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Die Erfindung betrifft eine Lichtleitfaser in Form einer biegeunempfindlichen Multimodefaser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei der Installation von fasergebundenen Netzwerkverbindungen in lokalen Rechenzentren oder zur Anbindung von Endkunden im Rahmen so genannter FTTH-Installationen ist es, bedingt durch lokale Gegebenheiten, wie zum Beispiel Wandverläufe, erforderlich, die entsprechenden Netzwerkkabel sehr oft mit sehr geringen Biegeradien oder mehrfach geknickt zu verlegen. Bei den dabei verwendeten Lichtleitfasern spielt dabei die Eigenschaft der so genannten Biegeunempfindlichkeit eine besondere Rolle. Das Verlegen derartiger Fasern in kleinen Krümmungsradien oder Knicken soll dabei keinen oder nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Lichtleitung und Datenübertragung in solchen Fasern haben.
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Es ergeben sich somit erhöhte Anforderungen an die Eigenschaften der verwendeten Systeme, insbesondere der Kabel und den darin enthaltenen Fasern. Da auch die Anforderungen an die durch derartige Fasern übertragbare Datenrate immer weiter zunehmen, werden als Lichtleitfasern Multimodefasern benötigt, die einerseits eine hohe Bandbreite und gleichzeitig eine möglichst geringe Biegeempfindlichkeit aufweisen. Derartige Lichtleitfasern werden als biegeunempfindliche Multimodelichtleitfasern bezeichnet.
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Derartige biegeunempfindliche Multimodelichtleitfasern sind seit einigen Jahren bekannt und werden entsprechend genutzt. Diese Fasern weisen ein typisches radiales Brechzahlprofil auf. Das Brechzahlprofil besteht im Allgemeinen aus einem Kernbereich, der mit einem parabelförmigen Brechzahlverlauf, einem so genannten α-Profil, ausgestaltet ist. An den Kernbereich grenzt ein Claddingbereich an, der in der Regel aus Quarzglas besteht. In den radialen Brechzahlverlauf innerhalb des Claddingbereiches ist ein so genannter Brechzahlgraben implementiert.
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Der Brechzahlgraben weist eine bestimmte Dicke auf und zeichnet sich durch eine in Bezug auf das umgebende Cladding bzw. in Bezug auf den Kernbereich verminderte Brechzahl aus. Der Graben kann direkt am Kern anschließen oder durch ein so genanntes inneres Cladding vom Kernbereich beabstandet und getrennt sein.
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In der
JP 200647719 wird eine derartige Lichtleitfaser beschrieben, bei der die Absenkung des Brechungsindex im Bereich des Grabens Werte von 0.001 bis 0.006 beträgt. Weiterhin wird dort für das α-Profil ein Profilexponent von α = 2.04 angegeben. Es werden dort Biegeeigenschaften der Multimodefaser beschrieben, die eine Dämpfungserhöhung von ca. 2 bis 3 dB bei einem Biegedurchmesser von 10 mm aufweisen.
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In der
DE 10 2011 109 845 wird eine Multimodefaser zur Übertragung von elektromagnetischer Strahlung auf biologische Strukturen beschrieben, bei der durch Verwendung von Grabenstrukturen das Licht gezielt strukturiert werden kann. So ist es beispielsweise möglich, einen lichtleitenden Ring um einen nicht lichtführenden, d.h. dunklen Kern auszubilden und somit für medizinische Anwendungen das Strahlprofil gezielt einzustellen.
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Die
US 2009/0154888 beschreibt eine Lichtleitfaser mit einem Kern, einem inneren Cladding, einem daran anschließenden Brechzahlgraben und einem äußeren Cladding. Gemäß der dort offenbarten Lehre wird über die gesamte Breite des Grabens die dort vorliegende Brechzahlabsenkung konstant gehalten. Somit können die Biegeeigenschaften der Multimodefaser nur über die Tiefe, Breite und Entfernung des Grabens vom Kern eingestellt werden.
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Die
EP 2435870 beschreibt eine biegeunempfindliche Multimodefaser, bei der der Graben direkt am Kern der Faser anschließt. Hierfür wird das α-Profil des Kerns zusätzlich mit einem brechzahlabsenkenden Dotanden versehen. Auf diese Weise kann das α-Profil bis zu einem Brechungsindex, der geringer als der von reinem Quarzglas ist, fortgesetzt werden und der Graben schließt sich somit direkt an.
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Bei den genannten Lösungen aus dem Stand der Technik besteht das Problem darin, dass die Biegeunempfindlichkeit der Multimodefaser nur gesteigert werden kann, indem das Volumen des Grabens erhöht wird.
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Allerdings hat ein geringer Abstand zwischen Graben und Kern oder ein großes Volumen des Grabens zur Folge, dass die Felder hoher Modengruppen sehr stark in den Kernbereich gedrückt werden. Sie propagieren dadurch in einem Bereich mit einem erhöhten Brechungsindex. Daraus resultiert eine Verzögerung der hohen Modengruppen gegenüber den niedrigen Modengruppen. Als Folge davon kommt es zu einem erhöhten DMD, d.h. zu einem differential modal delay. Dieser DMD reduziert die mit der Multimodefaser erreichbare Bandbreite zum Teil sehr deutlich. Ein Zuwachs an Biegeunempfindlichkeit bei der Lichtleitfaser lässt sich somit nur auf Kosten der zur Übertragung zur Verfügung stehenden Bandbreite erreichen.
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Wird allerdings der Graben sehr weit vom Kern entfernt eingebracht, resultiert daraus eine starke Variation des Kerndurchmessers und der numerischen Apertur in Abhängigkeit von der Faserlänge. Dies führt dazu, dass die Kompatibilität derartiger Fasern zu Standard-50 µm-Multimodefasern verschlechtert ist. Beim Spleißen der Fasern treten dadurch zum Teil beträchtliche Verluste auf.
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Nicht zuletzt bedingt auch der erwähnte Faseraufbau einen Eintrag mechanischer Spannungen. Diese führen entweder bereits beim Ziehvorgang der Faser oder bei der späteren Verwendung zu Inhomogenitäten, die zu einem unerwünschten Dämpfungszuwachs führen.
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Es besteht daher die Aufgabe, eine Lichtleitfaser in Form einer biegeunempfindlichen Multimodefaser anzugeben, bei der sowohl die Biegeunempflindlichkeit als auch die bei dieser Faser erreichbare Bandbreite in gleicher Weise gesteigert werden können. Weiterhin sollen die erwähnten Spleißverluste schon durch den Faseraufbau nachhaltig minimiert werden. Schließlich soll zusätzlich dazu auch erreicht werden, dass mechanische Spannungen innerhalb der Faser und somit darauf beruhende Inhomogenitäten in der Faser minimiert werden.
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Die Aufgabe wird mit einer Lichtleitfaser in Form einer Multimodefaser mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige und/oder vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen der Lichtleitfaser.
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Die Lichtleitfaser in Form einer biegeunempfindlichen Multimodefaser besteht aus einem Faserkern mit einem alpha-Brechzahlprofil und einem den Faserkern umgebenden Cladding, wobei das Cladding ein inneres Cladding, ein mittleres Cladding mit einem Brechzahlgraben und ein äußeres Cladding umfasst. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Lichteitfaser dadurch aus, dass der Brechzahlgraben des mittleren Claddings auf mindestens einer Grabenflanke einen abgestuften Brechzahlverlauf aus mehreren konzentrischen Bereichen aufweist.
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Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Multimodefasern, bei denen der Brechzahlgraben kontinuierlich verlaufende Flanken aufweist oder einfach nur einen rechteckige Sprungverlauf zeigt, wird erfindungsgemäß dieser Grabenverlauf durch einen abgestuften und somit unstetigen Verlauf ersetzt. Die mindestens eine Flanke des Brechzahlgrabens verläuft somit entlang diskreter Absätze oder Stufen, die jeweils einzeln eine Mindestbreite und eine Mindesthöhe haben. Diese Parameter können bei der Herstellung der Lichtleitfaser einzeln eingestellt werden. Durch die Verwendung unterschiedlich breiter und tiefer Stufen wird erreicht, dass zum einen die notwendige Entfernung zwischen Kern und Graben minimiert werden kann und dass zum anderen größere Brechzahlabsenkungen im Grabenbereich zur Anwendung kommen können als diese derzeit derzeit üblich sind. Damit wird sowohl die geforderte Biegeunempfindlichkeit der Multimode-Lichtleitfaser gewährleistet als auch eine hohe Bandbreite bei der optischen Signalübertragung gesichert. Zudem wird eine gute Kompatibilität der erfindungsgemäßen Lichtleitfaser zu Standard 50 µm Multimodefasern erreicht. Außerdem sichert eine solche Gestaltung einen Spannungsausgleich innerhalb der Faser und trägt zur Vermeidung von mechanisch induzierten Inhomogenitäten bei.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind mindestens zwei und höchstens fünf derartige konzentrische Bereiche vorgesehen. Der treppenartige Verlauf des Brechzahlgrabens ist also nicht beliebig fein zu einem quasikontinuierlichen Verlauf abgestuft, sondern wird innerhalb relativ enger Grenzen variiert. Dadurch wird insbesondere gesichert, dass beim Fertigungsprozess der Lichtleitfaser, vor allem beim Ziehen der Lichtleitfaser, der abgestufte Verlauf des Brechzahlprofils erhalten bleibt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt die Breite der konzentrischen Bereiche zwischen 0,2 µm und 5 µm, wobei jeder der konzentrischen Bereiche eine Brechzahlabsenkung von –0,001 bis –0,025 bezüglich des Brechungsindex von reinem Quarzglas aufweist.
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In Kombination mit den vorhergehend genannten Ausführungsformen kann das den Faserkern unmittelbar umgebende innere Cladding eine Dicke zwischen 0 µm und 5 µm aufweisen. Das innere Cladding kann somit auch vollständig entfallen, weist aber eine Obergrenze in dessen Dicke auf.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann an der Grenze zwischen dem Faserkern und dem inneren Cladding der Brechzahlverlauf einen Sprung aufweisen. Der Brechzahlverlauf geht somit an der Grenzfläche zwischen dem Kern und dem inneren Cladding nicht stetig ineinander über, sondern ist an der Grenzfläche diskontinuierlich.
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Ergänzend zu den vorhergehend genannten Ausführungsformen kann das innere Cladding gegenüber dem äußeren Cladding eine Brechzahldifferenz im Bereich von –0,001 bis +0,001 aufweisen.
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Das äußere Cladding kann aus reinem Quarzglas bestehen. Die Lichtleitfaser kann in einer Einrichtung zur Datenübertragung verwendet werden, wobei die Lichtleitfaser zwischen einen Sender und einen Empfänger gekoppelt ist.
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Möglich ist insbesondere eine Verwendung der Lichtleitfaser innerhalb eines Lichtleiterkabels zur Datenübertragung.
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Die erfindungsgemäße Lichtleitfaser soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die beigefügten 1 bis 6. Es werden für gleiche und/oder gleich wirkende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Es zeigt:
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1 einen beispielhaften Querschnitt durch eine erfindungsgemäße biegeunempfindliche Multimodefaser,
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2 ein Brechzahlprofil eines ersten Ausführungsbeispiels,
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3 ein Brechzahlprofil eines zweiten Ausführungsbeispiels,
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4 ein Brechzahlprofil eines dritten Ausführungsbeispiels,
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5 ein Brechzahlprofil eines vierten Ausführungsbeispiels,
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6 ein Brechzahlprofil eines fünften Ausführungsbeispiels.
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1 zeigt einen beispielhaften Querschnitt durch eine Lichtleitfaser in Form einer biegeunempfindliche Multimodefaser 1. Die Multimodefaser enthält einen Faserkern 2 und ein den Faserkern umhüllendes Cladding. Das Cladding besteht aus einem unmittelbar an den Faserkern anschließenden inneren Cladding 3, einem mittleren Cladding 4 und einem äußeren Cladding 5.
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Das mittlere Cladding 4 weist hierbei den niedrigsten Brechungsindex auf. Es bildet somit einen Brechzahlgraben, der um den Faserkern und das innere Cladding konzentrisch herum angeordnet ist. Der zum inneren Cladding hin gelegene Teil des Brechzahlgrabens bildet dessen innere Flanke, der zum äußeren Cladding hin gelegene Teil des Brechzahlgrabens bildet dessen äußere Flanke. Die innere und/oder die äußere Flanke des Brechzahlgrabens bestehen aus konzentrischen Bereichen 6 mit zueinander abgestuften Brechzahlen, die somit ebenfalls den Faserkern umschließen.
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Der Verlauf der Brechzahl in der Multimodefaser ändert sich somit in Abhängigkeit vom Radius der Faser. Dieser Verlauf bildet das Brechzahlprofil der Multimodefaser. Beispielhafte Brechzahlprofile werden im Folgenden erläutert.
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Die nachfolgend erläuterten Brechzahlprofile bringen eine Reihe von Vorteilen mit sich. Diese betreffen nicht nur Lichtausbreitung innerhalb der Lichtleitfaser.
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Ein weiterer Vorteil einer derart ausgestalteten Faser besteht darin, dass es möglich ist durch eine Absenkung des Brechungsindex in mehreren diskreten Stufen die Spannungen zwischen den einzelnen Schichten, insbesondere zwischen dem inneren Cladding und dem Brechzahlgraben, sowie zwischen dem Brechzahlgraben und dem äußeren Cladding, zu minimieren. Daraus ergeben sich einige positive technologische Aspekte. Diese bestehen insbesondere darin, dass die Häufigkeit von Blasenbildungen in der Grenzfläche zwischen innerem Cladding und Brechzahlgraben deutlich verringert wird, da durch die einzelnen Segmente die Brechzahldifferenzen zwischen den einzelnen Profilsegmenten geringer sind.
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Daneben gelingt es mit den erfindungsgemäßen Fasern einen weiteren wichtigen Parameter zu beeinflussen, der für die Installation in einem so genannten „fiber to the home”, d.h. einem FTTH-Netzwerk, bedeutsam ist. Diese Beeinflussung besteht darin, dass nicht nur die optische Biegeunempfindlichkeit sondern auch die mechanische Biegeunempfindlichkeit, d.h. die mechanische Empfindlichkeit der Lichtleitfaser gegenüber Biegebeanspruchungen optimiert wird. Durch das segmentierte Grabenprofil kann somit die mechanische Stabilität der Fasern erhöht werden und dadurch wird die Bruchgefahr bei der Installation mit kleinen Krümmungsradien oder 90°-Abknickungen erheblich reduziert.
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Der Brechzahlgraben muss in seiner Querschnittsform nicht wie bei dem Ausführungsbeispiel aus 1 kreisförmig angelegt sein. Möglich ist auch eine Ausführungsform in einer vieleckigen Geometrie an der äußeren und/oder der inneren Flanke des Brechzahlgrabens sowie des Brechzahlgrabens insgesamt.
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Als spezielle Gestaltungsformen des Grabens sind sowohl Drei-, als auch Vier-, Fünf- oder Sechsecke möglich, sowie jede Kombination aus einer beliebigen Anzahl dieser Einzelformen zu komplexeren Grabenstrukturen. Dabei können sowohl die Breite als auch die Brechzahlabsenkung von jedem diskreten Grabenabschnitt unabhängig gewählt werden. In einem solchen Fall weist jeder konzentrische Bereich eine jeweils eigene Querschnittform auf. 1 zeigt hierzu in der unteren Darstellung ein Beispiel, bei dem verschiedene Querschnittsformen, insbesondere fünf- und sechseckförmige Querschnittsformen der konzentrischen Bereiche 6 vorgesehen sind.
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Der Brechzahlgraben ist wie erwähnt an den Flanken stufenförmig angelegt. Dadurch entsteht im Brechzahlprofil ein polygoner, d.h. ein vieleckförmiger Verlauf der Grabenbrechzahl. Durch die Verwendung eines Brechzahlgrabens, der vorzugsweise aus mehreren diskreten vieleckförmigen Abschnitten besteht, kann die Biegeempfindlichkeit reduziert werden.
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2 zeigt ein erstes beispielhaftes Brechzahlprofil einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtleitfaser. Das Diagramm zeigt die Brechzahldifferenz zwischen der Brechzahl an einem bestimmten Ort der Lichtleitfaser und einer Referenzbrechzahl in Abhängigkeit vom Radius. Als Referenzbrechzahl wird in den hier gegebenen Beispielen die Brechzahl von reinem Quarzglas verwendet. Diese bildet die Nulllinie in den hier dargestellten jeweiligen Diagrammen. Natürlich kann auch je nach Zweckmäßigkeit eine andere Referenzbrechzahl gewählt werden.
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Der Faserkern 2 erstreckt sich in dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel bis zu einem Faserkernradius rcore. Das daran anschließende innere Cladding 3 beginnt bei dem Faserkernradius und endet bei einem inneren Claddingradius rinclad. Danach schließt sich das mittlere Cladding 4 an, das nachfolgend als Brechzahlgraben bezeichnet wird. Das mittlere Cladding ist von dem äußeren Cladding 5 umgeben.
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Der Verlauf des Brechzahlprofils innerhalb des Faserkerns entspricht einem so genannten α-Profil. Dieses Brechzahlprofil weist im Zentrum der Lichtleitfaser bei r = 0 einen Maximalwert ncore auf, der im hier vorliegenden Beispiel am Faserkernradius rcore parabelförmig auf eine Claddingbrechzahl nclad abfällt.
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Der Brechzahlgraben des mittleren Claddings weist eine innere Flanke und eine äußere Flanke auf. Die innere Flanke befindet sich auf der Seite des Brechzahlgrabens, die zum Faserkern hin gerichtet ist. In dem hier gezeigten Beispiel ist die innere Flanke des Brechzahlgrabens stufenförmig ausgebildet. Sie besteht aus drei einzelnen konzentrischen Bereichen 6, die jeweils diskret voneinander unterschiedene Brechzahlen nSt1, nSt2 und nSt3 aufweisen. Die erste Stufe schließt sich an das innere Cladding an und endet bei einem ersten Stufenradius rSt1. Die zweite Stufe beginnt am ersten Stufenradius und endet bei einem zweiten Stufenradius rSt2. In dem hier vorliegenden Beispiel erreicht der Brechzahlgraben ein Minimum mit einer Brechzahl nSt3. Dieses Minimum endet bei einem dritten Stufenradius rSt3. Dieser dritte Stufenradius ist gleichzeitig der Radius des mittleren Claddings 4. Die Brechzahl springt jenseits dieses Radius auf ein Brechzahlniveau des äußeren Claddings 5. Das äußere Cladding weist eine Brechzahl auf, die derjenigen von reinem Quarzglas entspricht. Das Brechzahlprofil erreicht hier die Nulllinie.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird die innere Flanke des Brechzahlgrabens somit so ausgestaltet, dass zunächst nur eine geringe Brechzahldifferenz zum inneren Cladding besteht. Dadurch wird erreicht, dass die Längenabhängigkeit vom Kerndurchmesser und der numerischen Apertur vermindert wird. Durch die Erhöhung der Brechzahlabsenkung im äußeren Grabenbereich bei wachsenden Radien wird erreicht, dass ein großes Grabenvolumen und damit eine gute Biegeunempfindlichkeit eingestellt werden kann. Weiterhin besteht ein Vorteil darin, dass im äußeren Bereich auf Grund der zylindersymmetrischen Form der Faser bei gleicher Schichtdicke ein größeres Volumen des Brechzahlgrabens erreicht werden kann, da die Fläche hier bei gleicher Schichtdicke größer ist. Somit kann der gesamte Graben insgesamt schmaler ausgebildet werden, was eine Verkürzung der Fertigungszeit und Einsparung von Ressourcen zur Folge hat.
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In dem ersten Bereich, der an der kernnahen Seite ausgebildet ist, ist nur eine geringe Brechzahldifferenz eingestellt, so dass die geführten Moden nicht zu stark ins Kernzentrum verschoben werden. Dadurch wird deren Phasengeschwindigkeit nicht vermindert. Im mittleren Grabenbereich ist ein stärker abgesenktes Brechzahlniveau realisiert, welches durch den größeren Abstand zum Kern einen weniger starken Effekt auf die geführten Moden aufweist, allerdings sowohl Leckmoden beeinflusst als auch das Grabenvolumen stärker erhöht. Den äußeren dritten Teil des Grabens bildet ein sehr stark abgesenktes Brechzahlniveau, das durch die wiederum vergrößerte Entfernung zum Kern einen noch kleineren Einfluss auf die geführten Moden ausübt. Allerdings wird durch dessen großen Anteil am Grabenvolumen die Biegeunempfindlichkeit der Lichtleitfaser signifikant erhöht.
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Durch die höhere Brechzahlabsenkung im äußeren Grabensegment kann somit bei einer gleich bleibenden Querschnittsfläche des Brechzahlgrabens ein erhöhtes Brechzahlvolumen des Brechzahlgrabens und dementsprechend auch eine erhöhte Biegeunempfindlichkeit der Lichtleitfaser erreicht werden. Das Brechzahlvolumen ergibt sich definitionsgemäß aus dem Produkt aus der Querschnittsfläche des entsprechenden Abschnittes multipliziert mit dem Betrag der dort vorhandenen Brechzahlabsenkung.
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Weil die für den Fertigungsprozesse allein relevante Querschnittsfläche des Brechzahlgrabens gleich bleibt, werden für dessen Herstellung keine weiteren Prozessschritte benötigt und die Kosten für die Herstellung der Lichtleitfaser bleiben unverändert.
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Die nachfolgende Tabelle zeigt einen Vergleich einer erfindungsgemäßen Lichtleitfaser mit einer Faser mit konstanter Brechzahlabsenkung im Grabenbereich gemäß dem Stand der Technik:
| Radius Grabensegment/µm | 29 | 30 | 31 | Gesamtfläche Graben/µm2 | 555 |
| Brechzahldifferenz /10–3 | –3 | –9 | –15 | Volumen Graben | 5080 |
| Radius Grabensegment/µm | 29 | 30 | 31 | Gesamtfläche Graben/µm2 | 555 |
| Brechzahldifferenz/10–3 | –6 | –9 | –12 | Volumen Graben | 5042 |
| Radius Grabensegment/µm | 29 | 30 | 31 | Gesamtfläche Graben/µm2 | 555 |
| Brechzahldifferenz/10–3 | –9 | –9 | –9 | Volumen Graben | 4995 |
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Der Brechzahlgraben beginnt in dem hier aufgeführten Ausführungsbeispiel bei einem Radius von 28 µm und die einzelnen Bereiche haben eine Breite von 1 µm und einen rechteckförmigen Stufenverlauf. Das Brechzahlvolumen des Brechzahlgrabens wird in dem hier vorliegenden Beispiel berechnet aus der Grabenfläche multipliziert mit dem Betrag der Brechzahldifferenz und einem Faktor 1000.
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Die 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Lichtleitfaser. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass an dem Übergang vom Faserkern 2 zum inneren Cladding 3 ein Sprung 7 im Brechzahlprofil vorgesehen ist. Der Sprung weist eine Brechzahldifferenz nsp auf. Die Brechzahldifferenz kann im Bereich von –0,001 bis +0,001 im Vergleich zur Brechzahl von reinem Quarzglas ausgebildet sein. Bei dem Ausführungsbeispiel aus 3 ist nsp negativ. Die Brechzahl sinkt hier innerhalb eines kleinen Radiusbereiches unter die Brechzahl von reinem Quarzglas ab. Bei der Ausführungsform aus 4 liegt die Brechzahl des inneren Cladding 3 über der von reinem Quarzglas und ist überdies größer als die Brechzahl des äußeren Claddings 5. Der Brechzahlsprung ist damit positiv.
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Durch einen solchen Brechzahlsprung können gezielt Moden beeinflusst werden und es besteht ein zusätzlicher Freiheitsgrad bei der Gestaltung der Lichtleitfaser, der zu den Parametern der konzentrischen Bereiche und Stufen des Brechzahlgrabens hinzutritt.
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Bei der Ausführungsform aus 5 beträgt springt die Brechzahl am Faserkernradius rcore auf das Niveau der Brechzahl von reinem Quarzglas. Der Faserkernradius stellt damit zugleich einen Endpunkt für den Verlauf des α-Profils im Faserkern dar.
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Bei einer den vorhergehenden Beispielen entsprechenden Ausführungsform wird das innere Cladding nicht aus reinem Quarzglas ausgebildet, sondern weist brechzahlverändernde Dotanden auf. Dabei können sowohl brechzahlsenkende Dotanden, wie zum Beispiel Fluor oder Bor, aber auch brechzahlerhöhende Dotanden, wie zum Beispiel Germanium, Aluminium oder Phosphor eingesetzt werden. Es können auch andere Dotanden aus dem Bereich der Halb-, Nichtmetalle oder andere Metalle verwendet werden. Der Unterschied der Brechzahl zwischen dem dotierten inneren Cladding und dem undotierten äußeren Cladding mit dem Brechungsindex nclad wird durch die Brechzahldifferenz Δninclad bezeichnet.
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Natürlich können sowohl die innere als auch die äußere Flanke des Brechzahlgrabens im mittleren Cladding mit konzentrischen Bereichen 6 abgestuft ausgebildet sein. 6 zeigt hierzu ein entsprechendes Beispiel. Entsprechend treten hier die Stufenradien rst4 und rst5 und die Stufenbrechzahlen nSt4 und nSt5 hinzu.
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Diese Ausführungsform zeichnet sich durch einen segmentierten Brechzahlgraben aus, der im inneren Bereich die größte Brechzahldifferenz aufweist und dessen äußere Bereiche eine kleiner werdende Brechzahlabsenkung bezogen auf das äußere Cladding aufweisen. Durch eine solche Gestaltung kann sichergestellt werden, dass bei Folgeprozessen wie z. B. einem Jacketingprozess in den Grenzflächen ein geringerer Dotandenkonzentrationsgradient vorliegt und somit eine bessere Verarbeitbarkeit von Faser bzw. Preform vorliegt. Dadurch wird das Auftreten von Strukturdefekten wie z. B. Blasen reduziert.
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Es ist offensichtlich, dass Merkmale der vorgenannten Ausführungsbeispiele in beliebiger Form miteinander kombiniert werden können. So kann beispielsweise eine Faser mit einem Brechzahlprofil gemäß 5 hergestellt werden. Hier wird der Sprung am Übergang zwischen dem Faserkern und dem inneren Cladding mit einem 3fach-segmentierten Graben mit in Richtung des äußeren Claddings fallendem Brechungsindex kombiniert.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel nehmen die Brechzahlen im mittleren Cladding 4 in den konzentrischen Bereichen an der inneren Flanke des Brechzahlgrabens zur Mitte des Brechzahlgrabens hin stufenförmig ab, wobei der Brechungsindex in der Mitte des Brechzahlgrabens einen minimalen Wert erreicht und an der äußeren Flanke in Richtung des äußeren Claddings 5 wieder ansteigt. Damit werden sowohl eine geringe Abhängigkeit zwischen Kerndurchmesser und numerischer Apertur der Lichtleitfaser, als auch sehr gute Biegeeigenschaften erreicht.
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Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die hier dargestellten Ausführungsbeispiele können im Rahmen fachmännischen Handelns abgewandelt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtleitfaser
- 2
- Faserkern
- 3
- inneres Cladding
- 4
- mittleres Cladding
- 5
- äußeres Cladding
- 6
- konzentrische Bereiche
- 7
- Brechzahlstufe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 200647719 [0006]
- DE 102011109845 [0007]
- US 2009/0154888 [0008]
- EP 2435870 [0009]
