表示该光传输系统的解释性的示意图，其中包含本发明的一个实施例中的光传输线。
然而，根据这种传输很多信号的高容量前提，按传统方式还没有开发出用于WDM传输的光纤。因此，在宽范围内可以维持并非很小的色散。所以，通过使用传统的用于WDM传输的光纤，难于高质量地实现高位速率和高容量传输。
还有可能得到一种在整个传输范围内具有接近于零的很小色散以及接近于零的色散率的光纤。然而，在整个传输范围内具有很小色散以及小色散率的光纤中，通常会产生非线性的四波混合以及非线性严重，当在光纤放大器之后连接这一光纤时产生光信号的畸变。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种光纤，其用于补偿由一种在光信号的传输范围内具有小色散的光纤构成的光传输线的色散率，并能宽范围进行WDM传输。此外，本发明还提供使用这种光纤的色散补偿器、光传输线和光传输系统。
在本发明的光纤中，作为所使用的波长区域(这里为1.5微米波长带)的下限，光缆截止波长处于在自1520纳米的短波长一侧。因此，在整个使用的波长区域中，执行单模操作。所以，能够得到不受干扰影响的稳定的传输特性。
在已有的WDM传输线中的光纤的色散数值范围约为从2到6微微秒/纳米/千米，平均色散率约为+0.07微微秒/纳米2/千米。通过将本发明的一种结构实例的具有负色度色散和负色散率的光纤连接到具有很小正色散和正色散率的这种WDM传输线，实现在宽的波长范围内用于补偿很小色散和降低色散率以及具有平坦色散特性的光传输线。因此，可使用的波长范围加宽以及可以在宽的波长范围内实现WDM传输。由于WDM传输的色散不为零而是为一个很小的数值，其达到这样的程度不会引起四波长混合，还限制了非线性现象。
在本说明书中，如果不另外规定，下文中1.5微米的波长带表示从1520到1620纳米的波长范围。在1.5微米的波长带中的特定波长表示一在1.5微米的波长带中的具体波长，例如为1550纳米的波长。此外，在1.5微米的波长带中的一特定设置的波长带是设置在上述从1520到1620纳米的波长范围内的光传输波长带，并具体地表示在1.5纳米波长带中局部间隔的一波长带，如波长从1530到1570纳米的波长等。
图1是表示本发明的一个实施例中的光纤折射率分布型(profile)结构的示意图。在图1中纤芯由3层结构构成。图1所示的光纤折射率分布型结构由从内到外顺序排列的第一纤芯11、第二纤芯12、第三纤芯13和从内到外的金属包层14构成。第一纤芯11具有最大折射率。第一纤芯11相对于金属包层14的相对折射率差设为Δ1，第二纤芯12相对于金属包层14的相对折射率差设为Δ2。第三纤芯13相对于金属包层14的相对折射率差设为Δ3。
图2是表示本发明的一个实例解释性的示意图，其中将本发明一个实施例的色散补偿器24应用于一光传输系统。在图2中，标号21、22、23和25分别代表光发射器、光放大器、使用于WDM传输的光纤的已有光传输线(WDM传输线)、和光接收器。在色散补偿器24中，本发明的光纤起用于补偿色散和色散率的光纤的作用。图2本身所示系统的外观与传统的光传输系统相同，但是图2所示系统不同于传统系统之处在于，本发明的光纤使用在色散补偿器24中。通过在色散补偿器24中使用本发明的光纤，大为改进色散特性。
图3是表示一通过组装本发明的一个实施例中的光传输线构成的光传输系统。在图3中，标号31、32、33、34和35分别代表光发射器、光放大器、使用用于WDM传输的已有光纤的第一光传输线(此为WDM传输线)、使用本发明的光纤的第二光传输线和光接收器。
图3本身所示系统结构的外观与传统的光传输系统相同，但是图3所示系统不同于传统系统之处在于，本发明的光纤使用在第二光传输线34中。与光传输系统的传统实例相比较，通过在第二光传输线34中使用本发明的光纤，大为改进色散特性。
下面更具体地解释本发明的光纤的一个实施例。
根据本发明一个实施例的光纤具有如图1中所示的折射率分布型结构，作为实例通过改变各种类型的参数制造具有这种折射率分布型结构的光纤。表1表示所制造的每种光纤的折射率分布型的参数和在1550纳米波长的特性。
在这一表中，序号表示所制造的光纤的编号，纤芯直径表示第一纤芯11的外径。DSP表示通过将色散除以色散率得到的数值。DSP的数值是一个指数，其表示对于正色散的光纤的色散补偿率的高度，在这一实施例中指不大于200的一个正值。在表1中，在DSP列中没有DSP数值的表示由于色散和色散率两者都不是负的，计算数值没有意义。
如由所制造的光纤的编号23所示的，当Δ1不小于3.1％时，DSP的数值不能在负的色散区域设置为不小于200。此外，如由所制造的光纤的编号1所示的，当Δ1不大于0.7％时，其应理解为在负的色散率时，对光纤传播求不出解(propagation solution)。因此说，适合于将Δ1设置为0.8％≤Δ1≤3.0％。
如由所制造的光纤的编号5所示的，当Δ2太低时，如果不将截止波长设置在自1.5微米的长波长一侧，对光纤传播求不出解。当Δ2为-0.8％时，将截止波长设置在自1520纳米的长波长一侧。与此相反，当Δ2不小于-0.7％时，通过设置条件将截止波长设置在自1520纳米的短波长一侧。如由所制造的光纤的编号7所示的，当Δ2太高时，在截止波长不大于1520纳米的条件下，不能得到具有负的色散和负的色散率两者的光纤。光缆截止波长如果不为1579纳米，所制造的光纤的编号7没有具有负色散特性传播的解。然而，如由所制造的光纤的编号8所示的，当设置Δ2＝-0.4％时，这一光纤在自1520纳米截止波长的短波长一侧具有传播的解。因此说，适合于将Δ2设置为表1
-0.7％≤Δ2≤-0.4％。
如由所制造的光纤的编号9所示的，当Δ3太小时，可实现第三纤芯13无排列影响。与此相反，如由所制造的光纤的编号12所示的，当Δ3太高时，将光缆截止波长设置在自1520纳米的长波长一侧。因此说，适合于将Δ3设置为0.2％≤Δ3≤0.5％。
当将第一纤芯的外径设为a，将第二纤芯的外径设为b，将第三纤芯的外径设为c时，如由所制造的光纤的编号12所示的，比值a/b小，色散率变陡，但这一光纤对传播求不出解。通过降低比值a/b，增加纤芯直径就足以使之具有传播的解，但是在这种情况下，得不到负的色散。
如由所制造的光纤的编号16所示的，当比值a/b为0.7时，得不到负的色散率。因此说，适合于将比值a/b设置为0.3≤a/b≤0.6。
如由所制造的光纤的编号17所示的，当比值c/b≤1.1时，在负的色散率得不到传播的解。如由所制造的光纤的编号24所示的，当将比值c/b设置为2.1≤c/b时，截止波长处在自1520纳米的长波长一侧，以至于不能实现单模操作。因此可以说，适合于将比值c/b设置为从1.2到2.0的范围。
当第一纤芯的外径a不小于2.5微米时，没有传播的解。然而当这一纤芯的外径超过7微米时，其中没有色散和色散率两者满足负值的条件的组合以及截止波长小于1520纳米。因此，已经发现，适合于将第一纤芯的外径a设置为2.5微米≤a≤7微米。
表2表示当表1中在制造的光纤中的编号为21的光纤的第一纤芯的外径变化时的色散特性(Δ1＝1.1％，Δ2＝-0.6％，Δ3＝0.3％，a/b＝0.4，c/b＝1.3)。
可以看出，通过改变如图1中所示折射率分布型结构的纤芯外径a，可以在范围为20纳米或者更大的特定设置的波长带中，满足其中色散值为-26微微秒/纳米/千米或者更大的负值和色散率值为一负值以及DSP为200纳米或者更小的正值的条件。表2
具体地说，可以看出，在表2中的光纤A在波长从1565到1620纳米的范围以及光纤B在波长从1520到1565纳米的范围满足上述关系式。
接着通过使用以上制造的光纤制造色散补偿器，以补偿用于60千米的WDM传输的已有光纤的色散率。其中，使用表2中的光纤A，并构成如图2中所示的光传输系统。在用于WDM传输的光纤中，将在1550纳米波长的色散值设置为+4微微秒/纳米/千米，将在这一波长的色散率设置为0.075微微秒/纳米2/千米。
表3表示在连接使用图2中所示结构得到的色散补偿模块之后的光传输线的色散特性。
从表3可以看出，在设置的具有65纳米宽度的波长带范围，即波长从1530到1595纳米的波长带中每一波长的色散率处于±0.03微微秒/纳米2/千米的范围内。此外，可以看出，在以上设置的20纳米范围中波长带内即波长从1560到1580纳米的波长范围内，每一波长的色散率处于±0.01微微秒/纳米2/千米的范围内。
因此，在本发明一个实施例的光纤中，光传输系统(整个光传输线)的每一波长的色散率能处在±0.03微微秒/纳米2/千米范围内，该传输系统处在设置的波长带，该波长带在1.5纳米的波长带内，且具有40纳米的宽度范围，并和已有的光传输系统相结合。此外，色散率在上述设置的波长带内的20纳米范围中处于±0.01微微秒/纳米2/千米的范围内。
即，在图2中，通过将本发明的光纤应用于色散补偿器24，可以实现如表3中所示的色散率的平坦度。使用本发明一个实施例的光纤的光传输线的色散率的平坦度对于该光传输线是最佳的。因此，通过应用本发明一个实施例的光纤作为用于补偿色散补偿器24的色散的光纤，可以易于制造适合于高位速率和高容量传输的光传输线路径和光传输系统。
在图2所示的色散补偿器24中，上述本发明一个实施例的光纤围绕一绕线筒等盘绕。色散补偿器24中的这一光纤与光传输线23中的光纤串联使用。
图3表示一实例，其中使用上述本发明的一个实施例中的光纤作为光传输线的一部分。在图3所示这一光传输系统中，组装有上述本发明的一个实施例中的光纤作为第二光传输线34。因此，当本发明的一个实施例中的光纤表3
组装作为光传输线时，也能获得与在图2所示系统实例中相似的作用。即与在图2所示系统实例中相似，图3所示的一光传输系统可以设置为一能实现色散率的平坦度并适合于高位速率和高容量传输的光传输系统。当本发明的一个实施例中的光纤作为光传输线34组装到整个系统中光传输线的光缆时，本发明的光纤变为光传输线中的光纤。因此，将本发明的光纤按相对长的长度围绕一绕线筒盘绕并构成为色散补偿器24。与图2所示光传输系统的实例相比较，图3所示光传输系统的实际光传输距离缩短，其中这一色散补偿器24的光纤连接到光传输线中的光纤加以使用。若传输距离缩短，传输损耗相应降低，在传输范围中的色散率也降低。因此，与图2所示光传输系统相比较，在图3所示光传输系统中，传输损耗更易于降低，色散率更易于平坦。所以，当光传输系统按长距离配置时是有效的。
本发明的应用范围并不局限于上述实施例的范围。例如纤芯可以由4层或其以上构成，金属包层可以取为2层或其以上。此外，对于该应用本发明的光纤的光传输系统，除了在图2和图3所示光传输系统以外，还有各种各样的光传输系统。本发明的光纤可以应用于这些各种各样的光传输系统。
在本发明中重要的是，当在1.5微米的波长带内的一特定波长的色度色散设为D(微微秒/纳米/千米)(ps/nm/km)以及色散率设为S(微微秒/纳米2/千米)时，在一宽度范围不小于20纳米的特定设置的的波长带中，满足各关系式D＜0，S＜0，0＜(D/S)≤200。截止波长处在自1520纳米的短波长一侧。通过满足这些条件，实现适合于宽范围WDM传输线的光纤，以及使用这种光纤的色散补偿器、光传输线和光传输系统。
本发明的光纤和使用这种光纤的光传输线(WDM传输线作为一个实例)补偿光传输线的正色度色散和正色散率两者，该光传输线例如在光信号的传输范围内具有很小的色散以及在传输波长带中具有特别平坦的色散率；并且能够在宽的范围内实现WDM传输。
权利要求
1.一种光纤，其包含有使用至少3纤芯层和在纤芯层外侧的一金属包层构成的折射率分布型结构；其中所述3纤芯层从内到外按照第一、第二和第三层的次序排列；当第一纤芯层相对于金属包层的相对折射率差设为Δ1，第二纤芯层相对于金属包层的相对折射率差设为Δ2，第三纤芯层相对于金属包层的相对折射率差设为Δ3时，满足0.8％≤Δ1≤3.0％，-0.7％Δ2≤-0.4％，0.2％≤Δ3≤0.5％的条件；光缆截止波长处于在自1520纳米的短波长一侧；以及当在1.5微米的波长带内的一特定波长的色度色散设为D(微微秒/纳米/千米)以及色散率设为S(微微秒/纳米2/千米)时，在一宽度范围不小于20纳米的特定设置的波长带中，满足各关系式D＜0，S＜0，0＜(D/S)≤200。
2.根据权利要求1所述的光纤，其中当第一纤芯的外径设为a(微米)，第二纤芯的外径设为b(微米)，第三纤芯的外径设为c(微米)时，满足2.5≤a≤7，0.3≤(a/b)≤0.6，1.2≤(c/b)≤2.0的条件。
3.一种使用根据权利要求1所述的光纤构成的色散补偿器，其中该色散补偿器连接到一具有正色散和正色散率的光传输线，在1.5微米波长带内的一宽度范围不小于20纳米的特定设置的波长带中，在所述光传输线的色散率(单位微微秒/纳米2/千米)经补偿在不小于-0.01，不大于+0.01的范围内。
4.一种使用根据权利要求2所述的光纤构成的色散补偿器，其中该色散补偿器连接到一具有正色散和正色散率的光传输线，在1.5微米波长带内的一宽度范围不小于20纳米的特定设置的波长带中，所述光传输线的色散率(单位微微秒/纳米2/千米))经补偿在不小于-0.01，不大于+0.01的范围内。
5.一种使用根据权利要求1所述的光纤构成的色散补偿器，其中该色散补偿器连接到一具有正色散和正色散率的光传输线，在1.5微米波长带内的一宽度范围不小于40纳米的特定设置的波长带中，所述光传输线的色散率(单位微微秒/纳米2/千米))经补偿在不小于-0.03，不大于+0.03的范围内。
6.一种使用根据权利要求2所述的光纤构成的色散补偿器，其中该色散补偿器连接到一具有正色散和正色散率的光传输线，在1.5微米波长带内的一宽度范围不小于40纳米的特定设置的波长带中，所述光传输线的色散率(单位微微秒/纳米2/千米)经补偿在不小于-0.03及不大于+0.03的范围内。
7.一种使用根据权利要求1所述的光纤构成的光传输线，其中该光传输线连接到另一具有正色散和正色散率的光传输线，在1.5微米波长带内的一宽度范围不小于20纳米的特定设置的波长带中，所述另一具有正色散和正色散率的光传输线的色散率(单位微微秒/纳米2/千米)经补偿在不小于-0.01及不大于+0.01的范围内。
8.一种使用根据权利要求2所述的光纤构成的光传输线，其中该光传输线连接到另一具有正色散和正色散率的光传输线，在1.5微米波长带内的一宽度范围不小于20纳米的特定设置的波长带中，所述另一具有正色散和正色散率的光传输线的色散率(单位微微秒/纳米2/千米)经补偿在不小于-0.01及不大于+0.01的范围内。
9.一种使用根据权利要求1所述的光纤构成的光传输线，其中该光传输线连接到另一具有正色散和正色散率的光传输线，在1.5微米波长带内的一宽度范围不小于40纳米的特定设置的波长带中，所述另一具有正色散和正色散率的光传输线的色散率(单位微微秒/纳米2/千米)经补偿在不小于-0.03及不大于+0.03的范围内。
10.一种使用根据权利要求2所述的光纤构成的光传输线，其中该光传输线连接到另一具有正色散和正色散率的光传输线，在1.5微米波长带内的一宽度范围不小于40纳米的特定设置的波长带中，所述另一具有正色散和正色散率的光传输线的色散率(单位微微秒/纳米2/千米)经补偿在不小于-0.03及不大于+0.03的范围内。
11.一种使用根据权利要求1所述的光纤构成的光传输系统，其中该光传输系统的色散率(单位微微秒/纳米2/千米)在1.5微米波长带内的一宽度范围不小于20纳米的特定设置的波长带中，调节到不小于-0.01及不大于+0.01的范围内。
12.一种使用根据权利要求2所述的光纤构成的光传输系统，其中该光传输系统的色散率(单位微微秒/纳米2/千米)在1.5微米波长带内的一宽度范围不小于20纳米的特定设置的波长带中，调节到不小于-0.01及不大于+0.01的范围内。
13.一种使用根据权利要求1所述的光纤构成的光传输系统，其中该光传输系统的色散率(单位微微秒/纳米2/千米)在1.5微米波长带内的一宽度范围不小于40纳米的特定设置的波长带中，调节到不小于-0.03及不大于+0.03的范围内。
14.一种使用根据权利要求2所述的光纤构成的光传输系统，其中该光传输系统的色散率(单位微微秒/纳米2/千米)在1.5微米波长带内的一宽度范围不小于40纳米的特定设置的波长带中，调节到不小于-0.03及不大于+0.03的范围内。
全文摘要
提供一种光纤,用于使传输波长带中的色散率平坦化,并适用于在宽范围内高位速率和高容量的WDM传输。在这种光纤中,当第一纤芯层相对于金属包层的相对折射率差设为Δ1,第二纤芯层相对于金属包层的相对折射率差设为Δ2,第三纤芯层相对于金属包层的相对折射率差设为Δ3时,满足0.8%≤Δ1≤3.0%,－0.7%Δ2≤－0.4%,0.2%≤Δ3≤0.5%的条件。光缆截止波长处于在自1520纳米的短波长一侧。此外,当在1.5微米的波长带内的一特定波长的色散设为D(微微秒/纳米/千米)以及色散率设为S(微微秒/纳米2/千米)时,在一宽度范围不小于20纳米的特定设置的波长带中,满足各关系式:D<0,S<0,0<(D/S)≤200。
文档编号G02B6/34GK1346991SQ0113108
公开日2002年5月1日 申请日期2001年9月20日 优先权日2000年9月21日
发明者杉崎隆一, 八木健 申请人:古河电气工业株式会社