Одномодовое оптическое волокно и составная оптическая линия связи
Изобретение относится к волоконной оптике и может быть использовано в системах связи высокой скорости и высокой пропускной способности. Одномодовое оптическое волокно содержит сердцевину и оболочку. Волокно изготавливают таким образом, что, при изменении радиусов слоев с различными показателями преломления, по меньшей мере, одно оптическое свойство сердцевины, например, эффективное сечение сердцевины Аэфф и наклон дисперсионной кривой, достигают соответствующих ограничительных значений в заданном диапазоне отклонений от базового радиуса. Длина волны отсечки равна 1450 нм или менее. Оптические волокна имеют практически постоянные оптические свойства и позволяют варьировать хроматическую дисперсию в определенных пределах. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 14 ил., 8 табл.
Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к оптическим волокнам, используемым в системах оптической связи, и, в частности, относится к оптическому волокну, предназначенному для использования в высокоскоростных системах связи с высокой пропускной способностью, работающих в режиме мультиплексирования с разделением по длине волны (далее сокращенно МДР).
Описание уровня техники
Применение технологии МДР позволило значительно увеличить пропускную способность системы оптической связи. Для осуществления связи в режиме МДР требуется подавление нелинейных эффектов и управление хроматической дисперсией в оптическом волокне.
В общем случае, нелинейные эффекты в оптическом волокне обозначают величиной n2/Аэфф, где n2 - нелинейный показатель преломления оптического волокна, и Аэфф - эффективное сечение сердцевины оптического волокна. Таким образом, нелинейные эффекты обратно пропорциональны Аэфф. Соответственно, были разработаны различные оптические волокна, например, оптические волокна с увеличенным эффективным сечением Аэфф, оптические волокна с уменьшенным наклоном дисперсионной кривой и оптические волокна с компенсацией наклона дисперсионной кривой.
Существует два основных метода увеличения пропускной способности системы связи, работающей в режиме МДР. Первый метод состоит в увеличении количества мультиплексируемых оптических сигналов, а второй метод состоит в повышении скорости передачи.
Увеличение количества мультиплексируемых оптических сигналов осуществляется путем расширения диапазона длин волны, используемого для передачи. Для передачи в режиме МДР обычно используют диапазон 1550 нм. В пределах диапазона 1550 нм широко используется так называемый С-диапазон (традиционный диапазон, 1530-1565 нм), но, в последние годы, для связи начали использовать L-диапазон (длинноволновый диапазон, 1565-1625 нм) и S-диапазон (коротковолновый диапазон, 1460-1530 нм).
В связи с этим были предложены различные оптические волокна, например, оптические волокна для использования в С-диапазоне и L-диапазоне, оптические волокна с повышенной хроматической дисперсией для использования в S-, С- и L-диапазонах.
Однако, профиль показателя преломления всех традиционных оптических волокон разработан для достижения требуемых оптических характеристик при заданной хроматической дисперсии.
На фиг.14 изображен график, демонстрирующий характеристики хроматической дисперсии типичных оптических волокон, используемых в системе МДР. Оптические волокна А и В, имеющие различные характеристики хроматической дисперсии, реализуются посредством формирования разных профилей показателя преломления.
Способ изготовления оптических волокон с дисперсионным смещением, обеспечивающих низкий уровень нелинейных эффектов, раскрыт в японской патентной заявке, не прошедшей экспертизу, первая публикация №Hei 8-220362. Изобретение, раскрытое в японской патентной заявке, не прошедшей экспертизу, первая публикация №Hei 8-220362, предусматривает способ конструирования оптического волокна с увеличенным диаметром поля моды (далее, сокращенно "ДПМ") в диапазоне 1,55 мкм. Согласно ссылочному документу (Технический отчет ИИЭИС, Института инженеров по электронике, информатике и связи, "Системы оптической связи", OCS-94-74, от 18 ноября 1994 г.), относящемуся к вышеупомянутой патентной заявке, для оптических волокон с увеличенным ДПМ, описанных в заявке, характерно монотонное изменение хроматической дисперсии и ДПМ с изменением радиуса сердцевины.
Таким образом, если отрегулировать радиус сердцевины с использованием стержня сердцевины оптического волокна, имеющего профиль показателя преломления, разработанный согласно способу, предложенному в вышеупомянутой патентной заявке, чтобы хроматическая дисперсия отличалась от предварительно определенной хроматической дисперсии, то неизбежно произойдет большое изменение ДПМ.
Когда изготовление оптического волокна, согласно вышеупомянутому способу, приводит к уменьшению ДПМ оптического волокна, это не только является недостатком с точки зрения потерь на стыках, но также, при высокой плотности оптической мощности, передаваемой в оптическое волокно, как в оптических усилителях, обуславливает такие проблемы, как усиление нелинейных эффектов и ухудшение характеристик передачи.
С другой стороны, необходимо также уменьшать наклон дисперсионной кривой оптических волокон, применяемых в системе МДР. Уменьшение наклона дисперсионной кривой обеспечивает малое изменение хроматической дисперсии в широком диапазоне длин волны. Это очень важно для высокоскоростных систем связи, в которых хроматическая дисперсия жестко ограничивает дальность передачи. В традиционных оптических волокнах, наклон кривой хроматической дисперсии обычно превышает 0,05 пс/(нм2·км), тогда как в высокоскоростных системах связи требуются оптические волокна с наклоном дисперсионной кривой 0,05 пс/(нм2·км) или менее.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение устраняет вышеописанные проблемы, и задачей изобретения является обеспечение одномодового оптического волокна, хроматическую дисперсию которого можно регулировать в широких пределах с использованием единого профиля показателя преломления путем регулировки радиуса сердцевины, иными словами, задача изобретения состоит в обеспечении оптического волокна, предпочтительно, для использования в высокоскоростных системах связи с высокой пропускной способностью, работающих в режиме мультиплексирования с разделением по длине волны (МДР).
Для решения этой задачи, настоящее изобретение предусматривает одномодовое оптическое волокно, содержащее сердцевину и оболочку, причем сердцевина содержит два или более слоев, имеющих различные показатели преломления, и, по меньшей мере, одно оптическое свойство достигает экстремального значения в конкретном диапазоне радиуса сердцевины при изменении радиуса сердцевины.
Вышеупомянутая структура позволяет варьировать хроматическую дисперсию в требуемом диапазоне для изготовления оптического волокна с заданной хроматической дисперсией, на основании единого профиля показателя преломления одномодового оптического волокна, при одновременном поддержании оптических свойств.
В вышеописанном одномодовом оптическом волокне оптическое свойство может достигать экстремального значения в пределах отклонения на ±10% от базового радиуса сердцевины.
В вышеописанном одномодовом оптическом волокне оптическое свойство может достигать экстремального значения в пределах отклонения на ±5% от базового радиуса сердцевины.
В одномодовом оптическом волокне, по меньшей мере, одно оптическое свойство может зависеть от хроматической дисперсии, достигая экстремального значения.
В вышеописанном одномодовом оптическом волокне оптическое свойство может достигать экстремального значения в области, охватывающей положительные и отрицательные значения хроматической дисперсии.
В одномодовом оптическом волокне оптическое свойство может представлять собой наклон дисперсионной кривой.
В одномодовом оптическом волокне, где оптическое свойство достигает экстремального значения в области, охватывающей положительные и отрицательные значения хроматической дисперсии, оптическое свойство может достигать экстремального значения в области, охватывающей положительные и отрицательные значения наклона дисперсионной кривой.
В одномодовом оптическом волокне оптическое свойство может представлять собой эффективное сечение сердцевины или диаметр поля моды.
В одномодовом оптическом волокне наклон дисперсионной кривой может составлять не более 0,05 пс/(нм2·км) в рабочем диапазоне длины волны.
В одномодовом оптическом волокне наклон дисперсионной кривой может составлять не более 0,03 пс/(нм2·км) в рабочем диапазоне длины волны.
В одномодовом оптическом волокне, по меньшей мере, один из слоев с различными показателями преломления, составляющих сердцевину, может иметь показатель преломления, меньший показателя преломления оболочки.
Кроме того, настоящее изобретение предусматривает составную оптическую линию связи, компенсирующую наклон дисперсионной кривой за счет объединения одномодового оптического волокна, в котором оптическое свойство достигает экстремального значения в области, охватывающей положительные и отрицательные значения хроматической дисперсии, и в области, охватывающей положительные и отрицательные значения наклона дисперсионной кривой.
В вышеописанных структурах, когда оптическое свойство, достигающее экстремального значения, представляет собой эффективное сечение сердцевины или ДПМ, поскольку изменение радиуса сердцевины не приводит к значительному изменению этих параметров, можно подавлять нелинейные эффекты одномодового оптического волокна.
Кроме того, поскольку изготавливают оптические волокна, в которых оптическое свойство достигает экстремального значения в области, охватывающей положительные и отрицательные значения хроматической дисперсии и наклона дисперсионной кривой, одномодовые оптические волокна могут отличаться знаками значения хроматической дисперсии и наклона дисперсионной кривой, и, в то же время, иметь практически одинаковое оптическое свойство.
Кроме того, одномодовые оптические волокна объединяют для создания составной оптической линии, способной компенсировать наклон дисперсионной кривой.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлена диаграмма профиля показателя преломления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.2А представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость хроматической дисперсии от радиуса сердцевины согласно первому варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.2В представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость наклона дисперсионной кривой от радиуса сердцевины согласно первому варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.2С представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость эффективного сечения сердцевины от радиуса сердцевины согласно первому варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.2D представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость потерь на изгибах от радиуса сердцевины согласно первому варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.3А представлена диаграмма для сравнения измеренных значений и расчетных значений эффективного сечения сердцевины по отношению к значениям хроматической дисперсии согласно первому варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.3В представлена диаграмма для сравнения измеренных значений и расчетных значений наклона дисперсионной кривой по отношению к значениям хроматической дисперсии согласно первому варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.4 представлена диаграмма хроматической дисперсии в рабочем диапазоне длины волны согласно первому варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.5А представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость хроматической дисперсии от радиуса сердцевины согласно второму варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.5В представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость наклона дисперсионной кривой от радиуса сердцевины согласно второму варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.5С представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость эффективного сечения сердцевины от радиуса сердцевины согласно второму варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.5D представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость потерь на изгибах от радиуса сердцевины согласно второму варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.6А представлена диаграмма для сравнения измеренных значений и расчетных значений эффективного сечения сердцевины по отношению к значениям хроматической дисперсии согласно второму варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.6В представлена диаграмма для сравнения измеренных значений и расчетных значений наклона дисперсионной кривой по отношению к значениям хроматической дисперсии согласно второму варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.7 представлена диаграмма хроматической дисперсии в рабочем диапазоне длин волн согласно второму варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.8А представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость хроматической дисперсии от радиуса сердцевины согласно третьему варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.8В представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость наклона дисперсионной кривой от радиуса сердцевины согласно третьему варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.8С представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость эффективного сечения сердцевины от радиуса сердцевины согласно третьему варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.8D представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость потерь на изгибах от радиуса сердцевины согласно третьему варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.9А представлена диаграмма для сравнения измеренных значений и расчетных значений эффективного сечения сердцевины по отношению к значениям хроматической дисперсии согласно третьему варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.9В представлена диаграмма для сравнения измеренных значений и расчетных значений наклона дисперсионной кривой по отношению к значениям хроматической дисперсии согласно третьему варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.10 представлена диаграмма хроматической дисперсии в рабочем диапазоне длины волны согласно третьему варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.11А представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость хроматической дисперсии от радиуса сердцевины согласно четвертому варианту осуществления одномодового оптического волокна, согласно настоящему изобретению.
На Фиг.11В представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость наклона дисперсионной кривой от радиуса сердцевины согласно четвертому варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.11С представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость эффективного сечения сердцевины от радиуса сердцевины согласно четвертому варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.11D представлена диаграмма, иллюстрирующая расчетную зависимость потерь на изгибах от радиуса сердцевины согласно четвертому варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.12А представлена диаграмма для сравнения измеренных значений и расчетных значений эффективного сечения сердцевины по отношению к значениям хроматической дисперсии согласно четвертому варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.12В представлена диаграмма для сравнения измеренных значений и расчетных значений наклона дисперсионной кривой по отношению к значениям хроматической дисперсии согласно четвертому варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.12С представлена диаграмма для сравнения измеренных значений и расчетных значений ОНД по отношению к значениям хроматической дисперсии согласно четвертому варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.13 представлена диаграмма хроматической дисперсии в рабочем диапазоне длины волны согласно четвертому варианту осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению.
На Фиг.14 представлена диаграмма хроматической дисперсии для традиционного оптического волокна МДР.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Перейдем к подробному объяснению изобретения.
Для объяснения первого варианта осуществления одномодового оптического волокна согласно настоящему изобретению обратимся к фиг.1-4.
Одномодовое оптическое волокно содержит сердцевину и оболочку, при этом сердцевина содержит два или более слоев с различными показателями преломления. При этом первый слой (центральная область сердцевины) размещен вокруг центральной части сердцевины. Второй слой размещен вокруг указанного первого слоя и третий слой (кольцевая область сердцевины) размещен вокруг второго слоя. В соответствии с настоящим изобретением отношение относительных показателей преломления первого, второго и третьего слоев и слоя оболочки представляет собой Δ 1>Δ 3>Δ об>Δ 2. Второй слой в рамках указанного изобретения обозначен как “провальная область сердцевины”. На фиг.1 показан пример профиля показателя преломления для одномодового оптического волокна.
Согласно фиг.1 оптическое волокно содержит центральную область 1 сердцевины, провальную область 2 сердцевины, окружающую центральную область 1 сердцевины, кольцевую область 3 сердцевины, окружающую провальную область 2 сердцевины, и оболочку 4, окружающую кольцевую область 3 сердцевины.
Центральная область 1 сердцевины имеет более высокий показатель преломления, чем оболочка 4, и провальная область 2 сердцевины имеет более низкий показатель преломления, чем оболочка 4, и кольцевая область 3 сердцевины имеет более высокий показатель преломления, чем показатель преломления оболочки.
Профиль показателя преломления одномодового оптического волокна характеризуется радиусами сердцевины и относительными разностями показателей преломления, которые указаны в Таблице 1, и расчетные значения оптических свойств одномодового оптического волокна представлены в Таблице 2.
Таблица 1
| r2/r1 | r3/r1 | Δ 1 | Δ 2 | Δ 3 |
| 2,0 | 2,7 | 0,53 | -0,10 | 0,20 |
Таблица 2
| Длина волны отсечки [нм] | Аэфф [мкм2] | ДПМ [мкм] | Хроматическая дисперсия [пс/(нм· км)] | Наклон дисперсионной кривой [пс/нм2·км)] | Потери на изгибах [дБ/м] |
| 1180 | 50,23 | 8,09 | +7,6 | +0,046 | 0,4 |
Примечание: значения оценены на длине волны 1550 нм; потери на изгибах ⊘ 20.
На фиг.2А-2D показано, как изменяются оптические свойства с изменением радиуса сердцевины оптического волокна, профиль показателя преломления которого представлен на фиг.1 и в Таблице 1, и на фиг.2А показано изменение хроматической дисперсии на длине волны 1550 нм; на фиг.2В показано изменение наклона дисперсионной кривой на длине волны 1550 нм; на фиг.2С показано изменение эффективного сечения сердцевины Аэфф на длине волны 1550 нм; и на фиг.2D показано изменение потерь на изгибах при диаметре изгиба ⊘ 20. Базовый радиус сердцевины, отложенный по оси абсцисс, является относительной величиной по отношению к расчетной величине радиуса сердцевины, в данном примере базовый радиус сердцевины r3 равен 8,85 мкм.
Из фиг.2А-2D следует, что, в отличие от хроматической дисперсии и потерь на изгибах, которые изменяются монотонно с изменением радиуса, эффективное сечение сердцевины Аэфф и наклон дисперсионной кривой достигают соответствующих предельных значений вблизи базового радиуса в центральной области сердцевины. Таким образом, изменяя радиус сердцевины по отношению к базовому радиусу сердцевины в пределах ±10%, можно изменять хроматическую дисперсию оптического волокна на длине волны 1550 нм в диапазоне +4~+10 пс/(нм· км), в то же время, сохраняя эффективное поперечное сечение сердцевины Аэфф и наклон дисперсионной кривой практически без изменений.
Материал сердцевины, изготовленный в соответствии с конструкционными параметрами, представленными на фиг.1 и в Таблице 1, использовали при изготовлении испытательных образцов оптического волокна, радиусы сердцевины которых варьировали в пределах примерно ±10% относительно базового радиуса сердцевины, чтобы оценить их оптические свойства. На фиг.3А показано изменение эффективного сечения сердцевины Аэфф, и на фиг.3В показано изменение наклона дисперсионной кривой. В обоих случаях по оси абсцисс откладывается хроматическая дисперсия на длине волны 1550 нм. На фиг.3А, 3В жирные точки А, В указывают измеренные значения для полученных оптических волокон, а сплошные линии указывают расчетные значения. Согласно фиг.3А, 3В, эффективное сечение сердцевины Аэфф и наклон дисперсионной кривой зависят от хроматической дисперсии и достигают соответствующих предельных значений. Из фиг.3А, 3В следует, что расчетные значения, по существу, согласуются с измеренными значениями, и, следовательно, возможно изготовить оптические волокна, имеющие разные значения хроматической дисперсии, но практически одинаковые значения эффективного сечения сердцевины Аэфф и наклона дисперсионной кривой.
На фиг.4 показаны характеристики хроматической дисперсии для оптических волокон А и В, представленных на фиг.3А, 3В. Оптическое волокно А обладает хроматической дисперсией свыше 2 пс/(нм· км) в С-диапазоне и L-диапазоне, а оптическое волокно В демонстрирует такие значения в S-диапазоне, С-диапазоне и L-диапазоне, что указывает на его пригодность для использования в системе МДР.
Соответственно, одномодовое оптическое волокно, рассмотренное в этом примере, состоящее из сердцевины и оболочки, сердцевина которого состоит не менее чем из двух слоев с различными показателями преломления, можно получить путем изготовления такого оптического волокна, в котором, по меньшей мере, два оптических свойства (например, эффективное сечение сердцевины Аэфф и наклон дисперсионной кривой) достигают соответствующих предельных значений при изменении радиуса сердцевины в определенных пределах относительно базового радиуса, что позволяет реализовать одномодовое оптическое волокно на основе единого профиля показателя преломления оптического волокна, с требуемыми характеристиками хроматической дисперсии, и позволяет варьировать хроматическую дисперсию в нужном диапазоне, в то же время, поддерживая практически постоянные оптические свойства в двух сегментах волокна.
Кроме того, изготавливая оптические волокна таким образом, что вышеупомянутые оптические свойства достигают предельных значений в пределах отклонения на ±10% от базового радиуса, можно поддерживать наклон дисперсионной кривой менее 0,05 пс/(нм2·км), что дает возможность обеспечивать одномодовое оптическое волокно, предназначенное для использования в высокоскоростной системе связи.
Кроме того, поскольку изменение радиуса сердцевины не приводит к значительному изменению эффективного сечения сердцевины Аэфф, данный способ позволяет подавлять нелинейные эффекты в одномодовом оптическом волокне.
Для объяснения второго примера одномодового оптического волокна обратимся к фиг.5А-7.
Профиль показателя преломления одномодового оптического волокна, используемого в этом примере, показан на фиг.1.
При разработке одномодового оптического волокна использовали радиусы сердцевины и относительные разности показателей преломления, представленные в Таблице 3, и расчетные значения оптических свойств одномодового оптического волокна представлены в Таблице 4.
Таблица 3
| r2/r1 | r3/r1 | Δ 1 | Δ 2 | Δ 3 |
| 2,0 | 3,0 | 0,50 | -0,20 | 0,20 |
Таблица 4
| Длина волны отсечки [нм] | Aэфф [мкм2] | ДПМ[мкм] | Хроматическая дисперсия [пс/(нм· км)] | Наклон дисперсионной кривой [пс/нм2·км)] | Потери на изгибах [дБ/м] |
| 1420 | 49,33 | 7,93 | +6,8 | +0,029 | 3,2 |
Примечание: значения оценены на длине волны 1550 нм; потери на изгибах ⊘ 20.
На фиг.5А-5D показано, как изменяются оптические свойства с изменением радиуса сердцевины оптического волокна, профиль показателя преломления которого представлен на фиг.1 и в Таблице 3, и на фиг.5А показано изменение хроматической дисперсии на длине волны 1550 нм; на фиг.5В показано изменение наклона дисперсионной кривой на длине волны 1550 нм; на фиг.5С показано изменение эффективного сечения сердцевины Аэфф на длине волны 1550 нм; и на фиг.5D показано изменение потерь на изгибах при диаметре изгиба ⊘ 20. Радиус сердцевины, отложенный по оси абсцисс, является относительной величиной, выраженной в процентах от базового среднего радиуса, в данном примере, базовый радиус сердцевины r3 равен 10,25 мкм.
Из фиг.5А-5D следует, что, в отличие от хроматической дисперсии и потерь на изгибах, которые изменяются монотонно с изменением радиуса, эффективное сечение сердцевины Аэфф и наклон дисперсионной кривой достигают соответствующих предельных значений в пределах отклонения на ±5% от базового радиуса сердцевины.
В первом примере, Аэфф и наклон дисперсионной кривой достигают предельных значений примерно при одном и том же радиусе сердцевины, но, для получения целей настоящего изобретения, радиусы сердцевины, соответствующие предельным значениям, не обязаны совпадать, так что, как в данном примере, достаточно, чтобы предельные значения приходились на диапазон радиуса сердцевины, составляющий ±5% базового радиуса сердцевины, и, в данном примере, регулируя радиус сердцевины в пределах ±5%, можно изменять хроматическую дисперсию в диапазоне +4~+10 пс/(нм· км), в то же время, поддерживая эффективное поперечное сечение сердцевины Аэфф и наклон дисперсионной кривой практически постоянными.
Материал сердцевины, изготовленный в соответствии с конструкционными параметрами, представленными на фиг.1 и в Таблице 3, использовали при изготовлении испытательных образцов оптического волокна, радиусы сердцевины которых варьировали в пределах примерно ±5% относительно базового радиуса сердцевины, чтобы оценивать их оптические свойства. На фиг.6А показано изменение эффективного сечения сердцевины Аэфф, и на фиг.6В показано изменение наклона дисперсионной кривой. В обоих случаях по оси абсцисс откладывается хроматическая дисперсия на длине волны 1550 нм. На фиг.6А, 6В жирные точки А, В указывают измеренные значения для полученных оптических волокон, а сплошные линии указывают расчетные значения. Согласно фиг.6А, 6В, эффективное сечение сердцевины Аэфф и наклон дисперсионной кривой зависят от хроматической дисперсии. Из фиг.6А, 6В следует, что расчетные значения, по существу, согласуются с измеренными значениями, и, следовательно, возможно изготовить оптические волокна, имеющие разные значения хроматической дисперсии, но практически одинаковые значения эффективного сечения сердцевины Аэфф и наклона дисперсионной кривой в двух сегментах волокна.
На фиг.7 показаны характеристики хроматической дисперсии для оптических волокон А и В, представленных на фиг.6А, 6В. Хроматическая дисперсия обоих оптических волокон А и В превышает 2 пс/(нм· км) в S-диапазоне, С-диапазоне и L-диапазоне, что указывает на их пригодность для использования в системе МДР.
Если сравнить эти результаты с полученными в первом примере для оптического волокна В, показанного на фиг.4, которое демонстрирует аналогичные свойства в S-, С и L-диапазоне, можно видеть, что хроматическая дисперсия оптического волокна В, показанного на фиг.4, превышает 10 пс/ (нм· км) на длине волны 1625 нм, тогда как оптическое волокно В, показанное на фиг.7, способно поддерживать ее на уровне ниже 7 пс/(нм· км), что обуславливает преимущество этого оптического волокна с точки зрения накопленной дисперсии.
Кроме того, хотя хроматическая дисперсия оптического волокна В на длине волны 1625 нм, показанного на фиг.7, примерно такая же, как у оптического волокна А, показанного на фиг.4, оно позволяет получать значение хроматической дисперсии на длине волны 1460 нм, большее, чем у А, показанного на фиг.4, что обуславливает его эффективность в подавлении эффектов четырехволнового смешения в S-диапазоне.
Соответственно, одномодовое оптическое волокно, рассмотренное в этом примере, состоящее из сердцевины и оболочки, сердцевина которого состоит не менее чем из двух слоев с различными показателями преломления, можно получить путем изготовления такого оптического волокна, в котором, по меньшей мере, два оптических свойства (например, эффективное сечение сердцевины Аэфф и наклон дисперсионной кривой) достигают соответствующих предельных значений при изменении радиуса сердцевины в определенных пределах относительно базового радиуса, что позволяет реализовать одномодовое оптическое волокно на основе единого профиля показателя преломления оптического волокна, и позволяет варьировать хроматическую дисперсию в нужном диапазоне и иметь нужные характеристики хроматической дисперсии, в то же время, поддерживая практически постоянные оптические свойства в двух сегментах волокна.
Кроме того, изготавливая оптические волокна таким образом, что вышеупомянутые оптические свойства достигают предельных значений в пределах отклонения на ±5% от базового радиуса, можно поддерживать наклон дисперсионной кривой менее 0,03 пс/(нм2·км), что дает возможность обеспечивать одномодовое оптическое волокно, предназначенное для использования в высокоскоростной системе связи.
Кроме того, поскольку изменение радиуса сердцевины не приводит к значительному изменению эффективного сечения сердцевины Аэфф, данный способ позволяет подавлять нелинейные эффекты в одномодовом оптическом волокне.
Для объяснения третьего примера одномодового оптического волокна обратимся к фиг.8А-10.
В этом примере изготавливают одномодовое оптическое волокно, для которого, по меньшей мере, два оптических свойства достигают соответствующих предельных значений в области значений хроматической дисперсии, охватывающей положительные и отрицательные значения.
Профиль показателя преломления одномодового оптического волокна, используемого в этом примере, показан на фиг.1.
При разработке одномодового оптического волокна использовали радиусы сердцевины и относительные разности показателей преломления, представленные в Таблице 5, и расчетные значения оптических свойств одномодового оптического волокна представлены в Таблице 6.
Таблица 5
| r2/r1 | r3/r1 | Δ 1 | Δ 2 | Δ 3 |
| 2,0 | 3,0 | 0,65 | -0,25 | 0,25 |
Таблица 6
| Длина волны отсечки [нм] | Аэфф [мкм2] | ДПМ [мкм] | Хроматическая дисперсия [пс/(нм· км)] | Наклон дисперсионной кривой [пс/нм2·км)] | Потери на изгибах [дБ/м] |
| 1450 | 37,96 | 6,97 | +1,68 | +0,019 | 0,1 |
Примечание: значения оценены на длине волны 1550 нм; потери на изгибах ⊘ 20.
На фиг.8А-80D показано, как изменяются оптические свойства (характеристики) с изменением радиуса сердцевины оптического волокна, профиль показателя преломления которого представлен на фиг.1 и в Таблице 5, и на фиг.8А показано изменение хроматической дисперсии на длине волны 1550 нм; на фиг.8В показано изменение наклона дисперсионной кривой на длине волны 1550 нм; на фиг.8С показано изменение эффективного сечения сердцевины Аэфф на длине волны 1550 нм; и на фиг.8D показано изменение потерь на изгибах при диаметре изгиба ⊘ 20. Радиус сердцевины, отложенный по оси абсцисс, является относительной величиной, выраженной в процентах от базового среднего радиуса, в данном примере, базовый радиус сердцевины r3 равен 8,85 мкм.
В области длин волны, показанной на фиг.8А-8D, хроматическую дисперсию можно варьировать в пределах ±10 пс/(нм· км), обеспечивая изменение радиуса сердцевины в пределах ±5% по отношению к базовому радиусу, что позволяет получить практически нулевую хроматическую дисперсию. С другой стороны, Аэфф и наклон дисперсионной кривой достигают в этой области предельных значений и остаются практически постоянными.
Материал сердцевины, изготовленный в соответствии с конструкционными параметрами, представленными на фиг.1 и в Таблице 5, использовали при изготовлении испытательных образцов оптического волокна, радиусы сердцевины которых варьировали в пределах примерно ±5% относительно базового радиуса сердцевины, чтобы оценивать их оптические свойства. На фиг.9А показано изменение эффективного сечения сердцевины Аэфф, и на фиг.9В показано изменение наклона дисперсионной кривой. В обоих случаях, по оси абсцисс откладывается хроматическая дисперсия на длине волны 1550 нм. На фиг.9А, 9В, жирные точки А, В указывают измеренные значения для полученных оптических волокон, а сплошные линии указывают расчетные значения. Из фиг.9А, 9В следует, что расчетные значения, по существу, согласуются с измеренными значениями.
Таким образом, было подтверждено, что на длине волны 1550 нм, хотя оптическое волокно А имеет хроматическую дисперсию -8 пс/(нм· км), которая сильно отличается от хроматической дисперсии +8 пс/(нм· км) для оптического волокна В, возможно изготавливать оптические волокна, имеющие практически одинаковые Аэфф и наклон дисперсионной кривой.
Соответственно, одномодовое оптическое волокно, рассмотренное в этом примере, можно получить путем изготовления оптического волокна, в котором, по меньшей мере, два оптических свойства (например, эффективное сечение сердцевины Аэфф и наклон дисперсионной кривой) достигают соответствующих предельных значений при изменении радиуса сердцевины, при котором хроматическая дисперсия изменяется от положительного до отрицательного значения, что позволяет реализовать одномодовое оптическое волокно на основе единого профиля распределения показателя преломления оптического волокна, которое имеет положительную или отрицательную хроматическую дисперсию, в то же время, поддерживая практически постоянные оптические свойства в двух сегментах волокна.
Кроме того, изготавливая оптические волокна таким образом, что вышеупомянутые оптические свойства достигают предельных значений в пределах отклонения на ±5% от базового радиуса, можно поддерживать наклон дисперсионной кривой менее 0,03 пс/(нм2·км), что дает возможность обеспечивать одномодовое оптическое волокно, предназначенное для использования в высокоскоростной системе связи.
Для объяснения четвертого примера одномодового оптического волокна обратимся к фиг.11А-14.
Основное отличие одномодового оптического волокна, рассмотренного в этом примере, состоит в улучшении дисперсионных характеристик, описанных в третьем примере. Для оптического волокна, рассмотренного в третьем примере, характерно обращение знака хроматической дисперсии при практически постоянных Аэфф и наклоне дисперсионной кривой, но в этом примере меняется знак как дисперсии, так и наклона дисперсионной кривой оптического волокна, а Аэфф остается без изменения.
Профиль показателя преломления одномодового оптического волокна, используемого в этом примере, показан на фиг.1.
При разработке одномодового оптического волокна использовали радиусы сердцевины и относительные разности показателей преломления, представленные в Таблице 7, и расчетные значения оптических свойств одномодового оптического волокна представлены в Таблице 8.
Таблица 7
| r2/r1 | r3/r1 | Δ 1 | Δ 2 | Δ 3 |
| 2,5 | 3,0 | 0,70 | -0,30 | 0,60 |
Таблица 8
| Длина волны отсечки [нм] | Аэфф [мкм2] | ДПМ [мкм] | Хроматическая дисперсия [пс/(нм· км)] | Наклон дисперсионной кривой [пс/нм2·км)] | Потери на изгибах [дБ/м] |
| 1440 | 32,23 | 6,41 | +1,54 | +0,001 | 0,17 |
Примечание: значения оценены на длине волны 1550 нм; потери на изгибах ⊘ 20.
На фиг.11А-11D показано, как изменяются оптические свойства с изменением радиуса сердцевины оптического волокна, профиль показателя преломления которого представлен на фиг.1 и в Таблице 7, и на фиг.11А показано изменение хроматической дисперсии на длине волны 1550 нм; на фиг.11В показано изменение наклона дисперсионной кривой на длине волны 1550 нм; на фиг.11С показано изменение эффективного сечения сердцевины Аэфф на длине волны 1550 нм; и на фиг.11D показано изменение потерь на изгибах при диаметре изгиба ⊘ 20. Радиус сердцевины, отложенный по оси абсцисс, является относительной величиной, выраженной в процентах от базового среднего радиуса, в данном примере, базовый радиус сердцевины n3 равен 8,3 мкм.
В данном примере, Аэфф также достигает предельного значения при изменении радиуса сердцевины, но характер изменения наклона дисперсионной кривой оптического волокна отличается от рассмотренного в примерах с первого по третий, в которых наклон дисперсионной кривой достигает предельного значения, но при этом изменяется в небольших пределах. Этот пример отличается от предыдущих примеров тем, что наклон дисперсионной кривой изменяется в очень широких пределах, что показано на фиг.11В, в результате чего происходит смена знака значения.
Материал сердцевины, изготовленный в соответствии с конструкционными параметрами, представленными на фиг.1 и в Таблице 7, использовали при изготовлении испытательных образцов оптического волокна, радиусы сердцевины которых варьировали в пределах примерно ±10% относительно базового радиуса сердцевины, для оценки их оптических свойств. На фиг.12А показано изменение эффективного сечения сердцевины Аэфф, и на фиг.12В показано изменение наклона дисперсионной кривой. В обоих случаях, по оси абсцисс откладывается хроматическая дисперсия на длине волны 1550 нм. На фиг.12А, 12В жирные точки А, В указывают измеренные значения для полученных оптических волокон, а сплошные линии указывают расчетные значения. Из фиг.12А, 12В следует, что расчетные
значения, по существу, согласуются с измеренными значениями.
Кроме того, на фиг.12С показана зависимость ОНД (относительного наклона дисперсионной кривой) от хроматической дисперсии, причем ОНД представляет собой параметр, задаваемый следующим выражением:
ОНД = наклон дисперсионной кривой/хроматическая дисперсия, измеряется в нм-1.
Этот пример демонстрирует возможность изготовления оптического волокна, у которого Аэфф и ОНД находятся на практически постоянном уровне, и хроматическая дисперсия которых отличается по знаку, но одинакова по абсолютной величине.
Оптическое волокно А и оптическое волокно В, представленные на фиг.12С, имеют примерно одинаковые значения ОНД, и значения хроматической дисперсии, одинаковые по абсолютной величине, но противоположные по знаку. Следовательно, наклон дисперсионной кривой можно компенсировать, используя комбинацию таких оптических волокон.
На фиг.13 показана хроматическая дисперсия оптических волокон А, В, представленных на фиг.12А-12С, и хроматическая дисперсия составной оптической линии связи, полученной присоединением оптического волокна А к оптическому волокну В. Эта составная оптическая линия связи имеет отношение длин отрезков 1:1 для двух типов оптического волокна.
Из фиг.13 следует, что составная оптическая линия связи позволяет регулировать абсолютные значения хроматической дисперсии, доводя ее до уровня менее 2 пс/(нм· км) во всех диапазонах S, С и L. Иными словами, использование оптического волокна, профиль показателя преломления которого проиллюстрирован в этом примере, позволяет изготавливать самокомпенсирующее оптическое волокно, способное корректировать свои собственные дисперсионные характеристики лишь за счет изменения радиуса сердцевины.
Соответственно, одномодовое оптическое волокно, рассмотренное в этом примере, можно получить путем изготовления такого оптического волокна, в котором оптические свойства (характеристики) (например, эффективное сечение сердцевины Аэфф и наклон дисперсионной кривой) достигают предельного значения при изменении радиуса сердцевины, при котором наклон дисперсионной кривой меняет знак, в результате чего два сегмента волокна, хроматическая дисперсия и наклон дисперсионной кривой могут иметь противоположные знаки, тогда как оптические свойства остаются практически постоянными.
Кроме того, самокомпенсирующаяся оптическая линия связи, которая корректирует наклон дисперсионной кривой, обеспечивается объединением таких одномодовых волокон с образованием составной оптической линии связи.
Следует заметить, что, хотя, в данном примере, в качестве параметра, достигающего предельного значения, выбирают эффективное сечение сердцевины Аэфф, те же эффекты можно получить, выбрав диаметр поля моды в качестве параметра, достигающего предельного значения.
1. Одномодовое оптическое волокно, содержащее сердцевину и оболочку, причем сердцевина содержит два или более слоев, имеющих различные показатели преломления, и, по меньшей мере, одна оптическая характеристика достигает экстремального значения в заданном диапазоне радиуса сердцевины при изменении радиуса сердцевины, при этом к оптической характеристике относится, по меньшей мере, наклон дисперсионной кривой, эффективная область сердцевины или диаметр поля моды, и длина волны отсечки, которая равна 1450 нм или менее.
2. Одномодовое оптическое волокно по п.1, отличающееся тем, что оптическая характеристика достигает экстремального значения в пределах отклонения на ±10% от базового радиуса сердцевины.
3. Одномодовое оптическое волокно по п.2, отличающееся тем, что оптическая характеристика достигает экстремального значения в пределах отклонения на ±5% от базового радиуса сердцевины.
4. Одномодовое оптическое волокно по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна оптическая характеристика зависит от хроматической дисперсии, достигая экстремального значения.
5. Одномодовое оптическое волокно по п.4, отличающееся тем, что оптическая характеристика достигает экстремального значения в области, охватывающей положительные и отрицательные значения хроматической дисперсии.
6. Одномодовое оптическое волокно по п.1, отличающееся тем, что оптическая характеристика представляет собой наклон дисперсионной кривой.
7. Одномодовое оптическое волокно по п.5, отличающееся тем, что оптическая характеристика достигает экстремального значения в области, охватывающей положительные и отрицательные значения наклона дисперсионной кривой.
8. Одномодовое оптическое волокно по п.1, отличающееся тем, что оптическая характеристика представляет собой эффективное сечение сердцевины или диаметр поля моды.
9. Одномодовое оптическое волокно по п.6, отличающееся тем, что наклон дисперсионной кривой составляет не более 0,05 пс/(нм2·км) в рабочем диапазоне длин волн.
10. Одномодовое оптическое волокно по п.1, отличающееся тем, что наклон дисперсионной кривой составляет не более 0,03 пс/(нм2·км) в рабочем диапазоне длин волн.
11. Одномодовое оптическое волокно по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из слоев с различными показателями преломления, составляющих сердцевину, имеет показатель преломления, меньший показателя преломления оболочки.
12. Составная оптическая линия связи, компенсирующая наклон дисперсионной кривой за счет объединения одномодовых оптических волокон по п.7.
