ES2260949T3 - Sistema optico y procedimiento con bajas perdidas y efectos no lineales. - Google Patents
Sistema optico y procedimiento con bajas perdidas y efectos no lineales.Info
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Abstract
Fibra de transmisión óptica de modo único para alojar dentro de un cable de fibra óptica, teniendo la fibra un núcleo y un revestimiento, comprendiendo el núcleo: - un núcleo interno que tiene una primera diferencia del índice de refracción de aproximadamente cero; y - una primera capa de cristal rodeando el núcleo interno y que tiene una segunda diferencia del índice de refracción mayor de cero, donde la fibra tiene un pico de diferencia del índice de refracción de menos o igual a 0, 0140, una longitud de onda de dispersión cero de menos de 1450 nm, un valor de dispersión de entre 7, 5 y 15, 5 ps/nm/km en una longitud de onda operativa de 1560 nm y un área efectiva de al menos 60 µm2 a 1550 nm, y donde la fibra tiene una longitud de onda de corte de cableado de menos de 1500 nm.
Description
Sistema óptico y procedimiento con bajas
pérdidas y efectos no lineales.
La presente invención se refiere a un aparato y
un procedimiento para transmitir una señal óptica. Más en
particular, la presente invención se refiere a un aparato y un
procedimiento para reducir la atenuación total y los efectos no
lineales de un sistema óptico de comunicación de larga
distancia.
En los sistemas de comunicación mundiales
actuales, con frecuencia es necesario extender una línea de
transmisión sobre una larga distancia, que puede incluir un cuerpo
de agua, para proporcionar un enlace de comunicación entre un
transmisor y un receptor. La tendencia actual en los sistemas de
comunicación es utilizar fibras ópticas para hacer estas líneas de
transmisión. Las fibras ópticas son preferidas porque las fibras
pueden transmitir un mayor número de señales digitales a una tasa de
transmisión de datos alta.
Para mejorar más la capacidad de transporte de
señal de la línea de transmisión, pueden usarse fibras ópticas con
tecnología Multiplexado de División de Longitud de Onda (WDM). Esta
tecnología permite enviar múltiples señales ópticas a través de la
misma fibra en canales de longitud de onda estrechamente espaciadas.
Esto mejora mucho la capacidad de transporte de información del
sistema global de transmisión.
Se encuentran diversos problemas cuando se usan
fibras ópticas para transmitir señales sobre una distancia
significativa. Por ejemplo, la potencia de la señal óptica decrece
mientras la señal viaja a través de cada fibra. Esta pérdida de
potencia, también llamada atenuación, puede compensarse incluyendo
amplificadores a lo largo de la línea de transmisión para impulsar
la potencia de la señal. La colocación y número de amplificadores a
lo largo de la línea de transmisión se determina parcialmente
mediante la atenuación de la fibra óptica. Obviamente, una señal
enviada a través de una fibra con una atenuación baja necesitará
menos amplificadores que una señal enviada por una fibra con una
atenuación alta.
La dispersión cromática es otro problema que se
encuentra cuando se transmiten señales mediante fibras ópticas. La
dispersión cromática, de aquí en adelante referida como
"dispersión", surge de la fibra óptica que transmiten los
diferentes componentes espectrales de un pulso óptico a diferentes
velocidades, que pueden conducir a la propagación o ampliación de
un pulso óptico mientras se desplaza por la línea de transmisión.
Cada fibra óptica tiene un valor de dispersión tiene un valor de
dispersión que varía como una función de la longitud de onda de la
señal óptica y surge de la composición material de la fibra óptica
de cristal y las características de la longitud de onda. La
dispersión en la fibra óptica a una longitud de onda dada puede ser
positiva, negativa, o cero, dependiendo de las características de
transmisión de la fibra. A pesar del tipo de dispersión (positivo o
negativo), cantidades excesivas pueden conducir a la detección de
errores en el receptor de la señal óptica.
La transmisión de señales a longitud de onda de
dispersión cero de una fibra eliminará prácticamente el problema de
dispersión, pero puede exacerbar otros problemas de transmisión,
particularmente efectos no lineales cuando se usan con sistemas WDM.
Un efecto no lineal particularmente relevante en sistemas WDM es el
fenómeno de Mezclado de Cuatro Ondas (FWM). FWM se produce cuando al
menos se envían dos señales que verifican condiciones de
coincidencia de fase a través de la misma fibra (como en los
sistemas WDM) e interactúan para generar nuevas longitudes de onda.
En el caso de sistemas WDM que tienen un número grande (más de dos)
de canales equitativamente espaciados, estas nuevas longitudes de
onda eventualmente se superpondrán con las longitudes de onda de la
señal, degradando así la Relación
Señal-a-Ruido. Se conoce que los
sistemas WDM que tienen una longitud de onda operativa diferente de
la longitud de onda de dispersión cero de la fibra de transmisión (y
por lo tanto tienen un valor de dispersión distinto de cero en la
longitud de onda operativa) minimiza la degradación FWM. Más
precisamente, la eficiencia \eta FWM, definida como la relación de
la potencia FWM a la potencia de salida por canal (asumiendo igual
entrada de potencia para todos los canales) es aproximadamente
proporcional a:
\eta \alpha
\left[\frac{n_{2} \alpha}{A_{eff}D(\Delta
\lambda)^{2}}\right]^{2}
donde \alpha es la atenuación de
fibra; n_{2} es el índice de refracción no lineal; A_{eff} es el
área efectiva de la fibra; D es la dispersión; y \Delta\lambda
es el espaciamiento del canal. La aproximación anterior es válida
bajo la condición \alpha \ll \Delta\beta, donde
\Delta\beta = (2\piC/\lambda^{2}).D.
\Delta\lambda^{2}, c es la velocidad de la luz y \lambda la
longitud de onda de transmisión. Ver D.W. Peckham, A.F. Judy y R.B.
Kummer, ECOC'98, documento TuA06, pp. 139-140. Como
puede verse, para un juego de valores dado para \Delta\lambda,
n^{2} y \alpha, para disminuir la eficiencia FWM puede
incrementarse el valor absoluto de dispersión y/o incrementar el
valor del área efectiva de fibra A_{eff}. Por otra parte,
disminuir el espaciamiento del canal incrementa dramáticamente la
eficiencia
FWM.
Otros efectos no lineales incluyen Auto
Modulación de Fase, Modulación Cruzada de Fase, Dispersión
Brillouin Estimulada (SBS) y Dispersión Raman (SRS). Es conocido que
una fibra con un área efectiva mayor en la longitud de onda
operativa es menos susceptible a todos los efectos no lineales.
Para resolver la dispersión y efectos no
lineales asociados con el envío de señales a través de fibras
ópticas largas, los sistemas convencionales usan líneas de
transmisión que conectan tramos de fibra óptica que tienen valores
de dispersión alternantes. Por ejemplo, un tramo de fibra de
dispersión negativa puede estar seguido por un tramo de fibra de
dispersión positiva para compensar la dispersión global en la línea
de transmisión. Esta aproximación asegura que la dispersión distinta
de cero en valores locales a lo largo de la línea de transmisión
para evitar efectos no lineales y que la dispersión total en la
línea de transmisión acumulativa está compensada casi a cero en el
receptor.
Varias publicaciones describen diferentes
aproximaciones para resolver estos problemas. Por ejemplo, la
patente U.S. Nº 4.969.710 de Tick et al. describe un pasaje
de transmisión de fibra óptica donde la dispersión total del sistema
está compensada por el uso de fibras compuestas de cristales con
dispersión total de signos opuestos en la longitud de onda
operativa para el sistema.
La patente U.S. Nº 5.343.322 de Pirlo et
al. describe un sistema para transmisión a larga distancia de
una señal digital. El sistema usa fibra óptica que tiene una
dispersión negativa baja para conectar estaciones receptoras que
incluye dispositivos de compensación de dispersión que tienen
dispersiones positivas para compensar la dispersión negativa.
La patente U.S. Nº 5.559.920 de Chraplyvy et
al. describe un sistema de comunicación óptica que tiene un
tramo inicial de una fuerte dispersión negativa seguida por tramos
de dispersión positiva. El sistema sobrecompensa la dispersión
negativa en el sentido de que el valor final de dispersión es
distinto de cero.
Otras publicaciones, tales como la patente U.S.
Nº 5.587.830 de Chraplyvy et al., Patente U.S. Nº 5.719.696
de Chraplyvy et al, Patente U.S. Nº 5.675.429 de Henmi et
al., y Patente U.S. Nº 5.778.128 de Wilderman también describen
líneas de transmisión para sistemas de largo rango. Estas
publicaciones describen líneas de transmisión que usan
combinaciones variables de fibras que tienen ya sea dispersión
negativa o dispersión positiva en la longitud de onda operativa. La
fibra de dispersión negativa y la fibra de dispersión positiva se
disponen de forma tal que la dispersión total del sistema está
compensada aproximadamente a cero.
De forma similar, la Patente U.K. Nº 2 268 018
también describe un sistema de transmisión óptico que combina fibra
óptica que tiene una dispersión negativa con fibra que tiene una
dispersión positiva para compensar la dispersión a cero para la
longitud total de la transmisión.
La solicitud de Patente Europea Nº 0 790 510 A2
describe un cable de fibra óptica simétrico, de dispersión
dirigida. El cable de esta descripción incluye una fibra
convencional de modo único que tiene una dispersión positiva en la
longitud de onda operativa conectada a una segunda fibra óptica que
tiene una dispersión negativa en la longitud de onda operativa.
La solicitud de Patente Europea Nº 1 146 358
describe una fibra óptica que tiene sólo una longitud de onda de
dispersión cero dentro de un rango de longitud de onda de 1,20
\mum a 1,60 \mum, existiendo la longitud de onda de dispersión
cero dentro de un rango de longitud de onda de 1,37 \mum a 1,50
\mum, y tiene un gradiente de dispersión positiva en la longitud
de onda de dispersión cero.
Los solicitantes han notado que estas
disposiciones anteriores usan combinaciones de fibra óptica que
resultan en niveles altos de atenuación no deseados. Por otra parte,
los solicitantes han observado que la fibra óptica utilizada en
sistemas convencionales no proporciona adecuadamente un rendimiento
para reducir los efectos no lineales a la vez que minimizan la
atenuación.
La invención se refiere a fibras de transmisión
óptica de modo único para alojar en un cable de fibra óptica como
se define en el preámbulo de las reivindicaciones 1, 2 y 12. Una
solución a los problemas antes mencionados de las fibras de la
técnica anterior está provista en las porciones de caracterización
de reivindicaciones independientes 1, 2 y 12.
Se describen realizaciones ventajosas de fibras
ópticas de modo único en las reivindicaciones adjuntas.
A lo largo de la presente descripción se hace
referencia a perfiles del índice de refracción de fibras ópticas.
Los perfiles de índice de refracción comprende varias secciones
dispuestas radialmente. Se hace referencia en la presente
descripción a formas geométricas precisas para estas secciones,
tales como paso, perfil alfa, parábola. Como es bien sabido para
alguien con habilidad ordinaria en la técnica, el proceso de
fabricación de la fibra puede introducir cambios en la forma de las
secciones estructurales de los perfiles de índice de refracción
idealizados descritos, tales como un descenso central en la
proximidad del eje de la fibra y colas de difusión asociadas con los
picos del índice de refracción. Se ha mostrado en la literatura, sin
embargo, que estas diferencias no cambian las características de la
fibra si se mantienen bajo control.
En general, una sección del perfil del índice de
refracción tiene una sección del perfil del índice de refracción
efectiva asociada que es de forma diferente. Una sección de perfil
de índice de refracción efectiva puede sustituirse, para su sección
de perfil del índice de refracción asociada son alterar el
rendimiento global de la longitud de onda. Por ejemplo, ver
"Single Mode Fiber Optics", Luc B. Jeunhomme, Marcel Dekker
Inc., 1990, página 32, sección 1.3.2 o US 4.406.518 (Hitachi). Se
entenderá que describir y reclamar una forma particular de perfil
de índice de refracción, incluye los equivalentes asociados, en la
descripción y las reivindicaciones.
Por otra parte, debe entenderse que tanto la
descripción general anterior y la siguiente descripción detallada
sólo son ejemplares y explicativas, y no restrictivas de la
invención como se reivindica.
Los dibujos adjuntos, que se incorporan y
constituyen una parte de esta especificación, ilustran varias
realizaciones de la invención, y junto con la descripción, sirven
para explicar los principios de la invención.
La figura 1 es un diagrama esquemático que
ilustra un sistema de transmisión óptico según la presente
invención.
La figura 2 es un diagrama esquemático de una
línea de transmisión de un sistema de transmisión óptica según la
técnica anterior, que ilustran la dispersión acumulativa y la
atenuación de una señal en la línea de transmisión.
La figura 3 es un gráfico que relaciona
dispersión con longitud de onda para una realización preferida de
una fibra que tiene una dispersión negativa.
La figura 4 es un diagrama esquemático de una
realización preferida de una línea de transmisión según la presente
invención, que ilustra la dispersión acumulativa y la atenuación de
una señal en la línea de transmisión.
La figura 5 es un diagrama esquemático de otra
realización de la línea de transmisión según la presente invención,
que ilustra la dispersión acumulativa y atenuación de una señal
sobre la línea de transmisión.
La figura 6 es una vista en sección transversal
de una realización preferida de una fibra según la presente
invención.
La figura 7 es un gráfico que ilustra el perfil
del índice de refracción de una realización de una Fibra de
Dispersión Semi Negativa (HNDF) que tiene una dispersión negativa
para utilizar en la presente invención.
La figura 8 es un gráfico que ilustra el perfil
del índice de refracción de una realización de una fibra desplazada
de semidispersión que tiene una dispersión positiva.
La figura 9a es un esquema de otra realización
de una línea de transmisión según la presente invención, que
ilustra la dispersión acumulativa y atenuación de una señal sobre
una línea de transmisión que combina tramos de fibra HNDF y de
fibra desplazada de semidispersión.
La figura 9b es un esquema de otra realización
de una línea de transmisión según la presente invención, que
ilustra la dispersión acumulativa y la atenuación de una señal en
una línea de transmisión que combina tramos de fibra HDSF y de fibra
NZD.
La figura 10 es un gráfico que ilustra el perfil
del índice de refracción de otra realización de fibra desplazada de
semidispersión con una dispersión positiva.
La figura 11 es un gráfico que ilustra el perfil
de índice de refracción de otra realización más de una fibra
desplazada de semidispersión con una dispersión positiva.
La figura 12 es un gráfico que ilustra el perfil
de índice de refracción de una realización adicional de una fibra
desplazada de semidispersión con una dispersión positiva.
Se hará referencia ahora en detalle a las
realizaciones preferidas de la invención, ejemplos de las cuales se
ilustran en los dibujos adjuntos. Donde es posible, se utilizarán
las mismas referencias numéricas a lo largo de los dibujos para
referirse a las partes iguales o similares.
A menos que es indique otra cosa, los parámetros
de la fibra se refieren a una longitud de onda de 1550 nm.
Como un ejemplo, se proporciona un sistema de
comunicaciones óptico de alta velocidad. El sistema de
comunicaciones óptico de alta velocidad incluye un dispositivo de
transmisión para añadir una señal a una línea de transmisión. Se
proporciona un receptor para recibir la señal desde el dispositivo
de transmisión. Se ilustra un sistema de comunicación óptico en la
figura 1 y generalmente se designa mediante la referencia numérica
10.
Como se ilustra en la figura 1, el sistema de
comunicación óptica 10 incluye un dispositivo de transmisión 12,
una línea de transmisión 14, y un dispositivo receptor 26. El
dispositivo de transmisión 12 añade una señal a la línea de
transmisión 14. Preferentemente, una longitud de onda operativa del
dispositivo de transmisión está en aproximadamente 1560 nm.
La presente invención contempla el uso de
cualquier dispositivo o combinación de dispositivos fácilmente
evidente para los entendidos en la técnica para añadir la señal a la
línea de transmisión. El transmisor 12 puede incluir, por ejemplo,
un láser DFB modulado directa o externamente, por ejemplo con un
interferómetro Mach-Zehnder, o una combinación de
dichos dispositivos en una configuración WDM. Asimismo, el
transmisor 12 puede comprender conversores de longitud de onda para
recibir señales de longitud de onda desde una red de transmisión
separada y convertir las longitudes de onda de transporte a
longitudes de onda características en una forma convencional.
El sistema de comunicaciones óptico es capaz de
soportar cualquier tipo de protocolos de comunicación para las
señales transmitidas, tales como NRZ (sin retorno a cero) o, como
alternativa, RZ (retorno a cero), por ejemplo, a modo de solitón.
Por otra parte, el sistema no está limitado a una tasa de bits
específica.
La línea de transmisión 14 incluye al menos una
fibra óptica. Sin embargo, la presente invención también contempla
el uso de múltiples fibras en la misma línea de transmisión para
incrementar la capacidad de transporte de señal de la línea. Las
fibras múltiples pueden unirse entre sí para formar un cable.
El sistema 10 puede incluir varios
amplificadores ópticos 24 ubicados entre los tramos de fibras de la
línea de transmisión 14. Los amplificadores 24 pueden comprender
amplificadores de fibra dopada con erbio para amplificar señales
dentro de la ventana de transmisión de 1550 nm. Asimismo, el sistema
10 puede incluir un multiplexor óptico de inserción/extracción
(OADM, no mostrado), para extraer o insertar señales al sistema 10,
particularmente en una configuración WDM. Los OADM y amplificadores
24 pueden ser de cualquier tipo comúnmente conocidos en la técnica.
Finalmente, el sistema 10 puede incluir un receptor 26 conectado
directamente a la fibra óptica 22 o acoplado a la fibra óptica 22 a
través de otros componentes intermedios. El receptor 26, como ya se
conoce en campo, puede incluir un direccionador, demultiplexor y
similares para ayudar en la decodificación de la información
transportada en las señales ópticas.
Mediante el término "acoplado", se indica
que dos dispositivos físicos se unen mediante un pasaje óptico
común y posiblemente, pero no necesariamente, físicamente adheridos.
Los solicitantes usan los términos "acoplado" y
"conectado" indistintamente en la descripción de la invención,
y aquellos entendidos en la técnica apreciarán que los distintos
componentes aquí identificados no necesitan estar físicamente unidos
entre sí para proporcionar el acoplamiento óptico que ayuda en el
logro de los resultados beneficiosos de la invención.
Como se muestra en la figura 1, la línea de
transmisión 14 incluyen un primer tramo 16 y un segundo tramo 18.
En la realización de ejemplo, la línea de transmisión 14 también
puede incluir tramos adicionales 20 y 22. Cada tramo incluye al
menos una fibra de modo único. La presente invención también
contempla el uso de fibras múltiples dentro de cada tramo para
incrementar la capacidad de transporte de señal de la línea de
transmisión.
Como es bien conocido en la técnica, la fibra
dentro de cada tramo 16, 18, 20 y 22 tiene una cierta atenuación y
dispersión en la frecuencia operativa. La atenuación y dispersión
acumulativas de la señal sobre la línea de transmisión se acumula
mientras la señal viaja a través de cada tramo. Los amplificadores
24 pueden colocarse entre los tramos 16, 18, 20 y 22 para
incrementar la potencia de la señal para acabar con la atenuación de
la señal.
La dispersión de la señal puede corregirse
mediante la conexión de fibras que tienen dispersiones con un signo
opuesto. Por ejemplo, un primer tramo 16 puede tener dispersión
negativa y un segundo tramo 18 puede tener una dispersión positiva.
La dispersión negativa de la primera fibra causará que la dispersión
acumulativa sea más negativa a lo largo de la longitud de la fibra
16. La dispersión positiva del segundo tramo 18 compensa la
dispersión negativa del primer tramo para llevar la dispersión
acumulada sobre la línea de transmisión 14 hasta aproximadamente
cero. Por lo tanto, el primer y segundo tramo se seleccionan con
valores de dispersión y longitudes de forma tal que la dispersión
acumulada llegue aproximadamente a cero en el punto de terminación
del receptor 26.
Existen muchos sistemas de transmisión óptica de
larga distancia. Un ejemplo de una línea convencional de
transmisión que tiene fibras con dispersiones de signo opuesto se
ilustra en la figura 2. Como se ilustra en la figura 2, la línea de
transmisión convencional 30 incluye una serie de tramos de fibras
de dispersión negativa 32 seguidos por un tramo de fibra de
dispersión positiva 34. La atenuación acumulada de la línea de
transmisión 30 se indica mediante la línea 42. El tramo 34 de fibra
de modo único tiene una atenuación de un valor menor que la de los
tramos 32, como se muestra sobre la línea 42 para la atenuación
total de la línea de transmisión. La línea delgada indica, con
propósitos comparativos, la atenuación que tendría la línea si el
tramo 34 fuera de la misma fibra de dispersión negativa utilizada
para los tramos 32. La longitud total de los tramos de dispersión
negativa 32 se indica mediante la línea 36, y la longitud de la
fibra de dispersión positiva 34 se indica mediante la línea 38. La
dispersión acumulada de la línea de transmisión a 1560 nm se indica
mediante la línea 40.
En esta línea de transmisión convencional, el
tramo de fibra de dispersión negativa 32 está compuesto de fibra
convencional de Dispersión Distinta de Cero (NZD). La fibra NZD
tiene una dispersión negativa de aproximadamente -2 ps/nm/km a 1560
nm y una atenuación de aproximadamente 0,210 dB/km. Como se muestra
en la figura 2, estos valores causa que la dispersión acumulada de
la línea 40 disminuya gradualmente en valor absoluto y la
atenuación acumulada de la línea 42 se incremente gradualmente a lo
largo de los tramos de fibra 32 de la longitud 36. En contraste, el
tramo de dispersión positiva 34 está convencionalmente compuesto de
una fibra de modo único (SMF) que tiene una dispersión de
aproximadamente +18 ps/nm/km a 1560 nm y una atenuación de
aproximadamente 0,190 dB/km. Como se muestra en la figura 2, estos
valores para la fibra SMF causan que la dispersión acumulada de la
línea 40 se aproxima al nivel cero y esta atenuación acumulada de
la línea 42 se incremente en una tasa inferior a la fibra NZD
correspondiente a lo largo del tramo de fibra 34 de longitud 38. Las
longitudes de los tramos de dispersión negativa 36 y de dispersión
positiva 38 están dimensionados de forma tal que la dispersión
total 40 de la línea de transmisión se aproxima aproximadamente a
cero en el final de la línea de transmisión.
Alternativamente, líneas de transmisión como se
muestran en la figura 2 pueden usar una fibra de Núcleo Puro de
Sílice (PSC) para componer el tramo de dispersión positiva 34. Esta
fibra tiene una dispersión de aproximadamente +19 ps/nm/km a 1560 nm
y una atenuación de aproximadamente 0,180 dB/km. En comparación con
la fibra SMF típicamente utilizada, la fibra PSC tiene una
atenuación menor y una dispersión ligeramente superior. Como se
muestra en los ejemplos a continuación, el uso de esta fibra
resultará en una atenuación menor en todo el sistema que aquella de
la fibra SMF.
La línea de transmisión incluye un primer tramo
que tiene al menos una fibra de modo único que tiene un valor de
dispersión negativa en la longitud de onda operativa, excediendo en
valor absoluto el valor de dispersión para la fibra NZD
convencional. Preferentemente, el primer tramo comprende una Fibra
de Dispersión Negativa Alta (HNDF), con un valor absoluto de la
dispersión negativa entre aproximadamente 2,5 ps/nm/km en la
longitud de onda operativa, que está en exceso del valor de
dispersión para fibra NZD convencional. Preferentemente, el valor
absoluto de la dispersión negativa de la Fibra de Dispersión
Negativa Alta en la longitud de onda operativa está entre
aproximadamente 3 ps/nm/km y 8 ps/nm/km. Más preferentemente, el
valor absoluto de la dispersión negativa de la Fibra de Dispersión
Negativa Alta en la longitud de onda operativa está entre
aproximadamente 4 ps/nm/km y 7 ps/nm/km.
Un ejemplo de curva de dispersión de la fibra de
dispersión negativa se ilustra en la figura 3. El valor de
dispersión de la fibra en longitudes de onda diferentes se indica
mediante la línea 45. Como se indica mediante las líneas 44 y 46, la
dispersión real de la fibra puede variar debido a las tolerancias
de producción. Como se muestra en la figura 3, la longitud de onda
de dispersión cero está entre aproximadamente 1600 nm y 1670 nm. En
la longitud de onda operativa preferida de 1560 nm referenciada
mediante la línea 48, el valor absoluto de la dispersión de la
fibra está preferentemente entre 3 y ps/nm/km y 8 ps/nm/km. Las
líneas verticales 47 y 49 indican una banda de longitud de onda
posible de amplificación para los sistemas contemplados
(1550-1565 nm).
La figura 4 describe un ejemplo de una línea de
transmisión óptica. Como se ilustra en la figura 4, la primera
serie de tramos de fibra de dispersión negativa 16 es seguida por
una segunda serie de tramos 18 de fibras que tienen una dispersión
positiva. La longitud del tramo de dispersión negativa está
indicada por la línea 52 y la longitud del tramo de dispersión
positiva está indicado mediante la línea 54. La dispersión total de
la línea de transmisión 14 a 1560 nm está indicada mediante la línea
56 y la atenuación total de la línea de transmisión 14 está
indicada mediante la línea 50.
Una alternativa se ilustra en la figura 5. En
esta línea de transmisión alternativa 14 incluye varios tramos 16,
18, 20 y 22 de fibras que tienen valores alternantes de dispersión.
Como se muestra en la figura 5, los tramos 16 y 20 tienen una
dispersión negativa, utilizando Fibra de Dispersión Negativa Alta
(HNDF) como un ejemplo, y los tramos 18 y 22 tienen una dispersión
positiva. Las longitudes de los tramos de dispersión negativa 16 y
20 se indican mediante las líneas 52. La longitud de los tramos de
dispersión positiva 18 y 22 están indicados mediante las líneas 54.
La atenuación total se indica mediante la línea 50 y la dispersión
total se indica mediante la línea 56. Las longitudes 52 y 54 se
eligen de forma tal que la dispersión total de la línea de
transmisión 14 alcanza aproximadamente a cero al final de la línea
de transmisión. Mediante la intercalación de la fibra de dispersión
positiva de compensación a lo largo de la línea, el valor máximo de
dispersión de la línea de transmisión puede mantenerse, a la vez que
logra una atenuación disminuida y efectos no lineales
reducidos.
La fibra de dispersión negativa puede tener
cualquier perfil de índice de refracción que es rápidamente
evidente para un entendido en la técnica que sea capaz de lograr las
características de transmisión aquí descritas. El índice de
refracción puede tener, por ejemplo, una forma de pico y anillo,
donde se produce un pico de índice de refracción tanto en el centro
de la fibra como en un radio exterior.
Un ejemplo de la fibra 68 que tiene una
dispersión negativa y logra características adecuadas de
transmisión con una forma de pico y anillo se ilustra en las figuras
6 y 7. Como se muestra en la figura 6, la fibra 68 incluye un núcleo
interno 60, una primera capa de cristal 62, una segunda capa de
cristal 64, y un revestimiento 66. El núcleo interno 60, la primera
capa de cristal 62, y la segunda capa de cristal 64 cada uno tiene
una cierta diferencia de índice de refracción. Como ya es conocido
para aquellos entendidos en la técnica, la diferencia de índice de
refracción se refiere a la diferencia relativa en el índice de
refracción entre una capa dada de cristal y el índice de refracción
de dióxido de sílice puro (SiO_{2}). Es decir, la diferencia del
índice de refracción \Deltan_{1} del núcleo interno 60 iguala
(n_{1}-n_{s\text{í}lice}). El perfil del índice
de refracción para esta fibra de ejemplo se muestra en la figura 7.
Como se muestra en la figura 7, el perfil de pico y anillo 70 se
caracteriza por un primer pico 72 y un segundo pico 76, separados
por un área de índice de refracción substancialmente constante 74.
Un revestimiento con un índice de refracción substancialmente
constante 78 rodea al segundo pico 78.
El núcleo interno 60 tiene un radio r_{1}, (en
referencia a la figura 7) que está entre aproximadamente 1,9 y 3,0
\mum, preferentemente entre aproximadamente 2,2 y 2,7 \mum. En
un ejemplo r_{1}, es aproximadamente 2,5 \mum. Entre el centro
de la fibra y su radio exterior, el núcleo interno 60 incluye un
dopante que incrementa el índice de refracción, tal como GeO_{2} o
similar, que produce un pico de índice de refracción en o cerca del
centro axial de la fibra 68 y un mínimo para el núcleo interno en
su radio exterior. En el pico, la diferencia del índice de
refracción \Deltan_{1} está entre aproximadamente 0,0100 y
0,0160, preferentemente entre aproximadamente 0,0120 y 0,0140. En un
ejemplo \Deltan_{1} es aproximadamente 0,0128. La concentración
del dopante que incrementa el índice de refracción decrece desde el
centro del núcleo 60 hacia el radio exterior en una forma de
producir un perfil que tiene una pendiente curvada que corresponde a
un perfil con gradiente de índice \alpha. La pendiente curvada
tiene una forma substancialmente parabólica con un \alpha de
aproximadamente 2.
Una primera capa de cristal 62 rodea el núcleo
interno 60 y está caracterizada por un índice de refracción a
través de su ancho que es menor que el índice de refracción a lo
largo del radio del núcleo interno 60. Preferentemente, la primera
capa de cristal 62 está hecha de cristal con una diferencia de
índice de refracción de aproximadamente 0. La primera capa de
cristal 62 se extiende desde el radio exterior del núcleo interno
60 a un radio r_{2} de entre aproximadamente 3,5 y 8,0 \mum,
preferentemente entre aproximadamente 4,0 y 5,5 \mum. En un
ejemplo, r_{2} es de aproximadamente 5,3 \mum.
La segunda capa de cristal 64 rodea a la primera
capa de cristal 62. Una segunda capa de cristal 64 se extiende en
un ancho w de entre aproximadamente 1,5 y 4,0 \mum,
preferentemente entre aproximadamente 1,6 y 3,4 \mum. En un
ejemplo w es de aproximadamente 2,0 \mum. Como se muestra en la
figura 6, la segunda capa de cristal 64 tiene un índice de
refracción máximo \Deltan_{3} dentro de este ancho. La segunda
capa de cristal 64, como el núcleo interno 60, tiene su diferencia
de índice de refracción incrementado mediante el dopado del ancho de
la capa de cristal con GeO_{2} u otros dopantes conocidos que
incrementan el índice de refracción. La segunda capa de cristal 64
tiene un perfil de índice de refracción substancialmente
correspondiente a un perfil \alpha, con un \alpha de
aproximadamente 2. Preferentemente, la segunda capa de cristal 64
tiene una diferencia máxima del índice de refracción \Deltan_{3}
de entre aproximadamente 0,0030 y 0,0080, preferentemente entre
aproximadamente 0,0035 y 0,0060. En un ejemplo, \Deltan_{3} es
aproximadamente 0,0054.
Finalmente, un revestimiento conductor de la luz
66 rodea la segunda capa de cristal 64 en una forma convencional
para ayudar la propagación de la luz guía a lo largo del eje de la
fibra 68. El revestimiento 66 preferentemente tiene una diferencia
del índice de refracción substancialmente igual a 0, pero puede
incluir dopantes que no elevan este índice de refracción por encima
de los índices de refracción máximos 72 y 76 del núcleo interno y
de la segunda capa.
Como se indica con anterioridad, las diferencias
de los índices de refracción usualmente son referidas al índice de
refracción de la sílice pura (\Deltan =
n-n_{s\text{í}lice}). Por otro lado, siguiendo la
notación estándar en el campo de las fibras ópticas, se entiende a
lo largo de la presente descripción y reivindicaciones que las
diferencias de los índices de refracción se refieren al
revestimiento (\Deltan = n-n_{revestimiento})
siempre que el revestimiento incluya dopantes que hagan que el
índice de refracción del revestimiento óptico en la fibra
desenfundada diferente del índice de refracción de la sílice
pura.
La fibra 68 tiene un perfil de índice de
refracción 70 de la figura 7 tiene las siguientes características
de transmisión: una longitud de onda de corte de cableado de menos
de 1500 nm, una dispersión de entre aproximadamente -8,0 ps/nm/km y
-3,0 ps/nm/km a 1560 nm, un área efectiva de más de 50 \mum^{2}
a 1550 nm, un coeficiente de macrocurvatura de menos de 10 dB/km, y
un coeficiente de microcurvatura de menos de 12 (dB/km)/(g/mm).
Si los parámetros del perfil de la fibra están
dentro de un rango preferido dado, la fibra 68 que tiene un perfil
de índice de refracción 70 de la figura 7 tiene las siguientes
características preferidas de transmisión: una longitud de onda de
corte cableada de menos de 1500 nm, una dispersión de entre
aproximadamente -7,0 ps/nm/km y -4,0 ps/nm/km a 1560 nm, un área
efectiva mayor de 60 \mum^{2} a 1550 nm, un coeficiente de
macrocurvatura de menos de 0,05 dB/km, y un coeficiente de
microcurvatura de menos de 6 (dB/km)/(g/mm).
En el ejemplo descrito, la fibra 68 tiene las
siguientes características de transmisión: una longitud de onda de
corte cableada de menos de 1500 nm, una dispersión de entre
aproximadamente -4,5 ps/nm/km y -5,6 ps/nm/km a 1560 nm, una
pendiente de dispersión de 0,11 ps/nm^{2}/km a 1550 nm, un
diámetro de modo de campo de 8,7 \mum a 1550 nm, un área efectiva
mayor de 60 \mum^{2} a 1550 nm, un coeficiente de macrocurvatura
de menos de 0,01 dB/km, y un coeficiente de microcurvatura de 3,5
(dB/km)/(g/mm).
En el marco de trabajo del presente trabajo el
coeficiente de macrocurvatura se refiere a una medición de pérdida
a 1550 nm para la curvatura de la fibra sobre un cilindro de
estirado de 60 mm, mientras que el coeficiente de microcurvatura se
refiere a una medida a 1550 nm según el procedimiento de separador
expandible, como se describe por ejemplo en G. Grasso y F. Meli
"Microbending losses of cabled single-mode
fibers", ECOC'88, pp. 526-ss., o en G. Grasso
et al. "Microbending effects in single-mode
optical cables", Internacional Wire and Cable Symposium, 1988,
pp. 722-ss.
En los ejemplos ilustrados en las figures 3, 4 y
5, el tramo de dispersión negativa 16 está compuesto de Fibra de
Alta Dispersión Negativa (HNDF) que preferentemente tiene una
dispersión de aproximadamente -4,5 ps/nm/km y una atenuación igual
o menor a 0,210 dB/km a 1560 nm. Esta fibra tiene un área efectiva
de al menos aproximadamente 50 \mum^{2}. El tramo de dispersión
positiva 18 está compuesto de fibra convencional SMF que tiene una
dispersión positiva de aproximadamente +18 ps/nm/km y una atenuación
de aproximadamente 0,190 dB/km a 1560 nm.
Comparando las figuras 4 y 5 con la figura 2, es
evidente que la fibra de transmisión comprende diferentes tramos
que tienen un valor de dispersión que decrece más negativamente que
aquel utilizado convencionalmente. La disposición incluye el uso de
diferentes tramos de fibra de dispersión positiva 18, que baja la
atenuación global y los efectos no lineales en comparación con las
disposiciones convencionales. La longitud del tramo negativo 52 y
la longitud del tramo positivo se eligen de forma tal que la
dispersión positiva compensará el tramo de dispersión negativa para
llevar la dispersión total 56 aproximadamente a cero.
Preferentemente, la relación de la longitud del tramo de dispersión
negativa con la longitud del tramo de dispersión positiva será menor
de aproximadamente 7:1, más preferentemente menor de 5:1.
Debido a que la dispersión del tramo negativo de
la presente invención es mayor que la dispersión del tramo
correspondiente de la línea convencional, la longitud del tramo
positivo en la presente invención debe ser mayor para compensar el
incremento de dispersión. Debido a que la atenuación del tramo
positivo es menor que la atenuación del tramo negativo y la longitud
de onda del tramo negativo está disminuida, la atenuación total de
la línea, por lo tanto, también está reducida.
Además, mediante la transmisión de la señal a
una longitud de onda donde la dispersión tiene un valor absoluto
que es significativamente mayor de cero a lo largo de la totalidad
de la línea, el problema de FWM y XPM se evita aún con un espaciado
de canal denso y una potencia de señal alta, como se ha comentado
previamente. Por lo tanto, la línea de transmisión de la presente
invención es muy adecuada para utilizar con tecnología Densa e
Hiperdensa WDM, donde el espaciado de canal es menor o igual a 0,8
nm.
Además, la línea de transmisión es menos
susceptible a todos los efectos no lineales, incluyendo SPM, SBS, y
SRS. Esto se debe al hecho de que la longitud de la porción del
tramo de dispersión positiva, que tiene un área efectiva mayor de la
porción del tramo de dispersión negativa, es mayor que la longitud
de la porción de tramo de dispersión positiva de los sistemas
convencionales.
Según la presente invención, la fibra de
dispersión positiva del segundo tramo puede ser una fibra
desplazada de media dispersión (HDSF). La fibra desplazada de media
dispersión tiene una atenuación igual o menor de aproximadamente
0,210 dB/km a una longitud de onda de 1560 nm, una longitud de onda
de dispersión cero entre 1350 nm y 1450 nm, una diferencia del pico
de índice de refracción de menos o igual a aproximadamente 0,0140, y
un área efectiva de al menos 60 \mum^{2}. La fibra de cableado
tiene una longitud de onda de corte de menos de aproximadamente
1500 nm. Preferentemente la fibra desplazada de media dispersión
tiene una atenuación igual o menor de aproximadamente 0,205 dB/km,
aún más preferentemente igual o menor de aproximadamente 0,195
dB/km a una longitud de onda de 1560 nm. Ventajosamente, la
diferencia del pico del índice de refracción es menor o igual a
aproximadamente 0,0120. Preferentemente, el área efectiva es de al
menos 70 \mum^{2}, y aún más preferentemente de al menos 80
\mum^{2}. Ventajosamente, el núcleo de la fibra desplazada de
dispersión media está libre de capas de diferencia negativa de
índice de refracción. La dispersión en la longitud de onda
operativa de 1560 nm está entre aproximadamente 7,5 ps/nm/km y 15,5
ps/nm/km, preferentemente entre aproximadamente 8 ps/nm/km y 13
ps/nm/km, aún más preferentemente entre aproximadamente 9 ps/nm/km y
12 ps/nm/km. Por lo tanto, la fibra desplazada de media dispersión
tiene una dispersión inferior que la fibra SMF convencionalmente
utilizada y que la fibra PSC. Para explicar la dispersión más baja,
se necesitará un tramo más largo de la fibra desplazada de media
dispersión para compensar la dispersión negativa. La relación de
fibra de dispersión negativa y de fibra desplazada de media
dispersión no será mayor de aproximadamente 6:1, preferentemente no
mayor de aproximadamente 4:1. Como se muestra en los ejemplos que se
exponen a continuación, el uso de la fibra desplazada de media
dispersión resultará en una reducción en la atenuación total sobre
el sistema así como también en una reducción de efectos globales no
lineales. Otra ventaja de la fibra desplazada de media dispersión es
una atenuación relativamente baja, en conexión con un contenido bajo
de dopante logrado mediante valores relativamente bajos de la
diferencia del pico del índice de refracción. Las realizaciones de
la fibra desplazada de media dispersión que no tiene áreas poco
dopadas en el núcleo, es decir, capas sin diferencias negativas de
índice de refracción, logra la ventaja adicional de una atenuación
reducida que resulta del contenido relativamente bajo de dopante.
Además, el evitar los dopantes bajos, tales como fluorina,
simplifica significativamente el proceso de producción.
La presente invención contempla que la fibra
desplazada de media dispersión puede tener cualquier perfil de
índice de refracción que es fácilmente evidente para el entendido en
la técnica como capaz de lograr las características de transmisión
aquí descritas. El índice de refracción puede tener, por ejemplo,
una forma de pico en pedestal, una forma de pico doble, o una forma
de anillo. Las fibras de perfil de pico doble se describen en la
solicitud de patente EP99110784.8 asignada al mismo titular de la
presente solicitud.
Un perfil de pico en pedestal para una fibra
desplazada de media dispersión 18 se ilustra en la figura 8. La
fibra 18 tiene una sección transversal similar a la ilustrada en la
figura 6, e incluye un núcleo interno 60, una primera capa de
cristal 62, una segunda capa de cristal 64, y un revestimiento 66.
Las diferentes capas que comprende la fibra óptica de la figura 8
puede contener dopantes que modifiquen el índice de refracción como
GeO_{2} u otros dopantes conocidos para variar el perfil del
índice de refracción. La elección de dopantes y concentraciones
para obtener los perfiles descritos están dentro de la habilidad del
artesano ordinario.
Como se muestra en la figura 8, el perfil del
índice de refracción de pico sobre pedestal 80 está caracterizado
mediante un área interna 82, un pico 84, y un área exterior
(pedestal) 86. El núcleo interno 60 forma un área interna 82 y tiene
un radio r_{1} (referirse a la figura 8) de aproximadamente 0,9
\mum y una diferencia del índice de refracción \Deltan_{1}, de
aproximadamente 0,0024. La primera capa de cristal 62 forma un pico
84 y se extiende desde el radio exterior del núcleo interior hasta
un radio exterior r_{2} de aproximadamente 2,6 \mum y tiene una
diferencia del índice de refracción \Deltan_{2} de
aproximadamente 0,0070. La segunda capa de cristal 64 forma un área
exterior 86 y se extiende desde un radio externo r_{3} de
aproximadamente 6,6 \mum y tiene una diferencia del índice de
refracción \Deltan_{3} de aproximadamente 0,0017. Este perfil
del índice de refracción 80 produce una fibra que tiene las
siguientes características de transmisión: una longitud de onda de
corte de la fibra cableada de menos de 1450 nm, una dispersión de
14,6 ps/nm/km a la longitud de onda 1560 nm, una pendiente de
dispersión de 0,068 ps/nm^{2}/km, un diámetro de modo de campo de
10,9 \mum, un área efectiva de 88 \mum^{2}, un coeficiente de
no linealidad de 0,98 W^{-1}km^{-1}, un coeficiente de
macrocurvatura de 1 dB/km, y un coeficiente de microcurvatura de 6,1
(dB/km)/(g/mm).
La figura 9a describe otro ejemplo de la línea
de transmisión óptica. En este ejemplo, los tramos de dispersión
negativa 16 son de fibra HNDF que tiene una dispersión de
aproximadamente -4,5 ps/nm/km y una atenuación de aproximadamente
0,210 dB/km a 1560 nm. Los tramos de dispersión positiva 18 son de
fibra desplazada de media dispersión que tiene una dispersión de
aproximadamente 11 ps/nm/km y una atenuación de aproximadamente
0,195 a 1560 nm. Las longitudes de los tramos de dispersión negativa
16 se indican mediante las líneas 52 y las longitudes de los tramos
de dispersión positiva 18 se indican mediante las líneas 54. La
dispersión acumulada de la línea de transmisión a 1560 nm se indica
mediante la línea 56, y la atenuación acumulada de la línea de
transmisión se indica mediante la línea 50.
Las siguientes tablas ilustran la ganancia de
atenuación de las distintas realizaciones del sistema de
transmisión en comparación con los sistemas convencionales de
transmisión. Cada ejemplo se basa en una línea de transmisión que
tiene una longitud de 800 km.
La Tabla 1 identifica las especificaciones de
fibra para la configuración de dos sistemas que incluyen un sistema
convencional y un sistema que utiliza fibra NZD y PSC en comparación
con tres realizaciones de ejemplo de la presente invención, es
decir, la Fibra de Alta Dispersión Negativa (HNDF) utilizada tanto
con una fibra de modo único (SMF), una fibra de núcleo de sílice
puro (PSC), o una fibra desplazada de media dispersión (HDSF).
\vskip1.000000\baselineskip
| Tipo de | Tipo fibra de | Longitud (km)/ | Tipo fibra de | Longitud (km)/ |
| sistema | dispers. Neg./ | Atenuación | dispers.posit./ | Atenuación |
| Valor dispers. | (dB/km) a | Valor dispers. | (dB/km) a | |
| (ps/nm/km) | 1560 nm | (ps/nm/km) | 1560 nm | |
| a 1560 nm | a 1560 nm | |||
| Config.#1 | NZD/-2 | 720/0,210 | SMF/+18 | 80/0,190 |
| Config.#2 | NZD/-2 | 725/0,210 | PSC/+19 | 75/0,180 |
| Realiz.#1 | HNDF/-4,5 | 640/0,210 | SMF/+18 | 160/0,190 |
| Realiz.#2 | HNDF/-4,5 | 648/0,210 | PSC/+19 | 152/0,180 |
| Realiz.#3 | HNDF/-4,5 | 560/0,210 | HDS/+11 | 240/0,195 |
La Tabla 2 resume la atenuación total del
sistema para cada sistema de la Tabla 1 y muestra la mejora
(disminución) de la atenuación en comparación con el sistema
convencional.
\vskip1.000000\baselineskip
| Tipo de sistema | Atenuación Total del Sistema | Disminución de Atenuación |
| (dB) a 1560 nm | a 1560 nm (dB) | |
| Configuración #1 | 166,4 | - |
| Configuración #2 | 165,7 | 0,7 |
| Realización #1 | 164,8 | 1,6 |
| Realización #2 | 163,4 | 3,0 |
| Realización #3 | 164,4 | 2,0 |
Como se muestra en las Tablas 1 y 2, la
selección y disposición de las fibras ópticas para las
realizaciones de la presente invención conducen a una atenuación
mejorada y efectos no lineales más bajos que en un sistema
convencional. En particular, como se muestra en la Tabla 2, las
realizaciones de la invención que utilizan fibra SMF, PSC y HDSF
disminuyen la atenuación del sistema en 1,6 dB, 3,0 dB, y 2,0 dB,
respectivamente.
La figura 9b describe otro ejemplo de la línea
de transmisión óptica. En este ejemplo, los tramos de dispersión
negativa 16 son de fibra NZD que tiene una dispersión de
aproximadamente -2 ps/nm/km y una atenuación de aproximadamente
0,210 dB/km a 1560 nm. Los tramos de dispersión positiva 18 son de
fibras HDSF que tienen una dispersión de aproximadamente +11
ps/nm/km y una atenuación de aproximadamente 0,195 a 1560 nm. Las
longitudes de los tramos de dispersión negativa 16 se indican
mediante las líneas 52 y las longitudes de los tramos de dispersión
positiva 18 se indican mediante las líneas 54. La dispersión
acumulada de la línea de transmisión a 1560 nm se indica mediante
la línea 56, y la atenuación acumulada de la línea de transmisión se
indica mediante la línea 50.
La Tabla 3 identifican las especificaciones de
la fibra de otro ejemplo de la fibra de Dispersión Distinta de Cero
(NZD) utilizada con la fibra desplazada de media dispersión
(HDSF).
\vskip1.000000\baselineskip
| Tipo de | Tipo fibra de | Longitud (km)/ | Tipo fibra de | Longitud (km)/ |
| sistema | dispers. neg./ | Atenuación | dispers. posit./ | Atenuación |
| Valor dispers. | (dB/km) a | Valor dispers. | (dB/km) a | |
| (ps/nm/km) | 1560 nm | (ps/nm/km) | 1560 nm | |
| a 1560 nm | a 1560 nm | |||
| Config.#2 | NZD/-2 | 670/0,210 | HDSF/+11 | 130/0,195 |
La Tabla 4 resume la atenuación total del
sistema para el sistema de la Tabla 3 y muestra las mejoras
(disminución) en la atenuación en comparación con el sistema
convencional.
\vskip1.000000\baselineskip
| Tipo de sistema | Atenuación Total del Sistema | Disminución de Atenuación |
| (dB) a 1560 nm | a 1560 nm (dB) | |
| Realización #4 | 166 | 0,3 |
En otra realización de la presente invención y
como se muestra en la figura 10, la fibra desplazada de media
dispersión puede tener un perfil de índice de refracción 90 con un
perfil de doble pico. El perfil de doble pico se caracteriza por un
primer pico 92 y un segundo pico 96. El primer pico 92 se separa del
segundo pico 96 por un área que tiene substancialmente un índice de
refracción constante 94.
Como se muestra en la sección transversal de una
primera realización de una fibra 68 en la figura 6, el centro axial
de la fibra es un núcleo interno 60 que forma un pico 92 (en
referencia a la figura 10) que tiene una primera diferencia de
índice de refracción máxima \Deltan_{1} y un radio r_{1}. El
núcleo interno 60 preferentemente está hecho de SiO_{2} dopado con
una sustancia que incrementa el índice de refracción del SiO_{2}
puro tal como GeO_{2}.
Una primera capa de cristal 62 rodea el núcleo
interno 60 y está caracterizado por un índice de refracción a
través de su ancho que es menos que los índices de refracción del
núcleo interno 60. Preferentemente, la primera capa 62 tiene una
diferencia de índice de refracción substancialmente igual a 0.
Una segunda capa de cristal 64 rodea la primera
capa de cristal 62 que forma un segundo pico 96. La segunda capa de
cristal 64 tiene un índice máximo de refracción \Deltan_{3}
dentro de su ancho. Finalmente, un revestimiento 68 rodea la segunda
capa de cristal 64 en una forma convencional para ayudar a la
propagación de la luz de guía a lo largo del eje de la fibra. El
revestimiento 68 tiene una diferencia del índice de refracción
\Deltan_{3} substancialmente igual a 0. Si el revestimiento 68
incluye algún dopante modificador del índice de refracción, el
revestimiento debe tener un índice de refracción a través de su
ancho que es menor que los índices de refracción máximos tanto
dentro de su núcleo interno 60 como de su segunda capa 64.
Como se muestra en la figura 10, en una
realización preferida de la fibra desplazada de media dispersión
con una forma de doble pico, el núcleo interior 60 tiene un radio
r_{1} que preferentemente es de aproximadamente 2,5 \mum. Entre
el centro de la fibra y la posición radial a los 2,5 \mum, el
núcleo interior 60 incluye un dopante que incrementa el índice de
refracción tal como GeO_{2} o similar que produce un pico del
índice de refracción de o cercano al centro axial de la fibra y un
mínimo para el núcleo interno en su radio exterior. En el pico, el
índice de refracción \Deltan_{1} preferentemente es de
aproximadamente 0,0097. La concentración del dopante que incrementa
el índice de refracción decrece desde el centro del núcleo interior
60 hacia el radio exterior en aproximadamente 2,5 \mum en forma de
producir un perfil \alpha que tiene un \alpha igual a
aproximadamente 3.
La primera capa 62 tiene una diferencia del
índice de refracción substancialmente constante \Deltan_{2} que
es menor de \Deltan_{1}. Como se muestra en la figura 10, la
diferencia preferida del índice de refracción \Deltan_{2} para
la primera capa de cristal 62 es aproximadamente 0. La primera capa
de cristal 62 tiene un radio exterior r_{2} que preferentemente es
de aproximadamente 4,5 \mum.
La segunda capa de cristal 64, como el núcleo
interno 60, tiene su diferencia del índice de refracción
incrementada mediante el dopado del ancho de la capa de crista con
GeO_{2} u otros dopantes conocidos que incrementen el índice de
refracción. La segunda capa de cristal 64 tiene un perfil
substancialmente parabólico a través de su radio que culmina en una
diferencia máxima del índice de refracción \Deltan_{3} que
excede la diferencia máxima del índice de refracción \Deltan_{2}
de la primera capa de cristal 62. El índice de refracción
\Deltan_{3} de la segunda capa de cristal 64 en su pico está
entre aproximadamente 0,0110 y 0,0140 y preferentemente es de
aproximadamente 0,0122. La segunda capa de cristal 34 se extiende
hasta un radio exterior r_{3} de aproximadamente 5,5 \mum.
El revestimiento 66 tiene una diferencia del
índice de refracción substancialmente igual a 0. El revestimiento
66 preferentemente es cristal de SiO_{2} puro pero puede incluir
dopantes que no eleven este índice de refracción por encima de los
índices máximos de refracción 92 y 96 del núcleo interno y la
segunda capa.
Este perfil de índice de refracción de doble
pico 90 produce una fibra que tiene las siguientes características
de transmisión: una longitud de onda de corte de menos de 1450 nm,
una dispersión de 11,2 ps/nm/km en la longitud de onda 1560 nm, una
pendiente de dispersión de 0,084 ps/nm^{2}/km, un diámetro de
modo de campo de 10,4 \mum, un área efectiva de 91 \mum^{2},
un coeficiente de no linealidad de 0,97 W^{-1}km^{-1}, un
coeficiente de macrocurvatura de 10^{-2} dB/km, y un coeficiente
de microcurvatura de 6,1 (dB/km)/(g/mm).
Como se muestra en la figura 11, en otra
realización de una fibra desplazada de media dispersión, el perfil
del índice de refracción 100 puede tener también una forma de
anillo. Esta forma se caracteriza por un área de índice de
refracción constante 102 rodeado por un pico 104. Como se muestra en
la sección transversal de una realización de la fibra en la figura
6, el centro axial de la fibra es un núcleo interno 60 que tiene
una primera diferencia máxima de índice de refracción
\Deltan_{1}, y un radio r_{1}. El núcleo interno 60
preferentemente está libre de fluorina y tiene una diferencia de
índice de refracción de 0.
Una primera capa de cristal 62 rodea el núcleo
interno 60 a lo largo de la longitud de la fibra. La primera capa
de cristal 62 tiene un índice de refracción máximo \Deltan_{2}
dentro de su ancho que excede el índice de refracción máximo
\Deltan_{1} dentro del núcleo interno 60. Finalmente, el
revestimiento 64, 66 rodea la primera capa de cristal 62 en una
forma convencional para ayudar a la propagación de la luz guía a lo
largo del eje de la fibra. El revestimiento 64, 66 puede comprender
cristal con una diferencia de índice de refracción \Deltan_{3}
substancialmente igual a 0. Si el revestimiento 64, 66 incluye algún
dopante modificador del índice de refracción, el revestimiento debe
tener un índice de refracción a través de su ancho que es menos que
los índices de refracción máximos dentro de la primera capa 104.
Como se muestra en la figura 11, según una
realización de la presente invención, el núcleo interno 60 tiene un
radio r_{1} que preferentemente es aproximadamente 2,0 \mum. La
primera capa de cristal 62 tiene una diferencia del índice de
refracción incrementada por dopado del ancho de la capa de cristal
con GeO_{2} u otros dopantes conocidos que incrementen el índice
de refracción. La primera capa de cristal 62 tiene un perfil
substancialmente parabólico a través de su radio que culmina en una
diferencia máxima del índice de refracción \Deltan_{2} que
excede la diferencia máxima del índice de refracción \Deltan_{1}
del núcleo de cristal 60. El índice de refracción \Deltan_{2}
de la primera capa de cristal 62 en su pico preferentemente es
aproximadamente 0,0126. La primera capa de cristal 62 tiene un ancho
que preferentemente es aproximadamente 1,6 \mum, de forma que el
radio exterior r_{2} de la capa 62 es aproximadamente 3,6
\mum.
Este perfil del índice de refracción en forma de
anillo 100 produce una fibra que tiene las siguientes
características de transmisión: una longitud de onda de corte de
menos de 1450 nm, una dispersión de 11,8 ps/nm/km a una longitud de
onda de 1560 nm, una pendiente de dispersión de 0,069
ps/nm^{2}/km, un diámetro de modo de campo de 9,7 \mum, un área
efectiva de 89 \mum^{2}, un coeficiente de no linealidad de
0,98 W^{-1}km^{-1}, un coeficiente de macrocurvatura de 0,1
dB/km, y un coeficiente de microcurvatura de 3,8 (dB/km)/(g/mm).
Como se muestra en la figura 12, en una
realización adicional, preferida, de una fibra desplazada de media
dispersión, el perfil del índice de refracción 100 puede tener una
forma de pico y anillo. Como se muestra en la figura 6, la fibra 68
incluye un núcleo interno 60, una primera capa de cristal 62, una
segunda capa de cristal 64, y un revestimiento 66. Como se muestra
en la figura 12, el perfil de pico y anillo 120 se caracteriza por
un primer pico 122 y un segundo pico 126, separados por un área de
índice de refracción substancialmente constante 124. Un
revestimiento con índice de refracción substancialmente constante
128 rodea el segundo pico 126.
El núcleo interno 60 tiene un radio r_{1} (en
referencia a la figura 12) que está entre aproximadamente 2,2 y 4,0
\mum, preferentemente entre aproximadamente 2,5 y 3,8 \mum. En
un ejemplo r_{1} es aproximadamente 3,4 \mum. Entre el centro
de la fibra y su radio exterior, el núcleo interno 60 incluye un
dopante que incrementa el índice de refracción, tal como GeO_{2} o
similar, que produce un pico del índice de refracción en o cerca
del centro axial de la fibra 68 y un mínimo para el núcleo interno
en su radio exterior. En el pico, la diferencia del índice de
refracción \Deltan_{1} está entre aproximadamente 0,0070 y
0,0120, preferentemente entre aproximadamente 0,0075 y 0,0110. En un
ejemplo \Deltan_{1} es aproximadamente 0,0088. La concentración
del dopante que incrementa el índice de refracción decrece desde el
centro del núcleo 60 hacia el radio exterior en una forma de
producir un perfil que tiene una pendiente curvada que corresponde a
un perfil \alpha con gradiente índice. La pendiente de la curva
tiene un \alpha de aproximadamente 2.
Una primera capa de cristal 62 rodea el núcleo
interno 60 y está caracterizada por un índice de refracción a
través de su ancho que es menor que los índices de refracción a lo
largo del radio del núcleo interno 60. Preferentemente, la primera
capa de cristal 62 está hecha de cristal con una diferencia del
índice de refracción de aproximadamente 0. La primera capa de
cristal 62 se extiende desde el radio exterior del núcleo interno
60 a un radio r_{2} de entre aproximadamente 3,0 y 6,0 \mum,
preferentemente entre aproximadamente 3,0 y 5,0 \mum. En un
ejemplo r_{2} es de aproximadamente 4,6 \mum.
La segunda capa de cristal 64 rodea la primera
capa de cristal 62. La segunda capa de cristal 64 se extiende en un
ancho w de entre aproximadamente 1,5 y 4,0 \mum, preferentemente
entre aproximadamente 1,6 y 3,8 \mum. en un ejemplo w es de
aproximadamente 2,2 \mum. Como se muestra en la figura 6, la
segunda capa de cristal 64 tiene in índice de refracción máximo
\Deltan_{3} dentro de su ancho. La segunda capa de cristal 64,
como el núcleo interno 60, tiene su diferencia del índice de
refracción incrementada mediante el dopado del ancho de la capa de
cristal con GeO_{2} u otros dopantes conocidos que incrementan el
índice de refracción. La segunda capa de cristal 64 tiene un perfil
de índice de refracción substancialmente correspondiente a un
perfil \alpha, con \alpha aproximadamente de 2. Preferentemente,
la segunda capa de cristal 64 tiene una diferencia máxima del
índice de refracción \Deltan_{3} de entre aproximadamente 0,0030
y 0,0080, preferentemente entre aproximadamente 0,0035 y 0,0060. En
un ejemplo, \Deltan_{3} es aproximadamente 0,0053.
Finalmente, un revestimiento conducto de la luz
66 rodea la segunda capa de cristal 64 en una forma convencional
para ayudar a que la luz de guía se propague a lo largo del eje de
la fibra 68. El revestimiento 66 preferentemente tiene una
diferencia de índice de refracción substancialmente igual a 0, pero
puede incluir dopantes que no elevan su índice de refracción por
encima de los índices de refracción máximos 122 y 126 del núcleo
interno y de la segunda capa.
La fibra desplazada de media dispersión 68 que
tiene un perfil de índice de refracción 120 de la figura 12 tiene
las siguientes características de transmisión: una longitud de onda
de corte de menos de 1500 nm, una dispersión de entre
aproximadamente 8,8 ps/nm/km y 13,0 ps/nm/km a 1560 nm, un área
efectiva mayor de 60 \mum^{2} a 1550 nm, un coeficiente de
macrocurvatura de menos de 1 dB/km, y un coeficiente de
microcurvatura de menos de 12 (dB/km)/(g/mm).
Si los parámetros del perfil de la fibra están
dentro de un rango dado preferido, la fibra desplazada de media
dispersión 68 que tiene un perfil del índice de refracción 120 de la
figura 12 tiene las siguientes características preferidas de
transmisión: una longitud de onda de corte de menos de 1500 nm, una
dispersión de entre aproximadamente 9,0 ps/nm/km y 12,0 ps/nm/km a
1560 nm, un área efectiva mayor de 80 \mum^{2} a 1550 nm, un
coeficiente de macrocurvatura de menos de 0,01 dB/km, y un
coeficiente de microcurvatura de menos de 6 (dB/km)/(g/mm).
En el ejemplo descrito, la fibra desplazada de
media dispersión 68 tiene las siguientes características de
transmisión: una longitud de onda de corte de menos de 1450 nm, una
dispersión de aproximadamente 11,3 ps/nm/km a 1560 nm y 10,5
ps/nm/km a 1550 nm, una pendiente de dispersión de aproximadamente
0,082 ps/nm^{2}/km a 1550 nm, un diámetro de modo de campo de
10,4 \mum a 1550 nm, un área efectiva de 85 \mum^{2} a 1550
nm, un coeficiente de macrocurvatura de 0,001 dB/km, y un
coeficiente de microcurvatura de 5 (dB/km)/(g/mm).
Los rendimientos de cada una de las
realizaciones de ejemplo de la fibra desplazada de media dispersión
son similares y son adecuadas para utilizarse según la presente
invención. Sin embargo, los solicitantes notan que el perfil de pico
y anillo y el perfil del doble pico pueden ser preferibles sobre
los otros perfiles de índice de refracción porque son más fáciles de
fabricar, y porque, además de asegurar un desplazamiento suficiente
de la dispersión, generan un campo transversal que es más similar al
generado por la fibra de transmisión existente, asegurando así
compatibilidad con el legado de fibras.
Otras realizaciones de la invención serán
evidentes para aquellos entendidos en la técnica a partir de la
consideración de la especificación y práctica de la invención aquí
descrita. Se busca que la especificación y ejemplos se consideren
sólo como ejemplos, con un ámbito real de la invención que se indica
en las siguientes reivindicaciones.
Claims (25)
1. Fibra de transmisión óptica de modo único
para alojar dentro de un cable de fibra óptica, teniendo la fibra
un núcleo y un revestimiento, comprendiendo el núcleo:
- un núcleo interno que tiene una primera
diferencia del índice de refracción de aproximadamente cero; y
- una primera capa de cristal rodeando el núcleo
interno y que tiene una segunda diferencia del índice de refracción
mayor de cero,
donde la fibra tiene un pico de diferencia del
índice de refracción de menos o igual a 0,0140, una longitud de onda
de dispersión cero de menos de 1450 nm, un valor de dispersión de
entre 7,5 y 15,5 ps/nm/km en una longitud de onda operativa de 1560
nm y un área efectiva de al menos 60 \mum^{2} a 1550 nm, y donde
la fibra tiene una longitud de onda de corte de cableado de menos de
1500 nm.
2. Fibra de transmisión óptica de modo único
para alojar dentro de un cable de fibra óptica teniendo la fibra un
núcleo y un revestimiento, comprendiendo el núcleo:
- un núcleo interno que tiene una primera
diferencia de índice de refracción;
- una primera capa de cristal rodeando el núcleo
interno y que tiene una segunda diferencia de índice de refracción,
y
- una segunda capa de cristal que rodea la
primera capa de cristal y que tiene una tercera diferencia de índice
de refracción mayor de cero, donde la fibra tiene un pico de
diferencia del índice de refracción de menos o igual a 0,0140, una
longitud de onda de dispersión cero de menos de 1450 nm, un valor de
dispersión de entre 7,5 y 15,5 ps/nm/km a una longitud de onda
operativa de 1560 nm y un área efectiva de al menos 60 \mum^{2}
a 1550 nm, y donde la fibra tiene una longitud de onda de corte de
cableado de menos de 1500 nm.
3. Fibra según la reivindicación 2, donde la
segunda diferencia del índice de refracción es mayor que la primera
diferencia del índice de refracción y de la tercera diferencia del
índice de refracción, y cada una de las diferencias del primer y el
segundo índice de refracción son mayores que cero.
4. Fibra según la reivindicación 2, donde la
primera diferencia del índice de refracción es mayor de cero y la
segunda diferencia del índice de refracción es aproximadamente
cero.
5. Fibra según la reivindicación 4, donde la
primera diferencia del índice de refracción está entre 0,0070 y
0,0120.
6. La fibra según la reivindicación 5, donde la
primera diferencia del índice de refracción está entre 0,0075 y
0,0110.
7. Fibra según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 6, donde el núcleo interno tiene un perfil de
grado \alpha.
8. Fibra según la reivindicación 7, donde
\alpha es aproximadamente 2.
9. Fibra según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 8, donde la tercera diferencia del índice de
refracción está entre aproximadamente 0,0030 y 0,0080.
10. Fibra según la reivindicación 9, donde la
tercera diferencia del índice de refracción está entre
aproximadamente 0,0035 y 0,0060.
11. Fibra según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, donde el área efectiva es mayor o igual a
70 \mum^{2} a 1550 nm.
12. Fibra según transmisión óptica de modo único
para alojar dentro de un cable de fibra óptica, teniendo la fibra un
núcleo y un revestimiento, comprendiendo el núcleo:
- un núcleo interno que tiene una primera
diferencia del índice de refracción; y
- una primera capa de cristal que rodea al
núcleo interno y que tiene una segunda diferencia del índice de
refracción,
donde la fibra tiene un pico de diferencia del
índice de refracción de menos o igual a 0,0140, una longitud de onda
de dispersión cero de menos de 1450 nm, un valor de dispersión de
entre 7,5 y 15,5 ps/nm/km en una longitud de onda operativa de 1560
nm y un área efectiva de al menos 70 \mum^{2} a 1550 nm, y donde
la fibra tiene una longitud de onda de corte de cableado de menos de
1500 nm.
\newpage
13. Fibra según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, donde el pico de diferencia del índice de
refracción es menor o igual a aproximadamente 0,0120.
14. Fibra según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13, donde el valor de dispersión a 1560 nm
está entre 8 y 13 ps/nm/km.
15. Fibra según la reivindicación 14, donde el
valor de dispersión a 1560 nm está entre 9 y 12 ps/nm/km.
16. Fibra según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 15, donde la atenuación a una longitud de onda
de 1560 nm es menor o igual 0,210 dB/km.
17. Fibra según la reivindicación 16, donde la
atenuación a una longitud de onda de 1560 nm es menor o igual a
0,205 dB/km.
18. Fibra según la reivindicación 17, donde la
atenuación a una longitud de onda de 1560 nm es menor o igual a
0,195 dB/km.
19. Fibra según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 18, donde el área efectiva es mayor o igual a
80 \mum^{2} a
1550 nm.
1550 nm.
20. Fibra según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 19, donde el perfil del índice de refracción
del núcleo no tiene capas de diferencia negativa del índice de
refracción.
21. Fibra según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 20, donde el coeficiente de macrocurvatura es
menor o igual a 1 dB/km.
22. Fibra según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 21, donde el coeficiente de microcurvatura es
menor o igual a 12 (dB/km)/(g/mm).
23. Fibra según la reivindicación 22, donde el
coeficiente de microcurvatura es menor o igual a 6,1
(dB/km)/(g/mm).
24. Fibra según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 23, donde la longitud de onda de dispersión
cero es mayor de 1350 nm.
25. Cable que comprende al menos una fibra de
transmisión óptica de modo único según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores.
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