KR100624247B1 - 고속 근거리 전송망을 위한 다중모드 광섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중모드 광섬유에 관한 것으로서, 코어의 직경이 50± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 600m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이며,오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내인 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 인덱스 딥이나 인덱스 피크와 같은 코어 중심영역의 결함을 제거할 수 있으므로 광원의 종류에 관계없이 기가비트급 고속 근거리 전송망에 적용할 수 있는 다중모드 광섬유를 제조할 수 있다.
MCVD, 다중모드 광섬유, 개별지연모드, 라디알 오프셋

Description

고속 근거리 전송망을 위한 다중모드 광섬유{Multimode optical fiber for high data rate local area network}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 통상적인 수정화학기상증착 공법의 공정도.
도 2는 종래기술에 따른 광섬유의 코어 영역에서 발생하는 인덱스 딥을 도시하는 그래프.
도 3은 종래기술에 따른 광섬유의 코어 영역에서 발생하는 인덱스 피크를 도시하는 그래프.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중모드 광섬유 제조방법이 수행되는 과정을 도시하는 흐름도.
도 5는 본 발명을 통해 광섬유 코어 영역에서의 인덱스 딥이 제거된 상태를 도시하는 그래프.
도 6은 본 발명에 따라 제공되는 광전송 특성의 측정을 위한 테스트 베드의 구성도.
도 7은 850nm에서 측정된 개별모드지연에 따른 파워 패널티를 도시하는 그래프.
도 8은 1300nm에서 측정된 개별모드지연에 따른 파워 패널티를 도시하는 그래프.
도 9는 본 발명의 다중모드 광섬유를 따라 전송되는 광신호의 개별모드지연을 도식화한 그래프.
도 10은 본 발명의 다중모드 광섬유의 라디알 오프셋에 따른 도달시간별 모드지연을 도시하는 그래프.
도 11은 본 발명의 다중모드 광섬유의 시간지연에 상응하는 펄스퍼짐을 도시하는 그래프.
본 발명은 다중모드 광섬유에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코어 영역의 결함을 제거하여 고속 근거리 전송특성을 향상시키는 한편, 기가비트급 광전송을 위해 요구되는 최소 전송성능의 기준을 제시하는 고속 근거리 전송망을 위한 다중모드 광섬유에 관한 것이다.
최근 인터넷 사용자의 급속한 증가에 따라 안정적인 통신서비스를 위해 요구되는 전송용량이 증대되면서 종래 시스템에 비해 우수한 전송성능을 갖는 동시에 상대적으로 유지 비용이 낮은, 다중모드 광섬유를 전송선로로 하는 1기가비트 혹은 10기가비트급 근거리 전송 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 그러나, 이러한 기대에도 불구하고 기존의 기가비트급 근거리 전송 시스템은 통상적으로 발광다이오드(LED)를 광원으로 하는 그 구성상의 취약점으로 인해 폭발적으로 증가하는 가입자의 대역폭 수요를 감당하기에 역부족이며, 이에 따라 더 많은 전송용량을 수용할 수 있는 레이저 다이오드를 광원으로 사용할 수 있는 전송 시스템의 개발이 요구되고 있다.
광원으로서 레이저 다이오드를 사용하는 전송 시스템은 10기가비트급 이상의 시스템에서도 효율적으로 사용될 수 있으나, 근거리 통신망의 중요 요소인 시스템 구성 비용과 시스템 성능의 적절한 절충을 통해 저렴한 비용으로 사용자의 수요를 충족시킬 수 있는 사양으로 구성되어야 한다. 1기가비트 이상의 전송 속도를 지원하는 레이저 다이오드 중 비교적 저렴한 비용으로 사용될 수 있는 것으로는 수직 캐비티 표면 발광 레이저 다이오드(VCSEL)와 패버리-페롯 레이저 다이오드 (Fabry-Perot LD)를 들 수 있다.
그러나, 이러한 레이저 다이오드는 기가비트급 이상의 고속 통신을 지원하는 장점이 있는 반면, 발광다이오드와는 달리 다중모드 광섬유와 함께 사용시 다양한 문제들을 야기하게 된다. 그 중 대표적인 취약점으로, 기가비트급 시스템의 사용시에는 레이저 다이오드가 광섬유 코어 중심의 일부 영역에만 광을 조사하도록 구성되므로, 코어내 미세 결점 및 불균일에 의해 출력신호가 민감하게 변형되어 시스템의 성능 저하에 큰 영향을 미치게 된다.
따라서, 광원의 종류에 관계없이 고속의 광전송을 구현하는 시스템의 구성을 위해서는 코어 영역에 대한 결점을 제거할 수 있는 광섬유 제조공정의 연구가 무엇보다 중요하다 할 수 있다.
현재 사용되고 있는 대표적인 광섬유 제조방법으로는 도 1에 도시된 수정화학기상증착(Modified Chemical Vaper Deposition; 이하 MCVD로 지칭) 공법을 들 수 있다. 도 1의 (a), (b) 및 (c)에는 각각 증착(Deposition), 붕괴(Collapse) 및 인선(Draw)에 해당하는, MCVD 공법을 구성하는 일련의 공정이 도시되어 있다.
도 1의 (a)를 참조하면, 증착공정은 보통 20 ~ 120rpm으로 회전하는 석영튜브(10) 안으로 SiCl4, GeCl4, POCl3, He, O2 등의 증착가스를 주입하고, 이와 더불어 석영튜브(10)의 축방향을 따라 열원(5)을 천천히 이송시키면서 튜브의 외부를 가열하는 방식으로 코어 및 클래드의 증착층(12)을 형성하는 과정이 진행된다.
구체적으로, 석영튜브(10) 내에 주입되어 흐르는 증착가스는 가열되어 열원(5) 근처에 이르러 반응온도에 도달하고, 이때 열산화 반응으로 인하여 상대적으로 온도가 낮은 열원(5) 전방의 튜브 내벽에는 미세한 실리카 입자층(11)이 생성되고, 이것이 소결되어 코어/클래드의 증착층(12)을 형성하게 된다. 열원(5)이 석영튜브(10) 전체를 한번 이송함에 따라 한층의 입자증착층을 얻게 되는데, 이러한 과정을 수십번 반복하면서 각 층에 대하여 원하는 굴절률 분포를 갖도록 증착가스의 조성을 변화시키면 석영튜브(10) 내에 클래드 및 코어의 증착층(12)을 순차적으로 형성할 수 있다.
증착공정이 완료된 후에는 도 1의 (b)에 도시된 바와 같은 붕괴공정이 이어진다. 즉, 클래드 및 코어의 증착층(12)이 형성된 석영튜브 외부를, 축방향으로 이송되는 열원(5)을 이용하여 증착온도 이상(예컨대, 2000 ~ 2300℃)으로 가열하면 석영튜브(10) 내에서 점성유동이 발생하여 내외벽의 압력차이와 표면장력으로 인하여 튜브의 내경 및 외경이 점차 줄어든다. 이러한 작업을 수 회 반복하면 실질적으로 석영튜브(10) 내의 틈(G)이 채워짐으로써 석영봉 형태의 광섬유 프리폼이 제조된다. 이와 같이 붕괴공정이 수행된 광섬유 프리폼에 대하여 도 1의 (c)에 도시된 바와 같은 인선공정을 수행하면 최종적으로 광섬유가 얻어진다.
일반적으로 상기 증착공정에서 코어층의 형성시에는 굴절률을 높이기 위한 첨가물로서 GeO2 가 도핑되는데, 상기 첨가물은 증착공정에 비해 고온에서 진행되는 붕괴공정시 아래의 반응식 1에 나타난 바와 같이 휘발되는 특성을 갖는다. 반응식에서 (s)와 (g)는 각각 물질의 고체와 기체상태를 나타낸다.
Figure 112004029310902-pat00001
상기 반응식 1과 같은 반응을 거치면서 코어 중심부의 증착층 표면에서는 GeO2의 농도가 감소하여, 최종적으로 제조되는 광섬유 모재는 도 2에 도시된 바와 같이 인덱스 딥(Index dip)이 있는 굴절률 분포를 갖게 된다. 또한, 상기 반응에 의해 발생된 GeO 가스의 일부는 이송되는 열원(5)의 전방에서 GeO2 로 재응축하게 되는데, 상기 열원(5)의 이송에 따라 내부 확산이 다시 활성화되어 결국 도 3에 도시된 바와 같이 코어 중심에서 굴절률이 재상승하는 인덱스 피크(Index peak)가 발생할 수도 있다.
상기와 같은 인덱스 딥과 인덱스 피크, 그리고 이로 인한 굴절률의 축방향 불균일성은 다중모드 광섬유의 대역폭(Bandwidth)을 현저히 감소시켜 광특성을 저하시키므로, 이를 제거하는 것은 특히, 코어영역의 일부분에만 광신호가 조사되는 기가비트급 전송 시스템용 다중모드 광섬유 제조 공정에 있어서 반드시 해결되어야 할 기술적 과제이다. 왜냐하면, 증착공정에서 아무리 굴절률 조절이 이상적으로 수행되었더라도 붕괴공정에서 발생하는 첨가물의 휘발이나 재응축에 의한 굴절률 프로파일(Profile)의 변형을 제거하지 못하면 광전송 특성의 저하를 피할 수가 없기 때문이다.
붕괴공정에서 GeO2 휘발로 인한 굴절률의 변화를 최소화하기 위한 방안으로, 최종 붕괴단계 직전에 석영튜브 내로 O2와 GeCl4 를 주입하여 아래의 반응식 2에 나타난 바와 같이, 휘발된 GeO2 를 보상해주는 방법이 미국특허 제4,165,224호와 미국특허 제4,304,581호 그리고 Akamatsu 등(1977, Appl. Phys. Lett., 31, 515~517)에 의해서 제안된 바 있다.
Figure 112004029310902-pat00002
또한, 미국특허 제4,921,516호에서는 상기 반응식 2에 따른 과다도핑(Overdoping) 공정이 붕괴공정의 온도보다 낮은 상태에서 이루어져 교질 상태(colloidal state)로 증착층이 존재해야 하고, 증착층의 두께는 마지막 붕괴 과정이 이루어지는 열원 진행방향 앞쪽으로 갈수록 작아져야 보상효과가 향상됨을 밝혔다.
미국특허 제4,657,575호에는 GeO2를 대체하는 첨가물로서 Al2O3를 사용하는 기술이 제시되어 있다. 이 기술은 광섬유의 굴절률 조절을 위해 녹는점이 2045℃인 Al2O3를 첨가물로 사용함으로써 녹는점이 1086℃인 GeO2 를 사용하는 경우보다 붕괴공정 중에 코어 바깥쪽으로 첨가물이 확산되는 것을 억제하여 기존공정에 비해 인덱스 딥을 줄인다.
상기와 같은 방안 외에도 붕괴공정의 마지막 단계 직전에 식각(Etching) 공정을 수행하여 GeO2의 휘발 부분을 제거한 후 최종 광섬유 모재를 제조하는 기술이 제안되었다. 이때, 식각 공정에 사용되는 반응가스로는 HF(Hopland, 1978, Electron. Lett., 14, 757~759)나 기체 형태의 불소 화합물(Liegois et al., 1982, Non-Cryst. Solids, 117, 247~250 ; Schneider et al. 1982, Conf. Proc. Eur. Conf. Opt. Fibre Commun. 8th., 36~40) 등이 사용될 수 있다. 미국특허 제4,793,843호에서는 O2와 함께 C2F6, C3F8, n-C 4F10와 같은 불소화합물을 식각공정에 사용함으로써, 단위면적당 불소의 양을 늘림과 동시에 식각의 효과를 높일 수 있음을 보였다. 그러나, 이와 같은 공법은 마지막 붕괴공정 직전에 별도의 식각공정을 수 회(보통 2회) 수행하는 방식을 사용하므로, 붕괴공정 간의 시간 간격이 커서 GeO2 의 재휘발량이 많고, 최종 붕괴 직전의 튜브 내경을 줄이는데 한계가 있으므로 GeO2 의 휘발면적이 커서 실질적으로 인덱스 딥을 효과적으로 제거할 수 없는 취약점이 있다.
이상과 같이 다양한 기술들이 제안되었음에도 불구하고 기가비트급 고속 전송 시스템에 적합하도록 충분히 결함이 제거된 다중모드 광섬유가 얻어지지 않는 것이 현실이므로, 인덱스 딥이나 인덱스 피크와 같은 코어 중심부의 결함을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 새로운 공법이 요구된다.
한편, 다중모드 광섬유를 기가비트급 고속 근거리 전송망에 사용하기 위해서는 광원의 종류에 관계없이 최상의 전송성능을 제공하는 전송특성 규격이 제시되어야 한다.
다중모드 광섬유의 전송특성을 대변하는 종래의 방법으로는 FOTP-204 규격에 의해 규정된 제한여기법 대역폭(Restricted Mode Launching Bandwidth)을 들 수 있다. 그러나, 이 방법은 대변할 수 있는 광원의 종류가 한정적이므로 실제 사용시 광원이나 여기조건이 달라질 경우 실제 요구되는 대역폭을 만족시키지 못함으로 인해 치명적인 전송에러가 발생할 수 있는 취약점이 있다.
FOTP-220에서는 상기 제한여기법 대역폭에 비해 향상된 정확도를 갖는 개별모드지연(Differential Mode Delay; DMD)을 측정하는 방법을 규정하고 있는데, 이는 현재까지 알려진 방법 중 다중모드 광섬유의 전송특성을 사용 광원에 관계없이 가장 정확히 평가할 수 있는 방법으로 알려져 있다. FOTP-220을 따르는 다중모드 광섬유의 전송특성 평가기준은 TIA-492AAAC에 명시되어 있는데, 이는 10기가비트급 광섬유 중 50㎛의 코어경을 갖고 전송거리가 300m까지인 다중모드 광섬유와 850㎚의 사용파장에 한정적으로 적용되는 한계가 있다.
이상의 예와 같이 종래에는 1기가비트급과 10기가비트급의 고속 광전송 시스템에 모두 적용될 수 있는, 광원의 종류에 관계없이 850nm와 1300nm에서 사용될 수 있는 다중모드 광섬유의 전송특성이 제시되지 않아 그에 대한 대안이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 850nm에서 측정된 개별모드지연 특성만으로 850nm 와 1300nm에서의 전송특성을 함께 도출하여 기가비트급 고속 광전송 시스템에 적용할 수 있는 다중모드 광섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.
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상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 양태는 코어의 직경이 50± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 600m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이며,오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내인 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유를 청구한다.
본 발명의 제 2 양태는 코어의 직경이 50± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 600m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이고, 오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 1.0ns/km 이내이고, 중심을 제외한 코어의 모든 시간지연차가 0.4ns/km 보다 큰 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유를 청구한다.
본 발명의 제 3 양태는 코어의 직경이 62.5± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 300m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 5.0ns/km 이내이고, 코어 중심에서부터 오프셋이 16㎛ 인 지점까지의 최대 시간지연차가 3.5ns/km 이내인 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유를 청구한다.
본 발명의 제 4 양태는 코어의 직경이 50± 3㎛ 또는 62.5± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 500m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 3.0ns/km 이내이고, 코어 중심에서부터 오프셋이 16㎛ 인 지점까지의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이고, 중심을 제외한 코어의 모든 시간지연차가 0.4ns/km 보다 큰 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유를 청구한다.
본 발명의 제 5 양태는 코어의 직경이 50± 3㎛ 이고, 850nm 파장에서 10 기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 300m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 0.3 ns/km 이내이고, 오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 0.3ns/km 이내인 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유를 청구한다.
본 발명의 제 6 양태는 코어의 직경이 50± 3㎛ 이고, 850nm 파장에서 10 기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 500m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 0.15 ns/km 이내이며, 오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 0.15 ns/km 이내인 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유를 청구한다.
본 발명의 제 7 양태는 코어의 직경이 62.5± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 500m와 1,000m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 3.0ns/km 이내이고, 코어 중심에서부터 오프셋이 16㎛ 인 지점까지의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이고, 중심을 제외한 코어의 모든 시간지연차가 0.4ns/km 보다 큰 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유를 청구한다.
본 발명의 제 8 양태는 코어의 직경이 50± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 2,000m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이고, 오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 1.0ns/km 이내이고, 중심을 제외한 코어의 모든 시간지연차가 0.4ns/km 보다 큰 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유를 청구한다.
본 발명의 제 9 양태는 코어의 직경이 62.5± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 500m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 5.0ns/km 이내이고, 코어 중심에서부터 오프셋이 16㎛ 인 지점까지의 최대 시간지연차가 3.5ns/km 이내인 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유를 청구한다.
본 발명의 제 10 양태는 코어의 직경이 50± 3㎛ 또는 62.5± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 1,000m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 3.0ns/km 이내이고, 코어 중심에서부터 오프셋이 16㎛ 인 지점까지의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이고, 중심을 제외한 코어의 모든 시간지연차가 0.4ns/km 보다 큰 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유를 청구한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중모드 광섬유의 제조공정을 도시하는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 단계 S100 및 단계 S110은 모재 석영튜브 내에 증착가스를 주입함과 더불어 튜브의 외부를 가열하여 클래드층과 코어층을 순차적으로 증착하는 공정을 나타낸다. 이러한 증착공정은 통상의 MCVD 공법에서 사용하는 기술을 적용하여 수행될 수 있다. 여기서, 특히 코어층의 형성시에는 클래드층에 비해 굴절률을 높이기 위한 굴절률 조절용 첨가물이 도핑된다. 상기 첨가물로는 GeO2 가 사용되는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되지 않음은 물론이다.
클래드와 코어의 증착공정이 완료된 후에는 상기 증착온도 보다 더 높은 온도하에서 붕괴공정이 반복적으로 수행된다(단계 S120). 구체적으로, 본 붕괴공정에서는 석영튜브 표면온도의 최대값이 바람직하게 2000 ~ 2400℃가 유지되도록 열을 가한다. 그러면, 튜브의 내외벽이 모두 연화온도에 이르게 되고, 튜브 내외벽의 압력차이와 표면장력으로 인하여 튜브의 중심 방향으로 점성유동이 발생하여 붕괴가 진행된다.
상기 석영튜브 내에는 튜브 형상의 안정성을 위해, 예컨대 0 ~ 10mmWC 범위의 양압을 걸어주는 것이 바람직하다. 아울러, 가열 열원의 진행속도는 34 ~ 40mm/s 의 범위로 설정하고, 석영튜브의 회전속도는 증착시 회전 속도보다 느린 15 ~ 32rpm으로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기와 같은 붕괴공정은 N회에 걸쳐 반복적으로 수행되는데, 마지막 붕괴 직전의 붕괴공정인 (N-1)번째 붕괴공정은 상기 첨가물의 휘발부분에 대한 식각공정과 동시에 진행된다(단계 S130). 예를 들어, 붕괴공정을 6회에 걸쳐 반복할 경우, 5회째에는 붕괴공정과 더불어 상기 GeO2 의 휘발부분을 식각하기 위한 반응가스의 주입이 동시에 이루어진다. 이때, 가열 열원의 이송속도는 20 mm/s로 설정되고, 붕괴율은 2.5 ~ 4.5㎟/s로 설정되는 것이 바람직하다. 이때, 석영튜브의 내경은 GeO의 휘발면적을 최소화하도록 작을수록 바람직한데, 제조공정상의 작업성을 고려할 때 약 2mm로 유지하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1mm로 유지하도록 한다.
상기 식각 반응가스로는 O2와 C2F6 가 사용되는 것이 바람직하다. 여기서, O2와 C2F6 의 유량비는 2.5 ~ 30 으로 설정될 때 높은 식각효율을 얻을 수 있다. 이에 따라, 상기 O2 의 유량은 50 ~ 120sccm의 범위에 해당되는 한편, 상기 C2F6 의 유량은 4 ~ 20sccm의 범위내에서 설정한다. 이때 O2와 C2F6 의 유량은 상기와 같은 유량비를 만족하도록 선택된다.
붕괴와 식각 공정이 동시에 수행된 후에는 최종 N번째 붕괴공정이 수행되어 튜브의 내부 틈을 채워가며 석영봉 형태의 광섬유 모재를 제조하게 된다(단계 S140).
이상의 설명과 같이 마지막 붕괴공정 직전에 붕괴와 더불어 코어 영역의 결함 부분을 식각처리하면 도 5에 도시된 바와 같이 코어 영역에 인덱스 딥이나 인덱스 피크가 나타나지 않는 굴절률 프로파일을 갖는 다중모드 광섬유를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 상기와 같이 코어 영역의 결함을 제거한 다중모드 광섬유의 전송특성을 측정하기 위해 도 6에 도시된 바와 같은 테스트 베드(Test bed)가 제공된다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 테스트 베드는 1기가비트급 및 10기가비트급 광전송 시스템에 적용되는 것으로서, 테스트 대상이 되는 광섬유 샘플(106)의 양단에 실질적으로 접속되는 광원(Tx)(100) 및 광검출기(Rx)(102)와, 상기 광섬유 샘플(106)의 적어도 일측에 흔들림을 제공하는 파이버 쉐이커(Fiber shaker)(104)와, 디지털 광신호의 에러 검출을 위한 비트에러검출기(BERT)(114)와, 광 파워미터(112) 및 시각 분석기(116)를 포함한다. 상기 광검출기(102)와 광 파워미터(112)는 광커플러(110)를 통해 광섬유 샘플(106) 측에 연결되고, 아울러 상기 광섬유 샘플(106)의 일측에는 광신호의 감쇠조정을 위한 가변광감쇠기(108)가 결합된다.
상기 광원(100)으로는 시스템 성능에 걸맞는 사양의 발광다이오드나 레이저 다이오드가 채용되고, 통상의 측정 규격인 FOTP-220와 같이 직경 5㎛, 펄스폭 0.1 ~ 2ns로 동작되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성에 의하면, 실시스템에서 발생할 수 있는 환경적 충격을 파이버 쉐이커(104)를 이용해 흔들림 형태로 광섬유 샘플(106)에 가하면서 디지털 광신호의 송수신과 에러검출 및 광출력 측정동작을 수행한다. 즉, 상기 비트에러검출기(114)는 광원(100)과 광검출기(102)에 연결되어 신호의 에러를 검출함으로써 실질적으로 전송성능을 평가하고, 시각 분석기(116)는 상기 광검출기(102)에 수신된 신호를 시각적으로 외부에 표시하는 한편, 광 파워미터(112)는 상기 광원(100)으로부터 송신된 후 광섬유 샘플(106)을 경유하여 상기 광검출기(102)에 수신되는 디지털 광신호의 출력레벨을 측정한다.
상기와 같은 테스트 베드를 이용하면 다중모드 광섬유 코어내 각 모드들의 시간지연(Time delay) 및 펄스왜곡(Pulse Distortion) 정도를 실시스템과 같은 환경하에서 측정할 수 있으며, 광섬유 코어내의 미세 불균일을 찾아낸 후 이에 따른 대역폭 특성 저하현상을 유추해낼 수 있고, 이를 통해 광원에 의존하지 않는 최소 전송특성 및 대역폭 특성의 다중모드 광섬유를 판별할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 테스트 베드를 이용하여 다량의 광섬유 샘플을 테스트한 결과, 광섬유의 개별모드지연은 전송성능과 일정한 상관관계를 갖고 있음이 확인되었다.
도 7은 850nm에서 측정된 개별모드지연에 따른 파워 패널티, 즉 나쁜 전송특성에 의해 나타나는 효과를 파워(Power)로 변환한 값의 분포예를 나타내는 그래프 이다. 본 실시예에서 사용된 광섬유는 코어 직경이 62.5㎛, 클래드 직경이 125㎛ 이며, 개별모드지연 특성이 다양하게 분포하는 다량의 샘플들이다. 여기서, 코어 영역의 임의의 지점(r)에서의 펄스 신호의 최대값 대비 25% 높이에서의 각 신호의 도착시간 차이를 출력 펄스폭으로 정의하고, 각 신호의 25% 지점 중 빠르게 도착하는 것을 '빠른 시간지연(도 9의 Tr_fast 참조)', 느리게 도착하는 것을 '느린 시간지연(Tr_slow)'으로 정의할 때, 코어의 각 영역에 대한 개별모드지연 DMDr는 아래의 수학식 1과 같이 표현된다. 수학식 1에서 Tref는 입력 펄스신호의 펄스폭을 나타낸다.
Figure 112004029310902-pat00003
도 7을 참조하면, 850nm를 사용하는 1기가비트급 전송 시스템에서 500m 이상의 전송 거리를 갖는 광섬유를 판별하기 위해서 요구되는 최소 개별모드지연은 코어내 전체 영역의 최대 시간지연차, 즉 빠른 시간지연(Tr_fast)들 중 가장 빠른 값(도 9의 기준선 A 참조)과 가장 느린 시간지연값(도 9의 기준선 B 참조)의 차이에서 입력 펄스신호의 펄스폭(Tref)을 공제한 값으로 정의되는데, 이는 IEEE802.3z 및 ae의 규격에서 전송특성에 무리가 없는 파워 패널티를 대략 4dB 이하로 규정하는 점을 감안할 때 3.0ns/km를 넘지 않는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 빠른 시간지연(Tr_fast), 느린 시간지연(Tr_slow) 및 이들의 평균 시간지연(Tr_ave )을 코어 영역내의 라디알 오프셋(radial offset)에 대하여 나타내면 도 10에 도시된 그래프와 같다. 아울러, 상기 라디알 오프셋에 대하여 코어내 시간지연에 따른 펄스퍼짐 W를 나타내면 도 11과 같이 나타나는데, 이로부터 시간지연값이 커짐에 따라 펄스퍼짐이 증가하게 됨을 알 수가 있다.
한편, 도 8에는 1300nm에서 측정된 개별모드지연에 따른 파워 패널티의 분포예가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 1300nm를 사용하는 1기가비트급 시스템에서 1000m 이상의 전송 거리를 갖는 광섬유를 판별하기 위해서 요구되는 최소 개별모드지연은 코어 내 오프셋이 5㎛부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차로 정의되는데, 이 최대 시간지연차가 지나치게 클 경우 대역폭이 허용치 내로 좁아지게 되는 바, 바람직하게 최대 시간지연차는 2.0ns/km를 넘지 않아야 한다.
상기 결과에 의하면, 850nm에서 제시된 최소 전송성능을 만족시키는 광섬유는 1300nm에서의 최소 전송성능을 동시에 만족시키므로 850nm에서 측정된 개별모드지연 특성만으로 850nm와 1300nm에서의 전송성능 특성을 함께 도출할 수 있다.
이와 같은 방법으로, 다양한 종류의 다중모드 광섬유와 1기가비트급은 물론 10기가비트급 시스템에서의 경우에 대해 평가가 실시되었으며 이를 토대로 각 전송특성을 만족시키는 광섬유의 조건을 제시하게 되었다.
즉, 코어의 직경이 50±3㎛ 이고, 850nm와 1300nm에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송하는 한편, 상기 양 파장에서의 전송거리가 각각 600m 이상인 근거리 광통신망에 사용되는 다중모드 광섬유는, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이어야 하며, 오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내의 값을 가져야 한다.
상기 양 파장에서의 전송거리가 각각 600m와 2000m 이상인 광섬유는, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이고, 오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 1.0ns/km 이내이고, 중심을 제외한 코어의 모든 시간지연차가 0.4ns/km 보다 커야 한다. 이러한 다중모드 광섬유는 보통 2000m의 링크 길이를 갖는 표준 캠퍼스 백본(Campus Backbone) 등에 적용될 수 있다.
또한, 코어의 직경이 62.5±3㎛ 이고, 850nm와 1300nm에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송하는 한편, 상기 양 파장에서의 전송거리가 각각 300m와 500m 이상인 근거리 광통신망에 사용되는 다중모드 광섬유는, 전술한 IEEE802.3z나 ae에 의해 규정되는 파워패널티를 고려할 때 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 5.0ns/km 이내이고, 코어 중심에서부터 오프셋이 16㎛ 인 지점까지의 최대 시간지연차가 3.5ns/km 이내의 값을 가져야 한다. 이러한 다중모드 광섬유는 보통 500m 정도의 링크 길이를 갖는 빌딩 백본 또는 빌딩의 층 사이에서의 전송 시스템에 적용될 수 있다.
또한, 코어의 직경이 50±3㎛ 혹은 62.5±3㎛ 이고, 850nm와 1300nm에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송하는 한편, 상기 양 파장에서의 전송거리가 각각 500m와 1000m 이상인 근거리 광통신망에 사용되는 다중모드 광섬유의 경우에는, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 3.0ns/km 이내이고, 코어 중심에서부터 오프셋이 16㎛ 인 지점까지의 최대 시간지 연차가 2.0ns/km 이내이고, 중심을 제외한 코어의 모든 시간지연차가 0.4ns/km 보다 커야 한다.
한편, 코어의 직경이 50±3㎛ 이고, 850nm에서 10기가비트(Gb)급 신호를 전송하는 한편, 전송거리가 300m 이상인 근거리 광통신망에 사용되는 다중모드 광섬유의 경우에는, 850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 0.3ns/km 이내이고, 오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 0.3ns/km 이내의 값을 가져야 한다.
상기 전송거리가 500m 이상인 광섬유는, 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 0.15ns/km 이내이어야 하며, 오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 0.15ns/km 이내의 값을 가져야 한다.
이상의 설명과 같은 조건을 만족하는 다중모드 광섬유는 1기가비트급 혹은 10기가비트급 고속 전송망에서 레이저 다이오드 등 다양한 광원에 대하여 파워 패널티가 허용치 이내가 되어 최적의 전송성능을 제공하게 된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 인덱스 딥이나 인덱스 피크와 같은 코어 중심영역의 결함을 제거할 수 있으므로 광원의 종류에 관계없이 기가비트급 고속 근거리 전송망에 적용할 수 있는 다중모드 광섬유를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 850nm의 단일파장에서의 개별모드지연 특성을 측정하는 것 만으로 850nm와 1300nm의 최소 전송특성을 모두 도출하게 되므로 제품검사 효율과 생산성, 작업성 등을 종래에 비해 향상시킬 수 있다.

Claims (18)

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  8. 코어의 직경이 50± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 600m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서,
    850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이며,
    오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내인 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유.
  9. 코어의 직경이 50± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 600m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서,
    850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이고,
    오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 1.0ns/km 이내이고,
    중심을 제외한 코어의 모든 시간지연차가 0.4ns/km 보다 큰 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유.
  10. 코어의 직경이 62.5± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 300m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서,
    850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 5.0ns/km 이내이고,
    코어 중심에서부터 오프셋이 16㎛ 인 지점까지의 최대 시간지연차가 3.5ns/km 이내인 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유.
  11. 코어의 직경이 50± 3㎛ 또는 62.5± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 500m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서,
    850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 3.0ns/km 이내이고,
    코어 중심에서부터 오프셋이 16㎛ 인 지점까지의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이고,
    중심을 제외한 코어의 모든 시간지연차가 0.4ns/km 보다 큰 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유.
  12. 코어의 직경이 50± 3㎛ 이고, 850nm 파장에서 10 기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 300m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서,
    850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 0.3 ns/km 이내이고,
    오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 0.3ns/km 이내인 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유.
  13. 코어의 직경이 50± 3㎛ 이고, 850nm 파장에서 10 기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 500m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서,
    850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 0.15 ns/km 이내이며,
    오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 0.15 ns/km 이내인 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유.
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  15. 코어의 직경이 62.5± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 500m와 1,000m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서,
    850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 3.0ns/km 이내이고,
    코어 중심에서부터 오프셋이 16㎛ 인 지점까지의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이고,
    중심을 제외한 코어의 모든 시간지연차가 0.4ns/km 보다 큰 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유.
  16. 코어의 직경이 50± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 2,000m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서,
    850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이고,
    오프셋이 5㎛ 부터 18㎛인 지점까지의 최대 시간지연차가 1.0ns/km 이내이고,
    중심을 제외한 코어의 모든 시간지연차가 0.4ns/km 보다 큰 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유.
  17. 코어의 직경이 62.5± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 500m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서,
    850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 5.0ns/km 이내이고,
    코어 중심에서부터 오프셋이 16㎛ 인 지점까지의 최대 시간지연차가 3.5ns/km 이내인 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유.
  18. 코어의 직경이 50± 3㎛ 또는 62.5± 3㎛ 이고, 850nm와 1300nm 파장에서 1기가비트(Gb)급 신호를 전송거리가 1,000m 이상인 근거리 광통신망을 통해 전송하기에 적합한 다중모드 광섬유에 있어서,
    850nm에 대한 개별모드지연(DMD) 특성 중 코어의 전 영역에서의 최대 시간지연차가 3.0ns/km 이내이고,
    코어 중심에서부터 오프셋이 16㎛ 인 지점까지의 최대 시간지연차가 2.0ns/km 이내이고,
    중심을 제외한 코어의 모든 시간지연차가 0.4ns/km 보다 큰 것을 특징으로 하는 다중모드 광섬유.
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