Brevet FR2788138A1 — publié le 20000707

FIBRE OPTIQUE A FAIBLE PENTE DE DISPERSION CHROMATIQUE La présente invention concerne le domaine des transmissions par fibre optique, et plus particulièrement le domaine des transmissions à multiplexage en longueur d'onde. Pour des fibres optiques, on qualifie généralement le profil d'indice de réfraction en fonction de l'allure du graphe de la fonction qui au rayon associe l'indice de réfraction. 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 absolue ou en pour cent par rapport à l'indice de la gaine de la fibre. 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. Dans les nouveaux réseaux de transmission à hauts débits et multiplexés en longueur d'onde, il est avantageux de gérer la dispersion chromatique, notamment pour des débits supérieurs ou égaux à 10 Gbit/s; I'objectif est d'obtenir, pour toutes les valeurs de longueur d'onde du multiplex, une dispersion chromatique cumulée sensiblement nulle sur la liaison, de sorte à limiter l'élargissement des impulsions. Une valeur cumulée de quelques centaines de ps/nm pour la dispersion est acceptable. Il est aussi intéressant d'éviter au voisinage des longueurs d'onde utilisées dans le système les valeurs nulles de la dispersion chromatique, pour lesquelles les effets non-linéaires sont plus importants. On utilise donc de préférence des fibres appelées NZ-DSF (acronyme de l'anglais "non zero DSF") 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. En outre, I'utilisation de ces fibres pour des systèmes à multiplexage en longueur d'onde conduit à rechercher une pente de dispersion chromatique faible, de sorte à conserver des caractéristiques de propagation similaires pour les différents canaux. De ce point de vue, la valeur de référence pour la pente de dispersion chromatique est de 0,075 ps/nm2.km. Richard Lundin, Dispersion Flattening in a W fiber, Applied Optics vol. 33 no 6, pp. 1011-1014 (1994) décrit un procédé permettant d'obtenir une dispersion plate dans des fibres monomodes à double gaine. Le procédé est appliqué aux fibres présentant un profil d'indice avec un coeur en rectangle et anneau d'indice inférieur à celui de la gaine et permet d'obtenir une valeur moyenne de la dispersion de 0,9 ps/km.nm dans la plage de longueurs d'onde de 1250 nm à 1600 nm, avec une longueur d'onde de coupure de 1250 nm. Ce document indique simplement que le fait de maintenir à un niveau faible la dispersion chromatique permet de limiter l'élargissement des impulsions. Y. Li et C.D. Hussey, Triple-clad single mode fibers for dispersion flattening, Optical Engineering, vol. 33 no 12, pp. 3999-4005 (1994) décrit l'intérêt des fibres à dispersion plate pour les systèmes de transmission à multiplexage en longueur d'onde, avec une annulation de la dispersion chromatique à 1300 et 1550 nm. Ce document propose une optimisation des fibres à triple gaine pour obtenir une dispersion plate, avec des zéros de dispersion chromatique à 1300 et 1550 nm, des pertes intrinsèques faibles, et une bonne sensibilité à la courbure. La longueur d'onde de coupure pour le second mode est à 1250 nm. Les fibres obtenues présentent un coeur d'indice supérieur à celui de la gaine externe, une première gaine d'indice inférieur à celui de la gaine externe, et une deuxième gaine d'indice supérieur à celui de la gaine externe. Les pertes induites par un enroulement de la fibre sur un rayon de 5 cm sont inférieures à 2,4 dB/km, et la dispersion est inférieure à 3 ps/nm.km dans la plage de longueur d'onde entre 1300 et 1550 nm. EP-A-0 368 014 décrit une autre fibre présentant le même type de profil. Elle présente entre 1280 et 1560 nm une dispersion chromatique inférieure ou égale à 3,5 ps/nm.km, et une sensibilité à la courbure inférieure à 10-6 dB/m pour un rayon de 5 cm. EP-A-0 131 634 décrit encore une fibre présentant le même type de profil. Cette fibre présente une dispersion chromatique avec trois zéros de dispersion, et des valeurs opposées des maxima et minima relatifs de la dispersion entre les zéros. P.K. Bachmann, Worldwide status of dispersion-modified single mode fibres, Philips J. Res.42, 435-450, (1987) propose une revue des fibres à dispersion plate et à dispersion décalée (DSF). L'auteur conclut sur la nécessité de diminuer les pertes induites par courbure des fibres. L'invention propose une fibre qui présente des caractéristiques appropriées pour une utilisation dans des systèmes de transmission à multiplexage en longueur d'ondes, sans induire d'atténuation importante, et en limitant les effets non-linéaires. L'invention s'applique à des systèmes de transmissions en multiplex de longueur d'onde à impulsions de toute nature, et notamment à impulsions RZ ou NRZ. Plus précisément, l'invention propose une fibre optique monomode à dispersion décalée, qui présente, dans une plage de longueur d'ondes de 1400 à 1650 nm, un maximum de la dispersion chromatique et une pente de dispersion chromatique en valeur absolue inférieure à 0,05 ps/nm2.km. Dans un mode de réalisation, le maximum est unique dans la plage de longueurs d'onde de 1400 à 1650 nm. De préférence, la fibre présente une valeur de dispersion chromatique positive au dit maximum. Dans ce cas, le maximum est avantageusement atteint pour une longueur d'onde entre 1530 et 1580 nm. La fibre peut présenter un zéro de dispersion chromatique pour une longueur d'onde inférieure à 1450 nm. Elle présente aussi avantageusement un zéro de dispersion chromatique pour une longueur d'onde supérieure à 1600 nm. Dans un autre mode de réalisation, la fibre présente une valeur de dispersion chromatique négative au dit maximum. Dans ce cas, le maximum est de préférence atteint pour une longueur d'onde entre 1480 et 1520 nm. La fibre peut en outre présenter dans la plage de longueurs d'onde de 1530 à 1580 une pente de dispersion chromatique positive. Dans un mode de réalisation, la fibre présente dans la plage de longueurs d'onde de 1530 à 1580 une pente de dispersion chromatique négative. Dans un autre mode de réalisation, la fibre présente dans la plage de longueurs d'onde de 1530 à 1580 une pente de dispersion chromatique inférieure en valeur absolue à 0.03 ps/nm2.km. Avantageusement, la fibre présente pour une longueur d'onde de 1300 nm une pente de dispersion chromatique inférieure en valeur absolue 7 ps/nm. km. Dans un mode de réalisation, la fibre présente un profil d'indice avec un coeur de fibre et une gaine, le coeur comprenant une partie centrale d'indice (nl) supérieur à celui (ns) de la gaine de la fibre, une partie annulaire d'indice (n2) inférieur à celui de la gaine autour de ladite partie centrale, et un anneau d'indice (n3) supérieur à celui de la gaine autour de la dite partie annulaire. La fibre peut en outre présenter autour du dit anneau une autre partie annulaire d'indice (n4) inférieur à celui de la gaine. Avantageusement, la différence des indices de la partie centrale et de la partie annulaire est comprise entre 13.10-3 et 17.10-3. De préférence, la différence (An2) entre l'indice (n2) de la partie annulaire et l'indice (ns) de la gaine est comprise entre -8.10-3 et -6.10-3. Dans un mode de réalisation, la différence (An3) entre l'indice (n3) de l'anneau et l'indice (ns) de la gaine est comprise entre 3.10-3 et 6.103. Avantageusement, le rayon (al) de la partie centrale est inférieur ou égal à 1 5 3 pm. De préférence, le rapport (a2 - al)/al entre l'épaisseur de la partie annulaire et le rayon de la partie centrale est compris entre 0,8 et 1,2. Dans un mode de réalisation, le rapport (a3 - a2)/al entre l'épaisseur de l'anneau et le rayon de la partie centrale est compris entre 0,3 et 0,7. On peut aussi prévoir que la différence (An4) entre l'indice (n4) de l'autre partie annulaire et l'indice (ns) de la gaine est comprise entre 0,5.10-3 et -0,1.10-3. L'invention propose en outre l'utilisation d'une telle fibre pour des systèmes de transmission à multiplexage en longueur d'ondes. 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 uniquement, et en référence aux dessins, qui montrent - figure 1, un exemple de profil d'indice d'une fibre selon l'invention; - figure 2, un autre exemple de profil d'indice d'une fibre selon l'invention. L'invention propose une fibre optique monomode à dispersion décalée, qui présente, dans une plage de longueur d'ondes de 1400 à 1650 nm, un maximum de la dispersion chromatique, et une pente de dispersion chromatique en valeur absolue inférieure à 0,05 ps/nm2.km. Avantageusement, le maximum de la dispersion chromatique est unique dans cette plage de longueurs d'onde. La dispersion chromatique peut présenter une valeur positive ou négative pour ce maximum. Si la dispersion chromatique présente en son maximum une valeur positive, la fibre peut présenter un zéro de dispersion chromatique de part et d'autre du maximum. La position du maximum de la dispersion est alors de préférence choisie dans la plage de longueurs d'onde du multiplex, ou entre 1530 et 1 580 nm. Avantageusement, la dispersion chromatique s'annule une première fois pour une valeur de longueur d'onde inférieure b 1450 nm. Elle peut s'annuler une seconde fois pour une valeur de longueur d'onde supérieure à 1600 nm. Dans ce i15 cas, la fibre est NZ-DSF, i.e. ne présente pas de zéros de dispersion dans la plage de longueurs d'onde du peigne, entre 1530 et 1580 nm, et est particulièrement adaptée à être utilisée pour des systèmes de transmission à multiplexage en longueur d'onde. Les valeurs non nulles de la dispersion permettent de limiter les effets non linéaires, comme par exemple le mélange à quatre ondes. Si la dispersion chromatique présente une valeur négative en son maximum, la position de ce maximum est avantageusement choisie de sorte que dans la plage de longueur d'onde du multiplex, la dispersion chromatique et la pente de dispersion chromatique soient négatives. Ainsi, si l'on choisit un maximum de la dispersion chromatique entre 1480 et 1520 nm, de préférence voisin de 1500 nm, on peut obtenir une dispersion chromatique négative et une pente de dispersion négative dans la plage du multiplex. L'avantage dans ce cas est qu'il est possible dans le système de transmission d'utiliser pour la compensation de la dispersion une fibre à saut d'indice avec une pente de dispersion positive, et une dispersion positive. Il n'est alors pas nécessaire d'utiliser une fibre de compensation de dispersion fortement atténuante et présentant un faible diamètre de mode; une telle gestion de la dispersion chromatique est décrite dans la demande de brevet déposée par la demanderesse le même jour que la présente demande, sous le titre "Système de transmission à fibre optique à multiplexage en longueur d'onde ". Il y est proposé d'utiliser comme fibre de ligne de la fibre à faible pente, avec une dispersion chromatique comprise en valeur absolue entre 3 et 5,5 ps/nm. km dans une plage de longueur d'onde de 1530 à 1600 nm, et une pente de dispersion chromatique inférieure en valeur absolue à 0,04 ps/nm2.km dans une plage de longueur d'onde de 1530 à 1600 nm. On pourrait aussi choisir une dispersion chromatique négative et une pente de dispersion chromatique positive dans la plage de longueurs d'onde du multiplex, ou encore une dispersion chromatique positive et une pente de dispersion chromatique négative dans la plage de longueurs d'onde du multiplex. En tout état de cause, les faibles valeurs de la pente de dispersion assurent que les canaux du multiplex sont transmis sans différences sensibles des caractéristiques de transmission. En outre, ces valeurs de la pente de dispersion assurent que la fibre de l'invention présente aussi autour de 1300 nm des valeurs de dispersion faibles, et peut ainsi être utilisée aussi autour de cette valeur de longueur l 5 d'onde. De préférence, la fibre de l'invention présente aussi dans la plage du multiplex une pente de dispersion chromatique inférieure en valeur absolue à 0,03 ps/nm2.km. Une telle valeur présente l'avantage de limiter les distorsions entre les différents canaux du peigne. La fibre présente de préférence une dispersion chromatique faible à 1300 nm, et typiquement une dispersion chromatique inférieure en valeur absolue à 7 ps/nm.km. Les autres caractéristiques de propagation de la fibre de l'invention peuvent être choisies dans les plages de valeurs classiques pour des fibres NZ-DSF, par exemple: -atténuation inférieure à 0,25 dB/km; - pertes par courbure inférieures à 0,5 dB/km pour un enroulement autour d'un rayon de 30 mm; - aire effective de l'ordre de 50 im2. On donne maintenant un exemple de réalisation de l'invention, en référence à la figure 1, qui montre un exemple de profil d'indice d'une fibre selon l'invention. Le profil d'indice de la figure 1 est un profil d'indice en rectangle avec anneau. Ce profil présente, en partant du centre de la fibre vers la gaine, une partie centrale d'indice ni sensiblement constant, jusqu'à un rayon al. L'indice ni est supérieur à l'indice ns de la silice de la gaine. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la différence Ani entre l'indice ni et l'indice de la gaine vaut 10.10-3, et le rayon al vaut 2,7 p.m. Autour de cette partie centrale en rectangle d'indice supérieur à celui de la gaine, la fibre de l'invention présente une partie annulaire enterrée, d'indice n2 inférieur à celui de la gaine, entre les rayons al et a2. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la différence An2 entre l'indice n2 et l'indice de la gaine vaut -6.10-3, et la partie enterrée s'étend sur une épaisseur de 2,7 p.m. La fibre présente autour de la partie enterrée un anneau d'indice n3, supérieur à celui de la gaine, entre des rayons a2 et a3. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la différence An3 entre l'indice n3 de l'anneau et l'indice de la gaine vaut 3,2.10-3, et l'anneau présente une épaisseur de 1,35 p.m de sorte que le rayon a3 vaut 6,75 p.m. Ce choix de profil d'indice assure que la pente de la dispersion chromatique reste inférieure à 0,05 ps/nm2.km entre 1300 et 1600 nm. Plus précisément, la dispersion chromatique dans cet exemple présente une valeur maximale de - 0,6 ps/nm.km pour une valeur de longueur d'onde de 1500 nm. La fibre de la figure 1 présente les valeurs suivantes de dispersion chromatique, en ps/nm.km: 1450 nm 1500 nm 1550 nm 1600 nm -0,7 -0,6 -0,95 -1,8 Dans l'exemple de la figure, le maximum de la dispersion chromatique est atteint pour une valeur négative de la dispersion, et la dispersion chromatique est négative dans la plage de longueurs d'onde du multiplex. La figure 2 montre un autre exemple de profil d'indice selon l'invention. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le profil d'indice est un profil en rectangle avec anneau, comme à la figure 1, mais avec en outre une partie enterrée autour de l'anneau. Ce profil présente, en partant du centre de la fibre vers la gaine, une partie centrale d'indice ni sensiblement constant, jusqu'à un rayon al. L'indice ni est supérieur à l'indice ns de la silice de la gaine. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la différence An1 entre l'indice ni et l'indice de la gaine vaut 10.10-3. Autour de cette partie centrale en rectangle d'indice supérieur à celui de la gaine, la fibre de la figure 2 présente une partie annulaire enterrée, d'indice n2 inférieur à celui de la gaine, entre les rayons al et a2. Dans le mode de réalisation de la figure, la différence An2 entre l'indice n2 et l'indice de la gaine vaut -6.10-3. La fibre présente autour de la partie enterrée un anneau d'indice n3, supérieur à celui de la gaine, entre des rayons a2 et a3. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la différence An3 entre l'indice n3 de l'anneau et l'indice de la gaine vaut5.10-3. Autour de l'anneau, la fibre présente encore une partie enterrée entre des rayons a3 et a4, d'indice n4 inférieur à l'indice de la gaine, et supérieur à l'indice de la partie enterrée s'étendant entre le rectangle et l'anneau. Dans l'exemple de la figure 2, la différence An4 entre l'indice n3 de l'anneau et l'indice de la gaine vaut -0,3.10-3. Les rayons possibles pour ces valeurs d'indice vérifient avantageusement les relations suivantes a2 = 2.al a3 = 5.al/2 a4 = 9.al/2 Pour ces relations entre les rayons, et pour différentes valeurs du rayon al de la partie en rectangle, on trouve les valeurs de dispersion chromatique données dans le tableau suivant, en ps/nm.km: 1450nm 1500nm 1550nm 1600nm 1650nm al = 2,8 pm 0,6 1,2 1,3 1,1 0,7 al = 2,9pm 3,9 4,9 5,5 5,8 5,7 Dans un cas comme dans l'autre, on trouve des valeurs de dispersion positives dans la plage de 1450 à 1650 nm, et un maximum de la dispersion dans cette plage. On peut aussi choisir d'autres valeurs d'indice que celles données en exemple à la figure 2. Pour des valeurs d'indice suivantes Ani = 10.10-3 An2 = -7.10-3 An3 = 5.10-3 An4 = - 0,3.10-3 on trouve les valeurs de dispersion données dans le tableau suivant, en ps/nm.km, pour différentes valeurs du rayon al: 1450 nm 1500 nm 1550n m 1600nm 1650 nm al = 2,8.m 0,8 1 0,7 -0,1 -1,3 a 1 = 2,9 pLm 4,2 5, 1 5,5 5,3 4,7 Dans le premier cas, le maximum est atteint autour de 1500 nm, et les valeurs de dispersion sont positives, puis négatives. Dans le deuxième cas, le maximum est atteint autour de 1550 nm, et les valeurs de dispersion sont positives dans la plage du peigne. Pour des valeurs d'indice de Ani = 10.10-3 An2 = -7.10-3 An3 = 3.10-3 An4 = - 0,3.10-3 on trouve les valeurs de dispersion données dans le tableau suivant, en ps/nm.km, pour différentes valeurs du rayon al: 1450nm 1500 nm 1550 nm 1600 nm 1650 nm al = 2,8 pm 3,8 5 4 ai = 2,9 p.m 7,3 8,5 9,4 9,3 Le maximum est atteint autour de 1550 nm dans le premier cas et autour de 1600 nm dans le second cas. Dans tous les cas, ces exemples de fibre permettent de mettre en oeuvre l'invention. De façon générale, l'invention peut être obtenue grâce à une combinaison des caractéristiques suivantes: 13.10-3 exemples, (a2 - a l)/a 1 vaut 1 et (a3 - a2)/al 1 vaut 0,5. 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, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. Le profil de la figure, et les autres profils donnés dans la description ne constituent que des exemples 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. Dans la description qui précède, on a considéré les valeurs de la dispersion chromatique dans la plage de longueurs d'onde de 1400 à 1650 nm. La présence d'un maximum de dispersion dans cette plage ne préjuge pas des variations de la dispersion en dehors de la plage. "11 REVENDICATIONS 1. Une fibre optique monomode à dispersion décalée, qui présente, dans une plage de longueur d'ondes de 1400 à 1650 nm, un maximum de la dispersion chromatique et une pente de dispersion chromatique en valeur absolue inférieure à 0,05 ps/nm2.km. 2. La fibre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le maximum est unique dans la plage de longueurs d'onde de 1400 à 1650 nm. 3. La fibre selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle présente une valeur de dispersion chromatique positive au dit maximum. 4. La fibre selon la revendication 3, caractérisée en ce que le dit maximum est atteint pour une longueur d'onde entre 1530 et 1580 nm. 5. La fibre selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce qu'elle présente un zéro de dispersion chromatique pour une longueur d'onde inférieure à 1450 nm. 6. La fibre selon la revendication 3, 4 ou 5, caractérisée en ce qu'elle présente un zéro de dispersion chromatique pour une longueur d'onde supérieure à 1600 nm. 7. La fibre selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle présente une valeur de dispersion chromatique négative au dit maximum. 8. La fibre selon la revendication 7, caractérisée en ce que le dit maximum est atteint pour une longueur d'onde entre 1480 et 1520 nm. 9. La fibre selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle présente dans la plage de longueurs d'onde de 1530 à 1580 une pente de dispersion chromatique positive. 10. La fibre selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle présente dans la plage de longueurs d'onde de 1530 à 1580 une pente de dispersion chromatique négative. 11. La fibre selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle présente dans la plage de longueurs d'onde de 1530 à 1580 une pente de dispersion chromatique inférieure en valeur absolue à 0.03 ps/nm2.km. 12. La fibre selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle présente pour une longueur d'onde de 1300 nm une pente de dispersion chromatique inférieure en valeur absolue 7 ps/nm.km. 13. La fibre selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle présente un profil d'indice avec un coeur de fibre et une gaine, le coeur comprenant une partie centrale d'indice (ni) supérieur à celui (ns) de la gaine de la fibre, une partie annulaire d'indice (n2) inférieur à celui de la gaine autour de ladite partie centrale, et un anneau d'indice (n3) supérieur à celui de la gaine autour de la dite partie annulaire. 14. La fibre selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle présente en outre autour du dit anneau une autre partie annulaire d'indice (n4) inférieur à celui de la gaine. 15. La fibre selon la revendication 13 ou 14, caractérisée en ce que la différence des indices de la partie centrale et de la partie annulaire est comprise entre 13.10-3 et 17.10-3. 16. La fibre selon la revendication 13, 14 ou 15, caractérisée en ce que la différence (An2) entre l'indice (n2) de la partie annulaire et l'indice (ns) de la gaine est comprise entre -8.10-3 et -6.10-3. 1 7. La fibre selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisée en ce que la différence (An3) entre l'indice (n3) de l'anneau et l'indice (ns) de la gaine est comprise entre 3.10-3 et 6.10-3. 18. La fibre selon l'une des revendications 13 à 17, caractérisée en ce que le rayon (al) de la partie centrale est inférieur ou égal à 3 p.m. 19. La fibre selon l'une des revendications 13 à 18, caractérisée en ce que le rapport (a2 - al)/al entre l'épaisseur de la partie annulaire et le rayon de la partie centrale est compris entre 0,8 et 1,2. 20. La fibre selon l'une des revendications 13 à 19, caractérisée en ce que le rapport (a3 - a2)/al entre l'épaisseur de l'anneau et le rayon de la partie centrale est compris entre 0,3 et 0,7. 21. La fibres selon l'une des revendications 14 à 20, caractérisée en ce que la différence (An4) entre l'indice (n4) de l'autre partie annulaire et l'indice (ns) de la gaine est comprise entre - 0,5.10-3 et - 0,1.10-3. 22. Utilisation de la fibre selon l'une des revendications précédentes pour des systèmes de transmission à multiplexage en longueur d'ondes.