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Dokumentenidentifikation DE4440273A1 15.05.1996
Titel Einmodenfaser
Anmelder Deutsche Telekom AG, 53175 Bonn, DE
Erfinder Heitmann, Walter, Dr.-Ing., 64401 Groß-Biberau, DE
DE-Anmeldedatum 11.11.1994
DE-Aktenzeichen 4440273
Offenlegungstag 15.05.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.1996
IPC-Hauptklasse G02B 6/16
Zusammenfassung Bei einer Einmodenfaser mit einem Faserkern und einem Fasermantel zur optischen Nachrichtenübertragung in einem Wellenlängenbereich, der eine Grenzwellenlänge als untere Grenze des Einmodenbereichs aufweist, ist der Fasermantel mit selektiv absorbierenden Stoffen derart dotiert, daß die Grenzwellenlänge kürzer als eine sich ohne Dotierung ergebende Grenzwellenlänge ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Einmodenfaser mit einem Faserkern und einem Fasermantel zur optischen Nachrichtenübertragung in einem Wellenlängenbereich, der eine Grenzwellenlänge als untere Grenze des Einmodenbereichs aufweist.

In der optischen Nachrichtentechnik hat sich als Übertragungsmedium weltweit eine Einmodenfaser auf Quarzglasbasis durchgesetzt, deren nutzbarer Spektralbereich etwa zwischen 1250 nm und 1700 nm liegt. Bei diesem Lichtwellenleiter ist unterhalb von 1250 nm die einmodige Übertragung durch den Einsatz höherer Moden begrenzt. Diejenige Wellenlänge, bei der die Mehrmodigkeit beginnt, wird als Grenzwellenlänge oder Cut-off wavelength bezeichnet.

Bei den üblicherweise verwendeten Standard-Einmodenfasern kann die Grenzwellenlänge etwa in einem Bereich zwischen 1100 nm und 1280 nm liegen. Für die Eignung als breitbandiges Übertragungsmedium in der optischen Nachrichtentechnik sind sowohl eine Einmodigkeit als auch eine niedrige Dämpfung Voraussetzungen. Durch eine geeignete Wahl der Bauart, insbesondere der Abmessungen und des Brechzahlprofils, können Lichtwellenleiter, die etwa zwischen 1250 nm und 1700 nm nutzbar sind, hergestellt werden. Dabei bleibt ein Bereich um die OH-Absorptionsbande bei 1383 nm ausgespart. Bei optischen Nachrichtennetzen ist man bestrebt, möglichst einen großen Wellenlängenbereich für die Übertragung zu nutzen. So ergeben sich auch bei Teilnehmeranschlußleitungen für Wellenlängen unterhalb von 1250 nm interessante Anwendungsmöglichkeiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Einmodenfaser anzugeben, welche im Bereich kürzerer Wellenlängen einen einmodigen Betrieb bei geringer Dämpfung zuläßt, ohne den Wellenlängenbereich, für den die Faser an sich ausgelegt ist, nachteilig zu verändern. Insbesondere soll bei Einmodenfasern, die an sich für den Wellenlängenbereich zwischen 1250 nm und 1700 nm ausgelegt sind, eine zusätzliche Nutzung in einem Bereich zwischen 800 nm und 1100 nm ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Fasermantel mit selektiv absorbierenden Stoffen derart dotiert ist, daß die Grenzwellenlänge kürzer als eine sich ohne Dotierung ergebende Grenzwellenlänge ist. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Fasermantel derart dotiert ist, daß mindestens in äußeren Teilbereichen des Fasermantels Energieverteilungen mit Wellenlängen unterhalb einer sich ohne Dotierung ergebenden Grenzwellenlänge stärker absorbiert werden als Energieverteilungen mit größeren Wellenlängen.

Die erfindungsgemäße Einmodenfaser hat den Vorteil, daß zusätzlich zu dem bisher nutzbaren Spektralbereich ein unterhalb der bisherigen Grenzwellenlänge liegender Bereich für den Einmodenbetrieb nutzbar gemacht werden kann. Da dieser Vorteil nicht durch eine Änderung der Fasergeometrie und des Brechzahlprofils erzielt wird, werden die günstigen Übertragungseigenschaften in dem durch die Fasergeometrie und das Brechzahlprofil gegebenen Bereich praktisch nicht beeinflußt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einmodenfaser besteht darin, daß eine Grenzwellenlänge, die aufgrund der Bauart der Einmodenfaser bei 1300 nm liegt, durch die Dotierung nach 800 nm verschoben ist. Hierdurch wird ein Wellenlängenbereich erschlossen, der aus folgenden Gründen besonders vorteilhaft ist.

Einerseits ist die Dämpfung und die Dispersion bei den relativ kurzen Übertragungsstrecken bei Teilnehmeranschlußfasern (mittlere Entfernung im Netz der Telekom etwa 1,5 km) noch ausreichend gering. Andererseits stehen preiswerte GaAs-Laser als optische Sender und ebenfalls preiswerte Empfänger (Silizium-Photodioden) zur Verfügung. Die Dämpfung von Einmodenfasern liegt bei einer Wellenlänge von 1000 nm bei etwa 1 dB/km, was für ein Ortsnetz ein durchaus ausreichender Wert ist. Die Dispersion von etwa 50 ps/nm·km bei einer Wellenlänge von 1000 nm stellt selbst für Breitbandübertragung im Ortsnetz, mit beispielsweise einer Bitrate von 2,5 Gb/s, kein Problem dar, weil die Strecken kurz sind und als Sender schmalbandige Einmodenlaser mit einer Halbwertsbreite von weniger als 0,1 nm eingesetzt werden können. Voraussetzung ist allerdings, daß der Lichtwellenleiter einmodig überträgt.

Dieses wird bei der erfindungsgemäßen Einmodenfaser durch die Dotierung des Fasermantels mit selektiv absorbierenden Stoffen erzielt. Die elektromagnetischen Felder der Moden höherer Ordnung, die unterhalb der Grenzwellenlänge angeregt werden, dringen nämlich wesentlich weiter in den Fasermantel ein, so daß für diese Moden eine höhere Dämpfung erreicht wird und diese Felder innerhalb kurzer Strecken absorbiert werden. Das elektromagnetische Feld des Grundmodus im Wellenlängenbereich oberhalb der Grenzwellenlänge dringt zwar ebenfalls in den Mantelbereich ein, wird bei der erfindungsgemäßen Einmodenfaser jedoch durch die selektiv absorbierenden Stoffe nicht oder nur unwesentlich gedämpft.

Je nach ursprünglichem Wellenlängenbereich und der gewünschten Erweiterung zu kürzeren Wellenlängen stehen zur Dotierung verschiedene Stoffe zur Verfügung. Bieten diese Stoffe die gewünschte Selektivität, so kann im Sinne einer möglichst einfachen Ausführung des Herstellungsverfahrens vorgesehen sein, daß der Fasermantel homogen dotiert ist. Eine stärker unterschiedliche Dämpfung der Moden höherer Ordnung gegenüber dem Grundmodus ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch möglich, daß der Fasermantel mit von innen nach außen ansteigender Konzentration dotiert ist. Diese Weiterbildung nutzt den Effekt aus, daß Moden höherer Ordnung wesentlich weiter in den Mantelbereich eindringen, als der Grundmodus.

Bei dieser Weiterbildung kann eine allmählich ansteigende Konzentration vorgesehen sein. Je nach Umständen im einzelnen bei der Herstellung der Einmodenfaser kann es jedoch auch günstig sein, wenn nur ein äußerer Bereich des Fasermantels homogen dotiert ist, wobei gegebenenfalls der äußere Bereich des Fasermantels mit von innen nach außen ansteigender Konzentration dotiert werden kann.

Die Absorption von Siliziumgläsern für Lichtwellenleiter, die mit Übergangselementen dotiert sind, ist beispielsweise beschrieben von Peter C. Schultz: "Optical Absorption of the Transition Elements in Vitreous Silica", Journal of The American Ceramic Society, Vol. 57, No. 7, Seiten 309 bis 313, bei Dotierung mit Seltenen Erden von B. James Ainslie et al.: "The Absorption and Fluorescence Spectra of Rare Earth Ions in Silica-Based Monomode Fiber", Journal of Lightwave Technology, Vol. 6, No. 2, February 1988, Seiten 287 bis 293. Diese Beschreibungen beziehen sich zwar auf den Faserkern, die dort beschriebenen Abhängigkeiten der Absorption von der Wellenlänge können jedoch durchaus bei der Verwirklichung der Erfindung im einzelnen angewendet werden. So kann beispielsweise vorteilhaft vorgesehen sein, daß als Dotierstoff ein Übergangselement, insbesondere Vanadium oder Chrom, oder eine Seltene Erde, insbesondere Ytterbium oder Neodym, verwendet wird.

Zur Erzielung einer für die erfindungsgemäße Einmodenfaser günstigen Wellenlängenabhängigkeit der Absorption kann auch vorgesehen sein, daß mehrere Dotierstoffe vorhanden sind, deren Absorptionen sich dann ergänzen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Einmodenfaser und

Fig. 2 verschiedene Verläufe der Konzentration der Dotierung innerhalb des Fasermantels.

Fig. 1 zeigt eine Einmodenfaser mit einem Fasermantel 1 und einem Faserkern 2. Eine weitverbreitete Einmodenfaser dieser Art für einen Wellenlängenbereich von 1250 nm bis 1700 nm hat einen Manteldurchmesser von 125 µm und einen Kerndurchmesser von etwa 10 µm. Zur Absorption von elektromagnetischen Feldern der Moden höherer Ordnung ist bei der erfindungsgemäßen Einmodenfaser der Fasermantel 1 mit selektiv absorbierenden Stoffen dotiert. Die Konzentration der Dotierung ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in einem äußeren Bereich 3 des Fasermantels 1 etwa konstant, während ein innerer Bereich 4 nicht dotiert ist. Damit wird erreicht, daß das nur wenig in den Fasermantel eindringende elektromagnetische Feld des Grundmodus im ursprünglichen Wellenlängenbereich keine oder nur eine geringe Zusatzdämpfung erfährt.

Fig. 2 zeigt verschiedene mögliche Verläufe der Konzentration D der Dotierung in Abhängigkeit vom Radius r. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a liegt eine im wesentlichen konstante Konzentration D innerhalb des ganzen Fasermantels 1 (Fig. 1) vor. Eine solche Dotierung läßt sich bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Einmodenfaser dadurch erreichen, daß beim Aufbau des Fasermantels den üblichen Stoffgemischen Verbindungen des Dotierstoffes im wesentlichen konstanter Konzentration zugeführt werden.

Bei dem in Fig. 2b dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt die Konzentration D mit zunehmendem Radius zu. Dieses kann durch eine steigende Konzentration des Dotierstoffes im Reagenzgas bewirkt werden. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß das in den Fasermantel eindringende elektromagnetische Feld des Grundmodus im ursprünglichen Wellenlängenbereich nicht oder nur wenig absorbiert wird. Dieses wird ebenfalls bei den in den Zeilen c und d der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispielen erreicht. Dabei zeigt Zeile c das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit einer im wesentlichen konstanten Konzentration in dem äußeren ringformigen Bereich 3 des Fasermantels 1. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Zeile d ist eine Dotierung ebenfalls nur in diesem ringförmigen Bereich 3 vorhanden, sie nimmt jedoch von innen nach außen zu.


Anspruch[de]
  1. 1. Einmodenfaser mit einem Faserkern und einem Fasermantel zur optischen Nachrichtenübertragung in einem Wellenlängenbereich, der eine Grenzwellenlänge als untere Grenze des Einmodenbereichs aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fasermantel (1) mit selektiv absorbierenden Stoffen derart dotiert ist, daß die Grenzwellenlänge kürzer als eine sich ohne Dotierung ergebende Grenzwellenlänge ist.
  2. 2. Einmodenfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fasermantel (1) derart dotiert ist, daß mindestens in äußeren Teilbereichen (3) des Fasermantels (1) Energieverteilungen mit Wellenlängen unterhalb einer sich ohne Dotierung ergebenden Grenzwellenlänge stärker absorbiert werden als Energieverteilungen mit größeren Wellenlängen.
  3. 3. Einmodenfaser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grenzwellenlänge, die aufgrund der Bauart der Einmodenfaser bei 1300 nm liegt, durch die Dotierung nach 800 nm verschoben ist.
  4. 4. Einmodenfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fasermantel (1) homogen dotiert ist.
  5. 5. Einmodenfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fasermantel (1) mit von innen nach außen ansteigender Konzentration dotiert ist.
  6. 6. Einmodenfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein äußerer Bereich (3) des Fasermantels (1) homogen dotiert ist.
  7. 7. Einmodenfaser nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Bereich (3) des Fasermantels (1) mit von innen nach außen ansteigender Konzentration dotiert ist.
  8. 8. Einmodenfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierstoff ein Übergangselement, insbesondere Vanadium oder Chrom, verwendet wird.
  9. 9. Einmodenfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierstoff eine Seltene Erde, insbesondere Ytterbium oder Neodym, verwendet wird.
  10. 10. Einmodenfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dotierstoffe vorhanden sind.






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