KR100703108B1 - Optical fiber - Google Patents
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Abstract
광 섬유에 관한 것으로, 코어와, 코어를 둘러싸는 제1 클래딩층과, 제1 클래딩층을 둘러싸는 제2 클래딩층을 포함하며, 제1 클래딩층은 소정 형상의 공기층인 광 섬유를 제안한다.An optical fiber comprising a core, a first cladding layer surrounding a core, and a second cladding layer surrounding a first cladding layer, wherein the first cladding layer is an air layer of a predetermined shape.
코어(core), 클래딩층(cladding layer), 공기층, 굽힘 손실(bending loss), 광 섬유(optical fiber). Core, cladding layer, air layer, bending loss, optical fiber.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광 섬유를 절단한 단면구조를 나타낸 것이다.Figure 1 shows a cross-sectional structure cut the optical fiber according to an embodiment of the present invention.
도 2는 구부림 반경에 따른 굽힘 손실을 종래의 광 섬유와 도 1의 광 섬유를 비교실험하여 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing a result of measuring bending loss according to a bending radius by comparing an optical fiber of FIG. 1 with a conventional optical fiber.
도 3a는 도 1의 광 섬유의 구부림 횟수에 따른 투과 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.3A is a graph showing a transmission spectrum according to the number of bending of the optical fiber of FIG. 1.
도 3b는 도 1의 광 섬유의 구부림 횟수에 따른 굽힘 손실을 나타낸 그래프이다.3B is a graph showing bending loss according to the number of bending of the optical fiber of FIG. 1.
<도면부호의 설명><Description of Drawing>
100 : 광 섬유 110 : 코어100: optical fiber 110: core
120 : 제1 클래딩층 130 : 제2 클래딩층120: first cladding layer 130: second cladding layer
본 발명은 광 섬유(optical fiber)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 FTTH(Fiber To The Home) 통신 또는 메트로(metro) 통신과 같이 광 섬유의 구부림 이 많은 통신 환경에서 굽힘 손실(bending loss)을 최소화함으로써, 광통신 시스템의 효율성을 향상시키기 위한 광 섬유에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to optical fibers, and more particularly, to minimize bending loss in a communication environment with many bending of optical fibers such as FTTH (Fiber To The Home) communication or metro communication. Thereby, the present invention relates to an optical fiber for improving the efficiency of an optical communication system.
일반적인 광 섬유는 굴절률이 높은 코어와 굴절률이 낮은 클래딩층으로 구성되며, 코어와 클래딩층 사이의 굴절률 차이에 의한 전반사 원리에 의해서 광 신호를 전달한다. 그러나, 코어와 클래딩층 사이의 굴절률 차이(:relative refractive index difference)가 0.3% 정도로 낮아 구부림에 약하여 높은 굽힘 손실을 유발하는 단점이 있었다. 이러한 굽힘 손실을 억제하기 위하여 코어와 클래딩층 사이의 굴절률을 높여서 코어로 전달되는 광 신호가 높은 유효 굴절률을 유지하며 구부림에 대해서도 광 신호의 가둠(confinement)을 높게 유지하도록 하여 굽힘 손실을 최소화하는 방법을 사용하였다.The general optical fiber is composed of a high refractive index core and a low refractive index cladding layer, and transmits an optical signal based on a total reflection principle due to a difference in refractive index between the core and the cladding layer. However, the refractive index difference between the core and the cladding layer ( The: relative refractive index difference (0.3%) was low at about 0.3%, causing weak bending and causing high bending loss. In order to suppress the bending loss, the refractive index between the core and the cladding layer is increased, so that the optical signal transmitted to the core maintains a high effective refractive index and the confinement of the optical signal is high even when bending to minimize bending loss. Was used.
하지만, 이러한 종래의 방법에서는 단일 모드(single mode)로 동작하기 위한 파장 영역이 협소해지며 코어의 크기가 감소하게 되어 삽입 손실이 증가하는 문제점이 있다. 포토닉 크리스탈(photonic crystal) 광 섬유는 코어와 클래딩층을 대신하여 광 섬유 내부에 규칙적인 공기층을 형성하여, 밴드갭(band gap) 효과를 높여서 낮은 굽힘 손실로 광 신호를 전달한다. 그러나, 공기층을 규칙적으로 배열하며 그 배열 구조를 유지하기 위해서는 높은 기술력이 요구된다. 또한, 광 섬유를 케이블링(cabling)하는 과정에서 새로운 물질을 삽입하여 면적을 넓힘으로써 구부림이 일어나더라도 구부림에 광 섬유에 미치는 영향을 최소화하여 굽힘 손실을 감소시키는 방법도 제안되었으나, 이는 많은 비용이 소요되며 광 섬유 포설 효율이 낮다는 문제점이 있다.However, this conventional method has a problem in that the wavelength region for operating in a single mode becomes narrow and the size of the core decreases, thereby increasing insertion loss. Photonic crystal optical fibers form a regular air layer inside the optical fibers in place of the core and the cladding layers, thereby enhancing the band gap effect and transferring optical signals with low bending loss. However, in order to arrange the air layer regularly and maintain the arrangement structure, high technical power is required. In addition, a method of reducing bending loss by minimizing the influence of the optical fiber on the bending even if the bending occurs by inserting a new material to increase the area in the cabling of the optical fiber has been proposed. There is a problem that the optical fiber laying efficiency is low.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위해 안출한 것으로, 넓은 파장 대역에서 단일모드로 동작할 수 있으며 굽힘 손실을 최소화하여 광 신호를 효율적으로 전달할 수 있는 광 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical fiber that can operate in a single mode in a wide wavelength band and can efficiently transmit an optical signal by minimizing bending loss.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 광 섬유는 코어와, 상기 코어를 둘러싸는 제1 클래딩층과, 상기 제1 클래딩층을 둘러싸는 제2 클래딩층을 포함하며, 상기 제1 클래딩층은 소정 형상의 공기층이다.In order to achieve this object, the optical fiber according to the present invention comprises a core, a first cladding layer surrounding the core, and a second cladding layer surrounding the first cladding layer, wherein the first cladding layer is It is an air layer of a predetermined shape.
바람직하게, 상기 제1 클래딩층은 적어도 하나 이상의 공기층으로 형성된다. 상기 공기층의 형상은 그레이프프루트(grapefruit) 형태, 원형, 타원형, 태극무늬 형태 중 어느 하나이다. 상기 공기층에는 소정의 물질이 채워져 있다. 상기 물질은 액정 또는 열광학 폴리머(thermal-optic polymer)를 포함한다. 상기 코어와 상기 제2 클래딩층의 굴절률 차이는 실질적으로 0.001 내지 2.0% 이다. 상기 코어는 실리카, 게르마늄, 붕소, 어븀, 이토븀, 알루미늄, 폴리머, 또는 공기층을 포함한다. 상기 제2 클래딩층의 굴절률은 상기 코어의 굴절률보다 상대적으로 낮다. 상기 제2 클래딩층은 실리카, 불소(fluorine) 또는 붕소(boron)가 첨가된 실리카, 또는 폴리머를 포함한다. 상기 코어의 반경은 실질적으로 0.5um 내지 25um 이다. 상기 코어 중심과 상기 제1 클래딩층 중심 사이의 거리는 실질적으로 0.5um 내지 60um 이다. 상기 제1 클래딩층의 두께는 실질적으로 10.0um 내지 60.0um 이다.Preferably, the first cladding layer is formed of at least one air layer. The air layer has a shape of a grapefruit shape, a round shape, an oval shape, or a taegeuk pattern. The air layer is filled with a predetermined substance. The material includes a liquid crystal or a thermal-optic polymer. The difference in refractive index between the core and the second cladding layer is substantially 0.001 to 2.0%. The core comprises silica, germanium, boron, erbium, yttrium, aluminum, a polymer, or an air layer. The refractive index of the second cladding layer is relatively lower than the refractive index of the core. The second cladding layer includes silica, fluorine or silica added with boron, or a polymer. The radius of the core is substantially 0.5um to 25um. The distance between the core center and the center of the first cladding layer is substantially 0.5um to 60um. The thickness of the first cladding layer is substantially 10.0um to 60.0um.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광 섬유를 절단한 단면구조를 개략적으로 나타낸 것이다.Figure 1 schematically shows a cross-sectional structure cut the optical fiber according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 코어(110)와, 코어(110)를 둘러싸는 제1 클래딩층(120)과, 제1 클래딩층(120)을 둘러싸는 제2 클래딩층(130)을 포함하며, 제1 클래딩층(120)은 소정 형상의 공기층인 광 섬유가 예시되어 있다.Referring to FIG. 1, a
코어(110)는 게르마늄(Ge), 붕소(B), 어븀(Er), 이토븀(Yb), 알루미늄(Al), 실리카(silica), 폴리머(polymer), 또는 공기층을 포함하여 높은 굴절률을 유지한다. 또한, 코어(110)의 반경(Rcore)은 실질적으로 0.5um 내지 25um 이다.The
제1 클래딩층(120)은 적어도 하나 이상의 공기층으로 형성되며, 공기층의 형상은 그레이프프루트(grapefruit) 형태, 원형, 타원형, 태극무늬 형태 중 어느 하나인 것이 바람직하나, 특별히 이에 한정되지 않음은 물론이다. 코어(110)와 공기층이 형성된 제1 클래딩층(120) 사이의 굴절률 차이()가 실질적으로 1.46%의 높은 값을 가지므로 코어(110)에서의 광 신호의 가둠 효과가 증가할 수 있다. 또한, 제1 클래딩층(120)에서 공기층으로 인해 밴드갭 효과가 발생하며, 이에 따라 코어(110)에서 광 신호의 가둠 효과가 더욱 증가할 수 있다.The
따라서, 본 실시예에 의한 광 섬유(100)는 일반 광 섬유 및 포토닉 크리스탈 광 섬유의 특성을 함께 보여준다. 즉, 전반사 조건과 밴드갭 효과를 동시에 제공함으로써, 코어(110)에서의 광 신호의 가둠 효과가 양호하여 광 섬유(100)가 소정 의 반경으로 굽혀지더라도 굽힘 손실을 최소화할 수 있다.Therefore, the
또한, 제1 클래딩층(120)의 두께(dgap)는 실질적으로 10.0um 내지 60.0um 인 것이 바람직하며, 코어(110) 중심과 제1 클래딩층(120) 중심 사이의 거리는 실질적으로 0.5um 내지 60um 인 것이 바람직하다.In addition, the thickness (d gap ) of the
한편, 공기층에는 액정(liquid crystal) 또는 열광학 폴리머(thermal-optic polymer)를 포함하는 물질로 채워질 수 있다.Meanwhile, the air layer may be filled with a material including a liquid crystal or a thermal-optic polymer.
제2 클래딩층(130)의 굴절률은 코어(110)의 굴절률보다 상대적으로 낮은 것이 바람직하며, 코어(110)와 제2 클래딩층(130)의 굴절률 차이는 실질적으로 0.001% 내지 2.0%인 것이 바람직하다. 또한, 제2 클래딩층(130)은 실리카, 불소(fluorine)나 붕소가 첨가된 실리카, 또는 폴리머를 포함하는 것이 바람직하다.The refractive index of the
도 2는 구부림 반경에 따른 굽힘 손실을 종래의 광 섬유와 도 1의 광 섬유를 비교실험하여 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing a result of measuring bending loss according to a bending radius by comparing an optical fiber of FIG. 1 with a conventional optical fiber.
도 2를 참조하면, 가로축은 본 실시예에 의한 광 섬유의 굽힘반경(5mm 내지 15mm)을 나타내며, 세로축은 굽힘 손실(bending loss)[dB/turn]을 나타낸다. 종래의 단일모드 광 섬유는 굽힘반경이 10mm 가 되는 영역에서 급격히 굽힘 손실이 증가함을 볼 수 있지만, 본 실시예에 의한 광 섬유는 굽힘반경에 영향을 받지 않음을 알 수 있다. 다시 말해, 코어와 제1 클래딩층 사이의 큰 굴절률차이가 코어에서 광 신호의 가둠 효과를 향상시키게 되므로, 광 섬유의 굽힘 반경이 5mm가 되더라도 굽힘 손실이 0.06dB 이하로 유지될 수 있다.2, the horizontal axis represents the bending radius (5mm to 15mm) of the optical fiber according to the present embodiment, the vertical axis represents the bending loss (dB / turn). The conventional single mode optical fiber can be seen that the bending loss increases rapidly in the area where the bending radius is 10mm, it can be seen that the optical fiber according to this embodiment is not affected by the bending radius. In other words, since a large difference in refractive index between the core and the first cladding layer improves the confinement effect of the optical signal in the core, the bending loss can be maintained at 0.06 dB or less even if the bending radius of the optical fiber is 5 mm.
도 3a는 도 1의 광 섬유를 이용하여 실험한 구부림 횟수에 따른 투과 스펙트럼을 나타낸 그래프이며, 도 3b는 도 1의 광 섬유를 이용하여 실험한 구부림 횟수에 따른 굽힘 손실을 나타낸 그래프이다.Figure 3a is a graph showing the transmission spectrum according to the number of bending experiments using the optical fiber of Figure 1, Figure 3b is a graph showing the bending loss according to the number of bending experiments using the optical fiber of FIG.
도 3a를 참조하면, 가로축은 광 신호의 파장[nm]을 나타내며 세로축은 이에 따른 전송파워(transmission power)[dBm]를 나타낸다. 본 실시예에 의한 광 섬유는 실질적으로 500nm 내지 1800nm의 파장 대역에서 구부림 횟수가 증가하더라도 일정한 전송파워를 유지함을 알 수 있다. 이에 따라 단일모드로 광 신호를 굽힘 또는 구부림 횟수와 상관없이 효과적으로 전달할 수 있다.Referring to FIG. 3A, the horizontal axis represents wavelength of an optical signal [nm] and the vertical axis represents transmission power [dBm]. It can be seen that the optical fiber according to the present embodiment maintains a constant transmission power even when the number of bending increases in the wavelength band of 500 nm to 1800 nm. Accordingly, the optical signal can be effectively transmitted in a single mode regardless of the number of bending or bending.
도 3b를 참조하면, 1550nm의 파장 대역에서 구부림 횟수 변화에 따른 굽힘 손실을 나타낸 것으로 구부림 횟수가 증가하면서 광 손실이 약간 증가함을 보이고 있으나, 전반적으로 구부림에 강한 특성을 나타냄을 알 수 있다.Referring to FIG. 3B, the bending loss according to the bending frequency change in the wavelength band of 1550 nm shows that the optical loss slightly increases as the number of bending increases, but it shows that the bending characteristic is generally strong.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and many variations are possible by those skilled in the art within the spirit of the present invention.
본 발명에 의하면, 넓은 파장대역에서 광 신호를 효과적으로 전달할 수 있으며 단일모드로 굽힘정도에 따른 굽힘 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to effectively transmit the optical signal in a wide wavelength band and there is an effect that can minimize the bending loss according to the degree of bending in a single mode.
또한, 전송시 광 신호의 왜곡을 최소화하며 손실특성을 향상시켜 초고속 광통신 시스템을 효과적으로 구현할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can effectively implement a high-speed optical communication system by minimizing the distortion of the optical signal during transmission and improving the loss characteristics.
더 나아가, 간단한 구조적 특성 및 용이한 특성제어로 인해 생산성을 향상시키며 대량생산과 광 소자(optical element)의 집적화를 쉽게 구현하며, 상대적으로 FTTH 시스템에서 광 섬유를 구부려야 하는 거친 환경에서도 광 신호를 효과적으로 전달할 수 있는 효과가 있다.Furthermore, simple structural and easy property control improves productivity, facilitates mass production and integration of optical elements, and provides optical signals in harsh environments where optical fiber bends are required in FTTH systems. There is an effect that can be delivered effectively.
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