专利名称：色散控制光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤，更具体地，涉及一种宽带色散控制光纤。
背景技术：
如同本领域的技术人员很容易理解的那样，光纤由纤芯和包层组成，其中，纤芯的折射率比包层的折射率要高。制造光纤基底材料的公知的方法包括改进化学气相沉积法(MCVD)，气相轴向沉积法(VAD)，外延气相沉积法(OVD)，等离子体化学气相沉积法(PCVD)等类似方法。
为了获得超高速和大容量的通信，色散控制光纤(例如，色散位移光纤(DSF)，非零色散位移光纤(NZDSF)，色散补偿光纤(DSF))已经得到应用，它们在传输容量上要优于现有的单模光纤。这样，对色散控制光纤的需求增加。如果在纤芯和包层之间插入具有低折射率的区域来形成光纤，有可能有效控制光纤的色散特性。这种光纤的一个例子公开在美国专利号No.4715679，申请人Venkata A.Bhagavatula，题目为《低色散、低损耗单模光波导》。
但是，这种类型的色散受控光纤有缺点，由于其在包层中具有严重降低折射率的区域，这种光纤的弯曲损耗高。此外，由于与普通单模光纤相比，因为具有较小的模场半径(MFD)，较小的有效横截面积，发生非线性作用。此外，并不适于宽带通信，而且在长波区域和短波区域，损耗和色散特性都不好。
相比于单模光纤，色散控制光纤具有很小的芯径和高折射率。这样，如果基底材料的尺寸形成大孔，在拉牵时，相对大的应力施加于纤芯部分将会出现问题。即，将改变折射率的分布。这意味着多种光学特性依照拉牵温度具有恒定的值是很困难的。同样的，和普通单模光纤相比，如果具有相对敏感的特性，制造色散控制光纤也是不容易的。
此外，现有的色散控制光纤通过将零色散波长在1530nm附近而适用在大约1530～1565nm的波长范围，其中在1550nm处光纤的色散特性不多于5ps/nm·km且直径范围在8～9μm之间，这样对于超过10Gbps水平的通信是有问题的。
如上所述，现有技术的色散控制光纤具有以下问题a)现有的色散控制光纤、如色散补偿光纤、色散位移光纤、非零色散位移光纤利用位于1530nm相邻的小波长窗口作为零色散区，这样不适用于大容量的传输；b)低色散光纤存在问题是它表现出小色散特性，即在超高速传输中产生非线性作用(四波混频(FWM)，以及交叉相位调制(XPM))；c)普通单模光纤存在问题是在掺铒光纤(EDF)窗口中表现出过大的色散(≥17ps/nm·km)特性，因此产生非线性作用(自相位调制(SPM))；以及d)如果为了控制色散特性，光纤具有高纤芯折射率和小芯径，由于具有小模场直径(1550nm有效横截面积＜50μm2)，非线性作用产生极大影响，将产生问题。此外，还有一个问题，如果色散值太大或者太小，前述的非线性作用将被进一步放大，(XPM，SPM和FWM具有互相转化的关系)，这样，恶化传输特性。
发明内容
因此，本发明用于解决现有技术中上述的问题以及提供一种色散控制光纤，其中，可以得到想要得到的色散特性和色散斜率特性，以及具有低损耗特性。
本发明的另一方面提供一种色散控制光纤，其中可以得到大有效横截面积，以通过大纤芯直径得到大模场直径来减少非线性作用。
本发明的另一方面提供一种色散控制光纤，其通过将零色散波长区域设置在或低于1400nm可以保证可用波长的较宽区域(1400～1625nm)，以及在1550nm处，其色散特性的范围大约为5～13ps/nm·km，因此减少非线性作用。
从而，提供一种光纤，包括中心纤芯，它形成传输光信号的通路，其折射率为N1；以及围绕中心纤芯的包层，其折射率为N0，其中光纤还包括上纤芯，其折射率的分布为从外周的折射率N2(＞N0)开始增加到内周的折射率N1；以及插入上纤芯和包层之间的微低折射率区，其折射率为N3，其中折射率N3小于折射率N0。
本发明上述及其他特性和优势通过以下的描述和附图将更加清晰，其中图1根据本发明的优选实施例，给出了色散控制光纤的折射率结构和分布图；图2给出了图1所示的色散控制光纤的色散特性；图3给出了图1所示的色散控制光纤的损耗特性。
具体实施例方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。为了清晰和简单，已知功能的细节描述及其相关结构将被省略，由于它们可能会使本发明的主题不明确。
图1根据本发明的优选实施例，给出了色散控制光纤的折射率结构和分布图。如图1所示，色散控制光纤100包括中心纤芯110，上纤芯120，微低折射率区130和包层140。
中心纤芯110由硅组成，且其半径为a。在本实施例中，中心纤芯110掺杂了预定数量的锗，用于将其折射率调整为N1。
上纤芯120具有内半径a和外半径b，在内周其折射率为N1，以及在外周其折射率为N2。如图1所示，上纤芯的折射率从外周向内周线性增加。
微低折射率区130由具有内半径b和外半径c的硅材料形成。此外，微低折射率区130掺杂了预定比例的锗、磷和氟，用于将其折射率调整为N3。
包层140由具有内半径a和外半径b的硅形成，其折射率为N0，比N3高，比N2低。
根据上述结构，在低于1400nm的波长区域，色散控制光纤100中存在零色散特性t，且色散控制光纤100具有预定范围的色散值(0.1～4ps/nm·km@1400nm，5～13ps/nm ·km@1550nm，和8～16ps/nm ·km@1625nm)以及大的模场直径(MFD)或有效横截面积(8.5～10.0μm@1550nm)，因此减少了非线性作用。为了这个目的，色散控制光纤遵照以下关系0.06≤a/b≤0.8，0.02≤a/c≤0.9，1.2≤N1/N2≤ 2.67和-8≤N1/N3≤1.6。在这种情况下，用632.8nm的氦-氖激光器测量的参考的玻璃折射率为1.45709。
图2给出了图1所示的色散控制光纤100的色散特性图，以及图3给出了图1所示的色散控制光纤100的损耗特性图。图2和图3中，a/b＝0.206，a/c＝0.0781，N1＝0.4781％，N2＝0.273％，N3＝-0.0683％，其中，1400～1625的色散值为2～16ps/nm·km，1550nm的模场直径为9.5μm。在这种情况下，用632.8nm的氦-氖激光器测量的参考的玻璃折射率为1.45709，其中，N1、N2、N3为这个值的百分比，以及a＝0.5，b＝2.43，和c＝6.4。
上纤芯120，具有预定的折射率斜率，与微低折射率区130一同，使其具有大的模场直径并能调谐成需要的色散值和色散斜率特性。由于微低折射率区130具有与包层140有微小差别的折射率，将引起微小的弯曲，与现有技术相比很小，因此减少了弯曲损耗。
在光学特性里，如果色散很高，光纤的传输长度将被限制，并且由于非线性作用引起的相移，自相位调制将恶化传输特性。此外，在零色散附近波长的色散值以及小色散值特性容易引起相位匹配，因此，在典型应用于扩充传输容量的多信道传输情况中，四波混频将恶化传输特性。因此，需要有适当的色散值，以允许超高速宽带传输，以及具有大的模场直径，以减少非线性作用。
这样，根据本发明的色散控制光纤，通过调谐微低折射率区和上纤芯，可以得到适合于超高速宽带传输的色散值和色散斜率。
此外，根据本发明的色散控制光纤，其损耗不超过0.25dB/km，截止波长不超过1400nm，以及在波长1550nm，色散斜率不超过0.08ps/nm2·km，在波长1400nm，其色散值不超过0.1ps/nm·km，在波长1625nm，其色散值不超过16ps/nm·km，以及在波长1550nm，其模场直径不小于8.2μm，因此，此色散控制光纤具有适合于使用1400～1625nm波带进行波分复用传输的光学特性。更好的，在波长1550nm，模场直径在8.5～10μm之间，在波长1625nm，模场直径在9.3～12μm之间，以及在波长1310nm，模场直径在7.7～8.5μm之间。
总之，如上所述，色散控制光纤具有以下优点a)具有大的有效横截面积，因此可以减少非线性作用；b)通过调谐微低折射率区与上纤芯，很容易提供适合于超高速和宽带传输的色散值和色散斜率；以及c)由于在微低折射率区与上纤芯之间折射率的微细差别，可以减少弯曲损耗。
尽管本发明已经通过参照优选实施例进行阐述，在不偏离附属权利要求定义的本发明的精神和范围的前提下，对本发明中那些技术的形式和细节的多种变化是可以理解的。
权利要求
1.一种色散控制光纤，包括具有折射率N1、用于形成传输光信号通路的中心纤芯；具有折射率N0、用于环绕所述中心纤芯的包层；上纤芯，环绕所述中心纤芯且具有从外周的折射率N2增加到内周的折射率N1的折射率分布；微低折射率区，折射率为N3，位于所述上纤芯与包层之间，其折射率N3低于折射率N0。
2.按照权利要求1所述的色散控制光纤，其特征在于所述上纤芯的内周与所述中心纤芯的外周相一致。
3.按照权利要求1所述的色散控制光纤，其特征在于所述上纤芯的内周距所述中心纤芯的中心预定的距离。
4.按照权利要求1所述的色散控制光纤，其特征在于所述上纤芯的折射率从N2线性增长到N1。
5.按照权利要求2所述的色散控制光纤，其特征在于所述上纤芯的内半径a和外半径b，以及所述包层的内半径c满足关系式0.06≤a/b≤0.8，0.02≤a/c≤0.9。
6.按照权利要求5所述的色散控制光纤，其特征在于所述上纤芯的内半径a和外半径b，以及所述包层的内半径c满足关系式1.2≤N1/N2≤2.67，-8≤N1/N3≤1.6。
7.按照权利要求6所述的色散控制光纤，光纤具有不超过0.25dB/km的损耗，不超过1400nm的截止波长，以及在波长1550nm，具有不超过0.08ps/nm2·km的色散斜率。
8.按照权利要求6所述的色散控制光纤，光纤在波长1400nm，具有不低于0.1ps/nm·km的色散值，以及在波长1625nm，具有不超过16ps/nm·km的色散值。
9.按照权利要求6所述的色散控制光纤，其特征在于光纤在波长1550nm，具有不小于8.2μm的模场直径。
10.按照权利要求6所述的色散控制光纤，其特征在于光纤包括适合于使用1400～1625nm波带进行波分复用传输的光学特性。
11.一种色散控制光纤，包括不超过0.25B/km的损耗，不超过1400nm的截止波长，以及在波长1550nm，不超过0.08ps/nm2·km的色散斜率；在波长1400nm，不低于0.1ps/nm·km的色散值；在波长1625nm，不超过16ps/nm·km的色散值；在波长1550nm，不小于8.2μm的模场直径，以致于该光纤具有适合于使用1400～1625nm波带进行波分复用传输的光学特性。
12.按照权利要求11所述的色散控制光纤，其特征在于在波长1440nm，色散值在0.1和4ps/nm·km之间，光纤在波长1550nm，具有在5和13ps/nm·km之间的色散值，以及在波长1625nm，具有在8和16ps/nm·km之间的色散值。
13.按照权利要求11所述的色散控制光纤，其特征在于在波长1550nm，模场直径在8.5～10μm之间，在波长1625nm，模场直径在9.3～12μm之间，以及在波长1310nm，模场直径在7.7～8.5μm之间。
全文摘要
公开了一种光纤，包括中心纤芯，形成传输光信号的通路，具有折射率N
文档编号H04B10/12GK1448743SQ0310770
公开日2003年10月15日 申请日期2003年4月2日 优先权日2002年4月3日
发明者张允根, 都文显, 崔成旭, 韩周创, 曹正植, 杨镇成 申请人:三星电子株式会社