有效面积均衡的光缆制造技术

一个喇曼放大的光传输系统［８０］包括具有系统波长λ↓［ｓ］的一个光传输信号源，连接到具有大有效面积即Ａ↓［ｅｆｆ］≥７０μｍ↑［２］的第一光纤［５０－１］的一端。该第一光纤的另一端连接到具有小有效面积即Ａ↓［ｅｆｆ］≤６０μｍ↑［２］的第二光纤［５０－２］。理想地，该第一和第二光纤具有相反的色散符号。例如一个波分复用器［８７］，将光传输信号λ↓［１］…λ↓［ｎ］从一个光泵浦［８８］耦合到该第二光纤，使其显示受激喇曼散射，提供光传输信号的放大。理想地，该光泵浦信号沿该第二光纤以与光传输信号方向相反的方向传播。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用光纤的信息传输领域，并且尤其涉及光缆的设计。
技术介绍
光学通信的增长受到光纤上可实现的特大带宽的激励。这样的带宽使得在一根由高质量玻璃材料制成的细如发丝的光纤上可以同时传输几千个电话通话和电视信道。但是，类似于电信号，光信号在传输过程中有损耗，并且必须周期性地被放大，尽管增大所传输的光信号的功率可以减轻对放大的需要。为了应付增大的光功率，已经研究了具有较大有效面积的光纤，以避免与高功率密度相关的非线性效应。光放大比光信号转换为电信号，电信号被放大然后再转换为光信号更划算。放大技术包括在一段光纤中掺杂稀土材料如铒或镨；在与将被放大的光信号的波长不同的波长处将光能量泵浦到该段光纤；以及沿该段稀土掺杂的光纤传播该光信号，以在其自身波长处提取能量。铒掺杂光纤用于放大波长在1550纳米(nm)区域，Er3+掺杂离子中存在迁移的光信号，而镨掺杂光纤用于1310nm区域。尽管这种放大器比上述电放大方法表现出重大的改进，但是这种光放大器的价格仍然太高——例如每个$25,000至$50,000。此外，铒放大器必须由一个或两个激光二极管泵浦来驱动；并且，如果一个泵浦停止，则整个系统减弱。(铒不会明显停止，但是当其减弱时它使用一个前级激光器吸收该信号。)镨放大器具有一些相同的问题并且，此外，它由脆而易碎的基于氟化物的光纤制成。另一种光放大技术利用已知的受激喇曼散射(SRS)现象，它有不少好处，包括低成本——例如每个$3000至$4000；工作在所有波长；以及利用传输光纤本身用于放大。实际上，该技术依赖于光纤材料的固有性质，并且光纤中不需要任何专门的掺杂物如铒。因此，光传输系统中经常需要使用喇曼放大。喇曼放大包括将一个光泵浦信号引入该传输光纤，并且对于一个给定的泵浦功率，喇曼放大效率随光功率密度的增大而增大。但是，如果该光纤的功率密度变得太大，则光传输信号会出现不利的非线性效应。因此，需要调和一个光传输系统中采用低功率密度减小非线性效应与采用高功率密度增大喇曼放大器效率之间的关系。
技术实现思路
在一个广泛的方面，本专利技术体现在具有一个或多个第一类型的单模式光纤以及一个或多个第二类型的光纤的光缆中，两种类型的光纤都适合在系统波长λs处传输光信号，其中第一类型光纤的有效面积远远大于第二类型光纤的有效面积。本专利技术的示例性实施例中公开了各种光缆配置，在同一光缆中理想地包括相等数量的大有效面积光纤即Aeff≥70μm2，和小有效面积光纤即Aeff≤60μm2。此外，各种光缆配置都是可能的，包括被复合材料粘结在一起的一个光纤平面阵列，以及封装在一个或多个塑料管内的光纤组。在本专利技术的一个示例性实施例中，上述光缆被配置于一个喇曼放大的光传输系统中，其中光传输信号连接到该第一类型光纤的一端。该光纤的另一端连接到该第二类型的光纤。光泵浦信号耦合到第二光纤，使其显示受激喇曼散射并且因此放大该光传输信号。理想地，光泵浦信号以与光传输信号方向相反的方向沿第二光纤传播。附图说明阅读附图，由以下详细描述将更清楚地理解本专利技术及其工作模式，其中图1是使用反向泵浦喇曼放大的光传输系统的示意表示；图2是一个图表，显示对于熔融硅光纤，喇曼增益系数关于泵浦与信号间以THz以及光谱学家使用的厘米倒数(cm-1)为单位的信道间隔的函数；图3是一个图表，显示在使用喇曼放大用于具有不同有效面积的光纤的一个光传输系统中，光功率与距离的关系；图4是一个图表，显示在用于具有不同有效面积的光纤的一个喇曼放大器中的光信噪比；图5是一个光缆的透视图，包含根据本专利技术的具有不同有效面积的光纤束；图6是一个光缆的透视图，包含根据本专利技术的具有不同有效面积的光纤平面阵列；图7表示图6中所示的那种光缆之间通过熔融接合的互连；以及图8公开了在同时具有铒放大器和喇曼放大器的一个光传输系统中使用图5中所示的光缆。术语以下定义是根据技术中的常见用法有效面积(Aeff)——一种光属性，特指单模式光纤，定义为Aeff=2π(∫0∞E2rdr)2/(∫0∞E4rdr),]]>其中E为与被传播光相关的电场。实际情况中，根据以下映射函数，有效面积与光纤的模式场直径有关Aeff=kπ(MFD2)2,]]>其中K为一个拟合系数。模式场直径(MFD)——一个单模式光纤中引导的光功率密度的宽度的量度。对于多数单模式光纤，密度关于径向位置的形状典型地遵循常见的高斯或钟形曲线。密度下降到峰值的1/e2＝0.135处的半径称为模式场半径，模式场半径乘以2就得到MFD。大有效面积——对于本专利技术，一根光纤其中Aeff≥70μm2。小有效面积——对于本专利技术，一根光纤其中Aeff≤60μm2。受激喇曼散射(SRS)——光与光纤的分子振动之间的相互作用。系统波长(λs)——单个光信道的中心波长；或位于一个光放大器的放大波段内的一组光信道的平均中心波长。具体实施例方式当单个光缆包括一个特定传输系统中所需的所有不同种类的光纤时，光缆的制造者及安装者就会受益。本专利技术是用于能够在一个喇曼泵浦的光传输系统中被有利使用的光缆。这种泵浦使得一个光纤能够提供小量的放大，通常被一个辅助的光放大器增强。通过使用大和小有效面积的光纤，加上喇曼放大，可以不需要辅助放大器而获得较长的传输距离。并且当单个光缆包含大和小有效面积光纤时，就减少了库存并且简化了安装。光纤有效面积与喇曼放大的简要论述将增强读者的理解。光纤有效面积如上述定义，有效面积是一种光属性，特指单模式光纤，定义为Aeff=2π(∫0∞E2rdr)2/(∫0∞E4rdr),]]>其中E为与被传播光相关的电场。实际情况中，根据映射函数，有效面积与光纤的模式场直径(MFD)有关，该映射函数是一个公式，通过它，给定光纤的一个属性的测量结果被用于预测另一个属性的值。对于一个给定的光纤类型和设计，通过专门用于一个特定光纤类型和设计的一个映射函数，MFD可以用于预测有效面积。映射函数是通过做一个试验得到的，该试验中选择一个光纤样本表示MFD值的光谱和光纤类型，并且在试验中测量样本中的光纤的MFD和Aeff。可以使用线性回归来确定拟合系数k，如下式定义Aeff=kπ(MFD2)2]]>单模式光纤的有效面积的测量在将作为TIA/EIA-455-132-A出版的FOTP-132中详细讨论。喇曼放大器众所周知光信号与传播媒质(例如光纤)之间的非线性相互作用(NLI)原则上可以用于信号辐射的放大。应当注意到光纤NLI放大器利用光纤材料的固有性质，并且不需要光纤中存在专门的掺杂剂如铒。如果在单根光纤上传输多个波长，则有几种非线性机制可以将信号能量从一个波长转移到另一个波长。SRS是光与分子振动之间的非线性参数相互作用。一根光纤中发射的光被部分散射并且频率下移。光频率的变化对应于分子振动频率。SRS类似于受激布里渊散射(SBS)，但是可以发生在向前或向后方向。喇曼增益系数比布里渊增益系数小大约3个数量级，因此在一个单信道系统中，SRS阈值比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光缆［５００，６００］，包括一个或多个第一类型［５０－１，６０－１］的单模式光纤，以及一个或多个第二类型［５０－２，６０－２］的光纤，两种类型的光纤都适用于传输源波长λｓ处的光信号，其特征在于：该第一类型的光纤的有效面积远远大于 该第二类型的光纤的有效面积。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：亚瑟F朱迪，
申请(专利权)人：朗迅科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]