DE4127868C2 - Einmoden-Faser mit rampenförmigem Brechzahl-Profil - Google Patents
Einmoden-Faser mit rampenförmigem Brechzahl-ProfilInfo
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- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
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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.
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DE19914127868 Expired - Fee Related DE4127868C2 (de) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | Einmoden-Faser mit rampenförmigem Brechzahl-Profil |
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