DE69728955T2

DE69728955T2 - Athermalisierte codotierte optische Wellenleitervorrichtung

Info

Publication number: DE69728955T2
Application number: DE69728955T
Authority: DE
Inventors: George Edward SP FR 02-12 Corning Berkey; Lisa SP FR 02-12 Corning Liou Wan-I; Robert Adam SP FR 02-12 Corning Modavis; Daniel Aloysius SP FR 02-12 Corning Nolan; David Lee SP FR 02-12 Corning Weidman
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1997-12-08
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2017-12-09
Also published as: US6201918B1; DE69728955D1; JPH10274718A; EP0849231B1; CA2225138A1; MX9710499A; AU4835597A; AU743513B2; KR19980064430A; BR9706433A; EP0849231A1; CN1148588C; TW363138B; CN1197217A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtwellenleitervorrichtung, in der thermische Spektralverschiebungen gehemmt werden. Die Erfindung betrifft insbesondere athermalisierte Lichtwellenleitervorrichtungen, bei denen die Lichtübertragungseigenschaften gegenüber Temperaturschwankungen und -fluktuationen unempfindlich sind.
Hintergrund der Erfindung
Lichtwellenleiterorrichtungen, beispielsweise Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen oder Fasergitter mit langer Periode (Long Period Fiber Gratings), die bei optischen Signalen als Übertragungsfilter, Sensoren und Wellenlängen-Multiplexer- und -Demultiplexer verwendet werden, stellen bei Standardraumtemperaturen eine gute Leistung bereit, zeigen jedoch thermische Spektralverschiebungen und eine damit in Beziehung stehende schlechte Leistung, wenn sie in Umgebungen verwendet werden, in denen sie einer Wärmeschwankung und Fluktuationen der Temperaturen ausgesetzt werden.
Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen und Fasergitter mit langer Periode können in Schmalband-, Multi-Wellenlängensystem-Anwendungen als Übertragungs- bzw. Sendefilter verwendet werden. Zusätzlich können Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen als Sensoren bzw. Messfühler und Wellenlängen-Multiplexer und -Demultiplexer verwendet werden.
In einem Fasergitter mit langer Periode wird ein Fasergitter mit langer Periode in der Faser gebildet, die dazu dient, Licht zwischen der Grund-Mode bzw. Grundwelle, die sich im Wellenleiterkern ausbreitet und einer geführten Mode bzw. Kernmodus im Mantel bzw. Umhüllung zu koppeln. Solche Gitter weisen eine Indexmodulation entlang der Wellenleiterachse der Faser auf und können durch Beschreiben mit UV-Bestrahlung, Ätzen oder anderen Mitteln zur Erzeugung periodischer Störungen gebildet werden.
Eine Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung ist eine Form eines Mach-Zehnder-Interferometers. In einer Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung teilt ein Koppler Licht in zwei oder mehr Wellenleiter, typischerweise optische Fasern, auf, die unterschiedliche Lichtweglängen aufweisen. Ein zweiter Koppler rekombiniert dieses Licht, nachdem dieses Licht die unterschiedlichen Lichtweglängen durchwanderte. Zusätzlich können Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen als Demultiplexer und in Sensoranwendungen verwendet werden. Variationen der Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungs-Familie schließt MultiClad^TM Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen, fusionierte Faser- bzw. Schmelzfaser- Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen und Mach-Zehnder-Gitterfilter ein.
Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung von Lichtwellenleitervorrichtungen, wie beispielsweise Fasergittern mit langer Periode und Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen durch ihre Temperaturabhängigkeit beschränkt ist. In solchen Vorrichtungen beschränken thermische Spektralverschiebungen von mehr als 0,04 nm/°C bei einer Übertragungs- bzw. Sendewellenlänge von 1.550 nm ihre Anwendung und Nützlichkeit in Umgebungen mit unterschiedlicher Temperatur.
EP 0 800 098 , veröffentlicht am 02. April 1997, die Deutschland, Frankreich und das Vereinigte königreich benennt, beschreibt ein Lichtwellenleitergitter, das mit Boroxid codotiert ist. Das Boroxid liegt nicht in einer Menge vor, die ausreicht, um thermische Spektralverschiebungen in der Vorrichtung, die durch eine Veränderung der Temperatur verursacht sind, derartig zu hemmen, dass die durchschnittliche spektrale thermische Steigung Δλ(nm)/ΔT(°C) weniger als 0,04 beträgt.
Proceedings of European Conference on Optical Communication 1993, Band 2, 209 bis 212, beschreibt ein Bragg-Fasergitter. Die Lichtausbreitung in einem Bragg-Gitter ist eine Funktion des Brechungsindex des Kerns. Ein Boroxid-Dotierungsmittel im Kern beeinträchtigt die Veränderung des Brechungsindex mit der Temperatur in einem Bragg-Gitter nicht und demgemäß liegt Boroxid nicht in einer Menge vor, die ausreicht, um die thermischen Spektralverschiebungen in der Vorrichtung zu hemmen.
JP 57-114 111 beschreibt einen optischen Verzweigungsfilter bzw. Richtungsweiche, der Siliciumdioxid enthält, dotiert mit Germaniumoxid und Boroxid.
Electronics Letters (1993), Band 29, 45 bis 47, beschreibt mit Bor codotierte Germanosiliciumdioxidfasern.
JP 54-048 566 beschreibt einen Lichtwellenleiter mit einem Siliciumdioxid, Boria, Germaniumdioxidkern.
GB 2 029 400, US 4,358,181 und US 4,025,156 beschreiben jeweils Multimoden-Lichtwellenleiter, die Boroxid und Germaniumoxid umfassen.
Die vorliegende Erfindung stellt Lichtwellenleitervorrichtungen mit thermischen Spektralsteigungen von weniger als 0,04 bereit.
Gemäß eines Aspekts stellt die vorliegende Erfindung eine Lichtwellenleitervorrichtung bereit, die einen Lichtwellenleitersiliciumdioxidkern und -Mantel umfasst, wobei der Siliciumdioxidkern (i) mit einer ausreichenden Menge B₂O₃ zur Hemmung thermischer Spektralverschiebungen in der Vorrichtung, die durch eine Veränderung der Temperatur verursacht sind, derart, dass die durchschnittliche thermische Spektralsteigung Δλ(nm)/ΔT(°C) weniger als 0,04 beträgt, und (ii) mit GeO₂ dotiert ist, so dass das Gewichtsverhältnis von B₂O₃ : GeO₂ von 1/3 bis 1/10 ist, ausgenommen den Wert von 1/3, und wobei eine Mode, die vom Wellenleiterkern mitgeführt wird, an (i) einen zweiten Wellenleiterkern oder (ii) an eine Mode im Mantel gekoppelt wird.
Gemäß eines weiteren Aspekts stellt die vorliegende Erfindung einen athermalisierten Lichtwellenleiter bereit, der einen Siliciumdioxidglaskern und einen Mantel umfasst, wobei der Kern einen Dotierungsmittelgehalt aufweist, der B₂O₃ und ein oder mehr Index-erhöhende Dotierungsmittelmoleküle umfasst, wobei die Menge an B₂O₃ die thermische Spektralverschiebungen derart hemmt, dass die durchschnittliche thermisch-spektrale Steigung Δλ(nm)/ΔT(°C) weniger als 0,04 beträgt, und das Molprozentverhältnis von B₂O₃ zu den Index-erhöhenden Dotierungsmittelmolekülen von 1/2 bis 1/7 beträgt, ausgenommen den Wert 1/2, und wobei eine Mode, die vom Wellenleiter-Kern weitergeführt wird, an (i) einen zweiten Wellenleiter-Kern oder (ii) eine Mode im Mantel gekoppelt wird.
Gemäß eines weiteren Aspekts stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Athermalisieren einer Lichtwellenleitervorrichtung bereit, die einen Kern und einen Mantel aufweist, um thermische Spektralverschiebungen zu hemmen, wobei das Verfahren folgendes umfasst:

(a) Ausbilden eines Siliciumdioxidwellenleiterkerns für eine Wellenlänge von 1.550 nm;
(b) Dotieren des Wellenleitersiliciumdioxidkerns mit GeO₂; und
(c) Codotieren des Wellenleitersiliciumdioxidkerns mit einer ausreichenden Menge an B₂O₃, um thermische Spektralverschiebungen zu hemmen, derart, dass die durchschnittliche thermisch-spektrale Steigung Δλ(nm)/ΔT(°C) weniger als 0,04 bei 1.550 nm beträgt, wobei das Gewichtsprozentverhältnis von B₂O₃ zu GeO₂ von 1/3 bis 1/10, ausgenommen den Wert von 1/3, ist und wobei eine Mode, die von dem Wellenleiterkern weitergeführt wird, (i) an einen zweiten Wellenleiterkern oder (ii) an eine Mode im Mantel gekoppelt wird.

Gemäß eines noch weiteren Aspekts betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Reduzieren der Temperaturabhängigkeit einer Lichtwellenleitervorrichtung, wobei das Verfahren folgendes umfasst:

(a) Ausbilden eines Wellenleiterkerns;
(b) Dotieren des Wellenleiterkerns mit einem Index-erhöhenden Dotierungsmittel mit einer positiven thermischen Spektralverschiebungssteigung;
(c) Codotieren des Wellenleiterkerns mit einem zweiten B₂O₃-Dotierungsmittel mit einer negativen thermischen Spektralverschiebungssteigung, sodass die durchschnittliche thermisch-spektrale Steigung Δλ(nm)/ΔT(°C) weniger als 0,04 beträgt und das Molverhältnis in Molprozent von B₂O₃ zum Index-erhöhenden Dotierungsmittel von 1/2 bis 1/7, ausgenommen den Wert von 1/2, beträgt;
(d) Ummanteln des Wellenleiterkerns und
(e) Herstellen einer Lichtwellenleitervorrichtung aus dem ummantelten codotierten Wellenleiterkern, wobei eine Mode, die vom Wellenleiterkern weitergeführt wird, an (i) einen zweiten Wellenleiterkern oder (ii) an eine Mode im Mantel gekoppelt wird.

Es sollte klar sein, dass sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende ausführliche Beschreibung beispielhaft und erklärend sind und dazu vorgesehen sind, eine weitere Erklärung der beanspruchten Erfindung bereitzustellen.
Die begleitenden Zeichnungen sind eingeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung bereitzustellen und sind in dieser Beschreibung enthalten und bilden einen Teil von ihr, veranschaulichen mehrere Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 umfasst eine schematische Darstellung einer Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung.
2 ist ein Plot bzw. eine graphische Darstellung der Temperatur (°C) gegen die Peak-Wellenlänge (nm) für ein Vergleichsmodell einer Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung.
3 ist ein Plot der Temperatur (°C) gegen die Peak-Wellenlänge (nm) für eine Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung.
4 ist ein Plot der Temperatur (°C) gegen die Peak-Wellenlänge (nm) für eine Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung.
5 ist ein Plot der Temperatur (°C) gegen die Peak-Wellenlänge (nm) für eine Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung.
6 ist ein Plot des B₂O₃-Gehaltes (Gew.-%) gegen die thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten (nm/°C) gemäß der Lehren der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Plot der Temperatur (°C) gegen die Peak-Wellenlänge (nm) für ein Fasergitter mit langer Periode.
8 ist ein Plot der Temperatur (°C) gegen die Peak-Wellenlänge (nm) für ein Fasergitter mit langer Periode gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Plot der Temperatur (°C) gegen die Peak-Wellenlänge (nm) für ein Fasergitter mit langer Periode gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Plot der B₂O₃-Gew.-%-Differenz zwischen dem Kern und dem Mantel von Fasergittern mit langer Periode gegen die Steigung (nm/°C) der Fasergitter mit langer Periode bei 20°C gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Lichtwellenleitervorrichtung der Erfindung schließt einen Germania- bzw. Germaniumoxiddotierten Siliciumdioxidkern und eine ausreichende Menge an B₂O₃-Dotierungsmittel zur Hemmung thermischer Spektralverschiebungen ein.
Nunmehr wird ausführlich auf die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind.
Die athermischen bzw. athermalen Lichtwellenleitervorrichtungen der Erfindung schließen Lichtwellenleiter, optische Fasern bzw. Lichtwellenleiter, Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen und Fasergitter mit langer Periode ein, die die Lichtübertragung durch einen Siliciumdioxidkern bereitstellen. Die athermischen Lichtwellenleitervorrichtungen der Erfindung sind über einen breiten Temperaturbereich als Übertragungsfilter, Demultiplexer, Multiplexer und Sensoren verwendbar.
Die Lichtwellenleitervorrichtungen der Erfindung schließen einen Lichtwellenleitersiliciumdioxidkern ein, der mit einem Index-erhöhenden Dotierungsmittel und einer ausreichenden Menge an B₂O₃-Codotierungsmittel dotiert ist, um die thermischen Spektralverschiebungen in der Vorrichtung zu hemmen, wenn die Vorrichtungen Temperaturveränderungen unterworfen werden. Das bevorzugte Index-erhöhende Dotierungsmittel der Erfindung ist GeO₂.
Die Lichtwellenleitervorrichtungen der Erfindung schließen Übertragungsfilter bzw. Sendefilter ein. Die Übertragungsfilter der Erfindung schließen Fasergitter mit langer Periode und Mach-Zehnder-Interferometer ein. Eine Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung der Erfindung verwendet ein Mach-Zehnder-Interferometer, bei dem eine vom ersten Wellenleiterkern geführte Licht-Mode an einen zweiten Wellenleiterkern gekoppelt wird. Die Fasergitterübertragungsfilter mit langer Periode der vorliegenden Erfindung stellen eine Lichtmode bereit, die in einem Wellenleiterkern geführt wird, so dass sie mit einer Mode im Mantel des Wellenleiters gekoppelt wird.
Die Lichtwellenleitervorrichtungen der Erfindung schließen einen Siliciumdioxidkern ein, der ein B₂O₃ : GeO₂-Verhältnis im Bereich von 1 Gew.-% B₂O₃ : 3 Gew.-% GeO₂ bis 1 Gew.-% B₂O₃ : 10 Gew.-% GeO₂ aufweist, ausgenommen das Verhältnis von 1 : 3, besonders bevorzugt im Bereich von 1 Gew.-% B₂O₃ : 4 Gew.-% GeO₂ bis 1 Gew.-% B₂O₃ : 7 Gew.-% GeO₂. Ein bevorzugter Siliciumdioxidkern weist ein Verhältnis von 1 Gew.-% B₂O₃ : 5 Gew.-% GeO₂ auf.
Ein bevorzugter Dotierungsmittelgehaltsbereich liegt von 1 mol B₂O₃ : 3 mol Index-erhöhende Dotierungsmittel zu 1 mol B₂O₃ : 4 mol Index-erhöhende Dotierungsmittel.
Das Verfahren zur Herstellung der Lichtwellenleitervorrichtungen der Erfindung schließt das Verfahren des Athermalisierens der Lichtwellenleitervorrichtung zur Hemmung thermischer Spektralverschiebungen ein. Dieses Verfahren schließt das Ausbilden eines Siliciumdioxidwellenleiterkerns und eine Dotierung des Kerns mit einem Index-erhöhenden Dotierungsmittel, vorzugsweise GeO₂ ein. Das Verfahren schließt weiterhin den Schritt ein, den Kern mit B₂O₃ cozudotieren. Ein Codotieren mit B₂O₃ stellt eine ausreichende Menge an B₂O₃ bereit, wobei die Lichtwellenleitervorrichtung eine thermische Spektralverschiebung von weniger als 0,04 nm/°C bei 1.550 nm zeigt, wenn sie einer Temperaturschwankung unterworfen wird. Der Kern wird mit einer ausreichenden Menge B₂O₃ codotiert, um die thermische Empfindlichkeit bzw. Wärmeempfindlichkeit des Kerns zu neutralisieren.
Dieses Verfahren kann weiterhin den Schritt einschließen, ein Mach-Zehnder-Interferometer mit dem codotierten Siliciumdioxidwellenleiterkern auszubilden.
Dieses Verfahren schließt ebenfalls den Schritt ein, den codotierten Wellenleiterkern zur Bildung eines Lichtwellenleiters zu umhüllen. Eine derartige Umhüllung bzw. ein derartiger Mantel kann Siliciumdioxid oder B₂O₃-dotiertes Siliciumdioxid umfassen. Ein zusätzlicher Schritt der Erfindung besteht darin, ein Gitter mit langer Periode in den Lichtwellenleiter zu schreiben.
Die Erfindung schließt das Verfahren ein, die Temperaturabhängigkeit von Lichtwellenleitervorrichtungen zu reduzieren. Dieses Verfahren schließt die Schritte ein, einen Lichtwellenleiterkern auszubilden, den Lichtwellenleiterkern mit einem Index-erhöhenden Dotierungsmittel mit einer positiven thermischen Spektralverschiebungssteigung zu dotieren und den Wellenleiterkern mit einem zweiten Dotierungsmittel cozudotieren, der eine negative thermische Spektralverschiebungssteigung aufweist. Ein Codotieren des Kerns schließt den Schritt ein, die positive thermi sche Spektralverschiebungssteigung des Kerns mit der negativen thermischen Spektralverschiebungssteigung des zweiten Dotierungsmittels zu neutralisieren. Das zweite Dotierungsmittel ist vorzugsweise Bor, das ein Index-unterdrückendes Dotierungsmittel ist. Der Schritt des Codotierens kann weiterhin ein Codotieren mit einer Menge des zweiten Dotierungsmittels umfassen, sodass das molare Verhältnis bzw. Molverhältnis des zweiten Dotierungsmittels zum Index-erhöhenden Dotierungsmittel vorzugsweise im Bereich von 1 mol des zweiten Dotierungsmittels bis 3 bis 4 mol des Index-erhöhenden Dotierungsmittels ist.
Das Verfahren schließt weiterhin die Schritte ein, den Wellenleiterkern zu umhüllen und eine Lichtwellenleitervorrichtung aus dem ummantelten Wellenleiterkern herzustellen. Eine solche Ummantelung kann die Verwendung eines Glases einschließen, das mit dem zweiten Dotierungsmittel dotiert ist.
Die Erfindung schließt das Verfahren ein, einen Lichtwellenleiter mit einer reduzierten Temperaturabhängigkeit durch Dotieren eines Wellenleiters mit einem Index-erhöhenden Dotierungsmittel, das die Führung von Licht ermöglicht und durch Dotieren des Wellenleiters mit einem von Temperaturabhängigkeit befreienden Dotierungsmittel, das die Temperaturabhängigkeit des Lichtwellenleiters reduziert, herzustellen.
Der athermalisierte bzw. athermische Lichtwellenleiter der Erfindung schließt vorzugsweise einen Kern und einen Mantel ein, wobei der Kern und der Mantel einen Unterschied im B₂O₃-Dotierungsmittelgehalt im Bereich von 1 bis 5 Gew.-% B₂O₃ aufweisen, wobei ein bevorzugter Unterschied sich im Bereich von 2 bis 4 Gew.-% B₂O₃ bewegt.
US-Patent Nr. 5,295,205 auf den Namen Miller et al. offenbart eine Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung solcher Vorrichtungen.
Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Multiclad^TM-Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung, die eine erste optische Faser bzw. Lichtwellenleiter mit einem Siliciumdioxidkern verwendet, der mit GeO₂ dotiert ist und der mit B₂O₃ codotiert ist, um thermische Spektralverschiebungen in der Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung zu hemmen, die durch eine Temperaturveränderung verursacht sind. Die Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung der Erfindung schließt weiterhin eine zweite optische Faser ein, die eine B₂O₃-Dotierungsmittelkonzentration aufweist, die von derjenigen der ersten optischen Faser verschieden ist. Eine solche Ausführungsform stellt eine Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung bereit, die eine reduzierte Empfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen aufweist.
Mehrere MultiClad^TM-Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen des Typs mit zwei Armen gleicher physikalischer Weglängen, jedoch unterschiedlichen effektiven Grundwellen-Indizes, wie in 1 durch Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung 20 dargestellt, wurden hergestellt und bei Temperaturen im Bereich von –40°C bis 125°C untersucht. In 1 weist der gespleisste Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungsarm 11 die selbe physikalische Weglänge wie der ungespleisste Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungsarm bzw. -ast 12 auf. Der erste Koppler 16 spaltet das Licht in den gespleissten Kopplerarm 11 und den ungespleissten Kopplerarm 12 auf. Der gespleisste Kopplerarm 11 weist eine Lichtweglänge bzw. optische Weglänge auf, die von der Lichtweglänge des ungespleissten Kopplerarms 12 aufgrund der Einfügung eines den Lichtweg verändernden Fasersegments 13 verschieden ist. Der zweite Koppler 17 kombiniert die aufgespaltene Lichtausbreitung durch die Kopplerarme 11 und 12 erneut. In der Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung 20 wird das Licht selektiv durch das Mach-Zehnder-Interferometer übertragen, indem es in zwei unterschiedliche Lichtweglängen aufgespalten und dann erneut kombiniert wird. Die Erfindung kann ebenfalls mit anderen Formen von Mach-Zehnder-Interferometern und Kopplervorrichtungen verwendet werden, beispielsweise Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen mit mehr als zwei Armen, Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen mit einer ungleichen Koppleraufspaltung und Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen, die Arme mit unterschiedlichen physikalischen Weglängen aufweisen.
Ein Vergleichsmodell einer Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung wurde, wie in 1 dargestellt, mit im Handel erhältlichen optischen Fasern hergestellt. Experimentelle Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen der Erfindung wurden, wie in 1 dargestellt, hergestellt und wurden mit dem Vergleichsmodell verglichen. Im Vergleichsmodell wurde der ungespleisste Kopplerarm 12 der Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung aus im Handel erhältlichen Corning SMF-28^TM optischen Einmodenfasern hergestellt.
Der gespleisste Kopplerarm 11, der die selbe physikalische Weglänge wie der ungespleisste Kopplerarm 12 aufweist, wurde durch Spleissen in einem Segment einer im Handel erhältlichen Corning CS-980^TM optischen Einmodenfaser hergestellt. Eine optische Corning SMF-28^TM Einmodenfaser wies einen Kern-Mantel Δ = 0,35% mit einem Cutoff bzw. einer Grenzfrequenz von 1.260 nm und einen GeO₂ dotierten Siliciumdioxidkern auf, der mit ungefähr 6 bis 10 Gew.-% GeO₂ dotiert ist. Eine optische Corning CS-980^TM Einmodenfaser wies ein Kern/Mantel Δ = 1,0% auf, mit einem Cutoff von 950 nm und einem GeO₂-dotierten Siliciumdioxidkern, der mit ungefähr 18 bis 20 Gew.-% GeO₂ dotiert ist. In diesem Vergleichsmodell wurde, eingespleisst im Fasersegment 13, ein 10 mm Segment einer optischen Corning CS-980^TM-Einmodenfaser zwischen SMF-28^TM optischen Einmodenfasersegmenten 18 und 19 an den Spleissungen 15 und 14 gespleisst. Die thermische Spektralverschiebung dieses Mach-Zehnder-Vergleichsmodell-Kopplers wurde unter Verwendung eines optischen Spektrumanalysegeräts und einer Erbium ASE-Lichtquelle analysiert. Die Leistung dieses Vergleichsmodells bei einer Vielzahl von Temperaturen im Bereich von –40°C bis 125°C wurde unter Verwendung einer Wärmekammer getestet. Die thermische Spektralverschiebung des Vergleichsmodells ist in 2 dargestellt, die ein Plot der Peak-Wellenlänge (nm) gegen die Temperatur (°C) ist. Es wurde aus 2 bestimmt, dass dieses Vergleichsmodell einen thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von 0,043 nm/°C aufwies. Tatsächlich wurden identische thermische Spektralverschiebungskoeffizienten für andere Vergleichsmodelle gemessen, die eine Vielzahl an GeO₂ Kerndotierungsmittelkonzentrationen, Armlängen und Fasertypen, beispielsweise optische Corning SMF-28^TM- und CS-980^TM-Fasern, mit unterschiedlichen Cutoffs, optische Fasern mit einem TiO₂ dotierten Siliciumdioxidkern und eine optische Stufenindexfaser mit einem Δ = 2,0% mit einem Cutoff von 1.210 nm, aufwiesen.
Die experimentelle Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung Nr. 1 wurde mit dem Aufbau einer Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung 20 aus 1 hergestellt und mit dem selben Aufbau und in der selben Weise wie das Vergleichsmodell, außer dass in die Faserlänge 13 keine Corning CS-980^TM Optikfaser gespleisst wurde. Die eingespleisste Faserlänge 13 des experimentellen Kopplers Nr. 1 war ein 10 mm Abschnitt einer experimentellen Faser mit einem Lichtwellenleitersiliciumdioxidkern, dotiert mit 25 Gew.-% GeO₂ und codotiert mit 14 Gew.-% B₂O₃. (16,5 Mol-% GeO₂, 13,7 Mol-% B₂O₃ und 69,8 Mol-% SiO₂). Die thermische Spektralverschiebung des experimentellen Kopplers Nr. 1 wurde in der selben Weise wie das Vergleichsmodell unter sucht. Die thermische Spektralverschiebung des experimentellen Kopplers Nr. 1 ist in 3 dargestellt, die ein Plot der Peak-Wellenlänge (nm) gegen die Temperatur (°C) ist. Es wurde aus 3 bestimmt, dass der experimentelle Koppler Nr. 1 einen thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von –0,204 nm/°C aufwies.
Die experimentelle Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung Nr. 2 wurde mit der Konfiguration der Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung 20 aus 1 hergestellt und in der selben Weise und mit dem selben Aufbau wie das Vergleichsmodell, außer dass in die Faserlänge bzw. Faserabschnitt 13 ein Fasersegment gespleisst wurde, das eine 7,757 mm Länge eines Corning CS-980^TM Einmodenlichtwellenleiters umfasste, wie im Vergleichsmodell verwendet, gespleisst mit einer 1,158 mm Länge einer experimentellen Faser mit einem Siliciumdioxidkern, dotiert mit 25 Gew.-% GeO₂ und codotiert mit 14 Gew.-% B₂O₃, wie im experimentellen Koppler Nr. 1 verwendet. Diese Kombination einer gespleissten Faser für Experimentkoppler Nr. 2 wurde ausgewählt, um einen thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von netto Null zu erreichen. Die thermische Spektralverschiebung des experimentellen Kopplers Nr. 2 wurde in der selben Weise wie das Vergleichsmodell, untersucht. Die thermische Spektralverschiebung des experimentellen Kopplers Nr. 2 ist in 4 dargestellt, die ein Plot der Peak-Wellenlänge (nm) gegen die Temperatur (°C) ist. Aus 4 wurde bestimmt, dass der experimentelle Koppler Nr. 2 einen thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von –0,008 nm/°C aufwies.
Die experimentelle Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung Nr. 3 wurde mit der Konfiguration der Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung 20 aus 1 hergestellt und in der selben Weise und mit dem selben Aufbau, wie das Vergleichsmodell, außer dass in die Faserlänge 13 ein 10 mm Abschnitt einer experimentellen Faser eingespleisst wurde, die einen Lichtwellenleitersiliciumdioxidkern aufwies, der mit 15 Gew.-% GeO₂ dotiert war und mit 5 Gew.-% B₂O₃ codotiert war. (9,3 Mol-% GeO₂, 4,6 Mol-% B₂O₃, 86,1 Mol-% SiO₂). Diese experimentelle codotierte Faser wurde durch das externe Dampfabscheidungsverfahren (Outside Vapor Deposition Process) unter Verwendung einer Flammenhydrolysevorrichtung mit geeigneten Siliciumdioxid-, GeO₂-Dotierungsmittel- und B₂O₃-Codotierungsmittelausgangsmaterialkonzentrationen hergestellt, um diesen Kern zu erzielen, der mit Siliciumdioxid ummantelt wurde. Die thermische Spektralverschiebung des experimentellen Kopplers Nr. 3 wurde in der selben Weise wie das Vergleichsmodell untersucht. Die thermische Spektralverschiebung des experimentellen Kopplers Nr. 3 wurde in der selben Weise wie das Vergleichsmodell, untersucht. Die thermische Spektralverschiebung des experimentellen Kopplers Nr. 3 ist in 5 dargestellt, die ein Plot der Peak-Wellenlänge (nm) gegen die Temperatur (°C) ist. Es wurde aus 5 bestimmt, dass der experimentelle Koppler Nr. 3 einen thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von –0,07 nm/°C aufwies.
Die hypothetische experimentelle Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung Nr. 4 wurde aus einer einheitlichen eingespleissten Faserlänge 13 hergestellt, um die Komplikationen einer eingespleissten Faserlänge 13 zu vermeiden, die aus einer GeO₂ dotierten Faser und einer GeO₂ dotierten, B₂O₃ codotierten Faser, wie in der experimentellen Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung Nr. 2, hergestellt wurde, um eine athermalisierte Lichtwellenleitervorrichtung mit einem thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von nahezu Null zu erreichen. 6 zeigt die thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten des Vergleichsmodells (0,043 nm/°C bei 0 Gew.-% B₂O₃), des experimentellen Kopplers Nr. 3 (–0,07 nm/°C bei 5 Gew.-% B₂O₃) und des experimentellen Kopplers Nr. 1 (–0,215 nm/°C bei 14 Gew.-% B₂O₃). 6 ist ein Plot der thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten dieser Koppler in nm/°C gegen den B₂O₃-Gehalt dieser Koppler in Gew.-%. 6 stellt eine optimale Konzentration einer Borcodotierung von GeO₂ dotierten Siliciumdioxidkernen bereit, um eine Temperaturunabhänigkeit zu erreichen. Die lineare Interpolation der Daten ist in 6 dargestellt, die eine optimale Konzentration der Borcodotierung von 15 Gew.-% GeO₂ dotierten Siliciumdioxidkernen von ungefähr 1,7 + 0,6 Gew.-% B₂O₃ (9,3 Mol-% GeO₂, 1,6 Mol-% B₂O₃, 89,1 Mol-% SiO₂) ergibt, um einen thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von 0 nm/°C zu erreichen. Diese optimale und ausreichende B₂O₃-Codotierungskonzentration ist mit einem breiten Bereich an GeO₂-Kerndotierungskonzentrationen verwendbar, wobei die thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von Siliciumdioxidkernwellenleitern, die nur mit Germaniumoxid dotiert wurden, von den Germaniumoxiddotierungskonzentrationen in einem breiten Bereich von ungefähr 10 Gew.-% bis 40 Gew.-% GeO₂ unabhängig sind.
Der hypothetische experimentelle Koppler Nr. 4 wurde mit dem selben Aufbau bzw. der selben Konfiguration wie 1, und in der selben Weise und mit dem selben Aufbau des Vergleichsmodells hergestellt, außer dass die eingespleisste Faserlänge 13 ein 10 mm Abschnitt einer experimentellen Faser sein würde, die einen Lichtwellensiliciumdioxidkern aufweist, dotiert mit 1 Gew.-% bis 40 Gew.-% GeO₂, vorzugsweise 15 Gew.-% bis 25 Gew.-% GeO₂, und codotiert mit 1 Gew.-% bis 4 Gew.-% B₂O₃, vorzugsweise 1,1 Gew.-% bis 2,3 Gew.-% B₂O₃. Diese experimentelle codotierte Faser könnte durch das externe Dampfabscheidungsverfahren unter Verwendung einer Flammenhydrolysevorrichtung mit geeigneten Siliciumdioxid-, GeO₂-Dotierungsmittel- und B₂O₃-Codotierungsausgangsmaterialkonzentrationen hergestellt werden und ebenfalls durch andere Verfahren, um einen solchen Kern zu ergeben, der mit Siliciumdioxid umhüllt bzw. ummantelt werden könnte.
Eine zusätzliche Ausführungsform der Erfindung schließt die Herstellung von Fasergittern mit langer Periode aus einer optischen Faser mit einem Siliciumdioxidkern, der mit B₂O₃ codotiert ist, ein. Fasergitter mit langer Periode gemäß der Erfindung wurden unter Verwendung von UV-Excimer-Lasern mit geeigneten Energien, Expositionszeiten und Gitterperioden gebildet.
Ein Vergleichsmodell für Fasergitter mit langer Periode wurde aus im Handel erhältlichem Corning SMF-DS^TM hergestellt, die eine Dispersions-optimierte Faser bzw. Dispersionsverschobene Faser mit einem Dispersionsverschiebungskernprofil mit einem Peak von ungefähr 18 Gew.-% bis 20 Gew.-% GeO₂ ist. Gitter mit langer Periode wurden in diese Faser unter Verwendung eines Lasers mit 550 mJ Impulsen bei 248 nm und bei einer 8 Hz Wiederholungsgeschwindigkeit für 6 min geschrieben. Vor dem Schreiben dieses Gitters mit langer Periode wurde die Faser in einer Wasserstoffatmosphäre bei 10^–7 MPa (1550 psi) für eine Woche angeordnet, um die Lichtempfindlichkeit der Faser zu erhöhen. Dies hatte ein Vergleichsmodell zur Folge, das ein starkes Gitter mit nur 9% Energieübertragung aufwies. Die thermische Spektralverschiebung dieses Vergleichsmodell-Fasergitters mit langer Periode wurde in einer ähnlichen Weise, wie die Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen untersucht. Dieses Vergleichsmodell-Fasergitter mit langer Periode wies einen thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von 0,044 nm/°C auf.
Das experimentelle Fasergitter mit langer Periode Nr. 1 wurde aus einer experimentellen optischen Faser mit einem Siliciumdioxidkern hergestellt, der mit 15 Gew.-% GeO₂ dotiert war und mit 5 Gew.-% B₂O₃ codotiert war. Dieser experimentelle codotierte Faserkern wurde mit einem Siliciumdioxidmantel umhüllt, der ungefähr 0,8 Gew.-% B₂O₃ aufwies. Das experimentelle Fasergitter mit langer Periode Nr. 1 wurde Wasserstoff-behandelt, darauf in der selben Weise, wie das Vergleichsmodell, geschrieben. Dies hatte ein schwächeres Gitter als das Vergleichsmodell zur Folge. Das experimentelle Fasergitter mit langer Periode Nr. 1 wies eine 62%ige Energieübertragung auf, was darauf hinweist, dass diese experimentelle optische Faser weniger lichtempfindlich als die herkömmliche Dispersions-verschobene Faser war, die im Vergleichsmodell verwendet wurde. Die thermische Spektralverschiebung dieses Fasergitters mit langer Periode wurde in einer ähnlichen Weise verwendet wie die Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen und das Fasergittervergleichsmodell mit langer Periode. Die thermische Spektralverschiebung des experimentellen Fasergitters mit langer Periode Nr. 1 ist in 7 dargestellt, die ein Plot der Peak-Wellenlänge (nm) gegen die Temperatur (°C) ist. Es wurde aus 7 bestimmt, dass das experimentelle Fasergitter mit langer Periode Nr. 1 einen thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von –0,028 nm/°C aufwies. Es wird angenommen, dass das experimentelle Fasergitter mit langer Periode Nr. 1 athermalisierter ist als die experimentelle Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung Nr. 3, die die selben Faserkernzusammensetzungen aus GeO₂ und B₂O₃ verwendete, aufgrund des Vorhandenseins von Bor im Mantel.
Das experimentelle Fasergitter Nr. 2 mit langer Periode wurde aus einer experimentellen optischen Faser mit einem Siliciumdioxidkern hergestellt, der mit 15 Gew.-% GeO₂ dotiert war und mit 2 Gew.-% B₂O₃ codotiert war. Dieser experimentelle codotierte Faserkern wurde mit einem Siliciumdioxidmantel umhüllt, der 1 Gew.-% B₂O₃ aufwies. Das experimentelle Fasergitter mit langer Periode Nr. 2 wurde Wasserstoff-behandelt und darauf in der selben Weise, wie das Vergleichsmodell beschrieben. Die thermische Spektralverschiebung dieses Fasergitters mit langer Periode wurde in einer ähnlichen Weise wie die Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen und die Fasergitter mit langer Periode, analysiert. Die thermische Spektralverschiebung des experimentellen Fasergitters mit langer Periode Nr. 2 ist in 8 dargestellt, die ein Plot der Peak-Wellenlänge (nm) gegen die Temperatur (°C) ist. Aus 8 wurde bestimmt, dass das experimentelle Gitter mit langer Periode Nr. 2 einen thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von 0,026 nm/°C aufwies.
Das experimentelle Fasergitter Nr. 3 mit langer Periode wurde aus einer experimentellen optischen Faser mit einem Siliciumdioxidkern hergestellt, der mit 17 Gew.-% GeO₂ dotiert war und mit 3,3 Gew.-% B₂O₃ codotiert war. Dieser experimentelle codotierte Faserkern wurde mit einem Siliciumdioxidmantel umhüllt, der 0,1 Gew.-% B₂O₃ aufwies. Das experimentelle Fasergit ter mit langer Periode Nr. 3 wurde Wasserstoff-behandelt und darauf in der selben Weise wie das Vergleichsmodell beschrieben. Die thermische Spektralverschiebung dieses Fasergitters mit langer Periode wurde in einer ähnlichen Weise wie die Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen und die Fasergitter mit langer Periode analysiert. Die thermische Spektralverschiebung des experimentellen Gitters mit langer Periode Nr. 3 ist in 9 dargestellt, die ein Plot der Wellenlänge (nm) gegen die Temperatur (°C) ist. Aus 9 wurde bestimmt, dass das experimentelle Gitter mit langer Periode Nr. 3 einen thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von 0,004 nm/°C aufwies.
10 ist ein Plot der thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten der experimentellen Fasergitter mit langer Periode und des Vergleichsmodells gegen die B₂O₃-Gew.-%-Differenz zwischen dem Kern und dem Mantel für jedes dieser Fasergitter mit langer Periode. Wie in 10 dargestellt ist, wies das Vergleichsmodell einen thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von 0,044 nm/°C und 0 B₂O₃-Gew.-%-Differenz zwischen seinem Kern und dem Mantel auf, dahingehend als es nicht mit Bor dotiert war. Das experimentelle Fasergitter mit langer Periode Nr. 1 wies einen thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von –0,028 nm/°C und eine 4,2 B₂O₃-Gew.-%-Differenz zwischen seinem Kern von 5 Gew.-% B₂O₃ und seinem Mantel von 0,8 Gew.-% B₂O₃ auf. Das experimentelle Fasergitter mit langer Periode Nr. 2 wies einen thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von 0,026 nm/°C und eine B₂O₃-Gew.-%-Differenz zwischen seinem Kern von 2 Gew.-% B₂O₃ und der Umhüllung bzw. dem Mantel von 1 Gew.-% B₂O₃ auf. Das experimentelle Fasergitter mit langer Periode Nr. 3 wies einen thermischen Spektralverschiebungskoeffizienten von 0,004 nm/°C und eine 2,4 B₂O₃-Gew.-%-Differenz zwischen seinem Kern von 3,3 Gew.-% B₂O₃ und dem Mantel von 0,9 Gew.-% B₂O₃ auf. Wie in 10 dargestellt ist, wird es bevorzugt, eine optische Faser mit einem B₂O₃-Gew.-%-Unterschied zwischen dem Kern und dem Mantel von ungefähr 2 bis 3,2 zu haben, um einen thermischen Spektralverschiebungkoeffizienten von 0,01 bis –0,01 nm/°C zu erreichen. Ein optimiertes athermalisiertes Fasergitter mit langer Periode würde eine Differenz von ungefähr 2,6 Gew.-% zwischen den B₂O₃-Konzentrationen des Kerns und des Mantels aufweisen.
Das hypothetische experimentelle Fasergitter mit langer Periode Nr. 4 würde aus einer experimentellen optischen Faser mit einer Differenz von 2,6 zwischen den B₂O₃-Gew.-% des Kerns und des Mantels derart hergestellt werden, dass der Siliciumdioxidkern des experimentellen Fa sergitters mit langer Periode Nr. 3 mit einer Siliciumdioxidummantelung mit 0,7 Gew.-% B₂O₃ umhüllt wäre.
Ein optischer Wellenleitersiliciumdioxidkern mit ungefähr 1 Gew.-% bis 40 Gew.-% GeO₂, vorzugsweise 15 Gew.-% bis 25 Gew.-% GeO₂, und codotiert mit 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% B₂O₃, vorzugsweise 2 Gew.-% bis 4,5 Gew.-% B₂O₃, und umhüllt mit einem Siliciumdioxidmantel mit ungefähr von 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% B₂O₃, vorzugsweise 0,6 bis 1 Gew.-% B₂O₃, wird bevorzugt, um eine athermalisierte, temperaturunabhängige optische Lichtwellenleitervorrichtung, beispielsweise ein Fasergitter mit langer Periode, zu erreichen. Um zusätzlich eine solche athermalisierte temperaturunabhängige Lichtwellenleitervorrichtung zu erreichen, insbesondere ein Fasergitter mit langer Periode, ist es von Bedeutung, dass der Unterschied der B₂O₃-Konzentration zwischen dem Kern und dem Mantel sich im Bereich von ungefähr 2 Gew.-% bis 3,2 Gew.-%, vorzugsweise 2,2 Gew.-% bis 3 Gew.-%, wie in 10 offenbart, bewegt.
Wie bei den Fasergittern mit langer Periode könnte B₂O₃ im Siliciumdioxidmantel verwendet werden, der den Kern eines Lichtwellenleiters in einer Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtung umgibt. Bei den Lichtwellenleitern der Erfindung weist die tatsächliche B₂O₃-Konzentration im Mantel eine relativ kleine Wirkung im Vergleich zur Differenz der B₂O₃-Konzentration im Kern und im Mantel auf. Zusätzlich könnten Mach-Zehnder-Koppler-Vorrichtungen hergestellt werden, bei denen mehr als eine Faser mit Bor dotiert ist.
Die experimentellen Fasern der Erfindung wurden mit einer Flammenhydrolysevorrichtung unter Verwendung des externen Dampfabscheidungsverfahrens hergestellt, um die vorliegenden Lichtwellenleitersiliciumdioxidkerne zu bilden, die mit GeO₂ dotiert und mit B₂O₃ codotiert sind. Geeignete Siliciumdioxid, GeO₂-Dotierungsmittel und B₂O₃-Codotierungsmittelkonzentrationen für das dampfförmige Ausgangsmaterial werden an den Flammenhydrolysebrenner geliefert, um die speziellen Dotierungsmittel- und Codotierungsmittelkonzentrationen bereitzustellen. In ähnlicher Weise werden geeignete Konzentrationen an dampfförmigem Siliciumdioxid- und B₂O₃-Ausgangsmaterial an den Flammenhydrolysebrenner geliefert, um die speziellen B₂O₃-Konzentrationen im Siliciumdioxidmantelglas, das in den Fasergittern mit langer Periode verwendet wird, bereitzustellen.
Es wird angenommen, dass das erfindungsgemäße Codotieren eines GeO₂-dotierten Siliciumdioxidkerns mit B₂O₃ die thermische Variabilität des Brechungsindex des Wellenleiterkerns in vorteilhafter Weise verändert, zusammen mit den potentiell vorteilhaften Veränderungen der Wellenleiterdispersionseffekte und der Beanspruchungs-Optik-Effekte der optischen Fasern.
Der Wellenleiterkern und die optische Faserzusammensetzung der Erfindung ist besonders empfindlich und abhängig von der B₂O₃-Dotierungsmittelkonzentration. In der erfindungsgemäßen Wellenleiterkernzusammensetzung wird GeO₂ als Dotierungsmittel dazu verwendet, den Brechungsindex des Siliciumdioxidkerns in vorteilhafter Weise zu verändern, um ein vorteilhaftes Δ zur Weiterführung des Lichts und zur Bereitstellung einer Lichtempfindlichkeit im Fasergitter mit langer Periode zu erreichen. B₂O₃ wird als Codotierungsmittel verwendet, um die thermische Variabilität des Brechungsindex des Siliciumdioxidkerns in vorteilhafter Weise zu verändern. Ein B₂O₃- bis GeO₂-Konzentrationsverhältnis im Bereich von 1 Gew.-% B₂O₃ : 3 Gew.-% GeO₂ bis 1 Gew.-% B₂O₃ : 10 Gew.-% GeO₂ wird eine vorteilhafte thermische Variabilität bereitstellen, die thermische Spektralverschiebungen hemmt oder reduziert, während ein geeigneter Wellenleiterkernbrechungsindex bereitgestellt wird. Das Verhältnis von 1 Gew.-% B₂O₃ : 3 Gew.-% GeO₂ ist von der beanspruchten Erfindung ausgenommen. Das bevorzugte B₂O₃ zu GeO₂ Konzentrationsverhältnis ist im Bereich von 1 Gew.-% B₂O₃ : 4 Gew.-% GeO₂ bis 1 Gew.-% B₂O₃ 6 Gew.-% GeO₂. Das am meisten bevorzugte B₂O₃ zu GeO₂ Konzentrationsverhältnis der Erfindung ist 1 Gew.-% B₂O₃ : 5 Gew.-% GeO₂.
Im Hinblick auf die Erzielung einer vorteilhaften Kern-zu-Mantel-B₂O₃-Konzentrationsdifferenz ist die bevorzugte Kernzusammensetzung von 1 Gew.-% bis 40 Gew.-% GeO₂ und 0,5 Gew.-% bis 15 Gew.-% B₂O₃. Die bevorzugtere Kernzusammensetzung ist von 4 Gew.-% bis 25 Gew.-% GeO₂ und 0,75 bis 7 Gew.-% B₂O₃. Die am meisten bevorzugte Kernzusammensetzung ist von 6 Gew.-% bis 20 Gew.-% GeO₂ und 1 Gew.-% bis 3 Gew.-% B₂O₃.
Ebenfalls im Hinblick darauf, dass in der Erfindung GeO₂ als Index-erhöhendes veränderndes Dotierungsmittel verwendet wird, um Lichtwellen weiterzuleiten, und dass B₂O₃ als negatives thermisches Spektralverschiebungsdotierungsmittel verwendet wird, um die positive thermische Spektralverschiebung des Index-erhöhenden Dotierungsmittels und der Siliciumdioxidzusammensetzung zu neutralisieren, ist das bevorzugte Molverhältnis 1 mol B₂O₃ bis 2–4 Gesamtmol Index-erhöhender Dotierungsmittel, wobei das Verhältnis von 1 mol B₂O₃ zu 2 mol Index-erhöhende Dotierungsmittel von der beanspruchten Erfindung ausgenommen ist, was Dotierungsmittel, wie beispielsweise Germanium und Phosphor, einschließt. Das am meisten bevorzugte Molverhältnis der Dotierungsmittel mit negativer thermischer Spektralverschiebung zu der Gesamtzahl an mol Index-erhöhender Dotierungsmittel ist 1 mol B₂O₃ zu 3 Gesamtmol Index-erhöhender Dotierungsmittel, um einen athermalisierten Lichtwellenleiter zu erreichen.
Es wird für den Fachmann auf dem Gebiet in der Technik offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen in der Zusammensetzung und im Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können.

Claims

Lichtwellenleitervorrichtung, die einen Lichtwellenleitersiliciumdioxid-Kern und – Mantel umfasst, wobei der Siliciumdioxid-Kern (i) mit einer ausreichenden Menge B₂O₃ zur Hemmung thermischer Spektralverschiebungen in der Vorrichtung, die durch eine Veränderung der Temperatur der Vorrichtung verursacht sind, derart, dass die durchschnittliche spektrale thermische Steigung Δλ(nm)/ΔT(°C) weniger als 0,04 beträgt und (ii) mit GeO₂ dotiert ist, so dass das Gew.-%-Verhältnis von B₂O₃ : GeO₂ von 1/3 bis 1/10, ausgenommen den Wert von 1/3 ist, und wobei eine Mode, die vom Wellenleiterkern weitergeführt wird (i) an einen zweiten Wellenleiterkern oder (ii) an eine Mode im Mantel gekoppelt wird.
Lichtwellenleiter-Vorrichtung nach Anspruch 1, die Siliciumdioxidglas mit einem Dotierungsmittelgehalt umfasst, der im wesentlichen aus GeO₂ und B₂O₃ besteht.
Lichtwellenleiter-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Siliciumdioxidkern ein Gew.-%-Verhältnis von B₂O₃ : GeO₂ von 1/4 bis 1/6 aufweist.
Lichtwellenleiter-Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Siliziumdioxidkern ein Gew.-%-Verhältnis von B₂O₃ : GeO₂ von 1/5 aufweist.
Lichtwellenleiter-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Vorrichtung einen Übertragungsfilter eines Mach-Zehnder Interferometers oder ein Fasergitter mit langer Periode umfasst.
Athermalisierter Lichtwellenleiter, der einen Siliciumdioxidglaskern und -Mantel umfasst, wobei der Kern einen Dotierungsmittelgehalt aufweist, der B₂O₃ und ein oder mehrere indexerhöhende Dotierungsmittelmoleküle umfasst, wobei die Menge an B₂O₃ die thermischen Spektralverschiebungen derart hemmt, dass die durchschnittliche spektrale thermische Steigung Δλ(nm)/ΔT(°C) weniger als 0,04 beträgt und das mol-%-Verhältnis von B₂O₃ zu den indexerhöhenden Dotierungsmittelmolekülen von 1/2 bis 1/7 ist, ausgenommen den Wert von 1/2, und wobei eine Mode, die von dem Wellenleiterkern weitergeführt wird, (i) an einen zweiten Wellenleiterkern, oder (ii) eine Mode im Mantel gekoppelt wird.
Wellenleiter nach Anspruch 6, wobei der Dotierungsmittelgehalt ein Molverhältnis von B₂O₃ : indexerhöhendes Dotierungsmittel im Bereich von 1 mol B₂O₃ : 3 mol indexerhöhende Dotierungsmittelmoleküle bis 1 mol B₂O₃ : 4 mol indexerhöhende Dotierungsmittelmoleküle aufweist.
Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1–7, wobei der Kern und der Mantel einen Unterschied im B₂O₃ Dotierungsmittelgehalt aufweist, der sich von 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% B₂O₃ erstreckt.
Lichtwellenleiter nach Anspruch 8, wobei der Unterschied des B₂O₃ Dotierungsmittelgehalts im Bereich von 2 Gew.-% bis 4 Gew.-% B₂O₃ liegt.
Verfahren zum Athermalisieren einer Lichtwellenleiter-Vorrichtung mit einem Kern und einem Mantel zur Hemmung thermischer Spektralverschiebungen, wobei das Verfahren folgendes umfasst: (a) Ausbilden eines Siliciumdioxidwellenleiterkernes für eine Wellenlänge von 1550 nm; (b) Dotieren des Wellenleitersiliciumdioxidkernes mit GeO₂; und (c) Codotieren des Wellenleitersiliciumdioxidkerns mit einer ausreichenden Menge an B₂O₃, um thermische Spektralverschiebungen zu hemmen, derart, dass die durchschnittliche spektrale thermische Steigung Δλ(nm)/ΔT(°C) weniger als 0,04 bei 1550 nm beträgt, wobei das Gew.-%-Verhältnis von B₂O₃ zu GeO₂ von 1/3 bis 1/10, ausgenommen den Wert von 1/3, ist, und wobei eine Mode, die von dem Wellenleiterkern weitergeführt wird, (i) an einen zweiten Wellenleiterkern oder (ii) an eine Mode im Mantel gekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin das Ausbilden eines Mach-Zehnder-Interferometers mit dem codotierten Wellenleitersiliciumdioxidkern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin das Bilden eines Gitters mit langer Periode in dem gebildeten Lichtwellenleiter umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–12, wobei der Mantel B₂O₃ dotiertes Siliciumdioxid umfasst.
Verfahren zum Reduzieren der Temperaturabhängigkeit einer Lichtwellenleiter-Vorrichtung, wobei das Verfahren folgendes umfasst: (a) Ausbilden eines Wellenleiterkerns; (b) Dotieren des Wellenleiterkerns mit einem indexerhöhenden Dotierungsmittel mit einer positiven thermischen Spektralverschiebungssteigung; (c) Codotieren des Wellenleiterkerns mit einem zweiten B₂O₃ Dotierungsmittel mit einer negativen thermischen Spektralverschiebungssteigung, so dass die durchschnittliche spektrale thermische Steigung Δλ(nm)/ΔT(°C) weniger als 0,04 ist und das mol-%-Verhältnis von B₂O₃ zum indexerhöhenden Dotierungsmittel von 1/2 bis 1/7, ausgenommen dem Wert von 1/2, ist; (d) Ummanteln des Wellenleiterkerns; und (e) Herstellen einer Lichtwellenleiter-Vorrichtung aus dem ummantelten codotierten Wellenleiterkern, wobei eine Mode, die vom Wellenleiterkern weitergeführt wird, an (i) einen zweiten Wellenleiterkern oder (ii) an eine Mode im Mantel gekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Ummantelns des Wellenleiterkerns ein Ummanteln mit einem Glas umfasst, das mit dem zweiten Dotierungsmittel dotiert ist.