DE69630426T2 - Dispersionskompensierende Faser und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Dispersionskompensierende Faser und Verfahren zu ihrer Herstellung Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dispersionkompensierende Faser, die auf ein optisches Transmissionssystem anwendbar ist, das eine optische Faser umfaßt, die so konstruiert ist, daß die Null-Dispersion-Wellenlänge innerhalb des 1,3 μm-Wellenlängenbandes liegt, und die die Dispersions- und Wellenlängenabhängigkeit des Systems in bezug auf Licht des 1,5 μm-Wellenlängenbandes aufweist.
  • VERWANDTER STAND DER TECHNIK
  • In einem optischen Transmissionssystem, das eine optisch Faser enthält, die so konzipiert ist, daß die Null-Dispersion-Wellenlänge innerhalb des 1,3 μm-Wellenlängenbandes liegt, war herkömmlicherweise als Dispersion-kompensierende Faser zum Kompensieren der Dispersions- und Wellenlängenabhängigkeit des Systems z. B. eine Dispersion-kompensierende Faser bekannt, die ein in 1 dargestelltes Brechungsindexprofil hat (japanische Offenlegungsschrift Nr. 7-261048). Diese Dispersionkompensierende Faser besteht hauptsächlich aus Quarzglas (im folgenden als "SiO2-Glas" bezeichnet) und besteht aus einem Kern 100, der eine hohe Konzentration an GeO2 hat; einer mit Fluor dotierten ersten Verkleidung 200, die um den äußeren Rand des Kerns 100 in engem Kontakt mit diesem ausgebildet ist, und einer zweiten Verkleidung 300, die ein reiner Quarzglasbereich ist, der um den äußeren Rand der ersten Verkleidung 200 und in engem Kontakt damit gebildet ist.
  • Dabei bezeichnen die jeweiligen horizontalen Achsen der Lichtintensitätsverteilung und des Brechungsindexprofil der Dispersion-kompensierenden Faser, die in 1 dargestellt ist, die Positionen in einem Querschnitt entlang einer Linie L2 in der Darstellung, die senkrecht zur Mittelachse des Kerns 100 verläuft. Folglich entsprechen im Brechungsindexprofil die Bereich 101, 201 bzw. 301 der Region des Kerns 100 an der Linie L2, dem Bereich der ersten Verkleidung 200 an der Linie L2 und dem Bereich der zweiten Verkleidung 300 an der Linie L2.
  • In der herkömmlichen Dispersion-kompensierenden Faser sind die jeweiligen Brechungsindices der Kerns 100, der ersten Verkleidung 200 und der zweiten Verkleidung 300 auf spezifische Bereiche beschränkt, die in 1 gezeigt sind; dadurch wird ein negativer Dispersionswert bezüglich des Lichts nahe einer Wellenlänge von 1,5 μm erreicht und eine negative Dispersionssteigung eingestellt.
  • Weiterer relevanter Stand der Technik kann in EP 0 283 748 und US 4 410 345 gefunden werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Im allgemeinen umfaßt eine Dispersion-kompensierende Faser einen Kern, der eine hohe Konzentration an GeO2 enthält, um seinen Brechungsindex zu erhöhen, und eine Verkleidung, die eine vorher festgesetzte Konzentration an Fluor enthält, um so ihren Brechungsindex zu verringern, wobei die Verkleidung um den äußeren Rand des Kerns in engem Kontakt damit ausgebildet ist. Auf diese Weise werden die Brechungsindices dieser Bereiche individuell eingestellt, so daß die Differenz in den Brechungsindices zwischen dem Kern und der Verkleidung erhöht wird, um eine größeren Dispersionswert zu erhalten. In der Dispersion-kompensierenden Faser von 1 beispielsweise hängt der Dispersionswert bezüglich einer vorher bestimmten Wellenlänge von der Tiefe eines Depressionsbereichs A im Brechungsindexprofil, das in 1 dargestellt ist, ab.
  • Wenn GeO2 einem Kern einer Faservorform in einer Konzentration in der Höhe von etwa 10 mol-% bis 30 mol-% zugesetzt wird, ist es andererseits wünschenswert, daß die Faservorform bei einer niedrigeren Temperatur als eine übliche optische Faser (die GeO2 in einer Menge von nicht mehr als 5 mol-% enthält) in der Stufe des Ziehens zur Herstellung der Faser gezogen wird. Der Grund dafür ist der, daß, wenn das Ziehen bei einer Temperatur über der oben genannten Temperatur durchgeführt wird, der optische Transmissionsverlust der erhaltenen Faser mit zunehmender Konzentration des GeO2-Dotierungsmittels zunimmt.
  • Da die zweite Verkleidung (äußerster Bereich) der oben genannten herkömmlichen Dispersion-kompensierenden Faser reines Quarzglas ist, wird diese üblicherweise bei einer Temperatur in der Höhe von 1950°C bis 2000°C gezogen. Dies bedeutet, das die Faservorform selbst bei der Gefahr der Erhöhung des Verlustes der optischen Transmission im Kern zu einem gewissen Grad bei hoher Temperatur gezogen werden muß, was zu einem großen Hindernis unter weiterer Verringerung des optischen Transmissionsverlustes führt. In der Beschreibung bedeutet reines Quarzglas reines glasartiges SiO2. Allerdings sind diese konkreten Temperaturen relative wert und werden von den Anmeldern explizied als Referenz beschrieben, da diese Temperaturen des Ziehens jeweils unterschiedliche Werte zeigen können, was durch die Meßposition, das Meßverfahren oder dgl. begründet ist.
  • In Anbetracht der vorstehenden Umstände besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Dispersion-kompensierenden Faser, die im Vergleich zu herkömmlichen Fasern den optischen Transmissionsverlust weiter reduzieren kann.
  • Die Dispersion-kompensierende Faser gemäß der Erfindung ist beispielsweise wie in 2 dargestellt, ein optischer Wellenleiter, der hauptsächlich aus Quarzglas besteht und einen Kernbereich 1, der mindestens 10 mol-% GeO2 enthält, und einen Verkleidungsbereich, der um den äußeren Rand des Kernbereichs 1 ausgebildet ist und einen Brechungsindex hat, der niedriger eingestellt ist als der des Kernbereichs 1, umfaßt. Dieser Verkleidungsbereich umfaßt eine erste Verkleidung 2, die um den äußeren Rand des Kernbereichs und in engem Kontakt damit gebildet ist, eine zweite Verkleidung 3, die um den äußeren Rand der ersten Verkleidung 2 und in engem Kontakt damit gebildet ist, und eine dritte Verkleidung 4, die um den äußeren Rand der zweiten Verkleidung 3 und in engem Kontakt damit gebildet ist. Die dritte Verkleidung 4 ist insbesondere ein Glasbereich, der eine Verunreinigung zur Kontrolle der Glasviskosität bei einer vorbestimmten Temperatur (z. B. die Temperatur zur Zeit des Ziehens) enthält. Spezifische Beispiele für Verunreinigungen zur Kontrolle der Glasviskosität umfassen Fluor (F), Chlor (Cl), Germanium (Ge), Phosphor (P), Bor (B) oder dgl. 3 zeigt die Beziehung zwischen Dotierungsmittelzusatz verschiedener Verunreinigungen und ihre resultierende Glasviskosität bei 1500°C.
  • Hier ist in der Dispersion-kompensierenden Faser eine vorbestimmte Menge an Verunreinigung zur Reduzierung des Brechungsindexes, z. B. Fluor oder Bor zumindest zu der ersten Verkleidung 2 zugesetzt, um so die jeweiligen Brechungsindixes des Kernteils 1 und der ersten Verkleidung 2 so einzustellen, daß die Differenz im Brechungsindex zwischen diesen Glasbereichen relativ erhöht ist. Wenn die Konzentration der dotierten Verunreinigung so kontrolliert wird, (siehe 4), daß eine ausreichende Differenz im Brechungsindex zwischen dem Kernbereich 1 und der ersten Verkleidung 2 eingestellt wird, kann der Dispersionswert der Dispersion-kompensierenden Faser negativ eingestellt werden, wobei die Dispersionssteigung negativ eingestellt werden kann. Die Dispersion-kompensierende Faser ist ein optischer Wellenleiter, der einer vorher festgesetzten Einzelmodusbedingung genügt, in der der äußere Durchmesser des Kernbereichs 1 und der äußere Durchmesser der ersten Verkleidung 2 auf 2 bis 4 μm bzw. 4 bis 20 μm eingestellt sind.
  • In einer solchen Einzelmodus-Dispersion-kompensierenden Faser breitet sich das Licht, das sich durch diese bewegt, auch über einen Glasbereich (einen Teil des Verkleidungsbereichs) in der Nähe des Kernteils 1 aus. Da eine solche Lichtausbreitung in Richtung des Faserdurchmessers (Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Lichts) exponentiell abnimmt, gibt es einen Bereich im äußeren Rand des Verkleidungsbereichs, in dem Licht kaum durch diesen sich weiter bewegt. Die Verkleidung, die sich in einer solchen Region befindet, ist auch als physikalische Verkleidung oder Mantelschicht bekannt, da sie hauptsächlich einen Glasbereich zur Sicherstellung der physikalischen Festigkeit ist. Die dritte Verkleidung 4 entspricht der physikalischen Verkleidung. Andererseits ist der Glasbereich, der im Inneren der physikalischen Verkleidung lokalisiert ist und durch den Licht sich fortbewegt, auch als optische Verkleidung bekannt. Die erste und zweite Verkleidung 2 und 3 entsprechen der optischen Verkleidung.
  • In der erfindungsgemäßen Dispersion-kompensierenden Faser, wie sie oben beschrieben wurde, ist eine Verunreinigung zur Kontrolle der Glasviskosität, z. B. Fluor oder Chlor, der dritten Verkleidung 4 zugesetzt, welche einer physikalischen Verkleidung entspricht, die im wesentlichen nicht zum Transport von optischen Signalen beiträgt; dadurch wird die Glasviskosität der dritten Verkleidung 4 bei einer vorbestimmten Temperatur während des Ziehens kontrolliert. Als dritte Verkleidung 4, deren Glasviskosität bei einer vorbestimmten Temperatur kontrolliert wurde, wird als physikalische Verkleidung ausgebildet, wobei der Anteil der optischen Verkleidung, die eine hohe Glasviskosität bei einer vorbestimmten Temperatur hat, in der Gesamtquerschnittsfläche (Fläche einer Ebene senkrecht zu der Lichtwanderungsrichtung) abnimmt. Dementsprechend kann, wenn ein Ziehen durchgeführt wird, das Ziehen bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt werden.
  • Spezifisch ausgedrückt, die Dispersion-kompensierende Faser gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt den Kernbereich 1, der etwa 10 mol-% bis 30 mol-% GeO2 enthält und einen äußeren Durchmesser von 2 bis 4 μm hat. Der Verkleidungsbereich, der um den äußeren Rand des Kernbereichs 1 gebildet ist, umfaßt die erste Verkleidung 2 (die einen Teil der optischen Verkleidung bildet), die ein Glasbereich, dotiert mit Fluor oder dgl., als Index-Reducer zur Verringerung des Brechungsindex desselben und mit einem äußeren Durchmesser von 4 bis 20 μm ist; die zweite Verkleidung 3 (die zusammen mit der ersten Verkleidung 2 die optische Verkleidung bildet), die um den äußeren Rand der ersten Verkleidung 2 und in engem Kontakt damit gebildet ist, und die dritte Verkleidung (die die physikalische Verkleidung bildet), die um den äußeren Rand der zweiten Verkleidung 3 und in engem Kontakt damit gebildet ist, als Glasbereich mit einer Glasviskosität, die während des Ziehens niedriger ist als die der zweiten Verkleidung und die einen äußeren Durchmesser von 80 bis 150 μm hat. In der Dispersion-kompensierenden Faser wird insbesondere die Differenz im Brechungsindex zwischen der ersten Verkleidung 2 und der zweiten Verkleidung 3 kontrolliert, indem die Menge an Fluor oder dgl., die der ersten Verkleidung zugesetzt wird, eingestellt wird, ohne daß der Brechungsindex der zweiten Verkleidung 3 kontrolliert ist. Außerdem wird eine Glasviskositätskontrolle der Dispersion-kompensierenden Faser in der dritten Verkleidung 4 so durchgeführt, daß die Glasviskosität der dritten Verkleidung 4 bei einer vorbestimmten Temperatur niedriger als die der zweiten Verkleidung 3 ist.
  • Die Erfinder haben bestätigt, daß ein gewünschtes optisches Wellenlängenprodukt erhalten werden kann, wenn die dritte Verkleidung 4 1 Gew.-% bis 2 Gew.-% Fluor oder 0,25 Gew.-% bis 1 Gew.-% Chlor enthält.
  • Außerdem ist es vorteilhaft, daß die zweite Verkleidung 3 mit einer Verunreinigung zur Kontrolle der Glasviskosität derselben dotiert ist. Spezifischerweise umfaßt der Verkleidungsbereich der Dispersion-kompensierenden Faser die erste Verkleidung 2 (die einen Teil der optischen Verkleidung bildet), die einen Glasbereich mit einem äußeren Durchmesser von 4 bis 20 μm ist und mit Fluor oder dgl. zur Kontrolle des Brechungsindex derselben dotiert ist; die zweite Verkleidung 3 (die zusammen mit der ersten Verkleidung 2 die optische Verkleidung bildet), die um die erste Verkleidung 2 und in engem Kontakt damit gebildet ist und die bei einer vorbestimmten Temperatur eine Glasviskosität hat, die niedriger ist als die von reinem Quarzglas (reines glasartiges SiO2); und die dritte Verkleidung 4 (die die physikalische Verkleidung bildet), die um die zweite Verkleidung 3 und in engem Kontakt damit als Glasbereich gebildet ist, der eine Glasviskosität bei einer vorbestimmten Temperatur hat, die niedriger ist als die von reinem Quarzglas, und die einen äußeren Durchmesser von 80 bis 150 μm hat.
  • Folglich kann die Dispersion-kompensierende Faser dadurch gekennzeichnet sein, daß die zweite Verkleidung 3 auch mit einer Verunreinigung zur Verringerung der Glasviskosität der zweiten Verkleidung 3 bei einer vorbestimmten Temperatur (z. B. Temperatur zum Zeitpunkt des Ziehens) dotiert ist. Dieses Merkmal ist im Hinblick auf die Tatsache entwickelt worden, daß, falls die zweite Verkleidung 3 reines Quarzglas ist, eine Änderung im Brechungsindex dieses Glasbereichs (Verringerung des Brechungsindex durch Restspannung) auftritt, wenn sich die Zugspannung zu sehr auf die zweite Verkleidung 3 konzentriert, die eine Glasviskosität hat, die höher ist als die der dritten Verkleidung 4.
  • In diesem Fall ist die Verunreinigung, die in der zweiten Verkleidung 3 enthalten ist, vorzugsweise ein Material, z. B. Chlor oder dgl., das den Brechungsindex der dritten Verkleidung erhöht. Wenn der Brechungsindex der ersten Verkleidung 2 reduziert wird, während der der zweiten Verkleidung 3 erhöht wird, um so die Differenz im Brechungsindex zwischen der ersten Verkleidung 2 und der zweiten Verkleidung 3 zu kontrollieren, kann der Depressionsbereich A (Bereich, der durch die jeweiligen Brechungsindexprofile des Bereichs, der dem Kernteil 1 entspricht, dem Bereich, der der ersten Verkleidung 2 entspricht, und dem Bereich, der der zweiten Verkleidung 3 entspricht, definiert ist) tiefer gemacht werden. Auch wenn das Brechungsindexprofil in dieser Weise kontrolliert wird, können die Dispersionscharakteristika der Dispersionkompensierenden Faser weiter verbessert werden (ein ausreichender negativer Dispersionswert wird erhalten, während der absolute Wert der Dispersionssteigung erhöht ist).
  • In dieser Dispersion-kompensierenden Faser wird die Kontrolle der Differenz im Brechungsindex zwischen der ersten Verkleidung und der zweiten Verkleidung (Kontrolle der Tiefe der Depressionsregion A im Brechungsindexprofil von 2) durchgeführt, indem die Menge an Chlor oder dgl. als Index-Reducer für die erste Verkleidung 2 und die Menge an Chlor oder dgl., die der zweiten Verkleidung 3 zugesetzt wird, eingestellt werden. Obgleich technische Schwierigkeiten im allgemeinen größer werden, wenn die Menge an Dotierungsmittel, z. B. Fluor ansteigt, kann in einfacher Weise eine ausreichende Differenz beim Brechungsindex (zur Erzielung eines großen Dispersionswertes) zwischen der ersten Verkleidung 2 und der zweiten Verkleidung 3 erreicht werden, wenn die zweite Verkleidung 3 mit einer vorbestimmten Menge an Chlor oder dgl. dotiert ist, um so den Brechungsindex derselben zu erhöhen. Eine Glasviskositätskontrolle der Dispersion-kompensierenden Faser wird auch für die zweiten und dritten Verkleidungen 2 und 3 durchgeführt, so daß die Glasviskosität jeder der Verkleidungen, der zweiten und der dritten Verkleidung 3 bzw. 4, bei einer vorbestimmten Temperatur niedriger ist als die von reinem Quarzglas. Denn die zweite Verkleidung 3 enthält 0,25 Gew.-% bis 1 Gew.-% Chlor; dadurch wird sowohl eine Brechungsindexkontrolle wie auch eine Glasviskositätskontrolle realisiert. Die Erfinder haben bestätigt, daß in der Dispersion-kompensierenden Faser mit der obigen Struktur ein gewünschtes optisches Wellenleiterprodukt erhalten werden kann, wenn die dritte Verkleidung 0,1 Gew.-% bis 2 Gew.-% Fluor oder 0,25 Gew.-% bis 1 Gew.-% Chlor enthält.
  • Als Verunreinigung zur Kontrolle der Glasviskosität der dritten Verkleidung 4 kann hier eine Verunreinigung die mit der Verunreinigung identisch ist, die der zweiten Verkleidung 3 zugesetzt wurde, zur Erhöhung des Brechungsindex während die Glasviskosität bei einer vorbestimmten Temperatur reduziert wird, ausgewählt werden; und die so ausgewählte identische Verunreinigung kann der dritten Verkleidung 4 mit einer Menge an Dotierungsmittel zugesetzt werden, die der entspricht, die der zweiten Verkleidung zugesetzt wurde; dadurch kann das Herstellungsverfahren vereinfacht werden.
  • Wünschenswerterweise wird bei der Dispersion-kompensierenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung eine Faservorform, die vorher hergestellt wurde, mit einer Zugspannung von 5 bis 16 kg/mm2 gezogen. In diesem Fall wird eine Dispersionkompensierende Faser mit einem geringen optischen Transmissionsverlust, die das oben beschriebene Problem löst, erhalten.
  • In der Praxis ist es wünschenswert, daß die erfindungsgemäße Dispersion-kompensierende Faser einen geringen optischen Transmissionsverlust von 1 dB/km oder weniger in bezug auf Licht der 1,55 μm-Wellenlängenbande hat.
  • Darüber hinaus hat die Dispersion-kompensierende Faser gemäß der vorliegenden Erfindung einen Dispersionswert, der auf –50 ps/km/nm oder niedriger eingestellt ist, und eine Dispersionssteigung, die in bezug auf Licht der 1,55 μm-Wellenlängenbande negativ eingestellt ist; daher kann sie in effektiver Weise die Dispersion und Wellenlängenabhängigkeit des optischen Transmissionssystems, das eine optische Faser enthält, die so konzipiert ist, daß die Null-Dispersionswellenlänge innerhalb des 1,3 μm-Wellenlängenbandes der Faser liegt, kompensieren.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun aus der detaillierten Beschreibung, die folgt, und den beigefügten Zeichnungen, die lediglich zur Erläuterung angeführt werden und demnach die vorliegende Erfindung nicht beschränken sollen, vollständiger erläutert.
  • Aus der folgenden detaillierten Beschreibung wird außerdem der Rahmen der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung offensichtlich. Allerdings sollte es selbstverständlich sein, daß die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschreiben, nur zur Erläuterung angeführt werden, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Geistes und des Rahmens der Erfindung dem Fachmann aus dieser detaillierten Beschreibung einfallen werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Darstellung, die eine Querschnittsstruktur einer herkömmlichen Dispersion-kompensierenden Faser und das dazu entsprechende Brechungsindexprofil zeigt;
  • 2 ist eine Darstellung, die eine Querschnittsstruktur einer Dispersion-kompensierenden Faser gemäß der Erfindung, die entsprechende Lichtintensitätsverteilung und das entsprechende Brechungsindexprofil zeigt;
  • 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Dotierungsmittelzusatz aus typischen Verunreinigungen zur Kontrolle des Brechungsindex von Quarzglas und der resultierenden Glasviskosität bei einer vorbestimmten Temperatur zeigt;
  • 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Dotierungsmittelzusatz (Gew.-%) an Fluor, das Quarzglas zugesetzt wurde, und der resultierenden relativen Indexdifferenz (%) in bezug auf reine Quarzglas zeigt;
  • 5 ist eine Darstellung, die ein Brechungsindexprofil und die Lichtintensitätsverteilung, die diesem entspricht, bezüglich einer Berechnung des äußeren Durchmessers der zweiten Verkleidung zeigt;
  • 6 ist eine Tabelle, die die Konfigurationen und verschiedene Charakteristika von Dispersion-kompensierenden Faserproben (für den Fall, worin Δ+ = 2,5%) zeigt;
  • 7 ist eine Tabelle, die Konfigurationen und verschiedene Charakteristika von Dispersion-kompensierenden Faserproben (wenn Δ+ = 2,1%) zeigt;
  • 8 ist eine Verfahrensdarstellung, die einen Teil eines Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dispersionkompensierenden Faser zeigt;
  • 9 ist eine Darstellung, die eine Faservorform zeigt, die durch die in 8 gezeigte Stufe erhalten wurde;
  • 10 ist ein Diagramm, das das Brechungsindexprofil einer ersten Ausführungsform der Dispersion-kompensierenden Faser der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der ΔJ (relative Indexdifferenz der dritten Verkleidung in bezug auf Quarzglas) und dem optischen Transmissionsverlust in Dispersion-kompensierenden Faserproben der ersten Ausführungsform, die in einem ersten Experiment hergestellt wurde, zeigt, wobei das Dispersionscharakteristikum für jede Dispersion-kompensierende Faserprobe in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm so ist, daß der Dispersionswert –144 ps/km/nm ist und die Dispersionssteigung –0,45 ps/km/nm2 ist;
  • 12 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen ΔJ (relativer Indexdifferenz der dritten Verkleidung in bezug auf reines Quarzglas) und dem optischen Transmissionsverlust in Dispersion-kompensierenden Faserproben der ersten Ausführungsform, die in einem zweiten Experiment hergestellt wurde, zeigt, wobei das Dispersionscharakteristikum jeder Dispersion-kompensierenden Faserprobe in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm so ist, daß der Dispersionswert –100 ps/km/nm ist und die Dispersionssteigung –0,2 ps/km/nm2 ist;
  • 13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der ΔJ (relative Indexdifferenz der dritten Verkleidung in bezug auf reines Quarzglas) und dem optischen Transmissionsverlust in Dispersion-kompensierenden Faserproben der ersten Ausführungsform, hergestellt in einem dritten Experiment, zeigt, wobei die Dispersionscharakteristika jeder Dispersionkompensierenden Faserprobe in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm so sind, daß der Dispersionswert –85 ps/km/nm und die Dispersionssteigung –0,2 ps/km/nm2 ist;
  • 14 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zugspannung während der Herstellung und dem resultierenden optischen Transmissionsverlust in der Dispersionkompensierenden Faser, hergestellt im ersten Experiment (einem vierten Experiment), zeigt;
  • 15 ist ein Diagramm, das die allgemeine Beziehung zwischen Zugspannung und Zugtemperatur für den Fall zeigt, in dem die Ziehgeschwindigkeit zur Zeit des Ziehens konstant ist;
  • 16 ist ein Diagramm, das das Brechungsindexprofil einer zweiten Ausführungsform der Dispersion-kompensierenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 17 ist ein Diagramm, das das Brechungsindexprofil einer dritten Ausführungsform der Dispersion-kompensierenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 18 ist ein Diagramm, das das Brechungsindexprofil einer vierten Ausführungsform der Dispersion-kompensierenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 19 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen 10J (relative Indexdifferenz der dritten Verkleidung in Bezug auf reines Quarzglas) und dem optischen Transmissionsverlust in den Dispersion-kompensierenden Faserproben einer vierten Ausführungsform zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im folgenden werden einzelne Ausführungsformen der Dispersion-kompensierenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der 2 bis 19 erläutert.
  • 2 ist eine Darstellung, die eine Querschnittsstruktur der Dispersion-kompensierenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung, ihre Lichtintensitätsverteilung in Richtung des Faserdurchmessers (Richtung, angezeigt durch die Linie L1) und ihre Brechungsindexprofil in Richtung des Faserdurchmessers zeigt. Hier bezeichnen die jeweiligen horizontalen Achsen der Lichtintensitätsverteilung und des Brechungsindexprofils der Dispersion-kompensierenden Faser, wenn auch in verschiedenem Maßstab, in 2 die Positionen an einem Querschnitt entlang der Linie L1 in der Zeichnung, die senkrecht zur Mittelachse eines Kernteils 1 ist. Folglich entsprechen im Brechungsindexprofil die Bereiche 10, 20, 30 bzw. 40 dem Bereich des Kernteils 1 (nachfolgend als "Kern" bezeichnet) an der Linie L1, dem Bereich der ersten Verkleidung 2 an der Linie L1, dem Bereich einer zweiten Verkleidung 30 an der Linie L1 und dem Bereich einer dritten Verkleidung 4 an der Linie L1. Außerdem gibt die senkrechte Achse des Brechungsindexprofils in der Figur die relative Indexdifferenz in Bezug auf reines Quarzglas an.
  • Die Dispersion-kompensierende Faser gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein optischer Wellenleiter, der hauptsächlich aus Quarzglas (im folgenden als "SiO2-Glas" bezeichnet) besteht. Der Kern 1, der sich in der Mitte befindet, enthält eine hohe Konzentration (etwa 10 mol-% bis 30 mol-% oder bevorzugter etwa 20 mol-% bis 25 mol-%) GeO2, wodurch sein Brechungsindex so kontrolliert wird, daß er hoch wird. Die erste Verkleidung 1 ist mit Fluor als Index-Reducer dotiert, so daß der Brechungsindex reduziert wird; sie ist außerhalb des Kerns 1 angebracht, wodurch eine große Differenz im Brechungsindex dazwischen erhalten wird. Auf der Außenseite der ersten Verkleidung 2 wird die zweite Verkleidung 3 (bestehend aus reinem Quarzglas oder SiO2-Glas, das mit einer Verunreinigung zur Reduzierung der Glasviskosität dotiert ist) gebildet. Wie dargestellt breitet sich das Licht, das durch diese Faser geht, über die Innenseite der zweiten Verkleidung 3 um den Kern 1 aus. Folglich ist die Außenseite der zweiten Verkleidung 3 ein Glasbereich, der im wesentlichen nicht zur Fortpflanzung eines Lichtsignals beiträgt. In der Dispersion-kompensierenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieser Glasbereich (dritte Verkleidung 4) mit einer vorbestimmten Menge an Fluor dotiert; dadurch wird eine Glasviskosität bei einer vorbestimmten Temperatur erreicht, die niedriger ist als die von reinem Quarzglas.
  • Nachfolgend werden die Bezugszeichen im Brechungsindexprofil in 2 erläutert. In diesem Brechungsindexprofil bezeichnen 2a, 2b bzw. 2c den äußeren Durchmesser (Kerndurchmesser) des Kerns 1, den äußeren Durchmesser der ersten Verkleidung 2 und den äußeren Durchmesser der zweiten Verkleidung 3. Das Δ gibt die relative Indexdifferenz in bezug auf reines Quarzglas wie folgt an: Δ+ = (n1 – n0)/n0 Δ– = (n2 – n0)/n0 ΔP = (n3 – n0)/n0 ΔJ = (n4 – n0)/n0 worin n0 der Brechungsindex von reinem Quarzglas (reines glasartiges SiO2) ist, n1 der Brechungsindex des Kerns 1 ist, n2 der Brechungsindex der ersten Verkleidung 2 ist, n3 der Brechungsindex der zweiten Verkleidung 3 ist und n4 der Brechungsindex der dritten Verkleidung 4 ist. Daher bedeutet ein negatives Δ eines vorbestimmten Glasbereichs, daß der Brechungsindex des Bereichs auf kleiner als der von reinem Quarzglas eingestellt ist.
  • Im folgenden wird das Verfahren zur Bestimmung des äußeren Durchmessers der zweiten Verkleidung 3 erläutert. Wie oben beschrieben wurde, existiert die Intensitätsverteilung von sich fortpflanzendem Licht nicht nur im Kern 1, sondern breitet sich auch über den benachbarten Verkleidungsbereich aus (siehe 2). Grob ausgedrückt, Licht bewegt sich, während es sich um den Kern 1 über einen Bereich ausbreitet, der etwa dem 5- bis 6-fachen des Modusfelddurchmessers (MFD) entspricht. Selbst wenn Fluor oder dgl. dem Glasbereich (der physikalischen Auskleidung entspricht) zugesetzt wird, der außerhalb des Glasbereichs (entsprechend der optischen Auskleidung) liegt, durch den das Licht sich bewegt, wodurch der Brechungsindex des erstgenannten Bereichs verändert wird, werden die optischen Charakteristika der optischen Faser dadurch überhaupt nicht beeinflußt.
  • Der äußere Durchmesser der zweiten Auskleidung 3 wird strenger unter Berücksichtigung der Intensitätsverteilung des Lichts, das durch die Faser geht, bestimmt. Wie in 5 dargestellt ist, wird unter der Annahme, daß die Mitte des Kerns 1 ursprünglich o ist, der Abstand von der Mitte o des Kerns 1 zu dem äußeren Durchmesser der zweiten Auskleidung 3 a ist, die Lichtintensität zwischen o und a im Querschnitt der optischen Faser Po-a ist und die Gesamtlichtintensität 1 ist, ihre Beziehung wie folgt ausgedrückt: Po-a = 1 – exp(–2a2/ω2)worin ω der Modusfelddurchmesser der Faser ist. Wenn der Wert a, bei dem 1 – Po-a = exp(–2a2/ω2) ausreichend klein wird, um vernachlässigbar zu sein, bestimmt wird, kann die Lichtintensität bei der Position der so bestimmten Entfernung a im wesentlichen als Null angesehen werden.
  • Hier wurden Berechnungen unter Annahme durchgeführt, daß der Wert für Po-a drei Arten von Werten annimmt, d. h. 10–30 10–40 und 10–50. Die Resultate der Berechnung sind in den Tabellen von 6 und 7 angegeben.
  • 6 zeigt spezifischer die Resultate der Berechnung für die Proben Nr. 1 bis 6, worin Δ+ auf 2,5% eingestellt ist, wohingegen 7 die Resultate der Berechnung für die Proben Nr. 1 bis 7 zeigt, worin Δ+ auf 2,1% eingestellt ist. Bei dieser Berechnung wurden für den äußeren Durchmesser des Kerns 1 (2a im Brechungsindexprofil, das in 2 dargestellt ist) und den äußeren Durchmesser der ersten Verkleidung 2 (2b im Brechungsindexprofil, das in 2 dargestellt ist), die äußeren Durchmesser für ihre entsprechenden verschiedenen Arten der zweiten Auskleidung 3 (2c im Brechungsindexprofil, das in 2 dargestellt ist) bestimmt. Hier zeigen diese Tabellen auch die Dispersionscharakteristika (Dispersionswert und Dispersionssteigungswert), die durch ein Verfahren eines finiten Elements errechnet wurden.
  • Die äußeren Durchmesser des Kerns 1, die in 6 und 7 gezeigt sind, liegen innerhalb eines Bereichs (2 bis 4 μm) des Kerndurchmessers, der für die Dispersion-kompensierende Faser geeignet ist. Ein Kerndurchmesser unter der Untergrenze dieses Bereichs ist unerwünscht, da dann der Biegungsverlust der Faser größer wird. Wenn dagegen der Kerndurchmesser über der Obergrenze dieses Bereichs liegt, werd die absolute Wert für die Dispersionssteigung klein, wodurch die Faser nicht effektiv als Dispersion-kompensierende Faser arbeitet.
  • In dem Glasbereich außerhalb des so definierten äußeren Durchmessers der zweiten Verkleidung 3 ist die dritte Verkleidung 4 (auch bekannt als Mantelschicht) angeordnet, die mit einer Verunreinigung wie z. B. Fluor, Chlor, Germanium, Phosphor oder Bor, dotiert ist, welche verwendet wird, um die Glasviskosität von SiO2-Glas, d. h. dem Hauptbestandteil derselben, bei einer vorbestimmten Temperatur zu senken. 3 zeigt die Beziehung zwischen Dotierungsmittelzusatz aus typischen Verunreinigungen zur Kontrolle des Brechungsindex von Quarzglas und der resultierenden Glasviskosität bei 1500°C; die Einheit der Glasviskosität auf der vertikalen Achse ist Poise (Symbol: P, 10 P = 1 N·s/m2).
  • Die oben beschriebene Kalkulation wird durchgeführt, während angenommen wird, daß 1 – Po-a drei Werte, 10–30, 10–40 und 10–50, annimmt, um so einen Verkleidungsbereich zu bestimmen, der die Transmissionscharakteristika nicht beeinflußt; die Größenordnungen dieser Werte liegen im Rahmen eines Konzepts und können geeigneterweise entsprechend den Charakteristika der Faser und dgl. ausgewählt werden. In den folgenden Ausführungsformen ist die Dispersion-kompensierende Faser mit der Bedingung konzipiert, daß 1 – Po-a = 10–50 ein Wert ist, der die Transmissionscharakteristika überhaupt nicht beeinflußt.
  • Außerdem hat eine beliebige optische Faser, die den in 6 und 7 angegebenen Bedingungen genügt, eine negative Dispersionssteigung und einen Dispersionswert von etwa –50 ps/km/nm oder weniger, wodurch sie wirksam als Dispersion-kompensierende Faser fungieren kann.
  • Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der Dispersion-kompensierenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 8 erläutert. In dem nachfolgend erläuterten Herstellungsverfahren wurde eine Verunreinigung zur Kontrolle des Brechungsindex, z. B. Fluor, als Verunreinigung zur Reduzierung der Glasviskosität des SiO2-Glases bei einer vorbestimmten Temperatur verwendet und während ihr Anteil an Dotierungsmittel geändert wurden, wurden Dispersion-kompensierende Fasern hergestellt. Dieses Herstellungsverfahren wurde nach einem VAD-Verfahren durchgeführt.
  • Wie in 8 gezeigt ist, wird, während die dotierende Menge an GeO2 im SiO2-Glas so eingestellt, daß der Brechungsindex um das zwei- bis fünffache des Abstandes abnimmt oder stufenweise von der Mitte zum Rand abnimmt, ein zylindrisches Kernelement 11 mit einem Brechungsindex n1 hergestellt. Anschließend wird Fluor gleichmäßig zu SiO2-Glas gegeben, um so ein erstes Verkleidungselement 21 mit einem auf n2 reduziertem Brechungsindex herzustellen, dann wird ein Loch 210 in der Mitte des so erhaltenen ersten Verkleidungselements 21 entlang der Achse AX, die in 8 gezeigt ist, ausgebildet. Danach wird in das Loch 210, das im ersten Verkleidungselement 21 ausgebildet ist, das vorher erhaltene Kernelement 11 eingesetzt. Außerdem wird ein zylindrisches zweites Verkleidungselement 31, das hauptsächlich aus SiO2-Glas mit einem Brechungsindex von n3 besteht, hergestellt und es wird ein Loch 310 in der Mitte desselben entlang der Achse Ax ausgebildet. Obgleich n3 = n0 ist, wenn das zweite Verkleidungselement 31 reines Quarzglas ist (erste und zweite Ausführungsformen, die später erläutert werden), kann auch eine Verunreinigung zur Kontrolle des Brechungsindex dem zweiten Verkleidungselement 31 zugesetzt werden (dritte und vierte Ausführungsformen, die später erläutert werden). In das Loch 310, das im zweiten Verkleidungselement 31 ausgebildet ist, werden das Kernelement 11 und das erste Verkleidungselement 21, die zuvor zu einer zylindrischen Form vereinigt worden waren, eingesetzt. Darüber hinaus wird Fluor gleichmäßig zu SiO2-Glas gegeben, um die Glasviskosität desselben zu reduzieren; dadurch wird ein zylindrisches drittes Verkleidungselement 41 mit einem Brechungsindex n4 hergestellt und es wird ein Loch 410 in der Mitte desselben entlang der Achse AX ausgebildet. Dann werden das Kernelement 11, das erste Verkleidungselement 21 und das zweite Verkleidungselement 31, die vorher vereinigt worden waren, in das Loch 410 eingesetzt und unter Bildung einer Vorform einer optischen Faser erhitzt (siehe 9). Danach wird die erhaltene Faservorform gezogen, um eine Dispersion-kompensierende Faser des Einzelmodus mit einem äußeren Durchmesser von 125 μm herzustellen.
  • Die Stufe des Ziehens der auf diese Weise erhaltenen Vorform wird beispielsweise im US-Patent Nr. 4 123 242 beschrieben.
  • ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Im folgenden wird eine erste Ausführungsform der Dispersionkompensierenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung anhand von 10 erläutert. 10 ist hier ein Diagramm, das das Brechungsindexprofil der ersten Ausführungsform zeigt, in dem die Bereiche 10a, 20a, 30a bzw. 40a den Bereichen 10, 10, 30 und 40 in 2 entsprechen. Dementsprechend bezeichnet die horizontale Achse des Brechungsindexprofils, das in 10 gezeigt wird, die Positionen an der Linie L1 im Faserquerschnitt von 2. Die vertikale Achse des Brechungsindexprofils gibt auch die relative Indexdifferenz in bezug auf reines Quarzglas an.
  • Der Kern 1 und die ersten bis dritten Verkleidungen 2 bis 4 in dieser Ausführungsform sind wie folgt aufgebaut:
    Kern 1: SiO2-Glas, das eine vorbestimmte Menge an GeO2 hat (mit erhöhtem Brechungsindex).
    1. Verkleidung 2: SiO2-Glas, das eine vorbestimmte Menge an Fluor enthält (mit reduziertem Brechungsindex).
    2. Verkleidung 3: Reines Quarzglas (reines glasartiges SiO2).
    3. Verkleidung 4: SiO2-Glas, das eine vorbestimmte Menge an Fluor enthält (mit reduziertem Brechungsindex), wodurch die Glasviskosität zur Zeit des Ziehens so kontrolliert wird, daß sie niedriger ist als die der zweiten Verkleidung 3.
  • ERSTES EXPERIMENT DER ERSTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die Erfinder stellten Dispersion-kompensierende Fasern mit der Struktur der oben beschriebenen ersten Ausführungsform (10) unter den folgenden Bedingungen her. Es wurden speziell eine Vielzahl von Sorten der Faservorformen unter den Bedingungen, bei denen Δ+ = 2,9%, Δ– = –0,36% und ΔP = 0%, während der Wert für ΔJ unter 0%, –0,1%, –0,3%, –0,4%, –0,6% und –0,7% geändert wurde, hergestellt. Dann wurde jede Faservorform mit einer Zugspannung von 9,8 kg/mm2 zur Zeit des Ziehens mit einer konstanten Ziehgeschwindigkeit gezogen, wodurch eine Dispersion-kompensierende Faser hergestellt wurde, in der 2a = 2,25 μm, 2b = 7,5 μm und 2c = 39 μm. In bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm wies jede der so erhaltenen Dispersion-kompensierenden Fasern derartige Dispersionscharakteristika auf, daß der Dispersionswert –144 ps/km/nm war und die Dispersionssteigung –0,45 ps/km/nm2 war.
  • 11 zeigt die Resultate der Messung des optischen Transmissionsverlusts in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm für die jeweiligen Dispersionkompensierenden Fasern mit den oben angegebenen ΔJ-Werten.
  • In dem in 11 dargestellten Diagramm wurde die herkömmliche Dispersion-kompensierende Faser (ΔJ = 0%: die dritte Verkleidung ist reines Quarzglas), die nicht mit Fluor dotiert war, bei einer höheren Temperatur von etwa 2000°C gezogen, da ihre Glasviskosität hoch ist. Andererseits ist die Ziehtemperatur etwa 1840°C, wenn ΔJ = –0,4% und etwa 1820°C, wenn ΔJ = –0,7% (Konzentration an Fluor ist 2 Gew.-%). So neigt die Ziehtemperatur dazu, zu sinken, wenn der Anteil der Dotierungsmittelmenge an Fluor in der dritten Verkleidung 4 größer ist (wenn die relative Indexdifferenz ΔJ abnimmt). Der Grund ist die Tatsache, daß die Glasviskosität der dritten Verkleidung 4 zur Zeit des Ziehens weiter abnimmt als die von reinem Quarzglas (zweite Verkleidung 3), wenn der Anteil der Dotierungsmittelmenge an Fluor ansteigt. Wenn eine solche dritte Verkleidung 4 vorhanden ist, kann folglich das Ziehen bei einer Temperatur unter der bei der Herstellung der herkömmlichen Dispersion-kompensierenden Faser durchgeführt werden, wodurch der optische Transmissionsverlust verringert wird.
  • Hier zeigt 4 die Beziehung zwischen dem Dotierungsmittelzusatz (Gew.-%) aus Fluor in SiO2-Glas und der resultierenden relativen Indexdifferenz (%) in bezug auf reines Quarzglas.
  • ZWEITES EXPERIMENT DER ERSTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Außerdem stellten die Erfinder Dispersion-kompensierende Fasern mit der Struktur der oben beschriebenen ersten Ausführungsform (10) unter den folgenden Bedingungen her. Spezifischer beschrieben, es wurde eine Vielzahl von Sorten der Faservorformen unter den Bedingungen Δ+ = 2,6%, Δ– = –0,35%, und ΔP = 0%, während der Wert für ΔJ unter 0%, –0,1%, –0,3%, –0,5%, –0,6% und –0,7% geändert wurde, hergestellt. Dann wurde während des Ziehens jede Faservorform mit einer Zugspannung von 9,8 kg/mm2 mit einer konstanten Ziehgeschwindigkeit gezogen, wodurch eine Dispersion-kompensierende Faser hergestellt wurde, in der 2a = 2,6 μm, 2b = 8,8 μm und 2c = 46 μm. In bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm wies jede der so erhaltenen Dispersion-kompensierenden Fasern solche Dispersionscharakteristika auf, daß der Dispersionswert –100 ps/km/nm war und die Dispersionssteigung –0,2 ps/km/nm2 war.
  • 12 zeigt die Resultate der Messung des optischen Transmissionsverlustes in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm für die jeweiligen Dispersionkompensierenden Fasern, die die oben genannten ΔJ-Werte haben.
  • In diesem Fall (siehe 12) wird wie im Fall des oben beschriebenen ersten Experiments erkannt, daß der optische Transmissionsverlust abnimmt, wenn der Anteil der Dotierungsmittelmenge an Fluor in der dritten Verkleidung 4 größer ist (wenn die relative Indexdifferenz ΔJ abnimmt).
  • DRITTES EXPERIMENT DER ERSTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Außerdem stellten die Erfinder Dispersion-kompensierende Fasern mit der Struktur der oben beschriebenen ersten Ausführungsform (10) unter den folgenden Bedingungen her. Genauer ausgedrückt, es wurde eine Vielzahl von Sorten an Faservorformen unter den Bedingungen Δ+ = 2%, Δ– = –0,35%, und ΔP = 0%, während der Wert für ΔJ unter 0%, –0,1%, –0,2%, –0,3%, –0,5%, –0,6 g und –0,7% verändert wurde, hergestellt. Dann wurde jede Faservorform mit einer Zugspannung von 9,8 kg/mm2 zur Zeit des Ziehens mit konstanter Ziehgeschwindigkeit gezogen, wodurch eine Dispersion-kompensierende Faser hergestellt wurde, in der 2a = 3 μm, 2b = 10 μm und 2c = 53 μm. In bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm wies jede Dispersionkompensierende Faser, die so erhalten wurde, solche Dispersionscharakteristika auf, daß der Dispersionswert –85 ps/km/nm war und die Dispersionssteigung –0,2 ps/km/nm2 war.
  • 13 zeigt Resultate der Messung des optischen Transmissionsverlusts in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm für die jeweiligen Dispersionkompensierenden Fasern mit den oben genannten ΔJ-Werten.
  • In diesem Fall (siehe 13) wird wie im Fall der oben beschriebenen ersten und zweiten Experimente erkannt, daß der optische Transmissionsverlust abnimmt, wenn der Anteil der Dotierungsmittelmenge an Fluor in der dritten Verkleidung 4 größer ist (wenn die relative Indexdifferenz ΔJ abnimmt).
  • VIERTES EXPERIMENT DER ERSTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Im folgenden werden die Resultate einer aktuellen Messung der Beziehung zwischen der Zugspannung und dem optischen Transmissionsverlust der resultierenden Dispersion kompensierenden Faser erläutert. In diesem Experiment wurde die Vorform verwendet, die in allen Werten, außer für die Bedingung ΔJ = –0,35% mit der im ersten Experiment hergestellten identisch war, und das Ziehen wurde mit einer Vielzahl von Zugspannungswerten zum Zeitpunkt des Ziehens durchgeführt; dadurch wurden Dispersion-kompensierende Fasern hergestellt. Hier ist 14 ein Diagramm, das Resultate der Messung des optischen Transmissionsverlusts in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm für die Dispersionkompensierenden Fasern, die bei den jeweiligen Zugspannungswerten erhalten wurden, zeigt.
  • Aus dem in 14 dargestellten Diagramm ist zu erkennen, daß der optische Transmissionsverlust abnimmt, wenn die Spannung zur Zeit des Ziehens zunimmt. Wenn mit einer großen Zugspannung, die 16 kg/mm2 übersteigt, gezogen wurde, riß die optische Faser. Obwohl es natürlich wünschenswert ist, daß der optische Transmissionsverlust möglichst niedrig ist, ist es in der Praxis auch erwünscht, daß der Wert unter 1,0 dB/km liegt. In Anbetracht dieser Punkte ist es wünschenswert, daß die Faservorform gezogen wird, indem eine Zugspannung von 4 kg/mm2 oder bevorzugter nicht kleiner 5 kg/mm2, aber nicht über 16 kg/mm2 angelegt wird.
  • 15 zeigt eine allgemeine Beziehung zwischen Ziehtemperatur und Zugspannung für den Fall, in dem die Ziehgeschwindigkeit v konstant bei 100 m/min gehalten wird. Die Bildung der gegenständlichen Faservorform ist identisch mit der der ersten Ausführungsform (ΔJ = –0,35%). Da diese Beziehung entsprechend dem äußeren Durchmesser der Faservorform, dem Innendurchmesser des Ofens, der Atmosphäre und dgl. schwankt, kann das Diagramm in Abhängigkeit von diesen Bedingungen in der Größenordnung von mehreren 10°C nach oben und unten versetzt werden. Hier ist die Beziehung zwischen Zugspannung und Ziehtemperatur, die in 15 gezeigt ist, ungeachtet der vorliegenden Erfindung angezeigt, ohne irgendeine Bedingung zur Herstellung der Dispersionkompensierenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung nahezulegen.
  • ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Im folgenden wird eine zweite Ausführungsform der Dispersionkompensierenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung anhand von 16 erläutert. Hier ist 16 ein Diagramm, daß das Brechungsindexprofil der zweiten Ausführungsform zeigt, worin die Bereiche 10b, 20b, 30b bzw. 40b den Bereichen 10, 20, 30 und 40 in 2 entsprechen. Entsprechend bezeichnet die horizontale Achse des Brechungsindexprofils, das in 16 dargestellt ist, die Positionen an der Linie L1 im Faserquerschnitt von 2. Die vertikale Achse des Brechungsindexprofils gibt auch die relative Indexdifferenz in bezug auf reine Quarzglas an.
  • Der Kern 1 und die ersten bis dritten Verkleidungen 2 bis 4 in dieser Ausführungsform sind wie folgt aufgebaut:
    Kern 1: SiO2-Glas, das eine vorbestimmte Menge an GeO2 enthält (mit erhöhtem Brechungsindex).
    1. Verkleidung 2: SiO2-Glas, das eine vorbestimmte Menge an Fluor enthält (mit reduziertem Brechungsindex).
    2. Verkleidung 3: Reines Quarzglas (reines glasartiges SiO2).
    3. Verkleidung 4: SiO2-Glas, das eine vorbestimmte Menge an Chlor enthält (mit erhöhtem Brechungsindex), wodurch die Glasviskosität zur Zeit des Ziehens so kontrolliert wird, daß sie niedriger ist als die der zweiten Verkleidung 3.
  • Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich strukturell von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform bezüglich der Verunreinigung, die der dritten Verkleidung 4 zugesetzt wurde. Auch in dieser Struktur kann die Glasviskosität zur Zeit des Ziehens reduziert sein.
  • Die Erfinder stellten Dispersion-kompensierende Fasern mit der Struktur der zweiten Ausführungsform (16) unter den folgenden Bedingungen hergestellt. Spezifisch ausgedrückt, es wurde eine Vielzahl von Sorten an Faservorformen unter der Bedingung Δ+ = 2,1%, Δ– = –0,35%, und ΔP = 0%, während der Wert für ΔJ unter 0%, 0,03%, 0,08% und 0,12% geändert wurde, hergestellt. Dann wurde jede Faservorform mit einer Zugspannung von 9,8 kg/mm2 zur Zeit des Ziehens mit konstanter Ziehgeschwindigkeit gezogen, wodurch eine Dispersion-kompensierende Faser hergestellt wurde, in der 2a = 2,75 μm, 2b = 7,9 μm und 2c = 47 μm. In bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm wies jede der so erhaltenen Dispersion-kompensierenden Fasern Dispersionscharakteristika auf, so daß der Dispersionswert –85 ps/km/nm war und die Dispersionssteigung –0,2 ps/km/nm2 war.
  • DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Im folgenden wird eine dritte Ausführungsform der Dispersionkompensierenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung anhand von 17 erläutert. Hier ist 17 ein Diagramm, das das Brechungsindexprofil der dritten Ausführungsform zeigt, worin die Bereich 10c, 20c, 30c bzw. 40c den Bereichen, 10, 20, 30 und 40 in 2 entsprechen. Dementsprechend bezeichnet die horizontale Achse des Brechungsindexprofils, das in 17 dargestellt ist, die Positionen an der Linie L1 im Faserquerschnitt von 2. Die vertikale Achse des Brechungsindexprofils gibt die relative Indexdifferenz in bezug auf reines Quarzglas an.
  • Der Kern 1 und die ersten bis dritten Verkleidungen 2 bis 4 in dieser Ausführungsform sind wie folgt aufgebaut:
    Kern 1: SiO2-Glas, das eine vorbestimmte Menge an GeO2 enthält (mit erhöhtem Brechungsindex).
    2. Verkleidung 2: SiO2-Glas, das eine vorbestimmte Menge an Fluor enthält (mit verringertem Brechungsindex).
    2. Verkleidung 3: SiO2-Glas, das eine vorbestimmte Menge Chlor enthält (mit erhöhtem Brechungsindex), wodurch die Glasviskosität zur Zeit des Ziehens so kontrolliert wird, daß sie niedriger ist als die von reinem Quarzglas).
    3. Verkleidung 4: SiO2-Glas, das eine vorbestimmte Menge an Fluor enthält (mit verringertem Brechungsindex), wodurch die Glasviskosität zur Zeit des Ziehens so kontrolliert wird, daß sie niedriger ist als die von reinem Quarzglas.
  • Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich strukturell von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform darin, daß Chlor der zweiten Verkleidung 3 zugesetzt wird. Auch in dieser Struktur kann die Glasviskosität zur Zeit des Ziehens gesenkt werden. Wenn die zweite Verkleidung 3 reines Quarzglas ist (die erste und zweite Ausführungsform) und wenn die Zugspannung sich zu sehr auf die zweite Verkleidung 3, die eine Glasviskosität hat, die höher ist als die der dritten Verkleidung 4, zur Zeit des Ziehens konzentriert, kann dies zu einer Änderung im Brechungsindex (Verringerung im Brechungsindex durch Restspannung) in diesem Glasbereich führen. Die Konfiguration der dritten Ausführungsform löst dieses Problem. Es wird ein Material, z. B. Chlor, das den Brechungsindex erhöht, als Verunreinigung, die der zweiten Verkleidung 3 zuzusetzen ist, ausgewählt, um den Brechungsindex der ersten Verkleidung 2 zu reduzieren, während der Brechungsindex der zweiten Verkleidung 3 erhöht wird; dadurch wird die Differenz im Brechungsindex zwischen der ersten Verkleidung 2 und der zweiten Verkleidung 3 so kontrolliert, daß der Depressionsbereich A (Bereich, der durch die jeweiligen Brechungsindexprofile des Bereichs 10, der dem Kernbereich 1 von 2 entspricht, dem Bereich 20c, der der ersten Verkleidung 2 von 2 entspricht und dem Bereich 30c, der der zweiten Verkleidung 3 von 2 entspricht, definiert ist) zu vertiefen. Wenn das Brechungsindexprofil auf diese Weise kontrolliert wird, können auch die Dispersionscharakteristika der Dispersionkompensierenden Faser weiter verbessert werden (der absolute Wert für die Dispersionssteigung kann erhöht werden, während ein ausreichender negativer Dispersionswert erzielt wird).
  • Die Erfinder stellten Dispersion-kompensierende Fasern mit der Struktur der dritten Ausführungsform (17) unter den folgenden Bedingungen hergestellt. Spezifischer ausgedrückt, es wurde eine Vielzahl von Sorten an Faservorformen unter den Bedingungen Δ+ = 2,1%, Δ– = –0,35%, und ΔP = 0,08%, während der Wert für ΔJ unter 0%, –0,04%, –0,1%, –0,2%, –0,35%, –0,5% und –0,7% geändert wurde, her. Dann wurde jede Faservorform während des Ziehens mit einer Zugspannung von 9,8 kg/mm2 mit einer konstanten Ziehgeschwindigkeit gezogen, wodurch eine Dispersion-kompensierende Faser hergestellt wurde in der 2a = 2,8 μm, 2b = 8 μm und 2c = 46 μm. In bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm wies jede der so erhaltenen Dispersion-kompensierenden Fasern solche Dispersionscharakteristika auf, daß der Dispersionswert –101 ps/km/nm war und die Dispersionssteigung –0,25 ps/km/nm2 war.
  • VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Im folgenden wird eine vierte Ausführungsform der Dispersionkompensierenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung anhand von 18 erläutert. Hier ist 18 ein Diagramm, das das Brechungsindexprofil der vierten Ausführungsform zeigt, in dem die Bereiche 10d, 20d, 30d bzw. 40d den Bereichen 10, 20, 30 bzw. 40 in 2 entsprechen. Dementsprechend gibt die horizontale Achse des Brechungsindexprofils, das in 18 dargestellt ist, die Positionen an der Linie L1 im Faserquerschnitt von 2 an. Die vertikale Achse des Brechungsindexprofils gibt außerdem die relative Indexdifferenz in bezug auf reines Quarzglas an.
  • Der Kern 1 und die ersten bis dritten Verkleidungen 2 bis 4 dieser Ausführungsform sind wie folgt aufgebaut:
    Kern 1: SiO2-Glas, das eine vorbestimmte Menge an GeO2 enthält (mit erhöhtem Brechungsindex).
    1. Verkleidung 2: SiO2-Glas, das eine vorbestimmte Menge an Fluor enthält (mit reduziertem Brechungsindex).
    2. Verkleidung 3: SiO2-Glas, das eine vorbestimmte Menge an Chlor enthält (mit erhöhtem Brechungsindex), wodurch die Glasviskosität zur Zeit des Ziehens so kontrolliert wird, daß sie niedriger ist als die von reinem Quarzglas.
    3. Verkleidung 4: SiO2-Glas, das eine vorbestimmte Menge an Chlor enthält (mit erhöhtem Brechungsindex), wodurch die Glasviskosität zur Zeit des Ziehens so kontrolliert wird, daß sie niedriger ist als die von reinem Quarzglas.
  • Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich strukturell von der oben beschriebenen dritten Ausführungsform bezüglich der Verunreinigung, die der dritten Verkleidung 4 zugesetzt ist. Denn in der vierten Ausführungsform wird Chlor zu jeder der zweiten und dritten Verkleidung 3 und 4 zugesetzt. Insbesondere wenn die Glasviskosität der zweiten Verkleidung 3 und die der dritten Verkleidung 4 während des Ziehens übereinstimmend gemacht wurden (Dotierungsmengen an Chlor in den Glasbereichen 3 und 4 sind übereinstimmend), kann das Verfahren zur Herstellung der Dispersionkompensierenden Faser vereinfacht werden.
  • Die Erfinder stellten Dispersion-kompensierende Fasern mit der Struktur der vierten Ausführungsform (18) unter den folgenden Bedingungen hergestellt. Spezifisch ausgedrückt, es wurde eine Vielzahl von Sorten an Faservorformen unter den Bedingungen Δ+ = 2,1%, Δ– = –0,35%, und ΔP = 0,08%, während der Wert für ΔJ unter 0%, 0,03%, 0,08% und 0,7% geändert wurde, hergestellt. Dann wurde während des Ziehens jede Faservorform mit einer Zugspannung von 9,8 kg/mm2 bei konstanter Ziehgeschwindigkeit gezogen, wodurch eine Dispersion-kompensierende Faser hergestellt wurde, in der 2a = 2,7 μm, 2b = 7,7 μm und 2c = 46 μm. In bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm wies jede der so erhaltenen Dispersion-kompensierenden Fasern solche Dispersionscharakteristika auf, daß der Dispersionswert –101 ps/km/nm war und die Dispersionssteigung –0,3 ps/km/nm2 war.
  • 19 zeigt die Resultate einer Messung des optischen Transmissionsverlustes in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm für die jeweiligen Dispersionkompensierenden Fasern, die die oben angegebenen ΔJ-Werte haben. Aus dem in 19 dargestellten Diagramm ist zu ersehen, daß der optische Transmissionsverlust abnimmt, wenn der Anteil der Dotierungsmenge an Chlor in der dritten Verkleidung 4 zunimmt (wenn die relative Indexdifferenz ΔJ größer ist).
  • Die Erfinder haben hier bestätigt, daß die Beziehung zwischen der relativen Index-Differenz ΔJ und dem optischen Transmissionsverlust in den oben genannten Proben der zweiten Ausführungsform im wesentlichen mit dem in 13 dargestellten Diagramm übereinstimmt. Die Erfinder haben auch bestätigt, daß die Beziehung zwischen der relativen Indexdifferenz ΔJ und dem optischen Transmissionsverlust in den oben genannten Proben der dritten Ausführungsform im wesentlichen mit der in dem Diagramm übereinstimmt, das in 19 gezeigt wird.
  • Wie oben beschrieben wird, wird in der Dispersionkompensierenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung, die dritte Verkleidung 4, die ein Glasbereich ist, der im wesentlichen nicht zum Transport von optischen Signalen beiträgt und dessen Glasviskosität bei einer vorbestimmten Temperatur so kontrolliert ist, daß sie niedriger ist als die von reinem Quarzglas, an der Außenseite der zweiten Verkleidung 3 angeordnet. Wenn demnach ein Ziehen durchgeführt werden soll, kann die Faservorform bei niedrigerer Temperatur gezogen werden. Daher kann selbst wenn eine Dispersion-kompensierende Faser eines Typs, der eine hohe Konzentration an GeO2 im Kern 1 enthält, herzustellen ist, ein optischer Transmissionsverlust weiter reduziert werden.
  • Aus der so beschriebenen Erfindung wird klar, daß die Erfindung auf verschiedene Weise variiert werden kann. Alle derartigen Modifikationen, wie sie dem Fachmann auf diesem Gebiet einfallen, sollen im Rahmen der folgenden Ansprüche eingeschlossen sein.

Claims (26)

  1. Dispersions-kompensierende Faser, die hauptsächlich aus Quarzglas besteht, wobei die Dispersions-kompensierende Faser umfasst: einen Kernbereich mit einem äusseren Durchmesser von 2 bis 4 μm und einem vorbestimmten Brechungsindex; und einem Verkleidungsbereich, der um den äusseren Rand des Kernbereichs gebildet ist und einen Brechungsindex hat, der niedriger ist als der des Kernbereichs, wobei der Verkleidungsbereich umfasst: eine erste Verkleidung, die ein Glasbereich ist, der um den äusseren Rand des Kernbereichs und in engem Kontakt damit gebildet ist, wobei die erste Verkleidung eine vorbestimmte Menge einer Verunreinigung zur Reduzierung des Brechungsindex enthält, einen äusseren Durchmesser von 4 bis 20 μm hat, und die einen Teil einer optischen Verkleidung bildet; eine zweite Verkleidung, die ein Glasbereich ist, der um den äusseren Rand der ersten Verkleidung und in engem Kontakt damit gebildet ist, wobei die zweite Verkleidung einen höheren Brechungsindex hat als die erste Verkleidung, und zusammen mit der ersten Verkleidung die optische Verkleidung bildet; und eine dritte Verkleidung, die ein Glasbereich ist, der um den äusseren Rand der zweiten Verkleidung und in engem Kontakt damit gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Verkleidung eine niedrigere Glasviskosität bei einer vorbestimmten Temperatur aufweist als die zweite Verkleidung, und eine physikalische Verkleidung bildet, und dass der Kernbereich zumindest 10 mol-% GeO2 enthält.
  2. Dispersions-kompensierende Faser gemäss Anspruch 1, worin die erste Verkleidung eine vorbestimmte Menge an Fluor als besagte Verunreinigung enthält.
  3. Dispersions-kompensierende Faser gemäss Anspruch 1, worin die dritte Verkleidung 0,1 bis 2 Gew.-% Fluor enthält.
  4. Dispersions-kompensierende Faser gemäss Anspruch 1, worin die dritte Verkleidung 0,25 bis 1 Gew.-% Chlor enthält.
  5. Dispersions-kompensierende Faser gemäss Anspruch 1, worin die Dispersions-kompensierende Faser einen optischen Transmissionsverlust von nicht mehr als 1 dB/km in bezug auf Licht im 1,55 μm Wellenlängenband aufweist.
  6. Dispersions-kompensierende Faser gemäss Anspruch 1, worin in bezug auf Licht des 1,55 μm Wellenlängenbandes die Dispersions-kompensierende Faser einen Dispersionswert von nicht mehr als –50 ps/km/nm und eine negative Steigung der Dispersion aufweist.
  7. Dispersions-kompensierende Faser, hauptsächlich bestehend aus Quarzglas, wobei die Dispersionskompensierende Faser umfasst: einen Kernbereich mit einem äusseren Durchmesser von 2 bis 4 μm und einem vorbestimmten Brechungsindex; und einem Verkleidungsbereich, der um den äusseren Rand des Kernbereichs gebildet ist und einen Brechungsindex hat, der niedriger gewählt ist als der des Kernbereichs, wobei der Verkleidungsbereich umfasst: eine erste Verkleidung, die ein Glasbereich ist, der um den äusseren Rand des Kernbereichs und in engem Kontakt damit gebildet ist, wobei die erste Verkleidung eine vorbestimmte Menge einer ersten Verunreinigung zur Reduzierung des Brechungsindex enthält, mit einem äusseren Durchmesser von 4 bis 20 μm, und die einen Teil einer optischen Verkleidung bildet; eine zweite Verkleidung, die ein Glasbereich ist, der um den äusseren Rand der ersten Verkleidung und in engem Kontakt damit gebildet ist, wobei die zweite Verkleidung eine niedrigere Glasviskosität bei einer vorbestimmten Temperatur aufweist als reines Quarzglas, und die zusammen mit der ersten Verkleidung die besagte optische Verkleidung bildet; und eine dritte Verkleidung, die ein Glasbereich ist, der um den äusseren Rand der zweiten Verkleidung und in engem Kontakt damit gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Verkleidung eine niedrigere Glasviskosität bei einer vorbestimmten Temperatur aufweist als reines Quarzglas, und eine physikalische Verkleidung bildet, und dass der Kernbereich zumindest 10 mol-% GeO2 enthält.
  8. Dispersions-kompensierende Faser gemäss Anspruch 7, worin die Glasviskosität der zweiten Verkleidung bei der vorbestimmten Temperatur und die Glasviskosität der dritten Verkleidung bei der vorbestimmten Temperatur im wesentlichen miteinander übereinstimmen.
  9. Dispersions-kompensierende Faser gemäss Anspruch 7, worin die zweite Verkleidung 0,25 bis 1 Gew.-% Chlor als besagte zweite Verunreinigung enthält.
  10. Dispersions-kompensierende Faser gemäss Anspruch 7, worin die erste Verkleidung eine vorbestimmte Menge an Fluor als besagte erste Verunreinigung enthält.
  11. Dispersions-kompensierende Faser gemäss Anspruch 7, worin die dritte Verkleidung 0,1 bis 2 Gew.-% Fluor enthält.
  12. Dispersions-kompensierende Faser gemäss Anspruch 7, worin die dritte Verkleidung 0,25 bis 1 Gew.-% Chlor enthält.
  13. Dispersions-kompensierende Faser gemäss Anspruch 7, worin die Dispersions-kompensierende Faser einen optischen Transmissionsverlust von nicht mehr als 1 dB/km in Bezug auf Licht des 1,55 μm Wellenlängenbandes aufweist.
  14. Dispersions-kompensierende Faser gemäss Anspruch 7, worin in Bezug auf Licht des 1,55 μm Wellenlängenbandes die Dispersions-kompensierende Faser einen Dispersionswert von nicht mehr als –50 ps/km/nm und eine negative Steigung der Dispersion aufweist.
  15. Verfahren zur Herstellung einer Dispersionskompensierende Faser gemäss Anspruch 1, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Herstellung eines hauptsächlich aus Quarzglas bestehenden Teils, wobei das Teil eine Kernkomponente, die zumindest 10 mol-% GeO2 enthält, eine erste Verkleidungskomponente, die um die Kernkomponente angeordnet ist, und die eine Verunreinigung zur Reduzierung des Brechungsindex enthält, eine zweite Verkleidungskomponente, die um den äusseren Rand der ersten Verkleidungskomponente angeordnet ist, und die einen höheren Brechungsindex als die erste Verkleidungskomponente aufweist, und eine dritte Verkleidungskomponente, die um den äusseren Rand der zweiten Verkleidungskomponente angeordnet ist und die eine niedrigere Glasviskosität bei einer vorbestimmten Temperatur aufweist als die zweite Verkleidungskomponenten, umfasst; integrales Formen der Komponenten unter Erhalt einer Faservorform; und Ziehen der Faservorform unter Anlegen einer vorbestimmten Spannung, so dass deren äusserer Durchmesser der gewünschte Durchmesser wird.
  16. Verfahren gemäss Anspruch 15, worin die auf die Faservorform angelegte Zugspannung 5 bis 16 kg/mm2 beträgt.
  17. Verfahren gemäss Anspruch 15, worin die erste Verkleidungskomponente eine vorbestimmte Menge an Fluor enthält.
  18. Verfahren gemäss Anspruch 15, worin die dritte Verkleidungskomponente 0,1 bis 2 Gew.-% Fluor enthält.
  19. Verfahren gemäss Anspruch 15, worin die dritte Verkleidungskomponente 0,25 bis 1 Gew.-% Chlor enthält.
  20. Verfahren zur Herstellung einer Dispersionskompensierenden Faser gemäss Anspruch 7, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Herstellung eines hauptsächlich aus Quarzglas bestehenden Teils, wobei das Teil eine Kernkomponente, die zumindest 10 mol-% GeO2 enthält, eine erste Verkleidungskomponente, die um die Kernkomponente angeordnet ist, und die eine Verunreinigung zur Reduzierung des Brechungsindex enthält, eine zweite Verkleidungskomponente, die um den äusseren Rand der ersten Verkleidungskomponente angeordnet ist, und die eine niedrigere Glasviskosität bei einer vorbestimmten Temperatur aufweist als reines Quarzglas, und eine dritte Verkleidungskomponente, die um den äusseren Rand der zweiten Verkleidungskomponente angeordnet ist und die eine niedrigere Glasviskosität bei einer vorbestimmten Temperatur aufweist als reines Quarzglas, umfasst; integrales Formen der Komponenten unter Erhalt einer Faservorform; und Ziehen der Faservorform unter Anlegen einer vorbestimmten Spannung, so dass deren äusserer Durchmesser der gewünschte Durchmesser wird.
  21. Verfahren gemäss Anspruch 20, worin die an die Faservorform angelegte Zugspannung 5 bis 16 kg/mm2 beträgt.
  22. Verfahren gemäss Anspruch 20, worin die Glasviskosität der zweiten Verkleidungskomponente bei der vorbestimmten Temperatur und die Glasviskosität der dritten Verkleidungskomponente bei der vorbestimmten Temperatur im wesentlichen miteinander übereinstimmen.
  23. Verfahren gemäss Anspruch 20, worin die zweite Verkleidungskomponente 0,25 bis 1 Gew.-% Chlor enthält.
  24. Verfahren gemäss Anspruch 20, worin die erste Verkleidungskomponente eine vorbestimmte Menge an Fluor enthält.
  25. Verfahren gemäss Anspruch 20, worin die dritte Verkleidungskomponente 0,1 bis 2 Gew.-% Fluor enthält.
  26. Verfahren gemäss Anspruch 20, worin die dritte Verkleidungskomponente 0,25 bis 1 Gew.-% Chlor enthält.
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