MXPA00008153A - Atenuadores para fibra optica y sistemas de atenuacion - Google Patents

Abstract

Se describen atenuadores para fibraóptica controlables y sistemas de atenuación (100) para extraer en forma controlable la energíaóptica proveniente de una fibraóptica (30), y atenuar por lo tanto la señalóptica que estásiendo transmitida a través de la fibraóptica (30);en un aspecto, se remueve material de una poción de la fibraóptica (30), con lo cual se expone una superficie a través de la cual se puede extraer la energíaóptica;se forma un material controlable sobre la superficie para extraer en forma controlable la energíaóptica de conformidad con un estímulo cambiable aplicada al mismo, lo cual afecta elíndice de refracción del mismo;en una modalidad mejorada;se forma un material controlable sobre la superficie expuesta para controlar la cantidad de energíaóptica extraída a partir de la fibraóptica, y se forma un material de base sobre el material controlable, en el cual se irradia la energíaóptica extraída.

Description

ATENUADORES PARA FIBRA ÓPTICA Y SISTEMAS DE ATENUACIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a atenuadores controlables y a sistemas de atenuación para atenuar la energía óptica trasmitida a través de una fibra óptica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En los sistemas de fibras ópticas existe frecuentemente la necesidad de control preciso de los niveles de señal óptica que entran a los diversos componentes del sistema. Esto es particularmente cierto para sistemas en las etapas de prueba y caracterización de despliegue. Por ejemplo, se puede utilizar un atenuador óptico controlable para caracterizar y optimizar la respuesta optoelectrónica de fotoreceptores de alta velocidad, en los cuales la capacidad de respuesta de detección depende de la energía óptica promedio que incide en el fotodiodo. La mayoría de atenuadores para fibra óptica controlables comercialmente disponibles en la actualidad están basados en filtros de absorción de película delgada. Esto requiere romper la fibra y colocar los filtros en línea. La atenuación controlable se logra entonces mediante medios mecánicos tales como girar o deslizar el filtro para cambiar la longitud de trayectoria óptica dentro del material absorbente. Esto afecta de manera negativa la velocidad de respuesta del dispositivo, la estabilidad mecánica total, la pérdida de inserción de atenuación cero y la reflexión de retroceso óptica. En general, los diseños de fibra en fragmentos presentan numerosas desventajas tales como pérdida de inserción elevada, reflexión de retroceso significativa y tamaño grande. Estos factores pueden reducirse al mínimo, aunque tales medidas correctivas típicamente dan como resultado costos y/o tamaño agregado. Lo que se necesita son atenuadores para fibra óptica controlables mejorados y sistemas de atenuación que mantengan el núcleo de la fibra óptica intacto y que logre la atenuación controlable mediante el control de la pérdida de radiación proveniente de la fibra.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a atenuadores para fibra óptica controlables (por ejemplo, atenuadores ópticos variables "VOAs") y a sistemas de atenuación, diseñados para operar en la ventana espectral de telecomunicaciones convencional de 1300 nm y 1550 nm, o en cualquier otra longitud de interés, especialmente aquellas en las cuales se presente la propagación unimodal. Los dispositivos pueden ser colocados en redes o sistemas de fibras ópticas mediante el empalme de fusión simple o mediante conexión para atenuar los niveles de señal óptica en una cantidad deseada.

La atenuación controlable se logra, por ejemplo, controlando térmica o eléctricamente las capas de material controlable. Estos dispositivos pueden ser utilizados para la atenuación controlable en sistemas de fibras ópticas en la etapa de prueba y caracterización, o para el control activo durante el despliegue operacional. Los dispositivos de fibra con pulido lateral ("SPF") de la presente invención son una mejora sobre las propuestas de fibra en segmentos convencionales debido a la continuidad intrínseca de la fibra. En una primer modalidad de un atenuador controlable de la presente invención, se monta una fibra en un bloque y se pule hasta dentro de una proximidad cercana (por ejemplo una cuantas mieras) del núcleo. Se aplica sobre la superficie pulida un material de base controlable, con un índice de refracción aproximadamente igualado (con el índice de modo de fibra efectivo). Ajustando el índice de refracción del material de base (por ejemplo, mediante el efecto electro-óptico o termo-óptico), da como resultado una cantidad controlable de energía óptica extraída a partir de las fibras ópticas, obteniendo de este modo una atenuación controlable. Se describe también un sistema de atenuación, incluyendo un atenuador controlable en el cual un circuito de control aplica un estímulo cambiable al material controlable, de conformidad con un estímulo de nivel deseado, y/o un estímulo de nivel detectado recibido desde un circuito detector acoplado a las fibras ópticas para detectar un nivel de energía óptica que está siendo transmitida en el mismo.

En una modalidad mejorada del atenuador controlable de la presente invención, la fibra se pule a través de su revestimiento casi hasta el núcleo, y se coloca un material delgado controlable entre la fibra y un material de revestimiento de base con índice elevado. El índice de refracción del material controlable (aproximadamente igual al del revestimiento) se varía, lo cual hace variar en forma efectiva el espesor óptico efectivo (índice x espesor real) del revestimiento remanente. Este atenuador controlable activado por revestimiento ("CD") provee una atenuación óptica casi espectralmente plana en los intervalos de longitud de onda de interés, mientras que mantiene todas las ventajas intrínsecas de la arquitectura SPF. Además, se describe un diseño en el cual se elimina el bloque de radio típicamente utilizado que sujeta a la fibra, lo cual permite que se pueda reducir el tamaño del dispositivo de modo que no sea mucho más grande que la fibra misma. En ese sentido, la presente invención se refiere a, en su primer modalidad, a un sistema de atenuación para atenuar la energía óptica que está siendo trasmitida a través de fibra óptica. Se ajusta un atenuador controlable con respecto a una porción de la fibra óptica que tiene el material eliminado de la misma con lo cual se expone una superficie de la misma a través de la cual se puede extraer, en forma controlable, por lo menos una parte de la energía óptica. El atenuador incluye un material controlable formado sobre la superficie para extraer en forma controlable la energía óptica de conformidad con un estímulo cambiable aplicado al mismo lo cual afecta el índice de refracción del mismo. Un circuito detector de nivel puede estar acoplado a la fibra óptica para detectar un nivel de por lo menos una porción de la energía óptica que está siendo trasmitida en la misma y proveer un estímulo de nivel detectado a un circuito de control, el cual está acoplado con el atenuador controlable para aplicar el estímulo cambiable al material controlable del mismo de conformidad con el estímulo de nivel detectado recibido desde el circuito detector de nivel. El estímulo cambiable aplicado al material controlable puede ser, por ejemplo, temperatura (efecto termo-óptico) o voltaje (efecto electro-óptico). En un segundo aspecto, mejorado, la presente invención se refiere a un atenuador controlable activado por revestimiento ("CD") para atenuar la energía óptica transmitida a través de una fibra óptica. El atenuador controlable está colocado con respecto a una porción de la fibra óptica que tiene el material eliminado de la misma con lo cual se expone una superficie de la misma a través de la cual por lo menos una parte de energía óptica que está siendo trasmitida en la misma puede ser extraída. El atenuador controlable incluye un material controlable formado sobre la superficie expuesta para controlar una cantidad de energía óptica extraída desde la fibra óptica de conformidad con un estímulo cambiable aplicado al material controlable lo cual afecta el índice de refracción del mismo. Además, se provee una capa de material de base formado sobre el material controlable en el cual la energía óptica extraída se irradia. En esta modalidad, el material controlable tiene un índice de refracción controlable aproximadamente igual al índice de refracción del revestimiento, y el material de base formado sobre el material controlable tiene un índice de refracción fijo mayor que el índice de modo efectivo de la fibra óptica. Los atenuadores para fibra óptica controlables y los sistemas de atenuación de la presente invención son valiosos en cualquiera de las aplicaciones en las que se requiera el control de transmisión de energía óptica en una fibra óptica. Los atenuadores son especialmente útiles en aplicaciones en las cuales el aplanamiento espectral de atenuación sea una preocupación. Debido a la continuidad de la fibra, este dispositivo presenta los beneficios intrínsecos de pérdida de inserción baja, reflexión de retroceso baja (alta pérdida de retorno), insensibilidad a la polarización, tamaño pequeño, costo bajo y capacidad de producción en masa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El tema que es considerado como la invención está particularmente señalado y reclamado en forma distintiva en la porción final de la especificación. Sin embargo, la invención tanto en la organización como en el método de práctica junto con objetivos y ventajas adicionales de la misma, se entenderán mejor haciendo referencia a la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas y a los dibujos acompañantes en los cuales: La figura 1a es una vista lateral en sección transversal de una primer modalidad de un atenuador para fibras ópticas controlable de conformidad con la presente invención. La figura 1 b es una vista de extremo en sección transversal del atenuador controlable de la figura 1a. Las figuras 2a-b son gráficas (en porcentaje, y decibeles, respectivamente) que muestran la caracterización de pérdida contra el índice de refracción de un revestimiento de base (por ejemplo, líquido) para tres niveles de ejemplo de pulido lateral de fibra. La figura 3a es una vista detallada de las interfaces de material del atenuador controlable de las figuras 1a-b, y muestra en forma adicional un ejemplo de perfil de modo de la energía óptica que está siendo transmitida en la fibra óptica. La figura 3b es una vista en detalle de las interfaces de material de una segunda modalidad activada con revestimiento de un atenuador para fibras ópticas controlable de la presente invención. Las figuras 4a-b son gráficas respectivas de rendimiento espectral de dos atenuadores controlables de las figuras 3a-b. La figura 5 es una gráfica de la atenuación resultante contra el índice de refracción del superestrato de atenuadores de fibra con pulido lateral y muestra los intervalos de operación respectivos de los atenuadores controlables de las figuras 3a-b.

La figura 6a es una vista lateral en sección transversal del segundo atenuador controlable activado por revestimiento de la figura 3b. La figura 6b es una vista lateral en sección transversal de una mejoría para el atenuador controlable activado por revestimiento de la presente invención en el cual el revestimiento se elimina de la fibra óptica sin un montaje radial en un bloque de substrato. La figura 7 es un diagrama de bloques funcional de un sistema de atenuación de ejemplo de conformidad con la presente invención; y La figura 8 es un esquema de ejemplo del sistema de atenuación de la figura 7.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS De conformidad con los principios de al presente invención, en las figuras 1a-b se muestra una primera modalidad 100 de un atenuador controlable, en la cual una fibra óptica unimodal 30 (por ejemplo, Corning SMF-28 para telecomunicaciones) se pule en los lados a través de su revestimiento 50 hasta cerca de su núcleo 40, con lo cual se expone, a través de la superficie 65, una cola evanescente de la energía óptica transmitida en la fibra. Típicamente, el espesor del revestimiento remanente es menor de aproximadamente 10 µm. La energía óptica puede ser extraída del núcleo de la fibra aplicando un material de base 60 sobre la superficie pulida 65 del revestimiento de la fibra. El material de base debe tener un índice de refracción ligeramente menor que o aproximadamente igual al del índice de modo efectivo de la fibra nef. Este valor es dependiente de los índices del núcleo de la fibra y del revestimiento, y de las dimensiones del núcleo de la fibra, pero en forma común está entre los índices del núcleo y del revestimiento. El máximo de energía óptica se extrae de la fibra cuando el índice del material de base es igual al índice de modo efectivo de la fibra. De conformidad con la presente invención, y como se discute en mayor detalle posteriormente, el material de base puede ser formado a partir de un material que sea controlable, por ejemplo, su índice de refracción puede variarse de conformidad con un estímulo cambiable aplicado al mismo. En la modalidad de la figura 1a, se pueden utilizar cambios en temperatura o voltaje, y está provisto un elemento de calefacción controlable (o electrodos) 80, para proveer una temperatura (o voltaje) cambiable al material 60 de conformidad con un estímulo de control 105. Posteriormente se discuten primero, la fabricación de la porción de fibra con pulido lateral del atenuador 100 y su caracterización de pérdida subsecuente; segundo, las modalidades alternas 100' y 100" de un atenuador controlable; y finalmente, la implementación de un sistema de atenuación que incluye al atenuador controlable 100 (o 100' ó 100"), además de otros subsistemas de control.

Fabricación/caracterización de fibra con pulido lateral Las fibras unimodales estándar tienen una región de núcleo 40 con diámetro de 8.3 µm de índice de refracción ligeramente elevado rodeado por un revestimiento 50 de sílice vaporizada de 125 ± 1 µm. El diámetro de campo de modo es 9.3 ± 0.5 µm a 1310 nm y 10.5 ± 0.5 µm a 1550 nm. Los valores de índice de refracción provistos por Corning para la fibra SMF-28 son: ? = 1300 nm: nnúCieo = 1 ,4541 , nrev = 1 ,4483 ? = 1550 nm: núcleo = 1 ,4505, nrev = 1 ,4447 La pequeña diferencia entre los índices de refracción del núcleo y el revestimiento combinados con el tamaño de núcleo pequeño resultan en una propagación unimodal de energía óptica con longitudes por encima de 1190 nm. Por lo tanto, la fibra puede ser utilizada en ambas regiones espectrales aunque ésta fue diseñada para operación a 1310 nm en la cual la dispersión (combinación de material y dispersión de guía de onda) se lleva al mínimo y la atenuación es baja (< 0.4 dB/km). El atenuador controlable de fibra con pulido lateral de las figuras 1a-b puede fabricarse mediante técnicas de bruñido y pulido. La fibra se incrusta en un bloque de substrato de sílice vaporizada 20 que contiene una ranura de radio controlado. El material se elimina cuidadosamente desde el revestimiento de la fibra 50 hasta que se llega al núcleo 40. En este punto, el campo evanescente de la energía óptica transmitida en la fibra óptica puede ser accesado a través de la superficie 65. La longitud de interacción del dispositivo puede ser controlada por el espesor del revestimiento remanente y el radio de curvatura de la ranura. Una vez que se ha acercado al núcleo de la fibra mediante el procedimiento de bruñido/pulido, se puede realizar un procedimiento de goteo de líquido múltiple para caracterizar la pérdida de la fibra con pulido lateral. Este procedimiento implica colocar una serie de revestimientos de base (por ejemplo, líquidos, aceites) de índice de refracción conocidos sobre la superficie pulida de la fibra. Esto tiene la ventaja de que la ¡nterfaz entre el aceite y la fibra con pulido lateral siempre es tan buena como la superficie de la fibra y no hay necesidad de tratar la interfaz superficie/aceite en ninguna manera especial. Se dispone de un conjunto de líquidos de índice de refracción de Cargille con índices de refracción y curvas de dispersión bien caracterizados. Por lo tanto, se puede obtener una caracterización de pérdida/índice de refracción exacta de cada fibra con pulido lateral fabricada. Cada líquido utilizado en las mediciones tiene un valor no especificado, en el cual el subíndice D indica la longitud de onda de la línea D del sodio (? = 589 nm). Se disponen de ecuaciones de dispersión las cuales permiten que las respuestas sean ajustadas a la región espectral de interés, es decir, 1300 nm ó 1550 nm. Las figuras 2a-b muestran la transmisión de energía óptica en porcentaje y decibeles, respectivamente, contra la respuesta de índice de refracción del líquido para las tres fibras con pulido lateral las cuales tienen cada una espesores de revestimiento remanente diferentes (es decir, 24%, 65% y 91% de niveles de revestimiento pulido). A índices líquidos por debajo del índice efectivo de modo de fibra (nef), no se retira energía óptica de la fibra. Cerca a nTf, la respuesta de transmisión cae abruptamente y se observa una extracción fuerte. Por encima de nef, la transmisión de la fibra se aproxima gradualmente a un nivel ajustado de atenuación. Previo a cualquier eliminación de revestimiento, la fibra guía la luz en forma eficiente. Cuando parte del revestimiento se elimina, existe un nuevo revestimiento el cual está compuesto de un espesor pequeño de sílice vaporizada rodeada por aire (n = 1 ). Ya que este revestimiento mixto tiene un índice de revestimiento efectivo menor que el del núcleo, la fibra puede incluso operar en forma eficiente como una guía de onda. Esto es cierto para aquellos revestimientos que tienen índices menores del índice efectivo de modo de fibra, y se presenta por lo tanto un 100% de transmisión de energía óptica. Sin embargo, cuando el índice del líquido se eleva por encima de net-, la fibra opera como una guía de onda con fuga y se excita una onda de base en el líquido. Por lo tanto, la energía se escapa de la fibra dentro de la región de interacción y se presenta cierta atenuación. La eficiencia de acoplamiento con la onda de base es máxima cuando el índice del líquido es igual al índice efectivo de modo de la fibra nef. Esta eficiencia se reduce cuando el índice del líquido se incrementa por encima de nef, aunque una fracción significativa de energía sigue estando acoplada fuera de la fibra. Las mediciones de transmisión pueden hacerse utilizando láseres de diodo Fabry-Perot a 1300 nm y 1550 nm y un medidor de energía óptica bien calibrado. Se observan números de atenuación más fuertes para el mismo índice de líquido a 1550 nm ya que la penetración evanescente del campo de modo de fibra en el revestimiento es mayor a la longitud de onda más larga. De conformidad con la presente invención, como se discutió anteriormente, se aplica un material de base 60 sobre la superficie expuesta de la fibra óptica con pulido lateral. El material de base 60 es, por ejemplo, un polímero controlable (por ejemplo, electro-óptico o termo-óptico) con un índice de refracción casi igual al del índice de modo efectivo de la fibra, y el cual presenta un cambio en el índice de refracción proporcional a un cambio en, por ejemplo, la temperatura o voltaje. OPTI-CLAD® 145, disponible de Optical Polymer Research, Inc., es un ejemplo de uno de tales polímeros. Por lo tanto se forma un atenuador controlable (100, figura 1a-b) que es capaz de extraer una cantidad controlable de energía óptica a partir de la fibra. El control de la atenuación se provee por el elemento de calefacción (o electrodos) 80 controlados utilizando un estímulo de control 105. Para lograr la máxima capacidad de respuesta termo-óptica, por ejemplo, el atenuador controlable está implementado para explotar la respuesta de índice de refracción característico más sensible de la fibra con pulido lateral, determinada como se indica anteriormente. Esto se presenta cuando el índice de refracción del material de base es ligeramente menor que el índice de modo efectivo de la fibra óptica (por ejemplo, nef=1.449), es decir cercano a las líneas verticales 99 dibujadas en las gráficas de las figuras 2a-b.

Estas líneas 99 describen por lo tanto, en forma general, el intervalo de operación teórico de la primer modalidad de un atenuador controlable de fibra con pulido lateral.

Modalidades alternas de atenuador controlable. Un aspecto de la modalidad de atenuador controlable 100 antes discutido es que el nivel de atenuación puede variar con la longitud de onda, lo cual puede ocasionar problemas de diseño para sistemas de transmisión de longitudes de onda múltiples. De conformidad con la presente invención, se describe un atenuador controlable de fibra con pulido lateral activada por revestimiento ("CD"), mejorado el cual mejora el rendimiento espectral mientras que conserva todas las intensidades de rendimiento intrínseco de los dispositivos de fibra con pulido lateral no invasivos. Las figuras 3a-b respectivamente muestran en detalle las interfaces de material del atenuador controlable con revestimiento de base 100 discutido anteriormente, y el atenuador controlable activado por revestimiento mejorado 100' de la presente invención. Haciendo referencia a la figura 3a, el atenuador controlable 100 incluye un núcleo de fibra 40, una porción remanente de revestimiento 50 (espesor Cn-és¡mo, por ejemplo, menor de aproximadamente 10 µm) que tiene una superficie expuesta 65 de la misma a través de la cual la energía óptica se extrae hacia el material de base controlable 60. También se muestra un perfil de modo 90 que se aproxima a la cantidad de energía óptica presente en las capas de material, incluyendo la cola evanescente 91 (cuya penetración en la capa 60 se puede controlar como se indica anteriormente). El atenuador controlable activado por revestimiento 100' de la figura 3b también incluye un núcleo de fibra 40', pero la porción remanente 50' del revestimiento (espesor por ejemplo menor de aproximadamente 2 µm) es una capa muy delgada y una película delgada (por ejemplo, espesor menor de aproximadamente 10 µm) de material controlable 60' está colocada sobre el revestimiento 50'. Un material de base 70' está colocado sobre la capa 60' y es un material de índice elevado. La cola evanescente 91' del perfil de modo 90' penetra a través de la superficie expuesta 65' hacia la capa de índice elevado 70' a una profundidad determinada por el espesor óptico efectivo (índice x espesor real) de material controlable 60', el cual tiene un índice aproximadamente igual al del revestimiento. Este espesor óptico efectivo de la capa 60' (índice x espesor real) se controla variando el índice de refracción del mismo de conformidad con las técnicas discutidas anteriormente, por ejemplo, mediante efecto termo-óptico o electro-óptico. Las diferencias más significativas entre la modalidad activada por revestimiento 100' y la modalidad de material de base controlable 100 son: (i) la mayoría del revestimiento de la fibra se elimina inicialmente (en el lado pulido) y se reemplaza con una capa delgada de revestimiento con índice igualado, pero controlable de material 60' (un polímero termo-óptico que tenga un índice de aproximadamente 1.447 a 1300 nm) y (ii) el revestimiento de base 70' es de un índice más alto, por ejemplo, silicio, con un índice de aproximadamente 3.5. Como se muestra en las gráficas de las figuras 4a-b, las cuales en forma respectiva representan el rendimiento espectral de las modalidades de atenuador controlable 100 y 100', estas mejorías dan como resultado una mejor uniformidad espectral. Se pueden entender las razones de esta uniformidad espectral haciendo referencia a los intervalos de operación respectivos 99 y 99' de la gráfica de atenuación de la figura 5. La atenuación de una fibra con pulido lateral es una función sensible tanto de: (i) el espesor de revestimiento remanente y (ii) el índice de cualquiera de los materiales de revestimiento. En la primer modalidad de atenuador controlable 100, dentro del revestimiento remanente se propaga una porción significativa de la cola evanescente del perfil de modo de fibra. Por lo tanto para lograr una atenuación significativa, la fibra con pulido lateral se recubre con un material de base 60 el cual tiene un índice de refracción que está cercano al índice de modo de fibra efectivo nef. Ajusfando el índice del material de base se produce una función de transferencia de atenuación la cual sigue el borde más agudo de la curva de respuesta de atenuación, es decir cercano a la línea vertical 99. Sin embargo, debido a que este borde es muy agudo, la cantidad de atenuación es muy sensible a variaciones del perfil de modo de fibra. Por lo tanto, los efectos tales como dispersión (cambios en el índice de refracción contra la longitud de onda), pueden dar como resultado un rendimiento dependiente de la longitud de onda. Otro efecto, quizás más significativo, se presenta simplemente debido a que el modo de fibra mismo es mayor a longitudes de onda largas. Esto da como resultado una penetración evanescente incrementada hacia el revestimiento, y por lo tanto una mayor atenuación. La modalidad de atenuador controlable activado por revestimiento 100' elimina estos efectos debido a que su operación se basa en una función de transferencia completamente diferente. Como se muestra hacia el lado derecho de la figura 5, la propuesta activada por revestimiento se ajusta al espesor óptico efectivo del revestimiento remanente utilizando la capa de revestimiento controlable con índice igualado 60', y por lo tanto cambia la cantidad de cola evanescente 91' hacia el material de base 70' la cual tiene un índice elevado fijo. Por lo tanto la atenuación es mucho menos sensible a variaciones en el índice de refracción del material de base cuando ese índice está muy por encima de nef. Por lo tanto el dispositivo activado con revestimiento opera a lo largo de la línea vertical 99' hacia el lado derecho de la figura 5. Se ha demostrado que esto produce niveles de atenuación que son casi independientes de la longitud de onda (figura 4b), y por lo tanto mejora la uniformidad espectral del dispositivo. La insensibilidad del índice del material de base 70' también implica que para una cantidad determinada de revestimiento remanente de fibra (el cual determina la cantidad de atenuación a índices elevados para una longitud interacción determinada), la variación del índice del material de base 70' (por ejemplo a través del efecto termo-óptico) no alterará en forma significativa la cantidad de atenuación. Por lo tanto, la respuesta de un dispositivo como tal sin una capa de revestimiento controlable podría ser muy pequeña. Se encontró la solución a este punto muerto aparente observando que la cantidad de atenuación (con un material de base de índice elevado) es muy sensible a la cantidad de espesor remanente de revestimiento de la fibra; es decir, mientras más revestimiento sea eliminado mayor será la atenuación resultante (tal como se muestra por las curvas hacia el lado derecho de la figura 5). De esta manera, si se produce un dispositivo con base SPF el cual opere a lo largo de la función de transferencia 99' hacia el lado derecho de la figura 5, entonces se pueden obtener tanto una capacidad de respuesta del dispositivo como un aplanamiento espectral elevados. El atenuador controlable 100' activado por revestimiento logra estos resultados. En el atenuador controlable activado por revestimiento 100', casi todo el revestimiento de fibra original (sílice) es eliminado (típicamente mediante pulido, aunque es posible el decapado químico). Esto normalmente daría como resultado un acoplador de revestimiento con más del 99% de índice elevado (>-20 dB). Sin embargo, el revestimiento eliminado es reemplazado con una película delgada de material controlable 60' (igual en espesor a la profundidad de penetración evanescente) la cual tiene un índice de refracción ambiental similar (revestimiento de fibra igualado). Además, el índice de refracción de este material es mucho más responsivo a una señal aplicada (por ejemplo termo-óptico: calor, o electro-óptico: voltaje), que el del revestimiento de sílice original. Por encima de esta película delgada, se aplica un material de base de índice elevado 70' para conservar el aplanamiento espectral, como se discutió anteriormente. Bajo condiciones ambientales, resulta un dispositivo con una atenuación muy baja. Sin embargo, aplicando un estímulo cambiable a la capa de revestimiento 60' "de reemplazo" lo cual eleva su índice (hasta el del índice de modo efectivo), se puede variar la penetración evanescente de modo a través de esta capa de revestimiento " de reemplazo" 60', y por lo tanto la profundidad de su penetración hacia el revestimiento de base de índice elevado 70', efectuando la atenuación controlable. Eliminando el estímulo se reduce el índice de refracción de la capa de revestimiento de reemplazo 60', la cual restablece la transmisión con pérdida baja. Cualquier variación inducida en el índice de refracción del material de base 70' es muy pequeña debido a la insensibilidad intrínseca del dispositivo a este parámetro. Por lo tanto, el atenuador controlable activado por revestimiento 100' logra simultáneamente una capacidad de respuesta y un aplanamiento espectral elevados, así como las características de pérdida baja por inserción, una reflexión de retroceso baja, tamaño pequeño y pérdida bajas de los dispositivos basados en SPF, de los cuales todos hacen que esta modalidad sea bastante atractiva. En la figura 4b se muestran vistas laterales en sección transversal de dos modalidades potenciales (100' y 100") de atenuadores controlables activados por revestimiento. La modalidad de la figura 4a, discutida en forma general anteriormente, es un diseño basado en el bloque de ranura de radio SPF típico, en el cual el radio de la fibra, después de pulirlo, da como resultado una superficie plana 65' a través de la cual la energía óptica puede ser extraída. La figura 4b nuestra un diseño sin bloque alternativo 100" el cual se fabrica eliminando el material para producir una superficie radial 65", a través de la cual el material controlable 60" y el material 70" son configurados de forma que se adapten, hasta un diámetro exterior de la fibra. El revestimiento 50" permanece (espesor Cn-ésimo" de menos de aproximadamente 2µm). La eliminación del bloque SPF en el diseño 100" permite que se reduzca el tamaño del dispositivo, de modo que esto no sea mucho más grande que la fibra misma. Los expertos en la técnica reconocerán que la modalidad 100 discutida anteriormente también puede ser fabricada utilizando esté diseño sin bloque.

Sistema o sistemas de atenuación que utilizan atenuadores controlables En la figura 7 se muestra un ejemplo de sistema de atenuación 500 que utiliza el atenuador controlable 100 (o 100' o 100"). El sistema de atenuación 500 incluye un atenuador controlable 100 (o 100' o 100"), un circuito de control 300, y un circuito detector de nivel opcional 200. El circuito de control 300 suministra el estímulo de control 105 al atenuador controlable 100 para cambiar el estímulo cambiable (temperatura o voltaje) y por lo tanto el índice de refracción del material controlable del mismo. El circuito de control 300 recibe como una entrada opcional un estímulo de nivel deseado 305 proveniente, por ejemplo, de un usuario, y ajusta el estímulo de control 105 como una función del mismo. El circuito de control 300 también puede recibir un estímulo de nivel detectado opcional proveniente del circuito detector de nivel 200. Este estímulo de nivel detectado puede ser, por ejemplo, una relación de niveles medidos de energía óptica tanto antes como después de la atenuación del mismo por el atenuador 100. Comparando estos estímulos de nivel detectados con el estímulo de nivel deseado, el circuito de control 300 puede variar el valor del estímulo de control 105 hasta que se igualen el estímulo de nivel deseado alimentado y el estímulo de nivel detectado. El sistema de atenuación de ejemplo 500 se muestra en una forma esquemática ejemplar en la figura 8. El atenuador controlable 100 es precedido y seguido por acopladores con 1% de fibra (separadores 210, 230) los cuales interceptan una pequeña fracción de la energía óptica que se propaga en la fibra. La luz desacoplada es portada hacia fotodetectores caracterizados (220, 240) y las fotocorrientes generadas son analizadas por un medidor de relación 250. El circuito comparador 310 recibe la salida de estímulo de nivel detectado del medidor de relación y/o un estímulo de nivel deseado 305 (proveniente de un usuario) y transmite una señal hacia el controlador de temperatura 320. El controlador de temperatura provee el estímulo de control 105 hacia el atenuador controlable 100 para cambiar el estímulo cambiable (temperatura o voltaje) y por lo tanto el índice de refracción del material controlable del mismo. De esta manera, el nivel de atenuación óptica (relación de fotocorriente) se compara directamente a una señal de ajuste de atenuación calibrada 305 (entrada del usuario del sistema) hasta que estos se igualan. Este bucle de retroalimentación controla la atenuación efectuada por el atenuador controlable y por lo tanto asegura un rendimiento exacto. La presente invención se extiende también a los métodos para formar y utilizar los atenuadores controlables y sistema de atenuación descritos, y además a métodos para atenuación, discutidos anteriormente. Los expertos en la técnica reconocerán también que la presente invención se extienda a i) atenuadores de punto fijo en los cuales, bajo condiciones ambientales controladas, las capas de material controlable se diseñan con un índice de refracción predeterminado de modo tal que se obtenga una atenuación de nivel fijo predeterminado, con lo cual se niega la necesidad de un estímulo cambiable aplicado al material controlable, y ii) la atenuación adaptable en la cual se desea un nivel de atenuación fijo, y el estímulo cambiable se aplica en forma adaptable al material controlable como una función de las condiciones ambientales cambiantes las cuales afectan en forma no intencionada el índice de refracción del material controlable. Aunque la invención ha sido mostrada en forma particular y descrita con referencia a modalidades preferidas de la misma, los expertos en la técnica entenderán que se pueden hacer diversos cambios en forma y detalle en la misma sin alejarse del alcance y campo de la invención.

Claims (47)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un atenuador controlable para atenuar la energía óptica transmitida a través de una fibra óptica, estando arreglado el atenuador controlable con respecto a una porción de la fibra óptica que tiene una superficie lateral de la misma a través de la cual se puede extraer por lo menos una parte de dicha energía óptica transmitida, incluyendo el atenuador controlable: un material controlable formado sobre la superficie para controlar una cantidad de energía óptica extraída a partir de dicha fibra óptica de conformidad con un estímulo cambiable aplicado al material controlable lo cual afecta el índice de refracción del mismo; y un material de base, formado sobre el material controlable, en el cual la energía óptica extraída es irradiada.

2.- El atenuador controlable de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el material controlable tiene un índice de refracción controlable que es aproximadamente igual al índice de refracción del revestimiento de la fibra óptica; y el material de base formado sobre el material controlable tiene un índice de refracción fijo mayor que el índice de refracción de modo efectivo de la fibra óptica.

3.- El atenuador controlable de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el estímulo cambiable aplicado al material controlable comprende temperatura o voltaje.

4.- Un sistema de atenuación, que comprende: el atenuador controlable de conformidad con la reivindicación 1 ; y un circuito de control acoplado al atenuador controlable para controlar un valor del estímulo cambiable aplicado al material controlable.

5.- El sistema de atenuación de conformidad con la reivindicación 4 que comprende además: un circuito de nivel para proveer un estímulo de retroalimentación que tenga un valor relacionado con por lo menos una porción de la energía óptica transmitida en la fibra óptica hacia dicho circuito de control; y caracterizado además porque el circuito de control controla el valor del estímulo cambiable aplicado al material controlable de conformidad con el estímulo de retroalimentación.

6.- El sistema de atenuación de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el circuito de nivel comprende por lo menos un detector para detectar un nivel de por lo menos una porción de la energía óptica transmitida en la fibra óptica, proveyendo el circuito de nivel el estímulo de retroalimentación de conformidad con dicho nivel detectado.

7.- Un método para formar un atenuador controlable para atenuar la energía óptica transmitida a través de una fibra óptica, que comprende: proveer una porción de la fibra óptica que tenga una superficie lateral de la misma a través de la cual se pueda extraer por lo menos una porción de dicha energía óptica trasmitida; formar un material controlable sobre la superficie para controlar una cantidad de energía óptica extraída desde la fibra óptica de conformidad con los cambios del índice de refracción inducidos en la misma por un estímulo cambiable para que se va a aplicar a la misma; formar un material de base sobre el material controlable en el cual se irradia la energía óptica extraída.

8.- El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque: el material controlable se forma para que tenga un índice de refracción controlable aproximadamente igual al índice de refracción del revestimiento de la fibra óptica; y el material de base formado sobre el material controlable se forma para que tenga un índice de refracción fijo mayor que el índice de refracción de modo efectivo de la fibra óptica.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el estímulo cambiable que se va aplicar al material controlable comprende temperatura o voltaje.

10.- Un método para formar un sistema de atenuación, que comprende: formar un atenuador controlable de conformidad con el método de la reivindicación 7; y proveer un circuito de control acoplado al atenuador controlable para controlar un valor del estímulo cambiable que se va a aplicar al atenuador controlable.

11.- El método de conformidad con la reivindicación 10, que comprende además: proveer un circuito de nivel acoplado para proveer un estímulo de retroalimentación que tenga un valor relacionado con por lo menos una porción de la energía óptica transmitida en la fibra óptica hacia dicho circuito de control; caracterizado además porque el circuito de control se forma para controlar el valor del estímulo cambiable que se va aplicar al material controlable de conformidad con el estímulo de retroalimentación.

12.- El método de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque el circuito de nivel comprende por lo menos un detector para detectar un nivel de por lo menos una porción de la energía óptica transmitida en la fibra óptica, proveyendo el circuito de nivel el estímulo de retroalimentación de conformidad con dicho nivel detectado.

13.- Un método para atenuar en forma controlable la energía óptica transmitida a través de una porción de una fibra óptica que tiene una superficie lateral a través de la cual se expone una cola evanescente de un campo de modo óptico transmitido a través de la fibra óptica, comprendiendo el método: la extracción de la energía óptica a partir de la cola evanescente del campo de modo óptico utilizando un material de base, colocado sobre dicha porción de la fibra óptica, hacia la cual penetra la cola evanescente y; la utilización de un material controlable colocado entre el material de base y un núcleo de la fibra óptica para variar una profundidad de penetración de la cola evanescente en el material de base, incluyendo variar el índice de refracción del material controlable.

14.- El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque se elimina la mayor parte del revestimiento entre un radio exterior del mismo y el núcleo de la porción de la fibra óptica, y en donde: dicho utilizar un material controlable incluye variar un espesor óptico efectivo del mismo variando el índice de refracción del mismo, con lo cual se varía la profundidad de penetración de la cola evanescente en el material de base.

15.- El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque: el material controlable tiene un índice de refracción controlable que es aproximadamente igual al índice de refracción del revestimiento; y el material de base tiene un índice de refracción fijo mayor que el índice de refracción de modo efectivo de la fibra óptica.

16.- El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque dicho utilizar un material controlable incluye: variar el índice de refracción del material controlable cambiando un estímulo de temperatura o voltaje aplicado al mismo.

17.- El método de conformidad con la reivindicación 13, que comprende además: proveer un estímulo de retroalimentación que tenga un valor relacionado con por lo menos una porción de la energía óptica transmitida en la fibra óptica hacia dicho circuito de control; caracterizado además porque dicho utilizar un material controlable incluye variar el índice de refracción del material controlable de conformidad con el estímulo de retroalimentación.

18.- El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque dicho proveer un estímulo de retroalimentación comprende: detectar un nivel de por lo menos una porción de la energía óptica transmitida en la fibra óptica, y proveer el estímulo de retroalímentación de conformidad con dicho nivel detectado.

19.- Un sistema de atenuación que comprende: un atenuador controlable, arreglado con respecto a una porción de una fibra óptica, teniendo la porción de la fibra óptica una superficie lateral de la misma a través de la cual se puede extraer por lo menos una parte de la energía óptica, incluyendo el atenuador un material controlable formado sobre la superficie para extraer en forma controlable la energía óptica de conformidad con un estímulo cambiable aplicado al material controlable lo cual afecta al índice de refracción del mismo; un circuito de nivel para proveer un estímulo de retroalimentación que tenga un valor relacionado con por lo menos una porción de la energía óptica transmitida en la fibra óptica; y un circuito de control acoplado con el atenuador controlable para controlar una cantidad del estímulo cambiable aplicado al material controlable de conformidad con el estímulo de retroalimentación.

20.- El sistema de atenuación de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque el estímulo cambiable comprende temperatura o voltaje, y en donde el circuito de control provee un estímulo de control para cambiar la temperatura o voltaje del material controlable.

21.- El sistema de atenuación de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el atenuador controlable incluye un elemento de control, que tiene una entrada para recibir el estímulo de control proveniente de dicho circuito de control, y arreglado con respecto al material controlable para cambiar la temperatura, o voltaje, y por lo tanto el índice de refracción del mismo de conformidad con el estímulo de control.

22.- El sistema de atenuación de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque el circuito de nivel incluye: un primer circuito detector para detectar una cantidad de energía óptica transmitida en dicha fibra óptica antes de cualquier extracción de la misma mediante dicho atenuador controlable; un segundo circuito detector para detectar una cantidad de energía óptica transmitida en dicha fibra óptica siguiendo cualquier extracción de la misma por medio de dicho atenuador controlable; y un circuito para determinar un nivel de energía óptica extraída a partir de dicha fibra óptica de conformidad con las cantidades detectadas de energía óptica antes y después de la extracción de la misma por medio de dicho atenuador controlable, y proveer el estímulo de retroalimentación al circuito de control tomando como base dicho nivel de energía óptica extraída.

23.- El sistema de atenuación de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el circuito de control incluye un circuito de comparación para comparar el estímulo de retroalimentación y un estímulo de nivel deseado aplicado al mismo, y, tomando como base cualquier diferencia entre los mismos, cambiar el valor del estímulo de control provisto al atenuador controlable.

24.- El sistema de atenuación de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque el estímulo cambiable aplicado al material controlable comprende temperatura o voltaje, y en donde el circuito de control provee un estímulo de control a dicho atenuador controlable para cambiar la temperatura o voltaje aplicado a dicho material controlable.

25.- El sistema de atenuación de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque el atenuador controlable incluye un elemento de control, que tiene una entrada para recibir dicho estímulo de control a partir de dicho circuito de control, y que está arreglado con respecto al material controlable para cambiar la temperatura, o voltaje, y por lo tanto el índice de refracción del mismo de conformidad con el estímulo de control.

26.- El sistema de atenuación de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque: el atenuador controlable incluye un material de base formado sobre el material controlable en el cual se irradia la energía óptica extraída.

27.- El sistema de atenuación de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado además porque: el material controlable tiene un índice de refracción controlable que es aproximadamente igual al índice de refracción del revestimiento de la fibra óptica; y el material de base formado sobre el material controlable tiene un índice de refracción fijo mayor que el índice de refracción de modo efectivo de la fibra óptica.

28.- El sistema de atenuación de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado además porque dicho circuito de control controla la cantidad del estímulo cambiable aplicado al material controlable también de conformidad con un estímulo de nivel deseado.

29.- El sistema de atenuación de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque el circuito de nivel comprende por lo menos un detector para detectar un nivel de por lo menos una porción de la energía óptica transmitida en la fibra óptica, proveyendo el circuito de nivel el estímulo de retroalimentación de conformidad con dicho nivel detectado.

30.- Un método para formar un sistema de atenuación para atenuar la energía óptica transmitida a través de una fibra óptica, que comprende: proveer una porción de la fibra óptica que tenga una superficie lateral de la misma a través de la cual se pueda extraer una parte de la energía óptica transmitida; formar un material controlable sobre la superficie para controlar una cantidad de energía óptica extraída de la fibra óptica de conformidad con un estímulo cambiable aplicado al mismo lo cual afecta el índice de refracción del mismo; proveer un circuito de nivel para proveer un estímulo de retroalimentación que tenga un valor relacionado con por lo menos una porción de la energía óptica transmitida en la fibra óptica; y proveer un circuito de control para controlar una cantidad del estímulo cambiable aplicado al material controlable de conformidad con el estímulo de retroalimentación.

31.- El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado además porque el estímulo cambiable aplicado al material controlable comprende temperatura o voltaje, y en donde el circuito de control se forma para proveer un estímulo de control para cambiar la temperatura o voltaje del material controlable.

32.- El método de conformidad con la reivindicación 31 , que comprende además: proveer un elemento de control, que tenga una entrada para recibir el estímulo de control proveniente del circuito del control, y que está arreglado con respecto al material controlable para cambiar la temperatura, o voltaje, y por lo tanto el índice de refracción del mismo de conformidad con dicho estímulo de control.

33.- El método de conformidad con la reivindicación 30, que comprende además: formar un material de base sobre el material controlable en el cual se irradia la energía óptica extraída.

34.- El método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque: el material controlable se forma para que tenga un índice de refracción controlable que es aproximadamente igual al índice de refracción del revestimiento de la fibra óptica; y el material de base formado sobre el material controlable se forma para que tenga un índice de refracción fijo mayor que el índice de refracción de modo efectivo de la fibra óptica.

35.- El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado además porque el circuito de nivel incluye: un primer circuito detector para detectar una cantidad de energía óptica transmitida en dicha fibra óptica antes de cualquier extracción de la misma por medio de dicho atenuador controlable; un segundo circuito detector para detectar una cantidad de energía óptica transmitida en dicha fibra óptica siguiendo cualquier extracción de la misma por medio de dicho atenuador controlable; y un circuito para determinar un nivel de energía óptica extraída a partir de dicha fibra óptica de conformidad con las cantidades detectadas de energía óptica antes y después de la extracción de la misma por medio de dicho atenuador controlable, y proveer el estímulo de retroalimentación para el circuito de control tomando como base dicho nivel de energía óptica extraída.

36.- El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque dicho proveer al circuito de control comprende además proveer un circuito de comparación para comparar el estímulo de retroalimentación y un estímulo de nivel deseado aplicado al mismo, y, tomando como base cualquier diferencia entre los mismos, cambiar el valor del estímulo cambiable.

37.- El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado además porque dicho circuito de control controla además la cantidad del estímulo cambiable aplicado al material controlable también de conformidad con un estímulo de nivel deseado.

38.- El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado además porque el circuito de nivel comprende por lo menos un detector para detectar un nivel de por lo menos una porción de la energía óptica transmitida en la fibra óptica, proveyendo el circuito de nivel el estímulo de retroalimentación de conformidad con dicho nivel detectado.

39.- Un método para atenuar en forma controlable la energía óptica transmitida a través de una fibra óptica, teniendo una porción de la fibra óptica una superficie lateral a través de la cual se puede extraer por lo menos una parte de la energía óptica, que comprende: utilizar un atenuador que tenga un material controlable formado sobre la superficie para extraer en forma controlable la energía óptica de conformidad con un estímulo cambiable aplicado al material controlable lo cual afecta el índice de refracción del mismo; proveer un estímulo de retroalimentación que tenga un valor relacionado con por lo menos una porción de la energía óptica transmitida en la fibra óptica; y controlar una cantidad del estímulo cambiable aplicado al material controlable de conformidad con el estímulo de retroalimentación.

40.- El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque el estímulo cambiable comprende temperatura o voltaje.

41.- El método de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado además porque dicho control incluye: utilizar un elemento de control, arreglado con respecto al material controlable para cambiar la temperatura, o voltaje, y por lo tanto el índice de refracción del mismo.

42.- El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque dicho utilizar un atenuador incluye: utilizar un material de base sobre el material controlable en el cual se irradia la energía óptica extraída.

43.- El método de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado además porque una porción del revestimiento que alberga un núcleo es eliminada de la porción de la fibra óptica, y en donde: el material controlable tiene un índice de refracción controlable que es aproximadamente igual al índice de refracción del revestimiento; y el material de base formado sobre el material controlable tiene un índice de refracción fijo mayor que el índice de refracción de modo efectivo de la fibra óptica.

44.- El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque dicho proveer un estímulo de retroalimentación incluye: detectar una cantidad de energía óptica transmitida en la fibra óptica antes de cualquier extracción de la misma a través de la superficie; detectar una cantidad de energía óptica transmitida en dicha fibra óptica después de cualquier extracción de la misma a través de la superficie; y determinar un nivel de energía óptica extraída a partir de la fibra óptica de conformidad con las cantidades detectadas de energía óptica antes y después de la extracción de la misma a través de la superficie, y proveer el estímulo de retroalimentación tomando como base dicho nivel de energía óptica extraída.

45.- El método de conformidad con la reivindicación 44, caracterizado además porque dicho control incluye comparar el estímulo de retroalimentación y un estímulo de nivel deseado, y, tomando como base cualquier diferencia entre los mismos, cambiar el valor del estímulo cambiable provisto por el atenuador.

46.- El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque dicho control comprende controlar la cantidad del estímulo cambiable aplicado al material controlable también de conformidad con un estímulo de nivel deseado.

47.- El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque dicho proveer un estímulo de retroalimentación comprende: detectar un nivel de por lo menos una porción de la energía óptica transmitida en la fibra óptica, y proveer el estímulo de retroalimentación de conformidad con dicho nivel detectado.