CN102096146A

CN102096146A - 高负色散光纤、制造方法及色散补偿模块

Info

Publication number: CN102096146A
Application number: CN2010105925443A
Authority: CN
Inventors: 陈伟; 李诗愈; 王冬香; 罗文勇; 雷道玉; 胡福明; 黄文俊; 莫琦; 柯一礼
Original assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明公开了一种高负色散光纤、制造方法及色散补偿模块，高负色散光纤包括芯层和围绕芯层的包层，芯层包括中心层和依次围绕中心层的第一、第二、第三、第四纤芯分层，第一纤芯分层的相对折射率Δb％为1.9％～2.9％；第二纤芯分层的相对折射率Δc％为-1.2％～2.9％；第三纤芯分层的相对折射率Δe％为-0.8％～-1.2％；第四纤芯分层的相对折射率Δf％为0.2％～0.7％，四个纤芯分层的半径从第一纤芯分层开始向外分别为0.2～0.6微米，1.2～19微米，3.6～5.6微米，6.6～8.5微米。本发明提供的高负色散光纤，具有较高的色散补偿率和较高的品质因数，较低的弯曲损耗，有助于通信***链路累积正色散的补偿，提高密集波分通信***的传输速率与容量。

Description

高负色散光纤、制造方法及色散补偿模块

技术领域

本发明涉及光纤制造领域，具体涉及高负色散光纤、制造方法及色散补偿模块。

背景技术

本发明涉及的术语定义如下：

沉积：光纤原材料在一定的环境下发生化学反应生成掺杂的石英玻璃的工艺过程；

熔缩：将沉积后的空心玻璃管在一定的热源下逐渐烧成实心玻璃棒的工艺过程；

套管：满足一定截面积和尺寸均匀性的高纯石英玻璃管；

基管：用于沉积的高纯石英玻璃管；

折射率剖面(RIP)：光纤或光纤预制棒(包括光纤芯棒)的折射率与其半径之间的关系曲线；

绝对折射率差(δn)：光纤预制棒中各个部分的折射率与纯石英玻璃折射率的差；

相对折射率(Δ％)：

其中n_i为第i层光纤材料的折射率，n₀为纯石英玻璃的折射率。

折射率剖面分布参数(α)：n(r)＝n₁[1-2Δ(r/a)^a]^0.5，其中n(r)为光纤半径为r处的折射率，a为光纤芯(或芯棒)的半径，n₁为光纤芯(或芯棒)中的最大折射率；

有效面积：

其中，E为与传播有关的电场，r为光纤半径；

总色散：光纤波导色散与材料色散的代数和；

色散斜率：色散对波长的依赖性；

相对色散斜率(RDS)：某一波长下的色散斜率除以该波长下的色散值；

相对色散：某一波长下的色散除以该波长下的色散斜率，称为Kappa，简写为K，也称为DOS；

品质因数(FOM)：某一波长下的色散与该波长下的衰减的商的绝对值，它是衡量高负色散光纤综合性能关键指标；

色散补偿率：高负色散光纤的相对色散与被补偿光纤的相对色散的比率；

***损耗：指色散补偿模块***光纤链路引入的附加损耗，它包括接头损耗和高负色散光纤的衰减。

PMD：光纤的偏振模色散；

PCVD：等离子化学气相沉积；

MCVD：改进的化学气相沉积；

OVD：外部气相沉积；

VAD：轴向气相沉积。

随着网络技术应用的日益广泛，人们对宽带传输的需求迅速增长，因此，光通信***需要不断增大传输距离、传输容量和提高传输速率。光纤通信的传输速率从最初的兆比特/秒(Mbps)、2.5G比特/秒(Gbps)发展到10G比特/秒、40G比特/秒，现在高达100G比特/秒，甚至160G比特/秒。但是，非零色散位移光纤(G.655)在C波段内具有1-10ps/nm·km的正色散，通信数据传输一段距离后，***的累积色散不断增加，从而会导致传输信号的波形畸变，造成信号失真。

为了减小通信链路累积色散对通信***传输性能的影响，目前，国际上通常采用色散补偿技术来改善光纤链路的色散，包括光纤光栅色散补偿技术、电子色散补偿技术等，其中采用负色散光纤进行色散补偿的技术最方便有效，而且成本低。要对G.655光纤链路的累积正色散进行补偿，就必须具备与其色散特性相反的负色散光纤来进行色散补偿，因此，为了适应市场发展需求而出现的高负色散光纤具备广泛的应用前景。

各国都在研究开发适合市场发展需求的高负色散光纤与色散补偿模块。美国专利US6757468B2公开了一种C+L波段(1525nm-1625nm)高负色散光纤，该光纤采用外部气相沉积工艺(OVD)制备，虽然1550nm色散可以达到-130ps/nm·km，但是该光纤截止波长位于1660nm～1760nm之间，光纤弯曲损耗较大，会影响光纤器件的工作稳定性。美国专利US7197219B2公开了一种简单W形折射率剖面的高负色散光纤制作的色散补偿模块，高负色散光纤在1520nm-1570nm范围内的色散为-70～-140ps/nm·km，其负色散绝对值不够大，而且该专利没有涉及高负色散光纤的衰减、品质因数、模块的***损耗等重要指标，不能全面评价高负色散光纤及其色散补偿模块的性能。美国专利US7194171B2公开了一种高负色散光纤，其1550nm波长的色散为-82～-29ps/nm·km，由于负色散值太小，不能很好地满足应用需求。中国专利CN1629667A公开了一种色散补偿光纤和色散补偿光纤模块，但是该专利没有涉及品质因数和***损耗等关键指标，也不能够全面评价其性能。

综上所述，高负色散光纤需要具备较大的负色散和合适的负色散斜率，同时，作为通信链路上的一种补偿器件，高负色散光纤必须做成一种色散补偿模块，该色散补偿模块必须具备较高的品质因数，较低的***损耗，以及在线补偿的方便实用性与稳定性。然而，目前现有技术提供的高负色散光纤和色散补偿模块由于存在光纤弯曲损耗较大或者负色散值太小等缺陷，无法很好地满足应用需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决高负色散光纤和色散补偿模块存在光纤弯曲损耗较大或者负色散值太小等缺陷的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种高负色散光纤，包括芯层和围绕芯层的包层，所述芯层包括中心层和依次围绕所述中心层的第一、第二、第三、第四纤芯分层，所述第一纤芯分层的相对折射率Δb％为1.9％～2.9％；所述第二纤芯分层的相对折射率Δc％为-1.2％～2.9％；所述第三纤芯分层的相对折射率Δe％为-0.8％～-1.2％；所述第四纤芯分层的相对折射率Δf％为0.2％～0.7％，四个纤芯分层的半径从第一纤芯分层开始向外分别为0.2～0.6微米，1.2～1.9微米，3.6～5.6微米，6.6～8.5微米，围绕芯层的包层g为纯二氧化硅玻璃层或部分掺杂氟的石英玻璃层。

在上述高负色散光纤中，所述第一纤芯分层与所述第二纤芯分层的半径之比为0.10～0.46；所述第三纤芯分层与所述第二纤芯分层的半径之比为2.85～3.36；所述第四纤芯分层与所述第二纤芯分层的半径之比为4.90～4.96。

在上述高负色散光纤，所述第二纤芯分层根据折射率剖面分布参数α使其折射率光滑变化，折射率剖面参数α的变化范围为：1≤α≤3。

在上述高负色散光纤中，在1525nm～1625nm波长范围内的色散系数为-160～-350ps/nm·km，色散斜率为负值，在1545nm波长处的相对色散Kappa在40nm～60nm之间，在1550nm波长处的衰减系数小于0.70dB/km，PMD系数小于

在上述高负色散光纤中，在1625nm波长处的衰减系数小于1.5dB/km。

本发明还提供了一种上述高负色散光纤的制造方法，包括以下步骤：采用PCVD工艺在空心石英基管内壁上依次沉积掺杂石英玻璃形成第四、第三、第二、第一纤芯分层和纤芯，沉积过程中通过掺锗提升折射率，通过掺氟降低折射率；然后，按照熔缩工艺将沉积后的空心石英基管熔缩成实心的石英玻璃芯棒；在拉棒车床上将该芯棒拉细，最后套在石英玻璃套管中，在拉丝塔上拉丝成高负色散光纤。

本发明还提供了一种色散补偿模块，包括圆柱体卷盘，所述圆柱体卷盘上缠绕有上述高负色散光纤，所述高负色散光纤的两端分别连接待补偿的单模光纤。

上述色散补偿模块中，所述圆柱体卷盘的直径为60-80mm，所述高负色散光纤的复绕张力控制在10g～45g之间。

本发明提供的高负色散光纤，其芯层包括有四个同心的纤芯分层，每一纤芯分层具有不同的相对折射率和半径，因此，具有较高的色散补偿率和较高的品质因数(FOM)，较低的弯曲损耗，有助于通信***链路累积正色散的补偿，提高密集波分通信***的传输速率与容量。特别是对1525nm～1625nm(C+L波段)通信波段的色散补偿，具备较高的品质因数(FOM)和较宽波段的色散补偿能力，而且具备二阶色散补偿能力。

在本发明提供的高负色散光纤的一种优选方案中，采用折射率剖面参数α进行折射率的光滑变化，可以避免折射率的巨大突变造成较大的内应力，从而减小光纤的衰减，降低光纤的偏振模色散；同时，折射率剖面参数α的变化，可以方便的调整高负色散光纤的色散特性。

本发明提供的高负色散光纤制造方法中，芯棒经过拉细后再套管，有利于降低预制棒内的杂质含量，减少预制棒中的缺陷造成的损耗，改善光纤的衰减。

本发明提供的色散补偿模块，高负色散光纤的复绕张力被控制在10g～45g之间，该张力使高负色散光纤能够规律排列，但是又不受任何侧面压力，有利于降低色散补偿模块的***损耗与PMD，以免该模块在使用过程中的传输损耗增加或PMD恶化。

本发明提供高负色散光纤及色散补偿模块，补偿光通信链路的累积正色散，从而提高通信***的传输速率与传输容量。具有实际应用意义，具有较好的经济效益和应用前景。

附图说明

图1是本发明第一个实施例的高负色散光纤折射率剖面结构分布图；

图2是本发明第一个实施例的高负色散光纤的色散曲线；

图3是本发明第一个实施例的高负色散光纤的色散斜率曲线；

图4为本发明第一个实施例的高负色散光纤的衰减谱；

图5为本发明高负色散光纤模块的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出详细的说明。

本发明提供的高负色散光纤包括芯层和围绕芯层的包层，所述芯层包括中心层和依次围绕所述中心层的第一、第二、第三、第四分层。如图1所示，所述第一纤芯分层的相对折射率Δb％为1.9％～2.9％；所述第二纤芯分层的相对折射率Δc％为-1.2％～2.9％；所述第三纤芯分层的相对折射率Δe％为-0.8％～-1.2％；所述第四纤芯分层的相对折射率Δf％为0.2％～0.7％，四个纤芯分层的半径范围从第一纤芯分层开始向外分别为0.2～0.6微米，1.2～1.9微米，3.6～5.6微米，6.6～8.5微米，围绕芯层的包层g为纯二氧化硅玻璃层或部分掺杂氟的石英玻璃层。

第一分纤芯层与第二纤芯分层的半径之比为0.10～0.46；第三纤芯分层与第二纤芯分层的半径之比为2.85～3.36；第四纤芯分层与第二纤芯分层的半径之比为4.90～4.96。

第二纤芯分层根据折射率剖面分布参数α使其折射率光滑变化，折射率剖面参数α的变化范围为：1≤α≤3。

高负色散光纤在1525nm～1625nm波长范围内的色散系数为-160～-350ps/nm·km，色散斜率为负值，在1545nm波长处的相对色散Kappa在40nm～60nm之间，在1550nm波长处的衰减系数小于0.70dB/km，PMD系数小于

在1625nm波长处的衰减系数小于1.5dB/km。

本发明还提供了上述高负色散光纤的制造方法，下面通过三个具体实施例分别加以说明。

实施例一：

采用PCVD光纤预制棒制造工艺，在空心石英基管内壁沉积掺杂石英的玻璃层；然后，按照熔缩工艺将沉积后的空心石英基管熔缩成实心的石英玻璃芯棒，该芯棒的直径为28mm，在拉棒车床上将该芯棒经过拉细后再放入纯石英玻璃套管或掺氟石英玻璃套管中，然后在拉丝塔上拉丝成为117微米外直径的高负色散光纤，制造出如图1所示的高负色散光纤。通过控制掺锗与掺氟量实现折射率的变化，从而实现光纤的不同折射率分层，即形成第一、第二、第三和第四个纤芯分层。各纤芯分层的相对折射率差Δ％由第一纤芯分层向外分别为：2.50％，-0.96％～2.50％，-0.96％，0.52％。其中第二纤芯分层的折射率剖面参数α为2.0。该光纤的四个纤芯分层的半径由第一纤芯分层开始向外分别为：0.39微米，1.26微米，5.06微米及7.50微米。

该制造工艺采用了先拉细芯棒再套管的技术手段，有利于降低预制棒内的杂质含量，减少预制棒中的缺陷造成的损耗，改善光纤的偏振模色散。该光纤的色散测试曲线如图2所示，色散斜率曲线如图3所示。该高负色散光纤在在1550nm波长处的色散达到-355.24ps/nm·km，色散斜率为-7.06ps/nm²·km。该高负色散光纤在的衰减谱测试如图4所示，1550nm波长处的衰减为0.663dB/km，品质因数FOM为490ps/nm/dB，相对色散Kappa为50.3nm。1625nm的衰减系数为1.26dB/km。该高负色散光纤在1550nm波长处的PMD为

模场直径为4.36微米，截止波长1450nm。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于：

(1)实心的石英玻璃芯棒的直径为21.6mm；

(2)拉丝成的高负色散光纤直径为117微米；

(3)各纤芯分层的相对折射率差Δ％由第一纤芯分层向外分别为：2.80％，-0.81％～2.80％，-0.81％，0.55％。其中第二纤芯分层的折射率剖面参数α为2.16。该光纤的四个纤芯分层的半径由第一纤芯分层开始向外分别为：0.56微米，1.86微米，5.52微米及8.39微米。

该方法得到的高负色散光纤性能如下：

在1550nm波长处的色散达到-226.5ps/nm·km，色散斜率为-4.53ps/nm2·km；在1550nm波长的衰减为0.626dB/km，品质因数FOM为361ps/nm/dB，相对色散Kappa为50nm；1625nm波长处衰减系数为1.9dB/km；在1550nm的PMD为

模场直径为4.36微米，截止波长1460nm。

实施例三：

本实施例与实施例一的区别在于：

(1)实心的石英玻璃芯棒的直径为22.6mm；

(2)拉丝成的高负色散光纤直径为125微米；

(3)各纤芯分层的相对折射率差Δ％由第一纤芯分层向外分别为：1.96％，-1.02％～1.96％，-1.02％，0.62％。其中第二纤芯分层的折射率剖面参数α为1.2。该光纤的四个纤芯分层的半径由第一纤芯分层开始向外分别为：0.22微米，1.26微米，3.66微米及6.68微米。

该方法得到的高负色散光纤性能如下：

在1550nm波长处的色散达到-166.6ps/nm·km，色散斜率为-3.409ps/nm2·km；在1550nm波长处的衰减为0.556dB/km，品质因数FOM为299.6ps/nm/dB，相对色散Kappa为48.9nm；在1625nm波长处的衰减系数为0.68dB/km；在1550nm波长处的PMD为

模场直径为4.28微米，截止波长为1356nm。

本发明还提供了一种色散补偿模块，其结构如图5所示，包括圆柱体卷盘1，该圆柱体卷盘1上盘绕上述高负色散光纤2，高负色散光纤2的两端分别熔接上通信单模光纤尾纤3，单模光纤尾纤3的尾端分别安装光纤活动连接器4，圆柱体卷盘1及光纤活动连接器4均固定在高负色散光纤盒5上。

以下分别为使用上述三种方法制造的高负色散光纤而制造色散补偿模块的过程：

将实施例一获得的3.228km的高负色散光纤2以12g的复绕张力盘绕在直径为80mm的圆柱体卷盘1上，然后两端熔接上通信单模光纤尾纤3，并在单模光纤尾纤3的尾端安装上光纤活动连接器4，最后将其整体固定在高负色散光纤盒5中，该色散补偿模块的***损耗为8.16dB。

将实施例二获得的3.98km的高负色散光纤2以45g的复绕张力盘绕在直径为60mm的圆柱体卷盘1上，然后两端熔接上通信单模光纤尾纤3，并在单模光纤尾纤3的尾端安装上光纤活动连接器4，最后将其整体固定在高负色散光纤盒5中，该模块的***损耗为8.49dB。

将实施例三获得的2.7km高负色散光纤3以25g的复绕张力盘绕在直径为80mm的圆柱体卷盘1上，然后两端熔接上通信单模光纤尾纤3，并在单模光纤尾纤3的尾端安装上光纤活动连接器4，最后将其整体固定在高负色散光纤盒5中，该模块的***损耗为4.56dB。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.高负色散光纤，包括芯层和围绕芯层的包层，其特征在于，所述芯层包括中心层和依次围绕所述中心层的第一、第二、第三、第四纤芯分层，所述第一纤芯分层的相对折射率Δb％为1.9％～2.9％；所述第二纤芯分层的相对折射率Δc％为-1.2％～2.9％；所述第三纤芯分层的相对折射率Δe％为-0.8％～-1.2％；所述第四纤芯分层的相对折射率Δf％为0.2％～0.7％，四个纤芯分层的半径从第一纤芯分层开始向外分别为0.2～0.6微米，1.2～1.9微米，3.6～5.6微米，6.6～8.5微米，围绕芯层的包层g为纯二氧化硅玻璃层或部分掺杂氟的石英玻璃层。

2.如权利要求1所述的高负色散光纤，其特征在于所述第一纤芯分层与所述第二纤芯分层的半径之比为0.10～0.46；所述第三纤芯分层与所述第二纤芯分层的半径之比为2.85～3.36；所述第四纤芯分层与所述第二纤芯分层的半径之比为4.90～4.96。

3.如权利要求1所述的高负色散光纤，其特征在于所述第二纤芯分层根据折射率剖面分布参数α使其折射率光滑变化，折射率剖面参数α的变化范围为：1≤α≤3。

4.如权利要求1所述的高负色散光纤，其特征在于所述高负色散光纤在1525nm～1625nm波长范围内的色散系数为-160～-350ps/nm·km，色散斜率为负值，在1545nm波长处的相对色散Kappa在40nm～60nm之间，在1550nm波长处的衰减系数小于0.70dB/km，PMD系数小于

5.如权利要求1所述的高负色散光纤，其特征在于所述高负色散光纤在1625nm波长处的衰减系数小于1.5dB/km。

6.如权利要求1所述的高负色散光纤的制造方法，其特征在于包括以下步骤：采用PCVD工艺在空心石英基管内壁上依次沉积掺杂石英玻璃形成第四、第三、第二、第一纤芯分层和纤芯，沉积过程中通过掺锗提升折射率，通过掺氟降低折射率；然后，按照熔缩工艺将沉积后的空心石英基管熔缩成实心的石英玻璃芯棒；在拉棒车床上将该芯棒拉细，最后套在石英玻璃套管中，在拉丝塔上拉丝成高负色散光纤。

7.色散补偿模块，包括圆柱体卷盘，其特征在于所述圆柱体卷盘上缠绕有如权利要求1所述的高负色散光纤，所述高负色散光纤的两端分别连接待补偿的单模光纤。

8.如权利要求7所述的色散补偿模块，其特征在于所述圆柱体卷盘的直径为60-80mm，所述高负色散光纤的复绕张力控制在10g～45g之间。