FR2586823A1 - Fibre optique en un seul mode. - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UNE FIBRE OPTIQUE EN UN SEUL MODE. LA FIBRE OPTIQUE EST CARACTERISEE EN CE QU'ELLE COMPREND UN NOYAU CENTRAL1, UN NOYAU LATERAL2 DISPOSE SUR UN COTE EXTERNE DU NOYAU CENTRAL1 ET AYANT UN INDICE DE REFRACTION PLUS FAIBLE QUE CELUI DU NOYAU CENTRAL ET UNE PARTIE FORMANT GAINAGE3 DISPOSEE SUR UN COTE EXTERNE DU NOYAU LATERAL. LA PRESENTE INVENTION TROUVE APPLICATION DANS LE DOMAINE DES TRANSMISSIONS.
Description
La présente invention concerne une fibre optique en un seul mode et plus
particulièrement une fibre optique en un seul mode pour utilisation dans des communications optiques, qui ne soit pas susceptible à une perte par courbure lorsque ladite fibre est formée dans un câble et qui peut causer une dispersion chromatique qui est une
cause de détérioration dans une largeur de bande de trans-
mission pour être nulle à une longueur d'onde d'approxima-
tivement 1,5pm à laquelle la perte de fibre optique est
minimisée.
Une condition de propagation de lumière dans une fibre optique est déterminée par une fréquence normalisée V. Lorsqu'une longueur d'onde utilisée est A, V est
donnée par l'équation suivante.
V= 21T n a-2-
xm Dans l'équation ci-dessus, nm est un indice de réfraction du noyau et a est un rayon du noyau. 2 est une valeur d'une différence relative d'indice de réfraction définie comme nm2-n22 n 2 2nm m lorsqu'un indice de réfraction d'un revêtement ou gainage est n2. On sait que dans une fibre optique d'indice en gradin,la fibre optiqueest en un seul mode ou mode simple lorsque V < 2.4 et une largeur de bande de transmission d'une fibre optique enun seul mode est limitée par la dispersion chromatique. La
dispersion chromatique est donnée par la somme d'une disper-
sion de matière dépendant de la matière de la fibre et d'une dispersion de guide d'onde provoquée par un profil d'indice de
réfraction de la fibre.
La dispersion de matière d'une fibre optique en silice est positive dans une région de plus grande longueur d'onde d'au-dessus de 1,3 ym. Par ailleurs, la dispersion de guide d'onde est négative dans une région dite en
un seul mode dans le cas d'une fibre du typeen gradin.
En conséquence, il est clair qu'à une longueur d'onde d'au delà de 1,3pm, la dispersion chromatique donnée par la
somme de ces valeurs peut être réalisée pour être nulle.
Par ailleurs, la dispersion chromatique d'une fibre optique en un seul mode usuelle (type engradin) conçue pour une bande de 1,3Hm (L\= 0,003, 2a=10pm) est une grande valeur de 16-20ps/km/nm dans la région de longueur d'onde de 1,5pm, de sorte qu'une telle fibre n'est pas adaptée pour une
communication optique exigeant une largeur de bande ultra-
large. De ce fait, afin de réaliser la dispersion nulle dans la région de longueur d'onde de 1,5pm (l151-1f59um), il est suffisant que L soit plus grand que 0,004 au voisinage de V-,1i pour une fibre optique du typeen gradin (type à profil d'indice alpha). Dans ce cas, le rayon du noyau est petit de sorte que l'agencement est susceptible
d'avoir une perte de courbure plus grande.
L'approximation suivante peut être faite pour une -
perte d'épissure cs par rapport à un déplacement axial d
d'une fibre.
s = 4.3 (d/W)2 [dB] Dans cette équation, W indique un rayon de champ de mode. Par conséquent, lorsque le déplacement axial d est constant, la perte d'épissure OCs devient plus petite que le diamètre de champ de mode 2W augmente. Par ailleurs, comme le diamètre de champ de mode 2W devient plus petit,une énergie est mieux confinée dans le noyau, de sorte que la perte de courbure diminue. Cependant, lorsque le diamètre de champ de mode 2W est grand, la perte
d'épissure E<s diminue, mais la perte de courbure augmente.
En conséquence, la relation entre la perte de courbure et la perte d'épissure est échangée contre la dimension du diamètre de champ de mode 2W. Pour cette raison, dans une fibre de dispersion nulle de 1.5pm du type à profil d'indice alpha, il existe un inconvénient que le diamètre de
champ de mode ne peut pas être rendu grand.
La figure 1 illustre la relation entre un diamètre de champ de mode 2W d'une fibre conventionnelle de dispersion nulle de bande de 1,5;um du type à index alpha et un rayon de courbure admissible R*. Le rayon de courbure admissible R* est défini comme le rayon de courbure dans un cas o une perte de courbure de,O1dB/km se produit lorsqu'une fibre optique est courbée uniformément. Par ailleurs, le diamètre de champ de mode 2W est un paramètre exprimant une expansion du champ du mode le plus faible se propageant à travers la fibre optique. Dans une fibre de dispersion nulle de bande de 1,3pm conventionnelle, le rayon de courbure admissible R* à 1.3pm est de 4 cm et dans ce cas, il a été confirmé qu'il n'y a aucune augmentation en
perte lorsque la fibre est formée dans un câble. C'est-à-
dire, R*=4cm est le standard de rayon de courbure admissible lorsque la fibre optique est formée dans un fil formant noyau ou un câble. Comme représenté en figure 1, dans une fibre de dispersion nulle de bande 1,5um à profil d'indice d'énergie alpha, lorsque le diamètre de champ de mode dépasse 8pm, le rayon de courbure admissible est plus grand que pour une fibre optique de dispersion nulle de bande de 1,3pm conventionnelle à un 1,3pm, de sorte que l'agencement est susceptible d'accroître une perte lorsque la fibre est formée dans une fibre revêtue ou
un câble.
Pour surmonter cet inconvénient, la demande de brevet japonais No. 5397849 ayant pour titre "Single Mode Optical Fiber"et mise à la disposition du public le 26 Août 1978 décrit un agencement ayant des caractéristiques de perte de courbure améliorées dans lequel une expansion du champ est rendue plus petite que celle d'une fibre optique en un seul mode à indice du type engradin conventionnelle en réalisant l'indice de réfraction de la partie centrale du noyau plus grand que celui de la partie restante périphérique du noyau dans un profil à indice
de réfraction du type en gradin.
Dans cette description, cependant, il y a un
inconvénient qu'il n'est pas possible d'obtenir une dispersion nulle et de bonnes caractéristiques de courbure aussi bien qu'uneperte d'épissure réduite dans la région de longueur d'onde de 1,5Jum. Par ailleurs, il existe un inconvénient d'une possibilité de fabrication faible à cause d'une variation large dans la valeur de dispersion par rapport à une variation en diamètre du noyau dans la fibre de dispersion
nulle à 1,5pum du type à profil d'indicealpha.
Afin de résoudre les inconvénients ci-dessus, la demande de brevet européen NI 0127408 ayant pour titre "Optical Waveguide Fiber" mise à la disposition du public le 12 Mai 1984 a proposé une fibre de dispersion nulle du type à noyau-segment ayant un noyau composé d'au moins deux parties concentriques entourant la partie centrale du noyau et comportant une ou plusieurs régions qui-sont disposées entre les deux parties concentriques et dans la ou lesquelles les indices de réfraction sont plus faibles que ceux des --2 parties concentriques. Cependant, cette fibre a un profil d'indice de réfraction compliqué, de sorte que le contrôle du profil d'indice de réfraction dans la direction du rayon optique est compliqué dans le processus de fabrication de la fibre. Ceci signifie qu'il est difficile de contrôler
le profil d'indice de réfraction.
Au vu de ce qui précède, de ce fait, c'est un objet de la présente invention de réaliser une fibre optique en un seul mode ayant une faible perte de courbure, une faible perte d'épissure et une bonne contrôlabilité de la longueur d'dnde de dispersion nulle sans impliquer
un profil d'indice de réfraction complexe.
La présente invention a également pour autre objet de réaliser une fibre optique en un seul mode dans laquelle un profil d'indice de réfraction est facilement contrôlé
pendant un processus de fabrication de la fibre optique.
La présente invention a pour autre objet de réaliser une fibre optique en un seul mode convenable
pour la transmission optique à 1,5pm.
La présente inventionsa également pour autre objet de réaliser une fibre optique en un seul mode qui élimine les inconvénients ci-dessus et qui est convenable pour une fabrication par la méthode VAD (Méthode de Dépôt Axial en Phase Vapeur). Afin d'accomplir les objets ci-dessus, une fibre optique en un seul mode selon la présente invention comprend: un noyau central; un noyau latéral disposé sur un côté externe du noyau central et ayant un indice de réfraction plus faible que celui du noyau central; et une partie formant gaine disposée sur un côté externe du noyau latéral; chacun des indices de réfraction du noyau central et du noyau latéral ayant un profil en gradin dans une direction d'un rayon de la fibre optique; et 0,1 RA O0,3 et 1 >, 0,005 lorsque RA = A2/ 1, et une différence relative d'indice de réfraction '1 entre le noyau central et la partie formant gaine est 4=(n1 2-n2)/2n2 o n1 est un indice maximum de réfraction du noyau central et n2 est un indice de réfraction de la partie formant gaine, et une différence relative d'indice de réfraction L2 entre le noyau latéral et la partie formant gaine est 42=(n32-n22)/2n32
o n3 est un indice maximum de réfraction du noyau latéral.
Ici, le profil du noyau latéral peut avoir au moins une petite partie ayant un indice de réfraction constant à partir de la position la plus interne du profil
du noyau latéral.
Le noyau central peut avoir un profil d'indice de
réfraction du type en forme d'ogive.
Le noyau central peut avoir un profil d'indice de réfraction du typeen gradin ou sensiblement du type en gradin. Le noyau central peut avoir un profil d'indice
de réfraction triangulaire ou un profil d'indice de réfrac-
tion trapézoidal.
Le noyau latéral peut avoir un profil d'indice de réfraction du type en gradin ou sensiblement du type en gradin. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement au cours de la description
explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquel:
- la figure 1 est un graphe de courbes caractéris-
tiques illustrant une relation entre un diamètre de champ de mode et un rayon de courbure admissible d'une fibre optique en un seul mode de dispersion nulle à 1,5Vm à profil d'indice de réfraction d'énergie alpha; - la figure 2 illustre un profil d'indice de réfraction d'un mode de réalisation d'une fibre optique selon la présente invention; - la figure 3 illustre un profil d'indice de réfraction d'un autre mode de réalisation d'une fibre optique selon la présente invention;
- les figures 4A et 4B sont des diagrammes explica-
tifs illustrant divers profils d'indice de réfraction de divers agencements engradin dans des modes de réalisation de la présente invention; - la figure 5 et la figure 6 sont des graphes de courbes caractéristiques, chacun illustrant une relation entre un rayon de noyau latéral a2 et une différence relative d'indice de réfraction t1 dans le cas d'une dispersion nulle à 1,55pm; - la figure 7 illustre une relation entre une rayon du noyau a2 et une différence relative d'indice de réfraction /g1 dans le cas o le noyau central est du type en ogive dans lequel une dispersion nulle se produit à 1,55pm dans le mode de réalisation de la présente invention représenté en figure 3;
- la figure 8 est un graphe de courbes caractéris-
tiques illustrant des relations d'une dispersion chromatique avec un changement dans un diamètre de noyau lorsque A1 =0.7% entre une fibre optique à indice engradin de l'art antérieur et une fibre optique selon la présente invention;
- la figure 9 est un graphe de courbes caractéris-
tiques illustrant des caractéristiques de perte de courbure pour un rayon de courbure de 2 cm lorsque le diamètre de champ de mode est constant à 8pm et RA est changé dans le cas Ra=0,5 dans les modes de réalisation de la présente invention représentés aux figures 2 et 3;
- la figure 10 est un graphe de courbes caractéris-
tiques illustrant un rayon de courbure admissible lorsque Ra et Ri sont changés pour des diamètres de champ de mode 2W de 8pm, 8,5pm et 9pm dans la fibre optique selon la présente invention représentée en figure 3; - la figure Il illustre un profil d'indice de réfraction dans un mode de réalisation spécifique d'une fibre optique selon la présente invention qui a été réellement fabriquée; et
- la figure 12 est un graphe de courbes caractéris-
tiques illustrant des valeurs mesurées comparativement de caractéristiques de perte de courbure (courbe I) dans une fibre optique selon la présente invention représentée en figure 11, des caractéristiques de perte de courbure dans une fibre optique de dispersion nulle à 1,5,pm d'indice en ogive (courbe II ligne brisée) et dans une fibre-optique de dispersion nulle à 1,3pm (courbe IIIà ligne en trait
fort et pointillé) ( L=t=1,3pm).
Une fibre optique selon la présente invention est une fibre optique ayant un profil d'indice de réfraction en gradin qui possède un noyau central et un noyau latéral ou un noyau d'indice de réfraction plus faible ayant un indice de réfraction plus faible que celui du noyau central susmentionné et formé sur le côté de la périphérie externe de ce noyau central et qui a de plus une partie formant gaine ou revêtement formée sur le c6té de la périphérie externe du noyau latéral susmentionné. Dans la fibre optique susmentionnée, on a supposé qu'une différence relative d'indicesde réfraction entre le noyau central et
la partie formant gaine est A1, et une différence rela-
tive d'indicesde réfraction entre le noyau latéral et la
partie formant gaine est A2, et que RA= A2/Ai.
RA et A1 ont des valeurs dans les gammes 0,1 R < 0,3 et A1 >, 0,005o. Ici, AI1 indique 2n2 n-2_ n2 n1- n2 =n 2n nI n1 o n1 est l'indice de réfraction maximum du noyau central et n2 est l'indice de réfraction de la partie formant gaine. A2 indique
2_ 2
A2 3 2= -n2 2n 2 n 2n3 3 o n3 est l'indice de réfraction maximum du noyau latéral et n2 est l'indice de réfraction de la partie formant gaine. En établissant les valeurs de RA et AI dans les gammes décrites ci- dessus, la dispersion de matière et la dispersion de guide d'onde sont supprimées mutuellement
pour réaliser une dispersion nulle.
La figure 2 représente un profil d'indice de réfraction(ordonnée)dans la direction du rayon(abscice)dans un mode de réalisation d'une fibre optique selon la présente invention
lorsque le noyau central a un profil d'indice en gradin.
La figure 3 représente un profil d'indice de
réfraction dans la direction du rayon d'un mode de réalisa-
tion d'une fibre optique selon la présente invention lorsque
le noyau central a un profil d'indice en ogive.
Dans ces figures, le chiffre de référence 1 désigne un noyau central. Le chiffre de-référence 2 désigne un noyau latéral ayant un indice de réfraction plus faible que celui du noyau central 1 et formé sur le côté de la périphérie externe du noyau central 1. Le chiffre de référence désigne une partie formant gaine entourant le
noyau latéral 2.
Comme il est clair des figures 2 et 3, une fibre optique selon la présente invention a un agencement à gradin ayant un noyau 2 d'indice de réfraction plus faible sur le côté de la périphérie externe du noyau central 1, et une partie formant gaine 3 sur le côté de la périphérie
externe de ce noyau 2 d'indice de réfraction plus faible.
Le noyau d'indice de réfraction plus faible 2 et la partie de gainage 3 sont réglés de sorte que leurs indices de réfraction varient le plus précisément possible en un profil en gradin, et le taux d'indice de réfraction RA est établi dans la gamme de la présente invention mentionnée
ci-dessus, c'est-à-dire, 0,1 $ RL < 0,3.
Dans les modes de réalisation représentés aux figures 2 et 3, le profil d'indice de réfraction du noyau central I dans la direction du rayon est donné par l'équation suivante lorsqu'un indice de réfraction maximum au centre du noyau est nI:
2 2 (
n1 n3 r 2
(1 2 - CK
n (a1) (r C a1)
o r est une distance du centre de la fibre optique.
a1 est le rayon du noyau central.n3 est l'indice de réfraction maximum du noyau latéral 3. cX est un paramètre de profil du profil de l'indice de réfraction. Lorsque *= 1, le profil est du type triangulaire, lorsque C(=2 le profil est du type en ogive (figure 3) et lorsque K= le profil est du type en gradin (figure 2). De cette manière, le profil d'indice de réfraction n(r) du noyau
central change selon l'équation ci-dessus.
Les figures 4A et 4B représentent divers modes de réalisation des profils d'indice en gradin pour à la fois le noyau central et le noyau latéral. Comme représenté à partir des figures 4A et 4B, l'indice de réfraction du noyau latéral 2 formé sur le côté de la périphérie externe du noyau central 1 est n3 à la position la plus interne, et dans une région a2 > r > a,, il existe au moins une
petite portion o l'indice de réfraction est plat à n3.
De plus, il est suffisant que l'indice de réfraction de ce noyau latéral 2 ait une valeur entre l'indice de réfraction du noyau central 1 et l'indice de réfraction de la partie de gainage 3, et aussi longtemps que ces conditions sont satisfaites tout type de profil d'indice de réfraction peut être dans le cadre de la présente invention et celle-ci n'est pas limitée à un profil complet ou sensiblement en gradin. Ici, une différence d'indice de réfraction est formée entre l'indice de réfraction maximum n3 du noyau latéral 2 et l'indice de réfraction maximum n1 du noyau central 1. En d'autres termes, dans la présente invention, le profil d'indice de réfraction du noyau central 1 est basiquement non limité, et tout profil est acceptable aussi longtemps qu'il existe une différence en gradin entre les indices de réfraction du noyau d'indice de réfraction plus faible mentionné ci-dessus ou du noyau latéral 2 et le noyau
central 1.
Dans la présente invention, le terme "profil d'indice de réfraction en gradin" pour le noyau central est largement défini pour comprendre un profil dans lequel il existe une différence n1-n3 (> 0) entre l'indice de réfraction maximum nl du noyau central et l'indice de réfraction maximum n3 du noyau latéral et n'est pas limité à un profil d'indice en gradin complet comme représenté en figure 2 et comprend également un profil d'indice du type en ogive comme représenté en figure 3, et des profils d'indice triangulaire et trapézoïdal comme
représentés aux figures 4A et 4B.
Par ailleurs, le terme "profil d'indice de réfrac-
tion en gradin" pour le noyau latéral est largement défini
pour comprendre un profil dans lequel il existe une diffé-
rence n3-n2 (> 0) entre l'indice de réfraction maximum n3 du noyau latéral et l'indice de réfraction n2 de la partie de gainage, comprenant les profils comme représentés aux figure 2 et figure 3, ou les profils comme représentés aux
figures 4A et 4B.
Comme mentionné avant, les profils d'indice du noyau central et du noyau latéral sont sensiblement des profils d'indice de réfraction en gradin comme représentés
aux figures 2, 3, 4A et 4B.
Dans une fibre optique selon la présente invention, une propagation d'énergie à travers la fibre optique est principalement piégée dans le noyau central, tandis que le
diamètre de champ de mode est élargi par le noyau latéral.
Le noyau latéral, cependant, a également un effet de piège d'énergie, de sorte que la fibre optique selon la présente invention puisse améliorer ses caractéristiques de courbure,
même si le diamètre de champ de mode est augmenté.
Par la suite, une explication sera faite sur la manière d'obtenir des paramètres de guide d'onde de dispersion chromatique nulle. En général, l'équation
suivante est utilisée pour exprimer la dispersion chroma-
tique d d'une fibre optique en un seul mode: o = I k d21 (1) c X dk Ici, c et L désignent la vitesse de la lumière dans le vide et la longueur d'onde de lumière, respectivement, k (=2 Y/ A) est un nombre d'onde et 3 est une constante de propagation du mode fondamental HEl. kd2//dk2 dans
l'équation (1) sont exprimés comme suit.
d2 3 dN d(N -N.) d(Vb) d (Vb) (2) _ (2) k-dk 2+kk 1 2. +(NdN2)V dk2 dk dk dV dV2 o V=a(k 2n12-k2n22)l/2=akn (21t)1/2 ()2 _n22 2 V=n.k2 n 2 2= 2 n1 -n2 Ni=ni+kdni/dk (i=1,2) Ici, a est le rayon du noyau et n1 et n2 sont les indices de réfraction du noyau et de la partie de gainage, respectivement. Par ailleurs, V est une fréquence normalisée, et b est une constante de propagation normalisée. N1 et N2 sont des indices de réfraction de
groupe du noyau et de la partie de gainage, respectivement.
Dans un cas tel qurune fibre optique selon la présente invention ayant un noyau non uniforme formé à partir du centre et des noyaux latéraux 1 et 2 qui n'ont pas des profils d'indice de réfraction uniformes, il est pratique d'utiliser une fréquence normalisée T comme définie par l'équation suivante au lieu de la valeur V. T2 = 2k2 f n2(r) - n22Jr dr n(r) >n2 Ici, k est un nombre d'onde dans le vide, n(r) est un indice de réfraction à une distance r du centre du noyau et n2 est l'indice de réfraction de la partie
de gainage.
Ici, la valeur T est égale à la valeur V lorsque le profil d'indice de réfraction est un profil d'indice en gradin, de sorte que la valeur T peut être considérée comme une valeur effective V pour un profil d'indice de réfraction décalé d'une fibre d'indice en gradin. Dans ce cas, les termes d(Vb)/dV et d2(Vb)/dV2 représentent la dispersion concernant les guides d'onde de l'équation (2) peuvent être remplacés par les suivants: d(Vb) =d(Tb) dV dT d2(Vb) d2(Tb) dV dT2 La dispersion chromatique est obtenue à partir des équations (2) et (1). Le premier terme côté droit de l'équation (2) représente la dispersion de matière. Le
troisième terme représente la dispersion de guide d'onde.
Le second terme un terme-croisé pour la dispersion de guide d'onde et la dispersion de matière. La dispersion de matière peut être calculée à partir de l'équation de Sellmeier, et la dispersion de guide d'onde peut être calculée en obtenant une constante de propagation du mode fondamental HE1l. La constante de propagation peut être obtenue en résolvant une équation d'onde. Dans le cas d'une fibre optique ayant une noyau non uniforme, une valeur de la constante de propagation peut être obtenue en divisant le profil d'indice de réfraction en plusieurs couches pour trouver un profil de champ électromagnétique à chaque couche et en calculant ensuite la constante de propagation à partir des conditions limites des composantes du champ électromagnétique dans chaque couche. Des détails de ces opérations peuvent être trouvés dans la publication ayant pour titre "On the accuracy of scalar approximation technique in optical fiber analysis," de K. Morishita et al, aux pages 33-36 de IEEE tran. Microwave Theory Tech. Vol. MTT-28, 1980 et dans la publication ayant pourtitre "An exact analysis of cylindrical Fiber with index distribution by matrix méthod and its application to focusing fiber," de T. Tanaka
etal, aux pages 1-8 de trans. IECE Japan, Vol. E-59, 1976.
Par ailleurs, les paramètres de fibre réalisant la dispersion nulle peuvent être trouvés en calculant l'équation (1). Pour d'autres détails, se référer à la publication ayant pour titre "Dispersionless Single-Mode Light Guides With 0 Index Profiles," de U.C. Paek et al, aux pages 583598 de The Bell System Technical Journal, Vol. 60, N 5, Mai-Juin 1981, et au papier ayant pour titre "Tailoring Zeo Chromatic Dispersion into the 1,5-1,6pm
Low-Loss Spectral Region of Single-Mode Fibers," de L.G.
Cohen et ai, aux pages 134-135 de Electronics Letters,
Vol. 15, NI 12, 7 Juin 1979.
Les figures 5 et 6 représentent les résultats de calculs obtenus par la méthode de calcul décrite ci-dessus pour la relation entre les paramètres de fibre Ai et a2 qui produisent une dispersion nulle à une longueur d'onde de 1,55pm dans un mode de réalisation d'une fibre optique dans laquelle le noyau central a un indice en gradin comme
représenté en figure 2.
En figure 5, Ra=0,5 et RA est un paramètre. En figure 5, les courbes (a), (b), (c) et (d) représentent les
relations lorsque RA est 0,2, 0,5, 0,7 et 1,0, respec-
tivement. En figure 5, la courbe (a) lorsque RA =0,2, par exemple, montre que si A1 = 0,7%, il y a deux rayons de noyau de 2,2pm et 3,5pm qui produisent une dispersion nulle à 1,55pm. En général, une perte de courbure augmente plus lorsque le diamètre du noyau est petit, et en conséquence un diamètre de noyau plus grand est choisi lors de la conception d'une fibre optique. Dans ce cas, a2 est
3,5pm et a1 est 1,75pm.
La figure 6 représente des relations entre des paramètres Ra qui produisent une dispersion nulle à 1,55pm lorsque RA= 0,2. En figure 6, les courbes (e), (f), (g), (h) et (i) représentent des relations entre le rayon du noyau a2 et Al lorsque Ra est 0,2, 0,3, 0,5, 0,8
et 1,0, respectivement.
On peut voir à partir des figures 5 et 6 que dans le cas d'une fibre optique dans laquelle le noyau central a un profil d'indice en gradin, Al doit être égal à ou plus grand que 0,005 afin d'obtenir une dispersion nulle à 1,55pm. Il est également à noter que pour une fibre optique dans laquelle le noyau central a un profil d'indice en ogive comme représenté en figure 3, A1 doit être égal à ou plus grand que 0,007 afin de produire une dispersion nulle à 1,55pm. Le résultat fut obtenu en accomplissant les mêmes calculs que dans les cas des figure 5 et
figure 6.
La figure 7 représente des résultats de calculs pour la relation entre des paramètres RA qui produisent une dispersion nulle à i,55,m o Ra=0,5 dans le cas d'une fibre optique dans laquelle le noyau central a un profil d'indice en ogive comme représenté en figure 3. On peut voir à partir de la figure 7 que lorsque le noyau central a un profil en ogive, A1 doit être plus grand que 0,007
afin de produire une dispersion nulle à 1,55pm.
Par ailleurs, la figure 8 illustre la comparaison des changements dans la dispersion chromatique par rapport aux changements dans le rayon du noyau lorsque A1=0,7% dans une fibre optique à indice en gradin de l'art antérieur avec ceux dans une fibre optique selon la présente invention, dont le noyau central a un profil à indice en gradin. En figure 8, un trait fort désigne des résultats de calculs pour une relation entre des changements dans la dispersion chromatique d'une fibre optique selon la présente invention
et un rayon du noyau a2 lorsque RA =0,2 et Ra=0,5.
Par ailleurs, un trait en pointillé représente cette relation pour une fibre optique de dispersion nulle à 1,5pm
à indice en gradin de l'art antérieur.
Comme on peut le voir à partir de la figure 8, il y a deux rayons de noyau qui produisent une dispersion
chromatique nulle à une longueur d'dnde de X0i=1,55pm.
Ici, le rayon de noyau le plus petit a de faibles caracté-
ristiques de courbure, et de ce fait ne peut pas être utilisé dans la conception d'une fibre optique. En conséquence, dans le cas du rayon de noyau le plus grand o la dispersion nulle se produit, une précision plus élevée dans la valeur du rayon de noyau a2 n'est pas exigée comme le gradient de dispersion par rapport au rayon du noyau est plus petit, et de ce fait le contrôle
de la dispersion est facilité dans ce cas.
Comme il est clair à partir de la figure 8, dans une structure d'une fibre optique selon la présente invention, il y a moins de variation dans ladispersion chromatique par rapport aux changements dans le rayon du noyau, en comparaison à celle d'une fibre optique à indice en gradin de l'art-antérieur. En conséquence, il existe un avantage que la longueur d'onde de dispersion nulle peut facilement être contr6ôlée en fabriquant une fibre optique
selon la présente invention.
La figure 9 représente des résultats de calculs d'une perte de courbure à un rayon de courbure de 2 cm lorsqu'un diamètre de champ de mode comme défini par le champ électrique d'un mode fondamental d'une fibre optique en un seul mode est constant. Ici, Ra est 0,5 et RA est
varié. Les données en figure 9 furent obtenues pour une lon-
gueur d'onde X de 1,55pm et un diamètre de champ de mode 2W de 8,Opm (W=4pm). Dans ces calculs, sous les conditions que Ra=0,5, le diamètre de champ de mode 2W est 8pm et la dispersion nulle se produit à 1,55pm, a2 et Ai peuvent être déterminés convenablement par rapport à RA. En figure 9, la perte de courbure est calculée en utilisant
a2 et A1 déterminés de cette manière.
En figure 9, un trait fort montre des résultats pour la fibre optique représentée en figure 2, et un trait en pointillé pour celle représentée en figure 3. Par ailleurs, lorsque R à =0 ou 1, la fibre optique est une fibre de dispersion nulle à i,5pm de l'art antérieur ayant un noyau unique, et le trait fort indique une fibre optique de dispersion nulle à 1,5pm d'indice en gradin de l'art antérieur à RL =0 et 1, et le trait en pointillé indique une fibre optique de dispersion nulle à 1,5pm
d'indice en ogive de l'art antérieur.
Comme on peut le voir à partir de la figure 9, le
changement du profil d'indice de réfraction du noyau cen-
tral 1 d'un profil d'indice en gradin en un profil d'indice en ogive permet une amélioration significative dans les caractéristiques de courbure. En conséquence, les caractéristiques de courbure sont largement améliorées en changeant le profil d'indice de réfraction du noyau
central 1.
La figure 10 représente des caractéristiques de courbure dans le mode de réalisation représenté en figure 3, c'est-à-dire, la fibre optique dans laquelle le noyau central 1 a le profil d'indice en ogive. En figure 10, un rayon de courbure admissible R* est utilisé au lieu d'une
valeur de perte de courbure. Le rayon de courbure admissi-
ble R* est défini comme un rayon de courbure qui résulte en une valeur de perte de 0,01dB/km lorsqu'une fibre optique est enroulée autour d'un mandrin ayant un diamètre constant. Le rayon de courbure admissible R* correspond à une quantité de perte de courbure. Plus le rayon de courbure admissible est petit, plus petite sera la valeur
de perte de courbure.
En figure 10, on peut voir que les caractéristiques de perte de courbure peuvent être améliorées en choisissant
une valeur de RA de 0,1 à 0,3. C'est-à-dire, des caracté-
ristiques de courbure favorables peuvent être obtenues en choisissant RA et Ra. Des valeurs dans une gamme de 0,1$ RA $ 0,3 offrent les caractéristiques de perte de courbure optimum..Une perte d'épissure est donnée comme fonction du diamètre de champ de mode. De ce fait, afin d'avoir une perte d'épissure constante, la comparaison des caractéristiques de courbure a été faite ici sous
la condition qu'un diamètre de champ de mode soit constant.
La figure 11 représente un profil d'indice de réfraction d'un mode de réalisation spécifique d'une fibre optique selon la présente invention. Dans ce cas, RA =0,15 et Ra=0,3. Par ailleurs, des valeurs mesurées des caractéristiques de perte de courbure de cette fibre optique sont représentées en figure 2 par un cercle lorsque le diamètre de champ de mode 2W=8,6pm. En figure 12, une courbe en trait fort I est la meilleure courbe ajustée aux valeurs mesurées réelles. Dans des buts de comparaison, des caractéristiques de perte de courbure sont également représentées pour une fibre optique de dispersion nulle à 1,5pm d'indice en ogive de l'art antérieur (trait en pointillé II, 2W=8,5pm) et pour une fibre optique de dispersion nulle à 1,3um (trait mixte III : =1,3pm). On peut voir clairement en figure 12 que les caractéristiques I de la fibre optique selon la présente invention sont de beaucoup supérieures aux caractéristiques de courbure III de la fibre de dispersion nulle à 1,3um de 10. l'art antérieur. De plus, on peut également voir clairement que les caractéristiques I sont de loin supérieures aux caractéristiques de courbure II pour la fibre de dispersion nulle à profil d'indice en ogive. Ces résultats confirment qu'aucune perte n'augmente à cause de la courbure pendant la formation en une fibre revêtue ou un câble dans le cas
de la fibre optique de dispersion nulle à 1,5pm.
En considérant un système de communication de longue distance, il est nécessaire de prendre en compte les causes de pertestelle que la perte par épissure, la perte de courbure et la perte de transmission afin de
minimiser la perte totale sur un espacement de répéteurs.
Comme il est clair des figures 9, 10 et 12, une fibre optique selon la présente invention offre une perte de courbure plus petite qu'une fibre optique d'indice en gradin de l'art antérieur. Dans ces conditions, sous une condition qu'une perte d'épissure totale incluse dans la ligne de transmission est constante, une fibre optique selon la présente invention permet une longueur de ligne de transmission la plus grande possible à laquelle une valeur de perte prédéterminée est atteinte et de ce fait la fibre optique est efficace dans l'espacement augmentant
de répéteurs.
La fibre optique selon la présente invention comme expliqué ci-dessus rend possible de réaliser une perte de courbure plus faible que celle à 1, 3ym pour une fibre de dispersion nulle à 1,3um de l'art antérieur. Il en résulte qu'il est possible de supprimer toute
Z586823
augmentation en perte pendant un processus de câblage à une étendue de loin plus grande que celle dans le cas de fibres optiques ayant d'autres profils. Dans ces conditions, la présente invention offre une efficacité grande dans l'extension d'espacement de répéteurs. Puisque le diamètre de champ de mode peut être augmenté sans détérioration des caractéristiques de courbure, la perte d'épissure peut être efficacement réduite. Par ailleurs, la dispersion chromatique varie seulement sur une petite étendue par rapport aux changements dans le diamètre du
noyau, de sorte qu'il y a un avantage de bonne contrôlabi-
lité de la longueur d'onde de dispersion nulle. De plus, un profil d'indice de réfraction du noyau dans une fibre optique selon la présente invention est plus simple que la fibre optique de profil d'indice de noyau-segment décrite dans la demande de brevet européen NI 0127408, de sorte qu'il est plus facile de contrôler la distribution d'indice de réfraction. En conséquence, une fibre optique selon la présente invention peut être fabriquée par une méthode VAD, permettant ainsi une synthèse des hautes vitesses de la fibre optique. Par ailleurs, une fibre
optique selon la présente invention offre également un avan-
tage qu'elle peut être fabriquée extrêmement simplement par tout type de processus de fabrication conventionnel pour une fibre optique comprenant la méthode VAD et une méthode MCVD(Méthode d'oxydation en phase vapeur interne) De plus, une fibre optique selon la présente invention a une largeur de bande ultra-large et une perte faible, et de ce fait peut être utilisée comme ligne de transmission interurbaine optique de longue distance avec une capacité
de transmission extrêmement grande.
Claims (7)
1.- Fibre optique en un seul mode caractérisée en ce qu'elle comprend: un noyau central (1); un noyau latéral (2) disposé sur un côté externe dudit noyau central et ayant un indice de réfraction plus faible que celui dudit noyau central; et une partie formant gainage (3) disposée sur un côté externe dudit noyau latéral; chacun des indices de réfraction du noyau central et du noyau latéral ayant un profil en gradin dans une direction d'un rayon de la fibre optique; et 0,1 RA t 0,3 et 1 > 0,005 1;. lorsque R = A2/ A1, et une différence relative d'indicesde réfraction Ai entre le noyau central et la partie formant gainage est ,1=(n 2-n22)/2n12 o n est un indice de réfraction maximum du noyau central, et n2 est un indice de réfraction de la partie formant gainage, et une différence relative d'indicesde réfraction A 2 entre le noyau latéral et la partie formant gainage est
2 3 3
A 2=(n3 -n2)/2n3
o n3 est un indice de réfraction maximum du noyau latéral.
2.- Fibre optique en un seul mode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le profil du noyau latéral précité a au moins une petite partie ayant un indice de réfraction constant à partir de la position la
plus interne du profil du noyau latéral.
3.- Fibre optique en un seul mode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le noyau central
précité a un profil d'indice de réfraction du type en ogive.
4.- Fibre optique en un seul mode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le noyau central a un profil d'indice de réfraction du type en
gradin ou sensiblement du type en gradin.
5.- Fibre optique en un seul mode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le noyau
central a un profil d'indice de réfraction triangulaire.
6.- Fibre optique en un seul mode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le noyau
central a un profil d'indice de réfraction trapézoïdal.
7.- Fibre optique en un seul mode selon l'une
des revendications précédentes, caractérisée en ce que le
noyau latéral précité a un profil d'indice de réfraction
du type en gradin ou du type sensiblement en gradin.
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| US5721800A (en) * | 1996-01-16 | 1998-02-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Dispersion-shifted fiber |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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