DE69734031T2

DE69734031T2 - Optische Fasern für optische Dämpfung

Info

Publication number: DE69734031T2
Application number: DE69734031T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Mito-shi Takeuchi; Ryo Mito-shi Nagase; Seiko Mito-shi Mitachi; Yuichi Kohoku-ku Morishita; Akira Sagamihara Kumagai; Yumi Yokohama Ariga; Kenichi Muta; Kazunari Sugi; Masashi Hanno Saijo
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; SWCC Corp
Priority date: 1996-01-04
Filing date: 1997-01-03
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2017-01-04
Also published as: US5841926A; EP0783117A2; EP0783117B1; DE69734031D1; EP0783117A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lichtwellenleiterdämpfungsglied, das zur Dämpfung der Intensität optischer Signale mit einer konstanten Rate verwendet wird, welches auf den Gebieten der optischen Nachrichtentechnik, der optischen Instrumentierung, von CATV-Systemen und dergleichen Verwendung findet, und auf einen Lichtwellenleiter zur optischen Dämpfung, der für das optische Dämpfungsglied verwendet wird.
2. Verwandter Stand der Technik
Obwohl bislang verschiedene Verfahren vorgeschlagen wurden, um optische Signale mittels eines optischen Dämpfungsglieds, das einen Lichtwellenleiter verwendet, um einen gewissen Grad zu dämpfen, bedarf es immer noch der Entwicklung eines stabilen optischen Dämpfungsglieds für eine hohe Dämpfung, das eine hohe Eingangsleistung erträgt. Als ein Verfahren zur Dämpfung, das für ein solches optisches Dämpfungsglied für eine hohe Dämpfung verwendet werden kann, sind ein Verfahren, das Filter zwischen Lichtwellenleiter einsetzt, und ein Verfahren, das den Lichtwellenleitern ein Dotierungsmaterial zur optischen Dämpfung zusetzt, bekannt. Von diesen wird das Verfahren, das ein Dotierungsmaterial zur optischen Dämpfung zusetzt, wegen der Einfachheit des Aufbaus eines Dämpfungsglieds, das solche Lichtwellenleiter verwendet, hoher Zuverlässigkeit, niedriger Kosten und dergleichen als vorteilhaft erachtet. Diese Technik ist beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer Sho 54-2754, Hei 6-303156, in den ungeprüften japanischen Gebrauchsmusteranmeldungen mit den Veröffentlichungsnummern Sho 63-96504, 63-96506 und dergleichen offenbart.
Die EP 294037 offenbart ein Lichtwellenleiterdämpfungsglied zur Dämpfung der Intensität optischer Signale, das einen Lichtwellenleiter mit einer Kabelseele und einem Kabelmantel umfasst, wobei die Seele ein Dotierungsmaterial zur Dämpfung enthält.
Bei der Untersuchung solcher wie vorstehend erwähnter Verfahren aus dem Stand der Technik, stießen die vorliegender Erfinder auf folgende Probleme.
Ein feststehendes Dämpfungsglied wird für gewöhnlich eingesetzt, indem Lichtwellenleiter an seine beiden Enden oder an ein Ende eingekoppelt werden. Am Einkopplungspunkt strahlt dann aufgrund einer Fehlanpassung der Kabelseelen der verbundenen Lichtwellenleiter und einer Differenz des Modenfelds ein kleiner Teil der optischen Signale in den Kabelmantel aus. Beim Einkoppeln von Lichtwellenleitern der standardmäßigen Art, ist ein solcher Kabelmantelmode oder Kabelmantelschwingungstyp im Vergleich zur Intensität der optischen Signale, die sich in der Kabelseele fortpflanzen, extrem gering, und man kann deshalb davon ausgehen, dass er während der Fortpflanzung in den Lichtwellenleitern im Wesentlichen erlischt.
Dennoch stellten die vorliegenden Erfinder fest, dass, weil Lichtwellenleiter, die in feststehenden optischen Dämpfungsgliedern mit einem solchen wie vorstehend beschriebenen Aufbau verwendet werden, eine kurze Länge haben und linear feststehend sind, die Wahrscheinlichkeit besteht, dass sich der am Einkopplungspunkt des Eingangsendes entstehende Kabelmantelmode zum Ausgangsende des feststehenden Dämpfungsglieds fortpflanzt und sich durch Modenkopplung wieder in eine Kabelseele eines Lichtwellenleiters einkoppelt, der am Ankopplungspunkt des Ausgangsendes angeschlossen ist.
Obwohl Messwerte für gewöhnlich je nach den Messbedingungen schwanken, betrug der Fortpflanzungsverlust des Kabelmantelschwingungstyps einschließlich des Einkopplungsverlusts beim Wiedereinkoppeln nach der Messung der vorliegenden Erfinder ca. 40 dB. Falls der Lichtwellenleiter relativ lang ist und eine Krümmung aufweist, würde sich dieser Wert noch weiter reduzieren, und deshalb kann die Fortpflanzung des Kabelmantelschwingungstyps beim Einkoppeln gewöhnlicher Lichtwellenleiter vernachlässigt werden. Darüber hinaus kann davon ausgegangen werden, dass eine solche Fortpflanzung des Kabelmantelschwingungstyps in einem Dämpfungsglied von 10 dB oder darunter kein praktisches Problem aufwerfen wird, auch wenn es sich um ein feststehendes optisches Dämpfungsglied handelt.
Jedoch wird im Falle eines feststehenden Dämpfungsglieds für hohe Dämpfung, weil der Unterschied der Intensitäten der sich in der Kabelseele fortpflanzenden gedämpften Signale und des Kabelmantelschwingungstyps relativ klein wird, ein wellenlängenabhängiger Ausschlag der Dämpfung beobachtet, und für gewöhnlich wird die Dämpfungsgröße dann instabil. Auf diese Weise würden Probleme auftreten, beispielsweise könnten sich optische Signale nicht ordnungsgemäß fortpflanzen.
Bei Vorstehendem wird davon ausgegangen, dass die Form des Fortpflanzungsmodenfelds des Lichtwellenleiters, das für das feststehende Dämpfungsglied verwendet wird, und diejenige der Lichtwellenleiter, die eingekoppelt werden sollen, im Wesentlichen gleich sind. Falls sie jedoch unterschiedlich sind, erhöht sich die relative Stärke des in den Kabelmantel ausgestrahlten Lichts noch mehr, und es ist offensichtlich, dass solche wie vorstehend erwähnten Probleme dann sogar in einem feststehenden Dämpfungsglied für eine Dämpfung von 10 dB oder darunter auftreten würden. Falls darüber hinaus die Lagefehlanpassung der eingekoppelten Kabelseelen erheblich ist, würden dieselben Probleme auftreten, auch wenn die Modenfeldformen im Wesentlichen gleich wären.
Zusätzlich ist der Einfluss des Kabelmantelschwingungstyps im Vorstehenden für ein optisches Dämpfungsglied beschrieben, das einen Lichtwellenleiter zur optischen Dämpfung verwendet. Jedoch wird das wie in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 6-109923 beschriebene Problem des Kabelmantelschwingungstyps nicht nur für den Fall gesehen, bei dem ein Lichtwellenleiter zur optischen Dämpfung verwendet wird, sondern allgemein für optische Dämpfungsglieder in einem gattungsgemäßen Sinn.
Verfahren zum Überwinden dieses Problems wurden in den ungeprüften japanischen Patentanmeldungen mit den Veröffentlichungsnummern 5-264816, 6-109923 und dergleichen vorgeschlagen. Diese Verfahren verwenden dämpfende Lichtwellenleiter, bei denen der Kabelmantel aus einem dämpfenden Material besteht. Weil jedoch ein dämpfendes Dotierungsmittel dem gesamten Kabelmantel des für diese Verfahren verwendeten Lichtwellenleiters zugesetzt werden sollte, kranken diese an dem Problem, dass Lichtwellenleiter zur optischen Dämpfung teuerer werden. Bei einem Lichtwellenleiter für hohe Dämpfung wird eine entsprechend größere Menge an Dotierungsmittel zur Dämpfung benötigt. Es ist jedoch technisch schwierig, das Dotierungsmittel mit einem solch hohen Gehalt gleichmäßig zuzusetzen, und damit werden Lichtwellenleiter zur optischen Dämpfung auch wieder teuer.
Wie in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 6-109923 beschrieben ist, sollte der Dotierungsmittelgehalt, wenn die Dämpfung im Mantel höher sein sollte als in der Seele, noch weiter angehoben werden, und von daher werden die Kosten der Lichtwellenleiter zur optischen Dämpfung sogar noch höher. Zusätzlich ist es sehr schwierig, das Dotierungsmittel dem gesamten Mantel in einer Konzentration zuzusetzen, die höher als diejenige ist, die in der Seele verwendet wird.
Im Hinblick auf die optischen Dämpfungseigenschaften sollte die Wellenlängenabhängigkeit des Dämpfungsgrads, wenn der gesamte Mantel aus einem dämpfenden Material besteht, größtenteils von der Eigenschaft des Dämpfungsdotierungsmittels abhängen. Da das Absorptionsspektrum eines solchen Dotierungsmittels für gewöhnlich je nach der Wellenlänge variiert, sollten die optischen Dämpfungseigenschaften je nach der Wellenlänge der optischen Signale variieren.
Es bestand deshalb das Problem, dass die Herstellung eines optischen Dämpfungsglieds mit diesem Aufbau, das sich bei zwei oder mehreren mehrfachen Wellenlängen einsetzen lässt, schwieriger ist als diejenige des herkömmlichen optischen Dämpfungsglieds. Dieses Problem kann beispielsweise dadurch überwunden werden, dass dem Mantel zwei oder mehrere Arten von Dämpfungsstoffen zugesetzt werden, um die Wellenlängenabhängigkeit der Dotierungsmaterialien voneinander abzusetzen. Es ist jedoch schwierig, dem Mantel zwei oder mehr Arten von Dämpfungsstoffen so zuzusetzen, dass sich die Wellenlängenabhängigkeit der Dotierungsmittel voneinander unterscheidet, und geht unweigerlich mit erhöhten Kosten für die Lichtwellenleiter zur optischen Dämpfung einher.
Eines der Probleme, die allgemein in den Verfahren festgestellt wurden, bei denen ein dämpfendes Dotierungsmittel dem gesamten Mantel zugesetzt wird, besteht in der Zunahme des Brechungsindex aufgrund der Zugabe des dämpfenden Dotierungsmittels. Bei einer Zunahme des Brechungsindex des Mantels, muss auch der Brechungsindex der Seele entsprechend erhöht werden, und deshalb muss die Menge an Dotierungsmittel zum Anheben des Brechungsindex erhöht werden, um die relative Brechungsindexdifferenz zu steuern. Falls darüber hinaus die Brechungsindices der Seele und des Mantels übermäßig erhöht werden, kann eine relative Brechungsindexdifferenz zwischen dem dämpfenden Lichtwellenleiter und dem gewöhnlichen Lichtwellenleiter entstehen, und dies führt unerwünschter Weise dazu, dass eine Reflexion von optischen Signalen an den Einkopplungsstellen der Lichtwellenleiter und eines optischen Dämpfungsglieds die Grundleistung des optischen Dämpfungsglieds verschlechtert.
Deshalb besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren bereitzustellen, um die Auswirkung eines Mantelschwingungstyps beim Einkoppeln von Lichtwellenleitern zu reduzieren, und ein in seiner charakteristischen Stabilität hervorragendes optisches Dämpfungsglied zu niedrigen Kosten bereitzustellen.
Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung und deren neuartigen Merkmale werden aus den folgenden Beschreibungen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Lichtwellenleiterdämpfungsglied nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Bei dem vorstehenden Lichtwellenleiter kann ein Teil des Kabelmantels oder der ganze Kabelmantel mit hohem Brechungsindex mit einem Dotierungsmaterial versehen werden, um optische Signale zu dämpfen.
Der Lichtwellenleiter ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil zum Einfangen optischer Signale, die sich im Mantel fortpflanzen, im Mantel an einer ausreichend weit von der Kabelseele entfernten Position als struktureller Bestandteil des Lichtwellenleiters zur optischen Dämpfung vorgesehen ist, um zu verhindern, dass optische Signale, die sich im Kabelmantel fortpflanzen, mit der Kabelseele eine Rückkopplung eingehen.
Bei herkömmlichen feststehenden Dämpfungsgliedern hat der Kabelmantel entweder keine dämpfende Eigenschaft, oder der ganze Kabelmantel hat eine dämpfende Eigenschaft. Deshalb ist ein solcher wie vorstehend beschriebener Aufbau, bei dem ein Teil zum Einfangen optischer Signale, die sich im Mantel fortpflanzen, im Mantel an einer von der Seele ausreichend weit entfernten Position vorgesehen ist, nicht bekannt. Die vorliegenden Erfinder stellten fest, dass ein für ein optisches Dämpfungsglied schädlicher Mantelmode im Grunde kein Mode ist, der in unmittelbarer Nähe der Seele eingefangen wird, sondern ein Mode, der einen Teil des Mantels erreicht, der von der Seele ausreichend weit weg ist. Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis dieser Erkenntnis abgeschlossen. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass der Mantelmode ausreichend reduziert werden kann, indem nur ein Teil zum Einfangen des Mantelschwingungstyps an einem Teil des Mantels vorgesehen wird, der von der Seele ausreichend weit weg ist.
Andererseits können, weil der Aufbau, bei dem die Seele und ein Teil des Innenmantels oder der ganze Innenmantel ein Dotierungsmaterial zum Dämpfen optischer Signale enthält, optische Signale, die beim Einkoppeln entstehen und auf den Innenmantel beschränkt sind, gedämpft werden, und von daher kann der Einfluss des Mantelschwingungstyps reduziert werden.
Die Lichtwellenleiter der vorliegenden Erfindung zur optischen Dämpfung verwenden allgemein einen Kabelmantel mit zwei oder mehr Teilen, die sich in ihren Brechungsindices unterscheiden. Jedoch ist bei den Lichtwellenleitern der Brechungsindex des Außenmantels höher als derjenige des Innenmantels.
Das heißt, bei den Lichtwellenleitern ist die Auswirkung des Mantelschwingungstyps dadurch reduziert, dass optische Signale, die sich im Mantel fortpflanzen, mittels des Außenmantels eingefangen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht eines Lichtwellenleiters zur optischen Dämpfung nach der vorliegenden Erfindung (Beispiel 1), die seine Brechungsindexverteilung zeigt.
2 zeigt einen Zirkondioxidring, der für das feststehende optische Dämpfungsglied verwendet wird, das den Lichtwellenleiter nach der vorliegenden Erfindung (Beispiel 1) einsetzt.
3 zeigt einen Aufbau des optischen Dämpfungsglieds der SC-Art, das den Lichtwellenleiter nach der vorliegenden Erfindung (Beispiel 1) einsetzt.
4 ist eine grafische Darstellung, die das Messergebnis für die Wellenlängenabhängigkeit der Dämpfung bei einem Band von 1,3 μm der vorliegenden Erfindung (Beispiel 1) zeigt.
5 ist eine grafische Darstellung, die das Messergebnis für die Wellenlängenabhängigkeit der Dämpfung bei einem Band von 1,3 μm für ein Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung (Beispiel 1) zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht eines Lichtwellenleiters zur optischen Dämpfung nach der vorliegenden Erfindung (Beispiel 2), die seine Brechungsindexverteilung zeigt.
7 ist eine Querschnittsansicht eines Lichtwellenleiters zur optischen Dämpfung nach der vorliegenden Erfindung (Beispiel 3), die seine Brechungsindexverteilung zeigt.
8 ist eine Querschnittsansicht eines Lichtwellenleiters zur optischen Dämpfung nach der vorliegenden Erfindung (Beispiel 4), die seine Brechungsindexverteilung zeigt.
9 ist eine grafische Darstellung, die das Messergebnis für die Wellenlängenabhängigkeit der Dämpfung für ein herkömmliches optisches Dämpfungsglied zeigt.
BESTE ART UND WEISE, DIE ERFINDUNG UMZUSETZEN
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend durch Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Beispiel 1
1 ist eine Querschnittsansicht eines Lichtwellenleiters zur optischen Dämpfung nach der vorliegenden Erfindung (Beispiel 1), die seine Brechungsindexverteilung zeigt. Der Lichtwellenleiter umfasste eine Kabelseele 1 zur optischen Fortpflanzung, einen Kabelinnenmantel 2 und einen Kabelaußenmantel 3, ein Teil zum Einfangen des Kabelmantelschwingungstyps. Die Seele 1 bestand aus Quarzglas und war mit GeO₂ so dotiert, dass ein relativer Brechungsindexunterschied zwischen der Seele 1 und dem Mantel bestand. Der relative Brechungsindexunterschied zwischen der Seele und dem Mantel betrug 0,3%, wobei der Seelendurchmesser 8 μm betrug. Die Grenzwellenlänge betrug ca. 1,1 μm. Die Seele 1 war darüber hinaus so mit Co (Kobalt) dotiert, dass die Stärke der optischen Signale gedämpft werden sollte. Wie in der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusteranmeldung mit der Veröffentlichungsnummer Hei 3-61547 beschrieben ist, handelt es sich bei Kobalt um ein Element, das sich bei einem Wellenlängenband von 1,3 μm und 1,55 μm zur optischen Dämpfung eignet. Der Co-Gehalt wurde so eingestellt, dass die optische Dämpfung bei einer Wellenlänge von 1,31 μm 30 dB bei einer Faserlänge von 22,4 mm betragen sollte. Der Kabelinnenmantel 2 bestand aus reinem Quarzglas und sein Außendurchmesser betrug ca. 40 μm. Der Kabelaußenmantel war wie die Seele mit GeO₂ dotiert, und sein Gehalt wurde von seiner Innenseite zur Außenseite hin graduell erhöht, und sein äußerer oberflächlicher Teil hatte einen solchen GeO₂-Gehalt, dass ein im Wesentlichen konstanter relativer Brechungsindexunterschied von 0,15% erhalten werden sollte. Der Außendurchmesser des Kabelaußenmantels betrug 125 μm, was demjenigen eines standardmäßigen Lichtwellenleiters entspricht. Was den relativen Brechungsindexunterschied betrifft, so betrug der Mantel in etwa die Hälfte der Seele. Dennoch wurden optische Signale, die sich in der Seele fortpflanzten, nicht beeinträchtigt, da sie von der Seele ausreichend weit weg waren.
2 zeigt einen beispielhaften Aufbau, der ein Beispiel einer Einsatzweise für den vorstehend beschriebenen Lichtwellenleiter darstellt, bei dem der Lichtwellenleiter in einem Zirkondioxidring befestigt ist. In dieser Figur ist der Lichtwellenleiter 4 zur optischen Dämpfung, der wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde, in einem Zirkondioxidring 5 mit einer Länge von 22,4 mm befestigt. Ein Zirkondioxidring ist ein herkömmliches Bauteil zur Befestigung von Lichtwellenleitern. Die Länge des Lichtwellenleiters 4 zur optischen Dämpfung, der eingesetzt werden sollte, wurde durch die Länge des Zirkondioxidrings 5 bestimmt, und die Dämpfung von optischen Signalen wird durch die Länge des Lichtwellenleiters 4 zur optischen Dämpfung und den Gehalt an dotiertem Co bestimmt.
Falls die Länge des Lichtwellenleiters 4 zur optischen Dämpfung nicht speziell festgelegt ist, wie in dem Falle, bei dem standardmäßige Einmoden-Lichtwellenleiter in ein Ende oder beide Enden des Lichtwellenleiters 4 zur optischen Dämpfung eingekoppelt werden, können feststehende Dämpfungsglieder mit verschiedenen Dämpfungsgraden aus einer Art des Lichtwelleneiters 4 für optische Dämpfung hergestellt werden, indem die Länge des Lichtwellenleiters 4 zur optischen Dämpfung verändert wird.
3 zeigt ein Beispiel des feststehenden Dämpfungsglieds der SC-Art unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Rings, der mit dem Lichtwellenleiter 4 zur optischen Dämpfung zusammengebaut ist. Es umfasst eine Hülse 6 und ein Gehäuse 7. Die Hülse 6 ist ein Bauteil zum Einstellen der Mittelachsen der Lichtwellenleiter, indem ein gleichmäßiger Druck an den beispielsweise zylindrisch geformten Ring in seiner radialen Richtung angelegt wird. Das Gehäuse 7 ist ein Behälter für das feststehende Dämpfungsglied der SC-Art.
Unter Verwendung dieses optischen Dämpfungsglieds der SC-Art, das standardmäßige Einmoden-Lichtwellenleiter umfasst, die in beide Enden des optischen Dämpfungsglieds eingekoppelt sind, wurden die Grundeigenschaften bei einem Band von 1,3 μm gemessen. Die Ergebnisse der Messung der Wellenlängenabhängigkeit der Dämpfung bei einem Band von 1,3 μm sind in 4 gezeigt. Die Dämpfung von 30 dB wurde sehr stabil erzielt, und es wurden keine Dämpfungsausschläge beobachtet, obwohl die Wellenlänge etwas schwankte. Und zwar war dies so, weil es keine Kopplung von optischen Signalen und dem Mantelmode gab, und von daher kein Hemmfaktor für die Fortpflanzung der optischen Signale bestand, und was anzeigt, dass der annehmbare Bereich bei einem Band von 1,3 μm für eine von Lichtquellen u. dgl. abhängende Signalwellenlängenfluktuation breitgefächert war.
Darüber hinaus wurde als Simulation für eine Bedingung, bei der der Mantelschwingungstyp wahrscheinlich auftritt, ein ähnlicher Versuch durchgeführt, indem an beide Enden des Dämpfungsglieds Lichtwellenleiter angeschlossen wurden, deren Seele einer Streuungsbehandlung unterzogen worden war, und deren Modenfelddurchmesser am Ende des Anschlussstücks um das 1,5-fache erhöht war. Auch in diesem Fall war die Dämpfung stabil und es konnte nachgewiesen werden, dass der Mantelschwingungstyp wirksam reduziert war.
Was die Herstellungskosten betrifft, so ist es offensichtlich, dass der vorstehende Lichtwellenleiter kostengünstiger hergestellt werden kann als einer, der einen durchgehenden Mantel hat, der mit einem dämpfenden Dotierungsmaterial versehen ist, weil ein gewöhnlicher Prozess zur Herstellung von Grundmaterialien für Lichtwellenleiter eingesetzt werden kann, wie er zum Dotieren des Mantels des Lichtwellenleiters 4 zur optischen Dämpfung mit GeO₂ verwendet wird, wobei ein Teil des Mantels mit GeO₂ dotiert wird.
Vergleichsbeispiel 1
Als Vergleichsmuster für Beispiel 1, das nicht in den Rahmen von Anspruch 1 fällt, wurde ein Lichtwellenleiter zur Dämpfung hergestellt, dessen Seele denselben Aufbau hatte wie der Lichtwellenleiter von Beispiel 1, und dessen Mantel nicht mit GeO₂ dotiert wurde, und es wurde mit dem erhaltenen Lichtwellenleiter ein ähnlicher Versuch durchgeführt. Die Messergebnisse für die Wellenlängenabhängigkeit der Dämpfung bei einem Band von 1,3 μm sind in 5 gezeigt. Als Wellenlängenabhängigkeit zeigte die Dämpfung periodisch schwankende Ausschläge in einer Größenordnung von bis zu ±5 dB, und somit bestätigte es sich, dass sich die Dämpfung durch eine kleine Veränderung der Wellenlänge signifikant verändern konnte. Dieser Unterschied der Ergebnisse bewies klar den Mantelmodeneliminationseffekt des Lichtwellenleiters zur optischen Dämpfung der vorliegenden Erfindung.
Beispiel 2
6 ist eine Querschnittsansicht eines Lichtwellenleiters zur optischen Dämpfung nach der vorliegenden Erfindung (Beispiel 2), die seine Brechungsindexverteilung zeigt. Der Lichtwellenleiter umfasste eine Seele 1 zur optischen Fortpflanzung, einen Innenmantel 2, einen Zwischenmantel 8, ein Teil zum Einfangen des Mantelschwingungstyps, und einen Außenmantel 3. Die Seele 1 bestand aus Quarzglas und war mit GeO₂ so dotiert, dass ein relativer Brechungsindexunterschied zwischen der Seele und dem Mantel bestand. Der relative Brechungsindexunterschied zwischen der Seele und dem Mantel betrug 0,3%, wobei der Durchmesser der Seele 1 8 μm betrug. Die Grenzwellenlänge betrug ca. 1,1 μm. Die Seele 1 war so mit V (Vanadium) dotiert, dass die Stärke der optischen Signale gedämpft werden sollte.
Der V-Gehalt wurde so eingestellt, dass die optische Dämpfung bei einer Wellenlänge von 1,31 μm 20 dB bei einer Faserlänge von 22,4 mm betragen sollte. Der Kabelinnenmantel 2 und der Kabelaußenmantel 3 bestand aus reinem Quarzglas. Der Außendurchmesser des Innenmantels betrug ca. 75 μm und der Außendurchmesser des Außenmantels betrug 125 μm, was demjenigen eines standardmäßigen Lichtwellenleiters entspricht. Der Zwischenmantel 8 war wie die Seele mit GeO₂ dotiert, so dass ein im Wesentlichen konstanter Brechungsindexunterschied von 0,3% erhalten werden sollte. Der Außendurchmesser des Zwischenmantels 8 betrug 100 μm. Es wurde ein optisches Dämpfungsglied der SC-Art wie in Beispiel 1 beschrieben unter Verwendung dieses Lichtwellenleiters zur optischen Dämpfung hergestellt.
Unter Verwendung dieses optischen Dämpfungsglieds der SC-Art, das standardmäßige Einmoden-Lichtwellenleiter umfasst, die in beide Enden des optischen Dämpfungsglieds eingekoppelt sind, wurden die Grundeigenschaften bei einem Band von 1,3 μm gemessen. Die Dämpfung war sehr stabil und es wurde kein Dämpfungsausschlag beobachtet, obwohl die Wellenlänge etwas schwankte.
Beispiel 3
7 ist eine Querschnittsansicht eines Lichtwellenleiters zur optischen Dämpfung nach der vorliegenden Erfindung (Beispiel 3), die seine Brechungsindexverteilung zeigt. Der Lichtwellenleiter umfasste ein Seele 1 zur optischen Fortpflanzung, ein Seelenmittelteil 9 mit optischer Dämpfungseigenschaft, einen Innenmantel 2 und einen Außenmantel 3, ein Teil zum Einfangen und Dämpfen des Mantelschwingungstyps. Die Seele 1 bestand aus Quarzglas und war mit GeO₂ so dotiert, dass ein relativer Brechungsindexunterschied zwischen der Seele 1 und dem Mantel bestand. Der relative Brechungsindexunterschied zwischen der Seele 1 und dem Mantel betrug 0,75%, wobei der Modenfelddurchmesser ca. 8 μm betrug, was dem dispersionsverschobener Lichtwellenleiter entspricht. Die Grenzwellenlänge betrug ca. 1,2 μm. Das Seelenmittelteil 9 der Seele 1 war so mit Co dotiert, dass die Stärke optischer Signale gedämpft werden sollte.
Der dotierte Co-Gehalt und der dotierte Bereich (im Seelenmittelteil) wurden so eingestellt, dass die optische Dämpfung bei beiden Wellenlängen von 1,31 μm und 1,55 μm bei einer Faserlänge von 22,4 mm 25 dB betragen sollte. Der Innenmantel 2 bestand aus reinem Quarzglas und sein Außendurchmesser betrug ca. 85 μm. Der Außenmantel 3 war wie die Seele 1 so mit GeO₂ dotiert, dass ein im Wesentlicher konstanter relativer Brechungsindexunterschied von 0,1% erzielt werden sollte. Der Außenmantel 3 war im Wesentlichen gleichmäßig mit Co dotiert. Der Co-Gehalt betrug in etwa ein Fünftel des Co-Gehalts der Seele 1. Der Außendurchmesser des Außenmantels betrug 125 μm, was demjenigen standardmäßiger Lichtwellenleiter entspricht. Unter Verwendung dieses Lichtwellenleiters zur optischen Dämpfung wurde ein optisches Dämpfungsglied der SC-Art wie im Beispiel der ersten Ausführungsform (Beispiel 1) beschrieben hergestellt.
Unter Verwendung dieses optischen Dämpfungsglieds der SC-Art, das standardmäßige Einmoden-Lichtwellenleiter umfasst, die in beide Enden des optischen Dämpfungsglieds eingekoppelt sind, wurden die Grundeigenschaften bei einem Band von 1,3 μm gemessen, und unter Verwendung dieses optischen Dämpfungsglieds der SC-Art, das dispersionsverschobene Lichtwellenleiter umfasst, bei einem Band von 1,55 μm gemessen. Die Dämpfung war sehr stabil und es wurde kein Dämpfungsausschlag beobachtet, obwohl die Wellenlänge etwas schwankte. Dies zeigt an, dass annehmbare Bereiche bei einem Band von 1,3 μm und einem Band von 1,55 μm für eine von Lichtquellen u. dgl. abhängende Signalwellenlängenfluktuation breitgefächert waren. Auch wurden die optischen Signale überhaupt nicht beeinträchtigt. Wenn darüber hinaus ein Ausgang dieses feststehenden Dämpfungsglieds direkt von einem optischen Detektor empfangen wurde, wurde eine optische Dämpfung mit im Wesentlichen demselben Wert wie dem erhalten, der durch die optischen Lichtwellenleiter gemessen wurde, und er war bei beiden Wellenlängenbändern, dem Band von 1,3 μm und dem von 1,55 μm stabil.
Obwohl der Modenfelddurchmesser der bei den standardmäßigen Lichtwellenleitern, die an beide Enden des Dämpfungsglieds zur Messung der Grundeigenschaften bei einem Band von 1,3 μm angeschlossen waren, größer war als derjenige des vorstehend hergestellten Lichtwellenleiters, und die Ausstrahlung der optischen Signale in den Mantel an der Einkopplungsstelle deshalb ziemlich stark war, blieb die Dämpfung dennoch stabil. Dies zeigte an, dass der Mantelschwingungstyp wirksam eingefangen und reduziert wurde. Somit wurde der Mantelschwingungstyp trotz der Tatsache wirksam reduziert, dass sich der Zusatz des optischen Dämpfungsdotierungsmaterial zum Mantel nur auf die äußerste Schicht beschränkte und sein Gehalt niedriger war als derjenige der Seele 1.
Wenn die Menge des Dämpfungsdotierungsmaterials größer als die in Beispiel 3 verwendete Menge ist, würde der Einfluss des Mantelschwingungstyps noch wirksamer reduziert.
Was die Herstellungskosten betrifft, so ist es offensichtlich, dass der Lichtwellenleiter kostengünstiger hergestellt werden kann als einer, der einen Mantel hat, der durchgehend mit einem dämpfenden Dotierungsmaterial versehen ist, weil nur ein Teil des Mantels mit einem Dämpfungsdotierungsmaterial versehen ist, obwohl die Kosten höher sein können als diejenigen für die Beispiele 1 und 2.
Beispiel 4
8 ist eine Querschnittsansicht eines Lichtwellenleiters zur optischen Dämpfung nach der vorliegenden Erfindung (Beispiel 4), die seine Brechungsindexverteilung zeigt. Der Lichtwellenleiter umfasste ein Seele 1 zur optischen Fortpflanzung, ein Seelenmittelteil 9 mit optischer Dämpfungseigenschaft, einen Innenmantel 2, einen Zwischenmantel 8, ein Teil zum Dämpfen des Mantelschwingungstyps, und einen Außenmantel 3, ein Teil zum Einfangen des Mantelschwingungstyps. Die Seele 1 bestand aus Quarzglas und war mit GeO₂ so dotiert, dass ein relativer Brechungsindexunterschied zwischen der Seele und dem Mantel bestand. Der relative Brechungsindexunterschied zwischen der Seele 1 und dem Mantel betrug 0,75%, wobei der Modenfelddurchmesser ca. 8 μm betrug, was dem dispersionsverschobener Lichtwellenleiter entspricht. Die Grenzwellenlänge betrug ca. 1,2 μm. Das Seelenmittelteil 9 der Seele 1 war so mit Co dotiert, dass die Stärke optischer Signale gedämpft werden sollte.
Der dotierte Co-Gehalt und der dotierte Bereich (im Seelenmittelteil 9) wurden so eingestellt, dass die optische Dämpfung bei beiden Wellenlängen von 1,31 μm und 1,55 μm bei einer Faserlänge von 22,4 mm 30 dB betragen sollte. Der Innenmantel 2 bestand aus reinem Quarzglas und sein Außendurchmesser betrug ca. 85 μm. Der Zwischenmantel 8 war im Wesentlichen gleichmäßig mit Co dotiert. Der Co-Gehalt betrug in etwa die Hälfte des Co-Gehalts der Seele 1. Der Außendurchmesser des Zwischenmantels 8 betrug 100 μm. Der Außenmantel 3 war wie die Seele 1 so mit GeO₂ dotiert, dass ein im Wesentlichen konstanter relativer Brechungsindexunterschied von 0,2% erzielt werden sollte. Der Außendurchmesser des Außenmantels betrug 125 μm, was demjenigen standardmäßiger Lichtwellenleiter entspricht. Unter Verwendung dieses Lichtwellenleiters zur optischen Dämpfung wurde ein optisches Dämpfungsglied der SC-Art wie im Beispiel der ersten Ausführungsform (Beispiel 1) beschrieben hergestellt.
Unter Verwendung dieses optischen Dämpfungsglieds der SC-Art wurde derselbe Versuch wie in Beispiel 3 durchgeführt. Die Dämpfung war in den Bändern von 1,31 μm und 1,55 μm sehr stabil, und es war kein Dämpfungsausschlag festzustellen, obwohl die Wellenlänge etwas schwankte.
Vergleichsbeispiel 2
Als Vergleichsmuster für Beispiel 4 war ein Lichtwellenleiter zur optischen Dämpfung vorgesehen, bei dem die Seele denselben Aufbau hatte wie der Lichtwellenleiter von Beispiel 4, und der ganze Mantel mit Co dotiert war. Dieses Vergleichsmuster fällt nicht in den Rahmen von Anspruch 1. Ein Dotieren des gesamten Mantels mit einer Konzentration ähnlich derjenigen der Seele 1 erfordert jedoch viele Produktionsschritte und von daher wird ein Lichtwellenleiter zur optischen Dämpfung der beabsichtigten Art sehr teuer und hat wenig praktischen Nutzen. Deshalb wurde ein Lichtwellenleiter hergestellt, bei dem nur ein Teil des Mantels in der Nachbarschaft der Seele, der einen Außendurchmesser von 50 μm hatte, mit Co mit einem Gehalt ähnlich demjenigen der Seele dotiert wurde. Unter Verwendung dieses Lichtwellenleiters wurde ein ähnlicher Versuch durchgeführt. Als Wellenlängenabhängigkeit der Dämpfung wurden periodisch schwankende Ausschläge der Dämpfung von ca. 1,5 dB bei beiden Wellenlängenbändern festgestellt. Somit war der Mantelmodeneliminierungseffekt unzureichend.
Was die durchschnittliche Dämpfung betrifft, so betrug sie bei einem Band von 1,3 μm 29 dB, im Gegensatz zu 35 dB bei einem Band von 1,55 μm. Somit wurde eine Wellenlängenabhängigkeit der Dämpfung festgestellt. Wenn nur die Seele mit Co dotiert wird, hängt ein mit Co dotierter Bereich im Wesentlichen nicht von der Dotiermenge ab und ist im Wesentlichen konstant, und die Wellenlängenabhängigkeit kann ausgeglichen werden. Wenn jedoch der Mantel in unmittelbarer Nähe der Seele auch mit Co dotiert ist, muss die Dämpfung des sich von der Seele fortpflanzendes Schwingungstyps, der in den Mantel ausgetreten ist, berücksichtigt werden, und er hängt größtenteils von der Verteilung von Co im Mantel ab. Deshalb müssen die Faktoren, die zur Aufrechterhaltung der Eigenschaften gesteuert werden müssen, angehoben werden. Selbst wenn der Co-dotierte Bereich in der Seele 1 neu eingestellt wird, ist es nämlich immer noch schwierig, die Wellenlängenabhängigkeit auszugleichen, und es kann das Problem entstehen, dass der Produktionsertrag gesenkt wird. Um die optische Dämpfung konstant zu halten, muss darüber hinaus die Menge an dotiertem Co dort erhöht werden, wo der Co-dotierte Bereich in der Mitte der Seele 1 reduziert wurde, und somit wird es schwierig, ein Dämpfungsglied für hohe Dämpfung herzustellen.
In den vorstehend beschriebenen Beispielen 1 bis 4 besteht das in die Seele 1 oder in unmittelbare Nähe der Seele 1 dotierte Dämpfungsdotierungsmaterial aus einer Art von Dotierungsmaterial. Jedoch wird das Dämpfungsdotierungsmaterial, das in die Seele 1 oder in unmittelbare Nähe der Seele 1 dotiert wird, eingebracht, um die Grundeigenschaften für optische Dämpfung zu steuern, und ist nicht auf eines beschränkt, das nur aus einer Art von Dotierungsmaterial besteht. Was das in den Mantel dotierte Dämpfungsdotierungsmaterial anbelangt, können je nachdem zwei oder mehr Dotierungsmaterialien eingebracht werden, da es nicht notwendig ist, den dotierten Bereich auszuweiten. Kurz ausgedrückt ist es wichtig, das effizienteste Dotierungsverfahren zu wählen.
Vergleichsbeispiel 3
Als Vergleichsmuster wurde ein Lichtwellenleiter zur optischen Dämpfung hergestellt, dessen Seele denselben Aufbau hatte wie der Lichtwellenleiter von Beispiel 5, und dessen Mantel aus reinem Quarzglas bestand, d.h. nicht mit GeO₂ dotiert war. Dieses Vergleichsmuster fällt nicht in den Rahmen von Anspruch 1. Unter Verwendung eines optischen Dämpfungsglieds der SC-Art, das den erhaltenen Lichtwellenleiter umfasst, wurde ein ähnlicher Versuch durchgeführt.
Um eine optische Dämpfung von 30 dB mit einer Länge von 22 mm zu erzielen, musste in diesem Fall die Menge des in die Seele dotierten Co größer sein als diejenigen, die in den Lichtwellenleitern der Beispiele 5 und 6 verwendet wurden.
Die Messergebnisse der Wellenlängenabhängigkeit der Dämpfung, insbesondere bei einem Band von 1,55 μm, die unter Verwendung des vorstehend hergestellten optischen Dämpfungsglieds der SC-Art erhalten wurden, sind in 9 dargestellt.
Die Wellenlängenabhängigkeit der Dämpfung zeigte periodisch schwankende Ausschläge mit einer Größenordnung von bis zu ±5 dB, und ausgehend von diesen Ergebnissen bestätigte sich, dass sich die Dämpfung durch eine kleine Veränderung der Wellenlänge signifikant verändern konnte. Darüber hinaus konnten sich die optischen Signale manchmal aufgrund eines Koppeleffekts des Mantelschwingungstyps nicht richtig fortpflanzen.
In den vorstehende Erläuterungen der Beispiele 1 bis 4 wurden nur Dämpfungsglieder für hohe Dämpfung beschrieben. Jedoch lässt sich der Vorteil der vorliegenden Erfindung offensichtlich auch bei Dämpfungsgliedern für niedrige Dämpfung erzielen. Insbesondere wenn Lichtwellenleiter mit unterschiedlichen Modenfelddurchmessern verwendet und verbunden werden, oder wenn mehrere optische Dämpfungsglieder verwendet und in Reihe geschaltet werden, wäre der Vorteil der vorliegenden Erfindung bemerkenswert.
Darüber hinaus wurden in den vorstehenden Erläuterungen der Beispiele 1 bis 4 nur Dämpfungsglieder für Einmoden-Lichtwellenleiter beschrieben. Jedoch lässt sich der Vorteil der vorliegenden Erfindung natürlich auch bei Dämpfungsgliedern für Mehrmoden-Lichtwellenleiter und Filtern für Einmoden- und Mehrmoden-Lichtwellenleiter erzielen. Außerdem kann je nach Einsatz auch bei Lichtwellenleitern von diesem Vorteil ausgegangen werden, die aus einem anderen Material bestehen als Quarzglas.
Darüber hinaus lässt sich der Lichtwellenleiter der Erfindung auf einen Abschlusswiderstand mit einfachem Aufbau anwenden, weil die reflektierte optische Leistung nur durch Einsatz des Lichtwellenleiters ohne irgendeine spezielle Endbearbeitung wirksam gedämpft wurde.
Selbstverständlich sind die Axt, die Menge, das Dotierungsverfahren u. dgl. des Dotierungsmaterials für den Lichtwellenleiter zur optischen Dämpfung nach der vorliegenden Erfindung nicht auf diejenigen beschränkt, die in den vorstehenden Beispielen beschrieben wurden.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezugnahme auf die vorstehend erwähnten Arbeitsbeispiele speziell erklärt, ist aber nicht auf die Beispiele beschränkt, und es können natürlich verschiedene Modifizierungen und Änderungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Die typischen Vorteile der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden:

(1) Der Mantelschwingungstyp kann effizient reduziert werden, ohne dass dabei die Dämpfungseigenschaften der optischen Dämpfungsglieder beeinträchtigt werden.
(2) Lichtwellenleiter zur optischen Dämpfung, die in ihrer charakteristischen Stabilität hervorragend sind, können zu niedrigen Kosten hergestellt werden.
(3) Weil ein Teil zum Einfangen des Mantelschwingungstyps in einem Bereich vorgesehen ist, der von der Seele ausreichend weit weg ist, wird die Modenfeldform der Grundschwingungsform nicht verändert, wenn sich der Brechungsindex des Einfangteils verändert, und die Grundeigenschaften wie die Dämpfungswellenlängeneigenschaft optischer Dämpfungsglieder werden nicht verändert, wenn dem Einfangteil ein Dämpfungsdotierungsmaterial zugesetzt wird. Deshalb können die optischen Dämpfungseigenschaften nur durch Strukturen um die Seele gesteuert werden.
(4) Weil der Brechungsindex des Mantels in der unmittelbaren Nähe der Seele unverändert bleibt, werden die Kopplungseigenschaften wie die Reflexionseigenschaft nicht beeinträchtigt.
(5) Weil der Teil zum Einfangen des Mantelschwingungstyps nicht der ganze Mantel zu sein braucht, und der gewünschte Effekt auch erzielt werden kann, indem nur der relative Brechungsindexunterschied verändert wird, kann der Mantel auch nur mit einer herkömmlichen Vorrichtung zur Herstellung von Lichtwellenleitern hergestellt werden.
(6) Wenn Dämpfungsdotierungsmaterialien zugesetzt werden, müssen der Dotierungsbereich und die Menge nicht groß sein. Deshalb kann eine Zunahme der Kosten für die dämpfenden Lichtwellenleiter unterdrückt werden.

Claims

Lichtwellenleiterdämpfungsglied zur Dämpfung der Intensität optischer Signale, wobei das Lichtwellenleiterdämpfungsglied einen Lichtwellenleiter umfasst, der Folgendes aufweist: a) eine Kabelseele (1) und einen Kabelmantel (2, 3), der die Kabelseele umgibt und einen Brechungsindex aufweist, der zumindest in der Nähe der Kabelseele niedriger ist als derjenige der Kabelseele, wobei die Kabelseele ein Dämpfungsdotierungsmaterial enthält, um die Intensität optischer Signale zu dämpfen; b) wobei der Kabelmantel (2, 3) einen ersten Kabelmantelabschnitt (2) umfasst, der die Kabelseele umgibt, und einen zweiten Kabelmantelabschnitt (3), der den ersten Kabelmantelabschnitt umgibt; und dadurch gekennzeichnet ist, dass c) ein Kabelmantelteil mit hohem Brechungsindex, das einen Brechungsindex hat, der höher ist als der Brechungsindex des ersten Kabelmantelabschnitts, in einem Teil oder dem ganzen zweiten Kabelmantelabschnitt an einer ausreichend weit von der Kabelseele entfernten Position vorgesehen ist, um zu verhindern, dass optische Signale, die sich im zweiten Kabelmantelabschnitt fortpflanzen, eine Rückkopplung mit den Signalen in der Kabelseele ohne Veränderung in der Modenfeldform des Grundmodes eingehen.
Lichtwellenleiterdämpfungsglied nach Anspruch 1, wobei ein Teil oder der ganze Kabelmantelabschnitt mit hohem Brechungsindex ein Dämpfungsdotierungsmaterial enthält, um die optischen Signale zu dämpfen.
Lichtwellenleiterdämpfungsglied nach Anspruch 1, wobei ein Teil des ersten Kabelmantelabschnitts ein Dämpfungsdotierungsmaterial enthält, um die optischen Signale an einer ausreichend weit von der Kabelseele entfernten Position zu dämpfen, um zu verhindern, dass optische Signale, die sich im ersten Kabelmantelabschnitt fortpflanzen, eine Rückkopplung mit den Signalen in der Kabelseele ohne Veränderung in der Modenfeldform des Grundmodes eingehen.