专利名称：一种高色散系数的色散补偿光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在C波段(1525nm 1565nm波段)光通信窗口具有高的负色散和负色 散斜率的色散补偿单模光纤，该光纤BJ用于非零色散位移单模光纤(G.655, ITU-T标准)的 色散和色散斜率补偿，并具有较低的衰减和PMD值。
背景技术：
随着G.655光纤的DWDM系统的普遍采用并且向着高速率、长距离、无中继和密集通道 的方向发展，光纤的色散补偿也越来越重要。目前最多使用的是运用色散补偿光纤对通信链 路进行光纤的色散补偿，DWDM系统要求用特定长度的专门用于色散补偿的光纤插入光纤链 路，同时补偿链路光纤的色散和色散斜率。
色散补偿光纤的波导结构决定了光纤的色散特性。在要求同时补偿链路光纤的色散和色 散斜率时，光纤的衰减，弯曲损耗，非线性等特性也应综合考虑。这样，光纤的波导结构设 计更加复杂并且丄艺难度也更大。色散补偿光纤的波导结构特点是芯层的各个分层折射率变 化复杂，芯层直径的控制非常严格。
由于G655光纤具有较大的RDS值，为实现对色散和色散斜率同时补偿，其色散补偿光 纤必须与G.655光纤的相对色散斜率RDS值相匹配。在1550nm波段，目前商用单模光纤及 其色散补偿光纤具有如下色散特性非色散位移单模光纤(G.652C/D, ITU-T标准)的色散 系数大约是17ps/nm-km，色散斜率大约为0.058 ps/nm2-km，所以其要求的色散补偿光纤的 RDS大约为0.0034nm—、在非零色散位移单模光纤中，比较典型的一个是TRUEWAVE光纤， 它的色散约为4.2ps/nm-km，色散斜率约为0.042 0.076ps/nm2-km，所以其要求的色散补偿 光纤的RDS大约为O.OlOnm"到0.018 nm—1;另一个是LAPOSH光纤(见中国专利1487318A), 它的色散约为4.2ps/nm-km，色散斜率为0.076 0.084ps/nm2-km，所以其要求的色散补偿光 纤的RDS大约为0.018nm—1到0.020nm—1。所以对于LAPOSH光纤，为了对其进行充分补偿，
4必须具有足够大的RDS值。
在已公开的专利文献中，已存在一些色散补偿光纤的示例。例如美国专利US5， 838， 867 中公开的一个色散补偿光纤的发明，在1550nm波段，其光纤具有Ops/nm-km到-40ps/nm-km 的色散系数，RDS在0.010nm"到0.013 nm"范围内。美国专利US6， 937， 805 B2公开了一 个色散补偿光纤的发明，在1550nm波段，其光纤具有-50ps/nm-km至ij-150ps/nm-km的色散系 数，RDS在0.005nm—'到0.020 nm"范围内。美国专利US6， 711， 332公开了一个色散补偿 光纤的发明，在1549nm波段，其光纤具有-100ps/nm-km到-300 ps/nm-km的色散系数，RDS 在0.0133nm-'到0.0286nm—1范围内，并且用该光纤补偿LAPOSH光纤(100km)后在C波段 的残余色散最小可达+/-3^3/11111-1血。通过归一化分析后，用该光纤补偿LAPOSH光纤后在C 波段的链路残余色散绝对值最小可达0.31ps/nm-km。
尽管上述这些专利文献已经涉及很大需要补偿的单模光纤的RDS范围，但它们中间没有 一个公开这样一种色散补偿光纤，即该光纤在1550nm波段的RDS被设定为0.018nm—1到 0.023nm1范围，而色散范围为-200ps/nm-km到-460ps/nm-km，远大于一般色散补偿光纤从 Ops/nm-km至lj-300ps/nm-km的色散系数范围，而这样的色散补偿光纤将可以用更少的光纤对 同样长度的LAPOSH光纤进行补偿，非常有利于减小色散补偿模块的尺寸。而且，不与任何 光纤进行组合，在只使用该发明的单一光纤的情况下，使得补偿LAPOSH光纤后在C波段的 链路残余色散绝对值低至0.15ps/nm-km。这样在减小链路残余色散的同时，大大降低了模块 制作的难度。 本发明一些术语的定义
本发明中的每个分层用相对折射率差Ai^分布、半径ri来表征(i=l， 2， 3， 4)。其中Ai %为纤芯各分层相对折射率差，A5X为包层相对折射率差。除非另做说明，这里Ai^均为所 述各纤芯分层中的最大相对折射率差，各分层的折射率分布为该分层在各径向点处的折射率 值。各分层的半径ri为从光纤的中心线到该分层离中心线最远的点的距离。
光纤在某一特征波长的相对色散斜率(RDS值)定义为该波长上的色散斜率(DS)和色散(D)的比值RDS=DS/D，在C波段通信窗口， 一般取1550nm波长为中心波长， RDS155Q=DS155。/ D155()。为了使光纤链路各波段的残余色散尽可能低，必须对通信光纤的色散 和色散斜率同时补偿。这样，色散补偿光纤必须有和被补偿的传输光纤相匹配的相对色散斜 率(RDS)。本发明中的色散补偿光纤在1550nm波长处有不低于0.0180nn^的相对色散斜率 (RDS)，最高可达0.0230nm—、可以满足对LAPOSH光纤进行色散和色散斜率同时补偿的 要求。
理论上，经过色散补偿光纤补偿后的链路残余色散值应为零，但是在实际的光纤补偿过 程中的整个被补偿波段链路残余色散值并不全为零。那么，链路残余色散是衡量色散补偿光 纤质量的一个重要参数。其计算公式为
链路残余色散=^"鮮"舒
丄7" + ^DC,
这里DT为传输光纤的色散系数，LT为传输光纤的长度，这里DDCF为色散补偿光纤的 色散系数，LDCF为色散补偿光纤的长度。为了保证在典型波段(如C波段)对各个波长尽可
能100%补偿，需要对各波段的残余色散进行匹配。本发明中列出的链路残余色散为归一化
的色散系数值。本发明中列出的被本发明色散补偿光纤补偿后光纤链路各波段的残余色散绝
对值不大T 0.2ps/nm-km，可以满足对LAPOSH光纤进行色散和色散斜率同时补偿的要求。
色散补偿光纤的品质因素可以用FOM表征FOM= I D155Q/Attemation155() | ，这里D1550 为色散补偿光纤在1550nm波长处的色散系数，Attenuation155()为色散补偿光纤在1550nm波 长处的衰减系数。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种在C波段光通 信窗口具有高的负色散和负色散斜率的色散补偿光纤，该光纤特别适于对基于G.655光纤的 高速DWDM系统进行有效补偿。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为包括有纤芯和包层，纤芯至少包括 四个纤芯分层，其中第一纤芯分层的相对折射率差A1W为正值，存在有相对折射率差为负值的中间纤芯分层，在纤芯外至少有一个包层分层，包层分层为纯二氧化硅(Si02)层，其不 同之处在于从第一纤芯分层起外推，各纤芯分层的相对折射率差依次为Al%， A2%， A3 %， A4%，各纤芯分层半径依次为rl， r2， r3， r4;其中Al %>A3 %>A4%>A2% ， A2% 等于或小于-0.95%，并同时满足半径比值r2/rl等于或大于3.15，四个纤芯分层的相对折射率 差范围，从Al。/o至A4X依次为1.8%到2.2%,-1.20%到-0.95%，0.4%至廿0.7%，-0.01%到-0.15%; 半径范闱，从rl到r4依次为1.300/mi到1.520/xm， 4.500/xm到5.200/xm， 6pm到7.500jum， IO扁拜到62.500拜。
按上述方案，所述的色散补偿光纤在1550nm波长的相对色散斜率(RDS)等于或大于 0.0180nm—'，并可达0.023011m-1或更高；在1550nm波长处负色散系数可达到-200ps/nm-km的 或更低；品质因素(FOM)可以达到400ps/nm-dB或更高。
本发明光纤以纯SK)2玻璃为基础，纤芯各分层使用掺杂剂改变折射率，第一分层掺Ge 形成正的折射率分布，第二分层掺F形成负的折射率分布，第三分层掺Ge或F/Ge共掺形成 正的折射率分布，第四分层掺F或F/Ge共掺，纤芯以外的包层分层为纯&02玻璃包层。
本发明的有益效果在于
本发明波导结构可以达到很高的折射率下陷芯层和芯层半径比值，并可同时获得高的负 色散和负色散斜率，从而可获得较大的相对色散斜率。对于LAPOSH光纤，图2是它在C波 段上的色散曲线，从图2中可以知道，LAPOSH光纤的在1550nm波段的色散系数为 4.17ps/rnn-km，而且LAPOSH光纤C波段上的色散分布基本趋于同一直线上。这样，为了在 C波段内对LAPOSH光纤进行补偿后残余色散尽可能的低，必须要求色散补偿光纤的RDS 与LAPOSH光纤的RDS匹配。以本发明中的光纤补偿LAPOSH光纤为例，图4是各种不同 的色散补偿光纤在补偿LAPOSH光纤后链路的残余色散。从图4中可以看到，在只使用本发 明一种光纤来对LAPOSH光纤进行补偿，在整个C波段的链路残余色散的绝对值最大值不大 于0.2ps/nm-km。
由于本发明中的光纤的色散系数在—200ps/nm-km到-460ps/nm-km的范围(典型值为
7-350ps/nm-km左右)，所以可以在C波段对被补偿光纤提供很大的补偿效率。对于补偿相同 长度的LAPOSH光纤，如果单独使用普通的色散补偿光纤(色散系数一般大于-200ps/nm-km)， 该发明中的光纤的补偿效率将是普通色散补偿光纤的1.75倍以上。而且该光纤具有很大的 FOM值400ps/nm-dB甚至更高。
对基于G.655光纤的高速DWDM系统，只需要使用较少长度的该光纤就可以对特定长度 的通信链路进行有效补偿。本发明使设计在C波段窗口工作的光通信系统升级，光纤容易插 入通信链路以满足高速率、大容量系统传输的要求并且容易实现色散补偿模块的小型化。
图1为本发明实施例的典型相对折射率差分布曲线。 图2为现有普通LAPOSH光纤在C波段的色散曲线。 图3为本发明实施例的典型色散曲线。
图4为本发明的实施例在补偿LAPOSH光纤后的链路残余色散曲线。
具体实施例方式
对于本发明中的光纤均具有与图l相似的折射率剖面结构，通过改变折射率剖面的参数 得到具有不同性能参数的光纤。下面结合附图进一步说明本发明的实施例。
在第一个实施例中，纤芯区四个分层为掺杂区，各纤芯分层的半径从rl到r4依次为 1.455;imi， 4.850/mi， 7.320/rni， 10.955/mi。其中r2/rl值为3.33。包层分层r5半径为53.900pim。 各纤芯分层的相对折射率差从A1X至A4M依次为1.84%, -1.01%, 0.51%， -0.09%。包层 分层A5W为纯Si02玻璃折射率。各分层间尤其是第一和第二分层间，设置了折射率分布梯 度以平缓过渡。该光纤在1525nm处的色散系数为-255.124ps/nm-km， 1550nm处的色散系数 为-439.63lps/nm-km， 1565nm处的色散系数为-585.766ps/nm-km，典型色散曲线见图3。 RDS，值为0.01Slnm人用该光纤补偿LAPOSH光纤后在C波段的链路残余色散绝对值最大 为0.155ps/nm-km， 1550mri的衰减为0.890dB/km， 1550nrn的FOM值为493ps/nm-dB， PMD 值为0.30ps/km1/2。在第二个实施例中，纤芯区四个分层为掺杂区，各纤芯分层的半径从rl到r4依次为 1.455/xm， 4.845;xm， 6.060pirn, 11.925/rai。其中r2/rl值为3.33。包层分层r5半径为58.000/rni。 各纤芯分层的相对折射率差从A1X至A4X依次为1.87%， -1.05%， 0.60%， -0.08%。包层 分层A5X为纯Si02玻璃折射率。各分层间尤其是第一和第二分层间，设置了折射率分布梯 度以平缓过渡。该光纤在1525nm处的色散系数为-270.881ps/nm-km， 1550nm处的色散系数 为-458.332ps/nm-km， 1565mn处的色散系数为-606.553ps/nm-km，典型色散曲线见图3。 RDS155 值为0.0185nm",用该光纤补偿LAPOSH光纤后在C波段的链路残余色散绝对值最大 为0.151ps/nm-km， 1550nm的衰减为0.876dB/km,1550nm的FOM值为523ps/nm-dB， PMD 值为0.20ps/km1/2。
在第三个实施例中，纤芯区四个分层为掺杂区，各纤芯分层的半径从rl到r4依次为 1.355/xm， 4.705/xm， 7.175/zm， 11.050;Um。其中r2/rl值为3.47。包层分层r5半径为54.970//m。 各纤芯分层的相对折射率差从A1W至A4X依次为1.88%， -1.04%, 0.55%， -0.10%。包层 分层A5X为纯Si02玻璃折射率。各分层间尤其是第一和第二分层间，设置了折射率分布梯 度以平缓过渡。该光纤在1525nm处的色散系数为-239.289ps/nm-km， 1550nm处的色散系数 为-408.134ps/nm-km， 1565nm处的色散系数为-541.550ps/nm-km，典型色散曲线见图3。 RDSwo值为0.0192rnn-1,用该光纤补偿LAPOSH光纤后在C波段的链路残余色散绝对值最大 为0.151ps/nm-km， 1550nm的衰减为0.S85dB/km,1550nm的FOM值为480ps/nm-dB， PMD 值为0.36ps/km1/2。
在第四个实施例中，纤芯区四个分层为掺杂区，各纤芯分层的半径从rl到r4依次为 1.310/xm， 4.605/xm， 7.080/im， 10.855/im。其中r2/rl值为3.52。包层分层r5半径为54.24/mi。 各纤芯分层的相对折射率差从厶1%至A4W依次为2.04%， -1.00%， 0.54%， -0.09%。包层 分层A5。/。为纯Si02玻璃折射率。各分层间尤其是第一和第二分层间，设置了折射率分布梯 度以平缓过渡。该光纤在1525nm处的色散系数为-217.698ps/rnn-km， 1550nm处的色散系数 为-357.254ps/nm-km， 1565nm处的色散系数为-478.152ps/nm-km,典型色散曲线见图3。
9RDS,柳值为0.0197nm",用该光纤补偿LAPOSH光纤后在C波段的链路残余色散绝对值最大 为0.150ps/nm-km， 1550nm的衰减为0.842dB/km,1550nm的FOM值为424ps/nm-dB， PMD
值为0.33ps/km"2。
在第五个实施例中，纤芯区四个分层为掺杂区，各纤芯分层的半径从rl到r4依次为 1.505,， 4細,，7.220,， 10.810/xm。其中r2/rl值为3.19。包层分层r5半径为55.455拜。 各纤芯分层的相对折射率差从A1M至A4M依次为1.91%， -1.18%, 0.54%， -0.11%。包层 分层A5W为纯SiCh玻璃折射率。各分层间尤其是第一和第二分层间，设置了折射率分布梯 度以平缓过渡。该光纤在1525nm处的色散系数为-132.180ps/nm-km， 1550nm处的色散系数 为-214.113ps/nm-km， 1565nm处的色散系数为-286.570ps/nm-km,典型色散曲线见图3。 RDS,55Q值为0.0224nm—1,用该光纤补偿LAPOSH光纤后在C波段的链路残余色散绝对值最大 为0.152ps/nm-km， 1550nm的衰减为1.024dB/km,1550nm的FOM值为209ps/nm-dB， PMD 值为0.13ps/km1/2。
表l为各实施例参数的总汇。
表1
实施例12345
△1%1.84%1.87%1.88%2.04%1.91%
rl(um)1.4551.4551.3551.301.505
△2%-1.01%-1.05%-1.04%-1.00%-1.18%
r2(um)4.8504.S454.7054.6054細
△3%0.51%0.60%0.55%0.54%0.54%
r3(um)7.3206細7.1757細7.220
△4%-0.09%-0.08%-O.腦-0.09%-0.11%
r4(um)10.95511.92511.05010.85510.810
r5(um)53.905謹54.9754.2455.455
r2./rl3.333.333.473.523.19
色散@1525nm (ps/ran-km)-255.124-270.S81-239.289-217.698-132.180
色散@1550nm-439.631-458.332-408.134-357.254-214.113(ps/nm-km) 色散@1565nm
(ps/nm-km) RDS155。(鹏-') 链路色散补偿残余色散最 大绝对值(ps/nm-km) 衰减@1550nm (dBZkm) 品质因素@1550nm
(ps/nm-dB) PMD(1525 1565nm) (ps/km1/2)
-585.766 -606.530 -541,550 -478.152 -286.570
0.0181 0.0185 0.0192 0.0187 0.0230
0.155 0.151 0.1510.150 0.152
0.890 0.876 0.885 0.842 1.024
493
523
480
0.30 0.20 0.36
424
0.33
209
0.13
1权利要求
1. 一种高色散系数的色散补偿光纤，包括有纤芯和包层，纤芯至少包括四个纤芯分层，其中第一纤芯分层的相对折射率差Δ1％为正值，存在有相对折射率差为负值的中间纤芯分层，在纤芯外至少有一个包层分层，包层分层为纯二氧化硅(SiO2)层，其特征在于从第一纤芯分层起外推，各纤芯分层的相对折射率差依次为Δ1％，Δ2％，Δ3％，Δ4％，各纤芯分层半径依次为r1，r2，r3，r4；其中Δ1％>Δ3％>Δ4％>Δ2％，Δ2％等于或小于-0.95％，并同时满足半径比值r2/r1等于或大于3.15，四个纤芯分层的相对折射率差范围，从Δ1％至Δ4％依次为1.80％到2.20％，-1.20％到-0.95％，0.40％到0.70％，-0.01％到-0.15％；半径范围，从r1到r4依次为1.300μm到1.520μm，4.500μm到5.200μm，6.000μm到7.500μm，10.000μm到62.500μm。
2. 按权利要求1所述的高色散系数的色散补偿光纤，其特征在于在1550nm 波长处有等于或大于0.018nm—1的相对色散斜率。
3. 按权利要求1或2所述的高色散系数的色散补偿光纤，其特征在于在 1550nm波长处负色散系数达到-200ps/nm-km或更低；品质因素(FOM)达到400 ps/nm-dB或更高。
4. 按权利要求1或2所述的高色散系数的色散补偿光纤，其特征在于在C 波段的链路残余色散绝对值不大于0.2ps/nm-km 。
5. 按权利要求1或2所述的高色散系数的色散补偿光纤，其特征在于各纤芯 分层的半径从rl至'J r4依次为1.455pm， 4.850/im， 7.320jtrni， 10.955/im，其中 r2/rl值为3.33,包层分层r5半径为53.卯0/^m:各纤芯分层的相对折射率差从Al %至厶4%依次为1.84%, -1.01%， 0.51%,墨0.09%。
6. 按权利要求1或2所述的高色散系数的色散补偿光纤，其特征在于各纤芯 分层的半径从rl到r4依次为1.455/im， 4.845/im， 6.060;iim， 11.925pm，其中r2/rl 值为3.33，包层分层r5半径为58.000Mm，各纤芯分层的相对折射率差从A1 %至 A4X依次为:1.87%， -1.05%, 0.60%, -0.08%。
7. 按权利要求1或2所述的高色散系数的色散补偿光纤，其特征在于各纤芯 分层的半径从rl至IJ r4依次为1.355/im， 4.705拜，7.175拜，11.050,，其中r2/rl 值为3.47，包层分层r5半径为54.970/xm，各纤芯分层的相对折射率差从Al %至 A4M依次为1.88%, -1.04%, 0.55%， -0,10%。
8. 按权利要求1或2所述的高色散系数的色散补偿光纤，其特征在于各纤芯分层的半径从i-l至i」r4依次为1.310/xm, 4.605jLtm， 7.080Mm， 10.855pm，其中 r2/H值为3.52，包层分层r5半径为54.240pim,各纤芯分层的相对折射率差从Al %至厶4%依次为2.04%， -1.00%， 0.54%, -0.09%。
9. 按权利要求1或2所述的高色散系数的色散补偿光纤，其特征在于各纤芯 分层的半径从rl到r4依次为1.505/xm， 4.800/xm， /rni，.810jwn，其中 r2/rl值为3.19，包层分层r5半径为55.455/xm，各纤芯分层的相对折射率差从厶l %至厶4%依次为1.91%， -1.18%， 0.54%， -0.11%。
10. 按权利要求1或2所述的高色散系数的色散补偿光纤，其特征在于以纯 Si02玻璃为基础，纤芯各分层使用掺杂剂改变折射率，第一分层掺Ge形成正的 折射率分布，第二分层掺F形成负的折射率分布，第三分层掺Ge或F/Ge共掺形 成正的折射率分布，第四分层掺F或F/Ge共掺，纤芯以外的包层分层为纯Si02 玻璃包层。
全文摘要
本发明涉及一种在C波段进行色散补偿的高色散系数色散补偿光纤，包括有纤芯和包层，纤芯至少包括四个纤芯分层，四个纤芯分层的相对折射率差范围，从Δ1％至Δ4％依次为1.80％到2.20％，-1.20％到-0.95％，0.40％到0.70％，-0.01％到-0.15％；半径范围，从r1到r4依次为1.300μm到1.520μm，4.500μm到5.200μm，6.000μm到7.500μm，10.000μm到62.500μm。本发明在C波段光通信窗口具有高的负色散和负色散斜率，该光纤特别适于对基于G.655光纤的高速DWDM系统进行有效补偿。使设计在C波段窗口工作的光通信系统升级，光纤容易插入通信链路以满足高速率、大容量系统传输的要求并且容易实现色散补偿模块的小型化。
文档编号H04B10/18GK101498811SQ20081024634
公开日2009年8月5日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者曹宇青, 曹蓓蓓, 杰 罗, 魏红波 申请人:长飞光纤光缆有限公司