DE69628119T2

DE69628119T2 - Optischer Wellenleiter mit positiver Dispersion

Info

Publication number: DE69628119T2
Application number: DE69628119T
Authority: DE
Inventors: David Kinney Smith
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1995-11-17
Filing date: 1996-11-04
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2016-11-05
Also published as: EP0774676A3; CA2188498A1; UA41402C2; JPH09171116A; AU7067796A; RU2168190C2; DE69628119D1; US5748824A; CN1103454C; AU717840B2; KR970031070A; EP0774676A2; CN1153910A; EP0774676B1; CN1495451A; TW328564B; BR9605583A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist auf eine Single Mode optische Wellenleiterfaser gerichtet, bei der die gesamte Streuung positiv über die gesamte Faserlänge aufrecht erhalten wird. Die Vorzeichenkonvention der Streuung, die im Allgemein in dem Stand der Technik verwendet wird, ist derart, dass die Streuung eines Wellenleiters als positiv bezeichnet wird, falls in dem Wellenleiter ein Signal mit kürzerer Wellenlänge bei höherer Geschwindigkeit als ein Signal mit längerer Wellenlänge wandert.
Aufgrund der hohen Datenraten und des Bedarfes für lange Regeneratorabstände wurde die Suche nach optischen Hochleistungs-Wellenleiterfasern, die für hochbitratigen Telekommunikationsanwendungen für lange Entfernungen entworfen wurden, intensiviert. Ein zusätzliches Erfordernis ist, dass die Wellenleiterfaser kompatibel mit optischen Verstärkern ist, welche typischerweise ein Optimum in der Verstärkungskurve in einem Wellenlängenbereich von 1530 nm bis 1570 nm zeigen.
In Fällen, bei denen die Kapazität von Wellenleiterinformationen mittels Wellenlängenmultiplexing (WDM) Technologie erhöht wird, wird eine zusätzliche Eigenschaft der Wehlenleiterfaser bedeutend. Für WDM, hochbitratigen Systemen ist es für den Wellenleiter erforderlich, eine außergewöhnlich niedrige, jedoch von Null verschiedene gesamte Streuung aufzuweisen und dadurch den nicht-linearen Streuungseffekt von vier Wellenmischung zu begrenzen.
Ein anderer nicht-linearer Effekt, der nicht akzeptable Streuung in Systemen produzieren kann, die eine hohe Leistungsdichte aufweisen, z. B. eine hohe Leistung pro Flächeneinheit, ist die Selbstphasenmodulation. Selbstphasenmodula tion kann gesteuert werden durch Entwerfen eines Wellenleiterkerns, welcher eine große effektive Fläche aufweist und dadurch die Leistungsdichte reduziert. Ein alternativer Ansatz besteht darin, das Vorzeichen der gesamten Streuung des Wellenleiters derart zu steuern, dass die gesamte Streuung des Wellenleiters dazu dient, dem streuenden Effekt der Selbstphasenmodulation entgegen zu wirken.
Ein Wellenleiter, der eine positive Streuung aufweist, wobei positiv bedeutet, dass Signale mit kurzer Wellenlänge bei höherer Geschwindigkeit als diese mit längerer Wellenlänge wandern, wird ein Streuungseffekt entgegengesetzt zu dem einer Selbstphasenmodulation erzeugen und dadurch im wesentlichen eine Streuung der Selbstphasenmodulation eliminieren.
Somit besteht ein Bedarf für eine optische Wellenleiterfaser, welche:

– einen Single Mode über den Wellenlängenbereich von 1530 nm bis 1570 nm aufweist;
– eine Nullpunkt Streuungswellenlänge außerhalb des Bereiches von 1530 nm bis 1570 nm aufweist;
– eine geringe positive Gesamtstreuung über den Wellenlängenbereich von 1530 nm bis 1570 nm aufweist; und
– die üblichen Charakteristiken eines Hochleistungswellenleiters wie hohe Stärke, niedrige Dämpfung und Widerstand beibehält, um einen induzierten Verlust zu beugen.

Im Hinblick auf die Kosten und Prozessierung sind auch das Erleichtern der Herstellung und der Unempfindlichkeit der Wellenleitereigenschaften auf Prozessveränderungen höchst wünschenswerte Eigenschaften.
Das Konzept des Hinzufügens von Strukturen zu dem Wellenleiterfaserkern mittels Kernsegmente, welche verschiedene Profile aufweisen, um Flexibilität im Wellenleiterfaserdesign bereit zu stellen, ist vollständig in dem US-Patent US 4,715,679 , Bhagavatula, beschrieben. Das segmentierte Kernkonzept kann verwendet werden, um ungewöhnliche Kombinationen der Eigenschaften der Wellenleiterfaser, solche wie hier beschrieben, zu erreichen.
DEFINITIONEN
Die folgenden Definitionen sind in Übereinstimmung mit dem allgemeinen Gebrauch im Stand der Technik.

– Die Termini Brechzahlprofile und Indexprofile werden als austauschbar verwendet.
– Die Radien der Bereiche des Kernes wurden in Form des Index der Brechung definiert. Ein einzelner Bereich beginnt bei dem Punkt, bei dem die Charakteristik des Brechungsindex dieses Bereichs beginnt und endet bei dem letzten Punkt, bei dem der Brechungsindex charakteristisch für diesen Bereich ist. Der Radius weist diese Definition auf, sofern in dem Text nichts anderes ausgeführt ist.
– Der Durchmesser der Kernvorform bezeichnet die gesamte Abmessung des Kernbereichs vor dem Zeichnen der Zeichnungsvorform zu dem endgültigen Durchmesser der Wellenleiterfaser. Der Terminus begrenzt in keiner Weise das neue Profil auf einen spezifischen Wellenleiterherstellungsprozess oder impliziert, dass ein besonderer Prozess besser als andere bei der Herstellung eines Wellenleiters mit dem neuen Profil ist.
– Die Initialen WDM bezeichnen Wellenlängenmultiplexing.
– Die Initialen SPM bezeichnen Selbstphasenmodulation, ein nicht-lineares optisches Phänomen, bei dem ein Signal mit einer Leistungsdichte oberhalb eines spezifischen Leistungsniveaus bei einer unterschiedlichen Geschwindigkeit in der Wellenlänge relativ zu einem Signal unterhalb dieser Leistungsdichte wandert. SPM verursacht Signalstreuungen, die vergleichbar zu denen einer linearen Streuung mit einem negativen Vorzeichen sind.
– Die Initialen FWM bezeichnen vier Wellenmischung (four wave mixing), das Phänomen, bei dem zwei oder mehr Signale in einem Wellenleiter interferieren, um Signale mit unterschiedlichen Frequenzen zu erzeugen.
– Der Terminus % Δ_i, bezeichnet ein relatives Maß des Brechungsindex, der durch die Gleichung definiert ist: % Δ_i = 100 × (n_i ² – n_c ²)/2n_i ², bei dem n_i, sofern nicht anders spezifiziert, den maximalen Brechungsindex im Bereich i bezeichnet und n_c den Brechungsindex in dem Hüllbereich bezeichnet. Für die hierin offenbarten und beschriebenen Brechzahlprofile bezieht sich der zweite Kernsegmentindex Δ%, z. B. Δ₂%, auf den minimalen Brechungsindex in diesem Kernbereich.
– Der Terminus alpha-Profile bezieht sich auf ein Brechzahlprofil, der in Form von % delta(r) ausgedrückt wird, was der folgenden Gleichung folgt: %delta(r) = %delta (r₀) (1-[(r – r₀)/(r₁ – r₀)]^a ^lpha), bei dem r im Bereich r₀ ≤ r ≤ r₁ ist, delta wie oben definiert ist und alpha einen Exponenten bezeichnet, welcher die Profilform definiert.
– Der Krümmungstest der Pinanordnung wird verwendet, um einen relativen Widerstand der Wellenleiterfaser beim Krümmen zu vergleichen. Um diesen Test auszuführen, wird der durch Dämpfung hervorgerufene Verlust für eine Wellenleiterfaser mit im wesentlichen keinem induzierten Krümmungsverlust gemessen. Die Wellenleiterfaser wird dann um eine Pinanordnung geflochten und die Abschwächung wird erneut gemessen. Der durch Krümmung induzierte Verlust ist die Differenz zwischen den zwei gemessenen Dämpfungen. Die Pinanordnung ist als Satz von 10 zylindrischen Pins ausgebildet, die in einer einzelnen Reihe angeordnet sind und die in einer fixen vertikalen Position auf der flachen Oberfläche gehalten werden. Der Pinabstand bezogen auf die jeweiligen Mittelpunkte beträgt 5 mm. Der Pindurchmesser beträgt 0,67 mm. Die Wellenleiterfaser wird dazu veranlasst, an gegenüber liegenden Seiten benachbarter Pins, wie in 4 dargestellt ist, vorbei zu verlaufen. Während dem Testen wird die Wellenleiterfaser unter einer Spannung, die gerade ausreichend ist, um den Wellenleiter auf einen Teil des Peripheriebereichs der Pins anzupassen, platziert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Familie von Wellenleiterfasern wurde ausfindig gemacht, welche den hohen, oben umrissenen Erfordernissen nachkommt. Die neue optische Wellenleiterfaser ist durch einen segmentierten Kern gekennzeichnet, z. B. einen Kernbereich, welcher zumindest zwei einzelne Segmente aufweist, wobei jedes Segment ein spezielles Brechzahlprofil, wie in der US-Patentanmeldung S. N. 08/323,795 beschrieben, aufweist.
Die Wellenleiterfaser ist gekennzeichnet durch einen Kernbereich mit drei Segmenten. Jedes Segment wird in Form seines maximalen Brechungsindex n_i mit i = 1, 2, 3, seines Radius r₁, der von Symmetrielängsachse des Wellenleiters gemessen wird, und seiner Brechungsindexdifferenz Δ_i, der relativ zu dem Hüllindex n_c definiert ist, beschrieben. Die Radien werden in dem detaillierten Abschnitt der Beschreibung dieser Spezifikation definiert.
Zusätzlich weist jedes Segment ein charakteristisches Brechzahlprofil auf. Die neue Wellenleiterfaser mit drei Segmentkernen weist für das erste zentrale Segment des Kerns ein alpha-Profil auf, wobei alpha etwa 1 ist. Das zweite Segment ist ein ringförmiger Ring, der benachbart zu dem zentralen Segment angeordnet ist und diesen umgibt. Der ringförmige Ring ist im Wesentlichen flach. Das dritte Kernsegment umgibt das zweite Segment und ist benachbart zu diesem. Das dritte Segment weist ein Profil in der Gestalt einer abgerundeten Stufe auf. Der maximale Brechungsindex n_i jedes Segmentes wird so gesetzt, dass n₁ > n₃ > n₂ ≥ n_c ist, wobei n_c der Brechungsindex der Hülle ist. Eine Faser des oben beschriebenen Typs ist in Journal of Lightwave Technology, Band 3, Nr. 5, 01. October 1985, Seiten 931–934, Croft T. D. et al.: "Low-loss dispersion-shifted single-mode fiber manufactured by the OVD process" offenbart. Der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert auf diesem Dokument.
Seien diese drei Segmentkerne mit den wie beschriebenen Profilformen gegeben, dann kann eine Wellenleiterfaser bereitgestellt werden, welche die Eigenschaften aufweist:

– Nullpunkt Streuungswellenlänge, λ₀ ≤ 1530 nm;
– gesamtes Streuungsgefälle < 0,065 ps/nm²-km über den Bereich von 1530 nm bis 1570 nm;
– Krümmungsverlust der Pinanordnung < 12dB;
– Modenfelddurchmesser ≥ 7,4 μm;
– Grenzwellenlänge (gemessen auf der Faser), λ_c < 1450 nm; und
– gesamte Streuung, welche positiv ist und eine Magnitude im Bereich von etwa 0,50 bis 3,0 ps/nm-km über den Wellenlängenbereich von 1530 nm bis 1570 nm aufweist.

Gemäß der Erfindung wird eine Familie von Brechzahlprofilen definiert, welche besonders attraktive Eigenschaften als Hochleistungs-Wellenleiter aufweisen, welcher relativ unempfindlich gegen Veränderungen bei der Herstellung ist. Für diese Familie neuer Brechzahlprofile gilt: Δ₁% beträgt 0,73% +/– 0,05%, Δ₂% beträgt 0,22% +/– 0,012%, Δ₃% beträgt 0,18% +/– 0,05%, r₁ beträgt 3,4 μm +/– 0,4 μm, r₂ beträgt 9,0 μm +/– 3,0 μm, r₃ beträgt 9,6 μm +/– 2,8 μm und r beträgt 10,2 μm +/– 3 μm.
Diese Familie von Indexprofilen stellt eine Wellenleiterfaser bereit, welche Modenfelddurchmesser > 8,3 μm, einen Krümmungsverlust geringer als 8 dB und eine gesamte positive Streuung im Bereich von etwa 0,5 ps/nm-km bis 3,0 ps/nm-km über den Wellenlängenbereich von 1530 nm bis 1570 nm aufweist. Somit weisen die Wellenleiter dieser Teilmenge Eigenschaften auf, die besser als diese sind, die im Stand der Technik definiert sind.
Es versteht sich, dass die Wellenleiterfasern, die Parameter des Indexprofils aufweisen, welche in entsprechenden Bereichen etwa doppelt so groß zu denen liegen, wie soeben oben dargelegt wurden, die Eigenschaften des Gegenstandes der neuen Wellenleiterfaser aufweisen können. Somit sind die entsprechenden Parametergrenzen, die unmittelbar oben angegeben wurden, in Form der Anzahl der Sätze arbeitsfähiger Parametersätze des Wellenleiters, die hier enthalten sind, vorsichtig zu betrachten.
Ein zusätzliches Merkmal der Erfindung ist die Unempfindlichkeit der Eigenschaften der Wellenleiterfaser auf Veränderungen im Profil der Wellenleiterfaser aufgrund von Schwankungen bei der Herstellung. Die Eigenschaften der Wellenleiterfaser wurden unter der Randbedingung geformt, dass alle Profilparameter mit Ausnahme einer bei ihrer zentralen Stellung gehalten werden. Den verbleibenden Profilparametern dürfen zwischen ihren Grenzen, wie in der Erfindung definiert wurde, variieren.
Somit, falls Δ₁% um +/– 0,05 variieren darf, werden die Eigenschaften der Wellenleiterfaser wie folgt berechnet:

– Modenfelddurchmesser > 8,3 μm;
– Krümmungsverlust der Pinanordnung < 7 dB;
– λ_c im Bereich von etwa 1390 nm bis 1410 nm;
– λ₀ im Bereich von etwa 1510 nm bis 1515 nm; und
– Streuungsneigung im Bereich von etwa 0,059 ps/nm²-km bis 0,061 ps/nm²-km über einen Wellenlängenbereich von 1530 nm bis 1570 nm.

Falls der Kernradius r um +/– 0,08 μm variieren darf, werden die Eigenschaften der Wellenleiterfaser wie folgt berechnet:

– Modenfelddurchmesser > 8,3 μm;
– Krümmungsverlust der Pinanordnung < 8 dB;
– λ_c im Bereich von etwa 1380 nm bis 1450 nm;
– λ₀ im Bereich von etwa 1500 nm bis 1525 nm; und
– Streuungsneigung im Bereich von etwa 0,059 ps/nm²-km bis 0,061 ps/nm²-km über einen Wellenlängenbereich von 1530 nm bis 1570 nm.

Falls Δ₃% um +/– 0,05 μm variieren darf, werden die Eigenschaften der Wellenleiterfaser wie folgt berechnet:

– Modenfelddurchmesser > 8,35 μm;
– Krümmungsverlust der Pinanordnung < 6 dB;
– λ_c im Bereich von etwa 1250 nm bis 1550 nm;
– λ₀ im Bereich von etwa 1500 nm bis 1525 nm; und
– Streuungsneigung im Bereich von etwa 0,059 ps/nm²-km bis 0,061 ps/nm²-km über einen Wellenlängenbereich von 1530 nm bis 1570 nm.

Falls r₃ um +/– 0,25 μm variieren darf, werden die Eigenschaften der Wellenleiterfaser wie folgt berechnet:

– Modenfelddurchmesser > 8,35 μm;
– Krümmungsverlust der Pinanordnung < 6 dB;
– λ_c im Bereich von etwa 1350 nm bis 1450 nm;
– λ₀ im Bereich von etwa 1510 nm bis 1513 nm; und
– Streuungsneigung im Bereich von etwa 0,059 ps/nm²-km bis 0,061 ps/nm²-km über einen Wellenlängenbereich von 1530 nm bis 1570 nm.

Es ist beabsichtigt, dass günstige Interaktionen unter den Parametern, z. B. Interaktionen, bei denen eine Veränderung eines Parameters das negative Ergebnis einer Veränderung ei nes anderen Parameters streicht, die Toleranzgrenzen auf die Familie der Wellenleiterfasern, die unmittelbar oben beschrieben wurden, stark steigert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 bezeichnet eine allgemeine Darstellung eines Brechzahlprofils mit drei Segmentkernen, welche die Definitionen der Abmessungen des Indexprofils zeigen.
2 bezeichnet ein Beispiel eines neuen Brechzahlprofils dieser Anwendung.
3a, 3b, 3c und 3d zeigen die Empfindlichkeit der Eigenschaften der Wellenleiterfaser auf Veränderungen in den Parametern des Brechzahlprofils.
4 bezeichnet eine schematische Draufsicht eines Krümmungstestes der Pinanordnung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hierin beschriebene, neue optische Wellenleiterfaser schließt einen Kernbereich mit drei Segmenten ein. Die Segmente werden voneinander durch eine Charakteristik des Brechzahlprofils eines gegebenen Segmentes unterschieden. Die drei Segmentkernbereiche stellen eine ausreichende Flexibilität des Designs der Wellenleiterfaser bereit, um sich auf einen weiten Bereich der funktionellen Anforderungen anzupassen. Die Parameter, welche geändert werden können, um eine besondere Leistungsfähigkeit der Wellenleiterfaser bereitzustellen, sind:
Δ% jedes der drei Bereiche;
Radius jedes der drei Bereiche; und
Gestalt des Indexprofils jedes der drei Bereiche.
Die unterscheidenden Eigenschaften der hierin offenbarten neuen Wellenleiterfaser sind: positive Gesamtstreuung über einen vorgeschriebenen Wellenlängenbereich von 1530 nm bis 1570 nm, um den nicht-linearen SPM-Effekten entgegen zu wirken; sehr geringe Streuungsneigung über den vorgeschriebenen Wellenlängenbereich, um einen WDM-Betrieb zu erleichtern; und Nullpunkt Streuung außerhalb der vorgeschriebenen Wellenlänge, um die auf Grund von vier Wellenmischung verursachte Streuung zu begrenzen. Die positive Streuung ist typischerweise niedriger als 3 ps/nm-km, was lange, nicht regenerierte Systeme ermöglicht. Vorteilhafterweise trifft der vorgeschriebene Wellenlängenbereich im Wesentlichen mit der Spitze einer Verstärkungskurve eines Erbium dotierten optischen Verstärkers zusammen. Daher ist die neuartige Wellenleiterfaser einmalig für Systeme geeignet, die hohe Bitraten führen oder optische Verstärker oder lange Regeneratorabstände verbinden.
Außerdem ist das Design des Kernbereiches einfach, was bedeutet, dass eine Dämpfung vergleichbar zu dem einer Stufenindexfaser wird und die Herstellungskosten so niedrig wie möglich beibehalten werden.
Die hervorragenden Wellenleitereigenschaften und Leistungsvermögen schließt dieselbe Leistungsstärke und Leistungsermüdung wie eine Stufenindexwellenleiterfaser ein. Überdies ist der Krümmungswiderstand der neuartigen Wellenleiterfaser so gut wie oder besser als der einer derzeit verfügbaren, hinsichtlich der Streuung verschobenen Wellenleiterfaser. Der Krümmungstest der Pinanordnung, der dieses Statement der relativen Krümmungsleistung bestätigt, ist in 4 gezeigt, welche eine Draufsicht auf die Testanordnung zusammen mit einer Faser in einer Teststellung zeigt. Die Wellenlei terfaser 32 geht an sich abwechselnden Seiten der Pins 34 vorbei. Die Pins sind fest auf dem Substrat 32 befestigt. Die Faser ist derart unter Spannung, dass die Faser sich auf die Gestalt eines Teils der Pinoberfläche anpasst.
Bezugnehmend auf 1 sind die drei Kernsegmente, in welchen die Profile angepasst werden können, mit 2, 6 und 8 bezeichnet. In jedem der drei Segmente ist das Indexprofil definiert durch einen besonderen Brechungsindex an jedem radialen Punkt des Segments. Die radiale Ausdehnung jedes Segments kann angepasst werden, um bevorzugte Wellenleitereigenschaften zu erlangen. Als Darstellung ist der Radius des zentralen Kernbereichs 2 mit der Länge 4 dargestellt. In diesem Fall und für alle geformten Fälle wird der Radius des zentralen Kerns von der axialen Mittellinie bis zu dem Schnittpunkt des extrapolierten, zentralen Profils mit der x-Achse gemessen.
Der erste ringförmige Bereich 6 wird begrenzt durch den Radius 4 und den Radius 7, welcher sich bis zu der vertikalen Linie 5, die von dem Punkt der Halbwertsbreite des zweiten ringförmigen Bereichs gezeichnet ist. Der charakteristische Radius des zweiten ringförmigen Bereiches 8 wird als Länge 12 gewählt, welche sich von der Kernmittellinie zu dem Mittelpunkt der Basis des Segments 8, wie durch den Punkt 3 angezeigt wird, erstreckt. Diese Konvention für den zweiten ringförmigen Radius wird in allen modellierten Fällen verwendet. Ein günstiges Profilmaß für symmetrische Profile ist die Weite 10, die zwischen vertikalen Linien 5 dargestellt ist. Die Linien 5 hängen von der Halbwertsbreite der Punkte des Segmentes 10 ab. Diese Konvention für die zweite ringförmige Weite wird für alle modellierten Fälle verwendet.
Beispiel 1 - Positive Streuung Wellenleiterfaser mit drei Segmenten
Ein Vertreter eines Brechzahlprofils für einen Kernbereich mit drei Segmenten ist in 2 dargestellt. Die Mittellinienabsenkung in dem zentralen Segment des Indexprofils begründet sich aus der Diffusion von Dopanden aus der Mittellinie der Wellenleiterfaser während die Wellenleitervorform prozessiert wird. Das zentrale Segment ist als alpha Profil ausgebildet, wobei alpha etwa 1 and Δ₁% etwa 0,73% ist. Der zentrale Radius beträgt etwa 3,4 μm. Das zweite Segment ist ringförmig 18 ausgebildet, welches ein Δ₂% von annähernd Null und innere und äußere Radien von 3,4 μm bzw. 9 μm aufweist. Das dritte Segment 20 weist eine Weite von 0,95 μm, ein Δ₃% von etwa 0,14% und einen Radius zu dem Mittelpunkt des Segmentes von etwa 9,5 μm auf.
Die vorhergesagte Leistungsfähigkeit dieses Wellenleiters ist:

– λ₀ = 1511 nm;
– Streuungsneigung = 0,06 ps/nm₂-km;
– Modenfelddurchmesser = 8,4 μm;
– λ_c = 1412 nm in Faserform und 1100 nm nach der Verdrahtung;
– gesamte Streuung im Bereich von 1–3 ps/nm-km oberhalb des Wellenlängenbereichs von 1530 nm bis 1570 nm; und
– Krümmungsverlust der Pinanordnung = 5,6 dB, was verglichen mit dem durchschnittlichen 8 dB Verlust der negativen Streuung der dreisegmentigen Wellenleiter günstig ist.

Zu beachten ist, dass die Wellenleiterfaser aus Beispiel 1 alle Kriterien einer Hochleistungs-Single-Mode-Wellenleiterfaser erfüllt, die für WDM entwickelt, für vier Wellenmischung begrenzt, für SPM reduziert wurden und mit Erbium dotierten optischen Verstärker verwendet werden.
Die vier graphischen Darstellungen der 3a, 3b, 3c und 3d zeigen die Unempfindlichkeit der neuartigen Wellenleiterfaser auf Veränderungen der Parameter im Kernbereich.
Beispiel 2 - Krümmungsverlust und Betriebsfeldempfindlichkeit
3a bezeichnet eine graphische Darstellung des Krümmungsverlustes gegenüber dem Modenfelddurchmesser, wobei Δ₁% = 0,73% zwischen den Grenzen +/–0,01 Δ% variieren darf. Der Radius der Kernvorform vor dem Zeichnen darf um eine Menge von etwa 2,5% variieren, bei dem der Kernvorformradius vor dem Zeichnen im Allgemeinen im Bereich 3,5 mm bis 6 mm liegt. Dieser besondere Radius wird als ein Parameter gewählt, da eine Variation im Kernvorformradius verschiedene relative Abstände der Segmente wie auch Unterschieden in den Segmentradien zur Folge haben kann. Für das dritte Segment wird Δ₃% zu 0,18 % +/– 0,05% genommen. Der dritte Segmentradius beträgt 9,6 μm +/– 0,25 μm.
Um die Kurven 22, 24, 26 und 28 der 3a zu erzeugen, werden drei der Parameter bei deren Mittelpunkt gehalten, während der vierte Parameter zwischen seinen oberen und unteren Grenzen variiert wird. Somit wird die Linie 24 durch Berechnen des Krümmungsverlustes und des Modenfelddurchmessers gefunden, wenn der Vorformradius 3,5 mm beträgt, Δ₃% 0,18% beträgt, r₃ 9,6 μm beträgt und Δ₁ über den Bereich von 0,72% bis 0,74% variiert. Gleichfalls wird die Linie 22 durch Berechnen des Krümmungsverlustes und Betriebsfeldparameters gefunden, wenn Δ₁% 0,73% beträgt, Δ₃% 0,18 beträgt, r₃ 9,6 μm beträgt und der Vorformradius über den Bereich von 3,5 μm +/– 2,5% variiert. Die Kurven 26 und 28 werden analog erzeugt und die spezifischen Parameterwerte sind 0,18% +/– 0,05% für Δ₃% und 9,6 μm +/– 0,25 μm für r₃.
Es ist ungewöhnlich, dass die Kernbereichsparameter wie oben beschrieben verändert werden dürfen, während der Krümmungsverlust unter 8 dB verbleibt und der Modenfelddurchmesser innerhalb des Bereiches 8,30 μm bis 8,5 μm bleibt.
Tabelle 1 zeigt die Werte des Mittelpunktes der Indexparameter jedes Kernbereiches und die Bereiche, welche die Familie der neuen Profile definiert.
Tabelle 1
Beispiel 2 - Wellenleitergrenze und Modenfelddurchmesser
Bezugnehmend auf die 3b werden die vier darin gezeigten Kurven in einer analogen Weise zu den Kurven in 3a erzeugt.
Zu beachten ist, dass für die angegebenen Schwankungen im Segment 1 delta, Δ₁% im Vorformradius und in r₃, die Grenzwellenlänge in dem sehr engen Bereich von 1350 nm bis 1450 nm liegt. Eine größere Schwankung in der Grenzwellenlänge ist ersichtlich, wenn der Vorformradius über seinen vorgeschriebenen Bereich von etwa 3,5 mm +/– 2,5% variiert. Selbst in diesem Fall ist die Faser jedoch voll funktionell, da die verkabelte Grenzwellenlänge etwa unter 1100 nm sein wird. Im Allgemeinen veranlasst die Verdrahtung, dass die Grenzwellenlänge um etwa 400 nm relativ zu der Grenzwellenlänge, die für eine Wellenfaser vor irgend einem weiteren Herstellungsprozess gemessen wird, sich verringert.
Die Veränderung im Modenfelddurchmesser wird wiederum auf den engen Bereich von 8,30 μm bis 8,5 μm beschränkt.
Beispiel 3 - Nullpunkt Streuungswellenlänge und Modenfelddurchmesser
Wie in den obigen Beispielen 1 und 2 darf jeder der Parameter der vier Kernbereiche über den ausgewählten Wertebereich variieren. Bezugnehmend auf 3c befindet sich der Modenfelddurchmesser im Bereich von 8,3 μm bis 8,5 μm und die Nullpunkt-Streuungswellenlänge λ₀ ist vorteilhafterweise auf den Bereich von etwa 1500 nm bis 1520 nm beschränkt. Somit bleibt λ₀ für relativ große Schwankungen bei den Parametern des neuen Wellenleiterkernbereichs außerhalb des WDM-Bereichs, welcher mit dem Bereich der Spitzenverstärkung eines Erbium dotierten optischen Verstärkers, z. B. 1530 nm bis 1570 nm, übereinstimmt.
Beispiel 4 - Gesamte Streuungsneigung und Modenfelddurchmesser
Wie in 3d dargestellt, befindet sich das Modenfeld im Bereich von 8,3 μm bis 8,5 μm und die gesamte Streuungsneigung liegt in dem engen Bereich von 0,059 bis 0,061 ps/nm²km, falls die Kernparameter aus deren entsprechenden Variationsbereichen genommen werden.
Betrachtet man die vier Charts der 3a, 3b, 3c und 3d zusammen, ist die Unempfindlichkeit des Modenfelddurchmessers zu der vorgeschriebenen Variation von r₃ außergewöhnlich. Auch ist ersichtlich, dass die vier in diesen Beispie len untersuchten Parameter etwa einen gleichen Einfluss auf die Variation der Streuungsneigung haben. Die Gruppierung von Punkten in den Empfindlichkeits-Charts der 3 zeigt die Leichtigkeit der Herstellung des Designs des Kernbereichs mit positiver Streuung.
Wir nehmen sogar eine größere Flexibilität in Form von Herstellungstoleranzen auf Schlüsselparameter des Kernbereichs vorweg. Wir wissen, dass die Parameter miteinander interagieren und wir beabsichtigen somit, dass der Effekt der Variation eines Parameters den Effekt der Variation anderer Parameter rückgängig macht. Somit ist das Studium der Parametervariationen in Paaren oder in Sätzen von drei oder mehr beabsichtigt, wobei dadurch eine viel breitere Familie von Kerndesigns definiert wird, welche eine positive Streuung über den Schlüsselwellenbereich wie auch über solche Eigenschaften, die charakteristisch für eine Hochleistungs-Wellenleiterfaser sind, hervorbringt.

Claims

Single-Mode optische Wellenleiterfaser enthaltend: einen Kernbereich mit einem Brechungsindexprofil enthaltend drei Segmente, nämlich: ein erstes zentrales Segment (2) mit einem maximalen Brechungsindex n₁, einer Indexdifferenz Δ₁% und einem von einem Punkt auf der Symmetrielängsachse der Wellenleiterfaser gemessenen Radius a₁, wobei das zentrale Segment im wesentlichen symmetrisch um die Symmetrielängsachse angeordnet ist, ein zweites ringförmig gestaltetes Segment (6), das angrenzend zum und um das zentrale Segment herum angeordnet ist, mit einem maximalen Brechungsindex n₂, einer Indexdifferenz Δ₂% und einem äußeren Radius r₂, und ein drittes ringförmig gestaltetes Segment (8), das angrenzend zum und um das zweite Segment herum angeordnet ist, mit einem maximalen Brechungsindex n₃, einer Indexdifferenz Δ₃% und einem Radius r₃ zum Mittelpunkt des dritten Segmentes r₃; und einer ringförmig gestalteten Hüllschicht, die benachbart zum und um das dritte Segment herum angeordnet ist, mit einem maximalen Brechungswinkel n_c; bei dem n₁ > n₃ > n₂ ≥ n_c, wobei das zentrale Segment ein Alphaprofil des Brechungsindex aufweist und alpha etwa 1 beträgt, wobei das zweite Segment ein im wesentlichen flaches Brechungsindexprofil aufweist und das dritte Segment ein abgerundetes stufenförmiges Indexprofil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Δ₁% 0,73% +/– 0,05% beträgt, Δ₂% 0,012% +/– 0,012 beträgt, Δ₃% 0,18% +/– 0,05% beträgt, r₁ 3,4 μm +/– 0,4 μm beträgt, r₂ 9,0 μm +/– 3,0 μm beträgt, r₃ 9,6 μm +/– 2,8 μm beträgt und r 10,2 μm +/– 3 μm beträgt, mit λ₀≤ 1530 nm, einem gesamten Streuungsgefälle < 0,065 ps/nm²-km über den Bereich 1530 nm bis 1570 nm, einem Betriebsfelddurchmesser≥ 7,4 μm, λ_c < 1450, einer gesamten Streuung, die im Bereich von 0,5 ps/nm-km bis 3 ps/nm-km über den Wellenlängenbereich 1530 nm bis 1570 nm ist, und einem Krümmungsverlust der Pinanordnung von < 12 dB, wobei der Krümmungsverlust der Pinanordnung mittels eines Testes gemessen wird, bei dem a) der durch Abschwächung hervorgerufene Verlust für die Wellenleiterfaser bei im wesentlichen keinem induzierten Krümmungsverlust gemessen wird, b) die Wellenleiterfaser dann um eine Pinanordnung geflochten wird und die Abschwächung nochmals gemessen wird, c) der durch die Krümmung induzierte Verlust als Differenz zwischen den beiden gemessenen Abschwächungen herangezogen wird, wobei die Pinanordnung einen Satz von zehn zylindrischen Pins mit einem Durchmesser von 0,67 mm darstellt, die in einer einzelnen Reihe angeordnet sind und die in einer fixen vertikalen Position auf der flachen Oberfläche gehalten werden, wobei der Pinabstand bezogen auf die jeweiligen Mittelpunkte 5 mm beträgt und die Wellenleiterfaser dazu veranlasst wird, an gegenüber liegenden Seiten benachbarter Pins vorbei zu verlaufen und die Wellenleiterfaser während dem Testen unter einer Spannung, die gerade ausreicht, um den Wellenleiter auf einen Teil des Peripheriebereichs der Pins anzupassen, platziert wird.
Optischer Single-Mode-Wellenleiter gemäß Anspruch 1, bei dem das Brechungsindexprofil des Kernbereiches Parameter aufweist, die im wesentlichen auf die entsprechenden Toleranzintervalle zentriert sind, ausgenommen Δ₁%, welches irgend einen Wert in seinem Toleranzintervall aufweist, wobei der optische Wellenleiter einen Betriebsfelddurchmesser > 8,30 μm, einen Krümmverlust < 7 dB, λ_c im Bereich von etwa 1390 nm bis 1410 nm, λ₀ im Bereich von etwa 1510 nm bis 1515 nm und ein Streuungsgefälle im Bereich von etwa 0,059 ps/nm²-km bis 0, 061 ps/nm²-km über einen Wellenlängenbereich von 1530 nm bis 1570 nm aufweist.
Optischer Single-Mode-Wellenleiter gemäß Anspruch 1, bei dem das Profil des Brechungsindex des Kernbereiches Parameter aufweist, die im wesentlichen auf die entsprechenden Toleranzintervalle zentriert sind, ausgenommen r, ausgenommen Δ₁%, welches irgend einen Wert in seinem Toleranzintervall aufweist, wobei der optische Wellenleiter einen Betriebsfelddurchmesser > 8,30 μm, einen Krümmverlust < 8 dB, λ_c im Bereich von etwa 1380 nm bis 1450 nm, λ₀ im Bereich von etwa 1500 nm bis. 1525 nm und ein Streuungsgefälle im Bereich von etwa 0,059 ps/nm²-km bis 0,061 ps/nm²-km über einen Wellenlängenbereich von 1530 nm bis 1570 nm aufweist.
Optischer Single-Mode-Wellenleiter gemäß Anspruch 1, bei dem das Profil des Brechungsindex des Kernbereiches Parameter aufweist, die im wesentlichen auf die entsprechenden Toleranzintervalle zentriert sind, ausgenommen Δ₃%, ausgenommen Δ₁%, welches irgend einen Wert in seinem Toleranzintervall aufweist, wobei der optische Wellenleiter einen Betriebsfelddurchmesser > 8,35 μm, einen Krümmverlust < 6 dB, λ_c im Bereich von etwa 1250 nm bis 1550 nm, λ₀ im Bereich von etwa 1500 nm bis 1525 nm und ein Streuungsgefälle im Bereich von etwa 0,059 ps/nm²-km bis 0,061 ps/nm²-km über einen Wellenlängenbereich von 1530 nm bis 1570 nm aufweist.
Optischer Single-Mode-Wellenleiter gemäß Anspruch 1, bei dem das Profil des Brechungsindex des Kernbereiches Parameter aufweist, die im wesentlichen auf die entsprechenden Toleranzintervalle zentriert sind, ausgenommen r₃, ausgenommen Δ₁%, welches irgend einen Wert in seinem Toleranzintervall aufweist, wobei der optische Wellenleiter einen Betriebsfelddurchmesser > 8,35 μm, einen Krümmverlust < 6 dB, λ_c im Bereich von etwa 1350 nm bis 1450 nm, λ₀ im Bereich von etwa 1510 nm bis 1513 nm und ein Streuungsgefälle im Bereich von etwa 0,059 ps/nm²-km bis 0,061 ps/nm²-km über einen Wellenlängenbereich von 1530 nm bis 1570 nm aufweist.