KR100827727B1 - 고속 전송에 적합한 광섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속 전송에 적합한 광섬유를 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명은,

1) 한 종류 이상의 유리 형성 전구물질과 가능한 한 도펀트를, 석영기판 튜브에 공급하는 단계;

2) 상기 기판 튜브의 내부에, 도핑되거나 또는 도핑되지 않은, 유리 층들을 형성하도록 반응 혼합물에서 반응을 일으키기 위하여 석영기판 튜브에서 플라즈마를 형성하는 단계 ;

3) 가열하면서 2)단계에서 얻은 기판튜브를 모재(preform)로 클랩스(collapse)하는 단계;

4) 가열하면서 모재로부터 광섬유를 인출하는 단계를 포함한다.본 발명은 특히 고속 전송에 적합한 광섬유에 관한 것이다.

광섬유, 멀티모드, 고속 전송, 기가비트이더넷

Description

고속 전송에 적합한 광섬유의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING AN OPTICAL FIBRE SUITABLE FOR HIGH TRANSMISSION RATES}

본 발명은 고속 전송에 적합한 광섬유를 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명은,

1) 한 종류 이상의 유리 형성 전구물질과 가능한 한 도펀트를, 석영기판 튜브에 공급하는 단계;

2) 상기 기판 튜브의 내부에, 도핑되거나 또는 도핑되지 않은, 유리 층들을 형성하도록 반응 혼합물에서 반응을 일으키기 위하여 석영기판 튜브에서 플라즈마를 형성하는 단계 ;

3) 가열하면서 2)단계에서 얻은 기판튜브를 모재(preform)로 클랩스(collapse)하는 단계;

4) 가열하면서 모재로부터 광섬유를 인출하는 단계를 포함한다.

본 발명은 특히 고속 전송에 적합한 광섬유에 관한 것이다.

이와 같은 방법은 본 발명의 출원인이 획득한 미국 특허 제 4793843 호 및 제 5188648 호에 의해 이미 공지되어 있다. 상기 문헌들로부터 그 중심부에 있는 층들에서 도펀트 부분이 가열하면서 석영기판튜브가 클랩스 될 때 증발할 수도 있다는 것이 알려져 있다. 상기의 증발은 최종 섬유에서 굴절률 프로파일의 교란을 야기한다. 상기 굴절률 프로파일의 교란은 광섬유의 대역폭에서 역효과를 가져온다.

통신 산업에서의 장래 발전 소산들은 훨씬 더 먼 거리를 훨씬 더 높은 비트 속도(bits/sec)로 정보를 전송하는 것을 포함한다. 현재의 데이터 네트워크는 상대적으로 낮은 비트 속도를 사용한다. 그래서, 발광 다이오드(LED)는 지금까지 이러한 출원들에 있어서 가장 일반적인 광원이었다. LED 광원의 변조 용량 보다 더 높은 데이터 전송 속도의 요구 때문에, 레이저 광원이 LED 광원을 대신해서 사용될 것이다. 이러한 변이는 기가비트이더넷 표준(IEEE 802.3z.1998)에서 규정된 속도 및 더 높은 속도에서 정보를 공급할 수 있는 시스템의 사용에서 명백하게 나타난다. (기가비트이더넷 표준(GigabitEthernet Standard)은 1.25 기가비트/초의 전송속도에 해당한다.)

통신 시스템에서 현재 사용되고 있는 멀티모드 광섬유는 주로 그와 같은 LED 광원을 사용해서 디자인되었다. 게다가, 상기 멀티모드 섬유는 기가비트이더넷과 동일하거나 더 높은 정보 전송 속도를 위하여 디자인된 시스템에 있는 레이저광원의 사용을 위하여 최적화되어 있지 않다. 바꿔 말하면, 레이저 광원들은 LED 광원 보다 멀티모드 섬유의 디자인 및 품질에대한 다른 요구사항들을 부과한다. 특히 멀티모드 섬유의 코어의 중심부에서 굴절률 프로파일가 아주 중요한데, 여기서 특히 정확히 정의된 포물선 프로파일이 정보 전송 속도의 감소를 방지하기 위해서 요구된다. 따라서, 섬유 프로파일의 중심부에서 중요치 않은 일탈들이 출력 신호에서 중요한 교란을 야기할 수도 있으며, 이러한 교란은 시스템의 작동에 중요한 영향을 미친다. 이 효과는 아주 작은 대역폭 또는 아주 높은 지터(jitter) 또는 양자 모두의 형태로 명백하게 나타날 수도 있다.

그와 같은 섬유에서 데이터 전송이 일어나는 파장은 각각, 여기에서 770nm-920nm로서 정의되는 850nm 대역과 1260nm-1360nm로서 정의되는 1300nm 대역이다.

따라서, 본 발명의 목적은 1기가비트/초와 동일하거나 더 높은 속도로 데이터를 전송할 수 있는 멀티모드 전송 시스템에서 사용되기에 적합한 광섬유를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 그러한 멀티모드 전송 시스템은 최소한 1.25 기가비트/초의 속도로 정보를 전송하는 레이저 광원과 상기 레이저 광원에 의해 조사되는 멀티모드 광섬유를 포함한다.

또한, 본 발명의 목적은 최소한 1000m의 거리를 1300nm 대역에서 기가비트이더넷으로 정보를 전송하는데 적합한 멀티모드 광섬유를 제공하는 것이다.

더욱이, 본 발명의 목적은 최소한 550m의 거리를 850nm 대역에서 기가비트이더넷으로 정보를 전송할 뿐만 아니라, 최소한 550m의 거리를 1300nm 대역에서 기가비트이더넷으로 정보를 전송하는데 적합한 멀티모드 광섬유를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 최소한 300m의 거리를 850nm 대역에서 최소한 10기 가비트/초의 속도로 정보를 전송하는데 적합한 멀티모드 광섬유를 제공하는 것이다.

이에 더하여, 본 발명의 목적은 최소한 300m의 거리를 850nm 대역에서 최소한 10 기가비트/초의 속도로 정보를 전송하는데 적합한 멀티모드 광섬유를 제공하는 것이며, 이 때 상기 섬유는 500 Mhz.km 이상의 OFL 대역폭을 가진다.

본 발명의 또 다른 목적은, LED 광원 뿐만 아니라 고속 레이저 광원과도 완전히 호환성이 있는 광섬유를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 도입부에서 언급된 것처럼 본 방법은, 도핑될 수 있거나 또는 도핑되지 않을 수 있는 상기 유리층들이, 3)과 4)단계 이후에 최종적으로 인출되는 광섬유의 중심부에서 최대 10㎛ 의 직경을 가지는 영역에 분리된 층들이 증착되는 방식으로 기판튜브의 내부에 증착되며, 이 때 상기 분리된 층들 중 적어도 하나는 최대 2㎛²의 표면적을 가지며, 최종적으로 인출되는 섬유에서의 굴절률은 그 중심부 방향으로 증가되는 것을 그 특징으로 한다.

이와 같은 방법을 사용하면, 아주 잘 정의된, 광섬유 코어의 층상 구조가 가능하며, 그 결과로서 최종 섬유에서 정확하게 정의된 굴절률 프로파일이 얻어지며, 이때, 상기 섬유를 통과한 광 펄스(pulse)가 단지 소폭 증가 될 것이며, 이로 인하여 섬유는 높은 전송 용량을 갖게 될 것이다.

광섬유의 중심부에서 최대 10㎛의 직경을 가지는 영역에 분리되어져 증착되어진 층들은 서로 다른 굴절률을 가지는 것이 특히 바람직하다.

각각의 층의 굴절률은 유리 형성 전구물질의 반응 혼합물에 상기 유리 형성 전구물질 보다 더 높은 굴절률을 가지는 도펀트를 첨가함으로써 영향을 받을 수 있다. 상기와 같은 영향은 예를 들어, 석영기판튜브에 공급되는 기체상 혼합물의 조성을 다양하게 함으로써 생길 수 있다. 그 층의 두께는 기체 속도, 플라즈마가 기판튜브을 통해 지나가는 속도 및 플라즈마 용량 자체를 다양하게 함으로써 영향받을 수 있다.

도핑될 수도 있고 도핑되지 않을 수도 있는 유리층들은, 최종적으로 인출되는 섬유의 중심부에서 최대 10㎛ 직경을 갖는 영역에 분리된 층들이 증착되는 방식으로 기판튜브 내부에 증착시키는 것이 특히 바람직하며, 이 때 분리된 층은 최대 1㎛²의 표면적을 가지며, 최종적으로 인출되는 섬유에서의 굴절률은 섬유의 중심부 방향으로 증가한다.

또한, 본 발명은 1300nm의 범위의 파장에서 최소 1000m의 거리를 최소 1 기가비트/초의 데이터 전송 속도에 적합하며, 이 때, 분리된 층들은 그 중심부에서 최대 10㎛ 의 직경을 가지는 영역에서 증착되고, 상기 분리된 층들 중 적어도 하나는 최대 2㎛², 특히 최대 1㎛²의 표면적을 가지며, 최종적으로 인출되는 섬유에서의 굴절률이 그 중심부 방향으로 증가하는 것을 특징으로 하는 광섬유에 관한 것이다.

더욱이, 본 발명은 최소 550m의 거리를 1300nm의 대역에서 최소 1기가비트/초의 속도로 정보를 전송하는 데에 적합하고, 최소 550m의 거리를 850nm 대역에서 최소 1기가비트/초의 속도로 정보를 전송하는데에 적합하며, 이 때, 분리된 층들이 최종적으로 인출되는 섬유의 중심부에서 최대 10㎛ 의 직경을 가지는 영역에 증착 되고, 상기의 분리된 층들 중 적어도 하나는 최대 2 ㎛², 특히 최대 1 ㎛²의 표면적을 가지며, 최종적으로 인출되는 섬유에서의 굴절률이 그 중심부 방향으로 증가하는 것을 특징으로 하는 멀티모드 광섬유에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 850nm의 대역에서 최소 300m의 거리를 최소 10 기가비트/초의 속도로 정보를 전송하는데 적합하며, 이 때 분리된 층들은 최종적으로 인출되는 섬유의 중심부에 최대 10㎛의 직경을 가지는 영역에서 증착되고, 상기 분리된 층들 중 적어도 하나는 최대 2㎛², 특히 최대 1㎛²의 표면적을 가지며, 최종적으로 인출되는 섬유에서의 굴절률이 그 중심부 방향으로 증가하는 멀티모드 광섬유를 제공한다.

또한, 본 발명은 850nm의 대역에서 최소 300m의 거리를 최소 10 기가비트/초의 속도로 정보를 전송하는데에 적합하며, 이 때 상기 섬유들은 1300nm에서 500 Mhz.km 이상의 OFL("Over Filled Launch", LED의 조사에 의해 대역폭이 측정됨) 대역폭을 가지며, 분리된 층들은 최종적으로 인출되는 섬유의 중심부에서 최대 10㎛ 의 직경을 가지는 영역에 증착되고, 상기 분리된 층들 중 적어도 하나는 최대 2㎛², 특히 최대 1 ㎛²의 표면적을 가지며, 최종적으로 인출되는 섬유에서 굴절률이 그 중심부 방향으로 증가하는 멀티모드 광섬유를 특징으로 한다.

본 발명은 이하에서 많은 실시예들에 의해 더욱 상세히 설명되지만, 하기 실시예에서 사용된 조건들은 설명을 위해 단순히 기술된 것일 뿐, 본 발명이 이에의해 한정되는 것으로 해석되어서는 않된다는 것을 주의해야 한다. "클래딩 직경"이라는 용어는 존재할지도 모를 벗겨질 가능성이 있는 외부 코팅을 제외하고, 광섬유 의 전체 직경을 포함한다.

비교예 1

멀티모드 광섬유는 1)-4)단계에서 기술된 것처럼 PCVD 기술에 의해서 생산되었다. 1)단계 동안, 사실상 동일한 부피를 가지는 960 코어 층들이 기판튜브에 증착되었으며, 이 때 기판튜브에 공급된 유리형성 전구물질인 SiCl₄와 GeCl₄의 비율을 변화시킴으로써 종래의 층과 비교했을 때 각 층의 굴절률이 증가되었다. 굴절률 프로파일이 잘 제어되어 그 결과 최종 섬유는 현재에 자주 사용되는 850nm와 1300nm의 파장 대역 모두에서 사용하기에 적합하였다. 따라서, 3)단계에 따라 클랩싱 이후에 얻어진 모재는 125㎛ 직경의 클래딩과 62.5㎛ 직경의 코어를 가지는 광섬유로 연신(인출)되었다. 이리하여 얻어진 광섬유에서의 층들은 각각 3.2㎛²의 표면적을 가지는 것으로 나타났다.

상기 섬유로 1.25 기가비트/초의 전송 속도에서 850nm 레이저를 사용해서 전송 시험을 행했다. 이 섬유에 대한 최대 전송 거리는 350m 이었으며, 이 때 그 값은 너무 낮아서 현재의 요구를 충족시킬 수 없었다.

실시예 1

광섬유는 62.5㎛ 직경의 코어를 가지는 섬유를 형성하기 위해서 2750 코어 층들이 증착되었다는 차이점을 가지고서, 비교예 1과 동일한 단계를 행함으로써 제 조되었다. 이리하여 얻어진 광섬유에서의 층들은 각각 1.1㎛²의 표면적을 가졌다. 이 섬유의 전송 시험은 850nm 레이저 및 1.25 기가비트/초에서 600m의 최대 전송거리를 산출했다.

비교예 2

광섬유는 실시예 1의 단계를 행함으로써 제조되었으나, 이 때 굴절률 프로파일이 제어되어 그 섬유는 850nm 대역에서의 사용을 위하여 최적화되었다. 개개의 층들이 각각 3.2㎛²의 표면적을 가지는 상기 섬유는 10 기가비트/초의 전송시험을 받았다. 상기 섬유를 통한 비트 속도에서 최대 전송 거리는 250m에 달했으며, 이 때 그 값은 전송 거리에 관한 현재의 요구를 충족시키지 못하는 것이었다.

실시예 2

광섬유에서 각각의 층들 각각 1.1 ㎛²의 표면적을 가지는, 실시예 1의 방법으로 제조된 광섬유는 최대 350m 거리를 10 기가비트/초로 신호를 전송했다.

실시예 3

50㎛의 코어 직경을 갖는 많은 멀티모드 광섬유들이 1)-4) 단계에서 기술된 것처럼 PCVD 기술에 의해 제조되었다. 1)단계 동안, 사실상 동일한 부피를 가지는 ±1600 코어 층들이 기판튜브에 증착되었으며, 이 때 기판튜브에 공급되는 유리형성 전구물질인 SiCl₄ 및 GeCl₄의 비율을 변화시킴으로써 종래의 층과 비교했을 때 각 층의 굴절률이 증가되었다. 다양한 굴절률 프로파일는 매우 제어되어서 그 결과 최적의 성능이 850nm 대역 또는 1300nm 대역에서 얻어졌다. 상기 섬유들에서 증착된 층들은 각각 1.2 ㎛²의 표면적을 가졌다.

상기 섬유들은 1.25 기가비트/초의 전송 속도로 양 전송 대역에서 전송 시험을 받았으며, 그 결과는 하기의 표에 요약되어 있다. 하기의 표로부터 모든 측정된 값들이 전송 거리에 관한 현재의 요구를 충족시킨다는 것이 명백하다.

전송 대역	섬유 수	최대 전송 거리의 최저 값	최대 전송 거리의 평균 값
850 nm 1300 nm	12 15	960 m 2020 m	1010 m 2140 m

실시예 4

멀티모드 광섬유는 1)-4)단계에서 기술된 것처럼 PCVD 기술에의해서 제조되었다. 1) 단계에서, 상대적으로 큰 부피를 갖는 550 코어 층들이 처음으로 기판튜브에 증착되었고, 이어서 더 적은 부피를 갖는 120 코어 층들이 증착되었는데, 이 때, 기판튜브에 공급되는 유리형성 전구물질인 SiCl₄ 및 GeCl₄의 비율을 변화시킴으로써 종래의 층과 비교했을 때 각각의 층의 굴절률이 증가되었다. 굴절률 프로파일는 매우 제어되어서 그 결과 최종 섬유는 850nm와 1300nm의 파장 대역에서의 사용에 적합했다. 이리하여 3)단계에 따른 클랩싱 후에 얻어진 모재는 62.5㎛ 직경의 코어와 125㎛ 직경의 클래딩을 가지는 광섬유로 인출되었다. 이와 같이 얻어진 광섬유에서 층들은 상기 섬유의 중심부에서 10㎛ 직경을 갖는 영역에서 각각 1.1 ㎛²의 표면적을 가지는 것으로 나타났다. 이 섬유의 850nm 레이저를 사용한 전송 시험은 1.25 기가비트/초의 전송 속도에서 600m의 최대 전송거리를 산출하였다. 이것으로부터 특히 광섬유의 코어의 중심 부분에 있는 층들이 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 적은 표면적을 가져야만 한다는 것이 명백하게 되었다. 반면에 10㎛ 직경을 갖는 광섬유의 중심 부분 바깥 층들은 2㎛²이상의 표면적을 가질 수도 있다.

Claims (7)

1) 한 종류 이상의 유리 형성 전구물질과 도펀트를, 석영기판 튜브에 공급하는 단계;

2) 상기 기판 튜브의 내부에, 도핑되거나 또는 도핑되지 않은 유리 층들을 형성하기 위하여 반응 혼합물에서 반응을 일으키도록 석영기판 튜브에서 플라즈마를 형성하는 단계 ;

3) 가열하면서 2)단계에서 얻은 기판튜브를 모재(preform)로 클랩스(collapse)하는 단계;

4) 가열하면서 모재로부터 광섬유를 인출하는 단계를 포함하는, 1 기가비트/초와 동일하거나 더 높은 속도의 고속 전송에 적합한 멀티모드 광섬유의 제조방법에 있어서,

상기 도핑되거나 또는 도핑되지 않은 유리층들은, 분리된 유리층들이 3)과 4)단계 이후에 최종적으로 인출되는 광섬유의 중심부에서 최대 10㎛의 직경을 가지는 영역에 증착되는 방식으로 상기 기판 튜브의 내부에 증착되도록 하며, 이 때, 상기 분리된 층들 중 적어도 하나는 최대 2㎛²의 표면적을 가지고, 최종적으로 인출되는 상기 섬유에서의 굴절률이 그 중심부 방향으로 증가하는 것을 특징으로 하는 멀티모드 광섬유의 제조 방법.

제 1항에 있어서,

상기 도핑되거나 또는 도핑되지 않은 상기 유리층들은, 분리된 유리층들이 3)과 4)단계 이후에 최종적으로 인출되는 광섬유의 중심부에서 최대 10㎛의 직경을 가지는 영역에 증착되는 방식으로 상기 기판 튜브의 내부에 증착되도록 하며, 이 때 상기 분리된 층들 중 적어도 하나는 최대 1㎛²의 표면적을 가지며, 최종적으로 인출되는 상기 섬유에서의 굴절률이 그 중심부 방향으로 증가하는 것을 특징으로 하는 멀티모드 광섬유의 제조 방법.

1300nm 범위의 파장에서 최소 1000m의 거리를 최소 1기가비트/초의 데이터 전송 속도에 적합하며, 이 때 분리된 층들이 광섬유의 중심부에서 최대 10㎛ 의 직경을 가지는 영역에서 증착되고, 상기 분리된 층들 중 적어도 하나가 최대 2㎛²의 표면적을 가지며, 최종적으로 인출되는 상기 섬유에서의 굴절률이 그 중심부 방향으로 증가하는 것을 특징으로 하는 광섬유.

1300nm 대역과 850nm 대역 모두에서 최소 550m의 거리를 최소 1 기가비트/초의 속도로 정보를 전송하는데에 적합하며, 이 때 분리된 층들이 광섬유의 중심부에서 최대 10㎛ 의 직경을 가지는 영역에 증착되고, 상기의 분리된 층들 중 적어도 하나가 최대 2㎛²의 표면적을 가지며, 이 때, 최종적으로 인출되는 상기 섬유에서의 굴절률이 그 중심부 방향으로 증가하는 특징으로 하는 광섬유.

850nm의 대역에서 최소 300m의 거리를 최소 10 기가비트/초의 전송 속도에 적합하며, 이때 분리된 층들은 광섬유의 중심부에서 최대 10㎛ 의 직경을 가지는 영역에 증착되고, 상기 분리된 층들 중 적어도 하나는 최대 2㎛²의 표면적을 가지며, 이 때, 최종적으로 인출되는 상기 섬유에서 굴절률이 그중심부 방향으로 증가하는 것을 특징으로 하는 광섬유.

광섬유에 있어서,

850nm의 대역에서 최소 300m의 거리를 최소 10 기가비트/초의 속도로 정보를 전송하는데에 적합하고, 이 때, 상기 섬유는 500 Mhz.km 이상의 OFL 대역폭을 가지며, 이때 분리된 층들이 최종적으로 인출되는 광섬유의 중심부에서 최대 10㎛ 의 직경을 가지는 영역에 증착되고, 상기 분리된 층들 중 적어도 하나는 최대 2㎛²의 표면적을 가지며, 이 때, 최종적으로 인출되는 섬유에서의 굴절률이 그 중심부 방향으로 증가하는 것을 특징으로 하는 광섬유.

제 3항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

광섬유의 중심부에서 최대 10㎛의 직경을 가지는 영역에 분리되어져 증착되어진 층들은 서로 다른 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 광섬유.