专利名称：一种有一个中央波谷的色散位移单模光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有一个中央波谷的色散位移单模光纤。
称之为“色散位移光纤”(DSF)的诸单模光纤是这样一种光纤，在它们被使用的传输波长上(一般地，该波长不同于石英的色散基本上为零的波长1.3μm)，被传输的波的色散基本上为零，即通过增加光纤的纤芯与包层之间的折射率差△n，对石英的非零色散进行补偿(所以，我们用了“位移(shifted)”这个术语)。这个折射率差使位移波长从而使对于该波长色散为零成为可能。这个折射率差可以通过当在制造光纤时用，例如，一种本质上已知的并在本文中不再进行详细描述的经过修改的化学气相沉积(MCVD)方法，往光纤中加入诸掺杂剂来得到。光纤的包层与纤芯之间的折射率差的一个典型值为24×10-3。通过用锗作为掺杂剂能使石英中的折射率增加。对于熟练的技术人员来说诸术语“包层”与“纤芯”都是已知的；常规地，“包层”是扩展到一个直径125μm的部分。纤芯对应于光能量的大约70％在其中传播的那个部分。
在诸当前的应用中，我们常常考虑一个在1.55μm附近的传输波长，对于该波长我们能得到光传输的最小衰减，即约0.2db/km的衰减。
这类单模光纤还必须优先地有与诸光缆制造商和诸系统设计师两者的诸要求相应的诸特征首先，对于诸光缆制造商来说，它们必须有优良的“光缆性”(即将它们包含在一条光缆中的适合性)，这涉及光纤的缠绕能力，这需要有一个小的模式直径；其次，对于诸系统设计师来说，它们必须有低的衰减，这涉及诸尽可能大的模式直径，诸大的有效面积和对于零色散波长λ0的诸适当的值。当将诸这类光纤用于诸波分多路复用(WDM)传输系统时，诸约束甚至将更加严格。
对于诸这类色散位移单模光纤已经提出许多折射率分布。一般地将折射率分布描述为一个曲线形状的函数，该曲线将折射率表示为光纤半径的函数。于是，对应于将折射率的变化表示为半径的函数，这些函数分别是阶跃的，梯形的或三角形的诸曲线来说，我们将折射率分布说成是“阶跃的”，“梯形的”或“三角形的”。诸这类曲线一般地代表光纤的理想的或用作标准的分布，在制造光纤时涉及的诸约束常常引出一个非常不同的分布。法国专利FR-A-2724 234描述了一种色散位移单模光纤，该光纤有一个为梯形的，或在极限情况下为三角形或矩形的折射率分布，并有一个围绕梯形的环。
图1将在那篇文献中提出的作为标准的分布形状表示为一条细线，而将在一条实际制造的光纤上测得的分布表示为一条粗线。按常规，图1中的x轴给出到光纤中心的距离r，而y轴给出由它的相对于光纤包层的折射率的百分比差定义的折射率。特别是，在图1中我们能观察到在光纤中心附近，对于诸接近于零的r值，在折射率的实际分布中有一个中央孔；常规地这个中央孔是当制造预型件的过程中由于诸掺杂剂的蒸发产生的。当掺杂剂是一种使折射率增加的掺杂剂时，诸掺杂剂的蒸发在光纤中心附近产生一个折射率，该折射率稍大于制造光纤的石英的折射率。
在“一条同轴光纤线的诸传输特性”的论文中(Journal ofLightwave Technology，vol.11，No.11，1993年11月)S.F.Mahmoud和A.M.Kharbat描述了一类有一个“中央波谷”的标准分布，该分布也称为一个“同轴分布”，如图2所示。如图2所示，对于一个小于一个值b的模半径，光纤有一个值n2的恒定的折射率的中心部分，折射率n2小于包层的折射率n3；对于位在范围b到c中的模的诸半径，在中心部分周围，光纤有一个环形部分，该环形部分的折射率n1大于中心部分的折射率n2和包层的折射率n3。在这样一条光纤中，在零色散波长中的位移主要是由于在环与包层之间的诸折射率的差n1-n3和在环与光纤的中心部分之间的诸折射率的差n1-n2引起的。
从为了使色散为零在波长中进行位移的观点来看，同轴分布的那种类型是令人满意的。然而，它在光纤的纤芯中引起诸高的掺杂剂浓度例如在同轴分布光纤的环形部分中如锗那样使折射率增加的掺杂剂的诸浓度，或者例如在同一光纤的中心部分中如氟那样使折射率减小的掺杂剂的诸浓度。诸这类高浓度因为有使光纤的衰减增加的缺点是不利的。我们也能改善光纤对光纤光缆化的敏感性，这种敏感性，例如，可由将光纤缠绕在一个给定直径的线轴上引起的诸损耗测量出来。
文件WO 97/33188也披露了一种有一个给定折射率(n3)的包层，一个有一个小于包层折射率的折射率(n2)的中心部分的光纤纤芯和一个大于包层折射率的折射率(n1)的外面部分，光纤的折射率分布是这样的，它使纤芯的中心部分和外面部分通过一个倾斜的侧面相互连接起来。此外，中心部分有一个U形的分布，即它有一个比包层折射率低得多的折射率的平坦部分。
这个平坦部分使制造这样一条光纤所需的时间与制造一条常规的光纤相比增加了，也提出了制造效率的诸问题。此外，由于诸掺杂剂的蒸发，它增加了如参照图1所描述的“中央孔”效应。
本发明提出一种色散位移单模光纤，该光纤从为了使色散为零在波长中进行位移的观点来看，使保持诸已知的同轴分布光纤的诸特性成为可能，而且这也减少了为制造这样一种光纤所需的时间，并且这在降低在光纤中心中诸掺杂剂的蒸发引起的诸效应的同时改善了制造效率。它使得到有比诸相应的已有技术制造的光纤的衰减小的衰减和/或对光缆化的敏感性较低的诸光纤成为可能。
更精确地说，本发明涉及一种有一个给定折射率(n3)的包层，一个有一个小于包层折射率的折射率(n2)的中心部分的光纤纤芯和一个大于包层折射率的折射率(n1)的外面部分的色散位移单模光纤，所述的光纤的折射率分布是这样的，它使纤芯的中心部分和外面部分通过一个倾斜的侧面相互连接起来，所述的光纤的特征在于折射率(n2)的中心部分的折射率分布是V形的。
通过本发明，使在中心部分中的掺杂剂的数量进一步降低，这导致本发明的光纤的衰减与用已有技术制造的诸光纤相比进一步减小，并通过能较快地制造该类光纤及增加它的效率使光纤的制造变得容易了。比包层的折射率低得多的折射率部分的体积越小，则该光纤的制造就越容易。此外，如下面所解释的那样，我们要对在光纤的中心处的诸掺杂剂的蒸发引起的诸后果进行限制。
在一个实施例中，在倾斜的侧面上的折射率是一个与rα成正比的函数，其中r是半径，而指数α是一个小于10的实数。
该指数位于0.80到1.20的范围内是有利的。
在一个实施例中，折射率(n1)的外面部分的分布进一步有一个基本上垂直的侧面。于是，在外面部分中的诸掺杂剂的数量进一步降低，这导致在最终制成的光纤的衰减中有一个进一步的减小。
在另一个实施例中，折射率(n1)的外面部分的折射率分布有两个倾斜的侧面。
该光纤可以进一步有一个大于包层折射率的折射率(n4)的第二部分，该部分位于所述的外面部分的周围，并通过一个有较低的折射率(n5)的环形部分与外面部分分开。
在该情形中，所述的第二部分有至少有一个倾斜的侧面的折射率分布。
本发明的诸其它的特性和优点将通过给出的例子并参照所附的诸图，阅读下列的对本发明的各种不同的实施例的描述时显示出来，其中图1表示一条已知光纤的梯形和环形的折射率分布；图2表示另一条已知光纤的同轴形的折射率分布；图3图解地表示在本发明的一个第一个实施例中一条单模光纤的折射率分布；图4图解地表示在本发明的一个第二个实施例中一条单模光纤的折射率分布；图5图解地表示在本发明的一个第三个实施例中一条单模光纤的折射率分布；和图6图解地表示在本发明的一个第四个实施例中一条单模光纤的折射率分布。
在整个下面的描述中，我们对如图1中的一条细线所示的诸理想的或用作标准的分布进行考察。
图3和4表示对于一个有一个折射率低于包层的折射率的中心部分和一个折射率高于包层的折射率的环形部分的同轴分布，本发明的各种不同的实施例的诸标准的折射率分布。图5和6表示另一种折射率分布，这是一个有一个折射率低于包层折射率的中心部分和两个折射率高于包层折射率的环形部分的分布，并且这两个环形部分有一个在它们之间的折射率较低的部分。
图3图解地表示在本发明的一个第一个实施例中另一种单模光纤的折射率分布。在图3所示的实施例中，光纤有一个在其中心部分由诸倾斜侧面形成一个波谷形状的折射率分布；换句话说，围绕波谷形的中心部分的环形部分基本上是三角形的，它的面向光纤外边的侧面基本上是垂直的，而它的另一个侧面向光纤的纤芯倾斜。光纤的中心部分，该部分有一个折射率n2，不在任何距离上扩展；换句话说，用图2的诸参照符号，b等于零。在该情形中α＝1。于是这种分布满足一个下列形式的折射率关系△(r)＝n2+(n1-n2)r/c对于0≤r≤c△(r)＝n3对于r≥c在本发明中，光纤的中心部分有一个V形的折射率分布而不是如在已有技术中的一个U形的折射率分布。换句话说，折射率分布没有一个中心平坦的部分，或者用面积来说，折射率为n2的光纤截面的面积基本上为零。这使我们能够获得改善了的分布形状的控制如上面参照图1作出的解释那样，掺杂剂的蒸发能够扰乱在光纤中心处的折射率的实际分布。作为一个存在一个V形标准分布的结果，实际的光纤有一个较缓和的接近一个U形的分布。因此可以避免在光纤中心附近，折射率中出现如图1所示的那种类型的诸大的变化。避免了在光纤的中心出现寄生的波导。
在图3所示的实施例中，光纤的中心部分有一个折射率n2＝-8×10-3；对于半径从0到c＝4μm，折射率线性地增加以便达到n1的一个15×10-3的值；对于超过半径c的诸半径，折射率是石英的折射率n3。
对于这些值，并在1550nm，我们得到0.177db/km的衰减R，这是一个对缠绕的敏感性C约为10-9db/km时的值。R是分布的理想的衰减，而C是对缠绕的敏感性，它们是对一个半径约为30mm的光纤绕组计算出来的。
用比较的方法，我们对图2所示的那种类型的一条光纤进行考察，该光纤如由S.F.Mahmoud在公布的文献中描述的那样，但是有诸折射率值n1＝+10×10-3，n2＝-5×10-3，n3是石英的折射率，一个半径b等于3.5μm的中心部分，和一个外边半径c等于5μm的环形部分，对于这样一条光纤得到的衰减和对光缆化的敏感性的诸值如下在1550nm的衰减R为0.0160db/km和对光缆化的敏感性C约为10db/km。
关于由S.F.Mahmoud在公布的文献中描述的构成已有技术的同一类型的光纤，但是对于诸折射率值n1＝+12×10-3，n2＝-5×10-3和一个半径c＝4μm的情形，我们得到下列的诸值在1550nm，R＝0.172db/km和C＝10-2db/km。
于是我们能够观察到如图3所示的本发明的一条光纤有与由S.F.Mahmoud在公布的文献中给出的诸衰减值相同数量级的衰减和一个好得多的对缠绕的敏感性系数(在本发明中为10-9db/km；在已有的技术中为10db/km或10-2db/km)。
图4图解地表示在本发明的一个第二个实施例中一条单模光纤的折射率分布。和图3的光纤相似，图4的光纤在光纤的中心附近，在一个零或小的区域中，b＝0，有一个比石英折射率低的折射率n2。对于一个半径c＝3μm，折射率线性地增加以便达到一个比石英折射率高的值n1；然后对于一个5μm的半径d，折射率线性地减小到值n3。换句话说，在中心波谷周围的环是三角形的，有两个倾斜的侧面。
对于一条有一个如图4所示的那种类型的折射率分布的光纤，我们得到下列的诸值在1550nm，衰减R为0.171db/km，对缠绕的敏感性约为10-9db/km。
在诸实施例中通过例子给出的诸光纤也有有效面积Aeff和零色散波长λ0的诸值，它们与常规使用的诸值是相当的。于是，在图3的例子中，当一个λ0波长位在近似地从1430nm到1450nm的波段内时，我们得到一个95μm2的有效面积Aeff。
图6表示本发明的一个实施例，在该实施例中分布有一个折射率低于包层折射率的中心部分和两个折射率n1和n4高于包层折射率的环形部分，这两个环形部分被有一个有较低折射率n5的环形部分分开。在EP-A-0 753 771中用诸折射率阶梯对这样一种有一个中心波谷和两个环的分布进行了描述。
用一个倾斜的侧面代替诸折射率阶梯中的至少一个。在图5的例子中，两个环有与图4中相同的结构。在图6的例子中，较外面的环是一个常规的阶跃的折射率环，而紧接着波谷形中心部分的环有如图3所示的形状。
我们再一次提供了上述的诸优点。
自然地，本发明不限于已描述和表示出的诸实施例，而且对于熟练的技术人员来说可以实现很多的变化。于是我们可以对不同于在1550nm附近的常规波段的诸信号的诸波段和不同于通过例子给出的那些掺杂剂的诸掺杂剂进行考察。我们也可以对不同于在图5和6中表示的诸组合的在图3和4中的诸实施例进行考察。
在诸优先的实施例中，光纤有一个折射率分布，该分布在诸倾斜的侧面上是与rα成正比的，其中r是半径，而指数α是一个实数。该数接近1，典型地位在0.80到1.20的范围内是有利的。它也可以取诸较大的值，大约为2的诸值仍然是令人满意的。优先地α保持在小于10的值。
对于折射率分布来说也有可能是一个半径r的多项式，优先地取一个低于10阶的多项式。对于折射率来说也有可能是一个rαi型的诸函数之和，其中诸αi的值小于10。
本发明使减少在光纤中的掺杂剂含量，特别是减少引起折射率上升的诸锗的浓度成为可能。于是我们可以在保持一个高的折射率阶梯和为使色散为零而进行波长位移的诸优良特性的同时改善衰减。
权利要求
1.一种有一个给定折射率(n3)的包层，一个有低于包层折射率的折射率(n2)的中心部分的光纤纤芯和一个高于包层折射率的折射率(n1)的外面部分的色散位移单模光纤，所述的光纤的折射率分布是这样的，它使纤芯的中心部分和外面部分通过一个倾斜的侧面相互连接起来，所述的光纤的特征在于折射率(n2)的中心部分的折射率分布是V形的。
2.一种根据权利要求1的光纤，它的特征在于在倾斜侧面上的折射率是一个与rα成正比的函数，其中r是半径，而指数α是一个小于10的实数。
3.一种根据权利要求2的光纤，它的特征在于该指数位于0.80到1.20的范围内。
4.一种根据权利要求1到3中任何一项的光纤，它的特征在于折射率(n1)的外面部分的分布有两个倾斜的侧面。
5.一种根据权利要求1到3中任何一项的光纤，它的特征在于折射率(n1)的外面部分的分布有一个倾斜的侧面和一个基本上垂直的侧面。
6.一种根据权利要求1到5中任何一项的光纤，它的特征在于它进一步有一个高于包层折射率的折射率(n4)的第二部分，该部分位于所述的外面部分的周围，并由一个有较低折射率(n5)的环形部分与外面部分分开。
7.一种根据权利要求6的光纤，它的特征在于所述的第二部分有一个至少有一个倾斜侧面的折射率分布。
全文摘要
本发明涉及一种有一个给定折射率(n
文档编号G02B6/02GK1277678SQ9980159
公开日2000年12月20日 申请日期1999年8月12日 优先权日1998年8月13日
发明者玛瑞安尼·佩罗特, 琼－克劳德·鲁索 申请人:阿尔卡塔尔公司