專利名稱：光纖和使用該光纖的色散補償器、光傳輸線及光傳輸系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖和使用該光纖的色散(dispersion)補償器、光傳輸線以及光傳輸系統，作為一種用途，它們例如用于波分復用(WDM)傳輸。
正如大家所知的，光信號的色度色散(chromatic dispersion)和非線性妨礙光信號的高位速率傳輸。如果光纖具有大的色度色散值，會產生波形畸變和不能實現高位速率傳輸。另一方面，當色度色散接近零時，會產生四波混合(four-wave mixing)(FWM)的一種非線性現象以及引起信號畸變，使得難于實現WDM傳輸。
為了避免這種現象，在公開的168046/1995號日本專利中提出了一種用于降低光纖本身非線性和保證在光信號傳輸范圍內產生很小色散的光纖。
圖2是表示將本發明的一個實施例中的色散補償器應用于一光傳輸系統的解釋性的示意圖。
圖3是表示該光傳輸系統的解釋性的示意圖，其中包含本發明的一個實施例中的光傳輸線。
然而，根據這種傳輸很多信號的高容量前提，按傳統方式還沒有開發出用于WDM傳輸的光纖。因此，在寬范圍內可以維持并非很小的色散。所以，通過使用傳統的用于WDM傳輸的光纖，難于高質量地實現高位速率和高容量傳輸。
還有可能得到一種在整個傳輸范圍內具有接近于零的很小色散以及接近于零的色散率的光纖。然而，在整個傳輸范圍內具有很小色散以及小色散率的光纖中，通常會產生非線性的四波混合以及非線性嚴重，當在光纖放大器之后連接這一光纖時產生光信號的畸變。
根據本發明的一個方面，本發明提供一種光纖，其用于補償由一種在光信號的傳輸范圍內具有小色散的光纖構成的光傳輸線的色散率，并能寬范圍進行WDM傳輸。此外，本發明還提供使用這種光纖的色散補償器、光傳輸線和光傳輸系統。
在本發明的光纖中，作為所使用的波長區域(這里為1.5微米波長帶)的下限，光纜截止波長處于在自1520納米的短波長一側。因此，在整個使用的波長區域中，執行單模操作。所以，能夠得到不受干擾影響的穩定的傳輸特性。
在已有的WDM傳輸線中的光纖的色散數值范圍約為從2到6微微秒/納米/千米，平均色散率約為+0.07微微秒/納米2/千米。通過將本發明的一種結構實例的具有負色度色散和負色散率的光纖連接到具有很小正色散和正色散率的這種WDM傳輸線，實現在寬的波長范圍內用于補償很小色散和降低色散率以及具有平坦色散特性的光傳輸線。因此，可使用的波長范圍加寬以及可以在寬的波長范圍內實現WDM傳輸。由于WDM傳輸的色散不為零而是為一個很小的數值，其達到這樣的程度不會引起四波長混合，還限制了非線性現象。
在本說明書中，如果不另外規定，下文中1.5微米的波長帶表示從1520到1620納米的波長范圍。在1.5微米的波長帶中的特定波長表示一在1.5微米的波長帶中的具體波長，例如為1550納米的波長。此外，在1.5微米的波長帶中的一特定設置的波長帶是設置在上述從1520到1620納米的波長范圍內的光傳輸波長帶，并具體地表示在1.5納米波長帶中局部間隔的一波長帶，如波長從1530到1570納米的波長等。
圖1是表示本發明的一個實施例中的光纖折射率分布型(profile)結構的示意圖。在圖1中纖芯由3層結構構成。圖1所示的光纖折射率分布型結構由從內到外順序排列的第一纖芯11、第二纖芯12、第三纖芯13和從內到外的金屬包層14構成。第一纖芯11具有最大折射率。第一纖芯11相對于金屬包層14的相對折射率差設為Δ1，第二纖芯12相對于金屬包層14的相對折射率差設為Δ2。第三纖芯13相對于金屬包層14的相對折射率差設為Δ3。
圖2是表示本發明的一個實例解釋性的示意圖，其中將本發明一個實施例的色散補償器24應用于一光傳輸系統。在圖2中，標號21、22、23和25分別代表光發射器、光放大器、使用于WDM傳輸的光纖的已有光傳輸線(WDM傳輸線)、和光接收器。在色散補償器24中，本發明的光纖起用于補償色散和色散率的光纖的作用。圖2本身所示系統的外觀與傳統的光傳輸系統相同，但是圖2所示系統不同于傳統系統之處在于，本發明的光纖使用在色散補償器24中。通過在色散補償器24中使用本發明的光纖，大為改進色散特性。
圖3是表示一通過組裝本發明的一個實施例中的光傳輸線構成的光傳輸系統。在圖3中，標號31、32、33、34和35分別代表光發射器、光放大器、使用用于WDM傳輸的已有光纖的第一光傳輸線(此為WDM傳輸線)、使用本發明的光纖的第二光傳輸線和光接收器。
圖3本身所示系統結構的外觀與傳統的光傳輸系統相同，但是圖3所示系統不同于傳統系統之處在于，本發明的光纖使用在第二光傳輸線34中。與光傳輸系統的傳統實例相比較，通過在第二光傳輸線34中使用本發明的光纖，大為改進色散特性。
下面更具體地解釋本發明的光纖的一個實施例。
根據本發明一個實施例的光纖具有如圖1中所示的折射率分布型結構，作為實例通過改變各種類型的參數制造具有這種折射率分布型結構的光纖。表1表示所制造的每種光纖的折射率分布型的參數和在1550納米波長的特性。
在這一表中，序號表示所制造的光纖的編號，纖芯直徑表示第一纖芯11的外徑。DSP表示通過將色散除以色散率得到的數值。DSP的數值是一個指數，其表示對于正色散的光纖的色散補償率的高度，在這一實施例中指不大于200的一個正值。在表1中，在DSP列中沒有DSP數值的表示由于色散和色散率兩者都不是負的，計算數值沒有意義。
如由所制造的光纖的編號23所示的，當Δ1不小于3.1％時，DSP的數值不能在負的色散區域設置為不小于200。此外，如由所制造的光纖的編號1所示的，當Δ1不大于0.7％時，其應理解為在負的色散率時，對光纖傳播求不出解(propagation solution)。因此說，適合于將Δ1設置為0.8％≤Δ1≤3.0％。
如由所制造的光纖的編號5所示的，當Δ2太低時，如果不將截止波長設置在自1.5微米的長波長一側，對光纖傳播求不出解。當Δ2為-0.8％時，將截止波長設置在自1520納米的長波長一側。與此相反，當Δ2不小于-0.7％時，通過設置條件將截止波長設置在自1520納米的短波長一側。如由所制造的光纖的編號7所示的，當Δ2太高時，在截止波長不大于1520納米的條件下，不能得到具有負的色散和負的色散率兩者的光纖。光纜截止波長如果不為1579納米，所制造的光纖的編號7沒有具有負色散特性傳播的解。然而，如由所制造的光纖的編號8所示的，當設置Δ2＝-0.4％時，這一光纖在自1520納米截止波長的短波長一側具有傳播的解。因此說，適合于將Δ2設置為表1
-0.7％≤Δ2≤-0.4％。
如由所制造的光纖的編號9所示的，當Δ3太小時，可實現第三纖芯13無排列影響。與此相反，如由所制造的光纖的編號12所示的，當Δ3太高時，將光纜截止波長設置在自1520納米的長波長一側。因此說，適合于將Δ3設置為0.2％≤Δ3≤0.5％。
當將第一纖芯的外徑設為a，將第二纖芯的外徑設為b，將第三纖芯的外徑設為c時，如由所制造的光纖的編號12所示的，比值a/b小，色散率變陡，但這一光纖對傳播求不出解。通過降低比值a/b，增加纖芯直徑就足以使之具有傳播的解，但是在這種情況下，得不到負的色散。
如由所制造的光纖的編號16所示的，當比值a/b為0.7時，得不到負的色散率。因此說，適合于將比值a/b設置為0.3≤a/b≤0.6。
如由所制造的光纖的編號17所示的，當比值c/b≤1.1時，在負的色散率得不到傳播的解。如由所制造的光纖的編號24所示的，當將比值c/b設置為2.1≤c/b時，截止波長處在自1520納米的長波長一側，以至于不能實現單模操作。因此可以說，適合于將比值c/b設置為從1.2到2.0的范圍。
當第一纖芯的外徑a不小于2.5微米時，沒有傳播的解。然而當這一纖芯的外徑超過7微米時，其中沒有色散和色散率兩者滿足負值的條件的組合以及截止波長小于1520納米。因此，已經發現，適合于將第一纖芯的外徑a設置為2.5微米≤a≤7微米。
表2表示當表1中在制造的光纖中的編號為21的光纖的第一纖芯的外徑變化時的色散特性(Δ1＝1.1％，Δ2＝-0.6％，Δ3＝0.3％，a/b＝0.4，c/b＝1.3)。
可以看出，通過改變如圖1中所示折射率分布型結構的纖芯外徑a，可以在范圍為20納米或者更大的特定設置的波長帶中，滿足其中色散值為-26微微秒/納米/千米或者更大的負值和色散率值為一負值以及DSP為200納米或者更小的正值的條件。表2
具體地說，可以看出，在表2中的光纖A在波長從1565到1620納米的范圍以及光纖B在波長從1520到1565納米的范圍滿足上述關系式。
接著通過使用以上制造的光纖制造色散補償器，以補償用于60千米的WDM傳輸的已有光纖的色散率。其中，使用表2中的光纖A，并構成如圖2中所示的光傳輸系統。在用于WDM傳輸的光纖中，將在1550納米波長的色散值設置為+4微微秒/納米/千米，將在這一波長的色散率設置為0.075微微秒/納米2/千米。
表3表示在連接使用圖2中所示結構得到的色散補償模塊之后的光傳輸線的色散特性。
從表3可以看出，在設置的具有65納米寬度的波長帶范圍，即波長從1530到1595納米的波長帶中每一波長的色散率處于±0.03微微秒/納米2/千米的范圍內。此外，可以看出，在以上設置的20納米范圍中波長帶內即波長從1560到1580納米的波長范圍內，每一波長的色散率處于±0.01微微秒/納米2/千米的范圍內。
因此，在本發明一個實施例的光纖中，光傳輸系統(整個光傳輸線)的每一波長的色散率能處在±0.03微微秒/納米2/千米范圍內，該傳輸系統處在設置的波長帶，該波長帶在1.5納米的波長帶內，且具有40納米的寬度范圍，并和已有的光傳輸系統相結合。此外，色散率在上述設置的波長帶內的20納米范圍中處于±0.01微微秒/納米2/千米的范圍內。
即，在圖2中，通過將本發明的光纖應用于色散補償器24，可以實現如表3中所示的色散率的平坦度。使用本發明一個實施例的光纖的光傳輸線的色散率的平坦度對于該光傳輸線是最佳的。因此，通過應用本發明一個實施例的光纖作為用于補償色散補償器24的色散的光纖，可以易于制造適合于高位速率和高容量傳輸的光傳輸線路徑和光傳輸系統。
在圖2所示的色散補償器24中，上述本發明一個實施例的光纖圍繞一繞線筒等盤繞。色散補償器24中的這一光纖與光傳輸線23中的光纖串聯使用。
圖3表示一實例，其中使用上述本發明的一個實施例中的光纖作為光傳輸線的一部分。在圖3所示這一光傳輸系統中，組裝有上述本發明的一個實施例中的光纖作為第二光傳輸線34。因此，當本發明的一個實施例中的光纖表3
組裝作為光傳輸線時，也能獲得與在圖2所示系統實例中相似的作用。即與在圖2所示系統實例中相似，圖3所示的一光傳輸系統可以設置為一能實現色散率的平坦度并適合于高位速率和高容量傳輸的光傳輸系統。當本發明的一個實施例中的光纖作為光傳輸線34組裝到整個系統中光傳輸線的光纜時，本發明的光纖變為光傳輸線中的光纖。因此，將本發明的光纖按相對長的長度圍繞一繞線筒盤繞并構成為色散補償器24。與圖2所示光傳輸系統的實例相比較，圖3所示光傳輸系統的實際光傳輸距離縮短，其中這一色散補償器24的光纖連接到光傳輸線中的光纖加以使用。若傳輸距離縮短，傳輸損耗相應降低，在傳輸范圍中的色散率也降低。因此，與圖2所示光傳輸系統相比較，在圖3所示光傳輸系統中，傳輸損耗更易于降低，色散率更易于平坦。所以，當光傳輸系統按長距離配置時是有效的。
本發明的應用范圍并不局限于上述實施例的范圍。例如纖芯可以由4層或其以上構成，金屬包層可以取為2層或其以上。此外，對于該應用本發明的光纖的光傳輸系統，除了在圖2和圖3所示光傳輸系統以外，還有各種各樣的光傳輸系統。本發明的光纖可以應用于這些各種各樣的光傳輸系統。
在本發明中重要的是，當在1.5微米的波長帶內的一特定波長的色度色散設為D(微微秒/納米/千米)(ps/nm/km)以及色散率設為S(微微秒/納米2/千米)時，在一寬度范圍不小于20納米的特定設置的的波長帶中，滿足各關系式D＜0，S＜0，0＜(D/S)≤200。截止波長處在自1520納米的短波長一側。通過滿足這些條件，實現適合于寬范圍WDM傳輸線的光纖，以及使用這種光纖的色散補償器、光傳輸線和光傳輸系統。
本發明的光纖和使用這種光纖的光傳輸線(WDM傳輸線作為一個實例)補償光傳輸線的正色度色散和正色散率兩者，該光傳輸線例如在光信號的傳輸范圍內具有很小的色散以及在傳輸波長帶中具有特別平坦的色散率；并且能夠在寬的范圍內實現WDM傳輸。
權利要求
1.一種光纖，其包含有使用至少3纖芯層和在纖芯層外側的一金屬包層構成的折射率分布型結構；其中所述3纖芯層從內到外按照第一、第二和第三層的次序排列；當第一纖芯層相對于金屬包層的相對折射率差設為Δ1，第二纖芯層相對于金屬包層的相對折射率差設為Δ2，第三纖芯層相對于金屬包層的相對折射率差設為Δ3時，滿足0.8％≤Δ1≤3.0％，-0.7％Δ2≤-0.4％，0.2％≤Δ3≤0.5％的條件；光纜截止波長處于在自1520納米的短波長一側；以及當在1.5微米的波長帶內的一特定波長的色度色散設為D(微微秒/納米/千米)以及色散率設為S(微微秒/納米2/千米)時，在一寬度范圍不小于20納米的特定設置的波長帶中，滿足各關系式D＜0，S＜0，0＜(D/S)≤200。
2.根據權利要求1所述的光纖，其中當第一纖芯的外徑設為a(微米)，第二纖芯的外徑設為b(微米)，第三纖芯的外徑設為c(微米)時，滿足2.5≤a≤7，0.3≤(a/b)≤0.6，1.2≤(c/b)≤2.0的條件。
3.一種使用根據權利要求1所述的光纖構成的色散補償器，其中該色散補償器連接到一具有正色散和正色散率的光傳輸線，在1.5微米波長帶內的一寬度范圍不小于20納米的特定設置的波長帶中，在所述光傳輸線的色散率(單位微微秒/納米2/千米)經補償在不小于-0.01，不大于+0.01的范圍內。
4.一種使用根據權利要求2所述的光纖構成的色散補償器，其中該色散補償器連接到一具有正色散和正色散率的光傳輸線，在1.5微米波長帶內的一寬度范圍不小于20納米的特定設置的波長帶中，所述光傳輸線的色散率(單位微微秒/納米2/千米))經補償在不小于-0.01，不大于+0.01的范圍內。
5.一種使用根據權利要求1所述的光纖構成的色散補償器，其中該色散補償器連接到一具有正色散和正色散率的光傳輸線，在1.5微米波長帶內的一寬度范圍不小于40納米的特定設置的波長帶中，所述光傳輸線的色散率(單位微微秒/納米2/千米))經補償在不小于-0.03，不大于+0.03的范圍內。
6.一種使用根據權利要求2所述的光纖構成的色散補償器，其中該色散補償器連接到一具有正色散和正色散率的光傳輸線，在1.5微米波長帶內的一寬度范圍不小于40納米的特定設置的波長帶中，所述光傳輸線的色散率(單位微微秒/納米2/千米)經補償在不小于-0.03及不大于+0.03的范圍內。
7.一種使用根據權利要求1所述的光纖構成的光傳輸線，其中該光傳輸線連接到另一具有正色散和正色散率的光傳輸線，在1.5微米波長帶內的一寬度范圍不小于20納米的特定設置的波長帶中，所述另一具有正色散和正色散率的光傳輸線的色散率(單位微微秒/納米2/千米)經補償在不小于-0.01及不大于+0.01的范圍內。
8.一種使用根據權利要求2所述的光纖構成的光傳輸線，其中該光傳輸線連接到另一具有正色散和正色散率的光傳輸線，在1.5微米波長帶內的一寬度范圍不小于20納米的特定設置的波長帶中，所述另一具有正色散和正色散率的光傳輸線的色散率(單位微微秒/納米2/千米)經補償在不小于-0.01及不大于+0.01的范圍內。
9.一種使用根據權利要求1所述的光纖構成的光傳輸線，其中該光傳輸線連接到另一具有正色散和正色散率的光傳輸線，在1.5微米波長帶內的一寬度范圍不小于40納米的特定設置的波長帶中，所述另一具有正色散和正色散率的光傳輸線的色散率(單位微微秒/納米2/千米)經補償在不小于-0.03及不大于+0.03的范圍內。
10.一種使用根據權利要求2所述的光纖構成的光傳輸線，其中該光傳輸線連接到另一具有正色散和正色散率的光傳輸線，在1.5微米波長帶內的一寬度范圍不小于40納米的特定設置的波長帶中，所述另一具有正色散和正色散率的光傳輸線的色散率(單位微微秒/納米2/千米)經補償在不小于-0.03及不大于+0.03的范圍內。
11.一種使用根據權利要求1所述的光纖構成的光傳輸系統，其中該光傳輸系統的色散率(單位微微秒/納米2/千米)在1.5微米波長帶內的一寬度范圍不小于20納米的特定設置的波長帶中，調節到不小于-0.01及不大于+0.01的范圍內。
12.一種使用根據權利要求2所述的光纖構成的光傳輸系統，其中該光傳輸系統的色散率(單位微微秒/納米2/千米)在1.5微米波長帶內的一寬度范圍不小于20納米的特定設置的波長帶中，調節到不小于-0.01及不大于+0.01的范圍內。
13.一種使用根據權利要求1所述的光纖構成的光傳輸系統，其中該光傳輸系統的色散率(單位微微秒/納米2/千米)在1.5微米波長帶內的一寬度范圍不小于40納米的特定設置的波長帶中，調節到不小于-0.03及不大于+0.03的范圍內。
14.一種使用根據權利要求2所述的光纖構成的光傳輸系統，其中該光傳輸系統的色散率(單位微微秒/納米2/千米)在1.5微米波長帶內的一寬度范圍不小于40納米的特定設置的波長帶中，調節到不小于-0.03及不大于+0.03的范圍內。
全文摘要
提供一種光纖,用于使傳輸波長帶中的色散率平坦化,并適用于在寬范圍內高位速率和高容量的WDM傳輸。在這種光纖中,當第一纖芯層相對于金屬包層的相對折射率差設為Δ1,第二纖芯層相對于金屬包層的相對折射率差設為Δ2,第三纖芯層相對于金屬包層的相對折射率差設為Δ3時,滿足0.8%≤Δ1≤3.0%,－0.7%Δ2≤－0.4%,0.2%≤Δ3≤0.5%的條件。光纜截止波長處于在自1520納米的短波長一側。此外,當在1.5微米的波長帶內的一特定波長的色散設為D(微微秒/納米/千米)以及色散率設為S(微微秒/納米2/千米)時,在一寬度范圍不小于20納米的特定設置的波長帶中,滿足各關系式:D<0,S<0,0<(D/S)≤200。
文檔編號G02B6/34GK1346991SQ0113108
公開日2002年5月1日 申請日期2001年9月20日 優先權日2000年9月21日
發明者杉崎隆一, 八木健 申請人:古河電氣工業株式會社