Brevet FR2801685A1 — publié le 20010601

FIBRE OPTIQUE A DISPERSION CHROMATIQUE DECALEE POUR SYSTEMES DE TRANSMISSION A FIBRE OPTIQUE A MULTIPLEXAGE EN LONGUEURS D'ONDE La présente invention concerne le domaine des transmissions par fibre optique, et plus particulièrement le domaine des transmissions en multiplexage de longueurs d'onde à fibre de ligne à dispersion chromatique décalée. Pour des fibres optiques, on qualifie généralement le profil d'indice en fonction de l'allure du graphe de la fonction qui associe au rayon de la fibre l'indice de réfraction. On représente de façon classique sur les abscisses la distance r au centre de la fibre, et sur les ordonnées la différence entre l'indice de réfraction et l'indice de réfraction de la gaine de la fibre. On parle ainsi de profil d'indice en "échelon", en "trapèze" ou en "triangle" pour des graphes 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. Pour utiliser une fibre dans un système de transmission, et notamment dans un système de transmission à multiplexage en longueurs d'onde, il est intéressant que la fibre dispose d'une grande surface effective dans la plage de longueurs d'onde du multiplex. Une grande surface effective permet de limiter la densité de puissance dans la fibre, à puissance totale constante, et de limiter ou éviter les effets non- linéaires indésirables. Pour les systèmes à haut débit, il est aussi utile que la fibre assure une propagation monomode des canaux du multiplex. ITU-T G 650 donne une définition de la longueur d'onde de coupure en câble. La longueur d'onde de coupure théorique de la fibre est généralement supérieure de plusieurs centaines de nanomètres à la longueur d'onde de coupure en câble. Il apparaît en fait que la propagation dans une fibre optique peut être monomode, même si la longueur d'onde de coupure théorique est supérieure à la longueur d'onde des signaux utilisés: de fait, au-delà d'une distance de quelques mètres ou dizaines de mètres, qui est faible devant les distances de propagation dans les systèmes de transmission à fibre optique, les modes secondaires disparaissent du fait d'un affaiblissement trop important. La propagation dans le système de transmission est alors monomode. Il est aussi important que la fibre présente une sensibilité aussi faible que possible aux courbures et aux microcourbures. On évalue la sensibilité aux courbures comme expliqué dans la recommandation ITU-T G. 650, en mesurant l'atténuation provoquée par l'enroulement de 100 tours d'une fibre autour d'une bobine de rayon 30 mm. La sensibilité aux microcourbures est mesurée de façon connue en soi; on peut comme dans la suite la mesurer par rapport à une fibre telle que la fibre commercialisée par la demanderesse sous la référence ASMF 200. Dans les nouveaux réseaux de transmission à hauts débits et multiplexés en longueurs d'onde, il est avantageux de limiter la pente de dispersion chromatique dans la plage de longueurs d'onde du multiplex; I'objectif est de minimiser au cours de la transmission les distorsions entre les canaux du multiplex. 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 rm pour laquelle la dispersion de la silice est sensiblement nulle, la dispersion chromatique 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. On qualifie de NZ-DSF (acronyme de l'anglais "non-zero dispersion shifted fibers") des fibres à dispersion décalée, présentant une dispersion chromatique non-nulle pour les longueurs d'onde auxquelles elles sont utilisées. La valeur non-nulle de la dispersion chromatique permet de limiter les effets non-linéaires dans la fibre, et notamment le mélange à quatre ondes entre les canaux du multiplex. Le problème des fibres DSF, tel qu'expliqué dans EP-A-0 859 247 est que la pente de dispersion chromatique croît généralement lorsque la surface effective augmente. EP-A-0 859 247 décrit des fibres DSF à profil en anneau, et explique qu'il existe pour de telles fibres une plage dans laquelle la surface effective et la pente de dispersion chromatique présentent des sens de variation différents. Les fibres données à titre d'exemple présentent une dispersion chromatique négative entre -4,5 et -1,0 ps/(nm.km). Elles présentent une longueur d'onde de coupure supérieure à 1500 nm, pour une longueur de fibre de 2 m. Le document précise que cette valeur élevée de longueur d'onde de coupure n'est pas gênante dans la mesure o la longueur d'onde de coupure diminue avec la distance de propagation, et qu'une propagation monomode est assurée pour des distances de transmission de l'ordre de 1000 km. Y. Yokohama et autres, dans l'article " Practically feasible dispersion flattened fibers produced byVAD technique," ECOC'98 (pl31-132), proposent encore d'obtenir une surface effective de l'ordre de 50 pIm2 et une pente de dispersion chromatique de l'ordre de 0,026 ps/(nm2.km) en repoussant la longueur d'onde de coupure au-delà de 1550 nm. P. Nouchi, dans l'article "Maximum effective area for non-zero dispersion- shifted fiber", OFC'98 ThK3 propose une étude comparée de la surface effective maximale pour différents profils de fibres, en fonction des pertes par courbures, pour des valeurs de dispersion et de pente de dispersion fixes. Cet article montre notamment que les fibres à profil coaxial avec anneau, ou coaxial présentent toutes choses égales par ailleurs des valeurs de surface effective plus importantes. Mais ce type de profil n'est pas de fabrication aisée, notamment du fait de la partie centrale du profil d'indice présentant un indice inférieur ou égal à celui de la gaine. La société Lucent propose sous l'appellation TrueWave/RS une fibre présentant les caractéristiques suivantes: longueur d'onde k0: 1468 nm; pente de dispersion chromatique à 1550 nm: 0,045 ps/(nm2.km); dispersion chromatique à 1550 nm: 3,7 ps/(nm.km); diamètre de mode à 1550 nm: 8,4 pm; surface effective à 1550 nm: 55 pm2. La société Corning vend sous la marque LEAF des fibres NZ-DSF présentant à 1550 nm une surface effective de 72 J1m2, une pente de dispersion chromatique de l'ordre de 0,08 à 0,09 ps/(nm2.km); la dispersion chromatique s'annule à environ 1500 nm. L'invention propose une fibre optique susceptible d'être mise en câble, et qui présente un compromis avantageux entre la surface effective et la pente de dispersion chromatique, notamment du fait du choix de la longueur d'onde de coupure, et qui soit de fabrication aisée. Plus précisément, l'invention a pour objet une fibre optique monomode en câble, caractérisée par le fait qu'elle présente un profil d'indice en forme d'échelon avec anneau en ayant, pour une longueur d'onde de 1550 nm - une surface effective supérieure ou égale à 60 km2; - une dispersion chromatique comprise entre 3 et 14 ps/(nm.km); - une pente de dispersion chromatique entre 0 et 0,1 ps/(nm2.km); - un rapport entre la surface effective et la pente de dispersion chromatique supérieur à 900 pLm2.nm2.km/ps. De préférence, la fibre selon l'invention présente une dispersion chromatique à 1550 nm entre 5 et 11 ps/(nm.km), et/ou une pente de dispersion inférieure à 0,07 ps/(nm2.km). De préférence, la fibre selon l'invention présente un rapport entre la surface effective et la pente de dispersion chromatique supérieur ou égal à 1000 ptm2.nm2.km/ps. Ce rapport reste de préférence inférieur à 5000 pm2.nm2.km/ps, voire à 2500 pm2.nm2.km/ps. De préférence, la fibre selon l'invention présente une longueur d'onde d'annulation de la dispersion chromatique Xo inférieure ou égale à 1480 nm. Dans un mode de réalisation, la surface effective de la fibre est supérieure ou égale à 70 zm2. La fibre selon l'invention présente des pertes par courbures à 1550 nm inférieures ou égales à 0,05 dB pour 100 tours de fibre autour d'un rayon de 30 mm et de préférence inférieures ou égale à 0,005 dB. Elle peut aussi présenter une sensibilité aux microcourbures inférieure à 1,2 et de préférence inférieure à 0,8. De préférence, la fibre présente une longueur d'onde de coupure théorique supérieure à 1550 nm, et une longueur d'onde de coupure en câble inférieure à 1300 nm. Dans un mode de réalisation, la fibre présente une atténuation à 1550 nm inférieure ou égale à 0,23 dB/km, et une dispersion modale de polarisation inférieure ou égale à 0,1 ps.km''5. La différence entre l'indice de la partie centrale de la fibre (échelon) et l'indice de la gaine est avantageusement comprise entre 5.10'3 et 9.10 3, et de préférence entre 6.10-'3 et 7,5.10-'3; la différence entre l'indice du segment intermédiaire entre l'échelon et l'anneau et l'indice de la gaine est comprise entre - 4.10-3 et 1.10-3, et de préférence entre -2,5.10'3 et 5.104'; la différence entre l'indice de l'anneau et l'indice de la gaine est comprise entre 5.10'4 et 5.10-3, et de préférence entre 1. 10 3O et 3,5.10 '3. Par ailleurs, le rapport entre le rayon de l'échelon et le rayon extérieur de l'anneau est avantageusement compris entre 0,23 et 0,45, et le rapport entre le rayon intérieur de l'anneau et le rayon extérieur de l'anneau est avantageusement compris entre 0,45 et 0,75, et de préférence entre 0,48 et 0,7. Il est encore avantageux que le rayon extérieur de l'anneau soit compris entre 7 et 13 p.m, et de préférence entre 7,5 et 11,5 im. L'invention propose encore un système de transmission à fibre optique à multiplexage en longueurs d'onde, comprenant une telle fibre comme fibre de ligne. Il est alors possible de prévoir en outre de la fibre de compensation de dispersion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple et en référence à la figure unique annexée, qui montre une représentation schématique du profil d'indice en échelon avec anneau d'une fibre selon l'invention. Dans tous les modes de réalisation, les rayons r sont donnés en microns et mesurés par rapport à l'axe de la fibre. Les indices An sont mesurés par la différence avec l'indice de la gaine de la fibre. Le profil présente, en partant du centre de la fibre: - une partie centrale en échelon de rayon r1 avec un indice An, sensiblement constant et supérieur à l'indice de la gaine; - un segment annulaire intermédiaire, d'indice An2 sensiblement constant, inférieur ou supérieur à l'indice de la gaine, et qui s'étend jusqu'à un rayon r2; - un anneau d'indice An3 sensiblement constant et supérieur à l'indice de la gaine, qui s'étend jusqu'à un rayon r3; La gaine de la fibre s'étend autour de l'anneau. Le Tableau 1 donne des valeurs possibles de rayons et d'indice pour des fibres présentant ce type de profil en échelon avec anneau. Tableau 1 N r r2 r3 i O03.An2 1 0'3.An3 1 3,4 5,5 8,5 7,2 -2,2 3,2 2 2,9 6,5 10 7,5 0 2,2 3 3,3 5,1 7,8 7,1 -2,1 3,2 4 3,7 5,6 9 6,7 -3,3 2,1 3,2 5,2 10,8 6,9 0 1,2 6 3,3 6 11,6 6,8 0 1,3 7 3 5,1 8,7 7 0,35 2,5 8 3,6 5,7 8,8 5,9 0 2,5 Les caractéristiques des fibres selon l'invention permettent une fabrication par des méthodes classiques; à titre de comparaison, la valeur de différence d'indice de 1% couramment mentionnée dans l'art antérieur correspond à une différence An, égale à 14,5.10-'3. On constate que l'invention n'implique pas de forts indices, ni des couches de rayons très faibles, et évite donc des problèmes de fabrication, et également une atténuation excessive de la fibre. Les fibres obtenues pour ces valeurs de rayons et d'indices présentent les caractéristiques données dans les lignes correspondantes du Tableau 2 à 1.55 im, sauf pour les longueurs d'onde de coupure théorique et d'annulation de la dispersion chromatique. Les unités sont les suivantes: - longueur d'onde de coupure théorique Xdh: nm - longueur d'onde d'annulation de la dispersion chromatique ?0: nm - dispersion chromatique C: ps/(nm.km) - pente de dispersion chromatique C': ps/(nm2.km) - surface effective Seff:.m2 - pertes par courbures PC: dB - pertes par microcourbures S,ó: néant (Les pertes par courbures sont mesurées comme indiqué plus haut par enroulement de 100 tours de la fibre autour d'un rayon de 30 mm, et par mesure des pertes induites. Les pertes par microcourbures Sc sont mesurées par rapport à la fibre ASMF 200 commercialisée par la demanderesse, et sont sans dimension. Le rapport Seff/C' présente la dimension tm2.nm2.km/ps). Tableau 2 No 0h C C' Seff Seff/C' PC SPc 1 1700 1475 4 0,054 62 1150 2 1780 1475 4 0,057 62 1090 3 1630 1460 6 0,068 68 1010 4 1550 1380 8 0,048 62 1290 1630 1410 8 0,058 65 1130 6 1780 1400 8 0,054 65 1200 7 1780 1440 8 0,075 78 1040 8 1780 1370 12 0,067 88 1310 Dans tous les exemples du Tableau 1, des variations de 5.1 04 des indices An,, An2 et An3 permettent d'obtenir des résultats similaires. Il en est de même des rayons, qui peuvent varier individuellement de 10 % par rapport aux valeurs données tout en obtenant des résultats analogues. D'autres profils que ceux qui sont données à titre d'exemple peuvent permettre de réaliser des fibres présentant les caractéristiques de l'invention. 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. La fibre de l'invention peut avantageusement être utilisée comme fibre de ligne dans des systèmes de transmission, et notamment dans des systèmes de transmission à multiplexage en longueurs d'onde pour la plage d'utilisation 1300 nm à 1630 nm. On peut aussi prévoir dans un système utilisant une telle fibre de ligne de la fibre de compensation de dispersion, disposée à intervalles réguliers dans le système, pour limiter l'augmentation de la dispersion chromatique cumulée le long de la ligne de transmission. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Fibre optique monomode en câble, caractérisée par le fait qu'elle présente un profil d'indice en forme d'échelon avec anneau en ayant, pour une longueur d'onde de 1550 nm: - une surface effective supérieure ou égale à 60 gm2; - une dispersion chromatique comprise entre 3 et 14 ps/(nm.km); - une pente de dispersion chromatique entre 0 et 0,1 ps/(nm2. km); - un rapport entre la surface effective et la pente de dispersion chromatique supérieur à 900 p.m2.nm2.km/ps. 2. Fibre selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente une dispersion chromatique à 1550 nm entre 5 et 1 1 ps/(nm.km). 3. Fibre selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle présente à 1550 nm une pente de dispersion inférieure à 0,07 ps/(nm2.km). 4. Fibre selon l'une des revendications là 3 caractérisée en ce qu'elle présente un rapport entre la surface effective et la pente de dispersion chromatique supérieur ou égal à 1000 pm2.nm2.km/ps. 5. Fibre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle présente un rapport entre la surface effective et la pente de dispersion chromatique inférieur ou égal à 5000 ptm2.nm2.km/ps. 6. La fibre selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle présente une longueur d'onde d'annulation de la dispersion chromatique inférieure ou égale à 1480 nm. 7. Fibre selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle présente une surface effective supérieure ou égale à 70. m2. 8. Fibre selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle présente des pertes par courbures à 1550 nm inférieures ou égales à 0,05 dB pour 1 00 tours de fibre autour d'un rayon de 30 mm, et de préférence inférieures ou égale à 0,005 dB. 9. Fibre selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle présente une sensibilité aux microcourbures inférieure à 1,2 et de préférence inférieure à 0,8. 10. Fibre selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle présente une longueur d'onde de coupure théorique supérieure à 1550 nm. 11. Fibre selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle présente une longueur d'onde de coupure en c6ble inférieure à 1300 nm. 12. Fibre selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle présente une atténuation à 1550 nm inférieure ou égale à 0,23 dB/km. 13. Fibre selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle présente une dispersion modale de polarisation inférieure ou égale à 0,1 ps.km-0',5. 14. Fibre selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que la différence (Anj) entre l'indice de la partie centrale de la fibre (échelon) et l'indice de la gaine est comprise entre 5.10 3O et 9.10'3, et de préférence entre 6.103 et 7,5.10-3. 1 5. Fibre selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que la différence (An2) entre l'indice du segment intermédiaire entre l'échelon et l'anneau et l'indice de la gaine est comprise entre -4.10'3 et 1.10 3 et de préférence entre -2,5.10-3 et 5.10'4. 16. Fibre selon l'une des revendication 1 à 15, caractérisée en ce que la différence (An3) entre l'indice de l'anneau et l'indice de la gaine est comprise entre 5.10-4 et 5.10-3, et de préférence entre 1.1 03 et 3,5. 10'3. 17. Fibre selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que le rapport (rl/r3) entre le rayon (r1) de l'échelon et le rayon (r3) extérieur de l'anneau est compris entre 0,23 et 0,45. 18. Fibre selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que le rapport (r2/r3) entre le rayon (r2) intérieur de l'anneau et le rayon (r3) extérieur de l'anneau est compris entre 0,45 et 0,75, de préférence entre 0,48 et 0,7. 19. Fibre selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisée en ce que le rayon (r3) extérieur de l'anneau est compris entre 7 et 13 pim, et de préférence entre 7,5 et 11,5 pm. 20. Un système de transmission à fibre optique à multiplexage en longueurs d'onde, comprenant comme fibre de ligne de la fibre selon l'une des revendications 1 à 19. 21. Le système de transmission selon la revendication 20, comprenant en outre de la fibre de compensation de dispersion.