DK163454B - Optisk, single-mode boelgelederfiber - Google Patents

Description

i

DK 163454 B

Opfindelsen angår en optisk bølgelederfiber til single-mode-transmission af lysbølger.

Der er udviklet optiske single-mode-bølgelederfib-re, hyor der opnås transmissionstab på helt ned til 0,5 5 dB/km og 0,2 dB/km ved bølgelængder på henholdsvis 1300 run og 1550 nm. På grund af de lave tab og de store båndbredder, der generelt fås hos single-mode-fibre, har sådanne fibre store muligheder som langdistance-transmissionsfibre. Deres eventuelt store båndbredde kan midler-10 tid kun opnås, såfremt udformningen optimeres således, at den totale spredning Dfc for HE-bølgetypen ved ar-bejdsbølgelængden er lig med nul eller så vidt muligt bragt i nærheden af nulværdien.

Hos single-mode-bølgeledere afhænger den totale 15 spredning af materialespredningen Dm og af bølgeleder-spredningen Dw· For en given fiberkomposition afhænger materialespredningen af bølgelængden. For fibre med stort indhold af siliciumoxid udviser kurven for materialespredningen som funktion af bølgelængden eksempelvis 20 et nulpunkt ved en bølgelængde nær ved 1280 nm. Der kan udvikles single-mode-fibre med total spredning lig med nul ved en vilkårlig bølgelængde inden for et område af bølgelængder op over den, ved hvilken kurven for materialespredning har nulværdi. Dette kan opnås ved at til-25 passe bølgelederspredningen således, at den opvejer materialespredningen ved en given bølgelængde, der vælges af hensyn til lav fiberdæmpning og/eller tilgængelige lyskilder. Bølgelederspredningen kan tilpasses ved ændring af kerneradius a, af kerne-index-profilen eller 30 den relative kerne/kappe-indexdifferens Δ. Størrelsen Δ 2 2 2 defineres ved ligningen Δ = (n^ - nj )/2n^ , hvor n^ er spidsværdien af kernens brydningsindex, og n£ er kappens brydningsindex. Metoder til tilpasning af nulspredningsbølgelængden er omtalt i en artikel af U.C. paek: "Dis-35 persionless Single-Mode Light Guides With « Index Profiles", The Bell System Technical Journal, Bind 60, Nr.5, maj-nuni 1981, side 583-598, og i en artikel af L.G.Cohen:

DK 163454B

2 "Tailoring Zero Chromatic Dispersion Into The 1,5-1,6 ym Low-Loss Spectral Region of Single-Mode Fibers", Electronics Letters, Bind 15, Nr.12, 7.juni 1979, side 134-135.

Medens læren fra nævnte to artikler giver mulighed 5 for tilpasning af nulspredningsbølgelængden, har disse udformninger en ugunstig indvirkning på andre parametre.

For at opnå de laveste systemtab er det nødvendigt at optimere sådanne parametre som pletstørrelsen wQ og forholdet wQ/a, der er afgørende for tabene ved henholdsvis 10 splejsning og mikrobøjning. Arbejdet på single-mode step-index-bølgeledere med Δ på ca. 0,3% viser også, at en sådan værdi af Δ kan være for lav, for så vidt angår tabene ved mikrobøjning. For konventionelle fibre med step-index eller «-kerneindexprofiler og med Δ-værdier på mere 15 end ca. 0,3% er det vanskeligt at opfylde det krav, at nulspredningsbølgelængden \Q skal være tæt ved, dvs. inden for 5 nm fra laserkildens bølgelængde, når kildens bølgelængde vælges til at være på ca. 1300 nm med henblik på reduktion af tabbidraget på grund af OH-absorption, 20 der har maksimum ved 1380 nm.

Artiklen af U.C. Påek fremhæver, at når bølgelængden bliver større, må bølgelederradius blive mindre, og at der ved større bølgelængder må kompenseres for et meget større omfang af materialespredning ved bølgeleder-25 spredning. Dette kræver en større præcision i bølgeleder-parametrene, når bølgelederen udformes til at fungere ved materialenulspredning. Hvis bølgelederradius gøres meget lille for at kompensere for materialespredning, får man alt for store tab ved mikrobøjning.

30 For den bølgeleder af w-typen, der er beskrevet i US patent nr. 3.997.241, er der én yderligere parameter, man kan ændre for at ændre bølgelederspredningen. Fibren består af en kerne med konstant, relativt højt brydnings-index n^, omgivet af en indre beklædning med relativt lavt 35 brydningsindex qn1 og en ydre beklædning med mellemliggende brydning s index pn-^. Da denne udformning giver en forøgelse af Vc kalkuleret til at være på 3,8327, kan 3

DK 163454 B

lyset forplante sig i single-mode gennem en kerne, der har radius større end den tilladelige i konventionelle step-index bølgeledere. Den normaliserede frekvens V udtrykkes ved formlen: 5 T7 2fra v/ 2 2 V = — S - n2

Størrelsen V betegner single-mode-grænsefrekvensen.

Ved teknikken i henhold til ovennævnte patentskrift får 10 man også en reduktion af bøjningstabene. Denne udformning giver en total spredning lig med nul eller næsten lig med nul over et bredt arbejdsbånd, men for at opnå et sådant bredt bånd, må indexet gn1 for mellemlaget være relativt lav, og indexet pn^ for den ydre beklæd-15 ning være relativt tæt på kernens index. I henhold til læren fra nævnte patentskrift bør størrelsen (n-pn)/(n-qn) være mindre end 0,1. En så lav værdi af forholdet (n-pn)/(n-qn) bevirker, at der er kritiske fremstillingstolerancer, og små ændringer i et lags brydnings-20 index kan have stor indflydelse på hældningen af bølgelederens spredningskurve. Når spredningskurvens hældning afviger fra den beregnede værdi, er der en tilsvarende reduktion af bredden af det bølgelængdeområde, hvor der kan fås lav spredning.

i 25 Den optiske fiber i henhold til nævnte patentskrift har en lav værdi af normaliserede frekvens ', under hvilken der ikke fås single-mode forplantning. Som det fremgår af fig. 2 i nævnte patentskrift er der singlemode forplantning i det normaliserede frekvensområde 30 mellem V^1 og ^2' ' N^r in^exet pn·^ for den ydre beklædning forøges for således at opfylde den foretrukne relation for (n-pn)/(n-qn), vil det V-værdiområde, over hvilket driften i single-mode finder sted, derfor i praksis blive mindre, hvilket igen gør denne udformning 35 stærkt afhængig af fremstillingstolerancerne.

4

DK 163454 B

Opfindelsen giver anvisning på en optisk, single-mode bølgeleder, der udviser lille spredning over et bredt område af bølgelængder, og som ikke udsættes for de ovenfor nævnte begrænsninger ved den kendte teknik.

5 Et andet formål med opfindelsen er at skabe en op tisk, single-mode bølgeleder, der har en relativt stor kerneradius, og som udviser en relativt lille spredning ved mikrobøjning.

Et yderligere formål med opfindelsen er at skabe 10 en optisk, single-mode bølgeleder med lille spredning over et bredt område af bølgelængder, uden nedre grænsefrekvens eller med en nedre grænsefrekvens placeret langt bort fra arbejdsområdet.

Med henblik herpå er en optisk, single-mode-bøl-15 gelederfiber af den art, der omfatter en kerne af transparent materiale med et maksimalt brydningsindex n^ og en radius a, og et lag af transparent beklædningsmateriale på ydersiden af kernen, hvilken beklædning har et brydningsindex mindre end n^, og hvor kernen 20 omfatter en central del omgivet af mindst to koncentriske parter, og hvor den centrale del af den inderste af de nævnte koncentriske parter er adskilt fra hinanden ved hjælp af et område med nedsat brydningsindex, og to hosliggende parter er adskilt fra hinanden ved 25 hjælp af et område med nedsat brydningsindex, idet den inderste radius a^ af det inderste af de nævnte områder med nedsat brydningsindex er større end 0, og den maksimale radius aQ af det yderste af disse områder med nedsat brydningsindex er mindre end a, ifølge opfindelsen 30 ejendommelig ved, at brydningsindexværdierne for nævnte i parter og nævnte områder, samt disses respektive radius- ' værdier er således, at fibren er en single-mode-fiber ved mindst én bølgelængde, ved hvilken fibren er velegnet til brug som langdistancetransmissionsfiber.

35 Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning, hvor 5

DK 163454 B

fig. 1 viser et tværsnit gennem en optisk bølgele-derfiber i overensstemmelse med opfindelsen, fig. 2, 3 og 7-10 forskellige brydningsindex-profiler, der opfylder betingelserne i henhold til opfindel-5 sen, fig. 4 en graf, der angiver variationen af størrelsen Vd^Vb/dV^ i afhængighed af forholdet V/V , og fig. 5 og 6 kurver, der angiver spredningen i afhængighed af bølgelængden for to fibre, og 10 fig. 7-10 brydningsindexprofilerne hos udførel sesformer for opfindelsen.

De i fig. 1-6 viste udførelsesformer er ikke i henhold til opfindelsen og har kun til formål at bidrage til forklaring af opfindelsen.

15 Opfindelsen angår en optisk, single-mode bølgele- derfiber, hvis kerne har ét eller flere områder med reduceret brydningsindex.

Den i fig. 1 viste optiske bølgeleder har en kerne med et indre område 10 og et ydre område 12 og ét 20 enkelt mellemliggende område 14 med nedsat brydningsindex n^. En af de mange brydningsindex-profiler, der opfylder betingelserne i henhold til opfindelsen, er vist i fig. 2, hvor det indre kerneområde 19a og det ydre kerneområde 19b begge har brydningsindex n-^. Selvom 25 disse to kerneområder har det samme brydningsindex, kan de have forskellig beskaffenhed. Kernen er omgivet af et beklædningslag 16 med brydningindex n2. Denne beklædning kan have et nedsat brydningsindex som vist ved den fuldt optrukne streg 20 eller et ikke-nedsat bryd-30 ningsindex som antydet ved den punkterede streg 21.

Brydningsindexet n^ kan være mindre end n2, jf. stregen 22, eller være lig med eller større end n2· Virkningen af denne fordybning i index-profilen er, at fibrens lysudbredelsesegenskaber ændres med henblik på op-35 nåelse af et ønsket forhold mellem bølgelederens spredning og bølgelængden. Hvis størrelsen (n^-n2) / (n^-n^) 6

DK 163454 B

har en værdi så lav som 0,1, forekommer nævnte virkning, men fremstillingstolerancerne er kritiske. Med de på nuværende tidspunkt anvendte fremstillingsmetoder og fiber-beskaffenheder vil en mindre ændring i en fibers fysiske 5 egenskaber således kunne føre til en stor ændring i bølgeleder spredningen, når (n^-^J/in^-n^) er på 0,1. Når forholdet (n^-n2)/(n^-n^) er på ca. 2,0 eller større, bliver den gunstige virkning ved udformningen ifølge opfindelsen ubetydelig. Derfor bør forholdet (η^-η2)/(η^-η2) 10 være mindre end 2,0.

Medens den i fig. 2 kerneprofil gælder for en step-index-bølgeleder, kan der anvendes andre kerneprofiler, herunder «-profiler. Det her anvendte udtryk "«-profil" betyder, at kernens brydningsindex er defineret af rela— 15 tionen n(r) = nQ[l - A(r/a)æ], hvor nQ er brydnings-indexet ved fiberaksen. Kurven 24 i fig. 3 repræsenterer en «-profil, hvor « er lig med 2. Beklædningens bryd-ningsindex kan have den samme værdi som ved kanten af kernen, jf. den fuldt optrukne streg’ 26, eller en lave-20 re værdi end ved kanten af kernen, jf. den stiplede streg 28.

Formen af fordybningen i kernens brydningsindex-profil er en variabel, der har indflydelse på fibrens udbredelsesegenskaber. I stedet for at være flad som vist 25 ved den nederste del 30 af kerneprofilen i fig. 3 kunne bunden af fordybningen i indexprofilen være afrundet eller endog tilspidset som antydet ved den punkterede streg 32.

Ved valg af den radiale placering, dybden, bredden 30 og formen af fordybningen i indexprofilen kan bølgelederens udbredelsesegenskaber på passende måde ændres med henblik på opfyldelse af forskellige krav, der stilles til et single-mode-system. For en given type af kerne-indexprofil kræves der eksempelvis forskellige typer af 35 indexfordybning med henblik på opnåelse af nul-spredningsdrift ved forskellige systembølgelængder.

7

DK 163454 B

Den måde, hvorpå udformningen i overensstemmelse med opfindelsen kan udnyttes til opnåelse af optiske bølgeledere med vidt forskellige spredningsegenskaber, fremgår af den følgende beskrivelse under henvisning til grafen 5 i fig. 4. Fig. 4 viser variationen af størrelsen 2 2

Vd (Vb)/dV som funktion af forholdet V/V . Relationen 2 2 ® mellem Vd (Vb)/dV og bølgelederspredningen D er som w følger; η2Δ Vd2(Vb) 10 D ----— cA dv i m hvor C betegner lyshastigheden, λ er lysets bølgelængde, og b er den normaliserede udbredelseskonstant. Grafen i fig. 4 giver mulighed for at sammenligne de relative 15 bølgelederspredninger, der kan opnås ved forskellige værdier af V for forskellige fiberkerneprofiler. Der opnås single-mode-funktion ved værdier af V/V mindre end 1,0.

Det er generelt ønskeligt at få en optisk bølgelederfiber til at fungere med en værdi V/Vc i nærheden af 1,0 for at 20 minimere mikrobøjningstabene. Det er generelt uønskeligt at få bølgelederen til at fungere med værdier af V/Vc under 0,6. Ved så lave værdier har kernen meget lille størrelse, medens mikrobøjningstabene kan være ret store, og fibrens egenskaber er meget mere afhængige af de frem-25 stillingsmæssige variationer.

Kurverne 42 og 44 repræsenterer bølgelederspredningen for fibre, hvis kerne har indexprofiler af den i fig. 2 viste type, idet parametrene for fordybningen i indexprofilen er forskellige. For den fiber, der karakte-30 riseres ved kurven 42, har man a.^ = 0,6a, aQ = 0,9a og forholdet (n1~n2)/(n^-n^) = 0,75. For den fiber, der karakteriseres ved kurven 44, har man a. = 0,4a, a = 0,65a 1 o og forholdet (n^-n2)/(n-^-n3) = 0,75, De fibre, der karakteriseres ved kurverne 42 og 44, afviger således kun fra 35 hinanden hvad angår den radiale placering og bredden af fordybningen i kernens indexprofil.

DK 163454 B

δ

Kurven 42 krydser x-aksen ved en værdi af V/Vc tæt ved, men mindre end 1. Dette angiver, at en fiber med en sådan karakteristik med fordel kunne fungere ved en bølgelængde lig med eller lige over bølgelængden for 5 materiale-nulspredningen, hvilken arbejdsbølgelængde ligger nær ved single-mode-grænsebølgelængden. Kurven 42's stejlhed tyder på, D v. λ —kurven også ville udvise

A

en relativt stor positiv hældningskoefficient, nemlig en karakteristik, der sikrer bredbåndet drift med ringe 10 spredning.

Kurven 44 repræsenterer en fiber, der - medens den fungerer i nærheden af single-mode-grænsebølgelængden - er i stand til at give en relativt stor bølgeleder-spredning. Da materialespredningen er relativt stor ved 15 bølgelængder større end OH-absorptionsspidsen ved ca.

1400 nm, vil den fiber, der karakteriseres ved kurven 44, være i stand til at give den bølgelederspredning, der kræves til at opveje materialespredningen ved bølgelængder større end 1400 nm.

20 Kurven 46 repræsenterer en fiber med kerneindex- i profil « = 1. Selvom denne fiber er i stand til at fungere ved værdier af V/V næsten lig med 1,0, er den ikke i stand til at opveje så megen materialespredning som den fiber, der repræsenteres ved kurven 44, under den 25 antagelse, at driften foregår med den samme værdi.

Der henvises midlertidigt til fig. 5. Kurven 50 repræsenterer materialespredningen hos en optisk bølge-lederfiber, der har en kerne, hvis indre og ydre områder består af. siliciumoxid doteret med ca. 3 mol% GeC^, en 30 fordybning bestående af siliciumoxid doteret med ca. 1,7 mol% fluorin og en "fordybet” indexbeklædning bestående af siliciumoxid doteret med ca. 1,0 mol% fluorin. Kurven 50' gælder for en lignende fiber, bortset fra at det indre og det ydre kerneområde består af siliciumoxid do-35 teret med ca. 0 mol% GeC^. Ud fra kendskabet til formen og nul-gennemgangen for materialets spredningskurve kun-

DK 163454 B

9 ne man blandt de forskellige kurver i fig. 4 vælge en bestemt kerneindexprofil med henblik på opnåelse af funktion med ringe spredning ved en given bølgelængde på den ovenfor beskrevne måde. Hvis man f.eks. ønsker at 5 arbejde ved en systembølgelængde på 1300 nm, dvs. med en udformning, hvor grænsebølgelængden Xc er på 1250 nm, bør bølgelederspredningen være så lav som muligt ved denne bølgelængde, eftersom materialespredningen er meget lille ved 1300 nm. For single-mode-drift i nærheden af 2 2 10 1300 nm skal størrelsen Vd (Vb)/dV være lille for værdier af V/Vc i nærheden af 1,0. Kurven 42, der repræsenterer en af de mulige former for fordybningen i kerneindex-profilen i henhold til opfindelsen, passerer nulværdien ved en værdi af V/V på 0,91. Dette indikerer, at en så-15 dan udformning ville være velegnet til at opveje bølgelederspredningen ved 1300 nm.

Fig. 5 illustrerer hvorfor den udformning af kerne-indexfordybningen, der karakteriseres ved kurven 42 i fig. 4, er fordelagtig for systembølgelængder på omkring 20 1300 nm. For drift med ringe spredning over et stort område af bølgelængder bør bølgelederens spredningskurve have nulaennemgang ved en bølgelængde i nærheden af nul-gennemgangen for materialespredningskurven 50. Ved passende valg kerneindex-fordybningskarakteristikken og 25 af fibrens Δ-værdi kan materialespredningen i hovedsagen opvejes over et bredt område af bølgelængder.

Kurverne 52 og 54 i fig. 5 er spredningskurverne for optiske bølgelederfibre med kerneindexprofil, som karakteriseret ved kurven 42 i fig. 4. Fiberbeklædningen 30 antages at bestå af siliciumoxid, og Δ-værdierne for kurverne 52 og 54 er på henholdsvis 0,75% og 0,97%. Materialespredningen er på nul ved ca. 1300 nm. Punktet for nul-værdien for bølgelederspredningen kan også placeres på 1300 nm ved passende valg af V-værdien for fibren.

35 Kurverne 52 og 54 har en relativt stor stejlhed, hvilket er nyttigt til at opveje materialespredningen over meget store områder af bølgelængde.

10

DK 163454 B

Kurven 56 er spredningskurven for en anden fiber, hvis kerneindexprofil karakteriseres ved kurven 42 i fig. 4 med Δ-værdi på 0,5%. Som beskrevet nærmere nedenfor har denne fiber nul spredning ved en bølgelængde på 5 1305 nm og en grænsebølgelængde på 1120 nm. Da stejlhe den af kurven 56 ikke er så stor som for kurven 54, kan den fiber, der karakteriseres ved kurven 56, ikke sikre drift med lav spredning over et så bredt område af bølgelængde.

10 For sammenlignings skyld vises kurverne 58 og 60, der repræsenterer bølgelederspredningen for fibre med profilen æ = 1. Δ-Værdierne for de fibre, der repræsenteres af kurverne 58 og 60, er på henholdsvis 1,0% og 1,3%. Man kan se, at nul-gennemgangen for bølgelederens 15 spredningskurve for denne type af fibre kun ligger på ca.

1300 nm, når Δ-værdien er uacceptabelt lav.

I fig. 6 viser kurverne 64 og 64’, der gengiver de i fig. 5 viste materialespredningskurver 50 og 50', at der kræves stor bølgelederspredning for at sikre 20 funktion med nul spredning ved en bølgelængde på ca.

1500 nm eller mere. Kurverne 70 og 72 repræsenterer fibre med indexprofil = = 1 og med Δ-værdier på henholdsvis 1,0% og 1,3%. Kurverne 66 og 68 gælder for fibre, der karakteriseres ved kurven 44 i fig. 4, med Δ-værdier 25 på henholdsvis 0,75% og 0,97%. Den fiber, der svarer til kurven 66, ville give funktion med nul spredning ved ca. 1550 nm.

For sagkyndige kan de i fig. 4-6 viste grafer opstilles på forskellige måder. Bølgeligningerne kan oplø-30 ses for en given fibers brydningsindexprofil i overensstemmelse med den teknik, der fremgår af publikationerne: C. Yeh m.fl. "Computing the Propagation Characteristics of Radially Stratified Fibers: an Efficient Method",

Applied Optics, Bind 16, 1977, side 483-493 og L.G.Cohen 35 m.fl. "Correlation Between Numerical Predictions and

Measurements of Single-Mode Fiber Dispersion Characteristics", Applied Optics, Bind 19, 1980, side 2007-2010.

} 11

DK 163454 B

Som en anden mulighed kan fibrene fremstilles, og spredningen måles i overensstemmelse med den teknik, der fremgår af publikationerne: L.G. Cohen m.fl. "A Univer sal Fiber Optic (UFO) Measurement System Based on a Near 5 IR Fiber Raman Laser", IEEE Journal of Quantum Mechanics,

Bind QE-14, 1978, side 855 og C. Lin m.fl. "Pulse Delay Measurements in the Zero-Material Dispersion Region for Germanium and Phosphorus Doped Silica,Fibers", Electronics Letters, Bind 14, 1978, side 170-172.

10 Optiske bølgelederfibre med kerneindexprofiler i overensstemmelse med opfindelsen kan fremstilles ved konventionelle damppåføringsmetoder. Et teoretisk eksempel vil nu blive givet for at illustrere en fremgangsmå" de til fremstilling af en fiber, beregnet til at fungere 15 ved 1315 nm. Man kan anvende en metode som omhandlet i beskrivelsen til US patent nr. 4.217.027. Der henvises til fig. 1 og 2 for at beskrive de forskellige lag, der er blevet påført til dannelse af udgangsemnet, idet det bemærkes, at fig. 1 viser et tværsnit gennem den resulte-20 rende fiber. Der anvendes et rør af smeltet siliciumoxid til dannelse af det substrat-rør, der danner det ydre beklædningslag 18. Laget 18 kan fungere som beklædningslag med index n2, men man foretrækker at anvende et lag 16 med brydningsindex n2 lavere end brydningsindex-25 et for beklædningslaget 18, således at der kræves lavere koncentration af doteringsmateriale i kernen for at opnå en given værdi af Δ. Dette resulterer i en lavere materialespredning, hvilket gør det nemmere at opnå en værdi af Aq lig med eller lidt mindre end ca. 1315 nm. Laget 16 30 kan bestå af siliciumoxid doteret med ca. 1 mol% fluor.

Til laget 16 kan der tilsættes op til 1,0 mol% Ρ20^ for at nedsætte lagets blødgørelsestemperatur og herved gøre fremstillingen nemmere. Det ydre kerneområde 12 tilvejebringes ved påføring af et lag af siliciumoxid 35 doteret med ca. 3 mol% Ge02 på indersiden af laget 16.

Laget 14 med fordybning i indexprofilen tilvejebringes

DK 163454B

12 ved påføring af et lag af siliciumoxid doteret med ca.

1,7 mol% fluor. Endelig tilvejebringes det centrale kerneområde 10 ved påføring af endnu et lag af siliciumoxid doteret med ca. 3 mol% Ge02· 5 Udgangsemnet bringes til at klappe sammen og træk kes til dannelse af en optisk bølgelederfiber, der har følgende karakteristika. Kernen 12 har en radius på 6,2 μιη. Området 14 med reduceret brydningsindex har en diameter på 5,6 pm og en indre diameter på 3,6 μπι.

10 Området 16 af beklædningsmateriale med nedsat brydningsindex bør have en radius på ca. 15 μιη. Brydnings-indexværdierne n^, n2 og n^ er på henholdsvis 1,463, 1,456 og 1,4508. Grænseværdien V for den normaliserede

C

frekvens er på ca. 5,0, og grænsebølgelængden λ er på 15 ca. 1115 nm. Den relative brydningsindexdifference Δ er på 0,3%. Pletstørrelsen wQ er på ca. 3,7 μπι. Bølgeleder-spredningskarakteristikken for denne fiber repræsenteres af kurven 56 i fig. 5. Det skal bemærkes, at kerneradien på 6,2 pm er næsten på det dobbelte af kerneradien 20 for en step-indexfiber af lignende type uden fordybning i kernens indexprofil.

Et andet teoretisk eksempel skal nu gives for at illustrere en metode til fremstilling af en fiber, beregnet til at fungere med lav spredning over et bredere om-25 råde af bølgelængde på mellem 1300 nm og 1550 nm. Man kan anvende en metode af samme art som beskrevet i det foregående eksempel. Et rør af smeltet siliciumoxid anvendes til dannelse af det substrat-rør, der danner det ydre beklædningslag 18. Laget 16 kan bestå af silici-30 umoxid doteret med ca. 1 mol% fluor.·. Det ydre kerneområde 12 tilvejebringes ved påføring af et lag af siliciumoxid doteret med ca. 4,5 mol% Ge02 på indersiden af laget 16. Laget 14 med nedsat brydningsindex tilvejebringes ved påføring af et lag af siliciumoxid doteret 35 med ca. 2,6 mol% fluor. Endelig tilvejebringes det centrale kerneområde 10 ved påføring af endnu et lag ai£ siliciumoxid doteret med ca. 4,5 mol% Ge02.

13

DK 163454 B

Udgangsemnet bringes til at klappe sammen og trækkes til en optisk bølgeleder, der har følgende karakteristika. Kernen 12 har en radius på ca. 6,7 ym. Området 14 med nedsat brydningsindex har en ydre diameter 5 på ca. 5,5 ym og en indre diameter på ca. 3,3 ym. Området 16 af beklædningsmateriale med nedsat index bør have en radius større end ca. 15 ym. Brydningsindex-vær-dierne n^, ^ og n^ er på henholdsvis 1,465, 1,456 og 1,447. Grænseværdien V for den normaliserede frekvens 10 er på ca. 5,0, og grænsebølgelængden Xc er på ca. 1115 nm. Den relative brydningsindexdifference Δ er på 0,5%. Pletstørrelsen wQ er på ca. 5 ym. Denne fiber har en bølgelederspredningskarakteristik af samme art som vist ved kurven 54 i fig. 5. Det skal bemærkes, at kernera-15 dien på 6,7 ym er på næsten det dobbelte af kerneradien for en step-indexfiber af samme art uden reduktion af indexværdien i kernen.

Medens de i fig. 2 og 3 viste brydningsindexprofi-ler kun har et enkelt område med nedsat brydningsindex i 20 kernen, ligger det inden for opfindelsens ramme også at have fiberkerner med to eller flere områder, hvor bryd-ningsindexet har nedsat værdi. Fig. 7-10 viser sådanne fibre.

Som det fremgår af fig. 7, har kerneområderne 75a og 75b et mellemliggende område 76 med nedsat bryd-25 ningsindexværdi, medens der mellem kerneområderne 75b og 75c findes et område 77 med nedsat indexværdi. Beklædningen kan have en nedsat brydningsindexværdi som antydet ved den fuldt optrukne streg 78 eller bryd-ningsindexprofil uden fordybning som antydet ved den 30 stiplede streg 79. Værdierne for brydningsindex i fordybningerne kan være større end værdien for beklædningen, jf. de fuldt optrukne streger 76 og 77 eller lavere end værdien for beklædningen, jf. de punkterede streger 80 og 18.

35 Fig. 8 viser en brydningsindexprofil af samme type som vist i fig. 7, men hvor hvert kerneområde 82a, 82b 14

DK 163454 B

og 82c har sin brydningsindexværdi forskellig fra de andre, og hvor værdierne for nedsat brydningsindex kan være forskellige i områderne 83 og 84 henholdsvis 85 og 86.

Fig. 9 illustrerer det forhold, at toppene og for-5 dybningerne på brydningsindexprofilerne kan have afrundet form, og at kernens brydningsindexkurve 88 kan variere som en sinusfunktion eller en cosinusfunktion. Hvad angår den i fig. 9 viste udformning kan indexprofilerne repræsenteres af fygende ligninger: 10 (n +n.) (n -n.) n(r) = - - - sin [mir (r) +0] r < a 2 2a 15 = nclad r » a I de ovenfor angivne ligninger repræsenterer m antallet af svingninger af indexprofilen, medens 0 repræ-faseforsinkelsesparameteren. For 0 = 90° er fordelingen 20 som en cosinusfunktion. I denne udformning er de parametre, der kan anvendes til ændring af udbredelsesegenskaberne, m, 0 og n^ ud over n^, og a.

Beregningerne har vist, at for m > 10 er index- variationerne alt for hurtige til, at bølgetypen kan 25 følge med. Bølgetypen kan faktisk kun "se" en index- gennemsnitsværdi. I det tilfælde, hvor kernens radiale 2 2 1/2 udbredelseskonstant U, defineret ved (V -β ) , svarer til periodiciteten af de sinusformede variationer, er der mulighed for, at der forekommer resonans. Ved disse 30 punkter kan udbredelsesegenskaberne ændre sig drastisk.

For denne betingelse er U tilnærmelsesvis lig med irm/a.

Ved disse punkter kan udbredelseskonstanten, spredningen osv. være meget forskellige fra værdierne i den konventionelle konstruktion. Denne egenskab kan udnyttes til ud-35 formning af single-mode-bølgeledere med de ønskede spredningsegenskaber.

Claims (9)

1. Optisk, single-mode-bølgelederfiber af den art, der omfatter: - en kerne af transparent materiale med et maksi-20 malt brydningsindex n^ og en radius a, og - et lag af transpatent beklædningsmateriale på ydersiden af kernen, hvilken beklædning har et bryd-ningsindex ri2 mindre end n^, og hvor kernen omfatter en central del (75a, 82a) omgivet af mindst to koncentriske 25 parter (75b, 75c; 82b, 82c), og hvor den centrale del (75a, 82a) og den inderste (75b, 82b) af nævnte koncentriske parter er adskilt fra hinanden ved hjælp af et område (76, 80; 83, 85) med nedsat brydningsindex, og to hosliggende parter er adskilt fra hinanden ved hjælp 30 af et område (77, 81; 84, 86) med nedsat brydningsindex, idet den indre radius a^ af det inderste (76, 80; 83, 85. af de nævnte områder med nedsat brydningsindex er større end 0, og den maksimale radius aQ af det yderste (77, 81; 84, 86) af disse områder med nedsat brydnings-35 index er mindre end a, kendetegnet ved, at brydningsindexværdierne for nævnte parter og nævnte om- DK 163454 B råder, samt disses respektive radiusværdier er således, at fibren er en single-mode~fiber ved mindst én bølgelængde, ved hvilken fibren er velegnet til brug som langdistancetransmissionsfiber. 5

2. Bølgeleder ifølge krav 1, kendeteg net ved, at beklædningen indbefatter et ved kernens yderflade beliggende område (78) med nedsat brydnings-index.

3. Bølgeleder ifølge krav 1 eller 2, kende-10 tegnet ved, at det maksimale brydningsindex for den centrale part (75a) og for hver af nævnte parter (75b, 75c) er det samme.

4. Bølgeleder ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at de maksimale brydningsindexværdier 15 for den centrale part (82a) og de nævnte parter (82b, 82c) ikke alle er ens.

5. Bølgeleder ifølge krav 1, kendetegnet ved, at brydningsindexværdierne for nævnte områder (76, 77? 80, 81) med nedsat brydningsindex er ens. 20

6. Bølgeleder ifølge krav 1, kendeteg net ved, at brydningsindexværdierne for nævnte områder (83, 84, 85, 86) med nedsat brydningsindex indbyrdes er forskellige.

7. Bølgeleder ifølge krav 1, kendeteg-25 net ved, at det sammensatte brydningsindex for den centrale part, de nævnte parter og de nævnte rundgående områder med nedsat brydningsindex har sinusformet forløb.

8. Bølgeleder ifølge krav 7, kendeteg-30 net ved, at den sinusformede variation (90) af det sammensatte brydningsindex for kernen er overlejret på en radialt aftagende basisværdi (91).

9. Bølgeleder ifølge krav 7, kendetegnet ved, at den sinusformede variation (90) af det 35 sammensatte brydningsindex for kernen er overlejret på en radialt voksende basisværdi (92).