FR2512215A1 - Fibre optique a double gaine - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES FIBRES OPTIQUES MONOMODES. LES FIBRES CONFORMES A L'INVENTION SONT DES FIBRES A PROFIL EN W, A BASE DE SILICE, QUI SONT CONCUES DE FACON A PRESENTER UNE GRANDE LARGEUR DE BANDE SUR UNE GAMME DE LONGUEURS D'ONDE ETENDUE, ET EN PARTICULIER UNE DISPERSION CHROMATIQUE MINIMALE A DEUX LONGUEURS D'ONDE DIFFERENTES, PAR EXEMPLE AU VOISINAGE DE 1,3MM ET 1,55MM. ON OBTIENT CES PROPRIETES PAR LE CHOIX DE RELATIONS APPROPRIEES ENTRE LES DIVERS PARAMETRES DE LA FIBRE. ON PEUT AINSI OBTENIR DIVERSES COURBES DE DISPERSION CHROMATIQUE PAR LE GUIDE D'ONDES 50, 51, 52 EN FONCTION DU CHOIX DES PARAMETRES. APPLICATION AUX TELECOMMUNICATIONS OPTIQUES.

Description

i La présente invention concerne une fibre optique

comportant une structure de gaine, et elle porte en parti-

culier sur une fibre optique comportant au moins deux ré-

gions de gaine concentriques, ainsi que sur un système de télécommunication qui comporte une telle fibre. Les faibles valeurs d'atténué tion et de dispersion des fibres monomodes rendent ces fibres intéressantes pour les systèmes de télécommunications optiques ayant une grande distance entre répéteurs et une grande largeur de bande Dans

de tels systèmes, la cadence maximale de transmission de don-

nées est limitée par la dispersion chromatique due aux effets

de la matière et du guide d'ondes.

Il est bien connu que dans la silice pure, ainsi que dans la silice dopée qu'on utilise actuellement dans la fabrication des fibres optiques, la pente de la dispersion par la matière en fonction de la longueur d'onde est positive pour la plage de longueurs d'onde qui présente actuellement de l'intérêt pour les systèmes de télécommunications optiques, c'est-àdire d'environ 0,8 pm à environ 1,6 pm En outre, la

dispersion par la matière est nulle à environ 1,3 pm Au con-

traire, la dispersion par le guide d'ondes présente de façon caractéristique une pente négative faible pour la même plage

de longueurs d'onde dans une fibre monomode Ainsi, la disper-

sion chromatique totale qui, en première approximation,est la somme algébrique de la dispersion par la matière et de la dispersion par le guide d'onde, présente également un zéro,

qui se trouve cependant de façon caractéristique à une lon-

gueur d'onde différente de celle du zéro de la dispersion

par la matière On pourra voir par exemple à cet égard l'ar-

ticle de W A Gambling et col, paru dans Electronics Letters, Vol ( 15), pages 474-476, 1979 Il est également bien connu que le spectre d'atténuation des fibres optiques à base de silice présente de façon caractéristique un minimum relatif à environ 1,3 pm, et un minimum absolu (pour le régime de longueurs d'onde auquel on s'intéresse ici) à environ 1,55 pm Des calculs ont montré qu'il est possible de concevoir

une fibre optique monomode à saut d'indice ayant une disper-

sion chromatique nulle à la longueur d'onde de l'atténuation

minimale Voir l'article de C P Chang, paru dans Electro-

nies Ietters, Vol 15 ( 23), pages 765-767, 1979.

Bien qu'une fibre monomode dans laquelle le mini-

mum de dispersion chromatique apparaît à la longueur d'onde d'atténuation minimale proche de 1,55 pim, ait une grande lar- geur de bande à cette longueur d'onde, une telle fibre doit avoir de façon caractéristique un très petit coeur, d'un diamètre généralement inférieur à environ 5 pm, ce qui fait apparattre des problèmes d'épissage difficiles En outre, dans un système de télécommunications utilisant une telle fibre, un écart même très faible de la longueur d'onde de la

porteuse du signal par rapport à la longueur d'onde de dis-

persion minimale entratne une dégradation notable de la lar-

geur de bande du système Par exemple, un écart de porteuse de + 0,05 pm par rapport à la longueur d'onde de dispersion minimale entra ne une réduction de près de deux ordres de

grandeur de la cadence maximale de transmission de données.

Ces considérations montrent clairement que la fibre optique classique monomode à saut d'indice conçue pour fonctionner à 1,3 pm ne convient pas au fonctionnement au voisinage de 1,55 pm, et inversement De façon similaire, une telle fibre

ne permettrait généralement pas un multiplexage par réparti-

tion en longueurs d'onde.

On a reconnu récemment que la fibre monomode double

gaine, encore appelée fibre à profil en W présente des avan-

tages potentiels importants par rapport à la fibre classique à une seule gaine Par exemple, on a montré que la fibre à profil en W est capable de donner un fonctionnement monomode

avec un coeur plus grand que ce qui est possible avec une fi-

bre monomode classique à saut d'indice Voir l'article de S. Kawakami et S Nishida, paru dans IEEE Journal of Quantum Electronics, QE-10 ( 12), pages 879-887, 1974 Plus récemment, on s'est également aperçu qu'il était possible de concevoir une fibre monomode à profil en W de façon à avoir deux zéros

de la dispersion chromatique totale dans le régime de lon-

gueurs d'onde intéressant, avec une dispersion finie mais faible pour la région de longueurs d'onde comprise entre les deux zéros Voir l'article de K Okamoto et col, paru dans

12215

Electronics Letters, Vol 15 ( 22), pages 729-731, 1979.

Ces résultats ont cependant été obtenus pour des

fibres ayant des valeurs de paramètres assez peu souhaitables.

En particulier, les différences d'indice de réfraction entre les régions de fibre considérées sont très élevées, de l'or- dre de 1 %, et le diamètre du coeur est très faible, soit environ 7 p In De grandes différences d'indice impliquent un fort dopage, ce qui conduit de façon caractéristique à un niveau important de pertes par diffusion de Rayleigh, et de petitscoeurs entraînent de façon caractéristique des pertes d'épissage élevées Ces deux mécanismes de pertes tendent

naturellement à réduire les distances possibles entre répé-

teurs. Très récemment, T Miya et col, IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol QE-17 ( 6), pages 858-861 ( 1981) ont signalé la réalisation d'une fibre à double gaine à profil en W ayant de plus faibles différences d'indice et une plus grande taille de coeur que la fibre décrite par Okamoto

et col ( référence citée), En particulier Miya et'col.

décrivent des fibres monomodes à profil en W ayant une dif-

férence d'indice entre le coeur et la gaine extérieure de par exemple 0, 52 %, une différence d'indice entre la gaine extérieure et la gaine intérieure de -0,31 %, un diamètre de

coeur d'environ 7 à 8 pm, et une épaisseur de la gaine inté-

rieure approximativement égale au rayon du coeur Dans ces

fibres, le coeur est soumis à un dopage d'augmentation d'in-

dice avec de l'oxyde de germanium, et la gaine intérieure

est soumise à un dopage de diminution d'indice avec du fluor.

Du fait de la multiplicité des dopants utilisés, la fabrica-

tion de telles fibres est relativement complexe En outre, la région de coeur dopée de façon relativement forte conduit à une diffusion de Rayleigh relativement élevée, et le dopage

décale la longueur d'onde du zéro de dispersion par la ma-

tière pour le coeur à une valeur supérieure à 1,3 pm, ce qui

fait que, de façon caractéristique, le minimum de la disper-

sion chromatique du côté des courtes longueurs d'onde appa-

rait également à une longueur d'onde supérieure à 1,3 pm.

Pour ces raisons, ainsi que d'autres, il apparaît souhaitable de trouver des plages de paramètres qui donnent des fibres ayant des coeurs plus grands et une diffusion de Rayleigh

réduite, et qui donnent une plus grande liberté dans le mo-

delage du spectre de dispersion chromatique.

L'invention concerne une fibre optique monomode à base de silice ayant au moins deux couches de gaine, soit de façon caractéristique une fibre à double gaine, ainsi que

les systèmes de télécommunications comprenant de telles fi-

bres Une telle fibre comprend trois régions concentriques.

Ces régions sont les suivantes: la région de coeur qui a un premier indice de réfraction N c( 1 + A) et un rayon a R 1, la première région de gaine ou région de gaine intérieure, qui est définie de façon à avoir un second indice de réfraction n ( 1-HA) et un rayon extérieur a, et la seconde région de gaine ou région de gaine extérieure, définie de façon à avoir un troisième indice de réfraction ne et lne épaisseur t (R 1

représente le rapport entre le rayon du coeur et a, -A repré-

sente le degré de supériorité du premier indice par rapport au troisième indice et H représente le degré de supériorité du troisième indice par rapport au second) Cette structure peut ttre entourée par une région de gaine supplémentaire,

consistant de façon caractéristique en Si O 2 pure fondue, ob-

tenue par exemple à partir du tube de départ de la préforme.

On peut cependant ignorer habituellement cette gaine supplé-

mentaire en ce qui concerne l'invention En plus des régions

identifiées ci-dessus, une telle fibre peut comporter d'au-

tres régions, par exemple une couche barrière prévue pour

empècher la migration de radicaux OH vers la région du coeur.

Dans la fibre à profil en W, les indices doivent satisfaire

les conditions suivantes: le premier indice doit être supé-

rieur au troisième et le troisième doit 9 tre supérieur au second. Une fibre optique conforme à l'invention a un coeur relativement grand, une première gaine dont l'épaisseur est de façon caractéristique inférieure au rayon du coeur, une différence d'indice relativement faible entre le coeur et la gaine extérieure, et un "puits d'indice" (c'est-à-dire l'indice de la gaine intérieure) relativement profond et étroit En particulier, une telle fibre a un rayon a qui est de préférence supérieur à environ 5 pim, R 1 est compris entre environ 0,5 et 0,8, avec le rayon du coeur a R 1 de préférence au moins égal à environ 4 pm, t est compris entre environ 0,001 et environ 0,004, et H est compris entre environ 1 et

environ 3, les valeurs préférées étant comprises entre en-

viron 0,0015 et environ 0,003 pour a, et entre environ 1,5

et environ 2,5 pour M Le rayon du coeur ne dépasse pas en-

viron 10 Mm et il est de préférence inférieur à environ 8 pm La fibre préférée de l'invention a donc un coeur plus grand ( supérieur à 4 pm, au lieu de 3,5 à 4 pm),une plus

faible différence d'indice entre le coeur et la gaine exté-

rieure ( 0,1 % à 0,4 % au lieu de par exemple 0,52 %), une différence d'indice généralement plus élevée entre la gaine intérieure et la gaine extérieure ( 0,1 % à 0,6 % au lieu de par exemple 0,31 %), et une gaine extérieure plus étroite ( 0,25 fois à 1 fois le diamètre du coeur, au lieu d'environ une fois le diamètre du coeur), lorsqu'on la compare à la

fibre décrite par Miya et col (référence citée) Des paramè-

tres compris dans les plages conformes à l'invention peuvent conduire à une fibre ayant des propriétés avantageuses, par exemple une faible diffusion de Rayleigh et de faibles pertes d'épissage En outre, on peut aisément ajuster la fibre de l'invention pour avoir une faible dispersion sur une région de longeurs d'onde étendue, par exemple depuis un point situé immédiatement au-dessous de 1,3 pm jusqu'à environ 1,55 pm,

avec la possibilité d'ajuster indépendamment dans une certai-

ne mesure les deux longueurs d'onde de dispersion chromatique

nulle Ceci peut conduire finalement à des systèmes de té-

lécommunications ayant de meilleures caractéristiques, comme par exemple une grande largeur de bande aux deux longueurs d'onde à faible atténuation La fibre conforme à l'invention

présente de façon caractéristique les avantages supplémentai-

res consistant en une relative simplicité de fabrication et en des tolérances relativement larges sur les paramètres admissibles.

On peut fabriquer les fibres conformes à l'inven-

tion de la manière habituelle, à partir de préformes riches en Si O 2, et la fabrication des préformes peut être effectuée de façon caractéristique par une technique appropriée telle que le dépôt chimique en phase vapeur modifié (MOJVD), ou le

dépôt axial en phase vapeur (VAD) On peut utiliser n'impor-

te quel dopant approprié de diminution ou d'augmentation d'indice, ou une combinaison de dopants A titre d'exemple de dopants, on peut citer: F (fluor), Ge (germanium) et P (phosphore) Dans des modes de réalisation préférés, le coeur consiste essentiellement en silice (Si O 2), ou en silice légèrement dopée par de l'oxyde de germanium, tandis que les deux régions de gaine intérieureet extérieure sont dopées avec F pour dimxiuer leurs indices de réfraction, ce qui peut conduire à une fibre dans laquelle la plage utile de faible

dispersion est étendue vers des longueurs d'onde plus cour-

tes, par exemple au-dessous de 1,3 pm.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de

la description qui va suivre de modes de réalisation et en

se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement un profil d'indice de réfraction pour une fibre caractéristique à profil

en W soumise à un dopage d'augmentation d'indice, correspon-

dant à ce qu'on obtiendrait en dopant de la silice avec du germanium; La figure 2 représente de façon similaire un profil caractéristique obtenu par un dopage de diminution d'indice, correspondant à ce qu'on obtiendrait en dopant de la silice avec du fluor; la figure 3 est une représentation graphique de la dispersion chromatique en fonction de la longueur d'onde, et elle montre en particulier la dispersion par la matière pour une matière de fibre caractéristique, la dispersion par le guide d'ondes pour une fibre à une seule gaine et une fibre

à double gaine de type caractéristique, ainsi que leur disper-

sion chromatique totale; la figure 4 montre trois profils d'indice idéalisés qui ont été utilisés pour obtenir les résultats représentés sur la figure 5;

la figure 5 est à nouveau une représentation gra-

phique de la dispersion chromatique en fonction de la lon-

gueur d'onde qui montre les effets de la variation des para-

mètres H et A sur la dispersion d'une fibre;

la figure 6 est également une représentation gra-

phique de la dispersion chromatique en fonction de la lon- gueur d'onde qui montre davantage l'effet de la variation

du paramètre H; -

Les figures 7 et 8 sont des représentations gra-

phiques de la dispersion chromatique en fonction de la lon-

gueur d'onde pour des fibres ayant trois valeurs différen-

tes du paramètre de dopage A, concernant respectivement des fibres dopées avec du fluor et dopées avec du germanium

Les figures 9 et 10 sont des représentations gra-

phiques de la largeur de bande en fonction de la longueur

d'onde pour des fibres ayant différentes valeurs de A, con-

cernant respectivement des fibres dopées avec du fluor et dopées avec du germanium; et Les figures 11 et 12 représentent des exemples de tolérances caractéristiques pour le paramètre de dopage et le rayon a, concernant respectivement des fibres dopées

avec du fluor et des fibres dopées avec du germanium.

La figure 1 représente schématiquement l'indice de réfraction en fonction de la distance radiale pour une fibre caractéristique à profil en W, à saut d'indice, soumise à un dopage d'augmentation d'indice, qu'on pourrait fabriquer par exemple en dopant de la silice avec du germanium Pour la

commodité de la description, les premier et second indices

de réfraction sont exprimés au moyen du troisième indice, c'est-à-dire nc, l'indice de la gaine extérieure On effectue ceci en introduisant le paramètre a, qui exprime le degré de supériorité du premier indice par rapport au troisième indice, et le paramètre R, qui exprime la "profondeur" du

puits d'indice, c'est-à-dire le degré de supériorité du troi-

sième indice par rapport au second Egalement pour la commo-

dité de la description, on exprime le rayon du coeur, a R 1,

au moyen de a, c'est-à-dire le rayon extérieur de la gaine intérieure, en introduisant le paramètre R 1 qui exprime le rapport entre le rayon du coeur et le rayon a L'inégalité 0,5 C R 1 i 1 implique donc une fibre dans laquelle l'épaisseur

de la gaine intérieure est inférieure au rayon du coeur.

la région de coeur 10 a l'indice de réfraction le plus élevé parmi les trois régions qui interviennent dans

cette description, c'est-à-dire le coeur, la gaine intérieu-

re 11 et la gaine extérieure 12 Le coeur de rayon a R 1 a un indice de réfraction n,( 1 + d) L'indice de réfraction du coeur est représenté avec un creux au niveau de l'axe, comme on l'observe de façon caractéristique dans les fibres dopées avec du germanium, à cause de l'épuisement du dopant pendant le rétreint de la préforme Les fibres présentant un tel

creux ont cependant de façon caractéristique le profil dési-

ré sur au moins 90 % de leur section transversale Par exem-

ple, dans une fibre à saut d'indice, l'indice du coeur est de façon caractéristique pratiquement constant sur au moins % de la section transversale la gaine intérieure 11 a

l'indice de réfraction le plus faible parmi les trois ré-

gions, et sa valeur est: nc( 1-H A) L'épaisseur de la ré-

gion de gaine intérieure est a( 1-R 1) la région de gaine

extérieure 12 a un indice de réfraction nc, de valeur inter-

médiaire entre les indices de réfraction du coeur et de la gaine intérieure L'épaisseur de la gaine extérieure n'est

pas critique Elle soit cependant 9 tre généralement relati-

vement grande, de façon qu'on puisse traiter pratiquement la gaine extérieure comme si elle avait une épaisseur infinie, c'est-à-dire que seule une fraction négligeable de l'énergie qui se propage à l'intérieur de la fibre n'est pas contenue

dans les régions 10, 11 et 12 Cette condition est générale-

ment remplie si l'épaisseur de la région de gaine extérieure est au moins plusieurs fois supérieure au rayon du coeur, et est de préférence au moins six fois supérieure au rayon

du coeur La région 13 correspond à une région de gaine sup-

plémentaire,éventuelle, obtenue par exemple à partir d'un tube de départ de préforme en silice fondue Dans un tel cas, l'indice de réfraction de la région 13 est l'indice de réfraction de la silice fondue non dopée Du fait qu'on

suppose que la région 13 a un effet négligeable sur la propa-

gation du signal à l'intérieur de la fibre, l'indice de réfraction de la gaine 13 peut en principe 4 tre supérieur,

égal ou inférieur à celui de la gaine adjacente 12.

la figure 2 montre schématiquement le profil d'in-

dice de réfraction en fonction de la coordonnée radiale d'une fibre à profil en W et à saut d'indice, soumise à un dopage de diminution d'indice, qu'on pourrait obtenir par exemple en dopant de la silice avec du fluor La région de coeur 20, la gaine intérieure 21, la gaine extérieure 22 et la gaine supplémentaire 23 sont directement analogues aux regions respectives 10, 11, 12 et 13 de la figure 1, avec

des relations identiques entre les divers indices de réfrac-

tion, et une notation identique pour les dimensions radiales et les indices de réfraction Le profil de la figure 2 est applicable à une fibre dopée avec du fluor ayant un coeur consistant essentiellement en silice pure Du fait que dans

ce cas aucun épuisement de dopant ne peut se produire pen-

dant le rétreint de la préforme, il n'apparaît de façon ca-

ractéristique aucun creux axial dans le profil d'indice.

Dans une fibre ayant des gaines intérieure et extérieure dopées de façon relativement forte avec du fluor, l'épaisseur de la gaine extérieure doit de préférence ttre au moins huit fois supérieure au rayon du coeur pour éviter une fuite du

mode correspondant au signal qui se propage.

Bien entendu, il est également possible de mettre en oeuvre l'invention avec une fibre utilisant plusieurs dopants Par exemple, dans un mode de réalisation particulier

de l'invention, le coeur est soumis à un léger dopage d'aug-

mentation d'indice (par exemple un dopage avec du germanium),

et les gaines sont soumises à un dopage de diminution d'in-

dice -(par exemple un dopage avec du fluor) On peut donner à titre d'exemple les valeurs de paramètres suivantes:

A = 0,2 % (avec de façon caractéristique une partie seule-

ment de cette valeur due au dopage d'augmentation d'indice), H = 2, a = 7 pm, et R 1 = 0,7 Ceci conduit à une fibre ayant une faible diffusion de Rayleigh, à cause du faible dopage du coeur, et une longueur d'onde du zéro de dispersion par

la matière proche de celle de Si O 2 pure.

Bien que les figures 1 et 2 montrent essentielle-

ment des profils d'indice du type à saut d'indice, il n'est pas obligatoire, de façon générale, que les fibres conformes à l'invention aient de tels profils Si un profil s'écarte intentionnellement ou non intentionnellement d'un profil à saut d'indice, comme par exemple dans une fibre à gradient

d'indice, on peut définir des indices et des rayons "effec-

tifs" Voir par exemple l'article de A W Snyder parndans Proceedings of the IEEE, Vol 69 ( 1), pages 6-13 ( 1981) Pour

la commodité de la description, on considère que les termes

"indice de réfraction", "rayon" et "épaisseur" désignent

généralement des valeurs "effectives", lorsqu'ils s'appli-

quent à des régions de fibre envisagées ici Dans des régions ayant des valeurs d'indice pratiquement constantes, avec des variations d'indice en échelon entre les rayons, les valeurs "effectives" sont identiques aux valeurs "nominales" de ces quantités, qui sont indiquées par exemple sur les figures 1 et 2 Ainsi, ces dernières valeurs "nominales" peuvent être

considérées comme des cas particuliers de valeurs "effecti-

ves", plus générales.

les figures 1 et 2 ne montrent pas d'autres ré-

gions de fibre possibles, comme par exemple des couches de barrière, bien qu'on envisage la possibilité de la présence

de telles régions dans les fibres conformes à l'invention.

la figure 3 montre schématiquement la dispersion par la matière ( 30), ainsi que la dispersion par le guide d'ondes, en fonction de la longueur d'onde, à la fois pour une fibre caractéristique à une seule gaine ( 31) et pour une

fibre caractéristique à double gaine ( 32) De plus, la fi-

gure 3 montre également la somme de la dispersion par la

matière et de la dispersion par le guide d'ondes, c'est-à-

dire la dispersion chromatique totale, en fonction de la longueur d'onde, et la courbe 33 représente la dispersion chromatique pour une fibre caractéristique à une seule gaine tandis que la courbe 34 représente cette caractéristique pour une fibre à double gaine Comme le montre la figure 3, la fibre à une seule gaine ne présente qu'une seule longueur d'onde de dispersion chromatique nulle, tandis que la fibre

à double gaine peut avoir deux telles longueurs d'onde.

1 1 On iva maintenant montrer les effets de variations des paramètres H et R 1 sur la forme du spectre de dispersion par le guide d'ondes Si on augmente H, avec à constant, la

variation totale d'indice entre le coeur et la gaine intérieu-

re devient plus grande, ce qui entraîne de façon caractéris- tique une plus grande dispersion par le guide d'onde On peut considérer ceci comme une "rotation en sens d'horloge" du spectre de dispersion par le guide d'ondes lorsqu'on augmente H et ceci entra ne de façon caractéristique une augmentation de la longueur d'onde du zéro de la dispersion par le guide d'ondes Le fait que le paramètre H influe essentiellement sur la partie de la courbe de dispersion par le guide d'ondes ayant des valeurs positives de dispersion peut être utilisé pour définir la position de la plus courte des deux longueurs d'onde correspondant à un zéro de la dispersion chromatique totale.

R 1 constitue un autre paramètre de commande disponi-

ble qui, de façon caractéristique, influe essentiellement sur la courbure de la courbe de dispersion par le guide d'ondes

aux grandes longueurs d'onde Si R 1 est faible, la gaine in-

térieure a de façon caractéristique un effet prononcé sur la coupure du mode de propagation le plus bas lorsque R 1 augmente, la coupure des modes devient plus progressive et la courbure de la courbe de dispersion par le guide d'ondes diminue Par eexemple, le choix de H = 2 et R = 0,7 peut

conduire à un zéro de dispersion chromatique totale à envi-

ron 1,3 pom et à environ 1,55 pm,, c'est-à-dire les longueurs d'onde auxquelles apparaissent de façon caractéristiques des

minimums d'atténuation dans une fibre à base de silice.

les figures 4 et 5 montrent des exemples de ces effets de H et R 1 sur la dispersion La figure 4 montre trois profils d'indice de réfraction idéalisés, pris à titre d'exemples, et la figure 5 montre les courbes de dispersion par le guide d'ondes pour ces trois profils, ainsi qu'une

courbe caractéristique de dispersion par la matière ( 53).

Les trois profils ont les m 9 mes paramètres a et 8 Les profils d'indice de la figure 4 portant les références 40 et 41 ont le même R 1 mais diffèrent en ce qui concerne la valeur de leur paramètre He le profil 41 ayant un X supérieur à celui du profil 40 Le profil 42 a le même H que le profil

, mais il a un R 1 supérieur à celui des profils 40 et 41.

La figure 5 montre que la courbe 51, qui correspond au profil d'indice 41 de la figure 4, a une dispersion par le

guide d'ondes positive qui est supérieure à celle de la cour-

be 50, qui correspond au profil d'indice 40 de la figure 4, et une dispersion par le guide d'ondes négative qui est plus négative que celle de la courbe 50 Une telle relation a été

appelée ci-dessus une -"rotation en sens d'horloge" La figu-

re 5 montre également que la courbe 51 a une longueur d'onde du zéro de dispersion par le guide d'ondes qui est légèrement supérieure à celle de la courbe 50 D'autre part, la courbe 52, qui correspond au profil d'indice 42 de la figure 4, est

pratiquement identique à la courbe 50 pour les courtes lon-

gueurs d'onde, et s'écarte de cette dernière pour les lon-

gueurs d'onde plus élevées, c'est-à-dire dans la partie du spectre correspondant à une dispersion par le guide d'ondes

de valeur négative.

la figure 6 montre davantage la dépendance du spec-

tre de dispersion en fonction de la longueur d'onde, et donc.

du spectre de dispersion chromatique, vis-à-vis de la valeur du paramètre H La courbe 60 représente la dispersion par la matière, les courbes 63, 62 et 61 représentent la dispersion par le guide d'ondes pour les valeurs respectives H = 1, 2

et H > 2, et les courbes 66, 65 et 64 représentent la dis-

persion chromatique pour les valeurs respectives H = 1, 2 et H > 2, pour une fibre dans laquelle A-0,2 %-et R 1 0,7 les courbes montrent l'utilité du paramètre H pour la définition

des longueurs d'onde de dispersion nulle.

La figure 7 montre des spectres de dispersion pour

Ès exemples de fibres à double gaine, avec un coeur en sili-

ce pure et des gaines dopées avec du fluor De telles fibres ont des propriétés avantageuses et constituent une forme préférée de réalisation de l'invention En particulier, du

fait que la majeure partie de la puissance optique est con-

finée à l'intérieur du coeur, et du fait que le coeur n'est

pas dopé,-la diffusion de Rayleigh est de façon caractéris-

tique faible De plus, l'absence de Ge dans le coeur décale le zéro de la dispersion par la matière vers une longueur d'onde inférieure à 1,3 pm, ce qui permet de concevoir une fibre ayant un zéro de dispersion chromatiqueà 1,3 pm, ou même légèrement au-dessous de 1,3 pm En outre, l'absence de dopant dans le coeur conduit de façon caractéristique à un profil d'indice plus régulier, ne comportant pas un creux

central et ayant une plus grande uniformité axiale On con-

sidère sur la figure 7 des fibres ayant les paramètres sui-

vants:a = 7)Mm, R 1 = 0,7, H = 2 et A = 0,19, 0,20, et 0,21 %.

La courbe 70 est la courbe de dispersion par la matière et la famille de courbes 71 représente la dispersion par le guide d'ondes pour des fibres ayant les valeurs indiquées de A La dispersion chromatique totale résultante de ces fibres est représentée par la famille de courbes 72 Chaque courbe de dispersion chromatique présente un passage par zéro dans

la région de 1,3 pm et un autre dans la région de 1,5 Pm.

Du fait que la dispersion par le guide d'ondes diminue lors-

que A diminue, les courbes de dispersion chromatique-se dé-

placent vers le bas et les deux longueurs d'onde de dispersion minimale se rapprochent l'une de l'autre pour des valeurs décroissantes de A Les deux pics de largeur de bande qui apparaissent à la longueur d'onde de dispersion minimale se fondent en un seul pic large si la courbe de dispersion chromatique devient tangente à l'axe de dispersion nulle, comme ceci se produit pour à-0,185 % dans les fibres dutype envisagé ici Des valeurs encore plus faibles de a déplacent la courbe de dispersion chromatique complètement au-dessous

de l'axe de dispersion nulle.

La figure 8 montre des courbes de dispersion simi-

laires à celles de la figure 7, pour des fibres dopées au germanium, avec a = 6,5 pm, R 1 = 0,7, H = 2, et A = 0,21, 0,22, et 0,23 % La courbe 80 représente la dispersion par la matière, la famille de courbes 81 représente la dispersion par le guide d'ondes et la famille 82 représente la dispersion chromatique totale Une valeur A = 0,21 % conduit à une courbe de dispersion qui est tangente à l'axe de dispersion nulle On obtient des courbes de dispersion similaires pour

des fibres ayant un coeur soumis à un léger dopage d'augmen-

tation d'indice (par exemple un dopage avec du germanium) et des gaines soumises à un dopage de diminution d'indice (par exemple un dopage avec du fluor), à l'exception du fait que les zéros de la dispersion chromatique apparaissent à des longueurs d'onde légèrement plus courtes Pour les fibres envisagées précédemment à titre d'exemples, ce décalage est

d'environ 3 %.

La figure 9 montre des courbes spectrales de lar-

geur de bande correspondant aux spectres de dispersion re-

présentés sur la figure 7 Les largeurs de bande, en G Hz km, s'appliquent à des sources à laser avec une largeur de raie d'environ 4 nm La ligne 90 indique le niveau de largeur de bande de 25 G Hz km Les courbes présentées à titre d'exemple montrent que des fibres ayant les paramètres considérés ici, avec A compris entre 0,18 et 0,20 %, ont des largeurs de bande supérieures à environ 25 G Hz km à toutes les longueurs

d'onde comprises entre environ 1,3 pm et environ 1,52 pm.

la figure 10 montre des exemples de spectres de largeur de bande correspondant aux spectres de dispersion représentés sur la figure 8 La ligne 100 indique le niveau de 25 G Hz km Ici encore, on obtient des Epectres similaires

pour les fibres avec un coeur soumis à un léger dopage d'aug-

mentation d'indice et des gaines soumises à un dopage de di-

minution d'indice qui ont été envisagées ci-dessus, et les courbes sont à nouveau décalées vers des longueurs d'onde légèrement plus courtes Par exemple, dans la fibre envisagée précédemment, le décalage est d'environ 3 On peut fabriquer une fibre conforme à l'invention par n'importe quel procédé approprié, par exemple le dépôt chimique en phase vapeur modifié (MOVD) ou le dépdt axial en phase vapeur (VAD) De tels procédés sont bien connus de l'homme de l'art (voir par exemple le brevet US 3 966 446,

le brevet US 4 135 901 et le brevet US 4 217 027) Les do-

pants utilisables pour modifier l'indice de réfraction de la silice dans la fabrication d'une fibre optique, par exemple le fluor, le germanium, le bore et le phosphore, peuvent 9 tre employés seuls ou en combinaison dans la fibre

conforme à l'invention Le choix du dopant approprié appa-

raftra clairement à l'homme de l'art.

* Une considération de conception importante réside dans le degré de sensibilité des propriétés de la fibre, telles que la largeur de bande, aux variations des paramètres de la fibre Du fait qu'on ne peut fabriquer des fibres qu'avec des tolérances finies, il est évidemment souhaitable que les limites des valeurs des paramètres entre lesquelles

on' obtient des fibres acceptables soient relativement larges.

Les fibres conformes à l'invention sont de façon

caractéristique relativement insensibles à de petites varia-

tions des paramètres Les figures 11 et 12 montrent respec-

tivement ceci pour des fibres dopées avec du fluor et des

fibres dopées avec du germanium Les figures montrent la dif-

férence d'indice a, en fonction du rayon extérieur de la

première gaine a, pour des fibres ayant H = 2 et R 1 = O '7-

Tous les points qui se trouvent entre les courbes conduisent à une fibre ayant une largeur de bande d'au moins 25 G Hz km dans la région de longueurs d'onde de 1,3 pm à 1,55 pm Les courbes inférieures représentent les valeurs de à et a qui conduisent à un pic de largeur de bande large et unique au

voisinage de A = 1,4 pm, et les courbes supérieures repré-

sentent les valeurs qui conduisent à u L spectre de largeur de bande à 2 pics avec un pic proche de 1,3 pm et un autre pic proche de 1,6 pm Les croix indiquent des tolérances de + 0,2 pm sur 2 a et de + 0,1 % sur -à On a trouvé que l'aire comprise entre les courbes limites définies ci- dessus augmente lorsque a augmente, ce qui fait que les exigences

de tolérances deviennent de façon caractéristique moins sé-

vères pour des fibres ayant un diamètre relativement grand.

Lorsque des fibres conformes à l'invention sont incorporées dans un système de télécommunications optiques, on peut les

faire fonctionner avec des sources et des détecteurs de lu-

mière appropriés, d'une manière bien connue de l'homme de

l'art.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu-

vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1 Fibre optique monomode à base de silice compre-

nant: (a)une région de coeur ayant un rayon effectif et un premier indice de réfraction effectif, (b) une région de gaine intérieure entourant le coeur de façon concentrique, la gaine intérieure ayant un rayon extérieur effectif et un second indice de réfraction effectif, et (c) une région de gaine extérieure entourant de façon concentrique la gaine intérieure, ayant une épaisseur effective et un troisième indice de réfraction effectif, caractériséeen ce que: (d) la différence entre le premier indice et le troisième est

comprise entre 0,1 % et 0,4 % de la valeur du troisième in-

dice, et le premier indice est supérieur au troisième, (e) la différence entre le troisième indice et le second est comprise entre une fois et trois fois la différence entre le premier indice et le troisième, et le troisième indice est supérieur au second, (f) le rayon effectif du coeur est

compris entre 0,5 fois et 0,8 fois le rayon extérieur effec-

tif de la région de gaine extérieure, et (g) le rayon exté-

rieur effectif de la région de gaine intérieure est au moins

de 5 pm.

2 Fibre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'indice de réfraction de la région de coeur est

pratiquement constant sur plus de 90 % de la section trans-

versale du coeur.

3 Fibre selon l'une quelconque des revendications

1 ou 2, caractérisée en ce que la différence entre le premier indice effectif et le troisième est comprise entre 0,15 % et

0,3 % de la valeur du troisième indice effectif.

4 Fibre selon l'une quelconque des revendications

1 ou 2, caractérisée en ce que la différence entre le troisiè-

me indice effectif et le second est comprise entre 1,5 fois et 2,5 fois la différence entre le premier indice effectif

et le troisième.

5 Fibre selon l'une quelconque des revendications

1 ou 2, caractérisée en ce que la région de gaine intérieure,

au moins, de la fibre contient du fluor.

6 Fibre selon la revendication 5, caractérisée en ce que la région de gaine extérieure de la fibre contient

également du fluor.

7 Fibre selon la revendication 6, caractérisée en ce que le coeur consiste pratiquement en Si O 20

8 Fibre selon l'une quelconque des revendications

1 ou 2, caractérisée en ce que la région de coeur, au moins,

de la fibre contient de l'oxyde de germanium.

9 Fibre selon l'une quelconque des revendications

1 ou 2, caractérisée en ce que l'une au moins des régions de

gaine de la fibre contient du phosphore.

Fibre selon l'une quelconque des revendications

1 ou 2, caractérisée en ce que l'épaisseur effective de la région de gaine extérieure est au moins six fois supérieure

au rayon du coeur.

11 Fibre selon l'une quelconque des revendications

1 ou 2, caractérisée en ce que le rayon effectif du coeur

est au moins de 4 Fm.

12 Fibre selon l'une quelconque des revendications

1 ou 2, caractérisée en ce que: (a) la région de coeur a un rayon d'au moins 4 pm, (b) la région de gaine intérieure

a un rayon supérieur à 5 pm, (c) la région de gaine extérieu-

re a une épaisseur au moins 8 fois supérieure au rayon du coeur, (d) la différence entre le premier indice effectif et le troisième est comprise entre 0,15 % et 0,3 % de la valeur du troisième indice effectif, (e) la différence entre le troisième indice effectif et le second est comprise entre 1,5 fois et 2, 5 fois la différence entre le premier indice

effectif et le troisième, et (f) le coeur consiste essentiel-

lement en Si O 2.

13 Fibre selon la revendication 12, caractérisée en ce que les gaines intérieure et extérieure contiennent

du fluor.