CN1300608C - 光纤、利用该光纤的光传输线以及光传输*** - Google Patents

光纤、利用该光纤的光传输线以及光传输*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种构成光传输线的光纤，例如所述光传输线能够在1.5μm的波长带内进行波长分隔多路传输。截止波长设置在1.3μm到1.4μm的范围内，1.55μm波长处的色散值设置在4到10ps/nm/km。至少在1.5μm波长带的预定波长带内的有效芯层面积设置为40μm2到60μm2，1.55μm波长带内的色散斜率设置为0.035ps/nm2/km以下的正值。零色散波长设置在1.43μm以下，1.5μm波长带内在直径20mm处的弯曲损耗设置在5dB/m以下。将光纤的折射率分布设计为：将最内层的第一玻璃层(1)与标准层(6)的相对折射率差Δ1和从最里面数位于第三层位置上的第三玻璃层(3)与标准层(6)的相对折射率差Δ3设置为正值，而将从最里面数位于第二层位置上的第二玻璃层(2)与标准层(6)的相对折射率差值设置为负值。

Description

光纤、利用该光纤的光传输线以及光传输***
技术领域
本发明涉及一种用于在光传输的光纤，例如1.5μm的波长带内进行波长分割多路传输等，本发明还涉及利用该光纤的光传输线和光传输***。
背景技术
信息化社会的发展促进了通信信息量的迅速增长。这些信息增长使人们开始关心WDM(波长分割多路)传输技术和TMD(时间分割多路)传输技术。WDM传输是通过一根光纤传输大量不同波长的光的***，由此它是适合于大容量和高位速通信的光传输***。近来，波长分割多路传输技术正处于积极研究中。
近来，已经考虑在1.55μm的波长带内实施波长分割多路传输，该波长带对应掺杂了铒的光纤放大器(EDFA)的增益波带。1.55μm的波长带是中心波长为1550μm的波长带，其类似于从1530μm到1570μm的波长带。
发明内容
因此，本发明是要提供一种具有下述结构的光纤、利用这种光纤的光传输线、以及光传输***。
依照本发明的光纤的特征在于，在1.55μm波长处的色散值设置为在4ps/nm/km到10ps/nm/lm范围内的一个值，截止波长设置为在1.3到1.4μm范围内的一个值。
附图说明
现在将结合附图描述本发明的示范性实施例，其中：
图1A表示依照本发明的光纤第一实施例的折射率分布；
图1B表示依照本发明的光纤的第一实施例剖面结构图；
图2A表示依照本发明光纤的第二实施例的折射率分布；
图2B表示依照本发明的光纤的第二实施例剖面结构图；
图3是表示依照本发明光纤的色散特性的示例的曲线图；
图4是表示依照本发明的光纤、该光纤的色散补偿光纤以及与这两根光纤相连的光传输线的色散分布特征的曲线图；以及
图5是色散补偿光纤的DPS与弯曲损耗之间的关系的曲线图。
具体实施方式
在WDM传输中，如果光纤的色散对波长的色散的斜率(slope)(色散斜率)很大，每个信道之间的色散差异就会增大，于是就不能获得大容量和高位速的通信。相反，如果用于WDM传输的光纤的色散斜率能够减小，会抑制每个信道之间的色散差异。因此，对于大容量和高位速通信来说，减小色散斜率是必不可少的要素。
然而，减小色散斜率通常会缩小有效芯层面积，而且在实施WDM传输时，有效芯层面积的减少会因为每个信道之间的相互作用而产生非线性光学现象。也就是说，通常用下面的公式(1)表示由非线性光学现象产生的信号失真ΦNL，于是如果光纤的有效芯层面积很小，就会强化由于非线性光学现象导致的信号失真。
          φNL＝(2π×n2×L有效×P)/（λ×A有效)      (1)
在公式(1)中，π表示圆周长与其直径的比，n2表示非线性折射率，L有效表示有效光纤长度，P表示信号光的光强度，λ表示信号光波长，A有效表示有效芯层面积。
由此，在Institute Reports OFC’98 ThK4中报道了有关在将色散斜率设置为0.035ps/nm2/km以下的同时扩大有效芯层面积的研究。由此，在该报告中，一些特性、例如截止波长、弯曲损耗等会失真。因此，在目前情况下，很难为传输线提供这样一种光纤，在具有低色散斜率和大的有效芯层面积的同时，还具有极好的例如截止波长和弯曲损耗等特性。
此外，依照Institute Reports ECOC98、vol 1、ppl39中报道的传输线光纤，在将波长设定为1000nm和将有效芯层面积保持在约55μm2的同时，减小了色散斜率。正如上面所述，该光纤具有极好的平衡特性，然而，降低色散斜率仅限于降低到大约0.045ps/nm2/km。
另外，近来已经进行了有关扩大WDM传输的传输带的各种研究。例如，扩展传输带的研究是基于Raman光纤放大器的一种新型光学放大器，一种掺杂了稀土的新型光纤或类似物用于WDM传输的公知研究。现在正积极进行用于WDM传输的新型光学放大器的研究，并已开始了该技术的实际应用。
在这样一个背景下，WDM传输易于扩展到例如1.5um的波长带的宽波长带。1.5μm波长带是波长在1460nm到1650nm范围内的波长带，在该意义上使用术语——1.5μm的波长带。
在这些新型的光学放大器中，Raman光纤放大器即将得到实际应用。Raman光纤放大器利用了这样一种现象：当强光(激光)入射到光纤中时产生的受激励Raman散射，在从激光波长偏移约100nm的较长波长侧出现增益。Raman放大是向光纤照射具有增益的波长带中的信号光、由此激励光纤放大信号光的方法。
也就是说，利用Raman放大技术的WDM传输是通过在波长比信号光波长约短100纳米的波长侧输入激光来实施的。当在1.55μm的波长带内利用信号光实施WDM传输时，存在这样一种情况，波长为1.42μm(最短波长)的激光会入射到光纤中。
除了上述方法外，已经研究了用于WDM传输的非零色散偏移光纤(NZ-DSF)。NZ-DSF在1.55μm波长处的色散约为+4ps/nm2/km，在同一波长处的色散斜率为0.045ps/nm2/km或更大。因此，ZD-DSF的零色散波长约等于1.45μm。
也就是说，传统NZ-DSF存在这样一个问题，即，例如，当波长为1.42μm的激光入射到光纤中时，因为激光波长和零色散波长彼此非常接近，因此会发生基于四波混和的相互干扰等。即使通过利用Raman光纤放大器将NZ-DSF用于1.55μm波长带的WDM传输，也不能获得很好的性能，除非上述问题能得到解决。
典型的NZ-DSF在1.55μm波长处的色散绝对值约等于4ps/nm2/km，而其色散斜率等于0.045ps/nm2/km或更大。由于NZ-DSF具有这样的色散特性，因此需要一种具有高色散补偿率(具有高绝对值的色散斜率)的色散补偿光纤(DCF)来补偿色散和色散斜率。
这就是设计DCF困难的因素，因此很难构造光传输***。也就是说，由于模块技术对于构造WDM传输***很重要，因此除了考虑光学放大器之外，还要考虑色散补偿器。如果正如上面所述，设计DCF很困难，这会干扰WDM传输***的构造。
近来在诸如OFC2000/TuG4等的学术团体中正积极研究着用于NZ-DSF的DCF，在下文中将描述用于补偿色散和色散斜率的光纤。
通常，用于补偿色散和色散斜率的DCF的色散补偿性能用下面公式(2)中示出的色散补偿率表示。
色散补偿率(％)＝{(色散斜率DSCF/色散斜率DSF)/(色散值DSCF)/(色散值DSF)}×100……(2)
在此，色散斜率DSCF表示DCF的色散斜率，色散斜率DSF表示用于传输线的光纤(非零色散偏移光纤：NZ-DSF)的色散斜率，其中已经对该光纤进行了色散补偿，色散值DSCF表示DCF的色散值，以及色散DSF表示用于传输线的光纤的色散值。
随着公式(2)所表示的色散补偿率朝100％增大，就越能彻底地补偿宽波长带内的色散。也就是说，随着色散波长率接近100％，整个光纤在宽波长带内的色散能够大体接近于零。这意味着随着DCF的DPS(色散/色散斜率)接近传输线光纤的DPS，通过DCF能在更大程度上补偿传输线光纤在宽波长带内的色散和色散斜率。
然而，用于传输路径的传统光纤的DPS较小，随着DCF的DPS降低到与传输线光纤的DPS相同的水平，弯曲损耗特性象图5中所示的那样增大。图5中所示的弯曲损耗值是入射1.55μm的光时在20mmΦ的直径处测得的。
正如上面所述，使用传统传输线光纤的WDM传输***需要具有小DPS和小弯曲损耗特性的DCF，于是就很难构造这样的***。
依照本发明的光纤特性，提供了这样一种光纤，它能抑制诸如激光与信号光等之间相互干扰的问题，即使在1.5μm的波长带内利用Raman放大器实施WDM传输时，也能抑制由于色散导致的波形失真，该光纤适合用于WDM传输。
此外，依照本发明光纤的另一个特性，提供了这样一种光纤，能通过利用具有低的非线性度、低的色散斜率和小弯曲损耗的DCF补偿色散。
依照本发明光传输线和光传输***适合用于例如在1.5μm波长带内的WDM传输，并能充分利用光纤的优点。
下文将参照附图描述依照本发明的优选实施例。
图1A表示依照本发明光纤的第一实施例的折射率分布图表。图1B表示图1A光纤的剖面结构。
可将各种折射率分布用作依照本发明光纤的折射率分布图表，然而，在该实施例中，使用了图1A中所示的折射率分布，它的结构相对简单，且容易设计和制造。
依照第一实施例的光纤具有多层玻璃层，相邻层之间成分不同。在图1中，光纤有四层玻璃层，四层玻璃层包括第一玻璃层1、第二玻璃层2、第三玻璃层3和标准层6。如图1所示，这些玻璃层同心设置。
在四个玻璃层中，标准层6是用作折射率分布标准的层(包覆层)。在标准层6内设置了三层玻璃层(芯部玻璃层)：第一玻璃层1、第二玻璃层2和第三玻璃层3。
此外，在依照第一实施例的光纤中，将设置在光纤最里面的第一玻璃层的最大折射率和设置在从光纤最里面向外数第三层上的第三玻璃层3的最大折射率设置得高于标准层6的折射率。
更进一步说，在依照第一实施例的光纤中，将设置在从光纤最里面向外数第二层上的第二玻璃层2的最小折射率设置得低于标准层6的折射率。第一玻璃层1的折射率分布形状呈α(阿尔法)分布。
将第一实施例的光纤设计成：当用Δ1表示第一玻璃层1与标准层6的最大相对折射率之差，用Δ2表示第二玻璃层2与标准层6的最小相对折射率之差，用Δ3表示第三玻璃层3与标准层6的最大相对折射率之差时，满足Δ1＞Δ2＞Δ3。
在本说明书中，用下面的公式(3)到(5)定义每个相对折射率差值Δ1、Δ2、Δ3。在此，n1表示第一玻璃层的最大折射率，n2表示第二玻璃层的最大折射率，而n3表示第三玻璃层的最大折射率。
&Delta; 1 = { ( n 1 2 - n 6 2 ) / 2 n 6 2 } &times; 100 - - - ( 3 )
&Delta; 2 = { ( n 2 2 - n 6 2 ) / 2 n 6 2 } &times; 100 - - - ( 4 )
&Delta; 3 = { ( n 3 2 - n 6 2 ) / 2 n 6 2 } &times; 100 - - - ( 5 )
在第一实施例的光纤中，第一玻璃层1的直径用a表示，第二玻璃层2的直径用b表示，第三玻璃层3的直径用c表示。
该申请的发明人通过将相对折射率差值Δ1、Δ2和Δ3、常数α、第一玻璃层的直径a与第二玻璃层2的直径b、第三玻璃层3的直径c的比作为参数，作了一些模拟实验，并确定了第一实施例光纤的最佳折射率分布。
将模拟实验条件设置为：光纤的截止波长设置在1.3μm到1.4μm的范围内，在1.5μm的波长带内于波长1.55μm处的色散斜率(色散斜率的平均值)设置为0.035ps/nm2/km以下的正值。此外，该申请的发明人根据该范围内的有效芯层面积和弯曲损耗之间的关系确定了第一实施例的最佳折射率分布。在该说明书中，截止波长是对长度为2m的光纤进行测量得到的。
结果，已经发现，当将色散斜率设置为0.035ps/nm2/km以下的正值时很难将有效芯层面积设置到40μm2以上，除非将相对折射率差值Δ1设置为0.7％以下。此外，还发现，如果将相对折射率差值Δ1设置为低于0.4％的值，弯曲损耗就会增加到5dB/m以上。因此，将相对折射率差值Δ1设置在0.4％到0.7％的范围内。
在本申请的发明人确定α常数时，该常数是指，当在相对折射率差值Δ1设置在0.4％到0.7％的范围内的条件下扩大有效芯层面积时在该常数条件下的色散斜率不会增加，发明人得出结论：适当的是将α常数设置为4.0以上。
下面，发明人对第二玻璃层进行考察。
已经发现，如果相对折射率差值Δ2设置为大于-0.1％的值，色散斜率就会大于0.035ps/nm2/km。此外，还发现，如果相对折射率Δ2设置为小于-0.6％的值，有效芯层面积就会小于40μm2。因此，相对折射率差值Δ2的范围设置在-0.6％以上到-0.1％以下。
此外，还发现，如果将第二玻璃层2的直径设置为比第一玻璃层1的直径a大2.2倍的值，色散斜率就会大于0.035ps/nm2/km。更进一步说，还发现，如果将第二玻璃层2的直径b设置为比第一玻璃层1的直径a小1.5倍的值，有效芯层面积就会小于40μm2。因此，将第二玻璃层2的直径b设置在第一玻璃层1的直径a的1.5倍以上到2.2倍以下。也就是说，b/a的范围是1.5到2.2。
下面，发明人对第三玻璃层进行考察。
已经发现，如果将相对折射率差值Δ3设置为大于0.4％的值，截止波长就会大于1.4μm。此外，还发现，如果将相对折射率差值Δ3设置为小于0.05％的值，色散斜率就会大于0.035ps/nm2/km。因此，将斜率折射率差值Δ3设置在0.05％到0.4％的范围内。
另外，已发现，如果将第三玻璃层3的直径设置为大于第一玻璃层1的直径a的3.5倍的值，截止波长就会大于1.4μm。更进一步说，还发现如果将第三玻璃层3的直径c设置为小于第一玻璃层1的直径a的2.2倍的值，色散斜率就会大于0.035ps/nm2/km。因此，将第三玻璃层3的直径c设置在第一玻璃层1的直径a的2.2倍以上到3.5以下。也就是说，将c/a的范围设置为2.2到3.5。
第一实施例的光纤具有上面所述的折射率分布，其截止波长设置在1.3μm到1.4μm的范围内。此外，第一实施例的光纤设计成使其在波长1.55μm处的色散值设置在4ps/nm/km以上到10ps/nm/km以下的范围内。
此外，将第一实施例的光纤设计成：至少在1.55μm波长带的预定波长范围内，其色散斜率设置为0.035ps/nm2/km以下的正值，零色散波长设置在1.43μm以下。
更进一步说，将第一实施例的光纤设计成：其在1.5μm波长带的预定波长范围内的有效芯层面积设置在40μm2以上到60μm2以下。
再进一步说，将第一实施例的光纤设计成：其在1.5μm波长带内直径为20mm处的弯曲损耗设置在5dB/m以下，其极化模式色散设置为0.07ps/√km以下。
按照上面所述构造第一实施例的光纤，其截止波长为1.3μm以上，由此在1.5μm波长带内直径20mmφ处的弯曲损耗能够设置为5db/m以下。也就是说，第一实施例的光纤具有这种结构，由此恰好能降低光纤在光缆内的弯曲损耗。
此外，将第一实施例的光纤的截止波长设置为1.4μm以下，由此，不但能在1.55μm波长的光传输中稳妥地实施单模式操作，也能在波长为1.46μm的光传输中稳妥地实施单模式操作，于是实现了1.5μm波长带内的WDM传输。
更进一步说，第一实施例的光纤的零色散波长设置为1.43μm以下，由此当在1.5μm的波长带内进行Raman放大时，能够抑制诸如激光在约1.4μm波长处的四波混和干扰。
再进一步说，在第一实施例的光纤中，至少在1.5μm波长带的波长范围(波长带至少含1.55μm的波长)内的有效芯层面积设置为40μm2以上。也就是说，第一实施例的光纤的有效芯层面积设置为等于或大于传统WDM传输光纤的有效芯层面积的值。由此，即使在将集总的Raman光纤放大器用于WDM传输时，在第一实施例的光纤中能够抑制由于非线性现象导致的信号光失真。
公知的是，Raman光纤放大器可分成分散式Raman光纤放大器和集总式Raman光纤放大器。当将集总式Raman光纤放大器用于WDM传输时，不能忽略掉光纤中的非线性现象。然而，在第一实施例的光纤中，至少在1.5μm波长带的波长区域内的有效芯层面积可设置为40μm2以上。因此，通过在具有上述有效芯层面积的波长带内执行WDM传输，能够抑制信号光的失真。
如果有效芯层面积过大，Raman放大效率将会降低。在第一实施例的光纤中，至少在1.5μm波长带的波长范围(波长带至少包含1.55μm的波长)内的有效芯层面积设置为60μm2以下。由此，第一实施例的光纤在获得上述有效芯层面积的波长带内通过利用Raman光纤放大器执行WDM传输能抑制Raman放大效率的降低。
更进一步来说，在第一实施例的光纤中，可将波长1.55μm处的色散值设置为10ps/nm/km以下，从而能够抑制由于色散引起的失真，而不会有较大的局部色散。
再进一步说，在第一实施例的光纤中，将1.55μm波长内的色散斜率设置为0.035ps/nm2/km以下的正值，以缩小色散斜率绝对值。由此，第一实施例的光纤能够缩小每个信道之间的色散差异，从而能够防止在光纤内传输信号时产生的信号失真。
再进一步说，如果减小了色散斜率，零色散波长就会偏移到短波长侧。因此，第一实施例的光纤适合于1.5μm波长带内应用了Raman光纤放大器的WDM传输。
更进一步说，在第一实施例的光纤中，将波长为1.55μm处的色散值设置为4ps/nm/km以上，将至少在1.55μm波长带的预定波长范围内的色散斜率设置为0.035ps/nm2/km以下的正值，以此提高DPS值。由此，第一实施例的光纤能够利用弯曲损耗小的DCF补偿色散斜率。
再进一步说，第一实施例光纤的色散斜率绝对值较小。由此，通过将传统色散斜率补偿光纤或类似光纤连接到该实施例的光纤上，能容易地补偿光纤的色散斜率。
更进一步说，在第一实施例的光纤中，将极化模式色散设置为0.07ps/√km以下，由此避免了高速传输过程中发生的极化模式色散问题。
表1表示具有图1A中所示折射率分布的第一实施例的特定模拟实验结果。
该模拟实验是在以下条件下进行的：将相对折射率差值Δ1、Δ2和Δ3、常数α、第一玻璃层1的直径a与第二玻璃层2的直径b以及第三玻璃层3的直径c的比设置在上述对应范围内。此外，发明人确定了折射率分布，由于该分布能将色散斜率设置为0.035ps/nm2/km以下的正值，并将零色散波长设置为1.43μm以下，同时在上述条件下保持1.55μm波长处的有效芯层面积约达45μm2。
[表1]
  Δ1   α   Δ2   Δ3   a∶b∶c   色散   斜率   A有效   λc   弯曲   λ0   芯部直径
  ％   ％   ％   Ps/nm/km   Ps/nm2/km   μm2   nm   dB/m   nm   μm
  #1   0.54   6   -0.2   0.20   0.55∶1∶1.35   5.0   0.033   46   1319   2.0   1421   12.7
  #2   0.57   4   -0.2   0.15   0.54∶1∶1.45   5.1   0.029   44   1379   2.0   1411   13.2
在表1中以及后面的表中，用编号#1、#2、…指定模拟试样。“色散”表示1.55μm波长处的色散平均值，“斜率”表示在1.55μm波长处的色散斜率平均值。
A有效表示在波长为1.55μm的光传播时的有效芯层面积，λc表示2m长度上的截止波长，“弯曲”表示在直径为20mm处对波长为1.55μm处的光的弯曲损耗值，而λ0表示零色散波长。“芯部直径”表示第三玻璃层3的直径值c，PMD表示极化模式色散。
表1中未示出的是，对于每一试样#1和#2，都将极化模式色散设置为0.07ps/√km以下。
从表1中可以确定，通过优化图1A所示折射率分布中的相对折射率差值Δ1、Δ2和Δ3、常数α、第一玻璃层1的直径a与第二玻璃层2的直径b以及第三玻璃层3中的直径c的比值，可带来以下特性。
也就是说，具有图1A所示三层结构的折射率分布的光纤能够达到以下值，在直径为20mm处对波长为1.55μm的光的弯曲损耗值为5.0dB/m，截止波长的范围设置在不低于1.3μm以上到1.4μm以下的范围内。
也就是说，在具有上述结构的光纤中，在1.55μm波长带内色散斜率的平均值可设置为0.035ps/nm2/km以下，零色散波长可设置为1.43μm以下，而在波长为1.55μm的光传播时的有效芯层面积可设置在40μm2以上到60μm2以下的范围内。
正如上面所述，具有图1A所示三层结构的折射率分布的光纤能够实现低的色散斜率和低的非线性度。此外，即使在利用Raman放大技术实施1.55μm波长带内的传输时，因为零色散波长λ0小于1.43μm(1430nm)，光纤也能在一定程度上抑制在诸如Raman放大激光之间发生四波混和等的相互干扰。
发明人发现，在他为了将传输波长带扩展到较短的波长范围而作一些实验以减小图1A所示折射率分布中的色散斜率时，至少有一个特性会恶化。也就是说，已经发现，如下面表2的试样(3#，4#)中所表示的，如果将色散斜率设置为0.025ps/nm2/km以下的正值，一些特性会恶化。
[表2]
  Δ1   α   Δ2   Δ3   a∶b∶c   色散   斜率   A有效   λc   弯曲   λ0   芯部直径
  ％   ％   ％   Ps/nm/km   Ps/nm2/km   μm2   nm   dB/m   nm   Mm
  #3   0.52   10   -0.3   0.20   0.52∶1∶1.30   4.6   0.020   38   1319   2.0   1395   13.0
  #4   0.54   4   -0.3   0.17   0.55∶1∶1.60   7.6   0.019   44   1845   2.0   1345   14.0
例如，在试样#3中，当波长为1.55μm的光进行传播时，有效芯层面积小于40μm2。在试样#4中，截止波长不在1.3μm以上到1.4μm以下的范围内。
因此，发明人为了进一步扩展传输波带、特别是为扩展到短波长范围而作了各种研究，并提出了下面依照本发明光纤的第二实施例的结构。第二实施例的光纤具有图2A所示的折射率分布，还具有图2B所示的剖面结构。
如图2A和图2B所示，象第一实施例的情况那样，第二实施例的光纤具有位于标准层6内的第一玻璃层1、第二玻璃层2和第三玻璃层3。第一到第三玻璃层1到3的结构基本上与第一实施例的相同。
另外，在第二实施例的光纤中，在第三玻璃层3与标准层6之间，于第三玻璃层3的外部设置了第四玻璃层4，在第四玻璃层4的外部设置了第五玻璃层5。第四玻璃层4的折射率等于标准层6的折射率，而第五玻璃层5的最小折射率设置得低于标准层6的折射率。
用Δ4表示第四玻璃层4与标准层6的相对折射率差值，用Δ5表示第五玻璃层5与标准层6的最小相对折射率差值，要满足以下不等式：如图2A所示，Δ1＞Δ3＞Δ4＞Δ2＞Δ5，或Δ1＞Δ3＞Δ4＞Δ5＞Δ2。
在本说明书中，用下面的公式(6)和(7)定义每个相对折射率差值Δ4、Δ5。在每个公式(6)和(7)中，n4表示第四玻璃层的折射率，n5表示第五玻璃层的最小折射率，而n6表示标准层的折射率。
&Delta; 4 = { ( n 4 2 - n 6 2 ) / 2 n 6 2 } &times; 100 = 0 - - - ( 6 )
&Delta; 5 = { ( n 5 2 - n 6 2 ) / 2 n 6 2 } &times; 100 - - - ( 7 )
在确定第二实施例的结构时，发明人发现以下可能性：折射率与标准层6的折射率相同的第四玻璃层设置在第三玻璃层3外部，折射率小于标准层6的折射率的第五玻璃层5设置在第四玻璃层4的外部。也就是说，已发现存在这样一种可能性：该结构对具有三层结构折射率分布的光纤在诸如色散斜率、有效芯层面积等的传输特性方面没有太大影响，它仅能抑制截止波长变成较小值。
此外，发明人根据模拟实验作了下面的研究，以满足这些条件：将色散斜率设置为低于0.025ps/nm2/km的正值(优选约为0.02ps/nm2/km)，在波长为1.55μm的光传播时有效芯层面积等于40μm2以上，还可以将截止波长的范围设置为1.3μm以上到1.4μm以下。
首先，发明人选择了象第一实施例那样具有三层结构的折射率分布的光纤，其中色散斜率等于0.025ps/nm2/km以下的正值，在波长为1.55的光传播时，有效芯层面积等于40μm2以上。接着，发明人将第一、第二和第三玻璃层1、2和3的参数设置为固定值，多方面改变第四玻璃层4的直径d、第五玻璃层5的直径e以及第五玻璃层5与标准层6的相对折射率差值，以便将截止波长设置在1.3μm以上到1.4μm以下的范围内。
明确地说，发明人通过模拟实验作出了以下验证。
由于在图2A的折射率分布中第四玻璃层4的折射率与标准层6的折射率相同，因此当没有第五玻璃层5存在时，折射率分布具有三层结构。由此，通过比较三层结构的模拟实验与五层结构的模拟实验，能够发现由于第五玻璃层5的存在导致的截止波长的变化。
首先，对于具有三层结构折射率分布的光纤来说，选择了这样一些折射率分布，使有效芯层面积等于40μm2以上，并使色散斜率等于0.025ps/nm2/km以下，虽然截止波长会大于1.40μm。接着，发明人对五层结构作模拟实验，该实验是基于具有这些折射率分布的三层结构进行的。此时，第四玻璃层4与标准层6的折射率相同，第五玻璃层5的折射率比标准层6的折射率低。
在具有如此设计的五层结构的折射分布中，发明人将第一到第三玻璃层1到3的参数设置为固定值，同时从各方面改变第四玻璃层4的直径d、第五玻璃层5的直径e、以及第五玻璃层5的相对折射率差值Δ5，用以寻找最佳折射率分布。另外，通过将五层结构的模拟实验结果与三层结构的模拟实验结果进行比较，发明人选出对色散斜率和有效芯层面积没有太大影响但对减小截止波长有影响的折射率分布作为最佳折射率分布。
结果发现，如果第四玻璃层4的直径d设置为小于第一玻璃层1的直径a的3.5倍的值，色散斜率将大于0.025ps/nm2/km。另外还发现，如果第四玻璃层4的直径d设置为大于第一玻璃层1的直径a的6.5倍的值，截止波长将大于1.55μm。因此，可将第四玻璃层4的直径d设置为第一玻璃层1的直径a的3.5倍以上到6.5倍以下。第四玻璃层4的折射率设置得与标准层6的折射率相同。
下面进行第五玻璃层5的检定。
已经发现，通过减小相对折射率差值Δ5可使截止波长偏移至短波长侧。然而还发现，即使在将相对折射率差值Δ5设置为-0.6％以下时，也能完全发挥其影响，并存在这样一种趋势：色散斜率逐渐增大。另一方面，还发现，如果将相对折射率差值Δ5设置得大于-1.0％，截止波长将大于1.55μm。因此，可将相对折射率差值Δ5设置在-0.6％以上到-0.1％以下的范围内。
另外，还发现，如果将第五玻璃层5的直径e设置为小于第一玻璃层1的直径a的5.5倍的值，色散值就会小于4ps/nm/km，还发现，如果将第五玻璃层5的直径e的值设置为小于第一玻璃层1的直径a的7.0倍，色散斜率就会大于0.025ps/nm2/km。因此，可将第五玻璃层5的直径e设置为第一玻璃层1的直径a的5.5倍以上到7.0倍以下。也就是说，将e/a的范围是5.5到7.0。
已经发现，如果将第五玻璃层5的直径e的值设置为小于第四玻璃层4的直径d的1.02倍，就会降低减小截止波长的影响。另外，还发现，如果将第五玻璃层的直径e的值设置为小于第四玻璃层4的直径d的2.0倍，会增加弯曲损耗。因此，可将第五玻璃层5的直径e设置为第四玻璃层4的直径d的1.02倍以上到2.0倍以下。也就是说，将e/d的范围设置为1.02到2.0。
发明人通过上述验证确定，与具有三层结构的光纤相比，具有第四和第五玻璃层4和5的光纤能够使截止波长偏移到短波长侧(即，大概偏移0.15μm到0.30μm)。
第二实施例的光纤是具有五层结构折射率分布的光纤，这已经根据上述验证得以确定。在第二实施例的光纤中，波长为1.55μm处的色散值设置为4ps/nm/km以上，截止波长设置在1.3以上到1.4μm以下的范围内。另外，在第二实施例的光纤中，至少在1.55μm波长带的预定波长区域内的色散斜率设置为0.025ps/nm2/km以下的正值，并零色散波长设置在1.40μm以下。
另外，在第二实施例中除了色散斜率和零色散波长外，其它特性设置得与第一实施例中的特性相同，由此能够获得与第一实施例相同的效果。
更进一步说，在第二实施例中，将至少在1.55μm波长带的预定波长范围内的色散斜率设置为0.025ps/nm2/km以下的正值，并将零色散波长设置在1.40μm以下。由此，依照第二实施例，当不仅在1.55μm波长带内而且在1.5μm的宽波长带内实施Raman放大时，能够稳妥地抑制诸如激光之间的四波混和等干扰。
表3A和3B表示具有图2A所示折射率分布的第二实施例的模拟实验结果。
在以下条件下进行该模拟实验：将相对折射率差值Δ1、Δ2、Δ3、Δ4和Δ5、常数α、第一玻璃层1的直径a与第二玻璃层2的直径b、第三玻璃层3的直径c、第四玻璃层4的直径d、以及第五玻璃层5的直径e的比值设置在上述范围内。
在上述条件下，确定了折射率分布，该折射率分布能使有效芯层面积设置在40到60μm2的范围内，同时使色散斜率保持0.025ps/nm2/km以下的正值，并使1.5μm波长带内直径为20mm处的弯曲损耗值保持在5dB/m以下。
[表3A]
  Δ1   α   Δ2   Δ3   Δ4   Δ5   a∶b∶c∶d∶e
  ％   ％   ％   ％   ％
  Cf1   0.57   4   -0.3   0.20   -   -   0.54∶1∶1.45
  #5   0.57   4   -0.3   0.20   0   -0.5   0.54∶1∶1.45∶2.5∶2.7
  Cf2   0.56   6   -0.4   0.30   -   -   0.55∶1∶1.35
  #6   0.56   6   -0.4   0.30   0   -0.3   0.55∶1∶1.35∶2.2∶2.4
[表3B]
  色散   斜率   A有效   λc   弯曲   λ0   芯部直径
  Ps/nm/km   Ps/nm2/km   μm2   nm   dB/m   nm   μm
  Cf1   6.1   0.017   42   1606   2.0   1368   13.6
  #5   6.3   0.019   42   1387   2.0   1373   13.5
  Cf2   4.6   0.007   41   1561   0.5   1367   12.9
  #6   5.0   0.012   40   1373   0.5   1359   13.0
表3A和3B中示出了在既没有设置第四玻璃层4也没有设置第五玻璃层5的示例(试样cf1，cf2)中的特性和芯部直径。
在表3A和3B中未示出的是，在每个试样#5和#6中将极化模式色散设置在0.07ps/√km以下。
从表3A和3B中可以确定，通过优化图2A中所示折射率分布的相对折射率差值Δ1、Δ2、Δ3、Δ4和Δ5、常数α、第一玻璃层1的直径a与第二玻璃层2的直径b、第三玻璃层3的直径c、第四玻璃层4的直径d、以及第五玻璃层5的直径e的比值，能够获得以下特性。
也就是说，可以确定，具有图2A中所示五层结构折射率分布的光纤与第一实施例的光纤具有相同效果，此外，其还能使1.55μm波长带内的色散斜率平均值设置在0.025ps/nm2/km以下，并使零色散波长设置在1.40μm以下。
(样品)
图4A和4B表示以表1中试样#2的光纤设计为基础制成的样品A和以表3A和3B中试样#6的光纤设计为基础制成的样品B的特性等。图3中的特性曲线3表示样品A光纤的色散特性，而图3中的特性曲线b表示样品B光纤的色散特性。
[表4A]
  Δ1   α   Δ2   Δ3   Δ4   Δ5   a∶b∶c∶d∶e
  ％   ％   ％   ％   ％
  A   0.57   4   -0.2   0.16   0.54∶1∶1.45
  B   0.56   6   -0.4   0.30   0   -0.3   0.55∶1∶1.35∶2.2∶2.4
[表4B]
  色散   斜率   A有效   λc   λ0   弯曲   损耗   PMD
  Ps/nm/km   Ps/nm2/km   μm2   nm   nm   dB/m   dB/km
  A   5.3   0.031   45.2   1379   1407   0.5   0.216   0.05
  A   5.3   0.010   40.6   1369   1346   0.5   0.217   0.06
在表4A和4B以及图3中显而易见的是，就象设计值那样，每个这些样品光纤A和B都具有低的色散和低的色散斜率，还具有低的弯曲损耗。样品A的零色散波长等于1407nm，而样品B的零色散波长等于1346nm。正如上面所述，这些样品A和B的零色散波长约等于1400nm或1400nm以下，从而在通过利用Raman放大器进行1.5μm波长带内的WDM传输时，能够避免激光之间发生的相互干扰。
已经确定，样品A和B的每个光纤的有效芯层面积为40μm2以上，在波长为1.55μm的光从中传播时，具有低的传输损耗，并具有低的极化依赖性损耗。
因此，证实样品A和B的每根光纤都适合于1.5μm波长带内的WDM传输，另外它与DCF和Raman放大器具有极好的兼容性。
图4的特性曲线b表示依照本发明的光纤示例的色散特性，图4的特性曲线a表示当将具有图4特性曲线c表示的色散特性的传统DCF连接到本发明的光纤上时的色散特性。
在这些特性曲线a到c中显然的是，能够容易地通过传统DCF补偿具有特性曲线b表示的特性的光纤的色散斜率。因此，能够通过利用本发明的光纤作为传输光纤，并通过利用传统DCF补偿色散斜率，可将1.5μm波长带的宽波长带内的色散基本上设置为零。
本发明并不限于上述实施例，可对这些实施例作出各种修改。例如，本发明的光纤可具有除上述实施例的折射率之外的折射率分布。这样设计本发明的光纤就足够了：将1.55μm波长处的色散值设置在4ps/nm/km以上到10ps/nm/km以下的范围内，并将截止波长设置在1.3以上到1.4μm以下的范围内，以此作为必不可少的因素。
另外，在本发明的光纤中优选的是，将至少在1.5μm波长带的预定波长范围内的色散值和色散斜率设置为适当值，将零色散波长设置为1.4μm以下，由此能够构造这样一种光纤，其能利用Raman放大器高质量地执行1.5μm波长带内的WDM传输，并能构造利用这种光纤的光传输***。
即使当零色散波长设置为1.43μm时，也能构造出利用Raman放大器高质量地执行1.55μm波长带内的WDM传输、同时还能抑制四波混合的光纤，并能利用这种光纤构造光传输***。
在上述实施例中，可将光纤和光传输***用于利用Raman放大器的1.5μm波长带内的WDM传输。然而，本发明的光纤和光传输***可用于利用掺杂了铒的光纤放大器的WDM传输。另外，本发明不仅可以用于1.5μm波长带内的WDM传输，而且还可以通过改进光纤结构用于其它波长带内的WDM传输。

Claims (11)

1.一种光纤，包括多层玻璃层，在相邻玻璃层之间玻璃层成分不同，所述多层玻璃层中的最外层是标准层，其他的多个玻璃层设置在该标准层里面，所述标准层作为所述多层玻璃层内折射率分布的标准，设置在所述光纤最里面的第一玻璃层的最大折射率和设置在从所述光纤最里面数第三层位置上的第三玻璃层的最大折射率要设置得大于所述标准层的折射率，同时从所述光纤的最里面数位于第二层位置上的第二玻璃层的最小折射率设置得低于所述标准层的折射率，将从所述光纤最里面数设置在第四层位置上的第四玻璃层的折射率设置得等于所述标准层的折射率，将从所述光纤的最里面数设置在第五层位置上的第五玻璃层的最小折射率设置得低于所述标准层的折射率，其特征在于，所述光纤在1.55μm波长处的色散值设置在4ps/nm/km到10ps/nm/km的范围内，而其截止波长设置在1.3μm到1.4μm的范围内，所述第一玻璃层与所述标准层的相对折射率差Δ1设置在0.4％到0.7％的范围内，所述第一玻璃层的折射率分布形状设置为α(阿尔法)分布，将常数α设置为4或以上，所述第二玻璃层与所述标准层的相对折射率差Δ2设置在-0.6％到-0.1％的范围内，所述第二玻璃层的直径设置为所述第一玻璃层直径的1.5倍到2.2倍，所述第三玻璃层与所述标准层的相对折射率差Δ3设置在0.05％到0.4％的范围内，所述第三玻璃层的直径设置为所述第一玻璃层直径的2.2倍到3.5倍，所述第四玻璃层的直径设置为所述第一玻璃层直径的3.5倍到6.5倍，所述第五玻璃层与所述标准层的相对折射率差Δ5设置在-0.6％到-0.1％的范围内，所述第五玻璃层的直径设置为所述第一玻璃层直径的5.5倍到7.0倍，并设置为所述第四玻璃层直径的1.02倍到2.0倍。
2.根据权利要求1所述的光纤，其中，至少在1.55μm波长带的预定波长范围内的色散斜率设置为0.035ps/nm2/km或以下的一个正值。
3.根据权利要求1所述的光纤，其中，至少在1.55μm波长带的预定波长范围内的色散斜率设置为0.025ps/nm2/km或以下的一个正值。
4.根据权利要求1所述的光纤，其中，零色散波长设置为1.43μm或以下。
5.根据权利要求1所述的光纤，其中，零色散波长设置为1.40μm或以下，在1.46μm以上波长处的色散设置为2ps/nm/km或以上。
6.根据权利要求1所述的光纤，其中，零色散波长设置为1.40μm或以下，在1.40μm以上波长处的色散设置为2ps/nm/km或以上。
7.根据权利要求1所述的光纤，其中，在1.5μm波长带内的至少一些波长处的有效芯层面积设置在40μm2到60μm2的范围内。
8.根据权利要求1所述的光纤，其中，其在1.5μm的波长带内直径为20mm处的弯曲损耗设置在5dB/m或以下。
9.根据权利要求1所述的光纤，其中，其在1.5μm的波长带内的极化模式色散设置在0.07ps/km1/2或以下。
10.一种光传输线，其包括：依照权利要求1的所述光纤，其布置在一部分所述光传输线上。
11.一种光传输***，其包括Raman放大器和依照权利要求10的所述光传输线。
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