光纤和包含光纤的光通信系统的制作方法
【专利摘要】根据本发明的实施例的光纤设置有中心纤芯、侧纤芯和包层。中心纤芯包括环状部，相对折射率差在环状部的圆周区域中不连续地进行变化，并且当设定a为从中心纤芯到环状部的外侧的半径且c为从中心纤芯到侧纤芯中的相对折射率差为最大的位置的半径时，以使c/a在2.25～2.50的范围内的形状来实现折射率分布，以便能够将色散值、光缆截止波长、直径20mm下的弯曲损耗、以及有效面积设定在所需范围内。
【专利说明】光纤和包含光纤的光通信系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤和包含光纤的光通信系统。
【背景技术】
[0002]已知在光通信系统中非零色散位移光纤(NZDSF)是用作信号光传输路径的光纤。非零色散位移光纤在C波段(波长为1530nm?1565nm)和L波段(波长为1565nm?1625nm)的整个范围内具有正色散和小而绝对值非零的色散。
[0003]可以预料到，在色散、色散斜率、模场直径、有效面积、光缆截止波长、弯曲损耗等方面，非零色散位移光纤具有非专利文献I所述的优选特性。专利文献I和专利文献2公开了具有此类优选特性的光纤。
[0004]专利文献I公开的光纤具有由三个部分组成的纤芯。这三个部分由具有α次方折射率分布的第一部分、围绕第一部分的第二部分以及第三部分组成，并且这三个部分均具有阶跃型折射率分布。专利文献2公开的光纤由中心纤芯、设置在中心纤芯的外周上的第一环状部、设置在第一环状部的外周上的第二环状部、设置在第二环状部的外周上的第三环状部、以及设置在第三环状部的外周上的包层组成。第二环状部具有低于中心纤芯而高于第一环状部的折射率，并且第三环状部具有高于包层的折射率。
[0005]引用列表
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利N0.4393708
[0008]专利文献2:日本专利申请公开N0.10?293225
[0009]非专利文献
[0010]非专利文献1:Corning Incorporated (康宁公司)的LEAF光纤产品目录
【发明内容】
[0011]本发明要解决的问题
[0012]本申请的发明人调查了常规的光纤并且发现以下问题。即，在上述专利文献I和专利文献2中公开的光纤的结构因制造变化而具有较窄的结构参数容差范围，并且难以以良好的生产率制造具有所需特性的光纤。
[0013]为了解决上述问题而完成了本发明，并且本发明的目的在于提供一种具有能够很容易地实现所需特性而不降低生产率的结构的光纤和一种包含该光纤的光通信系统。
[0014]解决问题的手段
[0015]为了实现上述目的，作为第一方面，根据本发明的光纤包括:中心纤芯，其中心沿着预定轴线延伸；侧纤芯，其设置在中心纤芯的外周面上；以及包层，其设置在侧纤芯的外周面上。在第一方面的光纤中，中心纤芯具有峰值部和包括环状部的尾部(裙部)。具体而言，在由沿着垂直于预定轴线的基准线的各个部分相对于包层的折射率的相对折射率差所限定的折射率分布中，峰值部是包括相对折射率差最大的位置的区域。除了环状部之外的尾部是相对折射率差从峰值部朝包层连续下降的区域，并且包括在尾部中的环状部是在尾部中具有相对折射率差的不连续突出形状的区域。
[0016]此外，在第一实施例中，当设定a为沿着基准线从中心纤芯的中心到环状部的外侧的半径，并且c为沿着基准线从中心纤芯的中心到侧纤芯中相对折射率差最大的位置的半径时，折射率分布的特征在于具有这样的形状:即，c/a在2.25?2.50的范围内，由此实现了:在波长1530nm下在2.0ps/nm/km?5.5ps/nm/km的范围内的第一色散值、在波长1565nm下在4.5ps/nm/km?6.0ps/nm/km的范围内的第二色散值、在波长1625nm下在
8.5ps/nm/km?11.2ps/nm/km的范围内的第三色散值、在不超过1.45 μ m的范围内的光缆截止波长、在波长1550nm且直径20mm下在不超过20dB/m的范围内的弯曲损耗、以及在波长1550nm下在64 μ m2?75 μ m2的范围内的有效面积。
[0017]作为适用于第一方面的第二方面，优选地，在峰值部中，相对折射率差的最大值Λ I在0.55%?0.70%的范围内，在中心纤芯与侧纤芯之间，相对折射率差的最小值Λ 2在0.0%?0.10%的范围内，在侧纤芯中，相对折射率差的最大值Λ3在0.14%?0.21%的范围内，并且半径a在2.Ομπι?3.Ομ--的范围内。
[0018]作为适用于第一方面和第二方面中的至少一方面的第三方面，由以下公式限定的环状部的分布体积V优选地大于0%.μ Hi2但不超过0.11 %.μ Hi2:
[0019]V = [ A(r)rdr
Ja-W
[0020]其中，W是所述环状部沿着所述基准线的宽度，r是从所述中心纤芯的中心起的半径，并且△ (r)是以所述半径r作为变量的折射率分布。
[0021]作为适用于第一方面至第三方面中的至少一方面的第四方面，在环状部中，相对折射率差的增量Aring大于0%但不超过0.6%，并且环状部沿着基准线的宽度w大于0.0ym但不超过0.5 μ m。
[0022]作为适用于第一方面至第四方面中的至少一方面的第五方面，从中心纤芯的中心到中心纤芯与侧纤芯之间相对折射率差为最小的位置的半径b在3.Ομπι?5.Ομπι的范围内，并且从中心纤芯的中心到侧纤芯的外侧的半径d在7.0 μ m?10.0 μ m的范围内。
[0023]作为适用于第一方面至第五方面中的至少一方面的第六方面，除了环状部之外的中心纤芯的折射率分布为α次方分布，并且更具体而言，α的值在3.3?6.0的范围内。
[0024]根据本发明的光通信系统包括根据第一方面至第六方面中的至少任一方面所述的光纤。
[0025]本发明的效果
[0026]根据本发明的光纤能够很容易地实现所需特性而不降低生产率。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是示出根据本发明的实施例的光纤的断面结构的图示；
[0028]图2是示出根据实施例的光纤的折射率分布的图示；
[0029]图3是示出根据实施例的光纤的折射率分布的图示；
[0030]图4是示出根据实施例的光纤的样本I至样本4的结构列表的表格；
[0031]图5是不出样本I至样本4的光纤的特性列表的表格；
[0032]图6是示出样本I至样本4的相应光纤的相对于纤芯半径的变化的光缆截止波长的变化的图表；
[0033]图7是示出样本I至样本4的相应光纤的相对于纤芯半径的变化的光缆弯曲损耗的变化的图表；
[0034]图8是示出样本I至样本4的相应光纤的相对于Λ I的变化的在波长1530nm下的色散值的变化的图表；
[0035]图9是示出样本I至样本4的相应光纤的相对于Λ I的变化的在波长1565nm下色散值的变化的图表；
[0036]图10是不出样本5的光纤的相应结构列表和特性列表的表格；
[0037]图11是示出当Λ ring为0.0%、0.2%、0.4%和0.6%时，在样本5的光纤中相对于纤芯半径的变化的光缆截止波长的变化的图表；
[0038]图12是示出当Λ ring为0.0%、0.2%、0.4%和0.6%时，在样本5的光纤中相对于纤芯半径的变化的弯曲损耗的变化的图表；
[0039]图13是示出当Λ ring为0.0%、0.2%、0.4%和0.6%时，在样本5的光纤中相对于Λ I的变化的在波长1530nm下色散值的变化的图表；
[0040]图14是示出当Λ ring为0.0%、0.2%、0.4%和0.6%时，在样本5的光纤中相对于Λ I的变化的在波长1565nm下色散值的变化的图表；
[0041]图15是不出根据实施例的光纤的样本6至样本16的结构列表的表格；
[0042]图16是不出样本6至样本16的光纤的特性列表的表格；以及
[0043]图17是示出使用实施例的光纤的光通信系统的构造实例的图示。
【具体实施方式】
[0044]下文将参考附图详细描述本发明的实施例。在附图的描述中，相同的元件将用相同的附图标记表示，省略重复的描述。
[0045]在光通信系统中用作信号光传输路径的非零色散位移光纤(NZDSF)在C波段和L波段的整个范围内具有正色散和小而绝对值非零的色散。这种光纤优选地具有以下特性(a)至(h)。在下文的描述中，这些特性(a)至(h)将被称为“条件I”。
[0046](a)在波长 1530nm 下的色散(第一色散值):2.0ps/nm/km ?5.5ps/nm/km
[0047](b)在波长 1565nm 下的色散(第二色散值):4.5ps/nm/km ?6.0ps/nm/km
[0048](c)在波长 1625nm 下的色散(第三色散值):8.5ps/nm/km ?11.2ps/nm/km
[0049](d)在波长1550nm下的色散斜率:0.090ps/nm2/km或更小
[0050](e)在波长 1550nm 下的模场直径(MFD):9.2 μ m ?10.0 μ m
[0051](f)在波长1550nm下的有效面积(Aeff):64 μ m2或更大
[0052](g)光缆截止波长UJ:1450nm或更小
[0053](h)在波长1550nm且直径20mm下的弯曲损耗:20dB/m或更小
[0054]图1是示出根据本发明的实施例的光纤40的断面结构的图示，并且根据本实施例的光纤40具有满足上述条件I的折射率分布。图2和图3是示出根据本实施例的光纤40的折射率分布的图示。特别地，图3是图2中虚线所包围的区域A的放大图。根据本实施例的光纤40具有中心纤芯41 (其中心沿着预定轴线(光轴AX)延伸)、设置在中心纤芯41的外周面上的侧纤芯42、以及设置在侧纤芯42的外周面上的包层43。中心纤芯41包括环状部410，环状部410沿着径向具有相对于包层43的折射率的相对折射率差的突出形状。如图2所示，沿着垂直于光轴AX的基准线的各个部分的前述折射率分布由相对于包层43的折射率的相对折射率差△限定。因此，在图2的折射率分布中，对应于中心纤芯41的区域具有峰值部和尾部，峰值部包括相对折射率差Λ最大的位置(具有Λ I的位置)，尾部包括相对折射率差从峰值部朝包层43连续下降的部分和具有相对折射率差的不连续突出形状的环状部410。
[0055]在例如通过轴向汽相沉积法(VAD)、改进的化学汽相沉积法(MCVD)等制造具有由峰值部、尾部(裙部)和包括在尾部中的突出形状的环状部组成的分布形状的预制件(其为用于通过拉制来获得光纤40的预制件)时，通过急剧改变诸如Ge等折射率增加剂的掺杂量来实现中心纤芯41中的环状部的形状。
[0056]表征根据本实施例的光纤40的折射率分布的结构参数按如下方式定义。相对于包层43的折射率，中心纤芯41的峰值部中的相对折射率差的最大值用Λ I [% ]表示，中心纤芯41与侧纤芯42之间的相对折射率差的最小值用Λ 2[% ]表示，以及侧纤芯42中的相对折射率差的最大值用Λ3[% ]表示。从中心纤芯41的中心(与光轴AX—致)到环状部410的外侧的半径用a[ym]表示，从中心纤芯41的中心到中心纤芯41与侧纤芯42之间的相对折射率差为最小的位置的半径用b[ym]表示，从中心纤芯41的中心到侧纤芯42中的相对折射率差为最大的位置的半径用c[ym]表示，以及从中心纤芯41的中心到侧纤芯42的外侧的半径用d[ μ m]表示。如果折射率分布从光轴AX起随着半径r缓慢变化，则半径a和d定义为相对折射率差相对于半径r的微分值为负值并且该相对折射率差的绝对值变为最大的位置。如图3所示，Aring[% ]表示环状部的相对折射率差相对于尾部的相对折射率差的斜率的增量，以及w[ym]表示相对折射率差的突出部分的宽度(环状部的宽度)。
[0057]特别是通过将c/a设定在合适范围内，本实施例的光纤40可以具有较宽的容差范围，以应对由制造变化带来的结构参数的变化。
[0058]图4是示出样本I至样本4的光纤的结构列表的表格。图5是示出样本I至样本4的光纤的特性列表的表格。样本I至样本4的光纤具有分别被设定为2.46,2.41,2.33和
2.25的c/a，均满足条件I，并且具有包括Al、Λ2、Λ 3、以及a的结构参数，结构参数被设定为使模场直径(MFD)接近9.6 μ m。
[0059]图6是示出样本I至样本4的相应光纤的相对于纤芯半径的变化的光缆截止波长的变化的图表。从图6中可以看出，光缆截止波长(λ。。)随着纤芯半径的增大而增大，并且用于满足条件I中λ。。< 1.45 μ m的纤芯半径的变化的上限值在c/a = 2.25的情况下为
10.1 %并且在c/a = 2.46的情况下为4.8 %。
[0060]图7是示出样本I至样本4的相应光纤的相对于纤芯半径的变化的光缆弯曲损耗的变化的图表。从图7中可以看出，弯曲损耗随着纤芯半径的减小而增大，并且用于满足条件I中弯曲损耗< 20dB/m的纤芯半径的变化的下限值在c/a = 2.25的情况下为-8.6%并且在c/a = 2.46的情况下为-2.0%。
[0061]因此，从图6和图7的图表中可以发现，用于满足条件I的纤芯半径的变化的容差在c/a = 2.25的情况下为-8.6 %?10.1 %并且在c/a = 2.46的情况下为-2.0 %?4.8 %。应对纤芯半径的变化的容差范围随着c/a的减小而变宽。所有光纤特性随纤芯半径的变化而改变，并且最严格的容差范围是用于λ。。和弯曲损耗的条件的容差范围。
[0062]图8是示出样本I至样本4的相应光纤的相对于Λ I的变化的在波长1530nm下的色散值的变化的图表。从图8中可以看出，在波长1530nm下色散值随着△ I的增大而减小，并且用于满足条件I中在波长1530nm下色散的优选范围2.0ps/nm/km?5.5ps/nm/km的Λ I的变化的上限值在c/a = 2.25的情况下为0.009%并且在c/a = 2.46的情况下为0.011%。
[0063]图9是示出样本I至样本4的相应光纤的相对于Λ I的变化的在波长1565nm下色散值的变化的图表。从图9中可以看出，在波长1565nm下色散值随着Al的减小而增大，并且用于满足条件I中在波长1565nm下色散的优选范围4.5ps/nm/km?6.0ps/nm/km的Λ I的变化的下限值在c/a = 2.25的情况下为-0.012%并且在c/a = 2.46的情况下为-0.020% ο
[0064]因此，从图8和图9的图表中可以发现，用于满足条件I的Λ I的变化的容差在c/a = 2.25的情况下为-0.012 %?0.009 %并且在c/a = 2.46的情况下为-0.020 %?0.011%。应对Al的变化的容差范围随着c/a的增大而变宽。所有光纤特性随Al的变化而改变，并且用于满足条件I的最严格条件是用于波长1530nm和1565nm下的色散的条件。
[0065]上述结果已经证实了应对纤芯半径或Λ I的变化的容差范围在c/a的比值过大或过小时变窄。因此，为了确保应对因制造变化带来的整个结构参数的变化的较宽容差范围，c/a的比值需要设定在适当范围内。c/a的比值优选地在2.25?2.50的范围内，更优选地在2.3?2.46的范围内，并且进一步优选地在2.33?2.41的范围内。
[0066]图10中的(a)是不出样本5的光纤的结构列表的表格。图10中的(b)是不出样本5的光纤的特性列表的表格。
[0067]图11是示出当通过改变Aring而使环状部410的分布体积N为0.Q%%.μ m2、0.037%%.μ m2,0.073%%.μ m2和0.110%.μ m2时，在样本5的光纤中相对于纤芯半径的变化的光缆截止波长的变化的图表。从图11中可以看出，用于满足条件I中λ。。< 1.45 μ m的纤芯半径的变化的上限值在V = 0.0%.μ m2的情况下为7.5%并且在V = 0.110%.μ m2的情况下为9.4%。
[0068]图12是示出当通过改变Aring而使环状部410的分布体积N为0.Q%%.μ m2、0.037%%.μπι2、0.073%%.μπι2和0.110%.μπι2时，在样本5的光纤中相对于纤芯半径的变化的弯曲损耗的变化的图表。从图12中可以看出，用于满足条件I中弯曲损耗<20dB/m的纤芯半径的变化的下限值为-3.4%，而与V无关。
[0069]因此，从图11和图12的图表中可以确定,用于满足条件I的纤芯半径的变化的容差在V = 0.0 %.μ m2的情况下为-3.4?7.5%并且在V = 0.110%.μ m2的情况下为-3.4?9.4%。应对纤芯半径的变化的容差范围随着V的增大而变宽。
[0070]此外，图13是示出当通过改变Aring而使环状部410的分布体积V为0.0%%.μ--2,0.037%%.μ--2,0.073%%.μ m2 和 0.110%.μ m2 时，在样本 5 的光纤中相对于Al的变化的在波长1530nm下色散值的变化的图表。从图13中可以看出，用于满足条件I中在波长1530nm下色散的优选范围2.0ps/nm/km?5.5ps/nm/km的Δ I的变化的上限值在V = 0.0%.μ m2的情况下为0.007%并且在V = 0.110%.μ m2的情况下为 0.023%。
[0071 ] 图14是示出当通过改变Λ ring而为使环状部410的分布体积V为0.0 % %.μ m2、0.037%%.μπι2,0.073%%.μπι2和0.110%.μ m2时，在样本5的光纤中相对于Λ I的变化的在波长1565nm下色散值的变化的图表。从图14中可以看出，用于满足条件I中在波长1565nm下色散的优选范围4.5ps/nm/km?6.0ps/nm/km的Δ I的变化的范围在V =0.0%.ym2的情况下为-0.017?0.017%并且在V = 0.110%.Um2的情况下为-0.007?0.032%。
[0072]因此，从图13和图14的图表可以确定，用于满足条件I的Al的变化的容差在V = 0.0%.μ HI2的情况下为-0.017?0.007%并且在V = 0.110%.μ m2的情况下为-0.007?0.023%。应对Λ I的变化的容差范围也随着V的增大而变宽。
[0073]也就是说，应对制造变化的容差范围随环状部410的分布体积V的增大而变宽。然而，在制造中难以实现Ge的掺杂量的显著局部增加。并且还会引起传输损耗增加的问题。因此,环状部410的分布体积V优选地在0.0%.μ m2?0.11%.μ m2的范围内，更优选地在0.0%.μ Hi2?0.10%.μ Hi2的范围内，并且进一步优选地在0.012%.μ Hi2?
0.075%.μ m2的范围内。
[0074]图15是不出样本6至样本16的光纤的结构列表的表格。图16是不出样本6至样本16的光纤的特性列表的表格。也能够很容易地以良好的生产率制造这些具有所需特性的光纤。
[0075]对于本实施例的光纤40中的中心纤芯41的折射率分布而言，存在各种可设想的情况。当通过以下公式来近似中心纤芯41的半径内的除了环状部410之外的区域的折射率分布△ (r)时，为了满足条件I并且保持应对因制造变化带来的结构参数的变化的较宽容差范围，α值优选地在3.2?6.0的范围内。
[0076]Δ (r) = Δ I {(Ι-r/a) α}
[0077]图17是示出使用本实施例的光纤40的光通信系统20的构造实例的图示。光通信系统20设置有发射器31、中继器32、中继器33和接收器34，并且还设置有作为传输路径的本实施例的光纤40，以在中继器32与中继器33之间传输信号光。中继器32和中继器33均包括光学放大器，以放大信号光。中继器32和中继器33均优选地包括色散补偿光纤。
[0078]附图标记列表
[0079]20...光通信系统；31...发射器；32、33...中继器；34...接收器；40...光纤；
41...中心纤芯；42...侧纤芯；43...包层；以及410...环状部。
【权利要求】
1.一种光纤，其包括:中心纤芯，其中心沿着预定轴线延伸；侧纤芯，其设置在所述中心纤芯的外周面上；以及包层，其设置在所述侧纤芯的外周面上， 其中，在由沿着垂直于所述预定轴线的基准线的各个部分相对于所述包层的折射率的相对折射率差所限定的折射率分布中，对应于所述中心纤芯的区域具有峰值部和尾部，所述峰值部包括所述相对折射率差最大的位置，所述尾部包括所述相对折射率差从所述峰值部朝所述包层连续下降的部分和具有所述相对折射率差的不连续突出形状的环状部， 当设定a为沿着所述基准线从所述中心纤芯的中心到所述环状部的外侧的半径，并且c为沿着所述基准线从所述中心纤芯的中心到所述侧纤芯中所述相对折射率差最大的位置的半径时，所述折射率分布具有这样的形状:即，c/a在2.25?2.50的范围内， 由此实现了:在波长1530nm下在2.0ps/nm/km?5.5ps/nm/km的范围内的第一色散值、在波长1565nm下在4.5ps/nm/km?6.0ps/nm/km的范围内的第二色散值、在波长1625nm下在8.5ps/nm/km?11.2ps/nm/km的范围内的第三色散值、在不超过1.45 μ m的范围内的光缆截止波长、在波长1550nm且直径20mm下在不超过20dB/m的范围内的弯曲损耗、以及在波长1550nm下在64 μ m2?75 μ m2的范围内的有效面积。
2.根据权利要求1所述的光纤，其中，在所述峰值部中，所述相对折射率差的最大值Λ I在0.55%?0.70%的范围内， 在所述中心纤芯与所述侧纤芯之间，所述相对折射率差的最小值Λ2在0.0%?0.10%的范围内， 在所述侧纤芯中，所述相对折射率差的最大值Λ3在0.14%?0.21%的范围内，并且 所述半径a在2.Ομπι?3.Ομπι的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的光纤，其中，由以下公式限定的所述环状部的分布体积V大于O %.μ m2但不超过0.11%.μ m2: P=J A(r)rdr 其中，w是所述环状部沿着所述基准线的宽度，r是从所述中心纤芯的中心起的半径，并且Λ (r)是以所述半径r作为变量的折射率分布。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤，其中，在所述环状部中，所述相对折射率差的增量Λ ring大于0%但不超过0.6%，并且 所述环状部沿着所述基准线的宽度w大于0.0 μ m但不超过0.5 μ m。
5.根据权利要求1至5中任一项所述的光纤，其中，从所述中心纤芯的中心到所述中心纤芯与所述侧纤芯之间所述相对折射率差为最小的位置的半径b在3.0 μ m?5.0 μ m的范围内，并且 从所述中心纤芯的中心到所述侧纤芯的外侧的半径d在7.0 μ m?10.0 μ m的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光纤，其中，除了所述环状部之外的所述中心纤芯的折射率分布为α次方分布并且α的值在3.3?6.0的范围内。
7.—种光通信系统，所述光通信系统包括作为信号传输路径的根据权利要求1至6中任一项所述的光纤。
【文档编号】G02B6/036GK104136951SQ201380011007
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年2月6日 优先权日:2012年2月28日
【发明者】山本义典 申请人:住友电气工业株式会社