KR100668284B1 - Ｓ밴드 분리형 라만 증폭기를 위한 분산보상광섬유 - Google Patents

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Abstract

전송 용량의 증가로 기존의 C/L 밴드와 더불어 S 밴드까지 전송 대역을 확장하고자 하는 요구가 급증하고 있다. 라만 증폭기는 다양한 이득 대역에서 증폭이 가능하며 잡음 특성이 우수하여 S 밴드 증폭기로 각광을 받고 있다. 이러한 라만 증폭기에서는 고출력 펌프 레이저 다이오드와 함께 증폭 매체인 광섬유의 특성이 매우 중요하다. 특히 분리형 라만 증폭은 전송로가 아닌 분산보상광섬유나 비선형 광섬유에 라만 펌핑을 함으로써 광섬유 내의 라만 비선형 현상을 이용하여 증폭하는 기술이다. 따라서 높은 이득을 얻기 위해서는 증폭 매체인 광섬유의 특성이 매우 중요하다. 이에 본 발명에서는 S 밴드 분리형 라만 증폭기에 적합한 분산보상광섬유를 설계하였다. 라만 이득 계수와 S 밴드에서의 분산 특성, 손실 등을 고려하였다. 본 발명에서 제안하는 분산보상광섬유는 S 밴드 분리형 라만 증폭기의 성능을 향상시켜 효율적인 전송 대역 확장을 가능케 할 것이다.
분리형 라만 증폭기, S 밴드, 분산, 유효 면적, 라만 이득 계수, 손실

Description

Ｓ밴드 분리형 라만 증폭기를 위한 분산보상광섬유{Dispersion Compensating Fiber for S-band discrete Raman Amplifier}
도 1은 실리카 광섬유의 손실 스펙트럼을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 순수 실리카 광섬유의 라만 이득 스펙트럼을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일반적인 S 밴드 분리형 라만 증폭기의 구조를 나타내는 구성도이다.
도 4는 도 3의 S 밴드 분리형 라만 증폭기의 이득 스펙트럼을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3의 S 밴드 분리형 라만 증폭기의 출력 스펙트럼을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래의 C 밴드용 분산보상광섬유의 손실 스펙트럼을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 종래의 C 밴드용 분산보상광섬유의 분산을 나타내는 도면이다.
도 8은 일반적인 단일모드광섬유의 분산을 나타내는 도면이다.
도 9는 종래의 C 밴드용 분산보상광섬유로 단일모드광섬유의 분산을 보상한 경우의 잔여 분산을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 다양한 코어(직사각형, 삼각형) 및 클래드(매치드, 움푹 파인 구조, 링) 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 다양한 코어(직사각형, 삼각형) 및 클래드(매치드, 움푹 파인 구조, 링) 구조에 따른 분산 곡선의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분산보상광섬유의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 분산보상광섬유의 분산을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 분산보상광섬유로 단일모드광섬유의 분산을 보상한 경우의 잔여 분산을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 1500㎚에서 게르마늄 농도에 따른 굴절률 변화를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 분산보상광섬유의 유효 면적당 라만 이득 계수와 FOM을 기존의 광섬유와 비교하여 나타내는 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
DCF: Dispersion Compensating Fiber
PBC: Polarization Beam Combiner
WDM: Wavelength Division Multiplexer
Pump LD: Pump Laser Diode
EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier
TDFA: Thulium Doped Fiber Amplifier
RA: Raman Amplifier
TDF: Thulium Doped Fiber
PMD: Polarization Mode Dispersion
SMF: Single Mode Fiber
FOM: Figure Of Merit
본 발명은 S 밴드 분리형 라만 증폭기를 위한 분산보상광섬유에 관한 것이다.
현재, 전송 용량을 늘리기 위한 방법의 일환으로 전송 대역을 확장하는 연구가 활발히 이루어지면서 기존의 C/L 밴드와 더불어 저 손실 대역인 S 밴드의 전송 기술이 각광을 받고 있다. 여기서 실리카 광섬유의 파장(Wavelength)에 따른 손실(Loss) 특성은 도 1과 같으며 일반적으로 C 밴드는 1525㎚에서 1565㎚까지, L 밴드는 1565㎚에서 1605㎚까지, S 밴드는 1485㎚에서 1525㎚까지를 일컫는다. C 밴드와 L 밴드에서는 어븀 첨가 광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, 이하 EDFA라 한다)로 광 신호를 증폭할 수 있으나, EDFA가 S 밴드에서 이득 대역을 가지지 않기 때문에 기존의 EDFA로 S 밴드의 광 신호를 증폭할 수 없다.
상술한 S 밴드에서 이득 대역을 가지는 증폭 기술에는 툴륨과 같은 희토류를 첨가한 광섬유 증폭기(Thulium Doped Fiber Amplifier, 이하 TDFA라 한다)와 광섬유 내의 라만 비선형 현상(Raman Scattering)을 이용한 라만 증폭기(Raman Amplifier, 이하 RA라 한다), 반도체 증폭기 등이 있다.
TDFA는 비실리카 계열인 불화(Fluoride) 유리에 툴륨을 첨가하여 만든 광섬유(Thulium Doped Fiber, 이하 TDF라 한다)를 증폭 매체로 사용하기 때문에 일반 실리카 광섬유와 접속시 많은 손실과 문제점이 발생하게 된다.
반도체 증폭기의 제조 기술이 발달하면서 반도체 증폭기가 새롭게 대두되고 있으나 작은 이득과 높은 편광모드분산(polarization mode dispersion, 이하 PMD라 한다)과 같이 아직 기술적으로 해결되어야 할 문제점이 많다.
라만 증폭기는 펌프 파장에 따라 다양한 대역에서 이득을 가지는 장점이 있어 S 밴드와 같이 EDFA로 증폭이 불가능한 대역에 적합한 증폭 기술이다. 그 가운데 분리형 라만 증폭기(Discrete Raman Amplifier)는 전송로를 라만 펌핑하는 분산형 라만 증폭기(Distributed Raman Amplifier)와 달리 이득을 얻기 위해 전송 시스템에 별개의 요소로 삽입되는 증폭기이다. S 밴드 분리형 라만 증폭기는 펌프용 레이저 다이오드(Laser Diode, 이하 LD라 한다)와 증폭 매체인 광섬유, 입력 광 신호와 펌프 신호를 묶는 WDM(Wavelength Division Multiplexer)을 포함한 기타 광 소자로 구성되어 있다. 이제까지 S 밴드 분리형 라만 증폭기의 이득은 펌프 LD의 파장과 출력 및 DCF(Dispersion Compensating Fiber, 이하 DCF라 한다)의 길이로 조절하였다. 따라서, 분리형 라만 증폭기는 펌프용 LD의 출력의 한계와 C 밴드용 DCF 의 큰 손실로 인하여 S 밴드에서 이득은 크지 않았으며 분산 특성 또한 적합하지 않았다.
이에 David J. DiGiovanni는 라만 이득 계수가 큰 비선형 광섬유를 기존의 DCF와 함께 사용함으로써 이득을 키우는 방법을 제안하였다(David J. DiGiovanni, Raman Amplified Dispersion Compensating Modules, US 6,504,973 B1, Jan. 7, 2003). 그러나 이러한 비선형 광섬유는 기존의 DCF의 분산을 고려하여 설계 제작되어야 하는 어려움이 있으며, 비선형 광섬유의 손실이 기존의 DCF보다 크기 때문에 실질적인 이득 증대 효과를 기대하기 어렵다.
이에 본 발명에서는 S 밴드에 적합한 분산 특성을 가지면서 유효 면적당 라만 이득 계수가 큰 분산보상광섬유를 설계하여 S 밴드 분리형 라만 증폭기의 이득 및 분산 특성을 향상시키는 방법을 제안한다.
본 발명에서는 S 밴드 분리형 라만 증폭기의 이득 및 분산 특성을 향상시키기 위해 S 밴드에서 기존의 C 밴드용 분산보상광섬유보다 유효 면적당 라만 이득 계수는 크면서 음의 분산 값이 큰 분산보상광섬유를 제공한다. 또한, 라만 이득을 높이기 위해 유효 면적당 라만 이득 계수가 큰 광섬유의 구조를 제공한다. 또한 단일모드광섬유(Single Mode Fiber, 이하 SMF라 한다)의 분산을 효율적으로 보상하기 위해 분산보상광섬유의 분산 기울기가 SMF의 분산 기울기와 반대가 되도록 설계된 광섬유 구조를 제공한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에서는, S 밴드 분리형 라만 증폭기의 증폭 매체로서, 굴절률이 n1인 코어, 굴절률이 n2이고 상기 코어를 둘러싸는 내부 클래드, 및 굴절률이 n4이고 상기 내부 클래드를 둘러싸는 외부 클래드를 포함하며, 상기 외부 클래드는 상기 내부 클래드와의 사이에 굴절률이 n3인 환상영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 분산보상광섬유를 제공한다.
바람직하게, 상기 코어는 사다리꼴 형태임을 특징으로 한다. 또한, 상기 코어와 상기 외부 클래드의 상대적인 굴절률 차는 1.2% 내지 1.6%이고, 상기 내부 클래드와 상기 외부 클래드의 상대적인 굴절률 차는 0.4% 내지 0.8%이며, 상기 환상영역의 굴절률과 상기 외부 클래드의 상대적인 굴절률 차는 0.2% 내지 0.6%임을 특징으로 한다. 또한, 상기 환상영역의 두께는 상기 코어의 두께의 0.8 내지 1.2배이며, 상기 내부 클래드의 두께는 상기 코어의 두께의 1배 내지 3배임을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 분산보상광섬유는 바람직하게 유효 면적당 라만 이득 계수가 6.5㎞-1W-1이상이며 유효 면적이 20㎛2 이하이며, S 밴드에서 분산 값이 -120㎰/㎚/㎞ ~ -170㎰/㎚/㎞이고, 더욱 바람직하게, 유효 면적당 라만 이득 계수가 6.5㎞-1W-1이상이며 유효 면적이 9㎛2 내지 11.9㎛2 이하이며, S 밴드에서 분산 값이 -100㎰/㎚/㎞ ~ -150㎰/㎚/㎞인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 기술을 비교하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
일반적으로 라만 증폭기는 광섬유 내에서 발생하는 비선형 현상인 라만 산란(Raman Scattering)에 의하여 하나의 광 신호 에너지가 다른 신호로 전이되면서 이득이 발생하는 원리를 이용한다. 순수 실리카 광섬유의 라만 이득 스펙트럼은 도 2에 도시한 바와 같다. 이득 대역폭은 40㎔이며, 13.2㎔에서 피크를 가진다. 라만 증폭기는 펌프 파장에 따라 다른 이득 대역을 가지므로 적당히 펌프 파장을 조절함으로써 넓은 대역에서 이득을 가질 수 있는 장점이 있다.
도 3은 S 밴드 분리형 라만 증폭기의 구조를 개략적으로 보여준다. 2단 증폭 구조인 S 밴드 분리형 라만 증폭기는 4개의 펌프 LD(Pump LD)가 역방향으로 여기되어 있다. S 밴드의 광 신호가 아이솔레이터를 거쳐 첫 번째 DCF를 통과하면서 두 펌프 LD의 펌프 신호에 의하여 이득을 가지게 된다. 증폭된 신호는 다시 아이솔레이터를 거쳐 두 번째 DCF에 입사되며 나머지 두 펌프 LD의 펌프 신호에 의하여 다시 증폭이 된다. S 밴드 분리형 라만 증폭기에서는 입력부와 출력부, 두 DCF 사이에 아이솔레이터를 두어 DCF나 각 소자에서 반사되어 간섭을 일으키는 것을 방지하고 있다.
상술한 구성의 S 밴드 분리형 라만 증폭기의 이득 및 출력 특성은 도 4와 도 5에 나타낸 바와 같다. 이득 대역폭을 측정하기 위하여 150㎃의 광대역 광원을 입 력으로 사용하였으며, 펌프 LD의 파장은 1400㎚, 1410㎚, 1420㎚, 1430㎚로 펌프 LD의 총 출력은 700㎽이다. 도 4의 이득 스펙트럼에서 볼 수 있듯이 1510㎚를 중심으로 대칭인 이득 곡선을 나타내었으며 이득 대역폭은 35㎚이다. 이러한 이득 대역은 펌프 LD의 파장으로 조절할 수 있다. S 밴드 광신호의 입력이 -2㏈m(채널당 -7㏈m/ch)일 때 출력은 11㏈m(채널당 6㏈m/ch)이다.
상술한 S 밴드 분리형 라만 증폭기에 사용된 DCF는 기존의 C 밴드용으로 S 밴드에서의 손실 및 분산 특성은 도 6과 도 7에 나타낸 바와 같다. DCF의 손실이 C 밴드에 비하여 S 밴드에서 약 0.04㏈/㎞ 더 크며, 전체 DCF 손실(전체 길이 약 20㎞)은 약 1dB 정도 차이가 난다.
또한 DCF의 분산은 C 밴드에 비하여 S 밴드에서 더 작은 값을 가지기 때문에 도 8과 같은 SMF의 분산을 보상할 경우 S 밴드에서 잔여 분산이 커지는 문제가 발생한다.
도 9는 S 밴드와 C 밴드에서 SMF의 분산을 기존의 C 밴드용 DCF로 보상하고 남은 잔여 분산을 설명하기 위한 그래프이다. C 밴드에서는 잔여 분산이 약 5㎰/㎚/㎞ 이내이지만 S 밴드에서는 약 15㎰/㎚/㎞ 이내로 3배 정도 잔여 분산이 크다.
이에 본 발명에서는 S 밴드 분리형 라만 증폭기의 증폭 매체로 적합한 분산보상광섬유의 특성 및 구조를 제안한다. S 밴드 분리형 라만 증폭기에 최적인 광섬유는 다음과 같은 특성을 가져야 한다.
1) 큰 음수 값을 가지는 분산: S 밴드에서 SMF의 분산을 보상하기 위해서는 분산보상광섬유의 분산은 음수 값을 가져야 하며 DCF의 손실을 최소화 하기 위해서 는 분산 보상에 필요한 DCF의 길이가 작아야 한다. 따라서 최소한의 길이로 분산을 보상하기 위해서는 DCF의 분산이 큰 음수 값을 가져야 한다. 1500㎚에서 C 밴드용 DCF의 분산 값은 -95㎰/㎚/㎞이다.
2) 분산 기울기: WDM 시스템과 같이 40채널 이상의 신호를 동시에 수용하는 전송 시스템에서는 채널별 잔여 분산이 시스템 성능에 중요한 영향을 미친다. 따라서 S 밴드 대역에서 SMF의 분산을 보상하고 남은 잔여 분산이 최소화되기 위해서는 DCF의 분산 기울기가 매우 중요하다. DCF의 분산 기울기는 잔여 분산이 최소가 되도록 조절한다.
3) 높은 라만 이득 계수: 라만 이득(G)은 아래 수학식 1에 제시된 바와 같이, 라만 이득 계수(g)와 펌프 파워(P), 광섬유의 유효 면적(Aeff), 광섬유 길이(L), 손실 등의 함수이다.
Figure 112004058949126-pat00001
여기서, α와 α'는 각각 펌프 신호와 입력 신호의 파장에서 손실을 말하며, κ는 원통형 코어를 가지는 광섬유의 편광을 나타내는 것으로 2에 해당한다.
따라서 라만 이득을 키우기 위해서는 라만 이득 계수가 커야 한다.
4) 작은 유효 면적: 라만 이득은 광섬유의 유효 면적에 반비례하므로 높은 라만 이득을 가지기 위해서는 유효 면적을 줄여야 한다.
5) 낮은 손실: 라만 증폭기의 이득을 극대화하기 위해서는 S 밴드 대역에서 손실이 작아야 한다. 기존의 C 밴드용 DCF의 경우, 도 6과 같이 1500㎚에서 0.37㏈/㎞이다.
6) 사용 대역에서의 모드: S 밴드에서 단일 모드를 가져야 한다. 따라서 차단 파장이 1300㎚보다 작아야 한다.
상술한 1) ~ 6)의 특성을 만족하는 분산보상광섬유를 설계하기 위해서 분산 및 라만 이득 계수와 광섬유 구조의 관계를 살펴보았다.
한편, 일반적인 DCF의 구조는 높은 굴절률의 코어를 가지는 계단형이다. 그러나 계단형의 구조는 분산 기울기가 너무 크기 때문에 넓은 대역에서 잔여 분산이 크다. 이러한 분산 기울기까지 보상하는 구조가 Lars Gruner-Nielsen에 의해 제안되었다(Lars Gruner-Nielsen, Dispersion-compensating module, US 6,654,531 B2, Nov. 25, 2003).
도 10에 도시한 광섬유의 코어와 클래드 구조에 따른 분산의 특성을 도 11에서 설명하고 있다. 도 10에서, 코어의 반경(a)은 1.73㎜이며 클래드의 반경(b)은 4.79㎜, 링의 반경(c)은 6.5㎜이다. 코어와 매치드 클래드와의 상대적인 굴절률 차(Δ1)는 1.45%, 움푹 파인 클래드와 매치드 클래드와의 상대적인 굴절률 차(Δ2)는 -0.63%, 링과 매치드 클래드와의 상대적인 굴절률 차(Δ3)는 0.47%이다. 직사각형(Rectangular) 코어에 비해 삼각형(Triangular) 코어일 때 단파장의 음 분산 값이 더 크다.
또한 움푹 파인(Depressed) 클래드 구조는 분산 기울기를 바꾸는 역할을 하며, 움푹 파인 클래드에 링을 추가함으로써 장파장의 음 분산 값을 더 크게 할 수 있다. 분산보상광섬유의 분산은 SMF의 분산과 기울기가 반대이어야 하며, 분산의 음수 값이 커야 한다.
따라서 본 발명에서는 직사각형과 삼각형을 적절히 배합한 코어에 움푹 파인 클래드, 외부 클래드에 링이 있는 구조로 분산보상광섬유를 설계하였다.
라만 이득 계수는 수학식 2에 제시된 바와 같이, 코어에 첨가된 게르마늄(Germanium) 농도와 코어의 굴절률에 비례한다. 또한 코어에 게르마늄 농도를 키울수록 코어의 굴절률이 커진다. 따라서 코어의 굴절률을 높게 함으로써 라만 이득 계수를 높일 수 있다. 그러나 코어의 굴절률이 높으면 광섬유의 음 분산 값이 작아지기 때문에 분산과 라만 이득 계수를 고려하여 코어 굴절률을 최적화해야 한다.
Figure 112004058949126-pat00002
Figure 112004058949126-pat00003
여기서 σ0는 라만 단면적(Raman cross section)으로, 수학식 3과 같이 게르마늄 농도에 비례한다. C는 비례 상수이며 χGeO2는 게르마늄 농도이다.
유효 면적을 줄이기 위해서는 코어의 반경을 최소화 하여야 하며, 분산 특성을 함께 고려하여 설계되어야 한다. 코어의 굴절률이 클수록 코어와 클래드 간의 큰 굴절률 차로 인하여 반사가 발생하게 되며 이는 손실을 크게 하는 요인이 된다.
따라서 본 발명에서는 외부 클래드에 링을 추가함으로써 코어와 클래드 간의 큰 굴절률 차로 인한 손실을 줄인다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분산보상광섬유의 구조로서 위에서 언급한 S 밴드 분리형 라만 증폭기에 필요한 특성을 모두 고려한 광섬유의 구조이다. 본 발명에서 제시하는 분산보상광섬유의 구조는 사다리꼴 모양의 코어(Trapezoid core)와 움푹 파인 구조의 클래드(Depressed clad), 링(Ring)으로 구성되어 있다. 코어의 반경(b)은 1.73㎜(a=0.5㎜)이고, 움푹 파인 클래드의 반경(c)은 4.79㎜, 링의 반경(d)은 6.5㎜이다. 코어와 매치드 클래드와의 상대적인 굴절률 차(Δ1)는 1.45%, 움푹 파인 클래드와 매치드 클래드와의 상대적인 굴절률 차(Δ2)는 -0.63%, 링과 매치드 클래드와의 상대적인 굴절률 차(Δ3)는 0.47%이다.
도 13은 본 발명에서 제시하는 분산보상광섬유의 분산을 나타내는 그래프이다. S 밴드에서는 -120㎰/㎚/㎞ ~ 150㎰/㎚/㎞의 음 분산 값을 가진다. 이러한 분산 값을 가지는 분산보상광섬유로 SMF의 분산을 보상할 경우, 잔여 분산은 도 14와 같다. 도 14에서 볼 수 있듯이, S 밴드에서 잔여 분산은 7㎰/㎚/㎞ 이내이며 C 밴드에서는 8㎰/㎚/㎞ 이내이다. 기존의 C 밴드용 DCF가 S 밴드에서 잔여 분산이 15㎰/㎚/㎞ 이내인 것과 비교하면 약 2배 이상 잔여 분산이 줄었다.
또한 본 발명에서 제안하는 분산보상광섬유의 라만 이득 계수를 수학식 2와 수학식 3을 이용하여 계산하였다. 게르마늄 농도에 따른 굴절률 변화는 수학식 4에서 제시하는 Sellmeier 방정식을 이용하였다.
Figure 112004058949126-pat00004
여기서 SA, Sl, GA, Gl은 실리카와 게르마늄 유리에서의 Sellmeier 계수이고, X는 게르마늄 농도이다.
도 15는 1500㎚에서 게르마늄 농도(몰분율, Mole Fraction GeO2)에 따른 굴절률 변화를 나타내는 그래프이다. 도 15에서 볼 수 있듯이, 코어와 클래드 간의 굴절률(Reflective Index, n) 차이는 0.02이므로 이 때의 게르마늄 농도는 약 14%에 해당한다. 수학식 2와 수학식 3에 굴절률 차와 게르마늄 농도를 넣어 라만 이득 계수를 계산하면 0.78×10-13m/W이다.
그리고, 수학식 5를 이용하여 본 발명에서 제시하는 분산보상광섬유의 유효 면적을 계산하였다. 본 발명에서 제시하는 분산보상광섬유의 유효 면적은 1500㎚에서 11.9㎛2이다. 기존의 C 밴드 DCF가 약 20㎛2임에 비하면 상당히 작은 값이다.
Figure 112004058949126-pat00005
따라서 라만 이득 계수를 유효 면적으로 나눈 값을 유효 면적당 라만 이득 계수(g/Aeff)라 정의하면, 본 발명에서 제시하는 분산보상광섬유의 유효 면적당 라만 이득 계수는 6.5km-1W-1이다. 이에 비하여 기존의 C 밴드 DCF는 4.4km-1W -1이므로 약 47% 증가하였다.
또한 코어와 클래드 간의 큰 굴절률 차로 인한 손실을 줄이기 위해 외부 클래드에 링을 추가하였으며, 차단 파장은 700㎚로 사용 대역인 S 밴드에서 단일 모드이다. DCF의 특성을 나타내는 FOM(Figure of merit)을 아래의 수학식 6에 의하여 계산하였다. 여기서 파장은 1500㎚이다. 또한, 굴절률 및 코어 반경을 고려하여 본 발명에서 제시하는 분산보상광섬유의 손실은 0.8㏈/㎞로 하였다. 이렇게 계산된 FOM은 8.1㏈-1W-1로 기존의 C 밴드 DCF가 5 ㏈-1W-1에 비하여 약 62% 향상되었다.
Figure 112004058949126-pat00006
도 16은 본 발명에서 제시하는 분산보상광섬유의 유효 면적당 라만 이득 계 수(Raman Gain Coefficient, g/Aeff)와 FOM을 기존의 광섬유와 비교하여 나타낸 그래프이다. 표 1은 본 발명에서 제시하는 분산보상광섬유(S-DCF)의 특성을 기존의 C 밴드 DCF(C-DCF)와 비교하여 나타낸 것이다.
분산[㎰/㎚/㎞]@S밴드 분산[㎰/㎚/㎞]@S밴드 λc[㎚] Aeff[㎛2] @1500㎚ g/Aeff[㎞-1W-1] @1500㎚ FOM[㏈-1W-1] @1500㎚
S-DCF -120 ~ -150 0 ~ - 7 700 11.9 6.5 8.1
C-DCF - 92 ~ -100 -5 ~ -15 800 20 4.4 5
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분산보상광섬유는 반경이 작으면서 굴절률이 높은 사다리꼴 형태의 코어와 움푹 파인 구조의 클래드, 링이 있는 외부 클래드로 구성된다. 이러한 구성에 의해, 본 발명에 따른 S 밴드 분리형 라만 증폭기에 적합한 분산보상광섬유는 S 밴드에서 음 분산 값이 크고 분산 기울기는 SMF의 분산 기울기와 반대인 분산 특성을 가지며, 라만 이득을 크게 하기 위한 유효 면적당 라만 이득 계수가 높다.
상술한 실시예에서 제시한 방법 이외에도 코어와 클래드의 굴절률 및 반경 등의 분포 형태를 변경하여 S 밴드 분리형 라만 증폭기에 적합한 광섬유를 구현하는 방법이 다양하다는 것은 동일한 분야에 종사하는 어느 정도의 지식을 가진 사람에게는 자명하다.
본 발명이 제안하는 S 밴드 분리형 라만 증폭기를 위한 분산보상광섬유는 S 밴드에서 큰 음 분산 값을 가지며, 기울기가 단일모드광섬유의 분산 기울기와 반대 이어서 잔여 분산 값이 작고 유효 면적당 라만 이득 계수가 높으며 큰 값의 FOM을 가지므로 S 밴드 분리형 라만 증폭기의 비약적인 성능 향상을 꾀할 수 있다.

Claims (6)

  1. S 밴드 분리형 라만 증폭기의 증폭 매체로서,
    사다리꼴 형태의 코어;
    상기 코어를 둘러싸는 내부 클래드; 및
    상기 내부 클래드를 둘러싸는 외부 클래드를 포함하며,
    상기 외부 클래드는 상기 내부 클래드와의 사이에 환상영역을 구비하고,
    유효 면적당 라만 이득 계수가 6.5㎞-1W-1이상이며 유효 면적이 20㎛2 이하이고, S 밴드에서 분산 값이 -100㎰/㎚/㎞ ~ -170㎰/㎚/㎞인 것을 특징으로 하는 분산보상광섬유.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 코어와 상기 외부 클래드의 상대적인 굴절률 차는 1.2% 내지 1.6%이고, 상기 내부 클래드와 상기 외부 클래드의 상대적인 굴절률 차는 0.4% 내지 0.8%이며, 상기 환상영역의 굴절률과 상기 외부 클래드의 상대적인 굴절률 차는 0.2% 내지 0.6%임을 특징으로 하는 분산보상광섬유.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 환상영역의 두께는 상기 코어의 두께의 0.8 내지 1.2배이며, 상기 내부 클래드의 두께는 상기 코어의 두께의 1배 내지 3배임을 특징으로 하는 분산보상광섬유.
  5. 삭제
  6. S 밴드 분리형 라만 증폭기의 증폭 매체로서,
    사다리꼴 형태의 코어;
    상기 코어를 둘러싸는 내부 클래드; 및
    상기 내부 클래드를 둘러싸는 외부 클래드를 포함하며,
    상기 외부 클래드는 상기 내부 클래드와의 사이에 환상영역을 구비하고,
    유효 면적당 라만 이득 계수가 6.5㎞-1W-1이상이며 유효 면적이 9㎛2 내지 11.9㎛2 이하이며, S 밴드에서 분산 값이 -120㎰/㎚/㎞ ~ -150㎰/㎚/㎞인 것을 특징으로 하는 분산보상광섬유.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007094075A1 (ja) * 2006-02-17 2007-08-23 Ibiden Co., Ltd. 乾燥用治具組立装置、乾燥用治具分解装置、乾燥用治具循環装置、セラミック成形体の乾燥方法、及び、ハニカム構造体の製造方法
EP2495589A1 (en) * 2011-03-04 2012-09-05 Draka Comteq B.V. Rare earth doped amplifying optical fiber for compact devices and method of manufacturing thereof
TWI501585B (zh) * 2011-07-12 2015-09-21 Accton Technology Corp 網路供電控制系統及其網路供電設備與網路受電裝置
CN103760634B (zh) * 2014-01-27 2017-03-22 长飞光纤光缆股份有限公司 一种单模光纤
JP6155380B2 (ja) * 2014-08-01 2017-06-28 株式会社フジクラ 光ファイバ及びその製造方法
WO2016047749A1 (ja) 2014-09-26 2016-03-31 株式会社フジクラ 光ファイバ
JP6393338B2 (ja) 2014-09-26 2018-09-19 株式会社フジクラ 光ファイバおよびその製造方法
CN105223645A (zh) * 2015-11-03 2016-01-06 江苏亨通光电股份有限公司 一种低损耗光纤及其制作方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6445864B2 (en) * 2000-03-24 2002-09-03 Corning Incorporated Dispersion compensating optical fiber
US6445862B1 (en) 2000-06-20 2002-09-03 Corning Incorporated Dispersion compensating photonic crystal fiber
KR20030003706A (ko) * 2000-03-30 2003-01-10 코닝 인코포레이티드 분산 기울기를 보상하는 광 도파관 섬유
US6665481B2 (en) * 2001-12-20 2003-12-16 Corning Incorporated Low MPI dispersion compensating fiber

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3997241A (en) * 1973-06-07 1976-12-14 Hitachi, Ltd. Optical waveguide transmitting light wave energy in single mode
FR2724234B1 (fr) * 1994-09-05 1997-01-03 Alcatel Fibres Optiques Fibre optique monomode a dispersion decalee
TW449665B (en) * 1997-06-23 2001-08-11 Corning Inc High dispersion zero waveguide fiber
CA2314961C (en) * 1997-12-30 2005-08-09 Ji-Hoon Lee Dispersion shifted optical fiber
FR2790107B1 (fr) * 1999-02-18 2001-05-04 Cit Alcatel Fibre de ligne pour systemes de transmission a fibre optique a multiplexage en longueurs d'onde
JP4499288B2 (ja) * 1998-09-17 2010-07-07 アルカテル−ルーセント Ｗｄｍ光ファイバ伝送システム用の有効面積と分散勾配との最適化された比を有する光ファイバ
US6233387B1 (en) * 1998-11-30 2001-05-15 Corning Incorporated Broadband pulse-reshaping optical fiber
JP2003515755A (ja) * 1999-11-22 2003-05-07 コーニング・インコーポレーテッド 分散シフト型大有効領域導波路ファイバ
US6633714B2 (en) * 2000-02-24 2003-10-14 Alcatel Optical fiber for wavelength division multiplex transmission systems
US6813430B2 (en) * 2000-02-29 2004-11-02 Fujikura, Ltd. Dispersion-compensating optical fiber and hybrid transmission line
US6640038B2 (en) * 2000-05-31 2003-10-28 Corning Incorporated Dispersion managed fibers having reduced sensitivity to manufacturing variabilities
US6400877B1 (en) * 2000-09-01 2002-06-04 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Negative-dispersion optical fiber and optical transmission line incorporating the same
KR20020029529A (ko) 2000-10-13 2002-04-19 이계철 큰 음의 분산 값을 갖는 분산 평탄 광섬유의 구조 및 제조방법
WO2002048768A2 (en) * 2000-12-12 2002-06-20 Corning Incorporated Optical fiber with very high negative dispersion slope
US6599091B2 (en) * 2001-05-29 2003-07-29 James Nagle Modular submersible pump
FR2828939B1 (fr) * 2001-08-27 2004-01-16 Cit Alcatel Fibre optique pour un systeme de transmission a multiplexage en longueurs d'onde
US6937805B2 (en) * 2001-10-26 2005-08-30 Fujikura, Ltd. Dispersion compensating fiber and dispersion compensating fiber module
US6751390B2 (en) * 2001-12-11 2004-06-15 Corning Incorporation Dispersion and dispersion slope compensating fiber and optical transmission system utilizing same
JP2003287642A (ja) * 2002-01-22 2003-10-10 Fujikura Ltd 光ファイバ及び光伝送路
US6757468B2 (en) * 2002-03-14 2004-06-29 Corning Incorporated Dispersion compensation optical fiber and optical transmission line using same
US6504973B1 (en) * 2002-03-16 2003-01-07 Fitel Usa Corp. Raman amplified dispersion compensating modules
KR100419418B1 (ko) * 2002-04-03 2004-02-21 삼성전자주식회사 분산 제어 광섬유
US6952517B2 (en) * 2003-01-29 2005-10-04 Furukawa Electric North America Method for the manufacture of optical fibers, improved optical fibers, and improved raman fiber amplifier communication systems
US6904217B2 (en) * 2003-01-29 2005-06-07 Furukawa Electric North America Method for the manufacture of optical fibers, improved optical fibers, and improved Raman fiber amplifier communication systems
US20040218881A1 (en) * 2003-04-30 2004-11-04 Jacob Rathje Method for the manufacture of optical fibers and improved optical fibers
US7164833B2 (en) * 2003-09-24 2007-01-16 Fitel U.S.A. Corp. Optical fiber for improved performance in S-, C- and L-bands
US20050185905A1 (en) * 2004-02-20 2005-08-25 Burke James P. Dispersion correction fiber, transmission system and method of operating same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6445864B2 (en) * 2000-03-24 2002-09-03 Corning Incorporated Dispersion compensating optical fiber
KR20030003706A (ko) * 2000-03-30 2003-01-10 코닝 인코포레이티드 분산 기울기를 보상하는 광 도파관 섬유
US6445862B1 (en) 2000-06-20 2002-09-03 Corning Incorporated Dispersion compensating photonic crystal fiber
US6665481B2 (en) * 2001-12-20 2003-12-16 Corning Incorporated Low MPI dispersion compensating fiber

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