FI81684C - Monomod optiskt vaogroer med laog dispersion och laog daempning. - Google Patents

Description

i 81684

Yksimuotoinen optinen aaltoputki, jolla on pieni dispersio ja pieni vaimennus

Esillä oleva keksintö liittyy optiseen aaltoputkikuituun valo-aaltoenergian siirtämiseksi yksimuotoisesti.

On kehitetty yksimuotoisia optisia aaltoputkikuituja, jotka saavuttavat niin pieniä siirtohäviöitä kuin 0,5 dB/km ja 0,2 dB/km aaltopituuksilla 1300 nm ja vastaavasti 1550 nm. Johtuen niiden pienistä häviöistä ja suurista kaistanleveyksistä, jotka yleisesti liittyvät yksimuotokuituihin, ne ovat kiinnostavia potentiaalisina pitkän matkan siirtojohtoina. Niiden potentiaalinen suuri kaistanleveys voidaan kuitenkin saavuttaa vain jos konstruktio on optimoitu siten, että HE^-muodon kokonaisdispersio on yhtä kuin nolla tai niin lähellä nollaa kuin mahdollista käytettävällä aaltopituudella.

Yksimuotoisissa aaltoputkissa kokonaisdispersio määräytyy aineen dispersiosta Dm ja aaltoputkidispersiosta Dw· Annetulle kuitukoostumukselle materiaalidispersio muuttuu aaltopituuden funktiona. Esimerkiksi käyrä materiaalidispersio vastaan aaltopituus kulkee dispersion nolla kautta aaltopituudella lähellä 1280 nm kuiduille, jotka sisältävät paljon kvartsia. Voidaan suunnitella yksimuotoisia kuituja, joilla on kokonaisdispersio nolla millä tahansa aaltopituudella jaksolla aaltopituuksia yläpuolella sen aaltopituuden, jolla materiaalidis-persiokäyrä kulkee nollan läpi. Tämä voidaan aikaansaada sovittamalla aaltopituusdispersio tasapainottumaan materiaalidis-persion kanssa jollakin määrätyllä aaltopituudella, joka valitaan kuidun pienen vaimennuksen ja/tai valonlähteiden saatavuuden johdosta. Aaltoputkidispersio voidaan sovittaa muuttamalla sydämen sädettä a, sydämen indeksiprofiilia tai sydämen ja kuoren suhteellista indeksieroa Δ. Termi Δ määritellään 2 2 2 yhtälöllä Δ = (n^ “ n2 · 3ossa on sydämen suurin taittoindeksi ja n2 on kuoren taittoindeksi. Nolladispersio- 2 81 6 H 4 aaltopituuden sovittamisen tekniikat on opetettu artikkelissa U.C. Paek et ai. otsikolla "Dispersionless Single-Mode Light Guides with a index Profiles", The Bell System Technical Journal, Volume 60, No. 5, May-June 1981, sivut 583-598 ja artikkelissa L.G. Cohen otsikolla "Tailoring Zero Chromatic Dispersion into the 1,5-1,6 ^urn Low-Loss Spectral Region of Single-Mode Fibers", Electronics Letters, Volume 15, No. 12,

June 7, 1979, sivut 134-135.

Vaikkakin edellä mainituissa artikkeleissa Paek et ai. ja Cohen et ai. opetetut konstruktiot voivat johtaa nolladispersioaalto-pituuden sovitukseen, ne vaikuttavat haitallisesti muihin parametreihin. Pienimmän järjestelmähäviön aikaansaamiseksi on optimoitava parametrejä sellaisia kuin pistekoko wq ja suhde wQ/a, jotka määrittelevät jatkoshäviöitä ja vastaavasti mikrotaivutushäviöitä. Se työ, joka on suoritettu askelindeksi-sillä yksimuotoisilla aaltoputkilla, joiden Δ on noin 0,3 %, osoittavat, että tällainen Δ:η arvo saattaa olla liian pieni sikäli kun on kysymys mikrotaivutushäviöistä. Konventionaalisten kuitujen, joiden indeksiprofiili on askelindeksi tai a-tyyppinen sydämen indeksiprofiili ja joiden Δ-arvo on suurempi kuin noin 0,3 %, osalta on vaikeata vaatimus, että nolla-dispersioaaltopituus \Q on hyvin lähellä, siis 5 nm sisällä, laserlähteen aaltopituutta kun lähteen aaltopituus on valittu olemaan noin 1300 nm vähentääkseen OH-adsorptiosta johtuvaa vaimennuslisää, joka on huipussaan aaltopituudella 1380 nm.

Julkaisu Paek et ai. esittää, että kun aaltopituus pitenee, tulee putken säteen pienentyä ja että pitemmällä aaltopituuksilla paljon suurempi osuus materiaalidispersiosta on kompensoitava aaltoputkidispersiolla. Tämä vaatii aaltoputkipara-metreissa suurempaa tarkkuutta kuin silloin, kun putki on suunniteltu toimimaan materiaalidispersion nolla-arvolla. Jos aaltoputken säde tehdään liian pieneksi materiaalidispersion tasapainottamiseksi, tulevat mikrotaivutushäviöt niin korkeiksi, ettei niitä voi hyväksyä.

Il 3 81684 W-tyypin aaltoputki/ joka on esitetty US-patenttijulkaisussa 3 997 241 tarjoaa lisäparametrin, jota voi muuttaa aaltoput-kidispersion muuttamiseksi. Tämä kuitu käsittää sydämen, jolla on yhdenmukainen, verraten korkea taittoindeksi n^, jota ympäröi sisempi kuorikerros, jolla on verraten matala taittoindeksi qn^ ja ulompi kuorikerros, jolla on välillä oleva taitto-indeksin arvo pn^. Koska tämä konstruktio johtaa V -arvon suurenemiseen arvoon, joka on laskettu olevan 3,8327, se mahdollistaa, että valo etenee yksimuodossa sydämen läpi, jonka säde on suurempi kuin mitä sallittaisiin konventionaalisissa askelindeksiaaltoputkissa. Normalisoitu taajuus V esitetään kaavalla ,, 2ira V 2 2~ V “ -T »1 - n2

Termi Vc osoittaa V:n yksimuotokatkaisuarvoa. US-patentin 3 997 241 mukainen konstruktio pienentää myös taivutushävicitä. Tämä konstruktio voi saavuttaa kokonaisdispersion, joka on nolla tai lähellä nollaa laajalla alueella aallonpituuksia, mutta tällaisen laajakaista-toiminnan aikaansaamiseksi välikerroksen indeksin qn^ tulisi olla verraten pieni ja ulomman kuoren indeksin pn^ tulisi olla verraten lähellä sydämen indeksiä. US-patentin 3 997 241 oppien mukaan tulisi määrän (n - pn)/(n - qn) olla pienempi kuin 0,1. Sellainen pieni suhde (n - pn)/(n - qn) aiheuttaa, että valmis-tustoleranssit tulevat kriittisiksi, ja taittoindeksin pienet muutokset jossakin kerroksessa voivat vaikuttaa suuresti aalto-putken dispersiokäyrän kaltevuuteen. Kun aaltoputken disper-siokäyrän kaltevuus muuttuu suunnitteluarvostaan, pienenee vastaavasti se aaltopituusalue, jolla alhaisen dispersion toiminta voidaan saavuttaa.

US-patentin 3 997 241 mukainen optinen kuitu omaa normalisoidun taajuuden V1' pienemmän arvon, jonka alapuolella yksimuo-toista etenemistä ei ole olemassa. Kuten kyseisen patentin kuviossa 2 on esitetty, esiintyy yksimuotoista etenemistä normalisoitujen taajuuksien V^' ja V2' välisellä alueella. Kun täten ulomman kuoren indeksiä pn^ suurennetaan määrän (n - pn)/(n - qn) valitun suhteen täyttämiseksi, tulee se V-arvojen alue pieneksi, jolla yksimuotoinen toiminta on käyttö- ί 81684 kelpoinen, mikä taas tekee konstruktion herkäksi valmistus-toleranssien suhteen.

Tämän takia on esillä olevan keksinnön tarkoituksena tarjota yksimuotoinen optinen aaltoputki, jolla on pieni dispersio laajalla alueella aallonpituuksia ja jolla ei ole aikaisempien tekotapojen edellä mainittuja rajoituksia.

Lisäksi tämän keksinnön tarkoituksena on tarjota yksimuotoinen optinen aaltoputki, jolla on verraten suuri sydämen säde ja jolla on verraten pieni mikrotaivutuksesta johtuva vaimennus.

Vielä tarkoituksena on tarjota yksimuotoinen optinen aaltoputki, jolla on mahdollisimman pieni dispersio laajalla alueella aaltopituuksia ilman pienimmän asteen muodon leikkausta.

Esillä olevan keksinnön mukainen optinen aaltoputkikuitu käsittää sydämen läpinäkyvää materiaalia, jonka suurin taittoindek-si on n^ ja joka on ympäröity kerroksella läpinäkyvää kuori-materiaalia, jolla on taittoindeksi n£, joka on pienempi kuin n^. Keksintö on tunnettu siitä, että sydän sisältää alueen, jonka taittoindeksi on pienennetty. Pienennetyn taittoindeksin alueen sisäsäde on suurempi kuin nolla, ja sen suurin säde on pienempi kuin sydämen kokonaissäde.

Piirustuksissa kuvio 1 esittää optisen aaltoputkikuidun poikkileikkauskuvannon esillä olevan keksinnön mukaisesti, kuviot 2 ja 3 ovat useita taittoindeksiprofiilien kuvauksia, jotka täyttävät esillä olevan keksinnön olosuhteita, 2 2 kuvio 4 on suureen Vd Vb/dV graafinen esitys piirrettynä suhteen V/Vc funktiona, kuviot 5 ja 6 ovat käyriä dispersio vastaan aallonpituus kahdelle kuidulle, jotka on suunniteltu esillä olevan keksinnön mukaisesti, mutta joilla on erilaiset sydämen indeksin pienenemisominaisuudet.

5 81 6 ο 4

Kuvion 1 optinen aaltoputki käsittää sydämen, jolla on sisem-pi ja ulompi alue 10 ja 12, jotka en erotettu alueella 14, jolla on pienempi taittoindeksi n^. Yksi niistä monista taittoindeksiprofiileista, jotka täyttävät esillä olevan keksinnön ehtoja, on esitetty kuviossa 2, jossa sisempi sydämen alue 19a ja ulompi sydämen alue 19b molemmat osoittavat taittoindeksiä n^. Vaikka näiden kahden sydämen alueen tait-toindeksit ovat samat, ne voivat olla koostumukseltaan erilaiset. Sydän on ympäröity kuorikerroksella 16, jonka taitto-indeksi on n2 · Kuorella saattaa olla pienennetty taittoindeksi, kuten on osoitettu ehjällä viivalla 20, tai ei-pienennetty taittoindeksi kuten on osoitettu katkoviivalla 21. Taitto-indeksi n^ voi olla pienempi kuin n2 kuten on osoitettu viivalla 22, tai se voi olla yhtä suuri tai suurempi kuin n2-Indeksin pienennyksen vaikutus on muuttaa kuidun valoenergian etenemisominaisuuksia antaakseen halutun suhteen aaltoputken dispersion ja aaltopituuden välille. Jos suure (n^^ - ” n3) on niin pieni kuin 0,1, esiintyy edellä mainittu ominaisuus, mutta valmistustoleranssit tulevat kriittisiksi. Täten annetuilla valmistusprosesseilla ja kuidun koostumuksilla nykytekniikan mukaisesti pieni muutos kuidun fysikaalisissa muutoksissa voisi johtaa aaltoputken dispersio-ominaisuuksien suuriin muutoksiin kun (n^ - n2)/(n3 - n^) on 0,1. Kun suhde (n-j^ - n2)/(n1 - n3) on noin 2,0 tai suurempi, tulevat esillä olevan keksinnön hyvät vaikutukset merkityksettömiksi. Tämän vuoksi suhteen (n^ - n2)/(n^ - n^) tulisi olla pienempi kuin 2,0.

Vaikka kuviossa 2 esitetty sydämen profiili on askelindeksi-aaltoputken profiili, voidaan käyttää toisentyyppisiä sydän-profiileja mukaanlukien α-profiilit. Nimitystä "α-profiili" käytetään tässä tarkoittamaan, että sydämen taittoindeksi määritellään yhtälöllä n(r) = nQ /Ϊ - A(r/a)“7, jossa nQ on kuidun akselilla oleva taittoindeksi. Kuvion 3 käyrä 24 esittää οι-prof iili a, jossa a on yhtä kuin 2. Kuoren taittoindek-sillä voi olla sama arvo kuin sydämen reunalla, kuten esitetään ehjällä viivalla 26, tai kuoren taittoindeksi voi olla pienempi kuin kuoren ulkoreunan kuten esitetään katkoviivalla 28.

6 81 684

Sydämen taittoindeksiprofiilin indeksin pienennyksen muoto on muuttuja, joka vaikuttaa kuidun etenemisominaisuuksiin.

Sen sijaan että se olisi tasainen kuten on esitetty kuvion 3 sydämen profiilin alimmassa osassa 30, voi indeksin pienennys olla pyöristetty tai jopa terävä kuten on esitetty katkoviivalla 32.

Säätelemällä indeksin pienennyksen säteen suuntaista asemaa, syvyyttä, leveyttä ja muotoa, voidaan aaltoputken etenemis-ominaisuuksia sopivasti muunnella vastaamaan erilaisia vaatimuksia, jota asetetaan yksimuotoiselle järjestelmälle. Esimerkiksi tarvitaan erilaisia indeksin pienennysmuotoja määrätylle sydämen indeksiprofiilimuodolle, jotta aikaansaataisiin nolladispersiotoimintaa erilaisilla järjestelmän aaltopituuksilla.

Menetelmä, jolla esillä olevan keksinnön mukaista konstruktiota voidaan käyttää optisten aaltoputkien tuottamiseen, joilla on suuresti erilaisia dispersio-ominaisuuksia, voidaan nähdä seuraavasta selostuksesta, jossa viitataan kuvion 4 käyrään.

2 2

Tässä kuviossa on suure Vd (Vb)/dV piirretty suhteen V/V

2 2 c funktiona. Suure Vd (Vb)/dV on suhteessa aaltoputken dispersioon D seuraavasti: w Γ 2 1 n Δ Vd^(Vb) D -----— w cA dV2 jossa c on valon nopeus, A on valon aallonpituus, b on normalisoitu etenemisvakio. Kuvion 4 piirros mahdollistaa niiden suhteellisten aaltoputken dispersioiden vertailua, jotka voidaan aikaansaada erilaisilla V:n arvoilla erilaisilla kuidun sydämen profiileilla. Yksimuototoiminta tapahtuu suhteen V/Vc arvoilla alle 1,0. On yleisesti suotavaa käyttää optista aalto-putkikuitua V/V^ arvoilla lähellä 1,0 mikrotaivutushäviöiden pienentämiseksi. On yleisesti ei-suotavaa käyttää aaltoputkea V/Vc arvoilla alle 0,6. Sellaisilla pienillä arvoilla sydämen koko on pieni ja mikrotaivutushäviöt pyrkivät olemaan suuria, ja kuidun ominaisuudet ovat herkempiä valmistuksen muutoksille .

Il 7 81664 Käyrät 4 2 ja 44 edustavat aaltoputken dispersio-ominaisuuksia sellaisissa kuiduissa, joiden sydämen indeksiprofiilit ovat kuviossa 2 esitetyn muotoisia, ja indeksin pienennyksen parametrit ovat erilaisia. Kuidussa, jota käyrä 42 kuvaa, on a± = 0,6a, aQ = 0,9a ja suhde (n^ - n2)/(n1 - n3) = 0,75. Kuidussa, jota käyrä 44 kuvaa, on a^ = 0,4a, aQ = 0,65a ja suhde (n^ - n2)/(n^ - n^) = 0,75. Täten kuidut, joita käyrät 42 ja 44 kuvaavat, eroavat vain sydämen indeksin pienennyksen säteen suuntaisen aseman ja leveyden suhteen.

Käyrä 42 leikkaa x-akselia arvolla V/Vlähellä yhtä mutta alle sen. Tämä osoittaa sitä, että tällaiset ominaisuudet omaavaa kuitua voidaan menestyksellisesti käyttää aaltopituudella, joka on nolla tai juuri yläpuolella nollan materiaalidispersioaalto-pituutta, jolloin mainittu käytettävä aaltopituus on lähellä yksimuotoista leikkausaaltopituutta. Käyrän 42 jyrkkä kaltevuus johtaa siihen, että käyrä vastaan λ myös esittää verraten suuren positiivisen kaltevuuden, ominaisuus, joka johtaa laajakaistaiseen alhaisen dispersion toimintaan.

Käyrä 44 edustaa kuitua, joka pystyy tarjoamaan verraten suuren määrän aaltoputkidispersiota toimiessaan lähellä yksimuotoista leikkausaaltopituutta. Koska materiaalidispersio on verraten suuri aaltopituuksilla, jotka ovat suurempia kuin 0H-absorptiohuippu, noin 1400 nm, voisi käyrän 44 kuvaama kuitu tarjota sitä aaltoputkidispersiota, joka tarvitaan tasapainottamaan materiaalidispersioaaltopituuksilla, jotka ovat suurempia kuin 1400 nm.

Käyrä 46 kuvaa kuitua, jolla on a = 1 sydämen indeksiprofiili. Vaikka tämä kuitu pystyy toimimaan V/V arvoilla lähellä 1,0, se ei pysty tasapainottamaan yhtä paljon materiaalidispersiota kuin käyrän 44 kuvaama kuitu, olettaen että toimitaan samalla V-arvolla.

Viitaten hetkellisesti kuvioon 5, käyrä 50 edustaa optisen aaltoputkikuidun materiaalidispersiota, jolla kuidulla on sydän, jonka sisempi ja ulompi alue on tehty kvartsista 8 81 6 ö 4 seostettuna noin 3 mooliprosentilla GeC>2 , pienennys, joka on tehty kvartsista seostettuna noin 1,7 mooliprosentilla fluoria sekä kuori alennetulla indeksillä, tehty kvartsista seostettuna noin 1,0 mooliprosentilla fluoria. Käyrä 50' on samantapaisesta kuidusta, paitsi että sydämen sisempi ja ulompi alue on tehty kvartsista, joka on seostettu noin 8 mooliprosentilla fluoria. Kun tunnetaan materiaalidispersiokäyrän muoto ja nollaläpimenokohta, voidaan valita määrätty sydämen indeksi-profiili kuvion 4 erilaisista käyristä, jotta aikaansaataisiin toiminta pienellä dispersiolla määrätyllä aaltopituudella edellä selostetulla tavalla. Jos esimerkiksi haluttaisiin toimia järjestelmän aaltopituudella 1300 nm, siis konstruktio, jonka leikkausaaltopituus Xc on noin 1250 nm, aaltoputkidis-persion tulisi olla mahdollisimman pieni tällä aaltopituudella koska materiaalidispersio on hyvin pieni 1300 nm aaltopituudella. Yksimuototoiminnalla lähellä 1300 nm tulee suureen Vd^(Vb)/dV^ olla pieni arvoilla V/V lähellä 1,0. Käyrä 42,

O

joka edustaa yhtä mahdollisista sydämen indeksipienennyksen ratkaisuista esillä olevan keksinnön mukaan, kulkee nollan läpi V/Vc arvolla 0,91. Tämä osoittaa, että sellainen suori-tusesimerkki olisi sopiva tasapainottamaan aaltoputkidispersion aaltopituudella 1300 nm.

Kuvio 5 osoittaa, miksi sydämen indeksin pienennyksen muoto, jota kuvion 4 käyrä 42 kuvaa, on edullinen järjestelmän aaltopituuksille noin 1300 nm. Matalan dispersion toimintaa varten laajalla alueella aaltopituuksia tulisi aaltoputkidispersio-käyrän olla nollassa aaltopituudella lähellä materiaalidispersiokäyrän 50 vastaavaa. Valitsemalla tarkoituksenmukaisesti sydämen indeksinpienennysominaisuudet ja kuidun Δ-arvo voidaan materiaalidispersio käytännöllisesti kokonaan tasapainottaa laajalla alueella aaltopituuksia.

Kuvion 5 käyrät 52 ja 54 ovat optisten aaltoputkikuitujen dis-persiokäyriä, joilla aaltoputkilla on sydämen indeksi muotoiltu vastaamaan kuvion 4 käyrää 42. Kuidun kuorienoletetaan olevan

II

9 81664 kvartsia, ja Δ-arvot käyrille 52 ja 54 ovat 1,0 % ja vastaavasti 1,3 %. Materiaalidispersio on nolla noin 1300 nm aaltopituudella. Aaltoputkidispersion nollakohta voidaan myös sovittaa 1300 nm kohdalle valitsemalla tarkoituksenmukaisesti kuidun V-arvo. Vaikka käyrillä 52 ja 54 on verraten jyrkkä kaltevuus, mikä on käyttökelpoinen ominaisuus materiaalidispersion tasapainottamiseksi erittäin laajoilla aaltopituusalueilla, voivat Δ-arvot 1,0 % ja 1,3 % olla liian suuria joillekin järjestelmille. Esimerkiksi saattaa suuri määrä seosteainetta, jota tarvitaan aikaansaamaan Δ-arvoja yli 1,0 %, nykyisin käytettävien materiaalien kanssa lisätä häviöitä niin suuriin arvoihin, että niitä ei voi hyväksyä.

Käyrä 56 on toisen kuidun dispersiokäyrä, jonka kuidun sydämen indeksin konstruktiota kuvion 4 käyrä 42 esittää, jossa Δ on 0,5 %. Kuten alla yksityiskohtaisemmin selostetaan, on tämän kuidun nolladispersioaaltopituus 1305 nm ja leikkaus-aaltopituus 1120 nm. Koska käyrän 56 kaltevuus ei ole yhtä suuri kuin käyrän 54, ei käyrän 56 kuvaama kuitu voi tarjota matalan dispersion toimintaa yhtä laajalla alueella aaltopituuksia. Käyrän 56 kuitu on kuitenkin käyttökelpoisempi, koska se voi johtaa pienempään järjestelmän vaimennukseen ja sydämen suurempaan kokoon samoin kuin erittäin hyviin dispersio-ominaisuuksiin.

Käyrät 58 ja 60, jotka edustavat sellaisten kuitujen aalto-putkidispersiota, joilla kuiduilla on profiili a = 1, on otettu mukaan vertailun vuoksi. Käyrien 58 ja 60 edustamien kuitujen Δ-arvot ovat 1,0 % ja vastaavasti 1,3 %. Voidaan nähdä, että aaltoputkidispersiokäyrän nolladispersiokohta osuu noin 1300 nm kohdalle tämäntyyppisellä kuidulla vain, jos Δ tehdään niin pieneksi, ettei sitä voi hyväksyä.

Kuviossa 6 osoittavat käyrät 64 ja 64', jotka ovat kuvion 5 käyrien 50 ja 50’ materiaalidispersiokäyrien toisinto, sitä ίο 8168 4 tosiasiaa, että tarvitaan suuri aaltoputkidispersio nolla-dispersiotoimintaa varten noin 1500 nm tai pitemmillä aaltopituuksilla. Käyrät 70 ja 72 vastaavat kuituja, joiden in-deksiprofiili on a = 1 ja Δ-arvot 1,0 % ja vastaavasti 1,3 %. Käyrät 66 ja 68 edustavat kuituja, jotka vastaavat kuvion 4 käyrää 44 ja joilla on Δ-arvot 1,0 % ja vastaavasti 1,3 %.

Käyrää 66 vastaava kuitu tarjoaisi nolladispersiotoimintaa noin 1550 nm aaltopituudella. Voidaan nähdä, ettei voitaisi tehdä käytännön järjestelmää toimimaan aaltopituudella 1550 nm käyttäen käyrien 70 ja 72 mukaisia kuituja, koska Δ-arvon tulisi olla suurempi kuin 1,3 %.

Kuvioiden 4-6 piirroksia voidaan toteuttaa lukuisilla eri tavoilla, mikäli tuntee tekniikat. Annettua kuidun taittoin-deksiprofiilia vastaavat aaltoyhtälöt voidaan ratkaista käyttäen tekniikoita, joita on esitetty julkaisuissa: C. Yeh et ai. "Computing the Propagation Characteristics of Radially Stratified Fibers: an Efficient Method", Applied Optics, Vol 16, 1977, sivut 483-493 ja L.G. Cohen et al. "Correlation between Numerical Predictions and Measurements of Single-Mode Fiber Dispersion Characteristics", Applied Optics, Vol. 19, 1980, sivut 2007-2010. Vaihtoehtoisesti voidaan valmistaa kuitu ja mitata dispersio käyttäen tekniikoita, joita on esitetty julkaisuissa: L.G. Cohen et ai. "A Universal Fiber Optic (UFO) Measurement System Based on a Near IR Fiber Raunan Laser", IEEE Journal of Quantum Mechanics, Voi. QE-14, 1978, sivu 855 ja C. Lin et al. "Pulse Delay Measurements in the Zero-Material Dispersion Region for Germanium and Phosphorous Doped Silica Fibers", Electronics Letters, Vol. 14, 1978, sivut 170-172.

Optiset aaltoputkikuidut, joilla on esillä olevan keksinnön mukaisia indeksiprofiileja, voidaan valmistaa tavanomaisilla höyrystysprosesseilla. Esitetään teoreettinen esimerkki kuvaamaan kuidun valmistusmenetelmää, joka kuitu sovitetaan toimimaan 1315 nm aaltopituudella. Voidaan käyttää valmistusmenetelmää, jota on selostettu US-patenttijulkaisussa 4 217 027. Viitataan kuvioihin 1 ja 2 niiden eri kerrosten

II

li 81684 selostamiseksi/ joita sovitetaan muodostettaessa aihiota, ottaen huomioon, että kuvio 1 on lopullisen kuidun poikkileikkauksen kuvanto. Käytetään yhteensulatettua kvartsi-putkea perusputkena, joka muodostaa ulomman kuorikerroksen 18. Kerros 18 voi toimia kuorikerroksena, jonka indeksi on mutta suositellaan, että käytetään kerrosta 16, jonka taittoindeksi n2 on pienempi kuin kerroksen 18, jotta tarvittaisiin pienempää seosaineväkevyyttä sydämessä annetun Δ-arvon aikaansaamiseksi. Tämä johtaa pienempään materiaa-lidispersioon, joten tulee helpommaksi aikaansaada λ -arvo, joka on yhtä kuin tai pienempi kuin noin 1315 nm. Kerros 16 voi käsittää kvartsia seostettuna noin 1 mooliprosentilla fluoria. Kerrokseen 16 voidaan lisätä aina 1,0 mooliprosent-tiin saakka P20,_ kerroksen pehmenanislämpötilapisteen alentamiseksi, parantaen täten prosessin mukavuutta. Sydämen ulompi alue 12 tehdään sovittamalla kerros kvartsia, johon on seostettu noin 3 mooliprosenttia Ge02, kerroksen 16 sisäpinnalle. Indeksinpie-nennyskerros 14 tehdään sovittamalla kerros kvartsia, johon on seostettu noin 1,7 mooliprosenttia fluoria. Lopuksi tehdään keskeinen sydämen alue 10 sovittamalla vielä kerros kvartsia, johon on seostettu noin 3 mooliprosenttia GeO^·

Aihio sulatetaan kokoon ja vedetään optiseksi aaltoputkikui-duksi, jolla on seuraavat ominaisuudet. Sydämen säde on 6,2 yum. Pienemmän taittoindeksin kerroksen 14 ulompi läpimitta on 5,6 yum ja sisäläpimitta on 3,6 ^um. Alue 16 kuorimateriaa-lista pienemmällä indeksillä tulisi olla säteeltään suurempi kuin noin 15 ^um. Taittoindeksit n^ n2 ja n3 ovat 1,463, 1,456 ja vastaavasti 1,4508. Normalisoidun taajuuden katkaisuarvo Vc on noin 5,0, ja katkaisuaaltopituus Xc on noin 1115 nm. Suhteellinen taittoindeksiero Δ on 0,5 %. Pistekoko wQ on noin 3,7 yUm. Tämän kuidun aaltoputkidispersio-ominaisuudet kuvataan kuvion 5 käyrällä 56. On huomioitava, että sydämen säde 6,2 yum on lähes kaksi kertaa niin suuri kuin vastaavan askel-indeksikuidun, jolla ei ole sydämessä indeksinpienennystä.

Claims (8)

12 81684

1. Yksimuotoinen optinen aaltoputkikuitu käsittäen sydämen läpinäkyvää materiaalia, jolla on maksimitaittoindeksi n^ ja säde a, sekä kerroksen läpinäkyvää kuorimateriaalia mainitun sydämen ulkopinnalla, jonka mainitun kuoren taittoindeksi n2 on pienempi kuin n^, tunnettu siitä, että mainittu sydän sisältää alueen (14) pienennetyllä taittoindeksillä, jonka mainitun alueen (14) sisäsäde a^ on suurempi kuin nolla ja mainitun pienennettyä taittoindeksiä olevan alueen (14) suurin säde on pienempi kuin a.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen optinen aaltoputkikuitu, tunnettu siitä, että suure (n^-n2 )/(^-^) ei ole suurempi kuin 2,0, jossa ng on mainitun sydämen pienennettyä taittoindeksiä olevan alueen (14) pienin taittoindeksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen optinen aaltoputkikuitu, tunnettu siitä, että mainitulla sydämellä on käytännöllisesti katsoen sama taittoindeksi alueissa (10) ja vastaavasti (12), joissa säde on välillä nolla ja a^ ja välillä aQ ja a.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen optinen aaltoputkikuitu, tunnettu siitä, että mainitun sydämen mainittujen sisemmän (10) ja ulomman (12) alueen taittoindeksi on säteensuuntai-sesti epähomogeeninen.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen optinen aaltoputkikuitu, tunnettu siitä, että sisemmän (10) ja ulomman (12) alueen taittoindeksi muuttuu yhtälön n(r) = n^ [l-A(r/a)a] mukaisesti, jossa a on parametri välillä nolla ja ääretön.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen yksimuotoinen optinen aaltoputkikuitu, tunnettu siitä, että mainitulla pienennetyn taittoindeksin alueella on minimitaittoindeksi ηβ ja se 13 81604 jakaa sydämen keskellä sijaitsevaksi alueeksi, jonka maksi-mitaittoindeksi on n^, sekä rengasmaiseksi alueeksi, jonka taittoindeksi on suurempi kuin Π0, mainitun keskellä sijaitsevan alueen taittoindeksin pienentyessä säteen kasvaessa, mainitun kuorimateriaalin taittoindeksin ollessa ri2, joka on vähemmän kuin toisen rengasmaisen alueen taittoindeksi, suhteen (^-^)/(^-^) ollessa pienempi tai yhtä suuri kuin 2.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen yksimuotoinen optinen aaltoputkikuitu, tunnettu siitä, että mainittu kuorikerros käsittää pienennetyn taittoindeksin r\2' alueen mainitun toisen rengasmaisen alueen vieressä, jolloin n2' on pienempi kuin n2·

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen yksimuotoinen optinen aaltoputkikuitu, tunnettu siitä, että mainittu pienennetyn taittoindeksin omaava alue jakaa sydämen sisempään alueeseen, jonka maksimitaittoindeksi on n^ ja ulompaan alueeseen, jonka taittoindeksi on pienempi kuin n^, mainitun kuorikerroksen käsittäessä ulomman alueen, jonka taittoindeksi on nj^Qj-i ollen pienempi kuin sydämen ulomman alueen taittoindeksi ja alueella sydämen ja kuoren välissä on taittoindeksi n2, joka on pienempi kuin η^ΟΓ^, mainitun pienennetyn taittoindeksin omaavan alueen taittoindeksin n0 ollessa pienempi kuin n2>