适用于高速度大规模的WDM系统的光纤及利用该光纤的光传输线和光传输系统

摘要

本发明公开了一种适用于WDM(波分复用)系统中使用的光传输线的光纤，其在S、C和L波段(1460－1625nm)上具有低的色散斜率、充足的色散值和大的有效截面积，而可以进行高速度、大容量的信号传输。该光纤使用在1460到1625nm的波长区，且该光纤还在1460nm处具有0.1－3.0ps/nm－km优选为0.3－2.4ps/nm－km的色散值，在1550nm处具有3.0－5.5ps/nm－km优选为3.2－5.2ps/nm－km的色散值，以及在1625nm处具有4.5－8.0ps/nm－km优选为4.8－7.7ps/nm－km的色散值。另外，该光纤在1550nm处的色散斜率为0.023－0.05ps/nm－km2，有效截面积为35－50μm2，在1460nm处的有效截面积为35－50μm2。因此，尽管信号通过S，C和L波段传输，此光纤仍然可以将非线性现象和信号失真降低到最低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于WDM(波分复用)系统中的光传输线的光纤，特别涉及一种具有低的色散斜率、充足色散值和大的有效截面积的单模光纤，用于在S、C和L波段(1460-1625nm)上进行高速度大容量的信号传输。

背景技术

WDM系统通过更高的传输速度、更窄的信道间距或更宽的传输波段可以有效地增加传输容量。

这种系统的传输速度近年来已从2.5Gb/s增加到10Gb/s，并且预计在几年之内市场上将出现40Gb/s的传输系统。为了增加传输速度，需要在每个信道提供更高的光功率，然而由于更高的光功率，光纤的非线性增加从而使传输特性恶化。

在以40Gb/s的传输速度进行长距离传输的系统中，可以使用Raman(拉曼)放大器来代替现有的EDFA(掺铒光纤放大器)以减少光纤中的非线性。另外，由于色散对信号失真的限制与传输速度的平方成反比，如果该速度增加四倍，该限制就会降低到十六分之一。因此，传输速度为40Gb/s的系统需要精确的色散补偿，以使传输信道的累积色散不超过该限制。为此，色散补偿光纤的RDS(相对色散斜率)应当与用作传输线的光纤的RDS相似。这里，RDS定义为色散斜率除以色散，并且在相同的波长处描述每个特性。

为了增加传输容量，将系统的信道间距从200GHz(1.6nm)变为更窄的100GHz(0.8nm)甚至少于50GHz(0.4nm)。然而，如果将信道间距变窄，诸如四波混合或交叉相位调制之类的非线性现象将导致信号失真。特别是，在未提供充足的色散以防止相位匹配条件的情况下，四波混合会产生串扰功率，由此使信号失真。

串扰功率与系统的信道功率和信道间距以及光纤的色散和有效截面积相关。如果将信道功率降低以抑制非线性，将使OSNR(光信噪比)恶化，而导致传输距离变短，由此增加了需要进行更长距离传输的系统的成本。

另外，更大的光纤色散将降低串扰功率，但是色散补偿光纤的长度与光纤的色散成比例地延长，从而色散补偿部分的损耗增加。因此，有必要根据系统的特征来优化光纤的色散。

光纤的有效截面积表示单位面积的光强度。当有效截面积更大时，能更容易地抑制非线性现象。

在使用不同于C波段(1530-1565nm)和L波段(1565-1625nm)的其它波段来增加传输容量的情况下，不优选使用比L波段更长的波长，因为光纤的弯曲损耗会增加。因此，优选使用属于比C波段更短波段的S波段(1460-1530nm)。然而，在此情况下，为了在传输波段抑制四波混合，在1460nm处或接近1460nm处，需要充足的色散值。

另外，如果光纤的色散斜率较低，在较长的波长区的色散会降低，由此可以在较宽的波段上扩展可传输距离，而不需色散补偿。

随着WDM系统周围环境的变化，已提出多种适用于这些变化的光纤。

US 5,327,516公开了一种在1550nm处具有1.5-4ps/nm-km范围内色散的光纤，用来解决在1550nm处的色散接近0的传统的色散位移光纤导致大量的恶化传输特性的四波混合的问题。然而US 5,327,516所提出的光纤旨在用于传输速度为5Gb/s或更多、信道间距为1.0-2.0nm、具有四个或更多个信道的360km无中继(repeater-less)传输的系统。因此，当该光纤用在信道间距在1.0nm或更少的系统中时，非线性增加，并由于四波混合或交叉相位调制导致的信号失真会使传输特性恶化。

另外，US 5,835,655公开了一种有效截面积增加到70μm²以上且零色散波长移出传输波段以抑制四波混合的光纤。US 5,835,655所提出的光纤因其更大的有效截面积在限制非线性导致的信号失真方面更有效。另外，由于零色散波长位于1500-1540nm或1560-1600nm的波长区，可以限制四波混合导致的C波段中的信号失真。然而，更大的有效截面积使得色散斜率更高，这使得在更长的波段的色散值增加。更大的有效截面积和更高的色散斜率的结果就是不需色散补偿的传输波长区变窄。

US 6,396,987公开了一种在传输速度为40Gb/s的系统中比一般的单模光纤的色散补偿费用低的光纤。也就是说，US 6,396,987的光纤在1550nm处的色散为6-10ps/nm-km，色散斜率为0.07ps/nm²-km或更少，有效截面积为60μm²或更多。在此情况下，由于零色散波长位于接近1460nm，即Raman放大泵波长处，在泵波段，会因四波混合导致信号失真。

发明内容

本发明旨在提供一种适于作为WDM系统中采用的光传输线的光纤。

另外，本发明旨在提供一种具有优化的色散、色散斜率和有效截面积的光纤，以允许在高速度(40Gb/s或更高)大容量(50GHz或更少的窄信道间距)的系统中低损耗无信号失真地进行长距离的传输。

而且，本发明旨在提供一种在宽的波段S、C和L波段上能够进行长距离传输而不需色散补偿的光纤。

此外，本发明旨在提供一种使用前述光纤的光传输线和采用这种光传输线的光通信系统。

在本发明的一个方案中，该光纤包括位于横截面中心且折射率相对较高的芯区，以及围绕该芯区且折射率相对较低的包层区。

该芯区包括：(a)第一芯区，其位于横截面中心，从该中心起半径为r₁，相对折射率差为Δ₁；(b)第二芯区，其围绕该第一芯区，从该中心起半径为r₂，相对折射率差为Δ₂；以及(c)第三芯区，其围绕该第二芯区，从该中心起半径为r₃，相对折射率差为Δ₃；以及包层区，其围绕该第三芯区，从该中心起半径为r₄，相对折射率差为Δ₄。

优选地，上述区的所述半径之间的关系为r₁＜r₂＜r₃＜r₄，上述区的所述相对折射率差的关系为Δ₁＞Δ₂且Δ₂＜Δ₃；(这里，Δ₁(％)＝[(n₁-n_c)/n_c]×100，Δ₂(％)＝[(n₂-n_c)/n_c]×100，Δ₃(％)＝[(n₃-n_c)/n_c]×100，n₁：该第一芯区的折射率，n₂：该第二芯区的折射率，n₃：该第三芯区的折射率，n_c：该包层区的折射率)。

另外，光纤优选使用在1460-1625nm的波长区，且优选在1460nm处的色散值为0.1-3.0ps/nm-km(更优选为0.3-2.4ps/nm-km)，在1550nm处的色散值为3.0-5.5ps/nm-km(更优选为3.2-5.2ps/nm-km)，在1625nm的色散值为4.5-8.0ps/nm-km(更优选为4.8-7.7ps/nm-km)。

优选地，光纤在1550nm处的色散斜率为0.023-0.05ps/nm-km²，在1550nm处的有效截面积为35-50μm²，在1460nm处的有效截面积为35-50μm²。

因此，本发明的光纤在S、C和L波段中传输信号时，可以将非线性和信号失真抑制到最小。

另外，优选地，光纤的截止波长为1450nm或以下，零色散波长位于1460nm或以下，且在30mm的弯曲半径和100匝的条件下，在1625nm处的弯曲损耗为0.5dB或更少。

在本发明的另一个方案中，提供一种使用上述光纤的光传输线，还提供一种在至少一部分光通信路径中采用上述光传输线的光通信系统。

附图说明

在下面的详细描述中，将结合附图充分说明本发明的优选实施例的这些和其它特征、方案和优点。在这些附图中：

图1为根据本发明的优选实施例光纤的折射率曲线的坐标图；

图2至图4为根据光纤的色散和有效截面积的传输系统的传输特性(Q)的变化的坐标图；

图5a和图5b为根据本发明的实施例在光纤的每个波长处的色散特性的坐标图；

图6a和图6b为根据本发明的实施例在光纤的每个波长处的模场直径(MFD)的坐标图；以及

图7a和图7b为根据本发明的实施例在光纤的每个波长处的有效截面积的坐标图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。

为了在传输速度为40Gb/s、信道间距为100GHz、信道个数为16个、传输距离为240km、单位信道的光功率为5dBm的系统中，检查因光纤的色散和有效截面积引起的传输特性Q的变化，进行传输仿真，其结果示出在图2中。

在此光纤中，色散在1-15ps/nm-km的范围内，且有效截面积在30-60μm²的范围内。在图2中，可以理解在光纤的有效截面积为45μm²或以上且色散为4-17ps/nm-km的情况下，传输特性Q为6或以上。

Raman放大会降低单位信道的光功率，而不会使传输特性恶化，并且如果单位信道的光功率较低，即使色散和有效截面积较小，仍可以限制非线性。为了在信道容量低的40Gb/s的传输系统中，检查因光纤的色散和有效截面积引起的传输特性的变化，以信道间距为100GHz、信道个数为16个、传输距离为240km、单位信道的光功率为2dBm的方式进行传输仿真，其结果示出在图3中。

该光纤的色散在1-15ps/nm-km的范围内，且有效截面积在30-60μm²的范围内。在图3中，可以理解如果光纤的色散为2ps/nm-km或以上且有效截面积为30μm²或以上，传输特性Q的值为6或以上。因此，在由于优化降低了信道功率的情况下，即使光纤的色散和有效截面积变小，仍然可以确保相同的传输特性。

为了在信道间距变窄的情况下检查因光纤的色散和有效截面积引起的传输特性Q的变化，在传输速度为10Gb/s、信道间距为50GHz、信道个数为32个、传输距离为240km、单位信道的功率为0dBm的系统中，进行传输仿真，其结果示出在图4中。在此光纤中，色散在1-15ps/nm-km的范围内，且有效截面积在30-60μm²的范围内。在图4中，可以理解在光纤的色散为2ps/nm-km或以上且有效截面积为35μm²或以上的情况下，传输特性Q的值为6或以上。

将上述结果放在一起，可以知道，在所使用的波长处，光纤应具有35μm²或以上的有效截面积、2ps/nm-km或以上的色散，以便适用于传输速度为10Gb/s、信道间距为50GHz的系统或传输速度为40Gb/s、每个信道功率较低的系统。

实施例1

(1)半径：r₁＝3.05μm，r₂＝5.38μm，r₃＝9.96μm

(2)相对折射率差：Δ₁(％)＝0.54％，Δ₂＝-0.20％，Δ₃＝0.07％

(3)色散

1460nm：0.3ps/nm-km，1530nm：2.6ps/nm-km，1550nm：3.2ps/nm-km，

1625nm：5.3ps/nm-km

(4)色散斜率

1550nm：0.028ps/nm²-km

(5)模场直径(MFD)

1460nm：7.1μm，1530nm：7.5μm，1550nm：7.6μm，1625nm：8.1μm

(6)有效截面积

1460nm：40μm²，1530nm：44μm²，

1550nm：45μm²，1625nm：50μm²

实施例2

(1)半径：r₁＝3.05μm，r₂＝5.75μm，r₃＝10.79μm

(2)相对折射率差：Δ₁(％)＝0.55％，Δ₂＝-0.18％，Δ₃＝0.09％

(3)色散

1460nm：0.7ps/nm-km，1530nm：2.7ps/nm-km，1550nm：3.2ps/nm-km，

1625nm：4.9ps/nm-km

(4)色散斜率

1550nm：0.023ps/nm²-km

(5)模场直径(MFD)

1460nm：7.1μm，1530nm：7.5μm，

1550nm：7.6μm，1625nm：8.1μm

(6)有效截面积

1460nm：39μm²，1530nm：43μm²，

1550nm：44μm²，1625nm：50μm²

实施例3

(1)半径：r₁＝3.12μm，r₂＝5.56μm，r₃＝9.92μm

(2)相对折射率差：Δ₁(％)＝0.53％，Δ₂＝-0.23％，Δ₃＝0.10％

(3)色散

1460nm：0.7ps/nm-km，1530nm：2.7ps/nm-km，1550nm：3.2ps/nm-km，1625nm：4.8ps/nm-km

(4)色散斜率

1550nm：0.024ps/nm²-km

(5)模场直径(MFD)

1460nm：7.1μm，1530nm：7.5μm，

1550nm：7.6μm，1625nm：8.1μm

(6)有效截面积

1460nm：40μm²，1530nm：44μm²，

1550nm：45μm²，1625nm：51μm²

实施例4

(1)半径：r₁＝3.24μm，r₂＝5.72μm，r₃＝8.54μm

(2)相对折射率差：Δ₁(％)＝0.48％，Δ₂＝-0.17％，Δ₃＝0.15％

(3)色散

1460nm：0.5ps/nm-km，1530nm：3.5ps/nm-km，1550nm：4.4ps/nm-km，

1625nm：7.7ps/nm-km

(4)色散斜率

1550nm：0.043ps/nm²-km

(5)模场直径(MFD)

1460nm：7.8μm，1530nm：8.3μm，

1550nm：8.4μm，1625nm：9.0μm

(6)有效截面积

1460nm：47μm²，1530nm：53μm²，

1550nm：55μm²，1625nm：62μm²

实施例5

(1)半径：r₁＝3.37μm，r₂＝5.77μm，r₃＝9.35μm

(2)相对折射率差：Δ₁(％)＝0.50％，Δ₂＝-0.25％，Δ₃＝0.14％

(3)色散

1460nm：2.4ps/nm-km，1550nm：5.2ps/nm-km，1625nm：7.2ps/nm-km

(4)色散斜率

1550nm：0.026ps/nm²-km

(5)模场直径(MFD)

1460nm：7.4μm，1550nm：7.9μm，1625nm：8.4μm

(6)有效截面积

1460nm：43μm²，1550nm：49μm²，1625nm：55μm²

实施例6

(1)半径：r₁＝3.18μm，r₂＝6.18μm，r₃＝8.65μm

(2)相对折射率差：Δ₁(％)＝0.51％，Δ₂＝-0.19％，Δ₃＝0.14％

(3)色散

1460nm：2.4ps/nm-km，1550nm：5.2ps/nm-km，1625nm：7.3ps/nm-km

(4)色散斜率

1550nm：0.029ps/nm²-km

(5)模场直径(MFD)

1460nm：7.3μm，1550nm：7.8μm，1625nm：8.2μm

(6)有效截面积

1460nm：41μm²，1550nm：47μm²，1625nm：52μm²

在实施例1到6中，半径和相对折射率差可以具有制造公差。(例如，半径的制造公差是±0.6μm，相对折射率差的制造公差是±0.03％)。

对应于实施例1到6的光纤的每个波长的色散特性示出在图5a和5b中。对应于实施例1到4的光纤在1530nm处的色散为2.0ps/nm-km或以上，同时色散斜率为正。对应于实施例5和6的光纤在1460nm处的色散为2.0ps/nm-km或以上，同时色散斜率为正。

对应于实施例1到6的光纤的每个波长的MFD特性示出在图6a和6b中。对应于实施例1到6的光纤在1550nm处的MFD为7.0μm或以上。

对应于实施例1到6的光纤的有效截面特性示出在图7a和7b中。对应于实施例1到4的光纤在1530nm处的有效截面积为40μm²或以上，并且即使在C波段和L波段有效截面积也在40μm²或以上。另外，对应于实施例5和6的光纤在1460nm处的有效截面积为40μm²或以上，并且即使在S波段、C波段和L波段有效截面积也在40μm²或以上。

由于如上所述对应于实施例1到4的光纤在比1530nm更长的波段处的色散为2.0ps/nm-km或以上且有效截面积为35μm²或以上，传输特性Q为6或更高，从而在传输速度为10Gb/s、信道间距为50GHz的系统或传输速度为40Gb/s、信道容量较低的系统中，对于C、L波段的传输，能提供优秀的传输特性。另外，对应于实施例1到3的光纤在10Gb/s的传输系统中可传输170km，而不需色散补偿，这是由于色散在1625nm处为6.0ps/nm-km或以下。

对应于实施例5到6的光纤在比1460nm更长的波段处的色散为2.0ps/nm-km或以上且有效截面积为35μm²或以上，因此传输特性Q为6或更高，从而在传输速度为10Gb/s、信道间距为50GHz的系统或传输速度为40Gb/s、每个信道的功率较低的系统中，对于C波段和L波段的传输，能提供优秀的传输特性。另外，对应于实施例5和6的光纤在10Gb/s的传输系统中可传输130km，而不需色散补偿，这是由于色散在1625nm处为8.0ps/nm-km或以下。

如上所述，根据本发明的光纤在1550nm和1625nm处的损耗低于0.25dB。光缆截止波长为1450nm或以下，且在30mm的弯曲半径和100匝的条件下，在1625nm处的弯曲损耗为0.5dB或更少。另外，光纤的PMD(偏振模式色散)为0.2ps/或以下，在10Gb/s的传输系统中可以传输大约4000km以及在40Gb/s的传输系统中可以传输大约80km。

应当理解在本说明书和所附的权利要求书中使用的词语不应视为局限于通常的和字典的含义，而应以允许发明人为获得最佳解释而适当地限定词语的原则，基于对应于本发明的技术方案的含义和概念来解释。

因此，这里提出的说明仅仅是为说明目的的优选的实例，并不意图限制本发明的范围，所以应当理解可以对本发明做出其他等同变化和修改，而不脱离本发明的精神和范围。

工业实用性

本发明提供一种将色散、色散斜率和有效截面积优化了的光纤，其适用于诸如传输速度等于或大于10Gb/s、信道间距为50GHz或更少，以及光波段宽度超过在S、C和L波段的传输波长区的WDM(波分复用)系统之类的高速度大容量的光通信系统。