DE3039823A1

DE3039823A1 - Faseroptischer monomode-wellenleiter

Info

Publication number: DE3039823A1
Application number: DE19803039823
Authority: DE
Inventors: Peter William Black
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1979-10-29
Filing date: 1980-10-22
Publication date: 1981-05-14
Also published as: GB2062610B; JPS5684333A; FR2468558A1; JPS5924095B2; AU6365580A; FR2468558B1; ATA531680A; US4327965A; AU538819B2; GB2062610A; ZA806439B; AT380573B; ES496374A0; ES8201322A1

Description

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Faseroptischer Monomode-Wellenleiter

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen faseroptischen Monomode-Wellenleiter, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Ein solcher Wellenleiter ist aus dem Aufsatz von Äinslie in Electronics Letters, 5th July 1979, Vol. 15, No. 14 auf den Seiten 411 bis 413 beschrieben.

Bei einer Ausführungsform des bekannten Wellenleiters ist die innere Mantelschicht mit Phosphorpentoxyd (P₃O₅) und Bortrioxyd (B₃O₃) dotiert, der Kern enthält als Dotiermittel Germaniumdioxyd (GeO₂) und ^₂ ⁰S*

Beide im Kern enthaltene Dotiermittel erhöhen dessen optischen Brechungsindex gegenüber dem Brechungsindex des reinen SiO₃. Das in der Mantelschicht neben ^₂ ⁰S vorhandene B₃O₃ führt zu einer Erniedrigung des Brechungsindexes, so daß die beiden Dotiermittel gegenläufige Auswirkungen auf den Brechungsindex der inneren Mantelschicht haben. Um Mantelmoden in der inneren Mantelschicht zu verhindern, wird in dieser der Anteil an P₃O₅ und B₃O- so gewählt, daß der Brechungsindex der inneren Mantelschicht gleich oder eher etwas

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kleiner als der der aus reinem SiO₂ bestehenden äußeren Mantelschicht ist. Der Dotierung der inneren Mantelschicht allein mit einem die gewünschte geringfügige Erniedrigung des Brechungsindexes verursachenden Dotiermittel, wie mit geringen Mengen von B₃O₃, stehen verfahrenstechnische Hindernisse entgegen. Durch die Dotierung der inneren Mantelschicht mit P₂^5' ^^e ^^^{r s}^-^c^ allein zu einer Erhöhung des Brechungsindexes führen würde, braucht die äußere Mantelschicht nur auf etwa 1500° Celsius erhitzt werden, also um etwa 200° Celsius weniger^, als dies ohne P^O,--Dotierung der Fall ist. Diese Temperaturerniedrigung ist eine wesentliche Voraussetzung für die unverzichtbare Fcrmstabilität der äußeren Mantelschicht während der Beschichtungsvorgänge.

Die aus verfahrenstechnischen Gründen vorgenommene P₂®5~ Dotierung der inneren Mantelschicht und die zur Kompensation des dadurch erhöhten Brechungsindexes gleichzeitig vorgenommene B_ü„-Dotierung führt im Wellenlängenbereich von etwa 1,5 bis 1,7 Mikron zu einer relativ starken Dämpfung innerhalb der Faser, ilach Äinslie (Fig. 2 auf Seite 412) werden bei einer solchen Faser Dämpfungswerte von etwa 10 dB/km teilweise weit überschritten, so daß praktisch keine technische Verwendung dieser Faser mehr möglich ist.

Ursache dieser Dämpfung ist der kurzwellige Ausläufer der Infrarat-Absorvtionsbande -5.er Bor-Sauersr.offbindung bei etwa 7 Mikron,

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Aufgabe

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen faseroptischen Monomode-Wellenleiter anzugeben, der im Wellenlängenbereich von etwa 1,5 bis 1,7 Mikron eine geringe Dämpfung aufweist.

Losung

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch angegebenen Mitteln. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist dem Unteranspruch zu entnehmen.

Vorteile:

Die den Kern umgebende Zwischenschicht hat auch in dem >?rfindungsgeitiäßen faseroptischen Wellenleiter aus den bekannten physikalischen Gründen einen kleineren'Brechungsindex als der Kern. Diese Zwischenschicht muß aber nicht wie bisher die innere Mantelschicht mit ihrem Brechungsindex an den Brechungsindex der äußeren Manteischicht angeglichen werden,, und muß daher auch nicht mit im interes- ■? ' κTenden ^r7elleniängenbereich relativ stark dämpfenden ' • ■•of-IeIT^i χ'-te I η -/is zum Beispiel B-O- versehen herden". Die -•:i.;.ative Freiheit in der Wahl des Brechungsindexes der "■'.'-■«chenschicht gegenüber der äußeren Manteischicht bietet -'.·■-■ Möalit-hkeit, Mate^i^ÄGbii§De^s>ig>:ra und Wellenleiterdisper-

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sion besser gegeneinander auszugleichen. Daher weist der erfindungsgemäße Wellenleiter eine relativ kleine Dämpfung auf. Weiterhin wird in der inneren Mantelschicht, da sie als Absorptionsschicht ausgebildet ist, beispielsweise durch eine relativ hohe Dotierung mit P₂Oc und B₂O-D' eine merkliche Ausbreitung unerwünschter Moden verhindert.

Die Erfindung wird beispielsweise mit Hilfe anliegender Figur näher beschrieben.

Ein etwa ein Meter langes Substratrohr 30 aus Silikatglas (SiO_) mit einem Innendurchmesser von 12 mm und einem Außendurchmesser von 14 mir wird sorgfältig gereinigt, getrocknet und in eine Spezialdrehbank eingespannt, die beidseitig synchron angetrieben wird. Während das Substratrohr um seine Achse gedreht wird, wird es durch einen langsam längs seiner Achse bewegten Wasserstoff/ Sauerstoff-Brenner erhitzt. Dabei wird Sauerstoff durch das Innere des Substratrohrs geleitet. Durch diese Behandlung erhält das Substratrohr eine saubere, flammenpolierte Innenfläche.

Auf dieser Innenfläche wird eine optisch absorbierende Mantelschicht 31 in einer Dampfphasenreaktion erzeugt. Diese Mantelschicht besteht aus Silikatglas, das sowohl mit etwa 1O Mol-Prozent Bortrioxyd (B₀O-) und etwa 10 bis Mol-Prozent Phosphorpentoxyd (P₂ ⁰R^ dotiert ist. Die Ausgangsstoffe für die die Mantelschicht 31 erzeugende Reaktion sind Siliziumtetrachlorid (SiCl₄) Bortribromid (BBr₃) und Phosphoroxydchlorid (POCl₃). Diese drei Ausgangsstoffe liegen jeweils in flüssiger Form in einer Verdampferflasche vor. Als Trägergas für die jeweiligen Dämpfe dient Sauerstoff, der in getrennten Leitungen durch die drei Verdamp-

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ferflaschen geführt wird, und dabei die drei Ausgangsstoffe in dampfförmigen Zustand aufnimmt.

Die drei die Dämpfe führenden Leitungen werden dann vereinigt und an eine vierte Leitung, die nur gasförmigen Sauerstoff führt, angeschlossen. Dieses Gas/Dampfgemisch wird durch das Substratrohr geleitet. Die chemische Reaktion zwischen den Dämpfen und dem Sauerstoff, welche die P9O5 ^un<^ B„0₃~Dotierung erzeugt, wird durch Erhitzen des Substratrohres mit dem Sauerstoff/Wasserstoff-Brenner ausgelöst. In gleicher Weise wie beim Reinigen des Substratrohres wird dabei der Brenner längs der Achse des Substratrohres hin und her bewegt. Dabei muß die Temperatur der Flamme des Brenners so gewählt werden, und die Bewegung des Brenners längs des Rohres so vorgenonunen werden, daß eine durchsichtige glasige Schicht entsteht.

Eine weitere Mantelschicht 32 wird auf die gleiche Weise auf die Mantelschicht 31 aufgetragen. Sie besteht aus Germaniumoxyd (GeO₃) und P₂ ⁰S dotiertem SiO₂ und enthält etwa ein bis zwei Mol-Prozent GeO₃ und etwa 0,2 Mol-Prozent P₂°5 *

Wiederum auf die gleiche Weise wird auf der Mantelschicht

32 der Kern 33 erzeugt. Er wird ebenso wie die Mantelschicht 32 mit GeO₂ und P₂ ⁰S dotiert. Der Anteil an GeO₂ ist dabei gleich wie in der Mantelschicht 32, der Kern

33 enthält aber vier Mol-Prozente mehr an ^ρ ₂°ς·

Anschließend wird das Substratrohr derart erhitzt, daß es kollabiert. In der bekannten Weise wird dann durch

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Zug ein faseroptischer Wellenleiter erzeugt. Ln einem solchen Wellenleiter besitzt dann beispielsweise der Kern 33 einen Durchmesser von 6,5 Mikron, die Mantelschicht 32 einen von 45 Mikron und die Mantelschicht 31 einen Durchmesser von 65 Mikron.

2 Ansprüche

¹ 3latt Zeichnung

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Leerseite

Claims

Patentanwalt
DiDl.-Phys. Leo Thul
Kurze Straße 8
7OOO Stuttgart 30

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INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Patentansprüche

/ 1 .' Faseroptischer Monomode-Wellenleiter für den Wellenlängenbereich von etwa 1,5 - 1,7 Mikron, bestehend aus einem Kern und zwei Mantelschichten, wobei die äußere Mantelschicht aus reinem Quarzglas bestaht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kern und der inneren Mantelschicht eine weitere, optisch transparente Zwischenschicht angeordnet ist und daß diese transparente Zwischenschicht und die innere Mantelschicht etwa den gleichen Brechungsindex haben, der höher als der Brechungsindex der äußeren Mantelschicht ist.
2. Faseroptischer Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die transparente Zwischenschicht mit Germaniumdioxyd und Phosphorpentoxyd,und die innere Mantelschicht mit Phosphorpentoxyd und Bortrioxyd dotiert ist, und daß der Kern Phosphorpentoxyd und Germaniumdioxyd als Dotiermittel enthält.

Ba/Gn 20.10.80

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