[发明专利]用于海底应用的大有效面积低色散斜率光纤

说明书

该申请要求1999年9月29日提交的美国临时申请号60/156,764的优先权和利益。

                      发明背景

1.技术领域

本发明针对用于电信系统的单模光波导纤维，尤其，针对一种波导纤维，它能减小非线性色散效应，并结合了地下和海底应用中所期望的抗弯曲性、低衰减、和大有效面积的特征。

2.背景技术

要求长距离高功率传输的电信系统中通常需要光学放大器技术和波分复用技术。高功率和长距离的定义只在特定电信系统范围内有意义，其中指定了比特率、比特差错率、复用方案和可能的光学放大器。本领域熟练的技术人员知道有一些附加因素对高功率和长距离的含意有影响。然而，对于大部分情况，高功率是指光功率大于大约10mW。在一些应用中，1mW或更小的功率电平仍然对非线性效应敏感，所以在低功率系统中有效面积仍然是重要的考虑条件。长距离是指电子再生器之间的距离超过100km。再生器区别于使用光学放大器的中继器。尤其在高数据密度的系统中，中继器的间隔小于再生器间隔的一半。为了提供适当的波导用于多路传输，总色散应该低，但非零，并且在工作波长窗口上应该具有较低的斜率。

一般，具有较大有效面积A_eff的光波导纤维能减小非线性光效应，包括自相位调制、四波混合、交叉相位调制和非线性散射过程，所有这些都会引起光功率系统中的信号退化。具有分层纤芯的波导纤维一般可以提供大有效面积，并限制非线性光效应。

这些非线性效应的数学描述包括比值P/A_eff，其中P是光功率。例如，可以用包含exp[P×L_eff/A_eff]项的方程来描述非线性光效应，其中L_eff是有效长度。因此，A_eff增加将使得令光信号退化的非线性减小。具有多个分层的纤芯符合许多期望的功能特性，每一层都用折射率分布、相对折射率、和半径表征。

电信工业中要求在长距离上的大信息容量，而不再生电信号，这导致了对单模光纤折射率分布设计的重新评价。该重新评价的焦点是提供一种光波导：

减小如上述的非线性效应；

被优化成在大约1550nm波长范围上工作时具有较低的衰减；

可以与光学放大器兼容；和

保留波导的期望特性，如高强度、抗疲劳性和抗弯曲性。

需要1GB(gigabyte)、较高传输速率，以及超过100km再生器间隔的通信系统通常使用光学放大器技术或波分复用技术。因此，波导纤维制造者设计一种波导，它不易受较高功率信号或多路系统中可能发生的四波混合引起的非线性效应的影响。合适的波导纤维必须具有较低的线性色散和较低的衰减。此外，波导纤维必须在特定的延伸波长范围上显示出这些特性，以适应用于多信道传输的波分复用。

通常长度为几千千米的海底系统对波导纤维分布设计有更严格的要求。在这种系统中，非线性效应调制的不稳定性会引起严重的累积信号失真，因此造成系统性能退化。为了克服该问题，除了以上列出的光波导纤维特性之外，工作波长窗口上的波导色散最好是负的。

制造相对容易且允许管理色散的波导设计，因为它们的设计成本低和附加的灵活性，受到了青睐。这里描述的设计很适合于色散管理策略，其中波导色散沿波导纤维长度变化，使总色散在正负值之间变化。

美国专利号5,781,684通过引用结合于此，它揭示并描述了具有大有效面积的分层纤芯波导纤维。‘684专利中揭示的波导纤维分层纤芯的特征是至少一个纤芯层具有负的或相对折射率。本申请揭示并描述了提供一组独特功能特性的分层纤芯波导纤维。

                       发明内容

本发明符合对单模光波导纤维的需要，该光纤提供的优点是相对大的有效面积，以及在延伸的工作范围上具有实质上平坦的、负色散。

本发明涉及包括分层纤芯的单模光波导纤维。用折射率分布、相对折射率百分比以及内半径和外半径描述每个纤芯层。在这里所揭示本发明的两个实施例中，至少一个纤芯层具有负相对折射率百分比。光波导纤维还包括包围并接触纤芯、且具有折射率分布的包层。

在较佳实施例中，进一步选择折射率分布，以提供小于大约0.1ps/nm²-km的色散斜率。另一实施例中，色散斜率小于0.08ps/nm²-km，并保持在销钉阵列测试中的弯曲感应损耗小于9dB，较佳地小于8.8dB。