光纤、光传输线路、光模块和光传输系统的制作方法

专利名称：光纤、光传输线路、光模块和光传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及经由光纤传输线路传输信号光的光传输系统，以及 对该光纤传输线路整体的波长色散进行补偿的光纤等。
背景技术：
光传输系统中使用以石英玻璃为主要成分的符合IEC — G652.C 标准的单模光纤(SMF: Single Mode Fiber)作为传输信号光的光纤 传输线路。另外，信号光波段使用C波段(1530nm 1565nm)，此 外还使用L波段(1565nm 1625nm) 。 SMF在波长为1550nm时具 有大于或等于12ps/nm/km而小于或等于21ps/nm/km的波长色散，和 大于或等于0.04ps/nm"km而小于或等于0.10ps/nm2/km的色散斜率。
如果通过由这种SMF构成的光纤传输线路传输信号光，则由 SMF引起的波长色散使信号光的波形变差，因而难以进行高速传输。 因此，在信号光传输线路中插入色散补偿器，其用于对由SMF构成 的光纤传输线路的波长色散进行补偿。另外，这种色散补偿器通常使 用在C波段中具有负波长色散的色散补偿光纤、或使波长色散为负 并对波长色散的波长依赖性也进行补偿的色散补偿光纤(例如参照专 利文献1 4)。
专利文献l:特开2002—169049号公报
专利文献2:特开2003 — 84162号公报
专利文献3:专利第3602152号公报
专利文献4:专利第3247221号公报
非专利文献1: ECOC — IOOC Proceedings Vol.3， Paper We4.P.14 —15， 2003年
发明内容发明人对上述现有技术进行研究后发现了如下所示的问题。艮P，
色散补偿光纤通常与SMF级联，构成光传输线路的一部分。因此， 要求该色散补偿光纤的波长色散D的绝对值大而传输损耗a小。亦 即，优选以比率(D/a)的绝对值表示的品质因数(FOM: Figure of Merit)大。但是，包括上述专利文献1 4中公开的色散补偿光纤在 内的现有的色散补偿光纤中，通过提高中心纤芯区域的相对折射率 差，能够使波长色散D的绝对值增大，而另一方面，为了提高纤芯 的相对折射率差(An)，必须提高纤芯中所添加的Ge的浓度。因此， 玻璃内部的散射所引起的瑞利散射系数增大，因而使传输损耗a也增 大，其结果无法提高FOM。
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种适 于在具有用于进一步提高FOM的构造的光传输线路的色散补偿器中 使用的光纤、包含该光纤的光传输线路、以及将该光纤应用于光传输 线路的一部分中的光传输系统。
本发明所涉及的光纤是一种以石英玻璃为主要成分的光纤，其 包括纤芯区域，其包含光轴中心；凹陷区域，其包围该纤芯区域； 环形区域，其包围该凹陷区域；以及包层区域，其包围该环形区域并 添加有F元素。此外，在该光纤中，以纯石英玻璃的折射率为基准， 纤芯区域的相对折射率差大于或等于3%而小于或等于4%，凹陷区 域的相对折射率差大于或等于一1%而小于或等于一0.5%，环形区域 的相对折射率差大于或等于0.01%而小于或等于0.24%，并且，包层 区域的相对折射率差大于或等于一0.3%而小于或等于一0.1%。另外， 纤芯区域的外径2a与凹陷区域的外径2b之比Ra (=2a/2b)大于或 等于0.15而小于或等于0.35。凹陷区域的外径2b与环形区域的外径 2c之比Rb (==2b/2c)大于或等于0.55而小于或等于0.85，更优选 是大于或等于0.55而小于或等于0.75。纤芯区域的外径2a大于或等 于1.51im而小于或等于2.5pm，波长为1550nm时FOM (=色散/损 耗)大于或等于250ps/nm/dB。
优选本发明所涉及的光纤在C波段的各项特性为，波长色散小 于或等于一250ps/nm/km，以波长色散D和色散斜率S的比值规定的RDS( 二S/D)大于或等于0.00211m-1而小于或等于0.01nm"，以20mm 的直径弯曲时弯曲损耗小于或等于10dB/m。另外，优选该光纤的截 止波长大于或等于1.2pm而小于或等于1.8pm。
优选本发明所涉及的光纤，暴露在氢气氛(H2100%、 80°C)中 20小时前后，在波长为1380nm波段中的损耗的变动差小于或等于 0.3dB/km。
另外，优选通过将规定长度的该光纤与下述单模光纤连接而构 成光传输线路时，该光传输线路整体的残留色散量在C波段或L波 段中小于或等于0.3ps/nm/km，其中，上述单模光纤在波长为1550nm 时的各项特性为，波长色散大于或等于12ps/nm/km而小于或等于 21ps/nm/km，色散斜率大于或等于0.04ps/nm2/km而小于或等于 0.10ps/nm2/km。此外，优选通过将规定长度的该光纤与下述单模光 纤连接而构成光传输线路时，该光传输线路整体的残留色散量在包含 C波段和L波段的波长范围内小于或等于0.5ps/nm/km，其中，上述 单模光纤在波长为1550nm时的各项特性为，波长色散大于或等于 12ps/nm/km而小于或等于21ps/nm/km，色散斜率大于或等于 0.04ps/nm2/km而小于或等于0.10ps/nm2/km。，
优选本发明所涉及的光纤，在波长为1550nm时具有大于或等于 0.5dB/km而小于或等于l.OdB/km的传输损耗。另外，优选本发明所 涉及的光纤，在波长为1550nm时具有小于或等于0.3ps/km^的偏振 模色散。
优选在将本发明所涉及的光纤与下述单模光纤熔接时，在波长 为1550nm时具有小于或等于每个连接部0.30dB的连接损耗，在波 长为1620nm时具有小于或等于0.25dB的连接损耗，其中，上述单 模光纤在波长为1550nm时的各项特性为，波长色散大于或等于 12ps/nm/km而小于或等于21ps/nm/km，色散斜率大于或等于 0.04ps/nm2/km而小于或等于0.10ps/nm2/km。
本发明所涉及的光传输线路包括单模光纤和具有上述构造的光 纤(本发明所涉及的光纤)，该光传输线路具有使上述单模光纤与该 光纤级联的第1构造。另外，该本发明所涉及的光传输线路也可以包括单模光纤、第1色散补偿光纤、以及与该第1色散补偿光纤不同的 第2色散补偿光纤，该光传输线路具有使上述单模光纤、第l色散补
偿光纤和第2色散补偿光纤级联的第2构造。这里，单模光纤在波长 为1550nm时的各项特性为，波长色散大于或等于12ps/nm/km而小 于或等于21ps/nm/km，色散斜率大于或等于0.04ps/nm2/km而小于或 等于0.10ps/nm2/km。第1色散补偿光纤与具有上述构造的光纤(本 发明所涉及的光纤)结构相同。在将第2色散补偿光纤与单模光纤连 接的光传输线路中，对该单模光纤的总色散进行补偿后的C波段的 残留色散特性具有向上凸起的形状。特别地，在具有第2构造的光传 输线路中，通过第1和第2色散补偿光纤，在波长为1550nm波段中 对单模光纤的总色散实质性地进行了补偿，第1和第2色散补偿光纤 的长度调整为使残留色散在使用波段中减小。
另外，在本发明所涉及的光传输线路中，优选在波长从1550nm 到1610nm的范围内最大残留色散量是0.04ps/nm/km。
本发明所涉及的光模块包含模块化的具有上述结构的光纤(本 发明所涉及的光纤)。
本发明所涉及的光传输系统包括:，光纤传输线路，其传输信号 光；以及具有上述构造的光纤(本发明所涉及的光纤)，其用作对该
光纤传输线路的波长色散进行补偿的色散补偿器。
此外，作为本发明所涉及的光纤的另一种结构，该光纤以石英
玻璃为主要成分，其包括纤芯区域，其包含光轴中心；凹陷区域， 其包围该纤芯区域；环形区域，其包围该凹陷区域；以及包层区域， 其包围该环形区域并添加有F元素。在该光纤中，以纯石英玻璃的 折射率为基准，纤芯区域的相对折射率差大于或等于3%而小于或等 于4%，凹陷区域的相对折射率差大于或等于一1%而小于或等于一 0.5%，环形区域的相对折射率差大于或等于0.01%而小于或等于 0.24%,并且，包层区域的相对折射率差大于或等于一0.3%而小于或 等于一0.1%。纤芯区域的外径2a与凹陷区域的外径2b之比Ra (= 2a/2b)大于或等于0.15而小于或等于0.35，凹陷区域的外径2b与环 形区域的外径2c之比Rb (=2b/2c)大于或等于0.55而小于或等于0.75。另外，纤芯区域的外径2a大于或等于1.5pm而小于或等于 2.5pm，波长为1550nm时FOM (=色散/损耗)大于或等于 250ps/nm/dB。此外，该光纤在C波段的各项特性是波长色散小于 或等于一250ps/nm/km，以波长色散D和色散斜率S间的比值规定的 RDS(=S/D)大于或等于0.002nm"而小于或等于O.Olnm"，弯曲直 径为20mm时弯曲损耗小于或等于10dB/m。截止波长大于或等于 1.2pn而小于或等于1.8pm，波长为1550nm时的偏振模色散小于或 等于0.3ps/km^。将该光纤与下述单模光纤熔接时，在波长为1550nm 时具有小于或等于0.30dB的连接损耗，在波长为1620nm时具有小 于或等于0.25dB的连接损耗，其中，上述单模光纤在波长为1550nm 时的各项特性为，波长色散大于或等于12ps/nm/km而小于或等于 21ps/nm/km，色散斜率大于或等于0.04ps/nm2/km而小于或等于 0.10ps/nm2/km。
此外，本发明所涉及的各实施例通过以下的详细说明和附图可 以进一步充分地理解。这些实施例仅作为示例而展示，不应视作对本 发明进行限定。
另外，通过以下的详细说明可知本发明的更多应用范围。但是， 详细说明和特定例表示本发明的优选实施例，仅用于示例，根据该详 细说明，本发明的思想和范围中的各种变形和改良对于本领域技术人 员来说显然是不言而喻的。
发明的效果
本发明所涉及的光纤能够进一步提高FOM，能够有效地补偿 SMF的波长色散。


图1是表示本发明所涉及的光传输系统的概略结构的图。 图2是表示本发明所涉及的光纤的构造的剖面图及其折射率折 射率特性图。
图3是表示与本发明所涉及的光纤不同的其他色散补偿光纤的构造的剖面图及其折射率特性图。
图4是表示本实施方式所涉及的光纤6的波长色散和纤芯区域 61的相对折射率差^的关系的图。
图5是表示本发明所涉及的光纤中，FOM和纤芯区域的相对折 射率差At (以纯石英玻璃为基准的纤芯区域相对折射率差)的关系 的曲线图。
图6是表示作为本发明所涉及的光纤而准备的试样1和试样2 各自的各项特性、以及比较例1的各项特性的表。
图7是针对本发明所涉及的光纤，表示FOM和不圆度相对于包 层的相对折射率差A4 (以纯石英玻璃为基准的包层区域的相对折射 率差)的关系的曲线图。
图8是针对本发明所涉及的光纤，表示弯曲损耗上升波长和截 止波长k的关系的曲线图。
图9是用于说明弯曲损耗上升波长(nm)和波长为1550nm时 的MAC1 (=MFD1/Xc)的关系的曲线图。
图IO是针对本发明所涉及的光纤，表示氢处理前后的损耗增加 量和包层区域的相对折射率差A4 (以纯石英玻璃为基准的包层区域 的相对折射率差)的关系的曲线图。
图11是表示将本发明所涉及的光纤以各种色散斜率补偿率 DSCR (波长为15550mn)与SMF相连接时，C波段中的残留色散的 波长特性的曲线图。
图12是表示将本发明所涉及的光纤与SMF连接时的DSCR(波 长为1550nm)和残留色散的关系的曲线图。
图13是表示将本发明所涉及的光纤以各种DSCR与SMF相连 接时，包含C波段和L波段在内的波长范围内的残留色散的波长特 性的曲线图。
图14是表示本发明所涉及的光传输系统中的光传输线路的波长 色散特性的曲线图。
图15是汇总了将本发明所涉及的光纤和其他光纤分别与SMF 相连接时的残留色散值的表。图16是表示本发明所涉及的光纤和其他光纤各自的波长色散特
性的曲线图。
图17是表示将本发明所涉及的光纤与SMF熔接时的连接损耗 和该光纤的纤芯区域相对折射率差(以纯石英玻璃为基准的纤芯 区域的相对折射率差)的关系的曲线图。
图18是汇总了将本发明所涉及的光纤作为色散补偿器模块化时 该光纤的各项特性的表。
图19是汇总了将本发明所涉及的光纤的各试样(试样1和试样 2)及比较例3分别应用于色散补偿模块时该色散补偿模块的各项特 性的表。
图20是表示为了得到图19所示的各项特性而准备的色散补偿 模块的结构的平面图。
图21是汇总了作为本发明所涉及的光纤而准备的试样3和试样 4各自的各项特性的表。
具体实施例方式
下面，参照图.1 图21说明本发明所涉及的光纤、光传输线路、 光模块和光传输系统的各个实施例。此外，在附图的说明中，对同一 要素标注相同标号，省略重复说明。
图1是表示本发明所涉及的光传输系统的概略结构的图。在该 图1中，(a)中示出的光传输系统la包括光发送器2、光接收器3、 设置在上述光发送器2和光接收器3之间的光传输线路4a，该光传 输线路4a通过使单模光纤(SMF) 5和作为色散补偿光纤而准备的 本发明所涉及的光纤6级联而构成。另外，图1 (b)中示出的光传 输系统lb包括光发送器2、光接收器3、设置在上述光发送器2和光 接收器3之间的光传输线路4b，该光传输线路4b通过使下述部分级 联而构成单模光纤(SMF) 5;作为色散补偿光纤(DCF: Dispersion Compensating Fiber)而准备的本发明所涉及的光纤6;以及作为不同 于该光纤6的其他色散补偿光纤而准备的光纤7。此外，使光传输系 统la、 lb的任意一个中都使用从光发送器2发送出的C波段的信号光或L波段的信号光。
作为波长为1550nm时的各项特性，SMF5具有大于或等于 12ps/nm/km而小于或等于21ps/mm/km的波长色散，和大于或等于 0.04ps/nm2/km而小于或等于0.10ps/nm2/km的色散斜率。光纤6、 7 分别在C波段和L波段具有负波长色散，对SMF5的波长色散进行 补偿。光纤6是本发明所涉及的光纤，当对光纤6进行调整使得其与 SMF相连接时总色散量为零的状态下，在波长为1550nm附近波段中 残留色散特性的波长依赖性具有向下凸的形状。另一方面，在对光纤 7进行调整使得其与SMF连接时的总色散量为零的状态下，在波长 为1550nm附近波段中残留色散特性的波长依赖性具有向上凸起的形 状。另外，光纤7在波长为1550nm附近波段中的波长色散特性的波 长依赖性具有向上凸起的形状。光纤6、 7既可以铺设在光发送器2 和光接收器3之间，也可以通过在巻绕为线圈状的状态下收容在壳体 内而模块化。
图2是表示本发明所涉及的光纤6的构造的剖面图及其折射率 特性图。图2中的(a)表示与光轴垂直的光纤6的剖面结构。图2 中的(b)表示光纤6的径向的折射率特性图。本发明所涉及的光纤 6包括纤芯区域61，其包含光轴中心并沿规定轴延伸；凹陷区域 62，其设置在该纤芯区域61的外周；环形区域63，其设置在该凹陷 区域62的外周；以及包层区域64,其设置在该环形区域63的外周。
纤芯区域61、凹陷区域62、环形区域63和包层区域64都是以 石英玻璃为主要成分的区域。纤芯区域61和环形区域63中分别至少 添加有Ge02，凹陷区域62和包层区域64中分别至少添加有F元素。 当波长为633nm时，以纯石英玻璃的折射率为基准，纤芯区域61的 相对折射率差A!大于或等于3%而小于或等于4%，凹陷区域62的 相对折射率差A2大于或等于一1%而小于或等于一0.5%，环形区域 63的相对折射率差A3大于或等于0.01%而小于或等于0.24%,包层 区域64的相对折射率差么4大于或等于一0.3%而小于或等于—0.1%。
纤芯区域61的外径2a与凹陷区域62的外径2b之比Ra (= 2a/2b)大于或等于0.15而小于或等于0.35。凹陷区域62的外径2b与环形区域63的外径2c之比Rb(二2b/2c)大于或等于0.55而小于 或等于0.85。此外，在本发明所涉及的光纤6中，凹陷区域62的外 径2b与环形区域63的外径2c之比Rb (=2b/2c)也可以是大于或 等于0.55而小于或等于0.75。纤芯区域的外径2a大于或等于1.5)im 而小于或等于2.5pm。此外，波长为1550nm时的品质因数即FOM(= 色散/损耗)大于或等于250ps/nm/dB。
包层区域64也可以包含光学包层区域和物理包层区域。在这种 情况下，最外围的物理包层区域中也添加F元素，光学包层区域和 物理包层区域各自的相对折射率差相等。用于获得这种光纤6的光纤 母材可以使用VAD法、MCVD法、OVD法、DVD法或熔縮(collapse) 法制备。
本发明所涉及的光纤6，优选其在C波段中，波长色散小于或 等于一250ps/nm/km，以色散值D和色散斜率S的比值规定的RDS (=S/D)大于或等于0.02nm"而小于或等于0.10nm'1，以20mm直 径弯曲时弯曲损耗小于或等于10dB/m。截止波长Xc大于或等于 1.2pm而小于或等于1.8)am。暴露在氢气氛(H2100%、 80°C )中20 小时前后的波长为1380nm波段中的损耗的变动差小于或等于 0.3dB/km。
在将规定长度的光纤6与SMF5连接时，在C波段中整体 (SMF5+光纤6)的残留色散量小于或等于0.3ps/nm/km。另外，在 将规定长度的光纤6与SMF5连接时，在包含C波段和L波段在内 的波长范围内，整体(SMF5+光纤6)的残留色散量小于或等于 0.5ps/nm/km。在波长为1550nm时，光纤6的传输损耗大于或等于 0.5dB/km而小于或等于1.0dB/km。在波长为1550nm时，光纤6的 偏振模色散小于或等于0.3ps/km1/2。另外，与SMF5相熔接时的光纤 6，在波长为1550nm时具有小于或等于0.3dB的连接损耗，而在波 长为1620nm时具有小于或等于0.25dB的连接损耗。
图3是表示光纤7的构造的剖面图及其折射率特性图。图3中 的(a)表示与光轴垂直的光纤7的截面。图3中的(b)表示光纤7 的径向的折射率特性图。该光纤7包括纤芯区域71，其包含光轴中心并沿规定轴延伸；凹陷区域72，其设置在该纤芯区域71的外周； 以及包层区域74，其设置在该凹陷区域72的外周。例如，该光纤7 中，在波长为633nm时，以纯石英玻璃的折射率为基准，纤芯区域 71的相对折射率差A,为2.6%，凹陷区域72的相对折射率差厶2为 一0.37%，包层区域74的相对折射率差~为0.09%。纤芯区域71 的外径2a与凹陷区域72的外径2b之比Ra (=2a/2b)为0.29。另 外，纤芯区域的外径2a为2.39pm。
图4是表示本发明所涉及的光纤6的波长色散和纤芯区域61的 相对折射率差^的关系的曲线图。在为该测定而准备的光纤6中， 凹陷区域62的相对折射率差A2为一0.7% ，包层区域64的相对折射 率差A4为一0.2X, RDS为O.OOSSnm-1, Petermann —I模场直径 (MFD1)小于或等于8itim，截止波长Xc大于或等于1.2pm，色散斜 率补偿率DSCR为110±10%。此外，如果将SMF5的波长色散表示 为DSMF， SMF5的色散斜率表示为SSMF，将光纤6的波长色散表示 为DDCF,光纤6的色散斜率表示为SDCF，则色散斜率补偿率DSCR (%)由算式"DSCR二 (DSMF/SSMF) / (DDCF/SDCF) xlOO，，定义。然后， 每次针对纤芯区域61的外径2a、凹陷区域62的外径2b、环形区域 53的外径2c和环形区域53的相对折射率差A3，来对MFD1、 Xc等 进行调整，求出最大波长色散。根据该曲线图可知，纤芯区域61的 相对折射率差A越大，波长色散的绝对值越大。
图5是针对本发明所涉及的光纤6,表示FOM和纤芯区域61 的相对折射率差A,的关系的曲线图。其中，曲线图中绘制的符号"口" 表示光纤6 (包层区域中添加了 F元素)的测定结果，符号"令"表示 下述光纤的测定结果，该光纤具有与图2中的(a)所示的折射率特 性相同的折射率特性，包层区域由纯石英构成。这里，所准备的光纤 6中，凹陷区域62的相对折射率差~为一0.7%，包层区域64的相 对折射率差厶4为一0.2%， RDS为0.0035nm'1， Petermann — I模场直 径(MFD1)小于或等于8pm，截止波长Xc大于或等于1.2pm，色散 斜率补偿率DSCR为110士10%，作为比较例而准备的光纤中，只有 包层区域的相对折射率由纯石英构成。然后，每次针对纤芯区域61的外径2a、凹陷区域62的外径2b、环形区域53的外径2c和环形区 域53的相对折射率差A3，来对MFD1、 Xc进行调整，求出最大波长 色散，进而求出FOM。本发明所涉及的光纤6在包层区域64中添加 了 F元素，因此与未添加F元素的纯石英包层的预制坯相比，能够 使拉拔时的熔化温度降低150'C左右，玻璃假想温度下降。因此，能 够降低传输损耗。因此，由该图5所示的曲线图可知，与包层区域由 纯石英玻璃构成的光纤相比，本发明所涉及的光纤6的FOM更大。图6是表示汇总了作为本发明所涉及的光纤6而准备的2个试 样(试样l、试样2)和比较例l各自的各项特性的表。如该图6中 的(a)所示，试样1的光纤相当于图5中的纤芯区域A为3.1%的 光纤6。如该图6中的(b)所示，试样2的光纤相当于图5中的纤 芯区域A为3.4%的光纤6的实施例。另外，如该图6中的(c)所 示，比较例1的光纤相当于图5中的纤芯区域A!为3.1%、包层区域 由纯石英玻璃构成的光纤。另外，图7是针对本发明所涉及的光纤6，表示FOM和不圆度 相对于包层区域64的相对折射率差A4的关系的曲线图。特别地，在 该图7中，(a)表示FOM相对于包层区域64的相对折射率差A4 的关系，(b)表示不圆度相对于包层区域64的关系，此外，(c) 分别示出由下述值规定的包层区域64的相对折射率差的有效范围， 上述值为根据FOM的关系得出的包层区域64的相对折射率差的上 限、及根据不圆度的关系得出的包层区域64的相对折射率差的下限。 根据这些图可知，包层区域64的相对折射率差~对光纤6的FOM 和不圆度产生影响。优选FOM大于或等于250ps/nm/dB，根据这一 点，优选包层区域64的相对折射率差~小于或等于一0.1%。应用于 色散补偿器中的该光纤6在导管不圆度为0.3%的情况下，偏振模色 散为0.4ps/km1/2，在导管不圆度为0.13%的情况下，偏振模色散为 0.2ps/km1/2。因此，为了降低偏振模色散，优选不圆度小于或等于0.2 %。根据这一点，优选包层区域64的相对折射率差A4大于或等于一 0.3%。其结果，优选包层区域64的相对折射率差A4大于或等于一 0.3%而小于或等于一0.1%。图8是针对本发明所涉及的光纤，表示弯曲损耗上升波长和截止波长Xc的关系的曲线图。在进行该测定时，使光纤6以120mm的 直径弯曲。如果使光纤6弯曲，则在大于一定波长(弯曲损耗上升波 长)的波长范围内，弯曲损耗增加。根据该曲线图可知，截止波长Xc 越长，该弯曲损耗上升波长越长。在传输C波段的信号光的情况下， 如果截止波长Xc大于或等于1.2pm，则弯曲损耗上升波长大于C波 段的上限波长，弯曲产生的影响较小。另一方面，在传输包含C波 段和L波段在内的波长范围的信号光的情况下，如果截止波长k大 于或等于1.2pm，则弯曲损耗上升波长大于L波段的上限波长，弯曲 产生的影响较小。另外，由MFD/Xc给出的MAC值，经常被用作表示光纤的耐弯 曲性的参数。在将光纤巻绕为线圈状后进行模块化的情况下，在将 Petermann — I模场直径(MFD1)除以截止波长Xc而得到的"MAC1"， 和模块传输损耗的上升波长之间发现关联性。图9是用于说明波长为 1550nm时MACl和损耗上升波长的关系的曲线图。此外，在图9中 绘制出以120mm的直径巻绕为线圈状的模块试样，特别地，以符号 "o"表示的模块试样是应用了本发明所涉及的光纤的试样1 4的模 块试样。根据该图9可知，如果MAC1小于或等于6.3，则在以120mm 的直径巻绕为线圈状的模块试样的情况下，没有观察到波长小于或等 于1570mn时的损耗上升。图10是针对本发明所涉及的光纤6，表示氢处理前后损耗增加 量和包层区域64的相对折射率差A4间关系的曲线图。此外，在该图 10中，作为比较例还示出了没有在包层区域中添加F元素且相对折 射率差A4为正的光纤。氢处理前后损耗增加量是在波长为1380nm 时的损耗增加量。根据该曲线图可知，与没有在包层区域中添加F 元素且相对折射率差A4为正的光纤(比较例)相比，在包层区域64 中添加了F元素的光纤6，拉拔时的熔化温度降低150'C左右，玻璃 假想温度下降，因此损耗下降。此外，优选使暴露在氢气氛(H2100 %、 8(TC)中20小时前后，波长为1380nm波段中的损耗的变动差 小于或等于0.15dB/km。图11是表示将本发明所涉及的光纤6以各种DSCR (波长为 1550nm时的色散斜率补偿率)与SMF5相连接时在C波段中的残留 色散的波长特性的曲线图。在该曲线图中，光纤6和SMF5的长度比 例调整为使波长为1550nm时的残留色散为0。另外，在图11中，曲 线G1110表示DSCR设定为90%的光传输线路的残留色散特性，曲 线G1120表示DSCR设定为100%的光传输线路的残留色散特性，曲 线G1130表示DSCR设定为110%的光传输线路的残留色散特性，曲 线G1140表示DSCR设定为120%的光传输线路的残留色散特性。另 夕卜，图12是表示将本发明所涉及的光纤6与SMF5相连接时的DSCR (波长为1550nm)和残留色散的关系的曲线图。这里所说的残留色 散幅度是从C波段中的残留色散量的最大值中减去最小值而得到的。 优选在波长为1550nm时的DSCR在110±10%的范围内。图13是表 示将本发明所涉及的光纤6以各种DSCR(波长为1550nm)与SMF5 相连接时在包含C波段和L波段在内的波长范围内的残留色散的波 长特性的曲线图。在该曲线图中，光纤6和SMF5的长度比例也调整 为使波长为1550nm时的残留色散为0。另外，在图13中，曲线图 G1310表示DSCR设定为90%的光传输线路的残留色散特性，曲线 图G1320表示DSCR设定为100%时的光传输线路的残留色散特性， 曲线图G1330表示DSCR设定为110%时的光传输线路的残留色散特 性，曲线图G1340表示DSCR设定为120%时的光传输线路的残留色 散特性。应用于色散补偿器中的光纤6在波长为1550nm附近波段中 的残留色散的波长依赖性表现出向下凸的形状。图14是表示光传输系统lb中的光传输线路4b的波长色散特性 的曲线图。这里，SMF5的长度为100km，光纤6、 7的长度比分别 调整为使波长为1565nm时的残留色散为0。此外，在图14中，曲线 图G1410表示波长为1565nm将DSCR设定为90%时的光传输线路 4b的残留色散特性，曲线图G1420表示波长为1565nm将DSCR设 定为100%时的光传输线路4b的残留色散特性，曲线图G1430表示 波长为1565nm将DSCR设定为110%时的光传输线路4b的残留色 散特性，曲线图G1440表示波长为1565nm将DSCR设定为120%时的光传输线路4b的残留色散特性。图15是汇总了将本发明所涉及的 光纤6和光纤7分别与SMF5相连接时的残留色散值的表。另外，图 16是表示本发明所涉及的光纤6和光纤7各自的波长色散特性的曲 线图。此外，在图16中，曲线图G1610和曲线图G1620分别表示光 纤6、光纤7的波长色散特性。在将本发明所涉及的光纤6与具有上 述特性的SMF5连接而构成的光传输线路中，对波长为1565nm时的 总色散进行补偿后该光传输线路在波长为1.55pm波段的残留色散特 性的波长依赖性具有向下凸的形状。在将光纤7与SMF5连接而构成 的光传输线路中，对波长为1565nm时的总色散进行补偿后该光传输 线路在波长为1.55)Lim波段的波长色散特性的波长依赖性具有向上凸 的形状。因此，在将SMF5、光纤6、光纤7级联而构成的光传输线 路4b中，通过调整图6和图7所示的色散补偿光纤的长度，以在对 总色散量进行调整的同时使C+L波段的残留色散减小，能够对各自 在波长为1.55^n波段的残留色散特性的波长依赖性进行补偿。其结 果是，可以在较宽的波长范围内利用与现有技术相比平均单位色散更 大的色散补偿光纤进行补偿。例如，作为光传输线路4b中的色散补 偿器，可以使用DCSR为90X的光纤6和DSCR为107%的光纤7， 将各自的光纤长度调整为例如图15的DSCR二90X的光纤长度，从 而在从1550nm到1610nm的较宽波段内使残留色散达到 0.039ps/nm/km这样的非常小的值。图H是表示将本发明所涉及的光纤6与SMF5熔接而构成的光 传输线路4a中，连接损耗和光纤6的纤芯区域61的相对折射率差Ai 的关系的曲线图。由于光纤6的纤芯区域61的相对折射率差A越高， 在光纤6中传输的波导光的功率分布与在SMF5中传输的波导光的高 斯函数形状的功率分布越相似，因此光纤6与SMF5间的连接损耗越 低。通过将包含熔接点在内的一定范围加热，使Ge掺杂物扩散，能 够容易地降低连接损耗。图18是汇总了将本发明所涉及的光纤6作为色散补偿器而模块 化时该光纤6的各项特性的表。在该图18的表中，作为光纤6示出 了试样1 (参照图6中的(a))，同时还示出比较例2的光纤(参照非专利文献1)。与该比较例2的光纤相比，试样1的光纤中模块损耗大约是一半。另外，试样1的光纤由于其截止波长Xc为1.55pm， 模场直径为4.19pm，因此弯曲损耗小。因此，根据传输损耗和连接 损耗估算的模块损耗与传输损耗大致相等。优选试样1的光纤6的光 纤外径大于或等于100pm而小于或等于130|im。通过色散调整和廉 价的色散补偿光纤的实现(减少包层区域所占比例)，能够增加每单 位重量预制坯的光纤长度。图19是汇总了将本发明所涉及的光纤6的各试样(试样1和试 样2)及比较例3分别应用于色散补偿模块时该色散补偿模块的各项 特性的表。此外，该测定是在图20所示的色散补偿模块上进行的。 亦即，将作为测定对象的试样l、 2的光纤和比较例3的光纤，作为 色散补偿光纤(DCF)在两端与SMF熔接的状态下收容在壳体内。 此外，图20的色散补偿模块中作为光输入输出端安装有连接器C。在该图19的表中，N2表示非线性折射率，Aeff表示有效截面积，Leff表示有效光纤长度，^SPM表示由自身相位调制引起的相位偏移量。与比较例3的光纤相比，试样1、 2的光纤的非线性系数(N2/Aeff)更大，因此初看则认为相对线性度变差，但由于波长色散的绝对值大， 因此色散补偿所需的长度变短，总的来说能够抑制由自身相位调制引 起的相位偏移量0 SPM。此外，本发明所涉及的光纤6在包层区域64中添加了 F元素， 由此，该包层区域64相对于声学模式成为非波导构造。亦即，由于 不传输声波，因此与光波间的干扰减少，还具有提高受激布里渊散射 阈值的效果。下面，在图21 (a)和(b)中作为本发明所涉及的光纤6，示 出凹陷区域62的外径2b与环形区域63的外径2c之比Rb( =2b/2c) 超过0.75的试样3 (0.55^Rb芸0,85)和该比率Rb比较低的试样4 的各项特性。利用上述试样3、 4的光纤也能够获得与上述试样1、 2 的光纤同样的效果。此外，如图21 (a)和(b)所示，试样3、 4的光纤是纤芯直径 较小为1.87pm、1.92|im的光纤。在试样3的光纤中，比率Ra为0.232，比率Rb为0.781，以纯石英玻璃为基准，纤芯区域61的相对折射率 差^为3.2%，凹陷区域62的相对折射率差~为一0.7%，环形区 域63的相对折射率差A3为0.21% ，包层区域64的相对折射率差A4 为一0.2%。这时，试样3的光纤在波长为1550nm时波长色散为一 282.5ps/nm/km，波长为1550nm时色散斜率为一0.98ps/nm2/km，相 对于SMF5的DSCR为100.2，波长为1550nm时传输损耗为 0.95dB/km，光纤长度为2m时截止波长人c为1.36pm, FOM为 297.4ps/nm/dB。另夕卜，试样3的光纤具有6.88pm的MFD1和5.05 的MAC1。另一方面，在试样4的光纤中，比率Ra为0.24，比率Rb为0.637， 以纯石英玻璃为基准，纤芯区域61的相对折射率差~为3.07%，凹 陷区域62的相对折射率差厶2为一0.7%，环形区域63的相对折射率 差厶3为0.04%，包层区域64的相对折射率差厶4为一0.2%。这时， 试样4的光纤在波长为1550nm时波长色散为一298.5ps/nm/km，波长 为1550nm时色散斜率为一 1.0445ps/nm2/km,相对于SMF5的DSCR 为102.5，波长为1550nm时传输损耗为0.84dB/km，在光纤长度为 2m时截止波长Xc为1.49jim， FOM为355.4ps/nm/dB。另外，试样4 的光纤具有7.15pm的MFD1和4.80的MAC1。如上所述，试样3、4的光纤也能够获得比现有光纤更大的FOM。 根据以上对本发明的说明可知，可以对本发明作出各种变形。 这样的变形并不能认为是脱离了本发明的思想和范围，对于所有本领 域技术人员来说不言而喻的改良，都包含在权利要求书中。工业实用性本发明所涉及的光纤具备更大的FOM，可以应用于对光纤传输 线路中SMF的波长色散进行补偿的色散补偿器。
权利要求
1.一种光纤，其以石英玻璃为主要成分，该光纤具有纤芯区域，其沿规定轴延伸；凹陷区域，其设置在该纤芯区域的外周；环形区域，其设置在该凹陷区域的外周；以及包层区域，其设置在该环形区域的外周并添加有F元素，以纯石英玻璃的折射率为基准，上述纤芯区域的相对折射率差大于或等于3％而小于或等于4％，上述凹陷区域的相对折射率差大于或等于-1％而小于或等于-0.5％，上述环形区域的相对折射率差大于或等于0.01％而小于或等于0.24％，此外，上述包层区域的相对折射率差大于或等于-0.3％而小于或等于-0.1％，上述纤芯区域的外径2a与上述凹陷区域的外径2b之比Ra大于或等于0.15而小于或等于0.35，此外，上述凹陷区域的外径2b与上述环形区域的外径2c之比Rb大于或等于0.55而小于或等于0.75，其中Ra＝2a/2b，Rb＝2b/2c，上述纤芯区域的外径2a大于或等于1.5μm而小于或等于2.5μm，此外，在波长为1550nm时，该光纤具有250ps/nm/dB的FOM，其中FOM＝色散/损耗。
2. —种光纤，其以石英玻璃为主要成分，该光纤具有纤芯区 域，其沿规定轴延伸；凹陷区域，其设置在该纤芯区域的外周；环形 区域，其设置在该凹陷区域的外周；以及包层区域，其设置在该环形 区域的外周并添加有F元素，以纯石英玻璃的折射率为基准，上述纤芯区域的相对折射率差 大于或等于3%而小于或等于4%，上述凹陷区域的相对折射率差大 于或等于一1%而小于或等于一0.5%，上述环形区域的相对折射率差 大于或等于0.01%而小于或等于0.24%，此外，上述包层区域的相对 折射率差大于或等于一0.3%而小于或等于一0.10%，上述纤芯区域的外径2a与上述凹陷区域的外径2b之比Ra大于或等于0.15而小于或等于0.35，此外，上述凹陷区域的外径2b与上 述环形区域的外径2c之比Rb大于或等于0.55而小于或等于0.85， 其中Ra二2a/2b， Rb = 2b/2c，上述纤芯区域的外径2a大于或等于1.5pm而小于或等于2.5^im，此外，在波长为1550nm时，该光纤具有250ps/nm/dB的FOM，其中 FOM-色散/损耗。
3. 根据权利要求1或2所述的光纤，其特征在于，作为在C波段中的各项特性，波长色散小于或等于一 250ps/nm/km，以波长色散D和色散斜率S的比值规定的RDS大于 或等于0.002nm"小于或等于O.Olnm"，此外，以20mm的直径弯曲 时弯曲损耗小于或等于10dB/m，其中RDS-S/D，此外，截止波长大于或等于1.2pm而小于或等于1.8pm。
4. 根据权利要求1或2所述的光纤，其特征在于， 暴露在氢气氛即H2 100%、 8(TC中20小时前后，该光纤在波长为1380nm波段中的损耗的变动差小于或等于0.3dB/km。
5. 根据权利要求1或2所述的光纤，其特征在于， 在将规定长度的该光纤与下述单模光纤连接时，在C波段或L波段中，由上述单模光纤和该光纤构成的光传输线路整体的残留色散 量小于或等于0.3ps/nm/km，其中，上述单模光纤在波长为1550nm 时的各项特性为，波长色散大于或等于12ps/nm/km而小于或等于 21ps/nm/km，色散斜率大于或等于0.04ps/nm2/km而小于或等于 0.10ps/nm2/km。
6. 根据权利要求1或2所述的光纤，其特征在于， 在将规定长度的该光纤与下述单模光纤连接时，在包含C波段和L波段的波长范围内，由上述单模光纤和该光纤构成的光传输线路整体的残留色散量小于或等于0.5ps/nm/km，其中，上述单模光纤 在波长为1550nm时的各项特性为，波长色散大于或等于12ps/nm/km 而小于或等于21ps/nm/km,色散斜率大于或等于0.04ps/nm2/km而小 于或等于0.10ps/nm2/km。
7. 根据权利要求1或2所述的光纤，其特征在于， 在波长为1550nm时，具有大于或等于0.5dB/km而小于或等于1.0dB/km的传输损耗。
8. 根据权利要求1或2所述的光纤，其特征在于， 在波长为1550nm时具有小于或等于0.3ps/km/2的偏振模色散。
9. 根据权利要求1或2所述的光纤，其特征在于， 在将规定长度的该光纤与下述单模光纤连接时，在波长为1550nm时具有小于或等于0.30dB的连接损耗，在波长为1620nm时 具有小于或等于0.25dB的连接损耗，其中，上述单模光纤在波长为 1550nm时的各项特性为，波长色散大于或等于12ps/mn/km而小于或 等于21ps/nm/km，色散斜率大于或等于0.04ps/nm2/km而小于或等于 0.10ps/nm2/km。
10. —种光传输线路，其包括单模光纤，其在波长为1550nm时的各项特性为，波长色散大于 或等于12ps/nm/km而小于或等于21ps/nm/km，色散斜率大于或等于 0.04ps/nm2/km而小于或等于0.10ps/nm2/km;以及权利要求1至9中任意一项所述的光纤，其与上述单模光纤级联。
11. 一种光传输线路，其包括单模光纤，其在波长为1550nm时的各项特性为，波长色散大于 或等于12ps/nm/km而小于或等于21ps/nm/km，色散斜率大于或等于0.04ps/nm2/km而小于或等于0.10ps/nm2/km;第1色散补偿光纤，其与权利要求1至9中任意一项所述的光 纤具有相同的构造；以及第2色散补偿光纤，其通过与上述单模光纤连接而对该单模光 纤的总色散进行补偿后，使补偿后的C波段的残留色散特性向上凸 起,上述第1和第2色散补偿光纤，对与上述单模光纤连接时的波 长为1550nm波段的该单模光纤的总色散实质性地进行补偿，同时， 将上述第1和第2色散补偿光纤的长度调整为使该光传输线路整体在 使用波段中的残留色散减小。
12. 根据权利要求IO所述的光传输线路，其特征在于， 上述第1和第2色散补偿光纤的长度调整为使在波长从1550nm到1610nm的波长范围内的最大残留色散量为0.04ps/nm/km。
13. —种光模块，其包含模块化的权利要求1至9中任意一项所 述的光纤。
14. 一种光传输系统，其包括光纤传输线路，其传输信号光； 以及权利要求1至9中任意一项所述的光纤，其对该光纤传输线路的 波长色散进行补偿。
15. —种光纤，其以石英玻璃为主要成分，该光纤具有纤芯区 域，其沿规定轴延伸；凹陷区域，其设置在该纤芯区域的外周；环形 区域，其设置在该凹陷区域的外周；以及包层区域，其设置在该环形 区域的外周并添加有F元素，以纯石英玻璃的折射率为基准，上述纤芯区域的相对折射率差 大于或等于3%而小于或等于4%，上述凹陷区域的相对折射率差大 于或等于一0.5%而小于或等于一1%，上述环形区域的相对折射率差 大于或等于0.01%而小于或等于0.24%,此外，上述包层区域的相对折射率差大于或等于一0.3%而小于或等于一0.1%，上述纤芯区域的外径2a与上述凹陷区域的外径2b之比Ra大于或等于0.15而小于或等于0.5，此外，上述凹陷区域的外径2b与上述环形区域的外径2c之比Rb大于或等于0.55而小于或等于0.75，其中Ra二2a/2b， Rb = 2b/2c，上述纤芯区域的外径2a大于或等于1.5^im而小于或等于2.5pm， 在波长为1550nm时FOM为250ps/nm/dB，其中FOM-色散/损耗，在C波段中，波长色散小于或等于一250ps/nm/km，以波长色散 D和色散斜率S的比值规定的RDS大于或等于0.002nm'1小于或等于 0.01nm"，此夕卜，以20mm的直径弯曲时弯曲损耗小于或等于10犯/m， 其中RDS = S/D，截止波长大于或等于1.2pm而小于或等于1.8pm，在波长为1550nm时具有小于或等于0.3ps/km1/2的偏振模色散，此外，在将该光纤与下述单模光纤熔接时，在波长为1550nm时上述单 模光纤与该光纤间的连接损耗小于或等于0.30dB，在波长为1620nm 时上述单模光纤与该光纤间的连接损耗小于或等于0.25dB，其中， 上述单模光纤在波长为1550nm时的各项特性为，波长色散大于或等 于12ps/nm/km而小于或等于21ps/nm/km，色散斜率大于或等于 0.04ps/nm2/km而小于或等于0.10ps/nm2/km。
全文摘要
本发明涉及一种可以应用于色散补偿模块的光纤，其具备用于进一步提高FOM(＝色散/损耗)的结构。该光纤以石英玻璃为主要成分，其包括纤芯区域，其包含光轴中心；凹陷区域，其包围该纤芯区域；环形区域，其包围该凹陷区域；以及包层区域，其包围该环形区域并添加有F元素。以纯石英玻璃的折射率为基准，纤芯区域的相对折射率差大于或等于3％而小于或等于4％，凹陷区域的相对折射率差大于或等于-0.5％而小于或等于-1％，环形区域的相对折射率差大于或等于0.01％而小于或等于0.24％，包层区域的相对折射率差大于或等于-0.3％而小于或等于-0.1％。波长为1550nm时的FOM大于或等于250ps/nm/dB。
文档编号G02B6/036GK101283299SQ20068003733
公开日2008年10月8日 申请日期2006年10月5日 优先权日2005年10月7日
发明者佐佐木隆, 大西正志, 平野正晃, 春名彻也, 牧原和昌 申请人:住友电气工业株式会社