ES2344992T3

ES2344992T3 - Fibra optica monomodo con bajas perdidas por flexion.

Info

Publication number: ES2344992T3
Application number: ES06076957T
Authority: ES
Inventors: Marianne Bigot-Astruc; Denis Molin; Pascale Nouchi; Pieter Matthijsse; Louis-Anne De Montmorillon; Yves Lumineau; Ivo Flammer; Pierre Sillard; Frans Gooijer
Original assignee: Draka Comteq BV
Current assignee: Draka Comteq BV
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2010-09-13
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: FR2893149A1; JP2007140510A; US8837889B2; US7995889B2; KR20070050380A; US20100067859A1; PL1785754T3; US20110286710A1; CN1982928B; DK1785754T3; DE602006014078D1; US20070127878A1; EP1785754A1; ATE467142T1; CN1982928A; FR2893149B1; EP1785754B1; PT1785754E; US7623747B2; KR101273759B1

Abstract

Fibra de transmisión por fibra óptica, que comprende: - un núcleo central con una diferencia de índice Δn1 con un revestimiento óptico externo; - un primer revestimiento interior con una diferencia de índice Δn2 con el revestimiento externo; - un segundo revestimiento interno enterrado con una diferencia de índice Δn3 con el revestimiento externo inferior a -3-10-3, caracterizada porque dicho segundo revestimiento interno contiene germanio con una concentración en peso comprendida entre 0,5% y 7%, en el que el segundo revestimiento enterrado tiene un radio (r3) comprendida entre 12 μm y 25 μm, teniendo el núcleo central un radio (r1) comprendido entre 3,5 μm y 4,5 μm, y presenta una diferencia de índice (Δn1) con el revestimiento exterior comprendida entre 4,2-103 y 6,1-10-3, y teniendo el primer revestimiento interno un radio (r2) comprendido entre 7,5 μm y 14,5 μm, y presenta una diferencia de índice (Δn2) con el revestimiento exterior comprendida entre -1,2-103 y 1,2-10-3.

Description

Fibra óptica monomodo con bajas pérdidas por flexión.

La presente invención se refiere al campo de las transmisiones por fibra óptica, y más concretamente, a una fibra de línea con bajas pérdidas por flexión y micro-flexión.

En el caso de las fibras ópticas, el perfil del índice suele calificarse en relación con el trazado de un gráfico en el que se muestra la función que asocia el índice de refracción de la fibra con el radio de la fibra. Convencionalmente, la distancia r al centro de la fibra se muestra a lo largo del eje de abscisas, y la diferencia entre el índice de refracción y el índice de refracción del revestimiento de la fibra se muestra a lo largo del eje de ordenadas. Por lo tanto, el perfil del índice se describe como "escalonado", "trapezoidal" o "triangular" por los gráficos que describen, respectivamente, formas escalonadas, trapezoidales o triangulares. Por lo general, estas curvas son representativas del perfil teórico o prefijado de la fibra, y es posible que las tensiones inducidas durante la fabricación de la fibra produzcan un perfil sustancialmente diferente.

Convencionalmente, una fibra óptica consiste en un núcleo óptico cuya función consiste en transmitir, y opcionalmente amplificar, una señal óptica, y un revestimiento óptico cuya función consiste en confinar la señal óptica en el interior del núcleo. A estos efectos, los índices de refracción del núcleo n_{c} y del revestimiento n_{g} son tales que
n_{c} > n_{g}. Como es perfectamente sabido, la propagación de una señal óptica en una fibra óptica monomodo se descompone en un modo fundamental guiado en el núcleo y unos modos secundarios guiados a cierta distancia en el conjunto del revestimiento del núcleo, y denominados modos de revestimiento.

Como fibras de línea para los sistemas de transmisión por fibra óptica, se suelen utilizar las fibras monomodo (SMF). Estas fibras presentan dispersión cromática y una pendiente de dispersión cromática que cumple las normas específicas de telecomunicaciones.

Por necesidades de compatibilidad entre los sistemas ópticos de diferentes fabricantes, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) ha establecido una norma denominada ITU-T G.652 que debe ser cumplida por una fibra monomodo estándar (SSMF).

Esta norma G.652 para fibras de transmisión recomienda, entre otras cosas, un rango de [8,6; 9,5 \mum] para el diámetro del campo de modo (MFD) para una longitud de onda de 1310 nm; un máximo de 1260 nm para la longitud de onda de corte del cable; un rango de [1300; 1324 nm] para la longitud de onda de cancelación de dispersión, denominada \lambda_{0}; un máximo de 0,093 ps/nm^{2}-km para la pendiente de dispersión cromática. La longitud de onda de corte del cable se mide convencionalmente como la longitud de onda a la que la señal óptica deja de ser monomodo tras la propagación a lo largo de veintidós metros de fibra, de acuerdo con lo definido por el subcomité 86A de la Comisión Electrotécnica Internacional de acuerdo con la norma IEC 60793-1-44.

Asimismo, para una fibra específica, se define el llamado valor MAC como la relación entre el diámetro de campo de modo de la fibra a 1550 nm y la longitud de onda de corte efectiva \lambdac_{eff}, también denominada longitud de onda de corte. La longitud de onda de corte se mide convencionalmente como la longitud de onda para la que la señal óptica deja de ser monomodo tras la propagación a través de dos metros de fibra, de acuerdo con lo definido por el subcomité 86A de la Comisión Electrotécnica Internacional de acuerdo con la norma IEC 60793-1-44. El valor MAC se utiliza para evaluar el rendimiento de la fibra, concretamente, llegar a un compromiso entre el diámetro del campo de modo la longitud de onda de corte efectiva y las pérdidas por flexión.

La figura 1 muestra los resultados experimentales del solicitante, con unas pérdidas por flexión a una longitud de onda de 1625 nm con un radio de curvatura de 15 mm en una fibra SSMF estándar en relación con el valor MAC a una longitud de onda de 1550 nm. Puede verse que el valor MAC influye sobre las pérdidas por flexión de la fibra, y estas pérdidas por flexión pueden reducirse disminuyendo el valor MAC.

No obstante, una reducción del valor MAC mediante la reducción del diámetro de campo de modo y/o mediante el aumento de la longitud de onda de corte efectiva puede hacer que se exceda la norma G.652, haciendo que la fibra fuese comercialmente incompatible con algunos sistemas de transmisión.

El cumplimiento de la norma G.652 y la reducción de las pérdidas por flexión representa un verdadero desafío para las aplicaciones de fibras diseñadas para sistemas de fibra óptica domésticos, denominados sistemas de fibra óptica hasta el hogar (FTTH de la expresión en inglés Fiber to The Home) o sistemas de fibra óptica hasta la acera o hasta el edificio, también denominados Sistemas de Fibra Óptica hasta la Acera (FTTC de la expresión inglesa Fiber to the Curb).

De hecho, un sistema de transmisión mediante fibra óptica incluye cajas de almacenamiento en las cuales se dispone de longitudes adicionales de fibra para futuras intervenciones; estas longitudes adicionales están enrolladas en las cajas. Debido a la intención de miniaturizar estas cajas para las aplicaciones FTTH o FTTC, las fibras monomodo, en este contexto, están diseñadas para enrollarse con unos diámetros cada vez menores (alcanzando unos radios de curvatura de tan sólo 15 mm u 11 mm). Además, dentro del ámbito de las aplicaciones FTTH o FTTC la fibra corre el riesgo de estar sometida a problemas de instalación más arduos que en el caso de las aplicaciones a mayores distancias, es decir, la presencia de flexiones accidentales relacionadas con el bajo coste de la instalación y con el entorno. Debe tenerse en cuenta la presencia de un radio de curvatura accidental equivalente a 7,5 mm o incluso 5 mm. Por lo tanto, es absolutamente necesario, a fin de cumplir las limitaciones relacionadas con las cajas de almacenamiento y las limitaciones de instalación, que las fibras monomodo utilizadas para aplicaciones FTTH o FTTC presenten unas pérdidas por flexión limitadas. No obstante, se comprende que esta reducción de las pérdidas por flexión no debería conseguirse en detrimento de una pérdida del carácter monomodo de la señal, que deterioraría gravemente la señal, ni en detrimento de la introducción de pérdidas ópticas importantes causadas por empalmes.

La publicación de S. Matsuo et al. "Bend-Insensitive and Low Splice-Loss Optical Fiber for Indoor Wiring in FTTH", OFC'04 Proceedings, paper Th13 (2004) describe un perfil de índice para la fibra monomodo (SMF) que permite una reducción de las pérdidas por flexión. No obstante, esta fibra presenta una dispersión cromática comprendida entre 10,2 ps/nm-km y 14,1 ps/nm-km, que queda fuera del ámbito de la norma G.652.

La publicación de I. Sakabe et al. "Enhanced Bending Loss Insensitive Fiber and New Cables for CWDM Access Networks", 53rd IWCS Proceedings, páginas 112-118 (2004) propone la reducción del diámetro de campo de modo para reducir las pérdidas por flexión. No obstante, esta reducción en el diámetro del campo de modo excede de la norma G.652.

La publicación de K. Bandou et al. "Development of Premise Optical Wiring Components Using Hole-Assisted Fiber" 53rd IWCS Proceedings, páginas 119-122 (2004) propone una fibra hueca con las características ópticas de una fibra SSMF con unas pérdidas por flexión menores. El coste de fabricación de dicha fibra y los elevados niveles actuales de atenuación (>0,25 dB/km) dificultan su utilización comercial en sistemas FTTH.

La publicación de T. Yokokawa et al. "Ultra-Low Loss and Bend Insensitive Pure-Silica-Core Fiber Complying with G.652 C/D and its Applications to a Loose Tube Cable", 53rd IWCS Proceedings, páginas 150-155 (2004) propone una fibra con núcleo de sílice pura PSCF, con bajas pérdidas de transmisión y de flexión, pero con un menor diámetro del campo de modo, con lo que se excede de la norma G.652.

El documento US 6771865 describe un perfil de una fibra de transmisión con una reducida pérdida por flexión. La fibra tiene un núcleo central, un revestimiento interno anular y un revestimiento óptico externo. El revestimiento anular se recubre con germanio y flúor. La información facilitada en este documento no permite determinar si la fibra satisface o no los criterios establecidos por la norma G.652.

El documento US 4852968 describe el perfil de una fibra para transmisión con unas bajas pérdidas por flexión. No obstante, esta fibra presenta una dispersión cromática que no satisface los criterios de la norma G.652. La norma G.652 exige la cancelación de la dispersión cromática a unas longitudes de onda comprendida entre 1300 nm y 1324 nm, pero la fibra descrita en el documento US 4852962 presenta una cancelación de la dispersión cromática a longitudes de onda comprendida entre 1400 nm y 1800 nm.

Adicionalmente, el documento US 4852968 hace referencia a una fibra óptica monomodo con un anillo índice hundido o región periférica situada fuera del núcleo de la fibra, y en el interior del revestimiento de la fibra, incluyendo dicho revestimiento una primera región de revestimiento que se extiende desde un radio a_{1} hasta un radio a_{2} y que presenta un índice de refracción n_{2}(a), un lecho índice que se extiende desde un radio a_{2} a un radio a_{3} y que tiene un índice de refracción n_{3}(a) y una segunda región de revestimiento que se extiende hacia el exterior desde un radio a_{3} y que cuenta con un índice de refracción n_{4} (a), siendo a_{1}<a_{2}<a_{3}, y con un valor máximo de n_{3}(a) inferior al valor mínimo de n_{2}(a) y que también es inferior n_{4}(a=a_{3}), el índice de refracción del segundo revestimiento en a_{3}.

El documento US 2003/0223717 se refiere a una fibra óptica para propagación de una señal óptica con una longitud de onda, teniendo dicha fibra óptica una línea central, incluyendo dicha fibra óptica:

- un núcleo; y

- una capa de revestimiento que rodea al núcleo, teniendo dicha capa de revestimiento un radio exterior r_{c} y un índice medio de refracción n_{c}. El núcleo incluye una región central dispuesta alrededor de la línea central de la fibra, y una región anular que rodea la región central, estando rodeada la región anular por la capa de revestimiento, y teniendo la región anular un diferencia mínima \Delta_{2} comprendida entre -0,1 y 0,05% aproximadamente, un perfil de índice de refracción, una concentración máxima de germanio comprendida entre un 2% y un 22% en peso, un perfil de concentración de germanio, una concentración máxima de flúor comprendida entre un 0,5% y un 3,5% en peso, y un perfil de concentración de flúor.

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El documento WO-A-2004/092794 describe un perfil de fibra de transmisión con bajas pérdidas por flexión. La fibra cuenta con un núcleo central, un primer revestimiento interior, un segundo revestimiento interno enterrado y un revestimiento óptico exterior. Algunos de los ejemplos de fibras descritos en este documento cumplen igualmente los criterios de la norma G.652. La fibra que se describe en este documento se ha fabricado mediante técnicas del tipo de deposición axial en fase de vapor (VAD) o deposición de vapor Química (CVD). Sin embargo, la fibra que se describe en este documento no identifica los problemas de las pérdidas por micro-flexión.

Por lo tanto se necesita una fibra para transmisión con la que resulte posible cumplir los criterios de la norma G.652, es decir, que pueda utilizarse comercialmente en sistemas de transmisión del tipo FTTH o FTTC, y que presente tanto bajas pérdidas por flexión como bajas pérdidas por micro-flexión. En aplicaciones FTTH o FTTC, las fibras se someten a tensiones de flexión y micro-flexión más elevadas que en el caso de aplicaciones de transmisión a largas distancias. De hecho, en las aplicaciones FTTH o FTTC, el exceso de longitud de las fibras suele enrollarse en cajas de almacenamiento cada vez más miniaturizadas; además, la fibra estará sometida a importantes tensiones de flexión relacionadas con el entorno de su instalación.

Con este fin, la invención propone un perfil de fibra que comprende un núcleo central, un primer revestimiento interior, un segundo revestimiento interior enterrado a gran profundidad y un revestimiento exterior. El segundo revestimiento interno contiene germanio.

La presencia de germanio en el revestimiento enterrado a gran profundidad, a pesar de que el germanio sea un revestimiento cuyo efecto consiste en aumentar el índice de sílice, permite aumentar el coeficiente elástico-óptico del revestimiento enterrado. Por lo tanto, cuando se aplican tensiones a la fibra, especialmente cuando la fibra se somete a flexiones o micro-flexiones, la presencia del revestimiento enterrado a gran profundidad y que contiene germanio permite limitar los efectos de las tensiones sobre los cambios en el índice de refracción de la fibra. Las pérdidas ópticas, por lo tanto, se reducen cuando dichas tensiones se aplican a una fibra que cuenta con un segundo revestimiento interior enterrado a gran profundidad y que contiene germanio.

Más concretamente, la invención propone una fibra óptica de transmisión que comprende:

- un núcleo central con una diferencia de índice \Deltan_{1} con un revestimiento óptico externo;

- un primer revestimiento interior con una diferencia de índice \Deltan_{2} con el revestimiento externo;

- un segundo revestimiento interno enterrado con una diferencia de índice \Deltan_{3} con el revestimiento externo inferior a -3\cdot10^{-3}, y que contiene germanio con una concentración en peso comprendida entre 0,5% y 7%.

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De acuerdo con una característica, la diferencia de índice \Deltan_{3} del segundo revestimiento interno con el revestimiento externo es superior a -15\cdot10^{-3}.

De acuerdo con otra característica, la diferencia de índice entre el núcleo central y el primer revestimiento interno (\Deltan_{1}-\Deltan_{2}) se encuentra comprendida entre 3,9\cdot10^{3} y 5,9\cdot10^{-3}.

De acuerdo con otra característica, el segundo revestimiento enterrado tiene un radio comprendido entre 12 \mum y 25 \mum.

De acuerdo con otra característica, el núcleo central tiene un radio comprendida entre 3,5 \mum y 4,5 \mum, y presenta una diferencia de índice con el revestimiento exterior comprendida entre 4,2\cdot10^{3} y 6,1\cdot10^{-3}.

De acuerdo con otra característica, el primer revestimiento interno tiene un radio comprendido entre 7,5 \mum y 14,5 \mum, y presenta una diferencia de índice con el revestimiento exterior comprendida entre -1,2\cdot10^{3} y 1,2\cdot10^{-3}.

De acuerdo con otra característica, la integral del núcleo central, definida como:

1

Se encuentra comprendida entre 17\cdot10^{3} \mum y 24\cdot10^{-3} \mum.

De acuerdo con otra característica, para una longitud de onda de 1310 nm, la fibra actual presenta un diferencial de dispersión cromática de 0,093 ps/nm^{2}-km o inferior.

De acuerdo con otra característica, la fibra actual muestra una cancelación de la dispersión cromática para una longitud de onda comprendida entre 1300 nm y 1324 nm.

De acuerdo con otra característica, la presente fibra muestra una longitud de onda de corte del cable de 1260 nm o inferior.

De acuerdo con otra característica, a una longitud de onda de 1625 nm, la presente fibra muestra unas pérdidas por flexión, para un enrollamiento de 100 vueltas alrededor de un radio de curvatura de 15 mm, de 1 dB o inferiores.

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De acuerdo con otra característica, para una longitud de onda de 1625 nm, la presente fibra muestra unas pérdidas por flexión, para un enrollamiento de 1 vuelta alrededor de un radio de curvatura de 11 mm, de 0,5 dB o inferiores.

De acuerdo con otra característica, para una longitud de onda de 1625 nm, la presente fibra muestra unas pérdidas por flexión, para un enrollamiento de 1 vuelta alrededor de un radio de curvatura de 5 mm, de 2 dB o inferiores.

De acuerdo con otra característica, hasta una longitud de onda de 1625 nm, la presente fibra muestra unas pérdidas por flexión, medidas con el llamado método del tambor de diámetro fijo, de de 0,8 dB/km o inferiores.

La invención también se refiere a un método de fabricación de una fibra de transmisión óptica de acuerdo con la invención, incluyendo dicho método las siguientes etapas:

- proporcionar un tubo de sílice y colocar dicho tubo en un torno;

- inyectar una mezcla gaseosa de oxígeno, O_{2}, silicio SiCl_{4}, flúor C_{2}F_{6} y germanio GeO_{2} en el tubo;

- ionización de la mezcla gaseosa para obtener un plasma mediante calentamiento por microondas, para depositar una capa de revestimiento de silicio que forma el segundo revestimiento interno enterrado;

- posteriormente, inyección de mezclas gaseosas e ionización de dichas mezclas para depositar capas de revestimiento de sílice para formar el primer revestimiento interior y el núcleo central.

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La invención se refiere igualmente a un sistema óptico de Fibra hasta el hogar (FTTH) o de Fibra hasta la acera (FTTC), que comprende al menos un módulo óptico o una caja de almacenamiento de acuerdo con la invención.

Se observarán otras características y ventajas de la invención mediante la lectura de la siguiente descripción de las realizaciones de la invención, facilitadas a modo de ejemplo, haciendo referencia a las figuras adjuntas, que muestran:

La figura 1, anteriormente descrita, consiste en un gráfico en el que se muestran las pérdidas por flexión a una longitud de onda de 1625 nm con un radio de curvatura de 15 mm en una fibra monomodo estándar (SSMF) en relación con el valor MAC a una longitud de onda de 1550 nm.

La figura 2 es un gráfico en el que se muestra el perfil preestablecido de una fibra monomodo (SMF) de acuerdo con una realización de la invención.

Las figuras 3a a 3c son unos gráficos en los que se muestran, para diferentes radios de curvatura, las pérdidas por flexión a una longitud de onda de 1625 nm en relación con el valor MAC a una longitud de onda de 1550 nm para diferentes fibras monomodo estándar (SSMF) y para diferentes fibras de acuerdo con la invención.

Las figuras 4a y 4b consisten en un gráfico en el que se muestran las pérdidas por micro-flexión.

La presente fibra tiene un núcleo central, un primer revestimiento interno y un segundo revestimiento interno enterrado. Revestimiento enterrado significa una porción radial de la fibra cuyo índice de refracción es inferior al del índice del revestimiento exterior. El segundo revestimiento interno enterrado tiene una diferencia de índice con el revestimiento exterior que es inferior a -3\cdot10^{-3} y que puede llegar hasta -15\cdot10^{-3}. Asimismo, el revestimiento enterrado contiene germanio en una concentración en peso comprendida entre 0,5% y 7%.

Como ya es en sí conocido, una fibra óptica se obtiene mediante el estiramiento de una preforma. Por ejemplo, la preforma puede ser un tubo de vidrio (sílice pura) de muy alta calidad que forme parte del revestimiento exterior y rodee el núcleo central y el revestimiento interior de la fibra; este tubo puede cubrirse o recubrirse para aumentar su diámetro antes de proceder a la operación de estiramiento en una torre de estiramiento. Para fabricar la preforma, el tubo suele montarse horizontalmente y se sujeta en ambos extremos mediante barras de cristal en un torno; a continuación, se hace girar el tubo y se calienta localmente para depositar los componentes que determinan la composición de la preforma. Esta composición determina las características ópticas de la futura fibra.

El depósito de los componentes en el tubo suele denominarse "dopado", es decir, se añaden las impurezas a la sílice para modificar su índice de refracción. De este modo, el germanio (Ge) o el fósforo (P) aumentan el índice de refracción de la sílice; se utilizan con frecuencia para adulterar el núcleo central de la fibra. Igualmente, el Flúor (F) o el Boro (B) disminuyen el índice de refracción de la sílice; se utilizan con frecuencia para formar revestimientos enterrados o como "co-dopantes" con el germanio cuando se desea compensar el aumento del índice de refracción en un revestimiento fotosensible.

Resulta difícil fabricar una preforma con un revestimiento enterrado. El flúor no se incorpora fácilmente a la sílice cuando se calienta por encima de una temperatura determinada, al mismo tiempo que se requiere una alta temperatura para la fabricación del vidrio, y una temperatura más baja que promueve la incorporación del flúor no permite obtener unos índices mucho menores que el de la sílice.

Se propone la fabricación de la preforma de la presente invención utilizando una técnica de PCVD (Depósito de Vapor Químico de Plasma), ya que permite reacciones a temperaturas más bajas que con las técnicas convencionales (CVD, VAD, OVD) mediante la ionización de los componentes de la reacción. Dicha técnica de fabricación se describe en los documentos US RE 30635 y US 4314833; permite la incorporación de grandes cantidades de flúor a la sílice para formar revestimientos enterrados en profundidad.

La utilización de la técnica del PCVD para la fabricación de la fibra de la invención también permite añadir germanio al revestimiento enterrado. Como se ha indicado anteriormente, el germanio aumenta el índice de refracción de la sílice; por tanto, resulta en general poco recomendable su incorporación en una sección de fibra para la que se desea obtener un índice de refracción inferior al de la sílice. El PCVD permite, sin embargo, fabricar un elevado número de iones de flúor muy reactivos; a continuación se puede añadir germanio a la reacción, y sin embargo, obtener un revestimiento interior enterrado.

Por tanto, la presente fibra incluye germanio en el montaje de los revestimientos internos, incluyendo el revestimiento cuyo índice es inferior a -3\cdot10^{-3}. La presencia del germanio en el revestimiento enterrado modifica la viscosidad de la sílice y el coeficiente elástico-óptico de dicho revestimiento.

La figura 2 muestra un perfil de índice para una fibra de transmisión acorde con la invención. El perfil mostrado es un perfil prefijado, es decir, representa el perfil teórico de la fibra, y es posible que la fibra realmente obtenida mediante el estiramiento de una preforma arroje un perfil sustancialmente diferente.

La fibra de transmisión monomodo de la presente invención comprende un núcleo central con una diferencia de índices \Deltan_{1}, con un revestimiento exterior que actúa como revestimiento óptico; un primer revestimiento interno con una diferencia de índice \Deltan_{2} con el revestimiento exterior; un segundo revestimiento interno, profundamente enterrado y con una diferencia de índice \Deltan_{3} con el revestimiento exterior. Los índices de refracción del núcleo central, del primer revestimiento y del segundo revestimiento interno son sustancialmente constantes a lo largo de toda su anchura el perfil prefijado, y por lo tanto, es una verdadera fibra monomodo. La anchura del núcleo se define por su radio r_{1,} y la anchura de los revestimientos por sus respectivos radios exteriores r_{2} y r_{3}.

Para definir un perfil de índice prefijado para una fibra óptica, suele tomarse como referencia el índice del revestimiento exterior. Los valores de índice del núcleo central, de los revestimientos enterrados y del anillo se facilitan entonces como diferencias de índices \Deltan_{1,2,3}. Por lo general, el revestimiento exterior está compuesto de sílice, pero este revestimiento exterior puede doparse para aumentar o reducir su índice de refracción, por ejemplo, a fin de modificar las características de la propagación de la señal.

Por tanto, cada sección del perfil de la fibra puede definirse utilizando integrales que asocien las variaciones de los índices con el radio de cada sección de la fibra.

Por tanto, pueden definirse tres integrales para la fibra actual, que representan la superficie del núcleo I_{1}, la superficie del primer revestimiento interno I_{2} y la superficie del segundo revestimiento interno enterrado I_{3}. La expresión "superficie" no debe interpretarse geométricamente, pero corresponde a un valor que tiene en cuenta dos dimensiones. Estas tres integrales pueden expresarse como sigue:

2

La tabla I a continuación muestra los valores límite de los radios y las diferencias de índice, y los valores límite de la integral I_{1} que se precisan para que la fibra muestre unas menores pérdidas por flexión y pérdidas por micro-flexión y siga cumpliendo los criterios de propagación óptica de la norma G. 652 para las fibras de transmisión. Los valores facilitados en la tabla corresponden a los perfiles prefijados de las fibras.

TABLA I

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El valor de la integral I_{1} del núcleo central influye sobre la forma y el tamaño del modo de propagación fundamental de la señal en la fibra. Un valor de integral para el núcleo central comprendida entre 17\cdot10^{-3} \mum y de 24\cdot10^{-3} \mum le permite, concretamente, mantener un diámetro de campo de modo que sea compatible con la norma G. 652.

La tabla II facilita ejemplos de posibles perfiles de índice para una fibra de transmisión de acuerdo con la invención. En la primera columna se asigna una referencia a cada perfil. Las siguientes columnas ofrecen los valores de los radios de cada sección (r_{1} a r_{3}); y las siguientes columnas ofrecen los valores de las diferencias de índices de cada sección con el revestimiento exterior (\Deltan_{1} a \Deltan_{3}). Los valores de índice se miden a una longitud de onda de 633 nm.

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TABLA II

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La presente fibra de transmisión, que cuenta con un perfil de índice como el descrito anteriormente, muestra unas menores pérdidas por flexión y pérdidas por micro-flexión a longitudes de onda útiles.

Además, la presente fibra cumple los criterios de la norma G. 652.

Las tablas III y IV a continuación muestran las características ópticas simuladas para fibras de transmisión correspondientes a los perfiles de índice de la tabla II.

En la tabla III, la columna uno reproduce las referencias de la tabla II. Las siguientes columnas, para cada perfil de fibra, muestran los valores de la longitud de onda de corte efectiva \lambda_{Ceff}, de la longitud de onda de corte cableada \lambda_{CC}, los diámetros de campo de modo 2W02 para las longitudes de onda 1310 nm y 1550 nm, la longitud de onda de cancelación de la dispersión cromática \lambda_{0}, el diferencial de dispersión P_{0} a \lambda_{0}, las dispersiones cromáticas C para las longitudes de onda de 1550 nm y 1625 nm.

En la tabla IV, la columna uno reproduce las referencias de la tabla III. Las siguientes columnas facilitan los valores MAC a una longitud de onda de 1550 nm. Las tres columnas siguientes facilitan los valores correspondientes a las pérdidas por flexión BL para los radios de curvatura correspondientes de 5, 11 y 15 mm a una longitud de onda de 1625 nm. La siguiente columna, para un radio de 15 mm, facilita las pérdidas por flexión relativas normalizadas con respecto a las pérdidas por flexión estándar de una fibra SSMF con el mismo valor MAC a una longitud de onda de 1550 nm. La penúltima columna facilita las pérdidas por micro-flexión obtenidas mediante la prueba de matriz de pines (10 pines de 1,5 mm) a una longitud de onda de 1550 nm.

Esta prueba utiliza una matriz de diez agujas pulidas, con un diámetro de 1,5 nm y separadas a intervalos de 1 cm. La fibra se teje a través de la matriz, ortogonalmente con respecto al eje de las agujas. La fibra y la matriz se presionan entre dos placas rígidas revestidas con una capa de aproximadamente 3 mm de espuma de polietileno de alta densidad. Las capas del conjunto (placas, matriz, fibra) están colocadas horizontalmente, y el conjunto se cubre con un peso de 250 g. La última columna indica las pérdidas por micro-flexión medidas utilizando el método de tambor de diámetro fijo a una longitud de onda de 1625 nm. Este método se describe en las recomendaciones técnicas del subcomité 86A de la Comisión Electrotécnica Internacional bajo la referencia IEC TR-62221. El diámetro del tambor utilizado es de 60 cm; el tambor se cubre con un papel de lija extrafino. Los valores de las pérdidas por flexión BL se indican a una longitud de onda de 1625 nm.

TABLA III

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TABLA IV

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Puede apreciarse en la tabla III que los ejemplos 2 a 4 cumplen la norma G. 652.

Concretamente, la fibra de los ejemplos 2 a 4 muestra la cancelación de de la dispersión cromática para una longitud de onda comprendida entre 1300 nm y 1324 nm; esto está en línea con la norma G.652. La fibra de los ejemplos 2 a 4 también muestra, para una longitud de onda de 1310 nm, una pendiente de dispersión cromática de 0,093 ps/nm^{2}-km o inferior, lo cual cumple la norma G.652. Igualmente, la fibra de los ejemplos 2 a 4 muestra una longitud de onda de corte cableada que es de 1260 nm o inferior, lo que cumple los criterios de la norma G.652 que exige una longitud de onda cableada de 1260 nm o inferior.

Además, en la tabla IV puede apreciarse que los ejemplos 2 a 4 muestran unas pérdidas por flexión distintamente mejoradas con respecto a las pérdidas de la fibra de transmisión estándar SSMF. Las pérdidas por micro-flexión también han mejorado.

Los gráficos de las figuras 3a, 3b y 3c muestran unas medidas de pérdidas por flexión obtenidas con unas fibras fabricadas de acuerdo con la invención y para fibras estándar, con unos radios de curvatura de R=5 mm, R=11 mm y R=15 mm a una longitud de onda de 1625 nm. En este caso, las pérdidas por flexión se facilitan al final de un bucle (para R=5 mm y R=11 mm) o al final de 100 bucles (para R=15 mm).

La figura 4a muestra pérdidas por micro-flexión para las fibras fabricadas de acuerdo con la invención, caracterizadas por la prueba de matriz de pines y medida a una longitud de onda de 1550 nm, en relación con el valor MAC a una longitud de onda de 1550 nm para las diferentes fibras SSMF y para una fibra de acuerdo con la invención.

La figura 4b muestra pérdidas por micro-flexión utilizando la prueba del tambor de diámetro fijo en relación con la longitud de onda para una fibra SSMF y para una fibra de la invención con unos valores MAC a una longitud de onda de 1550 nm de 8,11 y 8,31, respectivamente.

Igualmente, los gráficos de las figuras 4a y 4b muestran claramente que la sensibilidad de la presente fibra a la micro-flexión se reduce significativamente con respecto a la de una fibra SSMF. En la figura 4a puede apreciarse que las pérdidas por micro-flexión (prueba de matriz de pines) medidas para una fibra de la invención, con un valor MAC de 8,44 a una longitud de onda de 1550 nm, ascienden a 0,025 dB, mientras que son diez veces mayores para una fibra SSMF con el mismo valor MAC. También puede apreciarse en la figura 4b que las pérdidas por micro-flexión (método del tambor fijo) para una fibra de la invención aumentan mucho más lentamente con la longitud de onda que en el caso de una fibra SSMF que tenga un valor MAC más elevado, a la longitud de onda de 1550 nm. En este gráfico puede apreciarse que la fibra actual garantiza una sensibilidad a micro-flexión hasta elevadas longitudes de onda, superiores a 1650 nm, lo que es equivalente a la sensibilidad que puede garantizarse para una fibra SSMF hasta una longitud de onda de 1550 nm.

La presente fibra de transmisión puede fabricarse estirando una preforma que tenga uno de los perfiles de índice anteriormente descritos. Dichos perfiles de preforma pueden consistir, por ejemplo, en una manguera de sílice en la que se depositan capas de sílice añadido. La deposición puede llevarse a cabo mediante el método de Deposición de Vapor Química de Plasma (PCVD) anteriormente mencionado. Esta deposición química en forma de vapor activado por el plasma (PCVD) resulta especialmente adecuada para obtener una capa de revestimiento interior enterrada para la presente fibra; esta capa de revestimiento enterrada incluye germanio, a una concentración comprendida entre 0,5% a 7% en peso. La concentración en peso del germanio es preferiblemente comprendida entre 0,5% y 1,5%, ya que esto permite un equilibrio óptimo entre unos costes menores y una mayor facilidad de fabricación, por una parte, y unas apropiadas características de la fibra, por otra parte.

Se dispone de un tubo de sílice pura, que se monta en un torno. A continuación se hace girar el tubo y se inyecta en dicho tubo una mezcla gaseosa de sílice y dopantes. El tubo pasa a través de una cavidad de microondas en la que la mezcla gaseosa se calienta a nivel local. El calentamiento por microondas genera un plasma mediante la ionización de los gases inyectados en el tubo y los dopantes ionizados reaccionan fuertemente con las partículas de sílice, provocando el depósito de capas de sílice dopado en el interior del tubo.

La fuerte reactividad de los dopantes generados mediante el calentamiento por microondas permite la incorporación de una elevada concentración de dopantes en las capas de sílice. En el caso concreto del flúor, que es difícil de incorporar a la sílice mediante el calentamiento en un quemador local, la técnica del PCVD permite la incorporación una capa de sílice con una elevada concentración de flúor para la formación de capas enterradas a gran profundidad.

Dentro del ámbito de la invención, la creación del segundo revestimiento enterrado se obtiene depositando una capa de sílice adulterada con flúor y germanio; se inyecta una mezcla gaseosa que contiene oxígeno O_{2}, sílice SiCl_{4}, Flúor C_{2}F_{6} y Germanio GeO_{2} en el tubo. Esta mezcla gaseosa se ioniza en la cavidad de microondas de una instalación PCVD, incorporándose los iones de flúor y germanio a las partículas de sílice.

Las proporciones de los gases inyectados se supervisan para obtener una capa de sílice dopado que contiene germanio, en una concentración de 0,5% a 7% en peso, y flúor, en la concentración necesaria para obtener el índice de refracción que se pretende.

La elevada concentración del flúor garantiza la reducción requerida en el índice correspondiente al revestimiento enterrado, y la baja concentración de Germanio aporta los cambios de viscosidad y de coeficiente elástico-óptico que se precisan para reducir las pérdidas por flexión y las pérdidas por micro-flexión en la fibra así obtenida.

La fibra de transmisión de acuerdo con la invención se puede utilizar en un módulo de transmisión o de recepción en un sistema FTTH o FTTC o en un cable óptico de transmisión a largas distancias de alta velocidad de transmisión, con bajas pérdidas ópticas. La fibra de la invención es compatible con los sistemas comercializados, ya que cumple la norma G.652. Concretamente, los excesos de longitud de la fibra de acuerdo con la invención pueden rebobinarse en cajas de almacenamiento asociadas a módulos ópticos de sistemas FTTH o FTTC, pudiendo rebobinarse la fibra de la invención con un radio de curvatura de menos de 15 mm, o incluso de menos de 5 mm sin inducir fuertes pérdidas ópticas. La fibra de acuerdo con la invención también resulta muy adecuada para soportar el doblado accidental relacionado con su instalación en un hogar individual, con unos radios de curvatura que pueden reducirse hasta 5 mm.

Evidentemente, la presente invención no se limita a las realizaciones descritas a modo de ejemplo. Concretamente, puede pensarse en un método de fabricación distinto del PCVD, siempre que el método permita la incorporación de Germanio en una capa enterrada, de acuerdo con las proporciones reivindicadas y las diferencias de índice. Adicionalmente, la fibra de acuerdo con la invención puede también utilizarse en aplicaciones distintas de FTTH o FTTC.

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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 citado en la descripción

\bullet US 6771865 B [0016]: \bullet WO 2004092794 A [0020]

\bullet US 4852968 A [0017] [0018]: \bullet US RE30635 E [0045]

\bullet US 4852962 A [0017]: \bullet US 4314833 A [0045]

\bullet US 20030223717 A [0019]

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Bibliografía de patentes citada en la descripción

\bullet S. MATSUO et al. Bend-lnsensitive and Low Splice-Loss Optical Fiber for Indoor Wiring in FTTH. OFC'04 Proceedings, paper Th13, 2004 [0012]

\bullet I. SAKABE et al. Enhanced Bending Loss Insensitive Fiber and New Cables for CWDM Access Networks. 53rd IWCS Proceedings, 2004, 112-118 [0013]

\bullet K. BANDOU et al. Development of Premise Optical Wiring Components Using Hole-Assisted Fiber. 53^{rd} IWCS Proceedings, 2004, 119-122 [0014]

\bullet T. YOKOKAWA et al. Ultra-Low Loss and Bend Insensitive Pure-Silica-Core Fiber Complying with G.652 C/D and its Applications to a Loose Tube Cable. 53rd IWCS Proceedings, 2004, 150-155 [0015]

Claims

1. Fibra de transmisión por fibra óptica, que comprende:

- un segundo revestimiento interno enterrado con una diferencia de índice \Deltan_{3} con el revestimiento externo inferior a -3\cdot10^{-3}, caracterizada porque dicho segundo revestimiento interno contiene germanio con una concentración en peso comprendida entre 0,5% y 7%, en el que el segundo revestimiento enterrado tiene un radio (r_{3}) comprendida entre 12 \mum y 25 \mum, teniendo el núcleo central un radio (r_{1}) comprendido entre 3,5 \mum y 4,5 \mum, y presenta una diferencia de índice (\Deltan_{1}) con el revestimiento exterior comprendida entre 4,2\cdot10^{3} y 6,1\cdot10^{-3}, y teniendo el primer revestimiento interno un radio (r_{2}) comprendido entre 7,5 \mum y 14,5 \mum, y presenta una diferencia de índice (\Deltan_{2}) con el revestimiento exterior comprendida entre -1,2\cdot10^{3} y 1,2\cdot10^{-3}.

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2. Fibra de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la diferencia de índice \Deltan_{3} entre el segundo revestimiento interno y el revestimiento externo es superior a -15\cdot10^{-3}.

3. Fibra de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en la que la diferencia de índice entre el núcleo central y el primer revestimiento interno (\Deltan_{1}-\Deltan_{2}) se encuentra comprendida entre 3,9\cdot10^{3} y 5,9\cdot10^{-3}.

4. Fibra de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, en la que la integral del núcleo central, definida como:

8

está comprendida entre 17\cdot10^{3} \mum y 24\cdot10^{-3} \mum.

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5. Fibra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque para una longitud de onda de 1310 nm, presenta un diferencial de dispersión cromática de 0,093 ps/nm^{2}-km o inferior.

6. Fibra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque presenta una cancelación de la dispersión cromática a una longitud de onda comprendida entre 1.300 nm y 1.324 nm.

7. Fibra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque presenta una longitud de onda de corte de cableado de 1.260 nm o inferior.

8. Fibra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque para una longitud de onda de 1625 nm, presenta unas pérdidas por flexión, para un enrollamiento de 100 vueltas alrededor de un radio de curvatura de 15 mm, de 1 dB o inferiores.

9. Fibra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque para una longitud de onda de 1625 nm, presenta unas pérdidas por flexión, para un enrollamiento de 1 vuelta alrededor de un radio de curvatura de 11 mm, de 0,5 dB o inferiores.

10. Fibra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque para una longitud de onda de 1625 nm, presenta unas pérdidas por flexión, para un enrollamiento de 1 vuelta alrededor de un radio de curvatura de 5 mm, de 2 dB o inferiores.

11. Fibra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque hasta una longitud de onda de 1625 nm, muestra unas pérdidas por flexión, medidas con el llamado método del tambor de diámetro fijo, de 0,8 dB/km o inferiores.

12. Fibra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque el segundo revestimiento interno enterrado contiene germanio en una concentración comprendida entre un 0,5% y 1,5% en peso.

13. Módulo óptico que comprende una carcasa para recibir al menos una porción enrollada de la fibra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.

14. Caja de almacenamiento para recibir al menos una porción enrollada de la fibra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.

15. Módulo óptico o caja de almacenamiento de las reivindicaciones 13 o 14, en el que la fibra se enrolla con un radio de curvatura inferior a 11 mm.

16. Módulo óptico o caja de almacenamiento de las reivindicaciones 13 o 14, en el que la fibra se rebobina con un radio de curvatura inferior a 11 mm.

17. Sistema óptico de fibra hasta el hogar (FTTH) o de fibra óptica hasta la acera (FTTC), que comprende al menos un módulo óptico o una caja de almacenamiento, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16.