DE2640417A1 - MULTIMODE OPTICAL FIBER - Google Patents
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Description
9 R U Π L 19 R U Π L 1
PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN ^ D · 'PATENT LAWYERS IN MUNICH AND WIESBADEN ^ D · '
Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237Postal address Munich: Patentconsult 8 Munich 60 Radeckestrasse 43 Telephone (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postal address Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telephone (06121) 562943/561998 Telex 04-186237
Western Electric Company IncorporatedWestern Electric Company Incorporated
New York, N. Y., USA Cohen 3-2/3-4New York, N.Y., USA Cohen 3-2 / 3-4
Optische MultimodenfaserMultimode optical fiber
Die Erfindung bezieht sich auf optische Fasern mit einem inneren Kernbereich, der einen radial abnehmenden Brechungsindex aufweist und von einem äußeren Mantel umgeben ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Fasern, deren Kernbereiche primär aus SiO2 und wenigstens einem Brechungsindex modifizierenden Zusatz wie Boroxid, B3O3 bestehen, dessen Konzentration radial zunimmt und zu einer Endzusammensetzung am Kernumfang führt, die im wesentlichen Borsilicat, das 10 bis 20 Mol-% B3O3 enthält, ist.The invention relates to optical fibers having an inner core region which has a radially decreasing refractive index and is surrounded by an outer cladding. In particular, the invention relates to fibers whose core areas consist primarily of SiO 2 and at least one refractive index-modifying additive such as boron oxide, B 3 O 3 , the concentration of which increases radially and leads to a final composition at the core circumference that is essentially borosilicate, 10 to 20 Mol% B 3 O 3 contains.
München: Kramer ■ Dr. Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Dr. Bergen · Zwirr.erMunich: Kramer ■ Dr. Weser Hirsch - Wiesbaden: Blumbach Dr. Bergen · Zwirr.er
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Die derzeit generell ins Auge gefaßten optischen Nachrichtenübertragungssysteme verwenden einen Glasfaser-Übertragungsleiter. Eine spezielle, derzeit verbreitet untersuchte Form, die zur Verwendung über mittlere und lange Entfernungen bestimmt ist, verwendet einen Leiter ausreichend großer Abmessung, um zusätzlich zum Fundamentalmode an viele Moden höherer Ordnung angepaßt zu sein. Diese sogenannten"Multimoden-übertragungsleiter"haben den Vorteil der Energieerhaltung, die von besonderem Interesse für die Multimoden-Klasse der nunmehr verfügbaren Strahlungsquellen ist. Ein früh erkannter Nachteil der Multimoden-übertragung ist jedoch die Energie-Dispersion, die als Folge der Modenabhängigkeit der Gruppengeschwindigkeiten der sich fortpflanzenden Wellen auftritt. Eine Folge dieses Modendisper sionsphänomen ist eine Verringerung der nutzbaren Systembandbreite. Dieses erkennt man am leichtesten bei einem Impulssystem, bei dem eine Impulsverbreiterung während der Übertragung als Folge unterschiedlicher Übertragungszeiten der zahlreichen Moden auftritt, die in die Zusammensetzung des Impulses eintreten. Die schließliche Bandbreitenbegrenzung tritt auf, wenn die Länge der Übertragungsleitung so ist, daß ein vollständiges Verschmieren aufeinanderfolgender Informationsimpulse resultiert.The optical communication systems generally envisaged at present use a fiber optic transmission conductor. A special, currently widely investigated form that is used for Use over medium and long distances is intended, uses a conductor of sufficient size to additionally to be matched to many higher order modes in relation to the fundamental mode. These so-called "multimode transmission conductors" have the advantage of energy conservation, which is of particular interest for the multimode class of radiation sources that are now available. A disadvantage of multimode transmission that was recognized early on however, the energy dispersion is the result of the mode dependence of the group velocities of the propagating Waves occurs. One consequence of this mode dispersion phenomenon is a reduction in the usable system bandwidth. This can be seen most easily in a pulse system in which a pulse broadening during the transmission as a result different transmission times of the numerous modes occurs, which enter into the composition of the impulse. The eventual bandwidth limit occurs when the length of the Transmission line is such that a complete smearing of successive information pulses results.
Vor einiger Zeit wurde erkannt, daß eine Modendispersion dadurch verringert werden kann, daß eine Brechungsindexänderung zur Minimalisierung modenabhängiger Gruppengeschwindigkeitsänderungen vorgesehen wird. Einfach ausgedrückt, liefert dieser Weg einfach einen niedrigeren Brechungsindex und deshalb ein "schnelleres"It was recognized some time ago that mode dispersion can be reduced by changing the refractive index to minimize it mode-dependent group speed changes is provided. Put simply, this route simply delivers a lower refractive index and therefore a "faster"
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-f--f-
Medium in den äußeren Abschnitten des Kernes, durch das" ein statistisch größerer Bruchteil der in höheren Moden vorhandenen Energie übertragen wird.Medium in the outer sections of the core, through which "a statistically larger fraction of that present in higher modes Energy is transferred.
Einige gewisse Zeitlang wurde angenommen, daß sich ein parabolisch ändernder Brechungsindex die Modendispersion minimalisieren würde. Dieses anfänglich einfache Konzept hat sich zu einer etwas komplizierteren Gradientenfunktion entwickelt, die den früher vernachlässigten Streueffekt (dispersive effect) als Folge der zum Erhalt des gewünschten Brechungsindexprofils eingeführten Brechungsindex modifizierenden Dotierstoffe berücksichtigt. Diese Entwicklung gipfelte in einem Artikel von Robert Olshansky und Donald B. Keck, veröffentlicht auf Seite TuC5-1 ff. des technischen Digest "Optical Fiber Transmission" (eine Übersicht der technischen Artikel, die auf der Topical Meeting on Optical Fiber Transmission, January 7-9, 1975, Williamsburg Virginia, vorgestellt wurden).For some time it was thought that a parabolic changing the index of refraction would minimize the mode dispersion. This initially simple concept has grown into a somewhat more complex one Gradient function developed, which the previously neglected scattering effect (dispersive effect) as a result of the preservation of the desired refractive index profile introduced refractive index-modifying dopants taken into account. This development culminated in an article by Robert Olshansky and Donald B. Keck, published on page TuC5-1 ff. of the technical digest "Optical Fiber Transmission" (an overview of the technical articles presented at the Topical Meeting on Optical Fiber Transmission, January 7-9, 1975, Williamsburg Virginia).
Es wurde früh erkannt, daß minimale Modendispersion mit einem Brechungsindexgradienten erhalten wird, der durch die nachstehende Gleichung definiert ist:It was recognized early that minimal mode dispersion is obtained with a refractive index gradient given by the following Equation is defined:
Xi=Ii1 J"i-2A(r/a)°J 1/2 · (1)Xi = Ii 1 J "i-2A (r / a) ° J 1/2 · (1)
(siehe Bell System Technical Journal, Band 52, (1973) Seite 1563), wobei η.. den Brechungsindex längs der Kernachse, r den Abstand von der Faserachse, a den Kernradius, A die bruchteilige Brechungsindexdifferenz zwischen dem Brechungsindex längs der Kernachse und dem des Mantels sowie Cf einen das Profil charakterisierenden(see Bell System Technical Journal, Volume 52, (1973) page 1563), where η .. is the refractive index along the core axis, r the distance from the fiber axis, a the core radius, A the fractional refractive index difference between the refractive index along the core axis and the of the jacket as well as Cf a characterizing the profile
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- JT- - JT-
Exponenten-Parameter bedeuten.Mean exponent parameters.
Nach Olshansky und Keck a. a. O. ist CC definiert durchAccording to Olshansky and Keck, op. Cit., CC is defined by
mit y = ~2n1 . _λ_ .with y = ~ 2n 1 . _λ_.
(5+2y) (2)(5 + 2y) (2)
(3)(3)
Λ = η1 " η2 (4)Λ = η 1 " η 2 (4)
n.n.
_ _ . dn1 .,.χ_ _. dn 1 .,. χ
- η-ΐ - λ 1 (5)- η -ΐ - λ 1 (5)
wobei Λ die Wellenlänge ist.where Λ is the wavelength.
In allen diesen Beziehungen sind die Parameter errechnet aus Messungen an massiven, d.h. größervolumigen Glasproben.In all of these relationships, the parameters are calculated from measurements on massive, i.e. larger-volume, glass samples.
Für das von Olshansky und Keck speziell untersuchte System (eine mit TiO2 dotierte SiO2~Faser mit sich allmählich ändernder Zusammensetzung) war die vorhergesagte Abweichung von der einfachen parabolischen Funktion bedeutsam,und es konnten verbesserte Übertragungseigenschaften erhalten werden.For the system specifically investigated by Olshansky and Keck (a TiO 2 -doped SiO 2 ~ fiber with gradually changing composition), the predicted deviation from the simple parabolic function was significant and improved transmission properties could be obtained.
Bei einer Wellenleiteralternative zur TiO?-dotierten Siliciumoxidfaser gibt man dem Brechungsindex in einer hoch siliciumoxidhaltigen Glasfaser einen radial abnehmenden Verlauf durch eine Zugabe von Boroxid B3O3. Dieses ist beispielsweise in der US-PSWith a waveguide alternative to TiO ? -doped silicon oxide fiber, the refractive index in a glass fiber with a high silicon oxide content is given a radially decreasing curve by adding boron oxide B 3 O 3 . This is for example in the US-PS
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-Jf--Jf-
3 778 132 beschrieben. Vorläufige Untersuchungen haben jedoch ergeben, daß Modendispersion nicht verbessert wird, wenn dem von Olshansky und Keck entwickelten Lösungsweg gefolgt wird, nach welchem Messungen an massiven Borsilicat-Glasproben verwendet werden. Vielmehr scheint die Modendispersion tatsächlich schlechter im Vergleich zu Fasern zu werden, bei denen der einfache parabolische Brechungsindexgradient benutzt ist.3 778 132. However, preliminary studies have shown that mode dispersion is not improved if the solution developed by Olshansky and Keck is followed, according to which measurements on solid borosilicate glass samples be used. Rather, the mode dispersion actually appears to be getting worse compared to fibers where the simple parabolic refractive index gradient is used.
Dieses Problem ist nun erfindungsgemäß für eine Faser dadurch gelöst, daß die zur Berechnung des Exponenten-Parameters benutzte Größe ^ gegeben ist durchAccording to the invention, this problem has now been solved for a fiber in that the fiber used to calculate the exponent parameter Size ^ is given by
„ _ n„ - (no - 0.007)"_ N" - ( no - 0.007)
wobei n.. und n2 die Br echungs indexwerte, gemessen an massiven Glasproben der im Kernzentrum bzw. am Kernumfang einschließlich der Ummantelung herrschenden Zusammensetzung sind.where n .. and n 2 are the refraction index values, measured on solid glass samples of the composition prevailing in the core center or on the core circumference including the cladding.
Wie man durch Vergleich der Gleichungen (5) und (6) sieht, wird der Ausdruck für Λ durch einen Korrektionsfaktor der Größe 0,007 bei Fasern modifiziert, die B-O3 als einen Brechungsindex modifizierenden Zusatz verwenden.As can be seen by comparing equations (5) and (6), the expression for Λ is modified by a correction factor of magnitude 0.007 for fibers that use BO 3 as a refractive index modifying additive.
Für den einfachsten Fall, in dem als einziger Dotierstoff Boroxid vorhanden ist, besteht die Faser einfach aus einem zentrumsnahenIn the simplest case, in which boron oxide is the only dopant, the fiber simply consists of a central one
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Kernteil aus unmodifiziertem Siliciumoxid und die Boroxid-Konzentration nimmt entsprechend dem erfindungsgemäßen Profil auf einen bestimmten Maximalwert radial zu. Die erfindungsgemäße Lehre ist aber allgemeiner und trifft auch für ternäre oder quaternäre oder noch kompliziertere Zusammensetzungen zu.Core part made of unmodified silicon oxide and the boron oxide concentration increases radially to a certain maximum value in accordance with the profile according to the invention. The inventive But teaching is more general and also applies to ternary or quaternary or even more complicated compositions.
Zusätzlich zur Modendispersions-Minimalisierung kann es beispielsweise vorteilhaft sein, die numerische Apertur (na) der Faser gleichzeitig zu erhöhen. Dieses kann bewerkstelligt werden durch einen Zusatz eines zweiten, Brechungsindex erhöhenden Materials, dessen Konzentration im Zentrum ein Maximum ist und in radialer Richtung abnimmt. In diesem Fall dient das zweite Material zur Erhöhung des Brechungsindexes längs der Faserachse (d. h. n.. erhöht sich) , während das B3O3 zurErniedrigung des Brechungsindexes am Faserkernumfang dient (d. ^h. n2 wird niedriger). Das resultierende Brechungsindexprofil ist dann eine Funktion der Konzentrationen der beiden Brechungsindex modifizierenden Materialien.In addition to minimizing the mode dispersion, it can be advantageous, for example, to increase the numerical aperture (na) of the fiber at the same time. This can be achieved by adding a second, refractive index increasing material, the concentration of which is a maximum in the center and decreases in the radial direction. In this case, the second material serves to increase the refractive index along the fiber axis (i.e. increases), while the B 3 O 3 serves to decrease the refractive index at the fiber core periphery (i.e. n 2 decreases). The resulting refractive index profile is then a function of the concentrations of the two refractive index modifying materials.
Bei einer ersten Ausfuhrungsform einer Faser mit zwei Brechungsindex modifizierenden Zusätzen besteht der Zentralbereich des Faserkerns im wesentlich aus Germaniumsilicat. Bei einer zweiten Ausführungsform besteht der Zentralbereich des Kerns im wesentlich aus Phosphorsilicat.In a first embodiment, a fiber with two refractive indices Modifying additives, the central area of the fiber core consists essentially of germanium silicate. With a second Embodiment consists of the central area of the core in essentially made of phosphorus silicate.
Nachstehend ist die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert; es zeigen:The invention is illustrated below with reference to the drawing Embodiments explained in detail; show it:
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Fig. 1 eine Schrägansicht einer optischen Faser, auf die sich die Erfindung bezieht,Fig. 1 is an oblique view of an optical fiber to which the invention relates.
Fig. 2 die Änderung von QL als Funktion der Wellenlänge \ für eine Multimoden-Borsilicatfaser bekannter bzw. erfindungsgemäßer Bauart undFig. 2 shows the change of QL versus wavelength \ for a multimode Borsilicatfaser known or inventive design and
Fig. 3 die Änderung von (X als Funktion der Wellenlänge Λ für drei aus dem ternäreh System Phosphorborsilicat entsprechend der Erfindung aufgebaute Faser.3 shows the change in (X as a function of the wavelength Λ for three fibers made up of the ternary phosphorosilicate system according to the invention.
Beguemerweise wird das Brechungsindexprofil entsprechend Gleichung (1) anhand des Exponenten (X beschrieben:The refractive index profile is conveniently described in accordance with equation (1) using the exponent (X :
r\ = τ» ι t_'j /ι i—λ ι '/^ r \ = τ »ι t_'j / ι i - λ ι '/ ^
worin η.. der Brechungsindex längs der Faserachse, r den radialen Abstand von der Faserachse, a den Kernradius, J\ die bruchteilige Brechungsindexdifferenz zwischen dem Brechungsindex längs der Kernachse und dem der Ummantelung und Ot einen das Profil charakterisierenden Exponenten-Parameter bedeuten.where η .. the refractive index along the fiber axis, r the radial distance from the fiber axis, a the core radius, J \ the fractional refractive index difference between the refractive index along the core axis and that of the cladding, and Ot an exponent parameter characterizing the profile.
Die vorstehende Gleichung ist im einzelnen hergeleitet in Bell System Technical Journal, Band 52, Seite 1563 (1973). Der Einfachheit halber sei hierauf verwiesen. Diese Gleichung ist derzeit als das optimale Brechungsindexprofil allgemein akzeptiert. Die vorliegende Erfindung befaßt sich nun mit dem Wert von Of in dieser Gleichung.The above equation is derived in detail from Bell System Technical Journal, Volume 52, page 1563 (1973). Of simplicity for the sake of this, reference is made to this. This equation is currently widely accepted as the optimal refractive index profile. The present invention is now concerned with the value of Of in this equation.
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Fig. 1 zeigt einen optischen Wellenleiter 1 mit einem Kernabschnitt 2, einem Mantelbereich 3 und einer manchmal vorgesehenen Umhüllung 4. Die Erfindung befaßt sich weitgehend mit dem Kernbereich 2, der einen Gradienten im Brechungsindex aufweist. Wie durch Gleichung (1) angegeben, nimmt der Brechungsindexgradient symmetrisch von einem Maximalwert im Zentrum des Kerns 2 auf ein Minimum am Umfang des Kernes 2 ab. Die Erfindung befaßt sich weitgehend mit dem Wert für 0( in Fasern, bei denen der periphäre Teil (der bei oder unmittelbar in der Grenzfläche zwischen Kern 2 und Mantel 3) in erster Linie Borsilicat ist.Fig. 1 shows an optical waveguide 1 having a core portion 2, a cladding area 3 and a sometimes provided cladding 4. The invention is largely concerned with the core area 2, which has a gradient in the index of refraction. As indicated by equation (1), the refractive index gradient increases symmetrically from a maximum value in the center of the core 2 to a minimum at the circumference of the core 2. The invention is concerned largely with the value for 0 (in fibers where the peripheral Part (which is at or immediately in the interface between core 2 and cladding 3) is primarily borosilicate.
Ein ternäres Glassystem kann entsprechend der Erfindung aus Germaniumsilicat im zentralen Teil des Kerns und aus Borsilicat im periphären Bereich des Kerns entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform bestehen.A ternary glass system can be made according to the invention Germanium silicate in the central part of the core and from borosilicate exist in the peripheral region of the core according to a preferred embodiment.
Der Mantelbereich 3 ist hauptsächlich für die optische Wellenleitung verantwortlich. Er hat generell, obgleich nicht notwendigerweise, konstanten Brechungsindex und besteht für die vorliegenden Zwecke häufig aus Borsilicat eines Brechungsindexes gleich dem niedrigen Endwert, wie dieser bei dem Gradienten innerhalb des Kerns erhalten wird. Im allgemeinen kann ein solcher Borsilxcatmantel aus 14 Mol-% Boroxid, Rest Siliciumoxid, bestehen. Ein allgemeinerer Bereich kann als zwischen 10 und 20 Mol-% Boroxid, Rest Siliciumoxid, liegend, definiert werden. Bei diesem Beispiel führt eine Zusammensetzung aus 14 Mol-% Bor-The cladding area 3 is mainly for the optical waveguide responsible. It generally, although not necessarily, has a constant index of refraction and exists for the present Purposes often from borosilicate of a refractive index equal to the low end value, like this one with the gradient is obtained within the core. In general, such a borosilicate shell made of 14 mol% boron oxide, the remainder silicon oxide, exist. A more general range can be considered between 10 and 20 mol% boron oxide, the remainder silicon oxide, lying, can be defined. In this example, a composition of 14 mol% boron
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oxid. Rest Siliciumoxid, am niedrigen Brechungsindex-Ende des Kerngradienten für ein binäres Glassystem zu einem Wert von Δ in Gleichung (1) von etwa 0,005.oxide. Balance silicon oxide, at the low refractive index end of the core gradient for a binary glass system to a value of Δ in equation (1) of about 0.005.
Die gestrichelt gezeichnete Umhüllung kann, falls gewünscht, vorgesehen sein und hat im allgemeinen keine optische Funktion. Sie kann aus einer Siliciumoxidschicht und/oder einer organischen Schicht bestehen, die dafür vorgesehen ist, ein Zerkratzen während der Verarbeitung zu vermeiden.The envelope shown in dashed lines can, if desired, be provided and generally has no optical function. It can consist of a silicon oxide layer and / or an organic layer intended to prevent scratching during to avoid processing.
Wie erwähnt, kann die Brechungsindexprofilform des zylindrischen Wellenleiters, der für Multimodenbetrieb so entworfen ist, daß er eine minimale Modendispersion erzeugt, durch die obige Gleichung (1) beschrieben werden. Eine frühere Analyse legte einen parabolischen Index, d. h. Oi= 2, nahe. In neueren Arbeiten wurde, wie gleichfalls erwähnt, angenommen, daß dieser Wert eine zu starke Vereinfachung war und daß dispersive Brechungsindexdifferenzen für die verschiedenen Bestandteile des Glases gleichermaßen zu einer Wellenlängenabhängigkeit (Profildispersion) führten. Im einzelnen wurde in Gleichung (2) gezeigt, daßAs mentioned, the refractive index profile shape of the cylindrical waveguide designed for multimode operation so as to produce minimum mode dispersion can be described by equation (1) above. Previous analysis suggested a parabolic index, that is, Oi = 2 . In more recent work, as also mentioned, it was assumed that this value was too much of a simplification and that dispersive refractive index differences for the various components of the glass equally led to a wavelength dependence (profile dispersion). Specifically, it was shown in equation (2) that
(4 + y) (3 + y)(4 + y) (3 + y)
(5 + 2y) gilt, wobei(5 + 2y) holds, where
^1 A dA
axialer Brechungsindex,
On1 ^ 1 A dA
axial refractive index,
On 1
= Wellenlänge und= Wavelength and
n1 ~ n2
= bedeuten. n 1 ~ n 2
= mean.
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- yc - - yc -
Entsprechend diesem Befund konnten, wie von Olshans^y und Keck a. a. O. berichtet worden ist, Werte für A durch direkte Messung an massivem Glas der Zusammensetzungen bestimmt werden, die den axialen und peripheren Kernzusammensetzungen entsprechen. According to this finding, as has been reported by Olshans ^ y and Keck, op. Cit., Values for A could be determined by direct measurement on solid glass of the compositions which correspond to the axial and peripheral core compositions.
Mit der Erfindung wurde jedoch gefunden, daß eine Messung an massivem Glas kein zuverlässiges Kriterium zu bilden vermag, wenn Boroxid in den Glaszusammensetzungen vorhanden ist. Im einzelnen wurde gefunden, daß die Dispersionskurve für eine jede Borsilicat-Faserglaszusammensetzung nur aus der von direkten Messungen an massivem Glas resultierenden Dispersionskurve durch Korrektion der Brechungsindexwerte bestimmt werden kann, um der Brechungsindexänderung Rechnung zu tragen, die ihrerseits vom Unterschied in der Warmbehandlungsvorgeschichte der Massiv- und Faserproben abhängig ist. Im einzelnen haben Untersuchungen ergeben, daß ein Unterschiedsbetrag von 0,007 von an massivem Glas gemessenen Brechungsindices abgezogen werden muß, um den Faser-Fall anzunähern. Wie angegeben, ist dieser Korrektionsfaktor für derzeitige und künftige Faserabmessungen geeignet, die auf sowohl auf den derzeitigen wie auch künftig-zu erwartenden Verfahrensparameter beruhen. Während Δ in den obigen Gleichungen definiert With the invention, however, it was found that a measurement on solid glass is not able to form a reliable criterion, when boron oxide is present in the glass compositions. In particular, it was found that the dispersion curve for each Borosilicate fiberglass composition only from the dispersion curve resulting from direct measurements on solid glass Correction of the refractive index values can be determined to account for the refractive index change, which in turn depends on the Difference in the heat treatment history of the solid and fiber samples depends. In detail, studies have shown that a difference of 0.007 must be subtracted from the refractive indices measured on solid glass to make the fiber case approximate. As indicated, this correction factor is suitable for current and future fiber dimensions that are based on both are based on the current as well as expected future process parameters. While Δ is defined in the above equations
n1 " n2
xst als (wobei n1 der axiale Brechungsindex und n, der n 1 " n 2
xst as (where n 1 is the axial refractive index and n, the
n-l ' * nl ' *
niedrige Brechungsindex an der Kernperipherie ist, und beide Werte an massivem Glas gemessen sind) wird gemäß der Erfindung Ji1 - (n0 - 0,007)low refractive index at the core periphery, and both values are measured on solid glass) according to the invention Ji 1 - (n 0 - 0.007)
n1 n 1
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Im wesentlichen stellt der Wert von 0,007 jene Korrektion zwischen Brechungsindex einer massiven Probe und dem einer tatsächlichen Faser dar.Essentially, the value of 0.007 represents that correction between the refractive index of a solid sample and that of an actual fiber.
Ein zweiter Gesichtspunkt der Erfindung ist der, daß der Wert von &, der die Koordinaten der Profilkurve bestimmt, nur durch die an den Endpunkten des Gradienten vorhandenen Indices bestimmt ist. Demgemäß bedeutet eine Modifizierung der Faser durch Substitution des Siliciumoxids in der Kernachse beispielsweise durch Germaniumsiliciumcxid einfach eine Änderung des Wertes für n... Dasselbe trifft für die komplexeren Gläser zu und innerhalb der oben angegebenen Lehre ist der Korrektionsfaktor von 0,007 in gleicher Weise auf den niedrigen Brechungsindex- . Endwert anwendbar. Beliebige Profile können daher direkt aus den angegebenen Gleichungen errechnet werden, um die für derartige Multikomponenten-Fasern anwendbaren Daten zu erhalten.A second aspect of the invention is that the value of & , which determines the coordinates of the profile curve, is determined only by the indices present at the end points of the gradient. Accordingly, a modification of the fiber by substituting the silicon oxide in the core axis, for example with germanium silicon oxide, simply means a change in the value for n ... Refractive index. Final value applicable. Any desired profile can therefore be calculated directly from the equations given in order to obtain the data applicable to such multicomponent fibers.
Fig. 2 zeigt die Änderung von Cf als Funktion der Wellenlänge für drei verschiedene Fälle. Kurve 10, eine horizontale Linie bei (Χ = 2, gibt den parabolischen Gradient wieder, der anfänglich generell als optimal betrachtet wurde. Kurve 11 gibt die Oi-Werte wieder, wie diese sich aus dem oben erwähnten Artikel von Olshansky und Keck ableiten. Kurve 12 gibt die O(-Werte wieder, wie diese entsprechend der Erfindung für das beispielhafte binäre Borsilicat-G'lassystem erhalten werden. Wie nachstehend noch im einzelnen erörtert wird, definiert die Kurve 12 einen nahezu optimalen Gradienten für eine Multimodenfaser einer Außenabmessung von annäherndFig. 2 shows the change in Cf as a function of wavelength for three different cases. Curve 10, a horizontal line at (Χ = 2, represents the parabolic gradient that was initially generally considered to be optimal. Curve 11 represents the Oi values as derived from the above-mentioned article by Olshansky and Keck. Curve 12 represents the O (values as obtained according to the invention for the exemplary binary borosilicate glass system. As will be discussed in detail below, curve 12 defines a nearly optimal gradient for a multimode fiber with an outer dimension of approximately
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80 bis 130 μπι (d. h. der gesamten Glasfaserstruktur, wie diese nach dem Ziehen anfällt). Man wird sehen, daß sich zwar die Kurve für deutlich abweichende Außenabmessungen etwas verschieben kann, aber diese Kurve nicht durch organische oder zusätzliche Beschichtungen beeinflußt wird, die nach dem Ziehvorgang etwa als mechanischer Schutz oder zu Verkabelungszwecken aufgebracht werden. Ein Vergleich der Kurve 12 mit den bekannten Kurven 10 und 11 zeigt einen ausgeprägten Unterschied entsprechend einer stark verbesserten Multimoden-Wellenleitung. Während die Kurve 12 optimale (X -Werte wiedergibt, ist eine nennenswert verbesserte Wellenleitung (Reduzierung des Verschmierens infolge Modendispersion) noch bedeutsam auch für nicht optimale Werte für80 to 130 μπι (ie the entire glass fiber structure, as it is obtained after drawing). It will be seen that although the curve can shift somewhat for significantly different outer dimensions, this curve is not influenced by organic or additional coatings that are applied after the drawing process, for example as mechanical protection or for cabling purposes. A comparison of the curve 12 with the known curves 10 and 11 shows a pronounced difference corresponding to a greatly improved multimode waveguide. While curve 12 shows optimal (X values, a noticeably improved waveguide (reduction of smearing as a result of mode dispersion) is still important even for non-optimal values for
(X . Demgemäß sind (X-Werte innerhalb einer Toleranz von _+ 10% , akzeptabel. Bemerkenswert ist, daß die 0(-Werte der Kurve 12 angenähert konstant im Wellenlängenbereich von 0,5 bis 1,1 μπι ( Οι etwa gleich 1,77 unter den angegebenen Bedingungen) sind.(X. Accordingly, (X values within a tolerance of _ + 10% are acceptable. It is noteworthy that the 0 (values of curve 12 are approximately constant in the wavelength range from 0.5 to 1.1 μm ( Οι approximately equal to 1 , 77 under the specified conditions).
Wie gezeigt, beruht die Erfindung auf Borsilicatglas, und zwar wenigstens innerhalb jenes Bereiches, der das niedrige Brechungsindex-Ende des Kerngradienten darstellt. Die Berechnungen vonof in der Literatur werden als hinreichend genau für kein Boroxid enthaltende Glasfasern betrachtet. Die Erfindung beruht weitgehend auf dem Umstand, daß ein reduzierter Brechungsindex in einem Borsilicat-System auf strukturellen Erwägungen beruht, die ihrerseits von der thermischen Vorgeschichte des Glases abhängt. Die Kurve 12 in Fig. 2 gibt Cf-Werte für übliche Multimoden-Faseranordnungen wieder. Eine derartige Faser hat nach dem Zieh-As shown, the invention is based on borosilicate glass, at least within that region which represents the low refractive index end of the core gradient. The calculations of of in the literature are believed to be reasonably accurate for glass fibers not containing boron oxide. The invention is largely based on the fact that a reduced index of refraction in a borosilicate system is based on structural considerations which in turn depend on the thermal history of the glass. Curve 12 in FIG. 2 shows Cf values for common multimode fiber arrangements. Such a fiber has after drawing
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-Ur--Ur-
Vorgang einen Außendurchmesser von annähernd 80 bis 130 μΐη und einen Kernbereich eines Durchmessers von annähernd 30 bis 80 μπι. Die angegebenen Werte sind auch für Fasern anwendbar, bei denen eine Abschreckung von Hause aus durch direkte Luftkühlung resultiert. Der Temperaturabfall vom Erweichungspunkt ist hinreichend groß, so daß verstärkte Kühlung oder, gleichermaßen, eine mögliche Warmbehandlung wenig Folgen haben wird. Die Korrektur des Of-Wertes gegenüber den aus der Literatur entnehmbaren Werten ist für kleinere Abmessungen größer und für größere Abmessungen kleiner. Jedoch führen Änderungen, die in solche (X -Werte für die betroffenen Änderungen des Durchmessers der gezogenen Faser, d. h. +_ 25% des obigen Bereiches, eingeführt werden, nicht zu einer so großen Änderung der Abschreckungsbedingungen als daß revidierteProcess an outer diameter of approximately 80 to 130 μm and a core area of a diameter of approximately 30 to 80 μm. The values given are also applicable to fibers that are inherently deterred by direct air cooling. The temperature drop from the softening point is sufficiently great that increased cooling or, equally, possible heat treatment will have little consequence. The correction of the Of value compared to the values that can be taken from the literature is greater for smaller dimensions and smaller for larger dimensions. However, changes introduced in such (X values for the affected changes in the diameter of the drawn fiber, ie + _ 25% of the above range, do not result in so great a change in the quenching conditions as that revised
CX -Werte erforderlich sein würden. Während Multimodenfasern von noch kleineren oder noch größeren Abmessungen derzeit noch nicht als erwünscht betrachtet werden, und zwar einerseits aus Gründen einer verringerten Modenkapazität und andererseits aus Gründen eines verminderten Rücklaufs der Gesamtenergiekapazität, kann ein etwa linearer Gang der Korrektur des ft-Wertes mit dem Kehrwert des Faserdurchmessers angesetzt werden, wobei für Fasern von 1000 μΐη Außendurchmesser der Wert etwa null ist.CX values would be required. While multimode fibers from even smaller or even larger dimensions are currently not yet considered desirable, on the one hand for reasons a reduced mode capacitance and, on the other hand, for reasons of a reduced return of the total energy capacity an approximately linear process of correcting the ft value with the reciprocal value of the fiber diameter, the value being approximately zero for fibers with an outer diameter of 1000 μm.
Ein Durchflußsystem wurde innerhalb einer aus einem Quarzglasrohr handelsüblicher Reinheit bestehenden Umhüllung aufgebaut, und die Abmessungen des Rohres waren 14 mm Innendurchmesser, 16 mm Außen-A flow-through system was made within one of a quartz glass tube commercial purity existing casing, and the dimensions of the pipe were 14 mm inside diameter, 16 mm outside
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durchmesser und 90 cm Länge. Das Rohr wurde mit einer durchströmenden Gasmischung aus Siliciumtetrachlorid (SiCl.), Bortrichlorid (BCl3) und Sauerstoff beaufschlagt, wobei diediameter and 90 cm length. A gas mixture of silicon tetrachloride (SiCl.), Boron trichloride (BCl 3 ) and oxygen was applied to the tube, the
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Durchsätze der einzelnen Bestandteile bei 66 cm /min, 22,6 cm / min bzw. 780 cm /min lagen. Rohr nebst Inhalt wurden durch eine sich mit 17 cm/min bewegende, 5 cm lange heiße Zone erhitzt, die durch einen mehrstrahligen Knallgasbrenner erzeugt wurde. Man beobachtete im Bereich des Brenners eine Entstehung von pulverförmiger Substanz, die sich stromabwärts bewegte und sich als weißer Niederschlag auf der Innenfläche des Rohres stromabwärts der heißen Zone niederschlug. Der Niederschlag war am stärksten auf der stromabwärtigen Seite auf einer Länge von etwa 10 cm und nahm dann bis auf einen noch wahrnehmbaren Niederschlag am Ausgangsende des Rohres ab. Wenn sich die heiße Zone stromabwärts bewegte, wurde der sichtbare weiße Niederschlag erschmolzen, um einen wesentlich dünneren transparenten glasigen Film zu bilden. Der Vorgang wurde 35mal mit rascher Rückkehrbewegung der heißen Zone, auf jede Stromabwärtsbewegung folgend> wiederholt. Die resultierende Glasschicht hatte eine Dicke von etwa 0,3 mm und sollte als die optische Ummantelung dienen. Danach wurde ein Kernbereich mit sich ändernder Zusammensetzung im wesentlichen nach der gleichen allgemeinen Prozedur mit derselben Vorschubgeschwindigkeit desselben Knallgasgebläses niedergeschlagen, wobei jedoch die Zusammensetzung der durchströmenden Gasmischung von der Anfangszusammensetzung über insgesamt 31 Durchgänge hinweg auf eine Endzusammensetzung geändert wurde, die ausschließlich aus SiCl4 und Sauerstoff mit Durchsätzen von etwa 66 cm bzw. etwa 780 cm /min bestand.Throughputs of the individual components were 66 cm / min, 22.6 cm / min and 780 cm / min, respectively. The tube and its contents were heated by a 5 cm long hot zone moving at 17 cm / min, which was generated by a multi-jet oxyhydrogen burner. A formation of powdery substance was observed in the area of the burner, which moved downstream and was deposited as a white precipitate on the inner surface of the tube downstream of the hot zone. The precipitation was strongest on the downstream side over a length of about 10 cm and then decreased except for a still noticeable precipitation at the exit end of the pipe. As the hot zone moved downstream, the visible white precipitate was melted to form a much thinner transparent glassy film. The operation was 35 times repeated next> with rapid return movement of the hot zone to any downstream movement. The resulting glass layer was about 0.3 mm thick and was intended to serve as the optical cladding. Thereafter, a core area with changing composition was knocked down using essentially the same general procedure with the same advance speed of the same oxyhydrogen blower, but the composition of the gas mixture flowing through was changed from the initial composition over a total of 31 passes to a final composition consisting exclusively of SiCl 4 and oxygen with throughputs of about 66 cm and about 780 cm / min, respectively.
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Der BClo-Durchsatz wurde entsprechend der nachstehenden Gleichung reduziert.The BClo throughput was determined according to the equation below reduced.
Τ-./-Π ^ -Uj- ,22,6 ein /min. ,~.Λ _.1,12 BCl^-Durchsatz = ( '- =-η—'- ) (31-1) 'Τ -./- Π ^ -Uj- , 22.6 in / min. , ~. Λ _.1,12 BCl ^ throughput = ( '- = -η— ' - ) (31-1) '
Mit I = Durchgangsnummer. Die durch die 31 Durchgänge erzeugte Gesamtschichtdicke betrug etwa 0,2 mm, so daß die insgesamt niedergeschlagene Filmdicke etwa 0,5 mm betrug.With I = passage number. The one generated by the 31 passes Total layer thickness was about 0.2 mm so that the total film thickness deposited was about 0.5 mm.
Das Rohr wurde dann zusammen mit den niedergeschlagenen Schichten einem Kollaps unterworfen. Der Kollaps wurde bewerkstelligt durch Abschalten der Gasströmung und Erhöhen der Temperatur durch allmähliches Verringern der Wanderungsgeschwindigkeit des Knallgasbrenners. Kollaps trat nach 10 Durchgängen bei einer Zonenwanderungsgeschwxndxgkeit von etwa 1,2 cm/min auf. Der Kollaps wurde als eine Umwandlung von Rohr und Inhalt in einen festen Stab in Richtung der Brennerbewegung beobachtet.The pipe was then collapsed along with the deposited layers. The collapse was accomplished by switching off the gas flow and increasing the temperature by gradually reducing the migration speed of the oxyhydrogen burner. Collapse occurred after 10 passes in one Zone migration speed of about 1.2 cm / min. The collapse was seen as a transformation of the tube and its contents into one fixed rod observed in the direction of the torch movement.
Die kollabierte Anordnung, nun als Vorform bekannt, hatte einen Durchmesser von etwa 9 mm und eine Länge von etwa 35 cm. Diese Länge, die die Zone gleichförmigen Niederschlages darstellte, wurde vom gesamten ursprünglichen Rohr durch örtliches Erschmelzen und Abziehen entfernt.The collapsed assembly, now known as the preform, was about 9 mm in diameter and about 35 cm in length. These The length of the zone of uniform precipitation was taken from the entire original pipe by local melting and peeling away.
Das Faserziehen zum Erhalt einer Faser eines Durchmessers von etwa 100 μπι erfolgte durch Hindurchschicken der Vorform durch einen Muffenoffen, was zu einer örtlichen Erhitzung auf etwaThe fiber drawing to obtain a fiber with a diameter of about 100 μm was carried out by passing the preform through a sleeve open, resulting in a local heating to about
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2000°C führte, und durch Ziehen der erhitzten Zone mit gleichförmiger Geschwindigkeit von etwa 1 m/sec. Die schließliche Faserlänge betrug 1100 m, wobei diese Länge durch die Faserzieheinrichtung beschränkt war.2000 ° C, and by pulling the heated zone at a uniform speed of about 1 m / sec. The final one Fiber length was 1100 m, this length being limited by the fiber drawing device.
Sodann wurden Experimente zur empirischen Identifizierung des optimalen Wertes für Qf durchgeführt. Die angewandte Methode beruhte auf dem Umstand, daß α-Werte oberhalb des Optimums zu einer vergleichsweisen Verzögerung der Moden höherer Ordnung führt, während CC -Werte kleiner als der optimale Wert zu einer Verzögerung im Grundmode führt. Bei den Versuchen wurden Kreisblenden und Ringblenden benutzt. Das durch diese räumliche Strahlfilter laufende Licht wurde gesammelt und auf einen Detektor fokussiert. Räumlich gefilterte Impulsformen wurden in Fasern mit sich änderndem (X nach übertragung über 1 km gemessen. Die untersuchten Fasern hatten eine numerische Apertur von annähernd 0,14 und ein nahezu optimales Profil, d. h. man erhielt praktisch Koinzidenz zwischen den fundamentalen und höheren Modenspitzen bei A = 907,5 nm (entsprechend dem speziell benutzten GaAs-Injektionslaser). Dies resultierte in einer Faser eines (X -Wertes von etwa 1,77, gemessen nach interferometrischen Methoden. Wie man sieht, entsprach dieser Wert recht gut mit dem entsprechenden Punkt auf der Kurve 12 in Fig. 2.Experiments were then carried out to empirically identify the optimal value for Qf. The method used was based on the fact that α values above the optimum lead to a comparative delay in the higher order modes, while CC values less than the optimum value lead to a delay in the fundamental mode. Circular diaphragms and ring diaphragms were used in the experiments. The light passing through these spatial beam filters was collected and focused on a detector. Spatially filtered pulse shapes were measured in fibers with changing (X after transmission over 1 km. The examined fibers had a numerical aperture of approximately 0.14 and an almost optimal profile, ie one obtained practically coincidence between the fundamental and higher mode peaks at A = 907.5 nm (corresponding to the specially used GaAs injection laser). This resulted in a fiber having an (X value of about 1.77, measured by interferometric methods. As can be seen, this value corresponded quite well with the corresponding point on the Curve 12 in FIG. 2.
Vom praktischen Standpunkt aus gesehen ist noch ein kleinerer Nachteil für das ansonsten ausgezeichnete binäre Borsilicatsystern mit sich graduell ändernder Zusammensetzung vorhanden. Die mögliche Brechungsindexänderung von der axialen auf dieFrom a practical standpoint, there is an even minor drawback to the otherwise excellent binary borosilicate system present with gradually changing composition. The possible refractive index change from the axial to the
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periphere Kernzusammensetzung führt zu einer maximalen numerischen Apertur von nur etwa 0,15. Während diese Apertur ausreicht, die für die betroffenen Abmessungen erwartete Modenzahl von beispielsweise 10.000 unter Idealbedingungen zu enthalten, können Abweichungen von diesen Bedingungen, wie Inhomogenität, Mikroverbiegungen usw. dazu führen, daß einige der Moden höherer Ordnung auf die Kern/Mantel-Grenzfläche oberhalb des kritischen Winkels auftreffen. Um Energieverlust unter diesen Bedingungen zu vermeiden, ist es allgemein erwünscht, die numerische Apertur zu erhöhen.peripheral core composition leads to a maximum numerical Aperture of only about 0.15. While this aperture is sufficient, the mode number expected for the dimensions concerned of 10,000 under ideal conditions, for example, deviations from these conditions, such as inhomogeneity, Microbending etc. cause some of the higher order modes on the core / clad interface above the critical Hit the angle. About loss of energy under these conditions To avoid this, it is generally desirable to increase the numerical aperture.
Bei einer zweiten Ausführungsform eines Fasersystems mit zwei Dotierstoffen, ist der Kernbereich der Faser im wesentlichen Phosphorsilicat, das in seiner Zusammensetzung graduell auf eine Kernperipherie-Zusammensetzung geändert wird, die im wesentlichen Borsilicat ist. Während der Boroxidgehalt im periphären Kernbereich von 10 bis 20 Mol-% reichen kann, ist der Phosphor enthaltende Dotierstoff, Po0S' ^m Kernbereich mit einer enger festgelegten Konzentration von 10 bis 15 Mol-% in der Zusammensetzung vorhanden.In a second embodiment of a two-dopant fiber system, the core region of the fiber is essentially phosphosilicate which is gradually changed in composition to a core peripheral composition which is essentially borosilicate. , During the boron oxide content in the peripheral core region range from 10 to 20 mol%, the phosphorus dopant-containing Po is 0 S '^ m core b ere i c h w ith a narrower fixed concentration of 10 to 15 mol% in the composition available.
Fig. 3 zeigt die Änderungen von cc als Funktion von λ für drei verschiedene Fasern. Kurve 13 gibt die Daten für eine Faser wieder, bei der die axiale Kernzusammensetzung 10 Mol-% Po0S' Rest SiO2/ betrug. Kurve 14 gilt für eine Faser, bei der die axiale Kernzusammensetzung 12 Mol-% Ρο°5' Rest si°2' betrug. Kurve 15 gilt für eine Faser, bei der der P3O5-GeIIaIt an derFigure 3 shows the changes in cc as a function of λ for three different fibers. Curve 13 shows the data for a fiber in which the axial core composition was 10 mol% Po 0 S ', remainder SiO 2 /. Curve 14 applies to a fiber in which the axial core composition was 12 mol% Ρο ° 5 ', remainder s i ° 2'. Curve 15 applies to a fiber in which the P 3 O 5 gel on the
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- >sr--> sr-
Kernachse 15 Mol-% betrug. Wie angegeben, ist die periphere Zusammensetzung im wesentlichen Borsilicat und der Gehalt des modifizierenden Zusatzes, in diesem Falle B2O.,, ist etwas weniger kritisch. Zu Vergleichszwecken ist für die durch die drei Kurven dargestellten Fasern sämtlich eine Kernperipheriezusammensetzung von etwa 14 Mol-% B2 0B' Rest SiO2, gewählt worden. Eine Änderung des B-O-^-Gehaltes im Bereich von etwa 10 Mol-% bis etwa 20 Mol-% hat nur minimale Auswirkung auf die Größe der aufgetragenen Werte.Core axis was 15 mol%. As indicated, the peripheral composition is essentially borosilicate and the level of modifying additive, in this case B 2 O. ,, is somewhat less critical. For comparison purposes, a core peripheral composition of about 14 mol% B 2 0 B ', remainder SiO 2 , has been selected for the fibers represented by the three curves. A change in the BO - ^ - content in the range from about 10 mol% to about 20 mol% has only a minimal effect on the size of the values plotted.
Die erfindungsgemäße Lehre ist weitgehend darauf gerichtet, den optimalen Cf-Wert im wesentlichen wellenlängenunabhängxg zu machen, Man sieht, daß die Faser der Kurve 14 (axiale Zusammensetzung etwa 12 Mol-% P2 0S' Rest s^-02^ demgemäß als eine bevorzugte Ausführungsform angesehen werden kann. Änderungen der Of -Abhängigkeit, die durch nichtoptimale axiale Zusammensetzungen bei den durch die Kurven 13 und 15 dargestellten Fasern wiedergegeben sind, liegen, wie man sieht, allgemein im Bereich von + 2%.The teaching according to the invention is largely aimed at making the optimal Cf value essentially independent of the wavelength. It can be seen that the fiber of curve 14 (axial composition about 12 mol% P 2 0 S ' remainder s ^ - 0 2 ^ accordingly as As a preferred embodiment, changes in Of dependency represented by non-optimal axial compositions for the fibers represented by curves 13 and 15 can be seen to be generally in the range of + 2%.
Von einem generelleren Entwurfsstandpunkt her gesehen, ist jedoch der Umstand bedeutsam, daß die numerische Apertur der Faser für stärkere P-O^-Dotierung, wie zu erwarten ist, höher liegt. Sp liegt im einzelnen die numerische Apertur der durch die Kurve 15 repräsentierten Faser bei 0,3, während die entsprechenden Werte für die den Kurven 14 und 13 entsprechenden Fasern bei 0,28 bzw. 0,26 liegen. Wie erwähnt, ist eine große numerische Apertur generell von Vorteil bei realen (d. h. nicht idealen) Fasern, bei denen Mikroverbiegungen oder andere Abweichungen von der theo-Significantly, however, from a more general design standpoint, the numerical aperture of the fiber for stronger P-O ^ doping, as is to be expected, is higher. Sp Specifically, the numerical aperture of the fiber represented by curve 15 is 0.3, while the corresponding values for the fibers corresponding to curves 14 and 13 are 0.28 and 0.26, respectively. As mentioned, a large numerical aperture is general advantageous for real (i.e. non-ideal) fibers where micro-bends or other deviations from the theoretical
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retischen Struktur zu Energieverlusten in Moden höherer Ordnung führen kann. Hieraus folgt, daß eine noch weitere Erhöhung der P-O^-Dotierungskonzentration an der Kernachse oder ein Zusatz eines weiteren Brechungsindex-Modifizierungsmittels in jenen Fällen wünschenswert ist, wo eine noch größere Abhängigkeit des Wertes CK von der Wellenlänge zugelassen werden kann.retic structure can lead to energy losses in higher order modes. It follows from this that an even further increase in the PO ^ doping concentration on the core axis or an addition of a further refractive index modifier is desirable in those cases where an even greater dependence of the value CK on the wavelength can be permitted.
Es wurde in einer aus einem Quarzglasrohr handelsüblicher Reinheit bestehenden Umhüllung ein Strömungssystem aufgebaut. Die Abmessungen des Rohrs waren 14 mm Innendurchmesser, 16 mm Außendurchmesser und 90 cm Länge. Das Rohr wurde mit einer strömenden Gasmischung aus Siliciumtetrachlorid (SiCl4),Bortrichlorid (BCl3) und Sauerstoff beaufschlagt, wobei die entsprechenden Durchsätze 66 cm /min,A flow system was built up in an envelope consisting of a quartz glass tube of commercially available purity. The dimensions of the pipe were 14 mm in inner diameter, 16 mm in outer diameter and 90 cm in length. The tube was charged with a flowing gas mixture of silicon tetrachloride (SiCl 4 ), boron trichloride (BCl 3 ) and oxygen, the corresponding throughputs being 66 cm / min,
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22,6 cm /min bzw. 780 cm /min betrugen. Rohr und Inhalt wurden durch ein sich mit einer Geschwindigkeit von 17 cm pro Minute bewegende, 5 cm lange heiße Zone erhitzt, die durch einen mehrstrahligen Knallgasbrenner erzeugt wurde. Man beobachtete eine Bildung von pulverförmiger Substanz im allgemeinen Bereich des Brenners, die sich stromabwärts bewegte und sich als weißer Niederschlag auf der Innenfläche des Rohrs stromabwärts der Heizzone absetzte. Der Niederschlag war am stärksten in einem etwa 10 cm langen stromabwärtigen Bereich ausgeprägt und nahm dann auf einen noch wahrnehmbaren Niederschlag am Ausgangsende des Rohres ab. Mit der Stromabwärtsbewegung der heißen Zone, wurde der weiße Niederschlag erschmolzen, um zu einem wesentlich dünneren transparenten glasigen Film zu führen. Der Vorgang wurde 35mal wiederholt, wobei die heiße Zone nach jedem stromabwärts erfolgenden Durchgang rasch zurückgeholt wurde. Die resultierende Glasschicht war etwa 0,3 mmWere 22.6 cm / min and 780 cm / min, respectively. Tube and contents were moved by a moving at a speed of 17 cm per minute, 5 cm long hot zone, which was created by a multi-jet oxyhydrogen burner. An education was observed of powdery substance in the general area of the burner moving downstream and manifesting as a white precipitate deposited on the inner surface of the pipe downstream of the heating zone. The precipitation was strongest in a roughly 10 cm long downstream area and then decreased to a still noticeable precipitation at the exit end of the pipe. With the Moving down the hot zone, the white precipitate was melted to a much thinner transparent glassy To lead film. The process was repeated 35 times, with the hot zone rapidly after each downstream pass was retrieved. The resulting glass layer was about 0.3 mm
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dick und sollte als optische Ummantelung dienen. Sonach wurde ein Kernbereich mit sich graduell ändernder Zusammensetzung niedergeschlagen, indem derselben allgemeinen Prozedur mit derselben Vorschubgeschwindigkeit desselben Knallgasbrenners gefolgt wurde, jedoch die Zusammensetzung der strömenden Gasmischung von der Anfangszusammensetzung über insgesamt 31 Durchgänge hinweg auf eine Endzusammensetzung geändert wurde, die ausschließlich aus POCl3, SiCl. und Sauerstoff bestand, wobei diethick and should serve as an optical cladding. A core area with gradually changing composition was then precipitated by following the same general procedure with the same advance speed of the same oxyhydrogen burner, but changing the composition of the flowing gas mixture from the initial composition over a total of 31 passes to a final composition consisting entirely of POCl 3 , SiCl . and oxygen, the
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ungefähren Durchsätze 66 cm /min SiCl., 12,8 cm /min POCl3 und 780 cm /min O3 betrugen. Der P0Cl3-Gehalt wurde erhöht entsprechend der Gleichungapproximate flow rates were 66 cm / min SiCl., 12.8 cm / min POCl 3 and 780 cm / min O 3 . The POCl 3 content was increased according to the equation
POCl-,-Durchsatz = (15,1 cm3/min) fj - (—J-QTf) (31-1) Of 96U · J 31U'yb POCl -, - flow rate = (15.1 cm 3 / min) fj - (-J-qTf) (31-1) Of 96 U · J 31 U 'yb
Der BCl3~Durchsatz wurde reduziert entsprechend der GleichungThe BCl 3 ~ throughput was reduced according to the equation
.τλ1Ί5.τλ1Ί5
BCl^-Durchsatz = (BCl ^ throughput = (
In den vorstehenden Gleichungen bedeutet I die Nummer des jeweiligen Durchganges. Die durch die 31 Durchgänge erzeugte Gesamtdicke betrug etwa 0,2 mm, was zu einer Filmniederschlags-Gesamtdicke von etwa 0,5 mm führte.In the above equations, I means the number of the respective Passage. The total thickness created by the 31 passes was about 0.2 mm, resulting in a total film deposit thickness of about 0.5 mm.
Das Rohr wurde dann zusammen mit den niedergeschlagenen Schichten einem Kollaps unterworfen. Der Rohr-Kollaps wurde bewerkstelligt durch Abschalten der Gasströmung und durch Erhöhen der Temperatur, indem die Vorschubgeschwindigkeit des Knallgasbrenners allmählichThe pipe was then collapsed along with the deposited layers. The pipe collapse was accomplished by switching off the gas flow and increasing the temperature by increasing the advance speed of the oxyhydrogen burner gradually
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- HT- - HT-
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verringert wurde. Rohrkollaps trat nach 10 Durchgängen bei einer Zonengeschwindigkeit von etwa 1,2 cm/min auf. Der Rohrkollaps wurde visuell als eine Umwandlung des Rohrs nebst Inhalt in einen Vollstab in Richtung der Brennerbewegung beobachtet. was reduced. Pipe collapse occurred after 10 passes a zone velocity of about 1.2 cm / min. The pipe collapse was visually observed as a transformation of the tube and its contents into a solid rod in the direction of the burner movement.
Die kollabierte Anordnung, nunmehr als Vorform bekannt, hatte einen Durchmesser von etwa 9 mm und eine Länge von etwa 35 cm. Diese Länge, die den Bereich des gleichförmigen Niederschlages darstellt, wird vom ganzen ursprünglichen Rohr durch örtliches Erschmelzen und Abziehen getrennt.The collapsed assembly, now known as the preform, was about 9 mm in diameter and about 35 cm in length. This length, which represents the area of uniform precipitation, is taken from all the original pipe by local Melting and stripping separately.
Das Faserziehen zum Erhalt einer Faser eines ungefähren Außendurchmessers von 100 μπι erfolgte durch Hindurchführen der Vorform durch einen Muffenofen, was zu einer örtlichen Erhitzung auf etwa 20000C führte, und durch Ziehen der erhitzten Zone mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von etwa 1 m/sec. Die schließliche Faserlänge betrug 1100 m, wobei die Länge nur durch die speziell verwendete Faserzieheinrichtung begrenzt war.The fiber drawing to obtain a fiber was an approximate outside diameter of 100 μπι by passing the preform through a sleeve furnace, resulting in a local heating at about 2000 0 C, and by pulling the heated zone at a uniform rate of about 1 m / sec. The final fiber length was 1,100 m, the length being limited only by the specific fiber drawing device used.
Der oben erörterte Wellenlängenbereich von 0,5 bis 1,1 μπι ergibt sich aus einer nahezu vollkommenen Unabhängigkeit von Oi von der Wellenlänge (d. h. annähernd +^ 2%) . Ein brauchbarer Bereich mit etwas größerer Wellenlängenabhängigkeit (+ 5%) führt zu einer Ausdehnung des Betriebsbereiches von 1,1.μπι auf wenigstens 2 μπι Wellenlänge. Da diese Änderung hinreichend klein ist, um viele Forderungen zu erfüllen, ist für die vorliegendenThe wavelength range of 0.5 to 1.1 μm discussed above results from an almost complete independence of Oi from the wavelength (ie approximately + ^ 2%). A usable range with a somewhat greater wavelength dependency (+ 5%) leads to an expansion of the operating range from 1.1 μm to at least 2 μm wavelength. Since this change is small enough to meet many demands, it is for the present
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Zwecke ein Gesamtbetrxebsbereich für die Wellenlänge von 0,5 bis 2 μπι vorgesehen.Purposes a total operating range for the wavelength of 0.5 to 2 μπι provided.
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Claims (7)
a den Kernradius undn 1 the refractive index in the core center, r the distance from the core center,
a is the core radius and
bedeuten,
dadurch gekennzeichnet, daß die Größe Δ gegeben ist durchparameter
mean,
characterized in that the size Δ is given by
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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GB1554754A (en) | 1979-10-31 |
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