DE3201342C2

DE3201342C2 - Optische Faser für Einmodenwelle mit einer einzigen Polarisation und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE3201342C2
Application number: DE19823201342
Authority: DE
Inventors: Takao Edahiro; Tetsuo Miya; Katsunari Mito Ibaragi Okamoto; Yutaka Sasaki
Original assignee: Nippon Telegraph & Telephone Public Corp Tokyo; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1981-01-17
Filing date: 1982-01-18
Publication date: 1983-11-17
Also published as: FR2498339B1; GB2096788A; FR2498339A1; NL184924C; NL184924B; GB2096788B; NL8200149A; CA1168488A; DE3201342A1

Abstract

Eine optische Einmodefaser mit einer einzigen Vorzugspolarisation besteht aus einem Kieselglaskern, einem den Kern umgebenden Mantel aus Kieselglas, das eine geringere Brechzahl als das Glas des Kernes aufweist, ein Paar von Spannungserzeugungsteilen, die symmetrisch auf der Hülle des Mantels angeordnet sind, aus Kieselglas bestehen und einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Mantel aufweisen, Abstandsstücken, die zwischen die Spannungserzeugungsteile eingefügt sind und aus Kieselglas mit im wesentlichen demselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Glas des Mantels bestehen und einer die Abstandsstücke und die Spannungserzeugungsteile umgebenden Hülle. Die Hülle besteht ebenfalls aus Kieselglas und weist einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Spannungserzeugungsteile auf. Die erfindungsgemäße optische Faser hat ausgezeichnete Polarisationserhaltungseigenschaften, geringe Verluste, eine große Länge und stabile Eigenschaften.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Einniodefaser gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Es sind verschiedene Arten von optischen Fasern und Verfahren zu ihrer Herstellung bekanntgeworden. Diese Fasern dienen zur Ausbreitung von Licht mit einer definierten Polarisationsrichtung, wozu eine Differenz der Ausbreitungskoeffizienten ßx und ßy der othogonalen Moden vorgesehen ist. D. h., die Faser erhält eine die Polarisation erhaltende Eigenschaft. Derzeit ist jedoch keine optische Faser mit ausgezeichneter Polarisationserhaltungseigenschaft, mit geringem Verlust und großer Länge erhältlich.

Beispielsweise wird, um eine optische Einmodefaser mit einer einzigen Polarisation zu erhalten, dem Kern ein elliptischer Querschnitt verliehen, so daß die PoIarisationserhaltungseigenschaft sichergestellt wird. Eine optische Faser mit einem solchen Aufbau wird dadurch hergestellt, daß sich gegenüberliegende Flächen einer stabförmigen Vorform, bestehend aus einem Kern und einem Mantel durch ein modifiziertes chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase (modified chemical vapor deposition MCVD) abgetragen werden, um parallele Grundflächen zu schaffen. Danach wird eine Hülle auf die Vorform aufgebracht, um den Kerndurchmesser einzustellen, wonach die umhüllte Vorform unter Hitze bei einer Temperatur von mehr als 2000° C in einem Heizofen gezogen wird. Im einzelnen wird zum Ziehen die mit der Hülle versehene Vorform erhitzt, so daß die Viskosität der Einheit gesenkt wird und die gezogene Faser infolge der Oberflächenspannung eine kreisförmige Oberfläche erhalten würde. Infolge der Änderung der Form der flachen Teile erhält dk" vollständige Faser schließlich einen elliptischen Querschnitt. Da der elliptische Mantel versnhiedene Wandctärken längs seines Umfanges hat und da der Wärmeausdehnungskoeffizient des Mantels größer als der der Hülle ist, wird auf den Kern Druck ausgeübt, wodurch eine optische Faser entsteht, die eine Polarisationserhaltungseigenschaft aufweist.

Eine optische Faser mit einem solchen Aufbau ist in einem Artikel von V. Ramaswamy mit dem Titel »Optische Faser mit einer einzigen Polarisationseigenschaft: dargestellte Mantelungstechnik« beschrieben. Der Artikel ist erschienen in Applied Physics Letter Band 33, No. 9. vom 1. November 1978, Seiten 814-816.

Aus der DE-OS -?.7 35 312 ist eine Einmode-Lichtleitfaser bekannt, die einen elliptischen Kern und zwei diesen umgebende MäiiH aufweist. Der innere der beiden Mantel weist eine kleinere Brechzahl als der Kern auf. Die Brechzahl des äußeren Mantels ist größer als die des iuneren Mantels. Herstellungstechnisch wird die elliptische Form der Faser dadurch erzielt, daß eine runde Vorform durch entsprechende Regelung des Innendrucks beim Kollabieren der Vorform zum Vollzylinder elliptisch verformt wird.

Bei einer gewöhnlichen optischen Faser jedoch wird das Licht, das durch den Kern läuft, mehr oder weniger stark in den Mantel gestreut (beispielsweise etwa 15 bis 25%), so daß die Faser leicht durch den Inhalt

ίο der Mantelschicht beeinflußt wird. Da bei der oben beschriebenen Bauweise die Dicke des Mantels nicht gleichförmig ist, ist es schwierig eine optische Faser zu erhalten, die eine Polarisationserhaltungseigenschaft und geringe Verluste aufweist.

Da ein Teil des elliptischen Mantels, der einen großen Wärmedehnungskoeffizient aufweist und sich längs der kleinen Halbachse erstreckt, teilweise den durch den sich in Richtung der großen Halbachse der Ellipse erzeugten Druck kompensiert, ist die Polarisationserhaltungseigenschaft verringert.

Des weiteren ist bei Verfahren, bei deue α die Seitenflächen der Vorform in Längsrichtung mechanisch geschliffen werden, die Arbeitsgenauigkeit nicht gleichmäßig. Die Herstellung einer langen optischen Faser ist daher schwierig. Beim Schleifen kann die Vorform gebrochen werden, so daß die Ausbeute bei der Herstellung eines Produktes verringert wird.

Gemäß DE-OS 30 35 153 gehört zum Stand der Technik, daß in einer Lichtleitfaser darch Anwendung einer mechanischen Spannung Doppelbrechung induziert wird, um so einen Polarisationszustand zu stabilisieren.

Die mechanische Spannung wird dadurch erzeugt, daß mit Hilfe einer äußeren Klemmvorrichtung eine Kraft auf die Faser ausgeübt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Einmodefaser der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie ein Verfahren id ihrer Herstellung anzugeben, die ausgezeichnete Polarisationserhaltungseigenschaften und geringe Verluste aufweist, ohne daß äußere mechanische Einrichtungen erforderlich sind. Gleichzeitig soll die Herstellung großer Längen möglich sein.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 bzw. 18 angegeben.

Erfindungsgernäß werden diese und andere Aufgaben dadurch gelöst, daß auf der Außenseite des Mantels, der konzentrisch einen im wesentlichen kreisförmigen Kern umgib;, Spannungserzeugungseinrichtungen angeordnet wurden, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, der sich von dem des Mantel» unterscheidet. Füllstücke werden auf den Außenteilen des Mantels aufgebracht, an denen keine Spannungserzeugungsteile angeordnet sind. Die Einheit wird dann von einer Hülle umgeben.

Bei dieser Bauweise wird eine Spannung auf den Kern und den Mantel infolge des Unterschiedes der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Mantels und der Spannungserzeugungsteiie erzeugt, mit dem Ergebnis, daß zwischen dem Kern und dem Mantel Doppelbrechung entsteht, so daß eine optische Einmodefaser mit einer einzigen Polarisationseigenschaft geschaffen wird.

Erfindungsgemäß wird eine optische Einmodefaser mit einer einzigen Vorzugspolarisation geschaffen, die einen Kern aus einem einheitlichen Quarzglas mit einem ersten Brechungsindex aufweist. Die Faser ent-

hält des weiteren einen Mantel, der im wesentlichen gleichförmig den Kern umgibt und aus einem Quarzglas besteht, das einen zweiten Brechungsindex aufweist, der kleiner als derjenige des Kernes ist. Des weiteren gehört zur Faser eine Spannungserzeugungseinrichtung, die an Teilen des äußeren Randes des Mantels angeordnet ist und aus Quarzglas besteht, das einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Mantel besitzt. Des weiteren ist ein Füllstück aus Quarzglas vorgesehen, das im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Mantel aufweist und am äußeren Rand des Mantels anschließend an die Spannungserzeugungsteile angeordnet ist. Eine Hülle umgibt die Füllstücke und die Spannungserzeugungsteile, wobei die Hülle ebenfalls aus Quarzglas mit einem geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als dem Ausdehnungskoeffizienten der Spannungserzeugungsteile besteht.

Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Einmodefaser mit einer einzigen Vorzugspolarisierung bereitgestellt. Dieses umfaßt folgende Schritte: Herstellung einer Kern Mantel-Einheit, mit einem Kern aus Quarzglas einer ersten Brechzahl und einem Mantel, der im wesentlichen gleichförmig den Kern umgibt und aus Quarzglas mit einer zweiten Brechzahl besteht, die kleiner ist als die genannte erste Brechzahl; stellenweise Anordnen einer Spannungserzeugungseinrichtung auf dem äußeren Rand der Kern/Mantel-Einheit, welche Spannungserzeugungseinrichtung aus Quarzglas besteht. das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von dem des Mantels unterscheidet: Anordnung von Füllstücken auf dem Mantel des Kern, Mantelteiles, die an die Spannungserzeugungsstelle anschließen: als Füllstücke werden Teile aus Quarzglas verwendet, das im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizient wie das Glas des Mantels hat: Aufbringen einer Hülle, die die Füllstücke und die Spannungserzeugungsteile umgibt, wobei die Hülle aus Glas besteht, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, der kleiner als der der Spannungserzeugungsteile ist; und Ziehen der dadurch entstehenden Einheit, so daß der Kern, der Mantel, die Spannungserzeugungsteile, die Füllstücke und die Hülle zu einer einstückigen optischen Faser verschmelzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von^Glasfasern beliebiger Länge. Die Gefahr des Abbrechens der Vorform, die bei Verfahren nach dem Stande der Technik auftrat, bei denen die Vorform seitlich abgeschliffen wurde, ist vermieden. Das Verfahren zeichnet sich des weiteren durch wenige und einfache Herstellungsschritte und dadurch aus, daß keine aufwendige Verarbeitung erforderlich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausfühmngsbeispiele im Prinzip noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausführungsform einer optischen Einmodefaser mit einer Vorzugspolarisation gemäß der Erfindung;

F i g. 2 ein Schaubild zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Winkel 20, über den sich ein Spannungserzeugungsteil erstreckt, das in der in Fig. I dargesteüien optischen Faser eingesetzt ist, und der Doppelbrechung;

F i g. 3 ein Schaubild zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Menge von B₂O₃ mit der das Quarzglas der in der optischen Faser gemäß Fig. 1 dargestellten Spannungserzeugungsteile dotiert ist, und der Doppelbrechung;

Fig. 4 ein Schaubild zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Verhältnis der radialen Dicke der Spannungserzeugungsteile gemäß Fig. 1 zum Kernradius und der Doppelbrechung;

F i g. 5 ein Schaubild zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Verhältnis des Manteldurchmessers zum Kerndurchmesser der in F i g. 1 gezeigten optischen Faser und der Doppelbrechung;

F i g. 6 ein Schaubild zur Erläuterung der Verlusteigenschaften einer optischen Faser gemäß der Erfindung, bei der das Verhältnis von Manteldurchmesser υ zum Kerndurchmesser variiert:

Fig. 7A bis 7E aufeinanderfolgende Herstellungsschritte bei der Herstellung einer optischen Einmodefaser mit einer einzigen Polarisationseigcnschaft gemäß dem Verfahren nach der Erfindung und
Fig. 8A und 8B weitere Ausführungsformen des Verfahrens zur Herstellung der optischen Faser nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer optischen Einmodefaser mit einer Vorzugspolarisation. Die optische Faser 10 umfaßt einen Kern U und einen Mantel 12. der im wesentlichem zum Kern konzentrisch ist. Als Beispiel für die Materialkombinatioiien. aus denen der Kern 11 und der Mantel 12 besteht, seien folgende Kombinationen genannt:
Kern Mantel

1.	GcO,	SiO,	SiO,	SiO-
T	P,O/	P,0,	SiO,	SiO",
3.	GeO-	P,Ö<		SiO,
4.	GeO,	SiO,		F SiO
5.	SiO,		F SiO

LJ.Λ 131 YVIVIlllg, UUU UVl JV.UVI i\uiiiuiiiuirGii ΐ. A'SCtiS"

Kern und Mantel die Brechzahl des Mantels kleiner als die des Kernes sein sollte. Der Kern 11 weist einen

4Ii Durchmesser von etwa 4.8// auf. Der Mantel 12 besitzt einen Außendurchmesser von 25 // und umgibt den Kern 11. Der Kern 11 und der Mantel 12 sind nach wohl bekannten Herstellungsverfahren, wie z. B. durch modifizierte chemische Niederschlagung aus der Dampfphase (MCVD-Methode) hergestellt.

Erfindungsgemäß ist ein Paar von ringsektorförmigen Spannungserzeugungsteilen 15a und 150 auf dem Außenrand der optischen Faser, die aus Kern und Mantel besteht, symmetrisch in bezug auf die Faserachse angeordnet. Die Spannungserzeugungste>le weisen jeweils eine Dicke von 12,5 ^ auf. Diese Spannungserzeugungsteile 15a. 156 bestehen aus einem Material, das den gleichen oder einen etwas unterschiedlichen Brechungsindex im Vergleich zum Brechungsindex des anschließenden Mantels aufweist, wobei jedoch der Wärmeausdehnungskoeffizient größer als der des Mantels ist. Die Verwendung solchen Materials hai folgende Gründe: Ein Grund besteht darin, daß auf die Glasfaser infolge der thermischen Ausdehnung eine Spannung ausgeübt wird, um in dem Kern 11 und dem Mantel 12 eine mechanische Spannung zu erzeugen, so daß die Brechzahlen von Kern und Mantel in der Richtung, in der die Spannungserzeugungsteile ISa und ISb angeordnet sind, sich von den Brechzahlen der anderen Teile unterscheiden. Die Anwendung von Spannung zur Änderung der Brechzahl ist wohl bekannt und beschrieben durch K. Brugger »Effect of thermal stress on refrac-

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tive index in clad fibers II. Appl. Opt. Vol. 10, 1971, P. 437.

Da des weiteren die Spannungserzeugungsteile 15α und 15ό anschließend an den Mantel 12 angeordnet sind, ist es erforderlich, die Diffusion von Licht zu verhindern, das sich durch den Mantel 12 zu den Spannu^iserzeugungsteilen fortpflanzt. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, daß die Spannungserzeugungsteile eine Brechzahl aufweisen, die möglich nahe bei der Brechzahl des Mantels liegt. Dies kpnn durch geeignete Wahl der Glaszusammensetzungen des Kerns und des Mantels erreicht werden. Wenn Siliziumdioxid (SiO,) normalerweise als Material für den Kern und Mantel verwendet wird, ist es vorteilhaft, daß die Spannungserzeugungsteile 15a und 156 im wesentlichen die gleiche Brechzahl wie das Quarzglas aufweisen.

Nachstehend werden einige typische Beispiele von Zusammensetzungen der Spannungserzeugungsteile 15a und 156 wiedergegeben:

1.	GeO,-	B,0₃ - SiO,
2.	GeO',	F"- SiO,
3.	P,O₅-	F - SiO,
4.	P,O₅-	B,O, - SiO,
5.	B,Oj-	SiO,
6.	GeO,	- P₁O₅ - F SiO,
7.	TiO,"-	F -'SiO,

GeO₂, B₂O,,/⁷ und P₂O₅ in diesen Zusammensetzungen ^rind Verbindungen, die dazu dienen, den Wärmeausdehnungskoeffizient der Spannungserzeugungsteile über den Wärmeausdehnungskoeffizient von Quarzglas zu erhöhen. Bei Verwendung in einer vorgegebenen Menge senkt TiO, den Wärmeausdehnungskoeffizienten. Andere Verbindungen, die geeignet sind, den Wärmeausdehnungskoeffizienten zu erhöhen sind PbO, Ai₂O₃, ZrO usw.

Unter diesen Verbindungen wirken GeO₂, P₂O₅, TiO₂, PbO, Al₂O₃ und ZrO in der Richtung, daß'die Brechzahl der Spannungserzeugungsteile über diejenige des Quarzglas erhöht wird, während B₂O₃ und F brechzahlsenkend wirken. Durch geeignete Kombination dieser Verbindung ist es möglich, ein Material zu erzeugen, das im wesentlichen die gleiche Brechzahl wie SiO₂ aufweist.

In der vorliegenden Ausführungsform bestehen die Spannungserzeugungsteile aus B₂O₃ — SiO₂. Die Öffnungswinkel oder Zentriwinkel dieser Spannungserzeugungsteile 15a und 156 sind jeweils 60°.

Füllstücke 16a und 166 sind im Anschluß an diese auf den Teilen des äußeren Randes angeordnet, an denen sich keine Spannungserzeugungsteile 15a und 156 befinden. Diese FfiUstücke 16α und 166 weisen fm wesentlichen die gleiche radiale Dicke wie die Spannungserzeugungsteile 15a und 15b auf. Die Füllstücke werden in dieser Weise geformt.

Für diese Füllstücke 16a und 166 wird ein Material verwendet, das im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie der Mantel 12 der optischen Faser 14 aufweist. Beispielsweise ist dieses Material Quarzglas. Im Unterschied zu den Spannungserzeugungsteilen 15a und ISb sollten die Füllstücke 16a und 166 keine Spannung auf den Mantel und den Kern ausüben.

Sodann wird eine Hülle 18 angesetzt, die vollständig die Spannungserzeugungsteiie 15a und ISo und die Füllstücke 16a und 166 umgibt. Die auf diese Weise hergestellte optische Faser weist einen Außendurchmesser von 125 μ auf und ihre Grenzwellenlänge ist 1,1 /(, wenn der relative Brechzahlunterschied zwischen dem Kern 11 und dem Mantel 12 0,6% beträgt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Füllstücke 16a und 166 im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizient wie der Mantel auf, während die Hülle 18 einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Spannungserzeugungsteile aufweisen.

ίο Wenn die Ausbreitungskonstanten in der X- und Y-Achsenrichtung des Lichtes der He_n-Mode, die in Richtung der Hauptachse des Querschnitts der optischen Faser polarisiert ist, durch ßx und ßy jeweils bezeichnet werden, ist die modale Doppelbrechung B,

υ d. h. die Doppelbrechung für diese Mode, durch die folgenden Gleichung gegeben:

B = (ßx - ßy)/k

wobei k = 2n\). ist und α die Wellenlänge des Lichtes im Vakuum bedeutet.

Wenn der Kern 11 die Form eines Kreises aufweist, ist durch die Spannungserzeugungsteile 15a und 156 erzeugte Doppelbrechung gleich der modalen Doppelbrechung und wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

B = P fax - ay) (2)

wobei P den photoelastischen Koeffizienten des Kernes 11 dargestellt, der bei Verwendung von gewöhnliehern Quarzglas durch folgende Gleichung gegeben ist:

P = 3,36 χ 10-⁵(mm^:/km)

Dotiertes Quarzglas hat im wesentlichen dieselben Werte von P · ax und ay stellen die Hauptspannungskomponenten (in kg/mm²) in Hauptachsrichtung und X-, /'-Richtung dar.

Bezeichnet man die Zentriwinkel der Spannungserzeugungsteile 15a und 156 mit jeweils 20, ergibt sich •40 die Doppelbrechung B aus der graphischen Darstellung der Fig. 2. Der Wert von 5(20) für B (90°) und 20 = 90° nimmt ein Maximum bei 20 = 90° an und wächst parabolisch u.id allmählich von 20 = O bis 20 = 90*. Oberhalb von 20 = 90° fällt der Wert von B(20) parabolisch ab. Dieses Abfallen der Doppelbrechung B oberhalb von 20 = 90° ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die durch die bei den Winkeln 20 = 0 bis 90° liegenden Teile erzeugte Doppelbrechung durch die spannungsausübenden Vorformen kompensiert wird, die in Bereichen angeordnet sind, wo 2C größer als 90° ist. Aus diesem Grund wird der Winkel 20, über den sich die Spannungserzeugungsteile 15a und 156 erstrecken, vorzugsweise kleiner als 90° gewählt. Wie jedoch aus Fig. 2 hervorgeht, istjedoch der prozentuale Abfall der Doppelbrechung unmittelbar nach dem Übersteigen des Wertes 20 = 90° klein, so daß auch dann, wenn die Spannungserzeugungsteile bei Winkelpositionen angeordnet werden, bei denen der Wert 2Θ etwas oberhalb 90° liegt, praktisch keine Probleme bestehen. In diesem Fall fällt jedoch die Polarisationserhaltungseigenschaft leicht ab.

Wenn die Spannungserzeugungsteile 15a und 156 aus B₂O₃ — SiO₂ bestehen, variiert die modale Dopes peibreehung B stark in Abhängigkeit vom Anteil des B₂O₃. Diese Abhängigkeit ist in Fig. 3 dargestellt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient π (χ) ändert sich in Abhängigkeit von der Menge des in die Glasmasse

eingeführten B₂O₃ (.ν mol%) nach folgender Gleichung:

p(x) = (χ) ΑΊ0-⁷ + (5,5)ΑΊ0-⁷(1/"Ο)...

wobei 5,5* 10~⁷/° C den Wärmeausdehnungskoeffizienten des indotierten Quarzglases darstellt. Da jedoch andereNeits die Spannungserzeugungsteile 15a und ISb durch den Mantel 12 und die Hülle 18 umgeben sind, die aus Quarzglas bestehen, würde der Wärmeausdehnungskoeffizient der Spannungserzeugungsteile durch diejenigen der anderen Teile kompensiert. Infolgedessen beeinflußt der Wärmeausdehnungskoeffizient, der in die Formel für ρ (χ) eingeht, niemals die Doppelbrechung im vorliegenden Fall.

Fig. 3 ist ein Schaubild zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Doppelbrechung B und der Menge des in die Glasmasse der Spannungserzeugungsteile 15a und 156 eingefügten B₂O₃, wobei gilt: bja = 5, d/a = 4 und der Unterschied der Brechzahl für den Kern 11 und den Mantel 12 0,6% beträgt. Ferner gilt: 2ö = 60°, wobei α den Radius des Kernes 11, b den Außenradius des Mantels 12 und d die Dicke der Spannungserzeugungsteile 15a und 15A darstellt. Wie aus F i g. 3 hervorgeht, ist die Änderung der Doppelbrechung B in bezug auf die zugefügte B₂O,-Menge im wesentlichen proportional. Es wurde gefunden, daß ein bevorzugter B₂O₃-Anteil bei etwa 20 mol% liegt.

Experimente haben gezeigt, daß die in Fig. 3 dargestellte Eigenschaft auch erzielt werden kann, wenn andere Dotierungsmittel in die spannungserzeugenden Teile 15a und \5b eingefügt sind. Jedoch ist die Beziehung zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten und der Menge des Dotiermaterials abhängig von der Art des Dotiermittels.

F i g. 4 zeigt die Abhängigkeit Zwischen dein Verhältnis d/a und der Doppelbrechung B. Das Verhältnis dia stellt das Verhältnis zwischen der Dicke d der spannungserzeugenden Vorformlinge und dem Radius α des Kernes dar. Die in F i g. 4 dargestellte Kurvencharakteristik wurde erhalten, dür b/a = 5, 20 = 60° und einem Brechzahlunterschied zwischen Kern 11 und Mantel 12 von 0,6%. Die in den zugspannungserzeugenden Teilen enthaltene B₂O₃-Menge beträgt 7mol%. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, nimmt die Doppelbrechung B monoton mit dem Verhältnis d/a zu. Die in F i g. 4 dargestellte Charakteristik zeigt ebenfalls, daß in einem Bereich, in dem das Verhältnis d/a größer als 10 ist, die Doppelbrechung B in einen Sättigungsbereich übergeht.

Die Normalisierungsfrequenz V₁ die die Eigenschaften der optischen Einmodefaser bestimmt, wird allgemein durch folgende Gleichung wiedergegeben:

wobei n, die Brechzahl des Kernes 111 und n₂ die Brechzahl des Mantels 12 darstellt.

Um eine optische Einmodefaser zu erhalten, muß der Wert von V kleiner als 2,405 sein.

In dem Bereich, in dem gilt V > 2,405 erhält man eine Multhnode-Faser, da das Licht von Moden höherer Ordnung sich in der Faser ausbreiten kann. Um für den Fall, daß /i, — /I₂In₁ = 0,0006, die Bedingung der obigen Gleichung (4) erfüllt ist, muß gelten:

-I= 1,1 μ, la =■■- 5,26μ. Wenn b/a = 5, dann gilt
a + b + o¹= a(l + 5 + 10) = 16a = 84 ^.

Infolgedessen sollte der Durchmesser 2D der optisehen Faser mindestens 160 μ betragen.

Wenn das Verhältnis d/a über 10 anwächst, wächst auch der Durchmesser 2Ό der optischen Faser, so daß die Brauchbarkeit verloren geht.

Wenn andererseits das Verhältnis d/a kleiner als 2 ίο ist, wird die Doppelbrechung B kleiner als 5 χ ΙΟ"⁵, wodurch die Polarisationserhaltungseigenschaft vermindert wird.

Wenn die optische Faser gebogen wird, so daß sie einen Radius von 10 mm aufweist, zeigt das Ergebnis einer Rechnung, daß die Doppelbrechung B 10~⁶ wäre, so daß unter Berücksichtigung des Einflusses bei der Herstellung der Glasfaser zu einem Kabel, in einem Bereich, in dem gilt B < 5 χ 10~\ eine zufriedenstellende Doppelbrechungseigenschaft erhalten werden kann.

F i g. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis des Kerndurchmessers 2a zum Manteldurchmesser 2b und der Doppelbrechung B. Wie zu erkennen, fallt die Doppelbrechung B monoton mit wachsendem Verhältnis b/a ab und wird für einen Verhältniswert bja = 9 zu 4 χ 10~⁵ und der Brechzahlunterschied zwischen Kern 11 und Mantel 12 ist etwa 0.6%. Wenn das Verhältnis b α über 10 anwächst, fällt die Doppelbrechung B ab. so daß die Polarisationserhal-.10 tungseigenschaften und die Eigenschaften einer optischen Einmodefaser mit einer einzigen Polarisationsvorzugseigenschaft vermindert werden. Wenn andererseits das Verhältnis a!b geringer wird, gerät das sich durch die Faser ausbreitende Licht zu den zugspannungserzeugenden Teilen 15a und 156. so daß das Licht durch die Infrarotabsorptionsverluste des in den Spannungserzeugungsiciicn 15a und ISO enthaltenen B₂O₃ beeinflußt würde.

F i g. 6 zeigt die spektralen Verlusteigenschaften zweier optischer Fasern mit unterschiedlichen Verhältnissen von bja. Die gestrichelte Linie zeigt den Fall von b/a = 2,4, während die ausgezogene Linie den Fall b/a = 8 darstellt. Diese Kurve zeigt, daß im Fall b/a = 2.4 die Verluste L der optischen Faser bei einer Wellenlänge von 1.2 // erheblich anwachsen. Die Ergebnisse der Untersuchungen für verschiedene Verhältnisse b/a. einschließlich der in Fig. 6 dargestellten Ergebnisse, zeigen, daß die erfindungsgemäße optische Faser, die ein Verhältnis b/a < 2 aufweist, derart große Verluste hat. daß sie als Lichtnachrichtenübertragungsmedium nicht mehr praktisch in Betracht kommt.

Die Verwendung einer optischen Einmodefaser mit einer einzigen Polarisation gemäß der Erfindung führt zu verschiedenen Vorteilen wie nachfolgend angegeben:

1. Da wie oben beschrieben bei der optischen Faser gemäß der Erfindung Spannungserzeugungsteile stellenweise auf dem äußeren Rand der optisehen Faser, die aus dem konzentrischen Kern und dem Mantel besteht, angeordnet sind, d. h. dadurch, daß diese Spannungserzeugungsteile anliegend an den Mantel angeordnet sind, um örtlich eine Zugspannung auf den Kern und den Mantel auszuüben und so eine Polarisationserhaltungseigenschaft zu erzeugen, weist die erfindungsgemäße optische Faser ausgezeichnete Polarisationssrhaltungseigenschaften und gerin-

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gere Verluste als optische Fasern nach dem Stande der Technik auf.

2. Da die Spannungserzeugungsteile auf dem äußeren Rand stellenweise angeordnet sind und in den Bereichen, in denen keine Spannungserzeugungsteile angeordnet sind, Füllstücke vorgesehen sind, weist diese Bauweise eine ausreichend große Polarisationserhaltungseigenschaft auf.

3. Da des weiteren die aus Kern und Mantel bestehende optische Faser aus Glas besteht und da die Spannungserzeugungsteile von Kern entfernt sind, ist es möglich, eine optische Einmodefaser mit einer Polarisation zu erhalten, die eine große Länge uad geringe Verluste aufweist.

Anhand der Fig. 7A bis 7E wird ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung einer optischen Binmodefaser mit einer einzigen Polarisation im folgenden beschrieben.

Zuerst wird eine aus einem Kern und einem Mantel bestehende optische Faser nach der bekannten axialen Aufdampfmethode (vapor axial deposition method, VAD) hergestellt. Beispielsweise ist der Kerndurchmesser 7 mm, der äußere Manteldurchmesser 42 mm und das Verhältnis von Mantelaußendurchmesser zum Kerndurchmesser beträgt 6. Der Kern weist die Zusammensetzung GeO₂ — SiO₂ auf, während der Mantel aus SiO₂ besteht. Entsprechend ist die relative Brechzahldifferenz zwischen K^m und Mantel Δη ■= 0,7%.

Die auf diese Weise gebildete optische Faser wird dadurch gedehnt, daß sie durch eine Faserziehvorrichtung oder eine Dehnvorrichtung geleitet wird, um ihren Außendurchmesser auf 8 mm zu verringern. Nach dem Ziehen ist der Außendurchmesser des Kerns etwa 1.3 mm, wobei das ursprüngliche Verhältnis beibehalten wird.

Fig. 7A zeigt im Querschnitt den gezogenen Kern 31 und den Mantel. Sodann werden die Spannungserzeugungsteile durch modifizierten chemischen Niederschlag aus der Dampfphase (modified chemical vapor deposition method. MCVD) hergestellt. Die dabei entstehenden Spannungserzeugungsteile bestehen aas dotiertem Quarzglas, wobei jedes Spannungserzeugungsteil einen Außendurchmesser von 7,8 mm aufweist. B₂O₃ (15mol%) und GeO₂ (4mol%) werden als Dotiermittel verwendet. Eine Bedeckung, die einen Außendurchmesser von etwa 12 mm aufweist und aus Quarzglas ist, wird angebracht, um den Kern und die Spannungserzeugungsteile zu umgeben.

Diese Einheit wird dann gezogen, um den Außendurchmesser auf 5 mm zu verringern. In diesem Zeitpunkt weist der Kern, der aus dotiertem Quarzglas besteht, einen Außendurchmesser von etwa 3,2 mm auf. F i g. 7B zeigt die dabei entstehende Einheit 35, bei der der Kern durch 35a und die Spannungserzeugungsteile durch 356 gekennzeichnet ist. Die Zahl der längsverlaufenden Spannungserzeugungsteile ist in diesem Fall 4, es versteht sich jedoch von selbst, daß diese Zahl gewünschtenfalls geändert werden kann.

Die Spannungserzeugungsteile bestehen aus Quarzglas, das mit einer oder mehreren der folgenden Verbindungen dotiert ist GeO₂, B₂O₃, P₂O₅, TiO₂, F, Al₂O₃, ZrO₂, Sb₂O₅. Das Material weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der größer oder kleiner als derjenige von gewöhnlichem Quarzglas ist. Der Erweichungspunkt liegt tiefer als der von gewöhnlichem Quarzglas oder Mantelglas. Der die Spannungscrzeugungsteile umgebende Mantel besteht aus Quarzglas.

Dann werden Füllstücke 36, die im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Mantel aufweisen, vorbereitet. Jedes der Füllstücke 36 weist im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Mantel auf und kann dadurch hergestellt werden, daß ein Quarzglasstab gezogen wird, um seinen Durchmesser von

ίο 10 mm auf 5 mm zu verringern. In diesem Beispiel werden vier Füllstücke 36 verwendet und eines dieser Füllstücke 36 ist in Fig. 7C dargestellt.

Paare von Spannungserzeugungsteilen 35 v/erden symmetrisch zum Zentrum der gezogenen Kern/Mantel-Einheit 33 angeordnet. Mehrere Füllstücke 36 (in diesem Beispiel 2) von denen jedes einen Quarzglasstab mit einem Außendurchmesser von 5 mm umfaßt, werden in Bereichen des äußeren Randes des Mantels

32 angeordnet, gerade dori wo Spaniiuiigserzeugungsteile nicht vorgesehen sind.

Danach wird die Einheit in ein Hüllrohr aus Quarzglas 38 eingefügt, das einen Außendurchmesser von

33 mm und einen Innendurchmesser von 18,5 mm aufweist. Das Hüllrohr 38 weist einen Wärmeausdeh-

:5 nungskoeffizienten auf, der kleiner als der der Spannungserzeugungsteile ist.

Der zusammengesetzte Zustand ist in F i g. 7 dargestellt. Diese Einheit wird dann in einen evakuierten Kohlenstoffwiderstandsofen, der auf einer Temperatür von 2100° C gehalten ist, eingebracht und dann gezogen, bis der Außendurchmesser 125 μ beträgt. Eine Faserziehvorrichtung ist beispielsweise beschrieben in dem Artikel von M. Nakahara, S. Sakaguchi und T. Miyashita, »Optical fiber drawing techniques«, Tsuken, Jippo, Vol. 26, No. 9, 1977, Seite 2257.

Die daraus hervorgehende optische Faser ist in Fig. 7E dargestellt. Infolge des Ziehvorgangs werden die Füllstücke 36 und die Spannungserzeugungsteile 35, die auf dem äußeren Ram¹ der Kern/Mantel-Einheit 33 angeordnet sind, so deformiert, daß die Füllstücke die Form von Kreisringsektoren annehmen. Infolgedessen werden Spannungserzeugungsteile 35, ähnlich denen in F i g. 1 auf dem äußeren Ran/i des Mantels 32 erzeugt, die im gegenseitigen Abstand zueinander liegen. Der Zentriwinkel der Spannungserzeugungsteile 35 ist spitz und sie weisen jeweils eine vorgegebene Dicke auf.

Folgende Ergebnisse wurden unter einem Scan-Elektronen-Mikroskop gefunden:

Kerndurchmesser: 4,9 μ

Die Wellenlänge, bei der die Faser in Einmodebetrieb übergeht, war 1,1 μ. Die Bedingung hierfür ist bestimmt durch die Normalisierungsfrequenz:

V =

wobei λ die Wellenlänge, «, die Brechzahl des Kernes 31 und M₂ die Brechzahl des Mantels ist. Bei Einmodebetrieb wird V zu 2,405. Die optische Faser wurde lOmal um einen Zylinder mit einem Radius von 2 cm gewickelt und ein Verlustpeak wurde bei 1,1 μ durch Messung mit einem Meßsystem für wellenlängenabhängige Übertragungsverluste ermittelt. Dies zeigt, daß infolge der Biegung der optischen Faser Moden höherer Ordnung als Strahlungsmoden gestreut wurden. Wenn ein Dotiermittel wie B₂O₃ dem Quarzglas zugefügt wird, wird die Erweichungstemperatur im

allgemeinen niedriger als die des Quarzglases. Da ihre Viskosität bei der Ziehtemperatur, beispielsweise bei 2100" C, geringer ist als die von Quarzglas, ergibt sich, daß nach dem Ziehen die Spannungserzeugungsteile eine Sektorform wie in Fig. 7E dargestellt, aufwei- s sen. Die so erhaltene Glasfaser weist einen Verlust von 0,7 dB/km und 0,5 dB/km bei einer Wellenlänge von 1,3 bzw. 1.55 μ auf. Ausgedrückt in Tennen der Doppelbrechung (entwickelt nach einer Schwebungslänge) ist die Polarisationserhaltungseigenschaft pro 1 km der optischen Faser etwa 8 χ 10~⁵, was für den praktischen Gebrauch ausreicht. Der Zentriwinkel eitles jeden Spannungserzeugungsteiles ist 20 = 75°.

Da bei dieser Ausführungsform die Spannungserzeugungsteile zur Erzeugung der Zugspannung nach is dem oben beschriebenen MCVD-Verfahren hergestellt sind, ist die durch jedes Spannungserzeugungsteil eingenommene Fläche verringert. Wenn jedoch ein GeO₂ — B₂O₃ — SiO₃-Glasstab verwendet wird, können die durch die Spannungserzeugungsteile eingenommenen Rächen vergrößert werden. Infolgedessen ist es möglich, den berechneten Doppelbrechungswert um das l,5fache gegenüber dem des oben beschriebenen Ausfuhrungsbeispiels zu erhöhen.

Anhand der Fig. 8A und 8B wird im folgenden ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer optischen Einmodefaser mit einer einzigen Polarisation beschrieben.

Zuerst wird eine Kern/Mantel-Einheit 43, die aus dem Kern 41 und dem Mantel 42 besteht, durch Axialaufdampfung (VAD-Verfahren) hergestellt. In diesem Zeitpunkt ist der Außendurchmesser der Kern/Mantel-Einheit 30 mm. Wenn diese Einheit in der gleichen Weise wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel in der Hitze gezogen wird, ist der Außendurchmesser des Kernes 4 mm und der des Mantels 0,8 mm. SiO₂, das mit 5 mol% GeO₂ versetzt ist, wird für den Kern 41 und gewöhnliches Quarzglas für den Mantel 42 verwendet.

In gleicher Weise werden die Spannungserzeugungsteile 45 nach dem obengenannten VAD-Verfahren hergestellt. Jedes der Spannungserzeugungsteile 45 besteht aus einem dotierten Quarzglasstab, der mit 4mol% GeO₂ und 10mol% B₂O₃ versetzt ist. Jedes der auf diese Weise hergestellten Spannungserzeugungsteile 45 weist einen Außendurchmesser von etwa 2,5 mm auf. Die Spannungserzeugungsteile werden in der gleichen Weise wie der Kern/Mantel-Einheit gezogen, um ihren Durchmesser auf 3 mm zu verringern. Insgesamt werden 6 Spannungserzeugungsteile verwendet.

Des weiteren werden sektorförmige Füllstücke 46 hergestellt. Jedes Füllstück 46 besteht aus Quarzglas und weist einen Innendurchmesser von 4,0 mm, einen Außendurchmesser von 7 mm und einen Zentriwinkel von 115" auf. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden zwei solche Füllstücke verwendet.

Des weiteren wird eine zylindrische Hülle 48 aus Quarzglas mit einem Innendurchmesser von 7,5 mm und einem Außendurchmesser von 17 mm vorberei- ω tet.

Nach der Vorbereitung der oben beschriebenen Komponente wird ein Paar von drei Spannungserzeugungsteilen 45 symmetrisch auf dem äußeren Rand des Mantels 42 angeordnet, wobei der Mantel und der Kern 41 die Kern/Mantel-Einheit 43 darstellt.

Dann wird die Einheit in ein Hüllrohr 48 eingefügt. Danach werden Füllstücke 46 symmetrisch auf den Teilen des Mantels 42 angeordnet, auf denen sich keine Spannungserzeugungsteile 45 befinden. Dieser Zustand ist in Fi g. 8A dargestellt.

Die daraus hervorgehende Einheit wird auf eine Temperatur von 2100° C erhitzt und dann mit einer bekannten Ziehvorrichtung gezogen.

Fig. 8B zeigt den Querschnittsaufbau der gezogenen optischen Faser.

Da bei dieser optischen Faser sowohl der Mantel 42, die Hülle 48 und die Füllstücke 46 aus Quarzglas (SiO₂-GIaS) bestehen, ist ihr Wärmeausdehnungskoeffizient klein, beispielsweise 5,5 χ 10~⁷/° C. Da jedoch die Spannungserzeugungsteile 45 aus dotiertem Quarzglas bestehen, das mit 4 mol% GeO₂ und 10 mol% B₂O₃ versetzt ist, ist der Wärmeausdehnungskoeffizient groß, beispielsweise 20 χ 10~⁷/° C- Das SiO₂, das mit GeO₂ und B₂O₃ versetzt ist, weist eine niedrigere Erweichungstemperatur als undotiertes SiO₂ auf.

Wenn folglich die optische raser gezogen wird, nachdem sie auf etwa 2100° C erhitzt worden ist, verfestigen sich die Spannungserzeugungsteile 45 im Anschluß an die Verfestigung des Mantels 42 und der Füllstücke 46. Da die Spannungserzeugungsteile 45 einen großen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, ziehen sie sich bei der Abkühlung stärker zusammen als das Quarzglas. Bei fortschreitender Kühlung werden folglich der bereits verfestigte Mantel 43 und die Füllstücke 46 in Richtung auf die Spannungserzeugungsteile 45 gezogen, wodurch um die Spannungserzeugungsteile 45 eine Zugspannung entsteht. Diese Zugspannung erreicht den Kern 41 und den Mantel 42, so daß eine Spannung auf den Kern 41 ausgeübt wird. Infolge des photoelastischen Effektes, führt die auf den Kern 41 und den Mantel 42 ausgeübte Spannung zu einer Verringerung der Brechzahl des Kernes und des Mantels. In der Richtung senkrecht zu den Spannungserzeugungsteilen tritt wenig Spannung auf. Dieser Effekt führt zu einer großen Asymmetrie der Brechzahl.

F i g. 8B zeigt die Verteilung des Wärmeausdehnungskoeffizienten in X- und K-Richtung. Da wie gezeigt die Spannungserzeugungsteile 45 an diametral entgegengesetzten Stellen m bezug auf den Kern 41 angeordnet sind, wird die Änderung der Brechzahl im Kern 41, die auf den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zurückzuführen ist, in Richtung der Spannungserzeugungsteile 45 erzeugt. Bei einem Verhältnis von Mantelaußendurchmesser zu Kerndurchmesser von 5 ist die erzeugte Brechzahländerung 1 χ 10~⁴, so daß auf diese Weise eine ausreichend große Doppelbrechung entsteht.

Selbstverständlich wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Brechzahl /ι, des Kernes 41, die Brechzahl /I₂ des Mantels 42, der Außendurchmesser 2a des Kernes 41 und die Wellenlänge λ des Lichtes so gewählt, daß die Gleichung (4) die Bedingung erfüllt: V £ 2,405.

Bei der in den Fig.8A und 8B dargestellten Aus* führungsform können die Spannungserzeugungsteile 45 aus dotiertem Quarzglas bestehen, das die Zusammensetzung GeO₂-B₂O₃-SiO₂ aufweist und auf dem Rand des Mantels, wie in Fig. 7B gezeigt, angeordnet sind.

Wenn Spannungserzeugungsteile wie in Fig. 7B verwendet werden, sind diese Teile voneinander wie Inseln getrennt. Es wurde gefunden, daß der Doppclbrechungswert vergleichbar mit dem ist. der mit ei-

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nem Aufbau entsprechend den Fi g. 8A und 8B erhalten wird.

Wie oben beschrieben, hat das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Vorteile:

1. Das Verfahren erfordert keine Schleifarbeit und der Kern sowie der Mantel können mit Hilfe des Syntheseverfahrens hergestellt werden. Des weiteren wird nach dem Anbringen der Spannungserzeugungsteile und der Füllstücke auf dem äußeren Rand des Mantels eine Hülle übergezogen. Diese Herstellungsschritte sind einfach und das Verfahren entspricht dem sogenannten »Stab in Röhre«-Verfahren.

2. Erfindungsgemäß kann eine optische Faser durch Kombination von bekannten Schritten hergestellt werden und dennoch kann eine Faser mit großer Qualität und großer Ergiebigkeit erzielt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt und verschiedene Änderungen und Abwandlungen können vom Fachmann vorgenommen werden. Beispielsweise kann als Dotiermittel, das den Spannungserzeugungsteilen zugefügt wird, um deren Wärmeausdehnungskoeffizient zu vergrößern, entweder BaO, CaO, Y₂Oj und MgO oder eine Kombination dieser Verbindungen verwendet werden. Wenn jedoch solche Dotiermittel verwendet werden, ist es erforderlich, ihre Mengen so auszuwählen, daß keine Kristallisierung erfoigt.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel war ein Kern von einem Mantel umgeben, eine Zwischenschicht kann zwischen den Kern und dem Mantel eingefügt werden. Infolge von Herstellungsungenauigkeiten kiann es vorkommen, daß der Kern im Querschnitt nicht immer exakt kreisförmig ist.
Anstatt dsm Wärmeausdehnungskoeffizient der Spannungseraeugungsteile größer als den des Mantels zu machen, leann auch in Umkehrung dieser Beziehung eine Druckkraft oder Druckspannung erzeugt werden. Wesentlich ist nur, daß statt einer Zugspannung eine Druckspannung auf den Kern und den Mantel ausgeübt wird. Um die Wärmeausdehnungsverhältnisse umzukehren, kann mit TiO₂ dotiertes Quarzglas verwendet werden.

Anstatt die Spannungserzeugungsteile in bezug auf die Achse des Kernes symmetrisch anzuordnen, könnten diese auch nur auf einem Teil des Randes des Kernes angeordnet sein. Wenn ein Teil mit einem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten u%p ein Teil mit einem kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als dem des Mantels alternierend auf dem äußeren Rand des Mantels angeordnet werden, ist es möglich, die Doppelbrechung zu verstärken.

Statt eine Hülle nach dem Anordnen der Füllstücke und Spannuiiigserzeugungsteile auf dem äußeren Rand des Miintels überzuziehen, wie dies unter Bezugnahme auf" die F i g. 7A bis 7E beschrieben worden ist, können auch Füllstücke und Spannungserzeugungsteile nacheinander in die Hülle eingefügt werden. Auch können nach dem Anordnen der Spannungserzeugungsteile auf dem Mantel und dem Überziehen der Hülle die Füllstücke in die Hülle nach jedem beliebigen Verfahren eingefügt werden. Der Aufbau der fertigen optischen Faser ist der gleiche.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optische Faser für eine Einmodenwelle mit einer einzigen Polarisation, bei der durch mindestens ein längs der Faser angeordnetes Spannungserzeugungsteil eine hohe Spannungsdoppelbrechung in der Faser induziert wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmalskombination:

a) die Faser weist einen hochbrechenden Kern (11) aus dotiertem Quarzglas auf, der von einem niederbrechenden Mantel aus dotiertem Quarzglas umgeben ist,

b) das Spannungserzeugungsteil (15) wird durch mindestens ein Füllstück (16) ergänzt, das an und längs dem vom Spannungserzeugungsteil nicht kontaktierten Umfang des Mantels der Faser formschlüssig angeordnet ist und das aus dotiertem Quarzglas besteht, das im wesentliehen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wie der Kernmantel (12);

c) das Spannungserzeugungsteil (15) wird durch mindestens ein Füllstück (16) ergänzt, wobei das Füllstück aus dotiertem Quarzglas besteht, das im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wie der Kernmantel (12);

d) die gesamte Anordnung nach den Merkmalen

a) bis c) ist von einer Hülle (17) von im wesentliehen kreisförmigem Querschnitt umgeben, die aus dotiertem oder reinem Quarzglas besteht, das einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Spannungserzeugungsteil (15).

2. Optische Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spannungserzeugungsteile (15a, b) und zwei Füllstücke (16a, b) vorgesehen sind, die jeweils symmetrisch zur Kernachse angeordnet sind.

3. Optische Faser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Außendurchmessers des Kerns (11) zum Außendurchmesser des Mantels (12) zwischen 2 und 10 liegt.

4. Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasmaterial des Kerns (11) eine der folgenden Zusammensetzungen aufweist: GeO₂-SiO₂, P₂O₅-SiO₂, GeO₂ - P₂O₅ - SiO₂ und SiO₂.

5. Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasmaterial des Mantels (12) eine der folgenden Zusammensetzungen aufweist: SiO₂, F-SiO₂, P₂O₅

- SiO₂ und P₂O₅ - F - SiO₂.

6. Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungserzeugungsteil (15a, b) mit einem Material dotiert ist, das einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Mantelteil (12) aufweist.

7. Optische Faser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotierungsmaterial aus folgenden Materialien ausgewählt ist: GeO₂, P₂O₂, B₂O₃, PbO, und AL₂O₃.

8. Optische Faser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Spannungserzeugungsteils (15) mit einem zusätzlichen Material dotiert ist, das die Brechzahl des Spannungserzeugungsteils (15) in die Nähe der Brechzahl von reinem Quarzglas bringt.

9. Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis* 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungserzeugungsteil (15) mit einem Material dotiert ist, das einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Mantelteil (12) aufweist.

10. Optische Faser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotierungsmaterial TiO₂ ist.

11. Optische Faser nach Anspruch 8 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Material aus den Materialien B₂O₃ und F ausgewählt ist.

12. Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ,das Spannungserzeugungsteil (15) und das Füllstück (16) aus einem Material bestehen, dessen Brechzahl im wesentlichen gleich der Brechzahl des Mantels (12) ist.

13. Optische Faser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechzahl im wesentlichen gleich der Brechzahl von reinem Quarzglas ist.

14. Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelbrechung, die durch die auf den Kern ausgeübte asymmetrische Spannung des Spannungserzeugungsteil (15) erzeugt wird, 5 χ ΙΟ"⁵ oder größer ist.

15. Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (17) aus Quarzglas ist.

16. Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungserzeugungsteil (15) einen sektorförmigen Querschnitt aufweist.

17. Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungserzeugungsteil (15) eine solche Abmessung aufweist, daß sein Zentriwinkel in bezug auf die Kernachse kleiner als 90° ist, und daß seine radiale Dicke größer als der Kerndurchmesser ist.

18. Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser für eine Einmodenwelle mit einer einzigen Polarisation, bei der durch mindestens ein längs der Faser angeordnetes Spannungserzeugungsteil eine hohe Spannungsdoppelbrechung in der Faser induziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst durch folgende Schritte eine Vorform erstellt wird:

Herstellung einer Kern/Manteleinheit mit einem hochbrechenden Kern aus dotiertem Quarzglas und einem niederbrechenden Mantel aus dotiertem Quarzglas,

Anordnen mindestens eines Spannungserzeugungsteiles auf Teilen des äußeren Teiles der Kern/ Manteleinheit, wobei das Spannungserzeugungsteil aus dotiertem Quarzglas besteht, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von dem des Mantels unterscheidet,

Formschlüssiges Anordnen mindestens eines das Spannungsteil ergänzenden Füllstückes an und längs dem vom Spannungserzeugungsteil nicht kontaktierten Umfang des Mantels der Faser, welches Füllstück aus dotiertem Quarzglas besteht, das im wesentlichen den gleichen Wärme-

meausdehnungskoeffizienten aufweist wie der Kernmantel,

Anordnen einer das Füllstück und das Spannungserzeugungsteil umgebenden Hülle aus Glas, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Spannungseri.eugungsteils ist und daß die so entstandene Vorform gezogen wird, um den Kern, den Mantel, das Spannungserzeugungsteil, das Füllstück und die Hülle zu einer integralen optischen Faser zu verbinden.