CN100435503C - 光传输线路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光传输线路。本发明提供将多根光纤组合构成的，适合长距离高速大容量传输的超低损耗的色散管理线路。该进行色散管理的光传输线路包含前段的具有正色散和正色散斜率的正色散光纤以及后段落的具有负色散和负色散斜率的负色散光纤，并且在1.55μm波段具有大致为零的色散，其中正色散光纤与负色散光纤在1.55μm波段的传输损耗均为0.23dB/km以下，两光纤的损耗差小于0.05dB/km。

Description

光传输线路
技术领域
本发明涉及用于波分复用(WMD)光纤和该光纤构成的光传输线路。
背景技术
采用光纤的光传输高速大容量化正在不断发展，波分复用(WMD)传输技术在其付诸实用之际，作为重要技术受到关注。然而，光纤中光信号的高功率化和信号波长间的相互作用造成的非线性现象成为新的问题。
即使非线性现象中，4频调制(FWM)在进行WDM传输时也影响重大，正在积极研究其抑制方法。FMW在色散小时比较显著，因而色散小的光纤在这方面不利，这一点是公知的。即使历来一直使用良好的NZ-DSF(色散绝对值2～8ps/nm/km左右)这方面也不够好。
SPM和XPM带来的波形失真也是很重大的问题。SPM和XPM产生的信号失真φNL一般用下面的式(I)表示。在下面的式(I)中，n2表示非线性折射率，Aeff表示有效纤芯截面积，λ表示传输的光线的波长。
φNL＝(2λn2×Leff×P)/(Aeff)……(I)
因此，与OFC’97TuN1b等报告的减小非线性折射率n2的研究同时，早已研究OFC’96WK15和OFC’97TuN2所报告那样的有效纤芯截面积Aeff的扩大。然而，判明Aeff的扩大在已有的NZ-DSF之类单一传输线路结构型光纤中，容易产生弯曲损耗增大和色散斜率增大等问题，因而NZ-DSF系统的光传输线路在这方面也有问题。
为了解决上述问题，提出在采用光纤的整个光传输线路中管理色散的方法有效的建议。
例如，日本国特开平9-211511号公报揭示了按照低非线性光纤、高非线性光纤的顺序连接具有正负相反符号的色散的光纤，则可得最佳光传输线路的情况。如ECOC’97卷1第127页所记载的具体例那样，提出具有正色散特性的单模光纤(SMF)和具有相反(负)色散特性的的线路用色散补偿光纤(RDF)。这种单模光纤(SMF)和RDF具有色散值的绝对值为16～22ps/nm/km左右的大局部色散，因而在抑制FWM方面有利。
然而，虽然采用上述SMF和RDF时能抑制FWM，但在长度方向不断累积16ps/nm/km以上的色散值，因而光传输线路上产生色散造成的波形失真。这样大的累积色散值在高速传输时尤其成为大问题。
具有这样大的色散值的RDF通常传输损耗高达0.24dB/km以上，而且容易发生长波长侧传输损耗增大的问题。这种RDF还存在极化模色散PMD通常也在
Figure C0212738600071
以上的问题。
这样，NZ-DSF系统光传输线路以及采用SMF和RDF的(SMF+RDF)类光传输线路都存在上述问题。
发明内容
本发明的目的在于解决非线性现象和传输损耗的问题，提供新型低损耗的色散管理线路。
本发明第一方面的光传输线路，包含具有正色散和正色散斜率的正色散光纤、以及具有负色散和负色散斜率的负色散光纤的光传输线路；其特征在于，
所述正色散光纤与所述负色散光纤的1.55μm波段的传输损耗均为0.23kB/km以下，所述正色散光纤与所述负色散光纤的传输损耗差为0.05dB/km以下，
所述正色散光纤具有中纤芯、在该中纤芯外周形成的旁纤芯和在该旁纤芯外周形成的包层；
所述中纤芯的折射率大于所述旁纤芯的折射率，在该旁纤芯外周形成的包层；
所述包层的折射率、所述旁纤芯的折射率和所述中纤芯的折射率，其分布以阶梯型结构构成；
所述包层与所述中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.30％至0.50％；
所述包层与所述旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为0.05％至0.25％；
所述旁纤芯的直径b与所述中纤芯的直径a的比例b/a为1.8～2.7倍，
所述负色散光纤用W+分段纤芯型结构构成，
包层与中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.75％至0.95％；
包层与旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为-0.45％至-0.35％；
包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3为0.15％至0.25％；
所述中纤芯的直径a、所述旁纤芯的直径b和所述分段纤芯的直径c的直径比a∶b∶c为1∶(1.7～2.0)∶(2.3～3.0)。
本发明第二方面的光传输线路，包含具有正色散和正色散斜率的正色散光纤、以及具有负色散和负色散斜率的负色散光纤的光传输线路；其特征在于，
所述正色散光纤与所述负色散光纤的1.55μm波段的传输损耗均为0.23kB/km以下，所述正色散光纤与所述负色散光纤的传输损耗差为0.05dB/km以下，
所述正色散光纤具有中纤芯、在该中纤芯外周形成的旁纤芯和在该旁纤芯外周形成的包层；
所述中纤芯的折射率大于所述旁纤芯的折射率，在该旁纤芯外周形成的包层；
所述包层的折射率、所述旁纤芯的折射率和所述中纤芯的折射率，其分布以阶梯型结构构成；
所述包层与所述中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.30％至0.50％；
所述包层与所述旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为0.05％至0.25％；
所述旁纤芯的直径b与所述中纤芯的直径a的比例b/a为1.8～2.7倍，
所述负色散光纤用W+分段纤芯型结构构成；
包层与中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.60％至0.80％；
包层与旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为-0.50％至-0.40％；
包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3为0.15％至0.25％；
所述中纤芯的直径a、所述旁纤芯的直径b和所述分段纤芯的直径c的直径比a∶b∶c为1∶(1.8～2.2)∶(2.7～3.0)。
本发明第三方面的光传输线路，包含具有正色散和正色散斜率的正色散光纤、以及具有负色散和负色散斜率的负色散光纤的光传输线路；其特征在于，
所述正色散光纤与所述负色散光纤的1.55μm波段的传输损耗均为0.23kB/km以下，所述正色散光纤与所述负色散光纤的传输损耗差为0.05dB/km以下，
所述正色散光纤具有中纤芯、在该中纤芯外周形成的旁纤芯、在该旁纤芯外周形成的分段纤芯和在该分段纤芯外周形成的包层；
形成所述包层的折射率、所述分段纤芯的折射率、所述旁纤芯的折射率和所述中纤芯折射率的分布为分段纤芯型结构或W+分段纤芯型结构；
包层与中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.30％至0.50％；
包层与旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为-010％至0.10％；
包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3为0.10％至0.25％；
所述中纤芯的直径a、所述旁纤芯的直径b和所述分段纤芯的直径c的直径比a∶b∶c为1∶(1.3～1.9)∶(2.2～2.8)，
所述负色散光纤用W+分段纤芯型结构构成；
包层与中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.75％至0.95％；
包层与旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为-0.45％至-0.35％；
包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3为0.15％至0.25％；
所述中纤芯的直径a、所述旁纤芯的直径b和所述分段纤芯的直径c的直径比a∶b∶c为1∶(1.7～2.0)∶(2.3～3.0)。
本发明第四方面的光传输线路，包含具有正色散和正色散斜率的正色散光纤、以及具有负色散和负色散斜率的负色散光纤的光传输线路；其特征在于，
所述正色散光纤与所述负色散光纤的1.55μm波段的传输损耗均为0.23kB/km以下，所述正色散光纤与所述负色散光纤的传输损耗差为0.05dB/km以下，
所述正色散光纤具有中纤芯、在该中纤芯外周形成的旁纤芯、在该旁纤芯外周形成的分段纤芯和在该分段纤芯外周形成的包层；
形成所述包层的折射率、所述分段纤芯的折射率、所述旁纤芯的折射率和所述中纤芯的折射率的分布为分段纤芯型结构或W+分段纤芯型结构；
包层与中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.30％至0.50％；
包层与旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为-010％至0.10％；
包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3为0.10％至0.25％；
所述中纤芯的直径a、所述旁纤芯的直径b和所述分段纤芯的直径c的直径比a∶b∶c为1∶(1.3～1.9)∶(2.2～2.8)，
所述负色散光纤用W+分段纤芯型结构构成；
包层与中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.60％至0.80％；
包层与旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为-0.50％至-0.40％；
包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3为0.15％至0.25％；
所述中纤芯的直径a、所述旁纤芯的直径b和所述分段纤芯的直径c的直径比a∶b∶c为1∶(1.8～2.2)∶(2.7～3.0)。
本发明的光传输线路的形态可以是，(1)一个跨段由正色散光纤+负色散光纤构成的类型，也可以是(2)一个跨段由(正色散光纤+负色散光纤+正色散光纤)构成的类型，以便适应例如双向通信，还可以是(3)用四根以上光纤构成的类型，以便抑制累积色散的增加。可以说只要根据状况决定线路结构即可。任一种情况下，都能利用上述损耗特性取得有利的特性。
附图说明
从以下结合附图的阐述能够进一步了解上述本发明目的和特征以及其他目的和特征。
图1是作为本发明实施形态1的光传输线路的结构图。
图2是本发明实施形态1的，前级光纤和后级光纤的传输损耗差与非线性的关系曲线。
图3是负色散光纤的色散与特性变化的关系曲线图。
图4是RDF的弯曲损耗和特性变化的关系曲线图。
图5是本发明实施形态的，阶梯型折射率分布(profile)图。
图6是本发明实施形态示的，分段(segment)纤芯型折射率分布图。
图7是本发明实施形态的，W+分段纤芯型折射率分布图；
图8A～图8C是本发明实施形态的，构成光传输线路的一个跨段的光纤组合例。
具体实施形态
第1实施形态
根据本发明人的考察，已有的光传输线路前级采用SMF而后级采用RDF的(SMF+RDF)型光传输线路，其传输损耗在1.55μm波段存在0.215dB/km的极限。其原因是，根据本发明人的考察可知，尽管正色散光纤(SMF)的传输损耗减小到0.19～0.20dB/km的程度，负色散光纤(RDF)的传输损耗在1.55μm波段大到0.24dB/km以上。这导致传输损耗造成的可传输距离缩短和输入功率增大造成的非线性现象。存在使前级正色散光纤(SMF)损耗进一步减小的手段，但射入负色散光纤(RDF)的入射功率会更强，因而不太理想。在这一意义上，希望正色散光纤与负色散光纤的传输损耗差小，不希望像已有的色散管理线路那样，传输损耗差在0.05dB/km以上。
因此，作为本发明的第1实施形态，本发明人完成了一种传输线路，其中不仅正色散光纤，而且负色散光纤均为0.23dB/km以下，两者的损耗差小于0.05dB/km(0.04dB/km以下较佳)。
如图1所示，连接正色散光纤11和负色散光纤12，构成传输线路1，并且设传输线路1的总传输损耗取一定值，观察传输线路1中位于前段的正色散光纤11与位于后段的负色散光纤12的传输损耗差扩大时的非线性效应所造成的波形失真的程度。比较对象为传输损耗0.215dB/km、有效纤芯截面积Aeff为50μm2的NZ-DSF类光传输线路，并且将其光传输线路中产生的非线性现象造成的波形失真归一化。在该条件下，观察构成传输线路1的正色散光纤11和负色散光纤12的传输损耗差扩大时波形失真的情况。
其条件假设为前段正色散光纤11的Aeff是90μm2，后段负色散光纤12的Aeff是30μm2，传输线路1的总传输损耗是0.215dB/km，并且将一个跨段的长度取为50km，即正色散光纤11的长度为25km，负色散光纤12的长度为25km。
从图2可知，显然从传输损耗差为0.05dB/km左右开始，非线性现象变得显著起来。由此可知前段正色散光纤11与后段负色散光纤12两者的传输损耗差小于0.05dB/km较理想。
0.04dB/km以下的传输损耗的情况下则线性更好。因此，传输损耗最好在0.04dB/km以下。
第2实施形态
根据本发明人的考察，已有的RDF通常具有弯曲损耗造成长波长侧的损耗增加的趋势，即1580nm的传输损耗有远高于1550nm的传输损耗的倾向。这成了严重问题，即C波段传输时也难调整波长损耗差别，而采用L波段时长波长侧的损耗增大。
因此，本发明的第2实施形态，构成即便在1580nm也使正色散光纤11、负色散光纤12的传输损耗均为0.23dB/km以下的传输线路1。基本上将负色散光纤12的弯曲损耗抑制于较小的值，从而可抑制长波长侧的损耗增大，能够提供弯曲损耗小的负色散光纤12。
第3实施形态
作为本发明的第3实施形态，构成具有在1.55μm波段比已有SMF和RDF更加能够抑制色散值的类型的光纤的光纤传输线路。但是，为了完全抑制产生FWM的问题，将色散绝对值取为10ps/nm/km以上。这样，能缓解(SMF+RDF)类传输线路具有的那种大累积色散(large cumulative chromatic dispersion)的问题。而且，能减小负色散光纤的色散绝对值，通常意味着增加折射率分布的设计自由度(即使包层与纤芯之间的相对折射率差Δ1较小也能实现)，从而便于将传输损耗抑制于较小的值。更进一步的优点是，与相对折射率差Δ1关系密切的极化模色散PMD也能够抑制于较小的值。
图3示出对负色散光纤的色散(横轴)与传输损耗(曲线CV1)以及极化模色散PMD(曲线CV2)的关系进行调查的结果。由图3所示可知，减小色散对传输损耗和极化模色散PMD有利。因此，构成例如1.55μm波段中色散值为10～15ps/nm/km左右的正色散光纤和1.55μm波段中色散为-15～-10ps/nm/km左右的负色散光纤组合的传输线路。借助于此，不仅传输损耗，而且极化模色散PMD，都能抑制于例如
Figure C0212738600121
以下的低值。
第4实施形态
当然，即使优化负色散光纤12，在正色散光纤11的传输损耗大的情况下，也不能将传输线路的总传输损耗抑制为较小的值。因此，作为本发明的第4实施形态，正色散光纤11的传输损耗不仅小于0.23dB/km，而且最好小于以往已取得实效的0.20(最好0.195)dB/km以下。负色散光纤12的传输损耗，利用优化设计也弄清楚最好是0.225dB/km以下。在正色散光纤11的色散设定为14ps/nm/km，传输损耗设定为0.19dB/km，负色散光纤12的色散设定为-14ps/nm/km，传输损耗设定为0.22dB/km的情况下，一个跨段的长度取为50km，即正色散光纤11的长度为25km，负色散光纤12的长度为25km时，传输线路1的总传输损耗为0.205dB/km左右，是损耗非常低的特性。而且，这样构成的传输线路，其累积色散也比(SMF+RDF)类传输线路得到进一步抑制。
第5实施形态
正色散光纤11通常具有正色散斜率，因而希望使负色散光纤12具有负色散斜率。正色散光纤11的色散斜率几乎在各种情况下均为0.06～0.08ps/nm2/km，因而如果负色散光纤12的色散斜率为-0.02ps/nm2/km以下(最好为-0.03ps/nm2/km以下)，则由正色散光纤11和负色散光纤12组合的本发明第5实施形态的光传输线路1，能达到已有的(NZ-DSF)类传输线路难以达到的0.03ps/nm2/km以下的低色散斜率。如图1的图解所示，正色散光纤11和负色散光纤12组合构成光传输线路1，从这样减小色散斜率的角度看也是有利的。
第6实施形态
传输损耗和色散斜率小对传输线路非常重要，但如果有效纤芯截面积小，则有发生非线性现象的问题。因此希望入射较强功率的前段的正色散光纤11的Aeff为80μm2以上(最好是90μm2以上)，入射较弱功率的后段的负色散光纤12的Aeff为30μm2以上。但是已经了解到，后段光纤12中需要其Aeff为不由于弯曲损耗造成长波长侧传输损耗增加的程度的Aeff，而且，如果考虑使用喇曼放大器的可能性，则Aeff为30μm2～34μm2左右较佳。当然，在不引起传输损耗增加的情况下，可根据情况进一步扩大Aeff。
为了调查长波长侧的损耗增加特性，研究了已有的型号的RDF的弯曲损耗与传输损耗的关系。图4表示其结果。
弯曲损耗是指以某一曲率直径(图4的例子中，曲率直径为φ20mm)弯曲光传输线路时在某一波长的传输损耗的增加。
从图4所示可知，已有的型号的RDF中，由于加大弯曲损耗，可扩大虚线所示的Aeff(曲线CV3)，但实线所示的长波长侧的传输损耗(曲线CV4)增加。为了将1580nm和1550nm的传输损耗差抑制于0.05dB/km以下，显然需要将φ20mm的弯曲损耗至少抑制于10dB/m以下(最好是8dB/m以下)。
为了实现如上所述的传输线路1，分别设计了正色散光纤11和负色散光纤12。结果判明在折射率分布对正色散光纤为图5所示的阶梯分布(profile)、图6所示的分段纤芯型分布和图7所示的(W+分段纤芯)型分布，以及对负色散光纤则为图7所示的(W+分段纤芯)型分布，分别能够取得上述那样的特性。
图5～图7中，中纤芯位于中央。
图5的阶梯型分布是指折射率大的中纤芯位于中间，并且在其外周形成比中纤芯折射率小而平坦的旁纤芯的折射率分布。旁纤芯的外周形成比旁纤芯折射率小的包层。
第7实施形态
作为典型正色散光纤的已有型号的SMF具有由中心的纤芯和设置在其周边的包层构成的简单的2层结构。这种SMF由于纤芯的折射率与包层的折射率之间的相对折射率差Δ1低达0.4％，Aeff大，传输损耗也达到0.195dB/km以下。然而，这种SMF通常在1.55μm波段的色散值为16ps/nm/km以上，在色散值大的方面存在问题。
纤芯折射率与包层折射率之间的相对折射率差Δ1按下式定义。
&Delta; 1 = n 1 2 - n 0 2 2 n 1 2 &OverBar; ~ n 1 - n 0 n 1 . . . . . . ( 1 )
其中，n1为纤芯的折射率，n0为包层折射率。
这里，首先用3层结构研究色散抑制。如果减小中纤芯的折射率，则对弯曲损耗的敏感性(影响)增大，从而引起长波长侧的传输损耗增加，而如果加大中纤芯的折射率，不仅传输损耗增大到0.20dB/km以上，而且Aeff小于80μm2，所以使相对折射率差Δ1维持在约0.4％(例如0.35～0.45％)。
该条件下，如图5所示，在增添包层折射率与旁纤芯折射率之间的相对折射率差Δ2为0.05～0.25％，且旁纤芯直径b与中纤芯直径a比、即倍率(b/a)为1.8～2.7倍的旁纤芯层时，有可能得到所希望的色散。模拟的结果获得良好的特性。表1表示光纤的应该例子。
包层与旁纤芯的相对折射率差Δ2按下式定义。
&Delta; 2 = n 2 2 - n 0 2 2 n 2 2 &OverBar; ~ n 2 - n 0 n 2 . . . . . . ( 2 )
其中，n0为包层折射率，n2为旁纤芯折射率。
表1    正色散光纤模拟结果(3层结构)
  Δ1   α   Δ2   b/a   色散   Slope   Aeff   λc   弯曲φ20
  ％   ％   ps/nm/km   ps/nm<sup>2</sup>/km   μm<sup>2</sup>   nm   dB/m
  0.43   2.0   0.10   2.0   14.6   0.068   97.6   1546   6.0
  0.41   2.0   0.15   2.3   14.4   0.070   94.1   1520   7.0
  0.39   6.0   0.10   2.5   14.0   0.069   90.4   1548   8.0
表1中，Δ1表示纤芯折射率与包层折射率之间的相对折射率差，α为表示中纤芯折射率分布形状的参数，b/a表示旁纤芯直径b相对于中纤芯直径a的倍率，色散表示色散值，slope表示色散斜率，Aeff表示有效纤芯截面积，λc表示截止波长，弯曲φ20表示φ20mm的弯曲损耗。
在色散特性、Aeff、弯曲损耗特性方面取得良好特性。而且，相对折射率差Δ1为0.4％左右，因而可期望传输损耗为0.195dB/km以下。于是可知例如用这种阶梯型折射率分布(图5)能得到作为本发明目的的光纤传输线路1。
第8实施形态
如上文所述那样将色散值抑制于15ps/nm/km以下，但以进一步抑制色散值为目标，探讨一下具有图6、图7所示4层以上的折射率分布的结构。与上文所述完全相同，取包层与中纤芯间的相对折射率差的值为0.4％左右，这时调整包层与旁纤芯的相对折射率差Δ2、包层与分段纤芯间的相对折射率差Δ3、直径比a∶b∶c的各参数，使Aeff、λc、色散值等为最佳值。可知为了满足色散值10～15ps/nm/km的条件，同时获得80μm2以上的大Aeff和1550nm以下的λc，需要使相对折射率差Δ2的值为-0.10～0.10％，相对折射率差Δ3的值为0.10～0.25％，b为1.3～1.9，c为2.2～2.8。模拟结果取得的特性良好的折射率分布示于表2。
包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3按下式定义。
&Delta; 3 = n 3 2 - n 0 2 2 n 3 2 &OverBar; ~ n 3 - n 0 n 3 . . . . . . ( 3 )
其中：n0为包层折射率，n3为分段纤芯折射率。
表2    正色散光纤模拟结果(4层结构)
  Δ1   α   Δ2   Δ3   a∶b∶c   色散   Slope   Aeff   λc   弯曲φ20
  ％   ％   ps/nm/km   ps/nm<sup>2</sup>/km   μm<sup>2</sup>   nm   dB/m
  0.42   8.0   0   0.10   1∶1.5∶2.5   12.0   0.065   85.9   1449   6.0
  0.41   10.0   0   0.20   1∶1.8∶2.5   11.4   0.071   81.9   1495   7.0
  0.40   10.0   -0.1   0.10   1∶1.4∶2.5   10.9   0.073   80.5   1362   8.0
表2中，Δ1表示包层与上述中纤芯之间的相对折射率差，Δ2表示包层与旁纤芯的相对折射率差，Δ3表示包层与分段纤芯之间的相对折射率差，α为表示中纤芯折射率分布形状的参数，a∶b∶c表示中纤芯直径a、旁纤芯直径b和分段纤芯直径c之间的比例关系，色散表示色散值，slope表示色散斜率，Aeff表示有效纤芯截面积，λc表示截止波长，弯曲φ20表示φ20mm的弯曲损耗。
从该结果可知，显然用例如这样的分段纤芯型分布(图6)或(W+分段纤芯)型分布(图7)能获得特性良好的光纤传输线路。
第9实施形态
还对负色散光纤进行优化。已有的RDF采用W型折射率分布，并且在未达到弯曲损耗极限的条件下，使相对折射率差Δ1减小，以此实现低损耗特性和小色散值。虽然也可以使相对折射率差Δ1减小得更多，以进一步减小损耗和色散绝对值，但弯曲损耗将变得非常大。但是，利用在W型折射率分布的外侧增添分段纤芯层的结构，可以抑制弯曲损耗。因此，采用图7所示的(W+分段纤芯)型分布(profile)，研究在1.55μm满足-15～-10ps/nm/km色散值，并且在弯曲损耗非常小的范围(φ20mm为10dB/km以下)有可能将Aeff扩大到30μm2以上的分布。
作为满足传输损耗小于0.23dB/km的包层与中纤芯间的相对折射率差Δ1，选择0.85％左右(例如0.8％～0.9％)。相对折射率差Δ1为0.80％以下时有可能因弯曲损耗增大造成长波长侧的传输损耗增加。还了解到，表示中纤芯折射率分布形状的参数α接近2.0(例如为1.5～3.0)能使色散斜率为-0.030ps/nm2/km以下的小数值。对各相对折射率差Δ1优化的旁纤芯结构的研究结果表明，包层与旁纤芯的相对折射率差Δ2为-0.45～-0.35％、包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3为0.15～0.25％是最佳范围。还了解到，为了抑制长波长侧的损耗增加，相对折射率差Δ2需要在-0.45％以上，但至少在相对折射率差Δ2不在0.35％以下时，色散斜率增大到-0.03ps/nm2/km以上。而且，为了抑制长波长侧的传输损耗增加，相对折射率差Δ3需要在0.15％以上，但如果相对折射率差Δ3超过0.35％，则λc增大到1500nm以上，不能满足单模条件。
又调整中纤芯直径a、旁纤芯直径b和分段纤芯直径c之间的比率a∶b∶c的值。a∶b的比率为1∶(1.7～2.0)时，使其他特性维持良好的值，同时取得低弯曲损耗特性，了解到如果小于1.7，则色散特性差，大于2.0，则λc大到1500nm以上。而且，a∶b的比率为1∶23～1∶3.0时色散斜率如果在-0.03ps/nm2/km以下，则维持高补偿率不变，弯曲损耗也在10dB/m(φ20mm)以下，不受损，而且截止波长λc保持在1500nm以下。因此，直径比(a∶b∶c)选择为1∶(1.7～2.0)∶(2.3～3.0)。
下面示出从模拟结果得到的，将损失维持于较小的值，同时能实现良好的特性的分布的例子。
表3中，Δ1表示包层与中纤芯之间的相对折射率差，Δ2表示包层与旁纤芯的相对折射率差，Δ3表示包层与分段纤芯之间的相对折射率差，α为表示中纤芯折射率分布形状的参数，a∶b∶c表示中纤芯直径a、旁纤芯直径b和分段纤芯直径c之间的比例关系，色散表示色散值，slope表示色散斜率，Aeff表示有效纤芯截面积，λc表示截止波长，弯曲φ20表示φ20mm的弯曲损耗。
表3    负色散光纤模拟结果(1)
  Δ1   α   Δ2   Δ3   a∶b∶c   色散   Slope   Aeff   λc   弯曲φ20
  ％   ％   ％   ps/nm/km   ps/nm<sup>2</sup>/km   μm<sup>2</sup>   nm   dB/m
  0.85   2.0   -0.40   0.30   1∶1.9∶2.5   -14.0   -0.045   31.8   1498   6.0
  0.83   2.0   -0.40   0.20   1∶1.9∶2.5   -13.8   -0.037   32.5   1326   7.0
  0.82   2.0   -0.40   0.20   1∶2.0∶2.9   -13.4   -0.052   31.7   1486   8.0
第10实施形态
对于负色散光纤也进行是否可进一步抑制色散的研究。为了抑制色散值，包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ1降到0.70％左右(例如0.65％～0.75％)是有效的。然而，如上文所述，相对折射率Δ1小会导致长度波长侧的传输损耗增加。为了抑制该长波长侧的传输损耗增加，将表示中纤芯折射率分布形状的参数α取为10左右。这样，色散斜率比表3的负色散光纤有若干增大，但可以看出利用使分布(profile)优化的方法可获得-0.020ps/nm2/km以下的色散斜率值。还可以看出，为了维持小色散值同时将弯曲损耗抑制于10dB/m(φ20mm)以下，包层与旁纤芯的相对折射率差Δ2需要在-0.50％以上，但至少在相对折射率差Δ2不为-0.40％以下时，色散斜率大于0.02ps/nm2/km。为了抑制长波长侧的传输损耗增加，包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3需要在0.15％以上，但相对折射率差Δ3如果超过0.25％，则截止波长λc向长波长侧移动，不满足单模条件。
又调整a∶b∶c的值。a∶b的值为1∶1.8～1∶2.2时，使其他特性维持良好的值，同时取得在φ20mm情况下为10dB/m以下的低弯曲损耗特性。1.8以下时色散绝对值变大，2.2以上时截止波长λc从1500nm向长波长侧移动。又，将a∶c的值取为1∶2.7～1∶3.0。这是因为在2.7以上维持高补偿率不变，使弯曲损耗也在10dB/m以下(φ20mm)，不受损，而在3.0以下截止波长λc保持于1500nm以下。因此，直径比(a∶b∶c)选择为1∶(1.8～2.2)∶(2.7～3.0)。
模拟的结果，使损耗维持小的值，同时能实现良好的特性的分布的例子如下所示。
表4负    色散光纤模拟结果(2)
  Δ1   α   Δ2   Δ3   a∶b∶c   色散   Slope   Aeff   λc   弯曲φ20
  ％   ％   ％   ps/nm/km   ps/nm<sup>2</sup>/km   μm<sup>2</sup>   nm   dB/m
  0.71   10.0   -0.48   0.18   1∶1.9∶2.8   -11.9   -0.032   32.2   1427   6.0
  0.70   10.0   -0.40   0.20   1∶2.0∶2.9   -11.1   -0.031   33.7   1486   4.0
  0.68   10.0   -0.46   0.19   1∶1.9∶2.9   -10.6   -0.026   32.8   1464   5.0
从以上的结果可知，将当前发明的图1所示的正色散光纤11的和负色散光纤12加以连接，构成光传输线路1，就能够得到可实现低非线性、低弯曲损耗特性和低色散斜率这样的结果。而且光传输线路1具有已有的RDF与NZ-DSF之间的色散值，从而能抑制累积色散。再者，从折射率分布形状方面看来，光传输线路1在较宽的频带实现了低损耗特性和极化模色散PMD特性。
如上所述，开发将新型正色散光纤和负色散光纤加以组合的传输线路，在较宽频带实现低损耗特性的同时，也实现累积色散小、非线性低、色散斜率小、极化模色散PMD小的特性。该新传输线路的低损耗、小累积色散、低极化模色散PMD、小色散斜率和低非线性的特性最适合作为高速WDM传输线路。采用这种正色散光纤和负色散光纤构成的新型传输线路是将来能成为WDM传输的胜利者的传输线路，以此能方便地制作适合高速大容量传输的传输线路。
实施例
下面，利用实施例确认本发明的实施形态的光纤的有效性。
实施例1
首先，进行试制以获得具有图5中说明的阶梯型分布的正色散光纤。表5示出参考模拟结果进行试制的结果。
表5正色散光纤试制结果(3层结构)
Figure C0212738600181
由于包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ1较小，在1.55μm和1.58μm的传输损耗也低达0.19dB/km左右。而且，试制件1、2均有效截面积Aeff90μm2以上，取得大于已有的SMF的Aeff值。而且1.55μm波段的色散值比SMF得到进一步抑制。试制件1、2的色散值与已有型的NZ-DSF相比，该值足够大，因而能期望抑制FWM造成的信号噪声。截止波长λc虽然略大，但在采用22m长的光纤测量截止波长λc的“22m法”的测量中得到该截止波长小于1400nm。色散斜率、弯曲损耗、极化模色散PMD等其他特性也良好。
实施例2
关于4层结构的分布，也参考模拟结果进行若干试制。表6示出试制结果。
表6    正色散光纤试制结果(4层结构)
Figure C0212738600182
从表6可知，在采用4层结构的情况下，依旧维持低损耗不变，能够将色散值进一步抑制于11～13ps/nm/km左右。与表5的试制结果相比，有效截面积Aeff有若干减小，但是能够进一步抑制累积色散。弯曲损耗的值比表5的值略大，但能抑制于10dB/m以下，1.58μm的损耗也达到0.200dB/km左右的不成问题的程度。
实施例3
还用(W+分段纤芯)型分布进行试制，以图获得负色散光纤。表7示出根据模拟进行试制的结果。
表7    负色散光纤试制结果
Figure C0212738600191
根据表7的结果，不仅获得0.215dB/km左右的低传输损耗，而且获得有效截面积Aeff、色散补偿率、极化模色散PMD等非常良好的结果。而且弯曲损耗也抑制于较小的程度，1.58μm的传输损耗在0.23dB/km以下，可确认有稳定的特性。
本发明的光传输线路的形态如图1、图8A所示，可以把多个由正色散光纤11和负色散光纤12连接构成跨段(单元)的光传连接成所需的距离的光传输线路1。
一个跨段的结构，不仅是用图1说明的正色散光纤11和负色散光纤12的组合，而且可以有各种形态。
例如，为了适应双向通信，也可如图8B说明的那样，构成用正色散光纤+负色散光纤+正色散光纤组成一个跨段的光传输线路。
又例如，为了抑制累积色散的增加，也可如图8C说明的那样，构成用4根以上光纤组成一个跨段这种类型的光纤。
组成一个跨段的光纤种类及其组合可按照目的或根据状况决定。
本实施形态的任一传输线路中，都能根据上述损耗特性取得有利特性。
如上所述，采用本发明，在将正色散光纤和负色散光纤加以连接时，可在宽大的波长范围内获得低损耗和小色散。
又，采用本发明，能够实现非线性低。
还有，极化模色散PMD和任一种光纤都呈现低于
Figure C0212738600201
左右的值。这样，能够得到总特性良好的结果。
采用本发明，能够构成兼有对SPM、XPM、FWM等的低非线性和色散平坦性的、适合高速大容量传输的低损耗WDM传输线路。

Claims (15)

1.一种光传输线路，包含具有正色散和正色散斜率的正色散光纤、以及具有负色散和负色散斜率的负色散光纤的光传输线路；其特征在于，
所述正色散光纤与所述负色散光纤的1.55μm波段的传输损耗均为0.23kB/km以下，所述正色散光纤与所述负色散光纤的传输损耗差为0.05dB/km以下，
所述正色散光纤具有中纤芯、在该中纤芯外周形成的旁纤芯和在该旁纤芯外周形成的包层；
所述中纤芯的折射率大于所述旁纤芯的折射率，在该旁纤芯外周形成的包层；
所述包层的折射率、所述旁纤芯的折射率和所述中纤芯的折射率，其分布以阶梯型结构构成；
所述包层与所述中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.30％至0.50％；
所述包层与所述旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为0.05％至0.25％；
所述旁纤芯的直径b与所述中纤芯的直径a的比例b/a为1.8～2.7倍，
所述负色散光纤用W+分段纤芯型结构构成，
包层与中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.75％至0.95％；
包层与旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为-0.45％至-0.35％；
包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3为0.15％至0.25％；
所述中纤芯的直径a、所述旁纤芯的直径b和所述分段纤芯的直径c的直径比a∶b∶c为1∶(1.7～2.0)∶(2.3～3.0)。
2.一种光传输线路，包含具有正色散和正色散斜率的正色散光纤、以及具有负色散和负色散斜率的负色散光纤的光传输线路；其特征在于，
所述正色散光纤与所述负色散光纤的1.55μm波段的传输损耗均为0.23kB/km以下，所述正色散光纤与所述负色散光纤的传输损耗差为0.05dB/km以下，
所述正色散光纤具有中纤芯、在该中纤芯外周形成的旁纤芯和在该旁纤芯外周形成的包层；
所述中纤芯的折射率大于所述旁纤芯的折射率，在该旁纤芯外周形成的包层；
所述包层的折射率、所述旁纤芯的折射率和所述中纤芯的折射率，其分布以阶梯型结构构成；
所述包层与所述中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.30％至0.50％；
所述包层与所述旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为0.05％至0.25％；
所述旁纤芯的直径b与所述中纤芯的直径a的比例b/a为1.8～2.7倍，
所述负色散光纤用W+分段纤芯型结构构成；
包层与中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.60％至0.80％；
包层与旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为-0.50％至-0.40％；
包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3为0.15％至0.25％；
所述中纤芯的直径a、所述旁纤芯的直径b和所述分段纤芯的直径c的直径比a∶b∶c为1∶(1.8～2.2)∶(2.7～3.0)。
3.一种光传输线路，包含具有正色散和正色散斜率的正色散光纤、以及具有负色散和负色散斜率的负色散光纤的光传输线路；其特征在于，
所述正色散光纤与所述负色散光纤的1.55μm波段的传输损耗均为0.23kB/km以下，所述正色散光纤与所述负色散光纤的传输损耗差为0.05dB/km以下，
所述正色散光纤具有中纤芯、在该中纤芯外周形成的旁纤芯、在该旁纤芯外周形成的分段纤芯和在该分段纤芯外周形成的包层；
形成所述包层的折射率、所述分段纤芯的折射率、所述旁纤芯的折射率和所述中纤芯折射率的分布为分段纤芯型结构或W+分段纤芯型结构；
包层与中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.30％至0.50％；
包层与旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为-010％至0.10％；
包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3为0.10％至0.25％；
所述中纤芯的直径a、所述旁纤芯的直径b和所述分段纤芯的直径c的直径比a∶b∶c为1∶(1.3～1.9)∶(2.2～2.8)，
所述负色散光纤用W+分段纤芯型结构构成；
包层与中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.75％至0.95％；
包层与旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为-0.45％至-0.35％；
包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3为0.15％至0.25％；
所述中纤芯的直径a、所述旁纤芯的直径b和所述分段纤芯的直径c的直径比a∶b∶c为1∶(1.7～2.0)∶(2.3～3.0)。
4.一种光传输线路，包含具有正色散和正色散斜率的正色散光纤、以及具有负色散和负色散斜率的负色散光纤的光传输线路；其特征在于，
所述正色散光纤与所述负色散光纤的1.55μm波段的传输损耗均为0.23kB/km以下，所述正色散光纤与所述负色散光纤的传输损耗差为0.05dB/km以下，
所述正色散光纤具有中纤芯、在该中纤芯外周形成的旁纤芯、在该旁纤芯外周形成的分段纤芯和在该分段纤芯外周形成的包层；
形成所述包层的折射率、所述分段纤芯的折射率、所述旁纤芯的折射率和所述中纤芯的折射率的分布为分段纤芯型结构或W+分段纤芯型结构；
包层与中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.30％至0.50％；
包层与旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为-010％至0.10％；
包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3为0.10％至0.25％；
所述中纤芯的直径a、所述旁纤芯的直径b和所述分段纤芯的直径c的直径比a∶b∶c为1∶(1.3～1.9)∶(2.2～2.8)，
所述负色散光纤用W+分段纤芯型结构构成；
包层与中纤芯之间的相对折射率差Δ1为0.60％至0.80％；
包层与旁纤芯之间的相对折射率差Δ2为-0.50％至-0.40％；
包层与分段纤芯之间的相对折射率差Δ3为0.15％至0.25％；
所述中纤芯的直径a、所述旁纤芯的直径b和所述分段纤芯的直径c的直径比a∶b∶c为1∶(1.8～2.2)∶(2.7～3.0)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的光传输线路，其特征在于，由第1和第2光纤构成一个跨段；
沿光传输的方向，所述正色散光纤位于前段，作为所述第1光纤，而所述负色散光纤位于后段，作为所述第2光纤。
6.如权利要求1至4中任一项所述的光传输线路，其特征在于，由第1～第3的三根光纤构成一个跨段；
按照所述正色散光纤作为所述第1光纤，所述负色散光纤作为所述第2光纤，所述正色散光纤作为所述第3光纤的顺序进行连接。
7.如权利要求1至4中任一项所述的光传输线路，其特征在于，所述正色散光纤和所述负色散光纤的1.55μm波段的传输损耗以及1.58μm波段的传输损耗都在0.23dB/km以下；
在1.55μm波段和1.58μm波段的频带中，所述正色散光纤与所述负色散光纤的传输损耗差为0.05dB/km以下。
8.如权利要求1至4中任一项所述的光传输线路，其特征在于，1.55μm波段的所述正色散光纤和1.55μm波段的所述负色散光纤的色散绝对值为10～15ps/nm/km。
9.如权利要求1至4中任一项所述的光传输线路，其特征在于，155μm波段的所述正色散光纤和1.55μm波段的所述负色散光纤的极化模色散为0～0.06ps/km0.5。
10.如权利要求1至4中任一项所述的光传输线路，其特征在于，所述正色散光纤的1.55μm波段传输损耗为0.200dB/km以下；
所述负色散光纤的1.55μm波段的传输损耗为0.230dB/km以下；
扣除将所述正色散光纤与所述负色散光纤加以连接时的连接损耗后的该光传输线路的总传输损耗为0.215dB/km以下。
11.如权利要求1至4中任一项所述的光传输线路，其特征在于，
1.55μm波段的所述正色散光纤的传输损耗为0.195dB/km以下；
1.55μm波段的所述负色散光纤的传输损耗为0.225dB/km以下；
该光传输线路的总传输损耗为0.210dB/km以下。
12.如权利要求1至4中任一项所述的光传输线路，其特征在于，
1.55μm波段的所述正色散光纤的色散斜率为0.08ps/nm2/km以下；
1.55μm波段的所述负色散光纤的色散斜率为0.020ps/nm2/km以下；
该光传输线路的总色散斜率为0.03ps/nm2/km以下。
13.如权利要求1至4中任一项所述的光传输线路，其特征在于，所述正色散光纤的有效纤芯截面积Acff为80μm2以上。
14.如权利要求1至4中任一项所述的光传输线路，其特征在于，所述负色散光纤的有效纤芯截面积Acff为30μm2以上。
15.如权利要求1至4中任一项所述的光传输线路，其特征在于，
所述负色散光纤的曲率直径φ20mm时的弯曲损耗为10dB/m以下；
1580nm的传输损耗与1550nm的传输损耗之差为0.05dB/km以下。
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