KR100585016B1 - Single mode optical fiber structure having high-order mode extinction filtering function - Google Patents

Single mode optical fiber structure having high-order mode extinction filtering function Download PDF

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Abstract

본 발명은 빛을 전송하는 광섬유와 이를 이용한 광통신 분야에 관한 것으로, 도파로의 길이 축으로 순차적으로 보았을 때 입력 광섬유로부터 다수의 모드에 의해 입사광이 입력되고, 코어의 단면 크기 혹은 굴절률이 점진적으로 줄어드는 전이영역(transition region)과, 단파장에서도 단일한 모드만을 지원하는 단일모드 영역(single-mode region)과, 다시 코어의 단면 크기 혹은 굴절률이 회복되는 또 다른 전이영역으로 구성된 구조를 가지고, 단파장의 고차 모드의 빛이 단일모드 영역에서 클래딩으로 빠져나가고 다시 코어로 돌아오지 못하게 하여 고차 모드의 광파워를 제거하고, 제거되지 않은 기저 모드의 빛을 다시 광섬유에 출력하는 것을 특징으로 하는 광섬유 고차 모드 제거 필터를 제공한다. 이는 특히 광섬유에 길이방향으로 코어와 클래딩의 직경이 줄어들었다가 다시 회복되는 테이퍼한 허리(tapered waist) 형태의 구조와 클래딩 외부에 클래딩과 굴절률이 같거나 높은 클래딩 외피를 줌으로써 쉽게 구현된다. 본 발명에 의하면, 단일모드가 아닌 파장 대역에서 광섬유에 단일모드 전송의 특성을 부여하여 광신호의 전송에 이득을 제공하고, 특히 단파장의 광신호를 모드-분산(modal dispersion)없이 고속 변조로 전송할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber for transmitting light and an optical communication field using the same, wherein the incident light is inputted by a plurality of modes from an input optical fiber, and the cross-sectional size or refractive index of the core gradually decreases when viewed sequentially in the longitudinal axis of the waveguide It has a structure consisting of a transition region, a single-mode region supporting only a single mode even in a short wavelength, and another transition region in which the cross-sectional size or refractive index of the core is restored. The optical fiber high-order mode rejection filter is characterized in that the light of the light exits the cladding in the single mode region and does not return to the core, thereby eliminating the optical power of the higher order mode and outputting the light of the unremoved base mode back to the optical fiber. to provide. This is particularly easily achieved by giving the optical fiber a tapered waist-like structure in which the diameters of the core and the cladding are reduced and then recovered, and the cladding sheath with the same or higher refractive index as the cladding outside. According to the present invention, a single mode transmission characteristic is given to an optical fiber in a wavelength band instead of a single mode, thereby providing a gain in optical signal transmission, and in particular, a short wavelength optical signal is transmitted with high speed modulation without modal dispersion. Can be.

광통신(optical communication), 광섬유(optical fiber), 단일모드 광섬유(single-mode fiber, mono-mode fiber), 모드 분산(inter-modal dispersion, modal dispersion), 모드 필터(mode filter), 기저 모드(fundamental mode), 도파로(optical waveguide), 광학 테이퍼(optical taper)Optical communication, optical fiber, single-mode fiber, mono-mode fiber, inter-modal dispersion, modal dispersion, mode filter, fundamental mode mode, optical waveguide, optical taper

Description

고차 모드 제거 필터링 기능을 갖는 단일모드 광섬유 구조{SINGLE MODE OPTICAL FIBER STRUCTURE HAVING HIGH-ORDER MODE EXTINCTION FILTERING FUNCTION}SINGLE MODE OPTICAL FIBER STRUCTURE HAVING HIGH-ORDER MODE EXTINCTION FILTERING FUNCTION}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고차 모드 제거 필터링 기능을 갖는 단일모드 광섬유의 투시도,1 is a perspective view of a single mode optical fiber with a higher order mode cancellation filtering function according to a preferred embodiment of the present invention,

도 2a는 본 발명에 따라 광섬유 고차 모드 제거 필터를 적용한 단일모드 광섬유에서의 임펄스 응답 곡선 그래프,2A is a graph of an impulse response curve in a single mode optical fiber to which an optical fiber high order mode cancellation filter is applied according to the present invention;

도 2b는 일반적인 단일모드 광섬유에서의 임펄스 응답 곡선 그래프.Figure 2b is a graph of the impulse response curve in a typical single mode optical fiber.

본 발명은 광통신 분야에서 전송매체로 이용되는 광섬유의 구조적인 특징에 관한 것으로, 특히 표준화된 단일모드 광섬유로 단파장 영역에서 단일모드 전송 특성을 얻을 수 있는 고차 모드 제거 필터링 기능을 갖는 단일모드 광섬유 구조에 관한 것이다.The present invention relates to the structural features of optical fiber used as a transmission medium in the field of optical communication. In particular, the present invention relates to a single mode optical fiber structure having a high-order mode elimination filtering function capable of obtaining single mode transmission characteristics in a short wavelength region using a standardized single mode optical fiber. It is about.

광통신의 전송매체로 이용되는 광섬유는 유전체로 된 코어(fiber core)와 코어보다 굴절률이 낮은 클래딩(fiber cladding)이 동심 원통 형태로 구성되어 있으며, 클래딩에 비해 상대적으로 높은 코어의 굴절률로 인해 원통 축 방향으로 빛이 전송될 수 있다.Optical fiber used as a transmission medium for optical communication is composed of a dielectric core and a fiber cladding having a lower refractive index than the core. The optical fiber has a cylindrical axis due to a higher refractive index of the core than the cladding. Light can be transmitted in the direction.

광통신에서 사용되는 광섬유는 광섬유 길이 방향 또는 빛의 전파 방향에 대해 수직 축으로 하나의 기저 모드(fundamental mode)를 갖는 단일모드 광섬유와 다수의 모드를 갖는 다중모드 광섬유로 구분될 수 있다. 단일모드 광섬유의 경우 전송되는 광신호가 모두 하나의 기저 모드에 의해 이뤄지므로 모드간 시간지연에 따른 모드 분산(modal dispersion)이 없어 넓은 대역폭을 가지게 된다. 단일모드 광섬유는 현재 장거리 광통신의 주요 전송매체이며 최근에는 단거리 광통신에서도 활용도가 증가하고 있다.Optical fibers used in optical communication may be divided into a single mode optical fiber having one fundamental mode and a multimode optical fiber having a plurality of modes in an optical axis length direction or an axis perpendicular to the propagation direction of light. In the case of single-mode fiber, the optical signals transmitted are all made by one base mode, so there is no modal dispersion due to time delay between modes, thus having a wide bandwidth. Single-mode fiber is currently the main transmission medium for long-distance optical communications, and its utilization is increasing in short-distance optical communications in recent years.

광섬유는 정규화 주파수(normalized frequency) 또는 V-넘버(V-number)에 의해 특징지어 진다. 계단형 굴절률 분포(step-index profile)를 갖는 광섬유에 대해 코어의 굴절률을 n1, 클래딩의 굴절률을 n2, 코어의 반경을 a, 광원의 파장을 λ라고 할 때, V는 다음 수학식 1로 표현될 수 있다.Fibers are characterized by normalized frequency or V-number. For an optical fiber having a step-index profile, the refractive index of the core is n 1 , the refractive index of the cladding is n 2 , the radius of the core is a and the wavelength of the light source is λ. It can be expressed as.

Figure 112004010665040-pat00001
Figure 112004010665040-pat00001

만일 V가 2.405보다 작으면 코어에 하나의 전송모드만을 가지게 된다. 즉, 주어진 광섬유 조건에서 파장이 이보다 길면 단일 모드 조건이 되는 특정한 차단 파장(cutoff wavelength) λc가 존재하게 된다.If V is less than 2.405, there is only one transmission mode in the core. In other words, if the wavelength is longer than this in a given optical fiber condition, there is a specific cutoff wavelength λ c which becomes a single mode condition.

따라서, 단일모드 광섬유는 통상 차단 파장보다 장파장의 빛을 이용하며, 단일모드 광섬유라도 차단파장 이하의 단파장에서는 다중모드 광섬유가 되어 모드 분 산의 특성이 나타나게 된다(참고문헌 : K. Okamoto, "Fundamentals of Optical Waveguide", Academic Press, San Diego, 2000).Therefore, single-mode optical fibers usually use longer wavelengths than the cut-off wavelength, and even short-wavelength single-mode optical fibers become multi-mode optical fibers that exhibit the characteristics of mode dispersion (Ref. K. Okamoto, "Fundamentals of Optical Waveguide ", Academic Press, San Diego, 2000).

통상의 단일모드 광섬유는 차단 파장이 1.1∼1.2㎛ 정도이고 1.3㎛와 1.5㎛부근의 파장의 광원을 주로 이용한다. 이하에서는 이러한 광섬유를 "표준 단일모드 광섬유"라 칭하기로 한다. 표준 단일모드 광섬유보다 코어의 반경이 작으면 차단 파장은 짧아지게 되어 850nm 정도의 파장에서도 단일모드 특성을 가질 수 있으나, 이러한 단파장 단일모드 광섬유는 널리 이용되고 있지 않다. 단파장이라 함은 표준화된 단일모드 광섬유의 차단 파장, 1.1∼1.2㎛보다 짧은 파장으로 특히, 반도체 레이저 광원을 쉽게 구할 수 있는 600∼1000nm 사이의 파장을 말한다.Conventional single mode optical fiber mainly uses a light source having a cutoff wavelength of about 1.1 to 1.2 m and a wavelength of 1.3 m and 1.5 m. Hereinafter, such an optical fiber will be referred to as a "standard single mode optical fiber". If the radius of the core is smaller than that of the standard single-mode fiber, the cutoff wavelength is shortened, and thus the single-wavelength single-mode fiber is not widely used. The short wavelength refers to a cutoff wavelength of a standardized single mode optical fiber, a wavelength shorter than 1.1 to 1.2 mu m, especially a wavelength between 600 and 1000 nm for which a semiconductor laser light source can be easily obtained.

표준 단일모드 광섬유에 차단 파장보다 단파장의 빛, 예를 들어 850nm의 빛이 입사되면 표준 단일모드 광섬유는 다수의 모드를 가지게 된다. V-넘버가 2.4에서 3.3 사이이면 선형 편광 LP 모드(Linearly-polarized mode) 관점에서 LP01과 LP11, 2개의 모드를 가지게 된다. 그리고, V가 3.3보다 크고 5.0 사이인 정도이면 LP01, LP11, LP02, LP21, 4개 정도의 모드를 가지게 된다. When a standard wavelength of single-mode fiber is shorter than the cutoff wavelength, for example, 850 nm, the standard single-mode fiber has multiple modes. If the V-number is between 2.4 and 3.3, there are two modes, LP 01 and LP 11 , in terms of linearly-polarized mode. If V is greater than 3.3 and between 5.0, LP 01 , LP 11 , LP 02 , LP 21 , and 4 modes are available.

파장과 V-넘버가 반비례 관계이므로 1.3㎛의 차단 파장을 갖는 단일모드 광섬유는 650nm 파장에서 V는 4.8이 될 것이다. 고로, 표준화된 단일모드 광섬유는 650nm 파장에서 V가 4.8보다 작을 것이고 대략 4.5에서 4.8 사이가 된다. 이 영역에서는 4개의 LP 모드가 가능하게 된다. 850nm에서는 V-넘버가 3.4에서 3.7정도로 3개 정도의 LP 모드가 가능하게 된다.Since the wavelength and the V-number are inversely related, a single-mode fiber with a blocking wavelength of 1.3 μm will have a V of 4.8 at 650 nm. Thus, a standardized single mode fiber will have a V less than 4.8 at 650 nm wavelength and be approximately between 4.5 and 4.8. Four LP modes are possible in this area. At 850nm, V-numbers range from 3.4 to 3.7, enabling three LP modes.

이와 같이 표준 단일모드 광섬유는 단파장에서 4개 이하의 모드를 가지게 된다.As such, a standard single-mode fiber will have less than four modes at short wavelengths.

한편, 단파장에서 광섬유를 통해 전파되는 빛이 항상 단일한 모드로 전송될 수 있도록 구현한다면, 다음과 같은 이점들을 얻을 수 있다.On the other hand, if the light propagating through the optical fiber in a short wavelength is always implemented in a single mode, the following advantages can be obtained.

광섬유를 통해 단일한 모드 특히, 기저 모드로 빛을 도파 시키면 빔의 품질을 떨어뜨리지 않고 원거리로의 전송이 가능하다. 특히, 원통형 구조의 광섬유의 기저 모드는 가우시언 빔(Gaussian beam)과 유사한 수직 전기장 분포를 가지고 있어서 렌즈를 통해 변형 없이 처리할 수 있고, 모드간 결합에 의한 잡음 추가가 없기 때문에, 광학적 측정 장치의 광신호의 연결에 유용하게 적용될 수 있다. 게다가, 모드간의 전파 시간차에 의해 발생하는 모드 분산(modal dispersion) 문제가 발생하지 않으므로 광통신 분야에서 다양하게 활용될 수 있다는 이점이 있다.Waveguides of light in a single mode, especially in ground mode, through fiber optics allow long-distance transmission without compromising the quality of the beam. In particular, the base mode of the optical fiber having a cylindrical structure has a vertical electric field distribution similar to that of a Gaussian beam, which can be processed without distortion through the lens, and since there is no noise added by the coupling between modes, It can be usefully applied to the connection of the optical signal. In addition, since there is no problem of modal dispersion caused by the propagation time difference between modes, there is an advantage that it can be variously used in the field of optical communication.

단파장의 빛을 광섬유를 통해 단일 모드, 특히 기저 모드로 보내기 위한 종래의 방법으로는 다음과 같은 것이 있다.Conventional methods for directing short wavelength light through a fiber optic to single mode, in particular base mode, are as follows.

첫 번째 방법은 차단파장이 단파장인 새로운 종류의 단일모드 광섬유를 사용하는 것이다.The first is to use a new type of single-mode fiber with shorter wavelengths.

단파장에서 단일모드인 광섬유는 코어의 반경을 줄이거나 코어와 클래딩의 굴절률차를 줄임으로써 제작이 가능하다.Fibers that are monomode at short wavelength can be fabricated by reducing the radius of the core or by reducing the refractive index difference between the core and the cladding.

하지만 이 방법은 시중에서 구하기 힘든 표준적이지 않은 특별한 광섬유를 별도로 마련해야 한다는 점에서 문제를 갖는다. 뿐만 아니라 1.5㎛ 이상의 장파장의 빛에 대한 구부림 손실(bend loss)이 크기 때문에 비록 단파장에서 단일모드의 전송특성을 얻는다 하더라도 장파장의 사용을 포기하는 수밖에 없다.However, this method has a problem in that it is necessary to prepare a special non-standard optical fiber which is difficult to obtain on the market. In addition, since the bend loss for long wavelength light of 1.5 μm or more is large, the use of long wavelength is bound to be abandoned even if a single mode transmission characteristic is obtained at short wavelength.

단파장의 빛을 광섬유를 통해 단일 모드로 보내기 위한 두 번째 방법은, 기저 모드를 제외한 나머지 모드들, 즉 고차 모드들이 갖는 광파워를 특별한 광소자를 통해 광섬유에서 제거하는 것이다.The second way to send short wavelength light through a single fiber is to remove the optical power from modes other than the base mode, that is, higher-order modes, through a special optical device.

4개 가량의 적은 수의 모드를 갖는 다중모드 전송에서는 광섬유 자체에서는 모드간의 큰 유효 굴절률(effective index)의 차이로 인해 별다른 모드간 결합(inter-mode coupling)이 없다고 볼 수 있다. 때문에 기저 모드를 제외한 고차 모드를 제거할 수 있다면 전송 시스템은 실질적으로 단일 모드 전송이 된다. 이 점에서 고차 모드를 선택적으로 광섬유에서 제거하는 방법의 사용이 가능하다.In multimode transmission with as few as four modes, there is no inter-mode coupling in the optical fiber itself due to the large difference in effective index between modes. Therefore, if the higher-order mode except base mode can be eliminated, the transmission system is substantially single mode transmission. In this regard, it is possible to use a method of selectively removing the higher order mode from the optical fiber.

비록 광섬유 자체는 단파장에서 다중모드를 가지게 되나 실제 광신호는 기저 모드를 통해서만 전달되도록 고차 모드 제거 필터가 기능하므로 이것은 유사 단일모드 전송이라고 할 수 있다. 이 방법은 새로운 종류의 광섬유를 필요치 않고 오직 기존에 사용되고 있는 표준 단일모드 광섬유에 적절한 고차 모드 제거의 수단을 추가하여 단파장 영역에서 단일모드 전송의 특성을 얻는다는 점에서 경제적인 방법이다.Although the fiber itself has multimode at short wavelengths, it can be called pseudo monomode transmission because the higher order mode rejection filter functions so that the actual optical signal is transmitted only through the base mode. This method is economical in that it does not require a new kind of optical fiber but only adds the proper higher-order mode elimination means to the existing standard single-mode fiber to obtain the characteristics of single-mode transmission in the short wavelength region.

고차 모드를 제거하기 위해서 기존에 제안된 방법으로는 우선 구부림에 의한 제거 방법이 있다(참고문헌: US Patent No. 5,013,118 "Filtering high order modes of short wavelength signals propagating in long wavelength single mode fibers"). 구부림에 의한 손실은 그 유효굴절률이 낮은 모드가 더 크게 얻게 되므로 고차 모드가 더 큰 구부림 손실을 갖게 된다. 이 방법은 적절한 구부림의 양만 결정하면 되므로 쉽게 구현될 수 있다.In order to remove the higher-order mode, a conventionally proposed method is a removal method by bending first (see US Patent No. 5,013,118 "Filtering high order modes of short wavelength signals propagating in long wavelength single mode fibers"). The loss due to bending is higher in the mode with the lower effective refractive index, so that the higher order mode has the larger bending loss. This method is easy to implement because you only need to determine the appropriate amount of bending.

그러나 장파장의 기저 모드 역시 단파장의 기저 모드에 비해 큰 구부림 손실이 발생한다. 예를 들어, 850nm의 고차 모드를 제거하기 위한 구부림은 필연적으로 1550nm의 기저 모드로 도파되는 빛에도 손실을 주게 된다.However, the long wavelength base mode also has a large bending loss compared to the short wavelength base mode. For example, bending to remove the higher order mode of 850 nm will inevitably cause loss even in light that is guided to the 1550 nm base mode.

고차 모드를 제거하기 위한 다른 방법으로는 광결합(optical coupling) 특성을 이용한 제거 방법이 있다. 광결합 커플러(fiber-optic coupler)나 광섬유 격자(fiber grating devices) 등의 소자들은 모두 이러한 광결합 특성에 의존하고 있는데, 이 특성을 이용하면 저차 모드나 고차 모드만을 원하는 모드로 결합시킬 수 있기 때문에 고차 모드 제거의 특성을 가지도록 설계할 수 있다. 예를 들어, 고차 모드들만을 클래딩 모드와 결합하도록 광결합의 기술을 이용하면 고차 모드를 코어에서 제거할 수 있다.Another method for removing the higher order mode is the removal method using optical coupling characteristics. Devices such as fiber-optic couplers and fiber grating devices all rely on these optical coupling characteristics, which allow you to combine only the lower or higher order modes into the desired mode. It can be designed to have the characteristics of higher-order mode rejection. For example, using the technique of optical coupling such that only the higher order modes are combined with the cladding mode, the higher order mode can be removed from the core.

이 방법은 기술 적용이 용이하다는 점에서 장점이 있지만 광결합의 특성이 근본적으로 파장 의존성을 지닌다는 점을 충분히 고려하지 않고 있다. 예를 들어, 파장이 850nm에서 이상적인 고차 모드 제거의 특성을 보일 때 650nm에서는 고차 모드를 완전히 제거하지 못하게 되며, 이는 불가피하게 장파장, 예를 들어 1550nm의 기저 모드의 광파워 역시 제거될 가능성을 안고 있다.This method has advantages in that it is easy to apply the technology, but it does not fully consider that the nature of the optical coupling is fundamentally wavelength dependent. For example, when the wavelength exhibits an ideal higher-order mode rejection at 850 nm, it will not be possible to completely remove the higher-order mode at 650 nm, which inevitably has the potential to eliminate long wavelengths, for example at 1550 nm base mode optical power. .

이상과 같이, 단파장의 빛을 광섬유를 통해 단일 모드로 전송하기 위한 종래의 방법에서는 상술한 바와 같은 근본적인 문제들이 존재하기 때문에 이를 최소화하기 위한 보다 구체적인 설계 및 구현 기술이 요구된다.As described above, in the conventional method for transmitting light having a short wavelength in a single mode through an optical fiber, there are fundamental problems as described above, and therefore, more specific design and implementation techniques are required to minimize the problems.

본 발명은 상술한 요구에 의해 안출한 것으로, 넓은 파장 영역에서 효과적으로 고차 모드를 제거하면서, 차단파장보다 장파장의 영역에서는 단일 모드에 의한 전송 능력에 문제가 없는 특성을 갖는 고차 모드 제거 필터링 기능을 갖는 단일모드 광섬유 구조를 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described requirements, and has a higher order mode rejection filtering function that effectively removes the higher order mode in a wider wavelength range and has a problem that the transmission capability of a single mode is longer in the longer wavelength region than the blocking wavelength. Its purpose is to provide a single mode optical fiber structure.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 광이 도파되는 코어와 코어보다 굴절률이 낮은 클래딩부로 구성된 광학적 도파로(optical waveguide)에 있어서, 광을 입사시키는 입력 단일모드 광섬유로부터 다수의 모드를 통해 광이 입사되고, 입사된 광이 코어를 통해 전파되면서 점진적으로 상기 코어의 단면 크기 또는 상기 코어의 굴절률 또는 상기 단면과 굴절률이 함께 줄어드는 전이영역(transition region)과, 코어에 기저 모드, 즉 단일한 모드만을 가지는 단계까지 줄어드는 단일모드 영역(single-mode region)과, 최종적으로 다시 코어의 단면 크기 혹은 코어의 굴절률 혹은 이 둘이 함께 점진적으로 증가하여 다시 원래의 값으로 회복되는 또 하나의 전이영역을 가지고 이렇게 순차적으로 통과된 빛을 받는 출력 단일모드 광섬유에 입사되는 구조에서, 입사되는 기저 모드를 제외한 고차 모드들이 단일모드 영역에서 클래딩에 의해 도파되는 클래딩 모드(cladding modes) 혹은 도파되지 않는 복사 모드(radiation modes)가 되도록 하여 다시 코어부로 재입사되지 않도록 하여 고차 모드에 의해 도파되는 빛을 제거하는 고차 모드 제거 필터링 기능을 갖는 단일모드 광섬유 구조를 제공한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving this object, in an optical waveguide consisting of a core to which light is guided and a cladding portion having a lower refractive index than the core, a plurality of modes from an input single mode optical fiber for injecting light Light is incident through the transition region where the cross-sectional size of the core or the refractive index of the core or the cross-section and the refractive index are reduced together as the incident light propagates through the core, The single-mode region is reduced to the stage with only a single mode, and finally another transition region where the cross-sectional size of the core or the index of refraction of the core, or both, gradually increases and returns to its original value. Incident on the output single-mode optical fiber In the structure, the higher-order modes, except the incident base mode, are either cladding modes that are guided by the cladding or unguided radiation modes in the single-mode region, so that they do not re-enter the core again, so that higher-order modes It provides a single mode optical fiber structure having a high order mode rejection filtering function to remove light guided by.

또한, 본 발명에 따른 광섬유 구조는, 그 양단에 입력 광섬유와 출력 광섬유로 연결되어 사용되는 하나의 광소자로 입력 광섬유에 다수의 모드로 광이 입사되 는데 반해 출력 광섬유측에서는 더 이상 고차 모드에 광이 실리지 않고 오직 기저 모드만을 통과시키는 기저 모드 통과 필터로서 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical fiber structure according to the present invention is a single optical element connected to the input optical fiber and the output optical fiber at both ends thereof, and light is incident on the input optical fiber in multiple modes, whereas the light is no longer in the higher order mode on the output optical fiber side. It functions as a base mode pass filter that passes only the base mode without being loaded.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

설명에 앞서, 본 발명에서 제시하는 필터의 도파로 구조는 여러 가지를 고려할 수 있으나 입사 중에 모드 결합을 피하기 위해서는 입력 또는 출력 단일모드 광섬유와 같은 구조를 전이영역의 입력 및 출력부에서 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 가장 이상적인 도파로 구조는 본 발명이 제시하는 고차 모드 제거 필터와 연결되어 사용될 광섬유 그 자체이다. 또한, 현실적으로 입력 단일모드 광섬유와 출력 단일모드 광섬유는 동일한 종류의 광섬유인 경우만 생각할 수 있을 것이다.Prior to the description, the waveguide structure of the filter according to the present invention may be considered in various ways, but in order to avoid mode coupling during incidence, it is preferable to have a structure such as an input or output single mode optical fiber at the input and output portions of the transition region. Thus, the most ideal waveguide structure is the optical fiber itself to be used in conjunction with the higher order mode rejection filter proposed by the present invention. Also, realistically, the input single mode optical fiber and the output single mode optical fiber may be considered only if they are the same kind of optical fiber.

이러한 구조의 필터는 입력 또는 출력 단일모드 광섬유와 동일한 종류의 단일모드 광섬유를 가공하여 제작하는 것이 가능하고 또한 이러한 방법이 가장 이상적일 것이다. 특히, 광섬유 코어의 단면 크기를 점진적으로 줄이는 것은 이미 제작된 광섬유를 2차 가공하여 쉽게 제작할 수 있고, 이러한 방법으로 본 발명이 제시하는 고차모드 제거를 위한 구조를 생성하는 것이 경제적인 방법이다.Such a filter can be fabricated by fabricating the same kind of single mode fiber as the input or output single mode fiber, and this method would be ideal. In particular, the progressive reduction of the cross-sectional size of the optical fiber core can be easily manufactured by secondary processing the already produced optical fiber, and in this way it is economical to create a structure for the higher-order mode removal proposed by the present invention.

본 발명에서는 단일모드 광섬유의 일정 부분에 열을 가하면서 양쪽 방향으로 잡아 당겨 늘림으로써 테이퍼한 허리(tapered waist) 형태의 구조를 형성한다. 즉, 길이축으로 점진적으로 그 반경이 줄었다가 다시 회복되는 절구통과 같은 형상이 다.In the present invention, a tapered waist-shaped structure is formed by pulling up and stretching in both directions while applying heat to a portion of a single mode optical fiber. In other words, the shape of the mortar is gradually reduced in the longitudinal axis and then recovered again.

이러한 테이퍼한 허리 형태의 구조는 중심부에 단일모드 영역을 갖도록 할 수 있고 그 양측으로 전이영역을 갖게 된다. 이 테이퍼한 허리 형태의 구조는 코어와 클래딩의 구조를 가지고 있고 각각의 굴절률은 늘리기 전과 거의 동일하다. 그러나 코어의 반경은 줄어들게 되고 이에 따라 허리 부분의 V-넘버는 줄어들게 된다.This tapered waist structure can have a single mode region at the center and transition regions on both sides thereof. This tapered waist structure has a core and cladding structure, and each of the refractive indices is about the same as before. However, the radius of the core is reduced, which in turn reduces the waist V-number.

단일모드 영역을 만들기 위해 고려되어야 할 사항은 허리 중심부의 최소 광섬유 직경이다. 허리 부분의 V-넘버를 650nm 파장에서 단일모드가 되도록 하기 위해서는 허리부분의 코어와 클래딩 반경이 늘리기 전에 비해 절반 정도가 되면 된다.Consideration for creating a single-mode region is the minimum fiber diameter at the waist center. In order to bring the waist V-number into a single mode at 650nm wavelength, the core and cladding radius of the waist are about half as much as before.

이러한 단일모드 영역에서 단파장의 빛들도 코어에서 역시 기저 모드만을 가진다. 나머지 모드들은 모두 클래딩의 경계면에 의해 도파되는 클래딩 모드로 결합된다. 일단 클래딩으로 제거된 고차모드들은 다시 코어로 재결합될 가능성이 낮다.Short wavelengths of light in this single mode region also have only a base mode in the core. The remaining modes are all combined in the cladding mode which is guided by the interface of the cladding. Higher modes, once removed by cladding, are less likely to recombine back into the core.

그러나, 다시 전이영역을 거치면서 코어로 재결합될 가능성은 다소나마 존재하며 또한 이 재결합은 파장 의존성을 가지고 있으므로 고차모드 제거의 특성은 파장의존성을 띄게 된다. 고로 단일모드 영역에서 클래딩 모드가된 고차 모드들을 확실히 제거해주는 과정이 더해지면 더욱 확실한 고차 모드 제거 특성을 가질 것이다.However, there is some possibility of recombination to the core through the transition region again, and since this recombination has wavelength dependency, the characteristic of higher-order mode elimination becomes wavelength dependent. Therefore, the process of reliably removing the higher order modes that become the cladding mode in the single mode region will have a more reliable higher order mode elimination characteristic.

허리 부분의 클래딩을 클래딩과 굴절률이 같거나 더 높은 물질인 클래딩 외부(cladding coating)로 둘러싸서 클래딩 모드들을 이 클래딩 외피쪽으로 제거한 후에 여기서 산란, 흡수 등의 감쇄 작용을 하도록 하면 제거된 광이 다시 클래딩을 거쳐 코어로 재결합될 가능성을 제거할 수 있다.Surround the cladding at the waist with a cladding coating, a material of the same or higher refractive index than the cladding, and remove the cladding modes towards the cladding sheath, where the attenuated action of scattering, absorption, etc. is removed. Can eliminate the possibility of recombination into the core.

즉, 본 발명에서 제시하는 고차 모드 제거 방법은 단일모드 광섬유의 중간 지점에 원래의 광섬유 구조와 굴절률의 차이를 유지하나 다만 그 직경축으로 길이가 점진적으로 축소되는 테이퍼한 허리(tapering waist) 형태의 구조를 만들고 이러한 허리 형태의 클래딩 외벽에 클래딩보다 굴절률이 더 높거나 같은 물질의 외피를 입혀, 단일모드 광섬유 내에서 전파되는 고차 모드들이 이 허리부분을 지나면서 그 부분의 축소된 코어 반경으로 인해 더 이상 코어에 의해 도파되는 코어 모드가 되지 못하고 클래딩과 클래딩 외피로 제거되도록 하는데 특징이 있다.That is, the higher order mode elimination method of the present invention maintains the difference between the original optical fiber structure and the refractive index at the intermediate point of the single mode optical fiber, but has a tapered waist shape in which the length is gradually reduced to its diameter axis. By creating a structure and covering the waist-shaped cladding outer wall with a material with a higher refractive index or the same material as the cladding, higher-order modes propagating within a single-mode fiber pass through this waist and are more likely due to the reduced core radius of that part. It is characterized in that the core mode guided by the abnormal core cannot be removed and the cladding and the cladding skin are removed.

이때, 한번 클래딩 외피로 제거된 광신호는 다시 코어로 되돌아 올 수 없게 되고, 반면 코어의 기저 모드는 이 잘록한 허리 부분을 지나면서 거의 영향을 받지 않게 된다. 여기서 잘록한 허리의 중심부분에서 광섬유의 최저 반경의 값은 사용하고자 하는 단파장의 빛이 이 최저 반경 값에 대해 코어에 기저 모드만이 여기할 수 있는 값으로, 즉 V-넘버가 2.405보다 작은 값이 되는 광섬유 반경보다 작아야 한다.At this point, the optical signal once removed by the cladding jacket cannot return back to the core, whereas the base mode of the core is almost unaffected as it passes through this narrow waist. Here, at the center of the narrow waist, the value of the lowest radius of the fiber is such that the light of short wavelength to be used can only excite the base mode to the core for this lowest radius value, i.e. the value of V-number less than 2.405. Should be smaller than the radius of the fiber.

본 발명에 따른 방법이 구부림에 의해서나 모드결합 방법에 의해 고차 모드를 제거하는 방법에 비해 갖는 장점은 다음과 같다.Advantages of the method according to the present invention over the method of removing the higher order mode by bending or mode combining method are as follows.

첫째, 테이퍼한 허리는 광섬유에 적절한 열(약 1400∼1700℃)을 가해주고 양쪽에서 잡아 늘리는 방법으로 생성할 수 있으므로 제조가 간단하다.First, the tapered waist is simple to manufacture because it can be produced by applying appropriate heat (about 1400-1700 ° C) to the optical fiber and stretching it from both sides.

둘째, 본 방법은 코어의 기저 모드와 고차 모드가 갖는 근본적 특성을 이용 한 것으로 파장에 대한 의존성이 작거나 거의 없다.Secondly, this method takes advantage of the fundamental characteristics of the base mode and the higher order mode of the core and has little or no dependence on wavelength.

셋째, 흔히 모드결합에 의한 장치들이 보이는 온도 의존성 같은 문제가 없이 그 작동이 신뢰성이 있다.Third, its operation is reliable without problems such as the temperature dependence seen by devices, often by mode coupling.

넷째, 잘록한 허리는 그 길이가 5∼20cm 정도로 짧아 작은 소자로 제작이 가능하므로 그 부피와 무게가 작다.Fourth, the narrow waist has a short length of about 5 to 20 cm and can be manufactured as a small element, so its volume and weight are small.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명에서 제시하는 고차 모드 제거 필터링 기능을 갖는 광섬유의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an optical fiber having a high order mode cancellation filtering function according to the present invention.

도 1에서의 고차 모드 제거 필터링 기능을 갖는 광섬유는 기본적으로 단일모드 광섬유를 이용하여 만든 광섬유 소자로서, 클래딩(cladding)(10)과, 표준 단일모드 광섬유 특성을 갖는 코어(core)(12)와, 클래딩(10)과 비슷하거나 약간 높은 굴절률을 갖는 클래딩 모드 제거 외피(14)로 이루어진다.The optical fiber having the higher order mode elimination filtering function in FIG. 1 is basically an optical fiber device made using a single mode optical fiber, and includes a cladding 10 and a core 12 having standard single mode optical fiber characteristics. , A cladding mode removal envelope 14 having a refractive index similar to or slightly higher than cladding 10.

도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 광섬유는 코어(12)와 클래딩(10)을 갖는 표준 단일모드 광섬유의 중간 지점이 테이퍼한 허리(tapered waist) 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.As shown, the optical fiber according to the present embodiment is characterized in that the intermediate point of the standard single-mode optical fiber having the core 12 and the cladding 10 is formed in a tapered waist shape.

도면의 광섬유 구조를 영역별로 그 기능을 분류하면, I부분은 광이 입사되는 입력 광섬유이고, A는 첫 번째 전이영역, B는 단일모드 영역, C는 두 번째 전이영역이고, 마지막으로 O는 고차모드가 제거된 광출력을 내보내는 출력 광섬유이다.If the optical fiber structure in the figure is classified by function, part I is the input fiber to which light is incident, A is the first transition region, B is the single mode region, C is the second transition region, and O is the higher order. It is an output fiber that emits light output without the mode.

도면 부호 16의 점선 화살표는 기하 광학적인 도시 방법으로 가상적 기저모 드의 흐름을 표시한 것으로, 특성의 변화 없이 입력 광섬유에서 출력 광섬유로 통과하게 된다.The dotted line arrow 16 indicates the flow of the hypothetical base mode by the geometric optical diagram, and passes from the input optical fiber to the output optical fiber without changing the characteristics.

도면 부호 18의 점선 화살표는 고차모드의 흐름을 나타낸 것으로, 단일모드 영역에서 클래딩(10)으로 제거된 후에 다시 클래딩 모드 제거 외피(14)로 제거되고 그 내부와 표면에서 산란과 흡수를 거쳐 소멸되게 된다.The dashed line arrow 18 denotes the flow of the higher order mode, which is removed by the cladding 10 in the single mode region and then removed by the cladding mode elimination envelope 14 and then dissipated through scattering and absorption in its interior and surface. do.

테이퍼한 허리 형태를 갖기 전의 코어와 클래딩의 직경이 각각 d와 D라고 했을 때, 허리 부분 즉, 단일모드 영역(B)에서의 코어와 클래딩 직경은 dw와 Dw로 줄게 된다. 허리 부분의 코어 직경과 클래딩 직경의 비율은 허리가 없는 부분에서와 같다. 즉, dw/Dw = d/D 이다. 이는 공히 '축소률'로 지칭된다.When the diameters of the core and the cladding before the tapered waist shape are d and D, respectively, the core and the cladding diameters in the waist portion, that is, the single mode region B, are reduced to d w and D w . The ratio of core diameter to cladding diameter in the waist is the same as in the absence of waist. That is, d w / D w = d / D. This is also referred to as 'reduction rate'.

이러한 허리 구조는 표준 단일모드 광섬유의 중간 지점에 1400도 이상의 고온을 주고 광섬유 양쪽에서 살짝 잡아당김으로써 구현될 수 있다. 이때 허리의 폭은 광섬유의 직경이 줄어들기 시작하는 지점의 양쪽 끝의 길이로서 도 1에서와 같이 W로 표기할 수 있다. 허리의 폭과 허리의 코어 직경은 제작시 광섬유에 고온이 얼마만큼의 폭으로 주어지는가와 양쪽에서 잡아당겨진 길이가 얼마인가에 의해 결정될 수 있다.This waist structure can be realized by giving a high temperature of more than 1400 degrees to the midpoint of a standard single-mode fiber and pulling it slightly on both sides of the fiber. At this time, the width of the waist is the length of both ends of the point where the diameter of the optical fiber begins to decrease may be denoted as W as in FIG. The width of the waist and the core diameter of the waist can be determined by how wide the high temperature is given to the optical fiber during manufacture and how long it is pulled on both sides.

이렇게 제작된 도 1과 같은 허리에서는 V-넘버가 코어 직경이 줄어듦에 따라 같은 비율로 줄게 된다. 즉, 정규화 주파수, V는 축소률과 비례하여 줄게 된다.In the manufactured waist as shown in FIG. 1, the V-number is reduced at the same rate as the core diameter is reduced. In other words, the normalized frequency, V, decreases in proportion to the reduction ratio.

이로써 650nm 정도의 단파장에 대해 허리 부분이 단일모드 조건을 가질 수 있게 된다. 1.2㎛ 파장에서 차단 파장을 갖는 표준 단일모드 광섬유에 경우 dw가 d 의 절반이 되면 600nm 이상의 파장에서 단일모드가 된다. 고로, 650nm에서 890nm 정도의 단파장의 이용을 고려한다면 허리 부분에서는 코어와 클래딩 직경을 1/2로 줄이면 된다.This allows the waist to have a single-mode condition for short wavelengths around 650 nm. For a standard single-mode fiber with a cutoff wavelength at 1.2 μm, d w becomes half of d and becomes single mode at a wavelength above 600 nm. Therefore, considering the use of shorter wavelengths from 650nm to 890nm, the core and cladding diameters should be reduced to half at the waist.

이용하고자 하는 주된 단파장이 850nm이므로 허리 중앙에서의 최소 광섬유 직경은 줄이기 전의 광섬유 직경에 비해 3/4보다는 작아야 할 것이다.Since the main short wavelength to be used is 850 nm, the minimum fiber diameter at the waist center should be less than 3/4 of the fiber diameter before reduction.

이러한 허리 부분에서 고차 모드들은 클래딩 모드가 된다. 만약 클래딩 모드를 제거하지 않으면 이러한 클래딩 모드들은 다시 허리를 지나면서 코어의 모드와 재결합할 수 있다. 이를 막기 위해 허리에서는 클래딩 모드를 확실히 제거해 주어야 한다.In this waist portion, the higher order modes become the cladding mode. If the cladding modes are not removed, these cladding modes can recombine with the core's mode as they pass back around the waist. To prevent this, the cladding mode must be removed from the waist.

외피(13)는 클래딩(10)보다 굴절률이 같거나 높기 때문에 클래딩(10)의 모드들을 외피(13)쪽으로 잡아 빼게(strip out) 된다. 이런 광이 다시 코어의 모드와 결합하여 코어로 재진입하지 못하도록 하기 위해서는 외피(14)의 형태와 재질에 있어 주의가 필요하다.Since the skin 13 has the same or higher refractive index than the cladding 10, the modes of the cladding 10 are stripped out toward the skin 13. Care must be taken in the shape and material of the shell 14 to prevent such light from re-entering the core in combination with the mode of the core.

첫째로, 클래딩 외피(14)의 직경은 클래딩보다 2배 이상 충분히 큰 것이 코어 모드와의 결합도를 낮춰준다. 또한, 클래딩 외피(14)와 클래딩의 배치가 회전대칭성을 가지지 않도록 클래딩이 클래딩 외피(14)의 중심에서 편심된 형태로 배치되는 것이 좋다. 동일한 효과가 클래딩 외피(14)의 외부 표면의 형상이 회전 대칭성을 가지지 않을 경우 발생한다.First, the diameter of the cladding sheath 14 is sufficiently larger than twice the cladding to lower the bond with the core mode. In addition, it is preferable that the cladding is arranged in an eccentric form at the center of the cladding sheath 14 so that the arrangement of the cladding sheath 14 and the cladding does not have rotational symmetry. The same effect occurs when the shape of the outer surface of the cladding skin 14 does not have rotational symmetry.

이와 같이 클래딩 외피(14)의 형상이나 클래딩 외피(14) 내에서의 광섬유 배치는 모드 결합 이론을 사용하여 광이 광섬유 코어에 재진입할 확률을 최소화하도 록 설계될 수 있다.As such, the shape of the cladding sheath 14 or the placement of the fiber within the cladding sheath 14 may be designed to minimize the probability of light re-entering the fiber core using mode coupling theory.

둘째로, 클래딩 외피(14)의 재질이 빛을 잘 흡수하거나 혹은 잘 산란시키는 재질이면 코어 모드와 결합되기 전에 클래딩 외피(14)에서의 광을 제거할 수 있다. 클래딩 외피(14)의 표면을 산란이 잘 일어나도록 거칠게 표면 처리를 해주는 것도 동일한 효과를 얻을 수 있다.Second, if the material of the cladding jacket 14 is a material that absorbs or scatters light well, light from the cladding jacket 14 may be removed before being combined with the core mode. The same effect can be obtained by roughly treating the surface of the cladding shell 14 so that scattering occurs well.

전이영역(A, C)에서는 길이 방향으로 점진적으로 코어의 직경이 줄어들었다가 늘어난다. 이때 코어 직경의 변화률은 상당히 작아야 기저 모드가 손실을 얻지 않는다. 전이영역의 길이는 파장보다 충분히 길어야 하고 최소 100배 이상이어야 하므로 전이영역의 길이는 100μm이상이 될 것이다.In the transition regions A and C, the diameter of the core gradually decreases and then increases in the longitudinal direction. At this time, the rate of change of the core diameter should be quite small so that the base mode does not lose. The length of the transition region should be at least 100 times longer than the wavelength and should be at least 100 times the length of the transition region.

한편, 단일모드 영역의 길이는 길수록 더 확실히 고차 모드가 제거될 것이지만 기저 모드 역시 단일모드 영역에서 손실을 얻을 수 있으므로 너무 길지 않는 게 좋다. 때문에 허리의 폭, W는 최소 200μm 이상이 되어야 하고 실질적으로는 1∼10mm 정도가 바람직하다.On the other hand, the longer the length of the single-mode region, the more surely the higher-order mode will be eliminated, but it is better not to be too long because the base mode can also lose the single-mode region. Therefore, the width of the waist, W should be at least 200μm and substantially 1 to 10mm is preferred.

허리의 길이가 충분히 길고 따라서 허리를 만들기 위한 직경이 줄어드는 경사각이 충분히 작다면 기저 모드가 갖는 손실은 매우 작다. 따라서, 이 구간에서의 색분산(chromatic dispersion)이나 비선형 광학적(non-linear optical) 특성은 무시될 수 있으므로, 이러한 허리 구조는 장파장의 단파장 및 다파장 전송 능력에 저하를 가져다 주지 않는다. 다만, 약간의 광파워 손실을 가져올 수는 있다.The loss of the ground mode is very small if the length of the waist is long enough and thus the angle of inclination, which reduces the diameter to make the waist, is small enough. Therefore, chromatic dispersion or non-linear optical characteristics in this section can be neglected, so this waist structure does not degrade the short wavelength and the multi-wavelength transmission capability of the long wavelength. However, it may cause some optical power loss.

이러한 고차모드 제거 필터는 사용하고자 하는 단일모드 광섬유의 한 지점에 용융접합(fusion splicing)과 같은 방법으로 부착될 수 있다. 용융접합은 통상적으 로 광섬유 연결에 흔히 사용되고 있고, 정렬오차가 0.5μm 이하이다. 이런 용융접합의 작은 정렬오차에 의해서는 제거된 고차모드가 기저모드와의 모드 결합에 의해 다시 광파워를 공급받을 가능성이 매우 작다. 때문에 고차모드 제거 필터는 이와 같은 방법으로 단일모드 광섬유에 쉽게 부착 설치될 수 있게 된다.Such a higher order mode elimination filter may be attached to a point of a single mode optical fiber to be used in the same manner as fusion splicing. Melt splices are commonly used in fiber optic connections, with alignment errors of less than 0.5 μm. Due to this small alignment error of the melt joint, it is very unlikely that the removed higher order mode is supplied with optical power again by mode coupling with the base mode. Therefore, the higher-order mode elimination filter can be easily attached to a single mode fiber in this manner.

도 2는 790nm 파장에 대해 800m 길이의 단일모드 광섬유 링크에서 본 발명이 제시하는 고차-모드 제거 필터를 설치한 임펄스 응답 곡선 그래프(a)와, 본 필터를 설치하지 않은 경우의 임펄스 응답을 보이는 실험 결과 그래프(b)이다.FIG. 2 shows an impulse response curve graph (a) with the higher-mode cancellation filter presented by the present invention in a single mode optical fiber link of 800m length for 790nm wavelength, and an experiment showing the impulse response when the present filter is not installed. Result graph (b).

임펄스 응답이란 매우 짧은 시간폭을 갖는 광신호 펄스를 입력하고 800m 길이의 단일모드 광섬유를 통과한 후에 이를 고속의 광수신기로 받아서 시간축에서 살펴본 것이다.An impulse response is a time signal input from an optical signal pulse having a very short time width, passed through a 800m long single mode optical fiber, and received by a high speed optical receiver.

고차 모드 제거 필터를 사용하지 않은 그래프(b)에서 광신호는 단일모드 광섬유에서 다수의 모드(여기서는 2개)를 통해 전파되어진다. 모드간의 전파속도가 다르므로 그림에서와 같이 두 개의 펄스가 임펄스 응답으로 나오게 되고, 각각은 하나씩의 모드에 해당한다.In graph (b) without using a higher order mode rejection filter, the optical signal propagates through multiple modes (two here) in a single mode optical fiber. Since the propagation speed is different between modes, two pulses come out as an impulse response as shown in the figure, and each corresponds to one mode.

반면 단일모드 광섬유의 한 지점(여기서는 입력측)에 본 발명이 제시하는 고차-모드 제거 필터를 장착한 그래프(a)에서는 하나의 펄스만이 관찰되며 이것은 저차 모드가 제거되었음을 의미한다.On the other hand, in the graph (a) with the high-mode rejection filter proposed by the present invention at one point (in this case, the input side) of the single-mode fiber, only one pulse is observed, which means that the lower-order mode is removed.

본 발명에서는 800m 길이의 1100nm에서 차단파장을 갖는 표준 단일모드 광섬유의 송신측에 1mm의 허리 길이와 50㎛의 허리폭을 갖는 고차 모드 제거 필터 하나를 설치하여 전송링크를 꾸몄다. 여기에 790nm의 파장을 갖는 임펄스(impulse) 광 신호를 인가하고 수신측에서 그 응답을 관찰하여 위 그래프를 얻었다.In the present invention, a transmission link is constructed by installing a high-order mode cancellation filter having a waist length of 1 mm and a waist width of 50 μm on a transmitting side of a standard single mode optical fiber having a blocking wavelength at 1100 nm of 800 m length. The above graph was obtained by applying an impulse optical signal having a wavelength of 790 nm and observing the response at the receiving side.

위 실험 결과는 제작된 고차 모드 제거 필터가 고차의 모드의 광파워를 완전히 제거하고 기저 모드의 광파워는 거의 손실을 주지 않음을 보여준다. 원리상 이러한 특성은 790nm에서 차단파장인 1100nm까지 나타날 것이다.The experimental results show that the fabricated higher-order mode rejection filter completely removes the higher-order mode optical power and the base mode optical power is almost not lost. In principle, this characteristic will appear from 790nm to 1100nm, the blocking wavelength.

실험 결과는 또한 이러한 필터가 1300nm에서 1600nm의 파장까지의 영역에서 1dB 이내의 적은 추가 손실을 만들어 냄을 보여준다. 즉, 본 발명이 제시하는 필터 작용은 광통신에서 흔히 고려되는 파장영역 전체의 기저 모드에 대해서는 별다른 손실이 없다. 이론적으로 손실은 전이영역의 길이를 늘여 직경의 변화가 좀 더 점진적이 되도록 하면 줄일 수 있고, 이론적으로는 제거될 수 있다.Experimental results also show that these filters produce less additional losses of less than 1dB in the region from 1300nm to 1600nm. That is, the filter action proposed by the present invention has no loss for the base mode of the entire wavelength region which is often considered in optical communication. In theory, the loss can be reduced by increasing the length of the transition region so that the change in diameter becomes more gradual, and can theoretically be eliminated.

본 발명에 의하면, 고차 모드가 제거됨으로써 필터를 부착한 단일모드 광섬유 링크는 단일모드 전송에 의해서만 광신호를 전달하기 때문에 다소간의 손실을 얻더라도 단일모드 전송에 의한 이득은 크다.According to the present invention, since the high-order mode is eliminated, the single mode optical fiber link with the filter transmits the optical signal only by the single mode transmission, so the gain by the single mode transmission is large even if some loss is obtained.

또한, 본 발명이 제시하는 고차-모드 제거 수단은 널리 보급된 표준 단일모드 광섬유와 단파장 광신호, 예를 들어 850nm의 광신호를 이용하여 광통신을 하는데 있어 그 정보 전송 능력의 비약적 증대를 가져다 줄 것이다. 이것은 단일모드의 전송이 모드 분산을 제거해 주기 때문에 가능하다.In addition, the higher-mode elimination means proposed by the present invention will lead to a dramatic increase in its information transmission capability in optical communication using a widely used standard single-mode optical fiber and short wavelength optical signal, for example, an optical signal of 850 nm. . This is possible because the transmission in single mode eliminates mode dispersion.

광학적 실험 장치, 특히 광학적 측정 장치에서 단일모드 광섬유는 쓰임새가 많다. 이것은 빔의 품질 저하 없이 원거리에 빛을 보낼 수 있게 한다. 광섬유는 유연하여 기계적 움직임에도 불구하고 그 빛을 전송하는 능력이 떨어지지 않는다. 그 리고 기저 모드는 가우시언 모드와 유사하여 이를 렌즈를 통해 처리하기 좋다. 때문에 이러한 이유로 비표준의 단파장 단일모드 광섬유가 제작되어 쓰이고 있다. 본 발명이 제시하는 고차-모드 제거 필터는 구하기 쉬운 표준 단일모드 광섬유를 이용하여 기저 모드로 단파장의 빛을 전송할 수 있게 하므로 제작비용을 현저히 줄일 수 있다.In optical experimental devices, especially optical measuring devices, single-mode optical fibers are of great use. This allows light to be sent over long distances without compromising the quality of the beam. Fiber optics are flexible and do not lose their ability to transmit light despite mechanical movement. And the base mode is similar to the Gaussian mode, which is good for handling through the lens. For this reason, non-standard short-wavelength single-mode fibers are being used. The high-order mode elimination filter proposed by the present invention can transmit short wavelength light in the base mode by using a standard single-mode optical fiber, which is easy to obtain, thereby significantly reducing the manufacturing cost.

이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 후술하는 특허청구범위내에서 여러 가지 변형이 가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated concretely based on the Example, this invention is not limited to such an Example, Of course, various deformation | transformation are possible for it within the following Claim.

Claims (10)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 광이 도파되는 코어와 상기 코어보다 굴절률이 낮은 클래딩으로 구성된 광학적 도파로로서,An optical waveguide comprising a core to which light is guided and a cladding having a lower refractive index than the core, 다수의 모드를 통해 광을 입사시키는 입력 광섬유 영역과,An input fiber region in which light is incident through a plurality of modes, 상기 입력 광섬유 영역으로부터 입사된 광이 상기 코어를 통해 전파되면서 점진적으로 상기 코어의 단면 크기가 점진적으로 줄어드는 제 1 전이영역과,A first transition region in which light incident from the input optical fiber region propagates through the core and gradually decreases in cross-sectional size of the core; 상기 코어에 기저 모드만을 갖는 단계까지 줄어드는 단일 모드 영역과,A single mode region that is reduced to the step of having only a base mode in the core, 상기 코어의 단면 크기가 점진적으로 증가하여 다시 원래의 값으로 회복되는 제 2 전이영역과,A second transition region where the cross-sectional size of the core is gradually increased to return to its original value; 상기 제 2 전이영역을 거쳐 출력되는 광에서 기저 모드의 광만을 출력시키는 출력 광섬유 영역과,An output optical fiber region for outputting only light in a base mode from light output through the second transition region; 상기 입력 광섬유 영역, 제 1 전이영역, 단일 모드 영역, 제 2 전이영역, 출력 광섬유 영역을 포함하는 코어와 클래딩의 외부에 상기 클래딩과 굴절률이 같거나 더 높은 재질로 도포되는 클래딩 외피A cladding jacket coated with a material having a refractive index equal to or higher than that of the cladding and the core including the input optical fiber region, the first transition region, the single mode region, the second transition region, and the output optical fiber region. 를 포함하는 고차 모드 제거 필터링 기능을 갖는 단일모드 광섬유 구조.Single-mode optical fiber structure having a higher-order mode cancellation filtering function comprising a. 삭제delete 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 클래딩 외피는 그 내부에서 또는 그 표면에서 상기 입사광을 흡수 또는 산란시키는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 고차 모드 제거 필터링 기능을 갖는 단일모드 광섬유 구조.Wherein said cladding envelope has a property of absorbing or scattering said incident light therein or at its surface.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100858672B1 (en) * 2006-11-22 2008-09-16 주식회사 이오테크닉스 Optical fiber unit for transferring laser beam
PL229961B1 (en) * 2016-04-21 2018-09-28 Polskie Centrum Fotoniki I Swiatlowodow Device for selective increasing of higher-order mode losses
FR3079036A1 (en) * 2018-03-15 2019-09-20 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas FILTERING DEVICE IN A WAVEGUIDE
CN109238506B (en) * 2018-10-30 2023-09-29 南通大学 High-sensitivity temperature sensor and temperature detection system
US11789203B2 (en) * 2021-06-07 2023-10-17 Mellanox Technologies, Ltd. Coupling element with embedded modal filtering for a laser and/or photodiode
CN117270115A (en) * 2022-06-15 2023-12-22 成都旭创科技有限公司 Optical module

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5937503A (en) 1982-08-26 1984-03-01 Nec Corp Mode scrambler
US5708740A (en) 1995-04-04 1998-01-13 Northern Telecom Limited Optical notch filter manufacture in optical fibre waveguide by plastic deformation
KR20010100747A (en) * 1999-01-06 2001-11-14 추후제출 Optical fiber filters and method of making the same
KR20010113697A (en) * 1999-02-19 2001-12-28 블레이즈포토닉스 리미티드 Improvements in and relating to photonic crystal fibres
US20040028356A1 (en) 2000-05-05 2004-02-12 Timothy Birks Nonlinear optical device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5937503A (en) 1982-08-26 1984-03-01 Nec Corp Mode scrambler
US5708740A (en) 1995-04-04 1998-01-13 Northern Telecom Limited Optical notch filter manufacture in optical fibre waveguide by plastic deformation
KR20010100747A (en) * 1999-01-06 2001-11-14 추후제출 Optical fiber filters and method of making the same
KR20010113697A (en) * 1999-02-19 2001-12-28 블레이즈포토닉스 리미티드 Improvements in and relating to photonic crystal fibres
US20040028356A1 (en) 2000-05-05 2004-02-12 Timothy Birks Nonlinear optical device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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