ES2834130T3 - Fibra óptica microestructurada con espacios selectivamente agrandados de menor índice de refracción - Google Patents

Abstract

Fibra óptica microestructurada para la generación de efectos no lineales y mediciones de tensión, fabricada en vidrio de sílice o polímero que tiene espacios no agrandados (3) que tienen un corte transversal cercano al círculo de diámetro d, de índice de refracción menor con respecto a la zona del núcleo (1) y el revestimiento (4), y espacios agrandados (2) que tienen un corte transversal cercano al círculo de diámetro D, de índice de refracción menor con respecto a la zona del núcleo (1) y el revestimiento (4), dispuestos en anillos alrededor de la zona del núcleo (1), en donde los espacios (2, 3) están llenos de gas y están ubicados en nodos de la red hexagonal con constante de red ∧, en al menos un anillo cada segundo espacio (2) está agrandado, y el número de anillos de espacios (2, 3) es dos como mínimo, los diámetros D de los espacios agrandados (2) son más pequeños que el doble de la constante de red: (D <2·∧), los diámetros d de los espacios no agrandados (3) son más pequeños que la constante de red (d <∧), caracterizada por que la relación del diámetro d de los espacios no agrandados (3) a la constante de red ∧ está dentro del intervalo de 0,30 a 0,45, la constante de red ∧ está dentro del intervalo de 2,15 μm a 2,65 μm y el diámetro D de los espacios agrandados (2) está dentro del intervalo de 2,7 μm a 3,3 μm, el diámetro d de los espacios no agrandados (3) está dentro del intervalo de 0,9 μm a 1,1 μm, el diámetro del revestimiento (E) está dentro del intervalo de 105 μm a 145 μm.

Description

DESCRIPCIÓN

Fibra óptica microestructurada con espacios selectivamente agrandados de menor índice de refracción

El objeto de la invención es una fibra óptica microestructurada con espacios selectivamente agrandados de menor índice de refracción, especialmente para la generación de efectos no lineales y mediciones de tensión.

Una fuente de luz de amplio espectro eficaz es un producto buscado por su amplio potencial de aplicación, lo que abre perspectivas para su uso en muchos campos de la ciencia y la tecnología, incluidos la microscopía, la espectroscopía, la metrología y otros. Además, con un amplio espectro de luz a mano, es posible, mediante el uso de un filtro óptico especial, aislar longitudes de onda, que son imposibles de obtener con láseres convencionales. La posibilidad de generar luz de amplio espectro se basa en una serie de fenómenos no lineales que, cuando se combinan entre sí, proporcionan un espectro de radiación con un intervalo de longitud de onda muy amplio. Entre estos fenómenos, se deben destacar los efectos no lineales de particular importancia, que incluyen la automodulación de fase, mezcla de cuatro ondas, modulación de fase cruzada, inestabilidad de modulación), dispersión Raman estimulada y otros. Una combinación de estos efectos amplía el espectro del pulso de luz, dando como resultado la generación de supercontinuo (SC). Con el supercontinuo generado, utilizando un pulso de luz con ancho espectral estrecho, se obtiene un amplio intervalo de longitudes de onda, que es proporcionado por los efectos no lineales antes mencionados y sus interacciones mutuas. El medio en el que se producen los efectos no lineales puede ser vidrio o fibra óptica, en particular, fibra óptica microestructurada (MOF).

Antes de la invención de las fibras microestructuradas, mediante las cuales se puede generar el supercontinuo, el efecto se logró en vidrios y fibras ópticas. Esta forma de generación de supercontinuo requería, sin embargo, el uso de secciones largas de fibra óptica, estrechamiento de la fibra óptica y láseres con niveles de potencia máxima extremos, p. ej., láseres de femtosegundo de titanio-zafiro. A pesar de ello, las fibras ópticas clásicas no permiten la adaptación de su característica de dispersión cromática y órdenes de dispersión superiores en un intervalo tan amplio, como es posible con el uso de MOF, con el fin de obtener el espectro esperado de la fuente de luz de fibra óptica, tal como, por ejemplo, el supercontinuo. Además, este intervalo extremadamente amplio de posibles cambios en la característica de dispersión cromática y de órdenes de dispersión más altos abre perspectivas para la ingeniería de efectos no lineales y su uso en aplicaciones muy demandadas. Uno de los ejemplos de dichos efectos puede ser la generación de fotones entrelazados y su uso para la criptografía cuántica. Otras aplicaciones incluyen, por ejemplo, fuentes de luz ajustables con fibra óptica, etc.

Las fibras ópticas microestructuradas descritas en la bibliografía son características por sus agujeros de aire. Las posibilidades físicas de concentración de luz en un núcleo pequeño, rodeado de agujeros de aire, permiten obtener efectos y parámetros que no se dan en las fibras ópticas convencionales. Con estos potenciales, las fibras ópticas microestructuradas encuentran aplicaciones en: transmisión de fibra óptica, láseres de fibra óptica, instrumentos no lineales, transmisiones de alta potencia, varios sensores, componentes de fibra óptica ajustables (p. ej., interruptores, filtros) y otros.

Las fibras ópticas microestructuradas descritas en la bibliografía, utilizadas para la generación de efectos no lineales, se caracterizan por tener un núcleo muy pequeño (normalmente por debajo de 2 gm). En el caso de un tamaño minimizado, la luz es atrapada en la zona dos órdenes más pequeñas frente a las fibras ópticas microestructuradas convencionales. El parámetro, que determina cuantitativamente el grado de atrapamiento de luz en una zona determinada, es la concentricidad del campo modal. Cuanto mayor es la concentricidad del campo modal, menores niveles de potencia del láser de bombeo se requieren para observar efectos no lineales en la escala exigida, tales como, por ejemplo, la generación de supercontinuo. El parámetro de la fibra óptica que permite comparar sus propiedades no lineales, es el parámetro de no linealidad, expresado por la relación del índice de refracción no lineal del material del que está hecha la fibra óptica, con el campo modal propagado en esta fibra óptica. Además, con el fin de aumentar el parámetro de no linealidad, se pueden usar tipos de vidrio especiales, que se caracterizan por una alta no linealidad, p. ej., vidrio de teluro o calcogenuro. La combinación aplicada de un núcleo pequeño con un índice de no linealidad alto del material permite obtener niveles extremos de no linealidad. Sin embargo, el uso de vidrio, que no sea sílice, es caro y problemático. Además, la producción de fibra óptica con núcleo minimizado conlleva importantes dificultades tecnológicas, así como el riesgo de desviaciones considerables de las dimensiones diseñadas y calculadas y, en consecuencia, propiedades dispersivas, lo que imposibilita la generación de efectos no lineales. En una serie de fibras ópticas microestructuradas descritas, debido al núcleo minimizado, existe un aislamiento desfavorable entre el núcleo y el revestimiento de la fibra óptica; dicho núcleo se denomina en la literatura "núcleo suspendido".

Antes de que se descubrieran las fibras ópticas microestructuradas con núcleo reducido y se usaran para la generación de efectos no lineales, la concentricidad del campo modal era posible únicamente en los estrechamientos de fibra. En la actualidad, dichos métodos de estrechamiento también se utilizan en fibras ópticas microestructuradas para obtener espectros amplios. El estrechamiento de una fibra óptica microestructurada de tal manera que se obtengan los cambios requeridos en su geometría y con la precisión adecuada, da como resultado la construcción de un elemento extremadamente frágil y mecánicamente inestable, muy difícil de usar en aplicaciones prácticas, aunque a menudo con un control comprometido de la característica de dispersión cromática. Además, el estrechamiento de la fibra óptica impide cualquier control de las características del modo de radiación propagada (p. ej., perturba las operaciones monomodo), lo que afecta desfavorablemente a la estabilidad del espectro supercontinuo.

Un ejemplo de obtención de los efectos del supercontinuo puede ser la fibra óptica según el documento US20130182999 en el cual, las secciones de fibra óptica microestructurada se estrechan y el estrechamiento es una condición para la generación de supercontinuo. Considerando que las fibras ópticas microestructuradas se pueden producir en cualquier longitud y diámetro, que se correspondan con las fibras ópticas estándar, p. ej., la fibra óptica SMF-28e de la empresa Corning, que es una fibra que cumple con la recomendación G.652.

Se ha descrito otra fibra óptica en el artículo "New nonlinear and dispersion flattened photonic crystal fibre with low confinement loss", por Ming Chen y Shizhong Xie, publicado en Optics Communications 281 (2008) 2073-2076. La solución, propuesta por los autores, es una fibra óptica microestructurada con agujeros aumentados selectivamente en el primer anillo y con tamaños crecientes de los agujeros en los anillos posteriores, comenzando desde el núcleo. Las dimensiones propuestas de A = 1,5 gm; diámetro del núcleo d¹ = 1,2 gm; diámetros de los agujeros: d² = 0,24 gm, d3= 0,54 gm, d4= 0,32 gm, d5 = 0,36 gm, d6= 0,4 gm. determinan una minimización considerable de la estructura, minimización que se ha evitado en la presente invención. Además, en la versión de la fibra óptica, como se describe en el artículo, la fibra tiene un núcleo dopado con germanio, lo que proporciona otro grado de libertad, impidiendo el proceso tecnológico. Además, la presencia de un núcleo dopado provoca que la densidad de potencia máxima, que puede ser guiada a través de la fibra óptica, sea menor que en el caso de un núcleo sin dopar. En el caso de la fibra óptica con agujeros aumentados selectivamente, según esta invención para la generación de efectos no lineales, no es necesario el dopado del núcleo. Sin embargo, en primer lugar, el artículo mencionado analiza únicamente los resultados de simulaciones numéricas, lo que es obvio por razones tecnológicas, ya que la producción de una fibra óptica con agujeros de aire de seis diámetros diferentes es prácticamente inviable. La combinación de la necesidad de construir una estructura muy difícil, determinada por las diferencias en los tamaños de los agujeros, como proponen los autores, con una minimización adicional de las dimensiones generales, excluye cualquier posibilidad de tolerancias dimensionales superiores. Sin embargo, como se describe en la bibliografía, en el caso de fibras ópticas no lineales, cuanto mayor es la minimización de la microestructura, menor es la tolerancia dimensional y es más difícil mantener los parámetros de la fibra requeridos. A partir de los diagramas adjuntos al artículo parece que las tolerancias dimensionales para el proyecto, propuestas por los autores, están en el nivel de aproximadamente 0,1 gm para el diámetro del núcleo y aproximadamente 0,05 gm para los diámetros de los agujeros más grandes.

Para generar supercontinuo, un parámetro de no linealidad alto en la fibra óptica es una condición necesaria, pero aún insatisfactoria. Igualmente importante es un control eficaz del parámetro de dispersión, así como de las propiedades de la estructura, que permiten el funcionamiento monomodo de la fibra óptica. Ambos aspectos, es decir, el control de la dispersión y la estructura de monomodo mantenida, se han desarrollado simultáneamente con la aparición de fibras ópticas microestructuradas.

La dispersión en la fibra óptica determina cambios en la velocidad de propagación de la onda electromagnética, dependiendo de su frecuencia (longitud de onda), y puede expresarse en valores negativos y positivos. Cuando la dispersión presenta valores positivos se denomina anómala, mientras que en el caso de valores negativos se denomina dispersión normal. Uno de los parámetros más importantes de la característica de dispersión es la longitud de onda de dispersión cero (ZDW), es decir, la longitud de onda para la cual la dispersión es cero. También es muy importante la pendiente de la curva de dispersión, especialmente en ZDW o, en general, en órdenes de dispersión más altos. Cuando el bombeo (la introducción de pulso de luz corto) de fibra microestructurada se hace con una fuente láser, generando pulsos de femtosegundos de longitud de onda que corresponden al intervalo en el que la fibra óptica demuestra dispersión normal, es posible obtener espectros más coherentes en el tiempo que para las fibras bombeadas en el intervalo de dispersión anómala. En una situación en la que el bombeo se hace mediante una fuente láser con pulsos de picosegundos o más largos, los mecanismos (especialmente el efecto de la inestabilidad de modulación) de formación de la solución perturban la producción de espectros coherentes en el tiempo. La aparición de dispersión normal para la señal de la bomba proporciona mejores propiedades de coherencia que si la dispersión anómala corresponde a la señal de la bomba. Simultáneamente, el bombeo en el intervalo de dispersión anómala, cercano a cero de dispersión de la fibra óptica, a menudo permite obtener un espectro más amplio que si el bombeo se realiza en el intervalo de dispersión normal.

El requisito del funcionamiento monomodo en la generación de supercontinuo viene dictado por el hecho de que la aparición de modos de orden superior para obtener dicho espectro genera la necesidad de utilizar niveles de potencia más altos que en el caso de la guía monomodo. Es el resultado del hecho de que los modos de orden superior a menudo generan un supercontinuo menos eficaz, ya que sus características de dispersión son diferentes de las del modo básico. Además, en una situación en la que se propagan varios modos en la estructura de la fibra, es mucho más difícil cumplir la condición de coincidencia de fase, necesaria para la aparición de efectos no lineales, lo que puede, en consecuencia, provocar inestabilidad de potencia en la distribución espectral del supercontinuo o disminuir la no linealidad efectiva, es decir, desplazar el límite desde el cual ocurren los fenómenos no lineales. La geometría del haz de luz, que sale de la fibra óptica y a menudo se describe como el parámetro M2, es muy importante desde el punto de vista de las aplicaciones. Si este parámetro se acerca lo más posible a 1, se puede hablar de haz de alta calidad y es justo el caso de la propagación monomodo en la fibra óptica. Cuando la propagación y, en consecuencia, la generación de luz en la fibra óptica no es monomodo, el parámetro M2 muestra valores que a menudo son mucho más altos que 1 y entonces el uso de dicho haz de luz en varios sistemas ópticos es mucho más difícil.

El guiado monomodo, especialmente para longitudes de onda más cortas, está impedido en el caso de fibras ópticas con núcleo suspendido (o, más generalmente, en núcleos, rodeados de agujeros de área total grande), lo que ocurre frecuentemente en las soluciones de fibras ópticas descritas para el generación de efectos no lineales. Esto se debe a que el revestimiento que rodea el núcleo consiste, de hecho, en agujeros de aire, separados por puentes muy delgados o zonas de vidrio relativamente pequeñas. Dicha estructura inhabilita cualquier escape de modos de orden superior de la zona del núcleo. Con el fin de lograr una situación en la que una estructura, que consiste en un núcleo y agujeros, guíe un solo modo en posiblemente un amplio intervalo espectral, es necesario que el parámetro de llenado (la relación del agujero de aire a la distancia entre agujeros) no exceda de 0,45.

La posibilidad del control eficaz de la ubicación de la dispersión cero para la longitud de onda de la bomba (el pulso de luz introducido en la fibra óptica) y de la pendiente adecuada de la curva de dispersión y las características de dispersión de orden superior, cerca de la longitud de onda de la bomba, lo que permitirá la generación de supercontinuo en un intervalo espectral amplio con guía monomodo simultánea, es una solución, muy buscada en tecnología, que mejorará considerablemente la calidad de los espectros de amplio intervalo y proporcionará nuevos diseños de fuentes de luz de fibra. Al mismo tiempo, las soluciones actuales no resuelven el problema de los límites de suspensión del núcleo, sus dimensiones, tecnológicamente difíciles para obtener como resultado de su minimización (para lograr una alta concentricidad de modo), mientras que son necesarias para mantener las propiedades calculadas de la fibra. Además, dichas fibras ópticas son mucho más difíciles de cortar, a la vez que mantienen la calidad óptica en la superficie cortada.

Por lo tanto, el objetivo de la invención era un diseño de tal geometría de fibra en el que la minimización de las dimensiones del núcleo al tamaño, como en las soluciones descritas, no es necesaria para generar supercontinuo, ya que dicha minimización requiere procedimientos de producción costosos y complejos. En segundo lugar, el objetivo era un diseño de una estructura de este tipo, en la que no sería necesario simular el aumento del parámetro de no linealidad mediante el uso de material con alta no linealidad y donde la fibra óptica se pueda producir con materiales convencionales disponibles. En tercer lugar, el objetivo de esta invención era un diseño de estructura de fibra óptica con dicha geometría, que será característica de altas tolerancias geométricas. Este aspecto es de particular importancia, ya que en las soluciones disponibles, cualquier desviación mínima de la geometría del diseñador impide en gran medida, si no excluye con frecuencia, la aparición de los efectos no lineales exigidos en la fibra. Considerando que las desviaciones de la geometría de fibra diseñada son inevitables por: imperfecciones tecnológicas del procedimiento de producción de la fibra (las fibras ópticas no lineales microestructuradas se producen con mayor frecuencia mediante el método de apilamiento y estiramiento conocido y descrito), que incluyen diferencias en las dimensiones de los capilares que constituyen la proforma que se va a estirar, la imposibilidad de un control preciso de la temperatura en la estufa, de la presión aplicada, de la velocidad de estiramiento de la fibra óptica y otros. El alto nivel de tolerancia para las desviaciones de los parámetros geométricos de los valores, asumidos en el modelo diseñado, facilita el control del procedimiento de producción de la fibra óptica con las características de dispersión requeridas y permite mantener la estabilidad de los siguientes parámetros: característica de dispersión, guía monomodo y el parámetro de no linealidad.

Al mismo tiempo, el objetivo principal de la invención era el diseño de una fibra óptica con estructura que proporcione guía monomodo y esté diseñada de tal manera que facilite la manipulación del punto de dispersión cero frente a la longitud de onda de la bomba prevista y la longitud de onda que se espera obtener por la generación de supercontinuo. En particular, el objetivo es lograr una dispersión cero en el intervalo de longitudes de onda visibles, lo que permite la generación de supercontinuo en el intervalo de longitudes de onda cercanas al infrarrojo, VIS y UV.

No se ha logrado una implementación simultánea de los cinco objetivos mencionados anteriormente en ninguna de las soluciones descritas.

Otro objetivo paralelo de la invención era el diseño de dicha geometría de fibra óptica que será característica de alta sensibilidad a la tensión mecánica, en particular a la tensión de tracción, pero también a la compresión, flexión, torsión, presión o cualquier otro tipo de tensión, con opción simultánea de guía monomodo.

Se ha descrito una fibra óptica microestructurada en la descripción de la patente EP 1582915, en la que el índice de refracción del vidrio, utilizado para la producción de fibra óptica, aumenta en la dirección radial hacia afuera desde el centro del núcleo, mientras que en el corte transversal, el índice de refracción del vidrio utilizado para la producción de fibra óptica tiene una forma cercana a la curva de Gauss invertida. Sin embargo, una fibra óptica diseñada de acuerdo con esta solución no permite la guía monomodo y todos los agujeros de su estructura son del mismo tamaño. Además, este tipo de geometría de fibra óptica no permite ningún desplazamiento del punto de dispersión cero.

También se describe la fibra óptica de la descripción de patente US 20050238307, en la que se ha descrito un diseño de fibra óptica, donde el núcleo está cubierto con un revestimiento, en la que el índice de refracción es diferente en función de la distancia de un determinado punto del revestimiento al núcleo. Las zonas con índice de refracción reducido en relación con el núcleo revelan índices de refracción que difieren entre sí. La estructura, como se describe en la descripción, no permite lograr una guía monomodo, y la dispersión cero ocurre solo en el intervalo del IR.

También hay otras fibras ópticas descritas cuyo funcionamiento eficaz es posible solo dentro de longitudes de onda seleccionadas, p. ej., la fibra óptica, descrita por la descripción de la patente US 6959135, en la que la zona efectiva del núcleo óptico es inferior a 30 gm, mientras que la longitud de onda más efectiva para la fibra óptica es de 1550 nm.

A su vez, la descripción de la patente EP 1148360 describe una fibra óptica, mediante la cual es posible el control de la dispersión. En la fibra óptica, de acuerdo con esa invención, dedicada a aplicaciones de telecomunicaciones, el parámetro de no linealidad está limitado, ya que sus valores altos excluirían la aplicación de la fibra óptica en telecomunicaciones. En la fibra óptica, diseñada de acuerdo con esta descripción, no ocurren fenómenos no lineales mientras no se apliquen niveles de potencia extremos. Un sistema de espacios con índice de refracción reducido, configurado alrededor del núcleo, se caracteriza por tamaños iguales de estos espacios. Además, hay un máximo de dos anillos de los espacios con índice de refracción reducido, lo que a menudo no es suficiente para lograr un nivel satisfactoriamente bajo de pérdidas de transmisión y el parámetro de llenado de la fibra óptica no permite el guiado monomodo. Además, con el fin de compensar la dispersión en la fibra óptica, según esta invención, es necesario aplicar dos tramos de fibra, donde uno tendrá dispersiones normales y el otro dispersión anómala.

Se utiliza una fibra óptica no lineal, descrita en la descripción de la patente EP 2533081, para la generación de efectos no lineales, en los que se configuran espacios con índice de refracción mayor con respecto al núcleo, alrededor de la zona central de fibra óptica (el núcleo). Una estructura de fibra óptica de este tipo determina la guía de la señal como resultado del enfrentamiento entre dos mecanismos de propagación: llamados guía de índice y vía banda prohibida fotónica. Como resultado, a menudo hay más de un modo en la estructura de una fibra óptica de este tipo, lo que impide la guía monomodo para un espectro más amplio. La fibra óptica, según esa invención, está destinada a generar efectos no lineales para longitudes de onda únicas/discretas, como resultado de lo cual, por ejemplo, es posible generar nuevas frecuencias/longitudes de ondas de luz con, entre otras, triplicación de frecuencia y otras. Como resultado de estos efectos, aparecen nuevas longitudes de onda en el espectro, pero el espectro continuo es imposible de lograr, tal como con la generación de supercontinuo. Además, la estructura de la fibra óptica, según esa invención, además de las zonas con índice de refracción mayor frente al índice de refracción asignado al núcleo, excluyendo la guía de intervalos de longitud de onda más anchos en el núcleo, pone de manifiesto la igualdad dimensional de las zonas tanto con el índice de refracción aumentado como no aumentado.

También hay una fibra óptica, descrita por la descripción de la patente EP 1205788, en la que hay espacios agrandados con menor índice de refracción en el primer anillo alrededor del núcleo, y donde el aumento dimensional de los espacios con menor índice de refracción se aplica a todos los espacios en un anillo dado. Alrededor de la microestructura, en la que se guía la luz, en lugar de la matriz de vidrio del tipo utilizado en la mayoría de las fibras ópticas descritas, hay zonas con menor índice de refracción (llamadas capilares) y de diámetro cercano al tamaño de la microestructura a través de las cuales se guía la luz. La fibra óptica, según la invención, se refiere a una solución del problema del cuasi-ajuste de fase, utilizada para la generación de efectos no lineales únicos para longitudes de onda discretas y seleccionadas. Ejemplos de fibras ópticas según la invención incluyen fibras ópticas en las que se logra un guiado monomodo, pero los cambios de la característica de dispersión cromática de la estructura descrita se obtienen de una manera completamente diferente y mucho más complicada, difícil para el procesamiento tecnológico en comparación con la presente invención. Además, el punto de dispersión cero en la estructura, descrito en el documento EP 1205788, solo es posible en el intervalo del infrarrojo.

De forma similar a la descripción de la patente EP 2533081, la estructura, según la descripción de la patente EP 1205788, permite la generación de efectos no lineales, pero solo aquellos como resultado de los cuales no se logra un espectro amplio y continuo (como en la generación de supercontinuo). Por lo tanto, se optimiza en relación con los efectos, aumentando el número de longitudes de onda en el espectro (p. ej., triplicando las frecuencias) y así aparece la necesidad de un cuasi-ajuste de fase, y no en relación con la obtención de un espectro amplio y continuo (la generación de supercontinuo). Además, la forma de producción de fibra óptica, según dicha invención, es complicada y requiere la aplicación de elementos problemáticos y costosos en la estructura de la fibra óptica, tales como, entre otros, los electrodos, elementos que no se pueden aplicar en líneas de producción estándar de fibra óptica.

Todas estas imperfecciones, conocidas por el estado de la tecnología, a saber: logro simultáneo de la guía del haz monomodo, la posibilidad de una manipulación relativamente fácil de la característica de dispersión cromática, incluida la ubicación del punto de dispersión cero de la fibra óptica, la pendiente de la curva de dispersión y la evolución de la dispersión de orden superior, así como la limitación de la minimización dimensional del núcleo de la fibra óptica, es decir, el aumento de la no linealidad, a la vez que se renuncia a los materiales que no son fácilmente disponibles y que son costosos, el logro de la alta tolerancia para las dimensiones geométricas y el logro de una mayor sensibilidad a la tensión, se han superado en la fibra óptica microestructurada con espacios selectivamente aumentados de menor índice de refracción, especialmente para la generación de efectos no lineales y mediciones de tensión, según esta invención.

La fibra óptica microestructurada con espacios selectivamente agrandados de menor índice de refracción, especialmente para la generación de efectos no lineales y mediciones de tensión, está hecha de vidrio, preferiblemente de vidrio de sílice o polímero e incluye, al menos, un núcleo, cubierto con un revestimiento, alrededor del cual, se localizan espacios uniformes, todos ellos de forma cercana al círculo en su corte transversal y con el índice de refracción reducido con respecto al núcleo y al revestimiento, llenos preferiblemente con gas, preferiblemente con aire o con un fluido o un polímero. El núcleo debe entenderse como la zona con un índice de refracción mayor en relación con los espacios circundantes (p. ej., agujeros de aire). Cuando la fibra óptica se aplica para mediciones de tensión, se prefiere que el núcleo esté dopado con germanio, preferiblemente en una cantidad de, al menos, 12% en moles de Ge. Los espacios con índice de refracción menor, preferiblemente llenos con gas, preferiblemente con aire o un fluido o un polímero (además de los espacios con índice de refracción menor) están configurados de forma circular, formando un anillo alrededor del núcleo, preferiblemente en los nodos de la red hexagonal con distancias entre nodos de la red iguales a la constante de red. Alrededor del núcleo, hay, al menos, dos, preferiblemente, al menos, tres anillos, preferiblemente anillos hexagonales de los espacios con coeficiente de refracción reducido. En al menos un anillo hexagonal, los diámetros de los espacios con índice de refracción menor, se agrandan selectivamente, preferiblemente, el diámetro D de cada segundo espacio con índice de refracción menor se agranda, a la vez que es menor del doble de la constante de red. A. El núcleo con los espacios del anillo alrededor está localizado, preferiblemente a lo largo del centro geométrico de la fibra óptica.

Se prefiere que los diámetros D de todos los espacios agrandados con índice de refracción menor d sean iguales, también se prefiere que los diámetros de los espacios no agrandados con índice de refracción menor d tengan el mismo diámetro, menor que la constante de red. En tanto que la relación del diámetro d del espacio no agrandado a la constante de red A es preferiblemente inferior a 0,45, lo que garantiza el carácter monomodo de la estructura. La relación del diámetro d de un espacio no agrandado a la constante de red A está contenida preferiblemente en el intervalo de 0,3 - 0,45 (adicionalmente para la reducción de pérdidas), preferiblemente de 0,35 - 0,45 (para reducción importante de pérdidas).

En el ejemplo de la fabricación de fibra óptica, según esta invención, dirigida a aplicaciones con generación de efectos no lineales, es adecuado que la constante de red A de la fibra óptica, según esta invención, varíe preferiblemente de 2,15 gm a 2,65 gm, el diámetro D del espacio agrandado, llenado con aire, varíe preferiblemente de 2,7 gm a 3,3 gm, el diámetro d del espacio no agrandado varíe preferiblemente de 0,9 gm a 1,1 gm, el diámetro E del revestimiento varíe preferiblemente de 105 gm a 145 gm, y el número de anillos con índice de refracción menor ascienda preferiblemente a al menos dos, preferiblemente al menos cuatro. En dicha configuración, se puede lograr la dispersión cero en el intervalo del VIS-IR.

En el ejemplo de la fabricación de fibra óptica, según esta invención, para la aplicación de medición de tensión, es adecuado que la constante de red A varíe preferiblemente de 5,5 gm a 6,5 gm, el diámetro D del espacio agrandado con índice de refracción menor varíe preferiblemente de 6,5 gm a 7,5 gm, el diámetro d del espacio no agrandado con índice de refracción menor esté en el intervalo preferiblemente de 1,75 gm a 2,25 gm, el diámetro del núcleo esté en el intervalo preferiblemente de 2,75 gm a 3,25 gm, el diámetro del revestimiento E esté en el intervalo preferiblemente de 105 gm y 145 gm y el número de anillos, formados por espacios con índice de refracción menor, sea preferiblemente, al menos, dos, preferiblemente, al menos, tres.

En el caso de aplicación de la fibra óptica, según esta invención, para la generación de efectos no lineales, los diámetros d son preferiblemente iguales para anillos particulares, no siendo, sin embargo, mayores que los diámetros D. El aumento de los diámetros de los espacios no agrandados con índice de refracción menor desplaza la característica de dispersión hacia una longitud de onda más corta. Simultáneamente, el aumento de los diámetros D de espacios agrandados con índice de refracción menor conduce a la curvatura de la característica hacia longitudes de onda más largas, lo que puede dar lugar a la posibilidad de obtener el segundo punto de dispersión cero en la zona del infrarrojo, en caso de un aumento grande de los diámetros D. El proceso de desplazamiento de la curvatura de la característica de dispersión hacia longitudes de onda más largas también respalda la posibilidad de aumentar los diámetros d, especialmente en el primer anillo. El efecto de desplazar la dispersión cero hacia longitudes de onda más cortas y de la curvatura característica hacia longitudes de onda más largas también se puede lograr en el caso de una disminución de la constante de red A. Los cambios en los diámetros d en los anillos más lejanos permiten cambios en la curvatura de la característica de dispersión, hasta el punto en que se obtiene una curva característica relativamente plana, orientada hacia longitudes de onda más largas que la primera dispersión cero (es decir, el de la longitud de onda más corta). Incrementar el número n de anillos permite reducir las pérdidas en la fibra óptica, preferiblemente si el número de anillos es al menos cuatro. El carácter monomodo de la estructura se logra cuando el parámetro de llenado varía de 0,3 a 0,45, en tanto que es preferible de 0,35 a 0,45. Con el fin de calcular el parámetro de llenado de las fibras ópticas según esta invención, es necesario calcular la relación del diámetro d del agujero no agrandado, en particular en el primer anillo, a la constante de red.

En el caso de que cuando se aplique la fibra óptica para la generación de efectos no lineales, el aumento considerable y simultáneo de la constante de red A y de los diámetros de los espacios D y d impidan la generación de fenómenos no lineales para la concentricidad de campo de modo decreciente y el desplazamiento desfavorable de la característica de dispersión, en particular, el punto de dispersión cero, dicha estructura requiere además el uso de láseres de alta potencia, que son costosos y, en general, no fácilmente disponibles, peligrosos y raramente usados en soluciones de aplicaciones. La fibra óptica, según esta invención, en el caso de las dimensiones propuestas para la generación de efectos no lineales, proporciona una alternativa a las soluciones descritas, ya que la minimización dimensional en la fibra óptica, según esta invención, es mucho menor que en el caso de otras soluciones descritas, por lo que es posible utilizar fuentes de luz disponibles de niveles de potencia relativamente bajos con un ahorro simultáneo de los costes de producción, que aumentan con la minimización dimensional.

Una fibra óptica microestructurada con espacios selectivamente agrandados de índice de refracción menor, especialmente para la generación de efectos no lineales y mediciones de tensión se presenta en la configuración del dibujo, en el que la Fig.1 presenta un corte transversal esquemático de la fibra óptica, según esta invención, la Fig. 2a presenta una vista detallada del sistema de espacios de aire en el caso de la aplicación para mediciones de tensión, la Fig. 2b presenta una vista detallada del sistema de espacios de aire en caso de generación de efectos no lineales.

Ejemplo I

Una fibra óptica microestructurada con espacios selectivamente agrandados de índice de refracción menor, especialmente para la generación de efectos no lineales y mediciones de tensión, según esta invención, está hecha de vidrio de sílice e incluye el núcleo 1, cubierto con el revestimiento 4, en el cual, alrededor el núcleo 1, hay espacios uniformes, con forma de su corte transversal cercana al círculo 2 y 3, llenos de aire. El núcleo debe entenderse como la zona con índice de refracción mayor en relación con las estructuras circundantes. Los espacios llenos de aire 2 y 3 están situados en un anillo alrededor del núcleo 1 en nodos de la red hexagonal con distancias entre los nodos de la red iguales a la constante de red A. Alrededor del núcleo 1, hay cuatro anillos hexagonales de espacios llenos de aire 2 y 3. El diámetro D de cada segundo espacio lleno de aire está agrandado. El núcleo 1 y el anillo circundante 5 con espacios 2 y 3 están localizados a lo largo del centro geométrico de la fibra óptica.

Los diámetros D de todos los espacios llenos de aire agrandados 2 son iguales, mientras que los diámetros d de los espacios llenos de aire no agrandados 3 son iguales e inferiores a la constante de red A.

La constante de red A de la fibra óptica, según esta invención, es de 2,4 gm, el diámetro D del espacio lleno de aire agrandado es de 3 gm, el diámetro d del espacio lleno de aire no agrandado es de 1 gm, el diámetro del revestimiento E es de 125 gm y el número de anillos con espacios de aire es cuatro.

Ejemplo II

Una fibra óptica microestructurada con espacios agrandados selectivamente de índice de refracción menor, especialmente para la generación de efectos no lineales y mediciones de tensión, de acuerdo con esta invención, está hecha de vidrio de sílice e incluye el núcleo 1, cubierto con el revestimiento 4, en la que alrededor del núcleo 1 hay espacios uniformes con forma de su corte transversal cercana al círculo, espacios llenos de aire 2 y 3. El núcleo debe entenderse como la zona con índice de refracción mayor con respecto a las estructuras circundantes. El núcleo de sílice 1 está dopado con germanio en una cantidad de 12% en moles de Ge. Los espacios llenos de aire 2 y 3 están ubicados en un anillo alrededor del núcleo 1 en nodos de la red hexagonal con distancias entre los nodos de la red iguales a la constante de red A. Alrededor del núcleo 1, hay cuatro anillos hexagonales de espacios llenos de aire 2 y 3. El diámetro D de cada segundo espacio lleno de aire está agrandado. El núcleo 1 y el anillo circundante 5 con espacios 2 y 3 están localizados a lo largo del centro geométrico de la fibra óptica.

Los diámetros D de todos los espacios llenos de aire agrandados 2 son iguales, mientras que los diámetros d de los espacios 3 llenos de aire no agrandados son iguales e inferiores a la constante de red A.

La constante de red A de la fibra óptica, según esta invención, es de 6 gm, el diámetro D del espacio lleno de aire agrandado es de 7 gm, el diámetro d del espacio lleno de aire no agrandado es de 2 gm, el diámetro del núcleo 1 es de 3 gm, el diámetro del revestimiento es de 125 gm y el número de anillos con espacios de aire es tres.

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Fibra óptica microestructurada para la generación de efectos no lineales y mediciones de tensión, fabricada en vidrio de sílice o polímero que tiene

espacios no agrandados (3) que tienen un corte transversal cercano al círculo de diámetro d, de índice de refracción menor con respecto a la zona del núcleo (1) y el revestimiento (4), y

espacios agrandados (2) que tienen un corte transversal cercano al círculo de diámetro D, de índice de refracción menor con respecto a la zona del núcleo (1) y el revestimiento (4),

dispuestos en anillos alrededor de la zona del núcleo (1),

en donde los espacios (2, 3) están llenos de gas y están ubicados en nodos de la red hexagonal con constante de red A,

en al menos un anillo cada segundo espacio (2) está agrandado, y el número de anillos de espacios (2, 3) es dos como mínimo,

los diámetros D de los espacios agrandados (2) son más pequeños que el doble de la constante de red: (D <2A), los diámetros d de los espacios no agrandados (3) son más pequeños que la constante de red (d <A), caracterizada por que la relación del diámetro d de los espacios no agrandados (3) a la constante de red A está dentro del intervalo de 0,30 a 0,45,

la constante de red A está dentro del intervalo de 2,15 gm a 2,65 gm y el diámetro D de los espacios agrandados (2) está dentro del intervalo de 2,7 gm a 3,3 gm, el diámetro d de los espacios no agrandados (3) está dentro del intervalo de 0,9 gm a 1,1 gm, el diámetro del revestimiento (E) está dentro del intervalo de 105 gm a 145 gm.

2. Fibra óptica según la reivindicación 1, caracterizada por que la zona del núcleo (1) es un núcleo de sílice dopado.

3. Fibra óptica según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que el núcleo de sílice dopado está dopado con germanio en una cantidad de al menos 12% en moles de Ge.