DE2825412C3 - Optische Gradientenfaser - Google Patents
Optische GradientenfaserInfo
- Publication number
- DE2825412C3 DE2825412C3 DE2825412A DE2825412A DE2825412C3 DE 2825412 C3 DE2825412 C3 DE 2825412C3 DE 2825412 A DE2825412 A DE 2825412A DE 2825412 A DE2825412 A DE 2825412A DE 2825412 C3 DE2825412 C3 DE 2825412C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fiber
- value
- core
- refractive index
- gradient
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/028—Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index
- G02B6/0288—Multimode fibre, e.g. graded index core for compensating modal dispersion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
- C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
- C03B37/018—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2203/00—Fibre product details, e.g. structure, shape
- C03B2203/10—Internal structure or shape details
- C03B2203/22—Radial profile of refractive index, composition or softening point
- C03B2203/26—Parabolic or graded index [GRIN] core profile
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Description
(no(\-A(r/aY\
I /I0 (1 -A) = «,,,
I /I0 (1 -A) = «,,,
wobei no der Brechungsindex an dem Mittelpunkt
des Kerns, a der Kernradius, α ein Exponent, A=(no-ne)/no und ne der Brechungsindex des
Mantels ist, und die Frequenzabhängigkeit der Brechungsindizes durch dno/dA und άΔ/άλ beschrieben
wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert α und die normalisierte Frequenz
ν =
(wo λ die Wellenlänge ist), so gewählt wird, daß die Gruppenverzögerung des Grundmoden gleich
der Gruppenverzögerung des Moden der ersten höheren Ordnung ist und das ν unterhalb der
Grenzfrequenz des Moden der zweiten höheren Ordnung liegt
2. Gradientenfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß * in >1em Bereich von
3,2 <«<6,0 liegt
3. Gradientenfaser nach Anbruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß tx in dem Bereich von
4,5 S«S 5,4 liegt.
Die Erfindung betrifft eine Gradientenfaser nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Eine optische Faser ist eine Nachrichtenübertragungsleitung, in der ein optisches Signal durch die
Totalreflexion der optischen Energie übertragen wird. Die Faser besteht aus einem Mantel mit gleichförmigem
Brechungsindex und einem Kern mit einem größeren Brechungsindex als der Brechungsindex des Mantels.
Eine optische Faser, deren Brechungsindex sich in der Art einer Stufe an der Grenzfläche zwischen dem Kern
und dem Mantel ändert wird im folgenden als Standardfaser bezeichnet. Eine optische Faser, bei der
sich der Brechungsindex in dem Kern allmählich ändert, wird als Gradientenfaser bezeichnet. Bekanntlich gibt es
zwei Arten von optischen Fasern, die nach der Zahl der sich in ihnen fortpflanzenden Moden klassifiziert
werden. Der eine Typ ist die sogenannte Monomode-Faser, in der nur ein einziger Mode (LPoi Mode) sich
fortpflanzt. Obwohl die Monomode-Faser den Vorteil einer breiten Bandbreite (beispielsweise ist die Bandbreite
größer als 30 GHZ · Km) hat, hat sie den Nachteil, daß die Verbindung oder das Spleißen der Fasern sehr
schwierig ist, da der Kerndurchmesser sehr klein ist (beispielsweise liegt der Kerndurchmesser bei einigen
μηι). Der andere Typ der optischen Faser wird als
Multimode-Faser (oder Multimode-Lichtleiter) bezeichnet, wobei in dieser Faser eine Vielzahl von Moden
fortschreiten können. Die Multimode-Faser hat den Vorteil eines großen Kerndurchmessers (beispielsweise
einige 10 μπι). Die Multimode-Faser hat jedoch den
Nachteil einer geringen Bandbreite, da die Gruppenverzögerungen der Moden unterschiedlich sind.
Aus Applied Optics, Vol. 16, No, 1, Jan. 1977, Seiten 108—112 ist eine Gradientenfaser nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches bekannt Bei den bekannten Gradientenfasern hat man bisher noch nicht das Problem gelöst, wie man eine große Bandbreite bei der
Aus Applied Optics, Vol. 16, No, 1, Jan. 1977, Seiten 108—112 ist eine Gradientenfaser nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches bekannt Bei den bekannten Gradientenfasern hat man bisher noch nicht das Problem gelöst, wie man eine große Bandbreite bei der
ίο Nachrichtenübertragung mit einem großen Kerndurchmesser
bei solchen Fasern kombinieren kann. Wie aus den Formeln 4a, 4b und 5a auf Seite 108 dieser
Druckschrift hervorgeht, hängt der Wert von « von jeder einzelnen Wellenlänge ab. Um die Abweichung
f (A) in der Gleichung 5a auf Seite 108 dieser Veröffentlichung bei einer Änderung der Wellenlänge A
möglichst klein zu halten, wird daher vorgeschlagen, das Verhältnis von P2O5 und GeO2 zu SeO2 in der radialen
Richtung der optischen Faser zu steuern, wie in den F i g. 1 und 2 auf Seite 111 dieser Druckschrift gezeigt
ist Der Wert für α liegt dabei näherungsweise bei i,92 für Wellenlängen von 0,5—1,1 μΐη. Dennoch ist die
Bandbreite verhältnismäßig schmal, da viele Moden gleichzeitig übertragen werden, so daß die Gruppenverzögerung
jedes Moden nicht gleich der Gruppenverzögerung der anderen Moden sein kann. Die mögliche
Vergrößerung des Kerndurchmessers wird daher durch eine Einschränkung in der Bandbreite erkauft
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe
in zugrunde, eine Gradientenfaser zu schaffen, die sowohl
eine große Bandbreite als auch einen großen Kerndurchmesser hat
Diese Aufgabe wird durch die in dem Hauptanspruch gekennzeichnete Faser gelöst, wobei eine bevorzugte
)5 Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faser dadurch
gekennzeichnet ist, daß der Wert von α in dem Bereich von 3,2SaS 6, vorzugsweise im Bereich
4,5 <«< 5,4, liegt.
Das Prinzip der Erfindung liegt darm, den Kerndurchmesser
so zu vergrößern, daß die LPu-Moden ausbreitungsfähig sind, aber durch geeignete Wahl der
Faserparameter zu gewährleisten, daß die normalerweise auftretenden Laufzeitenverzerrungen durch den
zweiten Wellentyp eliminiert werden. Es sind die LPoi- und die LPi i-Moden ausbreitungsfähig, während bei der
Betriebswellenlänge keine weiteren Wellentypen ausbreitungsfähig sind. Eine solche Gradientenfaser hat
unter Voraussetzung gleicher Krümmungsverluste wie bei der Standardfaser einen sehr viel größeren
Kerndurchmesser (bis zu dem l,5fache der herkömmlichen Standardfaser) und Bandbreiten, die deutlich über
deri mit echten Multimode-Fasem erzielbaren Bandbreiten
liegen. Ein großer Kerndurchmesser ist vorteil haft beim Spleißen der Gradientenfasern. Außerdem
kann bei einem großen Kerndurchmesser eine große axiale Fehlausrichtung zwischen den Gradientenfasern
zugelassen werden, wenn die Gradientenfasern miteinander oder mit einer optischen Einrichtung gekoppelt
werden. Schließlich ist vorteilhaft, daß bei der
bo erfindungsgemäßen Gradientenfaser die Verbesserungen
in der Bandbreite und dem Kerndurchmesser nicht durch größere Biegeverluste erkauft werden. Vielmehr
sind die Biegeverluste bei der erfindungsgemäßen Gradientenfaser nicht größer als bei herkömmlichen
Standardfasern.
Aus IEEE Trans. MTT, Vol. MTT-24, No. 7, Juli 1976, Seiten 416-421 ist ein mathematisches Verfahren zur
Lösung der elektromagnetischen Problemstellung, näm-
lieh eine Anwendung der Variationsmethode nach
Rayleigh-Ritz auf Gradientenfasern mit einem «-Potenzprofil, bekannt Dieses bekannte mathematische
Verfahren bildet eine Grundlage für die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gradientenfaser
erforderlichen Berechnungen. Die mathematischen Berechnungen in der hier genannten Literaturstelle
erstrecken sich jedoch nur auf die Auswirkungen eines Brechzahltales (j>
1 in Gleichung (1) der Litersturstel-Ie) zwischen Kern und Mantel in Multimode-Fasern mit
einem nahezu parabolischen Profil, Der ProFilparameter
hat hieibei einen optimalen Wert «=1+7=2 (mit y als
Profildispersionsparameter), wie er auch aus Appl. Opt 15 (1976), Seiten 483—491 bekannt ist, wobei die zuletzt
genannte Literaturstelle besagt, daß eine Multimode-Gradientenfaser
dann minimale Laufzeitstreuung hat, die aber nicht Null ist wenn der Parameter « den Wert
Oi=2 +y und der Parameter ρ den Wert ρ = 2+>/2 hat
Der Wert für den Faserparameier ν ist im Fall von Multimode-Fasern im allgemeinen sehr groß (v>20)
und spielt bei der Berechnung der Laufzeitdifferenzen keine wesentliche Rolle. Anhaltspunkte, daß die
Gruppenverzögerungsdifferenz von irgendwelchen Moden zu Null gemacht werden kann, sind aus diesem
Stand der Technik jedoch nicht zu entnehmen, schon deshalb nicht weil es sich um ein mathematisches
Verfahren handelt, das ohne den physikalischen Hintergrund zu keinen Merkmalen führen kann.
Theoretische Überlegungen zu den Eigenschaften optischer Fasern und Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
F i g. ί eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Brechungsindex und dem radialen
Abstand von der Kernachse in einer Standardfaser,
Fig.2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Brechungsindex und dem radialen
Abstand von der Kernachse in einer Gradientenfaser,
F i g. 3 eine graphische Darstellung der Kurvenverläufe von Gruppenverzögerungen zweier Moden,
F i g. 4 (A), 4 (B) und 4 (C) graphische Darstellung der
Beziehung zwischen der normalisierten Frequenz ν und dem Exponenten « für verschiedene Werte von Δ und
der Bandbreite g-als Parameter,
F i g. 5 eine graphische Darstellung für die zulässige Toleranz der Brechungsindexverteilung bei einer
geforderten Bandbreite von g> 10 GHZ ■ Km an einem
Beispiel der erfindungsgemäßen Faser,
F i g. 6 eine graphische Darstellung, die die optimalen Werte von « und ν zeigt, wenn der Wert von Δ von der
Wellenlänge abhängt,
F i g. 7 eine Einrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gradientenfaser.
F i g. 1 zeigt den Verlauf des Brechungsindex im Kern und im Mantel der Fasern. Der Brechungsindex im Kern
ist größer als der im Mantel, wobei die beiden Brechungsindizes jeweils konstant find.
F i g. 2 zeigt den Verlauf des Brechungsindex im Kern und den konstanten Brechungsindex im Mantel der
Gradientenfaser. Der Brechungsindex η in dem Kern genügt der Gleichung:
Brechungsindexdifferenz zwischen Kern und Mantel bedeutet Δ ist dabei definiert als:
/ι = /)„{! -Air/a)1'},
(D
wobei no der Brechungsindex an der Kernachse, r der
radiale Abstand von düm Kernmittelpunkt, a der
Kernradius. « ein Exponent und Δ die relative A = In0 -ne)lnü.
wobei ne der Brechungsindex des Mantels ist Es ist zu
beachten, daß der Brechungsindex des Mantels in dem gesamten Mantel konstant ist
Die Bandbreite ist definiert als
Die Bandbreite ist definiert als
wobei Td die Gruppenverzögerungsdifferenz ist die als
Differenz der Gruppenverzögerungen ^definiert ist.
Bei der Diskussion der Eigenschaften einer Gradientenfaser spielt die normalisierte Frequenz ν eine Rolle,
die durch die folgende Gleichung definiert ist:
wobei λ die Wellenlänge ist Dabei r- :ß die Bedingung
Δ < 1 erfüllt sein.
Eine optische Faser mit einem Wert von ν kleiner als 2,405 arbeitet als Monomode-Faser, und eine Faser mit
einem Wert ν gleich oder größer als 2,405 arbeitet als Mukimode-Faser, wobei diese Aussage für Standardfasern
gilt Bei einer Monomode-Faser mit einem gegebenen Wert von ν kann man einen größeren
Kernradius a dadurch erreichen, daß man den Wert Δ verringert Dies ist aus Gleichung (3) ersichtlich. Obwohl
dieses Mittel versucht worden ist, ist die daraus resultierende optische Faser nicht befriedigend, da neue
unerwünschte Nachteile, beispielsweise größere Verluste bei Biegungen der Faser, damit verbunden sind.
Andererseits kann eine Multimode-Faser einen Wert von ν haben, der um einige Zehner größer ist; die
Bandbreite der Muitimode-Faser ist jedoch, wie bereits erwähnt wurde, zu schmal. Obwohl der Wert von α
näherungsweise gleich 2 gewählt wird, um eine breitere Bandbreite in einer Gradientenfaser zu erzielen, ist die
•to auf diese Weise erhältliche Bandbreite immer noch
unbefriedigend.
Die Erfindung befaßt sich daher mit dem Problem des Kerndurchmessers und der Bandbreite bei Gradientenfasern.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Gradientenfaser läßt sich wie folgt beschreiben:
1. Es wird eine Gradientenfaser mit einem Brechungsindexverlauf wie in F i g. 2 verwendet.
2. Der Grundmodv LPoi und der Mode LPi ι der ersten
höheren Ordnung bewegen sich simultan fort.
3. Der Wert der normalisierten Frequenz ν wird so g/oti wie möglich gewählt, solange der Wert ν
kleiner als die Grenzfrequenz des Moden LP21 der
zweiten höheren Ordnung ist.
4. Die Brechungsindexverteilung in dem Kern wird so gewählt, daß die Gruppenverzögerung des Moden
LPoi mit der Gmppenverzögerung des Moden LPi 1
zusammenfällt Die Brechungsändexverteilung einer erfindungsgemäßen Gradientenfaser ist gegeben
durch:
JIinW -Air/a)"}' OS/Sa
1 /Jn(1 -A) ■-■ ii,.räfl
1 /Jn(1 -A) ■-■ ii,.räfl
wobei /7o der Brechungsindex an der Kernachse, a
der Kernradius, Δ die relative Brechungsindexdiffe-
renz, die durch Gleichung (2) definiert ist, nc der
Brechungsindex des Mantels und λ ein Exponent ist.
Im folgenden wird die Gruppenverzögerung Tg linear
polarisierter Moden, der sogenannten LP-Moden diskutiert. Die LP-Moden umfassen zwei entartete
Spezialfälle von Moden, wobei ein Mode LPm, aus der
Überlagerung des HEm+]./-Modes (Θ-Abhängigkeit ist
durch cos[(/n-t-1)θ] gegeben) und das EH„,_„./ (Θ-Abhängigkeit
ist durch cos [(m- 1)θ] gegeben) gebildet wird. Zur Ableitung dieser Moden und deren theoretischer
Diskussion wird auf: IEEE Trans. MTT, Band 24, Nr. 7 (1976) S. 416 ff. und Applied Optics, Band 10. Nr. 10.
Oktober 1971. S. 2252 ff. verwiesen. In der erstgenannten Veröffentlichung wird die Gruppenverzögerung rf
für den Grundmoden (LPoi Mode) oder die Modengrup- ^en erster höherer OrdnüP.a 1LP;; oder HE;·. TE"· und
TMo' Moden) in der Nachfolgenden Formel angegeben,
wobei die Potenzreihenentwicklung von Δ bis zu der ersten Ordnung in Betracht gezogen wird:
JL· '-·*<' ¥ >■■'■*) QX .
' (i -2.v.n-;
2 .Vi 1 -- Ϊ <j
(6)
a + J ir
ti \~
ti \~
( A (μ·))-A' In·) A ';(»■)
[J (i/)):
./ IU)J- (U)
./ IU)J- (U)
(8)
wobei rdie Lichtgeschwindigkeit, ng der Gruppenindex
an der Kaserachse ausgedrückt als
an
und v der Profil-Dispersionsparameter ist, der durch
Gleichung (15) definiert ist. u. w und ν sind Parameter.
die Eigenschaften der optischen Faser angeben, und /
bezeichne; die Besselfunktion des ersten Typs, während
K die modifizierte Besselfunktion des ersten Typs darstell;. Die Gleichung (10) und (U) werden in Bezug
auf u. »und ν in diesem Fall befriedigt wie folgt:
ι J in)
J (in
κΚ,,(κ) (1 - \/ί)κ:
K (μ
It -
VTÄ
(10)
(11)
eingesetzt, um die Gruppenverzögerungsdifferenz Td zu
erhalten.
Die Gruppenverzögerungsdifferenz Tj ist definiert
ills:
Td= Tgx -Tg0,
wobei Tgx und Tgo die Gruppenverzögerungen der LPn-
und LPoi-Moden respektive bedeuten.
Als nächstes wird die Prozedur zur Bestimmung der
Als nächstes wird die Prozedur zur Bestimmung der
in Gruppenverzögerungsdifferenz Td der beiden Moden
LP)i und LPn zusammengefaßt. Die Werte für den Brechungsindex /Jo, dessen Ableitung doo/dA und damit
für den Gruppenindex ne. die relative Brechungsindexdifferenz
Δ, sowie deren Ableitung άΔΙάλ und damit der
ΙΊ Profildispersionsparameler /sind durch die Wahl des
Materials für Faserkern und Fasermantel und der Betriebswellenlänge λ vorgegeben. Die Werte λ und ν
sjnrl Paramptpr Her Rechnung und werden daher physikalisch sinnvoll vorgegeben. Damit ist auch der
jn Kernradius a festgelegt. Die Konstanten u und w für den
LPoi- und den LPn-Moden werden sodann aus den Gleichungen (10) und (11) bestimmt. Einsetzen dieser
Werte in die Gleichungen (6) bis (9) ergibt Q und X, mit denen schließlich die Gruppenverzögerungen rm des
:··. LPoi-Moden und T1n des LP|,-Moden aus Gleichung (5)
bestimn-it werden. Für jedes vorgegebene Paar von <x
und ν wiH die obige Prozedur wiederholt. Aus dieser Rechnung erhält man den Satz α und v, bei dem die
Gruppenverzögerungen rCT und r^, übereinstimmen.
in Wenn die Werte rm und !>, übereinstimmen, ergibt sich
aus £-=1/rrf= l/(r,| -Tm), daß g= ^ wird.
Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der Gruppenverzögerung
r^ von dem Wert ν für beide Moden, wobei λ = 4,5
und y=0 ist. Es ist in F i g. 3 zu beachten, daß die
r. Gruppenverzögerungen der beiden Moden bei v=4,605
zusammenfallen. Dieser Wert von ν ( = 4.605) ist auch der gleiche Wert wie die Grenzfrequenz vC2 des Moden
der zweiten höheren Ordnung. Bei Fig. 3 wird angenommen, daß die Brechungsindexdifferenz Δ
μ konstant ist und nicht von der Wellenlänge abhängt.
Von den Daten analog zu Fig. 3 ausgehend ist der Bereich von Werten v, bei dem die Bedingung einer
größeren Bandbreite als g= 1 GH, · Km für gegebene Werte von λ und Δ erfüllt ist, in den F i g. 4 (A), 4 (B) und
■· 4(C) gezeigt. Fig. 4(A) zeigt den Fall für Δ = 0.004,
F ig. 4 (B) zeigt den Fall für Δ =0,003 und F ig. 4 (C)
zeigt den Fall für Δ = 0,002. In diesen Figuren zeigen die
gestrichelten Linien auf der rechten Seite der Darstellung der Grenzfrequenz νΛ der Modengruppe
in der zweiten höheren Ordnung (LPji.d. h. HE31 und "7Hu
Moden). Es ist zu beachten, daß eine normalisierte Frequenz, die höher als die Grenzfrequenz vcl liegt,
nicht ausgenutzt werden kann, da Moden höherer Ordnung ins Spiel gebracht werden, die höher liegen als
υ die Moden der zweiten höheren Ordnung.
Die Grenzbedingung für va ist gegeben durch w=0.
Wenn der Wert α vorgegeben ist, wird die Grenzfrequenz vc2 wie folgt erhalten:
wobei ν die oben definierte, normalisierte Frequenz ist
Aus den Gleichungen (!0) und (11) können die
Konstanten u. »-für die Moden LP0! oder LPn bei einer
vorgegebenen, normalisierten Frequenz erhalten werden. Das Resultat wird in der Gleichung (5) bis (9)
wobei i/aus der Gleichung(lO) mit w=0 erhalten wird.
in den F: i g. 4 (A) bis 4 (Q Hegen die Werte für ν und
öl, bei denen die erwünschte Bandbreite erfüllt wird, in
einem Bereich, der durch zwei Kurven eingegrenzt wird,
die beide den gleichen
Um eine breitbandige Faser zu erhalten, deren Brechungsindexverteilung durch Gleichung (4) definiert
ist, d. h. um beispielsweise eine Bandbreite von 10GH2Km zu erzielen, wenn A- 0,003 ist, kann eine
Kombination von ν und λ in dem Bereich zugelassen wcrHen, der durch die langen gestrichelten Linien
umgeben ist, die als ^= 10 in F i g. 4 (B) bezeichnet sind.
Wenn beispielsweise λ = 4,5 ist, ist der Bereich für ν gegeU-fi durch 4,5Sv£4,605. Ferner ist zu beachten,
daß der größere κ-Wert bevorzugt ist, um einen
größeren Kerndurchmesser zu erhalten. Mit anderen Worten sollte der Wert ν nahe bei der Grenzfrequenz
Vc2 für den Moden der zweiten höheren Ordnung liegen
unter der Bedingung, daß der Wert ν kleiner (ils die
Grenzfrequenz »',-2 ist.
Die zulässige untere Grenze des Wertes <x wird unter
Berücksichtigung des Wertes vc2 bestimmt und wird als
-χ = 4.5 ermittelt, wobei bei diesem Wert die Kurve vc2
die Kurve g— <x in den F i g. 4 (A) bis 4 (C) schneidet.
\'·~ ty
J, = Ια/ία + 2>) ■ A.
(12)
ν. =" ι· ν J,. J = ι■ y α Λα +2).
(131
10
ucueuiei. uaLi uie oanGorcuc :c
unendlich, d. h. die Gruppenverzögerungsdifferenz 7v=0,ist.
Andererseits ist die zulässige Obergrenze für den Wert λ durch den Kernradius bestimmt, wenn man die
Energieverluste an Biegungen der Faser berücksichtigt. Der Biegungsverlust (Verlust an Energie aufgrund einer
Biegung in der optischen Faser) ist bei der Standardfaser genauso groß wie bei der Gradientenfaser. Unter
der Bedingung eines gleichen Biegeverlustes entspricht die relative Indexdifferenz Δ in einer Gradientenfaser
der relativen Indexdifferenz in einer Standardfaser, wie sie c-rch die folgende, näherungsweise Gleichung
angegeben wird.
Gleichung (12) zeigt, daß die relative Indexdifferenz Δ
in einer Gradientenfaser größer als der Wert 4, in einer
Standardfaser sein muß, wenn die Biegeverluste in beiden Fasertypen als gleich angenommen werden. Mit
anderen Worten ist die Erhöhung des Wertes ν in einer Gradientenfaser nicht proportional zu der Vergrößerung
des Kerndurchmessers, solange rlpr Ripjjpverinci
der Gradientenfaser als gleich groß wie der Biegeverlust bei der Standardfaser angenommen wird.
Folglich wird eine neue normalisierte Frequenz ve
definiert, die anzeigt, um wieviel der Kerndurchmesser einer Gradientenfaser erhöht wird unter der Bedingung,
daß die Biegeverluste der beiden optischen Fasern damit in Einklang zu bringen sind:
v=·4,5 ist beispielsweise die relative Indexdifferenz Ac
der erfindungsgemäßen Gradientenfaser etwa gleich 2Λ
des entsprechenden Wertes bei Standardfasern. Unter der Annahme, daß der Biegeverlust bei der erfindungsgemäßen
Gradientenfaser der gleiche ist wie bei einer Standardfaser wird die äquivalente normalisierte
Frequenz (v\j<xl(x +2)), die zu einer Vergrößerung des
Kerndurchmessers bei einer optischen Faser beiträgt, gleich fc=4,50 χ /273 = 3,67. Dieser Wert v«. = 3,67 ist
nahezu 1,5 mal so groß wie der maximale Wert v= 2,405 bei einer herkömmlichen Monomode-Standardfaser mit
stufenförmiger Änderung des Brechungsindexes an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel. Man kann
daher zusammenfassen, daß, wenn die Werte von λ, η
und der äquivalente Wert von Δ vorgegeben sind, der resultierende Kerndurchmesser bei der erfindungsgemäßen
Gradientenfaser um das l,5fache größer sein kann als bei früheren Fasern.
Fig. 5 zeigt die Brechungsindexverteilung der erfindungsgemaßen
Gradientenfaser, wobei folgende Werte vorhanden sind:
Wellenlänge= 1,25 μηι
Brechungsindex n= 1.452!
Differenz Δ = 0,003 + 0,00015
Exponent α = 4,45 ±0,11
Radius a: 14,94 <2aS 16,54 μίτι
Außendurchmesser 2/> = (130± 1) μιτι
Brechungsindex n= 1.452!
Differenz Δ = 0,003 + 0,00015
Exponent α = 4,45 ±0,11
Radius a: 14,94 <2aS 16,54 μίτι
Außendurchmesser 2/> = (130± 1) μιτι
In Fig. 5 zeigt die Abszisse den Abstand von dem Kernmittelpunkt und die Ordinate den Brechungsindex
p. Der schraffierte Bereich zeigt den möglichen Bereich, wo eine Bandbreite von wenigstens 10 GH, Km
erreicht wird.
Es ist zu beachten, daß bei den vorstehenden Erläuterungen angenommen wurde, daß der Wert
unabhängig von Wellenlänge λ ist. Der Wert Δ hängt jedoch in einem geringen Maße von der Wellenlänge ab.
Die Änderung des Wertes Δ wird durch den Profil-Dispersionsparameter γ ausgedrückt, der in
Gleichung (5) auftaucht.
Aus der vorstehend erläuterten Theorie kann man die Obergrenze für den Wert <% bestimmen als 5,4 (otS5,4)
unter der Annahme, daß der Kerndurchmesser auf den Wert erhöht wird, der aus 90% der Wertes ve für λ=4.5
abgeleitet wird. » = 5,4 wird wie folgt abgeleitet In F i g. 4 (B) zeigt der Kreuzungspunkt der Kurve <%=4,5
und der Kurve ^= 00 den Wert v=4,61. Als nächstes
zeigt der Kreuzungspunkt von v=4,04 (ve=3,83 χ 03 = 3.45) und der Kurve g= <» den Wert
λ = 5,4. Folglich erfüllt der Bereich der Werte ex. die
Ungleichung 4,5 < α < 5,4.
Die Struktur der optischen Faser wird so gewählt, daß
der Bereich von χ die vorstehende Bedingung erfüllt,
und daß der Wert von Δ in dem erlaubten Bereich bei den ausgewählten Werten von χ ist Für «=4,5 und
y= -(InJn11) (λ/Α) (d A d/).
(14)
wobei ng der Gruppenindex an dem Kernmittelpunkt ist.
F i g. 6 zeigt die mögliche Untergrenze O0 des Wertes
a. und den Wert Vo, der derjenige Wert von κ ist. an dem
« = atoist, wenn /mit berücksichtigt wird. Es ist in Fig. 6
zu beachten, daß der Wert α bei y= 0 selbstverständlich
Oo = 4,5 ist. Aus Fig. 6 ist ebenfalls zu ersehen, daß der
Bereich von «o von 3,2 bis 6 geht, wenn /sich von —03
bis 0,3 ändert. Die Kurve von F i g. 6 kann mit derselben Methode erhalten werden, wie im Zusammenhang mit
den F i g. 4 (A) bis 4 (C) erläutert wurde unter der Annahme, daß der Wert d = 0,2 bis 03% beträgt
F i g. 7 zeigt eine Einrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gradientenfaser durch chemische
Abscheidung aus der Dampfphase, siehe US-PS 37 11262. In Fig. 7 sind drehbare Rahmen 11a, 116
dargestellt, die von einem Motor 18 gedreht werden. Zwischen den Rahmen ist ein hohles Rohr 10 aus S1O2
montiert und dreht sich in der durch den Pfeil A angegebenen Richtung. Ein verschiebbarer Brenner 12
bewegt sich in horizontaler Richtung entlang der Schraube 17, um das hohle Rohr 10 zu beheizen. Einige
Gase, beispielsweise Ge, P, AI oder B werden in das hohle Rohr 10 durch das Rohr 13 eingeführt und eine
dünne Schicht wächst an der Innenwand des hohlen Rohres. Diese auf der Innenseite gewachsene Schicht
9 10
dient dann als Kern für eine optische Faser. In dem in bilden. Durch allmähliche Erhöhung der Konzentration
Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel der Einrichtung des Dotierungsmittels ist der Brechungsindex des
wird das in das hohle Rohr 10 eingeführte Gas aus mittleren Teiles des Kernes größer als der des
GeCU, O2 und SiCU gebildet. Im übrigen ist ein Ständer Randbereiches des Kerns. Folglich kann die gewünschte
14 vorgesehen, um die Drehrahmen, den Brenner, das >
Brechungsindexverteilung durch Steuerung der Konhohle Rohr und den Motor zu tragen. Ein Behälter 15, zentration des Dotierungsmittels erhalten werden,
der das SiCU envliält, wird von einem weiteren Gestell Ein anderes Verfahren zur Herstellung der erfin-16 getragen. Nachdem die Innenschicht in dem hohlen dungsgemäßen Gradientenfaser ist die axiale Abschei-Rohr voll ausgewachsen ist, wird das Rohr 10 dung aus der Dampfphase, siehe US-PS 40 62 665.
ausgezogen, um eine dünne, lange optische Faser zu m
der das SiCU envliält, wird von einem weiteren Gestell Ein anderes Verfahren zur Herstellung der erfin-16 getragen. Nachdem die Innenschicht in dem hohlen dungsgemäßen Gradientenfaser ist die axiale Abschei-Rohr voll ausgewachsen ist, wird das Rohr 10 dung aus der Dampfphase, siehe US-PS 40 62 665.
ausgezogen, um eine dünne, lange optische Faser zu m
Iliut/ii 3 Mai! /ciclnuinlich
Claims (1)
1. Optische Gradientenfaser mit einem Kern und einem Mantel, der den Kern koaxial umgibt, wobei
die Brechungsindexverteilung π in Abhängigkeit von dem radialen Abstand rvon der Kernachse gegeben
ist durch:
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6851377A JPS543553A (en) | 1977-06-10 | 1977-06-10 | Optical line |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2825412A1 DE2825412A1 (de) | 1978-12-14 |
DE2825412B2 DE2825412B2 (de) | 1981-04-16 |
DE2825412C3 true DE2825412C3 (de) | 1981-11-26 |
Family
ID=13375863
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2825412A Expired DE2825412C3 (de) | 1977-06-10 | 1978-06-09 | Optische Gradientenfaser |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4204745A (de) |
JP (1) | JPS543553A (de) |
DE (1) | DE2825412C3 (de) |
FR (1) | FR2394100A1 (de) |
GB (1) | GB1589006A (de) |
Families Citing this family (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5443749A (en) * | 1977-09-13 | 1979-04-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Wide range oprical fiber |
US4406517A (en) * | 1979-01-02 | 1983-09-27 | Corning Glass Works | Optical waveguide having optimal index profile for multicomponent nonlinear glass |
US4260221A (en) * | 1979-03-16 | 1981-04-07 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Multimode fiber with z-dependent index profile |
JPS5831566B2 (ja) * | 1980-08-01 | 1983-07-07 | 日本電信電話株式会社 | 低次モ−ド光フアイバ |
CA1205307A (en) * | 1981-12-07 | 1986-06-03 | Venkata A. Bhagavatula | Low dispersion, low-loss single-mode optical waveguide |
FR2519774A1 (fr) * | 1982-01-08 | 1983-07-18 | Quartz & Silice | Fibres optiques a grande bande passante |
US4516826A (en) * | 1983-04-21 | 1985-05-14 | At&T Technologies, Inc. | Single mode lightguide fiber having a trapezoidal refractive index profile |
US4560247A (en) * | 1983-07-01 | 1985-12-24 | Quartz Et Silice | Large bandwidth optical fibers |
JPS62147405A (ja) * | 1985-12-20 | 1987-07-01 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Gi形コアロツド |
US4877304A (en) * | 1987-09-09 | 1989-10-31 | Corning Incorporated | Few-mode/single-mode fiber |
US4889404A (en) * | 1987-09-09 | 1989-12-26 | Corning Incorporated | Asymmetrical bidirectional telecommunication system |
DE4001781C1 (de) * | 1990-01-23 | 1991-02-21 | Schott Glaswerke, 6500 Mainz, De | |
US5175785A (en) * | 1991-05-02 | 1992-12-29 | Ensign-Bickford Optical Technologies, Inc. | Optical waveguides having reduced bending loss and method of making the same |
US5329607A (en) * | 1992-02-28 | 1994-07-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Pure-silica core dual-mode optical fiber |
US5729645A (en) * | 1996-08-13 | 1998-03-17 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Graded index optical fibers |
US7656578B2 (en) * | 1997-03-21 | 2010-02-02 | Imra America, Inc. | Microchip-Yb fiber hybrid optical amplifier for micro-machining and marking |
US7576909B2 (en) | 1998-07-16 | 2009-08-18 | Imra America, Inc. | Multimode amplifier for amplifying single mode light |
US6275512B1 (en) | 1998-11-25 | 2001-08-14 | Imra America, Inc. | Mode-locked multimode fiber laser pulse source |
KR100769268B1 (ko) | 2000-09-11 | 2007-10-23 | 피렐리 에스피에이 | 다수의 사용자 장비에 신호를 분배하기 위한 신호 분배 네트워크 및 이를 위한 광파이버 및 광케이블 |
IT1318846B1 (it) * | 2000-09-11 | 2003-09-10 | Pirelli Cavi E Sistemi Spa | Rete di distribuzione di segnali ad una pluralita' di apparecchiatureutente. |
JP3845260B2 (ja) * | 2001-02-16 | 2006-11-15 | 古河電気工業株式会社 | 光ファイバおよび光伝送路 |
US7336877B2 (en) * | 2004-08-31 | 2008-02-26 | Corning Incorporated | Broadband optical fiber |
KR100672010B1 (ko) * | 2005-04-13 | 2007-01-22 | 한국과학기술원 | 광섬유와 이를 이용한 광가입자망, 구내 정보 통신망 및통신용 광부품 |
US7406237B2 (en) * | 2006-02-21 | 2008-07-29 | Corning Incorporated | Multiband optical fiber |
JP2010078701A (ja) * | 2008-09-24 | 2010-04-08 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 光ファイバの接続構造およびシングルモードファイバ |
US20100154478A1 (en) * | 2008-12-01 | 2010-06-24 | Panduit Corp. | Multimode fiber having improved index profile |
US20100269952A1 (en) * | 2009-04-23 | 2010-10-28 | Villanova University | Process and apparatus for filling microstructured fibers via convection based pressure driven technique |
US8351027B2 (en) * | 2009-06-15 | 2013-01-08 | Panduit Corp. | Method and metric for selecting and designing multimode fiber for improved performance |
DE102009042207A1 (de) * | 2009-09-18 | 2011-04-21 | Ludwig-Maximilians-Universität München | Wellenlängenabstimmbare Lichtquelle |
JP5394344B2 (ja) * | 2010-09-17 | 2014-01-22 | 日本電信電話株式会社 | 数モードファイバおよび数モードファイバの設計方法 |
WO2023038769A1 (en) * | 2021-09-09 | 2023-03-16 | Corning Incorporated | Optical fibers for single mode and few mode vcsel-based optical fiber transmission systems |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3711262A (en) | 1970-05-11 | 1973-01-16 | Corning Glass Works | Method of producing optical waveguide fibers |
US3904268A (en) * | 1974-11-15 | 1975-09-09 | Corning Glass Works | Optical waveguide having optimal index gradient |
JPS51113641A (en) * | 1975-03-28 | 1976-10-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Low order mode propagation photo fiber |
US4006962A (en) * | 1975-05-27 | 1977-02-08 | Corning Glass Works | Communication system having low dispersion glass optical waveguide |
JPS52121341A (en) | 1976-04-06 | 1977-10-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Production of optical fiber base materials and production apparatus fo r the same |
US4057320A (en) * | 1976-07-26 | 1977-11-08 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Optical fiber waveguide having minimum modal dispersion |
-
1977
- 1977-06-10 JP JP6851377A patent/JPS543553A/ja active Granted
-
1978
- 1978-05-30 GB GB24078/78A patent/GB1589006A/en not_active Expired
- 1978-06-09 FR FR787817346A patent/FR2394100A1/fr active Granted
- 1978-06-09 DE DE2825412A patent/DE2825412C3/de not_active Expired
- 1978-06-12 US US05/914,548 patent/US4204745A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS543553A (en) | 1979-01-11 |
FR2394100A1 (fr) | 1979-01-05 |
JPS5625647B2 (de) | 1981-06-13 |
US4204745A (en) | 1980-05-27 |
GB1589006A (en) | 1981-05-07 |
DE2825412B2 (de) | 1981-04-16 |
DE2825412A1 (de) | 1978-12-14 |
FR2394100B1 (de) | 1982-07-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2825412C3 (de) | Optische Gradientenfaser | |
DE2550524C2 (de) | Wellenleiter für optische Wellenenergie | |
DE3232194C2 (de) | ||
DE3501975C2 (de) | ||
DE69816662T2 (de) | Schmalband-sperrfilter im lichtwellenleiter | |
DE3307874C2 (de) | ||
DE2718785A1 (de) | Optische fasern mit brechungsindexgradienten | |
DE2338252A1 (de) | Verfahren und anordnung zur laserspeisung eines dielektrischen optischen wellenleiters | |
DE3312698A1 (de) | Monomode-faser | |
DE2408300A1 (de) | Stossverbundenes optisches faserpaar | |
DE3812140A1 (de) | Monomode-lichtleitfaser | |
DE3851409T2 (de) | Optischer Wellenlängenkonverter. | |
DE2733234A1 (de) | Kreissymmetrischer optischer faser-wellenleiter | |
DE2357490A1 (de) | Faseranordnung fuer optische wellenleitung | |
DE3221836A1 (de) | Einzelmodenfaser | |
EP0438653A2 (de) | Flexible optische Gradientenprofilfaser zur Übertragung von Laserstrahlung mit hoher Leistung bei weitgehender Erhaltung der Modenstruktur | |
DE2834928A1 (de) | Optischer wellenleiter und verfahren zu dessen herstellung | |
DE69311168T2 (de) | Optische Faser zum Anschluss an einen Wellenleiter und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
EP0831343B1 (de) | Optischer Wellenleiter und Verfahren zu seiner Herstellung | |
EP0438405B1 (de) | Laserresonator | |
DE3804152A1 (de) | Lichtwellenleiter | |
EP0216212A2 (de) | Externer optischer Resonator für einen Halbleiterlaser | |
DE3011501C2 (de) | Optisches Kantenfilter | |
DE2731957C3 (de) | Optischer Entzerrer zum Verbinden zweier Wellenleiterabschnitte eines optischen Fernmelde-Wellenleiters | |
DE2926977C2 (de) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAP | Request for examination filed | ||
OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: NIPPON TELEGRAPH AND TELEPHONE CORP., TOKIO/TOKYO, |
|
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: DERZEIT KEIN VERTRETER BESTELLT |