正色散低色散斜率的纤维制造技术

揭示了一种具有分层纤芯的光波导，其中分层纤芯至少具有两个分层。选择各纤芯分层的相对折射率、折射率分布曲线和径向尺寸，以提供一种光纤，该光纤的性能适于工作在大约１５３０ｎｍ至１５７０ｎｍ波长窗口内的高性能电信系统。描述了本发明专利技术具有两个、三个和四个分层的实施例。为了消除诸如ＦＷＭ和ＳＰＭ等发生在高性能高速率系统中的非线性效应，使得波导的有效面积大于大约６０μｍ＃＋［２］，大于６５μｍ＃＋［２］则更好，最好大于７０μｍ＃＋［２］。总色散最好是正的，并且在１５３０ｎｍ处至少等于２ｐｓ／ｎｍ－ｋｍ。此总色散与小于大约０．１ｐｓ／ｎｍ＃＋［２］－ｋｍ的总色散斜率一起确保了在波长窗口内具有最小的ＦＷＭ效应。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求以下申请的利益1998年9月11日提交的美国临时专利申请60/099,979；1998年10月5日提交的美国临时专利申请60/103,080；以及1999年4月23日提交的美国临时专利申请60/130,650。
技术介绍
本专利技术涉及一种单模光纤，尤其涉及一种总色散在整个纤维长度上保持正值的波导纤维。另外，有效面积较大，而总色散斜率保持在较小的值。由于高数据速率以及对较长再生器间隔的需要，已经增强探索为长距离、高比特率电信业设计的高性能光纤。一个附加要求是，该波导纤维应与光放大器兼容，而光放大器一般在1530nm至1570nm的波长范围内具有最佳的增益曲线。还要考虑将可用波长扩展到大约1570nm至1700nm的L带范围的可能性，若能扩展到大约1570nm至1625nm的范围则更好。当用波分复用(WDM)技术增大波导信息容量时，有一附加波导纤维性能变得很重要。对于WDM的高比特率系统，波导应该具有异常低的但非零的总色散，从而可以限制四波混频的非线性色散效应能够在具有高功率密度(即，每单位面积具有较高的功率)的系统中产生不可接受色散的另一个非线性效应是自相位调制。自相位调制可以用以下方式来控制，即设计具有较大有效面积的波导纤芯，从而降低功率密度。另一种方法是控制波导总色散的符号，致使波导总色散的作用与自相位调制的色散作用相反。具有正色散的波导将产生与自相位调制相反的色散作用，从而基本上消除自相位调制色散，其中“正”是指具有短波长信号的传播速度大于长波长信号的传播速度。美国专利申请08/559,954揭示并描述了这种波导纤维。本专利技术的新颖分布曲线是在08/559,954光纤的基础上增加有效面积以得到改善的。另外，此公开的波导在波长工作窗口上的总色散均为正，并且总色散的下限大于大约2.0ps/nm-km，从而进一步降低了因四波混频产生的功率损失。因此，需要一种光纤，该光纤-至少在1530nm至1570nm的波长范围内是单模的；-在1530nm至1570nm的波长范围之外具有一零色散波长；-在1530nm至1570nm的波长范围上具有一正的总色散，总色散不小于大约2.0ps/nm-km，但低得足以避免产生较大的线性色散功率损失；-在大约1570nm至1625nm的范围内具有一可用的传输窗口；和-保持诸如高强度、低衰减和可接受的抗弯曲引入的损耗等通常的高性能波导性能。授予Bhagavatula的美国专利4,715,679全面描述了用纤芯分层增加波导纤芯结构的概念，其中各纤芯分层具有不同的分布曲线，为波导纤维设计提供了灵活性。分层纤芯的概念可用来获得不寻常的波导纤芯的性能组合，诸如本文中所述的性能组合。定义以下定义符合本领域常用定义。-折射率分布曲线是折射率与波导纤维半径之间的关系。-分层纤芯至少具有第一和第二波导纤芯半径分层。每个半径分层各自都有相应的折射率分布曲线。-纤芯分层的半径用折射率分布曲线各分层的起点和终点来定义。附图说明图1示出了本文使用的半径定义。中央折射率分层10的半径是长度2，它是从波导中心线延伸到分布曲线变成分层12之α分布曲线的点，该点是被选中开始用α分布等式来计算相对折射率的点。分层12的半径从中心线延伸到α分布曲线的外推下降部分与分布曲线分层14的外推延伸相交的径向点。分层14的半径是从中心线延伸到其Δ％为分层16之半Δ％最大值的半径点。分层16的宽度是在分层16的半Δ％值之间测得的。分层16的半径是从中心线延伸到该分层的中点。显然，可以对分层尺寸作许多替代的定义。这里所述的定义原用于计算机模拟中，这种模拟可以在给定一折射率分布曲线的情况下预测波导性能。模拟还可用来提供一族具有预选功能组的折射率分布曲线。-有效面积为Aeff＝2π(∫E2r dr)2/(∫E4r dr)，其中积分限为0至∞，并且E是与传播的光有关的电场。有效直径Deff可定义为Aeff＝π(Deff/2)2。-分布体积定义为2∫r1r2Δ％rdr。内分布体积是从波导中心线r＝0延伸到交叉半径。外分布体积是从交叉半径延伸至纤芯的最后一点。由于相对折射率是无量纲的，所以分布体积的单位为％μm2。分布体积单位％μm2在本文中将简称为“单位”。-根据信号功率分布对信号波长变化的依赖关系而求得交叉半径。在内体积上，信号功率随波长的增加而减小。在外体积上，信号功率随波长的增加而增加。-缩写WDM表示波分复用。-缩写SPM表示自相位调制，这是一种非线性的光学现象，在该情况下，功率密度大于一特定功率电平的信号将相对于低于该功率密度的信号以不同的速度在波导中传播。SPM会引起可以与具有负号的线性色散相比拟的信号色散。-缩写FWM表示四波混频，在该现象中，波导中的两个或多个信号发生干扰，产生具有不同频率的信号。-术语Δ％表示折射率的相对测量，它由下式定义Δ％＝100×，其中除非特别指明，ni为区域i的最大折射率，并且除非特别指明，n2为包层区域的折射率。-术语α分布曲线是指遵循下述等式的折射率分布曲线，该式用Δ(b)％表示，其中b是半径Δ(b)％＝Δ(b0)(1-α)，其中b0是分布曲线的最大值点，b1是Δ(b)％为零的点，b在bi≤b≤bf的范围内，Δ如上定义，bi是α分布曲线的起点，bf是α分布曲线的终点，α是实数的指数。选择α分布曲线的起点和终点，并将其输入计算机模拟中。如这里所使用的，如果在α分布曲线之前是阶跃型折射率分布曲线，那么α分布曲线的起点是α分布曲线与阶跃型分布典型的交点。模拟中没有考虑该交点处的扩散。因此，当把α分布曲线的起点指派给一个包含扩散的分布曲线时，可以外推α分布曲线的形状和阶跃型折射率分布曲线的形状，找到它们的交点。对于α分布曲线后面跟阶跃型折射率分布曲线的情况，可以用类似方式找到α分布曲线的终点。在模拟中，为了使α分布曲线与相邻分布分层的分布曲线光滑连接，可以将等式重写成Δ(b)％＝Δ(ba)+{(1-α)}，其中ba是相邻分层的第一点。-销钉阵列弯曲测试用于比较波导纤维的相对抗弯曲性。为了进行该测试，对不发生感生弯曲损耗的波导纤维布置测量其衰减损耗。然后把波导纤维绕销钉阵列弯曲，再次测量衰减。弯曲带来的损耗是两次衰减测量结果的差。销钉阵列是一组按单行排列并在一平面上保持固定垂直位置的十个圆柱销钉。销钉的中心至中心间距为5毫米。销钉直径为0.67毫米。使波导纤维穿过相邻销钉的两侧。在测试期间，对波导纤维施加足以使波导与销钉周边一部分贴合的张力。
技术实现思路
这里揭示和描述的单模波导纤维满足上述要求，并且波导纤维本身可以重复制造。新型单模光纤具有一分层纤芯，并且分层纤芯至少具有两个分层，每个分层由折射率分布曲线、相对折射率Δ％和半径表征。选择纤芯分层的特征，以提供一组特定的性能，适应于为工作在1550nm窗口内而设计的电信系统，所述电信系统一般工作在大约1530nm至1570nm的范围内。较佳的范围具有延伸到大约1625nm的工作波长窗口。该系统可以包括光放大器、WDM操作和相对较高的信号振幅。为了基本上消除诸如FWM和SPM等发生在高性能高速率系统中的非线性效应，使得波导的有效面积大于大约60μm2，大于65μm2则更好，最好大于70μm2。总色散最好是正的，并且在1530本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单模光纤，其特征在于，包括： 分层纤芯，它至少包括两个分层，每个分层都具有半径ｒ↓［ｉ］，折射率分布曲线和相对折射率百分数Δ↓［ｉ］％，其中ｉ等于分层的数目；和 包层，它围绕并接触纤芯，包层的折射率为ｎ↓［ｃ］； 选择ｒ↓［ｉ］、Δ↓［ｉ］％和折射率分布曲线，以提供： 零色散波长在大约１４６５ｎｍ至１５３０ｎｍ范围内； １５３０ｎｍ处的总色散≥２ｐｓ／ｎｍ－ｋｍ； 在１５３０ｎｍ至１５７０ｎｍ波长范围内的总色散斜率＜０．１ｐｓ／ｎｍ↑［２］－ｋｍ； 有效面积＞６０μｍ↑［２］；并且 在１５３０ｎｍ至１５７０ｎｍ的波长范围内，模场直径在大约８．８μｍ至１０．６μｍ的范围内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马代平，DK史密斯，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]