Brevet FR2805620A1 — publié le 20010831

FIBRE OPTIQUE MONOMODE EN CABLE POUR RESEAUX 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 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 o10 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 réseau de transmission, et notamment dans un réseau 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 réseaux 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 réseaux 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 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; 0 'objectif est de minimiser au cours de la transmission les distorsions entre les canaux du multiplex. La fibre de ligne standard du réseau, appelée généralement fibre SMF, présente une longueur d'onde de dispersion nulle autour de 1300 nm, une dispersion chromatique CSMF à 1550 nm de l'ordre de 16 à 18 ps/nm/km, et une pente de dispersion chromatique C'SMF à 1550 nm de l'ordre de 0,055 à 0,062 ps/nm2/km. Le réseau de transmission doit nécessairement être complété avec des tronçons de fibre de compensation de dispersion ou DCF (Dispersion Compensating Fiber en langue anglaise) destinés à compenser la dispersion chromatique et la pente de dispersion chromatique de la fibre de ligne SMF. On connaît, notamment par l'article de Y. Akasaka et al " Dispersion compensating technique of 1300 nm Zero-Dispersion SMF to get flat dispersion at 1550 nm range " Proc. 21 st Eur. Cont. on Opt. Comm. (ECOC'95 - Brussels), une fibre DCF ayant un taux de compensation compris entre 92 % et 108 %, pour une fibre SMF o CSMF = 16,3 ps/nm/km et C'SMF = 0,0617 ps/nm2/km, ce qui correspond à un rapport CDCF/C'DCF compris entre 235 nm et 287 nm. Il existe également des fibres DCF vendues par la Société LUCENT sous la dénomination DK-modules (DK-40; DK-60; DK-80) ayant un taux de compensation compris entre 80 % et 120 %, pour une fibre SMF o CSMF = 17 ps/nm/km et C'SMF = 0,055 ps/nm2/km, ce qui correspond à un rapport CDCF/C'DCF compris entre 250 nm et 370 nm. Le problème technique qui se pose est qu'un réseau de transmission comprenant une fibre de ligne SMF et une fibre DCF de type précédent nécessite une grande longueur de fibre DCF, ce qui induit une forte atténuation et un coût important. L'invention a donc pour but de remplacer la fibre de ligne SMF par une fibre susceptible d'être parfaitement compensée au niveau de la dispersion C et de la pente de dispersion C' par une longueur réduite de fibre DCF de type précédent, et cela pour une large plage d'utilisation. Si, a priori, une fibre à dispersion à peu près constante (c'est-à-dire à pente de dispersion nulle) sur toute la plage d'utilisation pourrait convenir, elle ne peut être mise en oeuvre en pratique, car la surface effective, décroissant avec la pente de dispersion, deviendrait trop faible pour éviter les effets non-linéaires indésirables, comme mentionné plus haut. Les fibres DSF (acronyme de l'anglais: " Dispersion Shifted Fibers ") et NZDSF (acronyme de l'anglais: " Non Zero Dispersion Shifted Fibers ") connues jusqu'à présent ne permettent pas non plus de résoudre le compromis précédent. La présente invention a pour objet une fibre optique monomode en câble pour réseau de transmission à fibre optique à multiplexage en longueurs d'onde avec une plage d'utilisation allant de 1300 nm à 1625 nm, et présentant pour une longueur d'onde de 1550 nm: - une dispersion C comprise entre 5 et 1l 1 ps/nm.km, - un rapport entre la dispersion et la pente de dispersion compris entre 250nm et 370 nm, - un rapport entre le carré de la surface effective et la pente de dispersion chromatique supérieur à 80000 Lm4.nm.km/ps. La longueur d'onde de coupure théorique de la fibre est de préférence inférieure à 1.8,um, la longueur d'onde de coupure de la fibre câblée devant être inférieure à 1.3 jIm. La fibre de l'invention peut être utilisée avantageusement au delà de la bande d'utilisation de la DCF de la même manière que la fibre SMF. Son utilisation est donc parfaitement envisageable dans la bande de transparence de la silice comprise entre 1300 et 1625 nm. La fibre selon l'invention présente des propriétés très avantageuses au niveau des pertes par courbures. Ainsi, elle présente à 1550 nm des pertes par courbures inférieures ou égales à 10-2 dB pour 100 tours de fibre sur une bobine de rayon 30 mm.; à 1625nm cette valeur est de 0.5 dB. De même, elle présente à 1550 nm des pertes par courbures inférieures ou égales à 100 dB/m lorsqu'elle est enroulée autour d'un rayon 10 mm; à 1625 nm cette valeur est de 400 dB/m. En ce qui concerne la sensibilité aux microcourbures à 1550 nm (qui est évaluée ici par rapport à la sensibilité aux microcourbures d'une fibre standard commercialisée par la demanderesse sous la dénomination ASMF ), la fibre selon l'invention présente une sensibilité aux microcourbures inférieure à 1, et de préférence inférieure à 0.8. A 1550 nm, la fibre optique selon l'invention présente de préférence l0 une pente de dispersion chromatique C' comprise entre 0.01 et 0.04 ps/nm2. km, une dispersion chromatique C comprise entre 7 et 11 ps/nm.km et une surface effective comprise entre 50 11m2 et 70 pm2. Selon un mode de réalisation préférentiel, la fibre selon l'invention a un profil de type échelon-anneau avec les caractéristiques géométriques préférentielles suivantes: - La différence An, entre l'indice de l'échelon de la fibre et l'indice de la gaine est comprise entre 5.9x1 0-3 et 8.2x 10'3. - La différence An3 entre l'indice de l'anneau et l'indice de la gaine est comprise entre 0.9x10'3 et 7.6x103. - La différence An2 entre l'indice du segment intermédiaire entre l'échelon et l'anneau et l'indice de la gaine est comprise entre - 6.8x1 03 et - 1.7x1 0-3. - Le rayon r1 de l'échelon est compris entre 3 jm et 4.5,Im. - Le rayon intérieur de l'anneau r2 est compris entre 5.3 pm et 8.1 gm. - Le rayon extérieur de l'anneau r3 est compris entre 7.3 gm et 11.1 jim. L'invention a également pour objet un réseau de transmission à fibre optique, à multiplexage en longueur d'onde comprenant comme fibre de ligne de la fibre selon l'invention pour une plage d'utilisation allant de 1300 nm à 1625 nm. Un tel réseau de transmission comprend également de la fibre à compensation de dispersion, présentant une dispersion CDCF et une pente de dispersion C'DCF telles que le rapport [C/CDCF: C'/C'DCF] soit compris entre 0.8 et 1.2, et de préférence voisin de 1. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre illustratif, mais nullement limitatif. La figure unique montre très schématiquement le profil d'indice de type échelon-anneau d'une fibre selon l'invention. En abscisse, on a mentionné le rayon r en microns et en ordonnées la différence d'indice An vis-à-vis de la gaine. Le tableau 1 ci-après donne pour 12 fibres notées A à L les caractéristiques géométriques ri et Ani, pour i compris entre 1 et 3. N rl r2 r3 An l An2 An3 (/zm) (gm) (11m) (103) (103) (103) A 3.69 6.02 7.77 6.91 -5.18 3.8 B 3.56 5.74 10.94 7.1 63.9 1.06 C 3.9 6.16 8.21 6.71 -6.37 4.7 D 3.68 6.31 10.52 6.99 -4.55 2.1 E 4.19 6.99 9.32 6.2 -5.27 4.65 F 4.24 6.6 9.43 6.32 -5.37 3.79 G 4.13 6.74 8.7 6.08 -3.65 4.26 H 3.94 6.41 9.86 6.5 -4.87 1.95 I 3.67 6.48 8.64 7.24 -5.79 5.79 J 3.5 5.74 9.99 7.75 -5.81 2.32 K 3.51 6.24 7.8 7.47 -5.98 6.35 L 3.62 6.09 7.61 6.97 -4.88 3.83 TABLEAU 1 Le tableau 2 donne les caractéristiques de propagation à 1550 nm des fibres A à L, à savoir: - La surface effective Seff (pm2). - La dispersion chromatique C (ps/nm/km). - La sensibilité aux microcourbures SFtc (sans unité). - La pente de dispersion chromatique C' (ps/nm2/km). - Le rapport Seff2/Pente C' (jm4.nm.km/ps). - Le rapport C/C' (nm). En outre le tableau 2 mentionne - Les pertes par courbures PC à 1550 nm et à 1625 nm, exprimées en dB pour 100 tours de fibre sur une bobine de rayon 30 mm, ou exprimées en dB/m pour une fibre enroulée autour d'un rayon 10 mm. ho LO (00 co co N Seff Dispersion Sg.c Pente C' Xc Xo PC10mm PC30mm PC10mm PC30mm Seff/Pente C' C/C' (l.m2) C (ps/nm2/km) (glm) (nm) (dB/m) (dB) (dB/m) (dB) (im4.nm.km/ps) (nm) 61.55pm (ps/nm/km) 61.551tm 61.551Lm 61.551rm 61.551zm 61.6251zm 61.6251rm 61.55pm 61.55pLm @1.55pm m. A 51.7 7.9 0.7 0.031 1.40 1360 13 10' 60 10'3 8.5104 250 B 50.6 8.0 0.6 0.032 1.63 1360 8 C 54.9 7.9 0.7 0.030 1.63 1350 11 D 50.8 7.8 0.6 0.023 1.80 1340 11 E 60 10.9 0.7 0.032 1.80 1320 17 F 61.7 10.9 0.5 0.037 1.80 1330 7 G 65 10.9 0.7 0.044 1,63 1340 1 1 H 54.4 10.9 0.7 0.032 1.63 1320 14 105 62 103 9.2104 340 I 51.3 4.8 0.6 0.017 1.80 1370 9 J 46 4.9 0.4 0.014 1.80 1370 5 K 46.9 4.8 0.6 0.016 1.63 1370 9 L 50.1 8.0 0.8 0.031 1.30 1360 12 2.10-5 53 2.103 8.1'104 260 TABLEAU 2 - La longueur d'onde de coupure Xc (jIm) - La longueur d'onde de dispersion nulle,o (htm). Comme le montre le tableau 2, toutes les fibres selon l'invention répondent très largement aux critères de pertes par courbures et microcourbures. En outre, compte tenu de la valeur du rapport C/C' compris entre 250 nm et 370 nm des fibres selon l'invention, elles sont particulièrement bien adaptées aux fibres DCF des réseaux de transmission. A titre d'exemple: Dans un système de transmission de l'état de la technique 100 km de fibre SMF sont compensés par 17 km de DCF avec les caractéristiques suivantes: - CSMF = 16,3 ps/nm/km; C'SMF = 0,0617 ps/nm2/km - CDcF/C'DCF = 260; CDCF = - 100 ps/nm/km. Dans un système selon l'invention o la fibre n C des tableaux 1 et 2 remplace la fibre SMF avec: C = 7,9 ps/nm/km; C' = 0,03 ps/nm2/km; C/C' = 260 nm, il suffira de 7,9 km de fibre DCF pour obtenir la même compensation au niveau de la dispersion et de la pente; autrement dit la longueur de fibre DCF est 2,15 fois plus faible grâce à la mise en oeuvre d'une fibre de ligne selon Il'invention. Outre les propriétés qui viennent d'être décrites, la fibre selon l'invention présente une atténuation à 1550 nm inférieure ou égale à 0.24 dB/km, et une dispersion modale de polarisation inférieure ou égale à 0.1 ps/-Jk-mm. Bien entendu, d'autres types de profils répondant aux caractéristiques précédentes peuvent être envisagés, et notamment des profils de type trapèze- anneau. REVENDICATIONS 1/ Fibre optique monomode en câble pour réseau de transmission à fibre optique à multiplexage en longueurs d'onde, avec une plage d'utilisation allant de 1300 nm à 1625 nm, et présentant pour une longueur d'onde de 1550 nm: - une dispersion C comprise entre 5 et 11 ps/nm.km - un rapport entre la dispersion C et la pente de dispersion C' compris entre 250nm et 370 nm; - un rapport entre le carré de la surface effective et la pente de dispersion chromatique supérieur à 80000 gm4.nm.km/ps. 2/ Fibre optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur d'onde de coupure théorique est inférieure ou égale à 1.8 trm. 3/ Fibre optique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle présente à 1550 nm des pertes par courbures inférieures ou égales à 10-2 dB pour 100 tours de fibre enroulée sur une bobine de rayon 30 mm. 4/ Fibre optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente à 1625 nm des pertes par courbures inférieures ou égales à 0.5 dB pour 100 tours de fibre enroulée sur une bobine de rayon 30mm. 5/ Fibre optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente à 1550 nm des pertes par courbures inférieures ou égales à 100 dB/m lorsqu'elle est enroulée autour d'un rayon mm. 6/ Fibre optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente à 1625 nm des pertes par courbures inférieures ou égales à 400 dB/m lorsqu'elle est enroulée autour d'un rayon mm. 7/ Fibre optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pente de dispersion chromatique à 1550 nm est comprise entre 0.01 et 0.04 ps/nm2.km. 8/ Fibre optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la dispersion chromatique à 1550 nm est comprise entre 7 et 11 ps/nm.km. 9/ Fibre optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface effective à 1550 nm est comprise entre gm2 et 70um2. / Fibre optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente un profil de type échelon-anneau. 11/ Fibre optique selon la revendication 10, caractérisée en ce que la différence An, entre l'indice de l'échelon de la fibre et l'indice de la gaine est compris entre 5.9x10'3 et 8.2x10-3. 12/ Fibre optique selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisée en ce que la différence An3 entre l'indice de l'anneau et l'indice de la gaine est comprise entre 0.9xl 03 et 7.6xl 0-3. 13/ Fibre optique selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisée 1o 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-6. 8xl10-3 et -1.7x1 03. 14/ Fibre optique selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que le rayon r1 de l'échelon est compris entre 3,um et 4.5 pIm. 15/ Fibre optique selon l'une des revendications 10 à 14, caractérisée en ce que le rayon intérieur de l'anneau r2 est compris entre 5.3,um et 8. 1 Fim. 16/ Fibre optique selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisée en ce que le rayon extérieur de l'anneau r3 est compris entre 7.3 Ftm et 1 1.l1m. 17/ Fibre optique selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisée en ce qu'elle présente une atténuation à 1550 nm inférieure ou égale à 0.24 dB/km. 18/ Fibre optique selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisée en ce qu'elle présente une dispersion modale de polarisation inférieure ou égale à 0.1 ps/ km. 19/ Réseau de transmission à fibre optique à multiplexage en longueurs d'onde, comprenant comme fibre de ligne de la fibre selon l'une des revendications précédentes. / Réseau de transmission à fibre optique selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend en outre de la fibre à compensation de dispersion présentant une dispersion CDCF et une pente de dispersion C'DCF telles que le rapport [C/CDCF: C'/C'DCF] soit compris entre 0.8 et 1.2. 21/ Réseau de transmission à fibre optique selon la revendication 20, caractérisé en ce que ledit rapport est voisin de 1.