负离散光导纤维及使用该负离散光导纤维的光传输线路

摘要

本发明提供一种因非线性特性引起波形失真小的负离散光导纤维，还提供一种使用这种负离散光导纤维的波形失真小的分散管理光传输线路。负离散光导纤维的有效缆芯断面积大于50μm

说明书

技术领域

本发明涉及光导纤维及使用光导纤维的光传输线路，特别是涉及一种具有适合于波分多路传输(WDM)的低非线性特性的负离散光导纤维以及把负离散光导纤维与正离散光导纤维连接起来降低综合离散的光传输线路。

背景技术

光传输的高速、大容量化正在进展之中，多路传输不同波长的多个光信号的波分多路传输(WDM)被作为重要技术而倍受关注。但是，在WDM传输中，产生了新的问题，即：由于光信号的高输出或多个信号波长之间的相互作用引起光导纤维中的非线性现象。

即使在光导纤维的非线性现象中，依然存在相位的自调制或相位互调制引起的信号波形失真大的问题。

因为波形失真与有效缆芯断面积(Aeff)成反比，所以，要事先求出非零离散换位光导纤维(NZ-DSF)中Aeff的扩大。但是，如果扩大NZ-DSF的Aeff，一般都会增大弯曲损耗或离散斜率，因此，实际上Aeff的扩大受到限制。

因为非线性现象之一的四光波混合(FWM)的离散明显地小，所以像NZ-DSF这种离散小的光导纤维在这一点上是不利的。

因此，为了在光传输路中防止四光波混合(FWM)，而使各个光导纤维具有某种程度的大的离散(波长离散)，把多个光导纤维连接起来作为整体光传输线路，就能够使离散接近于零，例如在日本公开专利公报特开平9-211511号中就提出了把负离散光导纤维连接在正离散光导纤维上作为线路型离散补偿光导纤维的光传输线路(或者也被称为分散管理光传输线路)的方案。在分散管理光传输线路中，把波形失真小的正离散光导纤维作为前段，而把具有波形失真较大的逆离散的负离散光导纤维(RDF：Reverse Dispersion Fiber)作为后段连接起来，信号首先入射到前段正离散光导纤维将其功率衰减，然后入射到后段负离散光导纤维，这样就使由于负离散光导纤维中的非线性现象引起的波形失真比较小，从而使累积离散接近于零。

例如，在正离散光导纤维和负离散光导纤维中保持绝对值为大约16～22ps/nm/km的离散，来抑制FWM。这种情况下，为了补偿正离散光导纤维的离散斜率，最好使负离散光导纤维具有负的离散斜率。结果，与正离散光导纤维的Aeff为约70～130μm²相比，负离散光导纤维的Aeff小到约20～30μm²，有限度地减小了负离散光导纤维中的非线性现象引起的波形失真。

最近，出现了要求重视也用离散斜率的补偿来减小波形失真的光传输线路的情况。

发明的内容

本发明的目的是提供一种通过增大有效缆芯面积(Aeff)来减小非线性特性引起的波形失真的负离散光导纤维。

本发明的另一目的是提供一种使用这种负离散光导纤维减小了波形失真的光传输线路。

为实现能达到上述目的的负离散光导纤维和使用该负离散光导纤维的光传输线路，本申请的发明人进行了种种考察和模拟试验，来找出这种负离散光导纤维和光传输线路的特性及条件，进一步实际试制出这种负离散光导纤维来进行实验，从而实现了所期望的负离散光导纤维和使用负离散光导纤维的光传输线路。

结果，发现作为本发明的负离散光导纤维，其有效缆芯断面积Aeff大于50μm²，1.55μm波长带域内的离散值小于-10ps/nm/km。

这种负离散光纤维具有中心缆芯，在该缆芯的外周形成的第1外侧缆芯，在该第1外侧缆芯的外周形成的第2外侧缆芯和在该第2外侧缆芯的外周形成的包层。

附图简要说明

从以下参照附图的记述中可以更进一步地明了上述本发明的目的和特征以及其他的目的和特征。

图1A是本发明的实施形态的负离散光导纤维的折射率分布形状图。

图1B是具有图1A所示折射率分布形状的负离散光导纤维的断面结构图。

图2是本发明的实施形态的负离散光导纤维与正离散光导纤维连接起来构成线路型离散补偿光导纤维的结构图。

优选实施形态的记述

以下参照附图详细说明本发明的实施形态。

图1A是按照本发明的实施形态的负离散光导纤维折射率分布形状图。图1B是具有图1A所示折射率分布形状的负离散光导纤维的断面结构图。

本实施例的负离散光导纤维按顺序形成直径为2a的中心缆芯1、中心缆芯1外侧的外径(直径)为2b的第一侧缆芯2、第一侧缆芯2外侧的外径(直径)为2c的第二侧缆芯3；在第二侧缆芯3外侧还形成有直径为2d的包层4。

因为折射率分布形状为在W字型上附加了第二侧缆芯3的形状，所以在本说明书中把本实施例的负离散光导纤维称为(W+段节芯)型光导纤维。

当中心缆芯1、第一侧缆芯2、第二侧缆芯3、包层4的折射率分别设为n₁、n₂、n₃、n₄时，上述比折射率差Δ1、Δ2、Δ3、Δ4由下式来规定：

[公式1] $>>\Delta >1>=>>>>>n>1>>2>>->>>n>4>>2>>>>2>>>n>1>>2>>>>\cong >>>>n>1>>->>n>4>>>>n>1>>>->->->>(>1>->1>)>>>s>$ >>\Delta >2>=>>>>>n>2>>2>>->>>n>4>>2>>>>>>2>n>>2>>2>>>\cong >>>>n>2>>->>n>4>>>>n>2>>>->->->>(>1>->2>)>>>s>$ >>\Delta >3>=>>>>>n>3>>2>>->>>n>4>>2>>>>>2>n>>3>>>\cong >>>>n>3>>->>n>4>>>>n>3>>>->->->>(>1>->3>)>>>s>$$$

包层4由石英玻璃制成，把例如锗(Ge)作为用来提高折射率高于包层4的折射率n₄的中心缆芯1、第二侧缆芯3的折射率的掺杂物掺杂到石英玻璃中，而把例如氟作为用来降低折射率低于包层4的折射率n₄的第一侧缆芯2的折射率的掺杂物掺杂到石英玻璃中。

负离散光导纤维的折射率的分布形状用按下述规定的比折射率差来表示，即中心缆芯1对于包层4的比折射率差Δ1＞0、第一侧缆芯2对于包层4的比折射率差Δ2＜0、第二侧缆芯3对于包层4的比折射率差Δ3＞0。

在本实施例的负离散光导纤维中，设定有效缆芯断面积为大于50μm²，1.55μm波长带域内的离散值为小于-10ps/nm/km，模拟试验的结果表示于表1中。

[表1]

    No  Δ1   α    Δ2    Δ3    a∶b∶c  芯径    离散    slope    Aeff    λc弯曲20  ％     ％    ％  μm  ps/nm/km  ps/nm²/km    μm²    nm  dB/m    1  0.55  10    -0.30   0.15    0.40∶0.60∶1  15.0    -13.7    0.073    59.2    1487  9.0    2  0.60  6    -0.50   0.35    0.35∶0.65∶1  16.0    -17.8    0.081    56.8    1486  8.0    3  0.55  10    -0.45   0.20    0.35∶0.60∶1  16.4    -14.4    0.054    55.1    1495  8.0    4  0.60  5    -0.40   0.25    0.45∶0.65∶1  16.3    -13.0    0.047    53.2    1486  8.0    5  0.75  2    -0.40   0.25    0.40∶0.65∶1  15.4    -19.7    0.071    52.5    1465  7.0    6  0.60  10    -0.60   0.25    0.40∶0.62∶1  15.0    -20.6    0.059    52.1    1488  8.0    7  0.60  10    -0.60   0.20    0.35∶0.58∶1  15.7    -20.8    0.053    51.1    1455  7.0    8  0.65  2    -0.55   0.25    0.45∶0.67∶1  15.8    -12.4    0.031    50.8    1474  7.0    9  0.55  7    -0.60   0.20    0.40∶0.60∶1  16.4    -13.3    0.025    50.5    1463  6.0    10  0.65  5    -0.40   0.20    0.35∶0.60∶1  15.8    -21.8    0.064    55.3    1460  7.0    11  0.65  6    -0.50   0.20    0.35∶0.58∶1  16.0    -25.2    0.060    50.2    1480  9.0

表1中的符号的含义如下：

Δ1～Δ3：比折射率差

α：中心缆芯1的折射率分布系数

a；b；c：中心缆芯1的半径a和第一侧缆芯2的半径b对第二侧缆芯3的半径c的比

离散：离散值

slope：离散斜率

Aeff：有效缆芯断面积

λc：截止波长(使用波长的测定值)

弯曲20：按φ20mm弯曲负离散光导纤维时的传输损耗增加量

上述的折射率分布系数α是规定中心缆芯的折射率分布形状的参数，该分布由下式规定。在下述公式2中，比折射率差Δ1是上述的中心缆芯1对包层4的比折射率差，a是中心缆芯1的半径，r是从缆芯中心0算起的缆芯部分的半径方向的距离。

[公式2] $>>n>>(>r>)>>\alpha >[>1>->2>>\Delta >0>>>>(>>r>a>>)>>\partial >>]>->->->>(>2>)>>>s>$

其中，Δ₀是缆芯中心与包层间的比折射率差。

如表1所示，有关离散斜率，几乎所有的情况下都能够小于0.08ps/nm²/km。保持截止波长λc小于1500nm，可以使φ20mm的弯曲损耗小于10dB/m。另外，把比折射率差Δ1也抑制到小于0.75％的低值，就能够期待得到低损耗特性或低极化波模式离散(PMD)特性。

实施例(实验例)

用下述所示的实施例(实验例)来确认上述的实施形态的负离散光导纤维的有效性。

本实施例的负离散光导纤维使用把图1A、B所示的折射率分布形状制成为(W+段节芯型)的光导纤维，制成应得到低非线性负离散光导纤维的表1所示的模拟试验结果中的第3号、第7号中心缆芯1的折射率分布系数α为10的负离散光导纤维作为试验目标。

表2中表示出实施例1、2的波长1550nm中的光传输特性。

表2中，还表示出典型的正离散光导纤维即CSF(截止转换光导纤维)和已有例1、2的RDF(负离散光导纤维)的特性例。

[表2]

No Aeff传输损耗离散值斜率λc弯曲损耗PMD μm² dB/kmps/nm/kmps/nm²/km nm dB/m ps/km^1/2 1 CSF  85.0 0.190 18.0 0.060 1500 2.0 0.04 2已有例1  24.0 0.240 -24.0-0.065 820 10.0 0.07 3已有例2  21.0 0.260  40.0-0.130 820 5.0 0.10 4实施例1  54.9 0.218 -14.6 0.052 1483 9.0 0.04 5实施例2  51.9 0.215 -20.6 0.057 1453 7.5 0.03

如表2的结果所知，已有例1、2的有效缆芯断面积Aeff为24.0μm²、21.0μm²，而实施例1、2的Aeff都大于50μm²，比已有例1、2的RDF都扩大了。而且，离散值小于-10ps/nm/km。

这样，由于本实施例的负离散光导纤维扩大了有效缆芯断面积，离散值也小，所以，如图2所示，把设置在前段的波形失真小的正离散光导纤维10和设置在后段的按照本发明的实施例的负离散光导纤维20连接起来，并把负离散光导纤维20用作线路型离散补偿光导纤维30时，就能够在例如1.55μm波长带域内使综合离散量几乎为零。而且，如果使用本实施例的负离散光导纤维，还能够抑制由四光波混合(FWM)所引起的信号噪声。

另外，波长1550nm内的传输损耗也降低到0.22dB/km以下，极化波模式离散(PMD)也被抑制到0.05ps/km^1/2以下，截止波长λc、离散斜率等其他特性也都良好。

下面，把表2所示的CSF与已有例1、2的RDF(负离散光导纤维)连接起来，把CSF与实施例1、2的负离散光导纤维连接起来，形成分散管理光传输线路，并测定波长1550nm内的传输特性，其结果示于表3。

在表3中，「归一化波形失真」表示非线性特性引起的波形失真，用把(CSF+已有例1的RDF)的组合的光传输线路的波形失真为基准的相对值来表示。

[表3]

  No  传输损耗  离散值  斜率归一化波形失真  dB/km  ps/nm/km ps/nm²/km    1    CSF+已有RDF1  0.221    0  0.006    1    2    CSF+已有RDF2  0.212    0  0.001    0.92    3    CSF+实施例1  0.205    0  0.056    0.77    4    CSF+实施例2  0.202    0  0.059    0.76

如表3所示，如果使用本发明的实施例1、2的负离散光导纤维，与使用已有例的RDF的情况相比，可以把归一化波形失真抑制到约3/4。另外，因为传输损耗也小，所以能够减小输入信号光的强度，这一点也有利于非线性特性的抑制。

本实施例的负离散光导纤维+CSF线路的离散斜率为0.056ps/nm²/km和0.059ps/nm²/km，虽然比使用已有例的RDF的情况大，但是与N7-DSF相比较，仍然为可允许的值。

把以上的描述归纳如下：

(1)有效缆芯断面积Aeff、离散值

负离散光导纤维的有效缆芯断面积Aeff大于50μm²，且离散值小于-

10ps/nm/km，从而能够缓和非线性的波形失真，同时能够抑制四光波混合(FWM)的发生。

(2)负离散光导纤维的离散斜率

正离散光导纤维的离散斜率为0.06～0.08ps/nm²/km，所以把负离散光导纤维的离散斜率取为0.100 ps/nm²/km时，在把正离散光导纤维与负离散光导纤维连接起来构成分散管理光传输线路的情况下，就能够抑制分散管理光传输线路的整体离散斜率。

一般，因为增大Aeff就使离散斜率增大，所以，如上所述，在满足Aeff大于50μm²的范围内，最好极力减小离散斜率。表2、表3所示的本实施例的离散斜率为0.052～0.059ps/nm²/km。

(3)截止波长λc

如果截止波长λc取为小于1500nm，就能够补偿1500～1650nm波长带域的单模动作。

(4)弯曲损耗

一般，扩大Aeff时容易增大弯曲损耗，但是最好使Aeff大于50μm²，且使弯曲损耗为小于10dB/m的较低的值，来防止正离散光导纤维与负离散光导纤维连接起来构成光传输线路时的传输损耗的增加。

(5)传输损耗、极化波模式离散

另外，使传输损耗为0.30 dB/km，且使极化波模式离散PMD小于0.10ps/km^1/2，以提高传输特性。

(6)比折射率差、折射率分布系数α

比折射率差Δ1

中心缆芯1对包层4的比折射率差Δ1最好为0.5～0.9％，中心缆芯1的折射率分布系数α最好为1.5～12.0。

为了降低传输损耗或极化波模式离散PMD，使比折射率差Δ1小为好，但是把比折射率差Δ1取为0.5～0.9％的理由是：如果小于0.5％，负离散光导纤维的离散值的绝对值就会小于10ps/nm/km；而如果比折射率差Δ1大于0.9％，Aeff就会小于50μm²。

中心缆芯1的α取为1.5～12.0的理由是：如果α小于1.5，在Aeff扩大到大于50μm²的情况下，弯曲损耗就会增大；而如果α大于12.0，则离散斜率就会大于0.100ps/nm²/km，或者使截止波长λc大于1500nm。

比折射率差Δ2

第一侧缆芯2对包层4的比折射率差Δ2最好为-0.7～-0.1％。

其理由是：在Aeff扩大到大于50μm²的情况下，如果比折射率差Δ2小于-0.7％，弯曲损耗就会极大；而如果比折射率差Δ2大于-0.1％，离散斜率就会大于0.100ps/nm²/km。

比折射率差Δ3

第二侧缆芯3对包层4的比折射率差Δ3最好为0.1～0.4％。

其理由是：如果比折射率差Δ3小于0.1％，φ20mm的弯曲损耗就会大于10dB/m；而如果比折射率差Δ3大于0.4％，截止波长λc就会超过1500nm。

(7)外径比率

中心缆芯1的外径(2a)对第二侧缆芯3的外径(2c)的比率(a/c)最好是0.30～0.50，其理由是：虽然在表1中a/c表示为0.35～0.45，但是当a/c小于0.30时，φ20mm的弯曲损耗就会大于10dB/m；当a/c大于0.50时，截止波长λc就会大于1500nm，或者离散斜率会大于0.100ps/nm²/km。

第一侧缆芯2的外径(2b)对第二侧缆芯3的外径(2c)的比率(b/c)最好是0.55～0.70，其理由是：虽然在表1中b/c表示为0.58～0.67，与上述有关a/c的范围一样，b/c在0.55～0.70范围内，φ20mm的弯曲损耗小于10dB/m；而且截止波长λc小于1500nm。

(8)光传输线路

如在(2)中所述的那样，由于正离散光导纤维的离散斜率为约0.06～0.08ps/nm²/km，所以如果使负离散光导纤维的离散斜率小于0.100ps/nm²/km并把正离散光导纤维与负离散光导纤维连接起来构成光传输线路(分散管理光传输线路)，其综合离散量就几乎为零，同时能够抑制光传输线路中的非线性特性引起的FWM，而且能够减小波形失真。

本发明的负离散光导纤维具有所谓负离散光导纤维的非线性特性引起的波形失真小的效果。

由于作为线路型离散补偿光导纤维的本发明的负离散光导纤维与正离散光导纤维连接起来构成分散管理光传输线路，所以具有在1.55μm波长带域内能够使综合离散量几乎为零的效果，同时具有能够使非线性特性引起的波形失真小的效果。如果使用本发明的负离散光导纤维，必然能够抑制四波混合(FWM)引起的信号噪声。

本发明的负离散光导纤维以及使用该负离散光导纤维的线路型离散补偿光导纤维(分散管理光传输线路)并不限定于上述的实施形态，在不背离本发明的技术宗旨的范围内能够做出各种变形式样，而都应被理解为涵盖于所附的权利要求书的范围之中。

上述的实施形态仅仅是本发明的示例，本发明并不限定于上述实施形态。