Оптический волновод с положительной дисперсией

 

Одномодовое оптическое волокно используется в системах с высокой скоростью передачи данных и большими регенерационными участками. Волокно содержит сердцевину, состоящую из трех различных областей, характеризующихся определенными разностями показателей преломления. Радиусы областей сердцевины выбраны так, что полная дисперсия составляет 0,5-3 пс/нм·км в диапазоне длин волн 1530-1570 нм, а потери, вызываемые изгибами, составляют менее 12 дБ. Волокно ограничивает фазовую автомодуляцию и четырехволновое смешение, облегчает спектральное мультиплексирование и совместимо с оптическими усилителями. 7 з.п.ф-лы, 1 табл., 7 ил.

Изобретение относится к одномодовому оптическому волноводному волокну, в котором полная дисперсия сохраняется положительной по всей длине волокна. Обычно в данной области техники дисперсия волновода считается положительной, если сигнал с меньшей длиной волны распространяется в волноводе с большей скоростью, чем сигнал с большей длиной волны.

Вследствие высоких скоростей передачи данных и потребности в большой длине регенерационных участков в последние годы интенсифицировались исследования оптических волокон с высокими характеристиками для связи на большие расстояния с высокими скоростями передачи. Дополнительное требование заключается в том, что световодное волокно должно быть совместимым с оптическими усилителями, которые обычно имеют оптимальную характеристику усиления в диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм.

В случаях, когда пропускную способность оптического волновода увеличивают с помощью техники спектрального мультиплексирования, становятся важными и другие свойства оптического волокна. Для систем связи с высокой скоростью передачи данных, использующих технику спектрального мультиплексирования, требуются световодные волокна, имеющие крайне низкую, но не нулевую полную дисперсию, для ограничения такого явления нелинейной дисперсии, как четырехволновое смешение.

Другим нелинейным эффектом, который может создавать неприемлемую дисперсию в системах, имеющих высокую плотность мощности, то есть высокую мощность на единицу площади, является фазовая автомодуляция. Фазовая автомодуляция может быть ограничена разработкой сердцевины волновода, которая имеет большую эффективную площадь, благодаря чему уменьшается плотность мощности. Альтернативный подход заключается в управлении знаком полной дисперсии волновода таким образом, чтобы полная дисперсия волновода служила для противодействия дисперсионному влиянию фазовой автомодуляции.

Волновод, обладающий положительной дисперсией (положительная означает, что сигналы с меньшей длиной волны распространяются с большей скоростью, чем сигналы с большей длиной волны), будет создавать эффект дисперсии, противоположный влиянию фазовой автомодуляции, тем самым по существу устраняя дисперсию из-за фазовой автомодуляции.

Таким образом, имеется потребность в оптическом волноводном волокне, которое: - является одномодовым в диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм; - имеет длину волны нулевой дисперсии вне диапазона 1530-1570 нм; - имеет небольшую положительную полную дисперсию в диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм и - сохраняет обычные качества волноводов с высокими рабочими характеристиками, такие как высокая прочность, низкие потери и стойкость к потерям, вызываемым изгибами.

С точки зрения стоимости и технологии, крайне желательными свойствами являются также легкость изготовления и нечувствительность характеристик волновода к отклонениям технологического процесса.

Концепция формирования структуры сердцевины оптического волокна из областей сердцевины, имеющих различные профили показателя преломления, для обеспечения гибкости в конструировании оптического волокна полностью описана в патенте США N 4715679. Концепция составной сердцевины может быть использована для получения необычных характеристик оптического волокна, подобных описываемым здесь.

Определения Следующие определения соответствуют обычно используемым в данной области техники.

- Термины профиль показателя преломления и профиль показателя используются как синонимы.

- Радиусы областей сердцевины определяются по показателю преломления. Отдельная область начинается в той точке, где показатель преломления принимает значение, соответствующее этой области, и заканчивается в последней точке, где показатель преломления типичен для этой области. Радиус будет иметь это определение, если иное не будет оговорено в тексте.

- Диаметр заготовки сердцевины представляет собой общий размер области сердцевины до вытяжки из заготовки волноводного волокна с окончательным диаметром. Этот термин никоим образом не ограничивает изготовление нового профиля конкретным процессом изготовления волновода и не подразумевает того, что конкретный процесс превосходит другие при производстве волновода, имеющего новый профиль.

- Сокращение WDM обозначает спектральное мультиплексирование (мультиплексирование по длинам волн).

- Сокращение SPM обозначает фазовую автомодуляцию, нелинейное оптическое явление, вследствие которого сигнал, имеющий плотность мощности выше определенного уровня, будет распространяться с иной скоростью, чем сигнал с менее высоким уровнем мощности. Фазовая автомодуляция вызывает дисперсию сигнала, сравнимую с линейной отрицательной дисперсией.

- Сокращение WFM обозначает четырехволновое смешение - явление, при котором два или более сигналов в волноводе взаимодействуют, создавая сигналы с другими частотами.

- Параметр Δ_i % представляет собой меру относительной разницы показателей преломления, определяемую уравнением Δ_i % = 100 · (n_i² - n_c²)/ 2n_i², где n_i - максимальный показатель преломления в области i, если не указано иное, а n_c - показатель преломления в области оболочки. Для профилей показателя преломления, описываемых здесь, показатель преломления Δ% второй области сердцевины, то есть Δ₂ %, обозначает минимальный показатель преломления в этой области сердцевины.

- Термин α-профиль относится к профилю показателя преломления, выраженному через Δ_(r), %, согласно уравнению Δ_(r) = Δ(r₀)%(1-[(r-r₀)/(r₁-r₀)]α), где r находится в интервале r₀ ≤ r ≤ r₁; Δ определена выше;
α - показатель степени, который определяет форму профиля.

Испытание на изгиб с помощью набора штырей используется для сравнения относительной чувствительности оптических волноводных волокон к изгибам. Для выполнения этого испытания сначала измеряются потери на затухание для оптического волокна без изгибов. Затем оптическое волокно вплетается в набор штырей и затухание измеряется снова. Потери, вызываемые изгибами, представляют собой разность между двумя измеренными значениями затухания. Набор штырей является набором из десяти цилиндрических штырей, расположенных в один ряд в фиксированном вертикальном положении на плоской поверхности. Интервал между штырями составляет 5 мм, от центра до центра. Диаметр штыря равен 0,67 мм. Оптическое волокно поочередно пропускают с противоположных сторон соседних штырей, как показано на фиг.4. Во время испытания оптическое волокно подвергают натяжению, достаточному для того, чтобы оно приняло форму соответствующих частей поверхности штырей.

Было создано семейство оптических волокон, которые удовлетворяют высоким требованиям, изложенным выше. Новое оптическое волокно отличается областью сердцевины, состоящей из нескольких частей, то есть сердцевиной, имеющей по меньшей мере две различные области, каждая из которых обладает особым профилем показателя преломления, как описано в заявке на патент США N 08/323795.

Согласно первому аспекту изобретения новое оптическое волноводное волокно характеризуется сердцевиной, имеющей три области. Каждая область описывается своим максимальным показателем преломления n_i, где i = 1, 2, 3, своим радиусом r_i, измеренным от продольной оси симметрии волновода, и своей разностью показателей преломления Δ_i, определенной относительно показателя преломления оболочки _c. Радиусы определены в подробном описании данного изобретения.

Кроме того, каждая область имеет характерный профиль показателя преломления. Новее оптическое волокно с сердцевиной, состоящей из трех областей, имеет в первой центральной области α - профиль, для которого α = 1. Относительная разность показателей преломления Δ₁ % ≤ 0,90%. Вторая область представляет собой кольцевую область, смежную с центральной областью и окружающую ее. Эта кольцевая область является по существу плоской и имеет Δ₂ % ≤ 0,024%. Третья область сердцевины окружает вторую и является смежной с ней. Третья область имеет профиль в форме скругленной ступени. Относительная разность показателей преломления Δ₃ % ≤ 0,20%. Как можно видеть из значений Δ_i %, максимальный показатель преломления n_i каждой области устанавливается так, что n₁ > n₃ > n₂ ≥ n_c, где n_c - показатель преломления оболочки.

Для такой сердцевины из трех областей, имеющей профили показателя преломления, описанные выше, и установленные значения Δ_i %, можно найти несколько комбинаций радиусов r₁, r₂ и r₃, которые обеспечивают получение оптического волокна, имеющего следующие характеристики:
- длина волны нулевой дисперсии λ₀ ≤ 1530 нм;
- крутизна характеристики полной дисперсии менее 0,065 пс/нм²·км в диапазоне от 1530 до 1570 нм;
- потери, вызываемые изгибами при испытании с помощью набора штырей, менее 12 дБ;
- диаметр поля моды не менее 7,4 мкм;
- критическая длина волны (измеренная для волокна) λ_c менее 1450 нм; и
- полная дисперсия, которая является положительной и имеет величину примерно от 0,50 до 3,0 пс/нм·км в диапазоне от 1530 до 1570 нм.

Новые профили имеют относительные разности показателей преломления, которые могут быть описаны в общих чертах следующим образом: Δ₁ % в диапазоне от 0,57 до 0,90%, Δ₂ % в диапазоне от 0 до 0,024%, Δ₃ % от 0,08 до 0,20%. Радиусы r₁, r₂ и r₃ находятся соответственно в диапазонах примерно от 3,0 до 3,8 мкм, от 5,7 до 12,05 мкм и от 6,8 до 12,4 мкм. Число профилей, которые соответствуют этим ограничениям на Δ % и радиусы, является бесконечно большим. Таким образом, должно быть ясно, что невозможно исследовать все профили, имеющие параметры в пределах этих диапазонов. Следует также понимать, что не все профили, параметры которых находятся в указанных границах, имеют свойства нового волновода. Однако большой объем проведенных работ по моделированию подтверждает, что эти диапазоны параметров профиля хорошо характеризуют объем изобретения, как это можно видеть из приведенной ниже таблицы, в которой указаны некоторые диапазоны исследованных параметров оптического волокна.

В предпочтительной форме выполнения оптического волновода согласно первому аспекту изобретения, параметры профиля Δ₁ %, Δ₂ % и Δ₃ % равны примерно 0,73, 0,012 и 0,18%, соответственно, а радиусы r₁, r₂ и r₃ составляют около 3,4, 9,0 и 9,6 мкм, соответственно. Эти параметры профиля могут рассматриваться как средние значения параметров профиля. То есть, эти параметры профиля являются идеальной отправной точкой для начала исследования допустимых диапазонов для каждого параметра.

Второй аспект данного изобретения является подмножеством первого. Семейство профилей показателя преломления, которое принадлежит к этому подмножеству, имеет особенно привлекательные свойства, например, обеспечивает получение волноводов с хорошими рабочими характеристиками, которые относительно нечувствительны к изменениям параметров технологического процесса. Оптическое волокно в соответствии с этим вторым аспектом изобретением имеет профиль показателя преломления сердцевины, включающий три области. Диапазоны параметров профиля показателя преломления определяются относительно средних значений, определенных в предпочтительной форме осуществления изобретения согласно его первому аспекту. В частности, для семейства новых профилей показателя преломления величина Δ₁ % равна 0,73 ± 0,05%, Δ₂ % = 0,12 ± 0,12%, Δ₃ % = 0,18 ± 0,05%, r₁ составляет 3,4 ± 0,4 мкм, r₂ = 9,0 ± 3,0 мкм, r₃ = 9,6 ± 2,8 мкм и r = 10,2 ± 3 мкм.

Это семейство профилей показателя преломления обеспечивает получение оптического волокна, имеющего диаметр поля моды более 8,3 мкм, потери, вызываемые изгибами, менее 8 дБ и положительную полную дисперсию примерно от 0,50 до 3,0 пс/нм·км в диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм. Таким образом, волноводы этого подмножества имеют характеристики, превосходящие характеристики исходного множества, определенного в соответствии с первым аспектом изобретения.

Должно быть понятно, что оптические волокна, имеющие соответствующие параметры профиля показателя преломления, находящиеся в диапазонах, примерно вдвое больших, чем только что указанные, могут иметь характеристики нового оптического волокна. Таким образом, указанные выше пределы соответствующих параметров являются умеренными с точки зрения числа комбинаций параметров работоспособных волокон, соответствующих им.

Дополнительной особенностью этого второго аспекта изобретения является нечувствительность характеристик оптического волокна к отклонениям профиля оптического волокна, возникающим из-за изменения параметров технологического процесса. Характеристики оптического волокна моделировались при сохранении всех параметров профиля, кроме одного, равных их средним значениям. Оставшийся параметр профиля изменялся между своими границами, определенными согласно второму аспекту изобретения.

Таким образом, когда параметру Δ₁ % разрешалось изменяться на ± 0,05%, были вычислены следующие характеристики оптического волокна:
- диаметр поля моды более 8,3 мкм;
- потери, вызываемые изгибами при испытании с помощью набора штырей, менее 7 дБ;
- λ_c в диапазоне от 1390 до 1410 нм;
- λ₀ в диапазоне от 1510 до 1515 нм и
- наклон характеристики дисперсии примерно от 0,059 до 0,061 пс/нм²·км в диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм.

Когда радиусу r разрешалось изменяться на ± 0,08 мкм, были вычислены следующие характеристики оптического волокна:
- диаметр поля моды более 8,3 мкм;
- потери, вызываемые изгибами при испытании с помощью набора штырей, менее 8 дБ;
- λ_c в диапазоне от 1380 до 1450 нм;
- λ₀ в диапазоне от 1500 до 1525 нм и
- крутизна характеристики дисперсии примерно от 0,059 до 0,061 пс/нм²·км в диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм.

Когда Δ₃ % разрешалось изменяться на ± 0,05%, были вычислены следующие характеристики оптического волокна:
- диаметр поля моды более 8,35 мкм;
- потери, вызываемые изгибами при испытании с помощью набора штырей, менее 6 дБ;
- λ_c примерно в диапазоне от 1250 до 1550 нм;
- λ_o в диапазоне приблизительно от 1500 до 1525 нм и
- наклон характеристики дисперсии примерно от 0,059 до 0,061 пс/нм²·км в диапазоне от 1530 до 1570 нм.

Когда r₃ разрешалось изменяться на ± 0,25 мкм, были вычислены следующие характеристики оптического волокна:
- диаметр поля моды более 3,35 мкм;
- потери, вызываемые изгибами при испытании с помощью набора штырей, менее 6 дБ;
- λ_c в диапазоне приблизительно от 1350 до 1450 нм;
- λ_o/ в диапазоне приблизительно от 1510 до 1513 нм и
- крутизна характеристики дисперсии примерно от 0,059 до 0,061 пс/нм²·км в диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм.

Ожидается, что благоприятное взаимодействие между параметрами, то есть взаимодействие, при котором отклонение одного параметра компенсирует отрицательный результат отклонения другого параметра, значительно увеличит пределы допусков для семейства оптических волокон, описанных выше.

Фиг. 1 представляет собой общее изображение профиля показателя преломления для сердцевины, состоящей из трех областей, которое показывает определение размеров для профиля показателя преломления.

На фиг. 2 показан пример нового профиля показателя преломления в соответствии с данной заявкой.

На фиг. 3a, 3b, 3c и 3d показаны характеристики чувствительности свойств оптического волокна к изменениям параметров профиля показателя преломления.

На фиг. 4 схематически показан вид сверху устройства для проведения испытаний на чувствительность волокна к изгибам.

Описываемое здесь новое оптическое волокно содержит сердцевину, имеющую три области. Области отличаются друг от друга характеристикой профиля показателя преломления данной области. Сердцевина из трех областей обеспечивает достаточную гибкость при конструировании оптического волокна для удовлетворения широкого диапазона функциональных требований. Параметрами, которые могут изменяться для получения особых рабочих характеристик оптического волокна, являются:
Δ % каждой из трех областей,
радиус каждой из трех областей и
форма профиля показателя преломления каждой из трех областей.

Характерными свойствами описываемого здесь нового оптического волокна являются: положительная полная дисперсия в заданном диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм для подавления нелинейного эффекта фазовой автомодуляции; очень малый наклон характеристики дисперсии в этом заданном диапазоне длин волн для облегчения работы со спектральным мультиплексированием; длина волны нулевой дисперсии вне этих заданных длин волн, чтобы ограничить дисперсию из-за четырехволнового смешения. Типичная величина положительной дисперсии составляет менее 3 пс/нм·км, что позволяет создавать системы передачи на большие расстояния без промежуточных регенераторов. Удобно то, что этот заданный диапазон длин волн по существу совпадает с пиком кривой усиления оптического усилителя, легированного эрбием. Таким образом, рассматриваемое новое волокно особенно подходит для тех систем, которые имеют высокие скорости передачи, содержат оптические усилители или имеют большие регенерационные участки.

Кроме того, конструкция области сердцевины является простой, поэтому затухание сравнимо с затуханием ступенчатого волокна и расходы на производство сохраняются настолько низкими, насколько это возможно.

Характеристики и эксплуатационные качества волновода включают в себя такие же прочностные и усталостные характеристики, как и у ступенчатого оптического волокна. Кроме того, устойчивость к изгибам у рассматриваемого нового оптического волокна такая же, как у оптического волокна со смещенной дисперсией, доступного в настоящее время, или лучшая. Испытание с помощью набора штырей, которое подтверждает это утверждение, показано на фиг. 4, представляющей вид сверху испытательного устройства вместе с волокном, установленным для испытания. Оптическое волокно 32 проходит по разные стороны штырей 34 поочередно. Штыри неподвижно закреплены на основании 32. Волокно натягивается так, чтобы оно повторяло форму части поверхности штыря.

На фиг. 1 три области сердцевины, в которых профиль может регулироваться, обозначены как 2, 6 и 8. В каждой из трех областей профиль показателя преломления определяется показателем преломления в каждой радиальной точке области. Радиальная протяженность каждой области может быть выбрана для получения предпочтительных свойств оптического волокна. В качестве иллюстрации, радиус центральной области 2 сердцевины показан как расстояние 4. В этом случае, как и для всех моделируемых случаев, радиус центральной области сердцевины измеряется от оси до пересечения экстраполированного центрального профиля с осью x.

Первая кольцевая область 6 ограничена радиусом 4 и радиусом 7, который доходит до вертикальной линии 5, проведенной из точки, соответствующей половине ширины второй кольцевой области. Характеристический радиус второй кольцевой области 8 выбран как расстояние 12 от центра сердцевины до обозначенной цифрой 3 средней точки основания области 8. Это определение для радиуса второй кольцевой области используется во всех моделируемых случаях. Удобной мерой профиля для симметричных профилей является ширина 10, показанная как расстояние между вертикальными линиями 5. Положение линий 5 зависит от точек половины ширины области 10. Это определение для ширины второй кольцевой области используется во всех моделируемых случаях.

Пример 1 - Оптическое волокно с сердцевиной из трех областей и положительной дисперсией
Характерный профиль показателя преломления сердцевины, состоящей из трех областей, показан на фиг. 2. Осевой провал в центральной области профиля показателя преломления вызван диффузией легирующей примеси из оси оптического волокна во время обработки заготовки волновода. Центральная область имеет α-профиль, у которого α составляет около 1 и величина Δ₁ % равна около 0,73%. Радиус центральной области составляет около 3,4 мкм. Вторая область имеет форму кольца 18 с Δ₂ % около нуля и внутренним и внешним радиусами 3,4 и 9 мкм, соответственно. Третья область 20 имеет ширину около 0,95 мкм, Δ₃ % около 0,14% и радиус до средней точки области около 9,5 мкм.

Были рассчитаны следующие рабочие характеристики этого волновода:
- длина волны нулевой дисперсии λ₀ = 1511 нм;
- крутизна характеристики дисперсии менее 0,06 пс/нм²·км;
- диаметр поля моды 8,4 мкм;
- λ_c = 1412 нм у волокна до формирования кабеля и 1100 нм в кабеле:
- полная дисперсия в границах 1 - 3 пс/нм·км в диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм;
- потери, вызываемые изгибами при испытании с помощью набора штырей, равные 5,6 дБ, что лучше по сравнению со средними потерями 8 дБ у волноводов с тремя областями и отрицательной дисперсией.

Отметим, что оптическое волокно примера 1 удовлетворяет всем остальным требованиям, предъявляемым высококачественному одномодовому оптическому волокну, разработанному для спектрального мультиплексирования, ограничения четырехволнового смешения, уменьшения фазовой автомодуляции и использования вместе с оптическими усилителями, легированными эрбием.

Четыре графика на фиг. 3а, 3b, 3c и 3d показывают нечувствительность нового оптического волокна к вариациям параметров области сердцевины.

Пример 2 - потери, вызываемые изгибами, и чувствительность поля моды
На фиг. 3 показан график зависимости потерь, вызываемых изгибами, от диаметра поля моды, на котором допускается изменение относительно величины Δ₁ % = 0,73% в пределах ± 0,01%. Радиус заготовки сердцевины до вытяжки может изменяться на величину около 2,5%, причем радиус заготовки сердцевины до вытяжки находится обычно в диапазоне 3,5 - 6 мм. Отдельный радиус выбирается в качестве параметра вследствие того, что вариации в радиусе заготовки сердцевины могут привести как к различному расположению областей относительно друг друга, так и к различиям в радиусах областей. Для третьей области параметр Δ₃ % принимается равным 0,18 ± 0,05%. Радиус третьей области составляет 9,6 ± 0,25 мкм.

Для получения кривых 22, 24, 26 и 28 на фиг. 3a три параметра поддерживались равными своим средним значениям, в то время как четвертый параметр варьировался между своими верхней и нижней границами. Так, линия 24 получена путем расчета потерь, вызываемых изгибами, и диаметра поля моды, когда радиус заготовки равняется 3,5 мм, Δ₃ составляет 0,18%, r₃ - 9,6 мкм и Δ₁ варьируется в диапазоне от 0,72 до 0,74%. Аналогично, линия 22 получена путем расчета потерь, вызываемых изгибами, и диаметра поля моды, когда Δ₁ % = 0,73%, Δ₃ % = 0,18%, r₃ = 9,6 мкм, а радиус заготовки варьировался в диапазоне 3,5 мм ± 2,5%. Кривые 26 и 28 получены аналогично при параметрах Δ₃ % = 0,18 ± 0,05% и r₃ = 9,6 ± 0,25 мкм.

Является необычным то, что параметры области сердцевины могут варьироваться, как описано выше, в то время как потери, вызываемые изгибами, остаются ниже 8 дБ и диаметр поля моды сохраняется в диапазоне от 8,30 до 8,5 мкм.

В таблице приведены средние значения параметров показателя преломления областей сердцевины и диапазоны, которые определяют семейство новых профилей.

Пример 2 - Отсечка волновода и диаметр поля моды
Обратимся к фиг. 3b, показанные на ней четыре кривые получены аналогично кривым на фиг. 3a.

Отметим, что для установленных вариаций величины Δ₁ % области 1, радиуса заготовки и радиуса r₃ критическая длина волны лежит в очень узком диапазоне от 1350 до 1450 нм. Большие вариации в отсечке наблюдаются, когда радиус заготовки варьируется в своем заданном диапазоне 3,5 мм ± 2,5%. Однако даже в этом случае волокно полностью работоспособно, так как критическая длина волны волокна в кабеле будет ниже примерно 1100 нм. Вообще, формирование кабеля приводит к уменьшению критической длины волны примерно на 400 нм относительно критической длины волны, измеренной у оптического волокна до какой-либо дальнейшей обработки.

Изменения диаметра поля моды снова удерживаются в узком диапазоне от 8,30 до 8,5 мкм.

Пример 3 - Длина волны нулевой дисперсии и диаметр поля моды
Как и в приведенных выше примерах 1 и 2, каждый из четырех параметров области сердцевины варьировался в выбранном диапазоне значений. Как показано на фиг. 3c, диаметр поля моды находится в диапазоне от 8,3 до 8,5 мкм и длина волны нулевой дисперсии λ₀ преимущественно ограничивается диапазоном от 1500 до 1520 нм. Таким образом, для сравнительно больших вариаций параметров области сердцевины нового оптического волокна величина λ₀ остается вне области, используемой для спектрального мультиплексирования, которая совпадает с диапазоном максимального усиления оптического усилителя, легированного эрбием, то есть от 1530 до 1570 нм.

Пример 4 - Крутизна характеристики полной дисперсии и диаметр поля моды
Как показано на фиг. 3d, поле моды находится в диапазоне от 8,3 до 8,5 мкм и крутизна характеристики полной дисперсии лежит в узком диапазоне от 0,059 до 0,061 пс/нм²·км, когда параметры сердцевины изменяются в соответствующих диапазонах.

Если рассмотреть вместе четыре графика, показанные на фиг. 3a, 3b, 3c и 3d, то заметна нечувствительность диаметра поля моды к заданным вариациям радиуса r₃. Четыре параметра, исследуемые в этих примерах, имеют примерно одинаковое влияние на изменения крутизны характеристики дисперсии. Близкое расположение точек на графиках чувствительности фиг. 3 ясно показывает легкость изготовления новой конструкции сердцевины с положительной дисперсией
Авторы ожидают еще большей гибкости c точки зрения производственных допусков на главные параметры области сердцевины. Так как параметры взаимодействуют, то можно ожидать, что влияние изменения одного параметра будет компенсировать влияние изменения другого параметра. Таким образом, предполагается изучение вариаций параметров попарно или в наборах из трех или более параметров, что позволит определить намного более широкое семейство конструкций сердцевины, обеспечивающих как положительную дисперсию в требуемом диапазоне длин волн, так и показатели, характеризующие оптические волокна с высокими эксплуатационными качествами.

Формула изобретения

1. Одномодовое оптическое волноводное волокно, содержащее область сердцевины с профилем показателя преломления, содержащим три области: первую центральную область, имеющую максимальный показатель преломления n₁, относительную разность показателей преломления Δ₁% и радиус а₁, измеряемый от точки продольной оси симметрии упомянутого волноводного волокна, и расположенную симметрично вокруг продольной оси симметрии, вторую область в форме кольца, расположенного вокруг центральной области и примыкающего к ней, которая имеет максимальный показатель преломления n₂, относительную разность показателей преломления Δ₂% и внешний радиус r₂, и третью область в форме кольца, расположенного вокруг второй области и примыкающего к ней, которая имеет максимальный показатель преломления n₃, относительную разность показателей преломления Δ₃% и радиус, измеренный до середины ширины третьей области, r₃; и слой оболочки в форме кольца, расположенного вокруг упомянутой третьей области сердцевины и примыкающего к ней, который имеет максимальный показатель преломления n_с; причем n₁>n₃>n₂≥n_с, упомянутая центральная область имеет α-профиль показателя преломления и α составляет около 1, вторая область сердцевины имеет плоский профиль показателя преломления и третья область имеет профиль в форме скругленной ступени, отличающееся тем, что Δ₁%≤0,9%, Δ₂%≤0,024% и Δ₃%≤0,2%, а радиусы r₁, r₂, r₃ выбраны так, чтобы сформировать оптическое волокно со следующими параметрами: длина волны нулевой дисперсии λ₀≤1530 нм, крутизна характеристики полной дисперсии менее 0,065 пс/нм²·км в диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм, потери, вызываемыми изгибами при испытаниях с использованием набора штырей, менее 12 дБ, диаметр поля моды не менее 7,4 мкм и полная дисперсия в пределах от 0,5 до 3 пс/нм·км в диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм.

2. Одномодовое оптическое волноводное волокно по п.1, отличающееся тем, что Δ₁%, Δ₂% и Δ₃% находятся соответственно в диапазонах от 0,57 до 0,90%, от 0 до 0,24% и от 0,08 до 0,20%, а r₁, r₂, r₃ находятся соответственно в диапазонах от 3,0 до 3,8 мкм, от 5,7 до 12,05 мкм и от 6,8 до 12,4 мкм.

3. Одномодовое оптическое волноводное волокно по п.1, отличающееся тем, что Δ₁%, Δ₂% и Δ₃% составляют около 0,73%; 0,012% и 0,18%, соответственно, а ₁, r₂, r₃ около 3,4 мкм, 9,0 мкм и 9,6 мкм, соответственно.

4. Одномодовое оптическое волноводное волокно по п.1, отличающееся тем, что Δ₁% = 0,73±0,05%, Δ₂% = 0,012±0,012%, Δ₃% = 0,18±0,05%, r₁ составляет 3,4±0,4 мкм, r₂ = 9,0±3,0 мкм, r₃ = 9,6±2,8 мкм и r = 10,2±3 мкм для получения оптического волокна, имеющего диаметр поля моды более 8,3 мкм, потери, вызываемые изгибами, менее 8 дБ и положительную полную дисперсию от 0,5 до 3,0 пс/нм·км в диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм.

5. Одномодовое оптическое волноводное волокно по п.4, отличающееся тем, что профиль показателя преломления области сердцевины имеет параметры, находящиеся в середине соответствующих интервалов допуска, за исключением параметра Δ₁%, значение которого находится в любом месте своего интервала допуска, а оптический волновод при этом имеет диаметр поля моды более 8,30 мкм; потери, вызываемые изгибами, менее 7 дБ; длину волны отсечки λ_c в диапазоне от 1390 до 1410 нм; λ₀ в диапазоне от 1510 до 1515 нм и крутизну характеристики дисперсии от 0,059 до 0,061 пс/нм²·км в диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм.

6. Одномодовое оптическое волноводное волокно по п.4, отличающееся тем, что профиль показателя преломления области сердцевины имеет параметры, находящиеся в середине соответствующих интервалов допуска, за исключением параметра r, значение которого находится в любом месте своего интервала допуска, а оптический волновод при этом имеет диаметр поля моды более 8,30 мкм; потери, вызываемые изгибами, менее 8 дБ; длину волны отсечки λ_c в диапазоне от 1380 до 1450 нм; λ₀ в диапазоне от 1500 до 1525 нм и крутизну характеристики дисперсии от 0,059 до 0,061 пс/нм²·км в диапазоне длин волн от 1530 до 1570.

7. Одномодовое оптическое волноводное волокно по п.4, отличающееся тем, что профиль показателя преломления области сердцевины имеет параметры, находящиеся в середине соответствующих интервалов допуска, за исключением параметра Δ₃%, значение которого находится в любом месте своего интервала допуска, а оптический волновод при этом имеет диаметр поля моды более 8,35 мкм; потери, вызываемые изгибами, менее 6 дБ; длину волны отсечки λ_c в диапазоне от 1250 до 1550 нм; λ₀ в диапазоне от 1500 до 1525 нм и крутизну характеристики дисперсии от 0,059 до 0,061 пс/нм²·км в диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм.

8. Одномодовое оптическое волноводное волокно по п.4, отличающееся тем, что профиль показателя преломления области сердцевины имеет параметры, находящиеся в середине соответствующих интервалов допуска, за исключением параметра r₃, значение которого находится в любом месте своего интервала допуска, а оптический волновод при этом имеет диаметр поля моды более 8,35 мкм; потери, вызываемые изгибами, менее 6 дБ; длину волны отсечки λ_c в диапазоне от 1350 до 1450 нм; λ₀ в диапазоне от 1510 до 1513 нм и крутизну характеристики дисперсии более 0,059 пс/нм²·км и менее 0,061 пс/нм²·км в диапазоне длин волн от 1530 до 1570 нм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8