一种具有低非线性系数和大有效面积的光纤及光传输系统技术方案

一种传输光纤，具有一种折射率分布，在光纤内芯处有一个增大的折射率区，从该内芯径向向外的一个环形区具有超出内芯折射率的折射率，在内芯和环形区之间的截面区中至少有一个低掺杂物含量区。低损耗的包层围绕着该芯区。具有这种分区段芯分布的传输光纤提供了更大的有效面积，低的非线性系数，非零色散，和较平坦的色散斜率。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及一种其非线性效应的特性已得到改善的传输光纤，，特别是涉及一种用于波分复用(WDM)系统中的光纤，它具有两个折射率峰值，最大折射率差位于外层芯区。光通信系统中，在特定环境条件下，非线性光学效应会降低沿标准传输光纤的传输质量。包括四波混合(FWM)，自相位调制(SPM)，交叉相位调制(XPM)，调制不稳定性(MI)，受激布里渊散射(SBS)和受激喇曼散射(SRS)在内的这些非线性光学效应，尤其会在高能系统中引起失真。影响光纤中所传播脉冲的非线性效应的强度，与非线性系数γ和功率P的乘积有关。非线性系数的定义，如IEEE Journal of Quantum Electronics分册，Vol.QE-23，No.5，1987，Y.Kodama等人的论文“单模介质波导中非线性脉冲传播”中所给出的，表示如下γ=1λneff∫0∞n(r)n2(r)|F(r)|4rdr2----(1)]]>这里r是光纤的径向坐标，neff是有效模折射率，λ是信号波长，n(r)是折射率的径向分布，n2(r)是非线性折射率系数的径向分布，而F(r)是基模的径向分布。申请人已经证明，公式(1)考虑了非线性折射率系数n2的径向因变量，它是由用来相对于纯石英提高(或降低)折射率的光纤掺杂浓度变化而导致的。如果我们忽略非线性折射率系数n2的径向因变量，便得到系数γ的一个通用表达式。γ=2πn2λAeff----(2)]]>式中我们引入所谓有效芯面积，或称主有效面积，Aeff=2π2∫0∞|F(r)|4rdr.----(3)]]>与定义式(1)不同，近似公式(2)没有区分有效芯面积值Aeff相同而γ值不同的折射率径向分布之间的区别。1/Aeff经常用作传输光纤中非线性效应强度的测量值，公式(1)定义的γ实际上提供的是那些效应强度的一个很好的测量值。群速色散也限制了长距离传输光信号的质量。在光脉冲长距离传输过程中，群速色散展宽了光脉冲，这可能导致光能量分散到该脉冲的时隙之外。尽管光脉冲的色散可以通过降低传输系统中再生器的间隔而有所减弱，但是该方法费用高且不能发挥无中继光放大的优势。处理色散的一种已知方法是将适合的色散补偿装置(如光栅或色散补偿光纤)添加到电信系统中。而且，为了补偿色散，光通信的一种趋势是倾向于采用孤子脉冲，一种特殊类型的RZ(归零)调制信号，在较长的距离上该信号通过自相位调制来平衡群速色散效应，进而保持其脉冲宽度。决定单模光纤中孤子传输的基本关系如下 其中P0是孤子脉冲的峰值功率，T0是该脉冲的延续时间，D是总色散，λ是孤子信号的中心波长，而γ是前面引入的光纤非线性系数。为了在传输过程中将脉冲保持在孤子状态，必须满足等式(4)。在符合等式(4)的孤子传输过程中，可能出现的问题是，传统传输光纤是有损耗的，这将引起孤子脉冲的峰值功率P0沿着光放大器间光纤的长度成指数地下降。为了补偿这种下降，一种方法是可以在其发射点将孤子功率P0设定为一个足以补偿随后在传输线上功率降低的值。另一种方法是，如F.M.Knox et al.，paper WeC.3.2，page3.101-104，ECOC′96，Oslo(Norway)中所述的例子，对脉冲沿传输线上积累起来的色散进行补偿(使用色散补偿光纤，虽然也可以使用布喇格光纤光栅)，其中这些脉冲的峰值功率低于孤子传输条件。具有低非线性系数的光纤适宜用在诸如不归零光放大WDM系统等传输系统中，也可用在无放大系统中，以避免或限制上述非线性效应。而且，非线性系数低的光纤可以增大发射功率，同时使非线性效应保持在同一水平。依次增大发射功率意味着在接收机处有较好的S/N比(低BER)和/或通过增大放大器间隔而获得更长传输距离的可能性。因此，申请人已提议需要具有低非线性系数γ值的光纤。另外，在孤子系统中，增大放大器之间间隔的一种方法可以是，用功率更高的放大器增大脉冲发射功率。但在此情况下等式(4)表示如果发射功率增大且孤子脉冲延时保持不变，则比值Dλ2/γ也必须增大。所以，低的非线性系数值γ也是在孤子传输系统中提供更大在线放大器间距的需要。一些专利和公开文献已经在讨论用分区段芯或双包层的折射率分布的传输光纤，和具有更大有效面积传输光纤的设计。例如，美国专利US.5,579,428公开了一种为采用光集总式或光分布式放大器的WDM孤子通信系统而设计的单模光纤。在预选的波长范围内，所公开的该光纤的总色散在一个预选的正值范围内，且高达足以平衡WDM孤子传输的自相位调制。而且，色散的斜率值在一个预选的范围内，且低到足以防止WDM孤子之间的碰撞并减小其时间上或光谱上的漂移。该’428专利提出的光纤是一种分区段芯的光纤，在其芯区内有一个折射率最大的区域。美国专利US.4,715,679公开了一种具有低折射率的分区段芯光纤，以获得低色散，低损耗波导。该’679专利公开了一组折射率分布，包括在光纤内芯区之外但在外芯环形区之内的环形区具有折射率极大值区的理想分布。美国专利US.4,877,304公开了一种光纤，它具有折射率极大值大于其包层折射率的芯分布。美国专利US.4,889,404公开了一种包括光纤的非对称双向光通信系统。尽管’304和’404专利都描述了可能有大折射率外环区的理想折射率分布，但是没有公开对应于那些分布的具体例子，而且这些专利也没有涉及到具有那些分布的光纤的非线性特性。美国专利US.5,684,909，欧洲专利申请公开EP 789 255和EP.724,171公开了具有由分区段折射率芯分布构成的大有效面积的单模光纤。该专利和申请描述了计算机模拟而得到的具有大有效面积的光纤，它用于长距离高比特率光纤系统。’909专利表示了一个具有两个不相邻分布分段的芯分布，它有一个正的折射率和两个附加的不相邻负折射率分段。’909专利旨在通过分区段芯分布来实现具有基本为零的色散斜率的光纤。EP.789,255所公开的光纤其有效面积极大，它是通过分区段芯折射率分布来实现的，但是该分区段的芯是具有至少两个不相邻的负折射率分段。EP724,171公开了其中心具有折射率极大值的光纤。美国专利US.5,555,340公开了一种具有分区段芯的色散补偿光纤，为的是获得色散补偿。’340专利公开了一种折射率分布，其中围绕着包层的树脂膜具有比光纤内芯更高的折射率。但是该树脂在光纤结构中不是用于低损耗的光导层。申请人已经注意到，折射率调节掺杂剂在光纤截面中的分布对光纤非线性特性具有显著的影响。申请人认为，非线性折射率n2的贡献是使非线性系数γ在纯石英时保持常量，而且其径向变化量正比于折射率调节掺杂剂的浓度。添加到纯石英玻璃中使其折射率增大(如GeO2)或减小(如氟)的掺杂剂，都使玻璃的非线性增大而超过纯石英的非线性值。申请人已经发现，已知的大有效面积光纤，在实现全面扩大其有效面积的同时，由于光场强度较高的光纤截面区的掺杂剂效应，而不能优化地减小γ。而且，申请人注意到，折射率调节掺杂剂会增加光纤的损耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光传输系统且具有低非线性系数γ和大有效面积的传输光纤，它包括： 一个芯区，其包含 具有第一折射率差极大值Δｎ１、分布α和半径ｒ１的玻璃内芯； 径向围绕着该内芯的第一玻璃层，它具有小于Δｎ１的折射率差Δｎ２，并具有外径ｒ２；以及 径向围绕着该第一层的第二玻璃层，它具有大于Δｎ１的第二折射率差极大值Δｎ３，并具有宽度ｗ， 和围绕着所述芯区的低损耗包层， 其中所述的非线性系数γ小于约２Ｗ↑［－１］ｋｍ↑［－１］， 其特征在于所述折射率差Δｎ２其绝对值小于所述第二折射率差极大值Δｎ３的１０％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴托洛玖伊塔洛蒂洛尼，佛朗西斯科噶布里勒萨托尼，戴维德萨奇，贾考默斯特法诺罗巴，
申请(专利权)人：皮雷利卡维系统有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]