ES2710110T3 - Fibra óptica que tiene función de hilado sinusoidal - Google Patents

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ES2710110T3 ES06763847T ES06763847T ES2710110T3 ES 2710110 T3 ES2710110 T3 ES 2710110T3 ES 06763847 T ES06763847 T ES 06763847T ES 06763847 T ES06763847 T ES 06763847T ES 2710110 T3 ES2710110 T3 ES 2710110T3
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Abstract

Una fibra óptica que tiene un hilado (200) sustancialmente sinusoidal congelado que tiene una amplitud de hilado y un período de función de hilado (T), caracterizada porque una relación de dicha amplitud de hilado a dicho período de función de hilado (T) de dicho hilado (200) sustancialmente sinusoidal congelado está en el intervalo: de 0,2 a 0,6 vueltas m2 si el período de función de hilado (T) está comprendido entre 1,7 y 3,3 m; de 0,4 a 0,7 vueltas/m2 si el período función de hilado (T) está comprendido entre 1,2 y 6,7 m; de 0,5 a 1,2 vueltas/m2 si el período de función de hilado (T) está comprendido entre 6,7 y 15 m.

Description

DESCRIPCION
Fibra optica que tiene funcion de hilado sinusoidal
Antecedentes de la invencion
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere en general al campo de las fibras opticas, y procedimientos de fabricacion de los mismos. Mas particularmente, la presente invencion se refiere a un procedimiento para fabricar fibras opticas que presenta una dispersion en modo de baja polarizacion.
Descripcion de la tecnica relacionada
Las senales opticas transmitidas a traves de fibras opticas monomodo comprenden dos modos de polarizacion ortogonales, generalmente denominados Electrico Transversal (TE) y Magnetico Transversal (TM). En caso de que la fibra tenga un nucleo perfectamente cilmdrico de diametro uniforme, los dos modos TE y TM se propagan a una velocidad comun (es dear, tienen las mismas constantes de propagacion pi = p2). Sin embargo, en las fibras opticas de la vida real, la simetna cilmdrica del nucleo de la fibra puede romperse debido a defectos de forma o tensiones no uniformes. Como resultado, el mdice de refraccion depende del estado de polarizacion, y los dos modos TE y TM exhiben diferentes constantes de propagacion pi t p2. Una diferencia de fase se acumula entre los dos modos de polarizacion a medida que se propagan a lo largo de la fibra, y se dice que la fibra exhibe "birrefringencia" (o, de manera equivalente, la fibra se denomina "birrefringente"). Se proporciona una indicacion de la birrefringencia de la fibra por la diferencia de valor absoluto A(5 = |pi - p2| entre las dos constantes de propagacion pi y p2 para los dos modos TE y TM. En particular, la birrefringencia introducida por la forma y la asimetna de la tension se conoce como "birrefringencia intnnseca".
Las irregularidades estructurales y geometricas de la fibra optica que dan lugar a la birrefringencia tipicamente proceden de la propia preforma de fibra, y se modifican durante el proceso de estirado de la fibra. Este proceso generalmente se lleva a cabo por medio de un aparato conocido como "torre de estirado", a partir de una preforma de vidrio. En la practica, despues de que la preforma se haya colocado en posicion vertical y se haya calentado a una temperatura por encima del punto de reblandecimiento dentro de un horno adecuado, el material fundido se arrastra hacia abajo a una velocidad controlada, de tal manera que produce un elemento parecido a un hilo que forma la fibra optica. En este proceso, las tensiones asimetricas se aplican tipicamente a la fibra.
En una fibra birrefringente, los dos componentes TE y TM del modo optico fundamental se propaga a traves de la fibra, supone que estar inicialmente en fase entre sf, volver a estar en fase de nuevo solo despues de una cierta longitud de propagacion, comunmente conocido como la "longitud de batido" (Lb). En otras palabras, la longitud del batido indica el penodo de repeticion de un cierto estado de polarizacion (en el supuesto de que la fibra mantiene una birrefringencia constante en esta longitud). La longitud del batido Lb depende de la birrefringencia, y en particular es: Lb = 2n/Ap. Por lo tanto, cuanto mas alta es la birrefringencia, mas corta es la longitud del batido. Aparte de una clase restringida de fibras, conocidas como fibras opticas "que conservan la polarizacion" o "que mantienen la polarizacion", en las que la asimetna se introduce deliberadamente para generar birrefringencia, la birrefringencia es normalmente perjudicial para el rendimiento de la fibra optica.
De hecho, cuando las senales pulsadas se transmiten a traves de una fibra optica, la birrefringencia es una causa de pulso de ensanchamiento, ya que los dos componentes de polarizacion, TE y TM, de la senal de recorrido a diferentes velocidades de grupo, y se dispersan. Este fenomeno, conocido como "dispersion de modo de polarizacion" (en breve, PMD), ha sido ampliamente estudiado en los ultimos anos debido a su importancia en los sistemas de grna de luz amplificados periodicamente.
Tfpicamente, el fenomeno de PMD conduce a una limitacion de la anchura de la banda de transmision de la senal y, en consecuencia, una degradacion del rendimiento de las fibras opticas a lo largo de las que se transmiten las senales antes mencionadas. Por lo tanto, este fenomeno es indeseable en los sistemas de transmision de senales a lo largo de las fibras opticas, especialmente en aquellos que operan en largas distancias, en los cuales es necesario minimizar cualquier forma de atenuacion o dispersion de las senales para garantizar altos rendimientos en transmision y recepcion.
Una conocida forma de producir fibras opticas con una reduccion de la PMD es incluir una etapa de hilado de fibras durante el paso de estirado de la fibra. Para los propositos de la presente descripcion, el termino "hilado" identifica una torsion que se congela durante el estirado de la fibra, se aplica a una porcion viscosa de la fibra y se mantiene como una modificacion estructural de la fibra despues del enfriado.
Los beneficios que se derivan de hilar la fibra durante el estirado se describen por ejemplo en la solicitud de patente del Reino Unido GB-A-2101762: en ese documento, se discute que el hilado se realiza a una velocidad relativamente alta, de modo que su frecuencia de repeticion espacial, o penodo de hilado es pequeno en comparacion con la longitud de batido de la fibra Lb ; como resultado, una fibra optica "hilada" presenta una contribucion reducida de birrefringencia debido a las asimetnas de forma y tension.
Debido al hilado, la fibra bajo estirado experimenta una rotacion de sus ejes de polarizacion. Como resultado, cuando los pulsos opticos se transmiten a la fibra optica, se propagan alternativamente en los ejes de birrefringencia lenta y rapida, compensando asf el retardo de propagacion relativo y reduciendo la propagacion del pulso. Esto es cualitativamente equivalente a tener un mdice de refraccion efectivo local para los pulsos opticos igual al mdice de refraccion promedio en los dos ejes, el promedio se toma sobre la longitud del pulso a lo largo de la fibra. Los estudios teoricos han demostrado que el proceso dominante para la reduccion de la PMD en una fibra hilada es el promedio de la anisotropfa local de la fibra mediante la rapida procesion de los ejes de asimetna a lo largo de la fibra.
Se han propuesto varias funciones de hilado en la tecnica. Por ejemplo, en la solicitud de patente britanica GB-A-2,101,762 citada anteriormente se afirma que la preforma puede hilar a una velocidad sustancialmente constante, pero incluso podna invertir la direccion, oscilando desde un hilado hacia la derecha hasta un hilado hacia la izquierda. La patente estadounidense US 4.504.300 aborda los inconvenientes relacionados con la rotacion de la preforma y propone una tecnica de hilado que consiste en rotar la fibra, en lugar de la preforma, durante el estirado de la fibra. La patente estadounidense US 5.418.881 propone imprimir el hilado a la fibra alternativamente en sentido horario y antihorario. El hilado alternativo tambien se propone en la solicitud de patente estadounidense US2001/0020374, como se prefiere al hilado unidireccional, ya que evita la presencia de torsiones de fibras residuales (es dedr, de retorcimientos de fibras residuales) en las fibras enrolladas en el carrete colector, por lo tanto, facilitando las operaciones de desenrollado y cableado de las mismas.
En la solicitud internacional publicada WO 2004/058654, se describe un procedimiento en el que un hilado sustancialmente sinusoidal se aplica a una fibra optica mientras se estira. La frecuencia de la funcion de hilado, la longitud de la zona viscosa de la fibra que se estira y la velocidad de estirado son tales que cada porcion de fibra optica, mientras se encuentra en el estado viscoso, sufre una torsion y al menos un 50 % de destorsion. De esta manera, la amplitud de la funcion de hilado congelado (es dedr, la torsion impresa permanentemente en la fibra, cuando se enfna, durante el proceso de hilado, como resultado de la deformacion torsional sufrida por la zona viscosa del material de la fibra en el horno de estirado) es mucho menor que la amplitud de la funcion de hilado realmente impartida (es dedr, la torsion aplicada efectivamente a la fibra durante el proceso de estirado; la funcion de hilado realmente impartida corresponde al hilado aplicado a la fibra por un aparato de hilado, menos efectos mecanicos como deslizamiento en la interfaz entre la fibra y el aparato de hilado); sin embargo, a pesar de esto, se logra una reduccion significativa de la PMD.
En el documento WO 2004/058654 se senala que los experimentos revelaron una diferencia significativa entre la torsion aplicada a la fibra durante el estirado y el congelado en torsion; en particular, la diferencia entre la torsion aplicada y la torsion congelada (ambas expresadas en vueltas por metro) es muy pequena a valores bajos de la frecuencia de la funcion de hilado, mientras que aumenta con el aumento de la frecuencia de la funcion de hilado; en otras palabras, la transferencia de una funcion de hilado a la fibra depende del penodo de la funcion de hilado: cuanto mas largo sea el penodo de la funcion de hilado, mayor sera la amplitud de hilado transferida, con un maximo diferente en un valor de penodo determinado. En particular, refiriendose a las figuras 4 y 5 de la solicitud citada, y denotando la frecuencia de la funcion de hilado, L la longitud de la zona viscosa, V la velocidad de estirado y k un parametro adimensional igual a la relacion pVL/p, siendo p la densidad del material de la fibra y p su viscosidad en la zona viscosa, las lmeas etiquetadas " k < ~" muestran que la diferencia entre la torsion aplicada y la torsion congelada es sustancialmente nula para valores pequenos de VL/V, mientras que aumenta con el aumento de los valores de vL/V, con una diferencia maxima en un determinado valor de vL/V.
En la solicitud internacional publicada WO 2002/03115 se describe que las funciones de hilado se pueden optimizar para reducir la PMD, dependiendo de la longitud de batido de la fibra. En particular, si el penodo de hilado es mas largo que la duracion del ritmo, la funcion de hilado se optimiza solo para esa longitud de tiempo. Por el contrario, si el penodo de hilado es mas corto que la longitud del tiempo, la funcion de hilado sigue siendo la optima tambien para diferentes longitudes de tiempo. Como la longitud del batido de la fibra en general no se conoce antes de estirar la fibra, y vana a lo largo de la fibra, se prefieren las funciones de hilado optimizadas con periodos de hilado cortos. En particular, del documento WO 2002/03115 se puede deducir que la longitud del batido de una fibra optica no se ve afectada por el proceso de hilado, ya que solo depende de la birrefringencia de la fibra (en ese documento se indica que en una produccion comercial de fibras opticas del mismo tipo, es decir, que tienen sustancialmente el mismo perfil de mdice de refraccion y estan fabricadas por el mismo proceso de produccion, generalmente se puede determinar una longitud de batido esperada, antes del estirado de la fibra optica, de forma estadfstica o por DGD -retraso de grupo diferencial (medidas en la fibra sin hilar). El documento Wo 2002/03115 tambien establece que, ventajosamente, el penodo p de la funcion de hilado se puede elegir para que sea mas bajo que la longitud de batido de fibra esperada: en tal caso, los inventores han encontrado que la variabilidad con respecto a la longitud de batido de fibra de los parametros de la funcion de hilado utiles para obtener un DGD sustancialmente periodico se reducen aun mas. En terminos generales, el hilado optimo depende de la longitud del batido de la fibra. Sin embargo, bajo el supuesto de penodo corto, las soluciones son independientes en la longitud del tiempo.
En S.M. Pietralunga, M. Ferrario, P. Martinelli, M. Martinelli, "Observacion directa de la birrefringencia local y la rotacion del eje en fibra hilada con resolucion centimetrica", IEEE Photonics Technology Letters, vol. 16, n.° 1, enero de 2004, pp. 212-214, se describe un procedimiento de medicion que permite la observacion directa de la rotacion de los ejes de birrefringencia lineal local a lo largo de una fibra hilada, y pone en evidencia el comportamiento periodico del retardo de la birrefringencia, como se predijo teoricamente, a lo largo de las fibras giradas con una velocidad de hilado constante durante la etapa de estirado.
En Y. Wang y C.-Q. Xu, "Caracterizacion de fibras hiladas con penodos de hilado milimetrico", Optic Express, 16 de mayo de 2005, vol. 13, n.° 10, pp. 3841-3851, se propone un procedimiento para medir con precision periodos cortos de hilado (del orden de unos pocos milfmetros) con una resolucion espacial de 0,1 mm. Se considera el hilado constante (es decir, unidireccional).
En M. Ferrario, S.M. Pietralunga, R. Bratovich y M. Martinelli, "Reconstruccion de perfil de hilado alternativo en fibras de PMD baja", JThE52, 2005 Conferencia de ciencia cuantica de electronica y laser (QELS), paginas 1714-1716, se describe una tecnica de medicion segun la cual cualquier tipo de perfil de hilado, como un perfil de hilado sinusoidal, transferido a las fibras durante el proceso de estirado, se determina con precision mediante la explotacion de un procedimiento de reduccion junto con un modelo determinista de placa de onda.
El documento EP 1384700 describe un sistema y un procedimiento para fabricar fibra optica monomodo que incorpora un hilado en la fibra fundida durante la fabricacion. La introduccion del hilado minimiza una forma de distorsion llamada dispersion de modo de polarizacion (PMD) y variando el hilado, es decir, cambiar sus caractensticas, se sabe que reduce aun mas la PMD. Sin embargo, la introduccion del hilado en una fibra fundida puede resultar tambien en la introduccion de un retorcido en la fibra. El retorcido es una fuerza de rotacion no permanente sobre la fibra enfriada que causa tension y debe evitarse. Se describe una funcion de hilado que no solo contiene un alto grado de variabilidad para reducir la PMD, sino que tambien garantiza que se minimice el hilado mecanico de la fibra, lo que reduce la tension en la fibra. La funcion de hilado modula la amplitud, la frecuencia o ambas al comienzo de un ciclo para minimizar el hilado en la fibra.
El documento WO 2005/021453 describe simulaciones de la dispersion en modo de polarizacion de una fibra monomodo hilada.
Sumario de la invencion
En vista del estado de la tecnica se describe en lo anterior, el solicitante ha observado que las funciones de hilado preferidas se caracterizan por periodos de hilado relativamente largos (de modo que se aumenta la amplitud de hilado transferido), pero significativamente mas cortos que la longitud de batido de la fibra (para que la funcion de hilado este optimizada, en terminos de reduccion de la PMD alcanzable, para todas aquellas fibras con una longitud de batido mas alta que el penodo de hilado).
El solicitante ha observado que longitudes de batido mas largos se expandinan la poblacion de las funciones de hilado candidatas adaptadas para optimizar la PMD en la fibra estirada.
El solicitante ha encontrado que el hilado alternativo aplica a una fibra reduce la birrefringencia de la fibra, y por lo tanto aumenta la longitud de batido de la fibra. Este es un resultado inesperado, ya que la creencia general es que la longitud del batido de una fibra optica es independiente del proceso de hilado, ya que depende solo de la birrefringencia de la fibra (como se indica, por ejemplo, en el documento WO 2002/03115).
En particular, el solicitante ha encontrado que una eleccion adecuada de los parametros de una funcion de hilado aplicada a la fibra conduce a una reduccion en la birrefringencia, y por lo tanto a un aumento en la longitud de batido de la fibra hilada, en comparacion con birrefringencia, respectivamente, la longitud del batido, de una fibra similar, pero sin hilar.
El aumento de la longitud de batido de la fibra aumenta la gama de periodos de funcion de hilado utiles, mientras que el cumplimiento de la condicion de que el penodo de hilado debe ser inferior a la longitud de batido de la fibra (como se discutio anteriormente, el cumplimiento de esta condicion hace que la reduccion de la PMD lograda mediante la aplicacion de la funcion de hilado sustancialmente independiente de la longitud del batido de la fibra). Por ejemplo, es posible seleccionar un periodo de hilado mas largo, con la ventaja de no incurrir en los problemas de transferencia de amplitud de hilado reducido, mientras que sea razonablemente seguro de que la condicion de que el periodo de hilado sea menor que la longitud de batido de la fibra (es decir, que la reduccion en la PMD lograda mediante la aplicacion de la funcion de hilado es sustancialmente independiente de la longitud del batido de la fibra), es valida para una mayor poblacion de fibras.
El solicitante ha encontrado que un aumento significativo en la longitud de batido de la fibra hilada se puede lograr mediante la aplicacion de una funcion de hilado sustancialmente sinusoidal a la fibra mientras que el estirado que, en el que un valor de la amplitud de hilado en realidad imparte a la fibra, en vueltas por metro, cae en un intervalo de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 1,4 veces el periodo de hilado, y preferiblemente alrededor de 1,0. Dentro de este intervalo, se han experimentado aumentos de la longitud del ritmo de hasta un 40 - 50 %.
Un procedimiento comprende las etapas de:
- proporcionar una preforma de fibra optica;
- calentar una porcion de extremo de la preforma de fibra optica para obtener una porcion de extremo de preforma ablandada;
- estirar la porcion de extremo de la preforma ablandada para formar la fibra optica;
- aplicar a la fibra optica un hilado sustancialmente sinusoidal que tiene una amplitud de hilado y un penodo de hilado, transmitiendose el hilado sustancialmente sinusoidal a la porcion de extremo de la preforma ablandada, y - determinar una amplitud de hilado real aplicada a la fibra, en donde dicha amplitud de hilado real es la amplitud de hilado aplicada en correspondencia con dicha porcion final de preforma ablandada,
dicha amplitud de hilado y el penodo de hilado del hilado sustancialmente sinusoidal se seleccionan de tal manera que una relacion de dicha amplitud de hilado real a dicho penodo de hilado este en el intervalo de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 1,4 vueltas/m2
Para los fines de la presente invencion, los terminos "hilar" e "hilado" se refieren todas a una torsion que se congela en la fibra durante el estirado, que se aplica a una porcion viscosa de la fibra y se mantiene como una modificacion estructural de la fibra mientras esta ultima se enfna. En otras palabras, una fibra hilada mantendra esta alteracion como una deformacion intnnseca y permanente. Por "amplitud de hilado (real) realmente impartida a la fibra" o, de manera equivalente, "amplitud de hilado (real) aplicada realmente a la fibra" o, de manera concisa, "amplitud de hilado real", se entiende la amplitud de hilado realmente aplicada, impartida a la fibra optica durante el proceso de estirado, y se mide en la fibra de vidrio entre el horno y el aplicador de revestimiento primario; la amplitud de hilado que realmente se aplica a la fibra durante el estirado es tipicamente diferente de la amplitud de hilado nominal (funcion), aplicada a la fibra por un dispositivo de hilado, debido a la presencia de fuerzas de friccion u otros efectos no deseados (como se describe en el documento WO 2004/058654).
Ademas, aun para los fines de la presente invencion, por "funcion de hilado sustancialmente sinusoidal", se entiende una funcion de hilado en la que la magnitud del coeficiente de uno de sus componentes oscilatorios (el componente fundamental en una serie de Fourier) domina la magnitud de los coeficientes para todos los demas componentes oscilatorios (los componentes secundarios), asf como el coeficiente para cualquier componente constante. En terminos cuantitativos, la dominacion ocurre cuando la magnitud del coeficiente para el componente fundamental es al menos aproximadamente tres veces la magnitud del coeficiente para cada uno de los componentes secundarios y el coeficiente de la componente constante. La magnitud de dichos coeficientes puede determinarse realizando un analisis de Fourier complejo de la funcion de hilado utilizando tecnicas convencionales bien conocidas en la tecnica. Preferiblemente, dicha relacion de dicha amplitud de hilado real a dicho periodo de hilado es aproximadamente igual a 1.
En particular, la etapa de determinar una amplitud de hilado real comprende la etapa de detectar un diametro de la fibra optica dijo aguas abajo porcion de extremo preforma ablandada.
El procedimiento puede comprender ademas la etapa de ajustar la amplitud de hilado en base a la amplitud de hilado real determinada.
Segun la presente invencion, se proporciona una fibra optica como se establece en la reivindicacion adjunta 1, que tiene un hilado sustancialmente sinusoidal congelado que tiene una amplitud de hilado y un penodo de hilado, caracterizado porque una relacion de dicha amplitud de hilado a dicho penodo de hilado de dicho hilado sustancialmente sinusoidal congelado esta en el intervalo:
de 0,2 a 0,6 vueltas/m2 si el penodo de hilado esta comprendido entre 1,7 y 3,3 m;
de 0,4 a 0,7 vueltas/m2 si el penodo de hilado esta comprendido entre 1,2 y 6,7 m;
de 0,5 a 1,2 vueltas/m2 si el penodo de hilado esta comprendido entre 6,7 y 15 m.
Breve descripcion de los dibujos
Las caractensticas y ventajas de la presente invencion se haran evidentes mediante la siguiente descripcion detallada de una realizacion de la misma, proporcionada meramente a modo de ejemplo no limitativo, descripcion que se llevara a cabo haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en donde:
La figura 1 es una vista pictorica muy esquematica de una seccion de una fibra optica hilada con una funcion de hilado sustancialmente sinusoidal;
La figura 2 muestra en forma esquematica una funcion de hilado substancialmente sinusoidal, ejemplar y simple (vueltas/m en ordenada frente a la longitud de la fibra, en metros, en abscisa) aplicada a la fibra optica de la figura 1 durante un proceso de estirado de la misma;
La figura 3 muestra esquematicamente una torre de estirado adaptada para estirar y hilar fibras;
La figura 4 muestra un diagrama con valores de abscisas de una relacion de amplitud de hilado realmente impartida a la fibra durante el estirado al penodo de hilado y, en ordenada, una indicacion del aumento resultante, en porcentaje, de la longitud del batido de la fibra, trazando los resultados de una primera campana de mediciones realizada por el solicitante en algunas muestras de fibras opticas;
La figura 5 es un diagrama, dibujado sobre la base de los resultados de la primera campana de mediciones, con valores de abscisas del penodo de hilado y, en ordenadas, el valor de la amplitud de hilado realmente impartida a la fibra durante el estirado, trazando un area del plano para el cual la longitud de batido de la fibra muestra un aumento no despreciable, proporcionando asf una grna para la eleccion de los parametros de la funcion de hilado; y
La figura 6 es un diagrama similar al de la figura 5, dibujado en base a los resultados de una segunda campana de mediciones realizada por el solicitante.
Descripcion detallada de la realizacion preferida
Con referencia a los dibujos, se muestra esquematicamente en la figura 1 una breve seccion 100 de una fibra 105 optica hilada. En particular, la fibra 105 es una fibra hilada alternativamente, con un perfil de hilado alternativo y, mas espedficamente, sustancialmente sinusoidal, en el ejemplo un perfil 200 de hilado trapezoidal, representado esquematicamente en la figura 2. El perfil 200 de hilado , expresado en terminos de amplitud de hilado (o velocidad de hilado), en vueltas por metro, en funcion de la longitud de la fibra, tomada a lo largo del eje z, en metros, pretende representar el hilado realmente congelado en la fibra (como se explica a continuacion, el hilado congelado no coincide con el hilado aplicado que se imparte a la fibra mediante un dispositivo de hilado correctamente controlado durante el proceso de extraccion de la fibra).
Se definen subsecciones de fibra optica 110+ y 110- en las que la fibra 105 se hila, por ejemplo, en sentido horario y antihorario, respectivamente, las subsecciones 110+ y 110, alternandose entre sf a lo largo del eje z de fibra. Dentro de la subseccion generica 110+, 110-, moviendose a lo largo del eje z , la amplitud de hilado aumenta inicialmente (en valor absoluto), comenzando desde un valor sustancialmente cero hasta un valor maximo de amplitud de hilado SAmax, luego permanece constante en ese valor para una cierta longitud, luego disminuye a cero. Los sitios 115 en los que la amplitud de hilado cae a cero son los sitios de inversion de la direccion de hilado. La funcion de hilado es periodica, y la distancia entre los sitios de inversion consecutivos 115 es el penodo de inversion de hilado Ti, que es la mitad del penodo de funcion de hilado T.
En la figura 3, un aparato adaptado para producir fibras opticas hiladas del tipo discutido anteriormente se representa esquematicamente. Se entiende que este aparato no es limitativo de la presente invencion, siendo adecuado cualquier otro aparato adaptado para producir fibras hiladas alternativamente.
En particular, el aparato de la figura 3 comprende una torre 300 de estirado incluye una pluralidad de dispositivos que estan sustancialmente alineadas a lo largo de un eje 305 de estirado vertical (de aid el termino "torre"). La eleccion de una direccion vertical para realizar las etapas principales del proceso de estirado permite explotar la fuerza gravitacional para obtener, a partir de una preforma 310 de vidrio, material fundido del cual se puede extraer una fibra 315 optica.
En detalle, la torre 300 comprende un horno 320 para realizar una fusion controlada de una porcion inferior de la preforma 310 (tambien conocido como "estrechamiento de la preforma"), un dispositivo 325 de alimentacion para soportar la preforma 310 y la alimentacion en el el horno 320 de lo anterior, un dispositivo 330 de traccion (en un extremo inferior de la torre 300) para tirar de la fibra 315 de la preforma 310, y un dispositivo 335 de enrollamiento para enrollar y almacenar la fibra 315 en un carrete 340.
El horno 320 puede ser de cualquier tipo disenado para producir una fusion controlada de una preforma. Ejemplos de hornos que se pueden usar en la torre 300 se describen en las patentes de EE. UU. US 4.969.941 y US 5.114.338.
Preferiblemente, un dispositivo 345 de enfriado, por ejemplo, de un tipo que tiene una cavidad de enfriado disenada para ser atravesada por un flujo de gas de enfriado, puede estar situado debajo del horno 320 para el enfriado de la fibra 315 que lo abandona. El dispositivo 345 de enfriado esta dispuesto coaxialmente al eje 305, de modo que la fibra 315 que abandona el horno 320 pueda pasar a traves de el.
La torre 300 puede comprender ademas dispositivos 350 de revestimiento de un tipo conocido, colocados debajo del dispositivo 345 de enfriado en la direccion de estirado vertical y disenados para depositar sobre la fibra 315, a medida que pasa a traves de, uno o mas revestimientos protectores, incluyendo, por ejemplo, resina curable por UV. El dispositivo 330 de traccion puede ser del tipo de polea unica o de doble polea, y puede comprender una unica polea accionada por motor de traccion (o "cabrestante") disenado para estirar la fibra 315, ya recubierta, en la direccion de estirado vertical. El dispositivo 330 de traccion puede estar provisto de un sensor de velocidad angular que esta disenado para generar una senal que indica la velocidad angular de la polea de traccion durante su funcionamiento.
La torre 300 comprende ademas un dispositivo 355 de hilado, colocado entre los dispositivos 350 de revestimiento y el dispositivo 330 de traccion, adaptado para impartir un hilado a la fibra 315 alrededor de su eje durante el estirado. En particular, el dispositivo 355 de hilado esta adaptado para aplicar a la fibra 315 una funcion de hilado alternativa, mas particularmente una funcion de hilado sustancialmente sinusoidal, por ejemplo, del tipo representado en la figura 2, o cualquier otra funcion de hilado sustancialmente sinusoidal.
La torre 300 puede comprender tambien un dispositivo 360 de control de tension (tambien referido como "bailarm"), para ajustar la tension de la fibra 315 aguas abajo del dispositivo 330 de traccion, y en particular para contrarrestar las variaciones en la tension de la fibra 315 entre la polea de traccion y el dispositivo 335 de bobinado.
Una o mas poleas 365 (u otros tipos de elementos de grna) se proporcionan ventajosamente para guiar la fibra 315 desde el dispositivo 360 de control de tension para el dispositivo 335 de bobinado.
Como se describe en la patente europea EP 1226 415, el hilado real aplicado a la fibra optica se diferencia del hilado aplicado a la fibra por el dispositivo 355 de hilado durante el estirado de la fibra; esto se debe, por ejemplo, a fenomenos de friccion viscosa, que ocurre, por ejemplo, dentro de los dispositivos 350 de revestimiento (que dan lugar a pares resistentes que contrastan con el par de torsion aplicado por el dispositivo de hilado).
Con el fin de controlar el proceso de estirado de acuerdo con un hilado real determinado impartido a la fibra, la torre 300 comprende ademas un equipo 370 adaptado para llevar a cabo la medicion en lmea y el control del hilado aplicado a la fibra 315 optica por el dispositivo 355 de hilado. En particular, el equipo 370 es del tipo descrito en el documento EP 1226415, que se incorpora aqu como referencia, y que describe un procedimiento para medir el hilado impartido a una fibra optica, y un proceso para extraer una fibra optica usando el procedimiento de medicion. El equipo 370 se utiliza para medir el hilado aplicado realmente (amplitud de hilado aplicada realmente), impartido a la fibra optica; este hilado realmente aplicado es tfpicamente diferente del hilado nominal (amplitud de hilado nominal), aplicado a la fibra por el dispositivo 355 de hilado, debido a la presencia de fuerzas de friccion u otros efectos no deseados. El equipo 370 comprende un monitor 375 de diametro y una unidad 380 de procesamiento capaz de procesar una senal generada por el monitor 375 de diametro. El monitor 375 de diametro puede comprender un sensor optico, por ejemplo, del tipo interferometrico, ubicado en el eje 305 entre el horno 320 y los dispositivos 350 de revestimiento, particularmente entre el horno y el dispositivo 345 de enfriado, y su salida esta conectada a la unidad 380 de procesamiento. El monitor 375 de diametro es capaz de generar una senal electrica que indica el diametro detectado de la fibra 315 optica y se envfa a la unidad 380 de procesamiento. La unidad 380 de procesamiento tiene su salida conectada al dispositivo 355 de hilado, para controlar su funcionamiento, y a una unidad 385 de visualizacion, adaptada para presentar informacion (por ejemplo, los datos de medicion) a un operador.
La velocidad de rotacion de la polea de traccion y, por lo tanto, la velocidad de estirado de la fibra 315, tambien puede ser controlada en respuesta a una variacion del diametro detectado por el monitor 375 de diametro.
La torre 300 puede ademas estar provista de un dispositivo 390 de monitorizacion de tension (por ejemplo, del tipo descrito en la patente estadounidense US 5.316.562), preferiblemente posicionada entre el horno 320 y el dispositivo 345 de enfriado, para medir la tension de la fibra 315.
En funcionamiento, el dispositivo 325 de soporte alimenta la preforma 310 al horno 320, donde se funde una porcion inferior de la preforma (el estrechamiento). La fibra 315 extrafda del cuello hacia abajo es empujada hacia abajo por el dispositivo 330 de traccion, y enrollada en el carrete 340 por el dispositivo 335 de bobinado.
Al salir del horno 320, la fibra 315 es enfriada por el dispositivo 345 de enfriado y se reviste con una o mas capas de proteccion por parte de los dispositivos 350 de revestimiento.
En la fibra 315 revestida un hilado alternativo, sustancialmente sinusoidal se aplica a continuacion mediante el dispositivo 355 de hilado.
Cuando se aplica el hilado, la fibra 315 transmite un par de torsion correspondiente aguas arriba hasta el estrechamiento preforma, donde la deformacion plastica del vidrio fundido "absorbe" el par de torsion y "transforma" en una orientacion intrmseca de los ejes de birrefringencia de la fibra 315. Esta torsion intrmseca se congela en la fibra 315 a medida que la fibra se enfna.
Durante el estirado de la fibra, el equipo 370 determina el hilado real impartido a la fibra en el estrechamiento preforma, sobre la base de la medicion del diametro de la fibra optica. Como se describe en la patente europea EP 1 226415, las asimetnas y anisotropfas de la fibra optica causan una oscilacion del valor del diametro medido entre un valor mmimo y uno maximo, con una frecuencia que se correlaciona con la velocidad de rotacion de la fibra. Al procesar las mediciones de diametro, es posible obtener informacion que indique el hilado real impartido a la fibra optica. En particular, esta informacion se puede obtener llevando a cabo una transformada de Fourier de la senal de tiempo relacionada con la medicion del diametro de la fibra optica y un analisis posterior de los picos del espectro de potencia correspondiente. Esta informacion se utiliza de forma retroactiva para controlar el dispositivo 355 de hilado, de modo que la funcion de hilado aplicada por el dispositivo de hilado a la fibra es tal que produce una fibra con un hilado aplicado realmente correspondiente al hilado objetivo. Ademas, la informacion se muestra en la pantalla 385, para que el operador pueda saber cual es el hilado real aplicado a la fibra.
Sin embargo, como se describe en el documento WO 2004/058654, la indicacion proporcionada por el equipo 370 no es el hilado real congelada en la fibra despues del enfriado; el hilado realmente congelado en la fibra depende, ademas del hilado real aplicado a la preforma del cuello, segun lo deducido por el equipo 370, del penodo de hilado, de la velocidad de estirado de la fibra y de la longitud de la seccion de fibra que se encuentra en un estado viscoso. En particular, en el documento WO 2004/058654 se informa que la amplitud de hilado realmente congelada en la fibra despues del enfriado es como maximo el 50 % de la amplitud de hilado realmente aplicada a la fibra si el penodo de hilado esta entre 1,2 y 6,7 m, y como maximo 60 % si el periodo de hilado es entre 1,7 y 3,3 m. El solicitante ha encontrado experimentalmente que, como se menciono anteriormente, los perfiles de hilado alternativos aplicados a una fibra al tiempo que la estiran reducen la birrefringencia de la fibra y, por lo tanto, aumentan la longitud del batido de la fibra.
En particular, el solicitante ha encontrado experimentalmente que una eleccion adecuada de los parametros de una funcion de hilado aplicada a la fibra inesperadamente conduce a una reduccion en la birrefringencia de la fibra, y por lo tanto a un aumento en la longitud de batido de la fibra hilada, en comparacion con la birrefringencia, respectivamente, la longitud del batido, de una fibra similar, pero sin hilar.
El solicitante tiene en particular encontrado que un aumento significativo en la longitud de batido de la fibra hilada se puede lograr mediante la aplicacion de una funcion de hilado sustancialmente sinusoidal a la fibra mientras que el estirado que, en el que un valor de la amplitud de hilado realmente aplicado a la fibra (es decir, la amplitud de hilado en el cuello hacia abajo de la preforma, derivada, por ejemplo, del equipo 370 en funcion del diametro detectado), en vueltas por metro, cae en un intervalo de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 1,4 veces el penodo de hilado, y preferiblemente alrededor de 1,0.
Tal como se conoce por el documento WO 2004/058654, la amplitud de hilado realmente congelada en la fibra despues del enfriado puede diferir sustancialmente de la amplitud de hilado realmente aplicado a la fibra, dependiendo del penodo de hilado, y puede ser tan bajo como 50 %. El aumento de la longitud del batido se experimenta para las relaciones de la amplitud de hilado congelada al penodo de hilado en el intervalo de aproximadamente 0,4 a aproximadamente 0,7 vueltas/m2 para los penodos de hilado entre 1,2 y 6,7 m. Para el penodo de hilado entre 1,7 y 3,3 m, se experimenta un aumento de la duracion del tiempo de batido para las relaciones de la amplitud de centrifugacion congelada al penodo de hilado en el intervalo de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 0,6 vueltas/m2. Para periodos de hilado de entre 6,7 y 15 m, se experimenta un aumento de la duracion del batido para las relaciones de la amplitud de hilado congelada al periodo de hilado en el intervalo de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,2 vueltas/m2.
El resultado anterior ha sido confirmado por algunas campanas de medicion llevados a cabo por el solicitante; en particular, el solicitante ha realizado una campana de medicion en seis fibras opticas, todas ellas extrafdas de una misma preforma, utilizando una disposicion como la que se muestra en la figura 3, aplicando una funcion de hilado sinusoidal; la velocidad de estirado fue de 12 m/s, y las condiciones de hilado se modificaron para cambiar la amplitud de hilado y otros parametros de hilado para obtener los valores indicados en la siguiente tabla:
Tabla 1
Figure imgf000008_0001
El solicitante llevo a cabo una campana de medicion adicional sobre doce fibras opticas, todas procedentes de una misma preforma, utilizando una disposicion como la que se representa en la figura 3, la aplicacion de una funcion de hilado sinusoidal; esta vez la velocidad de estirado fue de 18 m/s, y las condiciones de hilado se modificaron para cambiar la amplitud de hilado y otros parametros de hilado para obtener los valores indicados en la siguiente tabla: Tabla 2
Figure imgf000009_0001
La longitud de batido en las fibras estiradas (hiladas y no hiladas) se midio de acuerdo con la tecnica descrita en M. Ferrario, S.M. Pietralunga, R. Bratovich y M. Martinelli, "Reconstruccion de perfil de hilado alternativo en fibras de bajo PMD", JThE52, 2005 Conferencia de Quantum Electronics and Laser Science (QELS), pp. 1714-1716.
Los resultados presentados en la Tabla 1 anterior se representan en el diagrama de la figura 4, en la que la abscisa representa valores de la relacion de la amplitud de hilado realmente impartido al periodo de hilado, y la ordenada representa el porcentaje de variacion de duracion de tiempo en comparacion con el caso no hecho.
Puede apreciarse que la longitud batido aumenta para valores de la relacion de la amplitud de hilado realmente impartida al periodo de hilado creciente hacia aproximadamente 1 vueltas/m2, despues de lo cual la longitud de batido disminuye. El aumento en la longitud del tiempo puede ser de hasta 40 - 50 %.
El diagrama de la figura 5 puede ser util como una grna para la eleccion de los parametros de la funcion de hilado; en abscisa, el penodo de hilado se estira (en metros), mientras que la ordenada representa la amplitud de hilado realmente impartida (vueltas/metro). La lmea continua representa la mejor opcion (corresponde a un valor de la relacion entre la amplitud de hilado realmente impartida y el periodo de hilado aproximadamente igual a 1 vuelta/m2); las dos lmeas de puntos establecen los extremos de un intervalo preferido de valores para la relacion entre la amplitud de hilado realmente impartida y el periodo de hilado. En la figura 6 se muestra un diagrama similar, pero dibujado sobre la base de los resultados informados en la Tabla 2 anterior.
En los casos anteriores, la aplicacion de la tecnica descrita en M. Ferrario, S.M. Pietralunga, R. Bratovich y M. Martinelli, "Reconstruccion de perfil de hilado alternativo en fibras de PMD baja", se determino que la amplitud de la funcion de hilado que realmente imparte a la fibra es aproximadamente igual a 2 ± 0,5 veces la amplitud de hilado realmente congelada en la fibra despues del enfriado.
Por lo tanto, el solicitante ha encontrado que, mediante la adaptacion adecuadamente los parametros de la funcion de hilado, es posible aumentar la longitud de batido de fibra. Esto es ventajoso porque permite aumentar el intervalo de periodos de funcion de hilado utiles.
En efecto, como se ha discutido en lo que antecede, de acuerdo con el documento WO 2002/03115, pueden ser determinadas las funciones de hilado optimizadas que permiten la reduccion de la fibra de PMD, pero las funciones de hilado permanecen optimizadas, independientemente de la longitud de batido de la fibra con la unica condicion de que el periodo de hilado es mas corto que el largo del tiempo; por lo tanto, para un periodo de hilado dado, las fibras que tienen una longitud de batido comparable o mas corto que el periodo de hilado no se optimizan, desde el punto de vista de la reduccion de la PMD, mediante la aplicacion de tal funcion de hilado. Dado que la longitud del batido de la fibra es desconocida a priori (es dear, antes de estirar la fibra) y vana a lo largo de la fibra, la eleccion de periodos de hilado cortos hana mas probable que la funcion de hilado este optimizada, desde el punto de vista de la reduccion de la PMD, para una mayor poblacion de fibras. Sin embargo, un penodo de hilado demasiado corto no es ventajoso, porque la amplitud de hilado transferida disminuye, como se describe en el documento WO 2004/058654.
Gracias a la presente invencion, es posible adaptar la funcion de hilado de forma que un aumento en la longitud de batido de la fibra (en comparacion con el caso sin hilar) es experimentado; por lo tanto, es posible elegir un penodo de hilado mas largo, con la ventaja de no incurrir en los problemas de reduccion de la transferencia de amplitud de hilado, mientras se esta razonablemente seguro de que la condicion de que el penodo de hilado sea menor que la longitud del batido de la fibra (es decir, que la reduccion en la PMD que se logra al aplicar la funcion de hilado es sustancialmente independiente de la longitud del batido de la fibra, es cierto para una mayor poblacion de fibras.
Por ejemplo, el solicitante ha encontrado experimentalmente que las fibras disponibles en el mercado han vencer a longitudes que van de 2 a 20 m, y mas tipicamente de 4 a 10 m, mientras que periodos de hilado se extienden de aproximadamente 1 a 15 m. Si se considera una fibra con una longitud de batido de 4 m, se debe utilizar un penodo de hilado inferior a 4 m para estirar una fibra con PMD reducida. De acuerdo con la presente invencion, suponiendo que se aplique, durante su estirado, una funcion de hilado adaptada que tiene parametros que satisfacen el criterio anterior (en terminos de valor de la relacion de la amplitud de hilado realmente impartida al penodo de hilado), y particularmente una funcion de hilado adaptada para llevar a un aumento aproximado del 50 % en la longitud del tiempo, la longitud del tiempo de la fibra hilada sena de aproximadamente 6 m. Por lo tanto, se puede utilizar una funcion de hilado con un penodo de hilado de hasta 5 m o incluso cerca de 6 m para reducir la p Md de la fibra; por lo tanto, un intervalo util de posibles periodos de hilado para tal fibra se extiende hasta 2 m.
En particular, en una realizacion de la presente invencion, el periodo de hilado se puede elegir de manera que sea menor que la longitud de batido de la fibra se mide despues de aplicar la misma funcion de hilado; la eleccion del penodo de hilado determina la eleccion de la amplitud de la funcion de hilado (la relacion entre la amplitud de hilado aplicada realmente y el penodo de hilado debe caer en el intervalo predeterminado). Esto permite utilizar la funcion de hilado para reducir la PMD con respecto a las fibras que tienen un intervalo relativamente amplio de valores de longitud de batido. En particular, el penodo de hilado puede elegirse en el intervalo desde el valor de la longitud de batido de la fibra no hilada hasta el valor de la longitud de batido de la fibra hilada (es decir, la longitud de batido aumentada, segun la presente invencion). En la practica, se puede elegir un penodo de hilado que vana de 3 a 15 m, preferiblemente de 3 a 6 m, y mas preferiblemente de 4 a 5 m, y la amplitud de hilado se puede adaptar en consecuencia.

Claims (1)

REIVINDICACIONES
1. Una fibra optica que tiene un hilado (200) sustancialmente sinusoidal congelado que tiene una amplitud de hilado y un penodo de funcion de hilado (T), caracterizada porque una relacion de dicha amplitud de hilado a dicho penodo de funcion de hilado (T) de dicho hilado (200) sustancialmente sinusoidal congelado esta en el intervalo: de 0,2 a 0,6 vueltas/m2 si el penodo de funcion de hilado (T) esta comprendido entre 1,7 y 3,3 m;
de 0,4 a 0,7 vueltas/m2 si el penodo funcion de hilado (T) esta comprendido entre 1,2 y 6,7 m;
de 0,5 a 1,2 vueltas/m2 si el penodo de funcion de hilado (T) esta comprendido entre 6,7 y 15 m.
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