DE69800563T2 - Optische Faser auf Quartzbasis mit einem zwischenliegenden Mantel mit niederem Brechungsindex - Google Patents

Optische Faser auf Quartzbasis mit einem zwischenliegenden Mantel mit niederem Brechungsindex

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Lichtleitfasern.
    • Stand der Technik
  • Herkömmliche Lichtleitfasern umfassen einen Bereich mit relativ hohem Brechungsindex, den Kern, der durch einen Bereich mit relativ niedrigem Brechungsindex, den Mantel, umgeben wird. Der Mantel wird in der Regel von einer Polymerbeschichtung umgeben, die im allgemeinen bei der Lichtleitung in Übertragungsfasern keine Rolle spielt.
  • Außerdem sind "doppelt gemantelte" Lichtleitfasern bekannt, die einen Kern mit hohem Index aufweisen, der von einem Bereich mit einem mittleren Brechungsindex umgeben wird, der wiederum von einem Bereich (in der Regel einem Polymer) mit niedrigem Brechungsindex umgeben wird, der bei der Lichtleitung eine Rolle spielt.
  • Doppelt gemantelte Fasern werden zum Beispiel bei mantelgepumpten Lasern verwendet. Solche Fasern besitzen in der Regel einen Einmodenkern auf Silikabasis, der mit einem Seltenerdelement (z. B. Er und Yb) dotiert wird. Der Bereich mit mittlerem Brechungsindex besteht in der Regel aus Silika, möglicherweise dotiert, mit einem Radius, der so ausgewählt wird, daß die Struktur bei der Pumpwellenlänge zu einem Mehrmoden-Wellenleiter wird. Der Bereich mit niedrigem Brechungsindex könnte aus Luft bestehen, aus praktischen Gründen (z. B. Faserbelastungsfähigkeit) handelt es sich dabei jedoch im allgemeinen um ein Polymer mit niedrigem Brechungsindex.
  • Pumplicht aus Quellen mit geringer Helligkeit wie zum Beispiel Diodenarrays wird aufgrund der großen Querschnittsfläche und der hohen numerischen Apertur (NA) des inneren Mantels ohne Schwierigkeit in den inneren Mantel einer doppelt gemantelten Faser eingekoppelt. Wenn das Mehrmoden-Pumplicht den Kern durchquert, wird es durch den Seltenerd-Dotierungsstoff absorbiert. Um die Überlappung des Pumplichts mit dem Kern zu vergrößern, wird der innere Mantel in der Regel nicht kreisförmig ausgeführt. Die mantelgepumpte Faser kann durch Bereitstellung einer optischen Rückkopplung mit der entsprechenden Wellenlänge in dem Kern, in der Regel durch Faser-Bragg-Gitter, zu einem Hochleistungs- Einmoden-Faserlaser werden. Als Alternative kann die Faser als ein Verstärker verwendet werden, indem ein Signal durch den Einmoden-Kern geleitet wird.
  • Mantelgepumpte Laser werden auf dem Gebiet der Telekommunikation zum Pumpen von Raman-Lasern, Raman- Verstärkern, abgesetzt angeordneten Erbium-Verstärkern in zwischenverstärkerlosen Kommunikationssystemen und Hochleistungs-Er-Yb-Verstärkern eingesetzt. Zusätzlich werden diese kompakten, Halbleiter-, Hochleistungslaser mit großer Helligkeit zweifellos in vielen Gebieten außerhalb der Telekommunikation Anwendung finden, wie zum Beispiel in der Materialbearbeitung, dem Druck und der medizinischen Optik. Ein Hauptvorteil mantelgepumpter Fasern ist ihre Fähigkeit, Licht mit geringer Helligkeit aus Quellen wie zum Beispiel Breitstreifendiodenlasern in helles Licht in einer Einmodenfaser umzusetzen.
  • Obwohl mantelgepumpte Faserlaser und andere Bauelemente, die doppelt gemantelte Lichtleitfaser verwenden, vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, wäre es im allgemeinen wünschenswert, in der Lage zu sein, die Menge von Pumplicht zu vergrößern, die in die Faser eingekoppelt werden kann. Die vorliegende Anmeldung beschreibt eine mantelgepumpte Lichtleitfaser, die eine Struktur aufweist, die eine verbesserte Einkopplung von Pumpstrahlung in die Faser erleichtert. Eine Faser mit ähnlicher Struktur kann Gitter mit großer Periode liefern, die eine verringerte Temperaturabhängigkeit aufweisen.
  • Aus EP-A-0776074 ist eine mantelgepumpte Faserstruktur mit einem Kern, einem den Kern umgebenden inneren Mehrmoden-Pumpmantel und einem den inneren Mantel umgebenden äußeren Mantel bekannt. Zur Formung der Außenseite des äußeren Mantels wird ein Schmelzprozeß verwendet.
  • Aus Risheing Yang et al., AEU (Archiv für Elektronik und Übertragungstechnik) 42(5), Seiten 316-318, ist eine Lichtleitfaser mit einem dreifachen Mantel bekannt, bei der der zweite Mantel den niedrigsten Brechungsindex aufweist.
  • Die Bildung von Gittern mit großer Periode in Lichtleitfasern ist ein aufwendiger Prozeß, der in der Regel das Entfernen der Polymerbeschichtung von einem Abschnitt Lichtleitfaser, das "Schreiben" des Gitters in den Faserkern unter Überwachung der Gittereigenschaften und das Neubeschichten der Faser umfaßt. Bei diesem Prozeß zeigt es sich häufig, daß die Neubeschichtung der Faser eine Änderung der optischen Eigenschaften des Gitters mit großer Periode aufgrund des Ersatzes von Luft (Brechungsindex 1) mit Polymer (Brechungsindex > 1) als das den Fasermantel umgebende Medium verursacht. Somit wäre es wünschenswert, über eine Lichleitfaser zu verfügen, die neubeschichtungsunempfindlich ist, d. h. eine Faser, deren optische Eigenschaften nicht von dem Brechungsindex des die äußerste (Preform-abgeleitete) Glasmantelschicht unmittelbar umgebenden Bereichs abhängen. Die vorliegende Anmeldung beschreibt außerdem Lichtleitfaser, die im wesentlichen neubeschichtungsunempfindlich ist.
  • Aus dem US-Patent Nr. 3,902,879 ist eine Faser mit verbesserter Kern/Mantel-Grenzfläche bekannt, die längliche offene Kanäle aufweist, die sich längs in dem Mantel erstrecken.
  • Aus dem US-Patent Nr. Re 28,664 ist eine Faser mit einem transparenten mittleren Teil bekannt, der mittels transparenter Dünnfilmteile an der Innenseite eines hohlen Peripherie-Zylinderteils angebracht wird.
  • Aus dem US-Patent Nr. 3,712,705 ist eine luftgemantelte Lichtleitfaser bekannt, die einen dielektrischen Kern mit polygonalem Querschnitt aufweist, der in einer kreisförmigen dielektrischen Ummantelung angeordnet ist.
  • Aus dem US-Patent Nr. 4,046,537 ist eine Faser bekannt, die einen lichtleitenden Kern aufweist, der durch ein oder mehrere dünne Haltekomponenten in einer Schutzhülle gehalten wird.
  • Aus dem US-Patent Nr. 3,950,073 ist eine Lichtleitfaser bekannt, die einen Glaskern umfaßt, der lose in einer äußeren zylindrischen Glasummantelung angeordnet ist.
    • Glossar und Definitionen
  • Die "numerische Apertur" (NA) für den Mehrmoden-Pumpwellenleiter gemäß der Erfindung einer Lichtleitfaser ist
  • , wobei n&sub1; der Brechungsindex des inneren Mantels und n01 der effektive Brechungsindex des ersten äußeren Mantelbereichs ist. Der "effektive Brechungsindex" eines inhomogenen Faserbereichs (z. B. des ersten äußeren Mantelbereichs) ist ein gewichtetes Mittel der Brechungsindizes der Bestandteile des Bereichs. Es ist bekannt, daß der effektive Brechungsindex N eines Bereichs mit 2 Komponenten der folgenden Bedingung genügt:
  • wobei n&sub1; und n&sub2; die Brechungsindizes der beiden Komponenten und f&sub1; und f&sub2; die jeweiligen Volumenanteile sind.
  • "Herunterdotiertes" Silika bedeutet hier Silika, das einen brechungsindexmindernden Dotierungsstoff, z. B. Fluor, umfaßt.
  • Ein Fasergitter mit "großer Periode" ist ein Brechungsindex-Bragg-Gitter mit einer Wiederholungsdistanz Λ, die so gewählt wird, daß sich vorwärts ausbreitendes Licht der Grundschwingungsart in sich vorwärts ausbreitende Schwingungsarten höherer Ordnung eingekoppelt wird. Da diese Schwingungsarten in der Regel bei großem Radius eine beträchtliche Energie aufweisen, reagieren sie empfindlich auf den Brechungsindex des Mantels, der aufgrund der in der Regel großen Temperaturabhängigkeit (z. B. 20mal die von Silika) von typischen Polymerbeschichtungen relativ temperaturabhängig ist.
    • Kurze Darstellung der Erfindung
  • Die Erfindung wird durch die Ansprüche definiert. Die Erfindung wird in einem Artikel (z. B. einem mantelgepumpten Laser oder Verstärker, einer Faser mit einem Gitter mit großer Periode oder einem Kommunikationssystem, das einen mantelgepumpten Laser oder Verstärker und/oder eine Faser mit einem Gitter mit großer Periode umfaßt) realisiert, der eine Faser mit neuartiger Struktur umfaßt, die u. a. so gewählt wird, daß sich Faser mit im Vergleich zu herkömmlicher doppelt gemantelter Faser vergrößerter NA für den Mehrmoden-Pumpwellenleiter ergibt, die darüber hinaus oder stattdessen im wesentlichen neubeschichtungsunempfindlich ist. Die vergrößerte NA führt dazu, daß mehr Pumplicht in die Faser eingekoppelt wird. Die vergrößerte NA (und/oder die Neubeschichtungsunempfindlichkeit) ergibt sich aus der Bereitstellung eines Mantelbereichs (des ersten äußeren Mantelbereichs) mit einem wesentlich niedrigeren effektiven Brechungsindex, als im Stand der Technik angetroffen wird. Dies kann dadurch erzielt werden, daß der erste äußere Mantelbereich im wesentlichen als ein luftgemantelter Bereich ausgeführt wird.
  • Für einen gegebenen Manteldurchmesser kann Pumplicht aus einer größeren Anzahl von Quellen in eine Faser eingekoppelt werden, wenn die NA vergrößert wird. Oder es kann für eine gegebene Pumpleistungsstärke eine Faser mit einer höheren NA eine kleinere innere Mantelquerschnittsfläche aufweisen. Dies führt zu einer höheren Pumplichtintensität, einer höheren Seltenerd-Ioneninversion und einer besseren Leistung des mantelgepumpten Faserlasers oder -verstärkers. Außerdem führt die Verwendung erfindungsgemäßer Fasern in einem mantelgepumpten Laser zu einem Laser mit verbesserter Fehlausrichtungstoleranz für Pumplicht und ermöglicht eine standardmäßige Polymerbeschichtung.
    • Genauer gesagt wird die Erfindung in einem
  • Artikel realisiert, der einen Abschnitt Lichtleitfaser auf Silikabasis (d. h. mehr als 50% oder 80% Silika) umfaßt, der einen Kern mit effektivem Brechungsindex nc aufweist, wobei der Kern kontaktierend von einem inneren Mantel mit einem Brechungsindex n&sub1; < ni umgeben wird, und der innere Mantel von einem äußeren Mantel umgeben wird.
  • Insbesondere umfaßt der äußere Mantel einen ersten äußeren Mantelbereich zwischen dem inneren Mantel und einem zweiten äußeren Mantelbereich, wobei der erste äußere Mantelbereich so ausgewählt ist, daß er einen effektiven Brechungsindex no1 < n&sub1; aufweist. Der erste äußere Mantelbereich wird so ausgewählt, daß sich im wesentlichen kein Pumplicht in den zweiten äußeren Mantelbereich ausbreiten kann, so daß die optischen Eigenschaften der Lichtleitfaser im wesentlichen von dem zweiten äußeren Mantelbereich und etwaigen Bereichen außerhalb des zweiten äußeren Mantelbereichs unabhängig sind. Mit "daß sich im wesentlichen kein Pumplicht in den äußeren Mantelbereich ausbreiten kann" ist hier gemeint, daß weniger als 10&supmin;³ der relevanten Leistung (z. B. je nach Fall Pumpleistung oder Signalleistung) in der Faser in dem Faserbereich vorliegt, der den ersten äußeren Mantelbereich umgibt. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, dann sind die optischen Eigenschaften der Lichtleitfaser im wesentlichen von dem zweiten äußeren Mantelbereich (und einer wahlweisen darauf befindlichen Polymerbeschichtung) unabhängig.
  • Der erste äußere Mantelbereich besitzt in der Regel einen effektiven Brechungsindex no1, der wesentlich kleiner als no, der Brechungsindex von reinem, glasartigem Silika ist. In der Regel ist no1 kleiner als 1,35, vorzugsweise kleiner als 1,25.
  • Bei einer zur Zeit bevorzugten Ausführungsform wird dies dadurch erzielt, daß ein erster äußerer Mantelbereich bereitgestellt wird, bei dem es sich großenteils um leeren Raum handelt, wobei ein relativ kleiner Teil (in der Regel < 50%, vorzugsweise < 25%) des ersten äußeren Mantelbereichs eine Haltestruktur ist (das "Gewebe"), die den zweiten äußeren Mantelbereich in bezug auf den inneren Mantelbereich fixiert. Das Gewebematerial kann gegebenenfalls einen niedrigeren Brechungsindex als no aufweisen.
  • Da der zweite äußere Mantelbereich im wesentlichen optisch inaktiv ist, wird er in der Regel so ausgewählt, daß er mechanische Belastungsfähigkeit und Schutz für die Faser liefert, und außerdem die Preformelemente vor dem Ziehen der Faser festhält. Bei dem zweiten äußeren Mantelbereich handelt es sich beispielsweise um einen Silikabereich. Die Bereiche des Kerns, des inneren Mantels, des ersten äußeren Mantels und des zweiten äußeren Mantels umfassen in der Regel Preform abgeleitetes Glas, und der Preform-abgeleitete Glaskörper der Faser wird wahlweise von einer schützenden Polymerbeschichtung umgeben.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine Faser gemäß der Erfindung im Querschnitt;
  • Fig. 2 zeigt schematisch eine beispielhafte Faser gemäß der Erfindung im Querschnitt in einer Zwischenphase der Herstellung;
  • Fig. 3, 4 und 5 zeigen schematisch beispielhafte Fasern gemäß der Erfindung im Querschnitt;
  • Fig. 6 ist eine Darstellung einer Elektronen- Abtastmikrographie einer beispielhaften luftgemantelten Lichtleitfaser im Querschnitt;
  • Fig. 7 und 8 zeigen schematisch das effektive Brechungsindexprofil einer herkömmlichen doppelt gemantelten Faser (Stand der Technik) und einer Faser gemäß der Erfindung; und
  • Fig. 9 zeigt schematisch einen beispielhaften Artikel gemäß der Erfindung, nämlich einen mantelgepumpten Laser mit luftgemantelter Lichtleitfaser.
  • Analoge Merkmale in verschiedenen Figuren werden mit derselben Zahl gekennzeichnet. Die Zeichnungen (mit Ausnahme von Fig. 6) sollen nicht maßstabgetreu sein.
    • Ausführliche Beschreibung
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine beispielhafte Faser 10 gemäß der Erfindung, wobei die Zahlen 11-15 jeweils den Einmodenkern, den Mehrmoden- (bei einer Pumpwellenlänge) inneren Mantel, den ersten äußeren Mantel, den zweiten äußeren Mantel und die Polymerbeschichtung, bedeuten. Insbesondere besitzt der erste äußere Mantel 13 einen effektiven Brechungsindex (bei der relevanten Wellenlänge), der wesentlich kleiner als no ist (z. B. < 1,35, sogar 1,25), der Brechungsindex von reinem Silika. Dies wird dadurch erzielt, daß ein erster äußerer Mantelbereich bereitgestellt wird, der zu einem großen Teil aus leerem Raum ("Luft") besteht, wobei ein relativ kleiner Teil (z. B. < 25%) des Volumens des ersten äußeren Mantelbereichs von einer Haltestruktur eingenommen wird, die den zweiten äußeren Mantelbereich in bezug auf den inneren Mantelbereich fixiert hält. Der Klarheit halber ist die Haltestruktur in Fig. 1 nicht gezeigt. Ein erster äußerer Mantelbereich des oben beschriebenen Typs wird hier als "luftgemantelter" Bereich bezeichnet.
  • Fig. 7 zeigt schematisch das effektive Brechungsindexprofil einer herkömmlichen doppelt gemantelten Faser. Die Zahlen 71-73 bedeuten jeweils den Kern, den inneren Mantel und den äußeren Mantel. Der Kern besteht in der Regel aus heraufdotiertem Silika, der innere Mantel in der Regel aus Silika und der äußere Mantel in der Regel aus einem Polymer mit niedrigem Brechungsindex np, der wesentlich größer als der Brechungsindex von Luft ist, der im wesentlichen gleich 1 ist.
  • Fig. 8 zeigt schematisch das effektive Brechungsindexprofil von Faser gemäß der Erfindung, wobei die Zahlen 83-85 jeweils den ersten äußeren Mantelbereich, den zweiten äußeren Mantelbereich und die Polymerbeschichtung bedeuten. Der Kern 71 und der innere Mantel 72 sind im wesentlichen wie in Fig. 7. Der effektive Brechungsindex des ersten äußeren Mantelbereichs 83 ist wesentlich kleiner als der Brechungsindex von Silika (1,45) und kann tatsächlich nahe bei 1 liegen. Der zweite äußere Mantelbereich 84 besteht in der Regel aus Silika. Er wirkt sich im wesentlichen nicht auf die optischen Eigenschaften der Faser aus und wird im allgemeinen bereitgestellt, um die Faser zu verstärken. Die Polymerbeschichtung 85 wirkt sich ebenfalls nicht auf die optischen Eigenschaften der Faser aus, wird in der Regel jedoch zum Schutz bereitgestellt. Die Beschichtung 85 kann einen Brechungsindex np aufweisen, der größer als n&sub0; (sogar größer als np) ist. Dies sollte mit der Faser von Fig. 7 des Stands der Technik verglichen werden, bei der np < n&sub1; < nc sein muß.
  • Eine luftgemantelte Faser kann nicht nur vorteilhaft in einem mantelgepumpten Faserlaser verwendet werden, sondern kann auch vorteilhaft für Gitter mit großer Periode verwendet werden. Bei der ersteren Anwendung enthält der Kern im allgemeinen neben herkömmlichen Dotierungsstoffen wie zum Beispiel Ge und/oder Al einen Seltenerd-Dotierungsstoff, z. B. eines oder mehrere von Er, Yb, Nd, Ho, Dy und Tm. Bei der letzteren Anwendung enthält der Kern eines oder mehrere von Ge, P, Sn und B zur Erleichterung des "Schreibens" des Gitters auf herkömmliche Weise. Bei der letzteren Anwendung werden der Kern und der innere Mantel außerdem so ausgewählt, daß nur eine einzige Schwingungsart von Signalstrahlung (z. B. 1,55 um Wellenlänge) geleitet wird.
  • Die Nützlichkeit luftgemantelter Faser gemäß der Erfindung für mantelgepumpte Laser liegt in der bedeutend größeren NA, die im Vergleich mit herkömmlicher mantelgepumpter Faser mit der luftgemantelten Faser erzielbar ist. Andererseits liegt die Nützlichkeit der Faser gemäß der Erfindung für Gitter mit großer Periode in der Möglichkeit, im wesentlichen temperaturunempfindliche Gitter mit großer Periode herzustellen und die Herstellung der Gitter zu erleichtern, indem die Änderungen der Gittereigenschaften vermieden werden, die im allgemeinen bei einer Neubeschichtung vorbekannter Fasern auftreten.
  • Bei Gittern mit großer Periode kommt es in der Regel zu Schwankungen ihres Spektralverhaltens mit wechselnder Temperatur und bei Neubeschichtung. Es wurde bestimmt, daß eine wesentliche Ursache dieser Änderungen die sich ändernden Eigenschaften (z. B. Brechungsindex) der Polymerbeschichtung herkömmlicher Fasern bei Gittern mit großer Periode sind. Die Luftlücke von Fasern gemäß der Erfindung entkoppelt effektiv die Polymerbeschichtung von dem Lichtleitungsbereich, wodurch die Polymerbeschichtung als Quelle der Temperaturabhängigkeit in dem Gitter mit großer Periode im wesentlichen entfernt wird.
  • Der Kern und der innere Mantel der erfindungs gemäßen Faser auf Silikabasis kann auf herkömmliche Weise zum Beispiel durch MCVD ausgebildet werden. Das Kernglas wird in der Regel direkt auf der Innenseite der inneren Mantelröhre abgelagert, und das sich ergebende Preform wird auf herkömmliche Weise zu einem Feststab kollabiert. Das Kernmaterial umfaßt in der Regel Ge, um das gewünschte Brechungsindexprofil zu erzielen. Bei mantelgepumpten Fasern gemäß der Erfindung umfaßt der Kern außerdem einen oder mehrere Seltenerd-Dotierungsstoffe, z. B. Er und/oder Yb. Der innere Mantel besteht in der Regel aus undotiertem oder herunterdotiertem Silika.
  • Nach der Fertigstellung des Preform des Kerns/inneren Mantels wird die Struktur auf eine beliebige zweckmäßige Weise fertiggestellt. Dabei werden im allgemeinen eine oder mehrere Haltestrukturen bereitgestellt, die den zweiten äußeren Mantelbereich in einer festen Beziehung zu dem Kerninneren Mantelbereich halten. Dies wird beispielsweise dadurch erzielt, daß eine oder mehrere Silika-Kapillarröhren an der Peripherie des Preform eines Kerns/inneren Mantels angebracht werden und die Baugruppe mit einer Silikaröhre übermantelt wird. Die Kapillarröhren werden in der Regel an ihren Enden verschlossen und durch Anschmelzen ihrer Enden an das Preform an dem Preform angebracht.
  • Fig. 2 zeigt schematisch eine beispielhafte Baugruppe vor dem Ziehen der Faser, wobei die Zahl 14 die Übermantelungsröhre bedeutet, die später der zweite äußere Mantel sein wird, und die Zahlen 21 bedeuten die Silika-Kapillarröhren, die die Haltestruktur (die "Gewebe") bilden. Eine wahlweise Polymerbeschichtung ist nicht gezeigt.
  • Es versteht sich, daß die Röhren 21 beabstandet oder kontaktierend sein können. Anstelle einer gewählten Anzahl von Röhren könnten zur Steuerung der Anzahl und Dicke von gebildeten Geweben Abstandselemente eingeführt werden. Außerdem versteht sich, daß die Zwischenräume 22 entweder offen für die Außenluft oder abgeschlossen sein können. In der Regel werden die Zwischenräume unverschlossen gelassen, wenn die Kapillarröhren sich berühren, und werden abgeschlossen, wenn die Kapillarröhren beabstandet sind. Nach diesen Vorbereitungen wird die Faser aus dem Preform gezogen, und zwar vorzugsweise bei einer relativ geringen Temperatur, um den Halsbereich zwischen dem Gewebe und dem Mantel möglichst klein zu halten.
  • Für die Außenluft abgeschlossene Bereiche kollabieren im allgemeinen anfänglich in dem heißen Ofen aufgrund der Oberflächenspannung. Wenn weitere Faser aus dem Preform gezogen wird, nimmt das Volumen in den abgeschlossenen Bereichen ab, bis der Innendruck groß genug ist, um die Oberflächenspannung und Kapillarkraft zu überwinden. An diesem Punkt öffnen sich diese Bereiche im allgemeinen. Der Druck in diesen abgeschlossenen Bereichen reguliert sich selbst, so daß die Querschnittsfläche des Glases zu der Fläche der abgeschlossenen Bereiche in der Regel erhalten bleibt, während die Faser bis auf einen beliebigen Durchmesser gezogen wird. Andererseits kollabieren Bereiche, die für die Außenluft offen sind, während des Ziehens der Faser, da in ihnen kein Druck aufgebaut wird, um der Oberflächenspannung entgegenzuwirken. Diese Prinzipien können auf die Herstellung von Faser mit den gewünschten Haltestrukturen angewandt werden.
  • Fig. 3 zeigt schematisch im Querschnitt Faser gemäß der Erfindung, wobei die Silika-Kapillarröhren in dichtem Abstand lagen, keine Abstandselemente verwendet wurden und die Zwischenräume nicht abgeschlossen wurden. Die Zahlen 31 und 32 bedeuten Lufträume bzw. Haltestrukturen. Eine wahlweise Polymerbeschichtung ist nicht gezeigt.
  • Fig. 4 zeigt schematisch im Querschnitt Faser gemäß der Erfindung im wesentlichen wie in Fig. 3, wobei die Zwischenräume jedoch abgeschlossen sind. Die Zahlen 41-43 bedeuten die Haltestrukturen, Lufträume aus den Kapillarröhren bzw. Lufträume aus den Zwischenräumen.
  • Fig. 5 zeigt schematisch im Querschnitt Faser gemäß der Erfindung, wobei Abstandselemente verwendet wurden, um eine Beabstandung der Kapillarröhren zu ermöglichen, die die Haltestrukturen bereitstellen. Die Kapillarröhren und Räume zwischen den Kapillarröhren wurden abgeschlossen.
  • Wenn die Faser aus dem Preform gezogen wird, wird sie in der Regel mit einer Polymer-Schutzschicht versehen. Dies ist herkömmlich und muß nicht weiter besprochen werden.
  • Erfindungsgemäße Faser kann direkt vorbekannte doppel gemantelte Faser in mantelgepumpten Lasern oder Verstärkern ersetzen, und die Verwendung erfindungsgemäßer Faser in allen Situationen, in denen vorbekannte doppelt gemantelte Faser verwendet wird, wird in Betracht gezogen. Wie oben besprochen, kann erfindungsgemäße Faser dazu führen, daß mehr Pumplicht in die Faser eingekoppelt wird, als mit analogen vorbekannten doppelt gemantelten Fasern möglich war. Erfindungsgemäße Fasern können mit einer inneren Manteloberfläche hergestellt werden, die nicht kreisförmig ist, wodurch die Modenmischung verbessert wird.
  • Erfindungsgemäße Faser kann außerdem vorteilhafterweise faseroptische Gitter mit großer Periode des Stands der Technik ersetzen, und die Verwendung von erfindungsgemäßer Faser in allen Situationen, in denen Gitter mit großer Periode des Stands der Technik verwendet wurden, wird in Betracht gezogen. Wie oben besprochen, können Gitter mit großer Periode in luftgemantelter Faser gemäß der Erfindung eine wesentlich geringere Temperaturabhängigkeit aufweisen als vorbekannte Gitter mit großer Periode, und sie können bei einer Neubeschichtung stabil sein.
  • Fig. 6 ist eine Maßstabsdarstellung einer Elektronen-Abtastmikrographie einer Faser gemäß der Erfindung im Querschnitt. Der Luftmantel und die Gewebe, die den zweiten äußeren Mantelbereich in bezug auf den Kerninneren Mantelbereich befestigen, sind deutlich sichtbar. Die Faser wies keine Polymerbeschichtung auf.
  • Fig. 9 zeigt schematisch einen beispielhaften Artikel gemäß der Erfindung, nämlich einen mantelgepumpten Faserlaser. Die Pumpquelle 91 emittiert Pumpstrahlung 92, die durch herkömmliche Optik 93 in den Kerninneren Mantelbereich der Faser 94 eingekoppelt wird. Die Mehrmoden-Pumpstrahlung erregt Atome von Dotierungsstoffen in dem Kern der Faser, was zu der stimulierten Emission von Laserstrahlung 97 führt. Die Merkmale 95 und 96 sind herkömmliche Faser- Bragg-Gitter, die den optischen Resonator des Lasers definieren. Die Laserstrahlung 97 ist zur Verwendung verfügbar.
    • Beispiel
  • Durch Ablagerung (durch MCVD) von Silika, das mit 1 Mol-% Ge, 0,5 Mol-% Yb, 4 Mol-% P und 6 Mol-% A1 dotiert wurde, auf der Innenseite einer Silikaröhre (Außendurchmesser 20 mm, Innendurchmesser 14,7 mm) wurde ein Preform des Kerns/inneren Mantels hergestellt. Das Preform wurde zu einem Feststab mit 1,72 mm Kerndurchmesser (der Kern wies ein &Delta;n von 0,0048 auf) und 13,45 mm Außendurchmesser kollabiert. Das Preform wurde mit einer 19 · 25 mm messenden Silikaröhre auf einen Außendurchmesser von 21,1 mm übermantelt. Das Preform wurde auf einen Außendurchmesser von 11,9 mm gestreckt und mit 16 Silika-Kapillarröhren (0,508 mm mal 0,718 mm) umgeben, die in einem Abstand von zwei Röhrendurchmessern lagen. Die einzelnen Kapillarröhren wurden an ihren Enden abgeschlossen und durch Anschmelzen ihrer Enden an das Preform an dem Preform angebracht. Diese Baugruppe wurde dann in eine Silika-Übermantelungsröhre mit 19 mm mal 25 mm eingeführt. Ein Ende der Baugruppe wurde ausreichend erhitzt, um eine Verbindung der Übermantelungsröhre mit dem Kernstab zu bewirken, wodurch ein abgeschlossenes Ende gebildet wurde. Danach wurde von dem dem abgeschlossenen Ende gegenüberliegenden Ende Faser gezogen, wodurch die zwischen den Kapillarröhren liegenden Lücken zu nichtverbindenden geschlossenen Hohlräumen wurden. Die Ziehtemperatur betrug 1990ºC und die Ziehgeschwindigkeit betrug 0,3.m/s zur Erzielung eines Faserdurchmessers von 125 um. Ein herkömmliches UV-aushärtbares Polymer wurde auf herkömmliche Weise aufgebracht. Die resultierende Faser besaß einen Kerndurchmesser von 5,8 um, einen Durchmesser des inneren Mantels von 71 um, wobei die erste äußere Mantelschicht eine Dicke von 2,7 um und eine Gewebedicke von 0,63 um aufwies. Die Faser besaß eine Grenzwellenlänge von 900 nm.

Claims (13)

1. Lichtleitfaser (10) auf Silikabasis mit einem Kern (11), der kontaktierend von einem inneren Mantel (12) mit einem Brechungsindex ni< nc umgeben wird, wobei nc der effektive Brechungsindex des Kerns ist, wobei der innere Mantel von einem äußeren Mantel umgeben wird; dadurch gekennzeichnet, daß
der äußere Mantel einen ersten äußeren Mantelbereich (13) zwischen dem inneren Mantel und einem zweiten äußeren Mantelbereich (14) aufweist, wobei der Kern, der innere Mantel, der erste äußere Mantelbereich und der zweite äußere Mantelbereich aus einem Preform abgeleitetes Glas umfassen;
der erste äußere Mantelbereich aus einer Haltestruktur aus Silika besteht, die mehrere Leerräume einschließt, wobei die Haltestruktur den zweiten äußeren Mantelbereich bezüglich des inneren Mantelbereichs fixiert;
der Anteil von Silika und Leerräumen so gewählt ist, daß ein effektiver Brechungsindex des ersten äußeren Mantelbereichs no1 kleiner als 1, 35 ist;
und der erste äußere Mantelbereich weiterhin so bemessen ist, daß optische Kenngrößen der Lichtleitfaser im wesentlichen von dem zweiten äußeren Mantelbereich unabhängig sind.
2. Faser nach Anspruch 1, wobei das Silika in dem ersten äußeren Mantelbereich längliche Strukturelemente umfaßt, die sich in einer faser-axialen Richtung erstrecken, wobei die länglichen Strukturelemente den inneren Mantel mit dem zweiten äußeren Mantel verbinden.
3. Faser nach Anspruch 2, wobei die länglichen Strukturelemente mit Luft gefüllt sind.
4. Faser nach Anspruch 2, wobei die Faser bei einer Wellenlänge &lambda;s eine Einmodenfaser ist, wobei der Kern mindestens ein Element der Gruppe bestehend aus Ge, P, Sn und B umfaßt.
5. Faser nach Anspruch 2, wobei der Kern weiterhin mindestens ein Element der Gruppe bestehend aus Er, Yb, Nd, Ho, Dy und Tm umfaßt, wobei die Lichtleitfaser eine mantelgepumpte Lichtleitfaser ist.
6. Faser nach Anspruch 4, wobei der effektive Brechungsindex des Kerns voneinander beabstandete Schwankungen aufweist, die bei der Wellenlänge &lambda;S ein Gitter mit großer Periode bilden.
7. Faser nach Anspruch 2, wobei der innere Mantel und der zweite äußere Mantel im wesentlichen aus Silika bestehen.
8. Faser nach Anspruch 7, wobei der Brechungsindex der länglichen Strukturelemente kleiner oder gleich no ist, wobei no der Brechungsindex von Silika ist.
9. Faser nach Anspruch 2, wobei der Kern Ge und ferner Er und Yb umfaßt.
10. Faser nach Anspruch 2, wobei no1 kleiner oder gleich 1,25 ist.
11. Faseroptisches Kommunikationssystem mit einem Abschnitt Lichtleitfaser auf Silikabasis nach Anspruch
12. Faseroptisches Kommunikationssystem nach Anspruch 11, mit einem mantelgepumpten Faserlaser oder - verstärker oder einem Fasergitter mit großer Periode, wobei von dem Faserlaser, dem Faserverstärker, oder dem Fasergitter mindestens eines den Abschnitt Lichtleitfaser auf Silikabasis umfaßt.
13. Artikel mit einem mantelgepumpten Faserlaser oder -verstärker oder einem Fasergitter mit großer Periode, wobei von dem Laser, Verstärker oder Gitter mindestens eines einen Abschnitt Lichtleitfaser auf Silikabasis nach Anspruch 1 umfaßt.
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