专利名称：非色散位移光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤通信领域中的一种光纤，特别是一种具有较低的相对色散斜率的非色散位移光纤。
背景技术：
随着光纤通信技术的不断发展，对光纤的性能要求越来越高。由单模光纤的衰减特性可知，光纤在长波长波段，如C波段(1530-1565nm)及L波段(1565-1625nm)具有最低的衰减特性，信号在此波段进行传输，可以延长光纤传输的无中继距离。而在此区域，普通G.652单模光纤的色散系数最大。而光纤的色散会导致信号波形畸变，是限制高比特率、长距离传输的主要因素。传输速率越高，允许的色散值越小。若不采取措施，在高速率下传输的距离就很短。对于采用单纵模激光器的系统，色散代价主要是啁啾所至；用通常的G.652光纤，即使采用非啁啾光源和NRZ码，由于色散受限引起1dB功率代价，对不同的传输速率B，工作在入为1550nm附近的波段—C波段，色散系数D1550约为17ps/nmkm的系统，系统的色散受限距离对应为2.5Gb/s为980km，10Gb/s为60km，40Gb/s则只能传输4km。可见，对高速传输系统而言，色散对传输距离的影响是非常严重的。零色散位移光纤即G.653光纤，虽然C波段的色散大幅度的降低了，但因色散太低(其零色散点位于1550nm附近)，当该光纤应用于波分复用(WDM)系统时，因易产生四波混频等非线性现象，而使得系统无法正常运行。随着光纤通信容量需求的迅速增长，波分复用(WDM)是最重要的扩容手段。采用密集波分复用(DWDM)技术进行扩容，一方面需要不断地提高单信道速率；如近年来单信道速率已由622Mb/s，经过2.5Gb/s，10Gb/s向着40Gb/s甚至80Gb/s发展。另一方面要不断地提高复用信道数和相应的减少信道间隔(例如，现在为提高C-band的光谱效率，信道间隔正在有0.4nm向0.2nm甚至更窄到0.1nm发展)。为抑制四波混频等非线性现象，光纤在工作波段内必须具有一定的色散值。为了将光纤传输的工作波段由1310nm附近波段移至1550nm附近，且保证1550nm处有较低但不为零的色散(可抑制四波混频的发生)，故相应推出了非零色散位移单模光纤。此类光纤虽然有效地优化了低衰减区域C和L波段的色散系数，但由于受零色散点的约束，该类光纤只有少数波段(如通常的C波段或C+L波段)可采用密集波分复用(DWDM)技术。如专门为C波段的应用密集波分复用(DWDM)技术而设计的，1550nm波长的色散斜率约为0.080ps/nm2km，色散系数约为4.5ps/nm km，有效面积约为70μm2的大有效面积的G.655A光纤，专门为C+L波段而设计的1550nm波长的色散斜率约为0.055ps/nm2km，色散系数约为4.5ps/nm km；有效面积约为55μm2的低色散斜率的G.655A光纤和1550nm波长的色散斜率约为0.055ps/nm2km，色散系数约为8.0ps/nmkm，有效面积约为62μm2的G.655B光纤等。
由于受工作波段内光纤色散系数和光源的谱宽的制约，目前进一步提高单信道速率和减少信道间隔，都已非常困难，要进一步增加传输容量，只有增加工作波段，使得光纤可工作的频带加宽。而上面所描述的光纤可应用密集波分复用(DWDM)技术的波段宽度为35nm-125nm。进一步提高波段宽度已不可能。
光纤的色散在光纤传输系统中具有双重作用，即对光纤的传输距离具有限制作用—限制传输速率，同时又有抑制非线性效应的作用—改善传输效果。因此在光纤和传输系统的设计过程中，要将色散的两方面的作用进行综合考虑，扬长避短。对光纤的工作波段内的色散进行色散补偿，可以延长传输距离，提高传输速率。随着传输速率的不断提高，单纯的对某个波长进行色散补偿已不能满足要求，色散补偿已要求向色散管理方向发展。即不但要考虑到某一波段色散量的补偿，也要考虑色散斜率甚至色散曲线曲率的补偿，以求得到尽量平坦的色散曲线。补偿后在整个波段内不同信道的色散量的最大值不影响所需的传输距离，最小值不致使四波混频效应产生明显影响。在减小系统色散的各种方法中，预啁啾，谱反转等方法仍在研究中；光栅补偿也有温漂及带宽等问题。目前解决光纤色散的有效办法是采用色散补偿光纤。而在色散补偿技术中，技术难点是对色散斜率进行。采用色散补偿光纤进行色散和色散斜率的补偿时，最为困难的是对具有高相对色散斜率的光纤进行色散斜率的补偿。因此在光纤的设计过程中，降低色散斜率已越来越重要。而上面所描述的光纤，其在1550nm处的相对色散斜率为大有效面积的G.655A光纤约为0.018nm-1，低色散斜率的G.655A光纤约为0.012nm-1，G.655B光纤约为0.0069nm-1。而G.652光纤仅为0.0036nm-1左右。本发明所指的光纤具有同G.652光纤相近，甚至更低的相对色散斜率。
美国专利6,434,310提出了具有中心下陷的剖面特征，零色散点同G.652光纤相近，但是由于其在1550nm处的色散系数高达14ps/nmkm，且此处的色散斜率达到0.055ps/nm km，相对色散斜率为0.0039nm-1。该光纤色散系数仍然过大，对G.652光纤的色散特性改善不大。美国专利2001/0022883 A1中提出了具有W型结构，中心无下陷的剖面特征，光纤的零色散点位于1370nm以下的光纤，虽然该光纤将光纤在1550nm处的色散系数控制在11ps/nmkm以下，改善了G.652光纤的色散特性，但由于这种结构很难实现较大的有效面积，因而不利于高速传输系统需要降低光纤的非线性效应的要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的非色散位移单模G.652光纤中，在长波长的色散大的问题；色散位移单模光纤中可应用密集波分复用(DWDM)技术的波段宽度窄及相对色散斜率大的缺陷。通过采用光纤中心具有多层的W型剖面结构，提出了一种具有低相对色散斜率的非色散位移光纤。
本发明的技术方案是这样实现的它至少包含二个以上的芯层和一包层区，每个芯层都有一折射率分布，包层区裹在纤芯区周围，所述包层区至少包含四个包层，它们都具有一定的折射率分布，最靠近纤芯区的包层4具有最低的折射率Δ4，其折射率部分皆不高于外包层的折射率Δ7，与包层4相连的包层5具有最高的折射率Δ5，其折射率部分皆不低于外包层的折射率Δ7，与包层5相连的包层6具有最低的折射率Δ6，其折射率部分皆不高于与它外邻的外包层的折射率Δ7，所述纤芯区中芯层(1)，最靠近光纤长轴的中心线，具有最大折射率Δ1，其折射率高于Δ4，中芯层(2)，最靠近所述芯层(1)，具有最低折射率Δ2，其折射率高于Δ4，同时Δ2也不高于Δ3或Δ1，中芯层3，最靠近所述芯层2，具有最大折射率Δ3，其折射率皆大于Δ4，同时Δ3也不低于Δ2。
本发明的纤芯区和包层区中，其相对折射率的绝对值不超过7.5*10-3，其中Δ1介于0.2*10-3到7.5*10-3之间；Δ2介于-1.0*10-3到4.2*10-3之间；Δ3介于1.0*10-3到7.1*10-3之间；
Δ4介于-1.0*10-3到-7.0*10-3之间；Δ5介于1.0*10-3到4.2*10-3之间；Δ6介于-2.8*10-3到0.0*10-3之间；如图1所示，R1为0.9-3.5μm，R2为1.7-4.0μm，R3为3.5-5.2μm，R4为6.0-8.0μm，R5为9-122μm，R6为10.5-14.6μm。(R为到光纤截面上的点光纤长轴的中心线的距离)本发明光纤具有如下特征在1383nm附近的衰减小于0.45dB/km；零色散波长小于1360nm；在1550nm处的色散系数为7-12ps/nm km；在1550nm处的相对色散斜率为0.0023-0.0042nm-1；在1550nm处的有效面积大约为53-76um；在1550nm处的衰减小于0.25dB/km；本发明中每个芯层的折射率分布可以相同或相近，也可以不同；本发明光纤在1385nm附近具有较低的衰减，氢氧根吸收峰已经被基本消除，具有平滑的衰减曲线；在1385nm处的衰减不大于0.45dB/km。
零色散点位于1360nm以下，从而保证可应用密集波分复用(DWDM)技术的波段可以由S+C+L波段，拓展到E波段，甚至L+波段。
可应用密集波分复用(DWDM)技术的波段，位于1370nm到1650nm；在1550nm处具有较低的色散，色散系数为7-12ps/nm km；大幅度降低了色散补偿的代价在1550nm处具有较低的相对色散斜率；相对色散斜率同标准单模光纤相近或更低，相对色散斜率(色散斜率同色散的比值)为2.3*10-3到4.2*10-3nm-1；这样就可以采用同G.652光纤相似的或更容易获得的色散补偿光纤对光纤进行更多波段的色散和色散斜率的补偿。
由于在光纤中心区域的心层，具有部分折射率较低的部分，光纤心具有较低的有效折射率；使得光纤具有较大的有效面积和较低的衰减特性；在1550nm处的有效面积为53μm2到76μm2；在1550nm处的衰减不大于0.25dB/km。这样保证了光纤在应用密集波分复用(DWDM)技术时，可以承受更大的光功率，无中继传输的距离大大加长。
光纤具有强的抗弯曲性能，光纤在1550nm和1625nm处的弯曲损耗小于0.05dB和0.1dB(在半径为30mm的圆桶上绕100圈).
由于心层较大，光纤的心层圆度易于控制，光纤具有相对较低的偏振模色散。偏振模色散系数小于0.1ps/nm km1/2。
图1为本发明折射率剖面示意2为本发明用相对折射率表示的折射率剖面示意图具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述本发明光纤靠近光纤长轴的中心线处的纤芯区包含三个芯层(如图1、图2中1，2，3所示)，每个芯层的折射率分布都有一折射率分布，这折射率分布可以相同或相近，也可以不同；包层区裹在所述纤芯区周围，所述包层区包含四个包层4，5，6，7，它们都具有一定的折射率分布，最靠近所述纤芯区的包层4，其具有最低的折射率Δ4，其折射率部分皆不高于外包层的折射率Δ7，与所述包层4相连的是包层5，其具有最高的折射率Δ5，其折射率部分皆不低于外包层的折射率Δ7，与所述包层5相连的是包层6，其具最低的折射率Δ6，其折射率部分皆不高于或接近于与它外邻的外包层的折射率Δ7。本发明纤芯区中芯层1，最靠近光纤长轴的中心线，具有一折射率分布和一最大折射率Δ1，其折射率高于Δ4；所述纤芯区中芯层2，最靠近所述芯层1，具有一折射率分布和一最低折射率Δ2；其折射率皆高于Δ4，同时Δ2也不高于Δ3或Δ1；所述纤芯区中芯层3，最靠近所述芯层2，具有一折射率分布和一最大折射率Δ3；其折射率皆大于Δ4，同时Δ3也不低于Δ2。所述纤芯区和包层区中，其相对折射率的绝对值不超过7.5*10-3。其中Δ1介于0.2*10-3到7.5*10-3之间；Δ2介于-1.0*10-3到4.2*10-3之间；Δ3介于1.0*10-3到7.1*10-3之间；Δ4介于-1.0*10-3到-7.0*10-3之间；Δ5介于1.0*10-3到4.2*10-3之间；Δ6介于-2.8*10-3到0.0*10-3之间；图中R为到光纤截面上的点光纤长轴的中心线的距离，其中R1为0.9-3.5μm，R2为1.7-4.0μm，R3为3.5-5.2μm，R4为6.0-8.0μm，R5为9-12.2μm，R6为10.5-14.6μm。
本发明实施例中各种参数的具体取值如表1所列。
表1实 R1R2R3R4R5R6Δ1Δ2Δ3Δ4Δ5Δ6Δ7施 μm μm μm μm μm μm％％％％ ％％ ％例1 1.35 2.40 4.50 6.45 10.85 13.35 0.75 0.14 0.49 -0.70 0.28 -0.28 0.002 0.90 3.34 4.34 6.56 9.96 13.96 0.46 0.42 0.46 -0.66 0.35 -0.14 0.003 1.08 2.28 3.56 6.06 11.06 14.56 0.71 0.28 0.71 -0.20 0.15 -0.07 0.004 1.00 2.28 4.36 6.86 9.76 11.76 0.56 0.15 0.56 -0.51 0.42 -0.28 0.005 1.10 1.70 3.95 6.85 11.05 14.55 0.20 -0.10 0.70 -0.58 0.22 -0.07 0.006 3.45 3.95 5.15 7.15 12.15 14.19 0.42 0.00 0.10 -0.10 0.10 0.00 0.007 1.25 1.94 4.19 6.10 10.32 11.26 0.44 0.24 0.44 -0.54 0.15 0.00 0.008 1.24 1.94 4.19 6.00 10.28 11.16 0.45 0.24 0.45 -0.57 0.16 0.00 0.009 1.30 1.94 4.22 6.02 9.51 10.50 0.47 0.22 0.47 -0.59 0.21 0.00 0.0010 1.50 2.20 4.29 6.09 9.53 12.44 0.45 0.24 0.45 -0.54 0.18 -0.10 0.0011 1.53 2.24 4.30 6.10 9.45 12.22 0.45 0.40 0.46 -0.50 0.19 -0.09 0.0012 1.34 2.18 4.24 7.85 10.08 12.40 0.47 0.19 0.47 -0.31 0.27 -0.01 0.0013 1.46 2.25 4.04 8.00 10.21 12.13 0.52 0.12 0.52 -0.40 0.28 -0.05 0.0014 1.40 2.17 3.88 7.70 9.82 11.66 0.52 0.12 0.52 -0.40 0.28 -0.05 0.00实 入c入0 AeffD1550S/D1550BL1550BL1625Att1550Att1385施 Ps/nm*10330mm 30mm例 nmnmμm2/km nm11769 1336 56.711.283.370.0000.0090.2000.36821758 1294 58.711.592.490.0000.0130.2150.40131728 1348 55.510.583 870.00 0.0000.2100.38541768 1341 75.711.784 010.0070.08 0.2450.42551700 1350 57.011.873.320.0000.0030.2130.39561787 1345 66.711.914.140.0050.09 0.2420.41571265 1342 57.775.372 760.0010.0090.2190.38581412 1346 57.47.7143.080.00 0.02 0.2180.38291354 1347 58.18.4853.060.01 0.04 0.2200.39010 1116 1329 59.411.853.580.01 0.05 0.2410.42511 1113 1334 58.911.423.720.01 0.06 0.2420.410
121548 1313 63.211.16 3.360.010.020.2480.428131359 1323 53.410.25 2.410.010.030.2460425141431 1335 55.07.002.370.000.020.2450.430表1中符号的说明如下C波段 1535-1565nm的波段。
E波段 1370-1460nm的波段。
L波段 1565-1625nm的波段。
S波段 1460-1535nm的波段。
L+波段 1625-1650nm的波段。
λc光纤的截止波长，[nm]。
λ0光纤的零色散点，[nm]。
Aeff 光纤在波长1550nm处的有效面积，[μm2]。
D1550 光纤在波长1550nm处的色散系数，[ps/nmkm]。
S/D1550光纤在波长1550nm处的相对色散斜率，即光纤在波长1550nm处的色散斜率与光纤在波长1550nm处的色散系数的比值，[nm-1]。BL1550 30mm光纤在半径为30mm的圆拄上绕100圈，于波长1550nm处的弯曲损耗，[dB]。BL1625 30mm光纤在半径为30mm的圆拄上绕100圈，于波长1625nm处的弯曲损耗，[dB]。Att1550光纤在1550nm处的衰减，[dB/km]。Att1385光纤在1385nm处的衰减，[dB/km]。
权利要求
1.一种非色散位移光纤，它至少包含二个以上的芯层和一包层区，每个芯层都有一折射率分布，包层区裹在纤芯区周围，所述包层区至少包含四个包层，它们都具有一定的折射率分布，最靠近纤芯区的包层4具有最低的折射率Δ4，其折射率部分皆不高于外包层的折射率Δ7，与包层4相连的包层5具有最高的折射率Δ5，其折射率部分皆不低于外包层的折射率Δ7，与包层5相连的包层6具有最低的折射率Δ6，其折射率部分皆不高于与它外邻的外包层的折射率Δ7，所述纤芯区中芯层(1)，最靠近光纤长轴的中心线，具有最大折射率Δ1，其折射率高于Δ4，中芯层(2)，最靠近所述芯层(1)，具有最低折射率Δ2，其折射率高于Δ4，同时Δ2也不高于Δ3或Δ1，中芯层3，最靠近所述芯层2，具有最大折射率Δ3，其折射率皆大于Δ4，同时Δ3也不低于Δ2。
2.根据权利要求1的一种非色散位移光纤，所述纤芯区和包层区中，其相对折射率的绝对值不超过7.5*10-3，其中Δ1介于0.2*10-3到7.5*10-3之间；Δ2介于-1.0*10-3到4.2*10-3之间；Δ3介于1.0*10-3到7.1*10-3之间；Δ4介于-1.0*10-3到-7.0*10-3之间；Δ5介于1.0*10-3到4.2*10-3之间；Δ6介于-2.8*10-3到0.0*10-3之间；
3.根据权利要求1的一种非色散位移光纤，其中R1为0.9-3.5μm，R2为1.7-4.0μm，R3为3.5-5.2μm，R4为6.0-8.0μm，R5为9-12.2μm，R6为10.5-14.6μm。(R为到光纤截面上的点光纤长轴的中心线的距离)
4.根据权利要求1至3的任意一种非色散位移光纤，所述光纤具有如下特征在1383nm附近的衰减小于0.45dB/km；零色散波长小于1360nm；在1550nm处的色散系数为7-12ps/nm km；在1550nm处的相对色散斜率为0.0023-0.0042nm-1；在1550nm处的有效面积大约为53-76um2；在1550nm处的衰减小于0.25dB/km；
5.根据权利要求1的一种非色散位移光纤，其中每个芯层的射率分布可以相同或相近，也可以不同。
全文摘要
本发明涉及一种非色散位移光纤，它至少包含二个以上的芯层和一包层区，每个芯层都有一折射率分布，包层区裹在纤芯区周围，所述包层区至少包含四个包层，它们都具有一定的折射率分布，本发明克服了现有技术中存在的非色散位移单模G.652光纤中，在长波长的色散大的问题；色散位移单模光纤中可应用密集波分复用(DWDM)技术的波段宽度窄及相对色散斜率大的缺陷。本发明可以保证应用密集波分复用(DWDM)技术的波段由S+C+L波段，拓展到E波段，甚至L
文档编号H04B10/12GK1484051SQ0312522
公开日2004年3月24日 申请日期2003年8月1日 优先权日2003年8月1日
发明者何珍宝, 张树强, 罗杰, 程铭 申请人:长飞光纤光缆有限公司