ES2617491T3

ES2617491T3 - Fibra óptica de modos múltiples de elevado ancho de banda optimizada para transmisiones de modo único y de modos múltiples

Info

Publication number: ES2617491T3
Application number: ES12813954.0T
Authority: ES
Inventors: Denis Molin; Pierre Sansonetti; Pierre Sillard
Original assignee: Draka Comteq BV
Current assignee: Draka Comteq BV
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2017-06-19
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: RU2611203C2; RU2015105824A; US9791620B2; KR102014300B1; BR112015002445B1; US20150205039A1; WO2014057299A1; US9588285B2; EP2906976A1; EP2906976B1; KR20150067119A; DK2906976T3; AU2012391907A1; US20170131464A1; AU2012391907B2; BR112015002445A2

Abstract

Fibra óptica que comprende un núcleo óptico y un revestimiento óptico que rodea el núcleo óptico, teniendo el núcleo óptico un perfil de índice de refracción graduado con un índice de refracción mínimo n1 y un índice de refracción máximo n0, caracterizada porque tiene una apertura numérica NA y un radio de núcleo óptico a que satisfacen un criterio C de calidad de comunicaciones ópticas, definido por la siguiente ecuación: **Fórmula** donde: **Fórmula** Δ es la diferencia de índice de refracción normalizada y por que dichos índices de refracción mínimo y máximo n1, no y dicho radio de núcleo óptico a, se eligen de manera que NA > 0,20, a > 10 μm y |C| < 0,20.

Description

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Fibra optica de modos multiples de elevado ancho de banda optimizada para transmisiones de modo unico y de modos multiples

1. CAMPO DE LA INVENCION

[0001] La invencion se refiere a transmision por fibra optica, y mas especfficamente, a una fibra optica optimizada para soportar transmisiones tanto de modo unico como de modos multiples.

2. ANTECEDENTES TECNOLOGICOS

[0002] Una fibra optica esta constituida convencionalmente por un nucleo optico que transmite una serial optica, y de un revestimiento optico que confina la senal optica dentro del nucleo optico. Con este fin, el fndice de refraccion del nucleo, nc, es mayor que el del revestimiento, ng. Una fibra optica se caracteriza generalmente por un perfil de fndice de refraccion que asocia el fndice de refraccion (n) con el radio (r) de la fibra optica: la distancia r con respecto al centro de la fibra optica se muestra en el eje x y la diferencia entre el fndice de refraccion en el radio r y el fndice de refraccion del revestimiento optico se muestra en el eje y.

[0003] En la actualidad existen dos categorfas principales de fibras opticas: fibras de modos multiples y fibras de modo unico. En una fibra de modos multiples, para una longitud de onda dada, varios modos opticos se propagan simultaneamente a lo largo de la fibra optica, mientras que en una fibra de modo unico, los modos de orden superior (denominados en lo sucesivo HOM) son eliminados o fuertemente atenuados.

[0004] Las fibras de modo unico se usan comunmente para aplicaciones de larga distancia, tales como redes de acceso. Para obtener una fibra optica capaz de transmitir una senal optica de modo unico, se requiere un nucleo con un diametro relativamente pequeno (tfpicamente entre 5 pm y 11 pm). Para satisfacer los requisitos de aplicaciones de alta velocidad o tasa binaria (por ejemplo 10 Gbps), las fibras de modo unico estandar requieren la utilizacion de un emisor laser de modo unico modulado sintonizado para trabajar normalmente a una longitud de onda de 1550 nm.

[0005] Las fibras de modos multiples se usan comunmente para aplicaciones de corta distancia que requieren un ancho de banda elevado, tales como redes de area local (LAN) y unidades de multiples viviendas (MDU), mas generalmente conocidas como redes en edificio. El nucleo de una fibra de modos multiples tiene tfpicamente un diametro de 50 pm, o 62,5 pm. Las fibras de modos multiples predominantes en telecomunicaciones son fibras opticas de perfil de fndice refraccion graduado. Un perfil de fndice de refraccion tal, garantiza un ancho de banda modal alto para una longitud de onda dada, mediante la minimizacion de la dispersion intermodal (es decir, la diferencia entre los tiempos de retardo de propagacion o velocidad de grupo de los modos opticos a lo largo de la fibra optica).

[0006] Para el desarrollo de una red optica domestica, la eleccion de la categorfa de categorfa de fibra optica es crftica. La fibra de modos multiples es una solucion rentable para redes opticas de datos. Gracias a su apertura numerica mas amplia y su diametro de nucleo, y su dispersion modal baja proporcionada por su perfil de nucleo de fndice graduado, las fibras de modos multiples pueden soportar eficientemente senales opticas de 10 Gbps, emitidas por soluciones basadas en fuentes de luz economicas (tales como Vertical Cavity Surface Emitting Laser [laser emisor superficial de cavidad vertical] o VCSEL ), mientras que las fibras de modo unico requieren transceptores de modo unico caros y con tolerancia. En particular, la conexion de la fuente luminosa con la fibra de modo unico (condiciones de lanzamiento) requiere tolerancias de alineacion mas estrictas que con la fibra de modos multiples.

[0007] Sin embargo, dado que se espera que la red domestica optica este conectada a redes de acceso externas, que utilizan principalmente tecnologfa de modo unico debido a requisitos de mayor alcance, el problema de interoperabilidad con fibras de modo unico necesita consideraciones adicionales.

[0008] En la practica, las fibras de modos multiples no estan disenadas para interconectarse con sistemas de transmision de modo unico. Una red domestica puede ser vista como una red de fibras opticas que permite a los usuarios conectar dispositivos en ambos extremos de la red. Actualmente, los dispositivos estan probablemente para ejecutar tecnologfas basadas en transmision optica de modos multiples que requieren fibras de modos multiples, mientras que manana podrfan estar disenadas para funcionar tambien con una tecnologfa basada en modo unico.

[0009] Por lo tanto, es deseable proporcionar una fibra optica hfbrida para una red domestica que pueda transmitir tanto senales opticas de modos multiples a una longitud de onda operativa de la red domestica, por ejemplo 850 nm, como senales opticas de modo unico a una longitud de onda operativa de una red de acceso, por ejemplo, 1550 nm, con una compensacion adecuada de las propiedades opticas.

[0010] Una solucion conocida consistirfa en utilizar una fibra de modos multiples estandar que tenga un perfil de fndice de refraccion graduado optimizado para proporcionar transmision exenta de error con un ancho de banda amplio para una longitud de onda de 850 nm. Sin embargo, cuando una fuente de modo unico funcionando a una longitud de onda de 1550 nm, se acopla a la fibra de modos multiples estandar, la senal optica inyectada en la fibra estimula, principal pero desafortunadamente no solo el modo optico fundamental, sino tambien los HOM dentro de la fibra optica. Estos HOM inducen ruidos modales que degradan la calidad de la transmision optica. En realidad existen dos categorfas principales de ruidos modales: ruidos coherentes e incoherentes.

[0011] El ruido incoherente se basa en el hecho de que, en el lado emisor, la senal optica acoplada en los HOM de la fibra puede sufrir de dispersion modal, y por lo tanto, puesto que los diferentes modos tienen diferentes tiempos de retardo de propagacion y constantes de propagacion, estos HOM, pueden degradar la calidad de la transmision

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optica superponiendo en el lado receptor copias retardadas de la senal optica principal. En la practica, para buen funcionamiento en una aplicacion de alto ancho de banda, una fibra optica debe tener la mas alta calidad de transmision optica, la cual puede medirse mediante la relacion senal-ruido. Para la contribucion incoherente, la relacion senal-ruido, denominada en lo sucesivo "relacion senal/ruido incoherente", se puede definir mediante la siguiente ecuacion

SNR

incoherente “

M4

2ilPi|4

(I)

donde:

|y|2 es la potencia optica acoplada al modo fundamental;

|pi|2 es la potencia optica acoplada a los modos de orden superior (HOM), con i >1.

[0012] El ruido coherente se basa en el hecho de que la senal optica acoplada a los HOM de la fibra en el lado emisor puede generar desajuste de fase con la senal optica acoplada al modo fundamental, dando lugar en el lado del receptor a recombinaciones interferometricas sin controlar en el modo fundamental. Estas interferencias inducen una fluctuacion de potencia optica que tambien degrada la calidad de la transmision optica. Para la contribucion coherente, la relacion senal/ruido, denominada en lo sucesivo "relacion senal/ruido coherente", se puede definir mediante la siguiente ecuacion:

SNR

coherente “

(M4 + ZilPi|4)

^coherente

(II)

donde:

|y|2 es la potencia optica acoplada al modo fundamental;

|pi|2 es la potencia optica acoplada a los modos de orden superior (HOM), con i >1;

Ocoherente es un coeficiente de desviacion estandar de un ruido gaussiano.

[0013] Como resultado de ello, cuando se acopla menos potencia optica a los HOM, se mejora la calidad de transmision optica de la fibra optica.

[0014] Debido a la presencia de estos ruidos modales, una fibra de modos multiples estandar tal no esta adaptada, por tanto, a una interconexion con un sistema de transmision optica de modo unico.

[0015] Por lo tanto, serfa eficaz proporcionar una fibra optica que tenga un ancho de banda modal amplio a una longitud de onda de 850 nm y un nivel significativamente reducido de ruidos modales a una longitud de onda de 1310 nm o 1550 nm.

[0016] El documento de patente australiana AU 2002/100296, revela una fibra optica que comprende una porcion de nucleo de modo unico, que tiene un primer fndice de refraccion, rodeado por una porcion de nucleo de modos multiples, que tiene un segundo fndice de refraccion, finalmente rodeado por un revestimiento que tiene un tercer fndice de refraccion. El perfil de fndice de multiples porciones, esta dispuesto de manera que el modo fundamental este sustancialmente adaptado a los de una fibra de modo unico. Sin embargo, este documento no proporciona ninguna solucion para minimizar los ruidos modales producidos por los HOM de la fibra optica. La fibra optica revelada presenta ademas un ancho de banda modal relativamente bajo a 850 nm y requiere un diseno de perfil de fndice complejo.

[0017] El documento de patente francesa FR 2441858, revela una fibra optica con un nucleo central de modo unico y una funda de modos multiples para transmision de datos. En particular, la fibra optica revelada no presenta un perfil de fndice graduado (la porcion de fibra de modos multiples tiene un perfil de fndice escalonado), lo que no permite cumplir los requisitos en terminos de ancho de banda modal elevado a 850 nm. Tampoco aborda el problema de la reduccion de ruidos modales a una longitud de onda de 1310 nm o 1550 nm.

[0018] Una solucion al problema de los ruidos modales, serfa reducir el diametro del nucleo de la fibra de modos multiples. Sin embargo, reducir el diametro del nucleo optico conduce a degradar la calidad de las transmisiones opticas de modos multiples. De hecho, cuando se lleva a cabo una conexion con una fibra optica estandar (es decir, una fibra que tiene un diametro de 50 pm o 62,5 pm), las perdidas de transmision optica son aun mas considerables cuando el diametro del nucleo es pequeno, limitando significativamente asf el ancho de banda modal de la fibra optica para transmisiones opticas de modos multiples. Por lo tanto, tal solucion no es optima.

3. OBJETIVOS DE LA INVENCION

[0019] La invencion, en al menos una realizacion, apunta especialmente a superar estos diferentes inconvenientes del estado de la tecnica.

[0020] Mas especfficamente, un objetivo de, al menos, una realizacion de la invencion es proporcionar una fibra optica optimizada para soportar tanto transmisiones de modo unico como de modos multiples con un equilibrio adecuado en terminos de propiedades opticas para aplicaciones de alta velocidad de datos.

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[0021] Tambien es un objetivo de, al menos, una realizacion de la invencion, proporcionar una fibra optica que ofrezca el ancho de banda modal mas amplio para la transmision de modos multiples a largas distancias y que mantenga un modo fundamental similar al requerido para la transmision de modo unico.

[0022] Tambien resulta ser un objetivo de, al menos, una realizacion de la invencion, proporcionar una fibra optica que reduzca significativamente los ruidos modales para longitudes de onda de 1310 nm y 1550 nm, al tiempo que proporciona un amplio ancho de banda modal a una longitud de onda de 850 nm.

[0023] Tambien es un objetivo de, al menos, una realizacion de la invencion, proporcionar una fibra optica que sea sencilla de fabricar y pequeno coste.

4. SUMARIO DE LA INVENCION

comprende un nucleo optico y perfil de fndice de refraccion siendo dicha fibra tal que tiene de calidad de comunicaciones

opticas, definido por la siguiente ecuacion:

imagen1

donde

[0024] En una realizacion particular de la invencion se propone una fibra optica que un revestimiento optico que rodea el nucleo optico, teniendo el nucleo optico un graduado con un fndice de refraccion mfnimo n1 y un fndice de refraccion maximo no, una apertura numerica NA y un radio de nucleo optico a que satisfacen un criterio C

NA = ^n02 - n-t2 = no . V2A con A :

n

2

0

2 n

A es la diferencia de fndice de refraccion normalizada,

y en la que dichos indices de refraccion mfnimo y maximo ni, no y dicho radio de nucleo optico a, se eligen de manera que NA > 0,20, a > 1pm y |C| < 0,20.

[0025] De este modo, adaptando los valores de apertura numerica y diametro del nucleo para satisfacer un criterio de calidad definido por la ecuacion antes mencionada, la invencion proporciona una fibra optica de fndice graduado optimizada para soportar tanto transmisiones de modo unico como de modos multiples con una adecuada compensacion en terminos de propiedades opticas para aplicaciones de alta velocidad de datos.

[0026] Para ello, la invencion se basa en establecer una compensacion entre el diametro del nucleo y la apertura numerica de la fibra optica que permita reducir significativamente los ruidos modales coherentes e incoherentes para las longitudes de onda de modo unico y dar un ancho de banda modal elevado en longitudes de onda de modos multiples. De hecho, los inventores descubrieron que el diametro del nucleo y la apertura numerica de una fibra optica de fndice graduado estan fuertemente correlacionados tanto con la relacion senal-ruido coherente como la relacion senal-ruido incoherente en longitudes de onda de transmision de modo unico. Parece especialmente que la disminucion del diametro del nucleo promueve ruidos modales coherentes e incoherentes menores en longitudes de onda de modo unico y que el aumento de la apertura numerica de la fibra optica conduce inesperadamente a obtener un mayor numero de modos opticos en longitudes de onda de modos multiples.

[0027] De acuerdo con una caracterfstica ventajosa, dichos indices de refraccion mfnimos y maximos ni, no y dicho radio de nucleo optico a se eligen de manera que |C| <0,10.

[0028] Los ruidos modales coherentes e incoherentes se reducen aun mas.

[0029] De acuerdo con una caracterfstica mas ventajosa, dichos indices de refraccion mfnimo y maximo ni, no y dicho radio de nucleo optico a se eligen de tal manera que |C| < 0,05.

[0030] Los ruidos modales coherentes e incoherentes se reducen aun mas.

[0031] De acuerdo con otra caracterfstica ventajosa, dichos indices de refraccion mfnimo y maximo n1, no y dicho radio de nucleo optico a se eligen de manera que C < 0.

[0032] Esto promueve un radio de nucleo mayor.

[0033] Ventajosamente, dicho radio de nucleo optico es tal que a > 14pm, y mas preferiblemente a > 19 pm, e incluso mas preferiblemente a = 25 pm.

[0034] La calidad de las transmisiones opticas de modos multiples se mejora aun mas disminuyendo las perdidas de empalme, por ejemplo, con fibras opticas de modos multiples de diametro estandar de 50 pm.

[0035] Ventajosamente, dichos indices de refraccion mfnimo y maximo n1, no se eligen de modo que NA > 0,25, mas preferiblemente NA > 0,30, e incluso mas preferentemente nA > 0,34.

[0036] De acuerdo con una primera realizacion particular, el perfil de fndice de refraccion graduado es un perfil de fndice graduado de alfa unica n(r), definido por la siguiente ecuacion

imagen2

donde:

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r es una variable representativa del radio de dicha fibra optica

a > 1, siendo a un parametro adimensional que define la forma de perfil de fndice del nucleo optico.

[0037] La fibra optica de acuerdo con la invencion es por tanto sencilla de fabricar y poco costosa, ya que todo lo que se necesita es adaptar el dopado de las diferentes porciones de fibra en funcion del perfil de fndice de refraccion deseado que satisfaga dicho criterio de calidad.

[0038] De acuerdo con una segunda realizacion particular, el nucleo optico, comprende un nucleo optico interno y un nucleo optico externo que rodea el nucleo optico interno y el perfil de fndice de refraccion graduado es un perfil de fndice graduado de alfa doble n(r), definido por el Siguiendo la ecuacion

donde:

imagen3

r es una variable representativa del radio de dicha fibra optica, rt es el radio del nucleo optico interno,

ni' es el fndice de refraccion maximo del nucleo optico interno, n2', es el fndice de refraccion maximo del nucleo optico externo,

Ai es la diferencia de fndice de refraccion normalizada con respecto al nucleo optico interno,

A2 es la diferencia de fndice de refraccion normalizada con respecto al nucleo optico externo,

ai > 1, siendo ai un parametro adimensional que define la forma del perfil de fndice del nucleo optico

interno,

a2 >1, siendo a2 un parametro adimensional que define la forma del perfil de fndice del nucleo optico externo.

[0039] Asf, al minimizar la dispersion intermodal por medio de un perfil de fndice graduado de alfa doble, se optimiza el ancho de banda modal de la fibra optica en longitudes de onda de modos multiples, especialmente para las aberturas numericas mayores permitidas por dicho criterio de calidad de comunicaciones opticas.

[0040] Ademas, la fibra optica de esa realizacion alternativa, es sencilla de fabricar y poco costosa, ya que todo lo que se necesita es adaptar el dopado de las diferentes porciones de fibra como una funcion del perfil de fndice de refraccion deseado que satisfaga dicho criterio de calidad.

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[0041] De acuerdo con una caracterfstica ventajosa, el revestimiento optico comprende una zanja deprimida que rodea el nucleo optico o una interfaz nucleo-revestimiento proyectada.

[0042] Una fibra optica asistida con zanja deprimida conduce a disminuir las perdidas de macro-curvatura mediante la mejora del confinamiento de los modos opticos dentro del nucleo. Una solucion de nucleo-revestimiento proyectada tiene como objetivo mitigar el efecto de revestimiento y, de este modo, ampliar el ancho de banda modal de la fibra.

[0043] En otra realizacion, la invencion se refiere a un sistema optico, tal como una red optica domestica, que comprende, al menos, una fibra optica descrita anteriormente en cualquiera de sus diferentes realizaciones.

[0044] Este sistema optico puede ser una red optica domestica, tal como una red de area local (LAN) y/o una unidad de multiples viviendas (MDU), por ejemplo.

5. LISTA DE FIGURAS

[0045] Otras caracterfsticas y ventajas de las realizaciones de la invencion resultaran a partir de la siguiente descripcion, dada a modo de ejemplos ilustrativos y no exhaustivos y de los dibujos adjuntos, en los cuales:

- La figura 1A, proporciona una grafica del perfil de fndice de refraccion de una fibra optica de acuerdo con una primera realizacion de la invencion;

- La figura 2A, proporciona una grafica del perfil de fndice de refraccion de una fibra optica de acuerdo con una segunda realizacion de la invencion;

- Las figuras 1B y 2B, representan respectivamente las mediciones de retardo de modo diferencial llevadas a cabo sobre las fibras opticas de la figura 1A y 2A, respectivamente;

- La figura 3, representa graficamente la relacion senal-ruido incoherente a una longitud de onda de 1550 nm como funcion de la apertura numerica y el radio de nucleo de una fibra optica de fndice graduado;

- La figura 4, representa graficamente la relacion senal-ruido coherente a una longitud de onda de 1550 nm como funcion de la apertura numerica y el radio de nucleo de una fibra optica de fndice graduado;

- La figura 5 representa graficamente las relaciones senal-ruido coherente y senal-ruido incoherente a longitudes de onda de 1550 nm y 1310 nm, como una funcion de un criterio de calidad de comunicaciones opticas establecido de acuerdo con la invencion;

- La figura 6, representa graficamente las perdidas de conexion acumuladas en funcion de la apertura numerica y el radio del nucleo de una fibra optica de fndice graduado;

- La figura 7, ilustra un diagrama esquematico utilizado para medir las perdidas de conexion acumuladas bajo condiciones de lanzamiento de modos multiples, definidas en la norma " Encircled Flux (flujo restringido)" (IEC 61280-4-1);

- La figura 8, ilustra graficamente el patron de flujo restringido utilizado para llevar a cabo el diagrama esquematico de la figura 7.

6. DESCRIPCION DETALLADA

[0046] El principio general de la invencion es proponer una fibra optica para la cual los valores de apertura numerica y diametro de nucleo, estan adaptados para soportar funcionamiento de modos multiples hasta una longitud de onda de 1550 nm con un ancho de banda modal elevado a una longitud de onda de 850 nm para un funcionamiento a 10 Gbps (desde pocas decenas a unos pocos cientos de metros) y con ruidos modales reducidos cuando dicha fibra optica se acopla a fibras de modo unico estandar para una transmision fiable de alta velocidad con sistemas de transmision de modo unico.

[0047] La figura 1A representa el perfil de fndice de refraccion n(r) de una fibra optica de acuerdo con una primera realizacion de la invencion. Describe la relacion entre el valor n del fndice de refraccion y la distancia r medida desde el centro de la fibra optica.

[0048] En esta primera realizacion, la fibra optica es una fibra optica de fndice graduado que tiene un perfil de fndice de refraccion n(r), definido como sigue:

imagen4

donde:

r es una variable representativa del radio de la fibra optica, a es el radio del nucleo optico,

A es la diferencia de fndice de refraccion normalizada, con n1 es el fndice de refraccion mfnimo del nucleo optico,

A =

nl ~ n\ 2-nl

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n0 es el fndice de refraccion maximo del nucleo optico,

a es un parametro adimensional que define la forma del perfil de fndice del nucleo optico, que se elige entre 1,9 y 2,2 para proporcionar el mayor ancho de banda a la longitud de onda operativa objetivo.

[0049] La fibra optica comprende, para 0 < r < a, un nucleo optico que implementa un perfil de fndice graduado de alfa unica y, para a < r, un revestimiento optico que rodea directamente al nucleo optico y que tiene un fndice de refraccion constante estandar. El perfil de fndice de refraccion alfa del nucleo optico permite reducir la dispersion intermodal de la fibra optica.

[0050] De acuerdo con la invencion, el nucleo optico tiene un perfil de fndice graduado para el cual se ajustan los valores de apertura numerica NA y radio del nucleo a (expresado en micrometros) de modo que satisfagan la siguiente ecuacion:

C = NA - 0.02 x ci (IV)

donde:

NA esta unido unfvocamente a la diferencia de fndice de refraccion normalizada A y siendo el fndice de

refraccion maximo del nucleo optico no como sigue: ~ V”o — ni ~ no ' (V) a > 10 pm,

|C| < 0,20, siendo C un numero real, que representa un criterio de calidad de las comunicaciones opticas.

[0051] Adaptando los valores de la apertura numerica NA y diametro del nucleo a para satisfacer la ecuacion anterior (IV), la invencion proporciona una fibra optica de fndice graduado optimizada para reducir eficazmente ruidos modales coherentes e incoherentes a una longitud de onda de modo unico de 1550 nm, manteniendo un ancho de banda modal alto a una longitud de onda de modos multiples de 850 nm.

[0052] Los inventores establecieron que la ecuacion (IV) corresponde a un criterio de calidad de comunicaciones opticas predeterminado que asegura el soporte de transmisiones de modo unico y de modos multiples con una compensacion adecuada en terminos de propiedades opticas para aplicaciones de alta velocidad de datos. Este criterio de calidad se ha obtenido mediante una evaluacion numerica de la relacion senal/ruido incoherente

SNR

incoherente =

M4

2i|pi|4

y la relacion senal-ruido coherente SNRcoherente =

(M4 + £i!Pi|4)

a una longitud de onda de 1550

crcoherente

nm como una funcion del radio del nucleo a y de la apertura numerica NA, como se representa en las figuras 3 y 4.

[0053] En el eje y izquierdo se representa la apertura numerica del nucleo optico (NA) y el eje x representa el radio del nucleo optico (a). Los valores de SNRincoherente (figura 3) y de SNRcoherente (figura 4) correspondientes a una pareja de parametros dada (NA, a) se ilustran en tonos de gris en el eje y derecho.

[0054] Los inventores descubrieron que el radio de nucleo y la apertura numerica de una fibra optica de fndice graduado estan fuertemente correlacionados tanto con la relacion senal-ruido coherente como con la relacion senal ruido incoherente para longitudes de onda de transmision tanto de modo unico como de modos multiples. Basandose en este principio, se han simulado SNRincoherente y SNRcoherente con varios valores de apertura numerica y radio de nucleo para establecer una relacion que permita una reduccion significativa de ruidos modales a una longitud de onda de modo unico de 1550 nm, al tiempo que proporciona el ancho de banda modal mas amplio a una longitud de onda de modos multiples de 850 nm. El criterio de calidad se ha derivado de esas evaluaciones numericas suponiendo que para valores de radio de nucleo mayores de 10 pm, SNRincoherente y SNRcoherente deben ser mayores de 0 dB y mas preferentemente SNRincoherente sera aproximadamente mayor de 20 dB y SNRcoherente sera aproximadamente mayor que 10 dB a la longitud de onda de 1550 nm.

[0055] Especialmente parece que la disminucion del radio del nucleo (a) y el aumento de la apertura numerica (NA) conducen a promover mayores SNRcoherente y SNRincoherente a 1550 nm. Ademas, parece ser que cuanto mayor sea la apertura numerica, mayor sera el radio de nucleo a, a establecer, por lo que las transmisiones opticas de modos multiples pueden optimizarse para satisfacer las demandas de aplicaciones de gran ancho de banda (normalmente 10 Gbps) a largas distancias (desde unas pocas decenas a unos pocos cientos de metros), como en redes de transmision de alta velocidad de Ethernet.

[0056] Como un ejemplo estrictamente ilustrativo (y por lo tanto de caracter no limitativo), el radio del nucleo optico a ilustrado en la figura 1, es de aproximadamente 19 pm y siendo la apertura numerica NA de aproximadamente 0,297, satisfaciendo asf el criterio de calidad de las comunicaciones opticas establecido en el cumplimiento de la invencion. El parametro a del perfil de fndice del nucleo optico es de aproximadamente 2,065 y siendo la diferencia del fndice de refraccion normalizada A aproximadamente el 2% (n es aproximadamente igual a 1,457 y n0 aproximadamente igual a 1,487).

[0057] Las ventajas de la invencion resultaran mas evidentes comparando fibras opticas de la tecnica anterior con una fibra optica ejemplar de acuerdo con la invencion. La tabla 1 muestra los valores del radio del nucleo y la apertura numerica de las fibras opticas de fndice graduado estandar y el valor del criterio C de calidad que se obtendrfa utilizando la ecuacion (iV) anterior. Estando sometidas las fibras de la tecnica anterior a una senal optica de una longitud de onda A de 850nm para las redes de alta velocidad.

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Tabla 1

a (pm): NA C (a, NA)

25: 0,200 -0,30

31,25: 0,275 -0,35

40: 0,290 -0,51

25: 0,290 -0,21

[0058] La grafica de la figura 5, representa las relaciones senal ruido coherente y senal ruido incoherente para longitudes de onda de 1550 nm y 1310 nm en funcion del criterio de calidad C expuesto anteriormente en relacion con las figuras 1, 3, 4, y aplicadas tanto a fibras opticas de fndice graduado de la tecnica anterior como a fibras opticas de la invencion. En el eje y se representa SNRcoherente y SNRincoherente (en dB) y en el eje x se representan diferentes valores del criterio de calidad C comprendidos entre -0,60 y 0,20.

[0059] Puede observarse que ninguna de las fibras opticas de la tecnica anterior posee un perfil de fndice de nucleo que permita satisfacer el criterio C de calidad de la invencion |C| <0,20, lo que en consecuencia se refleja en menores valores de SNR en comparacion con los resultantes de la invencion. Este grafico muestra que el modelo segun la invencion conduce al establecimiento de un buen criterio de calidad.

[0060] Ademas, con el fin de mejorar aun mas las SNRcoherente y SNRincoherente, el criterio de calidad puede establecerse ventajosamente tal como |C| < 0,10 (es decir, INA - 0.02 x a| < 0,10), y mas ventajosamente tal como |C| < 0,05 (es decir, |NA - 0,02 x a| < 0,05), preferiblemente con C < 0. Se puede observar que estas relaciones senal-ruido se maximizan cuando el valor de C es proximo a 0.

[0061] De acuerdo con una caracterfstica ventajosa, el perfil de fndice de la fibra optica de la figura 1, puede comprender una porcion de fndice deprimido (no mostrada en la figura 1) situada entre el nucleo de fndice graduado y el revestimiento. Esta porcion de fndice deprimido, tambien denominada zanja deprimida, tiene una diferencia de fndice de refraccion negativo con respecto al revestimiento de fibra optica, y su posicion y tamano estan disenados para mejorar la resistencia a perdidas por curvatura de la fibra de modos multiples.

[0062] La figura 2A, proporciona una grafica del perfil de fndice de refraccion n(r) de una fibra optica de acuerdo con una segunda realizacion de la invencion.

[0063] En dicha segunda realizacion, la fibra optica presenta un nucleo optico constituido por dos porciones, un nucleo optica interno y un nucleo optico externo que rodea el nucleo optico interno, y siendo el perfil de fndice de refraccion graduado, un perfil de fndice graduado de alfa doble n(r), definido por la siguiente ecuacion:

imagen5

donde

imagen6

1 >/l — 2 A

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

imagen7

r es una variable representativa del radio de dicha fibra optica,

a es el radio del nucleo optico que comprende nucleos opticos tanto interior como exterior, rt es el radio del nucleo optico interno,

n'i es el fndice de refraccion maximo del nucleo optico interno, n'2 es el fndice de refraccion maximo del nucleo optico externo,

ai s 1, siendo ai un parametro adimensional que define la forma del perfil de fndice del nucleo optico

interno,

a2 s 1, siendo a2 un parametro adimensional que define la forma del perfil de fndice del nucleo optico externo.

[0064] Los respectivos parametros A1, A2 y nV, n2', aseguran la continuidad del perfil de fndice de refraccion y su primera derivada en la transicion del nucleo interno al nucleo externo.

[0065] Ese perfil de fndice de alfa doble particular, ofrece como ventaja el ser capaz de mejorar aun mas el ancho de banda modal de la fibra optica en longitudes de onda de modos multiples.

[0066] Todo lo que se ha dicho hasta ahora en relacion con la figura 1A, 3 a 5, sobre el criterio de calidad, se aplica mutatis mutandis a esta segunda realizacion de la invencion. Ademas, con el fin de mejorar adicionalmente el ancho de banda modal de la fibra optica, la fibra segun la segunda realizacion puede comprender una zanja deprimida como se ha descrito anteriormente de acuerdo con la explicacion proporcionada en la figura 5.

[0067] Como ejemplo estrictamente ilustrativo (y por lo tanto de naturaleza no limitativa), el radio de nucleo optico a ilustrado en la figura 2A es de aproximadamente 19 pm y siendo la apertura numerica NA de aproximadamente 0,297, satisfaciendo asf el criterio de calidad de comunicaciones opticas establecido en el cumplimiento de la invencion. Los parametros a1 y a2 del perfil de fndice del nucleo optico son respectivamente de aproximadamente 2,0851 y 2,0433. El radio del nucleo optico interno (rt) es de aproximadamente 0,5 pm.

[0068] Las figuras 1B y 2B, representan respectivamente mediciones de retardo de modo diferencial (denominada en lo sucesivo "medicion DMD") (por ejemplo, como se establece en el estandar FOTP-220), llevadas a cabo sobre las fibras opticas de las figuras 1A y 2A, respectivamente. Este tipo de grafico se obtiene inyectando sucesivamente en la fibra optica de modos multiples un impulso de luz que tiene una longitud de onda dada con una desviacion radial entre cada impulso sucesivo. El retardo de cada impulso se mide despues de una longitud dada de fibra. Se inyectan multiples impulsos de luz identicos con diferentes desviaciones radiales con respecto al centro del nucleo del nucleo optico. En el eje y se representa la desviacion radial (indicado como "lanzamiento radial" sic en la figura) en micrometros con respecto al centro del nucleo del nucleo optico y representandose en el eje x el tiempo en nanosegundos. A partir de estas mediciones DMD, es posible determinar el ancho de banda modal efectivo de la fibra optica. De las graficas 1B y 2B, se desprende que las fibras opticas de la invencion presentan un desfase temporal entre impulsos que se propagan a lo largo de diferentes desviaciones radiales que es relativamente bajo, lo que da lugar a un amplio ancho de banda modal. Ademas, se puede ver la ventaja del perfil de fndice graduado de alfa doble (figura 2B), que representa mediciones de retardo de modo diferencial mas estrechas que el del perfil de fndice de alfa unica (figura 1B), por lo tanto, tiene mejores anchos de banda modal.

[0069] Debe observarse que las mediciones de DMD realizadas con una desviacion radial superior a 18 pm no son relevantes. En particular, se pueden observar unos cuantos impulsos multiples en el grafico de la izquierda causados por el efecto de revestimiento.

[0070] La figura 6 representa las perdidas de conexion acumuladas como funcion de la apertura numerica y el radio del nucleo de una fibra optica de fndice graduado de alfa unica.

[0071] En el eje y de la izquierda se representa la apertura numerica del nucleo optico (NA) y en el eje x se representa el radio del nucleo optico (a). Los valores de las perdidas de conexion acumuladas (expresadas en dB) correspondientes a una pareja de parametros dada (NA, a) se ilustran en tonos de gris en el eje y de la derecha.

[0072] Las perdidas de conexion acumuladas se miden a una longitud de onda de 850 nm, bajo condiciones de lanzamiento de modos multiples para medir la atenuacion definida en el estandar conocido de "flujo restringido" (IEC 61280-4-1). El principio de las condiciones de lanzamiento definido por la EF se recuerda en la figura 8. EF define la integral de la salida de potencia de la fibra optica sobre el radio de la fibra.

[0073] Tal como se ilustra en la figura 7, para caracterizar las perdidas de conexion acumuladas de acuerdo con las condiciones estandar EF, una fibra optica 70 de acuerdo con la invencion se somete a un impacto de haz de una fuente luminosa de modos multiples 71 acoplada a la misma. El patron de campo cercano del impacto de haz se observa a continuacion en la salida de la fibra optica por un receptor 72 y se procesa despues para evaluar las perdidas de conexion acumuladas en los niveles P1 y P2. En otras palabras, "perdidas de conexion acumuladas" significa las perdidas medidas acumuladas en las conexiones P1 y P2.

5

10

15

20

25

[0074] De la figura 6 se desprende que para perdidas acumuladas aceptables, el radio del nucleo optico a debe ser superior a 20 pm. Si se elige el criterio de calidad C sea tal que |C| < 0,10 por ejemplo, la apertura numerica sera superior a 0,30. Con tales valores, la apertura numerica NA y el radio de nucleo optico a satisfacen el criterio C de calidad definido segun la ecuacion (IV) anterior. Para completar la representacion de la figura 6, se muestran en la tabla 2 siguiente algunos valores complementarios del radio de nucleo a, de la apertura numerica NA y del criterio C aplicados a fibras opticas de acuerdo con la invencion y se comparan las perdidas acumuladas medidas.

Tabla 2

a (pm): NA C (a, NA) Perdida acumuladas (dB)

24: 0,28 -0,20 1.0

19: 0,28 -0,10 2,2

16,5: 0,28 -0,05 3,1

27,5: 0,35 -0,20 1,0

22,5: 0,35 -0,10 1,4

20: 0,35 -0,05 1,8

[0075] Se hace evidente que, para valores de NA de 0,35, las fibras opticas de la invencion permiten un mayor radio de nucleo que para cuando el valor de NA es 0,28, para los cuales se hace posible obtener perdidas acumuladas reducidas.

[0076] Finalmente, ademas de mejorar las relaciones senal-ruido, el aumento de la apertura numerica de la fibra optica lleva a obtener un mayor numero de modos opticos en longitudes de onda de modos multiples. El numero de modos opticos guiados en la fibra, es funcion de la apertura numerica y el radio optico del nucleo. En particular, el numero de modos opticos guiados puede determinarse mediante la siguiente ecuacion:

donde:

imagen8

a es el radio del nucleo optico,

A es la diferencia de fndice de refraccion normalizada, con

A =

nl ~ nl 2«02

a, es un parametro adimensional que define la forma de perfil de fndice del nucleo optico, comprendido entre 1,9 y 2,2,

N es el numero de modos opticos.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1. Fibra optica que comprende un nucleo optico y un revestimiento optico que rodea el nucleo optico, teniendo el nucleo optico un perfil de mdice de refraccion graduado con un mdice de refraccion mmimo n1 y un mdice de refraccion maximo no, caracterizada porque tiene una apertura numerica NA y un radio de nucleo optico a que satisfacen un criterio C de calidad de comunicaciones opticas, definido por la siguiente ecuacion:

C = NA - 0.02 X a

donde:

NA = jn02 — n12 = n0 . V2A

con A =

«o- n

2 nl

o

1

A es la diferencia de mdice de refraccion normalizada

y por que dichos indices de refraccion mmimo y maximo ni, no y dicho radio de nucleo optico a, se eligen de manera que NA > 0,20, a > 10 pm y |C| < 0,20.
2. Fibra optica de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que dichos indices de refraccion mmimo y maximo ni, no y dicho radio de nucleo optico a, se eligen de manera que |C| < 0,10.
3. Fibra optica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, en la que dichos indices de refraccion mmimo y maximo ni, no y dicho radio de nucleo optico a, se eligen de manera que |C| < 0,05.
4. Fibra optica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en la que dichos indices de refraccion mmimo y maximo ni, no y dicho radio de nucleo optico a, se eligen de manera que C < 0.
5. Fibra optica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dicho radio de nucleo optico a > 14 pm y mas particularmente a > 19 pm, y aun mas particularmente a = 25 pm.
6. Fibra optica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en la que dichos indices de refraccion mmimo y maximo ni, no, se eligen de manera NA > 0,25, y mas particularmente NA > 0,30, y aun mas particularmente NA > 0,34.
7. Fibra optica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el perfil de mdice de refraccion graduado es un perfil de mdice de refraccion graduado de alfa unica n(r), definido por la siguiente ecuacion

imagen1

donde:

r es una variable representativa del radio de dicha fibra optica,

a < 1, siendo a un parametro adimensional que define la forma de perfil de mdice del nucleo optico.
8. Fibra optica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el nucleo optico comprende un nucleo optico interno y un nucleo optico externo que rodea el nucleo optico interno, y en la que el perfil de mdice de refraccion graduado es un perfil de mdice graduado de alfa doble n(r), definido por la siguiente ecuacion:

imagen2

donde

5

10

15

imagen3

r es una variable representativa del radio de dicha fibra optica, rt es el radio del nucleo optico interno,

n'i es el fndice de refraccion maximo del nucleo optico interno, n'2 es el fndice de refraccion maximo del nucleo optico externo,

Ai es la diferencia de fndice de refraccion normalizada respecto del nucleo optico interno,

A2 es la diferencia de fndice de refraccion normalizada respecto del nucleo optico externo,

ai > 1, siendo ai un parametro adimensional que define la forma de perfil de fndice del nucleo optico

interno,

a2 > 1, siendo a2 un parametro adimensional que define la forma de perfil de fndice del nucleo optico externo,
9. Fibra optica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el revestimiento optico comprende una zanja deprimida que rodea el nucleo optico.

20 10. Sistema optico que comprende, al menos, una fibra optica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a
9.