Fibra óptica multimodo con amplio ancho de banda y reducidas pérdidas por curvatura.

Fibra óptica multimodo que comprende desde el centro hacia la periferia:

- un núcleo central que tiene un radio r1 y un perfil de índice de refracción alfa y que tiene una matriz dopada, al menos, por flúor y por un elemento que aumenta el índice de refracción;

-un revestimiento interior que tiene una anchura wz y una diferencia de índice de refracción Δn2 con respecto del revestimiento óptico exterior;

-una zanja enterrada que tiene un radio r3, una anchura w3 comprendida entre 2 μm a 10 μm, y una diferencia de índice de refracción Δn3 respecto del revestimiento óptico externo comprendida entre-15x10-3 a-6x10-3; y

-el revestimiento óptico exterior;

en la que la relación atómica CF entre el flúor y todos los constituyentes de la matriz dopada del nucleo central aumenta del centro de la fibra a r1; y en r1, el valor máximo CF, MAX de la relación atómica entre el CF entre el flúor y todos los constituyentes de la matriz dopada del núcleo central se encuentra en el rango de 8.5x10-3 a 57x10-3.

Fibra óptica multimodo con amplio ancho de banda y reducidas pérdidas por curvatura [0001] La presente invención se refiere al campo de las fibras ópticas, y, más específicamente, a una fibra óptica que presenta pérdidas por curvatura reducidas y un amplio ancho de banda para aplicaciones de banda ancha.

Una fibra óptica (es decir, una fibra de vidrio normalmente rodeada por una o más capas de revestimiento) incluye convencionalmente un núcleo de fibra óptica (es decir, un núcleo central) que transmite y/o amplifica una señal óptica, y un revestimiento óptico (o revestimiento óptico exterior) que confina la señal óptica en el núcleo de la fibra óptica. En consecuencia, el índice de refracción del núcleo de la fibra óptica nc es normalmente mayor que el índice de refracción del revestimiento óptico exterior ng (es decir, nc> ng) . La diferencia del índice de refracción entre el núcleo central y el revestimiento óptico se obtiene normalmente mediante la introducción de dopantes en el núcleo central y/o revestimiento óptico.

Normalmente, el núcleo central y el revestimiento óptico de una fibra óptica se obtienen por deposición en fase de vapor, tal como deposición química en fase de vapor interior (CVD) , deposición en fase de vapor exterior (OVD) , deposición en fase de vapor axial (VAD) , etc. Con un método del tipo CVD interior, el revestimiento óptico exterior está constituido por el tubo de deposición y, posiblemente tambien por sobrerevestimiento o por enfundado. El núcleo central está formado de una matriz que incluye opcionalmente elementos dopantes. La matriz de núcleo central está hecha generalmente de sílice.

El término "perfil de índice" o "perfil de índice de refracción" designa la gráfica de la función de trazado del índice de refracción como una función del radio de la fibra óptica. Convencionalmente, la distancia r desde el centro de la fibra óptica se representa a lo largo del eje de abscisas y la diferencia entre el índice de refracción a una distancia dada del centro de la fibra óptica y el índice de refracción del revestimiento óptico exterior de la fibra óptica se representa hasta el eje de ordenadas.

En general, el perfil de índice de refracción se describe como una función de su apariencia. Por lo tanto, las expresiones "escalonada", "trapezoidal", "triangular", o "parabólica" (también conocido como perfil graduado o un perfil "alfa") se utilizan para describir gráficos que representan formas escalonada, trapezoidal, triangular o parabólica respectivamente. Estas curvas son representativas del perfil ideal o del perfil de diseño para la fibra, y las limitaciones de fabricación de fibra pueden conducir a un perfil que sea un poco diferente.

Hay dos principales tipos de fibras ópticas, a saber fibras ópticas multimodo (o fibra multimodo) y la fibra óptica monomodo (mono-modo o fibras de modo único SMF) . En una fibra óptica multimodo, para una longitud de onda dada, una pluralidad de modos ópticos, se propagan simultáneamente a lo largo de la fibra óptica. En una fibra óptica monomodo, el modo fundamental es privilegiado y los modos de orden superior se atenúan fuertemente.

El diámetro típico de una fibra optica de modo único o de una fibra óptica multimodo es 125 micrómetros (μm) . El diámetro del núcleo central de una fibra óptica multimodo es típicamente 50 μm o 62, 5 μm, mientras que el diámetro del núcleo central de una fibra óptica de modo único está comprendido generalmente en el rando de 6 μm a 9 μm, aproximadamente.

Los sistemas ópticos multimodo son menos caros que los sistemas ópticos de modo único ya que las fuentes, los conectores y el mantenimiento son menos costosos para los sistemas anteriores.

Comúnmente las fibras ópticas multimodo se utilizan para aplicaciones de corta distancia (es decir, redes locales) y requieren un ancho de banda amplio. Las fibras ópticas multimodo son objeto de normalización internacional para los requisitos de compatibilidad entre fibras ópticas. El estándar internacional es la norma ITU-T norma G.651.1, todo lo cual, en particular, define los criterios relativos a ancho de banda, apertura numérica, y el diámetro del núcleo.

Para que una fibra óptica sea utilizada en aplicaciones de banda ancha se requiere un ancho de banda lo más amplio posible. El ancho de banda puede caracterizarse de varias maneras para una longitud de onda dada. Por tanto, se hace una distinción entre los llamados anchos de banda en desbordamiento (OFL) y ancho de banda modal efectivo (EMB) .

La adquisición del ancho de banda OFL requiere el uso de una fuente de luz que presente excitación uniforme sobre el área radial completa de la fibra, por ejemplo, un diodo láser o un diodo emisor de luz (LED) .

Sin embargo, las fuentes de luz recientemente desarrolladas que se utilizan en aplicaciones de banda ancha, los llamados láser de emisión superficial con cavidad vertical (VCSEL) presentan excitación que no es uniforme sobre la suoerficie radial de la fibra. Para ese tipo de fuente de luz, el ancho de banda OFL es menos relevante, y se prefiere utilizar el EMB.

El ancho de banda modal efectivo calculado (EMBc) estima la EMB mínima de una fibra óptica multimodo independientemente del diodo VCSEL utilizado. Se obtiene de una manera conocida a partir de una medición del retardo de modo de dispersión (DMD) .

La figura 1 muestra los principios de medición DMD, realizadas según los criterios de la norma FOTP-220 publicado en TIA-SCFO versión 6.6 de 22 de noviembre de 2002. Se obtubo un gráfico de la DMD mediante la inyección de idénticos pulsos de luz 21 a una longitud de onda dada λ0 sucesivamente en la fibra óptica multimodo 20 a diferentes desviaciones radiales 22 con respecto del centro del núcleo de la fibra óptica 24, y midiendo el retardo de cada pulso para una longitud de fibra L dada. Con el fin de caracterizar una fibra óptica que tiene un diámetro de 50 μm, el estándar FOTP-220 requiere que se tomen veinte y seis mediciones individuales, cada una para una desviación radial diferente. Desde esas mediciones, es posible deducir un mapa 23 del DMD; el gráfico del DMD, da el retardo del pulso (expresado en nanosegundos (ns) en el ejemplo de la figura 1) , una función de la desviación radial de la inyección (expresado en μm en el ejemplo de la figura 1) , y es también posible deducir el EMBc de una manera conocida.

La TIA-492AAAC-A estandariza el rendimiento necesario para las redes de transmisión de banda ancha de Ethernet a través de largas distancias para fibras ópticas multimodo que tienen un diámetro de 50 μm. El estándar OM3 garantiza una EMB que es mayor o igual a 2000 megahercios-kilómetros (MHz.km) para la longitud de onda de 850 nanómetros (μm) a fin obtener una transmisión sin errores a una tasa de 10 gigabits por segundo (Gb / s) (por ejemplo, 10 gigabits Ethernet (GbE) ) sobre un distancia de 300 metros (m) . El estándar OM4 garantiza una EMB que es mayor

que o igual a 4700 MHz.km en el longitud de onda de 850 nanómetros con el fin de obtener una transmisión sin errores a una tasa de 10 Gb/s (por ejemplo 10 GbE) sobre de 550 m.

Las normas OM3 y OM4 también pueden garantizar un ancho de banda OFL para la longitud de onda de 1.300 nanómetros que es mayor que 500 MHz.km. Una fibra óptica de banda ancha a la longitud de onda de 850 nanómetros y 1.300 nanómetros, hace posible la transmisión rápida de señal sobre una amplia banda de longitudes de onda.

En una fibra multimodo, el ancho de banda es el resultado de la diferencia entre los tiempos de propagación de grupo o tiempos de los modos a lo largo de la fibra óptica. En particular, para un medio de propagación dado (para una fibra óptica multimodo de índice escalonado) , los diversos modos tienen tiempos de grupo que son diferentes. Eso da lugar a una desviación de tiempo entre los impulsos que se propagan a lo largo de la fibra óptica a diferentes posiciones radiales.

Por ejemplo, en la figura 1, se observa una desviación temporal entre los impulsos individuales. Esto hace que el pulso de luz resultante se extienda hacia afuera y se corre el riesgo de que se convierta en superpuesto sobre el siguiente pulso, reduciendo de ese modo la tasa que puede ser transportada mediante la fibra óptica. El ancho de banda está por lo tanto asociado directamente con los tiempos de grupo de los modos ópticos que se propagan en el núcleo multimodo de la fibra óptica.

Con el fin de garantizar un ancho de banda amplio, es necesario que los tiempos de grupo de todos los modos estén tan próximos como sea posible e idealmente que sean idénticos (es decir,... [Seguir leyendo]

1. Fibra óptica multimodo que comprende desde el centro hacia la periferia:

- un núcleo central que tiene un radio r1 y un perfil de índice de refracción alfa y que tiene una matriz dopada, al menos, por flúor y por un elemento que aumenta el índice de refracción;

-un revestimiento interior que tiene una anchura wz y una diferencia de índice de refracción Δn2 con respecto del revestimiento óptico exterior;

-una zanja enterrada que tiene un radio r3, una anchura w3 comprendida entre 2 μm a 10 μm, y una diferencia de índice de refracción Δn3 respecto del revestimiento óptico externo comprendida entre-15x10-3 a-6x10-3; y

-el revestimiento óptico exterior;

en la que la relación atómica CF entre el flúor y todos los constituyentes de la matriz dopada del nucleo central aumenta del centro de la fibra a r1; y en r1, el valor máximo CF, MAX de la relación atómica entre el CF entre el flúor y todos los constituyentes de la matriz dopada del núcleo central se encuentra en el rango de 8.5x10-3 a 57x10-3.

2. Fibra óptica multimodo según la reivindicación 1, en la que el dopante que aumenta el índice de refracción en el núcleo central es de germanio y la matriz del núcleo central está hecha de sílice.

3. Fibra óptica multimodo según la reivindicación 2, en el que, en r1, la diferencia de índice de refracción Δn3 de la zanja enterrada y el valor CF, MAX de la relación atómica entre el flúor y todos los constituyentes de la matriz dopada del núcleo central satisfacen la siguiente relación:

4. Fibra óptica multimodo según las reivindicaciones 2 o 3, en la que, en r1, la diferencia de índice de refracción Δn3 de la zanja enterrada y el valor CF, MAX de la relación atómica entre el flúor y todos los constituyentes de la matriz dopada del núcleo central satisfacen la siguiente relación:

5. Fibra óptica multimodo según la reivindicación 2, 3, o 4, en la que, en r1, la diferencia de índice de refracción Δn3 de la zanja enterrada y el valor CF, MAX de la relación atómica entre el flúor y todos los constituyentes de la matriz dopada del núcleo central satisfacen la siguiente relación:

6. Fibra óptica multimodo de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la relación atómica CF entre el flúor y todos los constituyentes de la matriz dopada del núcleo central como una función de la distancia radial r desde el centro de la fibra está dada por la siguiente expresión:

donde · r1 es el radio del núcleo central; 30 · p es una constant esencialmente igual a 2; y

es una constant positive memor que 1.25x10-3.

7. Fibra óptica multimodo de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que el perfil de índice alfa del

núcleo central presenta un parámetro alfa, α, que tiene un valor comprendido en el intervalo de 1, 9 a 2, 1.

8. Fibra óptica multimodo de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que la diferencia de índice de refracción Δn1 del núcleo central respecto del revestimiento óptico exterior presenta un valor máximo comprendido entre 10x10-3 a 18x10-3, preferentemente un valor máximo comprendido entre 11x10-3 y 16x10-3.

9. Fibra óptica multimodo de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que la anchura w2 del revestimiento interior se encuentra comprendida en el rango de 0 5 μm a 2 μm, y la diferencia de índice de refracción Δn2 del revestimiento interior respecto del revestimiento óptico exterior se encuentra comprendida en el rango de - 0 2x10-3 a 2x10-3.

10. Fibra óptica multimodo de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que la anchura W3 de la zanja enterrada se encuentra comprendida en el rango de 3 μm a 5 μm.

11. Fibra óptica multimodo de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que presenta una apertura numérica comprendida en el rango de 0, 185 a 0, 215.

12. Fibra óptica multimodo de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que presenta, para la longitud de onda de 850 nanómetros, pérdidas por curvatura por dos vueltas con un radio de curvatura de 7, 5 mm menores de 0, 2 dB, preferiblemente menores de 0, 1 dB, más preferiblemente menos de 0, 05 dB, incluso más preferiblemente menos de 0, 01 dB.

13. Fibra óptica multimodo de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que presenta, para la longitud de onda de 1.300 nanómetros, pérdidas por curvatura por dos vuetas con un radio de curvatura de 7, 5 mm de menos de 0, 3 dB, preferiblemente menos de 0, 2 dB, más preferiblemente menos de 0, 1 dB, incluso más preferiblemente menos de 0, 05 dB.

14. Fibra óptica multimodo de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que presenta, para la longitud de onda de 850 nanómetros, un ancho de banda en desbordamiento OFL mayor que 1500 MHz.km, más preferiblemente mayor que 3500 MHz.km y/ o que presenta, para la longitud de onda de 1.300 nanómetros, un ancho de banda en desbordamiento OFL mayor que 500 MHz.km, más preferiblemente mayor que 600 Mhz.km.

15. Fibra óptica multimodo de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que, para la longitud de onda de 850 nanómetros, el retardo de modo de dispersión DMDext como adquirido con una máscara que cubre la porción exterior del núcleo central, de conformidad con la norma FOTP-220 es menor que 0, 33 ps/m, preferiblemente menor de 0, 25 ps/m, más preferiblemente de menos de 0, 14 ps/m.

16. Sistema óptico multimodo que incluye al menos una porción de una fibra óptica multimodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, que presenta opcionalmente una velocidad mayor que o igual a 10 Gb/s sobre100 m, preferiblemente mayor que o igual a 10 Gb/s sobre 300 m.

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REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

La lista de referencias citada por el solicitante lo es solamente para utilidad del lector, no formando parte de los documentos de patente europeos. Aún cuando las referencias han sido cuidadosamente recopiladas, no pueden excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad a este respecto.

Documentos de patente citados en la descripción

• EP 1498753 A1 [0028] • EP 1503230 A [0029]

• EP 1498753 A [0028] • US 7315677 B [0029]

• EP 1503230 A1 [0029] • WO 2009054715 A1 [0030]

• US 7315677 B1 [0029] • WO 2009054715 A [0030]

Documentos no de patente citados en la descripción • D. GLOGE et al. Multimode theor y of graded-core • G. YABRE. Comprehensive theor y of dispersion in fibers. Bell System Technical Journal, 1973, graded-index optical fibers. Journal of Lightwave 1563-1578 [0020] Technology, Februar y 2000, vol. 18 (2) .

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