专利名称：适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤的制作方法
技术领域：
本发明属于光通信技术，涉及一种为大容量、超高速率、长距离传输系统而设计的非零色散位移单模光纤。该光纤具有大的模场分布(有效面积)，增大的色度色散(正值或负值)和较低的色散斜率，低损耗，同时具有偏振模色散低和优异的抗弯曲性能，与光纤熔接时具有低熔接损耗等优点，应用于大容量、超高速率、长距离的密集波分复用DWDM系统传输时，大的有效面积和增大的色散值有利于减少非线性效应，低的色散斜率有利于对色散进行全面的管理，可灵活部署光纤链路，满足C+L与S+C+L波段的长距离的传输。
背景技术：
随着光纤通信技术的发展，特别是光纤放大器和波分复用技术的成熟应用，制约光纤通信的已经不再是光纤的损耗。语音、数据、图像等IP业务的迅猛发展，迫切需求高速超大容量和更高性价比的光网络。从技术和经济上考虑，提高单信道传输速率与信道容量的密集波分复用(DWDM)技术是光传输领域发展的主流趋势。制约光纤传输容量和距离的主要因素有非线性效应、色散和光信噪比(光信噪比的英文简称为0SNR)。近年来，单波道 40Gbit/s的规模化商业部署和lOOGbit/s的研究开发成为热点，对传输光纤的特性和发展提出新的需求。在DWDM系统中，随着传输速率和容量的增加，波长间隔随之不断减少，各波长之间的光非线性效应(包括四波混频、自相位调制、交叉相位调制等)日益突出，限制了光信号传输的容量与距离。系统要求的光信噪比随着单信道速率提高而成正比增加，因此要求更高的光信号功率，这更加剧传输光纤的非线性效应。而由于波分复用信道波段的扩展，色散斜率造成长、短波长边缘信道的色散积累不平衡，如果这种色散积累不平衡得不到很好的补偿，会显著缩短系统的再生中继距离，高的色散斜率使得色散管理更加复杂，增加了系统色散补偿成本。如对于40Gbit/s系统，每个信道的带宽达到80GHz近0. 8nm,色散斜率对每个信道内各频率分量的影响变得显著，要求接近100%的色散斜率补偿效率，对于现在成熟实用的补偿技术而言增加了难度，光纤的相对色散斜率(英文简称RDS)越大，实现完全补偿的难度越大，为此要求光纤的相对色散斜率尽量小，其最有效的方法是降低色散斜率，或增大色度色散。而迅猛发展中的lOOGbit/s技术，对传输系统的要求更加苛刻，尽管许多新技术不断涌现，以抵抗色度色散、偏振模色散、非线性效应等传输损伤，提高信号的频谱效率， 但是这些技术尚不成熟，系统的整体成本高。综合而言，超高速长距离通信对光纤的性能， 尤其有效面积，色散，损耗等提出了新的要求，解决这些问题的有效途径之一就是不断创新光纤的设计制造技术，开发具有低非线性效应和色散优化的新光纤。非零色散位移光纤(G. 655和G. 656光纤)是适用于DWDM传输技术而发展的光纤，不但适合40 Gbit/s传输系统，而且可进行新一代100 Gbit/s光网络的部署，具有广泛应用。在非零色散位移光纤产品规范中，国际电信联盟(ITU-T)制定了严格的G. 655D/ E和G. 656标准。目前已经公布了一系列的相关类型光纤的设计和生产专利(申请)方案。 适用于C+L波段的光纤，如98121639. 0号中国发明专利申请(公开号为CN1220402A)公布的一种大有效面积非零色散位移光纤和制造方法，其典型色散斜率为0. 09ps/ (nm2 · km), 有效面积在80um2以上；如专利号为03125210. 9、授权公告号为CN1219227C的中国发明专利公开的一种正色散的非零色散位移光纤，设计8个纤芯分层，1550nm色散斜率减小到 0. 085ps/ (nm2 · km)，有效面积调整为70um2以上；如00806764. 3号中国发明专利申请(公开号为CN1348548A)公布的中心凹陷纤芯结构的光纤，光纤有效面积约70um2，色散斜率为 0. 09-0. 08ps/(nm2 .km);等等。其它光纤的设计和生产专利(申请)方案，US2002/0154876A1 号美国专利申请公布的一种抛物线分布纤芯结构光纤，有效面积大于90 um2，但是1550nm 的色散过大，为14-20 ps/ (nm · km)；美国US6459839B1号专利公布的具有梯形和纤芯凹陷的大有效面积光纤，有效面积达100 um2以上，色散斜率为0. 08 ；美国US6396987B1号专利公布的一种光纤，光纤芯层折射率采用梯形和中心下陷阶跃型的分布，其色散斜率小于0. 07ps/ (nm2 · km)，但有效面积达只到60um2 ；中国00802639. 4号专利申请(公开号为 CN1337010A)公布的一种阶跃型折射率分布光纤，色散斜率约0. 09ps/ (nm2 · km), 1550nm 的色散在7 — 15 ps/(nm*km)，有效面积达到60_150um2 ；中国03119080. 4号专利申请(公开号为CN1450369A)公布的中芯下陷环形纤芯结构的光纤，光纤有效面积大于95 um2，色散斜率小于0. 065ps/ (nm2 · km)；均可用于S+C+L波段，但是光纤的熔接附加损耗高。现在大多数符合ITU-T规范的大有效面积G. 655光纤中，色散斜率还是偏大，或者色散偏小，或者结构过于复杂，不利于系统色散管理与光纤部署，以及光纤生产工艺控制。 对于宽工作波长的传输系统，色散斜率偏大的直接危害就是造成长、短波长边带波长的色散差异大，传输波长范围越宽，这种色散差异越大，色散补偿难度和成本越大，尤其40Gbit/ s以及更高速率的传输系统，要求严格精确色散管理，其影响就成为很大的问题，在实际应用中需要更复杂的光纤链路设计与色散管理技术，增加了系统成本，不符合网络运营商的利益选择。因此，为了充分利用光纤的带宽资源、增大通信容量，并且适应新一代100 Gb/s 技术的应用和光网络部署，在光纤波导结构设计上，应保持大有效面积特性的同时，增大色度色散并减小色散斜率，而且降低传输损耗。但是折射率随着波长变化而变化，色散对波长具有依赖性，有效面积和色散斜率相互制约，光纤设计因此变得困难，需要对各种特性平衡给予考虑。在实际长距离光纤传输系统部署方案中，通常采用光纤混合链路结构，即将不同光纤特性的连接形成通信链路，以减少通信器件和成本。非零色散位移光纤比标准单模光纤折射率分布更复杂，将各种不同类型的光纤熔接在一起时，因为彼此的模长直径和光纤几何参数等差异，往往导致反射增大，附加损耗增加，链路越长接点越多，累积的负效应越大，严重的可能造成不可接受的误码率。因此光纤的熔接特性是不容忽视的问题，需要考虑措施改善光纤的熔接性能，降低熔接损耗对传输系统的有害作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，即具有大的有效面积、增大的色散(包括正值和负值)和较低的色散斜率，从而能有效解决影响高速通信的非线性问题和偏振模色散问题，减少系统的色散管理成本，而且光纤的特性符合国际电信联盟(ITU-T)的多个产品规范，具有低的熔接损耗，以便按照不同的传输系统的需要(如传输容量、速率、距离)，灵活设计光纤链路。
为达到上述目的，本发明的适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其折射率剖面自中心向外包括六个连续的具有不同折射率分布的结构层，其特征是所述六个结构层的折射率分布随半径变化，从中心向外的分布依次为
权利要求
1.适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其折射率剖面自中心向外包括六个连续的具有不同折射率分布的结构层，其特征是所述六个结构层的折射率分布随半径变化，从中心向外的分布依次为
2.根据权利要求1所述的适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其特征是所述六个结构层的波导结构参数为值；从RjljR2为第二芯层；Δ = \严，n2m为第二层折射率的最小值，n2为第二层折射率的最大值。
3.根据权利要求1或2所述的适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其特征是所述六个结构层的波导结构参数为零色散波长为1613. 1 nm ；有效面积为72. 1 um2 ；·1550nm 的色散为-6. 26 ps/ (nm · km)；·1550nm的模场直径为9. 67 um ；相对色散斜率为-0. 0133 ηπΓ1 ；·1550 的损耗彡 0. 21 dB/km。
4.根据权利要求1或2所述的适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其特征是所述六个结构层的波导结构参数为Δ1=0. 40%, Δ2=0. 35%, Δ=0. 49%, α =1. 1 ； Δ3=-0. 48%, Δ4=0. 34%, Δ 5=-0. 17% Δ 6=0I r I ^ 3. 5um ；·3.5um < I r | ^ 4. Ium ； ·4.Ium < I r I 7um ；·5.7um < I r I 3um ；·8.3um < I r I 3um ；·9.3um < I r I <62. 5um ；·1550nm 色散斜率为 0. 05 ps/ (nm2 · km)；零色散波长为1434 nm ；有效面积为72 um2 ；·1550nm 的色散为 5. 68 ps/ (nm · km)；·1550nm的模场直径为9. 60 um ；相对色散斜率为0. 0088 ηπΓ1 ；·1550 的损耗彡 0. 21 dB/km。
5.根据权利要求1或2所述的适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其特征是所述六个结构层的波导结构参数为r I ( 2. 7um ； 2. 7um < I r I 9um ；·3. 9 um < I r I 5um ； 5. 5 um < I r I Ium ； 8. 1 um < |r I ( 9. Ium ； 9.1 um < I r | 彡 62. 5um ；Δ1=0. 42%, Δ2=0. 38%, Δ=0. 50%, α =1. 4 ； Δ 3=-0. 17%, Δ4=0. 21%, Δ 5=-0. 20% Δ 6=0·1550nm 色散斜率为 0. 0667 ps/ (nm2 · km)；零色散波长为1430 nm ；有效面积为72 um2 ；·1550nm 的色散为 7. 81 ps/ (nm · km)；·1550nm的模场直径为9. 59 um ；相对色散斜率为0. 00853歷1 ；·1550 的损耗彡 0. 21 dB/km。
6.根据权利要求1或2所述的适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，其特征是所述六个结构层的波导结构参数为.1550nm 色散斜率为 0. 0675ps/ (nm2 · km)；零色散波长为1442nm ；有效面积为72 um2 ；.1550nm 的色散为 7. 19 ps/ (nm · km)；.1550nm的模场直径为9. 62 um ；相对色散斜率为0. 00939 ηπΓ1 ；.1550 的损耗彡 0. 21 dB/km。Δ1=0. 42%, Δ2=0. 07%,I r I ^ 3. Oum ； 3. Oum < I r I 9um ；Δ=0. 228%, α =20 ；Δ 3=-0. 17%, Δ4=0. 21%, Δ 5=-0. 20% Δ 6=0，.3. 9um < I r I 5um ； 5. 5um < I r I Ium ； 8. Ium < r ( 9. Ium ； 9. Ium < r 彡 62. 5um ；
全文摘要
本发明公开了一种适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤，属于光通信技术，其折射率剖面自中心向外包括六个连续的具有不同折射率分布的结构层，其折射率分布随半径变化，从中心向外的分布依次为Δ1，|r|≤R1；，R1＜|r|≤R2；Δ3，R2＜|r|≤R3；Δ4，R3＜|r|≤R4；Δ5，R4＜|r|≤R5；0，R5＜|r|≤R6；其中，r为半径，Ri代表所在结构层的最大半径，i=1～6，Δi为第i层折射率的最大值对最外层折射率的增量,Δ(r)和Δ为第二层的r位置和折射率最小值以最大值为参考的相对折射率,α为分布因子，α＞0。其应用于大容量、超高速率、长距离传输系统时可以灵活部署光纤链路，能有效解决影响超高速通信的非线性问题，减少系统的色散管理成本，并且具有低的熔接损耗。
文档编号G02B6/02GK102200610SQ20111014023
公开日2011年9月28日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者吴金东, 吴雯雯, 孙可元, 李庆国, 李强 申请人:成都富通光通信技术有限公司