DE69119806T2

DE69119806T2 - Optische Faser mit verbesserter Biegefestigkeit

Info

Publication number: DE69119806T2
Application number: DE69119806T
Authority: DE
Inventors: Hen-Tai Shang
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1991-03-01
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2011-03-02
Also published as: CA2036745C; AU628719B2; TW217444B; EP0447075B1; US5032001A; DE69119806D1; CA2036745A1; JPH04219705A; DK0447075T3; KR100249751B1; AU7201691A; EP0447075A3; KR910017207A; EP0447075A2

Description

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtleitfaser mit verbesserter Biegefestigkeit.

Stand der Technik

Nach der Einführung der Lichtleitfaser erst in relativ jüngster Zeit hat sie als das vorherrschende Mittel für Übertragungsmedien bei Sprach- und Datenkommunikation einen meteorhaften Aufstieg erlebt. Die Lichtleitfaser wird hergestellt, indem aus einem Vorformling aus optischem Glas, der nach einem von verschiedenen gut bekannten Verfahren hergestellt worden ist, eine Glasfaser gezogen wird. Die gezogene Faser wird danach oder als Teil eines Tandemverfahrens beschichtet, gehärtet, abgemessen und, erwünschterweise in einer automatischen Aufnahmevorrichtung, auf einen Spulenkörper aufgenommen, um eine Verpackungseinheit zu liefern.
Eine Faser aus optischem Glas weist in der Regel einen Durchmesser in der Größenordnung zum Beispiel von 125 Mikrometern auf und ist mit einem Beschichtungsmaterial überzogen, das den Außendurchmesser der beschichteten Faser zum Beispiel auf ca. 250 Mikrometer erhöht. Bei Einmodenverwendung enthält die Glasfaser einen Kern mit einem Durchmesser von ca. 6,2 Mikrometern und ein Mantelsystem mit einem Durchmesser von ca. 125 Mikrometern. Das Mantelsystem umfaßt einen Innen- und einen Außenmantel. Mindestens bei dem äußeren Teil des Mantelsystems handelt es sich um das Vorläuferrohr, in dem Materialien deponiert worden sind, um den Kern und den Innenmantel bereitzustellen, wenn das Rohr zur Bildung eines Vorformlings kollabiert wird.
Eine Lichtleitfaserverpackungseinheit wird bei Arbeitsabläufen wie dem Umformen zu Bandkabeln, dem Verkabeln und Umspulen verwendet und auch für den Versand von Lichtleitfasern zu anderen Firmen, die die Faser weiterverarbeiten. Die Lichtleitfaser wird in der Regel bei Sprach- und Datenkommunikationssystemen verwendet, sowohl im kommerziellen als auch im militärischen Bereich. So zum Beispiel kann die Verpackungseinheit in Waffensystemen verwendet werden, bei denen sie zur Fernlenkung und für die Datenkommunikation verwendet wird. Zu den derartigen Anwendungen gehören zum Beispiel Kommunikationsleitungen zwischen Flugzeugen, zwischen einem Flugzeug und einem Schiff, und zwischen einem Geschoß, wie zum Beispiel einem Flugkörper, und einer Kontrollstation an einer Abschußstelle. Lichtleitfasern haben gegenüber drahtgeführten Systemen nach dem Stand der Technik die Vorteile vergrößerter Datenbandbreite, reduzierten Gewichts und größerer Reichweite.
Bei einer typischen Anwendung der Lichtleitfaser bei einem Waffensystem wird ein kontinuierliches Stück Lichtleitfaser auf einen Spulenkrper verpackt, der in einem Fahrzeug positioniert wird. Ein derartiges Fahrzeug wird allgemein als Fesselfahrzeug bezeichnet. Bei dieser Anwendung läßt man die Lichtleitfaser von einem Spulenkörper in dem Fesselfahrzeug aus ablaufen. Ein Ende der Faser ist an Betriebseinrichtungen im Fahrzeug befestigt, während das andere Ende der Faser mit einer Steuer- oder Kommunikationsstation an einer Abschußstelle verbunden ist. Während und nach dem Abschuß besteht mit dem Fahrzeug eine Zwei-Wege-Kommunikation.
Bei der Verwendung von Lichtleitfasern ergeben sich allerdings gewisse Nachteile, die bei anderen Kommunikationsformen nicht auftreten. Eine Lichtleitfaser ist weniger robust als metallische Leiter und bricht dadurch leichter. Die Kommunikationsleistung der Lichtleitfaser kann außer von dem Brechen auch von Mikrobiegungen, die völlig vom Modenfeldradius bestimmt werden, und von Makrobiegungen in der Faser gemindert werden, die von dem Biegen der Faser oder durch andere Beanspruchungen, denen die Faser ausgesetzt sein mag, hervorgerufen werden. Derartige Schäden an einer Lichtleitfaser reduzieren nicht nur die Langzeithaltbarkeit der Faser, sondern führen auch zu Verlusten bei der Stärke und dem Inhalt des optischen Signals. Auf gleiche Weise kann jede scharfe Biegung, die die Faser erfährt, wenn sie mit unwahrscheinlich hoher Geschwindigkeit aus der verpackten Anordnung ausgegeben wird, die physische und optische Unversehrtheit beeinträchtigen. Bei dieser Verwendung wird die Faser stark gebogen. Der Biegungsradius kann sogar in der Größenordnung von einigen wenigen Millimetern liegen. Was benötigt wird, ist eine Lichtleitfaser, die gegen kleine Biegungen beständig ist. Die Einmoden faser nach dem Stand der Technik ist bisher für den Gebrauch in Fesselfahrzeugen in der Regel noch nicht ausreichend biegefest gewesen.
Um dieses Problem zu überwinden, ist gelegentlich der Versuch unternommen worden, eine dispersionsverschobene Lichtleitfaser und insbesondere eine Faser mit abgeflachter Dispersion zu verwenden. Lichtleitfasern mit dieser Konstruktion sind jedoch zu empfindlich gegenüber einer Biegung und lassen Lichtleistung in den Mantel austreten.
Der Verlust, der bei einer Verbindung mit einem Fesselfahrzeug am ehesten vorhersehbar ist, ist der, der bei der Ausgabe von der Biegung mit dem engen Radius verursacht wird. Dementsprechend wird eine Faser gesucht, bei der der durch den engen Radius hervorgerufene Biegungsverlust minimiert wird, während der Anfangsverlust auf einem Minimum gehalten wird. Mit geeigneten Laserdiodensendern sollte auch die Farbdispersion bei dem gesuchten System kein begrenzender Faktor sein.
Neben den optischen Anforderungen sind hohe Festigkeit und enge Maßkontrolle wichtig. Da große Längen benötigt werden, ist es außerdem wichtig, daß die gesuchte Faser leicht aus einem großen Vorformling hergestellt werden kann.
Was gesucht wird und was anscheinend im Stand der Technik nicht verfügbar ist, ist eine Lichtleitfaser, die sich zur Verwendung beim Einsatz mit Fesselfahrzeugen eignet. Es sollte eine Faser sein, die leicht hergestellt werden kann und ungeachtet starken Biegens während der Ausgabe ein annehmbares optisches und mechanisches Verhalten zeigt.
US-A-4,838,643 offenbart Konstruktionen mit abgesenktem Mantel nach den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1, wobei diese Konstruktion aufgrund der Ankopplung an die Mantelmoden einen Biegungsverlust erleidet, sobald der Modenprozeß die Grenze zwischen dem Innenmantel und dem Außenmantel erreicht. Es wird ebenfalls die Verminderung des Modenfelddurchmessers und die Vergrößerung des Radius des Innenmantels bezüglich des Kernradius, und daß eine Umorientierung des Modenfelddurchmessers durch Verringern der Kerngröße oder Vergrößern des Brechzahlunterschiedes erzielt werden könnte, offenbart. Es werden Δ-Werte im Bereich von 0,8 bis 1,0% offenbart.
WO-A-86/04689 offenbart eine Faser mit einem Δ-Wert im Bereich von 0,3 bis 0,5%.
Obige Probleme des Standes der Technik sind durch die Lichtleitfaser nach dieser Erfindung überwunden worden, deren Aufgabe darin liegt, einer Makrobiegung entgegenzuwirken. Die Lichtleitfaser nach dieser Erfindung weist einen relativ großen Modenfelddurchmesser, ist aber bei der Verringerung der Makrobiegung effektiv. Erfindungsgemäß wird eine Faser nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Lichtleitfaser einen germaniumdotierten Kern mit einem Δ&spplus;, was den Unterschied zwischen der Brechzahl des Kerns und der Brechzahl eines Vorläuferrohres als Prozentsatz der Brechzahl der Vorläuferrohres ausgedrückt darstellt, von mindestens 0,6%. Dem Kern benachbart enthält die Lichtleitfaser auch einen abwärts dotierten Mantel, wobei ein abgesenkten Innenteil davon einen Unterschied zwischen der Brechzahl des Vorläuferrohres und der Brechzahl des abgesenkten Innenmantels aufweist, der ausgedrückt als Prozentsatz der Brechzahl des Vorläuferrohres (Δ&supmin;) ca. 0,3% beträgt. Der Außendurchmesser des abgesenkten Innenmantelteils liegt im Bereich von ungefähr dem Produkt aus zwei bis vier und dem Durchmesser des Kerns. Der erste Außenmantel weist eine Brechzahl auf, die innerhalb ca. 0,1% der Brechzahl des Vorläufersiliciumoxidrohres, aus dem die Faser gezogen wird, liegt.
Bei einem doppelten Betriebsfenster weist der germaniumdotierte Kern ein Δ&spplus; von 0,9% auf. Auf der anderen Seite liegt das den Kern kennzeichnende Δ&spplus; bei einem einzelnen Betriebsfenster bei 0,6%.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 ist eine Querschnittsendansicht einer Lichtleitfaser der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 ist eine Darstellung des Profils einer W- förmigen Brechzahlkonfiguration, die die Lichtleitfaser der vorliegenden Erfindung kennzeichnet;
Figur 3 ist eine Aufrißansicht einer Spule, die mehrere Windungen von Lichtleitfaser der vorliegenden Erfindung trägt und zur Verwendung bei Fesselfahrzeugen geeignet ist;
Figur 4 ist eine Schemaansicht, die den Einsatz einer Verpackungseinheit der Faser von Figur 3 in einem Fesselfahrzeug zusammen mit einer typischen Flugbahn zeigt;
Figur 5 ist ein Diagramm, das die Grenzwellenlänge über dem Kernradius zeigt;
Figur 6 ist ein Diagramm, das den Biegungsverlust in Abhängigkeit von der Grenzwellenlänge aufgetragen zeigt;
Figur 7 ist ein Diagramm, das den Modenfeldradius in Abhängigkeit von der Grenzwellenlänge aufgetragen zeigt; und
Figur 8 ist ein Diagramm, das die Wellenlänge für die Nulldispersion über der Grenzwellenlänge zeigt.

Ausführliche Beschreibung

Nun Bezug nehmend auf Figur 1 wird eine Einmoden- Lichtleitfaser 22 der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Die Lichtleitfaser 22 der vorliegenden Erfindung, die durch eine in Figur 2 gezeigte W-förmige Brechzahlkonfiguration gekennzeichnet ist, eignet sich zum Aufwickeln auf eine Spule 25 zur Verwendung in einem Fesselfahrzeug "siehe Figur 3). Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist eine Verpackungseinheit 26 der Lichtleitfaser 22 in einem Fahrzeug 27 befestigt. Ein Ende der Lichtleitfaser ist mit einer Bodenkontrolleinrichtung 28 verbunden. Wenn das Fahrzeug in ein Flugmuster eintritt, wird die Lichtleitfaser aus der Verpackungseinheit 26 ausgegeben. Auf diese Weise kann mit der Bodenkontrolleinrichtung das Flugmuster des Fahrzeugs gesteuert werden.
Die Lichtleitfaser 22 ist durch Ablagern von glasartigem Material in einem Vorläuferrohr aus Silicium oxid hergestellt worden. Das Vorläuferrohr aus Siliciumoxid ist durch eine Brechzahl nt gekennzeichnet (siehe Figur 2). Nach der Ablagerung wird das Rohr kollabiert und die Faser wird daraus gezogen. Wieder Bezug nehmend auf Figur 1, ist ersichtlich, daß die Lichtleitfaser 22 einen Bereich aus optischem Glas enthält, der einen Kern umfaßt, einen Innenmantel 32 mit einer Brechzahl die gegenüber der des Vorläuferrohrs abgesenkt ist (siehe Figur 2), einen ersten Außenmantel 34 mit einer Brechzahl ncl&sub0; und einen Außenmantel 35, der von dem kollabierten Vorläuferrohr bereitgestellt und als Außenrohrmantel oder als zweiter Außenmantel bezeichnet wird. Der Bereich aus optischem Glas ist in einem Beschichtungssystem 37 mit einer oder mehreren Schichten aus Beschichtungsmaterialien eingeschlossen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kern 30 einen Durchmesser von ca. 6,2 Mikrometern, der abgesenkte Innenmantel 32 einen Außendurchmesser von ca. 15,5 Mikrometern und der erste Außenmantel einen Außendurchmesser von ca. 31 Mikrometern auf. Wie schon oben erwähnt, weist der zweite Außenrohrmantel einen Außendurchmesser von 125 Mikrometern auf. Der Außendurchmesser des Beschichtungssystems liegt in der Regel bei ca. 250 Mikrometern.
Da bei einer Verbindung mit einem Fesselfahrzeug der am wenigsten voraussehbare Verlust der ist, den der kleine Biegungsradius bei einer Ausgabeoperation verursacht, sollte die als Fesselfahrzeugfaser (tethered vehide fibre = TVF) zu verwendende Lichtleitfaser 22 gekennzeichnet sein durch einen minimalen Biegungsverlust bei kleinem Radius, aber dabei in der Lage sein, zu bewirken, daß der Zuwachs an Anfangsverlust auf einem Minimum gehalten wird, wenn gleichzeitig ein Einmodenbetrieb aufrechterhalten werden muß. Dies könnte bewerkstelligt werden, indem der Grundmodus eingeschlossen wird, ohne den Modus zweiter Ordnung einzuschließen. Kleine Störungen in der Achse einer Lichtleitfaser, die als Mikrobiegungen bezeichnet werden, können einen optischen Verlust verursachen, indem sie Leistung durch den Mantel entweichen lassen. Das Ausmaß des Einschlusses der optischen Leistung und somit die Anfälligkeit für durch Mikrobiegung herbeigeführten optischen Verlust kann durch die auch als Modenfelddurchmesser bezeichnete Fleckgröße und den wirksamen Index des Grundausbreitungsmodus gekennzeichnet werden. Diese Parameter sind in der Technik gut bekannt. Bei den kritischen Parametern, die den Mikrobiegungs- und den Makrobiegungsverlust beeinflussen, handelt es sich um den Kerndurchmesser d und den Unterschied bei den Brechzahlen nc und ncli des Kerns bzw. des Innenmantels. Dieser Unterschied wird in der Regel als prozentualer Unterschied der Brechzahl des Vorläuferrohres nt ausgedrückt und als Δ bezeichnet. Siehe zum Beispiel eine Darstellung 36 des Brechzahlprofils einer wie in Figur 2 gezeigten typischen Einmodenlichtleitfaser. Die Parameter d, der Durchmesser des Kerns 30, und Δ bestimmen bei einer gegebenen Wellenlänge die Fleckgröße und den wirksamen Index. Eine kleine Fleckgröße und einen hohen wirksamen Index gewährleisten einen engen Einschluß der optischen Leistung auf den Bereich des Faserkerns und somit eine hohe Festigkeit gegenüber von Mikrobiegung und Makrobiegung herbeigeführtem Verlust.
Ein verbessertes Mikrobiegungs- und Makrobiegungsverhalten kann zwar durch Erhöhen von Δ und Verringern von d erhalten werden, was zu einer reduzierten Fleckgröße führt, doch wächst bekanntlich die Schwierigkeit des Erreichens eines niedrigen Faserspleißverlustes mit der Verringerung der Fleckgröße an. Außerdem wächst die Wellenlänge der Nulldispersion bei Verringerung des Kerndurchmessers an. Wenn die Wellenlänge der Nulldispersion über die Betriebswellenlänge ansteigt, nimmt die Faserdispersion zu und die größtmögliche Bandbreite bei der Betriebswellenlänge nimmt ab. Diese nachteiligen Effekte, Zunahme des Faserspleißverlustes und Zunahme der Faserdispersion, begrenzen die kleinstmögliche Faserkerngröße bei optischem Betrieb bei 1,3 µm.
Die Abhängigkeit der Fleckgröße und der Nulldispersions-Wellenlänge von Δ ist weniger ausgeprägt. So kann zum Beispiel eine Lichtleitfaser mit einem relativ hohen Δ verwendet werden, um für Makrobiegungsfestigkeit zu sorgen, während eine Fleckgröße beibehalten wird, die sich für verlustarmes Spleißen eignet. Eine Erhöhung von Δ zur Verbesserung des Makrobiegungsverhaltens erhöht jedoch die Grenzwellenlänge λc der Faser. Bekanntlich ist die Grenzwellenlänge diejenige Wellenlänge, unterhalb derer sich Moden höherer Ordnung ausbreiten können. Da die Bandbreite der Faser bei Vorhandensein von Moden höherer Ordnung drastisch verringert wird, muß jegliche Steigerung bei der Grenzwellenlänge kontrolliert sein, um den Einmodenbetrieb bei der Systemwellenlänge aufrechtzuerhalten. Falls λc höher liegt, hat die Lichtleitfaser eine höhere Biegefestigkeit, und der größte Teil der Leistung wird im Kern konzentriert.
Die Probleme der Aufrechterhaltung eines Einmodenbetriebs und der Festigkeit gegenüber Makrobiegung werden durch die erfindungsgemäße sogenannte abgewandelte W-Lichtleitfaser gelöst, bei der sich herausgestellt hat, daß sie sich für die Verwendung in Fesselfahrzeugen ideal eignet.
Die erfindungsgemäße Lichtleitfaser ist gekennzeichnet durch einen Innenmantel 32 (siehe Figur 1) mit einer Brechzahl, die relativ zu der des Außenmantels 34 und des Außenrohrmantels 35 (siehe Figur 2) abgesenkt ist. Eine derartige Faser wird als Faser mit abgesenktem Innenmantel bezeichnet. Wie in Figur 2 zu sehen, weist der Kern 30 einen Durchmesser d auf und eine Brechzahl nc, dargestellt durch eine Linie 44, die einen relativen Brechzahlunterschied Δ&spplus; bezüglich einer Bezugslinie 45 aufweist, welche der Brechzahl nt des Außenrohrmantels 35 entspricht und als Prozentsatz der Brechzahl des Vorläuferrohres ausgedrückt wird. Der Innenmantel 32 weist einen Durchmesser D auf und eine Brechzahl ncli, dargestellt durch eine Linie mit der Bezugsziffer 43, die bezüglich der gleichen Bezugslinie 45 einen relativen Brechzahlunterschied Δ&supmin; aufweist, der als Prozentsatz der Brechzahl des Vorläuferrohres ausgedrückt wird. Wie oben erwähnt, wird der Gesamtunterschied hinsichtlich der Brechzahl des Kerns und der des abgesenkten Innenmantels, der als Prozentsatz der Brechzahl des Vorläuferrohres ausgedrückt wird, als Δ bezeichnet.
Es werden die Verhältnisse Δ&supmin;/Δ und D/d verwendet, die zweckmäßig sind, um für eine Grenzwellenlänge zu sorgen, die wesentlich niedriger liegt als die einer Faser mit angepaßtem Mantel, die einen gleichgroßen Kern und den gleichen Gesamtbrechzahlunterschied aufweist. Es wird somit eine im wesentlichen gegen Mikrobiegung und Makrobiegung unempfindliche Faser bereitgestellt, die zum Betrieb in einer Einmodenart bei einer vorbestimmten Wellenlänge fähig ist.
Eine Lichtleitfaser mit W-Aufbau ist in der Technik bekannt. Siehe zum Beispiel einen Artikel von B.J. Ainslie et al. mit dem Titel "Low Loss Dual Window Single Mode Fibers With Very Low Bending Sensitivity" [Verlustarme Doppelfenster-Einmoden-Fasern mit sehr niedriger Biegeempfindlichkeit], veröffentlicht auf Seite 317 des IOOC-ECOC '85 Technical Digest. In dem Artikel von Ainslie wird über eine W-Faser berichtet, wobei die Höhe der Brechzahl des Kerns über dem nachbearbeiteten Innenmantel hinsichtlich Δ als 0,0069 angegeben wird.
Es hat sich herausgestellt, daß ein derartiger Δ- Wert unzureichend ist, um die für die Verwendung in einem Fesselfahrzeug erforderliche Biegefestigkeit zu liefern. Es hat sich stattdessen herausgestellt, daß für eine derartige Verwendung ein Δ von mindestens 0,009 benötigt wird. Zudem ist eine derartige Faser durch ein Δ&spplus; von mindestens 0,6% für Δ&supmin; gleich 0,3% gekennzeichnet. Natürlich kann Δ&supmin; erhöht werden, ebenfalls Δ&spplus;. Erwünscht ist ein größeres Δ&supmin;, was bedeutet, daß Δ&spplus; kleiner sein kann und sich weniger Germanium im Kern befindet. Der Eigenverlust ist infolgedessen geringer. Je tiefer die Absenkung des Innenmantels im Brechzahlprofil, um so besser der Modenleistungseinschluß. Seine Tiefe wird jedoch durch den Herstellungsprozeß auf ca. 0,3% bis 0,4% begrenzt.
Die erfindungsgemäße Lichtleitfaser eignet sich für zwei Betriebsfenster, das eine für ein Doppelfenster bei 1310 und 1550 und das zweite nur für das Fenster bei 1550. Für Doppelfensterbetrieb ist die Lichtleitfaser durch ein Δ&spplus; von 0,9% und ein Δ&supmin; von ca. 0,3% gekennzeichnet. Für Einfensterbetrieb bei 1550 nm ist die Lichtleitfaser durch ein Δ&spplus; von 0,6% gekennzeichnet, und Δ&supmin; ist ca. 0,3%.
Neben den optischen Anforderungen sind bei einer in Fesselfahrzeugen zu verwendenden Faser auch hohe Festigkeit und große Länge von Bedeutung. Eine große Länge bedeutet, daß es einfach sein sollte, den neuen Faseraufbau aus einem großen Vorformling herzustellen. Die erfindungsgemäße Lichtleitfaser erfüllt alle diese Anforderungen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Radius des abgesenkten Bereiches relativ klein. Der Radius zu einem äußeren Punkt "b" (siehe Figur 2) des abgesenkten Innenmantels ist gleich dem Produkt aus ca. 2,5 und dem Radius zu dem äußeren Punkt "a" (siehe Figur 2) des Kerns. Bei Doppelfensterbetrieb ist der Radius zu dem äußeren Punkt des abgesenkten Innenmantels 32 gleich dem Produkt aus 2,5 und einer Zahl im Bereich zwischen ca. 3,0 und 3,2 Mikrometer. Bei Einfensterbetrieb ist der Radius zu dem äußeren Punkt des abgesenkten Innenmantels gleich dem Produkt aus 2,5 und einer Zahl im Bereich zwischen ca. 4 und 4,3 Mikrometer.
Es ist möglich, daß die Signalrate eines Fesselfahrzeugsystems kaum über einigen wenigen hundert MHz liegt. Bei entsprechenden Laserdiodensendern sollte die Farbdispersion bei dem System kein begrenzender Faktor sein. Abhängig wiederum von dem Systemaufbau könnte die Anforderung der Faser hinsichtlich Grenzwellenlänge entweder, bei Doppelfenstersystemen, unterhalb von 1300 nm liegen oder, bei Verwendung nur mit dem Fenster bei 1500 nm, unterhalb von 1500 nm liegen.
Die Kombination aus dem Durchmesser D des Innenmantels 32 und der Brechzahl des ersten Außenmantels 34 sind insoweit wichtig, als es um die Grenzwellenlänge geht. Zwar weist bei einer bevorzugten Ausführungsform der erste Außenmantel eine Brechzahl nclo auf 1 die durch eine Linie 47 dargestellt wird, die innerhalb von ca. 0,1% der Brechzahl des Vorläufersiliciumoxidrohres, d.h. der Bezugsbrechzahl, liegt, doch könnte diese Brechzahl des ersten Außenmantels außerhalb von diesem Bereich liegen, falls der Durchmesser des Innenmantels reduziert würde. Wenn jedoch die Brechzahl des Außenmantels zu weit außerhalb des bevorzugten Bereichs liegt, steigt die Grenzwellenlänge unerwünschtermaßen an.
Mit der Vergrößerung des Modenfelddurchmessers der erfindungsgemäßen Lichtleitfaser nimmt die Makrobiegung ab. Es wäre zu erwarten gewesen, daß die Makrobiegung zunimmt. Der Grund für die Abnahme ist die Grenzwellenlänge λc. Bei einer Faser mit angepaßtem Mantel steigen die Grenzwellenlänge wie auch der Modenfelddurchmesser und die Mikro- und Makrobiegungsverluste an, wenn die Größe des Kerns erhöht wird. Bei der erfindungsgemäßen Lichtleitfaser jedoch nehmen, wenn die Größe des Kerns zunimmt, λc, der Modenfelddurchmesser und die Mikrobiegung zu, die Makrobiegung aber ab.
Wichtig ist, daß Δ mindestens 0,9% beträgt und die Grenzwellenlänge unter 1500 nm liegt. Mit dem W- Aufbau der erfindungsgemäßen Faser wird beabsichtigt und bewerkstelligt, den Grundmodus einzuschließen, ohne den Modus zweiter Ordnung einzuschließen.

Beispiele

Unter Verwendung der Technik der modifizierten chemischen Abscheidung aus der Gasphase (MCVD = modified chemical vapor deposition), wobei Siliciumoxidrohre die Ausgangsrohre darstellten, wurden Vorformlinge hergestellt. Ein leicht abgesenkter Mantelbereich (Δ&supmin; = 0,05% bei Dotierung mit Fluor und Phosphor) wurde abgeschieden; danach wurde ein stark abgesenkter Bereich (Δ&supmin; = 0,3% bei Dotierung mit Germanium und Fluor) neben dem Kern abgeschieden. Germaniumdotierte Kerne mit Stufenindex wurden mit zwei unterschiedlichen Δ&spplus;-Werten hergestellt, um die Auswirkung auf den Verlust in der Faser und die Biegeeigenschaften zu untersuchen.
Figur 5 zeigt für zwei Vorformlinge eine Kurve der über den geschätzten Kernradius aufgetragenen gemessenen Grenzwellenlänge λc. Wie ersichtlich, steigt die Grenzwellenlänge linear mit dem Kernradius an. Der stärkere Anstieg entspricht einem Vorformling mit der höheren Kernbrechzahl.
Makrobiegungsverluste bei 1550 nm von zehn Spulen von Lichtleitfaser wurden mit einem Einzelschleifenverlusttest ausgeführt. Bei Annäherung der Grenzwellenlänge an 1550 nm verbesserte sich das Biegeverhalten wesentlich. Der Effekt der Kernbrechzahl ist in Figur 6 zu sehen, die für Fasern von zwei Vorformlingen die über die Grenzwellenlänge aufgetragenen Biegungsverluste bei 2 mm Schleifenradius zeigt. Bei gleicher Grenzwellenlänge hatte die Faser mit der höheren Kernbrechzahl einen geringeren Biegungsverlust. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Faser liegt auf der Hand, wenn sie mit handelsüblichen Fasern nach dem Stand der Technik verglichen wird. Bei der gleichen Grenzwellenlänge (λc ist nicht größer als 1300 nm) wiesen die erfindungsgemäßen Fasern einen geringeren Biegungsverlust auf als eine Faser nach dem Stand der Technik. Da beide Fasern eine niedrigere positive Brechzahl Δ&spplus; als eine beliebige Faser nach dem Stand der Technik aufweisen, könnte eine Faser verwendet werden, die hinsichtlich des Biegeverhaltens der Faser nach dem Stand der Technik gleicht, aber einen geringeren Anfangsverlust aufweist. Aus dieser Figur 6 geht auch hervor, daß für den Fall, daß die Grenzwellenlänge auf 1500 nm erhöht werden kann, die Kernbrechzahl Δ&spplus; dann unter Beibehaltung eines überragenden Biegeverhaltens noch weiter gesenkt werden kann, um den Anfangsverlust zu vermindern.
Das überragende Biegeverhalten der erfindungsgemäßen Lichtleitfaser wurde auch durch einen Ablösepunktsimulationsversuch bestätigt. Bei diesem Versuch wurde die Faser mit einer einzigen 90º-Biegung um einen Dorn mit kleinem Durchmesser gebogen, um die tatsächlichen Ausgabebedingungen von einem Fesselfahrzeug von einem Fesselfahrzeug zu simulieren. Die bei 1300 nm und 1550 nm für unterschiedliche Faserarten von vier Biegungen mit unterschiedlichen Durchmessern herbeigeführten Verluste wurden gesammelt. Die Ergebnisse zeigten, daß die erfindungsgemäße W-Faser am Ablösepunkt einen sehr geringen Verlust aufweist. Eine modifizierte W-Faser kann im allgemeinen so verwendet werden, daß ihr Verlust am Ablösepunkt im Bereich von ein bis drei Größenordnungen unter dem von Fasern nach dem Stand der Technik liegt.
Der gemessene Petermann-II-Modenfeldradius bei 1538 nm und 1313 nm wird in Figur 7 gezeigt. Bei Erhöhung der Grenzwellenlänge und des Kernradius nahm der Modenfeldradius leicht zu. Werden nun Figuren 6 und 7 verglichen, so ist ersichtlich, daß der Biegungsverlust bei Erhöhung der Grenzwellenlänge abnahm. Dies weist darauf hin, daß bei der erfindungsgemäßen W-Faser ein größerer Modenfeldradius zu einem besseren Makrobiegungsverhalten führt.
Es hat sich herausgestellt, daß die Nulldispersionswellenlängen der erfindungsgemäßen W-Faser bei gleicher Grenzwellenlänge niedriger als bei anderen Fasern nach dem Stand der Technik lagen. Wie in Figur 8 zu sehen, nehmen bei aus dem gleichen Vorformling gezogenen Fasern die Nulldispersionswellenlängen mit zunehmenden Grenzwellenlängen ab. Diese Ergebnisse stimmen mit den Makrobiegungsverlustergebnissen überein. Bei Zunahme der Grenzwellenlänge ist die Leistung des Grundmodus mehr im Kernbereich eingeschlossen. Dies vermindert die Wellenleiterdispersion, und die Nulldispersionswellenlänge nähert sich der des Kernmaterials. Folglich steigt die Dispersion bei 1550 nm bei Abnahme des Makrobiegungsverlustes an.
Es versteht sich, daß die oben beschriebenen Anordnungen für die Erfindung lediglich beispielhaft sind. Der Fachmann kann sich weitere Anordnungen ausdenken, die die Grundsätze der Erfindung verkörpern und innerhalb ihres Schutzbereiches fallen.

Claims

1. Lichtleitfaser (22) mit einer Grenzwellenlänge von weniger als 1500 nm und mit einem Kern (30) mit einem im wesentlichen kreisformigen Querschnitt normal zur Längsachse der Faser; und

einem dem besagten Kern benachbarten Mantelsystem (32, 34, 35) mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt normal zur Längsachse, wobei der besagte Kern und das besagte Mantelsystem ein W-formiges Brechzahlprofil aufweisen, wobei das besagte Mantelsystem einen dem Kern benachbarten abgesenkten Innenmantel (32) und einen ersten Außenmantel (34) enthält, gekennzeichnet durch einen zweiten Außenmantel (35), wobei der Unterschied zwischen der Brechzahl des Kerns und der Brechzahl des besagten abgesenkten Innenmantels mindestens 0,9% der Brechzahl des besagten zweiten Außenmantels beträgt und wobei der Außendurchmesser des besagten Innenmantels gleich dem Produkt einer Zahl im Bereich von ca. zwei bis vier und dem Durchmesser des besagten Kerns ist.

2. Lichtleitfaser nach Anspruch 1, wobei der Kern germaniumdotiert ist,

der Innenmantel abwärts dotiert ist, damit dessen Brechzahl von einer Bezugsbrechzahl aus abgesenkt wird,

und wobei der erste Außenmantel eine Brechzahl aufweist, die innerhalb ca. 0,1% der Bezugsbrechzahl liegt;

und der zweite Außenmantel die Bezugsbrechzahl aufweist.

3. Lichtleitfaser nach Anspruch 2, wobei die besagte Lichtleitfaser aus einem Vorformling mit einem Vorläufersiliciumoxidrohr gezogen worden ist, in dem Ablagerungen durchgeführt worden sind und das in eine Stange kollabiert worden ist, wobei der germaniumdotierte Kern eine mindestens 0,6% über der Bezugsbrechzahl liegende Brech zahl des Vorläuferrohrs nach Messung als Prozentsatz der Bezugsbrechzahl aufweist;

und wobei der Innenmantel abwärts dotiert worden ist und eine Brechzahl aufweist, die zur besagten Bezugsbrechzahl abgesenkt ist, wobei der Unterschied zwischen der Bezugsbrechzahl und der Brechzahl des besagten Innenmantels ca. 0,3% der Bezugsbrechzahl beträgt.

4. Lichtleitfaser nach Anspruch 3, wobei der besagte Innenmantel mit einem aus der aus Bor und Fluorid bestehenden Gruppe ausgewählten Material abwärts dotiert ist.

5. Lichtleitfaser nach Anspruch 4, wobei der besagte Innenmantel auch mit einem aus der aus Phosphor und Germanium bestehenden Gruppe ausgewählten Material dotiert ist.

6. Lichtleitfaser nach Anspruch 3, wobei der Kern einen Radius aufweist, der im Bereich von ca. 3,0 bis 3,2 Mikrometer liegt.

7. Lichtleitfaser nach Anspruch 3, wobei der Radius zu einem Außenumfang des besagten Innenmantels ungefähr gleich dem Produkt von 2,5 und einer Zahl im Bereich von ca. 3,0 bis 3,2 Mikrometer ist.

8. Lichtleitfaser nach Anspruch 3, wobei der Kern einen Radius im Bereich von ca. 4,0 bis 4,3 Mikrometer aufweist.

9. Lichtleitfaser nach Anspruch 3, wobei der Radius des Innenmantels ungefähr gleich dem Produkt von 2,5 und dem Kernradius ist.