FR3087016A1 - Fibres optiques à peu de modes et faiblement couplées pour multiplexage par répartition de mode et système de transmission correspondant - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une fibre optique à peu de modes comprenant un profil d'indice de réfraction du ceour Δn(r) de forme de type trapézoïde, le cœur optique ayant une partie centrale de rayon R1 et une partie de transition va du rayon R1 à un rayon R2, tel que R2 > R1 avec R2 compris entre 6,8 et 11,5 µm, ledit profil d'indice de réfraction étant défini par : - une intégrale de surface du profil d'indice du cœur comprise entre 180.10-3 et 270.10-3 µm-1; - une pente de transition S comprise entre 1,7.10-3 et 12.10-3 µm-1 ; avec Δn1 et Δn2 la différence d'indice de réfraction respectivement de la partie centrale du cœur optique et de la partie de gaine adjacente au cœur optique, par rapport à la gaine optique externe.
Description
Fibres optiques à peu de modes et faiblement couplées pour multiplexage par répartition de mode et système de transmission correspondant
1,______________DOMAINE DE L'INVENTION
La présente divulgation concerne le domaine de la transmission par fibre optique, et, plus spécifiquement, de ia conception améliorée de fibres à peu de modes pour un multiplexage par répartition de mode.
Z,______________ARRIÈRE-PLAN technologique
Une fibre optique est habituellement constituée d'un cœur optique, qui transmet un signal optique, et d'une gaine optique, qui confine le signal optique au sein du cœur optique. À cette fin, l'indice de réfraction du cœur, nco, est plus grand que celui de la gaine, nC|. Une fibre optique est généralement caractérisée par un profil d'indice de réfraction qui associe l'indice de réfraction (n) au rayon (r) de la fibre optique : la distance r par rapport au centre de ia fibre optique est définie sur l'axe x et la différence Δ n entre i'indice de réfraction au rayon r, n(r), et l'indice de réfraction de la gaine optique nCi est défini sur l'axe y.
Il existe aujourd'hui deux catégories principales de fibres optiques : les fibres multimodes et les fibres monomodes. Dans une fibre multimode, pour une longueur d'onde donnée, plusieurs modes optiques peuvent se propager simultanément le long de la fibre optique, tandis que dans une fibre monomode, les modes d'ordre supérieur (appelés ciaprès HOM pour « Higher Order Modes ») sont interrompus ou hautement atténués.
Les fibres monomodes sont couramment utilisées pour les applications longue distance, telles que des réseaux d'accès, des réseaux métropolitains ou des réseaux grande distance. Pour obtenir une fibre optique capable de transmettre un signal optique monomode, un cœur de diamètre relativement petit est requis (typiquement comprise entre 5 pm et 13 pm). Pour satisfaire des exigences d'applications à haute vitesse ou à débit binaire élevé (par exemple 10 Gbps), des fibres monomodes standards requièrent l'utilisation d'un émetteur laser monomode modulé accordé pour fonctionner typiquement à une longueur d'onde de 1 550 nm. Néanmoins, les fibres monomodes rencontrent des problèmes de non-linéarité, qui constituent des limitations majeures sur ia capacité de transmission par fibre.
Les fibres multimodes sont couramment utilisées pour les applications courte distance requérant une large bande passante, telles que des réseaux locaux (LAN pour « Local Area Networks ») et des unités résidentielles multiples (MDU pour multi-dweliîng units), plus généralement connues sous le nom de réseaux intra-immeuble. Le cœur d'une 5 fibre multimode a typiquement un diamètre de 50 pm, ou de 62,5 pm. Les fibres multimodes les plus répandues en télécommunications sont les fibres optiques à profil d'indice de réfraction graduel. En minimisant la dispersion intermodale (c’est-à-dire ia différence entre les délais d'attente de propagation des modes optiques le long de la fibre optique, également appelés DMGD pour « Differential Mode Group Delay »), un tel profil 10 d'indice de réfraction garantit une large bande passante modale pour une longueur d'onde donnée.
Puisque le trafic de données sur des réseaux à fibres optiques continue à croître de façon exponentielle, il existe une demande croissante d'augmenter le trafic par fibre en particulier sur de longues distances. À cette fin, des techniques de multiplexage ont été 15 développées, lesquelles permettent à une pluralité de flux de données séparés de partager la même fibre optique. Parmi ces techniques, une approche prometteuse est le multiplexage par répartition spatiale (SDM pour « Space Division Multiplexing »), dans lequel une pluralité de canaux de données au sein d'une fibre optique unique est fournie par une pluralité respective de modes de signal optique guidés par la fibre. Une telle 2 0 technique a nécessité le développement de nouveaux types de fibres optiques, appelées des fibres optiques à peu de modes (« few mode optical fibers » en anglais), qui prennent en charge plus d'un mode spatial mais un plus petit nombre de modes spatiaux que les fibres multimodes. De telles fibres à peu de modes (ci-après nommées FMF pour « FewMode Fibers »), qui sont notamment évoquées dans le document
5 brevet PCT WO2011/094400, prennent en charge au moins deux modes de polarisation linéaire (LP).
Les transmissions par multiplexage par répartition spatiale utilisant des FMF ont donc récemment attiré l'attention en raison de leur potentiel à multiplier la capacité des transmissions monomodes par le nombre de modes qui seront utilisés. Selon la conception des FMF, les modes spatiaux transmis peuvent être couplés en tirant profit d'un délai de groupe accumulé relativement faible.
Une approche à la conception des FMF consiste à minimiser le couplage de mode (ciaprès appelé FMF faiblement couplées) pour que tous les modes LP puissent être 5 simultanément détectés sans technique entrées multiples-sorties multiples (ΜΙΜΟ) ou en utilisant une simple technique ΜΙΜΟ « 2N x 2N » (par exemple N étant le nombre total de modes spatiaux qui est égal à 1 ou 2), peu importe le nombre de modes LP qui est l'un des facteurs limitants pour couvrir de longues distances. En conséquence, une telle FMF faiblement couplée permet une simplification du traitement électronique du signal optique.
Afin de garantir un couplage de qualité entre des modes spatiaux, les FMF faiblement couplées sont conçues pour que la différence d'indice effective minimale (ciaprès désignée Aneff min) entre des modes spatiaux ultérieurs (ci-après appelés différence d'indice effectif inter-mode minimale) soit l'une des plus hautes valeurs possibles.
L'augmentation du nombre de modes LP qui peuvent être effectivement utilisés dans les FMF faiblement couplées constitue un défi au regard du couplage de mode et des pertes de modes LP transmis.
Une manière d'augmenter le nombre de modes spatiaux sans réduire Aneffmin serait d'augmenter l'indice de réfraction du cœur. Néanmoins, cela conduirait à augmenter l'atténuation des signaux optiques transmis, ce qui ne serait pas optimal.
0 Jusqu'ici, les profils de cœur à saut d'indice se sont avérés très bien adaptés aux fibres FMF faiblement couplées car ce type de profil permet d'obtenir un compromis entre :
- la différence d'indice effectif inter-mode (qui doit être aussi élevée que possible : typiquement la plus petite différence d'indice effectif Aneffmin est supérieure à 0,9 x 10~3 entre deux modes LP successifs) afin de limiter le couplage de mode ; et
5 l'aire effective Αί?ί de tous les modes spatiaux (qui doit être la plus grande possible :
typiquement Aeff est supérieure à 80 pm2) afin de limiter la non-linéarité intra-mode.
Outre le problème d'atténuation des signaux optiques, les concepteurs ont également observé que les FMF faiblement couplées - comme les FMF à saut d'indice rencontrent une différence d'atténuation significative entre modes spatiaux (également 30 appelés DMA pour « Differential Mode Attenuation », typiquement lorsque
DMA > 0,05 dB/km), qui impacte sévèrement la capacité de transmission. Dans ce cas, un système d'amplification complexe doit être mis en œuvre pour compenser les pertes associées. Plus particulièrement, cette DMA impacte les pertes à dépendance de mode avec les pertes optiques les plus élevées pour les modes d'ordre supérieur. Une origine d'atténuation élevée des modes d'ordre le plus supérieur peut être leur couplage à la gaine et les modes de fuite et les effets de micro-courbure. Une autre origine des pertes supplémentaires inattendues apparaissant pour les modes d'ordre le plus supérieur dans des profils à saut d'indice pourrait être une contribution relativement élevée de l'effet de diffusion de lumière aux petits angles (SALS pour « Smail Angle Light Scattering Effect »).
Une approche pour réduire la DMA en limitant le couplage de modes d'ordre supérieur à la gaine et les modes de fuite est d'agir sur le profil d'indice de réfraction à l'interface gaine/cœur. Par exemple, le document de brevet US 2016/0306108 divulgue une fibre à peu de modes, ayant une cœur à gradient d'indice et une gaine externe comprenant une couche entre le cœur et la tranchée, une tranchée dopée-à-la-baisse aboutant ia couche et une région de gaine non-dopée aboutant la tranchée. Le profil d'indice de réfraction de la fibre est configuré pour supporter au moins neuf modes LP pour ia transmission d'un signal optique à multiplexage spatial. Bien que d'autres conceptions soient prometteuses en termes de différence d'atténuation DMA en minimisant le couplage avec des modes de non-guidage, elles ne sont pas adaptées aux FMF faiblement couplées. En effet, les profils de cœur à gradient d'indice permettent de diviser les modes LP pris en charge par la fibre en groupes de modes dont les modes au sein d'un groupe de modes ont le même indice effectif. En conséquence, si les différences d'indice effectif entre groupes de modes sont suffisamment éloignées les unes des autres, un couplage entre groupes de modes peut être faible, mais les modes LP différents au sein d'un groupe de modes sont fortement couplés. Ce profil de cœur à gradient d'indice est ainsi utilisé pour combiner à la fois un délai de groupe différentiel faible et une DMA faible entre modes spatiaux. Or, le compromis entre DMA etAneffmin n'est pas assez optimal (notamment lors de l'utilisation de systèmes de détection optique sans ΜΙΜΟ ou avec une simple technique ΜΙΜΟ (2 x 2 ou 4x4) qui requiert un faible couplage de mode entre modes LP) et requiert du matériel de transmission complexe et coûteux.
il existe donc un besoin concernant ia conception d'une FMF faiblement couplée affichant une différence d'indice effectif élevée suffisante entre modes LP tout en réduisant la DMA, afin de renforcer la capacité de transmission de signaux optiques à multiplexage spatial.
__________EXPOSÉ DE CONVENTION
Dans un mode de réalisation particulier de la présente divulgation, on propose une fibre optique comprenant un cœur optique entouré par une gaine optique, dans laquelle le cœur optique a un profil d’indice de réfraction Δπ(γ) de forme de type trapézoïde, en fonction d'une distance radiale r au centre du cœur optique, le cœur optique ayant une partie centrale de rayon RI et une partie de transition allant du rayon RI à un rayon R2, tel que R2 > RI, ledit profil d'indice de réfraction étant défini par :
Dp
-une intégrale de surface ACüre définie comme suit : Acore = 2 ' Δπ(γ). dr = (Δη1 + Δη2)χ(ΑΊ + /?2) , „ |Δη2-Δη1|
- une pente de transition 5 demie comme suit : S = ------ r I R2-R1 l avec :
Δηΐ, la différence d'indice de réfraction de la partie centrale du cœur optique par rapport à la gaine optique externe ;
Δη2, la différence d'indice de réfraction d'une partie de gaine, adjacente à le cœur optique, par rapport à la gaine optique externe ;
et dans laquelle :
- l'intégrale de surface Acore est comprise entre 180.10’3 et 270.103 pm ;
le rayon R2 est compris entre 6,8 et 11,5 pm ;
la pente de transition S est comprise entre 1,7.10 3 et 12.10’3 pm’1.
Une telle fibre optique à peu de modes faiblement couplée affichant une différence d'indice de réfraction effectif élevée suffisante entre modes spatiaux, en comparaison à des fibres FMF de l’art antérieur, tout en maintenant une atténuation en mode différentiel aussi faible que possible. La présente invention repose sur une forme de type trapézoïde de profil d’indice ingénieuse entre le cœur et la gaine optiques conçue pour diminuer les phénomènes de diffusion à l'interface cœur/gaine, de façon à diminuer notablement ia composante SALS de la DMA. Une telle forme trapézoïdale permet de réduire les pertes de diffusion supplémentaires dans la FMF. En conséquence, plutôt que de se concentrer sur des effets de couplage entre des modes d'ordre le plus supérieur et des modes de gaine qui pénalisent l'atténuation des modes d'ordre supérieur comme dans les solutions de l'art antérieur, la présente invention est basée sur la conception du profil d'indice pour ia FMF qui réduit la contribution de ia SALS de façon à réduire la DMA.
Une telle approche permet d'améliorer significativement le compromis entre une différence d'indice effectif inter-mode élevée et une faible DMA aussi. Typiquement, une telle FMF faiblement couplée permet d'obtenir une différence d'indice effectif intermode Aneffmin supérieure ou égale à 0,9 x 10~;s combinée à une DMA inférieure ou égale à 0,05 dB/km.
Selon une caractéristique particulière, la différence d'indice de réfraction Δηΐ est comprise entre 13.10’3 et 18.10~3.
Selon une caractéristique particulière, un rapport R1/R2 du rayon de ladite partie centrale sur le rayon de ladite partie de transition est compris entre 0,30 et 0,85.
Un tel rapport garantit d'obtenir une FMF à couplage de mode faible comme souhaité tout en gardant une DMA aussi faible que possible.
Selon une autre caractéristique particulière, ia différence d'indice de réfraction Δη2 est comprise entre -1.10'3 et 1.10’3, et plus particulièrement entre -0,5 x 10’3 et 0,5 x 10’3,
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse, la partie centrale du cœur optique comprend une région d'indice de réfraction diminué, appelée cœur à indice diminué interne, allant du centre du cœur optique à un rayon R0 et ayant une différence d'indice de réfraction par rapport à la gaine optique externe ΔηΟ tel que Δηΐ > ΔηΟ > (Δηΐ-6.10 3).
Ajouter une telle portion d’indice de réfraction diminué dans la partie centrale du cœur optique (cœur à indice diminué interne) permet un réajustement de la différence d’indice de réfraction effectif inter-mode Aneff de façon à garantir une séparation adéquate entre des modes spatiaux qui sont guidés dans la FMF, augmentant ainsi la capacité de transmission de signaux optiques à multiplexage spatial, en comparaison aux FMF de l'art antérieur.
Selon une autre caractéristique particulière, le cœur à indice diminué interne a une intégrale de surface Ao et en posant une intégrale de surface Atrap comme l'intégrale de surface de profil d’indice de réfraction du cœur sans diminution, lesdites intégrales de surface Ao et Atrap étant définies comme suit rR0
Ao - 2 ,r
Atrap — 2 ! Δηΐ RI + | \ 'RI avec un rapport A0/AtraD inférieur ou égal à 0,01.
Ainsi, avec un tel rapport, le compromis entre DMA et différence d'indice effective inter-mode est encore amélioré.
Selon une autre caractéristique particulière, la pente de transition S satisfait l'inégalité suivante :
' a0 y .Atrap/ —-) + l
Atrap/ avec J = 650, K - -78 et L = 4,0.
Un tel profil permet d'obtenir une différence d'indice effectif inter-mode améliorée Aneffmin supérieure ou égale à 0,9 x 10’3.
Selon une autre caractéristique particulière, la pente de transition S satisfait l'inégalité suivante :
Ao \ f Ao +K?
rttrap/ \rttrap avec J = 1900, K = -209 et L = 7,6.
Un tel profil permet d'obtenir une différence d'indice effectif inter-mode âneffmin encore améliorée supérieure ou égale à 1,3 x 10'”.
Selon une autre caractéristique particulière, la pente de transition S satisfait l'inégalité suivante :
Ao \ f Ao +K?
rttrap/ \rttrap avec J = 5800, K = -580 et L = 17.
Un tel profil permet d'obtenir une différence d'indice de réfraction effectif intermode Aneff min encore plus améliorée supérieure ou égaie à 1,5 x 10 3.
Selon une autre caractéristique particulière, chaque mode de polarisation linéaire guidé par ladite fibre optique a une aire effective Aeff, telle que Aeff > 80 pmz.
Une telle aire effective limite une non-linéarité intra-mode dans la FMF.
Selon un aspect particulier de l'invention, au moins cinq modes LP sont guidés dans la fibre optique.
Selon une autre caractéristique particulière, une atténuation en mode différentiel, DMA, pour tous les modes guidés par ladite fibre optique est telle que : DMA < 0,050 dB/km et plus particulièrement DMA < 0,020 dB/km.
Selon une autre caractéristique particulière, ia partie de transition du profil d'indice de réfraction du cœur de type trapézoïde comprend au moins un matériau dopant de concentration changeant graduellement en fonction de la distance radiale r allant d'une concentration dans la partie centrale du cœur optique à une concentration dans ladite partie de gaine adjacente au cœur optique.
L'application d'une transition douce d'un ou de plusieurs dopants peut ainsi être utilisée dans le cœur de ia fibre pour créer la partie de transition du profil d'indice du cœur (allant du rayon RI au rayon R2).
Selon une autre caractéristique particulière, ledit au moins un matériau dopant appartient au groupe comprenant : l'oxyde de germanium, l'oxyde de phosphore, l'oxyde de bore, le fluor, ou un autre matériau dopant qui affecte l'indice de réfraction de la silice.
Selon une autre caractéristique particulière, la gaine optique a un indice de réfraction compris entre 1,437 et 1,458,
Un autre aspect de la divulgation concerne un système optique comprenant au moins une fibre optique telle que décrite ci-dessus dans l'un quelconque de ses modes de réalisation.
4. LISTE DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages des modes de réalisation de la présente divulgation apparaîtront dans la description suivante, donnée à titre d'exemples indicatifs et non exhaustifs et a partir des dessins annexes, dont :
- ia figure 1 représente graphiquement le profil d'indice de réfraction d'un exemple de FMF faiblement couplée selon un premier mode de réalisation de la présente divulgation ;
-la figure2 représente graphiquement le profil d'indice de réfraction d'un exemple de FMF faiblement couplée selon un deuxième mode de réalisation de la présente divulgation ;
-la figure3 illustre un graphique montrant l’impact de la pente de transition du profil d'indice trapézoïdal et du rapport Ao/Atr3p sur la différence d'indice intermode Aneffmin de la FMF.
5. DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Le principe générai de la présente divulgation repose sur une approche novatrice et inventive de conception de FMF avec une transition douce du profil d'indice de réfraction du cœur optique à la gaine, de sorte que les pertes de diffusion de lumière supplémentaires dans la FMF soient significativement réduites tout en maintenant une FMF faiblement couplée. Plus précisément, le but d'une telle conception est d'optimiser le profil d'indice de réfraction du cœur optique, afin que la FMF soit apte à guider une pluralité de modes spatiaux faiblement couplée (typiquement au moins cinq modes LP avec une différence d'indice de réfraction effectif inter-mode âneffmin minimale supérieure ou égale à 0,9 x 10~3) tout en ayant moins de DMA par rapport aux FMF de l'art antérieur (typiquement une DMA de moins de 0,05 dB/km).
La lumière parcourant une fibre optique forme en réalité des modes de type hybride, qui sont habituellement désignés par des modes LP (polarisation linéaire). Les modes LPOp ont deux degrés de liberté en polarisation et sont dégénérés deux fois, les modes LPmp avec m > 1 sont dégénérés quatre fois. Ces dégénérescences ne sont pas comptées lors de la désignation du nombre de modes LP se propageant dans la fibre. Ainsi, une fibre optique à peu de modes ayant deux modes LP prend en charge la propagation de tous les modes LP01 et LPn, ou une fibre à peu de modes guidant six modes LP prend en charge la propagation de tous les modes LPOi, LPn, LP02, LP2i, LPi2 et LP3i.
On fait maintenant référence de manière détaillée à des modes de réalisation relatifs à des fibres optiques à peu de modes selon l'invention, dont des exemples sont illustrés dans les dessins annexés. Chaque fois que possible, on utilisera les mêmes références numériques sur la totalité des dessins pour se référer aux parties identiques ou similaires.
La description propose donc deux exemples de modes de réalisation pour obtenir le compromis souhaité entre Aneffmin et DMA : une FMF faiblement couplée de profil d'indice trapézoïdal et une FMF faiblement couplée assistée par un cœur à indice diminué interne. Le deuxième mode de réalisation est détaillé plus tard dans ia description.
Tel qu'utilisé ici, Aneffmin signifie la valeur minimale de la différence d'indice effective, en valeur absolue, entre deux modes LP ultérieurs guidés dans la fibre optique, et 10 âneff est la différence d'indice effectif d'un mode LP donné par rapport à l'indice de réfraction de ia gaine.
> FMF faiblement couplée avec cœur sans indice diminué
La figure 1 représente le profil d'indice de réfraction n(r) d'une fibre optique selon un premier mode de réalisation de la présente invention. Elle décrit la relation entre ia différence d'indice de réfraction Δη en fonction de la distance radiale r, exprimée en micromètres, depuis le centre de la fibre optique. L'axe x représente une position radiale, x - 0 représentant le centre du cœur optique, et l'axe y représente l'indice de réfraction, exprimé comme une différence d'indice de réfraction Δη. Telle qu'utilisée ici, l'expression
0 «différence d'indice de réfraction » n’exclut pas une différence d'indice de réfraction de zéro.
La fibre optique a un cœur optique entouré par une gaine optique, et un revêtement entourant la gaine. Le revêtement peut comprendre plusieurs couches; par exemple, le revêtement peut être un revêtement à double couche. La gaine est formée de deux
5 portions: une portion intermédiaire adjacente au cœur optique et une portion externe (également désignées par gaine intermédiaire et gaine externe respectivement).
Dans ce mode de réalisation particulier, le profil d'indice de réfraction a une forme de trapézoïde, et il présente (en partant du centre de la fibre) :
- une partie centrale du cœur optique ayant un rayon RI et une différence d'indice
0 de réfraction Δηΐ sensiblement constante par rapport à la gaine externe ;
- une partie annulaire du cœur optique, dans laquelle l'indice de réfraction diminue, de manière sensiblement linéaire, jusqu'à la distance radiale R2 depuis l'indice de ia partie centrale du cœur optique jusqu'à l'indice de la gaine intermédiaire ;
-une gaine intermédiaire ayant un rayon R3 et une différence d'indice de réfraction Δη2 sensiblement constante par rapport à la gaine externe ;
- une gaine externe allant du rayon R3 à l'extrémité de la partie en verre de ia FMF.
Tout au long du présent document, la portion annulaire précitée du cœur optique est également appelée « partie de transition » du profil d'indice de type trapézoïde du cœur.
La fibre constitue donc globalement une fibre ayant un profil dit « de type trapézoïde ».
Comme la section transversale de la FMF montrée sur la figure 1 est circulairesymétrique par rapport au centre du cœur optique, le profil d'indice de réfraction du cœur résultant a une forme de trapézoïde isocèle (le profil d'indice est de forme symétrique par rapport au centre du cœur optique (axe y)).
Comme précisé ci-dessus, la partie centrale du profil de cœur a une différence d’indice de réfraction Δηΐ sensiblement constante par rapport à la gaine externe (nci), la partie de transition du profil de cœur a une différence d'indice de réfraction qui diminue sensiblement linéairement par rapport à la distance radiale. Cette diminution linéaire est définie comme une pente S, dite « pente de transition », définie par l'équation suivante :
Δη2 —Δηΐ
S „ ________
Ci-après, chaque section ou partie du profil de fibre optique est définie à l'aide d’intégrales de surface. Le terme « surface » ne doit pas être compris géométriquement mais plutôt doit être compris comme l’aire sous la courbe de profil ayant deux dimensions (exprimées ici en micromètres).
Selon l'invention, ia partie centrale du cœur optique est définie par une intégrale de surface Acore, définie par les équations suivantes :
r 82
ACore ~ 2 I Δπ(γ). dr = (Δηΐ + An2)x(Rl -I- R2)
Jo
Les paramètres de ia fibre, tels que les rayons RI et R2, les différences d'indice de réfraction Δηΐ et Δη2, sont choisis pour avoir une intégrale de surface Acore variant dans une plage prédéterminée de valeurs.
La FMF selon cet exemple de mode de réalisation présente typiquement en outre les propriétés suivantes :
-une intégrale de surfaceAcore du profil d'indice de cœur variant entre 180.IO3 et 270.10-3 pm ;
-un rapport R1/R2 du rayon de la partie centrale sur le rayon de la partie de transition variant entre 0,30 et 0,85 ;
- un rayon R2 de la partie de transition variant entre 6,8 et 11,5 pm ;
- une différence d'indice de réfraction Δηΐ variant entre 13.10-3 et 18.10-3 ;
-une différence d'indice de réfraction Δη2 variant entre -1.10-3 et 1.10’3 et plus particulièrement entre -0,5 x 10 et 0,5 x 10 ;
une pente de transition S variant entre 1,7.10-3 et 12.10-3 pm-1.
Grâce à ces paramètres de profil, des FMF selon l'invention sont aptes à guider au moins cinq modes LP tout en affichant un compromis optimisé entre Aneffmin et DMA. Ici, les inventeurs de ia présente invention ont découvert que de tels paramètres de profil permettent d'obtenir un faible couplage de mode (c.-à-d. une différence d'indice de réfraction effectif inter-mode minimale Aneffmin accrue) et une faible DMA aussi.
0 Par «faible couplage de mode», on entend la différence d'indice de réfraction effectif inter-mode minimale âneffmm > 0,9 x 10-3 et par «faible DMA», on veut dire l'atténuation en mode différentiel DMA < 0,050 dB/km.
Une telle forme de profil trapézoïdale est obtenue par un changement graduel dans la concentration d'un ou de plusieurs matériaux dopants dans la partie de transition du 2 5 cœur optique de RI à R2. Le changement graduel dans la concentration en dopant est basé sur ia valeur souhaitée de la pente de transition S (définie ci-dessus). De nombreux dopants peuvent être utilisés dans le contexte de la présente invention, tels que, par exemple, le germanium et le phosphore, qui tous deux permettent l'augmentation de l'indice de réfraction, et le bore et le fluor, qui tous deux permettent de diminuer l'indice de réfraction. 30 La personne qualifiée dans l'art comprendra facilement que ces dopants (à l'exception du fluor) sont présents dans la matrice de silice sous la forme d'oxydes. D’où, l'utilisation de germanium comme moyen dopant, par exemple, l'utilisation de dioxyde de germanium (GeO2).
> FMF faiblement couplée avec cœur à indice diminué interne
La figure2 représente le profil d'indice de réfraction n(r) d'une fibre optique selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention. La figure 2 diffère de la figure 1 par la présence d'un cœur à indice diminué interne ingénieusement dimensionné dans le profil d'indice de réfraction de la FMF, afin d'assurer une séparation adéquate entre des 10 modes LP guidés dans ia fibre.
Comme le montre la figure, la partie centrale du profil de cœur comprend une région d'indice de réfraction diminué, appelée cœur à indice diminué interne, allant du centre du cœur optique au rayon RO et ayant une différence d'indice de réfraction ΔηΟ sensiblement constante par rapport à la gaine externe (nCi) telle que : Δηΐ > ΔηΟ >(Δη115 6.10’5). L'ajout d’un tel cœur à indice diminué interne dans la partie centrale du cœur optique comme le montre la figure 2 permet de réajuster la différence d'indice effective inter-mode Aneff et d'améliorer la capacité de transmission de signaux optiques à multiplexage spatial, en comparaison aux FMF de l’art antérieur. En conséquence, dans cet exemple de mode de réalisation, le profil trapézoïdal du cœur est d’une certaine manière 2 0 tronqué vers son centre avec une région d’indice de réfraction diminué pour améliorer le couplage de mode de ia FMF. Une telle tranchée a par exemple un rayon externe RO compris entre 0,8 et Rl-0,8 pm.
Telle qu'utilisée ici, l'expression « cœur à indice diminué interne » est utilisée pour désigner une portion radiale de la fibre optique ayant un indice de réfraction plus faible que 2 5 l'indice de réfraction de la partie centrale du cœur optique.
Ci-après, chaque section ou partie du profil de fibre optique est à nouveau définie à l'aide d'intégrales de surface. Le terme « surface » ne doit pas être compris géométriquement mais plutôt doit être compris comme l'aire sous la courbe de profil ayant deux dimensions (exprimées ici en micromètres).
Selon l'invention, le cœur à indice diminué interne est défini par une intégrale de surface Ao comme suit :
λ RO
Ao = 2 I (ânl — An(r))dr hj
Considérons à présent l'intégrale de surface Atrap comme l'intégrale de surface du profil d'indice de réfraction du cœur sans tranchée, définie par l'équation suivante :
((•R2 Δηΐ RI + s An(r)dr
Les intégrales de surface Ao et Atrap sont choisies pour avoir un rapport A0/Atrap inférieur ou égal à 0,01. Avec un tel rapport, le compromis entre DMA et âneffmin est encore plus amélioré.
Il convient de noter qu'un rapport choisi avec Ao égal à zéro revient à afficher le profil d'indice du premier mode de réalisation. Il convient également de noter que les 10 propriétés évoquées ci-dessus en relation avec la figure 1 (R1/R2, R2, Δηΐ, Δη2, S) s'appliquent à nouveau ici pour ce second exemple de mode de réalisation.
Les inventeurs de la présente invention ont en outre découvert que la pente et le rapport A0/Atrap ont un effet sur la différence d'indice de réfraction effectif intermode Aneff, et ils ont développé l'inégalité suivante pour assurer un guidage d'au moins 15 cinq modes LP avec un faible couplage de mode, tout en gardant une DMA faible (c.-à-d., DMA =¾ 0,050 dB/km) :
avec J = 650, K = -78 et L = 4,0 pour obtenir Aneffmin 0,9 x 10’3 (désigné par « critère 1 ») ; ou avec J = 1 900, K =-209 et L = 7,6 pour obtenir Aneffmip =? 1,3 x 103 (désigné par « critère 2 ») ; ou avec J = 5 800, K = -580 et L = 17 pour obtenir Aneffrnir, 1,5 x 10 ° (désigné par « critère 3 »).
Des dopants peuvent être utilisés dans la matrice de silice, tels que, par exemple, le dioxyde de bore et/ou le fluor, pour diminuer l'indice de réfraction par rapport à l'indice de réfraction (nco) de ia partie centrale du cœur de façon à obtenir le cœur à indice diminué interne avec la différence d’indice ΔηΟ souhaitée. Cette portion de cœur est dite « dopée à la baisse » par rapport à ia partie centrale du cœur.
En variante, la concentration de dopants augmentant l'indice de réfraction, tels que, par exemple, l'oxyde de germanium et/ou l'oxyde de phosphore, est plus faible dans le cœur à indice diminué interne ayant une différence d’indice ΔηΟ que dans la partie centrale du cœur ayant une différence d’indice Δηΐ de RO à RI.
La figure3 illustre un graphique montrant l'impact de la pente de transitions du profil d'indice trapézoïdal de la Aneffmin de la FMF. Ce graphique présente la relation entre 10 la penteS du profil d'indice trapézoïdal (axe y) en fonction du rapport d'intégrale de surface A0/Atrap (axe x) (x = 0 représentant le premier exemple de mode de réalisation et x>0 représentant le second exemple de mode de réalisation). Les courbes 10, 20 et 30 représentent les courbes obtenues par simulation numérique avec des paramètres de fibre qui donnent, respectivement, les différences d'indice effectif inter-mode minimales 15 suivantes : âneffmin > 0,9 x 10’3 (ligne continue), âneffmin N 1,3 x 10’ (ligne discontinue) et Aneffmjri 2¾ 1,5 x io’3 (ligne poïntiliée). Les lignes noires, les cercles noirs et les étoiles noires sur le graphique sont des exemples issus du tableau 1 évoqué ci-dessous satisfaisant respectivement les conditions suivantes : Aneffmin N 0,9 x 10 3, Aneft-min N 1,3 x 10 3 et Aneffmin 1,5 x 10 3.
0 Le tableau 1 donne les paramètres de profils d'indice de douze exemples de FMF selon les exemples de modes de réalisation des figures 1 (Ex. 1) et 2 (Ex. 2 à Ex. 12) selon l'invention. Les paramètres de profil ont été établis à une longueur d'onde de 633 nm.
Tableau 1
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II convient de noter que seul le 1er exemple (Ex. 1) illustre l'exemple de ia figure 1 (c.à-d. la FMF faiblement couplée sans diminution), tandis que les onze autres exemples (Ex. 2 à Ex. 12) illustrent l'exemple de la figure 2 (c.-à-d. la FMF faiblement couplée de cœur à indice diminué interne). Le 12e exemple (Ex. 12) illustre un profil trapézoïdal identique à celui du 7e exemple (Ex. 7) mais avec un indice de réfraction nC| de 1,4411 et une différence d'indice de réfraction Δ ni proche de celui de la silice. Les résultats obtenus avec ces paramètres de profil sont établis plus tard dans le tableau 2.
Comme évoqué ci-dessus en relation avec le contexte de l’invention, ia DMA impacte les pertes à dépendance de mode avec des pertes optiques les plus élevées pour les modes d'ordre supérieur. Une origine de la DMA élevée peut être due au couplage des modes d'ordre le plus supérieur avec la gaine ou des modes à fuite lorsque les indices effectifs des modes d'ordre supérieur sont trop proches de l'indice de réfraction de la gaine.
Or, lorsqu'une différence d'indice effectif entre le mode d'ordre supérieur et les modes de gaine est suffisamment élevée (de préférence plus grande que 0,8 x 10’3), les inventeurs attribuent l'origine des pertes supplémentaires inattendues apparaissant pour les modes d'ordre supérieur à des contributions de diffusion de lumière aux petits angles (SALS). Pour chaque mode LP guidé dans la FMF à une longueur d'onde de 1 550 nm, plus de 70 % des
0 pertes sont dues à la diffusion de Rayleigh. Les pertes restantes couvrent, d'une part, les pertes induites par des mécanismes d'absorption (pertes conjointes par pertes de pic OH, infrarouge et ultraviolette) et, d’autre part, des pertes induites par SALS. La DMA est considérée comme étant la différence en termes de pertes (comprenant les pertes de
Rayleigh, les pertes par absorption et les pertes de SALS) entre le mode LP ayant les pertes les plus élevées et le mode LP ayant les pertes les plus faibles.
L'un des buts de l’invention est de réduire autant que possible la composante SALS de la DMA afin de renforcer la capacité de transmission de signaux optiques à multiplexage spatial sur des FMF,
Un paramètre pour évaluer la composante SALS de la perte de chaque mode guidé dans ia FMF a été établi comme suit (exprimé en dB/km) :
Cei(mode i) = 8 π ( | 103 Co (mode i) avec C0(mode i) - JJ x E.(r, θ y rdrd θ r étant la distance radiale au centre de l'optique et θ ia composante azimutale en coordonnées polaires et Ej(r, θ ) la distribution d'amplitude de champ modal au rayon r et à l'angle θ du mode i.
Concevoir un tel profil d'indice de réfraction trapézoïdal avec des pertes supplémentaires inattendues tel que Cel(mode i) <0,05 dB/km voire tel que Cej(mode i) < 0,015 dB/km permet de satisfaire les besoins spécifiques en termes à la fois de perte réduite et de FMF faiblement couplée (comme ie montre le tableau 2 ci-dessous).
De plus, afin de limiter ia non-linéarité intra-mode (et ainsi de garder de bonnes propriétés de guidage optique au sein de ia FMF), un profil d'indice de réfraction de la FMF est conçu pour qu'une aire effective Aeff de chaque mode guidé soit plus grande que 80 pm2.
Le tableau 2 donne les caractéristiques Aneffmin, DMA et, pour chaque mode LP guidé par la fibre, ie coefficient de perte supplémentaire inattendue Cei, la perte totale TL résultant de mécanismes de perte d'absorption et de diffusion, les pertes dues à la courbure
BL maximales (pour un rayon de 10 mm) et l’aire effective Aeff, avec les profils d’indice de douze exemples des FMF du tableau 1.
Telle qu’utilisée ici, l'aire effective d'une fibre optique est l'aire de la fibre optique dans laquelle la lumière se propage et est déterminée au mode spécifié, à une longueur d’onde de 1 550 nm, sauf spécification contraire. L'aire effective du mode ί,Ρμν est définie comme suit :
où φμν est ia distribution d'amplitude de champ modal du mode LPUV au rayon r, c.à-d. à la distance polaire r dans les coordonnées polaires d'un point dans un système d’axes transversaux à la fibre et centrés par rapport à la fibre ; et
- si μ = 0 :
: î'tîr
Le tableau 2 fournit également une estimation des pertes dues à la courbure par tour de rayon de courbure de 10 mm pour chaque mode LP. Les données de perte due à la courbure illustrées dans le tableau 2 sont collectées selon des mesures se conformant aux exigences de la norme IEC 60793-1-47 (ed.2.0), qui est incorporée ici en référence. Pour caractériser correctement les pertes de micro-courbure du mode LPOi, une portion de SMF de deux mètres peut être tranchée du côté injection de la FMF en cours d'essai pour éliminer par filtration les modes d’ordre supérieur. Pour les modes d’ordre supérieur, il est nécessaire d'utiliser des convertisseurs de mode à l'entrée et à la sortie de la FMF pour évaluer correctement la puissance dans les modes souhaités. Alors que la caractérisation des FMF n'est pas encore standardisée, la perte du mode LPOi peut être mesurée selon la norme IEC 60793-1-40 (edl.0) (méthode A), qui est incorporée ici en référence. Néanmoins, afin de caractériser correctement les pertes du mode fondamental, une portion de SMF de deux mètres peut être tranchée du côté injection de la FMF en cours d'essai pour éliminer par filtration les modes d'ordre élevé. Pour les modes d'ordre élevé, il est nécessaire d'utiliser des convertisseurs de mode à l'entrée et à la sortie de la FMF pour évaluer correctement la puissance dans les modes souhaités.
Tableau 2
| Exemples | ^neff min | DMA | Modes LP | Aneff | Aeff | Ce| | TL | BL |
| (10 3) | (dB/km) | (10 3) | (pm) | (dB/km) | (dB/km) | (dB/tour) |
| Ex. 1 | 1,0 | 0,015 | LP01 | 11,2 | 101 | 0,000 | 0,229 | < 0,001 |
| LP11 | 8,4 | 97 | 0,001 | 0,228 | < 0,001 | |||
| LP21 | 5,0 | 110 | 0,001 | 0,226 | < 0,001 | |||
| LP02 | 4,0 | 105 | 0,001 | 0,226 | < 0,001 | |||
| LP31 | 1,0 | 133 | 0,002 | 0,214 | < 50 | |||
| Ex. 2 | 1,2 | 0,010 | LP01 | 14,0 | 97 | 0,002 | 0,245 | < 0,001 |
| LP11 | 11,1 | 91 | 0,003 | 0,245 | < 0,001 | |||
| LP21 | 7,4 | 103 | 0,004 | 0,243 | < 0,001 | |||
| LP02 | 6,2 | 101 | 0,006 | 0,243 | < 0,001 | |||
| LP31 | 3,1 | 118 | 0,006 | 0,239 | < 0,001 | |||
| - | LP12 | 1,8 | 136 | 0,005 | 0,235 | < 10 | ||
| Ex. 3 | 1,3 | 0,002 | LP01 | 13,9 | 128 | 0,002 | 0,242 | < 0,001 |
| LP11 | 11,7 | 111 | 0,003 | 0,244 | < 0,001 | |||
| LP21 | 8,7 | 119 | 0,005 | 0,245 | < 0,001 | |||
| LP02 | 7,4 | 109 | 0,007 | 0,243 | < 0,001 | |||
| LP31 | 5,1 | 125 | 0,008 | 0,245 | < 0,001 | |||
| LP12 | 3,4 | 119 | 0,009 | 0,244 | < 0,01 | |||
| LP41 | 1,1 | 137 | 0,010 | 0,242 | < 1 | |||
| Ex. 4 | 1,3 | 0,012 | LP01 | 12,7 | 136 | 0,003 | 0,237 | < 0,001 |
| LP11 | 10,6 | 114 | 0,005 | 0,241 | < 0,001 | |||
| LP21 | 7,8 | 121 | 0,006 | 0,241 | < 0,001 | |||
| LP02 | 6,5 | 99 | 0,004 | 0,235 | < 0,001 | |||
| LP31 | 4,3 | 132 | 0,007 | 0,238 | < 0,001 | |||
| LP12 | 2,3 | 139 | 0,005 | 0,229 | < 10 | |||
| Ex. 5 | 1,4 | 0,011 | LP01 | 13,8 | 100 | 0,003 | 0,244 | < 0,001 |
| LP11 | 11,1 | 91 | 0,003 | 0,245 | < 0,001 | |||
| LP21 | 7,4 | 103 | 0,004 | 0,243 | < 0,001 | |||
| LP02 | 6,0 | 102 | 0,006 | 0,241 | < 0,001 | |||
| LP31 | 3,1 | 118 | 0,006 | 0,238 | < 0,001 | |||
| LP12 | 1,7 | 139 | 0,005 | 0,234 | < 10 |
| Ex. 6 | 1,6 | 0,014 | LP01 | 13,3 | 123 | 0,003 | 0,241 | < 0,001 |
| LP11 | 11,1 | 101 | 0,005 | 0,245 | < 0,001 | |||
| LP21 | 7,9 | 110 | 0,006 | 0,244 | < 0,001 | |||
| LP02 | 6,3 | 93 | 0,004 | 0,237 | < 0,001 | |||
| LP31 | 4,0 | 123 | 0,006 | 0,240 | < 0,001 | |||
| LP12 | 2,0 | 142 | 0,006 | 0,231 | < 10 | |||
| Ex. 7 | 1,6 | 0,012 | LP01 | 13,0 | 135 | 0,003 | 0,239 | < 0,001 |
| LP11 | 11,0 | 109 | 0,004 | 0,243 | < 0,001 | |||
| LP21 | 8,1 | 119 | 0,005 | 0,242 | < 0,001 | |||
| LP02 | 6,5 | 100 | 0,004 | 0,235 | < 0,001 | |||
| LP31 | 4,5 | 131 | 0,006 | 0,239 | < 0,001 | |||
| LP12 | 2,5 | 145 | 0,006 | 0,231 | < 1 | |||
| Ex. 8 | 1,5 | 0,004 | LP01 | 14,2 | 132 | 0,003 | 0,244 | < 0,001 |
| LP11 | 12,1 | 110 | 0,004 | 0,247 | < 0,001 | |||
| LP21 | 9,2 | 118 | 0,006 | 0,248 | < 0,001 | |||
| LP02 | 7,7 | 107 | 0,008 | 0,244 | < 0,001 | |||
| LP31 | 5,6 | 123 | 0,008 | 0,248 | < 0,001 | |||
| LP12 | 3,6 | 118 | 0,010 | 0,247 | < 0,001 | |||
| LP41 | 1,5 | 134 | 0,011 | 0,246 | < 1 | |||
| Ex. 9 | 1,6 | 0,006 | LP01 | 13,6 | 156 | 0,003 | 0,241 | < 0,001 |
| LP11 | 11,9 | 122 | 0,004 | 0,244 | < 0,001 | |||
| LP21 | 9,2 | 128 | 0,005 | 0,245 | < 0,001 | |||
| LP02 | 7,6 | 107 | 0,007 | 0,239 | < 0,001 | |||
| LP31 | 6,0 | 133 | 0,007 | 0,245 | < 0,001 | |||
| LP12 | 3,9 | 128 | 0,010 | 0,242 | < 0,001 | |||
| LP41 | 2,2 | 142 | 0,010 | 0,244 | < 0,1 | |||
| Ex. 10 | 1,6 | 0,003 | LP01 | 13,4 | 149 | 0,006 | 0,243 | < 0,001 |
| LP11 | 11,5 | 121 | 0,004 | 0,242 | < 0,001 | |||
| LP21 | 8,8 | 129 | 0,005 | 0,242 | < 0,001 | |||
| LP02 | 7,2 | 126 | 0,015 | 0,244 | < 0,001 |
| LP31 LP12 LP41 | 5,5 3.8 1.8 | 133 123 142 | 0,007 0,011 0,010 | 0,243 0,245 0,242 | < 0,001 < 0,01 < 10 | |||
| Ex. 11 | 1,3 | 0,074 | LP01 | 12,4 | 163 | 0,006 | 0,238 | < 0,001 |
| LP11 | 10,8 | 120 | 0,006 | 0,242 | < 0,001 | |||
| LP21 | 8,2 | 127 | 0,006 | 0,241 | < 0,001 | |||
| LP02 | 6,2 | 103 | 0,005 | 0,229 | < 0,001 | |||
| LP31 | 4,9 | 138 | 0,006 | 0,238 | < 0,001 | |||
| LP12 | 2,6 | 154 | 0,008 | 0,229 | < 10 | |||
| LP41 | 1,2 | 156 | 0,007 | 0,233 | < 10 | |||
| Ex. 12 | 1,6 | 0,005 | LP01 | 13,0 | 135 | 0,003 | 0,168 | < 0,001 |
| LP11 | 11,0 | 109 | 0,004 | 0,168 | < 0,001 | |||
| LP21 | 8,1 | 119 | 0,005 | 0,169 | < 0,001 | |||
| LP02 | 6,5 | 100 | 0,004 | 0,170 | < 0,001 | |||
| LP31 | 4,5 | 131 | 0,006 | 0,171 | < 0,001 | |||
| LP12 | 2,5 | 145 | 0,006 | 0,173 | < 1 |
Comme cela est démontré ici, grâce aux paramètres de profil choisis selon l'invention (regroupés dans le tableau 1), chaque FMF mise à l'essai est apte à guider au moins cinq modes LP, avec âneffmin N 0,9 x 10 3, Cei --¾ 0,015 dB/km et DMA -¾ 0,02 dB/km.
Tous les exemples des tableaux 1 et 2 satisfont les exigences structurelles suivantes :
- l'intégrale de surface Acore est comprise entre 180.10’3 et 270.103 pm ;
- le rayon R2 est compris entre 6,8 et 11,5 pm ;
la différence d'indice de réfraction Δηΐ est comprise entre 13.10’3 et 18.10 3 ;
la pente de transition S est comprise entre 1,7.103 et 12.10’3 pmΛ
Dans un mode de réalisation préféré supplémentaire, la valeur du rayon R3 de la portion intermédiaire de la gaine est telle que R3 P 1,8 x R2.
Selon une caractéristique particulière, l'indice de réfraction de la gaine externe (nCi) est choisi pour être proche de l'indice de réfraction de la silice. Dans un autre exemple de mode de réalisation, l'indice de réfraction de la gaine externe (nCi) peut être choisi entre
1,437 et 1,458, ou en variante, l’indice de réfraction du cœur optique est choisi pour être proche de l'indice de la silice pour réduire les pertes totales de la FMF. De cette manière, l'indice de réfraction de la gaine (nCi) peut être dopé à la baisse jusqu’à -20.IO’5 par rapport à l’indice de réfraction de la silice afin de donner des FMF de perte ultra-faible en réduisant leur contribution de Rayleigh (grâce à la structure de cœur pauvre en Ge ou de silice pure).
Référons-nous à présent au tableau 3 qui donne les paramètres de profils d'indice de six exemples comparatifs (Comp.Ex.l à Comp,Ex.6) de fibres optiques en dehors de ia portée de la présente invention, c.à.d. qui ne satisfont pas les critères de la présente invention.
Tableau 3
| Exemples | RI (pm) | R2 (pm) | R3 (pm) | ΔηΟ (10 3) | Δηΐ (10 3) | Δη2 (10 3) | Acore (103 pm) | Aq/ Ajrap | S (10’3/pm) | r |
| Comp. Ex.l | 5,06 | 11,50 | 19,75 | - | 15,7 | -0,2 | 263 | 0,000 | 2,5 | 0,44 |
| Comp. Ex.2 | 7,29 | 8,28 | 19,75 | 16,7 | 0,2 | 262 | 0,000 | 17,0 | 0,88 | |
| Comp. Ex.3 | 8,28 | 8,28 | 19,75 | - | 15,7 | -0,2 | 263 | 0,000 | 1,00 | |
| Comp. Ex.4 | 8,01 | 8,01 | 19,75 | 14,7 | 16,7 | -0,2 | 260 | 0,041 | ©O | 1,00 |
| Comp. Ex.5 | 2,51 | 11,64 | 19,75 | 11,5 | 13,5 | -0,2 | 190 | 0,020 | 1,5 | 0,22 |
| Comp. Ex.6 | 5,73 | 10,82 | 19,75 | 10,7 | 15,7 | -0,2 | 228 | 0,131 | 3,1 | 0,53 |
Comme pour le tableau 2, le tableau 4 donne les caractéristiques Aneffmin, DMA et, pour chaque mode LP guidé par ia fibre, le coefficient de perte supplémentaire inattendue Cei, la perte totale TL résultant de mécanismes de perte d'absorption et de diffusion, les pertes dues à la courbure BL maximales (pour un rayon de 10 mm) et l'aire effective Aeff, avec les profils d'indice des six exemples de fibres optiques du tableau 3 cidessus.
Tableau 4
| Exemples | Aneffmjn (IO3) | DMA (dB/km) | Modes LP | Arîeft (10~3) | Aeff (qm) | Ceî (dB/km) | TL (dB/km) | BL (dB/tour) |
| Comp. Ex.l | 0,8 | 0,008 | LP01 | 13,4 | 112 | 0,001 | 0,240 | < 0,001 |
| LP11 | 11,0 | 112 | 0,002 | 0,239 | < 0,001 | |||
| LP21 | 7,9 | 129 | 0,004 | 0,238 | < 0,001 | |||
| LP02 | 7,2 | 123 | 0,004 | 0,239 | < 0,001 | |||
| LP31 | 4,5 | 146 | 0,005 | 0,233 | < 0,001 | |||
| LP12 | 3,4 | 153 | 0,004 | 0,232 | <0,1 | |||
| Comp. Ex.2 | 1,0 | 0,015 | LP01 | 14,5 | 120 | 0,003 | 0,246 | < 0,001 |
| LP11 | 12,2 | 111 | 0,007 | 0,250 | < 0,001 | |||
| LP21 | 9,2 | 116 | 0,012 | 0,254 | < 0,001 | |||
| LP02 | 8,2 | 100 | 0,013 | 0,256 | < 0,001 | |||
| LP31 | 5,6 | 119 | 0,017 | 0,259 | < 0,001 | |||
| LP12 | 3,7 | 107 | 0,019 | 0,259 | <0,01 | |||
| LP41 | 1,5 | 126 | 0,023 | 0,262 | < 10 | |||
| Comp. Ex.3 | 1,0 | 0,069 | LP01 | 14,6 | 125 | 0,009 | 0,253 | < 0,001 |
| LP 11 | 12,4 | 115 | 0,023 | 0,266 | < 0,001 | |||
| LP21 | 9,5 | 120 | 0,040 | 0,283 | < 0,001 | |||
| LP02 | 8,6 | 103 | 0,045 | 0,288 | < 0,001 | |||
| LP31 | 6,0 | 123 | 0,059 | 0,302 | < 0,001 | |||
| LP12 | 4,2 | 109 | 0,066 | 0,309 | <0,01 | |||
| LP41 | 2,0 | 129 | 0,080 | 0,321 | < 10 | |||
| Comp. Ex.4 | 1,7 | 0,076 | LP01 | 14,2 | 149 | 0,015 | 0,256 | < 0,001 |
| LP 11 | 12,3 | 117 | 0,028 | 0,271 | < 0,001 | |||
| LP21 | 9,6 | 121 | 0,046 | 0,289 | < 0,001 |
| LP02 LP31 LP12 LP41 | 7.9 6.1 3.9 2.2 | 101 123 115 129 | 0,054 0,068 0,080 0,092 | 0,289 0,310 0,317 0,331 | < 0,001 < 0,001 < 0,001 <0,01 | |||
| Comp. | ||||||||
| Ex.5 | 0,4 | 0,013 | LP01 | 10,3 | 86 | 0,002 | 0,228 | < 0,001 |
| LP11 | 7,1 | 99 | 0,002 | 0,223 | < 0,001 | |||
| LP21 | 3,6 | 137 | 0,002 | 0,215 | <0,01 | |||
| LP02 | 3,3 | 171 | 0,002 | 0,216 | < 1 | |||
| Comp. | ||||||||
| Ex.6 | 0,5 | 0,022 | LP01 | 11,9 | 174 | 0,012 | 0,244 | < 0,001 |
| LP11 | 10,5 | 119 | 0,010 | 0,246 | < 0,001 | |||
| LP21 | 8,0 | 127 | 0,008 | 0,243 | < 0,001 | |||
| LP02 | 5,2 | 113 | 0,008 | 0,223 | < 0,001 | |||
| LP31 | 4,8 | 139 | 0,007 | 0,238 | < 0,001 | |||
| LP12 | 2,2 | 175 | 0,012 | 0,228 | <50 | |||
| LP41 | 1,1 | 160 | 0,006 | 0,231 | < 10 |
Comp.Ex.1 est un exemple de fibre optique ayant un profil de cœur en forme de trapézoïde (A0/Atrap = 0) caractérisé par une pente S qui ne satisfait pas le « critère 1 ». En conséquence, AneiÎinin entre les modes LP21 et LP02 est trop petite.
Comp.Ex.2 est un exemple de fibre optique ayant un profil de cœur en forme de trapézoïde avec un centre diminué caractérisé par une pente S qui est trop importante. En conséquence, la transition cœur-gaine est trop nette pour les modes d'ordre le plus supérieur et un coefficient de perte supplémentaire inattendue Cei de LP12 et LP41 n'est pas souhaitable (Cef > 0,015 dB/km).
Comp.Ex.3 est un exemple de fibre optique ayant un profil à saut d'indice. Le coefficient de perte supplémentaire inattendue Cei pour les modes LP21, LP02, LP31, LP12 et LP41 n'est pas souhaitable car supérieur à 0,02 dB/km. En conséquence, la DMA est trop élevée (DMA > 0,05 dB/km) pour satisfaire les demandes de capacité de communication par fibre.
Comp.Ex.4 est un exemple de fibre optique ayant un profil à saut d'indice avec une partie de centre à indice diminué permettant d’obtenir une différence d'indice effectif intermode minimale améliorée et suffisamment élevée en comparaison à Comp.Ex.3 ( âneffmin > 1,5 x 10’3) mais des pertes supplémentaires inattendues trop élevées (Cei > 0,02 dB/km). En conséquence, la DMA est trop élevée (DMA > 0,05 dB/km) pour satisfaire les demandes de capacité de communication par fibre.
Comp.Ex.5 est un exemple de fibre optique ayant un profil de cœur en forme de trapézoïde avec un centre diminué caractérisé par une pente S qui est trop petite et ne satisfait pas le « critère 1 ». En conséquence, seuls quatre modes LP sont guidés et Aneffmin entre les modes LP21 et LP02 est trop petite.
Comp.Ex.6 est un exemple de fibre optique ayant un profil de cœur en forme de trapézoïde avec un centre diminué caractérisé par une penteS qui ne satisfait pas le « critère 1 » et un rapport A0/Atr3p supérieur à 0,1. En conséquence, Aneffmjn entre les modes LP02 et LP31 est trop petite.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes de réalisation et d’autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Claims (16)
- REVENDICATIONS1. Fibre optique comprenant un cœur optique entourée par une gaine optique, dans laquelle le cœur optique a un profil d'indice de réfraction An(r) de forme de type trapézoïde, en fonction d'une distance radiale r au centre du cœur optique, le cœur optique ayant une partie centrale de rayon RI et une partie de transition allant du rayon RI à un rayon R2, tel que R2 > RI, ledit profil d'indice de réfraction étant défini par :une intégrale de surface Acore définie comme suit :fR2ACore = 2 I An(r). dr = (Aol + An2)x(Rl + R2) ’'O- une pente de transition S définie comme suit :Δη2 —ΔηΐS = --------R2 - RI avec :Δηΐ, la différence d'indice de réfraction de la partie centrale du cœur optique par rapport à la gaine optique externe ;Δη2, la différence d'indice de réfraction d'une partie de gaine, adjacente à le cœur optique, par rapport à la gaine optique externe ;et dans laquelle :l'intégrale de surface Acore est comprise entre 180.IO’3 et 270.10’3 pm ;le rayon R2 est compris entre 6,8 et 11,5 pm ;la pente de transition S est comprise entre 1,7.103 et 12.10’3 pm’1.
- 2. Fibre optique selon la revendication 1, dans laquelle la différence d'indice de réfraction Δηΐ est comprise entre 13.10 5 et 18.10’3.
- 3. Fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle un rapport R1/R2 du rayon RI de ladite partie centrale sur le rayon R2 de ladite partie de transition est compris entre 0,30 et 0,85.
- 4. Fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la différence d'indice de réfraction Δη2 est comprise entre -1.10’3 et 1.10’3, et plus particulièrement entre -0,5 x 10'5 et 0,5 x 10’3.
- 5. Fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la partie centrale du cœur optique comprend une région d'indice de réfraction diminué, appelée cœur à indice diminué interne, allant du centre du cœur optique à un rayon RO et ayant une différence d'indice de réfraction par rapport à la gaine optique externe ΔηΟ tel que Δηΐ > ΔηΟ > (Δηΐ- 6.ΙΟ’3).
- 6. Fibre optique selon la revendication 5, dans laquelle le cœur à indice diminué interne a une intégrale de surface Ao et en posant une intégrale de surface Atrap comme l'intégrale de surface de profil d'indice de réfraction du cœur sans diminution, lesdites intégrales de surface Ao et Atrap étant définies comme suit :rR0Ao = 2 I (ânl — An(r))dr JoAtrap ~ 2 ΓδπΙ - RI + Α An(r)dr avec un rapport A0/Acrap inférieur ou égal à 0,01.
- 10. Fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle chaque mode de polarisation linéaire guidé par ladite fibre optique a une aire effective Aeff, telle que Aeif > 80 pm .
- 11. Fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle au 5 moins cinq modes LP sont guidés.
- 12. Fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle une atténuation en mode différentiel, DMA, pour tous les modes guidés par ladite fibre optique est telle que : DMA < 0,050 dB/km et plus particulièrement DMA < 0,020 dB/km.
- 13. Fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle ia 10 partie de transition du profil d'indice de réfraction du cœur de type trapézoïde comprend au moins un matériau dopant de concentration changeant graduellement en fonction de ia distance radiale r allant d'une concentration dans la partie centrale du cœur optique à une concentration dans ladite partie de gaine adjacente au cœur optique.
- 14. Fibre optique selon la revendication 13, dans laquelle ledit au moins un matériau 15 dopant appartient au groupe comprenant: l'oxyde de germanium, l'oxyde de phosphore, l'oxyde de bore, le fluor.
- 15. Fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans laquelle ia gaine optique a un indice de réfraction compris entre 1,437 et 1,458.
- 16. Système de transmission optique comprenant au moins une fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
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