[發(fā)明專利]有效面積大的波導(dǎo)光纖

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 00804861.4
• 申請日: 2000-03-07
• 公開（公告）號: CN1344376A
• 公開（公告）日: 2002-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李明軍
• 申請（專利權(quán)）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: G02B6/20
• 分類號: G02B6/20;G02B6/22
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 李湘

本申請對1999年3月12日提交的美國臨時專利申請60/123,862要求優(yōu)先權(quán)益。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有分段內(nèi)芯設(shè)計的光學(xué)波導(dǎo)光纖。特別是將內(nèi)芯設(shè)計為提供的光纖在保持標(biāo)準(zhǔn)的耐彎曲的同時減少非線性效應(yīng)。

背景技術(shù)

有效面積大的波導(dǎo)抑制了包括自相位調(diào)制、四波混頻、交叉相位調(diào)制和非線性散射過程在內(nèi)的非線性光學(xué)效應(yīng)，所有這些效應(yīng)可以引起大功率系統(tǒng)中信號的變差。通常，這些非線性效應(yīng)的數(shù)學(xué)表述包括比值P/A_eff，這里P為光學(xué)功率。例如非線性光學(xué)效應(yīng)可以用包含exp[PxL_eff/A_eff]項的方程表征，這里L(fēng)_eff為有效長度。因此A_eff的增大減少了非線性對光學(xué)信號變差的貢獻。借助包含非線性折射率的折射率方程也可以闡述大A_eff帶來的好處。已知硅基光學(xué)波導(dǎo)光纖的折射率相對光電場是非線性的。折射率可以表示為

n＝n₀+n₂P/A_eff，這里n₀為非線性折射率，n₂為非線性折射率系數(shù)，P為沿波導(dǎo)透過的光功率而A_eff為波導(dǎo)光纖的有效面積。由于n₂幾乎是材料的常數(shù)，所以增加A_eff是抑制非線性對折射率貢獻從而減少Kerr型非線性影響的有效手段。

電信業(yè)對長距離上無電子再生方式下更大信息容量的需求一直在激勵人們研究非線性效應(yīng)下工作性質(zhì)提高的波導(dǎo)光纖折射率特征曲線以及波分多路復(fù)用。在利用波分多路復(fù)用的系統(tǒng)中，優(yōu)先考慮低色散斜率的光纖。與此同時，諸如衰減、抗彎曲性和光纖強度之類的性質(zhì)預(yù)期與現(xiàn)有波導(dǎo)光纖相當(dāng)。

研究的一個重點是尋求復(fù)雜性較小的折射率特征曲線設(shè)計，它提供了所需的性能參數(shù)，但是合理地兼容光纖制造環(huán)境，因此可以控制成本。

本發(fā)明針對分段內(nèi)芯類內(nèi)芯折射率特征曲線，它減少了非線性效應(yīng)并且特別適合于長距離上無再生地傳輸大功率多路復(fù)用信號。在規(guī)定了比特率、比特誤碼率、多路復(fù)用方案和可能還有光學(xué)放大器的特定電信系統(tǒng)條件下，大功率和長距離是最在意義的。對于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來說，還存在其他影響大功率和長距離意義的因素。但是對于大多數(shù)應(yīng)用，大功率是大于10mW的光學(xué)功率。長距離例如是電子再生器超過100km的距離。

一直需要一種設(shè)計為性質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)臺階折射率光纖或標(biāo)準(zhǔn)色散偏移光纖相似的光學(xué)波導(dǎo)光纖，但是有效面積較大并且色散斜率較小。此時興趣最大的工作窗口是1550納米左右。本發(fā)明的光纖可以設(shè)計為在該窗口內(nèi)工作，可以例如從1400納米延伸至1700納米。

定義

以下的定義根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)的通常習(xí)慣。

—內(nèi)芯段半徑借助分段材料的折射率定義。特定的段包含第一和最后折射率點。由于段的第一點位于中線上，所以中心段具有零內(nèi)徑。中心段外徑為從波導(dǎo)中線至中心段折射率最后一點的半徑。對于具有離開中線的第一點的段，從波導(dǎo)中線至第一折射率點位置的半徑是該段的內(nèi)徑。同樣，從波導(dǎo)中線至段最后折射率點位置的半徑是該段的外徑。

段的半徑通?？梢远喾N方式定義。在本應(yīng)用中，如下所述，根據(jù)圖1定義半徑。

段的半徑和用來描述折射率特征曲線的折射率的定義對本發(fā)明沒有限制。由于在模型計算時必須使用一致的定義，所以這里給出定義。下表的模型計算利用圖1所示的幾何定義進行。

—有效面積通常定義為，

A_eff＝2π(∫E²rdr)²(∫E⁴rdr)，這里積分限從0至∞，E為與傳播的光線有關(guān)的電場。有效直徑D_eff可以定義為，

A_eff＝π(D_eff/2)²。

—這里所用的段的相對指數(shù)Δ％由方程定義為，

Δ％＝100×(n_i-n_c)/n_c，這里n_i為i表示的折射率特征曲線段的最大折射率，而參考折射率n_c取自夾層的最小折射率。段內(nèi)每點具有相關(guān)的折射率。最大折射率通常用來表征通用形狀已知的段。