DE60212790T2

DE60212790T2 - Dispersionkompensierende optische Faser mit Vierfachmantel

Info

Publication number: DE60212790T2
Application number: DE60212790T
Authority: DE
Inventors: Stig Nissen Knudsen; Morten Ostergaard Pedersen
Original assignee: Fitel USA Corp
Current assignee: Furukawa Electric North America Inc
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP3819355B2; US20030113084A1; DE60212790D1; JP2003172844A; CN1268949C; US6633715B2; EP1318419B1; EP1318419A1; CN1501107A

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Negativdispersionsfasern. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf eine Optikfaser mit negativer Dispersion und negativer Dispersionssteigung, die verbesserte Übertragungscharakteristika aufweist, einschließlich einer verbesserten Dispersionssteigungskompensation.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Optikfasern sind dünne Stränge aus Glas oder Kunststoff, die zum Übertragen von optischen Signalen, die relativ große Mengen an Informationen enthalten, über lange Strecken und mit einer relativ geringen Dämpfung in der Lage sind. Typischerweise sind Optikfasern durch ein Erwärmen und Ziehen eines Abschnitts einer optischen Vorform hergestellt, die eine brechende Kernregion aufweist, die durch eine schützende Umhüllungsregion umgeben ist, die aus Glas oder einem anderen geeigneten Material hergestellt ist. Optikfasern, die aus der Vorform gezogen sind, sind typischerweise ferner durch eine oder mehrere Beschichtungen geschützt, die an der Umhüllungsregion aufgebracht sind.
Bei einem Versuch, eine Übertragungskapazität von Optikfasern zu verbessern, werden Wellenlängenmultiplexsysteme (WDM-Systeme; WDM = Wavelength Division Multiplexing) verwendet. Im Allgemeinen multiplexen WDM-Systeme eine Mehrzahl von Informationskanälen auf eine einzige Faser, wobei jeder Kanal bei einer unterschiedlichen Wellenlänge wirksam ist. Typischerweise umfassen WDM-Systemanordnungen eine Po sitivdispersionsfaser (PDF = Positive Dispersion Fiber), die mit einer Negativdispersionsfaser verkettet ist, wie beispielsweise einer dispersionskompensierenden Faser (DCF = Dispersion Compensating Fiber) oder einer Inversdispersionsfaser (IDF = Inverse Dispersion Fiber). Die Positivdispersionsfasern weisen typischerweise eine Einmodenfaser auf, die entworfen ist, um eine Dispersion einzubringen, um die nicht linearen Wechselwirkungen zwischen Kanälen zu reduzieren. Die Negativdispersionsfasern weisen eine negative Dispersion auf, um die linearen Wirkungen einer angesammelten Dispersion zu kompensieren. Typischerweise werden dispersionskompensierende Fasern an Spulen in diskreten Modulen verwendet, die mit der Positivdispersionsfaser verkettet sind. Somit tragen dispersionskompensierende Fasern nicht zu der Übertragungsstrecke bei, sondern fügen immer noch einen diskreten Verlust und eine Polarisationsmodendispersion zu dem System hinzu. Für Verkabelungsoperationen, bei denen eine Faser, die verwendet wird, um die Dispersion der Positivdispersionsfaser zu kompensieren, in dem Kabel eingesetzt wird und somit zu der Übertragungsstrecke beiträgt, wird eine Inversdispersionsfaser verwendet. Die EP 1 004 905 beschreibt Dispersionskompensationsfasern mit einem so genannten Brechungsindexprofil mit Vierfachumhüllung. Die Fasern zeigen Dispersionssteigungen zwischen –0,8 ps/nm²/km und –0,5 ps/nm²/km und Dispersionen zwischen –130 ps/nm/km und –90 ps/nm/km.
Es wäre erwünscht, eine Negativdispersionsfaser, wie beispielsweise eine Inversdispersionsfaser, mit verbesserten Charakteristika, wie beispielsweise einer erhöhten wirksamen Fläche, für eine Reduzierung von nichtlinearen Einschränkungen bei derselben und eine verbesserte Dispersionssteigungskompensation von Positivdispersionsoptikfasern beispielsweise für eine Breitbanddispersionskompensation aufzuweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung ist so, wie durch die Ansprüche definiert. Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen eine Inversdispersionsoptikfaser, die eine negative Dispersion und eine negative Dispersionssteigung aufweist. Die Inversdispersionsfaser umfasst eine dotierte Kernregion mit einem Brechungsindex n₁, eine Umhüllungsregion mit einem Brechungsindex n₂ und eine Grabenregion, eine erste Barriereregion und eine zweite Barriereregion mit Brechungsindizes n₃, n₄ bzw. n₅, die zwischen der dotierten Kernregion und der Umhüllungsregion gebildet sind. Eine Inversdispersionsfaser gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung weist eine chromatische Dispersion von näherungsweise –40 Pikosekunden/(Nanometer-Kilometer) und eine relativ große wirksame Kernfläche A_eff, beispielsweise größer als näherungsweise 30,0 μm² auf, beides bei einer Wellenlänge von 1550 Nanometern. Die verschiedenen Regionen der Inversdispersionsfaser sind auf eine derartige Weise hergestellt, dass die Brechungsindexwertebereiche beispielsweise 0,745 % < (n₁ –n₂)/n₂ < 0,759 %, –0,403 % < (n₃ – n₂)/n₂ < –0,394 %, 0,152 % < (n₄ – n₂)/n₂ < 0,166 % und –0,083 % < (n₅ – n₂)/n₂ < –0,041 % betragen. Eine Herstellung der Optikfaser umfasst eine Herstellung der Kernregion, die einen Durchmesser von näherungsweise 4,36 μm aufweist, der Grabenregion, die einen Durchmesser von näherungsweise 10,92 μm aufweist, und der ersten Barriereregion, die einen Durchmesser von näherungsweise 18,28 μm aufweist. Die Kernregion ist beispielsweise mit Germanium oder einem anderen geeigneten Material dotiert. Die Grabenregion, die erste Barriereregion, die zweite Barriereregion und die Umhüllungsregion sind beispielsweise mit Germanium und/oder Fluor und/oder einem anderen geeigneten Material (anderen geeigneten Materialien) dotiert. Eine Inversdispersionsoptikfaser gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung liefert eine verbesserte Kompensation von Positivdispersionsoptikfasern, einschließlich existierenden Positivdispersionsoptikfasern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen gilt:
1 ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen beschichteten Optikfaser;
2 ist ein grafisches Diagramm der gesamten chromatischen Dispersion einer herkömmlichen dispersionsverflachten Optikfaser als eine Funktion einer Wellenlänge, das die Materialdispersion derselben und Wellenleiterdispersionskomponenten zeigt;
3a ist eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen unbeschichteten Optikfaser, die mehrere Schichten von Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex zeigt;
3b ist ein grafisches Diagramm eines Brechungsindexprofils der in 3a gezeigten Optikfaser;
4a ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer Optiksystemanordnung, bei der Negativdispersionsfasern gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung nützlich sind;
4b ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer anderen Optiksystemanordnung, bei der Negativdispersionsfasern gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung nützlich sind;
5a ist eine Querschnittsansicht einer Inversdispersionsoptikfaser gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung;
5b ist ein grafisches Diagramm eines Brechungsindexprofils der in 5a gezeigten Optikfaser;
6 ist ein grafisches Diagramm der Dispersion als eine Funktion einer Wellenlänge für eine Optikfaser gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung;
7 ist ein grafisches Diagramm der Dispersionssteigung als eine Funktion einer Wellenlänge für eine Optikfaser gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung; und
8 ist ein grafisches Diagramm der Dispersion als eine Funktion einer Wellenlänge für ein Übertragungssystem, das herkömmliche Positivdispersionsfasern und Negativdispersionsfasern gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet.
Detaillierte Beschreibung
In der folgenden Beschreibung wird auf ähnliche Komponenten durch das gleiche Bezugszeichen Bezug genommen, um das Verständnis der Erfindung durch die Beschreibung der Zeichnungen zu verbessern. Ferner sind die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu gezeichnet, außer wenn es hierin anderweitig explizit angegeben ist.
Obwohl spezifische Merkmale, Konfigurationen und Anordnungen hierin unten erörtert sind, ist klar, dass dies lediglich zu darstellenden Zwecken geschieht.
Kommerziell brauchbare Optikfasern betreffen die Zusammenwirkung zahlreicher Faserentwurfserwägungen. Im Allgemeinen ist es erwünscht, dass der Faserübertragungsverlust relativ gering ist, dass die Faser in der Lage ist, eine mäßige Größe eines Biegens zu tolerieren, ohne einen übermäßigen Verlust zu erfahren, und dass die Faser eine bestimmte Dispersion über einem gegebenen Wellenlängenbereich aufweist. Ferner ist es erwünscht, dass die Steigung der Dispersion ähnlich dieser einer entsprechenden Faser ist, die einen ähnlichen Dispersionswert aber mit dem entgegengesetzten Vorzeichen aufweist. Ebenfalls ist es erwünscht, dass die Faser eine relativ große wirksame Fläche aufweist und dass die Faser eine Grenzwellenlänge aufweist, die für eine Einmodenübertragung bei der Systemwellenlänge geeignet ist. Obwohl Glasmaterialien hoher Güte entwickelt wurden, die einen geringen Übertragungsverlust liefern, ist Glas hoher Güte allein nicht ausreichend, um allen erwünschten Merkmalen kommerziell brauchbarer Optikfasern zu genügen.
Viele erwünschte Merkmale werden beispielsweise durch das Brechungsindexprofil der Faser angesprochen, das zeigt, wie der Brechungsindex der Faser als eine Funktion eines Abstands von der zentralen Achse derselben variiert. Parameter, die zum Beschreiben des Brechungsindexprofils verwendet werden, sind im Allgemeinen auf den Brechungsindex der äußersten Glasschicht bezogen. Idealisierte Modelle eines Brechungsindexprofils weisen typischerweise achsensymmetrische Ringe oder Regionen eines unterschiedlichen Brechungsindex auf. Ein Verändern der Anzahl, Größe und/oder Form irgendeiner dieser Regionen jedoch beeinflusst im Allgemeinen mehr als eine Charakteristik der Faser (beispielsweise ist eine Dispersionssteigung reduziert, aber ist ein Biegeverlust erhöht oder eine wirksame Fläche verringert). Somit ist es eine erhebliche Entwurfsbemühung, ein Brechungsindexprofil zu erzeugen, das die meisten, wenn nicht alle, der erwünschten Merkmale liefert und doch immer noch ohne weiteres herstellbar ist.
Eine Optikfaserbandbreite ist durch viele Faktoren beeinflusst, einschließlich einer Dispersion. Bei einer Mehrmodenfaser beispielsweise ergibt sich eine Modendispersion, wenn Lichtpulse, die an einem Ende der Faser eintreten, gestreut werden, wenn dieselben aus dem anderen Ende der Faser austreten. Eine Modendispersion tritt auf, weil eine Mehrmodenfaser viele unterschiedliche Moden (Wege) einer speziellen Wellenlänge unterstützt, und wenn die unterschiedlichen Moden bei dem anderen Ende der Faser kombi niert werden, ist das Nettoergebnis ein Streuen des Eingangspulses. Typischerweise ist eine Modendispersion unerwünscht. Ebenfalls bedeutet der Ausdruck Dispersion typischerweise eine chromatische oder „lineare" Dispersion. Herkömmlicherweise ist das Vorzeichen der Dispersion positiv, wenn eine Strahlung mit kurzer Wellenlänge eine größere Geschwindigkeit als eine Strahlung mit langer Wellenlänge aufweist.
Eine Einmodenfaser ist eine Optikfaser, die entworfen ist, um lediglich die Grundmode (LP₀₁) einer speziellen Wellenlänge zu unterstützen. Eine Einmodenfaser, die eine Bandbreite aufweist, die viel größer als bei einer Mehrmodenfaser ist, überträgt optische Signale mit proportional größeren Übertragungsraten. Dennoch verhält sich eine Einmodenfaser bei Wellenlängen, die kürzer als die Grenzwellenlänge LP₁₁ oder LP₀₂ sind (welche auch immer die längste Wellenlänge für den speziellen Entwurf ist), die durch den Kernradius (a), den Brechungsindex (n) und die Bruchdifferenz zwischen Kern-/Umhüllungsindex (Δ) bestimmt ist, als ob dieselbe eine Mehrmodenfaser wäre. Ferner beeinflussen die Breiten und Indizes anderer Schichten in der Faser die Grenzwellenlänge LP₁₁ oder LP₀₂. Wenn sich Δ und a verringern, breiten sich immer weniger Moden aus, bis lediglich eine Mode sich bei Wellenlängen ausbreitet, die länger als die Grenzwellenlänge LP₁₁ oder LP₀₂ sind. Folglich muss die Grenzwellenlänge LP₁₁ oder LP₀₂ um eine geeignete Größe kürzer als die Wellenlängen sein, die übertragen werden sollen.
Unter jetziger Bezugnahme auf 1 ist eine herkömmliche beschichtete Optikfaser 10 gezeigt, beispielsweise eine Optikfaser, bei der Ausführungsbeispiele der Erfindung nützlich sind. Die Optikfaser 10 umfasst eine Licht tragende Kernregion 12 und eine Umhüllungsregion 14, die die Kernregion 12 umgibt. Die Kernregion 12 und die Umhüllungsregion 14 sind allgemein aus Glas hergestellt und sind typischer weise aus einer Glasvorform gezogen, wie es hierin vorhergehend erörtert ist.
Der Durchmesser der Kernregion 12 beträgt näherungsweise 5–8 μm für eine herkömmliche Einmodenfaser und näherungsweise 50 oder 62,5 Mikrometer (μm) für eine herkömmliche Mehrmodenfaser. Obwohl der Durchmesser der Kernregion 12 abhängig davon variiert, ob die Faser einmodig oder mehrmodig ist, beträgt der Gesamtdurchmesser der Umhüllungsregion 14, die die Kernregion 12 umgibt, typischerweise näherungsweise 125 μm.
Die Umhüllungsregion 14 ist zu einem Schutz und einer Festigkeit mit einer oder mehreren Beschichtungen bedeckt, beispielsweise einer primären Beschichtungsschicht 16 und einer sekundären Beschichtungsschicht 18, was typischerweise in einem Gesamtaußendurchmesser von näherungsweise 245–1000 μm resultiert. Die sekundäre Beschichtungsschicht 18 weist allgemein einen relativ hohen Modul auf, beispielsweise 10⁹ Pascal (Pa), um einer Handhabung standzuhalten. Die primäre Beschichtungsschicht 16 weist einen relativ niedrigen Modul auf, beispielsweise 10⁶ Pa, um ein Kissen zu liefern, das Mikrobiegeverluste reduziert.
Unter jetziger Bezugnahme auf 2 ist grafisch die chromatische Dispersion einer Optikfaser gezeigt, wie beispielsweise der herkömmlichen Optikfaser 10, die in 1 gezeigt ist. Insbesondere zeigt 2 grafisch, wie eine insgesamt dispersionsabgeflachte Charakteristik 23 durch die additive Kombination einer Materialdispersion 21 und einer Wellenleiterdispersion 22 erzeugt wird. Dispersionsabgeflachte Fasern weisen im Allgemeinen bei zwei Wellenlängen, beispielsweise bei 1400 Nanometern (nm) und 1700 nm eine Dispersion von Null auf.
Die Materialdispersion 21 ist intrinsisch dem tatsächlichen Material zugeordnet, das bei einem Herstellen der Optikfaser verwendet wird. In 2 ist die Materialdispersion 21 Quarzglas zugeordnet. Eine Wellenleiterdispersion 22 ist eine Funktion des Brechungsindexprofils der Faser. Ungleich einer Materialdispersion ist eine Wellenleiterdispersion innerhalb von Grenzen durch den Entwicklungsingenieur beeinflusst. Das spezielle Brechungsindexprofil, das die insgesamt dispersionsabgeflachte Charakteristik 23 ergab, wurde bei dem Entwurf von dispersionsabgeflachten Fasern verwendet, bei denen die chromatische Dispersion über der breiten Wellenlängenregion reduziert ist, die sich von 1400–1700 nm erstreckt.
Unter jetziger Bezugnahme auf 3a ist ein Querschnitt einer unbeschichteten Glasfaser 30 gezeigt, der eine Anordnung einer Mehrzahl von Schichten 31, 32, 33, 34 zeigt, die jeweils einen unterschiedlichen Brechungsindex zum Modifizieren der Wellenleiterdispersionscharakteristik der Faser 30 aufweisen. Obwohl die Schichten 31–34 vermuten lassen, dass Veränderungen bei dem Brechungsindex zwischen Schichten abrupt sind, ist derart nicht zwangsläufig der Fall. Häufig werden graduelle Indexveränderungen zwischen benachbarten Schichten verwendet, was in Gradientenfasern resultiert. Um jedoch ein Verständnis herkömmlicher Anordnungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung zu erleichtern, sind hier und in anderen Figuren abrupte Veränderungen gezeigt. Es ist klar, dass Ausführungsbeispiele der Erfindung auch Gradientenfasern betrachten.
Die Optikfaser 30 weist eine zentrale Kernregion 31 auf, deren Brechungsindex nominal n₁ beträgt. Die zentrale Kernregion 31 ist durch einen ersten ringförmigen Ring oder eine Region 32 umgeben, die einen nominalen Brechungsindex n₃ aufweist. Die erste Region 32 ist durch einen zweiten ringförmigen Ring oder eine Region 33 umgeben, die einen nominalen Brechungsindex n₄ aufweist. Eine äußere Umhüllung 34 mit einem nominalen Brechungsindex n₂ (beispielsweise 1,45) umgibt die zweite Region 33. Es ist zu beachten, dass 3a nicht maßstabsgetreu gezeichnet ist (der Durchmesser der Umhüllungsschicht 34 beträgt näherungsweise 125 μm, während der Durchmesser der Kernregion 31 beispielsweise für eine Einmodenfaser näherungsweise 8 μm beträgt).
Unter jetziger Bezugnahme auf 3b ist ein Brechungsindexprofil der Faser 30 gezeigt, die in 3a gezeigt ist. Anstelle eines grafischen Darstellens des Brechungsindexprofils unter Verwendung der tatsächlichen Werte des Brechungsindex, ist es zweckmäßig und herkömmlich, das Brechungsindexprofil als eine Funktion von normierten Brechungsindexdifferenzen Δ₁, Δ₂ und Δ₃ zu zeigen, die wie folgt definiert sind: Δ₁ = (n₁ – n₂)/n₂ × 100 %, Δ₂ = (n₃ –n₂)/n₂ × 100 % und Δ₃ = (n₄ – n₂)/n₂ × 100 %. Mit Bezug auf das Brechungsindexprofil weist der Bereich, der der Kernregion 31 in 3a entspricht, einen äußeren Radius a₁ auf. Der Bereich, der der ersten Region 32 entspricht, weist einen äußeren Radius a₂ auf und ein innerer Radius beträgt a₁. Der Bereich, der der zweiten Region 33 entspricht, weist einen äußeren Radius a₃ und einen inneren Radius a₂ auf. Bei dieser speziellen herkömmlichen Anordnung gilt Δ₁ = 0,65, Δ₂ = –0,25 und Δ₃ = 0,10. Bei dieser speziellen Anordnung gilt ferner a₁ = 3,4 μm, a₂ = 5,2 μm und a₃ = 7,2 μm. Somit beträgt die Breite der ersten Region 32 1,8 μm (5,2 μm – 3,4 μm) und beträgt die Breite der zweiten Region 33 2,0 μm (7,2 μm – 5,2 μm).
Optikfasern, die Brechungsindexprofile wie dieses aufweisen, das in 3b gezeigt ist, weisen typischerweise einen Quarzkern, der mit Germanium oder einem anderen geeigneten Material dotiert ist, einen ersten ringförmigen Ring oder eine Region, der/die mit Fluor und/oder einem anderen geeigneten Material dotiert ist, einen zweiten ringförmigen Ring oder eine Region, der/die mit Germanium und/oder einem anderen geeigneten Material dotiert ist, und eine äußere Umhüllung aus reinem Quarz auf. Typischerweise erhöht ein Dotieren von Quarz mit Germanium oder einem ähnlichen Material den Brechungsindex des resultierenden dotierten Materials und verringert ein Dotieren von Quarz mit Fluor oder einem ähnlichen Material den Brechungsindex des resultierenden dotierten Materials.
Wie es vorhergehend hierin erörtert ist, umfassen viele Optikfaserübertragungssysteme, wie beispielsweise Wellenlängenmultiplexersysteme (WDM-Systeme), eine dispersionskompensierende Anordnung, die ein optisches Kabel mit einer Positivdispersionsfaser (PDF) aufweist, die mit einer Inversdispersionsfaser (IDF) verkettet ist. Die Positivdispersionsfaser bringt eine positive Dispersion (häufig mit einer positiven Dispersionssteigung) ein, um beispielsweise die nicht lineare Wechselwirkung zwischen Kanälen zu reduzieren. Die Inversdispersionsfaser reduziert die eingebrachte und im übrigen angesammelte Dispersion. Die Inversdispersionsfaser weist eine negative Dispersion und eine negative Dispersionssteigung auf, die in einer Breitbandkompensation der PDF resultiert.
Unter jetziger Bezugnahme auf 4a-b sind vereinfachte schematische Diagramme verschiedener Systemanordnungen gezeigt, bei denen Inversdispersionsfasern gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung nützlich sind. Das optische Kommunikationssystem 40 umfasst eine oder mehrere optische Quellen oder Sender 42, die Wellenlängen, beispielsweise in der Region von 1530–1565 nm (C-Band) und der Region von 1565–1610 nm (L-Band), mit unterschiedlichen Basisbandsignalen modulieren. Die modulierten Wellenlängen werden beispielsweise über einen Multiplexer oder einen anderen geeigneten Koppler (als 43 gezeigt) kombiniert und in eine Faserübertragungsleitungskombination eingebracht, die beispielsweise eine optische Positivdispersionsfaser 44, einen optischen Verstärker 45 und eine Inversdispersionsfaser 46 umfasst. Bei der in 4a gezeigten Anordnung ist die Positivdispersionsfaser 44 mit der Inversdispersionsfaser 46 gespleißt oder anderweitig direkt gekoppelt, die an dem anderen Ende derselben mit dem optischen Verstärker 45 gekoppelt ist. Alternativ ist bei der Anordnung, die in 4b gezeigt ist, der optische Verstärker 45 zwischen die Posi tivdispersionsfaser 44 und die Inversdispersionsfaser 46 gekoppelt. Bei einer anderen alternativen Anordnung (nicht gezeigt) ist ferner die optische Positivdispersionsfaser 44 zwischen einen optischen Verstärker 45 und eine Inversdispersionsfaser 46 gekoppelt, die zwischen zwei optische Positivdispersionsfasern 44 gekoppelt ist (das heißt, die Anordnung ist wie folgt: optische Positivdispersionsfaser 44, optischer Verstärker 45, Positivdispersionsfaser 44, Inversdispersionsfaser 46, Positivdispersionsfaser 44, optischer Verstärker 45 etc.). An dem Empfängerende werden die übertragenen optischen Kanäle beispielsweise durch einen Demultiplexer 47 gemäß den Wellenlängen derselben geteilt und durch Empfänger 48 verarbeitet, um die einzelnen Basisbandsignale zu extrahieren.
Es ist zu beachten, die die Längen oder Spannen der Positivdispersionsfaser und der Inversdispersionsfaser bei den dargestellten Diagrammen nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Das Verhältnis der Länge der Positivdispersionsfaser zu der Inversdispersionsfaser beträgt typischerweise näherungsweise 1:1 oder 2:1. Abhängig von der spezifischen Anwendung sind andere geeignete Verhältnisse nützlich. Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung jedoch liegt das Verhältnis typischerweise zwischen 1:1 und 3:1 und kann abhängig von der Anwendung sogar höher als 3:1 sein.
4a–4b stellen ferner allgemein die kumulative Dispersion dar, die durch die Positiv- und Negativdispersionsfasern auferlegt ist. Beispielsweise koppeln in 4b die Quellen 46 Licht in den Positivdispersionsfaserabschnitt der Übertragungsleitungskombination ein. Wenn sich das Licht eine gegebene Strecke, beispielsweise d₁, bewegt, bringt die Positivdispersionsfaser 44 eine gegebene Größe einer positiven Dispersion an dem Übertragungssignal ein oder erlegt dieselbe auf. Das Übertragungssignal wird dann beispielsweise durch den optischen Verstärker 45 verstärkt und bewegt sich dann durch die Inversdispersionsfaser 46, die eine positive Dispersion durch ein Einbringen einer ne gativen Dispersion in das Übertragungssignal ausgleicht oder reduziert. Wenn sich das Übertragungssignal erst durch die Inversdispersionsfaser 46 über eine gegebene Strecke, beispielsweise d₂, bewegt hat, gleicht die Größe einer negativen Dispersion, die dem Übertragungssignal auferlegt wird, zumindest etwas, alles oder sogar mehr als die Größe einer positiven Dispersion aus oder kompensiert dieselbe, die durch die Positivdispersionsfaser 44 auferlegt ist.
Die Größe einer Dispersionskompensation, die durch die Inversdispersionsfaser 46 geliefert wird, hängt unter anderem von der Länge der Inversdispersionsfaser 46 und der Größe einer negativen Dispersion, die durch dieselbe eingebracht wird, relativ zu der Länge der Positivdispersionsfaser 44 und der Größe einer positiven Dispersion ab, die durch dieselbe eingebracht wird. Obwohl Inversdispersionsfasern viel der Dispersion, die in ein Optikfaserübertragungssystem eingebracht wird, reduzieren oder ausgleichen, neigen Inversdispersionsfasern ferner dazu, eine höhere Signaldämpfung und eine geringere wirksame Fläche als beispielsweise nicht dispersionskompensierende Fasern zu zeigen. Weil ferner die Länge einer Inversdispersionsfaser ein Teil der tatsächlichen Übertragungsstrecke ist, ist die erwünschte Größe einer lokalen Dispersion bei der IDF häufig schwierig zu bestimmen, weil Inversdispersionsfasern inhärente Entwurfskompromisse aufweisen, beispielsweise zwischen einer Dispersion und Parametern, wie beispielsweise einer Dämpfung und einer wirksamen Fläche. Erwünschtermaßen weisen eine Positivdispersionsfaser und eine dispersionskompensierende Faser gleiche Beträge der relativen Dispersionssteigung (RDS = Dispersionssteigung/Dispersion) auf. Wenn auf diese Weise eine Faseranordnung Positivdispersionsfasern und IDF oder dispersionskompensierende Fasern für eine Nettodispersion von Null kombiniert, beträgt die Nettodispersionssteigung ebenfalls Null, was so eine Breitbandkompensation ergibt.
Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung umfasst ein Optikfaserkommunikationssystem eine Inversdispersionsfaser mit verbesserten Charakteristika, wie beispielsweise einer erhöhten wirksamen Fläche und einer verbesserten Kompensation einer optischen Positivdispersionsfaser in dem System, beispielsweise hinsichtlich einer Dispersionssteigungsanpassung und einer lokalen Dispersion einer Inversdispersionsfaser für eine bessere Spannenleistungsfähigkeit. Eine Inversdispersionsfaser gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung weist eine relativ große wirksame Kernfläche A_eff auf, beispielsweise größer als näherungsweise 30,0 μm² bei einer Wellenlänge von 1550 nm (für Systeme mit einem Verhältnis von 2:1), und liefert typischerweise zumindest 90 und typischerweise zwischen 95–110 % Kompensation einer entsprechenden Positivdispersionsfaser. Ferner weist eine Inversdispersionsfaser gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung eine chromatische Dispersion von näherungsweise –40 Pikosekunden/(Nanometer-Kilometer) und eine Dispersionssteigung von näherungsweise –0,124 ps/nm²-km bei einer Wellenlänge von 1550 nm auf.
Eine Inversdispersionsfaser gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung ist für eine Verwendung mit einer existierenden optischen Positivdispersionsfaser geeignet. Ferner ist eine Inversdispersionsfaser gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung für eine Verwendung mit einer Positivdispersionsfaser mit reinem Quarzkern von Sumitomo Electric Industries, Ltd. geeignet. Siehe beispielsweise „Ultra Low Nonlinearity Low Loss Pure Silica Core Fiber", Electronics Letters Online Nr.: 19991094, 3. August 1999. Ferner ist eine Inversdispersionsfaser gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung für eine Verwendung mit beispielsweise der Faser Vascade 100 von Corning und einer Faser mit großer wirksamer Fläche von Fujitsu geeignet.
Wie es hierin vorhergehend erörtert ist, resultiert die gesamte Dispersion einer Optikfaser allgemein aus der Kombination einer Materialdispersion, die von dem tatsächlichen Material (den tatsächlichen Materialien) abhängt, das (die) bei einem Herstellen der Optikfaser verwendet wird (werden), und einer Wellenleiterdispersion, die eine Funktion des Brechungsindexprofils der Faser ist. Unter jetziger Bezugnahme auf 5a-b ist eine Querschnittsansicht einer dispersionskompensierenden Optikfaser oder einer Inversdispersionsfaser 50 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung (5a) und das entsprechende Brechungsindexprofil derselben (5b) gezeigt. Die Optikfaser 50 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung umfasst eine Mehrzahl von Schichten 51, 52, 53, 54, die einen unterschiedlichen Brechungsindex zum Modifizieren der Wellenleiterdispersionscharakteristik der Faser 50 aufweisen.
Die Optikfaser 50 weist eine zentrale Kernregion 51 auf, deren Brechungsindex nominal n₁ beträgt. Die zentrale Kernregion 51 ist durch einen ersten ringförmigen Ring oder eine Region 52 (Grabenregion) umgeben, die einen nominalen Brechungsindex n₃ aufweist. Die erste Region 52 ist durch einen zweiten ringförmigen Ring oder eine Region 53 (erste Barriereregion) umgeben, die einen nominalen Brechungsindex n₄ aufweist. Die zweite Region 52 ist durch einen dritten ringförmigen Ring oder eine Region 54 (zweite Barriereregion) umgeben, die einen nominalen Brechungsindex n₅ aufweist. Eine äußere Umhüllung 55 mit einem nominalen Brechungsindex von n₂ umgibt die dritte Region 54. Es ist zu beachten, dass 5a nicht maßstabsgetreu gezeichnet ist (der Durchmesser der Umhüllungsschicht 55 beträgt näherungsweise 125 μm, während der Durchmesser der Kernregion 51 zum Beispiel weniger als näherungsweise 6 μm beträgt). Wie es hierin im Folgenden detaillierter erörtert wird, wird hierin ferner zu Erörterungszwecken auf Grund der relativen Brechungsindexwerte der verschiedenen Regionen, und bis zu einem gewissen Ausmaß der Funktionalität derselben, die erste Region 52 häufig als eine Grabenregion bezeichnet, wird die zweite Region 53 häufig als eine erste Barriereregion bezeichnet und wird die dritte Region 54 häufig als eine zweite Barriereregion bezeichnet.
Obwohl die Schichten 51–55 nahe legen, dass Veränderungen bei einem Brechungsindex zwischen Schichten abrupt sind, ist derart nicht zwangsläufig der Fall. Häufig sind Indexveränderungen zwischen benachbarten Schichten graduell, was in Gradientenfasern resultiert. Um jedoch ein Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung zu erleichtern, sind abrupte Veränderungen gezeigt. Es ist klar, dass Ausführungsbeispiele der Erfindung Gradientenfasern betrachten.
Wie es in 5b gezeigt ist, weist das Brechungsindexprofil gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung eine dotierte Kernregion, eine Grabenregion mit einem Brechungsindex von weniger als diesem der Kernregion, eine erste Barriereregion mit einem Brechungsindex von mehr als diesem der Kernregion, eine zweite Barriereregion mit einem Brechungsindex von weniger als diesem der ersten Barriereregion aber mehr als diesem der Grabenregion und eine äußere Umhüllung oder Umhüllungsregion mit einem Brechungsindex von mehr als diesem der Grabenregion und der zweiten Barriereregion aber weniger als diesem der ersten Barriereregion und des Kerns auf. Die Kernregion weist einen Radius b₁ auf. Die Grabenregion weist einen äußeren Radius b₂ auf und ein innerer Radius beträgt b₁. Die erste Barriereregion weist einen äußeren Radius b₃ und einen inneren Radius b₂ auf. Die zweite Barriereregion weist einen äußeren Radius b₄ und einen inneren Radius b₃ auf.
Das Faserprofil spiegelt beispielsweise eine Anordnung wieder, die einen germaniumdotierten Quarzkern, eine fluor- und/oder germaniumdotierte Grabenregion, die die Kernregion umgibt, eine germanium- und/oder fluordotierte erste Barriereregion, die die Grabenregion umgibt, eine germanium- und/oder fluordotierte zweite Barriereregion, die die erste Barriereregion umgibt, und eine äußere Umhüllung aus reinem Quarz aufweist, die die zweite Region umgibt. Alternativ ist die Kernregion mit Germanium und Fluor kodotiert, oder mit anderen geeigneten Kodotiermitteln. Alternativ ist eine oder sind mehrere der Grabenregion, der ersten Barriereregion und der zweiten Barriereregion mit Germanium und Fluor oder mit anderen geeigneten Kodotiermitteln Kodotiert.
Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung liefert das erfindungsgemäße Brechungsindexprofil eine Negativdispersions-, Inversdispersions- oder dispersionskompensierende Optikfaser mit einer relativ großen wirksamen Übertragungsfläche (das heißt, wirksame Kernfläche A_eff) und Übertragungscharakteristika, die eine verbesserte Dispersionssteigungsanpassung zu herkömmlichen Positivdispersionsfasern liefern, wie beispielsweise diesen, die vorhergehend hierin erörtert sind. Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung beträgt beispielsweise, wie es in 5b gezeigt ist, Δ₁ näherungsweise 0,752 %, beträgt Δ₂ näherungsweise –0,399 %, beträgt Δ₃ näherungsweise 0,159 % und beträgt Δ₄ näherungsweise –0,062 %. Bei dieser speziellen Anordnung beträgt ferner b₁ näherungsweise 2,18 μm (das heißt der Kernregiondurchmesser beträgt näherungsweise 4,36 μm), beträgt b₂ näherungsweise 5,46 μm (das heißt, der Grabenregiondurchmesser beträgt näherungsweise 10,92 μm) und beträgt b₃ näherungsweise 9,14 μm (das heißt, der Durchmesser der ersten Barriereregion beträgt näherungsweise 18,28 μm). Somit beträgt die Breite der Grabenregion näherungsweise 3,28 μm (5,46 μm – 2,18 μm) und beträgt die Breite der ersten Barriereregion näherungsweise 3,68 μm (9,14 μm – 5,46 μm). Ferner beträgt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung b₄ näherungsweise 9,33 μm (das heißt, der Durchmesser der zweiten Barriereregion beträgt näherungsweise 18,66 μm), obwohl ein derartiger Wert einfacher als andere Durchmesserwerte verändert werden kann.
Obwohl die vorhergehenden Erörterungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in 5a-b gezeigt sind, spezifische Werte offenbaren, ist zu beachten, dass gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung die beschriebenen Faserqualitäten über einem Bereich von Werten für Δ₁, Δ₂ und Δ₃ erhalten werden können, wobei zum Beispiel:
0,745 % < Δ₁ < 0,759 %;
–0,403 < Δ₂ < –0,395 %;
0,152 % < Δ₃ < 0,166 %; und
–0,083 % < Δ₄ < –0,041 %.
Unter jetziger Bezugnahme auf 6 ist ein grafisches Diagramm der Dispersion als eine Funktion einer Wellenlänge für optische Inversdispersionsfasern gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung gezeigt. Unter jetziger Bezugnahme auf 7 ist ein grafisches Diagramm der Dispersionssteigung als eine Funktion einer Wellenlänge für optische Inversdispersionsfasern gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung gezeigt.
Zudem weisen Faseranordnungen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung eine wirksame Kernfläche A_eff von mehr als 30,0 μm² bei einer Wellenlänge von 1550 nm auf. Ferner ist die relative Dispersionssteigung (RDS), was die Dispersionssteigung (bei 1550 nm) dividiert durch die Dispersion (bei 1550 nm) ist, von Faseranordnungen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung näherungsweise gleich dieser der entsprechenden Positivdispersionsfaser, beispielsweise beträgt die RDS einer Optikfaser gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung näherungsweise 0,00306 nm^–1.
Unter jetziger Bezugnahme auf 8 ist ein grafisches Diagramm einer Dispersion als eine Funktion einer Wellenlänge für Übertragungssysteme unter Verwendung von optischen Inversdispersionsfasern gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung gekoppelt mit herkömmlichen Positivdispersionsfasern gezeigt. Wie es in 4a-b gezeigt ist, weist zum Beispiel die optische Positivdispersionsfaser (zum Beispiel die Faser 44) eine entsprechende optische Inversdispersionsfaser (zum Beispiel die Faser 46) auf.

Es wurde eine Spezifikationstabelle für eine Negativdispersions-, Inversdispersions- oder dispersionskompensierende Optikfaser gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung entwi ckelt. Jedoch soll die Tabelle nicht den gesamten Bereich von annehmbaren Fasern definieren und ist lediglich zu darstellenden Zwecken präsentiert. DARSTELLENDE FASERSPEZIFIKATIONSTABELLE

Wirksame Kernfläche (A_eff) bei 1550 nm	≥ 30 μm² (Durchschnitt)
Dämpfung bei 1550 nm	< 0,249 dB/km (Durchschnitt)
Wasserspitze	≤ 0,510 dB/km (Durchschnitt)
Dispersion bei 1550 nm	≈ –40 ps/(nm-km) (Durchschnitt)
Dispersionssteigung bei 1550 nm	≈ –0,124 ps/(nm²-km) (Durchschnitt)
Relative Dispersionssteigung (RDS) bei 1550 nm	≈ 0,00306 nm^-1 (Durchschnitt)
Kabelgrenzwellenlänge (λ_c)	< 1390 nm (Durchschnitt)
Modenfelddurchmesser (MFD)	≥ 6,4 Mikrometer (1550 nm)
Makrobiegung bei 1550 nm	< 0,05 dB (1 Schleife, 32 mm)
(Medianwert)	< 0,02 dB (100 Schleifen, 60 mm)

Wenn die Optikfaser gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung verkabelt werden soll, besteht ein anderer wichtiger Entwurfskompromiss zwischen einer wirksamen Fläche und Biegeverlusten. Im Allgemeinen resultiert eine größere wirksame Fläche in höheren Biegeverlusten. Die wirksame Fläche einer Negativdispersions-, Inversdispersions- oder dispersionskompensierenden Optikfaser ist viel kleiner als diese der entsprechenden Positivdispersionsfaser derselben. Somit sollte die wirksame Fläche der Negativdispersions-, dispersionskompensierenden oder optischen Inversdispersionsfaser so groß wie möglich gehalten sein, um nichtlineare Faserwirkungen zu mäßigen (und nicht der begrenzende Faktor für eine WDM-Übertragung zu sein). Dies sollte jedoch geschehen, während eine annehmbare Biegeverlustleistungsfähigkeit in dem Kabel eingehalten wird.
Inversdispersionsfasern gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung weisen zum Beispiel einen gemessenen Makrobiegeverlust auf, wobei der Dämpfungsmedianwert einer einzigen Schleife mit 32 mm Durchmesser bei 1550 nm kleiner als 0,05 dB ist und die Dämpfung von 100 Schleifen mit einem Durchmesser von 75 mm bei 1550 nm unter 0,01 dB liegt. Mit Bezug auf Mikrobiegungsverluste weisen Inversdispersionsfasern gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung Mikrobiegeverluste auf, die etwas höher als beispielsweise bei einer Einmodenfaser mit angepasster Umhüllung, aber geringer als oder vergleichbar mit herkömmlichen Positivdispersionsfasern, wie beispielsweise diesen, die hierin oben offenbart sind, und niedriger als oder vergleichbar mit herkömmlichen Negativdispersionsfasern mit positiver Dispersionssteigung sind, die herkömmlicherweise als Unterseefasern verwendet werden.
Fachleuten auf dem Gebiet ist ersichtlich, dass Ausführungsbeispiele der hierin beschriebenen Optikfasern Brechungsindexprofile umfassen, die sich zwischen benachbarten Schichten graduell verjüngen (beispielsweise Gradientenprofile), die Verwendung von unterschiedlichen Dotiermaterialien, um die gleichen allgemeinen Profilformen zu erreichen, und die Verwendung Kunststoffmaterialien (anstelle von Glas) bei einem Herstellen der Optikfaser umfassen, aber nicht darauf begrenzt sind. Ferner ist zu beachten, dass bei vielen praktischen Fasern auf Grund des Herstellungsprozesses, der bei einem Herstellen der Faser verwendet wird, bei dem Zentrum der Faser eine Indexeinsenkung existiert. Es ist klar, dass Ausführungsbeispiele der Erfindung derartige zentrale Einsenkungen betrachten, obwohl einige Figuren hierin idealisierte Profile zeigen.

Claims

Eine Optikfaser (50), die folgende Merkmale aufweist: eine dotierte Kernregion (51), die einen Brechungsindex n₁ aufweist; eine Umhüllungsregion (55), die einen Brechungsindex n₂ aufweist, wobei n₁ > n₂; eine Grabenregion (52) zwischen der dotierten Kernregion und der Umhüllungsregion und benachbart zu der dotierten Kernregion, wobei die Grabenregion einen Brechungsindex n₃ aufweist, wobei n₃ < n₂; eine erste Barriereregion (53) zwischen der dotierten Kernregion und der Umhüllungsregion und benachbart zu der Grabenregion, wobei die erste Barriereregion einen Brechungsindex n₄ aufweist, wobei n₂ < n₄ < n₁; und eine zweite Barriereregion (54) zwischen der dotierten Kernregion und der Umhüllungsregion und benachbart zu der ersten Barriereregion, wobei die zweite Barriereregion einen Brechungsindex n₅ aufweist, wobei n₅ < n₂; dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Kernregion, die Umhüllungsregion, die Grabenregion, die erste Barriereregion und die zweite Barriereregion in einer derartigen Weise konfiguriert sind, dass 0,745 % < (n₁ – n₂)/n₂ < 0,759 %, –0,403 % < (n₃ – n₂)/n₂ < –0,394 %, 0,152 % < (n₄ – n₂)/n₂ < 0,166 % und –0,083 % < (n₅ – n₂)/n₂ < –0,041 %, und dass der Radius der dotierten Kernregion näherungsweise 2,18 μm beträgt, die Breite der Grabenregion etwa näherungsweise 3,28 μm beträgt und die Breite der ersten Barriereregion näherungsweise 3,68 μm beträgt und dass die Optikfaser bei einer Wellenlänge von 1550 nm eine chromatische Dispersion von näherungsweise –40 Pikosekunden/(Nanometer-Kilometer), eine wirksame Kernfläche A_eff, die größer als 30,0 μm² ist, und einen Modenfelddurchmesser (MFD) aufweist, der größer als 6,4 μm ist.
Die Faser gemäß Anspruch 1, wobei die Optikfaser eine relative Dispersionssteigung (RDS) aufweist, die bei einer Wellenlänge von 1550 nm näherungsweise 0,00306 nm^–1 beträgt.
Die Faser gemäß Anspruch 1, bei der die dotierte Kernregion mit Germanium dotiert ist, die Grabenregion mit Fluor dotiert ist, die erste Barriereregion mit Germanium und Fluor dotiert ist und die zweite Barriereregion mit Germanium und Fluor dotiert ist.