Brevet FR2728692A1 — publié le 19960628

FIBRE OPTIQUE MONOMODE La présente invention concerne une fibre optique monomode. On rappelle qu'une fibre optique est un guide d'ondes optiques constitué d'une partie centrale, dénommée coeur optique, servant à guider la majorité des ondes lumineuses, entourée d'une partie périphérique, dénommée gaine optique. De manière générale, la gaine optique est entourée d'un revêtement de protection en un matériau synthétique (par exemple une résine) d'épaisseur voisine de 50 IJm. La longueur d'onde de transmission choisie à l'heure actuelle pour les fibres optiques est sensiblement égale à 1,55 pm. En effet, c'est à cette longueur d'onde qu'il est possible d'obtenir une atténuation minimale dans la transmission de la lumière, de l'ordre de 0,2 dB/km. Ainsi, dans le cadre de la présente invention, les fibres considérées sont destinées à être utilisées à une longueur d'onde de 1,55 pm, la plus efficace pour la transmission. Par ailleurs, on sait bien que les fibres optiques monomodes ont une largeur de bande bien plus grande que les fibres multimodes, et c'est pourquoi les développements actuels et futurs dans le domaine des fibres optiques sont axés sur les fibres optiques monomodes. 2 0 En conséquence, la présente invention s'attache tout particulièrement aux fibres optiques monomodes destinées à être utilisées à une longueur d'onde sensiblement égale à 1,55 pm. Les fibres optiques monomodes actuelles ont un diamètre de coeur pouvant varier de 8 à 10 pm; le diamètre de leur gaine optique est de 125 pm, identique à celui 2 5 des fibres optiques multimodes. Du fait du diamètre, relativement important, de l'ensemble constitué par le coeur et la gaine optique, le coût en silice pour réaliser la préforme à partir de laquelle est étirée une fibre optique monomode standard est élevé. Pour réduire ce coût, on a déjà pensé à réduire le diamètre du coeur jusqu'à environ 2,5 à 3 pm, tout en maintenant le diamètre de la gaine à 125 pm. 3 0 Toutefois, une telle diminution du diamètre du coeur n'entraine pas une réduction de coût suffisante. En outre, le diamètre de la gaine optique restant inchangé, la capacité de transmission d'un câble à fibres optiques contenant de telles fibres n'est pas accrue. Un but de la présente invention est de réaliser une fibre optique monomode 3 5 ayant un coût de fabnrication inférieur à celui des fibres optiques monomodes connues. Un autre but de la présente invention est de diminuer l'encombrement des fibres optiques monomodes afin d'augmenter la capacité des câbles à fibres optiques. La présente invention propose à cet effet une fibre optique monomode comprenant un coeur optique pour le guidage de la majorité des ondes lumineuses, entouré d'une gaine optique, la différence entre l'indice de réfraction maximal dudit coeur et celui de ladite gaine optique étant notée An et le rayon dudit coeur étant noté a, caractérisée en ce que: 1, 8637 1 - a E [0,6ac; 1, lac], ac étant donné, en pm, par la formule: ac = 186 x, o t F2nD n ng est l'indice de ladite gaine optique, égal à 3.10-3 près à celui de la silice pure, - An est supéneur ou égal à 0,01, et en ce que, o étant le diamètre de ladite gaine optique, en pm: qp E [(Pmin; 100], (Pmin étant donné, en pm, par la formule: [V(O0,5862+1,8364V 2 +3,7127V-6)] Prm. = 2,3849 s (1,1428 - O,996V-)An 8 o: V = 2__a 2n gn,; étant la longueur d'onde de la transmission, sensiblement égale k. 9 à 1,55 Pm. En choisissant les paramètres caractéristiques de la fibre optique, c'est-à-dire a, An et (p, de la manière indiquée ci-dessus, il est possible de réaliser une fibre optique monomode aux longueurs d'onde de transmission voisines de 1,55 pm, qui a un diamètre sur gaine réduit par rapport aux fibres de l'art antérieur, tout en présentant une atténuation et une sensibilité aux microcourbures comparables à celles des fibres standards. On constate donc, selon l'invention, qu'il n'est pas nécessaire, pour une fibre optique monomode, d'avoir une gaine optique de diamètre de l'ordre de 125 pm. Si l'on a choisi un tel diamètre lors de la conception initiale des fibres monomodes, c'est pour avoir des fibres monomodes et multimodes ayant les mêmes dimensions (pour les fibres multimodes, qui ont un diamètre de coeur pouvant aller jusqu'à 85 pm, le diamètre de la gaine optique est voisin de 125 pm pour obtenir le guidage souhaité tout en conservant la flexibilité de la fibre). Grâce à l'invention, on peut donc réduire, sans préjudice sur les performances de transmission, l'encombrement de la fibre optique, et par conséquent accroître la 2 0 capacité des câbles à fibres optiques tout en réduisant le coût de réalisation des fibres optiques. Le profil d'indice d'une fibre optique selon l'invention peut être choisi parmi les profils du type échelon, trapèze ou triangle, du moment que les conditions sur a, An et (P selon l'invention sont respectées. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description et les exemples suivants de fibres optiques selon l'invention, donnés à titre illustratif et nullement limitatif. Dans les figures suivantes - la figure 1 est une coupe transversale d'une fibre optique selon l'invention, - la figure 2 illustre le profil d'indice de la fibre de la figure 1, - la figure 3 illustre un profil d'indice de type trapèze, - la figure 4 illustre un profil d'indice de type triangle, - la figure 5 montre (Pmin en fonction de An et a. Dans toutes ces figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence. On voit ainsi sur la figure 1 une fibre optique 1 selon l'invention comprenant un coeur optique 2 en un matériau à base de silice par exemple dopée au germanium pour accroître son indice de réfraction par rapport à celui de la silice pure, en position centrale le long de l'axe longitudinal X de la fibre 1, entouré d'une gaine optique 3, en silice sensiblement pure, c'est-à-dire dont l'indice de réfraction est égal à celui de la silice pure ou inféreneur à ce dernier de 10-3 au plus (l'indice de la gaine optique 3 peut vanrier entre la périphérie du coeur 2 et l'extérieur de la fibre 1, tout en restant inférieur à celui du coeur 2). La gaine optique 3 est entourée d'un revêtement de protection 4 en un matériau plastique, comme par exemple une résine. La figure 2 illustre le profil d'indice de la fibre de la figure 1, c'est-a-dire qu'elle 2 5 montre, en fonction de la distance d à l'axe X de la fibre optique, les variations de l'indice de réfraction n dans le coeur 2 et dans la gaine optique 3 de la fibre optique 1 au sein d'une section transversale de la fibre 1. Le profil illustré en figure 2 est dit du type à échelon: I'indice maximal du coeur 2 étant noté ng+An, l'indice du coeur 2 varie entre n9 et n9+An de manière à donner à la courbe une forme de rectangle; la gaine 3 a un 3 o indice ng sensiblement constant. Ainsi que rappelé plus haut, I'indice n9, de manière classique, est voisin de celui de la silice pure, de sorte qu'il présente une différence en moins par rapport à ce dernier (égal à 1,444) au plus égale à 0,001. On a illustré aux figures 3 et 4 deux autres types de profils pouvant être ceux de la fibre 1, respectivement les profils de type trapèze (l'indice du coeur 2 varie entre ng 3 5 et n9+An de manière à donner à la courbe une forme de trapèze, et la gaine 3 a un indice ng sensiblement constant) et de type triangle (l'indice du coeur 2 varie entre n9 et ng+An de manière à donner à la courbe une forme de triangle, et la gaine 3 a un indice ng sensiblement constant). Pour généraliser, les profils de type triangle et de type échelon sont considérés, dans le cadre de la rpésente invention, comme des cas particuliers d'un profil de type trapèze dans lequel le rapport entre la petite base et la grande base est respectivement égal à 1 ou à 0. Selon l'invention, on peut choisir le diamètre extérieur (p (en pm) de la gaine optique de sorte que (p E [(Pmin; 100], Pmin étant donné, en pm, par la formule: [V 0,5862 + 1,8364V-32 +3,7127V)-6 tomn = 2,3849 5 (1,1428 - 0,996V-')An '8 27ta o: V =,2ngAn, k étant la longueur d'onde de la transmission, voisine de 1,55 pm, et a le rayon du coeur de la fibre optique. Lorsque, selon l'invention, (p est choisi dans l'intervalle [pmin,100], c'est-à-dire de manière à réduire les pertes par courbures et microcourbures, An étant choisi supérieur à 0,01 et a (en pm) dans l'intervalle [0,6ac; 1,1ac] (ac étant donné, en pm, par 1,8637 1 la formule: ac = - x), pour maintenir au sein de la fibre optique une 2ngAn atténuation voisine de 0,2 dB/km et conserver une longueur d'onde de coupure strictement infeneure à la longueur d'onde de la transmission (1,55 pm), on peut ramener le diamètre de la gaine optique largement endessous de 125 pm (valeur classique pour les fibres monomodes standards), ce qui permet de réaliser des 2 0 économies non négligeables dans le coût de fabrication des fibres optiques, ainsi que d'accroitre la capacité des câbles optiques. Par exemple, lorsque (p est choisi égal à 100 pm, toutes choses égales par ailleurs au cas d'une fibre optique monomode standard, la réduction d'encombrement de la fibre optique obtenue est voisine de 33%; lorsque (p est choisi égal à 80 pm, toutes 2 5 choses égales par ailleurs au cas d'une fibre optique monomode standard, la réduction d'encombrement de la fibre optique obtenue est voisine de 60%. En première approximation, la réduction du coût de fabrication de la fibre est sensiblement égale à la réduction de section, c'est-à-dire à la réduction de l'encombrement. On a représenté en figure 5 plusieurs courbes donnant le diamètre minimal de 3 0 la gaine optique Pmin pour différentes valeurs du rapport a/ac, et ce pour plusieurs valeurs de An. La courbe 51 correspond au cas o An est égal à 0,01; on voit que tPmin peut être choisi entre 75 pm et 100 pm, en fonction de a/ac. La courbe 52 correspond au cas o An est égal a 0,015; on voit que (Pmin peut être choisi entre 62,5 pm et 100 pm, en fonction de a/aC. La courbe 53 correspond au cas o An est égal a 0,02; on voit que (Pmin peut être choisi entre 50 pm et 75 pm, en fonction de a/aC. Les crintères selon l'invention sur a, An et (p s'appliquent de manière générale pour toutes les fibres optiques ayant un profil de type trapèze (y compris les fibres optiques ayant un profil de type triangle ou échelon). Pour ce qui est du revêtement synthétique de protection 4, son épaisseur est de l'ordre de 50 pm. On donne ci-après quelques exemples précis de structures de fibres optiques conformes a la présente invention. Dans tous ces exemples, I'épaisseur du revêtement 4 est de 50 pm. Toutes les fibres obtenues selon l'invention et présentant les caractéristiques indiquées dans les exemples qui suivent ont une atténuation voisine de 0,2 dB/km et une sensibilité aux microcourbures au moins comparable à celle d'une fibre standard dont le diamètre de la gaine optique est de 125 pm, le diamètre de coeur compris entre 8 et 10 pm et l'épaisseur du revêtement de protection égale à 50 pm. Exemple 1 Dans cet exemple, une fibre optique selon l'invention à profil de type échelon a les caractéristiques suivantes: An = 0,01 a = 2,43 pm = 100 pm. Exemple2 2 5 Dans cet exemple, une fibre optique selon l'invention a profil de type échelon a les caractéristiques suivantes An = 0,01 a = 2, 60 pIm (P = 90 Pm. 3 0 Exemple3 Dans cet exemple, une fibre optique selon l'invention à profil de type échelon a les caractéristiques suivantes: An = 0,015 a = 1,7 pm (p=100lpm Exemple Dans cet exemple, une fibre optique selon l'invention à profil de type échelon a les caractéristiques suivantes: An = 0,015 a = 1,98 Pm p = 80 pm. Exemnple5 Dans cet exemple, une fibre optique selon l'invention à profil de type échelon a les caractéristiques suivantes An=0,015 a = 2,26 pm P = 70 pm. Exemple 6 Dans cet exemple, une fibre optique selon l'invention à profil de type échelon a les caractéristiques suivantes: An = 0,02 a= 1,47 pm P = 80 Pm. Exemple 7 2 0 Dans cet exemple, une fibre optique selon l'invention à profil de type échelon a les caractéristiques suivantes An = 0,02 a = 2, 45 pm (p = 70 pm. 2 5 Exemple 8 Dans cet exemple, une fibre optique selon l'invention à profil de type échelon a les caractéristiques suivantes: An = 0,02 a = 2,45 pm p=60 pm. Bien évidemment, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits. En particulier, le revêtement de protection en un matériau synthétique peut être constitué d'une ou de plusieurs couches, et son épaisseur n'est pas nécessairement 3 5 voisine de 50 pm; cette épaisseur est choisie en fonction des propriétés mécaniques recherchées pour la fibre optique, ainsi que de sa sensibilité aux courbures et microcourbures. Par ailleurs, I'invention s'applique également à des fibres optiques dont le profil est de type trapèze ou triangle. Les paramètres de référence (a, An et (p) d'une fibre de ce type peuvent être transposés par calcul aux paramètres de référence d'une fibre à profil de type échelon, et vice-versa, car il existe, de façon connue, une relation d'équivalence entre ces paramètres. On dit dans ce cas que le profil de type échelon est équivalent à un profil de type triangle ou trapèze. Ainsi, les exemples de profils donnés précédemment peuvent être transposés de manière simple, moyennant l'utilisation de cette relation d'équivalence, à des profils de type triangle ou trapèze, c'est- a-dire que l'on peut en déduire de manière directe les paramètres de référence des profils de type triangle ou trapèze. Enfin, on pourra remplacer tout moyen par un moyen équivalent sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1/ Fibre optique monomode comprenant un coeur optique (2) pour le guidage de la majorité des ondes lumineuses, entouré d'une gaine optique (3), la différence entre I'indice de réfraction maximal dudit coeur et celui de ladite gaine optique étant notée An et le rayon dudit coeur étant noté a, caractérisée en ce que: 1.8637 1 - a E [O,6ac; 1, lac], ac étant donné, en pm, par la formule: ac = 1* x, ou 2nx 9 =An o ng est l'indice de ladite gaine optique, égal à 3.10-3 près à celui de la silice pure, - An est supérieur ou égal à 0,01, et en ce que, p étant le diamètre de ladite gaine optique, en pm: (P E [qmin; 100], (Pmin étant donné, en pm, par la formule: 2,38 V( 0,5862 + 1,8364V 2 +3,7127V-6)] (Oman = 2, 3849 58 (1,1428-0,996V-1)An 8 o: V = 2xa 2ng On étant la longueur d'onde de la transmission, sensiblement égale à 1,55pm. 2/ Fibre selon la revendication 1 caractérisee en ce qu'elle présente un profil de type échelon, trapèeze ou triangle. 3/ Fibre selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que ladite gaine optique est entourée d'un revêtement de protection en un matériau synthétique. 4/Fibre optique selon la revendication 3 caractérisée en ce que ledit revêtement de protection a une épaisseur voisine de 50 pm.