DE4127868C2 - Einmoden-Faser mit rampenförmigem Brechzahl-Profil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einmoden-Faser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Einmoden-Fasern können nach verschiedenen Methoden hergestellt werden. Eine der häufigsten Methoden ist die Außenbeschichtung eines Stabes. Weiter zu erwähnen wäre die Innenbeschichtung eines Rohres und eine besondere Variante der Außenbeschichtung, bei der nicht längs einer Mantellinie beschichtet wird, sondern das dotierte Quarzmaterial auf der Stirnfläche des sog. Dorns abgeschieden wird. Mit all diesen Verfahren ist es möglich, einen radialen Verlauf der Brechzahl herzustellen.

Insbesondere hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den inneren Mantel gegenüber dem äußeren Mantel aus reinem Silicium in der Brechzahl abzusenken. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus Electronics Letters, July 1979, Vol. 15, no. 14 pp. 411-413 beschrieben. Die europäische Patentanmeldung EP-A-41 864 beschreibt einen optischen Wellenleiter, welcher - von innen nach außen - folgenden Aufbau besitzt: einen Kern axialer Sym­ metrie aus SiO₂ dotiert mit GeO₂, gefolgt von einer ersten inneren Mantelschicht, welche bezüglich der Brechzahl gegenüber der nächsten Schicht aus reinem Silicium (welche den äußeren Mantel darstellt) abgesenkt ist. Diese innere Mantelschicht wird mit P₂O₅ dotiert, um die Prozeßtemperatur zu senken. Es ist nämlich sehr schwer, reines Silicium aufzuschmelzen und den Ziehprozeß unter Kontrolle zu bringen. Man stellt sich vor, daß sich beim Abkühlen und bei großen Unterschieden in der Schmelztemperatur große Spannungen in der Faser ergeben, welche zur Erhöhung der optischen Verluste beitragen.

Insbesondere besitzt Phosphor einen erhöhten Streuquerschnitt und trägt damit auch maßgeblich zur Streuung der nicht nur im Kern der optischen Faser geführten Lichtwelle bei. Insbesondere haben die Teile des Mantels, die unmittelbar dem Kern benachbart sind, Einfluß auf die Dämpfung der gesamten Faser, da die Licht­ welle im Mantelbereich etwa exponentiell mit der Entfernung vom Kern abnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Faser mit geringerer Dämpfung zu schaffen, welche sich leicht herstellen läßt und bei konstanter Dispersion, Grenzwellenlänge und Durch­ messer des Feldes der optischen Moden außerdem die Krümmungsemp­ findlichkeit reduziert.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Erfindung eignet sich für Fasern in allen Bereichen der optischen Übertragung, insbesondere jedoch für Fasern mit gerin­ gen Dämpfungsverlusten für die Fortleitung optischer Signale über längere Strecken.

Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß zur Herstellung der Fasern eine geringere Menge an Germanium und Phosphor benötigt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert; dabei zeigt die Figur im oberen Teil einen Verlauf der Brechzahl nach dem Stand der Technik und im unteren Teil einen Verlauf der Brechzahl längs eines Durchmessers gemäß der Erfindung.

Wie die Figur zeigt, ist bei der Erfindung der Kernbereich, der für die Lichtwellenleitung der Einzelmode verantwortlich ist, wesentlich schmaler. Dies wird bei einer Germaniumdotierung da­ durch erreicht, daß ab dem Radius a die Germaniumdotierung prak­ tisch wegfällt und der innere Mantel nur noch mit Phosphor und Fluor dotiert wird. Dabei wird das rampenförmige Profil noch da­ durch erzielt, daß auch weniger Fluor verwendet wird, so daß die Brechzahl ansteigt. Das Fluor hatte ja die Aufgabe, die Ernied­ rigung der Brechzahl durch Phosphor teilweise wieder aus­ zugleichen. Der Wert für Δn⁺ im eigentlichen Kernbereich ist konstant, während Δn⁻ im eigentlichen Mantelbereich konstant ist. Da der Durchmesser des Kernbereichs 2a kleiner wird, spart man an Germaniumdotierung. Im Bereich der Durchmesser von 2a′ bis 2a verläuft die Brechzahl in Form einer Rampe. Das bedeutet eine geringere Dotierung an Phosphor und Germanium um den Kern herum. Im Vergleich zum Stand der Technik gibt es verschiedene Möglichkeiten zur Reduzierung der Dotierung, beispielsweise wird die Fluordotierung reduziert. Gleicherweise kann die Anhebung der Brechzahl in der Rampe durch Reduktion der Phosphordotierung erreicht werden. Mit der Erniedrigung der Phosphordotierung geht die Reduktion von Fluor Hand in Hand.

Für die einzelnen Bemessungsgrößen der Radien und der Brechungsindices werden im folgenden acht Beispiele angegeben; dabei gelten die Beispiele 1 bis 4 für einen linearen Verlauf der Rampe und die Beispiele 5 bis 8 für einen parabolischen Verlauf der Brechzahl in diesem Bereich.

• 1. a′/a = 1,1 Kerndurchmesser 2a = 8,22 µm bei einer Differenz von Rampen und Kerndurchmesser von 2a′-2a = 8,22 µm. Dabei sind die Brechzahlen bezogen auf reines Silicium im abgesenkten Mantelbereich Δn^- = 1,2×10^-3 und der höchste Brechzahlunterschied zwischen Kern und Mantel Δn⁺ = 4,01×10^-3.
• 2. Für a′/a = 1,5 ergibt sich 2a = 7,66 µm und 2′- 2a = 3,8 µm. Hier ist Δn⁺ = 4,25×10^-3 bei gleichem Δn^- wie im Beispiel 1.
• 3. a′/a = 2,0 bedeutet, daß man 2a = 6,82 µm wählen muß bei einem Δn⁺ von 4,94×10^-3 und 2a′-2a = 6,82 µm.
• 4. Wenn man a′/a = 2,5 wählt, so benötigt man einen Kerndurchmesser von 2a = 6,06 µm und eine Durchmesserdifferenz von 9,09 µm zwischen Rampenbereich und Kernbereich. Der Brechzahlunterschied Δn⁺ beträgt 5,95×10^-3.
• 5. Wählt man a/a = 1,5, so ergibt sich 2a = 7,87 µm, 2a′- 2a = 3,9 µm und Δn⁺ = 4,1×10^-3 bei Δn^- = 1,2×10^-3 wie bei allen Beispielen.
• 6. a′/a = 2,0 ergibt 2a = 7,55 µm, 2a′-2a = 7,55 µm, und Δn⁺ = 4,39×10^-3.
• 7. Wählt man a′/a = 2,5, so ergeben sich Werte von 2a = 7,34 µm, 2a′-2a = 11,01µm und Δn⁺ = 4,61×10^-3.
• 8. Bei einem Extremverhältnis von a′/a = 3,0 ist 2a = 7,20 µm, 2a′-2a = 14,4 µm und Δn⁺ = 4,78×10^-3.

Claims (3)

1. Einmoden-Faser, bestehend aus Kern sowie innerer und äußerer Mantelzone, mit rampenförmigem Brechzahlprofil bei konstanter Dotierung des Kernbereiches der Faser und wobei die Brechzahl der inneren Mantelzone gegenüber derjenigen der äußeren Mantelzone abgesenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechzahl der inneren Mantelzone bis zu einem Zwischenwert der Brechzahl in der Kernzone monoton ansteigt.

2. Einmoden-Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone des monotonen Ansteigens der Brechzahl durch zwei Radien (a, a′) beschrieben wird, deren Differenz (a′-a) höchstens doppelt so groß ist wie der Radius der Kernzone (a).

3. Einmoden-Faser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Änderung des Kernradius von 3 auf 4,5 µm der Radius (a′) des äußeren Bereichs von 11 auf 4,5 µm abnimmt, wobei die Abnahme der Brechzahl im Bereich des Anstiegs (Rampe) 1,2±0,2 beträgt und die Brechzahl gegenüber dem abgesenkten Mantelbereich von 4×10^-3 bis 6×10^-3 vari­ iert.