光纖及包含光纖的光通信系統的製作方法
2024-02-01 11:58:15 2
專利名稱：光纖及包含光纖的光通信系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖以及使用上述光纖的光通信系統，其可以在使用拉曼放大的長中繼距離的波分復用光通信系統中，改善光信噪比(以下稱為OSNR =Optical Signal-to-Noise Ratio)0
背景技術：
在光通信系統中，近年，如以數字相干接收技術為代表那樣，在接收器中利用數位訊號處理(DSP)對由於色散產生的波形失真進行補償的技術不斷發展。與此相伴，與改善光傳輸路徑中的色散值相比，對OSNR的改善要求快速增多。在通信系統中的中繼器間隔固定的狀態下，為了使傳輸速度高速化而不使信號品質惡化，必須增加0SNR。例如，為了將傳輸速度高速化為2倍，需要使OSNR增加為2倍(增加3dB)。另外，在維持傳輸速度的狀態下將中繼距離變長的情況下，也必須增加0SNR。例如，為了將中繼器間隔增加5km，需要使 OSNR 增加 IdB0對於增加光通信系統的0SNR，增大傳輸介質即光纖的有效截面積Aeff、以及降低該光纖的傳輸損耗是有效的。通過增大有效截面積Aeff，即使在光纖中輸送大功率的信號光， 也可以充分地抑制非線性光學現象的發生。由此，增大了有效截面積Arff的光纖可以容許更大的入射信號光功率。由於如果入射信號光功率較大，則相應地接收信號光功率也較大， 所以可以使OSNR增加。另外，如果傳輸損耗較低，則即使入射信號光功率相同，也可以在接收端接收更大的信號光功率。在該情況下也可以使OSNR增加。在日本專利第4^3156號公報(文獻1)中，公開了一種光纖，其具有大於或等於IlOym2的有效截面積Aeff，傳輸損耗小於或等於0. 180dB/km。該光纖具有凹陷包層 (depressed clad)型折射率曲線，從光軸中心順次由纖芯、內側包層、外側包層構成。纖芯直徑加為11. 5 23. 0 μ m，內側包層相對於纖芯的直徑比2b/^a為1. 1 7，纖芯相對於外側包層的相對摺射率差Δ +為0. 15% 0. 30%，內側包層相對於外側包層的相對摺射率差 為-0. 15% -0. 01%。在 M. Bigot-Astruc et al. , "Trench-Assisted Profiles for Large-Effective-Area Single Mode Fibers」，Mo. 4. B. 1，EC0C2008 (文獻 2)中，公開了一種光纖，其有效截面積Aeff為120 μ m2，傳輸損耗為0. 183dB/km。該光纖具有槽型折射率曲線。
發明內容
發明人對上述現有技術進行研究，結果發現如下所述課題。即，在實際的光通信系統中，傳輸用光纖的兩端與中繼器或發送/接收器等設備連接。設備的兩端由通用的單模光纖(以下稱為SMF =Single-Mode Optical Fiber)或者非零色散位移光纖(以下稱為 NZDSF =Non-Zero Dispersion-Shifted Optical Fiber)等光纖構成，上述光纖利用熔接或通過連接器連接等與傳輸用光纖連接。或者，有時傳輸用光纖在傳輸路徑的中途與不同種類的其它傳輸用光纖連接。如果傳輸用光纖的有效截面積Arff與設備兩端的光纖或其它傳輸用光纖相比過大，則連接損耗變大，因此，該光通信系統整體的OSNR惡化。另外，在長距離光通信系統中經常使用分布拉曼放大，但如果傳輸用光纖的有效截面積Arff較大，則拉曼放大效率下降。由此，為了得到期望增益，需要巨大的泵浦光功率。 根據上述情況，傳輸用光纖的有效截面積Arff並不是越大越好，必須設定為最優值。在上述現有技術中，沒有報導將連接損耗也考慮在內而以可以改善OSNR的方式使有效截面積Arff 最優化的光纖。一般地，光纖中的有效截面積Arff的增大伴隨著彎曲損耗的增加。在上述文獻1 所公開的光纖中，為了抑制彎曲損耗，採用凹陷包層型折射率曲線，但在該曲線中，必須注意以不會產生基模截止所導致的洩漏損耗的方式設計曲線。上述文獻1記載有下述內容， 即，「在纖芯相對於外側包層的相對摺射率差Δη+以及內側包層相對於外側包層的相對摺射率差Δη—各自的絕對值彼此相等的情況下，在光纖中不傳輸基模光」(參照上述文獻1 的段落序號「0047」)。但是，這僅是為了在使用波長下不會引起基模截止。實際上，在與基模截止波長相比較短的波長下，基模輸送光開始洩漏，傳輸損耗增大。需要在整個使用波段 (1530nm 1625nm)中，抑制由於基模截止產生的洩漏損耗。本發明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在於提供一種光通信系統及其可以使用的光纖，該光通信系統具有與設備和其它種類的光纖連接的連接構造，並且進行拉曼放大。特別地，目標光纖為具有用於實現OSNR改善的構造的光纖，具有凹陷包層型折射率曲線，可以在避免由於基模截止產生的洩漏損耗的同時抑制彎曲損耗。此外，作為該光通信系統整體，使用數字相干接收技術等由接收器對色散導致的波形失真進行補償的技術， 從而無需考慮光纖色散值的改善。本發明所涉及的光纖為石英類光纖，其作為光學特性而具有在波長1550nm下小於或等於0. 19dB/km的傳輸損耗、在波長1550nm下大於或等於IlOym2的有效截面積Aeff、 以及大於或等於1.3μπι而小於或等於1.53μπι的光纖截止波長λ。。另外，為了實現凹陷包層型折射率曲線，該光纖具有由純石英構成的纖芯，其具有折射率Ii1、直徑加；內側包層，其設置在纖芯的外周，並且具有折射率η2、直徑2b ；以及外側包層，其設置在內側包層的外周，並且具有折射率n3。在本發明所涉及的光纖中，優選折射率n3滿足Ii1 >n3 >n2(條件1)。優選內側包層相對於外側包層的相對摺射率差Δ_( = 100Χ (η2-η3)/η3)滿足-0.12% ^ Δ" ^-0.06% (條件2)。另外，優選內側包層直徑相對於纖芯直徑之比Ra( = 2b/2a) 滿足2. 5彡彡3. 5 (條件3)。此外，本發明所涉及的光纖可以應用在用於輸送波長小於或等於1625nm的光的介質中。該光纖具有低損耗的純石英纖芯，並且具有彎曲損耗方面優秀的凹陷包層型折射率曲線。對於該光纖，通過將基模截止波長設定為大於或等於MOOnm，從而實現洩漏損耗降低。本發明所涉及的光纖也可以在具有上述光學特性以及凹陷包層型折射率曲線的同時，滿足除了上述條件1以及條件3以外的以下2個條件。即，在將使用波長上限下的基模開始洩漏時的基模截止波長設為Xrcup時，將基模截止波長λ 設定為大於Xrcup的波長(條件4)。另外，對於內側包層相對於外側包層的相對摺射率差Δ_( = 100Χ (η2-η3)/η3)， 在將使用波長下的彎曲損耗成為最小的設為Δ min時，將Δ-設計為大於或等於A_min 而小於或等於A_min+0.006% (條件5)。此外，在本發明所涉及的光纖中，也可以使波長1550nm下的有效截面積Aeff小於或等於150 μ m2，以作為上限波長可以進行直至1625nm為止的傳輸。在使用該光纖的光通信系統的中繼跨距中，設想在至少大於或等於2個部位處進行連接，且設想在該中繼跨距中進行拉曼放大，在該光通信系統整體中確保大於或等於IdB的OSNR改善。另外，為了確保更好的0SNR，也可以使波長1550nm下的有效截面積Aeff大於或等於120 μ m2而小於或等於 140 μ m2。本發明所涉及的光通信系統具有形成上述構造的光纖(本發明所涉及的光纖)。 另外，該光通信系統在該光纖內對輸送光進行拉曼放大。在該情況下，作為使拉曼放大用的激勵光進行單模傳輸的條件，優選光纖具有小於或等於1. 45 μ m的光纖截止波長。本發明所涉及的光通信系統，利用多個第1光纖和多個第2光纖，構成具有大於或等於80km的中繼跨距(長中繼跨距)的光通信系統。在該情況下，多個第1光纖架設在大於或等於80km的中繼跨距中的大於或等於2個位置處。多個第2光纖在中繼跨距中的大於或等於4個位置處與第1光纖連接。另外，多個第2光纖各自具有在波長1550nm下小於或等於85 μ m2的有效截面積Aeff。多個第2光纖中的至少任意一個架設在中繼跨距的兩端、或者架設在中繼跨距中的一個位置處。即，在該光通信系統中，設想第1光纖在大於或等於4 個位置處與具有小於或等於85 μ m2的較小有效截面積Arff的第2光纖連接，由於該第1光纖具有IlOym2 150μπι2的較大的有效截面積Aeff，所以可以進行更高功率的拉曼放大用激勵光的輸入，另一方面，由於第1光纖在波長1550nm下具有小於或等於0. 19dB/km的低傳輸損耗，從而可以進行長中繼跨距的光傳輸。其結果，在該光通信系統整體中，可以實現大於或等於IdB的OSNR改善。優選第1光纖各自具有在波長1550nm下小於或等於0. 19dB/km的傳輸損耗、在波長1550nm下大於或等於110 μ m2而小於或等於150 μ m2的有效截面積Aeff、以及大於或等於 1. 3 μ m而小於或等於1. 45 μ m的光纖截止波長λ co在該情況下，該光通信系統在各個第1 光纖中對傳輸光進行拉曼放大。為了實現凹陷包層型折射率曲線，各個第1光纖也可以具有由純石英組成的纖芯，其具有折射率H1、直徑加；內側包層，其設置在所述纖芯的外周，並且具有折射率n2、直徑2b ；以及外側包層，其設置在所述內側包層的外周，並且具有折射率n3。另外，優選折射率叫滿足上述條件1。優選內側包層直徑相對於纖芯直徑之比Ra滿足上述條件3。並且， 優選各個第1光纖同時滿足上述條件4以及條件5。並且，對於在本發明所涉及的光通信系統中使用的各個第1光纖，優選其是用於輸送波長小於或等於1625nm的光的介質，具有上述凹陷包層型折射率曲線，滿足上述條件 1、條件2以及條件3。在該情況下，優選第1光纖各自的有效截面積Aeff大於或等於120 μ m2 而小於或等於140 μ m2。
圖1是表示有效截面積Aeff和OSNR改善量的關係的圖。
圖2A以及2B是表示本發明所涉及的光纖的一個實施方式的剖面構造的圖及其折射率曲線。圖3是表示開始產生洩漏損耗的波長和基模截止波長之間的關係的曲線圖。圖4是表示直徑20mm下的彎曲損耗和基模截止波長之間的關係的曲線圖。圖5是將本實施方式所涉及的光纖(實施例1 15)和對比例所涉及的光纖的構造參數以及光學特性進行匯總而得到的表。圖6是對於本實施方式所涉及的光纖的多個樣品，將包覆樹脂的楊氏模量以及有效截面積Arff變化時的微彎損耗進行匯總而得到的表。圖7A 7C是利用有效截面積Arff和傳輸損耗的關係，表示由中繼跨距中的連接狀態的差異所導致的相對於單模光纖(SMF)的OSNR改善量的圖。圖8是用於說明本實施方式所涉及的光纖的構造確定動作的流程圖。圖9A以及9B是表示本發明所涉及的光通信系統的各實施方式的結構的圖。
具體實施例方式下面，利用圖1、2A 2B、3 6、7A 7C、8以及9A 9B，詳細說明本發明所涉及的光纖以及光通信系統的各實施方式。此外，在附圖的說明中，對於相同要素標註相同標號，省略重複說明。首先，說明可以應用於光通信系統的傳輸用光纖的、本實施方式所涉及的光纖的有效截面積Arff的最優值。即，從光纖的特性的角度出發，OSNR可以近似地由以下公式⑴ 表不。OSNR (dB) IOlog AeffX α (1/km)) - α sp (dB) X N-α (dB/km) X L (km) (1)在這裡，Arff為信號光波長下的光纖的有效截面積，α為信號光波長下的傳輸損耗，α sp為連接損耗，N為每1個中繼跨距的連接位置數量，L為每1個中繼跨距的光纖長度。上述公式(1)的第一項，與使得在光纖中產生的非線性光學現象之一即自相位調製(SPMJelf-Phase Modulation)所產生的非線性相位偏移量固定時的容許入射光功率相對應。非線性相位偏移量根據以下公式(2)得到。ΦSPM = 2f ？ · Leff . Pin ^
^ Aeff在這裡，λ為信號光波長，η2為光纖的非線性折射率，Leff為光纖的有效長度，Pin 為入射光功率。只要光纖長度充分長，例如大於或等於50km，則有效長度Leff可以近似為 LeffNl / α (1/km)。根據上述公式O)，在使非線性折射率n2固定、非線性相位偏移量Ospm固定時的容許入射功率，與Aeff (μ m2) X α (1/km)成正比地增加。上述公式(1)的第二項與光纖的連接損耗相對應，如果僅考慮相連接的兩種光纖之間的模場直徑(以下稱為MFD=Mode Field Diameter)的不匹配，則連接損耗(dB)可以根據以下公式⑶估算。
權利要求
1.一種光纖，其為石英類光纖，具有在波長1550nm下小於或等於0. 19dB/km的傳輸損耗、在波長1550nm下大於或等於110 μ m2的有效截面積Aeff、以及大於或等於1. 3 μ m而小於或等於1. 53 μ m的光纖截止波長入c，其特徵在於，具有由純石英構成的纖芯，其具有折射率H1、直徑加；內側包層，其設置在所述纖芯的外周，並且具有折射率n2、直徑2b ；以及外側包層，其設置在所述內側包層的外周，並且具有折射率n3，所述折射率n3小於所述折射率Ii1而大於所述折射率n2，所述內側包層的直徑相對於所述纖芯的直徑之比Ra大於或等於2. 5而小於或等於 3. 5，其中，Ra = 2b/2a,在將使用波長上限下的基模開始洩漏時的基模截止波長設為λρωρ時，將基模截止波長Xrc設定為大於Xrcup的波長，對於所述內側包層相對於所述外側包層的相對摺射率差Δ-，在將所述使用波長下的彎曲損耗為最小的設定為時，將所述設計為大於或等於而小於或等於 A_min+0. 06%，其中，Δ— = 100X (n2-n3)/n3。
2.根據權利要求1所述的光纖，其特徵在於，所述Δ-大於或等於-0. 12%而小於或等於-0.06%。
3.根據權利要求1或2所述的光纖，其特徵在於， 波長1550nm下的有效截面積Aeff小於或等於150 μ m2。
4.根據權利要求1或2所述的光纖，其特徵在於，在波長1550nm下的有效截面積Aeff大於或等於120 μ m2而小於或等於140 μ m2。
5.根據權利要求1或2所述的光纖，其特徵在於， 基模截止波長λ FC大於MOOnm。
6.一種光通信系統，其特徵在於， 具有權利要求1或2所述的光纖。
7.根據權利要求6所述的光通信系統，其特徵在於， 在所述光纖內，對輸送光進行拉曼放大。
8.根據權利要求6所述的光通信系統，其特徵在於， 所述光纖具有小於或等於1. 45 μ m的光纖截止波長。
9.一種光通信系統，其具有多個第1光纖，其架設在大於或等於80km的中繼跨距中的大於或等於2個位置處，分別具有與權利要求1或2的光纖相同的構造；以及多個第2光纖，其在所述中繼跨距及其兩端中的大於或等於4個位置處與所述第1光纖連接，分別具有在波長1550nm下小於或等於85 μ m2的有效截面積Aeff，並且所述多個第2 光纖的至少其中一個架設在所述中繼跨距的兩端，或者架設在所述中繼跨距中的1個位置處，該光通信系統的特徵在於，所述第1光纖分別具有在波長1550nm下小於或等於0. 19dB/km的傳輸損耗、在波長 1550nm下大於或等於110 μ m2而小於或等於150 μ m2的有效截面積Aeff、以及大於或等於 1. 3 μ m而小於或等於1. 45 μ m的光纖截止波長λ c,在各個所述第1光纖中，對輸送光進行拉曼放大。
10.一種光纖，其為石英類光纖，作為用於輸送波長小於或等於1625nm的光的介質， 具有在波長1550nm下小於或等於0. 19dB/km的傳輸損耗、在波長1550nm下大於或等於 IlOym2的有效截面積Aeff、以及大於或等於1. 3 μ m而小於或等於1. 53 μ m的光纖截止波長 λ c,其特徵在於，具有由純石英構成的纖芯，其具有折射率H1、直徑加；內側包層，其設置在所述纖芯的外周，並且具有折射率n2、直徑2b ；以及外側包層，其設置在所述內側包層的外周，並且具有折射率n3，所述折射率n3小於所述折射率Ii1而大於所述折射率n2，所述內側包層相對於所述外側包層的相對摺射率差大於或等於-0. 12%而小於或等於-0.06%，其中，Δ—= 100X (n2-n3)/n3，所述內側包層的直徑相對於所述纖芯的直徑之比Ra大於或等於2. 5而小於或等於 3. 5，其中，Ra = 2b/2a。
11.根據權利要求10所述的光纖，其特徵在於，波長1550nm下的有效截面積Aeff小於或等於150 μ m2。
12.根據權利要求10所述的光纖，其特徵在於，波長1550nm下的有效截面積Aeff大於或等於120 μ m2而小於或等於140 μ m2。
13.根據權利要求10所述的光纖，其特徵在於，基模截止波長λ FC大於MOOnm。
14.一種光通信系統，其特徵在於，具有權利要求10所述的光纖。
15.根據權利要求14所述的光通信系統，其特徵在於，在所述光纖內，對輸送光進行拉曼放大。
16.根據權利要求14所述的光通信系統，其特徵在於，所述光纖具有小於或等於1. 45 μ m的光纖截止波長。
17.—種光通信系統，其具有多個第1光纖，其架設在大於或等於80km的中繼跨距中的大於或等於2個位置處；以及多個第2光纖，其在所述中繼跨距及其兩端中的大於或等於4個位置處與所述第1光纖連接，分別具有在波長1550nm下小於或等於85 μ m2的有效截面積Aeff，並且所述多個第2 光纖的至少其中一個架設在所述中繼跨距的兩端，或者架設在所述中繼跨距中的1個位置處，該光通信系統的特徵在於，所述第1光纖分別具有在波長1550nm下小於或等於0. 19dB/km的傳輸損耗、在波長 1550nm下大於或等於110 μ m2而小於或等於150 μ m2的有效截面積Aeff、以及大於或等於 1. 3 μ m而小於或等於1. 45 μ m的光纖截止波長λ c,在各個所述第1光纖中，對輸送光進行拉曼放大。
18.根據權利要求17所述的光通信系統，其特徵在於，所述第1光纖分別具有由純石英構成的纖芯，其具有折射率Ii1、直徑加；內側包層，其設置在所述纖芯的外周，並且具有折射率n2、直徑2b ；以及外側包層，其設置在所述內側包層的外周，並且具有折射率n3，所述折射率n3小於所述折射率Ii1而大於所述折射率n2，所述內側包層的直徑相對於所述纖芯的直徑之比Ra大於或等於2. 5而小於或等於3. 5，在將使用波長上限下的基模開始洩漏時的基模截止波長設為λρωρ時，將基模截止波長Xrc設定為大於Xrcup的波長，對於所述內側包層相對於所述外側包層的相對摺射率差Δ-，在將所述使用波長下的彎曲損耗為最小的設定為時，將所述設計為大於或等於而小於或等於 A_min+0. 06%，其中，Δ— = 100X (n2-n3)/n3。
19.根據權利要求17所述的光通信系統，其特徵在於，所述第1光纖分別為用於輸送波長小於或等於1625nm的光的介質，具有由純石英構成的纖芯，其具有折射率H1、直徑加；內側包層，其設置在所述纖芯的外周，並且具有折射率 Ii2、直徑2b ；以及外側包層，其設置在所述內側包層的外周，並且具有折射率n3， 所述折射率n3小於所述折射率Ii1而大於所述折射率n2，所述內側包層相對於所述外側包層的相對摺射率差大於或等於-0. 12%而小於或等於-0.06%，其中，Δ—= 100X (n2-n3)/n3，所述內側包層的直徑相對於所述纖芯的直徑之比Ra大於或等於2. 5而小於或等於3 · 5 ο
20.根據權利要求17至19中任一項所述的光通信系統，其特徵在於， 所述有效截面積Arff大於或等於120 μ m2而小於或等於140 μ m2。
全文摘要
本發明涉及一種光纖等，其可以應用於進行拉曼放大的光通信系統，可以實現改善OSNR和抑制彎曲損耗的兼顧。該光纖為石英類光纖，具有至少由纖芯、低折射率的內側包層、外側包層構成的凹陷型折射率曲線，具有在波長1550nm下大於或等於110μm2的有效截面積Aeff、以及大於或等於1.3μm而小於或等於1.53μm的光纖截止波長λC。凹陷型折射率曲線設計為，內側包層直徑相對於纖芯直徑之比Ra(＝2b/2a)大於或等於2.5而小於或等於3.5，並且內側包層相對於外側包層的相對摺射率差Δ-大於或等於使用波長下的彎曲損耗為最小的相對摺射率差Δ-min而小於或等於Δ-min+0.06％。
文檔編號G02B6/036GK102193140SQ201110048739
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月28日 優先權日2010年2月26日
發明者山本義典, 平野正晃 申請人:住友電氣工業株式會社