寬帶色散控制光纖的製作方法
2023-05-26 04:01:26
專利名稱：寬帶色散控制光纖的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖，更具體地說，本發明涉及一種色散控制光纖。
背景技術：
通常，通過在光纖的纖芯與包層之間放置漸降折射率的區域，光纖的色散特性可以得到有效的控制。這一點已經披露在由Venkata A.Bhagavatula發明和發布的美國專利號4,715,679(標題「LOW DISPERSION，LOW-LOSSSINGLE-MODE OPTICAL WAVEGUIDE」)中，其內容作為背景材料被參考並引用。
圖1是說明現有技術中的單模光纖(SMF)的色散特性圖。在該圖中示出了SMF的色散曲線110。該SMF具有階躍折射率分布，這是因為沒有具有漸降折射率的區域。如色散曲線110所示，該SMF在1550nm波長處的單位色散值大約為17ps/nm/km。如果該SMF被用於長距離傳輸，則通過該SMF接收的光信號的累積色散將增加，結果，光信號的失真就變得更嚴重了。在現有技術中，有各種色散補償技術，用於減少光信號在長距離傳輸中所產生的累積色散。通常，廣泛採用使用色散控制光纖的方法來減少累積色散。
色散控制光纖具有大的負色散值，這是因為它的纖芯圍繞有漸降折射率區域。另外，色散控制光纖可被連接到SMF的一端，以補償SMF的累積色散。色散控制光纖在1550nm波長處具有大的負單位色散值，並且它的長度可以被調整，以抵消SMF的累積色散，這樣，總的色散變為零。
然而，如果採用色散控制光纖來用於SMF的色散補償，則在1550nm以外的波長處，色散控制光纖的累積色散與SMF的累積色散之和可能不為零。因此，就出現了色散控制光纖不適用于波分復用系統的問題。
為克服上述問題，最近已經做了研究，以提供一種能夠一併補償色散和色散斜率(slope)的光纖。為了一併補償色散和色散斜率，需分別讓SMF的色散值和色散斜率值為DSMF和DSMF，讓色散控制光纖的色散值和色散斜率值為DDCF和DSDCF，這樣DDCF和DSDCF滿足如下方程1。
DSMF:DSSMFDDCF:DSDCF]]>如果色散控制光纖的色散值和色散斜率(DDCF和DSDCF)滿足方程1，則不僅在1550nm波長處，而且在1550nm以外的波長處都可以產生SMF的累積色散的補償。然而，製造在整個波長範圍內都理想地滿足方程1的光纖有許多困難。因此，目前的技術狀態只在1530-1570nm波長的C波段補償色散和色散斜率。在寬帶波分復用系統中，需要對包括1450-1530nm的S波段、1570-1610nm的L波段和C波段的波長範圍內的任一波長進行色散和色散斜率補償。
發明內容
因此，本發明提供了一種色散控制光纖，適用於寬帶波分復用系統，如此寬帶波長至今在現有技術中是沒有的。
根據本發明，上述的和其它目的可以通過提供一種寬帶色散控制光纖而實現，該光纖包括形成光信號傳輸路徑並具有峰值折射率的纖芯；圍繞纖芯並具有比纖芯的峰值折射率小的峰值折射率的包層；還包括至少一層位於纖芯和包層之間的色散控制層，該色散控制層具有折射率從色散控制層內部圓周向外部圓周呈遞增變化的折射率分布，其中，所述的色散控制層具有小於纖芯和包層的峰值折射率的最小折射率。
下面結合附圖所進行的詳細描述，將使本發明的上述和其它的目的、特點、和其它優點變得更容易理解，其中圖1是說明傳統的單模光纖的色散特性圖；圖2是顯示根據本發明的第一實施例的寬帶色散控制光纖的結構和折射率分布圖；圖3是顯示根據本發明的第二實施例的寬帶色散控制光纖的結構和折射率分布圖；圖4是顯示根據本發明第三實施例的寬帶色散控制光纖的結構和折射率分布圖；圖5是說明圖2中的寬帶色散控制光纖的功能的圖；
圖6是說明圖2中的寬帶色散控制光纖的色散特性的圖；圖7是說明使用圖2中的寬帶色散控制光纖補償單模光纖的色散的例圖；圖8是說明圖2中的寬帶色散控制光纖的粗加工成品的加工過程的圖。
具體實施例方式
現在，將參考附圖詳細描述本發明的優選實施例。在下述描述中，將描述如成分元件的各種特殊元件。對這些元件的描述只是為了更好地理解本發明。本領域的技術人員將會理解，在不偏離如附加權利要求中披露的本發明的範圍和實質的前提下，可以對這些特殊元件進行各種修改、增加和替換。
圖2說明了根據本發明的第一實施例的寬帶色散控制光纖的結構和各折射率分布。如該圖所示，該寬帶色散控制光纖200具有纖芯210、色散控制層220和包層230。
纖芯210位於寬帶色散控制光纖200的中心處，其半徑為A1，折射率是N1。纖芯210是條形的，具有被設置為一個恆定值N1的色散分布。折射率分布的一般公式由如下的方程2表達[方程2]N(R)=N1[1-21(RA)1]1/2]]>其中，R(≤A)是徑向(diametrical)距離，A(≤A1)是到纖芯210內某一點的徑向距離，N(R)是對應於R的折射率，N1是纖芯210的峰值折射率，Δ1是第一折射率差，以及α1(0＜α1≤∞)是決定折射率分布形狀的第一形狀指數。而且，第一折射率差可以由如下的方程3表達[方程3]1=(N12-N22)2N12(N1-N2)N1]]>其中，N2是包層230的峰值折射率。
如果需要，方程3中的N2可以被替換成小於纖芯210的峰值折射率N1且大於色散控制層220的最小折射率N4的任何值。
色散控制層220位於纖芯210和包層230之間，並具有內半徑A1、外半徑A2、峰值折射率N3和最小折射率N4。而且，色散控制層220是管形的，並且，其折射率從內部圓周向外部圓周呈線性增加。色散控制層220的折射率分布可以由如下方程4表達。
N(R)=N4[1-22(RA)2]1/2]]>其中，A(A1≤A≤A2)是到色散控制層220中任一點的徑向距離，R(A1≤R≤A)是一徑向距離，N4是色散控制層220的最小折射率，Δ2是第二折射率差，α2(0＜α2≤∞)是決定折射率分布形狀的第二形狀指數。而且，第二折射率差可以由如下的方程5表達[方程5]2=(N42-N32)2N42(N4-N3)N4]]>其中，N3是色散控制層220的峰值折射率。
包層230位於寬帶色散控制光纖200的外層，具有半徑A3和折射率N2。
如果需要，根據本發明，色散控制層可以制以各種形狀實現，這種實現形狀的變化將在本發明的第二和第三實施例中描述。
圖3說明了根據本發明的第二實施例的寬帶色散控制光纖的結構和折射率分布。如該圖所示，該寬帶色散控制光纖300具有纖芯310、色散控制層320和包層330。
纖芯310位於寬帶色散控制光纖300的中心處，其半徑為A1，折射率是N1。纖芯310是條形的，具有被設置為一個恆定值N1的色散分布。
色散控制層320位於纖芯310和包層330之間，具有內半徑A1、外半徑A2、峰值折射率N3和最小折射率N4。而且，色散控制層220是管形的，並且，其折射率從內部圓周向外部圓周呈曲線增加。
包層330位於寬帶色散控制光纖300的外層，具有半徑A3和折射率N2。
圖4說明了根據本發明的第二實施例的寬帶色散控制光纖的結構和折射率分布。如該圖所示，該寬帶色散控制光纖400具有纖芯410、色散控制層420和包層430。
纖芯410位於寬帶色散控制光纖400的中心處，其半徑為A1，折射率是N1。而且，纖芯410是條形的，其色散分布被設置為一個恆定值N1。
色散控制層420位於纖芯410和包層430之間，具有內半徑A1、外半徑A2、峰值折射率N3和最小折射率N4。而且，色散控制層220是管形的，並且，其折射率從內部圓周向外部圓周呈階梯增加。
包層430位於寬帶色散控制光纖400的外層，具有半徑A3和折射率N2。
圖5說明了圖2中所示的寬帶色散控制光纖的功能。該圖示出了通過色散控制光纖200的較短波長光信號和較長波長光信號的強度(intensity)曲線510和強度曲線520。即，曲線510和曲線520表示相應於寬帶色散控制光纖200的一定橫截面的光信號強度分布。
如較短波長的光信號的強度曲線510所示，曲線510的峰值強度點幾乎與纖芯210的中心一致，並且，強度分布集中在纖芯位置。換句話說，當較短波長的光信號通過寬帶色散控制光纖200時，這種光信號透入色散控制層220的量相對較少，絕大多數光信號是在纖芯210中傳輸的。結果，色散控制層220對較短波長的光信號的色散影響相對較小。
如較長波長的光信號的強度曲線520所示，曲線520的峰值強度點幾乎與纖芯210的中心一致，並且，強度分布分散在纖芯210和色散控制層220的位置。換句話說，當較長波長的光信號通過寬帶色散控制光纖200時，較長波長的光信號透入色散控制層220的量相對較多，有相當一部分的光信號是在色散控制層220中傳輸的。結果，色散控制層220對較長波長的光信號的色散影響相對較大。
由於可以對較長波長的光信號進行色散特性控制，所以，可以根據波長，對寬帶色散控制光纖200的色散曲線進行控制。這種控制過程將在下面逐步描述。
首先，在包層230的折射率分布被設置為一個恆定值的條件下，通過控制纖芯210和色散控制層220的各折射率分布，設置按較長波長波段的波長的色散曲線。
第二步，通過控制色散控制層220的折射率分布的斜率，設置按較短波長波段的波長的色散曲線。
圖6是說明圖2中的寬帶色散控制光纖的色散特性的圖。該圖示出了當峰值折射率N3和最小折射率N4的差值為零時的第一色散曲線610；當差值是0.0005時的第二色散曲線620；當差值是0.001時的第三色散曲線630；和當差值是0.0015時的第四色散曲線640。
在短波長波段，第一到第四色散曲線610、620、630、和640的相互之間是如此的相似，以至於很難從它們中區別任何一個。另一方面，在較長波段，或在1500nm或更長的波長處，那些色散曲線之間的差別是明顯的。
參照圖7，將描述一種關於通過控制如圖2中所示的寬帶色散控制光纖200的纖芯210和色散控制層220的各折射率，補償單模光纖的色散和色散斜率的方法。圖7示出了單模光纖的色散曲線710；其色散控制層220被控制以調整其色散斜率的寬帶色散控制光纖200的色散曲線720；色散曲線730，表示當單模光纖和寬帶色散控制光纖200按1∶1的長度比相互連接時的總的色散。如總色散曲線730所示，使用寬帶色散控制光纖200，可以對包括S波段、L波段和C波段的波長範圍都進行色散補償。
如圖6和圖7所示，通過調整色散控制層220的斜率，色散控制光纖200的色散和色散斜率被調整，使得色散控制光纖200具有負的色散值，從而在包括S波段、C波段和L波段的寬波段內，都可以用負色散值對單模光纖色散進行補償。
參照圖8，將描述圖2中的寬帶色散控制光纖的粗加工成品的加工方法。該光纖粗加工成品的加工方法可以是MCVD(改進化學汽相澱積)、VAD(汽相軸向澱積)、OVD(外部汽相澱積)、等等。在這裡，將描述使用MCVD的光纖粗加工成品的加工方法。因為MCVD是已知的技術，所以只描述冷凝和沉澱(collapsing)處理過程。
該粗加工成品的加工裝置包括原料氣體供給器820、支架850、和氧/氫燃燒器860。
原料氣體供給器820將氧氣和多種添加劑混合，並供應氧氣和諸如SiCl4、GeCl4、POCl3、CF4、SiF4等原料氣體給管810的內部。GeCl4和POCl3是用於提高澱積區的折射率，CF4和SiF4是用於降低澱積區的折射率。原料氣體供給器820恰當地調節流入管810的氧氣和原料氣體的供應量，以獲得如圖2所示的折射率分布。例如，在澱積色散控制層220時，由於澱積處理被重複執行，原料氣體供給器820調節供應到澱積管810的CF4或SiF4與氧氣、SiCl4、GeCl4、和POCl3的混合氣體的比率，以產生期望的折射率斜率。在澱積纖芯210時，由於澱積處理被重複執行，原料氣體供給器820調節供應到澱積管810的GeCl4與氧氣和SiCl4的混合氣體的比率，以在折射率上產生變化。
支架850有一對卡盤832和836、和一副導軌840。澱積管840可旋轉地固定在卡盤對832和836之間。導軌840可移動地支持著氧/氫燃燒器860。
供應有氧氣和氫氣的氧/氫燃燒器860以恆定的速度沿著導軌840移動，以向澱積管810的外圍供應熱量。結果，在澱積管810的內部形成一個高溫區，形成的原料氣體經過高溫區而產生反應物。相關的反應公式可以表示成，例如，和。通過熱泳(thermophoretic)機制，反應物移動到溫度相對較低的澱積管810的內壁，然後澱積在澱積管810的內壁上。
儘管在本發明的優選實施例中的色散控制光纖中提供了一層色散控制層，如果需要的話，可以在色散控制光纖的纖芯與包層之間設置多層色散控制層。從較短波長到較長波長，光纖的強度分布色散因波長而變化。因此，當需要寬帶色散控制光纖的按波長進行色散特性的精細控制時，可以使用多層色散控制層。
上述已闡明，根據本發明的寬帶色散控制光纖，對較長波長波段，可以通過使用其色散控制層的折射率分布來控制其色散特性。所以，根據本發明的寬帶色散控制光纖具有可適用於寬帶波分復用系統的優點。
儘管，為了說明的目的，披露了本發明的優選實施例，本領域的技術人員將會理解，在不偏離如附加權利要求中披露的本發明的範圍和實質的前提下，可以進行各種修改、增加和替換。
權利要求
1.一種寬帶色散控制光纖，包括形成光信號傳輸路徑並具有峰值折射率的纖芯，圍繞所述纖芯並具有比纖芯的峰值折射率小的峰值折射率的包層，位於所述纖芯和包層之間的至少一層色散控制層，所述的至少一層色散控制層，具有折射率從內部圓周向外部圓周呈遞增變化的折射率分布，其中，所述的至少一層色散控制層具有小於所述纖芯和包層的峰值折射率的最小折射率。
2.如權利要求1所述的寬帶色散控制光纖，其中，所述色散控制層具有比包層的峰值折射率小的峰值折射率。
3.如權利要求1所述的寬帶色散控制光纖，其中，所述寬帶色散控制光纖在1400-1650nm波段，具有負的色散值。
4.如權利要求1所述的寬帶色散控制光纖，其中，所述纖芯是條形的。
5.如權利要求4所述的寬帶色散控制光纖，其中，纖芯的半徑是A1，折射率是N1，色散分布被設置為一個恆定值N1，纖芯的折射率分布由如下的方程表達N(R)=N1[1-21(RA)1]1/2]]>其中，R(≤A)是徑向(diametrical)距離，A(≤A1)是到纖芯內一預定點的徑向距離，N(R)是對應於R的折射率，N1是纖芯的峰值折射率，Δ1是第一折射率差，和α1(0＜α1≤∞)是決定折射率分布形狀的第一形狀指數。
6.如權利要求5所述的寬帶色散控制光纖，其中，第一折射率差由下式表達1=(N12-N22)2N12(N1-N2)N1]]>其中，N2是包層的峰值折射率。
7.如權利要求1所述的寬帶色散控制光纖，其中，所述的至少一層的色散控制層是管形的，其中，所述的至少一層的色散控制層的折射率從內部圓周向外部圓周呈線性增加。
8.如權利要求1所述的寬帶色散控制光纖，其中，所述的至少一層的色散控制層(220)的折射率分布可以由如下的方程表達N(R)=N4[1-22(RA)2]1/2]]>其中，A(A1≤A≤A2)是到色散控制層(220)中任一點的徑向距離，R(A1≤R≤A)是一徑向距離，N4是色散控制層(220)的最小折射率，Δ2是第二折射率差，α2(0＜α2≤∞)是決定折射率分布形狀的第二形狀指數。
9.如權利要求8所述的寬帶色散控制光纖，其中，第二折射率差由下式表達2=(N42-N32)2N42(N4-N3)N4]]>其中，N3是所述色散控制層的峰值折射率。
全文摘要
一種寬帶色散控制光纖，包括形成光信號傳輸路徑並具有峰值折射率的纖芯；圍繞纖芯並具有比纖芯的峰值折射率小的峰值折射率的包層。該寬帶色散控制光纖還包括至少一層位於纖芯和包層之間，並具有折射率從內部圓周向外部圓周呈遞增變化的折射率分布的色散控制層。色散控制層的最小折射率小於纖芯和包層的峰值折射率。
文檔編號H04J14/02GK1421713SQ0214318
公開日2003年6月4日 申請日期2002年9月16日 優先權日2001年11月30日
發明者曹正植, 都文顯, 楊鎮成, 崔成旭 申請人:三星電子株式會社