ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО Российский патент 2011 года по МПК G02B6/36 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к оптическому волокну, имеющему уникальную дисперсионную характеристику в диапазоне длин волн порядка 1 мкм.

Предпосылки создания изобретения

В технологии сжатия импульсов, описанной в непатентном документе 1, пучок от импульсного лазера (далее здесь называемый просто световым импульсом), выводимый из источника лазерного излучения на основе оптического волокна, с центральной длиной волны 1,06 мкм, усиливается усилителем на основе оптического волокна, легированного иттербием, усиленный таким образом световой импульс расширяется оптическим волокном, а затем световой импульс сжимается дифракционной решеткой. При использовании такой технологии сжатия светового импульса могут быть получены фемтосекундные лазерные источники, ширина излучаемого импульса которых составляет 100 фс или менее при длине волны 1,06 мкм. Оптическое волокно, используемое для расширения световых импульсов в непатентном документе 1, имеет β₂, равное 0,10 пс²/м, и β₃, равное -0,00018 пс³/м, на длине волны 1,06 мкм.

Здесь β_n представляет собой n-ю производную постоянной β распространения по отношению к частоте ω. Т.е. постоянная β распространения дается следующей формулой (1) как разложение в ряд Тейлора около центральной частоты ω₀ светового импульса, в то время как n-я производная β_n на частоте ω₀ определяется следующей формулой (2). Следующая формула (3) и формула (4) определяют соотношение между хроматической дисперсией D, наклоном дисперсионной характеристики S и второй производной β₂ и третьей производной β₃, поэтому третья производная может быть преобразована на основе указанных формул. В формулах с - скорость света в вакууме, π - постоянная и λ - длина волны излучения.

[Формула 1]

[Формула 2]

[Формула 3]

[Формула 4]

Стандартные одномодовые оптические волокна, которые обычно используются при оптической передаче и для которых длина волны с нулевой дисперсией находится вблизи 1,3 мкм, имеют вторую производную β₂, равную 0,02 пс²/м и третью производную β₃, равную 0,00004 пс³/м на длине волны 1,06 мкм. По сравнению с такими стандартными одномодовыми оптическими волокнами оптические волокна, используемые для расширения световых импульсов, такие как описанное в непатентном документе 1 (здесь далее называемое оптическим волокном для расширения оптического импульса), имеют вторую производную β₂ того же знака (положительную) и третью производную β₃ противоположного знака (отрицательную). Патентный документ 1: Выложенная заявка на патент Японии №2002-293563.

Непатентный документ 1: M.E.Fermann et al., Advanced Solid-State Lasers Topical Meeting in Seattle, 2001, Technical Digest TuA3, pp.355-358.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Проблемы, которые должно решить изобретение

Авторы настоящего изобретения изучили стандартные оптические волокна для расширения светового импульса и в результате обнаружили следующие проблемы. Для того чтобы расширить световой импульс при малой длине волокна с хорошей эффективностью, при использовании таких оптических волокон для расширения оптического импульса, предпочтительно, чтобы отношение (β₃/β₂) третьей производной β₃ ко второй производной β₂ было отрицательным, чтобы его абсолютная величина была большой и чтобы абсолютная величина второй производной β₂ была большой. Также потери на изгибах оптических волокон для расширения светового импульса предпочтительно малы, так как оптическое волокно обычно используется как модуль в свернутом виде. На полосе длин волн порядка 1 мкм (от 1 мкм до 1,1 мкм), которая обычно не используется для оптической связи, измерительные инструменты обычно не являются традиционными, что затрудняет измерение дисперсионной характеристики; поэтому в оптических волокнах, расширяющих импульс, используемых для расширения световых импульсов в диапазоне длин волн порядка 1 мкм, обратная связь путем измерения характеристик в процессе изготовления волокна становится сложной и, следовательно, желательно, чтобы изменение отношения (β₃/β₂) было меньше при флуктуации внешнего диаметра части сердцевины.

Для решения описанных выше проблем целью настоящего изобретения является создание такого оптического волокна для расширения светового импульса, в котором отношение (β₃/β₂) третьей производной β₃ ко второй производной β₂ является отрицательным, его абсолютная величина большой и в котором абсолютная величина второй производной β₂ также является большой.

Средства для решения проблем

Оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением содержит, по меньшей мере, центральную часть сердцевины, имеющую максимальный показатель N₁ преломления и внешний диаметр 2а депрессированной, расположенную на внешней периферии центральной части сердцевины, имеющую минимальный показатель N₂ преломления и внешний диаметр 2b, и часть оболочки, окружающую внешнюю периферию депрессированной части и имеющую максимальный показатель N₃ преломления. В частности, соответствующие показатели преломления центральной части сердцевины, вогнутой части и части оболочки в оптическом волокне в соответствии с настоящим изобретением удовлетворяют соотношению N₁>N₃>N₂. Относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части сердцевины по отношению к части оболочки составляет более чем 1,0%, и относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части по отношению к части оболочки составляет менее -0,3%. На длине волны 1,05 мкм вторая производная β₂ постоянной β распространения по отношению к частоте ω является положительной, третья производная β₃ постоянной β распространения по отношению к частоте ω является отрицательной, и отношение (β₃/β₂) третьей производной β₃ ко второй производной β₂ составляет -0,002 пс или менее. В оптическом волокне, имеющем такой профиль, абсолютная величина отношения (β₃/β₂) третьей производной β₃ ко второй производной β₂ на длине волны 1,05 мкм, имеющего отрицательный знак, может быть сделана еще больше, и также абсолютная величина второй производной β₂ может быть сделана еще больше.

В оптическом волокне в соответствии с настоящим изобретением отношение Ra(=2a/2b) внешнего диаметра 2а центральной части сердцевины к внешнему диаметру 2b депрессированной части предпочтительно составляет 0,2 или более, но менее чем 0,6, отношение Ra(=2a/2b) составляет более предпочтительно 0,3 или более. Относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части по отношению к части оболочки составляет предпочтительно 1,7% или более. Относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части по отношению к части оболочки составляет предпочтительно -0,5% или менее. Внешний диаметр 2а центральной части сердцевины предпочтительно составляет от 1,4 мкм или более до 4,0 мкм или менее. Отношение (β₃/β₂) на длине волны 1,05 мкм предпочтительно составляет -0,003 пс или менее.

В оптическом волокне в соответствии с настоящим изобретением потери на изгибах на длине волны 1,05 мкм составляют 100 дБ/м или менее при условии его сматывания до диаметра 40 мм, предпочтительно 1 дБ/м или менее и даже более предпочтительно 0,001 дБ/м или менее. В этих случаях нарастание потерь, связанное с тем, что оптическое волокно сматывается до малого диаметра, эффективно устраняется.

Оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением может, кроме того, содержать кольцевую часть, расположенную между депрессированной частью и частью оболочки. Кольцевая часть имеет максимальный показатель N₄ преломления и внешний диаметр 2 с. Соответствующие максимальные показатели преломления центральной части сердцевины, депрессированной части, кольцевой части и части оболочки предпочтительно удовлетворяют следующему соотношению:

N₁>N₄>N₃>N₂

Катушка из оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением получается за счет сматывания в форме катушки оптического волокна, имеющего упомянутую выше структуру (оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением); здесь минимальный диаметр смотанного оптического волокна составляет предпочтительно 120 мм или менее.

Настоящее изобретение станет более понятным из подробного описания, данного здесь ниже, и сопровождающих чертежей, которые даются только в качестве иллюстрации и не рассматриваются как ограничивающие данное изобретение.

Дальнейшая область применимости настоящего изобретения станет ясной из подробного описания, данного здесь ниже. Однако должно быть понятно, что подробное описание и конкретные примеры, так же как показательные предпочтительные варианты реализации изобретения, приводятся только с целью иллюстрации, так как различные изменения и модификации в рамках сущности и объема изобретения станут очевидными для квалифицированных специалистов из этого подробного описания.

Преимущество изобретения

Для оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением показано, что так как отношение β₃/β₂ третьей производной β₃ ко второй производной β₂ является отрицательным и его абсолютная величина становится больше, абсолютная величина второй производной β₂ также становится больше, поэтому эффективное расширение импульса может быть достигнуто при небольшой длине волокна.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 показывает структуру в поперечном сечении первого варианта реализации оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением и его профиль показателя преломления;

фиг.2 показывает структуру в поперечном сечении оптического волокна в соответствии со сравнительным примером и его профиль показателя преломления;

фиг.3 представляет собой график, показывающий соотношение между внешним диаметром 2а центральной части сердцевины и третьей производной β₃ на длине волны 1,05 мкм в оптическом волокне в соответствии с первым вариантом реализации;

фиг.4 представляет собой график, показывающий соотношение между внешним диаметром 2а центральной части сердцевины и третьей производной β₃ на длине волны 1,05 мкм в оптическом волокне в соответствии со сравнительным примером;

фиг.5 представляет собой график, показывающий соотношение между отношением Ra(=2a/2b) и отношением (β₃/β₂) в оптическом волокне в соответствии с первым вариантом реализации при изменении относительной разности Δ₂ показателей преломления депрессированной части по отношению к части оболочки и внешнему диаметру 2а центральной части сердцевины, в то время как относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части сердцевины по отношению к части оболочки фиксируется (часть 1);

фиг.6 представляет собой график, показывающий соотношение между отношением Ra и отношением (β₃/β₂) в оптическом волокне в соответствии с первым вариантом реализации при изменении относительной разности Δ₂ показателей преломления депрессированной части по отношению к части оболочки и внешнему диаметру 2а центральной части сердцевины, в то время как относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части сердцевины по отношению к части оболочки фиксируется (часть 2);

фиг.7 представляет собой график, показывающий соотношение между отношением Ra и отношением (β₃/β₂) в оптическом волокне в соответствии с первым вариантом реализации при изменении относительной разности Δ₂ показателей преломления вогнутой части по отношению к части оболочки и внешнему диаметру 2а центральной части сердцевины, в то время как относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части сердцевины по отношению к части оболочки фиксируется (часть 3);

фиг.8 представляет собой график, показывающий соотношение между отношением Ra и отношением (β₃/β₂) в оптическом волокне в соответствии с первым вариантом реализации при изменении относительной разности Δ₂ показателей преломления депрессированной части по отношению к части оболочки и внешнему диаметру 2а центральной части сердцевины, в то время как относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части сердцевины по отношению к части оболочки фиксируется (часть 4);

фиг.9 представляет собой график, показывающий соотношение между скоростями изменения отношения Ra и отношения (β₃/β₂) в оптическом волокне в соответствии с первым вариантом реализации при изменении относительной разности Δ₂ показателей преломления депрессированной части по отношению к части оболочки и внешнему диаметру 2а центральной части сердцевины, в то время как относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части сердцевины по отношению к части оболочки фиксируется;

фиг.10 представляет собой график, показывающий соотношение между второй производной β₂ и относительной разностью Δ₁ показателей преломления центральной части сердцевины по отношению к части оболочки в оптическом волокне в соответствии с первым вариантом реализации, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части по отношению к части оболочки изменяется;

фиг.11 представляет собой график, показывающий соотношение между отношением (β₃/β₂) и относительной разностью Δ₁ показателей преломления центральной части сердцевины по отношению к части оболочки в оптическом волокне в соответствии с первым вариантом реализации, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части по отношению к части оболочки изменяется;

фиг.12 представляет собой таблицу, суммирующую характеристики множества образцов оптического волокна в соответствии с первым вариантом реализации;

фиг.13 представляет собой график, показывающий зависимость отношения (β₃/β₂) от длины волны других образцов, изготовленных как оптическое волокно первого варианта реализации;

фиг.14 представляет собой график, показывающий зависимость второй производной β₂ от длины волны в другом образце, изготовленном как оптическое волокно в соответствии с первым вариантом реализации, вместе с зависимостью второй производной β₂ от длины волны во множестве образцов оптического волокна с компенсацией дисперсии, изготовленного в качестве сравнительного примера;

фиг.15 представляет собой график, показывающий зависимость третьей производной β₃ от длины волны в другом образце, изготовленном как оптическое волокно в соответствии с первым вариантом реализации, вместе с зависимостью третьей производной β₃ от длины волны во множестве образцов оптического волокна с компенсацией дисперсии, изготовленного в качестве сравнительного примера;

фиг.16 представляет собой график, показывающий зависимость отношения (β₃/β₂) от длины волны в другом образце, изготовленном как оптическое волокно, в соответствии с первым вариантом реализации, вместе с зависимостью отношения (β₃/β₂) от длины волны во множестве образцов оптического волокна с компенсацией дисперсии, изготовленного в качестве сравнительного примера;

фиг.17 показывает схемы, изображающие структуры варианта реализации катушки из оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.18 показывает структуру в поперечном сечении второго варианта реализации оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением и его профиль показателя преломления;

фиг.19 представляет собой график, показывающий соотношение между второй производной β₂ и внешним диаметром 2а центральной части сердцевины в образцах оптических волокон в соответствии с первым и вторым вариантами реализации соответственно;

фиг.20 представляет собой график, показывающий соотношение между отношением (β₃/β₂) и внешним диаметром 2а центральной части сердцевины в образцах оптических волокон в соответствии с первым и вторым вариантами реализации соответственно;

фиг.21 представляет собой график, показывающий соотношение между потерями на изгибах при диаметре 60 мм и внешним диаметром 2а центральной части сердцевины в образцах оптических волокон в соответствии с первым и вторым вариантами реализации соответственно; и

фиг.22 показывает соотношение между отношением Rb=(2b/2c) и потерями на изгибах при диаметре 60 мм в оптическом волокне в соответствии со вторым вариантом реализации настоящего изобретения.

Описание числовых обозначений

А … оптическое волокно; 11, 41 … центральная часть сердцевины; 12, 42 … депрессированная часть; 13, 43 … часть оболочки и 44 … кольцевая часть.

Предпочтительные варианты реализации изобретения

Далее варианты реализации оптического волокна и катушки из оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением будут подробно объяснены со ссылкой на фиг.1-22. При описании чертежей идентичные или соответствующие компоненты обозначаются одинаковыми числами, и избыточное описание опускается.

(Первый вариант реализации)

Первый вариант реализации оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением сначала будет объяснен путем сравнения с оптическом волокном сравнительного примера. Фиг.1 показывает структуру оптического волокна А в соответствии с первым вариантом реализации; область (а) показывает структуру в поперечном сечении оптического волокна А в соответствии с первым вариантом реализации, в то время как область (b) показывает его профиль показателя преломления. Фиг.2 показывает оптическое волокно В в соответствии со сравнительным примером; область (а) показывает структуру в поперечном сечении оптического волокна В в соответствии со сравнительным примером, в то время как область (b) показывает его профиль показателя преломления.

Как показано в области (а) фиг.1, оптическое волокно А в соответствии с первым вариантом реализации содержит: центральную часть 11 сердцевины, имеющую максимальный показатель N₁ преломления и внешний диаметр 2а; депрессированную часть 12, расположенную на внешней периферии центральной части 11 сердцевины, имеющую минимальный показатель N₂ преломления и внешний диаметр 2b, и часть оболочки 13, расположенную на внешней периферии депрессированной части 12, имеющую максимальный показатель N₃ преломления. Показатели преломления центральной части 11 сердцевины, депрессированной части 12 и части оболочки 13 удовлетворяют следующей формуле (5):

[Формула 5]

Область (b) фиг.1 показывает профиль 100 показателя преломления оптического волокна А в соответствии с первым вариантом реализации. В этом профиле 100 показателя преломления область 110 обозначает показатель преломления в радиальном направлении центральной части 11 сердцевины, область 120 обозначает показатель преломления в радиальном направлении депрессированной части 12, и область 130 обозначает показатель преломления в радиальном направлении части 13 оболочки.

В оптическом волокне А в соответствии с первым вариантом реализации относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины по отношению к части 13 оболочки определяется следующей формулой (6) и составляет более 1,0%. Относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 по отношению к части 13 оболочки определяется следующей формулой (7) и составляет менее 0,3%. На длине волны 1,05 мкм вторая производная β₂ постоянной β распространения по отношению к частоте ω является положительной, третья производная β₃ постоянной β распространения по отношению к частоте ω является отрицательной, и отношение (β₃/β₂) третьей производной β₃ ко второй производной β₂ составляет -0,002 пс или менее.

[Формула 6]

[Формула 7]

Как показано в области (а) фиг.2, оптическое волокно В в соответствии со сравнительным примером содержит: центральную часть 21 сердцевины, имеющую максимальный показатель N₁ преломления и внешний диаметр 2а; и часть 23 оболочки, расположенную на внешней периферии центральной части 21 сердцевины, имеющую показатель N₃ преломления. Хотя оптическое волокно В в соответствии со сравнительным примером имеет соответствующий профиль показателя преломления, как показано в области (b) фиг.2, в указанном волокне отсутствует вогнутая часть.

Как показано в области (b) фиг.2, область 210 профиля 200 показателя преломления оптического волокна В в соответствии со сравнительным примером представляет показатель преломления центральной части 21 сердцевины в радиальном направлении, и область 220 представляет показатель преломления части 23 оболочки в радиальном направлении.

Фиг.3 представляет собой график, показывающий соотношение между внешним диаметром 2а центральной части 11 сердцевины и третьей производной β₃ на длине волны 1,05 мкм в оптическом волокне А в соответствии с первым вариантом реализации. Для измерений и получения графика, показанного на фиг.3, был изготовлен образец оптического волокна А с установленной относительной разностью Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины по отношению к части 13 оболочки до 1,0%, относительной разностью Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 по отношению к части 13 оболочки до 0,3%, и отношением Ra(=2a/2b) соответствующих внешних диаметров центральной части 11 сердцевины и депрессированной части 12 до 0,4. Фиг.4 представляет собой график, показывающий соотношение между внешним диаметром 2а центральной части сердцевины 21 и третьей производной β₃ на длине волны 1,05 мкм в оптическом волокне В в соответствии со сравнительным примером. Для измерений и получения графика, показанного на фиг.4, были изготовлены образцы оптического волокна В с установленной относительной разностью Δ₁ показателей преломления центральной части 21 сердцевины по отношению к части 23 оболочки до 1,0%, 1,5%, 2,0%, 2,5% и 3% соответственно. На фиг.4 график G410 показывает результаты измерения для образца оптического волокна В, в котором относительная разность Δ₁, показателей преломления центральной части 21 сердцевины составляет до 1,0%, график G420 показывает результаты измерения для образца оптического волокна В, в котором относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 21 сердцевины составляет до 1,5%, график G430 показывает результаты измерения для образца оптического волокна В, в котором относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 21 сердцевины составляет до 2,0%, график G440 показывает результаты измерения для образца оптического волокна В, в котором относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 21 сердцевины составляет до 2,5%, график G450 показывает результаты измерения для образца оптического волокна В, в котором относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 21 сердцевины составляет до 3,0%.

Как показано на фиг.4, что касается оптического волокна В в соответствии со сравнительным примером, третья производная β₃ не становится отрицательной, когда относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 21 сердцевины составляет 1,0%. С другой стороны, третья производная β₃ может стать отрицательной, когда относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 21 сердцевины составляет 1,5% и более. Отрицательная величина третьей производной β₃ требует, чтобы относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 21 сердцевины составляла более 1,5%, но абсолютная величина третьей производной β₃ ограничивается меньшим значением. Напротив, как показано на фиг.3, третья производная β₃ оптического волокна А в соответствии с первым вариантом реализации является отрицательной, даже когда относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины составляет 1,0%, в то время как дополнительно абсолютная величина третьей производной β₃ может быть сделана по порядку величины большей, чем величина в сравнительном примере. В оптическом волокне А в соответствии с первым вариантом реализации, следовательно, третья производная β₃ в диапазоне длин волн порядка 1 мкм (от 1,0 мкм до 1,1 мкм) может быть легко сделана отрицательной, этот знак производной противоположен ее знаку для оптического волокна В в соответствии со сравнительным примером.

Далее будет объяснено соотношение между отношением Ra(=2a/2b) соответствующих внешних диаметров центральной части 11 сердцевины и депрессированной части 12 оптического волокна А в соответствии с первым вариантом реализации и отношением (β₃/β₂) третьей производной β₃ ко второй производной β₂ на длине волны 1,05 мкм.

Фиг.5-8 представляют собой графики, показывающие соответственно соотношение между отношением Ra(=2a/2b) и отношением (β₃/β₂) в оптическом волокне А в соответствии с первым вариантом реализации при изменении относительной разности Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 по отношению к части 13 оболочки и внешнему диаметру 2а центральной части сердцевины, в то время как относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины по отношению к части 13 оболочки остается фиксированной. В частности, график, изображенный на фиг.5, показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины фиксирована и составляет до 1,0%, график, изображенный на фиг.6, показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины фиксирована и составляет до 1,5%, график, изображенный на фиг.7, показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины фиксирована и составляет до 2,0%, в то время как график, изображенный на фиг.8, показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины фиксирована и составляет до 3,0%.

Фиг.5-8 показывают три комбинации относительной разности Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 и внешнего диаметра 2а центральной части 11 сердцевины. При условии сматывания оптического волокна А до малого размера диаметра катушки потери на изгибах оптического волокна А при сматывании до диаметра 40 мм устанавливаются равными приблизительно 0,001 дБ/м (потери на изгибах оптического волокна А длиной 100 м при условиях наматывания до 40 мм в диаметре составляют 0,1 дБ) для длины волны 1,05 мкм.

Конкретно, на фиг.5 график G510 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,3%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 3,13 мкм, график G520 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,5%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 3,42 мкм, и график G530 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,7%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 3,46 мкм. На фиг.6 график G610 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,3%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 2,42 мкм, график G620 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,5%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 2,54 мкм, и график G630 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,7%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 2,63 мкм. На фиг.7 график G710 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,3%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 1,93 мкм, график G720 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления вогнутой части 12 составляет -0,5%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 2,03 мкм, и график G730 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,7%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 2,13 мкм. На фиг.8 график G810 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления вогнутой части 12 составляет -0,3%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 1,47 мкм, график G820 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,5%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 1,55 мкм, и график G830 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,7%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 1,57 мкм.

Как видно на фиг.5-8, отношение (β₃/β₂) третьей производной β₃ ко второй производной β₂ на длине волны 1,05 мкм может составлять -0,002 пс или менее и даже -0,003 пс или менее. Как показано на фиг.5, отношение (β₃/β₂) становится равным -0,002 пс или менее, когда отношение Ra находится в диапазоне от 0,52 до 0,60, в образце оптического волокна А, в котором относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины составляет 1,0%, относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,7%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 3,5 мкм.

Как показано на фиг.6, образцы оптического волокна А, в которых относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины составляет 1,5%, имеют немного меньшие отношения (β₃/β₂). Отношение (β₃/β₂) становится равным 0,002 пс или менее при условии, что отношение Ra находится в диапазоне от 0,34 до 0,46, в образце оптического волокна А, в котором относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,5%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 2,5 мкм. Отношение (β₃/β₂) становится равным -0,002 пс или менее при условии, что отношение Ra находится в диапазоне от 0,37 до 0,60, в образце оптического волокна А, в котором относительная разность Δ₂ показателей преломления вогнутой части 12 составляет -0,7%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 2,6 мкм.

Как показано на фиг.7, образцы оптического волокна А, в которых относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины составляет 2,0% имеют значительно меньшие значения отношения (β₃/β₂). Отношение (β₃/β₂) становится равным -0,002 пс или менее при условиях, что отношение Ra находится в диапазоне от 0,25 до 0,35, в образце оптического волокна А, в котором относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет 0,3%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 1,9 мкм. Отношение (β₃/β₂) становится равным -0,002 пс или менее при условии, что отношение Ra находится в диапазоне от 0,25 до 0,48, в образце оптического волокна А, в котором относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,5%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 2,0 мкм. Также отношение (β₃/β₂) становится равным -0,002 пс или менее при условии, что отношение Ra находится в диапазоне от 0,28 до 0,57, в образце оптического волокна А, в котором относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,7%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 2,1 мкм. Здесь может быть достигнуто такое малое значение отношения (β₃/β₂), как приблизительно равное - 0,0035 пс.

Как показано на фиг.8, образцы оптического волокна А, в которых относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины составляет 3,0%, имеют еще меньшие значения отношений (β₃/β₂). Отношение (β₃/β₂) становится равным 0,002 пс или менее при условиях, что отношение Ra находится в диапазоне от 0,23 до 0,33, в образце оптического волокна А, в котором относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,3%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 1,5 мкм. Отношение (β₃/β₂) становится равным -0,002 пс или менее при условии, что отношение Ra находится в диапазоне от 0,20 до 0,41, в образце оптического волокна А, в котором относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,5%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 1,6 мкм. Также отношение (β₃/β₂) становится равным -0,002 пс или менее при условии, что отношение Ra находится в диапазоне от 0,20 до 0,48, в образце оптического волокна А, в котором относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,7%, и внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет 1,6 мкм.

Таким образом, отношение (β₃/β₂) становится равным -0,002 пс или менее, когда относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины является большой, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 является малой и, кроме того, когда отношение Ra находится в предварительно заданном подходящем диапазоне (по существу, когда диапазон отношения Ra составляет от 0,2 до 0,6). Отношение (β₃/β₂) становится идеально равным - 0,002 пс или менее, когда относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины составляет, по меньшей мере, 1,0%, при этом легко реализовать относительную разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12, равную -0,7% или более. Отношение (β₃/β₂) становится идеально равным -0,002 пс или менее, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет 0,3% или менее. В частности, отношение (β₃/β₂) становится точно меньшим, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,5% или менее, что является даже более предпочтительным.

Хотя отношение Ra предпочтительно находится в диапазоне от 0,2 до 0,6, небольшое значение отношения Ra является проблематичным из-за того, что изменение отношения (β₃/β₂) по отношению к изменению диаметра сердцевины становится большим. В частности, диапазон длин волн порядка 1,0 мкм обычно не используется для оптических систем связи, и следовательно, измерения дисперсионных характеристик являются затруднительными, так как существует мало измерительных средств для измерения в таком диапазоне длин волн. Таким образом, например, когда изменение внешнего диаметра 2а центральной части 11 сердцевины с относительной разностью Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины по отношению к части оболочки зафиксировано равным до 2,0%, меньшее изменение отношения (β₃/β₂) обеспечивает изготовление волокна с высокой производительностью, даже несмотря на некоторые дополнительные проблемы.

Фиг.9 представляет собой график, показывающий соотношение между скоростями изменения отношения Ra(=2a/2b) и отношения (β_з/β₂)г когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 по отношению к части оболочки 13 изменяется в оптическом волокне А в соответствии с первым вариантом реализации при фиксированной относительной разности Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины, равной 2,0%. На фиг.9 график G910 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,7%, график G920 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,5%, и график G930 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет -0,3%.

Как можно видеть на фиг.9, скорость изменения отношения (β₃/β₂) становится равной 15% или менее, когда отношение Ra равно 0,3 или более, поэтому может быть изготовлено оптическое волокно А, имеющее требуемое отношение (β₃/β₂), с высокой производительностью.

При условии, когда и относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины, и относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 фиксированы и равны постоянным величинам, изменение отношения Ra(=2a/2b) дает минимум отношения (β₃/β₂) для определенной величины Ra, как показано на фиг.5-8. Фиг.10 представляет собой график, показывающий соотношение между второй производной β₂ и относительной разностью Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины по отношению к части 13 оболочки, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 по отношению к части 13 оболочки изменяется в оптическом волокне А в соответствии с первым вариантом реализации. На фиг.10 график G1010 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 равна -0,30%, график G1020 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 равна -0,50%, график G1030 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 равна -0,70%. Фиг.11 представляет собой график, показывающий соотношение между отношением (β₃/β₂) и относительной разностью Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины по отношению к части 13 оболочки, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 по отношению к части оболочки изменяется в оптическом волокне А в соответствии с первым вариантом реализации. На фиг.11 график G1110 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 равна -0,30%, график G1120 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 равна -0,50%, график G1130 показывает результаты измерений, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 равна -0,70%. В образцах оптического волокна А, изготовленного для измерений, показанных на фиг.10 и 11, отношение Ra(=2a/2b) выбирается таким образом, чтобы получить минимальное значение отношения (β₃/β₂). Отношение устанавливается также таким, чтобы получить потери на изгибах 0,001 дБ/км при условии сматывания волокна до диаметра 60 мм (соответствующее увеличение потерь происходит от 0,1 дБ, когда оптическое волокно длиной 100 м смотано до диаметра 60 мм, потери на изгибах изменяются от 0,1 до 1 дБ/м при условии сматывания до диаметра 40 мм).

Чем больше вторая производная β₂, тем выше эффективность, с которой может расширяться световой импульс, при короткой длине волокна в оптическом волокне А. Такое расширение светового импульса приводит к уменьшению пиковой мощности, что подавляет появление нелинейных оптических явлений; укорочение волокна, кроме того, может давать вклад в снижение стоимости изготовления волокна. Вторая производная β₂ предпочтительно имеет величину 100 пс²/км или более, и как можно увидеть из фиг.10, относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины предпочтительно составляет 1,7% или более.

Отношение (β₃/β₂) должно быть отрицательным, и чем больше его абсолютная величина, тем лучше. Как можно видеть на фиг.11, в диапазоне, где относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины составляет 2% или менее, абсолютная величина отношения (β₃/β₂) становится больше, поскольку относительная разность показателей преломления Δ₁ увеличивается и, однако, отношение (β₃/β₂) приходит к насыщению для относительной разности Δ₁ показателей преломления 2% или более. Такая тенденция, в частности, наблюдается, когда относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 равна -0,3%. Относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины предпочтительно составляет 2,0% или более с целью увеличения абсолютной величины отношения (β₃/β₂).

Далее будут объяснены конкретные примеры оптического волокна А в соответствии с первым вариантом реализации. Фиг.12 представляет собой таблицу, суммирующую характеристики образцов с 1 по 26 оптического волокна А в соответствии с первым вариантом реализации изобретения. В таблицу включены, слева направо, относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины, относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12, отношение Ra(=2a/2b) центральной части 11 сердцевины к депрессированной части 12, внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины, вторая производная β₂ постоянной распространения β по отношению к частоте ω, третья производная β₃ постоянной распространения β по отношению к частоте ω, отношение (β₃/β₂) третьей производной β₃ ко второй производной β₂, диаметр поля мод MFD(I) в соответствии с определением Peterman I, эффективная площадь A_eff потери на изгибах при условии сматывания до диаметра 40 мм и потери на изгибах при условии сматывания до 60 мм. Эти характеристики являются величинами, измеряемыми при длине волны 1,05 мкм. Длины волн отсечки кабеля образцов с 1 по 26 оптического волокна А в соответствии с первым вариантом реализации изобретения могут быть действительно меньше чем 1000 нм без каких-либо проблем.

Предпочтительно, в частности, чтобы и абсолютная величина отношения (β₃/β₂)/, и вторая производная β₂ могли увеличиваться, когда относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины становится выше чем 2,0%, относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части становится меньше чем -0,5%, и отношение Ra находится в диапазоне от 0,3 до 0,6.

Оптические волокна образцов 8, 18 и 26 являются не чувствительными к изгибам, и следовательно, они могут быть смотаны в маленькие катушки, имеющие диаметр 30 мм или меньше, следовательно, они являются предпочтительными для уменьшения размера упаковки. Потери на изгибах оптического волокна образца 23 не являются малыми, но не представляют проблемы, если диаметр при сматывании составляет приблизительно 120 мм. Потери на изгибах оптических волокон образцов 9 и 14 не являются малыми, но не представляют проблемы, если диаметр при сматывании составляет приблизительно 100 мм. Потери на изгибах оптических волокон образцов 10 и 15 не являются малыми, но не представляют проблемы, если диаметр при сматывании составляет приблизительно 80 мм. В оптическом волокне образца 22 изменение отношения (β₃/β₂) как результат изменения диаметра 2а сердцевины не является малым, как описано выше. Однако оптическое волокно может быть изготовлено без проблем при использовании технологии изготовления, описанной в упомянутом выше патентном документе 1.

В оптических волокнах образцов с 1 по 26 диаметр 2а сердцевины находится в диапазоне от 1,45 мкм до 3,88 мкм, вторая производная β₂ на длине волны 1,05 мкм находится в диапазоне от 56 до 261 пс²/км, третья производная β₃ находится в диапазоне от -1,80 до -0,12 пc³/км, отношение (β₃/β₂) находится в диапазоне от -0,0069 до -0,0020 пс, диаметр поля мод находится в диапазоне от 2,9 до 4,6 мкм, эффективная площадь находится в диапазоне от 4,3 до 9,9 мкм², и потери на изгибах при условии сматывания до диаметра 40 мм находятся в диапазоне от 0,0001 до 75 дБ/м.

Фиг.13 представляет собой график, показывающий зависимость отношения (β₃/β₂) от длины волны других образцов 31 и 32, изготовленных как оптическое волокно А в соответствии с первым вариантом реализации изобретения. На фиг.13 график G1310 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 31, и график G1320 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 32. Зависимость отношения (β₃/β₂) от длины волны - преимущественно слабая. В оптическом волокне образца 31 относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины составляет до 2,5%, относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет до -0,7%, внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет до 1,8 мкм и отношение Ra составляет до 0,40. При длине волны 1,05 мкм вторая производная β₂ оптического волокна образца 31 составляет 140 пс²/км, третья производная β₃ составляет -0,47 пс³/км, и четвертая производная β₄ составляет 0,0026 пс⁴/км. В оптическом волокне образца 32 относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части 11 сердцевины составляет до 2,5%, относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет до -0,7%, внешний диаметр 2а центральной части 11 сердцевины составляет до 1,8 мкм, и отношение Ra составляет до 0,44. При длине волны 1,05 мкм вторая производная β₂ оптического волокна образца 32 составляет 169 пс²/км, третья производная β₃ составляет -0,56 пс³/км, и четвертая производная β₄ составляет 0,0027 пс⁴/км. Зависимость отношения (β₃/β₂) от длины волны является слабой в обоих образцах 31 и 32, хотя оптическое волокно образца 32 является предпочтительным, поскольку оно демонстрирует более слабую зависимость от длины волны.

Фиг.14 представляет собой график, показывающий зависимость от длины волны второй производной β₂ в еще одном образце 41, изготовленном как оптическое волокно А в соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения. Фиг.15 представляет собой график, показывающий зависимость от длины волны третьей производной β₃ в еще одном образце 41, изготовленном как оптическое волокно А в соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения. Фиг.16 представляет собой график, показывающий зависимость от длины волны отношения (β₃/β₂) в еще одном образце 41, изготовленном как оптическое волокно А в соответствии с первым вариантом реализации изобретения. Фиг.14-16 показывают также результаты измерений для образцов 42 и 43 волокон с компенсацией дисперсии, используемых в связи, взятых в качестве сравнительных примеров. На фиг.14 график G1410 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 41, график G1420 показывает результаты измерений для оптического волокна с компенсацией дисперсии сравнительного образца 42, и график G1430 показывает результаты измерений для оптического волокна с компенсацией дисперсии сравнительного образца 43. На фиг.15 график G1510 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 41, график G1520 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 42, и график G1530 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 43. На фиг.16 график G1610 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 41, график G1620 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 42, и график G1630 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 43.

На фиг.14-16 относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части сердцевины в оптическом волокне образца 41 составляет до 2,0%, относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части 12 составляет до -0,75%, внешний диаметр 2а центральной части сердцевины составляет до 1,42 мкм, и отношение Ra составляет до 0,52. Сравнительный образец 42 представляет собой оптическое волокно с компенсацией дисперсии для компенсации хроматической дисперсии стандартного одномодового оптического волокна, которое имеет длину волны с нулевой дисперсией вблизи длины волны 1,3 мкм, при длине волны 1,55 мкм оптическое волокно имеет хроматическую дисперсию -223 пс/нм/км и наклон дисперсионной характеристики - 0,750 пс/нм²/км. Сравнительный образец 43 представляет собой оптическое волокно с компенсацией дисперсии для компенсации хроматической дисперсии оптического волокна с ненулевым дисперсионным сдвигом, которое имеет длину волны с нулевой дисперсией вблизи длины волны 1,5 мкм, при длине волны 1,55 мкм оптическое волокно имеет хроматическую дисперсию -188 пс/нм/км и наклон дисперсионной характеристики -3,39 пс/нм²/км.

Как можно увидеть на фиг.14-16, оба оптических волокна, оптическое волокно А в соответствии с первым вариантом реализации изобретения и оптическое волокно В в соответствии со сравнительным примером, имеют особенность, связанную с наличием положительной второй производной β₂ и отрицательной третьей производной β₃, не только в диапазоне длин волн порядка 1,55 мкм, но также в диапазоне длин волн порядка 1 мкм. Однако, как видно на фиг.14, вторая производная β₂ на длине волны 1,05 мкм в оптическом волокне А в соответствии с первым вариантом реализации превышает 100 пс²/км в противоположность значению 40 пс²/км для оптического волокна В в соответствии со сравнительным примером. Как видно на фиг.15, третья производная β₃ на длине волны 1,05 мкм в оптическом волокне А в соответствии с первым вариантом реализации составляет -0,5 пс³/км, что меньше, чем третья производная для оптического волокна В в соответствии со сравнительным примером, которая по существу равна 0. Кроме того, как видно на фиг.16, отношение (β₃/β₂) на длине волны 1,05 мкм в оптическом волокне А в соответствии с первым вариантом реализации составляет -0,002 пс, что меньше, чем это отношение для оптического волокна В в соответствии со сравнительным примером, которое по существу равно 0. Таким образом, оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением можно легко отличить от стандартного оптического волокна с компенсацией дисперсии.

Оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением может использоваться в свернутом состоянии подобно катушке. Фиг.17 показывает такую структуру варианта реализации катушки из оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением, при котором описанное выше оптическое волокно А в соответствии с первым вариантом реализации может использоваться в этой катушке из оптического волокна. На фиг.17 область (а) показывает схему вида в перспективе катушки из оптического волокна, использующей оптическое волокно А в соответствии с первым вариантом реализации, и область (b) показывает схему ее поперечного сечения. Как показано в области (а) фиг.17, диаметр оптического волокна А, намотанного на часть стержня 310 бобины 300 (внешний диаметр части стержня 310), составляет 120 мм или менее, предпочтительно 60 мм или менее и еще более предпочтительно 40 мм или менее. Один конец или оба конца смотанного оптического волокна А можно нарастить путем плавления, соединяя их с оптическим волокном (например, обычным одномодовым оптическим волокном, оптическим волокном, имеющим длину волны отсечки 1,0 мкм или менее) или с соединителем в виде отрезка оптоволокна 330 (оптический соединитель 330, к одному концу которого присоединяется стандартное оптическое волокно 320, как показано в области (а) фиг.17). Потери на наращивание при наращивании путем плавления части S предпочтительно не больше чем 0,5 дБ/на конец; следовательно, все образцы оптических волокон, изготовленные в первом варианте реализации, удовлетворяют этому критерию.

Отличающимся от оптического волокна А, имеющего описанную выше структуру, является оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением, которое также может быть, например, оптическим волокном, имеющим часть с небольшой величиной показателя преломления вдоль центральной оси, полученную как результат способа изготовления, или оптическим волокном, имеющим один или более слоев с высоким показателем преломления или низким показателем преломления между депрессированной частью и частью оболочки.

Второй вариант реализации изобретения

Фиг.18 показывает структуру оптического волокна С в соответствии с настоящим изобретением; область (а) показывает поперечную структуру оптического волокна С в соответствии со вторым вариантом реализации изобретения, в то время как область (b) показывает его профиль показателя преломления. Аналогично оптическому волокну А в соответствии с описанным выше первым вариантом реализации оптическое волокно С в соответствии со вторым вариантом реализации также может быть использовано в такой катушке из оптического волокна, как показанная на фиг.17.

Как показано в области (а) фиг.18, оптическое волокно С в соответствии со вторым вариантом реализации изобретения содержит: центральную часть 41 сердцевины, имеющую максимальный показатель N₁ преломления и внешний диаметр 2а; депрессированную часть 42, расположенную на внешней периферии центральной части 41 сердцевины, имеющую минимальный показатель N₂ преломления и внешний диаметр 2b; часть 43 оболочки, расположенную на внешней периферии депрессированной части 42, имеющую максимальный показатель N₃ преломления; и кольцевую часть 44, расположенную между вогнутой частью 42 и частью 43 оболочки, имеющую максимальный показатель N₄ преломления и внешний диаметр 2с. Показатели преломления центральной части 41 сердцевины, депрессированной части 42 и части 43 оболочки удовлетворяют тому же самому соотношению величин, как описанное выше для первого варианта реализации изобретения, но показатель N₄ преломления центральной кольцевой части 44 меньше чем показатель N₁ преломления центральной части 41 сердцевины и больше чем показатель N₃ преломления части 43 оболочки.

Область (а) фиг.18 показывает профиль 400 показателя преломления оптического волокна С в соответствии со вторым вариантом реализации изобретения; в этом профиле 400 показателя преломления область 410 определяет показатель преломления в радиальном направлении центральной части 41 сердцевины, область 420 определяет показатель преломления в радиальном направлении вогнутой части 42, область 430 определяет показатель преломления в радиальном направлении кольцевой части 44, и область 430 определяет показатель преломления в радиальном направлении области 43 оболочки.

Далее передаточные характеристики оптического волокна С в соответствии со вторым вариантом реализации изобретения будут объяснены путем сравнения с оптическим волокном А, соответствующим первому варианту реализации изобретения. В образце 51, изготовленном как оптическое волокно А в соответствии с первым вариантом реализации изобретения, относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части сердцевины по отношению к части оболочки составляет до 2,68%, относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части по отношению к части оболочки составляет до -0,77%, и отношение Ra(=2a/2b) составляет до 0,36. В образце 52, изготовленном как оптическое волокно С в соответствии со вторым вариантом реализации изобретения, относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части сердцевины по отношению к части оболочки составляет до 2,75%, относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части по отношению к части оболочки составляет до -0,70%, относительная разность Δ₃ показателей преломления кольцевой части по отношению к части оболочки составляет 0,07%, отношение Ra(=2a/2b) составляет до 0,36, и отношение Rb(=2b/2c) составляет до 0,22.

Фиг.19 представляет собой график, показывающий соотношение между внешним диаметром 2а центральной части сердцевины и второй производной β₂ в оптических волокнах образцов 51 и 52. На фиг.19 график G1910 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 51, и график G1920 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 52. Фиг.20 представляет собой график, показывающий соотношение между внешним диаметром 2а центральной части сердцевины и отношением (β₃/β₂) в оптических волокнах образцов 51 и 52. На фиг.20 график G2010 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 51, и график G2020 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 52. Фиг.21 представляет собой график, показывающий соотношение между внешним диаметром 2а центральной части сердцевины и потерями на изгибах при диаметре 60 мм в оптических волокнах образцов 51 и 52. На фиг.21 график G2110 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 51, и график G2120 показывает результаты измерений для оптического волокна образца 52. Длина волны, используемая для измерений, результаты которых показаны на фиг.19-21, составляет 1050 нм.

Как видно на фиг.19 и 20, оптические волокна образцов 51 и 52 практически не отличаются в том, что касается соотношения между диаметром сердцевины и β₂ и диаметром сердцевины и β₃/β₂, но оптическое волокно образца 52, которое имеет меньшие потери на изгибах при диаметре 60 мм, дает возможность сматывать его в катушку до меньшего размера. Для такого же размера катушки оптическое волокно образца 52 дает большую абсолютную величину β₃/β₂. В случае диаметра сердцевины, равного 1,68 мкм или менее, и β₃/β₂, равного - 0,006 пс или менее, в особенности, сматывание в виде катушки становится затруднительным в оптических волокнах, имеющих структуру, в которой нет кольцевой части, таких как оптическое волокно образца 51; однако, когда оптическое волокно имеет структуру, содержащую кольцевую часть, как оптическое волокно образца примера 52, достаточное сматывание в виде катушки может быть достигнуто даже для β₃/β₂ -0,007 пс или менее.

Фиг.22 показывает результаты измерения потерь на изгибах при диаметре 60 мм в образце оптического волокна 52 при изменении отношения Rb(=2b/2c). Длина волны, используемая при измерениях, также составляет 1050 нм.

Обычно требуется, чтобы потери на изгибах составляли 0,1 дБ/м или менее, и следовательно, фиг.22 показывает, что отношение Rb изменяется предпочтительно от 0,15 до 0,45. Диапазон Rb изменяется в зависимости от соответствующей разности показателей преломления центральной части сердцевины, депрессированной части и кольцевой части по отношению к части оболочки и также в зависимости, например, от соотношения β₃/β₂ и частоты использования.

Из описанного таким образом изобретения станет очевидным, что варианты реализации изобретения могут варьироваться различными способами. Такие вариации не рассматриваются как отклонение от сущности и объема изобретения, и все такие модификации, как должно быть очевидно для квалифицированного специалиста, предпринимаются в рамках следующей формулы изобретения.

Промышленная применимость

Оптическое волокно в соответствии с настоящим изобретением может применяться с импульсным источником света с накачкой для длительностей около 100 фемтосекунд или менее устройствами световых источников для получения сверхнепрерывного излучения (SC), т.е. широкополосного светового импульса.

Волокно может быть использовано для расширения светового импульса. Волокно содержит, по меньшей мере, центральную часть сердцевины, имеющую максимальный показатель N₁ преломления и внешний диаметр 2а, депрессированную часть на внешней периферии центральной части сердцевины, имеющую минимальный показатель N₂ преломления и внешний диаметр 2b, и часть оболочки на внешней периферии депрессированной части, имеющую максимальный показатель N₃ преломления. Указанные показатели преломления удовлетворяют соотношению: N₁>N₃>N₂. Относительная разность Δ₁ показателей преломления центральной части сердцевины по отношению к указанной части оболочки составляет более 1,0%. Относительная разность Δ₂ показателей преломления депрессированной части по отношению к части оболочки составляет менее -0,3%. На длине волны 1,05 мкм вторая производная β₂ постоянной β распространения по отношению к частоте ω является положительной, третья производная β₃ постоянной β распространения по отношению к частоте ω является отрицательной, и отношение (β₃/β₂) третьей производной β₃ ко второй производной β₂ составляет -0,002 пс или менее. Технический результат - повышение эффективности расширения светового импульса при малой длине волокна и уменьшение потерь на изгибах волокна. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Оптическое волокно, содержащее, по меньшей мере: центральную часть сердцевины, имеющую максимальный показатель N₁ преломления и внешний диаметр 2а, депрессированную часть, предусмотренную на внешней периферии указанной центральной части сердцевины, имеющую минимальный показатель N₂ преломления и внешний диаметр 2b, и часть оболочки, предусмотренную на внешней периферии депрессированной части и имеющую максимальный показатель N₃ преломления,
при этом указанные соответствующие показатели преломления указанной центральной части сердцевины, указанной депрессированной части и указанной части оболочки удовлетворяют следующему соотношению:
N₁>N₃>N₂,
где относительная разность Δ₁ показателей преломления указанной центральной части сердцевины по отношению к указанной части оболочки составляет более 1,0%, и относительная разность Δ₂ показателей преломления указанной депрессированной части по отношению к части оболочки составляет менее -0,3%, и
где на длине волны 1,05 мкм вторая производная β₂ постоянной β распространения по отношению к частоте ω является положительной, третья производная β₃ постоянной β распространения по отношению к частоте ω является отрицательной, и отношение (β₃/β₂) третьей производной β₃ ко второй производной β₂ составляет -0,002 пс или менее.

2. Оптическое волокно по п.1, в котором отношение Ra(=2a/2b) внешнего диаметра 2а указанной центральной части сердцевины к внешнему диаметру 2b указанной депрессированной части составляет 0,2 или более, но менее, чем 0,6.

3. Оптическое волокно по п.1, в котором относительная разность Δ₁ показателей преломления указанной центральной части сердцевины по отношению к указанной части оболочки составляет 1,7% или более.

4. Оптическое волокно по п.1, в котором относительная разность Δ₂ показателей преломления указанной депрессированной части по отношению к части оболочки составляет -0,5% или менее.

5. Оптическое волокно по п.1, в котором внешний диаметр 2а указанной центральной части сердцевины составляет от 1,4 мкм или более до 4,0 мкм или менее.

6. Оптическое волокно по п.1, имеющее потери на изгибах 100 дБ/м или менее при длине волны 1,05 мкм, если оно сматывается до диаметра 40 мм.

7. Оптическое волокно по п.1, кроме того, содержащее кольцевую часть, обеспеченную между указанной депрессированной частью и указанной частью оболочки, имеющую максимальный показатель N₄ преломления и внешний диаметр 2 с,
где соответствующие показатели преломления указанной центральной части сердцевины, указанной депрессированной части, указанной кольцевой части и указанной части оболочки удовлетворяют следующему соотношению:
N₁>N₄>N₃>N₂.

8. Катушка из оптического волокна, включающая оптическое волокно в соответствии с одним из пп.1-7, когда оптическое волокно смотано в форме катушки.

9. Катушка оптического волокна по п.8, в которой минимальный диаметр сматывания указанного оптического волокна составляет 120 мм или менее.