KR100443213B1 - Dispersion-compensating single mode optical waveguide fiber, method of making same, and dispersion compensating single mode optical waveguide fiber link - Google Patents
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Abstract
분산 보상 단일 모드 광도파관 섬유는 1310nm 내지 1550nm의 링크의 작동 파장 윈도우를 변화시키도록 설계된다. 상기 분산 보상 도파관 섬유는 적어도 3개의 시그먼트를 포함하는 코어 유리 영역 굴절률 프로파일로 특징지어진다. 도파관 중심상에 시그먼트는 양의 굴절률을 갖는다. 도파관 중심선으로부터 떨어진 적어도 하나의 시그먼트는 음의 상대 굴절률을 갖는다.The dispersion compensating single mode optical waveguide fiber is designed to change the operating wavelength window of the link from 1310 nm to 1550 nm. The dispersion compensating waveguide fiber is characterized by a core glass region refractive index profile comprising at least three segments. The segment on the waveguide center has a positive refractive index. At least one segment away from the waveguide centerline has a negative relative refractive index.
Description
발명의 배경기술BACKGROUND OF THE INVENTION
본 발명은 음의 전체 분산 및 비교적 큰 유효 면적으로 조절된 단일 모드 광도파관 섬유에 관한 것이다. 특히, 상기 단일 모드 도파관은 -100ps/nm-km 미만의 전체 분산을 갖는다.The present invention relates to single mode optical waveguide fibers tuned to a negative overall dispersion and a relatively large effective area. In particular, the single mode waveguide has a total dispersion of less than -100 ps / nm-km.
몇 개의 인자들을 결합시켜 광도파관 섬유를 사용하는 전기 통신 시스템에 있어서 가장 바람직한 파장 범위인 1500nm 내지 1600nm를 만든다. 이것들은Several factors are combined to produce the most desirable wavelength range of 1500 nm to 1600 nm for telecommunication systems using optical waveguide fibers. these are
약 1550nm의 파장 윈도우(wavelengh window)에 사용가능한 신뢰성 있는 레이져;A reliable laser available for a wavelengh window of about 1550 nm;
1530nm 내지 1570nm의 파장 범위에서 최적의 이득 곡선을 갖는 본 발명의 광섬유 증폭기;An optical fiber amplifier of the present invention having an optimum gain curve in a wavelength range of 1530 nm to 1570 nm;
이러한 파장 범위에서 신호들의 파장 분산 멀티플랙싱이 가능한 사용할 수 있는 시스템; 및A usable system capable of wavelength-dispersive multiplexing of signals in such a wavelength range; And
이러한 파장 범위에 걸쳐서 매우 낮은 감쇠를 얻기 위해 저분산을 갖는 사용가능한 도파관 섬유이다.And is a usable waveguide fiber with low dispersion to achieve very low attenuation over this wavelength range.
기술상의 이러한 진보는 신호가 전기적으로 발생하는 스테이션(station) 사이가 멀리 떨어진 매우 높은 정보 속도의 다중 채널 전기 통신 시스템을 가능하게한다.This advancement in technology makes possible a multi-channel telecommunication system with very high information rate, which is far between stations where the signals are electrically generated.
그러나, 많은 전기통신 시스템 설비들은 1550nm를 가장 바람직한 작동 윈도우(operating window)로 만들기 위한 기술적 진보가 선행된다. 이러한 초기 시스템들은 1310nm주위를 중심으로 하는 파장 범위에 있어서 사용하기 위해 기본적으로 설계되었다. 상기 설계는 1310nm 주위의 파장에서 작동되는 레이져 및 1310nm 주위에서의 제로(0) 분산파장을 갖는 광도파관을 포함한다. 이러한 시스템에서 광도파관 섬유는 1310nm 주위에서 국부 감쇠 최소값을 갖지만, 1550nm에서는 이론적 최소값인 1310nm에서의 최소값의 약 반정도이다.However, many telecommunication system installations are preceded by technological advances to make 1550 nm the most desirable operating window. These early systems were designed primarily for use in wavelength ranges around 1310 nm. The design includes a laser operating at a wavelength around 1310 nm and an optical waveguide having a zero dispersion wavelength around 1310 nm. In this system, the optical waveguide fiber has a local minimum attenuation around 1310 nm, but at 1550 nm it is about half the minimum at 1310 nm, the theoretical minimum.
이러한 오래된 시스템을 새로운 레이져, 증폭기 및 멀티플랙스 기술에 이용하기 위한 방법이 연구되어 왔다. Antos et al.의 미합중국 특허 제 5,361,319호(이하 `319, Antos)에 기재되고, 그것에 진술된 또 다른 참증에서 설명한 바와 같이, 상기 방법의 본질적인 특성은 1550nm에서 링크(link)의 전체 분산을 보상하는 한 길이의 도파관 섬유를 각 도파관 섬유 링크로 삽입시켜 비교적 높은 전체 분산을 극복하는 것이다. 여기서 사용된 "링크(link)"라는 용어는 신호원(signal source) 즉 트랜스미터(transmitter) 또는 전기 신호 발생기, 및 리시버(receiver) 또는 또 다른 전기 신호 발생기 사이의 거리를 측정하는 도파관 섬유의 길이로서 정의된다.Methods have been explored for using these older systems for new laser, amplifier, and multiplexing technologies. An essential characteristic of the method is that it compensates for the overall dispersion of the link at 1550 nm, as described in another patent, which is set forth and described in US Pat. No. 5,361,319 ("319 Antos") by Antos et al. A single length of waveguide fiber is inserted into each waveguide fiber link to overcome a relatively high total dispersion. As used herein, the term " link " refers to the length of a waveguide fiber that measures the distance between a signal source, a transmitter or an electrical signal generator, and a receiver or another electrical signal generator Is defined.
상기 `139 Antos 특허는 약 1550nm에서 -20ps/nm-km의 분산을 제공하는 코어 굴절률 프로파일(core refractive index profile)을 갖는 분산 보상 도파관 섬유에 관한 것이다. 종래 기술에서 통상적인 분산 신호 규칙은 더 짧은 파장의 빛이 상기 도파관에서 더 높은 속도를 갖는다면 도파관의 분산은 양(positive)의 값이라는 것이다. 1310nm부근에서 제로(0)의 분산파장을 갖는 약 1550nm에서의 도파관 섬유의 분산이 약 15ps/nm-km이기 때문에, 1550nm에서 전체 분산을 완전하게 보상하기 위해 요구되는 분산 보상 도파관 섬유의 길이는 원래의 링크(link) 길이의 0.75이다. 따라서, 예를 들어 도파관 섬유의 50km 링크는 1550nm에서 15ps/nm-km ×50km이므로 750ps/nm의 전체 분산을 갖는다. 이러한 분산을 효율적으로 제거하기 위해, 분산 보상 도파관 섬유의 길이는 750ps/nm ÷20ps/nm-km로 32.5km가 요구된다.The '139 Antos patent relates to a dispersion compensating waveguide fiber having a core refractive index profile that provides dispersion at about 1550 nm to -20 ps / nm-km. The conventional distributed signal rule in the prior art is that if the shorter wavelength light has a higher velocity in the waveguide, the dispersion of the waveguide is a positive value. Since the dispersion of the waveguide fiber at about 1550 nm with a dispersion wavelength of about zero at about 1310 nm is about 15 ps / nm-km, the length of the dispersion compensating waveguide fiber required to completely compensate for total dispersion at 1550 nm is Of the link length of 0.75. Thus, for example, a 50 km link of waveguide fiber has a total dispersion of 750 ps / nm since it is 15 ps / nm-km x 50 km at 1550 nm. In order to efficiently remove such dispersion, the length of the dispersion compensating waveguide fiber is required to be 32.5 km at 750 ps / nm ÷ 20 ps / nm-km.
분산 보상 도파관에 의해 링크로 주입되는 추가적인 감쇠는 광증폭기에 의해 상쇄되어야 한다. 링크로의 추가적인 전기 발생기의 주입은 비용에 있어서 효과적이지 않다. 또한, 분산 보상 도파관 섬유의 비용은 전체 도파관 섬유 비용의 상당한 부분을 차지한다. 요구되는 분산 보상 도파관의 긴 길이는 상당한 공간을 취할 수 있는 환경적으로 안정적인 팩키지(pakage)로 형성되어야 한다.The additional attenuation injected into the link by the dispersion compensation waveguide must be canceled by the optical amplifier. The injection of an additional electric generator into the link is not cost effective. In addition, the cost of the dispersion compensating waveguide fiber accounts for a significant portion of the total waveguide fiber cost. The long length of the required dispersion compensating waveguide should be formed into an environmentally stable package capable of taking up considerable space.
일반적으로 보상 도파관 섬유 설계는 코어 영역에서 많은 굴절률 변경 도펀트을 갖기 때문에, 링크에서 표준 도파관 섬유에 비해 감쇠는 더 높아진다.Generally, the compensating waveguide fiber design has many refractive index modifying dopants in the core region, so the attenuation is higher at the link than at the standard waveguide fiber.
파장 분할 멀티플랙싱 뿐만 아니라 광증폭기 및 향상된 레이저에 의해 형성가능한 더 높은 신호 세기 수준은 링크의 길이 또는 데이터 전송이 비선형적 광효과에 의해 제한되는 가능성을 증가시킨다. 이러한 비선형적 효과의 영향은 상기 섬유의 유효면적 (Aeff)을 증가시켜 제한될 수 있다. 상기 유효면적은Aeff=2π(E2rdr)2/(E4rdr)이고, 여기서 적분한계는 0에서 ∞까지이고, E는 전파광에 관계된 전기장이다. 비선형 효과에 의한 왜곡(distortion)은 Ptn2/Aeff에 의존하고, 여기서 P는 신호 세기이고, n2는 비선형적 굴절률 상수이다. 따라서, 분산 보상 도파관 섬유의 설계에서 보상 섬유의 Aeff는 보상 섬유가 링크에서 상당한 비선형 효과를 일으키지 않도록 충분히 커야 하는 것을 주의하여야 한다. 만약 보상 섬유의 Aeff가 링크에서 원래의 섬유의 면적보다 적으면, 보상 섬유는 신호 세기가 더 낮아져서 비선형적 효과가 최소화되는 링크 위치에 위치될 것이다. 또한, 많은 링크에서 보상 섬유의 더욱 적은 Aeff는 전체 링크의 길이의 적은 부분을 차지하고 신호의 비선형 왜곡에 중요한 영향은 주지 않는다.The higher signal intensity levels that can be formed by optical amplifiers and advanced lasers as well as wavelength division multiplexing increase the likelihood that the length of the link or data transmission is limited by nonlinear optical effects. The effect of this non-linear effect can be limited by increasing the effective area of the fibers (A eff ). The effective area is Aeff = 2 π (E2rdr) 2 / (E4rdr), where the integral limit is from 0 to ∞, and E is the electric field related to the propagation light. Distortion (distortion) due to the non-linearity is dependent on the Ptn2 / Aeff, where P is the signal intensity, n 2 is the nonlinear refractive index constant. Therefore, it should be noted that in the design of the dispersion compensating waveguide fiber, the A eff of the compensating fiber must be large enough so that the compensating fiber does not cause a significant non-linear effect on the link. If the Aeff of the compensating fiber is less than the area of the original fiber at the link, the compensating fiber will be located at the link position where the signal strength is lower and the nonlinear effect is minimized. Also, the less A eff of the compensating fiber in many links occupies a small fraction of the total link length and does not have a significant effect on the nonlinear distortion of the signal.
따라서, 적은 부분, 예를 들어 링크 길이의 15%미만인 길이를 갖고, 보상 도파관 섬유 감쇠를 상쇄하기 위해 추가적인 신호 증폭의 필요성을 제거하도록 감쇠가 충분히 낮고;Thus, the attenuation is sufficiently low to have a length that is less than 15% of the link length, for example, eliminating the need for additional signal amplification to offset compensating waveguide fiber attenuation;
제한된 인자로부터 보상 도파관 섬유에서 비선형 분산 효과를 배제하기 위해 충분히 큰 유효면적을 갖는 분산 보상 광도파관 섬유가 필요하다.Compensating optical waveguide fibers having an effective area large enough to exclude the non-linear dispersion effect in the compensating waveguide fiber from the limited factor are needed.
정의Justice
-유효면적은Aeff=2π(E2rdr)2/(E4rdr)이고, 여기서 적분한계는 0에서 ∞까지이고, E는 전파광에 관계된 전기장이다.- Effective area is Aeff = 2 π (E2rdr) 2 / (E4rdr), where the integral limit is from 0 to ∞ and E is the electric field related to the propagation light.
-비선형 판별기 인자는Gnl=n2/Aeff(exp[D1tL1/Dd/a]-1)/a, 여기서 n2는 비선형 굴절 계수, D1은 약 1310nm에서 최적화된 도파관 부분의 분산이고, L1은 D1에 대응하는 길이이고, Dd는 보상 도파관 섬유의 분산이고, α는 분산 보상 섬유의 감쇠이다. Gnl이라는 표현은 기본 정의 Gnl∼n2/Aeff(유효길이×출력 세기)으로부터 유도된다. 유효길이와 출력은 도파관 섬유 길이 및 감쇠 α의 식으로 표현된다. 상기 보상 도파관 섬유는 D1tL1=DdtLd 요구조건에 따라 상기 방정식에 대입한다. Gnl은 시스템 구조, 증폭기 간격, Dd/a 및 n2/Aeff와 같은 시스템 인자들의 결합이므로, 링크의 효율을 증가시키는데 유용한 특성을 갖는다.- a non-linear discriminator factor is Gnl = n2 / Aeff (exp [ D1tL1 / Dd / a] -1) / a, where n 2 is the nonlinear refractive index, D 1 is the variance of the waveguide section optimized at about 1310nm, L 1 Is the length corresponding to D 1 , D d is the dispersion of the compensating waveguide fiber, and? Is the attenuation of the dispersion compensating fiber. The expression G nl is derived from the basic definitions Gn 1 to Gn 2 / Aeff (effective length x output intensity). The effective length and output are expressed by the equation of waveguide fiber length and attenuation α. The compensating waveguide fiber is substituted into the equation according to D1tL1 = DdtLd requirements. Since G nl is a combination of system parameters such as system structure, amplifier spacing, Dd / a and n2 / Aeff, it has properties useful for increasing the efficiency of the link.
[발명의 요약][Summary of the Invention]
본 발명은 향상된 분산 보상 도파관 섬유에 관한 것이다. Bhagavatula의 미합중국 특허 제 4,715,679호 및 Liu의 미합중국 특허출원 제 08/378,780호에서 소개된 일종의 분할된 코어 굴절률 프로파일은 분산 보상 도파관 섬유에만 유일하게 적합함이 발견되었다.The present invention relates to an improved dispersion compensation waveguide fiber. It has been found that a kind of segmented core refractive index profile introduced in US Pat. No. 4,715,679 to Bhagavatula and US patent application Ser. No. 08 / 378,780 to Liu is the only suitable for dispersion compensating waveguide fibers.
본 발명의 제 1의 목적은 중심의 코어 유리 영역 및 주변층인 클래드 유리를 갖는 단일 모드 광도파관 섬유를 제공하는데 있다. 상기 코어 유리 영역은 적어도 세 개의 시그먼트(segment)를 갖는데, 이것들은 각각 굴절률 프로파일, 반경 r, 및 Δ%에 의해 특징지어진다. 굴절률 차 Δ%의 정의는 %u=[(n12-nc2)/2n12]t100으로, n1은 코어 굴절률이고, nc는 클래드 굴절률이다. 달리 설명하면, n1은 %Δ에 의해 특징지어진 코어 영역에서의 최대 굴절률이다. 각 시그먼트의 반경은 도파관 섬유의 상기 중심선으로부터 상기 중심선에서 가장 멀리 떨어진 시그먼트의 지점까지 측정한다. 한 시그먼트의 굴절률 프로파일은 상기 시그먼트의 반지름의 지점에서 굴절률 값으로 주어진다. 본 발명의 제 1의 목적에서, 제 1의 시그먼트의 Δ1%는 양의 값이고, 적어도 하나의 다른 시그먼트의 Δ%는 음의 값이다. 1550nm에서의 시그먼트의 반경 및 Δ%는 -150ps/nm-km이하인 음의 전체 분산값을 제공하도록 선택된다.It is a first object of the present invention to provide a single mode optical waveguide fiber having a core glass region and a clad glass which is a peripheral layer. The core glass region has at least three segments, which are each characterized by a refractive index profile, a radius r, and a%. Definition of the refractive index difference Δ% is the% u = [(n12-nc2 ) / 2n12] t100, n 1 is the core refractive index and, n c is the clad refractive index. In other words, n 1 is the maximum refractive index in the core region characterized by% Δ. The radius of each segment measures from the centerline of the waveguide fiber to the point of the segment furthest away from the centerline. The refractive index profile of a segment is given as a refractive index value at the point of the radius of the segment. For the first purpose of the invention, Δ 1 % of the first segment is a positive value and Δ% of at least one other segment is negative. The radius and Δ% of the segment at 1550 nm are chosen to provide a negative overall dispersion value of -150 ps / nm-km or less.
상기 제 1의 목적을 위한 구현예에서, 상기 코어 유리 영역은 3개의 시그먼트를 갖고, 제 2의 시그먼트는 음의 Δ%를 갖는다. 바람직한 구현예는 1550nm에서 약 30㎛2이상의 유효 면적 Aeff를 제공하기 위해 제 1의 시그먼트에서 바깥쪽으로 진행되며, 약 1 내지 1.5㎛, 5.5 내지 6.5㎛ 및 8 내지 9.5㎛의 범위의 반경을 갖는 각각의 시그먼트와, 약 1.5 내지 2%, -0.2 내지 -0.5, 및 0.2 내지 0.5의 범위의 Δ%를 갖는 각각의 시그먼트를 갖는다. 60㎛2보다 큰 유효 면적이 달성될 수 있다.In an embodiment for the first purpose, the core glass region has three segments and the second segment has a negative?%. A preferred embodiment proceeds outward from the first segment to provide an effective area A eff of at least about 30 탆 2 at 1550 nm, and has a radius in the range of about 1 to 1.5 탆, 5.5 to 6.5 탆, and 8 to 9.5 탆 And each segment having a Δ% in the range of about 1.5 to 2%, -0.2 to -0.5, and 0.2 to 0.5. An effective area larger than 60 mu m < 2 > can be achieved.
상기 제 1의 목적의 또 다른 구현예에서, 상기 코어 유리 영역은 4개의 시그먼트를 갖는데, 제 2 및 제 4의 시그먼트들이 음의 Δ%를 갖는다. 바람직한 구현예는 도파관 중심에서 바깥방향으로 진행하는 약 1 내지 2㎛, 6 내지 8㎛, 9 내지 11㎛ 및 13 내지 17㎛의 범위에서 각각 반경을 갖는다. 대응하는 시그먼트의 Δ%는 약 1 내지 2%, -0.2 내지 -0.8%, 0.4 내지 0.6% 및 -0.2 내지 -0.8%의 각각의범위를 갖는다. 이러한 바람직한 코어 프로파일들은 1550nm에서 30㎛2이상의 Aeff를 제공한다. 이러한 코어 프로파일에 의해 제공되는 2 내지 15ps/nm-km의 분산 기울기는 합리적으로 작다.In another embodiment of the first object, the core glass region has four segments, the second and fourth segments having a negative Δ%. Preferred embodiments each have a radius in the range of about 1 to 2 占 퐉, 6 to 8 占 퐉, 9 to 11 占 퐉, and 13 to 17 占 퐉, which extend outward from the center of the waveguide. The Δ% of the corresponding segment has a range of about 1 to 2%, -0.2 to -0.8%, 0.4 to 0.6% and -0.2 to -0.8%, respectively. These preferred core profiles provide an A eff of at least 30 μm 2 at 1550 nm. The dispersion slope of 2 to 15 ps / nm-km provided by this core profile is reasonably small.
본 발명의 상기 목적을 위한 또 다른 구현예에서, 상기 코어 유리 영역은 4개의 시그먼트를 갖는데, 도파관 섬유의 중심에서 시작하여 1에서 4까지 번호를 매긴다. 상기 시그먼트들의 상대 비교 굴절률%는 Δ1%>Δ3%>Δ4%>Δ2%의 순이고, 여기서 Δ2%는 음의 값이다. 각각의 Δ%는 Δ1%에 있어서 1.5 내지 2%, Δ2%에 있어서 -0.2 내지 -1.45%, Δ3%에 있어서 0.25 내지 0.45%, Δ4%에 있어서 0.05 내지 0.25%이고, 이러한 Δ%에 관계된 각각의 반경은 r1에 있어서 약 0.75 내지 1.5㎛, r2에 있어서 4.5 내지 5.5㎛, r3에 있어서 7 내지 8㎛, 및 r4에 있어서 9 내지 12㎛이다. 이러한 구현예에서, 전체 분산 기울기는 음의 값인데, 1310nm 윈도우(window)에서 작동하는 원래의 링크의 도파관 섬유의 양의 기울기를 제거하는데 제공된다. 통상적으로, 전체 분산의 음의 기울기는 약 -0.1 내지 -5.0 ps/nm2-km의 범위에 있다.In another embodiment for this purpose of the invention, the core glass region has four segments, numbered from 1 to 4 starting at the center of the waveguide fiber. The relative refractive index% of the segments is in order of Δ 1 %> Δ 3 %> Δ 4 %> Δ 2 %, where Δ 2 % is a negative value. Each Δ is 1.5% to 2%, -0.2 to -1.45% in the Δ 2%, 0.25 to 0.45% in the Δ 3%, 0.05% to 0.25% in the Δ 4% according to Δ 1%, and this Δ each radius is related to the% 7 to 8㎛, and r 4 to 9 according to 12㎛ in the 4.5 to 5.5㎛, r 3 in about 0.75 to 1.5㎛, r 2 according to r 1. In this embodiment, the overall dispersion slope is negative, provided to eliminate the positive slope of the waveguide fibers of the original link operating in a 1310 nm window. Typically, the slope of the total dispersion is negative in the range of about -0.1 to -5.0 ps / nm 2 -km.
본 발명의 제 2의 목적은 1310nm 윈도우에서 작동하기 위해 설계된 단일 모드 섬유의 제 1의 길이 및 분산 보상 단일 모드 도파관 섬유의 길이로 제조된 단일 모드 광도파관 섬유 링크를 제공하는데 있다. 1550nm에서 분산 보상 섬유 길이및 전체 분산 생산물은 도파관 섬유의 제 1의 길이의 길이×분산의 대수학적으로 더해지도록 선택되어, 링크에 있어서의 전체 분산의 미리 선택된 값을 나타낸다. 상기 미리 선택된 값은 바람직하게 1550nm에서 0으로 선택되어 이 윈도우에 걸쳐 가장 낮은 전체 분산을 제공한다. 만약 4개의 파혼합(wave mixing) 또는 자기위상 변조가 1550nm 윈도우 작업에서 예상되는 문제라면, 1550nm에서의 전체 분산은 적은 양(positive)의 수가 되도록 선택될 것이다.A second object of the present invention is to provide a single mode optical waveguide fiber link fabricated with a first length of single mode fiber and a length of dispersion compensating single mode waveguide fiber designed to operate in a 1310 nm window. The dispersion compensating fiber length and total dispersion product at 1550 nm are chosen to be mathematically added to the length x dispersion of the first length of the waveguide fiber to represent the preselected value of the total dispersion in the link. The preselected value is preferably selected to be 0 at 1550 nm to provide the lowest overall dispersion over this window. If four wave mixing or self-phase modulation is a probable problem in a 1550 nm window operation, the total dispersion at 1550 nm will be chosen to be a small positive number.
분산 보상 도파관 섬유의 감쇠는 링크에 있어서 감쇠가 데이터 속도의 리미터(limiter)가 되지 않기 때문에 낮은 값으로 고정된다. 또한, Aeff는 상당한 비선형 분산효과가 분산 보상 도파관 섬유에 의해 주입되지 않기 때문에 적어도 30㎛2정도로 충분히 커야 한다. Aeff와 함께, 보상 섬유의 전체 분산 및 감쇠의 비는 종래 기술에서 및 상술한 바와 같이 Gnl로 나타낸 식별 인자로 나타나는 함수로 결합되는데, 이것은 비선형 분산효과에 관한 보상 도파관 섬유의 특성의 측정을 나타낸다.The attenuation of the dispersion compensation waveguide fiber is fixed at a low value because the attenuation in the link does not become a limiter of the data rate. In addition, A eff should be at least about 30 μm 2 , since a significant nonlinear dispersion effect is not injected by the dispersion compensation waveguide fibers. With A eff , the ratio of the total dispersion and attenuation of the compensating fiber is combined with a function which appears in the prior art and as described above with the identification factor denoted G nl , which is a measure of the properties of the compensating waveguide fiber for the nonlinear dispersion effect .
본 발명의 상기 목적의 구현예는 -150ps/nm-km이하의 전체 분산 Dd, Aeff≥30㎛2, 및 배율 Dd/α≥250ps/nm-dB인 분산 보상 도파관 섬유를 포함한다.The above-described embodiment of the present invention includes dispersion compensating waveguide fibers having a total dispersion D d of -150 ps / nm-km or less, A eff ≥ 30 μm 2 , and a magnification D d / α≥250 ps / nm-dB.
보상 섬유의 전체 분산이 큰 음(negative)의 수를 갖기 때문에, 링크에 있어서의 전체 분산의 미리 선택된 값에 도달되도록 요구되는 보상 섬유의 길이가 일반적으로 링크 길이의 15% 미만이고, 링크 길이의 5% 미만이다.Since the total dispersion of the compensating fiber has a large negative number, the length of the compensating fiber required to reach a preselected value of the total dispersion in the link is generally less than 15% of the link length, Less than 5%.
본 발명의 제 3의 목적은 1310nm 윈도우에서 작동을 위해 기본적으로 설계된 링크에 1550nm에서 분산을 보상하는 단일 모드 광도파관의 제조방법을 제공하는데 있다. 중심의 코어 유리 영역 및 주변 클래드 유리층을 포함하는 인발 예비성형품은 종래의 몇몇 기술에 의해 제조될 것이고, 여기서 상기 코어 유리 영역은 본 발명의 제 1의 목적에서 기술한 상기 특징을 갖는다. 이것들은 종래 기술에서 내부 및 외부 화학 증기 증착, 축화학 증기 증착 및 이러한 기술들의 변형들 중의 하나를 포함한다. 양의 상대 굴절률을 갖는 상기 코어 영역은 실리카 유리 매트릭스(silica glass matrix)에서 게르마니아(germania)와 같은 도펀트(dopant)를 이용하여 제조될 수 있다. 음의 굴절률을 갖는 코어 영역은 플루오르와 같은 도펀트를 이용하여 제조될 것이다.A third object of the present invention is to provide a method of manufacturing a single mode optical waveguide that compensates dispersion at 1550 nm on a link designed primarily for operation in a 1310 nm window. A drawn preform comprising a central core glass region and a peripheral clad glass layer will be produced by several conventional techniques, wherein said core glass region has the above-described characteristics as described for the first purpose of the present invention. These include, in the prior art, internal and external chemical vapor deposition, condensation vapor deposition and variations of these techniques. The core region having a positive relative refractive index can be produced using a dopant such as germania in a silica glass matrix. The core region having a negative refractive index will be fabricated using a dopant such as fluorine.
약 100g보다 큰 인발 응력(drawing tension)은 더 낮은 응력에서 인발된 유사한 도파관 섬유들보다 더 나은 전체 분산 대 감쇠비가 얻어지는 것이 알려져 왔다. 벤딩(bending)에 의한 손실을 제한하기 위해, 약 125㎛보다 더 큰 외부직경이 바람직하다. 외부직경에서의 상한은 비용 및 요구되는 케이블의 크기와 같은 실질적인 제한에 의해 설정되어 있다. 실질적인 상한은 약 170㎛이다.It has been found that a drawing tension of greater than about 100 grams results in a better overall dispersion versus damping ratio than similar waveguide fibers drawn at lower stresses. In order to limit losses due to bending, an outer diameter of greater than about 125 [mu] m is preferred. The upper limit at the outer diameter is set by practical limitations such as cost and size of the cable required. The practical upper limit is about 170 mu m.
잔류 코팅 응력에 의한 감쇠를 제한하기 위해, 코팅된 도파관 섬유는 스풀(spool)상에서 느슨하게 감싸지며 열처리될 것이다. 가장 효과적인 응력 격감을 위해, 상기 스풀의 크기는 약 45cm보다 커야 한다. 스풀상에 도파관 섬유를 감싸는데 사용되는 권선 응력(winding tension)은 약 20g미만이다. 바람직한 권선 방법은 도파관 섬유가 스풀상에서 권선되기 전에 단지 쇠사슬 모양의 구조를 가정하도록 하는 것이다.To limit attenuation by residual coating stress, the coated waveguide fibers will loosely wrap and be heat treated on a spool. For the most effective stress reduction, the size of the spool should be greater than about 45 cm. The winding tension used to wrap the waveguide fibers on the spool is less than about 20 grams. A preferred winding method is to allow the waveguide fibers to assume only a chain-like structure before being wound on the spool.
고분자 코팅의 유리 전이 온도 Tg보다 높은 적어도 30℃의 온도에서 1 내지 10시간동안 지속되는 열처리는 테스팅(testing)에 사용되는 코팅의 유형 및 두께을 위해 잔류 코팅 응력을 감소시키는데 효율적임이 알려져 왔다. 약 5 시간의 고정 시간은 본 발명에서 설명된 도파관 섬유를 제조하는데 사용되는 UV 경화 아크릴레이트 코팅(UV cured acrylate coating)의 두께 약 60㎛에 있어서 효과적이다.It has been known that heat treatment that lasts from 1 to 10 hours at a temperature of at least 30 캜, which is higher than the glass transition temperature Tg of the polymer coating, is effective to reduce the residual coating stress for the type and thickness of the coating used for testing. A fixing time of about 5 hours is effective at a thickness of about 60 占 퐉 of the UV cured acrylate coating used for producing the waveguide fiber described in the present invention.
여기서 인용된 상기 열처리 방법은 광도파관 섬유를 제조하는데 사용되는 적당한 몇몇의 고분자 코팅의 유형 및 두께에 적합한 온도 및 시간의 한계를 포함하는 것을 알 수 있다.It will be appreciated that the heat treatment method cited herein includes limits of temperature and time suitable for the type and thickness of some suitable polymer coatings used to make the optical waveguide fibers.
도 1은 신규한 코어 영역 굴절률 프로파일의 일반적인 그래프이고,Figure 1 is a general graph of the novel core region refractive index profile,
도 2는 신규한 코어 영역 굴절률 프로파일의 특정 구현예이며,Figure 2 is a specific implementation of the novel core region refractive index profile,
도 3은 신규한 코어 프로파일의 구현예와 일치하는 인발 예비성형품상에서 형성된 특정치이고,Figure 3 is a view of a particular shape formed on a drawing preform consistent with the implementation of a novel core profile,
도 4a는 전체 분산 및 감쇠의 비와 판별기 인자와의 관계를 곡선을 도시하며,4A shows a curve of the relationship between the ratio of total dispersion and attenuation and the discriminator factor,
도 4b는 전체 분산 및 감쇠의 비에서 보상 도파관 섬유에 의해 주입되는 시스템 손실의 의존성을 도시한다.Figure 4B shows the dependence of the system loss injected by the compensating waveguide fibers in the ratio of total dispersion and attenuation.
특정한 전기통신 시스템 요구 조건으로서 분할된 코어 도파관 섬유의 설계의광범위한 적용은 분할된 코어 컨셉(concept)에 의해 제공되는 유연성(flexility)에 의해 생긴다. 코어 시그먼트의 수는 도파관에서 광의 전파에 영향을 미칠 수 있는 코어 직경 및 가장 협소한 코어 시그먼트에 의해서만 제한된다. 또한, 예를 들어 도파관의 긴 축중심선에서 폭, 위치, 굴절률 프로파일 및 코어 시그먼트들의 상대 위치는 분할된 코어 도파관 섬유의 특성에 영향을 미친다. 시그먼트들의 치환 및 결합의 큰 수는 분할된 코어 설계의 유연성의 원인이 된다.The wide application of the design of the segmented core waveguide fibers as a specific telecommunications system requirement is caused by the flexibility provided by the segmented core concept. The number of core segments is limited only by the core diameter and the narrowest core segment that can affect the propagation of light in the waveguide. Also, for example, the width, position, refractive index profile and relative position of core segments at the long axis centerline of the waveguide affect the properties of the segmented core waveguide fibers. The large number of substitutions and bonds in the sig- nals causes flexibility in the partitioned core design.
진술되고 설명될 본 발명에 의해 해결되는 문제는 1310nm 윈도우에서 작동하기 위해 설계된 전기통신 시스템을 업그래이드하여 1550nm 파장 윈도우에서 상기 시스템의 중요한 정밀검사에 의존하기 않고 작동되는 것이다. 이러한 문제의 해결책은 통신 링크로 이미 삽입될 수 있고, 1550nm 작동 윈도우에서 높은 데이터 속도로 전송하도록 하기 위해 전체 분산 특성, 감쇠 및 Aeff를 갖는 분산 보상 도파관 섬유이다. 특히, 상기 보상 섬유는 링크의 1310nm 섹션(section)의 1550nm 윈도우 분산을 필수적으로 제거하는 분산 특성을 갖어야 한다. 상기 보상 섬유는 신호 발생시에 요구되지 않는 링크로의 보상 섬유의 삽입을 충분히 가능하게 하는 낮은 감쇠를 가져야 한다. 이러한 경우에 신호의 광증폭이 요구될 것이다. 보상 섬유의 Aeff는 상기 보상 섬유가 비선형 효과에 관하여 데이터 속도 제한 원소가 되지 않도록 충분히 커야 한다.The problem solved by the present invention, which will be described and illustrated, is to upgrade a telecommunication system designed to operate in a 1310nm window and operate without relying on a significant overhaul of the system at 1550nm wavelength window. The solution to this problem is dispersion compensating waveguide fibers that have total dispersion characteristics, attenuation and A eff to allow transmission at high data rates in a 1550 nm working window, which can already be inserted into the communication link. In particular, the compensation fiber should have a dispersion characteristic that essentially eliminates the 1550 nm window dispersion of the 1310 nm section of the link. The compensating fiber should have a low attenuation which makes it possible to fully insert the compensating fiber into the link which is not required at signal generation. In this case, optical amplification of the signal will be required. The Aeff of the compensating fiber should be sufficiently large such that the compensating fiber does not become a data rate limiting element with respect to nonlinear effects.
이러한 요구조건을 만족하는 일반적인 코어 영역 굴절률 프로파일은 도 1에 도시되어 있다. 4개의 시그먼트(2, 4, 6 및 8)는 그래프에 도시된 바와 같다.본 발명의 구현예에서, 시그먼트(8)의 굴절률은 상기 코어 유리 영역이 3개의 시그먼트를 갖기 때문에, 클래드(10)에서의 굴절률과 동일하다. 본 발명은 3개 또는 4개의 시그먼트 코어 굴절률 프로파일에 한정되지 않는다. 그러나, 제조비용에 있어서, 상기 시스템의 요구조건에 만족하는 가장 간단한 프로파일이 바람직하다.A typical core domain refractive index profile that meets these requirements is shown in FIG. In the embodiment of the present invention, the refractive index of the segment 8 is such that the core glass region has three segments, (10). The invention is not limited to three or four segment core refractive index profiles. However, in terms of manufacturing cost, the simplest profile satisfying the requirements of the system is desirable.
점선(7)은 실질적으로 도파관 섬유의 특징을 변화시키지 않고 시그먼트 굴절률 프로파일에서 형성될 수 있는 변형을 도시한다. 상기 프로파일의 코너(corner)는 둥글게 된다. 예를 들어 중심의 프로파일의 형태는 삼각형 또는 포물선형일 것이다. 하나의 시그먼트의 요구조건은 음의 Δ%를 갖는 것이다. 적은 프로파일의 변형 또는 퍼터베이션(perturbation)의 영향의 또 다른 진술은 Δ%이고, 베이스(base)에서의 폭과 시그먼트들의 외부반경은 도파관 섬유 특성을 결정하는데 더욱 중요한 요소가 되는 것이다.Dashed line 7 shows the deformation that can be formed in the sigmoidal refractive index profile without substantially changing the characteristics of the waveguide fiber. The corner of the profile is rounded. For example, the shape of the central profile may be triangular or parabolic. The requirement of one segment is to have a negative Δ%. Another statement of the effect of the deformation or the perturbation of the low profile is Δ%, and the width at the base and the outer radius of the segments are more important factors in determining the waveguide fiber properties.
하기 표 1은 코어 시그먼트의 위치 및 Δ%로 도파관 섬유의 특성인 민감성을 증가시키기 위해 실시된 컴퓨터 모델 연구를 나타낸다. 굴절률 프로파일 1 내지 5는 도 1의 4개의 시그먼트 코어 영역 굴절률 프로파일을 나타낸다. 굴절률 프로파일 6은 마지막 시그먼트(8)를 제외한 도 1의 모든 특성을 갖는 제 3 시그먼트이다.Table 1 below shows a computer model study conducted to increase the sensitivity and sensitivity of the waveguide fibers to the position and Δ% of core seg- ments. The refractive index profiles 1 to 5 represent the four segment core region refractive index profiles of FIG. The refractive index profile 6 is a third segment having all the characteristics of FIG. 1 except for the last segment 8.
이 설계의 몇몇 바람직한 특성은 상기 표 1에 나타나 있다.Some desirable characteristics of this design are shown in Table 1 above.
-매우 큰 음의 분산은 연구된 모든 굴절률 프로파일에 있어서 큰 Aeff와 함께 얻어질 수 있다;- Very large negative dispersion can be obtained with large A eff for all studied refractive index profiles;
-절단 파장은 시그먼트 파라미터 변화에 비교적 둔감하다;- Cutting wavelengths are relatively insensitive to changes in segment parameters;
-제 3의 시그먼트 코어는 많은 시스템 구조들의 요구조건에 만족될 수 있다.The third segment core can satisfy the requirements of many system architectures.
또한 시스템이 음의 전체 분산의 더 적은 양을 요구한다면, 감소된 전체 분산 기울기를 달성할 수 있을 것이다.Also, if the system requires a lesser amount of negative total dispersion, a reduced total dispersion slope can be achieved.
도 2에 도시된 신규한 프로파일의 구현예는 4개의 시그먼트(12, 14, 16 및 18) 코어 유리 영역을 나타낸다. 상기 클래드 유리층은 구조물(20)로 도시된다. 이러한 설계의 주특성은An embodiment of the novel profile shown in Figure 2 represents four segments 12, 14, 16 and 18 core glass regions. The clad glass layer is shown as a structure 20. The main characteristics of this design are
중심의 시그먼트 상대 굴절률 부분(14)이 도 1의 설계에 비해 높고,Relative to the central segment-relative index of refraction portion 14 is higher than the design of Figure 1,
음의 상대 굴절률 부분(14)은 하나만 존재하고,There is only one negative relative refractive index portion 14,
시그먼트(14, 16 및 18)의 반경은 도 1에 도시된 설계와 비교하여 감소된다는 것이다. 도파관 중심선에 밀접하게 시그먼트의 위치를 이동시키는 하나의 효과는 Aeff가 감소된다는 것이다.The radius of the segments 14, 16 and 18 is reduced compared to the design shown in Fig. One effect of moving the position of the segment closely to the waveguide centerline is that A eff is reduced.
코어 유리 영역 굴절률 프로파일(21)의 설계는 도 2에 도시된 바와 같다. 굴절률 프로파일(22 및 23)은 시그먼트(18)의 Δ%가 이러한 경우에 있어서 0인 것을 제외하고는 도 2에 도시된 바와 유사하다. 상기 표 2는 분산 보상 도파관 섬유에 음의 전체 분산 기울기를 형성하는 코어 영역 굴절률 프로파일의 특성을 증가시키기 위해 컴퓨터 모델 연구의 결과를 도시한다. 보상 도파관 섬유에 음의 전체 분산 기울기는 링크의 나머지의 양(positive)의 기울기의 적어도 한 부분을 제거하도록 제공하여 작동의 1550nm의 파장에 걸쳐서 링크 분산 기울기를 낮추게 한다. 상기 표 2의 데이터는 분산 기울기가 음의 값일 때 Aeff가 낮음을 나타낸다. 따라서, 이러한 보상 도파관 설계는 보상 섬유의 짧은 길이가 요구되거나, 비선형 분산 효과가 중요하지 않은 경우 즉 그 신호 세기 밀도(signal power density)가 낮은 링크의 부분에 사용되는 것이다.The design of the core glass region refractive index profile 21 is as shown in FIG. The refractive index profiles 22 and 23 are similar to those shown in Figure 2 except that the% of the segment 18 is zero in this case. Table 2 above shows the results of a computer model study to increase the properties of the core domain refractive index profile that forms a negative overall dispersion slope on the dispersion compensating waveguide fibers. The negative total dispersion slope of the compensating waveguide fiber is provided to eliminate at least a portion of the positive slope of the remainder of the link to lower the link dispersion slope over the wavelength of 1550 nm of operation. The data in Table 2 indicate that A eff is low when the dispersion slope is negative. Thus, this compensation waveguide design is used in the portion of the link where the short length of the compensating fiber is required, or where the nonlinear dispersion effect is not important, i.e. the signal power density is low.
실시예- 큰 Dd/a를 갖는 제 3의 시그먼트 프로파일Example - A third segment profile with large Dd / a
광도파관 섬유 예비성형품은 도 3에 도시된 제 3의 시그먼트 코어 유리 영역 굴절률 프로파일을 갖도록 준비되었다. 중심 시그먼트(22)는 1.83의 Δ%를 가졌다. 시그먼트(24)는 -0.32%의 음의 Δ%를 가졌다. 시그먼트(26)는 0.32%의 상대 굴절률을 가졌다. 상기 시그먼트의 반경은 가로축으로부터 mm단위이고, 155㎛인 마지막 도파관 섬유의 외부직경을 사용하는 그들의 도파관 섬유 동치(equivalent)로 전환된다. 평균 인발 응력은 약 200gm이다. 결과물인 도파관 섬유는 46mm 직경의 스풀상에 느슨하게 권선시켜, 50℃에서 약 10시간동안 가열시킨다.The optical waveguide fiber preform was prepared to have a third segment core glass region refractive index profile shown in Fig. The center segment 22 had a Δ% of 1.83. Segment 24 had a negative?% Of -0.32%. Segment 26 had a relative refractive index of 0.32%. The radius of the segment is in mm from the abscissa and is converted to their waveguide fiber equivalent using an outer diameter of the last waveguide fiber of 155 μm. The average drawing stress is about 200 gm. The resulting waveguide fibers are loosely wound on a 46 mm diameter spool and heated at 50 DEG C for about 10 hours.
전체 분산은 -214ps/nm-km였고, 감쇠는 0.6dB/km이어서 356ps/nm-dB의 Dd/a를 얻었다. 유효면적은 50㎛2였다. 바람직하게, 상기 코어 구조를 갖는 도파관에 있어서 분산 기울기는 -2 내지 +2 ps/nm2-km의 범위이다.The total dispersion was -214 ps / nm-km and attenuation was 0.6 dB / km, resulting in a Dd / a of 356 ps / nm-dB. The effective area was 50 탆 2 . Preferably, in the waveguide having the core structure, the dispersion slope is in the range of -2 to +2 ps / nm 2 -km.
상기 Gnl의 비선형 판별기 인자는 도 4a에 Dd/a와 비교하여 도시되었다. 곡선(32)의 결과물은 비Dd/a가 주어진 예상되는 시스템 성능을 쉽게 달성하게 한다. 상기 Gnl의 방정식에 언급된 바와 같이,Dd/a의 값이 커짐에 따라 Gnl의 값이 적어짐이 밝혀졌다. 따라서, 시스템 시점으로부터의 도파관 섬유 성능은 Dd/a비로부터 추정될 수 있다. 또한, 분산 보상 섬유에서 감쇠에 대해 분산의 균형(trade-off)은 도 4a의 챠트로부터 읽을 수 있다. 예를 들어, 만약 특정 시스템이 Gnl가 약 30미만일 때만 작동할 수 있다면, 보상 섬유의 분산은 감쇠가 0.29 dB/km 및 3.2 dB/km사이에서 변함에 따라 -150 내지 -400 ps/nm-km 사이에서 변할 수 있다.The non-linear discriminant factor of G n1 is shown in comparison with D d / a in FIG. 4A. The result of curve 32 makes it easier to achieve the expected system performance given a non-Dd / a. This, the value of G nl Less according to the value of Dd / a becomes large, as mentioned in the above equation G nl been found. Thus, the waveguide fiber performance from the system viewpoint can be estimated from the Dd / a ratio. In addition, the trade-off of dispersion for attenuation in the dispersion compensating fiber can be read from the chart of FIG. 4A. For example, if a particular system can only operate when G n1 is less than about 30, then the dispersion of the compensating fiber is in the range of -150 to -400 ps / nm-2, as attenuation varies between 0.29 dB / km and 3.2 dB / km. < / RTI >
도 4b에 도시된 챠트는 또한 분산 보상 도파관 섬유의 성능을 향상시키는데 사용될 수 있다. y축은 분산 보상 도파관 섬유에 의해 링크로 주입된 전체 손실이다. x축은 Dd/a비이다. 곡선(34)은 1310nm 윈도우 작동을 위해 설계된 기본 시스템이 100km의 길이 및 1550nm에서 17ps/nm-km의 분산을 갖는다고 가정하고 그려졌다. Dd/a가 증가됨에 따라 발생된 손실에서의 향상은 분산 보상 도파관 섬유의 성능을 추정하는 이러한 비의 값으로 나타낸다.The chart shown in Figure 4B may also be used to improve the performance of the dispersion compensating waveguide fiber. The y-axis is the total loss injected into the link by the dispersion compensating waveguide fiber. The x-axis is the Dd / a ratio. Curve 34 was drawn assuming that the base system designed for 1310 nm window operation has a length of 100 km and a dispersion of 17 ps / nm-km at 1550 nm. The improvement in losses caused as Dd / a increases is expressed as the value of this ratio, which estimates the performance of the dispersion compensating waveguide fiber.
본 발명의 특정 구현예를 설명하였지만, 이에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Although specific embodiments of the invention have been described above, the invention is not limited thereto.
Claims (19)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US2329796P | 1996-07-31 | 1996-07-31 | |
US60/023297 | 1996-07-31 |
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