ES2900735T3

ES2900735T3 - Fibra óptica monomodo de atenuación ultrabaja y área efectiva amplia

Info

Publication number: ES2900735T3
Application number: ES15900226T
Authority: ES
Inventors: Lei Zhang; Jihong Zhu; Shengya Long; Jun Wu; Ruichun Wang
Original assignee: Yangtze Optical Fibre and Cable Co Ltd
Current assignee: Yangtze Optical Fibre and Cable Co Ltd
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2022-03-18
Anticipated expiration: 2035-12-01
Also published as: JP2018517185A; US10209437B2; EP3330756A4; JP6529666B2; WO2017020457A1; PL3330756T3; EP3330756A1; KR20180006975A; EP3330756B1; US20180128968A1; CN104991307A

Abstract

Una fibra óptica monomodo con atenuación ultrabaja y área efectiva amplia, que comprende: una capa de núcleo y capas de revestimiento, en donde las capas de revestimiento comprenden una capa de revestimiento interior que rodea la capa de núcleo, una capa de revestimiento de zanja que rodea la capa de revestimiento interior, una capa de revestimiento exterior auxiliar que rodea la capa de revestimiento de zanja, y una capa de revestimiento exterior que rodea la capa de revestimiento exterior auxiliar; en donde la capa del núcleo tiene un radio (r1) en un rango de 4,8 a 6,5 μm, y una diferencia de índice de refracción relativo (Δn1) en un rango de -0,06% a 0,10%; en donde la capa de revestimiento interior tiene un radio (r2) en un rango de 9 a 15 μm, y una diferencia de índice de refracción relativo (Δn2) en un rango de -0,40% a - 0,15%; en donde la capa de revestimiento de zanja tiene un radio r3 en un rango de 12 a 17 μm, y una diferencia de índice de refracción relativo (Δn3) en un rango de -0,8% a - 0,3%; en donde la capa de revestimiento exterior auxiliar tiene un radio (r4) en un rango de 37 a 50 μm, y una diferencia de índice de refracción relativo (Δn4) en un rango de - 0,6% a -0,25%; en donde la capa de revestimiento exterior es una capa de vidrio de dióxido de silicio puro; caracterizada porque la capa del núcleo es una capa de vidrio de dióxido de silicio codopada con germanio fluorado y metales alcalinos, o una capa de vidrio de dióxido de silicio codopada con germanio y metales alcalinos, en la que una contribución al índice de refracción relativo (ΔGe) del germanio en la capa del núcleo está en un rango de 0,02% a 0,10%, y la cantidad de dopaje de los metales alcalinos está en un rango de 50 a 5000ppm; y donde los metales alcalinos de la capa central comprenden uno o más de los iones de metal alcalino de litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y francio.

Description

DESCRIPCIÓN

Fibra óptica monomodo de atenuación ultrabaja y área efectiva amplia

Campo de la invención

La presente invención se refiere generalmente a una fibra óptica, y más particularmente, a una fibra óptica monomodo que tiene una atenuación ultra baja y una área efectiva amplia.

Antecedentes de la invención

A medida que los servicios de datos de la red IP crecen rápidamente, la demanda de capacidad de transmisión de los operadores aumenta continuamente. La capacidad de una sola fibra óptica en la red actual se ha ido acercando gradualmente al valor límite de 100 Tbps, y el sistema de transmisión de 100G ha comenzado a entrar en el primer año de una era comercial. Aumentar aún más la capacidad de transmisión basada en la señal de transmisión de 100G es el centro de atención de cada productor y operador de equipos de sistemas.

La recepción coherente y la técnica de procesamiento de señales digitales (DSP por sus siglas en inglés) se adoptan para el terminal de recepción en los sistemas 100G y 100G posteriores, que pueden compensar de forma digital la dispersión y la dispersión del modo de polarización (PMD por sus siglas en inglés) acumuladas en todo el proceso de transmisión en el campo eléctrico; y los modos de polarización se reutilizan y se adoptan varios modos de modulación de alto orden para reducir la velocidad en baudios de la señal, como PM-QPSK, PDM-16QAM, PDM- 32QAM, e incluso PDM-64QAM y CO-OFDM. Sin embargo, los modos de modulación de alto orden son muy sensibles al efecto no lineal, por lo que se plantea un mayor requisito para la relación de señal óptica a ruido (OSNR por sus siglas en inglés). La introducción de una fibra óptica con bajas pérdidas y área efectiva amplia puede mejorar la OSNR y reducir el efecto no lineal del sistema. Cuando se adopta un sistema de densidad de potencia alta, el coeficiente no lineal es un parámetro utilizado para evaluar las ventajas y desventajas del funcionamiento del sistema causadas por el efecto no lineal, que se define como n2/Aeff, donde n2 es el índice de refracción no lineal de la fibra óptica de transmisión, y A f es el área efectiva de la fibra óptica de transmisión. El aumento del área efectiva de la fibra óptica de transmisión puede reducir el efecto no lineal en la fibra óptica.

En la actualidad, el área efectiva de una fibra óptica monomodo convencional utilizada para la línea del sistema de transmisión terrestre es sólo de aproximadamente 80 |jm2, mientras que el sistema de transmisión terrestre de larga distancia requiere una área efectiva mayor de la fibra óptica, y generalmente es de 100 jm 2 o más. Para reducir los costes de tendido y el uso de repetidores siempre que sea posible, el área efectiva de la fibra óptica de transmisión es preferiblemente de 130 jm 2 o mayor en el sistema de transmisión sin repetidores, como un sistema de transmisión submarino. Sin embargo, en el diseño actual del perfil de índice de refracción de la fibra óptica con área efectiva amplia, a menudo se obtiene una área efectiva amplia aumentando el diámetro del núcleo óptico utilizado para transmitir las señales ópticas. El diseño de este esquema presenta algunas dificultades. Por un lado, el funcionamiento básico de la fibra óptica está determinado principalmente por el núcleo de la fibra óptica y el revestimiento cercano al núcleo, que ocupan una proporción grande en los costos de fabricación de la fibra óptica. Si la dimensión radial diseñada es demasiado grande, los costos de fabricación de la fibra óptica seguramente mejorarán y el precio de la fibra óptica también aumentará, lo que dificultará el uso universal de dicha fibra óptica; y por otro lado, en comparación con una fibra óptica monomodo convencional, un aumento del área efectiva de la fibra óptica provocará el deterioro de algunos otros parámetros, por ejemplo, la longitud de onda de corte de la fibra óptica aumentará, pero si la longitud de onda de corte es demasiado grande, entonces será difícil asegurar que la señal óptica esté bajo una condición de modo único en la banda de onda de transmisión de la fibra óptica; y además, el diseño inadecuado del perfil del índice de refracción conducirá al deterioro de parámetros como la capacidad de curvatura y la dispersión.

Otra característica de la fibra óptica que restringe la transmisión a larga distancia y de alta capacidad es la atenuación. En la actualidad, la atenuación de la fibra óptica G.652.D convencional es de 0,20 dB/km, y la energía del láser se reduce gradualmente tras la transmisión a larga distancia, por lo que es necesario volver a amplificar la señal utilizando repetidores. En comparación con los costos de las fibras ópticas y los cables, los costos de equipamiento y mantenimiento relacionados con la estación repetidora suponen el 70% o más de todo el sistema de enlace, por lo que si se trata de una fibra óptica de baja atenuación o de atenuación ultrabaja, se puede ampliar la distancia de transmisión de forma eficaz y reducir los costes de construcción y mantenimiento. Según un cálculo relacionado, si la atenuación de la fibra óptica se reduce a 0,16 dB/km desde 0,20 dB/km, el costo de construcción de todo el enlace se reducirá por lo general en aproximadamente un 30%.

En resumen, el desarrollo y el diseño de una fibra óptica con una atenuación ultrabaja y una área efectiva amplia se convierte en un tema importante en el campo de la fabricación de fibras ópticas. La publicación estadounidense No. US2010/022533 proporciona un diseño de una fibra óptica con una área efectiva amplia, en la que, para obtener un coeficiente de Rayleigh más bajo, se adopta el diseño de un núcleo de silicio puro. En dicho diseño, el núcleo no está dopado con germanio y flúor, y la sílice dopada con flúor se utiliza como revestimiento exterior. Para este diseño de un núcleo de silicio puro, se debe llevar a cabo una complicada adaptación de la viscosidad en el interior de la fibra óptica, y se requiere una velocidad muy baja en el proceso de trefilado, con el fin de evitar el aumento de la atenuación causado por los defectos en el interior de la fibra óptica debido al trefilado a alta velocidad, por lo que el proceso de fabricación es extremadamente complicado.

La patente europea No. EP2312350 proporciona un diseño de una fibra óptica con una área efectiva amplia y un núcleo de Silicio no puro, en donde se adopta una estructura de revestimiento hundido en forma de escalera para el diseño, y una estructura de revestimiento exterior de dióxido de Silicio puro para otro diseño. El funcionamiento pertinente puede cumplir los requisitos de la fibra óptica con área efectiva amplia G.654.B y D, pero en el diseño el radio máximo de la porción de revestimiento dopada con flúor es de 36 |jm, por lo tanto, aunque la longitud de onda de corte de la fibra óptica se puede habilitar para ser inferior o igual a 1530 nm, las propiedades de micro y macrocurvatura de la fibra óptica serán pobres debido a la influencia del pequeño radio de dopaje de flúor, por lo que en el proceso de cableado de la fibra óptica, y la atenuación aumentará. Además, en el documento no se mencionan las propiedades de curvatura pertinentes.

La patente china No. CN10232392 A describe una fibra óptica con un área efectiva mayor. El área efectiva de la fibra óptica divulgada en la invención alcanza los 150 jm 2 o más, pero se adopta el diseño convencional del núcleo que está codopado con germanio y flúor, y dicho diseño se consigue a expensas de los índices de funcionamiento de la longitud de onda de corte; la longitud de onda de corte admisible de un cable óptico es de 1450 nm o más, y en las realizaciones de la invención, la longitud de onda de corte del cable alcanza incluso 1800 nm o más. En las aplicaciones prácticas, si la longitud de onda de corte es demasiado grande, será difícil garantizar que la fibra óptica se pueda cortar en la banda de onda aplicada, y no se podrá garantizar que la señal óptica esté bajo una condición monomodo durante la transmisión. Por lo tanto, una serie de problemas prácticos pueden ser enfrentados cuando se utiliza dicha fibra óptica. Además, en las realizaciones del documento del estado de la técnica, el diámetro exterior mínimo del revestimiento hundido r3 es de 16,3 jm , que también es demasiado grande. La combinación óptima de parámetros (como el área efectiva y la longitud de onda de corte) de la fibra óptica y los costes de fabricación de la misma no se obtienen en el documento del estado de la técnica.

Para el diseño del perfil y los métodos de fabricación de las fibras ópticas convencionales, el núcleo está codopado con abundante Ge/F, y para obtener el mejor funcionamiento de la macrocurvatura, el índice de refracción relativo del núcleo es a menudo superior al 0,35%, es decir, el núcleo está dopado con más Ge, y por lo tanto la dispersión Rayleigh será grande para dar lugar a un aumento de la atenuación de la fibra óptica.

La solicitud china No. CN201310394404 proporciona un diseño de una fibra óptica con atenuación ultra baja, en la que se utiliza el diseño de un revestimiento exterior de dióxido de silicio puro, pero debido a que se utiliza una estructura típica de perfil escalonado, no se utiliza un diseño de revestimiento de zanja para optimizar las propiedades de curvatura de la fibra óptica, y el núcleo no está dopado con Ge, por lo que se puede producir un fenómeno de desajuste de la viscosidad cuando se prepara la barra de preformado y, por lo tanto, las propiedades de atenuación y flexión son relativamente pobres.

La atenuación de una fibra óptica de sílice de 600 nm a 1600 nm se debe principalmente a la dispersión de Rayleigh, y la atenuación causada por la dispersión de Rayleigh aR se puede calcular según la fórmula siguiente:

donde A es la longitud de onda (jm ), y R es el coeficiente de dispersión de Rayleigh (dB/km/jm4); P es la intensidad de la luz; y cuando se confirma el coeficiente de dispersión de Rayleigh, B es la constante correspondiente. Por lo tanto, siempre que se determine el coeficiente de dispersión de Rayleigh R, se obtendrá la atenuación causada por la dispersión de Rayleigh aR (dB/km).

Por un lado, la dispersión de Rayleigh es causada por la fluctuación de la densidad, y por otro lado, la dispersión de Rayleigh es causada por la fluctuación de la concentración, de modo que el coeficiente de dispersión de Rayleigh R se puede expresar como:

donde Rd y Rc representan, respectivamente, los cambios en el coeficiente de dispersión de Rayleigh causados por las fluctuaciones de densidad y de concentración. Rc es el factor de fluctuación de la concentración, que se ve afectado principalmente por la concentración de dopaje en la parte de vidrio de la fibra óptica. En teoría, cuanto menos Ge y F u otros dopantes se utilicen, menor será el Rc, que es también la razón por la que algunas empresas extranjeras adoptan ahora un diseño de núcleo de silicio puro para lograr el funcionamiento de atenuación ultrabajo.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que el coeficiente de dispersión de Rayleigh también incluye otro parámetro Rd. Rd está relacionado con la temperatura ficticia T ^f del vidrio y varía con los cambios estructurales y de temperatura del vidrio. La temperatura ficticia T ^f del vidrio es un parámetro físico que representa la estructura del vidrio, y se define como una temperatura correspondiente a un estado de equilibrio alcanzado por la estructura del vidrio sin reajustes después que el vidrio se enfríe rápidamente hasta la temperatura ambiente desde una determinada temperatura T'. Cuando T'>Tf (la temperatura de reblandecimiento del vidrio), la estructura del vidrio es fácil de ajustar porque la viscosidad del vidrio es baja, por lo que el vidrio está en un estado de equilibrio en todo momento, de modo que Tf=T'; cuando T'<Tg (la temperatura de transición del vidrio), la estructura del vidrio es difícil de ajustar porque la viscosidad del vidrio es alta, por lo que el ajuste estructural del vidrio queda por detrás del cambio de temperatura, de modo que Tf>T'; y cuando Tg<T'<Tf (la temperatura de reblandecimiento del vidrio), el tiempo necesario para que el vidrio tienda al equilibrio es más corto, y está especialmente relacionado con los componentes del vidrio y la velocidad de enfriamiento, de modo que Tf>T' o Tf<T'.

Si se utiliza el diseño de núcleo de silicio puro, para garantizar la reflexión total de la fibra óptica, se debe utilizar un revestimiento interior dopado con F con un índice de refracción relativamente bajo para que haya una diferencia suficiente en los índices de refracción entre el núcleo y el revestimiento interior. Para este diseño de núcleo de silicio puro, la viscosidad del núcleo es mayor mientras que la del revestimiento interior dopado con abundante F es menor, por lo que la coincidencia de la viscosidad estructural de la fibra óptica está desequilibrada, y la temperatura virtual de la fibra óptica con una estructura de núcleo de silicio puro aumenta rápidamente, lo que provoca un aumento de Rd. De este modo, no sólo se contrarrestan las ventajas aportadas por una reducción de Rc, sino que también se pueden producir anomalías inversas en la atenuación de la fibra óptica.

Para garantizar que la viscosidad del núcleo coincida con la viscosidad del revestimiento exterior de la fibra óptica con núcleo de dióxido de silicio puro, podemos optimizar la viscosidad del núcleo dopando metales alcalinos en el mismo. En la publicación estadounidense No. US2010/0195999A1, se utiliza el método de adición de metales alcalinos en el núcleo, en donde bajo la condición de mantener el núcleo de silicio puro de la fibra óptica, se resuelve el problema del aumento de Rd causado por el desajuste de la viscosidad al cambiar la viscosidad del núcleo de la fibra óptica y el tiempo de relajación estructural del núcleo, reduciendo de esta manera en general el coeficiente de dispersión de Rayleigh de la fibra óptica. Aunque la atenuación de la fibra óptica se puede reducir eficazmente utilizando este método, el proceso y la preparación son relativamente complicados, las varillas de núcleo se deben tratar en múltiples lotes, y el requisito de la concentración de dopaje de metales alcalinos es muy alto, por lo que este método no es favorable para la preparación a larga escala de fibras ópticas.

La solicitud china No. CN201310394404 proporciona un diseño de una fibra óptica con atenuación ultrabaja, en el que se utiliza el diseño de un revestimiento exterior de dióxido de silicio puro, pero debido a que se utiliza una estructura típica de perfil escalonado, no se utiliza un diseño de revestimiento de trinchera para optimizar las propiedades de curvatura de la fibra óptica, y el núcleo no está dopado con Ge, por lo que se puede producir un fenómeno de desajuste de la viscosidad cuando se prepara la barra de preformado, por lo que los niveles de atenuación y curvatura son relativamente pobres.

La patente estadounidense No. US6917740 proporciona una fibra óptica con núcleo de silicio puro cuyo funcionamiento se mejora utilizando los cambios de viscosidad, en donde el núcleo está dopado con abundante F y Cl, y las contribuciones del F y Cl dopados a la viscosidad del núcleo se utilizan para reducir el coeficiente de Rayleigh de la fibra óptica. Además, la fibra óptica descrita en el documento no está relacionada con el diseño del perfil, y el núcleo no está dopado con Ge.

La publicación estadounidense No. US2010/022533 proporciona un diseño de una fibra óptica. Para obtener un coeficiente de Rayleigh más bajo, se adopta el diseño de un núcleo de silicio puro. En este diseño, el núcleo no está dopado con germanio y flúor, y el dióxido de silicio dopado con flúor se utiliza como revestimiento exterior. Para este diseño de un núcleo de silicio puro, se debe llevar a cabo una complicada adaptación de la viscosidad en el interior de la fibra óptica, y se requiere una velocidad muy baja en el proceso de trefilado, con el fin de evitar el aumento de la atenuación causado por los defectos en el interior de la fibra óptica debido al trefilado a alta velocidad, por lo que el proceso de fabricación es extremadamente complicado.

Para una fibra óptica monomodo de atenuación ultrabaja común, el revestimiento exterior está completamente dopado con F. Desde el punto de vista de la óptica de la fibra óptica, este diseño es relativamente sencillo y, siempre que se garantice la diferencia de índice de refracción entre el revestimiento exterior y el núcleo, se puede cumplir el requisito de reflexión total de la fibra óptica. Pero en la actualidad, hay tres factores principales que limitan los costos de fabricación de las fibras ópticas con atenuación ultrabaja: en primer lugar, el proceso de dopaje con metales alcalinos del núcleo requiere controlar con precisión los tipos y la concentración de iones metálicos, por lo que el coste de fabricación es elevado; en segundo lugar, la barra de preformado puramente dopada con F es pequeña, por lo que el proceso de trefilado es complejo; y en tercer lugar, el proceso de dopaje con F se utiliza para la fibra óptica puramente dopada con F, por lo que el coste de fabricación es muy elevado. Se calcula preliminarmente, con base en el precio actual del mercado, que el precio de un tubo dopado con F es de 5 a 8 veces el del tubo de dióxido de silicio puro. Según el cálculo basado en la relación preliminar de que el coste del material dopado con F es 6 veces superior al del material de dióxido de silicio puro, si el grosor de la capa dopada con F se reduce adecuadamente mediante un diseño de proceso razonable, el costo de fabricación de la fibra óptica se reducirá significativamente. Si el material dopado con F sólo se utiliza en las posiciones en las que el diámetro de la fibra óptica es de 30 a 80 |jm, y el material común de dióxido de silicio puro se utiliza de 80 a 125 jm , el costo del material para tal diseño se reducirá en un 40% en comparación con el costo de la fibra óptica tradicional con atenuación ultra baja completamente dopada con F; y si se utiliza el material dopado con F de 30 a 60 jm , y el material común de dióxido de silicio puro de 60 a 125 jm , el costo del material se reducirá en un 65%.

A través de los análisis anteriores, podemos encontrar que el diseño del proceso de una fibra óptica con una atenuación ultra baja mediante el uso de un núcleo de silicio no puro y un revestimiento parcialmente dopado con flúor es factible. Sin embargo, debido a la influencia de los dos primeros factores limitantes, la forma de controlar los parámetros ópticos de la fibra óptica bajo tal diseño es el desafío final al que nos enfrentamos.

Si el dióxido de silicio puro no dopado con flúor se utiliza como material de revestimiento exterior, habrá tres problemas.

En primer lugar, la restricción del corte del modo fundamental: la diferencia de índice de refracción entre el material de revestimiento exterior y el material del núcleo es demasiado pequeña, por lo que se producirá la fuga del modo fundamental de la fibra óptica, y la atenuación de la fibra óptica se verá afectada. Por lo tanto, para la fibra de atenuación ultrabaja diseñada utilizando el material de revestimiento exterior no dopado con F, la fuga del modo fundamental se debe restringir en la posición media entre el revestimiento exterior y el núcleo mediante un diseño razonable del perfil de la fibra.

En segundo lugar, la consideración de la coincidencia de la viscosidad: si no se realiza un diseño de optimización de la viscosidad para el material del revestimiento exterior, la viscosidad no coincidirá con el gradiente de viscosidad del revestimiento interior y el núcleo, por lo que se controla la viscosidad del núcleo mediante el dopaje con iones de metales alcalinos; y optimizar la viscosidad del vidrio externa del núcleo mediante diferentes concentraciones de dopaje de flúor del revestimiento interior y del revestimiento de la zanja, con el fin de reducir problemas como los defectos en las posiciones de la interfaz y el aumento virtual de la temperatura, y reducir la atenuación de la fibra óptica.

En tercer lugar, la consideración de la adecuación del perfil óptico: si se utiliza el vidrio de dióxido de silicio puro como material de revestimiento exterior, la concentración de dopaje de cada porción se limita cuando se considera el diseño de la adecuación de la viscosidad, mientras que para garantizar que los parámetros ópticos de la fibra óptica cumplen los requisitos de los parámetros de la fibra óptica G.652 o G.654, es decir, para garantizar que las propiedades de MFD, dispersión y curvatura de la fibra óptica cumplen los requisitos estándar, debemos considerar el diseño del perfil óptico. Esto nos obliga a considerar en general el diseño óptico de la fibra óptica cuando diseñamos la viscosidad, por lo que aumenta la dificultad en la realización del proceso.

En conclusión, en la actualidad, ninguna patente relevante divulga una fibra óptica con atenuación ultrabaja y área efectiva amplia que tenga todas las características siguientes y pueda cumplir los requisitos de la norma UIT-T G.654.B o D: 1, el núcleo es un núcleo de silicio no puro, y está dopado con germanio; 2, el núcleo está dopado con metales alcalinos para optimizar la viscosidad del núcleo; 3, existe una estructura hundida entre el núcleo y el revestimiento exterior para restringir el corte del modo fundamental; y 4, el material de vidrio más externo de la fibra óptica con atenuación ultrabaja es vidrio de dióxido de silicio no dopado con flúor.

Los números CN 104360434 A, CN 104777553 A y CN 104777551A se refieren a una fibra monomodo de atenuación ultrabaja.

Breve descripción de la invención

A continuación se presentan las definiciones e instrucciones de algunos términos relacionados con la invención.

A partir de un eje central de una fibra óptica, según el cambio de un índice de refracción, una capa más cercana al eje se define como una capa de núcleo, es decir, la capa de núcleo se refiere a un área central de una sección transversal de la fibra, y una capa más externa de la fibra, es decir, una capa de dióxido de silicio puro, se define como una capa de revestimiento exterior de la fibra.

Tal como se utiliza en el presente documento, un índice de refracción relativo An¡ de una capa de una fibra se define de acuerdo con la siguiente fórmula:

donde n¡ es un índice de refracción de la capa correspondiente, y nc es un índice de refracción de la capa de revestimiento exterior, es decir, un índice de refracción del dióxido de silicio puro sin dopantes de Ge o F.

Una contribución de Ge dopado en la capa del núcleo de la fibra óptica al índice de refracción AGe se define de acuerdo con la siguiente ecuación:

donde nGe es un índice de refracción absoluto del vidrio de dióxido de silicio causado por la sustancia Ge dopada en la capa del núcleo, siempre que la sustancia Ge dopada en la capa del núcleo esté dopada en el dióxido de silicio puro que no incluye ninguna otra sustancia dopada.

El área efectiva de la fibra óptica Aeff se define según la siguiente ecuación:

donde E es el campo eléctrico relacionado con la transmisión, y r es la distancia entre el centro axial y el punto de distribución del campo eléctrico.

Como se define en la norma 60793-1-44 de la CEI (Comisión Electrotécnica Internacional), una longitud de onda de corte del cable Acc es una longitud de onda para la que una señal óptica deja de transmitirse como señal monomodo después de transmitir unos 22 metros en una fibra. Durante una prueba, es necesario doblar una fibra en un círculo con un radio de unos 14 cm y dos círculos con un radio de 4 cm para obtener datos.

La prueba de microflexión se realiza de acuerdo con el método B previsto en la norma IEC TR 62221-2012. Dado que una longitud de onda larga es más sensible a la flexión, que aumenta de forma exponencial, y que la longitud de onda de ensayo oscila entre 1250 nm y 1700 nm, en la presente invención se prioriza la investigación de los valores de microflexión en las longitudes de onda largas. El valor de microflexión a 1700 nm se utiliza para medir las propiedades de microflexión de la fibra óptica de un determinado diseño.

Uno de los objetivos de la presente invención es proporcionar una fibra óptica monomodo con una atenuación ultrabaja y un área efectiva amplia. La fibra óptica monomodo tiene una atenuación ultrabaja y una área efectiva amplia y con menor costo de fabricación, y la longitud de onda de corte del cable de la misma es inferior a 1530 nm, y la fibra óptica tiene buenas propiedades de pérdida de curvatura y de dispersión.

De acuerdo con la invención, que se define por la reivindicación 1, la fibra óptica monomodo incluye una capa de núcleo y capas de revestimiento. Las capas de revestimiento comprenden una capa de revestimiento interior que rodea la capa de núcleo, una capa de revestimiento de zanja que rodea la capa de revestimiento interior, una capa de revestimiento exterior auxiliar que rodea la capa de revestimiento de zanja y una capa de revestimiento exterior que rodea la capa de revestimiento exterior auxiliar. La capa central tiene un radio n en un rango de aproximadamente 4,8 a 6,5 mm, y una diferencia de índice de refracción relativo Am en un rango de aproximadamente -0,06% a 0,10%. La capa de revestimiento interior tiene un radio r2 que oscila entre 9 y 15 pm, y una diferencia de índice de refracción relativo de An2 que oscila entre -0,40% y -0,15%. La capa de revestimiento de zanja tiene un radio r3 en un rango de aproximadamente 12 a 17 pm, y una diferencia de índice de refracción relativo An3 en un rango de aproximadamente -0,8% a -0,3%. La capa de revestimiento exterior auxiliar tiene un radio r4 que oscila entre 37 y 50 pm, y una diferencia de índice de refracción relativo An4 que oscila entre -0,6% y -0,25%. La capa de revestimiento exterior es una capa de vidrio de dióxido de silicio puro.

La capa del núcleo es una capa de vidrio de dióxido de silicio codopada con germanio fluorado y metales alcalinos, o una capa de vidrio de dióxido de silicio codopada con germanio y metales alcalinos, en donde una contribución al índice de refracción relativo AGe del germanio en la capa del núcleo está en un rango de aproximadamente 0,02% a 0,10%, y la cantidad de dopaje de los metales alcalinos está en un rango de aproximadamente 5 a 5000ppm.

Los metales alcalinos en la capa del núcleo comprenden uno o más de los iones de metal alcalino de litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y francio.

En una realización, la fibra óptica monomodo tiene un área efectiva a una longitud de onda de aproximadamente 1550 nm que se encuentra en un rango de aproximadamente 100 a 140 pm2, preferentemente, en un rango de aproximadamente 119 a 140 pm2.

En una realización, la fibra óptica monomodo tiene una longitud de onda de corte del cable igual o inferior a unos 1530 nm.

En una realización, la fibra óptica monomodo tiene una dispersión a una longitud de onda de aproximadamente 1550 nm que es igual o inferior a 23 ps/(nm*km), y la dispersión a una longitud de onda de aproximadamente 1625 nm es igual o inferior a 27 ps/(nm*km).

En una realización, la fibra óptica monomodo tiene una atenuación a una longitud de onda de aproximadamente 1550 nm que es igual o inferior a 0,185 dB/km, preferentemente, igual o inferior a 0,170 dB/km.

En una realización, la fibra óptica monomodo tiene una pérdida por microcurvatura a una longitud de onda de unos 1700 nm que es igual o inferior a 5 dB/km. La microcurvatura significa ciertas distorsiones cuyo radio de curvatura puede ser comparable a la dimensión de la sección transversal de la fibra óptica.

En una realización, la fibra óptica monomodo tiene una pérdida de macrocurvatura con un radio de curvatura de R 15 mm para 10 círculos a una longitud de onda de 1550 nm que es igual o inferior a 0,25 dB, y la pérdida de macrocurvatura con un radio de curvatura de R10 mm para 1 círculo que es igual o inferior a 0,75 dB.

En una realización, la fibra óptica monomodo tiene un diámetro de campo de modo (MFD por sus siglas en inglés) a una longitud de onda de aproximadamente 1550 nm que es de aproximadamente 11 a 13 |jm.

Entre otras cosas, la presente invención tiene al menos los siguientes efectos beneficiosos.

1. La capa del núcleo está dopada con germanio y metales alcalinos, y el ajuste de la viscosidad dentro de la fibra óptica está diseñado de forma razonable, reduciendo los defectos en el proceso de preparación de la fibra óptica y el parámetro de atenuación de la misma.

2. Se diseña una estructura hundida razonable dopada con flúor, y a través del diseño razonable de cada perfil de núcleo de fibra, la fibra óptica tiene un área efectiva igual o superior a 100 jm 2, y bajo la condición de un mejor alcance de los parámetros, el área efectiva puede ser igual o superior a 130 jm 2, e incluso superior a 140 jm 2

3. Los parámetros de funcionamiento integrados de la presente invención, como la longitud de onda de corte, la pérdida de curvatura y la dispersión, son excelentes en la banda de ondas aplicada, la longitud de onda de corte del cable es lo suficientemente pequeña como para garantizar la condición de modo único de la señal óptica de dicha fibra óptica en la aplicación de transmisión de la banda de ondas C, se utiliza una estructura de revestimiento hundido multicapa escalonada para el perfil de la fibra óptica, y se utiliza una estructura de revestimiento hundido grande para limitar la fuga del modo fundamental, lo que puede reducir mejor la pérdida de curvatura de la fibra óptica.

4. Se utiliza dióxido de silicio puro para la capa de revestimiento exterior, y se reduce la proporción de vidrio dopado con flúor en la fibra óptica, por lo que se reducen los costes de fabricación y producción de la fibra óptica.

Breve descripción de la invención

La Figura 1 es un diagrama de una distribución de la estructura del perfil de índice de refracción de una fibra óptica según una realización de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

La invención se describirá más detalladamente en lo sucesivo con referencia al dibujo adjunto, en donde se muestran realizaciones ejemplares de la invención. Según la invención, como se muestra en la FIGURA 1, la fibra óptica incluye una capa de núcleo y capas de revestimiento que rodean la capa de núcleo. La capa del núcleo es una capa de vidrio de dióxido de silicio codopada con germanio-flúor y metales alcalinos, o una capa de vidrio de dióxido de silicio codopada con germanio y metales alcalinos. Los metales alcalinos en la capa central incluyen uno o más de los iones de metal alcalino de litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y francio. Las capas de revestimiento tienen una capa de revestimiento interior que rodea la capa del núcleo, una capa de revestimiento de zanja que rodea la capa de revestimiento interior, una capa de revestimiento exterior auxiliar que rodea la capa de revestimiento de zanja y una capa de revestimiento exterior que rodea la capa de revestimiento exterior auxiliar. El revestimiento exterior es una capa de vidrio de dióxido de silicio puro, y el diámetro del revestimiento exterior es de 125 jm .

La tabla 1 enlista los parámetros de la fibra óptica de acuerdo con las realizaciones de ejemplo preferidas, donde AGe es una contribución al índice de refracción del dopaje de Ge en la capa del núcleo, y K es el contenido de potasio en la capa del núcleo. El cuadro 2 enlista las propiedades de los parámetros ópticos correspondientes a la fibra óptica de la Tabla 1.

Tabla 1: Parámetros ópticos de la fibra óptica de las realizaciones de la invención

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una fibra óptica monomodo con atenuación ultrabaja y área efectiva amplia, que comprende:

una capa de núcleo y capas de revestimiento, en donde las capas de revestimiento comprenden una capa de revestimiento interior que rodea la capa de núcleo, una capa de revestimiento de zanja que rodea la capa de revestimiento interior, una capa de revestimiento exterior auxiliar que rodea la capa de revestimiento de zanja, y una capa de revestimiento exterior que rodea la capa de revestimiento exterior auxiliar;

en donde la capa del núcleo tiene un radio (ri) en un rango de 4,8 a 6,5 |jm, y una diferencia de índice de refracción relativo (Am) en un rango de -0,06% a 0,10%;

en donde la capa de revestimiento interior tiene un radio (r2) en un rango de 9 a 15 jm , y una diferencia de índice de refracción relativo (An2) en un rango de -0,40% a - 0,15%;

en donde la capa de revestimiento de zanja tiene un radio r3 en un rango de 12 a 17 jm , y una diferencia de índice de refracción relativo (An3) en un rango de -0,8% a - 0,3%;

en donde la capa de revestimiento exterior auxiliar tiene un radio (u) en un rango de 37 a 50 jm , y una diferencia de índice de refracción relativo (Am) en un rango de - 0,6% a -0,25%;

en donde la capa de revestimiento exterior es una capa de vidrio de dióxido de silicio puro;

caracterizada porque la capa del núcleo es una capa de vidrio de dióxido de silicio codopada con germanio fluorado y metales alcalinos, o una capa de vidrio de dióxido de silicio codopada con germanio y metales alcalinos, en la que una contribución al índice de refracción relativo (AGe) del germanio en la capa del núcleo está en un rango de 0,02% a 0,10%, y la cantidad de dopaje de los metales alcalinos está en un rango de 50 a 5000ppm; y

donde los metales alcalinos de la capa central comprenden uno o más de los iones de metal alcalino de litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y francio.

2. La fibra óptica monomodo de acuerdo con la reivindicación 1, que tiene un área efectiva a una longitud de onda de 1550 nm que está en un rango de 100 a 140 jm 2,

3. La fibra óptica monomodo de acuerdo con la reivindicación 1, con una longitud de onda de corte del cable igual o inferior a 1530 nm.

4. La fibra óptica monomodo de acuerdo con la reivindicación 1, que tiene una dispersión a una longitud de onda de 1550 nm que es igual o inferior a 23 ps/(nm*km), y la dispersión a una longitud de onda de 1625 nm que es igual o inferior a 27 ps/(nm*km).

5. La fibra óptica monomodo de acuerdo con la reivindicación 1, que tiene una atenuación a una longitud de onda de 1550 nm igual o inferior a 0,185 dB/km.

6. La fibra óptica monomodo de acuerdo con la reivindicación 1, que tiene una pérdida de microflexión a una longitud de onda de 1700 nm que es igual o inferior a 5 dB/km.

7. La fibra óptica monomodo de acuerdo con la reivindicación 1, que tiene una pérdida por macrocurvatura con un radio de curvatura de R 15 mm para 10 círculos a una longitud de onda de 1550 nm que es igual o inferior a 0,25 dB, y la pérdida por macrocurvatura con un radio de curvatura de R10 mm para 1 círculo que es igual o inferior a 0,75 dB.

8. La fibra óptica monomodo de acuerdo con la reivindicación 1, que tiene un diámetro de campo de modo a una longitud de onda de 1550 nm que es de 10 a 13 jm .