ES2914951T3 - Fibra óptica multinúcleo microestructurada - Google Patents
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Abstract
Fibra óptica multinúcleo microestructurada apta para ser fabricada con un método de apilado y estirado, que tiene un revestimiento (4.1) que contiene una zona microestructurada con zonas longitudinales (3.1) y una pluralidad de núcleos (2.1) fabricados en vidrio, especialmente en vidrio de sílice dopado, o en polímero, en donde un índice de refracción del revestimiento (4.1) es mayor que el índice de refracción de las zonas longitudinales (3.1), los núcleos (2.1) están situados en nodos de un retículo hexagonal con una constante reticular Λ en una matriz de vidrio y están separados entre sí con las zonas longitudinales (3.1) dispuestas entre los mismos, las zonas longitudinales (3.1) están distribuidas en vértices y puntos medios de lados de hexágonos, los centros de dichos hexágonos están designados por núcleos (2.1) concretos y los lados de dichos hexágonos tienen una longitud definida por centros de las zonas longitudinales (3.1) situadas en los vértices de dicho hexágono, las longitudes de dichos lados son iguales al doble de la constante reticular 2Λ, estando los centros de zonas longitudinales adyacentes separados por la constante reticular Λ, caracterizada por que una zona entre el núcleo (2.1) y las zonas longitudinales (3.1) que separan el núcleo (2.1) de los otros núcleos constituye un revestimiento interior que rodea dicho núcleo (2.1), de manera que una diferencia de índice de refracción, entre el núcleo y tanto el revestimiento (4.1) como el revestimiento interior, está en el intervalo Δ=5,63·10- 3±2,9·10-3 a una longitud de onda de 1.550 nm, y al menos un núcleo (2.1) está rodeado por 12 zonas longitudinales (3.1) cuyos centros están situados en vértices y puntos medios de lados de un hexágono, cuyo centro está designado por dicho núcleo (2.1), y una distancia b entre núcleos adyacentes es igual a **(Ver fórmula)** para proporcionar un funcionamiento monomodo a 1.550 nm.
Description
DESCRIPCIÓN
Fibra óptica multinúcleo microestructurada
El objeto de la invención es fibra óptica multinúcleo microestructurada (MMOF, por sus siglas en inglés) y un dispositivo para el direccionamiento independiente de los núcleos de fibra óptica multinúcleo microestructurada.
La introducción de fibras ópticas en los sistemas de telecomunicaciones ha supuesto un aumento considerable en la eficacia de la transferencia de información. Debido al rápido crecimiento de la demanda de un nivel de capacidad ultraalto de los canales de transmisión, que asciende a 10 Tbit/s por fibra óptica, parece necesario cierto avance para reemplazar las fibras ópticas monomodo tradicionales que se utilizan actualmente. Las técnicas actuales de multiplexación, por ejemplo, en los dominios del tiempo, longitud de onda, polarización y otros, son simplemente insatisfactorias para satisfacer el aumento exponencial de las necesidades de banda de transmisión. Una solución la aporta la técnica de multiplexación por división de espacio (SDM, por sus siglas en inglés), utilizando fibras ópticas multinúcleo. La SDM se ha implementado en fibras ópticas multinúcleo con núcleos separados, utilizados como canales de transmisión separados. Uno de los tipos de SDM es la multiplexación por división de modo (MDM, por sus siglas en inglés), es decir, la aplicación de una estructura de fibra óptica con núcleos acoplados, en la que se produce una propagación multimodo y donde cada modo representa un canal de transmisión independiente. Sin embargo, aún se desconocen técnicas efectivas de direccionamiento de modos en caso de la multiplexación por división de modo.
Las técnicas de multiplexación por división de espacio se pueden usar junto con otras técnicas de multiplexación, por ejemplo, la Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM, por sus siglas en inglés), la Multiplexación por División de Frecuencia (FDM, por sus siglas en inglés) y otras técnicas, lo que conduce a un aumento de capacidad aún mayor.
El requisito básico para la transmisión con el uso de fibras ópticas multinúcleo y SDM es una limitación de las diafonías entre los núcleos: los usuarios de un canal de transmisión no deben sentir la presencia de otros usuarios que comparten el medio de transmisión. Otro requisito para una transmisión comercialmente rentable con el uso de SDM es un diseño de una fibra óptica tal que sus parámetros estén en conformidad con los sistemas de transmisión reales. Tales parámetros incluyen: dimensiones geométricas de la fibra óptica (la posibilidad de lograr el mismo diámetro de núcleo y/o el mismo diámetro de fibra óptica multinúcleo que el de la fibra óptica monomodo estándar), la dispersión (incluida la longitud de onda de dispersión cero (ZDW, por sus siglas en inglés) y la pendiente de dispersión en ZDW), pérdidas de transmisión, pérdidas por flexión, pérdidas dependientes de la polarización, longitud de onda de corte y no linealidad. También es necesario garantizar un nivel aceptable de diafonía en la flexión y dispersión en la flexión.
Para reducir las diafonías, los núcleos de la fibra óptica multinúcleo deben estar debidamente aislados. Ya se conocen algunos enfoques para el aislamiento del núcleo y, en efecto, para la reducción de la diafonía, que incluyen: disminución de la superposición de los modos adyacentes aumentando el espacio entre los núcleos, la fabricación de núcleos heterogéneos con índices de refracción o diámetros modificados y el uso de estructura con un perfil de índice de refracción cambiado alrededor de los núcleos. También son posibles combinaciones de los tres enfoques mencionados anteriormente. El aumento del espacio entre los núcleos requiere un amplio espaciamiento de los núcleos para lograr el nivel aceptable de diafonía; por lo tanto, excluye una alta densidad de canales en tal fibra. El concepto de núcleos heterogéneos se originó a partir de la observación de que, si los núcleos de una fibra óptica multinúcleo no tienen índices de refracción o diámetros muy diferentes, entonces los niveles de diafonía entre tales núcleos disminuyen considerablemente. Los diseños de tales fibras ópticas requieren entonces un análisis exhaustivo del número mínimo de diversos núcleos que asegurarán el nivel de diafonía y la densidad de canal satisfactorios. En el caso de los dos métodos mencionados anteriormente -e l espaciamiento de los núcleos y el uso de núcleos heterogéneos- existe un problema de altas pérdidas por flexión, así como mayores niveles de diafonía en la flexión. La aplicación de estructura con índice de refracción modificado alrededor del núcleo (fibras asistidas por trincheras) proporciona una reducción parcial de los problemas de pérdidas por flexión, diafonías en las flexiones y, en general, reduce los niveles de diafonía.
Otro aspecto en el diseño de sistemas de transmisión con el uso de SDM es la necesidad de desarrollar un método para conectar los núcleos de fibra óptica multinúcleo con fibra óptica monomodo estándar para integrar la fibra óptica multinúcleo con los sistemas reales, incluida la posibilidad de entrada/salida de señal hacia/desde núcleos concretos. Más adelante, se debe intentar hacer uso de la mayor cantidad posible de elementos y tecnologías ya existentes en el sistema de transmisión planificado, haciendo que el proceso de implementación de estos nuevos sistemas de transmisión sea lo más rentable y menos espaciado en el tiempo posible.
Las estructuras con fibras asistidas por trincheras se conocen por la bibliografía, entre otros, por el artículo "Reduction of Crosstalk by Trench-Assisted Multi-Core Fiber" OSA/OFC/NFOEC 2011. El aislamiento de los núcleos se logró mediante la aplicación de una capa con índice de refracción reducido alrededor de los núcleos, mientras que adicionalmente, para reducir los niveles de diafonía, también se utilizan núcleos heterogéneos.
A su vez, en el artículo "Multi-Core Hole-Assisted Fibers for High Core Density Space Division Multiplexing" de la Conferencia sobre Optoelectrónica y telecomunicaciones - OECC 2010, se presenta una fibra óptica en la que los núcleos están aislados por medio de seis agujeros de aire alrededor de cada núcleo. Sin embargo, el aislamiento no
es satisfactorio en este caso para reducir las diafonías sin un espaciamiento considerable de los núcleos. Para lograr la longitud de resonancia en el nivel por encima de 1 km en la solución propuesta, no es posible obtener un funcionamiento monomodo de la fibra óptica en la constante de red (las distancias entre los centros de los agujeros adyacentes) por debajo de 10 gm, mientras que los núcleos deben espaciarse entonces a una distancia igual al cuádruple de la constante reticular. Las fibras ópticas de este tipo se denominan "fibras asistidas por agujeros". En las fibras ópticas microestructuradas clásicas, los agujeros de aire participan activamente en la propagación de la luz y el efecto de propagación está garantizado sólo por su presencia, que hace que la luz quede atrapada dentro del núcleo. En las fibras ópticas del tipo "asistidas por agujeros", la microestructura aplicada tiene principalmente que aislar los núcleos entre sí de tal manera que se eviten las diafonías entre ellos. Como regla general, en las fibras "asistidas por agujeros", se aplica un núcleo dopado en el centro de la microestructura, lo que permite la propagación de la luz por el mismo principio que en las fibras ópticas monomodo estándar, con la ventaja no obstante de que los agujeros reducen las diafonías entre los núcleos, pero no participan significativamente en el mecanismo de propagación.
Por la descripción de la patente US 2013/0209106, se conoce un sistema de transmisión óptica, fibra óptica multinúcleo y el método de fabricación de esta fibra. En el sistema de transmisión, según la solicitud de la invención, se introducen simultáneamente una serie de longitudes de onda en los núcleos adyacentes de fibra óptica multinúcleo, por lo que se utiliza un sistema de multiplexación espacial, simultáneamente con el sistema de multiplexación por división de longitud de onda. Los núcleos del arco de fibra óptica están rodeados por dos anillos de agujeros. En el caso de una fibra óptica en versión con núcleo fijo (fibra óptica microestructurada clásica), la propagación de la luz dentro del núcleo está garantizada por la presencia de agujeros de aire. En otra variante, presentada en la descripción de esta solución, en la que en el arco central también hay un agujero, se produce un mecanismo de propagación, asociado a la existencia de una banda prohibida fotónica. En la fibra óptica, según esa descripción, no está previsto renunciar al anillo de agujeros más próximo al núcleo.
A su vez, la descripción de la invención nro. US2013064543 describe un diseño de la fibra óptica en el que el revestimiento tiene muchos agujeros, practicados en los nodos del retículo hexagonal. La fibra óptica según la invención se caracteriza por pérdidas por flexión inferiores a 5 dB/m con el radio de flexión de 20 mm. La fibra óptica según la invención es una fibra óptica microestructurada, en la que la estructura de agujeros asegura la propagación de la luz. Para lograr un alto valor de acoplamiento, es necesario aplicar un número significativo de capas de aire entre los núcleos, lo que reduce el número de canales logrado. En la descripción también se ha descrito una configuración de orientación de fibra óptica; en esa configuración, se aplicó un desplazamiento de un núcleo. Tal configuración excluye la participación de este núcleo (desplazado) en la propagación. En el sistema de transmisión, de acuerdo con la descripción discutida, es necesario aplicar un elemento adicional, generando esfuerzo, resultante de flexión, esfuerzo transversal o ambos tipos de esfuerzos juntos para suprimir las interferencias entre los núcleos.
A su vez, la descripción de la patente US 20110279888 también describe el método de bombeo con el uso de un acoplador de fibra óptica ahusado, en el que se utiliza un bombeo frontal y de tal manera que una de las fibras ópticas del haz de fibras, conectada con la fibra óptica multinúcleo, es reemplazada por una fibra óptica que suministra la señal de la bomba. También se ha descrito un sistema de transmisión de datos, según el documento EP 2336813, en el que el acoplamiento entre los núcleos de una fibra óptica multinúcleo se utiliza para la transmisión de datos con el apoyo del acoplamiento de modos, mientras que los núcleos no están aislados.
También se ha descrito una fibra óptica multinúcleo y la disposición de los núcleos, según el documento EP 2610656, en cuya configuración una fibra multinúcleo contiene muchos núcleos individuales, situados puntualmente en nodos del retículo hexagonal. Por ello, existen al menos dos tipos de núcleos con diferentes perfiles de índice de refracción.
Entre los problemas más apremiantes con los sistemas que utilizan SMD, está el problema de la reducción de la diafonía entre canales de transmisión adyacentes y la cuestión de lograr pérdidas por flexión lo más pequeñas posible, la reducción que facilitaría la instalación de cables de fibra óptica. La técnica anterior WO 2006100488 A1 describe estructuras hexagonales y que, para un aislamiento máximo entre núcleos, es deseable la transmisión monomodo, que generalmente establece un límite superior en la periodicidad para una longitud de onda dada de funcionamiento.
El objetivo de esta invención era un diseño de una estructura de fibra óptica de este tipo, en la que se pudieran garantizar diafonías mínimas, mientras que los parámetros, tales como las pérdidas de transmisión, las pérdidas por flexión, las pérdidas dependientes de la polarización, la dispersión, la longitud de onda de corte, la no linealidad y los parámetros geométricos, fueran lo más parecidos posible a los parámetros de las fibras ópticas monomodo estándar. Simultáneamente, el objetivo de esta invención era un diseño de una estructura de este tipo en la que los parámetros, incluyendo diafonía, dispersión, longitud de onda de corte, no cambiasen de ninguna manera inaceptable en los puntos de flexión. Adicionalmente, el objetivo de la invención era el diseño de una gama de soluciones compatibles, tanto pasivas como activas, en las que se amplificase y diseñase el método de fabricación de un dispositivo para conectar fibra óptica multinúcleo, según la invención, con fibras ópticas monomodo estándar, que aseguraría el direccionamiento correcto de núcleos concretos en la fibra óptica multinúcleo y la recepción de señales de núcleos concretos. El uso de elementos concretos: fibras ópticas multinúcleo, pasivas y activas, según la invención, así como dispositivos, dedicados a los elementos mencionados anteriormente, utilizados para conectar los núcleos de fibras ópticas multinúcleo con fibras ópticas monomodo estándar, se presentará en ejemplos posteriormente. El objetivo de la invención era un diseño de una estructura de este tipo, que se pueda fabricar mediante métodos conocidos y económicamente justificados, por ejemplo, el método de apilar y estirar. Además, el objetivo de la invención era un
diseño de este tipo de los componentes del sistema de transmisión que permitiera hacer uso de tantos dispositivos como fuera posible, ya aplicados en sistemas de transmisión, así como de tecnologías descritas, por ejemplo, amplificadores EDFA y tecnologías de bombeo.
La fibra óptica multinúcleo microestructurada y un dispositivo para el direccionamiento independiente de los núcleos de una fibra óptica multinúcleo microestructurada garantizan un nivel de capacidad significativamente mayor y ausencia de diafonías con una optimización simultánea de las pérdidas de transmisión y una reducción de las pérdidas por flexión, en comparación con la fibra óptica monomodo estándar.
En la fibra óptica multinúcleo, según esta invención tal como se define en la reivindicación 1, es posible una multiplicación espacial de la señal por medio de los núcleos aislados. El concepto "núcleos aislados" debe entenderse como una situación en la que las diafonías entre los núcleos se mantienen en un nivel mínimo aceptable. El aislamiento de los núcleos se ve facilitado por el carácter de la microestructura de la fibra óptica, es decir, tal, en la que los núcleos de la fibra óptica, según la invención, están separados entre sí por espacios con un índice de refracción reducido frente al índice de refracción del revestimiento, que puede mostrar, por ejemplo, la forma de agujeros llenos de gas, preferiblemente aire, o un fluido o un polímero o espacios de otro vidrio con dopaje que permita reducir el índice de refracción. Además, es posible utilizar la fibra óptica multinúcleo, según esta invención, en aplicaciones que no sean de telecomunicaciones, por ejemplo, aplicaciones de sensores.
La fibra óptica multinúcleo microestructurada, según esta invención, puede considerarse como la zona de la microestructura en la que están embutidas, al menos, dos celdas básicas, cada una de las cuales contiene un núcleo, fabricado en vidrio, incluyendo específicamente vidrio de sílice dopado, o en polímero, junto con las zonas longitudinales circundantes con un índice de refracción menor respecto al del revestimiento, pudiendo adoptar dichas zonas la forma de agujeros, llenos de gas, preferentemente aire, o un fluido o un polímero o espacios de otro vidrio con un dopaje que permita reducir el índice de refracción (posteriormente denominados agujeros), embutidos en una matriz de vidrio, incluyendo específicamente vidrio de sílice o polímero. El índice de refracción de los agujeros está disminuido respecto al de la matriz de vidrio, incluyendo específicamente vidrio de sílice o polímero. La celda básica se caracteriza por el diámetro de núcleo D2, el diámetro de núcleo D3 y la distancia entre agujeros adyacentes, correspondiente a la constante reticular A. Los centros de los agujeros están localizados en los vértices y los puntos medios de los lados del hexágono, cuyo centro está designado por el núcleo; la longitud del lado c del hexágono, creado por los centros de los agujeros, es igual a la constante reticular A preferiblemente duplicada. Las, al menos, dos celdas básicas yuxtapuestas están rodeadas por el revestimiento, preferiblemente fabricado en vidrio, específicamente vidrio de sílice, o polímero.
La zona fuera del núcleo y dentro de los agujeros circundantes está fabricada preferentemente en vidrio, específicamente vidrio de sílice o polímero, y forma un revestimiento interior. La zona, formada por los agujeros, constituye un revestimiento interior microestructurado. La zona fuera de los revestimientos interiores microestructurados de las celdas básicas está formada por los revestimientos exteriores, mientras que la zona en la que se encuentran los núcleos, así como los revestimientos interiores y los revestimientos interiores microestructurados, constituyen conjuntamente la zona de microestructura.
Una fibra óptica multinúcleo microestructurada según la presente invención es adecuada para fabricarla con el método de apilar y estirar, teniendo un revestimiento que contiene una zona microestructurada con zonas longitudinales y una pluralidad de núcleos fabricados en vidrio, especialmente en vidrio de sílice dopado, o en polímero, siendo un índice de refracción del revestimiento mayor que el índice de refracción de las zonas longitudinales, estando los núcleos situados en nodos de un retículo hexagonal con una constante reticular A en una matriz de vidrio y estando los núcleos separados entre sí con las zonas longitudinales dispuestas entre los mismos. Las zonas longitudinales están distribuidas en vértices y puntos medios de los lados de los hexágonos. Los centros de dichos hexágonos están designados por núcleos concretos y los lados de dichos hexágonos tienen una longitud definida por los centros de las zonas longitudinales situadas en los vértices de dicho hexágono. Las longitudes de dichos lados son iguales al doble de la constante reticular 2A, estando los centros de zonas longitudinales adyacentes separados por la constante reticular A. Una zona entre el núcleo y las zonas longitudinales que separan el núcleo de los otros núcleos constituye un revestimiento interior que rodea dicho núcleo, de modo que una diferencia de índice de refracción entre el núcleo y el revestimiento interior es A=5,63-10'3±2,9-10'3 a una longitud de onda de 1.550 nm, y al menos un núcleo está rodeado por 12 zonas longitudinales que tienen centros situados en vértices y puntos medios de los lados de un hexágono, cuyo centro está designado por dicho núcleo, y una distancia b entre núcleos adyacentes es igual bien a b=2AV3, bien a b=4A, para proporcionar un funcionamiento monomodo a 1.550 nm.
La fibra óptica multinúcleo microestructurada tiene ventajosamente 7 núcleos, seis de los cuales están situados en vértices de un hexágono y rodean un núcleo central.
La constante reticular A tiene ventajosamente un valor dentro de un intervalo de 7,8±3,6 pm, un diámetro del núcleo está en un intervalo de 0,7±0,46-A y las zonas longitudinales son agujeros de aire que tienen un diámetro en un intervalo de (0,7±0,3)-A y el diámetro del revestimiento está en un intervalo de A*13+(50±20) pm.
Ventajosamente, los núcleos de la fibra óptica multinúcleo microestructurada están dopados con iones de tierras raras.
La fibra óptica multinúcleo microestructurada tiene ventajosamente un dispositivo para direccionar núcleos de la fibra óptica multinúcleo, que comprende fibras ópticas monomodo mononúcleo, colocadas fijamente en paralelo en un capilar, conectado a un extremo de la fibra óptica multinúcleo, teniendo las fibras ópticas monomodo mononúcleo en sus extremos:
revestimientos retirados, núcleos atacados con ácido, ahusados para que los núcleos de la fibra óptica monomodo mononúcleo tengan diámetros correspondientes a los diámetros de los núcleos de la fibra óptica multinúcleo, y dispuestos alineados con los núcleos de la fibra óptica multinúcleo.
La primera celda básica de la estructura está preferentemente situada en el centro geométrico de la fibra óptica multinúcleo, mientras que las otras celdas básicas están pegadas a la primera celda básica con sus lados o vértices. Es beneficioso cuando las otras celdas básicas, mutuamente yuxtapuestas, poseen agujeros comunes que rodean el núcleo.
En caso de que la primera celda básica no esté situada en el centro geométrico de la fibra óptica multinúcleo, es beneficioso que el centro de gravedad geométrico de la zona de la microestructura esté situado en el centro geométrico de la fibra óptica multinúcleo, según esta invención.
El diámetro D1 del revestimiento exterior de la fibra óptica multinúcleo se selecciona libremente, en función del número de celdas básicas de relleno de la estructura, preferiblemente manteniendo una distancia de 30 pm desde el agujero más exterior hasta el borde de la matriz de vidrio de sílice (el borde del revestimiento exterior).
En el caso de la estructura en la que la celda básica está situada en el centro geométrico de la fibra óptica, las celdas básicas que rodean esta celda básica forman el, así llamado, primer anillo. Los núcleos del primer anillo descansan en los vértices del hexágono cuyo lado b es igual a la constante reticular triplicada, multiplicada por a, donde a = 2/3-V3 en el caso de que las celdas básicas tengan lados comunes. En caso de que las celdas básicas compartan vértices, los núcleos del primer anillo descansan en los vértices del hexágono cuyo lado b es igual al valor cuadruplicado de la constante reticular.
El anillo subsiguiente de los núcleos de las celdas básicas se encuentra en los vértices y los puntos medios de los lados del hexágono cuyo lado es igual al valor de seis veces la constante reticular, multiplicado por a, donde a = 2/3 ■V3, en caso de que las celdas básicas compartan lados. En caso de que las celdas básicas compartan los vértices, los núcleos del primer anillo están colocados en los vértices del hexágono cuyo lado d es igual al valor de 8 veces la constante reticular.
Para cada anillo subsiguiente, el multiplicador a muestra un crecimiento aritmético y, cuando aumente el número de anillos, debería considerarse un aumento dimensional del revestimiento exterior de la fibra óptica multinúcleo.
Es beneficioso que la diferencia entre los índices de refracción del material del núcleo y el revestimiento (exterior e interior) corresponda a la diferencia entre los índices de refracción en la fibra óptica monomodo estándar y preferiblemente asciende a A=5,63-10'3±2,9-10'3 para una longitud de onda de luz A=1.550 nm.
La adopción de la diferencia preferible antes mencionada entre los índices de refracción del núcleo y el revestimiento permite lograr funcionamientos de fibra preferibles, especialmente una fibra de 7 núcleos, para la constante reticular A igual a (7,8 ± 3,6) pm, diámetros de núcleo de fibra iguales a (0,7 ± 0,46)A, los diámetros de los agujeros llenos de aire, iguales a (0,7 ± 0,3)A, y el diámetro del revestimiento, igual a A*13+(50±20) pm.
En el caso de la aplicación de la invención en la versión activa, en el curso de la cual se produce una amplificación de señal, es beneficioso que el núcleo de la fibra óptica, preferiblemente fabricado en vidrio de sílice, esté dopado con iones de las tierras raras.
En particular, cuando el diámetro del revestimiento puede aumentarse libremente. Junto con la adopción de otro índice de refracción del núcleo y del revestimiento, así como de otra cantidad y disposición de los núcleos o del material de relleno de los agujeros, el funcionamiento de fibra óptica preferible requiere la modificación de los parámetros geométricos.
En el caso de la aplicación de fibra óptica para transmisión en la versión activa, es beneficioso que la microestructura de fibra óptica esté rodeada por una zona adicional de agujeros llenos de gas, preferiblemente aire, o un fluido o un polímero (posteriormente denominados agujeros), que formen un revestimiento adicional. La zona adicional de agujeros (posteriormente denominada revestimiento microestructurado exterior) rodea la zona de la microestructura. El revestimiento microestructurado exterior divide el revestimiento exterior en dos zonas: la zona del revestimiento exterior proximal, situada entre el revestimiento microestructurado exterior y los agujeros exteriores de la zona de la microestructura, y la zona del revestimiento exterior distal, situada fuera del revestimiento microestructurado exterior hasta el borde de la fibra óptica.
Los agujeros incluidos en el revestimiento microestructurado exterior de la fibra óptica con un revestimiento adicional están situados preferentemente en los lados y los vértices del hexágono o en el círculo. Por ello, es preferible que los diámetros de los agujeros del revestimiento microestructurado exterior sean menores que la constante reticular A. Los
agujeros incluidos en el revestimiento microestructurado exterior revelan preferentemente la forma circular en su área de sección transversal y están a una distancia de, al menos, 30 gm, preferentemente en caso de que los conjuntos que constituyen el revestimiento microestructurado exterior estén situados en los lados y vértices del hexágono y la distancia entre los centros de los agujeros del revestimiento microestructurado exterior sea igual a la constante reticular A. También es preferible que -en el caso de una fibra óptica con un revestimiento adicional- los diámetros de los agujeros que constituyen el revestimiento microestructurado interior estén disminuidos respecto a la constante reticular, preferiblemente en un (20±15)%.
Es preferible, para facilitar el corte de la fibra óptica, renunciar a algunos, preferiblemente a los agujeros más exteriores de las celdas básicas de la microestructura, y/o diferenciar libremente los tamaños de los agujeros. Para facilitar el empalme, es preferible utilizar un, así llamado, marcador en la estructura de la fibra óptica, es decir, por ejemplo, uno o varios agujeros adicionales que no afecten a la conducción de la luz.
El dispositivo, que direcciona núcleos de la fibra óptica multinúcleo, de acuerdo con la invención, incluye fibras ópticas monomodo mononúcleo (posteriormente denominadas fibras ópticas monomodo), encerradas, preferiblemente en configuración paralela, en un capilar de vidrio o polímero. El número de fibras ópticas monomodo corresponde al número de núcleos en la fibra óptica multinúcleo. El capilar con fibras ópticas monomodo está conectado por el otro lado con fibra óptica multinúcleo, preferentemente con la fibra óptica microestructurada según la invención. Las secciones transversales de las fibras ópticas en el capilar son paralelas a la sección transversal de la fibra óptica multinúcleo.
En caso de que no se direccionen todos los núcleos de la fibra óptica microestructurada, de acuerdo con esta invención, las fibras ópticas monomodo en el capilar pueden ser reemplazadas por varillas de vidrio cuyos diámetros sean iguales a los diámetros de las fibras ópticas monomodo. El número de varillas de vidrio en el capilar corresponde al número de núcleos de la fibra óptica multinúcleo que no estén conectados con las fibras ópticas monomodo. En otro ejemplo de fabricación del sistema, las varillas de vidrio proporcionan el relleno de la estructura del dispositivo para direccionar los núcleos de la fibra óptica multinúcleo según esta invención, cuando el número o la disposición de los núcleos de la fibra óptica multinúcleo no constituyan la estructura de anillos cerrados alrededor del núcleo de la fibra óptica multinúcleo central.
Un capilar de vidrio o polímero está fabricado en un material susceptible a cambios de dimensiones geométricas bajo la influencia de la temperatura, asociada con la tensión longitudinal. La longitud del capilar se selecciona de forma adecuada a la posibilidad de su montaje en el dispositivo de tracción con calentamiento simultáneo, preferiblemente en la estación de procesamiento/conexión de elementos de fibra óptica, basada en un empalmador de filamentos. Es preferible que el capilar de vidrio esté fabricado en vidrio de sílice sin dopar.
El método de fabricación del dispositivo para el direccionamiento de núcleos consiste en:
1. un análisis de la estructura de la fibra óptica multinúcleo y determinación del número de núcleos de la fibra óptica multinúcleo, el diámetro de los núcleos y las distancias entre ellos,
2. medición de los diámetros de los núcleos y de los revestimientos de las fibras ópticas monomodo, con las que se conecta la fibra óptica multinúcleo, y se determina la escala de ahusamiento de las fibras ópticas monomodo,
3. eliminación del revestimiento de las fibras ópticas monomodo y limpieza de su superficie,
4. ataque con ácido, preferentemente con ácido fluorhídrico, de los fragmentos expuestos y limpios de las fibras ópticas monomodo, de manera que, tras su posible ahusamiento y reensamblaje mutuo, sea posible la alineación de los núcleos de la fibra óptica multinúcleo con los núcleos de la fibra óptica monomodo,
5. ahusamiento de fibras ópticas monomodo, según la escala de ahusamiento calculada, que permita lograr diámetros de sus núcleos iguales a las dimensiones de los diámetros de los núcleos de la fibra óptica multinúcleo (siempre que sea preferible),
6. preparación de un capilar mediante su ahusamiento hasta el tamaño que permita la inserción de fibras ópticas monomodo y varillas de vidrio, de modo que los elementos insertados no tengan libertad de movimiento o que su movimiento sea limitado,
7. colocación de fibras ópticas monomodo y varillas de vidrio en el capilar,
8. ahusamiento y sujeción de la estructura colocada y empalmada en el capilar mediante su calentamiento y tensado, mientras, si es necesario, la fibra óptica multinúcleo también es ahusada,
9. corte del capilar, con la estructura colocada y empalmada, en ángulo recto con respecto al eje del capilar longitudinal, preferiblemente con un cortador para fibras ópticas con diversos diámetros exteriores y estructuras internas, con la posibilidad de estirar controladamente la fibra, preferiblemente la superficie del capilar se pule, junto con la estructura colocada en el capilar,
10. corte de la fibra óptica multinúcleo y preferiblemente pulido de su superficie,
11. orientación del capilar en relación con la fibra óptica multinúcleo, junto con la estructura colocada y soldada en su interior,
12. conexión de la fibra óptica multinúcleo con el capilar y la estructura en su interior mediante cualquier tecnología descrita, preferentemente por empalme.
El proceso de ataque con ácido se lleva a cabo preferentemente a una temperatura de 21 °C con el uso de ácido fluorhídrico en una concentración preferentemente de aproximadamente el 40%.
Es preferible que el ahusamiento del capilar y su estructura interna se realice de tal manera que el capilar, con las fibras ópticas colocadas, se sujete en su estructura interna.
Es preferible que los diámetros de las fibras ópticas monomodo sean considerablemente mayores que las distancias entre los núcleos de la fibra óptica multinúcleo, según esta invención, si se cambian las operaciones de ahusamiento y ataque con ácido en la secuencia de operaciones tecnológicas. Dependiendo de la geometría de las fibras ópticas conectadas, se pueden omitir las etapas de ataque con ácido y/o ahusamiento.
Es preferible que, en caso de que los núcleos de la fibra óptica multinúcleo tengan diámetros distintos de los núcleos de las fibras ópticas monomodo, el proceso de ahusamiento continúe hasta la igualación de los diámetros de los núcleos de las fibras ópticas monomodo, colocadas como estructura interna en el capilar, con los diámetros de los núcleos de la fibra óptica multinúcleo (a menos que no sea geométricamente factible), entonces se dejan preferiblemente los diámetros no igualados y se intenta lograr espacios iguales entre los núcleos en elementos conectados). También es preferible que, en caso de que el diámetro de la fibra óptica de acuerdo con esta invención sea mayor que el diámetro de las fibras ópticas monomodo, conectadas con la misma, después de su ahusamiento en el capilar, también se ahúse la fibra óptica de acuerdo con esta invención.
La orientación de la fibra óptica multinúcleo y de la estructura en el capilar se lleva a cabo preferentemente de tal manera que se alimenta luz a uno de los núcleos de la fibra óptica multinúcleo, mientras que, durante el empalme, la conexión empalmada fabricada se controla comprobando qué parte de la potencia se ha transferido a una de las fibras ópticas monomodo del capilar. En otro ejemplo de fabricación, se alimenta luz a una de las fibras ópticas monomodo del capilar, mientras que, durante el empalme, se comprueba qué parte de la potencia se ha transferido a uno de los núcleos de la fibra óptica multinúcleo.
El empalme se lleva a cabo con cualquier procesador de vidrio descrito, preferiblemente una plataforma de procesamiento de vidrio. Es preferible que, para fibras ópticas multinúcleo con un diámetro exterior no superior a 250 pm, se utilice un empalmador de filamentos, mientras que, para diámetros mayores, es preferible que el empalme se realice en una estación de procesamiento/conexión de elementos de fibra óptica, basada en un empalmador de filamentos. También es preferible llevar a cabo el ahusamiento de fibras ópticas monomodo, los capilares y los capilares con estructuras internas colocadas y empalmadas con un empalmador de filamentos o con una estación de procesamiento/conexión de fibra óptica, basada en un empalmador de filamentos.
Durante el empalme, según el diámetro de la fibra óptica multinúcleo y la geometría del capilar, incluida su estructura interna, la potencia del elemento calefactor de la plataforma de procesamiento de vidrio se selecciona al nivel que asegure una conexión mecánica duradera, con bajas pérdidas ópticas. Los ajustes para diámetros de fibra concretos, relacionados con el nivel de potencia del filamento, el tiempo de empalme, el retraso antes del empalme, la distancia de desplazamiento de las fibras ópticas entre sí y las distancias entre las fibras ópticas, se seleccionan experimentalmente antes del empalme.
En el caso de distancias de guiado cortas, en las que no haya necesidad de amplificación de la señal, una fibra óptica multinúcleo microestructurada de guiado, según esta invención, se coloca entre dos dispositivos de direccionamiento de núcleos, uno de los cuales permite alimentar una señal con transmisores y fibras ópticas monomodo estándar a núcleos concretos, mientras que el segundo dispositivo permite recibir señales de núcleos concretos y redirigirlas a receptores a través de fibras ópticas monomodo estándar.
En el caso de la distancia de transmisión a la que es necesaria la amplificación de la señal, el sistema de transmisión se dispone preferiblemente de la siguiente manera. Una señal de los transmisores se envía a través de fibras ópticas monomodo al dispositivo para direccionar los núcleos. A continuación, la señal es guiada a través de la fibra microestructurada, según la invención. Cuando se alcanza una distancia después de la cual sea necesaria la amplificación, también cíclicamente dentro de una línea de telecomunicaciones, se instala un módulo de amplificación. Después de la amplificación de la luz con el uso del módulo de amplificación, la señal es guiada más adelante a través de la fibra óptica multinúcleo microestructurada de acuerdo con esta invención. Las señales de núcleos concretos se dirigen a fibras ópticas monomodo con el dispositivo para direccionar núcleos. De esta manera, las señales se alimentan a receptores. El módulo de amplificación consta de dos dispositivos de direccionamiento, de los cuales uno dirige señales desde núcleos concretos de la fibra óptica multinúcleo microestructurada a fibras ópticas monomodo, mientras que el segundo permite alimentar la señal desde fibras ópticas a los núcleos de la fibra óptica multinúcleo microestructurada. En ese módulo, en la línea de guiado de señales a través de fibras ópticas monomodo, se encuentra integrado un elemento amplificador de fibra óptica. Tal elemento puede ser, por ejemplo, un amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA, por sus siglas en inglés) comercialmente disponible.
También existen posibilidades de amplificación con el uso de fibra óptica multinúcleo microestructurada activa, según la invención, en la que se haya aplicado un revestimiento adicional. Por ello, el bombeo puede realizarse como bombeo lateral o bombeo desde el frente de la fibra óptica multinúcleo microestructurada activa, según la invención. Las tecnologías de bombeo lateral y frontal han sido descritas y no requieren modificación alguna para la aplicación en esta variante de sistema de transmisión. La variante del sistema de transmisión con bombeo directo se caracteriza por que la señal de los transmisores se guía a través de fibras ópticas monomodo estándar hasta el dispositivo de direccionamiento de núcleos independiente, según la invención. A continuación, la señal se guía a través de la fibra óptica multinúcleo microestructurada, según la invención. En caso de transmisión de señales a una distancia después de la cual sea necesaria la amplificación de las señales, se utiliza un módulo de amplificación (también cíclicamente dentro de una línea de telecomunicaciones). En el módulo de amplificación, la fibra óptica multinúcleo microestructurada, según esta invención, se conecta con la fibra óptica multinúcleo microestructurada activa según la invención por medio de cualquier tecnología descrita. La conexión permite el bombeo de la fibra óptica multinúcleo microestructurada activa según la invención en la variante con un revestimiento adicional por medio de tecnologías descritas con el uso de una o varias fibras ópticas de bombeo. A continuación, la señal se amplifica en la fibra óptica multinúcleo microestructurada activa según la invención y con el revestimiento adicional. A continuación, la fibra óptica multinúcleo microestructurada activa según la invención se empalma con la fibra óptica multinúcleo microestructurada de guiado según la invención. La señal, guiada a través de la fibra óptica, según la invención, se dirige luego al dispositivo de direccionamiento de núcleos independiente, después de lo cual se transmiten señales desde núcleos concretos, a través de fibras ópticas estándar, a receptores.
También es posible la fabricación de otros sistemas de transmisión, utilizando la fibra óptica multinúcleo microestructurada según la invención, así como la fibra óptica multinúcleo microestructurada activa según la invención.
La fibra óptica microestructurada, según la invención, se ha presentado en los dibujos, donde la Figura 1 presenta la sección transversal de la fibra óptica según esta invención en un ejemplo preferible de fabricación, la Figura 2 presenta otras variantes ventajosas de disposición de las celdas básicas, la Figura 3 presenta la sección transversal de la fibra óptica en otro ejemplo preferible de fabricación, la Figura 4 presenta la sección transversal de la fibra óptica en otro ejemplo preferible de fabricación, la Figura 5 presenta la sección transversal de la fibra óptica en otro ejemplo preferible de fabricación, la Figura 6 presenta la sección transversal de la fibra óptica en otro ejemplo preferible de fabricación, la Figura 7 presenta la fibra óptica, según la invención, con un revestimiento adicional, la Figura 8 presenta la fibra óptica, según la invención, con un revestimiento adicional en otra configuración del revestimiento adicional, la Figura 9 presenta la fibra óptica, según la invención, con un revestimiento adicional en otra configuración del revestimiento adicional, la Figura 10 presenta la sección transversal de fibras ópticas monomodo, situadas en el capilar, la Figura 11 presenta una yuxtaposición esquemática de fibra óptica multinúcleo con el capilar, junto con la estructura interna de la fibra óptica, la Figura 12 presenta un diagrama de sistema de guiado con el uso de fibra óptica multinúcleo microestructurada, según la invención, en un ejemplo preferible de fabricación, la Figura 13 presenta un diagrama de sistema de guiado con el uso de fibra óptica multinúcleo microestructurada, según la invención, en otro ejemplo preferible de fabricación, la Figura 14 presenta un diagrama de sistema de guiado con el uso de fibra óptica multinúcleo microestructurada, según la invención, en otro ejemplo preferible de fabricación, la Figura 15 presenta la fibra óptica, según invención, con una situación preferible de marcadores (6.1), la Figura 16 presenta la fibra óptica, según la invención, con un ejemplo preferible de fabricación y con otra situación preferible de marcador.
Ejemplo I
Fibra óptica multinúcleo microestructurada según invención y destinada a la transmisión, en lo que sigue: fibra óptica multinúcleo microestructurada de guiado, según invención, que incluye una zona con microestructura, en la que están embutidas unas celdas básicas, de las cuales, cada una de ellas incluye un núcleo de vidrio de sílice dopado con agujeros longitudinales que lo rodean, llenos de aire, (en lo que sigue: los agujeros), situados en la matriz de vidrio de sílice.
La diferencia entre los índices de refracción del material del núcleo y el material del revestimiento (tanto interior como exterior) asciende a A=5,2-10'3±0,5-10'3 para la longitud de onda de luz de A=1.550 nm.
La celda básica se caracteriza por el diámetro D2 de núcleo, el diámetro D3 de agujero y la constante reticular A, correspondiente a la distancia entre los centros de agujeros adyacentes. Los centros de los agujeros están situados en los vértices y los puntos medios de los lados del hexágono, cuyo centro está designado por el núcleo; la longitud del lado c del hexágono, formado por los ejes de los agujeros, es igual al doble del valor de la constante reticular A. Las celdas básicas, yuxtapuestas dentro de la zona de la microestructura, están cubiertas con el revestimiento exterior.
La primera celda básica de la estructura está situada en el centro geométrico de la fibra óptica multinúcleo, mientras que las demás celdas básicas están pegadas a la misma con sus lados. Las demás celdas básicas, mutuamente yuxtapuestas, comparten los agujeros circundantes del núcleo.
Las celdas básicas que rodean la celda básica situada en el centro geométrico de la fibra óptica constituyen el, así llamado, primer anillo. Los núcleos del primer anillo están situados en los vértices del hexágono, cuyo lado b es igual al valor triplicado de la constante reticular, multiplicado por a, donde a=2/3-V3.
Los parámetros geométricos de la fibra óptica se determinan de la siguiente manera:
- el diámetro exterior D1 del revestimiento 4.1 es (146,4±5) pm;
- los diámetros D2 de los núcleos 2.1 son (8,2±0,5) pm;
- los diámetros D3 de los agujeros 3.1 son (7,7±0,2) pm;
- la constante reticular A es (8,2±0,5) pm.
En este ejemplo de fabricación, el diámetro de los núcleos de la fibra óptica multinúcleo es aproximadamente igual al diámetro del núcleo de la fibra óptica monomodo estándar.
El dispositivo para direccionar núcleos de fibra óptica multinúcleo microestructurada de guiado, según esta invención, incluye siete fibras ópticas monomodo estándar, encerradas en el capilar y conectadas a través de la fibra óptica multinúcleo microestructurada, según la invención. Las secciones transversales de las fibras ópticas en el capilar son paralelas a la sección transversal de la fibra óptica multinúcleo.
El capilar está fabricado en un material susceptible a cambios de dimensiones geométricas bajo la influencia de la temperatura, combinada con la tensión longitudinal. El capilar está fabricado en vidrio de sílice sin dopar.
El método de fabricación del dispositivo para el direccionamiento de núcleos consiste en:
1. un análisis de la estructura de la fibra óptica multinúcleo y determinación del número de núcleos de la fibra óptica multinúcleo, el diámetro de los núcleos y las distancias entre ellos,
2. medición de los diámetros de los núcleos S.1 y de los revestimientos de las fibras ópticas monomodo S.2, con las que se conecta la fibra óptica multinúcleo, y se determina la escala de ahusamiento de las fibras ópticas monomodo,
3. eliminación del revestimiento de las fibras ópticas monomodo y limpieza de su superficie,
4. ataque con ácido, preferentemente con ácido fluorhídrico, de los fragmentos expuestos y limpios de las fibras ópticas monomodo, siendo posible la alineación de los núcleos de la fibra óptica multinúcleo con los núcleos de la fibra óptica monomodo,
5. ahusamiento de fibras ópticas monomodo, según la escala de ahusamiento calculada, que permita lograr diámetros de sus núcleos iguales a las dimensiones de los diámetros de los núcleos de la fibra óptica multinúcleo, 6. preparación de un capilar S.3 mediante su ahusamiento hasta el tamaño que permita la inserción de fibras ópticas monomodo y varillas de vidrio, de modo que los elementos insertados no tengan libertad de movimiento o que su movimiento sea limitado,
7. colocación de fibras ópticas monomodo y varillas de vidrio en el capilar,
8. ahusamiento y sujeción de la estructura colocada y empalmada en el capilar mediante su calentamiento y tensado, mientras la fibra óptica multinúcleo también es ahusada,
9. corte del capilar, con la estructura colocada y empalmada, en ángulo recto con respecto al eje del capilar longitudinal, con un cortador para fibras ópticas con diversos diámetros exteriores y estructuras internas, con la posibilidad de estirar controladamente la fibra,
10. corte de la fibra óptica multinúcleo,
11. orientación del capilar en relación con la fibra óptica multinúcleo, junto con la estructura colocada y soldada en su interior,
12. conexión de la fibra óptica multinúcleo con el capilar y la estructura en su interior mediante empalme.
Al conectar la fibra óptica multinúcleo con siete núcleos con fibras ópticas monomodo estándar (7), es necesario determinar: el número de núcleos de la fibra óptica multinúcleo, el diámetro de los núcleos de la fibra óptica multinúcleo (8,2 pm), la distancia entre los núcleos de la fibra óptica multinúcleo (aproximadamente 28 pm). Se determina el diámetro del revestimiento de la fibra óptica monomodo (aproximadamente 125 pm), así como el diámetro del revestimiento de la fibra óptica multinúcleo (aproximadamente 146 pm).
El ataque con ácido se lleva a cabo a 21 °C con el uso de ácido fluorhídrico en una concentración del 40%. La velocidad de ataque con ácido de aproximadamente 63 pm/h permite lograr el diámetro requerido de fibra óptica monomodo de 28 pm en aproximadamente 46 minutos.
El capilar con un diámetro interior inicial de 200 pm y un diámetro exterior de 286 pm se ahúsa hasta los diámetros correspondientes de 89 pm y 127 pm, respectivamente.
Las fibras ópticas monomodo atacadas con ácido se colocan en el capilar, ahusado a 89 pm/127 pm, hasta el momento de colocar siete fibras ópticas en un capilar.
El ahusamiento del capilar y su estructura interna se realiza de tal manera que el capilar, junto con las fibras ópticas colocadas, se sujete en la estructura interna. Por consiguiente, el capilar se ahúsa, junto con las fibras ópticas monomodo atacadas con ácido, desde el tamaño de 89/127 pm hasta el tamaño de 72 pm/103 pm.
Dado que, durante el proceso de ahusamiento del capilar y su estructura interna soldada, los núcleos de fibra óptica también han disminuido su diámetro (hasta 7 pm), así como las distancias entre núcleos se han reducido a 24 pm, la fibra óptica multinúcleo también debería ahusarse. La fibra óptica multinúcleo se ahúsa hasta que los diámetros de los núcleos alcanzan el valor de aproximadamente 7 pm (es decir, hasta el diámetro del revestimiento de aproximadamente 125 pm).
Una vez cortado el capilar, junto con las fibras ópticas soldadas en su interior y atacadas con ácido, y una vez cortadas las fibras ópticas multinúcleo ahusadas, se orientan la fibra multinúcleo y la estructura en el capilar de tal manera que se alimenta luz a uno de los núcleos exteriores de las fibras ópticas multinúcleo y, durante el empalme, se comprueba qué parte de la potencia se ha transferido a una de las fibras ópticas monomodo en el capilar.
El ahusamiento de fibras ópticas monomodo, capilares y capilares con estructuras colocadas y soldadas se realiza por medio de un empalmador de filamentos Vytran GPX-3400, utilizado para el procesamiento/la conexión de elementos de fibra óptica.
Durante el empalme, dependiendo del diámetro de la fibra óptica multinúcleo y la geometría del capilar con su estructura interna, se selecciona la potencia de calentamiento de la plataforma de procesamiento de vidrio, de modo que la conexión obtenida sea mecánicamente duradera y con bajas pérdidas ópticas. Los valores preestablecidos del procesamiento/de la conexión del elemento de fibra óptica para la plataforma de procesamiento de vidrio Vytran GPX-3400 son los siguientes:
La forma de transmisión de señales con el uso de la fibra óptica multinúcleo microestructurada de guiado, de acuerdo con esta invención, usando la multiplicación espacial, es una alternativa para los sistemas de transmisión descritos. El método de transmisión con el uso de fibra óptica multinúcleo es tal que la fibra óptica multinúcleo microestructurada de guiado, según esta invención, se utiliza como medio de guiado principal. El problema del direccionamiento de los núcleos en la fibra óptica multinúcleo se resuelve con el uso del dispositivo y la técnica para el direccionamiento independiente de los núcleos de la fibra óptica multinúcleo microestructurada, según la invención.
En el caso de distancias de transmisión pequeñas (véase la Figura 12) a lo largo de las cuales no haya necesidad de amplificación, la fibra óptica multinúcleo microestructurada 1 de guiado, según esta invención, se coloca entre dos dispositivos para direccionar los núcleos 3 y 4, de los cuales uno permite alimentar la señal por medio de transmisores 5 y fibras ópticas monomodo estándar 2 a núcleos concretos, mientras que el segundo dispositivo 4 permite recibir la señal de núcleos concretos y dirigirla a unos receptores 6 a través de fibras ópticas monomodo estándar 2.
Cuando la distancia de transmisión requiere amplificación de señal, se dispone de la siguiente manera (véase la Figura 13). La señal de los transmisores 5 se guía a través de fibras ópticas monomodo 2 al dispositivo 3 de direccionamiento de núcleos. Luego, la señal se guía a través de fibra óptica microestructurada 1, según la invención. A la distancia donde se requiera amplificación, se instala 7 un módulo de amplificación, posible para múltiples repeticiones dentro de una línea de telecomunicaciones. Después de la amplificación de la luz por el módulo 7, la señal es guiada más adelante a través de la fibra óptica multinúcleo microestructurada de guiado, según esta invención. Las señales de núcleos concretos se dirigen a las fibras ópticas monomodo 2 con el uso del dispositivo 4 de direccionamiento de núcleos. De esta manera, las señales se alimentan a unos receptores 6. El módulo 7 de amplificación consta de dos dispositivos 4' y 3 para el direccionamiento de núcleos, de los cuales el primero 4' dirige la señal desde núcleos concretos de la fibra óptica multinúcleo microestructurada 1 según la invención a fibras ópticas monomodo 2, mientras que el segundo 3' alimenta la señal desde fibras ópticas 2 a los núcleos de la fibra óptica multinúcleo microestructurada 1. En el módulo 7 de amplificación, en la línea de guiado de señales a través de fibras ópticas monomodo 2, hay un elemento 8 de amplificación de fibra óptica integrado. Tal elemento 8 puede ser, por ejemplo, un amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA) comercialmente disponible.
Ejemplo II
La fibra óptica multinúcleo microestructurada según la invención incluye una zona con microestructura, en la que están embutidas unas celdas básicas, cada una de las cuales incluye un núcleo de vidrio de sílice dopado con agujeros longitudinales que lo rodean, llenos de aire, (en lo que sigue: los agujeros), situados en la matriz de vidrio de sílice. La diferencia entre los índices de refracción del material del núcleo y el material del revestimiento (tanto interior como exterior) asciende a A=5,2-10'3±0,5-10'3 para la longitud de onda de luz de A=1.550 nm.
La celda básica se caracteriza por el diámetro D2 de núcleo, el diámetro D3 de agujero y la constante reticular A, correspondiente a la distancia entre los centros de agujeros adyacentes. Los centros de los agujeros están situados en los vértices y los puntos medios de los lados del hexágono, cuyo centro está designado por el núcleo; la longitud del lado c del hexágono, formado por los ejes de los agujeros, es igual al doble del valor de la constante reticular A. Las celdas básicas, yuxtapuestas dentro de la zona de la microestructura, están cubiertas con el revestimiento exterior. La primera celda básica de la estructura está situada en el centro geométrico de la fibra óptica multinúcleo, mientras que las demás celdas básicas están pegadas a la misma con sus lados. Las demás celdas básicas, mutuamente yuxtapuestas, comparten los agujeros circundantes del núcleo.
Las celdas básicas que rodean la celda básica situada en el centro geométrico de la fibra óptica constituyen el, así llamado, primer anillo. Los núcleos del primer anillo están situados en los vértices del hexágono cuyo lado b es igual al valor triplicado de la constante reticular, multiplicado por a, donde a=2/3-V3.
Los parámetros geométricos de la fibra óptica se determinan de la siguiente manera:
- el diámetro exterior D1 del revestimiento 4.1 es (125±5) gm;
- los diámetros D2 de los núcleos 2.1 son (7±0,5) gm;
- los diámetros D3 de los agujeros 3.1 son (6,6±0,2) gm;
- la constante reticular A es (7±0,5) gm.
En el ejemplo de fabricación, el diámetro del revestimiento de la fibra multinúcleo es aproximadamente igual al diámetro del revestimiento de la fibra óptica monomodo estándar.
La fibra óptica multinúcleo microestructurada activa, según la invención, incluye una zona de microestructura dentro de la cual están situadas unas celdas básicas, cada una de ellas con un núcleo de vidrio de sílice, junto con los doce agujeros longitudinales llenos de aire que lo rodean, en lo que sigue: los agujeros, situados en la matriz de vidrio de sílice.
La celda básica se caracteriza por el diámetro D2 de núcleo, el diámetro D3 de agujero y la distancia entre los agujeros, correspondiente a la constante reticular A.
Los centros de los agujeros están situados en los vértices y los puntos medios de los lados del hexágono, cuyo centro está designado por el núcleo; la longitud del lado c del hexágono, creado por los ejes de los agujeros, es igual a la constante reticular A duplicada. Las celdas básicas, situadas dentro de la zona de la microestructura, están rodeadas por el revestimiento exterior.
La primera celda básica de la estructura está preferentemente situada en el centro geométrico de la fibra óptica multinúcleo, mientras que las demás celdas básicas están pegadas a la primera celda básica con sus lados o vértices. Las demás celdas básicas, mutuamente yuxtapuestas, poseen agujeros comunes que rodean el núcleo.
Las celdas básicas que rodean la celda básica situada en el centro geométrico de la fibra óptica constituyen el, así llamado, primer anillo. Los núcleos del primer anillo están situados en los vértices del hexágono cuyo lado b es igual al valor triplicado de la constante reticular, multiplicado por a, donde a=2/3-V3.
La fibra óptica, según la invención, obtiene un revestimiento adicional al situar un grupo adicional de agujeros alrededor de la zona de la microestructura realizada por las celdas básicas.
Los agujeros que forman parte del revestimiento microestructurado exterior de la fibra óptica con un revestimiento adicional están situados en el círculo con radio D4. Por ello, es preferible que los diámetros D5 de los agujeros del revestimiento microestructurado exterior sean de un tamaño inferior a la constante reticular A. Los agujeros del revestimiento microestructurado exterior manifestaron la forma circular de su sección transversal y están situados a una distancia del borde de la fibra de, al menos, 30 gm.
Las dimensiones de la fibra óptica de siete núcleos con un revestimiento adicional son las siguientes:
- el diámetro exterior D1 del revestimiento 4.1 es (151 ±5) gm;
- los diámetros D2 de los núcleos 2.1 son (2,9±0,5) qm;
- los diámetros D3 de los agujeros 3,1 son (5,5±0,5) qm;
- la constante reticular A es (7±0,5) qm
- radio D4 del revestimiento adicional (90±2) qm;
- diámetros D5 de los agujeros 5.1 que forman el revestimiento adicional (6+0,5) qm.
El dispositivo para el direccionamiento de núcleos de la fibra óptica multinúcleo microestructurada según la invención consta de siete fibras ópticas monomodo estándar situadas en el capilar y conectadas con la fibra óptica multinúcleo microestructurada, según la invención. Las secciones transversales de las fibras ópticas en el capilar son paralelas a la sección transversal de la fibra óptica multinúcleo.
El capilar está fabricado en un material susceptible a cambios de dimensiones geométricas bajo la influencia de la temperatura, asociada con la tensión longitudinal. El capilar está fabricado en vidrio de sílice sin dopar.
El método de fabricación del dispositivo de direccionamiento de núcleos (la secuencia de acciones 1-12) es idéntico al del Ejemplo I). Al conectar la fibra óptica multinúcleo con siete núcleos con fibras ópticas monomodo estándar, se definen los siguientes parámetros: 1 el número de núcleos de la fibra óptica multinúcleo (7), el diámetro de núcleo de la fibra óptica multinúcleo (7 qm), la distancia entre los núcleos de la fibra óptica multinúcleo (aproximadamente 24 qm). Se determina el diámetro del revestimiento de la fibra óptica monomodo (aproximadamente 125 qm), así como el diámetro del revestimiento de la fibra óptica multinúcleo (aproximadamente 125 qm).
El ataque con ácido se lleva a cabo a 21 °C con el uso de ácido fluorhídrico en una concentración del 20%. La velocidad de ataque con ácido de aproximadamente 15 qm/h permite lograr el diámetro requerido de fibra óptica monomodo de 28 qm en aproximadamente 158 minutos.
El capilar con un diámetro interior inicial de 200 qm y un diámetro exterior de 286 qm se ahúsa hasta los diámetros correspondientes de 89 qm y 127 qm, respectivamente.
Las fibras ópticas monomodo atacadas con ácido se colocan en el capilar, ahusado a 89 qm/127 qm, hasta el momento de colocar siete fibras ópticas en un capilar.
El ahusamiento del capilar y su estructura interna se realiza de tal manera que el capilar, junto con las fibras ópticas colocadas, se sujete en la estructura interna. Por consiguiente, el capilar se ahúsa, junto con las fibras ópticas monomodo atacadas con ácido, desde el tamaño de 89/127 qm hasta el tamaño de 72 qm/103 qm.
Una vez cortado el capilar, junto con las fibras ópticas soldadas en su interior y atacadas con ácido, y una vez cortadas las fibras ópticas multinúcleo ahusadas, se orientan la fibra multinúcleo y la estructura en el capilar de tal manera que se alimenta luz a uno de los núcleos exteriores de las fibras ópticas multinúcleo y, durante el empalme, se comprueba qué parte de la potencia se ha transferido a una de las fibras ópticas monomodo en el capilar.
El ahusamiento de fibras ópticas monomodo, capilares y capilares con estructuras colocadas y soldadas se realiza mediante un empalmador de filamentos Vytran GPX-3400, utilizado para el procesamiento/la conexión de elementos de fibra óptica.
Durante el empalme, dependiendo del diámetro de la fibra óptica multinúcleo y la geometría del capilar con su estructura interna, se selecciona la potencia de calentamiento de la plataforma de procesamiento de vidrio, para que la conexión obtenida sea mecánicamente duradera y con bajas pérdidas ópticas. Los valores preestablecidos del procesamiento/de la conexión del elemento de fibra óptica para el empalmador de filamentos Vytran GPX-3400 son los siguientes:
La forma de transmisión de señales con el uso de la fibra óptica multinúcleo microestructurada de guiado, de acuerdo con esta invención, usando la multiplicación espacial, es una alternativa para los sistemas de transmisión descritos. El método de transmisión con el uso de fibra óptica multinúcleo es tal que la fibra óptica multinúcleo microestructurada de guiado, según esta invención, se utiliza como medio de guiado principal. El problema del direccionamiento de los núcleos en la fibra óptica multinúcleo se resuelve con el uso del dispositivo y la técnica para el direccionamiento independiente de los núcleos de la fibra óptica multinúcleo microestructurada, según la invención.
Cuando la distancia de transmisión requiere amplificación de señal, se dispone de la siguiente manera (véase la Figura 14).
Durante la transmisión, tiene lugar un bombeo directamente a la fibra óptica multinúcleo microestructurada activa según la invención en la variante con revestimiento adicional. Por ello, el bombeo puede realizarse como bombeo lateral o bombeo desde el frente de la fibra óptica multinúcleo microestructurada activa según la invención en la variante con revestimiento adicional. Las tecnologías de bombeo lateral y frontal han sido descritas y no requieren ninguna modificación para la aplicación en esta variante del sistema de guiado. La variante del sistema de guiado con bombeo directo se caracteriza por que la señal de los transmisores 5 se guía a través de fibras ópticas monomodo estándar 2 al dispositivo 3 de direccionamiento de núcleos independiente, según la invención. A continuación, la señal se guía a través de la fibra óptica multinúcleo microestructurada 1, según la invención.
En caso de transmisión de señales a una distancia después de la cual sea necesaria la amplificación de las señales, se utiliza un módulo 7 de amplificación (también cíclicamente dentro de una línea de telecomunicaciones). Dentro del elemento 9, tiene lugar un bombeo a la fibra óptica multinúcleo microestructurada activa, según la invención, en la variante con un revestimiento adicional 1', tecnologías descritas con el uso de una o varias fibras ópticas 10 de bombeo y la conexión empalmada de fibra óptica 1' con la fibra óptica 1 de transmisión. Específicamente, el lado desde el que se bombea la fibra activa no es importante para la esencia funcional de la invención. La señal se amplifica en la fibra óptica multinúcleo microestructurada activa, según la invención, en la variante con revestimiento adicional 1'; esta fibra óptica se conecta a través de la conexión empalmada 11 con la fibra óptica multinúcleo microestructurada 1, según la invención. La señal, guiada a través de la fibra óptica 1, se dirige luego al dispositivo 4 de direccionamiento de núcleos independiente, según la invención, después de lo cual las señales de núcleos concretos se transmiten a través de fibras ópticas estándar 2 a unos receptores 6.
Claims (5)
1. Fibra óptica multinúcleo microestructurada apta para ser fabricada con
un método de apilado y estirado, que tiene un revestimiento (4.1) que contiene una zona microestructurada con zonas longitudinales (3.1) y una pluralidad de núcleos (2.1) fabricados en vidrio, especialmente en vidrio de sílice dopado, o en polímero, en donde
un índice de refracción del revestimiento (4.1) es mayor que el índice de refracción de las zonas longitudinales (3.1), los núcleos (2.1) están situados en nodos de un retículo hexagonal con una constante reticular A en una matriz de vidrio y están separados entre sí con las zonas longitudinales (3.1) dispuestas entre los mismos, las zonas longitudinales (3.1) están distribuidas en vértices
y puntos medios de lados de hexágonos, los centros de dichos hexágonos están designados por núcleos (2.1) concretos y
los lados de dichos hexágonos tienen una longitud definida por centros de las zonas longitudinales (3.1) situadas en los vértices de dicho hexágono,
las longitudes de dichos lados son iguales al doble de la constante reticular 2A,
estando los centros de zonas longitudinales adyacentes separados por la constante reticular A, caracterizada por que
una zona entre el núcleo (2.1) y las zonas longitudinales (3.1) que separan el núcleo (2.1) de los otros núcleos constituye un revestimiento interior que rodea dicho núcleo (2.1), de manera que una diferencia de índice de refracción, entre el núcleo y tanto el revestimiento (4.1) como el revestimiento interior, está en el intervalo A=5,63-10-3±2,9-10-3 a una longitud de onda de 1.550 nm, y al menos un núcleo (2.1) está rodeado por 12 zonas longitudinales (3.1) cuyos centros están situados en vértices y puntos medios de lados de un hexágono, cuyo centro está designado por dicho núcleo (2.1), y una distancia b entre núcleos adyacentes es igual a
para proporcionar un funcionamiento monomodo a 1.550 nm.
2. Fibra óptica multinúcleo microestructurada según la reivindicación 1, caracterizada por que tiene 7 núcleos (2.1), seis de los cuales están situados en vértices de un hexágono y rodean un núcleo central.
3. Fibra óptica multinúcleo microestructurada según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que la constante reticular A tiene un valor dentro de un intervalo de 7,8± 3,6 pm, un diámetro del núcleo (2.1) está en un intervalo de 0,7±0,46A y las zonas longitudinales (3.1) son agujeros de aire que tienen un diámetro en un intervalo de (0,7±0,3)-A y el diámetro del revestimiento (4.1) está en un intervalo de A*13+(50+20) pm.
4. Fibra óptica multinúcleo microestructurada según la reivindicación 1, caracterizada por que los núcleos (2.1) de la fibra óptica multinúcleo microestructurada están dopados con iones de tierras raras.
5. Fibra óptica multinúcleo microestructurada según cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, caracterizada por que tiene un dispositivo para direccionar núcleos de la fibra óptica multinúcleo, que comprende fibras ópticas monomodo mononúcleo situadas de forma fija en paralelo en un capilar (S.3), conectado a un extremo de la fibra óptica multinúcleo, en donde las fibras ópticas monomodo mononúcleo tienen en sus extremos:
revestimientos eliminados, núcleos atacados con ácido, ahusados, de modo que
los núcleos de la fibra óptica monomodo mononúcleo tengan diámetros correspondientes a los diámetros de los núcleos de la fibra óptica multinúcleo, y dispuestos alineados con los núcleos de la fibra óptica multinúcleo.
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