DE69707201T2

DE69707201T2 - Artikel mit einer mikrostrukturierten optischen Faser und Verfahren zur Herstellung einer solchen Faser

Info

Publication number: DE69707201T2
Application number: DE1997607201
Authority: DE
Inventors: David John Digiovanni; Ashish Madhukar Vengsarkar; Jefferson Lynn Wagener; Robert Scott Windeler
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2017-05-20
Also published as: EP0810453B1; EP0810453A1; JPH1095628A; JP3306847B2; DE69707201D1

Description

Querverweis auf eine verwandte Anmeldung

Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber der am 31. Mai 1996 eingereichten vorläufigen Anmeldung mit der laufenden Nummer 60/018,716.

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen "mikrostrukturierten" Wellenleiter, Gegenstände und Systeme (die zusammen als "Gegenstände" bezeichnet werden), die eine derartige Faser umfassen, und Verfahren zur Herstellung einer derartigen Faser.

Allgemeiner Stand der Technik

Faseroptische Kommunikationssysteme bestehen in der Regel aus einer Vielfalt von Fasern und auf Fasern basierenden Komponenten, zum Beispiel einer verlustarmen Übertragungsfaser, einer Er-dotierten Verstärkerfaser, einer dispersionskompensierenden Faser und einer Faser mit in der Leitung liegenden Brechungsindexgittern. Bei diesen allen wird die Führung mit Hilfe von Totalreflexion erzielt, und zwar basierend auf dem Vorliegen eines massiven Kerns mit einem relativ hohen Brechungsindex, der von einem massiven Cladding mit einem relativ niedrigen Brechungsindex umgeben ist.
Eine neue Art von Lichtwellenleiter ist jüngst vorgeschlagen worden, siehe T.A. Birks et al., Electronic Letters, Band 31 (22), S. 1941 (Oktober 1995) und J.C. Knight et al., Proceedings of OFC, PD 3-1 (Februar 1996). Der als "photonische Kristall-" oder "photonische Bandlückenfaser" (PBG) bezeichnete neue Lichtwellenleiter beinhaltet eine dielektrische Struktur mit einem Brechungsindex, der im Raum periodisch variiert (in der x-y Ebene; er ist unabhängig von der z-Koordinate, d. h. der Längskoordinate der Struktur), und zwar mit einer Periode in der Größenordnung einer Lichtwellenlänge (z. B. etwa 1-2 um). Gemäß den Verfassern der oben angeführten Literaturstellen kann es in einer derartigen Struktur zu einer Bragg-Brechung kommen, so daß die Struktur für bestimmte Werte der Wellenlänge und der Ausbreitungsrichtung ein photonisches Stoppband aufweist. Infolge der Bragg-Brechung kann sich Strahlung bei bestimmten Wellenlänge nur in der Längsrichtung ausbreiten, wobei seitlich im wesentlichen kein Licht austritt. Diese Struktur ist somit eine leitende Struktur, die das Leiten durch einen Mechanismus erzielt, der sich fundamental von der Indexleitung herkömmlicher Lichtwellenleiter unterscheidet. Die PBG-Faser ist ein Beispiel einer "mikrostrukturierten" Faser, wie der Ausdruck hier verwendet wird.
In der oben angeführten Literaturstelle von Birks et al. wird festgestellt, daß sich Anwendungen von PBG- Fasern "... aus den einzigartigen Eigenschaften der Fasern ergeben", und in der Literaturstelle wird offenbart, daß eine polierte PBG-Faser einen empfindlichen Wasserverschmutzungs- oder Biosensor oder einen neuartigen Gassensor bereitstellen könnte und daß sich aus den Polarisationseigenschaften der Struktur andere Anwendungen ergeben könnten.
Aus der Literaturstelle Birks et al. geht auch hervor, daß daran gearbeitet wird, die PBG-Faser "... durch einen mehrfachen Stapel- und Ziehprozeß" herzustellen. Aus der Literaturstelle Knight et al. geht hervor, daß die PBG-Faser "... durch Herstellen einer sechseckigen. Siliziumoxid-Luft-Preform (einschließlich einem absichtlichen Defekt zum Leiten von Licht) im makroskopischen Maßstab und nachfolgendes Reduzieren in der Größe durch mehrere Größenordnungen durch Ziehen zu einem Lichtwellenleiter" gebildet wird. "Die Einheitszelle des photonischen Kristalls wird dadurch gebildet, daß entlang der Mitte eines Siliziumoxidstabs ein Loch gebohrt wird und auf die Außenseite sechs Flächen gefräst werden, so daß sich ein sechseckiger Querschnitt ergibt." Ein zentraler "Defekt" wird dadurch eingeführt, daß ein Stab mit einer Längsbohrung durch einen massiven sechseckigen Stab ersetzt wird. Mehrfaches Ziehen der Verbundstruktur führte zu einer PBG-Faser mit sechseckigem Querschnitt mit einem Ebene- Ebene-Durchmesser von 34 um und einer Teilung von 2,1 um zwischen den Luftlöchern.
Der Prozeß nach dem Stand der Technik zur Herstellung einer PBG-Faser ist schwierig und aufwendig, und es wäre eindeutig wünschenswert, ein einfacheres und weniger aufwendiges Verfahren zur Herstellung einer mikrostrukturierten Faser zur Verfügung zu haben. Diese Anmeldung offenbart ein derartiges Verfahren. Weiterhin offenbart diese Anmeldung eine neuartige Faser (die als eine "nichtperiodisch mikrostrukturierte" Faser bezeichnet wird), die durch das neuartige Verfahren hergestellt werden kann, sowie ein faseroptisches Kommunikationssystem und andere Gegenstände, die die mikrostrukturierte Faser umfassen.

Glossar und Definitionen

In dieser Anmeldung wird zwischen "Brechungsindex" und "effektivem Brechungsindex" unterschieden. Der Brechungsindex eines Merkmals, der aus einem gegebenen Material besteht (wobei ein Hohlraum nicht ausgeschlossen ist), ist der herkömmliche Brechungsindex eines Materials. Andererseits ist der "effektive Brechungsindex" eines Merkmals einer Faser (z. B. des Claddinggebiets) der Brechungsindexwert des Merkmals, der bei einer Simulation der Faser die gleichen optischen Eigenschaften wie die eigentliche Faser ergibt. Wenn das Merkmal im wesentlichen homogen ist (z. B. das Kerngebiet), dann ist der effektive Brechungsindex des Merkmals im wesentlichen gleich dem Brechungsindex des Merkmals. Wenn das Merkmal jedoch nicht homogen ist (z. B. ein Claddinggebiet, das in einer Matrix angeordnete Hohlräume enthält), dann weicht der effektive Brechungsindex des Merkmals sowohl von dem Brechungsindex der Hohlräume als auch dem Brechungsindex des Matrixmaterials ab. Grob gesagt, kann der effektive Brechungsindex eines nichthomogenen Materials als ein gewichteter Mittelwert der Brechungsindizes der Bestandteile des Materials angesehen werden. Der effektive Brechungsindex N eines aus zwei Komponenten bestehenden Materials erfüllt bekannterweise die folgende Bedingung:
n&sub1;n&sub2;) ( )&supmin;¹ ≤ N ≤
wobei n&sub1; und n&sub2; die Brechungsindizes der beiden Komponenten sind und F&sub1; und f&sub2; die jeweiligen Volumenanteile sind. Für ein aus 50 Vol-% Luft und 50 Vol-% Siliziumoxid bestehendes Material ergibt dies 1,164 ≤ N ≤ 1,245. Exakte Werte der effektiven Brechungsindizes können durch eine numerische Simulation der Leitungseigenschaften mikrostruktureller Lichtwellenleiter erhalten werden, indem beispielsweise Vektorlösungen der Maxwellschen Gleichungen verwendet werden. Derartige Berechnungen sind dem Fachmann bekannt, siehe beispielsweise "Photonic Crystals" [photonische Kristalle], J. D. Joannopoulos et al., Princeton University press, 1995. Unsere Simulation des obigen 50/50-Luft/Siliziumoxid-Materials, wie es in Beispiel 2 beschrieben ist, ergab N - 1,20.
Der Ausdruck "effektiver Durchmesser" eines Fasergebiets hat hier seine herkömmliche Bedeutung. Beispielsweise ist bei einer Faser mit einem gegebenen effektiven Brechungsindex N&sub0; des Kerns und einem gegebenen effektiven Index Nc des Cladding der effektive Kerndurchmesser bei einer gegebenen Wellenlänge λ derjenige Kerndurchmesser eines Stufenindexprofils, der die gleiche V-Zahl wie die eigentliche Faser liefert.
Claddingmerkmale sind in dem ersten Claddingmaterial "nichtperiodisch" angeordnet, wenn sich mindestens eines der Claddingmerkmale nicht bei einer Position eines periodischen Arrays befindet oder sich hinsichtlich einer bestimmten Eigenschaft (z. B. dem Durchmesser) von den anderen Claddingmerkmalen unterscheidet.
Das "Δ" einer mikrostrukturierten Faser ist (No-NC)/Nc, wobei No und Nc oben definiert sind.
Aus US 3,902,879 ist eine Faser mit einer einzelnen Claddingschicht mit darin gebildeten Poren bekannt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gegenstand wie in Anspruch 1 definiert bereitgestellt.
Es hat sich herausgestellt, daß mikrostrukturierte Lichtwellenleiter nicht die im Stand der Technik offenbarte vollständig periodische "Cladding"-Mikrostruktur aufweisen müssen. Es ist uns sogar bisher unmöglich gewesen, die Existenz einer photonischen Bandlücke in einem mikrostrukturierten Lichtwellenleiter zu verifizieren. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß mikrostrukturierte Fasern als optische Wellenleiter dienen können und Eigenschaften aufweisen können, die sich in herkömmlichen Lichtwellenleitern nicht erzielen lassen, vorausgesetzt die Faser erfüllt einige einfache Bedingungen. Zu diesen Eigenschaften gehört eine Differenz beim effektiven Brechungsindex zwischen dem Kern und dem Cladding, die viel größer sein kann als die durch Dotieren erzielbare Brechungsindexdifferenz. Derartige mikrostrukturierte Fasern können vorteilhaft in faseroptischen Kommunikationssystemen, z. B. als dispersionskompensierende Faser, als lichtempfindliche Fasern und als seltenerddotierte Fasern zum Einsatz kommen.
Die Erfindung ist verwirklicht in einem Gegenstand (z. B. einem faseroptischen Kommunikationssystem), welcher einen mikrostrukturierten lichtweltenleiter nach Anspruch 1 umfaßt.
Mikrostrukturierte Fasern gemäß der Erfindung können Einmodenfasern oder Mehrmodenfasern (in der Regel nur einige wenige Moden) sein. Das Kerngebiet ist in der Regel massives Material, das entweder homogen ist oder eine Kombination von Materialien (z. B. ein inneres Si- Kerngebiet und ein äußeres SiO&sub2;-Kerngebiet), könnte aber aus einer Flüssigkeit bestehen. Das Kerngebiet könnte beispielsweise aus einem Kapillarröhrchen aus Glas bestehen, wobei die Flüssigkeit nach dem Ziehen der Faser in die Kapillare gezogen wird.
Bei beispielhaften, gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen besteht das Kerngebiet aus dotiertem oder undotiertem Siliziumoxid, das erste Claddingmaterial ist Siliziumoxid und die Claddingmerkmale sind Hohlräume. Das Kerngebiet muß jedoch nicht die gleiche Zusammensetzung aufweisen wie das erste Claddingmaterial, und/oder bei den Claddingmerkmalen braucht es sich nicht um Hohlräume zu handeln. So könnte der Kern beispielsweise aus einem inneren Kern aus Silizium bestehen (um dem Kern einen höheren effektiven Brechungsindex zu geben), oder bei den Claddingmerkmalen könnte es sich um ein Polymer mit einem vorbestimmten Brechungsindex, Flüssigkristallmaterial oder F-dotiertes Siliziumoxid handeln.
Wie der Fachmann erkennt, kann dadurch, daß die Anforderung im Stand der Technik nach einer strengen Periodizität der Claddingmerkmale entfällt, die Herstellung mikrostrukturierter Fasern erleichtert werden, was auch neuartige Techniken zur Herstellung derartiger Fasern ermöglicht. Daß die Anforderung entfällt, basiert auf unserer Erkenntnis, daß die Bragg-Brechung keine Anforderung für die Strahlungsleitung in einer mikrostrukturierten Faser ist und daß derartige Fasern effektive Indexleiter sein können.
So weist beispielsweise eine gegenwärtig bevorzugte mikrostrukturierte Faser gemäß der Erfindung ein inneres Claddinggebiet und ein äußeres Claddinggebiet auf, wobei die Claddingmerkmale in dem inneren Claddinggebiet Hohlräume sind, die einen größeren Durchmesser aufweisen als die Hohlraum-Ciaddingmerkmale des äußeren Claddinggebiets. Somit weist das innere Claddinggebiet einen effektiven Brechungsindex Nci auf, der kleiner ist als der effektive Brechungsindex Nco des äußeren Claddinggebiets. Aus Festigkeitsgründen wird in der Regel ein äußeres Cladding aus homogenem Siliziumoxid bereitgestellt. Eine derartige Faser kann bei einer vorbestimmten Wellenlänge λ (z. B. 1,55 um) und für einen geführten Grundmodus eine große Dispersion aufweisen (z. B. eine Dispersion, die negativer ist als -300 ps/nm·km) und kann somit vorteilhafterweise zur Dispersionskompensation verwendet werden. Zudem kann die Faser ein großes Dispersionsgefälle aufweisen, so daß die Faser über einem wesentlichen Wellelängenbereich von z. B. 20 nm oder mehr eine Dispersionskompensation bereitstellen kann. Eine derartige Faser kann auch einen kleinen Modenfelddurchmesser aufweisen, z. B. von unter 2,5 um bei λ und für den Grundmodus. Eine Faser gemäß der Erfindung, die aus einem lichtempfindlichen Material in dem Kerngebiet besteht, kann vorteilhafterweise für faseroptische Gitter verwendet werden, und eine Faser, die eine oder mehrere seltene Erden (z. B. Er) in dem Kerngebiet umfaßt, kann vorteilhafterweise für Faserverstärker und/oder Laser verwendet werden. Alle diese Anwendungen profitieren von dem großen Δ, das in den mikrostrukturierten Fasern gemäß der Erfindung erzielt werden kann.
Die Erfindung ist auch in einem Verfahren zur Herstellung mikrostrukturierter Lichtwellenleiter wie in Anspruch 12 definiert verkörpert.
Dieses Verfahren legt fest, daß ein Ende der Kapillarröhrchen entweder vor oder nach dem Zusammensetzen des Bündels zugeschmolzen wird und die Faser von dem arideren Ende des Bündels (Preform) gezogen wird. Der sich ergebende Innendruck in den Kapillarhohlräumen dient dazu, diese offenzuhalten. Andererseits bleiben die Hohlräume zwischen den Kapillarröhrchen offen, weshalb sie beim Ziehen ohne weiteres zusammenfallen.
Durch das oben beschriebene Verfahren werden nichtperiodische Claddingmerkmale erzeugt. Im letzteren Fall können die Claddingmerkmale hinsichtlich Größe variieren oder unregelmäßig angeordnet sein, vorausgesetzt das Profil des effektiven Brechungsindex der sich ergebenden Faser ist derart, daß die Faser den gewünschten geführten Modus oder die gewünschten geführten Moden unterstützt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 und 2 sind schematische Darstellungen von mikrostrukturierten Fasern im Querschnitt;
Fig. 3 zeigt schematisch ein faseroptisches Kommunikationssystem, das eine mikrostrukturierte Faser umfaßt;
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer mikrostrukturierten Faser im schematischen Querschnitt;
Fig. 5 zeigt einen Teil des Querschnitts einer beispielhaften nichtperiodischen mikrostrukturierten Faser; und
Fig. 6 zeigt das Dispersionspektrum einer Länge der Faser von Fig. 5.

Ausführliche Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen

Wie der Fachmann erkennt, weisen die hier interessierenden mikrostrukturierten Fasern in der x-y-Ebene, d. h. in der senkrecht zu der Längskoordinate (z-Koordinate) der Faser verlaufenden Ebene eine endliche Größe (von z. B. 125 um Durchmesser) auf und weisen in der Regel in der Längsrichtung eine im wesentlichen unendliche Erstreckung (z. B. Meter oder sogar Kilometer) auf.
PBG-Fasern nach dem Stand der Technik, wie sie von Birks et al. vorgeschlagen werden, weisen ein zentrales Strukturmerkmal auf (das als "Defekt" bezeichnet wird; es sollte betont werden, daß mit diesem Ausdruck auf das Vorliegen eines Elements hingewiesen wird, das sich in gewisser Weise von den Elementen in einem ansonsten gleichförmigen Array unterscheidet. Es wird dadurch kein Fehler oder ein unbeabsichtigtes Merkmal impliziert), das von einem periodischen Array von Claddingmerkmalen umgeben ist. Der Defekt wird hier als das "Kerngebiet" bezeichnet. Das Kerngebiet muß sich nicht in der Mitte der Faserstruktur befinden, obwohl es in der Praxis im allgemeinen mittig angeordnet ist. Durch das Kerngebiet in der PBG-Faser wird die Symmetrie der Struktur unterbrochen. Es kann sich auf vielerlei Weise von den Claddingmerkmalen unterscheiden, z. B. hinsichtlich der Größe oder hinsichtlich des Brechungsindex. Letzterer kann stark variieren, von 1 (Luft) über 1,45 (Siliziumoxid) zu viel größeren Werten, die verschiedenen Gläsern oder sogar nicht aus Glas bestehenden Materialien, wie etwa Halbleitern, zugeordnet sind. Im Prinzip ist die einzige Einschränkung bei der Wahl des Kerngebiets tatsächlich die Kompatibilität mit dem Prozeß zur Herstellung der Faser.
Die Claddingmerkmale einer PBG-Faser nach dem Stand der Technik können analog aus einem Hohlraum oder aus einem geeigneten (zweiten) Material bestehen, das in einer Matrix (aus einem ersten Material) angeordnet ist. Die Merkmale sind so angeordnet, daß ein periodisches Array gebildet wird, wobei eine der Stellen des Arrays durch das oben beschriebene Kerngebiet belegt wird. Beispielsweise wird das Array durch eine Vielzahl länglicher Hohlräume mit einem gegebenen Durchmesser gebildet, die in einem dreieckigsymmetrischen Muster angeordnet sind, wie schematisch in Fig. 1 gezeigt, wobei sich die Zahlen 10-13 jeweils auf eine beispielhafte PBG-Faser im Querschnitt, das Kerngebiet, das Claddingmerkmalarray und eine beispielhafte "Einheitszelle" des Arrays beziehen.
Das Array weist nicht notwendigerweise eine Einheitszelle mit dreieckiger Symmetrie auf. Zu anderen möglichen Arrays gehören solche, mit einer quadratischen Einheitszelle und solche mit einer sechseckigen Einheitszelle, wobei letztere in Fig. 2 schematisch gezeigt ist, wobei sich die Zahl 23 auf eine beispielhafte sechseckige Einheitszelle bezieht.
Es hat sich herausgestellt, daß die strengen Anforderungen, die durch die oben angeführten Literaturstellen aufgestellt wurden, erheblich gemildert werden können. Insbesondere wurde festgestellt, daß in der x-y-Ebene (Querschnitt) der Faser keine Periodizität erforderlich ist. Es ist stattdessen notwendig, daß die Faser ein Kerngebiet mit einem effektiven Brechungsindex aufweist, der wesentlich höher ist als der effektive Brechungsindex eines Claddinggebiets, das das Kerngebiet umgibt und aus einer Vielzahl von mikrostrukturellen Claddingmerkmalen, z. B. Kapillarhohlräumen, besteht, wobei die Claddingmerkmale kein periodisches Array bilden. Die Claddingmerkmale können stattdessen zufällig verteilt sein und hinsichtlich ihrer Größe oder einer anderen relevanten Eigenschaft variieren, vorausgesetzt die Faser weist ein geeignetes Profil des effektiven Brechungsindexes auf. Dies stellt natürlich eine tiefgreifende Abkehr von den PBG-Fasern nach dem Stand der Technik dar.
Fig. 5 zeigt schematisch einen relevanten Teil eines nichtperiodischen mikrostrukturierten Lichtwellenleiters. Die Struktur umfaßt ein massives Kerngebiet 51, das von einem erste Claddingmerkmale 52 umfassenden inneren Claddinggebiet umgeben ist, die in einer im wesentlichen sechseckigen Form angeordnet sind, wobei das innere Claddinggebiet von einem äußeren Claddinggebiet umgeben ist, das zweite Claddingmerkmale 53 umfaßt, die nicht alle gezeigt sind.
Beispielhaft handelt es sich bei den Claddingmerkmalen um Hohlräume, wobei der Rest der Struktur Glas ist, z. B. Siliziumoxid. Bei einer besonderen Ausführungsform weisen die ersten und zweiten Claddingmerkmale einen Durchmesser von 0,833 um beziehungsweise 0,688 um auf, wobei der Mitte-Mitte-Abstand der Claddingmerkmale 0,925 um beträgt. Die ersten Claddingmerkmale sind so positioniert, daß der eingeschriebene Kreis des Kerngebiets 51 1,017 um beträgt.
Wie der Fachmann erkennt, weist das aus Glas bestehende Kerngebiet einen effektiven Brechungsindex auf, der im wesentlichen gleich dem Brechungsindex des Glases ist. Das innere Claddinggebiet weist ein größeres Hohlraum- Glas-Verhältnis als das äußere Claddinggebiet auf. Folglich weist das inner Claddinggebiet einen geringeren effektiven Brechungsindex als das äußere Claddinggebiet auf, und beide Claddinggebiete weisen einen niedrigeren effektiven Brechungsindex als das Kerngebiet auf.
Fig. 6 zeigt das berechnete Dispersionsspektrum 61 der oben beschriebenen beispielhaften mikrostrukturierten Faser, wobei das Glas Siliziumoxid ist und die Kapillarmerkmale Luft sind. Die gestrichelte Kurve 62 ist das negative Dispersionsspektrum von 94 km im Handel erhältlicher 5D®-Faser. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, wird durch 1 km der Faser gemäß der Erfindung die Dispersion von 94 km herkömmlicher Einmodenübertragungsfaser über einen Spektralbereich von über 20 nm hinweg, nämlich über 50 nm, im wesentlichen perfekt kompensiert.
Wie oben offenbart, zeigt Fig. 5 nicht alle zweiten Claddingmerkmale der Faser. Aus unseren Simulationen geht hervor, daß mindestens 4 "Schichten" von sekundären Kapillarmerkmalen bereitgestellt sein sollten. Das mikrostrukturierte Claddinggebiet wird aus mechanischen Gründen in der Regel von einem massiven Glascladding umgeben sein, das sich in einer derartigen Entfernung von dem Kerngebiet befindet, daß es im wesentlichen optisch inaktiv ist.
Die oben erörterte nichtperiodische mikrostrukturierte Faser ist ein Beispiel für eine Faser mit einer großen negativen Dispersion und einem negativen Dispersionsgefälle. Eine derartige Faser kann vorteilhafterweise als eine dispersionskompensierende Faser verwendet werden. Die Nichtperiodizität ist, wie beschrieben, auf das Vorliegen sowohl erster als auch zweiter Claddingmerkmale zurückzuführen. Die zweiten Claddingmerkmale könnten jedoch auch nichtperiodisch angeordnet sein.
Die Mikrostrukturcladdingmerkmale sollten im allgemeinen so angeordnet sein, daß das Claddinggebiet keine sich in der x-y-Ebene erstreckende Matrixgebiete enthält, die ausreichen, als ein sekundärer Kern zu wirken, d. h. um einen sich ausbreitenden Strahlungsmodus zu unterstützen. Dieser Bedingung wird in der Regel genügt, wenn das mikrostrukturierte Cladding in der x-y-Ebene kein von Mikrostrukturen freies Gebiet aufweist, das eine größere Fläche besitzt als das Kerngebiet. Allgemeiner sollten die Mikrostrukturcladdingmerkmale in der x-y-Ebene derart verteilt sein, daß kein Claddingbereich vorliegt, der in der x-y-Ebene Abmessungen aufweist, die genauso groß sind oder größer sind als das Kerngebiet, das den über (No + Nc)/2 liegenden Brechungsindex aufweist, wobei Nc der effektive Brechungsindex des relevanten Claddinggebiets ist.
Als nächstes wird eine bestimmte und gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer mikrostrukturierten Faser erörtert. Mit geeigneten kleinen Modifikationen kann das Verfahren zum Herstellen einer nichtperiodischen mikrostrukturierten Faser wie oben beschrieben verwendet werden.
Siliziumoxid-Kapillarröhrchen (beispielsweise mit einem Außendurchmesser von 0,718 mm, einen Innendurchmesser von 0,508 mm und einer Länge von 12 Zoll) werden an einem Ende zugeschmolzen und zu einer dichtgepackten Anordnung gebündelt. Das mittlere Kapillarröhrchen wird durch ein Siliziumoxidröhrchen mit einem anderen (beispielhaft kleineren) Innendurchmesser oder durch einen Siliziumoxidstab mit dem gleichen Außendurchmesser ersetzt. Ein Siliziumoxidröhrchen wird über dem Bündel aus zum Beispiel 169 Siliziumoxid-Kapillarröhrchen angeordnet und auf das Bündel kollabiert, damit die enggepackte Anordnung beibehalten wird. Die sich ergebende Preform wird in die heiße Zone eines herkömmlichen Ziehofens derart eingeführt, daß die nichtzugescholzenen Enden der Kapillarröhrchen erhitzt werden. Wenn eine geeignete Temperatur von zum Beispiel 2 000ºC erreicht ist, wird aus dem heißen Ende der Preform eine Faser gezogen. Beispielhafte Preformzuführraten liegen im Bereich 0,4-3,5 mm/Minute, und beispielhafte Ziehgeschwindigkeiten liegen im Bereich 0,2-0,5 m/s. Das Ziehen wird in der Regel in einer inerten Atmosphäre, z. B. Argon, ausgeführt.
Anfänglich schließen sich in der Regel die nichtzugeschmolzenen Enden der Siliziumoxid-Kapillarröhrchen aufgrund der Oberflächenspannung, wodurch in jedes "Röhrchen" ein Luftvolumen eingeschmolzen wird. Beim Ziehen der Faser aus der Preform nimmt das der Luft zur Verfügung stehende Volumen ab, wobei der Druck ansteigt. Dies geht solange weiter, bis der Druck die Oberflächenspannung und die Kapillarkraft überwindet, wodurch sich die zugeschmolzenen Röhrchen öffnen. Der Druck in den zugeschmolzenen Röhrchen reguliert sich im allgemeinen selbst, so daß die Querschnittsfläche des Siliziumoxids zu dem Bereich der Löcher in dem Siliziumoxid konstant ist, wenn die Faser auf einen gewünschten Durchmesser gezogen wird. Die Faser kann auf herkömmliche Weise beschichtet werden. Das Zuschmelzen eines Endes der Kapillarröhrchen könnte vor oder nach dem Bündeln durchgeführt werden.
Während die zugeschmolzenen Röhrchen wegen der eingeschmolzenen Luft offenbleiben, verschwinden die Zwischenräume zwischen den Röhrchen, da die Räume zur Atmosphäre hin offenbleiben und sich deshalb kein Druck zum Kompensieren der Oberflächenspannung aufbaut. Die resultierende Struktur nach dem Stand der Technik ist im wesentlichen wie in Fig. 1 gezeigt, mit einem Kerngebiet und einem regelmäßigen Array von Kapillarhohlräumen in einem Siliziumoxidkörper. Man beachte, daß außerdem ein Mikrostrukturarray erzeugt wird, wenn nicht gefordert wird, daß sich die Zwischenräume schließen. Auch eine derartige Struktur kann lichtleitende Eigenschaften aufweisen.
Die Mitte-Mitte-Beabstandung (Teilung) der Hohlräume sind unter anderem eine Funktion des Außendurchmessers der Kapillarröhrchen und des Ziehverhältnisses, und das Luft-Glas-Verhältnis ist unter anderem eine Funktion der Wanddicke der Kapillarröhrchen. Der Faserdurchmesser kann unabhängig durch eine herkömmliche Ummantelung der Preform gesteigert werden, und eine Ummantelung wird in der Regel zur Erhöhung der Faserstärke und zum Erleichtern des Spaltens, Spleißens und anderer Operationen, die bezüglich des Faserdurchmessers standardisiert sind, wünschenswert sein.
Der Fachmann erkennt, daß das oben beschriebene Verfahren ohne weiteres darauf angepaßt werden kann, Arrays mit unterschiedlicher Symmetrie zu bilden.
Beispielsweise kann, wenn Siliziumoxid-Kapillarröhrchen auf geeignete Weise durch Siliziumoxidstäbe (oder Kapillarröhrchen mit einem anderen Innendurchmesser) ersetzt werden, mit dem Verfahren eine mikrostrukturierte Faser mit einer sechseckigen Arrayeinheitszelle der in Fig. 2 gezeigten Art nach dem Stand der Technik hergestellt werden.
Das Verfahren kann aber auch so modifiziert werden, daß sich eine mikrostrukturierte Faser mit massiven Claddingmerkmalen anstelle von Hohlräumen ergibt. Das gewünschte zweite Material (z. B. F-dotiertes Siliziumoxid) wird auf den Innenflächen der Röhrchen aus dem ersten Material (z. B. Siliziumoxid) bis zu einer Dicke abgeschieden, die den Durchmesser des Merkmals bestimmt, und die Faser wird im wesentlichen wie beschrieben aus der Preform gezogen, außer daß die Enden der Röhrchen nicht zugeschmolzen sind, wodurch das Kollabieren der Röhrchen erleichtert wird. Die Hohlräume können aber auch mit Metall oder einem Glas mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das Material der Kapillarröhrchen gefüllt sein. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man das Metall oder zweite Glas unter Aussetzung der. Hitze von dem Ziehofen schmelzen und möglicherweise unter Vakuum in die Hohlräume fließen läßt, während das Kapillarglas starr genug bleibt, daß es im wesentlichen nicht verformt wird. Zu geeigneten Metallen zählen unter anderem Al Pb, Au, Ag und Cu, wie von W.H. Grodkiewicz et al. in Mat. Res. Bull., Band 10 (10), S. 1085 (1975) beschrieben. Die letzteren beiden Verfahren liegen außerhalb des Schutzbereichs von Anspruch 12. Ein geeignetes zweites Glas sollte bei der entsprechenden Arbeitstemperatur bevorzugt eine relativ geringe Viskosität aufweisen ("geschmolzen" sein), wohingegen das kapillare Material bei dieser Temperatur relativ starr ist. Das Verhältnis des zweiten zu dem ersten Material (analog zu dem oben erwähnten Luft-Glas-Verhältnis) ist unter anderem eine Funktion der Wanddicke des Röhrchens aus dem ersten Material.
Nichtperiodische mikrostrukturierte Fasern können zum Beispiel aus einem porösen Material (in der Regel porösem Glas, zum Beispiel Kieselgel) unter der Voraussetzung erzeugt werden, daß das Glas-Luft-Verhältnis des Materials gesteuert werden kann. Bekannte Sol-Gel- Prozesse zur Herstellung poröser Siliziumoxidkörper gestatten eine deratige Steuerung. Man kann erwarten, daß das Ziehen einer Faser aus einer Preform mit einem Claddinggebiet aus einem porösen Glas zu zufällig verteilten länglichen Hohlräumen führt.
Die Leiteigenschaften mikrostrukturierter Fasern hängen, in allgemeiner Analogie zu denen einer herkömmlichen Indexleitfaser, von der Fasergeometrie und dem effektiven Brechungsindexprofil ab. Wie bei der herkömmlichen Faser kann durch Computersimulationen die spezifische Struktur bestimmt werden, die eine gewünschte Eigenschaft oder Charakteristik bereitstellt. Zum Bestimmen der optischen Eigenschaften zweidimensionaler und dreidimensionaler photonischer Kristalle sind Algorithmen vorgeschlagen und verwendet worden, siehe beispielsweise J.D. Joannopoulos et al., "Photonic Crystals" [Photonische Kristalle], Princeton University Press, 1995, insbesondere S. 127-129; J.B. Pendry, J. Modern Optics, Band 41(2), S. 209 (1994), K.M. Leung, J. Optical Society of America, Band 10(2), S. 303 (1993).
Die Computersimulation beinhaltet im allgemeinen die. Lösung von Maxwellschen Vektorgleichungen durch Techniken der finiten Elemente, wodurch man die optischen Vektorfelder in einem interessierenden Gebiet und somit vollständige Informationen über die optische Ausbreitung im Gebiet enthält. Somit können die Fasergeometrie, einschließlich Arraysymmetrie, Indexdifferenzen, Verhältnis zweites zu erstes Material (oder Verhältnis Leerraum-Material) und Kerneigenschaften so ausgelegt werden, daß man die gewünschten Eigenschaften einer mikrostrukturierten Faser erhält.
Herkömmliche (idexleitende) Lichtwellenleiter werden in der Regel so ausgelegt, daß sie zwischen dem Kern und dem Cladding eine Brechungsindexdifferenz Δ von höchstens einigen Prozent aufweisen, und zwar in erster Linie deshalb, da bei A über etwa 2% der Verlust einer Einmodenfaser mit steigendem Δ wesentlich ansteigt. Andererseits kann in einer mikrostrukturierten Faser die Indexdifferenz viel größer sein und in der Regel mindestens 5% betragen. Außerdem weist eine mikrostrukturierte Faser Parameter auf (z. B. Symmetrie, Strukturgröße, Volumenverhältnisse des zweiten zum ersten Material, Kerneigenschaften), die bei der herkömmlichen indexgeleiteten Faser kein Gegenstück aufweisen und dem Designer einer mikrostrukturierten Faser eine größere Auslegungsfreiheit geben und somit neuartige Bauelemente auf der Grundlage derartiger Fasern ermöglichen.
Infolge des großen Bereiches der bei einer mikrostrukturierten Faser möglicherweise zur Verfügung stehenden Indexdifferenz kann eine derartige Faser beispielsweise so zugeschnitten werden, daß sie absolut gesehen eine relativ große Wellenleiterdispersion aufweist. Die Mikrostrukturfaser kann somit vorteilhafterweise als Dispersionskompensator in einem faseroptischen Kommunikationssystem verwendet werden, auch für die Kompensation des Dispersionsgefälles.
Fig. 3 zeigt schematisch ein beispielhaftes faseroptisches Kommunikationssystem 30, wobei sich die Zahlen 31-37 auf einen Sender, Signalstrahlung der Wellenlänge λ (z. B. 1,3 oder 1,55 um), auf eine Lichtübertragungsfaser, optische Koppler, eine Länge mikrostrukturierter Faser, eine wahlweise weitere Übertragungsfaser beziehungsweise einen Empfänger beziehen. Andere herkömmliche Komponenten (z. B. optische Verstärker, Pumplaser, optische Isolatoren, Bragg-Gitter, WDMs uw.) sind in der Regel vorhanden, sind aber nicht gezeigt.
Indexführende dispersionskompensierende (DC) Fasern und ihre Verwendung in faseroptischen Xommunikationssystemen zum Kompensieren der Dispersion einer gegebenen Länge einer Übertragungsfaser sind bekannt. So kann beispielsweise mit einer DC-Faser die 1,55 um- Übertragung über einen Lichtwellenleiter erleichtert werden, der in dem Kommikationswellenlängenbereich 1,3 um eine kleinste Dispersion aufweist. Die Übertragungsfaser weist beispielsweise eine chromatische Dispersion von etwa 17 ps/nm·m auf, und die DC-Faser nach dem Stand der Technik weist beispielsweise eine chromatische Dispersion von etwa - 150 ps/nm·m auf. Es ist somit ohne weiteres ersichtlich, daß zum Kompensieren der Dispersion einer typischen Länge (z. B. 120 km) einer Übertragungsfaser eine relativ lange (z. B. 13,6 km) DC-Faser nach dem Stand der Technik erforderlich ist. Eine mikrostrukturierte Faser kann andererseits dahingehend ausgelegt werden, daß sie eine relativ große (wie gewünscht positive oder negative) chromatische Dispersion aufweist, so daß eine relativ kurze (z. B. 1,3 km) mikrostrukturierte DC-Faser die Dispersion der Übertragungsfaser kompensieren kann.
Ein wichtiger Gesichtspunkt bei dem Design der mikrostrukturierten DC-Faser ist die Auswahl des Kerns, der von Siliziumoxid (Brechungsindex etwa 1,45) bis Material (z. B. Si) mit einem im Vergleich zu Siliziumoxid hohen Index reichen kann, wodurch man große effektive Indexdifferenzen von zum Beispiel > 10% und darüber erhält. Die Einzelheiten des Designs können auf bekannte Weise, in der Regel durch Lösung der Maxwellschen Vektorgleichungen, durch Computersimulation bestimmt werden.
Weiter gefaßt kann eine mikrostrukturierte Faser nicht nur ohne weiteres als eine Faser mit hohem Δ ausgelegt werden, sondern kann beispielsweise auch so ausgelegt werden, daß sie zusätzlich zu dem hohen Δ einen lichtempfindlichen Kern oder einen seltenerddotierten Kern aufweist.
Eine mikrostrukturierte Faser mit einem hohen Δ und einem lichtempfindlichen Kern ist deshalb von erheblichem Interesse, da man durch eine derartige Faser einen kleinen (z. B. 2,5 um oder weniger) Modendurchmesser der geleiteten Strahlung erhält, was zu einer hohen optischen Intensität in dem Kern und gleichzeitig zu einer erhöhten Nichtlinearität in der Faser führt. Dies wiederum ermöglicht es, einen sättigbaren Bragg-Faser-Absorber zur Verfügung zu stellen, bei dem es sich um ein Bauelement handelt, das vorteilhafterweise beispielsweise bei einem modensynchronisierten Faserlaser verwendet werden kann. Durch die hohe Nichtlinearität einer mikrostrukturierten Faser mit hohem Δ und lichtempfindlichem Kern wird auch das vollständig optische nichtlineare Kerr-Schalten in der Faser unter Verwendung eines Bragg-Gitters oder eines Gitters mit langer Periode erleichtert. Eine derartige Faser weist zum Beispiel einen mit Ge, B oder Sn dotierten Kern auf und wird in der Regel vor dem "Schreiben" des Gitters zur Erhöhung der Lichtempfindlichkeit des Kerns einer bekannten H&sub2;- und/oder D&sub2;- Behandlung unterzogen.
Eine mikrostrukturierte Faser mit einem großen A und seltenerddotiertem Kern kann ohne weiteres beispielsweise unter Verwendung eines seltenerddotierten (z. B. Er-)Kernstabs in einer Struktur wie in Fig. 5 gezeigt hergestellt werden. Eine derartige Faser liefert im Vergleich mit herkömmlichen seltenerddotierten Fasern erhebliche Vorteile. Dazu gehören eine geringere erforderliche Leistung, was in erster Linie auf die hohe erzielbare optische Intensität in dem Kern zurückzuführen ist. Gegenwärtige seltenerddotierte Fasern weisen in der Regel Δ-Werte auf, die größer sind als die herkömmlicher Übertragungsfasern, damit die Laser- und Verstärkerschwellwertleistungen gesenkt und die Effizienz erhöht werden. Wenn anstelle einer herkömmlichen seltenerddotierten Faser eine seltenerddotierte mikrostrukturierte Faser mit hohem Δ verwendet wird, kann dies zu einer drastisch reduzierten Schwellwertleistung führen, wodurch sich Bauelemente, wie etwa entferntgepumpte Verstärker, leichter umsetzen lassen und preiswerter werden. Somit ist ein entferntgepumptes faseroptisches Kommunikationssystem, das eine seltenerddotierte nichtperiodische mikrostrukturierte Faser mit hohem Δ (z. B. > 5%) umfaßt, ein beispielhafter und bevorzugter Gegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei einem derartigen System ist die Pumpstrahlungsquelle in der Regel über 200 m (meist mehrere Kilometer) von dem Faserverstärker entfernt.
Bei einigen Anwendungen von Lichtwellenleitern ist es wünschenswert, einen Lichtwellenleiter zur Verfügung zu haben, der eine große Nichtlinearität aufweist, und zwar konventionell ausgedrückt durch die Werte der Suszeptibilitätskoeffizienten zweiter und dritter Ordnung, die üblicherweise mit χ(2) und χ(3) bezeichnet sind. Eine mikrostrukturierte Faser kann ohne weiteres mit einer großen Nichtlinearität dritter Ordnung ausgelegt werden. Da sich der größte Teil der geleiteten optischen Leistung in dem Kerngebiet befindet, wird die Größe und die Art der Nichtlinearität der Faser zum größten Teil durch das Material und die Größe des Kerngebiets bestimmt. Wenn das Kerngebiet beispielsweise eine große Nichtlinearität aufweist, dann weist die Faser eine große Nichtlinearität auf und eignet sich z. B. für eine parametrische Verstärkung. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß ein Kerngebiet bereitgestellt wird, das aus einem Mehrkomponentenglas mit einer großen Nichtlinearität, z. B. Pb-dotiertes Siliziumoxid, besteht.
Wie oben erörtert, kann eine mikrostrukturierte Faser mit hohem Δ jedoch selbst dann eine große Nichtlinearität aufweisen, wenn das Kerngebiet undotiert ist oder mit einem Dotierungsstoff dotiert ist, der die Nichtlinearität nicht wesentlich erhöht. Dies ist auf das kleine Modenfeld zurückzuführen, das eine Folge des hohen Δ der Faser ist.
Die Verwendung einer mikrostrukturierten Faser in faseroptischen Kommunikationssystemen ist nicht auf die oben beschriebenen beispielhaften Verwendungen begrenzt, und zweifellos wird man mit dem besseren Verständnis der mikrostrukturierten Fasern auch andere Verwendungen entdecken.
Fig. 4 zeigt eine mikrostrukturierte Faser 40 mit Kreissymmetrie, wobei das Kernmerkmal 41 von einem mehrschichtigen 421-42n (beispielsweise mehr als 10 oder sogar 20 Schichten) Cladding mit abwechselnden relativ hohen und niedrigen Brechungsindizes umgeben ist. Die Brechungsindizes und die Schichtdicke sind derart ausgewählt, daß die Struktur ein gewünschtes effektives Brechungsindexprofil aufweist. So können die Schichtdicken beispielsweise so gewählt werden, daß ein inneres Claddinggebiet einen relativ niedrigen effektiven Brechungsindex und ein das innere Claddinggebiet umgebende äußeres Claddinggebiet einen effektiven Brechungsindex mit einem Wert aufweist, der zwischen dem des Kerngebiets und dem inneren Claddinggebiet liegt. Eine derartige mikrostrukturierte Faser kann beispielsweise durch Ziehen aus einer Preform hergestellt werden, wobei das beschriebene mehrschichtige Cladding beispielsweise durch eine herkömmliche Abscheidungstechnik, wie etwa MCVD, oder durch Kollabieren mehrerer Glasröhrchen um das Kernmerkmal herum gebildet wird. Das wahlweise äußere Cladding 43 kann herkömmlicher Art sein.

Beispiel 1

Eine mikrostrukturierte Faser wird wie folgt hergestellt. Es wird eine Vielzahl (beispielsweise 169) von Siliziumoxid-Kapillarröhrchen (Außendurchmesser 0,718 mm, Innendurchmesser 0,508 mm, Länge 12 Zoll) bereitgestellt und in einem enggepackten Bündel angeordnet. Das mittlere Röhrchen des Bündels wird durch einen massiven Siliziumoxidstab mit einem Außendurchmesser von 0,718 mm ersetzt. Ein Ende (das als das "erste" Ende bezeichnet wird; das andere Ende wird als das "zweite" Ende bezeichnet) jedes Kapillarröhrchens in dem Bündel wird zugeschmolzen, ohne die Zwischenräume in dem enggepackten Bündel zuzuschmelzen. Siliziumoxidröhrchen mit einem Innendurchmesser, der geringfügig größer ist als der Durchmesser des Bündels, werden über die ersten beziehungsweise zweiten Enden des Bündels geschoben, und die Kombination wird in einer herkömmlichen Glasbearbeitungswerkbank befestigt. Das Ende eines der Röhrchen wird mit Hilfe eines Vakuums auf das erste Ende des Bündels kollabiert. Darauf folgt das Kollabieren des Endes des anderen Röhrchens auf das zweite Ende des Bündels und Abziehen dieses Röhrchens derart, daß das Bündel in der gewünschten Anordnung bleibt.
Nachdem durch das verbleibende Siliziumoxidröhrchen in der Nähe des ersten Endes des Bündels auf herkömmliche Weise ein Loch hergestellt worden ist, wird ein dünnes (mit einer Wanddicke von zum Beispiel 1 mm) Siliziumoxid-Ummantelungsröhrchen an dem Loch vorbei über die Baugruppe geschoben und auf das Bündel an dem ersten Ende und dann an dem zweiten Ende derart kollabiert, daß durch das Loch ein Vakuum gezogen werden kann. Danach wird der Brenner der Drehbank von dem zweiten zu dem ersten Ende derart bewegt, daß das Ummantelungsröhrchen um das Bündel herum kollabiert. Der Ummantelungsschritt wird wahlweise mit einem Siliziumoxidröhrchen wiederholt, das so ausgewählt ist, daß sich die gewünschte Arrayteilung und der gewünschte Faserdurchmesser ergeben. Zum Beispiel kann ein standardmäßiges (19 · 25 mm Durchmesser) Siliziumoxidröhrchen verwendet werden.
Die so hergestellte Preform wird von der Drehbank entfernt und mit dem zweiten Ende nach unten in einem Ziehturm befestigt, und die Faser wird auf herkömmliche Weise von der Preform gezogen. Die sich ergebende Faser hat einen Außendurchmesser von 125 um, ein Glas-Luft- Verhältnis von 1 : 1 und eine Arrayteilung von 2 um, wobei die Claddinghohlräume sieben konzentrische Schichten um den zentralen Defekt herum bilden, mit einer dreieckigen Einheitszelle. Die Faser wird auf herkömmliche Weise beschichtet, und ihre optischen Eigenschaften entsprechen im wesentlichen denen, die durch eine Computersimulation vorhergesagt wurden.
Eine nichtperiodische mikrostrukturierte Faser wird im wesentlichen wie gerade beschrieben hergestellt, außer daß das Kernmerkmal ein Siliziumoxidstab mit einem Durchmesser von 0,718 mm ist, der Stab von sechs Siliziumoxidröhrchen mit einem Innendurchmesser von 0,615 mm und einem Außendurchmesser von 0,718 mm umgeben ist, die wiederum von mehr als vier Schichten von Siliziumoxidröhrchen mit einem Innendurchmesser von 0,508 mm und einem Außendurchmesser von 0,718 mm umgeben sind, im wesentlichen wie in Fig. 5 gezeigt. Diese Preform wird mit Siliziumoxidröhrchen ummantelt, die so ausgewählt sind, daß man nach dem Ziehen einen gewünschten Faserdurchmesser erhält. Insbesondere beträgt der Preformdurchmesser 97 mm. Diese Preform wird zu einer Faser mit einem Durchmesser von 125 um gezogen, die ein mikrostrukturiertes Gebiet wie in Fig. 5 gezeigt aufweist, das einen (hier durch den Durchmesser des eingeschriebenen Kreises dargestellten) Kernbereich mit einem Durchmesser von 1,017 um, Mitte- Mitte-Beabstandungen von 0,925 um und Leerräume von 0,833 um und 0,688 um und 0,88 um aufweist. Die Faser weist ein Dispersionsspektrum auf, wie es im wesentlichen in Fig. 6 gezeigt ist.

Claims

1. Gegenstand, der einen mikrostrukturierten Lichtwellenleiter mit einer axialen Richtung und einem Querschnitt senkrecht zu der axialen Richtung umfaßt, wobei der Lichtwellenleiter folgendes umfaßt:

einen Kern (51) mit einem effektiven Brechungsindex No; und

ein Claddinggebiet, das aus einem das Kerngebiet umgebenden inneren Claddinggebiet und einem das innere Claddinggebiet umgebenden äußeren Claddinggebiet besteht, wobei das Claddinggebiet einen effektiven Brechungsindex unter No aufweist;

wobei das innere Cläddinggebiet aus mehreren beabstandeten inneren Mikrostrukturelementen (z. B. 52, 53) besteht, die in der axialen Richtung länglich sind und in einem ersten Claddingmaterial angeordnet sind, wobei die Mikrostrukturelemente in dem ersten Claddingmaterial insoweit nichtperiodisch sind, als die Elemente unregelmäßig angeordnet sind oder sich hinsichtlich einer bestimmten Eigenschaft, z. B. dem Durchmesser, unterscheiden, und einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex des ersten Claddingmaterials unterscheidet und die inneren Mikrostrukturelemente zu einem effektiven Brechungsindex Nie des inneren Claddinggebiets beitragen,

wobei das äußere Claddinggebiet wahlweise aus mehreren beabstandeten äußeren Mikrostrukturelementen besteht, die in der axialen Richtung länglich sind, wobei das äußere Claddinggebiet einen Brechungsindex oder einen effektiven Brechungsindex Naß aufweist, und wobei Nic < Noc.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem es sich bei dem Kerngebiet und dem ersten Claddingmaterial um Siliziumoxid handelt und die Cladding-Mikrostrukturelemente Hohlräume sind.

3. Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem das Kerngebiet aus einem Seltenerdelement besteht.

4. Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem das Kerngebiet aus einem lichtempfindlichen Material besteht.

5. Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem das Kerngebiet aus einem Material besteht, das so ausgewählt ist, daß die Faser eine erhöhte Nichtlinearität dritter Ordnung erhält.

6. Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem No und der Brechungsindex des Claddinggebiets derart ausgewählt sind, daß der mikrostrukturierte Lichtwellenleiter bei einer vorbestimmten Wellenlänge λ und für einen geführten Grundmodus eine Dispersion aufweist, die negativer ist als -300 ps/nm·km.

7. Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem die Mikrostrukturelemente in dem Querschnitt des mikrostrukturierten Lichtwellenleiters im wesentlichen zufällig verteilt sind.

8. Gegenstand nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Lichtsignalsender, einem Lichtsignalempfänger und einem faseroptischen Übertragungsweg, der den Empfänger und den Sender signalübertragend verbindet, wobei der Übertragungsweg aus einer ersten Länge des mikrostrukturierten Lichtwellenleiters besteht.

9. Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem die äußeren Mikrostrukturelemente in dem äußeren Claddinggebiet nichtperiodisch angeordnet sind und einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex des zweiten Claddingmaterials unterscheidet.

10. Gegenstand nach Anspruch 9, bei dem die inneren Mikrostrukturelemente einen größeren Durchmesser aufweisen als die äußeren Mikrostrukturelemente.

11. Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem die Mikrostrukturelemente derart angeordnet sind, daß der mikrostrukturierte Lichtwellenleiter keinen Teil des Claddinggebiets umfaßt, der Querschnittsabmessungen aufweist, die genauso groß sind wie oder größer sind als die Querschnittsabmessungen des Kerngebiets.

12. Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Lichtwellenleiters mit einer axialen Richtung und einem Querschnitt senkrecht zu der axialen Richtung, wobei der Lichtwellenleiter folgendes umfaßt:

einen Kern (51) mit einem effektiven Brechungsindex No; und

ein Claddinggebiet, das aus einem das Kerngebiet umgebenden inneren Claddinggebiet und einem das innere Claddinggebiet umgebenden äußeren Claddinggebiet besteht, wobei das Cläddinggebiet einen effektiven Brechungsindex unter No aufweist;

wobei das innere Claddinggebiet aus mehreren beabstandeten Mikrostrukturelementen (z. B. 52, 53) besteht, die in der axialen Richtung länglich sind und in einem ersten Claddingmaterial angeordnet sind, wobei die Mikrostrukturelemente in dem ersten Claddingmaterial insoweit nichtperiodisch sind, als die Elemente unregelmäßig sind oder sich hinsichtlich einer bestimmten Eigenschaft, z. B. dem Durchmesser, unterscheiden, einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex des ersten Claddingmaterials unterscheidet und, die inneren Claddingelemente zu einem effektiven Brechungsindex Nie des inneren Claddinggebiets beitragen,

wobei das äußere Claddinggebiet wahlweise aus mehreren beabstandeten äußeren Mikrostrukturelementen besteht, die in der axialen Richtung länglich sind, wobei das äußere Claddinggebiet einen Brechungsindex oder einen effektiven Brechungsindex Nov aufweist, und

wobei Nic < Noc, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:

Bereitstellen eines Kernelements und mehrerer Kapillarröhrchen, wobei die Kapillarröhrchen und das Kernelement als Bündel angeordnet sind, wobei das Kernelement von den Kapillarröhrchen umgeben ist;

Ausbilden einer Preform durch einen Prozeß, bei dem ein Claddingrohr um das. Bündel kollabiert wird; und

Ziehen des mikrostrukturierten Lichtwellenleiters von einem erhitzten Ende der Preform, wobei vor dem Ziehschritt erste Enden der Kapillarröhrchen derart zugeschmolzen werden, daß die resultierenden zugeschmolzenen Enden von dem erhitzten Ende der Preform entfernt sind.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Kapillarröhrchen derart unregelmäßig angeordnet sind, daß die beabstandeten inneren Mikrostrukturelemente in dem ersten Claddingmaterial nicht- periodisch angeordnet sind.

14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das äußere Claddinggebiet aus mehreren beabstandeten äußeren Mikrostrukturelementen besteht, die in der axialen Richtung länglich sind und in dem äußeren Claddinggebiet nichtperiodisch angeordnet sind, wobei die äußeren Mikrostrukturelemente einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex des zweiten Claddingmaterials unterscheidet und die äußeren Mikrostrukturelemente zu dem effektiven Brechungsindex Nov des äußeren Claddinggebiets beitragen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die inneren Mikrostrukturelemente einen größeren Durchmesser aufweisen als die äußeren Claddingelemente.

16. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die ersten Enden der Kapillarröhrchen vor dem Anordnen des Bündels zugeschmolzen werden.

17. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die ersten Enden der Kapillarröhrchen nach dem Anordnen des Bündels zugeschmolzen werden.