KR100666433B1 - 분산제어광섬유 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나의 광섬유에 대하여 복수개의 굴절율 분포를 갖도록하여 분산을 제어하는 분산 제어 광섬유 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은, 하나의 광섬유에 복수개의 굴절율 분포를 가지도록 하기 위하여, Ring형 굴절율 분포와 DC형의 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포, DC형 굴절율 분포와 MC형 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포, MC_RING형 굴절율 분포와 MC형 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포, RING형 굴절율 분포와 DC형 굴절율 분포와 RING형 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포, RING형 굴절율 분포와 DC형 굴절율 분포와 MC형 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포를 갖도록 분산제어광섬유를 제작한다.
따라서, 본 발명은 분산값 및 분산 기울기를 동시에 조절하고 또한, 종래의 분산을 제어하는 광섬유 제조 비용을 절감시키는 효과를 제공한다.
Description
도 1은 일반적인 광섬유의 파장의 변화에 따른 분산 특성을 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 분산제어광섬유 굴절율 분포를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유의 제조공정 순서도이고,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
21 : 코어영역 22 : 링코어 영역
23, 24 : 클래딩 영역
본 발명은 광섬유(Optical Fiber)에 관한 것으로서, 특히 하나의 광섬유에 대하여 복수개 굴절율 분포를 갖도록하여 분산을 제어하는 분산제어광섬유 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광섬유 통신방식은 음성을 전기신호로 변환한 후 이를 빛의 강약 또는 광신호로 변환하여 광섬유를 통해 음성신호를 전달하는 방식이다.
또한, 광섬유는 원통형 유전체 도파관으로 코어와 클래딩, 코팅층으로 구성되어 있으며, 코어와 클래딩층의 굴절율차에 의해 빛의 전반사가 일어나며 코어층을 통해 빛이 전달된다. 코어의 전파모드의 수에 따라 단일모드와 다중모드로 구별되며, 이중 단일모드광섬유(SMF : Single Mode Fiber)는 코어직경이 수 마이크론으로 작으며 또한 광손실이 적어 다중모드광섬유(MMF : Multi-Mode Fiber)보다 장거리 전송 및 대용량 통신에 유리하다.
단일모드광섬유는 1310nm 파장대역에서의 광전송을 목적으로 설계되어 있으며 상기의 파장대역에서 색분산이 0에 가까운 작은 값을 갖도록 되어있다. 그러나, 광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier : EDFA)와 같은 광증폭 기술의 발달과 더불어 신호의 전송 파장대역이 광손실이 가장 작은 1550nm 파장대역으로 옮겨갔고, 또한 전송 용량을 증대시키기위한 전송 방식으로 여러 개의 다른 파장을 묶어 하나의 광섬유를 통해 파장분할다중화(WDM, Wavelength Division Multiplexing) 전송방식을 사용하였다.
따라서, 1310nm 파장대역에 최적화된 단일모드광섬유의 분산값이 1550nm영역으로 옮겨 가면서 분산값 예를 들어, 17ps/nm/km 로 매우 큰 분산값을 갖게되었다.
즉, 분산(Dispersion)이란, 광섬유를 통과하는 광신호가 파장에 따라 전파 속도가 달라지기 때문에 생기는 펄스의 퍼짐 현상으로서, 전송 속도 및 전송 거리의 한계를 결정하는 중요한 요소이다.
이러한 분산은 통상 광섬유의 재료에 의해 정해지는 고유한 특성인 재료 분산(Material Dispersion)과 광섬유의 구조에 의해 정해지는 구조 분산(Waveguide Dispersion)으로 나뉘어 진다.
도 1은 일반적인 광섬유의 파장의 변화에 따른 분산 특성을 나타내는 도면으로서, 단일모드광섬유, 분산천이광섬유, 그리고 분산평탄광섬유의 파장에 따른 분산 특성을 나타내고 있다.
예를 들어, 단일모드광섬유를 통하여 10Gbps 속도의 광전송을 할 경우, 수학식 1에 따라 약 60km 정도의 거리를 전송 할 수 있고, 또한 전송 속도가 증가할수록 전송가능 거리는 속도의 제곱에 비례해서 감소함을 알 수 있다.
상기 수학식 1에서, γ는 0.252이고, c는 3 x 10^8 m/s이고, λ는 1550nm이고, D는 분산 계수(ps/nm/km)이고, B는 비트율(Gbps)을 나타낸다.
따라서, 단일모드광섬유를 사용하여 고속 장거리 광전송을 하기 위해서는 단일모드광섬유의 분산에 기인하는 전송거리의 제한을 해결해야 할 필요가 있다.
이 때, 광섬유에서의 분산을 해결하기 위해서 두 가지 광섬유가 제안되었는 바, 하나는 광섬유의 분산값이 1550nm에서 0이 되게 하는 도 1에 도시된 분산천이광섬유(DSF : Dispersion Shifted Fiber)이고, 다른 하나는 기존의 단일모드광섬유의 분산과 반대의 분산값을 갖게하여 분산을 보상하는 분산보상광섬유(DCF : Dispersion Compensating Fiber)이다.
분산보상광섬유는 다채널의 파장분할 다중화 전송시에는 각각의 파장에 대한 분산값뿐만 아니라 분산기울기 사이의 비율도 정확히 조절해야하나 이를 하나의 광섬유로 구현하기는 매우 어려웠다.
또한, 전송 용량을 증가시키기 위한 다채널 파장분할 다중화 전송 방식을 이용할 경우 비선형 효과(4파 혼합)가 있는 바, 이는 분산값이 0일 때 가장 크게나타난다.
따라서, 새롭게 제안된 광섬유는 비연분산광섬유(Non Zero-DSF)의 분산값이 0이 아닌 낮은 경우 즉, 5ps/nm-km이하이다.
그러나, 또 다른 비선형 효과(자기 위상 변조)의 억제를 위하여 유효 단면적을 확장하는 연구가 수행되었으며 상기한 목적으로 또 다른 종류의 비영분산광섬유가 제안되었다
이 새로운 비영분산광섬유는 기존의 것과 동일하나 유효 단면적을 크게 확장하였으며 이러한 원인에 의해 실제로 분산값 자체는 조금 커진 경향이 있다. 여기서 언급되고 있는 다채널 전송용 광섬유 즉, 비영분산광섬유의 주요 특성은 분산값으로 정의되는데, 1550㎚ 대역에서 약 0.5∼7ps/nm/km로 상기한 바에서 알 수 있듯이 단일모드광섬유보다 매우 낮은 분산값을 가진다.
그러나, 상기한 비영분산광섬유가 분산이 0이 아니기 때문에 채널당 전송 속도가 높아지면 축적된 분산에 의해 최대 전송 거리에 제한이 발생하는 바, 축적된 분산을 해결하기 위해서 양의 분산을 갖는 비영분산광섬유와 음의 분산을 갖는 비영분산광섬유를 일정 길이마다 교대로 사용하여야 하기 때문에 두가지 종류의 비영분산광섬유를 제조하여야만 하는 번거로움이 있었다.
본 발명은 상기한 바를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 광섬유에 복수개의 굴절율 분포를 갖도록하여 광섬유의 분산 및 분산기울기를 동시에 보상하고 제작 비용을 현저하게 낮출 수 있도록 한 분산제어광섬유 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,특정 굴절율 분포를 포함하여 분산을 제어하는 분산제어광섬유의 제조 방법에 있어서, 상기 분산제어광섬유는 코어층, 디스프레스드 클래딩(Depressed Cladding)층, 링(Ring) 코어층, 실리카(SiO2)와 굴절율(1.44)이 같은 매치드 클래딩(Matched Cladding)층 및 코팅층으로 이루어지는 구조이고, 상기 분산제어광섬유 제조 방법은, 상기 실리카 튜브를 정렬시키고 이물질 및 불순물을 제거한다음 상기 실리카 튜브와 동일한 굴절율을 갖는 상기 매치드 클래딩층을 형성하는 매치드 클래딩층 형성 공정; 상기 MC형 굴절율 분포, 상기 DC형 굴절율 분포, 상기 RING형 굴절율 분포, 상기 MC_RING형 굴절율 분포 중 적어도 둘 또는 세 개의 굴절율 분포를 조합하여 복수개의 굴절율 분포를 갖는 층을 형성하는 복수의 굴절율 분포를 갖는 층 형성 공정; 상기 코어층을 형성한 후 상기 분산제어광섬유 모재를 제작하는 광섬유 모재 제작 공정; 상기 상기 분산제어광섬유 모재로부터 광섬유를 인출하는 광섬유 인출 공정을 포함하도록 구성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 동작을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 분산제어광섬유의 굴절율 분포를 나타낸 도면으로서, 코어층(21), 링코어층(22), 디프레스드 클래딩(Depressed Cladding)영역(23) 및 매치드 클래딩(Matched Cladding) 영역(24)으로 이루어진다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분산제어광섬유의 복수개의 굴절율 분포를 나타낸 도면으로서, MC(Matched Cladding)형 굴절율 분포, DC(Depressed Cladding)형 굴절율 분포, RING형 굴절율 분포 및 MC_RING형 굴절율 분포를 조합하여 이루어진다.
도 3a 및 도 3c는 두 개의 굴절율 분포를 갖는 도면이고 도 3d 및 3e는 세 개의 굴절율 분포를 갖는 도면이다.
즉, 도 3a는 RING형 굴절율 분포와 DC형 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포를 갖는 도면이고, 도 3b는 DC형 굴절율 분포와 MC형 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포를 갖는 도면이고, 도 3c는 MC_RING형 굴절율 분포와 MC형 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포를 갖는 도면이고, 도 3d는 RING형 굴절율 분포와 DC형 굴절율 분포 그리고 RING형 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포를 갖는 도면이고, 도 3e는 RING형 굴절율 분포와 DC형 굴절율 분포와 MC형 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포를 갖는 도면이다.
이 때, 도 3a 내지 도 3e에 도시된 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유에 있어서, 광섬유 길이를 
라하고, 단위 길이당 분산값을 
라하고, 단위 길이당 분산 기울기값을 
라 할 경우 총 분산량은 수학식 2에 의해 산출되고, 총 분산 기울기 값은 수학식 3에 의해서 산출된다.
상기한 수학식 2 및 3에서 n은 2이상의 굴절율 분포수를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수개 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유의 제조 공정 순서도로서, 도 3a의 RING형 굴절율 분포와 DC형 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유의 제조 공정 순서도에 대한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수개 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유 제조는 MCVD방법에 의하여 제조된다.
우선, 실리카(SiO2) 튜브를 MCVD 선반에 정확히 정렬시킨다음(410), 산소/수소 버너를 이용하여 실리카 튜브 내, 외부의 이물질 및 불순물을 제거한다(420).
그리고, 실리카 튜브에서 코어쪽으로 OH기의 침입을 막기 위하여 실리카 튜브 전체에 걸쳐 SiCl4를 이용하여 실리카 튜브와 굴절율을 같은 층을 다수회 증착 즉, MC층(24)을 형성한다(430).
그 다음, MC형 굴절율 분포, DC형 굴절율 분포, RING형 굴절율 분포, MC_RING형 굴절율 분포를 조합하여 복수의 굴절율 분포를 갖는 층을 형성하는 공정을 수행한다.
즉, 도 3a에 도시된 바와 같이 RING형 굴절율 분포와 DC형 굴절율을 혼합한 굴절율 분포와 도 3d에 도시된 RING형 굴절율 분포와 DC형 굴절율 분포 그리고 RING형 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포를 갖는 층을 형성하는 경우 도 4에 도시된 바와 같이, 실리카 튜브내에 굴절율을 높이는 GeCl4 또는 POCl3를 첨가하여 실리카 튜브보다 굴절율이 높은 링코어(22)층을 증착하고(440), 불소 소스인 C2F6 또는 CCl2F2 가스를 실리카 튜브내로 흘려주면서 실리카 튜브에서 원하는 부분을 국소 버너로 가열하여 실리카 튜브보다 굴절율이 높은 층 즉, 링코어(22)층을 식각(Etching)한다(450).
그 다음, 불소 소스인 C2F6 또는 SiF4를 이용하여 실리카 튜브보다 낮은 굴절율(실리카 굴절율에 비해 최고 0.6% 정도로 낮은 굴절율)을 갖는 층 즉, 디스프레 스드 클래딩층(23)을 형성한다(460).
그리고, GeCl4를 이용하여 실리카 튜브보다 높은 굴절율(실리카 굴절율에 비해 0.35%이상 높은 굴절율)이 갖는 층 즉, 링코어층(22)보다 굴절율이 높은 코어층(21)을 형성한 후(470), 분산제어광섬유 모재를 제작하고(480), 광섬유 인출 장비를 이용하여 최종적으로 광섬유를 인출한다(490).
이 때, 도 3d의 경우에는 디스프레스드 클래딩층(23)을 형성한 후 GeCl4 또는 POCl3를 첨가하여 실리카 튜브보다 굴절율이 높은 링코어(22)층을 증착한다.
도 3b의 DC형 굴절율 분포와 MC형 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유의 제조 공정은, MC층(24)을 형성한 후(430), 실리카 튜브보다 굴절율이 디스프레스드 클래딩층(23)을 형성하고, 디스프레스드 클래딩층(23)을 식각하는 공정을 수행한 후, 상기한 470에서부터의 공정과 동일하게 수행된다.
도 3c의 MC_RING형 굴절율 분포와 MC형 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포의 분산제어광섬유의 제조 공정은, 실리카 튜브보다 높은 굴절율을 갖는 링코어층(22)을 형성하고, 링코어층(22)을 식각하고, 실리카튜브와 동일한 굴절율을 갖는 매치드 클래딩층(24)을 형성하는 공정을 수행한 후 상기한 470에서부터의 공정과 동일하게 수행된다.
또한, 도 3e의 RING형 굴절율 분포와 DC형 굴절율 분포와 MC형 굴절율 분포를 혼합한 굴절율 분포의 분산제어광섬유의 제조 공정은, 실리카 튜브보다 굴절율이 높은 링코어층(22)을 형성한 후 링코어층(22)을 식각하고, 실리카 튜브보다 굴 절율이 낮은 디스프레스드 클래딩층(23)을 형성하고, 링코어층(22)을 식각하는 공정을 수행한 후 상기한 470에서부터의 공정과 동일하게 수행된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 두 개의 분산제어광섬유를 나타낸 도면으로서, A, B의 굴절율 분포를 가지고, 코어(31)영역과 클래딩 영역(32) 및 코팅영역(33)으로 이루어진다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유는 모든 광섬유에 의하여 축적된 총분산값 및 분산기울기를 동시에 조절할 수 있고 또한, 그 제조 방법은 종래의 분산을 제어하는 광섬유 제조 비용을 절감시키는 효과를 제공한다.
Claims (12)
- 특정 굴절율 분포를 포함하여 분산을 제어하는 광섬유에 있어서,MC(Matched Cladding)형 굴절율 분포, DC(Depressed Cladding)형 굴절율 분포, RING형 굴절율 분포 및 MC_RING형 굴절율 분포 중 둘 또는 세 개의 굴절율 분포가 조합된 복수개의 굴절율 분포를 포함하며, 상기 복수개의 굴절율 분포에 대응되는 특정 분산값 및 특정 분산 기울기값을 갖는 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유.
- 제 1 항에 있어서, 상기 복수개 굴절율 분포는 상기 RING형 굴절율 분포와 상기 DC형 굴절율 분포를 조합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유.
- 제 1 항에 있어서, 상기 복수개 굴절율 분포는 상기 DC형 굴절율 분포와 상기 MC형 굴절율 분포를 조합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유.
- 제 1 항에 있어서, 상기 복수개 굴절율 분포는 상기 MC_RING형 굴절율 분포와 상기 MC형 굴절율 분포를 조합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유.
- 제 1 항에 있어서, 상기 복수개 굴절율 분포는 상기 RING형 굴절율 분포와 상기 DC형 굴절율 분포 및 상기 RING형 굴절율 분포를 조합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유.
- 제 1 항에 있어서, 상기 복수개 굴절율 분포는 상기 RING형 굴절율 분포와 상기 DC형 굴절율 분포 및 상기 MC형 굴절율 분포를 조합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유.
- 특정 굴절율 분포를 포함하여 분산을 제어하는 분산제어광섬유의 제조 방법에 있어서,상기 분산제어광섬유는 코어층, 디스프레스드 클래딩(Depressed Cladding)층, 링(Ring) 코어층, 실리카(SiO2)와 굴절율이 같은 매치드 클래딩(Matched Cladding)층 및 코팅층으로 이루어지는 구조이고,상기 분산제어광섬유 제조 방법은,상기 실리카 튜브를 정렬시키고 이물질 및 불순물을 제거한다음 상기 실리카 튜브와 동일한 굴절율을 갖는 상기 매치드 클래딩층을 형성하는 매치드 클래딩층 형성 공정;상기 MC형 굴절율 분포, 상기 DC형 굴절율 분포, 상기 RING형 굴절율 분포, 상기 MC_RING형 굴절율 분포 중 둘 또는 세 개의 굴절율 분포를 조합하여 복수의 굴절율 분포를 갖는 층을 형성하는 복수의 굴절율 분포를 갖는 층 형성 공정;상기 코어층을 형성한 후 상기 분산제어광섬유 모재를 제작하는 광섬유 모재 제작 공정; 및상기 상기 분산제어광섬유 모재로부터 광섬유를 인출하는 광섬유 인출 공정을 포함하는 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 굴절율 분포를 갖는 층 형성 공정은,상기 실리카 튜브보다 굴절율이 높은 상기 링코어층을 형성하는 제 1 공정;상기 링코어층을 식각하는 제 2 공정;상기 실리카 튜브보다 굴절율이 낮은 상기 디스프레스드 클래딩층을 형성하는 제 3 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 굴절율 분포를 갖는 층 형성 공정은,상기 실리카 튜브보다 굴절율이 낮은 상기 디스프레스드 클래딩층을 형성하는 제 1 공정;상기 디스프레스드 클래딩층을 식각하는 제 2 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 굴절율 분포를 갖는 층 형성 공정은,상기 실리카 튜브보다 굴절율이 높은 링코어층을 형성하는 제 1 공정;상기 링코어층을 식각하는 제 2 공정;상기 실리카튜브와 동일한 굴절율을 갖는 상기 매치드 클래딩층을 형성하는 제 3 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 굴절율 분포를 갖는 층 형성 공정은,상기 실리카 튜브보다 굴절율이 높은 링코어층을 형성하는 제 1 공정;상기 링코어층을 식각하는 제 2 공정;상기 실리카 튜브보다 굴절율이 낮은 상기 디스프레스드 클래딩층을 형성하는 제 3 공정;상기 링코어층을 식각하는 제 4 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 분산제어광섬유 길이를라하고, 단위 길이당 분산값을
라하고, 단위 길이당 분산 기울기값을
라하고, 굴절율 분포수를 n이라 할 경우,
[수학식 2]
상기 수학식 2에 의해 총분산량이 산출되고,[수학식 3]
상기 수학식 3에 의해 총 분산 기울기값이 산출되는 것을 특징으로 하는 복수의 굴절율 분포를 갖는 분산제어광섬유 제조 방법.
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1999
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