Оптическое волокно и система связи, и система мультиплексирования с разделением по длине волны
Изобретение относится к оптическому волокну, которое противодействует возникновению вынужденного бриллюэновского рассеяния для обеспечения передачи сигналов повышенной мощности. Оптическое волокно содержит центральную сердцевину и оболочку, находящуюся на внешней периферии сердцевины. Сердцевина содержит слой дополнительного легирования, выполненный из кварцевого стекла, легированного германием и фтором, слой, выполненный из кварцевого стекла, который не содержит фтор и легирован германием, и слой дополнительного легирования с пониженной концентрацией, выполненный из кварцевого стекла, которое легировано германием и фтором. Показатели преломления слоя дополнительного легирования и слоя, выбранного из слоя, легированного германием, и слоя дополнительного легирования с пониженной концентрацией, совпадают. Технический результат - обеспечение оптического волокна, которое может повысить пороговую мощность по сравнению с традиционными оптическими волокнами, обеспечение системы связи и системы мультиплексирования с разделением по длине волны. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 26 ил., 7 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к оптическому волокну, которое противодействует возникновению вынужденного бриллюэновского рассеяния (далее именуемому SBS) для обеспечения передачи сигналов повышенной мощности. Настоящее изобретение также относится к системе связи и системе мультиплексирования с разделением по длине волны с использованием этого оптического волокна.
Испрашивается приоритет на основании патентной заявки Японии № 2004-308359, поданной 22 октября 2004 г., патентной заявки Японии № 2005-55669, поданной 1 марта 2005 г. и патентной заявки Японии № 2005-208687, поданной 19 июля 2005 г., содержание которых включено сюда посредством ссылки.
Описание уровня техники
В наши дни доступна услуга «волокно в дом» (далее именуемая FTTH), которая позволяет протягивать оптические волокна к отдельным домам с целью использования для обмена различной информацией.
В качестве разновидности FTTH, которая передает различную информацию, существует система, в которой широковещательный сигнал и другой сигнал связи одновременно передаются в разных системах посредством одного оптического волокна (Рекомендация ITU-T G.652). В общем случае, в этой системе широковещательный сигнал часто представляет собой аналоговый сигнал или низкочастотный сигнал.
Характеристики системы, в которой оптическое волокно используется в качестве среды передачи, следующие.
- FTTH обычно представляет собой PON (пассивную оптическую сеть) двухзвездного типа и имеет большие потери при распределении (обычно предусмотрено до 32 ответвлений).
- Поскольку FTTH передает аналоговый сигнал или низкочастотный сигнал, CNR (отношение несущая/шум) на приемнике должно быть высоким, и необходимая минимальная мощность светового сигнала на блоке приема света больше по сравнению со случаем, когда для связи используется цифровая передача.
С вышеописанной точки зрения, в этой системе мощность на блоке ввода сигнала должна быть большой. В особенности, с учетом ослабления и потерь при распределении в ходе передачи светового сигнала чем больше длина линии или чем больше ответвлений, тем выше должна быть мощность. Если сигнал можно передавать сколь угодно далеко и распределять одновременно на большое количество абонентов, это более предпочтительно с различных точек зрения (затрат на строительство, ремонтопригодности, конструкции системы и пр.).
Однако при оптической передаче с использованием оптического волокна, даже если в оптическое волокно предполагается ввести свыше определенной мощности света, SBS, которое относится к нелинейным явлениям, позволяет вводить свет в пределах определенной мощности (далее именуемой пороговой мощностью SBS) или менее, и отклоненный свет возвращается на сторону ввода света в качестве обратно рассеянного света. Это явление иногда накладывает ограничения на мощность светового сигнала на блоке ввода, тем самым создавая проблему (см., например, непатентный документ 1).
Традиционно, в качестве способов достижения подавления SBS известны подходы изменения в продольном направлении оптических характеристик, концентраций легирующих веществ и остаточного напряжения (см., например, патентный документ 1 и непатентный документ 2).
Непатентный документ 1: A.R.Charaplyvy, J. Lightwave Technol., т.8, стр.1548-1557 (1990).
Патентный документ 1: патент США № 5267339.
Непатентный документ 2: K. Shiraki и др., J. Lightwave Technol., т.14, стр.50-57 (1996).
Сущность изобретения
Проблема, стоящая перед изобретением
Однако способы подавления SBS, описанные в патентном документе 1 и непатентном документе 2, безусловно, предусматривают изменение оптических характеристик в продольном направлении оптических волокон, что делает эти способы нежелательными при практическом использовании.
Настоящее изобретение сделано ввиду вышеозначенных обстоятельств, и его задачей является обеспечение оптического волокна, которое может повысить пороговую мощность SBS по сравнению с традиционными оптическими волокнами, и обеспечение системы связи и системы мультиплексирования с разделением по длине волны, в которых оно используется.
Средства для решения проблемы
Для решения вышеуказанной задачи настоящее изобретение предусматривает оптическое волокно, содержащее центральную сердцевину и оболочку, находящуюся на внешней периферии сердцевины, в котором сердцевина содержит, по меньшей мере, один слой дополнительного легирования, выполненный из кварцевого стекла, легированного германием и фтором, и, по меньшей мере, один слой дополнительного легирования с пониженной концентрацией, выполненный из кварцевого стекла, легированного германием, или кварцевого стекла, которое легировано германием и фтором, в котором степень легирования фтором меньше, чем степень легирования фтором в слое дополнительного легирования.
В оптическом волокне, отвечающем настоящему изобретению, предпочтительно, сердцевина содержит внутреннюю сердцевину, находящуюся вблизи центра, и внешнюю сердцевину, обеспеченную на внешней периферии внутренней сердцевины, причем внутренняя сердцевина содержит слой дополнительного легирования, выполненный из кварцевого стекла, легированного германием и фтором, и внешняя сердцевина содержит слой дополнительного легирования с пониженной концентрацией, выполненный из кварцевого стекла, легированного германием, или кварцевого стекла, которое легировано германием и фтором, в котором степень легирования фтором меньше, чем степень легирования фтором во внутренней сердцевине.
В оптическом волокне, отвечающем настоящему изобретению, предпочтительно, оболочка выполнена из нелегированного кварцевого стекла.
Предпочтительно, в оптическом волокне, отвечающем настоящему изобретению, фтором легирована часть оболочки.
Предпочтительно, в оптическом волокне, отвечающем настоящему изобретению, оболочка содержит внутреннюю оболочку, обеспеченную на внешней периферии сердцевины, и внешнюю оболочку, обеспеченную на внешней периферии внутренней оболочки, и выполняется соотношение: nc1<nc2, исходя из того, что показатель преломления внутренней оболочки равен nc1 и показатель преломления внешней оболочки равен nc2.
Предпочтительно, в оптическом волокне, отвечающем настоящему изобретению, оболочка содержит внутреннюю оболочку, обеспеченную на внешней периферии сердцевины, слой ямы, обеспеченный на внешней периферии внутренней оболочки, и внешнюю оболочку, обеспеченную поверх слоя ямы, и выполняются соотношения: nc2<nc1 и nc2<nc3, исходя из того, что показатель преломления внутренней оболочки равен nc1, показатель преломления слоя ямы равен nc2, и показатель преломления внешней оболочки равен nc3.
Предпочтительно, в оптическом волокне, отвечающем настоящему изобретению, концентрация германия находится в пределах от 4% до 15% по массе применительно к оксиду германия, и концентрация фтора находится в пределах от 0,2% до 5% по массе, во внутренней сердцевине.
Предпочтительно, в оптическом волокне, отвечающем настоящему изобретению, отношение радиуса внутренней сердцевины к радиусу внешней сердцевины находится в пределах от 0,10 до 0,85.
Предпочтительно, в оптическом волокне, отвечающем настоящему изобретению, отношение радиуса внутренней сердцевины к радиусу внешней сердцевины находится в пределах от 0,25 до 0,70.
В оптическом волокне, отвечающем настоящему изобретению, оптические показатели преломления внутренней сердцевины и внешней сердцевины могут быть сделаны, по существу, одинаковыми.
Предпочтительно, в оптическом волокне, отвечающем настоящему изобретению, среднее относительных разностей показателей преломления в отношении оболочки внутренней сердцевины и внешней сердцевины находится в пределах от 0,30% до 0,60%, и диаметр внешней сердцевины находится в пределах от 6,0 мкм до 10,5 мкм.
Предпочтительно, в оптическом волокне, отвечающем настоящему изобретению, сердцевина содержит первую сердцевину, находящуюся вблизи центра, вторую сердцевину, обеспеченную на внешней периферии первой сердцевины, и третью сердцевину, обеспеченную на внешней периферии второй сердцевины, причем первая сердцевина и третья сердцевина содержат слой дополнительного легирования, выполненный из кварцевого стекла, легированного германием и фтором, и вторая сердцевина содержит слой дополнительного легирования с пониженной концентрацией, выполненный из кварцевого стекла, легированного германием, или кварцевого стекла, которое легировано германием и фтором, в котором степень легирования фтором меньше, чем степень легирования фтором во внутренней сердцевине.
Предпочтительно, в оптическом волокне, отвечающем настоящему изобретению, выполняются соотношения nf1>nf2 и nf3>nf2, исходя из того, что концентрация фтора равна nf1% по массе, концентрация фтора второй сердцевины равна nf2% по массе, и концентрация фтора третьей сердцевины равна nf3% по массе.
В вышеописанном оптическом волокне, nf1 и nf3 могут быть, по существу, одинаковыми.
В вышеописанном оптическом волокне, может выполняться соотношение: nf1<nf3.
В вышеописанном оптическом волокне, может выполняться соотношение: nf1>nf3.
Предпочтительно, в оптическом волокне, отвечающем настоящему изобретению, оптические характеристики удовлетворяют требованиям Рекомендации ITU-T G.652.
Кроме того, настоящим изобретением предусмотрена система связи, сконфигурированная для осуществления передачи аналогового сигнала или низкочастотной передачи с использованием вышеупомянутого оптического волокна согласно настоящему изобретению, описанному выше.
Кроме того, настоящим изобретением предусмотрена система мультиплексирования с разделением по длине волны, сконфигурированная для осуществления передачи данных и/или голосовой передачи голоса, помимо вышеописанных передачи аналогового сигнала и/или низкочастотной передачи с использованием вышеупомянутого оптического волокна, отвечающего настоящему изобретению.
Преимущества изобретения
Настоящее изобретение может обеспечивать оптическое волокно, которое противодействует возникновению SBS для обеспечения передачи сигналов повышенной мощности, и систему связи и систему мультиплексирования с разделением по длине волны, которые обеспечивают передачу с использованием оптического волокна на большие расстояния с многочисленными ответвлениями.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в разрезе, демонстрирующий один вариант осуществления оптического волокна, отвечающего настоящему изобретению.
Фиг.2 - график, демонстрирующий соотношение между отношениями диаметр внутренней сердцевины/диаметр внешней сердцевины, концентрациями Ge внутренней сердцевины и пороговой мощностью оптических волокон, проиллюстрированных в Примерах.
Фиг.3A - схема, демонстрирующая профиль показателя преломления оптического волокна, отвечающего настоящему изобретению.
Фиг.3B - схема, демонстрирующая профиль показателя преломления оптического волокна, отвечающего настоящему изобретению.
Фиг.3C - схема, демонстрирующая профиль показателя преломления оптического волокна, отвечающего настоящему изобретению.
Фиг.3D - схема, демонстрирующая профиль показателя преломления оптического волокна, отвечающего настоящему изобретению.
Фиг.3E - схема, демонстрирующая профиль показателя преломления оптического волокна, отвечающего настоящему изобретению.
Фиг.3F - схема, демонстрирующая профиль показателя преломления оптического волокна, отвечающего настоящему изобретению.
Фиг.4A - график, демонстрирующий профиль концентрации Ge оптического волокна согласно традиционным подходам во втором варианте осуществления.
Фиг.4B - график, демонстрирующий профиль концентрации F оптического волокна согласно традиционным подходам во втором варианте осуществления.
Фиг.4C - график, демонстрирующий профиль разности показателей преломления оптического волокна согласно традиционным подходам во втором варианте осуществления.
Фиг.5 - график, демонстрирующий спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, показанного на Фиг.4A-C.
Фиг.6A - график, демонстрирующий профиль концентрации Ge оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, во втором варианте осуществления.
Фиг.6B - график, демонстрирующий профиль показателя преломления и профиль концентрации F оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, во втором варианте осуществления.
Фиг.6C - график, демонстрирующий профиль разности показателей преломления оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, во втором варианте осуществления.
Фиг.7 - график, демонстрирующий спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, показанного на Фиг.6A-C.
Фиг.8A - график, демонстрирующий профиль концентрации Ge оптического волокна согласно традиционным подходам в третьем варианте осуществления.
Фиг.8B - график, демонстрирующий профиль концентрации F оптического волокна согласно традиционным подходам в третьем варианте осуществления.
Фиг.8C - график, демонстрирующий профиль разности показателей преломления оптического волокна согласно традиционным подходам в третьем варианте осуществления.
Фиг.9 - график, демонстрирующий спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, показанного на Фиг.8A-C.
Фиг.10A - график, демонстрирующий профиль концентрации Ge оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в третьем варианте осуществления.
Фиг.10B - график, демонстрирующий профиль концентрации F оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в третьем варианте осуществления.
Фиг.10C - график, демонстрирующий профиль разности показателей преломления оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в третьем варианте осуществления.
Фиг.11 - график, демонстрирующий спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, показанного на Фиг.10A-C.
Фиг.12A - график, демонстрирующий профиль концентрации Ge оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в четвертом варианте осуществления.
Фиг.12B - график, демонстрирующий профиль концентрации F оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в четвертом варианте осуществления.
Фиг.12C - график, демонстрирующий профиль разности показателей преломления оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в четвертом варианте осуществления.
Фиг.13 - график, демонстрирующий спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, показанного на Фиг.12A-C.
Фиг.14A - график, демонстрирующий профиль концентрации Ge оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в пятом варианте осуществления.
Фиг.14B - график, демонстрирующий профиль концентрации F оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в пятом варианте осуществления.
Фиг.14C - график, демонстрирующий профиль разности показателей преломления оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в пятом варианте осуществления.
Фиг.15 - график, демонстрирующий спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, показанного на Фиг.14A-C.
Фиг.16A - график, демонстрирующий профиль концентрации Ge оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в шестом варианте осуществления.
Фиг.16B - график, демонстрирующий профиль концентрации F оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в шестом варианте осуществления.
Фиг.16C - график, демонстрирующий профиль разности показателей преломления оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в шестом варианте осуществления.
Фиг.17 - график, демонстрирующий спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, показанного на Фиг.16A-C.
Фиг.18A - график, демонстрирующий профиль концентрации Ge оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в седьмом варианте осуществления.
Фиг.18B - график, демонстрирующий профиль концентрации F оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в седьмом варианте осуществления.
Фиг.18C - график, демонстрирующий профиль разности показателей преломления оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в седьмом варианте осуществления.
Фиг.19 - график, демонстрирующий спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, показанного на Фиг.18A-C.
Фиг.20A - график, демонстрирующий профиль концентрации Ge оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в восьмом варианте осуществления.
Фиг.20B - график, демонстрирующий профиль концентрации F оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в восьмом варианте осуществления.
Фиг.20C - график, демонстрирующий профиль разности показателей преломления оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в восьмом варианте осуществления.
Фиг.21 - график, демонстрирующий спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, показанного на Фиг.20A-C.
Фиг.22A - график, демонстрирующий профиль концентрации Ge оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в девятом варианте осуществления.
Фиг.22B - график, демонстрирующий профиль концентрации F оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в девятом варианте осуществления.
Фиг.22C - график, демонстрирующий профиль разности показателей преломления оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в девятом варианте осуществления.
Фиг.23 - график, демонстрирующий спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, показанного на Фиг.22A-C.
Фиг.24A - график, демонстрирующий профиль концентрации Ge оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в десятом варианте осуществления.
Фиг.24B - график, демонстрирующий профиль концентрации F оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в десятом варианте осуществления.
Фиг.24C - график, демонстрирующий профиль разности показателей преломления оптического волокна согласно подходу, отвечающему настоящему изобретению, в десятом варианте осуществления.
Фиг.25 - график, демонстрирующий спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, показанного на Фиг.24A-C.
Фиг.26 - система связи (система мультиплексирования с разделением по длине волны), сконфигурированная с использованием оптического волокна, отвечающего настоящему изобретению.
Описание условных обозначений
1.… Оптическое волокно
2.… Внутренняя сердцевина
3.… Внешняя сердцевина
4.… Оболочка
10.… Оптическая система связи (система мультиплексирования с разделением по длине волны).
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
Ниже приведено описание вариантов осуществления, отвечающих настоящему изобретению, со ссылкой на чертежи.
На Фиг.1 показана схема, демонстрирующая один вариант осуществления оптического волокна согласно настоящему изобретению. Оптическое волокно 1, согласно этому варианту осуществления, содержит внутреннюю сердцевину 2, которая выполнена из кварцевого стекла, легированного германием и фтором, внешнюю сердцевину 3, которая обеспечена на внешней периферии внутренней сердцевины 2 и выполнена из кварцевого стекла, легированного германием, или кварцевого стекла, которое легировано германием и фтором, в котором степень легирования фтором меньше, чем степень легирования фтором во внутренней сердцевине 2, и оболочку 4, которая обеспечена на внешней периферии внешней сердцевины 3. Эта структура способна противодействовать возникновению SBS, которое представляет проблему при передаче по оптическим волокнам, увеличивать пороговую мощность SBS и допускает передачу сигналов повышенной мощности.
Предпочтительно, концентрация германия находится в пределах от 4% до 15% по массе применительно к оксиду германия, и концентрация фтора находится в пределах от 0,2% до 5% по массе во внутренней сердцевине 2. Если концентрации германия и фтора во внутренней сердцевине 2 превышают максимальные значения, потери при передаче в оптическом волокне 1 возрастают вследствие увеличения релеевского рассеяния, которое может создавать проблемы при практическом использовании. Напротив, если концентрации германия и фтора во внутренней сердцевине 2 меньше, чем указанные диапазоны, преимущество увеличения пороговой мощности SBS может сокращаться, что может препятствовать решению задач настоящего изобретения.
Кроме того, желательно, чтобы отношение диаметра внутренней сердцевины к диаметру внешней сердцевины было в пределах от 0,10 до 0,85. Устанавливая отношение диаметра внутренней сердцевины к диаметру внешней сердцевины в указанных пределах, можно получить пороговую мощность SBS примерно в 1,5 раза выше, чем для типичных одномодовых оптических волокон (далее именуемых типичными SM оптическими волокнами).
Кроме того, более предпочтительно, чтобы отношение диаметра внутренней сердцевины к диаметру внешней сердцевины было в пределах от 0,25 до 0,70. Устанавливая отношение диаметра внутренней сердцевины к диаметру внешней сердцевины в указанных пределах, можно повысить пороговую мощность SBS примерно в 2 раза по сравнению с типичными SM оптическими волокнами.
Кроме того, желательно, чтобы оптические показатели преломления внутренней сердцевины 2 и внешней сердцевины 3 были, по существу, одинаковы. Если оптические показатели преломления внутренней сердцевины 2 и внешней сердцевины 3 различны, то дисперсия волновода (также именуемая структурной дисперсией) в оптическом волокне сдвигается в сторону увеличения длины волны, что может затруднять регулировку оптических характеристик в нужных пределах. Здесь, выражение "оптические показатели преломления, по существу, одинаковы" подразумевает, что каждая разность показателей преломления составляет около 0,07% или менее, применительно к относительной разности показателей преломления (A). Однако внутренняя сердцевина 2 и внешняя сердцевина 3 могут иметь некоторую степень неоднородности показателей преломления в радиальном направлении, обусловленную неоднородностью при изготовлении. Заметим, что лучше сравнивать средние показатели преломления внутренней сердцевины 2 и внешней сердцевины 3. Заметим также, что здесь выражение "в нужных пределах" означает диапазон, удовлетворяющий требованиям, например Рекомендации ITU-T G.652. Среди характеристик, заданных в G.652, очень важно иметь, по меньшей мере, характеристику сравнительной хроматической дисперсии при конструировании линий связи. В других случаях, будет достаточно, чтобы никакого значительного отклонения от оптических характеристик существующих оптических волокон различных типов не вносилось за счет адаптации структуры согласно настоящему изобретению.
Кроме того, для получения оптических характеристик, удовлетворяющих требованиям Рекомендации ITU-T G.652, необходимо, чтобы среднее значение оптического показателя преломления всей области сердцевины, включающей в себя внутреннюю сердцевину 2 и внешнюю сердцевину 3, было в пределах от 0,30% до 0,40% в качестве относительной разности показателей преломления относительно оболочки 4 и чтобы диаметр внешней сердцевины был в пределах от 7,5 мкм до 11 мкм.
Оптические волокна, которые имеют вышеописанную структуру, отвечающую настоящему изобретению, и проявляют оптические характеристики, удовлетворяющие требованиям Рекомендации ITU-T G.652, имеют преимущества в том, что их можно использовать таким же образом, как традиционные оптические волокна, поскольку они имеют такие же оптические характеристики, как оптические волокна, составляющие существующие линии связи, за исключением более высокой пороговой мощности SBS.
На Фиг.3A-3F показаны схемы, иллюстрирующие профили показателя преломления в радиальном направлении оптических волокон, отвечающих настоящему изобретению. Однако настоящее изобретение не ограничивается этими иллюстрациями.
Оптическое волокно, имеющее профиль показателя преломления, показанный на Фиг.3A, содержит внутреннюю сердцевину 2, которая имеет ступенчатый профиль показателя преломления и имеет наибольший показатель преломления, внешнюю сердцевину 3, которая обеспечена на внешней периферии внутренней сердцевины 2 и имеет чуть меньший показатель преломления, чем внутренняя сердцевина 2, и оболочку 4, которая обеспечена на внешней периферии внешней сердцевины 3 и выполнена из кварцевого стекла.
Оптическое волокно, имеющее профиль показателя преломления, показанный на Фиг.3B, содержит внутреннюю сердцевину 2, которая имеет ступенчатый профиль показателя преломления, внешнюю сердцевину 3, которая обеспечена на внешней периферии внутренней сердцевины 2 и имеет чуть больший показатель преломления, чем у внутренней сердцевины 2, и оболочку 4, которая обеспечена на внешней периферии внешней сердцевины 3 и выполнена из кварцевого стекла.
Оптическое волокно, имеющее профиль показателя преломления, показанный на Фиг.3C, содержит внутреннюю сердцевину 2, которая имеет профиль показателя преломления, в котором показатель преломления постепенно увеличивается к центру, внешнюю сердцевину 3, которая обеспечена на внешней периферии внутренней сердцевины 2, и оболочку 4, которая обеспечена на внешней периферии внешней сердцевины 3 и выполнена из кварцевого стекла.
Оптическое волокно, имеющее профиль показателя преломления, показанный на Фиг.3D, содержит внутреннюю сердцевину 2, которая имеет более высокий показатель преломления вблизи внешней периферии, чем в центре, внутреннюю сердцевину 3, которая обеспечена на внешней периферии внутренней сердцевины 2 и имеет более высокий показатель преломления вблизи внешней периферии, и оболочку 4, которая обеспечена на внешней периферии внешней сердцевины 3 и выполнена из кварцевого стекла.
Оптическое волокно, имеющее профиль показателя преломления, показанный на Фиг.3E, содержит внутреннюю сердцевину 2, которая имеет приблизительно зазубренный профиль показателя преломления, в котором показатель преломления меньше в центральной части, внешнюю сердцевину 3, которая обеспечена на внешней периферии внутренней сердцевины 2 и имеет профиль показателя преломления, в котором показатель преломления внешней периферической части постепенно уменьшается, и оболочку 4, которая обеспечена на внешней периферии внешней сердцевины 3 и выполнена из кварцевого стекла.
Оптическое волокно, имеющее профиль показателя преломления, показанный на Фиг.3F, содержит внутреннюю сердцевину 2, имеющую клиновидный участок с низким показателем преломления в центральной части, внешнюю сердцевину 3, которая обеспечена на внешней периферии внутренней сердцевины 2 и имеет профиль показателя преломления, в котором показатель преломления выше, чем у внутренней сердцевины 2 и постепенно уменьшается к внешней периферии, и оболочку 4, которая обеспечена на внешней периферии внешней сердцевины 3 и выполнена из кварцевого стекла.
Настоящее изобретение также предусматривает систему связи, в которой используется вышеописанное оптическое волокно, отвечающее настоящему изобретению.
Преимущество использования вышеописанного оптического волокна, отвечающего настоящему изобретению, состоит в возможности ввода светового сигнала повышенной мощности. Поэтому, при осуществлении аналоговой передачи или низкочастотной передачи, для которой требуется сравнительно высокая мощность, использование оптического волокна, отвечающего настоящему изобретению, обеспечивает передачу большей дальности с увеличенным количеством ответвлений, что дает дополнительные преимущества. Наибольшие преимущества можно получить в системе с дальностью передачи 15 км или более и/или с 32 ответвлениями или более.
Кроме того, с использованием оптического волокна, отвечающего настоящему изобретению, можно также осуществлять мультиплексирование с разделением по длине волны, в котором другую передачу можно осуществлять одновременно с вышеописанной аналоговой передачей или низкочастотной передачей. В отношении мультиплексирования с разделением по длине волны можно рассматривать одну форму FTTH, показанную в ITU-T G.983.3, CWDM и пр. Наибольшие преимущества можно получить в системе с дальностью передачи 15 км или более и/или с 32 ответвлениями или более.
Очевидно, нет необходимости ограничивать оптическое волокно, отвечающее настоящему изобретению, этими применениями в системе связи. Например, его можно использовать не только в обычной общественной системе передачи данных, но также в цифровой, дальнодействующей системе связи без ретрансляторов, интеллектуальной системе транспортировки (ITS), в датчиках, в системе дистанционного лазерного резанья и т.д.
ПРИМЕРЫ
Первый вариант осуществления
Были созданы прототипы оптических волокон согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. В Таблицах 1-3 показаны Примеры №№. 2-25 прототипов оптических волокон совместно с их структурами и оптическими характеристиками. Кроме того, типичное SM оптическое волокно (отвечающее Рекомендации ITU-T G.652) также показано в Таблице 1 под № 1 в качестве сравнительного примера. Заметим, что в Таблицах 1-3 "концентрация Ge" указывает концентрации германия, легирующего внутреннюю сердцевину или внешнюю сердцевину (применительно к оксиду германия) и "концентрация F" указывает концентрации фтора, легирующего внутреннюю сердцевину или внешнюю сердцевину. Кроме того, для оптического волокна каждого из Примеров №№ 2-25 "относительный коэффициент усиления Бриллюэна" указывает относительные значения интенсивности света SBS, измеренные в оптическом волокне каждого Примера, когда значение интенсивности света SBS, измеренное в оптическом волокне сравнительного примера принято за 1. Аналогично, "пороговая мощность" указывает относительные значения пороговой мощности SBS, измеренной в оптическом волокне каждого Примера, когда значение пороговой мощности SBS, измеренное в оптическом волокне сравнительного примера, принято за 1.
| Таблица 1 | |||||||||||
| Единица | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| Ср. | Пр. | Пр. | Пр. | Пр. | Пр. | Пр. | Пр. | Пр. | Пр. | ||
| Концентрация Ge внутренней сердцевины | % по массе | 3,2 | 4,3 | 4,1 | 4,7 | 5,0 | 4,1 | 5,1 | 6,2 | 6,0 | 6,0 |
| Концентрация F внутренней сердцевины | % по массе | 0 | 0,2 | 0,2 | 0,3 | 0,5 | 0,2 | 0,5 | 0,9 | 0,8 | 0,8 |
| Радиус внутренней сердцевины | мкм | - | 1,6 | 2,8 | 1,4 | 2,0 | 2,2 | 2,4 | 1,0 | 1,4 | 2,2 |
| Относительная разность показателей преломления внутренней сердцевины | % | 0,33 | 0,34 | 0,31 | 0,35 | 0,34 | 0,32 | 0,34 | 0,33 | 0,33 | 0,34 |
| Концентрация Ge внешней сердцевины | % по массе | 3,2 | 3,2 | 3,2 | 3,3 | 3,2 | 3,2 | 3,2 | 3,2 | 3,2 | 3,1 |
| Концентрация F внешней сердцевины | % по массе | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Радиус внутренней сердцевины | мкм | 4,3 | 4,5 | 4,5 | 4,1 | 4,4 | 4,4 | 4,5 | 4,4 | 4,6 | 5,0 |
| Относительная разность показателей преломления внутренней сердцевины | % | 0,33 | 0,33 | 0,33 | 0,34 | 0,33 | 0,32 | 0,32 | 0,33 | 0,33 | 0,30 |
| Радиус внутренней сердцевины/радиус внешней сердцевины | - | - | 0,36 | 0,62 | 0,34 | 0,46 | 0,50 | 0,53 | 0,22 | 0,30 | 0,44 |
| Относительный коэффициент усиления Бриллюэна | - | 1 | 0,66 | 0,67 | 0,55 | 0,41 | 0,53 | 0,48 | 0,61 | 0,55 | 0,44 |
| Относительная пороговая мощность | - | 1 | 1,5 | 1,5 | 1,8 | 2,4 | 1,9 | 2,1 | 1,6 | 1,8 | 2,3 |
| Оптические характеристики (опорн./извлеч.) | |||||||||||
| Потери при передаче на 1310 нм | дБ/км | 0,332 | 0,328 | 0,327 | 0,331 | 0,331 | 0,333 | 0,322 | 0,327 | 0,331 | 0,329 |
| MFD на 1310 нм | мкм | 9,45 | 9,28 | 9,43 | 9,21 | 9,41 | 9,43 | 9,52 | 9,40 | 9,44 | 9,65 |
| Длина волны нулевой дисперсии | нм | 1312 | 1316 | 1309 | 1315 | 1309 | 1310 | 1308 | 1307 | 1312 | 1302 |
| Критическая длина волны кабеля | мкм | 1,24 | 1,22 | 1,26 | 1,25 | 1,23 | 1,23 | 1,24 | 1,21 | 1,23 | 1,26 |
| Таблица 2 | |||||||||||
| Единица | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | |
| Пр. | Пр. | Пр. | Пр. | Пр. | Пр. | Пр. | Пр. | Пр. | Пр. | ||
| Концентрация Ge внутренней сердцевины | % по массе | 6,7 | 7,2 | 8,3 | 9,2 | 8,6 | 8,3 | 10,3 | 10,0 | 9,9 | 12,0 |
| Концентрация F внутренней сердцевины | % по массе | 1,0 | 1,2 | 1,5 | 1,7 | 1,7 | 1,5 | 2,2 | 2,0 | 2,0 | 2,6 |
| Радиус внутренней сердцевины | мкм | 2,9 | 2,2 | 3,1 | 1,6 | 2,2 | 1,0 | 1,6 | 3,3 | 2,5 | 1,0 |
| Относительная разность показателей преломления внутренней сердцевины | % | 0,34 | 0,33 | 0,33 | 0,36 | 0,31 | 0,34 | 0,31 | 0,35 | 0,33 | 0,34 |
| Концентрация Ge внешней сердцевины | % по массе | 3,4 | 3,2 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,3 |
| Концентрация F внешней сердцевины | % по массе | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Радиус внутренней сердцевины | мкм | 4,1 | 4,5 | 4,4 | 4,4 | 4,5 | 4,3 | 4,4 | 4,5 | 4,4 | 4,3 |
| Относительная разность показателей преломления внутренней сердцевины | % | 0,35 | 0,33 | 0,34 | 0,33 | 0,33 | 0,33 | 0,34 | 0,33 | 0,33 | 0,34 |
| Радиус внутренней сердцевины/радиус внешней сердцевины | - | 0,71 | 0,49 | 0,70 | 0,36 | 0,49 | 0,23 | 0,36 | 0,73 | 0,56 | 0,23 |
| Относительный коэффициент усиления Бриллюэна | - | 0,64 | 0,35 | 0,53 | 0,42 | 0,37 | 0,51 | 0,44 | 0,50 | 0,47 | 0,47 |
| Относительная пороговая мощность | - | 1,6 | 2,9 | 1,9 | 2,4 | 2,7 | 2,0 | 2,3 | 2,0 | 2,1 | 2,1 |
| Оптические характеристики (опорн./извлеч.) | |||||||||||
| Потери при передаче на 1310 нм | дБ/км | 0,333 | 0,335 | 0,336 | 0,337 | 0,333 | 0,326 | 0,336 | 0,345 | 0,342 | 0,355 |
| MFD на 1310 нм | мкм | 9,09 | 9,41 | 9,43 | 9,35 | 9,42 | 9,33 | 9,42 | 9,28 | 9,43 | 9,41 |
| Длина волны нулевой дисперсии | нм | 1316 | 1310 | 1307 | 1312 | 1305 | 1311 | 1306 | 1314 | 1310 | 1308 |
| Критическая длина волны кабеля | мкм | 1,25 | 1,23 | 1,25 | 1,23 | 1,25 | 1,21 | 1,23 | 1,18 | 1,22 | 1,23 |
| Таблица 3 | ||||||
| Единица | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | |
| Пример | Пример | Пример | Пример | Пример | ||
| Концентрация Ge внутренней сердцевины | % по массе | 13,2 | 6,5 | 7,3 | 8,4 | 7,7 |
| Концентрация F внутренней сердцевины | % по массе | 3,2 | 1,0 | 1,1 | 1,5 | 1,4 |
| Радиус внутренней сердцевины | мкм | 3,0 | 2,1 | 1,8 | 2,4 | 2,1 |
| Относительная разность показателей преломления внутренней сердцевины | % | 0,29 | 0,31 | 0,35 | 0,33 | 0,30 |
| Концентрация Ge внешней сердцевины | % по массе | 3,3 | 3,4 | 3,4 | 3,8 | 4,4 |
| Концентрация F внешней сердцевины | % по массе | 0 | 0,01 | 0,05 | 0,13 | 0,3 |
| Радиус внутренней сердцевины | мкм | 4,5 | 4,4 | 4,5 | 4,3 | 4,4 |
| Относительная разность показателей преломления внутренней сердцевины | % | 0,33 | 0,34 | 0,32 | 0,33 | 0,33 |
| Радиус внутренней сердцевины/радиус внешней сердцевины | - | 0,67 | 0,48 | 0,40 | 0,56 | 0,48 |
| Относительный коэффициент усиления Бриллюэна | - | 0,45 | 0,39 | 0,48 | 0,44 | 0,50 |
| Относительная пороговая мощность | - | 2,2 | 2,6 | 2,1 | 2,3 | 2,0 |
| Оптические характеристики (опорн./извлеч.) | ||||||
| Потери при передаче на 1310 нм | дБ/км | 0,359 | 0,325 | 0,329 | 0,335 | 0,340 |
| MFD на 1310 нм | мкм | 9,44 | 9,32 | 9,44 | 9,38 | 9,51 |
| Длина волны нулевой дисперсии | нм | 1303 | 1311 | 1308 | 1310 | 1301 |
| Критическая длина волны кабеля | мкм | 1,19 | 1,25 | 1,23 | 1,24 | 1,27 |
Результаты, приведенные в Таблицах 1-3, указывают, что возникновение SBS сокращается и относительно высокая пороговая мощность SBS достигается в оптических волокнах Примеров №№2-25 по сравнению с типичным SM оптическим волокном сравнительного примера, что позволяет передавать сигналы более высокой мощности, чем в типичном SM оптическом волокне сравнительного примера. Причина в том, что их конфигурация предусматривает внутреннюю сердцевину, содержащую германий и фтор, и внешнюю сердцевину, содержащую только германий или германий и малое количество фтора.
На Фиг.2 показано соотношение между отношениями диаметр внутренней сердцевины/диаметр внешней сердцевины, концентрациями Ge внутренней сердцевины и пороговой мощностью, полученными в прототипах оптических волокон согласно этому варианту осуществления.
Из Фиг.2 следует, что нужная пороговая мощность достигается при соблюдении вышеописанных диапазонов параметров.
Второй вариант осуществления
Второй вариант осуществления относится к SM оптическому волокну, которое имеет MFD на длине волны 1310 нм около 8,6 мкм. Такие оптические волокна получили коммерческое распространение как оптические волокна, которые снижают потери на изгибе в пределах, отвечающих Рекомендации ITU-T G.652. Профили концентрации легирующих веществ (Ge и F) и относительной разности показателей преломления такого оптического волокна, которое сконструировано согласно традиционным подходам, показаны на Фиг.4A-C и в Таблице 4.
Такой профиль показателя преломления может обеспечивать оптические волокна, имеющие оптические характеристики, описанные ниже:
Критическая длина волны волокна: 1,26 мкм.
MFD на длине волны 1310 нм: 8,59 мкм.
MFD на длине волны 1550 нм: 9,56 мкм.
Длина волны нулевой дисперсии: 1305,8 нм.
Хроматическая дисперсия на длине волны 1550 нм: 17,1 пс/нм/км.
Наклон дисперсии на длине волны 1550 нм: 0,057 пс/нм2/км.
Потери на изгибе при диаметре изгиба 30 мм на длине волны 1310 нм: <0,01 дБ/м.
Потери на изгибе при диаметре изгиба 30 мм на длине волны 1550 нм: 1,89×10-2 дБ/м.
Оптическое волокно на основе профиля показателя преломления, показанного на Фиг.4A-C, снижает потери на изгибе за счет того, что его MFD меньше, чем у типичного SM оптического волокна, показанного в Примере 1 или сравнительном примере. Однако снижение MFD может создавать проблему, поскольку может приводить к снижению пороговой мощности SBS.
На Фиг.5 показан спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна, полученный в профиле показателя преломления, показанном на Фиг.4A-C. Данные были стандартизированы, исходя из того, что максимальное значение коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна в Примере 1, сравнительном примере, равно 1. Максимальный относительный коэффициент усиления Бриллюэна достиг 1,18, и пороговая мощность SBS уменьшилась на 0,7 дБ.
На Фиг.6A-C и в Таблице 5 показан Пример 26 оптического волокна согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
| Таблица 5 | ||||
| радиус [мкм] | концентрация Ge [% по массе] | концентрация F [% по массе] | Относительная разность показателей преломления [%] | |
| Внутренняя сердцевина | 2,128 | 10,31 | 2,00 | 0,37 |
| Внешняя сердцевина | 4,256 | 4,21 | 0,15 | 0,37 |
| Внутренняя оболочка | 10,64 | 0,00 | 0,15 | -0,05 |
| Внешняя оболочка | 62,5 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
По сравнению с примером, базирующимся на традиционных подходах, концентрации Ge и F в области внутренней сердцевины повышены. Однако относительная разность показателей преломления Δ осталась прежней, и оптические характеристики, например MFD и хроматическая дисперсия, такие же, как у оптического волокна с профилем показателя преломления, показанным на Фиг.4A-C.
На Фиг.7 показан спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, профиль показателя преломления которого показан на Фиг.6A-C. По аналогии с Фиг.5, оптическое волокно Примера 1 или сравнительного примера взято в качестве эталона. Максимальный относительный коэффициент усиления Бриллюэна достиг 0,55, и пороговая мощность SBS повысилась на 2,6 дБ.
Помимо проявления оптических характеристик, удовлетворяющих Рекомендации ITU-T G.652, оптическое волокно согласно этому варианту осуществления является оптическим волокном с низкими потерями на изгибе и высокой пороговой мощностью SBS и имеет хорошие характеристики в качестве оптического волокна для FTTH.
Третий вариант осуществления
Третий вариант осуществления относится к оптическому волокну, имеющему дополнительно улучшенную характеристику изгиба.
На Фиг.8A-C показан пример оптического волокна с низкими потерями на изгибе, базирующегося на традиционных подходах. Это оптическое волокно имеет профили концентрации и профиль показателя преломления, показанные в Таблице 6.
Такой профиль показателя преломления может обеспечивать оптические волокна, имеющие оптические характеристики, описанные ниже.
Критическая длина волны волокна: 1,26 мкм.
MFD на длине волны 1310 нм: 7,36 мкм.
MFD на длине волны 1550 нм: 8,19 мкм.
Длина волны нулевой дисперсии: 1319,2 нм.
Хроматическая дисперсия на длине волны 1550 нм: 17,4 пс/нм/км.
Наклон дисперсии на длине волны 1550 нм: 0,060 пс/нм2/км.
Потери на изгибе при диаметре изгиба 30 мм на длине волны 1310 нм: <0,01 дБ/м.
Потери на изгибе при диаметре изгиба 30 мм на длине волны 1550 нм: <0,01 дБ/м.
Потери на изгибе при диаметре изгиба 15 мм на длине волны 1310 нм: <0,01 дБ/м.
Потери на изгибе при диаметре изгиба 15 мм на длине волны 1550 нм: <0,29 дБ/м.
Хотя MFD на длине волны 1310 нм была равна 7,36 мкм, что достаточно мало, потери на изгибе улучшились, т.е. почти никакого увеличения потерь не произошло даже при намотке с диаметром 15 мм. Однако снижение MFD приводит к снижению пороговой мощности SBS. На Фиг.9 показан спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна для этого примера. По аналогии с Фиг.5, Пример 1 или сравнительный пример взят в качестве эталона. Максимальный относительный коэффициент усиления Бриллюэна достиг 1,7, и пороговая мощность SBS уменьшилась на 2,3 дБ.
На Фиг.10A-C и в Таблице 7 показан Пример 27 оптического волокна согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
| Таблица 7 | ||||
| радиус [мкм] | концентрация Ge [% по массе] | концентрация F [% по массе] | Относительная разность показателей преломления [%] | |
| Внутренняя сердцевина | 1,74 | 11,32 | 2,00 | 0,47 |
| Внешняя сердцевина | 3,47 | 5,21 | 0,15 | 0,47 |
| Внутренняя оболочка | 6,94 | 0,00 | 0,15 | -0,05 |
| Слой ямы | 12,15 | 0,00 | 0,76 | -0,25 |
| Внешняя оболочка | 62,50 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
Хотя концентрации Ge и F были выше во внутренней сердцевине, чем пример на основании традиционных подходов, относительная разность показателей преломления Δ осталась прежней, и оптическая характеристика, например MFD и хроматическая дисперсия, оказываются такими же, как для профиля показателя преломления, показанного на Фиг.8A-C.
На Фиг.11 показан спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, профиль показателя преломления которого показан на Фиг.10A-C. По аналогии с Фиг.5, Пример 1 или сравнительный пример взят в качестве эталона. Максимальный относительный коэффициент усиления Бриллюэна достиг 0,67, и пороговая мощность SBS повысилась на 1,7 дБ.
Помимо проявления оптических характеристик, отвечающих Рекомендации ITU-T G.652, оптическое волокно согласно этому варианту осуществления является оптическим волокном с низкими потерями на изгибе и высокой пороговой мощностью SBS и имеет хорошие характеристики в качестве оптического волокна для FTTH.
Четвертый вариант осуществления
Четвертый вариант осуществления относится к оптическому волокну, имеющему сердцевину, содержащую первый слой дополнительного легирования вблизи центра (первый слой), слой без дополнительного легирования, находящийся на внешней периферии первого слоя дополнительного легирования (второй слой), и второй слой дополнительного легирования, находящийся на внешней периферии слоя без дополнительного легирования (третий слой). Профиль показателя преломления и профили легирующего вещества оптического волокна согласно этому варианту осуществления показаны на Фиг.12A-C. Диаметры, относительная разность оптических показателей преломления и концентрации Ge и F в каждом слое приведены ниже.
Радиус первого слоя (r1): 1,66 мкм.
Радиус второго слоя (r2): 3,33 мкм.
Радиус третьего слоя (r3): 4,43 мкм.
Концентрация Ge первого слоя (nG1): 5,0% по массе. Концентрация F первого слоя
(nF1): 0,45% по массе.
Концентрация Ge второго слоя (nG2): 3,5% по массе. Концентрация F второго слоя
(nF2): 0,00% по массе.
Концентрация Ge третьего слоя (nG3): 5,0% по массе. Концентрация F третьего слоя (nF3): 0,45% по массе.
Относительная разность показателей преломления (Δ): 0,35%.
Концентрации Ge и концентрации F первого слоя, второго слоя и третьего слоя были отрегулированы так, что соответствующие относительные разности показателей преломления Δ все равны 0,35%.
Такой профиль показателя преломления может обеспечивать оптические волокна, имеющие оптические характеристики, описанные ниже.
Критическая длина волны волокна: 1292 нм.
Критическая длина волны кабеля: 1240 нм.
MFD на длине волны 1310 нм: 9,21 мкм.
MFD на длине волны 1550 нм: 10,30 мкм.
Длина волны нулевой дисперсии: 1307,2 нм.
Хроматическая дисперсия на длине волны 1550 нм: 17,38 пс/нм/км.
Наклон дисперсии на длине волны 1550 нм: 0,060 пс/нм2/км.
Потери на изгибе при диаметре изгиба 30 мм на длине волны 1310 нм: 0,13 дБ/м.
Потери на изгибе при диаметре изгиба 30 мм на длине волны 1550 нм: 3,73 дБ/м.
Оптическое волокно согласно этому варианту осуществления имеет MFD достаточно близкое к типичному оптическому волокну, показанному как Пример 1, сравнительный пример.
На Фиг.13 показан спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, полученный в профиле показателя преломления, показанном на Фиг.12A-C. Данные были стандартизированы, исходя из того, что максимальное значение коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна в Примере 1, сравнительном примере, равно 1. Максимальный относительный коэффициент усиления Бриллюэна достиг 0,46, и пороговая мощность SBS уменьшилась на 4,3 дБ.
Согласно этому варианту осуществления, существуют пики относительного коэффициента усиления 0,46, 0,32, 0,20, 0,07 и 0,02 при частотных сдвигах 10760 МГц, 10840 МГц, 10950 МГц, 11060 МГц и 11180 МГц, соответственно, в порядке возрастания.
Пятый вариант осуществления
Пятый вариант осуществления относится к оптическому волокну, имеющему сердцевину, содержащую первый слой дополнительного легирования вблизи центра (первый слой), слой без дополнительного легирования, находящийся на внешней периферии первого слоя дополнительного легирования (второй слой), и второй слой дополнительного легирования, находящийся на внешней периферии слоя без дополнительного легирования (третий слой). Профиль показателя преломления и профили легирующего вещества оптического волокна согласно этому варианту осуществления показаны на Фиг.14A-C. Диаметры, относительная разность оптических показателей преломления и концентрации Ge и F в каждом слое приведены ниже.
Радиус первого слоя (r1): 1,11 мкм.
Радиус второго слоя (r2): 3,33 мкм.
Радиус третьего слоя (r3): 4,43 мкм.
Концентрация Ge первого слоя (nG1): 5,0% по массе. Концентрация F первого слоя
(nF1): 0,45% по массе.
Концентрация Ge второго слоя (nG2); 3,5% по массе. Концентрация F второго слоя
(nF2): 0,00% по массе.
Концентрация Ge третьего слоя (nG3): 5,0% по массе. Концентрация F третьего слоя (nF3): 0,45% по массе.
Относительная разность показателей преломления (Δ): 0,35%.
Концентрации Ge и концентрации F первого слоя, второго слоя и третьего слоя были отрегулированы так, что соответствующие относительные разности показателей преломления Δ все равны 0,35%. Таким образом, были получены такие же оптические характеристики, как в четвертом варианте осуществления.
На Фиг.15 показан спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, полученный в профиле показателя преломления, показанном на Фиг.14A-C. Данные были стандартизированы, исходя из того, что максимальное значение коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна в Примере 1, сравнительном примере, равно 1. Максимальный относительный коэффициент усиления Бриллюэна достиг 0,67, и пороговая мощность SBS уменьшилась на 2,4 дБ.
Согласно этому варианту осуществления, существуют пики относительного коэффициента усиления 0,45, 0,44, 0,67 и 0,02 при частотных сдвигах 10800 МГц, 10840 МГц, 11030 МГц и 11200 МГц, соответственно, в порядке возрастания.
Шестой вариант осуществления
Шестой вариант осуществления относится к оптическому волокну, имеющему сердцевину, содержащую первый слой дополнительного легирования вблизи центра (первый слой), слой без дополнительного легирования, находящийся на внешней периферии первого слоя дополнительного легирования (второй слой), и второй слой дополнительного легирования, находящийся на внешней периферии слоя без дополнительного легирования (третий слой). Профиль показателя преломления и профили легирующего вещества оптического волокна согласно этому варианту осуществления показаны на Фиг.16A-C. Диаметры, относительная разность оптических показателей преломления и концентрации Ge и F в каждом слое приведены ниже.
Радиус первого слоя (r1): 2,22 мкм.
Радиус второго слоя (r2): 3,33 мкм.
Радиус третьего слоя (r3): 4,43 мкм.
Концентрация Ge первого слоя (nG1): 5,0% по массе. Концентрация F первого слоя
(nF1): 0,45% по массе.
Концентрация Ge второго слоя (nG2): 3,5% по массе. Концентрация F второго слоя
(nF2): 0,00% по массе.
Концентрация Ge третьего слоя (nG3): 5,0% по массе. Концентрация F третьего слоя (nF3): 0,45% по массе.
Относительная разность показателей преломления (Δ): 0,35%.
Концентрации Ge и концентрации F первого слоя, второго слоя и третьего слоя были отрегулированы так, что соответствующие относительные разности показателей преломления Δ все равны 0,35%. Таким образом, были получены такие же оптические характеристики, как в четвертом варианте осуществления.
На Фиг.17 показан спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, полученный в профиле показателя преломления, показанном на Фиг.16A-C. Данные были стандартизированы, исходя из того, что максимальное значение коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна в Примере 1, сравнительном примере, равно 1. Максимальный относительный коэффициент усиления Бриллюэна достиг 0,66, и пороговая мощность SBS уменьшилась на 2,9 дБ.
Согласно этому варианту осуществления, существуют пики относительного коэффициента усиления 0,62, 0,66 и 0,07 при частотных сдвигах 10740 МГц, 10830 МГц и 11050 МГц, соответственно, в порядке возрастания.
Седьмой вариант осуществления
Седьмой вариант осуществления относится к оптическому волокну, имеющему сердцевину, содержащую первый слой дополнительного легирования вблизи центра (первый слой), слой без дополнительного легирования, находящийся на внешней периферии первого слоя дополнительного легирования (второй слой), и второй слой дополнительного легирования, находящийся на внешней периферии слоя без дополнительного легирования (третий слой). Профиль показателя преломления и профили легирующего вещества оптического волокна согласно этому варианту осуществления показаны на Фиг.18A-C. Диаметры, относительная разность оптических показателей преломления и концентрации Ge и F в каждом слое приведены ниже.
Радиус первого слоя (r1): 1,66 мкм.
Радиус второго слоя (r2): 3,33 мкм.
Радиус третьего слоя (r3): 4,43 мкм.
Концентрация Ge первого слоя (nG1): 5,0% по массе. Концентрация F первого слоя
(nF1): 0,45% по массе.
Концентрация Ge второго слоя (nG2): 3,5% по массе. Концентрация F второго слоя
(nF2): 0,00% по массе.
Концентрация Ge третьего слоя (nG3): 5,0% по массе. Концентрация F третьего слоя (nF3): 0,45% по массе.
Относительная разность показателей преломления (Δ): 0,35%.
Концентрации Ge и концентрации F первого слоя, второго слоя и третьего слоя были отрегулированы так, что соответствующие относительные разности показателей преломления Δ все равны 0,35%. Таким образом, были получены такие же оптические характеристики, как в четвертом варианте осуществления.
На Фиг.19 показан спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, полученный в профиле показателя преломления, показанном на Фиг.18A-C. Данные были стандартизированы, исходя из того, что максимальное значение коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна в Примере 1, сравнительном примере, равно 1. Максимальный относительный коэффициент усиления Бриллюэна достиг 0,44, и пороговая мощность SBS уменьшилась на 3,9 дБ.
Согласно этому варианту осуществления, существуют пики относительного коэффициента усиления 0,25, 0,44, 0,26, 0,03 и 0,07 при частотных сдвигах 10670 МГц, 10760 МГц, 11950 МГц, 11000 МГц и 11140 МГц, соответственно, в порядке возрастания.
Восьмой вариант осуществления
Восьмой вариант осуществления относится к оптическому волокну, имеющему сердцевину, содержащую первый слой дополнительного легирования вблизи центра (первый слой), слой без дополнительного легирования, находящийся на внешней периферии первого слоя дополнительного легирования (второй слой), и второй слой дополнительного легирования, находящийся на внешней периферии слоя без дополнительного легирования (третий слой). Профиль показателя преломления и профили легирующего вещества оптического волокна согласно этому варианту осуществления показаны на Фиг.20A-C. Диаметры, относительная разность оптических показателей преломления и концентрации Ge и F в каждом слое приведены ниже.
Радиус первого слоя (r1): 1,66 мкм.
Радиус второго слоя (r2): 3,33 мкм.
Радиус третьего слоя (r3): 4,43 мкм.
Концентрация Ge первого слоя (nG1): 5,0% по массе. Концентрация F первого слоя
(nF1): 0,45% по массе.
Концентрация Ge второго слоя (nG2): 3,5% по массе. Концентрация F второго слоя
(nF2): 0,00% по массе.
Концентрация Ge третьего слоя (nG3): 5,5% по массе. Концентрация F третьего слоя (nF3): 0,60% по массе.
Относительная разность показателей преломления (Δ): 0,35%.
Концентрации Ge и концентрации F первого слоя, второго слоя и третьего слоя были отрегулированы так, что соответствующие относительные разности показателей преломления Δ все равны 0,35%. Таким образом, были получены такие же оптические характеристики, как в четвертом варианте осуществления.
На Фиг.21 показан спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, полученный в профиле показателя преломления, показанном на Фиг.20A-C. Данные были стандартизированы, исходя из того, что максимальное значение коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна в Примере 1, сравнительном примере, равно 1. Максимальный относительный коэффициент усиления Бриллюэна достиг 0,69, и пороговая мощность SBS уменьшилась на 2,9 дБ.
Согласно этому варианту осуществления, существуют пики относительного коэффициента усиления 0,69, 0,24, 0,06 и 0,04 при частотных сдвигах 10760 МГц, 10950 МГц, 11040 МГц и 11160 МГц, соответственно, в порядке возрастания.
Девятый вариант осуществления
Девятый вариант осуществления относится к оптическому волокну, имеющему сердцевину, содержащую первый слой дополнительного легирования вблизи центра (первый слой), слой без дополнительного легирования, находящийся на внешней периферии первого слоя дополнительного легирования (второй слой), и второй слой дополнительного легирования, находящийся на внешней периферии слоя без дополнительного легирования (третий слой). Профиль показателя преломления и профили легирующего вещества оптического волокна согласно этому варианту осуществления показаны на Фиг.22A-C. Диаметры, относительная разность оптических показателей преломления и концентрации Ge и F в каждом слое приведены ниже.
Радиус первого слоя (r1): 1,66 мкм.
Радиус второго слоя (r2): 3,33 мкм.
Радиус третьего слоя (r3): 4,43 мкм.
Концентрация Ge первого слоя (nG1): 5,0% по массе. Концентрация F первого слоя (nf1): 0,45% по массе.
Концентрация Ge второго слоя (nG2): 3,5% по массе. Концентрация F второго слоя
(nF2): 0,00% по массе.
Концентрация Ge третьего слоя (nG3): 7,0% по массе. Концентрация F третьего слоя (nF3): 1,05% по массе.
Относительная разность показателей преломления (Δ): 0,35%.
Концентрации Ge и концентрации F первого слоя, второго слоя и третьего слоя были отрегулированы так, что соответствующие относительные разности показателей преломления все равны 0,35%. Таким образом, были получены такие же оптические характеристики, как в четвертом варианте осуществления.
На Фиг.23 показан спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, полученный в профиле показателя преломления, показанном на Фиг.22A-C. Данные были стандартизированы, исходя из того, что максимальное значение коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна в Примере 1, сравнительном примере, равно 1. Максимальный относительный коэффициент усиления Бриллюэна достиг 0,44, и пороговая мощность SBS уменьшилась на 4,0 дБ.
Согласно этому варианту осуществления, существуют пики относительного коэффициента усиления 0,44, 0,24, 0,18 и 0,13 при частотных сдвигах 10760 МГц, 10900 МГц, 10960 МГц и 11120 МГц, соответственно, в порядке возрастания.
Десятый вариант осуществления
Десятый вариант осуществления относится к оптическому волокну, имеющему сердцевину, содержащую первый слой дополнительного легирования вблизи центра (первый слой), слой без дополнительного легирования, находящийся на внешней периферии первого слоя дополнительного легирования (второй слой), и второй слой дополнительного легирования, находящийся на внешней периферии слоя без дополнительного легирования (третий слой). Профиль показателя преломления и профили легирующего вещества оптического волокна согласно этому варианту осуществления показаны на Фиг.24A-C. Диаметры, относительная разность оптических показателей преломления и концентрации Ge и F в каждом слое приведены ниже.
Радиус первого слоя (r1): 1,66 мкм.
Радиус второго слоя (r2): 3,33 мкм.
Радиус третьего слоя (r3): 4,43 мкм.
Концентрация Ge первого слоя (nG1): 7,0% по массе. Концентрация F первого слоя
(nF1): 1,05% по массе.
Концентрация Ge второго слоя (nG2): 3,5% по массе. Концентрация F второго слоя
(nF2): 0,00% по массе.
Концентрация Ge третьего слоя (nG3): 7,0% по массе. Концентрация F третьего слоя (nF3): 1,05% по массе.
Относительная разность показателей преломления (Δ): 0,35%.
Концентрации Ge и концентрации F первого слоя, второго слоя и третьего слоя были отрегулированы так, что соответствующие относительные разности показателей преломления Δ все равны 0,35%. Таким образом, были получены такие же оптические характеристики, как в четвертом варианте осуществления.
На Фиг.25 показан спектр относительного коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна, полученный в профиле показателя преломления, показанном на Фиг.24A-C. Данные были стандартизированы, исходя из того, что максимальное значение коэффициента усиления Бриллюэна оптического волокна в Примере 1, сравнительном примере, равно 1. Максимальный относительный коэффициент усиления Бриллюэна достиг 0,34, и пороговая мощность SBS уменьшилась на 4,7 дБ.
Согласно этому варианту осуществления, существуют пики относительного коэффициента усиления 0,34, 0,21, 0,09, 0,05 и 0,21 при частотных сдвигах 10420 МГц, 10520 МГц, 10660 МГц, 10900 МГц и 11010 МГц, соответственно, в порядке возрастания.
На Фиг.26 показана система 10 связи (система мультиплексирования с разделением по длине волны) с конфигурацией PON, в которой используется оптическое волокно 1, отвечающее настоящему изобретению. Система 10 связи передает сигнал данных на частотах 1,31 мкм и 1,49 мкм и сигнал изображения на частоте 1,55 мкм в соответствии с требованиями ITU-T G.983.3. На Фиг.26, в порядке примера передачи данных показано распределение цифрового изображения по интернету или посредством потоковой передачи. Однако передача голосовых данных возможна благодаря добавлению соответствующего устройства. Для передачи изображения в частотном диапазоне 1,55 мкм широко используется система, в которой типичная широковещательная волна распространяется в форме исходного аналогового сигнала. В такой системе сигнал может демодулироваться в сигнал исходной широковещательной волны на приемном блоке широковещательной системы на стороне абонента. Поэтому можно использовать традиционный телевизор без модификации.
Система, показанная на Фиг.26, передает сигнал данных и аналоговый сигнал (сигнал изображения) по одному оптическому волокну 1. Однако в системе связи, отвечающей настоящему изобретению, можно использовать оптическое волокно для сигнала данных и оптическое волокно для аналогового сигнала по отдельности. В такой системе использование оптического волокна, отвечающего настоящему изобретению, дает преимущество, например, увеличение дальности передачи.
Хотя выше были описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, их не следует рассматривать в порядке ограничения изобретения. Можно производить добавление, исключение и замену составляющих и другие модификации, не выходящие за рамки сущности или объема изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается вышеприведенными описаниями, но ограничивается только прилагаемой формулой изобретения.
1. Оптическое волокно, содержащее центральную сердцевину и оболочку, находящуюся на внешней периферии указанной сердцевины, в котором сердцевина содержит, по меньшей мере, один слой дополнительного легирования, выполненный из кварцевого стекла, легированного германием и фтором, по меньшей мере, один слой, выбранный из слоя, легированного германием, выполненный из кварцевого стекла, которое не содержит фтор и легирован германием, и слой дополнительного легирования с пониженной концентрацией, выполненный из кварцевого стекла, которое легировано германием и фтором, в котором степень легирования фтором меньше, чем степень легирования фтором в слое дополнительного легирования, причем показатели преломления слоя дополнительного легирования и слоя, выбранного из слоя, легированного германием, и слоя дополнительного легирования с пониженной концентрацией, по существу, совпадают.
2. Оптическое волокно по п.1, в котором сердцевина содержит внутреннюю сердцевину, находящуюся вблизи центра, и внешнюю сердцевину, обеспеченную на внешней периферии внутренней сердцевины, причем внутренняя сердцевина содержит слой дополнительного легирования, выполненный из кварцевого стекла, легированного германием и фтором, внешняя сердцевина содержит слой, выбранный из слоя, легированного германием, и слой дополнительного легирования с пониженной концентрацией, при этом степень концентрации легирования фтором внешней серцевины меньше, чем степень концентрации фтором внутренней сердцевины, и оптические показатели преломления внутренней сердцевины и внешней сердцевины, по существу, совпадают.
3. Оптическое волокно по п.1, в котором оболочка выполнена из нелегированного кварцевого стекла.
4. Оптическое волокно по п.1, в котором фтором легирована часть оболочки.
5. Оптическое волокно по п.4, в котором оболочка содержит внутреннюю оболочку, обеспеченную на внешней периферии сердцевины, и внешнюю оболочку, обеспеченную на внешней периферии внутренней оболочки, и выполняется соотношение nс1<nс2, исходя из того, что показатель преломления внутренней оболочки равен nс1 и показатель преломления внешней оболочки равен nс2.
6. Оптическое волокно по п.4, в котором оболочка содержит внутреннюю оболочку, обеспеченную на внешней периферии сердцевины, слой ямы, обеспеченный на внешней периферии внутренней оболочки, и внешнюю оболочку, обеспеченную поверх слоя ямы, и выполняются соотношения: nс2<nс1 и nс2<nс3, исходя из того, что показатель преломления внутренней оболочки равен nс1 показатель преломления слоя ямы равен nс2 и показатель преломления внешней оболочки равен nс3.
7. Оптическое волокно по п.2, в котором концентрация германия находится в пределах 4-15 мас.% применительно к оксиду германия, и концентрация фтора находится в пределах 0,2-5 мас.% во внутренней сердцевине.
8. Оптическое волокно по п.2, в котором отношение радиуса внутренней сердцевины к радиусу внешней сердцевины находится в пределах 0,10-0,85.
9. Оптическое волокно по п.8, в котором отношение радиуса внутренней сердцевины к радиусу внешней сердцевины находится в пределах 0,25-0,70.
10. Оптическое волокно по п.2, в котором среднее относительных разностей показателей преломления в отношении оболочки внутренней сердцевины и внешней сердцевины находится в пределах 0,30-0,60%, и диаметр внешней сердцевины находится в пределах 6,0-10,5 мкм.
11. Оптическое волокно по п.1, в котором сердцевина содержит первую сердцевину, находящуюся вблизи центра, вторую сердцевину, обеспеченную на внешней периферии первой сердцевины, и третью сердцевину, обеспеченную на внешней периферии второй сердцевины, причем первая сердцевина и третья сердцевина содержат слой дополнительного легирования, выполненный из кварцевого стекла, легированного германием и фтором, вторая сердцевина содержит слой, выбранный из слоя, легированного германием, и слой дополнительного легирования с пониженной концентрацией, при этом степень легирования фтором второй сердцевины меньше степени легирования фтором первой сердцевины, и оптические показатели преломления первой сердцевины и второй сердцевины и третьей сердцевины, по существу, одинаковы.
12. Оптическое волокно по п.11, в котором выполняются соотношения nf1>nf2 и nf3>nf2, исходя из того, что концентрация фтора равна nf1 мас.%, концентрация фтора второй сердцевины равна nf2 мас.% и концентрация фтора третьей сердцевины
равна nf3 мас.%.
13. Оптическое волокно по п.12, в котором nf1 и nf3, по существу, одинаковы.
14. Оптическое волокно по п.12, в котором выполняется соотношение nf1<nf3.
15. Оптическое волокно по п.12, в котором выполняется соотношение nf1>nf3.
16. Оптическое волокно по п.1, в котором оптические характеристики удовлетворяют требованиям Рекомендации ITU-T G.652.
17. Система связи, способная осуществлять передачу аналогового сигнала или низкочастотную передачу с использованием оптического волокна по п.1.
18. Система мультиплексирования с разделением по длине волны, способная осуществлять передачу данных и/или голосовую передачу, помимо передачи аналогового сигнала и/или низкочастотной передачи с использованием оптического волокна по п.1.
