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Die
vorliegende Erfindung hat eine optische Monomodefaser mit versetzte-
Dispersion zum Gegenstand, welche ausgelegt ist, in Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystemen
mit hohem Durchsatz benutzt zu werden.
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Monomodefasern
mit versetzter Dispersion sollten Eigenschaften aufweisen, welche
den Anforderungen der Verkabelungs- und Systemdesigner entsprechen:
auf der einen Seite eine gute „Verkabelbarkeit" oder anders gesagt,
das Einbringen der Faser in ein Leitungskabel sollte eine sehr geringe
zusätzliche
Dämpfung hervorrufen,
andererseits eine bedeutende effektive Oberfläche, um nichtlineare Effekte
zu vermeiden, und ein geeigneter Wert der Wellenlänge λ0 mit
Nulldispersion.
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Die
Benutzung dieser Fasern für
Wellenlängenmultiplex-Übertragungssysteme mit RZ-,
NRZ- oder solitonartigen Impulsen impliziert noch andere Beschränkungen,
zumal da die Anzahl der emittierten Kanäle, der Durchsatz pro Kanal
und die Leistungen nach Verstärker
anwachsen und die Beabstandung zwischen Kanälen kleiner wird. Es ist bevorzugt, über eine
Faser zu verfügen,
welche eine von Null verschiedene chromatische Dispersion bei Wellenlängen der
Transmission aufweist, um nichtlineare Phänomene zu vermieden, und insbesondere
das Vier-Wellen-Mischen (Four Wave Mixing oder FWM) bei Vorliegen
mehrerer Kanäle.
Es werden daher NZ-DSF (Akronym des englischen „Nora Zero DSF") genannte Fasern
verwendet, welche eine Wellelänge λ0 mit
chromatischer Dispersion Null außerhalb des Bereichs der Multiplexkanäle aufweist,
um die durch das Vier-Wellen-Mischen
hervorgerufenen Probleme zu vermeiden.
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Im Übrigen führt die
Benutzung dieser Fasern für
die Wellenlängemultiplexsysteme
dazu, nach einer geringen Steigung der chromatischen Dispersion
zu streben in einer Weise, ähnliche Propagationseigenschaften
für die
verschiedenen Kanäle
beizubehalten.
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Eine
Vielzahl von Indexprofilen wurde für diese optischen Monomodefasern
mit versetzter Dispersion vorgeschlagen. Das Indexprofil wird allgemein
in Abhängigkeit
von dem Aussehen der Kurve charakterisiert, welche den Index in
Abhängigkeit
vom Radius der Faser darstellt. In klassischer Weise wird auf den
Abszissen die Entfernung r vom Zentrum der Faser und auf den Ordinaten
der Index definiert durch seine Differenz bezüglich dem Index der Hülle der
Faser als relativer Wert (Δn)
oder in Prozent (Δn%
= 100·Δn/n) dargestellt.
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Man
spricht so von einem „Stufen"-, „Trapez"- oder „Dreieck"-Indexprofil für Kurven, welche die Variation
des Index in Abhängigkeit
vom Radius darstellen, welche die Form einer Stufe, eines Trapezes
bzw. eines Dreiecks aufweisen.
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Der
Artikel „New
dispersion shifted fiber with an effective area larger than 90 μm2",
Proceedings of the European Conference an Optical Communication,
Band 1, 15.–19.
September 1996, Seiten 49–52
beschreibt unter anderem Sollprofile vom Typ „zentrale Mulde".
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Der
Artikel von P. Nouchi: „Maximum
effective area for nonzero dispersion-shifted fiber", ofc '98 optical fiber
communication conference and exhibit technical digest, conference
edition, San Jose, CA, 22.–27.
Februar, 1998, Seiten 303/304, 304 XP002105703 Optical Society of
America ISBN: 0-7803-4415-4
betrifft die Modularisierung der Faser NZ-DSF, welche eine bedeutende
effektive Oberfläche,
welche bis zu 90 μm2 geht, aufweist. Eine Vielzahl von Profilarten
werden dort studiert: sockelförmig,
Trapez + Ring, koaxial, koaxial + Ring. Die an gestrebten Werte der
chromatischen Dispersion und der Steigung der chromatischen Dispersion
waren dort gleich 4 ps/μm·km bzw.
0,08 ps/μm2·km
bei der Wellenlänge
von 1550 μm.
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Die
in diesem Artikel vorgeschlagenen Faserprofile weisen eine Wellenlänge der
Aufhebung der chromatischen Dispersion auf, welche zwischen 1572
und 1583 nm enthalten ist, mit einer effektiven Oberfläche in der
Nachbarschaft von 90 μm2. Diese zwei Eigenschaften erlauben es,
die Anforderungen in Bezug auf nichtlineare Effekte und Vier-Wellen-Mischen
zu erfüllen.
Nichtsdestoweniger sind diese Fasern nicht in den Telekommunikationssystemen
mit hohem Durchsatz benutzbar, da sie bei 1550 nm eine zu geringe
chromatische Dispersion aufweisen, in der Praxis mit einem Absolutwert
kleiner als 2 ps/nm·km.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine optische Faser
mit versetzter Dispersion bereitzustellen, welche für hohe Durchsätze optimiert
ist, d. h. welche eine hochgradige effektive Oberfläche, geringe Verluste
und eine Wellenlänge
der Aufhebung der chromatischen Dispersion verschieden von 1550
nm, welche es erlaubt, das Phänomen
des Vier-Wellen-Mischens
zu vermeiden, aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
hierzu eine optische Monomodefaser mit versetzter Dispersion gemäß Anspruch
1 vor, welche eine effektive Oberfläche größer oder gleich 60 μm2 aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Faser
ist eine Monomodefaser mit versetzter Dispersion, welche eine hochgradige
effektive Oberfläche
ebenso wie eine chromatische Dispersion für die Wellenlängen, die
in dem Übertragungsfenster
um 1550 nm liegen, welche sowohl hinreichend gering, um keine Informationsverluste
bei der Übertragung
mit sich zu bringen, als auch hinreichend groß, um das Phänomen des
Vier-Wellen-Mischens über
das ganze Übertragungsfenster
zu vermeiden, ist, aufweist. Darüber
hinaus ist die Steigung der chromatischen Dispersion der erfindungsgemäßen Faser
gering.
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Bevorzugt
ist die Faser in der Faser monomodig.
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Für Systeme
mit hohem Durchsatz ist es zudem nützlich, wenn die Faser eine
monomodige Propagation der Multiplexkanäle sicherstellt. ITU-T G. 650
gibt eine Definition der Abschneidewellenlänge im Kabel. Die theoretische
Abschneidewellenlänge
der Faser ist im Allgemeinen um mehrere hundert Nanometer größer als
die Abschneidewellenlänge
im Kabel. Es scheint in der Tat, dass die Propagation in einer optischen
Faser monomodig sein kann, auch wenn die theoretische Abschneidewellenlänge größer ist
als die Wellenlänge
der benutzten Signale: in der Tat verschwinden die jenseits einer
Distanz von einigen Metern oder einigen zehn Metern, welche gegenüber den
Propagationsentfernungen in den faseroptischen Übertragungssystemen klein ist,
die sekundären
Moden aufgrund einer zu großen
Dämpfung.
Die Propagation in dem Übertragungssystem ist
demnach monomodig.
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Im Übrigen sind
die Verluste durch Krümmung
der erfindungsgemäßen Faser
kleiner als 0,05 dB bei 1550 nm für ein Aufrollen von 100 Windungen
der Faser um einen Radius von 30 mm.
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Vorteilhafterweise
weist die Faser eine chromatische Dispersion auf, deren Absolutwert
für eine
Wellenlänge
von 1550 nm zwischen 3 und 6 ps/nm·km enthalten ist.
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Die
Faser weist eine Steigung der Dispersion auf, deren Absolutwert
zwischen 0,045 und 0,09 ps/nm2·km und
bevorzugt zwischen 0,045 und 0,075 ps/(nm2·km) für Wellenlängen von
1550 nm enthalten ist. Diese Werte der Steigung der chromatischen
Dispersion stellen in dem Benutzungsbereich der Faser sicher, dass
die chromatische Dispersion im Wesentlichen konstant bleibt. Die
Faser ist daher geeignet für
eine Benutzung beim Wellenlängenmultiplexen
und weist über
das Multiplexband Werte der chromatischen Dispersion auf, welche
im Wesentlichen gleich sind.
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Bevorzugt
ist die Dämpfung
der Faser kleiner oder gleich 0,23 dB/km bei 1550 nm. Ein derartiger
Wert der Dämpfung
stellt sicher, dass die Verluste der Übertragung begrenzt sind.
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Die
Faser weist ein Indexprofil auf, welches einen zentralen Abschnitt
mit Index n1 kleiner als derjenige nS der Hülle
der Faser, einen inneren Ring um den zentralen Abschnitt herum mit
Index n2 größer als derjenige der Faser,
einen äußeren Ring
um den inneren Ring herum mit einem Index n4 größer als
derjenige der Faser und zwischen dem inneren Ring und dem äußere Ring
einen ringförmigen
Abschnitt mit Index n3 kleiner oder gleich
als diejenigen des inneren und äußeren Rings
umfasst.
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In
diesem Fall ist die Differenz Δn1 zwischen dem Index des zentralen Abschnitts
der Faser und dem Index der Hülle
bevorzugt in einem Bereich von –6,5·10–3 ± 10%.
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Der
Radius a1 des zentralen Abschnitts der Faser
ist vorteilhafterweise in einen Bereich von 2,1 μm ± 10%.
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Bei
einer Ausführungsart
ist die Differenz Δn2 zwischen dem Index des inneren Rings der
Faser und dem Index der Hülle
in einem Bereich von 12,0·10–3 ± 10%.
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Es
kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis a1/a2 von dem Radius a1 des
zentralen Abschnitts der Faser zu dem Radius a2 des
inneren Rings in einem Bereich von 0,50 ± 10% ist.
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Bei
einer anderen Ausführungsart
ist die Differenz Δn3 zwischen dem Index des ringförmigen Abschnitts
und des Index der Hülle
in einem Bereich von -6.5·10–3 ± 10%.
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Darüber hinaus
ist die Dicke a3–a2 des
ringförmigen
Abschnitts bevorzugt in einem Bereich von 2,1 μm ± 10%.
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Bevorzugt
ist die Differenz n4 zwischen dem Index
des äußeren Rings
und dem Index der Hülle
in einem Bereich von 3,5·10–3 ± 10%.
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Im Übrigen ist
die Dicke a4–a3 des äußeren Rings
vorteilhafterweise in einem Bereich von 2,1 μm ± 10%.
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Eine
Faser weist ein Indexprofil auf, welches einen zentralen Abschnitt
mit maximalem Index n1 größer als
derjenige ns der optischen Hülle, einen
Ring, welcher den zentralen Abschnitt umschließt, mit maximalem Index n4 größer als
derjenige der optischen Hülle
und eine Zwischenzone zwischen dem zentralen Abschnitt und dem Ring
mit Index n2 kleiner als n1 und
als n4 umfasst.
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Die
Differenz Δn1 zwischen n1 und
ns ist zwischen 9·10–3 und
17·10–3 enthalten.
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Die
Differenz Δn4 zwischen n4 und
ns ist kleiner 12·10–3.
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Andere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Lesen
der folgenden Beschreibung von Ausführungsarten der Erfindung,
welche beispielhaft und unter Bezugnahme auf die Figuren geben wird,
welche zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Indexprofils einer Faser gemäß einer
ersten Ausführungsart der
Erfindung,
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2 eine
schematische Darstellung des Indexprofils einer Faser.
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Die
Erfindung schlägt
eine optische Monomodefaser mit versetzter Dispersion vor, welche
eine bedeutende effektive Oberfläche,
typischerweise größer als
60 μm2 oder sogar größer als 70 μm2,
geringe Verluste durch Krümmung
und eine Wellenlänge λ0,
für welche
die Dispersion Null ist, größer als
1585 nm aufweist.
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Vorteilhafterweise
ist der Wert der Abschneidewellenlänge λc in
einer Weise gewählt,
dass die Faser der Erfindung theoretisch monomodig ist, oder zumindest
als Faser monomodig ist, d. h. entsprechend der in ITU-T B.650 für λc(Faser)
gegebenen Definition.
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Wenn
man darüber
hinaus vorsieht, dass die Empfindlichkeit gegenüber Mikrokrümmungen kleiner oder vergleichbar
derjenigen der Faser ist, welcher unter der Bezeichnung G652 durch
die Anmelderin kommerziell vertrieben wird, wird eine gute Verkabelungsfähigkeit
der Faser sichergestellt. Dies ist umso mehr der Fall, falls die
durch Krümmungen
hervorgerufene Dämpfung,
welche klassischerweise an hundert Windungen einer Faser gemessen
wird, welche auf eine Spule mit Radius 30 mm aufgewickelt wird,
kleiner als 0,5 dB, wie in der Empfehlung ITU-T G.650 vorgeschlagen
ist, oder besser als 0,05 dB ist.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Indexprofils 10, welches
benutzt werden kann, um die Eigenschaften der Erfindung zu erhalten.
Das Indexprofil der 1 ist ein Indexprofil mit zentraler
Mulde mit einem äußeren Ring.
Dieses Profil weist ausgehend vom Zentrum der Faser zu der Hülle hin
einen zentralen Abschnitt 11 mit im Wesentlichen konstanten
Index bis zu einem Radius a1 auf. Der Index
n1 dieses zentralen Abschnitts ist kleiner
oder gleich dem Index nS des Siliziumdioxids
der Hülle,
welche durch den Abschnitt 15 des Profils 10 dargestellt
ist. Bei der Ausführungsart
der 1 ist die Differenz Δn1 zwischen
dem Index n1 und dem Index nS der
Hülle –6,5·10–3,
und der Radius a1 ist 2,1 μm. Werte
des Index n1 in einem Bereich von ± 10% um
diesen Wert sind angemessen, der Wert des Radius a1 kann
ohne Probleme um ±10%
um den vorgeschlagenen Wert variieren.
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Um
diesen zentralen Abschnitt 1 mit Index kleiner als demjenigen
der Hülle 15 weist
die Faser der Erfindung einen inneren Ring 12 mit Index
n2 größer als
derjenige der Hülle
zwischen den Radien a1 und a2 auf. Bei
der Ausführungsart
der 1 ist Δn2 12·10–3,
und der innere Ring 12 erstreckt sich über eine Dicke von 2,1 μm. Allgemeiner
passen Werte von Δn2 in einem Bereich von ±10% um diesen Wert herum,
und die Dicke des inneren Rings 12 ist bevorzugt derart,
dass das Verhältnis
a1/a2 um ±10% bezüglich des
angegebenen Werts von 2,1/4,2 = 0,5, welcher in dem Beispiel vorgeschlagen
ist, variieren kann.
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Um
den inneren Ring 12 herum weist die Faser einen äußeren Ring 14 mit
Index n4 größer als derjenige der Hülle 15 auf,
welcher von dem inneren Ring 12 durch einen ringförmigen Abschnitt 13 mit
Index n3 kleiner oder gleich dem Index der
Hülle 15 getrennt
ist. Bei der Ausführungsform
der 1 weist der ringförmige Abschnitt 13 einen
Index Δn3 von –6,5·10–3 zwischen
den Radien a2 und a3 auf.
Wie bei diesem Beispiel ist der Index Δn3 des
ringförmigen
Abschnitts 13 bei einer Faser gemäß der Erfindung bevorzugt kleiner
oder gleich dem Index Δn1 des zentralen Abschnitts 11 der
Faser. Er variiert vorteilhafterweise in einem Bereich von ±10% um
den im Beispiel der Figur vorgeschlagenen Werts von –6,5·10–3.
Die Dicke a3–a2 zwischen
dem inneren Ring 12 und dem äußeren Ring 14 ist
bevorzugt in der Größenordnung
von 2,1 μm,
Variationen in einem Bereich von ±5% sind akzeptabel.
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Der äußere Ring 14 weist
in dem Beispiel der 1 einen Index Δn4 von 3,5·10–3 auf,
Werte in einem Bereich von ±10%
um diesen Index sind annehmbar. Die Dicke a4–a3 des äußeren Rings 14 ist
bevorzugt in einem Bereich von ±5% um den Wert von 2,1 μm, welcher
in dem Beispiel der Figur gegeben ist, enthalten.
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Diese
Wahl des Indexprofils sichert in dem Bereich der Kanäle eines
Wellenlängenmultiplexens,
d. h. typischerweise zwischen 1500 und 1600 nm, eine beträchtliche
effektive Oberfläche,
eine geringe Steigung der chromatischen Dispersion und eine chromatische
Dispersion, welche es erlauben, das Vier-Wellen-Mischen zu vermeiden; man gelangt so
dazu, die Entfernung zwischen Repeatern eines Übertragungssystems zu verringern,
welches als Übertragungsmedium
die optische Faser der Erfindung benutzt, und das Problem der Kompensation
der chromatischen Dispersion zu verringern.
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Bei
dem Beispiel der 1 ist die effektive Oberfläche 85 μm2 bei 1550 nm, und 79 μm2 bei
1480 nm; die Steigung der Dispersion ist 0,069 ps/nm2·km bei
1550 nm. Die chromatische Dispersion beträgt –4,4 ps/nm·km bei 1550 nm. Sie ist für einen
Wert von 1615 nm aufgehoben.
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Die
Dämpfung
in der Faser ist in der Größenordnung
von 0,23 dB/km. Dieser Wert erlaubt eine Übertragung über bedeutende Längen, wobei
sie typischerweise eine Länge
von 100 km zwischen den Repeatern eines Übertragungssystems sicherstellt.
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Man
gelangt zudem mit dem Indexprofil der 1 zu Verlusten
durch Krümmungen
kleiner als 10–5 dB für 100 Windungen
der Faser um eine Spule mit 30 mm Radius, d. h. Werte der Größenordnung
von 10–7 dB/m für Wellenlängen um
1550 nm. Die Empfindlichkeit gegenüber Mikrokrümmungen ist kleiner als diejenige
der weiter oben erwähnten
Faser G652 für
Wellenlängen
um 1550 nm.
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Die
Faser der 1 kann durch den Fachmann mit
Hilfe bekannter Techniken wie MCVD oder anderer derzeit genutzte
Techniken für
die Herstellung von optischen Fasern hergestellt werden.
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Dieses
Profil erlaubt es, die in der Tabelle 1 angegebenen Eigenschaften
zu erhalten.
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In
der Tabelle 1 sind die theoretische Abschneidewellenlänge λ
c in
nm, die Wellenlänge λ
0 der
Aufhebung der chromatischen Dispersion in nm, die Steigung der Dispersion
bei 1550 nm dC/dλ in
ps/nm
2·km,
die chromatische Dispersion bei 1550 nm DC in ps/nm·km, der
Durchmesser der Mode W
02 1550 nm in μm, die effektive
Oberfläche
A
eff bei 1550 nm in μm
2,
die Empfindlichkeit gegenüber
Krümmungen
S
c (d. h. die Verluste durch Krümmungen)
für 100
Windungen um einen Radius von 30 mm in dB und die Empfindlichkeit
gegenüber Mikrokrümmungen
bei 1550 nm Sμ
c eingetragen. Diese Empfindlichkeit gegenüber Mikrokrümmungen
ist relativ im Verhältnis
zu derjenigen der weiter oben erwähnten Faser G652 angegeben. Tabelle 1
λc (nm) | λ0 (nm) | dC/dλ | DC | W02 | Aeff | Sc | Sμc |
1620 | 1615 | 0,069 | –4,4 | 3,83 | 85 | < 10–5 | 0,75 |
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Die
Werte dieser zuletzt dargestellten Tabelle zeigen, dass das unter
Bezugnahme auf 1 beschriebene Profil es erlaubt,
die Eigenschaften der Erfindung zu erhalten.
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Das
Profil der 1 bildet ein Beispiel, welches
die Realisierung der Erfindung ermöglicht. Andere Profile können es
ebenso erlauben, die Werte der Steigung und der Dispersion zu erreichen,
welche in der Erfindung vorgeschlagen sind.
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Die 2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Indexprofils 20. Das
Indexprofil der 2 ist ein Indexprofil der Art „Trapez
und Ring". Dieses
Profil weist ausgehend vom Zentrum der Faser zu der Hülle einen zentralen
Abschnitt 21 in Form eines Trapezes mit kleinem Radius
a1 und großem Radius a2 auf.
Der maximale Index dieses zentralen Abschnitts 21 ist größer oder
gleich dem Index ns des Siliziumdioxids
der Hülle,
welche durch den Abschnitt 24 des Profils 20 dargestellt
ist.
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Um
diesen zentralen Abschnitt 21 mit Index n2 größer als
derjenige der Hülle 24 weist
die Faser der Erfindung einen Ring 23 mit Index n3 größer als
demjenigen der Hülle
und kleiner als n1 zwischen den Radien a3 und a4 auf.
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Die
Faser weist zwischen dem zentralen Abschnitt 21 und dem
Ring 23 einen ringförmigen
Abschnitt 22 mit Index n2 kleiner
als n1 und als n3 auf.
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Die
in 2 gezeigte Art des Profils weist dieselben Vorteile
wie dasjenige der 1 auf.
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Die
Faser der 2 kann durch den Fachmann mit
Hilfe bekannter Techniken hergestellt werden, wie MCVD oder anderer
derzeit für
die Herstellung von optischen Fasern benutzten Techniken.
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Nun
werden als Beispiel mögliche
Parameter für
das Profil der 2 mit dem Ziel, eine Faser zu
erhalten, und die Werte der erhaltenen Eigenschaften angegeben.
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Tabelle
2 gibt mögliche
Werte der Radien und der Indices für diese Profile an. Die Radien
sind in Mikrometern und die Indices (als relative Werte) in Δn angegeben.
Jede Zeile der Tabelle entspricht einem möglichen Profil. Tabelle 2
a1 (μm) | a2 (μm) | a3 (μm) | a4 (μm) | 103·Δn1 | 103·Δn1 | 103·Δn1 |
0,86 | 2,87 | 5,39 | 7,18 | 12,38 | 0 | 4,95 |
0,94 | 3,14 | 5,50 | 7,86 | 11,24 | 0 | 3,6 |
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Diese
verschiedenen Profile erlauben es, die in Tabelle 3 angegebenen
Eigenschaften in entsprechenden Leitungen zu erhalten (selbe Bezeichnungen
wie in Tabelle 1). Tabelle 3
λc (nm) | λ0 (nm) | dC/dλ | DC | W02 | Aeff | Sc | Sμc |
1702 | 1606 | 0,111 | –6,2 | 8,78 | 61 | 1,1·10–6 | 0,76 |
1707 | 1594 | 0,096 | –4,1 | 8,86 | 60,5 | 2,1·10–6 | 0,8 |
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Es
ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen
und dargestellten Beispiele und Ausführungsarten beschränkt ist,
sondern die für
eine Vielzahl von Varianten, welche dem Fachmann zugänglich sind,
empfänglich
ist. Insbesondere könnte
man die Eigenschaften der Erfindung mit anderen Profilfamilien als
den unter Bezugnahme auf die 1 beschriebenen
erreichen.