光纤的制作方法

本发明涉及光纤。

背景技术：

在光通信系统中，光纤传输路径用作传输信号光的光传输路径。在信号光传输(即，尤其是数字相干传输)中，期望提高OSNR(光信噪比)。为了实现这点，需要减小光纤的衰减和非线性。为了减小光纤的非线性，有效的是增大光纤的有效面积。例如，已知一种具有增大至110μm²以上的有效面积的光纤。

然而，在具有增大的有效面积的光纤中，对芯部中的传播光(基模光)的限制变弱，并且微弯损耗趋于增大，最终使OSNR变小。微弯损耗是如下现象：由于从一侧对光纤施加压力而发生随机微弯，使得因在传播通过芯部的基模与包层模耦合时造成的光泄漏而使传输损耗增大。

Pierre Sillard等人的“Micro-Bend Losses of Trench-Assisted Single-Mode Fibers(沟槽辅助型单模光纤的微弯损耗)”ECOC2010 We.8.F.3(非专利文献1)描述了微弯损耗。根据非专利文献1，在具有阶梯型折射率分布的单模光纤中，微弯损耗相对于波长呈指数增大。在具有沟槽型折射率分布的光纤中，随机微弯使基模与高次模耦合(这是泄漏模)，使得微弯损耗相对于波长是相对均一的。沟槽型折射率分布的光纤自中心起依次具有芯部、第一包层、第二包层和第三包层。芯部的折射率大于第一包层和第三包层的折射率，并且第二包层的折射率小于第一包层和第三包层的折射率。

W型折射率分布被认为是有效面积可以增大的光纤的折射率分布。W型折射率分布的光纤具有：芯部；内包层，其包围芯部，并具有比芯部的折射率小的折射率；以及外包层，其包围内包层，并具有比芯部的折射率小但比内包层的折射率大的折射率。非专利文献1中没有描述具有W型折射率分布的光纤的微弯损耗的波长相关性(谱)。

技术实现要素：

技术问题

本发明的目的在于提供一种用作光传输路径的光纤，使得可以以优异的OSNR进行光通信。

解决问题的技术方案

根据本发明的光纤包括：芯部；内包层，其包围芯部，并具有比芯部的折射率小的折射率；以及外包层，其包围内包层，并具有比芯部的折射率小但比内包层的折射率大的折射率。对波长在1400nm至1700nm的范围内时由微弯造成的损耗增大的谱进行近似处理的二次函数在波长处于1520nm至1630nm的范围内时具有最小值。作为选择，根据本发明的光纤具有基模与包层模之间的耦合系数C_01-CL、基模与高次模之间的耦合系数C_01-11、高次模与包层模之间的耦合系数C_11-CL，并且C_total(其定义为C_total＝C_01-CL+C_01-11C_11-CL)在波长处于1520nm至1630nm的范围内时具有最小值。在该描述中，由微弯造成的损耗增大指的是：在以80g的张力将光纤卷绕在直径为400mm且表面包覆有如下线材网格的绕线筒上时发生的损耗增大，该线材网格是通过以100μm的间距编织直径为50μm的线材而得到的。

根据本发明的光纤可以具有基于ITU-T G.650.1定义且在1350nm以上至1475nm以下的范围内的光缆截止波长。根据本发明的光纤可以在波长为1550nm时具有在110μm²以上至175μm²以下的范围内的有效面积。此外，波长为1550nm时的有效面积可以在110μm²以上至165μm²以下的范围内或可以在130μm²以上至165μm²以下的范围内。芯部可以具有在11.5μm以上至16.0μm以下的范围内的直径，芯部相对于内包层的相对折射率差可以在0.25％以上至0.45％以下的范围内，内包层的外径与芯部直径的比率在2.5以上至5.0以下的范围内，并且外包层相对于内包层的相对折射率差在0.01％以上至0.20％以下的范围内。

光纤可以包括：环状的芯部外周部；以及凹陷部分，其位于芯部中心，并具有比芯部外周部的折射率小的折射率。在该情况下，芯部外径与凹陷部分的直径的比率可以在2.0以上至4.0以下的范围内，并且凹陷部分相对于芯部的相对折射率差可以在0.02％以上至0.20％以下的范围内。

根据本发明的光纤传输路径具有根据本发明的光纤。根据本发明的光纤传输波长在1520nm至1630nm范围内的信号光。

本发明的有益效果

通过使用根据本发明的光纤作为光传输路径，可以以优异的OSNR进行光通信。

附图说明

图1示意地示出了根据本发明实施例的光纤的折射率分布。

图2是示出了耦合系数C_01-CL、C_01-11、C_11-CL和C_total中的每一者的波长相关性的实例的曲线图。

图3是示出了相对于光纤的微弯损耗的波长相关性的实例的曲线图。

图4是示出了波长λ_min与光缆截止波长λ_cc之间的关系的曲线图。

图5是示出了根据实例1至22的光纤的规格和特性的表格。

图6示意地示出了根据实施例的变型例的光纤的折射率分布。

图7是示出了根据实例23至44的光纤的规格和特性的表格。

图8示意性地示出了使用根据本发明的光纤作为光传输路径的光通信系统。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本发明的实施例进行详细描述。本发明不限于下述实例，并意图包括由权利要求的范围表示以及具有与权利要求的范围等同且在该范围内的含义的所有变型。

图1示意地示出了根据本发明实施例的光纤的折射率分布。根据该实施例的光纤具有：芯部；内包层，其包围芯部；以及外包层，其包围内包层。内包层的折射率小于芯部的折射率。外包层的折射率小于芯部的折射率但大于内包层的折射率。芯部直径用2a表示，并且内包层的外径用2b表示。以内包层的折射率为基准，芯部的相对折射率差用Δ1＝((芯部的折射率)-(内包层的折射率))/(内包层的折射率)表示，而外包层的相对折射率差用Δ2＝((外包层的折射率)-(内包层的折射率))/(内包层的折射率)表示。

在该光纤中，基模(LP01模)有时与高次模(尤其是LP11模)耦合，并有时与包层模耦合。此外，在基模与高次模耦合之后，该高次模有时进一步与包层模耦合。因为基模与除了LP11模之外的高次模的耦合足够小，所以可以仅考虑LP11模作为高次模。

由于光纤的随机微弯造成的各模之间的光耦合，而造成了光纤的微弯损耗。某个第一模与另一个第二模之间的耦合系数C_1-2用表达式(1)表示。

在该情况下，第一模和第二模中的每一者为基模(LP01模)、高次模(LP11模)和包层模中的任一者。在该表达式中，λ表示波长，β₁表示第一模的传播常数，Ψ₁表示第一模的功率分布，β₂表示第二模的传播常数，Ψ₂表示第二模的功率分布，r是表示自光纤的中心轴线起在径向上的距离的变量，θ是表示围绕光纤的中心轴线的位置的变量，并且K和p表示拟合参数。例如，K＝2.8，并且p＝2.8。

基模(LP01模)与包层模之间的耦合系数用C_01-CL表示，基模(LP01模)与高次模(LP11模)之间的耦合系数用C_01-11表示，并且高次模(LP11模)与包层模之间的耦合系数用C_11-CL表示。耦合系数C_01-CL、C_01-11和C_11-CL用表达式(1)表示，并为波长函数。由于光纤的随机微弯，传播通过光纤的基模有时因直接变为包层模而泄漏，并且也因经由高次模而变为包层模而泄漏。因此，考虑到基模直接或间接与包层模耦合的情况，基模与包层模之间的耦合系数C_total被定义为表达式(2)。

C_total＝C_01-CL+C_01-11C_11-CL (2)

图2是示出了耦合系数C_01-CL、C_01-11、C_11-CL和C_total中的每一者的波长相关性的实例的曲线图。在图2中，1000nm与1700nm之间的波长范围被划分成四个波长区域(I)至(IV)。

在波长区域(I)中(即，在图2中的约1170nm以下的区域中)，耦合系数C_01-CL足够小而可以被忽略，并且耦合系数C_11-CL也较小。因此，微弯损耗极小。在波长区域(II)中(即，在图2中的约1170nm以上至1300nm以下的区域中)，耦合效率C_11-CL快速变大，使得微弯损耗快速增大。在波长区域(III)中(即，在图2中的约1300nm以上至1550nm以下的区域中)，高次模的有效折射率变为小于外包层的折射率，并且高次模完全变为包层模并导致泄漏。然而，因为耦合系数C_01-11变小，所以微弯损耗也减小。在波长区域(IV)中(即，在图2中的约1550nm以上的区域中)，耦合效率C_01-CL变大，使得微弯损耗增大。因此，耦合系数C_total在波长区域(III)与波长区域(IV)之间的分界处具有最小值。

图3是示出了相对于光纤的微弯损耗的波长相关性的实例的曲线图。微弯损耗的波长相关性具有与图2所示的耦合系数C_total的波长相关性类似的趋势。在耦合系数C_total变为最小的波长处，微弯损耗变为最小。微弯损耗变为最小的波长用λ_min表示。在图3所示的微弯损耗的波长相关性中，如下波长用λ_min.fit表示：在该波长处，对波长在1400nm至1700nm范围内时由微弯造成的损耗增大的谱进行近似处理的二次函数具有最小值。λ_min(＝1560nm)与λ_min.fit(＝1540nm)之差小至20nm，并且λ_min和λ_min.fit可以被认为是大致彼此相等。

以如下方式测量微弯损耗。制备直径为400mm且表面包覆有如下线材网格的绕线筒，该线材网格是通过以100μm的间距编织直径为50μm的线材而得到的。当以80g的张力将光纤卷绕在该绕线筒上时，测量微弯损耗被作为损耗增大量。根据该测量方法测量出的微弯损耗期望为1.0dB/km以下。

因此，微弯损耗的波长相关性依赖于基模、高次模和包层模之间的耦合。因为高次模的泄漏损耗增大且高次模不能再被传播的波长是光缆截止波长，所以波长λ_min.fit和λ_min可以被设定在通过适当设计光缆截止波长而得到的实际使用波段中，使得可以降低微弯损耗。具体而言，根据该实施例的光纤具有如下结构：微弯损耗在实际使用波段中变为最小值。实际使用波段是通常在光通信中使用的波段，并例如为C波段(1530nm至1565nm)或L波段(1565nm至1625nm)。

图4是示出了波长λ_min与光缆截止波长λ_cc之间的关系的曲线图。为了将波长λ_min设定在实际使用波段中，优选的是，光缆截止波长λ_cc在1350nm至1475nm的范围内。

图5是示出了根据实例1至22的光纤的规格和特性的表格。根据实例1至22中的每一个实例的光纤具有图1所示的折射率分布。在该表格中，依次列出：芯部相对于内包层的相对折射率差Δ1、外包层相对于内包层的相对折射率差Δ2、芯部直径2a、内包层的外径与芯部直径的比率b/a、波长为1550nm时的有效面积Aeff、光缆截止波长λ_cc、微弯损耗变为最小值时的波长λ_min.fit和λ_min、波长为1550nm时的微弯损耗以及在弯曲半径R被设定为10mm的情况下波长为1550nm时的弯曲损耗。当R＝10mm时，弯曲损耗优选地为20dB/m以下。由数值计算出的λ_min与由测量所确定的λ_min.fit之差为±20nm以下，并且大致上彼此相等。因此，从实践观点来看，λ_min.fit可以在该使用波段内。

波长为1550nm时的有效面积Aeff优选地在110μm²以上至175μm²以下的范围内，更优选地在110μm²以上至165μm²以下的范围内，并且甚至更优选地在130μm²以上至165μm²以下的范围内。此外，芯部直径2a优选地在11.5μm以上至16.0μm以下的范围内，芯部的相对折射率差Δ1优选地在0.25％以上至0.45％以下的范围内，内包层的外径与芯部直径的比率b/a优选地在2.5以上至5.0以下的范围内，并且外包层的相对折射率差Δ2优选地在0.01％以上至0.02％以下的范围内。

图6示出了根据变型例的光纤的折射率分布。与图1所示的折射率分布相比，图6所示的光纤的不同之处在于：其具有位于芯部中心的凹陷部分。凹陷部分的折射率小于环状的芯部外周部的折射率。凹陷部分的直径用2d表示，并且相对于芯部外周部的折射率，凹陷部分的相对折射率差用Δ1’表示。即使在具有这种折射率分布的该光纤中，微弯损耗也可以在波长在1520nm至1630nm的范围内时具有最小值。此外，在具有这种折射率分布的光纤中，可以在增大有效面积Aeff的同时使模场直径MFD相对地减小，从而减少了与另一根光纤(例如，遵循ITU-T G.652的光纤)的连接损耗。

图7是示出了根据实例23至44的光纤的规格和特性的表格。根据实例23至44中的每一个实例的光纤具有图6所示的折射率分布。在该表格中，依次列出：芯部外周部相对于内包层的相对折射率差Δ1、外包层相对于内包层的相对折射率差Δ2、凹陷部分相对于芯部外周部的相对折射率差Δ1’、芯部直径2a、内包层的外径与芯部外径的比率b/a、芯部外径与凹陷部分的直径的比率a/d、波长为1550nm时的有效面积Aeff、光缆截止波长λ_cc、微弯损耗变为最小值时的波长λ_min.fit和λ_min、波长为1550nm时的微弯损耗以及在弯曲半径R被设定为10mm的情况下波长为1550nm时的弯曲损耗。芯部外径与凹陷部分的直径的比率a/d优选地在2.0以上至4.0以下的范围内，并且凹陷部分的相对折射率差Δ1’优选地在0.02％以上至0.20％以下的范围内。

图8示意性地示出了使用根据本发明的光纤作为光传输路径的光通信系统1。光通信系统1将信号光从发射器10经由中继器20传输至接收器30。根据本发明的光纤40被设置作为在发射器10与第一阶段处的中继器20之间、在一个中继器20与随后阶段处的中继器20之间以及在最后阶段处的中继器20与接收器30之间传输信号光的光传输路径。

用作光传输路径的根据本发明的光纤具有图1或图6所示的折射率分布，其中，微弯损耗在波长在1520nm至1630nm的范围内时具有最小值，并且实际使用波段中的微弯损耗被减少。在具有用于减小非线性的增大Aeff的光纤中，微弯损耗趋于增大。因此，根据本发明的光纤的传输特性是有效的，并且光通信系统1可以以优异的OSNR进行光通信。

工业实用性

本发明在进行数字相干传输的光传输系统中是有效的。