одномодовый волновод, компенсирующий дисперсию

Формула изобретения

1. Одномодовое оптическое волокно, содержащее область стеклянной сердцевины, расположенную вокруг продольной центральной оси оптического волокна и включающую по меньшей мере три части, каждая из которых имеет профиль показателя преломления, при этом первая часть включает центральную ось оптического волокна и имеет радиус r₁, измеренный от центральной оси до точки этой части, наиболее удаленной от центральной оси, и относительный показатель преломления ₁%, а дополнительные части граничат друг с другом, идут в радиальном направлении наружу от указанной первой части и имеют радиусы r_i, измеренные от центральной оси до точек этих i-х частей, наиболее удаленных от центральной оси, и относительные показатели преломления _i%, где i - 2 - n, а n - количество указанных частей, при этом указанная первая часть расположена симметрично вокруг продольной оси оптического волокна, причем значение ₁ положительно, и по меньшей мере одна часть имеет отрицательное значение _i, и слой стеклянной оболочки, окружающей указанную область стеклянной сердцевины и имеющий показатель преломления n_c, который меньше показателя преломления по меньшей мере участка указанной области стеклянной сердцевины, причем соответствующие радиусы r₁ и r_i и относительные показатели преломления ₁% и _i% выбраны так, чтобы обеспечить заранее заданную отрицательную полную дисперсию на длине волны 1550 нм, не превышающую приблизительно -150 пс/нм км.

2. Одномодовое оптическое волокно по п.1, отличающееся тем, что указанная область стеклянной сердцевины содержит три части, а вторая часть имеет отрицательное значение %.

3. Одномодовое оптическое волокно по п.2, отличающееся тем, что соответствующие части, идущие, начиная с первой, в сторону внешней части волокна, имеют радиусы соответственно в диапазонах приблизительно от 1 до 1,5, от 5,5 до 6,5 и от 8 до 9,5 мкм и соответствующие относительные показатели % в диапазонах приблизительно от 1,5 до 2, от -0,2 до -0,5 и от 0,2 до 0,5%, обеспечивая эффективную площадь A_eff на длине волны 1550 нм не менее приблизительно 30 мкм².

4. Одномодовое оптическое волокно по п.1, отличающееся тем, что указанная область стеклянной сердцевины содержит четыре части, причем вторая и четвертая части имеют соответствующие отрицательные относительные показатели преломления %.

5. Одномодовое оптическое волокно по п.4, отличающееся тем, что соответствующие части, идущие, начиная с первой, в сторону внешней части волокна, имеют радиусы соответственно в диапазонах приблизительно от 1 до 2, от 6 до 8, от 9 до 11 и от 13 до 17 мкм и соответствующие относительные показатели % в диапазонах приблизительно от 1 до 2, от -0,2 до -0,8, от 0,4 до 0,6 и от -0,2 до -0,8%, обеспечивая эффективную площадь A_eff на длине волны 1550 нм не менее приблизительно 30 мкм².

6. Одномодовое оптическое волокно по п.5, отличающееся тем, что крутизна полной дисперсии находится в диапазоне приблизительно от -2 до 15 пс/нм² км.

7. Одномодовое оптическое волокно по п.1, отличающееся тем, что указанная область стеклянной сердцевины имеет четыре части, от 1 до 4, причем ₁% > ₃% > ₄% > ₂%, где значение ₂% отрицательно.

8. Одномодовое оптическое волокно по п.7, отличающееся тем, что соответствующие части, начиная с первой, имеют радиусы соответственно в диапазонах приблизительно от 0,75 до 1,5, от 4,5 до 5,5, от 7 до 8 и от 9 до 12 мкм, а соответствующие % лежат в диапазонах приблизительно от 1,5 до 2, от -0,2 до -0,45, от 0,25 до 0,45 и от 0,05 до 0,25%, обеспечивая отрицательную крутизну полной дисперсии.

9. Одномодовое оптическое волокно по п.8, отличающееся тем, что крутизна полной дисперсии находится в диапазоне приблизительно от -0,1 до -5,0 пс/нм² км.

10. Одномодовое оптическое волокно по п.1, отличающееся тем, что указанный слой стеклянной оболочки имеет внешний диаметр в диапазоне приблизительно от 125 до 170 мкм.

11. Одномодовая волоконно-оптическая линия связи, содержащая первое одномодовое оптическое волокно длиной L_smf, имеющее длину волны отсечки меньше 1310 нм, длину волны нулевой дисперсии в диапазоне от 1280 до 1350 нм и полную дисперсию D_smf на длине волны 1550 нм, и второе одномодовое оптическое волокно длиной L_dc, имеющее полную дисперсию D_d и коэффициент затухания дБ/км, причем алгебраическая сумма произведений L_smf D_smf и L_dc D_d равна заранее заданной величине, а отношение D_d/ и эффективная площадь A_eff выбраны так, чтобы обеспечить для волоконно-оптической линии связи такой нелинейный дискриминирующий фактор G_n1, который не превышает нелинейного дискриминирующего фактора для указанного первого одномодового оптического волокна длиной L_smf.

12. Одномодовая волоконно-оптическая линия связи по п.11, отличающаяся тем, что указанная заранее заданная величина алгебраической суммы по существу равна нулю, D_d -150 пс/нм км, A_eff 30 мм², а D_d/ 150 пс/нм дБ.

13. Одномодовая волоконно-оптическая линия связи по п.12, отличающаяся тем, что D_d/ 250 пс/нм дБ.

14. Одномодовая волоконно-оптическая линия связи по п.11, отличающаяся тем, что длина второго одномодового оптического волокна меньше, чем приблизительно 15% длины указанной волоконно-оптической линии связи.

15. Одномодовая волоконно-оптическая линия связи по п.11, в которой длина второго одномодового оптического волокна меньше, чем приблизительно 5% длины указанной волоконно-оптической линии связи.

16. Способ изготовления одномодового оптического волокна, компенсирующего дисперсию, в соответствии с которым формируют заготовку для вытягивания, имеющую область стеклянной сердцевины и слой окружающей оболочки, при этом область стеклянной сердцевины расположена вокруг продольной центральной оси оптического волокна и включает по меньшей мере три части, каждая из которых характеризуется профилем показателя преломления, причем первая часть включает центральную ось оптического волокна и имеет радиус r₁, измеренный от центральной оси до точки этой части, наиболее удаленной от центральной оси, и относительный показатель преломления ₁%, а дополнительные части граничат друг с другом, идут в радиальном направлении наружу от указанной первой части и имеют радиусы r_i, измеренные от центральной оси до точек этих i-х частей, наиболее удаленных от центральной оси, и относительные показатели преломления _i%, где i - 2 - n, а n - количество указанных частей, при этом указанная первая часть расположена симметрично вокруг продольной оси оптического волокна, причем значение ₁ положительно, и по меньшей мере одна часть имеет отрицательное значение _i, и слой стеклянной оболочки, окружающий указанную область стеклянной сердцевины и имеющий меньший показатель преломления n_c, чем показатель преломления по меньшей мере участка указанной области стеклянной сердцевины, причем соответствующие радиусы r₁ и r_i и относительные показатели преломления ₁% и _i% выбраны так, чтобы обеспечить на длине волны 1550 нм заранее заданную отрицательную полную дисперсию, не превышающую приблизительно -150 пс/нм км, вытягивают указанную заготовку в оптическое волокно, имеющее заранее заданный внешний диаметр, причем натяжение вытягивания составляет не менее приблизительно 100 г, покрывают указанное оптическое волокно по меньшей мере одним слоем полимерного материала и осуществляют тепловую обработку покрытого оптического волокна по существу для удаления остаточного напряжения в покрытии.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что указанный заранее заданный внешний диаметр оптического волокна находится в диапазоне приблизительно от 125 до 170 мкм.

18. Способ по п.16, отличающийся тем, что при тепловой обработке наматывают оптическое волокно на катушку, имеющую диаметр по меньшей мере 46 см, причем натяжение при намотке не превышает приблизительно 20 г, нагревают оптическое волокно до заранее заданной температуры и выдерживают оптическое волокно при заранее заданной температуре в течение 1 - 10 ч.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что заранее заданная температура по меньшей мере на 30^oC превышает температуру T_g стеклования полимерного покрытия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к одномодовому оптическому волокну с управляемой отрицательной полной дисперсией и относительно большой эффективной площадью. В частности, одномодовое волокно имеет полную дисперсию менее -100 пс/нмкм.

Вследствие нескольких факторов наиболее предпочтительным для систем связи, содержащих оптические волокна, является диапазон длин волн от 1500 нм до 1600 нм. Этими факторами являются:

наличие надежных лазеров в окне длин волн около 1550 нм;

создание усилителя на оптических волокнах, имеющего оптимальную форму коэффициента усиления в диапазоне длин волн от 1530 нм до 1570 нм;

наличие систем мультиплексирования со спектральным разделением сигнала в этом диапазоне длин волн и

наличие оптических волокон, имеющих низкую дисперсию и одновременно очень малое затухание в этом диапазоне длин волн.

Эти технические достижения обусловили создание многоканальных систем связи с очень высокой скоростью передачи информации, которые характеризуются большими расстояниями между станциями, где происходит регенерация сигнала.

Однако многие системы связи установлены еще до таких достижений техники, которые сделали рабочее окно с длиной волны 1550 нм наиболее предпочтительным. Эти более ранние системы были разработаны прежде всего для использования в диапазоне длин волн с центром вблизи 1310 нм. Эти разработки включают лазеры, которые работают на длинах волн около 1310 нм, и оптические волноводы, которые имеют длину волны, соответствующую нулевой дисперсии, в районе 1310 нм. В таких системах оптическое волокно действительно имеет локальный минимум затухания вблизи 1310 нм, однако теоретический минимум на длине волны 1550 нм приблизительно в два раза ниже минимума на длине волны 1310 нм.

Была разработана стратегия, обеспечивающая совместимость этих более старых систем с новыми лазерами, усилителями и мультиплексорами. Как описано в патенте США N 5361319 и содержащихся там ссылках, существенным элементом этой стратегии должно стать преодоление относительно высокой полной дисперсии за счет вставки в каждую волоконно-оптическую линию связи некоторого участка оптического волокна, который компенсирует полную дисперсию этой линии связи на длине волны 1550 нм. Термин "линия связи", используемый здесь, означает оптическое волокно некоторой длины, которое перекрывает расстояние между источником сигнала, то есть передатчиком или регенератором сигнала, и приемником или другим регенератором сигнала.

В патенте США N 5361319 описывается оптическое волокно с компенсацией дисперсии, имеющее профиль показателя преломления сердцевины, который обеспечивает дисперсию приблизительно -20 пс/нмкм на длине волны 1550 нм. Общепринятое соглашение о знаке дисперсии состоит в том, что дисперсия в волноводе считается положительной, если свет с более короткой длиной волны имеет большую скорость распространения в волноводе. Поскольку дисперсия на длине волны приблизительно 1550 нм в оптическом волокне, имеющем длину волны нулевой дисперсии, близкую к 1310 нм, приблизительно равна 15 пс/нмкм, то требуемая длина оптического волокна для полной компенсации полной дисперсии на длине волны 1550 нм составляет 0,75 от исходной длины линии связи. Так, например, волоконно-оптическая линия связи длиной 50 км имеет полную дисперсию на длине волны 1550 нм, равную 15 пс/нмкм х 50 км = 750 пс/нм. Для эффективной компенсации этой дисперсии требуется компенсирующее оптическое волокно длиной 750 пс/км : 20 пс/нмкм = 32,5 км.

Дополнительное затухание, вносимое в линию связи оптическим волокном, компенсирующим дисперсию, должно быть устранено за счет оптического усилителя. Введение дополнительных электронных устройств регенерации сигнала в линию связи приводит к возрастанию стоимости системы. Кроме того, стоимость оптического волокна, компенсирующего дисперсию, составляет существенную часть общей стоимости оптического волокна. Длинные оптические волокна, компенсирующие дисперсию, должны быть заключены в модуль, устойчивый к воздействиям окружающей среды, что может потребовать много места.

Поскольку оптическое волокно, компенсирующее дисперсию, обычно имеет большее количество легирующей примеси, изменяющей показатель преломления в области сердцевины, то обычно имеет место большее затухание по сравнению с затуханием стандартного оптического волокна линии связи.

Более высокий уровень сигналов, ставший возможным благодаря улучшенным лазерам и оптическим усилителям, а также мультиплексирование со спектральным разделением сигналов, увеличивает возможность того, что длина линии связи или скорость передачи данных может быть ограничена нелинейными оптическими эффектами. Влияние этих нелинейных эффектов может быть ограничено увеличением эффективной площади (A_eff) оптического волокна. Эффективная площадь равна A_eff= 2(E²r dr)²/(E⁴r dr), где интегрирование производится от 0 до , а E - электрическое поле, соответствующее распространяющейся световой волне. Искажение, обусловленное нелинейными эффектами, зависит от члена вида Pn₂/A_eff, где P - мощность сигнала, а n₂ - нелинейный показатель преломления. Таким образом, при разработке оптического волокна, компенсирующего дисперсию, нужно соблюдать осторожность и обеспечить достаточно большую эффективную площадь A_eff в компенсирующем волокне, чтобы не вносить существенных нелинейных эффектов в линию связи. Если A_eff в компенсирующем оптическом волокне меньше, чем в исходном волокне линии связи, то компенсирующее волокно может быть помещено в ту часть линии связи, где величина сигнала ниже и, таким образом, нелинейные эффекты минимальны. Кроме того, во многих линиях связи компенсирующее волокно с малой величиной A_eff составляет лишь небольшую часть полной длины линии связи и, таким образом, не вносит существенного вклада в нелинейные искажения сигнала.

Таким образом, имеется потребность в оптическом волноводе, компенсирующем дисперсию, который:

имеет длину, составляющую небольшую часть полной длины линии связи, например, менее 15%,

имеет достаточно малое затухание, чтобы устранить потребность в дополнительном усилении сигнала исключительно с целью компенсации затухания в компенсирующем дисперсию оптическом волокне, и

имеет достаточно большую эффективную площадь для такого уменьшения нелинейных дисперсионных эффектов в компенсирующем оптическом волокне, чтобы эти эффекты не являлись ограничивающим фактором.

Определения

- Эффективная площадь равна A_eff= 2(E²r dr)²/(E⁴r dr), где интегрирование производится от 0 до , а E - электрическое поле, соответствующее распространяющейся световой волне.

- Нелинейный дискриминирующий фактор определяется уравнением G_nl= n₂/A_eff(exp[D₁L₁/D_d/]-1)/, где n₂ - нелинейный показатель преломления, D₁ - дисперсия части волновода, оптимизированного для работы на длине волны 1310 нм, L₁ - длина участка, соответствующего D₁, D_d - дисперсия компенсирующего оптического волокна и - затухание в оптическом волокне, компенсирующем дисперсию. Это выражение для G_n1 получено из основного определения G_n1~n₂/A_eff (эффективная длина х выходная мощность). Эффективная длина и выходная мощность выражены через длину оптического волокна и затухание . Компенсирующее оптическое волокно введено в уравнение посредством требования D₁L₁ = D_dL_d. Фактор G_n1 является полезной величиной для оценки эффективности линии связи, поскольку он является комбинацией системных факторов, таких как структура системы, расстояние между усилителями, D_d/ и n₂/A_eff.

Сущность изобретения

Изобретение, раскрытое здесь, позволяет удовлетворить требования к оптическому волокну с улучшенной компенсацией дисперсии. Были обнаружены разновидности семейства профилей показателя преломления сердцевины, включающих несколько частей и предложенных в патенте США 4715679 и в заявке на патент США N 08/378780, которые уникально подходят для оптического волокна, компенсирующего дисперсию.

Первый аспект изобретения относится к созданию одномодового оптического волокна, имеющего центральную область стеклянной сердцевины и окружающий слой стеклянной оболочки. Область стеклянной сердцевины имеет по меньшей мере три части, каждая из которых характеризуется профилем показателя преломления, радиусом r и относительным показателем преломления %. Относительный показатель преломления равен % = [(n₁²-n_c²)/2n₁²]100, где n₁ - показатель преломления сердцевины, а n_c - показатель преломления оболочки. Если не определено иначе, n₁ равен максимальному показателю преломления в области сердцевины, характеризующейся показателем %. Радиус каждой части сердцевины измеряется от центральной оси оптического волокна до точки волокна, максимально удаленной от этой центральной оси. Профиль показателя преломления части сердцевины определяется величиной показателя преломления в точках вдоль радиуса этой части. В этом первом аспекте изобретения относительный показатель ₁% преломления соответствует первой части и является положительным, а относительный показатель % преломления по меньшей мере одной, другой части, является отрицательным. Радиусы и относительные показатели % преломления частей выбраны так, чтобы полная дисперсия на длине волны 1550 нм была отрицательной и не превышала -150 пс/нмкм.

В одном из вариантов выполнения этого первого аспекта изобретения область стеклянной сердцевины имеет три части и для второй части относительный показатель % преломления отрицателен. В предпочтительном варианте выполнения изобретения имеются соответствующие части, идущие, начиная с первой, в направлении внешней части волокна, причем радиусы соответствующих частей лежат в диапазонах приблизительно от 1 до 1,5 мкм, от 5,5 до 6,5 мкм и от 8 до 9,5 мкм, относительные показатели % преломления лежат в диапазонах приблизительно от 1,5 до 2%, от -0,2 до -0,5% от 0,2 до 0,5%, а эффективная площадь _eff на длине волны 1550 нм составляет не меньше, чем приблизительно 30 мкм². Достижимыми являются эффективные площади, превышающие 60 мкм².

В другом варианте выполнения этого первого аспекта изобретения, область стеклянной сердцевины имеет четыре части, причем вторая и четвертая части имеют отрицательный %. В предпочтительном варианте выполнения изобретения имеются соответствующие части, идущие, начиная с центральной, в направлении внешней части волокна, причем радиусы соответствующих частей лежат в диапазонах приблизительно от 1 до 2 мкм, от 6 до 8 мкм, от 9 до 11 мкм и от 13 до 17 мкм. Относительные показатели % преломления лежат в диапазонах приблизительно от 1 до 2%, от -0,2 до -0,8%, от 0,4 до 0,6% и от -0,2 до -0,8%. Эти предпочтительные профили сердцевины обеспечивают на длине волны 1550 нм площадь A_eff не менее 30 мкм². Крутизна дисперсии от 2 до 15 пс/нмкм, обусловленная этими профилями сердцевины, является приемлемо малой.

В другом варианте этого аспекта изобретения область стеклянной сердцевины имеет четыре части, от 1 до 4, начиная от центра оптического волокна. Соответствующие относительные показатели преломления частей подчиняются следующему соотношению ₁%>₃%>₄%>₂%, где значение ₂% отрицательно. Соответствующие относительные показатели % лежат в диапазонах от 1,5 до 2% для ₁%, от -0,2 до -0,45% для ₂%, от 0,25 до 0,45% для ₃%, и от 0,05 до 0,25% для ₄%, а радиусы, соответствующие этим %, находятся в диапазонах приблизительно от 0,75 до 1,5 мкм для r₁, от 4,5 до 5,5 мкм для r₂, от 7 до 8 мкм для r₃ и от 9 до 12 мкм для r₄. В этом варианте выполнения изобретения крутизна полной дисперсии отрицательна для компенсации положительной крутизны дисперсии в исходной линии связи, работающей в окне длин волн 1310 нм. Обычно отрицательная крутизна полной дисперсии находится в диапазоне приблизительно от -0,1 до -5,0 пс/нм²км.

Второй аспект изобретения относится к созданию одномодовой волоконно-оптической линии связи, выполненной из первого участка одномодового оптического волокна, предназначенного для работы в окне длин волн 1310 нм, и участка оптического волокна, компенсирующего дисперсию в одномодовом оптическом волокне. Длину участка, компенсирующего дисперсию, и произведение полной дисперсии на длину на длине волны 1550 нм выбирают так, чтобы после алгебраического сложения с произведением дисперсии на длину в первом участке оптического волокна получить заранее заданную величину полной дисперсии в линии связи. Предпочтительно, заранее заданная величина может быть выбрана равной нулю на длине волны 1550 нм для обеспечения наименьшей полной дисперсии в этом окне. Если ожидаемой проблемой при работе на длине волны 1550 нм является четырехволновое смешивание или фазовая автомодуляция, то полную дисперсию на этой длине волны выбирают равной небольшому положительному значению.

Затухание в оптическом волокне, компенсирующем дисперсию, поддерживается настолько малым, чтобы это затухание не ограничивало скорость передачи данных в линии связи. Кроме того, площадь A_eff должна быть достаточно большой, по меньшей мере 30 мкм², чтобы оптическое волокно, компенсирующее дисперсию, не вносило существенных нелинейных дисперсионных эффектов. Отношение полной дисперсии компенсирующего оптического волокна и затухания, а также A_eff, объединены в функцию, которая представляет собой дискриминирующий фактор, обозначаемый в этой области техники как G_n1 и определенный выше, который является мерой качества компенсирующего оптического волокна в отношении нелинейных дисперсионных эффектов.

Вариант выполнения этого аспекта изобретения включает оптическое волокно, компенсирующее дисперсию, которое имеет полную дисперсию D_d, не превышающую -150 пс/нмкм, A_eff30 мкм² и величину D_d/150 пс/нмдБ. В предпочтительном варианте выполнения изобретения величина D_d/250 пс/нмдБ. Поскольку полная дисперсия компенсирующего волокна является большой отрицательной величиной, то длина компенсирующего волокна, необходимая для достижения заранее заданной полной дисперсии в линии связи, обычно меньше, чем 15% длины этой линии связи, и может быть менее 5% длины этой линии связи.

Третий аспект изобретения относится к способу изготовления одномодового оптического волокна, которое на длине волны 1550 нм компенсирует дисперсию в линии связи, первоначально предназначенной для работы в окне длин волн 1310 нм. Заготовка для вытягивания, содержащая центральную область стеклянной сердцевины и окружающий ее слой стеклянной оболочки, где область стеклянной сердцевины обладает свойствами, описанными выше для первого аспекта изобретения, может быть выполнена любым из нескольких известных способов. Они включают внутреннее и внешнее химическое осаждение из паровой фазы, аксиальное химическое осаждение из паровой фазы и любую известную модификацию этих способов. Области сердцевины, имеющие положительный относительный показатель преломления, могут быть выполнены с использованием легирующей примеси, например диоксида германия, в структуре кварцевого стекла. Области сердцевины с отрицательным относительным показателем преломления могут быть изготовлены с использованием легирующей примеси типа фтора.

Было обнаружено, что натяжение при вытягивании более приблизительно 100 граммов дает лучшее отношение полной дисперсии к затуханию, чем в аналогичных оптических волокнах, полученных при меньшем натяжении. Для ограничения потерь из-за изгибов предпочтителен внешний диаметр более приблизительно 125 мкм. Верхний предел внешнего диаметра обусловлен практическими ограничениями, например стоимостью и требуемым размером кабеля. Практический верхний предел составляет приблизительно 170 мкм.

Для ограничения затухания, обусловленного остаточным напряжением в покрытии, оптическое волокно с покрытием может быть свободно намотано на катушку и подвергнуто тепловой обработке. Для наиболее эффективного снятия напряжения размер катушки должен быть больше, чем приблизительно 45 см. Натяжение оптического волокна при намотке его на катушку меньше приблизительно 20 граммов. Предпочтительным способом намотки является тот, при котором оптическому волокну перед намоткой на катушку позволяют принять форму провисающей нити.

Было обнаружено, что тепловая обработка при температуре по меньшей мере на 30^oC выше, чем температура стеклования T_g полимерного покрытия, и длительностью от 1 до 10 часов является эффективной для уменьшения остаточных напряжений в покрытиях тех типов и толщин, которые использовались при испытаниях. Было обнаружено, что время выдержки приблизительно 5 часов является эффективным для акрилатового покрытия, обработанного ультрафиолетовым облучением, толщиной приблизительно 60 мкм, которое использовалось для изготовления оптического волокна, описанного здесь.

Понятно, что упомянутый здесь способ температурной обработки включает такие температурные и временные пределы, которые соответствуют любому типу и толщине полимера, подходящего для покрытия оптического волокна при его изготовлении.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан общий вид нового профиля показателя преломления области сердцевины,

на фиг. 2 показан вариант выполнения нового профиля показателя преломления области сердцевины,

на фиг. 3 показаны результаты измерения заготовки для вытягивания, в которой используется новый профиль сердцевины,

на фиг. 4a показано семейство кривых, которые связывают дискриминирующий фактор с отношением полной дисперсии к затуханию,

на фиг. 4b показана зависимость потерь в системе, обусловленных компенсирующим оптическим волокном, от отношения полной дисперсии к затуханию.

Подробное описание изобретения

Хорошее соответствие оптических волокон с сердцевиной, включающей несколько частей, специфическим требованиям системы связи обусловлено гибкостью, которую обеспечивает концепция разделения сердцевины на части. Число частей сердцевины ограничено только диаметром сердцевины и самой узкой частью сердцевины, какая может повлиять на распространение света в оптическом волокне. Кроме того известно, что ширина, размещение, профиль показателя преломления и относительное местоположение частей сердцевины, например относительно продольной центральной оси оптического волокна, влияет на свойства оптического волокна с сердцевиной, состоящей из нескольких частей. Большое количество перестановок и комбинаций частей обуславливает гибкость конструкции с такой сердцевиной.

Проблема, решаемая в соответствии с настоящим изобретением, заключается в модернизации системы связи, разработанной для работы в окне длин волн 1310 нм, для ее использования в окне длин волн 1550 нм без коренной реконструкции всей системы. Решением этой проблемы является использование оптического волокна, компенсирующего дисперсию, которое может быть легко введено в линию связи и которое характеризуется полной дисперсией, затуханием и эффективной площадью A_eff, обеспечивающими высокую скорость передачи данных в рабочем окне с длиной волны 1550 нм. В частности, компенсирующее оптическое волокно должно иметь дисперсию, которая по существу компенсирует дисперсию на длине волны 1550 нм в линии связи, предназначенной для работы на длине волны 1310 нм. Компенсирующее оптическое волокно должно иметь достаточно низкое затухание, чтобы позволить ввести это волокно в линию связи без необходимости применения регенерации сигнала. В некотором случае может потребоваться оптическое усиление сигнала. Площадь A_eff в компенсирующем оптическом волокне должна быть достаточно большой, чтобы компенсирующее оптическое волокно не стало компонентом, ограничивающим скорость передачи данных из-за нелинейных эффектов.

Общий вид профиля показателя преломления области сердцевины, который отвечает этим требованиям, показан на фиг. 1. На иллюстрации показаны четыре части 2, 4, 6 и 5. В одном варианте выполнения изобретения показатель преломления части 8 равен показателю преломления оболочки 10, так что область стеклянной сердцевины имеет три части. Изобретение не ограничено тремя или четырьмя частями профиля показателя преломления сердцевины. Однако с точки зрения стоимости производства предпочтительным является простейший профиль, который отвечает требованиям системы.

Штриховые линии 7 указывают на изменения, которые могут быть сделаны в профилях показателя преломления частей без существенного изменения свойств оптического волокна. Углы профиля могут быть скруглены. Форма центральной части профиля может быть, например, треугольной или параболической. Только одна часть обязательно должна иметь отрицательный %. Другими словами, показатель , ширина в основаниях и внешние радиусы частей являются более важными факторами, определяющими характеристики оптического волокна, чем малые изменения профиля или возмущения.

В табл. 1 показаны результаты компьютерного моделирования для оценки чувствительности свойств оптического волокна к размещению частей сердцевины и их %. Профили показателя преломления от 1 до 5 соответствуют профилям показателя преломления области сердцевины из четырех частей, как на фиг. 1. Профиль 6 показателя преломления соответствует профилю из трех частей, который имеет все элементы, изображенные на фиг. 1, кроме последней части 8.

Некоторые преимущества конструкции видны из табл. 1, а именно:

- для всех изученных профилей показателя преломления очень большие отрицательные дисперсии могут быть достигнуты одновременно с большим значением площади A_eff,

- длина волны отсечки относительно нечувствительна к изменению параметров частей,

- уменьшение радиуса части 2 эффективно для уменьшения крутизны полной дисперсии и

- сердцевина из трех частей может отвечать требованиям многих системных конфигураций.

Отметим также, что можно достичь уменьшения крутизны полной дисперсии, если системе требуется меньшая величина отрицательной полной дисперсии.

Вариант выполнения нового профиля, иллюстрируемый на фиг. 2, также содержит четыре части 12, 14, 16 и 18 области стеклянной сердцевины. Слой стеклянной оболочки показан как структура 20. Главные признаки этой конструкции таковы: показатель преломления центральной части является высоким по сравнению с конструкцией, показанной на фиг. 1, имеется только одна часть с отрицательным относительным показателем 14 преломления и радиусы частей 14, 16 и 18 уменьшены по сравнению с конструкцией, показанной на фиг. 1. Одним из следствий перемещения частей ближе к оси оптического волокна является уменьшение A_eff.

Профиль 21 показателя преломления области стеклянной сердцевины соответствует изображенному на фиг. 2. Профили 22 и 23 показателя преломления подобны тем, которые иллюстрируются на фиг. 2, за исключением того, что для этих двух случаев % части 18 равно нулю. В табл. 2 приводятся результаты компьютерного моделирования для оценки свойств профилей показателя преломления в области сердцевины, которые обусловливают отрицательную крутизну полной дисперсии в оптическом волокне, компенсирующем дисперсию. Отрицательная крутизна полной дисперсии в компенсирующем оптическом волокне служит для компенсации по меньшей мере части положительной крутизны остальной линии связи, тем самым понижая крутизну дисперсии в линии связи на длинах волн в рабочем окне 1550 нм. Данные в табл. 2 указывают, что при достижении отрицательной крутизны дисперсии значение A_eff мало. Таким образом, эта конструкция компенсирующего оптического волокна должна использоваться в случаях, когда требуется только короткое компенсирующее оптическое волокно или нелинейные дисперсионные эффекты не важны, например для участков линии связи, в которых плотность энергии сигнала мала.

Пример. Профиль из трех частей с большим отношением D_d/.

Заготовка для оптического волокна была выполнена с тремя частями профиля показателя преломления в области стеклянной сердцевины, как показано на фиг. 3. Центральная часть 22 имела %, равный 1,83%. Часть 24 имела отрицательный %, равный -0,32%. Часть 26 имела относительный показатель преломления 0,32%. Радиусы частей в миллиметрах можно определить по горизонтальной оси и преобразовать в эквивалентные размеры оптического волокна, используя то, что окончательный внешний диаметр оптического волокна равен 155 мкм. Тянущее усилие в среднем составляло 20 граммов. Полученное оптическое волокно было свободно намотано на катушку диаметром 46 мм и подвергнуто отжигу при температуре 50^oC в течение приблизительно 10 часов.

Полная дисперсия была равна -214 пс/нмкм, а затухание составляло 0,6 дБ/км, что дает отношение D_d/, равное 356 пс/нмдБ. Эффективная площадь составила 50 мкм². Преимуществом является то, что крутизна дисперсии для волноводов, имеющих эту конфигурацию сердцевины, лежала в диапазоне от -2 до +2 пс/нм²км.

На фиг. 4a нелинейный дискриминирующий фактор G_n1, определенный выше, показан в зависимости от D_d/. Полученное в результате семейство 32 кривых позволяет легко предсказать работу системы при заданном отношении D_d/. Возвращаясь к описанному выше уравнению для G_n1, понятно, что G_n1 становится малым при возрастании D_d/. Таким образом, работа оптического волокна с точки зрения системы может быть оценена на основании отношения D_d/. Кроме того, с помощью графика на фиг. 4a легко найти компромисс между дисперсией и затуханием. Например, если конкретная система может работать только при меньшем G_n1, чем приблизительно 30, то дисперсия компенсирующего оптического волокна может изменяться между -150 и -400 пс/нмкм при изменении затухания между 0,29 дБ/км и 3,2 дБ/км.

Для оценки работы оптического волокна, компенсирующего дисперсию, также может быть использована диаграмма, показанная на фиг. 4b. По оси Y отложены полные потери, вносимые в линию связи оптическим волокном, компенсирующим дисперсию. По оси X отложено отношение D_d/. Кривая 34 построена в предположении, что исходная система, предназначенная для работы в окне длин волн 1310 нм, имеет длину 100 км и дисперсию на длине волны 1550 нм, равную 17 пс/нмкм. Резкое уменьшение вносимых потерь при увеличении D_d/ иллюстрирует важность этого отношения для оценки работы оптического волокна, компенсирующего дисперсию.

Хотя выше были раскрыты и описаны конкретные варианты выполнения изобретения, объем изобретения ограничен только следующей формулой изобретения.