专利名称：宽带非零色散单模光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及单模光纤，尤其涉及，宽带非零色散单模光纤。
背景技术：
下面先对本发明涉及到的术语给出定义，其中普通术语符合本领域惯例；本说明 书的专用术语通过惯用术语说明。光纤各分层的半径以单位μ m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。参见折射率剖面图，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的相对折射率差Δ。A1和Δ2 以单位％计，分别定义为Δ0=(η0:/2n,
=OV/2n,
Δ2=(n2:L2),/2n,其中，η0和Ii2分别表示纤芯中央圆形分层和第二环形分层的最大折射率；叫表示 第一环形分层的最小折射率；I1表示外包层的均勻折射率。相对凹陷深度定义为A1* Δ。之比。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。纤芯中央圆形分层α折射率剖面定义为Aco(r) = A0[l-(r/a) α],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；α取任意值，α大 于10可以看作阶跃型折射率剖面。α折射率剖面包括与其光传输性能相似的其他折射率 剖面。色度色散系数以单位pS/(nm · km)计，本说明书简称为色散。色度色散斜率系数以单位pS/(nm2 · km)计，本说明书简称为色散斜率。有效面积以单位ym2计，定义为Aeff = 2 31 ( / E2(r)r dr)2/( f E4(r)r dr)其中，积分限为0至⑴；E(r)是光传播所伴随的电场，r是所处位置半径。迄今为止因为仅仅局限于孤立地研究单个的光纤，单模通信光纤仍然没有充分挖 掘宽带光学传输的潜力色散平坦光纤研究了三十多年，一直没有实用。四波混频发现了十多年，国际标准推荐的宽带非零色散光纤其实还是非零色散位移光纤。光子晶体光纤研究 了大约十年，因结构复杂很难在通信干线上实用。
发明内容
发明人通过系统研究凹陷三包层光纤，发现以下规律 存在关于单模特性的临界色散斜率，使得在给定宽带内所计算的高次模截止波 长是最大值。 存在关于色散特性的临界色散斜率，使得在给定宽带内色散斜率最小值接近于 为零，色散最大值接近于最小，即色散特性接近理想。 宽带非零色散单模光纤的色散最大值随着相对凹陷深度的增加而减小直到饱 和。基于这些发现，本发明选择适当的色散斜率，使单模光纤色散特性接近理想；选 择适当的相对凹陷深度，使单模光纤兼有适当的色散最大值、有效面积和性价比。据此，所 发明的宽带非零色散光纤能够充分挖掘衰减、色散和线性传输潜力，结构简单，很宽的波长 范围兼顾材料未来的发展，色散特性接近理论极限，有效面积大，可以克服上述色散平坦光 纤、非零色散位移光纤和光子晶体光纤的弊端，为互联网提供灵活的通信路径，使信息高速 公路设计简化，成本降低。
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是所发明光纤的理想折射率剖面的一种情况。未画出由于工艺原因在光纤 轴线附近出现的不大的中心凹陷，未画出实际折射率剖面与所述理想折射率剖面不大的差 异。所述α折射率剖面，从α = 5变化到α >> 10 大于10可以看作阶跃型折射率 剖面。各种所发明光纤折射率剖面变化范围很大，无法一一画出。图2是所发明光纤的理想折射率剖面的一种情况。纤芯中央圆形分层采用纯SiO2 材料，可以避免在光纤轴线附近出现中心凹陷。未画出实际折射率剖面与所述理想折射率 剖面不大的差异。各种所发明光纤折射率剖面变化范围很大，无法一一画出。
具体实施例方式所发明光纤有两种具体实施方式
。第一种实施方式适用于所述第二环形分层A2 < Δ ^，采用图1所示折射率剖面。第二种实施方式适用于所述第二环形分层A2= Atl，采 用图2所示折射率剖面。第二种实施方式可以看成第一种实施方式的极限情况，两种实施 方式之间的过渡是连续的。图1是所发明宽带非零色散单模光纤的一种折射率剖面图。其中，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和7分别 表示所述纤芯中央圆形分层半径a、所述第一环形分层宽度H1和所述第二环形分层宽度Η2。 Iitl是所述纤芯中央圆形分层α折射率剖面的最高折射率，H1和H2分别表示所述第一环形 分层和所述第二环形分层的均勻折射率，Iicl表示所述外包层的均勻折射率。Δ0>0，A1
4< 0,0 < A2 < Δ0。图2是所发明宽带非零色散单模光纤的一种折射率剖面图。其中，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和7分 别表示所述纤芯中央圆形分层半径a、所述第一环形分层宽度H1和所述第二环形分层宽度 H2, n0, H1和Ii2分别表示所述纤芯中央圆形分层、所述第一环形分层和所述第二环形分层的 均勻折射率，Iica表示所述外包层的均勻折射率。Δ^>0，A1SO, Δ2= Δ。。表1给出了按图1和图2所述两种实施方式实现所发明宽带非零色散单模光纤的 一组示例结构参数。表 权利要求
一种宽带非零色散单模光纤，包括纤芯中央圆形分层、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以及包覆在所述第二环形分层上的均匀外包层。所述纤芯中央圆形分层的相对折射率差为Δ0，半径为a；所述第一环形分层的相对折射率差为Δ1，宽度为H1；所述第二环形分层的相对折射率差为Δ2，宽度为H2；所述纤芯中央圆形分层基本上是α折射率剖面，所述第一环形分层和所述第二环形分层基本上是均匀折射率，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，所述第二环形分层的折射率高于所述均匀外包层的折射率。其特征在于高次模截止波长不大于1400nm；在1400到1800nm波长范围内，色散斜率最小值接近于零；在1400nm波长下，色散最小值大于2.0ps/(nm·km)；在波长1550nm下，有效面积介于55.0到75.0μm2；α≥5；Δ0＝0.26到0.52％；Δ1≤ 0.20Δ0；Δ2≤Δ0；a＝2.95到5.10μm；H1＝0.40到2.74a；H2＝0.14到0.55a。
2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于在1400nm波长下，色散斜率介于0.033到 0. 042ps/ (nm2 · km)；在 1625nm 波长下，色散最大值小于 9. 9ps/ (nm · km)。
3.根据权利要求2所述的光纤，其特征在于在ISOOnm波长下，色散最大值小于 10. 7ps/ (nm · km)。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的光纤，其特征在于Δ。=0. 26到0. 48 % ；△1≤ -0. 77Δ0 ;a = 3. 65 到 5. 10 μ m ；H1 = 0. 48 到 0. 88a ； H2 = 0. 24 到 0. 36a。
5.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于在1400nm波长下，色散斜率介于0.033到 0. 051ps/(nm2 · km)；在 1625nm 波长下，色散最大值小于 11. 8ps/(nm · km)。
6.根据权利要求5所述的光纤，其特征在于在ISOOnm波长下，色散最大值小于 12. 9ps/ (nm · km)。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的光纤，其特征在于Δ。=0. 26到0. 46 % ；△1≤ -0. 37Δ0 ;a = 3. 14 到 4. 42 μ m ；H1 = 0. 77 到 1. 86a ； H2 = 0. 20 到 0. 55a。
8.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于在1400nm波长下，色散斜率介于0.033到 0. 060ps/(nm2 · km)；在 1625nm 波长下，色散最大值小于 14. 6ps/(nm · km)。
9.根据权利要求8所述的光纤，其特征在于在ISOOnm波长下，色散最大值小于 18. 5ps/(nm · km)。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的光纤，其特征在于△0= 0. 26到0. 46% ； △1 ≤ -0. 20Δ0 ;a = 2. 95 到 4. 04 μ m ；H1 = 1. 42 到 2. 74a ； H2 = 0. 14 到 0. 30a。
全文摘要
本发明公开的宽带非零色散单模光纤，包括纤芯中央圆形分层、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以及包覆在所述第二环形分层上的外包层，所述第一环形分层的折射率适当低于均匀外包层的折射率。所述光纤高次模截止波长不大于1400nm，在1400到1800nm波长范围内，正色散随波长增加单调上升，色散斜率最小值接近于零；在1400nm波长下，色散最小值大于2.0ps/(nm·km)，色散斜率为0.033到0.041ps/(nm2·km)；在1550nm波长下，有效面积为55.0到75.0μm2；在1625nm波长下，色散最大值小于9.9ps/(nm·km)；在1800nm波长下，色散最大值小于10.7ps/(nm·km)。
文档编号G02B6/02GK101957472SQ20091015167
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者汪业衡 申请人:汪业衡