DE69620274T2

DE69620274T2 - Lichtwellenleiterfaser mit grosser effektiver Querschnittsfläche

Info

Publication number: DE69620274T2
Application number: DE69620274T
Authority: DE
Inventors: Yanming Liu; Mark A Newhouse
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1995-01-26
Filing date: 1996-01-12
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2016-01-13
Also published as: EP1158323B1; EP0724171A3; EP1158323B9; DE69620274D1; DE69632356T2; CA2165640C; US6275636B1; AU702097C; US5835655A; US6493495B1; CA2165640A1; EP0724171A2; EP1158323A1; JPH08248251A; EP0724171B1; AU702097B2; DE69632356D1; AU4200396A

Description

Allgemeiner Stand

Die Erfindung betrifft eine Einmodenlichtwellenleiterfaser mit einer großen effektiven Fläche Aeff zur Lichtübertragung. Durch die große effektive Fläche werden nichtlineare optische Effekte, einschließlich Selbstphasenmodulation, Vierwellenmischung, Kreuzphasenmodulation und nichtlineare Streuprozesse, die zur Verschlechterung von Signalen in Hochleistungssystemen führen können, reduziert. Eine mathematische Beschreibung dieser nichtlinearen Effekte beinhaltet im allgemeinen das Verhältnis P/Aeff, wobei P die Lichtleistung ist. So folgt beispielsweise ein nichtlinearer optischer Effekt üblicherweise einer Gleichung, die einen Ausdruck exp [PxLeff/Aeff] enthält, wobei Leff die effektive Länge ist. Eine Vergrößerung von Aeff führt somit zu einer Verringerung des nichtlinearen Beitrags zu der Verschlechterung eins Lichtsignals.
In der Telekommunikationsindustrie hat die Forderung nach einer größeren Informationskapazität über längere Entfernungen hinweg ohne Regeneratoren zu einer Neubewertung der Auslegung des Einmodenfaserindexprofils geführt.
Diese Neubewertung hat sich darauf konzentriert, optische Wellenleiter bereitzustellen, die:
- nichtlineare Effekte, wie die oben angeführten, reduzieren;
- für den eine geringere Dämpfung aufweisenden Arbeitswellenlängenbereich um 1550 nm optimiert sind;
- mit optischen Verstärkern kompatibel sind, und
- die wünschenswerten Eigenschaften von Lichtwellenleitern, wie etwa hohe Festigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Biegefestigkeit, beibehalten.
Es hat sich herausgestellt, daß eine Wellenleiterfaser mit mindestens zwei eigenen Brechungsindexsegmenten ausreichend flexibel ist, um die Kriterien für ein Hochleistungswellenleiterfasersystem zu erfüllen und zu übertreffen. Die Gattungen von Auslegungen mit segmentiertem Kern sind in dem US-Patent 4,715,679 an Bhagavatula ausführlich offenbart. Spezies von in diesem Patent offenbarten Profilen, die Eigenschaften aufweisen, die sich für bestimmte Telekommunikationssysteme mit besonders hoher Leistung besonders eignen, sind in den Anmeldungen S.N. 08/323,795 und S.N. 08/287,262 offenbart.
Die vorliegende Erfindung ist noch eine weitere Kernindexprofilspezies, die nichtlineare Effekte reduziert und die sich für die Übertragung von Hochleistungssignalen über weite Entfernungen ohne Regeneration besonders eignet. Die Definition von hoher Leistung und weiter Entfernung ist nur in dem Kontext eines bestimmten Telekommunikationssystems von Bedeutung, in dem eine Bitrate, eine Fehlerbitrate, ein Multiplexierverfahren und möglicherweise optische Verstärker spezifiziert sind. Es gibt dem Fachmann bekannte weitere Faktoren, die sich auf die Bedeutung von hoher Leistung und großer Entfernung auswirken. Für die meisten Zwecke jedoch ist hohe Leistung eine Lichtleistung über etwa 10 mW. Eine große Entfernung ist beispielsweise eine, bei der die Entfernung zwischen elektronischen Regeneratoren über 100 km liegen kann.
Unter Berücksichtigung der Kerr-Nichtlinearitäten, d. h. Selbstphasenmodulation, Kreuzphasenmodulation und Vierwellenmischung, läßt sich der Vorteil eines großen Aeff aus der Gleichung für den Brechungsindex zeigen. Bezüglich des elektrischen Felds des Lichts ist der Brechungsindex einer Lichtwellenleiterfaser auf Siliziumbasis bekannterweise nichtlinear. Dar Brechungsindex kann geschrieben werden als
n = n&sub0; + n&sub2; P/Aeff, wobei n&sub0; der lineare Brechungsindex, n&sub2; der nichtlineare Indexkoeffizient, P die entlang dem Wellenleiter übertragene Lichtleistung und Aeff die effektive Fläche der Wellenleiterfaser ist. Da n&sub2; eine Konstante des Materials ist, ist eine Vergrößerung von Aeff im Grunde die einzige Möglichkeit zum Reduzieren des nichtlinearen Beitrags zu dem Brechungsindex, wodurch die Auswirkung von Kerr-artigen Nichtlinearitäten reduziert wird.
Es besteht somit ein Bedarf an einer Lichtwellenleiterfaser, die so ausgelegt ist, daß sie eine große effektive Fläche aufweist. Das Arbeitsfenster, das zu diesem Zeitpunkt vom größten Interesse ist, ist das in der Nähe von 1550 nm.
Definitionen - Die effektive Fläche ist
Aeff = 2π ( E² r dr)²/( E&sup4; r dr), wobei die Integrationsgrenzen 0 bis ∞ sind und E das elektrische Feld des ausgebreiteten Lichts ist.
Ein effektiver Durchmesser Deff kann definiert werden als
Aeff = π(Deff/2)²
- Ein Alphaprofil ist
n = n&sub0;(1 - Δ(r/a)α), wobei n&sub0; der Brechungsindex am ersten Punkt des Alphaindexprofils, Δ unten definiert, r der Radius und a der von dem ersten zu dem letzten Punkt des Alphaindexprofils gemessene Radius ist und r so gewählt ist, daß er an dem ersten Punkt des Alphaindexprofils Null ist.
- Die Breite eines Indexprofilsegments ist die Entfernung zwischen zwei vertikalen Linien, die von dem jeweiligen Anfangs- und Endpunkt des Indexprofils zu der horizontalen Achse der Kurve des Brechungsindexes als Funktion des Radius gezogen sind.
- Der Indexdelta-% ist
% Δ = [(n&sub1;² - nc²)/2n&sub1;²] · 100, wobei n&sub1; ein Kernindex und nc der Mantelindex ist. n&sub1; ist der durch ein % Δ gekennzeichnete größte Brechungsindex in dem Kerngebiet, sofern nichts anderes angegeben ist.
- Ein verjüngtes Stufenindexprofil ist ein Stufenindexprofil, das während des Wellenleiterfaserherstellungsprozesses durch eine Dotierstoffdiffusion modifiziert worden ist. Die Dotierstoffdiffusion bewirkt die Abrundung der im wesentlichen rechten Winkel an der Oberseite und Unterseite der Stufe und die Verjüngung der Seiten der Stufe. Das Ausmaß der Diffusion hängt von mehreren Variablen ab, einschließlich den Einzelheiten der Prozeßschritte, und von der anfänglichen Höhe und Breite des Stufenindexprofils.
Das präzise Ausmaß der Verjüngung ist keine kritische Determinante der hier erörterten Wellenleiterfasereigenschaften. Eine allgemeine Beschreibung des Grads der Verjüngung kann jedoch erfolgen.
-- Eine scharf verjüngte Stufe ist eine, bei der die Breite bei der Hälfte von % Δ im Bereich von 30 bis 50% der Basisbreite und die Breite bei 0,9 von % Δ im Bereich von etwa 15 bis 25% der Basisbreite liegt.
-- Eine mäßig verjüngte Stufe ist eine, bei der die Breite bei der Hälfte von % Δ im Bereich von 60 bis 80% der Basisbreite und die Breite bei 0,9 von % Δ im Bereich von etwa 35 bis 50% der Basisbreite liegt.
Die hier erörterten Indexprofile liegen im allgemeinen in den Bereichen von scharf oder mäßig verjüngten Profilen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Profilsegmente mit einem bestimmten Grad an Verjüngung beschränkt.
Bei einer Reihe bekannter Lichtwellenleiter werden Auslegungen mit segmentiertem Kern verwendet, um bestimmte gewünschte Wellenleiterfasereigenschaften zu erzielen. Beispiele dafür sind in den folgenden Artikeln offenbart: "Attentuation-Optimised Dispersion- Flattened Quadruple-Clad fibers with moderate F-doping in the first inner cladding" von Yangsheng Gao et al., veröffentlicht in IEE Photonics Technology Letters (1992) Juni, Nr. 6, New York, "Low-Loss Dispersion- Shifted Single-Mode fibre manufactured by the OVD process" von T.D. Croft et al., veröffentlicht im Journal of Lightwave Technology, Band 3, LT-3, Nr. 5, Oktober 1985, und "Dispersion-Shifted Segmented-Core Single-Mode fibres" von Bhagavatula et al., veröffentlicht in Optics Letters, Band 9, Nr. 5, Mai 1984. Aus jeder dieser Literaturstellen geht hervor, daß man mit segmentierten Brechungsindexprofilen Wellenleiterfasern erhalten kann, die eine gewünschte Menge von Wellenleiterfasereigenschaften aufweisen können.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung erfüllt den Bedarf an einer Wellenleiterfaser mit einem Indexprofil, das auf den Hochleistungsbetrieb in dem 1550 nm-Fenster zugeschnitten ist und gleichzeitig eine relativ große effektive Übertragungsfläche beibehält. Es ist Wert anzumerken, daß eine große effektive Fläche erzielt und gleichzeitig eine gute Biegefestigkeit beibehalten wird.
Die Erfindung betrifft eine Einmodenwellenleiterfaser mit einem Arbeitsbereich von etwa 1500 nm bis 1600 nm. Ein zum Betrieb in diesem Wellenlängenbereich ausgelegter Wellenleiter kann als ein dispersionsverschobener Wellenleiter bezeichnet werden. Das heißt, der Nullpunkt der Gesamtdispersion liegt im Bereich von etwa 1500 nm bis 1600 nm.
Der Wellenleiter weist ein Glaskerngebiet mit Segmenten auf, das von einer Glasmantelschicht mit einem Brechungsindex nc umgeben ist. Die Indexprofile der das Kerngebiet ausmachenden Segmente sind so zurechtgeschnitten, daß sie eine effektive Fläche von mindestens 70 Mikron² bereitstellen. (Zur Vereinfachung wird die SI-Einheit "Mikrometer" hier mit ihrer üblich verwendeten Abkürzung "Mikron" bezeichnet.) Die Faser weist eine Mittellinie auf, die die Symmetrieachse entlang der Länge der Faser ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Kerngebiet folgendes umfaßt: ein mittleres Segment mit einem kleinsten Brechungsindex n&sub0;, ein erstes Ringsegment neben dem mittleren Segment, wobei das erste Segment ein verjüngtes Stufenindexprofil mit einem größten Brechungsindex n&sub1; aufweist, ein zweites Ringsegment, neben dem ersten Ringsegment, mit einem niedrigeren, im wesentlichen konstanten Brechungsindex n&sub2; und ein drittes Ringsegment, neben dem zweiten Ringsegment, mit einem verjüngten Stufenindexprofil mit einem größten Index n&sub3;, wobei n&sub1; > n&sub3; > n&sub0; > n&sub2;, wobei das Brechungsindexprofil so konfiguriert ist, daß es außerhalb der Grenzen von 1540 nm bis 1557 nm eine Gesamtdispersion von Null und in der Nähe von 1550 nm eine effektive Fläche über von 70 Mikrometer² bereitstellt.
In einer ersten Ausführungsform umfaßt das Kerngebiet drei Ringsegmente. Das erste Ringsegment ist ein verjüngtes Stufenindexprofil mit einem größten % Δ und einer an der Basis der Stufe gemessenen Breite. Das präzise Ausmaß der Verjüngung und die Form der Oberseite des Indexprofils, ob sie dreieckig oder ungleichmäßig ist, ist im allgemeinen nicht von ausschlaggebender Bedeutung. Alle Breiten sind an der Basis eines bestimmten Kernsegments gemessen, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben. Das erste Ringsegment umgibt eine Indexvertiefung, unter Bildung eines mittleren Segments, auf der Wellenleitermittellinie, d. h. der Symmetrielinie entlang der Wellenleiterfaserlängsachse. Diese Vertiefung weist annähernd die Form eines umgekehrten Kegels auf. Die mittlere Vertiefung ist auf den wohlbekannten Dotierstoffverlust durch Diffusion zurückzuführen. Außerdem ist wohlbekannt, daß durch Prozeßdifferenzen das Ausmaß dieser mittleren Vertiefung vergrößert oder verkleinert werden kann. Bei einem ordnungsgemäßen Prozeß jedoch kann die mittlere Vertiefung von einem Wellenleiter zum anderen Wellenleiter relativ konstant gehalten werden. Diese mittlere Vertiefung ist im allgemeinen nicht zylindersymmetrisch.
Ein zweites Ringsegment neben dem ersten Ringsegment weist ein im wesentlichen konstantes % Δ und eine Breite auf. Ein drittes Ringsegment neben dem zweiten Ringsegment weist ein verjüngtes Stufenindexprofil und eine Breite auf. Die Geometrie und der % Δ-Bereich jedes Kernsegments, die zusammen ein Aeff von über etwa 70 Mikron² liefern, sind in Beispiel 1 aufgeführt.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Kerngebiet mit vier Segmenten. Das mittlere Segment weist einen im wesentlichen konstanten Brechungsindex n&sub0; und einen Radius auf. Ein erstes Ringsegment neben dem mittleren Segment weist ein verjüngtes Stufenindexprofil mit einem größten Brechungsindex n&sub1; und einer Breite auf. Ein zweites Ringsegment neben dem ersten Ringsegment weist einen im wesentlichen konstanten Brechungsindex n&sub2; und eine Breite auf. Ein drittes Ringsegment neben dem zweiten Ringsegment weist ein verjüngtes Stufenindexprofil mit einem größten Index n&sub3; und eine Breite auf. Die Beziehung zwischen den Indizes lautet n&sub1; > n&sub3; > n&sub0; > n&sub2;. Die ausführliche Beschreibung dieser Ausführungsform ist in Beispiel 2 aufgeführt.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Kerngebiet mit fünf Segmenten. Das mittlere Kernsegment ist zylindersymmetrisch und weist einen im wesentlichen konstanten Brechungsindex n&sub0; und einen Radius auf.
Ein erstes Ringsegment neben dem mittleren Kernsegment weist ein verjüngtes Stufenindexprofil mit einem größten Brechungsindex n&sub1; und einer Breite auf. Ein zweites Ringsegment neben dem ersten Ring weist einen im wesentlichen konstanten Brechungsindex n&sub2; und eine Breite auf. Ein drittes Ringsegment neben dem zweiten Ring weist ein verjüngtes Stufenindexprofil mit einem größten Index n&sub3; und einer Breite auf. Ein viertes Ringsegment neben dem dritten Ring weist einen im wesentlichen konstanten Brechungsindex n&sub4; und eine Breite auf.
Die Beziehungen unter den Indizes lauten n&sub1; > n&sub3; > n&sub0; ≥ n&sub0; und sowohl n&sub2; als auch n&sub4; < nc. Die entsprechenden Bereiche von Brechungsindizes und Profilgeometrien, die ein Aeff von über 70 Mikron² ergeben, sind in Beispiel 4 aufgeführt.
Das Brechungsindexprofil ist so gewählt, daß es ein Aeff von über etwa 70 Mikron² und bevorzugt eine Gesamtdispersion von Null bei über 1560 nm und eine Dispersionssteigung von unter etwa 0,09 ps/nm²-km liefert.
Diese bemerkenswerte Kombination von Eigenschaften kann mit einem Brechungsindexprofil erzielt werden, wie etwa denen, die in mehreren der folgenden Beispiele anzutreffen sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein modelliertes Indexprofil, das ein Viersegmentkerngebiet mit einer mittleren Indexvertiefung zeigt.
Fig. 2 ist ein modelliertes Indexprofil, das ein Viersegmentkerngebiet zeigt.
Fig. 3 ist ein modelliertes Indexprofil, das ein Fünfsegmentkerngebiet zeigt, wobei zwei der Segmente einen Brechungsindex aufweisen, der kleiner ist als der Mantelbrechungsindex.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die den berechneten effektiven Durchmesser des Indexprofils von Fig. 3 mit dem für das Profil von Fig. 3 berechneten Modenfelddurchmesser vergleicht.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Es hat sich gezeigt, daß die Auslegung mit segmentiertem Kern ausreichend flexibel ist, um einen großen Bereich von Wellenleiterfaserspezifikationen zu erfüllen, wie in dem Patent und den Patentanmeldungen, die oben aufgeführt sind, gezeigt ist.
Durch Ändern der Form und Stelle der Brechungsindexprofile der Segmente eines Kerngebiets wird die Modenleistungsverteilung des sich ausbreitenden Lichts und die Wellenleiterdispersion geändert. Wenn man eine im voraus ausgewählte Wellenleiterdispersion mit einer Materialdispersion kombiniert, kann man einen großen Bereich von Formen und Größen für die Gesamtdispersion oder chromatische Dispersion des Wellenleiters erhalten. Auf diese Weise kann man die Stelle der Gesamtdispersion Null oder die Größe oder Neigung der Gesamtdispersion über einen im voraus ausgewählten Wellenlängenbereich hinweg ändern.
Zudem ändert sich mit der Modenleistungsverteilung der Modenfelddurchmesser, die Biegefestigkeit und die effektive Fläche für die Lichtübertragung.
Allgemein gesagt kann die Modenleistungsverteilung und die Form der Wellenleiterdispersion nicht völlig unabhängig geändert werden. Die Variablen, die die segmentierte Kernstruktur definieren, müssen eingestellt werden, um für die Eigenschaften einer gegebenen Telekommunikationssystemanwendung den besten Kompromiß zu erhalten. Unter der im wesentlichen unendlichen Anzahl möglicher segmentierter Kernauslegungen wird eine Auslegung gesucht, die für folgendes die gewünschten Werte liefert:
- Nulldispersionswellenlänge.
- Grenzwellenlänge;
- Größe und Vorzeichen der Gesamtdispersion für einen im voraus ausgewählten Wellenlängenbereich,
- Neigung der Gesamtdispersion über einen im voraus ausgewählten Wellenlängenbereich;
- effektive Fläche; und
- Biegefestigkeit.
Es wird angenommen, daß andere wesentliche Eigenschaften, wie etwa größte Dämpfung über einen im voraus ausgewählten Wellenlängenbereich, Ermüdungsfestigkeit und Festigkeit durch das segmentierte Profil des Kerngebiets nicht beinflußt werden.
Das bei dem erfindungsgemäßen Wellenleiter mit segmentiertem Kern besonders wichtige Merkmal ist die effektive Fläche des Wellenleiters. Wie oben erwähnt, nehmen die abträglichen nichtlinearen Effekte mit zunehmender effektiver Fläche für die Übertragung von Licht ab.
Es wurde eine Reihe von Auslegungen mit segmentiertem Kern gefunden, die die effektive Fläche relativ zu Wellenleitern, die zur Verwendung in dem dispersionsverschobenen Fenster 1500 nm bis 1600 nm ausgelegt wurden, vergrößern und analoge Indexprofilformen aufweisen. Allgemein liegt die Vergrößerung von Aeff über 40%.
Eine typische effektive Fläche für einen dispersionsverschobenen Wellenleiter beträgt etwa 50 Mikron². Die erfindungsgemäßen segmentierten Profile liefern eine effektive Fläche von mindestens 70 Mikron². Wie aus den folgenden Ausführungsformen ersichtlich ist, kann die effektive Fläche viel größer als 70 Mikron² gemacht werden, wobei gleichzeitig eine annehmbare Biegefestigkeit beibehalten wird.
Der Kompromiß, der bei der Indexprofilauslegung eingegangen wird, beinhaltet die Größe und die Position der Profilsegmente. Ein Segment mit einem relativ hohen größten Brechungsindex, das von der Mittellinie des Wellenleiters entfernt positioniert ist, verbreitert allgemein die Lichtleistungsverteilung, wodurch die effektive Übertragungsfläche vergrößert wird. Bei Verbreiterung der Lichtleistungsverteilung nimmt jedoch der Widerstand der Wellenleiterfaser gegenüber Biegeverlusten ab. Die erfindungsgemäße Wellenleiterfaser liefert eine gute Biegefestigkeit und einen größeren Aeff.

Beispiel 1 - Viersegmentkern

Das in Fig. 1 dargestellte Indexprofil zeigt ein erstes ringförmiges Indexprofil 2, das im wesentlichen ein von einem im wesentlichen flachen Profilgebiet 4 umgebenes verjüngtes Stufenindexprofil ist. Die Indexvertiefung auf der Wellenleitermittellinie 6 ist auf eine Diffusion während der Preformverarbeitung zurückzuführen und kann als mittleres Indexprofilsegment angesehen werden. Das größte % Δ 10 kann einen Wert im Bereich von etwa 0,8 bis 0,95% aufweisen und in einem Radiusbereich von etwa 1,5 bis 2,5 Mikron angeordnet sein.
Das kleinste % Δ der Mittellinienvertiefung 6 befindet sich in der Regel im Bereich von etwa 0 bis 0,4%. Das Gebiet 6 weist grob die Form eines umgekehrten Kegels mit einem Basisradius auf, der von der Indexspitze 10 zu der Mittellinie gezeichnet etwa 1 bis 1,75 Mikron beträgt.
Der Ring 4 weist ein % Δ von im wesentlichen Null und eine Breite im Bereich von etwa 3,5 bis 4 Mikron auf.
Der Ring 12 weist ein größtes % Δ 8 im Bereich von etwa 0,40 bis 0,55% auf und liegt im Radiusbereich von etwa 6,5 bis 7,5 Mikron. Die Breite des Rings 12 liegt im Bereich von etwa 1 bis 1,7 Mikron.
Folgendes sind die Eigenschaften dieser Auslegung:
- Aeff etwa 75 Mikron²;
- Dispersion Null etwa 1562; und
- LP&sub1;&sub1;-Grenze etwa 1590 nm.
Die Eigenschaften dieser Auslegung können durch Verschieben der Position der Mitte des Segments 2 um etwa 0,15 Mikron nach außen modifiziert werden. Folgendes sind dann die Eigenschaften der Auslegung:
- Aeff etwa 86 Mikron²;
- Dispersion Null etwa 1531; und
- LP&sub1;&sub1;-Grenze etwa 1598 nm.
Man beachte, daß die Grenzwellenlänge an der Wellenleiterfaser vor der Verseilung gemessen wird. Durch den Verseilungsprozeß sinkt die Grenzwellenlänge im allgemeinen um einen Betrag von über etwa 200 nm.

Beispiel 2 - Viersegmentkern

Der in Fig. 2 gezeigte Kern weist Segmente 14, 16, 18 und 20 auf. Das Segment 14 ist ein zylindersymmetrisches Stufenindexprofil mit einem Brechungsindex n&sub0;. Das Ringsegment 16 neben dem Segment 14 weist ein verjüngtes Stufenindexprofil mit einem größten Brechungsindex n&sub1; auf.
Das Ringsegment 18 neben dem Ringsegment 16 weist einen im wesentlichen konstanten Brechungsindex n&sub2; auf.
Das Ringsegment 20 neben dem Ringsegment 16 weist ein verjüngtes Stufenindexprofil mit einem größten Index n&sub3; auf.
Die Beziehungen zwischen diesen Indizes lauten n&sub1; > n&sub3; > n&sub0; > n&sub2;, wie aus der Figur ersichtlich ist.
Das Segment 14 weist einen Radius von höchstens etwa 1 Mikron und ein %-Index-Δ von höchstens etwa 0,4% auf. Das Ringsegment 16 weist eine Breite von höchstens etwa 2,5 Mikron und ein größtes %-Index-Δ im Bereich von etwa 0,8 bis 1% auf. Dieses Maximum tritt bei einem Radius im Bereich von etwa 1,5 bis 2 Mikron auf.
Das Ringsegment 18 weist eine Breite im Bereich von etwa 2,5 bis 4 Mikron auf und n&sub2; ist etwa gleich nc.
Das Ringsegment 20 weist eine Breite im Bereich von etwa 1,5 bis 2,5 Mikron und ein größtes % Δ im Bereich von etwa 0,45 bis 0,75 auf. Dieses Maximum tritt bei einem Radius im Bereich von etwa 6,5 bis 7,5 Mikron auf.
Im Vergleich zu einer effektiven Fläche von etwa 52 Mikron² für eine standardmäßige dispersionsverschobene Wellenleiterfaser liegt die effektive Fläche des Kerns mit dieser Konfiguration mit segmentiertem Kern bei etwa 78 Mikron². Die Leistungsverteilung wird durch die Linie 22 gezeigt. Die in Fig. 2 gezeigte zusätzliche effektive Fläche des Kernindexprofils relativ zu der standardmäßigen dispersionsverschobenen Faser ist ein Ergebnis des höheren % Δ des Rings 20, das Leistung von der Wellenleitermitte weg verschiebt.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 4 beachte man, daß der effektive Durchmesser, Linie 50, größer ist als der Modenfelddurchmesser, Linie 52, über den Wellenlängenbereich von mindestens 1200 nm bis 1700 nm. Dies weist möglicherweise darauf hin, daß Deff die Modenleistungsverteilung besser beschreibt als der Modenfelddurchmesser für Brechungsindexprofile dieser Art.

Beispiel 3 - Abgesenkter Index mit fünf Segmenten

Das Brechungsindexprofil von Fig. 3 zeigt ein zylindersymmetrisches mittleres Segment 32 mit einem im wesentlichen konstanten Index n&sub0;. Das erste Ringsegment 34 neben dem Segment 32 weist ein verjüngtes Stufenindexprofil mit größtem Brechungsindex n&sub1; auf. Das zweite Ringsegment 36 neben dem Ringsegment 34 weist einen im wesentlichen konstanten Index n&sub2; auf.
Das dritte Ringsegment 38 neben dem Ringsegment 36 weist ein verjüngtes Stufenindexprofil mit einem größten Brechungsindex n&sub3; auf.
Das vierte Ringsegment 40 neben dem Ringsegment 38 weist einen im wesentlichen konstanten Index n&sub4; auf.
Die Beziehung zwischen den Indizes lautet, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, n&sub1; > n&sub3; > n&sub0; ≥ nc und sowohl n&sub2; als auch n&sub4; < nc.
Das mittlere Segment 32 weist ein % Δ im Bereich von etwa 0,1 bis 0,15% und einen Radius im Bereich von etwa 0,5 bis 1 Mikron auf. Das Ringsegment 34 weist ein größtes % Δ im Bereich von etwa 0,7 bis 0,85% auf, das im Radiusbereich von etwa 1,5 bis 2 Mikron liegt, und eine Breite im Bereich von 1 bis 2,5 Mikron.
Das Ringsegment 36 weist ein im wesentlichen konstantes % Δ im Bereich von etwa -0,1 bis -0,2% und eine Breite im Bereich von etwa 3,5 bis 4,5 Mikron auf.
Das Ringsegment 38 weist ein größtes % Δ im Bereich von etwa 0,55 bis 0,7% auf, das im Radlusbereich von etwa 7 bis 9 Mikron liegt, und eine Breite im Bereich von etwa 1,75 bis 2,5 Mikron.
Das Ringsegment 40 weist ein im wesentlichen konstantes Δ im Bereich von etwa -0,1 bis -0,2% und eine Breite im Bereich von etwa 5 bis 7 Mikron auf.
Dieses Indexprofil ist so berechnet, daß es eine effektive Fläche von etwa 72,4 Mikron² sowie ein Dispersionsnull von etwa 1564 nm und eine Dispersionsneigung von etwa 0,08 ps/nm²-km aufweist. Die LP&sub1;&sub1;-Grenze liegt bei etwa 1564 und die vorhergesagte Biegefestigkeit ist gut.
Diese Auslegung stellt eindeutig eine ausgezeichnete Wellenleiterfaser zur Verwendung in einem Hochleistungstelekommunikationssystem bereit, das eine hohe Intensität erzeugende optische Verstärker und Wellenlängenmultiplexierung verwendet.
Die Flexibilität dieser Auslegung geht aus den folgenden Vergleichsberechnungen hervor.
Das Segment 34 ist an der Basis etwa 0,2 Mikron breiter ausgeführt. Das Segment 36 ist etwa 0,3 Mikron breiter ausgeführt. Das Segment 38 ist etwa 0,15 Mikron breiter ausgeführt. Das resultierende Indexprofil stellt eine effektive Fläche von etwa 79,5 Mikron², ein Dispersionsnull von etwa 1563 nm und eine Dispersionsneigung von etwa 0,08 ps/nm²-km bereit. Die LP&sub1;&sub1;-Grenze beträgt bei Messung an der unverseilten Wellenleiterfaser 1628 nm. Wie oben angemerkt, nimmt die Grenzwellenlänge bei den meisten Kabelauslegungen um mindestens 200 nm ab.
Bei einer zweiten Vergleichsberechnung nimmt die Basisbreite des Segments 32 um etwa 0,2 Mikron und die des Segments 36 um etwa 0,15 Mikron ab und die des Segments 38 um etwa 1 Mikron zu. Die resultierende Wellenleiterfaser weist eine effektive Fläche von etwa 120 Mikron², ein Dispersionsnull von 1540 nm und eine Dispersionsneigung von 0,11 ps/nm²-km auf.

Claims

1. Einmodenlichtwellenleiterfaser, die nichtlineare Effekte reduziert und dispersionsverschoben ist, zur Verwendung über einen Wellenlängenbereich von 1500 nm bis 1600 nm, umfassend:

ein Kerngebiet mit Segmenten, wobei jedes Segment ein Brechungsindexprofil aufweist; und

eine Mantelschicht mit einem Brechungsindex nc die das Kerngebiet umgibt;

wobei die Einmodenwellenleiterfaser eine Mittellinie aufweist, die die Symmetrieachse entlang der Länge der Wellenleiterfaser ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kerngebiet folgendes umfaßt: ein mittleres Segment mit einem kleinsten Brechungsindex n&sub0;, ein erstes Ringsegment neben dem mittleren Segment, wobei das erste Segment ein verjüngtes Stufenindexprofil mit einem größten Brechungsindex n&sub1; aufweist, ein zweites Ringsegment, neben dem ersten Ringsegment, mit einem niedrigeren, im wesentlichen konstanten Brechungsindex n&sub2; und ein drittes Ringsegment, neben dem zweiten Ringsegment, mit einem verjüngten Stufenindexprofil mit einem größten Index n&sub3;, wobein n&sub1; > n&sub3; > n&sub0; > n&sub2;, wobei das Brechungsindexprofil so konfiguriert ist, daß es außerhalb der Grenzen von 1540 nm bis 1557 nm eine Gesamtdispersion von Null und in der Nähe von 1550 nm eine effektive Fläche von über 70 Mikrometer² bereitstellt.

2. Einmodenwellenleiterfaser nach Anspruch 1, wobei das Kerngebiet folgendes enthält:

ein erstes Ringsegment mit verjüngtem Stufenindex mit einem größten % Δ im Bereich von 0,8% bis 0,95%, wobei das Stufenindexsegment eine Mittellinienindexvertiefung von minimal % Δ-Index im Bereich von 0 bis 0,4% als mittleres Segment aufweist,

ein zweites Ringsegment, neben dem ersten Ringsegment, mit einem im wesentlichen konstanten % Δ von etwa 0 und

ein drittes Ringsegment, neben dem zweiten Ringsegment, mit einer verjüngten Stufenindexform und einem größten % Δ im Bereich von 0,40% bis 0,55%.

3. Einmodenwellenleiterfaser nach Anspruch 2, wobei das größte % Δ des ersten Ringsegments im Radiusbereich von 1,5 bis 2,5 um liegt und das größte % Δ des dritten Ringsegments im Radiusbereich von 6,5 bis 7,5 um liegt,

wobei der Radius bis zu der Außenkante des ersten Ringsegments im Bereich von 1,75 bis 2,5 um liegt und die Breiten des zweiten Ringsegments und des dritten Ringsegments im Bereich von etwa 3,5 bis 4 um bzw. 1 bis 1,7 um liegen und

wobei die Mittellinienindexvertiefung im wesentlichen ein umgekehrter Kegel mit einem Basisradius im Bereich von 1 bis 1,75 um ist.

4. Einmodenwellenleiterfaser nach Anspruch 4, wobei das mittlere Segment einen Radius von höchstens 1 um und ein %-Index-Δ von höchstens 0,4% aufweist,

das erste Ringsegment eine Breite von höchstens etwa 2,5 um und ein %-Index-Δ im Bereich von 0,8 bis 1% aufweist,

das zweite Ringsegment eine Breite im Bereich von 2,5 bis 4 um aufweist und n&sub2; etwa gleich nc ist und das dritte Ringsegment eine Breite im Bereich von 1,5 bis 2,5 um und ein % Δ im Bereich von 0,45 bis 0,75 aufweist.

5. Einmodenwellenleiterfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Nulldispersionswellenlänge der Faser im Bereich 1500 nm bis 1600 nm liegt.

6. Einmodenwellenleiterfaser nach Anspruch 1, wobei das zweite Ringsegment einen größten Index n&sub2; aufweist und die Faser weiterhin ein das dritte Ringsegment umgebendes viertes Mantelsegment mit einem größten Index n&sub4; umfaßt, wobei n&sub1; > n&sub3; > n&sub2; und wobei n&sub2; im wesentlichen gleich n&sub4;.

7. Einmodenwellenleiterfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die eine Fasergrenzwellenlänge zwischen 1584 nm und 1628 nm aufweist.

8. Einmodenwellenleiterfaser nach Anspruch 7, wobei das mittlere Segment zylindersymmetrisch ist und einen im wesentlichen konstanten Brechungsindex n&sub0; und weiterhin ein viertes Ringsegment, neben dem dritten Ringsegment, mit einem im wesentlichen konstanten Brechungsindex n&sub4; aufweist, wobei n&sub1; > n&sub3; > n&sub0; ≥ nc und sowohl n&sub2; als auch n&sub4; < nc.

9. Einmodenfaser nach Anspruch 8, wobei das mittlere Segment ein % Δ im Bereich von 0,1 bis 0,15% und einen Radius im Bereich von 0,5 bis 1 um aufweist, das erste Ringsegment ein größtes % Δ im Bereich von 0,7 bis 0,85% aufweist, das im Radiusbereich von 1,5 bis 2,5 um liegt, und eine Breite im Bereich von 1 bis 2,5 um,

das zweite Ringsegment ein im wesentlichen konstantes % Δ im Bereich von -0,1 bis -0,2% und eine Breite im Bereich von 3,5 bis 4,5 um aufweist,

das dritte Ringsegment ein größtes % Δ im Bereich von 0,55 bis 0,7% aufweist, das im Radiusbereich von 7 bis 9 um liegt, und eine Breite im Bereich von 1,75 bis 2,5 um und

das vierte Ringsegment ein im wesentlichen konstantes % Δ im Bereich von -0,1 bis -0,2% und eine Breite im Bereich von 5 bis 7 um aufweist.