RU96107903A

RU96107903A - Одномодовый волоконно-оптический волновод с управляемой дисперсией и способ его изготовления (варианты)

Info

Publication number: RU96107903A
Application number: RU96107903/28A
Authority: RU
Inventors: Джордж Эдвард Берки; Венката Адизешайа Бхагаватула; Питер Кристофер Джоунз; Доналд Брюс Кек; Янминг Лью; Роберт Эдам Модейвис; Элан Джон Морроу; Марк Эндрю Ньюхаус; Дэниэл Алойзиус Ноулен
Original assignee: Корнинг Инкорпорейтед
Priority date: 1995-04-13
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 1998-07-10

Claims

1. Одномодовый волоконно-оптический волновод с управляемой дисперсией, содержащий область стекла жилы, имеющую профиль распределения показателя преломления, окруженную слоем стекла оболочки, причем стекло оболочки имеет показатель преломления n_c, меньший показателя преломления по меньшей мере части стекла жилы, имеющей указанный профиль распределения, отличающийся тем, что вдоль волоконно-оптического волновода полная дисперсия меняет знак от положительного к отрицательному и от отрицательного к положительному, при этом участок l_i волоконно-оптического волновода состоит из сегментов dl_i, причем каждый сегмент dl_i имеет соответствующую по существу, постоянную полную дисперсию D_i, где D_i лежит в первом диапазоне значений с заранее заданным знаком, а l_i характеризуется суммой произведений D_idl_i, участок l_i волоконно-оптического волновода состоит из сегментов dl_j, причем каждый сегмент dl_j имеет соответствующую, по существу, постоянную полную дисперсию D_j, где D_j лежит во втором диапазоне значений и имеет знак, противоположный знаку D_i, а l_j характеризуется суммой произведений D_jdl_j, и имеют переходные участки l_t, в пределах которых полная дисперсия меняется от значения из первого диапазона значений дисперсии до значения из второго диапазона значений дисперсии, причем сумма всех участков l_i, всех участков l_j и всех участков l_t равна полной длине волоконно-оптического волновода и алгебраическая сумма всех произведений dl_iD_i и dl_jD_j меньше заранее заданной величины в пределах заранее заданного диапазона длин волн.

2. Одномодовый волоконно-оптический волновод по п.1, отличающийся тем, что величина каждой из указанных полых дисперсий D_i и D_j лежит в диапазоне приблизительно 0,5 - 20,0 пс/нм/км, заранее заданный диапазон длин волн составляет приблизительно 1525 - 1565 нм, а заранее заданная величина алгебраической суммы произведений, по существу, равна нулю.

3. Одномодовый волоконно-оптический волновод по п.1, отличающийся тем, что дина каждого из указанных участков l_i и l_j превышает приблизительно 0,1 км.

4. Одномодовый волоконно-оптический волновод по п.3, отличающийся тем, что каждый переходной участок l_t имеет субучасток l_s длиной не более приблизительно 500 м, в пределах которого величина полной дисперсии не превышает приблизительно 0,5 пс/нм/км, в результате чего, по существу, снижаются энергетические потери из-за четырехволнового смешения на этих субучастках.

5. Одномодовый волоконно-оптический волновод по п.4, отличающийся тем, что указанная область жилы имеет радиус, который определяется как расстояние между центральной осью волоконно-оптического волновода и границей раздела между указанной областью жилы и указанным слоем оболочки, и указанный сегмент dl_i имеет соответствующий радиус r_i, причем величина r_i лежит в первом заранее заданном диапазоне, указанный сегмент dl_j имеет соответствующий радиус r_j, причем величина r_j лежит во втором заранее заданном диапазоне, указанный переходной участок имеет соответствующий радиус, величина которого меняется от величины r_i, лежащей в первом заранее заданном диапазоне, до величины r_j, лежащей во втором заранее заданном диапазоне, причем значение каждого r_i отличается от значения каждого r_j на величину приблизительно 5 - 25%.

6. Одномодовый волоконно-оптический волновод по п.4, отличающийся тем, что сегмент dl_i имеет светопроводящую область, характеризующуюся максимальным показателем преломления n_i, где n_i лежит в пределах первого заранее заданного диапазона значений показателя преломления, сегмент dl_i имеет светопроводящую область, характеризующуюся максимальным показателем преломления n_j, и разность между каждым n_i и каждым n_j составляет по меньшей мере приблизительно 5 • 10^-6.

7. Одномодовый волоконно-оптический волновод по п.6, отличающийся тем, что разность между каждым n_i и каждым n_j составляет по меньшей мере приблизительно 1 • 10^-3.

8. Одномодовый волоконно-оптический волновод по п.1, отличающийся тем, что указанная область стекла жилы содержит центральную часть, имеющую первый профиль распределения показателя преломления, и по меньшей мере одну кольцеобразную часть, примыкающую к центральной части, имеющую второй профиль распределения показателя преломления.

9. Одномодовый волоконно-оптический волновод по п.8, отличающийся тем, что указанный первый профиль распределения показателя преломления является альфа-профилем.

10. Одномодовый волоконно-оптический волновод по п.8, отличающийся тем, что указанный первый профиль распределения показателя преломления характеризуется постоянным показателем преломления, по существу, равным n_o, указанный профиль распределения показателя преломления примыкающего участка имеет скругленно-ступенчатое изменение показателя преломления и максимальный показатель преломления, n₁>n_o.

11. Одномодовый волоконно-оптический волновод по п.10, отличающийся тем, что указанный профиль распределения показателя преломления примыкающего участка имеет форму кольца с внутренним радиусом a₁ и внешним радиусом a, которые измеряются от центральной оси волоконно-оптического волновода до внутренней и внешней поверхностей указанного кольца, a₁/a приблизительно равно 0,5, а максимальный коэффициент Δ указанного скругленно-ступенчатого изменения показателя преломления приблизительно равен 1%.

12. Одномодовый волоконно-оптический волновод с управляемой дисперсией, содержащий область стекла жилы, имеющую профиль распределения показателя преломления, окруженную слоем стекла оболочки, причем указанное стекло оболочки имеет показатель преломления n_c меньший, чем показатель преломления по меньшей мере части стекла жилы, имеющей указанный профиль распределения показателя преломления, причем радиус r представляет собой расстояние от центральной оси волоконно-оптического волновода до поверхности раздела между указанной областью стекла жилы и указанным слоем стекла оболочки, отличающийся тем, что он содержит по длине ряд участков l₁, причем l_i состоит из сегментов dl_i, а каждый сегмент dl_i имеет соответствующую, по существу, постоянную дисперсию D_i, которая лежит в первом заранее заданном диапазоне значений, ряд участков l_j, которые состоят из сегментов dl_j, причем каждый сегмент dl_j имеет соответствующую, по существу, постоянную дисперсию D_j, которая лежит во втором заранее заданном диапазоне значений, и переходные участки, расположенные между соответствующими парами l_i и ;_l, причем каждый из сегментов dl_i имеет длину волны, при которой дисперсия равна нулю, величина которой находится в первом диапазоне длин волн, каждый из сегментов dl_j имеет длину волны, при которой дисперсия равна нулю, величина которой находится во втором диапазоне длин волн, причем первый и второй диапазоны длин волн не перекрываются, указанный второй диапазон длин волн лежит ниже, чем указанный первый диапазон длин волн, и алгебраическая сумма произведений dl_iD_i и Dl_jD_j равна заранее заданной величине в пределах заранее заданного диапазона длин волн.

13. Одномодовый волоконно-оптический волновод по п.12, отличающийся тем, что указанный первый диапазон длин волн составляет приблизительно 1565 - 1680 нм, а указанный второй диапазон длин волн - приблизительно 1480 - 1525 нм и/или имеющий по меньшей мере один из признаков: величина полной дисперсии для любого из указанных участков dl_i и dl_j превышает 0,5 пс/нм/км в рабочем диапазоне длин волн, который лежит между нижней границей указанного первого диапазона и верхней границей указанного второго диапазона длин волн, указанный рабочий диапазон составляет приблизительно 1525 - 1565 нм.

14. Способ изготовления одномодового волоконно-оптического волновода, отличающийся тем, что он содержит следующие операции: формируют заготовку жилы, по меньшей мере один из заранее заданных участков длины который имеет относительно большой диаметр и по меньшей мере один из заранее заданных участков длины который имеет меньший диаметр по сравнению с указанным большим диаметром, на указанную заготовку жилы наносят оболочку с формированием заготовки для вытягивания, по существу, однородной цилиндрической формы и вытягивают заготовку для вытягивания с образованием волоконно-оптического кабеля, имеющего, по существу, постоянный внешний диаметр и по меньшей мере один участок l_i с уменьшенным диаметром жилы, соответствующий по меньшей мере одному участку заготовки жилы с меньшим диаметром, в то время как остальная часть волоконно-оптического волновода содержит по меньшей мере один участок l_j с диаметром жилы, большим, чем указанный уменьшенный диаметр жилы, причем указанный по меньшей мере один участок с уменьшенным диаметром жилы сформирован из сегментов dl_i, имеющих соответствующее произведение полной дисперсии D_idl_i, а указанный участок неуменьшенного диаметра сформирован из сегментов dl_j, имеющих соответствующее произведение полной дисперсии D_jdl_j, а алгебраическая сумма произведений dl_iD_i и dl_jD_j равна заранее заданной величине в пределах заранее заданного диапазона длин волн.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что при операции формирования заготовки жилы формируют заготовку, полностью состоящую из стекла жилы, или формируют заготовку, имеющую центральный участок жилы, окруженный слоем стекла оболочки.

16. Способ по п.14, отличающийся тем, что при операции нанесения оболочки осаждают частицы стекла на поверхность указанной заготовки жилы и обеспечивают спекание указанных частиц с формированием плотной прозрачной стеклянной оболочки, в результате операции спекания, возможно, формируют стеклянную оболочку, имеющую заданный диаметр в пределах участка жилы с относительно большим диаметром, и участок с меньшим, чем заданный, диаметром в пределах участка жилы с относительно меньшим диаметром, затем уменьшают диаметр участка стекла оболочки, окружающего область жилы с относительно большим диаметром, с получением заготовки для вытягивания, имеющей, по существу, постоянный диаметр слоя оболочки.

17. Способ по п.14, отличающийся тем, что при операции осаждения частиц стекла осаждают слой частиц стекла, имеющий изменяющийся диаметр, который больше на тех участках, которые соответствуют меньшему диаметру указанной заготовки жилы, причем диаметр слоя из частиц стекла таков, что после операции спекания диаметр слоя оболочки полученной заготовки для вытягивания, по существу, постоянен.

18. Способ по п.14, отличающийся тем, что при операции формирования заготовки жилы нагревают по меньшей мере один участок заготовки жиды и изменяют диаметр нагретого участка, а при операции нагрева, возможно, направляют пламя на указанный по меньшей мере один участок и охлаждают части указанной заготовки жилы, прилегающие к указанному по меньшей мере одному участку, или направляют пламя горелки на указанный по меньшей мере один участок, а часть пламени отклоняют по меньшей мере одним экраном.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что при операции изменения диаметра нагретого участка перемещают части, прилегающие к нагретому участку, в направлении нагретого участка для увеличения диаметра нагретого участка или перемещают части, прилегающие к нагретому участку, в направлении от нагретого участка для уменьшения диаметра нагретого участка.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что при операции охлаждения на указанные части заготовки жилы, прилегающие к противоположным концам нагретого участка, направляют охлаждающий газ.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что при операции нагрева используют горелку, имеющую отверстия, из которых поступает горючий газ с формированием пламени, а охлаждающий газ поступает из отверстий в горелке, расположенных рядом с указанными отверстиями для горючего газа, направляя пламя горелки на указанный по меньшей мере один участок, или указанный охлаждающий газ поступает из отверстий, которые удалены от указанной горелки, причем горелку располагают под первым азимутальным углом относительно продольной оси указанной заготовки жилы, а потоки охлаждающего газа поступают под азимутальным углом, который отличен от первого азимутального угла.

22. Способ по п.18, отличающийся тем, что при операции нагрева вокруг заготовки жилы по разные стороны участка, который подвергают нагреву, помещают теплопроводящие втулки, и нагревают участок указанной заготовки жилы, расположенный между этими втулками, причем при операции нагрева, возможно, направляют на указанный по меньшей мере один участок пучок лазерного излучения, кроме того, мощность и продолжительность лазерного облучения могут быть достаточными для того, чтобы указанный по меньшей мере один участок размягчился, мощность и продолжительность лазерного облучения могут быть достаточными для удаления материала с указанного участка.

23. Способ по п.18, отличающийся тем, что перед операцией нагрева уменьшают диаметр каждого участка указанной заготовки жилы, который будут нагревать, путем удаления материала с поверхности этой заготовки жилы, а удаление материала может быть произведено одним из следующих способов: шлифованием, травлением или лазерной абляцией.

24. Способ по п.14, отличающийся тем, что при операции формирования заготовки жилы формируют предварительную заготовку жилы, имеющую постоянный внешний диаметр, помещают предварительную заготовку жилы в горячую зону печи для вытягивания для нагрева и размягчения заранее заданного участка этой заготовки и тянут размягченный участок указанной заготовки жилы для его растягивания и уменьшения ее диаметра или тянут размягченный участок указанной предварительной заготовки с первой скоростью с формированием участков меньшего диаметра и тянут размягченный участок указанной предварительной заготовки жилы со скоростью, меньшей первой скорости, с формированием участков с большим диаметром, чем у участков меньшего диаметра.

25. Способ изготовления одномодового волоконно-оптического волновода, отличающийся тем, что он содержит следующие операции: формируют заготовку для вытягивания, по меньшей мере один из заранее заданных участков длины которой имеет относительно большой диаметр и по меньшей мере один из заранее заданных участков длины который имеет меньший диаметр по сравнению с указанным большим диаметром, вытягивают указанную заготовку для вытягивания с получением волоконно-оптического волновода, имеющего, по существу, постоянный внешний диаметр и имеющего по меньшей мере один участок l_i с уменьшенным диаметром жилы, соответствующий по меньшей мере одному участку заготовки для вытягивания с относительно меньшим диаметром, в то время как остальная часть волоконно-оптического волновода содержит по меньшей мере один участок l_j с диаметром жилы, большим, чем указанный уменьшенный диаметр жилы, причем указанный по меньшей мере один участок с уменьшенным диаметром жилы сформирован из сегментов dl_i, имеющих соответствующее произведение полной дисперсии D_idl_i, а указанный участок неуменьшенного диаметра сформирован из сегментов dl_j, имеющих соответствующее произведение полной дисперсии D_jdl_j, а алгебраическая сумма произведений dl_iD_i и dl_jD_j равна заранее заданной величине в пределах заранее заданного диапазона длин волн.

26. Способ по п.25, отличающийся тем, что при операции формирования заготовки для вытягивания формируют предварительную заготовку для вытягивания, имеющую постоянный диаметр жилы и постоянный диаметр оболочки, и уменьшают диаметр по меньшей мере одного заранее заданного участка предварительной заготовки для вытягивания путем удаления материала с поверхности указанной оболочки, возможно, одним из следующих способов: травлением в кислоте и полированием, шлифованием и полированием, лазерной обработкой, а также нагревом и вытягиванием.

27. Способ по п.25, отличающийся тем, что при операции формирования заготовки для вытягивания формируют предварительную заготовку для вытягивания с постоянным диаметром и на указанную предварительную заготовку для вытягивания наносят по меньшей мере одну втулку из стекла оболочки, или формуют заготовку жилы постоянного диаметра, формируют втулку из стекла оболочки периодически изменяющейся толщины, имеющую по меньшей мере один участок малого диаметра и по меньшей мере один участок большого диаметра, и вставляют указанную заготовку жилы в указанную втулку, или формируют заготовку жилы постоянного диаметра, формируют втулку из стекла оболочки постоянного диаметра, уменьшают диаметр по меньшей мере одного участка втулки с получением втулки периодически изменяющейся толщины и вставляют указанную заготовку жилы в указанную втулку периодически изменяющейся толщины, или формируют заготовку жилы постоянного диаметра, имеющую область жилы, окруженную стеклом оболочки, вдоль поверхности стекла оболочки формируют на расстоянии друг от друга кольцеобразные пазы, поверх этой заготовки жилы наносят покрытие из частиц стекла оболочки, осуществляют спекание частиц стекла оболочки с получением заготовки для вытягивания, имеющей плотный слой стекла оболочки, причем длина указанных пазов не превышает 2 мм и является, по существу, настолько малой, что плотность заполнения из частиц внутри паза, по существу, меньше, чем плотность заполнения из частиц между пазами, так что оболочка указанной заготовки для вытягивания на участках между пазами имеет относительно больший диаметр, а остальная оболочка имеет меньший диаметр.

28. Способ изготовления одномодового волоконно-оптического волновода, отличающийся тем, что он содержит следующие операции: формируют заготовку жилы цилиндрической формы, имеющую диаметр и длину, на указанную заготовку жилы наносят оболочку с получением заготовки для вытягивания однородной цилиндрической формы, уменьшают диаметр указанной заготовки для вытягивания в пределах по меньшей мере одного заранее заданного участка длины и вытягивают указанную заготовку для вытягивания с получением волоконно-оптического кабеля, имеющего, по существу, постоянный внешний диаметр и участок с уменьшенным диаметром жилы, соответствующий участку заготовки жилы с меньшим диаметром, причем указанный по меньшей мере один участок l_i волновода с уменьшенным диаметром жилы сформирован из сегментов dl_i, имеющих соответствующее произведение полной дисперсии D_idl_i, а участок l_j волновода неуменьшенного диаметра выполнен из сегментов dl_j, имеющих соответствующее произведение полной дисперсии D_jdl_j, а алгебраическая сумма произведений dl_iD_i и dl_jD_j равна заранее заданной величине в пределах заранее заданного диапазона длин волн.

29. Способ изготовления одномодового волоконно-оптического волновода, отличающийся тем, что он содержит следующие операции: формируют заготовку для вытягивания, имеющую область жилы, по существу, цилиндрической формы, окруженную слоем оболочки, имеющим, по существу, цилиндрическую внешнюю поверхность, вытягивают указанную заготовку для вытягивания с получением волоконно-оптического волновода, используя устройство для вытягивания волноводного волокна, содержащее печь и размещенные на расстоянии от печи средства нанесения полимерного покрытия на волоконно-оптический волновод, и после того, как волоконно-оптический волновод покидает печь, но до того, как на него наносят полимерное покрытие, облучают заранее заданные и размещенные на расстоянии друг от друга продольные участки l_r волоконно-оптического волновода, где участок l_r состоит из сегментов dl_r, имеющих, по существу, постоянную полную дисперсию D_r, причем необлученные участки длиной l_u состоят из сегментов dl_u, имеющих, по существу, постоянную полную дисперсию D_u, а алгебраическая сумма произведений dl_rD_r и dl_uD_u равна заранее заданной величине в пределах заранее заданного диапазона длин волн.

30. Способ по п.29, отличающийся тем, что облучение проводят с помощью гамма-лучей, или рентгеновского излучения, или бета-частиц, или альфа-частиц, или нейтронов, или ультрафиолетового обучения, которое предпочтительно характеризуется потоком энергии приблизительно 100 мДж/см² и подается в виде импульсов длительностью приблизительно 10 - 20 нс, причем на каждый из указанных продольных участков подают по меньшей мере один импульс.