DE69800250T2

DE69800250T2 - Optische Faser mit geringer Disperionssteilheit im Wellenlängenbereich von Erbiumverstärkern

Info

Publication number: DE69800250T2
Application number: DE69800250T
Authority: DE
Inventors: David W. Peckham
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1997-06-05
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2018-05-27
Also published as: CA2237282C; DE69800250D1; EP0883002B1; MX9804380A; JPH1152161A; BR9801775B1; KR19990006630A; RU2140095C1; JP3715104B2; CA2237282A1; BR9801775A; KR100299807B1; EP0883002A1; AU6993898A; CN1201913A; US5878182A; AU711776B2; CN1133884C

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Lichtwellenleiter und insbesondere Fasern, die sich für Wellenlängenmultiplexsysteme (WDM-Systeme) eignen.

Allgemeiner Stand der Technik

Die optische Übertragung ist wegen der enormen Bandbreite, die auf einem Lichtwellenleiter zur Verfügung steht, zum Liebling der Kommunikationstechnologie geworden. Eine derartige Bandbreite ermöglicht es, über eine Faser, die so dünn wie ein Haar ist und die im allgemeinen aus einem qualitativ hochwertigen Glasmaterial hergestellt ist, tausende von Telefongesprächen und hunderte von Fernsehkanälen gleichzeitig zu übertragen. Die Übertragungskapazität über einen Lichtwellenleiter wird in WDM-Systemen erhöht, in denen mehrere Kanäle auf eine einzelne Faser gemultiplext werden, wobei jeder Kanal bei einer anderen Wellenlänge arbeitet. Bei WDM-Systemen jedoch wird die Systemkapazität durch nichtlineare Wechselwirkungen zwischen den Kanälen, wie beispielsweise eine 4-Photonen-Mischung, drastisch reduziert. Dieses Problem ist durch das US-Patent 5,327,516 (das '516- Patent), das einen Lichtwellenleiter offenbart, der diese nicht linearen Wechselwirkungen durch Einführen einer kleinen Menge chromatischer Dispersion bei den Betriebswellenlängen reduziert, größtenteils gelöst worden. Es wird angemerkt, daß mit dem Ansteigen der Anzahl der über eine einzelne Faser zu übertragenden WDM-Kanäle auch die durch den Lichtwellenleiter geführte Lichtleistung ansteigt. Und mit dem Ansteigen der Leistung steigen auch die nichtlinearen Effekte an. Dementsprechend ist es wünschenswert, daß ein Lichtwellenleiter jedem der WDM-Kanäle eine kleine Menge chromatische Dispersion bereitstellt.
Bei der Qualität des zur Herstellung von Lichtwellenleitern verwendeten Glasmaterials (nahezu reines Siliziumoxid - SiO&sub2;) sind wichtige Fortschritte gemacht worden. Im Jahre 1970 lag ein annehmbarer Verlust für Glasfaser im Bereich von 20 dB/km, wohingegen heutzutage Verluste im allgemeinen unter 0,25 dB/km liegen. Tatsächlich liegt der theoretisch kleinste Verlust für Glasfaser bei ungefähr 0,16 dB/km, und er tritt bei einer Wellenlänge von ungefähr 1550 Nanometer (nm) auf. Die Natur scheint der optischen Übertragung in diesem Wellenlängenbereich wohlwollend zugelächelt zu haben, denn dort arbeiten die erbiumdotierten Faserverstärker, und sie sind zu den praxisnahesten optischen Verstärkern geworden, die zur Verfügung stehen. Bei einem derartigen Verstärker werden die Erbiumionen, mit denen die Glasfaser dotiert worden ist, mit Energie in einem ersten Wellenlängenbereich (z. B. 980 nm) "gepumpt", und sie geben diese Energie in einen zweiten Wellenlängenbereich (z. B. 1530-1565 nm) frei, wenn die Erbiumionen durch übertragene Lichtsignale in diesem zweiten Wellenlängenbereich stimuliert werden. Derartige Verstärker sind grundlegende Komponenten in WDM- Systemen, in denen ein breites Spektrum von Lichtsignalen verstärkt werden muß. Tatsächlich ist bereits die Übertragung von einem Terabit pro Sekunde (1 Tb/S = 1000 Gb/s) unter Verwendung von fünfundzwanzig (25) benachbarten Kanäle, unabhängiger Modulation jeder der zwei Polarisationsmoden pro Kanal und anderer Techniken demonstriert worden. Und während es wünschenswert ist, WDM-Systeme im Wellenlängenbereich 1530-1565 nm arbeiten zu lassen (dem Erbium-Verstärker- Bereich), weisen gegenwärtige Faserauslegungen über den Erbium-Verstärker-Bereich hinweg bei der chromatischen Dispersion unerwünscht große Differenzen auf.
Der Auslegung von Lichtwellenleitern mit einer flachen Kennlinie der Dispersion über eine breiten Wellenlängenbereich hinweg sind erhebliche Bemühungen gewidmet worden, um die Übertragung sowohl bei 1310 nm als auch bei 1550 nm zu berücksichtigen. Derartige "dispersionsgeglättete" Fasern haben jedoch aufgrund von übermäßigem Biegeverlust und strengen Herstellungs toleranzen nur wenig oder keinen wirtschaftlichen Erfolg gehabt.
Ein Lichtwellenleiter, der über den Erbium- Verstärker-Bereich hinweg ein Gefälle mit niedriger Dispersion bereitstellt, weist ein Brechungsindexprofil auf, das einem Doughnut gleicht, und es wird auf Seiten 259-260 des OFC'95 Technical Digest in einem Artikel mit dem Titel Dispersion-shifted single-mode fiber for high-bit-rate and multiwavelength Systems gezeigt. Diese Auslegung umfaßt einen Ring aus Material mit hohem Index, der einen Kern aus Material mit niedrigem Index umgibt. Der mit einem derartigen Profil verbundene Übertragungsverlust liegt jedoch bei 1550 nm in der Größenordnung von 0,22 dB/km, was mindestens zehn Prozent (10%) höher ist als wünschenswert. Und während die offenbarte Auslegung es zu erreichen scheint, in dem Erbium-Verstärker-Bereich eine negative chromatische Dispersion mit einem niedrigen Gefälle bereitzustellen, so scheint sie in dem Erbium- Verstärker-Bereich keine positive chromatische Dispersion mit einem ähnlich niedrigen Gefälle zu bieten.
Was erwünscht ist, aber im Stand der Technik zu fehlen scheint, ist dementsprechend ein Lichtwellenleiter, der sich für den Betrieb im Erbium- Verstärker-Bereich eignet und folgendes aufweist: (i) einen Übertragungsverlust, der bei 1550 nm unter 0,22 dB/km liegt; (ii) eine kleine Menge chromatischer Dispersionen (d. h. eine absolute Größe von mindestens 0,8 ps/(nm-km)); und (iii) eine Kennlinie der chromatischen Dispersion mit einem niedrigen Gefälle (unter 0, 05 ps (nm²-km)).
EP-A-0 626 768 beschreibt einen Lichtwellenleiter zur Verwendung in WDM-Systemen, die im Wellenlängenband von 1550 nm (1525-1575 nm) arbeiten.
Masahary Ohashi et al. "Dispersion Modified Single - Mode fiber by VAD method", Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers of Japan, Band E73, Nr. 4, 1. April 1990, Seiten 571 bis 575, stellt eine eingehende Lehre zum Thema dispersionsmodifizierter Lichtwellenleiter bereit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Lichtwellenleiter wie in Anspruch 1 oder 2 definiert bereitgestellt.
Die Probleme des Standes der Technik werden durch einen Lichtwellenleiter mit einer chromatischen Dispersion überwunden, deren absolute Größe für alle Wellenlängen im Bereich 1530-1565 nm größer ist als ungefähr 0,8 ps/(nm-km). Der Lichtwellenleiter enthält einen Kern transparenten Materials mit einem maximalen Brechungsindex n&sub1; und eine Schicht transparenten Claddingmaterials auf der Außenfläche des Kerns mit einem Brechnungsindex n&sub2;. Der Kern enthält einen kreisringförmigen Bereich transparenten Materials, dessen minimaler Brechungsindex n&sub3; bezüglich n&sub2; abgesenkt ist. Diese Indizes werden durch die folgenden Gleichungen eingeschränkt, um einen Lichtwellenleiter mit niedrigem Verlust und einem Gefälle mit niedriger Dispersion im Wellenbereich 1530-1565 nm bereitzustellen:
0,50 < (n&sub1; - n&sub2;)/n&sub2; < 0,70; und
-0,30 < (n&sub3; - n&sub2;)/n&sub2; < -0,05
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Lichtwellenleiter mit positiver chromatischer Dispersion offenbart. Sein Dispersionsgefälle liegt über dem Wellenlängenbereich 1530-1565 nm bei ungefähr +0,043 ps/(nm²-km), und sein Indexprofil umfaßt einen einzelnen kreisringförmigen Ring aus fluordotiertem Material zwischen einem germaniumdotierten zentralen Kernbereich und einem Cladding aus reinem Siliziumoxid. Dieser einzelne Ring weist einen Brechungsindex auf, der geringer ist als der des Cladding.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Lichtwellenleiter mit negativer chromatischer Dispersion offenbart. Sein Dispersionsgefälle liegt ebenfalls über den Wellenlängenbereich 1530-1565 nm hinweg bei ungefähr +0,043 ps/(nm²-km), und sein Indexprofil umfaßt zwei ringförmige Ringe aus einem Material mit gesteuertem Index zwischen einem germaniumdotierten zentralen Kernbereich und einem Cladding aus reinem Siliziumoxid. Der erste ringförmige Ring ist neben dem zentralen Kern umfaßt fluordotiertes Material, das einen Brechungsindex aufweist, der unter dem des Cladding liegt. Der zweite ringförmige Ring befindet sich neben dem Cladding und umfaßt germaniumdotiertes Material, das einen Brechungsindex aufweist, der höher ist als der des Cladding. Mit dem zweiten ringförmigen Ring wird die effektive Fläche der Faser vergrößert.
Der Lichtwellenleiter der vorliegenden Erfindung weist vorteilhafterweise bei 1550 nm einen mittleren Übertragungsverlust auf, der nicht größer ist als 0,20 dB/km und gegenüber Biegungsverlust relativ unempfindlich ist. Darüber hinaus weist der Lichtwellenleiter eine effektive Fläche auf, die größer ist als 50 um².

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit der beigelegten Zeichnung lassen sich die Erfindung und ihre Funktionsweise klarer verstehen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines bekannten Lichtwellenleiters mit zwei schützenden Beschichtungslagen;
Fig. 2 einen Graph der insgesamlen chromatischen Dispersion einer dispersionsgeglätteten Faser als Funktion der Wellenlänge, wobei ihre Anteile der Materialdispersion und der Wellenleiterdispersion gezeigt werden;
Fig. 3A eine Querschnittsansicht eines unbeschichteten Wellenleiters, die mehrere Lagen aus Materialien mit verschiedenen Brechungsindizes zeigt;
Fig. 3B ein Brechungsindexprofil einer Faser mit positiver Dispersion gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3C ein Brechungsindexprofil einer Faser mit negativer Dispersion gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 einen Graph der chromatischen Dispersion einer Faser gemäß der vorliegenden Erfindung als Funktion der Wellenlänge, wobei ihre Anteile der Materialdispersion und der Wellenlängendispersion gezeigt werden;
Fig. 5 einen Graph der chromatischen Dispersion einer Faser mit positiver Dispersion und einer Faser mit negativer Dispersion der vorliegenden Erfindung, wobei ihre Kennlinien in dem Erbium- Verstärker-Gebiet ausführlicher gezeigt werden;
Fig. 6 eine Perspektivansicht eines Kabels, das Gruppen von Lichtwellenleitern gemäß der Erfindung enthält; und
Fig. 7 ein Vier-Kanal-WDM-System, das über einem Übertragungsweg arbeitet und Fasern mit positiver und negativer Dispersion sowie einen erbiumdotierten Faserverstärker enthält.

Ausführliche Beschreibung

Hintergrund

Verschiedene Mechanismen begrenzen die Bandbreite einer Faser. Bei der Mehrmodenfaser beispielsweise gibt es die Modendispersion, bei der Lichtimpulse, die in ein Ende der Faser eintreten, bei ihrem Austritt aus dem anderen Ende der Faser aufgeweitet werden. Der Grund dafür besteht darin, daß eine Mehrmodenfaser hunderte verschiedener Moden (Wege) einer bestimmten Wellenlänge unterstützt. Und wenn die verschiedenen Moden am anderen Ende der Faser verknüpft werden, ist das Endergebnis eine Impulsaufweitung (Dispersion), die unerwünscht ist. Es sei denn, daß etwas anderes gesagt wird, wird unter Dispersion die chromatische oder "lineare" Dispersion verstanden.
Konventionell wird das Zeichen der Dispersion in der Situation als positiv angesehen, in der Strahlung mit kurzer Wellenlänge eine größere Geschwindigkeit als Strahlung mit großer Wellenlänge aufweist.
Eine Faser kann auch so ausgelegt werden, daß sie nur die Grundmode (LP&sub0;&sub1;) einer bestimmten Wellenlänge unterstützt. Eine derartige Faser wird als "Einmoden"-Faser bezeichnet. Sie weist eine Bandbreite auf, die viel größer ist als die Mehrmodenfaser und Lichtsignale mit proportional größeren Geschwindigkeiten übertragen kann. Dennoch verhält sich die Einmoden-Faser bei Wellenlängen, die kürzer sind als die LP&sub1;&sub1;-Grenzwellenlänge, die durch den Kernradius (a), den Brechungsindex (n) und die anteilige Kern- Cladding-Indexdifferenz (Δ) bestimmt wird, als ob sie eine Mehrmodenfaser wäre. Tatsächlich breiten sich, wenn Δ und a abnehmen, immer weniger Moden aus, bis sich nur noch eine Mode bei Wellenlängen ausbreitet, die länger sind als die LP&sub1;&sub1;-Grenzwellenlänge. Dementsprechend muß die LP&sub1;&sub1;-Grenzwellenlänge um einen geeigneten Betrag kürzer sein als die zu übertragenden Wellenlängen.
Bei der Herstellung eines Lichtwellenleiters wird ein Glaspreformstab vertikal aufgehängt und mit einer kontrollierten Geschwindigkeit in einen Ofen bewegt. Die Preform wird in dem Ofen weich, und von dem geschmolzenen Ende des Preformstabs wird durch einen an der Basis eines Ziehturms angeordneten Abzug eine Glasfaser freigezogen. (Obwohl die gezogene Faser einen Durchmesser hat, der viele tausend Male kleiner ist als der Preformstab, weist er das gleiche Brechungsindexprofil auf!) Da die Oberfläche der Glasfaser für durch Abrieb verursachte Schäden anfällig ist, ist es notwendig, die Faser nach dem Ziehen, aber bevor sie mit irgendeiner Oberfläche in Kontakt kommt, zu beschichten. Da der Auftrag eines Beschichtungsmaterials die Glasoberfläche nicht beschädigen darf, wird das Beschichtungsmaterial in einem flüssigen Zustand aufgetragen. Nach dem Auftrag muß das Beschichtungsmaterial verfestigen, bevor die Glasfaser den Abzug erreicht. Dies wird in der Regel innerhalb eines kurzen Zeitraums durch Lichthärtung erreicht, ein Prozeß, bei dem das flüssige Beschichtungsmaterial in einen Feststoff umgewandelt wird, indem es elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt wird. Fig. 1 offenbart einen doppelt beschichteten Lichtwellenleiter 110, dessen Struktur sich zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung eignet. Wie gezeigt, werden zwei Lagen aus Beschichtungsmaterial auf die gezogene Glasfaser 10 aufgetragen, die einen lichtführenden Kern 11 und ein Cladding 14 umfaßt. Die eingehüllte Faser 10 weist einen Durchmesser von ungefähr 125 um auf. Eine als Primärbeschichtungsmaterial bezeichnete innere Lage 111 wird auf die Glasfaser 10 aufgetragen; und eine als Sekundärbeschichtungsmaterial bezeichnete äußere Lage 112 wird auf das Primärbeschichtungsmaterial 111 aufgetragen. Das Sekundärbeschichtungsmaterial weist im allgemeinen einen relativ hohen Modul (z. B. 10&sup9; Pa) auf, um der Handhabung standzuhalten, wohingegen das Primärbeschichtungsmaterial einen relativ niedrigen Modul (z. B. 10&sup6; Pa) aufweist, um ein Kissen bereitzustellen, das Mikrobiegungsverluste reduziert. Das Sekundärmaterial kann aufgetragen werden, während die Primärbeschichtung noch naß ist, und dann werden beide Beschichtungen gleichzeitig durch Strahlung im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums gehärtet.
Fig. 2 veranschaulicht die chromatische Dispersion eines Lichtwellenleiters nach dem Stand der Technik und insbesondere, wie durch die additive Kombination der Anteile Materialdispersion und Wellenleiterdispersion eine insgesamt dispersionsgeglättete Kennlinie 23 erzeugt wird. (Dispersionsgeglättete Fasern weisen im allgemeinen bei zwei Wellenlängen eine Dispersion von Null auf, z. B. 1400 nm und 1700 nm.) Man erinnere sich daran, daß Materialdispersion an sich mit dem bei der Herstellung des Lichtwellenleiters verwendeten tatsächlichen Material verbunden ist. Hier ist die Materialdispersion 21 mit Quarzglas verbunden. Die Wellenleiterdispersion 22 andererseits ist eine Funktion der Form des Brechungsindexprofils. Im Gegensatz zu der Materialdispersion kann die Wellenleiterdispersion innerhalb von Grenzen durch den Auslegungsingenieur geformt werden. Dieses bestimmte Indexprofil ist bei der Auslegung von dispersionsgeglätteten Fasern verwendet worden, wobei die chromatische Dispersion über den sich von 1400-1700 nm erstreckenden breiten Wellenlängenbereich reduziert ist. Beispiele von dispersionsgeglätteten Fasern sind in den US-Patenten 4,372,647 und 4,435,040 gezeigt.
Nun wird auf Fig. 3A Bezug genommen, die allgemein einen Querschnitt einer unbeschichteten Glasfaser 30 offenbart, wobei mehrere Lagen 31-34 gezeigt sind, die jeweils einen anderen Brechungsindex zum Modifizieren der Wellenleiterdispersions-Kennlinie der Faser aufweisen. Fig. 3A legt nahe, daß Änderungen beim Brechungsindex zwischen den Lagen abrupt sind, obwohl dies nicht notwendigerweise der Fall ist. Graduelle Indexänderungen sind üblicher, und solche Fasern sind als Gradienten-Indexfasern bekannt. Dennoch werden zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung abrupte Änderungen gezeigt. Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung auch Gradienten-Indexfasern in Betracht zieht.
Der Lichtwellenleiter 30 umfaßt einen zentralen Kernbereich 31, dessen Brechungsindex nominell n&sub1; ist. Der zentrale Kernbereich 31 ist von einem ersten Zwischenbereich 31 mit einem nominellen Brechungsindex n&sub3; umgeben, der wiederum von einem zweiten Zwischenbereich 33 mit nominellem Brechungsindex n&sub4; umgeben ist. Eine Claddinglage 34 mit einem nominellen Brechungsindex n&sub2; umgibt den zweiten Zwischenbereich. Es wird darauf hingewiesen, daß die Zeichnung von Fig. 3A nicht maßstabsgetreu ist, da der Durchmesser der Claddinglage 34 ungefähr 125 Mikrometer beträgt, während der Durchmesser des zentralen Kerns 31 weniger als 7 Mikrometer beträgt. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, daß Fig. 3A zwar vier (4) getrennte Glaslagen offenbart, bei der Herstellung eines Brechungsindexprofils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wie in Fig. 3B dargestellt, nur drei (3) verwendet werden.
Fig. 3B offenbart ein Brechungsindexprofil einer Faser mit positiver Dispersion gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei sein Indexprofil als Funktion von normierten Brechungsindexdifferenzen Δ&sub1; und Δ&sub2; gezeigt ist, die wie folgt definiert sind:
Δ&sub1; (n&sub1; - n&sub2;)/n&sub2; · 100%; und Δ&sub2; (n&sub3; - n&sub2;)/n&sub2; · 100%
Zu den wünschenswerten Fasereigenschaften zählen niedriger Verlust, niedriges Dispersionsgefälle und eine geeignet große effektive Fläche. Es hat sich herausgestellt, daß diese Fasereigenschaften bei einer Faser mit positiver Dispersion über einen Bereich von Werten für Δ&sub1; und Δ&sub2; erreicht werden, wobei
0,50% < Δ&sub1; < 0,60%; und
-0,15% < Δ&sub2; < -0,05%
Bei einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung sind Δ&sub1; = 0,55% und Δ&sub2; = -0,10%. Ebenfalls bei der spezifischen Ausführungsform betragen der Radius der verschiedenen Lagen: a&sub1; = 3,2 um und a&sub2; = 4,7 um. Das in Fig. 3B offenbarte Faserprofil umfaßt einen germaniumdotierten Siliziumoxidkern, eine fluordotierte Zwischenlage und ein Außencladding aus reinem Siliziumoxid. Dennoch versteht es sich, daß der Kern und die Claddinglagen nicht auf diese Weise aufgebaut sein müssen, da es die relative Differenz der Brechungsindizes ist, die die Vorzüge der vorliegenden Erfindung bereitstellt. Beispielsweise kann der Kern aus reinem Siliziumoxid hergestellt sein, während die Zwischenlage und das Cladding verschiedene Niveaus der Fluordotierung aufweisen können.
Die Spezifikationstabelle für eine Faser mit positiver Dispersion, die sich zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung eignet, ist entwickelt worden. Sie soll jedoch nicht den ganzen Bereich annehmbarer Fasern definieren und wird nur zu veranschaulichenden Zwecken dargestellt.
Dämpfung bei 1550 nm ≤ 0,20 dB/km (Mittelwert)
Modenfeldurchmesser 8,4 ± 0,6 Mikrometer (1550 nm)
Kernexzentrizität < 0,8 Mikrometer
Claddingdurchmesser 125 ± 1,0 Mikrometer
Grenzwellenlänge < 1450 nm (2 m Referenzlänge)
Dispersion > +0,8 ps/(nm-km) (1530-1565 nm)
Dispersionsgefälle < +0,043 ps/(nm²-km) (Mittelwert)
Makrobiegung < 0,5 dB bei 1550 nm (1 Windung, 32 mm)
Makrobiegung < 0,05 dB bei 1550 nm (100 Windungen, 75 mm)
Beschichtungsdurchmesser 245 ± 10 Mikrometer
Kontrolltest 100 kpsi
Fig. 3C offenbart ein Brechungsindexprofil einer Faser mit negativer Dispersion gemäß der vorliegenden Erfindung. Es hat sich herausgestellt, daß diese Fasereigenschaften bei einer Faser mit negativer Dispersion über einen Bereich von Werten für Δ&sub1; und Δ&sub2; erreicht werden, wobei:
0,60 < Δ&sub1; < 0,70;
-0,30 < Δ&sub2; < -0,10; und
0,05 < Δ&sub3; < 0,25;
Bei einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung sind Δ&sub1; = 0,65, Δ&sub2; = -0,25 und Δ&sub3; = 0,10. Ebenfalls in der spezifischen Ausführungsform sind der Radius der verschiedenen Lagen: b&sub1; = 3,4 um; b&sub2; = 5,2 um und b&sub3; = 7,2 um.
Das in Fig. 3C offenbarte Faserprofil umfaßt einen germaniumdotierten Siliziumoxidkern, eine fluordotierte erste Zwischenlage, eine germaniumdotierte zweite Zwischenlage und ein Außencladding aus reinem Siliziumoxid. Dennoch versteht es sich, daß der Kern und die Claddinglagen nicht auf diese Weise aufgebaut sein müssen, da es die relative Differenz der Brechungsindizes ist, die die Vorzüge der vorliegenden Erfindung bereitstellt. Beispielsweise kann der Kern aus einem Siliziumoxid hergestellt sein, während die Zwischenlagen und das Cladding verschiedene Niveaus der Fluordotierung aufweisen können.
Eine Spezifikationstabelle für eine Faser mit negativer Dispersion, die sich zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung eignet, ist entwickelt worden. Sie soll jedoch nicht den ganzen Bereich annehmbarer Fasern definieren und wird nur zu veranschaulichenden Zwecken dargestellt.
Dämpfung bei 1550 nm ≤ 0,20 dB/km (Mittelwert)
Modenfeldurchmesser 8,4 ±0,6 Mikrometer (1550 nm)
Kernexzentrizität < 0,8 Mikrometer
Claddingdurchmesser 125 ±1,0 Mikrometer
Grenzwellenlänge < 1450 nm (2 m Referenzlänge)
Dispersion < -0,8 ps/(nm-km) (1530-1565 nm)
Dispersionsgefälle < +0,043 ps/(nm²-km) (Mittelwert)
Makrobiegung < 0,5 dE bei 1550 nm (1 Windung, 32 mm)
Makrobiegung < 0,05 dB bei 1550 nm (100 Windungen, 75 mm)
Beschichtungsdurchmesser 245 ±10 Mikrometer
Kontrolltest 100 kpsi
Ausführliche Beschreibung von geeigneten Vorgehensweisen zur Herstellung sind ohne weiteres erhältlich. Preforms können monolithisch oder zusammengesetzt sein. Kernbereiche werden bevorzugt durch MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition) oder durch einen der Prozesse, die Rußchemie verwenden, OVD (Outside Vapour Deposition) oder VAD (Vapour Axial Deposition), gebildet. Bekannte Vorgehensweisen (z. B. für Cladding, Overcladding, Beschichtung, Verkabelung usw.) werden durch die Faserauslegung nicht beeinträchtigt.
Fig. 4 offenbart die Kennlinie 43 der chromatischen Dispersion eines Lichtwellenleiters gemäß der vorliegenden Erfindung. Insbesondere offenbart sie, wie ein niedriges Dispersionsgefälle durch die additive Kombination aus den Anteilen Materialdispersion 41 bzw. Wellenleiterdispersion 42 erzeugt wird. Obwohl die Wellenleiterdispersions-Kurve 22 in Fig. 2 für eine dispersionsgeglättete Faser auch ein negatives Gefälle aufweist, steigt die Wellenleiterdispersion bei langen Wellenlängen schnell an, um die zweite Dispersionsnullstelle (bei 1700 nm gezeigt) und eine insgesamt glatte Dispersionskurve 23 zu erzeugen. Eine derartige Glättung wird jedoch tatsächlich erzeugt, wenn die Fundamentalmode effektiv abzuschneiden beginnt, und dies führt zu einem unerwünscht hohen Biegungsverlust.
Fig. 5 ist ein Graph der chromatischen Dispersion einer Faser 43-1 mit positiver Dispersion mit dem in Fig. 3B gezeigten Brechungsindexprofil und einer Faser 43-2 mit negativer Dispersion mit dem in Fig. 3C gezeigten Brechungsindexprofil. Jede dieser Fasern weist einen Verlust auf, der bei 1550 nm nicht größer ist als 0,20 dB/km; eine effektive Fläche, die größer ist als 50 um²; und jede dieser Fasern weist eine Dispersion auf, deren absolute Größe in dem durch die erbiumdotierten Faserverstärker bedienten Wellenlängenbereich (1530-1565 nm) größer ist als 0,8 ps (nm- km). Noch wichtiger ist, daß jede dieser Fasern bei 1550 nm ein Dispersionsgefälle von ungefähr 0,043 dB/(nm²-km) aufweist. Durch diese Charakteristiken werden die Fasern 43-1, 43-2 ideal zur Verwendung bei der Übertragung von WDM-Signalen, wo ein niedriger Verlust und eine kleine Menge an Dispersion über den Erbium-Verstärker-Bereich wünschenswert ist. (Im Gegensatz dazu ist eine unverschobene Siliziumoxidfaser eine mit einem Dispersionsnullpunkt λ&sub0; bei ungefähr 1310 nm, einer Dispersion von ungefähr +17 ps/(nm-km) bei 1550 nm und einem Dispersionsgefälle von ungefähr 0, 095 ps/ (nm²-km) bei 1550 nm.)
Fig. 6 liefert nähere Einzelheiten hinsichtlich des Aufbaus eines praktischen Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Lichtwellenkabel 600 enthält zwei Bündel aus Lichtwellenleitern, die mit einem Garnbindemittel 606 lose umwickelt sind, um eine identifizierbare Einheit zu bilden. Eines der Bündel enthält vorzugsweise Fasern 30-1 mit positiver Dispersion, während das andere Bündel vorzugsweise Fasern 30-2 mit negativer Dispersion enthält, wie in dem US-Patent 5,611,016 erörtert. Und während es vorzuziehen ist, Fasern mit positiver und negativer Dispersion in getrennte Gruppen oder Einheiten aufzuteilen, ist es bei der Ausführung der Erfindung nicht erforderlich. Diese Bündel sind innerhalb eines röhrenförmigen Glieds 605, das aus einem dielektrischen Material wie beispielsweise etwa Polyvinylchlorid oder Polyethylen hergestellt ist, angeordnet. Das umgebende, röhrenförmige Glied 605 ist ein Mantelsystem, das folgendes enthält: ein wasserabsorbierendes Band 603; einen Kunststoffmantel 601, der beispielhaft aus einem Polyethylenmaterial hergestellt ist; und Festigkeitsglieder 602-602, die beispielhaft aus Stahl- oder mit Epoxyharz imprägnierten Glasfasern hergestellt sind. Die Festigkeitsglieder werden dazu verwendet, Belastungen, die ansonsten während der Handhabung oder bei normalem Gebrauch auf die Lichtwellenleiter aufgebracht werden könnten, zu eliminieren oder zu reduzieren, und sie können auf jede beliebige Anzahl bekannter Arten in das Kabel 600 aufgenommen sein. Ein aus dem Kunststoff Kevlar® hergestellter Reißfaden 604 erleichtert das Entfernen des gesamten Mantelsystems 601-603. In der Regel ist innerhalb des röhrenartigen Glieds 605 ein Füllmaterial angeordnet, das dazu dient, die darin enthaltenen Fasern zu polstern und sie dadurch gegen Mikrobiegungsverlust zu schützen.
Fig. 7 offenbart ein WDM-System 700 gemäß der Erfindung. Es besteht aus vier Sendern 71-74, die vier vorbestimmte Wellenlängen im Bereich 1530-1565 nm mit vier unterschiedlichen Basisbandsignalen modulieren. Die modulierten Wellenlängen werden dann über einen passiven 4 : 1-Koppler 75 kombiniert und in eine Faserübertragungsleitung 30-1, 30-2, die einen optischen Verstärker 710 (vorzugsweise einen erbiumdotierten Faserverstärker) enthält, eingeleitet. Bei der Ausführungsform von Fig. 7 besteht die Faserübertragungsleitung 30-1 aus einer vorbestimmten Länge von Faser mit positiver Dispersion, während die Faserübertragungsleitung 30-2 aus einer vorbestimmten Länge von Faser mit negativer Dispersion besteht. Am Empfängerende werden die Vierkanäle entsprechend ihren Wellenlängen durch einen Demultiplexer 85 aufgeteilt und von Empfängern 81-84 verarbeitet, um die einzelnen Basisbandsignale zurückzugewinnen.
Obwohl verschiedene bestimmte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden sind, sind innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung Modifikationen möglich. Zu diesen Modifikationen zählen unter anderem Brechungsindexprofile, die sich zwischen benachbarten Lagen allmählich verjüngen (z. B. Gradientenindexprofile); Variationen hinsichtlich der Breite der Lagen; die Verwendung von unterschiedlichen Dotiermaterialien, um die gleichen allgemeinen Profilformen zu erzielen; und die Verwendung von Kunststoffmaterialien anstelle von Glas bei der Herstellung des Lichtwellenleiters. Es wird angemerkt, daß bei vielen in der Praxis verwendeten Fasern aufgrund des bei der Herstellung der Faser verwendeten Herstellungsprozesses in der Mitte der Faser eine Indexabsenkung existiert. Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung derartige Absenkungen in der Mitte in Betracht zieht, obwohl Fig. 3B und 3C idealisierte Profile zeigen.

Claims

1. Lichtwellenleiter [30] mit einer chromatischen Dispersion, die für alle Wellenlängen im Bereich 1530- 1565 nm positiver ist als ungefähr +0,8 ps/(nm-km), wobei der Lichtwellenleiter einen Kern, der ein zentrales Gebiet [31] transparenten Materials mit einem nominellen Brechungsindex n&sub1; enthält, und eine Schicht transparenten Claddingmaterials [34], die den Kern umgibt und einen nominellen Brechungsindex n&sub2; aufweist, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß

der Kern weiterhin folgendes enthält:

einen ringförmigen Bereich [32] transparenten Materials, der das zentrale Gebiet umgibt und einen nominellen Brechungsindex n&sub3; aufweist, wobei

0,50 < (n&sub1; - n&sub2;)/n&sub2; < 0,60;

-0,15 < (n&sub3; - n&sub2;)/n&sub2; < -0,05; und

der Lichtwellenleiter ein Dispersionsgefälle aufweist, das über den Wellenlängenbereich 1530-1565 nm unter 0,05 ps/(nm²-km) liegt.

2. Lichtwellenleiter [30] mit einer chromatischen Dispersion, die für alle Wellenlängen im Bereich 1530- 1565 nm negativer ist als ungefähr -0,8 ps/(nm-km), wobei der Lichtwellenleiter einen Kern, der ein zentrales Gebiet [31] transparenten Materials mit einem nominellen Brechungsindex n&sub1; enthält, und eine Schicht transparenten Claddingmaterials [34], die den Kern umgibt und einen nominellen Brechungsindex n&sub2; aufweist, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß

der Kern weiterhin folgendes enthält:

einen ersten ringförmigen Bereich [32] transparenten Materials, der das zentrale Gebiet umgibt und einen nominellen Brechungsindex n&sub3; aufweist,

einen zweiten ringförmigen Bereich [33] transparenten Materials, der den ersten ringförmigen Bereich umgibt und einen nominellen Brechungsindex n&sub4; aufweist, wobei

0,60 < (n&sub1; - n&sub2;)/n&sub2; < 0,70;

-0,30 < (n&sub3; - n&sub2;)/n&sub2; < -0,10;

0,05 < (n&sub4; - n&sub2;)/n&sub2; < 0,25; und

3. Lichtwellenleiter [10] nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichtwellenleiter ein Dispersionsgefälle aufweist, das über den Wellenlängenbereich 1530-1565 nm bei 0,043 ± 0,005 ps/(nm²-km) liegt.

4. Lichtwellenleiter [10] nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Faser in einem Umhüllungssystem enthalten ist, das einen Kunststoffmantel [601] enthält, wodurch ein Lichtwellenleiterkabel [600] definiert wird.

5. Wellenlängenmultiplexsystem [700], das folgendes umfaßt: einen ersten Lichtwellenleiter [30-1] nach Anspruch 4, eine an ein Ende des Lichtwellenleiters angeschlossene Multiplexiervorrichtung [75] und eine an das andere Ende des Lichtwellenleiters angeschlossene Demultiplexiervorrichtung [85], wobei die Multiplexiervorrichtung mehrere Quellen [71-74] von bei unterschiedlichen Wellenlängen im Bereich 1530-1565 nm modulierten Lichtsignalen umfaßt, wobei der Lichtwellenleiter einen Übertragungsweg definiert, der die Multiplexiervorrichtung mit der Demultiplexiervorrichtung verbindet, um das Wellenlängenmultiplexsystem [700] zu bilden.

6. Multiplexsystem [700] nach Anspruch 5, bei dem der Übertragungsweg weiterhin einen optischen Verstärker [710] enthält.

7. Multiplexsystem [700] nach Anspruch 6, bei dem der optische Verstärker [710] einen erbiumdotierten Faserverstärker umfaßt.

8. Multiplexsystem [700] nach Anspruch 5, bei dem der Übertragungsweg weiterhin einen mit dem ersten Lichtwellenleiter [30-1] in Reihe geschalteten zweiten Lichtwellenleiter [30-2] enthält, wobei der zweite Lichtwellenleiter eine Kennlinie der chromatischen Dispersion aufweist, deren Gefälle ungefähr gleich dem Gefälle des ersten Lichtwellenleiter ist, dessen Größe aber das entgegengesetzte Vorzeichen der Größe des ersten Lichtwellenleiters im Wellenlängenbereich 1530- 1565 nm aufweist.