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Dokumentenidentifikation DE69513344T2 20.04.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0698582
Titel Verfahren zum Herstellen einer Farbstrennungskompensierenden Glasfaser und ein optisches Übertragungssystem diese Faser enthaltend.
Anmelder Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka, JP
Erfinder Onishi, Masashi, c/o Yokohama Works, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 244, JP;
Amemiya, Koji, c/o Yokohama Works, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 244, JP;
Fukuda, Chie, c/o Yokohama Works, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 244, JP;
Kanamori, Hiroo, c/o Yokohama Works, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 244, JP
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69513344
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 25.08.1995
EP-Aktenzeichen 951133818
EP-Offenlegungsdatum 28.02.1996
EP date of grant 17.11.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.04.2000
IPC-Hauptklasse C03B 37/027
IPC-Nebenklasse C03B 37/012   C03C 13/04   G02B 6/16   H04B 10/18   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glasfaser, die die chromatische Dispersion (DCF) kompensiert, ein optisches Übertragungssystem, das dieselbe verwendet und ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Stand der Technik

Eine Dispersion kompensierende Faser zum Kompensieren der chromatischen (Wellenlängen-)Dispersion von Signallicht ist bekannt. Eine derartige Dispersion kompensierende Faser ist in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0554714 von Joseph Antos et al. aus Corning beschrieben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Glasfaser wird durch Erwärmen und Ziehen einer Glasfaservorform hergestellt. In einem herkömmlichen Ziehprozess wird ein Endstück einer Lichtleitfaservorform festgehalten, während das andere Ende in einer unteren Position herunterhängt. Die Lichtleitfaservorform wird an dem anderen Endstück erwärmt und erweicht, wodurch hiernach eine Lichtleitfaser gezogen wird. Die Lichtleitfaservorform besitzt einen Abschnitt, der als Kern dient, und einen Abschnitt, der als Cladding dient.

Bedauerlicherweise ist es sowohl für den als Kern dienenden Abschnitt wie auch für den als Cladding dienenden Abschnitt schwierig, eine vollständig runden konzentrischen Querschnitt zu erzielen. Genauer gesagt, ist der Querschnitt einer heutzutage hergestellten Lichtleitfaservorform nicht vollständig rund.

Aufgrund dessen ist es schwierig, das Brechungsindexprofil für den Querschnittsaufbau irgendeines Teils der Lichtleitfaser, die durch Ziehen erzielt wurde, vollständig konzentrisch herzustellen. Mit anderen Worten: Der Kern oder das Glätten der aus der Lichtleitfaservorform mit unrundem Querschnitt erzielten Lichtleitfaser weist einen etwas elliptischen oder unrunden Querschnitt auf, so dass kein vollständig konzentrisches Brechungsindexprofil erzielt werden kann.

Die Tatsache, dass das Brechungsindexprofil nicht vollständig konzentrisch ist, bedeutet, dass sich das Brechungsindexprofil der Lichtleitfaser in Radialrichtung ändert. Sich in der Lichtleitfaser fortpflanzendes Licht weist zwei zueinander senkrecht stehende Polarisierungskomponenten auf. Diese Polarisierungskomponenten stehen zur Fortpflanzungsrichtung des Lichtes senkrecht, d. h. zu der Längsrichtung der Lichtleitfaser. Wenn sich das Brechungsindexprofil der Lichtleitfaser in Radialrichtung ändert, wird zwischen den zwei Polarisierungskomponenten ein Gruppengeschwindigkeitsunterschied erzeugt. Wenn eine Gruppengeschwindigkeitsdifferenz zwischen den zwei polarisierten Komponenten erzeugt wird, tritt eine Polarisationsmodusdispersion auf. Wenn die Unrundheit der Lichtleitfaser größer wird, wird aufgrund dessen die Polarisationsmodusdispersion pro Längeneinheit größer.

Für eine Lichtleitfaser für ein Unterwasserkabel oder ein Verbindungskabel sind Charakteristika erforderlich, die eine Übertragung eines Signals mit großer Kapazität über lange Distanzen erlaubt. Wenn die Signalübertragungsmenge groß ist und die Signalübertragungdistanz groß ist, tritt aber der Einfluss der Polarisationsmodusdispersion deutlich auf.

Außerdem wird, wenn die Kernunrundheit im Wesentlichen immer die gleiche ist, der Polarisationsmodusdispersionswert größer, wenn die Dotierungsmenge des Kerns, d. h. GeO&sub2;, größer wird.

Wenn die Lichtleitfaservorform während des Ziehens gedreht wird, tritt die Störung im Querschnitt in einem vorbestimmten Intervall in allen Richtungen von 360º gleichmäßig auf, sogar, wenn der Kern der Lichtleitfaser keine vollständige Rundheit und keinen konzentrischen Querschnitt aufweist.

Wenn die Lichtleitfaservorform während des Ziehens gedreht wird, tritt die Abweichung im Querschnitt an einem vorbestimmten Intervall in allen Richtungen über 360º gleichmäßig auf, sogar wenn in dem Kern der geschaffenen Lichtleitfaser kein vollständig runder und konzentrischer Querschnittaufbau beobachtet wird. Aufgrund dessen kann die verdrehte Lichtleitfaser über die gesamte Länge als zu einer optischen Übertragungsleitung äquivalent erachtet werden, die einen runden und konzentrischen Querschnittsaufbau besitzt.

Ein Verfahren zum Ziehen einer Lichtleitfaser, während die Lichtleitfaservorform verdreht wird (oder gedreht wird), ist in der GB-A-2 101 762 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird der Faser mit einer Rate von 10-50 Drehungen pro Meter eine Drehung verliehen. Dieses Verfahren ist qualitativ hervorragend. Wenn aber eine Lichtleitfaser gemäß dem obigen Stand der Technik hergestellt wurde, erlaubte die Qualität der erzielten Lichtleitfaser nicht die Verwendung in einem Unterwasserkabel. Insbesondere erhöhte sich in der gemäß dem obigen Verfahren hergestellten Lichtleitfaser ein Übertragungsverlust aufgrund von Schwankungen im Außendurchmesser, so dass die Lichtleitfaser keine ausreichende Qualität sicherstellen konnte, die eine Verwendung für ein Unterwasserkabel erlaubt. Wenn die Anzahl der Drehungen pro Längeneinheit größer werden, kann theoretisch die Polarisationsmodusdispersion verringert werden. Der Außendurchmesser der Faser variiert aber über 1 um, wenn die Anzahl der Drehungen pro Meter größer ist als 5.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine die chromatische Dispersion kompensierende Glasfaser, die eine Verwendung für ein Unterwasserkabel erlaubende Eigenschaften aufweist, und ein Verfahren zur stabilen Herstellung derselben bereitzustellen.

Gemäß dem weitesten Aspekt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser, die die chromatische Dispersion kompensiert, geschaffen, das die Schritte umfasst:

(a) Erwärmen einer auf Silika basierenden Vorform einer optischen Faser, die einen Kern und ein den Kern umgebendes Cladding umfaßt, und

(b) Ziehen der Faser von der erwärmten Vorform, während die Vorform um deren Mittellängsachse gedreht wird, wobei

(c) der Kern der Vorform eine Unrundheit von 1% oder weniger aufweist,

(d) (nc-n1)/n1 1% bis 3% beträgt, wobei nc ein Brechungsindex des Kerns ist und n1 ein Brechungsindex des ersten Claddings ist,

(e) die Umdrehungsgeschwindigkeit der Vorform der optischen Faser 10 bis 1000 U/min beträgt,

(f) die Ziehgeschwindigkeit 50 bis 1000 m/min beträgt, und

(g) die Zugspannung 2,4 kg/mm² oder mehr beträgt.

Gemäß dem weitesten Aspekt des optischen Übertragungssystems der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Übertragungssystem geschaffen, das eine die chromatische Dispersion kompensierende Faser aufweist, wobei das System umfasst:

(a) einen Kern aus auf Silika basierendem Glas,

(b) ein den Kern umgebendes erstes Cladding, wobei

(c) (nc-n1)/n1 1% bis 3% beträgt, wobei nc ein Brechungsindex des Kerns ist und n1 ein Brechungsindex des ersten Claddings ist,

(d) der Kern eine Unrundheit von 1% oder weniger aufweist,

(e) die Außendurchmesserabweichung der Faser innerhalb ± 3 um liegt,

(f) die Faser eine Verwindung von 1 bis 20 Drehungen pro Meter aufweist und

(g) die Polarisationsmodusdispersion der Faser nicht mehr als 0,5 ps/km1/2 beträgt.

Der Außendurchmesser der Lichtleitfaser wird unmittelbar nach dem Ziehen durch eine Außendurchmesser-Meßeinrichtung gemessen. Die Faser wird auf eine Spule aufgewickelt. Die Ziehgeschwindigkeit ist innerhalb des oben gegebenen Bereichs proportional der Drehgeschwindigkeit der Spule. Die Spule wird durch einen hiermit verbundenen Motor gedreht.

Die Ziehgeschwindigkeit wird auf der Grundlage des durch die Außendurchmesser-Messeinrichtung gemessenen Werts eingestellt. Wenn der gemessene Außendurchmesser größer ist als ein vorbestimmter Wert, wird die Drehgeschwindigkeit des Motors erhöht, um die Ziehgeschwindigkeit zu erhöhen. Wenn der gemessene Außendurchmesser kleiner wird als der vorbestimmte Wert, wird die Drehgeschwindigkeit des Motors verringert, um die Ziehgeschwindigkeit zu verringern.

Während des wie oben angegeben Ziehvorganges wird die Lichtleitfaservorform um eine Rotationsmittelachse gedreht, d. h. eine Achse, die im Wesentlichen parallel zu einer Mittelachse ist, welche im Wesentlichen mit der Mittelachse der Lichtleitfaservorform übereinstimmt, bei einer Drehgeschwindigkeit von 10 bis 1000 Umdrehungen pro Minute. Die Ziehgeschwindigkeit beträgt 50 bis 1000 m/min.

Die Kernunrundheit dieser Lichtleitfaservorform beträgt 1% oder weniger. Die Kernunrundheit ist als (Dmax-Dmin)/Dmax definiert, wobei Dmax der Maximalwert des Kerndurchmessers der Vorform ist und Dmin der Minimalwert des Kerndurchmessers der Vorform ist. Die Form der sich ergebenden Faser ist im Wesentlichen die gleiche wie die der Faservorform. Aufgrund dessen beträgt die Unrundheit der sich ergebenden Faser ebenso 1% oder weniger. Die Erfinder verwendeten eine Vorform, die eine Kernunrundheit von 0,35% besaß, wodurch eine Glasfaser, die die chromatische Dispersion kompensiert, hergestellt wird, die eine Polarisationsmodusdispersion (PMD) von 0,1 ps/km1/2 besitzt. Wenn die Ziehgeschwindigkeit auf 400 m/min festgelegt wurde, wurde eine Faser mit einer Polarisationsmodusdispersion von 0,08 ps/km1/2 erhalten.

Die Drehgeschwindigkeit der Lichtleitfaservorform beträgt vorzugsweise 50 bis 600 U/min. Die Zugspannung während des Ziehvorgangs beträgt vorzugsweise 2,4 bis 13 kg/mm². Der als Kern der Lichtleitfaservorform dienende Abschnitt enthält GeO&sub2; in einer Konzentration von 5 bis 30 mol%.

Die Drehgeschwindigkeit (vR) wird, wie bereits zuvor genannt, aus einem Bereich von 10 bis 1000 U/min gewählt.

Praktischerweise beträgt der ausgewählte Bereich der Drehgeschwindigkeit (vR) vorzugsweise 50 bis 600 U/min. Die Drehgeschwindigkeit (vP) wird in Anbetracht der Stabilität des Ziehvorgangs auf 50 m/min oder mehr festgelegt, und auf 1000 m/min oder weniger im Hinblick darauf, zu verhindern, dass die Faser während des Ziehvorgangs bricht. Als Ergebnis eines derartigen Drehziehens wird eine Lichtleitfaser erzielt, der über eine Länge (L = vP/vR) von 0,05 bis 100 m (0,08-20 m, wenn die Drehgeschwindigkeit 50 bis 600 U/min beträgt) eine Drehung verliehen ist.

Im Hinblick auf die Viskosität des Silikaglases als Ausgangssstoff für die Lichtleitfaser während des Erweichens wird die Zugspannung vorzugsweise aus einem Bereich von 2,4 bis 13 kg/mm² gewählt, um die Queroszillationsweite so passend festzulegen, dass es nicht zum Bruch kommt.

Die Polarisationsmodusdispersion führt in einer Lichtleitfaser, die eine große spezifische Brechungsindexdifferenz besitzt, zu einem Problem. Das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist aber insbesondere für die Herstellung einer Lichtleitfaser effektiv, die eine derart große spezifische Brechungsindexdifferenz besitzt. Um eine große spezifische Brechungsindexdifferenz zu erzielen, muss die auf Silika basierende Lichtleitfaser in ihrem Kernabschnitt GeO&sub2; in einer Konzentration von 5 bis 30 mol% enthalten.

Unter Berücksichtigung der Viskosität des Silikaglases als Material für die Lichtleitfaser während des Erweichens wird die Zugspannung vorzugsweise in einem Bereich 2,4 bis 13 kg/mm² gewählt.

Da die auf Silika basierende optische Faservorform unter Drehung gezogen wird, führt die Lichtleitfaser eine Bewegung aus, die der Drehung von einem der Generatoren einer Spindel zwischen den feststehenden Punkten der Lichtleitfaser nach dem Ziehvorgang entspricht. Aufgrund dessen muss die zwischen den festen Punkten angeordnete Außendurchmesser- Lasermesseinrichtung den Außendurchmesser eines sich bezüglich der Messeinrichtung bewegenden Zielobjektes messen. In diesem Fall weist die Außendurchmesser- Lasermesseinrichtung vorzugsweise einen Effektivbereich von ungefähr 1-9 mm² auf.

Wenn mittels eines Reaktionsrohrs auf der Oberfläche der Lichtleitfaser ein Kohlenstofffilm auszubilden ist, wird ein Kohlenstofffilm mit hoher Gleichmäßigkeit ausgebildet, da die Lichtleitfaser auch in dem Reaktionsrohr eine, wie zuvor beschrieben, spindelartige Bewegung ausführt.

Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen noch besser verständlich, wobei die Zeichnungen lediglich zur Darstellung dienen und nicht als die vorliegende Erfindung beschränkend zu erachten sind.

Von der nachfolgend gegebenen detaillierten Beschreibung wird der weitere Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung deutlicher werden. Es versteht sich jedoch, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Ausführungsbeispiele nur bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung andeuten und nur zur Darstellung vorhanden sind, da verschiedene Änderungen und Modifikationen, die in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, für Fachleute aus dieser detaillierten Beschreibung deutlich werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Lichtleitfaser gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 1B ist eine Ansicht, die eine Lichtleitfaservorform zeigt, die in dem im Gerät in Fig. 1A verwendet wird,

Fig. 1C ist eine Ansicht, die eine mit Kohlenstoff umhüllte Lichtleitfaser zeigt,

Fig. 1D ist eine Ansicht, die eine mit einer Mantelhülle ummantelten Lichtleitfaser zeigt,

Fig. 1E ist eine Ansicht, die den Querschnitt der Lichtleitfaser entlang eines Pfeils X-X und dazugehörige Brechungsindexprofil zeigt,

Fig. 2 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung der Lichtleitfaservorform, wie sie in der Fig. 1B gezeigt ist, zeigt,

Fig. 3 ist ein Ablaufschaubild, das ein eine Dispersion kompensierende Faser einsetzendes System zeigt,

Fig. 4 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit und Außendurchmesserschwankungen einer durch das Verfahren der ersten Ausführungsform hergestellten Lichtleitfaser zeigt,

Fig. 5 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Zugspannung und Außendurchmesserschwankungen der gemäß der ersten Ausführungsform hergestellten Lichtleitfaser zeigt,

Fig. 6 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Ziehgeschwindigkeit und Außendurchmesserveränderungen der gemäß der ersten Ausführungsform hergestellten Lichtleitfaser zeigt,

Fig. 7A ist eine Kurve, die die Polarisationsmodusdispersion (ps/km1/2) einer Faser zeigt, die unter Verwendung einer Vorform hergestellt ist, welche einen Kern mit einer Unrundheit von 0,34 (%) besitzt, wobei die Anzahl der Drehungen (Drehung/m) der Vorform während des Ziehvorgangs auf der Abszisse aufgetragen ist, während die Polarisationsmodusdispersion (ps/km1/2) einer mit dieser Anzahl an Drehungen hergestellten Lichtleitfaser auf der Ordinate aufgetragen ist, wobei ein weißer Kreis einen gemessenen Wert darstellt und ein schwarzer Kreis einen berechneten Wert darstellt,

Fig. 7B ist eine Kurve, die die Polarisationsmodusdispersion (ps/km1/2) einer Faser zeigt, die unter Verwendung einer Vorform hergestellt ist, welche einem Kern mit einer Unrundheit von 0,40 (%) besitzt, wobei die Anzahl an Drehungen (Drehung/m) der Vorform während des Ziehvorgangs auf der Abszisse aufgetragen ist, während die Polarisationsmodusdispersion (ps/km1/2) einer mit der Anzahl an Drehungen in der gestellten Lichtleitfaser auf der Ordinate aufgetragen ist, wobei ein weißer Kreis einen gemessenen Wert und ein schwarzer Kreis einen berechneten Wert darstellt,

Fig. 7C ist eine Kurve, die die Polarisationsmodusdispersion (ps/km1/2) einer Faser zeigt, die unter Verwendung einer Vorform hergestellt ist, welche einen Kern mit einer Unrundheit von 0,68 (%) besitzt, wobei die Anzahl an Drehungen (Drehung/m) der Vorform während des Ziehvorgangs auf der Abszisse aufgetragen ist, wobei die Polarisationsmodusdispersion (ps/km1/2) einer mit der Anzahl an Drehungen hergestellten Lichtleitfaser auf der Ordinate aufgetragen ist, wobei ein weißer Kreis einen gemessenen Wert und ein schwarzer Kreis einen berechneten Wert darstellt,

Fig. 7D ist eine Kurve, die die Polarisationsmodusdispersion (ps/km1/2) einer Faser zeigt, die unter Verwendung einer Vorform hergestellt ist, welche einen Kern mit einer Unrundheit von 0,89 (%) besitzt, wobei die Anzahl an Drehungen (Drehung/m) der Vorform während des Ziehvorgangs auf der Abszisse aufgetragen ist, wobei die Polarisationsmodusdispersion (ps/km1/2) einer mit der Anzahl an Drehungen hergestellten Lichtleitfaser auf der Ordinate aufgetragen ist, wobei ein weißer Kreis einen gemessenen Wert und ein schwarzer Kreis einen berechneten Wert darstellt,

Fig. 7E ist eine Kurve, die die Polarisationsmodusdispersion (ps/km1/2) einer Faser zeigt, die unter Verwendung einer Vorform hergestellt ist, welche einen Kern mit einer Unrundheit von 0,1-10 (%) besitzt, wobei weiße Kreise die gemessenen PMD-Werte der ohne Drehung geformten Fasern darstellen und schwarze Kreise die gemessenen PMD-Werte der unter Beibehaltung der Drehung geformten Fasern darstellen und eine durchgezogene Linie den berechneten Wert von PMD darstellt,

Fig. 8 zeigt einen Querschnitt der in Fig. 2 dargestellten Faservorform,

Fig. 9A ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Lichtleitfaser gemäß der zweiten Ausführungsform,

Fig. 9B ist eine Ansicht, die eine Lichtleitfaservorform zeigt, die in dem Gerät in Fig. 9A verwendet ist,

Fig. 9C ist eine Ansicht, die den Querschnitt der Lichtleitfaser von Fig. 9A entlang eines Pfeils X-X und dessen Brechungsindexprofil zeigt,

Fig. 9D ist eine Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung der in Fig. 9B gezeigten Lichtleitfaservorform zeigt, und

Fig. 9E ist eine Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung der in Fig. 9B gezeigten Lichtleitfaservorform zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser, die die chromatische Dispersion kompensiert, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Für die gleichen Elemente sind in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet und aufgrund dessen wird auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.

Wie in Fig. 1A gezeigt, wird mit dem Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser gemäß der ersten Ausführungsform eine auf Silika basierende Lichtleitfaservorform 100 vorbereitet. Die Lichtleitfaservorform 100 wird durch das Dampfphasen- Axialablagerungsverfahren (VAD-Verfahren), das Außenseitendampfphasen-Ablagerungsverfahren (OVD-Verfahren), das modifizierte chemische Bedampfungsverahren (MCVD- Verfahren) oder das rod-in-tube-Verfahren hergestellt.

Die Faservorform dieser Ausführungsform wurde durch das in Fig. 2 gezeigte rod-in-tube-Verfahren hergestellt. Genauer gesagt wird ein Loch in einem Claddingmaterial 100b ausgebildet und ein Kernmaterial 100a wird in das Loch eingeführt, wodurch die Vorform 100 hergestellt wird.

Die Unrundheit (%) des Kernmaterials 10a beträgt 1% oder weniger. Die Unrundheit des Kernmaterials ist, wie in Fig. 8 gezeigt, definiert:

Unrundheit (%) = (Dmax-Dmin)/Dmax · 100, wobei Dmax der Maximalwert des Durchmessers des Kernmaterials 100a ist, und Dmin der Minimalwertdurchmesser des Kernmaterials 100a ist.

Die Lichtleitfaservorform 100 wird in einer Drehspannvorrichtung 210 befestigt und in einen Ziehofen 200 eingesetzt. Durch Antrieb eines Motors 220 wird die Lichtleitfaservorform 100 beinahe um ihre Mittelachse (Drehgeschwindigkeit vR = 10-1000 U/min) als Drehmittelpunkt gedreht.

Zu diesem Zeitpunkt wird das untere Ende der Lichtleitfaservorform 100 durch ein Heizgerät 230 erwärmt, um eine Lichtleitfaser 150 (Ziehgeschwindigkeit vP = 50-350 m/min.) zu ziehen. Die gezogene Lichtleitfaser 150 läuft durch ein Reaktionsrohr 400 zur Ausbildung eines Kohlenstofffilms. Ein CHCl&sub3; und C&sub2;H&sub4; enthaltendes Gas wird in das Reaktionsrohr 250 eingespeist. Das CHCl&sub3; und C&sub2;H&sub4; in dem Gas reagieren mit der Oberfläche der Lichtleitfaser 150. Kohlenstoff legt sich auf die Oberfläche der Lichtleitfaser und bildet somit einen Kohlenstofffilm 151.

Da die Lichtleitfaser 150 eine spindelartige Drehung in dem Reaktionsrohr 250 ausführt, wird der Kohlenstofffilm 151 mit hoher Gleichmäßigkeit ausgebildet. Der Außendurchmesser einer Lichtleitfaser 160, die mit Kohlenstoff ummantelt ist, wird durch eine Außendurchmesser-Lasermesseinrichtung 300 gemessen. Gemäß der Drehung der Lichtleitfaservorform 100 wird die sich ergebende Lichtleitfaser 100 nicht in eine gerade, sondern in eine spindelartige Form geformt. Die Außendurchmesser-Lasermesseinrichtung 300 besitzt einen Messbereich, der die Außendurchmessermessung sogar dann erlaubt, wenn sich durch die Bewegung der Lichtleitfaser 160 die Position des zu messenden Zielobjekts ändert.

In dieser Ausführungsform beträgt der Messbereich 5 mm². Die notwendige Messfläche hängt von der festgelegten Position der Außendurchmesser-Lasermesseinrichtung ab, so dass es normalerweise passend ist, sie in einem Bereich von 1-9 mm² auszuwählen. Das Messergebnis wird zu einer Ziehprozess- Steuereinheit 400 weitergeleitet. Die Ziehprozess- Steuereinheit 400 steuert die Heiztemperatur oder die Ziehgeschwindigkeit auf der Grundlage des gemessenen Wertes, so dass der Außendurchmesser einen vorbestimmten Wert (normalerweise 125 um) besitzt.

Wenn für die gesamte Lichtleitfaser 160 eine beinahe konstante Anzahl an Drehungen (L[m]) des Kerns zu erzielen ist, werden die Drehgeschwindigkeit (vR[U/min]) und die Ziehgeschwindigkeit (vP[m/min]) wie folgt gesteuert:

L = vP/vR = konstanter Wert.

Die Lichtleitfaser 160, die durch die Außendurchmesser- Lasermesseinrichtung hindurchläuft, läuft durch ein flüssiges Harz 510, das in einer Harzbeschichtungsform 500 gelagert ist. Das Harz haftet an der Oberfläche der durch das flüssige Harz 510 laufenden Lichtleitfaser 160 fest. Die mit dem Harz versehene Lichtleitfaser 170 wandert durch den Strahlungsbereich einer UV-Lampe 600, um das Harz zu trocknen und es ergibt sich eine harzbeschichtete Lichtleitfaser 180. Die harzbeschichtete Lichtleitfaser 180 wird auf eine Trommel 700 aufgewickelt.

Eine Drehung oder Verdrehung wird dem Kern der in der obigen Weise erzielten Lichtleitfaser 180 (enthaltende Lichtleitfasern 150, 160, 170) über eine Länge = vP/vR verliehen. Die Abweichung in dem Querschnittsaufbau der Lichtleitfaser tritt in allen Richtungen über 360º in einer vorbestimmten Länge gleichförmig auf. Aufgrund dessen kann die gesamte Länge der Lichtleitfaser als zu einer optischen Übertragungsleitung äquivalent erachtet werden, die eine runde und konzentrische Struktur besitzt.

Die Verbesserung der Polarisationsmodusdispersion durch diese Verdrehung ist in "A. J. Barlow et al.: APPLIED OPTICS, Band 20, Nr. 17, 1. September 1981, Seiten 2962-2968" quantitativ beschrieben.

PMD (Φ) = (1/2Φ) · (B/λ) · PMD (Φ = 0) (1)

wobei

Φ: Anzahl der Drehungen des Kerns pro Längeneinheit der Lichtleitfaser,

PMD(Φ) Polarisationsmodusdispersion (ps/km1/2), wenn die Anzahl der Drehungen Φ beträgt,

PMD(0): Polarisationsmodusdispersion (ps/km1/2), wenn die Anzahl der Drehungen 0 ist,

B: Doppelbrechung der Lichtleitfaser (ohne Dimension),

λ: Wellenlänge des Lichtes (km)

PMD = B/C

wobei

C: Lichtgeschwindigkeit = 3 · 10&sup5; km/sek.

Es ist zu bemerken, dass die Gleichung (1) durch Ersetzen des Wertes B an jeder Kernunrundheit erzielt wurde. Die Wellenlänge λ wurde auf 1,55 um = 1,55 · 10&supmin;&sup7; km festgesetzt.

Die Fig. 7A bis 7D sind Kurven, die die Werte BMD zeigen, die gemäß der Gleichung (1) erhalten wurden. Wie aus diesen Kurven deutlich wird, kann der Wert PMD auf 0,5 ps/km1/2 oder weniger festgelegt werden, wenn die Kernunrundheit 1% oder weniger beträgt und die Anzahl der Drehungen pro Längeneinheit auf drei Umdrehungen pro Meter oder mehr festgelegt ist. Eine Faser, die die chromatische Dispersion kompensiert und mit einer Rate von 1-20 Umdrehungen pro Meter verdreht ist, ist für ein optisches Übertragungssystem der Fig. 3 verwendbar.

Die Fig. 4 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit (U/min) der Lichtleitfaservorform und Schwankungen im Außendurchmesser der Lichtleitfaser (um) zeigt. Diese Kurve wurde als Ergebnis eines Experimentes durch die Erfinder erhalten.

Die Bedingungen für dieses Experiment waren wie folgt:

Material der Vorform: Quarzglas (Silikaglas),

Außendurchmesser der Vorform 100 : 36 mm,

GeO&sub2;-Konzentration im Kern 100a: 10 mol%,

Ziehgeschwindigkeit: 100 m/min

Zugspannung: 6,5 kg/mm² (entspricht einer aufgebrachten Spannung von 80g für eine vollständige Faser mit einem Durchmesser von 125 um).

Die Form der Vorform und die Konzentration von dem Dotiermittel stimmen mit denjenigen der von dieser Vorform hergestellten Faser überein. Die Fig. 1E ist eine Ansicht, die den Querschnitt der hergestellten Lichtleitfaser und dessen Brechungsindexprofil zeigen. Der Durchmesser des Kerns 1100a beträgt 5 um. Der Durchmesser eines Claddings 1100b beträgt 125 um. Die Dicke des Kohlenstofffilms 151 beträgt 300 Å. Die Dicke des Harzes beträgt 58 um.

Der Durchmesser des Kerns 1100a kann auch 2 um bis 6 um betragen. Der Durchmesser des Claddings 1100b kann auch 122 bis 128 um betragen. Die Dicke des Kohlenstofffilms 151 kann auch 100 bis 1000 Å betragen. Die Dicke des Harzes kann auch 20 bis 70 um sein. Die GeO&sub2;-Konzentration des Kerns 1100a beträgt 10 mol%. Es ist aber auch möglich, dass sie 7 mol% bis 30 mol% beträgt. Die F-Konzentration des Claddings 1100b beträgt 0,5 Gew.-%. Es ist aber auch möglich, dass sie 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-% beträgt.

Schwankungen im Außendurchmesser der Lichtleitfaser sind mit einem Übertragungsverlust verbunden. Da die Schwankungen im Außendurchmesser kleiner werden, wird auch der Übertragungsverlust kleiner. In einer zur praktischen Verwendung dienenden Lichtleitfasern mit einem Durchmesser von 125 um befinden sich die Schwankungen des Außendurchmessers vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von ungefähr ± 3 um. Wie aus der Kurve der Fig. 4 deutlich wird, liegen die Schwankungen des Außendurchmessers innerhalb eines Bereichs von ungefähr ± 3 um, wenn die Drehgeschwindigkeit 10 bis 1000 U/min beträgt.

Der Grund hierfür ist folgender. Bei einer niedrigen Drehgeschwindigkeit von 10 U/min. oder weniger ist die Drehung der Lichtleitfaservorform nicht stabil. Im Gegensatz hierzu tritt bei einer hohen Drehgeschwindigkeit von 1000 U/min. oder mehr an dem erwärmten und erweichten Abschnitt der Lichtleitfaser durch die Zentrifugalkraft eine Abknickung ein. Um die Schwankungen im Außendurchmesser zu minimieren, wird die Drehgeschwindigkeit vorzugsweise auf 50 bis 600 U/min. festgesetzt, wie es aus der Kurve der Fig. 4 deutlich wird.

Fig. 5 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der auf die Lichtleitfaservorform ausgeübte Zugspannung und Schwankungen im Außendurchmesser der Lichtleitfaser zeigt. Diese Kurve wurde als Ergebnis eines durch die vorliegenden Erfinder durchgeführten Experimentes erhalten. Die Bedingungen für diese Experimente waren wie folgt:

Material der Vorform: Quarzglas (Silikaglas),

Außendurchmesser der Vorform 100 : 36 mm,

GeO&sub2;-Konzentration im Kern 100a: 10 mol%,

Ziehgeschwindigkeit: 1000 m/min.,

Drehgeschwindigkeit: 300 U/min.

Wie aus der Kurve der Fig. 5 deutlich wird, wird die Zugspannung vorzugsweise auf 2,4 bis 13 kg/mm² festgelegt, um die Schwankungen im Außendurchmesser zu minimieren. Der Grund hierfür ist wie folgt. Bei einer Zugspannung von 2,4 kg/mm² oder weniger wird der endgültige Außendurchmesser durch eine große Verwirbelung der sich ergebenden Lichtleitfaser instabil. Bei einer Zugspannung von 13 kg/mm² oder mehr tritt normalerweise ein Bruch der Lichtleitfaser auf. Bei einer Zugspannung von 16 kg/mm² oder mehr bricht die Lichtleitfaser immer. Fig. 6 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Ziehgeschwindigkeit der Lichtleitfaser und Schwankungen im Außendurchmesser der Lichtleitfaser zeigt. Diese Kurve wurde infolge eines durch den vorliegenden Erfinder durchgeführten Experimentes erhalten. Die Bedingungen für dieses Experiment waren wie folgt:

Material der Vorform: Quarzglas (Silikaglas),

Außendurchmesser der Vorform 100 : 36 mm,

GeO&sub2;-Konzentration im Kern 100a: 10 mol%,

Drehgeschwindigkeit: 300 U/min.

Zugspannung: 10 kg/mm.

Wie aus der Kurve der Fig. 6 deutlich wird, ist die Ziehgeschwindigkeit auf 50 bis 1000 m/min. festgesetzt, um die Schwankungen im Außendurchmesser zu minimieren.

Die durch die Kurve der Fig. 4 bis 6 gezeigten Beziehungen sind experimentielle Ergebnisse unter den obigen Bedingungen. Sogar wenn die Drehgeschwindigkeit, die Zugspannung und die Ziehgeschwindigkeit innerhalb der bevorzugten Bereiche, die aus den Fig. 4 bis 6 hergeleitet wurden, variieren, konnten die gleichen Beziehungen, wie zuvor beschrieben, beobachtet werden.

Eine Ausführungsform des Verfahrens der Herstellung einer auf Silikaglas basierenden Lichtleitfaser wurde zuvor beschrieben.

Es wurde eine Lichtleitfaser hergestellt, die das Brechungsindexprofil (A-Typ) in Fig. 1E besitzt. Die Herstellungsbedingungen und Eigenschaften der Lichtleitfaser sind in den Tabellen I bis V gezeigt.

Tabelle I
Tabelle II
Tabelle III
Tabelle IV
Tabelle V

Es wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. Eine in der Fig. 9A gezeigte Herstellungsvorrichtung ist die gleiche wie sie in der Fig. 1A gezeigt ist. Die Fig. 9B ist eine Ansicht, die eine Lichtleitfaservorform 800 zeigt, die in diese Vorrichtung eingesetzt ist. Die Vorform 800 wird durch das rod-in-tube-Verfahren, wie es in den Fig. 9D und 9E gezeigt ist, hergestellt.

Zuerst werden ein zylindrischer Stab für den Kern 13 und ein zylindrischer Stab für das erste Cladding 11 durch das VAD- Verfahren hergestellt. Der Kernstab 13 besteht aus Silikaglas, das mit GeO&sub2; dotiert ist. Die Dotiermenge von GeO&sub2; wird so eingestellt, dass der Brechungsindex proportional zur zweiten bis fünften Potenz des Abstandes zum Umfang vom Mittelpunkt abnimmt. Der Brechungsindex in dem Kernstab 13 kann stufenweise mit einer Zunahme des Abstands vom Mittelpunkt abnehmen. Das erste Cladding 11 ist Silikaglas, das gleichmäßig mit Fluor dotiert ist.

Der erste Claddingstab 11 wird zur Ausbildung eines Lochs 11 h zum Einführen des Kernstabs 13 perforiert. Dann wird der Kernstab 13 in das Loch 11 h eingesetzt.

Nachfolgend wird ein zylindrischer Stab für das zweite Cladding 12 durch das VAD-Verfahren hergestellt. Der zweite Claddingstab 12 besteht aus reinem Silikaglas. Der zweite Claddingstab 12 wird mit einem Loch 12 h zum Einführen des ersten Claddingstabes 11 durchlöchert. Dann wird der erste Claddingstab 11 mit dem hierin befindlichen Kernstab 13 in das Loch 12 h eingesetzt und diese Zusammenstellung wird erwärmt, um eine Vorformung 800 zu vervollständigen.

Diese Vorform 800 wird unter Verwendung der in der Fig. 9A gezeigten Vorrichtung, während sie gedreht wird, gezogen, um eine Faser 103 herzustellen. Ein Ende der Vorform 800 wird durch ein Heizgerät 230 erwärmt, so dass das Ende geschmolzen wird. Das geschmolzene Ende der Vorform 800 wird zur Erzielung einer Lichtleitfaser gekühlt. Die Lichtleitfaser wird über eine Rolle PL1 auf eine Aufnahmerolle (Spule) 700 aufgewickelt. Eine von der Vorform 800 gezogene Glasfaser wird mittels eines Kohlenstoffbeschichtungsgerätes 250 mit einem Kohlenstofffilm 400 ummantelt. Der Kohlenstoff 4 wird mit einem Ummantelungsmaterial (Harzfilm) 5 beschichtet. Wie in der Fig. 9C gezeigte Lichtleitfaser ist die auf die Aufnahmerolle 700 in Fig. 9A aufgerollte Lichtleitfaser 103. Der Brechungsindex des Harzfilms 5 ist höher als der des zweiten Claddings.

Die in der Fig. 9C gezeigte, sich ergebende Lichtleitfaser, die die chromatische Dispersion kompensiert, wird nachfolgend beschrieben. Diese die chromatische Dispersion kompensierende Faser ist eine "Doppelcladding"-Faser. Diese die chromatische Dispersion kompensierende Lichtleitfaser ist mit einem Kern 3, einem ersten Cladding 1, das den Kern 3 umgibt, einem zweiten Cladding 2, das das erste Cladding 1 umgibt, der Kohlenstoffbeschichtung 4 und dem das zweite Cladding 2 umgebenden Harzmantel 5 versehen.

Der Brechungsindex des zweiten Claddings 2 ist niedriger als der des Kerns, jedoch höher als der des ersten Claddings. Wenn der Brechungsindex des Kerns 3 nc beträgt, der des ersten Claddings 1 n1 und der des zweiten Claddings 2 n2 beträgt, trifft die folgende Beziehung zwischen diesen Brechungsindizes zu: d. h. n1 < n2 < nc. Ein Brechungsindex n5 des Harzes 5 ist höher als der des zweiten Claddings 2 und höher als der des Kerns 3. Ferner ist (nc-n1)/n1 1% bis 3%.

Der Durchmesser (2Da) des Kerns 3 ist größer als 2 um, jedoch kleiner als 4 um. Das Verhältnis Ra = (Da/Db) des Durchmessers (2Da) des Kerns 3 zum Außendurchmesser (2Db) des ersten Claddings 1 beträgt 0,3 bis 0,6. Die spezifische Brechungsindexdifferenz des Kerns 3 zu dem zweiten Cladding 2, Δ&spplus; = (nc - n2)/n2, ist größer als 0,02, jedoch kleiner als 0,03. Die spezifische Brechungsindexdifferenz des ersten Claddings 1 zu dem zweiten Cladding 2, Δ&supmin; = (n2 - n1)/n2 ist größer als 0,004, jedoch kleiner als 0,01. Des weiteren beträgt ein Biegeverlust Lbend dieser Faser bei einer Wellenlänge von 1,55 um mit einem Biegedurchmesser von 2R (wobei R der Krümmungsradius der die Dispersion kompensierenden Faser ist) weniger als 40 mm weniger als 0,01 dB/m. Der Außendurchmesser (2Dc) des zweiten Claddings 2 beträgt 125 um. Der Durchmesser (2Da) des Kerns 3 in der die chromatische Dispersion kompensierenden Faser beträgt 2,4 um und 3,2 um, beide inclusive 2Dc. Dieser Wert ist kleiner als der Kerndurchmesser der herkömmlichen Einzelmodusfaser (10 um von 2 Dc).

Zusammenfassend weist die chromatische Dispersion kompensierende Glasfaser diese Ausführungsform die folgenden Beziehungen auf:

n1 < n2 < nc < n5; und (nc-n1)/n1 ist 1% bis 3%

2 um < 2 Da < 4 um,

0,3 < (Da/Db) < 0,6,

0,02 y Δ&spplus; = (nc - n2)/n2 < 0,03,

0,003 < Δ&supmin; = (n2 - n1)/n2 < 0,01,

40 mm ≤ 2R ≤ 80 mm,

Lbend < 0,01 dB/m (2R = 40 mm),

Lbend < 0,000001 dB/m (2R = 80 mm),

PMD < 0,5 ps/ km

Es werden nun die Charakteristika der die chromatische Dispersion kompensierenden Lichtleitglasfaser gemäß der Ausführungsform beschrieben. Die Fig. 3 zeigt ein optisches Übertragungssystem, das die obige Faser einsetzt, die die chromatische Dispersion kompensiert. Dieses System ist mit einer Lichtquelle 10, einer Übertragungsverbindung 101 zum Verbinden der Lichtquelle mit einem Faserverstärker 102 einer die chromatische Dispersion kompensierenden Faser 103, die die mit Erbium dotierten Faser 102 verbindet und um eine Spule 106 gebildet ist, einem Bandpassfilter 104, der mit der die chromatische Dispersion kompensierenden Faser 103 verbunden ist, und einem mit dem Bandpassfilter 104 verbundenen Detektor 105 versehen. Die Übertragungsverbindung 101 ist eine Einzelmoduslichtleitfaser 101, die bei einer vorbestimmten Wellenlänge zwischen 1290 nm und 1330 nm, beispielsweise 1310 nm, eine Dispersion von Null aufweist. Der Krümmungsradius R dieser die Dispersion kompensierenen Faser 103, die derart verwunden ist, beträgt zwischen 20 mm und 40 mm. Demgemäß beträgt der Biegedurchmesser 2R zwischen 40 mm und 80 mm. Die anderen Elemente außer der die Dispersion kompensierenden Faser in diesem System sind in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0554714 beschrieben.

Die Bedingungen zur Herstellung der Faser (B-Typ) in Fig. 9C sind in Tabelle VI gezeigt.

Tabelle VI

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt und es können verschiedene Änderungen und Modifikationen ausgeführt werden, die in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.

Beispielsweise kann der Kern auch mit irgend einem anderen Dotiermittel als GeO&sub2; dotiert werden, und eine derartige Dotierkonzentration ist nicht beschränkt. Sogar bei einer Lichtleitfaser mit einem dotierten Cladding kann die gleiche Wirkung wie zuvor beschrieben, gemäß dem gleichen Herstellungsverfahren erzielt werden.

Wie zuvor im Einzelnen beschrieben wurde, wird gemäß dem Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser der vorliegenden Erfindung die Lichtleitfaser dadurch hergestellt, dass sie mit einer geeigneten Steuerung (Drehgeschwindigkeit, Ziehgeschwindigkeit und Zugspannung) gedreht gezogen wird. Aus diesem Grund kann eine Lichtleitfaser, die die durch die Unrundheit verursachte Polarisationsmodusdispersion äquivalent unterdrücken kann, stabil hergestellt werden, sogar wenn die Lichtleitfaser oder der Kern nicht vollkommen rund ist und keine konzentrische Struktur hat.

Überdies kann, wenn ein Reaktionsrohr zur Ausbildung eines Kohlenstofffilms in einem Bereich angeordnet ist, in welchen die Lichtleitfaser eine spindelartige Bewegung ausführt, um einen Kohlenstofffilm auf der Lichtleitfaser auszubilden, mit hoher Gleichmäßigkeit ausgebildet werden. Aufgrund dessen kann eine hochqualitative Lichtleitfaser mit hoher Widerstandsfestigkeit gegenüber der Umgebung und frei von Außendurchmesserschwankungen hergestellt werden.

Von der derart beschriebenen Erfindung ist es offensichtlich dass die Erfindung in vielfacher Weise variiert werden kann, die innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche fallen und all diese Modifikationen wären für einen Fachmann offensichtlich und fallen somit innerhalb des Schutzbereichs dieser Ansprüche.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser, die die chromatische Dispersion kompensiert, umfassend die Schritte:

(a) Erwärmen einer auf Silika basierenden Vorform einer optischen Faser, die einen Kern und ein den Kern umgebendes Cladding umfaßt, und

(b) Ziehen der Faser von der erwärmten Vorform, während die Vorform um deren Mittellängsachse gedreht wird, wobei

(c) der Kern der Vorform eine Unrundheit von 1% oder weniger aufweist,

(d) (nc-n1)/n11% bis 3% beträgt, wobei nc ein Brechungsindex des Kerns ist und n1 ein Brechungsindex des ersten Claddings ist,

(e) die Umdrehungsgeschwindigkeit der Vorform der optischen Faser 10 bis 1000 U/min beträgt,

(f) die Ziehgeschwindigkeit 50 bis 1000 m/min beträgt, und

(g) die Zugspannung 2,4 kg/mm² oder mehr beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Kern der Vorform GeO&sub2; enthält, wobei die GeO&sub2;-Konzentration 5 bis 30 mol% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zugspannung 13 kg/mm² oder weniger beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Vorform ein zweites Cladding umfaßt, das das erste Cladding umgibt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem (n2-n1)/n2 0,3% bis 1% beträgt, wobei n2 ein Brechungsindex des zweiten Claddings ist.

6. Optisches Übertragungssystem mit einer die chromatische Dispersion kompensierenden Faser, wobei die Faser umfaßt:

(a) einen Kern aus auf Silika basierendem Glass,

(b) ein den Kern umgebendes erstes Cladding, wobei

(c) (nc-n1)/n11% bis 3% beträgt, wobei nc ein Brechungsindex des Kerns ist und n1 ein Brechungsindex des ersten Claddings ist,

(d) der Kern eine Unrundheit von 1% oder weniger aufweist,

(e) die Außendurchmesserabweichung der Faser innerhalb ± 3 um liegt,

(f) die Faser eine Verwindung von 1 bis 20 Drehungen pro Meter aufweist, und

(g) die Polarisationsmodusdispersion der Faser nicht mehr als 0,5 ps/km1/2 beträgt.

7. System nach Anspruch 6, bei dem der Kern GeO&sub2; enthält und die GeO&sub2;-Konzentration 5 bis 30 mol% beträgt.

8. System nach Anspruch 6, bei dem die Faser ein zweites Cladding umfaßt, das das erste Cladding umgibt.

9. System nach Anspruch 8, bei dem (nc-n2)/n22% bis 3% beträgt, wobei n2 ein Brechungsindex des zweiten Claddings ist.

10. System nach Anspruch 8, bei dem (n2-n1)/n2 0,4% bis 1% beträgt, wobei n2 ein Brechungsindex des zweiten Claddings ist.







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