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CN1460868A - 光纤以及光传输线路 - Google Patents

光纤以及光传输线路 Download PDF

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Abstract

本发明制造这样一种光纤，使不圆率约为5％，设构成纤芯1的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层2的玻璃的热膨胀系数为α2时，为了使PMD在0.03ps/√km以下，将各个热膨胀系数之差控制在－2.5×10－7/℃≤α1－α2≤1.0×10－7/℃的范围内，为了使PMD在0.015ps/√km以下，将各个热膨胀系数之差控制在－1.5×10－7/℃≤α1－α2≤0/℃的范围内。通过这样的结构，调整纤芯和包层的热膨长系数减小双折射，能提供适合于高速传输的带有PMD的光纤，从而能够提供使用该光纤的光传输线路。

Description

光纤以及光传输线路
技术领域
本发明涉及光纤，尤其涉及降低偏振模色散(以下，简称为“PMD”)的光纤。
背景技术
以互联网为代表的数据通信业务量存在着日益增多的趋势，为了应付这样的数据通信业务量，必须增大通信传输容量。WDM(波分复用)传输是回应这种需要的传输方式，并且已经开始商业化。同时，为了增大该WDM传输容量还存在下面的方法。
第1种方法是增加复用的波长(信号)数的方法。该方法通过减小信号波长间隔，来增大使用的波段，然而对于各个使用的波长却都要增加传输设备，因此存在成本以及设置空间的问题。
第2种方法是提高每个波长(信号)的传送速度的方法。从频谱利用效率的观点来看，这种方法近来正在一直受到关注，现在，正在研究了从传输速度2.5Gbit/s开始到10Gbit/s、以及40Gbit/s的光传输系统，并且已经部分商业化。
如果达到这样的10Gbit/s以上的传输速度时，就存在光纤的波长色散和PMD问题。对于波长色散，是通过使用非零色散迁移光纤(以下，简称为“NZ-DSF”)、色散倾斜补偿型色散补偿光纤(以下，简称为“SC-DCF”)等来解决，且已经取得了一定的成果。
另一方面，已经提出了有关消除PMD的种种方法，这里，首先在下面说明PMD。
所谓PMD是由于沿光纤传输时HEX 11模和HEY 11模之间存在群延迟差而产生的。
虽然也存在侧压等外因，但PMD基本上是引起光纤中双折射的原因。只要不是象偏振保持光纤这样特别有意增加双折射，光纤内在的双折射总是由于纤芯的非圆性而产生的。将双折射划分为由于纤芯非圆性，即折射率分布因非圆而引起的，以及由于因非圆性所产生的应力偏离于真正的圆分布所引起的。
光纤的纤芯中通常添加了GeO2，因此纤芯的折射率比包层的折射率高，同时热膨胀系数也比包层的大。由此，可以在纤芯和包层边界附近分布应力，纤芯一侧因热膨胀系数大，在拉丝后的冷却过程中收缩性比包层大，由于包层不收缩，应对包层侧施加张力牵引。与此相反，包层周围方向的应力由于纤芯收缩而成为压缩应力，通过光弹性效应而产生折射率变化。
在纤芯是确切的圆的情况下，通过光弹性效应而产生的折射率变化由于为轴对称，因此相互抵消，在HEX 11模和HEY 11模之间不会产生传输常数差，如果纤芯不圆，则在两个偏振模式之间便产生传输常数差。由于这种应力不对称而产生的传输常数差依赖于非圆的程度、纤芯与包层的热膨胀系数差。
进行传输时，由于双折射而在信号前进方向中产生各向异性，会引起信号脉冲形状的恶化，自然期望这种PMD小。特别是在40Gbit/s这样的高速传输下，PMD的影响尤为显著。
有关降低PMD，至今已经提出了几个方案。例如，有在拉丝过程中对光纤加捻的方法(Apllied Optic，vol20，No.17，p2962-(1981))，以及通过削去包层而降低纤芯的非圆辛的方法(电子信息通信学会电子学会大会，C-3-79(1999))等。
但是，拉丝过程中加捻光纤的方法，没有公开具有可与传输速度10Gbit/s以及40Gbit/s相对应的PMD的光纤的制造方法。例如，在传输速度40Gbit/s、传输路径长10000km的光传输线路中，PMD的允许上限据说约为0.025ps/√km的。
此外，即使是通过削去包层降低纤芯非圆辛方法，从成本方面考虑也是不现实的。也考虑选过择利用纤芯非圆率小的光纤，但这在成品率方面进而在成本方面都是不合适的。
发明内容
考虑到这些问题，本发明的目的在于通过调整纤芯和包层的热膨胀系数来减小双折射率，以提供一种适合于高速传输的带有PMD的光纤，以及使用该光纤的光传输线路。
为了解决上述问题，本发明的第1种形式为一种带有一层纤芯和一层包层、以石英玻璃为主要构成材料而形成的光纤，其特征在于，设构成纤芯的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层的玻璃的热膨胀系数为α2时，有-2.5×10-7/℃≤α1-α2≤1.0×10-7/℃，且其偏振模色散为0.03ps/√km以下。
由此，可以防止由于双折射而导致的信号脉冲形状的恶化，从而可以实现能以高速高质量传输的光纤。
本发明的第2种形式为权利要求1中记载的光纤，其中该光纤有一层纤芯和一层包层、以石英玻璃为主要构成材料，设构成纤芯的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层的玻璃的热膨胀系数为α2时，有：-1.5×10-7/℃≤α1-α2≤0/℃，且其偏振模色散为0.015ps/√km以下。
由此，可以防止由于双折射而导致的信号脉冲形状的恶化，从而可以实现能以高速高质量传输的光纤。
本发明的第3种形式为权利要求1或2中记载的光纤，其特征在于，包层由至少添加了氟的石英玻璃组成，纤芯由基本上是纯粹的石英玻璃组成、或纤芯由添加了锗和/或氟的石英玻璃组成，波长1550nm下的传输损耗在0.20dB/km以下。
作为调整热膨胀系数的掺杂物，通过选择掺杂元素，可以增加折射率分布的设计自由度。另外，由于这些是低损耗的掺杂物，因此在充分满足以传输损耗为主的光学特性与氢特性等的同时，可以实现使PMD在所希望值以下的光纤。
本发明的第4种形式是权利要求3中记载的光纤，其特征在于，除在所述包层中添加氟之外，还添加锗，从而可以改善氢特性。
由此，与没有添加锗的情况相比，由于可以提高耐氢特性，因此能够实现改进了长期可靠性的光纤。
本发明的第5种形式是一种光纤，它带有一层纤芯和2层包层，外侧包层的折射率高于内侧包层的折射率，并且是以石英玻璃为主要的构成材料，其特征在于，设构成纤芯的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部分中热膨胀系数最小的部位的玻璃的热膨胀系数为α2时，有
-2.5×10-7/℃≤α1-α2≤1.0×10-7/℃，且其偏振模色散为0.03ps/√km以下。
由此，可以防止由于双折射而导致的信号脉冲形状的恶化，从而可以实现能高速高质量传输的光纤。
本发明的第6种形式是权利要求5中记载的光纤，它带有一层纤芯和2层包层，外侧包层的折射率高于内侧包层的折射率，并且主要由石英玻璃为主要的构成的材料，其特征在于，设构成纤芯的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部分中热膨胀系数最小的部位的玻璃的热膨胀系数为α2时，有：-1.5×10-7/℃≤α1-α2≤0/℃，且其偏振模色散在0.015ps/√km以下。
由此，可以防止由于双折射而导致的信号脉冲形状的恶化，从而可以实现能以高速高质量传输的光纤。
本发明的第7种形式为权利要求5或6中记载的光纤，其特征在于，包层由至少添加了氟的石英玻璃组成，纤芯由添加了基本上纯粹的石英玻璃组成、或由添加了锗和/或氟的石英玻璃组成，波长1550nm下的传输损耗在0.22dB/km以下。
作为调整热膨胀系数的掺杂物，通过选择掺杂元素，可以增加折射率分布的设计自由度。另外，由于这些是低损耗的掺杂物，因此在充分满足以传输损耗为主的光学特性和氢特性等的同时，可以实现使PMD在所希望值以下的光纤。
本发明的第8种形式为权利要求7中记载的光纤，其特征在于，在所述包层的各部中的任何一个或全部中，除氟以外还添加锗而改善氢特性。
由此，与没有添加锗的情况相比，由于可以提高耐氢特性，因此能够实现改进了长期可靠性的光纤。
本发明的第9种形式是一种光纤，它带有3层纤芯和1层或2层包层，外侧包层的折射率高于或等于内侧包层的折射率，中央纤芯的折射率也比环形槽的折射率高，环形槽的折射率比环形纤芯的折射率低，环形纤芯的折射率比包层或内侧包层以及外侧包层的折射率高，并且主要由石英玻璃构成，其特征在于，设构成纤芯各部分中热膨胀系数最大的部分的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部分中热膨胀系数最小的部分的玻璃的热膨胀系数为α2时，有-2.5×10-7/℃≤α1-α2≤1.0×10-7/℃，且其偏振模色散在0.03ps/√km以下。
由此，可以防止由于双折射而导致的信号脉冲形状的恶化，从而可以实现能以高速高质量传输的光纤。
本发明的第10种形式是权利要求9中记载的光纤，它带有3层纤芯和1层或2层包层，外侧包层的折射率高于或等于内侧包层的折射率，中央纤芯的折射率也比环形槽的折射率高，环形槽的折射率比环形纤芯的折射率低，环形纤芯的折射率比包层或内侧包层以及外侧包层的折射率高，并且主要由石英玻璃构成，其特征在于，设构成纤芯各部分中热膨胀系数最大的部分的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部分中热膨胀系数最小的部分的玻璃的热膨胀系数为α2时，有：-1.5×10-7/℃≤α1-α2≤0/℃，且其偏振模色散在0.015ps/√km以下。
由此，可以防止由于双折射而导致的信号脉冲形状的恶化，从而可以实现能以高速高质量传输的光纤。
本发明的第11种形式是权利要求9或10中记载的光纤，其特征在于，包层的各部由至少添加了氟的石英玻璃组成，纤芯的各部由基本上纯的石英玻璃组成、或由添加了锗和/或氟的石英玻璃组成，波长1550nm下的传输损耗在0.25dB/km以下。
作为调整热膨胀系数的掺杂物，通过选择掺杂元素，可以增加折射率分布的设计自由度。另外，由于这些是低损耗的掺杂物，因此在充分满足以传输损耗为主的光学特性和氢等特性的同时，可以实现使PMD在所希望值以下的光纤。
本发明的第12种形式是权利要求11中记载的光纤，其特征在于，在所述包层的各部中的任何一个或全部中，除氟以外还添加锗，从而可改善氢特性。
由此，与没有添加锗的情况相比，由于可以提高耐氢特性，因此能够实现改进了长期可靠性的光纤。
本发明的第13种形式是一种光纤，它带有4层纤芯或2层包层，外侧包层的折射率高于或等于内侧包层的折射率，中央槽的折射率也比内侧环形纤芯的折射率低，内侧环形纤芯的折射率比环形槽的折射率高，环形槽的折射率比外侧环形纤芯的折射率低，外侧环形纤芯的折射率比包层或内侧包层以及外侧包层的折射率高，并且主要由石英玻璃构成，其特征在于，设构成纤芯各部分中热膨胀系数最大的部分的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部中热膨胀系数最小的部分的玻璃的热膨胀系数为α2时，有：-2.5×10-7/℃≤α1-α2≤1.0×10-7/℃，且其偏振模色散在0.03ps/√km以下。
由此，可以防止由于双折射而导致的信号脉冲形状的恶化，从而可以实现能以高速高质量传输的光纤。
本发明的第14种形式为一种光纤，它带有4层纤芯和1层或2层包层，外侧包层的折射率高于或等于内侧包层的折射率，中央槽的折射率也比内侧环形纤芯的折射率低，内侧环形纤芯的折射率比环形槽的折射率高，环形槽的折射率比外侧环形纤芯的折射率低，外侧环形纤芯的折射率比包层或内侧包层以及外侧包层的折射率高，并且主要由石英玻璃构成，其特征在于，设构成纤芯各部分中热膨胀系数最大的部分的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部中热膨胀系数最小的部分的玻璃的热膨胀系数为α2时，有-1.5×10-7/℃≤α1-α2≤0/℃，且其偏振模色散在0.015ps/√km以下。
由此，可以防止由于双折射而导致的信号脉冲形状的恶化，从而可以实现能以高速高质量传输的光纤。
本发明的第15种形式为一种光纤，其特征在于，包层的各部由至少添加了氟的石英玻璃组成，纤芯的各部位由添加了基本上纯粹的石英玻璃组成、或由添加了锗和/或氟的石英玻璃组成，波长1550nm下的传输损耗在0.30dB/km以下。
作为调整热膨胀系数的掺杂物，通过选择掺杂元素，可以增加折射率分布的设计自由度。另外，由于这些是低损耗的掺杂物，因此在充分满足以传输损耗为主的光学特性或氢特性的同时，可以实现使PMD在所希望值以下的光纤。
本发明的第16种形式是一种光纤，其特征在于，在所述包层的各部中的任何一个或全部中，除氟以外还添加锗，从而改善氢特性。
由此，与没有添加锗的情况相比，由于可以提高耐氢特性，因此能够实现改进了长期可靠性的光纤。
本发明的第17种形式是一种光纤，其特征在于，设所述包层的各部中添加的锗最少部分的锗浓度为C2，设在所述纤芯中添加的锗最多的部分的锗浓度为C1时，存在C2-C1≥-0.5wt％。
由此，在满足折射率控制和热膨胀系数控制两个方面条件的同时，可以实现降低了PMD的光纤。
本发明的第18种形式是一种光纤，其特征在于，在所述纤芯中添加的锗浓度最多的位置处此浓度是在1.5wt％以下，而氟浓度也同样在1.5wt％以下。
由此，可以防止瑞利散射损耗的增大，从而能够实现低损耗的光纤。
本发明的第19种形式是一种光纤，其特征在于，对光纤预制件施加加捻操作，并进行拉丝，而使偏振模色散在0.01ps/√km以下。
由此，可以进一步实现PMD的降低。
本发明的第20种形式是一种光传输线路，其特征在于，它是由本发明的第1-19之一所记载的光纤与补偿该光纤的波长色散、色散倾斜的光纤组合而成。
由此，能够大大放宽色散补偿光纤中所允许的PMD的条件，另外能够在色散补偿光纤设计中保持余量，降低整个光传输线路中的PMD从而实现能以高速高质量传输的光传输线路。
如上所述，根据本发明，通过调整包层的热膨胀系数和纤芯的热膨胀系数，将构成纤芯的玻璃的热膨胀系数设为α1，构成包层的玻璃的热膨胀系数设为α2时，使下式成立：-2.5×10-7/℃≤α1-α2≤1.0×10-7/℃，来制造光纤，可以使偏振模色散在0.03ps/√km以下，可防止由于双折射而造成的信号脉冲形状的恶化，从而能实现以高速高质量传输的光传输线路。
另外，通过做到-1.5×10-7/℃≤α1-α2≤0/℃，来制造光纤，可以使偏振模色散在0.015ps/√km以下，从而能实现以高速高质量传输的光传输线路。
此外，通过使纤芯由基本纯粹的石英玻璃组成，而包层由添加了氟的石英玻璃组成，来制造光纤，能够相对提高包层的热膨胀系数，从而可实现保持最佳PMD的光纤。
通过使纤芯由添加了锗和/或氟的石英玻璃组成，包层由添加了氟的石英玻璃组成，来制造光纤，即使在纤芯内部保持折射率分布的情况，以及从耐氢特性角度看纤芯中需要掺杂物的情况下，也能实现在可以充分满足这些光学特性以及氢特性的同时还能同时满足PMD和其它特性的光纤。
通过在包层中增加氟并添加锗，由于能够改善耐氢特性，因此可以实现改进了长期可靠性的光纤。
设包层中添加的锗浓度为C2，设纤芯中添加的锗浓度设为C1时，通过实现C2-C1≥-0.5wt％，就能在满足折射率控制和热膨胀系数控制两个方面条件的同时，实现降低了PMD的光纤。
通过在所述纤芯中使添加的锗浓度在1.5wt％以下，氟浓度在0.5wt％以下，可以减小瑞利散射损耗，从而能够实现低损耗的光纤。
通过对光纤预制件施加加捻操作，并拉拉丝，可以使偏振模色散降低到0.01ps/√km以下。
以上效果不局限于带有1层纤芯和1层包层的光纤，在带有1层纤芯和2层包层的光纤，带有3层纤芯和1层或2层包层的光纤，带有4层纤芯和1层或2层包层的光纤中，通过使上述参数设定成与上述情况相同，也可以获得这样的效果。
此外，通过将本发明的光纤与补偿该光纤的波长色散、色散倾斜的光纤组合而构成光传输线路，能够大大放宽色散补偿光纤中所允许的PMD的条件，另外能够在色散补偿光纤设计中保持余量，降低整个光传输线路中的PMD从而实现能以高速高质量传输的光传输线路。
附图简述
图1A以及图1B是示明相对于光纤纵向的截面以及折射率分布的一个例子的图。
图2A以及图2B3是示明相对于光纤纵向的截面以及折射率分布的一个例子的图。
图3A以及图3B是示明相对于光纤纵向的截面以及折射率分布的一个例子的图。
图4A以及图4B是示明相对于光纤纵向的截面以及折射率分布的一个例子的图。
图5A以及图5B是示明相对于光纤纵向的截面以及折射率分布的一个例子的图。
具体实施方式
以下，详细说明本发明。
图1A以及图1B示明了本发明光纤的一个例子，图1A示明了相对于光纤纵向的截面的一个最简单的例子，图1A中，符号1是纤芯，符号2是形成于纤芯1周围的包层。图1B示出了该光纤折射率分布，纤芯1相对于包层2形成为具有较大的折射率。同样地，在图2-图5中示明了本发明光纤其它例子的截面结构以及折射率分布。
光纤的双折射如前所述那样，是由于纤芯1的不圆性而造成折射率分布的非圆性，以及由于因纤芯1的非圆而产生的应力偏离真正的圆分布的这2个原因造成。其中，传输用光纤中常用的标准的纤芯1和包层2的折射率差，具体而言，在比折射率差Δ为0.25％-0.7％的情况下，由于应力偏离真正圆分布所引起的要大。由于应力偏离真正圆分布引起的双折射，与带有同样非圆性的情况相比，纤芯和包层的热膨胀系数之差越大，则它变得越大。
为此，该例子中的光纤当减小PMD时，相对于比折射率差Δ约为0.3％的情况中的纤芯1和包层2的热膨胀系数之差约为3×10-7/℃的情况，在已有的具有添加了锗的纤芯的单模包层中，热膨胀系数之差变得很小。
另外，通过由于纤芯1的非圆性而造成折射率分布的非圆性所引起的双折射，以及由于因非圆性而产生的应力偏离真正圆分布而引起的折射率的符号相反，也可以降低PMD。即，通过使包层2的热膨胀系数比纤芯1的热膨胀系数大，能够谋求降低PMD。
在上述设计思想下，已经进行了目的在于降低PDM的研究。为了不使有关现行非圆性的成品率降低，如果将不圆度的上限设定为与现有技术的光纤相同程度的约为5％的条件，将构成纤芯1的玻璃的热膨胀系数设为α1，将构成包层2的玻璃的热膨胀系数设为α2时，可知为了使PDM在0.03ps/√km以下，可以控制在-2.5×10-7/℃≤α1-α2≤1.0×10-7/℃的范围，而为了使PDM在0.015ps/√km以下时，可以控制在-1.5×10-7/℃≤α1-α2≤0/℃的范围。
这里的热膨胀系数使用从软化温度附近直到室温的数值。所谓软化温度是用作指示玻璃状态的指标。软化温度随着材料、添加物的种类以及浓度、制造方法而变化。石英系列玻璃中，增加添加物时软化温度下降。举例来说，对于本发明人等制造的、添加了的1％重量氟的石英玻璃，则软化温度约为800℃。
其次，说明有关用来将纤芯1和包层2的热膨胀系数设定为上述范围的具体方法。
热膨胀系数会受到其构成材料组成的极大影响。例如，对于以1％重量掺杂锗的石英玻璃，已知对于石英玻璃，热膨胀系数变大到约为1.0×10-7/℃。因此，为了调整热膨胀系数，就需要仔细调查构成纤芯1和包层2的材料以及其组成比。另外，此时，即使满足作为一般传输用光纤的基本条件，例如，光学特性、传输损耗、相对的环境特性、机械特性、制造成本等条件，还需注意要研究材料及其组成比。
各种研究结果、满足纤芯1和包层2的热膨胀系数差以及作为一般传输用光纤的基本必要条件的纤芯1和包层2的材料及其组成比的组合如下所述。
首先，第1种组合为，在纤芯1中使用基本纯粹的石英玻璃，即表示不含杂质的通常使用的石英玻璃，在包层2中使用添加了氟的石英玻璃。氟有降低折射率的作用，并且如果添加氟，在假设温度附近，热膨胀系数就变大。因此，由于纤芯1的折射率相对变高，作为波导结构没有问题，而由于包层的热膨胀系数相对提高，故能够制造保持最佳PMD的光纤。
第2种组合考虑了制造性、耐氢特性、光学特性等因素，在纤芯1中添加锗和氟中的一种或两种，在包层2中使用添加氟的石英玻璃。根据光学特性的要求，即使在纤芯1内部有折射率分布的情况，以及根据耐氢特性在纤芯1中需要掺杂剂的情况，也能在充分满足这些光学特性以及氢特性的同时，还能同时满足PMD和其它特性。
通过以上组合，能够使波长1550nm下的传输损耗在0.20dB/km以下。
在添加提高耐氢特性的掺杂剂的情况下，即使纤芯1中一律添加掺杂剂也没有问题，但是根据光学特性的要求，在纤芯1内部有折射率分布的情况下，由于添加物除影响热膨胀系数外，还影响折射率的，因此需要形成满足光学特性的折射率分布。为此，需要实现满足热膨胀系数以及折射率分布两方面要求的掺杂剂的分布，由于折射率分布随着要求的光学特性而变化，因此，此时需要进行考虑到了热膨胀系数的掺杂剂分布设计。
另外，考虑耐氢特性，在包层2中同时添加锗的情况，对于长期可靠性更为重要的海底用光纤等是更为理想的。
对于锗而言，在添加到石英玻璃中的情况下，由于热膨胀系数的变化(上升)大，在作为掺杂剂使用时需要特别注意。即在为了控制折射率而使用锗的情况中，纤芯1的锗的添加量与包层2的锗添加量相比相差很大时，纤芯1的热膨胀系数就变大就存为问题。
为了实现低PMD，估计了纤芯1的锗的添加量与包层2的锗添加量之差的上限，设在包层2中添加的锗浓度为C2，在纤芯1中添加的锗浓度为C1，如果C2-C1≥-0.5wt％，则PMD在0.03ps/√km以下，可知得到了良好的PMD值。对于纤芯1中的锗浓度在0.5wt％以下的情况，则不需要对包层2添加锗。
由于锗以及氟会增大作为传输损耗主要原因的瑞利散射损耗，因此为了降低传输损耗，最好使锗浓度于最多处也在1.5wt％以下，氟的浓度也同样最好在1.5wt％以下。
在将这样的光纤拉丝时，若在进行拉丝时于光纤中添加加捻操作，则能够进一步降低PMD，具体来说，可以使PMD在0.01ps/√km以下。
在上例的光纤中，调整包层2的热膨胀系数和纤芯1的热膨胀系数，设构成纤芯1的玻璃的热膨胀系数为α1，使构成包层2的玻璃的热膨胀系数设为α2，通过在满足-2.5×10-7/℃≤α1-α2≤1.0×10-7/℃条件下来制造光纤，可以使偏振模色散在0.03ps/√km以下，从而能防止由于双折射造成的信号脉冲形状的恶化，实现可以高速高质量传输的光纤。
另外，通过在满足-1.5×10-7/℃≤α1-α2≤0/℃条件下制造光纤，可以使偏振模色散在0.015ps/√km以下，实现可以高速高质量传输的光纤。
通过使纤芯1由基本纯的石英玻璃组成，包层2由添加了氟的石英玻璃组成来制造光纤，可以相对提高包层2的热膨胀系数，从而能够实现具有最佳PMD的光纤。
通过使纤芯1由添加了锗和/或氟的石英玻璃组成，包层2由添加了氟的石英玻璃组成来制造光纤，即使在纤芯1内部有折射率分布的情况，以及从耐氢特性角度看纤芯1中需要掺杂物的情况，也能实现在可以充分满足这些光学特性以及氢特性的同时还能同时满足PMD和其它特性的光纤。
通过在包层2中添加氟并添加锗，由于能够提高耐氢特性，因此可以实现长期可靠性高的光纤。
设包层2中添加的锗浓度设为C2而纤芯1中添加的锗浓度为C1时，通过使C2-C1≥-0.5wt％，就能在满足折射率控制和热膨胀系数控制两方面条件的同时，实现降低了PMD的光纤。
通过使添加在纤芯1中的锗浓度即使在其最多处也在1.5wt％以下，氟浓度也同样在1.5wt％以下，可以减小瑞利散射损耗，从而能够实现低损耗的光纤。
通过对光纤预制件施加加捻操作，进行拉丝，可以使偏振模色散在0.01ps/√km以下。
本发明的光纤折射率分布不局限于图1所示的1层纤芯和1层包层所造成的折射率分布。
图2A以及2B是假定带有1层纤芯和2层包层、外侧包层2b的折射率比内侧包层2a的折射率高、主要由石英玻璃组成材料的光纤。这种情况下，设构成纤芯的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部分中热膨胀系数最小部分的玻璃的热膨胀系数为α2，且使α1和α2满足上述关系。
该光纤中，通过使包层由至少添加了氟的石英玻璃组成，纤芯由基本纯的石英玻璃组成，或者使纤芯由添加了锗和/或氟的石英玻璃组成，可以使其波长1550nm下的传输损耗在0.22dB/km以下。
图3A-图4B是带有3层纤芯和1层或2层包层、外侧包层2b的折射率高于或等于内侧包层2a的折射率中央纤芯1a的折射率也比环形槽1b的折射率高，环形槽1b的折射率比环形纤芯1c的折射率低，环形纤芯1c的折射率比包层2或内侧包层2a以及外侧包层2b的折射率高，并且主要由石英为主而构成的材料组成，此时，设构成纤芯各部分中热膨胀系数最大的部分的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部分中热膨胀系数最小的部分的玻璃的热膨胀系数为α2，且使α1和α2满足上述关系。
该光纤中，通过包层由至少添加了氟的石英玻璃组成，纤芯由基本纯的石英玻璃组成，或者纤芯由添加了锗和/或氟的石英玻璃组成，可以使其在波长1550nm下的传输损耗在0.25dB/km以下。
图5是带有4层纤芯和1层或2层包层、外侧包层2b的折射率高于或等于内侧包层2a的折射率中央纤芯1a的折射率也比内侧环形槽1b的折射率低，内侧环形槽1b的折射率比环形槽1c的折射率高，环形槽1c的折射率比外侧环形纤芯1d的折射率低，外侧环形纤芯1d的折射率比包层2或内侧包层2a以及外侧包层2b的折射率高，并且主要由石英玻璃为主而构成的材料组成，此时，设构成纤芯各部分中热膨胀系数最大的部分的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部中热膨胀系数最小的部分的玻璃的热膨胀系数为α2，且使α1和α2满足上述关系。
该光纤中，通过使包层由至少添加了氟的石英玻璃组成，纤芯由基本纯的石英玻璃组成，或者纤芯由添加了锗和/或氟的石英玻璃组成，可以使其在波长1550nm下的传输损耗在0.30dB/km以下。
其次，说明有关本发明的光传输线路的例子。
本发明的光传输线路是由上述光纤、以及补偿该光纤的波长色散、色散倾斜的光纤组合而成。
为了长距离传输，通过使用用来补偿传输用光纤的波长色散以及色散倾斜的色散补偿光纤，可以实现能降低信号失真的复用光传输线路，在这样的光传输线路中使用本发明的光纤时，由于本发明的光纤的PMD小，色散补偿光纤中允许的PMD条件大大放宽，从而可以在色散补偿光纤的设计中保持余量。另外，通过使色散补偿光纤的PMD与现有技术中的基本相同，也能够降低整个光传输线路的PMD。
以下，示明具体例子。
(实施例1)
对于有图1A以及1B中示明的折射率分布的光纤，制造了在纤芯中添加锗的光纤(试制件1)，纤芯基本原样的为纯石英而在包层中添加氟的光纤(试制件2)，比较它们的PMD。
试制件1为在纤芯中包含约2.7wt％的锗，在包层中除了用来脱水的极其微量的氯之外便是不包含有意添加的杂质的石英。另外，试制件2在包层中包含约1.1wt％的氟，在纤芯中除了用来脱水的极其微量的氯之外，便是不包含有意添加的杂质的石英玻璃料。上述任何一种光纤，纤芯和包层的比折射率差都约为0.33％。
试制件1中，PMD约为0.065ps/√km，试制件2中PMD约为0.012ps/√km，对于试制件2，通过拉丝制造光纤时，PMD可以降低到约0.004ps/√km。此时，可以将热膨胀系数之差α1-α2估计为-0.8×10-7/℃(试制件1中为3.3×10-7/℃)。另外，还可以获得与试制件1相同的除了PMD之外的光学特性。
(实施例2)
对于有图1A以及图1B示明的折射率分布的光纤，试制了在包层中包含约2.2wt％的氟，在纤芯中除了用来脱水的极其微量的氯之外，不包含有意添加的杂质的石英玻璃料的光纤(试制件3)。
纤芯和包层的比折射率差约为0.69％。PMD约为0.026ps/√km，通过拉丝制造光纤时，PMD约为0.010ps/√km。此时，可以将热膨胀系数之差α1-α2估计为-1.7×10-7/℃。
(实施例3)
对于有图1A以及图1B示明的折射率分布的光纤，试制了在包层中添加约0.9wt％的氟，在纤芯中添加约0.4wt％的锗的光纤(试制件4)。
纤芯和包层的单位折射率差约为0.33％。PMD约为0.009ps/√km，通过拉丝制造光纤时，PMD约为0.006ps/√km。
另外，在光学特性以及氢特性方面都没有问题。
(实施例4)
对于有图1A以及图1B示明的折射率分布的光纤，试制了在包层中添加约1.1wt％的氟，在纤芯中添加约0.4wt％的锗以及约0.14wt％的氟的光纤(试制件5)。
纤芯和包层的比折射率差约为0.34％。PMD约为0.015ps/√km，通过拉丝制造光纤时，PMD约为0.006ps/√km。
(实施例5)
对于有图1A以及图1B示明的折射率分布的光纤，试制了在包层中添加约1.3wt％的氟和约0.4wt％的锗，在纤芯中添加约0.4wt％的锗以及约0.2wt％的氟的光纤(试制件6)。
纤芯和包层的比折射率差约为0.33％。PMD约为0.021ps/√km，通过拉丝制造光纤时，PMD约为0.008ps/√km。
(实施例6)
对于有图2A以及图2B示明的折射率分布的光纤，试制了这样的光纤：在外侧包层2b中添加约1.0wt％的氟和约0.4wt％的锗，在内侧包层2a中添加约1.2wt％的锗以及约0.4wt％的氟，在纤芯中添加0.4wt％的锗和约0.2wt％的氟(试制件7)。
纤芯和包层的比折射率差约为0.25％。PMD约为0.011ps/√km，通过拉丝制造光纤时，PMD约为0.005ps/√km。
(实施例7)
对于有图4A以及图413示明的折射率分布的光纤，试制了这样的光纤：在外侧包层2b中添加约1.4wt％的氟和约0.8wt％的锗，在内侧包层2a中添加约2.0wt％的氟以及约0.8wt％的锗，在环形纤芯1c中添加0.8wt％的锗和约0.7wt％的氟，在环形槽1b中添加约1.4wt％的氟，在中央纤芯1a中添加约1.2wt％的锗(试制件8)。
中央纤芯和外侧包层的比折射率差约为0.50％。PMD约为0.027ps/√km，通过拉丝制造光纤时，PMD约为0.009ps/√km。
(实施例8)
对于有图5A以及图5B示明的折射率分布的光纤，试制了这样的光纤：在外侧包层2b中添加约1.6wt％的氟和约0.8wt％的锗，在内侧包层2a中添加约1.8wt％的氟以及约0.8wt％的锗，在外侧环形纤芯1d中添加0.8wt％的锗和约0.7wt％的氟，在环形槽1c中添加约1.4wt％的氟，在内侧中央纤芯1b中添加约1.3wt％的锗，在中央环形槽1a中添加约1.2wt％的氟(试制件9)。
中央纤芯和外侧包层的比折射率差都约为0.53％。PMD约为0.026ps/√km，通过拉丝制造光纤时，PMD约为0.009ps/√km。
(比较例1)
对于有图4A以及图4B示明的折射率分布的光纤，试制了这样的光纤：在外侧包层2b中添加约1.2wt％的氟和约0.7wt％的锗，在内侧包层2a中添加约1.7wt％的氟以及约0.7wt％的锗，在环形纤芯1c中添加0.7wt％的锗和约0.6wt％的氟，在环形槽1b中添加约1.4wt％的氟，在中央纤芯1a中添加约1.8wt％的锗(试制件10)。
中央纤芯和外侧包层的比折射率差约为0.50％。PMD约为0.054ps/√km。
(比较例2)
对于图3A以及图3B示明的折射率分布的光纤，试制了这样的光纤：在包层2中添加约1.1wt％的氟，在环形纤芯1c中添加约0.4wt％的锗和约0.3wt％的氟，在环形槽1b中添加约0.4wt％的锗以及约1.5wt％的氟，在中央纤芯1a中添加约2.4wt％的锗和约0.2wt％的氟(试制件11)。
中央纤芯和外侧包层的比折射率差约为0.60％。PMD约为0.090ps/√km，通过拉丝制造光纤时，PMD约为0.060ps/√km。

Claims (20)

1.一种具有1层纤芯和1层包层、以石英玻璃为主要构成材料而形成的光纤，其特征在于，设构成纤芯的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层的玻璃的热膨胀系数为α2时，-2.5×10-7/℃≤α1-α2≤1.0×10-7/℃且偏振模色散在0.03ps/√km以下。
2.权利要求1记载的光纤，其特征在于，该光纤有一层纤芯和一层包层，以石英玻璃为主要构成材料而形成，设构成纤芯的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层的玻璃的热膨胀系数为α2时，-1.5×10-7/℃≤α1-α2≤0/℃且其偏振模色散在0.015ps/√km以下。
3.权利要求1或2记载的光纤，其特征在于，包层由至少添加了氟的石英玻璃组成，纤芯由基本上纯粹的石英玻璃组成，或纤芯由添加了锗和/或氟的石英玻璃组成，此光纤在波长1550nm下的传输损耗为0.20dB/km以下。
4.权利要求3中记载的光纤，其特征在于，在所述包层中添加氟，并添加锗，改善氢特性。
5.一种光纤，具有1层纤芯和2层包层，外侧包层的折射率高于内侧包层的折射率，并且以石英玻璃为主要构成材料形成，其特征在于，设构成纤芯的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部分中热膨胀系数最小的部分的玻璃的热膨胀系数为α2时，-2.5×10-7/℃≤α1-α2≤1.0×10-7/℃且其偏振模色散在0.03ps/√km以下。
6.权利要求5中记载的光纤，具有1层纤芯和2层包层，外侧包层的折射率高于内侧包层的折射率，并且以石英玻璃为主要构成材料形成，其特征在于，设构成纤芯的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部分中热膨胀系数最小的部分的玻璃的热膨胀系数为α2时，-1.5×10-7/℃≤α1-α2≤0/℃且其偏振模色散在0.015ps/√km以下。
7.权利要求5或6中记载的光纤，其特征在于，包层由至少添加了氟的石英玻璃组成，纤芯由基本上纯粹的石英玻璃组成或由添加了锗和/或氟的石英玻璃组成，此光纤在波长1550nm下的传输损耗在0.22dB/km以下。
8.权利要求7中记载的光纤，其特征在于，在所述包层的各部分中的任何一个或全部中添加氟且添加锗，改善氢特性。
9.一种光纤，具有3层纤芯和1层或2层包层，外侧包层的折射率高于或等于内侧包层的折射率，中央纤芯的折射率也比环形槽的折射率高，环形槽的折射率比环形纤芯的折射率低，环形纤芯的折射率比包层或内侧包层以及外侧包层的折射率高，并且以石英玻璃为主要构成材料形成，其特征在于，设构成纤芯各部分中热膨胀系数最大的部分的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部分中热膨胀系数最小的部分的玻璃的热膨胀系数为α2时，-2.5×10-7/℃≤α1-α2≤1.0×10-7/℃且其偏振模色散为0.03ps/√km以下。
10.权利要求9中记载的光纤，具有有3层纤芯和1层或2层包层，外侧包层的折射率高于或等于内侧包层的折射率，中央纤芯的折射率也比环形槽的折射率高，环形槽的折射率比环形纤芯的折射率低，环形纤芯的折射率比包层或内侧包层以及外侧包层的折射率高，并且以石英玻璃为主要构成材料形成，其特征在于，设构成纤芯各部分中热膨胀系数最大的部分的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部分中热膨胀系数最小的部分的玻璃的热膨胀系数为α2时，-1.5×10-7/℃≤α1-α2≤0/℃且偏振模色散为0.015ps/√km以下。
11.权利要求9或10中记载的光纤，其特征在于，包层的各部分由至少添加了氟的石英玻璃组成，纤芯的各部分由基本上纯粹的石英玻璃组成或由添加了锗和/或氟的石英玻璃组成，此光纤在波长1550nm下的传输损耗在0.25dB/km以下。
12.权利要求11中记载的光纤，其特征在于，在所述包层的各部在中的任何一个或全部中，添加氟且添加锗，改善氢特性。
13.一种光纤，具有4层纤芯和1层或2层包层，外侧包层的折射率高于或等于内侧包层的折射率，中央槽的折射率也比内侧环形纤芯的折射率低，内侧环形纤芯的折射率比环形槽的折射率高，环形槽的折射率比外侧环形纤芯的折射率低，外侧环形纤芯的折射率比包层或内侧包层以及外侧包层的折射率高，并且以石英玻璃为主要构成材料形成，其特征在于，设构成纤芯各部分中热膨胀系数最大的部分的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部分中热膨胀系数最小的部分的玻璃的热膨胀系数为α2时，-2.5×10-7/℃≤α1-α2≤1.0×10-7/℃且其偏振模色散在0.03ps/√km以下。
14.权利要求13中记载的光纤，其特征在于，具有4层纤芯和1层或2层包层，外侧包层的折射率高于或等于内侧包层的折射率，中央槽的折射率也比内侧环形纤芯的折射率低，内侧环形纤芯的折射率比环形槽的折射率高，环形槽的折射率比外侧环形纤芯的折射率低，外侧环形纤芯的折射率比包层或内侧包层以及外侧包层的折射率高，并且以石英玻璃为主要构成材料形成，设构成纤芯各部分中热膨胀系数最大的部分的玻璃的热膨胀系数为α1，构成包层各部分中热膨胀系数最小的部分的玻璃的热膨胀系数为α2时，-1.5×10-7/℃≤α1-α2≤0/℃且其偏振模色散为0.015ps/√km以下。
15.权利要求13或14中记载的光纤，其特征在于，包层的各部分由至少添加了氟的石英玻璃组成，纤芯的各部由基本上纯粹的石英玻璃组成或由添加了锗和/或氟的石英玻璃组成，此光纤在波长1550nm下的传输损耗为0.30dB/km以下。
16.权利要求15中记载的光纤，其特征在于，在所述包层的各部分中的任何一个或全部中，添加氟且添加锗，改善氢特性。
17.权利要求4、8、12、16中任一项所记载的光纤，其特征在于，设所述包层的各部分中添加的锗最少的部分的锗浓度为C2，且设在所述纤芯中添加的锗最多的部分的锗浓度为C1，则C2-C1≥-0.5wt％。
18.权利要求3、4、7、8、11、12、15、16中任一项所记载的光纤，其特征在于，所述纤芯中添加的锗浓度在最多处也在1.5wt％以下，而氟浓度同样在1.5wt％以下。
19.权利要求1到18中的任一项所记载的光纤，其特征在于，对光纤预制件施加加捻操作并进行拉丝，使偏振模色散为0.01ps/√km以下。
20.一种传输线路，其特征在于，它是由权利要求1到19中的任一项所记载的光纤，与补偿该光纤的波长色散、色散倾斜的光纤组合而成。
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