TW294788B - - Google Patents

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如4788 五、發明説明（1 ) 發明背景：_ 本發明係關於控制色散之單模波導纖維以及一種製造 該新穎纖維之方法。 加入高功率雷射，光學放大器，多頻通訊，以及較高速 率數據傳輸之通謝鱗已促使研Μ導纖維之設計，其能 夠將由於非線性波導效應之訊號衰減減為最低。 波導設計特殊優點在於其能夠實質上去除四波相混。 所遭遇困難在於波導纖維設計將四波減減為最低同時保 持再發器相隔較遠之系統所需要特性。為了實質上去除四 波相混，波導纖維不應操作靠近於總色散為零處，因為四波 相混發生於波導色散相當低時，即小於0.5ps/nm-km。另外 一方面，波長偏離波導總色散為零之^號將被衰減，因為存 在色散之故。 一項提出克服該困難之方法為建造一系統，其使用線 纜波導纖維，其一部份長度具有正的總色散，一部份長度使 用負的總色散。假如所有線纜各部份平均色散乘以長度接 近零，再發器間距能夠是相當大。不過，訊號永遠不會通過 色散接近零處波導長度，因而防止四波相混。 ®濟部中央標準局負工消费合作社印策 J ：------木衣-- (請先閱讀背面，之注意事項再填寫本頁) 該方法產生之問題在於再發器間之每一連結必需修整 以產生所需要之長度與色散平均數之乘積值。保持由線纜 工廠出產至按裝過程之線纜色散相同性為並不想要之額外 工作以及為誤差之來源。除此，不但需要產生適當之色散， 同時具有該色散之適當線纜長度，其將增加製造之困難以 及導致增加系統之費用。當考慮到替換線規時將產生更進 A7 ------- 五、發明説明（> ) 一步之問題。 本發明藉由製造出每-光纖本身包含色散控制系統而 克服這些問題。-個預先蚊之長錄赠色散平均值， 即總色散輸，被設計於每-波顿維巾。因而，所有線規 波導纖具有相同色散乘積特性，以及並不需要指定特定線 纜為系統之特定元件。 由於四波相混之能量補償實質上被去除，或減小至預 先決定之程度，同時總連結色散保持為贱決定之數值，其 能夠實質上等於零之數值。 定義： 色散"係指脈波變寬以及以ps/nm_km表示。 -·’色散積”係指色散乘以長度以及以ps/nm表示。 -相位不匹配”係指不相同中央波長相互作用光波中之相 位差值，其可以藉由四波相混而相互作用。 -’，週期長度”紐導_之統，其包含具狂色散之部份 長度，負色散之部份長度以及色散由正變為負之敬長度。 振盈長度”為週期長度正色散或負色散之部份長度。其 中振盪長度並無符號，正及負之振盪長度為相等。 經濟部中央標準局1Λ工消费合作社印製 相位不相匹配與色散積呈正比。同時累加相位不相 匹配與色散積之和成正比。圖6_7巾，賴示能量補償之統 一定理為每-能量爾變輯著《巾1加她不相匹配 而變化。當相位;I；她變驗大時，能量補償將減小。 j而圖6 7犯夠藉由將其視為相位不相匹配與總色散 及振盈長度_性之列舉說明而被人們清楚地了解、。換言 (CNS )八4規格（210x297公釐） 294788 A7 Η 7 Μ濟部中央栉舉局只工消赀合作社印裝 五、發明説明（3 之，圖6-7顯示出能量補償決定於相位不相匹配，其中相位 不相匹配以顯著可量測波導纖維特性如總色散及振盪長度 表示。 訊號分離”係指在波導纖維上相鄰多工訊號頻率分離。 例如在本說明書中所含有系統之訊號分離為2〇〇gHZ。 發明大要： 本發明符合波導纖維長度之要求，在其中色散積被控 制為預先決疋之數值，其符合系統連結之要求。每一波導 纖維可與設計為該系統連結之其他任何—根波導纖維相互 交換。因而並不需要制在連結中安排魏紐以及總各 別線纖色散以符合連結之要求。 本發明第-項為單模波導纖維，其心蕊區域為包層區 域所圍繞著。心蕊區域特徵為折射率分佈，其以沿著心泫 半徑之每-點折射率來表示。為了傳導心蕊區域中之光線 ，至少一部份心品折射率分佈必需大於包層折射率。在大 部份應财，包層實質上具有平坦分佈之折射率，雖然已發 現包層具有非固定折射率之設計具有一些優點。 在該方面，本發職維之色散沿著料紐在正值範 圍及負值翻之陳製造出具有變化。特殊長度丨之色散 積以ps/nm表示，為一個乘積(D ps/Wlkm)。正的ps/nm 數值將與-個鱗_數值相消。通常，長划之色散能 夠;^著1，由-點至-點變化。即色散〇，位於預先決定之色 散範圍内，但是會沿糾由—點ϋ變化。為了表示以 Wnm表示u對色散積影響二由許多段仙構成，其相關 適用中_家碎 --------；--寒------1Γ------ά (請先閱讀背面之··;ϊ意事項再填寫本頁) 五、發明説明（，） " '' —' 〜色政D|貫負上為固定的。出广q乘積和表示出對色散 f11之影響。注意當dli接近〇，(11,*9乘積和單純地為di| 在長度^之積分。假如色散實質上在每—小段丨|為固 定的，則乘積和為。 整個波導纖維長度之色散藉由控制每一段dl|之色散 D,而加以控制，使得Di*dl,乘積和等於預先決定之數值適 用於特定之系統設計。 由於該波導設計在多工系統一項實施例中達到完全之 性能，在訊號能夠多工化波長範圍内之乘積和被控制為預 先決定之數值。 作為高速率數據傳輸之系統，其具有相隔長遠之再發 器，在由1525nm至1565nm低衰減頻窗之波長範圍内能夠有 益地加以選擇。在該情況下，優先使用實施例在波長範圍 内之乘積和目標為〇。 D,大小保持為〇.5pS/nm-km以實質上防止四波相混以 及低於20ps/nm-km，因而並不需要波導纖維參數中過大之 變化。 雖然保持某一數值總色散之長度通常大於01kn^此 較低長度限制減小功率補償，(參閱圖7)，以及將製造過程 減化。 DM單模波導週期長度被定義為具有第一範圍内總色散 之第一長度加上具有第二範圍内總色散之第二長度，在其 中第一及第二範圍為相反符號，加上在第一及第二範圍之 間過渡色散之長度。該三段長度並不需要相鄰，因為在整 屮闽围家標準（CNS > Λ4规格（210X297公渖） A7 _______ B7 五、發明説明（f ) 經濟部中央標準局負工消资合作社印5i 個纖維長度範圍被控制之數值為!；)*^乘積和。不過為了使 處理過程級控制，三段長度通雜_㈣—長度接著 相鄰過渡長度，接著相鄰第二長度。為了防止四波相混以 及任何相難量鑛於财長度巾，最好保持具有總色散 低於O.Sps/rrni-ion之部份過渡長度為儘可能短，最好每個過 渡長度小於500米以及最好不大於週期長度之1〇%。 波導長度之色散能夠藉由多種方法加以改變，包括改 變波導幾何形狀，波導折射率，波導折射率分佈，或波導組 成份。在一項實施例中，心蕊預製件能夠藉由業界熟知之 任何種方法製造出，其能夠被處理具有減小直徑之斷面 。減小斷面能夠藉由多種方法達成例如加熱及拉伸一段或 夕&預製件或藉由機械方法例如磨除及抛光去除預製件外 環區域，化學方法例如酸腐蝕及拋光，或能量撞擊例如雷射 去除。所形成心蕊預製件再藉由多種方法中任何一種方法 加上外包層，包括粉層沉積或使用外包層管件以形成抽拉 毛胚或具有均勻實質上為圓柱形之外側表面。 在類似於先前所說明方法中，心蕊預製件能夠被加熱， 以及加熱區域相肖兩側上之預製件區域能夠冑著加熱區域 移動以擴大或凸出加熱區域。所形成心蕊預製件再加上外 包層以形成抽拉預製件。 當抽拉毛胚被抽拉為均勻直徑之光纖，波導心蕊半徑 能夠在心蕊預製件中減小半徑長度内被減小。半徑減小5% 至25%足以產生所需要正至負之色散變化。減小25%只在總 色散絕對值約為20ps/nm-km之情況下為需要的。通常5〇/〇至 本紙張尺度適用中Μ家樣车（ (请先閱"背而之注意事項#填』^本歼) 裝

I 9 A7 B7 經濟部中央標準局員工消f合作社印製 五、發明说明（) 10%半徑變化範圍内足以適用於大部份之應用。如先前所 說明，控制之數值為D^dlAD^dlj乘積和，其中〇_為相對 於減小半徑η之總色散，其在第一數值範圍内，以及D丨為相 對於減小半徑r丨之總色散，其在第二數值範圍内。〇_及〇丨 在操作波長範圍内為不相同的數值符號。 心蕊直徑變化亦能夠藉由減小抽拉預製件或毛胚之直 徑部份而達成，其實質上具有均勻直徑之心蕊部份，以及再 ，抽拉預製件至均勻外徑之波導纖維。波導心蕊具有減小直 住部伤，其相當於直徑未被減小之抽拉預製件部份。 在另外一個實施例中，纖維折射率沿著波導長度變化 。折射率能夠藉由在電磁場頻譜中對纖維照射光線而加以 改變，或利用次原子顆粒例如電子，α粒子或令子照射波導 。每-顆粒藉由其相對應DeBroglie波長而表現出特徵。 人們能夠說明顆粒照射為利用特定DeBr〇gUe波長照射。 -種優先賴促使^蕊折辟變化之方法為侧紫外線照 射波導纖維。由於賴來保護波導纖維之聚合物塗膜材^ 之特性，在纖維離開高溫爐加熱區域後，以及在承受聚合物 塗膜之前照射料線。當折射率差值低至5xl〇-6能夠提供 2為限制四波相混。大於1O谢3之折群差值能夠優先 使用。 隻化折射率將導致總色散變化，其允許D·*啦及 被加以控制。為相對於第__折射率範圍之總色散 的數於第二折射率範圍之總色散，叫為不相同 --------^ 裝 訂 ；-紙 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 _ t 〇 五、發明説明（ A7 B7 經濟部中央榡準局負工消費合作社印製 任何較大數值之折射率分佈提供所需要之彈性以調整 波導總色散以及因而改變總色散。這些已詳細說明於美國 第4715679说專利，以及Bhagavatula之美國第08/323796 08/378780號專利申請案中。 . ’ 提供本發明波導纖維所需要特性之特定折射率分佈為 心蕊區域包含具有折射率分佈之中央部份，以及至少一個 環狀部份，其圍繞著具有不相同的折射率分佈之中央部份 。具有該形式分佈之光纖稱為片段化心蕊纖維。中央部份 能夠具有分佈，其能由公式n(r)=n〇[l_A(r/a)«】表示， 其中η為折射率，n。為最大折射率，r為半徑變化值，a為纖維 心蕊半徑，△為％折射率以及α為大於〇之數值。△定義為 (ηι 2'化2) / 2叫2,其中叫為心蕊區域之最大折射率以及〜 為包層玻璃層之折射率。 在另外一個實施例中，折射率分佈包含實質上固定之 中央部份，其具有折射率實質上等於包層玻璃折射率以及 相鄰環狀折射率部份為圓形化之階躍折射率。為了製造具 有口疋中央£域以及ί衣狀階躍折射率部份之折射率方便變 為簡單及容易紐紐㈣。料純折射率分佈之優先使 用實施例具有最大折射率％△約為1%以及a,/a比值約為〇5 ，其中如圖4所定義。 本發明另外一項為單模光學波導，其具有一組部份長 度L其由dl*所構成，其分別具有實質上固定色散D,，其中 D•零色散在第—波長賴内。其鱗份長度lj以及1·以及 過渡長度構成波導纖維長度，其糾段却所構成，其分

： ——士衣— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁〕 -I 1 -1 I tn · -n I— . A7 ____ ____B7五、發明説明（g ) 經濟部中央標準局負工消f合作社印裂 具有實質上固疋總色散D丨，以及D丨零色散在與第一波長範 圍=相連接之第二波長範圍内。所謂不相連接一般係指兩 個範圍並無相同數值。長度及色散選擇將使得dpD_& 乘積和在預先決定波長範圍内為預先決定之數值。 對於色散偏移波導纖維，優先使用預先決定系統之操 作範圍約為1525nm至1565mn。‘零色散第一波長範圍約為15 7〇nm至1680nm，以及第二波長範圍約為l48〇nm至1535nm。 在該系統中，通訊訊號實質上總是運行於非零色散之波導 纖維中，例如總色散不小於〇.5ps/nm-km，因而實質上防止 四波相混。不過，整體系統總色散能夠實質上保持為零，使 ί于較小或沒有號由於總色散即材料加上波導色散而產生 衰減。 本發明另外一項為一種製造DM波導纖維之方法。製造 出心蕊預製件具有至少一部份長度相對於其餘部份之減小 直徑。塗覆上包層以形成抽拉預製件。抽拉預製件再抽拉 為實質上固定外徑之波導纖維。為維持正常規格，波導纖 維實質上不含孔隙。該波導之心蕊具有部份長度為減小直 徑，其相對於減小直徑之預製件部份長度。減小直徑部份 長度之深度，縱向延伸以及數目之選擇將使得在預先決定 之波長範圍内之總色散乘以該段長度積之總和等於預先決 定之數值。如先前所說明，假如在部份長度内總色散變化， 該段由多個小段構成，每一小段具有相對實質上固定總色散从气螂锊缚泰散赛μ录寒年蟑。 使直徑變化另外一個處理方法為減小至少一部份抽拉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) ’丨裝· 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨Οχ 297公廣) "" 的4788

五、 發明説明（ 毛胚之直徑，其特徵為具有實質上均勻徑向心蕊之大小。 ----.--裝-- (請先閱讀背面之注意事項Ϊ1-填寫本頁) 抽拉為均勻之直徑波導將再產生直徑具有變化之心蕊。在 該情況下相對於直徑沒有被減小之抽拉預製件部份長度中 之波導心蕊直徑為較小的。 心蕊預製件或抽拉預製件直徑之減小能夠使用一般業 界所熟知多種方法來實施。此包括一系列之技術，例如磨 除及抛光，腐轴及抛光或加熱及拉伸。 可加以變化，心蕊直徑能夠藉由加熱部份心蕊預製件 以及朝著加熱部份緊壓加熱部份相’對兩惻之心蕊預製件以 促使其凸起而形成於心蕊預製件中。 如先前所說明，被減小直徑之波導心蕊長度大於〇. lkm 為較有益的。減小之數量最好在未被減小心蕊直徑之5%至 25%範_祕先獅^如絲所說明5%至1〇%之 當足夠的。 ~ 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 在容易製造方法之一項實施例中，被減小直徑之部份 長度沿著心蕊或抽拉預製件均勻地相隔著以使波導為成對 減小及未被減小之波導纖維部份長度，其由過渡長度連接 著，在該過渡長度内直徑由被減小尺寸變化為至未被減小 之尺寸。假如整個波導長度由該成對長度所構成，整個總 色散能夠即可達成為〇之目標。 整個色散目標亦能夠異於〇之數值。整個波導纖維長 度能夠由一些成對部份長度所構成，其總色散實質上被消 去以及額外部份長度被設計具有目標或預先決定氮散乘 長度之數值。 Λ Μ氏掁尺度適财酬緖準（CNS )Λ4Ε#ΓΓ2Ϊ〇^Ι^ΪΤ π Α ' A7 五、發明説明（ 本發明另外一項為一種在一段早模波導纖維内控制色 散之方法，在其中至少一部份長度内之折射率分佈藉由紫 外線照射而增加，使得被照射與未被照射部份長度間存在 總色散之差值。照射步驟在抽拉後及波導塗覆塗骐前實施 較為有利的。如先前所提及大於i.OxiO-3之折射率差值為 優先採用。 一項照射方法有效地減少由於四波相遇之能量損失為 至少一個光通量約為l00mJ/cm2在10至20郎時間範圍内傳 輸，以及具有1平方公分點大小之紫外線脈沖入射至纖維上 。即足夠折射率變化形成於波導纖維中以減小由於四波相 混之訊號光能損耗。 附圖簡單說明： 圖1顯示出沿著波導纖維長度之總色散變化。 圖2顯示出波導纖維零色散如何變化以在預先決定波 長頻窗内保持波導總色散於預先決定之範圍内。 圖3顯示出在預先決定波長範圍内具有雙模波導色散 之波導纖維。 圖4為接近雙模波導色散簡單設計之％折射率差值與半 徑關係圖。 ' 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 圖5a顯示出由具有低的總色散大小之特定波導部份長 度所構成系統之光能補償與輸入光能關係。 •圖5b顯示出由具有較高總色散大小之特定波導部份長 度所構成系統之光能補償與輸入光能關係。 圖6為總色散與光能補償之關係曲線圖。 本紙張尺度適用中闽國家標準（CN‘S ) Λ4規格（2IOX 297公超） ίΨ 、發明説明（ 圖7為色散週期長度與光能補償關係曲線圖。 圖8為過渡區域長度與光能補償關係曲線圖。 圓9為抽拉光纖以及在塗覆保護性塗膜前照射纖維之 裝置示意圖。 圖l〇a顯示出具有減小直徑長度部份之心蕊預絮 向部份。 千縱 圖l〇b顯示出包層玻璃顆粒塗覆至心蕊預製件上。 囷l〇c顯示出由於心蕊預製件中直徑變化而存在於抽 拉毛胚表面上之變化。 圖10d顯不出圓i〇a之具有圓柱形外側表面外包層心名 預製件之縱向部份。 。 圖11 a顯示出一種週期性地減小心蕊預製件斷面直 之方法。 圖lib為圖1 ia燃燒器火焰之溫度分佈情況。 圖12為圖1 la心蕊預製件擴大斷面圖。 圖13顯示出冷卻鄰近要被加熱及拉伸區域之 件區域。 圖14顯示出-種限制燃燒器火焰於心蕊預製件狭窄區 圖15顯不出心蕊預製件細槽區域之加熱。 .圓16顯示出利用雷射光束對心蕊'預製件加熱。 圖17顯不出雷射光束能夠使用作為加工心蕊孩製件之 細槽。 八 (Γ ^ ,—^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -5 域内

18顯示出熱傳導護套之使用

五、發明説明（R) Α7 Β7 圖19顯示出心蕊預製件能夠被加熱以及凸出以週期性 地形成不相同之直徑區域。 圖2 0 - 21顯示出抽拉心蕊預製件以週期性地形成不相 同直徑之方法。 圖22為控制色散纖維之光學時間分隔反射訊號曲線圖 ，其顯示出訊號中週期性之傾角，其表示纖維心蕊直徑之 化。 圖23a-23c為具有不相同心蕊直徑光纖色散與波長關 係曲線圖。 圖24a為具有減小直徑長度部份之抽拉毛胚縱向剖面 圖。 圖: ----^-------裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標率局負工消费合作社印51 |24b為實質上固定外徑之波導縱向剖面圖，其由圖 24a抽拉毛胚抽拉出。 圖25顯示出一種將護套加至抽拉毛胚以形成不相同直 徑長度部份之方法。 圖26顯不出一種將心蕊預製件插入至護套包層管件中 以形成具有不相同直徑長度部份抽拉毛胚之方法。 圖27-29顯示出另外一獅成變化直徑抽拉毛胚之方 法，由該毛胚可她^蕊紐變化可控制色散之光纖。 詳細說明： 、 本發明係關於單模光學波導纖維，在其中以ps/nm表示 之總色散積在波導長度内被控制。在波長區分多工系統中 由於四波相狀能量猶能_著地被避免以及整個系統 色散能夠維持在預先決定之數值。作為長距離，再發器間 A7 Η 7 五、發明説明（\ 3) 距較長，同數據傳輸速率，多工系統，總色散積所需要預先 決定數值實質上為零。 ,—裝— (請先閱讀背面之注意事項再填巧本頁〕 藉由在每一各別光纖内控制色散，並不需要選擇波導， 其連接在一起而在系統令形成連結時將實質上產生零色散 。即由於在各別波導纖維中總色散積被控制，被按裝形成 -個系統之線境在性能上實質上為相同的以及因而能夠相 互交換。 表示為ps/nm-km之總色散在圖！中顯示出與波導長度 之關係。可看出總色散在正值2及負值4間交替。圖i顯示 出一組多個具有負值總色散之部份長度以及一組多個具有 正值總色散之部份長度，只需要一段負值總色散之部份長 度以及4又正值總色散之部份長度。由線段6所表示總色 散數值寬度顯示出總色散隨著所傳播光線之波長而變化。 寬度6之水平線表示特殊光線波長之總色散。通常，以特殊 總色散來表示之波導長度8大於〇 ikm。長度8實質上並無 上限，除了由規格推算出，其要求長度χ與對應總色散之乘 積和等於預先決定之數值。 經濟部中央梂率局負工消费合作杜印裝 在圖2中所顯示總色散與波長關係說明D Μ單模波導纖 維之設計考慮。直線10，12，14及16表示四條各別波導纖維 之總色散。考慮作為每一波導之狹窄波長範圍即3〇nm，色 =能夠藉由所顯示之直線推算出。在要被完成多工之波長 範圍為26至28之範圍。在18至2〇範圍内具有零色散波長任 何波導部份能夠與在22至24範圍内具有零色散波長之波導' 部份連接以在操作頻窗26至2琴内產生具气預先決芩螂色散 卜紙浪纽刺 1卜關 ( CNS ) A4im ( 210X 297^7 A7 ____ »7 五、發明説明（（ψ) 之波導。 圖2為主之範例 採用操作頻窗為1540至1565nm。假設單模波導纖維具 有色散斜率約為0.08ps/nm2-km。讓直線30為〇.5ps/nm-km 數值以及直線32為4ps/nm-km數值。採用操作頻窗内總色 散必需在0.5至4,ps/nm-km範圍内。 簡單直線計算得到零色散波長範圍18至2〇為1515至15 34nm °類似計算得到零色散波長範圍22至24為157〇11111至15 90nm。在所說明範圍内具有零色散波導纖維部份之總色散 數值和得到總色散界於0.5與4ps/nm-km。 如先前所說明偏移零色散波長之方法包括沿著心蕊預 製件或抽拉預製件長度改變半徑或％△。 經濟部中央標準局員工消贽合作社印裝 公式計算已顯示出類似圖3 _曲線34之雙糢波導色散 曲線為可能的。曲線34相對折射率分佈由圖4中所顯示實 線38所表示。顯現出雙糢色散之波導纖維設計已揭示於美 •國第08/287262號專利申請案中。曲線34包含相當平坦區 域34a及34b以及相當傾斜之過渡區域34c。圖3之直線35表 示低λ。波長區域34a以及尚λ。波長.區域34b能夠良好地加 .以控制以及同時廣泛地加以分隔。在直線37與曲線36或曲 線34相父表示高及低波導纖色散間之平均值。對於具有雙 模波導色散之波導纖維如圖3曲線所顯示，戴止波長，或比 例數值，心蕊半徑中只需要少量變化以使零色散波長產生 相當大之變化，如圖2為主之範例所顯示情況。具有曲線34 所表示色散特性之光纖具有下列優點。在具有較大及較小 本紙乐尺度適用中國囤家標準（CNS ) Λ4规格（210X 297公# ) ^4788 λ7 ____ Β7 五、發明説明（丨^ ) 心蕊直徑交替區域之DM光纖，製造處理過程將導致直徑與 設計直徑產生些微之偏差。為了顯示出該情況，假設不相 同心蕊直徑之纖維區域操作點為圖3中之〇:及〇2。假如Di 及D2位於雙模曲線相當平坦區域，心蕊直徑或〇1及〇2附近 之載止波長中少量變化將不會顯著地改較小心蕊直徑區域 之λ。數值或較大心蕊直徑區域之a。數值。 理想之分佈能夠以圖4曲線3 8來表示，心蕊環狀區域内 側及外側半徑分別以a,及a表示。；}；過，一些製造技術能夠 促使摻雜劑擴散而導致分佈情況偏離理想之分佈成為以虛 線表示曲線40之分佈。分佈40之心蕊環狀區域内側半徑為 小於a，以及外側半徑大於a。此將使得波導色散曲線較不 傾斜如圖3虛線表示之曲線36所顯示。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 ---------—--^ I. (請先閲讀背面之ί±意事項再填碎本頁} 人們可以選擇使用一分佈，其具有波導色散特性如囷3 中曲線36所示以簡化製造處理過程。此明顯地在費用比較 上為較具優點。特殊通訊應用將要求是否需要更複雜之分 佈。不過為了更能控制總色散積，具有尖銳過渡區域以隔 離不同程度波導色散之波導纖維為優先採用。兩個不連接 零色散波長範圍間所需要之偏移能夠利用半徑之較小變化 例如低至5%至1 〇%半徑變化而達成具有雙模波導色散之分 佈。因此總色散符號變化控制變為容易。雖然訊號所經過 波導中之距離保持為最小，在其中總色散為小於〇, 5ps/ nm_ km » DM纖維設計強烈地決定於通訊系統之細節情況，如圖 5a及5b所看到之情況，其中顯示出i2〇km連接具有8個頻道 ‘紙張尺度適用中國囡家標準（CNS )八4>見格（2丨〇χ297公釐） A7 B7 五、發明説明（lb) 之能量補償與輸入能量關係，在其中頻道頻率隔離為200GHZ 。在該情況下能量補償主要由於四波相混所致。在圖5a中 曲線62在輸入能量在l〇dBm時急速地上昇至補償值接近ldB 。lOdBm輸入能量(曲線64)之補償值約為0.6dB。兩條曲線 總色散大小約為0.5ps/nm-km。不過，較傾斜曲線62某一符 號總色散之部份長度為10km。曲線64中相對色散部份長度 為60km。在較短l〇km部份長度情況下，額外補償導自於額 外過渡通過零色散。換言之l〇km情況，與振盪部份長度成 正比之訊號相位分離並不太大足以實質上防止四波相混。 不過，總色散大小亦對相位分離以及能量補償有影響 。圖5b中曲線66顯示出系統能量補償等於圖5a所顯示之情 況，除了部份長度較短約為1 km外，總色散大小為1.5 p s / n m -km。促使波導總色散由較寬之正值變為負值之變動將顯著 地減小能量補償由0.6dB為小於〇.2dB。約為〇.4dB/120km 之補償差值為相當大足以為功能性及非功能性連接間之差 值，特別適合500km或更大距離未連接再發器之情況。 經濟部中央掠準局負工消f合作社印製 ----：------4衣— (請先WI讀.背面之注意Ϋ項#填寫本頁) 圖6以相同於圖5a及5b方式說明。曲線68顯示出能量 補償總色散大小之關係。波導部份長度選擇為lkm因為通 常使用之最短線纖長度約為2km。八個頻道之頻率間隔為 200GHZ，總長度為120km，以及輸入能量為i〇dBm。當總色散 大小低於1.5ps/ nm-km時，能量補償急速地增加。 系統設計由圖7另外一項觀察顯示出。在該情況下，色 散大小被固定於1.5ps/nm-km處。曲線70表示具有八個頻 道而頻率間隔為200GHZ以及UMB輸入能.量之能量補償與部 本紙悵尺#適用中國囡家標準（CNS ) Λ4規格（2丨OX297公釐） *2 ^ A7 A7 經濟部中央標準局貝工消费合作杜印¾ 五、發明说明（W) 份長度大小之關係。長度之選擇為60色散部份長度以及允 許部份長度加以改變。當部份長度大於2km時將產生較低 之能量補償。然而採用相當大總色散大小時，藉由增加部 份長度超過2km將得到較小值。注意當使用頻道數目減為4 時通常將得到較低四波相混補償如曲線72所顯示的。後者 現象相位分離與先前以及在定義部份說明中纖維特性相關 性之直接結果。 另外一項設計考慮為過渡長度之銳度，在該長度内總 色散符號將改變。同時訊號相位分離受到過渡長度影響。 因此較淺之過渡長度將促使訊號經過接近零色散之波導區 域，以及此將對四波相混所引起之能量補償有負面之影響。 以圖8為主之範例 在此情況下，輸入光能同樣為l〇dBm。使用四個頻道， 其頻率相隔為200GHZ。總色散大小為i.5ps/nm-km以及總 色散振盪長度採用2km。如圖8中曲線74所顯示能量補償與 過渡長度關係顯示優先使用較短之過渡長度。同時在其他 設計考慮以及節省費用研究時，過渡區域數目應為最小。 由於一些系統允許約為ldB之能量補償，最大可容許之過渡 長度約為500公尺，如圖8所顯示。 纖維製造技術 ‘光纖週期長度能夠選擇為數十公尺至數百公尺使得在 任何合理連接長度内，操作波長頻窗内之平均色散為相當 小。 假如較高及較低色散區域間之過渡區域太長，一些有 本紙张尺度適用中國囤象榀準（CNS ) ΛΟ見格（2IOX297公处） —----1^.--H--1 I n J-a I -.iv (請先K1讀背面之注意事項再填寫本頁) __ 經濟部中央標準局員工消費合作社印31 A7 _______B7_ 五、發明説明（$) 限光纖長度之過渡區域中央部份之色散為接近零。此將產 生由於四波相混之能量補償。過渡區域越長，能量補償則 為越高。過渡區域因此應為相當尖銳使得纖維能量補償無 法促使總系統能量補償超過所分配能量補償之預定值。除 此，處理過程不應該使其本身產生過渡損耗，該損耗與四波 相混無關。處理過程應該為簡單以及有充份之彈性，其能 夠利用多種光纖型式及材料來實施。 所揭示出之技術包括:a)在抽拉過程中心蕊折射率之 '改變，b)具有變化直徑之心蕊抽拉預製件以及固定直徑包 層或實質上固定直徑包層之製造，以及c)具有固定直徑心 蕊以及變化直徑包層抽拉預製件之製造。除此，能夠採用 這些技術之組合。 (a)在抽拉過程中心蕊折射率之改變 . 在圖9中示意性地顯示出波導纖維抽拉裝置。如業界 熟知此技術者了解抽拉毛胚77在高溫爐78中加熱，以及被 抽拉為波導纖維79。波導纖維79在塗覆裝置80處塗覆上保 遭性塗媒以及捲繞於捲轴81上。新加到該裝置為高功率能 夠良好聚焦之紫外線照射光源76,其在抽拉後塗覆塗獏前 照射至波導纖維。已知紫外線對提高波導含有摻雜劑區域 之折射率產生影響。因此紫外線將使心蕊區域之折射率提 高。紫外線光源週期性地加以關閉以及打開以使沿著波導 纖維長度之折射率產生變化。這些變化必需相當大足以對 總色散產生變化以減小由於四波相混產生之能量補償。已 發現至少一個10至2〇ns持續時間之脈沖具有大約i〇〇mj/cm2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（21〇χ Μ?公廣） ----:----—^--裝------訂 Ί ^ (請先閲讀背面之注意事項再填本頁) A7 光通量足以產生―钱點。—鱗作波㈣248nm之準分 子雷射為極佳高強度之光源，為良好聚焦之料光線。 (b)改變心蕊預製件心蕊直徑;其次為外包層 心蕊預製件為一種加上包層玻璃後能夠抽拉為光纖之 預製件。形成高品質心蕊預製件較為經濟之方法包括下列 步驟(a)藉由玻璃顆粒沉積處理步驟形成多孔性玻璃預製 ‘件，(b)將多孔性預製件固結以形成固結之預製件，(c)假如 存在孔徑時，封閉固結預製件之中心孔徑以及㈦)在塗覆 包層前選擇性地拉伸預製件(在此拉伸步驟過程中實施孔 徑封閉步驟為較有利的）。參閱美國第4486212號專利，該 專利之說明在此加入作為參考。如美國第4486212號專利 所S兒明，心,說、預製件能夠包含心蕊玻璃中央區域，其由一薄 層之包層玻璃圍繞著。可加以變化，心蕊預製件能夠完全 由心蕊玻璃所構成，如圖1〇&所顯示。 經 濟 部 中 央 標 準 局 負 X 消 k 合 作 社 印 % 圖10a顯示出直徑83之玻璃心蕊預製件82。沿著心蕊 預製件長度之間隔，直徑被減小為直徑84。被減小區域之 長度由線段85表示。直徑84能夠對直徑83減小5%至25%以 在心蕊直徑產生所需要之變化。長度85被調整以在所形成 光纖中產生所需要之減小心蕊直徑部份長度。心蕊預製件 直瓜此夠藉由業界所熟知之任何一種方法來減小，其包括 磨除，腐蝕，雷射去除以及加熱及拉伸。在研磨或腐蝕後能 夠使:用抛光步驟以確保心蕊預製件以及包層間均勻及乾淨 之界面。 假如減小直徑區域藉由機械處理或科刻军W蕊而增成^ 本紙張尺度i4/f]巾準（CNS ) Λ4規格（2T^97公釐） A7 B7 經濟部t央f局if合作社印裝 五、發明説明（) 於心·抵預製件中，心蕊優先採用具有階躍折射率之分佈。 被去除之心,品部份實質上具有與其餘部份相同之折射率。 圖l〇a之心蕊預製件82被旋轉(箭頭82)以及沿著縱向 軸對著燃燒器86移動，其導引一束87包層玻璃顆粒氣流至 其上面以累積一層88包層玻璃顆粒。所形成含有塗層之心 蕊預製件破插入至固結高溫爐中，在其中塗膜88被乾燥以 及被燒結以形成抽拉毛胚，其具有密實之玻璃包層。假如 心蕊預製件細槽之長度85至少數毫米，包層顆粒87將填滿 被減小直徑之區域。抽拉預製件外側表面因此為些微地不 均勻。在抽拉毛胚中直徑變化將傾向為較小的，因為心蕊 直徑減小量為較小的。 覆塗膜心蕊預製件外包層護套88或固結玻璃抽拉預 製件能夠藉由-般技術加以平滑以確保抽拉預製件圓柱形 狀。由於心虞預製件為脆弱的，直徑改變步驟最好實施於 固預製件上。圖1〇()顯示出直徑具有變化之固結預製件 為了清楚目的這些變化之厚度被擴大。預製件的能夠 繞著中央縱向中心抽旋轉，以及較大半徑區域能夠藉由機 ,理綱料式去除，使得表面9G具有與難件其餘部 之直徑。如圓1Gd所示，所形成抽拉預製件實質上 外徑91。改變之心蕊預製件82被顯示圍繞於包層 材料92中。 蟑然外包層方法能夠由熟知此技術者改變以確實得到 之抽拉毛胚。例如，燃燒器86對著心蕊預製件82 移動速率簡雑心蕊賴件_之雜長度加以變化， 本紙张尺度適用中

經濟部中央標準局負工消·κ·合作社印$L A7 B7 五、發明説明) 其能夠藉由氣流87累積而達成。當燃燒器沉積顆粒於狹窄 直徑〜區域上燃燒器移動較為緩慢而慢於沉積於較大直 徑心蕊區域之時。累積於狹窄及較寬心蕊預製件區域上之 包層玻璃齡賴使由固結齡所軸之抽拉毛胚直徑實 質上為固定的。 當圖10d抽拉預製件被抽拉為均勻直徑之波導纖維時, 被減小直徑之心蕊預製件部份變為波導纖維被減小直徑之’ 心蕊部份。假如抽拉毛胚具有較大直徑區域，例如為圖i〇c 所顯示的，由較大直徑區域抽拉出波導纖維部份長度之心 蕊具有之直徑將小於所需要之大小。假如抽拉毛胚較大直 徑區域並未如先前所說明加以去除，當設計讓纖維時在所 形成波導纖維親域中必需考慮減小纖維之心、蕊直徑。 在圖11a及12中所顯示之實施例中，任何適當纖維心蕊 设計之心蕊預製件93被裝置於工作台96,98中(水平或垂直 的)或其他適當裝置以及利用燃燒器1〇〇非常狹窄火焰1〇2 。燃燒器供應之熱量最好位於心蕊預製件週圍不超過數毫 米。火焰溫度及供應熱私m使心蕊織件玻璃局部 地軟化。如圖12所顯示，心蕊預製件93包括心蕊區域95並 由一層包層玻璃94所圍繞著。假如纖維為石夕石為主之纖維 ，其在1500-1600nm頻窗内操作，心蕊預製件將適合形成色 散偏移之光纖，在該範_具轉色散。當麵達到其軟 化點，心蕊預製件被拉引以減小加熱區域中之直徑。此將 產生狹窄直徑區域108。通常火趋對著要被拉伸區域時進 行拉引步驟。假如使用水平工作台，心蕊預製件之旋轉將 — - _ 本紙^標準(CNS M现格(27^7^-) (請先閲讀背而之注意事項再填巧本頁)

A7 一— _- B7 五、發明説明（^) 有助於防止拉伸操作過程中心蕊預製件之任何變形。加熱 及拉引步驟沿和蕊練件紐在所需要間距處進行。進 仃拉伸最好使得在兩織徑叙^蕊預製件之長度^及^ ‘大約為相等的。燃燒器再快速地移動下一個要被軟化及拉 伸之區域。 圖1 la顯示出一種燃燒器設計，其提供非常集中加熱條 件’其將導致非常尖銳之過渡區域於不相同直徑心蕊預製 件區域之間。燃燒器1〇〇表面具有產生火焰1〇2之圓形排列 燃燒氣體開孔，以及產生圓柱形冷卻氣體之圓形排列外側 遮蔽氣體開孔。外側遮蔽氣流103限制及集中火焰1〇2以及 同時產生對流之冷卻於局部加熱區域之心蕊預製件外側。 火焰在整個加熱區域應該儘可能具有均勻之溫度，以及在 加熱區域之邊緣為儘可能尖銳之溫度梯度。此將導致相當 紐之過渡長度^。圖11b之溫度分佈106表示通過火焰1〇2 區域A-A之分佈。 經濟部中央標準扃負工消费合作杜印製 ----：------裝II (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 其他型式之燃燒器或燃燒器組合能夠加以使用作為該 用途。例如，揭示於美國第3565345號專利之聚焦燃燒器包 含傾斜噴嘴開孔以導引可燃燒性氣體流動至共同一點。能 夠知:供藉由聚焦外側遮蔽氣流限制火焰之環形燃燒器能夠 圍繞著心蕊預製件以及同時地對整個預製件週圍區域加熱 。能夠採用具有一組或多組線性陣列之燃燒氣體開孔之帶 狀燃燒器以及選擇性地包含線性陣列遮蔽氣體開孔，燃燒 氣體開孔之陣列被放置於垂爲心蕊預製件縱向中心軸處。 以圖11a及12為主之範例 本紙張尺度適州中國國家標準（CNS ) Λ4/見格（210X 297公聲.） 五、發明説明（Θ) A7 B7 經濟部中央樣準局負工消费合作社印裝 具有約為7mm包層直徑以及約為5mm心蕊直徑之心蕊預 製件93在沿著心蕊預製件長度一段距離處直徑被減小為6. 5mm。長度U(圖12)選擇為2mm。心蕊預製件為如圖1〇b中 所顯示之外包層以及被固結以形成最終直徑約為5〇mm之抽 拉預製件。 當抽拉預製件被抽拉為約為12 5微米均勻外徑之波導 時，長度Li變成約為320米，假設2 mm部份之質量加以保存以 及心蕊半徑變化以％差值表示約為14%。本範例假設心蕊折 射率分佈為美國第4715679號專利及美國第〇8/323795,08/ 287262,08/378780號專利申請案所揭示之型式，因而約為 16微米之心蕊直徑將產生單模之傳導。假如抽拉預製件直 徑約為100mm,在相同心蕊預製件及抽拉條件，長度85變成 1280米以及心蕊半徑變化將不被改變。 圖13顯示出加熱更進一步集中能夠藉由導引外部聚焦 空氣，氮氣，氦氣等冷卻氣流122由供應源120流至鄰近火焰 加熱區域附近之心蕊預製件116上而達成。所謂"外部冷卻 氣流”係指由供應源而非由燃燒器表面流出之氣流。這些 氣流能夠在冷卻氣體傳送管端部處由形成於板之開孔流出 。供應來源120能夠對著燃燒器180度放置著，如圖所示，或 對著燃燒器90度或其他任何適當角度放置著以確保氣流並 不會干擾心蕊預製件之加熱。 另外一個將火焰溫度分佈急速變化之方法顯示於圖 中。遮蔽或調節板128將部份火焰132改變方向以及只允許 火义£3中央部份130對心蕊預製件126加熱。調節板能夠為^ (請先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) % 、\=° 本紙浪尺度制f關I：縣(CNS)A4規格（210x2^^7 W ’ 發明说明（外） 經濟部中央標準局員工消费合作社印裂 屬，陶瓷或韻叙冷卻板。定腾之 除料式在細彻错4賴^ Γ=1'蕊預製件中。火焰對這些形成細槽區域 加熱與零件較大直經區域鄉比較為更加快速。當形成細槽 區域被加纽拉相軸㈣直㈣域142，因 當尖銳之過渡區域。 x 圖16顯示出使用足夠功率雷射，例如二氧化碳雷射，以 =供先束147局部地對心蕊預製件146加熱及軟化使得其能 夠以先前所說明方式拉伸。 雷射光束154(圊17)之功率及照射時間應足以將心蕊 預製件151去除材料以形成狹窄直徑區域156。適合該用途 之田射-些例為二氧化碳及準分子雷射。由於藉由雷射 去除所形成之II域為相當地平滑以及由於雷射光束能夠切 割經過心蕊預製件之包層部份153以及到達心蕊區域152, 並不需要拉伸步驟以形成不相同直徑之心、蕊區域。 八圖18顯示出使用熱傳導護套162，其可藉由傳導冷卻劑 介質於其表面上絲面内之方式選擇性地提供。護套162 位=心蕊預製件160區域，其充份地被加熱以允許拉伸。當 心處預製件被拉伸，其將含有直徑相當尖銳之過渡區域。 曰在圖19之實施例中，心蕊預製件165被插入如先前所說 明火焰工作台中。相隔一段距離之區域利用火焰167來加 ，。加熱區域之相對兩側朝著加熱區域移動而並不拉引 敁預製件，增加加熱區域之直徑而具有尖銳之凸出166。 多直徑之心蕊預製件被形成於柚拉高溫爐中(掛2〇)， 心 I I I I I I I 裝 1 I I I 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) X 297公筹） 砘 — A7 B7 S94788 五、發明説明（ 其包含電阻加熱器171。預製件傳送裝置175以及馬達驅動 拉弓丨器176前進至由加熱器171產生之高溫區域内，該其中 之心播預製件170之部份將被拉伸。玻璃為相當軟足以被 拉伸時，拉引器174及/或預製件供應裝置175拉引與心蕊預 製件連接部份離開加熱區域以將其拉伸，因而形成較小直 役區域172。構件175及176再移動心蕊預製件通過由加熱 所產生之高溫區域一直持續到下一個要被拉伸之區域位於 其中時。沿著其長度在相隔一段距離處再重複心蕊預製件 拉伸使得未被拉伸較大直徑區域173位於較小直徑區域172 之。間。夕種抽拉多直徑細桿之方法已揭示於美國第47〇415 1號專利，該專利制在此加入作為參考。例如拉引器176 ，夠裝置彈簧，如箭頭177所標示以確保其與多直徑心蕊預 製件178為固定之接觸。 應庄意圖20之心蕊預製件加熱區域直徑能夠被擴大而 f減小，其藉由再抽拉牽引器174及/或傳送裝置175將預製 件往加熱區域前進。 參^圖21，在其中類似於圖2〇之高溫爐元件由相同之 ί考Ϊ字標示，多直徑心蕊預製件182在抽拉高溫爐中由固 二抽拉出，該高溫爐包括傳送裝置175,加熱器171及 奎上％被固結之心蕊預製件181為美國第4486212號 專所說明之方法形成，使得縱向開孔延伸於其中。預製 t傳达裝置175以固定速率被傳送至高溫區域。 .t峡至預製件端部連接至真空_之真空抽 ’于、U空抽除。拉引器以第-抽拉逋度拉引以形成 本紙张尺錢财_ I I JΛ*衣 I I I* ^ (請先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾苹局員工消资合作社印裝 預 A7

孝乂大直把區域185以及以更高速率以形成狹窄直徑區域186 。當預製件181直徑減小以形成心蕊預製件182較大或較小 直徑區域時，施以真空抽除使孔徑熱塌。能夠使用先前所 提及之方法以及其他方法以改善對處理過程之控制以及減 小直徑過渡區域之長度L^。 依據先前所提及任何一種方法將心蕊預製件拉伸或增 長，能夠使用一般處理過程加上外包層。假如心蕊預製件 直徑或外包層沉積量能夠適當地加以調整，實質上圓柱形 抽拉毛胚能夠在固結處理過程中形成。 圖1 la及12技術為主之範例 經濟部中央播^局員工消贽合作社印$1 預製件藉由美國第4486212號專利所揭示之玻璃顆粒 沉積法形成。預製件被拉伸以形成外徑為7mm心蕊預製件 以及心蕊紐為4.55mm。心蕊折射率分料鮮色散偏移 之光纖以及與美國第08/323795號專利申請案所揭示的相 類似。其分佈包含摻雜二氧化鍺之二氧化种央區域(其 中二氧化鍺含量實質上隨著半徑線性地減小)並由一層實 質上為純二氧化補圍繞著，其再由一層摻雜二氧化錯之 二氧化稍_著。二氧⑽最大濃度(在^蕊之中央)約 為20%重量比。包層由純二氧切所構成。心蕊預製件斷 面直徑藉由圖11a所揭示之方法減小。熱源為具有lmm喷 吹管喷燈型式3A相當小之燃燒器，其由加職ehmQn(^Ver_ iflo么司所製造。燃料為氫氣及氧氣。一段心蕊預製件不 被，伸使得固定心蕊直徑參考纖維能夠被抽拉出。所形成 心蕊預製件為具有二氧切難之心、蕊預製件。包層玻 本紙张尺/1適财關家標準（CNS ) 經濟部中央標準局負工消费合作杜印裝 A7 __B7 五、發明説明（71]) 顆粒塗膜被固結，以及各別纖維由參考斷面及具有變化直 徑之斷面抽拉出。由DM纖維(圖22)發出之光學時間分隔反 射(OTDR)訊號顯示出循環中週期傾角，藉以清楚地顯示出 直徑之變動。調查顯示出均勻斷面具有合理急速變化之過 渡區域。週期強度約為600米。由抽拉毛胚^參考斷面抽拉 出之光纖外徑為125微米以及長度為2.〇km。如圖23(a)所 顯示參考光纖在1500nm處呈現出零色散。 由火焰拉伸之抽拉毛胚部份抽拉出外徑為13〇微米及 長度為3.6km之DM光纖在波長I525nm處具有零色散如圖23 ⑼所示。由火焰拉伸之抽拉毛胚部份抽拉出外徑為12〇微 米及長度為4.0km之DM光纖在波長i544_5nm處具有零色散 如圖23(c)所示。由火焰拉伸之抽拉毛胚部份抽拉出外徑 為125微米之DM光纖在波長I535nm處具有零色散。此顯示 (125微米光纖)與參考光纖相比較零色散波長平均偏移約 為35nm。能夠得到結論色散在15〇〇ηπ^丨57〇nm之間變動， 平均值為1535nm。亦在載止波長中看到類似之變化。這些 ‘ 結果顯不出已製造出DM光纖具有λ。較高及較低數值在150 〇nm至1600nm之範圍内。 向後反射數據顯示出當纖維中具有直徑變化，向後反 .射只些微地大於具有固定直徑心蕊纖維之向後反射。 (c)形成具有變動包層直徑之抽拉毛胚 使心蕊半徑變化之另外一種方法被顯示於圖24a&24b 中。在該情況下抽拉毛胚187沿著其長度每隔一段距離處 直徑被減小，其藉由磨除，雷射去除，腐蝕等方式進行。所 本麻尺度適财關家標準（CNS ) Μ规格（训❿7公廣了 11 1— I I.訂 I J 絲 (請先閲讀背面之洼意事項再填寫本買) 五、發明説明（龙） Α7 Β7 經濟部中央標準局負工消资合作杜印裝 產生抽拉毛胚具有預先決定相當大直徑之部份長度 189以 ‘及預先決定較小直徑之部份長度19〇。注意心蕊區域188之 直徑為均勻的。下-步驟將抽拉毛胚187抽拉為具有均勾 外桎193之光纖192將直徑變化由抽拉預製件之外側表面轉 移至纖維之心蕊194。如圖i〇a&i〇b所說明，抽拉毛胚較大 及較小直徑斷面之心蕊與包層直徑將允許所形成光纖之相 對長度及直徑相對藉由假設適當抽拉毛胚斷面質量守恒而 計算出。如圖24b所顯示，纖維192包含減小心蕊直徑之部 份長度ΐί，相對於較大直徑抽拉預製件部份長度，纖維192 其餘部份包括較大心蕊直徑彳之部份長度。減小心蕊直徑 部份長度由片段dij構成，具有一個相關總色散積dlj*D|， 以及較大紐雜長度㈣段d]j構成，具個相關總色 散積dl广D〗。在預先決定波長範圍内 乘積和等於預先決定之數值。 在圖25所顯示之實施例中，抽拉毛胚2〇i包括固定直徑 心蕊202,並由一層固定直徑之包層2〇3所圍繞著。心蕊直 徑足以提供具有某一零色散之纖維斷面。包層玻璃之護套 05/σ著其長度在母隔一段距離處被融合至柚拉毛胚以形 成變化之抽拉毛胚，由該毛胚抽拉出纖維。如圖24(叫所 顯不，所形成光纖具有固定之外徑，以及心蕊直徑將隨著護 套之週期變化而變化。由圍繞護套之毛胚區域抽拉出之纖 維具有較小直徑之心蕊則、於毛料具護套之區域。DM纖 維狹乍直徑部伤之色散呈現出之零色散波長與已知零色散 波長並不相同。 ----ϊ--^ 、衣------Γ__ ly > ·-0 J- Η. - .^n 1 - · (請先聞请背面之注意事項再填寫本I) • - - I ·1- • · - - I - I I I I ·

'1 I 本紙張纽朗巾^準（CNS ) Λ视格（210X 297:^7 294788 A7 _______B7 五、發明説明（1) 依據圖26之方法，最初含有週期性變化形狀之包層玻 璃護套209具有較小直徑部份2〇 1以及較大直徑部份211以 及開孔沿著中央縱向令心軸延伸。護套2〇9能夠藉由一些 方法形成，例如藉由機械處理圓柱形狀之玻璃管件或藉由 將玻璃護套融合至圓柱形狀之管件上。心蕊預製件213最 好包含心蕊區域214以及一薄層包層215藉由適當方法形成 。如箭頭216所顯示，心蕊預製件213被插入至開孔212中。 如先前所說明，所形成柚拉毛胚被抽拉為具有固定外徑之 光纖，以及心蕊直徑隨著週期變化之護套211而變化。 圖25及26之方法將心蕊預製件製造過程與處理抽拉毛 胚形狀成為週期性變化之過程分離。美國第4715679號專 利以及美國第08/323795,08/287262及08/378780號專利申 a月案中所揭示製造色散偏移纖維之處理過程包括直接對心 蕊預製件量測調整之步驟。將心蕊預製件逐漸變細或腐蝕 會將使該調整步驟複雜化。藉由使用獨立製造出之護套， 製造抽拉毛胚之處理過程將對心蕊預製件調整處理過程之 影響減為最低。 圖25及26之方法將使兩個不相同色散區域間產生非常 經濟部中央標準局負工消费合作社印裝 急速變化之過渡區域，如先前所說明，其為D μ纖維所需要之 特性。 圖27-29顯示出心蕊預製件218具有心蕊區域219以及 包層220。環狀細槽221藉由磨除，雷射去除等方式形成於 預製件218表面上。依據該方法，細槽221並不應該延伸進 入心蕊預製件。燃燒器226導引一束包層玻璃顆粒225至預 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) ΛΟ見格（ 1 扣衣-- (請先閱讀背而之注意事項办填艿本页) 2It)X 297公犮） 33 五 經 濟 部 中 央 橾 準 局 負 工 消 合 作 社 印 % A7 B7 、發明説明（> 製件218上以累積出多孔性玻璃層227。 單一細槽之放大圖被顯示於圖28中。細槽221之最大 長度約為2mm。流至具有短的環狀細槽表面之氣流225流動 條件將使得低密度玻璃顆粒沉積在細槽内。圖28中點密度 表示沉積玻璃顆粒之密度。當細槽深度223增加時，沉積密 度將減小。沉積之密度亦受到玻璃顆粒組成份影響。較軟 玻璃顆粒將導致形成更密集之沉積。因此，純矽石顆粒，為 非常高黏滞性之玻璃，在細槽221中形成非常低密度之沉積 。實際上，孔隙能夠形成於細槽2 21内，其決定於顆粒沉積 條件。玻璃層227累積厚度足以形成單模光纖包層後，所形 成之預製件被固結(乾燥及燒結）。該步驟通常實施於氧氣 中以及小比例之乱氣以將玻璃顆粒去除水份。預製件能夠 在燒結處料放置於純統巾以在隨後高溫燒結步驟過程 去除任何孔隙氣體。燒結抽拉毛胚具有減小直徑之部份長 度:其中玻璃顆粒已沉積在該細槽上。當抽拉毛胚被抽拉 ，單模光纖241，心、蕊包練小直麵域242以及較大直徑 區域243,其相對於具有細槽抽拉毛胚之區域。 二 形成非常短過渡區域之方法顯示於圖3〇a&3〇b。兩條 不相同心蕊預製件能夠藉由美國第4486212號專利所揭示 之方法製造出。兩條心蕊預製件具有心蕊折射率分佈，其 分佈型式將形成色散偏移纖維心蕊預製件假如含' 包層將錄為外徑為125微米之單模光纖，其在152〇咖 現出零色放。第二賴件假如囉地被形成為外徑為125 微米之單模光纖，其在157〇nm處呈現出零色I兩條心菜 本紙张尺度刺悄卿减

經濟部中央楳準扃負工消费合作社印裝 A7 ---^___B7 五、發明説明（？|) 預製件被拉伸至直徑些微地小於7.5mm。第一被拉伸預製 件被切割為片段250,及第二被拉伸預製件被切割為片段25 2,其長度最好與片段250相同。片段以簡單刻痕及實折方 法形成。 一小段毛細管長度264被熔融至矽石管件266之一端， 其内徑為7.5mm以及外徑為9mm。管件266藉由圖i〇b方法外 包層矽石顆粒以形成多孔性矽石塗層268。塗層268累積至 足夠外徑使所形成預製件能夠被固結以及抽拉為125微米 外徑之單模光纖。片段250及252交替地插入管件266内。 管件270為球接頭型式氣體供應系統之部份，其揭示於美國 第5180410號專利中。 . 所形成組件272懸吊於固結高溫爐中。當組件272以1 rpm速度旋轉，其以每分鐘5mm速率降低至固結高溫爐274中 。包含50sccm氣氣以及40slpm氦氣混合氣體往上流經高溫 爐。氣氣(箭頭276)往下流動於片段250及252四週以及經 由管件264排出。〇.3slpm氣氣中心線流動為適當的。在固 結高溫爐中最高溫度為145CTC。當組件272往下移動至高 溫爐内，其施以足夠之高溫使得中心線氣氣流動化學性地 清理鄰近片段250及252與管件266之表面。當管件更進一 步移動至咼溫爐内，管件264被炫融以及停止中心線氣氣流 動。一個閥被打開以在管件266内施以真空抽除。當組件27 2持$移動至高溫爐，首先為組件之端部其次為其餘部份達 到最ifj之馬溫爐溫度，該溫度足以將塗層268固結。在塗層 268固結過程中，管件266被往内施加力量而靠在片段2 5〇及 通用中國國家標準（CNS ) Λ4^格（210x 297公釐） --------.II ^------訂------ (請先閱請背面之注意事項再填寫本頁) Β7 五、發明説明（3：ϋ 252上，以及接觸之表面被溶合。 融合組件由固結高溫爐移出以及被抽拉形成控制色散 之光纖，其外徑為125微米。 由先前所提及方法製造出單模控制色散之光纖能夠抽 拉出而不會失誤;衰減值一般為〇 21 dB/km。使用於纖維 製造處理過程中兩種不同型式之片段共同產生155〇nm波長 之零色散。振盪長度以及週期長度藉由心蕊預製件片段來 控制。具有1.2至2.5km振盪長度之纖維被抽拉出。 因而波導纖維以及製造波導纖維之方法，以符合高速 率傳輸數據，高功率，多工系統規格已加以揭示出及說明。 雖然本發明特定實施例已詳細說明，然而本發明由下列申 請專利範圍所界定。 r^濟部中央橾卒局員工消費合作社印31 本紙张尺度適用中_家標率（cNs) λ4现格（21〇X297公楚）

Claims (1)

1. A8 138 C8 D8 請專利範国 、、，控制色散之單模光學波導纖維，其包含 二破璃區域，其具有折射率之分佈，並由包層玻璃層所 &著，該包層具有折射率為〜，低於至少一部份心蕊玻璃 區域之折射率分佈； 單模波導纖維，其具有變化之總色散，其將沿著波導長度 改變數值符號，由正值變為負值以及負值變為正值，其中 波導纖維之部份長度^由多個片段dl_所構成，每一 dl· 具有相關實壯@定總色散D,，其中D,界於預先決定符號 之數值範圍内，以及1丨特徵為D|*dl·乘積和， 波導纖維之部份長度丨〗由多個片段dlj所構成，每一 dlj 具有相關實質上固定總色散D』，針D丨界於航決定符號 之，值範_，以及1丨特徵叫％ _和，以及 提供過渡部份長度\，在其中總色散由第—色散數值範 圍内之一個數值改變至第二色散數值範圍内之一個數值， 其中所有1,，1』及1*部份長度之和等於波導纖維長度，及 所有dl(*D,及dl^Dj乘積之數字和在預先決定波長範圍 R内小於預先決定之數值。 2. 依據申請專利範圍第丨項之單模波導纖維，其中總色散& 及1¾大小在0.5至2〇ps/nm-km範圍内，預先決定波長範圍R 為1525nm至1565nm，以及乘積和之預先決定數值實質上為 零。 ， ’、 3. 依據申請專利範圍第i項之單模波導纖維，其中每一部份 長度Ιι及大於0.1km。 4. 依據_請專利範圍第3項之單模波導纖維，其中任何一段 本紙张尺度適州中阈阀家榡準（CNS ) Λ4規格（2丨OX297公弟） U Λ8 B8 C8 D8 内， 經濟部中央蒙货二f合作社

   中請專利範II] 過渡長度1^有雜長度料於5⑻米，找長度内總色散 大小為小於〇.5ps/nm_km,因而實質上在該長度内使由於四 波相混之能量補償減為最低。 5.依據申請專利範圍第4項之單模波導纖維，其中心蕊區域 具有半徑，邊半徑定義為波導纖維中心線與心蕊區域及 包層界面之距離，以及其中 片段di·具有相關之半徑犷•，其tr·在第一預先決定範圍 片段叫具有相關之半徑ri，其中η在第-預先決定範圍 内， 過渡長度之半徑由第—預先決絲_之—個數值^改 變至第二預先決定範圍内之-個數值η，其中η與每一 / 相差之數量在5%至25%範圍内。 1 6. 依據_請專纖Μ4項之單概導纖維，其中 片段dl·具有光線導引區域，其特徵為最大折射率化其 中A在第一預先決定折射率數值範圍内， *’、 片段叫具有光線導引區域’其特徵為最大折射率n及 巧及11丨間之差值至少為5xlCX J’ 7. 依據巾請專利範圍第6項之單模波導纖維 之差值至少為1x10-3。 Ί «及明 8. 依據_請專利範圍第4項之單模波導纖維射心 ，域包含中心部份，其具有第一折射率分佈以及至少二個 環狀部份雜財央雜，其具有第二騎率分佈。 9. 依據中請專利範圍第8項之單模波導纖&其中第_ 本纸浓尺度料（ Λ8 B8 C8 D8 £gj788 — _'中請專利範国 率分佈為cc分佈。 10.依據申請專利範圍第4項之單模波導纖維，其中第一折 射率分佈為蚊的以及實質上等於减及相鄰分佈具有圓 形化階躍折射率形狀以及最大折射率為AW。 11:^據申請專利範圍第1〇項之單模波導纖維，其令相鄰分 佈為i衣狀，其内側半徑為〜以及外側半徑細半徑量測是 I 由波導纖維中心線量測至環形_及外側邊緣以及^^ 為0.5,以及圓形化階躍折射率最大％折射率差值為1〇%。 12.—種控制色散之單模光學波導纖維，其包含 心蕊玻璃區域，其具有折射率之分佈，並由包層玻璃層所 .圍繞著，該包層具有折射率為〜，低於至少一部份心蕊玻璃 區域之折射率分佈； 其中半徑為波導纖維中心線至心蕊區域及包層界面之距 離; 波導纖維之長度包含一些部份長度1,次由多個片段dl, 所構成，每一啦具有相關實質上固定之色散Di，其位於第 一預先決定數值範圍内;以及 一些部份長度W由多個片段叫所構成，每一叫具有 相關實質上固定之色散〇丨，其位於第二預先決定數值範圍 π 過渡部份長度提供於每一對^及^•之間，其中 每一片段dl,具有第一波長範圍内之零色散波長， 每一片段£^具有第二波長範圍内之零色散波長， 該第一及第二波長範圍為不相連， Λ8 B8 C8 D8 中請專利範国 第一波長範圍為低於第一波長範圍，其中 及d]j*Dj之數字和在預先決定波長範圍R内等於 預先決定之數值。 13. 依據申請專利範圍第12項之單模波導纖維，其中第一波 長範圍為1565至1680nm以及第二波長範圍為148〇至1525nm ，及/或具有至少一項特性，其中任何一段長度dl|及總 色散大小在操作波長範圍内為大於〇 5ps/nm km，其位於第 -範圍之下限鮮二細上限之間，操作波長細為i525 nm 至 1565nm〇 14. 一種製造控制色散單模光學波導纖維之方法，其包含下 列步驟： ’ ' 提供一段心蕊預製件，至少一段預先決定部份長度之心 蕊預製件具有相當大之直徑以及至少—段預先決定部份長 度之〜搞預製件具有較小之直徑而小於所提及相當大之直 徑； 將心蕊加上外包層以形成抽拉毛胚，其具有實質上均勻 圓柱形狀;以及 經濟部中央標準局只工消f合作社印31

   ^1 t j----- I i · 將該抽拉毛胚抽拉為波導纖維，其具有實質上均勻之外 徑以形成波導纖維具有至少-段減小心蕊直徑之部份長度 lh其相對於至少一段較小直徑心蕊預製件之部份長波 導纖維其餘部份包含至少一段心蕊直徑大於減小心芪直俨 之部份長度li; ^ 工 其中至少—段被減小心蕊直徑之部份長度由多個片段叫 所構成，其具有相對之總色散積以及未被減小心苗 本紙张纽刺㈣ 屮0 六丨申請專利範国 Λ8 138 C8 U8

   段dl〗所構成，其具有相關之總色 直徑之部份長度由多個片 散積dl/Dp 其中dl|1 2D·及dli2Di乘積之數字和在預先決定波長範圍 R内等於預先決定之數值。 _ 15. 依射請專利範圍第14項之方法，其中提供心蕊預 之步驟包含提供整個由心蕊玻璃所構成之預製件;或其中 提供心蕊難件之步驟包含提供巾細蕊區域由—層 玻璃所圍繞著之預製件。 B 16. 依據申請專利範圍第14項之方法，其中 加上外包層步驟包含沉積玻璃顆粒於心蕊預製件表面上 以及將顆粒燒結形成較密實清激之玻璃包層； 燒結步驟可選擇性地使玻璃包層形成為已知直徑於心蕊 預製件相當大之直徑部份以及為小於已知直徑於心蕊預 製件較小之直徑部份，該方法更進一步包含一步驟以減小 圍繞於心袅預製件相當大直徑部份之包層玻璃部份直徑以 形成實質上固定直徑包層之抽拉毛胚。 經 部 中 央 標 準 局 η 工 消 合 作 社 印 製

   17.依據申請專利範圍第14項之方法，其中沉積玻璃顆粒步 驟包含沉積一層變化直徑之玻璃顆粒於心蕊預製件較小直 徑之區域，玻璃顆粒層之直徑在燒結後使得所形成抽拉毛 胚之包層直徑實質上為固定的。 18.依據申請專利範圍第14項之方法，其中提供心蕊預製件 步驟包含對至少一個區域之心蕊預製件加熱以及改變加熱 區域直徑之步驟;其中選擇性加熱步驟包含將火焰對著該 至少一個區域以對該至少一個區域加熱以及冷卻鄰近該至 1 本纸張尺度適川中阀阀家榡準（CNS ) Λ4規格（2IOX297公舞） 2 屮丨. "7^·---------- A8 m C8 六·、屮請專利範固 I少一個區域之心蕊預製件部份，或將燃燒器之火焰對著該 至少一個區域，一部份火焰藉由至少一個調節板將火焰偏 移。 /19.依據申請專利範圍第18項之方法，其中改變加熱區域直 偟步驟包含將鄰近加熱區域之心蕊預製件區域對著加熱區 域移動以增大加熱區域之直徑，或將鄰近加熱區域之心蕊 預製件區域朝著加熱區域相反方向移動以減小加熱區域之 直禋。 20.依據申清專利範圍第18項之方法，其中冷卻步驟包含導 引冷邠氣體至該鄰近加熱區域相對兩側之預製件區域上。 21.依據申料利範圍第18項之方法，其中加熱步驟包含提 供具有開孔之燃燒器，燃燒性氣體由該開孔流出，該燃燒氣 體反應形成火焰，冷卻氣體由燃燒器中鄰近燃燒氣體開孔 之開孔流iti，其導引;I：錄社焰到至少—舰域上，冷卻氣 體由遠離燃燒器開孔流出，其中燃燒器位於相對於心获預 製件縱向中心轴第-方位角位置處，以及冷卻氣體氣流由 不同於第一方位角位置之方位角位置流出。 22.依射料概圍第18項之方法，其巾加齡驟包含放 置加熱傳導護套於被加熱心蕊預製件區域相對兩側之心蕊 預製件四週，以輯錄《間之心蕊難件加熱，加熱步 驟可選擇性地包含導引-束雷射光線到所提及至少一個區 域上，選擇性地更進__步使照_至少_個區域上之雷射 光線功率賴鱗f技赠該㈣贱，雷㈣線功率及 照射時間足以將該區域材料去除。. 本纸张纽綱巾_ ^H^NsTa4^ ( 210 ^7^7 (Pi ·

   訂 Λ8 B8 C8 D8

   屮請專利範固 幻‘依射請專利範圍第18項之方法，射在加熱步 補製件任何—段要被加熱區域之鐘藉由賴預製件表 ^材料去除而減小，去除步驟可選擇性地藉由磨除，腐紐 友雷射去除之方式進行。 依據申請專利範圍第14項之方法，其中提供心蕊預製件 ^驟包含形成具有@料徑之初^蕊賴件，傳送該初 V心淑預製件進人抽拉高溫爐高溫區域以加 決定之部份，収加顧製件魏部雜引將其拉 及減小直搜，或以第-速率拉引初步心蕊預製件之軟化部 份以形成較小餘部份長度，以及則、於第-速率之速率 拉引初步心蕊預製件之軟化部份以形成部份長度，其直徑 大於所提及之較小直徑。 25.-種製造湖色鮮模絲波導齡之方法，其包含下 列步驟： 形成-段長度之抽拉毛胚，至少—段預先蚊部份長度 之抽拉毛胚，其具有相當大之直徑以及至少一段預先決定 部份長度之抽拉毛胚，其具有較相當大之直徑為小之直徑； 將抽拉毛胚抽拉為實質上均勻外徑之波導纖維其具有 至少一段減小心蕊直杻之部份長度，其相對於至少一段 相i大直徑抽拉毛胚之部份長度，波導纖維其餘部份包括 至少一段心袅直徑大於被減小心蕊直徑之部份長度； 其中至少一段被減小心蕊直徑之部份長度由多個片段啦 所構成，其具有相關之總色散積以及未被減小心蕊 直徑之部份長度衫则段叫所構成，其具有相關之總色 本紙浪尺Μ則，關家财:（CN.S ) Λ侧·~~--- Λ8 B8 C8

   29478§__ :屮請專利範固 小之直徑。 種製造控制色散單模光學波導纖維之方法，其包含下 提供具有某一直徑及長度之圓柱形心蕊預製件； 將心蕊預製件加上外包相形成抽拉毛胚，其具有 圓柱形狀； 在至ν -段預先決定之部份長度内將抽拉毛胚直徑減小 ;以及 將抽拉毛胚抽拉成均勻外徑之波導纖維，以及具有減小 心蕊直徑之部份長度，其相對於柚拉毛胚減小直徑之部份 長度； =中至少-段被減小心蕊直徑波導之部份長糾由多個 片段dV猶成，其具有相關之總色散積叫力•以及未被減 小心蕊直徑之部份長度衫個#段叫所構成，其具有相對 之總色散積dl^Dp 其中dl,*D·及dl广Di乘積之數字和在預先決定波長範圍 R内等於預先決定之數值。 29’-觀造控视散單模光學波導纖維之方法，其包含下 列步驟： 提供抽拉毛胚，具有實質上圓柱形之心蕊部份以及圍繞 著包層，其具有實質上為圓柱形之外側表面； 由抽拉毛胚她Λ波導娜，㈣波導齡抽拉裝置，該 裝置包含-個高溫爐，以及與高溫軸分離之構件以塗覆 聚合物塗膜至該波導纖維上·以及 Λ8 Β8 C8 ___ D8 六.、屮請專利範图 . 在波導纖維離開高溫爐後以及波導纖維承受聚合物塗膜 之前將波導纖維在預先決定以及相隔之縱向片段照射光 線，其中1『是由多個實質上固定總色散Dr之片段dlr所構成 ，以及lu為波導纖維未被照射之長度，iu是由多個實質上固 定總色散〇„之片段(^所構成； 其中dlr*Dr&dlM*Du乘積之數字和在預先決定波長範圍 .R内等於預先決定之數值。 3 0.依據申請專利範圍第2 9項之方法，其中光線是由7射線 ，x光，召顆粒，〇：顆粒，中子光線，以及紫外線中選取出，其 特性為光能通量為1 J / cm2以歷時10至20毫微秒脈沖傳 送，其中至少一個脈沖被傳送到每一縱向片段。 經濟部中央標準局月工消费合作社印製 本紙浪幻免適川芈（CNS ) Λ4規格（2ΤϋΤ^公聲）