усовершенствованный оптический волновод со сдвигом дисперсии

Формула изобретения

1. Одномодовое оптическое волноводное волокно, содержащее сердцевину с профилем показателя преломления, содержащим три области: первая область имеет последнюю точку на радиусе A₁, максимальный показатель преломления n₁ и относительную разницу показателей преломления ₁%, вторая область имеет первую точку непосредственно за радиусом A₁, последнюю точку на радиусе A₂, максимальный показатель преломления n₂ и относительную разницу показателей преломления ₂%, третья область имеет первую точку непосредственно за радиусом A₂ и последнюю точку на радиусе A, максимальный показатель преломления n₃ и относительную разницу показателей преломления ₃%, а также слой оболочки, окружающий упомянутую сердцевину и имеющий максимальный показатель преломления n_с, причем n₁ > n₃ > n₂ > n_с, отличающееся тем, что если указанная первая область имеет -профиль, то A₁/A находится в диапазоне от 0,40 до 0,60, A₂/A - в диапазоне от 0,78 до 0,88 и ₃%/₁% - в диапазоне от 0,16 до 0,39, а если она имеет ступенчатый профиль показателя преломления, то A₁/A составляет около 0,30, A₂/A - около 0,85 и ₃%/₁% - около 0,39, а упомянутое одномодовое оптическое волноводное волокно имеет длину волны нулевой дисперсии в диапазоне от 1520 до 1600 нм и крутизну характеристики полной дисперсии в случае -профиля не более 0,095 пс/нм²км, а в случае ступенчатого профиля показателя преломления - не более 0,70 пс/нм²км.

2. Одномодовое оптическое волноводное волокно по п.1, отличающееся тем, что если оно имеет -профиль, то A₁ находится в диапазоне от 3,25 до 3,50 мкм, A₂ - в диапазоне от 5,55 до 6,05 мкм, A - в диапазоне от 6,5 до 7,0 мкм, ₃%/₁% составляет около 0,165 и ₁% от 0,9 до 1,0%, обеспечивая тем самым длину волны нулевой дисперсии в диапазоне от 1530 до 1550 нм, эффективную площадь A_эфф больше, чем 60 мкм², крутизну характеристики полной дисперсии не более 0,070 пс/нм²км и диаметр поля моды не менее 8,4 мкм, а если оно имеет ступенчатый профиль показателя преломления, то A₁ находится в диапазоне от 2,25 до 2,55 мкм, A₂ - в диапазоне от 6,35 до 7,4 мкм, A - в диапазоне от 7,5 до 8,5 мкм, ₃%/₁% составляет около 0,39 и ₁% около 0,6%, обеспечивая тем самым длину волны нулевой дисперсии в диапазоне от 1525 до 1600 нм, A_эфф больше чем 60 мкм², крутизну характеристики полной дисперсии не более 0,07 пс/нм²км и диаметр поля моды не менее 8,0 мкм.

3. Одномодовое оптическое волноводное волокно по п.1 или 2, отличающееся тем, что упомянутая вторая область имеет плоский профиль показателя преломления и показатель преломления n₂, приблизительно равный показателю преломления оболочки, а третья область имеет трапецеидальный профиль показателя преломления.

4. Одномодовое оптическое волноводное волокно по п.1, отличающееся тем, что A₁ находится в диапазоне от 2,55 до 3,0 мкм, A₂ - в диапазоне от 4,2 до 5,8 мкм, A - в диапазоне от 5,0 до 6,9 мкм, ₃%/₁% - в диапазоне от 0,25 до 0,39 и ₁% - от 0,9 до 1,0%, обеспечивая тем самым длину волны нулевой дисперсии в диапазоне от 1530 до 1550 нм, крутизну характеристики полной дисперсии не более 0,095 пс/нм²км, A_эфф не менее 75 мкм² и диаметр поля моды не менее 9,6 мкм.

5. Одномодовое оптическое волноводное волокно по п.1, отличающееся тем, что A₁ находится в диапазоне от 3,25 до 3,75 мкм, A₂ - в диапазоне от 5,10 до 6 мкм, A - в диапазоне от 6,5 до 7,5 мкм, ₃%/₁% составляет около 0,18 и ₁% - от 0,9 до 1,0%, обеспечивая тем самым длину волны нулевой дисперсии в диапазоне от 1535 до 1585 нм, крутизну характеристики полной дисперсии не более 0,065 пс/нм²км, диаметр поля моды не менее 7,5 мкм и бимодальную кривую нормализованной волноводной дисперсии.

6. Одномодовое оптическое волноводное волокно по п.5, отличающееся тем, что упомянутая первая область имеет центральный участок с впадиной в виде перевернутого конуса, который имеет радиус основания не более 1,5 мкм, часть профиля около A₁ имеет меньшую крутизну, чем крутизна -профиля, имеющего значение , равное 1, упомянутая вторая область имеет плоский профиль и показатель преломления, примерно равный показателю преломления оболочки, а упомянутая третья область имеет трапецеидальный профиль показателя преломления.

7. Одномодовое оптическое волноводное волокно по п.6, отличающееся тем, что оно характеризуется кривой зависимости нормализованной волноводной дисперсии от _c/ и имеет критическую длину волны _c, а длина волны сигнала равна , причем кривая зависимости нормализованной волноводной дисперсии от _c/ имеет крутизну, фактически равную нулю для _c/ в диапазоне от 0,68 до 0,8, и крутизну, большую, чем 2, для _c/ большего, чем 0,8.

8. Одномодовое оптическое волноводное волокно по п.3, отличающееся тем, что оно характеризуется кривой зависимости нормализованной волноводной дисперсии от _c/ и имеет критическую длину волны _c, а длина волны сигнала равна , причем характеристика нормализованной волноводной дисперсии упомянутого волновода имеет крутизну, фактически равную нулю для _c/ в диапазоне от 0,72 до 0,8, и крутизну, большую, чем 2, для _c/ большего, чем 0,8.5

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к одномодовому оптическому волноводному волокну, которое имеет длину волны нулевой дисперсии, смещенную в диапазон около 1550 нм, большую эффективную площадь и низкую крутизну характеристики полной дисперсии. Новое световодное волокно является представителем семейства профилей, описанных в заявке на патент США N 08/378780.

Новая конструкция одномодового волновода служит для обеспечения такого диаметра поля моды, который позволяет ограничить нелинейные эффекты, обусловленные высокой плотностью мощности сигнала. Кроме того, новое световодное волокно имеет низкое затухание и устойчиво к изгибам при простой структуре профиля показателя преломления, что обеспечивает низкие производственные затраты. Для некоторых профилей, которые входят в объем данного изобретения, кривая зависимости нормализованной волноводной дисперсии от длины волны является бимодальной, предоставляя таким образом дополнительную возможность, которая может быть использована в системах связи с высокими рабочими характеристиками.

Для систем связи, использующих лазеры с высокой мощностью излучения, передатчики и приемники с высокой скоростью передачи данных и технику спектрального мультиплексирования, требуются световодные волокна, имеющие крайне низкую, но не нулевую полную дисперсию и исключительно низкую поляризационную модовую дисперсию. Кроме того, световодное волокно должно обладать характеристиками, по существу, устраняющими такие нелинейные явления как фазовая автомодуляция и четырехволновое смешение. Фазовая автомодуляция может быть ограничена путем снижения плотности мощности. Четырехволновое смешение устраняется работой в диапазоне длин волн, где дисперсия не является нулевой.

Еще одним требованием является совместимость оптического волновода с системами, в состав которых входят оптические усилители.

Чтобы получить оптический волновод с характеристиками, необходимыми для таких сложных систем, было смоделировано и испытано большое количество профилей показателя преломления. Конструкция с составной сердцевиной, рассмотренная в патенте США N 4715679, предоставляет гибкость, удовлетворяющую требованиям новых систем, и в то же время обеспечивает выполнение таких основных требований, как низкое затухание, жесткие допуски на размеры, приемлемая стойкость к изгибам и высокая прочность на растяжение. Кроме того, некоторые конструкции с составной сердцевиной сравнительно просты в изготовлении и благодаря этому обеспечивают улучшенные рабочие характеристики оптических волноводов без чрезмерного увеличения их стоимости.

Были обнаружены определенные виды профилей сердцевины, описанные в заявке на патент США N 08/378780, имеющие необычные свойства.

В системах связи, использующих спектральное мультиплексирование, предпочтительными являются оптические волноводы, имеющие сравнительно плоскую характеристику полной дисперсии в диапазоне длин волн мультиплексированных сигналов. Для тех систем, которые используют оптические усилители или иным образом используют высокую мощность сигнала, нелинейные эффекты, такие как четырехволновое смешение и фазовая автомодуляция, становятся факторами, ограничивающими использование системы.

Таким образом, имеется потребность в оптическом волокне, которое имеет низкую крутизну характеристики полной дисперсии для облегчения спектрального мультиплексирования, позволяет регулировать полную дисперсию, чтобы ограничить четырехволновое смешение, и обеспечивает сравнительно большую площадь поля моды, чтобы мощность, приходящаяся на единицу сечения волноводного волокна, была не слишком велика и таким образом ограничивалась фазовая автомодуляция.

Кроме того, желательно сохранить простоту и низкую стоимость производства, присущую волноводам с простым профилем показателя преломления, таким как ступенчатый.

Определения:

- Радиусы областей сердцевины определяются по показателю преломления. Отдельная область начинается в той точке, где показатель преломления принимает значение, соответствующее этой области, и заканчивается в последней точке, где показатель преломления типичен для этой области. Радиус будет иметь это определение, если иное не будет оговорено в тексте.

- Параметр % представляет собой меру относительной разницы показателей преломления, определяемую уравнением

% = 100 (n_r² - n_c²) /2n_r²,

где n_r - максимальный показатель преломления в данной области сердцевины,

n_c - показатель преломления в области оболочки.

- Термин -профиль относится к профилю показателя преломления, выраженному через (r)%, согласно уравнению

(r) = (r_o)%(1-[(r-r_o)/(r₁-r_o)]),

где r находится в интервале r₀ r r₁,

- определена выше,

- показатель степени, который определяет форму профиля.

- Эффективная площадь равна

A_эфф= 2(E²rdr)²/(E⁴rdr),

где пределы интегрирования соответствуют интервалу от 0 до ,

E - электрическое поле распространяющегося света.

- Нормализованная дисперсия волновода определяется в соответствии с патентом США N 4715679 как V d² (bV)/dV².

Описываемое здесь новое световодное волокно отвечает требованиям к волокну с высокими рабочими характеристиками, имеющему низкую крутизну характеристики дисперсии и большую эффективную площадь, то есть A_эфф более 60 мкм². Сверх того, новая конструкция профиля показателя преломления может быть приспособлена для получения бимодальной зависимости нормализованной дисперсии волновода от /_c. Термин "бимодальная" используется для описания кривой, содержащей первую часть, имеющую первую крутизну, и вторую часть, имеющую вторую крутизну. В данном случае одна часть кривой нормализованной волноводной дисперсии является плоской и таким образом определяет интервал длин волн, в котором _o и полная дисперсия нечувствительны к производственным отклонениям. Другая часть кривой имеет более крутой наклон, обычно с крутизной большей, чем 2, и тем самым обеспечивает интервал, в котором небольшие изменения в геометрии световодного волокна или в профиле показателя преломления создают большие изменения _o и тем самым полной дисперсии. Последняя характеристика геометрии волновода или профиля показателя преломления является идеальной для переключения полной дисперсии между положительными и отрицательными значениями и тем самым для управления полной дисперсией отрезка волокна. Управление полной дисперсией может означать то, что полная дисперсия всего отрезка волокна является малой, хотя дисперсия на любом значительном отрезке волокна не является нулевой. Таким образом, по существу, устраняется нелинейный эффект четырехволнового смешения.

Согласно первому аспекту изобретения, новое световодное волокно, для которого выше даны определения и которое имеет указанные выше полезные свойства, представляет собой одномодовое световодное волокно, имеющее длину волны нулевой дисперсии в диапазоне примерно от 1500 до 1600 нм, то есть это волокно имеет смещенную дисперсию. Профиль показателя преломления сердцевины световодного волокна имеет три области:

- центральную область радиуса A₁, где радиус измеряется от оси волновода, имеющую -профиль показателя преломления с = 1, максимальный показатель преломления n₁ и относительную разницу показателей преломления ₁%;

- вторую область, имеющую первую точку непосредственно после A₁ и последнюю точку на радиусе A₂, максимальный показатель преломления n₂ и относительную разницу показателей преломления ₂%,

- третью область, имеющую первую точку непосредственно после A₂ и последнюю точку на радиусе A, максимальный показатель преломления n₃ и относительную разницу показателей преломления ₃%.

Эти параметры связаны следующими соотношениями:

n₁ > n₂ > n n_c;

A₁/A в диапазоне от 0,4 до 0,6;

A₂/A в диапазоне примерно от 0,78 до 0,88 и

₃%/₁% в диапазоне примерно от 0,16 до 0,39.

Эти соотношения дают в результате такие характеристики волноводного волокна как длина волны нулевой дисперсии в диапазоне от 1520 до 1600 нм и крутизна характеристики полной дисперсии не более 0,085 пс/нм²км.

Волокно в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения согласно его первому аспекту имеет:

A₁ в диапазоне от 3,25 до 3,50 мкм;

A₂ в диапазоне от 5,55 до 6,05 мкм и

A в диапазоне от 6,5 до 7,0 мкм.

Отношение ₃%/₁% составляет около 0,165 и ₁% от 0,9 до 1,0%. Этот вариант осуществления изобретения имеет такие характеристики, как длина волны нулевой дисперсии в диапазоне от 1530 до 1550 нм, крутизна характеристики полной дисперсии не более 0,07 пс/нм²км и диаметр поля моды не менее 8,4 мкм.

В соответствии с подвариантом этого варианта осуществления изобретения вторая область сердцевины имеет плоский профиль показателя преломления и n₂, приблизительно равное n_c. Третья область сердцевины имеет трапецеидальную форму профиля показателя преломления, по существу, с плоской верхней частью.

Волокно в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения согласно первому аспекту имеет:

A₁ в диапазоне от 3,25 до 3,75 мкм,

A₂ в диапазоне от 5,1 до 6 мкм и

A в диапазоне от 6,5 до 7,5 мкм.

Отношение ₃%/₁% составляет около 0,18 и ₁% от 0,9 до 1,0%, что обеспечивает волноводные свойства, длину волны нулевой дисперсии в диапазоне от 1535 до 1585 нм, крутизну характеристики полной дисперсии не более 0,065 пс/нм²км, диаметр поля моды не менее 7,5 мкм и бимодальную крутизну нормализованной характеристики волноводной дисперсии.

В подварианте этого варианта осуществления изобретения первая область сердцевины имеет центральную часть с профилем в виде перевернутого конуса, радиус основания которого не больше, чем примерно 1,5. Кроме того, вблизи конца первой области профиля показателя преломления наклон треугольного -профиля уменьшается. Эти две характеристики центральной области сердцевины являются типичными для диффузии или выщелачивания легирующей добавки из заготовки во время изготовления. В большинстве применений это явление диффузии не оказывает существенного влияния на рабочие характеристики волновода. Однако в случаях, когда диффузия значительно изменяет свойства волновода, может быть выполнена компенсация диффузии на этапе получения заготовки. Таким образом, их наличие обеспечивает лучшее соответствие между моделируемым и реальным профилем показателя преломления. Вторая область сердцевины имеет плоский профиль показателя преломления и n₂, по существу, равное n_c.

Бимодальный характер нормализованной волноводной дисперсии данного подварианта может быть описан с помощью критической длины волны световодного волокна _c и рабочей длины волны, или длины волны сигнала, . В частности, кривая нормализованной волноводной дисперсии является, по существу, плоской, когда 0,68 _c/ 0,8 и имеет крутизну больше, чем примерно 2, для _c/ > 0,8.

Второй аспект изобретения аналогично первому аспекту может быть определен как световодное волокно, имеющее сердцевину из трех областей, причем центральная область имеет ступенчатый профиль показателя преломления. Сохраняя аналогичные определения терминов, n₁ > n₃ > n₂ n_c, A₁/A, около 0,3, A₂/A около 0,85 и ₃%/₁% около 0,39. Такое новое световодное волокно имеет длину волны нулевой дисперсии в диапазоне от 1520 до 1600 нм и крутизну характеристики полной дисперсии не более 0,070 пс/нм²км.

Волокно в соответствии с вариантом второго аспекта изобретения имеет:

A₁ в диапазоне от 2,25 до 2,55 мкм;

A₂ в диапазоне от 6,35 до 7,4 мкм и

A в диапазоне примерно от 7,5 до 8,5 мкм.

Отношение ₃%/₁% составляет около 0,39 и ₁% около 0,6%. Световодное волокно согласно этому варианту осуществления изобретения имеет длину волны нулевой дисперсии в диапазоне от 1525 до 1600 нм, крутизну характеристики полной дисперсии не более 0,07 пс/нм²км и диаметр поля моды не менее 8,0 мкм.

Подвариант этого варианта осуществления изобретения имеет фактически плоский профиль показателя преломления второй области, причем этот показатель, по существу, равен n_c. Профиль показателя преломления у третьей области сердцевины является трапецеидальным. Кривая нормализованной дисперсии волновода является бимодальной, так как определена приведенными ниже ограничениями на отношение критической длины волны к длине волны сигнала. Кривая нормализованной дисперсии волновода является, по существу, плоской для 0,72 _c/ 0,80 и имеет крутизну больше, чем примерно 2, для _c/ > 0,80.

Должно быть понятно, что небольшие отклонения от описанных выше профилей показателя преломления не влияют существенно на свойства или эксплуатационные качества световодного волокна. Кроме того, в данной области техники известно понятие эквивалентного профиля показателя преломления. Эквивалентные профили показателя преломления являются такими профилями, которые в сущности взаимозаменяемы в световодном волокне.

Новое семейство профилей показателя преломления, описываемых здесь, включает в себя эквивалентные профили и варианты профилей, которые лишь слегка отклоняются от описываемого профиля. Например, ступенчатая область может иметь скругленные углы или наклонные стороны, либо вогнутую или выпуклую верхнюю часть. Явление диффузии легирующей примеси, которое встречается в некоторых методах изготовления заготовок волновода, также обычно не может существенно влиять на характеристики или эксплуатационные качества световодного волокна. Однако в случаях, когда диффузия может существенно изменить характеристики волновода, может быть выполнена ее компенсация на этапе получения заготовки. Относительная разница показателей преломления или геометрические отношения могут быть подстроены, то есть отрегулированы для достижения необходимых характеристик и эксплуатационных качеств световодного волокна.

На фиг. 1 показана сердцевина, состоящая из трех областей и имеющая треугольный, то есть с = 1, профиль показателя преломления центральной области.

На фиг. 2a показан профиль показателя преломления из трех областей, у которого центральная область профиля имеет в средней части выемку в виде конуса, а концевая часть имеет величину наклона менее 1.

На фиг. 2b приведен график зависимости нормализованной дисперсии волновода от _c/, который относится к профилю показателя преломления, показанному на фиг. 2a.

На фиг. 3a показан профиль с тремя областями, имеющий в центральной области ступенчатый профиль показателя преломления.

На фиг. 3b приведен график зависимости нормализованной дисперсии волновода от _c/, который относится к профилю показателя преломления, показанному на фиг. 3a.

Одномодовый оптический волновод со ступенчатым показателем преломления стал промышленным стандартом вследствие его большой широкополосности, низкого затухания и простоты конструирования профиля показателя преломления. Это световодное волокно особенно привлекательно для индустрии связи, поскольку простота конструкции профиля показателя преломления приводит к низким затратам для организаций, поставляющих и прокладывающих волоконно-оптический кабель.

Однако когда появилась потребность в волноводе с более высокими рабочими характеристиками, потребовалась структура профиля показателя преломления, имеющая большую гибкость. Описываемая здесь новая сердцевина из нескольких областей является представителем такого вида профиля показателя преломления, который рассмотрен в патенте США N 4715679 и более подробно описан в заявках на патент США N 08/378780 и 08/323795. Конструкция сердцевины из трех областей имеет достаточную гибкость для того, чтобы соответствовать требованиям систем связи с высокими рабочими характеристиками.

Поскольку число возможных профилей показателя преломления для сердцевины с несколькими областями, как изложено в патенте США N 4715679, является, по существу, бесконечным, то удобно изучать отдельные образцы профиля показателя преломления, используя модель для расчета рабочих характеристик световодного волокна, основанную на параметрах показателя преломления сердцевины и ее геометрии.

Для данного изобретения функциональные требования к световодному волокну включают в себя низкую крутизну характеристики дисперсии, работу в окне с низкими потерями с длиной волны 1550 нм и эффективную площадь на длине волны 1550 нм больше, чем примерно 60 мкм². Диаметр поля моды в предпочтительном случае поддерживается одинаковым или увеличенным по сравнению со стандартным световодным волокном со смещенной дисперсией.

При исследовании профилей показателя преломления, которые соответствуют этим требованиям, было обнаружено дополнительное преимущество. Для некоторых из новых профилей с тремя областями график нормализованной дисперсии волновода, определенной в патенте США N 4715679 как Vd²(Vb)/dV², построенный в зависимости от отношения _c/, где _c - критическая длина волны и - длина волны сигнала, имеет бимодальный наклон. Первая часть кривой является в сущности плоской. Поэтому длина волны нулевой дисперсии и критическая длина волны относительно нечувствительны к изменениям геометрии световодного волокна, например радиуса сердцевины. Следовательно, ослабляются производственные допуски и увеличивается процент выхода годной продукции.

Вторая часть кривой нормализованной волноводной дисперсии имеет крутизну, большую примерно 2. Для этой части кривой длина волны нулевой дисперсии и критическая длина волны могут иметь значения, изменяющиеся в широких пределах в зависимости от геометрии световодного волокна. Тогда может быть более легко изготовлен волновод с управляемой дисперсией для переключения между положительным и отрицательным значениями. Таким способом полная дисперсия волновода может быть сделана малой по всей длине волокна, хотя на любом отрезке длины световодного волокна полная дисперсия будет ненулевой. Следовательно, четырехволновое смешение может быть ограничено без большого ухудшения полной дисперсии.

Оптический волновод, имеющий три области, показан на фиг. 1. Отметим, что на фиг. 1 показаны определения радиусов A₁, A₂ и A. Центральная область 2 имеет -профиль с , равным 1, то есть треугольный профиль показателя преломления. Вторая область 4 показана с несколькими возможными вариантами, включая плоский профиль с показателем преломления, равным n_c, ступенчатый профиль 10 и более общую кривую 8 показателя преломления. Профиль показателя преломления выбирается так, что n₁ > n₃ > n₂ n_c, где подстрочный индекс показателя преломления соответствует номеру области. Третья область показана как трапеция 6. Понятно, что небольшие изменения профиля 6 показателя преломления могут быть сделаны без существенного влияния на функции волновода. Например, верхняя часть трапеции может иметь наклон или изгиб.

Пример 1. Профиль показателя преломления с тремя областями, = 1

Семейство волноводов, имеющих показанную на фиг. 1 форму профиля показателя преломления, было смоделировано при поиске волокна с низкой крутизны характеристики полной дисперсии и длиной волны нулевой дисперсии _o/ во втором окне. Было найдено, что подходящими параметрами профиля показателя преломления являются: A₁/A0,5; A₃/A0,86; ₃%/₁% 0,165. В табл. 1 приведены характеристики двух волноводов, полученные моделированием.

В табл. 1 приведены параметры световодных волокон со смещенной дисперсией, имеющих очень низкую крутизну характеристики полной дисперсии и большой диаметр поля моды. Для этих волноводов A_эфф составляет более 70 мкм².

Другое световодное волокно, входящее в данный пример, имеет A₁/A = 0,46, A₂/A = 0,84 - 0,85, ₃%/₁% = 0,39, A = 7,1 - 7,2 и ₁% 0,9. В этом случае крутизна характеристики полной дисперсии несколько выше и составляет около 0,085 пс/нм²км, но A_эфф увеличивается до значений примерно от 75 до 80 мкм².

Вариант осуществления изобретения, аналогичный показанному на фиг. 1, приведен на фиг. 2a. В этом случае смоделированный профиль показателя преломления был изменен, чтобы лучше отражать реальные условия производства. Некоторые способы изготовления заготовок световодных волокон требуют высокотемпературной обработки заготовки в то время, когда она находится в форме порошка (сажи), в отличие от заготовки, которая уплотнена в стекло. Во время такого технологического процесса является обычным, когда ионы легирующей примеси выщелачиваются из стеклянной сажи или диффундируют через нее.

Результат такого выщелачивания или диффузии может быть представлен профилем показателя преломления, показанным на фиг. 2a. Область 20 провала в виде конуса на оси может быть обусловлена выщелачиванием легирующей примеси из сажи. Радиус 12 основания конуса обычно не превышает примерно 1,5 мкм. Части 14 и 18 профиля показателя преломления представляют легирующую примесь, которая диффундировала в район 22 из соседних областей профиля показателя преломления, имеющих более высокую концентрацию легирующей примеси. Вследствие этого часть 24 профиля показателя преломления с = 1 имеет клиновидную часть 14, а трапецеидальный профиль 16 показателя преломления имеет расширенное основание и менее крутые наклоны сторон.

Пример 2. Профиль показателя преломления с тремя областями, = 1, диффузия легирующей примеси

Было смоделировано оптическое волноводное волокно с тремя областями, имеющее форму профиля показателя преломления, показанную на фиг. 2a. Радиальное положение A₁, A₂ и A показано на горизонтальной оси. Параметрами профиля показателя преломления, использованными при расчете, были: ₁/A0,50; A₂/A0,79; ₃%/₁% 0,18. Результаты приведены в табл. 2.

Результаты моделирования показывают очень низкую крутизну характеристики полной дисперсии и возможность изменения длины волны _o между значениями выше и ниже 1550 нм. Это последнее свойство делает конструкцию пригодной для использования в волноводах с управляемой дисперсией, как описано выше. Диаметры поля моды приемлемы для умеренных плотностей мощности сигнала.

Нормализованная дисперсия волновода в зависимости от _c/, которая соответствует профилям показателя преломления примера 2, показана на фиг. 2b. Плоская часть кривой 26 является той областью, где _o нечувствительна к производственным отклонениям в геометрии световодного волокна. Более крутая часть кривой 28 представляет собой область, полезную при производстве световодного волокна с управляемой дисперсией.

Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 3a, является особенно простым по конструкции и сравнительно простым для производства, что делает возможным процесс изготовления с низкими затратами. Центральный ступенчатый профиль 30 показателя преломления отделен от трапецеидальной области 34 областью 32 с пониженным показателем преломления. Ступенчатая и искривленная области 36 и 38 показаны в качестве альтернативы для области 32, показатель преломления которой, по существу, равен показателю преломления слоя оболочки.

Пример 3. Ступенчатый профиль показателя преломления

Профиль показателя преломления на фиг. 3a со второй областью, для которой был принят профиль 32 показателя преломления, был смоделирован с использованием параметров: ₁/A 0,3; A₂/A 0,85 и ₃%/₁% 0,39. Результаты моделирования приведены в табл. 3.

Обратим внимание, что крутизна характеристики полной дисперсии для последних двух примеров световодных волокон очень низка и диаметр поля моды составляет более 8,0 мкм. В первом примере был получен исключительно большой диаметр поля моды световодного волокна, в то время как крутизна характеристики полной дисперсии составляет только 0,070 пс/нм²км.

Из примеров также видно, что можно увеличивать A_эфф в обмен на более высокую крутизну характеристики полной дисперсии. Конкретное применение определяет соответствующий компромисс при выборе характеристик световода.

Для этого профиля показателя преломления имеется соответствующая кривая нормализованной дисперсии волновода в зависимости от отношения _c/. Как показано на фиг. 3b, кривая является относительно плоской для _c/ в диапазоне примерно от 0,72 до 0,8. Более крутая часть кривой в основном имеет крутизну большую, чем примерно 2, для _c/ больше 0,8.

Таким образом, изобретение обеспечивает получение оптического волноводного волокна с сердцевиной из трех областей, которое:

- может изготавливаться как волновод с управляемой дисперсией;

- имеет простую структуру и, поэтому, низкие затраты при производстве;

- обеспечивает очень низкую крутизну характеристики полной дисперсии, необходимую для систем с высокой скоростью передачи информации, которые могут использовать спектральное мультиплексирование или иметь большие регенерационные участки, и

- обеспечивает достаточно большой диаметр поля моды для того, чтобы ограничить нелинейные оптические эффекты, такие как четырехфотонное смешение и фазовая автомодуляция или перекрестная фазовая модуляция.