KR100274807B1 - 브래그격자 필터용 광섬유 및 그를 이용한 브래그 격자 필터 - Google Patents

브래그격자 필터용 광섬유 및 그를 이용한 브래그 격자 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 브래그격자 필터용 광섬유 및 그를 이용한 브래그 격자 필터에 관한 것으로서, 그 광섬유는 SiO2에 GeO2를 첨가한 물질로 이루어지며, 광을 도파하는 코어; 및 SiO2에 적어도 ZrO2가 첨가된 물질로 이루어지며, 코어보다 낮은 굴절율을 갖는 클래드를 포함함을 특징으로 한다. 그리고 브래그 격자 필터는 GeO2를 함유하며 광을 도파하는 코어와, 적어도 SiO2를 함유하며 코어보다 낮은 굴절율을 갖는 클래드를 구비하고, 광축방향에 따라서 복수의 굴절율 변화부가 형성되어진 브래그 격자 영역을 가지는 브래그격자 필터에 있어서, 그 클래드는 ZrO2를 함유함을 특징으로 한다.

Description

브래그격자 필터용 광섬유 및 그를 이용한 브래그 격자 필터
본 발명은 광섬유에 관한 것으로서, 특히 광섬유나 광도파로 내에 회절격자가 형성되어진 광도파로형 브래그 격자 필터용 광섬유 및 그를 이용한 브래그 격자 필터에 관한 것이다.
광학소자의 일종으로 회절격자에는 여러 종류가 있으나 광통신 시스템에 이용하는 경우에는 광도파로와의 접속이 용이하고 삽입손실이 적은 광도파로형 회절격자가 적합하다.
종래의 광도파로형 회절격자의 제작은 GeO2를 첨가해서 고굴절율의 코어를 형성한 석영계 광섬유에 강력한 자외선을 조사하여 코어에 주기적인 굴절율 변화를 생성시켜 회절격자를 형성하는 방법을 사용하였다.
그러나 상기의 방법으로 얻어진 회절격자는 열팽창으로 굴절율을 변화시키는 패턴간격이 변화되고, 유효 굴절율이 온도에 따라 변하기 때문에 반사파장(Bragg 파장)이 회절격자가 설치되어 있는 주위 온도변화의 영향으로 인해 변하는 문제가 있다.
구체적으로는 브래그(Bragg )파장 λB는 수학식 1과 같이 코어의 유효굴절율 n와 회절격자의 굴절율 변화주기의 간격 Λ로 기술된다. 더욱이 상기 수학식 1을 온도 T로 미분함으로써 브래그 파장 λB, 온도 T의 변화에 대한 영향이 수학식 2와 같이 나타난다.
λB= 2nΛ
여기서, n는 코어의 유효굴절율, Λ는 회절격자의 굴절율 변화의 주기의 간격, ΔT는 온도변화, α는 코어의 열팽창계수(= ), ζ는 굴절율의 온도계수(= )이다.
SiO2의 열팽창계수 α를 0.5 x 10-6/℃, 코어의 유효굴절율 n의 온도변화 ζ를 6.8 x 10-8/℃, 상온에서의 브래그 파장 λB를 1550nm 라고 하면, 그의 온도변화의 비율은 수학식 1 및 수학식 2로부터 0.0113nm/℃ 로 된다. 이 변화량은 사용환경온도가 최대한 -20℃ ∼ 60℃로서 0.9nm 이다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 브래그 격자 필터용 광섬유를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 상기 브래그 격자 필터용 광섬유를 이용한 브래그격자 필터를 제공하는 것이다.
도 1a 및 도 1b는 TiO2를 이용한 회절격자용 광섬유의 굴절율 분포를 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2c는 본 발명에 의한 브래그격자 필터용 광섬유의 굴절율 분포를 도시한 것이다.
도 3은 TiO2및 ZrO2에 대해, mole % 에 따른 열팽창계수(α)의 변화를 도시한 것이다.
도 4는 광섬유의 격자를 생성하고자 하는 부위에 자외선를 조사하여 생성된 브래그 격자 필터를 도시한 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, 브래그 격자 필터용 광섬유는, SiO2에 GeO2를 첨가한 물질로 이루어지며, 광을 도파하는 코어; 및 SiO2에 적어도 ZrO2가 첨가된 물질로 이루어지며, 상기 코어보다 낮은 굴절율을 갖는 클래드를 포함함을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 광섬유는, SiO2에 GeO2를 첨가한 물질로 이루어지며, 광을 도파하는 코어; 적어도 SiO2를 함유하며, 상기 코어보다 낮은 굴절율을 갖는 내부클래드; 및 적어도 ZrO2를 함유하며, 상기 내부클래드와 인접하는 외부클래드를 포함함을 특징으로 한다. 상기 외부클래드는 SiO2에 ZrO2, B, F가 첨가된 물질로 이루어진다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 브래그격자 필터는, GeO2를 함유하며 광을 도파하는 코어와, 적어도 SiO2를 함유하며 상기 코어보다 낮은 굴절율을 갖는 클래드를 구비하고, 광축방향에 따라서 복수의 굴절율 변화부가 형성되어진 브래그 격자 영역을 가지는 브래그격자 필터에 있어서, 상기 클래드는 ZrO2를 함유함을 특징으로 한다. 상기 클래드는 적어도 SiO2를 함유하며, 상기 코어보다 낮은 굴절율을 갖는 내부클래드; 및 적어도 ZrO2를 함유하며, 상기 내부클래드와 인접하는 외부클래드로 이루어짐이 바람직하다. 상기 외부클래드는 SiO2에 ZrO2, B, F가 첨가된 물질로 이루어짐이 바람직하다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도 1a 및 도 1b는 TiO2를 이용한 회절격자용 광섬유의 굴절율 분포를 도시한 것으로서, 도 1a에 도시된 구조에서는 코어는 GeO2및 SiO2로 이루어지며, 클래드는 TiO2, B2O3및 SiO2로 이루어진다. 그리고 도 1b에 도시된 구조에서는 코어는 GeO2및 SiO2로 이루어지며, 내부클래드는 SiO2, 외부클래드는 TiO2및 SiO2로 이루어진다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한, 브래그격자 필터용 광섬유의 굴절율 분포를 도시한 것이다. 도 2a에 도시된 광섬유는 GeO2및 SiO2로 이루어지는 코어(200) 및 상기 코어(200)보다 굴절율이 낮으며 ZrO2및 SiO2로 이루어지는 클래드(210)로 구성된다. 도 2b에 도시된 광섬유는 이중 클래드 광섬유로서, 코어(220)는 GeO2및 SiO2로 이루어지며, 내부클래드(230)는 상기 코어(220)보다 굴절율이 낮으며 적어도 SiO2를 포함하는 물질로 이루어지며, 외부클래드(240)는 상기 코어(220)보다 굴절율이 낮으며, 적어도 ZrO2를 함유한다. 상기 외부클래드(240)를 구성하는 물질로는 상기 ZrO2뿐만아니라 SiO2에 B 및 F도 더 포함될 수 있다. 도 2c는 이중 클래드 광섬유의 다른 구조를 도시한 것으로서, 코어 및 내부클래드는 도 2b에 도시된 것과 동일하며, 외부클래드는 ZrO2및 SiO2로 이루어진다.
한편, 브래그 격자 필터는 별도의 외부 장치를 쓰지 않고 광섬유 상태로 온도 보상이 가능하게 한다. 그런데 상기 브래그 격자 필터를 위한 광섬유는 온도에 민감하며, 굴절율 자체도 온도에 민감하다. 그리고 격자의 주기도 늘어났다 줄었다 하며, 다시말해 열적 팽창계수(thermal expression coefficient )가 변한다.
이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
여기서, 는 고정된 값으로서, 양수이다. 그리고 는 열팽창계수(thermal expansion coefficient , α)로서, 물질에 따라 달라지며, 음의 값을 가짐이 바람직하다.
도 3은 TiO2및 ZrO2에 대해, mole % 에 따른 열팽창계수(α)의 변화를 도시한 것으로서, ZrO2가 TiO2가 약 4배 정도 큼을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 ZrO2를 첨가한 광섬유가 훨씬 온도에 더 둔감하며, 신뢰성있는 브래그 격자 필터를 제공할 수 있다.
그리고 상기 도 2a 내지 도 2c에 도시된 광섬유에서 격자를 생성하고자 하는 부위에 자외선를 조사하면 도 4에 도시된 바와 같은 브래그 격자 필터를 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 코어 또는 클래드에 ZrO2을 함유하기 때문에 회절격자가 설치된 주위온도 변화 및 회절격자 자체의 온도변화에 대해 브래그 파장의 변화가 작고, 그 결과 WDM 통신 등에 있어서 신뢰성 높은 회절격자를 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. SiO2에 GeO2를 첨가한 물질로 이루어지며, 광을 도파하는 코어; 및
    SiO2에 적어도 ZrO2가 첨가된 물질로 이루어지며, 상기 코어보다 낮은 굴절율을 갖는 클래드를 포함함을 특징으로 하는 브래그격자 필터용 광섬유.
  2. SiO2에 GeO2를 첨가한 물질로 이루어지며, 광을 도파하는 코어;
    적어도 SiO2를 함유하며, 상기 코어보다 낮은 굴절율을 갖는 내부클래드; 및
    적어도 ZrO2를 함유하며, 상기 내부클래드와 인접하는 외부클래드를 포함함을 특징으로 하는 브래그격자 필터용 광섬유.
  3. 제2항에 있어서, 상기 외부클래드는
    SiO2에 ZrO2, B, F가 첨가된 물질로 이루어짐을 특징으로 하는 브래그격자 필터용 광섬유.
  4. GeO2를 함유하며 광을 도파하는 코어와, 적어도 SiO2를 함유하며 상기 코어보다 낮은 굴절율을 갖는 클래드를 구비하고, 광축방향에 따라서 복수의 굴절율 변화부가 형성되어진 브래그 격자 영역을 가지는 브래그격자 필터에 있어서,
    상기 클래드는
    ZrO2를 함유함을 특징으로 하는 브래그 격자 필터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 클래드는
    적어도 SiO2를 함유하며, 상기 코어보다 낮은 굴절율을 갖는 내부클래드; 및
    적어도 ZrO2를 함유하며, 상기 내부클래드와 인접하는 외부클래드로 이루어짐을 특징으로 하는 브래그격자 필터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 외부클래드는
    SiO2에 ZrO2, B, F가 첨가된 물질로 이루어짐을 특징으로 하는 브래그격자 필터용 광섬유.
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