[发明专利]光导纤维

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信技术。

背景技术

在光纤通信中，存在不同程度的色散问题。色散是指不同频率或不同模式的光波在光纤中的群时延差引起的光脉冲展宽现象。由于光纤数字通信传输的是一系列光脉冲码，当光脉冲沿光纤传输时，色散使得光信号脉冲展宽，导致临近的脉冲有一部分相互重叠，从而使两个相邻脉冲不能被接受装置正确识别从而造成系统误码，影响通信质量。为了限制码间干扰，必须使色散引起的脉冲展宽限制在一定范围之内，当色散引起的光信号脉冲的展宽大于0.3倍的输入脉宽时，便使得光接收机灵敏度急剧下降、均衡困难、误码率增加。因此要想保证通信质量必须加大码间距，这就不得不付出降低码速率、减少通信容量的代价。

另外色散随着光脉冲传输距离的增加将越来越严重，也必须减小中继距离以保证通信的质量，可见纤色散对通信系统的无中继传输距离、传输速率和传输容量都有重要的限制。可是，目前全世界铺设的上亿公里的通信光纤大部分为G.652标准单模光纤，包括我国“八纵八横”的主要光纤通信干线。G.652光纤在1550nm处有很低的损耗，但其零色散点位于1310nm附近，而在1550nm处却有约17ps/km/nm的色散，显然G.652光纤的色散问题已成为对已有光纤通信系统进行升级的主要障碍，如何解决G.652光纤的色散补偿问题也就成了重要的研究课题。另外，就算采用新型的非零色散位移光纤进行长距离传输，若单信道的传输速率不断提高，在距离超过一定长度时，由于的色散累积效应，也可能限制系统的性能，此时也应采用对待G.652光纤传输系统的类似方法，适当进行色散补偿。

目前，对于光纤的色散问题已经提出了一些技术方案来解决，如色散补偿光纤(DCF)法、激光预啁啾法、中点光谱反转法、色散管理传输法和啁啾光纤光栅法[26]等。在已提出的这些技术方案中，色散补偿光纤(DCF)补偿法因为其具有安装灵活方便、可靠性好、性能稳定和与常规光纤兼容等众多优点而成为目前最成熟、工程上使用最广泛的技术。其基本原理如下，如果工作波长处的信号光在常规G.652光纤中传输一定距离后所要积累的色散大小为D_transmission，而在一定长度的DCF中传输后所要积累的色散大小D_compensation，那么信号光的总色散大小D_total就可用下式来表示。

D_total＝D_transmission+D_compensation      (1)

由此可见，如果DCF在工作波长处具很大的和常规G.652光纤符号相反的色散系数，那么就可用很短的一段DCF来补偿较长常规G.652光纤所产生色散，使总的色散最小，从而保证工作波长处的光信号可以被无畸变地正确接收。如果对多个波长的光波进行补偿，则由于不同波长的光波在经过传输光纤后有不同的色散积累，要使所有波长的色散都最小，那么就要求DCF有合适的色散斜率系数。

尽管色散补偿光纤(DCF)补偿法具有上述的优点，但同时应该注意到，DCF单位长度补偿量低，一般DCF每公里色散补偿值约为几百ps/nm的量级。另外DCF插入损耗较大，色散补偿后需要用光放大器来进行损耗补偿，成本增加。还有就是DCF与标准光纤相比，纤芯直径更细，而且折射率差也较大，所以折射率分布不好控制，制作也更加困难。为了充分发挥光纤补偿的优点，克服当前DCF作为补偿光纤的不足，寻找一种新型的能够实现色散补偿的光纤可以成为努力的方向之一。

以下对与本发明所需借鉴的光子晶体光纤技术作简要介绍。光子晶体光纤(photonic crystal fiber，PCF，该光纤又称“多孔光纤”或“微结构光纤”，下文称为“光子晶体光纤”)。

光子晶体的概念是1987年E.Yablonovitch和S.John分别各自独立提出的。光子晶体实际上就是将不同介电常数的介质在空间中按一定周期排列而成的一种人造晶体，其排列周期为光波长的量级。光子晶体的空间结构可分为三种类型，如图1所示。光子晶体最主要的特性就是对不同频率的光的传输具有选择性。若光子能量和光子晶体能带相容，则光子晶体呈导通性，光子可以透过光子晶体传播出去，反之光子不能透过光子晶体，形成光子禁带。这种现象形成的原因如下：在介电材料中，根据经典电磁场理论，电磁场满足如下方程：