DE69330200T2

DE69330200T2 - Optische Monomode-Wellenleiterfaser mit niedrigen Krümmungsverlusten

Info

Publication number: DE69330200T2
Application number: DE69330200T
Authority: DE
Inventors: Anthony Joseph Antos; David Kinney Smith
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1992-12-31
Filing date: 1993-12-06
Publication date: 2001-08-30
Anticipated expiration: 2013-12-07
Also published as: CA2109389A1; EP0604787A1; US5278931A; AU5262993A; JPH06235839A; EP0604787B1; DE69330200D1; AU660382B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine optische Monomode-Wellenleiterfaser mit verbesserter Krümmungsleistungsfähigkeit bzw. -effizienz.
Krümmungsverlust ist eine Erscheinung bzw. ein Phänomen, bei dem ein Teil des Lichts, welches durch eine optische Wellenleiterfaser bzw. Lichtwellenleiterfaser läuft aufgrund von physikalischer Krümmung der Faser verloren geht. Ein Teil des Lichtes, welches durch den Kernbereich bzw. -zone einer Faser läuft wird an einer Krümmung der Faser abgestreift und dies führt dazu, dass das Licht verloren geht. Eine Erörterung des Krümmungsverlustes findet man bei Miller et al., Optical Fiber Communications, S. 62-65, S. 92-98, S. 158-161, Academic Press, New York, 1979.
Krümmungs- bzw. Biegungsverlust ist speziell ein Problem bei Anwendungen, welche Bandkabel verwenden. Eine Kabel- Teileinheit ist eine lineare Anordnung von einzelnen optischen Fasern, welche von einem Schutzmantel umgeben sind. Eine Anzahl dieser Kabel-Teileinheiten können innerhalb eines größeren Kabelmantels zusammen mit Verstärkungsgliedern gestapelt und plaziert werden, um ein Bandkabel zu bilden. Bandkabel sind sehr raumeffizient bzw. -sparend und können eine große Zahl von Fasern beinhalten. Typisch sind in einer Kabel- Teileinheit 4 bis 16 Fasern und jeweils 12 bis einige hundert Kabel-Teileinheiten bilden gemeinsam ein Bandkabel.
Aufgrund der Anordnung bzw. des Aufbaus eines großen Bandkabels, können die äusseren Fasern (Randfasern) in jeder einzelnen Kabel-Teileinheit großen Biegungen oder Verdrehungen während der Herstellung der einzelnen Kabel-Teileinheit oder bei einer größeren Kombination einzelner Kabel-Teileinheiten in Kabeln oder während der Installation des fertiggestellten Kabels ausgesetzt sein. Die Krümmungen in den Fasern innerhalb eines Bandkabels können zu großen Krümmungsverlusten führen, wenn die Fasern biegeempfindlich sind. Wenn die Fasern hohe Krümmungsverluste aufweisen, wird ein System, welches derartige Fasern verwendet, höhere Verluste aufweisen. Dies ist besonders in Situationen problematisch, bei welchen die zur Verfügung stehende optische Leistung (der Betrag des zulässigen Verlustes) knapp bemessen ist. Da auch die Krümmung bzw. das Biegen einer einzelnen Faser unvorhersagbar und ungleichmäßig ist, kann der Betrag des Krümmungsverlustes von Faser zu Faser sich merklich unterscheiden.
Der Krümmungsverlust einer optischen Monomode- Wellenleiterfaser wird über ihren Moden-Felddurchmesser (MFD) und ihre Grenzwellenlänge λc berechnet. Wie in Fig. 1 veranschaulicht wird, kann das Verhältnis von MFD/λc als Anzeige. bzw. Kriterium für den Krümmungsverlust einer Faser verwendet werden. Abnehmender Felddurchmesser MFD wird zu höherer Konzentration der optischen Leistungsverteilung im Zentrum der Faser führen. Diese Konzentration der optischen Leistungsverteilung führt dazu, dass geringere optische Leistung in einer Faserbiegung verloren geht und damit zur Reduktion des Krümmungsverlustes führt.
Steigt λc an, so reduziert dies auch die Größe des Leistungsverlustes an einer Krümmung für eine vorgegebene Leistungsverteilung. Da eine optische Wellenleiterfaser ungefähr bei einer Wellenlänge von 1310 nm Monomode - Verhalten aufweisen muss, kann λc nicht wesentlich über 1310 nm angehoben werden. Deshalb kann eine wesentliche Verbesserung des Krümmungsverlustes nur durch Erniedrigen von MFD erreicht werden.
Entsprechend dem Stand der Technik ist als Methode zur Verringerung von MFD sehr gut bekannt, den Brechungsindex delta, Δ, in der Kernzone der Faser anzuheben. Jedoch kann ein Anheben des Brechungsindex Δ, in der Kernzone zu einem unakzeptablen Anwachsen der Wellenlänge λc oder zu unakzeptablem Anwachsen der Wellenlänge für Null - Dispersion, λo, bei 1310 nm führen. Eine bekannte Methode, um λc beizubehalten während MFD abfällt, besteht darin, den Brechungsindex des Kerns Δ anzuheben und gleichzeitig den Radius der Kernzone zu reduzieren. Dies wird zu einem unakzeptablen Anwachsen von λo führen. Auch ein Anheben des Brechungsindex Δ des Kerns in einem Stufenindex- Profil herzustellen ist sehr schwer und kann zu einer höheren Dämpfung in der Faser aufgrund von zunehmender Rayleigh- Streuung führen, welche durch die notwendigen höheren Dotierungskonzentrationen hervorgerufen werden, die notwendig sind, um den Brechungsindex zu erhöhen.
Es gibt ein flaches bzw. kleines Herstellungsfenster in welchem sich MFD, λc und λo in einem akzeptablen Bereich befinden. Für praktische Anwendungen sollte MFD kleiner als ungefähr 9,8 um sein, λc sollte zwischen 1200 und 1320 nm und λo sollte ungefähr zwischen 1301 und 1321 nm sein. Wenn man den Kern- Brechungsindex Δ in einer Stufenindex-Profil-Monomode-optischen Faser bzw. -Lichtfaser ändert, bewegt man sich schließlich ausserhalb dieses Herstellungsfensters, so dass λc und λo nicht länger im akzeptablen Bereich liegen.
Bhagavatula beschreibt im U. S. Patent Nr. 4 715 679 verschiedene Brechungsindexprofile, welche einen Kern mit inneren und äusseren Zonen aufweisen, welche wenigstens durch eine Zone mit geringerem Brechungsindex getrennt sind. Bhagavatula beschreibt ferner, dass durch Ändern des radialen Ortes, der Breite, Tiefe und der Form dieser Zone mit geringerem Brechungsindex die Fasern mit spezieller Wellenleiter-Dispersionscharakteristik entworfen werden körnen. Bhagavatula beschreibt auch, dass, falls der Kernradius zu klein gemacht wird, um die Materialdispersion auszugleichen, unakzeptabel hohe Mikro-Krümmungsverluste auftreten werden. Bhagavatula beschreibt nur innenliegende Kernzonen mit Durchmessern größer als 40%. Es gibt bei Bhagavatula keinen Hinweis bezüglich einem Diffusionsendbereich zwischen der Kernzone und der Ummantelungszone der Faser.
Nakahara et al. beschreiben in der japanischen Patentapplikation Nr. 51-134138 eine Monomode Lichtfaser mit einem Brechungsindexprofil in der Kernzone, welche ein Maximum sowohl im Zentrum als auch am Umfang des Kerns aufweist. Nakahara et al. beschreiben, dass man mit diesem Kern - Brechungsindexprofil den Kerndurchmesser größer machen kann, womit ein leichteres Spleißen möglich wird. Das Vergrößern des Kerndurchmessers führt zum Anwachsen des Moden Felddurchmessers MFD der Faser und damit zu höheren Krümmungsverlusten.
Kawana et al. beschreiben in der japanischen Patentapplikation Nr. 53-97849 eine Monomode Lichtfaser mit einem Brechungsindex im Zentrum der Kernzone, welcher höher ist als der Brechungsindex des äusseren Teils der Kernzone. Kawana beschreibt, dass der Radius des Zentrum der Kernzone kleiner 50% des Kernradius ist, um das Ansteigen von λc zu begrenzen. Die beschriebenen Vorteile beinhalten niedrigere Verluste als ein Ergebnis der geringeren Ableitung des elektromagnetischen Feldes in den Mantelbereich der Faser hinein und niedrigere Krümmungsverluste. Bei Kawana et al. gibt es keine Beschreibung der Auswirkungen des Profildesigns auf MFD oder λo. Ebenso gibt es bei Kawana et al keine Beschreibung bezüglich einem reduzierten Endbereich bzw. Abnahme der Germanium - Diffusion am Übergang zwischen der Kernzone und der Mantelzone oder bezüglich eines Rings mit erhöhtem delta am äußersten Rand der Kernzone.
Reed beschreibt im U. S. Patent Nr. 4 852 968 eine andere Methode um niedrigere Krümmungsverluste in optischen Monomode- Wellenleiterfasern bzw. -Lichtwellenleiterfasern zu erhalten. Reed beschreibt eine Monomode-Lichtfaser mit einer Kernzone, mit einer ersten Mantelzone, welche die Kernzone umgibt, eine Grabenzone, welche die erste Mantelzone umgibt und eine zweite Mantelzone, welche die Grabenzone umgibt. Der Brechungsindex der Grabenzone ist niedriger als die Brechungsindizes der ersten und der zweiten Mantelzone. Reed beschreibt, dass das Vorhandensein der Grabenzone zu niedrigeren Krümmungsverlusten führt verglichen mit Fasern, welche keine Grabenzone aufweisen. Jedoch steigen die Kosten und die Komplexität für das Herstellen von solchen Fasern mit mehreren Mantelzonen und mit verschiedenen Brechungsindizes gegenüber Fasern mit einer einzigen Kernzone und einem gleichmäßigen Mantelprofil.
J. C. Lapp et al., "Segmented-Core Single-Mode Fiber Optimized for Bending Performance", J. of Lightwave Technology, Vol. 6, Nr. 10, S. 1462 - 65, Oktober 1988, beschreibt eine Faser mit einem segmentierten Kernprofil von der Art, wie sie im U. S. Patent Nr. 4 715 679 von Bhagavatula beschrieben wird. Die Profile bei Lapp et al. werden optimiert, um die Krümmungseffizienz bzw. das Übertragungsverhalten bei Krümmungen zu verbessern. Das segmentierte Kernprofil von Lapp et al. besteht darin: i) eine innere Kernregion mit hohem Brechungsindex Δ, ii) eine dazwischenliegende Kernzone mit herabgesetztem delta und iii) eine äußere Kernzone mit hohem delta. Lapp et al. beschreiben delta-Werte für die inneren und äußeren Kernzonen von 0,4 bis 0,5% und delta für die dazwischenliegende Zone von 0,1 bis 0,2%. Lapp et al. beschreiben ferner Durchmesser der inneren Kernzone mit ungefähr 70 bis 90% des Durchmessers der gesamten Kernzone der Faser und eine Dicke der dazwischenliegenden Kernzone mit herabgesetztem delta im Bereich von ungefähr 0,2 bis 1,0 um. Wie später bei der vorliegenden Anwendung diskutiert wird, steigt λc gewaltig an, wenn der Durchmesser der inneren Kernzone größer ist als ungefähr 60% des Durchmessers der gesamten Kernzone der Faser. Auch würde es schwierig sein, die Faser entsprechend dem bei Lapp et al. beschriebenen Profil reproduzierbar herzustellen, da dies eine genaue Kontrolle der Abmessung des verkleinerten Mantels für die enge dazwischenliegende Kernzone erfordert. Eine schlechte Kontrolle des delta in der dazwischenliegenden Kernzone rührt zum Teil von der Diffusion des Dotierungsmaterials sowohl der inneren als auch der äußeren Kernzonen her, welche durch die höheren Konzentrationen des Dotierungsmaterials in den zwei Zonen gegenüber der Konzentration der dazwischenliegenden Zone verursacht wird. Bei Lapp et al. gibt es keine Beschreibung oder keinen Vorschlag bezüglich eines Diffusionsendbereichs zwischen der Kernzone und der Mantelzone der Faser.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Monomode-Wellenleiterfaser bzw. -Lichtwellenleiterfaser zu liefern, bei welcher das Krümmungsverlust - Verhalten der Faser verbessert wird und dabei die Grenzwellenlänge, λc, und die Null - Dispersionswellenlänge innerhalb der Bereiche erhalten bleibt, welche für Telekommunikationsanwendungen verwendet werden, und vorzugsweise eine derartige Faser zu liefern, welche leichter herzustellen ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Lichtwellenleiterfaser mit einer Kernzone und einer Mantelzone bereitgestellt, wobei die Kernzone eine innere Kernzone mit einem höheren Brechungsindex delta als in der äußeren Kernzone aufweist, wobei die Größe des Diffusionsendbereichs zwischen der Kernzone und der Mantelzone kleiner oder gleich 0,006 um² ist und über
Sdt = Δ r dr
berechnet wird, wobei rc der Kernradius ist, definiert als der Punkt bzw. die Stelle, bei welcher der Brechungsindex delta am äußersten Rand der Kernzone gleich ist der Hälfte des Brechungsindex delta der äußeren Kernzone und wobei Δ der Brechungsindex delta als Funktion des Radius ist, wobei der maximale Brechungsindex delta der inneren Kernzone kleiner als ungefähr 0,7% ist und wobei die äußere Kernzone einen Ring am Übergang mit der Mantelregion aufweist, wobei dieser Ring einen Brechungsindex aufweist, welcher um einen Betrag gleich bis kleiner ungefähr 0,1% höher als der der übrigen äußeren Kernzone ist und dieser Ring vom inneren Kern getrennt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt graphisch die Beziehung zwischen Krümmungsverlust und dem Verhältnis von MFD zu λc.
Fig. 2 erläutert die Brechungsindexprofile für eine Faser entsprechend der vorliegenden Erfindung und für eine Stufenindex-Monomode-Faser.
Fig. 3 ist ein Diagramm der optischen Eigenschäften einer Stufenindex-Monomode-optischen Wellenleiterfaser bzw. -Lichtwellenleiterfaser.
Fig. 4 ist ein Diagramm der optischen Eigenschaften einer Faser entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt λc, λo und MFD als Funktion des inneren Kernradius für eine Faser entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 zeigt λo als Funktion des MFD für Fasern mit und ohne dem höheren Δ des sogenannten Rings der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 zeigt λc, λo und MFD als Funktion der Größe des Diffusionsendbereiches.
Fig. 8 zeigt λc, λo und MFD als Funktion der delta-Differenz zwischen dem delta-Spitzenwert des inneren und des äußeren Kerns.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1 erläutert die berechnete Krümmungseffizienz bzw. Krümmungsleistungsfähigkeit als Funktion des Verhältnisses MFD zu λc. Die Krümmungseffizienz in Fig. 1 ist ein berechneter Wert des Stiftfeld- bzw. Stiftanordnung- (pin array-) Krümmungsverlustes. Zur vollständigen Erläuterung des Messens des Stiftfeld- (pin array-) Krümmungsverlustes wird auf J. A. Dixon et al. "Bending and Microbending Performance of Singlemode Optical Fibers", OFC/IOOC '87 Technical Digest, paper TUA2, Seite 40, 1987 verwiesen. Wie Fig. 1 zeigt, steigt der Krümmungsverlust mit steigendem MFD/λc. Da λc nicht weit über 1320 nm angehoben werden kann, um Monomode-Verhalten bei 1310 nm beizubehalten, muss MFD herabgesetzt werden, um die Krümmungseffizienz zu verbessern. Der Krümmungsverlust für eine typische Monomode Lichtfaser liegt bei ungefähr 8 dB. Der bevorzugte Krümmungsverlust für eine Faser entsprechend der vorliegenden Erfindung beträgt weniger als 3 dB.
Fig. 2 zeigt die Brechungsindexprofile für eine Stufenindex -Monomode-Lichtwellenleiterfaser (Kurve 20) und eine Monomode- Lichtwellenleiterfaser mit niedrigem Krümmungsverlust, welche entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde (Kurve 21). Fig. 2 zeigt die %Δ als Funktion des Radius der Faser. %Δ ist die prozentuale Änderung des Brechungsindex der Kernzone bezogen auf den Brechungsindex der Mantelzone.
Das Stufenindex-Monomode-Faserprofil, welches durch Kurve 20 der Fig. 2 dargestellt wird, beinhaltet ein ungefähr konstantes %Δ für den gesamten Kernradius rc. Das Stufenindex- Monomode-Faserprofil weist auch einen Diffusionsendbereich am Übergang zwischen der Kernzone und der Mantelzone der Faser auf. Dieser Diffusionsendbereich wird durch die Diffusion von Dotierungsmaterialien zwischen der Zone des Kerns und der Mantelzone während des Herstellungsprozesses verursacht und ist bei allen Faserherstellungsprozessen schwer zu vermeiden. Eine SiO&sub2;-basierte Faser enthält typischerweise GeO&sub2; in der Kernzone, um den Brechungsindex der Kernzone bezogen auf den Brechungsindex der SiO&sub2;-Mantelzone anzuheben. Ein Teil des GeO&sub2; nahe dem Übergang der Kernzone und der Mantelzone kann von der Kernzone in die Mantelzone während der Herstellung der Faser diffundieren. Diese Diffusion wird den Brechungsindex des Teils der Mantelzone nahe dem Übergang zwischen der Kernzone und der Mantelzone anheben. Der kurze Abfall von %Δ nahe dem Zentrum der Faser bzw. der Faserachse ist ein Artefakt des benutzten Prozesses zum Herstellen der Faser.
Das erfindungsgemäße Profil mit niedrigem Krümmungsverlust, welches in Kurve 21 der Fig. 2 gezeigt wird, beinhaltet eine innere Kernzone 22 mit angehobenem %Δ (hinaus bis zu einem Radius ri), eine äußere Kernregion 23 (hinaus bis zu einem Radius ro, einen Ring 24 mit angehobenem %Δ (von ro bis rc), und einen reduzierten Diffusionsendbereich 25 am Übergang zwischen der Kernzone und der Mantelzone. rc wird als der Punkt bzw. die Stelle nahe dem Übergang zwischen der Kernzone und der Mantelzone definiert, bei dem der Brechungsindex Δ für Fasern entsprechend der vorliegenden Erfindung einen Wert gleich der Hälfte des äußerem Kernbrechungsindex delta erreicht, wobei jeder Ring-Brechungsindex delta ausgeschlossen bleibt. Höheres %Δ in der inneren Kernzone erniedrigt MFD mit nur einem kleinen Anstieg (ungefähr 3 nm) von λc. Während das delta des inneren Kerns mit nahezu linearem Abfall in Fig. 2 gezeigt wird, kann das delta des inneren Kerns konstant bleiben oder nichtlinear reduziert werden. Ein abfallendes delta des inneren Kerns, um solch ein Gradientenprofil zu bilden, wird vorgezogen, da ein solches Profildesign leichter herzustellen ist. Der reduzierte Diffusionsendbereich erniedrigt λc. Der Ring mit höherem äußeren Rand der Kernzone wird dazu benutzt, dem Anstieg von λo entgegenzuwirken, welcher von der Wellenleiter- Dispersion herrührt, welche durch das Anwachsen von %Δ in der inneren Kernzone herrührt. Der kurze Abfall von %Δ nahe dem Zentrum der Faser bzw. der Faserachse ist ein Artefakt des äußeren Bedampfungsprozesses (OVD), welcher zur Herstellung der Faser benutzt wird und ist für die vorliegende Erfindung irrelevant.
Die Auswirkung des Änderns von MFD auf andere optische Parameter wird am besten durch das Nutzen einer graphischen Darstellung bzw. eines Diagramms der optischen Parameter erklärt. Ein Diagramm der optischen Parameter charakterisiert die gegebene Form eines Brechungsindexprofils und zeigt λc als Funktion von MFD bei einer Reihe von λo Werten. Ein Diagramm der optischen Eigenschaften wird durch Berechnen der optischen Eigenschaften mit wenigstens drei Kern-Radien und wenigsten drei Δ's erzeugt. Ein empirisches Modell der Beziehungen innerhalb der Eigenschaften wird mit vielfacher Regression geschaffen, welche Terme dritter Ordnung einschließt. Die Diagramme der Eigenschaften werden vom empirischen Modell aus erzeugt.
Fig. 3 ist ein Diagramm der optischen Eigenschaften für ein Stufenindex-Monomode-Profil wie es mit Kurve 20 der Fig. 2 gezeigt wird. Fig. 3 zeigt λc als Funktion von MFD. Diagonale Linien 30-35 geben λo im Bereich zwischen 1305 nm und 1330 nm in 5 nm - Schritten wieder. Der schraffierte Bereich 36 zeigt das "Fenster" in welchem MFD, λc und λo sich in akzeptablen Bereichen bewegen. Die horizontal gestrichelte Linie gibt MFD gleich 9,75 um wieder (oberhalb dieses MFD - Werts ist der Krümmungsverlust unakzeptabel hoch). Die schraffierte Fläche 36 zeigt an, dass es einen relativ kleinen Arbeitsbereich gibt, wenn in der sich ergebenden Faser praktikable Monomode - Eigenschaften erhalten bleiben sollen. Wie vorher bemerkt, ist es bekannt, dass eine Monomode Faser mit kleinem Krümmungsverlust durch Anheben von Δ in der Kernzone, während gleichzeitig der Radius der Kernzone herabgesetzt wird, hergestellt werden kann. Dieser Arbeitsbereich beinhaltet kein System bzw. keinen Bereich an Eigenschaften mit MFD - Werten unter 8,8 um, welches bzw. welcher die Herstellung einer Stufenindex- Brechungsindex-Profil-Monomode-Faser mit niedrigem Krümmungsverlust verhindert.
Fig. 4 zeigt das Diagramm der optischen Eigenschaften für eine Monomode-Faser mit niedrigem Krümmungsverlust mit der Form des Brechungsindex-Profils entsprechend der Erfindung, wie dies durch Kurve 21 in Fig. 2 gezeigt wird. Diagonale Linien 40-45 geben λo im Bereich zwischen 1305 nm und 1330 nm in Schritten von 5 nm wieder. Der schraffierte Bereich 46 zeigt das "Fenster" in welchem MFD, λc und λo sich in akzeptablen Bereichen bewegen. Die horizontal gestrichelte Linie gibt λc kleiner als 1320 nm, die diagonale Linie 43 gibt λo kleiner 1320 nm, und die vertikal gestrichelte Linie gibt MFD kleiner als 9,75 um wieder. Dies stellt einen relativ großen Arbeitsbereich dar, innerhalb dessen praktische Monomode Eigenschaften beibehalten werden während das Krümmungsverlust-Verhalten der Faser verbessert wird, verglichen mit der Stufenindex- Monomode-Faser in dem Eigenschaftsdiagramm von Fig. 3. Dieser Arbeitsbereich ermöglicht die Herstellung von Monomode-Fasern mit niedrigem Krümmungsverlust indem das Profildesign der vorliegenden Erfindung angewendet wird, weil dieser Arbeitsbereich einen Bereich von Eigenschaften mit MFD-Werten unterhalb von 8,8 um beinhaltet.
Die Auswirkung des Spitzenwerts von delta des inneren Kerns auf die optischen Eigenschaften einer Faser, welche entsprechend der vorliegenden Erfindung gefertigt wurde, wird in Fig. 8 gezeigt. Die x-Achse der Fig. 8 zeigt die delta-Differenz, die Differenz zwischen dem Maximum des delta des inneren Kerns und dem delta zwischen ri und ro des äußeren Kerns. Kurve 80 zeigt λc, Kurve 81 zeigt λo und Kurve 82 zeigt MFD jeweils als Funktion der delta-Differenz. Geht man davon aus, dass das delta des äußeren Kerns gewöhnlich zwischen 0,3 und 0,4% liegt, so zeigt Fig. 8, dass die delta-Differenz höchstens 0,32% betragen sollte, um mit λo kleiner 1320 nm zu bleiben. Dies führt umgerechnet zu einem Maximum des Spitzenwerts delta des inneren Kerns von ungefähr 0,7%, wobei Werte von 0,5 bis 0,65% bevorzugt werden.
Der Durchmesser der inneren Kernzone beeinflusst auch die optischen Eigenschaften. Fig. 5 zeigt, wie sich die optischen Eigenschaften abhängig von der relativen Breite der inneren Kernzone ändern. Die horizontale Achse in Fig. 5 ist die normierte Breite der inneren Kernzone, z. B. das Verhältnis des Radius der inneren Kernzone ri gegenüber dem Radius des Kerns rc. Die Kurven 50, 51 und 52 zeigen die Veränderung von λc, λo und MFD jeweils als eine Funktion von ri/ro. Um einen unakzeptablen Anstieg von λc zu vermeiden, sollte ri/ro kleiner als ungefähr 60% sein, wie dies mit Kurve 50 in Fig. 5 gezeigt wird, wobei Werte von weniger als 40% bevorzugt und Werte um 33% am meisten bevorzugt werden. Kurve 51 zeigt, dass für das Profildesign entsprechend der vorliegenden Erfindung λo nur wenig bei steigendem inneren Kernradius ri angehoben wird. Kurve 52 zeigt die drastische Änderung von MFD als Funktion von ri zu rc.
Die Auswirkung des reduzierten Diffusionsendbereichs wird in Fig. 7 dargestellt, welche λc (Kurve 70), zu λo (Kurve 71) und MFD (Kurve 72) jeweils als Funktion der Größe des Diffusionsendbereichs für ein Brechungsindex-Profil entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Größe des Diffusionsendbereichs kann als der delta-Bereich außerhalb des äußeren Kernradius rc definiert werden.
Die Größe des Diffusuionsendbereichs Sdt wird dann aus folgender Gleichung berechnet:
Sdt = Δ r dr
Wie in Fig. 7 gezeigt wird, wächst λc um ungefähr 100 nm für jedes 0,007 um² der Größe des Diffusionsendbereichs. Für die entsprechend der vorliegenden Erfindung gefertigten Profile ist das Herstellungsfenster, bei dem λc, λo und MFD in akzeptablen Bereichen sind, für λc am Punkt bzw. an der Stelle der größten Breite 90 nm breit. Deshalb sollte Sdt nicht größer als ungefähr 0,006 um² sein und vorzugsweise nicht größer als ungefähr 0,003 um² sein.
Die Auswirkung des Rings 24, wie er in Fig. 2 gezeigt wird, wird in Fig. 6 dargestellt. Fig. 6 zeigt λo als Funktion von MFD für ein Profil mit Ring 24 (Kurve 60) und ohne Ring 24 (Kurve 61). Wie in Figur. 6 gezeigt, ist λo bei vergleichbarem MFD niedriger für ein Profil, welches einen Ring 24 aufweist als für ein Profil ohne Ring 24. Ring 24 gleicht teilweise den Anstieg von λo aus, welcher vom Anstieg Δ des inneren Kerns herrührt. Die Breite des Rings 24 sollte weniger als ungefähr 20% von rc betragen, wobei ungefähr 10% vorzuziehen sind. Die delta-Differenz zwischen dem Brechungsindex delta des Rings 24 und dem Brechungsindex delta der äußeren Kernzone 23 sollte weniger als 0,1% betragen, wobei 0,04% vorzuziehen sind.

Beispiele

Tabelle 1 zeigt unterschiedliche Beispiele von Faser-Profilen entsprechend der vorliegenden Erfindung. Das delta des inneren Kerns wird linear vom Spitzenwert Δ des inneren Kerns, welcher in Tabelle I gezeigt wird bis zum Δ Wert des äußeren Kerns, welcher in Tabelle I gezeigt wird, herabgesetzt. Tabelle I Beispiele
Beispiele 1, 2 und 3 in Tabelle I wurden an einem Computer entsprechend der vorliegenden Erfindung modelliert und die Werte für λo, MFD, λc und für den Krümmungsverlust sind berechnete Ergebnisse, welche auf der theoretischen Profilausbildung basieren. Die Beispiele 4 und 5 in Tabelle I sind Fasern, welche entsprechend der vorliegenden Erfindung gefertigt wurden und die Werte für λo, MFD, λc und den Krümmungsverlust in Tabelle I basieren auf den Messungen, welche an der resultierenden Faser gemacht wurden.

Vergleichendes Beispiel

Es wurde eine Monomode-Faser hergestellt, welche ein Stufenindex-Profil aufweist, wie dies in Kurve 20 der Fig. 2 gezeigt wird. Das %Δ des Kerns war ungefähr 0,35, MFD war 9,37 um, λc war 1241 nm, und λo war 1316 nm. Der Krümmungsverlust war ungefähr 8 dB.

Claims

1. Optische Wellenleiterfaser mit einer Kernzone und einer Mantelzone, wobei die Kernzone eine innere Kernzone (22) mit einem Brechungsindex delta aufweist, welcher höher als der einer äußeren Kernzone (23) ist, wobei die Größe eines Diffusionsendbereichs (25) zwischen der Kernzone und der Mantelzone geringer oder gleich 0,006 um² ist, wie durch

Sdt = Δ r dr

berechnet wird, wobei rc der Kernradius ist, welcher durch den Punkt bzw. die Stelle definiert ist, bei welcher der Brechungsindex delta am äußersten Rand der Kernzone gleich der Hälfte des Brechungsindex delta der äußeren Kernzone ist und wobei Δ der Brechungsindex delta als Funktion des Radius ist, wobei das Maximum des Brechungsindex delta der inneren Kernzone kleiner als ungefähr 0,7% ist, und wobei die äußere Kernzone (23) ferner einen Ring (24) am Übergang zur Mantelzone aufweist, wobei der Ring (24) einen Brechungsindex delta hat, welcher um einen Betrag, gleich oder weniger als ungefähr 0,1%, höher ist, als jener der restlichen äußeren Kernzone (23), und der Ring (24) vom inneren Kern (22) getrennt ist.

2. Optische Wellenleiterfaser nach Anspruch 1, wobei Sdt kleiner oder gleich 0,003 um² ist.

3. Optische Wellenleiterfaser nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Maximum des Brechungsindex delta der inneren Kernzone (22) zwischen ungefähr 0,5% und 0,65% ist.

4. Optische Wellenleiterfaser nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Brechungsindex delta der inneren Kernzone (22) höher ist als der Brechungsindex delta des Rings.

5. Optische Wellenleiterfaser nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Brechungsindex delta des Rings (24) ungefähr 0,04% höher ist als der Brechungsindex delta der übrigen äußeren Kernzone.

6. Optische Wellenleiterfaser nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Durchmesser der inneren Kernzone (22) kleiner oder ungefähr gleich 60% des Durchmessers der Kernzone ist.

7. Optische Wellenleiterfaser nach Anspruch 6, wobei der Durchmesser der inneren Kernzone (22) kleiner als 40% ist.

8. Optische Wellenleiterfaser nach Anspruch 7, wobei der Durchmesser der inneren Kernzone (22) ungefähr ein Drittel des Durchmessers der Kernzone ist.