CN100405099C - 色散补偿模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光色散补偿模块，包括光纤，该光纤弯曲成一定形状，使得所述光纤的两个给定点之间的曲率半径变化，从而具有可变曲率半径，该光纤的折射率分布使得对于主要的传播模式，给定频段上给定波长的负色散值最小，色散最小值及其频谱位置随着光纤曲率半径而变化。该模块支持在整个给定频段上引入大的色散补偿值，以及给定频段内特定波长的补偿修正。

Description

色散补偿模块
技术领域
本发明涉及光纤传输领域，更具体地说，本发明涉及光纤传输***中的色散和色散斜率补偿。
背景技术
对光纤而言，折射率分布通常结合功能图的形状进行描述，前述功能图与光纤半径的折射率相关。到光纤中心的距离r一般在横轴上表示，光纤芯的折射率和光纤包层的折射率之差在纵轴上表示。这样，“突变”、“梯形”或“三角”分别是以突变、梯形或三角的形式描述折射率分布图所用的术语。这些曲线一般代表了光纤的理论或基准分布，因为光纤生产中的限制会导致相当不同的分布。
在新的高输出波长复用传输网络中，代表波分复用的所谓WDM有利于控制色散，尤其是针对高于或等于40Gbit/s或160Gbit/s的输出。其目的是得到对于所有的复用波长值的累计色散，它在链路上大于或小于0，从而限制了脉冲变宽。在光纤长度上的所有色散称为“累计色散”；在色散固定时，累计色散等于色散和光纤长度的乘积。一般能接受的总色散累计值为几十ps/nm。同时，还值得避免在***所用波长附近出现非线性效应更为明显的0值本地色散。最后，还需要将累计色散斜率限制在复用范围内，从而避免或限制多个复用信道之间的失真。斜率通常是色散对波长的导数。
折射突变光纤，也称为SMF光纤(“单模光纤”的英文缩写)，或者非零色散偏移光纤，也称作NZ-DSF+的光纤(“非零色散偏移光纤”的英文缩写)通常用作光纤传输***的线路光纤。NZ-DSF+的光纤是色散偏移光纤，其色散不为0，在它们所用的波长上稍稍偏正，一般在1550nm左右。这些光纤在这些波长上色散较小，一般在1550nm时小于11ps/(nm.km)，色散斜率在0.04和0.1ps/(nm2.km)之间。对这些相同的波长而言，SMF光纤在1550nm时的典型色散为17/ps(nm.km)，色散斜率约为0.056ps/(nm2.km)。
为了补偿用作线路光纤的SMF或NZ-DSF+光纤的色散和色散斜率，众所周知，需要使用长度较短的色散补偿光纤或DCF(色散补偿光纤)。DCF光纤在例如US-A-5568583或US-A-5361319中描述，用于补偿SMF光纤的累计色散。EP-A-1 067412或者申请号为0106246246的法国专利申请描述了适合补偿DSF光纤色散和色散斜率的色散补偿光纤，DSF光纤在传输频带上的色散为正。这些已知的色散补偿光纤在波长1550nm附近的色散为负，色散斜率为负。
一般说来，希望看到以下关系：
(D/D’)LSMF＝(D/D’)LDCF
其中，D：色散值
D’：色散斜率值
LSMF：线路光纤长度
LDCF：补偿光纤长度
因此，对给定线路光纤部分而言，必须加入给定的补偿光纤部分，所用的补偿光纤的长度直接取决于它的负色散值及其负色散斜率。
还希望实现能够得到很高负色散和色散斜率值的光纤分布，以限制传输***中使用的补偿光纤的长度。这种色散补偿光纤分布在例如由K.Thya-arajan，R.K.Varshney，P.Palai，A.K.Ghatak以及I.C.Goyal在1996年11月的IEEE Photonics Technology Letters，Vol.8，No.11，第1510-1512页上发表的“A Novel Design of a DispersionCompensating Fiber”中描述。这种分布允许在1500nm得到小于-4500ps/(nm.km)的负色散。
但是，这种光纤分布意味着有效区域减小，并在光信号通过这种光纤传输时，出现较多的非线性效应。
文档WO 02/21172提出了另一种色散补偿光纤分布，它旨在平衡最小有效区域和较大负色散。这种光纤的色散在1550nm时小于-150ps/(nm.km)，其有效区域在12μm2和25μm2之间。
J.L.Auguste，R.Jindal，J.M.Blondy，M.Clapeau，J.Marcou，B.Dussardier，G.Monnom，D.B.Ostrowsky，B.P.Pal和K.Thyagarajan在2000年9月28日的Electronics Letters，Vol.36，No.20，第1689-1691上发表的“-1800ps/(nm.km)chromatic dispersion at 1.55μm in dualconcentric core fiber”中描述了另一分布。这种双芯光纤分布能够在1.55μm的传输窗口中达到较大的本地色散补偿。在1.558μm上测量到-1800ps/(nm.km)的色散。
但是，这种补偿值限制在给定波长。在WDM传输***中，必须在给定频段的所有传输信道上补偿色散。
S.Février，J.L Auguste，J.M.Blondy，A.Peyrilloux，P.Ray，D.Pagnoux，在丹麦哥本哈根举行的ECOC 2002的会议上，Postersession，第108页上发表的“Accurate tuning of thehighly-negative-chromatic-dispersion wavelength into a dual concentriccore fiber by macro-bending”中描述了一种在给定波长上具有很高最小负色散约-1800ps/(nm.km)的光纤分布。该最小值可以在频谱上移动，其值可以通过弯曲光纤来变化。
此外，文档WO 02/099483提出了一种设备，用以通过对色散补偿光纤的作用来调整色散。该作用可以是热或者机械方面，并通过反馈环路来修改对信号的色散补偿。这种作用使得针对给定波长的色散补偿得以动态修改。这种设备不允许色散补偿在很宽的频谱范围上实现。这种设备能够在1520nm和1570nm之间的波长上得到-70ps/(nm.km)和-140ps/(nm.km)之间的色散。
发明内容
本发明提出了一种色散和色散斜率补偿模块，它使得复用光信号的色散补偿能够在给定频段的所有波长上实现，前述复用光信号的传播的色散和色散斜率在所述频段上为正。这种补偿效果很好，同时将信号传播中出现的非线性效应降为最小。
为此，本发明提出了一种光色散补偿模块，包括光纤，该光纤弯曲成一定形状，使得所述光纤的两个给定点之间的曲率半径变化，从而具有可变曲率半径，该光纤的折射率分布使得对于主要的传播模式，给定频段上给定波长的负色散值最小，色散最小值及其频谱位置随着光纤曲率半径而变化，其中该光纤是双芯光纤，包括折射率为n1的中央芯，折射率为n2的包层，以及折射率为n3的环形芯，光纤分布使得中央芯和包层之间的折射率之差(Δn＝n1-n2)大于或等于25×10-3，环形芯和包层之间的折射率之差(Δn’＝n3-n2)大于或等于5×10-3，两个同心芯之间区域和包层的折射率之差大于或小于0。
按照一种特性，该模块的光纤色散最小值小于-500ps(nm.km)。
按照一种特性，该模块的光纤的环形芯宽度在5μm和8μm之间。
按照一种特性，该模块的光纤的两个同心芯之间区域宽度在7μm和11μm之间。
按照一种特性，该模块的光纤的曲率半径在2cm和30cm之间变化。
按照一种特性，该模块的光纤的一部分具有无限大的曲率半径。
按照一种特性，弯曲该光纤，使得该模块在宽度大于或等于5nm的给定频段上色散系数小于-500ps/(nm.km)。
按照一种特性，给定频段是C频段或L频段。
本发明还涉及一种光传输***，包括传输线路和至少一个按照本发明的光色散补偿模块。
按照一种特性，传输***包括进入线路时的光色散补偿模块，以及离开线路时的光色散补偿模块。
按照一种特性，传输***还包括色散补偿光纤(DCF)，调整按照本发明的光色散补偿模块的光纤的曲率半径的变化，用以修正色散补偿光纤(DCF)的色散补偿错误。
按照一种特性，该传输***还包括调整光色散补偿模块中光纤的缠绕的装置。
附图说明
通过后续描述并结合附图，本发明的特征和优点会变得更加明显，后续描述通过例子给出，这些例子是说明性而不是限制性的，在附图中：
图1是按照本发明的模块中所用的光纤的折射率分布；
图2是图1光纤相对于波长的模拟色散曲线；
图3a是按照本发明的色散补偿模块的示意性侧视图；
图3b是图3a的示意性截面图；
图4是图3模块相对于波长的模拟色散曲线。
具体实施方式
按照本发明，光色散补偿模块包括弯曲的光纤，它的曲率半径可变。该光纤可以弯曲成任何适当的形状，使得曲率半径在光纤的两个给定点之间变化，该变化可以是线性或者非线性的。例如，一种形状，例如圆锥形，适合得到曲率半径的线性变化。
该光纤的折射率分布表现为在给定频段的给定波长上的负色散系数最小。色散的这种频谱特性针对光纤的主要传播模式进行了验证，前述传播模式在某些应用中可以是多模的。此外，光纤的折射率分布使得色散的最小值和频谱位置随着光纤的曲率半径变化。
这样，色散补偿可以在整个给定频段上实现，而不仅仅针对给定波长。
此外，可以为给定频段上的特定波长引入补偿修正。
图1示意性地说明了可以用于按照本发明的色散补偿模块的光纤折射率分布。
该光纤是双芯光纤，它包括折射率为n1的中央芯，折射率为n2的包层，以及折射率为n3的环形芯。光纤分布使得中央芯和包层之间的折射率之差(Δn＝n1-n2)大于或等于25×10-3，环形芯和包层之间的折射率之差(Δn’＝n3-n2)大于或等于5×10-3。此外，两个同心芯之间区域和包层的折射率之差大于等于或小于等于0。
中央芯非常窄，其半径在0.75μm和2μm之间，具有很大的折射率突变。环形芯的折射率突变比中央芯要小得多，宽度在5μm和8μm之间。位于两个同心芯之间的区域宽度在7μm和11μm之间，并且该区域不是嵌入(embedded)的，也就是说它相对于包层的折射率n3，折射率不为负。该区域与包层之间的折射率差大于等于或小于等于0。该折射率之差可以略微偏负，在-3×10-3到-2×10-3的量级，而不认为该区域是嵌入的。
具有这种折射率分布的光纤的有效区域大于15μm2。该值尤其使得限制非线性效应成为可能。
光信号在具有这样的折射率分布，以及两个非常不对称的中央芯的光纤中的传播在前面给出的J.L. Auguste等人发表的“-1800ps/(nm.km)chromatic dispersion at 1.55μm in dual concentric corefiber”中描述。
图2给出了图1光纤部分中相对于波长的模拟色散曲线。
色散D可以按照以下公式计算：
D＝-λ/c*d2ne/dλ2
其中c是光速常量；
λ是波长；
ne是有效折射率。
从图2的模拟曲线中可以看到，就具有图1折射率分布的光纤而言，色散值很大程度上取决于波长。该曲线在给定波长具有最小值，在该例中是在1566nm处的-2908ps/(nm.km)。该最小顶点需要非常仔细地选择，在半高处(FWHM)只有13nm宽。
因此，可以在给定波长引入很强的负色散补偿。
此外，已经发现该负色散最小顶点的值和频谱位置能够随着光纤的曲率半径而变化。这在前面提到的S.Février等人发表的“Accuratetuning of the highly-negative-chromatic-dispersion wavelength into adual concentric core fiber by macro-bending”中描述。
图3a和3b给出了按照本发明的色散补偿模块的实施方式。
按照本发明的模块包括光纤10，其折射率分布结合图1描述过。光纤10的至少一部分11被弯曲，从而给出了可变的曲率半径。可变的曲率半径意味着在光纤的两个给定点之间的曲率值是变化的，而不是光纤的曲率值恒定，不同实施方式有所不同。
这样，光纤10的一部分11可以弯曲成任何适当形状20，使得光纤的两个给定点之间的曲率半径R可以变化。曲率半径R的变化可以是线性的，或者非线性的。例如，一种形状，例如圆锥形20，适合得到曲率半径R的线性变化。
这样，光纤的第一部分代表了曲率半径R1，其对应于给定波长上最小负色散给定值；而光纤的另一部分代表的曲率半径R2不同于R1，它对应于给定波长上另一最小负色散给定值。因为光纤11同一部分的负色散顶点的值和频谱位置不同，所以在整个给定频段上都可以引入强负色散，而不仅仅是给定波长。
因此，对整个给定频段，其宽度大于或等于5nm，按照本发明的模块的色散值可以小于或等于-500ps/(nm.km)。具体来说，给定频段可以全部或部分在C频段或者L频段，或者用于光传输的任何其他频段或子频段。
光纤11的该部分上的曲率半径R的变化按照应用进行调整。曲率半径R可以从2cm或者更小变化到30cm，或者更大，其中一个或多个部分可以是直的，也就是具有无限大的曲率半径。
该光纤还可以弯曲成具有不同直径的若干形状。该模块可以针对弯成一种或其他形状的光纤长度进行调整。
图4给出了按照本发明的模块的应用。示出的色散值对应于圆锥上长度为150m光纤的模块化装置的色散。
如果考察给定频段上的给定色散曲线，构成模板色散曲线(实线曲线)，就可以将该曲线分解成给定波长上多个基本色散响应(虚线)，这些基本响应中每一个都可以通过具有给定曲率半径的光纤得到。
这样，按照本发明的模块不仅支持给定频段上的强色散补偿，而且通过在一个或多个给定波长上引入更强的负色散，支持对色散补偿的有限修正。
按照本发明的模块因此能应用于包括引入正色散的传输线路的光传输***，传输线路例如前面描述的SMF或NZ-DSF+光纤。
按照一种应用，按照本发明的模块可以放置在传输线路开始处，另一模块放置在线路结束处。在整个频段上引入大的负色散值使得较长传输光纤的色散能够通过弯曲在按照本发明的模块中的有限长度的光纤得到补偿。
按照另一应用，按照本发明的模块可以安装在包含传输光纤(例如SMF)以及标准色散光纤(例如前面提到的DCF)的传输***中，这种应用可以和第一种应用一起应用。这样，按照本发明的模块支持对DCF色散补偿错误的本地修正。例如，如果考察的频段的某些波长没有得到充分补偿，按照本发明的模块可以通过以适当的曲率半径，调整特定光纤的一部分，从而补偿这种不等。
具体而言，该传输***可以包括调整按照本发明的模块的特定光纤的缠绕的装置。例如，通过沿圆柱柱面移动模块的所有或者一部分光纤，改变缠绕的形状，或者在直径不同的不同柱面上缠绕长度更长或者更短的光纤。
这样，按照本发明的模块可以很大程度上补偿很宽频段上的正色散，和/或在频段上对给定波长上的色散不等进行本地修正。
此外，在铺设线路时，可以调整按照本发明的模块所进行的色散补偿，并按照线路的演进不断变化。
当然，本发明并不局限于上述例子。具体而言，可以按照应用对光纤部分上曲率半径的变化进行调整，以及对光纤的折射率分布进行调整。

Claims (13)

1.一种光色散补偿模块，包括光纤，该光纤弯曲成一定形状，使得所述光纤的两个给定点之间的曲率半径变化，从而具有可变曲率半径，该光纤的折射率分布使得对于主要的传播模式，给定频段上给定波长的负色散值最小，色散最小值及其频谱位置随着光纤曲率半径而变化，
其中该光纤是双芯光纤，包括折射率为n1的中央芯，折射率为n2的包层，以及折射率为n3的环形芯，光纤分布使得中央芯和包层之间的折射率之差(Δn＝n1-n2)大于或等于25×10-3，环形芯和包层之间的折射率之差(Δn’＝n3-n2)大于或等于5×10-3，两个同心芯之间区域和包层的折射率之差大于或小于0。
2.根据权利要求1的光色散补偿模块，其特征在于，该光色散补偿模块的光纤色散最小值小于-500ps/(nm.km)。
3.根据权利要求1的光色散补偿模块，其特征在于，该环形芯宽度在5μm和8μm之间。
4.根据权利要求1的光色散补偿模块，其特征在于，两个同心芯之间区域宽度在7μm和11μm之间。
5.根据权利要求1到4中任意一项的光色散补偿模块，其特征在于，该光纤的曲率半径在2cm和30cm之间变化。
6.根据权利要求1到4中任意一项的光色散补偿模块，其特征在于，该光纤的一部分具有无限大的曲率半径。
7.根据权利要求1到4中任意一项的光色散补偿模块，其特征在于，弯曲该光纤，使得该光色散补偿模块在宽度大于或等于5nm的给定频段上色散系数小于-500ps/(nm.km)。
8.根据权利要求7的光色散补偿模块，其特征在于，给定频段是C频段。
9.根据权利要求7的光色散补偿模块，其特征在于，给定频段是L频段。
10.一种光传输***，包括传输线路和至少一个按照权利要求1到4中任意一项的光色散补偿模块。
11.根据权利要求10的光传输***，其特征在于，它包括进入线路时的光色散补偿模块，以及离开线路时的光色散补偿模块。
12.根据权利要求10的光传输***，其特征在于，它还包括色散补偿光纤(DCF)，调整光色散补偿模块的光纤的曲率半径的变化，用以修正色散补偿光纤(DCF)的色散补偿错误。
13.根据权利要求10的光传输***，其特征在于，它还包括调整光色散补偿模块中光纤的缠绕的装置。
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