DE69626359T2

DE69626359T2 - Verbesserter dispersionsverschobener optischer Wellenleiter

Info

Publication number: DE69626359T2
Application number: DE69626359T
Authority: DE
Inventors: Venkata A. Bhagavatula
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1995-11-21
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: AU717659B2; UA41998C2; EP0775924A3; US5649044A; KR970028623A; BR9605609A; JPH09171117A; EP0775924B1; AU7173196A; TW315421B; DE69626359D1; CA2188088A1; EP0775924A2; JP3217980B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Single-Mode-Wellenleiterfaser, welche eine Nulldispersion, die zu Wellenlängen nahe 1550 nm verschoben ist, eine größere effektive Fläche und eine geringe Steigung der Gesamtdispersion aufweist. Die neue Wellenleiterfaser ist eine Spezies der Art von Profilen, welche in dem US-Patent S. N. 08/378,780 veröffentlicht und beschrieben wurde.
Das neue Single-Mode-Wellenleiter-Design dient dazu, die Größe des Modenfelddurchmessers beizubehalten, um nicht-lineare Effekte aufgrund hoher Signalleistungsdichten zu begrenzen. Zusätzlich liefert die neue Wellenleiterfaser eine niedrige Dämpfung und Widerstandsfähigkeit gegenüber Verbiegung bzw. Biegefestigkeit, indem ein einfaches Design des Brechungsindexprofils genutzt wird, wodurch die Herstellungskosten niedrig gehalten werden. Für gewisse Profile, welche innerhalb des Umfangs der Erfindung fallen, ist die normierte Wellenleiterdispersion gegenüber der Wellenlängenkurve bimodal, wodurch eine zusätzliche Charakteristik geliefert wird, welche bei Telekommunikationssystemen mit hoher Leistung genutzt werden kann.
Telekommunikationssysteme, welche Laser hoher Leistung, Sender und Empfänger mit hohen Datenraten und die Technologie des Wellenlängenmultiplex nutzen, erfordern eine optische Wellenleiterfaser, welche außergewöhnlich niedrige, aber nicht null Totaldispersion und außergewöhnlich niedrige Polarisationsmodendispersion (PMD) aufweist. Zusätzlich muss die Wellenleiterfaser Charakteristika aufweisen, welche im Wesentlichen nicht-lineare Phänomene, wie z. B. Selbstphasenmodulation (SPM) und Vier-Wellen-Mischen (FWM) eliminieren. Die SPM kann durch Erniedrigen der Leistungsdichte begrenzt werden. Die FWM wird gesteuert, in dem sie in einem Wellenlängebereich betrieben wird, in welchem die Dispersion nicht null ist.
Eine weitere Anförderung besteht darin, dass der optische Wellenleiter kompatibel zu Systemen sein muss, welche optische Verstärker beinhalten.
Um einen optischen Wellenleiter zu liefern, welcher die Charakteristika aufweist, die für diese komplizierten Systeme erforderlich sind, wurde eine Auswahl von Brechungsindexprofilen gestaltet und getestet. Die Gestaltung des Mehrkomponentenkerns, wie sie im US-Patent 4,715,679 von Bhagavatula diskutiert wird, bietet die Flexibilität, um die Erfordernisse des neuen Systems zu erfüllen, während die Grunderfordernisse, wie z. B. niedrige Dämpfung, kleine geometrische Toleranz, annehmbare Biegefestigkeit und hohe Zugfestigkeit beibehalten werden. Außerdem sind bestimmte mehrstufige Kerndesigns relativ leicht herzustellen, wodurch eine vergrößerte Leistungsfähigkeit des optischen Wellenleiters ohne hinderliche Kostenerhöhungen geliefert wird.
Andere Beispiele dispersionsverschobener Fasern können in der EP 1 046 937 A (nach dem Prioritätsdatum veröffentlicht) oder in der EP 0 664 464 A gefunden werden.
Eine spezielle Art von Kernprofildesigns wurde entdeckt, wie sie in der US-Patentschrift S. N. 08/378,780 beschrieben wird, welche ungewöhnliche Eigenschaften aufweist.
Bei Telekommunikationssystemen, welche Wellenlängenmultiplex nutzen, ist ein bevorzugter optischer Wellenleiter einer, welcher eine verhältnismäßig flache Totaldispersion über den Wellenlängenbereich der gemultiplexten Signale hinweg aufweist. Für derartige Systeme, welche optische Verstärker nutzen oder auf der anderen Seite hohe Signalleistung verwenden, werden nicht-lineare Effekte, wie z. B. das Vier-Wellen-Mischen und die Selbstphasenmodulation, zu begrenzenden Faktoren für das System.
Deshalb besteht eine Notwendigkeit für eine optische Wellenleiterfaser, welche eine niedrige Steigung der Totaldispersion besitzt, um das Wellenlängemultiplexen zu erleichtern, welche das Managen der Totaldispersion erlaubt, um das Vier-Wellen- Mischen zu begrenzen, und welche ein verhältnismäßig großes Modenfeld beibehält, so dass die Leistung pro Querschnittseinheit der Wellenleiterfaser nicht zu groß ist, wodurch die Selbstphasenmodulation begrenzt wird.
Außerdem wünscht man eine leichte Herstellung und niedrige Herstellungskosten beizubehalten, welche mit Wellenleitern mit einfachem Brechungsindexprofil verbunden sind, wie z. B. einem, welcher einen Stufenindex aufweist.

Definitionen

- Die Radien der Bereiche des Kernes werden in Termen des Brechungsindexes definiert. Eine einzelne Region beginnt an dem Punkt, wo die Brechungsindex-Charakteristik dieser Region beginnt, und endet an dem letzten Punkt, wo der Brechungsindex charakteristisch für diese Region ist. Der Radius wird diese Definition aufweisen, es sei denn, dies wird anders im Text aufgeführt.
- Der Term %Δ gibt ein relativen Maß der Brechungsindexdifferenz an, welcher durch die Gleichung definiert ist.
%Δ = 100 · (nr² - nC²)/2nr², wobei nr der maximale Brechungsindex in einem gegebenen Kernbereich und nc der Brechungsindex in dem Mantelbereich ist.
- Der Term Alpha-Profil bezieht sich auf ein Brechungsindexprofil, welches in Termen von %Δ(r) ausgedrückt wird, welcher der Gleichung genügt %Δ(r) = %Δ(r&sub0;)(1 - [(r - r&sub0;)]alpha), wobei r im Bereich r&sub0; ≤ r ≤ r&sub1; ist, %Δ oben definiert wird und Alpha ein Exponent ist, welcher die Form des Profiles definiert.
- Die effektive Fläche ist Aeff = 2Π( E² r dr)²/( E&sup4; r dr), wobei die Integrationsgrenzen 0 bis cc sind und E das elektrische Feld ist, welches mit dem sich ausbreitenden Licht verbunden ist.
- Die normierte Wellenleiterdispersion ist in Übereinstimmung mit '679 von Bhagavatula als V d² (bV)/dV² definiert.
Die neue Wellenleiterfaser, wie sie in den Ansprüchen 1 und 6 beansprucht wird und hier veröffentlicht wird, erfüllt die Notwendigkeit für eine Faser hoher Leistung, welche eine niedrige Steigung der Dispersion und eine größere effektive Fläche besitzt, d. h. ein Aeff > 60 Mikrometer². Zusätzlich kann das neue Indexprofildesign so maßgeschneidert werden, um eine bimodale Kurve der normierten Wellenleiterdispersion in Abhängigkeit von λ/λc, zu liefern. Der Ausdruck bimodal wird gebraucht, um eine Kurve zu beschreiben, welche einen ersten Teil besitzt, welcher eine erste Steigung aufweist, und einen zweiten Teil besitzt, welcher eine zweite Steigung aufweist. Im augenblicklichen Fall ist ein Teil der normalisierten Wellenleiterdispersionskurve flach, und damit wird ein Wellenlängenintervall definiert, über welchem λ&sub0; und die Totaldispersion gegenüber Herstellungsänderungen unempfindlich sind. Ein anderer Teil der Kurve hat eine steilere Steigung, typischerweise eine Steigung mit einer Größenordnung von 2 größer und liefert dadurch ein Wellenlängenintervall, über welchem geringe Änderungen in der Wellenleiterfasergeometrie oder im Indexprofil eine große Veränderung in λ&sub0; und dadurch Totaldispersion erzeugt. Diese letztere Reaktion auf die Wellenleitergeometrie oder das Indexprofil ist ideal zum Hin- und Herschalten der Totaldispersion zwischen positiven und negativen Werten, womit die Totaldispersion einer Faserlänge gemanagt wird. Das Managen der Totaldispersion kann bedeuten, dass die Totaldispersion für die gesamte Faserlänge klein ist, während die Dispersion über ein signifikantes Längensegment der Faser nicht null ist. Der Effekt des nicht-linearen Vier-Wellen-Mischens wird dadurch wesentlich eliminiert.
Ein erster Gesichtspunkt der neuen Wellenleiterfaser wird in Anspruch 1 definiert, welcher sich auf die Mängel bezieht und die günstigen Eigenschaften herausstellt, die oben aufgeführt wurden. Die Single-Mode-Wellenleiterfaser entsprechend der Erfindung ist dispersionsverschoben. Das Brechungsindexprofil des Wellenleiterfaserkerns hat drei Segmente:
- Ein zentrales Segment vom Radius A&sub1;, wobei der Radius von der Zentrumslinie des Wellenleiters aus gemessen wird, welcher ein Alpha-Profil mit Alpha = 1, einen maximalen Brechungsindex n&sub1; und eine Indexdifferenz Δ&sub1;% besitzt;
- ein zweites Segment, welches einen ersten Punkt direkt nach A&sub1; und einen letzten Punkt beim Radius A&sub2; und einen maximalen Brechungsindex n&sub2; und eine Indexdifferenz Δ&sub2;% besitzt; und
- ein drittes Segment, welches einen ersten Punkt direkt nach A&sub2; und einen letzten Punkt beim Radius A und einen maximalen Brechungsindex n&sub3; und eine Indexdifferenz Δ&sub3;% besitzt.
Die Beziehungen zwischen diesen Parametern sind die folgenden:
n&sub1; > n&sub3; > n&sub2; ≥ nc;
A&sub1;/A ist im Bereich von 0,4 is 0,6;
A&sub2;/A ist im Bereich von ungefähr 0,78 bis 0,88; und
Δ&sub3;%/Δ&sub1;% ist im Bereich von ungefähr 0,16 bis 0,39.
Diese Beziehungen stellen die Charakteristika der Wellenleiterfaser, die Nulldispersionswellenlänge im Bereich von 1520 nm bis 1600 nm und die Steigung der Totaldispersion ≤ 0,085 ps/nm²-km her.
Eine Ausführungsform dieses ersten Gesichtspunktes entsprechend der Alternative (a) des Anspruchs 1 weist auf:
A&sub1; im Bereich 3,25 Mikrometer bis 3,50 Mikrometer;
A&sub2; im Bereich 5,55 Mikrometer bis 6,05 Mikrometer; und
A im Bereich 6,5 Mikrometer bis 7,0 Mikrometer. Das Verhältnis Δ&sub3;%/Δ&sub1;% ungefähr 0,165 und Δ&sub1;% ist 0,9 bis 1,0%. Diese Ausführungsform weist die Charakteristika auf, Nulldispersion im Wellenlängenbereich 1530 nm bis 1550 nm, Steigung der Totaldispersion ≤0,07 ps/nm²-km und ein Modenfelddurchmesser ≥8,4 Mikrometer.
In einer Unterspezies dieser Ausführungsform besitzt das zweite Kernsegment ein flaches Indexprofil, und n&sub2; ist ungefähr gleich nc. Das dritte Kernsegment besitzt eine trapezförmige Form mit einem im Wesentlichen flachen oberen Bereich.
Eine andere Ausführungsform dieses Gesichtspunktes entsprechend der Alternative (c) des Anspruchs 1 weist auf:
A&sub1; im Bereich von 3,25 Mikrometer bis 3,75 Mikrometer;
A&sub2; im Bereich von 5,1 Mikrometer bis 6 Mikrometer; und
A im Bereich von ungefähr 6,5 bis 7,5 Mikrometer. Das Verhältnis Δ&sub3;%/Δ&sub1;% ist ungefähr 0,18, und Δ&sub1;% ist ungefähr 0,9 bis 1%, um die Wellenleitereigenschaften zu erzielen, die Wellenlänge der Nulldispersion im Bereich von 1535 nm bis 1585 nm, Steigung der Totaldispersion ≤0,065 ps/nm²-km, Modenfelddurchmesser ≥7,5 Mikrometer und eine bimodal normierte Steigung der Wellenleiterdispersion.
In einer Unterspezies dieser Ausführungsform weist das erste Kernsegment einen Zentralbereich in Form eines invertierten Konus auf, dessen Grundradius nicht größe r als ungefähr 1,5 ist. Ebenso ist nahe dem Ende des ersten Kernindexprofilsegmentes die Steigung des dreieckigen Alpha-Profils abgesenkt. Diese beiden Charakteristika des Zentralkernsegments sind für das. Diffundieren oder Durchlassen des Dotierstoffes aus der Wellenleitervorform während der Herstellung repräsentativ. Für die meisten Verwendungen beeinflusst dieses Diffusionsphänomen nicht wesentlich die Leistung des Wellenleiters. In Fällen jedoch, wo die Diffusion signifikant die Wellenleitereigenschaft ändert, kann eine Kompensation für die Diffusion im Vorform- Herstellungsschritt durchgeführt werden. Ihr Vorhandensein bringt das modellierte Brechungsindexprofil in bessere Übereinstimmung mit einem aktuellen. Das zweite Kernsegment hat ein flaches Indexprofil, und n&sub2; ist im Wesentlichen gleich mit nc.
Die bimodale Eigenschaft der normierten Wellenleiterdispersion dieser Unterspezies kann in Termen der Wellenleiterfaser- Grenzwellenlänge λc und der Betriebs-. oder Signalwellenlänge λ beschrieben werden. Im Einzelnen ist die normierte Wellenleiterdispersionskurve im Wesentlichen flach, wenn 0,68 ≤ λ&sub0;/λ ≤ 0,8 ist, und ist größer als ungefähr 2 für λc/λ > 0,8.
Eine weitere Ausführungsform des ersten Gesichtspunktes wird in der Alternative (b) des Anspruchs 1 dargelegt.
Ein zweiter Gesichtspunkt der Erfindung, welcher im Anspruch 6 beansprucht wird, in Analogie zum ersten Gesichtspunkt, kann als eine Wellenleiterfaser definiert werden, welche einen Kern mit drei Segmenten besitzt, wobei das zentrale Segment ein Stufenindexprofil besitzt. Wenn man die analoge Definition der Terme beibehält, ist n&sub1; > n&sub3; > n&sub2; ≥ nc, ist A&sub1;/A ungefähr 0,3, ist A&sub2;/A ungefähr 0,85 und ist Δ&sub3;%/Δ&sub1;% ungefähr 0,39. Die neue Wellenleiterfaser, die damit beschrieben wird, hat eine Wellenlänge der Nulldispersion im Bereich von 1520 nm bis 1600 nm, eine Steigung der Totaldispersion ≤0,070 ps/nm²-km.
Eine Ausführungsform dieses zweiten Gesichtspunktes weist auf:
A&sub1; im Bereich von 2,25 Mikrometer bis 2,55 Mikrometer;
A&sub2; im Bereich von 6,35 Mikrometer bis 7,4 Mikrometer; und
A im Bereich von ungefähr 7,5 Mikrometer bis 8,5 Mikrometer.
Das Verhältnis Δ&sub3;%/Δ&sub1;% ist ungefähr 0,39, und Δ&sub1;% ist ungefähr 0,6%. Die Wellenleiterfaser dieser Ausführungsform hat eine Wellenlänge der Nulldispersion im Bereich von 1525 nm bis 1600 nm, eine Steigung der Totaldispersion ≤0,07 ps/nm²-km und einen Modenfelddurchmesser 8,0 Mikrometer.
Eine Unterspezies dieser Ausführungsform hat ein zweites Segmentindexprofil, welches im Wesentlichen flach und im Wesentlichen gleich nc ist. Das Brechungsindexprofil des dritten Kernsegmentes ist trapezförmig. Die Kurve der normierten Wellenleiterdispersion ist bimodal, wie dies durch die folgenden Eingrenzungen des Verhältnisses der Grenzwellenlänge zur Signalwellenlänge definiert wird. Die Kurve der normierten Wellenleiterdispersion ist im Wesentlichen flach für 0,72 ≤ λc/λ ≤ 0, 80 und hat eine Steigung größer als ungefähr 2 für λc/λ > 0, 80.
Man wird verstehen, dass kleine Änderungen in den Brechungsindexprofilen, wie sie oben beschrieben wurden, die Eigenschaften der Wellenleiterfaser oder deren Leistungsfähigkeit nicht massiv beeinträchtigen. Außerdem ist das Konzept des äquivalenten Brechungsindexes dem Stand der Technik entsprechend. Äquivalente Indexprofile sind im Wesentlichen in einer Wellenleiterfaser gegenseitig austauschbar.
Die neue Familie von Brechungsindexprofilen, wie sie hier beschrieben werden, beinhaltet äquivalente Profile und unterschiedliche Profile, welche sich nur wenig von einem beschriebenen Profil unterscheiden. Z. B. kann ein Stufensegment abgerundete Ecken oder geneigte Seiten aufweisen oder einen konkaven oder konvexen oberen Bereich. Auch das Phänomen der Diffusion des Dotierstoffes, welches in einigen Verfahren der Wellenleiter-Vorformherstellung auftritt, beeinträchtigt nicht wesentlich die Eigenschaften oder die Leistungsfähigkeit der Wellenleiterfaser. In den Fällen jedoch, wo die Diffusion signifikant die Eigenschaften des Wellenleiters ändert, kann die Kompensation der Diffusion im Vorformherstellungsschritt ausgeführt werden. Die Prozent-Δs oder Geometrieverhältnisse des Wellenleiterkerns können verstellt werden, d. h. justiert werden, um die gewünschten Eigenschaften und die Leistungsfähigkeit in der Wellenleiterfaser zu erreichen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Darstellung eines Drei-Segmente-Kerns, welcher ein dreieckförmiges Zentralprofil, d. h. Alpha = 1, besitzt.
Fig. 2a ist eine Darstellung eines Drei-Segmente-Profils, wobei das zentrale Segment einen Zentrumsbereich welcher die Form eines invertierten Konus besitzt und ein Endteil aufweist, welches eine Steigung mit der Größe kleiner als 1 besitzt.
Fig. 2b ist ein Diagramm der normierten Wellenleiterdispersion in Abhängigkeit von λc/λ, welche sich auf das Brechungsindexprofil, welches in Fig. 2a gezeigt ist, bezieht.
Fig. 3a ist eine Darstellung eines Drei-Segmente-Profiles, welches ein Stufenindexprofil als Zentralsegment besitzt.
Fig. 3b Ist eine Kurve der normierten Wellenleiterdispersion in Abhängigkeit von λc/λ, welche sich auf das Brechungsindexprofil, welches in Fig. 3a gezeigt ist, bezieht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der optische Stufenindex-Single-Mode-Wellenleiter ist zu einem Industriestandard wegen seiner hohen Bandbreite, niedrigen Dämpfung und Einfachheit des Brechungsindexprofildesigns geworden. Diese Wellenleiterfaser ist speziell für die Telekommunikationsindustrie attraktiv, da die Einfachheit des Indexprofildesigns zu niedrigeren Kosten für den Lieferanten und den Installateur führt.
Da die Forderung nach einem Wellenleiter höherer Leistungsfähigkeit angewachsen ist, war jedoch die Notwendigkeit für ein Indexprofildesign gegeben, welches eine größere Flexibilität aufweist. Der neue segmentierte Kern, welcher hier veröffentlicht wird, ist eine Spezies der Art von Brechungsindexprofil, wie es im US-Patent 4,715,679 von Bhagavatula veröffentlicht wird und weiter in den US-Patentschriften S. N. 08/378,780 und 08/323,795 weiter im Detail dargestellt wird. Das Drei-Segmente-Kerndesign, welches Gegenstand dieser Anmeldung ist, hat ausreichende Flexibilität, um eine große Breite von Anforderungen an ein Hochleistungs-Telekommunikationssystem zu erfüllen.
Da die Anzahl der möglichen segmentierten Kernbrechungsindexprofile, wie sie in dem '679-Patent veröffentlicht wird, im Wesentlichen unbegrenzt ist, ist es bequem, eine spezielle Indexprofilspezies zu untersuchen, wobei ein Modell zum Berechnen der Wellenleiterfaser-Leistungsfähigkeit benutzt wird, das auf dem Kernbrechungsindex und den Kerngeometrieparametern beruht.
Für den Gegenstand der Erfindung beinhalten die funktionellen Erfordernisse der Wellenleiterfaser eine niedrige Steigung der Dispersion, einen Betrieb im Bereich des Dämpfungsfensters bei 1550 nm und eine effektive Fläche bei 1550 nm größer als ungefähr 60 Mikrometer². Der Modenfelddurchmesser wird vorzugsweise konstant gehalten oder angehoben gegenüber der Standard-dispersionsverschobenen-Wellenleiterfaser.
Bei der Suche nach Brechungsindexprofilen, welche diesen Erfordernissen entsprechen, wurde ein zusätzlicher Nutzen entdeckt. Für ein bestimmtes dieser neuen drei Segmentprofile weist die normierte Wellenleiterdispersion, wie sie in dem '679-Patent von Bhagavatula definiert wird, als Vd²(Vb)/dV², aufgetragen gegenüber dem Verhältnis λc/λ, wobei λc die Grenzwellenlänge und λ die Signalwellenlänge ist, eine bimodale Steigung auf. Ein erster Teil der Kurve ist im Wesentlichen flach. Somit sind die Wellenlänge der Nulldispersion und die Grenzwellenlänge relativ unempfindlich gegenüber Änderungen in der Geometrie der Wellenleiterfaser, wie z. B. dem Kernradius. Die Herstellungstoleranzen sind deshalb unkritisch, und der Prozentsatz an guten ausgewählten Produkten wird ansteigen.
Ein zweiter Bereich der normierten Wellenleiterdispersionskurve weist eine Steigung größer als ungefähr 2 auf. Für diesen Teil der Kurve kann die Wellenlänge der Nulldispersion und die Grenzwellenlänge weit sich verändernde Werte annehmen, abhängig von der Geometrie der Wellenleiterfaser. Ein in der Dispersion gemanagter Wellenleiter kann dann mehr endgültig hergestellt werden, da die Totaldispersion leichter dazu gebracht werden kann, dass sie zwischen positiven und negativen Werten hin- und her wechselt. Auf diese Weise kann die Totaldispersion des Wellenleiters klein über die gesamt Länge der Faser gemacht werden, da in jeder Unterlänge entlang der Wellenleiterfaser die Totaldispersion nicht zu null würde. Das Vier-Wellen-Mischen kann deshalb gesteuert werden, ohne eine große Erniedrigung bzw. Beeinträchtigung der Totaldispersion.
Ein optischer Wellenleiter, welcher drei Segmente besitzt, wird in Fig. 1 gezeigt. Man beachte, dass die Definitionen der Radien A&sub1;, A&sub2; und A in Fig. 1 gezeigt werden. Das zentrale Segment 2 hat ein Alpha-Profil, wobei Alpha gleich 1 ist, d. h. ein dreieckförmiges Indexprofil. Das zweite Segment 4 wird mit einigen möglichen Alternativen gezeigt, welche ein flaches Profil mit Index gleich nc, einen Stufenindex 10 und einen mehr allgemeinen kurvenförmigen Index 8 aufweisen. Das Indexprofil wird so gewählt, dass n&sub1; > n&sub3; > n&sub2; ≥ nc, wobei der Index im Brechungsindex mit der Segmentzahl übereinstimmt. Das dritte Segment wird trapezförmig 6 dargestellt. Man hat davon auszugehen, dass geringe Modifikationen des Indexprofiles 6 durchgeführt werden können, ohne dass massiv die Funktion des Wellenleiters beeinträchtigt wird. Z. B. kann der obere Teil des Trapezes abgeschrägt oder abgerundet sein.

Beispiel 1 - Drei-Segment-Profil, Alpha = 1

Eine Familie von Wellenleitern, welche die Profilform besitzen, wie sie in Fig. 1 dargestellt wird, wurden bei der Suche nach einer niedrigen Steigung der Dispersion und einem zweiten Fenster der Nulldispersionswellenlänge λ&sub0; erstellt. Als geeignete Indexprofilparameter wurden gefunden:
-A&sub1;/A ~ 0,5; A&sub2;/A ~ 0,86; Δ&sub3;%/Δ&sub1;% ~ 0,165. Tabelle 1 zeigt die erstellten Charakteristika der zwei Wellenleiter. Tabelle 1
Die Tabelle 1 zeigt dispersionsverschobene Wellenleiterfasern, welche sehr niedrige Steigung der Dispersion und großen Modenfelddurchmesser besitzen. Aeff ist für diese Wellenleiter größer als 70 Mikrometer².
Ein andere Wellenleiterfaser, welche im Bereich dieses Beispiels liegt, hat A&sub1;/A = 0,46, A&sub2;/A = 0,84-0,85, Δ&sub3;%/Δ&sub1;% = 0,39, A = 7,1-7,2 und Δ&sub1;% ~ 0,9%. In diesem Fall ist, die steigende Dispersion ein klein wenig höher bei ungefähr 0,085 ps/nm²-km, aber Aeff steigt auf Werte im Bereich von ungefähr 75 bis 80 Mikrometer² an.
Eine Ausführungsform ähnlich zu der der Fig. 1 wird in Fig. 2a dargestellt. In diesem Fall wurde das erstellte Indexprofil so modifiziert, um besser auf die aktuellen Herstellungsbedingungen einzugehen. Einige Herstellungstechniken für die Wellenleiterfaservorform erfordern eine Behandlung der Vorform mit hoher Temperatur, während sie noch in der Rußform ist, im Gegensatz zu einer Vorform, welche in ein Glas geschrumpft ist. Während eines solchen Herstellungsschrittes ist es nicht ungewöhnlich, dass Dotierionen aus dem Glasruß austreten oder durch den Glasruß diffundieren.
Das Ergebnis solchen Austretens oder Diffundierens kann durch das Brechungsindexprofil der Fig. 2a wiedergegeben werden. Der invertierte Konusbereich 20 auf der Zentrumslinie kann auf dem aus dem Dotiermittel austretenden Ruß beruhen. Der Basisradius des Konus 112 ist gewöhnlich nicht größer als 1,5 Mikrometer. Die Indexprofilbereiche 14 und 18 geben das Dotiermittel wieder, welches in den Bereich 22 von den benachbarten Indexprofilsegmenten diffundiert ist, welche eine höhere Dotiermittelkonzentration aufweisen. Damit besitzt der Bereich 24 des Alpha = 1-Profils einen sich verjüngenden Bereich 14, und das trapezförmige Indexprofil 16 besitzt eine verbreiterte Basis und weniger steile Seitenneigungen.

Beispiel 2 - Drei-Segment-Dotiermitteldiffusion mit Alpha = 1

Es wurde eine optische Drei-Segment-Wellenleiterfaser gestaltet, wobei die Profilform benutzt wurde, wie sie in Fig. 2a dargestellt wird. Die radialen Orte von A&sub1;, A&sub2; und A werden auf der horizontalen Achse der Fig. 2a gezeigt. Die Indexprofilparameter, welche in der Modellrechnung benutzt wurden, waren: A&sub1;/A ~ 0,50; A&sub2;/A ~ 0,79 und Δ&sub2;%/Δ&sub1;% ~ 0,18. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
Die Modellergebnisse zeigen sehr niedrige Steigung der Totaldispersion und die Fähigkeit, zwischen den λ&sub0;'s oberhalb und unterhalb von 1550 nm hin- und herzuschalten. Dieses letztere Merkmal macht das Design für den Gebrauch bei dispersions-gemanagten Wellenleitern geeignet, wie dies oben beschrieben wird. Die Modenfelddurchmesser sind für moderate Signalleistungsdichten geeignet.
Die normierte Wellenleiterdispersion, welche über λc/λ aufgetragen ist, welche den Indexprofilen des Beispiels 2 entspricht, wird in Fig. 2b gezeigt. Der flache Teil der Kurve 26 ist der Designbereich, in welchem λ&sub0; gegenüber Herstellungsveränderungen in der Geometrie der Wellenleiterfaser nicht empfindlich ist. Der steilere Bereich der Kurve 28 ist der Designbereich, welcher für das Herstellen der dispersions-gemanagten Wellenleiterfaser nützlich ist.
Die Ausführungsform der Erfindung, welche in Fig. 3a gezeigt wird, ist besonders einfach im Design und relativ einfach herzustellen, wodurch ein Herstellungsprozess mit niedrigen Kosten ermöglicht wird. Das zentrale Stufenindexprofil 30 ist von dem trapezförmigen Segment 34 durch ein niedrigeres Indexsegment 32 getrennt. Die Stufen- und Kurvensegmente 36 und 38 werden als Alternativen zu dem Segment 32 gezeigt, welches im Wesentlichen gleich zum Brechungsindexprofil der Mantelschicht ist.

Beispiel 3 - Stufenindex

Das Indexprofil der Fig. 3a mit dem zweiten Segment, welches hergenommen wird, um das Indexprofil 32 zu sein, wurde gestaltet, indem die Parameter genutzt wurden: A&sub1;/A ~ 0,3; A&sub2;/A ~ 0,85; und Δ&sub3;%/Δ&sub1; ~ 0,39. Die Modellergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3
Man beachte, dass die Steigung der Totaldispersion sehr niedrig für die letzten beiden beispielhaften Wellenleiterfasern ist, und der Modenfelddurchmesser > 8,0 Mikrometer ist. Das außergewöhnlich große Modenfeld der Wellenleiterfaser des ersten Beispiels wird bei einer Steigung der Totaldispersion von nur 0,070 ps/nm²-km erhalten.
Man kann auch aus den Beispielen erkennen, dass man Aeff auf Kosten einer höheren Steigung der Totaldispersion erhöhen kann. Die einzelne Anwendung bestimmt, wie man beim Abwägen der Wellenleitereigenschaften wählen kann.
Für dieses Brechungsindexprofil-Design gibt es eine damit verbundene Bimodalkurve der normierten Wellenleiterdispersion, welche in Abhängigkeit vom Verhältnis λc/λ aufgetragen ist. Mit Bezug auf Fig. 3b ist die Kurve für λc/λ im Bereich von ungefähr 0,72 bis 0,8 verhältnismäßig flach. Der steilere Bereich der Kurve hat im Allgemeinen eine Steigung in einer Größenordnung größer als ungefähr 2 für λ&sub2;/λ größer als 0,8.
Die Erfindung liefert damit eine optische Wellenleiterfaser mit Drei-Segment-Kern, welche:
- als ein dispersionsgemanagter Wellenleiter hergestellt werden kann,
- einfach im Design ist und deshalb niedrig in den Herstellungskosten ist;
- die sehr niedrige Steigung der Totaldispersion liefert, welche für Systeme mit hohen Bitraten notwendig ist, welche Wellenlängenmultiplex anwenden können oder einen langen Regeneratorabstand haben; und
- einen ausreichend hohen Modenfelddurchmesser beibehalten wird, um nicht-lineare optische Effekte zu begrenzen, wie z. B. Vierphotonenmischen und Eigenphasen- oder Kreuzphasenmodulation.

Claims

1. Dispersionsverschobene optische Single-Mode-Wellenleiterfaser, welche einen Kernbereich aufweist, der ein Brechungsindexprofil besitzt, welches drei Segmente aufweist, nämlich:

ein erstes Segment, welches einen ersten Punkt auf der Zentrumslinie dar Wellenleiterfaser besitzt, einen letzten Punkt beim Radius A&sub1;, einen maximalen Brechungsindex n&sub1; und eine Indexdifferenz Δ&sub1;% und ein Alpha-Profil, wobei Alpha eins ist,

ein zweites Segment, welches einen ersten Punkt direkt nach dem Radius A&sub1; besitzt, einen letzten Punkt beim Radius A&sub2; und einen maximalen Brechungsindex n&sub2; und eine Indexdifferenz A&sub2;%; und

ein drittes Segment, welches einen ersten Punkt direkt nach dem Radius A&sub2; besitzt, einen letzten Punkt am Radius A und einen maximalen Brechungsindex n&sub3; und eine Indexdifferenz Δ&sub3;%; und

eine Mantelbeschichtung, welche diesen Kernbereich umgibt, wobei die Mantelbeschichtung einen maximalen Brechungsindex nc besitzt;

wobei n&sub1; > n&sub3; > n&sub2; ≥ nc, A&sub1;/A im Bereich von ungefähr 0,40 bis 0,60 ist, A&sub2;/A im Bereich von ungefähr 0,78 bis 0,88 ist, und Δ&sub3;%/Δ&sub1;% im Bereich von ungefähr 0,16 bis 0,39 ist, und wobei:

(a) A&sub1; ist im Bereich von 3,25 Mikrometer bis 3, 50 Mikrometer, A&sub2; ist im Bereich 5,55 bis 6,05, A ist im Bereich von ungefähr 6,5 Mikrometer bis 7,0 Mikrometer, Δ&sub3;%/Δ&sub1;% ist ungefähr 0,165, und Δ&sub1;% ist ungefähr 0,9 bis 1,0%, wobei dadurch eine Wellenlänge der Nulldispersion im Bereich von 1530 nm bis 1550 nm, ein Aeff größer als ungefähr 60 Mikrometer², eine Gesamtsteigung der Dispersion ≤0,070 ps/nm²-km und ein Modenfelddurchmesser ≥8,4 Mikrometer vorgesehen sind, oder

(b) A&sub1; ist im Bereich 2, 55 Mikrometer bis 3,0 Mikrometer, A&sub2; ist im Bereich 4,2 bis 5,8, A ist im Bereich von ungefähr 5,0 Mikrometer bis 6,9 Mikrometer, Δ&sub3;%/Δ&sub1;% ist in dem Bereich von 0,25 bis 0,39 und Δ&sub1;% ist ungefähr 0,9 bis 1,0%, wobei dadurch eine Wellenlänge der Nulldispersion im Bereich 1530 nm bis %550 nm, eine Steigung der Totaldispersion ≤0,095 ps/nm²-km, Aeff ≥7,5 Mikrometer² und ein Modenfelddurchmesser ≥ 9,6 Mikrometer vorgesehen sind; oder

(c) A&sub1; ist im Bereich von 3, 25 Mikrometer bis 3,75 Mikrometer, A&sub2; ist im Bereich von 5, 10 Mikrometer bis 6 Mikrometer, A ist im Bereich von ungefähr 6, 5 Mikrometer bis 7,5 Mikrometer, Δ&sub3;%/Δ&sub1;% ist ungefähr 0,18, und Δ&sub1; ist ungefähr 0,9 bis 1,0%, wobei dadurch eine Wellenlänge der Nulldispersion im Bereich 1535 nm bis 1585 nm, eine Steigung der Totaldispersion ≤ 0,065 ps/nm²-km, ein Modenfelddurchmesser ≥7,5 Mikrometer und eine bimodal normierte Wellenleiterdispersionskurve vorgesehen sind.

2. Optische Single-Mode-Wellenleiterfaser nach Anspruch 1, wobei das Brechungsindexprofil wie unter (a) dargestellt ist und wobei das zweite Segment ein flaches Profil besitzt und der Brechungsindex n&sub2; ungefähr gleich dem der Mantelbeschichtung ist und das dritte Segment ein trapezförmiges Brechungsindexprofil besitzt.

3. Optische Single-Mode-Wellenleiterfaser nach Anspruch 1, wobei das Brechungsindexprofil wie unter (c) dargestellt ist und wobei das erste Segment ferner durch einen zentralen, hohlen Bereich in Form eines umgekehrten Konus gekennzeichnet ist, wobei der invertierte Konus einen Grundradius nicht größer als ungefähr 1,5 Mikrometer und einen Profilteil nahe A&sub1; mit kleinerer Steigung als der des Alpha-Profils, welches ein Alpha gleich eins besitzt, aufweist, wobei das zweite Segment ein flaches Profil besitzt und der Brechungsindex ungefähr dem der Mantelbeschichtung entspricht und das dritte Segment ein trapezförmiges Brechungsindexprofil aufweist.

4. Optische Single-Mode-Wellenleiterfaser nach Anspruch 3, wobei der optische Single-Mode-Wellenleiter durch eine normierte Wellenleiterdispersion in Abhängigkeit von der λc/λ-Kurve charakterisiert ist und eine Grenzwellenlänge λc und eine Signalwellenlänge λ besitzt, wobei die normierte Wellenleiterdispersion in Abhängigkeit von der λc/λ-Kurve eine Steigung im Wesentlichen von null für λc/Δ im Bereich von 0,68 bis 0,8, und eine Steigung mit einer Größenordnung größer als ungefähr 2 für λc/X größer als 0,8 aufweist.

5. Optische Single-Mode-Wellenleiterfaser nach Anspruch 2, wobei der optische Single-Mode-Wellenleiter durch eine normierte Wellenleiterdispersion in Abhängigkeit von der λc/λ-Kurve charakterisiert ist und eine Grenzwellenlänge λc und eine Signalwellenlänge λ besitzt, wobei die Charakteristik der normierten Wellenleiterdispersionskurve des Wellenleiters eine Steigung besitzt, die im Wesentlichen null für λc/Δ im Bereich von 0,72 bis 0,8 ist, und eine Steigung, die um eine Größenordnung größer als ungefähr 2 für λc/λ größer als 0,8 ist.

6. Dispersionsverschobene optische Single-Mode-Wellenleiterfaser, welche einen Kernbereich aufweist, der ein Brechungsindexprofil besitzt, welches drei Segmente aufweist, ein erstes Segment, welches einen ersten Punkt auf der Zentrumslinie der Wellenleiterfaser besitzt, einen letzten Punkt beim Radius A&sub1;, einen maximalen Brechungsindex n&sub1; und eine Indexdifferenz Δ&sub1;% und ein Stufenindexprofil,

ein zweites Segment, welches einen ersten Punkt direkt nach dem Radius A&sub2; besitzt, einen letzten Punkt beim Radius A&sub2; und einen maximalen Brechungsindex n&sub2; und eine Indexdifferenz Δ&sub2;%, und

ein drittes Segment, welches einen ersten Punkt direkt nach dem Radius A&sub2; besitzt, einen letzten Punkt beim Radius A und einen maximalen Brechungsindex n&sub3; und eine Indexdifferenz Δ&sub3;%;

eine Mantelbeschichtung, welche den Kernbereich umgibt, wobei die Mantelbeschichtung einen maximalen Brechungsindex nc besitzt;

wobei n&sub1; > n&sub3; > n&sub2; ≥ nc, A&sub1;/A ungefähr 0,30 ist, A&sub2;/A ungefähr 0,85 ist und Δ&sub3;%/Δ&sub1; ungefähr 0,39 ist;

wobei der optische Single-Mode-Wellenleiter eine Wellenlänge der Nulldispersion im Bereich von 1520 nm bis 1600 nm und eine Steigung der Totaldispersion ≤ 0,07 ps/nm²-km besitzt.

7. Optische Single-Mode-Wellenleiterfaser nach Anspruch 6, wobei A&sub1; im Bereich von 2,25 Mikrometer bis 2,55 Mikrometer ist; A&sub2; im Bereich von 6,35 Mikrometer bis 7,4 Mikrometer ist, A im Bereich von ungefähr 7,5 Mikrometer bis 8,5 Mikrometer ist, A&sub3;%/Δ&sub1;% ungefähr 0,39 ist und Δ&sub1;% ungefähr 0,6 ist, wodurch eine Wellenlänge der Nulldispersion im Bereich von 1525 nm bis 1600 nm, ein Aeff größer als ungefähr 60 Mikrometer², eine Steigung der Totaldispersion ≤0,07 ps/nm²-km und ein Modenfelddurchmesser ≥8,0 Mikrometer vorgesehen sind.

8. Optische Single-Mode-Wellenleiterfaser nach Anspruch 6 oder 7, wobei das zweite Segment ein flaches Profil besitzt und der Brechungsindex n&sub2; ungefähr gleich dem der Mantelbeschichtung ist und das dritte Segment ein trapezförmiges Brechungsindexprofil aufweist.