MX2011005514A - Fibra multimodal que tiene perfil de indice mejorado. - Google Patents

Abstract

Una fibra multimodal de índice graduado y método para producir la fibra multimodal de índice graduado utiliza la técnica para reducir un perfil de índice del núcleo de la fibra multimodal por debajo del perfil de índice parabólico estándar. Esto puede realizarse al cambiar concentraciones contaminantes cambiantes en el núcleo de fibra sobre el radio de núcleo de la fibra. El resultado es una fibra multimodal que tiene características de retardo de modo diferencial que son intencionalmente reducidas. El perfil de índice puede reducirse debajo del perfil de índice parabólico normal sobre todo el radio de núcleo, o solo para radios por arriba de un radio específico.

Description

FIBRA MULTIMODAL QUE TIENE PERFIL DE INDICE MEJORADO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige generalmente a fibras ópticas para usarse en comunicaciones y más específicamente se dirige a una fibra óptica multimodal que tiene un perfil de índice de refracción mejorado.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En los sistemas de comunicación de fibra óptica modernos, las señales de luz se guían a lo largo de guías de onda cilindricas, que toman la forma de fibras delgadas. Las fibras ópticas están comprendidas de una región de núcleo interno rodeada por una región de revestimiento externa, en donde la densidad óptica del núcleo, medida en términos de índice refractivo n2, es superior al índice refractivo n2 del revestimiento, Figura 1. El índice refractivo del medio óptico puede ajustarse al introducir impurezas (o contaminantes) durante el proceso de manufactura. Para fibras ópticas de vidrio, el germanio se usa normalmente para incrementar el índice refractivo del núcleo, pero se pueden usar o agregar otras impurezas.

Debido a esta diferencia en el índice refractivo, los impulsos luminosos que viajan dentro del núcleo de la Ref.220150 fibra se someten a reflexión interna total cada vez que golpean la interfaz de revestimiento de núcleo y como resultado, la señal de luz se confina o guía dentro del núcleo. Este tipo de fibra óptica, que tiene un índice refractivo de núcleo uniforme se llama fibra de índice escalonado (Fibra SI) . Para facilitar las comunicaciones de datos a alta velocidad, el diámetro de núcleo de la fibra SI normalmente es pequeño (en el orden de 9 mieras) , que únicamente es varias veces mayor a la longitud de onda de la luz transmitida y consecuentemente, una señal óptica se restringe para viajar en una sola trayectoria a lo largo del eje de la fibra. Este tipo de fibra se llama fibra de un solo modo .

Alternativamente, el diámetro de núcleo de la fibra óptica puede ser grande en comparación con la longitud de onda de la luz, en cuyo caso la luz puede atravesar el núcleo a lo largo de muchas trayectorias ópticas discretas, en donde cada trayectoria óptica se llama un modo. Este tipo de fibra se denomina como una fibra multimodal (MMF) y tiene un diámetro de núcleo nominal de 50 o 62.5 mieras. Normalmente, en MMF un impulso de luz que incide sobre el extremo de salida de la fibra ilumina un área espacial relativamente grande del núcleo de manera que el impulso óptico se propaga como la suma de muchos modos ópticos discretos. Debido a diferencias en la longitud de trayectoria entre modos, las porciones de la energía de impulsos ópticos llegará al extremo de salida de la fibra en diferentes ocasiones. Como resultado, la anchura del impulso se amplía, denominado como dispersión intermodal. Esto degrada la calidad de la señal. Para reducir la dispersión intermodal, el índice refractivo del núcleo de MMF y el revestimiento se gradúan de manera que el índice refractivo disminuye continuamente con la distancia radial r del eje del núcleo de acuerdo con la ecuación.

El parámetro de fibras a tiene un valor cercano a dos (normalmente 1.9 - 2.1) y define la configuración del perfil de índice refractivo, mostrado en la Figura 2 para a = 2. Un perfil de índice refractivo parabólico (o ley de potencia) ideal ocasionará que cada uno de los modos que atraviesa un MMF de índice graduado llegue al extremo de salida de la fibra en el mismo tiempo. Los modos de orden bajo que viajan cerca del eje de la fibra encuentran un índice refractivo alto, es decir, un medio más ópticamente denso y por lo tanto se propagarán a una velocidad reducida. Los modos de orden superior que se propagan en las regiones externas del núcleo encontrarán índice refractivo inferior (medio menos denso) y se propagarán más rápido.

La Figura 3 ilustra los modos de propagación en un MMF que tiene un perfil de índice refractivo parabólico ideal . Cada uno de los modos atraviesa una trayectoria sinusoidal y todos los modos llegan al extremo superior de la fibra al mismo tiempo. Se observa que los nodos de cada uno de los modos está en fase.

La calidad del perfil de índice refractivo de un MMF puede caracterizare al usar un procedimiento de prueba normal especificado en TIA-455-220-A. Este estándar especifica el método de prueba para medir el retardo de modo diferencial (DMD) , que cuantifica la dispersión intermodal. En este método, una fibra de lanzamiento de un solo modo se escalona a través del núcleo de un MMF y se registra el retardo de propagación de cada conjunto excitado de modos que atraviesan la fibra. Una gráfica de DMD para un MMF de alto desempeño se muestra en la Figura 4.

La gráfica muestra las formas de onda ópticas registradas para cada uno de los conjuntos excitados de modos a la salida de la fibra en picosegundos por metro (ps/m) como una función de la posición de lanzamiento radial en mieras en el eje vertical. Para este MMF representativo se observa que cada conjunto excitado de modos lleva a la salida de la fibra aproximadamente al mismo tiempo con respecto a la posición radial de lanzamiento óptica y por lo tanto, esta fibra introduce poca dispersión intermodal. De la gráfica de DMD se puede deducir que el perfil de índice refractivo para esta fibra está cerca del perfil parabólico ideal.

Sin embargo en la práctica, debido a las dificultades para controlar concentraciones bajas de contaminantes durante el proceso de manufactura, la mayoría de M F no exhiben perfiles de índice refractivo parabólico ideal. En particular, las concentraciones de contaminantes en las regiones externas del núcleo en donde las concentraciones son menores son más difíciles de controlar. Como resultado, los modos del orden superior con frecuencia exhiben variaciones en el retardo de modo en comparación con los modos que se propagan a lo largo de las regiones internas del núcleo. Por lo tanto, es conveniente modificar el perfil de índice refractivo de tal manera que reduzca el efecto adverso ocasionado por variaciones en control de flujo de nivel inferior de contaminantes.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Un factor importante que afecta el desempeño de un enlace de canal óptico es la cantidad de dispersión total de en la fibra. Para mejorar el desempeño de MMF, se propone una modificación al proceso de manufactura que altera el perfil de índice a valores por debajo del índice refractivo que normalmente se pueden observar con un valor parabólico a tradicionalmente ideal. Se describe una modificación al perfil de índice refractivo que se ha mostrado que mejora el desempeño del sistema medido.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 es una vista en perspectiva desarrollada de una fibra óptica; La Figura 2 es una gráfica que muestra el índice de refracción contra el radio en el núcleo y revestimiento de fibra multimodal de índice graduado; La Figura 3 es un diagrama que muestra el comportamiento de modo en una fibra multimodal de índice graduado; La Figura 4 es un diagrama de retardo de modo diferencial que muestra el tiempo relativo de llegada de impulsos comparado con la desviación de radio en una fibra multimodal ; La Figura 5 es una gráfica que muestra el índice de refracción contra radio en núcleo de una fibra multimodal de acuerdo con la técnica anterior (a0) y de acuerdo con la presente invención (a) ; y La Figura 6 es un diagrama de retardo de modo diferencial que muestra las características de retardo de modo diferencial de una fibra multimodal que tiene un perfil de índice modificado de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El número de modos N, soportado por MMF se da por, en donde, k0=2n/X0, es el número de onda para luz que tiene longitud de onda ?0 en espacio libre.

Al cambiar el valor blanco del perfil de índice refractivo por medio de lo cual se disminuye a menos del valor parabólico ideal a la distancia radial creciente en el núcleo, se logra el desempeño de fibra mejorado. De acuerdo con una modalidad, el valor del perfil de índice refractivo disminuye a por debajo de un perfil de índice parabólico ideal. De acuerdo con una modalidad preferida, el perfil de índice refractivo disminuye continuamente y monotónicamente. En algunas modalidades, el perfil de 'índice refractivo blanco se altera por arriba del radio de núcleo específico. Por ejemplo, en una modalidad, el perfil de índice refractivo blanco se altera para radios de núcleo mayores a 5 m de manera que el perfil de índice refractivo es menor que el perfil que sigue una función de ley de potencia (como se muestra en la Figura 5) . En otra modalidad, el perfil de índice refractivo blanco se altera para radios de núcleo mayores a l m.

De acuerdo con una modalidad de la presente invención, se usa una técnica para disminuir el valor "blanco" del perfil de índice refractivo que controla concentraciones de contaminantes que dan como resultado el índice refractivo disminuido por debajo de lo que puede resultar tradieionalmente de una distribución de tipo parabólico normal. Se ha descubierto que, en casos en donde una parábola ideal tradicional es el blanco, cierta cantidad relativamente pequeña de la fibra resultante estará cerca del blanco, que produce una gráfica de DMD conveniente como se muestra en la Figura 4.

Sin embargo, debido a la dificultad de controlar concentraciones bajas de contaminante, el perfil de índice de cierta cantidad de la fibra producida estará por debajo del perfil blanco y algunas de las fibras tendrán un perfil de índice que está por arriba del perfil blanco. Las fibras que tienen perfiles de índice en regiones superiores al perfil parabólico blanco (que puede caracterizarse por un "cambio a la derecha" con radios crecientes, en la gráfica de la Figura 6) tienen desempeño de Régimen de Error en Bits (BER) de Sistema pobre.

Una fibra que tiene un perfil de índice refractivo modificado como se propone, exhibirá una traza de DMD esencialmente similar a la mostrada en la Figura 6. A medida que el radio se incrementa más allá de 8 mieras en la Figura 6, hay un desplazamiento lateral de los picos de forma de onda que cambian continua y monotónicamente hacia el lado izquierdo de la gráfica. En este caso los modos del orden superior viajan más rápido debido a que un cambio a la izquierda corresponde a valores menores en unidades de ps/m.

En la Figura 5, graficamos dos perfiles de índice refractivo, ao=2, y el perfil modificado propuesto mostrado por la línea punteada. Usamos o<o=2 como un ejemplo, pero obviamente esta modificación se aplica de igual manera a valores de a diferentes a 2. La curva sólida representa la variación del índice refractivo siguiente de la ecuación de r¡o(r) descrito antes. El perfil de índice refractivo modificado propuesto (línea punteada) no sigue la ecuación. Una fibra que sigue rio(r) descrito en la formula tendrá una traza DMD similar a la mostrada en la Figura 4.

La modificación al índice refractivo afectará al número soportado de modos N. Si la fibra sigue una potencia abaja, forr<R Con ?? se define como: El número soportado de los modos es al suponer que n^. tiene una dependencia radial débil, se puede escribir n como En este caso ? se vuelve Al ignorar s(r) en el denominador, ? se convierte en Al reemplazar ¿lf ) y n2 frj en la ecuación para N, se obtiene N = + e(r]klR2}[&0 + e(r)] Esto da como resultado cuatro términos. El término que es proporcional a e2 (r) puede ser ignorado. El mismo para el término proporcional a e(r)A0 dado que e y ?0 son menores a n. Los dos términos restantes dan N Para una variación de ffr^ en el orden de una décima de ?0 y en donde e(r) es una cantidad negativa, el número de modos soportados se reduce por N=N0 x 0.9. 0 en este caso el número de modos, N, se reduce por 10%. Aunque los modos del orden superior viajan más rápido aumentando la dispersión intermodal, la modificación al perfil de índice de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención también dará como resultado el desempeño de sistema superior.

Las mediciones del sistema para fibras que tienen un perfil de índice refractivo que exhibe una gráfica de DMD en donde las formas de onda de impulsos cambian a la izquierda a desviaciones radiales grandes, como se muestra en la Figura 6, han mostrado desempeño de fibras mejorado comparado con la técnica conocida para intentar hacer que el perfil de índice refractivo coincida con un blanco parabólico. Este blanco puede lograrse al disminuir el valor a para porciones del núcleo que está dentro de cierto intervalo de radios, o con radios que están sobre un cierto número .

Se ha encontrado que alterar el método de producción de una fibra multimodal como se describe en la presente, comparado con las fibras que tienen un perfil de índice refractivo "mayor al parabólico", da como resultado fibras producidas que tienen un desempeño de BER más conveniente. De acuerdo con algunas mediciones, las fibras multimodales hechas con perfiles de índice blanco refractivas que tienen un perfil "descendiente" dentro de un intervalo de radio de núcleo, como se muestra en la Figura 5, pueden tener desempeño de BER de hasta lOOOx mejor que fibras multimodales manufacturadas con un perfil "ascendente" dentro del mismo intervalo de radio.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (8)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. - Un método para manufacturar fibra óptica multimodal que tiene un núcleo con un perfil de índice que da como resultado un Indice de refracción graduado dependiente del radio, caracterizado porque comprende reducir el índice de refracción sobre el radio de núcleo de la fibra de manera que el perfil de índice del núcleo de la fibra se reduce por debajo de un perfil de índice parabólico estándar a radios de núcleo crecientes.

2. - El método de conformidad con la reivindicación i# caracterizado porque además el perfil de índice del núcleo de fibra disminuye por debajo de un perfil de índice parabólico estándar continua y monotónicamente sobre el radio de núcleo de fibra.

3. - El método de conformidad con la reivindicación i, caracterizado porque además el perfil de índice del núcleo de fibra se reduce por debajo de un perfil de índice parabólico normal para radios de núcleo mayores a 5 pm.

4. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además el perfil de índice del núcleo de fibra se reduce por debajo de un perfil de índice parabólico estándar de radios de núcleo mayores a 1 µp?

5. - Un método para manufacturar fibra óptica multimodal que tiene un núcleo con un perfil de índice que da como resultado un Indice graduado dependiente del radio de refracción, caracterizado porque comprende reducir el índice de refracción sobre el radio de núcleo de fibra al controlar concentraciones contaminantes de manera que el perfil de índice del núcleo de fibra se reduce por debajo de un perfil de índice parabólico estándar a radios de núcleo crecientes al reducir un valor blanco del perfil de índice por debajo de un perfil de índice parabólico estándar.

6. - El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el perfil de índice del núcleo de fibra disminuye por debajo de un perfil de índice parabólico estándar continua y monotónicamente sobre el radio de núcleo de fibra.

7. - El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el perfil de índice del núcleo de fibra se reduce por debajo de un perfil de índice parabólico estándar para radios de núcleo mayores a 5 µt?.

8. - El método de conformidad con la reivindicación 5 caracterizado porque el perfil de índice del núcleo de fibra se reduce por debajo del perfil de índice parabólico estándar para radios de núcleo mayores a 1 µp?.