NO155027B - Multikomponent optisk boelgeleder som har indeks-gradient. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en optisk bølgeleder

som har en kjerne med en radielt gradert refraksjonsindeks-

profil og en kledning som omgir kjernen og har lavere brytningsindeks enn kjernen.

Oppfinnelsen vedrører også fremgangsmåter for fremstilling av

slike bølgeledere.

Forplantningen av lysbølger i optiske bølgeledere styres av

fysiske lover tilsvarende de som styrer mikrobølgeforplant-

ning og kan derfor studeres i form av modi, hvor hver av disse har sin egen forplantning og elektromagnetiske felt-karakteristikker. Enkeltmodusbølgeledere er fordelaktige ved at de er istand til å forplante optiske signaler med meget liten spredning, men på grunn av den lave numeriske apertur og/eller lille kjernestørrelse av slike fibre, er det vanske-

lig på effektiv måte å innføre optiske signaler i disse bøl-geledere. Multimodusbølgeledere har større kjernediametre og/eller større numeriske aperturer enn enkeltmodusbølgelede-

re. Multimodusbølgeledere er derfor ofte det foretrukne medi-

um for transmisjonen av optiske signaler ettersom de effek-

tivt kan motta lys fra injeksjonslasere og ukoherente, bred-spektralbreddekilder, slik som lysemitterende dioder. Imid-

lertid forplanter tusenvis av modi seg i multimodusoptiske bølgeledere, hvor hver modus beveger seg med en noe forskjel-

lig gruppe-hastighet. En kort inngangspuls som deles i mange ledemodi, splittes således opp i en sekvens av pulser som an-kommer på utgangsenden av bølgelederen ved forskjellige tids-punkter. Denne type av pulsspredning er den dominante årsak til spredning i typiske multimodusoptiske bølgeledere.

Optiske bølgeledere bestod opprinnelig av et fiber av en

kjerne med jevn refraksjonsindeks omgitt av et lag av kledningsmateriale som hadde en mindre refraksjonsindeks enn den for kjernen. I denne type av tidligere kjente fibre, øker tiden som kreves for de forskjellige modi til å bevege seg en gitt langsgående distanse langs bølgeledere ettersom modusordenen øker. Forsinkelsesforstyrrelsen i et slikt

fiber, definert som forskjellen i tiden det tar for den hurtigste modus og den seneste modus å bevege seg over en gitt langsgående lengde, er meget stor.

Der er tilveiebragt optiske bølgeledere som har kjerner med radielt graderte indeksprofiler, og disse oppviser betydelig redusert gruppehastighetsforskjell blant modi, hvilket reduserer pulsspredning. Denne spredningsreduseringseffekt, som er beskrevet i en publikasjon av D. Gloge et al med tittel "Multimode Theory of Graded-Core Fibers", publisert i november 1973 av Bell System Technical Journal, sidene 1563 - 1578, anvender en radielt gradert kontinuerlig indeksprofil fra en maksimumsverdi ved midten av kjernen til en mindre verdi ved grenseskiktet mellom kjerne og kledning. Indeksfor-delingen i denne type av bølgeledere er gitt av ligningen:

hvor n er refraksjonsindeksen ved midten av kjernen, ^

2° 2 2

= (n c - n o )/2n c hvor n o er refraksjJons-

indeksen for fiberkjernen ved radius a, hvor a er kjernera-

dien, og hvorover en parameter med verdi nær 2.

Det ble opprinnelig tenkt at den parabolske profil hvor o^

er lik 2 ville gi en indeksgradient som ville minske spred-

ningen bevirket av gruppehastighetsforskjellene blant modie-

ne .

Den nevnte Gloge et al publikasjonen beskriver en ytterligere utvikling hvor en reduksjon i pulsspredning sies å være oppnådd hvis istedetfor at oC er lik 2, den er lik 2 - 2 l\ . Imidlertid ser den teori som vedrører indeksgradienter hvor øG er lik 2

eller 2 - 2 A bort fra effekter som innføres ved forskjeller mellom spredningegenskaper for kjernen og kledningssammensetninger.

US-patent 3 904 268 beskriver en gradient-indeks-optisk

bølgeleder hvor spredningsegenskapene for kjernen og kled-

ningen reduseres. Dette patent angir at den gradient-in-

deks-optiske bølgelederen med minimale forsinkelsesfor-skjeller blant modiene har en indeksprofil gitt av:

nc er refraksjonsindeksen ved midten av kjernen, nQ er refraksjonsindeksen for kjernen ved r = a, A = (nc^ - n <2>)/2n <2> og N = n -> dn /d A , idet d/d ?\ også kan uttrykkes som (d/dA ) >> =^0, idet

^\ er en bølgelengde i det a.ktuelle området.

Det som fremgår av US-patent 3904 268 gjelder uansett den anvendte glassammensetning, forutsatt at kjernerefraksjons-indeksen inngår i det foregående forhold over det spektralområde over hvilket kilden opererer. Teknikken i patentet er anvendbar for alle binære eller multikomponentglassdan-nende sammensetninger.

Artikkelen "Profile Synthesis in Multicomponent Glass Optical Fibers" av Kaminow og Presby Applied Optics 16. januar 1977 og US-patent 4 025 156 viser at ved riktig valg av glassammensetning, kan en optisk bølgeleder syntetiseres med redusert spredning over et område av bølgelengder, eller ved to eller flere bestemte bølgelengder.

US-patent 4 033 667 vedrører den lære som er gitt av Kaminow, Presby og Gloge hva angår hvordan en særlig sammensetning kan ha en jevn indeksprofil over et bølgelengdeområde .

Det er klart fra de nevnte eksempler i Kaminow-Presby artikkelen, US-patent 4 025 156 og US-patent 4 033 667 at deres oppfinnelse gjelder kun visse begrensede sammesetninger. Fig.

1 i artikkelen av Kaminow-Presby viser at P2°5 konsentrasjonen ved r = o må være 11.5 ganger større enn GeG^ konsentrasjon ved r = a for å oppnå redusert pulsspredning over et utvidet bølgelengdeområde. Selv om denne sammensetning er å foretrekke sett fra et spredningssynspunkt, er sammenset-

ningen uønsket når det gjelder viskositet, termisk utvidelse,

kjemisk hoébarhet og numerisk apertur.

De samme restriksjoner hva angår sammensetning gis av den

lære som fremgår av US-patent 4 025 156. I dette eksempel finnes at konsentrasjonen av GeG^ ved r = o må være åtte ganger mindre enn konsentrasjonen av B2°3 ved r = a-

Denne restriksjon i sammensetning gjør det umulig å konstru-

ere et optisk fiber uten andre viktige egenskaper slik som en høy numerisk apertur, god termisk utvidelse og viskositets-tilpasninger over fiberets diameter.

Bølgelengdeavhengigheten av pulsspredningen i optiske bølge-

ledere er en viktig faktor. En bølgeleder som tilveiebringer en liten pulsspredning ved flere forskjellige bølgelengder eller over et område av bølgelengder er overlegent en som tilveiebringer liten spredning ved eller nær en enkelt bølge-

lengde .

I US-patent 3 904 268 har bølgelederen generelt en minimal spredning ved eller nær en enkelt bølgelengde. Ved å velge profilformen av bølgelederen ifølge US-patent 3 904 268/ kan minimal spredning oppnås ved en hvilken som helst valgt enkel bølgelengde.

Imidlertid, som vist i fig. 4 i foreliggende søknad, er

spredningen betydelig større ved andre bølgelengder.

I betraktning av det foregående unngår den foreliggende opp-

finnelse de alvorlige restriksjoner i sammensetning som kre-

ves for å praktisere US-patent 4 025 156. Den er også en forbedring over US-patent 3 904 268 ved det at en grad ert-indeks-optisk bølgeleder tilveiebringes som har liten spred-

ning over et bølgelengdeområde eller ved to eller flere forskjellige bølgelengder, hvilken bølgeleder kan fremstilles av et bredt felt av mulige sammensetninger.

Nærmere bestemt og i overensstemmelse med oppfinnelsen tilveiebringes en optisk bølgeleder av den innledningsvis angitte art, hvilken bølgeleder er kjennetegnet ved de trekk som er angitt i patentkravene.

Anvendelsesmuligheten av den foreliggende oppfinnelse ville umiddelbart fremgå når man betrakter det faktum at installasjon av kommunikasjonskabler er meget kostbart.

Kostnaden av optiske bølgeledere er ganske liten sammenlig-net med denne installasjonskonstnad. De installerte kabler kan omfatte tidligere kjente bølgeledere som har minimum pulsspredning ved bølgelengden for kilder som for nærværende anvendes, typisk omkring 0.85 mikron. Senere kan kilder bli utviklet som er mer virkningsfulle ved andre bølgelengder.

Det ville være meget ønskelig å anvende bølgeledere av den type som i det følgende vil bli beskrevet nærmere, i kabler som for nærværende installeres, idet bølgelederne vil være istand til med liten spredning å operere over et bølgelengde-område eller to eller flere forskjellige bølgelengder. På denne måte kan man unngå kostnaden ved fremtidig installasjon av kabler med bølgeledere som er istand til å operere ved forskjellige bølgelengder.

Andre trekk, fordeler og formål ved den foreliggende oppfinnelse vil bedre fremgå av den etterfølgende beskrivelse i forbindelse med vedlagte tegninger. Fig. 1 viser et segment av bølgelederen ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser dens bruk i et optisk kommunikasjonssystem.

Fig. 3 viser en fremgangsmåte for fremstilling av bølgelederen. Fig. 4 viser kurven Cl som angir pulsspredning relativt bølge-lengde for en vanlig refraksjonsindeksprofil og kurven C2 viser den forbedrede pulsspredning relativt bølgelengde for en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 5 viser kurven AO som angir hvordan den optimaleot endrer seg som en funksjon av Ti for den enkelte <<y>L profil. Kurver Al og A2 viserocka) ogOt2 Q) for en foretrukket utførelses-form av oppfinnelsen. Både Al og A2 har null helling ved 0.85 mikrometer. Fig. 6 viser kurver Bl og Gl som angir B203 og Ge02 konsentra-sjonsprofilene for den enkelte cf- profil konstruert for minimumspredning ved 0.85 mikrometer. Kurver B2 og G2 viser B203

og Ge02 konsentrasjonsprofil for en foretrukket utførelsesform av den dobbelte OC profil konstruert for åt* /& = 0 ved 0.85 mikrometer. ;Fig. 7 viser kurven C3 som angir pulsspredning relativt bølge-lengde for en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Liten pulsspredning oppnås ved to separate bølge-lengder. ;En bølgeleder 11 har en kjerne 12 og en kledning 13. Refraksjonsindeksen for kledningen 13 er mindre enn for kjernen 12. Kjernen 12 har en gradient refraksjonsindeks som varierer fra n c ved midten av kjJ ernen til n oved radien a. I overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse dannes gradienten fra i det minste to indeksprofiluttrykk som minsker pulsspredningen over et bølgelengdeområde eller ved valgte bølgelengder. Denne bølgeleder er koblet inn i et optisk kommunikasjonssystem som vist i fig. 2, hvor en sender 14 innebefatter en kilde som frembringer lyspulser med en gjennomsnittlig bølgelengde A . En mottager ved utgangsenden av bølgelederen mottar lys fra bølgelederen 11 ;og reagerer overfor dette lyset. Det er ønskelig å minske pulsspredning mellom senderen 14 og mottageren 15. Videre er det ønskelig å minske spredning over et bølgelengdeområ- ;de eller ved forskjellige bølgelengder. ;I overensstemmelse med denne oppfinnelse, er kjernen 11 laget av multikomponentglass; slik som germaniumsilikat eller borsilikat glass. Hver av disse binære sammensetninger har en konsentrasjon som varierer radielt i overensstemmelse med en forskjellig kbnsentrasjonsprofil. ;Under anvendelse av eksemplet for disse sammensetninger, angir nc refraksjonsindeksen for germaniumsilikatglasset ved r = 0 og nQ angir refraksjonsindeksen for borsilikatglasset ved r = a. ;I overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse blir pulsspredningen i bølgeledere fremstilt av slikt multikomponent-glass redusert hvis refraksjonsindeksen for kjernen varierer som en funksjon av den radielle avstand fra midten av kjernen i overensstemmelse med: hvoro^ er .bestemt av: ;Verdiene av n , dn /d ?\ , n , A . og d A . /d ^ , ;som trengs for å frembringe en bølgeleder som har den ønskede indeksprofil, kan oppnås ved å utføre en Sellmeier til-pasning til refraksjonsindeksmålinger som tas ved forskjellige bølgelengder for glassammensetning som anvendes som kjerne og kledningsmateriale. ;Visse teknikker for å måle refraksjonsindeksprofiler i optiske bølgeledere er omhandlet i publikasjonene "Viewing Refractive-Index Profiles and Small-Scale Inhomogeneities in Glass Optical Fibers: Some Techniques" av CA. Burres et al., Applied Optics, October 1974, Vol. 13, No. 10,sidene 2365-2369 og "Refractive Index Profile Measurements of Diffused Optical Wave-guides" av W.E. Martin, Applied Optics, September 1974, Vol. 13, nummer 9, sidene 2112-2116 og i artikkel nummer 3.5 med tittel "Interferometric Measurement of SELFOC Dielectric Constant Coefficients to Sixth Order" av E.G. Rawson et al. 1973, IEEE/OSA Conference on Laser Engineering and Applications, Mai 3 0-juni 1, 1973, hvorav en kort beskrivelse av dette kan finnes på sidene 22-23 i "Digest of Technical Papers " som ble gitt ved denne konferanse. ;Den etterfølgende teoretiske analyse som viser at pulsspredning reduseres, er basert på analysen av Marcatili i Bell Systems Technical Journal 56, 49 (1977). I den etter-følgende analyse skal det betraktes klassen av indeksprofi- ;ler beskrevet ved følgende ligningssett: ;hvor N er et positivt helt tall. I beskrivelsen av US-patent 3 904 268, er N = l,mens i den foreliggende oppfinnelse er N større enn eller lik 2. Marcatili viser at forsinkelsestiden for modus y y er gitt av ;fiberlengden og C er lysets hastighet. I ;Ettersom B^ver en liten størrelse av størrelsesorden A = ;N ;^ Ai(kan uttrykket (5) for^v rekkeutvikles etterQ/ w, i=l ;og følgende nye uttrykk gjelder når ledd med høyere grad enn 2 strykes. ;;Hvis D = 2 - 6/5 A , er effektivverdien av forsinkelses-forskjellene blant modiene minimert for N = 1, i overensstemmelse med det som er beskrevet i US-patent 3 904 268, og er likeledes redusert for N > 2 i overensstemmelse med hva som er angitt i foreliggende beskrivelse. ;Ligning (8) kan skrives som en partiell differensial ligning ;;For klassen av profiler som beskrevet i US-patent 3 904 268 (N = 1) har ligning (11) løsning dersom: For profiler som er gitt av det mer generelle uttrykk, ligningene (3) - (4) er det funnet at nye løsninger for ligning (11) eksisterer hvis ;Således kan multikomponent glassoptiske fibre få sin pulsspredning redusert også ved profilet i ligningene (1) - (2). ;I den foregående analyse bør det bemerkes at uttrykkene ;;som er gitt i US-patent 3.904.268 er ;blitt forenkl<et> til _<12> A_ Det vil si/ det er blitt antatt at tallverdien av |yj<d, hvilket er gyldig antagelse i de fleste tilfeller. ;Den ønskede betingelse for minimumspredning over et bølgelengde-område kan oppnåes for den optimale indeksprofil ifølge foreliggende oppfinnelse. Dette bevirker den betingelse at: ;Her erAQ en bølgelengde i spektralområdet ved hvilket bølgelederen blir anvendt. ;Hvis cK ^ har derivert lik null, oppnåes minimumspuls- ;spredningen over et bredere bånd av bølgelengder. ;En alternativ betingelse som er ønskelig for visse anvendelser, ;er at minimumspredning oppnås ved to (eller flere) forskjellige bølgelengder. ;;Eksempel 1. ;Som et første eksempel kan man anta en multimodus optisk bølgeleder som består av en kvartglasskjerne dopet ved midten med 7.9 mol % GeO^ og dopet ved r = a med 13.5 mol % ;^ 2^ 3• Malinger av refraksjonsindekser for germanium-silikatglass kan finnes i en artikkel av S. Kobayashi, S. Shibata, N. Shibata, T. Izawa som er gitt i "the digest of the 1977 International Conference on Integrated Optics and Optical Fiber Communications held in Tokyo, Japan". Refraksjonsindekser i borsilikatglass kan finnes i en artikkel av J.W. Flemming som fremkommer i Journal of the American Ceramic Society 5_9, 503 - 507 (1976). ;Refraksjonsindeksdataene som er angitt ovenfor ble målt i masseprøver av glass. Refraksjonsindeksen for et optisk bølgelederfiber kan i alt vesentlig være forskjellig fra refraksjonsindeksen for en masseprøve på grunn av velkjente bråkjølingseffekter som skjer under fibertrekkingen. Alle refraksjonsindekser som er angitt i foreliggende beskrivelse vedrører den faktiske refraksjonsindeks i et optisk fiber-Refraksjonsindeksdataene som er basert på masseprøvemålinger anvendes kun i den hensikt å illustrere oppfinnelsens praktisering. ;Fra de passende Sellmeier tilpasninger kan det påvises at ved en bølgelengde *\ = 0.85 mikron, er nc lik 1.46493, nQ er lik 1.45071, og A er lik 0.00966.

Under anvendelse av den tidligere kjente enkeltprofil i US-patent

3 904 268 for å redusere pulsspredningen ved 0.85 mikron, er

CC verdien lik 1.957. Effektivverdipulsutvidelsen i nano-

sekunder pr. kilometer (ns/km) for denne bølgeleder er vist ved Cl som en funksjon av ^ i fig. 4. En minimumpulsspredning på 0.13 ns pr. km oppnås ved 0.85 ym.

I en mulig utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse,

velges A ^ og A2 slik at

hvor n s er refraksjonsindeksen for kvartsglass. n s kan beregnes fra Sellmeier tilpasningen som angitt av I.H. Malitson i Journal of the Optical Society of America, 55, 1205 (1965). Ved 0.85^m, er ng lik 1.45250. For dette eksempel er A ^ lik 0.00845 og A 2 er lik 0.0Q121. Hvis man igjen anvender Sellmeier til-passninger oppnås verdiene :

a a

^ = + 0.522 x 10 ^ og under anvendelse av disse verdier d Ti

i ligning (1) oppnåes verdier av c^^ = 2.076 og o( =

1.121 som reduserer pulsspredning nær 0,85um.

Etterat de optimale verdier av (X ^ er bestemt angis refrak-sjonsindeksgradienten for kjernen av ligning (1). En optisk bølgeleder som tilfredsstiller ligning (1) kan så dannes i overensstemmelse med en av fremgangsmåtene som omhandlet i f.eks. US-patent 3 823 995 og 3 826 560.

Generelt hvor refraksjonsindeksen varierer lineært med dopingskonsentrasjonen; varierer konsentrasjonsprofilen C(r) av P glass dannende sammensetninger i alt vesentlig som:

hvor koeffisientene C^j og ø( . velges til å gi redusert pulsspredning ifølge betraktninger omtalt her, og hvor konsentrasjonene uttrykkes enten som molbrøkdeler, vektbrøkdeler, atom-brøkdeler eller annet mål for konsentrasjon.

Uansett fremstillingsfremgangsmåten, er det usannsynlig at en bølgeleder med gradert indeks, hvor & er nøyaktig lik en forutbestemt verdi, kan dannes. Imidlertid er det mulig å frem-stille bølgeledere hvor indeksprofilet tilnærmer seg det optimale profil bestemt av ligningene(1) og (2) og endog oppnå en betydelig reduksjon i pulsspredning. Disse teknikker er tilpasset frem-stillingen av multikomponentglassbølgeledere på den måten som er vist i fig. 3 som vil bli beskrevet i det etterfølgende.

I de etterfølgende eksempler 2 og 3 er det vist hvordan foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen, angitt enten ved ligning (14) eller ligning (15) kan tilveiebringes. For enkelthets-skyld antas det i disse eksempler at antallet o(-type indeksprofil i ligning (1) er lik 2, dvs. N = 2.

I disse eksempler defineres to størrelser som henholdsvis representerer endringen i kvadrert refraksjonsindeks for kvårtsglass bevirket av innføringen av germanium og endringen som er bevirket av innføringen av boroksyd. Disse to størrelser er

hvor ns er refraksjonsindeksen for kvårtsglass. Disse to størrelser <5 „ og & _ er knyttet til størrelser som korresponderer med A og^^ i ^et foregående eksempel. Det defineres to ytterligere uttrykk:

Refraksjonsindeksen for kvårtsglass ng kan beregnes fra

Sellmeier tilpasningen bestemt av I. H. Malitson, J. Opt. Soc. Amer. _55 1205 (1965). I dette eksempel tas igjen nc til å være refraksjonsindeksen for silikat dopet med 7.9 mol prosent GeC^, og nQ refraksjonsindeksen for silikat dopet med 13.5 mol prosent & 2°3' Tre Ytterligere stør-relser er definert ved-: For å dele effekten av de to dopemidlene mellom A ^ og A2/ kan man definere A ^ og A 2 ved

XG er et mål for mengden av germanium som er tillagt A 2> Hvis XG er 1, er hele germaniumet tillagt A^. XQ er et mål for

mengden av boroksyd tillagt A^.

Ligningene (21a-b) er overensstemmende med den ønskede betingelse

I ligningene (21a-b) er størrelsene X_ og ,X_ innført for å

angi A^ og ti^1 1 mange glassystemer er kvadratet av refraksjonsindeksen proporsjonalt med dopingskonsentrasjonen. Hvis dette er tilfellet, er X-, og X„ proporsjonal med dopings-^ konsentrasjonene i Ge02 og B203• Denne proporsjonalitet er imidlertid ikke nødvendig for å praktisere foreliggende oppfinnelse.

Ved å anvende ligningene (16) - (21) vil det nå bli vist at man kan finne XG og Xg slik at den ene eller den andre av de foretrukne utførelsesformer representert henholdsvis med ligning (14) eller ligning (15) nærmere angis.

Eksempel 2.

Anta et eksempel hvor indeksprofilene er gitt av ligningene

(1) - (2) hvor Ai'ene gis av ligningene (16). og (21), og hvor den ønskelige betingelse som frembringer minimumsspredning over et bølgelengdeområde, ligning (14) tilfredstilles. Dette er ekvivalent med betingelsen:

I det foregående er A'ene koeffisienter som er bestemt av refraksjonsindeksene på glassmaterialene som det skal arbeides med. Ligningene (23a) og (23bl kan uttrykkes i den mer generelle form:

i = G, j = B eller i = Bf j = G

hvor

Ved skrivingen av ligning (24) er små korrigeringsuttrykk av størrelsen X 3 blitt neglisjert.

Størrelsen<e><A>GQ,<A>BG,<A>BB i ligning (25) kan bedømmes under anvendelse av tidligere nevnte Sellmeier tilpasninger for refraksjonsindeksdata.

Ligningene (241 representerer således et par av samtidig kva-dratiske ligninger som bestemmer konstruksjonsparametrene XG og XD. Løsningene for ligning (24) er: hvor

Under anvendelse av tidligere nevnte Sellmeier tilpasninger og ved å velge ^<=>Q.85 mikron, kan man anvende disse ligninger til å finne løsningen:

Ligningene (21) og (22) kan så anvendes til å finne:

Ligning (2) gir så det ønskede resultat:

Indeksprofilen som kjennetegnes av ligningene (29) og (30) kan frembringes hvis germanium og boroksyd dopingsmiddelkonsentra-sjonsprofilene er:

Disse resultater er basert på den antagelse at kvadratet av refraksjonsindeksen varierer lineært med dopingskonsentrasjonen. På glassdanningssystemer som oppviser avvikelser fra li-nearitet, kan foreliggende oppfinnelse fremdeles anvendes ved å utvide analysen til å innbefatte de ikke-lineære uttrykk.

Fig. 3 viser apparater for å danne en bølgeleder som har profilene i ligningene (30) og (31). Apparatet vil bli beskrevet først slik at måten ved hvilken den foreliggende oppfinnelse anvendes til å operere dette apparat, lettere kan forstås.

Et lag 16 av glassot påføres et sort sett sylindrisk glass-startingsorgan eller matestang 17 ved hjelp av utenfor liggende dampfaseoksydasjonsbrenner 18. Brennstoffet gass og oksygen eller luft tilføres brenneren 18 fra en kilde (ikke vist) ved hjelp av et hensiktsmessig middel slik som et rør 19. Denne blanding brennes til å frembringe en flamme 20 som avgis fra brenneren.

Beholderene 21, 22 og 23 holder henholdsvis mengder av væske-bestanddeler 24, 25 og 26 som tilslutt vil danne et lag 16.

Et hensiktsmessig medium i gassform, slik som oksygen eller lignende, tilføres beholderene og bobles gjennom væskene ved hjelp av rør 27, 28 og 29. Gassmediet eller bæregassen til-føres fra en hensiktsmessig, ikke vist, kilde i forutbestemte mengder og ved forutbestemte trykk. Strømningen av bæregass som bobles gjennom væskebestanddelen 24 i beholderen 21 styres av en ventil 30, hvor strømningshastigheten for denne bæregass er angitt med en måler 31. På tilsvarende måte blir strømningene av bæregass som bobles gjennom væskebestanddelene 25 og 26 i beholderne 22 og 23 styrt av ventiler 32 og 33 med strømnings-hastighetene for disse gasser angitt ved hjelp av målerne 34

og 35.

Væskebestanddelene i beholderene opprettholdes ved de ønskede temperaturer ved hjelp av varmeelementer. Ettersom bæregassen bobles gjennom den oppvarmede væskebestanddel, vil damp fra denne væsken komme inn i bæregassen og føres ut ved hjelp av et rør 36. Bæregassdampblandingen mates til den utenforliggende damp-faseoksydasjonsbrenneren 18 og innføres i flammen 20 hvor gass-dampblandingen oksyderes til å danne en glassot. Soten for-later flammen 20 i en strøm som er rettet mot startelementet 17. Startelementet 17 både dreies og forflyttes som angitt ved pilene tilliggende støtteendene av startelementet, slik at en jevn avsetning av sot påføres startelementet.

Beholderne 21 - 23 inneholder et glassdannende reaksjonsmiddel og minst to dopingsmidler. I dette tilfellet inneholder beholderen 21 SiCl^, beholderen 25 inneholder GeCl^ og beholderen 26 inneholder BC13.

Ventilene 30, 3 2 og 3 3 styres på den måten som er beskrevet i US-patent 3 826 560 for å frembringe den gradiente refraksjonsindeksen. Ventilene 32 og 33 styres i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse for å variere dopingskonsentrasjonen på den ønskede måte.

Ifølge oppfinnelsen styrer styrekretsene 37 og 38 konsentrasjonen av de to dopingsmidlene mens bølgelederens preform dannes. En avføler 39 frembringer en elektrisk utmatning som representerer radiusen av bølgelederens preform ettersom den dannes. Dette signal påtrykkes hver av styrekretsene 37 og 38. Styrekretsen 37 frembringer et styresignal som varierer i overensstemmelse med ligningen (31a, 31b). I dette eksempel antas konsentrasjonen av Ge02 å være 7.9 mol prosent ved midten av kjernen og konsentrasjonen avB^O^ er 13.5 mol-prosent ved kledning. Derfor er styrekretsene 37 og 38 program-mert til å frembringe dopingskonsentrasjonsprofiler i forut-formen som vil gi konsentrasjonsprofiler i bølgelederen gitt ved ligning 31.

Analoge kretser som frembringer slike styresignaler er velkjent. F.eks. "ANALOG COMPUTATION IN ENGINEERING DESIGN", Rogers

and Connolly, McGraw-Hill Book Company, Inc. 1960 beskriver slike kretser. Imidlertid i en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen anvendes en digital mikroprosessor til å generere styresignalene. Et eksempel av en mikroprosessor som er hensiktsmessig for dette formål er the Program Logic Controller, fremstilt av Allen-Bradley Company.

For den optiske bølgelederen som lages på denne måte er pulsspredningen relativt bølgelengde:blitt beregnet og vist ved C2 i fig. 4. Ved å sammenligne C2 i den foreliggende oppfinnelse med Cl for en enkelt QC profil, vil man se at kurve C2 reduserer pulsspredningen over et betydelig større bølgelengdeområde.

I fig. 5 er (X ^ ( ) og CC 2 ( ) funksjoner av ligning (2) som er blitt bestemt i overensstemmelse med eksempel 2. Man vil se at både OC ^ (Al i fig. 5) og cC 2 ^A2 1 fig' 5) har null helling ved 0.85 mikron i overensstemmelse med betingelsen i ligning (14) . Det er på grunn av nullhellningen i cC ^

og ot 2 ( ^ ) ved 0.85 mikron at pulsspredningen relativt bølgelengden har et meget bredt område med minimum pulsspredning som vist i fig. 4.

I fig. 6 er Ge02 og B^ O^ dopningsprofilene i dette eksempel vist ved hjelp av kurvene G2 og B2. For sammenlignings skyld er GeG-2 og & 2°3 dopingsprofilene som kreves for å frembringe

den optimale enkelte oC profil i den tidligere kjente teknikk, vist ved kurvene G 1 og Bl. Den kjente teknikks konsentrasjonsprofiler som vist ved Gl og Bl er gitt som:

Det er klart at dopingsprofilen i den optimale enkelt oC profil og den dobbelte oL profil i dette eksempel er forskjellige. Disse forskjeller kan observeres ved å anvende en røntgen mikro-tester teknikk for å måle dopingsprofiler i optiske bølgeledere eller av optiske bølgeleder forutformer. Slik mikrotester-teknikk er blitt beskrevet av W.T. Kane i en artikkel med tittel

"APPLICATIONS OF THE ELECTRON MICROPROBE IN CERAMICS AND GLASS

TECHNOLOGY" som er gitt i Microprobe Analysis , redigert av

CA. Andersen, John Wiley & Sons., Inc. 1973.

Eksempel 3.

Som en annen illustrering av en foretrukket utførelsesform

av oppfinnelsen, vil indeksprofiler bli bestemt som tilveiebringer minimumpulsspredning ved to bølgelengder, X = 0.80 mikron og " X 2 ~ 1-20 mikron.

La symbolene som definert i ligningen 16 - 2 2 representere størrelser ved 0.80 mikron. Definer et analogt sett av størrelser bedømt ved 1.20 mikron og angi disse størrelser ved å skrive en stolpe over symbolet. For eksempel: hvor n^ og ng bedømmes ved 1.20 mikron. Betingelsen som skal tilfredstilles er at

Ved å anvende ligning (4) og definisjonen av ligningene (16)-(22) følger det at ligning (35) er ekvivalent med uttrykket:

hvor i = G og j = B eller j = G og i = B

Når ligning (36) ble skrevet, ble små korrigeringsuttrykk av størrelsesorden X 3 neglisjert.

Størrelsene B.. defineres som:

Koeffisientene B„ n, B-^,, <B>„_ kan bedømmes fra tidligere nevnte

vjVa DD (jB

Sellmeier tilpasninger.

Ligning (36) kan så løses for å finne:

Pulsspredning relativt bølgelengde for en bølgeleder fremstilt ifølge de ovenfor angitte spesifikasjoner, er vist i fig. 7. Pulsspredningen er redusert i området av 0.80 mikrometer og 1.20 mikrometer.

Dopingsprofilen på denne bølgelederen er gitt som:

i i Hvis den lineære tilnærmning av ligning (21) ikke er gyldig, I blir analysen mer vanskelig. Men prinsippene for bølgeleder- j

konstruksjonen forblir de samme.

Ytterligere forbedring for redusering av pulsspredning kan oppnås ved å innføre ytterligere konstruksjonsparametere € ^ i ligning (13) slik at også: £ ^ anses å være små parametre, slik at :

Under anvendelse av standardanalysemetoder kan £ ^ velges som ytterligere reduserer spredning. De eksakte verdier av £^ avhenger av:

Ar

, "X , nc, Nc og fordelingen av optisk effekt blant

Modien<e> i bølgelederen. Et hvilket som helst spesielt valg av i ^ bundet av betingelsen i ligning (4 2) skjer innenfor denne oppfinnelses omfang.

Claims (6)

1. Optisk bølgeleder med en kjerne med en radielt gradert brytningsindeksprofil og en kledning som omgir kjernen og har lavere brytningsindeks enn kjernen, karakterisert ved at bølgelederen omfatter minst tre glassdannende forbindelser, hvilke inkluderer en basisglass-dannende forbindelse og minst to, generelt et antall N dopemidler, som også utgjør glassdannende forbindelser, og at kjernens brytnings-indeks (n) endrer seg som funksjon av radial avstand (r) i alt vesentlig i samsvar med likningen hvor nc er brytningsindeksen ved r = 0, a er kjernens radius, c*.i. er ubenevnte tall definert ved hvor A er en forutbestemt bølgelengde i et spektralområde med bølgelengder^1 hvor bølgelederen skal anvendes, hvor og hvor £ . er empirisk bestemte tall med |<£ J ^ 2, idet A ^ er fraksjonsmessig indeks-differans p.g.a. det i-te dopemiddel relativt en referansebrytningsindeksverdi, og kan representeres som hvor ru er brytningsindeksen som ville oppnås ved tilset-ning av en forutbestemt mengde av det i-te dopemiddel alene, i forhold til et referanseglass med indeks n Ruten dopemiddel, og hvor

2. Bølgeleder som angitt i krav 1, karakterisert ved at A. har slike verdier at: i hvor A er en bølgelengde i spektralområdet ved hvilket nevnte bølgeleder vil bli anvendt, hvorved oppnås redusert pulsspredning over et visst bølgelengdeområde.

3. Bølgeleder som angitt i krav 1, karakterisert ved at A ^ har slike verdier, at hvor 2 <C q <C N og hvor A ^, A 2 A q innbefatter minst én bølge-lengde, ved hvilken nevnte bølgeleder vil bli anvendt, hvorved oppnås redusert pulsspredning ved to eller flere bølgelengd-er .

4. Bølgeleder som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at nevnte glassdannende forbindelser har konsentrasjoner (Cj) som varierer med radial avstand (r) i alt vesentlig som: hvor P er antall glassdannende forbindelser og Cji er emPirAsk bestemte koeffisienter.

5. Fremgangsmåte ved fremstilling av en optisk bølgeleder med en kjerne med radielt gradert brytningsindeks som angitt i krav 1, hvor det som utgangspunkt dannes en kjerne-preform med dimensjoner i kjent og forutbestemt relasjon til bølgele-derens kjernedimensjoner, karakterisert ved at kjerne-preformen dannes ut fra minst tre glassdannende forbindelser, hvilke inkluderer en basisglass-dannende forbindelse og minst to, generelt et antall N dopemidler, som også utgjør glassdannende forbindelser, og at kjerne-preformen dannes slik at bølgelederk jernens brytnings indeks (n) endrer seg som funksjon av radial avstand (r) i alt vesentlig i samsvar med likningen hvor nc er brytningsindeksen ved r = 0 a er kjernens radius, c< i. er ubenevnte tall definert ved hvor A er en forutbestemt bølgelengde i et spektralområde med bølgelengder A hvor bølgelederen skal anvendes, hvor og hvor <£ ^ er empirisk bestemte tall med 2, idet A ^ sr fraksjonsmessig indeks-differans p.g.a. det i-te dopemiddel relativt en referanse-brytningsindeksverdi og kan representeres som hvor n^ er brytningsindeksen som ville oppnås ved tilset-ning av en forutbestemt mengde av det i-te dopemiddel alene, i forhold til et referanseglass med indeks n uten dopemiddel, og hvor hvoretter der på den således dannede kjerne-preform anbringes et lag av kledningsmateriale, hvis brytningsindeks er mindre enn kjernens, den fullstendige preform oppvarmes til trek-kingstemperatur og trekkes til dannelse av den optiske bølge-lederen .

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at konsentrasjonene av de glassdannende forbindelsene under dannelse av kjerne-preformen varieres slik at deres konsentrasjoner (C_.) i bølgelederens kjerne gis avhengighet av den radiale avstand (r) i alt vesentlig ifølge uttrykket hvor P er antall glassdannende forbindelser og Cji er eropirisk bestemt koeffisienter.