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Dokumentenidentifikation DE69600121T2 07.05.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0728708
Titel Verfahren zur Herstellung einer polarisationserhaltenden optischen Faser
Anmelder CSELT-Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni S.p.A., Turin/Torino, IT
Erfinder Cocito, Giuseppe, 10090 S. Giusto Can.se (TO), IT;
Grego, Giorgio, S. Francesco al Campo (TO), IT
Vertreter Lederer, Keller & Riederer, 84028 Landshut
DE-Aktenzeichen 69600121
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 22.02.1996
EP-Aktenzeichen 961026556
EP-Offenlegungsdatum 28.08.1996
EP date of grant 17.12.1997
Veröffentlichungstag der Übersetzung europäischer Ansprüche 25.09.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.05.1998
IPC-Hauptklasse C03B 37/027
IPC-Nebenklasse C03C 25/00   G02B 6/16   G02B 6/10   

Beschreibung[de]

Die hier beschriebene Erfindung bezieht sich auf physikalische Träger für optische Kommunikationen und es ist ihr spezieller Gegenstand, ein Verfahren für die Herstellung von monomodalen polarisationserhaltenden optischen Fasern zu schaffen.

Bei vielen Anwendungen von monomodalen optischen Fasern - einschließlich kohärenten Kommunikationssystemen - ist es wichtig, daß das entlang der Faser fortschreitende optische Signal seine Polarisationscharakteristiken konstant und stabil auch in Bezug zu einer starr mit der Faser verbundenen Referenz hält. Ein Weg, diese Bedingung zu erfüllen, ist, daß man als Übertragungsmedium eine sogenannte polarisationserhaltende Faser verwendet.

Eine polarisationserhaltende Faser ist im wesentlichen ein doppelbrechendes Element, also ein Element mit unterschiedlichen Brechungsindizes in zwei zueinander und zur Faserachse orthogonalen Richtungen. Bei der Herstellung dieser Fasern, speziell wenn sie zur Verwendung im Fernmeldewesen gedacht sind, werden allgemein zwei Techniken angewandt, um die Doppelbrechung in einem natürlich isotropen Material wie Glas zu erhalten. Die erste Technik führt zur Herstellung von Fasern, deren Kern keine axiale Symmetrie hat, also beispielsweise elliptisch oder rechteckig ist oder externen Elementen zugeordnet ist, die die Verteilung des geführten elektromagnetischen Felds ändern, und die zweite Technik führt zur Herstellung von Fasern, deren Kern in einem Zustand einer querverlaufenden mechanischen Beanspruchung gehalten wird.

Der Hauptnachteil dieser Techniken ist, daß sie hierauf spezialisierte Herstellungsprozesse erfordern, die nicht zur Herstellung üblicher Fasern verwendet werden können. Es wäre jedoch erwünscht, eine Technik zu verwenden, die im Verlauf eines Herstellungsprozesses, der auch für übliche Fasern verwendet werden kann, die Einführung der Doppelbrechung erlaubt.

Der Artikel "Single Pulse Bragg Gratings Written during Fibre Drawing" von L. Dong und anderen, Electronics Letters, 19. August 1993, Band 29, Nr. 17, Seiten 1577-1578, beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Gittern mit periodischer Änderung des Brechungsindex innerhalb des Faserkerns, während die Faser gezogen wird. Das Verfahren erzeugt Brechungsindexänderungen im Siliciumoxid, das mit Germaniumoxid dotiert ist, unter Verwendung eines UV-Bündels einer solchen Energie, daß es die innerhalb der dotierten Silicamatrix vorhandenen Ge-Ge-Brücken aufbricht. Speziell wird gemäß dem genannten Aufsatz die Faser bestrahlt, und zwar in einem Bereich unmittelbar oberhalb der Vorrichtungen, die die Hülle aufbringen, mit einer Wellenfront, die aus der Interferenz von zwei Teilen eines selben Impulses resultiert, die entlang den beiden Zweigen eines Interferometers gesendet worden sind und die sich entsprechend dem Kern der Faser rekombinieren: Hierdurch wird eine periodische Modulation des Brechungsindex des Kerns erhalten, die die zur Herstellung eines Gitters notwendige periodische Variation der Reflektivität bewirkt. Anstelle des Interferometers kann eine Phasenmaske verwendet werden, wie es beispielsweise durch K. O. Hill u. a. beschrieben wird in "Bragg gratings fabricated in monomode photosensitive optical fibre by UV exposure through a phase mask", Applied Physics Letters, Band 62, Nr. 10, 8. März 1993.

Obwohl das im Aufsatz von L. Dong beschriebene Verfahren auf die Herstellung einer Folge diskreter Komponenten gerichtet ist, könnte die gleiche Technik theoretisch auch zur Herstellung eines Gitters angewandt werden, das entlang einer gesamten Faser verteilt ist, die somit eine polarisationserhaltende Faser sein würde, da das Profil des Brechungsindex entlang unterschiedlichen Achsen eines selben Faserquerschnitts verschieden ist.

Eine Lösung ist jedoch in der Praxis schwierig zu realisieren: Da das Gitter in die Faser in einer Folge von Schritten "geschrieben" wird, kann es Diskontinuitäten aufweisen. Darüber hinaus weist die Herstellung eines Gitters Probleme hinsichtlich der korrekten Ausrichtung der Mittel auf, die die Modulation bewirken, speziell wenn es erwünscht ist, das Profil des Brechungsindex der ursprünglichen Matrix entsprechend mehrfachen, unterschiedlichen Achsen zu ändern; außerdem ist ein Gitter eine von Natur aus Wellenlängen-selektive Struktur, die die Flexibilität der Verwendung der so erhaltenen Faser begrenzt.

Die EP-A-0 045 345 betrifft die Herstellung von polarisationserhaltenden optischen Glasfasern durch strahlungsinduzierte Modifikationen des Kerns, und zwar durch Erhalt eines Beanspruchungsbereichs durch einen Ionenbeschuß.

Statt dessen wird gemäß der Erfindung ein Verfahren geschaffen, das die Herstellung des gewünschten Profils ermöglicht, auch gemäß mehrfachen Achsen, unter Erzielung nicht-selektiver Strukturen.

Dies wird dadurch erreicht, daß das Bündel die Faser direkt und kontinuierlich bestrahlt und zur Faser mit einer Apertur so gesendet wird, daß aufgrund des Effekts der Änderung des Brechungsindex an den Grenzflächen zwischen der äußeren Umgebung und dem Mantel der Faser und zwischen dem Mantel und dem Kern das durch den Kern gehende Bündel ein kollimiertes Bündel ist.

Die Erfindung wird leichter aus der folgenden Beschreibung verständlich, unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Wiedergabe einer Vorrichtung, auf die die Erfindung angewandt wird, zum Ziehen einer optischen Faser; und

Fig.n 2 schematische Darstellungen in vergrößertem Maßstab des bestrahlten Bereichs und 3 der Faser.

Fig. 1 zeigt einen üblichen Ziehturm für optische Fasern, der insgesamt mit 100 bezeichnet ist, mit einem Klemmfutter 1, das eine Vorform 2 trägt, einer Heizvorrichtung 3, einer Einrichtung 4 zum Überwachen des Durchmessers einer im Ziehen befindlichen Faser 8, einem Beschichtungsbecher 5 zum Aufbringen der externen polymeren Hülle auf die Faser, einer die Hülle härtenden UV-Lampe 6 und einer Aufnahme-Antriebsrolle 7 zum Ziehen der Faser 8. Vor dem Erreichen des Beschichtungsbechers wird die Faser kontinuierlich und direkt mit einem UV-Strahlungsbündel 9 bestrahlt, das von einer Quelle 10 abgegeben wird, beispielsweise einem KrF-Excimerlaser mit einer Emissionswellenlänge λ = 248 nm. Das UV-Bündel wird mit Hilfe eines geeigneten optischen Systems, das schematisch durch eine Linse 11 dargestellt wird, auf die Faser gerichtet. Das optische System bewirkt, daß das Bündel 9 auf der Oberfläche der Faser 8 mit einer solchen Apertur eintrifft, daß unter Berücksichtigung der Brechungsindexstufen an den Grenzflächen zwischen der Luft und dem Fasermantel 12 und zwischen dem Fasermantel 12 und dem Kern 13 das Bündel im wesentlichen entsprechend dem Kern 13 kollimiert wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Die Bestrahlung mit einem UV-Bündel, wie oben beschrieben, bewirkt eine Erhöhung des Brechungsindex des Silicaglases entlang der Achse, die der Fortschreitungsrichtung des Bündels entspricht, und in einem Ausmaß, das von der Leistung des Bündels und den Charakteristiken der Matrix abhängt. Beispielsweise kann im Falle einer SiO&sub2;-GeO&sub2;- Matrix eine Erhöhung des Brechungsindex gleich 3 10&supmin;&sup4; erhalten werden, indem man mit einer Quelle bestrahlt, deren Leistung 300 mJ/cm³ beträgt. Folglich verhält sich der bestrahlte Kern wie ein Kern mit unterschiedlichen Dimensionen entlang zwei rechtwinkligen Achsen, und deshalb ist die Faser tatsächlich eine die Polarisation haltende Faser.

Ersichtlich kann die Faser mit mehrfachen Bündeln bestrahlt werden, die entlang unterschiedlichen Richtungen (beispielsweise zwei Bündeln 9, 9', die den Kern in rechtwinkligen Richtungen schneiden, wie in Fig. 3 gezeigt ist) und mit unterschiedlicher Leistung gesendet werden, um eine Asymmetrie im Brechungsindexprofil in verschiedenen Richtungen zu erhalten. Aufgrund der direkten Bestrahlung bietet die Ausrichtung zwischen den verschiedenen Bündeln keine Probleme.


Anspruch[de]

1.Verfahren zur Herstellung von polarisationserhaltenden optischen Silicafasern, bei dem eine Vorform (2) zu einer Faser (8) mit einem Kern (13), in dem wenigstens ein Dotierungsstoff enthalten ist, der in seinen Molekularbrücken durch eine UV-Strahlung brechbar ist, und mit einem Mantel (12) gezogen wird und die Faser (8) während des Ziehens und vor dem Aufbringen externer Hüllen mit wenigstens einem UV-Strahlungsbündel (9) bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel (9) die Faser (8) direkt und kontinuierlich bestrahlt und zur Faser mit einer Apertur so gesendet wird, daß aufgrund des Effekts der Änderungen des Brechungsindex an den Grenzflächen zwischen der äußeren Umgebung und dem Mantel (12) der Faser und zwischen dem Mantel (12) und dem Kern (13) das durch den Kern (13) gehende Bündel (9) ein kollimiertes Bündel ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser (8) mit mehreren UV-Strahlungsbündeln (9, 9') bestrahlt wird, die unterschiedliche Leistung haben und entlang unterschiedlichen Richtungen gesendet werden.







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