DE60200166T2 - Herstellungsverfahren einer Vorform für eine polarisationserhaltende Faser - Google Patents

Herstellungsverfahren einer Vorform für eine polarisationserhaltende Faser Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Technisches Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine polarisationsaufrechterhaltende optische Faser, die im Gebiet der Kommunikation oder im Gebiet von Sensoren, die optische Faser nutzen, nützlich ist, und bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Vorform für eine optische Faser zum Herstellen optischer Fasern.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Es gibt verschiedene Arten von polarisationsaufrechterhaltenden Fasern, von denen eine polarisationsaufrechterhaltende Faser vom mit Spannung beaufschlagten Typ (stress applied type) mit einem Spannungsbeaufschlagungsabschnitt in einem Hüllabschnitt weitreichend bekannt ist. Spezifische Beispiele der polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser vom spannungsbeaufschlagten Typ umfassen eine polarisationsaufrechterhaltende Faser vom PANDA-Typ, eine polarisationsaufrechterhaltende Faser vom "Fliegen"-Typ (bow-tie type), eine polarisationsaufrechterhaltende optische Faser vom Ellipsenmanteltyp (eliptical jacket type) und dergleichen, bei denen die jeweiligen Querschnittsformen voneinander unterschiedlich sind. Von diesen Typen wurde die polarisationsaufrechterhaltende optische Faser vom PANDA-Typ weitreichend verwendet, da sie einen geringen Übertragungsverlust und überragende polarisationsaufrechterhaltende Eigenschaften besitzt.
  • 5 zeigt eine herkömmliche, polarisationsaufrechterhaltende optische Faser vom PANDA-Typ gemäß einem Stand der Technik. Die polarisationsaufrechterhaltende Faser 4 umfasst einen Kern 1 mit einem hohen Brechungsindex, eine Hülle 2 mit einem geringen Brechungsindex, die um den Kern 1 derart vorgesehen ist, um konzentrisch zu dem Kern 1 zu sein, und zwei spannungsaufbringende Abschnitte 3 und 3 mit einer kreisförmigen Querschnittsform und einem Brechungsindex, der allgemein niedriger ist als derjenige der Hülle 2, und in der Hülle 2 derart vorgesehen, um symmetrisch zu dem Kern 1 zu sein.
  • Der spannungsaufbringende Abschnitt 3 ist aus einem Material mit einem relativ großen, thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt. Wenn daher die polarisationsaufrechterhaltende optische Faser 4 durch Schmelzen und Ziehen einer Vorform für eine optische Faser hergestellt wird, wird der Kern 1 unterschiedlichen Spannungsgraden aus der Quer- und der Längsrichtung während der Verglasung unterworfen, als Ergebnis woraus Störungen anisotrop in dem Kern 1 erzeugt werden, was eine Doppelbrechung in der polarisationsaufrechterhaltenden Faser 4 verursacht.
  • Um die polarisationsaufrechterhaltende optische Faser 4 herzustellen, werden eine Vorform 14 für eine optische Faser mit einem Kernelement 11 zum Herstellen des Kerns 1 und einem Hüllelement 12 zum Herstellen der Hülle 2, die in 6 gezeigt sind, vorbereitet. Dann wird ein Paar von Einfügelöchern in dem Hüllelement 12 derart gebildet, um symmetrisch in Bezug zu dem Kernelement 11 zu sein und durch die Vorform 14 für die optische Faser in der Längsrichtung hindurch zu dringen, in welche spannungsaufbringende Elemente zum Erzeugen der spannungsaufbringenden Abschnitte 3 eingefügt werden. Dann wird die Vorform 14 für die optische Faser geschmolzen und gezogen, um die in 5 gezeigte, polarisationsaufrechterhaltende optische Faser 4 zu erzeugen. JP 59 092 929 offenbart ein besonderes Verfahren zum Herstellen einer Vorform für eine polarisationsaufrechterhaltende optische Faser.
  • Die Einfügelöcher zum Vorsehen der spannungsaufbringenden Elemente in dem Hüllelement 12 werden herkömmlich durch Bilden eines Einfügelochs 13a mittels eines Bohrwerkzeugs 16 wie einem Bohrer oder einem Schleifstein, gefolgt durch Bilden des anderen Einfügelochs 13b nach parallelem Übertragen des Bohrwerkzeugs 16 in die in Bezug auf das Kernelement 11 symmetrische Position, in welcher das Einfügeloch 13b gebildet wird, ausgeformt, wie in 6 gezeigt. JP 58 145 631 beschreibt ein solches Verfahren.
  • Wenn, wie in 7 gezeigt, das Einfügeloch 13a in einer vertikal etwas von der Übertragungsrichtung des Bohrwerkzeugs 16 versetzten Position gebildet wird, sind die Einfügelöcher 13a und 13b und das Kernelement 11 nicht in einer Linie angeordnet. Hierbei wird ein Winkel A durch eine den Mittelpunkt des Einfügelochs 13a mit dem Mittelpunkt des Kernelements 11 verbindende Linie und eine den Mittelpunkt des Einfügelochs 13b mit dem Mittelpunkt des Kernelements 11 verbindende Linie gebildet (der nachfolgend als Winkeldisparität bezeichnet wird).
  • Wenn die Vorform 14 für die optische Faser geschmolzen und gezogen wird, während sie die Winkeldisparität besitzt, besitzt auch die erzeugte, polarisationsaufrechterhaltende optische Faser 4 die Winkeldisparität.
  • Wenn zwei polarisationsaufrechterhaltende optische Fasern 4 und 4 nach Einstellen der Endflächen davon oder nach Anordnen derselben in einer Linie verschmolzen werden, ist ein Überprüfungsschritt erforderlich, in welchem die polarisationsaufrechterhaltende optische Faser 4 in Umfangsrichtung rotiert wird, um eine Verschlechterung der Polarisationskreuzkopplungseigenschaft (polarization crosstalk characteristic) der verschmolzenen polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser zu unterdrücken. In dem Überprüfungsschritt wird eine der zwei polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser in Umfangsrichtung rotiert, bis jede Position des Kerns und der spannungsaufbringenden Abschnitte der polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser auf jede Position des Kerns und der spannungsaufbringenden Abschnitte der anderen polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser abgestimmt ist, während die polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser von ihrer Seite beobachtet werden. Nachfolgend wird der Überprüfungsschritt als Schritt zur "Polarisationsachsenabstimmung" bezeichnet. Gleichzeitig ist es erforderlich, dass die spannungsaufbringenden Abschnitte und der Kern in einer Linie derart angeordnet sind, um die Polarisationsachsenabstimmung ohne Verschlechterung der Polarisationskreuzkopplungseigenschaft auszuführen. Da allerdings die polarisationsaufrechterhaltende optische Faser, die durch das herkömmliche Verfahren hergestellt ist, die Winkeldisparität besitzt, wird die Polarisationskreuzkopplungseigenschaft nach dem Verschmelzen von zumindest zwei polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern verschlechtert.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Vorform für eine polarisationsaufrechterhaltende optische Faser nach Anspruch 1 bereitzustellen.
  • Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Vorform für eine polarisationsaufrechterhaltende optische Faser nach Anspruch 2 bereit.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten, polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser zeigt.
  • 2 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform eines Schritts zum Bilden von Einfügelöchern in einer Vorform für eine optische Faser zum Herstellen einer polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist ein Diagramm, das die Verteilung der Winkeldisparität von polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern zeigt, die jeweils durch Schmelzen und Ziehen einer Vorform für eine optische Faser hergestellt sind, die durch ein herkömmliches Verfahren bzw. ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind.
  • 4 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Winkeldisparität einer polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser und einer Polarisationskreuzkopplungseigenschaft der polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser, die mit einer anderen polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser verschmolzen ist, welche dieselbe Winkeldisparität besitzt.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine herkömmliche polarisationsaufrechterhaltende optische Faser zeigt.
  • 6 ist eine schematische Darstellung, die einen herkömmlichen Schritt zum Bilden von Einfügelöchern in einer Vorform für eine optische Faser zum Herstellen einer herkömmlichen polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser zeigt.
  • 7 ist eine schematische Darstellung, welche die Winkeldisparität von durch ein herkömmliches Verfahren zum Erzeugen einer Vorform für eine optische Faser hergestellten Einfügelöchern zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben.
  • 1 zeigt eine polarisationsaufrechterhaltende optische Faser 24, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Die polarisationsaufrechterhaltende optische Faser 24 umfasst einen Kern 21, eine Hülle 22 und spannungsaufbringende Abschnitte 23. Die polarisationsaufrechterhaltende optische Faser 24 kann aus Materialien hergestellt sein, die zum Herstellen der in 5 gezeigten, herkömmlichen polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser 4 verwendet werden. Genauer gesagt ist der Kern 21 aus mit Germaniumdioxid (GeO2) dotiertem Quarzglas hergestellt, die Hülle 22 ist aus geeignet mit Fluor (F) dotiertem Quarzglas hergestellt, und die spannungsaufbringenden Abschnitte 23 sind aus mit einer relativ großen Menge von Boronoxid (B2O3) dotiertem Quarzglas hergestellt.
  • Die Hülle 22 ist um den Kern 21 vorgesehen, und die spannungsaufbringenden Abschnitte 23 sind in der Hülle 22 derart vorgesehen, dass sie näherungsweise symmetrisch in Bezug auf den Kern 21 sind.
  • In der polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser 24 beträgt eine Winkeldisparität B, die durch eine den Mittelpunkt eines der spannungsaufbringenden Abschnitte 23 mit dem Mittelpunkt des Kerns 21 verbindende Linie und eine den Mittelpunkt des anderen der spannungsaufbringenden Abschnitte 23 mit dem Mittelpunkt des Kerns 21 verbindenden Linie 3 Grad oder weniger, bevorzugt 1,7 Grad. Wenn die Winkeldisparität B mehr als 3 Grad beträgt, kann die Polarisationsachsenabstimmung nicht mit Präzision ausgeführt werden, wenn zwei oder mehr polarisationsaufrechterhaltende optische Fasern verschmolzen werden. Als Ergebnis hieraus nimmt die Verschlechterung der Polarisationskreuzkopplungseigenschaft der verschmolzenen polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser zu.
  • Die Polarisationskreuzkopplungseigenschaft der verschmolzenen polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern beträgt bevorzugt –25 dB oder weniger, und besonders bevorzugt –30 dB oder weniger. Wenn die Winkeldisparität B 3 Grad oder weniger beträgt, ist die Polarisationskreuzkopplungseigenschaft der verschmolzenen polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern –25 dB oder weniger, was bevorzugt ist.
  • Da somit die Winkeldisparität der polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern 3 Grad oder weniger beträgt, und beide spannungsaufbringenden Abschnitte 23 und der Kern 21 etwa in einer Linie angeordnet sind, kann die Polarisationsachsenabstimmung mit Genauigkeit ausgeführt werden, und die Verschlechterung der Polarisationskreuzkopplungseigenschaft nach einem Verschweißen von zwei oder mehr polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern kann vermindert werden.
  • Der äußere Durchmesser des spannungsaufbringenden Abschnitts 23, die Brechungsindexunterschiede des Kerns 21 in Bezug auf die Hülle 22, und der relative Brechungsindexunterschied des spannungsaufbringenden Abschnitts 23 in Bezug auf die Hülle 22 werden geeignet in Übereinstimmung mit gewünschten Eigenschaften bestimmt. Der Modusfelddurchmesser des Kerns 21 beträgt bevorzugt 3 bis 12 μm, besonders bevorzugt 5 bis 10 μm und der äußere Durchmesser der Hülle 22 beträgt bevorzugt 123 bis 127 μm, besonders bevorzugt näherungsweise 125 μm.
  • Die polarisationsaufrechterhaltende optische Faser 24 kann durch Schmelzen und Ziehen einer Vorform 34 für eine polarisationsaufrechterhaltende optische Faser mit einem Kernelement 31 zum Bilden des Kerns 21, einem Hüllelement 32 zum Bilden der Hülle 22, und spannungsaufbringenden Elementen zum Bilden von spannungsaufbringenden Abschnitten 23 hergestellt werden, die in 2 gezeigt sind. Das Hüllelement 32 ist um das Kernelement 31 vorgesehen, und die spannungsaufbringenden Elemente sind in dem Hüllelement 32 derart vorgesehen, dass sie näherungsweise symmetrisch in Bezug auf das Kernelement 31 sind.
  • Das Kernelement 31 und das Hüllelement 32 werden durch ein herkömmliches Verfahren wie ein VAD-Verfahren, ein MCVD-Verfahren, ein PCVD-Verfahren oder dergleichen gebildet. Dann werden die spannungsaufbringenden Elemente in dem Hüllelement 32 durch Einfügen der spannungsaufbringenden Elemente in Einfügelöcher 33a und 33b gebildet, wie in 2 gezeigt.
  • 2 veranschaulicht Schritte zum Bilden der Einfügelöcher in dem Hüllelement 32, in welche die spannungsaufbringenden Elemente derart eingefügt werden, dass sie näherungsweise symmetrisch in Bezug auf das Kernelement 31 sind. In 2 wird, nachdem die Vorform für eine optische Faser mit dem Kernelement 31 und dem Hüllelement 32 mittels eines Halters oder dergleichen gehalten ist, das Einfügeloch 33a in dem Hüllelement 32 derart gebildet, um durch das Hüllelement 32 parallel zu dem Kernelement 31 in der Längsrichtung zu stechen, und zwar mittels eines Bohrwerkzeugs 36 wie einem Bohrer oder einem Schleifstein. Anstelle eines parallelen Übertragens des Bohrwerkzeugs 36 in die Position, in welcher das andere Einfügeloch 33b gebildet wird, wird die Vorform für eine optische Faser, welche ferner das Einfügeloch 33a enthält, in Umfangsrichtung um 180 Grad gedreht, während die Vorform für eine optische Faser mittels des Halters gehalten wird, und ohne das Bohrwerkzeug 36 zu bewegen. Dann wird das Einfügeloch 33b in dem Hüllelement 32 derart gebildet, um durch das Hüllelement 32 in der Längsrichtung parallel zu dem Kernelement 31 zu stechen, und zwar mittels des Bohrwerkzeugs 36. Dabei beträgt die Winkeldisparität, die durch eine den Mittelpunkt des Einfügelochs 33a mit dem Mittelpunkt des Kernelements 31 verbindende Linie und eine den Mittelpunkt des Einfügelochs 33b mit dem Mittelpunkt des Kernelements 31 verbindenden Linie gebildet ist, 3 Grad oder weniger. Somit werden die Einfügelöcher 33a und 33b derart gebildet, dass sie näherungsweise symmetrisch in Bezug auf das Kernelement 31 sind. Dann werden die spannungsaufbringenden Elemente in die Einfügelöcher 33a und 33b eingefügt, um die Vorform 34 für die polarisationsaufrechterhaltende optische Faser herzustellen.
  • Gemäß zuvor genannten Verfahren zum Herstellen der Vorform 34 für eine polarisationsaufrechterhaltende optische Faser, da die Position, in welcher das Einfügeloch 33b gebildet wird, durch Rotieren der Vorform für die optische Faser einschließlich des Kernelements, des Hüllelements und des Einfügelochs 33a um 180 Grad um das Kernelement ohne Bewegung des Bohrwerkzeugs 36 bestimmt wird, kann das Einfügeloch 33b ohne Erzeugung des Unterschiedes zwischen Vertikalpositionen der Einfügelöcher 33a und 33b gebildet werden, was die Erzeugung der Winkeldisparität verhindern kann.
  • 3 ist ein Diagramm, welches die Verteilung der Winkeldisparitäten von 200 durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten, polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern und der Winkeldisparitäten von 200 durch das herkömmliche Verfahren hergestellten, polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern zeigt. Wie in 3 gezeigt, wenn die polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, betrug der Maximalwert der Winkeldisparitäten 3 Grad, und der Durchschnittswert der Winkeldisparitäten betrug 1,5 Grad. Wenn im Gegensatz hierzu die polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern durch das herkömmliche Verfahren hergestellt waren, betrug der Maximalwert 5 Grad, und der Durchschnittswert betrug 3 Grad, die beide größer waren als diejenigen der durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten, polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern.
  • Obwohl die oben beschriebene, polarisationsaufrechterhaltende optische Faser 24 eine polarisationsaufrechterhaltende optische Faser vom PANDA-Typ ist, kann die polarisationsaufrechterhaltende optische Faser gemäß der vorliegenden Erfindung eine polarisationsaufrechterhaltende optische Faser vom "Fliegen"-Typ (bow-tie type) oder dergleichen sein, die zwei spannungsaufbringende Abschnitte besitzt, welche derart vorgesehen sind, um näherungsweise symmetrisch in Bezug auf einen Kern davon zu sein.
  • Nachfolgend wird eine spezifische Beziehung zwischen der Winkeldisparität und der Polarisationskreuzkopplungseigenschaft erläutert.
  • Es wurden polarisationsaufrechterhaltende optische Fasern mit verschiedenen Winkeldisparitäten hergestellt. Jede der polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern wurde in Stücke mit jeweils derselben Länge geschnitten. Nachdem die Polarisationsachsen der Stücke abgestimmt wurden, wurden Endflächen der Stücke derart angeordnet, um miteinander verschmolzen zu werden. Dann wurde jede der Polarisationskreuzkopplungseigenschaften fünf mal durch folgendes Verfahren gemessen. Genauer gesagt wurde eine Lichtquelle an ein Ende der polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser gesetzt, und ein Polarisator wurde dazwischen vorgesehen. An das andere Ende der polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser wurde ein Detektor gesetzt, und ein Analysierer wurde dazwischen vorgesehen. Eine der zwei Polarisationsachsen der polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser wurde veranlasst, mit der Polarisationsachse des Polarisators zusammenzutreffen. Nach einem Schneiden der polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser in Stücke und anschließendem Verschmelzen der Stücke wurde die Lichtstärke Pa einfallenden Lichts, welches von der Lichtquelle in die polarisationsaufrechterhaltende optische Faser eintrat, gemessen. Dann wurde der Analysator um 90 Grad gedreht, gefolgt durch ein Messen der Lichtstärke Pv. Die Polarisationskreuzkopplungseigenschaft wurde aus dem Verhältnis der Lichtstärke Pv zu der Lichtstärke Pa gemäß folgender Gleichung bestimmt: CT = 10 Log (Pv/Ph).
  • 4 ist ein Diagramm, welches die erhaltene Ergebnisse zeigt. In 4 zeigt die vertikale Achse des Diagramms den schlechtesten Wert der Polarisationskreuzkopplungseigenschaft von fünf gemessenen Werten für jede verschmolzene, polarisationsaufrechterhaltende optische Faser. Die horizontale Achse des Diagramms zeigt die Winkeldisparität jeder der verschmolzenen, polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser. Wie in 4 gezeigt, wurde die Polarisationskreuzkopplungseigenschaft verschlechtert, wenn die Winkeldisparität zunahm. Wenn die Winkeldisparität näherungsweise 3 Grad betrug, lag die Polarisationskreuzkopplungseigenschaft der verschmolzenen, polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern bei –25 dB.
  • Wie oben beschrieben, da die Winkeldisparität der polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser 3 Grad oder weniger beträgt, kann die Polarisationsachsenabstimmung zwischen zwei oder mehr polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden, und die Polarisationskreuzkopplungseigenschaft nach einem Verschmelzen von zwei oder mehr polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern kann auf –25 dB oder weniger unterdrückt werden.
  • Darüber hinaus können durch Rotieren der Vorform um 180 Grad um das Kernelement, ohne das Bohrwerkzeug zu bewegen, nach dem Bilden eines Einfügelochs in dem Hüllelement, um die Position festzulegen, in welcher das Einfügeloch gebildet wird, die Einfügelöcher in einer Linie mit der verminderten Winkeldisparität gebildet werden, was eine Kreuzkopplungsverschlechterung nach einem Verschmelzen von zwei oder mehr polarisationsaufrechterhaltenden optischen Fasern verhindert.

Claims (2)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Vorform (34) für eine polarisationsaufrechterhaltende, optische Faser, die ein Kernelement (31), ein um das Kernelement (31) vorgesehenes Hüllelement (32) und zwei spannungsaufbringende Elemente, die in dem Hüllelement (32) derart vorgesehen sind, dass sie näherungsweise symmetrisch zu dem Kernelement (31) sind, aufweist, umfassend: Bilden einer Vorform (34) für eine optische Faser mit einem Kernelement (31) und einem Hüllelement (32); Bilden eines ersten Einfügelochs (33a) in dem Hüllelement (32) mittels Stechens durch das Hüllelement (32) parallel zu dem Kernelement (31); Drehen der Vorform (34) für die optische Faser, welche das erste Einfügeloch (33a) aufweist, um 180° um das Kernelement (31); Bilden des zweiten Einfügelochs (33b) in dem Hüllelement (32) mittels Stechens durch das Hüllelement (32) parallel zu dem Kernelement (31); und Einfügen der spannungsaufbringenden Elemente in die Einfügelöcher (33a, 33b); wobei ein durch die Linie, welche das Zentrum eines der spannungsaufbringenden Elemente mit dem Zentrum des Kernelements verbindet, und die Linie, welches das Zentrum des anderen spannungsaufbringenden Elements mit dem Zentrum des Kernelements verbindet, gebildeter Winkel, 3° oder weniger beträgt.
  2. Verfahren zum Herstellen einer polarisationsaufrechterhaltenden Faser (24), mit den Schritten: Herstellen einer Vorform (34) für eine polarisationsaufrechterhaltende, optische Faser durch das Verfahren nach Anspruch 1; und Schmelzen und Ziehen der Vorform (34) für die polarisationsaufrechterhaltende, optische Faser, um die polarisationsaufrechterhaltende, optische Faser (24) herzustellen.
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