多芯光纤、多芯光纤缆线以及多芯光纤传输系统的制作方法
【专利摘要】该多芯光纤设有多个芯部、共用包层以及涂层。特别地，为了提高每单位横截面积的频谱使用效率，使芯部数量、整个多芯光纤的横截面积、从所有其它芯部到芯部n的功率耦合系数之和以及以具有来自其它芯部的最大串扰的芯部n的传输损耗、非线性折射率、有效面积和波长色散为代表的光学特性设定成满足预定的关系。
【专利说明】多芯光纤、多芯光纤缆线以及多芯光纤传输系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多芯光纤、多芯光纤缆线以及多芯光纤传输系统。
【背景技术】
[0002] 具有如下结构的多芯光纤被期望是能够传输大量信息的光传输线：沿着中心轴线 (光纤轴线）延伸的每个芯部被共用包层覆盖。为了传输更大量信息，已经对这种多芯光纤 进行了多方面研究（例如，参照非专利文献1和2)。
[0003] 引文列表
[0004] 非专利文献
[0005] 非专利文献 1 :K. Imamura 等人，EC0C2010, P1. 09.
[0006] 非专利文献 2 :K. Takenaga 等人，EC0C2011, Μο· 1. LeCervin. 2.
【发明内容】
[0007] 技术问题
[0008] 本发明的发明人对常规的多芯光纤进行了详细的研究并且发现以下问题。即，前 述非专利文献1和2未从每单位横截面积的传输容量或谱效率的角度来评估多芯光纤的性 能。例如，非专利文献1描述了利用每单位横截面积中芯部的数量作为多芯光纤性能的指 标的研究。此外，非专利文献2描述了利用"各芯部的有效面积（A eff)之和"与"光纤横截 面积"之比作为多芯光纤性能的指标的研究。本发明的发明人利用这些性能指标调研了多 芯光纤的性能并且发现了这样的问题：每单位横截面积的谱效率没有改善，相反，发生了谱 效率的劣化。
[0009] 考虑到上述情形完成了本发明，本发明的目的是提供具有改善了每单位横截面积 的谱效率的结构的多芯光纤、多芯光纤缆线以及多芯光纤传输系统。
[0010] 问题的解决方案
[0011] 在第一方面至第三方面中的每个方面中，根据本发明的实施例的多芯光纤包括： 多个芯部，每个芯部都沿着预定轴线延伸；包层，其一体地覆盖所述多个芯部中的每一个芯 部；以及涂层，其设置在所述包层的外周表面上。
[0012] 特别地，在根据第一方面的多芯光纤中，每个所述芯部都允许进行预定波长下的 单模传输。根据第一方面的该多芯光纤优选地满足下面的表达式（1):
[0013]
【权利要求】
1. 一种多芯光纤，包括：多个芯部，每个所述芯部都沿着预定轴线延伸；包层，其一体 地覆盖所述多个芯部中的每一个芯部；以及涂层，其设置在所述包层的外周表面上， 当Araat表示整个多芯光纤在与所述预定轴线正交的横截面上的横截面积时，所述多芯 光纤满足第一条件至第三条件中的至少一个条件，其中 所述第一条件定义如下： 每个所述芯部都允许进行预定波长下的单模传输，并且 当adB n[dB/km]表示具有来自所述多个芯部中的其它芯部的最大串扰的预定芯部η 的在所述预定波长下的传输损耗，n2，n[m2/W]表示所述预定芯部η的在所述预定波长下的 非线性折射率，Α# η[ μ m2]表示所述预定芯部η的在所述预定波长下的有效面积，Dn[ps/ (nm · km)]表示所述预定芯部η的在所述预定波长下的色散，iin[/km]是在所述预定波长 下从所有其它芯部到所述预定芯部η的功率耦合系数之和且表示所述多芯光纤中的芯 部的数量时，满足下面的表达式（1):
所述第二条件定义如下： 每个所述芯部都允许进行预定波长下的单模传输，并且 当α <η[(1ΒΛπι]表示所述多个芯部中的第η个芯部的在所述预定波长下的传输损耗， %n[m2/W]表示所述第η个芯部的在所述预定波长下的非线性折射率，Α#η[μπι 2]表示所述 第η个芯部的在所述预定波长下的有效面积，DjpsAnm ·km)]表示所述第η个芯部的在所 述预定波长下的色散，nn[/km]是在所述预定波长下从所述多个芯部中的所有其它芯部到 所述第η个芯部的功率耦合系数之和且A_ t表示整个多芯光纤在与所述预定轴线垂直的横 截面上的横截面积时，满足下面的表达式（2):
并且 所述第三条件定义如下： 未以预定波长下不大于ldB/km的传输损耗被引导的空间模的传输损耗不小于0. 9dB/ m，并且 当adBinm[dB/km]表示在所述多个芯部中的第η个芯部中的空间模中以所述预定波 长下不大于ldB/km的传输损耗被引导的第m个空间模的在所述预定波长下的传输损耗， %?[m2/W]表示所述第η个芯部中的所述第m个空间模的在所述预定波长下的非线性折射 率，μ m2]表示所述第η个芯部中的所述第m个空间模的在所述预定波长下的有效面 积，DnJps/^nm · km)]表示所述第η个芯部中的所述第m个空间模的在所述预定波长下的 色散，Hn[/km]是从所述多个芯部中的所有其它芯部到所述第η个芯部的功率耦合系数之 和，并且A_ t表示整个多芯光纤在与所述预定轴线垂直的横截面上的横截面积时，满足下 面的表达式（3):
2. 根据权利要求1所述的多芯光纤，其中所述多个芯部中的至少任一个芯部包括微结 构，所述微结构由多个芯部内内芯以及芯部内内包层构成，所述芯部内内包层一体地覆盖 所述多个芯部内内芯中的每一个芯部内内芯并且具有比所述多个芯部内内芯中的每一个 芯部内内芯的折射率低的折射率，并且 形成所述微结构的所述多个芯部内内芯中的相邻芯部内内芯之间的功率耦合系数不 小于 l〇_2[/km]。
3. 根据权利要求2所述的多芯光纤，其中形成所述微结构的所述多个芯部内内芯中的 相邻芯部内内芯之间的所述功率耦合系数不小于1 [/km]。
4. 根据权利要求2所述的多芯光纤，其中关于所述多个芯部中的至少任一个芯部中的 基模的有效面积，在所述预定波长下的所述有效面积不大于87 μ m2。
5. 根据权利要求1所述的多芯光纤，其中关于所述多个芯部内内芯中的至少任一个中 的基模的有效面积，在所述预定波长下的所述有效面积不大于87 μ m2。
6. 根据权利要求1所述的多芯光纤，包括凹陷层，所述凹陷层具有比所述包层的折射 率低的折射率，所述凹陷层设置在所述多个芯部中的至少任一个芯部与所述包层之间， 其中所述凹陷层由具有比所述包层的折射率低的折射率的实心材料构成，或者由在如 下状态下布置在所述包层中的多个空隙构成：所述空隙围绕所述芯部以使所述凹陷层的在 相对于所述芯部的中心轴线的周向上的平均折射率低于所述包层的折射率。
7. 根据权利要求1所述的多芯光纤，包括： 沟槽层，其具有比所述包层的折射率低的折射率，所述沟槽层设置在所述多个芯部中 的至少任一个芯部与所述包层之间；以及 内包层，其具有比所述芯部的折射率低且比所述沟槽层的折射率高的折射率，所述内 包层设置在所述芯部与所述沟槽层之间， 其中所述沟槽层由具有比所述包层的折射率低的折射率的实心材料构成，或者由在如 下状态下布置在所述包层中的多个空隙构成：所述空隙围绕所述芯部以使所述沟槽层的在 相对于所述芯部的中心轴线的周向上的平均折射率低于所述包层的折射率。
8. 根据权利要求1所述的多芯光纤，其中所述预定波长是在1 μ m至2. 5 μ m的范围内 的波长。
9. 根据权利要求1所述的多芯光纤，其中所述预定波长是在1. 26 μ m至1. 65 μ m的范 围内的波长，所述多个芯部中的每一个芯部由石英玻璃构成，并且各个芯部的在所述预定 波长下的非线性折射率n 2在2Xl(T2°[m2/W]至3Xl(T2°[m 2/W]的范围内。
10. 根据权利要求9所述的多芯光纤，其中每个所述芯部都掺杂有Ge02，并且所述非线 性折射率n2近似为2. 3 X 10_2° [m2/W]。
11. 根据权利要求9所述的多芯光纤，其中每个所述芯部都没有掺杂Ge02，并且所述非 线性折射率n2近似为2. 2 X 10_2° [m2/W]。
12. 根据权利要求9所述的多芯光纤，当表示所述多个芯部中的距所述多芯光纤的 中心最远的芯部的中心与所述多芯光纤的所述中心之间的距离，Λ表示所述多个芯部中的 两个芯部之间的中心间距离的最短距离，Ν。^表示所述多芯光纤中的芯部的数量，有效芯 填充率R padtS下面的表达式（4)定义，并且芯可布置区域比Rrff由下面的表达式（5)定义 时，满足以下第一关系和第二关系中的至少一个关系：
其中 所述第一关系定义如下： 任一个所述芯部中的基模的半径为7. 5mm的在1550nm波长下的弯曲损耗a K7.5[dB/m] 不大于10dB/m，并且 所述有效芯填充率Rpadt和所述芯可布置区域比Reff的乘积Rpadt 与a K7.5[dB/m]之 间的关系满足下面的表达式（6):
所述第二关系定义如下： 所述多个芯部中的至少任一个芯部中的所述基模的半径为5_的弯曲损耗，在所述波 长1550nm下的所述弯曲损耗aK5[dB/m]不大于10dB/m，并且 所述有效芯填充率Rpadt和所述芯可布置区域比Reff的乘积Rpadt · Reff与a K5[dB/m]之 间的关系满足下面的表达式（7):
13. 根据权利要求12所述的多芯光纤，其中所述有效芯填充率Rpadt和所述芯可布置区 域比Reff的乘积R pac;k · Reff不小于大约1/8。
14. 根据权利要求1所述的多芯光纤，其中在各所述芯部中未被有效截止地被引导的 空间模的数量在1530nm至1550nm的波长范围内是恒定的， 所述预定波长是1550nm，并且 在所述预定波长下所述ηη在大约5. 3XKT9/km至大约1. 7Xl(T5/km的范围内。
15. 根据权利要求1所述的多芯光纤，其中在所述芯部的至少任一个所述芯部中未被 有效截止地被引导的空间模的数量在1530nm至1565nm的波长范围内是恒定的， 所述预定波长是1565nm，并且 在所述预定波长下所述ηη在大约1. 5XKT8/km至大约1. 7Xl(T5/km的范围内。
16. 根据权利要求1所述的多芯光纤，其中在所述芯部的至少任一个所述芯部中未被 有效截止地被引导的空间模的数量在1530nm至1625nm的波长范围内是恒定的， 所述预定波长是1625nm，并且 在所述预定波长下所述ηη在大约9. 7XKT8/km至大约1. 7Xl(T5/km的范围内。
17. 根据权利要求1所述的多芯光纤，其中所述包层的外径不小于大约125 μ m且不大 于大约225 μ m，并且 所述涂层的厚度不大于大约42. 5 μ m。
18. -种内部包括如权利要求1所述的多芯光纤的多芯光纤缆线。
19. 一种多芯光纤传输系统，包括如权利要求1所述的多芯光纤作为传输线，并且构造 成通过空间多路复用来传输信号。
20. 根据权利要求19所述的多芯光纤传输系统，其中在多波长传输期间，对于信号光 的各波长优化调制方法，从而实现不同调制方法的信号光的波长多路复用。
21. 根据权利要求19所述的多芯光纤传输系统，包括光学放大中继器，其中所述光学 放大中继器将在所述多芯光纤中或所述多芯光纤缆线中传播而衰减的光放大， 所述多芯光纤中或所述多芯光纤缆线的任一个多芯光纤中的任一个所述芯部的模场 直径与所述光学放大中继器的芯的模场直径之间的差值不大于1 μ m。
22. -种多芯光纤缆线，内部包括多个多芯光纤， 所述多芯光纤缆线包括一体地覆盖多个内部多芯光纤的护套以及沿着所述多芯光纤 缆线的中心轴线延伸的张紧部件， 每个所述多芯光纤都包括：多个芯部，每个芯部都沿预定轴线延伸；包层，其一体地覆 盖每个所述芯部；以及涂层，其设置在所述包层的外周表面上，并且 所述多芯光纤缆线满足第一条件和第三条件中的至少一个条件，其中 所述第一条件定义如下： 每个所述芯部都允许进行预定波长下的单模传输，并且 当在所述多个多芯光纤中的第k个多芯光纤中，adBikn[dB/km]表示具有来自所述多个 芯部中的其它芯部的最大串扰的预定芯部η的在所述预定波长下的传输损耗，n2，kn[m 2/W] 表示所述预定芯部η的在所述预定波长下的非线性折射率，Arff>[ μ m2]表示所述预定芯部 η的在所述预定波长下的有效面积，Dto[ps/(nm ·1?ηι)]表示所述预定芯部η的在所述预定波 长下的色散且nn[/km]是在所述预定波长下从所有其它芯部到所述预定芯部η的功率耦 合系数之和时，并且当A Mble表示整个多芯光纤缆线的与所述中心轴线垂直的横截面积时， 满足下面的表达式（8):
所述第二条件定义如下： 每个所述芯部都允许进行预定波长下的单模传输，并且 当在所述多个多芯光纤中的第k个多芯光纤中，a^^JclB/km]表不所述多个芯部中的 第η个芯部的在所述预定波长下的传输损耗，％kn[m2/W]表示所述第η个芯部的在所述预 定波长下的非线性折射率，A# kn[ μ m2]表示所述第η个芯部的在所述预定波长下的有效面 积，D^^psAnn^km)]表示所述第η个芯部的在所述预定波长下的色散且iT^L/km]是在所 述预定波长下从所述多个芯部中的所有其它芯部到所述第η个芯部的功率耦合系数之和 时，并且当Α Μ&表示整个多芯光纤缆线的与所述中心轴线垂直的横截面积时，满足下面的 表达式（9):
所述第三条件定义如下： "未以预定波长下不大于ldB/km的传输损耗被引导的空间模的传输损耗"不小于 0. 9dB/m，并且 当在所述多个多芯光纤中的第k个多芯光纤中，a 表不在所述多个芯部中 的第η个芯部的空间模中以所述预定波长下不大于ldB/km的传输损耗被引导的第m个空 间模的在所述预定波长下的传输损耗，n2，kmi[m2/W]表示所述第η个芯部中的所述第m个空 间模的在所述预定波长下的非线性折射率，A rftknm[ μ m2]表示所述第η个芯部中的所述第m 个空间模的在所述预定波长下的有效面积，Dknm[ps/(nm · km)]表示所述第η个芯部中的所 述第m个空间模的在所述预定波长下的色散，且iT^L/km]是在所述预定波长下从所述多个 芯部中的所有其它芯部到所述第η个芯部的功率耦合系数之和时，并且当Α Μ&表示整个多 芯光纤缆线的与所述中心轴线垂直的横截面积时，满足下面的表达式（10):
23.根据权利要求22所述的多芯光纤缆线，其中在所述多个多芯光纤中的每一个多芯 光纤中， 所述预定波长是在1.26μπι至1.65 μπι的范围内的任一波长，每个所述芯部由石 英玻璃构成，并且各芯部的在所述预定波长下的非线性折射率至 3X10_2°[m2/W]的范围内。
24. 根据权利要求23所述的多芯光纤缆线，其中在所述多个多芯光纤中的每一个多芯 光纤中， 每个所述芯部都掺杂有Ge02，并且所述非线性折射率n2为大约2. 3X l(T2°[m2/W]。
25. 根据权利要求23所述的多芯光纤缆线，其中在所述多个多芯光纤中的每一个多芯 光纤中， 每个所述芯部都没有掺杂Ge02，并且所述非线性折射率n2为大约2. 2X l(T2°[m2/W]。
26. -种多芯光纤传输系统，包括如权利要求22所述的多芯光纤作为传输线，并且构 造成通过空间多路复用来传输信号。
27. 根据权利要求26所述的多芯光纤传输系统，其中在多波长传输期间，对于信号光 的各波长优化调制方法，从而实现不同调制方法的信号光的波长多路复用。
28. 根据权利要求26所述的多芯光纤传输系统，包括光学放大中继器，其中所述光学 放大中继器将在所述多芯光纤或所述多芯光纤缆线中传播而衰减的光放大， 所述多芯光纤中或所述多芯光纤缆线中的任一个多芯光纤中的任一个所述芯部的模 场直径与所述光学放大中继器的芯的模场直径之间的差值不大于1 μ m。
【文档编号】G02B6/04GK104145198SQ201380011498
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年2月21日 优先权日:2012年2月29日
【发明者】林哲也 申请人:住友电气工业株式会社