DE69216366T2

DE69216366T2 - Glasfaser für hohe Eingangsleistung und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE69216366T2
Application number: DE69216366T
Authority: DE
Inventors: Masaharu Ohashi; Kazuyuki Shiraki; Katsusuke Tajima; Mitsuhiro Tateda
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1991-11-01
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2012-10-31
Also published as: DE69216366D1; EP0540042B1; EP0540042A1; US5303318A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen und ein Verfahren zur Herstellung der Lichtleitfaser.
Zur Lichtübertragung über sehr große Entfernungen mit Hilfe einer Lichtleitfaser ist es nicht nur erforderlich, den Übertragungsverlust der Lichtleitfaser zu verringern, sondern auch die Intensität des der Lichtleitfaser zugeführten Signallichts zu erhöhen.
Bezüglich der Verringerung der Übertragungsverluste einer Lichtleitfaser werden derzeit Foschungen durchgeführt. Für den Fall einer Lichtleitfaser mit einem mit GeO&sub2; dotierten Kern wurde eine Lichtleitfaser mit einem niedrigen Übertragungsverlust von 0,2 dB/km entwickelt, während für den Fall einer Lichtleitfaser mit einem Quarzglaskern und einem mit F dotierten Quarzglasmantel eine Faser mit einem niedrigen Übertragungsverlust von 0,18 dB/km entwickelt werden konnte.
Bezüglich der Erhöhung der Intensität von der Lichtleitfaser zugeführtem Licht konnten bedeutende Fortschritte in der Technik erzielt werden, wie zum Beispiel der Halbleiterlaser mit einer gößeren Ausgangsleistung oder der mit Erbium dotierte Lichtleitfaserverstärker. Es ist jedoch bekannt, daß die Intensität des der Lichtleitfaser zugeführten Lichts beschränkt ist. Wird Licht mit einer zu großen Intensität, z.B. mit mindestens 7db oder mehr, einer Lichtleitfaser zugeführt, treten nichtlineare Lichtphänomene auf, wodurch in der Lichtleitfaser Schallwellen erzeugt und Lichtwellen gestreut werden. Aufgrund dieser als "angeregte Brillouin-Streuung" bekannten Phänomene wird der größte Teil des zugeführten Lichts zu dem eingangsseitigen Ende der Faser zurückreflektiert, ohne daß es das ausgangsseitige Ende der Faser erreichen kann. Diese Phänomene werden in D. Cotter, "Observations of Stimulated Brillouin Scattering in Low-Loss Silica Fiber at 1,3µm" (Electronics Letters, Vol 18, No. 12, Seiten 495-496, 1982) und in der Patentanmeldung EP-A-0099632, zu der D. Cotter als Erfinder benannt ist, beschrieben.
Wie oben erläutert, ist die einer Lichtleitfaser zuführbare Lichtmenge beschränkt. Zur Erhöhung der Übertragungsentfernung ist es notwendig, die angeregte Brillouin- Streuung zu unterdrücken. Zur Unterdrückung der Streuung ist es erforderlich, die Gewinn-Bandbreite des Spektrums der angeregten Brillouin-Streuung zu vergrößern, d.h. eine ungleichmäßige Brillouin-Frequenzverschiebung (die Differenz zwischen der Frequenz des zugeführten Lichts und der des gestreuten Lichts) hervorzurufen.
Als eine bekannte Technik zur Unterdrückung der angeregten Brillouin-Streuung wurde ein Verfahren beschrieben, bei dem die Lichtleitfaser einer mechanischen Belastung ausgesetzt wird. Dieses Verfahren macht sich die Tatsache zu eigen, daß die Belastung der Lichtleitfaser die Brillouin-Frequenzverschiebung verändert.
Diese Tatsache ist in Kurashima, Horiguchi und Tateda, "Tensile Strain Effects on Brillouin Frequency Shift in Single-Mode Fibers Having Pure Silica and GeO&sub2;-doped Cores" (IOOC' 89, 21C4-2) beschrieben. Des weiteren ist als ein Verfahren zur Erhöhung des Grenzwertes für die der Lichtleitfaser zuführbare Lichtmenge, wobei oberhalb des Grenzwertes die angeregte Brillouin-Streuung auftritt, eine Technik zur Vergrößerung der Gewinn-Bandbreite des Spektrums der Brillouin-Streuung in N. Yoshizawa, T. Horiguchi, T. Kurishima, "Proposal for Stimulated Brillouin Scattering Suppression by Fiber Cabling" (Electronics Letters, Vol 27, No. 12, Seiten 1100- 1101, 1991) beschrieben. Gemäß diesem Verfahren werden in einem Kabel Lichtleitfasern miteinander schraubenartig verdrallt, um die in Längsrichtung der Fasern hervorgerufene Belastung zu verändern.
Wie z.B. in Fig. 1 gezeigt, weist das oben beschriebene Lichtleitfaserkabel Lichtleitfasern 11 mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden doppelten Schraubenstruktur auf, wobei die auf die Fasern 11 wirkende Belastung abwechselnd zwischen einer Stauch- und einer Dehnbelastung variiert. Somit verändert sich die Brillouin-Frequenzverschiebung in den verschiedenen Faserbereichen, so daß die Gewinn-Bandbreite des Spektrums der Brillouin-Streuung erhöht wird. Demzufolge wird auch der Grenzwert für die zuführbare Lichtmenge, oberhalb dessen die angeregte Brillouin-Streuung auftritt, erhöht.
Des weiteren wird in Nozawa, Sakai, Wada und Yamauchi, "Optical Fiber With Suppressed Stimulated Brillouin Scattering" (Proceedings of the 1991 of Institute of Electronics, Information and Communication Engineers of Japan Fall Conference, B- 546) ein Verfahren zur Veränderung der in Längsrichtung auftretenden mechanische Eigenspannung einer Lichtleitfaser durch Verändern der mechanischen Spannung der Faser während des Ziehens der Faser beschrieben. Fig. 2 zeigt Längsprofil der in einer Lichtleitfaser mit unterdrückter Brillouin-Streuung auftretenden Spannung, wobei die Lichtleitfaser aus einem SiO&sub2;-Kern und einem mit F dotierten SiO&sub2;-Mantel besteht.
Eine Lichtleitfaser, die mit den bekannten Verfahren hergestellt wird, bei denen die Lichtleitfaser in Längsrichtung belastet wird, kann jedoch leicht brechen. Wird die Belastung, der eine gewöhnliche Lichtleitfaser ausgesetzt ist, von 0,1 % auf 0,2 % erhöht, so erhöht sich der Bruchfaktor pro 1km um das 10&sup7;-fache. Dies wird von Yutaka Mitsunaga, Yutaka Katsuyama, Takakazu Kobayashi und Yukinori Ishida in "Method for Securing the Rigidity of Optical Fiber by Screening Test" (Transactions of the Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan, Vol J66-B, No. 7, 1983) angedeutet. Zur Vermeidung eines derartigen Bruchs müssen die bekannten Verfahren durch eine Technik zur Erhöhung der Festigkeit der Lichtleitfaser durch Beschichten der Faser mit einer Kohlenstoffschicht ergänzt werden. Zudem ist unweigerlich die Kabelstruktur beschränkt, da bei dem in Fig. 1 gezeigten bekannten Verfahren die Lichtleitfaser in einem Zustand angeordnet ist, in dem die Faser einer bestimmten mechanischen Belastung ausgesetzt ist. Es ist daher sehr schwierig, diese Struktur auf die gegenwärtigen Fasermodelle anzuwenden.
Aus der Druckschrift EP-A-0 175 067 ist eine Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen mit einem Kern und einem Mantel, der auf der äußeren Oberfläche des Kerns angeordnet ist und zusammen mit dem Kern die Lichtleitfaser bildet, bekannt. Des weiteren beschreibt die Druckschrift EP-A-0 175 067 ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen mit den Schritten Ausbilden eines Vorformlings für die Lichtleitfaser und Ziehen der Lichtleitfaser aus dem Vorformling. Der Schritt des Ausbildens des Vorformlings umfaßt die Schritte Ausbilden eines Quarzglaskörpers mit Hilfe eines in Längsrichtung wirkenden Dampfphasen-Niederschlagsverfahrens und Festigen des Quarzglaskörperes in einem Ofen, so daß durchsichtiges Glas entsteht. Gemäß dieser Druckschrift wird während des Sinterns des durch das Dampfphasen-Niederschlagsverfahren hergestellten Körpervorformlings als Atmosphärengas ein Inertgas verwendet.
Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben genannten Umstände durchgeführt, und der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen und für Übertragungen über große Entfernungen, die für eine lange Zeit zuverlässig betrieben werden kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Lichtleitfaser zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen gemäß Anspruch 7 gelöst.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von der Druckschrift EP-A-0 175 067 durch die nach dem Dampfphasen-Niederschlagsverfahren durchgeführten Schritte. Bei der erfindungsgemäßen Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Lichtleitfaser wird die Tatsache ausgenützt, daß die Frequenzverscheibung der angeregten Brillouin-Streuung von der Dotierstoffkonzentration in dem Faser-Vorformling abhängig ist. Der Grenzwert, ab dem die angeregte Brillouin-Streuung auftritt, kann durch Verändern der Dotierstoffkonzentration in Längsrichtung der Faser erhöht werden, wobei das durch den maximalen Brechungsindex des Kerns normierte relative Brechungsindexprofil in jedem Querschnitt senkrecht zu der Längsrichtung gleich ist. Demzufolge kann die der Lichtleitfaser zuführbare Lichtmenge und damit auch die Übertragungsentfernung deutlich erhöht werden.
Da die erfindungsgemäße Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen keiner mechanischen Belastung ausgesetzt wird, kann die Faser zudem für eine lange Zeit zuverlässig verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung weiter verständlich. Dabei zeigt:
Fig. 1 bekannte Lichtleitfasern mit einer doppelten Schraubenstruktur zur Unterdrückung der Brillouin-Streuung,
Fig. 2 den Verlauf des Spannungsprofils in dem bekannten Fall, daß die mechanische Spannung der Lichtleitfaser entlang ihrer Längsrichtung verändert wird, um während des Ziehens der Faser eine Restspannung zu erzeugen und die Brillouin-Streuung zu unterdrücken,
Fig. 3 den Verlauf des relativen Brechungsindex des Kerns und des Mantels entlang einer Länge z einer Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 den Verlauf des Brechungsindex in einem Querschnitt der Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 das Längsprofil des relativen Brechungsindexunterschieds D zwischen dem Brechungsindex des Kerns und des Mantels der Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 Veränderungen der GeO&sub2;-Dotierstoffkonzentration in Längsrichtung des Kerns und des Mantels bei der Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 Veränderungen der GeO&sub2;-Dotierstoffkonzentration in Längsrichtung des Kerns und des Mantels bei dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Veränderungen von den in Fig. 6 gezeigten Veränderungen abweichen,
Fig. 8 Veränderungen der Fluor-Dotierstoffkonzentration in Längsrichtung des Kerns und des Mantels bei der Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung (wobei Fluor als Dotierstoff zur Steuerung der Wellenleiterstruktur verwendet und nachfolgend nur mit "F" bezeichnet wird),
Fig. 9 Veränderungen der F-Dotierstoffkonzentration in Längsrichtung des Kerns und des Mantels bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die Veränderungen von den in Fig. 8 gezeigten Veränderungen abweichen,
Fig. 10 schematisch den internen Aufbau eines Ofens zum Festigen oder Sintern, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen zur Herstellung eines Lichtleitfaser-Vorformlings verwendet wird,
Fig. 11 Veränderungen des relativen Brechungsindexprofils in Längsrichtung des Lichtleitfaser-Vorformlings,
Fig. 12 zeigt Kurvenverläufe zum Vergleichen der Beziehung zwischen der Leistung des übertragenen Lichts und des rückgestreuten Lichts in Bezug auf die Eingangs- Lichtleistung bei der Erfindung mit der entsprechenden Beziehung bei einer bekannten Faser, und
Fig. 13 Brechungsindexprofile einer dreischichtigen Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen mit einer verschobenen Dispersion.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand der dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Fig. 3 zeigt Brechungsindexveränderungen des Kerns und des Mantels gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Indexprofil einen stufenförmigen Verlauf auf und GeO&sub2; wird als Dotierstoff sowhl in dem Kern als auch in dem Mantel verwendet.
An einem Endbereich (z = 0) der Lichtleitfaser weist der Mantel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel keine Dotierung auf und die Lichtleitfaser besitzt dieselbe Struktur wie eine gewöhnliche Lichtleitfaser.
In Fig. 3 und 5-7 bezeichnet das Bezugszeichen Le eine wirksame Länge, entlang der die angeregte Brillouin-Streuung auftritt. Die zuvor erwähnte Druckschrift von Cotter beschreibt, däß die wirksame Länge ca. 4,3/a (a: Verlust (dB/km)) beträgt, wobei die Lichtleitfaser ausreichend lang ist. Beträgt der Lichtverlust der Lichtleitfaser 0,21dB/km, 50 beträgt die wirksame Länge Le 20,5km. Obwohl die Brillouin-Streuung durch das Zusammenwirken von Schallwellen und Lichtwellen entlang der gesamten wirksamen Länge Le auftreten kann, kann der Grenzwert für die Brillouin-Streuung durch Verändern der Dotierstoffkonzentration der Faser entlang der gesamten wirksamen Länge Le erhöht werden. Fig. 4 zeigt das Brechungsindexprofil in einer Querschnittsansicht bei einer bestimmten Länge z der Faser. Der Durchmesser des Kerns bzw. des Mantels beträgt gleichmäßig entlang der gesamten Faserlänge 10µm bzw. 125µm, und der relative Brechungsindexunterschied D (= (n1-n2)/n1; wobei n1 der relative Brechungsindex des Kerns und n2 der relative Brechungsindex des Mantels ist) beträgt, wie in Fig. 5 gezeigt, einheitlich 0,3%.
Fig. 6 zeigt das Profil einer Dotierstoffkonzentration zur Realisierung der oben beschriebenen Faserstruktur in Längsrichtung der Lichtleitfaser. Wie in dieser Figur gezeigt, erhöht bei der Verwendung von GeO&sub2; als Dotierstofflmol% von Ge02 den Brechungsindex des mit GeO&sub2; dotierten SiO&sub2; gegenüber dem undotierten SiO&sub2; um 35 0,1%.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Lichtleitfaser beträgt bei z = 0 die Dotierstoffkonzentration des Kerns 3mol% und 4,5mol% bei z = 20,5km, während die Dotierstoffkonzentration des Mantels bei z = 0 0mol% und bei z = 20,5km 1,5mol% beträgt. Die Dotierstoffkonzentration wird kontinuierlich derart verändert, daß der Brechungsindexunterschied D zwischen dem Kern und dem Mantel bei einer bestimmten Läne z 0,3% beträgt.
Die Lichtleitfaser gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist derart ausgebildet, daß der Grenzwert für die Intensität des zugeführten Lichts zehnmal höher als der für gewöhnliche Lichtleitfasern ist. Insbesondere wird in der Druckschrift von N. Shibata, Y. Azuma, T. Horiguchi und M. Tateda, "Brillouin-Gain Spectra for Single-Mode Fibers Having Various Core/Cladding Material Compositions" (ECOC '88) beschrieben, daß sich die Frequenzverschiebung der angeregten Brillouin Streuung proportional zu der Dotierstoffkonzentration des Kerns verändert. Des weiteren beschreibt Cotter, daß die Gewinn-Bandbreite des Spectrums der angeregten Brillouin- Streuung von Quarzglas ca. 16MHz bei einer Lichtwellenlänge von 1 ,55µm beträgt.
Demzufolge muß die Frequenzverschiebung der angeregten Brillouin-Streuung um 160MHz (16x10) verändert werden, um den Grenzwert des Eingangslichts um 10dB zu erhöhen. N. Shibata u.a. beschreiben, daß die Frequenzverschiebung durch GeO&sub2; 107MHz/mol % beträgt.
Demzufolge ist es ausreichend, wenn die Konzentration von GeO&sub2; von ca. 1,5mol% in Längsrichtung der Lichtleitfaser entlang der gesamten wirksamen Länge Le verändert wird. Da die Konzentration von dotiertem GeO&sub2; gering ist, ist der Lichtverlust der Lichtleitfaser gemäß diesem Ausführungsbeispiel um ca. 0,01dB/km höher als ein Verlust von 0,20dB/km bei der bekannten Lichtleitfaser, d.h. der Lichtverlust der Faser gemäß diesem Ausführungsbeispiel beträgt ca. 0,21dB/km. Daher kann eine 48km (=10/0,21km) lange Lichtleitfaser mit der bekannten Lichtleitfaser verbunden werden, wenn die Lichtintensität um 10dB erhöht wird.
In diesem Fall wird an dem Verbindungspunkt zwischen der erfindungsgemäßen Lichtleitfaser und der bekannten Lichtleitfaser, der 48km von dem eingangsseitigen Ende der erstgenannten Faser entfernt ist, die Lichtintensität auf einen Wert abgeschwächt, der dem Grenzwert für die Eingangs-Lichtintensität der bekannten Faser entspricht, so daß keine angeregte Brillouin-Streuung auftreten kann.
Wie oben beschrieben, entspricht an dem Verbindungspunkt zwischen der erfindungsgemäßen Lichtleitfaser und der bekannten Faser die Lichtintensität dem Grenzwert für die Eingangs-Lichtintensität der bekannten Faser, wenn eine 48km lange Lichtleitfaser gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit der bekannten Lichtleitfaser verbunden und Licht mit einer zehnmal höheren Intensität (17dBm) als der Grenzwert (7dBm) für die Eingangs-Lichtintensität der bekannten Lichtleitfaser an dem eingangsseitigen Ende der Lichtleitfaser gemäß diesem Ausführungsbeispiel eingespeist wird, so daß die Übertragungslänge auf 48km erhöht werden kann.
Es ist offensichtlich, daß eine Lichtleitfaser mit dem in Fig. 7 gezeigten Dotierungsprofil denselben Effekt aufweisen kann wie eine Faser mit dem in Fig. 6 gezeigten Dotierungsprofil. Allgemein kann aufgrund des obigen Prinzips gesagt werden, daß der Effekt einer G-mal höheren Lichtintensität auch erzielt werden kann, wenn ein in Querschnittsansicht von dem stufenförmigen Brechungsindexprofil abweichendes Brechungsindexprofil verwendet wird, solange entlang der wirksamen Länge Le die Dotierstoffkonzentration in Längsrichtung der Faser derart verändert wird, daß die Brillouin-Frequenzverschiebung mindestens G-mal (in dem obigen Ausführungsbeispiel zehnmal) höher als die Gewinn-Bandbreite (16MHz) des Spektrums der Brillouin-Streuung einer bekannten Lichtleitfaser ist.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 und 9 ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem zur Steuerung der Wellenleiterstruktur F als Dotierstoff verwendet wird. Fig. 8 und 9 zeigen Veränderungen in der Dotierstoffkonzentration in Längsrichtung der Lichtleitfaser gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Wird SiO&sub2; mit F dotiert, so verringert sich der Brechungsindex des mit F dotierten SiO&sub2; gegenüber dem undotierten SiO&sub2; um 0,4% pro Gewichtsprozenteinheit von F.
Demzufolge kann eine Wellenleiterstruktur erhalten werden, in dem der Mantel mit F mit einer Dotierstoffkonzentration dotiert wird, die größer als die Dotierstoffkonzentration von F in dem Kern ist. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des Kerns bzw. des Mantels 10µm bzw. 125µm und der relative Brechungsindexunterschied D beträgt 0,3 %.
Aus ECOC '88, Seiten 115-118 (N. Shibata u.a.) is bekannt, daß sich die Brillouin- Frequenzverschiebung um 356MHz verändert, falls ein Siliziumoxidkörper in einer F- Gasatmosphäre erhitzt wird, um den Kern einer Lichtleitfaser mit einer F-Dotierung von 1 Gewichtsprozent zu erhalten. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel muß die Dotierstoffkonzentration von F um ca. 1,35 Gewichtsprozent in Längsrichtung der Lichtleitfaser verändert werden, um den Eingangspegel um 14,8dB durch Verändern der Brillouin-Frequenzverschiebung um einen Wert, der dreißimal so hoch wie die Gewinn-Bandbreite ist, d.h. um 480MHz, anzuheben. Zugleich wird relative Brechungsindexunterschied D zwischen dem Kern und dem Mantel auf 0,3% gehalten, d.h. die Veränderung der Dotierstoffkonzentration von F in Längsrichtung der Faser ist in dem Kern und in dem Mantel gleich.
Der Lichtverlust einer Lichtleitfaser mit einem reinen Siliziumoxidkern und einem mit F dotierten Mantel beträgt ca. 0,18dB/km. Wird diese Lichtleitfaser zudem in Längsrichtung mit F mit maximal 1,35 Gewichtsprozent dotiert, beträgt aufgrund einer erhöhten Rayleigh-Streuung der mittlere Verlust 0,21dB/km. Wird eine 70km (=14,8/0,21km) lange Lichtleitfaser gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel mit der bekannten Lichtleitfaser verbunden und Licht mit einer Intensität von 21, 8dBm an einem Ende der Faser gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eingespeist, so beträgt demzufolge die Lichtintensität an dem eingangsseitigen Ende der bekannten Faser 7dBm, wobei dies ein Grenzwert ist, oberhalb dessen das Licht in der Lichtleitfaser reflektiert wird. Die Übertragungslänge kann somit um 70km vergrößert werden.
Da bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Brechungsindex an dem ausgangsseitigen Ende der Lichtleitfaser dem der bekannten Lichtleitfaser entspricht, tritt an dem Verbindungspunkt zwischen den Fasern kein ungünstiger Effekt, wie z.B. eine Lichtreflexion, auf. Zudem ist mit der erfindungsgemäßen Lichtleitfaser eine zuverlässigere Lichtübertragung über große Entfernungen als bei der bekannten mechanisch belasteten Lichtleitfaser möglich, da die erfindungsgemäße Lichtleitfaser keiner mechanischen Belastung ausgesetzt wird.
Insbesondere können folgende Dotierstoffkombinationen für die erfindungsgemäße Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen verwendet werden, wobei die in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten Dotierstoffkombinationen eingeschlossen sind:
(1) Die Verwendung von mit GeO&sub2; dotiertem Siliziumoxid als Kern- und Mantelmaterial der Lichtleitfaser,
(2) Die Verwendung von mit GeO&sub2; dotiertem Siliziumoxid als Kern- und Mantelmaterial des Körpervorformlings der Lichtleitfaser, wobei anschließend bei dem Festigungsschritt, bei dem aus dem Körpervorformling durchsichtiges Glas wird, der Kern und der Mantel mit F dotiert werden,
(3) Die Verwendung von mit GeO&sub2; dotiertem Siliziumoxid als Kemmaterial des Körpervorformlings der Faser und von reinem Siliziumoxid als Mantelmaterial desselben, wobei anschließend bei dem Festigungsschritt, bei dem aus dem Körpervorformling durchsichtiges Glas wird, der Kern und der Mantel mit F dotiert werden,
(4) Die Verwendung von mit F dotiertem Siliziumoxid als Kern- und Mantelmaterial der Lichtleitfaser.
Obwohl bei den obigen Ausführungsbeispielen GeO&sub2; und F als Dotierstoffe verwendet werden, kann derselbe Effekt auch erzielt werden, wenn Al&sub2;O&sub3;, P&sub2;O&sub5; etc. als Dotierstoffe verwendet werden. Ebenso kann derselbe Effekt erzielt werden, wenn die erfindungsgemäße Struktur auf bestimmte Lichtleitfaserstrukturen angewendet wird, wie z.B. auf eine Lichtleitfaser mit einer verschobenen Dispersion oder eine Lichtleitfaser, die die Polarisierung aufrechterhält.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Faser für hohe Eingangsleistungen beschrieben. Ein durch ein Dampfphasen-Niederschlagsverfahren (VAD-Verfahren) hergestellter und aus einem mit GeO&sub2; dotiertem Kern und einem Silikmantel bestehender Körper wurde erhitzt und zu einem durchsichtigen Glas verfestigt. Diese Festigung wurde in einem Zonenofen in einer F-Atmosphäre durchgeführt. Der Körper wurde allmählich mit konstanter Geschwindigkeit in dem in Fig. 10 gezeigten Zonenofen zur Verfestigung nach unten bewegt, wobei dem Ofen SF&sub6;- und He-Gas zugeführt worden ist. Nachdem der Körper eine Heizeinheit 2 in dem Ofen erreicht hatte, wurde die Konzentration des dotierten F in dem Körper eingestellt, wobei der Vorformling zu durchsichtigem Glas verfestigt wurde. Die Konzentration von F kann in Längsrichtung des Vorformlings verändert werden, indem die Atmosphärenkonzentration der zugeführten Gase zeitlich verändert wird.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel des Brechungsindexprofils in Längsrichtung des Vorformlings der erfindungsgemäßen Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen. Die Länge des Lichtleitfasermusters beträgt ca. 29km. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, wird die Konzentration von F als Dotierstoff der Faser in Längsrichtung um einen Wert verändert, der dem relativen Brechungsindexunterschied von ca. 0,2% entspricht, während der relative Brechungsindexunterschied zwischen dem Kern und dem Mantel an jeder Stelle der Faser in Längsrichtung konstant ist. Für den Fall der Herstellung eines mit F dotierten Quarzglases verringert sich der Brechungsindex des Glases gegenüber SiO&sub2; um 0,4% pro Gewichtsprozent von F. Somit verändert sich in diesem Fall die Dotierstoffkonzentration von F um ca. 0,5 Gewichtsprozent zwischen dem eingangsseitigen Faserende (d.h. dem Anfangsbereich in Fig. 11) und dem ausgangsseitigen Ende (d.h. dem Endbereich). Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Lichtverlust der Lichtleitfaser bei einer Wellenlänge von 1,3µm 0,43db/km bzw. 0,23db/km bei einer Wellenlänge 1,55µm und entspricht somit im wesentlichen dem einer gewöhnlichen Lichtleitfaser.
Andererseits ist bekannt, daß sich bei einer Lichtwellenlänge von 1,55µm die Brillouin- Frequenzverschiebung um 356MHz pro Gewichtsprozent von F verändert, wenn der Kern der Lichtleitfaser mit F als Dotierstoff mit veränderbarer Konzentration dotiert wird. Dies bedeutet, daß sich die Brillouin-Frequenzverschiebung bei einer Lichtwellenlänge von 1,3µm um 424MHz verändert.
Fig. 12 zeigt Meßergebnisse, die die Beziehung zwischen der Eingangs-Lichtleistung bei einer Wellenlänge von 1,3µm, der Leistung des übertragenen Lichts und der Leistung des gestreuten Lichts darstellen. Wie in dieser Figur gezeigt ist, beträgt der Grenzwert für die Eingangsleistung der erfindungsgemäßen Lichtleitfaser, oberhalb dessen sich die gesteuerte Lichtrnenge aufgrund der angeregten Brillouin-Streuung schlagartig erhöht, l3dBm, während der Grenzwert für die Eingangsleistung der bekannten Lichtleitfaser ca. 7dBm beträgt. D.h., daß im Vergleich mit der bekannten Faser der Grenzwert der erfindungsgemäßen Faser um 6dB erhöht worden ist.
Wie oben beschrieben, kann der Grenzwert für die Intensität des zugeführten Lichts durch Verändern der Konzentration des Dotierstoffes F in Längsrichtung der Lichtleitfaser erhöht werden.
Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wobei die Erfindung auf eine dreischichtige Lichtleitfaser mit einer verschobenen Dispersion angewendet worden ist. Bei der Herstellung der Lichtleitfaser gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden mit einem Dampfphasen-Niederschlagsverfahren (VAD-Verfahren) ein Quarzglasskörper zur Ausbildung eines mit GeO&sub2; dotierten Mittelkerns 5 und eines mit GeO&sub2; dotierten Seitenkerns 6 sowie ein Quarzglaskörper zur Ausbildung eines undotierten Mantels 7 hergestellt. Anschließend werden diese Körper in dem in Fig. 10 gezeigten Ofen 1 zu Glas verfestigt, wobei die Konzentration von F in der Atmosphäre verändert wird. Fig. 13 zeigt die Brechungsindexproflle des somit erhaltenen Glasvorformlings, wobei die durchgezogene und einfach-punktierte Linie die Brechungsindexprofile an den beiden gegenüberliegenden Enden des Vorformlings und die unterbrochene Linie das Brechungsindexprofil in einem Mittelbereich des Vorformlings wiedergibt. Verändert sich der Brechungsindex um 0,7% aufgrund einer Veränderung der F-Konzentration in Längsrichtung, so beträgt die Brillouin-Frequenzverschiebung ca. 300MHz bei einer Wellenlänge von 1,3µm. Der Unterdrückungsfaktor bezüglich der angeregten Brillouin- Streuung beträgt ca. 8dB, da die Gewinn-Bandbreite des Spektrums der Brillouin- Streuung bei einer gewöhnlichen Lichtleitfaser 50MHZ beträgt. Wie aus dem oben Gesagten offensichtlich ist, ist das Brechungsindexprofil der erfindungsgemäßen Lichtleitfaser nicht auf die Stufen form beschränkt, sondern kann auch jede andere Form aufweisen.

Claims

1. Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen, umfassend:

einen Kern; und

einen Mantel, der auf der äußeren Oberfläche des Kerns angeordnet ist und zusammen mit dem Kern die Lichtleitfaser (11) bildet,

dadurch gekennzeichnet,

daß sich die Konzentration eines Dotierstoffes bzw. von Dotierstoffen, mit dem bzw. mit denen der Kern und der Mantel dotiert sind, in Längsrichtung der Lichtleitfaser verändert, wobei der Kern in jedem Querschnitt senkrecht zu der Längsrichtung ein gleiches relatives Brechungsindexprofil aufweist, wobei das relative Brechungsindexprofil in Bezug auf einen maximalen Brechungsindex des Kerns normiert ist.

2. Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff mindestens ein Dotierstoff ist, der aus einer Gruppe, die GeO&sub2;, P&sub2;O&sub5;, Al&sub2;O&sub3; und F umfaßt, ausgewählt ist.

3. Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern und der Mantel aus mit F dotiertem Siliziumoxid gefertigt sind, und daß sich die Dotierstoffkonzentration in dem Kern von der Dotierstoffkonzentration in dem Mantel unterscheidet, wobei der Unterschied zwischen den Dotierstoffkonzentrationen konstant ist.

4. Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern und der Mantel aus mit GeO&sub2; dotiertem Siliziumoxid gefertigt sind, und daß sich die Dotierstoffkonzentration der Längsrichtung der Lichtleitfaser (11) verändert.

5. Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern und der Mantel aus einem mit Ge0&sub2; dotierten Quarzglaskörper hergestellt ist, der zudem mit F als ein Dotierstoff dotiert ist, dessen Konzentration in Längsrichtung veränderbar ist.

6. Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern bzw. der Mantel aus mit GeO&sub2; dotiertem Siliziumoxid bzw. aus reinem Siliziumoxid gefertigt und mit F als einem Dotierstoff dotiert ist, dessen Konzentration in Längsrichtung veränderbar ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser für hohe Eingangsleistungen, umfassend die Schritte:

Ausbilden eines Vorformlings für eine Lichtleitfaser (11), und

Ziehen der Lichtleitfaser aus dem Vorformling,

wobei der Schritt des Ausbildens des Vorformlings die Schritte Ausbilden eines Siliziumoxidkörpers (4) mit Hilfe eines in Längsrichtung wirkenden Dampfphasen- Niederschlagsverfahrens und Verfestigen des Siliziumoxidkörpers in einem Ofen, so daß durchsichtiges Glas entsteht, umfaßt,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Verfestigungsschritt den Schritt umfaßt, daß der Siliziumoxidkörper in dem Ofen erhitzt wird, während die Konzentration von F in der Atmosphäre zeitlich verändert wird, um die Dotierstoffkonzentration von F in dem Körper in Längsrichtung zu verändern.