[发明专利]色散受控制的光波导

说明书

本发明涉及色散受控制(DM)的单模波导光纤以及制造这种光纤的方法。

高功率激光器、光放大器、多信道通信以及高比特率引入电信网络导致对波导光纤设计的钻研，这些设计能减小由于波导非线性效应而造成的信号变坏。

对于能基本上消除四波混频的波导设计特别感兴趣。在设计既要保持再生器之间间距很大的系统所需的特性又要减小四波混频的波导光纤时遇到了困难。即，为了基本上消除四波混频，波导光纤不应工作在它的总色散接近于零(即小于约0.5ps/nm-km)的波长处，因为当波导色散小时会发生四波混频。另一方面，对于波长偏离波导总色散为零处的信号，由于存在总色散而变坏。

克服这一困难的一种对策，建议这样来构造采用做成光缆的波导光纤的系统，使得光纤的某些长度具有正的总色散，而光纤的某些长度具有负的总色散。如果对于所有的电缆段，色散的长度加权平均值接近于零，则再生器的间距可以很大。然而，信号基本上不通过色散接近于零的波导长度，从而避免了四波混频。

这一对策的问题在于，再生器之间的每段链路必须是定制的，以给出所需的色散的长度加权平均值。从电缆制造工厂到安装场地保持电缆色散完全相同，既是一项不希望的额外任务又是一项误差来源。此外，由于需要不仅提供特定的色散值，还要提供具有该色散值的特定的电缆长度，因而增加了制造的困难并导致增加系统的成本。当人们考虑替换电缆的需要时，还会出现另外的问题。

本发明克服了这些问题，其做法是使每根各别的光纤成为独立的色散受控系统。对于每段波导光纤设计一预选的总色散的长度加权平均值(即，总色散积)。这样，做成光缆的波导光纤都具有大体相同的色散积特性，因而不需要为系统的特别部分规定一组特别的光缆。

当总的链路色散保持在一预选的值(该值可以是一基本上等于零的值)时，基本上消除了由于四波混频而产生的功率损失。或者把它减小到预选的大小。

“色散”是指脉冲展宽，其单位是ps/nm-km。

“色散积”是指色散乘以长度，其单位是ps/nm。

“相位失配”是指不同中心波长的相互作用的波之间的相位差，这些波能够通过四波混频而相互作用。

“周期”是这样一段波导光纤的长度，每段光纤包含一段具有正色散的分长度、一段具有负色散的分长度以及一段色散从正色散值改变至负色散值的过渡长度。

“振荡长度”是一个周期的正色散分长度或负色散分长度。当振荡长度不带符号时，正振荡长度与负振荡视为相等。

相位失配正比于色散积。累积的相位失配还正比于色散积的和。这样，在图6～7中，所示的有关功率损失的一致的规律是，当信号之间的累积的相位失配发生变化时，每个功率损失也改变。当相位失配变大时，功率损失减小。

因此，把图6～7视为表示相位失配与总色散以及相位失配与振荡长度之间的关系，可以更好了解这两张图。换一种说法，图6～7示出功率损失与相位失配之间的依赖关系，这里，相位失配用不同的可测量的波导光纤的特性来表示，即，用色散和振荡长度来表示。

“信号分隔”表示为波导光纤上的相邻复用信号的频率分隔。例如，在本文件包含的系统中，信号分隔为200GHz。

本发明满足了对于一段长度波导光纤的要求，其中，把总色散控制在一预选的满足系统链路要求的值上。每根波导光纤可与任何其它的为该系统链路设计的波导光纤互换。这样，为符合链路要求不需要对光缆的长度以及对各根光缆的总色散作特殊的安排。

本发明的第一个方面是一种单模波导光纤，该光纤具有一纤芯区域和包围它的色层。纤芯区域以其折射率分布为特征，折射率分布是沿纤芯半径的各点上的折射率的表示。为在纤芯区域引导光，纤芯折射率分布必须至少有一部分大于包层的折射率。虽然已经找到包层具有非恒定折射率分布带来好处的若干个设计，但对于大多数应用来说，包层具有基本上平坦的折射率分布。