[发明专利]具有较大有效面积的大容量正非零色散位移单模光纤

说明书

本发明涉及一种适用于大容量、长距离、高速率通信传输的密集波分复用系统的具有较大有效面积和低的正非零色散位移单模光导纤维。其零散波长被设定在1480nm至1520nm的范围内。该光纤与掺铒光纤放大器(EDFA)一起使用在光通信系统中，使得该系统可以进行大容量、长距离、高速率的通信传输。

传统的光纤通信系统，利用常规单模光纤进行通信其工作窗口波长为1310nm，在这个窗口，常规单模光纤的色散为零，但衰减较高，不利于长距离传输。如改在1550nm进行传输，虽衰减减小，但色散却增加了，不利于传输速率的提高。利用传统色散位移光纤，将零色散波长移至1550nm窗口，其衰减足够小，而光放大器的出现，使光通信系统可以工作在衰减较低的1550nm窗口，衰减已不再是制约传输距离的障碍。

长飞光纤光缆有限公司在1994年公布了其色散位移光纤产品，并在1996年投入到新疆的一段干线中使用，系统为单波长系统，总长为168公里，没有中继站，使用效果良好。长飞光纤光缆有限公司的色散位移光纤采用等离子体激活化学气相沉积法(PCVD)光纤生产工艺生产。

图1揭示了长飞光纤光缆公司所生产的传统色散位移光纤的典型结构及折射率剖面分布。如图1所示，该传统的色散位移光纤由一包含两分层的纤芯区和一包含六个分层的包层区。该光纤有一零色散波长在1550±15nm的范围，衰减约为0.22dB/km，在1550nm波长的模长直径(MFD)约为8.4±0.6μm。有效面积约为50μm²。该光纤应用于单波长的1550nm窗口的长距离通信系统中已获得良好的结果。然而，使用传统的色散位移光纤在波分复用时因有较高的高输出功率，会产生四波混频(FWM)、自相位调制(SPM)、和受激散射效应等非线性效应现象，使系统的传输信号恶化而不利于高速率、大容量通信传输。因此，在波分复用通信传输系统中如继续使用传统色散位移光纤，则会出现由于工作窗口色散为零而产生的四波混频等非线性效应现象。系统性能不但没有得到扩展，相反地，会出现不同程度的降低。

近年来，随着掺铒光纤放大器的应用，波分复用或密集波分复用在长距离、大容量、高速度的通信系统中的使用日趋广泛。由于诸如四波混频等非线性效应造成的信号光脉冲的畸变已经成为对于传输长度和传输速度的关键限制因素。在密集波分复用的情况下，由于具有相同波长的大量信号光脉冲通过色散位移光纤，在光传导区，其中的光功率密度很高，更容易受到非线性光学效应的影响。非线性效应与信号波长的光功率密度和作为光传输介质的光纤的非线性折射率成正比地增长，它可描述为exp(cP/Aeff)，其中c是一常数，P是信号功率。其它描述非线性作用的方程则包含P/Aeff比值作为因子。从改善传输特性特别是传输长度特性的角度看，降低信号光强度是不利的。因此，为了抑制上述的非线性效应，降低上述的非线性折射率或扩大具有预定波长的信号光的模长直径或者说有效面积以减小光功率密度而又不降低整体信号光强度，对于密集波分复用系统来说是非常有利的。此外，为满足上述传输要求光纤还应具备以下特点：

-在1530nm～1565nm的工作窗口有一非零色散区以抑制四波混频；

-能在1550nm窗口与掺铒光纤放大器一起使用；

-在1530～1565nm波长范围之外有一零色散波长

-保持光纤通常所需的其它特性，诸如低衰减、高强度、抗弯曲和耐疲劳等。

以下为本说明书中一些术语的定义和说明：

-有效面积：

Aeff=2π(∫E²rdr)²/(∫E⁴rdr)，

其中积分限为0至∞，并且E是与传播有关的电场；

-折射率分布段直径为光纤横截面结构和折射率分布图中所描述的段宽；

-相对折射率差Δ％=[(n₁²-n_c²)/2n₁²]×100；

其中n_i为纤心的折射率，而n_c为包层的折射率，即纯二氧化硅的折射率。除非另作说明，n_i是由Δ％所表征的纤心区中的最大折射率。

-折射率分布的零参考值可选作包层玻璃层中的最小折射率。并为纤心中折射率小于该最小值的区域分配一个负值。

-缩写WDM表示波分复用。

-缩写FWM表示四波混频，这是一种两个或更多信号在光纤内因干涉而产生不同频率的信号的现象。