NO168391B - Optisk boelgeleder av enkelmodum-typen med lav spredning og lavt tap - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en optisk bølgeleder av den

art som angitt i innledningen til krav 1.

Det har blitt tilveiebragt optiske bølgelederfibere av enkelmodus-typen som tilveiebringer overføringstap så lave som 0,5 dB/km og 0,2 dB/km ved bølgelengde på henholdsvis 1300 nm og 15 50 nm. P.g.a deres lave tap og p.g.a deres høye båndbredder generelt ved det enkelmodusfibre er de attraktive som potensielle langdistanse transmisjonslinjer. Deres potensielle høye båndbredde kan imidlertid kun bli tilveiebragt dersom konstruksjonen er optimalisert slik at den totale spredningen D^ for HE^-modusen er lik null eller så nær som mulig lik

null ved det driftsbølgelengden.

Ved bølgeledere av enkelmodus-typen er den totale spredningen styrt av materialspredningen D^ og bølgeledespredningen D .

For en gitt fibersammensetning varierer materialspredningen

som en funksjon av bølgelengden. Materialspredningen i forhold til bølgelengdekurven passerer f.eks gjennom null spredning ved en bølgelengde nær 1280 nm for fibre med stort inn-hold av silisium. Fibere av enkelmodus-typen kan bli konstruert som fremviser null totalspredning ved enhver bølgelengde ved et bølgelengdeområde ovenfor det bølgelengdeområde virker materialspredningskurven passerer gjennom null spredning.

Dette kan bli tilveiebragt ved tilpassing av bølgelederspred-ningen for å balansere ut materialspredningen ved en bestemt bølgelengde som blir valgt p.g.a. lav fiberdempning og/eller tilgjengligheten av lyskilder. Bølgelederspredningen kan bli tilpasset ved å variere kjerneradiusen a, kjerneindeksprorilen eller den optiske kjernekappen eller i forhold til indeksdiff-2 2 2 eransen A. Uttrykket A er definert av ligningen A = (n^ - )/2n^ hvor n^ er toppbrytningsindeksen til kjernen og er den optiske kappesbrytningsindeks. Teknikker for tilpassning av nullspred-ningsbølgelengden er beskrevet i en artikkel av U.C. Paek et al. med tittelen "Dispersionless Single-Mode Light Guides With a Index Profiles", The Bell System Technical Journal, vol. 60, No. 5, Mai-Juni 1981, side 583-598 og i en artikkel av L. G. Gohen med tittel "Tailoring Zero Chromatic Dispersion Into The 1,5-1,6 ym Low-Loss Spectral Region of Sigle-Mode Fibers", Electronics Letters, volum 15, No. 12, Juni 7, 19 79, side , 134-135.

Mens de ovenfornevnte konstruksjoner kan medføre en tilpassing av nullspredningsbølgelengden påpirke de andre parameterene på en ugunstig måte. For tilveiebringe lavsystem-

tap må det være optimalisering av parameteret være slik som punktstørrelse wq og i forholdet wQ/a, som bestemmer henholdsvis surretap og mikrobøytap. Arbeid utført på enkelmodusbølge-ledere av tynn indeks-typen som har en A på omkring 0,3% angir at en slik verdig for A kan være for lav med hensyn til mikro-bøyetap. For konvensjonelle fibere med en brytningsindeks eller a-typekjerneindeksprofiler og som har A-verdi større omkring 0,3% er det vanskelig å møte kravet om at nullspred-ningsbølgelengden A Q er heller tett opptil , dvs. innenfor 5 nm, til laserkildebølgelengden når kildebølgelengden er valgt til å være omkring 1300 nm for å redusere tapene p.g.a. OH absorsjonen som har topp av et 1380 nm.

Publikasjonen skrevet av Paek bekrefter at det når bølgelengden blir lengere må bølgelederradiusen bli mindre og at ved lengre bølgelengder kan en mye større materialespredning bli kompen-sert for ved bølgelederspredning. Dette krever større presi-sjon ved bølgelederparameterene enn n^r bølgelederene er konstruert for å bli drevet ved null materialpredning. Dersom bølgelederradiusen er gjort for liten for å balansere ut materialspredningen blir mikrobøyetapene uakseptable høye.

Bølgelederen av W-typen beskrevet i U.S. patent nr. 3 997 241 beskriver en ytterligere parameter som kan være variert for å variere bølgelederspredningen. Denne fiberen innbefatter en kjerne med en jevn, relativ høy brytningsindeks n^ omgitt av et indre optisk kappeskikt som har relativt lav brvtningsindeks qn^ og et ytre optisk kappeskikt som har en mellomverdi for brvtningsindeks Pn-j • Siden denne konstruksjonen medfører en økning av vc til en verdi egnet til å være 3,8327 muliggjør den lys til å bli utbredt i en enkelmodus gjennom en kjerne som har en radius større enn den som vil bli tillatt ved konvensjonell brytningsindeksbølgeledere. Den normaliserte frekvensen V blir uttrykt av formelen:

Uttrykket V"c betegner enkelmodus-sperreverdien for V. Bøye-tapene blir også redusert ved konstruksjonen i nevnte U.S. patent. Denne konstruksjonen kan tilveiebringe en total spredning som er null eller nær null over et bredt bølgelengde område, men for å tilveiebringe en slik bredbåndet operasjon skulle brytningsindeksen qn^ for mellomskiktet være relativt lav og brytninqsindeksen pn., for den ytre opplyste kappen være relativt tett opptil kjernens brytningsindeks. I samsvar med teknikken i den nevnte U.S. patentet skulle størrelsen (n-pn)/(n-qn) være mindre enn 0,1. Et slikt lite forhold for (n-pn)/(n-qn) bevirker at fremstillingstoleransene blir kritiske og en lett endring i brytingsindekset til et skikt han i stor grad påvirker stiqningen på bølqelederspred-ningskurven. Da stigningen til bølgelederspredningskurven varierer fra dens konstruerte verdi kan bredden på bølgelengde-område ved hvilket lav spredningsoperasjon kan bli tilveiebragt blir tilsvarende redusert.

Den optiske fiberen i den nevnte U.S. patentet har en lavere verdi fenn den normaliserte frekvensen V.. ' hvor det ikke finnes noen utbredning av enkelmodus-typen. Som vist på fig. 2 i det patentet forekommer utbredelse av enkelmodus-typen i området for normalisert frekvens ' og '. Dersom brytningsindeks pn^ til den ytre optiske kappen således blir øket for tilfredsstille den foretrukne forholdet for størrelse (n - pn)/(n - qn), blir V-verdigområdet og hvilke operasjoner av enkelmodus-typen er praktisk lite og gjør igjen konstruksjonen følsom for frem-_ stillingstoleranse.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse for å tilveiebringe optisk bølgeleder av enkelmodus-typen som fremviser lav spredning over et bredt bølgelengdebånd og som ikke er underlagt ovenfornevnte begrensninger til tidligere kjente anordninger.

Ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en optisk bølgeleder av enkelmodus-typen som har en relativ stor kjerneradius og fremviser relativ lav dempning på grunn av mikro-bøying.

Et annet formål er å tilveiebringe en optisk bølgeleder av enkelmodus-typen som har minimal begrensning over et bredt bølgelengdeområde uten sperring av laveste modusorden eller med sperring av laveste modusorden fjernt fra operasjons-området.

Ovenfornevnte formål tilveiebringes ved hjelp av optisk bølgelederfiber av den innledningsvis nevnte art hvis karak-teristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

Dppfinnelsen skal beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor-: Fig. 1 viser et tverrsnitt av en optisk bølgeleder i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Fig. 2, 3 og 7 til 10 viser forskjellige brytningsindeksprofiler som tilfredsstiller forholdene ved foreliggende oppfinnelse.

?ig. 4 viser en kurve over størrelsen Vd 2 Vb/dV 2 opptegnet som funksjon i forhold til forholdet V/V .

Fig. 5 og 6 viser spredningen i forhold til bølgelengden for to fibere konstruert sånn som foreliggende oppfinnelse, men som har forskjellige kjernebrytningsundertrykkelseskarakteristikker.

Foreliggende oppfinnelse angår en optisk bølgelederfiber av enkelmodus-typen som har en kjerne som innbefatter en eller flere områder med undertrykket brytningsindeks.

Bølgelederen på fig. 1 innbefatter en kjerne med et indre og ytre område 10 og 12 atskilt av enkelt område 14 ired undertrykket også kalt redusert brytningsindeks n^. En av de mange brytningsindeksprofilene som kan tilfredsstille foreliggende oppfinnelse er vist på fig. 2, hvor det indre kjerneområde 19a og det ytre kjerneområde 19b, begge fremviser en brytningsindeks n^.

Selv om brytningsindeksene til disse to kjerneområdene er de

samme kan de være dannet av forskjellige sammensetninger.

Kjernen er omgitt av et optisk kappeskikt 16 med brytningsindeks

n^' Den optiske kappen kan ha en undertrykket brytningsindeks som vist med heltrukken linje 20 eller en ikke undertrykket brytningsindeks med stiplet linje 21. Virkningsindeksen n^

kan være mindre enn n2 som antydet ved linje 22 eller kan være lik eller større enn n^. Virkningen av brytningsindeksunder-trykkelsen er å modifisere lysenergiens utbredelses karakteri-

stikk for en fiber for tilveiebringet ønsket forhold mellom bølgelederspredning og bølgelengde. Dersom størrelsen (n^-n2)/(n^-n^) er mindre enn 0,1 forefinnes ovenfornevnte

effekt, men fremstillingstoleransene blir kritiske. Ved frem-stillingsprosessen og fibersammensetning anvendt for tynn vil således en liten endring i en fysisk egenskap for fiberen kunne medføre en stor endring i bølgelederspredningskarakteristikken når (n1-n2>/(n1-n2) er 0,1. Når forholdet (n^-n2)/(n -n^) er omkring 2,0 eller større blir den fordelaktige konstruksjons- - . virkningen ved foreliggende oppfinnelse neglisjerbar. Derfor skulle forholdet (n^-n2) / (n^n^) være mindre enn 2,0. _

Mens derimot .kjerneprofilen,vist på fig. 2 er den til en bølge-

leder med trinnbrytningsindeks kan profiler av andre kjerne-

typer innbefattende a-profiler bli anvendt. Uttrykket/ ' : "a-profil" blir her anvendt i den betydning av at brytningsindeksen til kjernen er definert av ligningen n(r) =

nQ [j - A(r/a)a^[ hvor n Q er brytningsindeksen for fiberaksen. Kurven 24 på fig. 3 representerer en a-profil hvor a er lik 2. Brytningsindeksen for den optiske kappen kan ha samme verdien som.kjernens kant, som vist med heltrukken linje 26 eller brytningsindeksen til den optiske kappen kan være lavere enn den til kjernens ytre kant som vist med stiplet linje 28.

Formen på brytningsindeksprofilen med kjernebrytningsindeks-undertrykkelse er en variabel som har en virkning på fiberens utbredelseskarakteristikk. I stedet for å være flat som vist i den nederste delen 30 har kjerneprofilen på fig. 3 kunne bryt-ningsinde1- sundertrykkelsen være avrundet eller jevnt punktet som vist med stiplet linje 32.

Ved å styre den radiale posisjon, dybden, bredden og formen på brytningsindeksen kan utbredelseskarakteristikken til bølge-lederen være egnet modusert for å møte forskjellige krav på-lagt et systen av enkelmodus-typen. Det antas f.eks for en gitt kjerneindeksprofil-type at forskjellige brytningsindeks-undertrykkelses-typer er nødvendig for tilveiebringe null-spredningsoperasjon ved forskjellige systembølgelengder.

Måtens ved hvilken konstruksjon ifølge foreliggende oppfinnelse kan bli anvendt for å frembringe optiske bølgeledere som har bredt forskjellige spredningskarakteristikk kan sees utfra følgende beskrivelse med henvisning til kurven på fig. 4. På fig. 4 er størrelsen Vd 2 (Vb)/dV 2 opptegnet som funksjon av for-2 2

holdet V/V • Størrelsen Vd (Vb)/dV er bragt i forhold til bølgelederspredningen D^ som følgende:

hvor C er lyshastigheten, X er lysets bølgelengde, b er den normaliserte utbredelseskonstanten. Kurven på fig. 3 gjør det mulig å sammenligne relative bølgelederspredninger som kan bli tilveiebragt ved forskjellige V-verdier for forskjellige fiberkjerneprofiler. Enkelmodusoperasjonen finner sted ved verdier V/Vc mindre enn 1,0. Det er generelt ikke ønskelig å drive en optisk bølgelederfiber ved en verdi V/Vc nær 1,0 for å gjøre mikrobøyetapene til minimum. Det er generelt uønskelig å drive en bølqeleder v/vc verdighet under 0,6. Ved slike lave verdier er kjernestørrelsen liten og mikro-bøyetapene har en tendens til å bli store og fiberkarakteri-stikkene er mer følsomme mot fremstillingsvariasjoner.

Kurvene 42 og 44 er representative for bølgeledersprednings-karakteristikker for fibre som har brytningsindeksprofiler av den typen som vist på fig. 2, idet parameterene til brytnings-indeksundertrykkelsen er forskjellig, ved fiberen kjennetegnet av kurven 42 er a^ = 0,6a, aQ = 0,9a og forholdet (n^^) / (n^-n^) = 0,75. Ved fiberet kjennetegnet av kurven 44 er a^ = 0,4a, aQ = 0,65 og forhold (n^-n^)/(n^-n^) = 0,75. Fiberene kjennetegnet av kurvene 42 og 44 atskilles således kun ved den radi-kale posisjonen og bredden til kjerneindeksundertrykkelsen.

Kurven 4 2 krysser x-aksen ved en verdi på V/Vc tett Qpp mot en, men mindre enn en. Dette antyder det faktumet at den fiber har en slik karakteristikk kunne bli fordelaktig drevet ved en bølgelengde ved eller rett over null-materialspredningsbølge-lengden, idet operasjonsbølgelengden er nær sperrebølgelengden av enkelmodus-typen. Kurvens for de to steilhetantyder at D i forhold til A kurven også vil fremvise en relativt bo-styrestigning, en karakteristikk som gir stigning til bredbåndet, lavspredningsoperasjon.

Kurven 44 representerer en fiber som kan tilføre en relativ stor mengde med bølgelederspredning mens den drives nær sperre-bølgerlengden av enkelmodus-typen. Siden materialspredning er relativt høyt ved bølgelengder større enn OH-absorpsjonstoppen ved omkring 14 00 nm vil fiberen kjennetegnet kurven 44 kunne til-føre bølgelederspredning for å balansere ut materialspredningen ved bølgelengder større enn 1400 nm.

Kurven 46 viser en fiber som har en a= 1 kjernebrytningsindeksprofil. Selv om denne fiberen kan drives for verdier på V/Vc nær 1,0 er den ikke i stand til å kunne balansere ut så mye materialspredning som fiberen er representert av 44 under an-takelse av drift ved samme V-verdi.

Med henvisning til fig. 5 representerer kurven 50 materialspredningen ved den optiske bølgelederfiber som har en kjerne,

hvis indre og ytre område er dannet av silisium dopet med omkring 3 molprosent GeO^/ en spredning dannet av silisium dopet med omkring 1,7 molprosent fluor og en optisk kappe med undertrykket brytningsindeks dannet av silisium dopet med omkring 1,0 molprosent fluor. Kurven 50' er for en lignende fiber med unntak av at det indre og ytre kjerneområde er dannet silisium dopet med omkring 8 molprosent GeO^• Med kjennskap til form og null-overkryssningspunktet til materialdispansjonskurven kunne en velge en bestemt kjernebrytningsindeksprofil fra forskjellige kurver på fig. 4 for å tilveiebringe lavspredningsdrift ved en bestemt bølgelengde på den på måten beskrevet ovenfor. Dersom det f.eks er ønskelig å operere ved en systembølge-lengde på 1300 nm, dvs. for en konstruksjon med en sperrebølge-lengde Ac på omkring 1250 nm, må bølgelederspredningen være så liten som mulig ved den bølgelengden siden materialspredningen er svært liten ved 1300 nm. For enkelmodus-driften er 1300 nm må størrelsen Vd 2 (Vb)/dV 2 være liten for verdi ned til V/Vc nær 1,0. Kurven 42 som viser en av mulige kjernebrytnings-indeksundertrykkelseskonsesjoner av foreliggende oppfinnelse passerer gjennom null ved en V/Vc verdi på 0,91. Dette angir at en slik konstruksjon vil være egnet for utbalansering av bølgelederspredning ved 1300 nm.

Fig. 5 viser hvorfor kjerneindeksundertrykkelseskonstruksjon kjennetegner kurven for de to fig. 4 er fordelaktig for system-bølgelengde der rundt 130Ch!nm. For lavspredningsoperasjon over et bredt område med bølgelengde skulle bølgelederspred-ningskurven ha en null-spredning spesielt ved en bølgelengde nær den til materialspredningskurven 50. Ved egnet valg av kjernebrytningsindeksundertrykkelses statestikkene og fiber A-verdien kan materialspredningen være hovedsaklig balansert utover et stort bølgelengdeområde.

Kurvene 52, 54 på fig. 5 er spredningskurver med optiske bølge-lederfibere som har en kjernebrytningsindekskonstruksjon kjennetegnet av kurven 42 på fig. 4. Den optiske kappen for fiberen er antatt å være silisium og verdien for A for kurven 52 og 54 er henholdsvis 0,75% og 0,97%. Materialspredningen er null ved omkring 1300 nm. Punktet for null-bølgelederspredning kan også bli gjort for å forekomme ved 1300 nm ved egnet valg av fiberens V-verdi. Kurvene 52 og 54 har relativ bratt steilhet som er nyttig for å balansere ut materialspredningen over svært store bølgelengdebånd.

Kurven 56 er spredningskurven for en annen fiber som har en kjernebrytningsindekskonstruksjon kjennetegnet av kurven 42

på fig. 4 hvor A er 0,5%. Som beskrevet nærmere nedenfor fremviser denne fiberen en null-spredningsbølgelengde på 1305 nm og en sperrebølgelengde på 1120 nm. Siden steilheten for kurven 56 ikke er så stor som den for kurven 54 kan ikke fiberen kjennetegnet av kurven 56 tilveiebringe lavspredningsdrift over et stort bølgelengdebånd.

Kurvene 58 og 60, som representerer bølgelederspredningen for fiberene som har en a = 1 profil er tatt med for sammenlignings-formål. A-verdiene for fiberene representert av kurvene 58

og 60 er henholdsvis 1,0% og 1,3%. Det skal merkes at null-spredningen krysset av bølgelederspredningskurven vil forekomme ved omkring 1300 nm for denne fibertypen kun når A er gjort uakseptabelt lav.

På fig. 6 viser kurvene 64 og 64', som dupliserer material-spredningkurvene 5 0 og 50' på fig. 5, det faktum at stor bølge-lederspredning er nødvendig for null-spredningsdriften ved en bølgelengde på omkring 1500 nm eller lengre. Kurven 70 og 72 representerer fibere som har en a= 1 brytningsindeksprofil og A-verdier på henholdsvis 1,0% og 1,3%. Kurvene 66 og 68

er for fibere kjennetegnet av kurven 44 på fig. 4 og har A-verdier på henholdvis 0,75% og 0,9 7%. Fiberen som korrespon-derer med kurven 66 vil tilveiebringe null-spredningsdrift ved omkring 1550 nm.

Kurvene på fig. 4-6 kan bli generert på et utall måte av fag-mann på område. Bølgeligningene kan bli løst for en gitt fiberbrytningsindeksprofil i samsvar med teknikkene beskrevet i publikasjonene: C. Yeh et al. "Computing the Propagation Characteristics of Radially Stratified Fibers: an Efficient Method", Applied Optics, Vol. 16, 1977, side 483-493 og L. G. Cohen et al. "Correlation Between Numerical Predictions an Measurements of Single-Mode Fiber Dispersion Characteristics", Applied Optics, Vol. 19, 1980, side 2007-2010. Fiberene kan alternativt bli fremstilte og dispersjonen målt i samsvar med teknikker beskrevet i publikasjonene: L. G. Cohen et al. "A Universal Fiber Optic (UFO) Measurement System Based on a Near IR Fiber Råman Laser", IEEE Journal of Quantum Mechanics, Vol. QE-14, 1978, side 855 og C. Lin et al. "Pulse Delay Measurements in the Zero-Material Dispersion Region for Germanium and Phosphorus Doped Silica Fibers", Electronics Letters, Vol. 14, 1978, side 170-172.

Optiske bølgelederefibere med kjernebrytningsindeksprofiler sånn som foreliggende oppfinnelse kan bli fremstilt ved hjelp av konvensjonell dampavsettningsprosseser. Et teoretisk eksempel vil bli gitt for å vise en fremstillingsmetode for en fiber konstruert for drift ved 1315 nm. Prosses slik som den beskrevet i U.S. patent nr. 4 217 02 7 kan bli anvendt. Med henvisning til fig. 1 og 2 blir forskjellige skikt avsatt ved dannelsen av emnet, idet at det skal bemerkes av fig. 1 er et tverrsnittriss av den resulterende fiberen. Et smeltet silisium-rør blir anvendt som substratrør som danner det ytre optiske skikt 18. Skiktet 18 kan virke som optisk kappeskikt med brytningsindeks n^ r men det foretrukkes at et skikt 16 med brytningsindeks n2 undertrykket under' det til det optiske kappeskiktet 18 kan bli anvendt slik at mindre dopemiddel konsen-trasjon er nødvendig ved kjernen for å tilveiebringe en gitt verdi for A. Dette medfører en lavere materialspredning som således gjør det mulig å tilveiebringe en verdi \ som er lik eller mindre enn omkring 1315 nm. Skiktet 16 kan innbefatte silisium dopet med omkring 1 molprosent fluor. Opptil 1,0 molprosent P2°5 kan bli. tillagt skiktet 16 for å senke myknings-punkttemperaturen til det skiktet for derved å forbedre pross-esens bekvemlighet. Det ytre kjerneområde 12 er dannet ved avsettning av silisiumskikt dopet med omkring 3 molprosent Ge02 på den indre overflaten til skiktet 16. Brytningsindeksunder-trykkelsesskiktet 14 er dannet ved avsetning av et skikt med silisium dopet med omkring 1,7 molprosent fluor. Det sentrale kjerneområdet 10 blir blir dannet ved avsetninq av et annet skikt med selisium dopet med omkring 3 molprosent GeOz^.

Emnet blir kollapset og trykket til en optisk bølgelederfiber som har følgende karakteristikk. Kjerneradiusen 12 er 6,2 ym. Område 14 med undertrykket brytningsindeks har en ytre diameter på 5,6 ym og en indre diameter på 3,6 ym. Området 16 med optiske kappemateriale med undertrykt brytningsindeks har en radius på omkring 15 ym. Brytninigsindeksene n^ , n2 og n^ er henholdsvis 1 ,463, 1 ,456, 1 ,4508 . Sperreverdien V"c for den normaliserte frekvensen er omkring 5,0 og sperrebølgelengden Xc er omkring 1115 nm. Den relative brytninqsindeksforskiellen A er 0,3%. Punktstørrelsen Wq er omkring 3,7 ym. Bølgeledersprednings-karakteristikken for denne fiberen er vist med kurven 56 på

fig. 5. Det står merket at kjerneradiusen på 6,2 ym er nesten 2 ganger kjerneradiusen for en sammenlignbar fiber med trinnbrytningsindeks som ikke har noen brytningsindeksundertrykkelse inne i kjernen.

Kt annet teoretisk eksempel vil bli gitt for å vise en fremstillingsmetode av en fiber konstruert for lavspredningsdrift over et bredere bølgelengdeområde mellom 1300 nm og 1550 nm.

En prosses lik den til det tidligere beskrevne eksemplet kan anvendt. Et smeltet silisiumrør blir anvendt som substrater som danner den ytre optiske kappeskiktet 18. Skiktet 16 kan innbefatte silisium dopet med omkring 1 molprosent fluor. Det ytre kjerneområdet 12 blir dannet ved avsetning av et skikt med silisium dopet med omkring 4,5 molprosent GeG^ på den indre overflaten til skiktet 16. Brytningsindeksundertrykkelses-skiktet 14 er dannet ved avsetning av et skikt med silisium dopet med omkring 2,6 molprosent fluor. Det sentrale området 10 blir dannet ved avsetning av et annet skikt med silisium dopet med omkring 4,5 molprosent GeG^.

Emnet blir kollapset og trykket til en optisk bølgelederfiber som har følgende karakteristikk. Kjerneradius 12 på omkring 6,7 ym. Området 14 med undertrykket brytningsindeks har en ytre diameter på omkring 5,5 ym og en indre diameter på omkring 3,3 ym. Området 16 med optisk kappmateriale med undertrykket brytningsindeks skulle ha en radius større enn omkring 15 ym. Brytningsindeksene n^og n^ er henholdsvis 1,465, 1,456, 1,447. Sperreverdien Vc for den normaliserte frekvens er omkring 5,0 og sperrebølgelengde X^ er omkring 1115 nm. Relativ brytningsindeksforskjellen A er 0,5%. Punktstørrelsen WQ er omkring 5 ym. Bølgerlederspredningskarakteristikken for denne fiberen er lik kurven 54 på fig. 5. Det skal merkes at kjerneradiusen på 6,7 ym er nesten 2 ganger kjerneradiusen for en sammenlignbar fiber med trinnbrytningsindeks som har ingen brytningsindeksundertrykkelse inne i kjernen.

Mens derimot brytningsindeksprofilene vist på fig. 2 og 3 har enkelt område med undertrykket brytningsindeks i kjernen angår også foreliggende oppfinnelse fiberekjerner som har 2 eller flere områder med undertrykket brytninqsindeks. Fig. 7 til 10 viser slike fibere.

Som vist på fig. 7 er kjerneområdene 75a og 75b atskilt med det undertrykte brytningsindeksområdet 76 og kjerneområder 75b og 7 5c atskilt med et undertrykket brytningindeksområde 77. Den optiske kappen kan ha en undertrykket brytningsindeks som vist med heltrukket linje 78 eller en ikke undertrykket brytningindeks som vist med stiplet linje 79. Brytningsindeksene til undertrykningen kan være større enn den til den optiske kappen som vist med heltrukne linjer 76 og 77 eller de kan være mindre enn den til den optiske kappen som vist med stiplede linjer 80 og 81. Fig. 8 viser en brytningsindeksprofil lik den på fig. 7 og viser dessuten det faktum at kjerneområdene 82a, 82b, og 82c kan ha forskjellige brytningsindeksverdier og at brytningsindeksene til de undertrykte brytningindeksområdene 83, 84 og områdene 85 og 86 kan være forskjellig. Fig. 9 viser det faktum at brytningsindekstoppene og under-trykningene kan være avrundet og brytningskurven 88 til kjernen kan variere sinusformet (med brytningsindeksvariasjoner av typen sin/cos-typen). Indeksprofilene for konstruksjonen på fig. 9 kan bli uttrykt med følgende formler:

Ved ovenfornevnte uttrykk utgjør m antall svingningen som bryt-ningsindeksprof ilene utsettes for og G er faseforsyningspara-meteret. For 0 = 90° er fordelingen kosinusformet. Variablene ved denne konstruksjonen som kan bli anvendt for å endre ut-bredelseskarakteristikkene er m, 9 og n^ i tillegg til n^,

<n>kladd og <a>'

Beregninger har vist at for m > 10 er brytningsindeksvariasjonene for hurtig for at modusen kan følge. Modusen ser i virkelig-heten kun en gjennomsnittlig brytningsindeks. Men i tilfeller hvor den radiale kjerneutbredelseskonstanten U, som er defin-2 2 1/2

ert av (V -.$ ) , passer til perioditeten til den sinusformede forstørrelsen er det mulig at resonans kan finne sted. Ved dette punktet kan utbredelseskarakteristikken endres drastisk. For dette forholdet er U tilnærmet lik um/a. Ved disse punktene kan utbredelseskonstanten, spredningen etc. være heller forskjellig fra det konvensjonelle tilfellet. Denne egenskapen kan bli anvendt for å konstruere bølgeledere av enkelmodus-typen med nødvendig spredningsegenskaper.

Fig. 10 viser at de sinusformede variasjonene 90 kan avta med øket radius sammen med noen gjennomsnittsverdier vist med stiplet linje 91. Alternativt kan variasjonen i kjernebrytningsindeksen svinge omkring i noen gjennomsnittsverdier som øker med radiusen som vist med stiplet linje 92.

Det skal bemerkes at ytterligere variabler er tilgjengelige ved utførelsesformene på fig. 7 til 10 sammenlignet med utfør-elsesformene på fig. 2 og 3. Det følges mulig å tilveiebringe en bedre optimalisering av tap og spredningsegenskapene for fiberen over et stort bølgelengdeområde når fiberkjernen har mer enn en brytningsindeksundertrykkelse.

Claims (9)

1. Optisk bølgelederfiber innefattende en kjerne av transparent materiale som har en maksimal brytningsindeks n-^ og en radius a, og et sjikt av transparent optisk kappemateriale på den ytre overflaten til kjernen, idet brytningsindeksen n2 til den optiske kappen er mindre enn n- ±, hvor kjernen innbefatter en sentral del (75a, 82a) omgitt av i det minste to konsen-triske segmenter (75b, 75c; 82b, 82c), idet den sentrale delen (75a; 82a) og den innerste (75b; 82b) av de konsen-triske segmentene er adskilt av et område med redusert brytningsindeks (76, 80; 83, 85) og idet hvert par av nærliggende segmenter er adskilt av et område med redusert brytningsindeks (77, 81; 84, 86), idet den indre radiusen a± til det innerste (76, 80; 83, 85) området med redusert brytningsindeks er større enn 0 og maksimalradiusen a0 til det ytterste (77, 81; 84, 86) området med redusert brytningsindeks er mindre enn a, karakterisert ved at brytningsindeksen til segmentene og områdene og radiusen derav er slik at fiberen er en enkelmodusfiber ved i det minste en bølgelengde ved hvilke fiberen er egnet for bruk som en langdistansetransmisjonslinje.

2. Bølgeleder ifølge krav 1, karakterisert ved at den optiske kappen innbefatter et område med redusert brytningsindeks (78) tilliggende kjernens ytre overflate.

3. Bølgeleder ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at maksimumsbrytningsindeksen til den sentrale delen (75a) og til hvert av segmentene (75b, 75c) er den samme.

4. Bølgeleder ifølge krav 1 eller 2 , karakterisert ved at maksimumsbrytningsindeksen til den sentrale delen (82a) og segmentene (82b, 82c) ikke er de samme.

5. Bølgeleder ifølge krav 1, karakterisert ved at brytningsindeksene til områdene (76, 77; 80, 81) med redusert brytningsindeks er de samme.

6. Bølgeleder ifølge krav 1, karakterisert ved at brytningsindeksene til områdene (83, 84, 85, 86) med redusert brytningsindeks ikke er de samme.

7. Bølgeleder ifølge krav 1, karakterisert ved at den sammensatte brytningsindeksen for den sentrale delen, segmentene og de ringformede områdene med redusert brytningsindeks er sinusformet (88).

8. Bølgelder ifølge krav 7,karakterisert ved at den sinusformede sammensatte brytningsindeksvariasjonen (90) til kjernen er overlagret en radialt avtagende basisverdi (91).

9. Bølgeleder ifølge krav 7, karakterisert ved at den sinusformede sammensatte brytningsindeksvariasjonen (90) til kjernen er overlagret en radialt økende basisverdi (92).