DE69020592T2

DE69020592T2 - Polarisationserhaltende optische Faser.

Info

Publication number: DE69020592T2
Application number: DE69020592T
Authority: DE
Inventors: Lawrence Donalds; Michael Messerly; Raymond Mikkelson; James R Onstott
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1989-02-03
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: DK0381473T3; EP0381473A2; IL93125A; CA2008451C; EP0381473A3; JPH02240608A; CA2008451A1; EP0381473B1; US4896942A; IL93125A0; DE69020592D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine verbesserte polarisationserhaltende optische Monomode-Faser, insbesondere eine, die auf Grund eines ovalen oder elliptischen Belastungsbereiches polarisationserhaltend ist. Die Bewahrung der Polarisation ist inbesondere wichtig bei Sensorfasern, wie sie zum Beispiel in Fasergyroskopen und interferometrischen Sensoren eingesetzt werden.

Beschreibung des Standes der Technik

Eine optische Monomode-Faser besitzttypischerweise einen inneren Glaskern mit einem großen Brechungsindex, einen Mantel mit einem kleinen Brechungsindex und eine Hülle aus Siliciumdioxid, die den Mantel umgibt. Der Durchmesser des Kerns beträgt 3 bis 10 Mikrometer, und der Durchmesser der Hülle beträgt 80 Mikrometer bei Sensorfasern und 125 Mikrometer bei Fernmeldeanlagen. Nach Shibata et al., "Fabrication of Polarization-Maintaining and Absorption-Reducing Fibers" (Herstellung von Polarisationserhaltenden und absorptionsvermindernden Fasern), Journal of Lightwave Technology, Bd. LT-1, Nr. 1, Seite 38 - 43 (1983) auf Seite 38:
"soll das allgemeine Verfahren zur Erhaltung der linearen Polarisation in Monomode-Fasern die Doppelbrechung der Fasern so erhöhen, daß der Energieaustausch zwischen den Polarisationsmoden reduziert wird. Es wurden mehrere Arten von stark doppelbrechenden Monomode- Fasern vorgestellt: Fasern mit einem unrunden Kern, die eine Doppelbrechung auf Grund der unrunden Geometrie bewirken (wobei verwiesen wird auf Ramaswamy et al: 'Polarization Characteristics of Noncircular Core Single-Mode Fibers' (Polarisationseigenschaften von Monomode-Fasern mit einem unrunden Kern), Applied Optics, Bd. 17, Nr. 18, Seite 3014 - 3017 (1978)]; Fasern mit einem elliptischen Mantel, die anisotrope Spannungen in dem Kern hervorrufen (wobei verwiesen wird auf Ramaswamy et al.: 'Birefrigence in Elliptically Clad Borosilicate Single-Mode Fibers' (Doppelbrechung in elliptisch ummantelten Monomode-Fasern aus Borsilicat), Applied Optics, Bd. 18, Nr. 24, Seite 4080 - 4084 (1979) und auf Katsuyama et al.: 'Low-Loss Single Polarization Fibers' (Verlustarme Monomode-Polarisationsfasern), Electron. Lett., Bd. 17, Nr. 13, Seite 437 - 474 (1981)]; und Fasern mit Brechungsindexlöchern auf beiden Seiten des Kerns (wobei verwiesen wird auf Hosaka et al.: 'Single- Mode Fiber with Asymmetrical Refractive Index Pits on Both Sides of Core' (Monomode-Faser mit asymmetrischen Brechungsindexlöchern auf beiden Seiten des Kerns), Electron. Lett., Bd. 17, Nr. 5, Seite 191 - 193 (1981)]."
Die Veröffentlichung von Shibata betrifft eine doppelbrechende Monomode-Faser, deren Hülle aus Siliciumdioxid zwei fächerförmige, einander diametral gegenüberliegende Bereiche umgibt, die so dotiert wurden, daß sie eine andere Wärmedehnung aufweisen als der Rest der Hülle, was zu einer anisotropen, durch die Belastung eingebrachten Doppelbrechung in dem Kern führt. Auf Seite 40 steht in der Veröffentlichung von Shibata, daß diese Fasern
"mit Umhüllungsverfahren hergestellt wurden. Es wurde eine Vorform der Monomode-Fasern, die mit dem VAD-Verfahren hergestellt wurde (wobei verwiesen wird auf Tomaru et al.: 'Fabrication of Single-Mode Fibers by VAD' (Herstellung von Monomode-Fasern mittels VAD), Electronics Lett., Bd. 16, Nr. 13, Seite 511 - 512 (1980)], bis auf einen Durchmesser von mehreren Millimetern gedehnt. Dann wurde sie in die Mitte eines dickwandigen Umhüllungsrohres aus Siliciumdioxid mit etwa 15 mm Innendurchmesser gebracht. Mit dem MCVD-Verfahren wurden belastende Teile durch Aufbringen einer Glasschicht aus SiO&sub2;, B&sub2;O&sub3; und GeO&sub2; in einem Rohr aus Siliciumdioxid hergestellt. Die mit dem MCVD-Verfahren hergestellten Stäbchen wurden ebenfalls auf mehrere Millimeter gedehnt und auf beiden Seiten des Kernstabes in dem Umhüllungsrohr angeordnet. Die verbleibenden Innenräume in dem Umhüllungsrohr wurden mit mehreren im Handel erhältlichen Stäbchen aus Siliciumdioxid gefüllt, zum Beispiel mit vier Stäbchen mit mehreren Millimetern Durchmesser. Die endgültigen Vorformen wurden in einem Kohlewiderstandsofen zu Fasern gezogen."
Eine doppelbrechende Monomode-Faser mit ähnlich geformten Belastungsbereichen sowie mit einem elliptischen Kern ist beschrieben in dem US-Patent Nr. 4,480,897 (Okamoto et al.). Die Figuren 6, 8, 11 und 12 in dem US-Patent Nr. 4,561,871 (Berkey) veranschaulichen ebenfalls die Herstellung von doppelbrechenden Monomode-Fasern mit einander diametral gegenüberliegenden Belastungsbereichen, die von dem Kern getrennt sind.
Katsuyama et al.: "Low-Loss Single Polarization Fibers," (Verlustarme Fasern mit Einzelpolarisation", Applied Optics, Bd. 22, Nr. 11, Seite 1741 - 1747, 1983, betrifft eine polarisationserhaltende optische Monomode-Faser mit drei konzentrischen Bereichen von Siliciumdioxid, die den Mantel bilden. Der Zwischenbereich (der in der veröffentlichten Arbeit von Katsuyama als "elliptische Hülle" oder einfach als "Hülle" bezeichnet wird) wird belastend gemacht durch Dotierung mit B&sub2;O&sub3;. Dieser Zwischenbelastungs-bereich ist auch mit GeO&sub2; dotiert, damit sein Brechungsindex der gleiche wird wie derjenige des reinen Siliciumdioxids in den inneren und äußeren Sperrschichtbereichen.
Ein Verfahren zur Herstellung einer polarisationserhaltenden optischen Monomode-Faser, die einen elliptischen Belastungsbereich aufweist, ist offenbart in dem US-Patent Nr. 4,274,854 (Pleibel et al.). Nachdem ein hohles Substratrohr aus Quarz (reinem Siliciumdioxid) so geschliffen wurde, daß es zwei einander diametral gegenüberliegende flache Seiten aufweist, wird eine Reihe von siliciumdioxidhaltigen Schichten auf die Innenseite des Substratrohres aufgebracht, und danach wird das Rohr so zusammengelegt, daß es eine Vorform bildet, und dann zu einer Faser gezogen. Da das Material des Substratrohres zuerst abkühlt, ist seine Innenseite elliptisch im Querschnitt und zwängt die aufgebrachten siliciumdioxidhaltigen Schichten so zusammen, daß diese eine asymmetrische Belastung auf den Kern ausüben, was zu einer Doppelbrechung führt. Obwohl in dem Patent von Pleibel doppelbrechende optische Monomode-Fasern, die jetzt im Handel erhältlich sind und einen elliptischen Belastungsbereich aufweisen, nicht offenbart sind, weisen diese auch eine innere Sperrschicht mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt zwischen dem Kern und dem Belastungsbereich auf. Wie in der Veröffentlichung von Katsuyama betont wird, minimiert die innere Sperrschicht die Verluste bei der Absorption oder der Lichtübertragung. Siehe auch Cohen et al.: "Radiating Leaking-Mode Losses in Single-Mode Lightguides with Depressed-Index Claddings" (Strahlungsverluste bei Ableitungsmode in Monomode-Lichtwellenleitern mit Mänteln mit verkleinertem Index), IEEE J. of Quantum Elec., QE-18, Seite 1467 (1982).
Obwohl in den obengenannten Entgegenhaltungen Verfahren zur Herstellung einer doppelbrechenden Monomode-Faser gelehrt werden, werden in keinem von ihnen die nachteiligen Auswirkungen entweder der Biegung im Makrobereich oder derjenigen im Mikrobereich betrachtet, die beide von großer Bedeutung für Einsatzzwecke sind, bei denen die Faser zu kleinen Spulen gewunden wird, z.B. in Gyroskopen. Bekanntlich führt sowohl eine Biegung im Makrobereich als auch eine solche im Mikrobereich zu einer Signalabschwächung, und dieses Ergebnis kann minimiert werden, indem die Differenz des Brechungsindexes zwischen dem Kern und dem Mantel vergrößert wird, um den Durchmesser des Modenfeldes zu verringern. Siehe Isser et al. "Bending and Microbending Performance of Single-Mode Fibers" (Biege- und Mikrobiegefähigkeit von Monomode-Fasern), Technical Report TR-63, Januar 1987, vom Corning-Glaswerk, in dem Tests für solche Verluste an Fasern beschrieben werden, die nicht vollkommen erkannt sind. Diese größere Differenz des Brechungsindexes wird erzielt, indem die Konzentration des Germaniumoxids in dem Kern erhöht wird, wobei die erzielte Verbesserung der Biegefähigkeit dann zu Lasten von höheren Übertragungsverlusten geht. Siehe Ainslie et al.: "Interplay of Design Parameters and Fabrication Conditions on the Performance of Monomode Fibers Made by MCVD" (Wechselwirkung von Auslegungsparametern und Herstellungsbedingungen bei der Biegefähigkeit von mit MCVD hergestellten Monomode-Fasern), IEEE, Bd. QE-17, Nr. 6, Seite 854 - 857 (1981), in dem Fig. 1 diese Verluste bei Fasern zeigt, die nicht polarisationserhaltend sind. Daß diese Verluste bei polarisationserhaltenden Fasern auftreten, ist dargestellt in Rashliegh et al.: "Polarisation Holding in Coiled High-Birefringence Fibers" (Erhaltung der Polarisation in spulenförmig abgelegten Fasern mit großer Doppelbrechung), Elec. Ltrs., Bd. 19, Nr. 20, Seite 850 - 851 (1983).
Ein Problem, das auftritt, wenn der Kern einer optischen Faser stark mit Germaniumoxid dotiert ist, besteht darin, daß die optische Monomode-Faser durch Einwirkung einer ionisierenden Strahlung auf dieselbe abgebaut werden kann, wie das gewöhnlich an Satelliten sowie an vielen anderen Stellen anzutreffen ist. Siehe Brambani et al.: "Radiation Effects in Polarization-Maintaining Fibers" (Einwirkungen von Strahlung an polarisationserhaltenden Fasern), Abhandlung Nr. 992-07, Internationales Symposium der SPIE zur Faseroptik, Optoelektronik und Lasertechnik, Boston, MA, September 1988.

Zusammenfassung der Erfindung

Mit der Erfindung wird eine polarisationserhaltende optische Monomode-Faser geschaffen, die als weniger signalabschwächend angesehen wird als eine beliebige Faser nach dem Stand der Technik, die gleichermaßen beständig ist gegen nachteilige Einwirkungen durch das Biegen im Makrozustand und im Mikrozustand. Die neue optische Monomode-Faser kann zumindest so beständig gegen nachteilige Einwirkungen durch eine ionisierende Strahlung sein wie eine beliebige, heute im Handel erhältliche Faser.
Ebenso wie einige polarisationserhaltende optische Fasern nach dem Stand der Technik umfaßt die erfindungsgemäße Faser folgendes:
einen Kern,
eine den Kern umgebende Mantelschicht, die einen oder mehrere elliptische Belastungsbereiche und eine innere Sperrschicht zwischen dem Kern und dem bzw. den Belastungsbereich bzw. -bereichen aufweist, und
eine die Mantelschicht umgebende Hülle, wobei die innere Sperrschicht eine andere Zusammensetzung aufweist als der bzw. die Belastungsbereich(e).
Die polarisationserhaltende optische Faser gemäß der Erfindung unterscheidet sich von den optischen Fasern nach dem Stand der Technik dadurch, daß:
die Mantelschicht und jeder Abschnitt der Hülle, der innerhalb des fünffachen Radius des Modenfeldes liegt (wobei der Radius des Modenfeldes bei der Auslegungswellenlänge der optischen Faser gemessen wird), einen im wesentlichen einheitlichen Brechungsindex aufweisen, der mindestens um 0,005 kleiner ist als der von reinem Siliciumdioxid, und der Brechungsindex des Kerns mindestens so groß ist wie der von reinem Siliciumdioxid, wobei die Brechungsindices bei der Auslegungswellenlänge der optischen Faser gemessen werden.
Der Abschnitt der optischen Faser, der den im wesentlichen einheitlichen Brechungsindex aufweist, besitzt einen Mindestradius, der das Fünffache bis Sechsfache des Radius des Modenfeldes ausmacht. Bei einem Verhältnis von wesentlich weniger als 6 kann die Abschwächung unbefriedigend stark werden, während bei einem Verhältnis von wesentlich mehr als 7 die Vorform, aus der die optische Faser gezogen wird, schwerer und teurer herzustellen ist.
Der Kern der neuen polarisationserhaltenden optischen Monomode-Faser besteht vorzugsweise aus mit Germaniumoxid dotiertem Silicium, so daß ein Brechungsindex größer als der von reinem Siliciumdioxid entsteht, wodurch die Faser ausreichend beständig gegen nachteilige Auswirkungen des Biegens gemacht wird. Wird durch diese Dotierung ein Brechungsindex geschaffen, der bis zu 0,005 größer ist als der von reinem Siliciumdioxid, wird ein gutes Gleichgewicht zwischen Signalabschwächung und Biegetoleranz erreicht. Eine noch größere Differenz im Brechungsindex kann wünschenswert sein, wenn die optische Faser auf ungewöhnlich kleine Krümmungsradien gebogen werden soll.
Eine bevorzugte polarisationserhaltende optische Faser gemäß der Erfindung kann hergestellt werden, indem siliciumdioxidhaltige Schichten auf die Innenseite eines hohlen Substratröhrchens aus Siliciumdioxid aufgebracht werden. Die erste auf zubringende Schicht bildet vorzugsweise eine äußere Sperrschicht, aber die erste Schicht kann statt dessen auch einen Belastungsbereich bilden. Soll die erste Schicht eine äußere Sperrschicht bilden, bildet die zweite Schicht einen Belastungsbereich. Auf die Schicht, die den Belastungsbereich bilden soll, wird eine siliciumdioxidhaltige Schicht aufgebracht, die eine innere Sperrschicht bildet, und auf diese ein Material, das den Kern bildet. In die Außenseite der durch das Zusammenlegen des beschichteten Substratröhrchens hergestellten Vorform werden zwei einander diametral gegenüberliegende parallele ebene Flächen eingeschliffen. Die geschliffene Vorform wird zu einer polarisationserhaltenden optischen Monomode-Faser gemäß der Erfindung gezogen, die einen elliptischen Belastungsbereich aufweist, wobei das Siliciumdioxid des Substratröhrchens die Hülle der Faser bildet.
Der kleinere Durchmesser eines elliptischen Belastungsbereiches beträgt vorzugsweise zwischen 20 % und 40 % seines größeren Durchmessers. Bei mehr als 40 % dürfte der Belastungsbereich nicht das gewünschte Maß an Belastung an dem Kern hervorbringen, während bei weniger als 20 % der größere Durchmesser des Belastungsbereiches unbedingt groß genug wäre, damit die innere Sperrschicht eine hinreichende Dicke aufweisen kann.
Anstatt ebene Flächen in die Vorform einzuschleifen, kann die Vorform abgeflacht und gezogen werden, während die Temperatur so geregelt wird, daß eine optische Faser entsteht, deren Außenseite elliptisch ist. Siehe Stolen et al.: "High-Birefrigence Optical Fibers by Preform Deformation" (Optische Fasern mit großer Doppelbrechung durch Verformung der Vorform), Journal of Lightwave Tech., Bd. LT-2 Nr. 5, Seite 639 - 641 (1984).

Ausführliche Offenbarung

Die mit dem oben erläuterten Verfahren hergestellte, polarisationserhaltende optische Monomode-Faser kann auf einen Durchmesser von 80 um gezogen werden, damit sie mit jetzt im Handel erhältlichen Sensorfasern kompatibel wird.
Zum Zwecke einer wirtschaftlichen Herstellung kann das Substratröhrchen aus reinem Siliciumdioxid sein. Wird das Substratröhrchen so dotiert, daß es einen Brechungsindex gleich dem des Mantels erhält, wäre keine äußere Sperrschicht notwendig, ganz gleich, wie dünn der Belastungsbereich wäre. Es gibt jedoch kein im Handel erhältliches hohles Substratröhrchen aus dotiertem Siliciumdioxid, und die Herstellung eines solchen könnte die Kosten für die neue optische Faser unangemessen erhöhen.
Selbst wenn das Substratröhrchen aus reinem Siliciumdioxid besteht, ist eine äußere Sperrschicht unnötig, wenn der Belastungsbereich so dick ist, daß sich sein Mindestdurchmesser auf mindestens den fünffachen Radius des Modenfeldes in dem Kern beläuft. Ist jedoch das Substratröhrchen aus reinem Siliciumdioxid, kann der Belastungsbereich auf Grund der vorhandenen äußeren Sperrschicht eine wesentlich geringere Dicke aufweisen, als sonst erforderlich wäre. Dadurch wird die Herstellung rentabler, da das belastende Material beim Zusammenlegen leichter zu kontrollieren ist, wenn es dünner ist.
Der Belastungsbereich wird vorzugsweise mit GeO&sub2; und B&sub2;O&sub3; dotiert, und sowohl die innere als auch die äußere Sperrschicht können mit Fluor dotiert werden, damit ihre Brechungsindices im wesentlichen einheitlich werden und typischerweise etwa 0,007 oder 0,006 weniger als der Brechungsindex von reinem Siliciumdioxid betragen. Besteht das Substratröhrchen aus reinem Siliciumdioxid, weist das Profil des Brechungsindex der neuen optischen Faser eine einheitliche Vertiefung oder Mulde an dem Mantel auf. Auf Grund dieser Vertiefung kann der Kern aus undotiertem Siliciumdioxid bestehen oder nur mäßig stark dotiert sein, so daß eine hinreichende Differenz im Brechungsindex zwischen dem Kern und dem Mantel entsteht.
Besteht das Substratröhrchen aus reinem Siliciumdioxid, beträgt der Mindestdurchmesser des Abschnitts des Mantels, der einen im wesentlichen einheitlichen Brechungsindex aufweist, vorzugsweise nicht mehr als der achtfache Durchmesser des Modenfeldes in dem Kern, denn zum Erreichen eines größeren Vielfachen wären dickere Gesamtbeschichtungen erforderlich, die den Belastungsbereich und die äußere Sperrschicht bilden. Eine solche Vorgehensweise wäre nicht nur unökonomisch, sondern könnte auch die Gefahr des Reißens beim Zusammenlegen vergrößern.

Zeichnung

Die Erfindung wird leichter verständlich anhand der Zeichnung, in der alle Figuren schematisch sind. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Querschitt durch eine bevorzugte optische Faser gemäß der Erfindung;
Fig. 2 und Fig. 3 Profile der Brechungsindices entlang der größeren bzw. der kleineren Achse der optischen Faser von Fig. 1, und
Fig. 4 ein Diagramm der Signalabschwächung als Funktion der Wellenlänge bei der optischen Faser von Fig. 1.
Die (gemäß der Offenbarung in Beispiel 1) hergestellte optische Faser 10 von Fig. 1 besitzt einen zylindrischen Wellenleiterkern 12, eine zylindrische innere Sperrschicht 14, einen elliptischen Belastungsbereich 15, eine ellipti-sche äußere Sperrschicht 16 und eine Hülle 18. Die Hülle 18 ist umgeben von Schichten aus thermoplastischem Harz und einer Verkleidung (nicht dargestellt).
In Fig. 2 und Fig.3 sind grafisch die Profile 20 und 30 der Brechungsindices entlang der größeren bzw. der kleineren Achse der optischen Faser von Fig. 1 wie folgt dargestellt: Brechungsindex von Kern 12 innerer Sperrschicht 14 Belastungsbereich 15 äußerer Sperrschicht 16 Mantel 18
Die (gestrichelt gezeichnete) genormte Kurve 29 in Fig. 2 stellt die radiale Verteilung der Intensität des Lichts dar, das sich in dem Kern 12 ausgebreitet hat. Der Modenfelddurchmesser in dem Kern ist die Breite der Kurve 29 bei 14 % der Spitzenintensität.
In Fig. 4 gibt die Kurve 40 die Abschwächung des Signals (in dB/km) bei der polarisationserhaltenden optischen Faser 10 von Fig. 1 bei unterschiedlichen Wellenlängen an (in um).
In den folgenden Beispielen sind alle Teile Gewichtsteile.

Beispiel 1

(Herstellung einer polarisationserhaltenden optischen Faser gemäß der Erfindung)

A. Herstellung der Vorform:

Die Vorform in diesem Beispiel wurde mit dem modifizierten chemischen Aufdampfverfahren (MCVD) hergestellt. Bei diesem Verfahren wird Glas mit kontrollierter Zusammensetzung und Dicke durch die chemische Reaktion von Sauerstoff mit Metallchloriden auf der Innenseite eines Röhrchens aus Quarz glas aufgebracht. Eine vollständigere Beschreibung des Verfahrens findet sich in dem US-Patent Nr. 4,217,027 (MacChesney et al.).
Ein Röhrchen aus Quarzglas (General Electric #982 WGYA) mit einem Innendurchmesser von nominal 16,0 mm und einem Außendurchmesser von nominal 20,0 mm wurde in ein Aufdampfgerät gegeben (Vorformdrückbank, Gasstromsystem, Wasserstoffbrenner). Die Innenwand des Röhrchens wurde zunächst mit Fluor geätzt, um eine unverschmutzte Fläche zum Aufbringen herzustellen. Dann wurden auf die Innenwand des Röhrchens vier Schichten Glas aufgebracht. Die Funktion und die Zusammensetzungen der vier Schichten sind im folgenden beschrieben. Funktion Zusammensetzung Schicht 1 - Äußere Sperrschicht Schicht 2 - Belastungsbereich Schicht 3 - Innere Sperrschicht Schicht 4 - Kern
Die Bedingungen in den einzelnen Schritten sind in Tabelle I aufgeführt. Die in Tabelle I verzeichneten Temperaturen sind Pyrometerwerte für die Außenseite des Röhrchens aus Quarzglas. Die Werte für "Geschwindigkeit" geben die Bewegung des Brenners entlang der Vorform an. Tabelle I Dampfstrom* (cm³/min) Schritt Anzahl der Durchläufe Temp. (ºC) Geschwindigkeit (mm/min) Ätzung Schicht Rein
* "Dampfstrom" bezeichnet den Strom des Trägergases (O&sub2; bei SiCl&sub4;, GeCl&sub4; und POCl&sub3; und Ar für BBr&sub3;) oder den direkten Strom von SiF&sub4;, Freon und O&sub2;.
Die Spindelumlaufgeschwindigkeit beträgt durchweg 50 U/min.
Nach Abschluß der Aufdampfung wurde das ringförmige Röhrchen mit den aufgedampften Innenschichten mit Standardverfahren zu einer nichthohlen Vorform zusammengelegt.

B. Formen der Vorform:

In die zu Anfang zylindrische Vorform wurden mit einer herkömmlichen Planschleifmaschine und einer Diamantschleifscheibe zwei einander diametral gegenüberliegende ebene Flächen eingeschliffen, wobei an jeder ebenen Fläche 2,79 mm radial abgehoben wurden. Dann wurde die Vorform gründlich gereinigt, um jeden dispersen Schmutzstoff zu beseitigen, der durch das Schleifen entstanden sein könnte.

C. Ziehen zur Faser:

Unter Einsatz eines induktionsbeheizten Zirconiumdioxidofens wurde die Vorform zu einer Faser mit einem Durchmesser von 80 um gezogen, während eine Temperatur beibehalten wurde, die so hoch war, daß die Faser einen kreisförmigen Querschnitt erhielt. Die an dem den Ofen überwachenden Pyrometer abgelesene Temperatur betrug 2170 ºC. Nach dem Ziehen wurde die Faser mit zwei gesonderten Acrylatschichten beschichtet, die einzeln mit ultraviolettem Licht gehärtet wurden. Die erste aufgebrachte Acrylatschicht war vom Typ 950 X 075 von der DeSoto Co., die zweite war vom Typ 3471- 2-6, ebenfalls von der DeSoto Co. Die beschichtete Faser wurde auf eine Spule aufgewickelt.

D. Eigenschaften der Faser:

Die durch die Schritte A bis C hergestellte optische Faser besaß die in Tabelle II aufgeführten mechanischen und optischen Eigenschaften. Tabelle II Mechanische Eigenschaften: Länge Außendurchmesser der Hülle Durchmesser des Kerns Durchmesser der inneren Sperrschicht Elliptischer Belastungsbereich Größerer Durchmesser Kleinerer Durchmesser Verhältnis größerer Durchmesser zu kleinerem Durchmesser Äußere Sperrschicht Größerer Durchmesser Kleinerer Durchmesser Außendurchmesser der Acrylatschicht Optische Eigenschaften: Brechungsindex der Hülle des Mantels des Kerns Abschwächung bei 0,85 um Zusätzliche Abschwächung, wenn die Faser in 10 Drehungen auf einen Dorn von 1/2" (1,27 cm) gewickelt ist Grenzwellenlänge Modenfeld-Durchmesser bei 0,85 um Doppelbrechung bei 0,633 um H-Parameter bei 0,85 um 200 m auf einer Spule mit 12,5" (31,75 cm) AD 1000 m auf einer Spule mit 1,5" (3,8 cm) AD mal 3,0" (7,6 cm) Länge Verhältnis des Mindestradius der Hülle zum Radius des Modenfeldes
Auf Grund der Mitwirkung von Phosphor kann die optische Faser von Beispiel 1 durch die Einwirkung ionisierender Strahlung abgebaut werden. Die optische Faser von Beispiel 2 sollte zumindest so beständig gegen nachteilige Einwirkungen durch die ionisierende Strahlung sein wie eine jede solche Faser, die jetzt im Handel ist.

Beispiel 2

Es wurde eine polarisationserhaltende optische Faser wie in Beispiel 1 hergestellt mit den im folgenden angegebenen Ausnahmen, A und B. Herstellen und Formen der Vorform Funktion Zusammensetzung Schicht 1 - Äußere Sperrschicht Schicht 2 - Belastungsbereich Schicht 3 - Innere Sperrschicht Schicht 4 - Kern
und die Bedingungen in den Schritten waren wie in Tabelle III angegeben.

C. Ziehen zur Faser

Die Vorform wurde wie in Beispiel 1 gezogen mit der Ausnahme, daß das den Ofen überwachende Pyrometer 2152 ºC anzeigte.

D. Eigenschaften der Fasern

Die mechanischen und optischen Eigenschaften der optischen Faser von Beispiel 2 sind in Tabelle IV aufgeführt. Tabelle III Dampfstrom* (cm³/min) Schritt Anzahl der Durchläufe Temp. (ºC) Geschwindigkeit (mm/min) Ätzung Schicht Rein Tabelle IV Mechanische Eigenschaften: Länge AD der Hülle Durchmesser des Kerns Durchmesser der inneren Sperrschicht Elliptischer Belastungsbereich Größerer Durchmesser Kleinerer Durchmesser Verhältnis größerer Durchmesser zu kleinerem Durchmesser Äußere Sperrschicht Größerer Durchmesser Kleinerer Durchmesser AD der Acrylatschicht Optische Eigenschaften: Brechungsindex der Hülle des Mantels des Kerns Abschwächung bei 0,85 um Zusätzliche Abschwächung, wenn die Faser in 10 Drehungen auf einen Dorn von 1/2" (1,27 cm) gewickelt ist Grenzwellenlänge Durchmesser Modenfeld bei 0,85 um Doppelbrechung bei 0,633 um H-Parameter bei 0,85 um 250 m auf einer Spule mit 12,5" (31,75 cm) AD Verhältnis des Mindestradius der Hülle zu Radius des Modenfeldes

Beispiel 3

A und B. Herstellen und Formen der Vorform

Es wurde eine Vorform für eine polarisationserhaltende optische Faser hergestellt wie in Beispiel 1, Teile A und B. Die Zusammensetzung der Schichten ist nominal die gleiche wie in Beispiel 1. Die Bedingungen in den Schritten sind in Tabelle V aufgeführt.

C. Ziehen zur Faser

Die Vorform wurde gezogen wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß die Faser auf einen Durchmesser von 125 um gezogen wurde, um die Grenzwellenlänge auf 1,12 um zu vergrößern und auf diese Weise die Nutzung bei 1,3 um zu ermöglichen, und daß das den Ofen überwachende Pyrometer 2152 ºC anzeigte.

D. Eigenschaften der Faser

Die mechanischen und optischen Eigenschaften der optischen Faser von Beispiel 3 sind in Tabelle VI aufgeführt. Tabelle V Dampfstrom* (cm³/min) Schritt Anzahl der Durchläufe Temp. (ºC) Geschwindigkeit (mm/min) Ätzung Schicht Rein Tabelle VI Mechanische Eigenschaften: Gezogene Länge AD der Hülle Durchmesser des Kerns Durchmesser der inneren Grenzschicht Elliptischer Belastungsbereich Größerer Durchmesser Kleinerer Durchmesser Verhältnis kleinerer Durchmesser zu größerem Durchmesser Äußere Sperrschicht Größerer Durchmesser Kleinerer Durchmesser AD Acrylatschicht Optische Eigenschaften: Brechungsindex der Hülle des Mantels des Kerns Abschwächung bei 1,3 um Zusätzliche Abschwächung, wenn die Faser in 10 Drehungen auf einen Dorn von 1/2" (1,27 cm) gewickelt wird Grenzwellenlänge Durchmesser des Modenfeldes bei 1,3 um Doppelbrechung bei 0,633 um H-Parameter bei 1,3 um 500 m auf einer Spule mit 12,5" (31,75 cm) AD Verhältnis des Mindestradius der Hülle zum Radius des Modenfeldes

Claims

1. Polarisationserhaltende optische Monomode-Faser umfassend einen Kern (12), eine den Kern umgebende Mantelschicht (14, 15, 16), die einen oder mehrere elliptische Belastungsbereiche (15) und eine innere Sperrschicht (14) zwischen dem Kern und dem bzw. den Belastungsbereich bzw. - bereichen und eine die Mantelschicht umgebende Hülle (18) umfaßt, wobei die innere Sperrschicht eine andere Zusammensetzung aufweist als der bzw. die Belastungsbereich(e), dadurch gekennzeichnet, daß:

die Mantelschicht (14, 15, 16) und jeder Abschnitt der Hülle (18), der innerhalb des fünffachen Radius des Modenfeldes liegt, gemessen bei der Auslegungswellenlänge der optischen Faser, einen im wesentlichen einheitlichen Brechungsindex aufweisen, der mindestens um 0,005 kleiner ist als der von reinem Siliciumdioxid, und der Brechungsindex des Kerns mindestens so groß ist wie der von reinem Siliciumdioxid, wobei die Brechungsindices bei der Auslegungswellenlänge der optischen Faser gemessen werden.

2. Optische Monomode-Faser nach Anspruch 1, bei der die Mantelschicht eine äußere Sperrschicht (16) zwischen dem Belastungsbereich (15) und der Hülle (18) aufweist.

3. Optische Monomode-Faser nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der zwischen dem Kern (12) und dem Abschnitt des Mantels, der den im wesentlichen einheitlichen Brechungsindex besitzt, ein Unterschied im Brechungsindex von nicht mehr als 0,013 besteht.

4. Optische Monomode-Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der kleinere Durchmesser des elliptischen Belastungsbereichs zwischen 20% und 40% seines größeren Durchmessers beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung einer polarisationserhaltenden optischen Monomode-Faser mit den folgenden Schritten:

a) Aufbringen von mindestens zwei Schichten siliciumdioxidhaltigen Materials unterschiedlicher Zusammensetzung auf die Innenseiten eines hohlen Substratröhrchens aus Siliciumdioxid,

b) Aufbringen einer Schicht siliciumdioxidhaltigen Materials auf die in Schritt a) aufgebrachten Schichten,

c) Zusammenlegen des beschichteten Röhrchens zwecks Herstellung einer Vorform,

d) Ausbilden von zwei einander diametral gegenüberliegenden parallelen ebenen Flächen in der Außenseite der Vorform, und

e) Ziehen der Vorform zu einer polarisationserhaltenden optischen Monomode-Faser, bei der eine der in Schritt a) aufgebrachten Schichten einen elliptischen Belastungsbereich bildet, eine anschließend in Schritt b) aufgebrachte Schicht den Kern der optischen Faser bildet, der einen mindestens so großen Brechungsindex besitzt wie reines Siliciumdioxid, und die in Schritt a) aufgebrachten Schichten und jeder Abschnitt des Mantels, der innerhalb des fünffachen Radius des Modenfeldes in dem Kern liegt, gemessen bei der Auslegungswellenlänge der optischen Faser, einen im wesentlichen einheitlichen Brechungsindex besitzen, der mindestens um 0,005 kleiner ist als der von reinem Siliciumdioxid, wobei die Brechungsindices bei der Auslegungswellenlänge der optischen Faser gemessen werden.

6. Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser gemäß Anspruch 5, bei dem das in Schritt a) verwendete Substratröhrchen im wesentlichen reines Siliciumdioxid ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei dem das in Schritt b) aufgebrachte siliciumdioxidhaltige Material dotiert wird, um einen Brechungsindex zu erreichen, der bis zu 0,005 größer ist als der von reinem Siliciumdioxid.

8. Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die in Schritt a) aufgebrachte erste Schicht eine äußere Sperrschicht bildet, die in Schritt a) aufgebrachte zweite Schicht den im wesentlichen elliptischen Belastungsbereich bildet, und eine dritte Schicht in Schritt a) aufgebracht wird, um die innere Sperrschicht zu bilden.