NL1018338C2 - Optische vezel. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Optische vezel.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een optische vezel, hoofdzakelijk samengesteld uit silicaglas, omvattende 5 i) een binnenkern die een eerste brekingsindex nl en een eerste diameter a bezit, ii) een buitenkern gelegen rond de buitenomtrek van de binnenkern en die een tweede brekingsindex n2 en een tweede diameter b bezit, en 10 iii) een mantellaag gelegen rond de buitenomtrek van de buitenkern, welke mantellaag een derde brekingsindex n3 bezit, waarbij geldt nl> n2 >n3.

De Europese octrooiaanvrage 0 249 230 heeft betrekking op een single mode optische vezel die een nul-dispersiegolflengte in het 15 golflengtegebied van 1500 nm-1600 nm bezit, welke optische vezel een kern, bestaande uit een binnenkern van Ge02-Si02 of Ge02-F-Si02 en een buitenkern van F-Si02, en een mantellaag, bestaande uit F-Si02, omvat.

Het Amerikaans octrooi schrift 5.848.215 heeft betrekking op een optische vezel waarbij de chromatische dispersie voor de beoogde 20 golflengte van 1550 nm van optische communicatiesignalen nul wordt over de volledige vezel!engte door het verhogen of verlagen van het relatieve brekingsindexverschil van de optische vezel en de straal van de kern in dezelfde richting.

Een dergelijke optische vezel is verder ook bekend uit de 25 Europese octrooiaanvrage 0 785 448, welke vezel bij voorkeur aan een aantal randvoorwaarden moet voldoen, in het bijzonder a/b<0,20 en b>15 micrometer. Een dergelijke vezel bezit de zero-dispersie golflengte hiervan binnen het gebied van ten. minste 1560 nm. maar niet groter dan 1600 nm, welke waarde enigszins is verschoven ten opzichte van de 30 golflengte van het signaallicht (1,5 micrometer). De daaruit bekende optische vezel bezit bovendien een MFD-waarde van niet kleiner dan 8,0 1018338 ï 2 micrometer om de optische vermogensdichtheid te doen verlagen zonder het hierbij verlagen van de signaal-intensiteit als geheel. Daarnaast bezit de daaruit bekende optische vezel een zogenaamde cut off-golflengte van ten minste 1,0 micrometer maar niet langer dan 1,8 micrometer indien de 5 lengte hiervan 2 m bedraagt. Bovendien laten alle in de Europese octrooiaanvrage 0 785 448 genoemde voorbeelden een zogenaamde nul dispersie zien die hoger ligt dan 1550 nm, hetgeen verwijst naar negatieve dispersievezels. Geen melding wordt gemaakt van buigingsverliezen.

10 Volgens de gebruikelijke wijze wordt een optische vezel met een vooraf bepaalde uitwendige diameter vervaardigd door het verwarmen van een uiteinde van een staafvormig vormdeel en vervolgens uit het verweekte uiteinde hiervan trekken van de optische vezel. In een aldus vervaardigde optische vezel zal echter de dwarsdoorsnede van het kerndeel 15 en de omringende lagen hiervan een enigszins elipse-achtige of verstoorde cirkel vormige vorm bezitten waardoor het lastig is om een perfect cirkel vormige concentrische vorm te verkrijgen. Dienovereenkomstig is de brekingsindexverdeling van de aldus verkregen optische vezel in de diameterrichting hiervan niet perfect concentrisch waardoor de zogenaamde 20 pol arisatie-mode dispersie (PMD) wordt verhoogd. Aldus verwijst de "polarisatie-mode dispersie" naar een dispersie die optreedt ten gevolge van een verschil in snelheid tussen twee polarisaties die ortogonaal ten opzichte van elkaar zijn in een dwarsdoorsnededeel van een optische vezel. De invloed van de hiervoor genoemde polarisatie-mode dispersie is 25 groot indien dergelijke optische vezels voor transport over lange afstand worden toegepast waarbij transmissie met een grote capaciteit over een lange afstand is gewenst. Bovendien is de invloed van de polarisatie-mode dispersie bij hoge transmissiesnelheden per kanaal aanzienlijk.

Sinds enige tijd zijn optische vezels in gebruik die worden 30 toegepast in het transmissie window bij 1550 nm. Deze zogenaamde dispersion shifted fibers (DSF) maken gebruik van het intrinsiek lage 1018338 3 dempingsniveau van de vezel bij golflengtes in de zogenaamde C-band (1530-1565 nm) en beschikken daarnaast over een verschoven O-dispersie in de C-band om verbreding van de transmissiepuls ten gevolge van "chirping" tegen te gaan. Voor het verhogen van de capaciteit van een glasvezel 5 wordt in het algemeen gebruik gemaakt van Wavelength Devision

Multiplexing (WDM), waarbij meerdere golflengten in hetzelfde transmissiewindow worden verwerkt om simultaan data te versturen over een glasvezel. Bij gebruikmaking van WDM en hoge transmissiesnelheden kunnen zogenaamde niet-lineaire effecten de transmissiecapaciteit nadelig 10 beïnvloeden. Deze niet-lineaire effecten zijn Four Waving Mixing (FWM),

Selph Phase Modulation (SPM), Cross Phase Modulation (XPM) en Parametric Gain (PG). Omdat FWM vooral optreedt bij een dispersie van 0 of dicht bij nul hebben de bekende WDM vezels een van 0 afwijkende lage dispersie in de C-band. SPM wordt tegengegaan door het verhogen van het effectieve 15 oppervlak van de vezel. Hierdoor wordt de intensiteit van het te transporteren licht in de vezel verminderd. Een nadeel van het verhogen van het effectieve oppervlak is dat de dispersiehelling van de vezel toeneemt. Hierdoor wordt de toepassing van de vezel aan de randen van het transmissiegebied beperkt door een te hoge dispersie of een te lage 20 dispersie. Dit levert een forse beperking op voor het gebruik van deze vezels in transmissiegebieden buiten de C-band welke gebieden in de belangstelling staan om de transmissiecapaciteit van een enkele vezel nog verder te vergroten, zoals de L-band (1565-1625 nm) of S-band (1440-1530 nm). Oplossingen voor de trade-off tussen dispersiehelling en 25 effectief oppervlak worden aldus gezocht in profielen waarbij het centrale deel van de licht geleidende kern een lagere brekingsindex heeft, vaak in combinatie met een indexring in de cladding. Dergelijke profielen zijn echter vanwege de vele te beheersen geometrische eigenschappen moeilijk reproduceerbaar en met voldoende opbrengst te 30 produceren. Ook neemt het risico van afwijkingen in de cirkel symmetrie toe, hetgeen een nadelig effect vertoont op de Polarisatie Mode Dispersie 1018338 4 (PMD). Daarnaast is het moeilijk om de buigingsverliezen die een rol spelen als een vezel wordt geïnstalleerd, voldoende laag te houden bij dergelijke profielen.

Het doel van de onderhavige uitvinding is aldus het 5 verschaffen van een vezel die beschikt over een goed reproduceerbaar te vervaardigen profiel, welke vezel in het bijzonder geschikt is voor WDM-toepassingen.

De uitvinding, zoals vermeld in de aanhef, wordt door de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat de optische vezel een nul-10 dispersiegolflengte kleiner dan 1500 nm bezit en aan de volgende voorwaarden voldoet: 0,2 < a/b < 0,55 15 0,05 < D2/D1 < 0,3 waarin geldt: 20 D2 = ((n2-n0)/n2)*100%

Dl = ((nl-n0)/nl)*100% nO = brekingsindexwaarde ongedoteerd silicaglas nl = brekingsindexwaarde gedoteerde binnenkern n2 = brekingsindexwaarde gedoteerde buitenkern.

25

Door het geschikt kiezen van zowel de verhouding a/b als de verhouding D2/D1 wordt een optische vezel verkregen die in het bijzonder geschikt is voor WDM-toepassingen. Een dergelijk profiel heeft 30 als voordeel dat het potentieel minder gevoelig is voor PMD en macrobending, waarbij het, indien gewenst, mogelijk is door middel van 1018338 5 doteringen de gevoeligheid voor PMD verder te verlagen.

Het in de onderhavige aanvrage van toepassing zijnde profiel is gedefinieerd door de parameters zoals hiervoor vermeld. Hierbij kan nog worden vermeld dat de brekingsindexwaarde in het gebied 5 met diameter a een constante waarde kan bezitten waarbij het echter in een bepaalde uitvoeringsvorm gewenst is dat de brekingsindexwaarde in het gebied met diameter a een maximum bezit rondom de centrale symmetrie-as, welke maximumwaarde in de richting naar de buitenkern nagenoeg lineair afneemt tot een waarde n,1, waarbij geldt ^ > n/ > n2. In een bepaalde 10 uitvoeringsvorm is het tevens gewenst dat de brekingsindexwaarde in het gebied met diameter a een maximumwaarde bezit rondom de centrale symmetrie-as, welke maximumwaarde in de richting naar de buitenkern nagenoeg lineair afneemt tot de waarde n2. Verder is in bepaalde omstandigheden een uitvoeringsvorm gewenst waarbij de brekingsindexwaarde 15 nj over een gebied met een diameter a' rond de centrale symmetrie-as nagenoeg constant is, welke brekingsindexwaarde vervolgens nagenoeg lineair afneemt in de richting van de buitenkern over een afstand van a tot een waarde n/ waarbij geldt a1 < a < b en ^ > n/ > n2. Bovendien is een bijzondere uitvoeringsvorm gewenst waarbij in een gebied rond de 20 centrale symmetrie-as met diameter a' de brekingsindexwaarde constant is, welke brekingsindexwaarde in de richting van de buitenkern over een afstand van a nagenoeg lineair afneemt naar een waarde van n2, waarbij geldt a' < a < b en n, > n2.

De onderhavige optische vezel bezit een zogenaamd dual 25 shape core profiel waarbij de kern bestaat uit een centraal deel met een hoge brekingsindexwaarde, met aangrenzend daaromheen een ring met een lagere brekingsindex. De brekingsindexwaarden van de kern en de aangrenzend daaromheen liggende ring zijn hoger dan die van de mantel!aag, welke mantellaag de ring omhult. De brekingsindexverhoging 30 van de kern ten opzichte van de omringende lagen wordt veroorzaakt door de silica-kern te doteren met Ge02. In een bijzondere uitvoeringsvorm 1018333 6 wordt zowel de kern als een deel van de kern omringende binnenkern gedoteerd met fluor.

Het verdient met name de voorkeur dat de onderhavige optische vezel verder voldoet aan de voorwaarde: 5 2 ps/(nm.km) < = dispersie bij 1550 nm < =10 ps/(nm.km)

Het niet-1ineaire effect FWM neemt sterk toe als de dispersie van de optische vezel een waarde 0 nadert. Omdat het in een 10 transmissiesysteem erg moeilijk is te compenseren voor dergelijke niet-lineaire effecten is het gewenst dat de dispersie zich binnen het hiervoor genoemde gebied bevindt.

In een bijzondere uitvoeringsvorm verdient het verder de voorkeur dat de onderhavige optische vezel verder voldoet aan de 15 voorwaarde: dispersiehelling bij 1550 nm < = 0,095 ps/(nm2.km).

Een dispersiehelling die aan de hiervoor genoemde 20 voorwaarde voldoet is met name gewenst omdat een te hoge helling tot gevolg heeft dat de dispersie aan de rand van de transmissieband sterk afwijkt van die in het midden daarvan. Een dergelijk verschil in dispersie is bovendien in een transmissiesysteem moeilijk en slechts tegen extra hoge kosten te compenseren, waardoor derhalve de hiervoor 25 genoemde waarde voor de dispersiehelling gewenst is.

In een bijzondere uitvoeringsvorm is het verder gewenst dat de onderhavige optische vezel verder voldoet aan de voorwaarde: 7,5 < = MFD < = 9,5 30

Indien de modevelddiameter (MFD) lager dan 7,5 is, neemt 1018338 7 de lichtintensiteit in de optische vezel toe, hetgeen tot gevolg heeft dat de optische vezel nadeel zal ondervinden van het ongewenste niet- lineaire effect SPM. Indien echter de modevelddiameter hoger dan 9,5 is, zullen problemen met de dispersiehelling, welke waarde ook hoger wordt, 5 ontstaan, hetgeen aldus ongewenst is.

In een andere de voorkeur verdienende uitvoeringsvorm verdient het met name de voorkeur dat de optische vezel verder voldoet aan de voorwaarde: 10 afsnijgolflengte < 1450 nm

In een bijzondere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is de binnenkern en een deel van de buitenkern voorzien van een fluordotering. Een dergelijke wijze van dotering maakt het mogelijk 15 dat de cirkel vormige symmetrie van de vezel reproduceerbaar in stand is te houden omdat het collapseproces, waarbij de holle staaf wordt omgevormd tot een massieve staaf, beter beheersbaar is.

Het verdient met name de voorkeur dat de onderhavige optische vezel op de mantellaag is voorzien van één of meer aanvullende 20 lagen, waarbij de E-modulus van de eerste aanvullende laag lager is dan 5 MPA bij een temperatuur van 20 ° C en die van de tweede aanvullende laag hoger is dan 500 MPA.

Dergelijke vezels blijken bijzondere goede macrobendingeigenschappen te bezitten, welke eigenschappen pas 25 waarneembaar zijn indien ten minste 100 bindingen op een trommel met een diameter van 30 mm worden aangebracht. De experimenteel vastgestelde macrobending-waarden bij 100 bindingen op een dergelijke trommel zijn lager dan 10 dB/km.

De onderhavige uitvinding zal hierna aan de hand van een 30 aantal figuren worden toegelicht, welke figuren echter geen beperking op de beschermingsomvang vormen.

1018338 8

Figuren 1-6 zijn brekingsindexprofielen volgens de onderhavige uitvinding.

In Figuur 1 is een stapsgewijs brekingsindexprofiel van de onderhavige optische vezel schematisch weergegeven, waarbij de 5 brekingsindex in de binnenkern met diameter a over de volledige afstand hiervan nagenoeg constant is.

In Figuur 2 bezit de binnenkern een maximale brekingsindexwaarde rond de centrale symmetrie-as, welke maximale brekingsindex in de richting naar de buitenkern afneemt tot een waarde 10 n/, waarbij geldt nj > n^ > n2.

In Figuur 3 bezit de binnenkern een maximale brekingsindexwaarde rond de centrale symmetrie-as, welke maximale brekingsindexwaarde n, in een gebied vanaf de centrale symmetrie-as in de richting van de buitenkern afneemt naar n2.

15 In Figuur 4 bezit de binnenkern een maximale brekingsindexwaarde, gesitueerd rond de centrale symmetrie-as met een diameter a'. Deze maximale brekingsindexwaarde nj neemt vervolgens in de richting van de buitenkern tot de diameter a af tot een waarde η/, waarbij geldt a1 < a < b en ^ > n,1 > n2.

20 In Figuur 5 is een brekingsindexprofiel weergegeven, waarbij de binnenkern in een gebied rond de centrale symmetrie-as een maximale brekingsindexwaarde bezit, welk gebied een diameter a' bezit. De maximale brekingsindexwaarde nx neemt in de richting van de buitenkern over een diameter a af naar een waarde n2, waarbij geldt ^ > n2, 25 a' < a < b.

1018338

Claims (7)

1. Optische vezel, hoofdzakelijk samengesteld uit silicaglas, omvattende 5 i) een binnenkern die een eerste brekingsindex nl en een eerste diameter a bezit ii) een buitenkern gelegen rond de buitenomtrek van de binnenkern en die een tweede brekingsindex n2 en een tweede diameter b bezit, en 10 iii) een mantel laag gelegen rond de buitenomtrek van de buitenkern, welke mantellaag een derde brekingsindex n3 bezit, waarbij geldt nl>n2>n3, met het kenmerk, dat de optische vezel een nul-dispersiegolflengte kleiner dan 1500 nm bezit en aan de volgende voorwaarden voldoet: 15 0,2 < a/b < 0,55 0,05 < D2/D1 < 0,3 20 waarin geldt: D2 = ((n2-n0)/n2)*100% Dl = ((nl-n0)/nl)*100% nO = brekingsindexwaarde ongedoteerd silicaglas 25 nl = brekingsindexwaarde gedoteerde binnenkern n2 = brekingsindexwaarde gedoteerde buitenkern.

2. Optische vezel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de optische vezel verder voldoet aan de voorwaarde: 2 ps/(nm.km)< = dispersie bij 1550 nm < =10 ps/(nm.km). 30 1018338

3. Optische vezel volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de optische vezel verder voldoet aan de voorwaarde: dispersiehel1ing bij 1550 nm < =0,095 ps/(nm2.km) 5

4. Optische vezel volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de optische vezel verder voldoet aan de voorwaarde: 7,5 < = MFD < =9,5

5. Optische vezel volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de optische vezel voldoet aan de voorwaarde: afsnijgolflengte < 1450 nm 15

6. Optische vezel volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat een deel van de mantellaag is voorzien van een dotering van fluor, welk gedoteerde deel van de mantellaag direct tegen de buitenomtrek van de buitenkern is gelegen.

7. Optische vezel volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat zich op de mantellaag één of meer aanvullende lagen bevinden, waarbij de E-modulus van de eerste aanvullende laag lager is dan 5 MPa bij 20 ’ C en die van de tweede mantellaag hoger is dan 500 MPa. 1018338