Brevet FR2786343A1 — publié le 20000526

FIBRE DE COMPENSATION DE DISPERSION POUR SYSTEME DE TRANSMISSION A FIBRE OPTIQUE A MULTIPLEXAGE EN LONGUEUR D'ONDE EMPLOYANT UNE FIBRE DE LIGNE A DISPERSION DECALEE La présente invention concerne le domaine des transmissions par fibre optique, et plus particulièrement le domaine des transmissions à multiplexage en longueur d'onde à fibre de ligne à dispersion décalée. Pour des fibres optiques, on qualifie généralement le profil d'indice de réfraction en fonction de la courbe représentative des variations de l'indice de réfraction 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 de réfraction, défini par sa différence en valeur 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 i15 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 à multiplexage en longueur d'onde (ou dans la suite WDM, acronyme de l'anglais "Wavelength Division Multiplexing"), 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 ou peigne, 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. L'augmentation du débit unitaire de chaque canal rend encore plus nécessaire la compensation de la dispersion chromatique cumulée. Il a été proposé d'utiliser des fibres de compensation de dispersion (DCF, acronyme de "dispersion compensating fiber"), pour corriger la dispersion chromatique induite par une fibre de ligne à saut d'indice. Un tel usage d'une fibre de compensation de dispersion est mentionné dans L. Gr ner-Nielsen et autres, Large volume Manufacturing of dispersion compensating fibers, OFC'98 Technical Digest TuD5. Dans cet article, est proposée une fibre DCF présentant un coeur d'indice élevé, entouré d'une tranchée d'indice inférieur à celui de la gaine, et d'un anneau d'indice légèrement supérieur à celui de la gaine. Cette fibre présente à 1550 nm une dispersion de l'ordre de - 98 ps/nm.km et une pente de dispersion de l'ordre de - 0,2 ps/nm2.km. Elle présente en outre une atténuation d'une valeur de I'ordre de 0,50 dB/km. Un module de fibre d'une longueur d'un kilomètre permet de compenser la dispersion chromatique cumulée dans une longueur de fibre de ligne d'environ 6 km. La demanderesse commercialise sous la référence ASMF 200 une telle fibre de ligne monomode à saut d'indice présentant une longueur d'onde d'annulation de la dispersion chromatique entre 1300 et 1320 nm, et une dispersion chromatique de 3,5 ps/nm.km dans une plage de 1285-1330 nm, et de 18 ps/nm.km à 1550 nm. La pente de dispersion chromatique à 1550 nm est de l'ordre de 0,05 ps/nm2.km. Cette fibre est du genre de celle utilisée comme fibre de ligne dans l'article précité de L. Gr ner-Nielsen et autres. Sont apparues sur le marché des fibres à dispersion décalée, ou DSF (acronyme de l'anglais "Dispersion shifted fibers"). Ces fibres 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 pm pour laquelle la dispersion de la silice est sensiblement nulle, la dispersion chromatique de l'onde transmise est sensiblement nulle; c'est-à-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 préforme, 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 15.10-3; l'augmentation de l'indice dans la silice peut par exemple être obtenue en utilisant comme dopant du germanium. On appelle NZ-DSF (acronyme de l'anglais "non-zero dispersion shifted fibers") les fibres DSF pour lesquelles le zéro de dispersion chromatique est en dehors de la plage de longueur d'onde utilisée pour la transmission, typiquement en dehors de la plage de longueurs d'onde allant de 1520 à 1580 nm. rl T IT1i L'invention propose une solution au problème nouveau de la compensation de la dispersion dans des systèmes de transmission par fibre optique utilisant comme fibre de ligne de telles fibres à dispersion décalée. Elle repose sur la constatation que les valeurs classiques de dispersion et de pente de dispersion des fibres de compensation de dispersion du type de celle de l'art antérieur, décrit par exemple dans l'article précité de L. Gruner-Nielsen, sont mal adaptées à la compensation de la dispersion cumulée dans une fibre de ligne DSF ou NZ-DSF. L'invention propose une solution à ce problème nouveau. Elle assure une bonne transmission à multiplexage en longueur d'onde, sans induire d'atténuation importante, et en limitant les effets non-linéaires. Elle permet de compenser correctement non seulement la dispersion cumulée dans la fibre de ligne, mais aussi la pente de dispersion. L'invention s'applique particulièrement à des systèmes de transmissions utilisant des fibres NZ-DSF, utilisant des impulsions de type RZ, NRZ ou solitons. Plus précisément, l'invention propose un système de transmission à fibre optique à multiplexage en longueur d'onde, comprenant au moins une section de fibre de ligne monomode à dispersion décalée, et au moins une section de fibre monomode de compensation de dispersion présentant pour une longueur d'onde de 1550 nm une pente de dispersion entre - 0,8 et - 0,5 ps/nm2.km, et une dispersion chromatique entre - 130 ps/nm.km et - 90 ps/nm.km. Avantageusement, la fibre de ligne est sans zéro de dispersion chromatique dans la plage de longueurs d'onde du multiplex. Dans un mode de réalisation, la fibre de ligne présente une dispersion chromatique à 1550 nm comprise entre 2 et 6 ps/nm.km, et de préférence de l'ordre de 4 ps/nm.km. Dans un autre mode de réalisation, la fibre de ligne présente une pente de dispersion chromatique à 1550 nm comprise entre 0,06 et 0,08 ps/nm2. km, et de préférence de l'ordre de 0,075 ps/nm2.km. De préférence, la fibre de compensation de dispersion présente pour une longueur d'onde de 1550 nm une pente de dispersion chromatique entre - 0, 7 et - 0,6 ps/nm2.km. Avantageusement, la fibre de dispersion de compensation présente pour une longueur d'onde de 1550 nm une dispersion chromatique voisine de ps/nm.km. L'invention concerne aussi une fibre optique monomode présentant pour une longueur d'onde de 1550 nm une pente de dispersion entre - 0,8 et - 0,5 ps/nm2.km, et une dispersion chromatique entre - 130 ps/nm.km et ps/nm.km. Avantageusement, la fibre présente pour une longueur d'onde de 1550 nm une pente de dispersion chromatique entre - 0,7 et - 0,6 ps/nm2.km. De préférence, la fibre présente pour une longueur d'onde de 1550 nm une dispersion chromatique voisine de - 100 ps/nm.km. Dans un mode de réalisation, la fibre présente une gaine et un coeur dont le profil d'indice présente une partie centrale d'indice supérieur à celui de la gaine, un anneau d'indice supérieur à celui de la gaine et inférieur à celui de la partie centrale, et une tranchée d'indice inférieur à celui de la gaine entre la partie centrale et I'anneau. Dans ce cas, le profil d'indice présente de préférence entre l'anneau et la gaine une tranchée d'indice inférieur à celui de la gaine. La différence (An l) entre l'indice de la partie centrale du coeur et l'indice de la gaine peut être entre 20.10-3 et 30.10-3, et de préférence voisine de 25.10-3. Avantageusement, la partie centrale du coeur s'étend jusqu'à un rayon (rl) entre 1,15 et 1,25 j.m, et de préférence voisine de 1,2 pm. La différence (An3) entre l'indice de l'anneau du coeur et l'indice de la gaine peut être entre 0,5.10-3 et 1,5.10-3, et de préférence voisine de 1.10-3. Avantageusement, l'anneau présente une épaisseur (r3 - r2) entre 3,5 et 4,5 fois le rayon (rn) de la partie centrale, et de préférence voisine de quatre fois ce rayon. La différence (An2) entre l'indice de la tranchée située entre la partie centrale et l'anneau et l'indice de la gaine peut être entre - 4,5.10-3 et - 5,5.10-3, et de préférence voisine de - 5.10-3. Avantageusement, la tranchée située entre la partie centrale et l'anneau présente une épaisseur (r2 - rn) entre 2,5 et 3,5 fois le rayon (rn) de la partie centrale, et de préférence voisine de trois fois ce rayon. La différence (An4) entre l'indice de la tranchée située entre l'anneau et la gaine et l'indice de la gaine peut être entre - 0,1.10 -3 et - 0,5. 10-3 et de préférence voisine de - 0,3.10-3. Avantageusement, la tranchée située entre l'anneau et la gaine présente une épaisseur (r4 - r3) entre 0,8 et 1,2'fois le rayon (ri) de la partie centrale, et de preference voisine de ce rayon. 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 annexés, dont la figure unique montre un profil d'indice d'une fibre de compensation de dispersion selon l'invention. L'invention propose une nouvelle fibre de compensation de dispersion destinée à être utilisée dans un système de transmission à multiplexage en longueur d'onde avec une fibre de ligne à dispersion décalée, du type DSF, ou de préférence NZ-DSF. Une fibre à dispersion décalée NZ-DSF présente typiquement les caractéristiques suivantes: - dispersion à 1550 nm entre 2 et 6 ps/nm.km, par exemple de l'ordre de 4 ps/nm.km; - pente de dispersion à 1550 nm entre 0,06 et 0,08 ps/nm2.km, par exemple de I'ordre de 0,075 ps/nm2. km; - une longueur d'onde -0 d'annulation de la dispersion chromatique en dehors de la plage d'un multiplex de longueur d'onde, i. e. en dehors d'une plage de 1520 à 1580 nm. On obtient de la sorte dans la plage du multiplex une dispersion suffisamment élevée pour limiter les effets nonlinéaires comme le mélange à quatre ondes. La fibre de l'invention peut être utilisée pour compenser la dispersion dans un système de transmission à multiplexage de longueur d'onde utilisant comme fibre de ligne une telle fibre NZ-DSF. Elle est particulièrement adaptée pour les systèmes à haut débit, i. e. présentant un débit supérieur à 10 Gbit/s. Elle assure que la dispersion cumulée sur une liaison reste inférieure à 1000 ps. La fibre selon l'invention est une fibre optique monomode, qui présente pour une valeur de longueur d'onde de 1550 nm une pente de dispersion entre 0,8 et - 0,5 ps/nm2.km, et une dispersion chromatique entre - 130 ps/nm.km et ps/nm.km. Comme le montrent les exemples ci-dessous, ces valeurs sont adaptées à la compensation de la dispersion chromatique dans un système en WDM à fibre de ligne NZ-DSF. La valeur de la pente de dispersion chromatique est choisie de sorte à compenser la pente de dispersion chromatique d'une fibre à dispersion décalée, en même temps que l'on compense la dispersion chromatique de cette fibre. Une valeur inférieure à - 0,6 ps/nm2.km est appropriée. Cette valeur est supérieure en valeur absolue à la valeur de la pente de dispersion pour une fibre de dispersion de compensation classique. La figure unique montre un exemple de profil d'indice d'une fibre selon l'invention. La fibre présente un coeur avec une partie centrale en rectangle d'indice n i sensiblement constant et supérieur à celui nc de la gaine, pour des rayons inférieurs à rl. La différence An1 entre l'indice nl et l'indice nc de la gaine vaut dans l'exemple de la figure 25.10-3. Une valeur entre 20.10-3 et 30.10-3 est appropriée. Dans l'exemple, le rayon rn vaut 1,2 pm. Le rayon est plus généralement compris entre 1,15 et 1,25 pm. Autour de cette partie centrale, la fibre présente entre les rayons r2 et r3 un anneau d'indice n3 supérieur à celui de la gaine et inférieur à celui de la partie centrale du coeur. Dans le mode de réalisation de la figure, l'écart An3 entre l'indice de l'anneau et l'indice de la gaine vaut 1.10-3. Il est avantageusement compris entre 0,5.10-3 et 1,5.1 0-3. L'anneau présente une épaisseur voisine de quatre fois le rayon de la partie centrale du coeur. Selon l'invention, l'épaisseur r3 - r2 peut varier entre 3,5 et 4,5 fois le rayon r. L'anneau est séparé du coeur, entre les rayons rn et r2 par une tranchée d'indice inférieur à celui de la gaine; une différence An2 avec l'indice de la gaine de l'ordre de - 5.10-3 est appropriée. Plus généralement, une différence d'indice entre - 4,5.10-3 et - 5,5.10-3 convient. L'épaisseur r2 - rn de la tranchée est de l'ordre de 3 fois le rayon rn de la partie centrale du coeur. Une épaisseur comprise entre 2,5 et 3,5 fois le rayon de la partie centrale conviendrait. Entre l'anneau et la gaine, la fibre présente encore une tranchée d'indice inférieur à celui de,la gaine. Dans le mode de réalisation de la figure, cette tranchée présente une différence An4 avec l'indice de la gaine de 0,3.10-3, et une épaisseur r4 - r3 de l'ordre du rayon rn de la partie centrale du coeur. Des valeurs de la différence d'indice An4 entre 0,1.10-3 et - 0,5.10-3 et des valeurs de l'épaisseur entre 0, 8 et 1,2 fois le rayon de la partie centrale conviendraient. La présence de cette tranchée au voisinage de la gaine dépend du procédé de fabrication de la fibre, et on pourrait s'en passer. Le profil d'indice de la figure 1 permet d'obtenir les valeurs de dispersion et de pente de dispersion qui sont mentionnées dans la suite de la description. On donne maintenant un exemple d'utilisation de la fibre de l'invention pour compenser la dispersion dans un système de transmission à multiplexage en longueur d'onde avec de la fibre de ligne NZ-DSF. Dans cet exemple, le système de transmission comprend des sections de fibre de ligne à dispersion décalée présentant à 1550 nm une dispersion chromatique de l'ordre de + 4 ps/nm.km, et une pente de dispersion chromatique pour la même valeur de longueur d'onde de 0,075 ps/nm2.km. On peut utiliser pour cela une fibre du type de celle décrite dans US-A- 4 715 679. On utilise des sections de fibre de ligne de 80 km. On intercale entre les sections de fibre de ligne des sections de fibre de compensation de dispersion selon l'invention, avec une dispersion de l'ordre de - 128 ps/nm.km à 1550 nm, et une pente de dispersion de l'ordre de - 0,7 ps/nm2.km; chaque section présente une longueur de 3,5 km. Dans ce cas, on obtient après 83,5 km de propagation les valeurs suivantes de dispersion (DC, en ps/nm.km), de pente de dispersion chromatique (pente de DC, en ps/nm2.km) pour différentes valeurs de longueurs d'onde: à 1525 nm: fibre DSF de ligne: + 2,12 fibre DCF: - 112 DC résultante des deux fibres: - 2,7 pente de DC résultante des deux fibres: + 0,045 à 1550 nm: fibre DSF de ligne: + 4 fibre DCF: - 128 DC résultante des deux fibres: 1,53 pente de DC résultante des deux fibres: + 0,04 à 1575 nm: fibre DSF de ligne: + 5, 87 fibre DCF: - 148 DC résultante des deux fibres - 0,57 pente de DC résultante des deux fibres: + 0, 035 à 1600 nm: fibre DSF de ligne: + 7,75 fibre DCF: - 170 DC résultante des deux fibres: +0,3 pente de DC résultante des deux fibres: + 0,03 Cet exemple montre que la fibre de l'invention permet de compenser la dispersion chromatique dans le système de transmission. L'invention permet en outre de maintenir une faible valeur d'atténuation résultante, du fait notamment de la faible longueur de fibre de compensation de dispersion utilisée. Les fibres utilisées selon l'invention peuvent facilement être fabriquées par I'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, I'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits. On peut notamment utiliser d'autres profils de fibre que celui de la figure pour obtenir une fibre permettant la compensation dans un système WDM à fibre de ligne DSF ou NZ-DSF. REVENDICATIONS 1. Un système de transmission à fibre optique à multiplexage en longueur d'onde, comprenant au moins une section de fibre de ligne monomode à dispersion décalée, et au moins une section de fibre monomode de compensation de dispersion présentant pour une longueur d'onde de 1550 nm une pente de dispersion entre - 0,8 et - 0,5 ps/nm2.km, et une dispersion chromatique entre - ps/nm.km et - 90 ps/nm.km. 2. Le système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fibre de ligne est sans zéro de dispersion chromatique dans la plage de longueurs d'onde du multiplex. 3. Le système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la fibre de ligne présente une dispersion chromatique à 1550 nm comprise entre 2 et 6 ps/nm.km, et de préférence de l'ordre de 4 ps/nm.km. 4. Le système selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la fibre de ligne présente une pente de dispersion chromatique à 1550 nm comprise entre 0,06 et 0,08 ps/nm2.km, et de préférence de l'ordre de 0,075 ps/nm2.km. 5. Le système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fibre de compensation de dispersion présente pour une longueur d'onde de 1550 nm une pente de dispersion chromatique entre - 0,7 et - 0,6 ps/nm2.km. 6. Le système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la fibre de dispersion de compensation présente pour une longueur d'onde de 1550 nm une dispersion chromatique voisine de - 100 ps/nm.km. 7. Une fibre optique monomode présentant pour une longueur d'onde de 1550 nm une pente de dispersion entre - 0,8 et - 0,5 ps/nm2.km, et une dispersion chromatique entre - 130 ps/nm.km et - 90 ps/nm.km. % X l-Fr 8. La fibre selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle présente pour une longueur d'onde de 1550 nm une pente de dispersion chromatique entre - 0,7 et - 0,6 ps/nm2.km. 9. La fibre selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce qu'elle présente pour une longueur d'onde de 1550 nm une dispersion chromatique voisine de - 1 00 ps/nm.km. 10. La fibre selon l'une des revendications 7, 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle présente une gaine et un coeur dont le profil d'indice présente une partie centrale d'indice supérieur à celui de la gaine, un anneau d'indice supérieur à celui de la gaine et inférieur à celui de la partie centrale, et une tranchée d'indice inférieur à celui de la gaine entre la partie centrale et l'anneau. 11. La fibre selon la revendication 10, caractérisée en ce que le profil d'indice présente entre l'anneau et la gaine une tranchée d'indice inférieur à celui de la gaine. 12. La fibre selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que la différence (An1) entre l'indice de la partie centrale du coeur et l'indice de la gaine est entre 20.10-3 et 30.10-3, et de préférence voisine de 25.10-3. 13. La fibre selon la revendication 10, 11 ou 12, caractérisée en ce que la partie centrale du coeur s'étend jusqu'à un rayon (rj) entre 1,15 et 1,25 ptm, et de préférence voisine de 1,2 pim. 14. La fibre selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que la différence (An3) entre l'indice de l'anneau du coeur et l'indice de la gaine est entre 0,5.10-3 et 1,5.1 0-3, et de préférence voisine de 1.10-3. 15. La fibre selon l'une des revendications 10 à 14, caractérisée en ce que l'anneau présente une Épaisseur (r3 - r2) entre 3,5 et 4,5 fois le rayon (rl) de la partie centrale, et de préférence voisine de quatre fois ce rayon. 16. La fibre selon l'une des revendications 10 à 1 5, caractérisée en ce que la différence (An2) entre l'indice de la tranchée située entre la partie centrale et l'anneau et l'indice de la gaine est entre - 4,5.10-3 et - 5, 5.10-3, et de préférence voisine de - 5.1 0-3. 1 7. La fibre selon l'une des revendications 10 à 16, caractérisée en ce que la tranchée située entre la partie centrale et l'anneau présente une épaisseur (r2 - rl) entre 2,5 et 3,5 fois le rayon (rl) de la partie centrale, et de préférence voisine de trois fois ce rayon. 18. La fibre selon l'une des revendications 1 1à 17, caractérisée en ce que la différence (An4) entre l'indice de la tranchée située entre l'anneau et la gaine et l'indice de la gaine est entre - 0,1. 10-3 et - 0,5.10-3 et de préférence voisine de - 0,3.10-3. 19. La fibre selon l'une des revendications 1 1à 18, caractérisée en ce que la tranchée située entre l'anneau et la gaine présente une épaisseur (r4 r3) entre 1 5 0,8 et 1,2 fois le rayon (rn) de la partie centrale, et de préférence voisine de ce rayon. T[-- F T