ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО И ЗАГОТОВКА ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА
OPTICAL FIBRE AND OPTICAL FIBRE WORKPIECE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к оптическому волокну и заготовке оптического волокна. Существует проблема, заключающаяся в том, что, когда оптический аналоговый сигнал или оптический групповой сигнал передают на большое расстояние, используя оптическое волокно, то вследствие эффекта вынужденного рассеяния Бриллюэна (в дальнейшем также называемого ВРБ) только предварительно определенная часть интенсивности света (до пороговой мощности вынужденного рассеяния Бриллюэна) может быть передана по оптическому волокну, если даже и предполагается передавать световое излучение с более высокой мощностью, а остальной свет становится рассеянным обратно светом и возвращается к стороне входа, так что передаваемая мощность сигнального светового излучения является ограниченной. Изобретение относится к оптическому волокну, в котором могут подавляться явления вынужденного обратного рассеяния Бриллюэна и по которому можно передавать сигнальное световое излучение с более высокой мощностью.
Испрашивается приоритет заявки №2006-249360 на патент Японии, поданной 14 сентября 2006 г., содержание которой включено в настоящую заявку путем ссылки.
Уровень техники
В последнее время расширяются службы так называемого предоставления «волокна к дому», при этом дома соединяют оптическими волокнами для обмена информацией с использованием оптических волокон. При предоставлении «волокна к дому» для передачи информации различных видов предусматривают систему для одновременной передачи вещательных сигналов и других связных сигналов соответствующими им способами с использованием одиночного оптического волокна. Обычно в этих системах во многих случаях вещательные сигналы представляют собой аналоговый сигнал, групповой сигнал или оптический подчастотно мультиплексированный сигнал. Характеристики этой системы применительно к оптическому волокну в качестве передающей среды являются следующими:
(i) предоставление «волокна к дому» основано на типовой пассивной оптической сети по схеме двойной звезды, и потери при распределении возрастают;
(ii) чтобы передавать аналоговый сигнал, групповой сигнал или оптический подчастотно мультиплексированный сигнал, в приемнике необходимо иметь высокое отношение несущей к шуму, так что минимальная мощность сигнального светового излучения в блоке приема света должна быть более высокой, чем мощность при цифровой передаче, используемой для связи.
Как описывалось выше, при осуществлении аналоговой передачи с использованием модуляции интенсивности для передачи видеосигнала необходима большая мощность передачи для компенсации потерь при распределении и гарантии высокого отношения несущей к шуму. Однако существует проблема, заключающаяся в том, что только предварительно определенная часть интенсивности света (до пороговой мощности вынужденного рассеяния Бриллюэна) может быть передана по оптическому волокну, если даже и предполагается передавать световое излучение с более высокой мощностью, а остальной свет становится рассеянным обратно светом и возвращается к стороне входа, так что передаваемая мощность сигнального светового излучения является ограниченной.
В качестве способа подавления вынужденного рассеяния Бриллюэна имеется способ изменения концентрации примеси или остаточного напряжения в продольном направлении (см., например, патентный документ 1). В соответствии с этим способом, изменяя концентрацию примеси или остаточное напряжение в продольном направлении, можно расширять спектр Бриллюэна и подавлять проявления вынужденного рассеяния Бриллюэна. Кроме того, предложены способы задания такого профиля показателя преломления для оптического волокна, при котором вынужденное рассеяние Бриллюэна может быть подавлено (см., например, патентные документы 2-7).
Патентный документ 1: патент Японии №2584151.
Патентный документ 2: Международная заявка WO2004/100406.
Патентный документ 3: патент США №7082243.
Патентный документ 4: публикация №2006-154707 нерассмотренной патентной заявки Японии.
Патентный документ 5: публикация №2006-184534 нерассмотренной патентной заявки Японии.
Патентный документ 6: публикация №2006-133314 нерассмотренной патентной заявки Японии.
Патентный документ 7: публикация №2006-154713 нерассмотренной патентной заявки Японии.
Непатентный документ 1: “Design concept for optical fibers with enhanced SBS threshold”, Optics Express, vol. 13, Issue 14, p.5338 (July 2005), Andrey…
Непатентный документ 2: “Nonlinear optical fibers with increased SBS threshold”, OFC/NFOEC 2006, OtyA3, Scott Bickham, Andrey Kobyakov, Shenping Li.
Раскрытие изобретения
Задачи, которые решаются изобретением
В качестве способа подавления вынужденного рассеяния Бриллюэна, охарактеризованного выше, описан (патентный документ 1) способ изменения концентрации примеси или остаточного напряжения в продольном направлении. Однако в этом способе происходит изменение оптических характеристик в продольном направлении, так что этот способ не является предпочтительным для практического использования.
Кроме того, описаны способы подавления вынужденного рассеяния Бриллюэна путем задания профиля показателя преломления для оптического волокна (патентные документы 2-7). В этих способах изменение оптических характеристик в продольном направлении не происходит. Однако существует необходимость в структуре, имеющей профиль показателя преломления, подходящий для получения заданных характеристик.
В патентных документах 2, 3 и 5 для описанного оптического волокна, которое имеет трехслойный структурированный профиль показателя преломления, профиль показателя преломления приводят в соответствующее состояние, тем самым подавляя вынужденное рассеяние Бриллюэна и получая такие же оптические характеристики, как и в рекомендации G.652 (в дальнейшем называемой G652) сектора стандартизации Международного союза телекоммуникаций. Однако не все структуры, описанные в патентных документах 2, 3 и 5, удовлетворяют требованиям в отношении тех же оптических характеристик, как в G652, и на практике при осуществлении изготовления на основании этих состояний имеется необходимость в соответствующем расчетном значении для каждого состояния.
В соответствии с патентным документом 4 потери на однородных изгибах становятся большими, и принимая во внимание обращение с оптическим волокном, это явление не является предпочтительным.
В соответствии с патентным документом 6 необходимо добавлять фтор в определенное место, так что трудно изготавливать заготовку, используя метод аксиального осаждения из паровой фазы.
В патентном документе 7 описана только форма профиля показателя преломления, а детальные параметры и т.п. не упомянуты.
Средства для решения задач
Изобретение предназначено для решения упомянутых выше задач. Объект изобретения заключается в создании оптического волокна и заготовки оптического волокна, которые благодаря заданию расчетного значения структуры для соответствующего профиля показателя преломления имеют стабильные характеристики в продольном направлении, совместимость с G652, высокую технологичность и подавленное вынужденное рассеяние Бриллюэна.
2
В соответствии с первым аспектом изобретения предложено оптическое волокно, имеющее профиль показателя преломления, образованный трехслойной структурированной сердцевиной, которая включает в себя, в центральной части сердцевины, первую сердцевину, имеющую по существу равномерную положительную относительную разность Δ1 показателей преломления в области от центра сердцевины до радиуса R1 (мкм), вторую сердцевину, которая окружает первую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерную положительную относительную разность Δ2 показателей преломления в области от радиуса R1 (мкм) до радиуса R2 (мкм), и третью сердцевину, которая окружает вторую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерную положительную относительную разность Δ3 показателей преломления в области от радиуса R2 (мкм) до радиуса R3 (мкм); и оболочкой, которая окружает трехслойную структурированную сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерный показатель преломления, в котором Δ2 равняется или меньше 0,4%, Δ1, Δ2 и Δ3 связаны соотношениями Δ1>Δ2, Δ3>Δ2 и Δ3>Δ1, когда Δ1, Δ2 и Δ3 связаны соотношениями Δ1-Δ2=X и Δ3-Δ2=Y, удовлетворяется (X+Y)>0,4%, и X и Y удовлетворяют 0,25%<X<0,6%, 0,1%≤Y≤0,6% и соотношению (2×X-0,7)%<Y<(X/2+0,4)%, Δ2, Δ3, R1 и R2 удовлетворяют соотношениям (Δ2+Δ3)+1,0≤R2/R1≤7×(Δ2+Δ3)-1,45 и Δ2+Δ3≤1,15, длина волны отсечки кабеля меньше 1260 нм, диаметр поля моды находится в диапазоне от 7,9 до 10,2 мкм при длине волны 1,31 мкм, длина волны нулевой дисперсии находится в диапазоне от 1300 до 1324 нм, наклон нулевой дисперсии равняется или меньше 0,093 пс/(нм·км), потери на однородных изгибах равняются или меньше 2 дБ/м при диаметре 20 мм и длине волны 1,31 мкм, и порог вынужденного рассеяния Бриллюэна при длине волны 1,55 мкм выше порога вынужденного рассеяния Бриллюэна одномодового оптического волокна, имеющего типовой профиль ступенчато изменяющегося показателя преломления и такой же диаметр поля моды, на +3 дБ или больше.
2
В соответствии со вторым аспектом изобретения предложено оптическое волокно, имеющее профиль показателя преломления, образованный трехслойной структурированной сердцевиной, которая включает в себя, в центральной части сердцевины, первую сердцевину, имеющую максимальную относительную разность Δ1 показателей преломления в области от центра сердцевины до радиуса R1 (мкм), вторую сердцевину, которая окружает первую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет минимальную относительную разность Δ2 показателей преломления в области от радиуса R1 (мкм) до радиуса R2 (мкм), и третью сердцевину, которая окружает вторую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет максимальную относительную разность Δ3 показателей преломления в области от радиуса R2 (мкм) до радиуса R3 (мкм); и оболочкой, которая окружает трехслойную структурированную сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерный показатель преломления, в котором Δ2 равняется или меньше 0,4%, Δ1, Δ2 и Δ3 связаны соотношениями Δ1>Δ2, Δ3>Δ2 и Δ3>Δ1, когда Δ1, Δ2 и Δ3 связаны соотношениями Δ1-Δ2=X и Δ3-Δ2=Y, удовлетворяется (X+Y)>0,4%, X и Y удовлетворяют 0,25%<X<0,6%, 0,1%≤Y≤0,6% и соотношению (2×X-0,7)%<Y<(X/2+0,4)%, Δ2, Δ3, R1 и R2 удовлетворяют соотношениям (Δ2+Δ3)+1,0≤R2/R1≤7×(Δ2+Δ3)-1,45 и Δ2+Δ3≤1,15, длина волны отсечки кабеля меньше 1260 нм, диаметр поля моды находится в диапазоне от 7,9 до 10,2 мкм при длине волны 1,31 мкм, длина волны нулевой дисперсии находится в диапазоне от 1300 до 1324 нм, наклон нулевой дисперсии равняется или меньше 0,093 пс/(нм·км), потери на однородных изгибах равняются или меньше 2 дБ/м при диаметре 20 мм и длине волны 1,31 мкм, и порог вынужденного рассеяния Бриллюэна при длине волны 1,55 мкм выше порога вынужденного рассеяния Бриллюэна одномодового оптического волокна, имеющего типовой профиль ступенчато изменяющегося показателя преломления и такой же диаметр поля моды, на +3 дБ или больше.
2
В соответствии с третьим аспектом изобретения предложена заготовка оптического волокна, имеющая профиль показателя преломления, образованный трехслойной структурированной сердцевиной, которая включает в себя, в центральной части сердцевины, первую сердцевину, имеющую по существу равномерную положительную относительную разность Δ1 показателей преломления в области от центра сердцевины до радиуса R1 (мкм), вторую сердцевину, которая окружает первую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерную положительную относительную разность Δ2 показателей преломления в области от радиуса R1 (мкм) до радиуса R2 (мкм), и третью сердцевину, которая окружает вторую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерную положительную относительную разность Δ3 показателей преломления в области от радиуса R2 (мкм) до радиуса R3 (мкм); и оболочкой, которая окружает трехслойную структурированную сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерный показатель преломления, в которой Δ2 равняется или меньше 0,4%, Δ1, Δ2 и Δ3 связаны соотношениями Δ1>Δ2, Δ3>Δ2 и Δ3>Δ1, когда Δ1, Δ2 и Δ3 связаны соотношениями Δ1-Δ2=X и Δ3-Δ2=Y, удовлетворяется (X+Y)>0,4%, и X и Y удовлетворяют 0,25%<X<0,6%, 0,1%≤Y≤0,6% и соотношению (2×X-0,7)%<Y<(X/2+0,4)%, Δ2, Δ3, R1 и R2 удовлетворяют соотношениям (Δ2+Δ3)+1,0≤R2/R1≤7×(Δ2+Δ3)-1,45 и Δ2+Δ3≤1,15, и когда заготовка оптического волокна вытягивается в оптическое волокно, длина волны отсечки кабеля меньше 1260 нм, диаметр поля моды находится в диапазоне от 7,9 до 10,2 мкм при длине волны 1,31 мкм, длина волны нулевой дисперсии находится в диапазоне от 1300 до 1324 нм, наклон нулевой дисперсии равняется или меньше 0,093 пс/(нм·км), потери на однородных изгибах равняются или меньше 2 дБ/м при диаметре 20 мм и длине волны 1,31 мкм, и порог вынужденного рассеяния Бриллюэна при длине волны 1,55 мкм выше порога вынужденного рассеяния Бриллюэна одномодового оптического волокна, имеющего типовой профиль ступенчато изменяющегося показателя преломления и такой же диаметр поля моды, на +3 дБ или больше.
2
В соответствии с четвертым аспектом изобретения предложена заготовка оптического волокна, имеющая профиль показателя преломления, образованный трехслойной структурированной сердцевиной, которая включает в себя, в центральной части сердцевины, первую сердцевину, имеющую максимальную относительную разность Δ1 показателей преломления в области от центра сердцевины до радиуса R1 (мкм), вторую сердцевину, которая окружает первую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет минимальную относительную разность Δ2 показателей преломления в области от радиуса R1 (мкм) до радиуса R2 (мкм), и третью сердцевину, которая окружает вторую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет максимальную относительную разность Δ3 показателей преломления в области от радиуса R2 (мкм) до радиуса R3 (мкм); и оболочкой, которая окружает трехслойную структурированную сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерный показатель преломления, в которой Δ2 равняется или меньше 0,4%, Δ1, Δ2 и Δ3 связаны соотношениями Δ1>Δ2, Δ3>Δ2 и Δ3>Δ1, когда Δ1, Δ2 и Δ3 связаны соотношениями Δ1-Δ2=X и Δ3-Δ2=Y, удовлетворяется (X+Y)>0,4%, и X и Y удовлетворяют 0,25%<X<0,6%, 0,1%≤Y≤0,6% и соотношению (2×X-0,7)%<Y<(X/2+0,4)%, Δ2, Δ3, R1 и R2 удовлетворяют соотношениям (Δ2+Δ3)+1,0≤R2/R1≤7×(Δ2+Δ3)-1,45 и Δ2+Δ3≤1,15, и когда заготовка оптического волокна вытягивается в оптическое волокно, длина волны отсечки кабеля меньше 1260 нм, диаметр поля моды находится в диапазоне от 7,9 до 10,2 мкм при длине волны 1,31 мкм, длина волны нулевой дисперсии находится в диапазоне от 1300 до 1324 нм, наклон нулевой дисперсии равняется или меньше 0,093 пс/(нм·км), потери на однородных изгибах равняются или меньше 2 дБ/м при диаметре 20 мм и длине волны 1,31 мкм, и порог вынужденного рассеяния Бриллюэна при длине волны 1,55 мкм выше порога вынужденного рассеяния Бриллюэна одномодового оптического волокна, имеющего типовой профиль ступенчато изменяющегося показателя преломления и такой же диаметр поля моды, на +3 дБ или больше.
Краткое описание чертежей
На чертежах:
фиг.1 - график, показывающий зависимость между мощностью входящего светового излучения и мощностью прошедшего, рассеянного обратно светового излучения для иллюстрации случаев вынужденного рассеяния Бриллюэна;
фиг.2 - иллюстрация конфигурации системы для измерения порога вынужденного рассеяния Бриллюэна;
фиг.3 - график, показывающий зависимость диаметра поля моды от порога вынужденного рассеяния Бриллюэна одномодового оптического волокна, имеющего профиль показателя преломления из модели ступенчато изменяющегося показателя преломления, показанный на фиг.4;
фиг.4 - иллюстрация профиля показателя преломления из модели ступенчато изменяющегося показателя преломления;
фиг.5 - иллюстрация первого примера профиля показателя преломления оптического волокна, относящегося к изобретению;
фиг.6 - иллюстрация второго примера профиля показателя преломления оптического волокна, относящегося к изобретению;
фиг.7 - график, показывающий зависимость между X+Y и эффектом (ВРБэфф) подавления вынужденного рассеяния Бриллюэна в одномодовом оптическом волокне, имеющем такой же диаметр поля моды, как при Δ1-Δ2=X и Δ3-Δ2=Y;
фиг.8 - график, показывающий соотношение для (X, Y), удовлетворяющее длине волны нулевой дисперсии от 1300 до 1324 нм и ВРБэфф≥+3 дБ;
фиг.9 - график, показывающий зависимость между Δ2+Δ3 и R2/R1, удовлетворяющую диаметру поля моды от 7,9 до 10,2 мкм;
фиг.10 - график, показывающий зависимость между Δ3-Δ1 и ВРБэфф;
фиг.11 - график, показывающий зависимость между Δ1-Δ2 и ВРБэфф;
фиг.12 - график, показывающий зависимость между Δ1-Δ2 и ВРБэфф;
фиг.13 - график, показывающий зависимости между порогами вынужденного рассеяния Бриллюэна и диаметрами поля моды из примеров 1 и с 1а по 1g;
фиг.14 - график, показывающий зависимости между порогами вынужденного рассеяния Бриллюэна и диаметрами поля моды из примеров 1 и с 1а по 1v;
фиг.15 - график, показывающий зависимости между порогами вынужденного рассеяния Бриллюэна и диаметрами поля моды из примеров с 2а по 2f;
фиг.16 - график, показывающий зависимости между порогами вынужденного рассеяния Бриллюэна и диаметрами поля моды из примеров с 2g по 2m;
фиг.17 - график, показывающий профиль показателя преломления оптического волокна из примера 3;
фиг.18 - график, показывающий профиль показателя преломления заготовки оптического волокна из примера 5;
фиг.19 - график, показывающий зависимости между порогами вынужденного рассеяния Бриллюэна и диаметрами поля моды из примера 5;
фиг.20 - график, показывающий профиль показателя преломления заготовки оптического волокна из примера 6;
фиг.21 - график, показывающий зависимости между порогами вынужденного рассеяния Бриллюэна и диаметрами поля моды из примера 6; и
фиг.22 - график, показывающий профиль показателя преломления заготовки оптического волокна из примера 7.
Описание позиций
1: Источник света с длиной волны 1,32 мкм
2: Источник света с длиной волны 1,55 мкм
3: Легированный эрбием волоконный усилитель
4: Измеритель мощности для измерения мощности рассеянного обратного светового излучения
5: Ответвитель 9:1
6: Измеритель мощности для измерения мощности входящего светового излучения
7: Измеритель мощности для измерения мощности прошедшего светового излучения
8: Измеряемое оптическое волокно
Лучший вариант осуществления изобретения
Оптическое волокно изобретения имеет профиль показателя преломления, образованный трехслойной структурированной сердцевиной, которая включает в себя, в центральной части сердцевины, первую сердцевину, имеющую по существу равномерную положительную относительную разность Δ1 показателей преломления в области от центра сердцевины до радиуса R1 (мкм), вторую сердцевину, которая окружает первую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерную положительную относительную разность Δ2 показателей преломления в области от радиуса R1 (мкм) до радиуса R2 (мкм), и третью сердцевину, которая окружает вторую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерную положительную относительную разность Δ3 показателей преломления в области от радиуса R2 (мкм) до радиуса R3 (мкм); и оболочкой, которая окружает трехслойную структурированную сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерный показатель преломления, или имеет профиль показателя преломления, образованный трехслойной структурированной сердцевиной, которая включает в себя, в центральной части сердцевины, первую сердцевину, имеющую максимальную относительную разность Δ1 показателей преломления в области от центра сердцевины до радиуса R1 (мкм), вторую сердцевину, которая окружает первую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет минимальную относительную разность Δ2 показателей преломления в области от радиуса R1 (мкм) до радиуса R2 (мкм), и третью сердцевину, которая окружает вторую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет максимальную относительную разность Δ3 показателей преломления в области от радиуса R2 (мкм) до радиуса R3 (мкм); и оболочкой, которая окружает трехслойную структурированную сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерный показатель преломления.
2
В оптическом волокне Δ2 равняется или меньше 0,4%, Δ1, Δ2 и Δ3 связаны соотношениями Δ1>Δ2, Δ3>Δ2 и Δ3>Δ1, когда Δ1, Δ2 и Δ3 связаны соотношениями Δ1-Δ2=X и Δ3-Δ2=Y, удовлетворяется (X+Y)>0,4%, и X и Y удовлетворяют 0,25%<X<0,6%, 0,1%≤Y≤0,6% и соотношению (2×X-0,7)%<Y<(X/2+0,4)%, Δ2, Δ3, R1 и R2 удовлетворяют соотношениям (Δ2+Δ3)+1,0≤R2/R1≤7×(Δ2+Δ3)-1,45 и Δ2+Δ3≤1,15, длина волны отсечки кабеля меньше 1260 нм, диаметр поля моды находится в диапазоне от 7,9 до 10,2 мкм при длине волны 1,31 мкм, длина волны нулевой дисперсии находится в диапазоне от 1300 до 1324 нм, наклон нулевой дисперсии равняется или меньше 0,093 пс(нм·км), потери на однородных изгибах равняются или меньше 2 дБ/м при диаметре 20 мм и длине волны 1,31 мкм, и порог вынужденного рассеяния Бриллюэна при длине волны 1,55 мкм выше, чем порог вынужденного рассеяния Бриллюэна одномодового оптического волокна, имеющего типовой профиль ступенчато изменяющегося показателя преломления и такой же диаметр поля моды, на +3 дБ или больше.
Кроме того, оптическое волокно изобретения может быть изготовлено вытягиванием заготовки, полученной типовым методом аксиального осаждения из паровой фазы. Однако способ получения заготовки не ограничен методом аксиального осаждения из паровой фазы, могут использоваться хорошо известные методы внешнего осаждения из паровой фазы и химического осаждения из паровой фазы.
На фиг.1 представлен график, показывающий случаи вынужденного рассеяния Бриллюэна (ВРБ) в оптическом волокне. Как показано на фиг.1, когда мощность светового излучения, входящего в оптическое волокно, постепенно повышается, то при определенном значении мощность рассеянного обратно светового излучения резко возрастает, и большая часть мощности входящего светового излучения становится мощностью рассеянного обратно светового излучения и возвращается к стороне входа. Поэтому, как показано на фиг.1, мощность входящего светового излучения при максимальной скорости изменения (дифференциальное уравнение второго порядка для рассеянного обратно света) градиента рассеянного обратно света относительно изменения мощности входящего светового излучения определяется как порог (порог вынужденного рассеяния Бриллюэна) возникновения вынужденного рассеяния Бриллюэна.
На фиг.2 представлен вид, иллюстрирующий конфигурацию системы для измерения порога вынужденного рассеяния Бриллюэна. На фиг.2 позицией 1 обозначен источник света с длиной волны 1,32 мкм, позицией 2 обозначен источник света с длиной волны 1,55 мкм, позицией 3 обозначен легированный эрбием волоконный усилитель, позицией 4 обозначен измеритель мощности (ИМ), предназначенный для измерения мощности рассеянного обратно светового излучения, позицией 5 обозначен ответвитель 9:1, позицией 6 обозначен измеритель мощности (ИМ), предназначенный для измерения мощности входящего светового излучения, позицией 7 обозначен измеритель мощности (ИМ), предназначенный для измерения мощности прошедшего светового излучения, и позицией 8 обозначено измеряемое оптическое волокно. В этой измерительной системе три измерителя 4, 6 и 7 мощности присоединены через ответвитель 9:1 (5) для измерения мощности входящего светового излучения, рассеянного обратно светового излучения и прошедшего светового излучения для измеряемого оптического волокна 8. Кроме того, мощность входящего светового излучения при дифференциальном уравнении максимального второго порядка для рассеянного обратно света относительно входящего света становится порогом вынужденного рассеяния Бриллюэна.
В патентных документах 2 и 3 порог вынужденного рассеяния Бриллюэна оценивается с использованием аналогичных измерительной системы и определения. В настоящей заявке определением порога вынужденного рассеяния Бриллюэна считается определение 4 в следующем документе.
Shimizu, “A study on definition of the SBS threshold in a single-mode optical fiber”, Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, General Conference in 2005, B-10-66.
Порог вынужденного рассеяния Бриллюэна зависит от диаметра поля моды (в дальнейшем также называемого ДПМ). На фиг 3 показан график результатов, полученных путем вычисления зависимости диаметра поля моды от порога вынужденного рассеяния Бриллюэна (ВРБ) одномодового оптического волокна (в дальнейшем также называемого ООВ), которое имеет типовой профиль показателя преломления согласно модели ступенчато изменяющегося показателя преломления, показанный на фиг.4, и удовлетворяет требованиям стандарта G652. Как показано на фиг.3, в диапазоне диаметра поля моды от 7,9 до 10,2 мкм при длине волны 1,31 мкм, которая находится в рамках стандарта G652, порог вынужденного рассеяния Бриллюэна изменяется в диапазоне от 7,4 до 9,7 дБм. Поэтому при сравнении порога вынужденного рассеяния Бриллюэна необходимо осуществлять сравнение с волокном, имеющим аналогичный диаметр поля моды.
2
Оптическое волокно изобретения имеет оптические характеристики, описанные в G652, поскольку длина волны отсечки кабеля меньше 1260 нм, диаметр поля моды при длине волны 1,31 мкм находится в диапазоне от 7,9 до 10,2 мкм, длина волны нулевой дисперсии находится в диапазоне от 1300 до 1324 нм, наклон нулевой дисперсии равняется или меньше 0,093 пс(нм·км), потери на однородных изгибах равняются или меньше 2 дБ/м при диаметре изгибов 20 мм и длине волны 1,31 мкм и порог вынужденного рассеяния Бриллюэна равняется или выше в два раза (+3 дБ) порога вынужденного рассеяния Бриллюэна одномодового оптического волокна, имеющего аналогичный диаметр поля моды.
На фиг.5 представлен вид, иллюстрирующий первый пример профиля показателя преломления оптического волокна изобретения. Профиль показателя преломления образован: трехслойной структурированной сердцевиной, которая включает в себя, в центральной части сердцевины, первую сердцевину, имеющую по существу равномерную положительную относительную разность Δ1 показателей преломления в области от центра сердцевины до радиуса R1 (мкм), вторую сердцевину, которая окружает первую сердцевину и входит в контакт с ней, и имеет по существу равномерную положительную относительную разность Δ2 показателей преломления в области от радиуса R1 (мкм) до радиуса R2 (мкм), и третью сердцевину, которая окружает вторую сердцевину и входит в контакт с ней, и имеет по существу равномерную положительную относительную разность Δ3 показателей преломления в области от радиуса R2 (мкм) до радиуса R3 (мкм); и оболочкой, которая окружает трехслойную структурированную сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерный показатель преломления, при этом Δ1>Δ2 и Δ3>Δ2.
Профилем показателя преломления оптического волокна изобретения, показанным на фиг.6, могут обеспечиваться относительные разности показателей преломления, не имеющие равномерных значений. На фиг.6 представлен вид, иллюстрирующий второй пример профиля показателя преломления оптического волокна изобретения. Профиль показателя преломления образован трехслойной структурированной сердцевиной, которая включает в себя, в центральной части сердцевины, первую сердцевину, имеющую максимальную относительную разность Δ1 показателей преломления в области от центра сердцевины до радиуса R1 (мкм), вторую сердцевину, которая окружает первую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет минимальную относительную разность Δ2 показателей преломления в области от радиуса R1 (мкм) до радиуса R2 (мкм), и третью сердцевину, которая окружает вторую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет максимальную относительную разность Δ3 показателей преломления в области от радиуса R2 (мкм) до радиуса R3 (мкм); и оболочкой, которая окружает трехслойную структурированную сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерный показатель преломления, при этом Δ1>Δ2 и Δ3>Δ2.
Чтобы получать оптическое волокно, которое имеет упомянутые выше оптические характеристики, то есть характеристики, совместимые с G652, и порог вынужденного рассеяния Бриллюэна, равный или в два раза (на +3 дБ) более высокий, чем порог вынужденного рассеяния Бриллюэна одномодового оптического волокна, имеющего такой же диаметр поля моды, как и оптическое волокно изобретения, применительно к оптическому волокну, имеющему профиль показателя преломления, образованный трехслойной структурированной сердцевиной и однослойной структурированной оболочкой, окружающей сердцевину, были многократно выполнены детальные исследования. В результате было установлено, что соотношения между Δ1, Δ2, Δ3, R1, R2 и R3 связаны ограничениями.
На фиг.7 представлен график, показывающий зависимость эффекта (ВРБэфф) подавления вынужденного рассеяния Бриллюэна в одномодовом оптическом волокне, когда Δ1-Δ2=X и Δ3-Δ2=Y. В данном случае ВРБэфф определяется следующим выражением.
ВРБэфф равно порогу вынужденного рассеяния Бриллюэна оптического волокна изобретения за вычетом порога вынужденного рассеяния Бриллюэна одномодового оптического волокна, имеющего такой же диаметр поля моды, как и оптическое волокно изобретения.
Как можно видеть из фиг.7, полагая X+Y больше 0,4%, можно увеличить ВРБэфф на +3 дБ или больше и повысить порог вынужденного рассеяния Бриллюэна. Однако в некоторых случаях, используя только это условие, нельзя получить оптическое волокно, имеющее оптические характеристики, совместимые с G652.
В частности, чтобы получать оптическое волокно, имеющее длину волны нулевой дисперсии в диапазоне от 1300 до 1324 нм, предпочтительно, чтобы X и Y были связаны соотношениями X<0,6%, 0,1%≤Y≤0,6% и (2×X-0,7)%<Y<(X/2)+0,4)%. Зависимости для X и Y, удовлетворяющие этим условиям, показаны на фиг.8.
Кроме того, чтобы сделать возможным диаметр поля моды при длине волны 1,31 мкм равным 7,9 мкм, то есть соответствующим нижнему пределу стандарта G652, или более высоким, помимо удовлетворения условиям, предпочтительно, чтобы Δ2 равнялась или была меньше 0,4%. Кроме того, чтобы сделать возможным нахождение диаметра одномодового поля при длине волны 1,31 мкм в диапазоне от 7,9 до 10,2 мкм, необходимо, чтобы положение третьей сердцевины в радиальном направлении, обозначаемом как R2/R1, было надлежащим образом определено в зависимости от суммы Δ2 и Δ3, то есть Δ2+Δ3.
Чтобы получать оптическое волокно с возможностью иметь диаметр поля моды при длине волны 1,31 мкм в диапазоне от 7,9 до 10,2 мкм, предпочтительно, чтобы (Δ2+Δ3) и R2/R1 удовлетворяли соотношениям (Δ2+Δ3)+1,0≤R2/R1≤7×(Δ2+Δ3)-1,45 и Δ2+Δ3≤1,15. Зависимости между (Δ2+Δ3) и R2/R1, удовлетворяющие условиям, показаны на фиг.9.
Кроме того, с учетом технологичности оптического волокна предпочтительно, чтобы соблюдалось Δ3≥Δ1.
На фиг.10 представлен график, показывающий зависимость между Δ3-Δ1 и ВРБэфф. Как показано на фиг.10, когда значение Δ3-Δ1 является отрицательным, ВРБэфф значительно изменяется при небольшом изменении относительной разности показателей преломления. С другой стороны, когда значение Δ3-Δ1 является положительным, скорость изменения ВРБэфф по сравнению с изменением относительной разности показателей преломления является небольшой. Кроме того, когда ВРБэфф аппроксимируют уравнением второй степени относительно Δ3-Δ1, аппроксимирующая кривая представляет собой параболу, которая открыта вниз, а точкой перегиба является Δ3-Δ1>0. Можно видеть, что влияние ВРБэфф, обусловленное изменением относительной разности показателей преломления, небольшое, когда значение Δ3-Δ1 является положительным.
В некоторых случаях при изготовлении заготовки оптического волокна вследствие флуктуации концентрации примеси относительная разность показателей преломления изменяется относительно заданной на около ±0,05%. В этом случае существует возможность, что ВРБэфф снизится до более низкого значения по сравнению с заданным. Когда значение Δ3-Δ1 является положительным, скорость изменения ВРБэфф, обусловленная изменением относительной разности показателей преломления, небольшая. Поэтому ВРБэфф не изменяется значительно по сравнению с изменением относительной разности показателей преломления, обусловленным флуктуацией концентрации примеси, и могут быть получены характеристики вынужденного рассеяния Бриллюэна, которые всегда являются стабильными.
Кроме того, в профиле показателя преломления, показанном на фиг.10, Δ1 равняется 0,5%, Δ2 равняется 0,22%, Δ3 находится в диапазоне от 0,40 до 0,65% с интервалом 0,025% и R2/R1 составляет 2,2. Однако, как показано в таблице 1, при других сочетаниях Δ1, Δ2, Δ3, R1, R2 и R3 точкой перегиба будет Δ3-Δ1>0, и можно видеть, что характеристики вынужденного рассеяния Бриллюэна, которые будут всегда стабильными, можно получать, когда значение Δ3-Δ1 является положительным.
Предпочтительно, чтобы Δ1-Δ2 равнялась или была больше 0,25%. На фиг.11 представлен график, показывающий зависимость между Δ1-Δ2 и ВРБэфф. Как показано на фиг.11, когда Δ1 превышает Δ2 на 0,25% или больше, ВРБэфф может значительно повыситься по сравнению со случаем, когда разность между Δ1 и Δ2 равняется или меньше 0,25%, вследствие чего достигается более сильный эффект подавления вынужденного рассеяния Бриллюэна. Кроме того, когда Δ1-Δ2 равняется или больше 0,25%, уменьшается влияние изменения относительной разности показателей преломления, обусловленного флуктуацией концентрации примеси во время изготовления заготовки оптического волокна. Поэтому, даже если Δ1-Δ2 изменяется, ВРБэфф не изменяется значительно, и снижение выпуска годной продукции может быть предотвращено.
В профиле показателя преломления, показанном на фиг.11, Δ1 находится в диапазоне от 0,44% до 0,56% с интервалом 0,03%, Δ2 равняется 0,24%, Δ3 равняется 0,55% и R2/R1 составляет 2,2. Однако, как показано на фиг.12, при профиле показателя преломления с использованием других сочетаний Δ1, Δ2, Δ3, R1, R2 и R3, то есть когда Δ1 находится в диапазоне от 0,44% до 0,56%, Δ2 находится в диапазоне от 0,18% до 0,26%, Δ3 находится в диапазоне от 0,45% до 0,65% и R2/R1 находится в диапазоне от 1,8 до 2,6, может быть получена такая же тенденция. В частности, при профиле показателя преломления, при котором Δ1-Δ2 равняется или больше 0,25%, можно получать более сильный эффект подавления ВРБэфф, и зависимость ВРБэфф от изменения Δ1-Δ2 уменьшается.
Таблица 1
Δ1
Δ2
R2/R1
Точка перегиба (Δ3-Δ1)
%
%
-
%
0,5
0,22
2,2
0,10
0,5
0,18
2,2
0,18
0,5
0,26
2,2
0,02
0,44
0,22
2,2
0,02
0,56
0,22
2,2
0,12
0,5
0,22
1,6
0,05
0,5
0,22
2
0,10
0,5
0,22
2,4
0,01
Кроме того, как описано выше, благодаря расположению третьей сердцевины можно получать более высокий порог вынужденного рассеяния Бриллюэна, чем порог вынужденного рассеяния Бриллюэна обычного оптического волокна, на +3 дБ или больше, и получать характеристики, совместимые с G652.
Примеры
Пример 1 и сравнительный пример 1
В таблице 2 показаны структурные параметры и оптические характеристики оптического волокна из примера 1, которое имеет профиль показателя преломления из фиг.5. Кроме того, показаны структурные параметры и оптические характеристики оптического волокна из сравнительного примера 1. Оптическое волокно из сравнительного примера 1 представляет собой одномодовое оптическое волокно, имеющее профиль ступенчато изменяющегося показателя преломления, показанный на фиг.4.
Таблица 2
Единица измерения
Пример 1
Сравнительный пример 1
R1
мкм
1,35
4,39
R2
мкм
2,97
-
R3
мкм
4,32
-
R2/R1
-
2,2
-
Δ1
%
0,50
0,35
Δ2
%
0,20
-
Δ3
%
0,50
-
Δ1-Δ2
%
0,30
-
Δ3-Δ2
%
0,30
-
Δ3+Δ2
%
0,70
-
Длина волны отсечки волокна
мкм
1,32
1,28
Длина волны отсечки кабеля
мкм
1,24
1,23
ДПМ (Петерман II) при 1,31 мкм
мкм
9,2
9,2
Длина волны нулевой дисперсии
нм
1321,1
1309,2
Наклон нулевой дисперсии
пс/нм<sup>2</sup>·км
0,0888
0,0882
Потери на изгибах диаметром 20 мм при 1,31 мкм
дБ/м
0,08
0,11
Порог ВРБ при 1,55 мкм, 20 км
дБм
12,2
8,7
Как показано в таблице 2, оптическое волокно, имеющее структурные параметры из примера 1, относящиеся к изобретению, имеет порог вынужденного рассеяния Бриллюэна 12,2 дБм для длины 20 км, и можно получать эффект подавления, повышенный на +3,5 дБ по сравнению с оптическим волокном из сравнительного примера 1, которое имеет такой же диаметр поля моды. Кроме того, оптическое волокно из примера 1 имеет такие же оптические характеристики, как и одномодовое оптическое волокно из сравнительного примера 1, и удовлетворяет требованиям стандарта G652.
Примеры с 1а по 1g
В таблице 3 показаны результаты для случая, когда структурные параметры из примера 1 выражены с использованием значений X, Y и R2/R1, описанных выше.
Таблица 3
Единица измерения
Пример 1а
Пример 1b
Пример 1с
Пример 1d
Пример 1е
Пример 1f
Пример 1g
R1
мкм
1,53
1,50
1,35
1,26
1,16
1,03
1,03
R2
мкм
2,91
3,29
2,98
3,15
2,91
3,21
3,20
R3
мкм
4,44
4,79
4,34
4,41
4,08
4,24
4,24
R2/R1
-
1,9
2,2
2,2
2,5
2,5
3,1
3,1
Δ1
%
0,50
0,50
0,40
0,60
0,30
0,50
0,60
Δ2
%
0,05
0,20
0,20
0,20
0,20
0,20
0,20
Δ3
%
0,50
0,40
0,50
0,50
0,60
0,60
0,60
Δ1-Δ2
%
0,45
0,30
0,20
0,40
0,10
0,30
0,40
Δ3-Δ2
%
0,45
0,20
0,30
0,30
0,40
0,40
0,40
Δ3+Δ2
%
0,55
0,60
0,70
0,70
0,80
0,80
0,80
Длина волны отсечки волокна
мкм
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
Длина волны отсечки кабеля
мкм
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
ДПМ (Петерман II) при 1,31 мкм
мкм
9,47
9,56
9,48
9,11
9,22
9,45
9,27
Длина волны нулевой дисперсии
нм
1321,6
1314,3
1309
1321,1
1323,7
1314,7
1317,3
Наклон нулевой дисперсии
пс/нм<sup>2</sup>·км
0,09
0,0907
0,0892
0,0899
0,0895
0,0895
0,0893
Потери на изгибах диаметром 20 мм при 1,31 мкм
дБ/м
0,39
0,19
0,24
0,07
0,30
0,30
0,16
Порог ВРБ при 1,55 мкм, 20 км
дБм
13,1
13,1
12,5
13,3
12,4
13,2
12,9
Оптические волокна, имеющие структурные параметры из примеров с 1а по 1g, показанные в таблице 3, имеют пороги вынужденного рассеяния Бриллюэна от 12,4 до 13,4 дБм для длины 20 км, показанные на фиг.13, и можно получать эффекты подавления, повышенные в пределах от +3,7 до +4,6 дБ по сравнению с одномодовым оптическим волокном, имеющим такой же диаметр поля моды. Кроме того, все оптические характеристики оптических волокон из примеров с 1а по 1g удовлетворяют требованиям стандарта G652.
Пример с 1h по 1v
В таблицах 4 и 5 показаны результаты для случая, когда структурные параметры из примера 1 выражены с использованием значений X, Y и R2/R1, описанных выше. Оптические волокна, имеющие структурные параметры из примеров с 1а по 1g, показанных в таблице 3, и примеров с 1h по 1v, показанных в таблицах 4 и 5, имеют пороги вынужденного рассеяния Бриллюэна от 10,9 до 13,8 дБм для длины 20 км, показанные на фиг.14, и можно получать эффекты подавления, повышенные в пределах от +3,1 до +4,5 дБ по сравнению с одномодовым оптическим волокном, имеющим такой же диаметр поля моды. Кроме того, оптические характеристики оптических волокон из примеров с 1h по 1v удовлетворяют требованиям стандарта G652.
Таблица 4
Единица измерения
Пример 1h
Пример 1i
Пример 1j
Пример 1k
Пример 1l
Пример 1m
Пример 1n
R1
мкм
1,81
1,69
3,14
1,33
2,80
1,12
1,74
R2
мкм
2,90
3,21
5,81
3,33
5,33
3,48
6,80
R3
мкм
4,71
4,90
8,95
4,67
8,13
4,60
8,54
R2/R1
-
1,6
1,9
1,9
2,5
1,9
3,1
3,9
Δ1
%
0,50
0,50
0,50
0,50
0,40
0,50
0,60
Δ2
%
0,10
0,10
0,20
0,10
0,20
0,20
0,20
Δ3
%
0,40
0,40
0,40
0,50
0,50
0,50
0,60
Δ1-Δ2
%
0,40
0,40
0,30
0,40
0,20
0,30
0,40
Δ3-Δ2
%
0,30
0,30
0,20
0,40
0,30
0,30
0,40
Δ3+Δ2
%
0,50
0,50
0,60
0,60
0,70
0,70
0,80
Длина волны отсечки волокна
мкм
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
Длина волны отсечки кабеля
мкм
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
ДПМ (Петерман II) при 1,31 мкм
мкм
9,23
9,7
9,2
10,07
9,2
9,93
9,8
Длина волны нулевой дисперсии
нм
1321,8
1322,8
1316,5
1317,9
1310
1307,6
1312
Наклон нулевой дисперсии
пс/нм<sup>2</sup>·км
0,092
0,093
0,092
0,093
0,091
0,092
0,092
Потери на изгибах диаметром 20 мм при 1,31 мкм
дБ/м
0,08
0,48
0,05
1,91
0,08
0,72
0,70
Порог ВРБ при 1,55 мкм, 20 км
дБм
12,1
13,4
12,1
13,8
11,8
13,1
13,1
Таблица 5
Единица измерения
Пример 1o
Пример 1p
Пример 1q
Пример 1r
Пример 1s
Пример 1t
Пример 1u
Пример 1v
R1
мкм
1,47
1,65
1,11
2,57
1,04
1,16
3,71
1,15
R2
мкм
6,85
6,28
2,78
4,86
2,60
2,90
5,94
7,25
R3
мкм
8,32
7,93
3,89
7,44
3,63
4,06
9,65
8,40
R2/R1
-
4,7
3,8
2,5
1,9
2,5
2,5
1,6
6,3
Δ1
%
0,60
0,70
0,40
0,40
0,60
0,60
0,40
0,30
Δ2
%
0,20
0,20
0,30
0,20
0,30
0,20
0,04
0,20
Δ3
%
0,70
0,70
0,60
0,60
0,70
0,60
0,40
0,90
Δ1-Δ2
%
0,40
0,50
0,10
0,20
0,30
0,40
0,36
0,10
Δ3-Δ2
%
0,50
0,50
0,30
0,40
0,40
0,40
0,36
0,70
Δ3+Δ2
%
0,90
0,90
0,90
0,80
1,00
0,80
0,44
1,10
Длина волны отсечки волокна
мкм
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
Длина волны отсечки кабеля
мкм
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
ДПМ (Петерман II) при 1,31 мкм
мкм
9,8
9,2
8,6
8,6
8,0
8,8
10,2
9,9
Длина волны нулевой дисперсии
нм
1314,4
1322
1314,9
1322,3
1323,8
1321,2
1308,3
1324
Наклон нулевой дисперсии
пс/нм<sup>2</sup>·км
0,093
0,091
0,089
0,089
0,087
0,090
0,093
0,093
Потери на изгибах диаметром 20 мм при 1,31 мкм
дБ/м
0,92
0,17
0,01
0,02
0,00
0,03
1,20
1,80
Порог ВРБ при 1,55 мкм, 20 км
дБм
13,2
13,0
11,4
11,3
10,9
12,2
12,8
13,2
Примеры с 2а по 2f
В таблице 6 показаны оптические характеристики для случая, когда структурные параметры профиля показателя преломления оптического волокна, имеющего профиль показателя преломления из фиг.6, выражены с использованием значений X, Y и R2/R1, описанных выше.
Таблица 6
Единица измерения
Пример 2a
Пример 2b
Пример 2c
Пример 2d
Пример 2e
Пример 2f
R1
мкм
1,51
1,39
1,43
1,31
1,11
1,33
R2
мкм
3,03
3,05
2,87
3,13
3,10
3,45
R3
мкм
4,60
4,49
4,36
4,49
4,25
4,83
R2/R1
-
2,00
2,20
2,00
2,40
2,80
2,60
Δ1
%
0,50
0,50
0,44
0,56
0,44
0,40
Δ2
%
0,24
0,22
0,18
0,18
0,26
0,30
Δ3
%
0,50
0,60
0,70
0,70
0,70
0,70
Δ1-Δ2
%
0,26
0,28
0,26
0,38
0,18
0,10
Δ3-Δ2
%
0,26
0,38
0,52
0,52
0,44
0,40
Δ3+Δ2
%
0,74
0,82
0,88
0,88
0,96
1,00
Длина волны отсечки волокна
мкм
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
Длина волны отсечки кабеля
мкм
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
ДПМ (Петерман II) при 1,31 мкм
мкм
9,2
9,36
9,44
9,39
9,37
9,1
Длина волны нулевой дисперсии
нм
1317,9
1314,9
1314,2
1322,6
1309,5
1308,1
Наклон нулевой дисперсии
пс/нм<sup>2</sup>·км
0,0906
0,0905
0,0902
0,0914
0,0897
0,0898
Потери на изгибах диаметром 20 мм при 1,31 мкм
дБ/м
0,39
0,69
1,42
1,35
0,92
0,15
Порог ВРБ при 1,55 мкм, 20 км
дБм
12,0
12,8
13,0
13,7
12,3
12,0
Оптические волокна, имеющие структурные параметры из примеров с 2а по 2f, показанных в таблице 6, имеют пороги вынужденного рассеяния Бриллюэна от 12,0 до 13,7 дБм для длины 20 км, показанные на фиг.15, и можно получать эффекты подавления, повышенные в пределах от +3,3 до +5,0 дБ по сравнению с одномодовым оптическим волокном, имеющим такой же диаметр поля моды. Кроме того, все оптические характеристики оптических волокон из примеров с 2a по 2f удовлетворяют требованиям стандарта G652.
2
Кроме того, благодаря изменению показателя преломления третьей сердцевины, показанному на фиг.6, количество примеси GeO в сердцевине может быть уменьшено, вследствие чего можно снизить потери в оптическом волокне.
Примеры с 2g по 2m
В таблице 7 показаны оптические характеристики для случая, когда структурные параметры профиля показателя преломления оптического волокна, имеющего профиль показателя преломления из фиг.6, выражены с использованием значений X, Y и R2/R1, описанных выше. Оптические волокна, имеющие структурные параметры из примеров с 2а по 2f, показанных в таблице 6, и примеров с 2g по 2m, показанных в таблице 7, имеют пороги вынужденного рассеяния Бриллюэна от 10,8 до 14,3 дБм для длины 20 км, показанные на фиг.16, и можно получать эффекты подавления, повышенные в пределах от +3,2 до +4,7 дБ по сравнению с одномодовым оптическим волокном, имеющим такой же диаметр поля моды. Кроме того, все оптические характеристики оптических волокон из примеров с 2g по 2m удовлетворяют требованиям стандарта G652.
Таблица 7
Единица измерения
Пример 2g
Пример 2h
Пример 2i
Пример 2j
Пример 2k
Пример 2l
Пример 2m
R1
мкм
1,56
1,51
1,68
1,58
1,81
1,35
1,41
R2
мкм
3,13
3,33
3,69
4,10
3,62
2,97
2,82
R3
мкм
4,76
4,91
5,43
5,74
5,51
4,37
4,28
R2/R1
-
2,0
2,2
2,2
2,6
2,0
2,2
2,0
Δ1
%
0,56
0,56
0,50
0,50
0,44
0,50
0,44
Δ2
%
0,24
0,22
0,15
0,18
0,18
0,35
0,20
Δ3
%
0,70
0,70
0,70
0,55
0,55
0,80
0,70
Δ1-Δ2
%
0,32
0,34
0,35
0,32
0,26
0,15
0,24
Δ3-Δ2
%
0,46
0,48
0,55
0,37
0,37
0,45
0,50
Δ3+Δ2
%
0,94
0,92
0,85
0,73
0,73
1,15
0,90
Длина волны отсечки волокна
мкм
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
Длина волны отсечки кабеля
мкм
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
ДПМ (Петерман II) при 1,31 мкм
мкм
8,54
8,83
9,64
10,03
9,77
8,1
9,2
Длина волны нулевой дисперсии
нм
1322,4
1321,7
1317,1
1315,6
1310,9
1317
1314
Наклон нулевой дисперсии
пс/нм<sup>2</sup>·км
0,088
0,090
0,093
0,093
0,092
0,087
0,090
Потери на изгибах диаметром 20 мм при 1,31 мкм
дБ/м
0,01
0,05
0,40
1,36
0,64
0,00
0,18
Порог ВРБ при 1,55 мкм, 20 км
дБм
11,7
12,6
13,7
14,3
13,1
10,8
12,6
Примеры 3 и 4
На фиг.17 показан профиль показателя преломления оптического волокна из примера 3, относящегося к изобретению. Профиль показателя преломления из примера 3, показанный на фиг.17, образован трехслойной структурированной сердцевиной, которая включает в себя, в центральной части сердцевины, первую сердцевину в области от центра сердцевины до радиуса R1 (мкм), вторую сердцевину, которая окружает первую сердцевину и вступает в контакт с ней, в области от радиуса R1 (мкм) до радиуса R2 (мкм) и третью сердцевину, которая окружает вторую сердцевину и вступает в контакт с ней, в области от радиуса R2 (мкм) до радиуса R3 (мкм); и оболочкой, которая окружает трехслойную структурированную сердцевину и вступает в контакт с ней. Однако, в отличие от примеров 1 и 2, профиль показателя преломления сердцевины изменяется плавно, и граница его незаметна. Поэтому с использованием скорости (dΔ/dr) изменения относительной разности показателей преломления в радиальном направлении был определен диаметр каждого слоя. Относительная разность Δ1 показателей преломления первой сердцевины, представленная нижеследующим уравнением (1), определена как значение Δ, которое становится эквивалентно равномерным в области от центра сердцевины до радиуса R1, относительная разность Δ2 показателей преломления второй сердцевины определена как относительная разность показателей преломления, значение которой становится минимальным в области между радиусами R1 и R2 (мкм), и относительная разность Δ3 показателей преломления третьей сердцевины определена как относительная разность показателей преломления, значение которой становится максимальным в области между радиусами R2 и R3 (мкм).
Уравнение 1
Структурные параметры оптического волокна из примера 3, определенные, как описано выше, и оптические характеристики его показаны в таблице 8. Кроме того, в таблице 8 показаны структурные параметры оптического волокна из примера 4, имеющего такой же профиль показателя преломления, как в примере 3, и оптические характеристики его.
Таблица 8
Единица измерения
Пример 3
Пример 4
R1
мкм
1,36
1,73
R2
мкм
3,11
3,16
R3
мкм
4,58
4,67
R2/R1
-
2,29
1,83
Δ1
%
0,50
0,53
Δ2
%
0,18
0,18
Δ3
%
0,48
0,53
Δ1-Δ2
%
0,32
0,35
Δ3-Δ2
%
0,30
0,35
Δ3+Δ2
%
0,66
0,71
Длина волны отсечки волокна
мкм
1,32
1,32
Длина волны отсечки кабеля
мкм
1,24
1,23
ДПМ (Петерман II) при 1,31 мкм
мкм
9,55
9,25
Длина волны нулевой дисперсии
нм
1316,4
1320,4
Наклон нулевой дисперсии
пс/нм<sup>2</sup>·км
0,089
0,089
Потери на изгибах диаметром 20 мм при 1,31 мкм
дБ/м
0,23
0,07
Порог ВРБ при 1,55 мкм, 20 км
дБм
12,7
12,2
Потери при 1,55 мкм
дБ/км
0,191
0,196
Как показано в таблице 8, оптические волокна из примеров 3 и 4 имеют порог вынужденного рассеяния Бриллюэна от 12,2 до 12,7 дБм для длины 20 км, и можно получать эффекты подавления, повышенные в пределах от +3,5 до +4,0 дБ по сравнению с одномодовым оптическим волокном, имеющим такой же диаметр поля моды. Кроме того, все оптические характеристики оптических волокон из примеров 3 и 4 удовлетворяют требованиям стандарта G652.
Пример 5
На фиг.18 представлен профиль показателя преломления заготовки оптического волокна из примера 5. Как показано на фиг.18, в этом примере заготовка оптического волокна образована трехслойной структурированной сердцевиной, которая включает в себя, в центральной части сердцевины, первую сердцевину, имеющую по существу равномерную положительную относительную разность Δ1 показателей преломления в области от центра сердцевины до радиуса R1 (мкм), вторую сердцевину, которая окружает первую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерную положительную относительную разность Δ2 показателей преломления в области от радиуса R1 (мкм) до радиуса R2 (мкм), и третью сердцевину, которая окружает вторую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет по существу равномерную положительную относительную разность Δ3 показателей преломления в области от радиуса R2 (мкм) до радиуса R3 (мкм). Аналогично примерам 1 и 2 образована трехслойная структурированная сердцевина.
Структурные параметры заготовки оптического волокна из примера 5 представлены в таблицах 9 и 10 с использованием значений X, Y и R2/R1, описанных выше, и показаны оптические характеристики, которые наблюдались, когда заготовку вытягивали в оптическое волокно. Как показано на фиг.19, оптическое волокно, вытянутое из заготовки оптического волокна из примера 5, имеет порог вынужденного рассеяния Бриллюэна от 10,9 до 13,8 дБм для длины 20 км, а получаемый эффект подавления повышается в пределах от +3,1 до +4,5 дБ по сравнению с одномодовым оптическим волокном, имеющим такой же диаметр поля моды, так что требования стандарта G652 также удовлетворяются.
Таблица 9
Единица измерения
Пример 5a
Пример 5b
Пример 5c
Пример 5d
Пример 5e
Пример 5f
Пример 5g
R1
мкм
1,32
1,81
1,69
3,14
1,33
2,80
1,12
R2
мкм
2,75
2,90
3,21
5,81
3,33
5,33
3,48
R3
мкм
4,04
4,71
4,90
8,95
4,67
8,13
4,60
R2/R1
-
2,1
1,6
1,9
1,9
2,5
1,9
3,1
Δ1
%
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,40
0,50
Δ2
%
0,20
0,10
0,10
0,20
0,10
0,20
0,20
Δ3
%
0,60
0,40
0,40
0,40
0,50
0,50
0,50
Δ1-Δ2
%
0,30
0,40
0,40
0,30
0,40
0,20
0,30
Δ3-Δ2
%
0,40
0,30
0,30
0,20
0,40
0,30
0,30
Δ3+Δ2
%
0,80
0,50
0,50
0,60
0,60
0,70
0,70
Длина волны отсечки волокна
мкм
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
Длина волны отсечки кабеля
мкм
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
ДПМ (Петерман II) при 1,31 мкм
мкм
8,89
9,23
9,7
9,2
10,07
9,2
9,93
Длина волны нулевой дисперсии
нм
1318,5
1321,8
1322,8
1316,5
1317,9
1310
1307,6
Наклон нулевой дисперсии
пс/нм<sup>2</sup>·км
0,090
0,092
0,093
0,092
0,093
0,091
0,092
Потери на изгибах диаметром 20 мм при 1,31 мкм
дБ/м
0,03
0,08
0,48
0,05
1,91
0,08
0,72
Порог ВРБ при 1,55 мкм, 20 км
дБм
12,0
12,1
13,4
12,1
13,8
11,8
13,1
Таблица 10
Единица измерения
Пример 5h
Пример 5i
Пример 5j
Пример 5k
Пример 5l
Пример 5m
Пример 5n
Пример 5o
R1
мкм
1,47
1,65
1,11
2,57
1,04
1,16
3,71
1,15
R2
мкм
6,85
6,28
2,78
4,86
2,60
2,90
5,94
7,25
R3
мкм
8,32
7,93
3,89
7,44
3,63
4,06
9,65
8,40
R2/R1
-
4,7
3,8
2,5
1,9
2,5
2,5
1,6
6,3
Δ1
%
0,60
0,70
0,40
0,40
0,60
0,60
0,40
0,30
Δ2
%
0,20
0,20
0,30
0,20
0,30
0,20
0,04
0,20
Δ3
%
0,70
0,70
0,60
0,60
0,70
0,60
0,40
0,90
Δ1-Δ2
%
0,40
0,50
0,10
0,20
0,30
0,40
0,36
0,10
Δ3-Δ2
%
0,50
0,50
0,30
0,40
0,40
0,40
0,36
0,70
Δ3+Δ2
%
0,90
0,90
0,90
0,80
1,00
0,80
0,44
1,10
Длина волны отсечки волокна
мкм
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
Длина волны отсечки кабеля
мкм
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
ДПМ (Петерман II) при 1,31 мкм
мкм
9,8
9,2
8,6
8,6
8,0
8,8
10,2
9,9
Длина волны нулевой дисперсии
нм
1314,4
1322
1314,9
1322,3
1323,8
1321,2
1308,3
1324
Наклон нулевой дисперсии
пс/нм<sup>2</sup>·км
0,093
0,091
0,089
0,089
0,087
0,090
0,093
0,093
Потери на изгибах диаметром 20 мм при 1,31 мкм
дБ/м
0,92
0,17
0,01
0,02
0,00
0,03
1,20
1,80
Порог ВРБ при 1,55 мкм, 20 км
дБм
13,2
13,0
11,4
11,3
10,9
12,2
12,8
13,2
Пример 6
На фиг.20 показан профиль показателя преломления заготовки оптического волокна из примера 6. Как показано на фиг.20, в этом примере заготовка оптического волокна образована трехслойной структурированной сердцевиной, которая включает в себя, в центральной части сердцевины, первую сердцевину, имеющую максимальную относительную разность ∆1 показателей преломления в области от центра сердцевины до радиуса R1 (мкм), вторую сердцевину, которая окружает первую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет минимальную относительную разность ∆2 показателей преломления в области от радиуса R1 (мкм) до радиуса R2 (мкм), и третью сердцевину, которая окружает вторую сердцевину и вступает в контакт с ней, и имеет максимальную относительную разность ∆3 показателей преломления в области от радиуса R2 (мкм) до радиуса R3 (мкм). Аналогично примерам 1 и 2 образована трехслойная структурированная сердцевина.
Структурные параметры заготовки оптического волокна из примера 6 представлены в таблицах 11 и 12 с использованием значений X, Y и R2/R1, описанных выше, и показаны оптические характеристики, которые наблюдались, когда заготовку вытягивали в оптическое волокно. Как показано на фиг.21, оптическое волокно, вытянутое из заготовки оптического волокна из примера 6, имеет порог вынужденного рассеяния Бриллюэна от 10,8 до 14,3 дБм для длины 20 км, а получаемый эффект подавления повышается в пределах от +3,2 до +4,7 дБ по сравнению с одномодовым оптическим волокном, имеющим такой же диаметр поля моды, так что требования стандарта G652 также удовлетворяются.
Таблица 11
Единица измерения
Пример 6a
Пример 6b
Пример 6c
Пример 6d
Пример 6e
Пример 6f
R1
мкм
1,51
1,39
1,43
1,31
1,11
1,33
R2
мкм
3,03
3,05
2,87
3,13
3,10
3,45
R3
мкм
4,60
4,49
4,36
4,49
4,25
4,83
R2/R1
-
2,00
2,20
2,00
2,40
2,80
2,60
Δ1
%
0,50
0,50
0,44
0,56
0,44
0,40
Δ2
%
0,24
0,22
0,18
0,18
0,26
0,30
Δ3
%
0,50
0,60
0,70
0,70
0,70
0,70
Δ1-Δ2
%
0,26
0,28
0,26
0,38
0,18
0,10
Δ3-Δ2
%
0,26
0,38
0,52
0,52
0,44
0,40
Δ3+Δ2
%
0,74
0,82
0,88
0,88
0,96
1,00
Длина волны отсечки волокна
мкм
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
Длина волны отсечки кабеля
мкм
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
ДПМ (Петерман II) при 1,31 мкм
мкм
9,2
9,36
9,44
9,39
9,37
9,1
Длина волны нулевой дисперсии
нм
1317,9
1314,9
1314,2
1322,6
1309,5
1308,1
Наклон нулевой дисперсии
пс/нм<sup>2</sup>·км
0,0906
0,0905
0,0902
0,0914
0,0897
0,0898
Потери на изгибах диаметром 20 мм при 1,31 мкм
дБ/м
0,39
0,69
1,42
1,35
0,92
0,15
Порог ВРБ при 1,55 мкм, 20 км
дБм
12,0
12,8
13,0
13,7
12,3
12,0
Таблица 12
Единица измерения
Пример 6g
Пример 6h
Пример 6i
Пример 6j
Пример 6k
Пример 6l
Пример 6m
R1
мкм
1,56
1,51
1,68
1,58
1,81
1,35
1,41
R2
мкм
3,13
3,33
3,69
4,10
3,62
2,97
2,82
R3
мкм
4,76
4,91
5,43
5,74
5,51
4,37
4,28
R2/R1
-
2,0
2,2
2,2
2,6
2,0
2,2
2,0
Δ1
%
0,56
0,56
0,50
0,50
0,44
0,50
0,44
Δ2
%
0,24
0,22
0,15
0,18
0,18
0,35
0,20
Δ3
%
0,70
0,70
0,70
0,55
0,55
0,80
0,70
Δ1-Δ2
%
0,32
0,34
0,35
0,32
0,26
0,15
0,24
Δ3-Δ2
%
0,46
0,48
0,55
0,37
0,37
0,45
0,50
Δ3+Δ2
%
0,94
0,92
0,85
0,73
0,73
1,15
0,90
Длина волны отсечки волокна
мкм
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
1,32
Длина волны отсечки кабеля
мкм
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
1,24
ДПМ (Петерман II) при 1,31 мкм
мкм
8,54
8,83
9,64
10,03
9,77
8,1
9,2
Длина волны нулевой дисперсии
нм
1322,4
1321,7
1317,1
1315,6
1310,9
1317
1314
Наклон нулевой дисперсии
пс/нм<sup>2</sup>·км
0,088
0,090
0,093
0,093
0,092
0,087
0,090
Потери на изгибах диаметром 20 мм при 1,31 мкм
дБ/м
0,01
0,05
0,40
1,36
0,64
0,00
0,18
Порог ВРБ при 1,55 мкм, 20 км
дБм
11,7
12,6
13,7
14,3
13,1
10,8
12,6
Пример 7
На фиг.22 показан профиль показателя преломления заготовки оптического волокна из примера 7. Как показано на фиг.22, в этом примере заготовка оптического волокна образована трехслойной структурированной сердцевиной, которая включает в себя первую сердцевину, расположенную в области от центра сердцевины до радиуса R1, вторую сердцевину, которая окружает первую сердцевину и вступает в контакт с ней, и расположена в области от радиуса R1 (мкм) до радиуса R2 (мкм), и третью сердцевину, которая окружает вторую сердцевину и вступает в контакт с ней, и расположена в области от радиуса R2 (мкм) до радиуса R3 (мкм). Аналогично примерам 1, 2, 5 и 6 образована трехслойная структурированная сердцевина. Однако, в отличие от примеров 1, 2, 5 и 6, профиль показателя преломления изменяется плавно, и характеристика границы его является такой же, как в примерах 3 и 4.
Структурные параметры заготовки оптического волокна из примера 7 представлены в таблице 13, и показаны оптические характеристики, которые наблюдались, когда заготовку вытягивали в оптическое волокно. Оптическое волокно, вытянутое из заготовки оптического волокна из примера 7, имеет порог вынужденного рассеяния Бриллюэна 12,6 дБм для длины 20 км, а получаемый эффект подавления повышается на +3,8 дБ по сравнению с одномодовым оптическим волокном, имеющим такой же диаметр поля моды, и требования стандарта G652 удовлетворяются.
Таблица 13
Единица измерения
Пример 7
R1
мкм
1,41
R2
мкм
3,03
R3
мкм
4,60
R2/R1
-
2,1
Δ1
%
0,49
Δ2
%
0,13
Δ3
%
0,64
Δ1-Δ2
%
0,36
Δ3-Δ2
%
0,51
Δ3+Δ2
%
0,76
Длина волны отсечки волокна
мкм
1,32
Длина волны отсечки кабеля
мкм
1,24
ДПМ (Петерман II) при 1,31 мкм
мкм
9,39
Длина волны нулевой дисперсии
нм
1319,6
Наклон нулевой дисперсии
пс/нм<sup>2</sup>·км
0,090
Потери на изгибах диаметром 20 мм при 1,31 мкм
дБ/м
0,21
Порог ВРБ при 1,55 мкм, 20 км
дБм
12,6
Промышленная применимость
В соответствии с изобретением для оптического волокна, имеющего профиль показателя преломления, разделенный на части по сердцевинам, соотношения между относительными разностями Δ1, Δ2 и Δ3 показателей преломления слоев надлежащим образом рассчитаны, и положение третьей сердцевины надлежащим образом определено. Поэтому возможно повышение порога вынужденного рассеяния Бриллюэна на +3 дБ или больше по сравнению с одномодовым оптическим волокном, имеющим такой же диаметр поля моды, при сохранении оптических характеристик, описанных в G652.
Кроме того, полагая относительную разность показателей преломления для третьей сердцевины более высокой по сравнению с относительной разностью показателей преломления для первой сердцевины, можно повышать технологичность заготовки оптического волокна.