[发明专利]单模光波导

说明书

                            发明背景

本发明涉及一种为中继器间距较长、数据速率较高的通信系统设计的单模光纤。尤其，本发明的单模光纤将极佳的抗弯曲性、较低的色散斜率和较大的有效面积A_eff结合在一起。

具有较大有效面积的波导将减少非线性的光学作用，其中包括自相位调制、四波混频、交叉相位调制和非线性散射过程等。所有这些作用都会使高功率系统中的信号劣化。一般，对这些非线性作用的数学描述包括比值P/A_eff，其中P是光功率。例如，非线性光学作用通常遵循包含exp(P×L_eff/A_eff)项的方程，其中L_eff是有效长度。因此，A_eff的增大会降低非线性对光信号劣化的贡献。

通信产业中，需要在无电信号再生器的情况下，远距离传输较大的信息量，这导致了对单模光纤折射率分布设计的重新评价。授予Bhagavatula的美国专利4,715,679详细地揭示了一类分布设计，在本申请中，称之为分层纤芯设计。

重新评价的关键是提供这样的光波导，它们能

-减少诸如上述的非线性作用；

-为在1550纳米周围的波长范围内工作时有较低的衰减而进行优化；

-与光放大器兼容；并且

-保持光波导中诸如高强度、耐疲劳和抗弯曲等所需特性。

只有在规定了比特速率、比特误差率、多路复用方案以及光放大器(有可能)的特定通信系统中，定义高功率和远距离才有意义。有一些附加因素会对高功率和远距离的意义产生影响，它们都是本领域的熟练技术人员已知的。但是，对于大多数目的，高功率是指光功率大于约10mW。在一些场合下，1mW或更小的信号功率电平仍然会对非线性作用敏感，所以在一些低功率的系统中，A_eff仍然是一个重要的考虑对象。远距离是指电信号再生器之间的距离超过100km。再生器将区别于使用光放大器的中继器。中继器间距，特别是高数据密度系统中的中继器间距可以小于再生器间距的一半。

为了给多路复用传输提供合适的波导，总色散应该较低，但不为零，并且在工作长度窗口范围内具有较小的斜率。

关于这类波导纤维的一种典型情况是海底系统。为了在经济上可行，海底系统必须在没有再生器的情况下并且在扩展的波长窗口上长距离运载较高的信息密度。本发明描述了一种新颖的分布，该分布能非同寻常地满足这类使用的严格要求。以下详细给出这种使用系统的要求。

                          定义

下述定义符合本领域的普通用法。

-纤芯中各分层的半径是根据折射率定义的。一特定分层具有第一和最后折射率点。从波导中心线到第一折射率点所处位置的半径是纤芯区或纤芯分层的内半径。类似地，从波导中心线到最后折射率点所处的位置的半径是纤芯分层的外半径。

由以下对图1和图2的描述可见，分层半径可以用许多种方式方便地定义。由图2可以导出表1和表2，在该情况下，参考Δ％对波导半径的曲线图，如下定义折射率分布中各分层的半径：

*中央纤芯分层的半径r₁是从波导的轴中心线量到外推中心折射率分布曲线与x轴的交点(即Δ％=0的点)；

*第一环形分层的外半径r₂是从波导的轴中心线量到第一环形分层分布曲线与表示第二环形分层分布曲线之Δ％的直线的交点；

*第二环形分层的外半径r₃是从波导的轴中心线量到相对折射率为第二和第三环形分层之相对折射率之间一半的点；

*第三环形分层的外半径r₄是从波导的轴中心线量到相对折射率为第三环形分层和包层之相对折射率之间一半的点；

在图1的更一般的折射率分布中，使用另一些定义。折射率分布的几何定义没有任何特殊的意义。当然，当进行模型计算时，定义的使用必须与这里所做的相一致。

-有效面积为：

A_eff=2π(∫E²r dr)²/(∫E⁴r dr)，其中积分限为0至∞，并且E是与传播的光有关的电场。有效直径D_eff可由下式定义：

A_eff=π(D_eff/2)²。

-相对折射率Δ％由下述等式定义：