DE69428225T2

DE69428225T2 - Optische Mehrkern-Wellenleiter von hoher Präzision und von geringen Abmessungen und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69428225T2
Application number: DE69428225T
Authority: DE
Inventors: Philippe Grosso; Isabelle Hardy; Georges Le Noane
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 1993-02-15
Filing date: 1994-02-11
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2014-02-12
Also published as: FR2701571A1; DE69428225D1; US5519801A; EP0611973B1; FR2701571B1; EP0611973A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mehrkern- Lichtwellenleiter hoher Präzision und kleiner Abmessungen sowie deren Herstellungsverfahren.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich vor allem auf die Herstellung von sehr wirtschaftlichen Einmoden- Lichtwellenleitern, kann jedoch auch auf die Herstellung von Mehrmoden-Lichtwellenleitern angewandt werden. Es sind bereits bestimmte Arten von Mehrkern-Lichtwellenleitern durch die folgenden Dokumente bekannt:
"High density multicore-fiber cable": S. Ionao et al. in Proc. 28th int. - Wire and cable symp. - vom November 1978
"New type of multicore-fiber" - Proc. DFC - April 1982: N. Kashima et al.
"Analysis and experiments with crosstalk between adjacent graded-index optical fibers" - J. lightwave Technol. - Vol. LT3 - August 1985
Übrigens beschreibt das Patent FR-A-2519545 mit dem Titel "Procédé de préparation d'une fibre optique multiple" ein Mittel zum Strangpressen elementarer zylindrischer Vorformen, um sie zu einer Anordnung elementarer optischer Fasern umzugruppieren, indem die Leerräume zwischen den Fasern durch Einführen einer flüssigen Zwischenmaterie gefüllt werden, die aus mindestens einer Zusammensetzung besteht, die aus den glasige Netze bildenden Oxiden, den Gläser modifizierenden Oxiden und dazwischenliegenden Oxiden gewählt wird. Dieses Verfahren ist dazu vorgesehen, eine Blasenbildung beim Streckziehen zu verhindern.
Es sind auch die Patente FR-A-2551881 und FR-A-2551885 bekannt, welche Herstellungsverfahren einer Mehrkern-Optikfaser beschreiben, insbesondere durch teilweises, aber direktives Verschwindenlassen des Kerns der Vorform, was eine Trennung der beiden Kerne der zukünftigen Optikfaser gestattet.
Diese verschiedenen Dokumente
- beschreiben entweder nur das Prinzip von Mehrkern-Wellenleitern und insbesondere von Mehrmoden-Wellenleitern,
- oder sie unterstreichen die Nachteile dieser Leiter hinsichtlich der Ortung bzw. Auffindbarkeit (repérage) und der Präzision, ohne diese Nachteile zu beseitigen,
- oder sie beschreiben Verfahren, die zu einem einfachen Zusammenbau von Fasern führen, was aber keineswegs das Problem der großen Präzision löst, die notwendig ist, um diese Leiter unter wirtschaftlichen Bedingungen zu verbinden, wobei das Problem der Ortung und das Problem des Erhalts einer geringen Größe zu einer maximalen Verdichtung führen,
- oder sie beschreiben Verfahren, die zwar beispielsweise zu zwei Kernen in einem geringen Volumen, aber keineswegs zu Leitern von Qualität mit der erforderlichen geometrischen Präzision führen.
Keines dieser Dokumente ermöglicht es, hochpräzise mehrkernige Leiter bzw. Mehrkernleiter, die hinsichtlich einer einfachen und wirksamen Verbindung leicht zu orten bzw. zu lokalisieren sind, und die kleine Abmessungen aufweisen und zu einer wirklichen Verdichtung der Optikfaserkabel führen, welche beispielsweise zur Übertragung von Informationen an Teilnehmer eines Telekommunikationsnetzes verwendbar sind, bereitstellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile auszuräumen.
Gegenstand der Erfindung sind hochpräzise Mehrkern- Lichtwellenleiter und deren Herstellungsverfahren, wie in den Ansprüchen 1 bzw. 6 definiert ist.
Die EP-A-0 215 674 (ANDREW CORP.) beschreibt Koppler mit optischen Fasern, die die Polarisierung beibehalten. Die Fasern werden durch Streckziehen von vorher maschinell bearbeiteten Vorformen gebildet. Ein Koppler wird erhalten, indem die Fasern in einem auf Unterdruck gebrachten und erwärmten Vycor-Rohr zusammengesetzt werden.
Im einzelnen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mehrkern-Lichtwellenleiter gemäß dem Anspruch bereitzustellen. Die elementaren Lichtwellenleiter können Einmoden-Wellenleiter sein, wobei der Mehrkernleiter dann als "Einmoden"-Leiter bezeichnet wird.
Die Konturen des Mehrkernleiters ermöglichen eine einfache Ortung bzw. Lokalisierung, um elementare Lichtwellenleiter im Raum zu identifizieren.
Der erfindungsgemäße Mehrkernleiter kann mit Dimensionen hergestellt werden, die weit unter denen liegen, die man mit einer Anzahl von optischen Fasern erreichen würde, die gleich der Anzahl der Elementarleiter des Mehrkernleiters ist.
Außerdem ist es möglich, die geometrischen Eigenschaften der Elementarleiter zu optimieren und diese so zu positionieren, daß der Mehrkernleiter sehr geringe Abmessungen aufweist und daß die optische Kopplung dieses Mehrkernleiters mit einem ähnlichen Leiter minimiert wird, um bei Verwendung in Übertragungssystemen mit geringem oder hohem Durchsatz auf Entfernungen der Art, wie man sie insbesondere in optischen Teilnehmernetzen (réseaux d'abonnés optiques) vorfindet, nicht zu stören.
Der erfindungsgemäße Mehrkern-Lichtwellenleiter erzielt damit eine erhebliche Verdichtung im Vergleich zu einer elementaren Montage optischer Fasern (von gleicher Zahl mit der der Kerne des Mehrkernleiters), wobei er gleichzeitig optische Verbindungen sehr guter Qualität herstellt, was dazu führt, die Kosten jedes Elementarleiters im Vergleich zu den Kosten einer optischen Faser zu reduzieren, und die Kosten der Kabel, ihrer Verlegung und der dazugehörigen Tiefbaumaßnahmen erheblich zu verringern.
Der erfindungsgemäße Mehrkern-Lichtwellenleiter gestattet wegen der großen Präzision der Abstände zwischen Elementarleitern und der großen Präzision der Anordnung dieser Leiter in bezug auf die äußeren Konturen des Mehrkernleiters eine leichte Ortung bzw. Auffindung und eine sehr einfache Positionierung in einem Bezugssystem, was eine Verbindung zweier Mehrkernleiter auf äußerst wirksame Weise ermöglicht, d. h. mit für die Teilnehmernetze ohne weiteres akzeptierbaren Verbindungsverlusten, wobei diese Verbindung auch sehr wirtschaftlich ist, da keine Zwischenregelung nötig ist und unerläßliche Arbeitsgänge wie Bloßlegen des Leiters, Schneiden des Leiters und Einsetzen in dem Ausrichtungs- Bezugssystem für die Gesamtheit der Kerne des Mehrkernleiters vorgenommen werden können.
Der erfindungsgemäße Mehrkernleiter kann vier optische Elementarleiter umfassen, deren Achsen in Querschnitt die Scheitel eines Quadrats bilden, wobei die Konturen der Matrix vier identische Abschnitte von Drehzylindern bilden, deren Achsen jeweils mit den Achsen der optischen Elementarleiter zusammenfallen.
Jeder optische Elementarleiter des erfindungsgemäßen Mehrkernleiters kann ein Einmoden-Leiter sein.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren eines erfindungsgemäßen Mehrkern-Lichtwellenleiters, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden sukzessiven Schritte umfaßt:
Herstellung mehrerer elementarer Vorformteile bzw. Vorformelemente, deren Präzision mit der für den mehrkernigen Leiter erwünschten kompatibel ist,
maschinelle Bearbeitung dieser elementaren Vorformelemente mit großer Präzision und auf eine Art und Weise, daß nach dem Zusammenbau dieser Vorformelemente für den mehrkernigen Lichtwellenleiter das gewählte geometrische Modell erhalten wird,
Zusammenbau der so bearbeiteten Vorformelemente nach diesem gewählten geometrischen Modell,
teilweises Verlöten bzw. Verschweißen der maschinell bearbeiteten und auf diese Weise zusammengebauten Vorformelemente mittels eines Streckformvorspanns (amorce d'étirage), und
Durchführen eines Präzisions-Streckformvorgangs der Baugruppe von Vorformelementen, die mit dem Streckformvorspann versehen sind, um so den mehrkernigen bzw. Mehrkern-Lichtwellenleiter zu erhalten.
Um einen Mehrkernleiter sehr geringer Abmessungen zu erhalten, werden elementare Vorformen mit optimierten Abmessungen hergestellt, die mit den für den Mehrkernleiter erwünschten kompatibel sind.
Um dies zu erreichen, ist ein Verfahren zur Herstellung der Vorform mit sehr großer Präzision anzuwenden.
Beispielsweise wird das Hochpräzisionsverfahren angewandt, das in dem folgenden Dokument beschrieben ist und auf das hier Bezug genommen wird:
EP-A-0 519 834 "Procédé et dispositifpour la fabrication de préformes pour fibres optiques" (siehe auch die französische Patentanmeldung Nr. 9107669 vom 21. Juni 1991).
So wird gemäß einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Anwendung des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens jede elementare Vorform gemäß einem Verfahren hergestellt, das die folgenden sukzessiven Schritte umfaßt:
Fertigung eines Hohlstabs aus Kieselerde bzw. Quarzglas mit dicker Wand und hoher geometrischer Präzision,
internes Aufdampfen, mittels eines Ofens, einer glasartigen Beschichtung in dem Stab mittels eines Gemischs gasförmiger Verbindungen, das/die man im Stab zirkulieren läßt, wobei die Verbindungen die Beschichtung durch Reaktion miteinander zu erzeugen vermögen, und
Vorsehen einer Verengung bzw. einer Querschnittsverminderung (retreint) des Stabs.
In dem in dem obigen Dokument beschriebenen Verfahren sind die internen und externen Nenndurchmesser des Kieselerde-Hohlstabs bekannt und weisen eine Präzision mit einer unter 0,01 mm liegenden Toleranz auf.
Daraus ergibt sich, daß infolge der Aufbringung, die sehr homogen erfolgt, und der Querschnittsverminderung, die ebenfalls regelmäßig und homogen ist, die erhaltene Vorform von großer Regelmäßigkeit und sehr großer Präzision ist, insbesondere was den präzisen und regelmäßigen Außendurchmesser und die Konzentrizität des aufgebrachten Kerns sowie der aufgebrachten optischen Hülle (gaine optique) in bezug auf die äußere Hülle betrifft.
Die in diesem Bereich erzielten Fortschritte ermöglichen es übrigens unter der Bedingung, daß für den Hohlstab Kieselerde bzw. Quarzglas ausreichend guter Qualität verwendet wird, beispielsweise eine synthetische Kieselerde guter Qualität, die Größe des durch Streckziehen der Vorform erhaltenen Leiters oder, mit anderen Worten, das aufgebrachte (Material-) Volumen derart zu optimieren, daß der erhaltene Leiter als von sehr guter Qualität betrachtet werden kann, mit einem Verhältnis zwischen dem Durchmesser der aufgebrachten optischen Hülle und dem Durchmesser des Kerns, der sich auf einen Wert von ungefähr 3 reduziert, während dieser bei einer klassischen Einmoden-Faser 5 bis 6 beträgt.
Das bedeutet, daß für die letztlich aus einer solchen Vorform erhaltene Faser in dem bekannten und genormten klassischen Schema von 125 im Außendurchmesser der Kern des Einmoden-Leiters etwa 8 um mißt (wie bei einer herkömmlichen Einmoden-Faser) und die optische Hülle etwa 24 um statt den 40 bis 50 um bei einer herkömmlichen Faser.
Das erfindungsgemäße Verfahren trägt diesen erheblichen Fortschritten Rechnung, die hochpräzise zylindrische Vorformen hinsichtlich des erhaltenen Außendurchmessers, der Konzentrizität des Kerns und der Hülle, die durch das in dem obigen Dokument beschriebene Verfahren oder irgendein anderes Verfahren erhalten wird, das in der Lage ist, den gleichen Präzisionsgrad für solche Vorformen zu liefern, bereitzustellen in der Lage ist, darüber hinaus wendet es jedoch auch noch eine zusätzliche Optimierung an, die darauf gerichtet ist, hochpräzise Vorformen mit Dimensionen herzustellen, die einert Aufgabe der Erfindung gerecht werden, d. h., optische Mehrkernleiter von sehr geringer Größen herzustellen.
So haben die in dem erfindungsgemäßen Verfahren realisierten elementaren Vorformen geometrische Eigenschaften, die dem zur Herstellung der Mehrkern-Wellenleiter notwendigen Minimum angepaßt sind.
In dem vorher erwähnten Beispiel ist die Hülle von 24 um Durchmesser von einer Kieselerdeschicht umgeben, die einen Durchmesser von 125 um ergibt, d. h. 3,7% des Volumens der Faser.
Es ist bekannt, daß diese genannten Dimensionen der Faser durch mehrere Elemente bzw. Faktoren bedingt sind, u. a.: der Widerstand der Faser gegenüber Krümmungen und Mikro-Krümmungen, der mechanische Widerstand und die Dämpfung.
Mehrere Faktoren spielen bei den Herstellungskosten des sehr wirtschaftlichen Teilnehmernetzes eine Rolle: die Kosten der Faser, die Kosten des Kabels und natürlich auch die Verlegungskosten und übrigen Baukosten.
Wenn man dagegen die geringen Übertragungsstrecken berücksichtigt, ist die extrem schwache Dämpfung der Faser kein bestimmendes Kriterium.
Die Erfindung ist darauf gerichtet, einen neuen optischen Leiter zu definieren und die Verdichtungsparameter und Gestehungs- bzw. Stückkosten dieses Leiters (vorzugsweise eines Einmoden-Leiters) zu optimieren.
In der Erfindung werden die Proportionen der elementaren Vorformen so gewählt, daß sie mit dem gewünschten Mehrkern-Wellenleiter kompatibel sind, und die opto-geometrischen Parameter der elementaren Leiter (Durchmesser des Kerns, Unterschied zwischen dem optischen Index des Kerns und dem der optischen Hülle) sind so gewählt, daß ihr Verhalten im gewünschten Mehrkern-Lichtwellenleiter (Reduzierung der Diaphotie, Empfindlichkeit gegenüber Krümmungen und Mikro- Krümmungen, angestrebte Dämpfung ...) optimiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt also die Herstellung von Vorformen großer Präzision, aber auch mit optimierten Dimensionen und opto-geometrischen Eigenschaften, um die Elemente des gewünschten optischen Mehrkern-Lichtwellenleiters zu erzielen.
So können die erhaltenen Vorformen aufgrund ihrer hohen geometrischen Präzision mit einer dem Modell des gewünschten optischen Mehrkern-Wellenleiters konformen Anordnung hochpräzise maschinell gefertigt und dann mit großer Präzision zusammengebaut, vorgelötet und streckgeformt werden.
Die maschinelle Bearbeitung und der Zusammenbau dieser Vorformen bilden damit zwei wesentliche Schritte des Verfahrens, um einerseits die gewünschten Abmessungen und Formen für die elementaren Vorformen zu erreichen und andererseits einen Zusammenbau der Vorformen mit sehr präzisen Dimensionen zu erzielen, die eine hochpräzise Streckformung und damit den Erhalt eines Mehrkernleiters hoher Präzision garantieren.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt die Bearbeitung jeder elementaren Vorform die Ausbildung einer oder mehrerer Abflachungen auf dieser parallel zur Achse dieser elementaren Vorform, was den Zusammenbau der elementaren Vorformen gemäß dem gewählten geometrischen Modell ermöglicht.
In einer speziellen Ausführungsform werden vier identische elementare Vorformen hergestellt, auf jeder davon zwei identische und senkrechte Abflachungen ausgebildet, die eine gemeinsame Gerade aufweisen und die einen Abschnitt des Drehzylinders um die Achse dieser elementaren Vorform so umgrenzen, daß dieser eine Symmetrieebene zuläßt, welche die Achse des Vorformelements und die den beiden Abflachungen gemeinsame Gerade enthält, wobei die vier auf diese Weise maschinell bearbeiteten Vorformelemente zusammengebaut werden, um eine Einheit zu erhalten, in der die vier Achsen der Vorformelemente im Querschnitt die Scheitl eines Vierkants einnehmen, und deren Konturen vier Drehzylinder- Abschnitte bilden, wobei die Achsen der Drehzylinder jeweils mit den Achsen der Vorformelemente zusammenfallen.
Vorzugsweise ist die Anordnung während des Streckformens mit einer Schutzschicht versehen.
Vorzugsweise ist die Schutzschicht außerdem mit einem Markierungsmittel für die elementaren Lichtwellenleiter des gebildeten mehrkernigen Leiters versehen.
Die vorliegende Erfindung ist aus der nachstehend gegebenen Beschreibung von Ausführungsformen, die lediglich hinweisend und keineswegs einschränkend sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in denen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Beispiels des Mehrkern-Lichtwellenleiters hoher Präzision und sehr kleiner Abmessungen gemäß der Erfindung, der mit vier elementaren Lichtwellenleitern versehen ist,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer elementaren Vorform, an der die Optimierungen der verschiedenen in Frage kommenden Volumen für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Mehrkernleiters sehr hoher Präzision und sehr geringer Abmessungen aufgezeigt sind,
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht durch eine Anordnung von vier elementaren Vorformen, die dazu vorgesehen sind, einen vierkernigen Wellenleiter sehr hoher Präzision und sehr geringer Abmessungen gemäß der Erfindung bereitzustellen,
Fig. 4 eine schematische Ansicht, welche den Bearbeitungsvorgang einer hochpräzisen Abflachung an den vier elementaren Vorformen darstellt, die dazu vorgesehen sind, einen Leiter mit vier Kernen sehr hoher Präzision und sehr geringer Abmessungen gemäß der Erfindung bereitzustellen,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Anordnung von vier elementaren Vorformen, die mit einem Streckformvorspann (amorce d'étirage), der an dieser Anordnung von Vorformen angeschweißt bzw. angelötet ist, versehen sind,
Fig. 6 eine schematische Schnittansicht durch den erfindungsgemäßen Mehrkern-Lichtwellenleiter hoher Präzision und geringer Abmessungen nach dem Streckformen bzw. Streckziehen (étirage), wobei der Leiter mit einem Polymermaterial überzogen und mit einem Ortungs- bzw. einem Lokalisierungsmittel (moyen de repérage) versehen ist,
Fig. 7 bis 13 schematische Schnittansichten durch erfindungsgemäße Mehrkern-Wellenleiter, und
Fig. 14A und 14B schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Leiter, wobei zwei benachbarte elementare Wellenleiter jeweils für dieselbe Lichtübertragungsrichtung und für verschiedene Übertragungsrichtungen (Fig. 14B) bestimmt sind.
In Fig. 1 ist schematisch ein Mehrkern-Wellenleiter großer Präzision und sehr kleiner Dimensionen dargestellt, der ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Mehrkernleiters darstellt.
Der in Fig. 1 dargestellte Mehrkern- Lichtwellenleiter G umfaßt n elementare Lichtwellenleiter G1, G2, G3, G4 (n = 4 im dargestellten Beispiel), die jeweils vier Kerne c1, c2, c3 und c4 darstellen, wobei diese Kerne jeweils von optischen Hüllen (gaines optiques) g1, g2, g3 und g4 umgeben sind.
Die Achsen der Kerne c1, c2, c3 und c4, die jeweils die Bezugszeichen X1, X2, X3 und X4 tragen, sind parallel und bilden auch die Achsen der elementaren Wellenleiter.
Der Mehrkern-Wellenleiter G weist auch eine Matrix M auf, in der sich die elementaren Leiter befinden.
Im dargestellten Beispiel bilden die Achsen X1, X2, X3, X4 im Querschnitt die Scheitelpunkte eines Quadrats, und die Konturen 6, 7, 8 und 9 der Matrix M, die auch die Konturen des Mehrkern-Wellenleiters G bilden, sind jeweils elementaren Wellenleitern zugeordnet und bilden vier identische Abschnitte von Drehzylindern, deren Achsen jeweils mit den Achsen X1, X2, X3 und X4 zusammenfallen.
Die Kerne c1, c2, c3 und c4 sind zueinander in bekannten und präzisen Abständen gelegen, wobei ihnen die Präzision durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren verliehen wird.
Beispielsweise sind die Kerne zueinander in Abständen angeordnet, die mit einer Präzision in der Größenordnung von 1/10 um oder einigen Zehntel Mikrometern bekannt sind, wobei dieser Abstand von der Qualität des Streckziehvorgangs zwischen der Basis- Vorform und der Herstellung des Mehrkern-Lichtwellenleiters sehr kleiner Abmessungen herrührt.
Ein solcher Mehrkern-Wellenleiter weist beispielsweise Abstände d zwischen Kernen in der Größenordnung von 50 um auf.
Diese Kerne sind hinsichtlich der Bezugsgröße 5 des Mehrkernleiters, die aus den Abschnitten der Zylinder 6, 7, 8, 9 gebildet ist, sehr genau gelegen.
Der Radius dieser Zylinder ist präzise (eine Präzision von einigen Zehntel Mikrometern), wobei die Kerne perfekt auf die betreffenden Achsen dieser Zylinder "zentriert" sind.
Die Gesamtdimensionen eines solchen Lichtwellenleiters bzw. optischen Leiters G sind bis auf einige Zehntel Mikrometer genau und garantieren mit der Zentrierung der Kerne in bezug auf die elementaren Zylinder eine sehr genaue Positionierung des Kerns hinsichtlich der Bezugsgröße 5, welche die Außenfläche des Leiters bildet.
Beispielsweise hat ein solcher optischer Leiter mit vier Kernen Gesamtdimensionen der Größenordnung 125 um.
Es ist auch ersichtlich, daß die Matrix M des Leiters G einfach gegenüber einer Bezugsgröße R angewandt werden kann, die aus beispielsweise zwei senkrechten Oberflächen besteht, damit die Kerne im Raum leicht lokalisiert werden und damit diese Kerne einem anderen ähnlichen Mehrkernleiter gegenüber für eine schnelle, wirksame und wirtschaftliche Verbindung dieser beiden Mehrkernleiter angeordnet werden können, oder gegenüber einer Anordnung von opto-elektronischen Elementen, wie elektrolumineszente Dioden, Laserdioden oder Photodioden, um diese elementaren Leiter mit diesen Elementen zu koppeln.
Es handelt sich dabei, wenn man die sehr kleinen Abmessungen und die einfache Ortung zusammen mit der großen Positionierungspräzision der elementaren Leiter berücksichtigt, um einen äußerst wirtschaftlichen Mehrkern-Wellenleiter, der die Herstellung äußerst dichter und daher sehr wirtschaftlicher optischer Kabel und sehr billiger Verbindungen mit erheblich niedrigeren Verlegungskosten und Baukosten ermöglicht.
In Fig. 2 sind in durchgezogenen Linien die Proportionen einer Vorform dargestellt, welche die Herstellung einer Standard-Einmoden-Faser ermöglicht.
Die an der Vorform vorgenommenen Umwandlungen, welche die Herstellung des Mehrkern-Wellenleiters ermöglichen, sind mit Pfeilen und gestrichelten Linien angedeutet.
Aus der Standard-Vorform ist zu ersehen, daß für einen Kern 10 des Radius (a) der aufgebrachte Kieselerdeteil sehr guter Qualität, der die optische Hülle 11 bildet, einen Radius (5a) und (6a) hat, und die Außenfläche 12 der Vorform einen Radius von etwa (15a).
Diese Merkmale, denen Daten hinzuzufügen sind wie z. B. eine Differenz des optischen Index zwischen dem Kern und der Hülle von etwa 5 · 10&supmin;³ verleihen den Fasern, die aus solchen Vorformen hervorgehen, exzellente Dämpfungseigenschaften sowohl bei 1,3 um als auch bei 1,55 um, Eigenschaften, die der Enddämpfung infolge der Rayleigh-Diffusion nahe kommen, sowie ein gutes Verhalten der Fasern bei Krümmungs- und Mikro-Krümmungsphänomenen, die sie sehr leicht verkabelbar machen und ihnen ermöglichen, die ihnen eigenen Dämpfungseigenschaften nach der Installation beizubehalten.
Jede Primär-Vorform, die während des ersten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wird, weist Eigenschaften auf, die spürbar modifiziert sind, um die Herstellung des Mehrkern-Wellenleiters vom Standpunkt der Verdichtung und der Kosten zu optimieren.
Die hauptsächlichen Optimierungen betreffen somit die folgenden Punkte:
1) Die Verringerung des Außendurchmessers oder des Durchmessers der Außenfläche 12, um diesen auf das strikte Minimum 13 zu bringen, das mit dem Gesamtverhalten des Mehrkernleiters bei Krümmungs- und Mikro- Krümmungserscheinungen kompatibel ist.
Beispielsweise kann man für einen 4-Kern-Wellenleiter den Außendurchmesser bis auf die Proportionen von (7a) bis (8a) reduzieren.
Diese Reduktion der Proportionen des Außendurchmessers führt zu einer sehr konsequenten Einsparung, da auf diese Weise nicht mehr eine Einmoden-Faser, sondern ein Einmoden-Wellenleiter mit nur einem Viertel des Materials hergestellt wird.
Mit anderen Worten wird für eine Vorform von zu einer herkömmlichen Vorform äquivalenter Größe die Produktivität, welche zur Herstellung eines Einmoden- Wellenleiters führt, vervierfacht.
2) Die Reduzierung des Durchmessers der Hülle 11, um sie auf ihr äußerstes Minimum 14 zu optimieren, das mit dem Kerndurchmesser und seinem Unterschied des optischen Index und selbstverständlich auch mit der Qualität des Materials, das den Außenteil der Vorform bildet, kompatibel ist.
Die in diesem Bereich erzielten Fortschritte haben gezeigt, daß mit der Verwendung einer synthetischen Kieselerde von korrekter Qualität für den äußeren Abschnitt (beispielsweise einer Kieselerde, deren Dämpfung nicht einige Dezibel/km bei 1,5 um überschreitet, oder die nicht zu viele OH&supmin;-Ionen enthält), es möglich ist, geringe Dämpfungen für den Einmoden-Leiter zu erhalten, die typischerweise für einen Radius der im Bereich von (3a) aufgebrachten Hülle unter 0,4 dB/km bei 1,3 um und bei 0,3 dB/km bei 1,55 um liegt.
Diese Reduzierung der aufgebrachten Hülle hat als direkte Konsequenz eine Kostensenkung, da das aufgebrachte Material, um den Kern und die optische Hülle herzustellen, sehr rein und relativ kostspielig ist, und da es dank dieser Volumenreduktion nach dem angewendeten Aufbringungs- bzw. Ablagerungsverfahren möglich ist, Vorformen größerer Kapazität und damit wirtschaftlichere Vorformen herzustellen.
3) Die Optimierung des Kerns 10 des Leiters sowohl hinsichtlich des Materials (Übergang zu einem Kern 15 geringeren Durchmessers) als auch des Unterschieds des optischen Index gegenüber der optischen Hülle.
Die Reduzierung des Außendurchmessers hat selbst bei Berücksichtigung der "Einführung" des Leiters in einen Mehrkernleiter zur Folge, daß die Sensibilität des Leiters gegenüber Krümmungs- und Mikro-Krümmungserscheinungen zunimmt und es daher erwünscht ist, für die Herstellung von Mehrkern-Wellenleitern die Leiter zu optimieren, indem die Differenz des optischen Index erhöht und der Durchmesser des Kerns reduziert wird.
Dies hat zur Folge, daß die innewohnende Dämpfung des Leiters wegen der zusätzlichen Eingliederung des Dotierungsmittels geringfügig zunimmt, dieser einige Hundertstel dB/km ausmachende Dämpfungswert stellt jedoch keine Beeinträchtigung für die gesuchte Anwendung dar und bietet den doppelten Vorteil, die Sensibilität des Leiters gegenüber Mikro-Krümmungen und Krümmungen sehr stark zu reduzieren, und gleichzeitig die Quantität des aufgebrachten Materials zu verringern, da das Verhältnis von Radius der Hülle/Radius des Kerns bei etwa 3 bestehen bleibt und für die Herstellung der Mehrkern-Wellenleiter Perspektiven der Verdichtung geboten werden.
Beispielsweise hat eine herkömmliche Einmoden-Faser bei einer Null-Dispersion bei 1,3 um einen Kern von etwa 8,2 um mit einer Indexdifferenz Hülle - Kern von etwa 5 · 10&supmin;³, wobei diese Werte selbstverständlich nur als Hinweis gegeben werden und die Optimierung präzise je nach dem gewünschten Mehrkern-Wellenleiter erfolgt.
4) Schließlich hat im Rahmen des Herstellungsverfahrens des erfindungsgemäßen Mehrkern-Wellenleiters jede elementare Vorform extrem präzise geometrische Eigenschaften, was eine regelmäßige Ablagerung bedeutet, die zu einem regelmäßigen und präzisen Kern 15, zu einer regelmäßigen und präzisen Hülle 14 und zu einem Außendurchmesser 13 bekannter und präziser Nenndimension führt, beispielsweise mit einer Genauigkeit von 1/100 mm für elementare Vorformen von 10 bis 30 mm.
Selbstverständlich können aus Produktivitätsgründen die präzisen elementaren Vorformen, die dazu vorgesehen sind, den Mehrkern-Wellenleiter herzustellen, ausgehend von Vorformen sehr großen Durchmessers gestreckt bzw. gezogen werden, welche die Kapazität aufweisen, Einmoden- Wellenleiter von mehreren hundert Kilometern zu produzieren.
In Fig. 3 ist eine Anordnung von vier elementaren Vorformen 16, 17, 18, 19 schematisch dargestellt, die dazu vorgesehen ist, einen Wellenleiter mit vier Kernen sehr hoher Präzision und sehr geringer Abmessungen herzustellen.
Jede elementare Vorform 16, 17, 18, 19 besteht aus einem Kern 20 und einer optischen Hülle 21, was die Qualität des optischen Leiters sicherstellt, sowie einer äußeren Hülle 22, die aus einer weniger reinen Kieselerde als der aus dem Kern und der optischen Hülle gebildete Teil besteht, jedoch eine ausreichende Qualität aufweist, um die Optimierung des Durchmessers der optischen Hülle 21 zu ermöglichen, beispielsweise um ihn auf ein Verhältnis von drei zwischen dem Durchmesser der optischen Hülle und dem Durchmesser des optischen Kerns zu bringen.
Die Anordnung der vier äußeren Hüllen 22 führt nach dem Streckziehen der in Fig. 3 dargestellten Anordnung zu der in Fig. 1 dargestellten Matrix M.
Die Abmessungen jeder elementaren Vorform sind äußerst präzise, und insbesondere ist der äußere Nenndurchmesser jeder elementaren Vorform von bekannter Präzision und seine Toleranz sehr gering, d. h. beispielsweise 1/100 mm für eine Vorform von 30 mm Durchmesser.
Das Verhältnis des Außendurchmessers zum Durchmesser des Kerns ist gegenüber einer Vorform reduziert, die vorgesehen ist, um eine herkömmliche Einmoden-Faser bereitzustellen, damit die Endabmessungen des erfindungsgemäßen Mehrkern-Wellenleiters optimiert werden.
In dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren und gemäß Fig. 3 werden die elementaren Vorformen gefertigt, um auf jeder derselben zwei Abflachungen 23 herzustellen, die zur Realisierung des 4-Kern-Lichtwellenleiters notwendig sind.
Diese zwei Abflachungen 23 sind identisch und parallel zur Achse der entsprechenden elementaren Vorform (Achse des Kerns dieser Vorform), und sie sind darüber hinaus zueinander senkrecht, haben eine gemeinsame Gerade, deren Verlauf die Bezugsziffer D in Fig. 3 trägt, und begrenzen einen Abschnitt P des Drehzylinders um die Achse der entsprechenden elementaren Vorform derart, daß diese als Symmetrieebene die Ebene zuläßt, welche diese Achse der gemeinsamen Geraden D enthält.
Die Anordnung der vier maschinell gefertigten Vorformen, die in Fig. 3 dargestellt ist, ergibt nach dem Streckformen, das später behandelt wird, den Leiter G der Fig. 1.
Im Fall eines Leiters mit zwei Kernen wird auf jeder elementaren Vorform vor dem Zusammenbau eine einzelne Abflachung erstellt.
So werden gemäß dem gewünschten Zusammenbaumodus für die elementaren Vorformen zur Bildung des hochpräzisen Mehrkern-Wellenleiters durch maschinelle Bearbeitung Abflachungen mit äußerst präzisen Rändern gegenüber dem äußeren Bezugszylinder jeder elementaren Vorform und damit gegenüber dem Kern jeder elementaren Vorform hergestellt, wobei dieser Kern in der elementaren Vorform, die ihm entspricht, perfekt zentriert ist.
Die Abmessung dieser Abflachungen wird genau vorbestimmt, um die gewollte Anordnung zu bilden, und sie legt selbstverständlich den Abstand zwischen den Kernen 20 in dieser Anordnung fest, ein Abstand, der bei der Herstellung des Mehrkern-Wellenleiters bestimmend sein wird, sowohl hinsichtlich der geometrischen Präzision der elementaren Wellenleiter hinsichtlich der Bezugsgrößen der Außendurchmesser als auch hinsichtlich der Eigenschaften der Leiter, was die Diaphotie ("cross- talk") betrifft, d. h. die Möglichkeit einer Energiekopplung von einem elementaren optischen Leiter zu einem anderen.
Auch hier ist also erkennbar, daß die Zielsetzung, die darin besteht, die Diaphotie oder den Cross-Talk der elementaren Leiter zu minimieren und gleichzeitig sehr geringe Dimensionen beizubehalten, zu einer Optimierung der gesamten Parameter der elementaren Vorformen 16, 17, 18, 19 führt, und insbesondere zur Optimierung des Verhältnisses Außendurchmesser/Kerndurchmesser, des Verhältnisses Durchmesser der optischen Hülle/Durchmesser des Kerns, des Durchmessers des Kerns, sowie der Differenz des optischen Index zwischen Kern und optischer Hülle.
Tatsächlich ist das Phänomen der Diaphotie zwischen den elementaren Leitern u. a. direkt mit dem Verhältnis der Entfernung zwischen den Kernen und dem Radius der Kerne verknüpft.
Beispielsweise induziert dieses Verhältnis, wenn es über 12 liegt, nur sehr geringe Diaphotie-Verluste, die für die Realisierung von Telekommunikationsverbindungen ohne weiteres akzeptabel werden.
Die Optimierung besteht also darin, den Durchmesser des Kerns zu reduzieren, wenn man die maximale Dichte hinsichtlich der Kerne erreichen will, um ein ausreichendes Verhältnis zu erhalten, oder, wenn diese Reduzierung des Durchmessers des Kerns sich als schwierig erweist, die Distanz zwischen den Kernen zu erhöhen, um schwache Diaphotie-Verluste zu berücksichtigen.
Beispielsweise ergibt ein optimierter Leiter mit einem Durchmesser von 7 um eine minimale Distanz von 42 um zwischen den Kernen des erfindungsgemäßen Mehrkern- Wellenleiters.
In Fig. 4 ist schematisch der maschinelle Bearbeitungsvorgang der vier elementaren Vorformen 16, 17, 18, 19 dargestellt, die auf einem geeigneten Träger S angebracht sind, um die Abflachungen herzustellen.
Durch einen Schleifvorgang (mittels eines Schleifkörpers 24), gefolgt von einem Mattschleif- bzw. Schlichtvorgang ("douci"), wird auf einfache Weise eine Oberfläche mit einer exzellenten Planheit hergestellt, die gleichzeitig einen sehr guten Oberflächenzustand aufweist, wobei sich Silizium äußerst gut für diese maschinellen Bearbeitungsgänge eignet, welche für viele elementare Vorformen automatisiert und globalisiert werden können und damit sehr kostengünstig sind, wenn man die Kosten eines solchen Arbeitsgangs zur Anzahl der Kilometer an Einmoden-Wellenleitern in bezug setzt, die durch ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren erzeugt werden.
Diese hochpräzise maschinelle Bearbeitung ermöglicht die Herstellung elementarer zylindrischer Vorformen, die mit Abflachungen 23 versehen sind, welche sehr genau im Verhältnis zu den Zentren der Kerne gelegen sind.
Diese maschinellen Bearbeitungsgänge ermöglichen es also, danach eine Anordnung von n elementaren Vorformen zu erhalten, wie es Fig. 3 zeigt, wo n gleich 4 ist, mit einer exzellenten Geometrie, die insgesamt z. B. auf weniger als 1/100 mm genau definiert ist, sowohl für die Abmessung der Außendurchmesser der Vorformen als auch für die Präzision der Abflachungen (meplats) im Verhältnis zu den Zentren der Vorformen.
In Fig. 5 ist die Montage der elementaren Vorformen 16, 17, 18, 19 nach Herstellung ihrer Abflachungen 23 und Schweißen bzw. Löten eines Streckformteils 25 aus Silizium dargestellt, der zwei wesentliche Rollen spielt, nämlich einerseits die n elementaren Vorformen (in dem hier zur Veranschaulichung gegebenen Beispiel sind es 4 Vorformen) zu verbinden, nachdem sie gegeneinander gepreßt wurden, und andererseits als Vorspann beim Streckformen zu dienen, um die Streckformverluste für die Vorform mit n Wellenleitern mit einer Fusion zu minimieren, die sich während des Streckformvorgangs entlang der Montageteile fortpflanzt.
Das Streckformen der Vorform (Montage der Fig. 5), die dazu vorgesehen ist, einen Leiter mit n Kernen zu ergeben, erfolgt mit herkömmlichen Streckformmitteln, die optische Fasern mit großer Präzision ergeben.
In Fig. 6 ist im Querschnitt schematisch der optische Leiter 26 mit vier Kernen 27 großer Präzision und geringer Abmessungen dargestellt, der durch ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren nach maschineller Herstellung der elementaren Vorformen, dem Zusammenbau und einem hochpräzisen Vorschweißen und Streckformen erhalten wurde.
Das Streckformen bzw. Streckziehen (étirage) erfolgt gemäß einer Technik, die für die optischen Fasern wohlbekannt ist, wobei die sehr hohe Präzision beim Streckformen um so leichter erzielbar ist, als die zu streckende Vorform selbst äußerst präzise und gleichmäßig ist.
Das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung liefert eine Anordnung elementarer Vorformen, die mit sehr großer Präzision gearbeitet sind, wobei die Präzision des optischen Mehrkern-Wellenleiters gemäß der Erfindung sehr stark mit der großen Präzision des Streckformvorgangs verknüpft ist.
Tatsächlich führt der Zusammenbau im allgemeinen zu einer Präzision der gesamten Abmessungen in der Größenordnung von 1 bis 2/100 mm, was auf der Stufe der Umformung infolge des Streckformens von einer Anordnung von Vorformen von 40 bis 60 mm Abmessungen zu einem Mehrkern-Wellenleiter von 120 bis 150 um führt, der eine ihm eigene Präzision in der Position der Wellenleiter ergibt, die unter 0,1 um liegt.
Die Qualität der herkömmlichen Faserung, die bei ±2 um anerkannt ist, kann im Fall der sehr gleichmäßigen und sehr genauen Vorformen auf ±0,5 um gesenkt werden.
Mit diesem Zusammenwirken einer äußerst regelmäßigen Vorform und einer sehr genauen Faserung kann man eine Präzision in der Größenordnung von 0,5 um bei der Positionierung des Leiters erreichen, was einen sehr präzisen Mehrkern-Wellenleiter ergibt, der die erforderlichen Eigenschaften für eine leichte Ortung und beispielsweise für ein sehr einfaches Verbinden der beiden optischen Mehrkern-Wellenleiter aufweist, der kostengünstig und im Rahmen einer Verwendung solcher Leiter für Teilnehmernetze oder für Kurzstreckennetze von zufriedenstellender Wirksamkeit ist.
Während des Streckformens wird der optische Mehrkern-Wellenleiter mit einem Schutzüberzug 28 aus Kunststoff von einigen -zig Mikrometern Dicke, typischerweise 30 bis 50 um, überzogen, um die Ortung der elementaren Wellenleiter 27 in der Matrix 26 zu erleichtern, wobei eine Seite dieser Matrix mit einem in den Überzug 28 eingegliederten Ortungsmittel versehen ist.
In einer Ausführungsform wird diese Ortung bzw. Lokalisierung durch ein einfaches direktives Einspritzen eines gefärbten Harzes 29 bewerkstelligt, welches übrigens zu dem den Überzug 28 bildenden Harz äquivalent ist.
So ergibt die einfache Tatsache der Ortung bzw. Lokalisierung des gefärbten Teils die Position der Matrix im Raum.
Die vorliegende Erfindung definiert also einen Mehrkernleiter (wobei die Kerne vorzugsweise Einmoden-Kerne sind), der eine große Präzision und sehr kleine Abmessungen aufweist.
In diesem Mehrkern-Wellenleiter weisen die elementaren Wellenleiter bekannte und sehr präzise Abstände voneinander auf und werden auch sehr genau in bezug auf eine Bezugsgröße geortet, die durch die Außenfläche des Mehrkern-Wellenleiters gebildet wird, was eine einfache Zentrierung dieses Leiters in einem einfachen Bezugssystem gestattet, um entweder eine Leiter- Leiterkopplung, die einfach, wirksam und kostengünstig ist, oder aber eine automatische Ausrichtung vor einer Anordnung opto-elektronischer Komponenten zur Emission oder Detektion zu gewährleisten.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren werden die hochpräzisen elementaren Vorformen mit opto- geometrischen Parametern hergestellt, die an den Aufbau des Mehrkernleiters angepaßt sind.
Diese sehr genauen elementaren Vorformen werden mechanisch bearbeitet, um Abflachungen mit sehr großer Präzision zu erhalten, die einen Zusammenbau der Vorformen gestattet, um eine Matrix hoher Präzision zu bilden, welche nach dem Vorlöten mit einem Streckformvorspann (amorce d'étirage) gestreckt wird, um einen Mehrkernleiter sehr großer Präzision zu erhalten.
Die Optimierung der opto-geometrischen Parameter jedes elementaren Wellenleiters führt so zu einer erheblichen Kostenreduzierung dieses elementaren Leiters (vorzugsweise ein Einmoden-Leiter).
Der bekannte Begriff der optischen Einmoden-Faser wird hier durch den Begriff des elementaren Einmoden- Wellenleiters ersetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist äußerst wirtschaftlich, da der klassische Bearbeitungsvorgang verallgemeinert und automatisiert werden kann, schnell und präzise vor sich geht, und das Silizium sich sehr gut für diese Arbeitsgänge eignet.
Man erhält so einen Leiter mit n Kernen, wobei n von 2 bis mindestens 7 reichen kann (6 Kerne am Scheitel eines Sechsecks und ein Kern im Zentrum dieses Sechsecks, wenn man den Leiter im Querschnitt betrachtet), in dem für den Leiter sehr kleine Dimensionen eingehalten werden, was eine erhebliche Verdichtung der derzeitigen Kabel mit optischen Fasern bedeutet und damit eine merkliche Reduzierung der Kosten nicht nur für das Kabel, sondern auch für die Verlegung, die Ingenieurarbeit und die Installierung, insbesondere mit der Möglichkeit der Verbindung von Leiter zu Leiter, welche die kostspieligen und mühsamen herkömmlichen Phasen des Bloßlegens der Faser, des Durchtrennens, des Reinigens und des Ausrichtens in sich vereint.
Dieser Erfindung stellt also einen neuartigen Gestaltungsweg für die Teilnehmernetze vor allem auf dem Gebiet der Telekommunikation dar, wo die aktuellen Schwierigkeiten der Verwendung von Einmoden-Fasern dazu führen, eine Einmoden-Faser unter n Teilnehmern zu teilen, um zu sparen, was erfordert, die zugeordneten elektronischen Mittel zu komplizieren, über leistungsfähige Bauteile zu verfügen, eventuell Vorrichtungen wie optische Verstärker hinzuzufügen, und in der Anwendung relativ teure 1-gegen-n-Optikkoppler anzuwenden, was einen Lösungsweg darstellt, der für die Zukunft einer totalen Interaktivität etwas "wesensfremd" erscheinen mag.
Die Erfindung führt den Einsatz von Einmoden-Leitern für Teilnehmer ein, und zwar entweder einen Leiter mit Benutzung eines einfachen Bauteils für eine Voll-Duplex- Verbindung, oder aber von n Leitern, was irgendwie zu dem Begriff eines Einmoden-Wellenleiters durch Benutzung führt, wobei der Einmoden-Leiter dank der Erfindung äußerst kostengünstig sowohl bei der Herstellung als auch bei der Anbringung im Netz ist.
Dieser Lösungsweg impliziert im Gegensatz zum Lösungsweg des Teilens eine technologische Forschung an kostengünstigen integrierten opto-elektronischen Bauteilen, die an die Entwicklung der Bedürfnisse anpaßbar sind und einen Einmoden-Wellenleiter gemäß der Erfindung einsetzen.
Im folgenden wird die praktische Umsetzung der Erfindung nochmals aufgegriffen.
Vorzugsweise liegt zum Erhalt eines Einmoden-Leiters geringer Abmessungen gemäß der Erfindung das Verhältnis des Durchmessers der optischen Hülle zum Durchmesser des Kerns jedes elementaren optischen Wellenleiters dieses Mehrkern-Wellenleiters in der Größenordnung von 3.
Um dies zu erreichen, liegt das Verhältnis des Durchmessers der optischen Hülle zum Durchmesser des Kerns jeder elementaren Vorform, die zur Herstellung des Mehrkern-Wellenleiters dient, bei etwa 3.
Vorzugsweise ist auch hinsichtlich einer Kompatibilität des Mehrkern-Wellenleiters mit derzeit gültigen Normen die Matrix, in der sich die elementaren Lichtwellenleiter befinden, außerdem in einen Zylindern einschreibbar, dessen Durchmesser 125 um beträgt.
Der Außendurchmesser jeder elementaren Vorform wird dabei in geeigneter Weise gewählt (damit das Streckformen der Anordnung der elementaren Vorformen zu einem Wellenleiter führt, der in den Zylinder einschreibbar ist).
Verschiedene Optimierungen sind für die Mehrkern- Wellenleiter gemäß der Erfindung möglich, wie z. B.:
- eine Optimierung durch eine Wahl der opto- geometrischen Eigenschaften der elementaren Lichtwellenleiter (wobei diese Eigenschaften der Durchmesser des Kerns jedes elementaren Wellenleiters und die Differenz im optischen Index zwischen dem Kern und der optischen Hülle, die ihm umgibt, sind), wobei diese Eigenschaften für zwei benachbarte elementare Wellenleiter unterschiedlich sind diese Differenzierung ermöglicht eine starke Annäherung dieser Leiter aneinander, wobei eine durchaus akzeptable Diaphotie (z. B. 50 dB) bei der Wellenlänge des Lichts, das sich in den elementaren Wellenleitern ausdehnt (z. B. 1,3 um) eingehalten wird,
- eine Optimierung, die davon ausgeht, daß zwei benachbarten elementaren Lichtwellenleitern, die optisch ausreichend voneinander isoliert sind, zwei unterschiedlichen Übertragungsrichtungen des Lichts zugeteilt sind, wobei der Abstand, der für die Diaphotie berücksichtigt werden muß, dabei das Doppelte des Abstands der zwei benachbarten Wellenleiter beträgt.
So hat nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung jeder elementare Lichtwellenleiter unterschiedliche opto-geometrische Eigenschaften gegenüber denjenigen der ihnen am nächsten liegenden elementaren Lichtwellenleiter, wobei diese Eigenschaften derart gewählt sind, daß eine geringe Diaphotie zwischen diesen elementaren Lichtwellenleitern erzielt wird, wenn diese in der gleichen Richtung von Licht einer bestimmten Wellenlänge durchlaufen werden.
Nach einer weiteren speziellen Ausführungsform, die zu der vorhergehenden komplementär ist, wobei die elementaren Lichtwellenleiter durch ihre opto- geometrischen Eigenschaften optimiert sind, um eine akzeptable Diaphotie (z. B. 50 dB) zwischen benachbarten Leitern zu erreichen, gestattet die Verwendung zweier benachbarter Leiter in zwei unterschiedlichen Übertragungsrichtungen eine weitere Verringerung ihres Abstands.
Selbstverständlich ist der Fachmann für jede dieser speziellen Ausführungsformen, bei denen die Parameter eines Mehrkernleiters definiert sind, in der Lage, insbesondere durch homothetische Überlegungen, die Parameter der elementaren Vorformen zu definieren, die den Erhalt eines solchen Leiters ermöglichen.
Es kann auch eine Optimierung eines erfindungsgemäßen Mehrkern-Lichtwellenleiters in Betracht gezogen werden, indem man davon ausgeht, daß zwei benachbarte elementare Wellenleiter Licht mit unterschiedlichen Längenwellen ausgesetzt sind.
Die Fig. 7 bis 13 sind schematische Schnittansichten von Einmoden-Mehrkern-Lichtwellenleitern gemäß der Erfindung.
In diesen Figuren sind die optischen Hüllen dieser elementaren Lichtwellenleiter nicht dargestellt: Es ist einfach die Achse X jedes elementaren optischen Leiters, die Kontur Y jedes Mehrkernleiters und der Zylinder C, in den dieser Mehrkernleiter eingeschrieben ist, festgehalten.
Es sind auch die fiktiven Abflachungen Z, die den Abflachungen entsprechen, welche auf den elementaren Vorformen (die elementaren Lichtwellenleitern entsprechen) ausgebildet sind, im Hinblick auf den Zusammenbau dargestellt, welcher nach dem Streckformen die Mehrkern-Wellenleiter ergibt.
Jeder elementare Leiter hat beispielsweise einen Kern von 8 um Durchmesser und eine optische Hülle von 24 um Durchmesser.
Jeder Zylinder C weist in den Beispielen der Fig. 7 bis 13 einen Durchmesser von 125 um auf.
So kann man für jeden dargestellten Mehrkern-Wellenleiter, sofern die betreffenden Konturen der elementaren Vorformen bekannt sind, deren Zusammenbau nach dem Streckformen bzw. Streckziehen zu diesem Mehrkern- Wellenleiter führt (die homothetischen "Konturen" E der Vorläufer, die den elementaren Wellenleitern zugeordnet sind, entsprechen diesen in den Fig. 7 bis 13 dargestellten Vorformen), die geometrischen Parameter dieser elementaren Wellenleiter bestimmen (Radius r, eingetragene(r) Abstand bzw. Abstände h, hc, hd zwischen Achsen der Kerne von benachbarten elementaren Wellenleitern), und ferner kann man durch homothetische Überlegungen die geometrischen Parameter der elementaren Vorformen bestimmen.
Fig. 7 zeigt einen Mehrkern-Wellenleiter mit zwei Kernen (als "2-Kern-Konfiguration" bezeichnet). Zwischen den zwei Kernen wird ein Abstand h von beispielsweise 50 um gewählt.
Fig. 8 zeigt eine Konfiguration mit 3 Kernen, deren Achsen in der Figur ein gleichschenkeliges Dreieck festlegen, dessen Seite h 54,13 um beträgt.
Fig. 9 zeigt eine Konfiguration mit 4 Kernen, deren Achsen ein Quadrat mit der Seite h = 44,19 um definieren, wobei dieser Wert mit einem Profil des Einmoden-Leiters kompatibel ist (dies trifft auch für die Konfigurationen mit 2 oder 3 Kernen zu).
Fig. 10 stellt eine Konfiguration mit 7 Kernen dar, deren zentraler elementarer Wellenleiter einer elementaren Vorform mit hexagonaler Kontur entspricht. Für jeden der 6 elementaren Wellenleiter, die den zentralen elementaren Wellenleiter umgeben, erhält man eine Kontur, die einen zylindrischen Abschnitt mit Radii r = 22,866 um aufweisen, was einen Abstand h zwischen zwei Kernen von 39,623 um ergibt.
Die Fig. 11 stellt eine Konfiguration mit 9 Kernen dar, wobei der jeweilige Abstand hc dieser Konfiguration (ein kürzerer Abstand zwischen den Kernen) 29,46 um entspricht, während der Abstand hd des zentralen Kerns zu den Kernen, die davon am weitesten entfernt sind, 41,67 um beträgt. Um eine geringe Diaphotie zu erzielen, verwendet man zwei Arten von opto-geometrischen Eigenschaften (mit a und b bezeichnet), für die elementaren Leiter, und man wechselt den Typ, indem man von einem elementaren Leiter zu einem der nächstliegenden (der davon um einen Abstand hc entfernt ist) übergeht. Die Vorteile dieser Konfiguration mit 9 Kernen bestehen darin, daß die Kerne (im Querschnitt) eine quadratische Matrix bilden, und zwei Typen a und b mit opto- geometrischen Eigenschaften ausreichen, um eine schwache Diaphotie zu erzielen.
Fig. 12 stellt eine Konfiguration mit 12 Kernen dar, die ein sechseckiges Netz bilden, in dem die Kerne an den Scheitelpunkten gleichschenkeliger Dreiecke mit einer Seite h von der Größenordnung von 30 um gelegen sind. Man erreicht auf diese Weise einen höheren Grad der Auffüllung des Kreises C als mit der Konfiguration mit 9 Kernen. Um eine geringe Diaphotie zu erhalten, kann man drei Typen, mit a, b, c bezeichnet, mit opto- geometrischen Eigenschaften für die elementaren Wellenleiter verwenden, wobei die Eigenschaften von einem elementaren Leiter zum anderen alterniert werden, wie aus Fig. 12 ersichtlich ist.
Fig. 13 stellt eine Konfiguration mit 18 Kernen dar, wobei die Kerne ebenfalls an Scheitelpunkten gleichschenkeliger Dreiecke gelegen sind, deren Seite h hier etwa 23 um beträgt. Um eine geringe Diaphotie zu erhalten, verwendet man wiederum drei mit a, b, c bezeichnete Typen von opto-geometrischen Eigenschaften für die elementaren Leiter, wobei die Eigenschaften von einem elementaren Leiter zum anderen alterniert werden, wie aus Fig. 13 ersichtlich ist.
Die Fig. 14A und 14B veranschaulichen schematisch die Möglichkeit, die Dimensionen eines erfindungsgemäßen Mehrkern-Wellenleiters unter Beibehaltung der gleichen Diaphotie zu reduzieren, vorausgesetzt, es werden geeignete Ausbreitungsrichtungen für das Licht in den elementaren Leitern des Mehrkernleiters gewählt: Die Fig. 14A zeigt einen Mehrkern-Lichtwellenleiter 30a, wobei alle elementaren Leiter 32a, die um einen Abstand h voneinander beabstandet sind, von diesem Licht in der derselben Richtung durchquert werden. Die Fig. 14B zeigt einen weiteren Mehrkern-Lichtwellenleiter 30b, wobei alle elementaren Leiter 32b um einen Abstand h/2 voneinander beabstandet sind, und der die gleiche Diaphotie wie der Leiter der Fig. 14A ergibt, unter der Voraussetzung, daß zwei benachbarte Leiter von dem gleichen Licht in entgegengesetzten Richtungen durchquert werden.

Claims

1. Mehrkerniger bzw. mehradriger Lichtwellenleiter, mit:

mehreren elementaren optischen Leitern bzw. Lichtwellenleitern (G1 bis G4), deren Achsen (X1 bis X4; X) parallel sind und die jeweils einen Kern (c1 bis c4) sowie eine optische Hülle (g1 bis g4), die diesen Kern umgibt, aufweisen, und

einer Matrix (M), in der sich die elementaren Lichtwellenleiter befinden,

dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix durch aneinandergrenzende Zylinderabschnitte begrenzt ist, und daß

die elementaren Lichtwellenleiter (G1 bis G4) in der Matrix (M) an Positionen in bezug aufeinander und in bezug auf die äußeren Konturen (6, 7, 8, 9) derselben plaziert sind, die bis auf einige Zehntel Mikrometer genau festgelegt sind, wobei der Durchmesser des Kerns und der Durchmesser der optischen Hülle dieser elementaren Leiter bis auf einige Zehntel Mikrometer genau festgelegt sind und die Außermittigkeit zwischen dem Kern und der Hülle in der Größenordnung von ein Zehntel Mikrometer liegt, und daß

jeder elementare Lichtwellenleiter optogeometrische Eigenschaften, d. h. einen Durchmesser des Kerns des elementaren Lichtwellenleiters und eine Differenz zwischen dem optischen Index des Kerns und dem der optischen Hülle des elementaren Lichtwellenleiters, aufweist, die sich von denen der nächstgelegenen elementaren Lichtwellenleiter unterscheiden, wobei diese Eigenschaften derart gewählt werden, daß man eine geringfügige Diaphotie zwischen den elementaren Lichtwellenleitern erhält, wenn diese von Licht mit bestimmter Wellenlänge in der gleichen Richtung durchlaufen werden.

2. Lichtwellenleiter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er vier elementare Lichtwellenleiter (G1 bis G4) umfaßt, deren Achsen (X1 bis X4) im Querschnitt die Ecken eines Quadrats bilden, und daß die Konturen der Matrix vier identische Abschnitte von Drehzylindern (6, 7, 8, 9) bilden, deren Achsen jeweils mit den Achsen der elementaren Lichtwellenleiter zusammenfallen.

3. Lichtwellenleiter gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elementare Lichtwellenleiter ein Einmodenleiter ist.

4. Lichtwellenleiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden elementaren Lichtwellenleiter das Verhältnis des Durchmessers der optischen Hülle zum Durchmesser des Kerns in etwa 3 beträgt.

5. Lichtwellenleiter gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix, in der sich die elementaren Lichtwellenleiter befinden, außerdem einem Zylinder einbeschreibbar ist, dessen Durchmesser ca. 125 um beträgt.

6. Herstellungsverfahren des Lichtwellenleiters mit mehreren Kernen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden sukzessiven Schritte umfaßt:

Herstellung mehrerer elementarer Vorformteile bzw. Vorformelemente (16, 17, 18, 19), deren Präzision mit der für den mehrkernigen Leiter erwünschten kompatibel ist,

maschinelle Bearbeitung der einen elementaren Lichtwellenleiter aufweisenden Vorformelemente mit Präzision und auf eine Art und Weise, daß das nach dem Zusammenbau dieser Vorformelemente für den mehrkernigen Lichtwellenleiter gewählte geometrische Modell, das einer Kontur entspricht, die von Zylinderabschnitten begrenzt ist, erhalten wird

Zusammenbau der so bearbeiteten Vorformelemente (16, 17, 18, 19) nach diesem gewählten geometrischen Modell, teilweises Verlöten bzw. Verschweißen der maschinell bearbeiteten und auf diese Weise zusammengebauten Vorformelemente mittels eines Streckformvorspanns (amorce d'étirage) (25), und

Durchführen eines Präzisions-Streckformvorgangs der Baugruppe von Vorformelementen, die mit dem Streckformvorspann versehen sind, um so den mehrkernigen Lichtwellenleiter zu erhalten.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Vorformelement (16, 17, 18, 19) gemäß einem Verfahren hergestellt wird, das die folgenden sukzessiven Schritte umfaßt:

Fertigung eines Hohlstabs aus Kieselerde bzw. Quarzglas mit dicker Wand und hoher geometrischer Präzision,

internes Aufdampfen, mit Hilfe eines Ofens, einer glasartigen Beschichtung in dem Stab mittels eines Gemischs gasförmiger Verbindungen, die man im Stab zirkulieren läßt, wobei die Verbindungen die Beschichtung durch Reaktion miteinander zu erzeugen vermögen, und

Ausführen einer Querschnittsverminderung des Stabs.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die maschinelle Bearbeitung jedes Vorformelements (16, 17, 18, 19) die Ausbildung einer oder mehrerer Abflachung(en) (23) auf dieser parallel zur Achse dieses Vorformelements umfaßt, was den Zusammenbau der Vorformelemente nach dem gewählten geometrischen Modell gestattet.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vier Vorformelemente (16, 17, 18, 19) hergestellt werden und auf jeder davon zwei identische und zueinander senkrechte Abflachungen (23) ausgebildet werden, die eine gemeinsame Gerade (D) aufweisen und einen Abschnitt (P) eines Drehzylinders um die Achse dieser Vorformelemente derart begrenzen, daß dieser eine Symmetrieebene zuläßt, welche die Achse des Vorformelements und die den beiden Abflachungen gemeinsame Gerade (D) enthält, und daß die vier auf diese Weise maschinell bearbeiteten Vorformelemente zusammengebaut werden, um eine Einheit zu erhalten, in der die vier Achsen der Vorformelemente im Querschnitt an den Ecken eines Vierkants liegen, und deren Konturen vier Drehzylinder- Abschnitte (P) bilden, wobei die Achsen der Drehzylinder jeweils mit den Achsen der Vorformelemente zusammenfallen.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers der optischen Hülle zum Durchmesser des Kerns jedes Vorformelements ca. 3 beträgt.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser jedes Vorformelements außerdem so gewählt wird, daß der durch Streckformen der Anordnung der Vorformelemente erhaltene mehrkernige Leiter einem Zylinder einbeschreibbar ist, dessen Durchmesser 125 um beträgt.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung während des Streckformens mit einer Schutzschicht (28) versehen wird.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (28) außerdem mit einem Markierungsmittel (29) für die elementaren Lichtwellenleiter (27) des ausgebildeten mehrkernigen Leiters versehen ist.