专利名称：：全波非零色散平坦单模光纤的制作方法
技术领域：
：本发明涉及全波单模光纤，尤其涉及，全波非零色散平坦单模光纤。
背景技术：
：下面先对本发明涉及到的术语给出定义，所述定义符合本领域惯例；本说明书专用术语通过惯用术语说明。光纤各分层的半径以单位pm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A-光纤半径分布图，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关于所述外包层的相对折射率差A&△,禾[]A2以单位％计，分别定义为A0=(n02-ncl2)/2n(,2A.F(n,2-nd2)/2n2△2=(n22_ncL2)/2n02式中，no表示纤芯中央圆形分层的最大折射率；m和ri2分别表示第一环形分层和第二环形分层的均匀折射率；n。,表示外包层的均匀折射率。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。a折射率剖面定义为A丄)二A。[l-(r/a)。],0《r《a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。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iarnH十，定义为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中，积分限为0至；E(r)是光传播所伴随的电场。早期的色散平坦光纤，色散特性关于结构参数变化的稳定性很差，制造公差要求很严，虽经三十多年研究，一直不能实际应用。广泛应用的非零色散位移光纤，单模工作波长范围小，通信系统色散补偿成本高。最近的低色散斜率光纤，单模工作波长范围不够宽，有效截面面偏小，不符合实用要求。被寄予厚望的光子晶体光纤，要求周期性的空心毛细管结构，实际应用尚须解决一系列理论和实际问题。总之，现有各种单模通信光纤离开充分利用石英光纤低衰减波长范围的全波单模光纤有相当大差距。
发明内容本发明的目的是克服现有色散平坦光纤、非零色散位移光纤、低色散斜率光纤和光子晶体光纤的上述缺点，提供一种简单的、大众化的、充分利用石英光纤低衰减波长范围的光纤，即全波非零色散平坦单模光纤。作为一种简单的、大众化的光纤，本发明所涉及的全波非零色散平坦单模光纤包含纤芯中央圆形分层、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和均匀外包层。所述纤芯中央圆形分层关于所述外包层的相对折射率差为An，半径为a;所述第一环形分层关于所述外包层的相对折射率差为，宽度为H1;所述第二环形分层关于所述外包层的相对折射率差为A2，宽度为H2。所述纤芯中央圆形分层基本上是a折射率剖面，当a》100时所述a折射率剖面实际上成为阶跃型折射率剖面；所述第一环形分层、所述第二环形分层和所述外包层的折射率基本上^^是均匀的。所述第一环形分层A"0;所述第二环形分层/^〉。所发明全波非零色散平坦单模光纤的特征是单模工作波长范围宽，色散特性平坦，色散最大值和最小值差距小，超越了迄今为止的各种现有光乡千，接近于现有条件下石英光纤的理论极限。所发明全波非零色散平坦单模光纤的主要性能指标是——在1300nm到1625nm波长范围内和常用制造公差下，色散大于0.1ps/nm-km，小于12.0ps/nm-km。——在1550nm波长下，有效截面不小于50pm2。光纤的其他性能满足现行国际标准要求。为了实现本发明的目的,'专利申请人研究了一系列理论问题，开发了相应的光纤设计方法。所提出的理论包括色散稳定性理论；复数域中漏泄t莫衰减的计算方法；凹陷包层光纤的宽带单模特性理论；简化光子晶体光纤理论。相应的光纤设计方法包括基于色散稳定性理论的全波平坦色散特性的优化设i十；基于复数域中漏泄模衰减计算方法的凹陷包层光纤宽带单模特性的优化设计；简化光子晶体光纤的优化设计。将所述理论和设计方法应用于所述凹陷剖面三包层光纤，根据所提出的性能指标，计算出结构参数，设计出所要求的全波非零色散平坦单模光纤。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是所发明光纤的一种折射率剖面的示意图。所述的a折射率gMJ面，从a吒变化到a》100,无法一一画出，图l.所示只是其中的一种情况。具体实施例方式图1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、7和8分别表示纤芯中央圆形分层半径a、第一环形分层宽度H,和第二环形分层宽度H2，n。表示所述纤芯中央圆形分层的最大折射率，n,和n2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。所述第一环形分层、所述第二环形分层和所述外包层的折射率基本上都是均匀的。所述第一环形分层A,〈0;所述第二环形分层A,0。表1给出所发明全波非零色散平坦单模光纤的一种较佳实施例的主要结构参数。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>适用于CWDM通信系统的全波非零色散平坦单模光纤，是本发明的另一种特例。其主要性能特征是在1300nm到1625nm波长范围内，色散满足0.1ps/nm-km《D《9.0ps/nm-km;在1550nm波长下，有效截面不小于50)^m2。其主要结构特征是纯Si02的所述纤芯中央圆形分层(相当于a》100)以及掺杂Si02的所述第一环形分层和所述第二环形分层。表3给出所述光纤的一种较佳实施例的主要结构参数。表3.<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本专利所涉及的正色散的全波非零色散平坦单模光纤，与负色散的全波非零色散平坦单模光纤联合使用，色散互补，可以显著降低通信系统色散补偿成本。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，包含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、^述第二环形分层以及所述内包层基底材料基本上是均匀的，包含光传输性能相似的接近于均匀的其他折射率剖面。光纤折射率剖面卖际上可由多层沉积组成；沉积层数因制造方法而异，少则几层，多到几百层。纤芯中央圆形分层的光滑折射率剖面可看作无穷多层阶跃型折射率剖面的极限情况。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。本领域内的技术人员都知道，不大的中心凹陷不会严重影响光纤基本性能。当所述中心凹陷深度和倒置锥形底面半径都很小其影垧可以不计时，可看成1S限情况无中心凹陷。'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，当实际情况与所述条件稍有差异时，有关数据与表列对应数据稍有不同。本发明所涉及的全波非零色散平坦单模光纤，以发明人所提出的一系列理论和优化设计方法为基础，正色散单模工作波长范围宽，色散特性平坦，色散最大值和最小值差距小，超越了迄今为止的各种现有光纤，接近于现有条件下石英光纤的理论极限。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、一种全波非零色散平坦单模光纤，该光纤由纤芯圆形中央分层、包覆在所述纤芯圆形中央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组成。所述纤芯圆形中央分层相对于均匀外包层的相对折射率差为Δ0，半径为a；所述第一环形分层相对于均匀外包层的相对折射率差为Δ1，宽度为H1；所述第二环形分层相对于均匀外包层的相对折射率差为Δ2，宽度为H2。所述纤芯圆形中央分层的折射率剖面基本上是α剖面，所述第一环形分层和所述第二环形分层的折射率基本上是均匀的，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，其特征在于所述纤芯圆形中央分层、所述第一环形分层、所述第二环形分层以及所述均匀外包层的折射率剖面形状、相对折射率差和半径或宽度的选择可保证在波长范围1300～1625nm内，色散在0.1ps/nm-km和12.0ps/nm-km之间；在波长1550nm下，有效截面Aeff≥50μm2。2、根据权利要求1所述的光纤，其特征在于所述纤芯圆形中央分层a折射率剖面取a>5，A。=0.390.74%，a=3.26~5.60,。3、根据权利要求1所述的光纤，其特征在于所述纤芯第一环形分层H,=1.72~5.27,，Af-0.12—1.08%;所述纤芯第；环形力、层H产2.96~10.00,，A2=0.28~0.80%。.4、根据权利要求1所述的光纤，其特征在于在波长范围1300~1625nm内，色散在2.0ps/nm-km禾口ll.Ops/nm-km之间。5、根据权利要求4所述的光纤，其特征在于波长1550mn下，有效截面Aeff》55,2。6、根据权利要求5所述的光纤，其特征在于所述纤芯圆形中央分层由纯石英组成的均匀折射率剖面，A(f0.490.68。/c),a=3.99~5.13fim。7、根据权利要求5所述的光纤，其特征在于所述纤芯第一环形分层札=2.05~3.61|im，Af-0.30~-0.91%;所述纤芯第二环形分层H'产3.59~7.39)ifn，A2=0.33~0.670/o。8、根据权利要求1所述的光纤，其特征在于在波长范围1300—1625nm内，色散在0.1ps/nm-km和9.0ps/nm-km之间。9、根据权利要求8所述的光纤，其特征在于所述纤芯圆形中央分层由纯石英组成的均匀折射率剖面，A=0.43~0.68%，a=3.564.88拜。10、根据权利要求8所述的光纤，其特征在于所述纤芯第一环形分层=2.314.44)Lim，厶，=-0.14~-0.52%;所述纤芯第二环形分层H产3.52~8.39,，A2=0.25~0.59%。全文摘要本发明公开的全波非零色散平坦单模光纤，包含纤芯圆形中央分层、第一环形分层、第二环形分层以及均匀外包层，第一环形分层的折射率低于均匀外包层的折射率，各分层的折射率剖面形各分层的折射率剖面形状、相对折射率差和半径或宽度的优化选择可保证在波长范围1300～1625nm内，色散在0.1ps/nm-km和12.0ps/nm-km之间；在波长1550nm下，有效截面A<sub>eff</sub>≥50μm<sup>2</sup>。根据DWDM、CWDM等通信系统的不同要求，光纤性能可以在上述范围的不同区间内变化。文档编号G02B6/02GK101169497SQ20061011742公开日2008年4月30日申请日期2006年10月23日优先权日2006年10月23日发明者汪业衡申请人:汪业衡