DE10010783A1

DE10010783A1 - Breitbandige WDM-Faser mit flachem Dispersionsverlauf im zweiten optischen Fenster

Info

Publication number: DE10010783A1
Application number: DE2000110783
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dultz; Joachim Vobian; Reiner Bones; Georg Herchenroeder
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 2000-03-04
Filing date: 2000-03-04
Publication date: 2001-09-06

Abstract

Um im Wellenlängenbereich zwischen 1280 und 1400 nm im zweiten optischen Fenster eine einfach und kostengünsig herstellbare Faser bereitzustellen, welche sich für das Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM) eignet, wird eine Triple-Clad-Einmodenfaser vorgeschlagen, die bis zu einem Radius r¶1¶ einen ersten Abschnitt mit einem vorgegebenen Brechungsindexverlauf n¶1¶ aufweist, an den sich bis zu einem Radius r¶2¶ ein zweiter Abschnitt anschließt mit einem vorgegebenen Brechungsindex n¶2¶. An den zweiten Abschnitt schließt sich bis zum Radius a ein dritter Abschnitt mit einem vorgegebenen Brechungsindex n¶3¶ an und daran ein letzter, äußerer vierter Abschnitt bis zu einem Radius von etwa 62,5 mum, wobei der Brechungsindex n¶c¶ in diesem vierten Abschnitt im wesentlichen konstant ist. Der Brechungsindex im Inneren, d. h. ersten Abschnitt ist zur Bereitstellung der Wellenleitereigenschaft größer als n¶c¶, der Brechungsindex im zweiten Abschnitt ist kleiner als n¶c¶ und der Brechungsindex im dritten Abschnitt ist größer als n¶c¶. DOLLAR A Die erfindungsgemäßen Einmodenfasern weisen im zweiten optischen Fenster einen außergewöhnlich flachen Dispersionsverlauf auf, wobei die Absolutwerte betragsmäßig kleiner als 2,41 ps/km*nm sind. Sie ermöglichen damit einen WDM-Betrieb im bezeichneten Wellenlängenbereich.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Einmodenfaser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für hochbitratige Nachrichtenübertragungen werden heute fast ausschließlich Lichtwellenleiter, insbesondere Einmodenfasern als Übertragungsmedium verwendet. Dabei wird das die Information vermittelnde Licht durch den Effekt der Totalreflexion im Innern des Lichtleiters, beispielsweise einer Glasfaser geführt. Hierzu weist die Faser einen Kern mit geringfügig höherer Brechzahl als der den Kern umschließenden Mantel auf.

Bei Multimodefasern mit Kerndurchmessern von ≧ 50 µm sind viele Moden in der Faser ausbreitungsfähig, wobei jedoch die unterschiedlichen Moden unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten besitzen. Daraus resultiert eine Verbreiterung eines optischen Eingangsimpulses beim Durchlaufen der Faser, was eine Reduzierung der Übertragungsbandbreite zur Folge hat. Bei Monomodefasern mit Kerndurchmessern von nur ≦ 10 µm ist nur ein einzelner Mode ausbreitungsfähig, wodurch die sogenannte Modendispersion vermieden und die Übertragungsbandbreite erheblich vergrößert wird. Die Bandbreite wird in diesem Fall im wesentlichen von der Materialdispersion, d. h. der Abhängigkeit der Gruppenlaufzeit von der Wellenlänge, der Wellenleiterdispersion, welche den Einfluss der Wellenleiterstruktur berücksichtigt, und der Polarisationsmodendispersion, welche der Tatsache Rechnung trägt, dass unterschiedliche Polarisationszustände verschiedene Laufzeiten aufweisen, begrenzt. Die Material- und Wellenleiterdispersion wird zusammengefasst als chromatische Dispersion bezeichnet und in ps/km.nm angegeben. Da, wie bereits erwähnt, die Dispersion von Monomodefasern erheblich kleiner ist als die Modendispersion in Multimodefasern und damit die Übertragungsbandbreite erheblich größer ist, kommen in Telekom-Fernnetzen ausschließlich Monomodefasern zum Einsatz.

Zur Erhöhung der Übertragungsrate wird häufig das Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM) eingesetzt, bei welchem eine bestimmte Anzahl von Kanälen mit einer Spektralbreite Δλ über die Faser übertragen werden. Dabei muss zwischen zwei benachbarten Kanälen ein vorgegebener Kanalabstand eingehalten werden, wodurch für diese Art der Übertragung eine große spektrale Breite der Faser benötigt wird. Es ist demnach außerordentlich wichtig, Wellenleiter zur Verfügung zu haben, welche über einen vorgegebenen Wellenlängenabschnitt nur eine geringe chromatische Dispersion aufweisen, um die beschriebene Impulsverbreiterung klein zu halten und damit eine Überlappung von benachbarten Kanälen zu verhindern.

Die meisten Übertragungsstrecken mit Monomode-Fasern werden heute bei 1,3 µm betrieben, nur bei ultralangen Fernstrecken, beispielsweise bei Seekabeln, bei welchen es auf größte Verstärkerabstände ankommt, wird das Dämpfungsminimun derartiger Quarzglasfasern bei 1,55 µm ausgenutzt.

Der Wellenlängenbereich um 1,3 µm, bei welchem Standardfasern aus Quarzglas einen Dispersionsnulldurchgang aufweisen, wird als zweites optisches Fenster bezeichnet. Die Dispersionswerte einer beispielhaften Standardfaser im Bereich des zweiten optischen Fensters zwischen 1280 und 1400 nm liegen etwa zwischen -2, 3 bis 7,3 ps/nm.km. Insbesondere der Wert bei höherer Wellenlänge ist nicht akzeptabel für ultrahochbitratige Systeme, so dass sich heutige Fasern für das zweite optische Fenster nicht oder nur sehr eingeschränkt für eine WDM-Übertragung eignen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Lichtwellenfaser bereitzustellen, welche im Wellenlängenbereich zwischen 1280 und 1400 nm kleinere Dispersionswerte als die von üblichen Standardfasern aufweist.

Diese Aufgabe wird bereits mit einer optischen Einmodenfaser mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Um die Dispersion im zweiten optischen Fenster möglichst niedrig zu halten, weist die erfindungsgemäße Einmodenfaser bis zu einem Radius r₁ einen ersten Abschnitt mit einem vorgegebenen Brechungsindexverlauf n₁(r) auf, an den sich bis zu einem Radius r₂ ein zweiter Abschnitt anschließt mit einem vorgegebenen Brechungsindex n₂. An den zweiten Abschnitt schließt sich bis zum Radius a ein dritter Abschnitt mit einem vorgegebenen Brechungsindex n₃ an und daran ein letzter, äußerer vierter Abschnitt, insbesondere bis zu einem Radius von etwa 62,5 µm, mit einem Brechungsindex n_c, wobei der Brechungsindex im Inneren, d. h. im ersten Abschnitt zur Bereitstellung der Wellenleitereigenschaft größer als n_c ist. Die vorteilhaften Eigenschaften der Einmodenfaser werden dadurch erreicht, dass der Brechungsindex im zweiten Abschnitt kleiner als n_c und der Brechungsindex im dritten Abschnitt größer als n_c ist.

Die Brechungsindizes im zweiten, im dritten und im vierten Abschnitt können jeweils im wesentlichen konstant oder konstant sein. Im wesentlichen konstant bedeutet dabei, dass die etwaigen sehr geringen Brechzahländerungen im jeweiligen Abschnitt auf Einstelltoleranzen der Gaszusammensetzung bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Faser zurückzuführen sind.

Die Tauglichkeit der erfindungsgemäßen Einmodenfaser für das Wellenlängenmultiplexverfahren im zweiten optischen Fenster wird somit schon mit einem relativ einfachen Aufbau bereitgestellt. Schon mit einer erfindungsgemäße Gestaltung eines auch als Kern bezeichneten ersten Abschnitts mit darauf folgenden drei weiteren, auch als Mantelabschnitte bezeichneten Bereichen, wird eine Lichtwellenfaser realisiert, die im zweiten optischen Fenster einen außergewöhnlich flachen Dispersionsverlauf besitzt und sich damit hervorragend für die Übertragung mit mehreren Wellenlängenkanälen eignet. Zwar liegt auch bei Standardfasern im Falle von Quarzglasfasern im zweiten optischen Fenster bei etwa 1310 nm die Nulldispersionswellenlänge, aber die relativ große Steigung der spektralen Dispersionskurve von etwa 0,09 ps/km nm² ist der Grund dafür, dass benachbart zur Nulldispersionswellenlänge schnell so große Dispersionswerte erreicht werden, welche die Faser für ultrahochbitratige Übertragungssysteme ungeeignet erscheinen lassen. Dies fällt insbesondere bei langen Kabellängen ins Gewicht, da die Dispersion proportional mit der Faserlänge ansteigt. Dieser Nachteil ist bei einer erfindungsgemäßen Faser eliminiert.

Um die positiven Eigenschaften der erfindungsgemäßen Einmodenfaser zu optimieren, können die jeweiligen Übergangsbereiche zwischen benachbarten Abschnitten klein gehalten werden, insbesondere kleiner als 0,15 µm. Zur Festlegung des Kernbereichs kann der Brechungsindex des zweiten Abschnittes, d. h. des Bereichs zwischen den Radien r₁ und r₂ so eingestellt sein, dass der relative Brechungsindex 2Δ₂ kleiner als -0,4%, d. h. negativer als -0,4% ist, wobei 2Δ₂ durch den Ausdruck

definiert ist.

Je nach Optimierung kann die erfindungsgemäße Einmodenfaser innerhalb eines großen Parametersatzes hergestellt werden, wobei für den relativen Brechungsindex
2Δ₀ auf der Faserachse
0,35% ≦ 2Δ₀ ≦ 0,62%,
für den relativen Brechungsindex 2Δ₂ im zweiten Abschnitt
-0,7% ≦ 2Δ₂, ≦ -0,45%,
für den relativen Brechungsindex 2Δ₃ im dritten Abschnitt
0,15% ≦ 2A₃ ≦ 0,45%,
und für den Radius des ersten Abschnittes
4 µ ≦ r₁ 6 µm,
für den Radius des zweiten Abschnittes
9 µm ≦ r₂ ≦ 12 µm,
und für den Radius des dritten Abschnittes
11 µm ≦ a ≦ 15 µm einzuhalten sind.

In den obenstehenden Ungleichungen ist jeweils

für i = 0, 1, 2, 3, wobei n₀ der Brechungsindex auf der Faserachse, n₁ ein Brechungsindex im ersten Abschnitt, n₂ ein Brechungsindex im zweiten Abschnitt und n₃ ein Brechungsindex im dritten Abschnitt ist.

Der Brechungsindexverlauf n₁(r) im inneren Abschnitt, d. h. von der Faserachse bis zum Radius r₁ kann horizontal, parabelförmig oder linear mit dem Abstand zur Faserachse verlaufen, wobei der Brechungsindex in jedem Fall seinen Höchstwert auf der Faserachse erreicht. Ein besonders flacher Dispersionsverlauf ergibt sich in allen drei Fällen für bestimmte Werte der genannten Parameter, welche das Faserprofil charakterisieren. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Brechungsindex im zweiten, dritten und vierten Abschnitt im wesentlichen konstant oder konstant ist, was die Herstellung der erfindungsgemäßen Faser stark vereinfacht.

Ist der Brechungsindex im ersten Abschnitt konstant, d. h. weist einen horizontalen Verlauf auf, liegen die charakteristischen Parameter für eine erfindungsgemäße Ausführungsform vorteilhafterweise innerhalb der folgenden Grenzen:
0,38% ≦ 2Δ₀ = 2Δ₁ ≦ 0,48%, insbesondere 2Δ₀ = 2Δ₁ = 0,427%,
-0,65% ≦ 2Δ₂ ≦ -0,55%, insbesondere 2Δ₂ = -0,624%;
0,3% ≦ 2Δ₃ ≦ 0,45%, insbesondere 2Δ₃ = 0,4%;
4 µm ≦ r₁ ≦ 5 µm, insbesondere r₁ = 4,5 µm;
9,5 µm ≦ r₂ ≦ 10,3 µm, insbesondere r₂ = 9,8 µm; und 11,5 µm ≦ a ≦ 12,5 µm, insbesondere a = 12,1 µm.

Verläuft der Brechungsindex im ersten Abschnitt parabelförmig, liegen die charakteristischen Parameter für eine erfindungsgemäße Ausführungsform vorteilhafterweise innerhalb der folgenden Grenzen:
0,45% ≦ 2Δ₀ ≦ 0,55%, insbesondere 2Δ₀ = 0,5065%;
-0,70% ≦ 2Δ₂ ≦ -0,60%, insbesondere 2Δ₂ = -0,663%;
0,15% ≦ 2Δ₃ ≦ 0,25%, insbesondere 2Δ₃ = 0,2%;
4,5 µm ≦ r₁ ≦ 5,5 µm, insbesondere r₁ = 5,0 µm;
9,0 µm ≦ r₂ ≦ 10,0 µm, insbesondere r₂ = 9,5 µm; und
11,3 µm ≦ a ≦ 12,3 µm, insbesondere a = 11,8 µm.

Verläuft der Brechungsindex im ersten Abschnitt linear abfallend von der Faserachse, liegen die charakteristischen Parameter für eine erfindungsgemäße Ausführungsform vorteilhafterweise innerhalb der folgenden Grenzen:
0,50% ≦ 2Δ₀ ≦ 0,62%, insbesondere 2Δ₀ = 0,549%;
-0,57% ≦ 2Δ₂ ≦ -0,45%, insbesondere 2Δ₂ = -0,524%;
0,20% ≦ 2Δ₃ ≦ 0,3%, insbesondere 2Δ₃ = 0,25%;
5,2 µm ≦ r₁ ≦ 6,2 µm, insbesondere r₁ = 5,7 µm; ,
11,0 µm ≦ r₂ ≦ 12,0 µm, insbesondere r₂ = 11,4 µm; und
13,5 µm ≦ a ≦ 15,0 µm, insbesondere a = 14,2 µm.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Faser können die üblichen Vorrichtungen und Grundmaterialien verwendet werden. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Faser eine Quarzglasfaser sein, welche in den jeweiligen Abschnitten zur Brechzahlerhöhung bzw. zur Brechzahlverminderung mit den üblichen Dotierungsstoffen, vorzugsweise mit Germanium bzw. Fluor dotiert ist.

Zur Vermeidung von nichtlinearen Effekten, beispielsweise von Brillouin und Raman Streuung kann die erfindungsgemäße Faser so gestaltet sein, dass der effektive Modenfeldradius Mr_eff verhältnismäßig groß ist, um hohe Spitzenwerte des elektrischen Feldes pro Flächeneinheit bzw. der Intensität zu vermeiden. Diesbezüglich ist darauf hinzuweisen, dass die Strukturierung von WDM-Faserprofilen aus prinzipiellen Gründen für das zweite optische Fenster komplizierter ist als für das dritte Fenster, da sich bei kürzeren Wellenlängen ein wesentlich größerer Teil der Energie im Faserkern ausbreitet als bei größeren Wellenlängen, wo sich ein erheblicher Teil des elektrischen Feldes in den Fasermantel hinein erstreckt.

Die erfindungsgemäße optische Einmodenfaser mit einem bezüglich der genannten Parametern optimiertem Aufbau weist im Wellenlängenbereich zwischen 1280 und 1400 nm einen effektiven Modenfeldradius Mr_eff größer 4,1 µm auf, womit die beschriebenen negativen Folgen einer zu hohen Feldstärke im wesentlichen vermieden werden können. Der angegebene Modenfeldradius bezieht sich dabei auf die sogenannte Petermann II-Definition, nach welcher sich die effektive Modenfeldfläche zu

ergibt, woraus der zugeordnete effektive Modenfeldradius Mr_eff durch

berechnet werden kann.

Der große Modenfeldradius vermindert die Gefahr des Auftretens der Polarisationsmodendispersion, welche auf die herstellungsbedingte Abweichung von der zirkularen Kernsymmetrie der Faser (endliche Kernelliptizität) zurückgeht. Da die erfindungsgemäße Faser einen verhältnismäßig großen Kernradius aufweist, sind herstellungsbedingte Abweichungen von der zirkularen Kernsymmetrie nicht zu befürchten.

Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben von drei Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, wobei

Fig. 1a das relative Brechzahlprofil 2Δ(r) einer ersten erfindungsgemäßen Einmodenfaser mit konstantem Brechungsindex im inneren Abschnitt,

Fig. 1b den Verlauf der chromatischen Dispersion der in Fig. 1a gezeigten Faser,

Fig. 1c den effektiven Modenfeldradius als Funktion der Wellenlänge der in Fig. 1a gezeigten Faser,

Fig. 2a das relative Brechzahlprofil 2Δ(r) einer zweiten erfindungsgemäßen Einmodenfaser mit parabelförmigem Brechungsindexverlauf im inneren Abschnitt,

Fig. 2b den Verlauf der chromatischen Dispersion der in Fig. 2a gezeigten Faser,

Fig. 2c den effektiven Modenfeldradius als Funktion der Wellenlänge der in Fig. 2a gezeigten Faser,

Fig. 3a das relative Brechzahlprofil 2Δ(r) einer dritten erfindungsgemäßen Einmodenfaser mit einer linearen Brechungsindexabnahme im inneren Abschnitt,

Fig. 3b den Verlauf der chromatischen Dispersion der in Fig. 3a gezeigten Faser,

Fig. 3c den effektiven Modenfeldradius als Funktion der Wellenlänge der in Fig. 3a gezeigten Faser,

Fig. 4 den gemessenen Dispersionsverlauf einer 37,6 km langen Standardfaser im betrachteten Wellenlängenbereich zwischen 1280 nm und 1400 nm, und

Fig. 5 in einer Vergleichstabelle die numerischen Dispersionswerte der 3 erfindungsgemäßen und der erwähnten Standardfaser im betrachteten Wellenlängenbereich zeigt.

In allen Ausführungsformen der Erfindung ist die optische Einmodenfaser mit einem Tripel-Clad-Faserprofil ausgebildet. Demnach umfasst sie einen inneren Kern mit einem Radius r₁, an den sich der Mantel anschließt, welcher drei Mantelabschnitte mit zugeordneten Mantelniveaus bezüglich des Brechungsindexes aufweist. Der erste Mantelabschnitt reicht vom Radius r₁ bis zum Radius r₂ und der zweite Mantelabschnitt vom Radius r₂ bis zum Radius a. Von a bis zum äußeren Ende des Mantels, welcher gemäß den internationalen Standards für Einmodenfasern i.d.R. bei 62,5 µm liegt, erstreckt sich der dritte Mantelabschnitt.

Gemäß der ersten, in den Figuren dargestellten Ausführungsform ist der Brechungsindex im inneren Abschnitt, d. h. im inneren Kern der Faser konstant, die Faser besitzt im Kern demnach ein Rechteckprofil. Fig. 1a stellt die relative Brechzahl 2Δ(r) in Prozent für die verschiedenen Abschnitt dieser erfindungsgemäßen Faser dar. Bezugspunkt ist der konstante Brechungsindex im vierten Abschnitt, d. h. im äußeren Mantelabschnitt, welcher durch die Verwendung von Quarzglas als Grundmaterial auf n_c = 1,4573 eingestellt ist. Die Grenze zwischen dem zweiten und dem dritten Mantelniveau liegt bei r₃ = a = 12,1 µm. Für r < a ist somit der Brechungsindex gleich n_c und konstant. Aus diesem Grund ist die Abszisse in Fig. 1a auf 14 µm beschränkt. Die für die verschiedenen Abschnitte angegebenen relativen Brechzahlen beziehen sich auf den Brechungsindex des äußeren Mantelabschnittes. Nach der obenstehend definierten Formel für die relativen Brechungsindizes 2Δ_i(r) sind mit i = 1, 2, 3 die relativen Brechungsindizes der jeweiligen Abschnitte bezeichnet.

Wie aus Fig. 1a ersichtlich, ist der Brechungsindex im ersten, im zweiten und auch im dritten Abschnitt konstant. Bei dieser Betrachtung werden Übergangsbereiche zwischen den verschiedenen Abschnitten vernachlässigt, die jedoch auch aufgrund der bekannten gut kontrollierbaren Herstellungsverfahren relativ zu den Abmessungen der Abschnitte klein gehalten werden können. Der innere Kern weist einen Radius r₁ von 4,5 µm und einen relativen Brechungsindex 2Δ₀ = 2Δ₁ von 0,427% auf. Daran schließt sich bis zu einem Radius r₂ von 9,8 µm der erste Mantelabschnitt mit einer relativen Brechzahl 2Δ₂ von -0,624% an. Der sich daran anschließende zweite Mantelabschnitt verläuft bis zum Radius r₃ = a, der 12,1 µm beträgt. Das beschriebene Profil weist eine Grenzwellenlänge λ_c = 1295 nm auf, d. h. die Faser leitet Licht mit einer Wellenlänge, die größer als diese Grenzwellenlänge ist, nur einmodig.

Die Profilgestaltung ist relativ unkompliziert und technologisch beispielsweise leicht mit einem herkömmlichen MCVD-Verfahren herstellbar. Als mögliches Herstellungsverfahren bietet sich beispielsweise das IVD (Inside Vapor Deposition) an, bei welchem gereinigte Gase, im wesentlichen SiCl₂ in ein Glasrohr geblasen werden. Zusammen mit Sauerstoff oxydieren die Gase im wesentlichen zu Siliziumoxyd SiO₂ (Quarz), das sich auf der Innenseite des Glasrohrs niederschlägt. Je nach abzuscheidendem Abschnitt kann das Gas einen Anteil an einer Germanium- oder einer Fluorverbindung umfassen, womit die Brechzahl gegenüber dem reinen Quarz erhöht oder erniedrigt werden kann. Zuletzt wird das innen beschichtete Rohr unter Vakuum zum Kollabieren gebracht und in einem Ziehturm zum erfindungsgemäßen Wellenleiter mit dem beschriebenen Profil ausgezogen. Die schichtweise Abscheidung zusammen mit der präzisen Steuerung des Ziehvorgangs ermöglicht das genaue Einstellen der Radien der verschiedenen Abschnitte.

In Fig. 1b ist der spektrale Verlauf der chromatischen Dispersion D(λ) im Wellenlängengebiet zwischen 1280 nm und 1400 nm dargestellt, die gemessene Dispersionswerte sind ferner zusammen mit den zugeordneten Werten der anderen Ausführungsformen der Erfindung und einer Standardfaser in einer Tabelle in Fig. 5 angegeben. Die Dispersion beträgt bei 1280 nm -2,305 ps/nm.km und bei 1400 nm 1,44 ps/nm.km. Das Maximum der Dispersion wird bei etwa 1380 nm erreicht und nimmt zu größeren Wellenlängen wieder ab. Diese erfindungsgemäße Faser ist somit für den Einsatz in einem weit größeren Wellenlängenbereich als WDM-Fasern mit kleiner Dispersion geeignet, momentan fehlen jedoch im Bereich zwischen 1400 und 1500 nm geeignete Halbleiterlaser. Fig. 1c stellt den effektiven Modenfeldradius nach der Petermann II- Definition der beschriebenen erfindungsgemäßen Einmodenfaser für den betrachteten Wellenlängenbereich im zweiten optischen Fenster dar. Der effektive Feldradius ist im betrachteten Wellenlängenbereich immer größer als 4,28 µm.

Die relativen Brechungsindizes für die verschiedenen Abschnitte der Einmodenfaser für eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 2a. Wiederum liegt eine Tripel-Clad- Einmodenfaser vor, wobei die drei Mantelabschnitte wie im ersten Ausführungsbeispiel jeweils einen konstanten Brechungsindex aufweisen. Der innere Kernabschnitt erstreckt sich bis zu einem Radius r₁ von 5,0 µm, der erste Mantelabschnitt bis zum Radius r₂ von 9,5 µm und der zweite Mantelabschnitt bis zum Radius r₃ = a von 11,8 µm. Der konstante Brechungsindex im dritten Mantelabschnitt beträgt wieder wie im vorhergehenden Beispiel n_c = 1,4573. Auf der Faserachse liegt die relative Brechzahl 2Δ₀ bei 0,5065% und nimmt im Verlauf des inneren Abschnittes parabelförmig bis etwa auf 0% an der Grenze r₁ ab. Das abgesenkte und konstante Brechzahlniveau des ersten Mantelabschnitts wird durch die relative Brechzahl 2Δ₂ gleich -0,6632% festgelegt. Das zweite Mantelniveau ist gegenüber dem ersten Mantelniveau wieder angehoben, im vorliegenden Fall mit einer konstanten relativen Brechzahl 2Δ₃ von 0,2%.

In Fig. 2b ist der spektrale Verlauf der chromatischen Dispersion D(λ) dargestellt. Die Dispersionswerte sind geringfügig höher als die des ersten Profils, liegen aber auch betragsmäßig unterhalb von 2,18 ps/km.nm. Wie im ersten Beispiel fällt die Dispersion oberhalb von λ = 1380 nm wieder ab. Der in Fig. 2c dargestellte, zugeordnete effektive Modenfeldradius liegt geringfügig unter dem des ersten Profils, ist jedoch noch ausreichend groß um die Gefahr des Auftretens des PMD-Effektes klein zu halten. Die Grenzwellenlänge beträgt für das zweite Profil λ_c = 816 nm.

Fig. 3a zeigt für die dritte Ausführungsform die relative Brechzahl 2Δ(r) für die verschiedenen Abschnitte, wobei der innere Abschnitt bis zum Radius r₁ = 5,7 µm verläuft, der erste Mantelabschnitt bis zum Radius r₂ = 11,4 µm und der zweite Mantelabschnitt bis zum Radius r₃ = a = 14,2 µm verläuft. Wiederum, wie in den beiden anderen Fällen, schließt sich der dritte Mantelabschnitt mit einem konstantem Brechungsindex bis zum Radius von 62,5 µm an. Auch im dritten Fall wird der Brechungsindex n_c durch Quarzglas auf 1,4573 festgelegt. Die relative Brechzahl 2Δ₀, wie immer bezogen auf den Brechungsindex des vierten Abschnittes, d. h. des dritten Mantelabschnittes, beträgt auf der Faserachse 0,549%. Die relative Brechzahl 2Δ₁(r) nimmt im inneren Kernabschnitt linear bis auf etwa den Wert 0 am Radius r₁ ab, die Faser weist somit ein Dreiecksprofil im Kernbereich auf. Der sich daran anschließende erste Mantelabschnitt weist eine konstante relative Brechzahl 2Δ₂ von -0,524% auf.

Demgegenüber beträgt die konstante relative Brechzahl im zweiten Mantelabschnitt 2Δ₃ = 0,25%. Die Grenzwellenlänge für die dritte Ausführungsform der Erfindung beträgt λ_c = 1186 nm. Fig. 3b zeigt den spektralen Verlauf der chromatischen Dispersion für das dritte Ausführungsbeispiel. Der Betrag der Dispersion über den betrachteten Wellenlängenbereich von 1280 nm bis 1400 nm ist kleiner als 2,5 ps/nm.km. Auch in diesem Beispiel nimmt die Dispersion zu höheren Wellenlängen wieder ab. Im Vergleich zu den beiden vorherigen Beispielen ist der effektive Modenfeldradius noch größer, er liegt im betrachteten Wellenlängenbereich zwischen knapp 4,6 bis knapp 5 µm.

Da die Kerndotierungen für die dargestellten Ausführungsformen der Erfindung nicht höher als bei Standardfasern liegen, sind die Dämpfungswerte der erfindungsgemäßen WDM-Fasern nicht größer als die von derzeitigen Standardfasern. Da die Kernradien und insbesondere die effektiven Modenfeldradien Mr_eff nicht besonders klein sind, sondern durchaus mit den entsprechenden Werte von Standard-Telekommunikation-Fasern vergleichbar sind, wiesen auch die PMD und der nichtlineare Kerr- Koeffizient übliche Werte auf.

Der Vergleich mit dem Dispersionsverlauf einer Standardfaser zeigt deutlich die Verbesserung. In Fig. 4 ist die gemessene Dispersionskurve einer 37,6 km langen Standard- Einmodenfaser wiedergegeben. Die Dispersion verläuft im betrachteten Wellenlängenbereich nahezu linear zwischen -2,31 ps/nm.km und 7,34 ps/nm.km, was im Grenzbereich etwa um den Faktor 3 höher liegt im Vergleich zu einer erfindungsgemäßen Faser. Wiederum sind die entsprechenden Dispersionsdaten in der Tabelle in Fig. 5 aufgenommen und erlauben den direkten Vergleich mit den Dispersionswerten der drei beschriebenen erfindungsgemäßen WDM-Fasern.

Claims

1. Optische Einmodenfaser mit einem im Querschnitt inneren, ersten Abschnitt bis zum Radius r₁ mit einem vorgegebenen Brechungsindexverlauf n₁(r), einem sich daran anschließenden zweiten Abschnitt bis zum Radius r₂ mit einem vorgegebenen Brechungsindex n₂, einem sich daran anschließenden dritten Abschnitt bis zum Radius a mit einem vorgegebenen Brechungsindex n₃ und einem sich daran anschließenden äußeren vierten Abschnitt, insbesondere bis zu einem Radius von etwa 62,5 µm, mit einem Brechungsindex n_c wobei der Brechungsindex im ersten Abschnitt größer als n_c ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex im zweiten Abschnitt kleiner als n_c und der Brechungsindex im dritten Abschnitt größer als n_c ist.

2. Optische Einmodenfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Übergänge zwischen zwei benachbarten Abschnitten im Vergleich zu den Abmessungen der Abschnitte klein, insbesondere kleiner als 0,15 µm sind.

3. Optische Einmodenfaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Brechungsindex 2Δ₂ des zweiten Abschnittes kleiner als -0,4% ist, wobei

4. Optische Einmodenfaser nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die das Faserprofil charakterisierenden Parameter innerhalb der folgenden Grenzen liegen:
0,35% ≦ 2Δ₀ ≦ 0,62%, wobei
und n₀ der Brechungsindex auf der Achse der Faser ist;
-0,7% ≦ 2Δ₂ ≦ -0,45%, wobei
0,15% ≦ 2Δ₃ ≦ 0,45%, wobei
und 4 µm ≦ r₁ ≦ 6 µm; 9 µm ≦ r₂ ≦ 12 µm; 11 µm ≦ a ≦ 15 µm.

5. Optische Einmodenfaser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindexverlauf n₁(r) im ersten Abschnitt im horizontal, parabelförmig oder linear mit dem Abstand zur Achse verläuft, wobei der Brechungsindex seinen Höchstwert auf der Faserachse erreicht.

6. Optische Einmodenfaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex im inneren Abschnitt im wesentlichen konstant ist, wobei gilt:
0,38% ≦ 2Δ₀ = 2Δ₁ ≦ 0,48%, insbesondere 2Δ₀ = 2Δ₁ = 0,427%,
wobei
-0,65% ≦ 2Δ₂ ≦ -0,55%, insbesondere 2Δ₂ = -0,624%;
0,3% ≦ 2Δ₃ ≦ 0,45%, insbesondere 2Δ₃ = 0,4%;
4 µm ≦ r₁ ≦ 5 µm, insbesondere r₁ = 4,5 µm;
9,5 µm ≦ r₂ ≦ 10,3 µm, insbesondere r₂ = 9,8 µm;
11,5 µm ≦ a ≦ 12,5 µm, insbesondere a = 12,1 µm.

7. Optische Einmodenfaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex im inneren Abschnitt parabelförmig abnimmt, wobei gilt:
0,45% ≦ 2Δ₀ ≦ 0,55%, insbesondere 2Δ₀ = 0,5065%;
-0,70% ≦ 2Δ₂ ≦ -0,60%, insbesondere 2Δ₂ = -0,663%;
0,15% ≦ 2Δ₃ ≦ 0,25%, insbesondere 2Δ₃ = 0,2%;
4,5 µm ≦ r₁ ≦ 5,5 µm, insbesondere r₁ = 5,0 µm;
9,0 µm ≦ r₂ ≦ 10,0 µm, insbesondere r₂ = 9,5 µm; und
11,3 µm ≦ a ≦ 12,3 µm, insbesondere a = 11,8 µm.

8. Optische Einmodenfaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex im inneren Abschnitt linear abnimmt, wobei gilt:
0,50% ≦ 2Δ₀ ≦ 0,62%, insbesondere 2Δ₀ = 0,549%;
-0,57% ≦ 2Δ₂ ≦ -0,45%, insbesondere 2Δ₂ = -0,524%;
0,20% ≦ 2Δ₃ ≦ 0,3%, insbesondere 2Δ₃ = 0,25%;
5,2 µm ≦ r₁ ≦ 6,2 µm, insbesondere r₁ = 5,7 µm; ,
11,0 µm ≦ r₂ ≦ 12,0 µm, insbesondere r₂ = 11,4 µm; und
13,5 µm ≦ a ≦ 15,0 µm, insbesondere a = 14,2 µm.

9. Optische Einmodenfaser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Brechungsindex im zweiten und dritten Abschnitt im konstant ist.

10. Optische Einmodenfaser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser im wesentlichen aus Quarzglas besteht, welches zur Brechzahlerhöhung beziehungsweise zur Brechzahlabsenkung in den jeweiligen Abschnitten mit Dotierungsstoffen, vorzugsweise mit Germanium beziehungsweise Fluor dotiert ist.

11. Optische Einmodenfaser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser im Wellenlängenbereich zwischen etwa 1290 nm und 1450 nm eine Dispersion von weniger als 2,2 ps/km nm aufweist.

12. Optische Einmodenfaser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser im Wellenlängenbereich zwischen 1280 nm und 1400 nm einen effektiven Modenfeldradius größer 4,1 µm aufweist.