DE3842804A1

DE3842804A1 - Lichtwellenleiter

Info

Publication number: DE3842804A1
Application number: DE19883842804
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Prof Dr Unger; Risheng Yang
Original assignee: AEG Kabel AG
Current assignee: Kabel Rheydt AG
Priority date: 1988-12-20
Filing date: 1988-12-20
Publication date: 1990-06-21

Description

Lichtwellenleiter in Form von Quarzglasrohren haben normalerweise einen Kern, in dem das Quarzglas zur Erhöhung der Brechzahl mit GeO₂ dotiert ist. Der umgebende Mantel besteht entweder aus undotiertem Quarzglas oder in einem inneren Bereich ist das Quarzglas mit Fluor dotiert, um seine Brechzahl herabzusetzen. Bei Brechzahlabsenkung durch Fluordotierung im inneren Mantel braucht der Kern nur mit weniger GeO₂ dotiert zu werden und führt dann die Grundwelle mit weniger Dämpfung. Gegebenen falls dotiert man auch nur einen inneren Bereich mit mehr GeO₂ und den äußeren Kernbereich mit wenig GeO₂ bzw. läßt ihn undotiert oder dotiert ihn schwach mit Fluor, wobei sich durch stärkere Fluordotierung des inneren Mantels noch eine genügend große Brechzahlabsenkung zwischen Kern und Mantel zur Führung der Grundwelle einstellen läßt. Statt dieser stufenweisen Dotierungsänderung im Kern ist auch eine kontinuierliche Minderung der GeO₂-Dotierung von Kernmitte nach außen möglich.

Problematisch bei der Herstellung aller dieser Fasern sind die hohen Tem peraturen, welche der Innenbeschichtungs-CVD-Prozeß erfordert, um reine Quarzglasschichten oder mit Fluor dotierte Quarzglasschichten bzw. Quarz glasschichten mit nur wenig GeO₂-Dotierung niederzuschlagen. Bei diesen hohen Temperaturen erweichen die Substratrohre aus Quarzglas, verformen sich und die daraus anschließend gezogenen Fasern schwanken in ihren Querschnittsabmessungen. Um bei Stufenfasern mit undotiertem Quarzglas im inneren Mantel bzw. mit Fluordotierung zur Absenkung der Mantelbrech zahl diese Deformation zu vermeiden, dotiert man den inneren Mantel mit P₂O₅ und senkt so die erforderliche Beschichtungstemperatur. Der Erfin dung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß man dabei als Nachteil eine gewisse Erhöhung der Grundwellendämpfung in Kauf nehmen muß. Die P₂O₅-Do tierung ist nämlich mit molekularer Infrarotabsorption verbunden, deren Absorptionsschwänze bis in den interessierenden Wellenlängenbereich hinein reichen. So beträgt schon bei 1,55 µm Wellenlänge die Volumen-Dämpfungs erhöhung durch P₂O₅-Dotierung 0,4 dB pro km und pro mol-% an Dotie rungskonzentration. Sie macht sich entsprechend stark in der Grundwellen dämpfung bemerkbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lichtwellenleiter anzu geben, bei dem trotz P₂O₅-Dotierung die Grundwellendämpfung auf ein Mindestmaß reduziert ist. Diese Aufgabe wird durch einen Lichtwellenleiter mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung betrifft eine neuartige Form der P₂O₅-Dotierung, mit der die zusätzliche Grundwellendämpfung auf ein Mindestmaß reduziert wird. Erfindungsgemäß werden dabei solche Querschnittsbereiche, in welchem die Grundwellenfelder stärker sind, gar nicht oder nur mit wenig P₂O₅ dotiert, während Querschnittsbereiche, in denen die Grundwellenfelder schwächer sind, immer dort mehr mit P₂O₅ dotiert werden, wo die ohne P₂O₅-Dotie rung erforderlichen Beschichtungstemperaturen so hoch wären, daß sich Neigung zur Erweichung und Verformung entwickelt.

So wird erfindungsgemäß der Faserkern, wenn er in seinem äußeren Bereich nur mit wenig GeO₂ dotiert ist oder dort aus reinem Quarzglas besteht bzw. in diesem Bereich sogar mit Fluor dotiert ist, in ebenfalls diesem Bereich schwach mit P₂O₅ dotiert. Dabei reichen schon kleine Bruchteile eines mol-% an P₂O₅-Dotierung aus, denn mit 1-2 mol-% solcher P₂O₅-Do tierung sinkt die Beschichtungstemperatur bereits um mehr als 200°C. Er findungsgemäß kann die P₂O₅-Dotierung im äußeren Kernbereich dabei auch von innen nach außen zunehmen, und zwar von Schicht zu Schicht des Herstellungsprozesses bzw. auch von Abschnitt zu Abschnitt, wobei jeder Abschnitt aus mehreren Schichten des Herstellungsprozesses bestehen kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zusätzlich auch der innere Mantel mit P₂O₅ dotiert. Die Erfindung findet bei Lichtwellenleitern Anwen dung, deren Vorform mittels eines Beschichtungsverfahrens hergestellt wird. Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung von Mantelbereichen gesprochen wird, so sind diese Bereiche stets nur Bereiche des optisch aktiven Bereichs bzw. der optisch aktiven Zone des Mantels. So ist bei Lichtwellenleitern, deren Vorform nach dem Innenbeschichtungsverfahren hergestellt wird, nur dasjenige Gebiet des Mantels optisch aktiv, welches durch Innenbeschichtung eines Substratrohrs hergestellt wird, während das Substratrohr selbst nicht optisch aktiv ist. Dabei erhalten die inneren Schichten dieses Mantelbereichs vorzugsweise nur eine schwache P₂O₅-Dotierung von typischerweise nur wenigen Zehntel eines mol-% und die mittleren und äußeren Schichten des inneren Mantels eine stärkere P₂O₅-Dotierung von bis zu einem mol-% oder sogar darüber hinaus.

Besonders vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße P₂O₅-Dotierung, wenn mit der Absicht, geringe Grundwellendämpfung zu erhalten, der Kern nur mit wenig GeO₂ dotiert ist und, um trotzdem eine genügende Brechzahl erhöhung des Kernes gegenüber dem Mantel für die Grundwellenführung sicherzustellen, der innere Mantel mit Fluor dotiert ist. Die vom äußeren Kernbereich in den Mantel hinein schicht- oder bereichsweise zunehmende P₂O₅-Dotierung sorgt dann einerseits für so niedrige Herstellungstemperatu ren, daß sich das Substratrohr nicht mehr erweicht und verformt, anderer seits die Grundwellendämpfung sich dadurch aber kaum erhöht.

Zur vollen Wirkung kommt die P₂O₅-Dotierung von äußerem Kern und innerem Mantel, wenn die Faser nicht nur einen inneren Mantel mit durch Fluordotierung abgesenkter Brechzahl hat, sondern der Kern aus mehreren Bereichen mit nach außen abgestufter Brechzahl besteht bzw. seine Brech zahl überhaupt von innen nach außen abnimmt. Die höheren Beschichtungs temperaturen, die dann nämlich für die Schichten des inneren Kernes und des äußeren Mantels erforderlich wären, können durch die von innen nach außen schicht- oder bereichsweise zunehmende Phosphordotierung wirksam herabgesetzt werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen Lichtwellenleiter 1 mit einem Kern 2 und einem Mantel 3. Der Kern 2 weist einen inneren Bereich 2′ und einen äußeren Bereich 2′′ auf. Gemäß der Erfindung ist der äußere Bereich 2′′ des Kerns 2 mit P₂O₅ dotiert. Die P₂O₅-Dotierung im Bereich 2′′ kann relativ gering sein, da bereits kleine Bruchteile eines mol-% an P₂O₅-Dotierung ausreichen, weil mit 1-2 mol-% P₂O₅-Dotierung die Beschichtungstemperatur bereits um mehr als 200°C sinkt. Die P₂O₅-Dotierung im äußeren Bereich 2′′ des Kerns 2 kann auch von innen nach außen zunehmen, und zwar beispiels weise von Schicht zu Schicht der aufgebrachten äußeren Kernschichten, oder abschnittsweise, wobei ein Abschnitt jeweils mehrere aufgebrachte äußere Kernschichten umfaßt.

Beim Mantel 3 sind gemäß der Fig. 2 zwei Gebiete zu unterscheiden, und zwar das optisch inaktive Gebiet 4 und das optische aktive Gebiet 5. Wird die Vorform des Lichtwellenleiters durch Innenbeschichtung eines Substrat rohrs nach dem CVD-Verfahren hergestellt, so entspricht das optisch inakti ve Gebiet 4 dem Substratrohr der Vorform, während das optisch aktive Gebiet 5 des Mantels demjenigen Gebiet entspricht, welches durch Innenbe schichtung hergestellt ist. Das optisch aktive Gebiet 5 wird bei Herstellung der Vorform durch Innenbeschichtung auch als "Cladding" bezeichnet, und die durch Innenbeschichtung aufgebrachten Mantelschichten werden "clad ding-layers" genannt.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist zusätzlich zur P₂O₅-Dotierung des äußeren Kernbereichs 2′′ erfindungsgemäß auch der innere Mantelbereich 4′ des Mantelgebietes 4 (Mantelgebiet, welches durch Innenbeschichtung hergestellt ist) mit P₂O₅ dotiert. Bei der Ausführungsform der Erfindung, bei dem gemäß der Fig. 2 nicht nur der äußere Kernbereich 2′′ mit P₂O₅, sondern auch der innere Mantelbereich 4′ mit P₂O₅ dotiert ist, erhalten die inneren Schichten des Mantelbereichs 4′ nur eine schwache Dotierung P₂O₅-Dotierung von nur wenigen Zehntel eines mol-%, während die mittleren und äußeren Schichten des Mantelbereichs 4′ eine stärkere P₂O₅-Dotierung von bis zu 1 mol-% oder sogar darüber hinaus erhalten. Der äußere Bereich des optisch aktiven Bereichs ist mit 4′′ bezeichnet.

Claims

1. Lichtwellenleiter mit einem Kern und einem Mantel, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kern in seinem äußeren Bereich eine P₂O₅-Dotierung aufweist.

2. Lichtwellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Bereich des optisch aktiven Gebiets des Mantels mit P₂O₅ dotiert ist.

3. Lichtwellenleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die P₂O₅-Dotierung im inneren Bereich des optisch aktiven Gebiets des Mantels von innen nach außen zunimmt.

4. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der innere Bereich des optisch aktiven Gebiets des Mantels stärker mit P₂O₅ dotiert ist als der äußere Bereich des Kerns.

5. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der äußere Bereich des Kerns eine unterschiedliche P₂O₅-Do tierung aufweist.

6. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die P₂O₅-Dotierung im äußeren Bereich des Kerns von innen nach außen zunimmt.

7. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kern Bereiche unterschiedlicher Brechzahl aufweist.

8. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Brechzahlprofil des Kerns eine Doppelstufe aufweist.

9. Lichtwellenleiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechzahl im äußeren Bereich des Kerns kleiner als in seinem inneren Bereich ist.

10. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kern mit GeO₂ dotiert ist.

11. Lichtwellenleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern in seinem inneren Bereich stärker mit GeO₂ dotiert ist als in seinem äußeren Bereich.

12. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der innere Bereich des optisch aktiven Gebiets des Mantels mit Fluor dotiert ist.

13. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß der äußere Bereich des Kerns mit Fluor dotiert ist.

14. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß solche Querschnittsbereiche, in denen die Grundwellenfelder stärker sind, gar nicht oder nur mit wenig P₂O₅ dotiert sind, und daß Querschnittsbereiche, in denen die Grundwellenfelder schwächer sind, in denjenigen Gebieten mit mehr P₂O₅ dotiert sind, in denen die ohne P₂O₅- Dotierung erforderlichen hohen Beschichtungstemperaturen zu einer Erwei chung und Verformung führen würden.

15. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, daß der äußere Bereich des Kerns für den Fall, daß er nur mit wenig GeO₂ oder mit Fluor dotiert ist oder aus reinem Quarzglas besteht, schwach mit P₂O₅ dotiert ist.

16. Lichtwellenleiter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die P₂O₅-Dotierung des äußeren Bereichs des Kerns nur Bruchteile eines mol-% beträgt.