FR2539235A1 - Fibre optique a polarisation unique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne la fabrication des fibres optiques. Une fibre optique à polarisation unique comprend un cîoeur 31 en silice à haute pureté, entouré par une gaine 32 en silice à haute pureté contenant du fluor, une enveloppe intérieure 33 de forme elliptique, et une enveloppe extérieure 34. La composition de chaque partie de la fibre est choisie de façon que l'indice de réfraction de l'enveloppe intérieure ait une valeur intermédiaire entre celles des indices du cîoeur et de la gaine. Application aux télécommunications optiques. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La préserve invention concerne des fibres opti-

ques à polarisation unique* et en particulier des fibres optiques à polarisa on unique et à faibles pertes ayant

une excellente résistance aux radiations ainsi que d'au-

tres propriétés caractéristiques, et pouvant en outre

être fabriquées aisément.

Dans le domaine des fibres optiques à polari-

sation unique, on a déjà proposé des fibres ayant diver-

ses structures, et la fibre la plus appréciée a la struc-

:0 ture représentée sur la figure 1 qui montre une fibre

optique à structure à quatre couches, comprenant un-

coeur 11, une gaine 12, une enveloppe intérieure 13 et

une enveloppe extérieure 14.

Le coeur 1 l est en verre en Si O 2 contenant un dopant tel que Ge O 2, P 20 ou une matière analogue, la

gaine 12 est en Si O 2 à haute pureté, l'enveloppe intérieu-

re 13 est en verre en Si O 2 contenant P 205 et B 203, et l'enveloppe extérieure 13 consiste en un tube de verre

de silice industrielle Dans ce cas, la raison pour la-

quelle on ajoute au coeur 11 le dopant tel que Ge O 2, P 205 ou une matière analogue, consiste en ce que ceci conduit à une augmentation de l'indice de réfraction du

coeur, ce qui donne une valeur élevée à la différence d'in-

dice de réfraction entre le coeur résultant et la gaine, et ceci a pour effet d'augmenter l'angle critique (angle

d'incidence maximal).

De telles fibres optiques à polarisation uni-

que ont d'excellentes caractéristiques, mais il existe dans une certaine mesure un défaut concernant la résistance

aux radiations.

En effet, Ge, P ou des matières semblables con-

tenues dans le coeur sonz notablement affectés par les

radiations, ce qui fait qu'on peut redouter une augmenta-

tion des pertes de zransmission d'une telle fibre optique dans des circonstances dans lesquelles les fibres optiques

à polarisation unique risquent d'être exposées à des ra-

diations, par exemple à proximité d'un réacteur nucléaire.

En ce qui concerne les procédés de fabrication

de fibres optiques à polarisation unique, on connaît par-

faitement le procédé de dépôt de suie, similaire au pro- cédé VAD (dépôt axial en phase vapeur), ou le procédé CVD (dépôt chimique en phase vapeur) intérieur (ou le procédé MCVD, c'est-à-dire le procédé de dépôt chimique en phase vapeur modifié) Dans le cas de la fabrication

:0 de fibres optiques par le procédé CVD intérieur, un do-

pant tel que Ge O 2, P 205 ou un corps analogue contenu dans le coeur s'évapore au moment o on chauffe le coeur,

de façon à entraîner une diminution de l'indice de ré-

fraction dans la partie centrale du coeur, afin qu'une :5 telle fibre optique à polarisation unique présente un profil d'indice de réfraction tel-que celui représenté sur la figure 2 Si ce n'était pas le cas, des impuretés contenues dans son enveloppe extérieure seraient mises en fusion sous l'effet de la chaleur de façon à s'unir

au coeur, ce qui serait susceptible d'empêcher l'obten-

tion de caractéristiques satisfaisantes.

Les résultats d'études expérimentales effec-

tuées par la demanderesse ont permis de découvrir que le coeur peut avantageusement consister en Si O 2 à haute pureté, ou en Si O 2 à haute pureté contenant des traces

de B 203, pour améliorer la résistance aux radiations.

Cependant, lorsqu'on utilise pour un coeur des matières telles que celles mentionnées ci-dessus,la différence d'indice de réfraction entre le coeur et son

enveloppe extérieure disparaît et, en outre, chaque dif-

férence d'indice de-réfraction de la gaine et de l'enve-

loppe intérieure par rapport au coeur diminue, ce qui fait qu'on peut craindre un rétrécissement d'une bande capable de contribuer à la transmission Pour atténuer le défaut décrit ci-dessus, on peut envisager de donner une plus grande valeur à l'épaisseur totale de la gaine et de l'enve Loppe intérieure, mais dans ce cas on peut craindre que le diamètre extérieur de la fibre optique résultante ne devienne supérieur à celui d'une fibre classique, ce qui entraîne une diminution de son utilité. Dans le cas o le doeur d'une fibre optique consiste en Si O 2 à haute pureté ou en Si O 2 à haute pureté

contenant des traces de B 203, il est nécessaire de don-

ner une valeur plus élevée à l'angle critique (angle

d'incidence maximal) Pour cette raison, il est nécessai-

re de choisir pour la gaine une matière ayant un indice de réfraction inférieur à celui de Si O 29 pour constituer

la fibre optique, et une telle exigence constitue en pra-

tique'un problème important.

En effet, du point de vue de la fabrication, il est commode que la couche la plus extérieure d'une fibre c Dtique consiste en Si O, à haute pureté Ainsi, si

on applique ceci à une fibre optique à polarisation uni-

que, on obtient un profil d'indice de réfraction tel que

celui oui est indiqué sur la figure 9.

Bien entendu, il n'est pas exigé que la cou-

che la plus extérieure en silice à haute pureté soit aus-

si pure que le coeur, mais du fait que la couche la plus

extérieure ne contient pas de dopant appréciable, son in-

dice de réfraction devient pratiquement égal à celui du-

coeur Dans une-telle structure de fibre optique, l'onde excitée est une onde à fuite Ainsi, on doit élargir l'écartement $T entre le coeur et l'enveloppe extérieure (tube de support) dans le but de réduire l'atténuation due

à la fuite Plus précisément, lorsque la fréquence normali-

sée (égale à N k O T 2 &, en désignant par N O l'indice de ré-

fracticn du coeur, par X la longueur d'onde appliquée, par T le rayon du coeur et par L la' différence entre les indices de réfraction du coeur et de l'enveloppe intérieure) est de 2,2, il faut pour satisfaire une telle condition que

S > 6 dans le petit axe de l'enveloppe intérieure Du -

fait de la raison ci-dessus, pour les besoins de la fabri-

cation d'une fibre optique à polarisation unique et à fai-

bles pertes fortement elliptique, il est nécessaire d'au-

gmenter la différence A entre les indices de réfraction du coeur et de la gaine intérieure, tout en diminuant le diamètre du coeur Cependant, d'autre part, les pertes ainsi que la bande de longueur d'onde de fonctionnement

monomode sont considérablement influencées par une varia-

O tion du diamètre du coeur dans une structure telle que celle décrite cidessus, ce qui fait qu'il est difficile de fabriquer des fibres optiques à polarisation unique

ayant une bande de longueur d'onde de fonctionnement mo-

nomode stable, dans la direction longitudinale des fibres.

D Une bande dans laquelle on peut faire fonctionner une fibre optique en régime monomode en réduisant lechamp

(de façon à diminuer les fuites), peut s'exprimer appro-

ximativement par la relation 2,0 C v C 293, d'après la fréquence normalisée v, si on prend-en considération la

variation du diamètre de' la fibre optique dans sa direc-

tion longitudinale Il existe donc un problème qui con-

siste en ce que la bande de longueur d'onde applicable d'un type de fibre optique tel que Celui décrit ci-dessus est limitée à une gamme étroite En outre, dans le cas o, par exemple, la différence a entre les indices de réfraction du coeur et de la gaine intérieure est de 0,4 % et la longueur d'onde est de 0,85 pm, le diamètre du coeur doit être de 4,98 pm, même au maximum, et au cas o la longueur d'onde est de 0,63 FM,, le diamètre du coeur

^ 0 est limité à 3,71 pim au maximum.

Dans une structure de fibre optique telle que

celle décrite ci-dessus, il est apparu des problèmes con-

sistant dans la difficulté de fabriquer des fibres optiques -

à polarisation unique et à faibles pertes qui soient homo-

-5 gènes dans leur direction longitudinale, du fait que les pertes sont notablement influencées par la variation du diamètre du coeur dé la fibre optique, et également dans la difficulté de connecter des fibres optiques l'une à l'autre, ou de connecter les fibres optiques à une source de lumière, du fait que le diamètre du coeur de telles

fibres optiques est trop faible.

Le premier but-de l'invention est de procurer des fibres optiques à polarisation unique qui peuvent être fabriquées conformément au procédé CVD intérieur,

qui n'entraînent pas une diminution de l'indice de réfrac-

tion dans la partie centrale du coeur, et qui ont une excellente résistance aux radiations ainsi que d'autres

caractéristiques satisfaisantes.

Le second but de l'invention est de procurer des fibres optiques à polarisation unique dans lesquelles

on peut empêcher le passage dans le coeur d'impuretés con-

tenues dans la gaine extérieure, en chauffant les matiè-

res à une température de dépôt intérieur basse; dans le cas de la fabrication des fibres conformément au procédé

CVD intérieur.

Le troisième but de l'invention est de procurer des fibres optiques à polarisation unique dans lesquelles l'épaisseur totale de la gaine et de l'enveloppe intérieure puisse être réduite, même dans le cas o le coeur est en

Si O 2 à haute pureté, ces fibres pouvant en outre être fa-

briquées aisément.

Le quatrième but de l'invention est de procu-

rer des fibres optiques à polarisation unique qui ne

soient pas notablement affectées par une variation du dia-

mètre du coeur et qui puissent en outre être connectés ai-

sément l'une à l'autre ou à une source de lumière, en aug-

mentant le diamètre du coeur sans perte de stabilité de la bande de longueur d'onde de fonctionnement monomode dans

la direction longitudinale des fibres.

L'invention procure une fibre optique à polarisa-

tion unique qui comprend un coeur ayant une section cir-

culaire, une gaine placée à la circonférence du coeur, une enveloppe intérieure placée à la circonférence de la

gaine et une enveloppe extérieure placée à la circonfé-

rence de l'enveloppe intérieure, dans laquelle le coeur

consiste en Si O 2 à haute pureté qui ne contient pratique-

ment pas de dopants tels que Ge, P et des corps analogues, ainsi que des métaux de transition tels que Fe, Cu et des corps analogues, et la relation suivante O O n, > N 3 > N 2 est établie entre l'indice de réfraction N du coeur,

l'indice de réfraction N 2 de la gaine et l'indice de ré-

fraction N de l'enveloppe intérieure.

L'invention sera mieux comprise à la lecture

de la description qui va suivre de modes de réalisation

et en se référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une coupe montrant une fibre optique à polarisation unique classique;

La figure 2 est un graphique montrant un pro-

fil d'indice de réfraction de la fibre optique à polari-

sation unique classique de la figure 1 La figure 3 est une coupe montrant un mode de réalisation de la fibre optique à polarisation unique conforme à l'invention;

La figure 4 est un graphique montrant un pro-

fil d'indice de réfraction de la fibre optique à polarisa-

tion unique de la figure 3;

La figure 5 est un graphique montrant un pro-

fil d'indice de réfraction d'une fibre optique à polarisa-

tion unique d'un exemple comparatif, dans le but de compa-

rer ce profil au profil d'indice de réfraction de la fibre optique conforme à l'invention La figure 6 est une coupe montrant un autre mode de réalisation de la fibre optique à polarisation unique ccnforme à l'invention;

La figure 7 est un graphique montrant un pro-

fil d'indice de réfraction de la fibre optique à polari-

sation unique de la figure 6 La figure 8 est une coupe&montrant un exemple de la fibre optique à polarisation unique du mode de réa- lisation de la-figure 6 recouverte de Nylon

La figure 9 est une représentation explicati-

ve montrant une coupe ainsi qu'un profil d'indice de ré-

fraction d'une autre fibre optique à polarisation unique classique

La figure 10 est une représentation explicati-

ve montrant une coupe ainsi qu'un profil d'indice de ré-

fraction d'encore un autre mode de réalisation de la fi-

bre optique à polarisation unique conforme à l'invention; La figure 11 est un graphique montrant une

bande de fonctionnement monomode de la fibre optique de-

la figure 10; et

La figure 12 est un graphique montrant cha-

que état d'atténuation dû à la fuite dans le mode LP 11 et le mode LP 01

On va maintenant décrire spécialement la struc-

ture du premier mode de réalisation de l'invention, en-se

référant à la figure 3, sur laquelle la référence 31 dé-

signe un coeur, la référence 32 désigne une gaine, la ré-

férence 33 désigne une enveloppe intérieure et la référence

34 désigne une enveloppe extérieure.

Le coeur 31 est en Si O 2 à haute pureté et il ne

contient aucun dopant particulier Le principal consti-

tuant de la gaine 32 consiste en Si O 2, et elle contient du fluor et soit des traces de B 203 soit pas de B 203 Le

principal constituant de l'enveloppe intérieure 33 consis-

te en Si O 2, et elle contient également les corps P 205 et B 203 Le principal constituant de l'enveloppe extérieure 34 consiste en Si O 2, et cette enveloppe ne contient aucun dopant particulier Il faut noter ici que l'expression

"Si O 2 à haute pureté" désigne du Si O 2 qui ne contient pra-

tiquement aucun métal de transition tel que Fe ou un mé ta' analogue, exerçant une influence défavorable sur la transmission de la lumière, mais qui peut contenir une faible quantité d'autres impuretés.

Le fluor contenu dans la gaine 32 est un do-

pant destiné à définir l'indice de réfraction, et le fluor est une matière qui peut diminuer notablement l'indice de

réfraction d'une telle gaine, en une quantité plus fai-

ble que celle de B 203 Ainsi, même du verre en Si O 2 ayant un

pourcentage molaire de B 203 de 14-15 %o peut avoir un indi-

ce de réfraction inférieur de 0,7 % seulement à celui du

Si O 2 On ne peut pas parvenir à une diminution supérieu-

re de l'indice de réfraction, même si le verre en Si O 2

contient un pourcentage molaire de B 203 de 15 % ou plus.

En outre, le fait d'augmenter davantage la quantité de B 203 conduit plut 8 t à une augmentation de l'indice de réfractiono Au contraire, le fluor permet d'atteindre un indice de réfraction inférieur d'environ 0,5 % à celui du verre en Si O 2, par l'incorporation d'un pourcentage mon

laire de 1,5 % de fluor En outre, une proportion corres-

pondant à un pourcentage molaire de 3 % de fluor permet d'atteindre un indice de réfraction inférieur d'environ 1,0 % à celui du Si O 2 On peut ainsi former très aisément la gaine 32 sous la forme d'une couche ayant un indice de réfraction faible, comme il est indiqué sur la figure 4 o Si un profil d'indice de réfraction a une forme telle que celle représentée sur la figure 4, on peut former

la gaine 32 et l'enveloppe intérieure 33 avec des épais-

seurs inférieures à celles du cas dans lequel une fibre optique a un profil d'indice de réfraction correspondant à la forme représentée sur la figure 5, ce qui permet de fabriquer aisément la fibre optique ayant le profil d'indice

de réfraction de la figure 4 En effet, si on désire ob-

tenir dans la fibre optique ayant le profil d'indice de

réfraction de la figure 5 des caractéristiques équivalen-

tes à celles de la fibre optique ayant le profil d'indice de réfraction représenté sur la figure 4, on doit augmen- ter l'épaisseur totale de la gaine 32, qui est une partie

à indice de réfraction faible, et de l'enveloppe intérieu-

re 33 Dans ce cas, il est malcommode de fabriquer une fibre optique en utilisant des éléments constitutifs tels

que ceux décrits ci-dessus, avec soit le procédé CVD in-

térieur, soit le procédé CVD extérieur (ou procédé CVD nor-

mal) En outre, on doit réaliser une forme elliptique dé-

terminée, ce qui impose des contraintes considérables

aux conditions de fabrication de telles fibres optiques.

Il est suffisant que la quantité de fluor

contenu dans la gaine 32 soit telle que l'indice de ré-

fraction de la gaine 32 soit nettement inférieur à celui

de l'enveloppe intérieure 33, et cette quantité peut cor-

respondre à un pourcentage molaire de l'ordre de 2-5 % Du

point de vue de la fabrication, il est commode d'utili-

ser BF 3 comme matière première, et il est préférable que la quantité de B 203 contenue dans la gaine 32 soit nulle

ou corresponde à des traces.

Le B 203 contenu dans l'enveloppe intérieure 33

est un dopant qui est ajouté pour diminuer l'indice de ré-

fraction et pour accepter une déformation, tandis que

P 205 est un dopant qui est ajouté pour diminuer la viscosi-

té et pour augmenter l'indice de réfraction On définit ainsi la viscosité et l'indice de réfraction de l'enveloppe intérieure 33 en ajustant le rapport des quantités ainsi que la quantité totale de B 203 et P 205 La quantité totale de B 203 et P 205 doit correspondre à un pourcentage molaire

de 5-20 %, et une quantité de l'ordre de 10-15 % convient.

La plage mentionnée ci-dessus est principale-

ment restreinte par la viscosité Ainsi, lorsque la quanti-

té totale de B O et P O correspond à un pourcentage mo-

23 25

laire de 5 % ou moins, la viscosité devient élevée, ce qui

fait qu'il est considérablement difficile de donner à l'en-

veloppe extérieure 33 la forme elliptique qui est représen-

tée sur la figure 3.

L'enveloppe intérieure est importante pour rem-

plir les fonctions consistant à donner une polarisation unique à le lumières et elle est nécessaire pour produire une ellipticité suffisante, ce qui fait que la quantité totale de B 203 et P 205 doit correspondre à un pourcentage

molaire de 5 % ou plus, et 10 % ou plus sont préférables.

En outre, lorsque la quantité totale de B 203 et P 25 dépasse un pourcentage molaire de 20 %, la

matière ne convient pas pour la fabrication selon le pro-

cédé CVD intérieur, du fait que la viscosité est trop faible, ce qui fait que la couche intérieure ayant une viscosité supérieure à celle de l'enveloppe intérieure ne peut pas faire l'objet d'un dép 8 t en phase vapeur et, d'autre part, il devient également difficile de définir l'indice de réfraction lorsque la quantité totale précitée

dépasse un pourcentage molaire de 20 %.

De plus il est préférable que la proportion de B 203 soit dans une plage 1,0 à 2,0 fois supérieure à celle de P 205 dans l'enveloppe intérieure 33 En effet, si la proportion de B 203 est moins de 1,0 fois supérieure à

celle de P 205, on ne peut évidemment pas maintenir son in-

dice de réfraction à un niveau inférieur à celui du coeur

31 et de l'enveloppe extérieure 34, et il est donc néces-

saire de maintenir cette proportion à une valeur au moins

1,0 fois supérieure.

Si la proportion de B 203 est notablement plus élevée, c'est-à-dire 2,0 fois supérieure à celle de P 205,

ou plus, il se produit seulement une augmentation de la dif-

férence de coefficient de dilatation entre l'enveloppe inté-

rieure 33 et l'enveloppe extérieure 34, ou un phénomène ana-

logue, tandis que la viscosité ne diminue pas, ce qui fait qu'une telle fibre optique se fissure aisément et

n'est pas souhaitable.

Comme décrit ci-dessus, dans la fibre optique à polarisation unique conforme à l'invention, chaque com- position-est déterminée de façon à établir la relation n 1 > N 3 > N 2 entre l'indice de réfraction n, ducoeur,

l'indice de réfraction N 2 de la gaine et l'indice de ré-

fraction N 3 de l'enveloppe intérieure.

Bien qu'on puisse utiliser pour l'enveloppe extérieure 34 du verre de silice industriel, disponible dans le commerce, on peut évidemment utiliser-du Si O à

haute pureté obtenu à partir de quartz synthétique.

Les fibres optiques à polarisation unique con-

formes à l'invention peuvent être fabriquées non seule-

ment selon le procédé CVD intérieur comprenant une opéra-

tion d'établissement du vide, mais également selon un procédé faisant intervenir une tige dans un tube, obtenu en combinant le procédé VAD et le procédé CVD intérieur

ou le procédé CVD extérieur Les fibres optiques à pola-

risation unique ainsi obtenues sont naturellement recou-

vertes d'une composition de résine déterminée en vue de leur utilisation pratique, et on peut utiliser dans ce cas soit une seule couche soit plusieurs couches de la

composition de résine.

Les fibres optiques à polarisation unique con-

formes au premier mode de réalisation de l'invention, dé-

crit ci-dessus, ont les avantages remarquables suivants ( 1) Du fait que le coeur est en Si O à haute

pureté, sa résistance aux radiations est favorable.

( 2) Du fait que le coeur est en Si O 2 à haute

pureté, ne contenant pas de dopant, il n'y a pas de dimi-

nution de l'indice de réfraction dans la partie centrale du

coeur, même si les fibres optiques sont fabriquées confor-

mément au procédé CVD intérieur, ce qui fait que leurs ca-

ractéristiques sont stables.

( 3) Du fait que le coeur est en Si O 2 à haute pureté, la viscosité est élevée, ce qui fait qu'il n'y a pas de déformation, même dans l'opération consistant à donner la forme d'une ellipse à l'enveloppe intérieure. ( 4) Du fait que la gaine consiste en Si O 2, en tant que constituant principal, et en fluor ou en fluor

contenant des traces de B 203, la différence entre les in-

dices de réfraction de la gaine et du coeur augmente, ce qui permet d'augmenter l'angle critique, et, en outre, on n'observe pratiquement aucune perte par absorption dans une bande correspondant à de grandes longueurs d'ondes ce qui permet l'utilisation pratique des fibres optiques dans une telle bande correspondant à de grandes longueurs

*d'onde.

( 5) Du fait que les quantités de B 203 et de P O contenues dans l'enveloppe intérieure sont choiy sies de façon appropriée, on peut aisément fabriquer les fibres optiques conformément au procédé CVD intérieur'au procédé CVD extérieur ou-à n'importe quel autre procédé, ce qui fait que leur reproductibilité est favorables

( 6) Du fait que les fibres optiques sont cons-

truites de façon que la gaine ait un indice de réfraction

inférieur à celui de l'enveloppe intérieure, il est pos-

sible dé réduire l'épaisseur totale de la gaine et de

l'enveloppe intérieure, même si-elles ont les mêmes ca-

ractéristiques que les parties correspondantes d'autres fibres optiques, ce qui fait que les fibres optiques du

mode de réalisation de l'invention qui est considé peu-

vent être fabriquées aisément et leur reproductibilité

est favorable.

On va maintenant décrire le second mode de réa-

lisation de l'invention en se référant aux figures 3-8.

Chaque élément constitutif de la fibre optique conforme

au second mode de réalisation de l'invention a la même com-

position que pour la fibre optique conforme au premier mode de réalisation considéré ci-dessus, à l'exception du fait que la fibre opzique du second mode de réalisation comprend un coeur circulaire ou elliptique 31 en Si O 2 à haute pureté contenant B 203, ce qui fait qu'on ne repren-

dra pas l'explication déjà donnée.

En ce qui concerne l'indice de réfraction, la composition de la fibre optique du mode de réalisation considéré est déterminée de façon à établir la relation suivante: n 4 _ N 1 > N 3 > N 2 entre l'indice de réfraction ni du coeur, l'indice de réfraction N 2 de la gaine, l'indice de réfraction N 3 de l'enveloppe intérieure et l'indice de réfraction N de

l'enveloppe extérieure.

On décrira maintenant plus précisément la structure particulière du second mode de réalisation de

l'invention, en relation avec des exemples de celui-ci.

Exemple 1

On fabrique une fibre optique, représentée sur

la figure 3, dans laquelle le coeur 31 est en Si O 2 à hau-

te pureté contenant un pourcentage molaire de 0,1 % de B 20, la gaine 32 est en Si O à haute pureté contenant un

2 2

pourcentage molaire de 3 % de fluor, l'enveloppe intérieure

33 est en Si O 2 à haute pureté contenant un pourcentage mo-

laire de 10 % de B 203 et de 8 % de P 205, et l'enveloppe ex-

térieure ect en verre au quartz qui n'est pas à hadte pu-

reté On fabrique la fibre optique selon le procédé CVD

intérieur, en faisant le vide.

Dans ces circonstances, du fait que le coeur

31 et la gaine 32 ont respectivement des viscosités éle-

vées, leur section circulaire est conservée, tandis que du fait que l'enveloppe intérieure a une viscosité faible,

sa section devient eiliptique.

La fibre cptique résultante présente le profil d'indice de réfraction qui est reprées-e sur la figure

4 Ceci vient du fait que le fluor a i propriété de pou-

voir diminuer notablement l'indice ce réfraction en étant

présent en faible quantité.

Du fait que l'enveloppe inrieure 33 contient au total un pourcentage molaire de B 3 C_ et P 205 s'élevant à 18 %, sa viscosité est faible, ce côi fait qu'elle prend

aisément une forme elliptique, mais sczr ndice de réfrac-

tion est un indice de réfraction interuédiaire entre ceux

du coeur 31 et de la gaine 32.

Lorsque l'indice de réfrazifs de la gaine 32

adjacente au coeur 31 est ajusté de fa=-z à 9 tre infé-

rieur à celui de l'enveloppe interieure 33 qui se trouve

à la périphérie de la gaine 32, on peu donner une va-

leur faible à l'épaisseur totale de -a =aine 32 et de l'enveloppe intérieure 33, de façon à zuvoir fabriquer

aisément une telle fibre optique.

En effet, dans le cas ou des caractéristiques équivalentes à celles du cas ci-dessus sont prévues pour

obtenir le profil d'indice de réfracvizn qui est repré-

senté sur la figure 5, on doit augmenter l'épaisseur to-

tale de la gaine et de l'enveloppe intérieure, ce qui

fait qu'il est très difficile de fabri:uer une telle cou-

che elliptique épaisse.

Exemple 2 Une fibre optique, représenrée sur la figure 6, comprend un coeur 41 en Si O 2 à haute pureté contenant un pourcentage molaire de 4 % de B 203, =e gaine 42 en Si O 2 à haute pureté, contenant un pcur:entage molaire de 3 % de fluor et de 5 % de B 203, une en velppe intérieure 43 en B 203 à haute pureté contenant un pcurcentage molaire de % de B 203 et de 5 % de P 205, et une erzveloppe extérieure 44 en verre au quartz qui n'est pas de naute pureté On effectue la fabrication de la fibre sezr une combinaison du procédé CVD intérieur et du prccé-e uzilisant une tige

Z 539235

dans un tube et comportant une::ration d'établissement

du vide.

Dans ces conditicns, _ fait que l'enveloppe intérieure 43 a une viscosité az:e-, comme dans l'Exem-

ple 1, on obtient une secticn e C-Litique pour l'enveloppe intérieure 43, mais la section du coeur 41 comme de la

gaine 42 devient également queq:e peu elliptique.

La fibre optique résu-zante possède le profil

d'indice de réfraction qui est r-eprésenté sur la figure 7.

Contrairement à l'Ex=-p Le 1,' du fait que le

coeur 41 contient un pourcentage molaire de B 2 03 s'éle-

vant jusqu'à 4 %, le coeur 41 a-tz indice inférieur à ce-

lui de l'enveloppe extérieure 4 ',

Dans l'Exemple 2, cn _ observé une légère au-

gmentation des pertes de transi s-on par rapport au cas de l'Exemple 1, mais la caractérizzique de polarisation

unique de la lumière est encore eiflleure que dans l'Exem-

ple 1, du fait que le coeur 41 esz lui aussi elliptique,

en plus de l'enveloppe intérieure elliptique 43.

Dans l'inventions cn ajoute des traces de

B 203 au coeur en Si O à haute purené dans le but de dimi-

23 e 2 nuer la température de chauffage (température de dépôt

intérieur en phase vapeur), darns le cas du dépôt inté-

rieur en phase vapeur Du fait d la valeur faible de la température de dépôt intérieur en phase vapeur, on ne craint pas que des impuretés corzenues dans l'enveloppe

extérieure (tube de verre de slize de qualité industriel-

le) ne pénètrent dans le coeur au moment du chauffage.

L'invention n'est pas -Limitée aux exemples ci-

dessus, et la quantité de fluer:ontenue dans la gaine peut être telle que l'indice de réfraction de la gaine soit nettement inférieur à celui de l'enveloppe intérieure,

un pourcentage molaire d'envircn 2-5 % convenant pour l'uti-

lisation pratique.

Les matières B 203 ez:-O 5 contenues dans l'enve-

loppe in ére-;re sont ajoutées pour permettre la défcrna-

tion, pour ajuster la viscosité et pour définir l'indice de réfracticr comme décrit ci-dessus, et la proporzion d'ajcut, la cquanité totale, etc, de B 203 et P 205 scrn: similaires a:lles décrites dans le premier mode de réa-

lisation er vsagé ci-dessus.

-a figure 8 montre une structure dans lacue' une résine au silicones 55 est appliquée à la circonférence

de la fibre c-:ique à polarisation unique D décrite ci-

dessus, après quoi la résine appliquée est étuvée, et-du

Nylon 56 est en outre extrudé de façon à couvrir la cir-

conférence de la fibre optique résultante.

Le_ fibres optiques à polarisation unique con-

" formes au sec:-nd mode de réalisation de l'invention décr ci-dessus on les avantages remarquables suivants -1 du fait que le coeur est en Si O 2 à hauze

pureté contenrnt des traces de B 203 et ne contient pra-

tiquement pas de P 205 et de Ge O 2, sa résistance aux ra-

diations es favorable et, simultanément, la température

de dépit inté-rieur en phase vapeur peut être réduite.

ce qui fait qu'on ne craint pas la pénétration dans le coeur des impuretés contenues dans l'enveloppe extérieure ( 2 du fait que la gaine est en Si O 2 à haute pureté ccnternnt du fluor, on peut aisément obtenir une

structure dans laquelle la gaine a une viscosité supérieu-

re à cel Le de l'enveloppe intérieure, tandis que la gaine

a un indice de réfraction inférieur à celui de l'enve Lop-

pe intérieure.

( 3 du fait que les fibres optiques sont fabri-

quées de fa Gc: que la gaine ait un indice de réfraczicn in-

férieur à celui de l'enveloppe intérieure, il est possible de réduire ' 'paisseur totale de la gaine et de l'envelcppe intérieure de façon que les fibres optiques puissent être

fabriquées aisérnent, et leur reproductibilité est égale-

ment favcrabe.

( 4) du fait que les quantités de B 203 et P 205 contenues dans l'enveloppe intérieure sont choisies de façon appropriée, la fabrication des fibres optiques, y compris le maintien de l'ellipticité de l'enveloppe intérieure, est aisée, ce qui évite l'apparition de cra-

quelures ou autres, et la fiabilité et la reproductibili-

té des fibres sont élevées.

On va maintenant décrire Le troisième mode de réalisation de l'invention, en se référant aux figures

10-12.

Sur la figure 10, la référence 61 désigne un coeur, la référence 62 une gaine, la référence 63 une enveloppe intérieure et la référence 64 une enveloppe

extérieure (tube de support), et la composition de cha-

cun de ces éléments est similaire à celle des premier et second modes de réalisation considérés ci-dessus Les

relations suivantes -

n 1 > N 4 N 3 > IJ 2 (ni N 2) 2 (n 1 N 3) sont établies entre l'indice de réfraction N 1 du coeur 61, l'indice de réfraction N 2 de la gaine 62, l'indice de réfraction N 3 de l'enveloppe intérieure 63 et l'indice de

réfraction N 4 de l'enveloppe extérieure 64.

La figure 11 est un graphique montrant une ban-

de-de fonctionnement monomode de la fibre optique de la fi-

gure 10, dans lequel la courbe A indique le mode fondamen-

tal et la courbe B indique un mode d'ordre supérieur, et une région délimitée par la ligne droite C ainsi que par

l'axe horizontal inférieur représentant la fréquence nor-

malisée v indique la bande de transmission, une région dé-

limitée par les lignes droites C et D indique la bande de fuite ou de perte (dans laquelle le mode fuit dans la gaine et la région délimitée par la courbe B ainsi que par l''ax

vertical gauche représentant la constante de phase en -

rection transversale normalisée, u, indique la bande d-

la:uelle il n'y a pas de transmission Dans ce cas, la transmission monomode est réalisée dans une bande de transmission dans laquelle 9 est comprise dans une plage

de 2,25 à 4,3.

La figure 12 est un graphique montrant chaque ézat de pertes dues à la fuite en mode L Pil et en mode

D Oi, le mode L Pil mode d'ordre supérieur) étant déter-

min-é par une valeur de E et ses pertes étant pratique-

ment de 10 d B/km, zandis que le mode LPO 01 (mode fonda-

mental) est déterminé par une valeur de & 2 et ses pertes

scnt pratiquement de 1 d B/km.

Dans ces ccnditions, lorsque la relation

( 1/ A "= 2

est établie entre la différence 1 des indices de ré-

fraction du coeur et de la gaine, et la différence A 2 des indices de réfraction du coeur et de l'enveloppe ei iptique, la gamne de foi Jctiunnriement monomode est 2,25 < C < 4,3, comme le montre la figure 11, tandis que la fréquence normalisée Et est définie par la relation v = N 1 ( 2 />) TJ 2 â 1, dans laquelle ' est la fréquence appliquée et T est le rayon du coeur Dans le cas o le

point de fonctionnement est fixé à v = 3,5 en considéra-

tion de la facilité de fabrication des fibres optiques, de la variation du diamètre des fibres optiques, etc, si l'épaisseur de la gaine est 1 T, et si l'écartement entre le coeur et le tube de support, c'est-à-dire l'épaisseur tecale minimale de la gaine et de l'enveloppe elliptique, es 2 T, chaque constante d'atténuation due à la fuite du mode L Po 1 et du mode LP 1 li est celle qui est indiquée sur la figure 12 On obzient ainsi des plages O 1 1 et & 3,5 pour une condition telle que les pertes dues à la fuite du mode LP scient de 10 d B/km ou plus, et que

les pertes dues à la fuite du mode L Po 1 soient négligea-

bes Les fibres qui satisfont la condition ci-dessus pré-

sentent un fonctionnement monomode, même si elles cn de

faibles longueurs (quelques centimètres) Si on sélec-

tionne une valeur supérieure à 1 pour 51 ' on trouve qu'il y a un cas dans lequel des longueurs continues lplusieurs centaines de mètres) sont en régime monomode, tandis que de courtes longueurs sont en double mode Ceci ressort

clairement de la relation entre 52 et la constante d'at-

ténuation due à la fuite du mode LP 1 l, représentée sur

la figure 11 o Lorsqu'on choisit pour 2 une valeur infé-

rieure à 3,5, le mode L Po 1 est soumis à une atténuation

due à la fuite.

Sur la figure 11, u désigne la constante de

phase en direction transversale normalisée dans le coeur.

On a fabriqué à titre expérimental environ 1 km de fibre optique à polarisation unique avec, = 0,9, 2 = 5,6, A 1 = 33 % et 2 = 0,15 % On a ainsi obtenu des

fibres optiques à polarisation unique et à coeur en sili-

ce de 4 d B/km de pertes totales à une longueur d'onde de 0,63 pm, et de 3 d B/km de pertes totales à une longueur

d'onde de 0,85 Fm.

Lorsque 52 a une valeur supérieure à 3,5, il n'y a aucun problème du point de vue de la transmission, mais une valeur aussi élevée n'est pas réaliste, si on prend en considération la relation entre le diamètre du coeur et le diamètre extérieur des fibres optiques, ce qui fait qu'il est préférable que ce paramètre soit dans une plage: 3,5 e 2 4 6 o

Une plage 3,5 2 42 4 est plus préférable.

En outre, lorsqu'on choisit une condition

1/2) > 2, on a l'avantage d'un élargissement de -a gam-

me de fonctionnement pour v, mais une telle condition exi-

ge de faire en sorte que la gaine contienne une grande

quantité de dopant dans le but de réduire l'indice de ré-

fraction et une telle condition est difficile à réaliser

si on prend en considération la fabrication de la gaine.

2539235-.

On détermine donc une valeur réalisable

(^ 1/ 2 > " 2.

Les fibres optiques à polarisation unique con-

formes au troisième mode de réalisation de l'invention, décrit ci-dessus, présentent les avantages remarquables suivants: ( 1) Du fait qu'on peut augmenter le diamètre du coeur dans les fibres optiques conformes au mode de

réalisation considéré, par rapport à la structure de fi-

bres optiques classiques, il n'y a pas de pertes ni d'in-

fluence défavorable sur la bande de longueur d'onde de fonctionnement monomode, résultant d'un coeur de faible diamètre.

( 2) Du fait que les fibres optiques permet-

tent de réduire favorablement la puissance pour diminuer les fuites, l'influence de la variation du diamètre de la fibre optique dans sa direction longitudinale est

faible, ce qui permet d'éviter une-dégradation du rap-

port d'extinction.

( 3) Du fait que la bande de longueur d'onde

pour le fonctionnement monomod Re est étendue, la fabri-

cation des fibres optiques est également aisée.

( 4) Du fait que le coeur est en Si O 2 à haute

pureté, sa résistance aux radiations est favorable.

On va maintenant décrire spécialement le qua-

trième mode de réalisation de l'invention en se référant

aux figures 10-12.

Chaque élément constitutif de la fibre optique conforme au quatrième mode de réalisation de l'invention

a la même composition que l'élément correspondant des fi-

bres optiques conformes au premier et second modes de réa-

lisation, ce qui fait qu'on ne reprendra pas l'explication déjà donnée Le quatrième mode de réalisation diffère du troisième par le fait que les relations

1 N 4 N 3 ' N 2

n N 2) 2 (n 1 n) sznz é,ablies entre l'indice de réfraction N 1 du coeur 67, i'indice de réfraction N 2 de la gaine 62, l'indice de réfraction N 3 de l'enveloppe intérieure 63 et l'indice de

réf-raz-ion N 4 de l'enveloppe extérieure 64.

Dans ces conditions, lorsque la relation:

(A 1/2) = 2

est ézablie entre la différence 1 des indices de ré-

fractizn du coeur et de la gaine, et la différence

des -i-ices de réfraction du coeur et de l'enveloppe in-

térieure, la gamme de fonctionnement en régime monomcde

est 2,-5 < v < 4,3, comme le montre la figure 11, en dé-

sgnr:an par v la fréquence normalisée qui est définie par la relation 9 = nc ( 2 A/>) TV 2 1, dans laquelle A est la fréquence appliquée et T est le rayon du coeur Dans

le cas o le point de fonctionnement est fixé à v= 3,5.

en considération de la facilité de fabrication des fibres cptiques, de la variation du diamètre des-fibres optiques,

ezc, si l'épaisseur de la gaine est 1 T, etc, et si l'écar-

tement entre le coeur et l'enveloppe extérieure (tube de support), c'està-dire l'épaisseur totale minimale de la

gaine et de l'enveloppe intérieure, est 2 T, chaque cons-

tante d'atténuation due à la fuite du mode L Po 01 et du mode LF a la valeur représentée sur la figure 12 On obtient aïnsi les plages l 5 et 2 a 35 pour une conditicn telle zue les pertes dues à la fuite du mode L Pll soient de 106 d B/km ou plus et que les pertes dues à la fuite du mde -01 soient négligeables Les fibres satisfaisant la

czndition précitée présentent un fonctionnement moncmode.

même si elles ont de faibles longueurs (quelques centimètres).

cn choisit pour 1 une valeur supérieure à 1, on trcuve

cu'il a un cas dans lequel des longueurs continues (plu-

sieurs centaines de mètres) sont en régime monomode, 5 andis que de courtes longueurs sont en double mode Ceci ressort de la relation entre S 2 et la constante d'atténuation due

à la fuite du mode L Pll, représentée sur la figure 11.

Lorsqu'on choisit pour 2 une valeur inférieure à 3,5, le

mode L Po 01 est soumis à une atténuation due à la fuite.

Sur la figure 11, u désigne la constante de

phase en direction transversale normalisée dans le coeur.

Lorsque 52 a une valeur supérieure à 3,5 il n'y a aucun problème du point de vue de la transmission, i D mais une valeur aussi élevée n'est pas réaliste, si on prend en considération la relation entre le diamètre du coeur et le diamètre extérieur des fibres optiques, ce

qui fait qu'il est préférable que ce paramètre scit com-

pris dans une plage 3,5 i 42 S 60

z_ Une plage 3,5 t 2 4 est plus préférable.

En outre, lorsqu'on sélectionne la condition ( 1/â 2), la gamme de fonctionnement de v se décale vers

2,5-4,7 et jusqu'à 3,0 5,5, ce qui entraîne un élargis-

sement notable de la bande de longueur d'onde.

Par conséquent, si la longueur d'onde est fixée à une valeur de 0,85 Mm ou de 0,63 hm, qui est utilisée habituellement, le diamètre du coeur des fibres

optiques du mode de réalisation considéré peut être supé-

rieur à celui de fibres classiques.

A titre d'exemple, si on sélectionne pour A

et A 2 les valeurs respectives de 0,4 % et 0,2 %, le dia-

mètre du coeur peut être de 8,91 pm dans le cas d'une longueur d'onde de 0,85 pm et,-de plus, le diamètre du coeur peut être de 6,63 ym dans le cas d'une longueur

_ O d'onde de 0,63 pm.

Ceci signifie que dans le mode de réalisation -

considéré, on peut augmenter le diamètre du coeur de fa-

çon qu'il soit environ 2 fois plus grand que dans une fi-

bre classique, bien que les différences maximales d'indi-

ce de réfraction soient mutuellement égales dans les deux cas, et ceci constitue donc un avantage très important du

point de vue de la fabrication.

Les avantages importants des fibres optiques

à polarisation unique conformes au quatrième mode de réa-.

lisation de l'invention, décrit ci-dessus, peuvent être résumés de la façon suivante ( 1) Du fait que le diamètre du coeur s'élève

jusqu'à 6 Pm ou plus, on peut aisément connecter les fi-

bres optiques les unes aux autres ou à une source de lu-

mière.

( 2) Du fait que les fibres optiques peuvent

réduire favorablement la puissance pour diminuer les fui-

tes, l'influence due à la variation du diamètre de la fibre optique dans sa direction longitudinale est faible,

ce qui permet d'éviter une dégradation du rapport d'ex-

* tinction. ( 3) Du fait que la bande de longueur d'onde pour le fonctionnement en régime monomode est large, la

fabrication des fibres optiques est également aisée.

( 4) Du fait que le coeur est en Si O 2 à haute

pureté, sa résistance aux radiations est favorable.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté,

sans sortir du cadre de l'invention.

2539235,.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 Fibre optique à polarisation unique compre-

nant un coeur ( 31, 41, 61) ayant une section circulaire, une gaine ( 32, 42, 62) placée à la périphérie du coeur, une enveloppe intérieure ( 33, 43, 63) placée à la péri- phérie de la gaine, et une enveloppe extérieure ( 34, 44,

64) placée à la périphérie de l'enveloppe intérieure, ca-

ractérisée en ce que le coeur ( 31, 41, 61) eomfiprend du Si O 2 à haute pureté qui ne contient pratiquement aucun dopant tel que Ge, P, etc, ni aucun métal de transition tel que Fe, Cu, etc, et en ce que la relation n I > N 3 > N 2 est établie entre l'indice de réfraction N 1 du coeur ( 31, 41, 61),1 'indice de réfraction N 2 de la gaine ( 32, 42, 62) et l'indice de réfraction N 3 de l'enveloppe in

térieure ( 33, 43, 63).

2 Fibre optique à polarisation unique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le coeur

( 31) est en Si O 2 à haute pureté.

3 Fibre optique à polarisation unique selon

l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée

en ce que le coeur ( 41)D consiste en Si 02 et en

B 203 avec un pourcentage molaire inférieur ou égal à 5 %.

4 Fibre optique à polarisation unique selon

l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caracté-

risée en ce que le principal constituant de la gaine ( 32, 42, 62) consiste en Si O 2 à haute pureté et la gaine

contient également du fluor.

Fibre optique à polarisation unique selon

l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caracté-

risée en ce que la gaine ( 32, 42, 62) contient les corps suivants: Si O 2 à haute pureté, fluor et B 203

2 2 3 '

6 Fibre optique à polarisation unique selon

l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en

ce que les relations suivantes: ni > N 3 > N 2 (n 1 N 2) > 2 (n I N 3) sont établies entre l'indice de réfraction ni du coeur ( 61),l'indice de réfraction N 2 de la gaine ( 62) et l'indice

de réfraction N 3 de l'enveloppe intérieure ( 63); les rela-

tions suivantes:

3,5 62 6

dans lesquelles T est le rayon du coeur ( 61), Sl T est l'épaisseur de la gaine ( 62) et & 2 T est l'épaisseur totale minimale de la gaine ( 62) et de l'enveloppe intérieure ( 63) sont établies; et le diamètre du coeur ( 61) 2 T est de 6 im

ou plus.