Одномодове оптичне волокно (варіанти)

1. Одномодовое оптическое волокно, имеющее сердцевину, характеризуемую центральной линией на продольной оси этого волокна, радиусом, профилем показателя преломления и максимальным показателем преломления, и слой оболочки, охватывающий сердцевину и характеризуемый профилем показателя преломления и максимальным показателем преломления nc, причем у сердцевины по меньшей мере участок профиля показателя преломления превышает nс, максимум показателя преломления удален от центральной линии, острый минимум профиля показателя преломления находится около центральной линии, и эта линия является осью симметрии профиля показателя преломления, отличающееся тем, что радиус сердцевины составляет примерно от 4 до 7 мкм, максимум разности показателей преломления Δ% сердцевины - примерно от 0,35% до 0,55%, а Δ% в остром минимуме около центральной линии - примерно менее 0,20%. 2. Одномодовое оптическое волокно по п.1, отличающееся тем, что λ0 составляет около 1300 нм, Аэфф ³ 90 мкм2 на длине волны 1300 нм и Dэфф ³ Amf в диапазоне длин волн от 1530 нм до 1565 нм. 3. Одномодовое оптическое волокно, имеющее сердцевину, характеризуемую центральной линией и включающую первую и вторую части, каждая из которых имеет профиль показателя преломления, внешний радиус и Δ%, при этом первая часть C2 (54) ОДНОМОДОВЕ ОПТИЧНЕ ВОЛОКНО (ВАРІАНТИ) 39137 ризуемый профилем показателя преломления и максимальным показателем преломления nc, причем у сердцевины по меньшей мере участок профиля показателя преломления превышает nc, максимум показателя преломления удалён от центральной линии, острый минимум профиля показателя преломления находится около центральной линии и эта линия является осью симметрии профиля показателя преломления. Предшествующие попытки разработать на этой основе оптическое волокно с сердцевиной из нескольких частей и потому имеющего большую эффективную площадь создали предпосылки лишь для частичного выполнения указанных требований в рабочем окне на длине волны 1550 нм. Однако ослабление указанных выше нелинейных эффектов и обеспечение совместимости с оптическими усилителями в более широком диапазоне длин волн не было достигнуто. Поэтому в основу изобретения положена задача путем усовершенствования конструкции и, особенно, уточнения относительных оптических параметров и их соотношений для различных частей создать такое одномодовое оптическое волокно, которое было бы более универсальным и ограничивало бы влияние нелинейных эффектов для рабочих окон как на длине волны 1300 нм, так и 1550 нм. Поставленная задача решена в первом варианте тем, что в одномодовом оптическом волокне, имеющем сердцевину, характеризуемую центральной линией на продольной оси этого волокна, радиусом, профилем показателя преломления и максимальным показателем преломления, и слой оболочки, охватывающий сердцевину и характеризуемый профилем показателя преломления и максимальным показателем преломления nc, причем у сердцевины по меньшей мере участок профиля показателя преломления превышает nc, максимум показателя преломления удалён от центральной линии, острый минимум профиля показателя преломления находится около центральной линии и эта линия является осью симметрии профиля показателя преломления, согласно изобретению радиус сердцевины составляет примерно от 4 до 7 мкм, максимум разности показателей преломления D% сердцевины - примерно от 0,35% до 0,55%, а D% в остром минимуме около центральной линии - примерно менее 0,20%. Утонение сердцевины и доведение разности показателей преломления D% до указанных пределов позволило заметно увеличить эффективную площадь Аэфф в более широком диапазоне длин волн. Дополнительное отличие к первому варианту состоит в том, что у одномодового оптического волокна lо составляет около 1300 нм, Аэфф ³90 мкм2 на длине волны 1300 нм и Dэфф больше или равно площади поля моды в диапазоне длин волн от 1530 нм до 1565 нм, что предпочтительно для использования такого волокна в составе оптических кабелей, используемых для передачи сигналов в нижнем поддиапазоне длин волн. Поставленная задача решена во втором варианте тем, что в одномодовом оптическом волокне, имеющем сердцевину, характеризуемую центральной линией и включающую первую и вторую Е - напряженность электрического поля световой волны; эффективный диаметр Dэфф =2(Аэфф/p)1/2; площадь поля моды Amf = p (0,5Dmf)2, где Dmf - диаметр поля моды, измеренный по II методу Петермана, при том, что 2w =Dmf и w2 = =(2 ò E2rdr/ ò [dE/dr]2rdr), а пределы интегрирования от 0 до ¥; ширина участка профиля показателя преломления равна расстоянию между двумя вертикальными линиями, проведенными от начальной и конечной точек профиля показателя преломления до горизонтальной оси графика зависимости этого показателя от радиуса; коэффициент D%= [(n12- nc2 )/2n12 ] x 100, где n1 - показатель преломления сердцевины и nс - показатель преломления оболочки. Если не указано иное, то n1 равен максимальному показателю преломления в области сердцевины, характеризуемой коэффициентом D%; профиль показателя преломления обычно имеет соответствующий эффективный профиль показателя преломления, который имеет другую форму. Эффективный профиль показателя преломления может быть использован вместо соответствующего ему профиля показателя преломления без изменения характеристик волновода (см. "Single Mode Fiber Optics", Marcel Dekker Inc., Luc B. Jeunhomme, 1990, page 32, section 1.3.2); работоспособность при изгибе определяют стандартным тестом, измеряя затухание, вызванное намоткой оптического волокна на катушки (один виток вокруг катушки диаметром 32 мм и сто витков вокруг катушки диаметром 75 мм). Максимально допустимое затухание из-за изгибов обычно определяют в рабочем окне на длине волны около 1300 нм и около 1550 нм. Альтернативный тест определения относительной устойчивости оптического волокна к изгибу предусматривает вычисление разности затухания, измеренного сначала в оптическом волокне по существу без изгибов и затем - в волокне, вплетенном в ряд из 10 вертикальных цилиндрических стержней диаметром 0,67 мм, закрепленных на плоской поверхности с межцентровым шагом 5 мм. Усилие натяжения волокна при испытании достаточно для частичного огибания им поверхности стержней; острый минимум относится к участку профиля показателя преломления с V-образной или узкой U-образной формой и равен наименьшей величине этого показателя на таком участке; широкий минимум относится к участку профиля показателя преломления с широкой U- или L-образной формой и соответствует линии, проходящей через наименьшие значения показателя преломления на таком участке профиля. Концептуальные предпосылки для выполнения указанных требований известны из описания изобретения к патенту США 4715679, где раскрыто наиболее близкое к предлагаемому по технической сущности одномодовое оптическое волокно, имеющее сердцевину, характеризуемую центральной линией на продольной оси этого волокна, радиусом, профилем показателя преломления и максимальным показателем преломления, и слой оболочки, охватывающий сердцевину и характе 2 39137 фиг.1 - профиль показателя преломления с острым минимумом; фиг.2 - альтернативные профили показателя преломления с острым минимумом; фиг.3 - профиль показателя преломления в виде трапецеидального кольца, удаленного от оси волокна, и альтернативные варианты; фиг.4 - вариант нового профиля показателя преломления ступенчатого типа. Преимущества двух рабочих окон, т.е. отличающихся на несколько сотен нанометров двух диапазонов длин волн сигнала, таковы: система может работать в одном окне, пока требуемая скорость передачи информации не обусловит использование второго рабочего окна, второе окно может работать как резервное для линий связи, требующих по существу безаварийной работы, и второе окно может быть использовано при переполнении первого окна в системах с большой разностью между пиковой и средней потребностью в скорости передачи данных. Согласно изобретению предложено оптическое волокно с двойным окном, дополнительным свойством которого является минимизация нелинейных эффектов, которые могут возникнуть в системах большой мощности, системах с уплотнением по длинам волн или в системах, включающих оптические усилители. Новые оптические волокна имеют большую эффективную площадь в окнах и на 1300, и на 1550 нм. Первый вариант выполнения нового профиля сердцевины волокна показан на фиг.1. Разность 1 показателей преломления около центральной линии мала, обычно n1, что способствует концентрированию светового потока в сердцевине. Второе, дополнительное к указанному первому, отличие состоит в том, что профиль показателя преломления второй части сердцевины волокна трапецеидален, а третье, дополнительное к указанному второму отличие состоит в том, что у одномодового оптического волокна внешний радиус первой части сердцевины составляет от 1,5 до 1,9 мкм, n1 по существу равен nc, внешний радиус второй части сердцевины составляет от 3,8 до 5 мкм, а разность D% показателей преломления второй части - от 0,25% до 0,45%, что еще более способствует концентрированию светового потока в сердцевине. Поставленная задача решена в третьем варианте тем, что в одномодовом оптическом волокне, имеющем сердцевину со ступенчатым профилем показателя преломления n0, разностью показателей преломления D1% и радиусом r1 и охватывающий сердцевину слой оболочки с максимальным показателем преломления nc, где n0>nc, согласно изобретению D1% составляет 0,25-0,30%, r1 - примерно 5,5-6 мкм, а эффективная площадь Аэфф на длине волны 1300 нм примерно >90 мкм2 и на длине волны 1550 нм примерно >110 мкм2. В этом варианте сочетание более узкого интервала разности показателя преломления D1% и уточненного значения радиуса первой части сердцевины в сочетании с остальными признаками также позволяет эффективно ослаблять возмущающее влияние нелинейных эффектов на качество передачи сигналов по оптическому волокну в более широком диапазоне длин волн. Далее сущность изобретения поясняется подробным описанием со ссылками на прилагаемые чертежи, где изображены на: 3 39137 Аэфф 78 мкм2, критическая длина волны 1324 нм и интегральный уровень GeO2 2,8. Как ясно из сравнения, у стандартного волокна эффективная площадь намного меньше и длина волны нулевой дисперсии l0 находится в рабочем окне, что нежелательно для систем с уплотнением по длинам волн. Прирост интегрального уровня GeO2 на 9% приведет к увеличению затухания в волокне из-за Рэлеевского рассеяния. Как большая эффективная площадь, так и меньшее затухание у новых профилей показателя преломления оптического волокна уменьшают нежелательные нелинейные эффекты. Стандартный ступенчатый профиль показателя преломления можно легко изменить для увеличения эффективной площади. Профиль характеризуется D% ступеньки (поз.18 на фиг.4) и радиусом 20. Таблица 1 показывает влияние изменения D% и изменения радиуса на эффективную площадь и устойчивость к изгибу на ряде стержней. Пример 1. Свойства волокна с профилем показателя преломления, имеющим острый минимум Для профилей показателя преломления, показанных непрерывной линией на фиг.1, вычислены по компьютерной модели следующие характеристики: l0 = 1298 нм, диаметр поля моды 10,91 мкм, Dэфф 11,22 мкм, Аэфф 98,9 мкм2, критическаяая длина волны 1480 нм и интегральный уровень GeO2 2,58. Отметим, что Dэфф больше диаметра поля моды и Аэфф почти на 25% больше, чем у стандартного волокна со ступенчатым профилем показателя преломления, которое, имея радиус, как на фиг.1, и D%= 0,36%, имело бы следующие характеристики: l0= 1309 нм, диаметр поля моды 10,1 мкм, Dэфф 9,97 мкм, Таблица 1 2 2 D% Радиус, мкм Аэфф, мкм , на 1300 нм Аэфф, мкм , на 1550 нм Затухание при изгибе, дБ, на 1550 нм 0,36 4,5 67 83 6,9 0,315 5,0 77 96 12,2 0,293 5,63 90 110 9,8 0,278 5,88 96 117 12,2 на удалении от центральной линии волокна. Внутренний и внешний радиусы трапецеидального участка профиля сердцевины соответственно обозначены 24 и 22. Профиль показателя преломления части сердцевины рядом с центральной линией волокна может быть по существу плоским или криволинейным, как показано кривыми 14. Требуемые характеристики нового волокна могут быть получены незначительными изменениями формы трапеции, как показывает кривая 16, или подбором эквивалентных профилей показателя преломления. В таблице 2 приведены моделированные параметры трапецеидального варианта выполнения нового оптического волокна. В колонке "Радиус" первая величина равна внутреннему, а вторая - внешнему радиусу трапецеидального участка. Компромисс при выборе между устойчивостью к изгибу и большей эффективной площадью очевиден. Уменьшение D% и увеличение радиуса обеспечивают требуемую большую эффективную площадь. Ступенчатая конструкция при D% около 0,3 % и радиусе около 5,6 мкм обеспечивает приемлемую устойчивость к изгибу при значительном увеличении Аэфф. Трапецеидальный профиль показателя преломления на удалении от центральной линии волокна обеспечивает дополнительную гибкость конструкции профиля показателя преломления для получения приемлемой устойчивости к изгибу в сочетании с большой эффективной площадью в окнах на обеих длинах волн. Основная форма этого варианта выполнения нового оптического волокна показана на фиг.3. Трапецеидальная фигура 12 расположена Таблица 2 D% Радиус, мкм Радиус, м мкм нм 2 2 Aэфф, мкм на 1550 нм Затухание при изгибе, дБ, на 1550 нм 0,367 1,7 - 4,5 94 110 9,8 0,337 0,320 1,78 - 4,98 1,85 - 5,23 104 112 120 130 14,4 14,2 0,344 1,7 - 3,91 104 120 9,5 4 39137 Отличные характеристики показывают профили из первой и четвертой строк. Эти варианты выполнения отвечают требованиям к оптическим волокнам, которые ограничивают нелинейные эффекты и сохраняют при этом необходимую устойчивость к изгибу. Таблицы 1 и 2 показывают, что компьютерная модель необходима для эффективного определения профилей показателя преломления, которые отвечают заданному ряду требований. Сравнение профилей коэффициента преломле ния, приведенных в строках таблиц, показывает, что незначительные изменения параметров профиля могут оказывать значительное влияние на характеристики волокна. Таким образом, число комбинаций и перестановок, которые должны быть проверены, требует, чтобы компьютерное моделирование предшествовало изготовлению оптического волокна. Хотя здесь описаны конкретные варианты выполнения изобретения, изобретение ограничено только его формулой. Фиг. 1 Фиг. 2 5 39137 Фиг. 3 Фиг. 4 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 6