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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf Verbesserungen an optischen Faserübertragungsleitungen
und insbesondere auf vorteilhafte Aspekte eines Dispersions-Kompensations-Fasersystems
mit einer Brückenfaser
und Verfahren zum Herstellen derselben.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Da sich optische Datenübertragungsleitungen
in der Länge
und der Datenmenge, die sie tragen, vergrößern, gibt es steigendes Interesse
bei der Entwicklung neuer Typen von optischen Fasern und an Techniken,
die verwendet werden können,
um bereits bestehende Übertragungsleitungen
aufzurüsten.
Ein wichtiger Parameter einer optischen Übertragungsleitung ist die
Menge an Signaldispersion, die sich aus den optischen Charakteristika
der Materialien ergibt, die verwendet werden, um die Leitung aufzubauen.
In jüngster
Zeit wurde eine neue Klasse von Faser entwickelt, die als Dispersions-Kompensations-Faser
(DCF = dispersioncompensating fiber) bekannt ist, die eine steil
geneigte negative Dispersionscharakteristik aufweist.
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Eine Anwendung für DCF-Fasern ist es, bereits
bestehende Faseroptik-Kommunikationsverbindungen aufzurüsten. Diese
bereits bestehenden Verbindungen werden typischerweise unter Verwendung von
Standard-Einmodenfasern (SMF = singlemode fiber) mit Dispersionscharakteristika
aufgebaut, die für
den Betrieb bei einer Signalwellenlänge von 1.310 nm optimiert
sind. Bestimmte Anwendungen erfordern jedoch die Optimierung einer
Kommunikationsverbindung für
den Betrieb einer längeren
Wellenlänge,
insbesondere wo die Kommunikationsverbindung große Entfernungen überspannt.
Beispielsweise erfordert eine Wellenlängenmultiplex-Technik (WDM
= wavelength-division multiplexing), die derzeit verwendet wird,
die Optimierung der Verbindung für
einen Betrieb bei einer Wellenlänge
von 1.550 nm.
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Es ist möglich, eine bereits bestehende SMF-Faserübertragungsleitung
aufzurüsten,
die für den
Betrieb einer bestimmten Wellenlänge
optimiert ist, wie z. B. 1.310 nm, durch Spleißen einer Länge der DCF-Faser in die Übertragungsleitung.
Die Länge
der DCF-Faser, die zu der SMF-Faserübertragungsleitung
hinzugefügt
wird, wird genau berechnet, um eine Einstellung bei den Gesamtdispersions-Charakteristika der
Leitung zu erzeugen, so daß dieselbe
nun für
den Betrieb bei einer anderen gewünschten Wellenlänge, wie
z. B. 1.550 nm, optimiert ist. Eine geeignete Technik zum genauen
Berechnen einer Länge
einer DCF-Faser, die in eine bereits bestehende Leitung gespleißt werden
soll, um die Leitung für
den Betrieb bei einer anderen Wellenlänge zu optimieren, ist in der
U.S.-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 091596.454, eingereicht
am 19. Juni 2000, offenbart, die an die Anmelderin der vorliegenden
Anmeldung übertragen
ist.
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Zusätzlich zu der Dispersion ist
ein zweiter wichtiger Parameter für die DCF-Faser der Verlustwert
der Faser, das heißt,
die Menge an überschüssigem Signalverlust,
die sich aus dem Einbringen der DCF-Faser in eine Übertragungsverbindung
ergibt. Optimaler Weise sollte eine DCF-Faser eine stark negative
Dispersion liefern, während
nur ein kleiner überschüssiger Verlust
in die Faserverbindung eingebracht wird. Ein sinnvoller Index der
Leistungsfähigkeit
einer DCF-Faser ist der sogenannte „Gütefaktor" (FOM = figure of merit), der als die
Dispersion der Faser geteilt durch die Dämpfung definiert ist.
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Ein weiteres wichtiges Thema, das
sich in Verbindung mit der DCF-Faser ergibt, ist der überschüssige Verlust,
der sich ergibt, wenn die DCF-Faser an eine Standard-Einmodenfaser (SMF)
gespleißt
wird. Um eine stark negative Dispersion zu erhalten, verwendet die
DCF-Faser einen kleinen Kern mit einem hohen Brechungsindex, der
einen Modenfelddurchmesser von etwa 5,0 μm bei 1.550 nm aufweist, im
Vergleich zu dem etwa 10,5 μm
Modenfelddurchmesser der SMF-Faser bei 1.550 nm. Der Unterschied
bei den Kerndurchmessern führt
zu einem wesentlichen Signalverlust, wenn eine Schmelzspleißtechnik
verwendet wird, um die DCF-Faser mit der SMF-Faser zu verbinden.
Es ist möglich,
die Signalverlustmenge durch Auswählen von Spleißparametern
zu reduzieren, die es ermöglichen,
daß der Kern
der DCF-Faser diffundiert, und dadurch bewirkt, daß sich der
Modenfelddurchmesser des DCF-Kerns nach außen verjüngt, was zu einem Trichtereffekt führt. Die
Menge und Dauer der Wärme,
die erforderlich ist, um den Trichtereffekt zu erzeugen, führt jedoch
zu einer unerwünschten
Diffusion von Dotiermitteln in dem Ring von Brechungsmaterial, das
den DCF-Faserkern umgibt. Diese Diffusion von Ringdotiermittel begrenzt
die Menge an Spleißverlustreduktion,
die unter Verwendung einer Modenfeldexpansionstechnik erhalten werden
kann.
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Beispielsweise kann bei der Verwendung
einer DCF-Faser mit einem FOM von 200 ps/nm/dB der Spleißverlust
typischerweise nicht unter 0,7–0,8 dB
reduziert werden, wenn direkt an die SMF-Faser gespleißt wird.
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Es gibt somit einen Bedarf an verbesserten Techniken
zum Spleißen
einer DCF-Faser an eine SMF-Faser, die den Spleißverlust unter aktuelle Beschränkungen
reduzieren.
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B. Edvold, u. a. beschreibt in „New Techniques
for Reducing the Splice Loss to Dispersion Compensating Fiber", 22nd European Conference
on Optical Communication – ECOC'96 (1996), S. 245 bis
248 einen Lösungsansatz,
gemäß dem ein Spleißverlust
von DCF zu SMF wesentlich reduziert werden kann durch Einbringen
einer Zwischenfaser (IMS = intermediate fiber), die mit geringem
Verlust sowohl an DCF als auch SMF gespleißt werden kann.
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Die EP0690318A beschreibt ein Verfahren zum
Spleißen
optischer Fasern, gemäß dem optische
Fasern angeordnet sind, um einander gegenüber zu liegen, wobei die Achsen
derselben voneinander abweichen, so daß eine Dämpfung größer wird als eine designierte
Dämpfung.
Die gegenüberliegenden
Abschnitte der optischen Fasern werden durch eine Erwärmungseinrichtung
erwärmt
und geschmolzen, und der resultierende Wärmeschmelzabschnitt wird unter
der Steuerung eines Steuerabschnitts wiederholt erwärmt, bis
die designierte Dämpfung
erhalten wird durch Verwenden der Charakteristik, daß die Dämpfung abfällt, wenn
der Wärmeschmelzabschnitt
erneut erwärmt
wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, verbesserte Techniken zum Spleißen einer DCF-Faser an eine
SMF-Faser zu schaffen, die den Spleißverlust unter aktuelle Beschränkungen
reduziert.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren
gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die oben beschriebenen Probleme und
andere werden durch die vorliegende Erfindung adressiert, wobei
Aspekte derselben eine optische Übertragungsleitung
mit reduziertem Spleißverlust
und Verfahren zum Herstellen einer optischen Übertragungsleitung mit reduziertem
Spleißverlust
liefern. Bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Länge
einer Dispersionskompensationsfaser oder einer anderen geeigneten
ersten Übertragungsfaser
an ein erstes Ende einer Länge
einer Brückenfaser
gespleißt.
Der Spleiß wird
auf eine Maximaltemperatur erwärmt,
um eine meßbare
Reduk tion des Spleißverlustes
zu bewirken. Die Temperatur des Spleiß wird dann rampenmäßig auf
Zimmertemperatur abgesenkt, so daß die Reduktion beim Spleißverlust
beibehalten wird. Ein zweites Ende der Brückenfaser wird dann an eine
Länge einer
zweiten Übertragungsfaser
gespleißt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung liefert eine Technik zum Bestimmen
der maximalen Temperatur zum Erwärmen
des Spleißes zwischen
der Dispersionskompensationsfaser und der Brückenfaser.
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Zusätzliche Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende
detaillierte Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen offensichtlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
einen transversalen Querschnitt, der nicht maßstabsgerecht gezeichnet ist,
einer Länge
einer Dispersionskompensationsfaser (DCF).
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2 zeigt
ein Brechungsindexprofil der in 1 gezeigten
DCF-Faser.
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3 zeigt
einen axialen Querschnitt, der nicht maßstabsgerecht gezeichnet ist,
einer Übertragungsleitung,
die aus einer Länge
einer DCF-Faser hergestellt ist, die an eine Länge einer Einmodenfaser (SMF)
gespleißt
wurde.
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4 zeigt
ein Diagramm, das nicht maßstabsgerecht
gezeichnet ist, einer optischen Faserübertragungsleitung gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, die aus einer Länge einer DCF-Faser,
einer Länge
einer Brückenfaser
(BF) und einer Länge
einer SMF-Faser hergestellt ist, die zusammengespleißt wurden.
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5 zeigt
einen transversalen Querschnitt, der nicht maßstabsgerecht gezeichnet ist,
einer BF-Faser, die für
die Verwendung bei der in 4 gezeigten Übertragungsleitung
geeignet ist.
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6 zeigt
ein Brechungsindexprofil der in 5 gezeigten
BF-Faser.
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7 zeigt
einen axialen Querschnitt, der nicht maßstabsgerecht gezeichnet ist,
der in 4 gezeigten optischen
Faserübertragungsleitung.
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8 zeigt
ein Balkendiagramm, das die Spleißverlustverteilung für den Spleiß zwischen
der DCF-Faser und der BF-Faser in der in 4 dargestellten Übertragungsleitung darstellt.
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9 zeigt
ein Balkendiagramm, das die Spleißverlustverteilung für den Spleiß zwischen
der BF-Faser und der SMF-Faser in der in 4 dargestellten Übertragungsleitung darstellt.
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10 zeigt
ein Diagramm einer geeigneten Ofenanordnung zum Erwärmen des
Spleißes
zwischen der DCF-Faser und der BF-Faser gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung.
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11 zeigt
eine Tabelle, die die Sollwerte darstellt, die beim Erwärmen des
Spleißes
zwischen der DCF-Faser
und der BF-Faser verwendet werden.
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12 zeigt
eine Graphik, die eine Technik gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung darstellt, zum Bestimmen einer maximalen Temperatur,
auf die der Spleiß zwischen
der DCF-Faser und der BF-Faser erwärmt werden soll, um eine optimale
Reduktion des Spleißverlustes
zu erhalten.
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13 zeigt
eine Tabelle, die einen Vergleich des Spleißverlustes an dem Spleiß zwischen der
DCF- und der BF-Faser
vor und nach dem Erwärmen
des Spleißes
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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14A zeigt
einen Aufriß einer
Länge einer DCF-Faser
und einer Länge
einer BF-Faser, die zusammengespleißt wurden und in einem Rahmen
befestigt sind.
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14B zeigt
eine Draufsicht der in 14A gezeigten
Fasern und des Rahmens.
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15 zeigt
ein Diagramm eines Systems, bei dem ein Laser verwendet wird, um
den Spleiß zwischen
den Längen
der DCF- und BF-Fasern zu erwärmen,
die in 14A und 14B gezeigt sind.
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Detaillierte
Beschreibung
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Aspekte der vorliegenden Erfindung
liefern eine optische Übertragungsleitung
mit reduziertem Spleißverlust
und Verfahren zum Herstellen einer optischen Übertragungsleitung mit reduziertem
Spleißverlust.
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird eine Länge
einer Brückenfaser
(BF) zwischen eine Länge einer
DCF-Faser (oder einer anderen geeigneten ersten Übertragungsfaser) und eine
Länge einer SMF-Faser
oder einer anderen geeigneten zweiten Übertragungsfaser, wie z. B.
einer True-Wave-Faser oder einer Großer-Effektiver-Bereich-Faser, eingegeben.
Wie es nachfolgend näher
beschrieben ist, ist die BF-Faser so hergestellt, daß mit der
Verwendung von geeigneten ersten und zweiten Sätzen von Spleißparametern,
die BF-Faser sowohl an die DCF-Faser als auch die SMF-Faser gespleißt werden
kann, mit einem wesentlich reduziertem Verlust an jedem Spleiß, was zu
einer kombinierten Faserleitung führt, die einen geringeren Spleißverlust
zeigt als eine Leitung, die aus DCF- und SMF-Fasern ohne eine BF-Faser hergestellt
ist. Ein Spleißverlust
an dem Spleiß zwischen
der Dispersionskompensationsfaser und der Brückenfaser wird dann weiter
reduziert durch Erwärmen
des Spleißes
auf eine vorbestimmte Temperatur und Abkühlen des Spleißes unter
Verwendung einer vorbestimmten Temperaturrampe.
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1 zeigt
einen transversalen Querschnitt einer Länge einer DCF-Faser 10,
der nicht maßstabsgerecht
gezeichnet ist. Wie es in 1 gezeigt ist,
basiert der Entwurf der DCF-Faser 10 auf einem Kern 12 mit
kleinem Durchmesser, typischer Weise etwa 5 μm, im Vergleich zu einem Kerndurchmesser von
etwa 10 μm
für eine
SMF-Faser. Der DCF-Faserkern 12 wurde mit einem hohen Pegel
an Germanium Oxyd (GeO2) dotiert, damit
derselbe einen hohen Brechungsindex aufweist. Um den Kern befindet
sich ein Ring 14, der mit einer hohen Konzentration von Fluor
(F) dotiert wurde, damit derselbe einen niedrigen Brechungsindex
aufweist. Der Kern 12 und der Ring 14 sind in
einer Schicht einer Außenumhüllung 16 umhüllt.
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2 zeigt
ein Brechungsindexprofil 20 für die in 1 gezeigte DCF-Faser 10. Wie
es in 2 gezeigt ist,
umfaßt
das Brechungsindexprofil 20 eine mittlere Spitze 22,
die den hohen Brechungsindex des DCF-Faserkerns 12 darstellt.
An jeder Seite der Spitze 22 befinden sich steile Einbrüche 24,
die den niedrigen Brechungsindex des Rings 14 darstellen. Schließlich befinden
sich an jeder Seite der steilen Einbrüche 24 flache Regionen 26,
die den Brechungsindex der Außenumhüllung 16 darstellen.
Die DCF-Faser 10, deren Struktur und Brechungsindexprofil
in 1 und 2 dargestellt sind, zeigt typischerweise
eine Dispersion bei 1.550 nm von etwa –100 ps/km/nm, mit einem Verlust
von etwa 0,5 dB/km.
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Die Theorie gibt vor, daß das Spleißen dieser speziellen
DCF-Faser 10 auf eine Länge
einer typischen SMF-Faser zu einem Spleißverlust von etwa 2,2 dB führt. Dieser
Verlust ergibt sich von der Fehlanpassung der Modenfeldverteilunq
in der Spleißregion.
Dieser Spleißverlust
kann jedoch durch Verwenden einer Schmelzspleißtechnik reduziert werden,
bei der die Spleißparameter
ausgewählt werden,
um eine abgeschrägte
Modenfeldexpansion des Kerns der DCF-Faser zu ermöglichen,
wodurch ein „Trichter"-Effekt erzeugt wird,
der die Fehlanpassung zwischen dem DCF-Faserkern und dem SMF-Faserkern
reduziert.
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Genauer gesagt, wenn eine DCF-Faser schmelzgespleißt wird,
können
Spleißparameter ausgewählt werden,
so daß die
Menge und Dauer der Wärme,
die durch den Spleißprozeß erzeugt wird,
bewirkt, daß das
GeO2 in dem Kern 12 diffundiert,
wodurch das Brechungsindexprofil der Faser und die Modenfeldverteilung
in der Spleißregion
geändert
werden. Die Diffusionsmenge kann durch Optimieren der Spleißparameter
gesteuert werden. Somit kann durch Verwenden optimierter Spleißparameter
der DCF-Faserkern 12 in der Spleißregion nach außen verjüngt werden,
um besser mit der SMF übereinzustimmen.
Dies ist in 3 dargestellt,
die nicht maßstabsgerecht
gezeichnet ist, die einen axialen Querschnitt einer Übertragungsleitung 30 zeigt, die
aus einer Länge
der DCF-Faser 10 hergestellt ist, die in 1 gezeigt ist, die an eine Länge einer SMF-Faser 32 gespleißt ist.
Wie es in 3 gezeigt ist,
verjüngt
sich der DCF-Faserkern 12 nach außen, wenn er sich dem Spleißpunkt 34 nähert, so
daß er sich
dem Durchmesser des Kerns 36 der SMF-Faser 32 nähert.
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Unter Verwendung dieser Technik ist
es möglich,
den Spleißverlust
von dem theoretisch vorhergesagten Wert von 2,2 dB auf etwa 0,7–0,8 dB
zu verringern. Es wird jedoch davon ausgegangen, daß die Menge
der Spleißverlustreduktion
unter Verwendung einer Direktspleißtechnik durch die hohe Mobilität von Fluor
während
dem Spleißprozeß beschränkt ist.
Genauer gesagt, Fluor beginnt bei einer Temperatur zu diffundieren,
die viel niedriger ist als die höchsten Temperaturen,
die während
dem Schmelzspleißen
erreicht werden. Aufgrund der relativ hohen Konzentration von Fluordotiermittel
in dem Ring 14, der den Kern 12 in der DCF-Faser 10 umgibt,
diffundiert der Ring 14 mit einer schnelleren Rate als
der Kern 12, was wiederum dazu neigt, den Spleißverlust
zu erhöhen. 3, die nicht maßstabsgerecht
gezeichnet ist, stellt schematisch die relativ größere Dispersion
des Rings 14 bezüglich
des Kerns 12 dar.
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Eine Technik, die derzeit verwendet
wird, um Spleißverlust
zu reduzieren, ist das Einbringen einer Brückenfaser (BF) zwischen der
DCF- und SMF-Faser. 4 zeigt
ein Diagramm einer Übertragungsleitung 40,
die diese Technik umfaßt.
Die Übertragungsleitung
umfaßt
eine Länge
einer DCF-Faser 50 (oder einer anderen geeigneten ersten Übertragungsfaser),
eine Länge
einer BF-Faser 60 und eine Länge einer SMF-Faser 70 (oder
anderen geeigneten zweiten Übertragungsfasern).
Wie es oben erwähnt
ist, umfassen andere geeignete zweite Übertragungsfasern beispielsweise
eine True-Wave-Faser oder eine Großer-Effektiver-Bereich-Faser.
Ein erstes Ende der BF-Faser 60 ist an einem ersten Spleißpunkt 80 an
die DCF-Faser 50 gespleißt, und
ein zweites Ende der BF-Faser 60 ist an einem zweiten Spleißpunkt 82 an
die SMF-Faser 70 gespleißt. Wie es nachfolgend erörtert wird,
wurde herausgefunden, daß die
Einbringung der BF-Faser 60 zwischen die DCF-Faser 50 und
die SMF-Faser 70 verwendet werden kann, um den Spleißverlust
auf so wenig wie 0,4 dB zu reduzieren, was wesentlich niedriger
ist als der 0,7–0,8 dB
Spleißverlust,
der ohne die Verwendung einer BF-Faser 60 erhalten werden
kann.
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5 zeigt
einen Querschnitt der BF-Faser 60 durch die Ebene 5-5,
und 6 zeigt ein Brechungsindexprofil 90 für die BF-Faser 60.
Der Kern 62 der BF-Faser ist ähnlich zu dem oben in 1 und 2 dargestellten DCF-Faserkern 12.
Derselbe ist mit GeO2 in der gleichen Konzentration
dotiert wie der DCF-Faserkern 12 und hat im wesentlichen
den gleichen Durchmesser, etwa 5 μm.
Der Ring 64, der den BF- Faserkern 62 umgibt,
unterscheidet sich jedoch von dem Ring 14, der den DCF-Faserkern 12 umgibt.
Erstens hat der BF-Ring 64 einen
größeren Durchmesser
als der DCF-Ring 14. Zweitens, obwohl beide Ringe 14 und 64 mit
Fluor (F) dotiert sind, ist die Konzentration von Fluor in dem BF-Ring 64 geringer
als die Konzentration von Fluor in dem DCF-Ring 14. Die
Außenumhüllung 66 der
BF-Faser 60 ist ähnlich
zu der Außenumhüllung 16 der
DCF-Faser 10.
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Somit hat das in 6 gezeigte BF-Brechungsindexprofil 90 eine
andere Form als das in 2 gezeigte
DCF-Brechungsindexprofil 20.
Weil der BF-Kern 62 im Durchmesser und der Dotiermittelkonzentration ähnlich ist
wie der DCF-Kern 12,
ist die mittlere Spitze 92 des BF-Brechungsindexprofils ähnlich zu
der mittleren Spitze 22 des DCF-Brechungsindexprofils 20.
Aufgrund des größeren Durchmessers
und der geringeren Dotiermittelkonzentration des BF-Rings 64 im
Vergleich zu dem Durchmesser und der Dotiermittelkonzentration des DCF-Rings 14 sind
jedoch die Einbrüche 94 an
jeder Seite der mittleren Spitze 92 in dem BF-Brechungsindexprofil 90 breiter
und flacher als die Einbrüche 24 an
jeder Seite der mittleren Spitze 22 in dem DCF-Brechungsindexprofil 20.
Weil die BF-Außenumhüllung 66 ähnlich ist
wie die DCF-Außenumhüllung 16,
sind die flachen äußeren Regionen 96 des BF-Brechungsindexprofils 90 ähnlich wie
die flachen äußeren Regionen 26 des
DCF-Brechungsindexprofils 20.
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Der Durchmesser und die Dotiermittelkonzentration
des BF-Rings 64 sind
so gewählt,
daß der Gesamtspleißverlust
reduziert werden kann durch Auswählen
eines geeigneten ersten Satzes von Spleißparametern für den Spleiß 80 zwischen
den DCF- und BF-Fasern 50 und 60, und eines geeigneten
zweiten Satzes von Spleißparametern
für den Spleiß 82 zwischen
den BF- und SMF-Fasern 60 und 70. 7 zeigt einen axialen Querschnitt, der
nicht maßstabsgerecht
gezeichnet ist, der in 4 gezeigten Übertragungsleitung 40.
Weil der DCF-Kern 52 und der BF-Kern 62 ähnliche
Durch messer aufweisen, wie es in 7 gezeigt
ist, ist keine Modenfeldexpansion erforderlich. Somit ist es möglich, Spleißparameter
für den
ersten Spleiß 80 auszuwählen, die die
Diffusion des Fluordotiermittels in dem DCF-Ring 54 minimieren
oder eliminieren. Wie es in 7 näher dargestellt
ist, gibt es aufgrund der relativ geringen Konzentration von Fluordotiermitteln
in dem BF-Ring 64 weniger Diffusion des BF-Rings 64,
wenn die BF-Faser 60 an die SMF-Faser 70 gespleißt ist. Es
ist daher möglich,
Spleißparameter
für den
zweiten Spleiß 82 zu
wählen,
die die volle Modenfeldexpansion ermöglichen, die erforderlich ist,
um den BF-Kern 62 an den SMF-Kern 72 anzupassen,
ohne den Spleißverlust,
der einer übermäßigen Diffusion des
Fluordotiermittels zugeordnet ist.
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Es sollte angemerkt werden, daß der hierin beschriebene
spezielle BF-Faserentwurf einer von einer Anzahl von unterschiedlichen
Entwürfen
für eine
BF-Faser ist, die sich als geeignet für die Verwendung mit der vorliegenden
Erfindung erwiesen haben. Beispielsweise ist es möglich, eine
BF-Faser zu verwenden,
die einen ähnlichen
Kern aufweist wie den Kern 62 der oben beschriebenen BF-Faser,
aber ohne den fluordotierten Ringabschnitt 64. Es ist klar, daß alternative
BF-Faserentwürfe
verwendet werden können.
Außerdem,
wie oben erwähnt
wurde, kann die vorliegende Erfindung mit anderen Spleißkombinationen
verwendet werden, einschließlich
beispielsweise Kombinationen, die statt der SMF-Faser 70 eine
True-Wave-Faser oder eine Großer-Effektiver-Bereich-Faser verwenden.
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Durch Optimieren der Spleißparameter
kann ein erstes Ende der BF-Faser 60 an die DCF-Faser 50 mit
einem mittleren Verlust gespleißt
sein, der so niedrig ist wie 0,17 dB, und ein zweites Ende der BF-Faser 60 kann
an eine SMF-Faser 70 gespleißt werden mit einem mittleren
Verlust, der so niedrig wie 0,23 dB ist. Somit ist es unter Verwendung
der BF-Faser 70 als
eine Brückenfaser
zwischen der DCF-Faser 50 und der SMF-Faser 60 möglich, den gesamten
Spleißverlust auf
etwa 0,4 dB zu reduzieren. 8 ist
ein Diagramm 100, das die Spleißverlustverteilung für den Spleiß zwischen
der DCF-Faser 50 und der BF-Faser 60 zeigt. Der
mittlere Spleißverlust
ist 0,169 dB und die Standardabweichung ist 0,031 dB. 9 ist ein Diagramm 102,
das die Spleißverlustverteilung
für den
Spleiß zwischen
der BF-Faser 60 und der SMF-Faser 70 zeigt. Der
mittlere Spleißverlust
ist 0,228 dB und die Standardabweichung ist 0,016 dB.
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Wie es oben erwähnt wurde, unterscheiden sich
die Parameter, die verwendet werden, um die DCF-Faser 50 an
die BF-Faser 60 zu
spleißen,
von den Parametern, die verwendet werden, um die BF-Faser 60 an
die SMF-Faser 70 zu spleißen. Das Fluordotiermittel
beginnt bei einer geringeren Spleißtemperatur zu diffundieren
als GeO2 und diffundiert auch schneller
als GeO2. Somit muß das Spleißen der DCF-Faser 50 an
die BF-Faser 60 unter Verwendung eines geringen Schmelzstroms
und einer kurzen Schmelzzeit durchgeführt werden. Diese Parameter
ermöglichen
es, daß dieser
erste Spleiß 80 mit minimaler,
falls überhaupt,
Modenfeldexpansion und minimaler, falls überhaupt, Fluordiffusion erreicht wird,
um somit den Spleißverlust
zu minimieren. Es ist auch wichtig, daß die Elektroden des Schmelzspleißes so sauber
wie möglich
sind, da kleine Schwankungen der Spleißbedingungen aufgrund schmutziger
Elektroden zu einer wesentlichen Erhöhung des Spleißverlusts
führen
können.
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Das Spleißen der BF-Faser 60 an
die SMF-Faser 70 ist nicht so wesentlich bezüglich der Sauberkeit
der Elektroden. Für
diesen zweiten Spleiß 82 werden
ein höherer
Schmelzstrom und eine längere
Schmelzzeit verwendet, um es dem GeO2 in dem
BF-Kern 62 zu ermöglichen,
in der Nähe
des Spleißes 82 zu
diffundieren, so daß eine
gute Verjüngung
von dem BF-Kern 62 zu
dem SMF-Kern 72 geliefert wird. Wie es in 9 gezeigt ist, weist der Spleißverlust
eine schmale Verteilung mit einer Standardabweichung von nur 0,016
dB auf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung ist es möglich,
den Spleißverlust
zwischen der DCF-Faser 50 und der BF-Faser 60 noch weiter zu reduzieren
durch Erwärmen
des Spleißes 80 zwischen
diesen beiden Fasern für
eine vorbestimmte Zeitperiode auf eine vorbestimmte Maximaltemperatur,
und dann das Abkühlen
des Spleißes
zurück
auf Raumtemperatur entlang einer gesteuerten Rampe. 10 zeigt ein Diagramm eines Röhrenofens 110, der
geeignet verwendet werden kann, um diesen Erwärmungsprozeß durchzuführen. Der Ofen umfaßt eine
Keramikröhre 112,
die den Spleißpunkt 80 zwischen
der DCF-Faser 50 und der BF-Faser 60 umgibt. Ein
Wärmedraht 114 ist
um die Röhre 112 gewickelt,
und eine Leistungsversorgung 160 bewirkt, daß ein Wärmestrom
durch den Wärmedraht 114 fließt. Ein
geeignetes Material für
das Wärmerohr 112 ist
Degussit-Keramik, die durch die Friatec AG (Deutschland) hergestellt
wird. Geeignete Abmessungen für
die Wärmeröhre 112 umfassen
einen inneren Umfang von 2 mm, einen äußeren Umfang von 3 mm und eine
Länge von
10 mm. Ein geeignetes Material für
den Wärmedraht 114 ist
90/10 Pt/Rh, und ein geeigneter Drahtdurchmesser ist 0,5 mm. Die Länge der
Blankfaser ist etwa 2 cm.
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Nachdem die DCF-Faser 50 an
die BF-Faser 60 gespleißt wurde, werden die beiden
Fasern in dem Ofen 110 befestigt, wobei der Spleißpunkt 80 in der
Wärmeröhre 112 positioniert
ist. Der Spleißpunkt 80 wird
auf etwa 1.100°C
erwärmt
und für
etwa 30 Sekunden bei dieser Temperatur gehalten. Das Erwärmen des
Spleißes 80 bewirkt
eine meßbare
Verringerung des Spleißverlusts.
Die Menge der Verringerung hängt
von dem speziellen Entwurf der DCF- und BF-Fasern 50 und 60 ab.
Es ist möglich,
daß dieser
Spleißverlust
bei Raumtemperatur gehalten, wird durch rampenmäßiges Absenken der Temperatur über eine
Zeitperiode von etwa 90 Sekunden. Aufgrund des kleinen Durchmessers
der DCF- und der BF-Faser 50 und 60 und der Wärmeröhre 112,
der relativ geringen spezifischen Wärme der Materialien, die verwendet
werden, um die Fasern 50 und 60 und die Wärmeröhre 112 herzustellen,
und des relativ großen
Oberflächenbereichs
der Fasern 50 und 60 und der Wärmeröhre 112 ist es möglich, diese
Wärmerampe
zu implementieren, einfach durch Verringern der Strommenge, die
durch den Wärmedraht 114 fließt, ohne
die Notwendigkeit eines äußeren Kühlmechanismus.
Falls dieser benötigt
wird, wäre es
jedoch innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche, einen Kühlmechanismus,
wie z. B. einen Lüfter, hinzuzufügen, um
den Kühlprozeß zu ermöglichen. Beste
Ergebnisse werden erhalten, falls der Spleißverlust während der Wärmebehandlung überwacht wird.
Der Verlustreduktionseffekt wurde in allen DCF-Entwürfen beobachtet,
die bei Lucent Technologies hergestellt wurden, einschließlich Standard-DCF, Breitband-DCF,
Inverse Dispersionsfaser und Hohe-Neigung-DCF.
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Mit Bezugnahme auf 4 ist eine geeignete Länge, die
für die
BF-Faser 70 verwendet wurde, etwa 3 m. Der erste Spleiß 90 zwischen
der DCF-Faser 50 und der BF-Faser 70 wird auf
einem Schmelzspleißer
durchgeführt
unter Verwendung einer Spleißzeit
oder Schmelzzeit von etwa 0,2 Sekunden. Eine Spleißzeit, die
wesentlich länger
ist als 0,2 Sekunden, kann eine Fluordiffusion in die DCF induzieren,
was wiederum den Spleißverlust
erhöht.
Unter Verwendung eines Ericsson Spleißers wurden die folgenden Spleißparameter
verwendet, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen:
Vorschmelzzeit
= 0,2 Sekunden
Vorschmelzstrom = 10,0 mA
Zwischenraum
= 50,0 μm
Überlappung
= 5,0 μm
Schmelzzeit
1 = 0,3 Sekunden
Schmelzstrom 1 = 10,5 mA
Schmelzzeit
2 = 0,2 Sekunden
Schmelzstrom 2 = 17,5 mA
Schmelzzeit
3 = 0 Sekunden
Schmelzstrom 3 = 0 mA.
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11 zeigt
eine Tabelle 120, die ein Wärmestromprofil darstellt, das
als Sollwerte für
die Leistungsversorgung verwendet wird um die nachfolgend aufgeführten Ergebnisse
zu erhalten. Es ist auch möglich,
durch manuelles Einstellen der Temperatur der Wärmeröhre 112 gute Ergebnisse
zu erhalten, wie z. B. durch manuelles Einstellen des Stroms, der durch
den Wärmedraht 114 fließt, während ein Spleißverlust
während
der Wärmebehandlung überwacht
wird. Nach der Beendigung des Wärmestromprofils,
das in 11 gezeigt ist,
wird es dem Ofen ermöglicht,
sich für
etwa 1 Minute auf die Umgebungstemperatur abzukühlen. Der Spleiß 80 und
die DCF- und BF-Fasern 50 und 60 werden dann von
dem Ofen entfernt. Das distale Ende der BF-Faser 60 ist nun
unter Verwendung eines zweiten Satzes von Parametern an die SMF-Faser 70 gespleißt, wie
es oben beschrieben ist.
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Ein wichtiger Parameter ist die maximale Temperatur
für die
in 10 dargestellte Wärmebehandlung.
Dieser Parameter kann empirisch bestimmt werden. Ein Testspleiß 80 zwischen
einer DCF-Faser 50 und einer BF-Faser 60 ist in
dem Ofen 110 befestigt und während dem Erwärmen wird
ein Spleißverlust überwacht.
Mehrere Erwärmungsversuche
werden nun durchgeführt,
bei denen der maximale Wärmestrom
variiert wird (d. h. bei denen die maximale Temperatur des Spleißes variiert
wird , und bei denen die Kühlrampe
konstant gehalten wird. Die Rampe kann linear oder auch nicht linear
sein, wie z. B. die Rampe, die in der in 11 gezeigten Tabelle 120 aufgeführt ist.
Falls der maximale Strom für
jeden neuen Versuch erhöht
wird, kann der gleiche Spleiß 80 für das Experiment
verwendet werden. 12 zeigt
ein Diagramm 122, das die Neigung zu Spleißverlust
nach dem Abkühlen
als eine Funktion des maximalen Wärmestroms darstellt. Von diesem
Diagramm 122 ist es ersichtlich, daß es einen optimalen Wert des
Maximalstroms gibt, an dem der gewünschte Spleißverlust
erhalten wird. Nach dem Bestimmen des Maximalstroms kann die Rampe
nun durch Überwachen
von Spleißverlust
während
dem Abkühlen optimiert
werden.
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13 zeigt
eine Tabelle 124, die Daten für eine Spleißverlustreduktion
enthält
durch Anlegen der oben beschriebe nen Wärmebehandlung an eine Breitband-DCF-Probe,
die von Lucent Technologies Dänemark
A/S hergestellt wird. Die Tabelle 124 vergleicht den Betrag
des Spleißverlustes
an einer Signalwellenlänge
von 1.550 nm vor und nach der Wärmebehandlung.
Bei höheren
Wellenlängen
ist die Verlustreduktion noch größer. Beispielsweise
wird bei einer Wellenlänge
von etwa 1.600 nm der Spleißverlust
für einige
DCF-Entwürfe
um mehrere dBs reduziert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung wird die oben beschriebene Wärmebehandlung des Spleißes zwischen
der DCF- und der
BF-Faser unter Verwendung eines Lasers erreicht. Die Verwendung
eines Lasers, wie sie nachfolgend beschrieben ist, ermöglicht es,
daß die
Wärmebehandlung
durchgeführt
wird, ohne einen physikalischen Kontakt mit dem Spleißpunkt herzustellen.
Dies ist beispielsweise sinnvoll bei dem Aufbau einer optischen Übertragungsleitung
mit großer
Stärke.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Lasers ist, daß eine sehr
kompakte Wärmezone
erhalten werden kann. Wenn somit die Wärmezone durch einen Laser geliefert
wird, kann ohne weiteres eine geringere Länge einer Blankfaser (beispielsweise
1 cm) verwendet werden.
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14A und 14B zeigen einen Aufriß bzw. eine
Draufsicht einer Länge
einer DCF-Faser 130 und einer Länge einer BF-Faser 132,
die an einem Spleißpunkt 134 zusammengespleißt wurden
und in einem Rahmen 136 befestigt wurden. 15 zeigt ein Diagramm eines Lasererwärmungssystems 114, in
dem die rahmenbefestigten gespleißten DCF- und BF-Fasern 130 und 132,
die in 14A und 14B gezeigt sind, in der
Nähe eines
CO2-Lasers 142 oder eines anderen
Lasers geeigneter Leistung positioniert sind, so daß der Laserstrahl 144,
der von dem Laser 143 ausstrahlt, die erforderliche Erwärmung des Spleißpunkts 134 liefert.
Die Temperatur des Spleißpunkts 134 wird
durch Einstellen der Leistung des Laserstrahls 144 reguliert.
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung sind die gespleißten Fasern 130 und 132 und
der Rahmen 136 in einer Kammer 146 untergebracht,
die mit einem Schutzgas gefüllt
ist, wie z. B. Stickstoff. Alternativ kann der Spleißpunkt während der
Wärmebehandlung
mit einem Strom eines Schutzgases gespült werden. In diesem Fall kann
die Wärmebehandlung
in einer normalen Umgebungsatmosphäre-Umgebung durchgeführt werden.
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Es sollte angemerkt werden, daß die in 12 dargestellte graphische
Technik, die oben beschrieben ist, zum empirischen Bestimmen einer
optimalen maximalen Temperatur zum Erwärmen des Spleißes zwischen
der DCF- und der BF-Faser auch in Verbindung mit einem lasererwärmten System
verwendet werden kann, wie z. B. dem in 15 dargestellten System 140.
Anstatt dem graphischen Darstellen des Spleißverlusts als eine Funktion
des maximalen Wärmestroms
wird der Spleißverlust
statt dessen graphisch dargestellt als eine Funktion einer maximalen
Laserstrahlintensität.
In jeder anderen wesentlichen Hinsicht ist die Technik die gleiche.
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Obwohl die vorhergehende Beschreibung Einzelheiten
umfaßt,
die es einem Fachmann auf diesem Gebiet ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren,
sollte klar sein, daß die
Beschreibung von ihrer Art her darstellend ist und daß viele
Modifikationen und Variationen derselben für einen Fachmann auf diesem
Gebiet, der den Vorteil dieser Lehren hat, offensichtlich sind.
Folglich soll die Erfindung hierin nur durch die angehängten Ansprüche definiert
sein.