DE69930415T2

DE69930415T2 - Optisches system und verfahren mit geringen verlusten und nichtlinearen effekten

Info

Publication number: DE69930415T2
Application number: DE69930415T
Authority: DE
Inventors: Italo Bartolomeo TIRLONI; Stefano Giacomo ROBA
Original assignee: Prysmian Cavi e Sistemi Energia SRL
Current assignee: Prysmian Cavi e Sistemi Energia SRL
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: JP2002533774A; CN1168236C; US20020041747A1; EP1149479B1; WO2000038356A1; CA2655009C; CN1361951A; NZ512543A; ES2260949T3; ATE320679T1; KR20010086128A; CA2355312A1; CA2355312C; EP1149479A1; DE69930415D1; US6633713B2; CA2655009A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung und ein Verfahrens zum Übertragen eines optischen Signals. Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reduzieren der Gesamtabschwächung und von nicht-linearen Effekten eines optischen Langstreckenkommunikationssystems.
In den heutigen weltweiten Kommunikationssystemen ist es oft notwendig, eine Übertragungsleitung über eine lange Distanz zu erstrecken, die einen Wasserkörper beinhalten kann, um eine Kommunikationsverbindung zwischen einen Sender und einen Empfänger bereitzustellen. Der derzeitige Trend bei Kommunikationssystemen ist die Verwendung optischer Fasern (Lichtleiter), um diese Übertragungsleitungen herzustellen. Lichtleiter werden bevorzugt, weil die Fasern eine große Anzahl digitaler Signale bei einer hohen Übertragungsrate übertragen können.
Um die signaltragende Kapazität der Übertragungsleitung weiter zu verbessern, können Lichtleiter mit Wellenlängendivisionsmultiplex(WDM)-Technologie verwendet werden. Diese Technologie gestattet es mehreren optischen Signalen, durch dieselbe Faser bei eng beabstandeten Wellenlängenkanälen gesendet zu werden. Dies verbessert die informationstragende Kapazität des Gesamtübertragungssystems sehr.
Verschiedene Probleme treten auf, wenn Lichtleiter verwendet werden, um Signale über eine signifikante Distanz zu übertragen. Beispielsweise sinkt die Leistung des optischen Signals mit Wanderung des Signals durch jede Faser. Dieser Leistungsverlust, auch Abschwächung genannt, kann durch Einschließen von Verstärkern in der Übertragungsleitung, um die Leistung des Signals zu verstärken, kompensiert werden. Die Platzierung und Anzahl von Verstärkern längs der Übertragungsleitung wird teilweise durch die Abschwächung des Lichtleiters bestimmt. Offensichtlich erfordert ein durch eine Faser mit einer niedrigen Abschwächung gesendetes Signal weniger Verstärker als ein über eine Faser mit einer hohen Abschwächung gesendetes Signal.
Die chromatische Dispersion ist ein anderes Problem, das auftritt, wenn Signale über Lichtleiter übertragen werden. Chromatische Dispersion, nachfolgend als "Dispersion" bezeichnet, stammt von der optischen Faser, die verschiedene spektrale Komponenten eines optischen Pulses bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten überträgt, was zu einem Aufspreitzen oder Verbreitern eines optischen Pulses führen kann, während er die Übertragungsleitung hinab wandert. Jeder Lichtleiter hat einen Dispersionswert, der als Funktion der Wellenlänge des optischen Signals variiert und von der Materialzusammensetzung der optischen Glasleiter und den Hohlleitereigenschaften herrührt. Die Dispersion innerhalb des Lichtleiters bei einer gegebenen Wellenlänge kann positiv, negativ oder Null sein, abhängig von den Übertragungseigenschaften der Faser. Trotz der Art von Dispersion (positiv oder negativ) können übermäßige Beträge zu Detektionsfehlern am Anfänger des optischen Signals führen.
Das Übertragen von Signalen bei einer Nulldispersionswellenlänge eines Leiters eliminiert praktisch das Dispersionsproblem, kann aber andere Übertragungsprobleme verstärken, insbesondere nicht-lineare Effekte bei Verwendung mit WDM-Systemen. Ein besonders relevanter nicht-linearer Effekt bei WDM-Systemen ist das Phänomen des Vier-Wellen-Mischens (FWM, four wave mixing). FWM tritt auf, wenn zumindest zwei Signale, die Phasenpassungsbedingungen verifizieren, durch denselben Leiter (wie bei WDM-Systemen) gesendet werden und interagieren, um neue Wellenlängen zu erzeugen. Im Falle von WDM-Systemen mit einer großen Anzahl (mehr als zwei) gleich beabstandeter Kanäle werden diese neuen Wellenlängen schließlich mit den Signalwellenlängen überlappen, was das Signal/Rauschverhältnis abbaut. Es ist bekannt, dass WDM-Systeme, die eine andere Betriebswellenlänge als die Nulldispersionswellenlänge der Übertragungsfaser aufweisen (und daher einen Nicht-Nulldispersionswert bei der Betriebswellenlänge aufweisen) FWM-Degradierung minimieren. Genauer gesagt, ist die FWM-Effizienz η, definiert als das Verhältnis der FWM-Leistung zur Ausgangsleistung pro Kanal (unter der Annahme einer gleichen Eingangsleistung für alle Kanäle) ungefähr proportional zu:
wobei α die Faserabschwächung ist; n₂ der nicht-lineare Brechungsindex ist; A_eff die effektive Faserfläche ist; D die Dispersion ist und Δλ der Kanalabstand ist. Die obige Näherung ist unter der Bedingung α<<Δβ gültig, wobei Δβ=(2πc/λ^–)·D·Δλ^–, c die Lichtgeschwindigkeit und λ die Übertragungswellenlänge ist. Siehe D.W. Peckham, A.F. Judy und R.B. Kummer, ECOC'98, Papier TuA06, Seiten 139–140. Wie ersichtlich, kann man für einen gegebenen Satz von Werten für Δλ, n₂ und α, um die FWM-Effizienz zu senken, den Absolutwert an Dispersion steigern und/oder den Wert an effektiver Faserfläche A_eff steigern. Auf der anderen Seite erhöht das Verkleinern der Kanalabstände dramatisch die FWM-Effizienz.
Andere nicht-lineare Effekte beinhalten Selbstphasenmodulation, Querphasenmodulation, stimulierte Brillouin-Streuung (SBS, Stimulated Brillouin Scattering), und Raman-Streuung (SRS). Es ist bekannt, dass eine Faser mit einer größeren effektiven Fläche bei der Betriebswellenlänge weniger anfällig für alle nicht-linearen Effekten ist.
Um die Dispersion und nicht-linearen Effekte, die mit dem Senden von Signalen durch lange Lichtleiter verbunden sind, zu lösen, verwenden konventionelle Systeme Übertragungsleitungen, die Strecken von Lichtleitern verbinden, die abwechselnde Dispersionswerte haben. Beispielsweise kann einer Strecke Negativ-Dispersionsfaser eine Strecke von Positiv-Dispersionsfaser folgen, um die Gesamtdispersion über die Transmissionsleitung auszugleichen. Dieser Ansatz stellt sicher, dass die Dispersion bei lokalen Werten durch die Übertragungsleitung nicht Null ist, um nicht-lineare Effekte zu vermeiden, und dass die Gesamtdispersion über die kumulative Übertragungsleitung am Empfänger auf nahe Null kompensiert ist.
Verschiedene Publikationen diskutieren unterschiedliche Ansätze zur Lösung dieser Probleme. Beispielsweise diskutiert US-Patent Nr. 4 969 710 an Tick et al. einen optischen Leiterübertragungspfad, bei dem die Gesamtdispersion des Systems durch die Verwendung von Fasern kompensiert wird, die aus Gläsern mit einer Gesamtdispersion unterschiedlicher Vorzeichen bei den Betriebswellenlängen des Systems zusammengesetzt sind.
US-Patent Nr. 5 343 322 an Pirio et al diskutiert ein System für Langstreckenübertragung eines digitalen Signals. Das System verwendet Lichtleiter mit einer niedrigen negativen Dispersion, um Empfängerstationen zu verbinden, die Dispersionskompensationsvorrichtungen mit positiven Dispersionen enthalten, um die negative Dispersion zu kompensieren.
Das US-Patent Nr. 5 559 920 an Chraplyvy et al. diskutiert ein optisches Kommunikationssystem mit einer anfänglichen Strecke einer starken negativen Dispersion, gefolgt von positiven Dispersionsstrecken. Das System überkompensiert die negative Dispersion so, dass der endgültige Dispersionswert nicht Null ist.
Andere Publikationen, wie etwa US-Patent Nr. 5 587 830 an Chraplyvy et al, US-Patent Nr. 5 719 696 an Chraplyvy et al., US-Patent Nr. 5 675 429 an Henmi et al. und US-Patent Nr. 5 778 128 an Wildeman diskutieren ebenfalls Übertragungsleitungen für Langstreckensysteme. Diese Publikationen offenbaren Übertragungsleitungen, die verschiedene Kombinationen von Faser verwenden, die entweder eine negative Dispersion oder eine positive Dispersion bei Betriebswellenlängen aufweisen. Die Negativ-Dispersionsfaser und die Positiv-Dispersionsfaser sind so angeordnet, dass die Gesamtdispersion des Systems auf ungefähr Null kompensiert wird.
In ähnlicher Weise diskutiert auch das UK-Patent Nr. 2 268 018 ein optisches Übertragungssystem, das eine optische Faser mit einer negativen Dispersion mit einer Faser mit einer positiven Dispersion kombiniert, um die Dispersion für die Gesamtlänge der Übertragung auf Null zu kompensieren.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 0 790 510 A2 diskutiert ein symmetrisches Dispersions-gemanagtes Lichtleiter-Kabel. Das Kabel dieser Offenbarung beinhaltet eine konventionelle Einzelmodusfaser mit einer positiven Dispersion bei der Betriebswellenlänge, die mit einem zweiten Lichtleiter verbunden ist, der eine negative Dispersion bei Betriebswellenlänge aufweist.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 1 146 358 offenbart einen Lichtleiter, der eine Nullpunktdispersionswellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbereiches von 1,20 μm bis 1,60 μm aufweist, wobei die Nullpunktdispersionswellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbereiches von 1,37 μm bis 1,50 μm existiert, und eine positive Dispersionssteigung bei Nullpunktdispersionswellenlänge hat.
Die Anmelder haben bemerkt, dass diese vorbekannten Anordnungen Kombinationen von Lichtleiter verwenden, die zu unerwünscht hohen Pegeln an Abschwächung führen. Darüber hinaus haben die Anmelder bemerkt, dass der bei konventionellen Systemen verwendete Lichtleiter keine adäquate Leistung zum Vermindern nicht-linearer Effekte bei gleichzeitiger Minimierung der Abschwächung bereitstellt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Single-mode-Transmissionslichtleiter zur Aufnahme innerhalb eines optischen Faserkabels wie in der Präambel der Ansprüche 1, 2 und 12 definiert. Eine Lösung der oben erwähnten Probleme der Fasern des Standes der Technik wird in kennzeichnenden Teilen der unabhängigen Ansprüche 1, 2 und 12 bereitgestellt
Vorteilhafte Ausführungsformen der Single-mode-Transmissionslichtleiter werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
In der vorliegenden Beschreibung wird Bezug genommen auf Brechungsindexprofile von Lichtleitern. Die Brechungsindexprofile umfassen verschiedene radiale angeordnete Abschnitte. Bezug genommen wird in der vorliegenden Beschreibung auf präzise geometrische Formen für diese Abschnitte, wie etwa Schnitt, alpha-Profil, Parabol. Wie Durchschnittsfachleuten bekannt ist, kann das Faserherstellverfahren Änderungen in der Form der strukturellen Schnitte der beschriebenen, idealisierten, Brechungsindexprofile einführen, wie etwa eine zentrale Delle in der Nähe der Faserachse und Diffusionsschwänze, die mit den Brechungsindexspitzen assoziiert sind. Es ist jedoch in der Literatur gezeigt worden, dass diese Unterschiede die Fasercharakteristiken nicht verändern, falls sie unter Kontrolle gehalten werden.
Im Allgemeinen hat ein Brechungsindexprofilschnitt einen assoziierten effektiven Brechungsindexprofilschnitt, der von einer anderen Form ist. Ein effektiver Brechungsindexprofilschnitt kann durch seinen assoziierten Brechungsindexprofilschnitt substituiert werden, ohne die Gesamtwellenlängenleistung zu ändern. Beispielsweise siehe man "Single Mode Fiber Optics", Luc B. Jeunhomme, Marcel Dekker Inc., 1990, Seite 32, Abschnitt 1.3.2 oder US 4 406 518 (Hitachi). Es versteht sich, dass ein Offenbaren und Beanspruchen einer bestimmten Brechungsindexprofilform die assoziierten Äquivalente in der Offenbarung und den Ansprüchen beinhaltet.
Darüber hinaus versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung exemplarisch und nur exemplarisch sind und die Erfindung, wie beansprucht, nicht beschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Spezifikation inkorporiert sind und ein Teil ihrer bilden, illustrieren verschiedene Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
1 ist ein schematisches Diagramm, das ein optisches Übertragungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
2 ist ein schematisches Diagramm einer Übertragungsleitung eines optischen Transmissionssystems gemäß dem Stand der Technik, das die kumulative Dispersion und Abschwächung eines Signals über die Transmissionsleitung illustriert;
3 ist eine Grafik, welche für eine bevorzugte Ausführungsform einer Faser mit einer negativen Dispersion die Dispersion auf die Wellenlänge bezieht;
4 ist ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer Übertragungsleitung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche kumulative Dispersion und Abschwächung eines Signals über die Übertragungsleitung illustriert;
5 ist ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform einer Übertragungsleitung gemäß der vorliegenden Erfindung, welches die kumulative Dispersion mit Abschwächung eines Signals über die Übertragungsleitung illustriert;
6 ist eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Faser gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine Grafik, die das Brechungsindexprofil einer Ausführungsform einer halbnegativen Dispersionsfaser (HNDF) mit einer negativen Dispersion zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung illustriert;
8 ist eine Grafik, die das Brechungsindexprofil einer Ausführungsform einer Halbdispersions-verschobenen Faser mit einer positiven Dispersion illustriert;
9a ist ein Schema einer anderen Ausführungsform einer Übertragungsleitung gemäß der vorliegenden Erfindung, das die kumulative Dispersion und Abschwächung eines Signals über eine Übertragungsleitung illustriert, die Strecken von HNDF-Faser und halb dispersionsverschobenen Fasern kombiniert;
9b ist ein Schema einer anderen Ausführungsform einer Übertragungsleitung gemäß der vorliegenden Erfindung, das die kumulative Dispersion und Abschwächung eines Signals über eine Übertragungsleitung illustriert, welche Strecken von HDSF-Faser und NZD-Faser kombiniert;
10 ist ein Graph, der das Brechungsindexprofil einer anderen Ausführungsform eines Halbdispersionsverschobenen Leiters mit einer positiven Dispersion illustriert;
11 ist ein Graph, der das Brechungsindexprofil noch in einer anderen Ausführungsform einer Halbdispersions-verschobenen Faser mit einer positiven Dispersion illustriert; und
12 ist ein Graph, der das Brechungsindexprofil einer weiteren Ausführungsform einer Halbdispersionsverschobenen Faser mit einer positiven Dispersion illustriert.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nunmehr wird im Detail auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen illustriert sind. Wann immer möglich, werden dieselben Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um auf dieselben oder ähnliche Teile zu verweisen.
Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich die Faserparameter auf eine Wellenlänge von 1550 nm.
Als Beispiel wird ein optisches Hochgeschwindigkeitskommunikationssystem vorgesehen. Das optische Hochgeschwindigkeitskommunikationssystem beinhaltet eine Übertragungsvorrichtung zum Hinzufügen eines Signals zu einer Übertragungsleitung. Ein Empfänger wird vorgesehen, um das Signal von der übertragenden Vorrichtung zu empfangen. Ein optisches Kommunikationssystem ist in 1 illustriert und wird allgemein durch Bezugszeichen 10 bezeichnet.
Wie in 1 illustriert, beinhaltet das optische Kommunikationssystem 10 eine Transmissionsvorrichtung 12, eine Übertragungsleitung 14 und eine Empfangsvorrichtung 26. Die Transmissionsvorrichtung 12 addiert ein Signal zur Übertragungsleitung 14. Vorzugsweise liegt eine Betriebswellenlänge der Übertragungsvorrichtung bei etwa 1560 nm.
Die vorliegende Erfindung erwägt die Verwendung jeglicher Vorrichtung oder Kombination von Vorrichtungen, die für Fachleute leicht ersichtlich sind, um das Signal zur Übertragungsleitung hinzuzufügen. Der Transmitter 12 könnte beispielsweise einen direkt oder extern, zum Beispiel mit einem Mach-Zehnder-Interferometer, modulierten DFB-Laser oder eine Kombination solcher Vorrichtungen in einer WDM-Konfiguration beinhalten. Auch könnte der Transmitter 12 Wellenlängenwandler zum Empfangen von Signalwellenlängen aus einem getrennten Übertragungsnetzwerk und Umwandeln der Trägerwellenlänge auf Charakteristikwellenlängen in konventioneller Weise umfassen.
Das optische Kommunikationssystem ist dazu in der Lage, jede Art von Kommunikationsprotokollen für die übertragenen Signale zu unterstützen, wie etwa NRZ (non return to zero) oder alternativ RZ (return to zero), z.B. Soliton-artig. Weiterhin ist das System nicht auf eine spezifische Bitrate beschränkt.
Die Übertragungsleitung 14 beinhaltet zumindest einen Lichtleitern. Jedoch erwägt die vorliegende Erfindung auch die Verwendung von mehreren Leitern in derselben Übertragungsleitung, um die Signaltransportkapazität der Leitung zu verbessern. Die Mehrfachleiter können zusammengebunden sein, um ein Kabel zu bilden.
Das System 10 kann verschiedene optische Verstärker 24 beinhalten, die zwischen Faserstrecken der Übertragungsleitung 14 positioniert sind. Die Verstärker 24 können Erbium-dotierte Faserverstärker zum Amplifizieren von Signalen innerhalb des 1550 nm Übertragungsfensters umfassen. Dergleichen kann das System 10 einen optischen Addier/Fallenlass-Multiplexer (OADM, optical add/drop multiplexer, nicht gezeigt) zum Fallenlassen oder zum Addieren von Signalen zum System 10 beinhalten, insbesondere in einer WDM-Konfiguration. OADM und Amplifizierer 24 können von jeglichem vorbekannten Typ sein. Schließlich kann das System 10 einen Empfänger 26 beinhalten, der direkt mit der optischen Faser 22 oder mit dem Lichtleiter 22 über andere Zwischenkomponenten verbunden sein kann. Der Empfänger 26, wie vorbekannt, kann einen Router, Demultiplexer und dergleichen beinhalten, um beim Entschlüsseln der in den optischen Signalen transportierten Informationen zu unterstützen.
Mit dem Ausdruck "gekoppelt" ist gemeint, dass zwei physikalische Vorrichtungen durch einen gemeinsamen optischen Pfad verbunden und möglicherweise, jedoch nicht notwendigerweise, physikalisch miteinander verbunden sind.
Die Anmelder verwenden den Ausdruck "gekoppelt" und "verbunden" beim Beschreiben der Erfindung austauschbar und Fachleute werden erkennen, dass die hier identifizierten verschiedenen Komponenten nicht physikalisch miteinander verbunden sein müssen, um die optische Kopplung bereitzustellen, die beim Erreichen der nützlichen Ergebnisse der Erfindung assistiert.
Wie in 1 gezeigt, beinhaltet die Übertragungsleitung 14 eine erste Strecke 16 und eine zweite Strecke 18. In der beispielhaften Ausführungsform kann die Übertragungsleitung 14 auch zusätzliche Strecken 20 und 22 beinhalten. Jede Strecke beinhaltet zumindest einen Single-mode-Leiter. Die vorliegende Erfindung erwägt auch die Verwendung von mehreren Leitern innerhalb jeder Strecke, um die Signaltransportkapazität der Übertragungsleitung zu steigern.
Wie im Stand der Technik bekannt ist, weist der Leiter innerhalb jeder Strecke 16, 18, 20 und 22 bei der Betriebsfrequenz eine gewisse Abschwächung und Dispersion auf. Die kumulative Abschwächung und Dispersion des Signals über die Übertragungsleitung akkumuliert mit Wanderung des Signals durch jede Strecke. Die Verstärker 24 können zwischen den Strecken 16,18, 20 und 22 platziert sein, um die Leistung des Signals zu erhöhen, um die Abschwächung des Signals zu berücksichtigen.
Die Dispersion des Signals kann durch Verbinden von Fasern korrigiert werden, die Dispersionen mit entgegen gesetzten Vorzeichen aufweisen. Beispielsweise kann die erste Strecke 16 eine negative Dispersion und die zweite Strecke 18 eine positive Dispersion aufweisen. Die negative Dispersion des ersten Leiters wird die kumulative Dispersion dazu veranlassen, negativer längs des Pfads der Faser 16 zu werden. Die positive Dispersion der zweiten Strecke 18 kompensiert die negative Dispersion der ersten Strecke, um die kumulative Dispersion über die Übertragungsleitung 14 auf ungefähr Null zu bringen. Somit werden die ersten und zweiten Strecken mit Dispersionswerten und Längen so ausgewählt, dass die kumulative Dispersion am Endpunkt des Empfängers 26 etwa Null erreicht.
Es gibt viel bekannte optische Langstreckenübertragungssysteme. Ein Beispiel einer konventionellen Übertragungsleitung mit Leitern mit Dispersionen entgegen gesetzter Vorzeichen ist in 2 illustriert. Wie in 2 illustriert, beinhaltet die konventionelle Übertragungsleitung 30 eine Reihe von Negativ-Dispersionsfaserstrecken 32, gefolgt von einer Positiv-Dispersionsfaserstrecke 34. Die kumulative Abschwächung der Übertragungsleitung 30 wird durch Linie 42 angezeigt. Die Strecke 34 der Single-mode-Leiter hat eine Abschwächung mit einem niedrigeren Wert als die der Strecke 32, wie auf Linie 42 für die Gesamtabschwächung der Übertragungsleitung gezeigt. Die dünne Linie zeigt aus Gründen des Vergleichs die Abschwächung an, die die Leitung aufweisen würde, falls die Strecke 34 aus derselben Negativ-Dispersionsfaser wäre, die für die Strecke 32 verwendet wird. Die Gesamtlänge der Strecken an Negativ-Dispersionsfaser 32 wird durch Linie 36 angezeigt und die Länge an Positiv-Dispersionsfaser 34 wird durch Linie 38 angezeigt. Die kumulative Dispersion der Übertragungsleitung bei 1560 nm wird durch Linie 40 angezeigt.
Bei dieser konventionellen Übertragungsleitung ist die Negativ-Dispersionsleiterstrecke 32 aus konventionellem Nicht-Nullpunktdispersions(NZD)-Leiter zusammengesetzt. Der NZD-Leiter weist eine negative Dispersion von ungefähr –2 ps/nm/km bei 1560 nm auf und eine Abschwächung von ungefähr 0,210 dB/km. Wie in 2 gezeigt, veranlassen diese Werte die kumulative Dispersion an Linie 40 dazu, graduell im Absolutwert zu sinken und die kumulative Abschwächung an Linie 42 graduell längs der Leiterstrecke 32 der Länge 36 zu steigen. Im Gegensatz dazu ist die Positiv- Dispersionsstrecke 34 konventioneller Weise aus einer Single-Mode-Leiter (SMF) mit einer Dispersion von ungefähr +18 ps/nm/km bei 1560 nm und einer Abschwächung von ungefähr 0,190 dB/km zusammengesetzt. Wie in 2 gezeigt, veranlassen diese Werte für den SMF-Leiter die kumulative Dispersion von Linie 40, sich Nullpegel anzunähern und kumulative Abschwächung von Linie 42, mit einer niedrigeren Rate anzusteigen als ein entsprechender NZD-Leiter, längs der Faserstrecke 34 von Länge 38. Die Längen der Negativ-Dispersionsstrecke 36 und der Positiv-Dispersionsstrecke 38 werden so bemessen, dass die Gesamtdispersion 40 der Übertragungsleitung am Ende der Übertragungsleitung ungefähr Null erreicht.
Alternativ können die 2 gezeigten Übertragungsleitungen einen reinen Siliziumdioxidkern (PSC)-Leiter verwenden, um die Positiv-Dispersionsstrecke 34 zu bilden. Diese Faser hat eine Dispersion von etwa +19 ps/nm/km bei 1560 nm und eine Abschwächung von etwa 0,180 dB/km. Im Vergleich mit diesen typischerweise verwendeten SMF-Leitern weist der PSC-Leiter eine niedrigere Abschwächung und etwas höhere Dispersion auf. Wie in den nachfolgenden Beispielen gezeigt, führt die Verwendung dieses Leiters zu einer kleineren Abschwächung über das Gesamtsystem als die des SMF-Leiters.
Die Übertragungsleitung beinhaltet eine erste Strecke mit zumindest einem Single-Mode-Leiter mit einem negativen Dispersionswert bei Betriebswellenlänge, der in Absolutwert den Dispersionswert für konventionellen NZD-Leiter übersteigt. Vorzugsweise umfasst die erste Strecke eine hoch negative Dispersionsfaser (HNDF) mit einem Absolutwert der negativen Dispersion zwischen etwa 2,5 ps/nm/km und 10 ps/nm/km bei der Betriebswellenlänge, was mehr als der Dispersionswert für den konventionellen NZD-Leiter ist. Vorzugsweise liegt der Absolutwert der negativen Dispersion der hoch negativen Dispersionsfaser bei Betriebswellenlänge bei etwa 3 ps/nm/km bis 8 ps/nm/km. Bevorzugtererweise liegt der Absolutwert der negativen Dispersion der hoch negativen Dispersionsfaser bei Betriebswellenlänge zwischen etwa 4 ps/nm/km und 7 ps/nm/km.
Die exemplarische Dispersionskurve der negativen Dispersionsfaser ist in 3 illustriert. Der Dispersionswert der Faser bei verschiedenen Betriebswellenlängen wird durch Linie 45 angezeigt. Wie in den Linien 44 und 46 angezeigt, kann die tatsächliche Dispersion der Faser aufgrund von Produktionstoleranzen variieren. Wie in 3 gezeigt, liegt die Nulldispersionswellenlänge zwischen etwa 1600 nm und 1670 nm. Bei der bevorzugten Betriebswellenlänge von 1560 nm, referenziert durch Linie 48, liegt der Absolutwert der Dispersion der Faser vorzugsweise zwischen etwa 3 ps/nm/km und 8 ps/nm/km. Die vertikalen Linien 47 und 49 zeigen ein mögliches Wellenlängenband von Verstärkung für die erwogenen Systeme an (1550–1565 nm).
4 stellt eine beispielhafte optische Übertragungsleitung dar. Wie in 4 illustriert, folgt einer ersten Reihe Strecken von Negativ-Dispersionsleiter 16 eine zweite Reihe von Strecken 18 von Leitern mit einer positiven Dispersion. Die Länge der negativen Dispersionsstrecke wird durch Linie 52 angezeigt und die Länge der positiven Dispersionsstrecke ist durch Linie 54 angezeigt. Die Gesamtdispersion der Übertragungsleitung 14 bei 1560 nm wird durch Linie 56 angezeigt und die Gesamtabschwächung der Übertragungsleitung 14 wird durch Linie 50 angezeigt.
Eine Alternative ist in 5 illustriert. Bei dieser Alternative beinhaltet die Übertragungsleitung 14 verschiedene Strecken 16, 18, 20 und 22 von Faser mit alternierenden Dispersionswerten. Wie in 5 gezeigt, haben die Strecken 16 und 20 eine negative Dispersion, wobei sie eine hoch negative Dispersionsfaser (HNDF) als Beispiel verwenden, und Strecken 18 und 22 haben eine positive Dispersion. Die Längen der Negativ-Dispersionsstrecken 16 und 20 sind durch Linien 52 angezeigt. Die Längen der Positiv-Dispersionsstrecken 18 und 22 sind durch Linien 54 angezeigt. Die Gesamtabschwächung ist durch Linie 50 angezeigt und die gesamte Dispersion durch Linie 56 angezeigt. Die Längen 52 und 54 sind so ausgewählt, dass die Gesamtdispersion der Übertragungsleitung 14 am Ende der Übertragungsleitung ungefähr Null erreicht. Durch Verzahnen des kompensierenden Positiv-Dispersionsleiters längs der Leitung kann der maximale Dispersionswert der Übertragungsleitung aufrechterhalten werden, während auch eine verringerte Abschwächung und verminderte lineare Effekte erzielt werden.
Die negative Dispersionsfaser kann ein Brechungsindexprofil aufweisen, das Fachleuten im Stand der Technik leicht als zum Erzielen der Übertragungscharakteristika, die hier beschrieben sind, fähig ersichtlich ist. Der Brechungsindex kann beispielsweise eine Spitze-und-Ringform aufweisen, wo eine Brechungsindexspitze sowohl im Faserzentrum als auch an einem äußeren Radius auftritt.
Ein Beispiel für Faser 68, das eine negative Dispersion aufweist und eine geeignete Übertragungscharakteristik mit einer Spitze-und-Ringform erzielt, ist in den 6 und 7 illustriert. Wie in 6 gezeigt, beinhaltet der Leiter 68 einen inneren Kern 60, eine erste Glasschicht 62, eine zweite Glasschicht 64 und einen Mantel 66. Der innere Kern 60, die erste Glasschicht 62 und die zweite Glasschicht 64 haben alle eine gewisse Brechungsindexreferenz. Wie Fachleuten üblicherweise bekannt ist, bezieht sich die Brechungsindexdifferenz auf die relative Differenz beim Brechungsindex zwischen einer gegebenen Glasschicht und dem Brechungsindex von reinem Siliziumdioxid (SiO₂). Das heißt, dass die Brechungsindexdifferenz Δn₁ des inneren Kerns 60 gleich (n₁- n_{Siliziumdioxid}) ist. Das Brechungsindexprofil für diesen beispielhaften Leiter ist in 7 gezeigt. Wie in 7 gezeigt, ist das Spitze-und-Ringprofil 70 durch eine erste Spitze 72 und eine zweite Spitze 76 gekennzeichnet, die von einem Bereich von im Wesentlichen konstantem Brechungsindex 74 getrennt sind. Ein Mantel mit im Wesentlichen konstantem Brechungsindex 78 umgibt die zweite Spitze 76.
Der innere Kern 60 hat einen Radius r₁ (Bezugnahme auf 7), der zwischen 1,9 und 3,0 μm ist, vorzugsweise zwischen etwa 2,2 und 2,7 μm. In einem Beispiel ist r₁ etwa 2,5 μm. Zwischen dem Zentrum der Faser und ihrem äußeren Radius beinhaltet der innere Kern 60 ein Brechungsindex-steigerndes Dotiermittel, wie etwa GeO₂ oder dgl., das ein Spitzenbrechungsindex beim oder nahe dem Achsenzentrum der Faser 68 und ein Minimum für den inneren Kern an seinem äußeren Radius erzeugt. An der Spitze liegt die Brechungsindexdifferenz Δn₁ zwischen etwa 0,0100 und 0,0160, vorzugsweise zwischen 0,0120 und 0,0140. In einem Beispiel ist Δn₁ etwa 0,0128. Die Konzentration des Brechungsindex-steigernden Dotiermittels sinkt vom Zentrum des Kerns 60 zum äußeren Radius in einer Weise, die ein Profil herzustellt, das eine gekrümmte Neigung aufweist, die einem gradierten Index α-Profil entspricht. Die gekrümmte Neigung hat eine im Wesentlichen parabole Form mit einem α von etwa 2.
Die erste Glasschicht 62 umgibt den inneren Kern 60 und ist durch einen Brechungsindex über ihre Breite gekennzeichnet, der kleiner ist als die innere Brechungsindizes längs des Radius des inneren Kerns 60. Vorzugsweise ist die erste Glasschicht 62 aus einem Glas mit einer Brechungsindexdifferenz von etwa Null hergestellt. Die erste Glasschicht 62 erstreckt sich vom äußeren Radius des inneren Kerns 60 bis zu einem Radius r₂ zwischen etwa 3,5 und 8,0 μm, vorzugsweise zwischen etwa 4,0 und 5,5 μm. In einem Beispiel ist r₂ etwa 5,3 μm.
Die zweite Glasschicht 64 umgibt die erste Glasschicht 62. Die zweite Glasschicht 64 erstreckt sich über eine Breite w zwischen etwa 1,5 und 4,0 μm, vorzugsweise zwischen etwa 1,6 und 3,4 μm. In einem Beispiel ist w etwa 2,0 μm. Wie in 6 gezeigt, hat die zweite Glasschicht 64 einen maximalen Brechungsindex Δn₃ innerhalb ihrer Breite. Die zweite Glasschicht 64 hat, wie der innere Kern 60, eine durch Dotieren der Breite der Glasschicht mit GeO₂ oder anderen wohlbekannten Brechungsindex steigernden Dotiermitteln gesteigerte Brechungsindexdifferenz. Die zweite Glasschicht 64 weist ein Brechungsindexprofil auf, das im Wesentlichen einem α-Profil entspricht, mit α etwa 2. Vorzugsweise hat die zweite Glasschicht 64 eine maximale Brechungsindexdifferenz Δn₃ zwischen etwa 0,0030 und 0,0080, vorzugsweise zwischen etwa 0,0035 und 0,0060. In einem Beispiel ist Δn₃ etwa 0,0054.
Schließlich umgibt ein lichtleitender Mantel 66 die zweite Glasschicht 64 in einer konventionellen Weise, um dabei zu helfen, längs der Achse der Faser 68 sich ausbreitendes Licht zu führen. Der Mantel 66 hat vorzugsweise eine Brechungsindexdifferenz, die im Wesentlichen gleich Null ist, aber Dotiermittel enthalten kann, die ihren Brechungsindex nicht über den der maximalen Brechungsindizes 72 und 76 des inneren Kerns und der zweiten Schicht anheben.
Wie oben angezeigt, werden Brechungsindexreferenzen üblicherweise auf den Brechungsindex reinen Siliziumdioxids (Δn = n – n_{Siliziumdioxid}) bezogen. Weiterhin, der Standardnotierung im Gebiet der Lichtleiter folgend, versteht sich in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen, dass Brechungsindexdifferenzen auf den Mantel (Δn = n – n_Mantel) bezogen werden, wann immer der Mantel Dotiermittel beinhaltet, die den Brechungsindex des optischen Mantels in der gezogenen Faser vom Brechungsindex reinem Siliziumdioxid abweichend macht.
Der Leiter 68 mit dem Brechungsindexprofil 70 von 7 weist die folgenden Übertragungscharakteristika auf: eine gekabelte Grenzwellenlänge von weniger als 1500 nm, eine Dispersion zwischen etwa –8,0 ps/nm/km und –3,0 ps/nm/km bei 1560 nm, eine effektive Fläche größer als 50 μm² bei 1550 nm, einen Makrobiegungskoeffizient von weniger als 10 dB/km und einen Mikrobiegungskoeffizient von weniger als 12 (dB/km)/(g/mm).
Falls die Leiterprofilparameter im gegebenen bevorzugten Bereich liegen, weist der Leiter 68 mit dem Brechungsindexprofil 70 von 7 die folgenden bevorzugten Übertragungscharakteristika auf: eine Grenzwellenlänge im Kabel von weniger als 1500 nm, eine Dispersion zwischen etwa –7,0 ps/nm/km und –4,0 ps/nm/km bei 1560 nm, eine effektive Fläche größer als 60 μm² bei 1550 nm, einen Makrobiegungskoeffizienten von weniger als 0,05 dB/km und einen Mikrobiegungskoeffizienten von weniger als 6 (dB/km)/(g/mm).
Im beschriebenen Beispiel weist der Leiter 68 die folgenden Übertragungseigenschaften auf: eine gekabelte Grenzwellenlänge von weniger als 1500 nm, eine Dispersion von etwa –4,5 ps/nm/km bei 1560 nm und –5,6 ps/mm/km bei 1550 nm, eine Dispersionssteigung von 0,11 ps/nm²/km bei 1550 nm, einen Mode-Felddurchmesser von 8,7 μm bei 1550 nm, eine effektive Fläche von 60 μm² bei 1550 nm, einen Makrobiegungskoeffizienten von 0,01 dB/km und einen Mikrobiegungskoeffizienten von 3,5 (dB/km)/(g/mm).
Im Rahmenwerk der vorliegenden Arbeit wird der Makrobiegungskoeffizient auf eine Verlustmessung bei 1550 nm für den auf eine Spindel von 60 mm Durchmesser gebogenen Leiter bezogen, während der Mikrobiegungskoeffizient auf eine Messung bei 1550 nm gemäß der expandierbaren Bobbin-Methode bezogen wird, wie beispielsweise in G. Grasso und F. Mali "Microbending optical cables" ECOC'88, Seiten 526 ff oder in G. Grasso et al. "Microbending effects in single-mode optical cables", International Wire and Cable Symposium, 1988, Seiten 722-ff beschrieben.
In den in 3, 4 und 5 illustrierten Beispielen ist die Negativ-Dispersionsstrecke 16 aus hoch negativer Dispersionsfaser (HNDF) zusammengesetzt, vorzugsweise eine Dispersion von etwa –4,5 ps/nm/km und eine Abschwächung gleich oder kleiner als 0,210 dB/km bei 1560 nm aufweisend. Dieser Leiter hat eine effektive Fläche von zumindest 50 μm². Die Positiv-Dispersionsstrecke 18 besteht aus konventionellem SMF-Leiter mit einer positiven Dispersion von etwa +18 ps/nm/km und einer Abschwächung von etwa 0,190 dB/km bei 1560 nm.
Beim Vergleich von 4 und 5 mit 2 ist ersichtlich, dass der Transmissionsleiter verschiedene Strecken umfasst, die einen Dispersionswert aufweisen, der negativer sinkt als der, der konventionell verwendet wird. Die Anordnung beinhaltet die Verwendung von mehreren Strecken Positiv-Dispersionsleiter 18, welche die Gesamtabschwächung und die nicht-linearen Effekte im Vergleich mit konventionellen Anordnungen absenkt. Die Länge der negativen Strecke 52 und die Länge der positiven Strecke werden so ausgewählt, dass die positive Dispersion die Negativ-Dispersionsstrecke kompensiert, um die gesamte Dispersion 56 auf ungefähr Null zu bringen. Vorzugsweise wird das Verhältnis von Negativ-Dispersionsstreckenlänge zur Positiv-Dispersionsstreckenlänge weniger als etwa 7:1, bevorzugterer Weise weniger als 5:1, betragen.
Weil die Dispersion in der negativen Strecke der vorliegenden Erfindung größer ist als die Dispersion der entsprechenden Strecke der konventionellen Leitung, muss die Länge der positiven Strecke in der vorliegenden Erfindung größer sein, um die vergrößerte Dispersion zu kompensieren. Weil die Abschwächung der positiven Strecke kleiner ist als die Abschwächung der negativen Strecke und die Länge der negativen Strecke sinkt, ist die Gesamtabschwächung der Leitung daher ebenfalls vermindert.
Zusätzlich wird durch Übertragen des Signals bei einer Wellenlänge, bei der die Dispersion einen Absolutwert aufweist, der signifikant größer als Null längs der gesamten Leitung ist, wird das Problem von FWM und XPM selbst bei dichter Kanalbeabstandung und hoher Signalleistung vermieden, wie vorstehend diskutiert. Somit ist die Übertragungsleitung der vorliegenden Erfindung für Verwendung mit Dense und Hyper Dense WDM-Technologie wohl geeignet, wo die Kanalbeabstandung kleiner oder gleich 0,8 nm ist.
Zusätzlich ist die Übertragungsleitung weniger anfällig für alle nicht-linearen Effekte, einschließlich SPM, SBS und SRS. Dies liegt an der Tatsache, dass die Länge des Positiv-Dispersionsstreckenbereichs, der eine effektive Fläche größer als den Negativ-Dispersionsstreckenbereich aufweist, größer als die Länge des Positiv-Dispersionsstreckenbereichs konventioneller Systeme ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Positiv-Dispersionsleiter der zweiten Strecke eine halb dispersionsverschobene Faser (HDSF) sein. Die halb dispersionsverschobene Faser hat eine Abschwächung gleich oder kleiner als etwa 0,210 dB/km bei einer Wellenlänge von 1560 nm, eine Nullpunktdispersionswellenlänge zwischen 1350 nm und 1450 nm, eine Spitzenbrechungsindexdifferenz von kleiner als oder gleich etwa 0,0140 und eine effektive Fläche von zumindest 60 μm². Der gekabelte Leiter hat eine Grenzwellenlänge von weniger als etwa 1500 nm. Vorzugsweise weist die halb dispersionsverschobene Faser eine Abschwächung gleich oder kleiner als etwa 0,205 dB/km, noch bevorzugterer gleich oder weniger als 0,195 dB/km bei einer Wellenlänge von 1560 nm auf. Vorzugsweise ist die Spitzenbrechungsindexdifferenz kleiner als oder gleich etwa 0,0120. Vorzugsweise ist die effektive Fläche zumindest 70 μm² oder noch bevorzugter zumindest 80 μm². Vorteilhafterweise ist der Kern der halb dispersionsverschobenen Faser frei von negativen Brechungsindexdifferenzschichten. Die Dispersion bei der bevorzugten Betriebswellenlänge von 1560 nm liegt zwischen etwa 7,5 ps/nm/km und 15,5 ps/nm/km, vorzugsweise zwischen etwa 8 ps/nm/km und 13 ps/nm/km, noch bevorzugterweise zwischen etwa 9 ps/nm/km und 12 ps/nm/km. Somit weist die halb dispersionsverschobene Faser eine niedrigere Dispersion auf als die konventionellerweise verwendete SMS-Faser und als die PSC-Faser. Um die niedrigere Dispersion zu berücksichtigen, wird eine längere Strecke einer halbdispersionsverschobenen Faser notwendig, um die negative Dispersion zu kompensieren. Das Verhältnis von negativer Dispersionsfaser zur halb dispersionsverschobenen Faser ist nicht größer als etwa 6:1, vorzugsweise nicht größer als etwa 4:1. Wie in den unten dargestellten Beispielen gezeigt, führt die Verwendung der halb dispersionsverschobenen Faser zu einer Verminderung der Gesamtabschwächung über das System, wie auch zur einer Verminderung der gesamten nicht-linearen Effekte. Ein anderer Vorteil der halbdispersionsverschobenen Faser ist die relativ niedrige Abschwächung in Verbindung mit einem niedrigen Dotiermittelgehalt, der durch relativ niedrige Werte für die Spitzenbrechungsindexdifferenz erzielt wird. Die Ausführungsformen der halbdispersionsverschobenen Faser haben keine herunter dotierten Bereiche im Kern, d.h. keine negative Indexdifferenzschichten, erzielen den zusätzlichen Vorteil einer verminderten Abschwächung, die sich aus den relativen niedrigen Dotiermittelgehalt ergibt. Darüber hinaus vereinfacht das Vermeiden von Abdotiermitteln, wie etwa Fluor, signifikant den Herstellprozess.
Die vorliegende Erfindung erwägt, dass die halbdispersionsverschobene Faser jegliches Brechungsindexprofil haben kann, das für Fachleute als zum Erzielen der hier beschriebenen Übertragungscharakteristika fähig ersichtlich ist. Der Brechungsindex kann beispielsweise eine Spitze-auf-Sockel-Form, eine Doppel-Spitzenform oder eine Ringform haben. Doppel-Spitzenprofilfasern sind in der Patentanmeldung EP 99 110 784.8 offenbart, die demselben Anmelder der vorliegenden Anmeldung zugewiesen sind.
Ein Spitze-auf-Sockel-Profil für eine halbdispersionsverschobene Faser 18 ist in 8 illustriert. Die Faser 18 hat einen Querschnitt ähnlich zu dem in 6 illustrierten und beinhaltet einen inneren Kern 60, eine erste Glasschicht 62, eine zweite Glasschicht 64 und einen Mantel 66. Die verschiedenen, den Lichtleiter von 8 umfassenden Schichten können Brechungsindexmodifizier-Dotiermittel enthalten, alle als GeO₂ oder andere wohlbekannte Dotiermittel, um das Brechungsindexprofil zu variieren. Die Auswahl an Dotiermitteln und Konzentrationen zum Erzielen der offenbarten Profile ist Fachleuten bekannt.
Wie in 8 gezeigt, ist das Spitze-auf-Rumpf Brechungsindexprofil 80 durch einen inneren Bereich 82, eine Spitze 84 und eine äußere Fläche (Sockel) 86 charakterisiert. Der innere Kern 60 bildet den inneren Bereich 82 und weist einen Radius r₁ (Bezugnahme auf 8) von etwa 0,9 μm und eine Brechungsindexdifferenz Δn₁ von etwa 0,0024 auf. Die erste Glasschicht 62 bildet eine Spitze 84 und erstreckt sich vom äußeren Radius des inneren Kerns zu einem äußeren Radius r₂ von etwa 2,6 μm und weist eine Brechungsindexdifferenz Δn₂ von etwa 0,0070 auf. Die zweite Glasschicht 64 bildet eine äußere Fläche 86 und erstreckt sich bis zu einem äußeren Radius r₃ von etwa 6,6 μm und hat eine Brechungsindexdifferenz Δn₃ von etwa 0,0017. Dieses Brechungsindexprofil 80 ergibt eine Faser mit den folgenden Übertragungscharakteristika: eine Grenzwellenlänge für den gekabelten Leiter von weniger als 1450 nm, eine Dispersion von 14,6 ps/nm/km bei der 1560 nm Wellenlänge, eine Dispersionssteigung von 0,068 ps/nm²/km, einen Mode-Felddurchmesser von 10,9 μm, eine effektive Fläche von 88 μm², einen Nicht-Linearitätskoeffizienten von 0,98 W^–1km^–1, einen Makrobiegungskoeffizienten von 1 dB/km und einen Mikrobiegungskoeffizienten von 6,1 (dB/km)/(g/mm).
9a zeigt ein anderes Beispiel der optischen Übertragungsleitung. In diesem Beispiel sind die Negativ-Dispersionsstrecken 16 HNDF-Fasern mit einer Dispersion von etwa –4,5 ps/nm/km und einer Abschwächung von etwa 0,210 dB/km bei 1560 nm. Positiv-Dispersionsstrecken 18 sind halbdispersionsverschobene Fasern mit einer Dispersion von etwa 11 ps/nm/km und einer Abschwächung von etwa 0,195 bei 1560 nm. Die Längen der Negativ-Dispersionsstrecken 16 sind durch Linien 52 angezeigt und die Längen der Positiv-Dispersionsstrecken 18 sind durch Linien 54 angezeigt. Die kumulative Dispersion der Übertragungsleitung bei 1560 nm ist durch Linie 56 angezeigt und die kumulative Abschwächung der Übertragungsleitung ist durch Linie 50 angezeigt.
Die folgenden Tabellen illustrieren die Abschwächungsverstärkung der verschiedenen Ausführungsformen des Übertragungssystems im Vergleich zu konventionellen Übertragungssystemen. Jedes Beispiel basiert auf der Übertragungsleitung mit einer Länge von 800 km.
Tabelle 1 identifiziert die Faserspezifikationen von zwei Systemkonfigurationen, einschließlich eines konventionellen Systems und eines Systems, das NZD und PSC-Faser verwendet, verglichen mit drei beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, d.h. der hochnegativen Dispersionsfaser (HNDF), verwendet mit entweder der Einzelmodusfaser (SMF), einer reinen Siliziumdioxidkernfaser (PSC) oder einer halbdispersionsverschobenen Faser (HDSF).
Tabelle 1
Tabelle 2 fasst die Gesamtsystemabschwächung für jedes System in Tabelle 1 zusammen und zeigt die Verbesserung (Sinken) einer Abschwächung im Vergleich zum konventionellen System.
Tabelle 2
Wie in den Tabellen 1 und 2 gezeigt, führen Auswahl und Anordnung von Lichtleitern für die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu einer verbesserten Abschwächung und niedrigeren nicht-linearen Effekten als in einem konventionellen System. Insbesondere, wie in Tabelle 2 gezeigt, senken die Ausführungsformen der Erfindung, die SMF-, PSC- und HDSF-Faser verwenden, die Systemabschwächung um 1,6 dB, 3,0 dB bzw. 2,0 dB.
9b zeigt ein anderes Beispiel der optischen Übertragungsleitung. Bei diesem Beispiel sind Negativ-Dispersionsstrecken 16 NZD-Fasern mit einer Dispersion von etwa –2 ps/nm/km und einer Abschwächung von etwa 0,210 dB/km bei 1560 nm. Positiv-Dispersionsstrecken 18 sind HDSF-Fasern mit einer Dispersion von etwa +11 ps/nm/km und einer Abschwächung von etwa 0,195 bei 1560 nm. Die Längen der Negativ-Dispersionsstrecken 16 sind durch Linien 52 angezeigt und die Längen der Positiv-Dispersionsstrecken 18 werden durch Linien 54 angezeigt. Die kumulative Dispersion der Übertragungsleitung bei 1560 nm ist durch Linie 56 angezeigt und die kumulative Abschwächung der Übertragungsleitung ist durch Linie 50 angezeigt.
Tabelle 3 identifiziert die Faserspezifikation für ein anderes Beispiel der mit der halbdispersionsverschobenen Faser (HDSF) verwendeten Nicht-Nulldispersion (NZD)-Faser.
Tabelle 3
Tabelle 4 fasst die Gesamtsystemabschwächung für das System in Tabelle 3 zusammen und zeigt die Verbesserung (Sinken) der Abschwächung im Vergleich zum konventionellen System.
Tabelle 4
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und wie in 10 gezeigt, kann die halbdispersionsverschobene Faser ein Brechungsindexprofil 90 mit einem dem Doppel-Spitzenprofil aufweisen. Das Doppel-Spitzenprofil ist durch eine erste Spitze 92 und eine zweite Spitze 96 charakterisiert. Die erste Spitze 92 ist von der zweiten Spitze 96 durch eine Fläche mit im Wesentlichen konstanten Brechungsindex 94 getrennt.
Wie im Querschnitt der ersten Ausführungsform einer Faser 68 in 6 gezeigt, ist das Achsenzentrum der Faser ein innerer Kern 60, der die Spitze 92 bildet (Bezug auf 10), mit einer maximalen Brechungsindexdifferenz Δn₁ und einem Radius r₁. Der innere Kern 60 wird vorzugsweise aus SiO₂ hergestellt, das mit einer Substanz dotiert ist, die den Brechungsindex vom reinen SiO₂ steigert, wie etwa GeO₂.
Die erste Glasschicht 62 umgibt den inneren Kern 60 und ist durch einen Brechungsindex über ihre Breite gekennzeichnet, der kleiner ist als die Brechungsindizes des inneren Kerns 60. Vorzugsweise weist die erste Schicht 62 eine Brechungsindexdifferenz im Wesentlichen gleich 0 auf.
Eine zweite Glasschicht 64 umgibt die erste Glasschicht 62 und bildet eine zweite Spitze 96. Die zweite Glasschicht 64 hat einen Maximalbrechungsindex Δn₃ innerhalb ihrer Breite. Schließlich umgibt ein Mantel 68 die zweite Glasschicht 64 in einer konventionellen Weise, um dabei zu helfen, die Lichtausbreitung längs der Achse der Faser zu führen. Der Mantel 68 hat eine Brechungsindexdifferenz Δn₃ im Wesentlichen gleich 0. Falls der Mantel 68 ein gewisses, Brechungsindex-modifizierendes Dotiermittel umfasst, sollte der Mantel einen Brechungsindex über seine Breite aufweisen, der kleiner ist als die Maximalbrechungsindizes innerhalb sowohl des inneren Kerns 60 als auch der zweiten Schicht 65.
Wie in 10 gezeigt, weist bei einer bevorzugten Ausführungsform eines halbdispersionsverschobene Leiters mit einer Doppel-Spitzen-Form der innere Kern 60 ein Radius r₁ auf, der vorzugsweise etwa 2,5 μm beträgt. Zwischen dem Zentrum der Faser und der Radialposition bei 2,5 μm beinhaltet der innere Kern 60 ein Brechungsindex-steigerndes Dotiermittel, wie etwa GeO₂ oder dgl., das einen Spitzenbrechungsindex an oder nahe dem Achsenzentrum der Faser und ein Minimum für den inneren Kern an seinem äußeren Radius erzeugt. An der Spitze ist der Brechungsindex Δn₁ vorzugsweise etwa 0,0097. Die Konzentration des Brechungsindex-steigernden Dotiermittels sinkt vom Zentrum des inneren Kerns 60 bis zum äußeren Radius bei etwa 2,5 μm in einer Weise, um ein α-Profil mit einem α gleich etwa 3 zu erzeugen.
Die erste Glasschicht 62 weist eine im Wesentlichen konstante Brechungsindexdifferenz Δn₂ auf, die kleiner ist als Δn₁. Wie in 10 gezeigt, ist die bevorzugte Brechungsindexdifferenz Δn₂ für die erste Glasschicht 62 etwa 0. Die erste Glasschicht 62 weist einen äußeren Radius r₂ auf, der vorzugsweise etwa 4,5 μm beträgt.
Die zweite Glasschicht 64, wie der innere Kern 60, weist eine Brechungsindexdifferenz auf, die durch Dotieren der Breite der Glasschicht mit GeO₂ oder einem anderen bekannten Brechungsindex-steigernden Dotiermittels gesteigert wird. Die zweite Glasschicht 64 weist ein im Wesentlichen paraboles Profil über ihren Radius auf, das bei einer maximalen Brechungsindexdifferenz Δn₃ kulminiert, welche die maximale Brechungsindexdifferenz Δn₂ der ersten Glasschicht 62 übersteigt. Der Brechungsindex Δn₃ der zweiten Glasschicht 64 an ihrer Spitze liegt zwischen 0,0110 und 0,0140 und ist vorzugsweise etwa 0,0122. Die zweite Glasschicht 34 erstreckt sich bis zu einem äußeren Radius r₃ von etwa 5,5 μm.
Der Mantel 66 hat eine Brechungsindexdifferenz im Wesentlichen gleich 0. Der Mantel 66 ist vorzugsweise reines SiO₂-Glas, kann aber Dotiermittel enthalten, die seinen Brechungsindex nicht über denjenigen der Maximalbrechungsindizes 92 und 96 des inneren Kerns und der zweiten Schicht anhebt.
Dieses Doppelspitzenbrechungsindexprofil 90 ergibt eine Faser mit den folgenden Übertragungscharakteristika: eine Grenzwellenlänge von niedriger als 1450 nm, eine Dispersion von 11,2 ps/nm/km bei der 1560 nm Wellenlänge, eine Dispersionssteigerung von 0,084 ps/nm²/km, einen Mode-Felddurchmesser von 10,4 μm, eine effektive Fläche von 91 μm², einen Nicht-Linearitätskoeffizienten von 0.97 W^–1km^–1, einen Makrobiegungskoeffizienten von 10^–2 dB/km und einen Mikrobiegungskoeffizienten von 6,1/dB/km)/(g/mm).
Wie in 11 gezeigt, kann bei einer anderen Ausführungsform der halbdispersionsverschobenen Faser das Brechungsindexprofil 100 auch eine Ringform aufweisen. Diese Form ist durch eine Fläche mit konstantem Brechungsindex 102 charakterisiert, der von einer Spitze 104 umgeben ist. Wie im Querschnitt einer Ausführung der Faser in 6 gezeigt, ist das Achsenzentrum der Faser ein innerer Kern 60, der eine maximale Brechungsindexdifferenz Δn₁ und einen Radius r₁ aufweist. Der innere Kern 60 ist vorzugsweise frei von Fluor und hat eine Brechungsindexdifferenz von 0.
Eine erste Glasschicht 62 umgibt den inneren Kern 60 längs der Länge der Faser. Die erste Glasschicht 62 hat einen maximalen Brechungsindex Δn₂ innerhalb ihrer Breite, der den Maximalbrechungsindex von Glas Δn₁ innerhalb des inneren Kerns 60 übersteigt. Schließlich umgibt der Mantel 64, 66 die erste Glasschicht 62 in konventioneller Weise, um dabei zu helfen, sich durch die Achse des Leiters ausbreitendes Licht zu leiten. Der Mantel 64, 66 kann Glas mit einer Brechungsindexdifferenz Δn₃ im Wesentlichen gleich 0 umfassen. Falls der Mantel 64, 66 ein Brechungsindexmodifizierendes Dotiermittel umfasst, sollte der Mantel einen Brechungsindex über seine Breite haben, der kleiner ist als die Maximalbrechungsindizes innerhalb der ersten Schicht 104.
Wie in 11 gezeigt, weist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der innere Kern 60 einen Radius r₁ auf, der vorzugsweise etwa 2,0 μm beträgt. Die erste Glasschicht 62 hat eine Brechungsindexdifferenz, die durch Dotieren der Breite der Glasschicht durch GeO₂ oder anderen wohlbekannten Brechungsindex-steigernden Dotiermitteln gesteigert ist. Die erste Glasschicht 62 weist ein im Wesentlichen paraboles Profil über ihrem Radius auf, der in einer maximalen Brechungsindexdifferenz Δn₂ kulminiert, welche die maximale Brechungsindexdifferenz Δn₁ des Glaskerns 60 übersteigt. Der Brechungsindex Δn₂ der ersten Glasschicht 62 an ihrer Spitze ist vorzugsweise etwa 0,0126. Die erste Glasschicht 62 hat eine Breite, die vorzugsweise etwa 1,6 μm beträgt, so dass der äußere Radius r₂ der Schicht 62 etwa 3,6 μm ist.
Das ringförmige Brechungsindexprofil 100 ergibt eine Faser mit den folgenden Übertragungscharakteristika: eine Grenzwellenlänge von weniger als 1450 nm, eine Dispersion von 11,8 ps/nm/km bei 1560 nm Wellenlänge, eine Dispersionssteigung von 0,069 ps/nm²/km, einen Mode-Felddurchmesser von 9,7 μm, eine effektive Fläche von 89 μm², einen Nicht-Linearitätskoeffizienten von 0,98 W^–1km^–1, einen Makrobiegungskoeffizienten von 0,1 dB/km, und einen Mikrobiegungskoeffizienten von 3,8 (dB/km)/(g/mm).
Wie in 12 gezeigt, kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der halbdispersionsverschobenen Faser das Brechungsindexprofil 100 eine Spitzen-und-Ringform aufweisen. Wie in 6 gezeigt, enthält die Faser 68 einen inneren Kern 60, eine erste Glasschicht 62, eine zweite Glasschicht 64 und einen Mantel 66. Wie in 12 gezeigt, ist das Spitzen-und-Ringprofil 120 durch eine erste Spitze 122 und eine zweite Spitze 126 gekennzeichnet, die durch eine Fläche eines im Wesentlichen konstanten Brechungsindex 124 getrennt sind. Ein Mantel mit im Wesentlichen konstanten Brechungsindex 128 umgibt die zweite Spitze 126.
Der innere Kern 60 weist einen Radius r₁ (Bezugnahme auf 12) auf, der zwischen etwa 2,2 und 4,0 μm beträgt, vorzugsweise zwischen etwa 2,5 und 3,8 μm. In einem Beispiel ist r₁ etwa 3,4 μm. Zwischen dem Zentrum der Leiter und ihrem äußeren Radius enthält der innere Kern 60 ein Brechungsindex steigerndes Dotiermittel, wie etwa GeO₂ oder dgl., das einen Spitzen-Brechungsindex bei oder nahe dem Achsenzentrum der Faser 68 und ein Minimum für den inneren Kern an ihrem äußeren Radius erzeugt. An der Spitze ist die Brechungsindexdifferenz Δn₁ zwischen etwa 0,0070 und 0,0120, vorzugsweise zwischen 0,0075 und 0,0110. In einem Beispiel ist Δn₁ etwa 0,0088. Die Konzentration des Brechungsindexsteigernden Dotiermittels steigt vom Zentrum des Kerns 60 bis zum äußeren Radius in einer Weise, die ein Profil herstellt, das eine gekrümmte Steigung hat, die dem gradierten Index α-Profil entspricht. Die gekrümmte Steigung hat ein α von etwa 2.
Die erste Glasschicht 62 umgibt den inneren Kern 60 und ist durch einen Brechungsindex über ihrer Breite gekennzeichnet, der kleiner ist als die Brechungsindizies längs des Radius des inneren Kerns 60. Vorzugsweise ist die erste Glasschicht 62 aus Glas mit einer Brechungsindexdifferenz von etwa 0 hergestellt. Die erste Glasschicht 62 erstreckt sich vom äußeren Radius des inneren Kerns 60 bis zu einem Radius r₂ zwischen etwa 3,0 und 6,0 μm, vorzugsweise zwischen etwa 3,0 und 5,0 μm. In einem Beispiel ist r₂ etwa 4,6 μm.
Die zweite Glasschicht 64 umgibt die erste Glasschicht 62. Die zweite Glasschicht 64 erstreckt sich über eine Breite von etwa 1,5 und 4,0 μm, vorzugsweise zwischen etwa 1,6 und 3,8 μm. In einem Beispiel ist w etwa 2,2 μm. Wie in 6 gezeigt, weist die zweite Glasschicht 64 einen maximalen Brechungsindex Δn₃ innerhalb ihrer Breite auf. Die zweite Glasschicht 64, wie der innere Kern 60, hat ihre Brechungsindexdifferenz durch Dotieren der Breite der Glasschicht mit GeO₂ oder einem anderen wohlbekannten Brechungsindex steigernden Dotiermitteln gesteigert. Die zweite Schicht 64 weist ein Brechungsindexprofil auf, das im Wesentlichen einem α-Profil entspricht, mit α etwa 2. Vorzugsweise weist die zweite Glasschicht 64 eine maximale Brechungsindexdifferenz Δn₃ zwischen etwa 0,0030 und 0,0080, vorzugsweise zwischen 0,0035 und 0,0060 auf. In einem Beispiel ist Δn₃ etwa 0,0053.
Schließlich umgibt ein lichtführender Mantel 66 die zweite Glasschicht 64 in konventioneller Weise, um zu helfen, längs der Achse der Faser 68 sich ausbreitendes Licht zu leiten. Der Mantel 66 hat vorzugsweise eine Brechungsindexdifferenz im Wesentlichen gleich 0, kann aber Dotiermittel enthalten, die einen Brechungsindex nicht über denjenigen der maximalen Brechungsindizes 122 und 126 des inneren Kerns und der zweiten Schicht anheben.
Die halbdispersionsverschobene Faser 68 mit einem Brechungsindexprofil 120 von 12 hat die folgenden Übertragungscharakteristika: eine gekabelte Sperrwellenlänge von weniger als 1500 nm, eine Dispersion von etwa 8,0 ps/nm/km bis 13,0 ps/nm/km bei 1560 nm, eine effektive Fläche größer als 60 μm² bei 1550 nm, einen Makrobiegungskoeffizienten von weniger als 1 dB/km und einen Mikrobiegungskoeffizienten von weniger als 12 (dB/km)/(g/mm).
Falls die Leiterprofilparameter innerhalb des gegebenen bevorzugten Bereichs liegeb, weist die halbdispersionsverschobene Faser 68 mit dem Brechungsindexprofil 120 von 12 die folgenden bevorzugten Übertragungscharakteristika auf: eine gekabelte Grenzwellenlänge von weniger als 1500 nm, eine Dispersion zwischen 9,0 ps/nm/km und 12,0 ps/nm/km bei 1560 nm, eine effektive Fläche größer als 80 μm bei 1550 nm, einen Makrobiegungskoeffizienten von weniger als 0,01 dB/km und einen Mikrobiegungskoeffizienten von weniger als 6 (dB/km)/(g/mm).
Im beschriebenen Beispiel weist die halbdispersionsverschobene Faser 68 die folgenden Übertragungscharakteristika auf: eine gekabelte Grenzwellenlänge von weniger als 1450 nm, eine Dispersion von etwa 11,3 ps/nm/km bei 1560 nm und 10,5 ps/nm/km bei 1550 nm, eine Dispersionssteigung von 0,082 ps/nm²/km bei 1550 nm, einem Mode-Felddurchmesser von 10,4 μm bei 1550 nm, eine effektive Fläche von 85 μm² bei 1550 nm, einem Makrobiegungskoeffizienten von 0,001 dB/km und einen Mikrobiegungskoeffizienten von 5 (dB/km)/(g/mm).
Die Leistungen jeder der beispielhaften Ausführungsformen der halbdispersionsverschobenen Faser sind ähnlich und zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet. Jedoch merken die Anmelder, dass das Spitzen-und-Ringprofil und das Doppel-Spitzenprofil gegenüber den anderen Brechungsindexprofilen bevorzugt sein kann, weil sie viel leichter herzustellen sind, und weil sie zusätzlich zum Sichern einer hinreichenden Verschiebung der Dispersion ein transversales Feld erzeugen, das ähnlicher zu demjenigen ist, das von existierenden Übertragungsfasern erzeugt wird, was die Kompatibilität mit bisherigen Fasern sichert.
Andere Ausführungsformen der Erfindung werden für Fachleute aus der Erwägung der Spezifikation und der Ausübung der hier offenbarten Erfindung ersichtlich werden. Es ist beabsichtigt, das die Spezifikation und Beispiele nur als exemplarisch betrachtet werden, wobei der wahre Schutzumfang der Erfindung durch die nachfolgenden Ansprüche angezeigt ist.

Claims

Single-mode-Transmissonslichtleiter zum Unterbringen innerhalb eines Lichtleiterkabels, wobei der Lichtleiter einen Kern und einen Mantel besitzt, und der Kern aufweist: – einen inneren Kern mit einem ersten Brechungsindexunterschied von ungefähr null; und – eine erste Glasschicht, die den inneren Kern umgibt und einen zweiten Brechungsindexunterschied größer als null besitzt, wobei der Lichtleiter einen maximalen Brechungsindexunterschied von weniger als oder gleich 0,0140, eine Nullpunktsdispersionswellenlänge von weniger als 1450 nm, einen Dispersionswert zwischen 7,5 und 15,5 ps/nm/km bei einer Betriebswellenlänge von 1560 nm und eine effektive Fläche von mindestens 60 μm² bei 1550 nm besitzt, und wobei der Lichtleiter in einem Kabel eine Grenzwellenlänge von weniger als 1500 nm besitzt.
Single-mode-Transmissionslichtleiter zum Unterbringen innerhalb eines Lichtleiterkabels, wobei der Lichtleiter einen Kern und einen Mantel besitzt, und der Kern aufweist: – einen inneren Kern mit einem ersten Brechungsindexunterschied; – eine erste Glasschicht, die den inneren Kern umgibt und einen zweiten Brechungsindexunterschied besitzt, und – eine zweite Glasschicht, die die erste Glasschicht umgibt und einen dritten Brechungsindexunterschied größer als null besitzt, wobei der Lichtleiter einen maximalen Brechungsindexunterschied von weniger als oder gleich 0,0140, eine Nullpunktsdispersionswellenlänge von weniger als 1450 nm, einen Dispersionswert zwischen 7,5 und 15,5 ps/nm/km bei einer Betriebswellenlänge von 1560 nm und eine effektive Fläche von mindestens 60 μm² bei 1550 nm besitzt, und wobei der Lichtleiter in einem Kabel eine Grenzwellenlänge von weniger als 1500 nm besitzt.
Lichtleiter nach Anspruch 2, bei dem der zweite Brechungsindexunterschied größer als der erste Brechungsindexunterschied und der dritte Brechungsindexunterschied ist, und jeder der beiden ersten und zweiten Brechungsindexunterschiede größer als null ist.
Lichtleiter nach Anspruch 2, bei dem der erste Brechungsindexunterschied größer als null und der zweite Brechungsindexunterschied ungefähr null ist.
Lichtleiter nach Anspruch 4, bei dem der erste Brechungsindexunterschied zwischen ungefähr 0,0070 und 0,0120 liegt.
Lichtleiter nach Anspruch 5, bei dem der erste Brechungsindexunterschied zwischen ungefähr 0,0075 und 0,0110 liegt.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem der innere Kern ein α-Verlaufsprofil besitzt.
Lichtleiter nach Anspruch 7, bei dem α ungefähr 2 ist.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem der dritte Brechungsindexunterschied zwischen ungefähr 0,0030 und 0,0080 liegt.
Lichtleiter nach Anspruch 9, bei dem der dritte Brechungsindexunterschied zwischen ungefähr 0,0035 und 0,0060 liegt.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die effektive Fläche größer als oder gleich 70 μm² bei 1550 nm ist.
Single-mode-Transmissionslichtleiter zum Unterbringen innerhalb eines Lichtleiterkabels, wobei der Lichtleiter einen Kern und einen Mantel besitzt, und der Kern aufweist: – einen inneren Kern mit einem ersten Brechungsindexunterschied; und – eine erste Glasschicht, die den inneren Kern umgibt und einen zweiten Brechungsindexunterschied besitzt, wobei der Lichtleiter einen maximalen Brechungsindexunterschied von weniger als oder gleich 0,0140, eine Nullpunktsdispersionswellenlänge von weniger als 1450 nm, einen Dispersionswert zwischen 7,5 und 15,5 ps/nm/km bei einer Betriebswellenlänge von 1560 nm und eine effektive Fläche von mindestens 70 μm² bei 1550 nm besitzt, und wobei der Lichtleiter in einem Kabel eine Grenzwellenlänge von weniger als 1500 nm besitzt.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der maximale Brechungsindexunterschied weniger als oder gleich ungefähr 0,0120 ist.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem der Dispersionswert bei 1560 nm zwischen 18 und 13 ps/nm/km liegt.
Lichtleiter nach Anspruch 14, bei dem der Dispersionswert bei 1560 nm zwischen 9 und 12 ps/nm/km liegt.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Dämpfung bei einer Wellenlänge von 1560 nm geringer als oder gleich 0,210 dB/km ist.
Lichtleiter nach Anspruch 16, bei dem die Dämpfung bei einer Wellenlänge von 1560 nm geringer als oder gleich 0,205 dB/km ist.
Lichtleiter nach Anspruch 17, bei dem die Dämpfung bei einer Wellenlänge von 1560 nm geringer als oder gleich 0,195 dB/km ist.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem die effektive Fläche größer als oder gleich 80 μm² bei 1550 nm ist.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem das Brechungsindexprofil des Kerns keine Schichten mit negativen Brechungsindexunterschieden besitzt.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem der Makrobiegungskoeffizient geringer als oder gleich 1 dB/km ist.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem der Mikrobiegungskoeffizient geringer als oder gleich 12 (dB/km)/(g/mm) ist.
Lichtleiter nach Anspruch 22, bei dem der Mikrobiegungskoeffizient geringer als oder gleich 6,1 (dB/km)/(g/mm) ist.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 23, bei dem die Nullpunktsdispersionswellenlänge größer als 1350 nm ist.
Kabel mit zumindest einem Single-mode-Transmissionslichtleiter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.