色散补偿光纤和色散补偿光纤模块的制作方法

专利名称：色散补偿光纤和色散补偿光纤模块的制作方法
技术领域：
本发明与色散补偿光纤和色散补偿光纤模块相关，并且具体地涉及用于补偿在1.55μm波段具有大约几个ps/nm/km色散的非零色散位移光纤中的色散的色散补偿光纤和色散补偿光纤模块。
背景技术：
随着掺铒光纤放大器已经成为可用，特定地，使用1.53-1.63μm波段的通信系统，例如使用光放大器的超远程非再生的中继系统已经商业化。另一方面，随着对增加的传输容量的需求，波分复用传输技术已经得到快速的发展，一些为此目的安装的传输通路已经商用化。在近期技术趋势中，扩展工作波长带和增加波长多样性将快速地发展。
假设信号快速地被传送通过传输通路，这些传输通路优选地是在传输波段内具有较低色散的光纤，并且该光纤在工作波长内不具有零色散波长以便抑制非线性。另外，对于波分复用传输系统特别重要的是，由于掺铒光纤放大器造成的波长间增益的差别在工作波长带内将被减少到最小，并且有稍微小一些的色散，以及在整个传输通路内，按照波长变化的色散变化的比率(在下文中称为色散斜率)保持很低，以抑制由于色散斜率所造成的波长之间的色散差别，并尽可能地抑制工作波长带内波长间的色散差别。
进一步，由于在最近的远程传输系统中波长多样性很快地增长和传输通过光纤的光功率也大大增加，使用对造成传输特性下降的非线性进行抑制的技术是非常必要的。
非线性的大小由n2/Aeff表示，这里n2是光纤的非线性折射率，Aeff是光纤的有效面积。为了抑制非线性，n2应该被减小或者Aeff应该被增大；然而，在基于硅的光纤中大幅度地减少n2是非常困难的，因为n2在形成光纤的材料中是固有的。因此，目前非线性抑制光纤的开发集中在增加光纤的Aeff。
不同种类的非零色散位移光纤(以下简写为NZ-DSF)在工作波长带上具有大致几个ps/nm/km的色散，其中零色散波长被稍微地移出工作波长带，该光纤已经与零色散波长在1.3μm波段网络的标准单模光纤(以下简写为S-SMF)一起被安装在世界各处，并且预计未来将铺设更多的这种NZ-DSF。由于这种光纤的色散在1.55μm波段被抑制到大约+4ps/nm/km，所以对于比S-SMF情况下更长的距离这些光纤都可以不进行色散补偿地安装。当这些光纤用于传输速率为10Gb/S的信号传输时，由于残留的色散，传输距离的上限是大约200-300km。
因此，用于补偿NZ-DSF色散的色散补偿光纤正在与用于S-SMF的色散补偿光纤一起被开发。因为由于受控的折射率分布，这些色散补偿光纤在工作波长带内具有大的负色散和大的负色散斜率，所以有可能在宽的波长范围内，通过将具有适当长度的色散补偿光纤与传输光纤连接在一起，而补偿在S-SMF和NZ-DSF中产生的正色散，由此实现高速传输。
由于NZ-DSF在工作波长带内比S-SMF的情况具有更小的色散，所以用于NZ-DSF的色散补偿光纤的色散斜率与将被补偿的色散的比率，也就是相对色散斜率(以下简写为RDS)通常较高，这将使得很难制造NZ-DSF的色散补偿光纤。
在S-SMF的条件下，其中1.55μm波段的色散特性是色散是大约+17ps/nm/km，而色散斜率是大约+0.058ps/nm2/km，用于S-SMF的色散补偿光纤要求的RDS是大约0.0034nm-1。另一方面，在NZ-DSF的条件下，它的色散特性是色散是大约+4.5ps/nm/km，色散斜率是大约+0.045ps/nm2/km到+0.090ps/nm2/km，用于NZ-DSF的色散补偿光纤要求的RDS是大约要达到0.01nm-1到0.02nm-1；因此，在色散补偿光纤内的负色散斜率的绝对值必须设定为很大。特别地在NZ-DSF中，在具有大有效面积的NZ-DSF的条件下，其中色散特性是色散是大约+4.5ps/nm/km，而色散斜率是大约+0.090ps/nm2/km，用于NZ-DSF的色散补偿光纤要求的RDS是大约0.02nm-1，这是用于S-SMF的色散补偿光纤要求的RDS的六倍。因此，在色散补偿光纤内的负色散斜率的绝对值必须设定为很大。
在过去，描述这样的色散补偿光纤的示例的一些文献已经公开。例如，美国专利5,838,867公开了一个色散补偿光纤的发明，其中对于在0到-40ps/nm/km范围内的色散，RDS设置在0.010到0.013nm-1范围内。进一步，美国专利6,263,138公开了一个色散补偿光纤的发明，其中对于在小于-40ps/nm/km范围内的色散，RDS设置在0.0067到0.0069nm-1范围内。
尽管这些文献意识到优选的RDS范围应该是大于0.007nm-1范围，但它们之中没有一个公开了制造这样一种色散补偿光纤的方法，即该光纤的RDS被设定成大于0.007nm-1，而色散范围是-50到-130ps/nm/km，以及RDS被设定在0.016到0.024nm-1的范围内，而色散范围是从-20到-140ps/nm/km。
因此，使用上面已公开的色散补偿光纤几乎不可能完全补偿由NZ-DSF组成的光传输通路中的色散斜率，并且大量的残余色散留在光传输通路的末端。结果，为了实现高速传输需要进一步的色散补偿；然而由于大的传输损耗，传输特性可能被劣化。

发明内容
基于上面的问题，本发明的目的是提供一种色散补偿光纤，它具有一个有大绝对值的负色散斜率，并保持色散的绝对值大于一般的数值；它具有足够的色散补偿特性用于对色散补偿要求有大RDS的NZ-DSF，以及本发明的目的是还提供紧凑的色散补偿光纤模块。
为了实现上面的目的，本发明的第一个方面提供一种色散补偿光纤，包含包层；具有比包层更高折射率的中央芯区域；一个位于中央芯区域周围的压芯(depressed core)区域，它具有比包层更低的折射率；以及一个位于压芯区域周围且在包层内部的环形芯区域，它具有比包层更高的折射率，其中，环形芯区域的半径被设定为在6.5μm到9.5μm的范围内，压芯区域相对中央芯区域的半径比率被设定为在2到4的范围内，环形芯区域相对于压芯区域的半径比率被设定为在1.1到2.0的范围内，其中中央芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在+1.00％到+1.90％的范围内，压芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在-0.60％到-1.00％的范围内，而环形芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在+0.20％到+1.00％的范围内，并且其中在从1.53μm到1.63μm范围内选择的至少一个波长上，色散补偿光纤的色散在-50ps/nm/km到-150ps/nm/km的范围内，色散斜率在-0.25ps/nm2/km到-3.0ps/nm2/km的范围内，色散斜率相对于色散的比率在0.005nm-1到0.020nm-1的范围内，并且色散补偿光纤具有基本上容许单模传输的截止波长。
本发明的第二个方面提供色散补偿光纤，包含包层；具有比包层更高折射率的中央芯区域；位于中央芯区域周围的压芯区域，它具有比包层更低的折射率；以及一个位于压芯区域周围且在包层内部的环形芯区域，它具有比包层更高的折射率，其中，环形芯区域的半径被设定为在6.5μm到9.5μm的范围内，压芯区域相对中央芯区域的半径比率被设定为在2到3.5的范围内，环形芯区域相对于压芯区域的半径比率被设定为在1.1到1.5的范围内，其中中央芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在+1.30％到+1.80％的范围内，压芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在-0.68％到-0.75％的范围内，而环形芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在+0.30％到+0.6％的范围内，并且其中在从1.53μm到1.63μm范围内选择的至少一个波长上，色散补偿光纤的色散在-50ps/nm/km到-100ps/nm/km的范围内，色散斜率在-0.25ps/nm2/km到-2.0ps/nm2/km的范围内，色散斜率相对于色散的比率在0.005nm-1到0.020nm-1的范围内，并且色散补偿光纤具有基本上容许单模传输的截止波长。
在上面的色散补偿光纤中，传输损耗可以优选地等于或小于0.5dB/km，在从1.53μm到1.63μm中选择的波长带内最长波长处直径20mm的弯曲损耗可以是等于或小于100dB/m。
传输损耗可以优选地等于或小于0.5dB/km，在从1.53μm到1.63μm中选择的波长带内最长波长处直径20mm的弯曲损耗可以是等于或小于20dB/m。
在上面的色散补偿光纤中，在从1.53μm到1.63μm范围内选择的至少一个波长上，色散斜率相对于色散的比率可以优选地在0.010nm-1到0.020nm-1的范围内，色散补偿光纤具有基本上容许单模传输的截止波长，传输损耗可以等于或小于0.5dB/km，在从1.53μm到1.63μm中选择的波长带内最长波长处直径20mm的弯曲损耗可以是等于或小于100dB/m。
色散补偿光纤可以进一步包含位于环形芯区域和包层之间的一层，它具有比包层更低的折射率。
本发明也提供一个包含上面任何一种色散补偿光纤的色散补偿光纤模块。
本发明进一步的目的是提供具有一个有大绝对值的负色散斜率的色散补偿光纤，并保持色散的绝对值在一般的级别上；它具有足够的色散补偿特性，用于对色散补偿要求大RDS的NZ-DSF；它的传输损耗被最小化；它可以被缠到小的卷轴上，形成紧凑的模块而没有增加的传输损耗，并进一步提供紧凑的色散补偿模块。
为了实现上面的目的，本发明的第三个方面提供一种色散补偿光纤，包含包层；具有比包层更高折射率的中央芯区域；一个位于中央芯区域周围的压芯区域，它具有比包层更低的折射率；以及一个位于压芯区域周围且在包层内部的环形芯区域，它具有比包层更高的折射率，其中，环形芯区域的半径被设定为在6.7μm到10.7μm的范围内，压芯区域相对中央芯区域的半径比率被设定为在2.0到3.0的范围内，环形芯区域相对于压芯区域的半径比率被设定为在1.3到2.0的范围内，其中中央芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在+1.00％到+1.80％的范围内，压芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在-1.20％到-1.50％的范围内，环形芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在+0.20％到+0.50％的范围内，并且其中在从1.53μm到1.57μm范围内选择的至少一个波长上，色散补偿光纤的色散在-20ps/nm/km到-140ps/nm/km的范围内，色散斜率相对于色散的比率在0.016nm-1到0.024nm-1的范围内，并且当被使用在缠绕状态时色散补偿光纤具有基本上容许在使用波长上进行单模传输的截止波长。
在具有上面特征的色散补偿光纤中，尽管色散的绝对值相对地大，但范围在0.016nm-1到0.024nm-1的RDS可以被获得。
因此，具有大的RDS的色散补偿光纤可以因而被获得。这种色散补偿光纤可以有效地补偿色散斜率，即使是对于在1.55μm波段具有大约+4.5ps/nm/km色散、大约+0.09ps/nm2/km色散斜率的NZ-DSF。
从而，在宽的波长范围内补偿残留的色散是可能的，由此传输速率可以被增加，传输速率为例如40Gb/s的高速光传输通路可以被构建。
本发明的第四个方面提供一种色散补偿光纤，包含包层；具有比包层更高折射率的中央芯区域；一个位于中央芯区域周围的压芯区域，它具有比包层更低的折射率；以及一个位于压芯区域周围且在包层内部的环形芯区域，它具有比包层更高的折射率，其中，环形芯区域的半径被设定为在6.7μm到8.7μm的范围内，压芯区域相对中央芯区域的半径比率被设定为在2.0到3.0的范围内，环形芯区域相对于压芯区域的半径比率被设定为在1.4到2.0的范围内，其中中央芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在+1.40％到+1.80％的范围内，压芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在-1.20％到-1.50％的范围内，环形芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在+0.20％到+0.50％的范围内，并且其中在从1.53μm到1.57μm范围内选择的至少一个波长上，色散补偿光纤的色散在-40ps/nm/km到-90ps/nm/km的范围内，色散斜率相对于色散的比率在0.016nm-1到0.024nm-1的范围内，并且当被使用在缠绕状态时色散补偿光纤具有基本上容许在使用波长上进行单模传输的截止波长。
因此，与本发明第三个方面的色散补偿光纤所获得的相似的有利效果是可获得的。
在上面的色散补偿光纤中，传输损耗可以优选地等于或小于0.7dB/km，且在从1.53μm到1.57μm中选择的波长带内最长波长处直径20mm的弯曲损耗可以是等于或小于40dB/m。
传输损耗可以优选地等于或小于0.7dB/km，且在1.53μm到1.57μm中选择的波长带内最长波长处直径20mm的弯曲损耗可以是等于或小于10dR/m。
本发明也提供一个包含上面任何一种色散补偿光纤的色散补偿光纤模块。
在上面的色散补偿光纤模块中，色散补偿光纤可以被缠到具有的圆柱体直径等于或小于100mm的卷轴上，S-SMF或1.55μm波段非零色散位移光纤可以被连接到色散补偿光纤的两端。
在上面色散补偿光纤模块中，色散补偿光纤可以被缠到具有的圆柱体直径等于或小于100mm的卷轴上，中间光纤可以被连接到色散补偿光纤的两端，它可以通过调节模场直径而减少连接损耗，并且S-SMF或1.55μm波段非零色散位移光纤可以被连接到中间光纤的两个开端。
因此，将被连接的光纤的模场直径可以被调节，由此减少连接损耗和构建紧凑的色散补偿光纤模块是可能的。
在上面的色散补偿光纤模块，当中间光纤连接在色散补偿光纤和S-SMF之间，或者当中间光纤连接在色散补偿光纤和1.55μm波段NZ-DSF之间时，沿着这些光纤的张力和热可以被施加到每一个连接部分，使得在每一条中间光纤两端的总连接损耗等于或小于1dB。
色散补偿光纤可以优选地被缠在卷轴上，受控制的张力在20g和50g之间。
因此，可能构建一个色散补偿光纤模块，其中的色散补偿光纤的错位可以被防止，且增加的损耗和偏振模式色散特性的劣化可以被防止。


图1A到1C示出根据本发明的色散补偿光纤的不同折射率分布。
具体实施例方式
本发明的优选实施方案将参考附带的图表来解释。
图1A到1C显示根据本发明的色散补偿光纤的折射率分布。
在图1A到1C，参考数字1指示一个中央芯区域，参考数字2指示位于中央芯区域1周围的压芯区域，参考数字3指示位于压芯区域2周围的环形芯区域，参考数字4指示位于环形芯区域3周围的包层。
在图1A到1C中，参考符号“a”指示中央芯1的半径，参考符号“b”指示压芯2的半径，参考符号“c”指示环形芯3的半径，参考符号Δ1指示中央芯1相对于包层4的相对折射率差别，参考符号Δ2指示压芯2相对于包层4的相对折射率差别，而参考符号Δ3指示环形芯3相对于包层4的相对折射率差别。
中央芯1具有比包层4更高的折射率，压芯2具有比包层4更低的折射率，环形芯3具有比包层4更高的折射率。
图1C显示了一个色散补偿光纤的折射率分布的示例，其中在环形芯区域3和包层4之间提供了具有的折射率比包层4小的又一第五层。在图1C中，参考符号“d”指示此又一层的半径，参考符号Δ4指示此又一层5相对于包层4的折射率差别。
根据本发明在色散补偿光纤的第一个实施方案中，环形芯区域3的半径被设定在6.5μm到9.5μm之间，压芯区域2相对于中央芯区域1的半径比率b/a被设定在2.0到4.0之间，环形芯区域3相对于压芯区域2的半径比率c/b被设定在1.1到2.0之间，中央芯1相对于包层4的相对折射率差别Δ1被设定在+1.00％到+1.90％之间，压芯2相对于包层4的相对折射率差别Δ2被设定在-0.60％到-1.00％之间，环形芯3相对于包层4的相对折射率差别Δ3被设定在+0.20％到+1.00％之间。在环形芯区域3和包层4之间的又一层5相对于环形芯区域3的半径比率d/c被优选地设定在1.3到1.8之间，该又一层5相对包层4的相对折射率差别Δ4被优选地设定在-0.04％到-0.20％之间。
通过如上面描述的设定折射率分布，有可能制造这样的色散补偿光纤，其中在从1.53μm到1.63μm范围内选择的至少一个波长上，色散在-50ps/nm/km到-150ps/nm/km的范围内，色散斜率在-0.25ps/nm2/km到-3.0ps/nm2/km的范围内，且RDS在0.005nm-1到0.020nm-1的范围内，并且该色散补偿光纤具有基本上容许单模传输的截止波长。
在第二个实施方案中，环形芯区域3的半径被设定在6.5μm到9.5μm之间，压芯区域2相对于中央芯区域1的半径比率b/a被设定在2.0到3.5之间，环形芯区域3相对于压芯区域2的半径比率c/b被设定在1.1到1.5之间，中央芯1相对于包层4的相对折射率差别Δ1被设定在+1.30％到+1.80％之间，压芯2相对于包层4的相对折射率差别Δ2被设定在-0.68％到-0.75％之间，环形芯3相对于包层4的相对折射率差别Δ3被设定在+0.3％到+0.6％之间。在环形芯区域3和包层4之间的又一层5相对于环形芯区域3的半径比率d/c被优选地设定在1.3到1.8之间，该又一层5相对包层4的相对折射率差别Δ4被优选地设定在-0.04％到-0.20％之间。
通过如上面描述的设定折射率分布，有可能制造这样的色散补偿光纤，其中在从1.53μm到1.63μm范围内选择的至少一个波长上，色散在-50ps/nm/km到-100ps/nm/km的范围内，色散斜率在-0.25ps/nm2/km到-2.0ps/nm2/km的范围内，且RDS在0.005nm-1到0.020nm-1的范围内，并且色散补偿光纤具有基本上容许单模传输的截止波长。
根据本发明，色散补偿光纤更多的特定的例子将在下面参考图1A到1C进行解释。
示例A到D色散补偿光纤的A到D的四个例子使用已知的方法制造，如VAD方法、MCVD方法和PCVD方法，在每一个光纤中折射率分布被如图1C所示地设定，而物理参数Δ1，Δ2，Δ3，Δ4，b/a，c/b和d/c被如表1所示地设定。请注意色散补偿光纤D有如图1B所示的折射率分布，因为在这种情况下，不在环形芯区域3和包层4之间提供层5，如表1所示Δ4＝0。
表1也显示色散补偿光纤A到D的光特性。
表1

光纤A的RDS是0.0088nm-1，光纤B的RDS是0.010nm-1，光纤C的RDS是0.016nm-1，光纤D的RDS是0.0085nm-1。在这些色散补偿光纤中，可以获得大于常规的色散补偿光纤的RDS，即使色散的绝对值相对大。从而，在形成光传输通路的NZ-DSF中，在宽的波长范围内补偿残留的色散是可能的，由此传输速率可以被增加。
另外，在A到D的任何一种光纤中，传输损耗小于0.5dB/km。进一步，在从1.53μm到1.63μm中选择的波长带内最长波长处直径20mm的弯曲损耗可以是等于或小于100dB/m，特定地在光纤A和D的情况下，直径20mm的弯曲损耗可以等于或小于20dB/m。
示例E和F色散补偿光纤的两种示例E和F使用已知的方法制造，如VAD方法、MCVD方法和PCVD方法，该光纤中每一个的折射率分布被如图1C所示地设定，物理参数Δ1，Δ2，Δ3，Δ4，b/a，c/b和d/c被如表2所示地设定。
表2也显示色散补偿光纤E和F的光特性。
表2

光纤E的RDS是0.007nm-1，光纤F的RDS是0.011nm-1。在这些色散补偿光纤中，可以获得大于常规色散补偿光纤的RDS，即使色散的绝对值相对大。从而，在形成光传输通路的NZ-DSF中，在宽的波长范围内补偿残留的色散是可能的，进而传输速率可以被增加。
另外，在E和F的任何一种光纤中，传输损耗小于0.5dB/km。进一步，在从1.53μm到1.63μm中选择的波长带内最长波长处直径20mm的弯曲损耗可以是等于或小于20dB/m。
通过使用这些例子中的物理参数，可以获得色散斜率的大的绝对值，即使色散的绝对值是相对地大，且可以因此可获得带有大RDS的色散补偿光纤，由此有效地补偿在1.55μm波段中具有大约几个ps/nm/km色散的NZ-DSF中的色散斜率是可能的。
从而，在形成光传输通路的NZ-DSF中，在宽的波长范围内补偿残留的色散是可能的，进而传输速率可以被增加。
根据本发明，具有低的传输损耗的色散补偿光纤可以被获得，并且即使当它被缠绕到小的卷轴上时，传输损耗也不会增加。
另外，通过使用上面描述的色散补偿光纤，有可能形成紧凑的色散补偿光纤模块。
在根据本发明的色散补偿光纤的第三个实施方案中，环形芯区域3的半径被设定在6.7μm到10.7μm之间，压芯区域2相对于中央芯区域1的半径比率b/a被设定在2.0到3.0之间，环形芯区域3相对于压芯区域2的半径比率c/b被设定在1.3到2.0之间，中央芯1相对于包层4的相对折射率差别Δ1被设定在+1.00％到+1.80％之间，压芯2相对于包层4的相对折射率差别Δ2被设定在-1.20％到-1.50％之间，环形芯3相对于包层4的相对折射率差别Δ3被设定在+0.20％到+0.50％之间。
在环形芯区域3和包层4之间的又一层5相对于环形芯区域3的半径比率d/c被优选地设定在1.3到2.0之间，该又一层5相对包层4的相对折射率差别Δ4被优选地设定在-0.04％到-0.12％之间。
通过如上面描述的设定折射率分布，可能制造这样的色散补偿光纤，其中在从1.53μm到1.57μm范围内选择的至少一个波长上，色散在-20ps/nm/km到-140ps/nm/km的范围内，RDS在0.016nm-1到0.024nm-1的范围内，并且它具有当它被例如围绕一个卷轴而使用时，在使用长度上基本上容许进行单模传输的截止波长。
请注意在制造的过程中，为了获得上述的有优选光学特性的色散补偿光纤，需要反复试验，即使当所有的物理参数被设定在上面建议的范围内。
在根据本发明的色散补偿光纤的第四个实施方案中，环形芯区域3的半径被设定在6.7μm到8.7μm之间，压芯区域2相对于中央芯区域1的半径比率b/a被设定在2.0到3.0之间，环形芯区域3相对于压芯区域2的半径比率c/b被设定在1.4到2.0之间，中央芯1相对于包层4的相对折射率差别Δ1被设定在+1.30％到+1.60％之间，压芯2相对于包层4的相对折射率差别Δ2被设定在-1.20％到-1.50％之间，环形芯3相对于包层4的相对折射率差别Δ3被设定在+0.2％到+0.4％之间。
在环形芯区域3和包层4之间的又一层5相对于环形芯区域3的半径比率d/c被优选地设定在1.3到2.0之间，该又一层5相对包层4的相对折射率差别Δ4被优选地设定在-0.04％到-0.12％之间。
通过设定上面描述的折射率分布，可能制造这样的色散补偿光纤，其中在从1.53μm到1.57μm范围内选择的至少一个波长上，色散在-40ps/nm/km到-90ps/nm/km的范围内，RDS在0.016nm-1到0.024nm-1的范围内，并且它具有当它被例如围绕一个卷轴而使用时在使用长度上基本上容许进行单模传输的截止波长。
请注意在制造的过程中，为了获得上述的带有优选光学特性的色散补偿光纤，需要反复试验，即使在所有的物理参数被设定在上面建议的范围内时。
下一步，将解释根据本发明的色散补偿光纤模块的实施方案。
根据这个实施方案的色散补偿光纤模块是通过将上面描述的色散补偿光纤缠绕在具有等于或小于100mm的圆柱体直径的卷轴上并且连接S-SMF或NZ-DSF到色散补偿光纤的两端来形成的，在一些情况下该直径可以是大于100mm。
中间光纤可以被连接到色散补偿光纤的两端，S-SMF或1.55μm波段的NZ-DSF可以被连接到中间光纤的两个开端。在这种情况下，使用中间光纤的目的是调节将被连接的光纤的模场直径，以便减少当光纤被连接时的连接损耗。中间光纤优选地是场模式与色散补偿光纤类似的光纤，它可以使用低温的电弧熔片的方法被连接到色散补偿光纤上，并且即使在采用高温的电弧熔片方法连接时它的弯曲损耗也不会劣化。
当色散补偿光纤如上所述通过中间光纤连接到S-SMF或者连接到NZ-DSF时，在每个连接部分加热的温度和时间被优选地控制，并且在加热过程中沿着光纤的张力被优选地施加到每一个连接部分。通过使用这样的措施，有可能将中间光纤两端的整体连接损耗抑制为小于1dB。
在上面的色散补偿光纤模块中，色散补偿光纤优选地被缠绕在卷轴上，缠绕的张力被控制在20g到50g之间。这个张力范围是优选的，因为，当张力小于20g时，色散补偿光纤可能由于摆动或震动而出现错位，这将造成不稳定的特性，且当张力大于50g，由于在缠绕过程中的侧压力，传输损耗可能被增加或者偏振模式色散被劣化。
根据本发明，色散补偿光纤更多的特定例子将在下面参考图1A到1C进行解释。
示例G到K色散补偿光纤的G到K的五个例子使用已知的方法制造，如VAD方法、MCVD方法和PCVD方法，该光纤中每一个示例的折射率分布被如图1C所示地设定，且物理参数Δ1，Δ2，Δ3，Δ4，b/a，c/b和d/c被如表3所示地设定。请注意色散补偿光纤L具有如图1B所示的折射率分布，因为在这种情况下，不在环形芯区域3和包层4之间提供层5，如表3中Δ4＝0所示。
表3也显示色散补偿光纤G到K的光特性。
表3

光纤G的RDS是0.0201nm-1，光纤H的RDS是0.0197nm-1，光纤I的RDS是0.0191nm-1，光纤J的RDS是0.0190nm-1，光纤K的RDS是0.0191nm-1。在这些色散补偿光纤中，可以获得大于常规色散补偿光纤的RDS，即使色散的绝对值相对地大。从而，在形成光传输通路的NZ-DSF中，在宽的波长范围内补偿残留的色散是可能的，由此传输速率可以被增加。
另外，在G到K的任何一种光纤中，传输损耗小于0.7dB/km。进一步，在从1.53μm到1.57μm中选择的波长带内最长波长处直径20mm的弯曲损耗可以是等于或小于40dB/m，特定地在光纤G，H，J，K的情况下，直径20mm的弯曲损耗可以等于或小于10dB/m。
为了形成用于NZ-DSF的色散补偿光纤模块A到E，它们的光学特性分别如表4所示，表3中显示的每一个色散补偿光纤G到J被缠绕在一个小的具有80mm圆柱体直径的卷轴上，缠绕张力40g，以便形成一个小卷，中间光纤被连接到色散补偿光纤的两端以减小连接损耗，S-SMF被连接到中间光纤的两端以形成输入/输出端。所有的色散补偿光纤模块A到E是用于补偿100km长NZ-DSF中色散的色散补偿光纤模块。
表4

所有的色散补偿光纤模块A到E都是具有低模块损耗的色散补偿模块，其中RDS是在0.016nm-1到0.024nm-1范围内，防止了由于缠绕而引起的模块损耗的增加。从而，在形成光传输通路的NZ-DSF中，在宽的波长范围内补偿残留的色散是可能的，由此传输速率可以被增加。
根据上面的色散补偿光纤的例子，可以获得大的RDS，例如在0.016nm-1到0.024nm-1范围内，即使色散的绝对值较大，且在1.55μm波段具有+4.5ps/nm/km色散和+0.09ps/nm2/km色散斜率的NZ-DSF中的色散斜率可以有效地被补偿。
从而，在形成光传输通路的NZ-DSF中，在宽的波长范围内补偿残留的色散是可能的，由此传输速率可以被增加，以形成高速光传输通路，其中的传输速率是，例如，40Gb/s。
另外，在上面的色散补偿光纤的例子中，传输损耗被最小化，并且即使在光纤缠绕在一个小的卷轴上时传输损耗的增加也可以被防止。
进一步，当通过把中间光纤连接到缠绕在卷轴上的色散补偿光纤的两端以及把S-SMF或NZ-DSF连接到中间光纤的两端，而形成色散补偿光纤模块时，模场直径可以在每一个连接点被调节，由此连接损耗可以被减小，并且色散补偿光纤模块可以是紧凑的。
当色散补偿光纤通过中间光纤连接到S-SMF，或者连接到NZ-DSF时，如果沿着光纤的张力被施加到每一个连接部分，则有可能把中间光纤两端的总连接损耗抑制到小于1dB，由此可以得到具有小模块损耗的色散补偿光纤模块。
另外，当色散补偿光纤缠绕在卷轴上时，通过把弯曲张力控制在20g到50g之间，可以获得色散补偿光纤模块，其中由于摆动或者震动所引起的错位将可以被避免，并且可以防止模块损耗的增加和偏振模式色散特性的劣化。
如上面解释的，根据本发明的第一个方面，可以获得色散斜率的大的绝对值，即使色散的绝对值相对地大，具有大的RDS的色散补偿光纤可以因此被获得，由此可能有效地补偿在1.55μm波段具有大约几个ps/nm/km的色散的NZ-DSF的色散斜率。
从而，在形成光传输通路的NZ-DSF中，在宽的波长范围内补偿残留的色散是可能的，由此传输速率可以被增加。
根据本发明的另外一个方面，可以获得具有低传输损耗的色散补偿光纤，且即使当它被缠绕在小的卷轴上时传输损耗也不会增加。
另外，通过使用上面描述的色散补偿光纤，有可能形成紧凑的色散补偿光纤模块。
根据本发明的另一个方面，通过设定环形芯区域的半径在6.7μm到10.7μm之间，压芯区域相对于中央芯区域的半径比率在2.0到3.0的范围内，环形芯区域相对于压芯区域的半径比率在1.3到2.0之间，中央芯区域相对于包层的相对折射率差别在+1.00％到+1.80％之间，压芯区域相对于包层的相对折射率差别在-1.20％到-1.50％之间，且环形芯区域相对于包层的相对折射率差别在+0.20％到+0.50％之间，可以获得这样的色散补偿光纤，其中在从1.53μm到1.57μm范围内选择的至少一个波长上，色散在-20ps/nm/km到-140ps/nm/km的范围内，色散斜率相对于色散的比率在0.016nm-1到0.024nm-1的范围内。在这种情况下，当被缠绕使用时，色散补偿光纤具有在使用长度上基本上容许进行单模传输的截止波长，且其中大的RDS可以被获得，即使色散的绝对值相对地大。
从而，获得可以有效地补偿色散斜率的色散补偿光纤是可能的，即使是对于在1.55μm波段具有大约+4.5ps/nm/km的色散和大约+0.09ps/nm2/km的色散斜率的NZ-DSF而言。
进一步，在宽的波长范围内补偿残留的色散是可能的，由此传输速率可以被增加，且传输速率为例如40Gb/s的高速光传输通路可以被构建。
另外，可以获得具有低传输损耗的色散补偿光纤，且其中即使当它被缠绕到一个小的卷轴上时传输损耗也不会增加。
上面描述的有益效果可以通过提供这样的色散补偿光纤来获得，其中它的环形芯区域的半径被设定在6.7μm到8.7μm的范围内，压芯区域相对于中央芯区域的半径比率被设定在2.0到3.0的范围内，环形芯区域相对于压芯区域的半径比率被设定在1.4到2.0的范围内，中央芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在+1.40％到+1.80％的范围内，压芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在-1.20％到-1.50％的范围内，且环形芯区域相对于包层的相对折射率差别被设定在+0.20％到+0.50％的范围内，其中在从1.53μm到1.57μm范围内选择的至少-个波长上，色散补偿光纤的色散在-40ps/nm/km到-90ps/nm/km的范围内，色散斜率相对于色散的比率在0.016nm-1到0.024nm-1的范围内，并且当它被缠绕使用时，它具有在使用长度上基本上容许进行单模传输的截止波长。
根据本发明的另一个方面，当通过把中间光纤连接到缠绕在卷轴上的色散补偿光纤的两端以及把S-SMF或NZ-DSF连接到中间光纤的两端，而形成色散补偿光纤模块时，模场直径可以在每一个连接点被调节，由此连接损耗可以被减小，并且色散补偿光纤模块可以是紧凑的。
另外，当色散补偿光纤通过中间光纤连接到S-SMF，或者连接到NZ-DSF时，如果沿着光纤的张力被施加到每一个连接点，则有可能把中间光纤两端的总连接损耗抑制到小于1dB，由此可以得到具有低模块损耗的色散补偿光纤模块。
进一步，通过把缠绕张力控制在20g到50g之间，当色散补偿光纤缠绕在卷轴上时，可以获得色散补偿光纤模块，其中由于摆动或震动所引起的错位将可以被防止，并且模块损耗的增加和偏振模式色散特性的劣化可以被防止。
权利要求
1.一种色散补偿光纤，包含包层(4)；中央芯区域(1)，具有比所述包层(4)更高的折射率；压芯区域(2)，位于所述中央芯区域(1)周围，且具有比所述包层(4)更低的折射率；以及环形芯区域(3)，位于所述压芯区域(2)周围且在所述包层(4)的内部，且具有比所述包层(4)更高的折射率，其中所述环形芯区域(3)的半径被设定在6.5μm到9.5μm的范围内，所述压芯区域(2)相对于所述中央芯区域(1)的半径比率被设定在2.0到4.0的范围内，且所述环形芯区域(3)相对于所述压芯区域(2)的半径比率被设定在1.1到2.0的范围内，其中所述中央芯区域(1)相对于所述包层(4)的相对折射率差别被设定在+1.00％到+1.90％的范围内，所述压芯区域(2)相对于所述包层(4)的相对折射率差别被设定在-0.60％到-1.00％的范围内，且所述环形芯区域(3)相对于所述包层(4)的相对折射率差别被设定在+0.20％到+1.00％的范围内，以及其中在从1.53μm到1.63μm范围内选择的至少一个波长上，所述色散补偿光纤的色散在-50ps/nm/km到-150ps/nm/km的范围内，色散斜率在-0.25ps/nm2/km到-3.0ps/nm2/km的范围内，色散斜率相对于色散的比率在0.005nm-1到0.020nm-1的范围内，并且所述色散补偿光纤具有基本上容许单模传输的截止波长。
2.一种色散补偿光纤，包含包层(4)；中央芯区域(1)，具有比所述包层(4)更高的折射率；压芯区域(2)，位于所述中央芯区域(1)周围，且具有比所述包层(4)更低的折射率；以及环形芯区域(3)，位于所述压芯区域(2)周围且在所述包层(4)的内部，具有比所述包层(4)更高的折射率，其中所述环形芯区域(3)的半径被设定在6.5μm到9.5μm的范围内，所述压芯区域(2)相对于所述中央芯区域(1)的半径比率被设定在2.0到3.5的范围内，且所述环形芯区域(3)相对于所述压芯区域(2)的半径比率被设定在1.1到1.5的范围内，其中所述中央芯区域(1)相对于所述包层(4)的相对折射率差别被设定在+1.30％到+1.80％的范围内，所述压芯区域(2)相对于所述包层(4)的相对折射率差别被设定在-0.68％到-0.75％的范围内，且所述环形芯区域(3)相对于所述包层(4)的相对折射率差别被设定在+0.3％到+0.6％的范围内，以及其中在从1.53μm到1.63μm范围内选择的至少一个波长上，所述色散补偿光纤的色散在-50ps/nm/km到-100ps/nm/km的范围内，色散斜率在-0.25ps/nm2/km到-2.0ps/nm2/km的范围内，色散斜率相对于色散的比率在0.005nm-1到0.020nm-1的范围内，并且所述色散补偿光纤具有基本上容许单模传输的截止波长。
3.根据权利要求1或2的色散补偿光纤，其中传输损耗等于或小于0.5dB/km，且在从1.53μm到1.63μm中选择的波长带内最长波长处直径20mm的弯曲损耗等于或小于100dB/m。
4.根据权利要求1或2的色散补偿光纤，其中传输损耗等于或小于0.5dB/km，且在从1.53μm到1.63μm中选择的波长带内最长波长处直径20mm的弯曲损耗等于或小于20dB/m。
5.根据权利要求2的色散补偿光纤，其中在从1.53μm到1.63μm范围内选择的至少一个波长处，色散斜率相对于色散的比率在0.010nm-1到0.020nm-1的范围内，所述色散补偿光纤具有基本上容许单模传输的截止波长，传输损耗等于或小于0.5dB/km，且在从1.53μm到1.63μm中选择的波长带内最长波长处直径20mm的弯曲损耗等于或小于100dB/m。
6.根据权利要求1或2的色散补偿光纤，进一步包含一个位于所述环形芯区域(3)和所述包层(4)之间的层，且该层具有比所述包层(4)更低的折射率。
7.一种包含根据权利要求1或2的色散补偿光纤的色散补偿光纤模块。
8.一种色散补偿光纤，包含包层(4)；中央芯区域(1)，具有比所述包层(4)更高的折射率；压芯区域(2)，位于所述中央芯区域(1)周围，且具有比所述包层(4)更低的折射率；以及环形芯区域(3)，位于所述压芯区域(2)周围且在所述包层(4)的内部，具有比所述包层(4)更高的折射率，其中所述环形芯区域(3)的半径被设定在6.7μm到10.7μm的范围内，所述压芯区域(2)相对于所述中央芯区域(1)的半径比率被设定在2.0到3.0的范围内，且所述环形芯区域(3)相对于所述压芯区域(2)的半径比率被设定在1.3到2.0的范围内，其中所述中央芯区域(1)相对于所述包层(4)的相对折射率差别被设定在+1.00％到+1.80％的范围内，所述压芯区域(2)相对于所述包层(4)的相对折射率差别被设定在-1.20％到-1.50％的范围内，所述环形芯区域(3)相对于所述包层(4)的相对折射率差别被设定在+0.20％到+0.50％的范围内，以及其中在从1.53μm到1.57μm范围内选择的至少一个波长上，所述色散补偿光纤的色散在-20ps/nm/km到-140ps/nm/km的范围内，色散斜率相对于色散的比率在0.016nm-1到0.024nm-1的范围内，并且当被使用在缠绕状态时色散补偿光纤具有基本上容许在使用波长上进行单模传输的截止波长。
9.一种色散补偿光纤，包含包层(4)；中央芯区域(1)，具有比所述包层(4)更高的折射率；压芯区域(2)，位于所述中央芯区域(1)周围，且具有比所述包层(4)更低的折射率；以及环形芯区域(3)，位于所述压芯区域(2)周围且在所述包层(4)的内部，具有比所述包层(4)更高的折射率，其中所述环形芯区域(3)的半径被设定在6.7μm到8.7μm的范围内，所述压芯区域(2)相对于所述中央芯区域(1)的半径比率被设定在2.0到3.0的范围内，且所述环形芯区域(3)相对于所述压芯区域(2)的半径比率被设定在1.4到2.0的范围内，其中所述中央芯区域(1)相对于所述包层(4)的相对折射率差别被设定在+1.40％到+1.80％的范围内，所述压芯区域(2)相对于所述包层(4)的相对折射率差别被设定在-1.20％到-1.50％的范围内，且所述环形芯区域(3)相对于所述包层(4)的相对折射率差别被设定在+0.20％到+0.50％的范围内，以及其中在从1.53μm到1.57μm范围内选择的至少一个波长上，所述色散补偿光纤的色散在-40ps/nm/km到-90ps/nm/km的范围内，色散斜率相对于色散的比率在0.016nm-1到0.024nm-1的范围内，并且当被使用在缠绕状态时所述色散补偿光纤具有基本上容许在使用波长上进行单模传输的截止波长。
10.根据权利要求8或9的色散补偿光纤，其中传输损耗等于或小于0.7dB/km，且在从1.53μm到1.57μm中选择的波长带内最长波长处直径20mm的弯曲损耗等于或小于40dB/m。
11.根据权利要求8或9的色散补偿光纤，其中传输损耗等于或小于0.7dB/km，且在从1.53μm到1.57μm中选择的波长带内最长波长处直径20mm的弯曲损耗等于或小于10dB/m。
12.一种包含根据权利要求8的色散补偿光纤的色散补偿光纤模块。
13.一种包含根据权利要求9的色散补偿光纤的色散补偿光纤模块。
14.根据权利要求12或13的色散补偿光纤模块，其中所述根据权利要求8或9的色散补偿光纤被缠到具有的圆柱体直径等于或小于100mm的卷轴上，且零色散波长在1.3μm波段的标准单模光纤或1.55μm波段的非零色散位移光纤被连接到所述色散补偿光纤的两端。
15.根据权利要求12或13的色散补偿模块，其中所述根据权利要求8或9的色散补偿光纤被缠到具有的圆柱体直径等于或小于100mm的卷轴上，中间光纤被连接到所述色散补偿光纤的两端，该中间光纤可以通过调节模场直径而减少连接损耗，且零色散波长在1.3μm波段的标准单模光纤或1.55μm波段的非零色散位移光纤被连接到所述中间光纤的两个开端。
16.根据权利要求15的色散补偿光纤模块，其中当所述中间光纤连接在所述色散补偿光纤和所述零色散波长在1.3μm波段的标准单模光纤之间，或者当所述中间光纤连接在所述色散补偿光纤和1.55μm波段的非零色散位移光纤之间时，沿着这些光纤的张力和热可以被施加到每一个连接部分，使得在每一条中间光纤两端的总连接损耗等于或小于1dB。
17.根据权利要求14到16中任何一个权利要求的色散补偿光纤模块，其中所述色散补偿光纤被缠绕在所述卷轴上，控制的张力在20g到50g之间。
全文摘要
一种色散补偿光纤，它具有一个有大绝对值的负色散斜率而同时保持该色散的绝对值，且甚至是对于为色散补偿而要求大RDS的非零色散位移光纤，它也具有足够的色散斜率补偿特性。在这种色散补偿光纤中，环形芯区域(3)的半径被设定在6.7μm到10.7μm的范围内，压芯区域(2)相对中央芯区域(1)的半径比率被设定在2.0到3.0的范围内，且环形芯区域(3)相对压芯区域(2)的半径比率被设定在1.3到2.0的范围内，中央芯区域(1)相对包层(4)的相对折射率差别被设定在+1.00％到+1.80％的范围内，压芯区域(2)相对包层(4)的相对折射率差别被设定在－1.20％到－1.50％的范围内，且环形芯区域(3)相对包层(4)的相对折射率差别被设定在+0.20％到+0.50％的范围内。
文档编号G02B6/036GK1414404SQ02147138
公开日2003年4月30日 申请日期2002年10月24日 优先权日2001年10月26日
发明者爱川和彦, 清水正砂, 铃木孝昭, 铃木龙次, 中山真一, 姬野邦治 申请人:株式会社藤仓