色散平衡光缆制造技术

一种减少波分复用（ＷＤＭ）系统中四光子混合并有效地将累加色散Ｄ大致减小到零的色散平衡光缆。色散平衡光缆（９０）包括一或多个有正色散Ｄ↓［１］的光纤（９０－１）和负色散Ｄ↓［２］的光纤（９０－２）。在同一根色散平衡光缆中最好包含相同数目的正负色散光纤。可利用各种结构光缆（６０，８０，９０）。一种改进ＷＤＭ系统１００联结两个色散平衡光缆（９０－９０），跨接点１０５设置在光缆（９０）的正色散光纤（９０－１）和另一光缆（９０）的负色散光纤（９０－２）之间。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用光纤的信息传输领域，尤其涉及光缆的设计。光通讯的发展由于可利用光纤超常的带宽而得到了推进。这样的带宽使得数以千计的电话通话和电视频道能够同时通过通常由优质玻璃材料制成的头发丝般粗细的光纤进行。光主要在光纤的芯区传输，因为纤芯有略高于周围区域的折射率。光传输相对于用金属线的传输有着显著的优越性，但光纤确实具有损耗并且没有无限的带宽。就损耗而言，在被用于制作光纤的玻璃材料(接近纯二氧化硅-SiO2)质量方面已取得了惊人的进展。在1970年玻璃纤维可接受的损耗范围是20db/km；而现在损耗在0.22-0.25db/km范围内属于常规范围。确实，玻璃纤维最小损耗的理论值约为0.16db/km，它发生在大约1550nm的波长处。各种机制限制着光纤的带宽。例如，在多模光纤中有模式色散，进入光纤一端的光脉冲当在光纤另一端出现时将被展宽。这是因为多模光纤支持着某一特殊波长数以百计的不同模式(路径)。并且当不同的模式在光纤的另一端汇合时净结果就是脉冲展宽。但是，可把光纤设计成仅支持某一特殊波长的基模，此种光纤因而被称为单模光纤。这种光纤有特别宽的带宽。但即使如此，被引入单模光纤一端的光脉冲在另一端出现时仍有些展宽。这是因为单波长光源的开启和关闭(即光脉冲)行为产生大量的相关谐波波长，不同波长的波以不同的速度通过玻璃。因此入射到玻璃纤维一端的光脉冲在到达另一端时因不同的波长(颜色)于不同时刻到达而发生展宽。不足为奇，这就称为波长色散(chromaticdispersion)，是光学领域的术语相当于电子工程上的延迟畸变。如附图说明图1所示，在一种典型的玻璃纤维中800nm波长的光脉冲在900nm波长光脉冲之后约10ns到达。表示光纤波长色散特性的通用方法是采用图1中延迟曲线关于波长的导数。此导数仅仅是作为波长函数的延迟曲线的斜率并被称为波长色散(D)，如图2中曲线所示。通常用于制作光纤的玻璃组份在1310nm区域中的λ0波长处色散为零。但如上所述，玻璃纤维最小损耗的理论值在1550nm区域内。有趣的是这种性质对这个波长领域的光传输还有点益处，因为那儿正是实际光纤放大器的工作区。(掺铒光纤用于放大波长在1530-1565nm区域内的光信号，在此波长范围有Er3+掺杂离子的迁移。)已经知道，可以通过适当控制掺杂物质、掺杂浓度、光芯直径和折射率分布把单模光纤设计成在1300-1700nm范围中任一波长处λ0色散为零。由于在1550nm区域内工作的必要性，单模光纤被设计成在大约1550nm处有λ0波长的零色散。这种光纤已非常流行并通常被称为色散移位光纤(DSF)。光纤的数据传输速率通过波分复用(WDM)法提高，在WDM法中几个通道被复用在一个单光纤中，每个通道进行不同的波长传输。利用安装好的无色散移位光纤可以证明在1550nm区域传输四个间隔约为1.6nm的通道，容量比单通道工作增加到四倍，4×2.5Gb/s＝10Gb/s(1Gb/s＝10亿位/秒)。但发现4-通道WDM操作必定受DSF的使用排斥，因而还发现已经就位的DSF不是被限制于单通道的工作就是被限制于WDM系统，该WDM系统具有有限的跨度、较少的通道、或每个通道较小的比特率。美国专利5,327,516(′516专利)公开了一种改进的光纤，记作WDM光纤，它对信息的多通道传输特别有效，各通道在每个不同的波长处工作。Lucent Technologies公司的Truewave光纤为这种商用光纤，能够支持至少八个彼此相隔0.8nm、跨越360km长度以上的无再生器的通道。并且Lucent’s公司的1450密集波分复用器(DWDM)可使八个通道使用Truewave光纤，每个通道传送2.5Gb/s的信息。以这种速率，系统一秒钟几乎能够传输5,000部小说，大约是大多数长距光纤系统的八倍。的确，通过把每个通道的数据率提高到20Gb/s，把通道数增加到25并以两种不同的偏振传输，已证实可以通过55公里Truewave光纤实现每秒一万亿位的传输(1Tb/s＝1000Gb/s)。至此，这种速率已被尊称为数据传输的“圣杯”“Holy Grail”。简言之，′516专利通过在1550nm处引入少但足够量的正或负波长色散来减少通道间的非线性相互作用。这种非线性相互作用被认作四光子混合，它严重地限制了系统的设计和工作特性。当非常希望利用WDM光纤时，就进退两难了。虽然引入色散对于使四光子混合为最小是很需要的，但它又是很不理想的，因为它会导致如上所述的脉冲展宽。许多专利已解决了补偿色散的问题，这些专利包括美国专利4,261,639(Logelnik等)；4,969,710(Tick等)；5,191,631(Rosenberg)；这些专利通过在适当的位置插入模来补偿色散。该模通常包含适当长度的色散补偿光纤(DCF)以产生大致等于传输光纤在途中所致色散的量(但符号相反)。不利的是这些模占用空间，导致很大的损耗，增加成本。在先已提出过构造一种光缆，该光缆中包含的所有光纤为一种类型---或正色散或负色散。光缆所包含的一种类型的光纤以适当的间隔连接，使光缆能包含另一种类型的光纤。这种方法在供货上有缺陷，即光缆的两种类型须分别按订单制作和存放。另外重要的问题将随着两种类型的光缆在制作过程、对所采用及存放的每种类型保持的准确记录、和进行常规的维护而出现。我们所需要的并且也是现有技术所缺乏的，是一种能够同时地降低四光子混合和累计色散而无须采用DCF模的光缆。本专利技术公开的色散平衡光缆能够降低波分复用(WDM)系统中的四光子混合，并能将累加的色散有效地降到大致为零。色散平衡光缆包括具有正波长色散的光纤，正色散光纤的色散绝对值平均量在λs处超过0.8ps/nm-km。光缆还包括具有负波长色散的光纤，负色散光纤的色散绝对值平均量在λs处超过0.8ps/nm-km。在本专利技术实施例的例证中，光纤是单模的，并适于在1550nm区域内传输光信号。在此波长处，虽然当1550nm处波长色散平均值的量在0.8-4.6ps/nm-km范围时可实现性能的改进，但正色散光纤具有大约+2.3ps/nm-km的波长色散，负色散光纤具有大约-1.6ps/nm-km的波长色散。在本专利技术的实施例中公开了各种光缆的结构，它们在同一根光缆中最好包含同样数目的正和负色散光纤。另外各种结构的光缆可能包括由基质材料封闭在塑料管中的一些光纤束扎成的光纤平面阵列。所公开的改进的WDM系统将两根色散平衡的光缆互连，使得一根光缆的正色散光纤连接另一根光缆的负色散光纤，从而共同地减少累加色散和四光子混合。通过下列的详细描述并阅读附图，将对本专利技术及其操作模式有更加清晰的理解。图1是关于一公里的典型玻璃纤维作为波长的函数的相对群延迟曲线；图2是对于图1所示的纤维作为波长函数的波长色散曲线；图3是具有双保护覆层的公知光纤的剖视图；图4是根据公知技术利用色散补偿光纤(CDF)消除色散的图示；图5是对于两种不同光纤(一种在光源波长λs处有正色散，另一种在λs处有负色散的光纤)作为波长函数的波长色散曲线。图6是一种包含具有正负色散的光纤线性阵列的带状色散平衡光缆的剖视图；图7是为了实现最小累加色散的图6所示类型的带状光缆间的连接示意图；图8是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种色散平衡光缆（６０，８０，９０），包括一或多个第一类型的光纤和一或多个第二类型的光纤，两种类型的光纤均适于传输光源波长λ↓［ｓ］的光信号， 其特征在于： 第一类型的光纤具有正波长色散，正色散光纤色散的绝对值的平均值在λ↓［ｓ］处超过０．８ｐｓ／ｎｍ－ｋｍ；和 第二类型的光纤具有负波长色散，负色散光纤色散的绝对值的平均值在λ↓［ｓ］处超过０．８ｐｓ／ｎｍ－ｋｍ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RE方曼，AF朱迪，JJ里非，
申请(专利权)人：卢森特技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]