WO2001092173A1 - LICHTLEITFASER AUF SiO2-BASIS ZUR ÜBERTRAGUNG EINER HOHEN LICHTLEISTUNGSDICHTE SOWIE HERSTELLUNGSVERFAHREN DAZU - Google Patents

LICHTLEITFASER AUF SiO2-BASIS ZUR ÜBERTRAGUNG EINER HOHEN LICHTLEISTUNGSDICHTE SOWIE HERSTELLUNGSVERFAHREN DAZU Download PDF

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WO2001092173A1
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Johannes Kirchhof
Sonja Unger
Siegmund SCHRÖTER
Anka Schwuchow
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Schneider Laser Technologies Ag
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Definitions

  • Optical fiber based on Si0 2 for the transmission of a high light power density as well
  • the invention relates to a method for producing an optical fiber based on Si0 2 for transmitting a high light power density, in which a preform is first produced in a two-step process and then the optical fiber is drawn from it, and to an optical fiber.
  • the difference in refractive index can either be formed as a jump in the refractive index between core and cladding or in the form of a specific refractive index professional.
  • the difference in refractive index can be achieved in two ways. Mahlke / Gössing, "Fiber Optic Cables", Publicis MCD Verlag Er Weg, 1997, pages 29 to 33 and 94 to 101, describe that the doping of Si0 2 with Ge0 2 or P 2 0 5 has a refractive index-increasing effect Manufacturing processes in which the core of an optical fiber is doped with these substances in order to achieve the difference in refractive index for the desired light-guiding properties by increasing the core refractive index. The same is also found in Agrawal, “Fiber-Optic Communication Systems”, 2nd ed., John Wiley & Sons, New York, 1997, pp. 64-68.
  • EP 0 520 337 A1 A further possibility for achieving the required refractive index difference can be found in EP 0 520 337 A1, which mentions the doping of the cladding with fluorine to lower the refractive index of the cladding.
  • the required difference in refractive index is not achieved by increasing the core refractive index but by lowering the cladding refractive index.
  • EP 0 520 337 A1 describes a combination of fluorine doping and Ge0 2 or P 2 0 5 doping of the core material in addition to the refractive index-reducing cladding, both doping only being carried out in low concentrations. These counteracting dopings equalize the refractive index curve in the core of the optical fiber and serve to optimize a step profile to be set.
  • No. 5,059,229 describes a method for producing an optical optical fiber based on SiO 2 , in which it is drawn from the preform in a hydrogen atmosphere. Such optical fibers are said to have particularly few imperfections and low attenuation.
  • EP 0 767 147 (DiGiovanni) and EP 0 772 061 (Antos) describe that the sheath should contain germanium in order to avoid damage to the fiber properties due to the introduction of hydrogen.
  • Known Si0 2 -based optical fibers show degradation phenomena at an irradiance of, for example, 0.6 MW / cm 2 , which are observed in particular at wavelengths below 600 nm.
  • the duration of the irradiation by the light guided in the optical fiber the light losses within the optical fiber increase, so that, for example, after a period of about 200 hours, 25% of the original transmission is set fairly constant. It was found that from an energy threshold which is dependent on the wavelength, there occurs a degradation of the fiber properties, which leads to the transmission decreasing during the operating period. An increase in scatter, absorption and stress sensitivity is observed, which in extreme cases lead to the destruction of the optical fiber. This effect has been observed particularly at wavelengths that correspond to blue and ultraviolet light.
  • the degradation also occurs at wavelengths of green light on and with correspondingly high powers also with red light and in the near infrared range (NIR).
  • NIR near infrared range
  • the invention is intended to solve the problem of increasing the performance and performance stability of SiO 2 -based optical fibers for light guidance.
  • the transmission properties for the light of high energy density guided in the optical fiber should remain so constant over the long term that degradation practically does not occur or is negligibly small, so that an optical fiber can be used technically for an operating period of at least several 100 hours.
  • the invention is intended in particular to provide optical fibers which transmit light efficiently and permanently in a stable manner in the wavelength range of less than 750 nm. Furthermore, light of several wavelengths in the spectrum of visible light (e.g. red, green, blue) should be able to be transmitted efficiently and in a stable manner over time, with the transmissible continuous wave power for each of the wavelengths being in the watt range.
  • this problem is solved by a method for producing an optical fiber for transmitting a high light power density, in which a preform is first produced in a two-step process and then the optical fiber is drawn from it, a core material and a cladding material are deposited which have a refractive index profile which is suitable for light conduction properties by doping the cladding, and the core material is additionally doped with a substance such that the refractive index of the core is less than 0.001, in particular 0, compared to the refractive index of the undoped core material , 0004 to 0.0008 is changed, with no doping of the core material with fluorine.
  • an optical fiber with a core and a cladding wherein a core material of the core and a cladding material of the cladding have Si0 2 , between the core material and cladding material there is a refractive index profile suitable for light-guiding properties, the core material is doped with a refractive index-changing substance, the refractive index of the doped core material deviating by less than 0.001 from the refractive index of the undoped core material and the core material not being doped with fluorine.
  • the method according to the invention is therefore based on the concept of forming a preform for producing an optical fiber and doping the cladding material in it in such a way that the refractive index difference between the core and Jacket material is made.
  • the core material is then additionally doped in such a way that its refractive index is changed by less than 0.001 compared to the refractive index of the undoped core material.
  • the core material is not doped with fluorine. This low doping of the core according to the invention improves the transmission properties of the optical fiber for radiation with high power density and reduces the degradation phenomena which were previously unavoidable at high light outputs.
  • the core material is preferably doped with Ge, P, Sn, Al, N or Cl. These substances are easy to use as doping material in manufacturing processes and lead to the desired light output resistance. They can be used individually or in combination. Such a low concentration is particularly preferred that the refractive index of the doped core material differs from that of the undoped core material by 0.00001 to 0.001, preferably between 0.0004 to 0.0008. Particularly light-resistant fibers are obtained in the preferred range.
  • Germanium doping has hitherto been used in methods for producing optical fibers in order to produce a defined refractive index profile (change in the refractive index). It is generally known that dopants, including germanium, impair the stability of the optical fiber with respect to high-energy radiation. Therefore, an undoped core material is preferred; Usually pure Si0 2 for the core material and inner jacket made of fluorine-doped Si0 2 , to produce the lowering of the refractive index.
  • germanium in the core material significantly improve performance stability.
  • the doping should be such that Ge0 2 is present in the core material in a concentration between 0.001 mol% and 1 mol%, a range between 0.3 mol% and 0.6 mol% being distinguished by special light-guiding strength without the transmission would be weakened.
  • the compound GeCI 4 can be added in an amount in which a Ge0 2 concentration in the core is between 0.001 mol% and 1 mol% and the refractive index of the core is less than 0.001 compared to the refractive index of Si0 2 changed.
  • a significant increase in the capacity of the optical fiber can only be determined if the change in the refractive index produced by the doping is between 0.00001 and 0.001 compared to the refractive index of pure SiO 2 .
  • the stated limits are not to be regarded as absolute values, from which the performance capacity of the fiber drops abruptly.
  • the specified upper limit for the change in the refractive index due to the doping is primarily determined by the fact that, up to the change in the refractive index of a maximum of 0.001, there is no change in the effective light-conducting properties (maintenance of the refractive index profile, maintenance of the refractive index jump between core and cladding).
  • the preform is doped too little, insufficient long-term stability is obtained which, in the case of an optical fiber without any doping, corresponds to that of a conventional optical fiber. If the doping is too high, the initial transmission is reduced and the long-term stability also deteriorates.
  • the invention further solves the problem mentioned at the outset with a method for producing an optical fiber for transmitting a high light power density, in which a preform is first produced in a two-step process and then the optical fiber is drawn from it, the preform being deposited after a deposition Core material and before drawing the optical fiber is treated with an H 2 -containing atmosphere, so that the core material of the preform is loaded with hydrogen.
  • an optical fiber with a core and a jacket which can be produced by depositing a core material and a jacket material into a preform and treating the preform with an H 2 -containing atmosphere, so that the core material is treated with hydrogen is loaded, and pulling the preform to the optical fiber.
  • the preform is treated with the Si0 2 core and fluorine-doped inner jacket with an H 2 -containing atmosphere at a higher temperature.
  • H 2 treatment of the jacket can be avoided.
  • the hydrogen atoms diffused into the preform are embedded in the material and sometimes react with atomic defects within the material layers. A partial chemical reduction of the Si-O-Si compounds to Si-Si compounds is likely to continue. It is believed that the hydrogen atoms embedded in the material layers form a reserve for this.
  • the defects in the core material which arise during the operation of the optical fiber due to the optical fiber can probably be caused by hydrogen atoms This reserve can be cured and thereby ensure the operation of the optical fiber with a high power density with high stability over a long period of time.
  • the hydrogen diffuses into the core material of the preform and, on the other hand, reacts with the SiO 2 of the core material, thereby becoming "immobile” and cannot diffuse out when the preform is subsequently pulled to the fiber.
  • the high temperatures required ensure, on the one hand, a high diffusion rate, on the other hand, however, the reaction with the SiO 2 too high temperatures affect the overall process and lead in particular to a change in the profile of the refractive index due to fluorine diffusion.
  • the combination of a low germanium doping (eg 0.05 mol%) with a hydrogen treatment of the finished preform or else an internally coated tube before collapsing is particularly favorable.
  • a further development provides for a combination of the aforementioned process steps, which consists in the fact that during the deposition of the core material with SiCl and 0 2 the compound GeCI is added in an amount in which a Ge0 2 concentration in the core between 0.001 mol% and 1 mol% and the refractive index of the core changes less than 0.001 compared to the refractive index of Si0 2 and after the deposition of the core material the preform is treated with an H 2 -containing atmosphere.
  • the easiest way to treat the preform with hydrogen is through an external atmosphere that surrounds the preform. In the OVD process, the VAD process or the MCVD process, for example, this can be achieved by an excess of hydrogen in the burner flame or, for example in the PCVD process, this is generated in a container surrounding the preform.
  • the preform is produced by direct processes. These include flame processes such as OVD and VAD, drawing from the melt or the sol-gel process.
  • an inner tube method such as the MCVD method or the PCVD method, which modifies accordingly for one of the above-mentioned method steps (germanium doping of the core material or the hydrogen loading of the preform or a combination thereof) becomes.
  • the preform here consists of a tube in which the inside of this tube is coated with the deposition of the jacket and the deposition of the core material. By subsequently collapsing the internally coated tube using the heat source, the preform is produced, from which the optical fiber is drawn.
  • an inner tube process it is advantageous to carry out a treatment of the internally coated tube with an H 2 -containing inner atmosphere after the deposition of the core material.
  • hydrogen loading of the material layers through the outside atmosphere can be dispensed with here.
  • the hydrogen loading via the internal atmosphere is technologically easier to manage and requires less time.
  • the hydrogen load from the outside atmosphere stores a larger number of hydrogen atoms in the preform materials, thus forming a larger reserve. It may therefore be expedient to carry out the hydrogen treatment of the preform via both the inside and the outside atmosphere.
  • the material layer for the jacket and / or the core material can be deposited porously and subsequently glazed.
  • hydrogen is loaded particularly quickly and effectively.
  • the tube coated on the inside can be used before and / or during the collapse of the tube with the H 2 - containing internal atmosphere.
  • a further improvement in the long-term behavior can be determined with or without prior doping of the core with germanium.
  • the hydrogen-containing external atmosphere is suitably provided by a H 2/0 2 flame, wherein the ratio of H 2 to 2 0, is greater than two, in particular six.
  • the effect of the gaseous hydrogen on the surface of the pipe or the preform is crucial in flame treatment. If the flame ratio is significantly greater than 2, a noticeable concentration of unburned hydrogen remains on the surface, which can diffuse into the jacket right down to the core. In a range between 2 and 8, this effect is particularly pronounced and leads to extraordinarily long-term stable optical fibers with regard to high light output densities.
  • Treatment with the H 2/0 2 - flame is carried out at a temperature ranging between 600 ° C and 2000 ° C, said heating being maintained for each point of the preform is preferably for a time period of greater than 10 min. Below 600 ° C there is no or a very slow reaction and above 2000 ° C there are undesirable diffusion processes and the mechanical stability of the preform is reduced, a tube as a preform tends to collapse. The time required is strongly dependent on the composition and width of the burner flame and the pipe dimensions. It is important that the hydrogen diffusion completely reaches the core material.
  • the internal treatment of the tube and / or the outer treatment of the preform with hydrogen is carried out (an alternative to the use of a H 2/0 2 - flame with excess of hydrogen) with a mixture of H 2 and a noble gas, preferably wherein the H 2 concentration of less than 5% is , in particular 3%.
  • a noble gas preferably wherein the H 2 concentration of less than 5% is , in particular 3%.
  • the external treatment is preferably carried out without an open flame, for example by heating the preform by means of a high-frequency source (for example PCVD method). He or Ar is used as the inert gas.
  • the treatment can be carried out with a mixture of H 2 and CO, the H 2 concentration preferably being less than 1%.
  • CO has an additional reducing effect and thus improves the fiber properties.
  • the preform or the tube is treated with the H 2 mixture with the noble gas or the CO at a temperature in the range between 600 ° C. and 1800 ° C., this heating preferably for a period of time for each point of the preform or the tube of greater than 2 min is maintained.
  • the dilution of hydrogen by noble gases or CO prevents or limits an interfering reaction by reducing the Si0 2 to gaseous SiO. It leads to the fact that the reaction takes place only to the extent that is necessary for the desired effect of stabilizing the performance of the optical fiber.
  • the required light-guiding properties are achieved by suitable doping of the cladding material.
  • Fluorine can be used, which has a favorable influence on the desired high performance stability.
  • the doping is preferably carried out in a concentration of more than 1 mol%; particularly good light-guiding properties are achieved between 1.5 mol% and 3 mol%.
  • Fluorine-doped optical fibers typically have a numerical aperture of 0.11.
  • doping of the cladding material with boron is possible, which offers the advantage of a greater range of variation for lowering the refractive index in the cladding of the optical fiber.
  • the numerical aperture can therefore also be above 0.11 and e.g. 0.2.
  • Boron also enables a higher deposition rate for silicon dioxide, which shortens the speed of the fiber production process.
  • the practically applicable doping range for boron is in the range between 0 and 20 mol%, particularly good light-guiding properties being achieved at a concentration of over 5 mol%.
  • the jacket and the core consist of Si0 2 , fluorine being able to be used as a doping for the jacket.
  • the principles of the invention are not limited to the methods mentioned here by way of example, but can be correspondingly transferred to other methods in which the optical fiber is manufactured from the prefom. It is essential that the processes according to the invention - slight doping and / or hydrogen loading of the core material which reduces the refractive index of the core material by less than 0.001 - in the production of the Starting materials for the preform and / or during the manufacture of the preform and / or after the manufacture of the preform.
  • the measures according to the invention are therefore independent of the steps in the production of an optical fiber or the features of an optical fiber which relate to their optical properties, that is to say independent of the difference in refractive index between the core and the cladding of the optical fiber, since the invention provides the refractive index of the cladding and core material in the remain essentially unchanged.
  • the method steps or features according to the invention can thus be used in any manufacturing method or optical fibers in order to achieve the desired long-term stability with regard to the guiding of high power densities.
  • the optical fibers according to the invention are particularly suitable for guiding light with an average light output of 0.5 W or more or an average power density of 0.4 MW / cm 2 or more due to their light output strength.
  • the invention therefore provides for the use of one of the optical fibers mentioned, light having an average light output of 0.5 W or more or an average power density of 0.4 MW / cm 2 or more being guided in the optical fiber.
  • Such use is particularly advantageous when high light outputs are to be dissipated by a laser.
  • An example of such an application is laser projection, in which the property of an optical fiber, in particular, being resistant to powerful light of the most varied wavelength ranges is advantageous.
  • Fig. 5 representation of the performance, specified over the transmission curve at 630 nm over the duration of the light transmission at 441 nm,
  • Fig. 6 cross section of a preform according to the OVD method.
  • Fig. 1 shows the cross section of a tube 1 before collapsing.
  • An output pipe with a length of 1.20 m with an outer diameter of 14 mm and an inner diameter of 11 mm is used in a PCVD process.
  • Such an outlet tube is commercially available under the name F300 / Heraeus quartz glass.
  • the tube 1 has an internal atmosphere 7 and is surrounded by an external atmosphere 6.
  • a heat source 2 is controlled so that it heats the tube 1 uniformly in the area of its length and in its circumference.
  • the tube 1 is rotated and the heat source 2 is a ring of a microwave cavity that is moved linearly along the tube 1.
  • the “jacket 2” 3 is produced from SiO 2. This is created in the reaction of the inner atmosphere 7 made of SiCl 4 and O 2 .
  • the temperature control is designed so that a uniform 15 ⁇ m thick coating of the inner diameter of the tube 1 with Si0 2 takes place.
  • the "sheath 1" 4 is produced. This is formed in the thermal reaction of the inner atmosphere 7 made of SiCl 4 , C 2 F 3 CI 3 and 0 2.
  • the "sheath 1" consists of fluorine-doped SiO 2 with a Thickness of 0.25mm.
  • a 25 ⁇ m thick core coating 5 made of SiO 2 is produced. This arises in the thermal reaction of the inner atmosphere 7 made of SiCl 4 and 0 2 .
  • the process steps are generally customary and the internally coated tube 1 is then collapsed, so that an optical fiber can subsequently be drawn from the preform obtained.
  • one or more process steps are now modified or additionally carried out with the internally coated tube 1 in order to increase the performance strength and stability of the optical fiber drawn from the preform.
  • 1sccm GeCI 4 to 100 sccm SiCl is added to the mixture of SiCI and 0 2 during the deposition of the core material 5.
  • This doping alone increases the performance stability of the optical fiber drawn from the preform by more than 30 times for blue light.
  • a further improvement in the resistance of the optical fiber against damage by the light guided in the optical fiber is achieved by hydrogen treatment of the internally coated tube 1.
  • the noble gas argon is mixed with 3% hydrogen and fed to the tube 1 as an internal atmosphere 7. This continues until the entire usable length of the tube 1 has been heated by the heat source 2.
  • Fig. 2 shows a preform, ie a kollabiert.es tube 8 with the jacket 3, 4 and a core 9 in cross section.
  • the inner coating of the uncollapsed tube was carried out here similarly to the steps described in FIG. 1, but here with the MVCD method.
  • the heat source 2 is a ring of flame from a hydrogen-oxygen combustion, which is moved linearly along the tube in a linear manner.
  • the "jacket 2" 3 is produced from SiO 2. This is produced in the thermal reaction of the internal atmosphere 7 made of SiCl and 0 2.
  • the "jacket 1" 4 is produced. This arises in the thermal reaction of the inner atmosphere 7 made of SiCl 4 , C 2 F 3 CI 3 and 0 2 .
  • the core material 5 is produced from Si0 2 . This arises in the thermal reaction of the inner atmosphere 7 made of SiCl 4 and 0 2 .
  • one or more process steps can be modified or additionally carried out with the internally coated tube in order to increase the performance stability of the optical fiber drawn from the preform.
  • the germanium entry and / or the hydrogen treatment via the inner atmosphere of the tube is dispensed with.
  • only hydrogen is introduced from the outside atmosphere 6 into the collapsed tube 8.
  • the flame ring of the heat source 2 receives an excess of hydrogen.
  • the H 2 ratio is six times higher than 0 2 .
  • the collapsed tube 8 is heated to 1400 ° C., one zone of the collapsed tube 8 in a width of 10 cm being affected by the flame and the flame ring continuously in the longitudinal direction of the collapsed tube 8 at a speed of 0.5 cm / min is moved.
  • the hydrogen loading can also take place during the manufacture of the internally coated tube 1 via the outside atmosphere 6 and / or through the inside atmosphere 7 (see also FIG. 1).
  • the germanium doping of the core coating can also be carried out.
  • Each of these individual measures leads to an improvement in performance strength and stability, whereby their highest value for blue laser light was determined with a combination of germanium doping and subsequent hydrogen loading.
  • Fig. 3 shows the transmission curve T in% as a function of the operating time d in days for different Si0 2 optical fiber types and the following exemplary parameters: light guided by the optical fiber: 1 W continuous wave laser light at 441 nm, - core diameter: 15 ⁇ m each
  • the solid line shows a transmission curve for a conventional Si0 2 optical fiber.
  • the dash-dot line shows a transmission curve for an optical fiber which was produced from a preform loaded with hydrogen.
  • the dotted line shows a transmission curve for an optical fiber which was produced from a preform with a germanium-doped core.
  • the dashed line shows a transmission curve for an optical fiber which was produced from a preform doped with germanium in the core and loaded with hydrogen.
  • the transmission profiles shown for the optical fibers, the preforms of which were doped with germanium in the core and / or loaded with hydrogen, show an operating time which is at least five times longer, during which no significant transmission loss can be determined.
  • the different variants of the invention have a different long-term stability behavior
  • the optical fiber in which the preform was doped with germanium in the core and loaded with hydrogen shows the best long-term stability for blue light.
  • the solid line shows a transmission curve for a conventional Si0 2 optical fiber.
  • the dash-dot line shows a transmission curve for an optical fiber which was produced from a preform loaded with hydrogen.
  • the dotted line shows a transmission curve for an optical fiber which was produced from a preform doped with germanium in the core.
  • the dashed line shows a transmission curve for an optical fiber made from a preform doped with germanium in the core and loaded with hydrogen.
  • the transmission profiles shown here also show better long-term behavior for the germanium in the core doped and / or loaded with hydrogen preforms and the optical fibers produced therefrom. Only a very slight deterioration in the transmission can be determined for the optical fibers according to the invention.
  • the preform loaded with hydrogen has the cheapest initial transmission and the cheapest transmission curve for green light.
  • FIG. 5 shows the transmission curve T in% as a function of the operating time d in days for the optical fiber types mentioned in FIG. 3 and the following exemplary parameters:
  • the solid line shows a transmission curve at 630 nm for a conventional Si0 2 optical fiber in the light transmission of laser light with a wavelength of 441 nm.
  • the dash-dot line shows a transmission curve for an optical fiber which was produced from a preform loaded with hydrogen
  • the dotted line shows a transmission curve for an optical fiber which was produced from a preform doped with germanium in the core.
  • the dashed line shows a transmission curve for an optical fiber which was produced from a preform doped with germanium in the core and loaded with hydrogen.
  • the transmission profiles shown here also show better long-term behavior for the entire wavelength range for the preforms doped with 0.3 mol% Ge0 2 and / or loaded with hydrogen and the optical fibers produced therefrom, which can be transmitted by an optical fiber based on Si0 2 . Only a very slight deterioration in the transmission for the entire transmissible wavelength range, ie from near infrared to the ultraviolet range, can be determined here for the optical fibers according to the invention. In practice, the combination of the method steps will therefore be selected for a given wavelength range in such a way that the desired most advantageous properties of output transmission and their long-term stability are achieved for the wavelength range to be transmitted.
  • the preform from which the optical fiber is drawn can be optimized for the wavelength by selecting the specified process steps for producing the preform by means of a few tests.
  • the light transmission for an intended spectral range e.g. that of white light, for the transmission of red, green and blue laser light
  • an intended spectral range e.g. that of white light
  • the combination of the low doping of the core with germanium and the additional loading of the preform with hydrogen are the most stable and balanced properties of an optical fiber for the relatively large spectral range of white light.
  • Figure 6 shows a preform made by the OVD process. Due to the manufacturing process, this contains an air gap 10 with an internal atmosphere 7.
  • the core material 4 and the jacket 3 are produced in a thermal process in which both the doping of the core with germanium and the hydrogen treatment can take place during the production of the preform.
  • the preform can also be subsequently charged with hydrogen from the inside and / or from the outside, this advantageously taking place when a porous state of the preform is converted into a glassy state.

Abstract

Zur Herstellung einer Lichtleitfaser aus SiO2-Basis zur Übertragung einer hohen Lichtleistungsdichte wird in einem Zwei-Schritt-Prozeß zunächst die Preform hergestellt und dann aus dieser die Lichtleitfaser gezogen. Dabei wird bei einer Abscheidung des Kern-Materials (5) mit SiCl4 und O2 die Verbindung GeCl4 in einer Menge zugegeben, bei der sich eine GeO2-Konzentration im Kern (9) zwischen 0,001 mol % und 1 mol % einstellt und sich die Brechzahl der Kerns (9) weniger als 0,001 gegenüber der Brechzahl des Si02 verändert. Alternativ erfolgt nach der Abscheidung des Kern-Materials (5) eine Behandlung der Preform mit einer H2-haltigen Atmosphäre.

Description

Lichtleitfaser auf Si02-Basis zur Übertragung einer hohen Lichtleistungsdichte sowie
Herstellungsverfahren dazu
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser auf Si02-Basis zur Übertragung einer hohen Lichtleistungsdichte, bei dem in einem Zwei-Schritt-Prozeß zunächst eine Preform hergestellt und dann aus dieser die Lichtleitfaser gezogen wird, sowie auf eine Lichtleitfaser.
Um gewünschte effektive Lichtleitungseigenschaften zu erreichen, muß zwischen Mantel und Kern einer Lichtleitfaser bekanntermaßen ein Brechzahlunterschied dahingehend bestehen, daß die Brechzahl des Mantels gegenüber der des Kerns abgesenkt ist, damit Totalreflexion von aus dem Kern zum Mantel hin laufender Strahlung erfolgt. Der Brechzahlunterschied kann dabei entweder als Brechzahlsprung zwischen Kern und Mantel oder in Form eines bestimmten Brechzahiprofiies ausgebildet werden.
Bei der Herstellung einer Lichtleitfaser kann der Brechzahlunterschied auf zwei Weisen erreicht werden. Mahlke/Gössing, „Fiber Optic Cables", Publicis MCD Verlag Erlangen, 1997, Seiten 29 bis 33 und 94 bis 101 , schildern, daß die Dotierung von Si02 mit Ge02 oder P205 eine brechzahlerhöhende Wirkung hat. Sie schlagen deshalb Herstellverfahren vor, bei denen der Kern einer Lichtleitfaser mit diesen Substanzen dotiert wird, um durch Anhebung der Kern- Brechzahl den Brechzahlunterschied für die gewünschten Lichtleitungseigenschaften zu erreichen. Ähnliches ist auch in Agrawal, „Fiber-Optic Communication Systems", 2. Aufl., John Wiley & Sons, New York, 1997, auf den Seiten 64 bis 68 beschrieben.
Eine weitere Möglichkeit zum Erzielen des erforderlichen Brechzahlunterschiedes findet sich in der EP 0 520 337 A1 , die die Dotierung des Mantels mit Fluor zur Absenkung der Brechzahl des Mantels erwähnt. Der erforderliche Brechzahlunterschied wird dabei nicht durch die Anhebung der Kern-Brechzahl sondern durch die Absenkung der Mantel-Brechzahl erreicht. Zur Vergleichmäßigung des Brechzahlverlaufes im Kern ist in EP 0 520 337 A1 zusätzlich zur brechzahlsenkenden Manteldotierung eine Kombination aus Fluordotierung und Ge02- bzw. P205-Dotierung des Kern-Materials beschrieben, wobei beide Dotierungen nur in geringen Konzentrationen vorgenommen werden. Diese gegenläufig wirkenden Dotierungen vergleichmäßigen den Brechzahlverlauf im Kern der Lichtleitfaser und dienen der Optimierung eines einzustellenden Stufenprofils.
Aus der Literatur sind unterschiedlichste Verfahrensschritte veröffentlicht, die die Fasereigenschaften vorteilhaft verändern sollen.
In US 5,059,229 wird ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Lichtleitfaser auf Si02-Basis beschrieben, bei der diese in einer Wasserstoffatmosphäre aus der Preform gezogen wird. Derartige Lichtleitfasern sollen besonders wenige Fehlstellen aufweisen und eine geringe Dämpfung haben.
Katherine Ciemiecki Nelson u.a., „The Fabrication and Performance of Long Lengths of Silica Core Fiber", J. of Lightwave Technology, 935-940 Vol. LT-3, No. 5, October 1985, beschreiben eine Glasfaser aus Si02, deren Kern mit Germanium dotiert ist, um Dämpfungsverluste in der Lichtleitfaser zu reduzieren. Derartige Lichtleitfasern sollen unempfindlich gegen radioaktive Strahlung und Wasserstoff-eindiffusion sein.
EP 0 767 147 (DiGiovanni) und EP 0 772 061 (Antos) beschreiben, daß der Mantel Germanium enthalten sollte, um eine Schädigung der Fasereigenschaften durch einen Wasserstoffeintrag zu vermeiden.
Wie aus den vorstehenden Literaturstellen ersichtlich ist, ist die Anwendung von Germanium bei der Herstellung von Si02-basierten Lichtleitfasern bekannt, um spezifische Eigenschaften zu beeinflussen. Ein Wasserstoffeintrag soll vermieden werden, da dieser die Fasereigenschaften verschlechtert. Derartige Lichtleitfasern sind überwiegend für den nahen Infrarot-Bereich (NIR) konzipiert.
Bekannte Si02-basierte Lichtleitfasern zeigen bei einer Bestrahlungsstärke von zum Beispiel 0,6 MW/cm2 Degradationserscheinungen, die insbesondere bei Wellenlängen kleiner 600 nm beobachtet werden. Mit der Dauer der Bestrahlung durch das in der Lichtleitfaser geführte Licht steigen die Lichtverluste innerhalb der Lichtleitfaser, so daß sich zum Beispiel nach einem Zeitraum von etwa 200 Stunden 25% der ursprünglichen Transmission ziemlich konstant einstellen. Es wurde festgestellt, daß ab einer Energieschwelle, die wellenlängenabhängig ist, eine Degradation der Fasereigenschaften eintritt, die dazu führt, daß die Transmission während der Betriebsdauer abnimmt. Es werden eine Zunahme der Streuung, der Absorption und der Belastungsempfindlichkeit beobachtet, die im Extremfall zur Zerstörung der Lichtleitfaser führen. Dieser Effekt ist insbesondere bei Wellenlängen beobachtet worden, die dem blauen und ultravioletten Licht entsprechen. Die Degradation tritt aber auch bei Wellenlängen des grünen Lichtes auf und bei entsprechend großen Leistungen auch bei rotem Licht und im nahen infraroten Bereich (NIR). Aus der Literatur sind jedoch keine Anhaltspunkte dafür gegeben, wie die Degradation infolge des Energieeintrages durch das in der Lichtleitfaser geführte Licht, vermindert oder gar verhindert werden kann.
Die Erfindung soll das Problem lösen, die Leistungsfestigkeit und Leistungsstabilität von Si02- basierten Lichtleitfasern zur Lichtleitung zu erhöhen. Die Übertragungseigenschaften für das in der Lichtleitfaser geleitete Licht hoher Energiedichte sollen dauerhaft so konstant bleiben, daß eine Degradation praktisch nicht auftritt oder vernachlässigbar klein ist, so daß eine Lichtleitfaser für einen Betriebszeitraum von mindestens mehreren 100 Stunden technisch einsetzbar ist.
Die Erfindung soll insbesondere Lichtleitfasern liefern, die im Wellenlängenbereich kleiner 750 nm Licht effizient und dauerhaft stabil übertragen. Weiterhin soll Licht mehrerer Wellenlängen im Spektrum des sichtbaren Lichtes (z.B. Rot, Grün, Blau) effizient und zeitlich stabil übertragbar sein, wobei die übertragbare Dauerstrich-Leistung für jede der Wellenlängen im Watt-Bereich liegen sollte.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser zur Übertragung einer hohen Lichtleistungsdichte, bei dem in einem Zwei-Schritt- Prozeß zunächst eine Preform hergestellt und dann aus dieser die Lichtleitfaser gezogen wird, wobei ein Kern-Material und ein Mantel-Material abgeschieden werden, die ein durch Dotierung des Mantels für Lichtleitungseigenschaften geeignetes Brechzahlprofil aufweisen, und das Kern-Material zusätzlich mit einer Substanz derart dotiert wird, daß dadurch die Brechzahl des Kerns gegenüber der Brechzahl des undotierten Kern-Materials um weniger als 0,001 , insbesondere um 0,0004 bis 0,0008 verändert wird, wobei keine Dotierung des Kern-Materials mit Fluor vorgenommen wird.
Das Problem wird weiter gelöst durch eine Lichtleitfaser mit einem Kern und einem Mantel, wobei ein Kernmaterial des Kerns und ein Mantel-Material des Mantels Si02 aufweisen, zwischen Kern-Material und Mantel-Material ein für Lichtleitungseigenschaften geeignetes Brechzahlprofil besteht, das Kern-Material mit einer brechzahländernden Substanz dotiert ist, wobei die Brechzahl des dotierten Kern-Materials um weniger als 0,001 von der Brechzahl des undotierten Kern-Materials abweicht und das Kern-Material nicht mit Fluor dotiert ist.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt also das Konzept zugrunde, zur Herstellung einer Lichtleitfaser eine Preform zu bilden und in dieser das Mantel-Material so zu dotieren, daß der für effektive Lichtleitungseigenschaften gewünschte Brechzahlunterschied zwischen Kern- und Mantel-Material besteht. Anschließend wird darüber hinaus das Kern-Material zusätzlich derart dotiert, daß seine Brechzahl um weniger als 0,001 gegenüber der Brechzahl des undotierten Kern-Materials verändert wird. Eine Dotierung des Kern-Materials mit Fluor findet dabei nicht statt. Diese erfindungsgemäße geringe Dotierung des Kerns verbessert die Übertragungseigenschaften der Lichtleitfaser für Strahlung hoher Leistungsdichte und vermindert die Degradationserscheinungen, die bislang bei hohen Lichtleistungen unvermeidbar waren.
Die Dotierung des Kern-Materials erfolgt vorzugsweise mit Ge, P, Sn, AI, N oder Cl. Diese Substanzen sind in Herstellprozessen einfach als Dotierungsmaterial anzuwenden und führen zur gewünschten Lichtleistungsfestigkeit. Sie können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Besonders zu bevorzugen ist eine derartig geringe Konzentration, daß dadurch die Brechzahl des dotierten Kern-Materials um 0,00001 bis 0,001, vorzugsweise zwischen 0,0004 bis 0,0008 von der des undotierten Kern-Materials abweicht. Im vorzugsweise genannten Bereich erhält man besonders lichtleistungsfeste Fasern.
Eine Germanium-Dotierung wird bisher bei Verfahren zur Lichtleitfaserherstellung zur Erzeugung eines definierten Brechzahlprofiles (Änderung des Brechungsindex) eingesetzt. Dabei ist allgemein bekannt, daß Dotanden, so auch Germanium, die Stabilität der Lichtleitfaser gegenüber energiereicher Strahlung verschlechtern. Daher wird ein undotiertes Kernmaterial bevorzugt; üblicherweise reines Si02 für das Kernmaterial und innerer Mantel aus Fluordotiertem Si02 , zur Herstellung der Brechzahlabsenkung.
Überraschend wurde festgestellt, daß kleine Mengen an Germanium im Kernmaterial die Leistungsstabilität erheblich verbessern. Dabei sollte die Dotierung so erfolgen, daß im Kernmaterial Ge02 in einer Konzentration zwischen 0,001 mol% und 1 mol% vorliegt, wobei ein Bereich zwischen 0,3 mol% und 0,6 mol% sich durch besondere Lichtleitungsfestigkeit auszeichnet, ohne daß die Transmission geschwächt wäre.
Bei der Abscheidung des Kern-Materials mit SiCI und 02 kann die Verbindung GeCI4 in einer Menge zugegeben werden, bei der sich eine Ge02 -Konzentration im Kern zwischen 0,001 mol% und 1 mol% einstellt und sich die Brechzahl des Kerns weniger als 0,001 gegenüber der Brechzahl des Si02 verändert.
Zu dem üblicherweise gasförmigen Reaktionsgemisch von SiCI4 und 02 (bei Innenrohrverfahren, wie MCVD oder PCVD) oder SiCI und einem H2/02 -Gemisch (bei direkten Flammenverfahren, wie OVD oder VAD) wird gasförmiges GeCI4 zugesetzt, zum Beispiel in einer Menge 100 sccm SiCI4 + 1 sccm GeCI4. Je nach Verfahrensbedingungen wird von diesem Gemisch eine etwas variierende Menge Ge02 in das Kernmaterial eingebaut.
Eine deutliche Erhöhung der Leistungsbelastbarkeit der Lichtleitfaser ist nur festzustellen, wenn die durch die Dotierung erzeugte Veränderung der Brechzahl zwischen 0,00001 und 0,001 gegenüber der Brechzahl des reinen Si02 liegt. Die angegebenen Grenzen sind jedoch nicht als absolute Werte anzusehen, ab denen die Leistungsbelastbarkeit der Faser abrupt abfällt. Die angegebene obere Grenze für die Veränderung der Brechzahl durch die Dotierung wird vor allem dadurch festgelegt, daß etwa bis zu der Brechzahländerung von maximal 0,001 keine Veränderung der effektiven lichtleitenden Eigenschaften (Erhaltung des Brechzahlprofils, Erhaltung des Brechzahlsprungs zwischen Kern und Mantel) festzustellen ist.
Wird eine zu geringe Dotierung der Preform vorgenommen, erhält man eine unzureichende Langzeitstabilität, die, bei einer Lichtleitfaser ganz ohne Dotierung, der einer herkömmlichen Lichtleitfaser entspricht. Wird eine zu hohe Dotierung vorgenommen, verringert sich die Anfangstransmission und die Langzeitstabilität verschlechtert sich ebenfalls.
Die Erfindung löst das eingangs erwähnte Problem weiter mit einem Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser zur Übertragung einer hohen Lichtleistungsdichte, bei dem in einem Zwei- Schritt-Prozeß zunächst eine Preform hergestellt und dann aus dieser die Lichtleitfaser gezogen wird, wobei die Preform nach einer Abscheidung eines Kern-Materials und vor dem Ziehen der Lichtleitfaser mit einer H2-haltigen Atmosphäre behandelt wird, so daß das Kern- Material der Preform mit Wasserstoff beladen wird.
Ebenfalls wird das Problem gelöst durch eine Lichtleitfaser mit einem Kern und einem Mantel, herstellbar durch Abscheiden eines Kern-Materials und eines Mantel-Material zu einer Preform und Behandeln der Preform mit einer H2-haltigen Atmosphäre, so daß das Kern-Material mit Wasserstoff beladen wird, und Ziehen der Preform zur Lichtleitfaser. Nach der Abscheidung des Kern-Materials erfolgt also eine Behandlung der Preform mit dem Si02-Kern und Fluor- dotiertem inneren Mantel mit einer H2-haltigen Atmosphäre bei höherer Temperatur erfolgt. Optional kann dabei eine H2-Behändlung des Mantels vermieden werden.
Die in die Preform eindiffundierten Wasserstoffatome werden in das Material eingelagert und reagieren zum Teil mit atomaren Defekten innerhalb der Materialschichten. Es erfolgt vermutlich weiter eine teilweise chemische Reduktion der Si-O-Si-Verbindungen zu Si-Si-Verbindungen. Es wird angenommen, daß die in den Materialschichten eingelagerten Wasserstoffatome ein Reservat dafür bilden. Die während des Betriebes der Lichtleitfaser durch die Lichtleitung entstehenden Defekte im Kern-Material können wahrscheinlich durch Wasserstoffatome aus diesem Reservat geheilt werden und sichern dadurch den Betrieb der Lichtleitfaser mit einer hohen Leistungsdichte mit hoher Stabilität über einen langen Zeitraum.
Der Wirkungsmechanismus der geringen Germanium-Dotierung des Kern-Materials und der Wasserstoff-Beladung der Preform ist noch nicht vollständig bekannt und bedarf weiterer Untersuchungen. Wesentlich ist aber, daß die Germanium-Dotierung des Kern-Materials für sich alleine eine mindestens 30-fach längere Einsatzdauer der Lichtleitfaser und die Wasserstoff-Beladung der Preform für sich alleine eine mindestens fünffach längere Einsatzdauer der Lichtleitfaser bewirkt. Diese Ergebnisse wurden für eine Lichtleitfaser mit 15 μm Kerndurchmesser, eine Wellenlänge des geführten Lichtes von 441 nm bei einer Leistung von 1 W Dauerstrich-Betrieb gewonnen. Für eine andere Wellenlänge und einen anderen Leistungseintrag ergeben sich andere Werte. Es soll hier nur verdeutlicht werden, daß mit jeder der Maßnahmen eine wesentliche Verbesserung der Stabilität der Übertragungs-eigenschaften einer Lichtleitfaser auf einen langen Betriebszeitraum gesichert werden kann.
Die Wirkung des Wasserstoffs zur Leistungsstabilisierung beruht offensichtlich hauptsächlich auf sein Vorhandensein im Kernmaterial. Eine Einlagerung des Wasserstoff in die Schicht(en) des Mantels hat demgegenüber vermutlich eine untergeordnete Bedeutung. Diese kann möglicherweise hauptsächlich als Reservat für Wasserstoff dienen, der beim Betrieb der Lichtleitfaser in den Kern hinein diffundiert.
Der Wasserstoff diffundiert zum einen in das Kern-Material der Preform und reagiert zum anderen mit dem Si02 des Kernmaterials, wird dadurch „unbeweglich" und kann beim nachfolgenden Ziehen der Preform zur Faser nicht ausdiffundieren. Die notwendigen hohen Temperaturen sichern einerseits eine hohe Diffusionsgeschwindigkeit, andererseits aber auch die Reaktion mit dem Si02. Zu hohe Temperaturen beeinträchtigen jedoch den Gesamtprozeß und führen insbesondere zu einer Profilveränderung des Brechzahlverlaufes durch Fluordiffusion.
Besonders günstig ist die Kombination einer geringen Germanium-Dotierung (z.B. 0,05 mol%) mit einer Wasserstoffbehandlung der fertigen Preform oder auch eines innen beschichteten Rohres vor dem Kollabieren. Eine Weiterbildung sieht eine Kombination der vorgenannten Verfahrensschritte vor, die darin besteht, daß bei der Abscheidung des Kern-Materials mit SiCI und 02 die Verbindung GeCI in einer Menge zugegeben wird, bei der sich eine Ge02 - Konzentration im Kern zwischen 0,001 moI% und 1 mol% einstellt und sich die Brechzahl des Kerns weniger als 0,001 gegenüber der Brechzahl des Si02 verändert und nach der Abscheidung des Kern-Materials eine Behandlung der Preform mit einer H2 -haltigen Atmosphäre erfolgt. Die Behandlung der Preform mit Wasserstoff erfolgt am einfachsten durch eine Außenatmosphäre, die die Preform umgibt. Diese kann zum Beispiel bei dem OVD-Verfahren, dem VAD-Verfahren oder dem MCVD-Verfahren durch einen Wasserstoffüberschuß in der Brennerflamme realisiert werden oder diese wird zum Beispiel beim PCVD-Verfahren in einem die Preform umgebenden Behälter erzeugt.
Die Herstellung der Preform erfolgt in einem Fall durch direkte Verfahren. Zu denen gehören Flammenverfahren, wie OVD und VAD, das Ziehen aus der Schmelze oder das Sol-Gel- Verfahren.
Einen besonders einfachen und stabilen Prozeßablauf gewährleistet ein Innenrohrverfahren, wie das MCVD-Verfahren oder das PCVD-Verfahren, welches für einen der oben genannten erfindungsgemäßen Verfahrensschritten (Germanium-Dotierung des Kern-Materials oder der Wasserstoff-Beladung der Preform oder deren Kombination) entsprechend modifiziert wird. Die Preform besteht hier aus einem Rohr, bei dem eine Innenbeschichtung dieses Rohres mit der Abscheidung des Mantels und der Abscheidung des Kern-Materials erfolgt. Durch anschließendes Kollabieren des innen beschichteten Rohres unter Anwendung der Wärmequelle wird die Preform hergestellt, aus der die Lichtleitfaser gezogen wird.
Bei einem Innenrohrverfahren ist es vorteilhaft nach der Abscheidung des Kern-Materials eine Behandlung des innen beschichteten Rohres mit einer H2 -haltigen Innenatmosphäre durchzuführen. Alternativ kann hier auf eine Wasserstoff-Beladung der Materialschichten durch die Außenatmosphäre verzichtet werden. Die Wasserstoff-Beladung über die Innenatmosphäre ist technologisch einfacher zu führen und erfordert weniger Zeit. Die Wasserstoff-Beladung über die Außenatmosphäre lagert jedoch eine größere Anzahl Wasserstoffatome in die Materialien der Preform ein, bildet also ein größeres Reservat. Daher kann es zweckmäßig sein, die Wasserstoff-Behandlung der Preform sowohl über die Innen- und die Außenatmosphäre durchzuführen.
Bei den Verfahren zur Herstellung der Preform können die Materialschicht für den Mantel und/oder das Kernmaterial porös abgeschieden und nachfolgend verglast werden. Die Wasserstoff-Beladung erfolgt bei einer Preform mit einer oder mehreren porösen Schichten besonders schnell und wirkungsvoll.
Alternativ oder zusätzlich zur Außenbehandlung und/oder Innenbehandlung mit Wasserstoff nach der Abscheidung des Kern-Materials kann bei Verfahren, die mit einem Rohr arbeiten, das innen beschichtete Rohr vor und/oder während des Kollabierens des Rohres mit der H2 - haltigen Innenatmosphäre behandelt werden. Eine weitere Verbesserung des Langzeitverhaltens ist mit oder ohne vorherige Dotierung des Kerns mit Germanium feststellbar.
Bei den beispielhaft genannten Verfahren OVD, VAD oder MCVD wird die Wasserstoff-haltige Außenatmosphäre zweckmäßig durch eine H2/02 -Flamme erzeugt, wobei das Verhältnis von H2 zu 02 größer zwei, insbesondere sechs ist. Offensichtlich ist bei der Flammenbehandlung des Rohres oder der Preform die Wirkung des gasförmigen Wasserstoffs an deren Oberfläche entscheidend. Wenn das Flammenverhältnis deutlich größer 2 ist, bleibt an der Oberfläche eine merkliche Konzentration unverbrannten Wasserstoffs erhalten, die in den Mantel bis zum Kern hin eindiffundieren kann. In einem Bereich zwischen 2 und 8 ist dieser Effekt besonders ausgeprägt und führt zu außergewöhnlich langzeitstabilen Lichtleitfasern im Hinblick auf hohe Lichtleistungsdichten.
Die Behandlung mit der H2/02 - Flamme erfolgt bei einer Temperatur im Bereich zwischen 600°C und 2000°C, wobei diese Erwärmung für jeden Punkt der Preform vorzugsweise für eine Zeitdauer von größer 10 min aufrechterhalten wird. Unterhalb 600°C erfolgt keine oder ein sehr langsame Reaktion und oberhalb 2000°C erfolgen unerwünschte Diffusionsprozesse und die mechanische Stabilität der Preform vermindert sich, ein Rohr als Preform neigt zum Kollabieren. Die erforderliche Zeitdauer ist stark von der Zusammensetzung und Breite der Brennerflamme und den Rohrdimensionen abhängig. Wichtig ist, daß die Wasserstoff-Eindiffusion das Kernmaterial vollständig erreicht.
Die Innenbehandlung des Rohres und/oder die Außenbehandlung der Preform mit Wasserstoff erfolgt (alternativ zur Anwendung einer H2/02 - Flamme mit Wasserstoffüberschuß) mit einem Gemisch aus H2 und einem Edelgas, wobei vorzugsweise die H2 -Konzentration kleiner 5 % ist, insbesondere 3% beträgt. Dies wirkt sich ebenfalls günstig auf die Lichtleistungsbeständigkeit aus. Die Außenbehandlung erfolgt in diesem Fall vorzugsweise ohne offene Flamme, z.B. durch Erhitzen der Preform mittels einer Hochfrequenzquelle (z.B. PCVD-Verfahren). Als Edelgas wird He oder Ar eingesetzt.
Alternativ zu dem Edelgas kann die Behandlung mit einem Gemisch aus H2 und CO erfolgen, wobei vorzugsweise die H2 -Konzentration kleiner 1 % ist. CO hat eine zusätzlich reduzierende Wirkung und verbessert somit die Fasereigenschaften.
Die Behandlung der Preform bzw. des Rohres mit dem H2 -Gemisch mit dem Edelgas oder dem CO erfolgt bei einer Temperatur im Bereich zwischen 600°C und 1800°C, wobei diese Erwärmung für jeden Punkt der Preform oder des Rohres vorzugsweise für eine Zeitdauer von größer 2 min aufrechterhalten wird. Die Verdünnung des Wasserstoffs durch Edelgase oder CO verhindert oder begrenzt eine störende Reaktion durch Reduktion des Si02 zu gasförmigen SiO. Sie führt dazu, daß die Reaktion nur in dem Maße abläuft, der zu dem gewünschten Effekt der Leistungsstabilisierung der Lichtleitfaser erforderlich ist.
Der Zusatz von CO unterstützt dabei die Wirkung des Wasserstoffs, insbesondere bei einer sehr geringen Wasserstoffkonzentration. Die Dauer der Behandlung mit Wasserstoff ist auch hier stark von den anderen Verfahrensparametern abhängig. Sie muß jedoch solange erfolgen, bis das Kern vollständig von Wasserstoffatomen durchdrungen ist. Dies gelingt am Besten und am Schnellsten innerhalb des Prozesses eines der Innenrohrverfahren.
Erfindungsgemäß werden die erforderlichen Lichtleitungseigenschaften durch eine geeignete Dotierung des Mantel-Materials erreicht. Dabei kann Fluor verwendet werden, das einen günstigen Einfluß auf die gewünschte hohe Leistungsbeständigkeit hat. Vorzugsweise erfolgt die Dotierung in einer Konzentration über 1 mol%, besonders gute Lichtleitungseigenschaften werden zwischen 1,5 mol% und 3 mol% erreicht. Fluor dotierte Lichtleitfasern haben typischerweise eine numerische Apertur von 0,11.
Alternativ ist eine Dotierung des Mantel-Materials mit Bor möglich, das den Vorteil einer größeren Variationsbreite für die Brechzahlabsenkung im Mantel der Lichtleitfaser bietet. Die numerische Apertur kann damit auch über 0,11 liegen und z.B. 0,2 betragen. Weiter ermöglicht Bor eine höhere Abscheiderate für Siliziumdioxid, was die Geschwindigkeit des Herstellungsprozesses der Faser verkürzt. Der praktisch anwendbare Dotierungsbereich für Bor liegt im Bereich zwischen 0 und 20 mol%, wobei bei einer Konzentration von über 5 mol% besonders gute Lichtleitungseigenschaften erreicht werden.
Bei einer von außen hergestellten Preform bestehen der Mantel und der Kern aus Si02, wobei Fluor als Dotierung für den Mantel eingesetzt werden kann.
Das Vorhandensein weiterer Dotanden wie z.B. Phosphor, Germanium oder Bor im Mantel führt zu einer intensiven Reaktion mit dem eindiffundierenden H2 und verlangsamt oder verhindert den Diffusionsprozeß, insbesondere wenn dieser durch den Mantel hindurch in den Kern hinein gerichtet ist.
Die Prinzipien der Erfindung sind nicht auf die hier beispielhaft genannten Verfahren beschränkt sondern auf andere Verfahren, bei denen die Lichtleitfaser aus der Prefom gefertigt wird, entsprechend übertragbar. Wesentlich ist, daß die erfindungsgemäßen Prozesse - geringfügige, die Brechzahl des Kern-Materials um weniger als 0,001 mindernde Dotierung und/oder Wasserstoffbeladung des Kern-Materials - bei der Herstellung der Ausgangsmaterialien für die Preform und/oder während der Herstellung der Preform Und/oder nach der Herstellung der Preform durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind also unabhängig von den Schritten der Herstellung einer Lichtleitfaser bzw. den Merkmalen einer Lichtleitfaser, die ihre Lichtleitungseigenschaften betreffen, also unabhängig vom Brechzahlunterschied zwischen Kern und Mantel der Lichtleitfaser, da durch die Erfindung die Brechzahl von Mantel- und Kern-Material im wesentlichen unverändert bleiben. Somit können die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte bzw. Merkmale bei beliebigen Herstellverfahren bzw. Lichtleitfasern Anwendung finden, um die gewünschte Langzeitstabilität hinsichtlich des Führens hoher Leistungsdichten zu erreichen.
In Suzanne R. Nagel, „R&D Directions for Optical Fiber", IEEE LTS 26-34, November 1992 und in John B. MacChemey and David J. DiGiovanni, „Materials Development of Optical Fiber", J.Am.Soc. 73(12) 3537-56 (1990), werden die wichtigsten Herstellungsverfahren für Lichtleitfasern beschrieben, die sämtlich im Zusammenhang mit einigen oder allen Verfahrensschritten der Erfindung Anwendung finden können, um eine Verbesserung der Leistungsfestigkeit und -Stabilität von Lichtleitfasern auf Si02-Basis zu erzielen.
Die erfindungsgemäßen Lichtleitfasern sind aufgrund ihrer Lichtleistungsfestigkeit besonders dazu geeignet, Licht mit einer mittleren Lichtleistung von 0,5 W oder mehr oder einer mittleren Leistungsdichte von 0,4 MW/cm2 oder mehr zu führen. Die Erfindung sieht deshalb die Verwendung einer der erwähnten Lichtleitfasern vor, wobei Licht mit einer mittleren Lichtleistung von 0,5 W oder mehr oder einer mittleren Leistungsdichte von 0,4 MW/cm2 oder mehr in der Lichtleitfaser geführt wird. Eine solche Verwendung ist besonders vorteilhaft, wenn hohe Lichtleistungen von einem Laser zu abgeführt werden sollen. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist die Laserprojektion, bei der insbesondere die Eigenschaft einer Lichtleitfaser, beständig gegenüber leistungsstarkem Licht verschiedenster Wellenlängenbereiche zu sein, vorteilhaft ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Querschnitt eines innen beschichteten Rohres vor dem Kollabieren,
Fig. 2 Querschnitt einer Preform nach dem Kollabieren des Rohres,
Fig. 3 Darstellung der Leistungsfestigkeit, angegeben über den Transmissionsverlauf bei 441 nm über die Dauer der Lichtübertragung bei 441 nm,
Fig. 4 Darstellung der Leistungsfestigkeit, angegeben über den Transmissionsverlauf bei 532 nm über die Dauer der Lichtübertragung bei 532 nm,
Fig. 5 Darstellung der Leistungsfestigkeit, angegeben über den Transmissionsverlauf bei 630 nm über die Dauer der Lichtübertragung bei 441 nm, ,
Fig. 6 Querschnitt einer Preform nach dem OVD-Verfahren.
Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines Rohres 1 vor dem Kollabieren. Ein Ausgangsrohr mit einer Länge von 1,20 m mit einem Außendurchmesser von 14 mm und einem Innendurchmesser von 11 mm wird in einem PCVD-Verfahren eingesetzt. Ein derartiges Ausgangsrohr ist unter der Bezeichnung F300/Heraeus Quarzglas handelsüblich. Das Rohr 1 hat eine Innenatmosphäre 7 und ist von einer Außenatmosphäre 6 umgeben. Eine Wärmequelle 2 wird so gesteuert, daß diese das Rohr 1 im Bereich seiner Längenausdehnung und in seinem Umfang gleichförmig erwärmt. Im Beispiel wird das Rohr 1 gedreht und die Wärmequelle 2 ist ein Ring einer Mikrowellenkavität, die längs des Rohres 1 gleichmäßig linear bewegt wird. In einem ersten Verfahrensschritt wird der „Mantel 2" 3 aus Si02 erzeugt. Dieses entsteht in der Reaktion der Innenatmosphäre 7 aus SiCI4 und 02.
Die Temperaturführung wird so ausgelegt, daß eine gleichmäßig 15 μm dicke Beschichtung des Innendurchmessers des Rohres 1 mit Si02 erfolgt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird der „Mantel 1" 4 erzeugt. Dieses entsteht in der thermischen Reaktion der Innenatmosphäre 7 aus SiCI4 , C2F3CI3 und 02. Der „Mantel 1" besteht aus Fluor-dotiertem Si02 mit einer Dicke von 0,25 mm. In einem dritten Verfahrensschritt wird eine 25 μm dicke Kernbeschichtung 5 aus Si02 erzeugt. Diese entsteht in der thermischen Reaktion der Innenatmosphäre 7 aus SiCI4 und 02. Bis hierher sind die Verfahrensschritte allgemein üblich und das innenbeschichtete Rohr 1 wird dann kollabiert, so daß anschließend aus der erhaltenen Preform eine Lichtleitfaser gezogen werden kann.
Gemäß der Erfindung werden nun ein oder mehrere Verfahrensschritte modifiziert oder mit dem innen beschichteten Rohr 1 zusätzlich durchgeführt, um die Leistungsfestigkeit und -Stabilität der aus der Preform gezogenen Lichtleitfaser zu erhöhen. Im Beispiel wird der Innenatmosphäre 7 während der Abscheidung des Kern-Materials 5 1sccm GeCI4 auf 100 sccm SiCI zum Gemisch aus SiCI und 02 zugesetzt. Dies führt zu einer Brechzahlerhöhung des Kern-Materials von nur 0,0004 bzw. zu einer Germanium-Dotierung von 0,3 mol% Ge02 im Kernmaterial. Allein durch diese Dotierung wird die Leistungsstabilität der aus der Preform gezogenen Lichtleitfaser um mehr als 30-fach für blaues Licht gesteigert.
Eine weitere Verbesserung der Beständigkeit der Lichtleitfaser gegen Schäden durch das in der Lichtleitfaser geführte Licht wird durch eine Wasserstoff-Behandlung des innenbeschichteten Rohres 1 erzielt. Im Beispiel wird das Edelgas Argon mit 3% Wasserstoff versetzt und dem Rohr 1 als Innenatmosphäre 7 zugeführt. Dies erfolgt solange bis die gesamte nutzbare Länge des Rohres 1 eine Aufwärmung durch die Wärmequelle 2 erfahren hat. Fig. 2 zeigt eine Preform, d.h. ein kollabiert.es Rohr 8 mit dem Mantel 3, 4 und einem Kern 9 im Querschnitt. Die Innenbeschichtung des unkollabierten Rohres erfolgte hier ähnlich zu 'den in Fig. 1 beschriebenen Schritten, hier allerdings mit dem MVCD-Verfahren. Hier ist die Wärmequelle 2 ein Flammenring einer Wasserstoff-Sauerstoff-Verbrennung, der längs des Rohres gleichmäßig linear bewegt wird. In dem ersten Verfahrensschritt wird der „Mantel 2" 3 aus Si02 erzeugt. Dieses entsteht in der thermischen Reaktion der Innenatmosphäre 7 aus SiCI und 02. In dem zweiten Verfahrensschritt wird der „Mantel 1" 4 erzeugt. Dieses entsteht in der thermischen Reaktion der Innenatmosphäre 7 aus SiCI4 , C2F3CI3 und 02. In dem dritten Verfahrensschritt wird das Kern-Material 5 aus Si02 erzeugt. Dieses entsteht in der thermischen Reaktion der Innenatmosphäre 7 aus SiCI4 und 02.
Gemäß der Erfindung können wie oben beschrieben ein oder mehrere Verfahrensschritte modifiziert oder mit dem innen beschichteten Rohr zusätzlich durchgeführt werden, um die Leistungsstabilität der aus der Preform gezogenen Lichtleitfaser zu erhöhen. In diesem Beispiel wird jedoch auf den Germanium-Eintrag und/oder die Wasserstoff-Behandlung über die Innenatmosphäre des Rohres verzichtet. Hier erfolgt ausschließlich ein Wasserstoffeintrag aus der Außenatmosphäre 6 in das kollabierte Rohr 8. Dazu erhält der Flammenring der Wärmequelle 2 einen Wasserstoff-Überschuß. Im Beispiel wird mit einem sechsfach höheren H2-Verhältnis gegenüber 02 gearbeitet. Die Erwärmung des kollabierten Rohres 8 erfolgt auf 1400 °C, wobei jeweils eine Zone des kollabierten Rohres 8 in einer Breite von 10 cm von der Flammeneinwirkung betroffen ist und der Flammenring kontinuierlich in Längsrichtung des kollabierten Rohres 8 mit einer Geschwindigkeit 0,5 cm/min bewegt wird.
Infolge des Wasserstoffüberschusses und der hohen Temperatur des kollabierten Rohres diffundieren Wasserstoffatome bis in das Material des Kernes 9 hinein und führen zu einer bleibenden, nichtflüchtigen Wasserstoff-Beladung des kollabierten Rohres 8. Allein durch diese Wasserstoff-Beladung wird die Leistungsstabilität der Lichtleitfaser um den Faktor fünf gesteigert.
Die Wasserstoff-Beladung kann zusätzlich auch noch bei der Herstellung des innen beschichteten Rohres 1 über die Außenatmosphäre 6 und/oder durch die Innenatmosphäre 7 erfolgen (siehe dazu auch Fig. 1). Weiterhin kann zusätzlich die Germanium-Dotierung der Kernbeschichtung erfolgen. Jede dieser einzelnen Maßnahmen führt zu einer Verbesserung der Leistungsfestigkeit und -Stabilität, wobei deren höchster Wert für blaues Laserlicht bei einer Kombination der Germanium-Dotierung und nachfolgender Wasserstoff-Beladung ermittelt wurde. Fig. 3 zeigt den Transmissionsverlauf T in % als Funktion der Betriebsdauer d in Tagen für verschiedene Si02-Lichtleitfasertypen und folgend genannte beispielhafte Parameter: von der Lichtleitfaser geführtes Licht: jeweils 1 W Dauerstrich Laserlicht bei 441 nm, - Kerndurchmesser: jeweils 15 μm
Transmissionsmessung bei 441 nm. Die durchgehende Linie zeigt einen Transmissionsverlauf für eine herkömmliche Si02- Lichtleitfaser. Die Strich-Punkt-Linie zeigt einen Transmissionsverlauf für eine Lichtleitfaser, die aus einer mit Wasserstoff beladenen Preform hergestellt wurde. Die gepunktete Linie zeigt einen Transmissionsverlauf für eine Lichtleitfaser, die aus einer Preform mit einem Germanium dotierten Kern hergestellt wurde. Die gestrichelte Linie zeigt einen Transmissionsverlauf für eine Lichtleitfaser, die aus einer mit Germanium im Kern dotierten und mit Wasserstoff beladenen Preform hergestellt wurde.
Die dargestellten Transmissionsverläufe für die Lichtleitfasern, deren Preformen mit Germanium im Kern dotiert und/oder mit Wasserstoff beladenen wurden, zeigen eine mindestens fünffach längere Betriebsdauer, bei der kein wesentlicher Transmissionsverlust feststellbar ist.
Weiterhin wurde bei blauem Licht eine höhere Ausgangstransmission bei einer mit Wasserstoff beladenen und/oder mit Germanium im Kern dotierten Lichtleitfaser, im Vergleich zu einer herkömmlichen Si02-Lichtleitfaser, gemessen.
Die verschiedenen Varianten der Erfindung haben ein unterschiedliches Langzeitstabilitätsverhalten, wobei die Lichtleitfaser, bei der die Preform mit Germanium im Kern dotiert und mit Wasserstoff beladen wurde, die beste Langzeitstabilität für blaues Licht zeigt.
Fig. 4 zeigt den Transmissionsverlauf T in % als Funktion der Betriebsdauer d in Tagen für die in Fig. 3 genannten Lichtleitfasertypen und folgend genannte beispielhafte Parameter: - von der Lichtleitfaser geführtes Licht: jeweils 1 W Dauerstrich Laserlicht bei 532 nm,
- Kerndurchmesser: jeweils 15 μm
- Transmissionsmessung bei 532 nm.
Die durchgehende Linie zeigt einen Transmissionsverlauf für eine herkömmliche Si02- Lichtleitfaser. Die Strich-Punkt-Linie zeigt einen Transmissionsverlauf für eine Lichtleitfaser, die aus einer mit Wasserstoff beladenen Preform hergestellt wurde. Die gepunktete Linie zeigt einen Transmissionsverlauf für eine Lichtleitfaser, die aus einer mit Germanium im Kern dotierten Preform hergestellt wurde. Die gestrichelte Linie zeigt einen Transmissionsverlauf für eine Lichtleitfaser, die aus einer mit Germanium im Kern dotierten und mit Wasserstoff beladenen Preform hergestellt wurde.
Die dargestellten Transmissionsverläufe zeigen auch hier für die Germanium im Kern dotierten und/oder mit Wasserstoff beladenen Preformen und die daraus hergestellten Lichtleitfasern ein besseres Langzeitverhalten. Es ist hier für die erfindungsgemäßen Lichtleitfasern nur eine sehr geringe Verschlechterung der Transmission feststellbar. Hier hat jedoch die mit Wasserstoff beladene Preform die günstigste Ausgangstransmission und den günstigsten Transmissionsverlauf für grünes Licht.
Fig. 5 zeigt den Transmissionsverlauf T in % als Funktion der Betriebsdauer d in Tagen für die in Fig. 3 genannten Lichtleitfasertypen und folgend genannte beispielhafte Parameter:
- von der Lichtleitfaser geführtes Licht: jeweils 1 W Dauerstrich Laserlicht bei 441 nm,
- Kerndurchmesser: jeweils 15 μm
- Transmissionsmessung bei 630 nm.
Es wurde festgestellt, daß sich zum Beispiel bei der Führung von blauen Licht in einer herkömmlichen Lichtleitfaser auch die Transmission des roten Lichtes mit der Dauer der Lichteinstrahlung merklich verschlechtert.
Die durchgehende Linie zeigt einen Transmissionsverlauf bei 630 nm für eine herkömmliche Si02-Lichtleitfaser bei der Lichtübertragung von Laserlicht mit einer Wellenlänge von 441 nm. Die Strich-Punkt-Linie zeigt einen Transmissionsverlauf für eine Lichtleitfaser, die aus einer mit Wasserstoff beladene Preform hergestellt wurde. Die gepunktete Linie zeigt einen Transmissionsverlauf für eine Lichtleitfaser, die aus einer mit Germanium im Kern dotierten Preform hergestellt wurde. Die gestrichelte Linie zeigt einen Transmissionsverlauf für eine Lichtleitfaser, die aus einer mit Germanium im Kern dotierten und mit Wasserstoff beladenen Preform hergestellt wurde.
Die dargestellten Transmissionsverläufe zeigen auch hier für die mit 0,3 mol% Ge02 dotierten und/oder mit Wasserstoff beladenen Preformen und die daraus hergestellten Lichtleitfasern ein besseres Langzeitverhalten für den gesamten Wellenlängenbereich, der von einer Lichtleitfaser auf Si02-Basis übertragen werden kann. Es ist hier für die erfindungsgemäßen Lichtleitfasern nur eine sehr geringe Verschlechterung der Transmission für den gesamten übertragbaren Wellenlängenbereich, d.h. von nahen Infrarot bis in den ultravioletten Bereich hinein feststellbar. In der Praxis wird man also für einen vorgegebenen Wellenlängenbereich die Kombination der Verfahrensschritte so wählen, daß die gewünschten vorteilhaftesten Eigenschaften Ausgangstransmission und deren Langzeitstabilität für den zu übertragenden Wellenlängenbereich erzielt werden. So kann die Preform, aus der die Lichtleitfaser gezogen wird, mit der Auswahl der angegebenen Verfahrensschritte zur Herstellung der Preform durch wenige Versuche für eine Wellenlänge optimiert werden.
Ebenso kann die Lichtübertragung für einen vorgesehenen Spektralbereich, z.B. den des weißen Lichtes, zur Übertragung von rotem, grünem und blauem Laserlicht, optimiert werden, wobei hier die Kombination der geringen Dotierung des Kernes mit Germanium und mit der zusätzlichen Beladung der Preform mit Wasserstoff die beständigsten und ausgewogensten Eigenschaften einer Lichtleitfaser für den relativ großen Spektralbereich des weißen Lichtes liefern.
Fig. 6 zeigt eine Preform, die durch den OVD-Prozeß hergestellt wurde. Diese enthält herstellungsbedingt einen Luftspalt 10 mit einer Innenatmosphäre 7. Das Kern-Material 4 und der Mantel 3 werden in einem thermischen Prozeß erzeugt, bei dem sowohl die Dotierung des Kerns mit Germanium als auch die Wasserstoff-Behandlung während der Herstellung des Preform erfolgen kann. Die Preform kann aber auch nachträglich von innen und/oder von außen mit Wasserstoff beladen werden, wobei dies vorteilhaft bei der Umwandlung eines porösen Zustandes der Preform in einen glasigen Zustand erfolgt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser zur Übertragung einer hohen
Lichtleistungsdichte, bei dem in einem Zwei-Schritt-Prozeß zunächst eine Preform hergestellt und dann aus dieser die Lichtleitfaser gezogen wird, wobei ein Kern-Material und ein Mantel- Material abgeschieden werden, die durch Dotierung des Mantels ein für Lichtleitungseigenschaften geeignetes Brechzahlprofil aufweisen, und das Kern-Material zusätzlich mit einer Substanz derart dotiert wird, daß dadurch die Brechzahl des Kerns gegenüber der Brechzahl des undotierten Kern-Materials um weniger als 0,001, insbesondere um 0,0004 bis 0,0008, verändert wird, wobei keine Dotierung des Kern-Materials mit Fluor vorgenommen wird.
2. Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser zur Übertragung einer hohen
Lichtleistungsdichte, bei dem in einem Zwei-Schritt-Prozeß zunächst eine Preform hergestellt und dann aus dieser die Lichtleitfaser gezogen wird, wobei die Preform nach einer Abscheidung eines Kern-Materials und vor dem Ziehen der Lichtleitfaser mit einer H2-haltigen Atmosphäre behandelt wird, so daß das Kern-Material der Preform mit Wasserstoff beladen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kern-Material aus SiCI4 und 02 abgeschieden und dabei als Substanz GeCI zugegeben wird, so daß sich eine Ge02- Konzentration im Kern zwischen 0,001 mol% und 1 mol%, insbesondere zwischen 0,3 und 0,6 mol%, einstellt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Substanz mindestens eines der folgenden Elemente aufweist: Ge, P, Sn, AI, N, Cl.
5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Behandlung der Preform mit H2 durch eine Außenatmosphäre erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem nach der Abscheidung des Kern-Materials eine Behandlung des innenbeschichteten Rohres mit einer H2-haltigen Innenatmosphäre erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die H2-haItige Außenatmosphäre durch eine
H2/02-Flamme erzeugt wird, wobei das Verhältnis von H2 zu 02 größer als 2, insbesondere 6, ist.
8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 2, bei dem die Behandlung mit der H2-haltigen Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich zwischen 600°C und 2000°C erfolgt, wobei diese Erwärmung für jeden Punkt der Preform vorzugsweise für eine Zeitdauer von über 2 min oder mehr aufrechterhalten wird.
9. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 2, bei dem die Behandlung mit einem Gemisch aus H2 und einem Edelgas oder CO erfolgt, wobei vorzugsweise die H2-Konzentration kleiner als 5% ist.
10. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 2, bei dem die Behandlung mit der H2-haltigen Atmosphäre so lange erfolgt, bis die Dicke des Kern- Materials weniger als 95% ihres ursprünglichen Wertes aufweist.
11. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Preform aus einem Rohr hergestellt wird, mit Innenbeschichtung dieses Rohres durch Abscheidung eines Mantels, nachfolgender Abscheidung des Kern-Materials und anschließendem Kollabieren des innenbeschichteten Rohres.
12. Lichtleitfaser mit einem Kern (9) und einem Mantel (3,4) wobei, a) ein Kernmaterial des Kerns (9) und ein Mantel-Material des Mantels (3,4) Si02 aufweisen, b) zwischen Kern-Material und Mantel-Material ein für Lichtleitungseigenschaften geeignetes Brechzahlprofil besteht, c) das Kern-Material mit einer brechzahländernden Substanz dotiert ist, wobei d) die Brechzahl des dotierten Kern-Materials um weniger als 0,001 von der Brechzahl des undotierten Kern-Materials abweicht und e) das Kern-Material nicht mit Fluor dotiert ist.
13. Lichtleitfaser mit einem Kern (9) und einem Mantel (3,4), herstellbar durch a) Abscheiden eines Kern-Materials (5) und eines Mantel-Material (3,4) zu einer Preform und b) Behandeln der Preform mit einer H2-haltigen Atmosphäre, so daß das Kern-Material (5) mit Wasserstoff beladen wird, und c) Ziehen der Preform zur Lichtleitfaser.
14. Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei der das Mantel-Material eine Fluor-Dotierung in einer Konzentration über 1 mol% aufweist.
15. Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei der das Mantel-Material eine Bor-Dotierung in einer Konzentration über 5 mol% aufweist.
16. Lichtleitfaser nach Anspruch 12, bei der die Substanz mindestens eines der Elemente Ge, P, Sn, AI, N und Cl aufweist und dadurch die Brechzahl des dotierten Kern-Materials um 0,00001 bis 0,001, vorzugsweise zwischen 0,0004 und 0,0008, von der des undotierten Kern- Materials abweicht.
17. Lichtleitfaser nach Anspruch 16, mit einer Konzentration von Ge02 im Kern-Material zwischen 0,001 mol% und 1 mol%, vorzugsweise zwischen 0,3 mol% und 0,6 mol%.
18. Verwendung einer Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei Licht mit einer mittleren Lichtleistung von 0,5 W oder mehr oder mit einer mittleren Lichtleistungsdichte von 0,4 MW/cm2 oder mehr in der Lichtleitfaser geführt wird.
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