专利名称：宽带非零色散单模光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及单模光纤，尤其涉及，宽带非零色散单模光纤。.
背景技术：
下面先对本发明涉及到的术语给出定义，其中普通术语符合本领域惯例； 本说明书的专用术语通过惯用术语说明。
光纤各分层的半径以单位网计，按折射率定义，每一特定分层具有第一折射 率点和最后折射率点。从光纤轴线到第一折射率点所在位置的半径是该分层的内半 径；从光纤轴线到最后折射率点所在位置的半径是该分层的外半径。参见折射率剖 面图，纤芯中央圆形分层的半径从光纤轴线量到该分层的外半径；第一环形分层的 宽度从第一环形分层的内半径量到第一环形分层的外半径；第二环形分层的宽度从 第二环形分层的内半径量到第二环形分层的外半径。
纤芯中央圆形分层、第一环形分层和第二环形分层的相对折射率差A『Aj 和八2以单位％计，分别定义为
△ 。= (n02-nCj2) /2n02
△ ncl2) /2n02
△ 2=(n22-nc,2) /2n02
其中，no和n2分别表示纤芯中央圆形分层和第二环形分层的最大折射率； ^表示第一环形分层的最小折射率；Hd表示外包层的均勾折射率。
折射率剖面定义为相对折射率差或折射率与半径之间的关系。 .
相对凹陷深度定义为凹陷剖面第一环形分层的相对折射率差和纤芯中央圆形 分层的相对折射率差之比，取绝对值。 a折射率剖面定义为
<formula>formula see original document page 3</formula>
其中，r是所处位置半径；a是所述纤芯中央圆形分层的半径；a取任意值， a大于IO可以看作阶跃型折射率剖面。a折射率剖面包括与其光传输性能相似 的其他折射率剖面。
色度色散系数以单位ps/nm-km计，简称为色散。
有效截面以单位pmH十，定义为
Ae =2^ (/E2(r)r dr)7(/E4(r)r dr) 其中，积分限为O至w; E(r)是光传播所伴随的电场，r是所处位置半径。模场直径以单位|im计，定义为MFD=2Wd，
其中，积分限为0至M， E(r)是光传播所伴随的电场，r是所处位置半径。
迄今为止单模通信光纤远没有充分利用低衰减波长范围，有三大难题没有解 决色散平坦光纤研究了三十多年， 一直没有实用。四波混频发现了十多年，还 没有名副其实的宽带非零色散光纤。光子晶体光纤研究了大约十年，因结构复杂 很难在通信干线上实用。
发明内容
所发明的各种宽带非零色散单模光纤，有如下共同特点 单模截止波长不大于1310nra;
在1310mn波长下，色散斜率为0. 057到0. 074 ps/nm2-km; 在1310到1800nm波长范围内，色散最小值大于0. 5 ps/nm-km，色散最大值 小于18.5 ps/nm-km，色散斜率最小值大于零；
在1550 mn波长下，有效截面为50. 0到75. 0网2。
所发明的一种光纤，在1310nm波长下，色散最小值大于0. 5 ps/nm-km，色 散斜率为0. 060到0. 071 ps/W-km;在1550 mn波长下，有效截面为55. 0到60. 0 拜2;在1625 nm波长下，色散最大值小于15.5 ps/nm-km。所述光纤有效截面
满足实用要求，色散特性平坦。
所发明的一种光纤，在13,iOnm波长下，色散最小值大于0. 5 ps/nm-km，色 散斜率为0. 060到0. 071 ps/nm2-km;在1550腦波长下，有效截面为55. 0到60. 0 jxm2;在1800 nm波长下，色散最大值小于17.0 ps/nm-km。所述光纤有效截面 满足实用要求，升级换代空间大，色散特性平坦。.
所发明的宽带非零色散单模光纤，工作波长范围接近全部低衰减波长范围， 色散特性接近理论极限，有效截面大，解决了迄今为止没有解决的三大难题，是名 副其实的宽带非零色散单模光纤，可以无需光子晶体光纤的周期性的空心毛细管 结构，为互联网提供灵活的通信路径，使信息高速公路设计简化，成本降低。
参照以下附图，熟悉本技术领域的人员，从本发明的详细描述中，将显 而易见本发明的上述和其他目的、特征和优点。
图1是所发明光纤的理想折射率剖面的一种情况。未画出由于工艺原因 在光纤轴线附近出现的不大的中心凹陷，未画出实际折射率剖面与所述理想折 射率剖面不大的差异。所述a折射率剖面，从(1=5变化到(1》10; a大于10
4可以，作阶跃型折射率剖面。各种所发明光纤折射率剖面变化范围很大，无法 --画出。
图2是所发明光纤的理想折射率剖面的一种情况。纤芯中央圆形分层采 用纯Si02材料，可以避免在光纤轴线附近出现中心凹陷。未画出实际折射率 剖面与所述理想折射率剖面不大的差异。各种所发明光纤折射率剖面变化范围 很大，无法一一画出。
具体实施例方式
发明人系统研究了凹陷三包层光纤色散特性和有效截面的变化，发现了如下 规律，设计了所发明的光纤-
非色散位移光纤和色散位移光纤色散斜率偏高，色散平坦光纤色散斜率偏 低；两者之间尚未利用的色散斜率区域对应于本发明所涉及的发现四波混频之后 亟待开发的宽带非零色散单模光纤。
在适当的相对凹陷深度范围内，在宽带非零色散单模光纤和色散平坦光纤所 对应的色散斜率区域之间，存在最佳的色散斜率，使得在给定波长范围内(直到全 部低衰减波长范围)色散斜率最小值理论为零，色散最大值最小。
给定有效截面的单模光纤，相对凹陷深度越深，色散斜率越低。
给定相对凹陷深度的单模光纤，色散斜率越高，有效截面越大。
实现宽带非零色散单模光纤，可以不需要光子晶体光纤的周期性和空心毛细 管的结构，只需要凹陷深度适当的凹陷包层光纤。
所发明光纤有两种
具体实施方式
。第一种实施方式适用于所述第二环形分 层厶2< Aq，采用图l所示折射率剖面。第二种实施方式适用于所述第二环形 分层Af △。，采用图2所示折射率剖面。
图l是所发明宽带非零色散单模光纤的一种折射率剖面图。其中，1、 2 、 3 和4分别表示所述光纤的纤芯中央圆形分层、第一环形分层、第二环形分层和外 包层，5、 6和7分别表示所述纤芯中央圆形分层半径a 、所述第一环形分层宽度 &和所述第二环形分层宽度H2。 n。是所述纤芯中央圆形分层a折射率剖面的 最高折射率，n,和n,分别表示所述第一环形分层和所述第二环形分层的均匀折射 率，n^表示所述外包层的均匀折射率。A。〉0， △,<(), 0<A2<AQ。
图2是所发明宽带非零色散单模光纤的一种折射率剖面图。其中，1、 2 、 3 和4分别表示所述光纤的纤芯中央圆形分层、第一环形分层、第二环形分层和外 包层，5、 6和7分别表示所述纤芯中央圆形分层半径a 、所述第一环形分层宽度 1^和所述第二环形分层宽度H2， n。、 n,和112分别表示所述纤芯中央圆形分层、 所述第一环形分层和所述第二环形分层的均匀折射率，n^表示所述外包层的均匀 折射率。AQ〉0， △,<()， A2= A0。
本领域内的技术人员都知道，所述a折射率剖面当a >10时非常接近实际 的阶跃型折射率剖面，所述第二种实施方式可以看作是所述第一种实施方式的 一种极限情况a折射率剖面演变为阶跃型折射率剖面，A2〈A。演变为A2二A。。
两种实施方式之间的过渡是连续的。
5表1给出了按所述两种实施方式实现所发明的宽带非零色散单模光纤的一组 示例结构参数。
表l
结构参数指标
纤芯中央圆形分层折射率剖面参数a》5
纤芯中央圆形分层相对折射率差△ o- 0.27到0.50%
纤芯中央圆形分层半径a= 3.50到5.40 pim
第一环形分层相对折射率差△《-0.60A0
第一环形分层宽度H丄0.28到0.90 a
第二环形分层相对折射率差△ 2《 Ao
第二环形分层宽度H2= 0.20到0.45 a
在表l所列的一组示例结构参数范围内，利用本领域内任何技术人员熟悉
的方法，可以实现具有如下共同特性的宽带非零色散单模光纤 单模截止波长不大于1310nm;
在1310nm波长下，色散斜率为0. 057到0. 074 ps/nm2-km; 在1310到1800nm波长范围内，色散最小值大于0. 5 ps/nm-km,色散最大值 小于18.5 ps/nm-km，色散斜率最小值接近于零； 在1550 nm波长下，有效截面为50. 0到75. 0 pm2。
表2给出了按所述两种实施方式实现所发明的宽带非零色散单模光纤的另 一组示例结构参数。
表2
结构参数指te
纤芯中央圆形分层折射率剖面参数a》5
纤芯中央圆形分层相对折射'率差A 0= 0.31至lj 0.45 % '
纤芯中央圆形分层半径a-3.60至lj 4.80拜
第一环形分层相对折射率差A工《-0.60A0
第一环形分层宽度H;030到0.90 a
第二环形分层相对折射率差Af0.48至U 1.00 A o
第二环形分层宽度仏=0.24到0.42 a
在表2所列的一组示例结构参数范围ri,利用本领域内任何技术人员熟悉 的方法，可以实现如下宽带非零色散单模光纤
一种宽带非零色散单模光纤，在1310nra波长下，色散最小值大于0.5 ps/nm-km,色散斜率为0. 060到0. 071 ps/nm2-km;在1550 nm波长下，有效截面 为55.Q到60.0在1625咖波长下，色散最大值小于15. 5 ps/nm-km。
6一种宽带非零色散单模光纤，在1310mn波长下，色散最小值大于0.5 ps/nm-km，色散斜率为0.060到0.071 ps/nm2-km;在1550nm波长下，有效截面 为55.0到60.0 nm2;在1800nm波长下，色散最大值小于17.0 ps/nm-km。
在表1和表2中，纤芯中央圆形分层折射率剖面参数和第二环形分层相对 折射率差A 2包含两种实施方式第一种实施方式对应于a折射率剖面和A 2< A。；第二种实施方式对应于阶跃型折射率剖面和A2=A。。
所述纤芯中央圆形分层的折射率剖面基本上是a折射率剖面，包括与该剖 面相近的光传输性能相似的其他折射率剖面。所述第一环形分层、所述第二 环形分层以及所述外包层基底材料基本上是均匀的，包括光传输性能相似的接 近于均匀的其他折射率剖面。
表中所列数据对应于下述条件所述纤芯中央圆形分层有光滑的a折射率 剖面，无中心凹陷，所述其他各分层和各包层的折射率剖面是理想的阶跃型折 射率剖面。本领域内的技术人员都知道，由于工艺原因光纤折射率剖面在轴线 附近会有不大的中心凹陷，不会严重影响光纤基本性能。实际情况与所述条 件稍有差异，有关数据与表列对应数据稍有不同。
所发明的宽带非零色散单模光纤，波长范围接近全部低衰减波长范围，色散 特性接近理论极限，有效截面大，解决了迄今为止尚未解决的三大难题，是名副 其实的宽带非零色散光纤，色散特性平坦，无需光子晶体光纤的周期性的空心毛细 管结构，可以为互联网提供灵活的通信路径，使信息高速公路设计简化,成本降低。 前面提供了对较佳实施例的描述，使本领域内的任何技术人员可使用或利用 本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这 里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这 里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。
权利要求
1、一种宽带非零色散单模光纤，包括纤芯中央圆形分层、包覆在所述纤芯中央圆形分层上的第一环形分层、包覆在所述第一环形分层上的第二环形分层以及包覆在所述第二环形分层上的均匀外包层。所述纤芯中央圆形分层的相对折射率差为Δ0，半径为a；所述第一环形分层的相对折射率差为Δ1，宽度为H1；所述第二环形分层的相对折射率差为Δ2，宽度为H2；所述纤芯中央圆形分层基本上是α折射率剖面，所述第一环形分层和所述第二环形分层基本上是均匀折射率，所述第一环形分层的折射率低于所述均匀外包层的折射率，所述第二环形分层的折射率高于所述均匀外包层的折射率。其特征在于α≥5，Δ0＝0.27到0.50％；Δ1≤-0.60/Δ0；Δ2≤Δ0。
2、 根据权利要求1所述的光纤，其特征在于a= 3. 50到5. 40 ^m; H！ =0. 28到0. 90 a ; H2= 0. 20到0. 45 a。
3、 根据权利要求2所述的光纤，其特征在于单模截止波长不大于 1310nm;在1310nm波长下，色散斜率为0. 0&7到0.074 ps/nm2-km;在1310 到1800nm波长范围内，色散斜率为正。
4、 根据权利要求3所述的光纤，其特征在于在1550 nm波长下，有效截 面为50.0到75.0 [im2。
5、 根据权利要求4所述的光纤，其特征在于在1310mn波长下，色散 最小值大于0.5 ps/nm-km;在1625 nm波长下，色散最大值小于16.5 ps/nm-km。
6、 根据权利要求4所述的光纤，其特征在于在1310nm波长下，色散 最小值大于0.5 ps/nm-km;在1800 nm波长下，色散最大值小于18.5 ps/nm-km。
7、 根据权利要求3所述的光纤，其特征在于A。= 0. 31到0.45 %; A!《-0. 60Ao; A 2= 0.48至lj 1.00A。； a= 3.60至!j 4.80 |xm; =0. 30 到0. 90 a ; H2= 0. 24到0. 42 a。
8、 根据权利要求7所述的光纤，其特征在于在1310nm波长下，色散斜 率为0. 060到0. 071 ps/nm2-km;在1550 nm波长下，有效截面为55. 0到60. 0 ptm2。
9、 根据权利要求8所述的光纤，其特征在于在1310nm波长下，色散 最小值大于0.5 ps/nm-km;在1625 nm波长下，色散最大值小于15.5 ps/nm-km。
10、 根据权利要求8所述的光纤，其特征在于在1310nm波长下，色散 最小值大于0.5 ps/nm-km;在1800 nm波长下，色散最大值小于17.0 ps/nm—krrio
全文摘要
本发明公开的宽带非零色散单模光纤，包括纤芯中央圆形分层、包覆在所述纤芯中央圆形分层上的第一环形分层、包覆在所述第一环形分层上的第二环形分层以及包覆在所述第二环形分层上的外包层，所述第一环形分层的折射率适当低于均匀外包层的折射率。所述宽带非零色散单模光纤，在1310到1800nm单模工作波长范围内，正色散随波长增加单调上升；在1310nm波长下，色散斜率为0.057到0.074ps/nm<sup>2</sup>-km；在1550nm波长下，有效截面为50.0到75.0μm<sup>2</sup>；在1310到1800nm波长范围内，色散最小值大于0.5ps/nm-km，色散最大值小于18.5ps/nm-km。
文档编号G02B6/02GK101526643SQ20081013412
公开日2009年9月9日 申请日期2008年7月17日 优先权日2008年3月6日
发明者汪业衡 申请人:汪业衡