DE102010011224B4 - Lichtwellenleiter-Verstärker und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zur Ausbildung eines Lichtwellenleiter-Verstärkers, bei dem das Verfahren umfasst: Ausbilden (502) einer Vielzahl von Schichten aus Gain-Material mit unterschiedlichen Konzentrationen an Dotiersubstanz einer oder mehrerer, die Schallgeschwindigkeit verändernder Dotiersubstanzen zur Erzeugung unterschiedlicher Schallgeschwindigkeitseffekte über die Schichten; Entnehmen (504) wenigstens eines Querausschnitts von den mehreren unterschiedlichen Schichten aus Gain-Material zur Bildung eines Kerns aus Gain-Material mit einem in Längsrichtung unterschiedlichen Schallgeschwindigkeitsprofil längs des Kerns aus Gain-Material, zur Unterdrückung von Effekten der Stimulierten Brillouin-Streuung (SBS) durch Erhöhung der Schwelle für die SBS, Einfügen (506) des Kerns aus Gain-Material in Längsrichtung in eine Mantel-Vorform zur Ausbildung einer Verbundvorform; und Ausziehen (508) der Verbundvorform zur Ausbildung des Lichtwellenleiter-Verstärkers.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lichtwellenleiter-Verstärker und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Stimulierte Brillouin-Streuung bezieht sich auf nicht-lineare Effekte in Hochleistungslichtwellenleitern, bei der optische Energie unbeabsichtigt inelastisch in der Rückwärtsrichtung gestreut wird. Streuung in der Rückwärtsrichtung (Rückstreuung) wird durch eine Wechselwirkung von Phononen und akustischen oder schwingenden Phononen bewirkt. Aktustische Vorgänge innerhalb der Lichtwellenleiter werden durch Elektrostriktion aufgrund des durch den Lichtstrahl innerhalb des Leiters erzeugten elektrischen Feldes bewirkt. Akustische Energie in dem Lichtwellenleiter bewirkt, dass Licht in die Rückwärtsrichtung reflektiert wird und folglich mit der Lichtausbreitung in der Vorwärtsrichtung wechselwirkt. Dies führt zu einem Abfall des nutzbaren Ausgangssignals. Die Frequenz des rückgestreuten Strahls ist geringfügig geringer als die des ursprünglichen Strahls.
  • Die Frequenzverschiebung entspricht der Frequenz von emittierten Phononen aufgrund des Stokes-Vorgangs. Diese Verschiebung, die als Brillouin-Verschiebung bekannt ist, ist gleich der Energie der Phononen, die durch das propagierende Lasersignal angeregt sind. Die Brillouin-Verschiebung wird üblicherweise mit einem optischen Spektralanalysegerät gemessen oder beruht auf einem Fabry-Pérot-Interferometer für hochauflösende Messungen. Bei ausreichend hoher Leistung in der Vorwärtsrichtung des Lichtwellenleiters wird von dem Signal mit der Brillouin- verschobenen Frequenz etwas rückgestreut. Die Stimulierte Brillouin-Streuung ist ein Vorgang, bei dem ein nicht-linearer optischer Gain eine Verstärkung des rückwärts gestreuten Lichts bewirkt. Das bedeutet, dass die Interferenz mit dem in der Vorwärtsrichtung propagierenden Licht sich nicht linear zur optischen Leistung verhält. Vielmehr werden Effekte der Stimulierten Brillouin-Streuung solange nicht erzeugt bis eine Schwelle für die SBS der optischen Leistung erreicht wird. Kurz darauf übertrifft die durch eine Stimulierte Brillouin-Streuung rückgestreute optische Leistung die optische Leistung in Vorwärtsrichtung. Aus diesem Grunde kann umso mehr Leistung durch das optische System wirksam übertragen werden, je höher die Schwelle für die SBS ist.
  • US 7 167 621 B2 offenbart einen Lichtwellenleiter, der einen Kern und eine Umhüllung aufweist. Der Kern und die Umhüllung umfassen reines Silizium oder dotiertes Silizium. Die zu SBS zugehörige akustische Welle wird dadurch unterbrochen, dass der Lichtwellenleiter, zum Beispiel der Kern, unterschiedliche akustische Eigenschaften aufweist. Bei der Herstellung des Lichtwellenleiters von einer Vorform, wird nach dem Erhitzen der Vorform der Lichtwellenleiter gezogen und durch ein Gas gekühlt. Dabei trifft das Gas azimutal asymmetrisch auf den Lichtwellenleiter, wodurch der Lichtwellenleiter Bereiche aufweist, die unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten einer zur SBS zugehörigen akustischen Welle hat.
  • ”Al/Ge co-doped large mode area fiber with high SBS threshold”, Ming-Jun Li et al., OPTICS EXPRESS, Vol. 15, 2007, Seiten 8290–8299 offenbart Lichtwellenleiter mit einem Kern, der unterschiedliche Dotierungen aufweist, um die SBS-Eigenschaften zu verbessern. Dabei wird Al2O3 und GeO2 vermehrt in einem inneren bzw. äußeren Kernbereich dotiert und umgekehrt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Ausbildung eines Lichtwellenleiter-Verstärkers, kurz auch (Glas-)Faserverstärkers, geschaffen. Das Verfahren kann umfassen, das Ausbilden einer Vielzahl von Schichten aus Gain-Material mit unterschiedlichen Konzentrationen an Dotiersubstanz einer oder mehrerer, die Schallgeschwindigkeit verändernder Dotiersubstanzen zur Erzeugung unterschiedlicher Schallgeschwindigkeitseffekte über die Schichten, Entnehmen wenigstens eines Querausschnitts von den mehreren unterschiedlichen Schichten aus Gain-Material zur Bildung eines Kerns aus Gain-Material mit einem in Längsrichtung unterschiedlichen Schallgeschwindigkeitsprofil längs des Kerns aus Gain-Material zur Unterdrückung von Effekten der Stimulierten Brillouin-Streuung (SBS) durch Erhöhung der Schwelle für die SBS, Einfügen des Kerns aus Gain-Material in Längsrichtung in eine Mantel-Vorform zur Ausbildung einer Verbundvorform, und Ausziehen der Verbundvorform zur Ausbildung des Lichtwellenleiter-Verstärkers.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Ausbilden eines Lichtwellenleiter-Verstärkers bereitgestellt. Das Verfahren kann umfassen: das Ausbilden einer Vielzahl von Schichten aus Gain-Material mit unterschiedlichen Konzentrationen an Dotiersubstanzen von der einen oder den mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen zur Erzeugung unterschiedlicher Schallgeschwindigkeitsprofile über die Vielzahl von Schichten aus Gain-Material und zur Erzielung eines im wesentlichen gleichförmigen Brechungsindex über die Vielzahl von Schichten aus Gain-Material; Entnehmen wenigstens eines Querausschnitts von der Vielzahl von unterschiedlichen Schichten aus Gain-Material zur Erzielung eines Kerns aus Gain-Material mit einem sich in Längsrichtung bzw. in Richtung seiner Längserstreckung ändernden Schallgeschwindigkeitsprofil und einem im wesentlichen gleichenförmigen Brechungsindex; Einsetzen des Kerns aus Gain-Material in eine Mantel-Vorform zur Ausbildung der Verbundvorform, und Ausziehen der Verbundvorform zur Ausbildung des Lichtwellenleiter-Verstärkers.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Lichtwellenleiter-Verstärker zur Verfügung gestellt. Der Verstärker kann umfassen: einen Kern aus Gain-Material, der sich axial über die Länge des Lichtwellenleiter-Verstärkers erstreckt, bei dem das Gain-Material eine Vielzahl von Schichten mit verschiedenen Konzentrationen einer oder mehrerer, die Schallgeschwindigkeit verändernder Dotiersubstanzen längs des Kerns aus Gain-Material aufweist, wobei wenigstens ein Querausschnitt der Vielzahl von Schichten des Gain-Materials zur Erzeugung eines sich in Längsrichtung verändernden Schallgeschwindigkeitsprofils zur Unterdrückung von Effekten der Stimulierten Brillouin-Streuung (SBS) durch Erhöhung der Schwelle für die SBS dient, und einen Lichtwellenleitermantel, der den Kern des Lichtwellenleiters umschließt und sich axial über einen Längsabschnitt der Lichtwellenleiter-Vorrichtung erstreckt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Beispiel einer Verbundvorform zur Ausbildung eines Lichtwellenleiter-Verstärkers gemäß einem Aspekt der Erfindung.
  • 2 zeigt ein Diagramm, das einen Anstieg der Abweichung der Brillouin-Frequenz, das die Frequenzverschiebung des rückgestreuten Lichts über der Länge des Verstärkerlichtwellenleiters gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 3 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zur Ausbildung eines Lichtwellenleiter-Verstärkers gemäß einem Aspekt der Erfindung.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm einer Vorrichtung zur Ausbildung eines Lichtwellenleiter-Verstärkers gemäß einem Aspekt der Erfindung.
  • 5 zeigt ein Beispiel einer optischen Vorrichtung in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Kerns aus Gain-Material, das eine Verbundplattentechnik gemäß einem Aspekt der Erfindung einsetzt.
  • 7 zeigt ein Diagramm, das die Schallgeschwindigkeit und den Brechungsindex als eine Funktion der Länge gemäß einem Aspekt der Erfindung darstellt.
  • 8 zeigt ein anderes Beispiel eines Verfahrens zur Ausbildung eines Kerns aus Gain-Material, das eine ”Kerzendocht” Technik gemäß einem Aspekt der Erfindung einsetzt.
  • 9 zeigt eine Vorderansicht einer Vorform mit sich in radialer Richtung ändernder Schallgeschwindigkeit und einen Querschnittsausschnitt der Vorform mit radial unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit, dargestellt mit gestrichelter Linie, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
  • 10 zeigt ein Beispiel eines Profils der Konzentration der Dotiersubstanz, das die Konzentration an Dotiersubstanz von einer oder den mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen über dem Radius der Vorform der radial unterschiedlichen Schallgeschwindigkeit des Beispiels der 9 gemäß einem Aspekt der Erfindung darstellt.
  • 11 zeigt ein anderes Beispiel eines Verfahrens zur Ausbildung eines Kerns aus Gain-Material, der eine Dampfphasenreaktortechnik gemäß einem Aspekt der Erfindung einsetzt.
  • 12 zeigt ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zur Ausbildung eines Kerns aus Gain-Material, das eine chemische Dampfphasenabscheidung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung einsetzt.
  • 13 zeigt ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zur Ausbildung eines Kerns aus Gain-Material, das eine Schleuderbeschichtungstechnik gemäß einem Aspekt der Erfindung einsetzt.
  • 14 zeigt ein Flussdiagramm eines anderen Beispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines Lichtwellenleiter-Verstärkers in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Zusammensetzung eines Faserkerns für einen Lichtwellenleiter-Verstärker beziehungsweise einen optischen Faserverstärker, der in Längsrichtung derart verändert ist, dass die optischen Eigenschaften (z. B. der Brechungsindex) des Lichtwellenleiter-Verstärkers etwa konstant bleibt, bei dem die Schalleigenschaften entweder periodisch oder aperiodisch in Richtung des Propagierens bzw. der Ausbreitung variiert. Folglich kann die mittlere Stimulierte Brillouin-Streuung (SBS) über einen weiten Frequenzbereich verteilt werden und der maximale Gain (Verstärkung) bei einer bestimmten gegebenen Frequenz somit vermindert werden. Die Auswirkung auf die Performance ist gegenüber derjenigen gleich, die bei einer räumlichen Modulation der Spannung oder Temperatur erzielt wird, aber zu einem deutlich höheren Grund und ohne die Komplikationen einer solchen Hardware-Implementierung. Die Verbreiterung des optischen Spektrums des Lasersignals vermindert den effektiven Anstieg der SBS. Nimmt man zum Beispiel das Spektrum eines Lorentz-Lasers, nimmt der effektive Brillouin Gain-Koeffizient mit dem Anstieg der Bandbreite des Signals gemäß der nachfolgenden Gleichung zu:
    Figure 00060001
    worin Δvl die Linienbreite des Lasers, ΔvB die Brillouin-Linienbreite und gB den Brillouin-Gain für ein schmales Signalspektrum bezeichnen. Wenn das optische Spektrum derart aufgeweitet ist, dass die effektive Linienbreite des Signals größer als die des Spektrums des Brillouin-Gains ist, wird daher der SBS-Gain vermindert. Wenn Δvl >> ΔvB ist, wird folglich dann SBS wirksam unterdrückt und andere nicht-lineare Effekte bestimmen die Leistungsgrenze. Δvl kann jedoch nur zu einem bestimmten Grad aufgeweitet werden. Wenn die Linienbreite des Lasers nicht willkürlich groß gemacht werden kann, dann muss eine andere Strategie zur Verminderung des effektiven Gain des SBS-Vorgangs eingesetzt werden. Ein Beispiel einer solchen Situation würde in der Konstruktion eines Felds von Lichtwellenleiter-Verstärkern mit kohärenter Phase sein, der durch einen gemeinsamen Masteroszillator (MO) angeregt wird, für den der Mechanismus des kohärenten Vereinigens die praktische Linienbreite des Signals begrenzt, weil die Linienlänge für den Lichtwellenleiter-Verstärker an die deutlich geringere Länge der Signalkohärenz, gegeben durch die Gleichung Lcoh = c/(nΔvl), angepasst werden muss.
  • Die Brillouin-Frequenz vB ergibt sich aus vB = 2nvA/λl, worin n der Brechungsindex des Kerns ist, VA die Schallgeschwindigkeit und λl die Wellenlänge des Lasers ist. Die Schallgeschwindigkeit ändert sich mit der Temperatur und der Spannung bzw. Dehnung und eine erfolgreiche Methode zur Verminderung des effektiven Netto-Brillouin-Gain in einem Lichtwellenleiter-Verstärker durch differenzielles Strecken des Faserkerns oder durch Anwendung eines Temperaturgradienten über dessen Länge. Auf diese Weise ist der Brillouin-Gain nur für Licht hoch, das Brillouin gestreut und Frequenz verschoben von dem kleinen Teil der Faser ist, über den die gestreute Frequenz sich innerhalb des Resonanz-Gains mit ΔvB des Brillouin-Gain-Vorgangs befindet. Die Verbesserung der Schwelle für die SBS hängt davon ab, ein wie hoher räumlicher Gradient der Schallfrequenz erzielt werden kann. Eine Veränderung der Zusammensetzung des Kerns der optischen Faser bzw. des Lichtwellenleiters derart, dass die Schallfrequenz in großem Umfang in einem axialen Längsabschnitt entsprechend der Länge eines üblichen Hochleistungs-Lichtwellenleiter-Verstärkers verändert wird, verbessert die SBS-Schwelle um einen gleichen Betrag aus dem gleichen Grunde. Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Modifizierung der Zusammensetzung des Kerns des Lichtwellenleiters zur Verminderung des Brillouin-Gains und folglich zur Erhöhung der Schwelle für die SBS.
  • Die Zusammensetzung des Kerns des Lichtwellenleiters ist in Längsrichtung durch Dotiersubstanzen von einer oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen verändert, die so ausgewählt sind, dass sie den Brechungsindex beibehalten, aber die Schallgeschwindigkeit längs des Lichtwellenleiter bzw. der optischen Faser verändern und dadurch die SBS-Schwelle erhöhen, da sich die Brillouin-Resonanzfrequenz VB nun als eine Funktion des Wegs längs des Lichtwellenleiters verändert. In einem Kern eines Lichtwellenleiters können kleine Mengen (z. B. weniger als 10%) von einem oder mehreren von die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen Änderungen sowohl der optischen als auch der akustischen Eigenschaften des Kerns des Lichtwellenleiters bewirken. Zum Beispiel führen Germanium, Phosphor und Titan zu einer Erhöhung des Brechungsindex, so dass folglich die Lichtgeschwindigkeit im Kern des Lichtwellenleiters abnimmt.
  • Germanium, Phosphor und Titan bewirken auch eine Erhöhung des akustischen Index, und vermindern dadurch auch die Schallgeschwindigkeit im Kern des Lichtwellenleiters. Andere Dotiersubstanzen, wie z. B. Bor und Fluor, haben den gegenläufigen Effekt und erhöhen die optische Geschwindigkeit, aber vermindern die Schallgeschwindigkeit.
    PARAMETER Ge P Ti B F Al
    Optischer Index ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↑
    Schallgeschwindigkeit ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↑
    Akustischer Index ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↓
  • Folglich kann die Kombination von Dotiersubstanzen derart gewählt werden, dass sie eine Auswirkung auf die Schallgeschwindigkeit hat, dass aber die Auswirkung auf den optischen Index vernachlässigbar ist. Die Kombination von Dotiersubstanzen hängt letztlich von der Anwendung ab, da die Kombination der Dotiersubstanzen nutzerbezogen an eine bestimmte Anwendung angepasst werden kann.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verbundvorform 10 (Preform, Vorformling) zur Ausbildung eines Lichtwellenleiter-Verstärkers bzw. optischen Verstärkers in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung. Die Verbundvorform 10 umfasst einen Kern 12 aus Gain-Material und eine Vorform 14 eines Mantel- bzw. Ummantelungs-Materials. Die Verbundvorform kann zur Bildung eines Lichtwellenleiter-Verstärkers ausgezogen werden. Der Kern aus Gain-Material kann aus einem beliebigen Material aus einer Vielzahl von Kernmaterialien (z. B. Silizium) gebildet sein, das mit einer Gain-Dotiersubstanz dotiert ist, also mit einer oder mehreren Dotiersubstanzen aus zum Beispiel Seltenen Erden zur Erzielung einer Verstärkung für den Lichtwellenleiter(bzw. Glasfaser)-Verstärker. Der Kern 12 aus Gain-Material ist so hergestellt, dass die Konzentrationen an Dotiersubstanz einer oder mehrere, die Schallgeschwindigkeit verändernder Dotiersubstanzen in Längsrichtung variieren, so dass die Schallgeschwindigkeit in Kern 12 aus Gain-Material beeinflusst wird, aber derart, dass die Auswirkung auf die optischen Eigenschaften (z. B. Brechungsindex) vernachlässigbar ist. Dies kann durch Kombinieren von einer oder mehreren die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen auf der Grundlage der akustischen und optischen Wirkungen der Dottersubstanzen erfolgen. Dotiersubstanzen, wie z. B. Germanium, Phosphor, Aluminium, Bor, Fluor und Titan können in unterschiedlichen Konzentrationen eingesetzt werden, um den Kern 12 aus Gain-Material zu dotieren. Die unterschiedlichen Konzentrationen von einer oder mehreren der die Schallgeschwindigkeit verändernde Dotiersubstanzen erzeugen ein in Längsrichtung variierendes Schallgeschwindigkeitsprofil 16, wie dies mit gestrichelten Linien längs des Kerns aus Gain-Material dargestellt ist, für die Unterdrückung von Effekten der Stimulierten Brillouin-Streuung durch Erhöhung der SBS-Schwelle.
  • Eine Anzahl verschiedener Techniken kann eingesetzt werden, um den Kern 12 aus Gain-Material zu erzeugen, wie z. B. eine Verbundtechnik mit einer Verbundplatte, eine ”Kerzendocht”-Technik und eine chemische Dampfphasenreaktortechnik. Ferner kann eine chemische Dampfphasenabscheidungstechnik von außen und eine chemische Dampfphasenabscheidungstechnik von innen her zur Ausbildung des Kerns 12 aus Gain-Material eingesetzt werden, mit in Längsrichtung unterschiedlichen Dotiersubstanzkonzentrationen der einen oder anderen, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen. Es kann auch eine Schleudertechnik zur Beschichtung mit Sol-Gel zur Ausbildung des Kerns 12 aus Gain-Material mit in Längsrichtung unterschiedlichen Konzentrationen an Dotiersubstanz der einen oder anderen die Schallgeschwindigkeit verändernde Dotiersubstanzen eingesetzt werden. Ein Fachmann mit üblichen Fähigkeiten auf dem hier vorliegenden Gebiet wird erkennen, dass dieses nicht eine vollständige Liste von Verfahren und Techniken zur Herstellung des Kerns 12 aus Gain-Material mit in Längsrichtung variierenden Konzentrationen der Dotiersubstanz der einen oder mehreren die Schallgeschwindigkeit verändernde Dotiersubstanzen ist und das vielmehr alternative Verfahren und Techniken ebenfalls eingesetzt werden können.
  • Die Vorform 14 aus Mantel-Material kann aus einem von vielen Glasmaterialien bestehen. Zum Beispiel kann die Vorform 14 aus Mantel-Material aus Oxidgläsern, wie z. B. Silikatgläsern, Phosphatgläsern, Germanat-Gläsern und dergleichen bestehen. Nach einem anderen Beispiel kann die Vorform 14 aus Mantel-Material aus Halogenidgläsern wie beispielsweise Fluoridgläsern bestehen. Nach einem weiteren Beispiel kann die Vorform 14 aus Mantel-Material Chalkogenide umfassen, wie z. B. Sulfitgläser, Selenidgläser, Telluritgläser und dergleichen. Es können beispielsweise auch Siliziumoxidglas, Borsilikatglas und dergleichen zur Ausbildung der Vorform 14 aus Mantel-Material eingesetzt werden. Ferner kann das Mantel-Material der Vorform 14 mit jedem beliebigen von mehreren Dotiersubstanzen dotiert werden, um den gewünschten Brechungsindex zu erhalten.
  • Für die Ausbildung der Verbundvorform 10 kann zunächst die Vorform 14 aus Mantel-Material hergestellt werden. Bei dem Beispiel nach 1 ist die Vorform 14 aus Mantel-Material als in im wesentlichen zylindrische Form dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die Vorform 14 aus Mantel-Material auch eine beliebige andere Querschnittsform aufweisen kann, wie rechtwinklig, elliptisch oder D-förmig. In die Vorform 14 aus Mantel-Material wird ein Loch gebohrt, beispielsweise im wesentlichen auf der Mittelachse oder im Schwerpunkt des Querschnitts der Vorform 14 aus Mantel-Material. Der Kern 12 aus Gain-Material wird somit in das Loch, das in die Vorform 14 aus Mantel-Material gebohrt worden ist, eingeführt oder ”eingefädelt” und dann erhitzt, um die Verbundvorform zu verschweißen. Die so entstandene Vorform 10 wird dann zu dem sich ergebenden Lichtwellenleiter-Verstärker ausgezogen, z. B. in einem Ausziehturm.
  • Der resultierende Lichtwellenleiter-Verstärker behält die Eigenschaften des Kerns 12 aus Gain-Material bei trotz der erheblichen Abnahme des Radius des Kerns 12 aus Gain-Material und der resultierenden Faser. Wenn der Kern 12 aus Gain-Material zur Veränderung der optischen oder akustischen Eigenschaften, (z. B. des Brechungsindex oder der Schallgeschwindigkeit) dotiert ist, wird folglich der resultierende Lichtwellenleiter-Verstärker die geänderten optischen oder akustischen Eigenschaften aufweisen. Somit kann der resultierende Lichtwellenleiter-Verstärker einer spezifischen Anwendung durch Dotieren des Gain-Materials des Kerns 12 genau angepasst werden.
  • 2 zeigt ein Diagramm, das den Verlauf bzw. eine Rampe 18 der Frequenzänderung wiedergibt, in dem die Frequenzänderung des rückgestreuten Lichts über dem Ort längs der Erstreckung des Verstärkerlichtleiters in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Die Rampe 18 der Frequenzänderung gilt für einen beispielhaften Lichtwellenleiter-Verstärker mit einer Lichtwellenleiterlänge von 5 m sowie einer optischen Eingangsleistung von 10 Watt und einer optischen Ausgangsleistung von 825,5 Watt. Der beispielhafte Lichtwellenleiter-Verstärker wurde mit Titandioxid und Fluor mit einer ersten Dotterkonzentration von 1,5 Gew.-% dotiert. Das Titandioxid und das Fluor sind in verschiedenen Verhältnissen über die Längserstreckung des Lichtwellenleiters bzw. der Faser so gemischt worden, dass der optische Index im wesentlichen über die Längserstreckung der Faser gleichbleibend beibehalten ist aber das variierende Schallgeschwindigkeitsprofil aufweist.
  • In dem Maße, in dem das Mischungsverhältnis über die Längserstreckung der Faser variiert ist, ist auch die Brillouin-Resonanzfrequenz vB um einen großen Betrag längs der Längserstreckung der Faser verändert. Daher ist das rückgestreute Licht hinsichtlich seiner Frequenz über die Längsschnitte der beispielhaften Faser derart verändert, dass der effektive Gain- bzw. die Verstärkung abfällt, da sich die Abschnitte nicht länger auf der gleichen Mittellinienfrequenz aufgrund der Frequenzverschiebung in dem Längsabschnitt befinden. Folglich erzeugen die Abschnitte nicht weiterhin eine starke Rückstreuungswellenlänge von einem speziellen gegebenen Längsabschnitt und verteilen den Brillouin-Gain über die Frequenz durch Unterdrücken der effektiven Wechselwirkungslänge für die Verstärkung einer gegebenen Frequenz. Folglich ist die SBS in der beispielhaften Faser um 26,8 dB gesenkt. Dieses Ergebnis wurde unter Verwendung eines High-Fidelity-Models für die SBS in einem Hochleistungs-Lichtwellenleiter-Verstärker erzielt.
  • 3 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung 20 zur Ausbildung bzw. Herstellung eines Lichtwellenleiter-Verstärkers gemäß einem Aspekt der Erfindung. Die Vorrichtung 20 zeigt eine Verbundvorform 22, die eine Vorform 24 aus Mantel-Material und einem Kern 26 aus Gain-Material aufweist, ähnlich der Verbundvorform 10 aus dem Beispiel der 1. Als solches kann die Vorform 24 aus Mantel-Material aus geglühtem Silizium und einem Kern 26 aus Gain-Material aus mit Seltenen Erden dotiertem Siliziummaterial ausgebildet sein, das mit einem oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen zur Erzeugung eines in Längsrichtung variierenden Schallgeschwindigkeitsprofil längs des Kerns aus Gain-Material dotiert ist. Nach dem Beispiel der 3 wurde die Verbundvorform 22 ausgezogen, um einen Lichtwellenleiter-Verstärker 28 zu bilden. Der Lichtwellenleiter-Verstärker kann eine Länge von etwa 2 m bis etwa 100 m aufweisen.
  • Die Vorrichtung 20 hat eine Heizzone 30, wie sie in einem Faserausziehturm vorgesehen sein kann. Nach einem Beispiel kann die Heizzone 30 Hitze aufbringen, die ausreicht, um das Mantel-Material der Vorform 24 (z. B. Silizium) zu erweichen und den Stab 26 aus Kernmaterial zu schmelzen. Auf diese Weise wird die Verbundvorform 22 vom ersten Ende 32 her ausgezogen, um den Lichtwellenleite 28 zu bilden. Der Lichtwellenleiter 28 wird nach Verlassen der Heizzone 30 durch ein nicht dargestelltes Polymerbad geführt, so dass ein Außenmantel auf den Lichtwellenleite 28 aufgebracht werden kann, und wird anschließend auf eine Aufwickelspule 34 aufgewickelt.
  • Es versteht sich, dass die Vorrichtung 20 des Ausführungsbeispiel nach 3 sehr vereinfacht dargestellt ist, und dass jegliche Kombination von Faserherstellungstechniken bei der Ausbildung des resultierenden Lichtwellenleiter-Verstärkers 28 implementiert werden kann. Aus diesem Grunde ist nicht beabsichtigt, die Vorrichtung 20 auf das Ausführungsbeispiel nach 3 zu beschränken.
  • Aufgrund der zuvor beschriebenen strukturellen und funktionellen Merkmale wird nun ein Verfahrensablauf gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung zum besseren Verständnis unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Während zum Zwecke der Vereinfachung der Erläuterung der Verfahrensablauf der 4 als nacheinander ablaufend dargestellt und beschrieben ist, versteht es sich und ist erkennbar, dass die vorliegende Erfindung durch die dargestellte Reihenfolge nicht beschränkt ist, da einige Aspekte gemäß der vorliegenden Erfindung auch in einer anderen Reihenfolge und/oder gleichzeitig mit anderen Aspekten von den dargestellten und hier beschriebenen auftreten können. Fernerhin können nicht alle dargestellten Merkmale für eine Implementierung in einem Verfahrensablauf gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erforderlich sein.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 50 zur Ausbildung eines Lichtwellenleiter-Verstärkers gemäß einem Aspekt der Erfindung. Bei 52 wird ein Kern aus Gain-Material mit einem sich in Richtung der Längserstreckung ändernden akustischen Profil ausgebildet. Es wird erörtert werden, dass dieses durch eine Verbund-Plattentechnik, eine ”Kerzendocht”-Technik, eine chemische Dampfphasenreaktortechnik, eine chemische Dampfphasenabscheidung auf die Außen- oder Innenseite oder eine Schleuderbeschichtungstechnik mit einem Sol-Gel erzielt werden kann, um eine Vorform mit mehreren Schichten aus Gain-Material mit unterschiedlichen Schallgeschwindigkeitseffekten über die mehreren Schichten aus Gain-Material erzielt werden kann. Der Kern aus Gain-Material kann mit einer Gain-Dotiersubstanz (z. B. eine Dotiersubstanz aus Seltenen Erden) zur Ausbildung einer Verstärker-Verstärkung vor, während oder nach der Ausbildung des Kerns aus Gain-Material dotiert werden. Ein Querausschnitt kann aus der Vorform ausgebohrt werden, um einen Kern aus Gain-Material mit einem sich in Längsrichtung ändernden akustischen Profil zu erzeugen.
  • Bei dem Schritt 54 wird eine Vorform aus Mantel-Material bereitgestellt. Wie bereits oben mit Bezug auf 1 erörtert, kann das Mantel-Material der Vorform 14 eines von vielen verschiedenen Glasmaterialien sein. Das Mantel-Material kann auch dotiert sein, um einen bestimmten Brechungsindex zu erzeugen. Im Schritt 56 wird ein Loch in die Vorform aus Mantel-Material gebohrt. Die Vorform aus Mantel-Material kann eine von vielen verschiedenen Querschnittsformen aufweisen, wie beispielsweise rechtwinklig, elliptisch oder ”D”-förmig. Ebenso kann das Loch, das in das Mantel-Material eingebracht wird, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen oder alternativ einen rechtwinkligen, elliptischen oder einen anders geformten Querschnitt haben, aber mit der Maßgabe, dass der Kern eine angepasste Formgebung hat, um die Integration zu einer Verbundvorform zu erleichtern.
  • Im Schritt 58 wird ein Kern mit in Längsrichtung variierendem akustischem Profil in die Vorform aus Mantel-Material zur Bindung einer Verbundvorform zusammengefügt. Der Kern kann so gestaltet und poliert sein, dass der Kern auf geeignete Weise in die Vorform aus Mantel-Material hineinpasst. Im Schritt 60 wird die Verbundvorform von einem ersten Ende her ausgezogen, um den Lichtwellenleiter-Verstärker zu bilden. Dies kann durch Verwendung eines Faserausziehturms oder eines in 3 gezeigten ähnlichen Vorgangs erfolgen.
  • 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer optischen Vorrichtung 100 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Die optische Vorrichtung 100 kann in eine von vielen optischen Anwendungen implementiert sein, so beispielweise in ein optisches Kommunikationsnetzwerk, eine industrielle Werkstoffbearbeitung oder für optische Abbildungssysteme. Die optische Vorrichtung 100 umfasst einen Lichtwellenleiter-Verstärker 102 wie zum Beispiel den sich aus 3 ergebenden Lichtwellenleiter-Verstärker. Der Lichtwellenleiter-Verstärker 102 umfasst somit einen Mantel 104, der aus geglühtem Silizium hergestellt werden kann, und einem Kern 106 aus Gain-Material, der aus mit Seltenen Erden dotiertem Silizium mit einer oder mehreren, die Schallgeschwindigkeiten verändernden Dottersubstanzen gefertigt werden kann.
  • Eine Pumpmatrix 108 aus Laserdioden ist so ausgebildet, dass sie eine Pumpstrahlung hoher Helligkeit an eine fokussierende Optik 110 abgibt. Die fokussierende Optik 110 fokussiert folglich die Pumpstrahlung und lenkt sie in den Lichtwellenleiter-Verstärker 102 über einen stark reflektierenden Spiegel 112. Ein teildurchlässiger Auslassspiegel 114 ist an den Lichtwellenleiter 102 am zum stark reflektierenden Spiegel 112 gegenüber liegenden Ende des Lichtwellenleiter-Verstärkers 102 angeschlossen. Als Folge hiervon wird die Pumpstrahlung hoher Helligkeit im Faserkern im Längsabschnitt der Faser zwischen dem stark reflektierenden Spiegel 112 und dem teildurchlässigen Auslassspiegel 114 gefangen gehalten. Folglich regt die eingefangene Pumpenergie die Dotiersubstanz aus Seltenen Erden im Kern an und erzeugt so eine optische Verstärkung (Gain) und einen Laservorgang, was mit hoher Effizienz zu einer Umwandlung der Pumpenergie in einen Ausgangsstrahl 116 durch den teildurchlässigen Auslassspiegel 114 führt.
  • Es versteht sich, dass die optische Vorrichtung 110 nicht auf das Ausführungsbeispiel der 5 beschränkt sein soll. Als Ausführungsbeispiel ist die optische Vorrichtung 100 vereinfacht in dem Beispiel der 5 dargestellt. So können zusätzliche optische Komponenten wie zusätzliche Linsen und bzw. oder Spiegel in der optischen Vorrichtung 100 enthalten sein. Daher kann die optische Vorrichtung 100 auf unterschiedlichste Weise ausgestaltet sein, und kann auf die eine oder andere Weise in Lichtwellenleiter-Anwendungen hoher Leistung integriert werden.
  • 6 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens 130 zur Ausbildung eines Kerns aus Gain-Material, der eine Verbundplattentechnik gemäß einem Aspekt der Erfindung einsetzt. Es ist ein Kern 136 aus Gain-Material mit einem in Längsrichtung unterschiedlichen Schallgeschwindigkeitsprofil unter Verwendung einer Verbundplattentechnik zur Erzeugung einer Vorform 132 mit einer vertikal unterschiedlichen Schallgeschwindigkeit hergestellt. Der Kern 136 aus Gain-Material kann mit einer Gain-Dotiersubstanz (zum Beispiel mit einer Dotiersubstanz aus Seltenen Erden) dotiert sein, um zur Verstärkung vor, während oder nach der Ausbildung des Kerns 130 aus Gain-Material zu führen. Eine Vielzahl von Abschnitten aus Gain-Materialglas 138, 140, 142, 144 und 146 wird mit unterschiedlichen Konzentrationen einer oder mehrerer, die Schallgeschwindigkeit verändernder Dotiersubstanzen versetzt und wird auf einem flachen Substrat unter Abscheidung aus der Flamme mit jeweils unterschiedlicher Konzentration der Dotiersubstanz in jeder der Vielzahl von Abschnitten gebildet. Die Abschnitte des Glases sind mit unterschiedlichen Konzentrationen von einem oder mehreren, die die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen wie zum Beispiel Germanium, Phosphor, Titan, Bor, Fluor oder Aluminium dotiert. Die Abschnitte 138, 140, 142, 144 und 146 sind in gestapelter Anordnung miteinander verbunden, um eine Vorform 132 zu bilden, die in vertikaler Richtung unterschiedliche Schallgeschwindigkeiten hat. Daher kann die Konzentration der Dotiersubstanz einer Vorform 132 mit vertikal unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit sich periodisch verändern oder kann sich aperiodisch verändern und eine oder mehrere Abschnitte mit unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit umfassen. Es versteht sich, dass eine Vielzahl von Schallgeschwindigkeitsprofilen erzielt werden kann, um die Erfordernisse einer speziellen Verstärkerkonstruktion für die Unterdrückung von SBS zu erfüllen.
  • Ein sich in Querrichtung erstreckender Ausschnitt, nachfolgend Querausschnitt, 134 ist in seiner Längsrichtung aus der Vorform 132 ausgebohrt. Der Abschnitt 134 ist daher der Kern 136 aus Gain-Material mit einem in Längsrichtung unterschiedlichen Schallgeschwindigkeitsprofil. Da die Vorform 132 in vertikaler Richtung periodisch oder aperiodisch unterschiedliche Schallgeschwindigkeit hat, hat der Kern 136 aus Gain-Material ein in Längsrichtung sich veränderndes Schallgeschwindigkeitsprofil. Daher ist die periodische oder aperiodische Veränderung des Kerns 136 aus Gain-Material in sich in Längsrichtung hinsichtlich der Schallgeschwindigkeit ändernde Abschnitte getrennt.
  • 7 zeigt eine graphische Darstellung der Schallgeschwindigkeit und des Brechungsindex als Funktion der Längserstreckung gemäß einem Aspekt der Erfindung. In einem Lichtwellenleiter-Verstärker mit einer sich in Längsrichtung unterscheidenden Konzentration der Dotiersubstanz einer oder mehrerer, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen korrespondiert die Varianz der Konzentration der Dotiersubstanz der Varianz der Schallgeschwindigkeit. Wenn die Konzentration der Dotiersubstanz sich periodisch ändert, wie dies in 6 dargestellt ist, verändert sich das Schallgeschwindigkeitsprofil 152 periodisch. Jeder vertikale Abschnitt des Schallgeschwindigkeitsprofils 152 korrespondiert mit einem Segment, wie es in 6 in Form der Segmente 138, 140, 142, 144, 146 dargestellt ist. Es wird von einem Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet erkannt, dass das Schwallgeschwindigkeitsprofil durch Verändern der Konzentration der Dotiersubstanz aus einem oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen in jeder Schicht des geschichteten Aufbaus 132 angepasst werden kann, wie es in 6 dargestellt ist.
  • Die Konzentrationen der Dotiersubstanz werden hinsichtlich ihrer Wirkung auf das Schallgeschwindigkeitsprofil 152 des Faserverstärkers gewählt, werden aber auch derart ausgesucht, dass das Brechungsindexprofil 154 im wesentlichen konstant bleibt. Während sich die Veränderung der Schallgeschwindigkeit in Richtung der Längserstreckung den SBS Gain vermindert, um die SBS Schwelle zu erhöhen, wird das Brechungsindexprofil nicht derart verändert, dass das sich in Vorwärtsrichtung ausbreitende Licht gehemmt wird.
  • 8 zeigt ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zur Ausbildung eines Kerns aus Gain-Material, das eine ”Kerzendocht”-Technik gemäß einem Aspekt der Erfindung einsetzt. Der Kern aus Gain-Material ist vor allem mit einem in Richtung der Längserstreckung wechselnden Schallgeschwindigkeitsprofil unter Anwendung der ”Kerzendocht”-Technik hergestellt. Der Kern aus Gain-Material kann mit einer Gain-Dotiersubstanz (z. B. eine Dotiersubstanz aus Seltenen Erden) dotiert sein, um eine Verstärker-Verstärkung vor, während oder nach der Ausbildung des Kerns aus Gain-Material zur Verfügung zu stellen. Eine Kernfaser 202 mit einer Konzentration der Dotiersubstanz aus einer oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen ist als ein ”Docht” geschaffen. Bei 204 ist eine Beschichtung mit einer vorbestimmten Konzentration an Dottersubstanz einer oder mehrerer, die Schallgeschwindigkeit verändernder Dottersubstanzen auf den Docht aufgebracht. Die Konzentration der Dotiersubstanz ist üblicherweise geringer als die Konzentration der Dotiersubstanz des Dochts. Eine Sol-Gel-Aufschlämmung ist im Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung wirksam, da die Sol-Gel-Aufschlämmung zur chemischen Nasstechnik zählt. Die chemische Nasstechnik kann leichter geregelt werden als eine Gastechnik. Die Beschichtung ist mit dem Docht durch Anwendung einer Hitzequelle auf den Docht bei 206 ausgeschmolzen.
  • Die Schritte 204 und 206 werden so lange wiederholt bis eine Anzahl von Schichten auf dem Docht aufgebracht ist. Jede Schicht hat eine andere Konzentration an Dotiersubstanz von einer oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen als die unmittelbar zuvor aufgebrachte Schicht und die im unmittelbaren Anschluss daran aufgebrachte Schicht. Auf diese Weise ist jede auf den Docht aufgebrachte Schicht gegenüber der Schicht, die ihr unmittelbar vorangeht und der Schicht, die ihr unmittelbar folgt, unterschiedlich dotiert. Üblicherweise befindet sich die höchste Konzentration an Dotiersubstanz auf der Kernfaser 201 aus Gain-Material und nimmt in den Schichten von der Kernfaser 202 aus radial nach außen ab.
  • An der Stelle 208 ist eine Vorform hergestellt worden, die in radialer Richtung eine jeweils andre Schallgeschwindigkeit aufweist. Ein Querausschnitt ist von der Vorform mit sich in radialer Richtung verändernder Schallgeschwindigkeit ausgebohrt, um einen Kern aus Gain-Material mit einem sich in Richtung der Längserstreckung verändernden Schallgeschwindigkeitsprofil zu gewinnen. Der Querausschnitt ist poliert und ist in Längsrichtung in einen Mantel derart eingefügt, dass die Konzentration an Dotiersubstanz in seiner Längsrichtung variiert. Ferner kann eine Vielzahl von Querausschnitten geformt, poliert und in Längsrichtung in einen Mantel eingefügt werden. Zwischen jeden der mehreren Querausschnitte kann ein Abstandshalter angeordnet werden, um zu verhindern, dass sich die vielen Querausschnitte während des Ausziehprozesses gegenseitig stören. Üblicherweise wird während des Ausziehprozesses ein einziger Querausschnitt in einen einzigen Lichtwellenleiter-Verstärker umgewandelt. Folglich werden viele Lichtwellenleiter-Verstärker mit unterdrückter SBS geeigneter Länge während eines einzigen Ausziehvorgangs erzeugt, wodurch die Kosten je Verstärker gemindert und Kernmaterial eingespart wird.
  • 9 zeigt eine Vorderansicht einer Vorform 250 mit sich radial verändernder Schallgeschwindigkeit und einen Querschnittsabschnitt der Vorform mit radial sich verändernder Schallgeschwindigkeit in gestrichelten Linien in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Bei der Vorform 250 mit in radialer Richtung sich verändernder Schallgeschwindigkeit variiert die Konzentration der Dottersubstanz in radialer Richtung, was unter Verwendung des Kerzendocht-Verfahrens, das zuvor anhand von 8 beschrieben worden ist, hergestellt werden kann. Die Vorform 250 umfasst axial um den Kern zentriert eine Vielzahl von Schichten. In 9 sind zur Vereinfachung der Darstellung nur vier Schichten gezeigt, jedoch ist es für den durchschnittlichen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet erkennbar, dass die Vorform 250 mit einer oder mit nur wenigen Schichten hergestellt werden kann, wenn dies erwünscht ist.
  • Jede der Schichten 252, 254, 256 und 258 hat eine Konzentration an Dotiersubstanz von einer oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen, die unterschiedlich gegenüber der Konzentration der Dotiersubstanz der Schicht, die ihr unmittelbar vorausgeht und der, die ihr unmittelbar nachfolgt. Zum Beispiel ist die Schicht 252 so ausgebildet, dass sie eine höhere Konzentration an Dotiersubstanz hat als die Schicht 254. Ebenso ist die Schicht 254 so ausgebildet, dass sie eine höhere Konzentration an Dottersubstanz hat als die Schicht 256 und die Schicht 256 hat eine höhere Konzentration an Dotiersubstanz als die Schicht 258. Die unterschiedlichen Konzentrationen an Dotiersubstanz in der Vorform 250 beeinflussen die Schwallgeschwindigkeit, sind jedoch speziell so bemessen, dass sie die optischen Eigenschaften der Faser im wesentlichen nicht beeinflusst. Dies kann durch eine Kombination der Dotiersubstanzen bewirkt werden, die speziell derart ausgewählt sind, dass die Auswirkung auf die optischen Eigenschaften (z. B. den Brechungsindex) vernachlässigbar ist.
  • Eine Querschnittsansicht des Querausschnitts 260 zeigt den geschichteten Aufbau der Vorform 250. Daher variiert in einem Querausschnitt 260 die Dotiersubstanz nicht in radialer Richtung, sondern über die Länge des Querausschnitts. So hat z. B. der Querausschnitt 260 der Vorform die gleiche Konzentration an Dotiersubstanz wie die Schicht 262 und 272. Die Schichten 264 und 272 haben die gleiche Konzentration an Dottersubstanz, die höher als die Konzentration an Dotiersubstanz der Schichten 262 und 272 ist. Ebenso haben die Schichten 266 und 270 die gleiche Konzentration an Dottersubstanz, die höher als die Konzentration an Dottersubstanz der Schichten 264 und 272 ist. Die Schicht 268 hat die höchste Konzentration an Dotiersubstanz. Wie bereits oben in Verbindung mit 8 erörtert, ist der Querausschnitt 260 geformt, poliert und in eine Mantel-Vorform eingefügt.
  • 10 zeigt ein Beispiel der Darstellung eines Konzentrationsprofils 80 an Dottersubstanz, die die Konzentration an Dottersubstanz von der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernde Dotiersubstanz über den Radius der Vorform 250 mit der radial unterschiedlichen Schallgeschwindigkeit des Beispiels nach 9 gemäß einem Aspekt der Erfindung grafisch dargestellt. Das Beispiel der Vorform 250 mit radial unterschiedlichen Schallgeschwindigkeiten hat eine innerste Schicht 252, und sich von der innersten Schicht 252 radial erstreckenden Schichten. 10 zeigt, dass die Konzentration an Dotiersubstanz radial nach außen von der innersten Schicht 252 ausgehend abnimmt, so dass die höchste Konzentration an Dotiersubstanz in der Schicht 302 auftritt. Daher steigt die Konzentration an Dotiersubstanz generell auf ihren Höchstwert zentriert auf die axiale Mittelschicht und fällt zu jeder nachfolgenden Schicht ab. Als Ergebnis hiervon ist die Schallgeschwindigkeit in der Vorform 250 geteilt, um die Schwelle für die SBS zu erhöhen.
  • 11 zeigt ein anderes Beispiel für ein Verfahren zum Ausbilden eines Kerns aus Gain-Material, das die chemische Dampfphasenabscheidungstechnik anwendet, gemäß einem Aspekt der Erfindung. Der Kern aus Gain-Material kann mit einer Gain-Dotiersubstanz (z. B. einer Dotiersubstanz aus Seltenen Erden), um eine Verstärker-Verstärkung vor, während oder nach der Formung des Kerns aus Gain-Material zur Verfügung zu stellen. Insbesondere eine Vorform mit vertikal unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit wird unter Verwendung der chemischen Dampfphasenabscheidungstechnik in einer chemischen Dampfphasenabscheidevorrichtung bekannter Konstruktion hergestellt. Ein mit einem oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen dotiertes Gas wird durch eine Einlassöffnung 352 in eine Reaktionskammer 354 eingeleitet. In der Reaktionskammer 354 spaltet sich das Gas auf und bildet eine oder mehrere dotierte Glassschichten 360 auf einer Siliziumscheibe (Wafer) 358.
  • Die Vielzahl von dotierten Glasschichten 360 und die Siliziumscheibe 358, auf dem man die dotierten Glasschichten 360 wachsen lässt, wird auf einem rotierenden Träger 356 angeordnet, um Gleichförmigkeit der Vielzahl von dotierten Glasschichten 360 zu erzielen. Der Träger 356 wird während sich das Gas spaltet erhitzt und gedreht. Die Drehung bei der Erhitzung unterstützt die Gleichförmigkeit aufgrund der Zentrifugalkraft. Jegliches Überschussgas in der Reaktionskammer wird durch eine Auslassöffnung 362 ausgespült. Anschließend kann man ein Gas, das mit einer anderen Konzentration an Dotiersubstanz der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen durch die Einlassöffnung 352 und in die Reaktionskammer 354 einströmen lassen, was zu einer der Vielzahl von dotierten Glasschichten führt. Dieser Prozess kann so häufig wie nötig wiederholt werden, bis die gewünschte Anzahl von Schichten gewachsen ist oder es kann auch die Dotierung zur Änderung der Schallgeschwindigkeit im wesentlichen kontinuierlich in einem solchen Apparat vorgenommen werden.
  • Statt eine Vorform, die sich radial verändert, anwachsen zu lassen, lässt die chemische Dampfphasenreaktortechnik Schichten vertikal anwachsen, wie dies anhand der dotierten Glasschichten 360 verdeutlicht ist. Ein Querausschnitt kann von den dotierten Glasschichten 360 ausgebohrt werden, um einen Kern aus Gain-Material mit sich in Längsrichtung verändertem Schallgeschwindigkeitsprofil längs des Kerns aus Gain-Material zu bilden. Der Kern aus Gain-Material kann geformt und poliert und in eine Vorform aus Mantelmaterial zur Bildung einer Verbund-Vorform eingefügt werden.
  • 12 zeigt ein anderes Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Kerns aus Gain-Material unter Anwendung der chemischen Dampfphasenabscheidungstechnik gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Der Kern 136 aus Gain-Material kann mit einer Dotiersubstanz (zum Beispiel eine Dotiersubstanz aus Seltenen Erden) dotiert werden, um eine Verstärker-Verstärkung vor, während oder nach der Bildung des Kerns aus Gain-Material zu schaffen. Insbesondere kann eine Vorform mit radial veränderter Schallgeschwindigkeit unter Einsatz der Technik wie der Technik der chemischen Dampfphasenabscheidung von außen (OCVPD) oder der chemischen Dampfphasenabscheidung von innen (ICVPO) erzeugt werden. Die Vorform mit radial variierender Schallgeschwindigkeit beginnt als ein Zylinder 402 aus einem Material für optische Fasern bzw. Lichtwellenleiter (z. B. aus Silizium), die hohl ist. Der Zylinder 402 wird auf einer Vorform-Drehmaschine aufgespannt und mit einem Zwischengas gefüllt, wie zum Beispiel mit einer Dotiersubstanz aus Siliziumwasserstoff, Germanium, metallorganischen Seltenen Erden und mit Sauerstoff, der mit einem oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen in der Gasphase dotiert ist. Der Zylinder wird dann einer Wärmequelle (z. B. einer Wasserstoffflamme) in der Größenordnung von etwa 1000°K ausgesetzt, was das Aufspalten und Oxidieren des Zwischengases bewirkt und dadurch eine Schicht aus chemischem Dampfabscheidematerial hinterlässt, das noch nicht völlig verdichtet ist, und das als ”Sott” bzw. Ruß bezeichnet wird. Die Eigenschaften der Schichten, wie zum Beispiel Dicke und Konzentration an Dotiersubstanz, werden durch Verändern der Strömungsgeschwindigkeit und der Dotiersubstanzkonzentration des Zwischengases, während der Zylinder 402 der Wärmequelle ausgesetzt ist, bestimmt.
  • Dieser Prozess des Niederschlagens einer Schicht aus Sott mit variierender Konzentration der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dottersubstanzen wird wiederholt, bis die gewünschte Anzahl an Schichten an der Innenseite oder der Außenseite des mit Sott beschichteten Zylinders 404 niedergeschlagen ist. Als Folge hiervon hat der mit Sott beschichtete Zylinder 404 eine Vielzahl von Sott- bzw. Rußschichten, von denen jede Schicht eine andere Konzentration an Dotiersubstanzen aus der einen oder den mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernde Dottersubstanzen wie die unmittelbar vorhergehende Schicht und die unmittelbar folgende Schicht, wie dies im Zusammenhang mit 8 erläutert wurde. In einigen Prozessen zum Dotieren mit Seltenen Erden wird das sott- bzw. rußhaltige Material mit einer Lösung behandelt, die Ionen der Seltenen Erden vor der weiteren Verdichtung enthalten. Wenn die gewünschte Anzahl von Sott-Schichten abgeschieden worden ist und die Lösung der Seltenen Erden, wenn geeignet, dotiert ist, lässt man den Zylinder 404 mit den Sott-Schichten zusammenfallen bzw. kollabieren, wie dies bei 406 dargestellt ist. Der Zylinder 404 mit den Sott-Schichten wird durch Aussetzen des Zylinders 404 mit den Sott-Schichten einem Vakuum zusammen- bzw. einfallen gelassen während die Wärmequelle entlang der Längserstreckung des Zylinders 404 mit den Sott-Schichten bewegt wird. Die räumliche Zuordnung zwischen den Schichten wird beibehalten, während sie sich im Prozess der Ablagerung der Schichten befinden. Als Ergebnis hiervon ist der zusammengefallene Zylinder eine Vorform von 406 mit radial unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit.
  • Ein Querausschnitt 408 ist aus der Vorform 406 mit radial sich verändernder Schallgeschwindigkeit ausgebohrt, um einen Kern 410 aus Gain-Material mit einem in Längsrichtung variierenden Schallgeschwindigkeitsprofil zu schaffen. Der Kern 410 aus Gain-Material kann geformt und poliert sowie in eine Vorform aus Mantelmaterial eingefügt werden, um eine Verbundvorform zu schaffen. Der Querausschnitt 408 kann beispielsweise etwa 3 bis 4 mm lang sein und einen Durchmesser von etwa 1 mm haben. Der Querausschnitt 408 hat einen im wesentlichen konstanten Brechungsindex, aber ein in Längsrichtung variierendes Schallgeschwindigkeitsprofil. Folglich ist ein Kern 410 aus Gain-Material mit einem in Längsrichtung wechselndes Schallgeschwindigkeitsprofil und einem im wesentlichen konstanten Brechungsindex hergestellt worden. Die Unterschiede in Längsrichtung der Konzentrationen der Dotiersubstanzen in den Schichten des Kerns 410 aus Gain-Material ist durch den Pfeil längs der Seite des Kerns 410 aus Gain-Material hervorgehoben.
  • 13 zeigt ein anderes Beispiel eines Verfahrens zur Formung eines Kerns aus Gain-Material, das die Schleudertechnik zum Beschichten gemäß einem Aspekt der Erfindung anwendet. Der Kern des Gain-Materials kann mit einer Gen-Dotiersubstanz (z. B. eine Dottersubstanz aus Seltenen Erden) dotiert werden, um eine Verstärker-Verstärkung bzw. eine Verstärkung durch den Verstärker vor während oder nach der Herstellung des Kerns aus Gain-Material zu schaffen. Insbesondere ist eine Vorform mit einer sich in vertikaler Richtung verändernden Schallgeschwindigkeit unter Verwendung des Schleuderbeschichtens von Sol-Gel-Schichten 450 hergestellt. Das Schleuderbeschichten mit Sol-Gel-Schichten ist ein Prozess, der in der Halbleiterindustrie zum Aufbringen einer dünnen Schicht aus Photowiderständen angewendet wird. Dieser Prozess kann mit Sol-Gelen auf der Basis von Silizium eingesetzt werden, die mit einer Gain-Material-Dotiersubstanz dotiert sind, um eine Verstärker-Verstärkung und eine oder mehrere, die Schallgeschwindigkeit verändernde Dotiersubstanzen, wie zum Beispiel Fluor, Germanium, Titan, Phosphor und Aluminium, zum Niederschlagen von Schichten mit unterschiedlichen Konzentrationen an Dotiersubstanz von einer oder mehreren die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen zu erzielen.
  • Im Verfahrensschritt 452 wird ein Überschussmenge dotierter Lösung mit dem einen oder den mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen auf ein Substrat aufgebracht. Das Substrat wird mit hoher Drehzahl in einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung gedreht, um die Flüssigkeit durch Zentrifugalkraft zu verteilen. Die Drehung wird fortgesetzt, während die Flüssigkeit von den Kanten des Substrats abgeschleudert wird, bis die gewünschte Dicke der Schicht erzielt worden ist. Diesem Vorgang folgt üblicherweise ein Trocknungsprozess und eine Wärmebehandlung zur weiteren Befestigung der Schicht. Der Verfahrensschritt 452 wird mit anderen Konzentrationen der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen wiederholt, bis die gewünschte Anzahl von übereinander liegenden Schichten abgeschieden worden ist.
  • Wie es zuvor mit Bezug auf die Dampfphasenreaktortechnik nach 11 erläutert wurde, lässt die Schleuderbeschichtung von Schichten 450 aus Sol-Gel vertikal anwachsen, wie dies durch die geschichtete Struktur 454 gezeigt ist, anstelle eines radialen Anwachsens, wie dies in den 8 und 12 dargestellt ist. Ein Querausschnitt kann aus den dotierten Glasschichten 360 ausgebohrt werden, um einen Kern aus Gain-Material mit einem in Längsrichtung variierenden Schallgeschwindigkeitsprofil längs des Kerns aus Gain-Material zu erzielen. Der Kern aus Genmaterial kann geformt und poliert sowie in die Form aus Mantel-Material zur Gewinnung einer Verbundvorform eingefügt werden.
  • Aufgrund der zuvor erläuterten strukturellen und funktionellen Merkmale wird ein Verfahrensablauf in Übereinstimmung mit mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung nun unter Bezugnahme auf 14 noch besser verstanden werden. Während zum Zwecke der Einfachheit der Verfahrensablauf nach 14 dargestellt und beschrieben wird als nacheinander ausgeführt, versteht es sich und ist einsichtig, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellte Reihenfolge beschränkt ist, da einige Aspekte gemäß der vorliegenden Erfindung in anderer Reihenfolge und oder gleichzeitig mit anderen Aspekten gegenüber den dargestellten und den hierin beschriebenen auftreten können. Darüber hinaus können nicht alle dargestellten Merkmale erforderlich sein, um einen Verfahrensablauf gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung auszuführen.
  • 14 zeigt ein Flussdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 500 zum Ausbilden eines Lichtwellenleiter-Verstärkers gemäß einem Aspekt der Erfindung. Beim Verfahrensschritt 502 wird eine Vielzahl von Schichten aus Gain-Material erzeugt, die unterschiedliche Konzentrationen an Dotiersubstanz von einer oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen aufweisen, die unterschiedliche Schallgeschwindigkeitseffekte über die Vielzahl von Schichten haben. Die Schichten aus Gain-Material können unter Verwendung von Verfahren gewonnen werden, die die chemische Dampfphasenabscheidung von außen und die chemische Dampfphasenabscheidung von innen her, die mit einem chemischen Dampfphasenreaktor, das Schleuderbeschichten mit einem Sol-Gel oder die ”Kerzendocht”-Technik einschließen. Auch wenn jede Technik ein anderes Verfahren einsetzt, führen alle zu einer Vorform mit einer Vielzahl von Schichten mit unterschiedlichen Schallgeschwindigkeitseffekten über die Vielzahl der Schichten.
  • Im Verfahrensschritt 504 wird wenigstens ein Querausschnitt der Vielzahl von Schichten herausgenommen, um einen Kern aus Gain-Material mit einem sich in Längsrichtung ändernden Geschwindigkeitsprofil längs des Kerns aus Gain-Material zu erzeugen, um Effekte der Stimulierten Brillouin-Streuung (SBS-Effekte) durch Erhöhung der Schwelle für die SBS zu unterdrücken. Der Kern aus Gain-Material kann mit einer Gain-Dotiersubstanz (zum Beispiel einer Dottersubstanz aus Seltenen Erden) dotiert sein, um eine Verstärker-Verstärkung vor, während oder nach der Formung des Kerns aus Gain-Material zu gewinnen. Im Verfahrensschritt 506 wird der Kern aus Gain-Material geformt, poliert und in eine Mantel-Vorform eingefügt, um eine Verbundvorform zu bilden. Die Mantel-Vorform kann eine von vielen Querschnittsformen haben, wie zum Beispiel eine rechtwinklige, elliptische oder ”D-förmige”. Die Verbundvorform kann erhitzt werden, um die Vorform aus Gain-Material mit der Mantel-Vorform zu verbinden. Ist die Verbund-Vorform fertig hergestellt, wird die Verbundvorform ausgezogen, zum Beispiel unter Verwendung eines Ausziehturms im Verfahrensschritt 508, um den Lichtwellenleiter-Verstärker zu gewinnen.
  • Was zuvor beschrieben worden ist, umfasst beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es ist jedoch nicht möglich, jede denkbare Kombination von Komponenten oder Verfahrensschritten zu beschreiben, um die vorliegende Erfindung zu erläutern. Ein Fachmann durchschnittlichen Könnens auf dem vorliegenden Fachgebiet wird auch erkennen, dass viele weitere Kombinationen und Austauschungen der vorliegenden Erfindung möglich sind. Folglich beabsichtigt die vorliegende Erfindung solche Abwandlungen, Modifikationen und Veränderungen, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen, zu umfassen.

Claims (22)

  1. Ein Verfahren zur Ausbildung eines Lichtwellenleiter-Verstärkers, bei dem das Verfahren umfasst: Ausbilden (502) einer Vielzahl von Schichten aus Gain-Material mit unterschiedlichen Konzentrationen an Dotiersubstanz einer oder mehrerer, die Schallgeschwindigkeit verändernder Dotiersubstanzen zur Erzeugung unterschiedlicher Schallgeschwindigkeitseffekte über die Schichten; Entnehmen (504) wenigstens eines Querausschnitts von den mehreren unterschiedlichen Schichten aus Gain-Material zur Bildung eines Kerns aus Gain-Material mit einem in Längsrichtung unterschiedlichen Schallgeschwindigkeitsprofil längs des Kerns aus Gain-Material, zur Unterdrückung von Effekten der Stimulierten Brillouin-Streuung (SBS) durch Erhöhung der Schwelle für die SBS, Einfügen (506) des Kerns aus Gain-Material in Längsrichtung in eine Mantel-Vorform zur Ausbildung einer Verbundvorform; und Ausziehen (508) der Verbundvorform zur Ausbildung des Lichtwellenleiter-Verstärkers.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ausbilden der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material umfasst: Ausbilden einer Vielzahl von Abschnitten aus Gain-Material-Glas mit unterschiedlichen Konzentrationen an Dotiersubstanzen der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen, von denen jeder Abschnitt der Vielzahl von Abschnitten auf einem flachen Substrat unter Anwendung der Direktabscheidung von Schichten aus der Flamme gebildet ist, und Verbinden der Vielzahl von Abschnitten aus Glas zur Bildung der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ausbilden der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material umfasst: Bereitstellen einer Kernfaser aus Gain-Material mit einer vorgegebenen Konzentration an Dotiersubstanzen der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen, und in radialer Richtung wiederholtes Ablagern einer Beschichtungsschicht auf der Außenfläche der Kernfaser aus Gain-Material aus einer Sol-Gel-Aufschlämmung und Aussetzen des Zylinders einer Wärmequelle zur Bildung einer bestimmten Schicht für jede der Vielzahl von Schichten, von denen jede Schicht eine andere Konzentration an Dotiersubstanzen der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen als die zuvor abgelagerte Beschichtungsschicht hat.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ausbilden der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material umfasst: Bereitstellen einer Siliziumscheibe auf einem Heizelement in einer Reaktionskammer, und wiederholtes Einführen eines mit einer gegebenen Konzentration einer Dotiersubstanz der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen dotierten Gases durch eine Einlassöffnung in die Reaktionskammer und Erhitzen und Drehen des Heizelements während sich das Gas aufspaltet, zur Bildung einer bestimmten Schicht für jede der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material, wobei das Gas mit einer anderen Konzentration an Dotiersubstanz der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen für jede der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material dotiert ist, und wobei solche Schichten sehr dünn sein können, so dass sie, wenn gewünscht, angenähert eine stetige Änderung der Konzentration der Dotiersubstanz ergeben.
  5. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ausbilden der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material umfasst: Bereitstellen eines hohlen Glaszylinders; wiederholtes Bereitstellen eines mit einer vorgegebenen Konzentration einer Dotiersubstanz des mit einem oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen dotierten Gases bei der Anwendung der Gasphasendampfabscheidung entweder auf der Außenseite oder auf der Innenseite, zur Bildung einer bestimmten Schicht für jede der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material, wobei das Gas mit einer anderen Konzentration der Dotiersubstanz der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen für jede der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material dotiert ist und wobei solche Schichten sehr dünn sein können, so dass sie, wenn gewünscht, angenähert eine stetige Änderung der Konzentration der Dotiersubstanz erzeugen, und Zusammenfallenlassen des Zylinders mit der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material derart, dass die Dichte des Zylinders im wesentlichen gleichförmig ist.
  6. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ausbilden der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material umfasst: Bereitstellen eines Substrats, und wiederholtes Aufbringen einer Sol-Gel-Lösung auf der Basis von Silizium, die mit einer vorgegebenen Konzentration an Dotiersubstanz der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen dotiert ist, auf das Substrat, Drehen des Substrats mit hoher Drehzahl, um die dotierte Lösung auf dem Substrat zu verteilen und es dem Substrat zu erlauben, zur Bildung einer bestimmten Schicht jeder der mehreren Schichten aus Gain-Material zu trocknen, wobei die Sol-Gel-Lösung auf der Basis von Silizium für jede der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material mit einer anderen Konzentration der Dotiersubstanz der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen dotiert ist.
  7. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die eine oder die mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen aus der Gruppe enthaltend Germanium, Phosphor, Titan, Bor, Fluoride und Aluminium ausgewählt sind.
  8. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die eine oder die mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen in einem geeigneten Mischungsverhältnis zur Erzielung eines im wesentlichen gleichförmigen Brechungsindex über die Kernfaser aus Gain-Material ausgewählt und angewendet werden.
  9. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kernfaser aus Gain-Material mit Dotiersubstanzen aus mit Seltenen Erden dotiertem Silizium besteht, um Verstärker-Verstärkung für den Lichtwellenleiter-Verstärker zu erzeugen.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Lichtwellenleiter-Verstärker eine Länge von etwa 2 bis etwa 100 Metern aufweist.
  11. Ein Verfahren zur Ausbildung eines Lichtwellenleiter-Verstärkers, bei dem das Verfahren umfasst: Ausbilden einer Vielzahl von Schichten aus Gain-Material mit unterschiedlicher Konzentration an Dotiersubstanzen von einer oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen zur Erzeugung unterschiedlicher Schallgeschwindigkeitsprofile über die Vielzahl von Schichten aus Gain-Material und zur Erzielung eines im wesentlichen gleichförmigen Brechungsindex über die mehreren Schichten aus Gain-Material; Entnehmen wenigstens eines Querausschnitts von der Vielzahl von unterschiedlichen Schichten aus Gain-Material zur Erzielung eines Kerns aus Gain-Material mit einem in Längsrichtung sich verändernden Schallgeschwindigkeitsprofil und einem im wesentlichen gleichförmigen Brechungsindex; Einsetzen des Kerns aus Gain-Material in eine Mantel-Vorform zur Ausbildung der Verbundvorform, und Ausziehen der Verbundvorform zur Ausbildung des Lichtwellenleiter-Verstärkers.
  12. Das Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Ausbilden der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material umfasst: Ausbilden einer Vielzahl von Abschnitten aus Gain-Materialglas mit unterschiedlichen Konzentrationen an Dotiersubstanzen der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen, von denen jeder Abschnitt der Vielzahl von Abschnitten auf einem flachen Substrat unter Anwendung der Direktabscheidung aus der Flamme gebildet ist, und Verbinden der Vielzahl von Abschnitten aus Glas zur Bildung der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material.
  13. Das Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Ausbilden der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material umfasst: Bereitstellen einer Kernfaser aus Gain-Material mit einer vorgegebenen Konzentration an Dotiersubstanzen der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen, und in radialer Richtung wiederholtes Ablagern einer Beschichtungsschicht auf der Außenfläche der Kernfaser aus Gain-Material aus einer Sol-Gel-Aufschlämmung und Aussetzen des Zylinders einer Wärmequelle zur Bildung einer bestimmten Schicht für jede der mehreren Schichten, von denen jede Schicht eine andere Konzentration an Dotiersubstanzen der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen hat als die zuvor abgelagerte Beschichtungsschicht.
  14. Das Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Ausbilden der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material umfasst: Bereitstellen einer Siliziumscheibe auf einem Heizelement in einer Reaktionskammer, und wiederholtes Einführen eines mit einer gegebenen Konzentration einer Dotiersubstanz der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen dotierten Gases durch eine Einlassöffnung in die Reaktionskammer und Erhitzen und Drehen des Heizelements während sich das Gas aufspaltet, zur Bildung einer bestimmten Schicht für jede der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material, wobei das Gas mit einer anderen Konzentration an Dotiersubstanz der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen für jede der Schichten aus Gain-Material dotiert ist, und wobei solche Schichten sehr dünn sein können, so dass sie, wenn gewünscht, angenähert eine stetige Änderung der Konzentration der Dotiersubstanz erzeugen.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Ausbilden der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material umfasst: Bereitstellen eines hohlen Glaszylinders; wiederholtes Bereitstellen eines mit einer vorgegebenen Konzentration einer Dotiersubstanz des mit einem oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen dotierten Gases, bei der Anwendung der Gasphasendampfabscheidung entweder auf der Außenseite oder auf der Innenseite, zur Bildung einer bestimmten Schicht für jeder der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material, wobei das Gas mit einer anderen Konzentration der Dotiersubstanz der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen für jeder der Schichten aus Gain-Material dotiert ist, und Zusammenfallenlassen des Zylinders mit den mehreren Schichten aus Gain-Material derart, dass die Dichte des Zylinders im wesentlichen gleichförmig ist.
  16. Das Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Ausbilden der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material umfasst: Bereitstellen eines Substrats; Wiederholtes Aufbringen eines Sol-Gels auf der Basis von Silizium, das mit einer vorgegebenen Konzentration einer Dotiersubstanz der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen dotiert ist, auf das Substrat; Drehen des Substrats mit hoher Drehzahl, um die dotierte Lösung auf dem Substrat zu verteilen und das Substrat trocknen zu lassen, um sich eine bestimmte Schicht jeder der mehreren Schichten aus Gain-Material ausbilden zu lassen, wobei das Sol-Gel auf der Basis von Silizium für jeder der Vielzahl von Schichten aus Gain-Material mit einer anderen Konzentration der Dotiersubstanz der einen oder mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen dotiert ist.
  17. Das Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die eine oder die mehreren, die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen aus der Gruppe enthaltend Germanium, Phosphor, Titan, Bor, Fluoride und Aluminium ausgewählt sind.
  18. Das Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Vielzahl von Schichten aus Gain-Material mit Dotiersubstanzen aus Seltenen Erden dotiert sind, um Verstärker-Verstärkung für den Lichtwellenleiter-Verstärker zu erzeugen.
  19. Ein Lichtwellenleiter-Verstärker (10), der umfasst: einen Kern (12, 24, 136, 260) aus Gain-Material, der sich axial über die Länge des Lichtwellenleiter-Verstärkers erstreckt, bei dem das Gain-Material eine Vielzahl von Schichten (138–146, 262–274) mit verschiedenen Konzentrationen einer oder mehrerer, die Schallgeschwindigkeit verändernder Dotiersubstanzen längs des Kerns aus Gain-Material aufweist, wobei wenigstens ein Querausschnitt der Vielzahl von Schichten des Gain-Materials zur Erzeugung eines sich in Längsrichtung verändernden Schallgeschwindigkeitsprofils zur Unterdrückung von Effekten der Stimulierten Brillouin-Streuung (SBS) durch Erhöhung der Schwelle für die SBS dient, und einen Lichtwellenleitermantel (14, 24), der den Kern des Lichtwellenleiters umschließt und sich axial über einen Längsabschnitt der Lichtwellenleiter-Vorrichtung erstreckt.
  20. Der Lichtwellenleiter-Verstärker nach Anspruch 19, bei dem die eine oder die mehreren die Schallgeschwindigkeit verändernden Dotiersubstanzen aus der Gruppe enthaltend Germanium, Phosphor, Titan, Bor, Fluoride und Aluminium ausgewählt sind.
  21. Der Lichtwellenleiter-Verstärker nach Anspruch 19, bei dem die unterschiedlichen Konzentrationen eines oder mehrerer, die Schallgeschwindigkeit verändernder Dotiersubstanzen längs des Kerns aus Gain-Material den Kern des Kernmaterials mit einem im wesentlichen gleichförmigen Brechungsindex bilden.
  22. Der Lichtwellenleiter-Verstärker nach Anspruch 19, bei dem der Lichtwellenleiter-Verstärker eine Länge von etwa 2 bis etwa 100 Metern aufweist.
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