EP2715419A2 - Lichtleitfaser - Google Patents

Lichtleitfaser

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Publication number
EP2715419A2
EP2715419A2 EP12724120.6A EP12724120A EP2715419A2 EP 2715419 A2 EP2715419 A2 EP 2715419A2 EP 12724120 A EP12724120 A EP 12724120A EP 2715419 A2 EP2715419 A2 EP 2715419A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical fiber
refractive index
region
fiber according
spacer layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12724120.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Auth
Jörg KÖTZING
Harald Hein
Elke Poppitz
Wolfgang HÄMMERLE
Lothar Brehm
Christian Genz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
J-Plasma GmbH
J Plasma GmbH
Original Assignee
J-Plasma GmbH
J Plasma GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by J-Plasma GmbH, J Plasma GmbH filed Critical J-Plasma GmbH
Publication of EP2715419A2 publication Critical patent/EP2715419A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B6/03622—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 2 layers only
    • G02B6/03633—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 2 layers only arranged - -

Definitions

  • the invention relates to an optical fiber and preform for producing the optical fiber. It is known to provide a core region and a cladding region for these fibers.
  • the core region has a core refractive index which is increased with respect to a refractive index level of a glass matrix. This increase is achieved by zudotieren at least one other substance.
  • the numerical aperture is formed in this case by the refractive index difference of the core region and the glass matrix, which also represents the cladding region. To generate the necessary refractive index difference, it is also possible to leave at least parts of the core region at the level of the refractive index of the glass matrix and to achieve the required numerical aperture by lowering the refractive index of the cladding region.
  • Both the doping of the core and the cladding region have chemical and procedural limitations. In order to produce fibers with high refractive index difference, it is necessary to provide both the core and the cladding region with appropriate dopants.
  • the numerical aperture of the optical fiber is then substantially determined by the core refractive index and the mantle breaking number, i. H. determined by the core region and the cladding region of the optical fiber. It is greater, the greater the refractive index difference between the core region and the refractive index reduced cladding region.
  • the different refractive indices of the core and of the cladding region are usually produced by adding different dopants to the glass matrix of the optical fiber in the production of the preform, which act to increase the refractive index or reduce the refractive index.
  • Such high NA optical fibers are already known and are described, for example, in Japanese Patent Publication JP 57032404. In this case, it is important, in particular with regard to a low-loss light pipe as possible, that the refractive index profile within the preform and later also in the optical fiber is maintained as precisely as possible and does not change.
  • DE 2426376 discloses a hollow optical waveguide with a thin inner layer. However, this serves as a photoconductive layer.
  • DE2930399 describes a fiber with a barrier layer, which ensures a high optical bandwidth. Disadvantages, however, in this method that is used as dopant B 2 0 3 , which introduces additional interface problems and also is not part of the core and / or the shell. Furthermore, the jacket also does not have the required refractive index reduction to the glass matrix.
  • DE 2530786 describes a method in which the last layer applied to the inner wall of a tube is doped with a less volatile doping agent when heated than the layer of the inner coating lying in front of it. This method is not applicable to the problem, because the problem to be solved is not the prevention of evaporation, but the prevention of the formation of volatile substances as a result of chemical reactions between the different glass components and the improvement of the mechanical stability.
  • DE2647419 likewise discloses an optical waveguide comprising an intermediate layer, core region and cladding region. In this case, however, the cladding region is at the glass matrix level, ie it has no refractive index trench. Therefore, only very small numerical apertures can be realized with this invention. Similar disadvantages occur in DE2841909.
  • optical fiber and a preform for producing an optical fiber having the features of claim 1.
  • the subclaims contain expedient or advantageous embodiments of the optical fiber or the preform.
  • the optical fiber and the preform for producing the optical fiber consists of a core region and a cladding region having a refractive index increased refractive index of a glass matrix and refractive index of the refractive index of the glass matrix reduced Mantelbrechress, wherein the numerical aperture of the optical fiber of the core region and the cladding region is determined , Since at least one spacer layer is formed as a protective, diffusion, barrier and / or buffer layer between the core region and the metal region a.
  • the spacer layer has a thickness at which the optical aperture of the optical fiber is composed of variable portions of the positively doped core and the negatively doped minor region or is influenced by both portions.
  • the at least one spacer layer is formed as a protective, diffusion, barrier and / or buffer layer between the core region and the metal region a.
  • the wall thickness of the spacer layer is designed such that the numerical aperture of the optical fiber is composed of variable proportions of the positively doped core and the negatively doped metal region or is influenced by both of these proportions.
  • the spacer layer is either completely added to the core region or the cladding region in its wall thickness, or it is so thin that it is virtually insignificant, with the middle region and core region d Determine the size of the numerical aperture together.
  • the spacer layer prevents the mentioned diffusion processes or limits them at least to the region of this layer region. It thus serves to maintain the refractive index profile and thus a value generated during manufacture for the numerical aperture.
  • the cladding region of the optical fiber has at least one refractive index-reduced trench in one embodiment.
  • the optical fiber is formed as a high numerical aperture optical fiber in the form of a high NA fiber.
  • the m at least one Dista nzsch a a more intermediate or.
  • Overhaul gauges are a differentiated chemical composition.
  • Glasses with different chemical composition can not always be combined with each other, so that they make no or only poor connections with each other.
  • the chemical composition can be determined with the aid of phase diagrams. So it may happen that certain types of glass form gaps in the mix, so that they are not combinable. Even if a M ischungslücke represents an extreme value, it also comes with the combination of miscible glasses to problems, for example, due to the different thermal expansion coefficient. Transitional or intermediate glasses serve in such a case as an intermediary for different types of glass. Therefore, it is provided in one embodiment of the spacer layer according to the invention that it acts as at least one transition glass between the core and cladding region of the glass fiber. For this purpose, it is provided that the spacer layer consists of areas of different glass compositions.
  • the spacer layer in one embodiment consists of a pure quartz glass layer.
  • the optical fiber is formed as an optical fiber with a high numerical aperture in the form of a so-called high-NA fiber.
  • the spacer layer itself may have at least one dopant of the core region and / or the cladding region in an expedient embodiment. Such saturation with one or both dopants can be tolerated as long as the spacer layer prevents further diffusion of the dopants or thereby forms a suitable intermediate glass.
  • the numerical aperture NA of the fiber has a value of more than 0.20 and is thus in the high-NA range.
  • the thickness of the spacer layer has, in an expedient embodiment, a value of 0.05 to 3.5 ⁇ , based on a standard fiber cross-section of 125 ⁇ . This value can be converted accordingly to other fiber cross-sections or preform designs.
  • the spacer layer also offers another advantage.
  • the resulting numerical aperture of the fiber is in addition to the absolute refractive index difference between the core and cladding highly dependent on the wall thickness of the spacer layer. Very thin wall thicknesses have virtually no effect on the resulting numerical aperture, which is ideally composed of the additivity of the refractive index differences of the core and the cladding region.
  • the numerical aperture is increasingly determined only by the refractive index difference of the core to the spacer layer.
  • the proportion or influence of the refractive index-reduced cladding region to the numerical aperture decreases successively.
  • the wall thickness of the spacer layer within the preform has a thickness over which the contribution of the cladding region to the numerical aperture of the fiber is determined and adjustable.
  • the wall thickness of the spacer layer is often procedurally more precisely adjustable than the refractive index reduction of the cladding region, which is usually realized via OVD techniques such as plasma outside vapor deposition techniques or flame burners.
  • the spacer layer also acts as a kind of buffer layer to absorb process-induced refractive index disturbances to a certain extent.
  • individual layers deviate from the round geometry and can be configured as a polygon, preferably octahedron or hexagon.
  • At least one of the spacer layers, the core region and / or the jacket region may have a cross-section, at least in sections, deviating from the circular symmetry, preferably a hexagonal or octagonal cross-section.
  • a plurality of refractive index-reduced step structures may be provided, which differ in their chemical composition and / or thickness.
  • exemplary embodiments with a plurality of trenches or lamellar structures are suitable.
  • recesses are provided at least in sections for individual layers. This causes a particularly good mode mixture.
  • the optical fibers according to the invention may have a step profile and / or a gradient profile in the core and / or cladding region.
  • optical fiber and the preform will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments.
  • the attached Figures 1 and 2 serve to clarify.
  • the same reference numbers are used for identical or equivalent parts. det.
  • the following description applies to both multimode and single mode fibers.
  • the optical fiber is designed so that its operation and / or the measurement of its numerical aperture can be done with full excitation of all modes capable of propagation or with a reduced mode excitation.
  • FIG. 1 shows an exemplary refractive index profile with a stepped core, an adjacent refractive index-reduced step-shaped jacket region and a thin spacer layer arranged therebetween,
  • FIG. 2 shows an exemplary refractive index profile with a graduated core, an adjacent refractive index-reduced likewise graduated cladding region and a thin spacer layer arranged therebetween.
  • FIG. 3 shows a tube with an inner spacer layer, a refractive index-reduced region, an interposed or doped intermediate layer, a further refractive index-reduced region and an outer protective layer
  • FIG. 4 shows an embodiment including an inner spacer layer, a refractive index lowered region, and an outer protective layer.
  • FIG. 1 shows a first exemplary refractive index profile as a function of the fiber radius R.
  • the refractive index given here is normalized to the refractive index value of a quartz glass serving as a base material for the optical fiber. Positive refractive index values show a higher refractive index compared to the refractive index of quartz glass, negative refractive index values show a reduced refractive index compared to the refractive index of the quartz glass.
  • the refractive index in this example is either at the level of the quartz glass matrix and thus zero or below it and is negative within a cladding region 3.
  • the Mantle region 3 may be formed by at least one refractive index trench. Thereafter, usually adjoins an area with the refractive index of the matrix.
  • the spacer layer 4 is formed between the core region 1 and the fiber cladding 2, in particular the trench. This is in comparison to the core region 1 and the fiber cladding 2 and in particular to the trench 3 with a small thickness and thus thin.
  • the step-shaped design of the refractive index profile shown in FIG. 1 can also be formed graduated without further ado.
  • Fig. 2 shows an example of this.
  • the refractive index profile of the core region 1 decreases in a graduated manner as the radius increases.
  • the refractive index profile of the trench 3 extends graduated on both flanks. It is obvious that either the core or the trench can be readily formed stepwise and that also one of the flanks of the trench is executable as a stage.
  • the spacer layer 4 is formed between the core region and the trench. It is also in terms of their refractive index at the level of the refractive index of the quartz glass matrix.
  • the spacer layer in these embodiments preferably consists of undoped quartz glass, but depending on the application, it may also contain at least one dopant and, in such a case, belongs either to the core region or to the fiber cladding in terms of its refractive index.
  • the trench is, for example, fluorine-doped and generally has a refractive index reduction of ⁇ between -0.004 and -0.026, preferably -0.009. It can be produced during preform production by means of deposition processes, the POVD or MCVD method or the so-called smoker preferably being used.
  • the core region is doped, for example, with germanium or a comparable refractive index-increasing dopant. Furthermore, a plurality of trenches may be provided. FIGS. 3 and 4 show various semi-finished products for single or multimode optical fibers for this purpose.
  • Fig. 4 describes an embodiment, including an inner spacer layer 4, a refractive index lowered portion 6 and an outer protective layer 7.
  • the outer diameter of the here tubular preforms and semi-finished products are each 30 to 40 mm, the inner diameter 25 to 35 mm.
  • the deposition of the inner spacer layer 4 is made of undoped quartz glass with a thickness between 0.2 to 1.2 mm, preferably 0.7 mm.
  • the formation of a first doped trench 3 takes place with a wall thickness of 0.2-1.3 mm, preferably 0.7 mm and a change in the refractive index of ⁇ in the amount of between 0.001 and 0.007, preferably 0.0025, by means of deposition processes, the POVD or MCVD method or the so-called smoker is applied.
  • Another intermediate layer of quartz glass with a wall thickness of between 0.01 mm and 2.5 mm, preferably 0.7 mm, is applied by means of the abovementioned methods, which is either undoped quartz glass or doped quartz glass, in which case its refractive index difference ⁇ 2 preferably:
  • a fluorine-doped trench 6 with a wall thickness of 0.3-2, 5mm, preferably 1.0 mm and a refractive index reduction of ⁇ between -0.006 and -0.026, preferably -0.018 occurs.
  • the fluted doped trench 6 is alternatively produced with a wall thickness of 0.4-2.5 mm, preferably 1.5 mm and a refractive index reduction of ⁇ between -0.004 and -0.026, preferably -0.009, with the aid of deposition processes, wherein preferably the POVD or MCVD Verfa hren or the so-called. Smoker is applied.
  • the preform is provided with an outer protective layer 7, which preferably comprises quartz glass which has been applied, and which has a wall thickness of between 0.1 and 3 mm, preferably 0.5 mm.
  • the desired refractive index profile of the core region is produced by means of inner deposition processes, such as, for example, MCVD or PIVD (plasma inside vapor deposition).
  • inner deposition processes such as, for example, MCVD or PIVD (plasma inside vapor deposition).
  • an auxiliary material for pipe production preferably a graphite or SiC rod, whereby any other heat and temperature resistant material can be used.
  • a graphite rod with 43mm outer diameter is used.
  • the graphite rod is subjected to the distance layer of 1-2 mm wall thickness, preferably 1.5 mm, which either alskollabiert in the form of a substrate tube on the graphite rod or can be formed in the course of a direct coating on the graphite rod.
  • This inner spacer layer preferably consists of undoped quartz glass, but depending on the application, it may also contain at least one dopant.
  • This has the advantage that the outer surface of the tube is protected and the tube has an increased mechanical stability.
  • the graphite rod - there is a processing and / or cleaning and / or temperature treatment of the inner surface.
  • the light-guiding layers are deposited by means of the CVD method or the PIVD method, wherein the refractive index increases continuously from a certain number of layers in a graduated core region.
  • the resulting product is after the preparation of the outer surface with at least one tube of desired refractive index and
  • Embodiment 2 is a diagrammatic representation of Embodiment 1:
  • an auxiliary material for pipe production preferably a graphite or SiC rod, whereby any other heat and temperature resistant material can be used.
  • a graphite rod with 43mm outer diameter is used.
  • the graphite rod is charged with a glass soot layer of the desired refractive index.
  • the deposition of a part of the spacer layer is preferably made of undoped quartz glass with a thickness between 0.2 to 1.2 mm, preferably 0.7 mm.
  • a first doped trench 16 with a wall thickness of 0.2-1.3 mm, preferably 0.7 mm and a refractive index change of ⁇ amounts to between 0.001 and 0.005, preferably 0.0025, by means of deposition processes, wherein preferably the OVD or CVD method, in particular POVD method, flame pyrolysis or the so-called. Smoker is applied.
  • Another intermediate layer of quartz glass with a wall thickness of between 0.01 mm and 2.5 mm, preferably 0.7 mm, is applied by means of the abovementioned methods, which is either undoped quartz glass or doped quartz glass, in which case its refractive index difference ⁇ 2 preferably:
  • ⁇ 2 - ⁇ +/- 0.001
  • a fluorine-doped trench 18 with a wall thickness of 0.3-2, 5 mm, preferably 1.0 mm and a refractive index reduction of ⁇ between -0.002 and - 0.026, preferably -0.009.
  • An outer protective layer of preferably undoped quartz glass is applied.
  • the graphite rod - After removal of the auxiliary material - in the present example, the graphite rod - there is a processing and / or cleaning and / or temperature treatment of the inner surface. This procedure is followed by a stretching step, so that the outer diameter of the new tube between 24 and 36mm is preferably 32mm.
  • the desired wall thickness of the spacer layer is first deposited by means of the CVD method or the PIVD method. Subsequently, the deposition of the light-guiding takes place
  • an auxiliary material for pipe production preferably a graphite or SiC rod, whereby any other heat and temperature resistant material can be used.
  • a graphite rod with 43mm outer diameter is used.
  • the graphite rod is charged with a glass soot layer of the desired refractive index. This is at least partially converted to a glass layer by subsequent coating processes. melted. Subsequently, the formation of a fluorine-doped trench with a wall thickness of 0.4-3 mm, preferably 1.5 mm and a refractive index reduction of ⁇ between -0.002 and -0.026, preferably between -0.006 and -0.015 and even more preferably at -0.009, with Help of deposition processes, wherein preferably the OVD or MCVD method, preferably POVD method, flame pyrolysis or the so-called smoker is applied.
  • This tube is provided with an outer protective layer, which preferably consists of undoped quartz glass and has a wall thickness between 0, 1 and 3 mm, preferably 0.5 mm.
  • the graphite rod - After removal of the auxiliary material - in the present example, the graphite rod - there is a processing and / or cleaning and / or temperature treatment of the inner surface.
  • One or more stretching processes may follow.
  • reteschiabscheideskeeskee such as MCVD, CVD or PIVD (plasma inside vapor deposition)
  • MCVD metal-organic chemical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • PIVD plasma inside vapor deposition
  • the spacer layer is applied with the desired wall thickness and then the light-guiding layers produced with the desired refractive index sequence.
  • a temperature treatment and / or stretching processes can be carried out.
  • the resulting product is after the preparation of the outer surface with at least one tube of desired refractive index and
  • Embodiment 4 The light-conducting layers are deposited in an undoped substrate tube by means of internal deposition processes, such as, for example, MCVD, CVD or PIVD (plasma inside vapor deposition). Subsequently, the tube thus produced is collapsed to a capillary or a solid rod. The substrate tube is completely or partially removed and the outer surface is treated. Optionally, stretching or upsetting operations can follow.
  • the final step is the outer coating with glass of desired refractive index and thickness, by means of deposition processes, wherein preferably the OVD or CVD method, in particular POVD method, flame pyrolysis or the so-called smoker. It goes without saying that a layer sequence in the form of individual trenches and / or intermediate layers can also be realized by means of the methods mentioned above.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lichtleitfaser und Preform zur Herstellung der Lichtleitfaser, bestehend aus einem Kernbereich und einem Mantelbereich mit einer bezüglich einer bezüglich eines Brechzahlniveaus einer Glasmatrix erhöhten Kernbrechzahl und einer bezüglich des Brechzahlniveaus der Glasmatrix erniedrigten Mantelbrechzahl, wobei die numerische Apertur der Lichtleitfaser von dem Kernbereich und dem Mantelbereich bestimmt ist. Dabei ist zwischen dem Kernbereich und dem Mantelbereich eine Distanzschicht mit einer Dicke ausgebildet ist, bei welcher die numerische Apertur der Lichtleitfaser oder der Preform durch die Brechzahlen des Kernbereichs und des Mantelbereiches bestimmt ist.

Description

Lichtleitfaser
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Lichtleitfaser und Preform zur Herstellung der Lichtleitfaser. Es ist bekannt, für diese Fasern einen Kernbereich und einen Mantelbereich vorzusehen. Der Kernbereich weist eine Kernbrechzahl auf, die bezüglich eines Brechzahlniveaus einer Glasmatrix erhöht ist. Diese Erhöhung wird durch ein Zudotieren mindestens eines weiteren Stoffes erreicht. Die numerische Apertur wird in diesem Fall durch die Brechzahldifferenz des Kernbereichs und der Glasmatrix gebildet, die zugleich den Mantelbereich darstellt. Zur Erzeugung der notwendigen Brechzahldifferenz ist es ebenfalls möglich, zumindest Teile des Kernbereichs auf dem Niveau der Brechzahl der Glasmatrix zu belassen und durch Absenkung der Brechzahl des Mantelbereichs die erforderliche numerische Apertur zu erreichen.
Sowohl der Dotierung des Kerns als auch des Mantelbereichs sind chemische und verfahrenstechnische Grenzen gesetzt. Um Fasern mit hoher Brechzahldifferenz zu fertigen, ist es notwendig, sowohl den Kern als auch den Mantelbereich mit entsprechenden Dotierungen zu versehen.
Die numerische Apertur der Lichtleitfaser wird dann im wesentlichen durch die Kernbrechzahl und die Mantelbrechzahl, d . h. durch den Kernbereich und den Mantelbereich der Lichtleitfaser bestimmt. Sie ist umso größer, je größer die Brechzahldifferenz zwischen dem Kernbereich und dem brechzahlerniedrigten Mantelbereich ist.
Die unterschiedlichen Brechzahlen des Kerns und des Mantelbereiches werden üblicherweise dadurch erzeugt, indem die Glasmatrix der Lichtleitfaser bei der Herstellung der Preform mit unterschiedlichen Dotanden versetzt wird, die brechzahlerhöhend bzw. brechzahlerniedrigend wirken. Solche als high NA Fasern bezeichnete Lichtwellenleiter mit hoher numerischer Apertur sind bereits bekannt und werden beispielsweise in der japanischen Druckschrift JP 57032404 beschrieben. Dabei kommt es insbesondere in Hinblick auf eine möglichst verlustarme Lichtleitung darauf an, dass das Brechzahlprofil innerhalb der Preform und später auch in der Lichtleitfaser möglichst präzise beibehalten wird und sich nicht verändert. Es tritt jedoch immer wieder das Problem auf, dass infolge fertigungsbedingter Temperatureinwirkungen bei der Pre- formerzeugung oder auch während des Betriebseinsatzes der Lichtleitfaser Diffusions- Vorgänge zwischen dem Kernbereich und dem Mantelbereich einsetzen, bei denen sich die jeweils vorhandenen Dotanden entsprechend des Konzentrationsgefälles im Bereich der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel austauschen. Dadurch kann es an den Grenzflächen zur Bildung von ungewünscht flüchtigen Verbindungen kommen, die die Grenzfläche stören. Dazu kommt es bei bekannten Herstellungsverfahren zu einer erhöhen mechanischen Instabilität, die sich vor allem in einer hohen Bruchhäufigkeit und starken Faserdurchmesserschwankungen äußert. Zudem werden auch die optischen Parameter wie die Profilgüte gestört. Derartige Diffusionen nehmen umso mehr zu, je stärker die Dotandenkonzentrationen bzw. deren Konzentrationsgradienten, zwischen Kern und Mantel in der Faser sind. Daher ist es besonders schwierig, lange Fasern mit einer besonders hohen numerischen Apertur mit geringen Durchmesserschwankungen herzustellen, die außerdem auch mechanisch stabil sind.
Es ist somit erforderlich, eine derartige Lichtleitfaser anzugeben, bei der die soeben beschriebenen Nachteile wirksam verhindert werden können und bei der die ursprünglich eingestellte numerische Apertur der Lichtleitfaser über einen möglichst langen Zeitraum hinweg einen gleichmäßigen Wert behält. Zudem sollte die Faser eine möglichst hohe mechanische Stabilität aufweisen.
In der DE 2426376 wird ein hohler Lichtwellenleiter mit einer dünnen inneren Schicht offenbart. Diese dient aber als lichtleitende Schicht.
In der DE2930399 wird eine Faser mit Sperrschicht beschrieben, die für eine hohe optische Bandbreite sorgt. Nachteile sind jedoch bei diesem Verfahren, dass als Dotand B203 verwendet wird, welches zusätzliche Grenzflächenprobleme einbringt und zudem nicht Bestandteil des Kerns und/oder des Mantels ist. Weiterhin weist der Mantel auch nicht die geforderte Brechzahlerniedrigung zur Glasmatrix auf.
In der DE 2530786 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die zuletzt auf die Innenwandung eines Rohrs aufgebrachte Schicht mit einem bei Erhitzung weniger leichtflüchtigem Dotierungsmittel dotiert wird als die davorliegende Schicht der In- nenbeschichtung. Dieses Verfahren ist für die Problemstellung nicht anwendbar, denn die zu lösende Aufgabe ist nicht die Verhinderung von Abdampfungen, sondern die Vermeidung der Bildung flüchtiger Stoffe als Folge von chemischen Reaktionen zwischen den unterschiedlichen Glasbestandteilen und die Verbesserung der mechanischer Stabilität. In der DE2647419 wird ebenfalls ein Lichtwellenleiter bestehend aus Zwischenschicht, Kernbereich und Mantelbereich offenbart. Dabei liegt jedoch der Mantelbereich auf Glasmatrixniveau, weist also keinen Brechzahlgraben auf. Daher können nur sehr geringe numerische Aperturen mit dieser Erfindung realisiert werden. Ähnliche Nachteile treten bei DE2841909 auf.
Es besteht somit die Aufgabe, die aus dem Stand der Technik bekannten und erwähnten Nachteile zu beseitigen.
Die Aufgabe wird mit einer Lichtleitfaser und einer Preform zur Herstellung einer Lichtleitfaser mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige bzw. vorteilhafte Ausführungsformen der Lichtleitfaser oder der Preform.
Die Lichtleitfaser und die Preform zur Herstellung der Lichtleitfaser, besteht aus einem Kernbereich und einem Mantelbereich mit einer bezüglich eines Brechzahlniveaus einer Glasmatrix erhöhten Kernbrechzahl und einer bezüglich des Brechzahlniveaus der Glasmatrix erniedrigten Mantelbrechzahl, wobei die numerische Apertur der Lichtleitfaser von dem Kernbereich und dem Mantelbereich bestimmt ist. Da bei ist mindestens eine Distanzschicht als Schutz-, Diffusions-, Ba rriere- u nd/oder Pufferschicht zwischen dem Kernbereich u nd dem Ma ntel bereich a usgebildet ist. Die Distanzschicht weist eine Wa ndstärke a uf, bei der d ie nu merische Apertur der Lichtleitfaser sich aus variablen Anteilen des positiv dotierten Kerns u nd des negativ dotierten Ma ntel bereichs zusammensetzt oder von beiden Anteilen be- einflusst wird .
Die mindestens eine Distanzschicht ist als Schutz-, Diffusions-, Ba rriere- u nd/oder Pufferschicht zwischen dem Kernbereich und dem Ma ntel bereich a usgebildet ist. Die Wandstä rke der Distanzschicht ist so ausgebildet, dass sich d ie numerische Apertur der Lichtleitfaser a us va riablen Anteilen des positiv dotierten Kerns u nd des negativ dotierten Ma ntel bereichs zusammensetzt oder wird beiden genannten Anteilen beeinflusst wird . Dabei wird hinsichtlich der nu merischen Apertu r der Faser d ie Distanzschicht in ihrer Wandstärke entweder vol lständ ig dem Kernbereich oder dem Mantel bereich hinzugerechnet oder sie ist so dü nn, dass sie praktisch nicht ins Gewicht fällt, wobei Ma ntel bereich u nd Kernbereich d ie Größe der numerischen Apertu r gemeinsam bestimmen . Die Distanzschicht verhindert die erwähnten Diffusionsvorgänge oder beschränkt sie zumindest auf den Bereich diesen Schichtbereich. Sie dient damit einer Beibehaltung des Brechzahlprofils und damit eines bei der Fertigung erzeugten Wertes für die numerische Apertur.
Der Mantelbereich der Lichtleitfaser weist bei einer Ausführungsform mindestens einen brechzahlabgesenkten Graben auf.
Bei einer Ausführungsform ist die Lichtleitfaser als eine Lichtleitfaser mit hoher numerischer Apertur in Form einer High-NA-Faser ausgebildet.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform besteht die m indestens ei ne Dista nzsch icht a us meh reren Zwischen- bzw . Ü berga ngsg läsern u ntersch ied l icher chemischer Zu sa m mensetzu ng .
Gläser mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung sind nicht immer miteinander kombinierbar, so dass diese keine oder nur schlechte Verbindungen miteinander eingehen. Die chemische Zusammensetzung lässt sich mit H ilfe von Phasendiagrammen bestimmen. So kann es vorkommen, dass bestimmte Glassorten Mischungslücken bilden, so dass sie gar nicht kombinierbar sind . Auch wenn eine M ischungslücke einen Extremwert darstellt, kommt es auch bei der Kombination von mischbaren Gläsern zu Problemen, beispielsweise auf Grund des unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Übergangs- oder Zwischengläser dienen in einem solchen Fall als Vermittler für unterschiedliche Glassorten. Daher ist es bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Distanzschicht vorgesehen, dass sie als wenigstens ein Übergangsglas zwischen Kern und Mantelbereich der Glasfaser fungiert. Dazu ist es vorgesehen, dass die Distanzschicht aus Bereichen unterschiedlicher Glaszusammensetzungen besteht.
Im einfachsten Fall besteht die Distanzschicht in einer Ausführungsform aus einer reinen Quarzglasschicht.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist die Lichtleitfaser als eine Lichtleitfaser mit einer hohen numerischen Apertur in Form einer so genannten High-NA-Faser ausgebildet. Die Distanzschicht selbst kann bei einer zweckmäßigen Ausführungsform wenigstens einen Dotanden des Kernbereichs und/oder des Mantelbereichs aufweisen. Eine derartige Sättigung mit einem oder beiden Dotanden kann hingenommen werden, solange die Distanzschicht eine weitergehende Diffusion der Dotanden verhindert bzw. dadurch ein geeignetes Zwischenglas ausbildet.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die numerische Apertur NA der Faser einen Wert von mehr als 0,20 auf und liegt somit im High-NA-Bereich.
Die Dicke der Distanzschicht weist bei einer zweckmäßigen Ausführungsform einen auf einen Standardfaserquerschnitt von 125 μιτι bezogenen Wert von 0,05 bis 3,5 μιτι auf. Dieser Wert kann auf andere Faserquerschnitte bzw. Preformausführungen entsprechend umgerechnet werden.
Die Distanzschicht bietet zudem einen weiteren Vorteil . Die resultierende numerische Apertur der Faser ist neben der absoluten Brechzahldifferenz zwischen Kern und Mantel im hohen Maße abhängig von der Wandstärke der Distanzschicht. Sehr dünne Wandstärken bewirken nahezu keine Beeinflussung der resultierenden numerischen Apertur, die sich idealerweise additiv aus den Brechzahldifferenzen des Kern und des Mantelbereichs zusammensetzt.
Mit zunehmender Wandstärke wird jedoch die numerische Apertur zunehmend nur durch die Brechzahldifferenz des Kerns zur Distanzschicht bestimmt. Der Anteil bzw. der Einfluss des brechzahlabgesenkten Mantelbereichs zur numerischen Apertur nimmt sukzessive ab.
Bei einer Ausführungsform weist daher die Wandstärke der Distanzschicht innerhalb der Preform eine Dicke auf, über die der Beitrag des Mantelbereichs zur numerischen Apertur der Faser bestimmt wird und einstellbar ist.
Die Wandstärke der Distanzschicht ist häufig verfahrenstechnisch präziser einstellbar als die Brechzahlabsenkung des Mantelbereichs, wobei diese zumeist über OVD Techniken wie Plasma Outside Vapour Deposition - Techniken oder Flammenbrennern realisiert wird . Aus diesem Grund wirkt die Distanzschicht zudem als eine Art Pufferschicht, um verfahrenstechnisch bedingte Brechzahlstörungen bis zu einem gewissen Maße abzufedern. Es versteht sich von selbst, dass einzelne Schichten von der runden Geometrie abweichen und als Vieleck, vorzugsweise Okta- oder Hexagon ausgebildet sein können. M indestens eine der Distanzschichten, der Kernbereich u nd/oder der Mantel bereich können einen mindestens abschnittsweise von der Kreissymmetrie abweichenden Querschnitt, vorzugsweise einen hexagonalen oder oktagonalen Querschnitt, aufweisen .
In dem Kernbereich, dem Mantelbereich oder der mindestens einen Distanzschicht können mehrere brechzahlverä nderte Stufenstru ktu ren vorgesehen sein, die sich hinsichtl ich ihrer chemischen Zusammensetzu ng u nd/oder Wa ndstärke u nterscheiden .
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, zumindest eine Schicht mit laseraktiven Ionen zu bestücken, so dass eine aktive Faser erzeugt wird. In diesem Fall bieten sich Ausführungsbeispiele mit mehreren Graben bzw. lamellenartigen Strukturen an.
In einem anderen Ausführungsbeispiel sind zumindest abschnittsweise Aussparungen bei einzelnen Schichten vorgesehen. Dieses bewirkt eine besonders gute Modenmischung.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Lichtleitfasern je nach Ausführungsform ein Stufenprofil und/oder ein Gradientenprofil im Kern und/oder Mantelbereich aufweisen. Somit sind vier Möglichkeiten realisierbar:
Die Lichtleitfaser und die Preform sollen nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die beigefügten Figuren 1 und 2. Es werden für gleiche oder gleichwirkende Teile die selben Bezugszeichen verwen- det. Die nachfolgende Beschreibung trifft sowohl für multimode- als auch für Single mode-Fasern zu.
Allgemein ist die Lichtleitfaser so ausgebildet, dass deren Betrieb und/oder die Messung ihrer numerischen Apertur bei voller Anregung aller ausbreitungsfähigen Moden oder bei einer reduzierten Modenanregung erfolgen kann.
Es zeigt:
Fig. 1 ein beispielhaftes Brechzahlprofil mit einem abgestuften Kern, einem angrenzenden brechzahlabgesenkten stufenförmigen Mantelbereich und einer dazwischen angeordneten dünnen Distanzschicht,
Fig. 2 ein beispielhaftes Brechzahlprofil mit einem graduierten Kern, einem angrenzenden brechzahlabgesenkten ebenfalls graduierten Mantelbereich und einer dazwischen angeordneten dünnen Distanzschicht.
Fig. 3 ein Rohr mit einer inneren Distanzschicht, einem brechzahlabgesenkten Bereich, einer u ndotierten oder dotierten Zwischenschicht, einem weiteren brechzahlabgesenkten Bereich u nd einer ä ußeren Schutzschicht,
Fig . 4 ein Ausführu ngsbeispiel, beinhaltend eine innere Distanzschicht, einen brechzahlabgesenkten Bereich u nd eine ä ußere Schutzschicht.
Fig. 1 zeigt ein erstes beispielhaftes Brechzahlprofil in Abhängigkeit vom Faserradius R. Die hier angegebene Brechzahl ist auf den Brechzahlwert eines als Grundwerkstoff für die Lichtleitfaser dienenden Quarzglases normiert. Positive Brechzahlwerte zeigen eine im Vergleich zur Brechzahl von Quarzglas erhöhte Brechzahl, negative Brechzahlwerte eine im Vergleich zur Brechzahl des Quarzglases erniedrigte Brechzahl an.
Es lassen sich zwei große Bereiche unterscheiden. Innerhalb des Kernbereichs 1 liegt eine erhöhte und damit positive Brechzahl vor. Innerhalb eines Fasermantels 2 ist die Brechzahl bei diesem Beispiel entweder auf dem Niveau der Quarzglasmatrix und damit Null oder sie liegt darunter und ist innerhalb eines Mantelbereichs 3 negativ. Der Mantelbereich 3 kann durch mindestens einen Brechzahlgraben ausgebildet sein. Danach schließt sich üblicherweise ein Bereich mit dem Brechzahlniveau der Matrix an.
Zwischen dem Kernbereich 1 und dem Fasermantel 2, insbesondere dem Graben, ist die Distanzschicht 4 ausgebildet. Diese ist im Vergleich zum Kernbereich 1 und zum Fasermantel 2 und insbesondere zum Graben 3 mit einer nur kleinen Dicke und damit dünn ausgebildet.
Die in Fig. 1 gezeigte stufenförmige Gestaltung des Brechzahlprofils kann ohne weiteres auch graduiert ausgebildet sein. Fig. 2 zeigt hierzu ein Beispiel. Der Brechzahlverlauf des Kernbereichs 1 nimmt mit wachsendem Radius graduiert ab. Der Brechzahlverlauf des Grabens 3 verläuft an beiden Flanken graduiert. Es ist einsichtig, dass entweder der Kern oder der Graben ohne weiteres stufenförmig ausgebildet sein kann und dass auch eine der Flanken des Grabens als Stufe ausführbar ist.
Auch bei diesem Beispiel ist die Distanzschicht 4 zwischen dem Kernbereich und dem Graben ausgebildet. Sie befindet sich hinsichtlich ihrer Brechzahl ebenfalls auf dem Niveau der Brechzahl der Quarzglasmatrix.
Die Distanzschicht besteht bei diesen Ausführungsbeispielen vorzugsweise aus undotiertem Quarzglas, wobei sie aber je nach Anwendungsfall auch zumindest einen Dotanden mit enthalten kann und in einem solchen Fall hinsichtlich ihrer Brechzahl entweder zum Kernbereich oder zum Fasermantel gehört. Der Graben ist beispielsweise fluordotiert und weist in der Regel eine Brechzahlabsenkung von Δη zwischen -0,004 und -0,026 , vorzugsweise -0,009 auf. Er kann bei der Preformherstellung mit Hilfe von Abscheideprozessen erzeugt werden, wobei bevorzugt das POVD bzw. MCVD Verfahren oder der sog. Smoker angewendet wird.
Der Kernbereich ist beispielsweise mit Germanium oder einem vergleichbaren brechzahlerhöhrenden Dotanden dotiert. Weiterhin können auch mehrere Gräben vorgesehen sein. Die Figuren 3 und 4 zeigen hierzu verschiedene Halbzeuge für Single- oder multimode- Lichtleitfasern.
Fig. 3 beschreibt ein Rohr mit einer inneren Distanzschicht 4, einen brechzahlabgesenkten Bereich 3, einer undotierten oder dotierten Zwischenschicht 5 , einem weiteren brechzahlabgesenkten Bereich 6 und einer äußeren Schutzschicht 7.
Fig. 4 beschreibt ein Ausführungsbeispiel, beinhaltend eine innere Distanzschicht 4, einen brechzahlabgesenkten Bereich 6 und einer äußeren Schutzschicht 7. Die Außendurchmesser der hier rohrförmigen Preformen und Halbzeuge betragen jeweils 30 bis 40 mm, die Innendurchmesser 25 bis 35 mm.
Die Abscheidung der inneren Distanzschicht 4 erfolgt aus undotiertem Quarzglas mit einer Dicke zwischen 0,2 - 1,2mm, bevorzugt 0,7mm. Die Bildung eines ersten dotierten Grabens 3 erfolgt mit einer Wandstärke von 0,2- 1,3mm, vorzugsweise 0,7mm und einer Brechzahländerung von Δη betragsmäßig zwischen 0,001 und 0,007 , vorzugsweise 0,0025, mit Hilfe von Abscheideprozessen, wobei bevorzugt das POVD bzw. MCVD Verfahren oder der sog. Smoker angewendet wird.
Eine weitere Zwischenschicht aus Quarzglas mit einer Wandstärke zwischen 0,01mm und 2,5mm vorzugsweise 0,7mm wird mit Hilfe der zuvor genannten Verfahren aufgebracht, wobei es sich entweder um undotiertes Quarzglas handelt oder um dotiertes Quarzglas, wobei für diesen Fall für dessen Brechzahldifferenz Δη2 vorzugsweise gilt :
Δη2 = - Δη +/- 0,001
Im Anschluss an diese Zwischenschicht 5 erfolgt die Bildung eines fluordotierten Grabens 6 mit einer Wandstärke von 0,3-2, 5mm, vorzugsweise 1,0 mm und einer Brechzahlabsenkung von Δη zwischen -0,006 und -0,026 , vorzugsweise -0,018. Der fl uordotierte Graben 6 wird alternativ mit einer Wandstärke von 0,4- 2,5mm, vorzugsweise 1,5mm u nd einer Brechzahla bsenkung von Δη zwischen - 0,004 u nd -0,026 , vorzugsweise -0,009, mit H ilfe von Abscheideprozessen erzeugt, wobei bevorzugt das POVD bzw. MCVD Verfa hren oder der sog . Smoker angewendet wird . Die Preform wird mit einer ä ußeren Schutzschicht 7 versehen, d ie vorzugsweise a us u ndotiertem Quarzg las besteht u nd eine Wandstärke zwischen 0, 1 und 3mm vorzugsweise 0,5mm aufweist.
Anschl ießend wird mit H ilfe von Innenabscheideprozessen, wie beispielsweise MCVD oder PIVD (Plasma Inside Vapor deposition) das gewü nschte Brechzahlprofil des Kernbereichs hergestel lt.
Anha nd von vier konkreten Ausfü hrungsbeispielen sollen d ie Herstell u ngsverfahren noch einmal erläutert werden :
Ausführungsbeispiel 1 :
Im ersten Schritt erfolgt die Bereitstellung eines Hilfsmaterial für die Rohrfertigung, vorzugsweise eines Graphit oder SiC-Stabs, wobei hierbei auch jedwedes andere hitze- und temperaturbeständige Material verwendet werden kann . Im angeführten Beispiel wird ein Graphitstab mit 43mm Außendurchmesser verwendet.
Im Folgenden erfolgt die Beaufschlagung des Graphitstabs mit der Distanzschicht von 1-2 mm Wandstärke, vorzugsweise 1,5mm, die entweder in Form eines Substratrohrs auf den Graphitstab aufkollabiert oder im Zuge einer Direktbeschichtung auf dem Graphitstab gebildet werden kann . Diese innere Distanzschicht besteht vorzugsweise aus undotiertem Quarzglas, wobei sie aber je nach Anwendungsfall auch zumindest ein Dotanden mit enthalten kann . Nachfolgend erfolgt die Bildung eines fluordotierten Grabens mit einer Wandstärke von 1,5-2, 5mm, vorzugsweise 2mm und einer Brechzahlabsenkung von Δη zwischen -0,002 und -0,026, vorzugsweise -0,009, mit Hilfe von Abscheideprozessen, wobei bevorzugt das OVD bzw. CVD Verfahren, inbesondere POVD Verfahren, Flammenpyrolyse oder der sog . Smoker angewendet wird .
Anschließend erfolgt die Aufbringung der äußeren Schutzschicht von 0,2- 3mm vorzugsweise 1mm aus vorzugsweise undotiertem Quarzglas, entweder durch Aufkollabieren eines Rohres mit gewünschter Glaszusammensetzung oder durch Direktbeschichtung mit zuvor genannten Verfahren . Dieses hat den Vorteil, dass die äußere Oberfläche des Rohrs geschützt wird und das Rohr eine erhöhte mechanische Stabilität besitzt. Nach dem Entfernen des Hilfsmaterials - im vorliegenden Beispiel des Graphitstabs - erfolgt eine Bearbeitung und/oder Reinigung und/oder Temperaturbehandlung der Innenoberfläche.
An diese Prozedur schließt sich ein Streckschritt an, so dass der Außendurchmesser des neuen Rohrs zwischen 24 und 36mm vorzugsweise 32mm beträgt.
In diesem Rohr werden die lichtführenden Schichten mit Hilfe des CVD- Verfahrens oder des PIVD Verfahrens abgeschieden, wobei sich die Brechzahl ab einer gewissen Schichtanzahl bei einem graduierten Kernbereich kontinuierlich erhöht.
Abschließend wird das so hergestellte Rohr zu einer Kapillare oder einem massiven Stab kollabiert.
Das daraus entstehende Produkt wird nach der Aufbereitung der äußeren Oberfläche mit wenigstens einem Rohr gewünschter Brechzahl und
Wandstärke umfangen oder im Zuge einer Direktbeschichtung mit weiteren Schichten gewünschter Brechzahl und Wandstärke beschichtet. Da- durch wird das korrekte Kern / Mantel -Verhältnis bei der späteren Lichtleitfaser erzeugt.
Ausführungsbeispiel 2 :
Im ersten Schritt erfolgt die Bereitstellung eines Hilfsmaterial für die Rohrfertigung, vorzugsweise eines Graphit oder SiC-Stabs, wobei hierbei auch jedwedes andere hitze- und temperaturbeständige Material verwendet werden kann . Im angeführten Beispiel wird ein Graphitstab mit 43mm Außendurchmesser verwendet.
Im Folgenden erfolgt die Beaufschlagung des Graphitstabs mit einer Glasrußschicht gewünschter Brechzahl . Anschließend erfolgt die Abschei- dung eines Teils der Distanzschicht bevorzugt bestehend aus undotiertem Quarzglas mit einer Dicke zwischen 0,2 - 1,2mm, bevorzugt 0,7mm .
Nachfolgend erfolgt die Bildung eines ersten dotierten Grabens 16 mit einer Wandstärke von 0,2- 1,3mm, vorzugsweise 0,7mm und einer Brechzahländerung von Δη betragsmäßig zwischen 0,001 und 0,005 , vorzugsweise 0,0025, mit Hilfe von Abscheideprozessen, wobei bevorzugt das OVD bzw. CVD Verfahren , insbesondere POVD Verfahren, Flammenpyrolyse oder der sog . Smoker angewendet wird .
Eine weitere Zwischenschicht aus Quarzglas mit einer Wandstärke zwischen 0,01mm und 2,5mm vorzugsweise 0,7mm wird mit Hilfe der zuvor genannten Verfahren aufgebracht, wobei es sich entweder um undotiertes Quarzglas handelt oder um dotiertes Quarzglas, wobei für diesen Fall für dessen Brechzahldifferenz Δη2 vorzugsweise gilt :
Δη2 = - Δη +/- 0,001 Im Anschluss an diese Zwischenschicht erfolgt die Bildung eines fluordotierten Grabens 18 mit einer Wandstärke von 0,3-2, 5mm, vorzugsweise 1,0 mm und einer Brechzahlabsenkung von Δη zwischen -0,002 und - 0,026 , vorzugsweise -0,009. Eine äußere Schutzschicht aus vorzugsweise undotiertem Quarzglas wird aufgebracht.
Nach dem Entfernen des Hilfsmaterials - im vorliegenden Beispiel des Graphitstabs - erfolgt eine Bearbeitung und/oder Reinigung und/oder Temperaturbehandlung der Innenoberfläche. An diese Prozedur schließt sich ein Streckschritt an, so dass der Außendurchmesser des neuen Rohrs zwischen 24 und 36mm vorzugsweise 32mm beträgt.
In diesem Rohr wird zunächst die gewünschte Wandstärke der Distanzschicht mit Hilfe des CVD-Verfahrens oder des PIVD Verfahrens abgeschieden. Nachfolgend erfolgt die Abscheidung der lichtführenden
Schichten wobei sich die Brechzahl bei graduiertem Brechzahlverlauf ab einer gewissen Schichtanzahl kontinuierlich erhöht.
Die restlichen Schritte gleichen denen des Ausführungsbeispieles 1.
Ausführungsbeispiel 3 :
Im ersten Schritt erfolgt die Bereitstellung eines Hilfsmaterial für die Rohrfertigung, vorzugsweise eines Graphit oder SiC-Stabs, wobei hierbei auch jedwedes andere hitze- und temperaturbeständige Material verwendet werden kann . Im angeführten Beispiel wird ein Graphitstab mit 43mm Außendurchmesser verwendet.
Im Folgenden erfolgt die Beaufschlagung des Graphitstabs mit einer Glasrußschicht gewünschter Brechzahl . Diese wird zumindest ansatzweise durch nachfolgende Beschichtungsprozesse zu einer Glasschicht ver- schmolzen . Nachfolgend erfolgt die Bildung eines fluordotierten Grabens mit einer Wandstärke von 0,4-3 mm, vorzugsweise 1,5mm und einer Brechzahlabsenkung von Δη zwischen -0,002 und -0,026 , vorzugsweise zwischen -0,006 und -0,015 und noch mehr bevorzugt bei -0,009, mit Hilfe von Abscheideprozessen, wobei bevorzugt das OVD bzw. MCVD Verfahren, vorzugsweise POVD Verfahren, Flammenpyrolyse oder der sog. Smoker angewendet wird . Dieses Rohr wird mit einer äußeren Schutzschicht versehen, die vorzugsweise aus undotiertem Quarzglas besteht und eine Wandstärke zwischen 0, 1 und 3mm vorzugsweise 0,5mm aufweist.
Nach dem Entfernen des Hilfsmaterials - im vorliegenden Beispiel des Graphitstabs - erfolgt eine Bearbeitung und/oder Reinigung und/oder Temperaturbehandlung der Innenoberfläche. Es können sich ein oder mehrere Streckprozesse anschließen .
Anschließend wird mit Hilfe von Innenabscheideprozessen, wie beispielsweise MCVD, CVD oder PIVD (Plasma Inside Vapor deposition) zunächst die Distanzschicht mit gewünschter Wandstärke aufgebracht und anschließend die lichtführenden Schichten mit gewünschter Brechzahlabfolge hergestellt. Nach Abschluss der Innenbeschichtungen können eine Temperaturbehandlung und/oder Streckprozesse durchgeführt werden . Das daraus entstehende Produkt wird nach der Aufbereitung der äußeren Oberfläche mit wenigstens einem Rohr gewünschter Brechzahl und
Wandstärke umfangen oder im Zuge einer Direktbeschichtung mit weiteren Schichten gewünschter Brechzahl und Wandstärke beschichtet. Dadurch wird das korrekte Kern / Mantel -Verhältnis bei der späteren Lichtleitfaser erzeugt.
Ausführungsbeispiel 4: In ein undotiertes Substratrohr werden mit Hilfe von Innenabscheidepro- zessen, wie beispielsweise MCVD, CVD oder PIVD (Plasma Inside Vapor deposition) die lichtführenden Schichten abgeschieden. Anschließend wird das so hergestellte Rohr zu einer Kapillare oder einem massiven Stab kollabiert. Das Substratrohr wird ganz oder teilweise abgetragen und die äußere Oberfläche aufbereitet. Optional können sich Streck- oder Stauchvorgänge anschließen. Als abschließenden Schritt erfolgt die Au- ßenbeschichtung mit Glas gewünschter Brechzahl und Dicke, mit Hilfe von Abscheideprozessen, wobei bevorzugt das OVD bzw. CVD Verfahren , insbesondere POVD Verfahren, Flammenpyrolyse oder der sog. Smoker. Es versteht sich von selbst, dass mittels der zuvor aufgeführten Verfahren auch eine Schichtabfolge in Form von einzelnen Gräben und/oder Zwischenschichten realisiert werden kann.
Es versteht sich, dass die hier ausgeführten Ausführungsbeispiele in der Abfolge der einzelnen Schritte und Beschichtungsparameter wie Brechzahl, Wandstärke, Durchmesserangaben, Schichtanzahl und Abfolge vom Fachmann gemäß der zu lösenden Aufgabe angepasst werden müssen.
Die Erfindung wurde anhand von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie im Rahmen fachmännischen Handelns.
Bezugszeichenliste
1 Kernbereich
2 Fasermantel
3 negativer Mantelbereich, Graben
4 Distanzschicht
5 Zwischenschicht brechzahlabgesenkter Bereich äußere Schutzschicht

Claims

Patentansprüche
1. Lichtleitfaser, bestehend aus einem Kernbereich (1) und einem Mantelbereich (3) mit einer bezüglich eines Brechzahlniveaus einer Glasmatrix erhöhten Kernbrechzahl und einer bezüglich des
Brechzahlniveaus der Glasmatrix erniedrigten Mantelbrechzahl, wobei mindestens eine Distanzschicht (4) als Schutz-, Diffusions-, Barriere- und/oder Pufferschicht zwischen dem Kernbereich und dem Mantelbereich ausgebildet ist, wobei die Distanzschicht eine
Wandstärke aufweist, bei der die numerische Apertur der Lichtleitfaser sich aus variablen Anteilen des positiv dotierten Kerns und des negativ dotierten Mantelbereichs zusammensetzt oder von beiden Anteilen beeinflusst wird.
2. Lichtleitfaser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Mantelbereich (3) mindestens einen brechzahlabgesenkten Graben aufweist.
3. Lichtleitfaser nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lichtleitfaser als eine Lichtleitfaser mit hoher numerischer Apertur in Form einer High-NA-Faser ausgebildet ist.
4. Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Distanzschicht (4) zumindest einen Dotanden des Kernbereichs (1) und/oder des Mantelbereichs (3) aufweist.
5. Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die numerische Apertur NA der Faser einen Wert von mehr als 0,20, vorzugsweise mehr als 0,25, aufweist.
6. Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass d ie Dicke der Distanzschicht (4) einen auf einen
Standardfaserquerschnitt von 125 μ m bezogenen Wert von 0,05 bis 3,5 μ m, vorzugsweise von 1,4 μιτι bis 1,9 μιτι, aufweist.
7. Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadu rch gekennzeichnet, dass
die Wandstärke der Dista nzschicht (4) innerhal b der Preform eine Dicke aufweist, ü ber die der Beitrag des Mantel bereichs zur nu merischen Apertur der Faser bestimmt wird u nd einstel lbar ist.
8. Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadu rch gekennzeichnet, dass
mindestens eine der Dista nzschichten, der Kernbereich u nd/oder der Mantel bereich einen mindestens abschnittsweise von der
Kreissymmetrie a bweichenden Querschnitt, vorzugsweise einen
hexagonalen oder oktagona len Querschnitt, aufweist.
9. Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadu rch gekennzeichnet, dass
mindestens eine Distanzschicht laseraktive Ionen, insbesondere d- bzw. f-Elemente, bevorzugt Ho, Yb, Er, Sm, Ti, Nd, Tm, Cr, Co, Pr, enthä lt.
10. Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadu rch gekennzeichnet, dass
d ie mindestens eine Dista nzschicht aus mehreren Zwischen- bzw.
Überga ngsg läsern u nterschiedl icher chemischer Zusammensetzung besteht.
11. Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadu rch gekennzeichnet, dass
in dem Kernbereich, dem Ma ntel bereich oder der mindestens einen Distanzschicht mehrere brechzahlveränderte Stufenstru ktu ren
vorgesehen sind, die sich hinsichtl ich ihrer chemischen
Zusammensetzung u nd/oder Wandstä rke u nterscheiden .
12. Lichtleitfaser nach Anspruch 11,
dadu rch gekennzeichnet, dass die einzelnen Stufenstrukturen durch weitere Distanzschichten
voneinander getrennt sind, wobei die chemische Zusammensetzung und/oder Wandstärke der zwischen den Stufenstrukturen angeordneten Distanzschichten vorzugsweise unterschiedlich ausgebildet ist.
13. Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Betrieb der Lichtleitfaser und/oder, die Messung der numerischen Apertur bei einer vollen Anregung aller ausbreitungsfähigen Moden oder bei einer reduzierten Modenanregung ausführbar ist.
14. Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aufbringen der Distanzschicht zumindest teilweise mit Hilfe von Außenabscheideprozessen, bevorzugt das OVD bzw. CVD Verfahren, insbesondere POVD Verfahren, Flammenpyrolyse oder Smoker auf einem rotationssymetrischen Stab und/oder Rohr durchgeführt wird.
15. Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest teilweise Aufbringen der Distanzschicht und/oder lichtführenden Schichten auf der Innenseite eines geeigneten
Substratrohres mit Hilfe von Innenabscheideprozessen, bevorzugt CVD oder PIVD Verfahren, durchgeführt wird.
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