KR100329865B1

KR100329865B1 - 분산시프트파이버

Info

Publication number: KR100329865B1
Application number: KR1019997003749A
Authority: KR
Inventors: 사사오카에이스케; 카토타카토시; 요코야마요시오; 우라노아키라
Original assignee: 오카야마 노리오; 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2002-03-22
Also published as: TW400443B; CN1094202C; EP0949517A1; EP0949517A4; KR20000068867A; AU734749B2; CN1237249A; IDP000009398A; WO1999012064A1; US6275638B1; CA2267252A1; AU8750898A

Abstract

본 발명은, 비선형 광학효과의 발생 및 구조부정합 등에 기인된 전송손실을 효과적으로 억제하는 구조를 구비한 분사시프트파이버에 관한 것이다. 본 발명에 관한 분산시프트파이버에 있어서의 코어영역은, 소정량의 F가 첨가된 유리영역으로서, 평균비굴절률차△n₁을 가진 안쪽코어와, 그 안쪽코어와 클래드영역과의 사이에 형성되는 동시에 소정량의 GeO₂가 첨가된 유리영역으로서, 평균비굴절률차 △n₂(＞△n₁)를 가진 바깥쪽코어를 적어도 구비하고, 안쪽코어와 바깥쪽코어의 와이어드로잉시온도에 있어서의 점성비를 소정범위내로 제어함으로써, 이들 유리영역의 경계에서 발생하는 구조부정합 등을 효과적으로 억제한다.

Description

분산시프트파이버{DISPERSION SHIFT FIBER}

종래부터, 전송로로서 싱글모드광파이버가 적용된 광통신시스템에서는, 통신용 신호광으로서 1.3㎛파장대 또는 1.55㎛파장대의 광이 이용되는 일이 많았다. 단, 최근에는 전송로속에 있어서의 전송손실저감의 관점에서 1.55㎛파장대의 광의 사용이 증가되어 가고 있다. 이러한 1.55㎛파장대의 광의 전송로에 적용되는 싱글모드광파이버(이하, 1.55㎛용 광파이버라함)에서는, 1.55㎛파장대의 광에 대한, 그 파장분산(파장에 의해서 광의 전파속도가 다르기때문에 펄스파가 퍼지는 현상)이 영(zero)이 되도록 설계되어 있다(영분산파장 1550㎚의 분산시프트파이버). 이와 같은 분산시프트파이버로서는, 예를 들면 일본국 특공평 3-18161호 공보에는, 코어영역이 내층(內層)코어와, 그 내층코어의 굴절률보다도 낮은 굴절률을 가진 외층(外層)코어로 구성된, 2중코어구조(dual shape core structure)를 가진 분산시프트파이버가 제안되고 있다. 또 일본국 특개소 63-43107호공보나 동특개평 2-141704호 공보에는, 클래드영역이 내층클래드와, 그 내층클래드보다도 큰 굴절률을 가진 외층클래드로 구성된, 凹형클래드(depressed cladding)·2중코어구조를 가진 분산시프트파이버, 또, 일본국 특개평 8-304655호 공보나 동특개평 9-33744호 공보에는, 링형상코어구조를 가진 분산시프트파이버가 제안되어 있다.

또, 최근에는, 파장분할다중전송이나 광증폭기의 등장에 의해 장거리전송이 가능하게 되어, 비선형광학효과를 피하기 위해, 상기의 2중코어구조나 凹형클래드·2중코어구조 등이 채용되고, 또한 영분산파장이 신호광의 중심파장보다도 단파장쪽 혹은 장파장쪽으로 시프트된 분산시프트파이버도 제안되어 있다(일본국 특개평 7-168046호 공보, 미국특허번호 제 5483612호 공보). 또한, 비선형광학효과란, 4광파혼합(FWM:four-wave mixing), 자기위상변조(SPM:self-phase modulation), 상호위상변조(XPM:cross-phase modulation)등의 비선형현상에 의해, 광강도의 밀도등에 비례해서 신호광펄스가 변형하는 현상이며, 전송속도나 중계전송시스템에 있어서의 중계간격의 제약요인이 된다.

파장분할다중전송에 있어서 제안되어 있는 상기의 분산시프트파이버에서는, 영분산파장을 신호광의 중심파장과는 다른 값으로 설정함으로써 비선형광학효과의 발생을 억제하거나, 실효단면적 A_eff를 크게함으로써, 광강도의 밀도를 감소시켜서 비선형광학효과의 발생을 억제하거나 하고 있다.

특히, 링형상코어구조가 채용된 상기 일본국 특개평 8-304655호 공보나 특개평 9-33744호 공보의 분산시프트파이버에서는, 분산기울기(dispersion slope)를 보다 작게하는 동시에, 실효단면적 A_eff를 보다 크게해서 파장분할다중전송에 적합한 파이버특성을 실현하고 있다.

또한, 실효코어단면적 A_eff는, 일본국 특개평 8-248251호 공보에 표시된 바와 같이, 이하의 ①식에 의해 부여된다.

…(1)

단, E는 전파광에 따르는 전계, r은 코어중심으로부터의 직경방향의 거리이다.

또, 분산기울기는 소정의 파장대역에 있어서의 분산특성을 표시한 그래프의 기울기에 의해 정의된다.

[발명의 개시]

본 발명자들은, 종래의 분산시프트파이버에 대해서 검토한 결과, 이하와 같은 과제를 발견했다. 즉, 상기의 비선형광학효과의 발생을 억제하는 구조를 구비한 분사시프트파이버에서는, 전송손실이 소망의 값이하로 억제된 저전송손실의 분산시프트파이버를 재현성좋게 얻을 수 없다고 하는 과제가 있다. 즉, 비선형광학효과를 억제하기 위하여 링형상코어구조가 채용된, 상기 일본국 특개평 8-304655호 공보나 동특개평 9-33744호공보의 분산시프트파이버의 경우, 바깥쪽코어의 두께(바깥쪽코어반경과 안쪽코어반경과의 차)가 약 1∼2㎛로 극히 작게 되어 있다. 또, 그 바깥쪽코어의 비굴절률차와 안쪽코어의 비굴절률차와의 차가 1%전후로 상당히 큰값으로 되어 있다. 이와 같이 바깥쪽코어의 비굴절률차를 크게하는 수단으로서는, 그 바깥쪽코어에의 GeO₂의 첨가량을 많게하는 것이 일반적이나, GeO₂의 첨가량을 많게하면, 그 첨가량의 증가와는 반대로 광파이버제조중의 와이어드로잉시온도(wire drawing 時溫度)에 있어서의 그 바깥쪽코어의 점도가 감소해버린다. 이 점도의 변화는 제조되는 광파이버의 직경방향을 따라서 봤을때, 바깥쪽코어(두께 약 1∼2㎛)의 영역내에서 급격히 발생한다. 이와 같은 직경방향의 급격한 점도변화에 의해, 와이어드로잉시의 광파이버에 가해지는 장력도 직경방향으로 급격히 변화하게 된다. 이 가해진 와이어드로잉장력의 직경방향으로의 급격한 변화는, 안쪽코어와 바깥쪽코어와의 계면에 있어서의 구조부정(不整), 유리결함의 한 원인이 되기때문에, 결과적으로 얻게된 광파이버의 전송손실의 증가를 야기해버린다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진것으로서, 비선형광학효과의 발생을 효과적으로 억제하는 동시에, 장거리해저케이블 등에 적합한 WDM전송용의 분산시프트파이버로서, 구조부정, 유리결함등에 기인하는 전송손실을 효과적으로 억제하는, 재현성에 뛰어난 구조를 구비한 분산시프트파이버를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명에 관한 분산시프트파이버는, 소정의 기준축을 따라서 신장한 코어영역과 그 코어영역의 바깥둘레에 형성된 클래드영역을 구비한, 1.55㎛파장대의 신호광(파장1500㎚∼1600㎚의 범위내에 중심파장을 가진 1 또는 2이상의 신호광)을 전파하기 위한 전송매체(석영계 싱글모드광파이버)이다. 그리고, 당해 분산시프트파이버에 있어서, 코어영역은, 소정량의 불소(F)가 첨가된 유리영역으로서, 클래드영역의 기준영역에 대한 제 1의 평균비굴절률차가 △n₁인 안쪽코어와, 그 안쪽코어와 클래드영역과의 사이에 형성되고 또한 소정량의 산화게르마늄(GeO₂)이 첨가된 유리영역으로서, 그 클래드영역의 기준영역에 대한 제 2의 평균비굴절률차가 제 1의 평균비굴절률차 △n₁보다 큰 △n₂인 바깥쪽코어를, 적어도 구비하고 있다. 또한, 이 명세서에 있어서 상기 기준영역은, 클래드영역이 단일층의 구성에서는 그 단일층에 의해 정의되나 凹형클래드구조와 같이 복수의 층에 의해 구성되어 있는 경우에는 최외층에 의해 정의된다.

본 발명에 관한 분산시프트파이버에 있어서, 상기 안쪽코어, 바깥쪽코어 각각에 첨가되는 GeO₂, F는 다같이 첨가량을 증가하면 와이어드로잉시온도에 있어서의 점도는 저감하나, GeO₂는 첨가된 유리영역의 굴절률을 크게하도록 작용하는 한편, F는 첨가된 유리영역의 굴절률을 작게하도록 작용한다. 이 때문에, 안쪽코어에 F를 첨가하는 동시에 바깥쪽코어에 GeO₂를 첨가함으로써, 안쪽코어와 바깥쪽코어의 와이어드로잉시온도에 있어서의 점도차를 작게 유지한 채, 이들 유리영역사이에서 충분한 굴절률의 차를 얻는 일이 가능해진다. 이에 의해, 그 안쪽코어와 바깥쪽코어의 경계에 있어서의 구조부정, 유리결함의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 이 명세서에 있어서 와이어드로잉시온도란, 와이어드로잉을 위하여 가열된 광파이버모재의 표면온도에 의해 정의 된다.

또, 본 발명에 관한 분산시프트파이버는, 상기 안쪽코어에 있어서의 F첨가에 의한 제 1의 평균비굴절률차의 감소분△n_f와, 상기 바깥쪽코어에 있어서의 GeO₂첨가에 의한 제 2의 평균비굴절률차의 증가분△n_g와의 사이에는, 이하의 관계가 있다.

0.05·△n_g≤△n_f≤0.7·△n_g

상기 관계를 충족시킴으로써, 안쪽코어와 바깥쪽코어와의 와이어드로잉시온도에 있어서의 점도차를 보다 작게 억제하는 일이 가능해진다. 또, 그 안쪽코어와 바깥쪽코어와의 계면에 있어서의 구조부정, 유리결함 등의 발생을 보다 저감할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 분산시프트파이버에 있어서, 상기 안쪽코어의 평균굴절률은, 상기 클래드 영역의 굴절률보다 작은 편이 보다 바람직하다.

클래드영역에 대한 상기 제 1의 평균비굴절률차 △n₁을 음(陰)의 값으로 함으로써, 클래드영역에 대한 바깥쪽코어의 상기 제 2의 평균비굴절률차△n₂(＞△n₁)를 극단적으로 크게하지 않아도 소망의 파이버특성을 실현할 수 있다. 이것은, 바깥쪽코어에의 GeO₂의 첨가량을 저감할 수 있고, 비선형광학효과의 발생을 억제하는 관점에서 보다 바람직하다.

또, 클래드영역은, 바깥쪽코어의 바깥둘레에 형성된 안쪽클래드와, 그 안쪽클래드의 바깥둘레에 형성된 바깥쪽클래드를 구비한 凹형클래드구조를 적용하는 것도 가능하다. 이 구성의 경우, 클래드영역은 복수의 층영역에 의해 구성되어 있으므로, 각 영역에 있어서의 비굴절률차를 정의하기 위한 기준영역은 상기 바깥쪽클래드가 된다. 또한, 이 클래드영역에 있어서, 상기 안쪽클래드는, 소정량의 불소가 첨가되고, 또한 바깥쪽클래드에 대한 제 3의 평균비굴절률차△n₃을 가진다.

부가해서, 상기 凹형클래드구조를 가진 분산시프트파이버에 있어서, 안쪽코어에 있어서의 불소첨가에 의한 제 1의 평균비굴절률차의 감소분△n_f1, 안쪽클래드에 있어서의 불소첨가에 의한 제 3의 평균비굴절률차의 감소분 △n_f2, 바깥쪽코어에 있어서의 산화게르마늄첨가에 의한 제 2의 평균비굴절률차의 증가분△n_g와의 사이에는, 이하의 관계가 있다.

0.05·△n_g≤△n_f1≤0.7·△n_g

0.05·△n_g≤△n_f2≤0.7·△n_g

본 발명은, 광통신 등에서 전송로로서 사용되는 싱글모드광파이버에 관한 것으로서, 특히, 파장분할다중(WDM:Wavelength Division Multiplexing)전송에 적합한 분산시프트파이버에 관한 것이다.

도 1A는, 본 발명에 관한 분산시프트파이버의 대표적인 단면구조를 표시한 도면이며, 도 1B는 도 1A에 표시된 분산시프트파이버의 굴절률프로필을 표시한 도면

도 2는, 2중코어구조가 채용된 종래의 분산시프트파이버의 굴절률프로필을 표시한 도면

도 3은, 본 발명에 관한 분산시프트파이버에 있어서, F첨가에 의한 안쪽코어의 평균굴절률변화분△n_f와 GeO₂첨가에 의한 바깥쪽코어의 평균굴절률변화분△n_g와의 비(△n_f/△n_g)와, 안쪽 및 바깥쪽코어의 와이어드로잉시온도에 있어서의 점도비와의 관계를 표시한 그래프이다.

도 4A는, 본 발명의 실시예 1에 관한 분산시프트파이버의 단면구조를 표시한 도면이며, 도 4B는 도 4A에 표시된 분산시프트파이버의 굴절률프로필을 표시한 도면이다.

도 5A는, 본 발명의 실시예 2에 관한 분산시프트파이버의 단면구조를 표시한 도면이며, 도 5B가 도 5A에 표시된 분산시프트파이버의 굴절률프로필을 표시한 도면이다.

도 6은, 도 4A 및 도 4B, 도 5A 및 도 5B에 표시된 분산시프트파이버의 여러 특성을 표시한 표이다.

도 7A는, 본 발명의 실시예 3에 관한 분산시프트파이버의 단면구조를 표시한 도면이며, 도 7B가 도 7A에 표시된 분산시프트파이버의 굴절률프로필을 표시한 도면이다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 본 발명에 관한 분산시프트파이버의 실시예를, 도 1A, 도 1B, 도 2∼도 3, 도 4A∼도 5B, 도 6, 도 7A 및 도 7B를 사용해서 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.

도 1A는, 본 발명에 관한 분산시프트파이버(석영계싱글모드광파이버)의 다면구조이며, 도 1B는, 도 1A에 표시된 분산시프트파이버의 굴절률프로필을 표시한 도면이다. 도 1A에 표시된 바와 같이, 당해 분산시프트파이버(1)는, 석영유리를 주성분으로하는 싱글모드광파이버로서, 코어영역과 그 코어영역의 바깥둘레에 형성된 소정의 굴절률을 가진 클래드영역(12)을 구비하고, 1.55㎛파장대의 신호광(파장 1500㎚∼1600㎚의 범위내에 중심파장을 가진 1 또는 2이상의 신호광)을 전파하기 위한 전송매체이다. 특히, 코어영역의 구조로는, 소정량의 불소(F)가 첨가된 유리영역으로서, 클래드영역(12)에 대한 평균비굴절률차가 △n₁인 안쪽코어(10)(외경a)와, 안쪽코어부(10)의 바깥둘레에 형성된 유리영역으로서, 소정량의 산화게르마늄(GeO₂)이 첨가되고 또한 클래드영역(12)에 대한 평균비굴절률차가 △n₂(＞△n₁)인 바깥쪽코어(11)(외경 b＞a)를, 적어도 구비한 링형상코어구조가 채용되어 있다. 또한, 상기 클래드영역(12)은 굴절률이 다른 적어도 2개의 유리영역으로 이루어지는 凹형클래드구조라도 된다.

도 1B의 굴절률프로필(150)은, 도 1A에 대응해서 당해분산시프트파이버(1)의 단면(전파하는 신호광의 진행방향에 대해서 수직의 면)에 있어서의 중심 O₁을 통과하는 L₁을 따른 각 부위의 굴절률을 표시한다. 이 굴절률프로필(150)에 있어서, 영역(100)은 상기 안쪽코어(10)의 선L1위의 각 부위, 영역(101)은 상기 바깥쪽코어(11)의 선L1위의 각 부위, 영역(102)은 상기 클래드영역(12)의 선L1위의 각 부위에 상당한다.

또, 상기 평균굴절률차의 값△n₁, △n₂는, 각각,

△n₁=(n₁-n_cd)/n_cd

△n₂=(n₂-n_cd)/n_cd

여기서, n₁: 안쪽코어(10)의 평균굴절률

n₂: 바깥쪽코어(11)의 평균굴절률

n_cd: 클래드영역(12)(기준영역)의 평균굴절률

(凹형클래드구조의 경우는 바깥쪽에 위치하는 클래드의

평균굴절률)

로 부여된다. 또한, 본 명세서에 있어서 이들 값은 백분률로 표시된다. 또, 각식의 굴절률은 순서부동이다. 따라서, 본 명세서에 있어서, 클래드영역(12)에 대한 비굴절률차의 평균이 음이 되는 유리영역은, 그 클래드영역(12)의 굴절률보다 낮은 평균굴절률을 가진 유리영역을 의미한다. 또, 평균굴절률이란, 당해 분산시프트파이버(1)에 있어서의 신호광의 진행방향으로 수직의 단면을 봤을때의, 소정유리영역속의 각 부위에서의 굴절률의 평균을 의미한다.

석영유리에의 게르마늄의 첨가량과 굴절률과의 관계는, James W. Fleming, Dispersion in GeO₂-SiO₂glasses, (APPLIED OPTICS, Vol.24, No.24, 15 December, 1984, pp.4486-4493)로부터 얻을 수 있고, 석영유리에의 F의 첨가량과 굴절률과의 관계는, James W. Fleming et al., Refractive index dispersion and related properties in fluorine doped silica, (APPLIED OPTICS, Vol.23, No.19, 1 October, 1983, pp.3102-3104)로부터 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 분산시프트파이버(1)는, 주지의 OVD법이나 MCVD법 등에 의해서 제조된 광파이버모재를 가열와이어드로잉함으로써 얻게된다.

특히, 본 발명에 관한 분산시프트파이버(1)는, 상기 안쪽코어(10)에 있어서의 F첨가에 의한 평균비굴절률차의 감소분 △n_f와, 상기 바깥쪽코어(11)에 있어서의 GeO₂첨가에 의한 평균비굴절률차의 증가분△n_g와의 사이에, 이하의 관계를 충족시키고 있다.

0.05·△n_g≤△n_f≤0.7·△n_g

즉, 광파이버단면에 있어서 각 유리영역사이에서의 점도부정합이 큰경우, 구조부정에 기인한 전송손실(구조부정손실)이 증가하는 것이 알려져 있다(1995년 전자정보통신학회일렉트로닉스소사이어티대회, C-232). 도 2는 이 문헌에 표시된, 2중코어구조가 채용된 종래의 분산시프트파이버의 굴절률프로필을 표시한 도면이다. 또한, 이 굴절률프로필에 있어서, 영역(110)(코어영역전체의 직경방향을 따른 각 부위에 상당)중 영역(111)은 안쪽코어의 직경방향을 따른 각 부위, 영역(112)은 바깥쪽코어의 직경방향을 따른 각 부위에 상당하고, 또, 영역(120)은 클래드영역의 직경방향을 따른 각 부위에 상당한다.

여기서, 구조부정손실을 도 2의 분산시프트파이버와 동일 정도로 억제하기 위해서는, 안쪽코어(10)와 바깥쪽코어(11)의 점도의 부정합(와이어드로잉시온도에 있어서의 점도차)에 대해서도, 도 2의 분산시프트파이버와 동일정도로할 필요가 있다. 또한, 도 2의 분산시프트파이버에서는 안쪽코어, 바깥쪽코어 모두 GeO₂이 첨가되어 있고, 안쪽코어의 비굴절률차와 바깥쪽코어의 비굴절률차와의 차는 약 0.75%이다. 이것은 점도비로서 약 4배에 상당한다.

한편, GeO₂가 첨가된 SiO₂유리와 F가 첨가된 SiO₂유리와의 소정의 와이어드로잉시온도(가열되는 광파이버모재의 표면온도에 의해 정의)에 있어서의 점도비는, 도 3에 표시한 바와 같이, GeO₂및 F의 각 첨가량변화에 따라서 변화한다. 이 관계는, P.K.Bachman, et al., Stress in optical waveguides2:Fibers(APPLIED OPTICS, Vol.25, No.7,1 April 1987)에 표시되어 있다.

즉, 도 3은, 이 관계에 의거해서 당해 분산시프트파이버(1)에 대해서, 안쪽코어(10)와 바깥쪽코어(11)의 점도비를 계산하고, F첨가에 의한 안쪽코어(10)의 평균비굴절률차의 감소분△n_f와 GeO₂첨가에 의한 안쪽코어(11)의 평균비굴절률차의 증가분 △n_g의 비△n_f/△n_g에 의해서 점도비가 어떻게 변화하는지를 표시하고 있다. 감소분 △n_f와 증가분△n_g는, 각각 클래드영역(12)에 대한 비굴절률차에 의해 표시되어 있다(단, 변화분△n_f, △n_g는 모두 스칼라량). 또, 이 도 3에서는, 바깥쪽코어(11)에의 GeO₂첨가에 의한 증가분△n_g를 파라미터로서(△n_g=0.8%, 1.0%, 1.2%), 당해 분산시프트파이버(1)의 전형치가 표시되어 있다.

도 3에서도 알수 있는 바와 같이, △n_f/△n_g가 0.05∼0.70의 범위내라면 안쪽코어(10)와 바깥쪽코어(11)와의 점도비는 4이하가 되고, 구조부정손실을 도 2의 분산시프트파이버와 동일정도 또는 그 이하로 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 분산시프트파이버에 있어서, 안쪽코어(10)의 평균굴절률은, 클래드영역(12)의 굴절률보다 작은 편이 보다 바람직하다. 이것은 클래드영역(12)에 대한 평균비굴절률차△n₁을 음의 값으로 함으로써, 클래드영역(12)에 대한 바깥쪽코어(11)의 평균굴절률차△n₂(＞△n₁)를 극단적으로 크게하지 않아도 소망의 파이버특성을 실현할 수 있기 때문이다. 바꾸어말하면, 소망의 파이버특성을 얻으면서 바깥쪽코어(11)에의 GeO₂의 첨가량을 저감할 수 있어, 비선형광학효과의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

실시예 1

다음에, 본 발명의 실시예 1에 관한 분산시프트파이버를, 도 4A, 도 4B 및 도 6을 사용해서 설명한다.

도 4A에 표시된, 실시예 1에 관한 분산시프트파이버(2)의 단면구조는, 기본적으로 도 1A에 표시된 분산시프트파이버(1)와 마찬가지이며, 외경a의 안쪽코어(20)(안쪽코어(10)에 상당)과, 외경b의 바깥쪽코어(21)(바깥쪽코어(11)에 상당)과, 그리고 클래드영역(22)(클래드영역(12)에 상당)을 구비하고 있다. 또, 도 4B의 굴절률프로필(250)은, 도 1B의 경우와 마찬가지로, 도 4A에 대응해서 분산시프트파이버(2)의 단면(전파하는 신호광의 진행방향에 대해서 수직의 면)에 있어서의 중심O₂를 통과하는 선L2위의 각 위치의 굴절률을 표시한다. 이 굴절률프로필(250)에 있어서, 영역(200)은 상기 안쪽코어(20)의 선L2위의 각 부위, 영역(201)은 상기 바깥쪽코어(21)의 선L2위의 각 부위, 영역(202)은 상기 클래드영역(22)의 선L2위의 각 부위에 상당한다.

또한, 본 실시예 1에 있어서, 바깥쪽코어(21)의 외경b는 7.5㎛, 안쪽코어(20)와 바깥쪽코어(21)와의 외경비Ra(=a/b)는 0.65이다. 또, F가 안쪽코어(20)에 첨가되고, GeO₂가 바깥쪽코어(21)에 첨가됨으로써, 상기의 정의식에 의해 부여되는 안쪽코어(20)의 평균비굴절률차△n₁은 -0.40%, 바깥쪽코어(21)의 평균비굴절률차 △n₂는 +1.20%로 설정되어 있다.

도 6의 표(실시예 1)에는, 이상과 같이 설계된 분산시프트파이버(2)에 대해서, 파장 1550㎚의 신호광에 대한 파이버특성이 표시되어 있다. 본 발명자들은, 얻게된 분산시프트파이버(2)의 파장 1550㎚의 신호광에 대한 전송손실이 0.22㏈/㎞로 작은 값인 것을 확인했다. 또, 당해분산시프트파이버(2)의 영분산파장은 1580㎚, 분산기울기는 0.088ps/㎚²/㎞, 실효단면적은 86㎛²로 WDM전송에 적합한 파이버특성이 실현되어 있는 것도 확인했다.

또한, 도 6의 표에서는, 비선형굴절N2도 아울러 표시되어 있다. 이것은, 최근의 광증폭기의 등장에 의해 파장분할다중한 장거리광전송의 기술이 가능하게 되고, 4광파혼합등의 비선형광학효과에 의한 신호광펄스의 변형이, 전송거리나 전송속도에의 중대한 제약요인으로 되어 있고, 본 발명에 관한 분산시프트파이버의 제조에 있어서 무시할 수 없기 때문이다.

신호광펄스의 변형을 발생시키는 비선형광학효과는, 신호광의 광파워밀도(SM광파이버의 소정부위에 있어서의 신호광강도의 밀도)와, 광전송매체인 광파이버의, 비선형굴절률에 비례해서 커지는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 광증폭기가 적용된 광전송시스템에서는, 신호광강도의 증대에 의해서, 광증폭기가 적용되어 있지 않는 종래의 광전송시스템에서는 실용상문제가 되지 않았던 비선형 광학효과에 의한 신호광펄스의 변형을 무시할 수 없게 되고있다.

또한, 강한 광아래에 있어서의 매질의 굴절률N은, 상기한 바와 같이 광강도에 의해서 변한다. 따라서, 이 굴절률N에 대한 최저차의 효과는,

N=NO+N2·P/A_eff

여기서, NO: 선형분극에 대한 굴절률

N2: 3차의 비선형분극에 대한 비선형굴절률

P: 광파워

A_eff: 실효단면적

로 표시된다. 즉, 강한 광아래에서는, 매질의 굴절률N은 통상의 값 N0와 광전장(侊電場)진폭E의 2승에 비례하는 증가분과의 합으로 부여된다. 특히, 제 2항의 비례정수N2(단위:㎡/W)는 2차의 비선형 굴절률로 호칭된다. 또, 신호광펄스의 변형은, 비선형굴절률중 주로 2차의 비선형굴절률의 영향을 받으므로, 본 명세서에 있어서, 비선형굴절률이란, 주로 이 2차의 비선형굴절률을 의미한다.

실시예 2

다음에, 본 발명의 실시예 2에 관한 분산시프트파이버를, 도 5A, 도 5B 및 도 6을 사용해서 설명한다.

도 5A에 표시된, 실시예 2에 관한 분산시프트파이버(3)의 단면구조는, 기본적으로 도 1A에 표시된 분산시프트파이버(1)와 마찬가지이며, 외경a의 안쪽코어(30)(안쪽코어(10)에 상당)과, 외경b의 바깥쪽코어(31)(바깥쪽코어(11)에 상당)과, 그리고 클래드영역(32)(클래드영역(12)에 상당)을 구비하고 있다. 또 도 5B의 굴절률프로필(350)은, 도 1B의 경우와 마찬가지로, 도 5A에 대응해서 분산시프트파이버(3)의 단면(전파하는 신호광의 진행방향에 대해서 수직의 면)에 있어서의 중심 O₃를 통과하는 선L3위의 각 위치의 굴절률을 표시한다. 이 굴절률프로필(350)에 있어서, 영역(300)은 상기 안쪽코어(30)의 선L3위의 각 부위, 영역(301)은 상기 바깥쪽코어(31)의 선L3위의 각 부위, 영역(302)은 상기 클래드영역(32)의 선L3위의 각 부위에 상당하고 있다.

또한, 본 실시예 2에 있어서, 바깥쪽코어(31)의 외경b는 7.1㎛, 안쪽코어(30)와 바깥쪽코어(31)와의 외경비 Ra=(=a/b)는 0.60이다. 또, F를 안쪽코어(30)에 첨가하고, GeO₂를 바깥쪽코어(31)에 첨가함으로써, 상기의 정의식에 의해 부여되는 안쪽코어(30)의 평균비굴절률차△n₁은 -0.60%, 바깥쪽코어(31)의 평균비굴절률차 △n₂는 +1.00%이다.

이상과 같이, 본 실시예 2의 분산시프트파이버(3)는, 안쪽코어(30)에 첨가되는 F의 첨가량을 앞서의 실시예 1보다 증가함으로써(평균비굴절률차 △n₁은 -0.40%에서 -0.60%로 변화), 안쪽코어(30)의 평균비굴절률차와 바깥쪽코어(31)와의 평균비굴절률차와의 차를 바꾸는 일없이, 바깥쪽코어(31)에 첨가되는 GeO₂의 첨가량을 감소시키고 있다.

도 6의 표(실시예 2)에는, 이상과 같이 설계된 분산시프트파이버(3)에 대해서, 파장 1550㎚의 신호광에 대한 파이버특성이 표시되어 있다. 이 표에서도 알수 있는 바와 같이, 실시예 2의 분산시프트파이버(3)에서는, 상기의 실시예 1과 거의 마찬가지로, 영분산파장은 1580㎚, 분산슬로프는 0.086ps/㎚²/㎞, 실효단면적은 83㎛²를 유지한채, 바깥쪽코어(31)의 평균비굴절률차△n₂를 1.00%까지 낮추는 일이 가능하게 되었다. 또한, 본 실시예 2의 분산시프트파이버(3)의, 파장 1550㎚의 신호광에 대한 전송손실은 0.21㏈/㎞이며, 상기의 실시예 1보다 더욱더 작은 값이었다.

실시예 3

다음에, 본 발명의 실시예 3에 관한 분산시프트파이버를, 도 7A 및 도 7B를 사용해서 설명한다.

도 7A에 표시된, 실시예 3에 관한 분산시프트파이버(4)의 단면구조는, 외경a의 안쪽코어(40)와, 외경b의 바깥쪽코어(41)와, 외경c의 안쪽클래드(42)와, 바깥쪽클래드(43)를 구비하고 있다. 또, 도 7B의 굴절률프로필(450)은, 도 1B의 경우와 마찬가지로, 도 7A에 대응한 분산시프트파이버(4)의 단면(전파하는 신호광의 진행방향에 대해서 수직의 면)에 있어서의 중심O₄를 통과하는 선L4위의 각 위치의 굴절률을 표시한다. 이 굴절률프로필(450)에 있어서, 영역(400)은 상기 안쪽코어(40)의 선L4위의 각 부위, 영역(401)은 상기 바깥쪽코어(41)의 선L4위의 각 부위, 영역(402)은 상기 안쪽클래드(42)의 선L4위의 각 부위, 영역(403)은 상기 클래드영역(43)의 선L4위의 각 부위에 상당한다.

또한, 본 실시예 3에 있어서, 안쪽코어(40)의 외경a는 4.4㎛, 바깥쪽코어(41)의 외경b는 7.9㎛, 안쪽클래드(42)의 외경c는 13.9㎛이다. 또, F를 안쪽코어(40) 및 안쪽클래드(42)에 첨가하고, GeO₂을 바깥쪽코어(41)에 첨가함으로써, 이하의 정의식에 의해 부여되는 안쪽코어(40)의 평균비굴절률차△n₁은 -0.50%, 바깥쪽코어(41)의 평균굴절률차△n₂는 +1.00%안쪽클래드(42)의 평균비굴절률차△n₃은 -0.20%이다.

또한, 상기 평균굴절률차의 값△n₁, △n₂, △n₃은, 각각,

△n₁=(n₁-n_cd)/n_cd

△n₂=(n₂-n_cd)/n_cd

△n₃=(n₃-n_cd)/n_cd

여기서, n₁: 안쪽코어(40)의 평균굴절률

n₂: 바깥쪽코어(41)의 평균굴절률

n₃: 안쪽클래드(42)의 평균굴절률

n_cd: 바깥쪽클래드(기준영역)의 평균굴절률

이상과 같이 설계된 실시예 3의 분산시프트파이버(4)는, 1590㎚의 영분산파장을 가지는 동시에, 1550㎚의 광에 대한 여러특성으로서, 0.070ps/㎚²/㎞의 분산기울기, 83㎛²의 실효코어단면적, 0.21㏈/㎞의 전송손실, 2m길이에 있어서 1.4㎛의 차단파장, 7.4㎛의 모드필드직경(MFD), 3.7×10^-20㎡/W의 비선형굴절률(N2), 및 굽힘직경 20㎜에 있어서 5.7㏈/m의 굽힘손실을 가진다.

또, 상기한 바와 같은 凹형클래드구조를 가진 실시예 3의 분산시프트파이버에 있어서, 안쪽코어에 있어서의 불소첨가에 의한 제 1의 평균굴절률차의 감소분△n_f1, 안쪽클래드에 있어서의 불소첨가에 의한 제 3의 평균비굴절률차의 감소분△n_f2, 바깥쪽코어에 있어서의 산화게르마늄첨가에 의한 제 2의 평균비굴절차의 증가분△n_g는, 이하의 관계를 충족하고 있다.

0.05·△n_g≤△n_f1≤0.7·△n_g

0.05·△n_g≤△n_f2≤0.7·△n_g

이상, 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 안쪽코어에 소정량의 F가 첨가되는 동시에 바깥쪽코어에 소정량의 GeO₂가 첨가되고, 각 유리영역의 와이어드로잉시온도에서의 점도비가 소정범위내에 설정되도록 제어되고 있으므로, 안쪽코어와 바깥쪽코어의 경계에 있어서의 구조부정, 유리결함 등을 확실하게 저감할 수 있고, 얻게되는 분산시프트파이버에 관한 불편에 기인되는 전송손실의 증가를 효과적으로 억제할 수 있다고 하는 효과가 있다.

또, 안쪽코어의 평균굴절률은 클래드영역의 굴절률보다 낮게 설정되므로, 바깥쪽코어에 첨가되는 GeO₂의 첨가량을 적게할 수 있고, 이에 의해, GeO₂의 첨가량에 의존해서 증대하는 전송손실을 보다 더 저감할 수 있다고 하는 효과가 있다.

Claims

소정의 기준축을 따라서 신장된 코어영역과 그 코어영역의 바깥둘레에 형성된 클래드영역을 구비한, 1.55㎛파장대의 신호광을 전파하기 위한 전송매체로서,

상기 코어영역은, 소정량의 불소가 첨가되고, 또한 상기 클래드영역의 기준영역에 대한 제 1의 평균비굴절률차가 △n₁인 안쪽코어와,

상기 안쪽코어와 상기 클래드영역의 사이에 형성된 영역으로서 소정량의 산화게르마늄이 첨가되고, 또한 그 클래드영역의 기준영역에 대한 제 2의 평균비굴절률차가 상기 제 1의 평균비굴절률차보다 큰 △n₂인 바깥쪽코어를, 적어도 구비한 분산시프트파이버.
제 1항에 있어서, 상기 안쪽코어에 있어서의 불소첨가에 의한 상기 제 1의 평균비굴절률차의 감소분 △n_f와, 상기 바깥쪽코어에 있어서의 산화게르마늄첨가에 의한 상기 제 2의 평균비굴절률차의 증가분△n_g와의 사이에는,

0.05·△n_g≤△n_f≤0.7·△n_g

의 관계가 있는 것을 특징으로 하는 분산시프트파이버.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 안쪽코어의 평균굴절률은, 상기 클래드영역의 굴절률보다 작은 것을 특징으로 하는 분산시프트파이버.
제 1항에 있어서, 상기 클래드영역은, 상기 바깥쪽코어의 바깥둘레에 형성된 영역으로서, 소정량의 불소가 첨가되고, 또한 상기 클래드영역의 기준영역에 대한 제 3의 평균비굴절률차가 △n₃인 안쪽클래드와,

상기 안쪽클래드의 바깥둘레에 형성된, 상기 기준영역인 바깥쪽클래드를 구비한 것을 특징으로 하는 분산시프트파이버.
제 4항에 있어서, 상기 안쪽코어에 있어서의 불소첨가에 의한 상기 제 1의 평균비굴절률차의 감소분△n_f1, 상기 안쪽클래드에 있어서의 불소첨가에 의한 상기 제 3의 평균비굴절률차의 감소분 △n_f2, 상기 바깥쪽코어에 있어서의 산화게르마늄첨가에 의한 상기 제 2의 평균비굴절률차의 증가분△n_g와의 사이에는,

0.05·△n_g≤△n_f1≤0.7·△n_g

0.05·△n_g≤△n_f2≤0.7·△n_g

의 관계가 있는 것을 특징으로 하는 분산시프트파이버.