KR100876241B1 - 큰 유효면적을 갖는 광섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저 감쇠, 저 PMD 및 저 미소굴곡 감응성을 나타내는 상대적으로 큰 유효면적을 갖는 광도파관 섬유에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 계단형 굴절률 분포가 유리하게 이용된다.
유효면적, 광섬유, 광도파관, 미소굴곡, PMD

Description

큰 유효면적을 갖는 광섬유{Large effective area optical fiber}
본 발명은 미국 예비출원 제60/254,909호 및 60/276,350호를 우선권으로 청구한다.
1. 본 발명의 분야
본 발명은 원거리통신 시스템용 단일 모드 광도파관 섬유에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 비-선형 분산 효과를 감소시키고, 굴곡 저항성, 저편광 모드 분산(PMD), 저감쇠, 및 지하 및 해저에서의 바람직한 유효면적 특성을 갖는 도파관 섬유에 관한 것이다.
2. 배경 기술
광학 증폭기 기술 및 파장 분할 다중화 기술은 통상적으로 원거리통신 시스템 및 장거리용 고전력(high power) 송신에 요구된다. 바람직하지 않은 비-선형 효과는 고전력 및/또는 장거리에서 더욱 두드러진다. 고전력 및 장거리의 정의는 비트율, 비트에러율, 다중화 체계(scheme) 및 광학 증폭기가 특정되는 특정 원거리통신 시스템에 더욱 의미가 있다. 당업자에게 공지되어 있는 부가적인 요소들이 고전력 및 장거리의 정의에 영향을 미친다. 그러나, 대부분의 목적에서 고전력은 약 10mW 이상의 광전력으로 간주될 수 있다. 몇몇 적용에서, 1mW 이하의 신호 전력 세기가 비-선형 효과에 민감하기 때문에 유효면적은 이러한 저전력 시스템에서 여전히 중요하게 생각된다. 장거리는 광학 재생기 또는 중계기(repeater), 또는 증폭기 사이의 거리가 50km 이상인 경우에 적용되는 것으로 생각될 수 있다. 재생기는 광증폭기를 이용하는 중계기와 구별된다. 중계기의 간격(spacing), 특히 고밀도 데이터 시스템에서의 중계기의 간격은 상기 재생기 간격의 절반 미만일 수 있다. 다중 송신기용으로 적합한 도파관을 제공하기 위하여, 총분산은 낮지만 제로가 아니어야 하고, 작업 파장의 윈도우에 걸쳐 저분산 슬로프를 가져야 한다.
일반적으로, 큰 유효면적(Aeff)을 갖는 광도파관 섬유는 자기-상(self-phase) 모듈레이션, 4-파-혼합, 교차-상 모듈레이션, 및 비-선형 산란 공정을 포함하는 비-선형 광학 효과를 감소시키며, 이러한 비-선형 광학 효과는 고전력 시스템에서 신호의 저하를 일으킬 수 있다. 일반적으로, 분할된 코어를 갖는 도파관 섬유는 상기 비-선형 광학 효과를 제한하면서 큰 유효면적을 제공할 수 있다.
이러한 비-선형 효과에 대한 수학적인 설명은 비율, P/Aeff를 포함하며, 여기서 P는 광전력이다. 예를 들어, 비-선형 광학 효과는 exp{P×Leff/Aeff]의 항을 포함하는 수학식으로 설명될 수 있고, 여기서 Leff는 유효 길이이다. 따라서 Aeff에서의 증가는 광신호의 저하에 영향을 미치는 비-선형 효과를 감소시킨다. 한편, 광도파관 섬유의 유효면적의 증가는 통상적으로 섬유를 통한 신호 송신을 감쇠시키는 미소굴곡(microbending) 유도 손실의 증가로 귀결된다. 상기 미소굴곡 손실은 재생기, 증폭기, 송신기 및/또는 수신기 사이의 장거리 또는 간격에 대해서 더욱 중요하게 된다.
광증폭기 기술 및/또는 파장 분할 다중화 기술은 통상적으로 초당 1기가바이트 및 높은 송신율을 요구하는 통신 시스템에 적용된다. 따라서 도파관 섬유 제조자들은 다중화 시스템에서 고전력 신호 또는 4파 혼합에 기인하여 유도되는 비-선형 효과에 덜 민감한 도파관을 고안해왔다. 바람직한 도파관 섬유는 저 선형 분산 및 저 감쇠를 갖는다. 또한, 섬유 편광 모드 분산(PMD)은 전체적인 시스템 PMD에 주요한 기능을 할 수 있다. 따라서, 바람직한 도파관 섬유는 또한 저 PMD를 갖는다. 섬유의 저 PMD는 또한 존재하거나 또는 개선된 시스템에서 고 비트율 송신(예를 들어, 40Gbs 이상)용의 개선된 경로를 제공할 수 있다. 또한, 상기 도파관 섬유는 다중 채널 송신용 파장 분할 다중화를 적용시키기 위하여 특정한 확장 파장 범위에 대해서 이러한 성질을 나타내는 것이 바람직하다.
본 발명의 요약
본 발명의 광도파관 섬유의 일측면은 저 미소굴곡 감응성을 제공하는 상대적으로 큰 유효면적의 단일 모드 광도파관 섬유에 관한 것이다. 본 발명에 따른 섬유는 바람직하게는 단일 세그먼트 코어를 포함한다. 상기 코어 영역은 상대 굴절률 % 및 외부 반경의 굴절률 분포(refractive profile)에 의해 기술된다. 상기 광도파관 섬유는 상기 코어를 감싸면서 접하는 클래드 층을 더욱 포함한다. 다르게 표시되지 않는 한, 본원에서 기술되는 유효면적은 약 1550㎚의 파장에 대응한다.
바람직하게는, 상기 섬유의 유효면적은 약 90㎛2 이상이고, 약 3.0dB/m 이하, 바람직하게는 약 2.0dB/m 이하, 더욱 바람직하게는 약 1.5dB/m 이하, 더욱 바람직하게는 약 1.0dB/m 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.8dB/m 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.5dB/m 이하의 미소굴곡을 나타낸다.
상기 코어 영역 및 클래딩 층은 바람직하게는 계단형-굴절률 분포를 나타낸다. 바람직하게는, 상기 섬유는 약 0.20% 내지 약 0.35%, 좀 더 바람직하게는 약 0.24% 내지 약 0.33%, 좀 더 바람직하게는 약 0.26% 내지 약 0.32%, 좀 더 바람직하게는 약 0.27% 내지 약 0.31%의 최대 상대 굴절률 △1%를 갖는다. 바람직하게는, 상기 섬유의 코어 반경은 최대 또는 피크 상대 굴절률의 반값에서 측정된 바에 따라, 약 4.0㎛ 내지 약 7.0㎛, 좀 더 바람직하게는 약 4.5㎛ 내지 약 6.5㎛, 좀 더 바람직하게는 약 5.0㎛ 내지 약 6.2㎛이다.
본 발명의 섬유는 상기 클래딩을 감싸는 1차 코팅제, 및 상기 1차 코팅제를 감싸는, 또한 외부 1차 코팅제로 공지된, 2차 코팅제를 포함한다. 상기 1차 코팅제는 바람직하게는 약 5MPa 미만, 좀 더 바람직하게는 약 3MPa 미만, 좀 더 바람직하게는 약 1.5MPa 미만의 탄성 모듈러스를 갖도록 선택된다. 바람직하게는 상기 2차 코팅제의 탄성 모듈러스는 700MPa 이상, 좀 더 바람직하게는 800MPa 이상, 좀 더 바람직하게는 900MPa 이상이다.
바람직하게는, 상기 섬유는 게르마니아로 업-도핑된 실리카의 코어 영역, 및 실리카의 클래딩을 포함한다. 바람직하게는, 상기 클래딩은 어떠한 다운-도펀트도 함유하지 않는다. 좀 더 바람직하게는, 상기 클래딩은 어떠한 불소도 함유하지 않는다. 가장 바람직하게는, 상기 클래딩은 순수한 또는 실질적으로 순수한 실리카를 포함한다.
또 다른 측면에 있어서, 본 발명의 광도파관 섬유는 계단형-굴절률 분포를 갖는 상대적으로 큰 유효면적의 단일 모드 광도파관 섬유에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 섬유의 유효면적은 약 90㎛2 이상이다. 하나의 또는 좀 더 바람직한 구체예에 있어서, 상기 유효면적은 약 90㎛2 내지 약 115㎛2, 좀 더 바람직하게는 90㎛2 내지 약 110㎛2이다.
바람직하게는, 상기 섬유는 약 0.20% 내지 약 0.35%, 좀 더 바람직하게는 약 0.24% 내지 약 0.33%, 좀 더 바람직하게는 약 0.26% 내지 약 0.32%, 좀 더 바람직하게는 약 0.27% 내지 약 0.31%의 최대 상대 굴절률 △1%를 갖는다. 바람직하게는, 상기 섬유의 코어 반경은 최대 또는 피크 상대 굴절률의 반값에서 측정된 바에 따라, 약 4.0㎛ 내지 약 7.0㎛, 좀 더 바람직하게는 약 4.5㎛ 내지 약 6.5㎛, 좀 더 바람직하게는 약 5.0㎛ 내지 약 6.2㎛이다.
바람직하게는, 상기 섬유는 게르마니아로 업-도핑된 실리카의 코어 영역, 및 실리카의 클래딩을 포함한다. 바람직하게는, 상기 클래딩은 어떠한 다운-도펀트도 함유하지 않는다. 좀 더 바람직하게는, 상기 클래딩은 어떠한 불소도 함유하지 않는다. 가장 바람직하게는, 상기 클래딩은 순수한 또는 실질적으로 순수한 실리카를 포함한다.
상기 섬유는 약 1550㎚의 파장에서 바람직하게는 약 0.25dB/km 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.22dB/km 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.2dB/km 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.19dB/km 이하, 가장 바람직하게는 약 0.185dB/km 이하의 감쇠를 나타낸다.
바람직한 구체예에 있어서, 상기 섬유는 약 1560㎚의 파장에서 약 16ps/㎚-km 내지 약 22ps/㎚-km, 좀 더 바람직하게는 약 17ps/㎚-km 내지 약 21ps/㎚-km, 좀 더 바람직하게는 약 18ps/㎚-km 내지 약 20ps/㎚-km의 총분산을 나타낸다.
상기 섬유의 약 1550㎚의 파장에서의 총분산 슬로프는 약 0.09ps/㎚2-km 이하이다. 하나의 또는 좀 더 바람직한 구체예에 있어서, 상기 섬유의 1550㎚의 파장에서의 총분산 슬로프는 약 0.045ps/㎚2-km 내지 약 0.075ps/㎚2-km, 좀 더 바람직하게는 약 0.05ps/㎚2-km 내지 약 0.07ps/㎚2-km, 좀 더 바람직하게는 약 0.055ps/㎚2-km 내지 약 0.065ps/㎚2-km이다.
또 다른 측면에 있어서, 본 발명의 광도파관 섬유는 약 0.20% 내지 약 0.35%, 좀 더 바람직하게는 약 0.24% 내지 약 0.33%, 좀 더 바람직하게는 약 0.26% 내지 약 0.32%, 좀 더 바람직하게는 약 0.27% 내지 약 0.31%의 최대 상대 굴절률 △1%를 갖는 상대적으로 큰 유효면적 단일 모드 광도파관 섬유에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 섬유의 코어 반경은 최대 또는 피크 상대 굴절률의 반값에서 측정된 바에 따라, 약 4.0㎛ 내지 약 7.0㎛, 좀 더 바람직하게는 약 4.5㎛ 내지 약 6.5㎛, 좀 더 바람직하게는 약 5.0㎛ 내지 약 6.2㎛이다.
바람직하게는, 상기 섬유의 굴절률 분포는 계단형-굴절률 형이다. 바람직하게는, 상기 섬유는 게르마니아로 업-도핑된 실리카의 코어 영역, 및 실리카의 클래딩을 포함한다. 바람직하게는, 상기 클래딩은 어떠한 다운-도펀트도 함유하지 않는다. 좀 더 바람직하게는, 상기 클래딩은 어떠한 불소도 함유하지 않는다. 가장 바람직하게는, 상기 클래딩은 순수한 또는 실질적으로 순수한 실리카를 포함한다.
또 다른 측면에 있어서, 본 발명의 광도파관 섬유는 도핑되지 않은 코어 영역 또는 게르마노-실리케이트 코어 영역 또는 게르마니아-도핑된 실리카 코어를 포함하는 상대적으로 큰 유효면적의 단일 모드 광도파관 섬유에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 섬유는 실리카 클래딩에 의해 감싸진, 게르마니아로 업-도핑된 실리카 코어 영역을 포함한다. 바람직하게는, 상기 클래딩은 어떠한 다운-도펀트도 함유하지 않는다. 좀 더 바람직하게는, 상기 클래딩은 어떠한 불소도 함유하지 않는다. 가장 바람직하게는, 상기 클래딩은 순수한, 또는 실질적으로 순수한 실리카를 함유한다. 바람직하게는, 상기 유효면적은 약 90㎛2 이상이다.
또 다른 측면에 있어서, 본 발명의 광도파관 섬유는 저 PMD를 나타내는 상대적으로 큰 유효면적의 단일 모드 광도파관 섬유에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 유효면적은 약 90㎛2 이상이다. 바람직하게는, 상기 섬유에 의해 나타나는 PMD는 0.1ps/km1/2(방적되지 않은 상태(unspun)) 미만, 좀 더 바람직하게는 0.08ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만, 좀 더 바람직하게는 0.05ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만, 좀 더 바람직하게는 0.03ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만, 좀 더 바람직하게는 0.02ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만이다. 바람직한 일 구체예에 있어서, 상기 광도파관 섬유는 약 90㎛2 이상의 유효면적 및 약 0.05ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만의 PMD를 갖는 단일 모드 광도파관 섬유에 관한 것이다. 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 광도파관 섬유는 약 90㎛2 이상의 유효면적 및 약 0.02ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만의 PMD를 갖는 단일 모드 광도파관 섬유에 관한 것이다.
바람직하게는, 상기 섬유는 계단형-굴절률 분포를 가지며, 좀 더 바람직하게는 게르마니아로 업-도핑된 실리카 코어 영역을 포함하며, 상기 코어 영역은 실리카 클래딩으로 감싸진다. 바람직하게는, 상기 클래딩은 어떠한 다운-도펀트도 함유하지 않는다. 좀 더 바람직하게는, 상기 클래딩은 어떠한 불소도 함유하지 않는다. 가장 바람직하게는, 상기 클래딩은 순수한, 또는 실질적으로 순수한 실리카를 함유한다.
또 다른 측면에 있어서, 본 발명의 광도파관 섬유는 게르마니아를 함유하며, 반경 및 상대 굴절률 %로 정의되는 굴절률 분포를 갖는 코어, 및 상기 코어를 감싸면서 접하며, 반경 및 상대 굴절률 %로 정의되는 굴절률 분포를 갖는 클래드 층을 포함하며, 상기 코어 및 클래드 층이 90㎛2을 초과하는 유효면적을 나타내며, 실질적으로 불소를 함유하지 않는 광도파관 섬유에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 코어 및 클래드 층은 약 90㎛2 내지 약 115㎛2, 좀 더 바람직하게는 90㎛2 내지 약 110㎛2의 유효면적을 제공한다. 바람직한 구체예에 있어서, 상기 코어 및 클래드 층은 약 101㎛2의 유효면적을 제공한다. 바람직하게는, 상기 코어 및 클래딩은 계단형-굴절률 분포를 나타낸다. 바람직하게는, 상기 코어의 상대 굴절률은 약 0.20% 내지 약 0.35%, 좀 더 바람직하게는 약 0.24% 내지 약 0.33%이다. 바람직하게는, 상기 코어의 반경은 약 4.0㎛ 내지 약 7.0㎛, 좀 더 바람직하게는 약 4.5㎛ 내지 약 6.5㎛, 좀 더 바람직하게는 약 5.0㎛ 내지 약 6.2㎛이다. 바람직하게는, 상기 코어는 약 5를 초과하는 알파값, 좀 더 바람직하게는 약 7 내지 약 14의 알파값을 갖는다. 바람직하게는, 상기 섬유는 약 1500㎚ 이하, 좀 더 바람직하게는 1200㎚ 내지 1500㎚의 케이블 차단(cutoff) 파장을 갖는다. 바람직한 구체예에 있어서, 상기 섬유는 1250㎚ 내지 1400㎚의 케이블 차단 파장을 갖는다. 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 상기 섬유는 1300㎚ 내지 1375㎚의 케이블 차단 파장을 갖는다. 바람직하게는, 상기 섬유는 20㎜, 5회 테스트에서 15dB/m 미만, 좀 더 바람직하게는 20㎜, 5회 테스트에서 10dB/m 미만, 좀 더 바람직하게는 20㎜, 5회 테스트에서 5dB/m 미만의 미소굴곡 손실을 나타낸다. 상기 섬유는 바람직하게는 상기 클래드 층을 감싸는 1차 코팅제 및 상기 1차 코팅제를 감싸는 2차 코팅제를 더욱 포함한다. 상기 1차 코팅제는 바람직하게는 약 5MPa 미만의 탄성 모듈러스를 갖는다. 상기 2차 코팅제는 바람직하게는 약 700MPa를 초과하는 탄성 모듈러스를 갖는다. 바람직하게는, 상기 섬유는 약 3.0dB/m 미만, 더욱 바람직하게는 약 2.0dB/m 미만, 더욱 바람직하게는 약 1.5dB/m 미만, 더욱 바람직하게는 약 1.0dB/m 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.8dB/m 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.5dB/m 미만의 미소굴곡 손실을 나타낸다. 바람직하게는, 상기 광섬유의 1383㎚에서의 감쇠는 1310㎚에서의 감쇠보다 0.1dB/km 이하의 값을 갖는다. 좀 더 바람직하게는, 상기 광섬유의 1383㎚에서의 감쇠는 1310㎚에서의 감쇠보다 0.05dB/km 이하의 값을 갖는다. 상기 광섬유의 1383㎚에서의 감쇠는 1310㎚에서의 감쇠보다 0.01dB/km 이하의 값을 갖는다. 좀 더 바람직하게는, 상기 광섬유의 1383㎚에서의 감쇠는 1310㎚에서의 감쇠와 같거나 또는 그 미만의 값을 갖는다. 바람직하게는, 상기 섬유는 0.1ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만, 좀 더 바람직하게는 0.05ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만, 좀 더 바람직하게는 0.01ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만, 좀 더 바람직하게는 0.006ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만의 PMD를 나타낸다. 바람직하게는, 상기 섬유는 약 1550㎚의 파장에서 약 0.25dB/km 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.22dB/km 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.2dB/km 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.185dB/km 이하의 감쇠를 나타낸다. 바람직하게는, 상기 섬유는 약 1560㎚의 파장에서 약 16ps/㎚-km 내지 약 22ps/㎚-km의 총분산을 나타낸다.
또 다른 측면에 있어서, 본 발명의 광도파관 섬유는 5를 초과하는 알파값을 갖는, 반경 및 상대 굴절률 %로 정의되는 굴절률 분포를 갖는 코어, 여기서 상기 코어는 게르마니아를 함유하고, 0.20% 내지 0.35%의 상대 굴절률을 가지며, 상기 코어의 반경은 4.0㎛ 내지 7.0㎛이며; 및 상기 코어를 감싸면서 접하며, 반경 및 상대 굴절률 %로 정의되는 굴절률 분포를 갖는 클래드 층을 포함하며, 여기서 상기 섬유는 실질적으로 불소를 함유하지 않는다. 바람직하게는, 상기 코어의 상대 굴절률은 약 0.24% 내지 0.33%이다. 바람직하게는, 상기 코어는 4.5㎛ 내지 6.5㎛의 반경을 갖는다. 바람직하게는, 상기 코어는 약 7 내지 약 14의 알파값을 갖는다. 바람직하게는, 상기 코어 및 클래딩은 계단형-굴절률 분포를 나타낸다. 바람직하게는, 상기 섬유는 상기 클래드 층을 감싸는 1차 코팅제 및 상기 1차 코팅제를 감싸는 2차 코팅제를 더욱 포함한다. 상기 1차 코팅제는 바람직하게는 약 5MPa 미만의 탄성 모듈러스를 갖는다. 상기 2차 코팅제는 바람직하게는 700MPa 이상의 탄성 모듈러스를 갖는다. 바람직하게는, 상기 광섬유의 1383㎚에서의 감쇠는 1310㎚에서의 감쇠보다 0.1dB/km 이하의 값을 갖는다. 좀 더 바람직하게는, 상기 광섬유의 1383㎚에서의 감쇠는 1310㎚에서의 감쇠보다 0.05dB/km 이하의 값을 갖는다. 상기 광섬유의 1383㎚에서의 감쇠는 1310㎚에서의 감쇠보다 0.01dB/km 이하의 값을 갖는다. 좀 더 바람직하게는, 상기 광섬유의 1383㎚에서의 감쇠는 1310㎚에서의 감쇠와 같거나 또는 그 미만의 값을 갖는다. 바람직하게는, 상기 섬유는 0.1ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만, 좀 더 바람직하게는 0.05ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만, 좀 더 바람직하게는 0.01ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만, 좀 더 바람직하게는 0.006ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만의 PMD를 나타낸다.
또 다른 측면에 있어서, 본 발명의 광도파관 섬유는 게르마니아를 함유하며, 반경 및 상대 굴절률 %로 정의되는 굴절률 분포를 갖는 코어; 및 상기 코어를 감싸면서 접하며, 반경 및 상대 굴절률 %로 정의되는 굴절률 분포를 갖는 클래드 층을 포함하고, 상기 코어 및 클래드 층은 90㎛2을 초과하는 유효면적을 나타내며, 상기 광섬유는 1383㎚에서의 감쇠가 1310㎚에서의 감쇠보다 0.1dB/km 이하의 값을 갖는다.
또 다른 측면에 있어서, 본 발명의 광신호 송신 시스템은 송신기, 수신기 및 상기 송신기 및 수신기에 광학적으로 연결된 광송신 라인을 포함하며, 여기서 상기 광송신 라인은 90㎛2을 초과하는 유효면적을 제공하는 계단형-굴절률 분포를 나타내는 코어 및 클래드 층을 갖는 적어도 하나의 광섬유 섹션을 포함하며, 상기 섬유는 1310㎚에서의 감쇠보다 0.1dB/km 이하의 값을 갖는 1383㎚에서의 감쇠를 나타낸다. 상기 코어는 바람직하게는 게르마니아를 함유한다. 상기 섬유 섹션은 바람직하게는 실질적으로 어떠한 불소도 함유하지 않는다. 바람직하게는, 상기 섬유 섹션은 약 1560㎚의 파장에서 약 16ps/㎚-km 내지 약 22ps/㎚-km의 총분산을 나타낸다. 바람직하게는, 상기 섬유 섹션은 0.1ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만의 PMD를 나타낸다. 바람직한 구체예에 있어서, 적어도 하나의 라만 증폭기가 상기 광섬유 섹션에 광학적으로 연결된다. 바람직하게는, 상기 시스템은 상기 광송신 라인상에 광신호를 수송할 수 있는 다수의 연결용 다중화기를 더욱 포함하며, 여기서 상기 적어도 하나의 광신호는 1300㎚ 내지 1625㎚의 파장에서 진행된다. 바람직한 구체예에 있어서, 상기 적어도 하나의 광신호는 1300㎚ 내지 1480㎚의 파장에서 진행된다. 바람직하게는, 상기 시스템은 거친(coarse) 파장 분할 다중 모드에서 작동될 수 있다.
첨부되는 도면에서 설명되는 본 발명의 바람직한 구체예인 구체예를 상세하 게 설명하기 위하여 참조부호가 주어질 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 광도파관 섬유를 개략적으로 나타낸 횡단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 단일 세그먼트 코어 광도파관의 도파관 섬유 굴절률 분포를 나타낸 다이어그램이다.
도 3은 본 발명에 따른 광섬유에 적용되는 섬유 광통신 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 수트 예형의 레이다운을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 플러깅된 중앙 구멍의 양단부를 갖는 예형을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 플러깅된 예형의 상부 플러그를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 밀봉된 중앙 영역을 갖는 예형 또는 광섬유를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 광도파관 섬유의 바람직한 구체예에 대응하는 굴절률 분포 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 8에 대응하는 굴절률 분포를 갖는 광섬유의 바람직한 구체예에 따른 측정된 손실 또는 감쇠를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 광도파관 섬유의 또 다른 구체예에 대응하는 굴절률 분포를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 부가적인 특징 및 이점은 후술되는 상세설명에서 설명될 것이며, 청구항 및 첨부되는 도면과 함께 후술되는 설명에 따라 본 발명을 실시함으로써 당업자에게 좀 더 분명해질 것이다.
정의
하기 기술 및 정의는 당해분야에서 통상적으로 사용된다.
코어의 세그먼트 반경은 세그먼트가 제조되는 물질의 굴절률의 항으로 정의된다. 특정 세그먼트는 제1 및 최후의 굴절률 포인트를 갖는다. 중앙 세그먼트는 상기 세그먼트의 제1포인트가 중앙 라인상에 있기 때문에 제로의 내부 반경을 갖는다. 본 발명에 바람직한 굴절률 분포의 단일 세그먼트 굴절률인 계단형 굴절률의 경우에 있어서, 굴절률은 통상적으로 피크값에 도달한 후 반경이 증가함에 따라서 감소한다. 이러한 중앙 세그먼트의 외부 반경은 상기 중앙 세그먼트의 굴절률의 도파관 중앙 라인에서 피크 포인트의 절반까지 인발되는 반경이다. 상기 중안 라인에서 이격된 제1포인트를 갖는 세그먼트에 있어서, 상기 도파관 중앙 라인에서 이의 제1굴절률 포인트의 위치까지의 반경은 상기 세그먼트의 내부 반경이다. 이와 유사하게, 상기 도파관 중앙 라인에서 상기 세그먼트의 절반 피크 굴절률 포인트의 위치까지의 반경은 상기 세그먼트의 외부 반경이다. 상기 세그먼트 반경은 여러가지 방법으로 편리하게 정의될 수 있다. 이러한 적용에 있어서, 반경은 후술되는 바에 따라 수학식에 따라 정의된다.
유효면적은 통상적으로 하기 수학식 1과 같이 정의된다:
Aeff=2π(∫E2r dr)2/(E4r dr)
여기서, 적분 한계는 제로에서 무한대까지이고, E는 전파 빛에 관계된 전기장이다.
모드 장 직경, Dmf는 Peterman Ⅱ법을 이용하여 측정되며, 여기서 2w=Dmf이고, w2=(2∫E2r dr/[∫dE/dr]2r dr)이고, 상기 적분 한계는 0에서 무한대이다.
본원에서 사용되는 세그먼트의 굴절률 또는 상대 굴절률, △%는 하기 수학식 2에 따라 정의된다:
△%=100×(ni 2-nc 2)/2nc 2
여기서, ni는 i로 표시되는 굴절률 세그먼트의 최대 굴절률이고, 기준 굴절률 nc는 클래드 층의 최소 굴절률이다. 상기 세그먼트에서 모든 포인트는 관련된 굴절률을 갖는다.
굴절률 분포 또는 인덱스 분포 항은 상기 코어의 선택된 세그먼트에 대해서 △% 또는 굴절률 및 반경과의 관계이다.
분산으로 통상적으로 표현되는 총분산은 도파관 분산 및 물질 분산의 대수합으로 정의된다. 단일 모드 섬유의 총분산은 또한 당해분야에서 색분산(chromatic dispersion)으로 표현된다. 총분산의 단위는 ps/㎚-km이다.
본원에서 사용되는 용어 알파값은, 당업계에 널리 공지된 바에 따라, 상대 굴절률(Δ) 분포를 기술하기 위한 수식, Δ(r) = Δ(r0)(1-[|r-r0|/(r1-r0)]α)에서 사용되는 실수(real number)인 멱지수(exponent)로서, 상기 수식에서, Δ(r)는 그 단위가 "%"로 표현되고, r은 반경이며, r0는 Δ(r)이 최대값인 때의 지점이고, r1은 Δ(r)%가 영(zero)인 때의 지점이고, r은 ri≤r≤rf의 범위를 가지며, ri는 알파값 분포의 최초 지점이고, rf는 알파값 분포의 최종 지점이다.
도파관 섬유의 굴곡 저항성은 일정한 테스트 조건하에서 유도된 감쇠로 표현된다. 본원에서 기술된 하나의 굴곡 테스트는 미소굴곡 테스트이다. 표준 미소굴곡 테스트 조건은 75㎜ 직경 맨드릴을 100회 둘러싼 도파관 섬유 및 32㎜ 직경 맨드릴을 1회 둘러싼 도파관 섬유를 포함한다. 각각의 테스트 조건에서, 굴곡 유도 감쇠는 dB/(길이 단위)로 측정된다. 본 발명에 있어서, 사용된 미소굴곡 테스트는 본 발명의 도파관 섬유의 좀 더 가혹한 작업 환경에 요구되는 테스트인 20㎜ 직경 맨드릴을 5회 둘러싼 도파관 섬유이다.
본원에서 사용된 또 다른 굴곡 테스트는 가로하중 미소굴곡 테스트이다. 이러한 테스트에 있어서, 도파관 섬유의 일정 길이는 2개의 편평한 플레이트 사이에 위치된다. #70 와이어 메쉬가 상기 플레이트의 하나에 부착된다. 알고 있는 길이의 도파관 섬유가 상기 플레이트 사이에 샌드위치 형으로 위치되고, 기준 감쇠는 상기 플레이트가 30뉴튼의 힘으로 가압되는 동안 측정된다. 그 다음, 70뉴튼의 힘이 상기 플레이트에 적용되고, 증가된 감쇠가 dB/m으로 측정된다. 감쇠에 있어서 이러한 증가는 상기 도파관의 가로하중 감쇠이다.
상대적으로 측정하기에 용이하고 분산 관리가 용이한 도파관 고안이 저비용 및 부가된 가요성에 기인하여 바람직하다. 제조 비용은 어떠한 섬유 분포 디자인이 큰 스케일에 적용하기에 용이한지를 결정하는데 있어 주요 인자이다. 다중 코어 및 클래딩 세그먼트를 포함하는 섬유 분포 디자인 뿐만 아니라, 이러한 세그먼트의 주요 업-도핑 및/또는 다운-도핑을 포함하는 섬유 분포 디자인은 통상적으로 제조하기에 더욱 어렵고 고비용이 든다. GeO2-SiO2로 제조된 코어는 다른 형태의 코어, 특히 코어내에 불소를 함유하거나 또는 상기 코어의 중앙 영역에 순수 실리카를 포함하는 코어에 비해서 용이하게 저비용으로 제조할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 섬유는 기상 증착 공정을 통해서 제조된다. 좀 더 바람직하게는, 본 발명의 섬유는 외부 기상 증착(OVD) 공정에 의해 제조된다. 따라서, 예를 들어, 공지된 OVD 레이다운 및 인발 기술은 본원에 개시된 광도파관 섬유를 제조하는데 바람직하다. 변경 화학 기상 증착(MDVD)와 같은 다른 공정이 사용될 수 있다. 따라서, 본원에 개시된 광도파관 섬유의 굴절률 및 횡단면 분포는 OVD 및 MCVD 공정을 포함하는 당해분야에 공지된 제조 기술을 이용하여 달성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 섬유는 저 PMD, 향상된 굴곡 저항성, 및/또는 저 감쇠를 나타내는 상대적으로 저비용의 큰 유효면적을 갖는 섬유를 제공할 수 있고, 이는 효과적으로 비-선형 분산 효과를 감소시킬 수 있다. 본 발명의 광도파관은 바람직하게는 계단형-굴절률 형이고, 즉 본 발명의 광도파관 섬유는 바람직하게는 코어보다 낮은 굴절률을 갖는 클래드 층에 의해 감싸진 단일 세그먼트 코어를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 단일 코어 세그먼트(12) 및 클래딩 또는 클래드 층(14)을 갖는 광도파관 섬유의 바람직한 구체예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 바람직하게는, 클래딩(14)은 순수하거나 또는 실질적으로 순수한 실리카이다. 상기 클래딩(14)은 1차 코팅제 P 및 2차 코팅제 S에 의해 감싸진다.
도 2는 본 발명의 바람직한 구체예에에 따른 광도파관 섬유의 도파관 반경에 대한 상대 굴절률 %(△%)를 나타낸 도면이다. 따라서, 상기 코어(12)는 굴절률 분포, 상대 굴절률 %, △1%, 및 외부 반경, r1으로 기술될 수 있다. 도 2에 나타낸 바에 따라, 상기 클래드 층은 코어를 감싸는 굴절률 nc를 가지며, 여기서 상기 코어의 외부 반경 r1은 절반-최대 포인트에서 측정될 수 있다. 즉, 상기 코어(12)의 외부 반경(18), r1은 코어(12)의 하강 포인트의 절반 최대 굴절률에 의존하여 상기 섬유의 중앙라인에서 수직라인까지 측정되어 약 5.15㎛이다. 상기 절반 최대 포인트는 기준으로서 점선(17)으로 나타낸, 즉 △%=0인 클래드 층을 이용하여 결정된다. 예를 들어, 도 2에서, 상기 코어(12)는 0.295%의 피크 굴절률 또는 최대 상대 굴절률 △1%를 가지며, △%=0인 클래등 층에 대해서, 그 크기는 약 0.295%이다. 점선의 수직라인(20)은 0.1475% 포인트에 기인하며, 이는 △1%의 최대 크기의 절반이다.
도 2는 도파관 반경에 대한 상대 굴절률 %(△%)를 나타낸 도면이다. 도 2에 단지 단일 세그먼트 코어를 나타내었지만, 단일 세그먼트 이상을 갖는 코어를 형성함으로써 기능적인 요구가 만족될 수 있음이 주지되어야 한다. 그러나, 좀 더 적은 세그먼트를 갖는 구체예가 통상적으로 제조하기에 용이하기 때문에 바람직하다.
본 발명의 도파관 섬유의 굴절률 분포 구조의 특징은 양의 △%를 갖는 코어 세그먼트(12)에 의해서 나타난다. 도파관 섬유 코어의 중앙 세그먼트(12)는 계단형 또는 계단형-굴절률 분포를 갖는다. 상기 굴절률 분포는 요구되는 도파관 섬유의 성질을 제공하는 코어 고안에 도달하도록 조절될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 광도파관 섬유는 분산이 이동되지 않는다.
도 2의 라인(14)는 상기 세그먼트의 굴절률 %를 계산하기 위해 사용되는 클래딩의 굴절률을 나타낸다. 도파관 섬유의 제조시 도펀트의 확산은 도 2에 나타낸 바에 따라 분포 코어의 라운딩을 유발할 수 있고, 점선(16)으로 나타낸 중앙 라인 굴절률 감소를 유발할 수 있다. 이는 예를 들어, 도핑단계에서 이러한 확산을 어느정도 보상하기 위해서 필수적인 것은 아니지만, 가능하다.
상기 코어 영역 및 클래딩 층은 바람직하게는 계단형 굴절률 분포를 정의한다. 바람직하게는, 본 발명의 섬유는 약 0.20% 내지 약 0.35%, 좀 더 바람직하게는 약 0.24% 내지 약 0.33%, 좀 더 바람직하게는 약 0.26% 내지 약 0.32%, 좀 더 바람직하게는 약 0.27% 내지 약 0.31%의 최대 상대 굴절률 △1%를 갖는다. 바람직하게는, 상기 섬유의 코어 반경은 최대 또는 피크 상대 굴절률의 반값에서 측정된 바에 따라, 약 4.0㎛ 내지 약 7.0㎛, 좀 더 바람직하게는 약 4.5㎛ 내지 약 6.5㎛, 좀 더 바람직하게는 약 5.0㎛ 내지 약 6.2㎛이다.
바람직하게는, 상기 섬유의 유효면적은 약 90㎛2 이상이다. 하나의 또는 좀 더 바람직한 구체예에 있어서, 상기 유효면적은 약 90㎛2 내지 약 115㎛2, 좀 더 바 람직하게는 90㎛2 내지 약 110㎛2이다. 하나의 또는 좀 더 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 도파관 섬유는 약 96㎛2 내지 약 105㎛2, 좀 더 바람직하게는 99㎛2 내지 약 102㎛2의 유효면적을 갖는다.
본 발명의 섬유의 모드 장 직경(MFD)은 바람직하게는 10㎛를 초과한다. 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 광도파관 섬유는 약 10.0㎛ 내지 약 13.0㎛, 좀 더 바람직하게는 약 10.0㎛ 내지 약 13.0㎛의 MFD를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 섬유는 약 3.0dB/m 이하, 좀 더 바람직하게는 약 2.0dB/m 이하, 더욱 바람직하게는 약 1.5dB/m 이하, 더욱 바람직하게는 약 1.0dB/m 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.8dB/m 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.5dB/m 이하의 미소굴곡을 나타낸다. 좀 더 바람직하게는, 이러한 미소굴곡 값은 약 90㎛2를 초과하는 유효면적에서 달성된다.
본 발명의 섬유는 약 1550㎚의 파장에서 바람직하게는 약 0.25dB/km 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.22dB/km 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.2dB/km 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.19dB/km 이하, 가장 바람직하게는 약 0.185dB/km 이하의 감쇠를 나타낸다.
바람직한 구체예에 있어서, 상기 섬유는 약 1560㎚의 파장에서 약 16ps/㎚-km 내지 약 22ps/㎚-km, 좀 더 바람직하게는 약 17ps/㎚-km 내지 약 21ps/㎚-km, 좀 더 바람직하게는 약 18ps/㎚-km 내지 약 20ps/㎚-km의 총분산을 나타낸다.
상기 섬유의 약 1550㎚의 파장에서의 총분산 슬로프는 약 0.09ps/㎚2-km 이하이다. 하나의 또는 좀 더 바람직한 구체예에 있어서, 상기 섬유의 1550㎚의 파장에서의 총분산 슬로프는 약 0.045ps/㎚2-km 내지 약 0.075ps/㎚2-km, 좀 더 바람직하게는 약 0.05ps/㎚2-km 내지 약 0.07ps/㎚2-km, 좀 더 바람직하게는 약 0.055ps/㎚2-km 내지 약 0.065ps/㎚2-km이다.
바람직하게는, 상기 섬유에 의해 나타나는 PMD는 0.1ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만, 좀 더 바람직하게는 0.08ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만, 좀 더 바람직하게는 0.05ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만, 좀 더 바람직하게는 0.03ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만, 좀 더 바람직하게는 0.02ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만이다. 바람직한 일 구체예에 있어서, 이러한 PMD 값은 약 90㎛2 이상의 유효면적에서 달성된다.
바람직한 일 구체예에 있어서, 본 발명의 광도파관 섬유는 약 90㎛2 이상의 유효면적 및 약 0.05ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만의 PMD를 갖는 단일 모드 광도파관 섬유에 관한 것이다.
또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 광도파관 섬유는 약 90㎛2 이상의 유효면적 및 약 0.02ps/km1/2(방적되지 않은 상태) 미만의 PMD를 갖는 단일 모드 광도파관 섬유에 관한 것이다.
바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 섬유는 약 1500㎚ 이하, 좀 더 바람직하게는 약 1200㎚ 내지 약 1500㎚, 좀 더 바람직하게는 약 1250㎚ 내지 약 1400㎚, 좀 더 바람직하게는 약 1300㎚ 내지 약 1375㎚의 케이블 차단 파장을 갖는다. 본 발명의 섬유의 제로 분산 파장은 약 1200㎚ 내지 약 1350㎚이다. 본 발명의 바람직한 일 구체예에 따른 광도파관 섬유의 제로 분산 파장은 약 1290㎚ 내지 약 1300㎚이다.
바람직하게는, 본 발명의 광도파관 섬유의 미소굴곡 손실은 약 30dB/m 이하, 좀 더 바람직하게는 약 20dB/m 이하, 더욱 바람직하게는 약 15dB/m 이하, 더욱 바람직하게는 약 10dB/m 이하, 더욱 바람직하게는 약 8dB/m 이하, 더욱 바람직하게는 약 5dB/m 이하, 더욱 바람직하게는 약 3dB/m 이하이다.
바람직한 구체예에 있어서, 반경, 상대 굴절률, 및 굴절률 분포는 다음의 바람직한 결과를 얻기 위해 조절될 수 있다: 약 0.28의 최대 굴절률 △1%; 약 5.5㎛의 코어 반경; 약 1560㎚의 파장에서 약 19.3ps/㎚-km의 총분산; 약 1550㎚의 파장에서의 약 0.060ps/㎚2-km의 슬로프; 약 101㎛2의 유효면적; 약 0.188dB/km 이하의 감쇠; 약 0.025ps/km1/2 미만의 편광 모드 분산; 약 1366㎚의의 케이블 차단 파장; 및 약 11.4㎛의 모드 장 직경. 본 발명의 광도파관 섬유의 제로 분산, λ0에서의 파장은 2-미터 테스트에 의해 측정되어 약 1296㎚이다. 약 1.2MPa의 영률(Young's Modulus)을 갖는 1차 코팅제 및 약 950MPa의 영률을 갖는 2차 코팅제는 하나 이상의 바람직한 구체예에서 바람직하게 발견된다. 20㎜ 맨드릴을 이용한 5회 테스트에서 7.75dB/m 미만의 미소굴곡 값이 얻어진다. 가로하중 테스트를 이용하여 3.0dB/m 미만의 미소굴곡 값이 얻어진다.
본 발명의 광도파관 섬유는 공지된 섬유, 특히 게르마니아 도핑 분포에 대해서 약 20%의 큰 모드 장을 허용하는 고안 파라미터를 갖기 때문에, 에르븀 증폭기 윈도우에서 주요 이점을 제공한다.
상술한 광학 분포를 갖는 도파관 광섬유는 또한 상대적으로 연질의 1차 코팅제, 및 상기 1차 코팅제를 감싸는 상대적으로 경질의 2차 코팅제로 코팅된다. 본 발명의 참고문헌으로 포함되며, 공동 양도된 미국 특허 출원 제60/173,673호, 제60/173,828호 및 제60/174,008호에 적합한 1차 코팅제가 기술되어 있다. 바람직하게는, 본 발명의 광도파관 섬유의 2차 코팅제의 탄성 모듈러스는 700MPa, 좀 더 바람직하게는 800MPa, 가장 바람직하게는 900MPa를 초과한다. 본 발명의 참고문헌으로 포함되며, 공동 양도된 미국 특허 제60/173,874호에 고 탄성 모듈러스를 갖는 적합한 2차 코팅제가 기술되어 있다.
종종 내부 1차 코팅제로서 기술되는 상기 1차 코팅제는 약 5MPa, 좀 더 바람직하게는 약 3MPa, 좀 더 바람직하게는 약 1.5MPa 미만의 영률을 갖는 연질의 완충층이다.
본 발명의 광도파관 섬유용 1차 코팅 조성물은 바람직하게는 올리고머 및 적어도 하나의 모노머를 포함한다. 상기 조성물은 또한 유리 섬유에 적용된 후 상기 조성물의 중합을 일으키기에 적합한 중합 개시제를 함유한다. 본 발명의 광도파관 섬유의 1차 코팅제 조성물에 사용하기에 적합한 중합 개시제는 열 개시제, 화학 개시제, 전자 빔 개시제 및 광개시제를 포함한다. 특히, UV 복사선에 의해 활성화되는 광개시제가 바람직하다. 상기 코팅 조성물은 또한 접착 촉진제를 포함할 수 있다.
상기 1차 코팅 조성물은 바람직하게는 적어도 하나의 에틸렌으로 불포화된 올리고머 및 적어도 하나의 에틸렌으로 불포화된 모노머를 함유하지만, 하나 이상의 올리고머 성분 및/또는 하나 이상의 모노머가 상기 조성물에 도입될 수 있다.
따라서, 예를 들어, 올리고머, 모노머 및 광개시제는 결합되어 벌크 조성물을 형성한다. 이러한 벌크 조성물에, 예를 들어 1.0중량부의 접착 촉진제가 도입된다.
상술한 성분에 덧붙여, 본 발명의 광도파관 섬유의 1차 코팅 조성물은 선택적으로 활성 희석제, 항산화제, 촉매, 윤활제, 공단량체, 저분자량의 비-가교 수지 및 안정제 등의 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 몇몇 첨가제(예를 들어, 사슬 전이제)는 중합 과정을 조절하는 역할을 하여 상기 1차 코팅 조성물로부터 형성된 중합 제품의 물리적 성질(예를 들어, 모듈러스, 유리 전이 온도)에 영향을 미칠 수 있다. 다른 첨가제들은 상기 1차 코팅 조성물(예를 들어, 해중합 또는 산화 감성에 대한 방지)의 중합 제품의 무결상태에 영향을 미칠 수 있다. 다른 첨가제로는 점착성 부여제, 활성 또는 비활성 계면활성제 운반체 등을 포함할 수 있다.
상기 2차 코팅제는 때때로 외부 1차 코팅제로서 기술된다. 상기 2차 코팅제 물질은 통상적으로 중합시 분자가 가교결합되는 우레탄 아크릴레이트 액체를 함유하는 코팅 조성물의 중합(즉, 경화된) 산물이다.
통상적인 2차 코팅제는 적어도 하나의 UV 경화성 모노머 및 적어도 하나의 광개시제를 포함할 것이다. 상기 2차 코팅제는 또한 약 0-90중량%의 적어도 하나의 UV 경화성 올리고머를 포함할 수 있다. 상기 2차 코팅제는 열가소성 수지가 아닌 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 모노머 및 올리고머 모두는 중합시 첨가될 수 있는 화합물들이다. 상기 모노머 또는 올리고머는 상기 2차 코팅제의 주성분일 수 있다. 적합한 모노머의 일례는 에틸렌으로 불포화된 모노머이다. 에틸렌으로 불포화된 모노머는 가교결합성의 여러가지 기능기를 함유할 수 있다. 상기 에틸렌으로 불포화된 모노머는 바람직하게는 다관능성(즉, 각각 2 이상의 기능기를 가짐)이지만, 단관능성 모노머가 또한 상기 조성물에 도입될 수 있다. 따라서, 상기 에틸렌으로 불포화된 모노머는 다관능성 모노머, 단관능성 모노머, 및 이들의 혼합물일 수 있다. 본 발명의 광도파관 섬유에 사용되는 에틸렌으로 불포화된 모노머에 적합한 기능기는 특별히 제한되지 않고 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, N-비닐 아미드, 스티렌, 비닐 에테르, 비닐 에스테르, 산 에스테르, 및 이들의 혼합물(즉, 다관능성 모노머)를 포함한다.
일반적으로, 약 80% 또는 더욱 전환할 수 있는 개별적인 모노머들은 더욱 낮은 전환율을 갖는 것 보다 더욱 바람직하다. 낮은 전환율을 갖는 모노머가 상기 조성물에 도입될 수 있는 정도는 얻어지는 경화된 제품의 특정 요구성(즉, 강도)에 의존한다. 통상적으로, 높은 전환율은 더욱 강한 경화된 제품을 얻을 수 있을 것이 다.
단관능성의 에틸렌으로 불포화된 모노머의 특정량을 사용하는 것이 바람직하고, 이는 경화된 제품이 물을 흡수하거나, 다른 코팅 물질에 접착되거나 또는 응력하에서 거동하는 정도에 영향을 미치도록 도입될 수 있다.
가장 바람직한 모노머는 상업적으로 시판되거나 또는 당해분야에 공지된 반응 개요를 이용하여 합성될 수 있는 것 중 어느 하나이다.
광섬유의 2차 코팅 조성물은 또한 유리 섬유에 적용된 후 또는 먼저 코팅된 유리 섬유에 적용된 후 상기 조성물의 중합(즉, 경화)에 적합한 중합 개시제를 함유할 수 있다. 본 발명의 광도파관 섬유 조성물에 사용하기에 적합한 중합 개시제는 열 개시제, 화학 개시제, 전자 빔 개시제, 마이크로웨이브 개시제, 화학선-복사 개시제, 및 광개시제를 포함한다. 특히 광개시제가 바람직하다. 모든 가능한 광개시제는 본 발명의 광도파관 섬유의 조성물에 도입될 수 있다.
전술한 조성에 덧붙여, 본 발명의 광도파관 섬유의 2차 코팅 조성물은 선택적으로 첨가제 또는 첨가제 혼합물을 포함할 수 있다. 적합한 첨가제는 제한 없이, 항산화제, 촉매, 윤활제, 저분자량의 비-가교 수지, 접착 촉진제, 및 안정화제를 포함한다. 몇몇 접착제는 중합 공정을 조절하기 위해 첨가되어 상기 조성물로부터 중합된 제품의 물리적 성질(예를 들어, 모듈러스, 유리 전이 온도)에 영향을 미칠 수 있다. 다른 첨가제들은 상기 1차 코팅 조성물(예를 들어, 해중합 또는 산화 감성에 대한 방지)의 중합 제품의 무결상태에 영향을 미칠 수 있다.
상기 2차 코팅제는 타이트한 완충 코팅 또는 선택적으로 느슨한 튜브 코팅일 수 있다. 그러나, 2차 코팅의 외표면은 끈적거리지 않아 상기 광섬유의 주변 회선이 손상을 입지 않아야 한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 있어서, 상기 1차 코팅제는 10-90중량%의 UV 경화성 아크릴레이트 올리고머, 10-90중량%의 UV 경화성 아크릴레이트 모노머, 1-10중량%의 광개시제, 및 0-10pph의 접착 촉진제를 포함한다. 상기 1차 코팅제는 바람직하게는 약 5MPa 미만, 좀 더 바람직하게는 약 3MPa 미만, 좀 더 바람직하게는 약 1.5MPa 미만의 영률을 갖는다.
본 발명의 바람직한 구체예에 있어서, 상기 2차 코팅제는 0-90중량%의 UV 경화성 아크릴레이트 올리고머, 10-90중량%의 UV 경화성 아크릴레이트 모노머, 및 1-10중량%의 광개시제를 포함한다. 바람직하게는, 상기 2차 코팅제는 적어도 약 700MPa, 좀 더 바람직하게는 적어도 약 900MPa 미만, 가장 바람직하게는 적어도 약 1100MPa의 영률을 갖는다.
상기 1차 또는 2차 코팅제의 하나 이상의 물성을 향상시키기 위한 다양한 첨가제가 또한 존재할 수 있다.
바람직한 구체예에 있어서, 상기 오버클래딩의 외부 직경은 바람직하게는 약 125㎛이고, 상기 1차 코팅제의 외부 직경은 바람직하게는 약 190㎛이며, 상기 2차 코팅제의 외부 직경은 바람직하게는 약 250㎛이다.
따라서, 상기 1차 코팅제는 바람직하게는 약 32.5㎛의 두께를 가지며, 상기 2차 코팅제는 바람직하게는 약 30㎛의 두께를 갖는다.
상기 1차 코팅제의 외부 직경은 바람직하게는 약 180㎛ 내지 약 200㎛이고, 상기 2차 코팅제의 외부 직경은 바람직하게는 약 245㎛ 내지 약 255㎛이다.
하기 실시예는 본 발명의 코팅제를 예시적으로 나타내기 위한 한 일례로서 본 발명의 보호 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 1차 코팅제의 일례 및 상기 2차 코팅제 일례 모두에서, 올리고머, 모노머 및 광개시제는 총 100중량%에 대한 중량%로 기재된다. 다른 첨가제들은 100중량%에 더욱 첨가되는 중량부로 표시된다.
1차 코팅제의 실시예
- 1차 코팅제 A-D 제조용 조성물
1차 코팅제 A B C D
올리고머(1) (중량%) BR3731 52% BR3731 52% BR3731 52% BR3731 52%
올리고머(2) (중량%)
모노머(1) (중량%) SR504 45% SR504 25% SR504 25% Photomer 4003 45%
모노머(2) (중량%) SR339 20% SR495 20%
광개시제(1) (중량%) Igacure 1850 3% Igacure 1850 3% Igacure 1850 3% Igacure 819 1.5% Igacure 184 1.5%
접착 촉진제 (중량부) a 1.0 a 1.0 a 1.0 a - 1.0 b - 2,0
항산화제 (중량부) Iganox 1035 1 Iganox 1035 1 Iganox 1035 1 Iganox 1035 1
표 4에서, BR3731은 보마 스페셜티사(Bomar Specialty Co; 코네티컷, 윈스턴)의 제품인 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머이고; Purelast566A는 지방족 우레탄 모노아크릴레이트 올리고머, SR504는 에톡실레이티드노닐페놀 아크릴레이트 모노머, Photomer는 에톡실레이티드 노닐 페놀 아크릴레이트 모노머이고 코그니스사(Cognis Corporation; 펜실베니아, 앰블러)의 제품이며, SR339는 사토머사(Sartomer Company, Inc.)의 페녹시에틸 아크릴레이트 아크릴레이트 모노머이고; CN130은 알리파틱콕시글리시딜 아크릴레이트 모노머이며; SR495는 사토머사의 카프로락톤 아크릴레이트 모노머이고; Igacure 1850은 시바 스페셜티사(Ciba Specialty Chemicals; 뉴욕, 테리타운)의 상품으로, 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸 포스핀 옥사이드 및 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤을 함유하는 BAPO 광개시제 블렌드이며; Igacure 819는 시바 스페셜티사의 상품으로, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐 포스핀 옥사이드이고; Igacure 184는 시바 스페셜티사의 상품으로, 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤 광개시제이며; "a"는 유나이티드 케미컬 테크놀러지(United Chemical Technologies; 펜실베니아, 브리스톨)의 3-머캅토프로필트리메톡시실란 접착 촉진제이고; "b"는 겔레스트사(Gelest, Inc.; 펜실베니아, 툴리타운)의 비스(리메톡시실리에틸) 벤젠 접착 촉진제이며; Iganox 1035는 시바 스페셜티사의 티오디에틸렌 비스(3,5-디-터셔리-부틸-4-히드록시)히드로시나메이트를 함유하는 항산화제이다.
- 1차 코팅제 A-D의 경화된 필름
1차 코팅제 A B C D
영률(MPa) 0.82 1.21 1.29 1.23
Y.M. stnd dev 0.03 0.07 0.07 0.06
인장강도(MPa) 0.63 1.06 0.82 0.89
T. 강도 stnd dev 0.22 0.3 0.22 0.25
연신율(%) 184 164 123 137
E. stnd dev(%) 45.51 40.36 32.39 34
Tga (℃) -34 -24 -36 -35
a Tg(유리 전이 온도)는 1 Hz의 동역학 분석기에 의해 측정되었다.
1차 코팅제의 실시예
- 2차 코팅제 제조용 조성물
올리고머 중량% 모노머 중량% 광개시제 중량% 첨가제 중량부
A BR301 10 SR601 SR602 SR349 30 27 30 Igacure 1850 3
B Photomer 6010 10 Photomer 4025 Photomer 4028 RCC12-984 20 42 25 Igacure 1850 3
C SR601 SR602 SR349 SR399 30 37 15 15 Igacure 1850 3
D BR301 18.2 Photomer 4025 Photomer 4028 RCC12-984 15.4 36.4 27.3 Igacure 1850 2.7
F KWS 4131 10 Photomer 4028 Photomer 3016 82 5 Igacure 819 Igacure 184 1.5 1.5 Iganox 1035 0.5
표 6의 올리고머 중, BR301은 보마 스페셜티사의 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머이고; Photomer 6010은 코그니스사(Cognis Corporation; 펜실베니아, 앰블러)의 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머이고, KWS4131은 보마 스페셜티사의 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머이다.
표 6의 모노머 중, SR601은 사토머사의 비스페놀 A 디아크릴레이트 모노머이고, SR602는 사토머사의 에톡실레이티드(10) 비스페놀 A 디아크릴레이트 모노머이며, SR399는 사토머사의 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트이고, Photomer 4028은 코그니스사의 에톡실레이티드(4) 비스페놀 A 디아크릴레이트 모노머이며, RCC12-984는 코그니스사의 에톡실레이티드(3) 비스페놀 A 디아크릴레이트 모노머이고, Photomer 3016은 코그니스사의 에폭시 아크릴레이트이다.
표 6의 광개시제 중, Igacure 1850은 시바 스페셜티사의 상품으로, 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸 포스핀 옥사이드 및 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤을 함유하는 블렌드이며, Igacure 819는 시바 스페셜티사의 상품으로, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐 포스핀 옥사이드이고, Igacure 184는 시바 스페셜티사의 상품으로, 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤 광개시제이다.
표 6 첨가제 중, Iganox 1035는 시바 스페셜티사의 티오디에틸렌 비스(3,5-디-터셔리-부틸-4-히드록시)히드로시나메이트를 함유하는 항산화제이다.
상기 2차 코팅제 조성물의 물성을 실험하여 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
- 2차 코팅제/조성물의 성질
연신율 (%) 인장강도 (MPa) 영률 (MPa) 수분 흡수율 (%) 25℃/45℃에서의 점도 (poise)
A 25.83 27.47 958.88 1.66 23.7/3.8
B 22.41 17.01 803.52 - 20.2/3.8
C 10.34 27.56 1229.41 1.81 13.2/2.6
D 22.5 28.78 997.05 1.73 45.0/6.5
E 12.7 25.26 1207 - -
본 발명의 바람직한 일구체예는 GeO2 도핑된 코어 및 상기 코어를 감싸면서 접하는 클래딩 층을 포함하며, 상기 클래드 층을 감싸며 약 1.2MPa의 영률을 갖는 1차 코팅층, 및 상기 1차 코팅층을 감싸며 약 950MPa의 영률을 갖는 2차 코팅제를 포함하며, 상기 코어 및 클래딩은 약 0.28%의 최대 상대 굴절률 및 약 5.5㎛의 코어 반경을 갖는다.
본원에서는 계단형 굴절률, 적어도 약 700MPa의 영률을 갖는 2차 코팅제를 갖는 GeO2 도핑 분포를 조합함으로써 증가된 유효면적(Aeff), 감소된 굴곡 손실, 및 약 0.185dB/km 미만의 감쇠를 얻을 수 있었다. 특히, 약 0.37dB/m 미만의 미소굴곡 가로 하중 손실이 얻어졌다. 또한, 상기 2차 코팅제의 영률은 바람직하게는 적어도 약 700MPa, 좀 더 바람직하게는 적어도 약 900MPa, 가장 바람직하게는 적어도 약 1100MPa이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 광섬유(32)는 본 발명에 따라 제조되어 광섬유 통신 시스템(30)에 사용된다. 시스템(30)은 송신기(34) 및 수신기(36)를 포함하며, 광섬유(32)는 송신기(34) 및 수신기(36)간의 광신호를 수송한다. 대부분의 시스템에 있어서, 섬유(32)의 각 단부는 2-방향으로 통신할 수 있고, 송신기(34) 및 수신기(36)는 단지 예시를 위해서 나타내었다. 적어도 하나의 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명에 따른 광섬유 통신 시스템은 그 사이에 재생기 없이 광섬유로 연결된 송신기 및 수신기를 포함한다. 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명에 따른 광섬유 통신 시스템은 그 사이에 증폭기 없이 광섬유로 연결된 송신기 및 수신기를 포함한다. 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명에 따른 광섬유 통신 시스템은 그 사이에 증폭기, 재생기 및 중계기 중 어느 것도 없이 광섬유로 연결된 송신기 및 수신기를 포함한다.
바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 섬유의 중앙라인에서 클래딩의 외부 반경까지 실질적으로 어떠한 불소도 존재하지 않는다. 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 섬유의 중앙라인에서 약 125㎛의 반경까지 실질적으로 어떠한 불소도 존재하지 않는다. 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 섬유의 중앙라인에서 클래딩의 외부 반경까지 어떠한 불소도 존재하지 않는다. 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 섬유의 중앙라인에서 약 125㎛의 반경까지 어떠한 불소도 존재하지 않는다.
또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 섬유의 중앙라인에서 약 50㎛의 반경까지 실질적으로 어떠한 불소도 존재하지 않는다. 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 섬유의 중앙라인에서 약 50㎛의 반경까지 어떠한 불소도 존재하지 않는다.
또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 섬유의 중앙라인에서 약 25㎛의 반경까지 실질적으로 어떠한 불소도 존재하지 않는다. 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 섬유의 중앙라인에서 약 25㎛의 반경까지 어떠한 불소도 존재하지 않는다.
또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 섬유의 중앙라인에서 약 10㎛의 반경까지 실질적으로 어떠한 불소도 존재하지 않는다. 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 섬유의 중앙라인에서 약 10㎛의 반경까지 어떠한 불소도 존재하지 않는다.
바람직하게는, 본 발명의 광도파관 섬유는 비-분산 이동 섬유이다.
바람직하게는, 본 발명의 섬유는 저 수분함량, 바람직하게는 낮은 수분 피크의 광섬유, 즉 특정 파장 영역에서 상대적으로 낮거나 또는 수분 피크가 없는 감쇠 커브를 갖는다.
저 수분 피크 광섬유의 제조방법은 2001. 11. 27.자로 출원된 미국 특허출원 제09/722,804호, 2001. 4. 11.자로 출원된 미국 특허출원 제09/547,598호, 2000. 12. 22.자로 출원된 미국 특허 가출원 제60/258,179호, 2001. 2. 28.자로 출원된 미국 특허 가출원 제60/275,015호에 개시되어 있으며, 상기 문헌들은 본 발명의 참고문헌에 포함된다.
도 4에서 수트 예형 또는 수트 바디(21)는 바람직하게는 산화 매체에서 적어도 하나의 유리-형성 전구체 화합물을 포함하는 유동 액체 혼합물의 적어도 하나의 성분을 화학적으로 반응시켜 실리카에 기초한 반응 형성물을 형성함으로써 제조된다. 통상적으로 산소와 결합된 수소를 포함하는 적어도 일부인, 상기 반응 산물의 적어도 일부는 기판으로 향하여 다공성의 실리카 바디를 형성한다. 예를 들어, 상기 수트 바디는 OVD 공정을 통해서 베이트(bait) 상에 수트 층을 증착시켜 형성할 수 있다. 이러한 OVD 공정을 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 기판 또는 베이트 로드 또는 맨드릴(31)이 선반(도시되지 않음)상에 장착된 할로우 또는 관형 핸들(33)과 같은 유리 바디를 통해서 삽입된다. 상기 선반은 수트-형성 버너(35) 부근에서 맨드릴(31)을 회전 및 직동(translate)할 수 있도록 고안된다. 맨드릴(31)이 회전 및 직동함에 따라, 일반적으로 수트로 공지된 실리카에 기초한 반응 산물(37)이 맨드릴(31)을 향한다. 적어도 일부의 실리카에 기초한 반응 산물(37)이 맨드릴(31) 및 핸들(33) 상에 증착되어 바디(21)가 형성된다. 이에 한정되는 것은 아니지만, 산화 매체내에 적어도 하나의 유리-형성 전구체 화합물의 액체 운반체와 같은 적어도 일부의 유동 액체 혼합물의 몇몇 성분들을 화학적으로 반응시키는 다른 방법이 본 발명의 실리카에 기초한 반응 산물을 형성시키는데 사용될 수 있고, 이러한 방법은 예를 들어, 1997. 8. 7.자로 출원된 미국 특허 가출원 제60/095,736호, 및 1998. 12. 3.자로 출원된 PCT 출원 제PCT/US98/25608호에 개시되어 있고, 이들은 본 발명의 참고문헌으로 포함된다.
수트의 바람직한 양이 맨드릴(31) 상에 침착되면, 수트 증착이 중지되고 맨드릴(31)은 수트 바디(21)로부터 제거된다.
도 5 및 6에 나타낸 바와 같이, 맨드릴(31)의 제거시, 수트 바디(21)는 축상으로 통과하는 중앙라인 홀(40)의 경계를 정한다. 바람직하게는, 수트 바디(21)는 하류(downfeed) 핸들(42)상의 핸들(33)에 의해 매달리며, 고형화 로(44)내에 위치된다. 핸들(33)로부터 이격된 중앙라인 홀(40)의 단부는 바람직하게는 고형화 로(44)내에 수트 바디(21)를 위치시키기 전에 하부 플러그(46)로 막는다. 바람직하게는, 하부 플러그(46)는 마찰 적합(friction fit)을 통해서 수트 바디에 위치된다. 플러그(46)는 바람직하게는 더욱 뾰족하게 하여 상기 수트 바디(21)내에 적어도 누슨하게 적어도 일시적으로 첨부되어 용이하게 들어가도록 한다.
수트 바디(21)는 바람직하게는 예를 들어 수트 바디(21)를 고형화 로(44)내에 승온된 온도에서 클로린 함유 분위기에 노출시킴으로써 화학적으로 건조된다. 클로린 함유 분위기(48)는 수트 바디(21)로부터 수분 및 다른 불순물을 효과적으로 제거하며, 그렇지 않으면 수트 바디(21)로부터 제조된 광도파관 섬유의 성질에 악 영향을 미친다. OVD 형성 수트 바디(21)에 있어서, 상기 클로린은 중앙라인 홀(40)을 감싸는 중앙라인 영역을 포함해서 상기 수트를 통해서 효과적으로 흘러서 전체 블랭크를 효과적으로 건조시킨다.
상기 화학 건조 단계에 이어서, 상기 로의 온도는 상기 수트 블랭크를 소결된 유리 예형으로 고형화시키기에 충분한 온도, 바람직하게는 약 1500℃로 승온된다. 상기 중앙라인 홀(40)은 고형화 단계시 밀봉된다. 바람직한 구체예에 있어서, 상기 중앙라인 영역은 약 1ppb 미만의 OH 함량을 갖는다.
바람직하게는, 상기 중앙라인 홀은 중앙라인 홀 밀봉전에 수소 화합물에 재습윤되는 기회를 갖지 않는다.
바람직하게는, 상기 중앙라인 홀의 수소 화합물을 함유하는 분위기에의 노출은 고형화시 중앙라인 홀을 밀봉함으로써 상당히 감소되거나 또는 방지된다.
바람직한 구체예에 있어서, 하부 플러그(46)와 같은 유리 바디는 핸들(33)로부터 이격된 수트 바디(21)의 단부에서 중앙라인 홀(40)에 위치되며, 개구부(64)를 갖는 할로우 관형 유리 플러그 또는 탑 플러그(60)와 같은 유리 바디는 도 5에 나타낸 바와 같이 플러그(46)의 반대편 수트 바디(21)내의 중앙라인 홀(40)에 위치된다. 클로린 건조에 이어서, 수트 바디(21)는 고형화 로(44)의 고온대(hot zone) 내로 유도되어 중앙라인 홀(40)을 밀봉하고 수트 바디(21)를 소결된 유리 예형으로 고형화한다. 건조 및 고형화는 선택적으로 동시에 일어날 수 있다. 고형화시, 수트 바디(21)는 어느 정도 축소되어 하부 플러그(46) 및 탑 플러그(60)의 낮은 단부에 맞춰져 얻어지는 소결된 유리 예형을 플러그(46 및 60)에 융합시켜 중앙 홀(40)을 밀봉한다. 상기 중앙라인 홀(40)의 상부 및 하부 모두의 밀봉은 상기 고온대를 통해서 수트 바디(21)의 하나의 통로에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, 소결된 유리 예형은 승온된 온도, 바람직하게는 오븐에서 유지되어 불황성 기체를 중앙라인 홀(40)로부터 확산시켜 밀봉된 중앙라인 홀(40)내를 수동으로 형성한다. 바람직하게는, 탑 플러그(60)는 불활성 기체의 확산이 좀 더 용이하게 일어날 수 있도록 상대적으로 얇은 벽을 갖는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 탑 플러그(60)는 바람직하게는 핸들(33) 내의 플러그(60)를 지지하기 위한 확장된 부분(62), 및 수트 바디(21)의 중앙라인 홀(40)내로 연장되는 좁은 부위(64)를 갖는다. 플러그(60)는 또한 바람직하게는 핸들(33)의 실질적 부위를 차지하는 연장된 할로우 부위(66)를 포함한다. 할로우 부위(66)는 중앙라인 홀(40)에 여분의 공간을 제공하여 상기 불활성 기체의 확산에 이어서 중앙라인 홀(40)내를 좀 더 진공상태로 만든다.
상기 플러그(60)의 연장된 부위(66)에 의해 제공된 공간은 후술되는 이점을 갖는 밀봉된 중앙라인 홀(40)에 여분의 공간을 제공한다.
본원에서 기술되는 바와 같이, 하부 플러그(46) 및 탑 플러그(60)는 예를 들어, 용융 석영 플러그와 같은 바람직하게는 약 31ppm 미만, 화학적으로 건조된 실리카 플러그와 같은 좀 더 바람직하게는 5중량부 미만의 수분 함량을 갖는 유리 바디이다. 통상적으로, 이러한 플러그는 클로린-함유 분위기에서 건조되지만, 다른 화학 건조제를 함유하는 분위기가 동일하게 적용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 유리 플러그는 1중량부 미만의 수분 함량을 가질 수 있다. 또한, 상기 유리 플러그는 바람직하게는 약 200㎛ 내지 약 2㎜의 두께를 갖는 얇은 벽 플러그이다. 좀 더 바람직하게는, 플러그(60)의 적어도 일부는 약 0.2 내지 약 0.5㎜의 두께를 갖는다. 좀 더 바람직하게는, 연장된 부위(66)는 약 0.3 내지 약 0.4㎜의 두께를 갖는다. 얇은 벽은 확산을 촉진시키지만, 취급시 파손되기 쉽다.
따라서, 불활성 기체는 바람직하게는 상기 중앙라인 홀을 밀봉하여 수동 진공을 형성한 후 상기 중앙라인 홀로부터 확산되며, 얇은 벽 유리 플러그는 중앙라인 홀로부터의 불황성 기체의 빠른 확산을 촉진한다. 상기 플러그가 더욱 얇을 수록, 확산 속도도 더욱 커진다. 양 단부에서 밀봉된 중앙라인 홀을 가진 후, 상기 소결된 유리 예형의 중앙라인 홀 영역은 상기 중앙라인 홀에 접촉하는 유리제품으로부터 이동하거나 또는 발산하는 히드록시 이온에 의해 재습윤될 수 있고, 상기 유리제품은 광도파관 섬유로 더욱 형성되는 실리카 물질 이외이 물질이다. 따라서, 예를 들어, 탑 플러그(60)와 같은 유리 바디 내의 히드록시 이온은 소결된 유리 예형(21)의 중앙라인 영역내로 이동하고 오염되거나 또는 재습윤된다. 수트 바디(21) 내, 그 상부, 또는 그 부근으로 삽입되기 이전에 플러그(60)와 같은 유리 바디내의 OH 이온을 실질적으로 교환함으로써, 상기 중앙라인 홀 영역의 재습윤은 더욱 방지될 수 있다.
따라서, 상술한 방법으로 형성되는 예형으로부터 연속적으로 인발되는 광도파관 섬유는 접하거나 및/또는 상기 중앙라인 홀을 밀봉하는 중수소화된 유리 바디를 갖지 않는 예형으로부터 인발된 섬유에 비하여 더욱 낮은 광학 감쇠를 나타낸다. 특히, 약 1383㎚에서의 초저 광학 감쇠는 전술한 바와 같은 방법으로 적어도 하나의 중수소화된 유리 바디를 사용함으로써 달성될 수 있다. 특히, 전체적으로 낮은 O-H의 광학 감쇠가 달성될 수 있다. 예를 들어, 950㎚ 또는 1240㎚와 같은 다른 OH 유도 수분 피크 뿐만 아니라, 1383㎚에서의 수분 피크는 본 발명에 따라 더욱 감소되거나 실질적으로 제거될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 수트 바디 또는 실리카에 기초한 반응 산물 또는 소결된 유리 예형내, 그 상부, 또는 그 부근에 증착되기 전에 상기 중앙라인 홀에 접하여 위치되는 모든 유리 바디는 미리-중수소화된다.
전술한 바람직한 결과를 얻기 위하여 수트 바디 또는 소결된 유리 예형 또는 반응 산물 내, 그 상에 또는 그 부근에 위치시키기 위한 하나 이상의 중수소화된 바디는 OVD 공정에 한정되지 않고, 상기 중앙라인 홀을 밀봉하거나, 능동 또는 수동으로 중앙라인 홀내의 진공을 포함하거나, 또는 상기 중앙라인 홀을 밀봉하는 것과 같은 특정 수단에 한정되지 않는다. 예를 들어, 중앙라인 홀을 밀봉하기 위한 부가적인 방법이 1999. 4. 26.자에 "실질적으로 원형의 코어 대칭을 갖는 광섬유 및 이의 제조방법"의 명칭으로 출원된 미국 특허 가출원 제60/131,012호, 및 1999. 4. 26.자에 "저 수분 피크 광도파관 및 이의 제조방법"의 명칭으로 출원된 미국 특허 가출원 제60/131,033호에 개시되어 있고, 상기 문헌은 본 발명의 참고문헌에 포함된다.
좀 더 바람직한 구체예에 있어서, 플러그(60)는 약 24시간동안 약 1000℃의 온도에서 1기압의 헬륨 분위기내의 5% 중수소에 노출되었다. 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 플러그(60)는 약 24시간동안 약 1000℃의 온도에서 1기압의 질소 분위기내의 3% 중수소에 노출되었다.
재인발에서, 전술한 바에 따라 형성된 소결된 유리 예형은 하류 핸들(42)에 의해 로(68)내에 매달린다. 로(68) 내의 온도는 상기 유리 예형을 연장시키기에 충분한 온도, 바람직하게는 약 1950℃ 내지 약 2100℃의 온도로 승온되어 상기 예형의 예형의 직경을 감소시켜 코어 케인과 같은 실린더형의 유리 바디를 형성한다. 수트 바디(21)에 대응하여 소결되거나 또는 고형화된 유리 예형은 가열되고 연장되어 중앙라인 영역을 갖는 감소된 코어 케인으로 형성된다. 중앙라인 홀(40)은 재인발 공정시 밀봉되어 중앙라인 영역을 형성한다. 고형화시 수동적으로 형성된 밀봉된 중앙라인 홀(40)내에서 유지되는 감소된 압력은 일반적으로 재인발시 중앙라인 홀(40)을 완성시키기에 충분하게 촉진된다.
전술한 구체예 중 어느 한 방법에 따라 제조된, 바람직하게는 클래딩을 구성하는 부위인, 상기 감소된 직경 코어 케인은 예를 들어 OVD 공정 또는 로드-인-관 배열을 갖는 수트 증착에 의해 더욱 오버클래드될 수 있고, 연속적으로 클래딩 유리에 의해 경계지워진 중앙 코어 부위를 갖는 광도파관 섬유로 인발될 수 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 실린더형 광섬유 바디(80)는 산소에 결합된 수소를 포함하는 적어도 일부인, 실리카 함유 유리 영역(82)을 포함한다. 실리카 함유 유리 영역(82)은 약 2중량부 미만, 바람직하게는 약 1중량부 미만의 평균 OH 함량을 갖는 중앙라인 영역(84)을 포함한다. 중앙라인 영역(84)은 작은 직경의 도펀트 함유 영역(86; 방사상 거리 Rj로 나타냄)에 의해 경계지워지고, 중앙라인 영역(84) 및 도펀트 함유 영역(86)은 실린더형의 광섬유 바디(80)의 중심축(28)을 따라 세로방향으로 연장된다.
도 4의 방사상 거리 R2로 나타낸 중앙라인 영역(84)은 약 99%의 전파광이 진행하는 광섬유 바디(80) 부위로서 정의된다.
상기 광섬유 바디(80)는 상기 광섬유 예형이 섬유로 인발된 후 주어진 횡단면에서 영역의 상대 직경이 적어도 점차적으로 유지됨에 따라 광도파관 섬유, 또는 섬유 자체에 대한 전구체로 작용하는 유리 예형을 나타낸다.
적어도 하나의 바람직한 구체예에 있어서, 상기 중앙라인 영역(84)은 어떠한 불소 도펀트도 함유하지 않는다. 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 상기 도펀트 함유 영역(86)은 어떠한 불소 도펀트도 함유하지 않는다. 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 중앙라인 영역(84)을 감싸는 영역은 어떠한 불소 도펀트도 함유하지 않는다. 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 상기 실린더형 유리 바디(21)는 어떠한 불소 도펀트도 함유하지 않는다.
적어도 하나의 바람직한 구체예에 있어서, 상기 실린더형 유리 바디(21)는 어떠한 인도 포함하지 않는다.
또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 상기 각각의 코어 및 클래딩은 계단형 굴절률 분포를 형성하는 굴절률을 갖는다.
그 다음, 상기 인발 광도파관 섬유는 바람직하게는 중수소화된다. 중수소화는 여러가지 공정에 의해 수행될 수 있고, 중수소를 포함하는 분위기에서 승온된 온도에서 실리카 바디 또는 그 일부를 유지시킴으로써 달성될 수 있다. 적합한 열처리 시간 및 온도는 확립된 데이타로부터 결정될 수 있다. 실리카에서의 DO/OH 교 환은 150℃의 낮은 온도에서 발생될 수 있지만, 처리는 통상적으로 약 500℃와 같은 높은 온도에서 수행된다. 분위기는 실질적으로 D2이거나 또는 불활성 희석제, 예를 들어 N2 또는 Ar을 포함할 수 있다. 실리카의 체적을 통해서 중수소/수소(D/H) 교환을 완성시키기 위해 요구되는 시간은 실질적으로 온도의 지수, 적어도 확산 거리의 제곱, 실리카 바디에 초기에 존재하는 OH-농도에 비례적으로 의존한다. 당업자들은 확립된 데이타로부터 요구되는 열처리 시간을 도출할 수 있다. 요구되는 시간은 또한 실리카 바디와 접하는 중수소의 농도에 의존한다. 통상적으로, 적어도 약 10torr의 중수소 부분압이 적합한 온도에서 중수소의 유효 주입을 생성할 수 있다.
따라서, 주어진 D2 농도에 대해서, 처리 시간 및 온도는 또한 운반 기체 타입에 의존하여 동등한 유효 결과로 변화될 수 있다. D2 농도는 또한 변화하는 시간 및 온도에 대응하여 변화될 수 있고 동등하게 유효 결과를 얻을 수 있다.
바람직한 구체예에 있어서, 얻어지는 섬유는 약 1310㎚ 파장에서 나타나는 광 감쇠 이하인 약 1383㎚ 파장에서의 광 감쇠를 나타낸다.
바람직하게는, 상기 광도파관 섬유는 0.01기압의 수소 부분압에 적어도 144시간동안 놓여진 후 1383㎚ 파장에서 약 0.03dB/km 미만의 최대 수소 유도 감쇠 변화를 나타낸다. 좀 더 바람직하게는, 얻어지는 섬유는 약 1310㎚ 파장에서 나타나는 광 감쇠보다 적어도 0.04dB/km 미만인 약 1383㎚ 파장에서의 광 감쇠를 나타낸다. 좀 더 바람직하게는, 약 1310㎚ 파장에서 나타나는 광 감쇠는 0.35dB/km 이하 이다. 좀 더 바람직하게는, 약 1310㎚ 파장에서 나타나는 광 감쇠는 약 0.31dB/km 이하이다.
도 8에 제조된 광섬유 예형 또는 케인의 측정으로부터 유래된 본 발명의 섬유의 바람직한 일 구체예에 대응하는 굴절률 분포를 나타내었고, 여기서 상기 굴절률 분포는 섬유 공간(space)에서 조사되었다. 상기 코어의 외부 반경(18), r1은 코어(12)의 하향 부위의 절반 최대 상대 굴절률 포인트에 의존하여 상기 섬유 중앙라인에서 수직선까지 측정된 바에 따라 약 5.1㎛이다. 상기 절반 최대 포인트는 점선(17)으로 나타낸, 기준으로서 △%=0인 클래드 층을 이용하여 결정된다. 상기 코어(12)는 통상적으로 약 0.30%의 굴절률 및 약 0.33%의 피크 굴절률 또는 최대 상대 굴절률 △1%를 갖기 때문에, 상기 클래드 층의 △%=0에 대해서 그 크기는 약 0.33%이다. 점선의 수직선(20)은 0.165%에 해당되며, 이는 약 5.08㎛의 반경에서의 최대 크기 △1%의 절반이다.
도 8에 도시된 상기 도파관 섬유 코어의 중앙 세그먼트(12)는 약 9의 알파값을 갖는 계단형 또는 계단형-굴절률 분포를 갖는다. 바람직하게는, 상기 코어의 중앙 세그먼트는 약 5를 초과, 바람직하게는 약 6을 초과하는 알파값을 갖는다. 바람직한 구체예에 있어서, 상기 알파값은 약 7 내지 14이다. 약 0.37㎛의 반경을 갖는 중앙 라인 굴절률의 저하는 상기 섬유의 중앙라인 부근에서 나타난다. 상기 중앙라인 저하에서의 굴절률은 일반적으로 약 0.2%이다.
도 9에 도 8에 대응하는 굴절률 분포를 갖는 광섬유의 바람직한 일 실시예에 대한 측정된 손실 또는 감쇠를 나타내었다. 파장(㎚)에 대해서 dB/km의 단위로 감쇠를 나타내었다. 측정된 섬유 감쇠 및 이론상으로 계산된 섬유 감쇠를 하기 표 8에 나타내었다.
파장 (㎚) 측정된 손실 (dB/km) 이론적 손실 (dB/km) 이론상의 순수 손실 (dB/km)
1310 0.33 0.32 0.01
1380 0.329 0.271 0.058
1383 0.329 0.269 0.060
1385 0.329 0.267 0.062
도 8에 나타낸 바와 같이, 상대적으로 낮은 수분 피크는 약 1383㎚에서 광섬유에 의해 나타난다.
바람직하게는, 상기 1383㎚에서의 광섬유의 감쇠는 1310㎚에서의 감쇠보다 0.1dB/km 이하이고, 좀 더 바람직하게는 상기 1383㎚에서의 광섬유의 감쇠는 1310㎚에서의 감쇠보다 0.05dB/km 이하이며, 좀 더 바람직하게는 상기 1383㎚에서의 광섬유의 감쇠는 1310㎚에서의 감쇠보다 0.01dB/km 이하이다. 좀 더 바람직하게는, 상기 1383㎚에서의 광섬유의 감쇠는 1310㎚에서의 감쇠 이하이다.
바람직하게는, 상기 1383㎚에서의 광섬유의 감쇠는 약 0.40dB/km 이하, 좀 더 바람직하게는 약 0.36dB/km 이하, 좀 더 바람직하게는 약 0.34dB/km 이하이다.
저 수분 피크는 좀 더 낮은 감쇠 손실을 갖는 약 1290㎚ 내지 약 1650㎚의 파장에서, 특히 약 1340㎚ 내지 약 1470㎚의 송신 신호에 대해서 좀 더 유효하게 작동할 수 있도록 한다. 또한, 저 수분 피크는 하나 이상의 펌프 파장에서 작동하는 라만 펌프 또는 라만 증폭기와 같은 광섬유에 광학적으로 연결되는 펌프 광 방출의 향상된 펌프 효율을 제공한다. 바람직하게는, 라만 증폭기는 원하는 작동 파장 또는 파장 영역보다 약 100㎚ 낮은 하나 이상의 파장에서 펌프된다. 예를 들어, 약 1550㎚의 파장에서 광신호를 수송하는 광섬유는 약 1450㎚의 펌프 파장에서 라만 증폭기로 펌프될 수 있다. 따라서, 약 1400㎚ 내지 약 1500㎚의 파장 영역에서, 특히 약 1400㎚의 펌프 파장에서의 섬유의 저감쇠는 펌프 감쇠를 감소시키고 펌프 효율, 예를 들어 펌프 전력 mW당 게인과 같은 펌프 효율을 증가시킨다. 일반적으로, 섬유내의 고함량의 OH 불순물에 대해서, 수분 피크는 폭 뿐만 아니라 높이에서 증대된다. 따라서, 작동 신호 파장 또는 펌프 파장을 갖는 증폭기인지에 대한 좀 더 효율적인 작업의 선택은 좀 더 적은 수분 피크에 의해 의존한다.
바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 광도파관 섬유는 게르마니아를 함유하며, 반경 및 상대 굴절률 %로 정의되는 굴절률 분포를 갖는 코어, 및 상기 코어를 감싸면서 접하며, 반경 및 상대 굴절률 %로 정의되는 굴절률 분포를 갖는 클래드 층을 포함하고, 상기 코어 및 클래드 층은 90㎛2을 초과하는 유효면적을 나타내며, 1383㎚에서의 상기 섬유의 감쇠가 1310㎚에서의 감쇠보다 0.1dB/km 이하이다.
라만 증폭기에 대한 펌프 파장은 바람직하게는 증폭되는 작동 신호 또는 송신 신호의 파장에 의존한다. 바람직한 구체예에 있어서, 약 1530㎚ 내지 약 1560㎚의 파장에서의 송신 신호는 C-대역으로 기술될 수 있고, 라만 펌프 파장은 바람직하게는 약 1420㎚ 내지 약 1450㎚의 파장이며; 약 1560㎚ 내지 약 1620㎚의 파장에 서의 송신 신호는 L-대역으로 기술될 수 있고, 라만 펌프 파장은 바람직하게는 약 1450㎚ 내지 약 1510㎚의 파장이며; 약 1460㎚ 내지 약 1530㎚의 파장에서의 송신 신호는 S-대역으로 기술될 수 있고, 라만 펌프 파장은 바람직하게는 약 1380㎚ 내지 약 1400㎚의 파장이다.
본 발명의 섬유는 OVD 공정에 의해 제작시 저 PMD 값을 나타낸다. 광섬유 또는 섬유 섹션에서 저 편광 모드 분산을 얻기 위한 방법 및 장치에 대해 2001. 7. 31.자로 출원된 미국 특허 가출원 제60/309,160호 및 2000. 4. 17.자로 출원된 PCT/US00/10303호에 개시되어 있고, 예형의 중앙라인 구멍 영역과 관련된 부가적인 방법 및 장치에 대해서는 "광섬유 및 저 편광-모드 분산 및 저 감쇠 광섬유의 제조방법"의 명칭으로 2000. 4. 26.자로 출원된 미국 특허출원 제09/558,770호, 및 "저 수분 피크 광도파관 및 이의 제조방법"의 명칭으로 1999. 4. 26.자에 출원된 미국 특허 가출원 제60/131,033호에 기재되어 있고, 상기 문헌들은 모두 본 발명의 참고문헌에 포함된다. 상기 섬유를 스피닝(spinning)함으로써 또한 본 발명의 섬유에 대해 저 PMD 값을 부여할 수 있다. 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 섬유는 0.006ps/km1/2 이하의 스푼(spun) PMD를 나타낸다. 바람직한 일 구체예에 있어서, 상기 섬유는 0.005ps/km1/2의 PMD를 나타낸다.
바람직한 구체예에 있어서, 본 발명의 광도파관 섬유는 게르마니아를 함유하며, 반경 및 상대 굴절률 %로 정의되는 굴절률 분포를 갖는 코어, 및 상기 코어를 감싸면서 접하며, 반경 및 상대 굴절률 %로 정의되는 굴절률 분포를 갖는 클래드 층을 포함하고, 상기 코어 및 클래드 층은 90㎛2을 초과하는 유효면적을 나타내며, 상기 섬유는 0.1ps/km1/2 미만의 PMD를 나타낸다.
도 10에 본 발명의 광도파관 섬유의 또 다른 바람직한 구체예의 굴절률 분포를 나타내었다. 코어(112)는 상기 클래드 층(114)의 △%=0에 대해서 약 0.27%의 최대 상대 굴절률 △1%를 갖기 때문에, 그 크기는 약 0.27%이다. 점선의 수직선(120)은 절반-피크 높이(117), 즉 0.135%에 의존하며, 이는 약 5.57㎛의 반경(18)에서의 최대 크기 △1%의 절반이다.
일 측면에 있어서, 본 발명은 광신호 송신 시스템에 관한 것이다. 상기 광신호 송신 시스템은 바람직하게는 송신기, 수신기 및 광송신 라인을 포함한다. 상기 광송신 라인은 상기 송신기 및 수신기에 광학적으로 연결된다. 상기 광송신 라인은 바람직하게는 90㎛2을 초과하는 유효면적을 제공하는 계단형-굴절률 분포를 나타내는 코어 및 클래드 층을 갖는 적어도 하나의 광섬유 섹션을 가지며, 여기서 상기 섬유는 1383㎚에서의 감쇠가 1310㎚에서의 감쇠보다 0.1dB/km 이하이다. 바람직한 구체예에 있어서, 상기 광섬유 섹션은 도 1에 나타낸 굴절률 분포를 갖는다. 바람직하게는, 상기 코어는 게르마니아를 함유한다. 상기 섬유 섹션은 바람직하게는 실질적으로 어떠한 불소도 함유하지 않는다. 상기 섬유 섹션은 바람직하게는 약 1560㎚의 파장에서 약 16ps/㎚-km 내지 약 22ps/㎚-km의 총분산을 나타낸다. 상기 광섹션은 바람직하게는 약 0.1ps/km1/2 미만의 PMD를 나타낸다.
상기 시스템은 바람직하게는 상기 광섬유 섹션에 광학적으로 연결된, 라만 증폭기와 같은 적어도 하나의 증폭기를 더욱 포함한다.
상기 시스템은 상기 광송신 라인상에 광신호를 수송할 수 있는 다수의 상호연결용 다중화기를 더욱 포함하며, 여기서 상기 적어도 하나의 광신호는 1300㎚ 내지 1625㎚의 파장에서 전파된다. 바람직한 구체예에 있어서, 상기 적어도 하나의 광신호는 약 1300㎚ 내지 약 1480㎚의 파장에서 전파된다.
바람직한 구체예에 있어서, 상기 시스템은 거친 파장 분할 다중 모드에서 작동될 수 있다.
전술한 설명은 단지 본 발명을 예시적으로 설명하고, 청구항에서 정의되는 본 발명의 성질 및 특성을 개괄적으로 이해시키기 위함임이 주지되어야 한다. 첨부된 도면은 본 발명의 좀 더 나은 이해를 돕기 위해 포함되며, 본 발명의 명세서에 포함되어 일부분을 구성한다. 도면은 설명과 함께 본 발명의 원리 및 작동을 설명하기 위하여 본 발명의 다양한 특징 및 구체예를 설명한다. 당업자가 첨부된 청구항에 정의된 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않는 한도에서 본 발명에 기술된 본 발명의 바람직한 구체예에 대해 다양하게 변형하여 실시할 수 있음이 명백하다.

Claims (25)

  1. 게르마니아를 함유하며, 반경 및 상대 굴절률 %로 정의되는 굴절률 분포를 갖는 코어; 및
    상기 코어를 감싸면서 접하며, 반경 및 상대 굴절률 %로 정의되는 굴절률 분포를 갖는 클래드 층을 포함하고;
    여기서, 상기 코어 및 클래드 층은 90㎛2 내지 115㎛2의 유효면적을 나타내고;
    섬유가 실질적으로 순수한 실리카를 함유하며;
    상기 코어는 7 내지 14의 알파(α)값을 가지며, 여기서 상기 알파값은 상대 굴절률(Δ) 분포를 기술하기 위한 수식, Δ(r) = Δ(r0)(1-[|r-r0|/(r1-r0)]α)에서 사용되는 실수(real number)인 멱지수(exponent)로서, 상기 수식에서, Δ(r)는 그 단위가 "%"로 표현되고, r은 반경이며, r0는 Δ(r)이 최대값인 때의 지점이고, r1은 Δ(r)%가 영(zero)인 때의 지점이고, r은 ri≤r≤rf의 범위를 가지며, ri는 알파값 분포의 최초 지점이고, rf는 알파값 분포의 최종 지점인 것을 특징으로 하는 광도파관 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코어는 0.24% 내지 0.33%의 최대 상대 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파관 섬유.
  3. 제1항에 있어서, 상기 코어는 5.0㎛ 내지 6.2㎛의 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파관 섬유.
  4. 제1항에 있어서, 상기 코어는 0.20% 내지 0.35%의 최대 상대 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파관 섬유.
  5. 제1항에 있어서, 상기 코어는 4.0㎛ 내지 7.0㎛의 반경을 갖는 것을 특징으 로 하는 광도파관 섬유.
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