Brevet FR2784197A1 — publié le 20000407

FIBRE OPTIQUE MONOMODE A DISPERSION DECALEE A GRANDE AIRE EFFECTIVE La présente invention concerne les fibres optiques, et notamment les fibres à dispersion décalée destinées à être utilisées dans des systèmes de transmission en multiplexage en longueur d'ondes. Les fibres optiques monomodes dites à dispersion décalée (DSF ou "dispersion shifted fibers") sont telles qu'à la longueur d'onde de transmission à laquelle elles sont utilisées, qui est en général différente de la longueur d'onde de 1,3 pim pour laquelle la dispersion de la silice est sensiblement nulle, la dispersion chromatique de l'onde transmise est sensiblement nulle; c'est dire que la dispersion chromatique de la silice, non nulle, est compensée - d'o l'emploi du terme décalé - par une augmentation de l'écart d'indice An entre le coeur de la fibre et la gaine optique. Cet écart d'indice permet de décaler la longueur d'onde pour laquelle la dispersion chromatique est nulle; il est obtenu par l'introduction de dopants dans la fibre, lors de la fabrication de celle-ci, par exemple par un processus de MCVD connu en soi, et qui n'est pas décrit plus en détail ici. Une valeur typique pour la différence d'indice entre la gaine et le coeur de la fibre est 10.10-3 à 14.10-3; l'augmentation de l'indice dans la silice peut être obtenu en utilisant comme dopant du germanium. Les fibres monomodes doivent en outre présenter de préférence des caractéristiques qui correspondent aux exigences des câbliers et des systémiers: d'une part des diamètres de mode faibles, et une bonne "câblabilité", se traduisant par une capacité de courbure de la fibre, et une faible atténuation; d'autre part, un diamètre de mode aussi grand que possible, une aire effective importante, une valeur appropriée de la longueur d'onde), de dispersion nulle. L'utilisation de ces fibres pour des systèmes de transmission à multiplexage de longueurs d'onde, à impulsions RZ, NRZ ou du type solitons implique encore d'autres contraintes, d'autant plus qu'augmentent le nombre de canaux émis, le débit par canal, et les puissances après amplificateur et que diminue l'espacement entre canaux. Il est préférable de disposer d'une fibre présentant une dispersion chromatique suffisamment élevée pour éviter le phénomène de mélange quatre ondes. On utilise donc de préférence des fibres présentant une longueur d'onde Xo de dispersion chromatique nulle en dehors de la plage des canaux du multiplex pour éviter les problèmes apportés par le mélange à quatre ondes. De nombreux profils d'indice ont été proposés pour de telles fibres optiques monomodes à dispersion décalée. Le profil d'indice est généralement qualifié en fonction de l'allure de la courbe représentative de l'indice en fonction du rayon de la fibre. On représente de façon classique sur les abscisses la distance r au centre de la fibre, et sur les ordonnées l'indice, défini par sa différence par rapport à l'indice de la gaine de la fibre, en différence absolue (An) ou en pour cent (%A). La définition de la différence relative entre l'indice ni et l'indice nc de la fibre s'écrit %A = 100.(nl2 - nc2)/2n 1 2. Cette différence relative est sensiblement égale, au vu des faibles différences entre les indices à la quantité (nl - nc)/nc; on utilise donc couramment l'approximation %A = An/nc, avec nc l'indice de la silice. On parle ainsi de profil d'indice en "échelon", en "trapèze" ou en "triangle" pour des courbes représentatives de la variation de l'indice en fonction du rayon qui présentent des formes respectives d'échelon, de trapèze ou de triangle. Ces courbes sont généralement représentatives du profil théorique ou de consigne de la fibre, les contraintes de fabrication de la fibre pouvant conduire à un profil sensiblement différent. A titre d'exemple, US-A-5 659 649 montre un profil de consigne en trapèze avec anneau, et le profil de consigne différent obtenu lors de la fabrication de la fibre. M. Kato et autres, A new design for dispersion shifted fiber with an effective core area larger than 100 Itm2 and good bending characteristics, ThKl, OFC'98 Technical Digest, explique que les effets non linéaires dans les fibres pourraient devenir les limitations dominantes du point de vue de la capacité et de la distance de transmission pour des systèmes de transmission amplifiés à haute capacité et sur de longues distances. Ce document précise qu'une solution possible consiste à augmenter l'aire effective des fibres, ce qui permet d'obtenir une puissance supérieure et un intervalle plus important entre répéteurs. Ce document propose une fibre présentant un profil coaxial, entouré d'un piédestal, avec une aire effective de 146 J. m2 et une longueur d'onde Xo pour laquelle la dispersion chromatique s'annule de 1500 nm. La dispersion chromatique à 1550 nm est faible, et la pente de dispersion à cette longueur d'onde est de 0, 09 ps/nm2.km. P. Nouchi, Maximum effective area for non-zero dispersion-shifted fiber, ThK3, OFC'98 Technical Digest, propose différents profils d'indice, pour lesquels I'aire effective est maximisée: trapèze avec piédestal, trapèze avec anneau, profil coaxial, profil coaxial avec anneau. En fonction des pertes par courbure, pour le profil en trapèze avec anneau, l'aire effective varie entre 65 et 72 /m2. La dispersion chromatique est fixée à 0 ou 4 ps/nm.km à 1550 nm, et la pente de dispersion pour cette longueur d'onde vaut 0,08 ps/nm2.km. EP-A-0 789 255 décrit des fibres à dispersion décalée, avec des fortes valeurs d'aire effective, supérieures à 200 micromètres carrés. Ces fibres présentent des longueurs d'onde;0 supérieures à 1550 nm. Un exemple de famille de fibres présente une valeur de k0 à 1580 nm, une aire effective à 265 tm2, et une pente de dispersion chromatique de 0,085 ps/nm2.km. Cette fibre présente l'inconvénient d'une dispersion chromatique faible à 1530 nm, qui ne permet pas d'éviter les effets non-linéaires; la dispersion est à 1550 nm est de l'ordre de 3 ps/nm.km. L'invention propose une solution à ce problème; elle propose une nouvelle fibre à dispersion décalée, qui s'applique tout particulièrement aux systèmes de transmission en multiplex de longueur d'onde. Elle assure une bonne transmission en multiplexage de longueurs d'onde, sans induire d'atténuation importante, et en limitant les effets non-linéaires dans la plage de transmission du signal. Plus précisément, l'invention propose une fibre optique monomode à dispersion décalée, présentant une longueur d'onde o0, pour laquelle la dispersion chromatique est nulle, inférieure à 1500 nm et une aire effective supérieure ou égale à 100 0km2. Dans un mode de réalisation, la longueur d'onde Xo pour laquelle la dispersion chromatique est nulle est comprise entre 1450 et 1500 nm, et de préférence voisine de 1480 nm. Avantageusement, la fibre présente une dispersion chromatique comprise entre 7,5 et 10 ps/nm.km pour une longueur d'onde de 1550 nm. Dans un mode de réalisation, la fibre présente une aire effective comprise entre 1 10 et 125 rm2. Dans un autre mode de réalisation, la fibre présente une atténuation inférieure ou égale à 0,1 dB à une longueur d'onde de 1670 nm, pour un enroulement de 100 tours de fibre autour d'un rayon de 30 mm. De préférence, la fibre présente un profil d'indice avec un coeur en trapèze avec anneau. Dans un mode de réalisation, le profil de la fibre présente entre le trapèze et l'anneau une première partie en creux. Avantageusement, le profil présente entre l'anneau et la gaine une seconde partie en creux. Dans un mode de réalisation, le trapèze présente une partie centrale dont la différence Anl avec l'indice de la gaine vaut de 0,75 % à 0,85 %. De préférence, le trapèze présente une partie centrale s'étendant sur un rayon valant de 0,2 à 0,5 fois le rayon total du trapèze. Avantageusement, le trapèze s'étend sur un rayon valant de 2,75 à 2,85 p.m. Dans un autre mode de réalisation, l'indice de la dite première partie en creux présente une différence An3 avec l'indice de la gaine valant de 0,02 % à - 0,03 %. De préférence, la dite première partie en creux s'étend jusqu'à un rayon valant de 4,8 à 5,1 p.m. Avantageusement, l'indice de l'anneau présente une différence An2 avec l'indice de la gaine qui vaut de 0,45 % à 0,52 %. Dans un autre mode de réalisation, l'anneau s'étend jusqu'à un rayon valant de 6,1 à 6,6 prm. Dans encore un mode de réalisation, I'indice de la dite seconde partie en creux présente une différence An4 avec-l'indice de la gaine valant de 0,02 % à - 0,03 %. Avantageusement, la seconde partie en creux s'étend jusqu'à un rayon valant de 12,4 à 13,1 pm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure unique montre une représentation schématique du profil d'indice d'une fibre selon l'invention. L'invention propose que la fibre présente une aire effective importante, typiquement supérieure à 100 m2, et une longueur d'onde o0 pour laquelle la dispersion est nulle inférieure à 1500 nm. Une valeur de X0 comprise entre 1450 et 1500 nm, par exemple autour de 1480 nm comme dans l'exemple de la figure s'avère appropriée pour des transmissions en multiplexage de longueurs d'ondes. Des valeurs d'aire efficace entre 110 et 125 ptm2 sont adaptées. L'invention propose en outre que la dispersion chromatique à 1550 nm soit comprise entre 7,5 et 10 ps/nm.km. Ces valeurs permettent de limiter les effets non linéaires dans les plage de transmission actuelles, et notamment entre 1530 et 1580 nm pour des systèmes de transmission à multiplexage de longueurs d'onde. Enfin, I'invention propose une fibre dont la sensibilité aux courbures est similaire à celle des fibres de l'art antérieur, voire meilleure. Des valeurs de As au delà de 1600 nm, et par exemple de l'ordre de 1670 nm comme dans la figure 2, sont appropriées. On note As la valeur de la longueur d'onde pour laquelle l'atténuation provoquée par l'enroulement de 100 tours de fibre autour d'un rayon de 30 mm atteint 0,1 dB. La figure montre une représentation schématique d'un profil d'indice, qui peut être utilisé pour obtenir les caractéristiques de l'invention. Les abscisses montrent les rayons en micromètres, et les ordonnées montrent les indices, en différence absolue An par rapport à l'indice de la gaine. Le profil d'indice de la figure est un profil d'indice à coeur en trapèze avec anneau, ou plus précisément un profil d'indice avec un trapèze, un anneau et deux zones en creux. Ce profil présente, en partant du centre de la fibre vers la gaine, une partie centrale présentant un indice, ou plus exactement une différence d'indice Ani sensiblement constante, jusqu'à un rayon ro. L'indice An1 est supérieur à l'indice ns de la silice de la gaine. Dans le mode de réalisation de la figure, l'indice Anl vaut de 0,75 % à 0,85 % et le rayon ro vaut 0,84 p.m. Autour de cette partie centrale d'indice supérieur à celui de la gaine, la fibre de l'invention présente une partie d'indice décroissant linéairement ou sensiblement linéairement, entre les rayons ro et rl; avec la partie centrale, cette partie d'indice décroissant linéairement constitue un trapèze. L'indice rn peut prendre des valeurs entre 2,75 et 2,85 Plm; on peut prévoir que la partie du trapèze d'indice constant ou sommet du trapèze, représente de l'ordre de 0,3 le rayon total du trapèze, soit par exemple un rapport ro/rl entre 0,2 et 0,5. La fibre présente ensuite une partie d'indice An3 sensiblement constant et inférieur ou égal à l'indice de la gaine, pour les rayons rI à r2. Dans le mode de réalisation de la figure, l'indice An3 vaut - 0,02 %; et le rayon r2 peut prendre des valeurs entre 4,8 et 5,1 Pm. Plus généralement, des valeurs de zAn3 entre 0,01 et 0,03 % sont appropriées. La fibre présente autour de cette première partie en creux un anneau d'indice An2, supérieur à celui de la gaine. Dans le mode de réalisation de la figure, I'anneau présente un indice An2 de 0,45 % à 0,52 %, entre des rayons r2 et r3. Comme dans cet exemple, l'indice An2 de l'anneau est de préférence inférieur ou égal à l'indice An1 de la partie centrale du trapèze. Le rayon r3 à l'extérieur de l'anneau est de préférence compris entre 6,1 et 6,6 P.m. A l'extérieur de l'anneau, la fibre présente avant la gaine une seconde partie en creux, i.e. d'indice inférieur ou égal à celui de la gaine. Dans l'exemple de la figure, l'indice An4 de cette seconde partie en creux présente le même indice - 0,02 % que la première partie en creux entre le trapèze et l'anneau. Cette seconde partie en creux s'étend entre les rayons r3 et r4, avec r4 entre 12,4 et 13,1 JIm. Ce choix de profil d'indice assure à la fibre une forte surface effective, comprise entre 110 et 125 P.m2; en outre la valeur ?.o de la longueur d'onde pour laquelle la dispersion chromatique est nulle entre 1450 et 1480 nm. On peut ainsi, pour un système de transmission en multiplexage de longueurs d'onde, augmenter la puissance des amplificateurs, et diminuer la distance entre répéteurs d'un système de transmission utilisant comme milieu de transmission la fibre optique de l'invention. Dans l'exemple de la figure, la dispersion chromatique vaut 8,8 ps/nm.km à 1550 nm, et est ainsi comprise entre les valeurs préférées de 7,5 à 10,0 ps/nm.km. Avantageusement, I'atténuation dans la fibre est suffisamment faible pour permettre une bonne câblabilité; pour cela, il est avantageux que la longueur d'onde Xs de la fibre soit supérieure ou égale à 1670 nm, ou, de façon équivalente, que l'atténuation provoquée par les courbures soit inférieure à 0,1 dB en dessous de cette valeur de longueur d'onde. L'invention peut être fabriquée par l'homme du métier à l'aide de techniques connues, comme le MCVD ou les autres techniques couramment utilisées pour la fabrication des fibres optiques. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes 1 O de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Ainsi, l'invention a été décrite dans son application préférée à la compensation de la dispersion dans les systèmes de transmission en multiplexage de longueurs d'ondes. Elle est aussi susceptible d'autres applications. 1 5 Le profil de la figure constitue un exemple permettant de mettre en oeuvre l'invention. D'autres profils peuvent aussi permettre d'atteindre les valeurs de pente et de dispersion proposées dans l'invention. REVENDICATIONS 1. Une fibre optique monomode à dispersion décalée, présentant une longueur d'onde X0, pour laquelle la dispersion chromatique est nulle, inférieure à 1500 nm et une aire effective supérieure ou égale à 1 00 F.m2. 2. La fibre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur d'onde kO pour laquelle la dispersion chromatique est nulle est comprise entre 1450 et 1500 nm, et de préférence voisine de 1480 nm. 3. La fibre selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle présente une dispersion chromatique comprise entre 7, 5 et 10 ps/nm.km pour une longueur d'onde de 1550 nm. 4. La fibre selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle présente une aire effective comprise entre 1 10 et 125 im2. 5. La fibre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle présente une atténuation inférieure ou égale à 0,1 dB à une longueur d'onde de 1670 nm, pour un enroulement de 1 00 tours de fibre autour d'un rayon de 30 mm. 6. La fibre selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle présente un profil d'indice avec un coeur en trapèze avec anneau. 7. La fibre selon la revendication 6, caractérisée en ce que le profil présente entre le trapèze et l'anneau une première partie en creux. 8. La fibre selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le profil présente entre l'anneau et la gaine une seconde partie en creux. 9. La fibre selon la revendication 6, 7 ou 8, caractérisée en ce que le trapèze présente une partie centrale dont la différence An1 avec l'indice de la gaine vaut de 0,75 % à 0,85 %. 10. La fibre selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que le trapèze présente une partie centrale s'étendant sur un rayon valant de 0, 2 à 0,5 fois le rayon total du trapèze. 11. La fibre selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que le trapèze s'étend sur un rayon valant de 2,75 à 2,85 j.m. 12. La fibre selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisée en ce que l'indice de la dite première partie en creux présente une différence An3 avec l'indice de la gaine valant de - 0,02 % à - 0,03 %. 13. La fibre selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisée en ce que la dite première partie en creux s'étend jusqu'à un rayon valant de 4,8 à 5,1 pIm. 14. La fibre selon l'une des revendications 6 à 13, caractérisée en ce que l'indice de l'anneau présente une différence An2 avec l'indice de la gaine qui vaut de 0,45 % à 0,52 %. 15. La fibre selon l'une des revendications 6 à 14, caractérisée en ce que l'anneau s'étend jusqu'à un rayon valant de 6,1 à 6,6 pm. 16. La fibre selon l'une des revendications 8 à 15, caractérisée en ce que l'indice de la dite seconde partie en creux présente une différence An4 avec l'indice de la gaine valant de - 0,02 % à - 0,03 %. 17. La fibre selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisée en ce que la seconde partie en creux s'étend jusqu'à un rayon valant de 12,4 à 13,1 gm.