FI94185B - Valoaaltojohdin - Google Patents

Description

94185

Valoaaltoj ohdin

Esillä olevan keksinnön kohteena on valoaaltojohdin varustettuna sydänosalla ja vaipalla, tämän vaipan taite-5 kertoimen vähentyessä sen sisäalueella.

Tällainen taitekertoimen vähentyminen vaipan sisäalueella mahdollistaa sydänosan taitekertoimen lisäämisen sydänosan vähäisemmällä seostuksella. Vähäisemmän sydän-osaseostuksen yhteydessä myös perusaaltohäviöt ovat alhai-10 semmat sydänosassa, ja kuidut johtavat perusaallon pienemmällä kokonaisvaimennuksella.

Perusaaltovaimennus voi lisääntyä käyrissä kuitu-osissa, joissa perusaaltoteho kanavoituu taitekertoimel-taan pienemmän vaippa-alueen kautta ulkoiseen vaippaosaan 15 ja säteilee hukkaan. On siten käytännössä sangen tärkeää löytää mahdollisuuksia ja keinoja tällä taitekertoimeltaan pienemmällä sisävaippa-alueella olevien käyrien kuitujen säteilyherkkyyden vähentämiseksi.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tarjota 20 käyttöön vaippataitekertoimeltaan pienempi valoaaltojohdin, jonka yhteydessä valoaaltojohtimien käyrien osien aiheuttamat häiriöt tulevat ainakin suurin piirtein vähennetyiksi. Tämä tarkoitus saavutetaan kuvatunlaisen puoli-johtimen yhteydessä keksinnön mukaisesti patenttivaatimuk-* 25 sen 1 tunnusmerkillisen osan avulla.

Seuraavassa selostetaan keksinnön erästä sovellu-tusmuotoa.

Kuvion 1 mukaisessa sovellutusesimerkissä valoaal-tojohdin käsittää kaksi sydänaluetta ja sekä kaksi ; 30 vaippa-aluetta M1 ja M2. Mainituilla alueilla on erilaiset taitekertoimet. Sydänalueissa ja K2 esiintyy kaksiportainen taitekertoimen muutos. Sydänalue K^, joka sijaitsee symmetrisesti puoliaaltojohtimen keskilinjan m suhteen ja jonka läpimitta on 2*aQ, on taitekertoimeltaan suurin, 2 94185 tämän taitekertoimen ollessa kuvionssa 1 käytettyjen tai-tekerroinsuureiden mukaisesti suureiden A3 + ^ verran vaippa-alueen Mj taitekerrointa suurempi.

Sisäiseen sydänalueeseen Kj liittyy sydänalue K2, 5 jonka taitekerroin on sydänalueen Kj taitekertointa alhaisempi ja suureen verran vaippa-alueen Mj taitekerrointa suurempi. Sydänalueen K2 paksuus on a^ - aQ ja sen etäisyys valoaaltojohtimen keskilinjasta m on suuruudeltaan ao· Kuvion 1 mukaisessa sovellutusmuodossa sydänalueen Kj 10 taitekerroin on vakio. Sydänalueeseen Kj liittyvässä sy-dänalueessa palautuu sisävaipan Mj taitekertoimeen verrattuna suureiden Δ3 + ^ (sydänalueella Kj) verran suurempi taitekerroin taitekerroineroon a_·

Taitekerroin pysyy vakiona myös sydänalueella K2· 15 Sydänalueeseen K2 liittyy vaippa vaippa-alueineen

Mj ja M2· Vaippa-alueen Mj taitekerroinero on suuruudeltaan A3 vaippa-alueeseen M2 verrattuna. Koska vaippa sisältää taitekertoimeltaan alhaisemman alueen Mj, sanotaan vaipalla olevan alhaisemman taitekertoimen. Vaippa-alueen 20 Mj paksuus on a2 - aj.

Kuvion 1 mukaista taitekerroinprofiilia voidaan käyttää matemaattisena mallina yksitoimista kuitua varten. Sydämen ensimmäinen alue Kj (O - aQ) seostetaan esimerkiksi germaniumilla, jolloin sen taitekerroin lisääntyy. Sy-25 dämen toinen alue K2 (aQ - aj) seostetaan esimerkiksi germaniumilla tai fluorilla sen mukaisesti, onko epäyhtälön A > Δ3 vai Δ_<Δ3 oltava voimassa, jolloin ^3 merkitsee suhteellista taitekerroineroa ulkovaipan (M2) suhteen ja A suhteellista taitekerroineroa sydämen toisen alueen 30 (K2) ja sisävaipan (Mj) välillä. Sisävaippa (Mj) seoste- : taan fluorilla ja siten sen taitekerroin vähenee. Ulko- vaippa (M2) käsittää puhtaan kvartsilasin. Sydämen säde- suhde R ja taitekerroinsuhde R saadaan seuraavista kaa- a J Δ voista: 35 Ra - Vao (1) 3 94185 ja = Δ_ / (Δι + Δ3) (^)

Kuvio 2 esittää makrokäyryyshäviöitä arvolla Π = 5 1,55 μιη funktiona suureesta R^, suureen Ra ollessa para metrina pistesädettä WQ = 5,05 pm varten aallonpituudella Π = 1,55 pm ja dispersiominimin aallonpituudella = 1,305 pm. Perusaallon pistesäde WQ saadaan kaavasta: 10 WQ2 = 2*0 int * r3E2(r)dr/0 int « rE2(r)dr (3) jossa E(r) merkitsee perusaaltoaluetta kuidun keskilinjasta m mitatun etäisyyden r funktiona. Makrokäyryyshäviöt lasketaan 4,5 cm suuruista käyryyssädettä varten. Kuviosta 15 2 voidaan todeta, että molempia pistesäteitä, so. samoja jatkoshäviöitä, varten ovat käyryyshäviöt sydämen kaksi-vaiheprofiililla varustetun kuidun yhteydessä pienempiä kuin yksinkertaisella vaiheprofiililla varustetussa kuidussa. Arvoilla R * 1,5 ja R^ 0,3 ovat makrokäyryyshä-20 viöt vain 1/30 vastaavista häviöistä arvojen = 1 tai R = 1 yhteydessä. Pieniä käyryyshäviöitä saavutetaan alueella 0,2sR £0,4.

Δ

Kuvio 3 esittää makrokäyryyshäviöitä arvolla Π * 1,55 pm funktiona käyryyssäteestä Rc yksinkertaisella , 25 ja kaksinkertaisella vaiheprofiililla varustettuja sydän- kuituja varten. Kuvion 2 tavoin säädetään tässäkin yhteydessä pistesäde WQ aallonpituudella Π - 1,55 pm ja disper-siominimi f)Q taas arvoihin 5,05 - 1,305 pm. Perusteena makrokäyryyshäviöiden vähentymiselle on perusaallon tehok-30 kaan taitekertoimen suureneminen sydämen toisen alueen . (K2^ johdosta. Makrokäyryyshäviöt määritetään pääasiassa perusaallon tehokkaan taitekertoimen ja ulkovaipan taitekertoimen välisen eron avulla.

Jatkoshäviöt ovat riippuvaisia pistesäteestä WQ ja 4 94Ί85 käyryyshäviöt pistesädeparametrista W , jolloin W saadaan 00 00 kaavasta: w„2 - 2Α2ηο<ηβ-ηο> (4) 5 Tällöin ne merkitsee perusaalloon tehokasta taitekerroin-ta, nQ ulkovaipan taitekerrointa ja k aaltokerrointa tyhjössä. Jatkos- ja käyryyshäviöiden pitämiseksi vähäisinä on suhteen W<o/Wo oltava mahdollisimman pieni.

Kuvio 4 esittää suhdetta W^/V^ aallonpituudella 10 n = 1,55 pm funktiona suureesta R , suureen R ollessa pa- Δ ® rametrina pistesädettä WQ = 5,05 pm varten aallonpituudella nQ = 1,305 pm. Samoin kuin kuviossa 2 lisääntyy suhde W^/V^ suureen R& pienentyessä. Suureen Ra vakioarvoa varten saadaan alueella 0,2<R^<0,4 minimaaliset suhteen 15 W /W arvot.

co o MCVD-menetelmän avulla tapahtuvan esimuovausval-mistuksen yksinkertaistamiseksi voidaan sydämen ulkoalueella oleva fluori- tai germaniumseostuksella varustettu kvartsilasi korvata myös puhtaalla kvartsilasilla. Ku-20 vio 5 esittää tämän kuitutyypin taitekerroinprofiilia. Dispersiominimin nQ aallonpituudet ja makrokäyryyshäviöt aallonpituudella Π = 1,55 pm arvoilla ^ =0/265 %/ Δ 2 = 0 %, Δ3 “ 0,098 % ja aQ = 4,0 pm varustettua kuitua varten saadaan kuvion 5 tai 6 tavoin suureen R funktiona.

a 25 Tämä kuitu sijaitsee arvolla R^= 0,27 alueella, jossa makrokäyryyshäviöt saavuttavat minimiarvot. Tällöin käyryys-säteeksi oletetaan 5 cm. Näiden kuvioiden perusteella voidaan myös tehdä se johtopäätös, että toinen sydänalue vähentää huomattavasti makrokäyryyshäviöitä ja samalla n 30 voi siirtyä.

; Vähentyneellä vaippataitekertoimella ja kaksivai- heprofiililla varustettu kuitu tarjoaa tärkeitä lisäetuja. Se kestää paljon paremmin määrättyjen parametrimuutosten vaihtelut kuin yksinkertaisella kuituprofiililla varustet-35 tu kuitu. Kuviot 7 ja 8 esittävät sydänsäteen a^ muutosten 5 94185 vaikutuksen LP^-aallon raja-aallonpituuteen tai vastaavasti dispersiokertoimiin kuvion 5 mukaista kuitua varten. Tällöin dispersiominimin 0Q aallonpituus säädetään suunnilleen arvoon 1,305 pm valitsemalla käyttöön vastaavat 5 sydänsäteet. Kuvioista voidaan havaita, että sydänsäde-vaihtelut vaikuttavat voimakkaammin yksinkertaisella vai-heprofiililla varustettuun sydänkuituun. Sydänsädevaihte-lut eivät vaikuta läheskään niin voimakkaasti vaippatai-tekertoimeltaan pienempään ja kaksivaiheprofiililla varus-10 tettuun sydänkuituun. Niinpä sydänsäteen 5-prosenttinen muutos muuttaa LP^-raja-aallonpituutta arvoa Ra = 1 pm varten 0,05 pm, mutta arvoa R = 1,5 varten vain 0,007 pm.

a

Vaippataitekertoimeltaan pienemmän ja kaksivaiheprofiililla varustetun sydänkuidun valmistukseen liittyvät tark-15 kuusvaatimukset siis pienenevät, jolloin tällainen kuitu voidaan valmistaa helpommin. Lisäksi pienemmällä vaippa-taitekertoimella ja kaksivaiheprofiililla varustetun sydänkuidun yhteydessä myös absorption ja hajonnan aiheuttamat vaimennushäviöt vähenevät sydämen ulkoalueella ta-20 pahtuvan kenttälaajenemisen perusteella.

# • ·

Claims (5)

94185

1. Valoaaltojohdin, jossa on sydänosa ja vaippa, jolloin sydänosalla on suuremman vakiotaitekertoimen omaa- 5 va sisäalue (K^) ja tämän ympärillä pienemmän vakiotaitekertoimen omaava alue (K2) ja jolloin sydänosaa ympäröi vielä alue (M^), jolla on vakiotaitekerroin, joka on koko valoaaltojohtimen poikkileikkauksen pienin taitekerroin, t u nn e t t u siitä, että sydänosa-alueiden a^/aQ sätei-10 den suhde Ra on 1,1-1,8, edullisesti 1,3-1,6, jolloin aQ on suuremman taitekertoimen omaavan sydänosa-alueen (Kj) säde ja a-^ on pienemmän taitekertoimen omaavan sydänosa-alueen (K2) säde.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valoaaltojohdin, 15 tunnettu siitä, että arvo = 0,1 - 0,7, jolloin R^ = Δ_/Δχ + Δ3), jolloin Δ_ merkitsee taitekerroineroa sydänosan keskimääräisen ja alhaisimman taitekertoimen välillä, Δχ taitekerroineroa sydänosan maksimaalisen taitekertoimen ja vaipan maksimaalisen taitekertoimen välillä 20 ja Δ3 taitekerroineroa vaipan maksimaalisen taitekertoimen ja sydänosan tai vastaavasti vaipan alhaisimman taitekertoimen välillä.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen valoaaltojohdin, tunnettu siitä, että arvo R^ = 0,2 - 0,4.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen valoaalto johdin, tunnettu siitä, että arvo Ron suunnilleen = 0,3.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen valoaaltojohdin, tunnettu siitä, että arvo Ra 30 on suunnilleen = 1,45. » 94185