TW449665B - High dispersion zero waveguide fiber - Google Patents
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Description
44966 5 A7 B7 經濟部中夬標準局負工消资合作社印裝 五、發明説明(t ) 發明背景: β本發明侧於料光學料雄,其零色散波長大於 操作波長職之域。職性達細及能夠防止胃曲引起 之損耗。 使用高能量雷射,高速率數據傳送器及接收器,以及波 長區分多工(WDM)技術之通訊系統需要光學波導光纖,其具 有非常低但非零之總色散,以及非常低偏極模色散(PMD)。 除此,波導光纖必需具有實質上去除非線性現象例如為自 相調變(SPM)以及四波相混(FWM)i特性。spM能夠藉由降 低忐量密度而加以限制,例如藉由提高波導光纖之模場直 把達成。FWM能夠藉由操作於非零色散波長範圍内而加以 控制。 更進一步要求在於光學波導能夠與加入光學放大器之 長距離系統相匹配。 揭示於美國第5483612號專利之複合心蕊設計提供符 合這些需求之波導光纖。最近,一些系統之額外波導光纖 規格被確認,其中線纜按裝十分困難或按裝後接近線纜將 受到限制。特別地,該按裝需要擴寬波長操作之頻窗以作 為增加WDM頻道之數目。較為寬廣之操作頻窗允許較大資 訊在每一波導光纖中傳送,因而減少線纜及裝置之費用。 由於裝置後接近性受到限制,線纜必需特別地在所有時間 内保持其特性。例如,波導光纖在使用中呈現出改良之臀 曲特性為必需的。除此,該高性能系統將包含較大之再發 器間距,其著重低總色散及低偏極模色散(PMD)之需求。 本紙柒尺度適用中國國家標準(CMS ) A4規格(210X297公釐) nn nil 二:nn 一eJ (請先閱讀背面之洼意事項再填寫本頁)
^4086 G 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明(i) 定義: 下列定義依據一般業界常用之定義。 -心蕊區域半徑崎射率方^加妓義^特職域具有第 -及最終折料點。由波導巾心線至該第—折射率點位置 之半徑為心蕊區域或區段之内側半徑。同樣地,由波導中 心線至最終折射率位置之半徑為心蕊區域之外侧半徑。其 他心淼幾何形狀有用的定義能夠加以使用。 除非另有說明,在此所說明之折射率分佈參數定義如 下: *中央心‘游區域半徑為波導軸向中心轴量測至中央折射 率分佈向外延伸與X軸之交點; *第二環狀區域半徑為由波導轴向中心線量測至第二環 狀區域之底線中央;以及 *第二環狀區域寬度為折射率分佈之一半折射率點朝波 導半徑劃出平行線間之距離。 第一環狀區域尺寸由中央區域與第二環狀區域尺寸間 之差值決定出。 -有效面積為
E2rdr)2/n E4rdr),其中積分範圍為技⑺ ,以及E為傳播光線相關之電場。有效直徑Deif定義為 Aeff= 7ΐ (Derf/2)Z -PMD表示偏極模色散。 -WDM表示波長區分多工性。 -SPM表示自相調變,該現象中高於特定能量值之訊號部份
本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS ) A4规格(2l〇X29^J (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁)
449665 A7 五、發明説明(J ) 相對低於4能量值之職部份以不 表相波概,觀象中料_個❹ 而產生不同頻率之訊號。 〜卞涉 -△/◦表讀射率相對量測值,以下列公式表示 △%=100χ(ηι2-η22)/2η’,其中m為區域i中最大折射率 以及心為參考區域之折射準,其通常為包層區域。 -折射率分料麵擇^蕊部仙△ %或折料財 關係=α分佈係指依循下列公式之折射率分佈,二曰 η(Γ>η°(1—△[叫3),其中r為半徑,△定義如上,a為分佈 之最終-點,r在分佈第-點處選取為零以及^為界定出分 佈形狀之指數。其他分佈包含騎折射率分佈,梯形折射^ 分佈以及圓形化階躍折射率分佈,其中圓形化係由於播雜劑 擴散於折射率快速變化之區域中所致。 一分佈體積定義為2 ί (Δ%π1γ),其積分上下限為n,r2。 内部分佈體積由波導中央線Γ=0延伸至交會半徑。外側分 佈體積由交會半徑延伸至心蕊最終一點。分佈體積之單位 為%平方微米,因為折射率為不具單位。為了防止混淆,分佈 體積在數目後包含單位之文字。 ’ 經濟部中央梯孳局員工消費合作社印製 -交會半徑為當訊號波長改變時由訊號中能量分佈相關性 尋求出。在内部區域内,訊號能量隨著波長增加而減小。 在外側區域内,訊號能量隨著波長增加而提高。 -波導光纖彎曲阻抗以預先說明測試情況下所產生之衰減 來表示。在本說明中,75ιμ彎曲係指波導繞著75咖心軸1〇〇 圈產生之农減。32mm彎曲係指波導繞著75酬心轴1圈產生 表紙張尺度速用中國國家標单{ CNS ) A4规格(210X297公釐) 5449066 A7 五、發明説明(斗) 之衰減。 發明大要: 光學波導織存在-個需求,其優於美㈣54· 12號 專利所揭示,其能夠符合下列非常高性能系統之需求: -在擴展波長頻窗内為低衰減的; -在擴展波長頻窗内為低總色散以及口肋色散;以及 -在不良環境長時間内特別能夠防止彎曲引起之衰減。 新賴的波導藉由改變^蕊折射率分佈設計而符合該需 求。經過计鼻機模擬以及製造嘗試方式之過程,將求出一 系列心蕊折射率分佈,其呈現出較高截止波長以改善彎曲 阻抗以及亦具有較兩零色散波長在擴展波長頻窗内產生低 值總色散。 應該注意波導光纖特性對心蕊折射率分佈變化為非常 地靈敏。因而,其並不可能預測分佈變化對波導特性及性 能之影響。甚至於在分佈呈現出小的變化或兩個分佈系列 呈現出非常接近相關之情況亦如此。 -濟部中夬棣準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明另外一項為單模光學波導光纖,其具有包含三 個區段之心蕊,其中t央心蕊區域對稱地位於波導中心轴’ 緊臨於中央區域之第一環狀區域,以及緊臨第一環狀區域 之第二環狀區域。 中央區域折射率在接近波導中心線呈現非常尖銳地減 小。產生該尖銳地減小係由於在特別處理過程中摻雜劑由 中心線區域擴散所致。人們能夠在沉積步驟中對該擴散作 補償,因而有效地去除減小折射率之中心線區域。另外— 本紙張尺度通用十國國家標準(CNS ) A4规格(210X 297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印震 4 49S65 A7 ______ B7 五、發明説明(g ) 個方式,調整模式以考慮掺雜劑擴散。假如選擇後者方式, 中心線折射準減小被視為部份中央區域。因而,申請專利 範圍以及說明並不受到影響,不管人們選擇去除中心線折 射率減小或藉由調整其他部份心蕊折射率分佈以補償中心 線摻雜劑之擴散。 中央區域以及第二環狀區域當與第一環狀區域以及緊 邠及圍繞著第二環狀區域之包層比較時為相當高之折射率 。新穎的波導具有在2. 90至3· 90單位範圍内之内側分佈體 積以及7· 20至10. 20單位之外側分佈體積。外側至内側分 佈體積比在1.96至3_ 04範圍内。相對於先前所提及,612專 利所揭示情況,該心蕊折射率分佈顯著不同之特性為相當 大之外側體積。 二個區段之任何一個區段能夠為α,階躍,圓形化階躍 ,或梯形之折射率分佈只要相對折射率以及分佈内側及外 側體積之限制為相匹配的。一般情況下,α能夠採用由零 至無限大之任何一個數目。α值為1之折射率分佈能夠立 即地製造出以及產生具有所需要之特性之波導。α值為4 將產生階躍折射率之分佈。 只有一組例如為先前所提及以及由新穎的波導產生系 統所需要之特性為如下:低總色散,在1525nm至1565nm波長 範圍内為-0. 75ps/nm-km至-5. 5ps/nm-km範圍内;零色散波 長在1575nm至1595ηπι範圍内;在波長範圍内色散斜率值小 於0.10ps/nm-km;模場直徑大於7. 90微米;在線纜按裝後量 測之截止波長在14〇〇nm至1520nm範圍内;PMD小於0. 25ps/ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) n I I— H —! I /^I - n : : I I -- —^1 丁 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 449665 A7 7 B7 五、發明説明(^ ) km°5;75咖心軸產生之彎曲衰減小於0 3〇dB。 具有下列所界定心蕊折射率分佈之波導符合該組廣泛 以及嚴格之特性。使用先前所界定以及傳統條件,心蕊中. 央區段79%至1· 21%範圍内以及半徑在2. 55微米至 3. 55微米範圍内。緊鄰心蕊區域之第一環狀不大於 0, 20%。緊鄰第一環狀區域之第二環狀區域△%在〇. 30%至 1 _ 2 0 %範圍内,量測至第二環狀區域中央之半徑在5 · 5微米 至8· 70微米範圍内,以及在一半點間所量測之寬度在 0.4微米至2微米範圍内。 該系列相關折射率分佈之内側及外側分佈體積分別在 2. 9至3. 9單位以及2· 5至10. 2單位之間。 各個區段折射率形狀能夠由α分佈,階躍分佈,圓形化 Ρ皆躍分佈,或獅分佈觀帽取丨。如先前賴明,α為 任一正值數目。 附圖簡單說明: 圖1顯不出新穎的光學波導光纖之心蕊折射率分佈。 優先實施例說明: 經濟部中央榡準局員工消f合作杜印製
(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁J 中心線擴散現象在發明大要中已作說明。新穎的心蕊 折射率/7佈之優先實施例在料巾心線具有折射率減小之 =理其=1,散圓錐,⑽在去除中心線擴散圓錐 之處理過程轉無法逹成時,·分佈之製造為較容易。 散陶波幅之賴购、使得只需 ===㈣辩綱刚嫩補償中 本紙張尺度適用 2】OX 297公釐) 五、發明説明(口 A7 B7 經濟部中央橾準局員工消費合作社印裝 波導佈之主要特點顯示於囷1中,其中顯示△純 到所揭。本發明圖1與’612專利比較,我們可看 圓錐顯示圖1之區域2。高折射率t央區域4為心 佈,其中α界於1與2之間。 另外一個中央區域顯示為6之圓形化或梯形分佈,以及 16之α界於1與2間α分佈,以及已提供補償以消除中心線 擴散圓錐。所顯示另外-細彡狀指出分佈雜,以及△%, 以及區段寬度能夠加以變化《達成所需要波導特性。 一第一環狀區域10緊鄰於中央區域及具有較低△%。顯 :出另外—個第一環狀區域之分佈形狀8。緊鄰第-環狀 區域之第二環狀Μ示出具有其他分佈形狀12或14。緊鄰 第二環狀區域之包層顯示為24。 圖1亦顯示出傳統所使用之尺寸β因而中央心蕊半徑 顯示為18,由波導中心線至中央分佈向外延伸與义軸交點之 距離°界定第二環狀區域之半徑為距離20由波導十心線至 第二環狀區域中心投影至χ軸之距離2〇。在一半△%點量測 之第二環狀區域寬度顯示為長度22。注意第一環狀之内側 半徑為長度18。第一環狀之外側半徑為半徑20減去寬度22 一半之距離。 容易製造以及對小分佈偏差並不靈敏之優先實施例由 分佈區段4,10及14之組合列舉出。允許中心線擴散圓錐2 之分佈為具有α約等於1之中央區域,第一環狀區域中為階 躍分佈,以及在第二環狀區域為圓形化階躍分佈。包層折 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)
r I- I -I
、ST 本紙張尺度適用中國囤家標隼(CNS )八4規格(210Χ297公釐) (Γ> Α7 Β7 五、發明説明(% ) 射率為固定的。中央心蕊區域△〇%為0.9%及半徑約為3, 2 微米。第一環狀區域為0.02%。第二環狀區域△说約 為〇 5%,中央半徑為7微米以及寬度為一半△ewio. 9處之寬 度。内側體積及外側體積分別為3. 4及7. 3單位。提供相同 特性作為該優先實施例之另外一個分佈為〇. 25%以及 寬度為1. 8微米。 該優先實施例在1525nm至1565nm波長範圍内產生色散 為-6至-〇 5ps/rnn-km範圍内以及約為0. 〇75ps/nraz-km之適 度色散斜率。波導特性對製造變化之靈敏性為良好的,其 將解釋為將製造出可接受之產品。彎曲損耗小於,612專利 所揭示波導之一半,其主要由於對線纜化波導量測之載止 波長接近1500nm所致。除此,模場標稱直徑為8. 4微米,有 效面積約為53平方微米。 列舉出下列特定範圍以及規格: -零色散 λ - 1575nm至 1595nm; -色散斜率 < 〇. 1 ps/nm2-km; -模場直徑-7. 9微米至9.1微米; -截止波長λ(未線纜化波導)-1760nm;以及 -彎曲阻抗至少與’ 612專利波導設計一樣地良好; 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 5=1 I -1 _ In I I I— I 1 - II λ- 1 .....- -- - - --- -6 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 模式預測波導之物理特性如表1所示。 表1 △Λ r。微米八2% r2微米阶微米内側體積外側體積 上限 1.21 3_ 55 0.12 1.2 8.66 1.71 3.90 10.16 下限 0.94 2,55 0 0.3 5.54 - 2.92 2.59 本紙張尺度適用中囷國家標準(CNS ) Α4規格(210X29*7公釐〉 B7 五、發明説明(气) 人們了解表1中所顯示參數限制所有可能之細人岛 提供具有特定特性(波導。表丨藉由計算機模式產H域 式允許一個或多個參數變化持續到至少—個特定波導特^ 在允許之範圍内。符合規格之最後一個心蕊折射率分佈參 數被記錄。因而每一分佈之上限或下限能夠由符合規格之 整個不同分佈求出。熟知此技術者能夠使用表1在數次試 驗嘗試而得到一個分佈,該分佈將產生特定之波導特性。 雖然本發明特定實施例已揭示出以及在此加以說明, 本發明由下列申請專利範圍界定出。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 本紙張尺度適财關家_ ( CNS ) Α4規格(21Qx 297公董)
Claims (1)
- 44966 5 Ag B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1_ 一種單模光學波導光纖,其設計作為高速率數據WDM通訊 系統,其包含: 心趨ί區域,包含 中央心蕊區域,其具有一個折射率分佈以及最大折射 率為Πΐ3, 第一環狀區域,其緊鄰該中央區域,具有一個折射率分 佈,最大折射率為⑴,以及 第一環狀區域,其緊鄰第一環狀區域,具有一個折射率 分佈,最大折射率為ηζ, 其中—m;以及 包層,其圍繞著心蕊區域,具有固定折射率ne,其中m>rk; 心蕊區域具有内側及外側分佈體積,其中内側分佈體積 約在2. 90至3. 90單位範圍内以及外側分佈體積約在7. 2〇至 10. 20單位乾圍内以及外側與内側分佈體積比值約在1. 96 至3. 04範圍内。 ‘ 2.依據申请專利範圍第1項之單模光學波導光纖其中中央 心蕊區域,第一環狀區域,以及第二環狀區域之折射率分佈 由α分佈,階躍折射率分佈,圖形化階躍折射率分佈,以及 梯形分佈種類選取出。 經濟部中央梯率局負Η消f合作社印製 3‘依據申請專利範圍第2項之單模光學波導光纖,其中中央 區域之折射率分伟具有α分佈以及α值為1。 4. 依據申請專利範圍第2項之單模光學波導光纖,其中第一 環狀區域具有階躍折射率分佈。 5. 依據申請專利範圍第1項之單模光學波導光纖,其中心蕊 私紙張尺度適用中家縣(CNS) (21()>;297公董) ^4966 5 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 六、申請專利範圍 區域半徑以及折射率分佈分別選擇以使 在波長1525nm至1565nm範圍内之總色散在+0. 75ps/nm-km 至-5. 50ps/nra_km範圍内; 零色散波長在1575服至1595nm範圍内; 色散斜率大小將小於〇. l〇ps/nmz-km; 模場直徑不小於7. 9〇微米; 對線纜化波導量測之載止波長在1400nm至1520nm範圍内; 偏極模色散不大於〇. 25f»s/(kn〇1/2;以及 75mm彎曲產生之衰減並不大於〇· 〇3dB以及32刪變曲產生 之衰減不大於0. 30dB。 6. ™種單模光學波導光纖,其設計作為高速率數據WDM通訊 系統,其包含: 心蕊區域,包含 中央心遂區域,其半徑為r〇,具有一個折射率分佈以及 相對折射率△0%, 第一環狀區域,其緊鄰該中央區域,具有一個折射率分 佈,最大折射率為 第二環狀區域,其緊鄰第一環狀區域,其半徑為Γ2,寬 度為W2,具有一個折射率分佈以及最大折射率△成 其中以及 包層,圍繞考心蕊區域,具有固定折射率nt;,其中第—環 狀區域最大折射率為m,其中ni>nc;以及 其中△〇%在0. 79%至1. 21%範圍内以及r。在2. 55微米至 3. 55微米範圍内,不大於〇. 2%,以及△;!%在〇· 3%至1. 2% 本紙張尺度適用中國國家轉(CNS) M規格(210x 297公董) (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂 1344966 5 Α8 BS C8 D8 六、申請專利範圍 範圍内,ιν^5_ 50微米至8. 70微米範圍内,以及Wz在〇· 4微 米至2微米範圍内。 7.依據申請專利範圍第6項之單模光學波導光纖,其中内側 體積約在2_ 90至3_ 90單位範圍内以及外側體積約在2. 5至 10. 20單位範圍内。 8_依據申請專利範圍第6項之單模光學波導光纖其中中央 心蕊區域,第一環狀區域,以及第二環狀區域之折射率分佈 由α分佈,階躍折射率分佈,圓形化階躍折射率分佈,以及 梯形分佈種類選取出。 ’ ---------I------订 ί (請先閩讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣芈局舅-X消費合作技έρ笈 準 樣 f家 國 一國 中 用 I適 一规
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