DE60307178T2

DE60307178T2 - Monomode optische Faser und Optisches Datenübertragungssystem

Info

Publication number: DE60307178T2
Application number: DE60307178T
Authority: DE
Inventors: Mark Peter Marie Jetten; Pieter Matthijsse
Original assignee: Draka Fibre Technology BV
Current assignee: Draka Fibre Technology BV
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: US7920768B2; NL1020780C2; EP1369717A2; US20070041688A1; US7734136B2; CN1471256A; US20060140561A1; EP1369717B1; CN1471256B; DK1369717T3; US7072551B1; NL1020780A1; BRPI0301700B1; BR0301700A; US20100232755A1; JP2004013163A; DE60307178D1; JP4568485B2; EP1369717A3; ATE335213T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Monomodefaser, die einen ersten Mittelbereich mit einem Radius r1 und einem maximalen Brechungsindexwert n1, und mindestens einen zweiten Ring aufweist, der den ersten Mittelbereich umgibt, wobei der zweite Ring einen Radius r2 und einen minimalen Brechungsindexwert n2 aufweist, wobei n2 < n1.
Eine solche optische Monomodefaser ist an sich aus dem US-Patent Nr. 5,905,838 bekannt, wobei insbesondere 4 schematisch die normierte Brechungsindexdifferenz als Funktion der radialen Position für die Vierbereichsfaser zeigt. Demnach ist der mit Germanium dotierte Silikakern durch einen ringförmigen Bereich mit gesenktem Index umgeben, der in diesem Fall aus mit Fluor dotiertem Silika besteht. Der Bereich ist durch einen Germanium-Silika-Ring umgeben, der sich wiederum in einem Außenmantelbereich aus zum Beispiel undotiertem Silika befindet. Der Kernbereich zeigt eine Senkeneigenschaft mit gesenktem Index einer durch MCVD erzeugten Faser. Eine solche Faser wird auch als eine sogenannte „Doppelfenster-WDM („Wellenlängenmultiplex")-Faser" definiert, wobei die Faser in sogenannten Ortsnetzen oder Fernnetzen verwendet wird. Solche Netze sind durch mittellange Übertragungsentfernungen von bis zu einigen hundert Kilometern und einer großen Anzahl von Knoten gekennzeichnet, wobei Zweige und/oder Verbindungen zu anderen (Teilen von) Netzen vorhanden sind. Die optischen Fasern, über die die Übertragung von Signalen in solchen Netzen stattfindet, sind vorzugsweise für hohe Übertragungsraten auf einer großen Anzahl unterschiedlicher Wellenlängen geeignet.
Der Artikel „Maximum effective area for non-zero dispersion-shifted fibre" (P. Nouchi, OFC '98 Technical Digest B. 2, S. 303-304 (1998)) offenbart Brechungsindexprofile, in denen eine Faser dieser Art eine Dispersionssteigung von 0,08 ps/nm²·km bei 1550 nm aufweist. Die effektive Fläche bei 1550 nm liegt im 45-110 μm²-Bereich. Weitere Einzelheiten hinsichtlich der Steigung zum Erhalten eines zufriedenstellenden Gleichgewichts der Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Dispersionssteigung, der Makrobiegung und der effektiven Fläche, sind daraus nicht bekannt.
Das US-Patent Nr. 6,396,987 betrifft eine optische Faser zur Verwendung in WDM-Übertragungssystemen, wobei die effektive Fläche größer oder gleich 60 μm² ist und der Dispersionswert zwischen 6 und 10 ps/(nm·km) liegt.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 0 249 230 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform. Da das Dokument nur Vorformen betrifft, werden keine spezifischen Einzelheiten hinsichtlich der optischen Faser angegeben, die aus einer solchen Vorform gezogen werden, wie der Wert der Dispersionssteigung, der Dispersionswert oder die effektive Fläche.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 0 775 924 betrifft eine optische Monomodefaser mit einem Drei-Segment-Indexprofil. Obwohl die dispersionsfreie Wellenlänge im Bereich von 1520-1600 nm liegt, kann die gesamte Dispersionssteigung ≤ 0,095 ps/μm²·km betragen. Es werden keine Einzelheiten hinsichtlich der Steigung angegeben, die zum Erhalten eines zufriedenstellenden Gleichgewichts der Eigenschaften hinsichtlich der Dispersionssteigung, Makrobiegung und effektiven Fläche benötigt werden.
Im Fall von sehr weiten Entfernungen (Entfernungen von 1000 km und mehr) werden optische Fasern für hohe Übertragungsraten zur Verwendung im Wellenlängenbereich um 1550 nm optimiert, wobei in diesem Wellenlängenbereich die optische Dämpfung als niedrig betrachtet werden kann (etwa 0,2 dB/km). Die NZDF („nicht-dispersionsfreie Fasern") weisen ebenfalls eine verschobene Dispersion auf, als deren Ergebnis die Dispersion bei einer Wellenlänge von 1550 nm niedriger als jene einer Standard-Monomodefaser ist. Der Dispersionswert weicht ausreichend von null ab, jedoch zur Minimierung der Auswirkung von nichtli nearen Eigenschaften, die eine erheblich nachteilige Auswirkung auf die zulässige maximale Übertragungskapazität aufweisen können.
Aufgrund der verhältnismäßig kurzen Entfernungen in den obengenannten Netzen werden weniger strenge Anforderungen an die optische Dämpfung gestellt, infolge dessen auch der Wellenlängenbereich um 1300 nm, der eine charakteristische Dämpfung von etwa 0,3 dB/km aufweist, im Prinzip für solche Anwendungen geeignet ist. Als Ergebnis ihrer Optimierung im 1550 nm-Wellenlängenbereich sind die Fasern, die zu Fernübertragung verwendet werden, jedoch zur Verwendung im Wellenlängenbereich um 1300 nm weniger geeignet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Monomodefaser bereitzustellen, die zur Mehrkanalübertragung im Wellenlängenbereich um 1550 nm, d.h. 1440 nm-1625 nm, und im Wellenlängenbereich um 1300 nm, d.h. 1250 nm-1360 nm unter Verwendung hoher Übertragungsraten geeignet ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Monomodefaser bereitzustellen, in der das Profil der optischen Faser so gestaltet ist, daß es Spannungsvariationen verhindert, die zu unerwünschten Eigenschaften der optischen Faser führen können.
Die optische Monomodefaser, auf die in der Einleitung bezug genommen wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindexwert n1 im ersten Mittelbereich mit dem Radius r1 im wesentlichen konstant ist, und im zweiten Ring mit dem Radius r2 der Brechungsindexwert in radiale Richtung über einen Abstand r1-r2 von n1 auf n2 abnimmt, wobei die Abnahme, die im wesentlichen linear ist, gemäß der folgenden Gleichung stattfindet:

D_i: = Brechungsindexkontrast für die Position i,
n_i: = Brechungsindex der Position i,
n_cl: = Brechungsindex des äußeren Fasermantels.

In einer speziellen Ausführungsform weist der Mittelbereich, der einen im wesentlichen konstanten Brechungsindex aufweist, vorzugsweise einen Radius r1 mit einem maximalen Wert von 0,25 μm auf. Wenn der Radius r1 größer als der vorgenannte Wert ist, ist es nicht möglich, eine Faser zu erhalten, die eine ausreichend große effektive Fläche und eine ausreichend niedrige Dispersionssteigung aufweist.
Die gegenwärtigen Erfinder haben ihre Erfindung auf der Grundlage dieser Erkenntnis erzielt, wobei das Profil der optischen Faser so gestaltet ist, daß es unerwünschte Spannungsvariationen verhindert. Unerwünschte Eigenschaften, wie eine erhöhte Polarisationsmodendispersion (oder Empfindlichkeit gegenüber wasserstoffinduzierte Dämpfungsverluste) werden so auf ein Minimum reduziert.
In spezifischen Ausführungsformen ist der zweite Ring mit dem Radius r2 vorzugsweise durch einen dritten Ring mit einem Radius r3 und einem Brechungsindexwert n3 umgeben, wobei n3 < n2 und r3 > r2. Zusätzlich kann der dritte Ring mit dem Radius r3 durch einen vierten Ring mit einem Radius r4 und einem Brechungsindexwert n4 umgeben sein, wobei n4 < n3 und r4 > r3.
Vorzugsweise beträgt der Dispersionswert der vorliegenden optischen Faser bei 1550 nm 8 ps/nm·km oder mehr, wohingegen der Dispersionswert bei 1300 nm –8 ps/nm·km oder niedriger sein muß. Wenn solche Dispersionswerte verwendet werden, ist es möglich, mehrere Kanäle, d.h. Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen, gleichzeitig in den beiden vorgenannten Wellenlängenbereichen mit hohen Übertragungsraten von 10 GBit/s oder mehr zu verwenden, ohne daß die nichtlinearen Eigenschaften in dieser Hinsicht einen begrenzenden Effekt haben.
Die gegenwärtigen Erfinder haben überdies entdeckt, daß die Steigung im Brechungsindexprofil ein wichtiger Designparameter ist, um die richtige Kombination von Eigenschaften der endgültigen optischen Faser zu erzielen. Folglich liegt diese Steigung vorzugsweise zwischen 0,11 und 0,22 und insbesondere zwischen 0,13 und 0,19. Wenn eine Steigung mit einem Wert verwen det wird, der höher als der obige Wertebereich ist, werden die Makrobiegungsverluste und die Dispersionssteigung zu groß sein, was in der Praxis unerwünscht ist. Wenn andererseits eine Steigung mit einem Wert verwendet wird, der niedriger als der obige Wertebereich ist, wird die effektive Fläche zu klein sein, was in der Praxis unerwünscht ist.
Um die gleichzeitige Übertragung einer großen Anzahl von Signalen mit unterschiedlichen Wellenlängen ohne erhebliche Begrenzung der Leistungsdichte zu ermöglichen, weist die vorliegende optische Faser bei einer Wellenlänge im 1550 nm-Bereich vorzugsweise eine effektive Fläche von 60 μm² oder mehr auf.
Überdies liegt vorzugsweise die Dispersionssteigung für die vorliegende optische Faser bei 1550 nm zwischen 0,07 und 0,095 ps/nm·km². Um sicherzustellen, daß die vorliegende optische Faser über einen maximalen Wellenlängenbereich als eine optische Monomodefaser betrachtet werden kann, ist die Grenzwellenlänge gemessen für eine optische Faser mit einer Länge von 2 m vorzugsweise niedriger als 1200 nm.
Zusätzlich dazu, daß sie die Merkmale der obengenannten bevorzugten Ausführungsformen aufweist, sollte die optische Faser niedrige Verluste aufweisen, die durch Biegen der optischen Faser verursacht werden. Die Tatsache ist, daß viele Verbindungen in den obengenannten Netzen aufgebaut werden, die aus optischen Fasern bestehen, für die üblicherweise an den Stellen der Verbindungen Verbindungsschleifen in die Faser gelegt werden. Folglich ist es wünschenswert, die Dämpfungsverluste, die durch solche Schleifen verursacht werden, so weit wie möglich zu begrenzen, was vorzugsweise darauf hinausläuft, daß die Makrobiegungsverluste, gemessen bei einer Wellenlänge von 1625 nm und 100 Wicklungen mit einem Biegungsdurchmesser von 60 mm, vorzugsweise niedriger als 0,05 dB sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein optisches Datenübertragungssystem zur Mehrkanalsignalübertragung, wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, daß die vorliegende Faser als Übertragungsmedium für mehrere Kanäle im Wellenlängenbereich von entweder 1550 nm oder 1300 nm verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden mittels Ausführungsformen detaillierter erläutert, wobei in diesem Zusammenhang jedoch beachtet werden sollte, daß die vorliegende Erfindung keineswegs auf solche Ausführungsformen beschränkt ist. In der beigefügten 1 werden die Brechungsindexprofile einer Anzahl optischer Fasern gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung schematisch als Funktion des Radius gezeigt.
1 zeigt ein Brechungsindexprofil einer erfindungsgemäßen Faser. Ein kreissymmetrisches Profil mit einem Abstand r1 wird um eine mittlere Symmetrieachse aufgebaut, in dem die Position, die bei Bezugsziffer 1 angegeben wird, des Profils einen Brechungsindex erfordert, der einen konstanten Brechungsindexwert n1 aufweist. Die bei der Bezugsziffer 2 angezeigte Position ist in einem Abstand r2 entfernt von der Symmetrieachse angeordnet und weist einen merklich niedrigeren Brechungsindexwert n2 und eine Brechungsindexdifferenz D2 als die Position auf, die bei Bezugsziffer 1 angezeigt wird. Der Brechungsindexwert nimmt in einer praktisch linearen, monotonen Weise von der Position 1 zur Position 2 ab, wobei die Steigung h = (D1 – D2)/(r1). Die bei Bezugsziffer 4 angezeigte Position gibt den Brechungsindexwert des Mantels an, wobei sich der Mantel von der Symmetrieachse ausgehend von einem Abstand r2 erstreckt. In 1 ist n1 > n2 > ncl.
Wie schon oben erläutert, ist die Steigung h ein wichtiger Designparameter, um die richtige Kombination von Eigenschaften der optischen Faser zu erhalten. Die Steigung h kann zum Beispiel beeinflußt werden, indem die Brechungsindexdifferenz der Position 2 angepaßt wird. Die Steigung kann erhöht werden, indem bewirkt wird, daß der Indexwert der Position 2, insbesondere in 1 abnimmt. Zusätzlich dazu kann auch eine Anpassung der Steigung stattfinden, indem die radiale Position der Position 2 geändert wird (siehe 1). Wie vorher schon erwähnt, haben die gegenwärtigen Erfinder entdeckt, daß die Steigung vorzugsweise zwischen 0,11 und 0,22 und insbesondere zwischen 0,13 und 0,19 liegt. Im Falle einer Steigung mit einem Wert, der höher als der vorgenannte Wertebereich ist, werden die Makrobiegungsverluste unerwünscht zunehmen, während das Ergebnis einer Steigung mit einem Wert, der niedriger als der vorgenannte Wertebereich ist, das sein wird, daß die erwünschte effektive Fläche zu klein sein wird.
Der Einfluß der Steigung im Brechungsindexprofil der hierin präsentierten Profile auf eine Anzahl von Parametern, d.h. die Dispersionssteigung, die vorzugsweise niedriger als 0,095 ps/nm·km² ist, die Makrobiegungsverluste, die (gemessen bei einer Wellenlänge von 1625 nm und Wicklungen mit einem Biegungsdurchmesser von 60 mm) vorzugsweise niedriger als 0,05 dB sind, und einer effektiven Fläche, die vorzugsweise größer als 60 μm² ist, ist für optische Fasern untersucht worden, die die Dispersionsanforderung von 8 ps/nm·km bei 1550 nm und ≤ 8 ps/nm·km bei 1330 nm und die an einer optischen Faser mit einer Länge von 2 m gemessene Grenzwellenlängenanforderung von < 1200 nm erfüllen. Die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle präsentiert.
Die obige Tabelle zeigt deutlich, daß ein zufriedenstellendes Gleichgewicht der Eigenschaften mit einer Steigung im Bereich von 0,11 < Steigung < 0,22 erhalten wird.

Claims

Optische Faser, die im Monomode im Wellenlängenbereich um 1550 nm und im Wellenlängenbereich um 1300 nm arbeitet, die einen ersten Mittelbereich mit einem Radius r1, einen maximalen Brechungsindexwert n1 und mindestens einen diesen ersten Mittelbereich umgebenden zweiten Ring aufweist, wobei der zweite Ring einen Radius r2 und einen minimalen Brechungsindexwert n2 hat, wobei n2 < n1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindexwert n1 in dem ersten Mittelbereich mit dem Radius r1 im wesentlichen konstant ist und daß der Brechungsindexwert in dem zweiten Ring mit dem Radius r2 in radialer Richtung über eine Entfernung r1 bis r2 von n1 zu n2 abnimmt, wobei die Abnahme im wesentlichen linear ist, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen lineare Abnahme nach folgender Gleichung erfolgt:
wobei D_i = Brechungsindexkontrast für die Position i, n_i = Brechungsindex der Position i und n_cl = Brechungsindex der äußeren Faserumhüllung.
Optische Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Folgende gilt: r1 < 0,25 mm.
Optische Faser nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ring mit dem Radius r2 von einem dritten Ring mit dem Radius r3 und dem Brechungsindexwert n3 umgeben ist, wobei n3 < n2 und r3 > r2.
Optische Faser nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Ring mit dem Radius r3 von einem vierten Ring mit einem Radius r4 und einem Brechungsindexwert n4 umgeben ist, wobei n4 < n3 und r4 > r3.
Optische Faser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Folgende gilt: 0,13 < Steigung < 0,19.
Optische Faser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionssteigung bei 1550 nm von 0,07 bis 0,095 ps/km² reicht.
Optische Faser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dispersionswert bei 1550 nm 8 ps/km oder höher ist.
Optische Faser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dispersionswert bei 1300 nm –8 ps/km oder niedriger ist.
Optische Faser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkfläche bei 1550 nm 60 mm² oder höher ist.
Optische Faser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwellenlänge, gemessen für eine Faser mit einer Länge von 2 m, niedriger als 1200 nm ist.
Optisches Datenübertragungssystem für eine Mehrkanal-Signalübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Faser gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 für mehrere Kanäle in dem Wellenlängenbereich von entweder 1550 nm oder 1300 nm als das Übertragungsmedium verwendet wird.