ОДНОМОДОВОЕ ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО Российский патент 2002 года по МПК G02B6/22 

Область техники
Изобретение относится к одномодовому оптическому волокну, а более конкретно к одномодовому оптическому волокну, показатель преломления которого изменяется по радиусу сердцевины.

Уровень техники
Вообще оптические волокна для длинных сверхскоростных и широкополосных коммуникаций при использовании должны характеризоваться низкими потерями, низкой дисперсией и низкой крутизной дисперсии на длинах волн. Оптическое волокно, имеющее такие характеристики, - это обычно волокно со смещенной дисперсией или волокно с ненулевой смещенной дисперсией. Формы распределения показателей преломления этих волокон изменяют в различных структурах для удовлетворения вышеупомянутых требований, предъявляемых к оптическим характеристикам.

Такое изменение показателя преломления может быть получено путем создания кольцевой зоны для сердцевины, показатель преломления которой изменяется по форме треугольника, или путем создания сердцевины, которая имеет структуру с двойной сердцевиной, соответствующую показателю преломления выпуклого типа.

На фиг. 1 показаны относительные разности показателей преломления в зависимости от радиуса обычной сердцевины, которая описана в патенте США 5553185. Здесь, когда n_с0 - это максимальный показатель преломления сердцевины, а n_с1 - показатель преломления оболочки, то относительная разность показателей преломления выражается как (n_с0 ²-n_с1 ²)/2n_с0 ². В этом способе разность в показателе преломления между оболочкой и сердцевиной выполняется большей путем понижения показателя преломления кольцевой области, примыкающей к сердцевине, благодаря чему получается низкая крутизна дисперсии.

Для того, чтобы расширить разность в показателях преломления между сердцевиной и оболочкой, повышают показатель преломления сердцевины или понижают показатель преломления оболочки.

Однако в первом способе увеличиваются оптические потери из-за легирующей примеси, которая используется для повышения показателя преломления, делая невозможным получение показателя преломления свыше предварительно определенного уровня. Во втором способе потери резко увеличиваются в области длинных волн из-за пониженной области. Для того, чтобы решить эту проблему, отношение радиуса оболочки к радиусу сердцевины должно быть большим. На фиг. 2 показаны потери, которые зависят от каждой длины волны оптического волокна, когда отношение радиуса оболочки к радиусу сердцевины равно 6 и 7, что описано в патенте США 4447127. Сплошная линия представляет случай, когда отношение диаметра оболочки к диаметру сердцевины равно 6, а пунктирная линия представляет случай, когда отношение диаметра оболочки к диаметру сердцевины равно 7. Здесь а и а', каждая, имеет относительную разность показателей преломления 0, указывая, что показатель преломления оболочки такой же, как у сердцевины. b и b', каждая, имеет относительную разность показателей преломления 0,2, с и c', каждая, имеет относительную разность показателей преломления 0,23, d и d', каждая, имеет относительную разность показателей преломления 0,25, а е и е', каждая, имеет относительную разность показателей преломления 0,27.

Однако когда в способе изготовления оптического волокна, который описан выше, применяется модифицированный метод химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ), этот традиционный способ по-прежнему имеет проблемы, заключающиеся в том, что трудно изготовить заготовку оптического волокна, имеющую большую апертуру, и требуется много времени для изготовления оптического волокна.

Раскрытие изобретения
Для решения вышеуказанных проблем в настоящем изобретении предлагается одномодовое оптическое волокно, показатель преломления которого изменяется для получения низкой дисперсии и низкой крутизны дисперсии.

Таким образом, для достижения указанной цели предлагается одномодовое оптическое волокно, содержащее первую сердцевину, имеющую постоянный показатель преломления в пределах заданного радиуса от центра оптического волокна, вторую сердцевину, которая покрывает первую сердцевину и имеет показатель преломления, который уменьшается от показателя преломления первой сердцевины с увеличением ее радиуса, и оболочку, которая покрывает вторую сердцевину и имеет показатель преломления меньше, чем минимальный показатель преломления второй сердцевины.

Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - график, показывающий изменение показателя преломления, имеющий низкую крутизну дисперсии, в соответствии с известным уровнем техники;
фиг. 2 - график, показывающий потери на утечку в отношении каждой длины волны оптического волокна, когда отношения радиуса оболочки к радиусу сердцевины равны 6 и 7;
фиг. 3 - поперечное сечение одномодового оптического волокна, соответствующего варианту настоящего изобретения;
фиг. 4 показывает распределение показателя преломления оптического волокна, показанного на фиг.3;
фиг. 5А и 5В показывают распределение показателя преломления оптического волокна в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения;
фиг. 6 показывает распределение показателя преломления оптического волокна в соответствии с еще одним вариантом реализации настоящего изобретения;
фиг.7 - график, показывающий изменение крутизны дисперсии по отношению к изменению а₁/a₂ фиг.4;
фиг. 8 показывает крутизну дисперсии, полученную путем изменения а₁ при фиксированных n₁, n₂ и a₂ фиг.4;
фиг. 9 показывает крутизну дисперсии, полученную путем изменения a₂, когда а₁/a₂, согласно фиг.4, постоянно; и
фиг.10 показывает потери на длине волны 1.55 мкм в зависимости от а₁/a₂, согласно фиг.4.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Как показано на фиг.3, оптическое волокно включает первую и вторую сердцевины 300 и 302 и оболочку 304. Распределение показателя преломления первой и второй сердцевин 300 и 302, а также оболочки 304 показано на фиг.4. То есть, показатель преломления первой сердцевины 300, имеющей радиус а₁ от центра, постоянная величина n₁. Показатель преломления второй сердцевины 302, имеющей радиус a₂ и покрывающей первую сердцевину 300, линейно уменьшается от показателя преломления n₁ первой сердцевины до n₂. Показатель преломления оболочки 304 равен n₀, что меньше, чем n₂. Такое распределение показателей преломления представляет собой комбинирование ступенчатого распределения показателя преломления, имеющего низкую дисперсию, и треугольного распределения показателя преломления, имеющего низкие потери.

Фиг.5А и 5В показывают распределения показателей преломления оптического волокна согласно другому варианту реализации настоящего изобретения. Оптическое волокно согласно фиг.5А дополнительно содержит третью сердцевину помимо первой и второй сердцевин, а оптическое волокно согласно фиг.5В дополнительно содержит четвертую сердцевину снаружи третьей сердцевины согласно фиг.5А. Здесь показатель преломления n₃ третьей сердцевины меньше, чем минимальный показатель преломления n₂ второй сердцевины, а показатель преломления n₄ четвертой сердцевины меньше, чем показатель преломления n₃ третьей сердцевины. Здесь n₃ и n₄ больше, чем n₀.

Фиг. 6 показывает распределение показателя преломления оптического волокна согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения. Оптическое волокно согласно фиг.6 дополнительно содержит третью и четвертую сердцевины помимо первой и второй сердцевин согласно фиг.4. Здесь показатель преломления третьей сердцевины - n₂, который равен минимальному показателю преломления второй сердцевины, а показатель преломления четвертой сердцевины - n₃, который меньше, чем показатель преломления n₂ третьей сердцевины и больше, чем показатель преломления n₀ оболочки.

Фиг. 7-10 показывают корреляцию между распределением показателя преломления и структурой для того, чтобы осуществлять требования по таким оптическим характеристикам, как низкая дисперсия, низкая крутизна дисперсии и низкие потери оптического волокна, имеющего вышеописанное сложное распределение показателей преломления.

Фиг. 7 представляет график, показывающий изменение крутизны дисперсии по отношению к изменению а₁/a₂ согласно фиг. 4. Здесь N - это результат (относительная разность показателей преломления первой сердцевины - относительная разность показателей преломления второй сердцевины)/(относительная разность показателей преломления первой сердцевины). Профиль показателя преломления сердцевины приближается по форме к треугольной по мере увеличения N или приближается по форме к ступеньке по мере уменьшения N. В соответствии с графиками, изображенными на фиг.7, когда показатель преломления n₂ небольшой, т. е. когда N большая, если а₁/a₂ небольшое, т.е. профиль показателя преломления треугольный, то крутизна дисперсии имеет большую величину. С другой стороны, когда а₁/a₂ увеличивается и достигает заданной величины, то крутизна дисперсии имеет наиболее низкую величину. Кроме того, когда показатель преломления n₂ увеличивается и становится ступенчатым, т.е. когда N становится меньше, крутизна дисперсии изменяется в узком диапазоне, даже когда изменяется а₁/а₂, и крутизна дисперсии становится почти постоянной независимо от а₁/a₂. Таким образом, небольшую крутизну дисперсии можно получить в диапазоне N от 0,2 до 0,85 и в диапазоне а₁/a₂, равном 0,7 или менее. Кроме того, оптимальную небольшую крутизну дисперсии можно получить путем комбинирования надлежащим образом n₁, n₂ и а₁/а₂ друг с другом.

Фиг. 8-10 показывают графики для крутизны дисперсии, полученные для вариантов оптического волокна, изготовленного на основе значений, приведенных на фиг.7.

Фиг. 8 показывает крутизну дисперсии, полученную при изменении а₁, когда n₁, n₂ и а₂ (фиг.4) фиксированы. Фиг.9 показывает крутизну дисперсии, полученную при изменении а₂, когда а₁/a₂ (фиг.4) - постоянная величина.

Фиг. 10 показывает потери на длине волны 1,55 мкм в зависимости от а₁/a₂ согласно фиг. 4. Как показано на фиг.10, по мере того, как а₁/a₂ становится меньше, т. е. профиль показателя преломления становится треугольной формы, потери становятся небольшими. По мере того, как а₁/a₂ становится больше, т. е. профиль показателя преломления становится ступенчатым, потери становятся большими. То есть, для получения оптических характеристик с низкими потерями предпочтительной является треугольная форма распределения показателя преломления. Когда а₁/a₂ находится в диапазоне между 0 и 0,7, то можно получить потери приблизительно 0,22 дБ/км.

Следовательно, для получения низкой дисперсии и низких потерь предпочтительно, чтобы оптическое волокно имело распределение показателя преломления, представляющее собой объединение формы типа лестницы и треугольного типа.

Промышленная применимость
Согласно настоящему изобретению регулируется структура сердцевины оптического волокна, и оптическое волокно имеет распределение показателя преломления, которое представляет собой объединение формы типа лестницы, имеющее низкую дисперсию, и треугольного типа, имеющее низкие потери, таким образом обеспечивается изготовление оптического волокна, имеющего низкую дисперсию и низкие потери. Кроме того, показатель преломления треугольной формы сердцевины большого радиуса, чувствительной к увеличению потерь вследствие микро и макро изгибов из-за провала центра, комбинируется со ступенчатым показателем преломления небольшого радиуса, имеющего низкие потери на изгибах. Следовательно, могут быть уменьшены потери на изгибах.

Одномодовое оптическое волокно содержит первую сердцевину, имеющую постоянный показатель преломления в пределах заданного радиуса от центра оптического волокна, вторую сердцевину, которая покрывает первую сердцевину и имеет показатель преломления, который уменьшается от показателя преломления первой сердцевины с увеличением ее радиуса, и оболочку, которая покрывает вторую сердцевину и имеет показатель преломления меньший, чем минимальный показатель преломления второй сердцевины. Оптическое волокно имеет низкую дисперсию и низкие потери. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Одномодовое оптическое волокно, содержащее первую сердцевину, имеющую постоянный показатель преломления в пределах заданного радиуса от центра оптического волокна, вторую сердцевину, которая покрывает первую сердцевину и имеет показатель преломления, который уменьшается от величины показателя преломления первой сердцевины с увеличением ее радиуса, и оболочку, которая покрывает вторую сердцевину и имеет показатель преломления меньший, чем минимальное значение показателя преломления второй сердцевины. 2. Одномодовое оптическое волокно по п. 1, отличающееся тем, что отношение радиуса первой сердцевины к радиусу второй сердцевины находится в диапазоне между 0 и 0,7. 3. Одномодовое оптическое волокно по п. 1, отличающееся тем, что результат уравнения (относительная разность показателей преломления первой сердцевины - относительная разность показателей преломления второй сердцевины) / (относительная разность показателей преломления первой сердцевины) находится в диапазоне между 0,2 и 0,85. 4. Одномодовое оптическое волокно по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит множество сердцевин, которые покрывают вторую сердцевину. 5. Одномодовое оптическое волокно по п. 4, отличающееся тем, что множество сердцевин, которые покрывают вторую сердцевину, имеют показатель преломления, который уменьшается в виде лестницы с увеличением радиуса и имеет величину меньшую, чем минимальный показатель преломления второй сердцевины, и большую, чем показатель преломления оболочки. 6. Одномодовое оптическое волокно по п. 4, отличающееся тем, что сердцевина, непосредственно покрывающая вторую сердцевину, из множества сердцевин имеет такой же показатель преломления, как и минимальный показатель преломления второй сердцевины.