WO2016181006A1 - Módulo de fibra óptica multinúcleo de compensación de la dispersión - Google Patents

Módulo de fibra óptica multinúcleo de compensación de la dispersión Download PDF

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WO2016181006A1
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Jose Capmany Francoy
Ivana GASULLA MESTRE
Salvador Sales Maicas
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Universitat Politecnica De Valencia
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/38—Mechanical coupling means having fibre to fibre mating means

Definitions

  • the present invention relates generally to the field of fiber optic connections, and more specifically to a dispersion compensation module produced along a fiber optic connection.
  • DCF-M dispersion compensation fiber modules
  • RDS relative dispersion slope
  • FOM quality factor
  • ⁇ the attenuation in dB / km
  • the first is to reduce insertion losses, which has the impact of relaxing the optical gain requirements of online optical amplifiers and reducing their noise figures, thereby improving overall transmission performance.
  • the second requirement is to reduce the size of the DCF module.
  • DWDM systems consist of a large number of devices and therefore reducing their size is one of the main challenges in the development of compact products.
  • DCF-M have been proposed with variation of the trench-type refractive index for low-loss operation since this configuration reduces bending losses.
  • a dispersion compensation module in the optical transmission is known, through the use of multicore fibers.
  • This document discloses a special configuration in which at least two cores have a configuration of refractive index profile different from each other and relative positions in the center of the fiber such that a light coupling occurs between them. In this way a total negative dispersion and a compensatory total negative dispersion slope are introduced in a predetermined range of wavelengths of the transmitted light.
  • the present invention discloses a fiber optic module for dispersion compensation that allows both bending losses and overall size to be reduced.
  • the module of the invention comprises a multi-core optical fiber, called multicore fiber, which has a length L and is composed of N cores.
  • multicore fiber which has a length L and is composed of N cores.
  • each of the Nl cores is connected back to another of the Nl cores, so that there is a single input core at one end of the fiber and a single output core at The other end of the fiber.
  • the fiber optic module according to the present invention provides, for an overall size (length) of module L, a dispersion compensation equivalent to a total length of NL between the input core and the output core.
  • Figure 1 shows a perspective view of a multi-core fiber optic segment.
  • Figure 2 shows a side view of a dispersion compensation module according to the preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 3 schematically shows a profile of index of refraction assisted by ditches.
  • a multicore fiber-based dispersion compensation optical fiber module generally comprises a multicore fiber of length L composed of N cores.
  • a represents the radius of a nucleus
  • b represents the radius of the fiber covering
  • ⁇ represents the distance between nuclei.
  • each of the N1 cores is connected back to another of the N1 cores by, for example, a multi core fiber (TMC) connector.
  • TMC multi core fiber
  • the plurality of N cores work in series so that the signal passes sequentially through the entire length L of each of the N cores. Therefore, it can be seen that a dispersion compensation equivalent to a total length of NL is obtained between the input core and the output core.
  • the cores of the dispersion compensation module have a configuration of refractive index assisted by trenches, as shown in the attached figure 3.
  • the vertical axis of coordinates represents refractive values n (r) and the horizontal axis values of radius r.
  • a core zone itself with a high refractive value or a second intermediate step zone with a value 3 ⁇ 4 and a ditch with a reduced value n 3 can be seen .
  • a corresponds to the radius of a nucleus
  • 2 corresponds to the radius that delimits the intermediate zone in step
  • 3 corresponds to the radius that delimits the trench.
  • W represents the width of the core ditch.
  • the dispersion compensation optical fiber module provides low loss operation and a considerable reduction in overall size (i.e. length), since both physical length and the volume of the element is reduced by N, where N is the number of cores in the compensation module of the dispersion
  • a dispersion compensation module is used according to the preferred embodiment of the present invention described above, using cores with identical refractive index profiles but coupled with each other, as defined above, so that the signal whose dispersion is to be compensated must pass through the overall length of all cores.
  • FOM X / oc, but the overall size per km offset of SMF-28 fiber is now equal to 17 / (N.X).
  • the cores must be completely decoupled and, therefore, the crosstalk must be maintained at negligible values.
  • the physical length of the dispersion compensation module according to the present invention is maintained below 20 km, which, according to experiments reported in the technical literature, guarantees an acceptable level of crosstalk less than -50 dB
  • the dispersion compensation module disclosed herein has applications in broadband optical communication networks, including long-distance submarine and terrestrial connections, regional and subway systems and access networks. It may also be interesting to build compact pulse compressors for instrumentation, tests and measurements.

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Abstract

La presente invención describe un módulo de fibra óptica de compensación de la dispersión, del tipo que comprende una fibra de múltiples núcleos, teniendo la fibra una longitud L y estando compuesta por N núcleos, estando los núcleos desacoplados. En cada extremo de la fibra, cada uno de N-1 núcleos se conecta de vuelta con otro de los N- núcleos, de modo que se dispone de un único núcleo de entrada en un extremo de la fibra y un único núcleo de salida en el otro extremo de la fibra, y se obtiene una compensación de la dispersión equivalente a una longitud 1 total de NL entre el núcleo de entrada y el núcleo de salida.

Description

MÓDULO DE FIBRA ÓPTICA MULTINÚCLEO DE COMPENSACIÓN DE LA
DISPERSIÓN
Campo de la invención
La presente invención se refiere de manera general al campo de las conexiones por fibra óptica, y más específicamente a un módulo de compensación de la dispersión producida a lo largo de una fibra óptica de conexión .
Antecedentes de la invención
En la técnica se conoce ampliamente que en los sistemas de comunicaciones ópticos que emplean esquemas de multiplexado compacto por división de longitud de onda (DWDM) se requiere compensación de la dispersión. Hasta la fecha se han propuesto varias soluciones alternativas para ello, de las cuales se prefieren actualmente los módulos de fibra de compensación de la dispersión (DCF-M) para su instalación en la planta exterior ya que son sistemas pasivos, inherentemente de banda ancha y, además, pueden diseñarse para compensar simultáneamente el efecto perjudicial tanto de la dispersión de primer orden D como de la pendiente de dispersión S.
Los módulos de DCF se insertan a intervalos uniformes en la conexión de fibra óptica y compensan la dispersión acumulada hasta un valor residual. Se caracterizan por varios parámetros de rendimiento, siendo los más importantes la pendiente de dispersión relativa (RDS) dada por RDS = S/D, el factor de calidad (FOM) de dispersión con respecto a la atenuación que viene dado por FOM = D/oc (donde α es la atenuación en dB/km) , el área eficaz Aeff, las pérdidas por flexión y la longitud de onda de corte en modo individual . Cuando un DCF-M tiene la misma RDS que la fibra SMF-28 convencional en modo individual, se compensan simultáneamente tanto la dispersión cromática como la pendiente de dispersión. En particular, para fibras SMF-28 convencionales, D = 17 ps/(km.nm), S = 0,058 ps/(km.nm2) a una longitud de onda de 1550 nm, por tanto RDS = 0,0034 nnf 1. Varios proveedores ofrecen módulos de DCF con RDS = 0, 0034 nnf1 y valores de D que oscilan entre -80 y -160 ps/(km.nm) . Por ejemplo, Fujikura notifica un diseño de fibra asistida por zanjas que alcanza hasta -152 ps/(km.nm), FOM = 380 ps/(nm.dB) y una atenuación de 0,4 dB/km. Para estos órdenes de magnitud, se necesitan aproximadamente 112 metros (17/152) de DCF para compensar la dispersión que se produce en 1 km de SMF-28.
Existen dos requisitos para mejorar el rendimiento de un DCF-M. El primero es reducir las pérdidas por inserción, que tiene el impacto de relajar los requisitos de ganancia óptica de amplificadores ópticos en linea y reducir sus cifras de ruido, mejorando por tanto el rendimiento de transmisión global. El segundo requisito es reducir el tamaño del módulo de DCF. Los sistemas de DWDM consisten en un gran número de dispositivos y por tanto reducir su tamaño es uno de los principales desafios en el desarrollo de productos compactos.
Se han propuesto DCF-M con variación del índice de refracción de tipo zanja para el funcionamiento con pocas pérdidas ya que esta configuración reduce las pérdidas por flexión .
Por ejemplo, a partir del documento US 2003/0198449 Al se conoce un módulo de compensación de la dispersión en la transmisión óptica, mediante el uso de fibras multinúcleo. Este documento da a conocer una configuración especial en la que al menos dos núcleos tienen una configuración de perfil de índice de refracción diferente el uno del otro y posiciones relativas en el centro de la fibra tales que se produce un acoplamiento de luz entre ellos. De este modo se introduce una dispersión total negativa y una pendiente de dispersión total negativa compensatorias en un intervalo predeterminado de longitudes de onda de la luz transmitida.
Para la reducción del tamaño, se ha propuesto una reducción del radio del revestimiento, pero esto aumenta las pérdidas por flexión del módulo.
Por tanto, existe en la técnica la necesidad de un módulo de DCF que presente una reducción tanto de las pérdidas por flexión como de su tamaño global.
Sumario de la invención
La presente invención da a conocer un módulo de fibra óptica de compensación de la dispersión que permite reducir tanto las pérdidas por flexión como el tamaño global del mismo. El módulo de la invención comprende una fibra óptica de múltiples núcleos, denominada fibra multinúcleo, que tiene una longitud L y está compuesta por N núcleos. Además, en cada extremo de la fibra, cada uno de los N-l núcleos se conecta de vuelta con otro de los N-l núcleos, de modo que se dispone de un único núcleo de entrada en un extremo de la fibra y un único núcleo de salida en el otro extremo de la fibra.
De este modo, el módulo de fibra óptica según la presente invención proporciona, para un tamaño (longitud) global de módulo L, una compensación de la dispersión equivalente a una longitud total de NL entre el núcleo de entrada y el núcleo de salida.
Breve descripción de las figuras
La presente invención se entenderá mejor con referencia a los siguientes dibujos que ilustran una realización preferida de la invención, proporcionada a modo de ejemplo, y que no debe interpretarse como limitativa de la invención de ninguna manera.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un tramo de fibra óptica de múltiples núcleos.
La figura 2 muestra una vista lateral de un módulo de compensación de la dispersión según la realización preferida de la presente invención.
La figura 3 muestra esquemáticamente un perfil de índice de refracción asistido por zanjas.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
Tal como se observa en la figura 1, un módulo de fibra óptica de compensación de la dispersión basada en fibra multinúcleo comprende de manera general una fibra multinúcleo de longitud L compuesta por N núcleos. En la figura 1, a representa el radio de un núcleo, b representa el radio de cubierta de la fibra y Λ representa la distancia entre núcleos.
Haciendo ahora referencia a la figura 2 adjunta, puede observarse que, según la realización preferida de la presente invención, en cada extremo de la fibra, cada uno de los N-l núcleos se conecta de vuelta con otro de los N-l núcleos mediante, por ejemplo, un conector de fibra de múltiple núcleo (TMC) . Así, puede observarse que se dispone, en un extremo de la fibra, de un único núcleo de entrada por el que se introduce la señal de entrada en el módulo de compensación de la dispersión. En el extremo opuesto de la fibra se dispone de un único núcleo de salida por el que se obtiene la señal de salida.
Gracias a las conexiones de vuelta entre un núcleo y el siguiente, la pluralidad de N núcleos funcionan en serie de modo que la señal pasa secuencialmente por toda la longitud L de cada uno de los N núcleos. Por tanto, se aprecia que entre el núcleo de entrada y el núcleo de salida se obtiene una compensación de la dispersión equivalente a una longitud total de NL .
Gracias a la disposición según la realización preferida de la presente invención, se obtiene un módulo de compensación de la dispersión compacto con un tamaño sustancialmente reducido en comparación con un módulo de la técnica anterior que proporcione una compensación de dispersión equivalente.
Con objeto de proporcionar además un funcionamiento con pocas pérdidas, según la realización preferida de la presente invención, los núcleos del módulo de compensación de la dispersión presentan una configuración de índice de refracción asistida por zanjas, tal como se muestra en la figura 3 adjunta. En esta figura 3, el eje vertical de coordenadas representa valores de refracción n(r) y el eje horizontal valores de radio r. En esta figura 3 puede apreciarse una zona de núcleo propiamente dicho con un alto valor de refracción ni, una segunda zona intermedia en escalón con un valor ¾ y una zanja con un valor reducido n3. En esta figura 3, a corresponde al radio de un núcleo, a2 corresponde al radio que delimita la zona intermedia en escalón y a3 corresponde al radio que delimita la zanja. W representa el ancho de la zanja del núcleo.
Por tanto, el módulo de fibra óptica de compensación de la dispersión según la realización preferida de la presente invención proporciona un funcionamiento con pocas pérdidas y una reducción considerable del tamaño global (es decir, de la longitud) , ya que tanto la longitud física como el volumen del elemento se reducen en N, siendo N el número de núcleos en el módulo de compensación de la dispersión .
A continuación se presenta un ejemplo comparativo para demostrar las ventajas obtenidas gracias al módulo de compensación de la dispersión de la presente invención. Si se diseña un módulo de compensación de la dispersión de un único núcleo usando la arquitectura de perfil asistido por zanjas, que presenta una RDS = 0, 0034 nnf1, D = -X ps/(km.nm) y una pérdida (dB/km) = , entonces el factor de calidad FOM es de X/oc y el tamaño global por km de fibra SMF-28 (D = 17 ps/(km.nm) ) compensado es de 17/X.
Según la presente invención, se usa un módulo de compensación de la dispersión según la realización preferida de la presente invención descrita anteriormente, empleando núcleos con perfiles de índice de refracción idénticos pero acoplados unos con otros, tal como se definió anteriormente, de modo que la señal cuya dispersión va a compensarse debe pasar por la longitud global de todos los núcleos. En este caso, FOM = X/oc, pero el tamaño global por km compensado de fibra SMF-28 es ahora igual a 17/ (N.X) .
Con valores típicos para los parámetros de fibra relevantes, entonces un módulo de compensación de un único núcleo (o de múltiples núcleos pero no dispuestos según las enseñanzas de la presente invención) , con un valor D = -152 ps/(km.nm), requiere 112 m/km de fibra SMF-28 para proporcionar una compensación adecuada.
En el caso de un módulo de compensación de la dispersión según la realización preferida de la presente invención, con 7 núcleos y con un valor D = -152 ps/(km.nm), se requieren 16 m/km de fibra multinúcleo para obtener la misma compensación. Si dicho módulo de compensación de la dispersión presenta 19 núcleos, la longitud requerida es de tan sólo 6 m/km de fibra multinúcleo .
Por tanto, para compensar 100 km de fibra SMF-28, se requerirán 1,6 km de un módulo de compensación de la dispersión de 7 núcleos según la realización preferida de la presente invención (0,6 km en caso de presentar 19 núcleos), mientras que en el caso de la técnica anterior se requieren 11,2 km.
Para el funcionamiento correcto los núcleos deben estar completamente desacoplados y, por tanto, la diafonia debe mantenerse a valores despreciables. Incluso para la compensación a larga distancia, la longitud física del módulo de compensación de la dispersión según la presente invención se mantiene inferior a 20 km, lo cual, según experimentos notificados en la bibliografía técnica, garantiza un nivel de diafonía aceptable inferior a -50 dB .
El módulo de compensación de la dispersión dado a conocer en el presente documento tiene aplicaciones en redes de comunicación óptica de banda ancha, incluyendo conexiones submarinas y terrestres de larga distancia, sistemas regionales y de metro y redes de acceso. También puede ser interesante construir compresores de pulso compacto para instrumentación, ensayos y mediciones.
Aunque se ha descrito la presente invención haciendo referencia a una realización preferida de la misma, el experto en la técnica podrá concebir variaciones de dicha realización sin por ello apartarse del alcance de la presente invención.

Claims

RE IVINDICACIONES
Módulo de fibra óptica de compensación de la dispersión, del tipo que comprende una fibra de múltiples núcleos, teniendo la fibra una longitud L y estando compuesta por N núcleos, estando los núcleos desacoplados, caracterizado por que, en cada extremo de la fibra, cada uno de N-l núcleos se conecta de vuelta con otro de los N-l núcleos, de modo que se dispone de un único núcleo de entrada en un extremo de la fibra y un único núcleo de salida en el otro extremo de la fibra, y se obtiene una compensación de la dispersión equivalente a una longitud total de NL entre el núcleo de entrada y el núcleo de salida.
Módulo según la reivindicación 1, caracterizado por que cada uno de N-l núcleos se conecta de vuelta con otro de los N-l núcleos mediante un conector de fibra de múltiple núcleo, TMC .
Módulo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los núcleos presentan una configuración de índice de refracción asistida por zanj as .
PCT/ES2016/070350 2015-05-12 2016-05-09 Módulo de fibra óptica multinúcleo de compensación de la dispersión WO2016181006A1 (es)

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