DE69017397T2

DE69017397T2 - Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser und nach diesem Verfahren hergestellte Faser.

Info

Publication number: DE69017397T2
Application number: DE69017397T
Authority: DE
Inventors: Paul Francis Glodis; Kenneth Lee Walker
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1990-11-23
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2010-11-24
Also published as: JPH041706A; EP0434237A3; EP0434237B1; DE69017397D1; US5044724A; EP0434237A2

Description

Feld der Erfindung

Die Erfindung betrifft das Gebiet optischer Fasern.

Hintergrund der Erfindung

Optische Fasern für die Langstreckenkommunikation haben einen beachtlichen Zustand der Perfektion erreicht. Beispielsweise werden routinemäßig Einzelmodenfasern mit Verlusten von ungefähr 0,2 db/km hergestellt. Dennoch besteht ein großes Interesse an weiterer Senkung der Signalverluste, da selbst eine Senkung bis auf 0,01 db/km bei der erlaubten Distanz zwischen Repeatern auf ein beachtliches Maß übertragen kann. Dies kann sich wiederum auf einen merklichen Unterschied der Systemkosten, insbesondere für Übertragungssysteme, wie beispielsweise transozeanische faseroptische Systeme übertragen, welche notwendigerweise hochkomplexe (und somit kostenintensive) Repeater einsetzen müssen.
Ein zugehöriger Gesichtspunkt besteht in der Notwendigkeit, Systemkosten durch Senkung der Faserkosten zu mindern. Falls beispielsweise die Länge einer aus einer Vorform gezogenen Faser wesentlich erhöht werden kann, ohne proportionalen Anstieg in den Kosten der Herstellung der Vorform, wird sich im allgemeinen eine wesentliche Senkung an Faserkosten ergeben.
Auf gut bekannte Weise besteht der optisch aktive Teil einer optischen Faser (d.h. der Kern und die umgebende (abgeschiedene) Ummantelung) im allgemeinen aus Glas, das in einer glasbildenden Reaktion synthetisiert wird und auf einem Substrat abgeschieden wird. Siehe beispielsweise das US-Patent 4,691,990.
Es bestehen derzeit zwei Verfahrenskategorien zum Herstellen des optisch aktiven Abschnitts einer optischen Faser bei kommerzieller Verwendung. Eine Kategorie umfaßt die sogenannten Außenseitenverfahren (OVD und VAD) und das andere die sogenannten "Innenseiten"-Verfahren (MCVD und PCVD). Diese Anmeldung betrifft hauptsächlich die durch die letztgenannten Verfahren erzeugten Fasern, obwohl die Erfindung mit wenigstens einigen Abwandlungen auf Außenseitenverfahren anwendbar ist.
Auf bekannte Weise wird beim Innenseitenverfahren die glasbildende Reaktion innerhalb eines auf Silika basierenden Rohrs bewirkt welches auch als ein auf Quarzglas basierendes Rohr bezeichnet wird, (welches generell das "Substrat"-Rohr genannt wird) und das sich ergebende Glasreaktionsprodukt wird auf der innenseitigen Wand des Substratrohrs abgeschieden.
Ein Hauptbestandteil der Kosten der Herstellung optischer Fasern besteht in den Kosten des Abscheidens des Kerns und des abgeschiedenen Ummantelungsmaterials, die gemeinsam als das "abgeschiedene" Glas bezeichnet werden. Es wäre somit erwünscht, mehr Fasern aus einer gegebenen Vorform ziehen zu können, ohne gleichzeitig die Abscheidungszeit proportional zu erhöhen.
Fachleuten sind einige Verfahren bekannt, die zum Senken des Prozentsatzes von abgeschiedenem Glas in einer Faser verwendet werden können, ohne eine wesentliche Strafe im Hinblick auf Verluste mit einzubeziehen. Die Beschreibung wird im Hinblick auf eine weit verbreitete, kommerziell verfügbare Einzelmodenfaserkonstruktion gegeben, die schematisch in Fig. 1 dargestellt ist.
Der innere Abschnitt der Faser (bestehend aus in situ-erzeugtem abgeschiedenen auf Quarzglas basierendem Glas [im Englischen Sprachgebrauch bezeichnet als silica based glass]) umfaßt den Kern 10 (effektiver Brechungsindex nc, effektiver Durchmesser d), der von einem ersten Ummantelungsbereich 11 (effektiver Brechungsindex n&sub1;, effektiver äußerer Durchmesser D) umgeben ist. Typischerweise ist nc > n&sub0; und n&sub1; < n&sub0;, wobei n&sub0; der Brechungsindex des nominell reinen glasartigen Silikas ist. Wie leicht zu erkennen ist, werden die Brechungsindizes bei einer vorgegebenen Wellenlänge verglichen, beispielsweise der beabsichtigten Betriebswellenlänge der Faser.
Fig. 1 zeigt ebenfalls einen zweiten Ummantelungsbereich 12 (äußerer Durchmesser Do, Brechungsindex n&sub2; = no), der im wesentlichen aus Glas besteht, das von dem Substratrohr erhalten ist und das den inneren Abschnitt der Faser umgibt. Für Fasern mit niedrigen Verlusten hat typischerweise D/d wenigstens 5 zu betragen, teilweise begründet durch den relativ hohen Verlust von verfügbaren Quarzglasrohren aber, typischerweise auf wichtigerere Weise begründet durch unakzeptabel hohe Makro- Bendingverluste bzw. Makro-Biegeverluste, die (bei Konstruktionen mit relativ hohen Brechungsindexunterschieden) bei D/d 5,0 auftreten können. Es ist festzuhalten, daß Makro-Biegeverluste aufgrund der Anwesenheit des Brechungsindexschrittes zwischen dem ersten und dem zweiten Ummantelungsbereich auftreten können und selbst dann auftreten könnten, falls das Material des zweiten Ummantelungsbereichs sehr niedrige Verluste hat. Der Faserdurchmesser (D&sub0;) ist so gewählt, daß D&sub0;/d ungefähr 15 beträgt, D/d zwischen ungefähr 5,5 und ungefähr 6,5 liegt, welches zu einer Faser führt, in der typischerweise ungefähr 19 % des gesamten Volumens abgeschiedenes Glas ist.
Mehr Faser pro Vorform könnten erhalten werden, falls mehr Glas abgeschieden würde und ein dickeres Substratrohr verwendet würde. Dies ist jedoch allgemein nicht gangbar, wenn ein Innenseitenabscheidungsverfahren verwendet wird, da ein dickes Substratrohr typischerweise einen zu hohen thermischen Widerstand hätte und es schwierig machen würde, die glasbildende Reaktion innerhalb des Rohrs mit einer konventionellen Außenseitenwärmequelle zu erhalten und um nachfolgend das Rohr zu einem Stab zu kollabieren. Ferner würde die für die Abscheidung benötigte Zeit ansteigen, welches beliebige mögliche Verbesserungen der Wirtschaftlichkeit beschränken würde.
Um diese Beschränkungen zu überwinden, wurde vorgeschlagen, daß eine geeignete hochskalierte Menge von abgeschiedenem Glas in einem Standardquarzrohr synthetisiert wird, das Rohr kollabiert wird und der derart erzeugte stabartige Glaskörper durch Schrumpfen eines Quarzrohrs um den Körper ummantelt wird (siehe beispielsweise US-A-4775401). Für D/d von 5,5 und D&sub0;/d von ungefähr 15 wäre in dem sogenannten "Stab-im-Rohr-, rod-in-tube-" Verfahren ungefähr 14 % der gesamten Faser abgeschiedenes Glas, 40 % würde von dem Substratrohr erhalten und ungefähr 47 % von dem Ummantelungsrohr. Falls ein konstanter Wert von D/d durch einen Anstieg der Menge von Material, die von dem Substratrohr abgeschieden wird, aufrecht erhalten wird, senkt die Verwendung einer Ummantelung (wie in dem rod-in-tube-Verfahren, oder durch eine beliebige andere Ummantelungstechnik erzeugt) generell den materiellen Prozentsatz von abgeschiedenem Glas in einer Faser nicht. Jedoch kann dies zu etwas verminderten Faserkosten führen aufgrund der gesenkten Aufbauzeiten pro Einheitslänge der Faser und weist die Vorteile auf, die längeren zusammenhängenden Strecken von Fasern aus einer größeren Vorfom zukommen, einschließlich der Möglichkeit der Verwendung höherer Ziehgeschwindigkeiten.
Das vorstehend zitierte '990-Patent beschreibt eine Vorgehensweise, die zum vermindern des Prozentsatzes an abgeschiedenem Glas in einer auf Quarzglas basierenden Faser verwendet werden kann. Fig. 2 zeigt schematisch ein beispielhaftes Brechungsindexprofil der Faser gemäß dem '990-Patent, wobei n&sub2; < n&sub0; (typischerweise n&sub2; n&sub1;). Aufgrund von vorzuziehenden Makro-Biegeeigenschaften einer derartigen Faserkonstruktion ist es möglich, D/d auf einen Wert unterhalb des 5,5 bis 6,6-Bereichs zu senken, ohne merkliche Strafen an Verlust einzuführen. Falls das Material des zweiten Ummantelungsbereichs (12) relativ niedrige Verluste hat, ist es möglich, D/d auf ungefähr 3 zu senken. Quarzglasrohre mit niedrigen herunterdotierten Verlusten werden nun verfügbar. Für D/d = 3 und D&sub0;/d = 15 wäre beispielsweise lediglich 4 % der Faser abgeschiedenes Glas, wobei der verbleibende Anteil vom Rohr erhaltenes Glas wäre. Die Konstruktion würde jedoch typischerweise nicht alle die Ausbreitungsvorteile der Konstruktion mit erniedrigter Ummantelung von Fig. 1 haben und würde niedrige Ziehgeschwindigkeiten erfordern, um die Spannungen im Kern zu minimieren.
Im Hinblick auf die kommerzielle Bedeutung von verbesserten Verfahren von optischer Faserherstellung kann ein Verfahren, das die Menge an aus einer Vorform ziehbarer Fasern erhöht und/oder welches zu Fasern mit niedrigeren Verlusten führt, von großem Interesse sein. Diese Anmeldung beschreibt ein derartiges Verfahren sowie die neuen optischen Fasern, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren wie in Anspruch 1 definiert bereitgestellt.
In breiter Hinsicht umfaßt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Faser, die zu einer verbesserten (einscließlich mit niedrigeren Kosten behafteten) Faser führt.
Der stabförmige Körper umfaßt einen inneren Abschnitt, der auf Silika basierendes Glas umfaßt, der in Situ mittels einer glasbildenden Reaktion erzeugt ist. Der innere Abschnitt umfaßt einen Kernbereich mit einem relativ großen (relativ zu n&sub1;) effektiven Brechungsindex nc und einem effektiven Durchmesser d. Der Kern-Brechungsindex ist typischerweise größer oder ungefähr gleich n&sub0; (nc n&sub0;, wobei "ungefähr gleich" den Fall umfassen soll, bei welchem no aufgrund von Nach-Unten-Dotierung des Kerns (down- doping) geringfügig kleiner als no ist. Im allgemeinen meinen wir hierin, daß ein erster Brechungsindex ungefähr (oder im wesentlichen) gleich einem zweiten Brechungsindex ist, falls die normalisierte Differenz zwischen den beiden Indizes niedriger als ungefähr 0,04 % ist.
Der innere Abschnitt umfaßt ferner einen ersten Ummantelungsbereich, der den Kernbereich mit diesem in Kontakt stehend umgibt und hat einen effektiven Brechungsindex n&sub1; und einen effektiven äußeren Durchmesser D, wobei n&sub1; < n&sub0; ist.
Der stabartige Körper umfaßt ferner einen zweiten Ummantelungsbereich von äußerem Durchmesser D' und hat einen Brechungsindex n&sub2; < no (vorteilhafterweise ist n&sub2; gleich oder ungefähr gleich n&sub1;; der absolute Wert von (n&sub2; - n&sub1;)/n&sub2; ist vorteilhafterweise niedriger als ungefähr 0,04 %.) Der zweite Ummantelungsbereich umgibt den inneren Abschnitt mit diesem in Kontakt stehend und umfaßt bereits vorher existierendes auf Silika basierendes Glas, das typischerweise von einem F-dotierten Quarzglassubstratrohr erhalten wird. Das Dotieren des Rohrs wird vorteilhafterweise so vorgenommen, daß
ist. Das Ummantelungsmaterial umgibt den stabartigen Körper mit diesem in Kontakt stehend, hat einen äußeren Durchmesser D&sub0; und umfaßt einen dritten Ummantelungsbereich, der einen Brechungsindex n&sub3; ≤ n&sub0; hat mit n&sub2; < n&sub3;.
In typischer Weise wird wenigstens ein Anteil der Über-Ummantelung von einem oder mehreren auf Silika basierenden Über-Ummantelungsrohren erhalten, das (die) auf den stabartigen Körper kollabiert werden. Wahlweise kann das gesamte oder ein Teil des Über-Ummantelungsmaterials durch Anheften vorexistierender Glaspartikel an den stabartigen Körper oder an das Über-Ummantelungsmaterial, das vorhergehend um den Körper kollabiert wurde, ausgebildet werden, so daß sich eine dichte Glasschicht ergibt.
Durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung präparierte optische Fasern umfassen somit einen Ummantelungsbereich (den zweiten Ummantelungsbereich), der von einem nach unten dotieren Substratrohr (down-doped) erhalten wird, und umfassen ferner Über-Ummantelungsmaterial, das den zweiten Ummantelungsbereich umgibt und von vorexistierendem Glas erhalten wird, beispielsweise einem Quarzglasrohr. Wenigstens ein Teil des Über-Ummantelungsmaterials hat einen Brechungsindex, der niedriger oder im wesentlichen gleich demjenigen von reinem Quarzglas ist. Eine derartige Faser kann merkliche Vorteile zeigen, einschließlich merklich niedrigerer Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Fasern, einschließlich herkömmlicher Fasern, die durch das bekannte Stab- im-Rohr-Verfahren hergestellt sind. Typischerweise ist in erfindungsgemäßen Fasern D/d niedriger als 5, typischerweise im Bereich 3 - 4 und D'/d ist typischerweise im Bereich 4-10 (mit D'> D).

Figurenbeschreibung

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch herkömmliche Brechungsindexprofile optischer Fasern, und
Fig. 3 bis 6 zeigen beispielhafte Brechungsindexprofile von erfindungsgemäßen Fasern.
Ähnliche Merkmale in verschiedenen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es wurde nicht der Versuch unternommen, genaue Größen oder Proportionen darzustellen.

Detaillierte Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen

Die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Hinblick auf einen auf Silika basierenden bzw. Quarzglas basierenden stabartigen Glaskörpers gegeben, der durch konventionelle MCVD hergestellt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das Verfahren kann beispielsweise einfach mit Körpern durchgeführt werden, die durch ein Verfahren hergestellt sind, welches andere innenseitige Abscheidungsverfahren umfaßt (beispielsweise PCVD) oder durch einen Außenseitenabscheidungsprozeß (beispielsweise VAD oder OVD), vorausgesetzt, daß lediglich der Glaskörper aus abgeschiedenem Glas besteht, das umgeben ist von vorexistierendem, nach unten dotiertem Glas.
Fig. 3 zeigt schematisch die Brechungsindexprofile einer beispielhaften erfindungsgemäßen Faser. Der Kern 10 und die erste Ummantelung 11 bestehen aus abgeschiedenem, auf Silika basierendem Glas und sind umgeben durch eine zweite Ummantelung 12. Die zweite Ummantelung wiederum ist in Kontakt stehend von einer dritten Ummantelung 13 umgeben (äußerer Durchmesser Do; Brechungsindex beispielhaft n&sub3;, jedoch nicht notwendigerweise = no). Um merkliche Makro-Biegeverluste zu vermeiden ist D'/d typischerweise 5,0 oder größer. Falls beispielhaft D/d = 2,7 und Do/d = 15, ist lediglich 3 % der Faser abgeschiedenes Glas, ungefähr 8 % ist nach unten dotiertes zweites Ummantelungsmaterial, wobei der verbleibende Teil Über-Ummantelungsmaterial (overcladding) ist.
Die Erfindung wird beispielhaft in einer optischen Faser verkörpert, deren Kern und erstes Ummantelungsmaterial durch einen Innenseitenabscheidungsprozeß (beispielsweise MCVD) hergestellt ist, deren zweite Ummantelung vom Substratrohr erhalten wird und die Über-Ummantelung von einem oder mehreren Über- Ummantelungsrohren erhalten ist, wobei der normalisierte Brechungsunterschied zwischen n&sub2; und dem Brechungsindex von wenigstens einem der Über-Ummantelungsrohre wenigstens 0,04 % groß ist. D/d der Faser ist niedriger als 5. Die Über-Ummantelung der beispielhaften Faser umfaßt typischerweise einen dritten Ummantelungsbereich mit einem Brechungsindex n&sub3;, wobei die Brechungsindizes so ausgewählt sind, daß nc > n&sub1; und n&sub2;, nc n&sub0;, n&sub0; > n&sub1; und n&sub2;, n&sub1; n&sub2;, und n&sub3; ≤ no. Ferner ist (n&sub3; - n&sub2;)/n&sub2; > 0,04 %. Typischerweise ist das Substratrohr ein synthetisches F-dotiertes Quarzrohr. Falls die Über-Ummantelung von einem einzelnen Über-Ummantelungsrohr erhalten wird, ist das Über- Ummantelungsrohr typischerweise ein undotiertes Quarzrohr. Falls andererseits die Über- Ummantelung von einer Vielzahl von Über-Ummantelungsrohren erhalten wird, dann ist typischerweise wenigstens eines der Über-Ummantelungsrohre ein F-dotiertes Quarzrohr.
Erfindungsgemäße Fasern, beispielhaft durch die Faser von Fig. 3 dargestellt, können wie folgt hergestellt werden. Ein stabartiger Glaskörper, der den Kern und erste und zweite Ummantelungsbereiche umfaßt, wird auf herkömmliche Weise hergestellt. Das zweite Ummantelungmaterial wird typischerweise von einem nach unten dotierten Quarzrohr erhalten, vorzugsweise einem Rohr, das aus synthetischem F-dotierten Silika bzw. Quarzglas besteht (mit "synthetischem" Silika bzw. Quarzglas bezeichnen wir glasförmiges Silika bzw. Quarzglas, das durch Reaktion von Vorläuferzusammensetzungen, beispielsweise SiCl&sub4; und O&sub2; hergestellt ist. Die Reaktion ist beispielsweise eine Hochtemperatur-Gasphasenreaktion oder eine Sol/Gel-Type-Reaktion). Der stabartige Glaskörper wird mit einem auf Silika basierenden Über-Ummantelungsmaterial überzogen, typischerweise mit einem Quarzrohr bzw. Silikarohr, obwohl die Über-Ummantelung durch Hochtemperaturabscheidung von Silikateilchen (Quarzglasteilchen) (beispielsweise im wesentlichen auf die in dem US-Patent 4,767,429 beschriebene Weise) ebenfalls bedacht wird. Die Fasern können auf herkömmliche Weise aus der derart hergestellten Vorform gezogen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren (beispielsweise auf eine Faserkonstruktion angewendet, bei welcher D'/d größer sein muß als ein bestimmter Wert, beispielsweise 5) kann auf einfache Weise zur Herstellung relativ massiver Vorformen verwendet werden, welche im wesentlichen mehr Fasern als herkömmliche Vorformen einschließlich herkömmliche über-ummantelte Vorformen ergeben. Die Verwendung konventioneller MCVD-Abscheidungs-Drehbänke ist es möglich, Vorformen zu erzeugen, die mehr als drei und sogar fünf mal die Länge von Fasern ergeben, die typischerweise durch ähnliche Über- Ummantelungs-Vorformen erhalten werden.
Die Erfindung kann in einer Vielzahl von Faserkonstruktionen verkörpert sein. Ein beispielhaftes Profil ist in Fig. 4 dargestellt, bei welchem der Bereich 40 ein Brechungsindex-"Graben" des im US-Patent 4,852,968 beschriebenen Typs ist. Wie in diesem Patent beschrieben ist, kann ein derartiger Graben vorteilhafterweise verwendet werden, um eine oder mehrere der Fasereigenschaften abzustimmen. Eine Vorform des in Fig. 4 dargestellten Typs kann durch eine beliebige geeignete Änderung des grundlegenden erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden. Der stabartige Körper kann beispielsweise mit erstem "Graben"-Material ummantelt werden (beispielsweise durch Schrumpfen eines dünnwandigen, stark dotierten F-dotierten Silikarohrs um den Körper oder durch Abscheiden von F-dotiertem Silika auf den Körper), gefolgt von Ummantelung bzw. Über-Ummantelung des Körpers mit dem Material des dritten Ummantelungsbereichs 13.
Ein Brechungsindexgraben könnte ebenfalls durch die Verwendung eines nach unten dotierten Substratrohrs, welches einen stark nach unten dotierten Bereich umfaßt, erzeugt werden. Ein auf Silika basierendes Rohr mit radial nicht gleichförmigem Brechungsindexprofil kann erzeugt werden durch Ausbilden eines synthetischen ringförmigen Zylinders mit einem radial nicht gleichförmigen Profil und Ziehen von Rohren von dem Zylinder auf bekannte Weise, oder vorzugsweise durch Bilden eines zwischenliegenden nach unten dotierten ringförmigen Silikazylinders mit gleichförmigem Brechungsindex und Schrumpfen eines stark nach unten dotierten ringförmigen Silikazylinders auf den zwischenliegenden Zylinder.
Selbstverständlich muß der Graben nicht zwischen 12 und 13 angeordnet sein, sondern kann statt dessen angeordnet sein, wo es erwünscht ist. Beispielsweise könnte ein Graben zwischen 11 und 12 angeordnet sein, beispielsweise durch Beginnen der Glasabscheidung mit stark F-dotiertem Material, gefolgt von weniger stark F-dotiertem ersten Ummantelungsmaterial. Die Anordnung eines Grabens zwischen 11 und 12 kann zu verbessertem Einschluß der geführten Strahlung zum Kern und dem ersten Ummantelungsbereich führen, wobei Faserverluste gemindert werden können. Auf gut bekannte Weise ist es vorteilhaft, einen relativ leicht dotierten (oder sogar undotierten) Kern bereitzustellen, da ein derartiger Kern typischerweise niedrigere optische Dämpfung hat. Herkömmliche Fasern mit einem solchen Kern sind jedoch schwierig herzustellen aufgrund der relativ hohen Viskosität des Kernbereichs und der Ziehtemperatur und der typischerweise niedrigen Viskosität des stark nach unten dotierten Ummantelungsmaterials. Aufgrund der Differenz in der Viskosität und der Ziehtemperatur ist ein großer Anteil der Zugbelastung vom sehr dünnen Kernbereich aufzunehmen, welches die Verwendung einer relativ hohen Ziehtemperatur und/oder niedrigen Ziehgeschwindigkeit erfordert. Es ist ebenfalls bekannt, daß wenigstens für Ge-dotiertes Silika bzw. Quarzglas Hochtemperaturverarbeitungsschritte mit einigen zusätzlichen Verlusten im Vergleich zu derartigem Material, das bei niedrigerer Temperatur bearbeitet wurde, verbunden zu sein scheinen.
Das vorstehend beschriebene Problem kann durch erfindungsgemäße Fasern überwunden werden und Fig. 5 zeigt schematisch das Brechungsindexprofil einer beispielhaften Faser, die dieses erreichen kann. Der effektive Kern-Brechungsindex nc ist ungefähr gleich no. Der zweite Ummantelungsbereich 12 ist durch einen zusätzlichen nach unten dotierten Ummantelungsbereich 50 umgeben, der wiederum durch einen undotierten Bereich 51 umgeben ist. In beispielhafter Weise ist D/d = 2,7, D'/d = 5,5, D"/d = 11 und Do/d = 15, welches zu einer Faser führt, in welcher ungefähr 3 % des Glases abgeschiedenes Glas ist und in welcher ungefähr 47 % des Glases im wesentlichen undotiertes Quarzglas bzw. Silika ist. Dieser wesentliche Bruchteil des gesamten Volumens (in erwünschter Weise mehr als fünf mal das Volumen des Kernmaterials) dient als lasttragender Bereich während des Faserziehens, welches niedrigere Ziehtemperatur und/oder höhere Ziehgeschwindigkeit ermöglicht.
Eine nochmals weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt, in welcher der Ummantelungsbereich 51 durch einen weiteren dotierten Ummantelungsbereich 60 umgeben ist, beispielsweise mit einem Brechungsindex ≥ n&sub0; und der eine Viskosität hat, die niedriger als diejenige von Silika bzw. Quarzglas ist. In beispielhafter Weise ist der Bereich 60 Phosphor- oder Bor-dotiert. Der Bereich 50 ist optional. Die Anwesenheit einer dotierten äußersten Ummantelungsschicht kann aufgrund der Riß-Ausheilungsfähigkeit von dotiertem Silika mit relativ niedriger Viskosität zu verbesserten Prüfbelastungs-Erträgen führen.

Beispiel 1:

Eine optische Faser mit einem Brechungsindexprofil des in Fig. 3 dargestellten Typs wurde wie folgt hergestellt. Ein F-dotiertes Quarzglasrohr (Brechungsindex n&sub2;, wobei (n&sub0; - n&sub2;)/n&sub0; = 0,1 %, Außenseitendurchmesser 25 mm, Innenseitendurchmesser 21 mm) wurde in einem MCVD-Abscheidungs-Standardgerät befestigt und eine Vielzahl von Schichten von F-dotierten Silikaschichten abgeschieden, gefolgt von einer weiteren Vielzahl von leicht Ge-dotierten Silikaschichten. Der F-Dotierungspegel wurde so ausgewählt, daß dieser zu einem Brechungsindex (n&sub1;) führte, der im wesentlichen gleich demjenigen des Substratrohrs (n&sub2;) war und die Anzahl von F-dotierten und Ge-dotierten Silikaschichten wurde so gewählt, daß diese zu einem D/d von ungefähr 3,3 führten. Nach der Verollständigung der Abscheidung wurde das Rohr in einen Stab von ungefähr 15 mm Durchmesser kollabiert. Beides, sowohl Abscheiden als auch Kollabieren wurde durch konventionelle Techniken durchgeführt, die auf dem Fachgebiet optischer Fasern gut bekannt sind. Nachfolgend wurde die Außenseite des Stabs feuerpoliert bzw. flammenpoliert, der Stab wurde in ein (nicht absichtlich dotiertes) Quarzrohr von 40 mm Außenseitendurchmesser und 17 mm Innenseitendurchmesser eingesetzt und das Rohr auf den Stab durch eine konventionelle Technik geschrumpft. Aus der derart hergestellten optischen Faservorform wurde wesentlich mehr als 50 km einer optischen Einzelmodenfaser bei einer Geschwindigkeit von mehr als 5 m pro Sekunde gezogen. Die Faser hatte einen Durchmesser von 125 um, Do/d von 15, D'/d von 6 und D/d von 3,3 und hatte Makro-Biegeverluste, die sich nicht wesentlich von denjenigen einer kommerziell erhältlichen Faser unterscheiden, welche ein D/d von 5,5 hat und welche im wesentlichen den gleichen Wert von Δn wie die erfindungsgemäße Faser hat.

Beispiel 2:

Eine optische Faser mit einem Brechungsindexprofil, das im wesentlichen wie in Fig. 5 dargestellt war, wird im wesentlichen wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, daß nach dem Kollabieren des Substratrohrs ein nach unten dotiertes Silikarohr (das dem Bereich 50 entspricht; wobei das Rohr n'&sub2; n&sub2; hat, einen Außenseitendurchmesser von 36 mm, einen Innenseitendurchmesser von 19 mm hat) über den Stab geschrumpft und ein weiteres Silikarohr (nicht absichtlich dotiert, Durchmesser 49 mal 37 mm) wird darauf geschrumpft. Die Faser wird aus der derart erzeugten Vorform bei einer Ziehtemperatur von ungefähr 2200 Grad C gezogen, bei einer Geschwindigkeit, die höher ist als diejenige, die verwendet werden kann, um eine Faser aus einer Vorform zu ziehen, die sich von der momentanen Vorform lediglich darin unterscheidet, daß n&sub3; = n'&sub2; ist. Die Faser hat ein D/d von 2,7, D'/d von 5,5, D"/d von 11 und Do/d von 15.

Beispiel 3:

Eine optische Faser mit einem Brechungsindexprofil, das im wesentlichen wie in Fig. 6 dargestellt ist, wird im wesentlichen wie in Beispiel 2 beschrieben, mit der Ausnahme, daß ein P-dotiertes Silikarohr (entsprechend dem Bereich 60) über den reinen Silika- bzw. Quarzglasbereich 51 geschrumpft wird. Die sich ergebende Faser hat einen hohen Prüfbelastungs-Ertrag (proof-test yield), der wenigstens zum Teil auf der Rißheilungsfähigkeit des dotierten Bereichs 60 beruht.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser, wobei das Verfahren umfaßt:

a) Herstellen eines stabartigen auf Silika basierenden Körpers mit

i) einem inneren Abschnitt des Durchmessers D, der im wesentlichen aus auf Silika basierendem Glas besteht, das in situ mittels einer glasbildenden Reaktion erzeugt ist, und der einen Kernbereich (10) mit relativ großem effektiven Brechungsindex (nc) umfaßt und einen effektiven Durchmesser d hat und der ferner einen ersten Ummantelungsbereich (11) umfaßt, der mit diesem in Kontakt stehender Weise den Kernbereich umgibt und einen relativ niedrigen Brechungsindex n&sub1; hat, wobei n&sub1; < no, wobei no der Brechungsindex reinen glasartigen Silikas bzw. Quartzglases ist, und ferner umfaßt

ii) einen zweiten Ummantelungsbereich (12), der einen äußeren Durchmesser D' und einen Brechungsindex n&sub2; < no hat, welcher den inneren Abschnitt mit diesem in Kontakt stehend umgibt und erstes vorexistierendes auf Silika basierendes Glas umfaßt, und

b) Ziehen einer optischen Faser aus dem Körper,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner umfaßt:

c) vor b) Ummanteln des Körpers mit zweitem vorexistierenden auf Silika basierendem Glas, wobei die Ummantelung (beispielsweise 13) den Körper mit diesem in Kontakt stehend umgibt und einen äußeren Durchmesser D&sub0; hat, die Ummantelung einen dritten Ummantelungsbereich umfaßt, der einen Brechungsindex n&sub3; hat, wobei n&sub2; < n&sub3; und n&sub0; ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchen D/d niedriger als 5 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem n&sub3; n&sub0;, wobei die Querschnittsfläche des dritten Ummantelungsbereichs wenigstens 4 mal diejenig des Kernbereichs beträgt und bei welchem nc n&sub0;.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Ummantelung ferner einen vierten Ummantelungsbereich (beispielsweise 60) umfaßt, der dotiertes Silika mit einer Viskosität enthält, die niedriger als diejenige von reinem Silika ist, wobei der vierte Ummantelungsbereich der äußerste Bereich des Körpers ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Verfahren das Ausbilden eines Brechungsindexgrabens (beispielsweise 40) mit einem Brechungsindex nt < n&sub1; und einem inneren Durchmesser, der größer oder gleich d ist, umfaßt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem das Ummantelungsmaterial von einem oder mehreren Ummantelungsrohren erhalten wird, wobei der normalisierte Brechungsindexunterschied zwischen n&sub1; und dem Brechungsindex von wenigstens einem der Ummantelungsrohre wenigsten 0,04 % an Größe beträgt und bei welchem D/d niedriger als 5 ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, umfassend das Ausbilden der Brechungsindizes derart, daß nc > n&sub1;, n&sub2;; nc n&sub0;; n&sub0; > n&sub1;, n&sub2;; n&sub1; n&sub2;; n&sub3; ≤ n&sub0;; (n&sub3; - n&sub2;)/n&sub2;> 0,04 %; wobei n&sub0; der Brechungsindex von glasförmigem Silika ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem das vorexistierende auf Silika basierende Glas des zweiten Ummantelungsbereichs von einem Fluor-dotierten Substratrohr erhalten wird.