DE3213704A1

DE3213704A1 - Monomode lichtleitfaser

Info

Publication number: DE3213704A1
Application number: DE19823213704
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1982-04-14
Filing date: 1982-04-14
Publication date: 1984-02-02

Abstract

Zur Herstellung einer Monomode-Lichtleitfaser wird vorgeschlagen, dem Radiusvektor der Brechzahl im Faserquerschnitt einen vorbestimmten Verlauf zu geben, so daß die Grundwelle nur in zwei orthogonalen Polarisationen ausbreitungsfähig ist. Als Nutzwelle wird die mit der kleineren Phasengeschwindigkeit benutzt. Die dazu orthogonale Polarisation wird durch geeignet auszubildenden Mantel abgestrahlt und/oder bedämpft.

Description

Monomode-Lichtleitfaser
Die Erfindung befaßt sich mit einer Monomode-Lichtleitfaser - und mit Verfahren zu deren Herstellung - bei welcher die beiden Polarisationen der Grundwelle weitgehend gegeneinander entkoppelt sind und die als Nutzwelle dienende Polarisation möglichst verlustarm übertragen wird, wohingegen die dazu orthogonal polarisierte Welle weitgehend abgestrahlt und/oder bedämpft wird. Die Faser besteht aus einem höher brechenden Kern und mindestens einem niedriger brechenden Mantel, welcher seinerseits von einem weiteren Mantel mit höherer Brechzahl als der des darunterliegenden und/oder aus schwach absorbierendem Material umgeben ist.
Um eine derartige Monomode-Lichtleitfaser, also eine einwellige Faser zu realisieren, ist durch die DE-OS 27 35 312 bereits bekanntgeworden, der Faser absichtlich einen elliptischen Querschnitt zu geben. Die Elliptizität betrug dabei wesentlich mehr als 1 %.
Bei einer bekannten Weiterbildung dieser elliptischen Faser gemäß der DE-OS 31 28 120 ist der elliptische Kern zusätzlich in Längsrichtung der Faser mit mindestens einer Einschnürung versehen, die parallel zur Faserlängsachse verläuft.
Bekanntlich ist man bei Kern-Mantel-Fasern bestrebt, die Faser so herzustellen, daß die Brechzahl des Kerns und des Mantels längs der Faserachse gleichbleibt.
Ferner soll die Brechzahl vom Kern und die davon unterschiedliche vom Mantel in der Querschnittsebene der Faser bezogen auf den Drehwinkel in diesem Querschnitt unabhängig vom Winkel jeweils einen konstanten Wert aufweisen für den Kern und einen anderen konstanten Wert für den Mantel. Man vergleiche hierzu z.B. die Figuren der US-PS 3 737 292.
Aber auch bei sogenannten Gradientenfasern, die aus einer Vielzahl von den Kern umgebenden Mantelschichten mit jeweils unterschiedlicher vorbestimmter Brechzahl war man stets bemüht, die jeweilige Brechzahl längs der Faserachse und auch im Faserquerschnitt für jeden Ringabschnitt unabhängig vom Drehwinkel in diesem Querschnitt konstant zu halten. Man vergleiche z.B. die Figuren der Brechzahlen in der US-PS 4 165 152.
Zum einen ist es relativ schwierig, bei den sehr dünnen Lichtleitfasern einen mechanisch elliptischen Querschnitt herzustellen um eine einwellige Faser zu erhalten. Zum anderen bedarf es eines relativ hohen Aufwandes, um bei der Faserherstellung die erwähnte Konstanz der Brechzahl zu gewährleisten.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß man keine so hohen Forderungen stellen braucht und trotzdem einen Monomode-Lichtwellenleiter erhält, der ausreichend gute Übertragungseigenschaften hat.
Erfindungsgemäß wird dies durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Faser sowie Verfahren zu ihrer Herstellung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden.
Die eingangs erwähnte Monomode-Lichtleitfaser ist bewußt so ausgebildet, daß mindestens die Brechzahl ihres Kernes in Abhängigkeit vom Drehwinkel über den Faserquerschnitt nicht konstant ist, sondern eine ausreichend große Unsymmetrie aufweist. Nehmen wir von den in den Ansprüchen aufgezeigten Möglichkeiten die Realisierung mit einem elliptischen Verlauf der Brechzahl im Faserquerschnitt im wesentlichen nur zwei zueinander orthogonal polarisierte Wellen ausbilden können. Beim Wandern der Wellen längs der Faser werden sie durch die Unsymmetrie der Brechzahl "geführt", wobei sie sich mit unterschiedlicher Phasengeschwindigkeit ausbreiten.
Aus Herstellungsgründen wird man diese Unsymmetrie, diesen elliptischen Verlauf der Brechzahl im Querschnitt etwa symmetrisch zur Faserlängsachse erzeugen. Doch sind insbesondere kontinuierliche Abweichungen hiervon nicht sehr kritisch, die gewünschte Einwelligkeit bleibt erhalten. Ausbreitungsfähig sind zwei orthogonal polarisierte Wellen, von denen man die als Nutzwelle benutzt, welche am verlustärmsten übertragen wird. Es ist dies die sich mit niedriger Phasengeschwindigkeit ausbreitende Welle mit ihrer Polarisation parallel zur großen Achse der Ellipse, beschrieben durch den Radiusvektor der Brechzahl im Faserquerschnitt. Durch die senkrechte Polarisationslage zu der anderen Grundwelle besteht maximale Entkoppelung und Anisotropien des Fasermaterials oder der Fasergeometrie bringen wesentlich weniger unerwünschte Wellenumwandlungen. Zusätzlich wird die nicht als Nutzwelle benutzte Polarisation durch die Mantelausbildung reduziert.
Man kann diesen Effekt noch dadurch verstärken, daß man die Faser in an sich bekannter Weise zusätzlich mit einem stark elliptisch ausgebildeten Querschnitt herstellt.
Hergestellt werden kann die erfindungsgemäße Faser praktisch mit jedem bekannten Verfahren. Beim CVD-Verfahren (Cheical Vapour Deposition) muß dafür gesorgt werden, daß der Dampfniederschlag bzw. die enthaltenen Dotierstoffe sich im Querschnitt ungleich niederschlagen. Beim Vernuil-Verfahren beispielsweise wird man die Sprühquellen paarweise gegenüberliegend anordnen und/oder unterschiedlich dotiertes Quarzglas zuführen. Auch ist es möglich, die Vorform (preform) als Rohling für die Faserherstellung bereits unsymmetrisch zu dotieren. Schließlich kann man auch eine "normale" Faser herstellen und beim Ziehen, Kollabieren, Sintern oder bei einer Nachbehandlung die gewünschte Unsymmetrie der Brechzahl durch Beeinflussung der Dotierung noch bewirken.
Die Anwendung einwelliger Fasern mit ihrer wohl definierten Polarisation der Nutzwelle ist von besonderer Bedeutung für die verlustarme Ankopplung an Lichtwellenleiter der planaren und integrierten Optik. Es wird damit in diesen Wellenleitern nur eine Polarisation angeregt, welche die Bauelemente dieser Technik (Schalter, Filter, Modulatoren) normalerweise nur verarbeiten können.

Claims

Patentansprüche 1. Monomode-Lichtleitfaser und Verfahren zur Herstellung, bei welcher die beiden Polarisationen der Grundwelle weitgehend gegeneinander entkoppelt sind und die als Nutzwelle dienende Polarisation möglichst verlustarm übertragen wird, die dazu orthogonal polarisierte Welle hingegen weitgehend abgestrahlt und/oder bedämpft wird, wobei die Faser aus einem höher brechenden Kern besteht und mindestens einem niedriger brechenden Mantel, wobei der letzte Mantel seinerseits von einem weiteren Mantel mit höherer Brechzahl als der des darunterliegenden und/oder aus schwach absorbierendem Material umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Brechzahl des Kerns in Abhängigeit vom Drehwinkel über den Fas er querschnitt nicht konstant ist und daß diese Unsymmetrie im Querschnitt der Faser möglichst symmetrisch zur Längsachse der Faser verlaufend ausgebildet ist.
2. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius vektor der Brechzahl im Faserquerschnitt einen stark unrunden Verlauf hat.
3. Faser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radiusvektor der Brechzahl einen elliptischen Verlauf aufweist.
4. Faser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des Radiusvektors der Brechzahl einen elliptischen Verlauf mit mindestens einer Einbuchtung im Bereich der kleinen Ellipsenachse aufweist.
5. Faser nach einem der vorhergehendén Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Faser im gleichen Winkelbereich wie die Unsymmetrie der Brechzahl unrund ausgebildet ist.
6. Faser nach Anspruch 3 mit elliptischem Verlauf des Radiusvektors der Brechzahl im Faserquerschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Faserquerschnitt elliptisch ausgebildet ist mit einer Elliptizität wesentlich größer als 1 % und daß die Ellipsenachsen des Querschnittes mit den Ellipsenachsen des Verlaufs des Radiusvektors der Brechzahl im Faserquerschnitt miteinander fluchten.
7. Verfahren zum Herstellen einer Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bereits die Vorform der Faser entsprechend unsymmetrisch ausgebildet ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Beschichtung eines hohlen Tragkörpers für die später daraus auszuziehende Faser das CVD-Verfahren so modifiziert wird, daß die gewünschte Unsymmetrie der Brechzahl entsteht.
9. Verfahren zur Herstellung einer Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung des Vernuil-Verfahrens zum Beflocken des Tragkörpers für die spätere Faser dieses so modifiziert wird, daß die Brechzahl eine entsprechende Unsymmetrie aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Faser mit symmetrischem Verlauf der Brechzahl im Faserquerschnitt gemessen in Abhängigkeit vom Drehwinkel über den Faserquerschnitt durch nachträgliche Behandlung eine unsymmetrische Brechzahl durch Änderung der vorhandenen Dotierungskonzentration erhält.