TW455709B - Waveguides having axially varying structure - Google Patents

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455709A7 ——'--_____________B7五、發明説明（I ) 經漭部^央梂卒局負工消贽合作社印災， 發明背景： 本發明係關於1998年9月15日提出之美國第60/100349 號專利臨日神請案，本發明以射請日紐先中請日。 本發明係關於光學波導預製件或光纖，其具有軸向變 化折射率之結構。特別地，新穎的預製件或波導呈現出包 層折射率沿著波導長度變化，該變化由於包層孔隙率或組 成份變化所致^本發明包含製造新穎波導預製件以及光纖 之方法。 具有週期性結構包層之光學波導纖維先前已加以說明 。作為一個範例，包層週期性結構為光子晶體如說明於Knight 等人之"All Silica Single Mode Optical Fiber with Photonic Crystal Cladding", Optics Letters, V. 21, No. 19，1 October 96,以及；Birks等人之"Endlessly Single Mode Photonic Crystal Fiber", Optics Letters, V. 22, No· 13，1 July 97。在該兩個文獻中說明具有石夕石心蕊 以及多孔性矽石包層之單模光纖。矽石包層中孔隙或孔隙 被拉伸以及由包層一端延伸至另外一端。孔隙排列為週期 性六方形，案將包層形成為光子晶體。所構成波導纖維在 任何波長下為單模光纖Q 具有多孔性或填充孔隙包層之波導纖維更進一步研究 說明於歐洲專利第EP0810453A1中。在該文獻中，包層含有 拉伸孔隙，其作為降低包層平均折射率。拉伸孔隙並不會 週期性地排列使得該波導中導引構件中光線在心蕊—包層 界面處折射。. 本纸張尺度適用中國囡家棉準（CNS ) Λ4规格（2丨0X 297公釐） (请先間讀背而之注意事項再填寫本頁) T '-1· 經濟部t央樣準局只工消贽合作社印裒 4557 09 at —— ____.__B7 五、發明説明（) 光子晶體包層可利用截止波長之限制範圍.，或任何截 止波長可能並不存在將對單模波導設計為有益的。同時 其將提供額外的有用的設計參數為相對折射率差值△，其 由於含有非週期性孔隙特別體積之包層所致。該體積藉 由控制光纖中填充空氣部份而加以控制，其說明如下。 不過，這些設計並無提供作為相對折射率之軸命變化 α該軸向變化對單模光纖設計為有益的，對打算作為提供 色散管理為有益的。除此，由於相對折射率軸向變化係由 於包層一組新妁參數例如為孔隙體積，孔隙斷面積，以及孔 隙圖案變化所致，其可使用來改變波導中模功率分佈以及 因而改變主要波導纖維特性。可考慮出在包層結構中軸向 變化與許多心蕊折射率分佈設計之組合，其將產生獨特波 導纖維之特性。可考慮包含導引光線以及導引折射光線之 光子晶體之包層視為有益於作為色散管理之波導設計。除 此本發明包含包層結構，其含有週期性或不規則分佈之陣 列特性，其包含一種材料替代孔隙，其仍然增加波導纖維設 計之彈性。. 發明大要： 本發明係關於新穎的波導預製件以及光纖以及製造波 導預製件以及光纖之方法提供額外的波導設計參數以及有 益於製造色散補償或控制色散之波導a 本發明第一項係關於光學波導纖維預製件，其包含心 蕊玻璃區域以及位於心蕊玻璃上之包層玻璃層。為了易於 說明，所謂包層玻璃層區分為數個區段，其位於沿著預製件 本紙悵尺度適用中固國家祐準（CNS ) Λ4規格（2ΐ〇·χ 297公釐） $·" 义 訂 ..^-V— (請先閲讀背而之注意事項再填/¾本頁) 455709 A7 B7

五、發明説明（S 經^部中央#泣"3工"^-;1!,-.;-印- 中心軸。稱為預製件中心軸之包層玻璃密度變化方向平行 於心蕊區域使得包層玻璃密度由一區段至另一區段地變化 ，由較尚值變為較低值或由較低值變為較高值。即各別相 鄰區段密度並非軸向位置之單調函數。. 預製件包層密度能夠藉由變化包層之孔隙率製造出相 鄰區段由較高變為較低以及由較低變為較高。特別地，沿 著預製件中心軸各個相鄰區段能夠交替，其中一個情況為 包層含有孔隙以及另外一個情況為包層實質上並無孔隙。 在一個新穎的預製件實施例中，孔隙被拉伸以及排列為具 有間距之週期性陣列，即孔障中相對點間之間隔。間距選 擇能夠在不同範圍内之數目。對於使用光學通訊波長，有 益地選擇預製件間距使得由預製件抽拉出光纖中間距在 0.4微米至20微米範圍内。一般玻璃纖維外徑為125微米。 該範圍之低限在抽拉光纖中產生之間距將有效地形成通訊 訊號波長範圍内之光子晶體。不過，我們已經驗證數十微 米範圍内之間隔或間距能夠有益地使用於製造出具有軸向 變化包層之波導。雖然在此揭示出2〇微米之上限，我們考 慮更大包層外形間距之有效性。外形間隔或間距之上限實 際上受限於包層厚度。 . 我們發現拉伸孔隙直徑以及其間距對決定由預製件抽 拉出波導光纖之特性為相當地重要。在特定實施例中，心 以直彳至與拉.伸孔隙陣列之比值在0.1至0: 9範圍内。 預製件心蕊玻璃具有廣泛範圍之折射率分佈。一個區 域之折射率分料折射率，或補折射率△值，為區域内捏 {請先閲讀背面之注意事項再填筘本页) 訂 _广 455709 A7 B7 五、發明説明（叱） 向位置之函數。熟知此技術者了解折射率分佈，區段化分 佈，△，以及α分伟定義以及可參考切s等人之美國第555 3185號專利以及Smith之美國第5748824號專利，這些專利 之說明在此加入作為參考。因而預製件心蕊區域具有階躍 形狀，梯形形狀，其在斜率尖銳變化處為圓形化，或α分佈 形狀。更進一步，心蕊區域可區分為兩個或多個部份以及 每一部份能夠使用先前所揭示之分佈。心蕊區域以及包層 調變之設計決定出波導纖維之色散特性以及其他特性。 主要玻璃材料折射率例如為矽石能夠藉由加入摻雜劑 例如為氧化鍺，礬土，磷，氡化鈦，硼，氟等而加以變化。稀 土族摻雜劑例如為斜，镱，鈒，铥，或镨能夠加入至預製件， 其能夠柚拉為光學放大器波導纖維。 在新穎的預製件另外一個實施例中，包層密度在沿著 預製件中心軸由一個區段至另外一個區段在兩個數值間變 化。該變化，以及預先決定之心蕊結構決定出光纖之色散 管理特性，如先前所揭示。密度能夠藉由控制包層區段中 孔隙率之體積而加以控制。可加以變化，密度可藉由控制 加入至主睪包層玻璃之摻雜玻璃體積而加以控制。摻雜劑 玻璃能夠呈現為包層主要玻璃之拉伸纖維。這些纖維可以 週期性障列排列類似於先前所說明拉伸孔隙之排列。纖維 可稱為填充拉伸孔隙，雖然人們了解纖維可利用數種業界 所熟知之處理過程形成。假如人們希望含有纖維之包層以 光子晶體具有完整頻帶間隙之方式與光線相互作用，纖維 尺寸以及間隔應該配合〇. 4微米至5微米範圍之間距，以及 本纸依m用巾國财縣（CNS) Λ4^ (2iQx 297公幻 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Λ Ί· 45 57 0 9 A7 B7 五、發明説明（$ ) 經濟部冲央標準局ti'i工消资合伟杜印装 基質玻璃由含於其中玻璃柱所構成玻璃各別之介電質常數 應该柏差二倍。 多孔性包層或填充纖維之包層可藉由心蕊包層界面之 折射導引光線，心蕊折射率可高於結構化包層之平均折射 先前所說明預製件製造作為由其中抽拉出光學波導纖 維。因而本發明包含光學波導，其由新穎的預製件抽拉出。 本發明另外一項係關於由新穎的波導抽拉出新穎的預 製件。在第一種方法令，心蕊預製件由業界所熟知之方法 製造出，其包含外側以及軸向汽相沉積法，以及肊卯或等離 子沉積法。預製件心蕊部份為非多孔性實心的。另外一種 心品預製件為具有敞開端部之管件以及在形成預製件前無 法以任何方式加以改變。該管件在抽拉步驟之過程中將熱 塌形成均勻的或含有摻雜劑（假如管件不含摻雜劑）實心玻 璃心蕊區域。製造出一纟且多個具有延伸通過管件開孔之玻 璃管件。管件在預先選擇數目之位置處尺寸被減小以及排 列位於心蕊預製件中央。每一減小尺寸管件實質地等於每 一其他減十尺寸之管件。管件可部份地或完全地熱塌於減 小尺寸位置處。排列於心蕊預製件中央處之減小尺寸管件 為預製件，其包層密度為轴向地變化。 營件能夠為圓形或多於三邊之多邊形。圍繞著中央心 蕊預製件之陣列管件能夠為不規則的或週期性，具有特別 送擇之幾何形狀，其決定於訊號與波導相互作用之形式，為 折射性或光子晶體，其在心蕊-包層界面處為需要的。在包 未紙張尺度㈣巾關家梯準（CNS ) Μ現格（2i〇x;公沒） Γ " (請先閱讀背而之注意事^再填荇本頁)

455709 A7 B7五、發明説明（6 ) ~~ 層具有光子晶體特性與完整頻帶間隙之情況下，管件週期 性陣列間距必需接近職於波導t雜訊號波長之大小。 孔隙並不沿著管件長度間歇地分佈，管件能夠使用外 側基質玻璃以及包含其巾之玻雜製造出。f件各別區段 以形成玻瑜粉末填充或在製造減小尺寸部份過程中—段破 璃纖維或一條纖維能夠放置於管件中於進行尺寸減小之前 。這些技術中，纖維或填充粉末能夠使用於處理過程中，其 將產生填充管件，其中填充材料軟化點溫度顯著地低於管 件例如超過20°C。其他情況下，軟化點高於管件之玻璃柱 能夠藉由包封柱組件以及軟化點接近柱軟化點之管件於較 大管件中達成。假如由預製件抽拉出波導纖維構造作為光 子晶體，基質玻璃與柱玻璃間之介電質差值應該不大於三 倍。 為丁抽拉本發明製造出預製件，提供一些構件以固定 預製件各部份在一起。在新穎的預製件實施例中，管件以 及心蕊預製件放置於較大管件中以及較大管件熱塌於管件 以及心蕊預製件組件上。 在預製件另外一個實施例中，管件以及心蕊預製件可 插入至夾頭内以及一層或沉積在管件上之粉塵以及加以玻 璃化。插入夾頭在夾住或沉積步驟前能夠藉由綑紮管件以 及心蕊預製件變為容易。綑紮能夠藉由熱黏接預製件零件 彼此在--起而達成。另外一種情況，玻璃料能夠使用來連 結預製件各部份在一起。另外一種綑紮為使用繩帶以固定 預製件各部份在一起持續到完成夾住時。在開始沉積或由 (請先聞讀背面之注意事項再填窍本頁} 訂

V 本紙張尺度適用中國囤家標孪（CNS ) Μ现格（210 >097公釐） 455709 A7 ___ B7 "* ______________ 五、發明説明（/γ ) 材料製造出前可移除繩帶，其在第—玻璃粉麈沉積過程中 立即地加以燃燒掉。 本發明另外一項係關於由新穎的預製件製造出波導纖 維之方法，其一般構造以及特別實施例已在上面說明。由 新穎的預製件拙拉出波導方法之一項實施例包含改變每— 管件一端密封之步驟，該管件圍繞著心蕊預製件以及由相 對之端部抽拉出波導纖維。在改變營件之開孔内將留存於 整個抽拉步驟，因為其被密封於管件内。管件間不需要開 孔或孔隙在抽拉步驟之過程_藉由對抽拉出波導之另外一 端預製件端部施以真窆抽除而加以熱塌。 本發明另外一個實施例在抽拉步驟前省略密封圍繞著 預製件管件一端之步驟。沿著長度改變心蕊斷面之步驟亦 可省略。在該實施例中，在抽拉步騍之過程中氣體壓力施 加於未搶封管件。管件内部氣體壓力之提高將促使管件開 孔保持為未改變或變為較大。内部管件壓力提高促使管件 開孔變為更小或完全地閉合於抽拉過程中。波導纖維包層 之密度能夠藉由改變氣體壓力而在軸向變化。該實施例一 項優點在ρ包層密度能夠加以變化由實心玻璃變為具有最 大孔隙率之玻璃，該最大孔隙率受限於包層中開放管件之 數目以及皆件最小壁板厚度以及最終波導纖維所需要之幾 何升；狀。優先使用拽性氣體為氮氣或氦氣。在管件内不棟 要界面孔隙或空隙亦施加壓力。決定於整個管件相對於空 隙開礼大小，處理過程^替代情況為： _所有開孔被熱塌或閉合； ---------Λ------IT------r (請先閲讀背而之注意事項再嗔寫本頁) (：阳）六4規格（210\297公费） 455709 A7 B7 五、發明説明（g 經济部t 乂筘Α^ον.消少合作社印1i -所有開孔保持為敞開的； -空隙開孔遺留為敞開的同時管件開孔為閉合的或 -管件開孔保持為敞開關時空隙開孔為閉^’:人 赚力控歡許最終郎:·大小躲騎件開孔大；^、比 值為連績性數值ΰ 本發明方法另外-個實施例中，預製件部份為先前所 說明之心蕊前件’其射包層由—個_補桿件所構 成，其排列為繞著心蕊之預製件。桿件陣列造成形狀將使 得週期性或錢解列孔隙存在於桿件或整轉件之間。 在抽拉步驟之過程中間歇地施加真空於該預製件，桿件間 這些開孔能夠間歇地由等於或小於原先開孔斷面—個數值 改變為芩之最小斷面，因而形成轴向變化密度之波導。該 斷面相同的間歇變化能夠藉由施加氣體壓力至先前所說明 敞開管件開孔而達成。再次地能夠製造出包層可能之密度 能夠由實心玻璃材料連續性地變化為多孔性玻璃材料，其 具有孔隙率只受限於預製件組件以及由其中抽拉出波導之 尺寸。在該實施例中預製’件構造之選擇將使得黏滯性力量 在不定壓汐下將開孔閉合。因而，開孔尺寸能夠藉由在抽 拉過程中施加於預製件之正值壓力而加以調節。此為實施 例相反情況，其中選擇預製件構造將使得開孔尺寸能夠藉 由調整負值壓力而加以調整。 新Μ波導特別有用的實施例在於總色散由波導一個區 段至另外一個區段作控制。-預先選擇心蕊折射率分佈與包 層區段密度變化之特定圖案組合促使總色散在正值與負值 (請先閱讀背IEJ之注意事項再填寫本頁)

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本纸张尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨0X 297公釐） II 10455709

五、發明説明（q ) 父替。在具有正值總'色散?皮導纖，維中，較短波長之光線運 行比較長波長之光線快速。在整個波導纖維長度内區段總 色散與區段長度積之和，即淨值總色散能夠等於預先決定 之目標值。例如，波導纖維總色散淨值等於零，甚至於並無 波導區段之總色散為零。 新穎的預製件以及由其中抽拉出波導之這些以及其他 特性使用下列附圖作更進一步說明。 附圖簡單說明： 第一甲圖（圖la)顯示出具有圓形斷面之管件。 第一乙圖（圖lb)顯示出具有六方形斷面之管件。 弟·一圖（圖2)為具有減小尺寸區段之管件。 第三圖（圖3)顯示出六方形管件，其排列於心蕊預製件 四週以及插入至較大固定管件内。 第四圖（圖4)顯示出預製件或波導之斷面.其具有心蕊 區域以及多孔性或複合包層。 第五圖（圖5)顯示出波導斷面，其具有心蕊區域以及多 孔性包層，其中開孔是由於包層管件中空隙開孔所致。 第/、甲圖（圖6a)及弟六乙圖（圖6b)顯示出預製件或波 導之斷面，其具有各別實心及多孔性或複合包層。 第六丙圖（圖6c)，第六戍圖（圖6e)及第六庚圖（圖知） 顯示出具有實心包層之預製件或波導之斷面。 第六丁圖（圖6d),第六已圖（圖6f)及第六辛圖（圖此） 顯示出具有多孔性或複合包層之預製件或波導心蕊折射率 分佈。

(Z —^n —HI— ^JJ^P —^ϋ* (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1.

、1T '45 57 0 9 五、發明説明（ί〇 ) A7 B7

11 ΊΛ 經濟部中失彷淳局只工消费合作社印装 衍圖元件數字符號說明： ®形2;中心線開孔4,6;六方形8;管件1〇_押_ 區域R16;纖維18;管件20>22;點狀26•營件不12; 件30;心蕊區域32;開孔34;開孔36;破璃基質抓預， 預製件40;.包層42;心蕊預製件44;包層46;心_ = 48;包層折射率49;心蕊折射率5〇;包層平均折射1率H + 心，游52,包層53,心,级折射率54;包層折射率％ π 59;環狀區域6〇,62,64;環狀區域66,68;空氣觀伽包層 詳細說明： υ° 新穎的波導預製件或波導纖維利用具有輛 率之包層導引特性，其折射率低於波導心蕊之折射又率3射 設計波導纖維藉由至少在特定部份波導長度内製造出包^ 作為具有頻帶間隙之光子晶體而達成導引。在每—样 中，所耑要包層特性藉由改變包層材料組成份或分佈而遠 成。 -項實施_由包含特定財以及做之開孔而改變 開孔。在另外一個實施例中，包含介電質常數與主要白層 玻璃不同之材料以替代開孔。在每一情況下，在波導中來 號光線之模能量分佈受到影響，因而影響波導特性。由於 心蕊與包層能夠在新穎的波導預製件或光纖中改變光學波 導纖維設計者能夠得到較大處理彈性。 揭示於以及說明於該文獻中一個令人感興趣之實施例 為拉伸間孔或玻璃纖維，其包含於包層中。該包層兩個可 能次結構顯示於圖la及lb中，管件斷面分別地具有各別的 ( CNS ) Λ4規格（210X297公浼） f請先閱讀背面之注意事項再填本耳) 、-> V. 5 57 09五、發明説明（" A7 B7 2 Ια 中心線開孔4以及6。圍繞著開孔之材料具有圓形2於圖 中以及六方形8於圖lb中=外側形狀選擇以配合開孔之優 先圖案以由包層次結構所形成。 - 開孔4及6能夠填充一種材料，該材料由具有介電質常 數與圍繞著或基質玻璃材料介電質常數不相同之玻璃所構 成。 在改變次結構方法中一個步驟顯示於圖2中。標示a 形成於範例管件10中。標示1形成區域14於中央開孔或纖 維中，其由區域16隔離，在該區域内管件中央部份内来被擾 動。圍繞著心蕊區域該次結構組件提供折射率為軸向變化 之包層=除此，次結構能夠棑列使得中央開孔或纖維18形 成週期性陣列。週期性陣列具有光子晶體間距，其設計使 用於優先波長範圍内。目前，通訊應用有益的波長範圍為 600ηπι至2000nra。 經濟部.^夹標辛局另工消贤合作.'?--印^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 依據本發明之波導預製件顯示於圖3令。在該範例中， 次結構為管件20以及22,其實質上具有六方形斷面。管件 20及22間陰影差值表示一組多個次結構可形成為第二結構 ，其再組合至包層内。另外一個實施例中，陰影表示次結構 為不同的組成份以及可組合形成組成份圖案，其面積部份 大於各個次結構之面積。該組件能夠以一個處理過程製造 出，例划其中第二結構被擠製，組合以及再抽拉為所需要斷 面面積。擠製以及抽拉處理過程揭示出以及說明於1998年 丁月30日美國第60/094609號專利。 範例：' 表纸張尺度適用中国国家榇準（CNS ) Λ4規格（2!〇χ297公釐） A7 B7 __4557 09 MP..丨 五、發明説明2 參考圖3,波導預製件以及光纖能夠製造如下。沿著中 心線具有開孔之六方形結構20以及22組裝入圍繞著心蕊預 製件30之包層。圍繞著心蕊預製件30六方形管件整個組件 籍由放置於管件28内而形成更穩定。所顯示詳細情況顯示 次結構開孔為點狀26。 在該範例中，管件20以及22具有沒有標示之表面u在 •圖3平面中管件端部由範例點26顯示為未密封，該點表示為 一個開孔。 管件28在抽拉預製件成為波導纖維之過程或之前可熱 塌於組件上。為了確保包層孔隙率適當之控制，大於大氣' 麼力在抽拉步驟之過程中施加於管件28 ^在第一範圍内壓 力大於大氣壓力以及小於大.於大氣壓力之預先決定壓力.， 次結構開孔將由·於黏滞性力量之作用而閉合。在第二範圍 壓力内，些微地大於第一範圍壓力之最高壓力以及連續性 地增加，在抽拉完成後開孔將存在於包層中。開孔大小藉 由施加壓力而加以控制。施加於次結構開孔之壓力在第一 壓力範圍至第二壓力範圍間變化。因而，開孔直徑由零變 化至預先运擇直挺，其相對應於第二範圍内選擇忠壓力。 缚 施加壓力調整產生相對軸向調整包層密度或折射率.即， | 包層密度以及平均折射率沿著波導纖維軸向尺寸變化/ •矣 範例1: . I 範例中光學波導預製件製造如上述說明，除了在該比 ! 紐糾+次結鮮件之端部加以密心軌，管件為鑛 I 齒狀如圖2所示。在管件28中次結構管件各別標示均保持 %\ 本紙張尺度適用中囡囡家標準（CNS ) Λ〆;(210x1^^) /广 (請先閱讀背面之注意事項再填祎本頁} -訂 經辣.可中丈^20「局口>!工乂^以只合作-----'〇- 4 5. 5 7 Ο 9 —~ ---— Β7_ 五、發明説明（J) " ~~ 為對背。對齊融先前所酬綑勉其他構件而保持。 1」光學波導纖維由相對於次結構管件密封端部另外一端 f製件蠕雜拉ώ。在抽拉過程巾能麟具有密封次結構 官件，製管件28施以真空抽除。因破變，密封之鑛 齒狀管件形成拉伸開孔，其以相同圖案排列如同預製件中 次結構。管件鉅齒狀部份熱塌以形成實質上均勻包層斷面 。拉伸開孔藉由這些熱塌包層區段軸向地彼此分離，該包 層實質上具有均勻的斷面^拉伸開孔斷面藉由次結構壁板 攸此分離。真空以及在抽拉過程中施加於預製件黏滯性力 •莖作為閉合次結構管件間不想要之空隙。 在該比較性範例預製件以及波導之實施例令，預製件 心蕊部份為管件之組件，其具有所需要組成份以及未密封 之端部°在抽拉過程中，黏滯性力量以及所施加真空源作 為閉合未密封心蕊管件開孔以形成實心玻璃心蕊。 圖4為依據範例抽拉出波導纖維斷面相片繪製出，心蕊 區域32為實心玻璃以及包層區域斷面含有範例性開孔34， 其作為減小包層之平均折射率。 人們了解開孔34能夠形成尺寸或製造成形成光子晶體 ，其限定訊號於心蕊區域，因為訊號波長位於晶體頻帶間隙 比較性範例2: 另外一個實施例為實心次結構以及排列於大型管件内 如同上述範例1情況。不過在該情況下，次結構並未加以改 變的。在柚拉過程中，真空間歇地施加於管件28使得次結 A7 4 11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} « 1- · 1 - · '裝- 本纸伕尺度逍用中國0家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） lb 45 57 09 A7 ____B7 五、發明説明（丨f ) 5 1 構間空隙開孔交替地被熱塌或保留為拉伸開孔（關閉真空 抽除)於包層中。該處理過程結果顯示於圖5中，其由波導 纖維包層斷面相片圖繪製出。存在於包層中之拉伸開孔 放知於實心包層玻璃基質38中。在轴向，包層多孔性部份 彼此由非多孔性部份均質無開孔包層玻璃非多孔性部份所 分離。 將開孔加入至包層内之效果由圖6顯示出。在圖6a中 為非^孔性部份之斷面。心蕊或心蕊預製件4〇由實心包層 玻璃層42圍繞著。在圖6b中.，心蕊或心蕊預製件44由多孔 性包層46圍繞著。圖如以及6b，6c以及6d，6e以及6f，6g以 及6h之心蕊彼此相對，其能夠由相同預製件抽拉忠。成對 第一構件即圖6a, c，e及g具有實心包層，同時圖6b, d，ί及h 第二構件均具有多孔性包層D 在多孔性包層中拉伸開孔效應顯示於成對附圖中，其 顯示出折射率分佈。例如在圖6c中階躍折射率心蕊48具有 相對於包層折射率49之差值。圖6c相當於圖6a中所顯示實 心心蕊以及包層結構》；}：目互比較，顯示於圖砧中心蕊折射 率50與多孔性包層平均折射率51間之折射率差值為較大。 由圖6c折射率分佈表現出特徵之波導部份中訊號模功率分 佈與圖6d折射率分佈傳播聆波導區域中訊號模功率分饰相 比較為寬廣的人們了解其他特性例如為總色散，總色散 斜率，截止波長，零色散波長對沿著新穎的波導不同的轴向 部份為不同的。 類似圖6c及6d，圖及ί5員不出母一情況之相對分佈. 本紙張尺度適用中國國家榲準（CNS ) A4現格（210X297公浼） 17 (請先閲讀背而之注意事項再填窝本頁) rr· 4 5 5 7 0 9 at ____________ 五、發明説明（丨f) 其中心蕊具有三個區段。心蕊52具有已知相針於包層53之 折射率分佈。藉由將開孔加入至包層，可達成心蕊折射率 54與包層折射率56間之較大折射率差值《再次地,相對折 射率差值將改變傳播於波導中訊號之模功率分佈。 在圖6g與6h中包層折射率軸向變化產生相對於包層折 射率57之第一分佈56,其具有三個不同環狀區域60, 62,及 64。相比較下，相對於多孔性或填充包層59開孔之折射率 只具有兩個不同環狀區域66以及68。 新穎的波導預製件以及相關波導纖維以補償色散之潛 力顯示於圓6(c-h)t »更進一步，模功率分佈之控制提供 該主要波導纖維參數之控制，該參數例如為載止波長波長， 零色散波長，以及波導色散之大小及符號，因而在使用新穎 的波導中產生較大彈性。 雖然本發明特定實施例在此已加以揭示以及說明，然 而本發明只受限於下列申請專利範圍。 經濟部^央標準局員工消费合作社印製 用 適 度 尺 •卜 本 國

釐 公 7

Claims (1)

1. 455700 ABCD 7 1 六、申請專利範圍 部 中 央 結 工 合 •ft 1. 一種光學波導預製件，其包含： 中央心蕊玻璃，其由包層玻璃層圍繞著以及相互接觸以 形成預製件，預製件具有第一及第二端部以及其間中心軸， 以及包層包含一組多個環狀區段，其依次地沿著中心轴延 伸，其中區段主要特徵在於預先選擇密度，其與相鄰每一區 段之預先選擇密度不同，以及每一區段密度高於或低於緊 鄰之區段。 2. 依據申請專利範圍第1項之光學波導預製件，其中區段具 有預先決定之密度，其低於相鄰區段密度，其含有開孔。 3. 依據申請專利範圍第2項之光學波導預製件，其中區段具 有預先決定之密度，其高於相鄰區段密度，其含有開孔。 4·依據申请專利粑圍第2項之光學波導預製件，其中開孔為 被拉伸以及沿著預製件中心軸具有指向之長向尺寸。 5. 依據申請專利範圍第3項之光學波導預製件，其中開孔為 被拉伸以及沿著預製件中心軸具有指向之長向尺寸& 6. 依據申請專利範圍第4項之光學波導預製件，其中拉伸開 孔形成週期性陣列。 7. 依據申請專利範圍第5項之光學波導預製件，其令拉伸開 孔形成週期性陣列。 8‘依據申請專利範圍第6或7項之光學波導預製件，其中週 期性陣列間距將使得由預製件抽拉為預先決定直徑之波導 纖維含有拉伸開孔之週期性陣列，其間距在〇· 4微朱至2〇微 米範圍内。 9·依據申請專利範圍第6或7項之光學波導預製件，其中拉 訂 絲 本纸張尺度適用中國囿家榇準（CNS ) A4現格（，丨〇 χ 297公釐） 4557〇9 A8 B8 C8 D8 18 中 央 六、申請專利範·園 伸開孔具有直徑以及直徑與週期性陣列比值在〇, 1至〇. 9覲 圍内。 10.依據申請專利範圍第1項之光學波導預製件，其中心蕊 玻璃具有折射率分佈，該分佈由階躍，圓形化階躍(梯形，圓 形化梯形，α分佈，以及區段化分佈，其中區段化分佈之區段 由多孔性層，階躍，圓形化階躍，梯形，圓形化梯形，以及α 分佈選取出。. 11，依據申請專利範圍第1 〇項之光學波導預製件，其中週心 蕊玻璃包含矽石玻璃，其具有一種摻雜劑，該摻雜劑由鍺，礬 土，鱗，氧化欽，领，以及敦選取出。 12. 依據申請專利範圍第u項之光學波導預製件，其中心蕊 玻璃由含有摻雜劑矽石玻璃所構成，其由铒，镱，鉞，録，或 鐯種類選取出。 ’ 13. 依據申請專利範圍第丨項之光學波導預製件，其中包層 區段密度為兩個預先選擇數值之—個。 14·依據申請專利範圍第13項之光學波導預製件，其中為兩 個預先選擇密度之第一個密度包層玻璃層區段為均勻的第 一組成份，以及具有兩個預先選擇密度第二個密度之包層 玻璃層區段由多孔性第一組成份所構成。 15. 依據申請專利範圍第14項之光學波導預製件，其中為第 二預先選擇密度之包層開孔被拉伸以及沿著預製件中心軸 具有指向尺寸。 16. 依據幸請專利範圍第〗5項之光學波導預製件，其中拉伸 開孔形成週期性陣列。 (請先閉讀背面之注意事項再填寫本ί) -裝- 訂 合 作 本纸張尺度適用中國國家插準（CNS)八4说格（210Χ 297公釐） i 4 5 5 7 Ο 9 Β8 ^ C8 -'~~'~~ ---- PS六、申請專利範園 9 1 經濟部中央標.a局只工消f合作社印焚 17. 依據申請專利範圍第i6項之光學波導預製件，其中週期 性陣列將使㈣織㈣拉為預先·直歡波導纖維含 有週期陣列之拉伸開孔，其間距在Q4微米至2()微綠圍内。 18. 依據申請專利範圍第13項之光學波導預製件，其中具有 兩個預先選擇密度第—密度之包層玻璃區段為具有介電質 常數均勻第-組成份τ以及具有兩個預先選擇密度第二密 度之包層玻麵段由多孔性第_組成份所構成，其中開孔 為拉伸以及長尺寸之開孔指向沿著預製件中心軸，以及其 令拉伸開孔填充-種具有第二介電質常數之材料，其中第 —及第二介電質常數相差至少三倍。 19. 依據申請專利範圍第18項之光學波導預製件，其中拉伸 填充開孔形成週期性陣列。 20. 依據申請專利範圍第19項之光學波導預製件，其中週期 性陣列間距將使得由預製件抽拉為預先決定直徑之波導纖 維含有拉伸開孔之週期性陣列，其間距在〇. 4微来至2〇微米 範圍内。 21. —種光學波導纖維，其依據申請專利範圍第丨至第7項或 申請專利範圍第10至20項之任何一項預製件抽拉出。 22·—種光學波導纖維，其依據申請專利範圍第丨至第7項或 申請專利範圍第10至20項之任何一項預製件抽拉出，其中 心蕊具有折射率分佈以及區段密度選擇與心蕊分佈相關， 當區段密度在預先選擇不同密度間交替著其總色散在正值 與負值間交替著，以產生波導纖维具有淨色散等於預先決 定之數值。 本紙張尺度適用中國囷家揉準（CNS ) ΑΊ规格ί 2丨OX2?7公嫠） (請·先閲讀背面之注意事項再填窍本頁} 丁 、-a 六、申請專利範圍 23. —種製造光學波導纖維預製件之方法，其包含下列步驟： a) 製造具有長向中心軸之心蕊預製件； b) 製造一組多個玻璃管件，其具有内側與外側尺寸以及 長向中心軸； c) 在沿著每一玻璃管件中沿著長向中心軸形成N個區段 減小内側及外側尺寸，其中N個減小尺寸區段由一個區段管 件彼此相隔著； d) 排列步驟c) 一組多個管件為一個陣列圍繞著心蕊預製 件，其中心蕊預製件長向中心軸實質上與管件長向中心轴 平行。 24. 依據申請專利範圍第23項之方法，其中步驟b)管件斷面 形狀由圓形，三角形，平行四邊形以及多邊形選取出。 25. 依據申請專利範圍第23項之方法，其中陣列為不規則的。 26. 依據申請專利範圍第23項之方法，其中陣列為週期性的。 27. 依據申請專利範圍第23項之方法，其中減小内側尺寸為 零。 28. 依據申請專利範圍第23項之方法，其中管件具有第一組 成份以及第一介電質常數，以及在形成步驟c)過程中或之 前，區隔N個區段之每一區段填充一種材料，其具有第二組 成份以及第二介電質常數，其中苐一介電質常數與第二介 電質常數相差至少三倍。— 29. 依據申請專利範圍第23項之方法，其中管件具有第_级 成份以及第一介電質常數，以及在形成步驟c)過程中或之 前，區隔N個區段之每一區段填充一種材料，其具有苐二組 本紙张尺度適用中國國家榇牟（CNS ) A4说格（210 X 297公釐） 4 5 5 7 0 9 六、申請專利範圍 成份以及第二介電質常數，其中第一介電質常數大於第二 介電質常數》 30. 依據申請專利範圍第23項之方法，其中更進一步包含下 列步驟： e) 將步驟d)排列插入至外側管件内；以及 f) 將外侧管件熱塌於排列上。 31. 依據申請專利範圍第30項之方法，其中更進一步包含將 玻璃粉塵顆粒沉積於外侧管件上之步驟。 32-依據申請專利範圍第23項之方法，其中更進一步包含下 列步驟： e) 將步驟d)管件排列加以捆紮以使其彼此彼此對齊;及 f) 將玻璃粉塵沉積在捆東上。 33. 依據申請專利範圍第32項之方法，其中捆紮步驟包含藉 由對管件加熱以黏附玻璃管件彼此在一起以及最内側管件 '至心蕊預製件。 34. 依據申請專利範圍第32項之方法，其中捆紮步驟包含藉 由使用玻璃料黏附玻璃管件彼此在一起以及最内側管件至 心蕊預製件。 35. —種製造光學波導纖維之方法，其包含下列步驟： a) 依據申請專利範圍23-34項任何一項方法製造預製件； b) 對玻璃管件一端密封;· c) 由相對於具有密封管件預製件端部之預製件另一端抽 拉出波導纖維；以及 d) 對相對已抽拉端部之預製件另一端施以真空抽除„ 本纸浪/m] f ϋ縣縣（CNS)八4胁（21Qx297公度） 4557 09 S _ D8 . 六、申請專利範圍 36. —種製造光學波導纖維之方法，其包含下列步驟： a) 製造心蕊預製件； . b) 製造具有斷面形狀之一組多個玻璃桿件； c) 排列一組多個桿件為一個陣列，其圍繞著心蕊預製件 使得陣列包含一組多個開孔； d) 將陣列桿件以及心蕊預製件插入至管件内形成抽拉預 製件； e) 由抽拉預製件抽扳出光學波導纖維；以及 f) 在步驟e)中施加不同壓力至管件。 37. 依據申請專利範圍第36項之方法，其令所施加壓力在大 氣壓力與低於大氣壓力之預先選擇壓力間變化。 38. 依據申請專利範圍第3*7項之方法，其中預先選擇壓力足 以至少部份地將開孔熱塌。 39. 依據申請專利範圍第37項之方法，其中所施加壓力在大 於或等於大氣壓力之第一預先選擇壓力與大於第一選擇壓 力間變化。 22 (诗先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 、1Γ 本紙伕尺度適用中囷囷家樣準（CNS ) Α4现格（2丨0χ2ξ>7公釐）