Glasfaser mit mindestens zwei Glasmänteln Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glasfaser, welche einen Kern umfasst, dessen Matrixglas mindestens ein Schwermetalloxid und mindestens eine Selte- ne Erden-Verbindung enthält, wobei der Kern von mindestens zwei Glasmänteln umgeben ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstel- lung einer erfindungsgemäßen Glasfaser, einen optischen Verstärker, welcher mindestens eine erfindungsgemäße Glasfaser umfasst, sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Glasfaser.

Optische Verstärker sind eine der wichtigsten Schlüsselkomponenten in der opti- schen Nachrichtentechnik. Wenn ein rein optisches Telekommunikationssignal in einer Glasfaser übertragen wird, tritt unvermeidbar eine intrinsische Signaldämp- fung auf. Um diese Dämpfung zu kompensieren, sind hocheffiziente optische Verstärker erforderlich, welche ein Signal verstärken können, ohne dass das op- tische Signal in ein elektronisches Signal und wieder zurück in ein optisches Sig- nal umgewandelt werden muss. Auch kann durch optische Verstärker die Ge- schwindigkeit der Verstärkung erhöht werden, und die Verschlechterung des Signal/Rausch-Verhältnisses fällt durch den Wegfall der Umwandlung in elektro- nische Signale und zurück wesentlich geringer aus.

Dabei erhöht insbesondere die stetig steigende Nachfrage nach immer größeren Bandbreiten die technischen Ansprüche an optische Verstärker. Breitbandige Datenübertragung wird momentan über die WDM-Technologie (WDM"wave- length division multiplexing") realisiert. Die meisten Verstärker des Stands der Technik arbeiten im C-Band (ca. 1528 nm bis 1560 nm) und weisen nur eine ein- geschränkte Breitbandleistung auf, da derartige optische Verstärker bisher auf Er3+-dotierten SiO2-Gläsern basieren. Die Nachfrage nach größeren Bandbreiten erforderte daher die Entwicklung von Multikomponentengläsern, beispielsweise Schwermetalloxidgläsern (HMO"heavy metal oxid glasses"). Schwermetalloxid- gläser haben, manifestiert durch ihren intrinsisch sehr hohen Brechwert (bei 1,3 um) von n > ca. 1, 85 große interne elektrische Felder und führen so aufgrund

einer größeren Stark-Aufspaltung zu einer breitbandigen Emission der Seltene Erden-lonen. Der hohe Brechwert von HMO-Gläsern führt jedoch andererseits auch zu neuen Problemen, die überwunden werden müssen.

In optischen Verstärkerfasern kann durch verschiedene Mechanismen Streulicht entstehen, welches zur Verschlechterung des Signal/Rausch-Verhältnisses füh- ren kann und daher so vollständig wie möglich vermieden oder entfernt werden sollte.

Streulicht wird in auf Si02-basiserenden Verstärkerfasern durch eine auf der Glasfaser aufgebrachte Polymerbeschichtung entfernt. Da absorbierende Poly- merbeschichtungen mit einem Brechungsindex von n > 1,4 zur Verfügung ste- hen, kann Rauschen, welches durch reflektierte Signale und/oder gestreutes Licht von außerhalb der Faser verursacht wird, durch eine solche Polymere- schichtung auf der Si02-Glasfaser einfach absorbiert werden.

Als Faserverstärker geeignete Schwermetalloxidgläser weisen üblicherweise ei- nen Brechungsindex von ungefähr n = 1,9 auf. Bisher erhältliche Polymere- schichtungen weisen stets einen kleineren Brechungsindex als Schwermetall- oxidgläser auf. Die Beschichtung mit solchen Polymeren zur Absorption von Streulicht ist daher problematisch, da nur ein Polymermantel mit einem geringe- ren Brechungsindex bereitgestellt werden kann. Jede Beschichtung mit einem Mantel aus einem Material mit einem kleineren Brechungsindex führt dann zu ei- ner starken und unerwünschten Reflektion an der Grenzfläche dieses Materials zu den Kernregionen bzw. einem innenliegenden Mantel.

Ferner tritt bei herkömmlichen Si02-Verstärkerfasern im wesentlichen kein Bre- chungsindexsprung an einer Kontaktstelle von einer Standard-Telekom- munikationsfaser zu einer Glasfaser eines optischen Verstärkers auf, so dass die Reflektion, welche am Übergang von einem Si02-Glasfaserverstärker zu einer Standard-Kommunikationsglasfaser auftritt, vernachlässigt werden kann.

Im Gegensatz dazu bedeutet der hohe Brechungsindex von HMO-Fasern, dass jede Kontaktstelle an einer SiO2-Standard-Telekommunikationsglasfaser zu einer starken Reflektion an der Grenzfläche zwischen Si02-Standardfaser und Schwermetalloxidglasfaser des optischen Verstärkers führt. Da ein optischer Verstärker an beiden Ausgängen mit Si02-Telekommunikationsglasfasern bzw. auf Si02-basierenden Übergangsfasern hoher numerischer Apertur verbunden ist, besteht eine starke Tendenz, dass sich ein Laserresonator mit stehenden Lichtwellen im optischen Verstärker ausbildet. Um letzteres zu verhindern, bietet es sich an, die Kontaktstellen relativ zu den Glasfasern in einem bestimmten bzw. endlichen Winkel auszuführen. Dies führt jedoch wiederum zu einer be- trächtlichen bzw. nennenswerten Reflektion, die in den Mantel der Faser gestreut wird. Daher wird Streulicht, welches im Mantel der Faser wandert, hin und her re- flektiert, und es kann nicht verhindert werden, dass Streulicht die zentrale Kern- region erreicht und in diese eindringt. Dieses Streulicht wird die Inversion des Zustands der Seltene Erden-ionen beeinflussen und führt zu einer Verstärkung des Rauschens und einem Absinken der Signalleistung (en) des Verstärkers.

Für verschiedene Glassysteme sind äußere, absorbierende Mäntel im Stand der Technik bekannt (beispielsweise K. Itoh et al., J. Non-Cryst. Sol, 256-257,1 (1999)).

EP 1 127 858 beschreibt ein lichtverstärkendes Glas, dessen Matrixglas mit 0,01 bis 10 Mol-% Er-dotiert ist, wobei das Matrixglas notwendigerweise 20 bis 80 Mol-% Bi203, 0,01 bis 10 Mol-% Ce02, und mindestens eines von B203 oder SiO2 enthält. Die in der Druckschrift beschriebenen Glasfasern sind jedoch nur mit üb- lichen Polymerbeschichtungen versehen. Gleiches gilt für die in WO 99/51537 beschriebenen hoch-Antimonoxid-haltigen Gläser.

JP 11274613 A beschreibt eine Glasfaser umfassend Gläser mit hohem Bre- chungsindex, welche zwei Glasmäntel aufweist. Gemäß dieser Schrift sind 10.000 ppm absorbierendes Mittel erforderlich. Solche hohen Anteile an absor-

bierendem Mittel beeinflussen jedoch die Eigenschaften des Glases und sind daher nachteilig.

Somit bestand der Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Glasfaser, umfassend ein Matrixglas mit mindestens einem Schwermetalloxid, für einen op- tischen Verstärker bereitzustellen, mit welcher die vorstehend beschriebenen Probleme des Stands der Technik vermieden werden können. Insbesondere soll es diese Glasfaser ermöglichen, das Rauschen durch Streulicht zu minimieren und damit die Signalleistung des Verstärkers zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen beschriebenen Ausführungs- formen der vorliegenden Erfindung gelöst.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Glasfaser umfassend einen Kern, dessen Matrixglas mindestens ein Schwermetalloxid und mindestens eine Seltene Erden-Verbindung enthält, wobei der Kern von mindestens zwei Glas- mänteln umgeben ist und wobei der Brechungsindexsprung An vom Kern auf den ersten Mantel im Bereich von 0,001 bis 0,08 liegt und der erste Mantel einen ge- ringeren Brechungsindex als der Kern aufweist.

Die Figuren zeigen : Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glasfaser.

Figuren 2,5 und 7 zeigen fotografische Abbildungen des Querschnitts durch er- findungsgemäße Glasfasern mit zwei Glasmänteln.

Figuren 3 und 4 zeigen schematisch bevorzugte Faserdesign erfindungsgemäßer Doppelmantelfasern mit zwei bzw. drei Mänteln.

Figur 6 zeigt den Vergleich der absorbierenden Wirkung von Eisenoxid und Co- baltoxid als absorbierendem Mittel in einem unter stark oxidierenden Bedingun- gen geschmolzenen Bismutoxid-haltigen Glas.

Figuren 8a und 8b zeigen den aus Giles-Parametern berechneten maximalen Gain bei einer festgelegten Zahl von Kanälen in Abhängigkeit von der Wellenlän- ge, sowie die Veränderung des Rauschens in Abhängigkeit von der Wellenlänge.

Figuren 9a und 9b zeigen die jeweils im Kernbereich, im Bereich des ersten Man- tels und im Bereich des zweiten Mantels übertragene Energie bei verschiedenen Faserlängen in Abhängigkeit von der Dotierung des äußeren Mantels.

Vorzugsweise enthält der Kern der erfindungsgemäßen Glasfaser mindestens ein Schwermetalloxid, welches aus Oxiden von Bi, Te, Se, Sb, Pb, Cd, Ga, As und/oder Mischoxiden und/oder Gemischen davon, ausgewählt ist. Besonders bevorzugt enthält das Matrixglas des Kerns Schwermetalloxide, welche aus Oxi- den von Bi, Te, Sb und/oder Gemischen davon ausgewählt sind.

Das Matrixglas des Kerns umfasst ferner mindestens ein Dotiermittel, welches durch Licht angeregt werden kann. Erfindungsgemäß enthält das Matrixglas des Kerns Seltene Erden-lonen als Dotiermittel. Unter einem Dotiermittel wird dabei eine Komponente verstanden, welche nur in einer geringen Menge dem Glas zugegeben wird und die daher die meisten physikalischen Eigenschaften des Glases, wie Tg, den Brechwert oder die Erweichungstemperatur, im wesentlichen nicht beeinflussen. Auf bestimmte, insbesondere optische Eigenschaften, wie beispielsweise die Befähigung zur optischen Stimulation, kann ein solches Do- tiermittel jedoch einen wesentlichen Einfluss aufweisen.

Vorzugsweise umfasst das Matrixglas des Kerns wenigstens eine Seltene Er- den-Verbindung, welche aus Verbindungen von Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu ausgewählt ist. Besonders bevorzugt sind Oxide

der Elemente Er, Pr, Tm, Nd und/oder Dy, wobei Oxide von Er am meisten be- vorzugt sind.

Gegebenenfalls können zusätzlich zu einer oder mehreren Seltene Erden- Verbindung (en) auch Sc-und/oder Y-Verbindungen im erfindungsgemäßen Glas enthalten sein.

Vorzugsweise handelt es sich bei den als Dotiermittel verwendeten Seltene Er- den-Verbindungen um sogenannte"optisch aktive Verbindungen", wobei unter "optisch aktiven Verbindungen"insbesondere solche verstanden werden, welche dazu führen, dass das erfindungsgemäße Glas zur stimulierten Emission befä- higt ist, wenn das Glas durch eine geeignete Pumpquelle angeregt wird.

Es können auch mindestens zwei Seltene Erden-Verbindungen in einer Ge- samtmenge von 0,01 bis 15 Mol-% verwendet werden. Gläser mit optisch aktiven Seltene Erden-lonen können mit optisch nicht aktiven Seltene Erden-Elementen codotiert werden, um beispielsweise die Emissionslebensdauern zu erhöhen. So kann beispielsweise Er mit La und/oder Y codotiert werden. Um die Pumpeffi- zienz des Verstärkers zu erhöhen, kann beispielsweise Er auch mit weiteren op- tisch aktiven Seltene Erden-Verbindungen, wie beispielsweise Yb, codotiert wer- den. Zur Stabilisierung der Kristallisation kann Gd codotiert werden.

Durch die Dotierungmit anderen Seltene Erden-lonen wie beispielsweise Tm können andere Wellenlängenbereiche erschlossen werden, wie im Fall von Tm das sogenannte S-Band zwischen 1420 und 1520 nm.

Ferner können, um eine wirkungsvollere Ausnutzung des Anregungslichts zu be- wirken, Sensibilisatoren wie Yb, Ho und Nd in einer geeigneten Menge, bei- spielsweise 0,005 bis 8 Mol-%, zugefügt werden.

Der Gehalt jeder einzelnen Seltene Erden-Verbindung beträgt beispielsweise von 0,005 bis 8 Mol-%, vorzugsweise 0,05 bis 5 Mol-%, auf Oxidbasis.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Matrixglas sowohl Ce als auch Er.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Matrixglas des Kerns Cer-frei.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die erfindungsgemäße Glasfaser im Kern und/oder in einem oder mehreren Män- teln mindestens ein Bi203-Glas. Die folgenden Zusammensetzungen sind be- sonders bevorzugt :

Komponente Bevorzugte Komponenten Besonders bevorzugte Kompo- und Bereiche [Mol-%] nenten und Bereiche [Mol-%] Bi2O3 10 - 80 30 - 60 Si02 0-60 0, 5-40 B203 0-60 0, 5-40 AI203 0-50 0-30 Ga203 0-50 0-20 GeO2 0 - 30 0 - 25 In2O3 0 - 30 WO3 0 - 30 MoO3 0- 30 La203 0-30 0-15 NbsOs0-300-10 Ta2050-15 Zr02 0-30 TiO2 0 - 30 Sn02 0-40 0-30 M20 0-40 0-40 MiiO 0 - 30 F und/oder Cl 0-10 Seltene Erden 0, 005-8 0, 05-5 (auf Oxidbasis) (auf Oxidbasis)

In der vorstehenden Tabelle ist M'mindestens eines von Li, Na, K, Rb und Cs und M"mindestens eines von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und/oder Zn. Es ist besonders bevorzugt Li und/oder Na als M'einzusetzen.

Figuren 8a und 8b zeigen den Gain sowie das Rauschen einer erfindungsgemä- ßen dotierten HMO-Doppelmantelfaser verglichen mit SiO2-Verstärkerfasern in Abhängigkeit von der Wellenlänge und der Anzahl der Kanäle. Für diese Auftra- gung werden mit im Stand der Technik bekannten Methoden für die Verstärker- fasern die sogenannten Giles-Parameter ermittelt, aus welchen dann bei festge- legter Kanalanzahl der maximale Gain und das Rauschen bei einer bestimmten Wellenlänge ermittelt werden. Aus Figur 8a ist zum einen ersichtlich, dass bei ei- ner eingestellten Anzahl von 120 Kanälen [ch] mit einer erfindungsgemäßen Ver- stärkerfaser ein maximaler Gain von ca. 25 dB erreicht wird, während für eine si- licatische Verstärkerfaser bei gleicher Anzahl von Kanälen nur ein maximaler Gain von knapp 20 dD erzielt wird. Für einen vergleichbaren Gain von 25 dD muss bei einer silicatischen Verstärkerfaser die Anzahl der Kanäle von 120 auf 80 Kanäle reduziert werden. Gleichzeitig ist bei gleicher Anzahl an Kanälen das Rauschen der erfindungsgemäßen Glasfaser deutlich geringer als das einer sili- catischen Faser. Auch bei einer weiteren Erhöhung auf 180 Kanäle (Figur 8b) er- gibt sich das gleiche Bild : die erfindungsgemäße Faser weist einen höheren ma- ximalen Gain bei geringerem Rauschen auf. Diese Figuren 8a und 8b zeigen, dass eine breitbandigere Übertragung mit der erfindungsgemäßen HMO- Glasfaser bei geringem Rauschen möglich ist.

Die erfindungsgemäße Glasfaser umfasst neben dem Kern mindestens zwei Glasmäntel, welche den Kern umgeben.

Die Mantelgläser unterliegen keiner besonderen Beschränkung. Vorzugsweise weisen sie ähnliche physikalische Eigenschaften wie das Matrixglas des Kerns und/oder das Glas der anderen Mäntel auf, insbesondere einen ähnlichen Bre- chungsindex, eine ähnliche Tg und eine ähnliche Erweichungstemperatur. Vor- zugsweise umfassen die Mäntel im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung

wie der Kern, wobei jedoch die Zusammensetzungen so abgewandelt sind, dass die notwendigen Brechwerthübe vom Kern zum ersten Mantel und gegebenen- falls von einem Mantel zu einem anderen Mantel erfüllt werden. Ferner unter- scheiden sich Kern-und Mantelgläser vorzugsweise in ihren optischen Eigen- schaften. Auch die Mantelgläser untereinander weisen vorzugsweise unter- schiedliche optische Eigenschaften auf.

Erfindungsgemäß wird unter dem"ersten Mantel"der den Kern umgebende Man- tel verstanden. Die Mäntel werden vom ersten Mantel nach außen hin zu höhe- ren Nummern nummeriert.

Erfindungsgemäß sind die genannten Brechwerte jeweils die Brechwerte bzw. Brechungsindizes der Gläser für elektromagnetische Strahlung im nahen IR- Bereich, insbesondere bei etwa 1300 nm. Der Brechungsindexsprung An vom Kern auf den ersten Mantel beträgt von 0,001 bis 0,08, besonders bevorzugt von 0,003 bis 0,04, noch bevorzugter von 0,005 bis 0,05, wobei erste der Mantel ei- nen geringeren Brechwert als der Kern aufweist. Das Brechungsindexverhältnis der Mäntel untereinander kann wie erforderlich durch im Stand der Technik be- kannte Methoden eingestellt werden. Zum Einstellen eines leicht höheren Bre- chungsindex als im Vergleichsglas wird beispielsweise ein Anteil mindestens ei- ner Komponente mit einem niedrigeren Brechungsindex auf mindestens eine Komponente mit einem höheren Brechungsindex umgelegt.

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Brechungsindex nm2 des zweiten Mantels im wesentlichen gleich oder vorzugsweise höher als der Brechungsindex nm1 des ersten Mantels. Gemäß anderer Ausführungsformen kann jedoch der Brechungsindex des zweiten Mantels auch kleiner sein als der des ersten Man- tels und ein dritter Mantel ist angefügt, welcher einen höheren Brechungsindex als der zweite Mantel aufweist. Auf besonders bevorzugte Ausführungsformen wird nachstehend weiter eingegangen.

Gemäß einer ersten Ausführungsform enthält das Glas der Mäntel ferner keine Seltene Erden-Dotierung, insbesondere keine Dotierung mit optisch aktiven Sel- tene Erden-Verbindungen. Die Verstärkung und die Führung der Lichtmode (n) findet gemäß dieser Ausführungsform vorzugsweise im Kern statt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält jedoch das Glas des ersten Man- tels geringe Mengen des/der im Kern als Dotierung verwendeten Seltene Erden- Verbindung (en). Bevorzugt ist eine Dotierung des ersten Mantels mit bis zum halben Anteil, besonders bevorzugt bis zu einem Drittel des Anteils, des im Kern verwendeten Anteils. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass durch diese Maßnahme das Signal/Rausch-Verhältnis einer Verstärkerfaser verbessert werden kann und dass so auch das Ankoppeln der Verstärkerfaser an Si02- Fasern verbessert wird. Es wird angenommen, dass bei großen Kernradien ein effektiveres Überlappen der Signalmode und der Pumpmode mit den Seltene Er- den-Ionen auch im Mantel stattfindet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Glas mindestens eines Mantels, insbesondere des äußersten Mantels min- destens eine absorbierende Komponente bzw. ein absorbierendes Mittel. Als derartige absorbierende Komponenten können Übergangsmetallverbindungen, beispielsweise Verbindungen von Eisen (insbesondere Fe2+ und Fe3+), Nickel (insbesondere Ni2+), Cobalt (insbesondere Co2+), Mangan (insbesondere Mn2+), Kupfer (insbesondere Cu+ und Cu2+), Vanadium (insbesondere V3+ und V4+), Ti- tan (insbesondere Tri3+) und/oder Chrom (insbesondere Cr3+), und/oder Seltene Erden-Verbindungen verwendet werden. Beispielsweise kann die Dotierung mit Fe2+ mehrere 100 ppm (bezogen auf das Gewichtsverhältnis) betragen. Die Zu- sammensetzung des zweiten Mantels kann ansonsten der des Kernglases ent- sprechen.

Der Anteil der zuzugebenden absorbierenden Mittel hängt von der Absorptions- kraft des absorbierenden Mittels ab. Anteile von 5 ppm, vorzugsweise 10 ppm, können beispielsweise bei Co2+ schon ausreichen. Vorzugsweise beträgt der An-

teil höchstens 5000 ppm, mehr bevorzugt 2000 ppm, am meisten bevorzugt wer- den höchstens 1000 ppm zugegeben. Werden höhere Anteile an absorbierenden Mittel zu der Glaszusammensetzung hinzugegeben, so können die Eigenschaf- ten des Glases, wie beispielsweise die Kristallisationseigenschaften negativ beeinflusst werden. Dies ist daher nicht bevorzugt.

Es wurde festgestellt, dass bei bestimmten Glaszusammensetzungen Eisenoxide nicht als absorbierendes Mittel geeignet sind. Es wurde gefunden, dass insbe- sondere Bismutoxid im geschmolzenen Zustand bis zum elementaren Bismut re- duziert werden kann, was zum Ausfallen von schwarzen metallischem Bi und damit zu einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften des Glases führt.

Daher werden Gläser, welche polyvalente Schwermetalloxide wie Bismutoxid enthalten, vorzugsweise unter stark oxidierenden Bedingungen geschmolzen. Bei einer Anwendung der erfindungsgemäßen Glasfaser als optischer Verstärker für das 1,5 um Band, das sogenannte C-Band, könnten aufgrund ihrer Absorptions- bande im nahen Infrarotbereich Fe2+-lonen als geeigneter Absorber dienen. Je- doch stellte sich durch Experimente heraus, dass 99% der zugegebenen Fe2+- lonen durch die oxidierenden Schmelzbedingungen zu Fe3+-lonen oxidiert wur- den. Da die Absorptionsbande von Fe3+ nicht im erforderlichen Bereich liegt, kann Eisenoxid die Aufgabe als absorbierendes Mittel in derartig hergestellten Gläsern nicht erfüllen.

Es wurde gefunden, dass Co2+-lonen, welche ebenfalls eine geeignete Absorpti- on im nahen Infrarotbereich aufweisen, auch durch stark oxidierdierende Bedin- gungen in der Schmelze überraschenderweise nicht in einen höheren Oxidati- onszustand überführt werden und daher als absorbierende Mittel in einem sol- chen Glas besonders geeignet sind. Vorzugsweise enthält der äußerste Mantel daher mindestens eine vorzugsweise oxidische, zweiwertige Cobaltverbindung als absorbierendes Mittel.

In Figur 6 ist das Transmissionsspektrum eines Eisenoxid-haltigen Bismuthoxid- Glases mit dem eines Co2+-haltigen Glases verglichen. Obwohl Eisen in Form

von zweiwertigem Eisen (zugegeben in einer Menge von 1000 ppm) zum Aus- gangsgemenge zugegeben wurde, ist die Transmission des Glases im Bereich von 1500 nm kaum verschlechtert. Die absorbierende Wirkung ist somit gering.

Im Gegensatz dazu ist die Transmission eines nur 250 ppm C02*1, in oxidischer Form enthaltenden Glases insbesondere im Bereich von 1500 nm auf weniger als 50% abgesunken. Cobaltoxid zeigt somit im Vergleich zu Eisenoxid in diesen Gläsern eine ausgezeichnete absorbierende Wirkung.

Figuren 9a und 9b zeigen die jeweils im Kern 40 und den Mänteln 42 und 44 ü- bertragene Energie zweier Arten erfindungsgemäßer Glasfasern. Figur 9a zeigt die übertragene Energie einer erfindungsgemäßen Faser, deren äußerer Mantel 44 mit Eisen als oxidierenden Mittel dotiert ist. Die verschiedenen Kurven 30 bis 36 entsprechen dabei verschiedenen Faserlängen. Figur 9a zeigt, dass bei län- geren Faserlängen, die im zweiten Mantel 44 übertragene Energie im Verhältnis zu der im Kern 40 und erstem Mantel 42 übertragene Energie geringer wird. Fi- gur 9b zeigt die entsprechende Energieübertragung in Abhängigkeit vom Radius einer Glasfaser, deren äußerer Mantel 44 mit Cobalt dotiert ist. Die Absorptions- wirkung des zweiten Mantels ist in diesem Fall wesentlich effektiver. Es wird kaum Energie im äußeren Mantel übertragen. Die Absorptionswirkung ist dabei unabhängig von der Faserlänge.

In Figuren 3 und 4 sind zwei besonders bevorzugte Designs einer erfindungsge- mäßen Glasfaser schematisch gezeigt. Dabei ist der Brechungsindex als Funkti- on des Radius der Glasfaser schematisch dargestellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kern der erfindungsgemäßen Glasfaser von genau zwei Glasmänteln umgeben.

In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glasfa- ser 1 im Schnitt gezeigt. Der Kern 2 ist von einem inneren Mantel 3 umgeben, welcher wiederum von einem äußeren Mantel 4 umgeben ist. Gemäß dieser Aus-

führungsform enthält der äußere Mantel ferner ein wie vorstehend beschriebenes absorbierendes Mittel.

Figur 3 zeigt ein besonders bevorzugtes Design der Brechungsindizes einer Doppelmantelfaser. Der Bereich 11 ist der in der Regel in etwa in der Mitte der Faser liegende Kern der Faser, der mit mindestens einer Seltene Erden- Verbindung dotiert ist, der Bereich 12 ist der innere Mantel und weist einen ge- ringern Brechwert als der Kernbereich 11 auf, wodurch eine Führung des im Be- reich des Kerns propagierenden Lichts gewährleistet ist. Der Bereich 13 ist der ~zweite und hier äußere Mantel, der hauptsächlich Streulicht absorbieren soll. Der Brechungsindex des zweiten Mantels kann wie hier gezeigt höher als der Bre- chungsindex des Kerns sein, er kann jedoch auch den gleichen oder einen nied- rigeren Brechungsindex als der Kern aufweisen. In der Regel weist ein solcher äußerster Mantel einen höheren Brechungsindex als der sich daran anschlie- ßende innere Mantel auf.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kern der erfindungsgemäßen Glasfaser von genau drei Glasmäntel umgeben.

Figur 4 zeigt ein besonders bevorzugtes Design einer erfindungsgemäßen Glas- faser mit drei Glasmänteln. Der Bereich 21 stellt den in der Regel in der Mitte der Glasfaser liegenden Kern der Faser dar, der mit beispielsweise Er3+ dotiert ist und die Signalmode führt. Der innere Mantel 22 kann eine Dotierung von Yb3+ enthalten. Eine solche Dotierung des ersten Mantels mit beispielsweise mit Yb3+ kann für ein sogenanntes Multimodenpumpen verwendet werden. Während beim Einfach-bzw. Singlemodenpumpen Licht ausschließlich in den Kernbereich der Verstärkerfaser eingestrahlt wird und dazu nur sehr kleine und damit sehr teure Laser verwendet werden können, wird beim Multimodenpumpen in den breiteren Querschnittsbereich von Kern und zusätzlich dem ersten Mantel eingestrahlt.

Durch dieses Einstrahlen wird Yb3+ bei ca. 975 nm angeregt (2F7, 2 o 2F5/2). Da Yb3+ auf einer ähnlichen Wellenlänge eine Fluoreszenz zeigt, wird durch diese Fluoreszenz das Niveau 411 1/2 des Er3+-lons bei ca. 980 nm gepumpt. Die zum

Multimodenpumpen verwendbaren Lichtquellen sind wesentlich kostengünstiger.

Der sich an den ersten Mantel 22 anschließende Bereich des zweiten Mantels 23 mit einem geringeren Brechwert als der erste Mantel sorgt für eine Führung des im Bereich des ersten Mantels 22 propagierenden Lichtes und der Bereich des dritten Mantels 24 dient wiederum als äußerer absorbierender Mantel.

Die erfindungsgemäße Glasfaser weist vorzugsweise einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Es werden aber auch Glasfasern von der vorlie- genden Erfindung umfasst, welche einen von einem kreisförmigen Querschnitt abweichenden Querschnitt aufweisen.

Der Kern der erfindungsgemäßen Glasfaser liegt in der Regel in der Mitte der er- findungsgemäßen Glasfaser, wobei die Mäntel vorzugsweise koaxial um den Kern angeordnet sind. Von der vorliegenden Erfindung sind jedoch auch Ausfüh- rungsformen umfasst, in welchen der Kern nicht in der Mitte der Glasfaser liegt.

Ferner umfasst die erfindungsgemäße Glasfaser vorzugsweise genau einen Kern. Gemäß anderer Ausführungsformen können jedoch auch mehrere Kernfa- sern in der erfindungsgemäßen Glasfaser enthalten sein.

Die erfindungsgemäße Glasfaser weist vorzugsweise eine Gesamtdicke von 100 bis 400 um, mehr bevorzugt 100 bis 200 um auf. Besonders bevorzugt ist eine Gesamtdicke von etwa 125 pm.

Der Kern der erfindungsgemäßen Glasfaser weist für eine Verwendung als opti- sche Verstärkerfaser vorzugsweise einen Durchmesser von 1 bis 15 um auf. Der erste Mantel weist vorzugsweise eine Dicke dm1 im Bereich von 5 bis 100 um auf.

Der zweite und weitere Mäntel weisen vorzugsweise eine Dicke dm2 im Bereich von 10 bis 150 um auf. Für andere Anwendungen können Kern und/oder Mäntel jedoch auch jede beliebige andere Dicke haben.

Gemäß der Erfindung ist unter dem Begriff"Kern einer Glasfaser"der Bereich zu verstehen, welcher durch das glastechnologische Herstellungsverfahren erzeugt wurde und welcher sich dadurch vom Mantel unterscheidet. Eine"Kernregion" bzw."Kernbereich"umfasst hingegen den Bereich, in welchem die Intensität des optischen Signals bis auf den e-ten Teil der Eingangsintensität abgefallen ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Glasfaser auf dem äußersten Glasmantel mindestens eine Beschichtung, welche mindestens einen Kunststoff bzw. ein Polymer umfasst.

Diese äußere Kunststoffbeschichtung dient insbesondere zum mechanischen Schutz der Glasfaser. Die Dicke dieser Kunststoffbeschichtung beträgt vorzugs- weise von 2 bis 400 um. Ein Wert unter 2 um kann in der Regel keinen ausrei- chenden Schutz der Glasfaser garantieren. Besonders bevorzugt beträgt die Di- cke mindestens 3 um, mehr bevorzugt mindestens 8 um. Bei Dicken oberhalb 400 um wird es schwierig, eine einheitliche Beschichtung bereitzustellen. Beson- ders bevorzugt beträgt die Dicke höchstens 70 um.

Für eine derartige Kunststoffbeschichtung kann jede Art Polymer verwendet wer- den, solange dieses gut auf dem Mantelglas haftet. Beispiele solcher Kunststoffe sind wärmehärtbare Silikonharze, UV-härtbare Silikonharze, acrylische Harze, Epoxid-Harze, Polyurethan-Harze und Polyimid-Harze, sowie Mischungen und/oder Blends davon.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der erfin- dungsgemäßen Glasfaser, wobei um ein Kernglas mindestens zwei Mantelglä- sergebildet werden. Diese ist durch Herstellungsverfahren wie beispielsweise ein "Rod-in-Tube"-Verfahren, Mehrfachtiegelverfahren und Extrusionsverfahren, so- wie Kombinationen dieser Verfahren herstellbar.

Gemäß einer Ausführungsform wird zunächst eine"Vorform"bzw."Preform"be- stehend aus Kern und einem oder mehreren Mänteln hergestellt, welche schon den Schichtaufbau der späteren Glasfaser aufweist und zu einer Glasfaser aus-

gezogen werden kann. Eine derartige Vorform weist beispielsweise eine Dicke von 4 bis 30 mm und eine Länge von 5 bis 40 cm auf. Diese Vorform wird bei ei- ner geeigneten Temperatur zu einer Faser ausgezogen.

Bei einem."Rod-in-Tube"-Verfahren wird in ein strang-bzw. stangenförmiges Mantelglas ein Loch gebohrt, so dass ein röhrenförmiges Mantelglas erhalten wird. In dieses wird ein passender Stab des Kernglases eingeführt. Ferner kann das Mantelglas auch durch geeignete Formgebungsprozesse als Rohr ausgezo- gen werden. Beispielsweise wird ein Stab eines Kernglases mit einem Durch- messer von 1,0 bis 1,4 mm in einen röhrenförmigen ersten Mantel mit einem Durchmesser des Innenlochs von 1,5 mm und einem Außendurchmesser von 7 mm eingeführt. Um einen mit mehr als einem Mantel umgebenen Kern zu erhal- ten, kann diese'Methode mehrmals wiederholt werden, d. h. für einen zweiten Mantel wird in ein zweites stangenförmiges Mantelglas ein Loch gebohrt und die Vorform aus Kern und erstem Mantel in den röhrenförmigen zweiten Mantel ein- geführt. Diese Anordnung aus Kern und Mänteln wird zum Verbinden der Grenz- flächen bis auf vorzugsweise oberhalb der Transformationstemperatur erwärmt, um eine"Vorform"zu erhalten. Gegebenenfalls kann eine Vorform aus Kern und mindestens einem ersten Mantel nach einem derartigen Erwärmen zu einem ge- wissen Ausmaß ausgezogen werden und in dieser ausgezogenen Form als Stab in einen zweiten oder weiteren Mantel eingeführt werden. Beim Rod-in-Tube- Verfahren kann ebenso ein heißgeformter, ausgezogener Stab in ein heißge- formtes, gezogenes Rohr gesteckt werden.

Ferner kann eine solche Vorform auch durch ein sogenanntes Extrusions- verfahren hergestellt werden. Hierbei wird ein Block des Kernglases auf einen Block eines Mantelglases gelegt und anschließend von der Unterseite her linien- förmig erwärmt. Entlang der erwärmten Linie sackt das Kernglas langsam in das Mantelglas ein, bis es völlig von diesem umschlossen ist.

Bei einem Mehrfachtiegelverfahren, wie einem Doppel-oder Dreifachtiegelver- fahren wird eine"Vorform"aus Kern oder einem oder mehreren Mänteln direkt durch ineinanderliegende Tiegel aus der Schmelze heraus generiert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch direkt, d. h. ohne vorherige Herstellung einer Preform, eine Glasfaser mit einem Durchmesser von beispielsweise 125 um hergestellt werden. Insbe- sondere werden zur direkten Faserherstellung Dreifach-oder Mehrfachtiegelver- fahren verwendet.

Diese Verfahren zur Herstellung einer Vorform können miteinander kombiniert werden um die erfindungsgemäßen Glasfasern mit mindestens zwei Mänteln zu erhalten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es besonders bevorzugt, ein Doppelte- gelverfahren zum Herstellen einer"Vorform"aus dem Kern und dem ersten Man- tel herzustellen und die so erhaltene Vorform, bestehend aus Kern und einem Mantel durch ein"Rod-in-Tube"-Verfahren als Stab in einen röhrenförmigen zwei- ten Mantel einzuführen. Es hat sich herausgestellt, dass durch diese Kombinati- on einerseits eine besonders gute Grenzfläche zwischen Kern und ersten Mantel erhältlich ist, andererseits ein zweiter und/oder weitere Mantel in ökonomischer Weise hinzugefügt werden kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen optischen Verstärker, welcher mindestens eine erfindungsgemäße Glasfaser umfasst. Beispielsweise weist der optische Verstärker die folgende Struktur auf. Über einen optischen Isolator zur Unterdrückung von Lichtreflexionen wird das eingehende Lichtsignal an einen Koppler angeschlossen. Im Koppler werden Signal und Pumplicht zusammenge- führt und gemeinsam in die optisch aktive Faser eingekoppelt. Das andere Ende der Verstärkerfaser wird mit der ausgehenden Faser verbunden. Hier kann auch noch ein Filter gegebenenfalls mit einem weiteren optischen Isolator angeordnet

sein. Es ist ferner möglich, die Verstärkerfaser in beide Richtungen zu pumpen, wobei dann ein zweiter Koppler erforderlich ist.

Die Signallichtquelle wird an den Wellen-mischenden optischen Koppler durch den optischen Isolator verbunden. Der optische Koppler wird ferner mit der Anre- gungslichtquelle verbunden. Dann wird der optische Koppler mit einem Ende der Glasfaser verbunden. Das andere Ende der optischen Glasfaser wird mit dem optischen Isolator durch den optischen Koppler zum Wellensplitting verbunden.

Jeder Teil wird mit der optischen Faser verbunden.

Ferner umfasst die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemä- ßen Glasfaser als optisch aktives Glas in einer Laseranordnung.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden durch Beispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese Beispiele eingeschränkt.

Beispiele Beispiel 1 Es wurden Glaszusammensetzungen für den Kern, den ersten und zweiten Man- tel hergestellt. Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzungen der Gläser in Mol-%.

Das zu einem Strang ausgezogene Kernglas (Länge 10 cm, Durchmesser 1 mm) wurde mittels des Rod-in-Tube-Verfahrens mit dem ersten Mantel (Außendurch- messer 7 mm ; Durchmesser Innenloch : 1,5 mm) ummantelt. Die Preform aus Kern und erstem Mantel wurde anschließend bis zu einem Durchmesser von 1 mm ausgezogen und mittels eines weiteren Rod-in-Tube-Schritts mit dem äuße- ren Mantel (Außendurchmesser 7 mm ; Durchmesser Innenloch 1,5 mm) umman- telt.

Tabelle 1 Kern 1. Mantel 2. Mantel SiO2 14,3 14,3 14, 4 B2O3 28,5 28,5 21,4 Bi203 42, 4 42, 8 50, 0 Al203 7, 2 10, 7 14, 1 Ga203 7, 2 3, 7- Er203 0, 4-- Fie203-- 1 n13001) 1,9931 1,984 2,047 Anmerkung :

Brechwert bei der Wellenlänge 1300 nm, gemessen über Methode der To- talreflexion an planparallelen Platten von 5 mm.

Die erhaltene Preform wurde zu einer Glasfaser einer Dicke von 125 um ausge- zogen.

Figur 2 zeigt eine fotographische Abbildung eines Querschnitts durch eine erfin- dungsgemäße Glasfaser. Kern 2 ist vom ersten Mantel 3 umgeben, dieser wie- derum vom äußeren Mantel 4.

Beispiel 2 Unter Verwendung der gleichen Zusammensetzungen wie in Beispiel 1 wurde ei- ne Doppelmantelfaser hergestellt, wobei in diesem Fall der Kern mittels eines Doppeltiegelverfahrens mit dem ersten Mantel ummantelt wurde. Der Kern- durchmesser sowie die Abmessungen des ersten Mantels entsprachen dabei denen des Beispiels 1. Anschließend wurde die so erhaltene Preform aus Kern und ersten Mantel zu einer Dicke von 1,5 mm ausgezogen. Anschließend wurde der zweite Mantel durch das Rod-in-Tube-Verfahren um die ausgezogene Pre- form aus Kern und erstem Mantel gebildet.

Die erhaltene Preform wurde zu einer Glasfaser einer Dicke von 125 um ausge- zogen.

Durch optische Betrachtung zeigte sich, dass in Beispiel 2 eine bessere Grenz- fläche zwischen Kern und ersten Mantel erhalten wurde. Figur 7 zeigt eine foto- graphische Aufnahme des Querschnitts durch eine nach Beispiel 2 erhaltene Fa- ser.

Beispiel 3 Es wurde durch das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren eine Doppelmantelfa- ser mit auf Telluroxid-basierenden Kern-und Mantelgläsern hergestellt.

Die erhaltene Preform wurde zu einer Glasfaser einer Dicke 4 von 325 um und einem Kerndurchmesser von 4,5 pm ausgezogen.

Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch die hergestellte Te-Doppelmantelfaser. In diesem Fall wurde der Querschnitt geätzt, so dass die Übergänge von Kern auf ersten Mantel bzw. zweiten Mantel stärker hervortreten.

Beispiel 4 Unter Verwendung der in Tabelle 2 gezeigten Glaszusammensetzungen wurde eine Doppelmantelfaser hergestellt. Dabei wurde zunächst unter Verwendung ei- nes Doppeltiegels eine Vorform aus Kern und ersten Mantel hergestellt. An- schließend wurde diese Vorform mittels des Rod-in-Tube-Verfahrens mit dem zweiten Mantel versehen. Anschließend wurde die erhaltene Vorform zu einer Glasfaser mit einem Durchmesser von 125 um ausgezogen.

Tabelle 2 Kern 1. Mantel 2. Mantel Si02 [Mol-%] 14, 3 18, 3 17, 1 B203 [Mol-%] 28, 5 26, 5 26, 5 Bi203 [Mol-%] 42, 6 41, 0 42, 0 Al203 [Mol-%] 10, 6 10, 6 10, 6 GeO2 [Mol-%] 3, 6 3, 6 3, 6 Er203 [Mol-%] 0, 4 - - CoO [Mol-%]--0, 2 ni3oo1, 9821, 9641, 978

Beispiel 5 Unter Verwendung der in Tabelle 3 gezeigten Glaszusammensetzungen wurde eine Doppelmantelfaser hergestellt. Dabei wurde zunächst unter Verwendung ei- nes Doppeltiegels eine Vorform aus Kern und ersten Mantel hergestellt. An- schließend wurde diese Vorform mittels des Rod-in-Tube-Verfahrens mit dem zweiten Mantel versehen. Anschließend wurde die erhaltene Vorform zu einer Glasfaser mit einem Durchmesser von 125 um ausgezogen.

Tabelle 3 Kern 1. Mantel 2. Mantel Bi203 [Mol-%] 40, 5 39, 3 40, 1 B203 [Mol-%] 30, 5 28, 5 28, 4 Si02 [Mol-%] 10, 3 13, 9 13, 0 GeO2 [Mol-%] 7, 6 7, 6 7, 6 Al2O3 [Mol-%] 10, 6 10, 6 10, 6 La203 [Mol-%] 0,1 0,1 0,1 Er203 [Mol-%] 0, 4 CoO [Mol-%] - - n13001) 1,973 1,959 1, 969