BR0210109B1

BR0210109B1 - Fibra óptica

Info

Publication number: BR0210109B1
Application number: BRPI0210109-2A
Authority: BR
Inventors: Bergen Andries Heero Van; Stralen Mattheus Jacobus Nicolaas Van; Mark Peter Marie Jetten
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2014-02-04
Also published as: WO2003001274A1; CN1518677A; BR0210109A; EP1397718B1; US20030044150A1; US6882788B2; DE60201680D1; JP2004530938A; DK1397718T3; DE60201680T2; NL1018338C2; EP1397718A1; ATE280397T1

Description

“FIBRA ÓPTICA” A presente invenção relaciona-se a uma fibra óptica, principalmente consistindo de vidro de sílica, cuja fibra compreende: i) um núcleo interno possuindo um primeiro índice de retração nl e um primeiro diâmetro a; ii) um núcleo externo rodeando a circunferência externa do núcleo interno e possuindo um segundo índice de retração n2 e um segundo diâmetro b; e iii) uma blindagem rodeando a circunferência externa do núcleo externo, cuja blindagem possui um terceiro índice de retração n3, onde nl > n2 > n3. O pedido de patente Europeu No. 0 249 230 relaciona-se a uma fibra óptica de modo único possuindo comprimento de onda de dispersão zero na faixa de comprimento de onda de 1500 nm - 1600 nm, cuja fibra óptica compreende um núcleo consistindo de um núcleo interno de Ge02- Si02 ou Ge02-F-Si02 e um núcleo externo de F-Si02 e uma blindagem de F- sío2. A Patente U.S. No. No. 5.848.215 relaciona-se a uma fibra óptica na qual a dispersão cromática para o comprimento de onda pretendido de 1550 nm de sinais de comunicações ópticas, toma-se zero ao longo do comprimento inteiro da fibra, como um resultado da diferença de índice de retração relativo da fibra óptica, e o raio do núcleo sendo aumentado ou diminuído na mesma direção.

Tal fibra óptica é adicionalmente conhecida do pedido de patente Europeu No. 0 785 448, cuja fibra precisa preferivelmente satisfazer a um número de pré condições, em particular a/b < 0,20 e b > 15 μτη. Tal fibra possui o comprimento de onda de dispersão zero desta, dentro da faixa de pelo menos 1560 nm, porém não excedendo 1600 nm, cujo valor é ligeiramente deslocado em relação ao comprimento de onda da luz de sinal (1,5 μηι). A fibra óptica que é conhecida a partir desta possui ainda mais um valor MFD não inferior a 8,0 pm de modo a diminuir a densidade de potência óptica, sem diminuir a intensidade de sinal como um todo. Em adição a isto, a fibra óptica que é conhecida a partir desta possui um assim chamado comprimento de onda de corte de pelo menos 1,0 pm, porém não mais de 1,8 pm, se a extensão desta é 2 m. Ainda mais, todos os exemplos descritos no pedido de patente Europeu No. 0 785 488 apresenta uma assim chamada dispersão zero mais alta que 1550 nm, que aponta para fibras de dispersão negativa. Não é feita menção a perdas por curvatura.

De acordo com o método usual, uma fibra óptica possuindo um diâmetro externo predeterminado, é produzida aquecendo uma extremidade de uma pré forma em forma de barra e subseqüentemente puxando a fibra óptica a partir da extremidade plastificada desta. Em uma fibra óptica que tenha sido obtida desta maneira, entretanto, a seção transversal das partes do núcleo e as camadas em tomo apresentarão uma forma ligeiramente elipsóide ou circular perturbada, o que toma difícil obter uma forma concêntrica perfeitamente circular. Conseqüentemente, a distribuição do índice de retração na direção do diâmetro da fibra óptica então obtida não é perfeitamente concêntrica, o que conduz a um aumento da assim chamada dispersão de modo de polarização (PMD). Então, a “dispersão de modo de polarização” é uma dispersão que ocorre como um resultado de uma diferença na velocidade entre duas polarizações, sendo ortogonal em relação uma à outra em uma porção de seção transversal de uma fibra óptica. A influência da dispersão de modo de polarização anteriormente citada é maior se tais fibras ópticas são usadas para transmissão de longa distância, o que requer uma grande capacidade através de uma longa distância. Em adição, a influência da dispersão de modo de polarização a altas taxas de transmissão por canal, é considerada.

Por algum tempo, fibras ópticas tem estado em uso na janela de transmissão a 1550 nm. Estas assim chamadas fibras deslocadas de dispersão (DSF) fazem uso do nível de atenuação intrinsecamente baixo da fibra, em comprimentos de onda na assim chamada banda C (1530 - 1565 nm), e em adição possuem uma dispersão zero deslocada na banda C, de modo a neutralizar o alargamento do pulso de transmissão devido a alterações na freqüência. Geralmente, é usada Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda (WDM) para aumentar a capacidade da fibra de vidro, na qual vários comprimentos de onda na mesma janela de transmissão são processados para transmissão simultâneas de dados ao longo de uma fibra de vidro. Quando são usadas WDM e altas taxas de transmissão, os assim chamados efeitos não lineares podem ter um efeito adverso na capacidade de transmissão. Estes efeitos não lineares são Mistura de Quatro Ondas (FWM), Modulação de Auto Fase (SPM), Modulação de Fase Cruzada (XPM) e Ganho Paramétrico (PG). Uma vez que FWM ocorre principalmente com dispersão zero ou próxima de zero, as fibras WDM conhecidas apresentam uma dispersão baixa desviando-se de zero na banda C. SPM é neutralizada aumentando a área da fibra efetiva. Como resultado, a intensidade da luz a ser transmitida da fibra é reduzida. Uma deficiência de aumentar a área efetiva é que o gradiente de dispersão da fibra aumentará, conseqüentemente, a utilidade da fibra nas extremidades da faixa de transmissão é limitada, como um resultado da dispersão ser alta demais ou baixa demais. Isto conduz a uma séria limitação com vistas ao uso das citadas fibras em faixas de transmissão fora da banda C, a cujas faixas está sento dada uma grande atenção com vistas a aumentar a capacidade de transmissão de uma fibra única ainda mais, tal como a banda L (1565 - 1625 nm) ou banda S (1440 - 1530 nm). Soluções parâ o compromisso entre gradiente de dispersão e área efetiva são então buscadas nos perfis nos quais a porção central do núcleo transmissor de luz possui um índice de reffação mais baixo, ffeqüentemente em combinação com um anel de índice na blindagem. Devido ao grande número de propriedades geométricas que devem ser controladas, tais perfis são difíceis de reproduzir e produzir com um rendimento suficiente entretanto. Ainda mais, o risco de desvios na simetria circular aumenta, o que tem um efeito adverso na Dispersão de Modo de Polarização (PMD). Em adição a que é difícil manter as perdas por curvatura, que desempenham um papel na instalação de uma fibra, suficientemente baixas ao usar tais perfis. O objetivo da presente invenção é então prover uma fibra possuindo um perfil que pode ser produzido de uma maneira facilmente reprodutível, cuja fibra é em particular adequada para aplicações WDM. A invenção conforme referida na introdução está de acordo com a presente invenção caracterizada pelo fato de que a fibra óptica possui um comprimento de onda de dispersão zero de menos de 1500 nm, e pelo fato de que satisfaz à seguintes exigências: 0,2 < a/b < 0,55 0,05 <D2/D1 <0,3 onde: D2 = ((n2 - n0)/n2)*100% Dl = ((nl - n0)/nl)*100% nO = valor de índice de refração de vidro de sílica não dopado nl = valor de índice de refração do núcleo interno dopado n2 = valor de índice de refração do núcleo externo dopado.

Selecionando adequadamente ambas proporções a/b e a proporção D2/D1, é obtida uma fibra óptica que é especialmente adequada para aplicações WDM. A vantagem de tal perfil é que este é potencialmente menos sensível a PMD e macro curvatura, pelo que é possível, se desejado, diminuir a sensibilidade a PMD mesmo adicionalmente por meio de dopagem. O perfil que se aplica na presente invenção é definido pelos parâmetros, conforme mencionado acima. Naquela conexão pode ser adicionalmente mencionado que o valor do índice de retração pode ser constante na área possuindo diâmetro a, onde é desejável em uma realização específica, entretanto, para o índice de retração ter um valor máximo na área possuindo diâmetro a que circunda o eixo central de simetria, cujo valor máximo diminui de forma substancialmente linear até um valor nj ’ na direção do núcleo externo, onde Πχ > nf > n2. Em uma realização específica é ainda mais desejável que o índice de retração possua um valor máximo na área possuindo diâmetro a em tomo do eixo central de simetria, cujo valor máximo diminui de modo substancialmente linear até o valor n2, na direção do núcleo externo. Em circunstâncias específicas, pode ser adicionalmente desejável usar uma realização na qual o valor do índice de retração n\ seja substancialmente constante na área possuindo um diâmetro a’ circundando o eixo central de simetria, cujo valor de índice de retração subseqüentemente diminui de modo substancialmente linear até um valor nf ao longo de uma distância a na direção do núcleo externo, onde a’ < a < b e ni > nf > n2. Ainda mais, é desejável uma realização especial na qual o valor do índice de retração seja constante na área possuindo diâmetro a’ em tomo do eixo central de simetria, cujo valor de índice de retração diminui de modo substancialmente linear até um valor n2, ao longo de uma distância a na direção do núcleo externo, onde a’ < a< b e Π] > n2. A presente fibra óptica possui um assim chamado perfil de núcleo de forma dual, onde o núcleo consiste de uma porção central possuindo um valor de índice de retração alto e, adjacente a ele, um anel de contorno possuindo um índice de retração baixo. Os valores de índice de retração do núcleo e do anel de contorno adjacente são mais altos do que aqueles da blindagem, cuja blindagem circunda o anel. O aumento do índice de retração do núcleo em relação às camadas de contorno é efetuado por dopagem do núcleo de silício com Ge02. Em uma realização especial, ambos núcleo e uma parte do núcleo interno em tomo do núcleo são dopados com flúor.

Em uma realização particularmente preferida, a presente fibra óptica satisfaz adicionalmente a seguinte exigência: 2 ps/(nm.km) < dispersão a 1550 nm < = 10 ps/(nm.km). O efeito não linear FWM aumenta fortemente quando a dispersão da fibra óptica se aproxima de um valor zero. Como é muito difícil, em um sistema de transmissão, compensar quanto a tais efeitos não lineares, é desejável que a dispersão tenha lugar dentro da faixa anteriormente citada.

Em uma realização especial, a presente fibra óptica adicionalmente satisfaz preferivelmente à exigência: gradiente de dispersão a 1550 nm < = 0,095 ps/(nm2.km).

Um gradiente de dispersão que satisfaz a exigência acima é desejável em particular porque a dispersão na extremidade da banda de transmissão diferirá fortemente da dispersão no centro desta, se o gradiente é forte demais. Em adição, tal diferença na dispersão é difícil em um sistema de transmissão e pode somente ser compensada com alto custo, de tal modo que é desejável que a exigência anteriormente mencionada seja satisfeita com vistas ao gradiente de dispersão.

Em uma realização especial, é adicionalmente desejável que a presente fibra óptica satisfaça à exigência: 7,5 < = MFD < = 9,5 Se o diâmetro do campo de modo (MFD) é mais baixo que 7,5, a intensidade de luz na fibra óptica aumentará, como uma conseqüência do que a fibra óptica será negativamente afetada pelo efeito não linear indesejável SPM. Um diâmetro de campo de modo mais alto que 9,5, entretanto, levará a problemas com o gradiente de dispersão, cujo valor também se tomará mais alto, o que é também indesejável.

Em uma outra realização preferida, é em particular preferível que a fibra óptica satisfaça à exigência: comprimento de onda de corte < 1450 nm Em uma realização especial da presente invenção, o núcleo interno e parte do núcleo externo são dopados com flúor. Esta maneira de dopagem toma possível manter a simetria circular da fibra de uma maneira reprodutível, devido ao processo de colapso, no qual a barra oca é convertida em uma barra maciça, é mais fácil de controlar. É em particular preferível se a presente fibra óptica compreende uma ou mais camadas adicionais presentes na blindagem, onde o módulo E da primeira camada adicional é mais baixo que 5 MPA a uma temperatura de 20°C e onde a da segunda camada adicional é mais alta que 500 MPA.

Tais fibras parecem ter muito boas propriedades de macro curvatura, cujas propriedades podem somente ser observadas quando pelo menos 100 voltas são arranjadas sobre um tambor possuindo um diâmetro de 300 nm. Os valores de macro curvatura determinados experimentalmente com 100 voltas sobre tal tambor são mais baixos que 10 dB/km. A presente invenção será explicada em mais detalhe posteriormente com referência a um número de figuras, cujas figuras não constituem uma limitação do escopo da invenção, entretanto.

Figuras 1-5 são perfis de índice de retração de acordo com a presente invenção.

Figura 1 mostra esquematicamente um perfil de índice de retração em degraus da presente fibra óptica, na qual o índice de retração no núcleo interno possuindo um diâmetro a é substancialmente constante ao longo da distância inteira deste.

Na Figura 2, o núcleo interno possui um valor de índice de retração máximo na área circundando o eixo central de simetria, cujo índice de retração máximo diminui na direção do núcleo externo, até um valor ni', onde nj > ni' > n2.

Na Figura 3, o núcleo interno tem um valor de índice de retração máximo na área circundando o eixo central de simetria, cujo índice de retração máximo nj diminui ate um valor n2 a partir do eixo central de simetria, na direção do núcleo externo.

Na Figura 4, o núcleo interno tem um valor de índice de retração máximo na área possuindo diâmetro a’ que circunda o eixo central de simetria. Este valor de índice de retração máximo nj diminui subseqüentemente na direção do núcleo externo, até um valor nj', na área possuindo diâmetro a, onde a’ < a < b e ni > ni* > n2.

Figura 5 mostra um perfil de índice de retração no qual o núcleo interno possui um valor de índice de retração máximo em uma área em tomo do eixo central de simetria, cuja área possui um diâmetro a’. O valor do índice de retração máximo nj diminui na direção do núcleo externo até um valor n2 na área possuindo diâmetro a, onde nj > n2 e a’ < a < b.

Claims

1. Fibra óptica consistindo principalmente de vidro de silício, compreendendo: i) um núcleo interno possuindo um primeiro índice de retração nl e um primeiro diâmetro a; ii) um núcleo externo rodeando a circunferência externa do núcleo interno e possuindo um segundo índice de refraçâo n2 e um segundo diâmetro b; e, iii) uma blindagem rodeando a circunferência externa do núcleo externo, cuja blindagem possui um terceiro índice de refraçâo n3, onde nl > n2 > n3, e satisfaz as seguintes exigências: 0,2 < a/b < 0,55 0,05 < D2/D1 < 0,3 onde: D2 = ((n2 - n0)/n2)*100% Dl = ((nl - n0)/nl)*100% nO = valor de índice de refraçâo de vidro de sílica não dopado nl = valor de índice de refraçâo do núcleo interno dopado n2 = valor de índice de refraçâo do núcleo externo dopado, caracterizada pelo fato de que a fibra óptica possui um comprimento de onda de dispersão zero de menos de 1500 nm.

2. Fibra óptica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fibra óptica satisfaz adicionalmente a exigência: 2 ps/(nm.km) < dispersão a 1550 nm < = 10 ps/(nm.km).

3. Fibra óptica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a fibra óptica satisfaz adicionalmente a exigência: 2 gradiente de dispersão a 1550 nm < = 0,095 ps/(nm .km).

4. Fibra óptica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a fibra óptica satisfaz adicionalmente a exigência: 7,5 < = MFD< = 9,5.

5. Fibra óptica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a fibra óptica satisfaz adicionalmente a exigência: comprimento de onda de corte < 1450 nm

6. Fibra óptica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que parte da blindagem é dopada com flúor, cuja parte dopada da blindagem permanece diretamente adjacente à circunferência externa do núcleo externo.

7. Fibra óptica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que uma ou mais camadas adicionais estão presentes na blindagem, onde o módulo E da primeira camada adicional é mais baixo que 5 MPa a 20°C e o da segunda camada adicional é mais alto que 500 MPa.