FIBRA ÓPTICA CON REDUCIDA DIFUSIÓN DE BRILLOUIN ESTIMULADA.

Fibra óptica, que comprende: - una región de núcleo que tiene un perfil de índice de refracción dado y que incluye al menos dos co-dopantes;

- una región de revestimiento que tiene un perfil de índice de refracción dado; en la que, al menos, la concentración de dichos dopantes de núcleo varía continuamente en dirección radial a través de toda la región de núcleo, y en la que al menos uno de los dopantes de núcleo aumenta el valor del índice de refracción y al menos uno de los dopantes de núcleo reduce el valor del índice de refracción; caracterizada porque las concentraciones de, al menos, un dopante de núcleo que aumenta el valor del índice de refracción y de, al menos, un dopante de núcleo que reduce el valor del índice de refracción se seleccionan, relativamente entre sí, de tal forma que una variación de índice de refracción introducida por una variación de la concentración de uno de los dopantes de núcleo se compensa mediante una variación de la concentración del otro dopante de núcleo, para mantener el perfil de índice dado, y teniendo dicha fibra óptica, parpara una longitud de onda de 1550 nm, una amplitud de espectro espontáneo de Brillouin igual o superior a 100 MHz

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E06076614.

Solicitante: DRAKA COMTEQ B.V..

Nacionalidad solicitante: Países Bajos.

Dirección: DE BOELELAAN 7 1083 HJ AMSTERDAM PAISES BAJOS.

Inventor/es: FLAMMER,IVO.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 24 de Agosto de 2006.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C03C13/04D2
  • G02B6/02 SECCION G — FISICA.G02 OPTICA.G02B ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene prioridad; elementos ópticos especialmente adaptados para ser utilizados en los dispositivos o sistemas de iluminación F21V 1/00 - F21V 13/00; instrumentos de medida, ver la subclase correspondiente de G01, p. ej. telémetros ópticos G01C; ensayos de los elementos, sistemas o aparatos ópticos G01M 11/00; gafas G02C; aparatos o disposiciones para tomar fotografías, para proyectarlas o para verlas G03B; lentes acústicas G10K 11/30; "óptica" electrónica e iónica H01J; "óptica" de rayos X H01J, H05G 1/00; elementos ópticos combinados estructuralmente con tubos de descarga eléctrica H01J 5/16, H01J 29/89, H01J 37/22; "óptica" de microondas H01Q; combinación de elementos ópticos con receptores de televisión H04N 5/72; sistemas o disposiciones ópticas en los sistemas de televisión en colores H04N 9/00; disposiciones para la calefacción especialmente adaptadas a superficies transparentes o reflectoras H05B 3/84). › G02B 6/00 Guías de luz; Detalles de estructura de las disposiciones que comprenden guías de luz y otros elementos ópticos, p. ej. medios de acoplamiento. › Fibras ópticas con revestimiento (estructuras mecánicas para asegurar la resistencia a la tracción y la protección externa G02B 6/44).

Clasificación PCT:

  • G02B6/02 G02B 6/00 […] › Fibras ópticas con revestimiento (estructuras mecánicas para asegurar la resistencia a la tracción y la protección externa G02B 6/44).
  • G02B6/028 G02B 6/00 […] › con núcleo o revestimiento de índice de refracción calibrado.
  • H04B10/18

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

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Fragmento de la descripción:

La invención se refiere al campo de la transmisión por fibra óptica, y más concretamente, a una fibra óptica que presenta unas pérdidas muy reducidas causadas por la difusión de Brillouin estimulada (SBS).

En el caso de las fibras ópticas se suele calificar el perfil de índice en función de la forma del gráfico que relaciona un radio de la fibra con el índice de refracción. Por lo general, el eje de abscisas representa la 5 distancia r al centro de la fibra y el de las ordenadas representa la diferencia entre el índice de refracción del núcleo y el índice de refracción del revestimiento de la fibra. De este modo, nos referimos el perfil de índice como “escalonado”, “trapezoidal” o “triangular” en el caso de los gráficos con formas escalonadas, trapezoidales o triangulares, respectivamente. Por lo general, estas líneas son representativas de la forma teórica o perfil de índice de referencia de la fibra, y las limitaciones relacionadas con la fabricación de la fibra 10 pueden dar lugar a una forma sustancialmente diferente.

Una fibra óptica suele estar compuesta por un núcleo óptico, que realiza la función de transmitir, y posiblemente amplificar, una señal óptica, y por un revestimiento óptico, que realiza la función de confinar la señal óptica en el núcleo. Por este motivo, los índices de refracción del núcleo nc y del revestimiento externo ng son tales que nc>ng. Como ya se sabe, la propagación de una señal óptica en una fibra óptica monomodo 15 se divide en un modo dominante guiado en el núcleo y en modos secundarios guiados a lo largo de una cierta distancia, a través del revestimiento del núcleo, denominados modos de revestimiento.

Las fibras ópticas constituyen los componentes clave de los modernos sistemas de telecomunicación. Una limitación del uso de dichas fibras para aplicaciones de telecomunicaciones de larga distancia, la constituyen las pérdidas provocadas por la difusión de Brillouin estimulada (SBS). La SBS es una no linealidad óptica 20 causada por la interacción de fotones ópticos con fonones acústicos de la matriz de vidrio que constituye la fibra óptica. La SBS limita el rendimiento óptico máximo del sistema de transmisión por fibra óptica; cuando la potencia de entrada aumenta por encima del denominado umbral de Brillouin, la potencia que puede transmitirse a lo largo de la fibra óptica alcanza un límite superior. Cualquier potencia adicional aplicada a la fibra se dispersa en dirección de retroceso debido a la interacción con los fonones acústicos, en lugar de 25 propagarse en la dirección de avance como una señal con una mayor potencia. De este modo, la SBS, tal y como se denomina, reduce la relación señal/ruido en el receptor, y puede provocar inestabilidad en el transmisor a causa de la entrada de luz reflejada. Además, el creciente uso de amplificadores ópticos, láseres ND:Yag y modulación externa, con unas tasas de transferencia cada vez más elevadas y a distancias cada vez mayores se combinan para exacerbar la SBS. 30

Las técnicas sugeridas para aumentar el umbral de Brillouin, reducir los efectos perjudiciales de la SBS y aumentar la capacidad de gestión de potencia de la fibra se basan, por ejemplo, en expandir el espectro de energía de los fotones del origen o el espectro de energía de los fonones del vidrio para reducir la eficacia de la interacción. La expansión de la amplitud del espectro espontáneo de Brillouin incrementará el umbral de Brillouin. Esto puede lograrse haciendo que el desplazamiento de la frecuencia de Brillouin varíe en la 35 sección de la fibra o a lo largo de la longitud de ésta.

El documento EP-A-0839770 propone la modulación de la tensión de estirado a lo largo de la fibra para suprimir la SBS sin que se produzcan alteraciones significativas en pérdidas de fibra o factores de dispersión.

El documento JP-A-09-311231 propone la modificación del perfil de índice de refracción a lo largo de la longitud de la fibra (dirección axial) modificando la concentración de flúor de base. El documento WO-A-40 2004/027941 propone la modificación del perfil de índice de refracción a lo largo de la longitud de la fibra mediante aplicación de radiación ultravioleta o de un tratamiento térmico.

El documento U-A-2002/0118935 propone un revestimiento irregular que rodea el revestimiento óptico y que varía en dirección longitudinal a fin de alterar el perfil de modo de las ondas acústicas.

El documento JP 09-048629 describe una fibra óptica capaz de prevenir las tensiones residuales durante el 45 tendido del cableado. La fibra óptica posee un núcleo con elevado índice de refracción que incluye co-dopantes de flúor y germanio cuya concentración varía a lo largo del radio del núcleo.

El documento JP 09-218399 describe una fibra óptica con un núcleo con co-dopantes y un diámetro de núcleo que varía longitudinalmente a lo largo de la fibra.

El documento “Stimulated Brillouin Sccatering supresión by means of applying strain distribution to fiber with 50 clabling”, de N. Yoshizawa et al., IEEE JLT, Volumen 11, Nº 10, páginas 1518-1522, 1993, propone envolver la fibra en torno a una varilla central para inducir tensiones que modifiquen la distribución energética de los fonones acústicos.

Algunas de las desventajas derivadas del cambio del índice de refracción a lo largo de la dirección axial de la fibra, y el envolvimiento apretado de la fibra incluyen propiedades no uniformes de la fibra (características de empalme, ganancia de Raman, longitud de onda de corte) a lo largo de la longitud de la fibra y una mayor fatiga, que afecta a la vida útil de la fibra.

El documento US-A-6542683 propone ensancharel espectro energético de los fonones que participan en la 5 SBS proporcionando un núcleo de fibra que comprenda capas alternativas de dopante de modificación del vidrio que tengan como consecuencia unos perfiles no uniformes de dilatación térmica y viscosidad, que ejerzan una tensión permanente residual no uniforme en la sección de la fibra. Al menos dos capas con distintos coeficientes de dilatación térmica (CTE) y viscosidad generan una variación de la tensión en la sección de la fibra, lo que a su vez genera una variación en el desplazamiento de la frecuencia de Brillouin, y 10 por tanto, un aumento del ancho de línea del modo.

El control del CTE y de la viscosidad en capas alternas es difícil de conseguir, y el proceso de fabricación para la obtención de una preforma de capas dopadas y no dopadas dentro del núcleo requiere un costoso equipo. Además, cuando se dopa el núcleo, aumenta la pérdida de las fibras, especialmente cuando las concentraciones del dopante presentan grandes variaciones. Dichas variaciones abruptas provocarán 15 defectos en la red de sílice en sus interacciones, provocando una mayor perdida por absorción en la fibra y una degradación de su comportamiento frente a envejecimiento.

El documento US-A-6587623 propone el control de las ondas acústicas para que sean guiadas defectuosamente en el núcleo de la fibra, a fin de limitar la interacción entre fotones y fonones y reducir de este modo el efecto de la SBS. No obstante, este tipo de fibra es difícil de conseguir, ya que el perfil de la 20 fibra debe cumplir al mismo tiempo los requisitos de un buen guiado de la luz y de un mal guiado acústico. Durante el esfuerzo de optimización del efecto de la SBS son de esperar inconvenientes en las propiedades de transmisión óptica.

El documento “Effective stimulated Brillouin gain in single mode optical fibers”, de J. Botineau et al., Electronics Letters, 9 de noviembre de 1995, volumen 31, Nº 23, establece que las fibras con un perfil de 25 índice trapezoidal permiten conseguir un umbral de Brillouin más alto en comparación con el perfil de índice escalonado. No obstante, las formas de perfiles trapezoidales podrían no ser las más adecuadas para una aplicación de comunicaciones específica.

Por lo tanto, es necesario disponer de una fibra óptica con un mayor umbral de Brillouin sin que se modifiquen las características de transmisión de la fibra, es decir, sin que cambie el perfil de índice de la fibra. 30 También se precisa una fibra óptica con un umbral de Brillouin más elevado y un aumento limitado de pérdidas de fibra.

De este modo, la invención propone una fibra óptica de acuerdo con la reivindicación 1.

De acuerdo con las diversas realizaciones, la fibra de la invención comprende...

 


Reivindicaciones:

1. Fibra óptica, que comprende:

- una región de núcleo que tiene un perfil de índice de refracción dado y que incluye al menos dos co-dopantes;

- una región de revestimiento que tiene un perfil de índice de refracción dado; 5

en la que, al menos, la concentración de dichos dopantes de núcleo varía continuamente en dirección radial a través de toda la región de núcleo, y en la que al menos uno de los dopantes de núcleo aumenta el valor del índice de refracción y al menos uno de los dopantes de núcleo reduce el valor del índice de refracción; caracterizada porque las concentraciones de, al menos, un dopante de núcleo que aumenta el valor del índice de refracción y de, al menos, un dopante de núcleo que reduce el valor del índice de 10 refracción se seleccionan, relativamente entre sí, de tal forma que una variación de índice de refracción introducida por una variación de la concentración de uno de los dopantes de núcleo se compensa mediante una variación de la concentración del otro dopante de núcleo, para mantener el perfil de índice dado, y teniendo dicha fibra óptica, parpara una longitud de onda de 1550 nm, una amplitud de espectro espontáneo de Brillouin igual o superior a 100 MHz. 15

2. Fibra de la reivindicación 1, en la que la variación de la concentración de, al menos, un dopante de núcleo corresponde a una variación de índice igual o superior a 1·10-3.

3. Fibra de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en la que la región de revestimiento contiene, al menos, uno de dichos dopantes de núcleo.

4. Fibra de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el perfil de índice de refracción del núcleo es un 20 perfil escalonado.

5. Fibra de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el perfil de índice de refracción del núcleo es un perfil escalonado doble.

6. Fibra de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el perfil de índice de refracción del núcleo es un perfil alfa. 25

7. Fibra de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que al menos los dos dopantes de núcleo se seleccionan de entre un grupo que comprende Ge, F, P, Al, Cl, B, N y metales alcalinos.

8. Fibra de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que al menos uno de dichos dopantes de núcleo es germanio (Ge), cuya concentración varía entre un 1% y un 20% en peso.

9. Fibra de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que al menos uno de dichos dopantes de núcleo es 30 flúor (F), cuya concentración varía entre un 0,3% y un 8% en peso.

10. Fibra de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que al menos uno de dichos dopantes de núcleo es fósforo (P), cuya concentración varía entre un 1% y un 10% en peso.

11. Fibra de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que presenta una superficie efectiva igual o superior a 50μm2, para una longitud de onda de 1550 nm. 35

12. Fibra de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que presenta una atenuación igual o inferior a 0,3 dB/km, para una longitud de onda de 1550 nm.

13. Fibra de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en la que uno de dichos dopantes de núcleo es germanio (Ge) y la fracción de potencia es proporcional a la primera derivada de la concentración radial de germanio, 40

)(*))((rPconstrGedrd

donde Ge(r)= concentración de germanio de la fibra para la posición radial r, y P(r)=potencia en la fibra para la posición radial r.

14. Fibra de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en la que la concentración de al menos uno de dichos dopantes de núcleo es constante a lo largo del eje longitudinal de la fibra. 5

15. Sistema de transmisión de fibra óptica, que comprende:

- un transmisor óptico que emite señales ópticas en una banda predeterminada de longitud de onda, con una mayor potencia de umbral de Brillouin en comparación con una fibra estándar escalonada uniformemente dopada con Ge;

- una fibra óptica de transmisión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14; y 10

- un receptor óptico que recibe la señal óptica con una relación señal/ruido (SNR) mejorada, en comparación con dicha fibra estándar.


 

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