NO792482L - Optisk boelgeleder med stor baandbredde og som har b203 fri kjerne samt fremstillingsmaate for samme - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for

å danne en preform for et optisk filament som har gradientindeks og stor båndbredde, omfattende å tilveiebringe et sylindrisk tubulært startelement tildannet av et første basisglass og minst en første dopingsmiddel forøkning av brytningsindeksen for nevnte tubulære startelement til en verdi større enn den for nevnte basisglass, å forme et barrierelag omfattende et andre basisglass og minst et ytter-.. ligere dopingsmiddel på overflaten av innerveggen av det tubulære startelement, å opprettholde konsentrasjonen av det andre basisglass og ytterligere dopingsmiddel/midler innenfor nevnte barrierelag i alt vesentlig jevn over hele tykkelsen av barrierelaget, og å tildanne et kjernelag ved påføring av en flerhet av lag av et kjernemateriale som hovedsakelig består av et tredje basisglass med høy renhet

og et eller flere tredje dopingsmiddel på nevnte barrierelag

Oppfinnelsen vedrører også en preform for et optisk filament som har gradient indeks og stor båndbredde, omfattende et ytre kledningslag som utgjøres av et tubulært startelement dannet av et første,basisglass og minst et første dopingsmiddel for økning av brytningsindeksen for nevnte tubulære startelement til en verdi som er større enn den for basisglasset, et barrierelag anordnet på innsiden av det tubulære startelement og omfattende et andre basisglass og minst et ytterligere dopingsmiddel, idet konsentrasjonen av nevnte andre basisglass og ytterligere dopingsmiddel/ midler på innsiden av barrierelaget i alt vesentlig er

jevn over hele tykkelsen av barrierelaget, og innenfor barrierelaget et kjernelag omfattende et antall lag av kjernemateriale som består hovedsakelig av et tredje basisglass av høy renhet og et eller flere tredje dopingsmidler, idet der foreligger et grensesnitt mellom barrierelaget og kjernelaget, samtidig som kjernelaget har en gradient brytningsindeks.

En slik teknikk er omtalt i norsk patentsøknad nr.

79.2483 vedrørende optiske filamenter med stor bånd-

bredde og gradientindeks, hvilke filamenter er anvendbare som transmisjonsmedia.

Foreliggende oppfinnelse søker å løse hovedsakelig det samme problem som nevnte samtidig inngitte norske søknad vedrør-er, men på en forskjellig måte, idet løsningen som her tilveiebringes, er langt mer detaljert beskrevet i det etter-følgende .

Optiske filamenter som anvendes i optiske kommunikasjons-systemer er her henvist til som optiske bølgeledere, og er normalt konstruert av et gjennomsiktig dielektrisk materiale, slik som glass eller plast.

Optiske bølgeledere med gradientindeks har et radielt va-

. rierende sammensetning og følgelig en radielt varierende brytningsindeks. US-patentene 3.82 3.995 og 3.711.262 om-handler optiske bølgeledere med gradientindeks og frem-. gangsmåte for deres dannelse ved innside dampfase-oksyda-sjonsprosesser. Når det her henvises til innside dampfa-se-oksydasjonsprosesser, har man til hensikt å innbefat-te kjemisk ampavsetning, flammeThydrolyse og hvilke som helst andre prosesser ved hjelp av hvilke materialet i dampform føres inn i et oppvarmet rør, bringes til å rea-gere med oksygen under innflytelse av varme og avsettes på innerveggoverflaten av nevnte rør. Materialet kan avsettes inne i røret i suksessive lag, hvoretter røret fjernes fra varmen for å etterlate et smeltet emne. Som det vil forstås, kan det sentrale hull klappes sammen ved slutten av avsetningsprosessen, eller emnet etter fjern-ing fra varmen kan deretter bli gjenoppvarmet for at hullet kan klappe sammen, men i ethvert tilfelle dannende en fast preform, eller hullet kan sammenfalle under trek-k-kingsprosessen. Når en fast preform er dannet, blir den deretter oppvarmet og trukket til en langstrakt fin tråd. Ettersom strukturene av den trukkede tråden eller filamentet gjengir strukturen av preformen, er det viktig at de fysiske karakteristika av preformen omhyggelig kontrolleres.

Slik de't er kjent for fagfolk, oppviser optiske bølgeled-.. ere med gradientindeks en høyere brytningsindeks i kjernen ved midten av denne og lavere brytningsindekser ved punkter radielt utad fra kjernens senter. Gradient-brytningsindeksen kan varieres kontinuerlig eller diskonti-nuerlig, og kan oppvise en lineær, parabolsk eller annen ønsket karakteristikk. Hva angår konstruksjonen og bruk-en av optiske bølgeledere, skal det henvises til "Fiber Optics Principles and Applications" av N.S. Kapany, Acade-mic Press 196 7; "Geometrical Optics of Parabolic Index Gradient Cylindrical Lenses" av F.P. Kapron, Journal of the Optical Society of America, Vol. 60, nr. 11, sidene 1433-1436, november 1970; "Cylindrical Dielectric Wave-guide Mode" av E. Snitzer, Journal of the Optical Society of America Vol. 51, nr. 5 sidene 491-498, Mai 1961.

For å utføre slik endring av brytningsindeksen for en preform eller emne formet ved en innerside dampfase-oksyda-sjonsprosess, kan den k.jemiske sammensetning av kildema-terialene, hvilke ved reaksjon omfatter det endelige materialet avsatt på innsideoverflaten av røret, varieres. Dampblandingen hydroliseres eller oksyderes og avsettes på innsideoverflaten av røret og smeltes deretter til å danne et glass med høy kvalitet og renhet. Samtidig kan en eller flere ytterligere damper tilføres røret, hvor hver damp dannes av et kjemikalium benevnt som et "dopingsmiddel" hvis nærvær påvirker brytningsindeksen eller andre karakteristika for glasset som dannes.

Det er kjent at der ved dannelse av optiske bølgeleder-.emner eller preformer ved hjelp av innside-dampfaseoksy-dasjonsprosessen innlemmes et barrierelag på innsiden av støtte eller substratrøret forut for avsetningen av kjerneglasset, idet substratrøret danner kledningen av preformen. Hovedfunksjonen for barrierelaget er å minske grenseskiktspredning og absorbsjonstap ved å fjerne kjer-nekledningsgrenseskiktet som ellers ville eksistere,

ved fraværet av barrierelaget, mellom avsatte lag av glass

med høy renhet og liten dempning og substratrørets indre overflate. Barrierelaget er vanligvis en bor-silikat glass-sammensetning, ettersom doping av silisiumoksyd som gene-relt er basisglasset, med bor reduserer avsetningstempera-turen og minsker derved krympingen av substratrøret. Andre fordeler med å dope silisiumoksyd med bor er at det reduserer brytningsindeksen for glasset og det virker som en barrier overfor diffunderingen av hydroksyl-ioner, vanligvis benevnt som hydrogen eller vann, fra substratrøret til

det avsatte kjerneglasset ved de høye behandlings- og trek-ketemperaturene.

Det er vel kjent at informasjonsbåndbredden for et optisk bølgelederfilament kan i vesentlig grad økes ved å gradere brytningsindeksens profil. Båndbredden på den optiske bølgeleder med gradert brytningsindeks kan være fra ca. 10 til ca. 10^ ganger større enn båndbredden for et filament med en ugradert indeksprofil. Økningen i båndbredde er meget avhengig av formen av brytningsindeksprofilen.

Problemet er at ved den kjente teknikks dannelse av optiske bølgelederpreformer eller emner med gradientindeks ved innside dampfaseoksydasjon, og ved glassfilamentene som dannes derfra, oppviser filamentene en kombinasjon av trinngradert brytningsindeks-profil, som bevirker pulsspredning av høyere ordens modi, hvilket resulterer i lavere båndbredde. En slik profil er illustrert i fig. 1, hvor den gradiente del er angitt med kurven 10, mens den trinnformede del er angitt med den i alt vesentlig rette vertkale del 12 som viser en trinnøkning i brytningsindeksen.

En kombinasjonstrinngradert brytningsindeks-profil, som også anses å bevirke pulsspredning av høyere ordens-modi, er vist i fig. 2, hvor den gradiente del er angitt med kurven 14, mens den trinnformede del er angitt ved trin-net 16. Den uønskede kombinasjons-trinngraderte bryt--:.'ningsindeks-profil vist i fig. 2 omhandles her kun for illustrerende formål, ettersom den ikke er kjent å eksi stere i den etablerte teknikk, men anses nyttig for å tilveiebringe en bedre forståelse av foreliggende oppfinnelse.

Det finnes minst to årsaker til den nevnte kombinasjons-trinngraderte profil vist i figurene 1 Og 2. Et høyt bornivå ønskes i barrierelaget av grunner som er omtalt ovenfor .

Et lavt bornivå ønskes i kjernen for å øke den numeriske apertur i den resulterende optiske bølgeleder, for å minske Rayleigh spredning og å eliminere den infrarøde absorb-sjon av B-vibrasjonsbåndene i spektralområdet mellom 1.2 og 1.5 mikrometer (H. Osani et al. Electronic Letters 12, 549, 1976). Den andre grunnen for en slik trinngradert profil er at ved barrierelaget-kjernegrensesnittet, må

et dopingsmiddel slik som GeC>2 og eller P2°5'eller lign-ende, innføres ved et bestemt nivå satt av kildemateri-alets dampleveringssystems muligheter. Det bør bemerkes at i illustrasjonene av både figurene 1 og 2, er brytningsindeksen for kjernen ved barrierelaget-kjernegrensesnittet høyere, med en verdi An, enn brytningsindeksen for sub-stratrørets materiale eller kledning. Slik trinnøkning i kjernens brytningsindeks av barrierelaget-kjernegrensesnittet anses å frembringe pulsspredningen av høyere ordens modi, hvilket resulterer i mindre båndbredde. I

hvert eksempel er silisiumoksyd vist som substratrørets materiale med en brytningsindeks på 1.45 70, og med brytningsindeksen ved den sentrale akse 18 og 21 av filamentene i figurene 1 og 2 respektive lik 1.4766. Som det vil forstås er brytningsindeksen ved en bølgelengde av ca.

630 nm for et filament som har en numerisk apertur av ca. 0.24.

Kurve 48 i fig. 12 illustrerer pulsutvidelsen som er blitt observert i en typisk kombinasjonstrinngradert profil gjort ved den kjente teknikk. Den høye smale delen av pulsen frembringes av den graderte delen av brytningsindeksprofilen, mens den brede basisen som forløper mot høyre bevirkes av trinndelen av profilen. Båndbredden av filamentet som er vist ved kurven 48 i fig. 12 er blitt målt til å være 260 mHz for en kilometers lengde.

En vanlig anvendt metode for fremstilling av f.eks. Ge02-Si02-<B>203eller Si02-Ge02-B203-P2C>5 kjerne gradientindeks optiske bølgeledere er vist i figurene 3 og 4, hvor den samtidige reduksjon av B2C>3 .nivået og innføring-en av bestemte nivåer av Ge02og/eller P2C>5bevirker en trinnøkning i brytningsindeksen ved kanten av kjernen og fører til trinngradientprofilen i fig. 1 som beskrevet ovenfor. På den annen side resulterer metoden som er illustrert ved fig. 5, som viser den andre typen av uønskede trinngradientprofil illustrert i fig. 2, når bestemte nivåer av Ge02og/eller P2°5anvendes i barrierelaget sammen med B2C>2 og mengden av B2O3i barrierelaget er utilstrekkelig til å kompensere for økningen i brytningsindeksen på grunn av mengden av GeC>2 og/eller P2O5som er tilstede. I en slik situasjon blir der bevirket en økning i brytningsindeksen ved klednings-barrierelag-grenseskiktet, hvilket fører til trinngradientindeksprofilen i fig. 2.

Selv om figurene 3, 4 og 5 illustrerer startkildemateri-alene som klorider e.l. av bor. silisium, germanium og fosfor, vil det forstås at disse kildematerialer, under innflytelse av oksygen og varme, reagerer til å frembringe respektive oksyder. Videre, som anvendt her, innbefatter innenfor dampfaseoksydasjon, "kjemisk dampavsetning" og andre dampfaseoksydasjons-metoder. Uttrykket "kjemisk dampavsetning" betyr dannelsen av avsetninger ved kjemiske reaksjoner som finner sted på, ved eller nær av-setningsoverflaten. Denne definisjon er angitt på side 3 av teksten "Vapor Deposition" redigert av CF. Powel

et al. New York, John Wiley & Sons, Inc., 1966. Hvilke som helst prosessmessige variasjoner som er vel kjente

i teknikken kan anvendes for å utføre avsetningen av det

hensiktsmessige belegget av glass ved hjelp av den kjemiske dampavsetningsprosess, slik som f.eks. den som er

beskrevet på side 263 av nevnte publikasjon av Powel et al., hvilken angir "Another means of obtaining uniform cover-age which also can give high deposition efficiency, and which is especially applicable to the coating of the in-side surfaces of small bore tubing, is to heat only a small portion of the tubing to the deposition temperature. The section heated to the deposition temperature is slow-ly moved over the total length of the tube or the total area to be coated" . I denne forbindelse henvises det også ... til US-patent 3.0 31.3 38.

En annen effektiv måte å påføre belegg ved dampfaseoksydasjon er å sintre et sotlag av det ønskede materialet på-ført ved flammehydrolyseprosess tilsvarende den som er beskrevet i US-patent 2.272.342 eller US-patent 2.326.059.

Med det foregående i tankene søker den foreliggende oppfinnelse å unngå dannelsen av trinndelen av profilen og frembringe i steden rene graderte brytningsindeksprofiler, slik som de som er vist i figurene 6 eller 7. Som vist ved kurve 52 i fig. 12, har filamentet ifølge den foreliggende oppfinnelse meget mindre utvidelse og en målt båndbredde av 910 mHz for en kilometers lengde. Den reduserte pulsutvidelse og høye båndbredde oppnås ved eliminering av trinndelen av den trinngraderte profilen. I tillegg blir den numeriske apertur, Rayleigh spredningen redu-sert, og den infrarøde absorpsjon av B-0 vibrasjonsbåndene i spektralområdet mellom 1,2 og 1,5 mikrometer reduseres .

Nærmere bestemt, og i overensstemmelse med oppfinnelsen

gis der anvisning på en fremgangsmåte av den innledningsvis angitte art, som ifølge oppfinnelsen erkarakterisertved at for starten av kjernelagavsetningen endres den hovedsakelig jevne konsentrasjon av basisglass og dopingsmiddel i barrierelaget ved tilførsel av en strøm av basisglass/dopingsmiddel-produserende materiale av høy renhet, som er fritt for og har en. konsentrasjon som

skaffer en gradient brytningsindeks i kjernelaget uten no-

en trinnøkning i brytningsindeksen i kjernelaget i grensesnittet mellom barrierelaget og kjernelaget sett i ret-

ning mot preformens akse, idet konsentrasjonen av nevnte minst ene ytterligere dopingsmiddel i nevnte barrierelag reguleres slik at barrierelaget blir gitt en brytnings-

indeks for nevnte tubulære startelement, og idet det første, det andre basisglass og det tredje basisglass med høy renhet såvel som det første dopingsmiddel/midler,

det ytterligere dopingsmiddel/midler og det tredje dopingsmiddel/midler kan være samme eller forskjellig glass/ dopingsmiddel.

En preform av den innledningsvis angitte art vil således

værekarakterisert vedat det ene eller flere tredje dopingsmidler i kjernelaget er 13203-fritt, og at kjernelag-

ets brytningsindeks ved nevnte grensesnitt er hovedsake-

lig lik eller mindre enn brytningsindeksen for barriere-

laget ved grensesnittet mellom barrierelaget og kjerne-

laget for å skaffe en gradient brytningsindeks for kjernelaget uten noen trinn-økning i grensesnittet fra barrierelaget mot aksen av kjernelaget, samtidig som brytningsindeksen for barrierelaget på sin side er mindre eller lik den for kledningslaget, og idet det første, det an-

dre basisglass og det tredje basisglass med høy renhet,

såvel som det første dopingsmiddel/midler, det ytterlig-

ere dopingsmiddel/midler og det tredje dopingsmiddel/

midler kan være samme eller forskjellig glass/dopings-

middel.

Med andre ord går oppfinnelsen ut på en ny teknikk som best

kan illustreres ved å sammenligne den foreliggende oppfinnelse med teknikken ifølge DE 2647419.

Ifølge denne publikasjon er de trekk som skiller den foreliggende oppfin nelse fra nevnte publikasjon umiddelbart

synlig ved å betrakte fig. 1 og 2 i publikasjonen. I fig.

2 er der vist en trinn-indeks indikasjon som har ingen re-lasjon til den foreliggende oppfinnelse som vedrører en

kjerne med gradientindeks. Hva angår fig. 1 i DE 264 7419

er der vist en stor trinnøkning ved grensesjiktet mellom kjerne og barrierelag/ sett i retning mot kjernen,

hvilket har en bæring direkte mot et kritisk element i den foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 i den foreliggende beskrivelse, som representerer den kjente teknikk, gjør det klart at en slik trinnøkning ikke er ønskelig. Videre er det ikke ønskelig å ha en brytningsindeks ved grensesjiktet mellom kjerne og barrierelag som overstiger den for startelementet eller kledningen, slik det fremgår av fig. 2 i den foreliggende beskrivelse. Den foreliggende oppfinnelse er illustrert i fig. 6 og 7 i søknaden, hvor både fraværet av en trinnøkning i grensesjiktet mellom kjerne og barrierelag sett i retning mot kjerneaksen el-

ler preformaksen, og verdien av brytningsindeks ved grensesjiktet mellom kjernen og barrierelaget relativt brytningsindeksen for kledningen og barrierelaget, er klart illustrert. Der finnes ingen lære om dette forhold i det nevnte mothold.

Ytterligere formål, trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den etterfølgende detaljerte beskrivelse og de vedlagte tegninger, for hvilke i eks-empelform foretrukne utførelsesformer av den foreliggen-

de oppfinnelse er illustrert.

Fig. 1 er en grafisk illustrasjon av en tidligere kjent bølgeleder med trinngradient brytningsindeksprofil.

Fig. 2 er en grafisk illustrasjon av en annen trinngradi-

ent brytningsindeksprofil bølgeleder med liten båndbredde.

Figurene 3 og 4 er grafiske illustrasjoner av metodene av den kjente innføring av kildedampmaterialer ved dannelsen

av optiske bølgeledere med trinngradient brytningsindeks-prof iJL.

Fig. 5 er en grafisk illustrasjon av en fremgangsmåte for å innføre kildedampmaterialer i dannelsen av den trinngra- diente brytningsindeksprofil bølgelederen i fig. 2.

Figurene 6 og 7 er grafiske illustrasjoner av optiske filamenter med stor båndbredde og gradientindeks, dannet i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse. Fig. 8 er et skrått riss av en optisk bølgeleder i overensstemmelse med oppfinnelsen. Figurene 9 og 10 er grafiske illustrasjoner av metodene for å innføre kildedampmaterialer ved dannelsen av optiske filamenter med stor båndbredde i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse. Fig. 11 er en grafisk illustrasjon av hovedmodustallet i forhold til forsinkelsestiden i en optisk bølgeleder

som kan dannes ifølge den foreliggende oppfinnelse, sammenlignet med en bølgeleder ifølge den kjente teknikk.

Fig. 12 er en grafisk illustrasjon av båndbredden representert ved tiden i forhold til effekten i en optisk bøl-geleder som kan være dannet ved den foreliggende oppfinnelse sammenlignet med en bølgeleder ifølge den kjente teknikk.

Det skal bemerkes at tegningene er illustrerende og sym-bolske for den foreliggende oppfinnelse, og det er ikke tilsiktet å indikere målestokk eller relative proporsjon-er av elementene som der er vist. For enkelthets skyld vil

den foreliggende oppfinnelse bli beskrevet i forbindelse med dannelsen av optiske bølgelederpreformer med stor båndbredde og gradientindeks samt bølgelederne selv, hvori basisglasset er silisiumoksyd, selv om oppfinnelsen ikke er tilsiktet å være begrenset til dette.

To __ek semp_ le jr av opt iske fil ame n te r med stor båndbredde og gradientindeks laget av preformer eller emner dannet i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse, er illustrert ved figurene 6 og 7. Fig. 8 illustrerer en typisk bølgeleder 22 dannet i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse. Med henvisning til figurene 6 og 8 er E^O^fri gradient brytningsindekskjernen 2 4

angitt i fig. 6 med kurven 26, mens barrierelaget 28

er angitt med flat del 30. Startelementet eller substrat-røret 32, hvilket tilslutt danner bølgeleder-kledningen, er illustrert ved den flate delen 34 i fig. 6. Det vil forstås at barrierelaget omfatter det første avsatte materialet på innsideoverflaten av substratrøret, hvilket noen ganger betegnes som den avsatte kledning. Substrat-rørmaterialet anvendt i beskrivelsen av den foreliggende oppfinnelse er silisiumoksydbasisglass inneholdende 2 mol prosent GeC>2 som dopingsmiddel, hvorfor brytningsindeksen for kledningsdelen vist i fig. 6 er 1,4595 som

er 0,0025 over brytningsindeksen for silisiumoksydbasis-glasset. Dette er sant for hver av illustrasjonene som er angitt i figurene 6 og 7 for enkelhet ,i beskrivelsen

og lett sammenligning. For å fremme disse siktemål er brytningsindeksen i hvert av disse eksempler ved de sentrale akser 36 og 38 av de optiske bølgeledere i figurene 6 og 7, henholdsvis ca. 1.4787, mens barrierelagets tykkelse "b" av hver er ca. 1 mikrometer og kjerneradiusen "a" er ca. 31.25 mikrometer.

Fremgangsmåten for å danne en preform eller et emne ifølge den foreliggende oppfinnelse såvel som selve det optiske filament, kan være en hvilken som helst av forskjellige

fremgangsmåter, slik som f.eks. de som er beskrevet i tidligere nevnte US-patenter 3.823.995 og 3.711.262.

Hvilke som helst andre fremgangsmåter for å danne optiske bølgeledere med gradientindeks er også hensiktsmessig for den foreliggende oppfinnelses formål. Selvom en hvilken som helst kjent fremgangsmåte kan anvendes for å danne startelementene eller substratrøret, beskriver tidligere nevnte US-patenter 3.823.995 og 3.711.262 fremgangsmåter for rørdannelse som er hensiktsmessige for den foreliggende oppfinnelse.

I figurene 9 og 10 er det illustrert to fremgangsmåter for å danne optiske bølgeledere som i figurene 6 og 7 med stor båndbredde, gradientindeks og B2O3fri kjerne. Som det vil bemerkes illustrerer figurene 9 og 10 startkildema-terialene, nemlig kloridene e.l., av bor, silisium, fosfor, og germanium, hvilke under innflytelse av oksygen og varme reagerer til å frembringe de respektive oksyder. Basisglasset illustrert i figurene 9 og 10 er silisiumoksyd til hvilket er selektivt tilføyet B2O3, GeC>2 og P2O5. Startelementet eller substratet i hvert eksempel er silisiumoksyd dopet med GeC>2 •

Barrierelaget er dannet ved å påføre et flertall lag av materialer til innsideoverflaten av substratrøret, hvor sammensetningen av barrierelaget som er i alt vesentlig jevn overalt, har en i alt vesentlig konstant proporsjon av silisiumoksyd P.2°5> GeC>2 og valgfritt B2C>3. Som illustrert i fig. 9, opprettholdes nivåene av P2C>5 og GeC>2

i barrierelaget ved nivå hvorved barrierelagets brytningsindeks er mindre enn den for basisglass silisiumoksyd dopet med GeC>2, vist ved den flate delen 30 av fig. 6. I særdeleshet er brytningsindeksen for barrierelaget i eksemplet vist i fig. 6,ca. 0.0004 mindre enn brytningsindeksen for den dopede silisiumoksyd-kledningen. For å oppnå den gradientindeks-kjernen som illustrert ved kurve 26 i fig. 6, blir mengdene av Ge02og P2O5kjerne-materialsammensetningen avsatt over barrierelaget gradvis øket ettersom hvert suksessive lag av kjernematerialet avsettes. Som det vil forstås, kan kjernen dannes ved påføring av et flertall lag av kjernematerialet inntil den ønskede tykkelse av kjernelaget oppnås.

Ettersom barrierelaget og. kjernen i fig. 9 hver inneholder P2O5og GeC>2 og det ikke er noen brå endring i mengdene av disse dopingsmidler, heller ikke den brå inn-føring av et nytt dopingsmiddel, ettersom kjernen dannes over barrierelaget, har den resulterende bølgelederprofil

.som illustrert i fig. 6 ikke trinngradientindeksprofilen

for de kjente bølgeledere. Det vil forstås at endringene i mengden av P2O5°9GeC>2 innenfor kjernetykkelsen programmeres på en forutbestemt måte for således å oppnå

en forutbestemt ønsket tverrsnittprofil av den endelige optiske bølgeleder.

I fig. 10 er det illustrert en fremgangsmåte for å danne ju den optiske bølgeleder med stor båndbredde og gradientindeks ifølge fig. 7. Den gradient brytningsindeks, B2O3

frie kjernen 24 i fig. 8 er angitt i fig. 7 med kurven 40, mens barrierelaget 28 er angitt med den flate delen 42. Startelementet eller substratrøret 32, hvilket tilslutt danner bølgelederkledningen, er illustrert ved den flate delen 44 i fig. 7. Som illustrert i fig. 10 er nivåene av B2C>3, P2O5og GeC>2 i barrierelaget opprettholdt ved nivåer hvorved barrierelagets brytningsindeks er i alt vesentlig lik ,den for det GeC>2 dopede silisiumoksyd startelementet som vist ved den flate delen 42 i fig. 7. For å oppnå den gradiente indekskjernen som illustrert

ved kurven 40 i fig. 7, slik det vil ses av fig. 10,

er B2O3fullstendig eliminert fra kjernematerialesam-mensetningen avsatt over barrierelaget, mens mengden GeC>2 og P2O5først brått minsket i kjernesammensetningen

og deretter gradvis øket i hvert suksessive lag. Som det vil forstås, kan kjernen dannes ved påføring av et flertall lag av kjernematerialet inntil den ønskede tykkel-

sen av kjernelaget oppnås. Ettersom B2O3er fullsten-

dig eliminert fra kjernematerialet og hver av Ge02og P2O5brått avtar ettersom det første laget av kjernematerialet avsettes over barrierelaget, er det tilstede en brå minsking i brytningsindeksen ved barrierelaget-kjernegrensesnittet som illustrert ved profilene i fig. 7. Det vil derfor ses at den resultante bølgelederpro-filen som illustrert i fig. 7, ikke har trinngradient indeksprofilen med en trinn økning i kjernens brytningsindeks slik som i tidligere kjente bølgeledere. Det vil forstås at endringen i mengden av P2°5°9Ge02innenfor kjernetykkelsen programmeres på en forutbestemt måte for således å oppnå en forutbestemt ønsket tverrsnittsprofil av den endelige optiske bølgeleder. Det vil også forstås at selv om fremgangsmåtene illustrert ved figurene 9 og 10 for å frembringe optiske bølgeledere ifølge fig. 6 og 7 er blitt beskrevet i forbindelse med B2O3 P2O5°9GeC>2

som dopingsmidler, kan endre.dopingsmidler eller kombinasjoner av disse anvendes bortsett fra at kjernen er fri for B2O3. Når andre dopingsmidler eller kombinasjoner av disse anvendes, må mengdene av hvert bli riktig pro-grammert, slik det vil forstås, for således å oppnå en forutbestemt ønsket tverrsnittsprofil.

For en bedre forståelse av fordelene tilveiebragt ved den foreliggende oppfinnelse, skal det henvises til figurene 11 og 12. Kurve 46 i. fig. 11 og kurve 48 i fig. 12 ble oppnådd, ved å anvende en tidligere kjent optisk bølge-leder av den. type • som er eksemplifisert med fig. 1, mens kurvene 50 i fig. 11 og 52 i fig. 12 ble oppnådd under anvendelse av en.optisk bølgeleder ifølge den foreliggende oppfinnelse, slik som eksemplifisert med fig. 6. Det skal forstås at kurve 50 i fig. 11 og kurve 52 i fig. 12 bare er illustrasjoner av data-tendenser for bølgelederne ifølge den foreliggende oppfinnelse, og er ikke representative for målte data. I fig. 11 er forsinkelsestiden i nanosekunder pr. kilometer vist som en funksjon av hovedmodustallet (m) for optiske bølgeledere hvis målte og illustrerende data er representert ved henholdsvis kurvene 46 og 50. Det skal også henvises med hensyn til fig. 11 til en artikkel med tittel "Differential Mode Attenuation in Graded-Index Optical Waveguides" av Robert Olshansky., angitt på side 42 3 av The Technical Digest of the 19 77 International Conference on Integrated Optics and Optical Fiber Communications, Tokyo, Japan. Hovedmodustallet "m" er relatert til igangsettingsposi-sjonen "r" av et laserpunkt ved inngangsenden av et fiber ved•ligningen hvor "a" er kjerneradiusen og "M" er den maksimale verdi av hovedmodustallet gitt ved

hvor "n-L*1 er på-aksens brytningsindeks, "k" er lik 2 n /& , Tr er den frie rombølgelengden (79 9 "nm fra dataene vist ;i fig. 11) , og ^ er lik (n-^- n2)/ (n^) , hvor "n2" er brytningsindeksen for kledningen. ;På grunn av trinnøkingen i brytningsindeksprofilen ved kjernebarrierelagets grensesnitt for bølgelederen representert ved fig. 1, vil en stor forsinkelsestid forskyv-ning representere for høyere ordens modi sendt gjennom en slik bølgeleder og følgelig blir en stor rms-puls-bredde av 0,6 9 ns frembragt, slik det fremgår av den målte kurven 46 i fig. 11. Når brytningsindeksprofilformen korrigeres ifølge den foreliggende oppfinnelse, som representert ved fig. 6, blir f<p>rsinkelseforskyvningen som illustrert ved kurve 46 i fig. 11 eliminert slik det demonstreres ved den illustrerende og representative kurve 50. Det vil ses at rms pulsutvidelsen som representert ved kurve 50 i fig. 11 reduseres til ca. 0,21 ns. ;Under ytterligere henvisning til fig. 12, hvor kurve 48 representerer data ifølge den kjente teknikks optiske bølgeleder, som angitt i fig. 1, blir pulsbredden "CF" ;av 0,69 ns matematisk omsatt til en båndbredde av 0,28 GHz. Den målte båndbredden var 260 mHz. På den annen side har den optiske bølgelederen ifølge den foreliggende oppfinnelse ifølge fig. 6 illustrert ved kurve 50 i fig. 11 og kurve 52 i fig. 12 en rms pulsbredde "& " av ca. 0,21 ns som matematisk omsettes til en båndbredde av ca. 0,95 GHz. ;For sammenligning og informasjonsmessige formål, er de kjemiske dampavsetningsprosessdata representert ved figurene 3 og 4 som frembragte optiske bølgeledere ifølge den kjente teknikk representert ved fig. 1, og de beregnede prosessdata representert ved fig. 5, som anses å frembringe en optisk bølgeleder representert ved fig. 2, angitt i etter-følgende tabell I. Dataene i eksemplet i figurene 1 og 4 er illustrert ved kurve 46 i fig. 11 og kurve 48 i fig. 12. S cm /min betyr standard kubikkcentimeter pr. minutt. Standard refererer seg her til standardisering med hensyn til høyde og atmosfæriske forhold, ettersom uttrykket er en funksjon av tettheten i gitt volum hvis strømning er forskjellig ved forskjellige nivåer. ;For hvert av eksemplene i tabell I, er overskuddsoksygenet 1000 s cm-Vmin, temperaturen er 1750°C, og tverrhastigheten av lagpåføringen er 15 cm/min for både barrierelaget og kjernen, idet barrierelaget dannes ved tre passeringer eller lag, mens kjernen er dannet ved 60 passeringer eller lag. Den resulterende optiske bølgeleder har en ytterdiameter av ca. 125 mikrometer, en kjernediameter av ca. 62,5 mikrometer, og en barrierelagtykkelse av ca. 1 mikrometer, selv.om barrierelaget kan strekke seg fra ca. 1-10 mikrometer, hvis ønskelig. ;Det etterfølgende er et typisk eksempel av hvorledes en optisk bølgeleder som har en profil som illustrert i ;fig. 6, og dannet ved fremgangsmåten illustrert i fig. 9 ifølge den foreliggende oppfinnelse kan fremstilles. Et silisiumoksyd substratrør som inneholder to mol prosent GeC^og har en ytterdiameter av 25 mm og en veggtykkelse av 1,275 mm monteres i en avsetningsdreiebenk som er vel kjent i teknikken. Bestanddelsreaksjonsmidlene SiCl^, GeCl4og POCI3ble avgitt til substratrøret ved kjente kjemiske dampavsetningssystemer. Illustrerende parametre for prosessen i dette eksempel er blitt matematisk utreg-net og estimert til å være som angitt i etterfølgende tabell II. ; F.eks. i tabell II er overskuddsoksygenet som tilveiebringes ca... 1000 s cm-Vmin, dannelses temperaturen er ca 1750°C, og den tverrgående hastigheten av lagpåføringen er ca. 15 cm/min for både barrierelaget og kjernen, idet barrierelaget dannes ved 3 passeringerreiler lag, mens kjernen dannes ved 60 passeringer eller lag. ;Emnet eller preformen som således dannes blir deretter oppvarmet til en temperatur av ca. 2200°C, dreiet med en hastighet av 60-90 omdreininger pr. minutt, og det sentrale hull sammenfaller til å danne en fast preform. Den faste preformen monteres så i et trekkappara.t som er vel kjent innen teknikken, idet enden av denne oppvarmes til en temperatur av ca. 2000°G og trekkes til et optisk bølgeleder-filament som har tverrsnittsprofilen som illustrert i fig. 6, og egenskapene som illustrert ved kurve 50 i fig. 11 og kurve 52 i fig. 12. Den resulterende optiske bølgeleder vil ha en ytterdiameter av ca. 125 mikrometer, en kjernediameter av ca. 62,5 mikrometer, og en barrierelagtykkelse av ca. 1 mikrometer. Silisiumoksyd-kledningen som inneholder to mol prosent Ge02vil ha en brytningsindeks på ca. 1,4595, barrierelaget som inneholder 1 mol prosent av hver av Ge02og P2O5med resten som silisiumoksyd vil ha en brytningsindeks av ca. 1,4591, og kjernen ved den sentrale aksen 36 som inneholder ca. 15 mol prosent Ge02og ca. 4 mol prosent<P>2°5 mec* resten som silisiumoksyd, vil ha en brytningsindeks av ca. 1,4787.

. Et annet eksempel av den foreliggende oppfinnelse anvender det samme leveransesystem og kjemiske dampavsetningsdreie-benk som angitt i forbindelse med det tidligere eksempel. Et silisiumoksydrør inneholdende 2 mol prosent GeC>2 og

som har en 25 mm's ytterdiameter og en 1,275 mm veggtykkelse er tilveiebragt og montert i nevnte dreiebenk. Frem-gangsmåteparametrene for å danne en optisk bølgeleder som har en brytningsindeksprofil som illustrert i fig. 7 ved hjelp av prosessen illustrert ved fig. 10, er blitt matematisk beregnet og estimert til å være som angitt i etter-følgende tabell III.

For eksempel i tabell III er overskuddsoksygenet som tilveiebringes ca. 1000 s cm 3/min# dannelsestemperaturen er ca. 1750oC og tverrhastigheten for lagpåføringen er ca. 15 cm/min for både barrierelaget og kjernen, idet barrierelaget dannes ved 3 plasseringer eller lag, mens kjernen dannes ved 60 passeringer eller lag.

Etterat preformen eller emnet er fremstilt som hittil beskrevet, oppvarmes den til en temperatur av ca. 2200°C, dreies med en hastighet av 60-90 omdreininger pr. min, og det sentrale hull sammenfaller til å danne en fast preform. Gjenstanden som således er dannet, blir deretter plassert i et trekkapparat som er kjent for en som er familiær med teknikken, enden av denne oppvarmes og et fiber som har en ytterdiameter av ca. 125 mikrometer, en kjernediameter av ca. 62,5 mikrometer og en barrierelagtykkelse av ca. 1 mikrometer trekkes på en vel kjent måte. Bølgelederen som således dannes bør ha en brytningsindeks-prof il som vist i fig. 7. Silisiumoksyd-kledningen som

inneholder 2 mol prosent GeC^vil ha en brytningsindeks av ca . 1,4 595 barrierelaget som inneholder 5,7 mol prosent GeC>2 / 1 mol prosent P2<O>5°9 10 mol prosent B2<O>3

med resten silisiumoksyd vil også ha en brytningsindeks som ikke er større enn ca. 1,4595, den første kjernepas-

sering eller lag inneholdende 1 mol prosent av hver av GeC>2 og P2O5med resten silisiumoksyd vil ha en brytningsindeks av 1,4591 og kjernen ved den sentrale aksen 38 som inneholder ca. 15 mol prosent Ge02og ca. 4 mol prosent P2O5med resten silisiumoksyd vil ha en brytningsindeks av ca. 1.4787.

Som det vil forstås kan det sentrale hull av hvilke som helst av bølgelederpreformene eller emnene av de foregående eksempler klappe sammen ved enden av avsetningsprosessen som beskrevet, eller emnet kan gjenoppvarmes sene-re for da å la hullet klappe sammen, eventuelt kan man la hullet falle sammen under trekkingsprosessen.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å danne en preform for et optisk filament som har gradientindeks og stor båndbredde, omfattende å tilveiebringe et sylindrisk tubulært startelement (32) tildannet av et første basisglass og minst et første dopningsmiddel for økning av brytningsindeksen for nevnte tubulære startelement (32) til en verdi større enn den for nevnte basisglass, å forme et barrierelag (28) omfattende et andre basisglass og etiyfeterligéréprdol^ på overflaten av innerveggen av det tubulære startelement (32) , å opprettholde konsentrasjonen av det andre basisglass og ytterligere 'dSapnings! ^^ rierelag (28) i alt vesentlig jevn over hele tykkelsen av barrierelaget, og å danne et kjernelag (24) ved påfør-ing av en flerhet av lag av et kjernemateriale som hovedsakelig består av et tredje basisglass med høy renhet og et eller flere tredje dopningsmiddel på nevnte barrierelag (28), karakterisert ved at for starten av kjernelagavsetningen (24) endres den hovedsakelig jevne konsentrasjon av basisglass og dopningsmiddel i barrierelaget (28) ved tilførsel av en strøm av basisglass/dopingsmiddel-produserende materiale av høy renhet, som er fritt for bor og har en konsentrasjon som skaffer en gradient brytningsindeks i kjernelaget uten noen trinn-økning i brytningsindeksen i kjernelaget i grensesnittet mellom barrierelaget (28) og kjernelaget (24) sett i retning mot preformens akse, idet konsentrasjonen av nevnte minst ene ytterligere dopingsmiddel i nevnte barrierelag (28) reguleres slik at barrierelaget blir gitt en brytningsindeks som er lik eller mindre enn brytningsindeksen for nevnte tubulære startelement, og idet det første, det andre basisglass og det tredje basisglass med høy renhet, såvel som det første dopingsmiddel/midler, det ytterligere dopingsmiddel/midler og det tredje dopingsmiddel/midler kan vær e—s amme—e-Her—f or-s kj e-l-l-i g—g-1 a ss./do p ingsmi dde]

2. Fremgangsmåte som er angitt i krav 1, karakterisert ved at der tilveiebringes et sylindrisk tubu lært startelement av silisiumoksyd som inneholder GeG^ .

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakte-r i s^ e r t ved at der tilveiebringes ytterligere og tredje dopingsmidler i barriere-og kjernelagene som omfatter Ge02 og/eller P2 O5 .

4. Preform for et optisk filament som har gradient indeks og stor båndbredde, omfattende et ytre kledningslag som ut-gjøres av et tubulært startelement (32) dannet av et første basisglass og minst et første dopningsmiddel for økning av brytningsindeksen for nevnte tubulære startelement (32) til en verdi som er større enn den for basisglasset, et barrierelag (28) anordnet på innsiden av det tubulære startelement (32) og omfattende et andre basisglass og minst et ytterligere dopningsmiddel, idet konsentrasjonen av nevnte andre basisglass og ytterligere dopningsmiddel/ midler på innsiden av.barrierelaget (28) i alt vesentlig er jevn over hele tykkelsen av barrierelaget (28), og innenfor barrierelaget (28) et kjernelag (24) omfattende et antall lag av kjernemateriale som består hovedsakelig av et tredje basisglass av høy renhet og et eller flere tredje dopningsmidler, idet der foreligger et grensesnitt mellom barrierelaget (28) og kjernelaget (24), samtidig som kjernelaget (24) har en gradient brytningsindeks, karakterisert ved at det ene eller flere tredje dopningsmidler i kjernelaget (24) er B^ C^ -fritt, og at kjernelagets brytningsindeks ved nevnte grensesnitt er hovedsakelig lik eller mindre enn brytningsindeksen for barrierelaget (28) ved grensesnittet mellom barrierelaget og kjernelaget for å skaffe en gradient brytningsindeks for kjernelaget uten noen trinn-økning i grensesnittet fra barrierelaget mot aksen av kjernelaget, samtidig som brytningsindeksen for barrierelaget (28) på sin side er mindre eller lik den for kledningslaget (32), og idet det første, det andre basisglass og det tredje basisglass med høy renhet, såvel som det første dopnings middel/midler, det ytterligere dopingsmiddel/midler og' det tredje dopingsmiddel/midler kan være samme eller forskjellig glass/dopingsmiddel.

5. Preform som angitt i krav 4, karakterisert ved at kledningslaget er sammensatt av silisiumoksyd som inneholder GeC>2 •

6. Preform som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at nevnte ytterligere og tredje dopingsmidler i barrierelaget og kjernen omfatter Ge02 og/eller P2 °5'