專利名稱：寬帶色散補償光纖、其制造方法及寬帶色散補償模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及寬帶色散補償光纖、其制造方法及寬帶色散補償模塊。特別適用于對 1530nm 1625nm (C+L波段)通信波段的色散補償，具備較高的品質因數(FOM)和 較寬波段的色散補償能力，而且具備二階色散補償能力。
背景技術：
隨著網絡技術的應用日益廣泛，人們對寬帶傳輸的需求迅速增長，因此，光通信系 統(tǒng)需要不斷增大傳輸距離、傳輸容量和提高傳輸速率。光纖通信的傳輸速率從最初的兆 比特/秒(Mbps) ， 2.5G比特/秒(Gbps)到10 G比特/秒,現在高達40 G比特/秒，甚至 160G比特/秒。但是，常規(guī)單模光纖(G.652)由于在1530nm-1625nm (C+L波段)通信 波段內具有11-21ps/nnrkm的正色散，非零色散位移光纖(G.655)在C波段內具有 l-10ps/nnvkm的正色散。通信數據傳輸一段距離后，系統(tǒng)的累積色散不斷增加，導致傳 輸信號的波形畸變，造成信號的失真。
為了減小通信鏈路累積色散對通信系統(tǒng)傳輸性能的影響，目前，國際上采用色散補 償技術來改善鏈路色散，包括色散補償技術、光纖光柵色散補償技術、電子色散補償技 術等，其中采用負色散光纖進行色散補償的技術最方便有效，而且成本低。
要對G.652或G.655光纖鏈路累積正色散進行補償，就必須具備與其色散特性相反 的光纖來進行色散補償。該色散補償光纖需要具備較大的負色散和合適的負色散斜率。 同時，作為通信鏈路上的一種補償器件，色散補償光纖必須做成一種色散補償模塊，該 色散補償模塊必須具備較高的品質因數，較低的插入損耗，以及在線補償的方便實用性 與穩(wěn)定性。
可見，色散補償光纖是適應市場發(fā)展需求而產生的，具備廣泛的應用前景。因此， 各國都在研究開發(fā)適合市場發(fā)展需求的色散補償光纖與色散補償模塊。美國專利 US6757468B2闡述了一種C+L波段(1530nm-1625nm)色散補償光纖，該光纖采用外部 氣相沉積工藝(OVD)制備，雖然1550nm色散可以達到-130ps/nnvkm，但是該光纖截止 波長位于1660nm 1760nm之間，光纖彎曲損耗較大，會影響光纖器件的工作穩(wěn)定性。
美國專利US7197219B2描述了一種簡單W形折射率剖面的色散補償光纖制作的色散補 償模塊，其色散補償光纖在1520nm-1570nm范圍內的色散為-70 -140 ps/nnrkm，負色 散絕對值不夠大，而且但是該專利沒有涉及色散補償光纖的衰減、品質因數、模塊的插 入損耗等重要指標，不能全面評價色散補償光纖及其模塊的性能。美國專利US7194171B2 專利描述了一種色散補償光纖，其1550nm波長的色散為-82 -29ps/nnvkm，負色散值太小，不能很好地滿足應用需求。中國專利CN1629667A描述了一種W形色散補償光纖及其模塊，但是該專利沒有涉及品質因數和插入損耗等關鍵指標，也不能夠全面評價該色散補償光纖及其模塊的性能。
為了解決上述色散補償光纖的不足，滿足高速大容量長途傳輸通信系統(tǒng)的鏈路色散要求，需要提供寬帶色散補償光纖和寬帶色散補償模塊，寬帶色散補償模塊能夠實現C+L 波段的寬帶色散補償，滿足高速密集波分通信系統(tǒng)的色散管理需求。
本發(fā)明涉及的定義
沉積光纖原材料在一定的環(huán)境下發(fā)生化學反應生成摻雜的石英玻璃的工藝過程；
熔縮將沉積后的空心玻璃管在一定的熱源下逐漸燒成實心玻璃棒的工藝過程；
套管滿足一定截面積和尺寸均勻性的高純石英玻璃管；
基管用于沉積的高純石英玻璃管；
折射率剖面(RIP):光纖或光纖預制棒(包括光纖芯棒)的折射率與其半徑之間的關系曲線；
絕對折射率差(δn):光纖預制棒中各個部分的折射率與純石英玻璃折射率的差；
相對折射率(△%) : <formula>complex formula see original document page 5</formula>其中ni為第i層光纖材料的折射率，n0為純石英聯(lián)璃的折射率。
折射率剖面分布參數(a):n(r)=n1[1-2△(r/a)a]0.5，其中n(r)為半徑為r處的折射率，a為光纖(或芯棒)半徑，nl為光纖(或芯棒)芯區(qū)中的最大折射率，a即為折 射率剖面分布參數；
有效面積<formula>complex formula see original document page 5</formula>其中，E為與傳播有關的電場，r為光纖半徑；
總色散光纖波導色散與材料色散的代數和；
色散斜率色散對波長的依賴性；
相對色散斜率(RDS):某一波長下的色散斜率除以該波長下的色散值；
相對色散某一波長下的色散除以該波長下的色散斜率，稱為Kappa，簡寫為K， 也稱為DOS;
品質因數(FOM):某一波長下的色散與該波長下的衰減的商的絕對值，它是衡量 色散補償光纖綜合性能關鍵指標；
色散補償率色散補償光纖的相對色散與被補償光纖的相對色散的比率；
插入損耗指色散補償模塊插入光纖鏈路引入的附加損耗，它包括接頭損耗和色散 補償光纖的衰減。
PMD:光纖的偏振模色散；
PCVD:等離子化學氣相沉積；
MCVD:改進的化學氣相沉積；
OVD:外部氣相沉積；
VAD:軸向氣相沉積。
發(fā)明內容
本發(fā)明第一個目的在于提供一種寬帶色散補償光纖。
本發(fā)明第二個目的在于提供該寬帶色散補償光纖的制造方法。
本發(fā)明第三個目的在于提供由該寬帶色散補償光纖構成的寬帶色散補償模塊。
本發(fā)明提供的一種寬帶色散補償光纖，由芯層和圍繞芯層的包層組成，該光纖的芯 層包括有四個同心的纖芯分層，第一纖芯分層的相對折射率Ab^的變化范圍為1.2% 2.2%;第二纖芯分層的相對折射率&%從負變化到正，其變化范圍為-0.8% 2.2%;第 三纖芯分層的相對折射率Ae^的變化范圍為-0.4X -0.8^;第四纖芯分層的相對折射率 Af^的變化范圍為0.2% 0.5%，四個纖芯分層的半徑范圍從第一纖芯分層開始向外分別 為0.4 0.9微米，1.4 1.9微米，4.6 5.6微米，6.6 8.2微米，圍繞芯層的包層g為純 二氧化硅玻璃層或部分摻雜氟利昂的石英玻璃層。
本發(fā)明提供的寬帶色散補償光纖的第一纖芯分層與第二纖芯分層半徑的比例在 0.28 0.49之間。
本發(fā)明提供的寬帶色散補償光纖的第三纖芯分層與第二纖芯分層半徑的比例在 2.95 3.29之間。
本發(fā)明提供的寬帶色散補償光纖的第四纖芯分層與第二纖芯分層半徑的比例在 4.10 4.70之間。
本發(fā)明提供的寬帶色散補償光纖的第二纖芯分層采用折射率剖面參數"使折射率光 滑變化，折射率剖面參數"的變化范圍為1="=3。
本發(fā)明提供的寬帶色散補償光纖在1530nm 1625nm (C+L波段)波長范圍內色散 系數為-120 -227ps/nnvkm,色散斜率為負值，衰減系數小于0.5dB/km。
本發(fā)明提供的寬帶色散補償光纖在1530nm 1625nm (C+L波段)波長范圍內色散 系數為-130 -200ps/nnvkm，色散斜率為負值，衰減系數小于0.5dB/km。
本發(fā)明提供的寬帶色散補償光纖在1550nm波長處的色散系數為-150 ps/nnrkm，色 散斜率為-0.4 -1.0ps/nm2'km，相對色散Kappa=230nm，色散補償率為100%±20%，衰
減系數小于0.40dB/km，品質因數FOM=280ps/nm/dB， PMD小于0.30ps/^ 。
本發(fā)明提供的寬帶色散補償光纖在1550nm波長處的色散系數為-150 ps/nnvkm，色 散斜率為-0.4 -1.0ps/nm2'km，相對色散Kappa=260nm，色散補償率為100%±10%，衰
減系數小于0.40dB/km，品質因數FOM=350ps/nm/dB， PMD小于0.06 ps/^ 。
本發(fā)明提供的寬帶色散補償光纖在1625nm波長處直徑30mm的彎曲損耗小于 10dB/m。
本發(fā)明提供的一種寬帶色散補償光纖的制造方法，采用PCVD工藝在空心石英基管 內壁沉積摻雜石英的玻璃層；然后，按照熔縮工藝將沉積后的空心石英基管熔縮成實心 的石英玻璃芯棒；在拉棒車床上將該芯棒拉細，然后套在石英玻璃套管中，最后在拉絲 塔上拉絲成光纖。
本發(fā)明提供的一種寬帶色散補償模塊，該模塊采用本發(fā)明提供的寬帶色散補償光纖， 將寬帶色散補償光纖纏繞在直徑小于或等于10cm的圓柱體巻盤上，光纖兩端連接上待補 償的單模光纖尾纖，寬帶色散補償模塊的色散補償光纖復繞張力控制在15g 45g之間， 該寬帶色散補償模塊的插入損耗小于或等于4.0dB。
本發(fā)明獲得的有益效果為
(1)采用等離子體化學氣相沉積(PCVD)工藝技術制造出一種能夠在C波段 (1530nm 1565nm) 、 L波段(1565nm 1625nm)或C+L波段(1530nm 1625nm) 具備絕對值較大的負色散和色散斜率適當的寬帶色散補償光纖，該光纖具有較高的品質因數(FOM)，較低的彎曲損耗；
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(2) 本發(fā)明的寬帶色散補償模塊具有較高的色散補償率(100%±10%)，以及較低 的插入損耗，有助于通信系統(tǒng)鏈路累積正色散的補償，提高通信系統(tǒng)的傳輸速率與容量；
(3) 本發(fā)明采用折射率剖面參數"進行折射率的光滑變化，該方法可以避免折射率 的巨大突變造成較大的內應力，從而減小光纖的衰減，降低光纖的偏振模色散；同時， 折射率剖面參數"的變化，可以方便的調整色散補償光纖的色散特性；
(4) 本發(fā)明寬帶色散補償光纖的芯棒經過拉細后再套管的工藝過程，該過程有利 于降低預制棒內的雜質含量，減少預制棒中的缺陷造成的損耗，改善光纖的PMD;
(5) 本發(fā)明提供的寬帶色散補償光纖的復繞張力被控制在15g 45g之間，該張力 使寬帶色散補償光纖能夠規(guī)律排列，但是又不受任何側面壓力，有利于降低寬帶色散補 償模塊的插入損耗與PMD，以免該模塊在使用過程中的傳輸損耗增加或PMD惡化；
(6) 本發(fā)明提供的寬帶色散補償光纖及寬帶色散補償模塊，補償光通信鏈路的累積 正色散，從而提高通信系統(tǒng)的傳輸速率與傳輸容量。具有實際應用意義，具有較好的經 濟效益和應用前景。
圖1是本發(fā)明第一個實施例的寬帶色散補償光纖折射率剖面結構分布圖2是本發(fā)明第一個實施例的寬帶色散補償光纖的色散曲線；
圖3是本發(fā)明第一個實施例的寬帶色散補償光纖的色散斜率曲線；
圖4為本發(fā)明第一個實施例的寬帶色散補償光纖的衰減譜；
圖5為本發(fā)明寬帶色散補償光纖模塊的示意圖。
具體實施例方式
在第一實施例中，采用PCVD光纖預制棒制造工藝，在空心石英基管內壁沉積摻雜 石英的玻璃層；然后，按照熔縮工藝將沉積后的空心石英基管熔縮成實心的石英玻璃芯 棒，該芯棒的直徑為26mm，在拉棒車床上將該芯棒經過拉細后再放入一定尺寸的大套 管中，然后在拉絲塔上拉絲成為U5微米外直徑的色散補償光纖。制造出如圖1所示的 寬帶色散補償光纖。該光纖包括四個纖芯分層，各纖芯分層的相對折射率差AX由第一 纖芯分層向外分別為2.10%， -0.46% 2.10%， -0.46%, 0.29%。其中第二纖芯分層的 折射率剖面參數"為1.6。該光纖的四個纖芯分層的半徑由第一纖芯分層開始向外分別 為0.79微米，1.63微米，4.89微米及6.87微米。
制造工藝采用了先拉細芯棒再套管的技術手段，有利于降低預制棒內的雜質含量，減少預制棒中的缺陷造成的損耗，改善光纖的偏振模色散。該光纖的色散測試曲線如圖2 所示，色散斜率曲線如圖3所示。該寬帶色散補償光纖在在1550nm波長處的色散達到 -146.5ps/nm，km，色散斜率為-0.66ps/nm2，km。該寬帶色散補償光纖在的衰減譜測試如圖 4所示，1550nm波長處的衰減為0.379dB/km，品質因數FOM為386.5ps/nm/dB，相對色 散Kappa為221.96nm，色散補償率為81 %左右。彎曲直徑30mm情況下，1625nm的彎
曲損耗為6dB/m。該寬帶色散補償光纖在1550nm波長處的PMD為0.07ps/^，模場 直徑為4.96微米，截止波長1410nm。將該4km長的寬帶色散補償光纖i以40g的復繞 張力盤繞在直徑為100mm的圓柱體巻盤h上，然后兩端熔接上通信單模光纖尾纖j，并 安裝上光纖活動連接器m，最后將其固定在色散補償光纖盒n中，形成如圖5所示的寬 帶色散補償模塊，該模塊的插入損耗為3.26dB。
在第二實施例中，采用PCVD光纖預制棒制造工藝，在空心石英基管內壁沉積摻雜 石英的玻璃層；然后，按照熔縮工藝將沉積后的空心石英基管熔縮成實心的石英玻璃芯 棒，該芯棒的直徑為26.6mm，在拉棒車床上將該芯棒經過拉細后再放入一定尺寸的大套 管中，然后在拉絲塔上拉絲成為115微米外直徑的色散補償光纖。該光纖包括四個纖芯 分層，各纖芯分層的相對折射率差AX由第一纖芯分層向外分別為1.80%，-0.41 % 1.80 %， -0.41%， 0.25%。其中第二纖芯分層的折射率剖面參數"為1.8。該光纖的四個纖芯 分層的半徑由第一纖芯分層開始向外分別為0.89微米，1.86微米，5.49微米及8.17微 米。
制造工藝采用了先拉細芯棒再套管的技術手段，有利于降低預制棒內的雜質含量， 減少預制棒中的缺陷造成的損耗，改善光纖的偏振模色散。該寬帶色散補償光纖在 1550nm波長處的色散達到-126.5ps/nnrkm，色散斜率為-0.496ps/nm2'km。在1550nm波 長的衰減為0.366dB/km，品質因數FOM為345.6ps/nm/dB，相對色散Kappa為255.4nm， 色散補償率為90%左右。彎曲直徑30mm情況下，1625nm波長處的彎曲損耗為9dB/m。
該寬帶色散補償光纖在1550nm的PMD為0.09ps/^，模場直徑為5.36微米，截止波 長1360nm。將該4km長的寬帶色散補償光纖i以35g的復繞張力盤繞在直徑為80mm的 圓柱體巻盤h上，然后兩端熔接上通信單模光纖尾纖j，并安裝上光纖活動連接器m，最 后將其固定在色散補償光纖盒n中，形成如圖5所示的寬帶色散補償模塊，該模塊的插 入損耗為3.57dB。
在第三實施例中，采用PCVD光纖預制棒制造工藝，在空心石英基管內壁沉積摻雜石英的玻璃層；然后，按照熔縮工藝將沉積后的空心石英基管熔縮成實心的石英玻璃芯 棒，該芯棒的直徑為26.0mm，在拉棒車床上將該芯棒經過拉細后再放入一定尺寸的大套 管中，然后在拉絲塔上拉絲成為115微米外直徑的色散補償光纖。。該光纖包括四個纖 芯分層，各纖芯分層的相對折射率差AX由第一纖芯分層向外分別為1.76%， -0.56% 1.76%， -0.56%, 0.26%。其中第二纖芯分層的折射率剖面參數"為1.2。該光纖的四個 纖芯分層的半徑由第一纖芯分層開始向外分別為0.66微米，1.56微米，4.86微米及6.38 微米。
制造工藝采用了先拉細芯棒再套管的技術手段，有利于降低預制棒內的雜質含量， 減少預制棒中的缺陷造成的損耗，改善光纖的偏振模色散。該寬帶色散補償光纖在 1550nm波長處的色散達至ij-136.7ps/nm .km，色散斜率為-0.526ps/腿2'km。在1550nm波 長處的衰減為0.396dB/km，品質因數FOM為345.2ps/nm/dB，相對色散Kappa為259.9nm， 色散補償率為93X左右。彎曲直徑30mm情況下，1625nm波長處的彎曲損耗為8.6dB/m。
該寬帶色散補償光纖在1550nm波長的PMD為0.28ps/V^ ，模場直徑為5.28微米，截 止波長1306nm。將該4km長的寬帶色散補償光纖i以35g的復繞張力盤繞在直徑為80mm 的圓柱體巻盤h上，然后兩端熔接上通信單模光纖尾纖j，并安裝上光纖活動連接器m， 最后將其固定在色散補償光纖盒n中，形成如圖5所示的寬帶色散補償模塊，該模塊的 插入損耗為3.36dB。
在第四實施例中，采用PCVD光纖預制棒制造工藝，在空心石英基管內壁沉積摻雜 石英的玻璃層；然后，按照熔縮工藝將沉積后的空心石英基管熔縮成實心的石英玻璃芯 棒，該芯棒的直徑為26.2mm，在拉棒車床上將該芯棒經過拉細后再放入一定尺寸的大套 管中，然后在拉絲塔上拉絲成為115微米外直徑的色散補償光纖。。該光纖包括四個纖 芯分層，各纖芯分層的相對折射率差AX由第一纖芯分層向外分別為1.86%， -0.46% 1.86%， -0.46%， 0.26%。其中第二纖芯分層的折射率剖面參數"為2.2。。該光纖的四 個纖芯分層的半徑由第一纖芯分層開始向外分別為0.52微米，1.46微米，4.49微米及 6.26微米。
制造工藝采用了先拉細芯棒再套管的技術手段，有利于降低預制棒內的雜質含量， 減少預制棒中的缺陷造成的損耗，改善光纖的偏振模色散。該寬帶色散補償光纖在 1550腦波長處的色散達至lj-139.6ps/nm *km，色散斜率為-0.566ps/nm2'km。在1550nm波 長處的衰減為0.376dB/km，品質因數FOM為371.2ps/nm/dB，相對色散Kappa為246.6nm，色散補償率為88﹪左右。彎曲直徑30mm情況下，1625nm波長處的彎曲損耗為8.8dB/m。該寬帶色散補償光纖在1550nm波長處的PMD為<formula>complex formula see original document page 11</formula> ,模場直徑為5.20微米， 截止波長1290nm。將該4km長的寬帶色散補償光纖i以35g的復繞張力盤繞在直徑為 80mm的圓柱體巻盤h上，然后兩端熔接上通信單模光纖尾纖j，并安裝上光纖活動連接 器m，最后將其固定在色散補償光纖盒n中，形成如圖5所示的寬帶色散補償模塊，該模塊的插入損耗為3.66dB。
上述附圖及實施實例僅僅為說明性描述，并不對本發(fā)明的保護范圍形成限制，本發(fā)明保護范圍由權利要求書所限定。
權利要求
1、一種寬帶色散補償光纖，由芯層和圍繞芯層的包層組成，其特征在于，該光纖的芯層包括有四個同心的纖芯分層，第一纖芯分層的相對折射率Δb％的變化范圍為1.2％～2.2％；第二纖芯分層的相對折射率Δc％從負變化到正，其變化范圍為-0.8％～2.2％；第三纖芯分層的相對折射率Δe％的變化范圍為-0.4％～-0.8％；第四纖芯分層的相對折射率Δf％的變化范圍為0.2％～0.5％，四個纖芯分層的半徑范圍從第一纖芯分層開始向外分別為0.4～0.9微米，1.4～1.9微米，4.6～5.6微米，6.6～8.2微米，圍繞芯層的包層g為純二氧化硅玻璃層或部分摻雜氟利昂的石英玻璃層。
2、 如權利要求1所述的寬帶色散補償光纖，其特征在于第一纖芯分層與第二纖芯分 層半徑的比例在0.28 0.49之間；第三纖芯分層與第二纖芯分層半徑的比例在2.95 3.29 之間；第四纖芯分層與第二纖芯分層半徑的比例在4.10 4.70之間。
3、 如權利要求1所述的寬帶色散補償光纖，其特征在于第二纖芯分層采用折射率剖 面參數"使折射率光滑變化，折射率剖面參數"的變化范圍為1="=3。
4、 如權利要求1所述的寬帶色散補償光纖，其特征在于寬帶色散補償光纖在 1530nm 1625nm波長范圍內色散系數為-120 -227ps/nm，km,色散斜率為負值，衰減系 數小于0.5dB/km。
5、 如權利要求1所述的寬帶色散補償光纖，其特征在于寬帶色散補償光纖在 1530nm 1625nm波長范圍內色散系數為-130 -200ps/nnvkm，色散斜率為負值，衰減系 數小于0.5dB/km。
6、 如權利要求1所述的寬帶色散補償光纖，其特征在于寬帶色散補償光纖在1550nm 波長處的色散系數為-150 ps/nnrkm，色散斜率為-0.4 -1.0 ps/nm2'km，相對色散 Kappa-230nm，色散補償率為100%±20%，衰減系數小于0.40dB/km，品質因數FOM=280ps/nm/dB， PMD小于0.30ps/V^ 。
7、 如權利要求1所述的寬帶色散補償光纖，其特征在于寬帶色散補償光纖在1550nm 波長處的色散系數為-150 ps/nnvkm，色散斜率為-0.4 -1.0 ps/nm2'km，相對色散 Kappa=260nm，色散補償率為100%±10%，衰減系數小于0.40dB/km，品質因數FOM=350ps/nm/dB， PMD小于0.06 ps/。
8、 如權利要求1所述的寬帶色散補償光纖，其特征在于寬帶色散補償光纖在1625nm 波長處直徑30mm的彎曲損耗小于10dB/m。
9、 一種如權利要求1所述的寬帶色散補償光纖的制造方法，采用PCVD工藝在空心 石英基管內壁沉積摻雜石英的玻璃層；然后，按照熔縮工藝將沉積后的空心石英基管熔 縮成實心的石英玻璃芯棒；在拉棒車床上將該芯棒拉細，然后套在石英玻璃套管中，最 后在拉絲塔上拉絲成光纖。
10、 一種寬帶色散補償模塊，其特征在于寬帶色散補償模塊中的寬帶色散補償光纖 由權利要求1所述的寬帶色散補償光纖構成，該模塊采用本發(fā)明提供的寬帶色散補償光 纖，將寬帶色散補償光纖纏繞在直徑小于或等于10cm的圓柱體巻盤上，光纖兩端連接上 待補償的單模光纖，寬帶色散補償模塊的色散補償光纖復繞張力控制在15g 45g之間， 其中，該寬帶色散補償模塊的插入損耗小于或等于4.0dB。
全文摘要
本發(fā)明涉及寬帶色散補償光纖、其制造方法及寬帶色散補償模塊，其中，寬帶色散補償光纖由芯層和圍繞芯層的包層組成，該光纖的芯層包括有四個同心的纖芯分層，每一纖芯分層具有不同的相對折射率和半徑，圍繞芯層的包層為純二氧化硅玻璃層或部分摻雜氟利昂的石英玻璃層。本發(fā)明的寬帶色散補償光纖具有較高的色散補償率和較高的品質因數，有助于通信系統(tǒng)鏈路累積正色散的補償，提高密集波分通信系統(tǒng)的傳輸速率與容量。
文檔編號G02B6/02GK101201431SQ200710179969
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權日2007年12月20日
發(fā)明者彭景剛, 李海清, 李詩愈, 李進延, 羅文勇, 蔣作文, 偉 陳, 雷道玉 申請人:烽火通信科技股份有限公司