KR100963812B1 - 미세구조 광섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

미세구조 광섬유는 코어 영역 및 코어 영역을 둘러싼 클래딩 영역으로 구성된다. 섬유 부분의 횡단면은 병진 대칭 격자에 따르며, 외부 영역에서 각각의 부 매질 영역의 중심은 각각의 격자점에 일치하고, 내부 영역에서의 다수의 부 매질 영역은 각각의 격자점으로부터 떨어져 배치된 중심을 갖는다.
미세구조 광섬유, 병진 대칭 격자, 주 매질, 부 매질 영역, 격자점, 굴절률

Description

미세구조 광섬유 및 이의 제조방법{Microstructured optical fiber and method of making}
도 1은 선행 기술의 미세구조 광섬유의 섬유 축에 대하여 수직인 횡단면의 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세구조 광섬유의 섬유 축에 대하여 수직인 횡단면의 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 섬유 및 선행 기술의 섬유 각각에 대한 각종 섬유 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 양태에 따른 미세구조 광섬유의 섬유 축에 대하여 수직인 횡단면의 도면이다.
도 7은 도 6에 나타낸 광섬유(1a)의 색분산 및 모드 필드 직경(MFD)의 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제3 양태에 따른 미세구조 광섬유의 섬유 축에 대하여 수직인 횡단면의 도면이다.
도 9 내지 도 11은 도 8의 양태에 따른 섬유 구조의 각종 섬유 특성을 기타 섬유 구조의 섬유 특성과 비교한 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 예비 성형체의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 예비 성형체의 연신방법을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 예비 성형체의 또 다른 연신방법을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 양태에 따른 예비 성형체의 제조방법을 나타내는 도면이다.
본 발명은 섬유 광학 도파관, 특히 미세구조 광섬유 중의 부 매질 영역(副媒質領域)의 배열에 관한 것이다.
굴절률이 높은 코어 영역이 실리카와 공기의 혼합물을 갖는 클래딩(cladding)에 의해 둘러싸인 미세구조 광섬유가 최근 개발되어 유리와 공기 사이의 현저한 굴절률 차이에 의해 새로운 섬유 특성을 제공한다. 클래딩 구조는 공간적으로 균일한 평균 굴절률을 가질 수 있으며, 이는 코어 굴절률과의 바람직한 관계를 충족시키도록 조절될 수 있다. 도 1은 선행 기술의 미세구조 광섬유의 횡단면을 나타낸다. 광섬유(1b)에서는 실리카 유리(2b)에 다수의 구멍(3b)이 배열되어 있다. 구멍(3b)의 직경은 횡단면에서 사실상 균일하며, 구멍(3b)의 중심은 육방형 격자의 격자점(4b)과 사실상 일치한다. 클래딩 중의 사실상 일정 간격으로 배열된 부 매질 영역에 대하여, 코어 영역은 하나 이상의 부 매질 영역을 주 매질(예를 들면, 실리카 유리)로 대체시킴으로써 실현할 수 있다. 섬유 중심의 격자점(41b)에는 대응하는 구멍이 없어서 섬유의 중심이 주위의 영역보다 평균 굴절률이 높다. 따라서, 광파가 섬유의 중심에 편중되어 섬유 전체로 유도된다.
색분산(chromatic dispersion)이 0 또는 음이고, 또는 0 또는 음이거나 색분산 슬로프가 0 또는 음이고, 또는 0 또는 음이거나 유효 코어 면적이 적은 미세조직 광섬유의 제조시, 상기 광섬유의 제조 수율을 높이고 전송 손실을 낮추기가 어렵다. 미세조직 광섬유의 상기 특성을 실현하기 위해, 직경이 작은 공기 구멍 및 공기 구멍의 치수와 배열의 정확한 조절이 필수적이다. 그러나, 구멍 직경의 감소는 섬유의 연신 동안에 구멍 표면에서의 표면 장력의 증가를 야기한다. 표면 장력의 증가는 구멍의 과도한 수축을 야기하여 연신된 광섬유의 광학 특성의 제어 불능을 증가시킨다. 연신 온도를 낮춤으로써 표면 장력의 영향을 감소시킬 수 있을지라도, 연신 장력이 연신 온도의 감소에 의해 증가되어, 연신 동안의 섬유 파괴 발생의 증가, 전송 손실의 증가 및 자외선에 대한 내구성의 저하를 초래한다.
본 발명은 위에서 기술한 섬유 특성 요건을 충족시키고, 섬유의 최내부 영역의 일정 간격으로 배치된 격자의 격자점으로부터 부 매질 영역을 떨어지게 배치시켜 코어 영역을 형성함으로써 선행 기술의 결점을 적어도 일부 극복한다. 따라서, 부 매질 영역의 곡률 반경이 선행 기술의 곡률 반경보다 큰 구조에 있어서, 0 또는 음의 색분산, 0 또는 음의 색분산 슬로프 및 적은 유효 코어 면적과 같은 유용한 특성을 실현하는 것이 가능해진다. 부 매질 영역의 곡률 반경의 증가는 섬유 연신 동안의 표면 장력의 영향을 감소시켜 섬유 구조 및 광학 특성의 높은 제어력, 높은 제조 수율, 낮은 전송 손실 및 자외선에 대한 높은 내구성을 초래한다.
이하의 용어들은 미세구조 섬유 특성의 설명을 보조하기 위해 정의된다.
주 매질은 단독으로 광섬유를 구성할 수 있는 매질이다. 한편, 부 매질은 반드시 단독으로 광섬유를 구성할 수 있는 것은 아니다. 예를 들면, 유리 및 중합체는 주 매질 또는 부 매질로서 사용할 수 있으며, 액체, 기체 및 진공은 부 매질로서 사용할 수 있으나 주 매질로서는 사용할 수 없다.
몇 개의 매질(i)(i = 1 ... M)로 구성된 영역의 평균 굴절률은 이하의 수학식 1로 정의한다:
Figure 112008016581160-pat00001
위의 수학식 1에서,
n[i] 및 f[i]는 각각 매질(i)의 굴절률과 용적이다.
격자점의 격자 셀은 당해 격자점 및 인접한 격자점 사이의 수직 이등분으로 아우트라인된 다각형 영역이다. 구멍이 일정 간격으로 배열되어 있는 구조에서, 상대 구멍 직경은 일정 간격으로 배열된 격자의 피치(L)에 대한 구멍 직경(d)의 비이다. 구조가 병진 대칭인 경우, 0이 아닌 거리만큼 구조를 병진시키기 위한 조작이 구조를 동일하게 유지한다. 병진 조작의 방향 및 거리는 벡터로 나타낼 수 있다. 구조를 동일하게 유지하는 병진 조작을 나타내는 N 독립 벡터가 있는 경우, 당해 구조는 N-차원 병진 대칭을 포함한다.
본 발명은 이하의 상세한 설명으로부터 용이하게 명백해지며, 간단하게 본 발명을 수행하는 최적 양태의 설명에 의해 명백해진다. 본 발명은 기타 상이한 양태들이 가능하며, 이의 몇 가지 세부사항은 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 각종 명백한 측면에서 변경이 가능하다. 따라서, 도면 및 기술은 본질적으로 설명을 위한 것이며, 비제한적이다.
본 발명은 첨부된 도면에서 예시로 설명된 것일 뿐, 이로한 도면으로 제한되지 않으며, 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제1 양태에 따른 광섬유(1)의 횡단면을 나타내는데, 여기서, 부 매질 영역인 다수의 구멍(3)이 주 매질인 실리카 유리(2)에 배열되어 있다. 횡단면에는 내부 영역(11) 및 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역(12)이 있다. 구멍의 배열은 사실상 육방형 격자이다. 외부 영역에서는, 구멍(32)의 중심이, 육방형 격자의 격자점(4)의 일부이고 외부 영역에 위치하고 있는 외부 격자점(42)과 사실상 일치한다. 한편, 내부 영역에서는, 구멍(31)의 중심이, 내부 격자점(41)으로부터 외측으로 약 0.1 격자 간격만큼 떨어져 있다. 내부 격자점은 육방형 격자의 격자점(4)의 일부이고, 내부 영역에 위치하고 있다. 구멍(31) 및 구멍(32)의 직경은 횡단면에서 사실상 균일하다. 격자점(41) 또는 격자점(42)의 각각의 격자 셀에 대하여, 단일 구멍(31) 또는 구멍(32)은 셀 내에 중심을 갖는다. 본 발명의 기술시, 격자점의 격자 셀에 위치하고 있는 구멍은 격자점에 대응하는 구멍이라 한다.
외부 영역은 추가로 실리카 유리로 구성된 자켓 영역(13)에 의해 둘러쌓여 있다. 자켓 영역은 광섬유의 코어의 광파를 유도하는 데 필수적이진 않더라도, 광섬유의 기계적 강도를 향상시키고, 전송 손실의 원인 중 하나인 마이크로밴딩(microbending) 손실을 감소시키는 데 효과적이다. 위에서 기술한 구멍의 배열로 인하여, 내부 영역(11)의 구멍(31)들 사이의 주 매질 영역(21)의 면적이 외부 영역(12)의 구멍(32)들 사이의 주 매질 영역(22)의 면적보다 커진다. 따라서, 내부 영역이 외부 영역보다 평균 굴절률이 높으며, 총 반사에 의해 내부 영역(11)의 주 매질 영역(21)에 광파를 편중시키고 이것을 광섬유 전체로 유도하는 것이 가능해진다.
광학적 특성 조사는 본 발명의 세 개의 구조, ha8, ha7 및 ha6 및 선행 기술의 세 개의 구조 hb8, hb7 및 hb6에서 수행하였다. 상기 구조를 갖는 상대 구멍 직경을 표 1에 나타내었다.
기호 ha6 ha7 ha8 hb6 hb7 hb8
상대 구멍 직경 0.6 0.7 0.8 0.6 0.7 0.8
조사시, 구멍 직경을 변화시키고, 섬유의 기타 치수들을 비례하여 변화시켰다.
도 3 내지 도 5는 열거된 섬유들 각각에 대한 다양한 섬유 특성을 나타낸다. 도 3은 구멍 직경의 함수로서의 1550nm 파장에서의 색분산을 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 상대 구멍 직경이 커질수록, 그 이하에서는 0 또는 음의 색분산이 수득될 수 있는 구멍 직경이 더 커진다. 그 이하에서 0 또는 음의 색분산이 수득될 수 있는 구멍 직경은 상대 구멍 직경이 동일한 선행 기술의 섬유에서보다 본 발명의 섬유에 있어서 더욱 크다. 도 4는 구멍 직경의 함수로서의 1550nm 파장에서의 색분산 슬로프를 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 상대 구멍 직경이 커질수록, 그 이하에서 0 또는 음의 색분산 슬로프가 수득될 수 있는 구멍 직경이 더 커진다. 그 이하에서 0 또는 음의 색분산 슬로프가 수득될 수 있는 구멍 직경은 상대 구멍 직경이 동일한 선행 기술의 섬유에서보다 본 발명의 섬유에 있어서 더욱 크다. 도 5는 구멍 직경의 함수로서의 1550nm 파장에서의 유효 코어 면적을 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 상대 구멍 직경이 커질수록, 그 이하에서 적은(5㎛2 미만) 유효 코어 면적이 수득될 수 있는 구멍 직경이 더 커진다. 그 이하에서 적은(5㎛2 미만) 유효 코어 면적이 수득될 수 있는 구멍 직경은 상대 구멍 직경이 동일한 선행 기술의 섬유에서보다 본 발명의 섬유에 있어서 더욱 크다. 이들 그래프는 본 발명의 섬유로 수득되는 이점들을 입증한다.
또한 내부 영역(11)의 주 매질 영역(21)의 주 매질에 도판트, 예를 들면, 게르마늄 및 불소를 첨가하여 점도를 감소시키는 것이 바람직하다. 따라서, 유도된 광파가 집중될 내부 영역의 주 매질 영역으로의 연신 장력의 집중을 감소시키고, 잔여 장력으로 인한 과도한 전송 손실을 감소시키는 것이 가능해진다. 또한, 내부 영역(11)의 주 매질 영역(21)의 주 매질에 게르마늄을 1 내지 35몰% 가하고, 광섬유를 자외선에 노출시켜 섬유 길이를 따라 굴절률을 변화시킴으로써 섬유 격자를 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 파장 선택적 전송 및 파장 선택적 지향성 커플러를 실현하는 것이 가능해진다. 또한 섬유 길이를 따라 횡단면의 구조를 변화시키는 것이 바람직하다. 따라서, 섬유 길이를 따라 색분산을 변화시키고, 색분산 관리 전송선을 형성하는 것이 가능해진다. 또한 어떠한 구멍도 포함되어 있지 않은 부분의 길이를 형성하는 것이 바람직하다. 섬유 말단에 이와 같은 부분을 제공함으로써, 구멍으로의 오염 물질의 유입을 방지하는 것이 가능해진다. 또한 주 매질로서 화합물 유리 또는 중합체를 사용하거나, 광학 증폭 성질을 갖는 기체나 금속으로 구멍을 충전시키는 것이 바람직하다. 따라서, 비선형 광학 효과의 효율을 향상시키고, 또는 향상시키거나 광학 증폭 기능을 실현하는 것이 가능해진다.
도 6은 본 발명의 제2 양태의 광섬유(1a)의 횡단면을 나타낸다. 당해 구조에서는, 다수의 구멍(3a)이 실리카 유리(2a)에 배열되어 있고, 외부 영역(12a)의 구멍(32a)이 육방형 격자의 격자점(4a)의 일부이고 외부 영역에 배치되어 있는 각각의 격자점(42a)과 중심이 일치하도록 배열되어 있으며, 따라서 상기 배열은 2차원 병진 대칭 구조를 갖는다. 적당한 굴절률을 갖는 기타 매질을 구멍 대신에 사용할 수 있다. 2차원 병진 대칭으로 인하여, 브래그(Bragg) 반사에 의해 내부 영역(11a)에 광파를 편중시켜 이를 섬유 전체로 유도할 수 있다. 구멍(32a)이 외부 영역(12a)에서 일정 간격으로 배열되므로, 외부 영역(12a)은 브래그 반사에 의해 일정 범위의 주파수와 유전 상수에 속하는 광파를 반사시킬 수 있다. 이러한 광파가 외부 영역(12a)에서 전파될 수 없을지라도, 구조적 주기성이 내부 영역(11a)에서 깨지므로, 이는 내부 영역(11a)에 편중되어 전파된다.
브래그 반사에 의한 유도 또는 포토닉 밴드갭에 의한 유도로서 공지되어 있는 도파 메카니즘이 문헌[참조: Stig E. Barkou et al., OFC '99 FG5, and J.A. West et al., ECOC '01 Th.A.2.2.]에 기술되어 있다. 그러나, 이들 선행 기술은 대응하는 격자점으로부터 구멍을 떨어지게 배치함으로써 구조적 주기성을 깨는 것이 가능함을 인식하지 못한다. 결과적으로, 양의 색분산 슬로프를 갖는 색분산이 J.A. West에 의해 공개되었으나, 음의 색분산 슬로프를 갖는 색분산은 공지되어 있지 않다. 본 발명에 있어서, 음의 색분산 슬로프를 갖는 색분산은 대응하는 격자점으로부터 구멍을 떨어지게 배치시켜 광파를 유도하는 영역을 형성함으로써 실현된다. 도 7은 도 6에 나타낸 광섬유(1a)의 색분산 및 모드 필드 직경(MFD)을 나타낸다. 당해 실시예에서는, 육방형 격자의 피치가 1.68㎛이고, 구멍 직경이 0.84㎛이다. 내부 영역(11a)의 구멍(35a)은 내부 격자점(41a)으로부터 외측으로 0.15 격자 간격으로 배치되어 있다. 내부 영역(11a) 중심의 구멍(31a)은 내부 격자점(41a)상에 배치되어 있다. 당해 실시예에서와 같이, 대응하는 격자점상에 중심이 위치하는 구멍 이외에 대응하는 격자점으로부터 떨어져 위치하고 있는 중심을 갖는 내부 영역 구멍을 제공하는 것이 또한 바람직하다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 1540nm 내지 1570nm 파장의 광파는 내부 영역(11a)에 위치하며, 모드 필드 직경(MFD)이 작다. 게다가, 색분산 슬로프는 상기 파장 범위에서 음인데, 이는 양의 슬로프를 갖는 색분산의 보정에 적용하기에 유리하다. 브래그 반사가 한정된 주파수 범위에서 일어나기 때문에 대역 통과 필터로서 광섬유(1a)를 사용하는 것이 또한 가능하므로, 파장 의존성 전송을 실현할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 양태의 광섬유(1c)의 횡단면을 나타낸다. 광섬유(1c)에서는, 다수의 구멍(3c)이 실리카 유리(2c)에 배열되어 있다. 횡단면에는 내부 영역(11c) 및 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역(12c)이 있다. 당해 양태에서, 구멍의 배열은 사실상 정방형 격자이다. 외부 영역(12c)에서, 구멍(32c)의 중심은 정방형 격자의 격자점(4c)의 일부이고 외부 영역(12c)에 위치하고 있는 외부 격자점(42c)에 위치한다. 한편, 내부 영역(11c)에서는, 구멍(31c)의 중심이, 내부 격자점(41c)으로부터 외측으로 약 0.1 격자 간격만큼 떨어져 있다. 내부 격자점(41c)은 정방형 격자의 격자점(4c)의 일부이고, 내부 영역(11c)에 위치하고 있다. 격자점(41c) 또는 격자점(42c)의 각각의 격자 셀에 대하여, 단일 구멍(31c) 또는 구멍(32c)은 셀 내에 중심을 갖는다. 외부 영역(12c)은 추가로 자켓 영역(13c)에 의해 둘러싸여 있다. 자켓 영역(13c)은 도파에 반드시 필수적이진 않더라도, 광섬유(1c)의 기계적 강도를 향상시키고, 전송 손실의 원인인 마이크로밴딩 손실을 감소시키는 데 효과적이다.
위에서 기술한 구멍의 배열로 인하여, 내부 영역(11c)의 구멍(31c)들 사이의 주 매질 영역(21c)의 면적이 외부 영역(12c)의 구멍(32c)들 사이의 주 매질 영역(22c)의 면적보다 커진다. 따라서, 내부 영역이 외부 영역보다 평균 굴절률이 높으며, 총 반사에 의해 내부 영역(11c)의 주 매질 영역(21c)에 광파를 편중시키고 이것을 광섬유 전체로 유도하는 것이 가능해진다.
도 8에서 설명한 바와 같은 구조를 갖는 섬유의 광학 특성을, 중심이 정방형 격자의 모든 격자점과 사실상 일치하는 구멍을 가지나 섬유의 중심에 구멍이 없어서 중심의 평균 굴절률이 주위 영역보다 높은 미세 구조 섬유의 광학 특성과 비교하여 조사한다. 상대 구멍 직경을 이하의 표 2에 나타내는데, 여기서 구조 ra8, ra7 및 ra6은 도 8에서 설명한 바와 같은 본 발명의 섬유 구조를 나타내고, 구조 rb8, rb7 및 rb6은 격자로부터 떨어져 배치된 구멍을 갖지 않는다.
기호 ra6 ra7 ra8 rb6 rb7 rb8
상대 구멍 직경 0.6 0.7 0.8 0.6 0.7 0.8
조사시, 구멍 직경을 변화시키고, 섬유의 기타 치수들을 비례하여 변화시켰다.
도 9 내지 도 11은 열거된 섬유들 각각에 대한 다양한 섬유 특성을 나타낸다. 도 9는 구멍 직경의 함수로서의 1550nm 파장에서의 색분산을 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 상대 구멍 직경이 커질수록, 그 이하에서 0 또는 음의 색분산이 수득될 수 있는 구멍 직경이 더 커진다. 그 이하에서 0 또는 음의 색분산이 수득될 수 있는 구멍 직경은 상대 구멍 직경이 동일한 기타 섬유에서보다 본 발명의 섬유에 있어서 더욱 크다. 도 10은 구멍 직경의 함수로서의 1550nm 파장에서의 색분산 슬로프를 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 상대 구멍 직경의 증가는 그 이하에서 0 또는 음의 색분산 슬로프가 수득될 수 있는 구멍 직경의 증가를 초래한다. 그 이하에서 0 또는 음의 색분산 슬로프가 수득될 수 있는 구멍 직경은 상대 구멍 직경이 동일한 기타 섬유에서보다 본 발명의 섬유에 있어서 더욱 크다. 도 11은 구멍 직경의 함수로서의 1550nm 파장에서의 유효 코어 면적을 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 상대 구멍 직경이 커질수록, 그 이하에서 적은(5 또는 6㎛2 미만) 유효 코어 면적이 수득될 수 있는 구멍 직경이 더 커진다. 그 이하에서 적은(5 또는 6㎛2 미만) 유효 코어 면적이 수득될 수 있는 구멍 직경은 상대 구멍 직경이 동일한 기타 섬유에서보다 본 발명의 섬유에 있어서 더욱 크다. 이들 그래프는 본 발명의 섬유로 수득되는 이점들을 입증한다.
위에서 기술한 본 발명의 양태인 광섬유는 도 12에서 설명한 바와 같이 제조할 수 있다. 첫째, 관 모양의 실리카 유리로 제조된 예비 성형체를 공지되어 있는 방법, 예를 들면, VAD법, MCVD법 및 OVD법으로 제조한다. 예비 성형체의 실리카 유리는 불순물을 함유하지 않거나, 도판트, 예를 들면, 게르마늄, 불소, 염소, 붕소, 알루미늄, 인, 희토류 원소 및 전이 금속을 포함할 수 있다. 도판트의 종류와 농도를 적절히 선택함으로써, 비선형 광학 효과의 효율을 향상시키거나 광학 증폭 성질을 실현하는 것이 가능하다.
둘째, 예비 성형체의 길이를 따라 연장된 다수의 구멍(64)이 그랩 수단(62)에 의해 고정된 예비 성형체(61)의 천공 수단(63)에 의해 형성되어 있다. 구멍의 배열은 도 2, 도 6 및 도 8에서와 같이 제조된 섬유의 구멍에 비례하여 제조해야 한다. 천공 수단(63)의 팁(65)은 다이아몬드 입자를 포함하는 합금 또는 다이아몬드 입자를 포함하는 표면을 갖는 금속으로 제조된다. 천공 수단(63)에 초음파를 적용하여 천공 구멍의 효율을 향상시킬 수도 있다. 구멍(64)이 예비 성형체를 관통할 수 있으나, 이후 단계에서 취급하는 데 충분한 길이의 본래 예비 성형체의 길이가 보유될 수 있도록 예비 성형체의 중앙에서 구멍을 끝낼 수도 있다. 천공 길이를 짧게 하는 것은 또한 천공 단계에 드는 시간을 단축시킨다. 구멍(64)은 천공 수단(63)을 구멍(64)의 축을 중심으로 회전시키거나, 예비 성형체(61)를 구멍(64)의 축을 중심으로 회전시키거나, 천공 수단 및 예비 성형체 둘 다를 회전시킴으로써 천공될 수 있다.
천공 단계 후, 예비 성형체(61)를 신장시키는 단계, 신장된 예비 성형체(61)를 내부 직경이 이의 외부 직경보다 약간 더 큰 유리 튜브에 삽입하는 단계 및 신장된 예비 성형체(61)상의 유리 튜브를 가열하여 와해시키는 단계를 추가로 포함한다. 또한, 기상 침착법에 의해 예비 성형체(61)의 외부 표면상에 실리카 유리의 그을음을 침착시키고 가열하여 침착된 그을음을 소결시킬 수 있다. 이러한 단계를 이용함으로써, 전체 예비 성형체 직경에 대한 구멍 직경의 비를 감소시키며, 천공에 의해 형성하는 것이 어려운, 직경이 작은 구멍을 상응하게 형성할 수 있다.
불화수소산 용액 또는 SF6 가스에 의해 구멍(64)의 내부 표면을 에칭시킬 수도 있다. 따라서, 표면 위 또는 표면 근방의 유리 중의 불순물, 예를 들면, 하이드록실 그룹 및 전이 금속을 제거하고, 표면 조도를 감소시켜 전송 손실을 감소시키는 것이 가능해진다.
끝으로, 예비 성형체(61)는 도 13에 나타낸 바와 같이 광섬유로 연신된다. 예비 성형체(61)는 그랩 수단(도시하지 않음)에 의해 그랩된다. 구멍(64)이 있는 예비 성형체(61)의 말단이 연결 수단(71)을 통해 압력 조절 수단(72)에 연결되어 있으므로 구멍(64)의 압력을 조절한다. 구멍의 배열은 도 12 또는 후술되는 도 15에 나타낸 예비 성형제 제조단계에서와 동일하거나 비례한다. 나머지 말단으로부터 예비 성형체가 소정의 속도로 가열 수단(73)으로 공급된다. 예비 성형체의 가열 연화된 부분에서부터 광섬유(76)가 연신된다. 광섬유는 인출 수단(도시하지 않음)에 의해 인출된다. 광섬유의 구멍 직경은 압력 조절 수단(72)의 압력을 조절하여 조절할 수 있다.
도 14에 나타낸 바와 같이 구멍(64)이 밀봉된 예비 성형체(61)로부터 광섬유를 연신시킬 수도 있다. 결과적으로, 오염 물질이 구멍(64)으로 유입되는 것을 방지하는 것이 용이해진다. 구멍의 배열은 도 12 또는 이하에 제공되는 도 15에 나타낸 예비 성형체 제조단계에서와 동일하거나 비례한다.
도 12에서와 같이 천공하지 않음으로써 예비 성형체(61)에 구멍(64)을 형성하는 것이 또한 가능하다. 도 15는 몇 가지 다른 물질을 사용한 광섬유를 수득하기 위한 예비 성형체의 제조를 나타낸다. 예비 성형체(61a)는 실리카 봉(66) 주위에 다수의 실리카 모세관(67)을 다발로 배열하고 당해 다발을 실리카 자켓 튜브(68)에 삽입하여 형성할 수 있다. 실리카 봉(66)의 직경은 실리카 모세관(67)보다 작다. 이 후, 예비 성형체(61a)가 도 13 또는 도 14에 나타낸 바와 같은 단계에서 연신된다. 연신 온도는 실리카 모세관(67) 사이의 간극이 표면 장력에 의해 수축되고, 또는 수축되거나 밀폐되도록 선택한다. 실리카 봉(66)이 존재하는 경우에 간극의 수축을 수반하는 연화된 유리의 유량이 적으므로, 구멍들 사이의 거리는 횡단면의 다른 부분에 비하여 커진다. 결과적으로, 양태 1에서와 동일한 횡단면을 갖는 광섬유를 수득할 수 있다.
도 15의 예비 성형체 제조방법은 몇 가지 다른 물질을 이용한 광섬유를 제조하는 데 적합하다. 예를 들면, 실리카 봉(66)의 물질로서 10몰% 이상의 게르마늄을 갖는 실리카를 사용함으로써, 비선형 광학 효과의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 희토류 원소로 도핑된 실리카 봉(66)을 사용함으로써, 광학 증폭 성질을 갖는 광섬유를 수득할 수 있다.
본 발명은 현재 최상의 실시 및 바람직한 양태로 고려되는 것과 관련하여 기술하였으나, 기재되어 있는 양태에 한정되지 않고, 첨부된 특허청구범위의 진의와 범위내에서 다양한 변경과 동등한 배열을 포함하고자 한다.
본 발명은 섬유의 최내부 영역에서 일정 간격으로 배열된 격자의 격자점으로부터 부 매질 영역을 떨어지게 배치시켜 코어 영역을 형성함으로써, 부 매질 영역의 곡률 반경이 선행 기술의 곡률 반경보다 큰 구조로, 0 또는 음의 색분산, 0 또는 음의 색분산 슬로프 및 적은 유효 코어 면적과 같은 유용한 특성을 실현할 수 있으며, 부 매질 영역의 곡률 반경의 증가로 섬유 연신 동안의 표면 장력의 영향을 감소시켜 섬유 구조 및 광학 특성의 높은 제어력, 높은 제조 수율, 낮은 전송 손실 및 자외선에 대한 높은 내구성을 달성할 수 있다.

Claims (20)

  1. 제1 굴절률을 갖는 주 매질 및
    상기 주 매질과 상이한 제2 굴절률을 갖고, 광섬유 길이의 일부 또는 전부에 걸쳐서 주 매질 영역에 배열되어 내부 영역과 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역을 구별짓는 다수의 부 매질 영역을 포함하는 광섬유로서,
    상기 광섬유의 횡단면이 병진 대칭 격자에 따르고, 외부 영역의 각각의 부 매질 영역의 중심이 각각의 격자점과 일치하고, 내부 영역의 다수의 부 매질 영역이 각각의 격자점으로부터 떨어져 배치된 중심을 갖는, 광섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내부 영역이 코어 영역을 포함하며, 상기 코어 영역의 평균 굴절률이 외부 영역의 평균 굴절률보다 높은, 광섬유.
  3. 제1항에 있어서, 상기 외부 영역의 굴절률 분포가 횡단면에 2차원 병진 대칭을 포함하여 브래그 반사에 의해 유도되는 도파 모드를 지지하는, 광섬유.
  4. 제2항에 있어서, 주 매질이 순수하거나 도핑된 실리카 유리이고, 부 매질이 기체인, 광섬유.
  5. 제3항에 있어서, 주 매질이 순수하거나 도핑된 실리카 유리이고, 부 매질이 기체인, 광섬유.
  6. 제4항에 있어서, 1 내지 35몰%의 GeO2이 주 매질의 일부 또는 전부에 도핑되는, 광섬유.
  7. 제1항에 있어서, 부 매질 영역의 횡단면적이 횡단면에서 균일한, 광섬유.
  8. 제1항에 있어서,
    병진적으로 대칭인 격자가 육방형 격자이고,
    내부 영역이, 한 변의 길이가 하나의 격자 간격과 동일한 정삼각형의 세 개의 꼭지점인 세 개의 내부 격자점을 포함하고,
    세 개의 내부 격자점에 대응하는 부 매질 영역의 중심이 정삼각형의 외접원의 외측에 위치하는, 광섬유.
  9. 제1항에 있어서,
    병진적으로 대칭인 격자가 정방형 격자이고,
    내부 영역이, 한 변의 길이가 하나의 격자 간격과 동일한 정사각형의 네 개의 꼭지점인 네 개의 내부 격자점을 포함하고,
    네 개의 내부 격자점에 대응하는 부 매질 영역의 중심이 정사각형의 외접원의 외측에 위치하는, 광섬유.
  10. 제1항에 있어서, 부 매질 영역의 최소 곡률 반경이 1.2㎛ 이상이고, 1280nm 내지 1800nm의 파장에서의 색분산(chromatic dispersion)이 0 이하인, 광섬유.
  11. 제1항에 있어서, 부 매질 영역의 최소 곡률 반경이 1.7㎛ 이상이고, 1550nm의 파장에서의 색분산 슬로프가 0 이하인, 광섬유.
  12. 제1항에 있어서, 부 매질 영역의 최소 곡률 반경이 2.0㎛ 이상이고, 1550nm의 파장에서의 유효 코어 면적이 파장의 제곱 미만인, 광섬유.
  13. 제1 굴절률을 갖는 주 매질과 주 매질과는 상이한 제2 굴절률을 갖는 부매질을 포함하고, 다수의 부 매질 영역이 주 매질 영역에 배열되어 있는 광섬유로서,
    상기 광섬유의 일부 또는 전부에서, 부 매질 영역의 횡단면의 최소 곡률 반경이 1.2㎛ 이상이고, 1280nm 내지 1800nm의 파장에서의 색분산이 0 이하인, 광섬유.
  14. 제1 굴절률을 갖는 주 매질과 주 매질과는 상이한 제2 굴절률을 갖는 부매질을 포함하고, 다수의 부 매질 영역이 주 매질 영역에 배열되어 있는 광섬유로서,
    상기 광섬유의 일부 또는 전부에서, 부 매질 영역의 횡단면의 최소 곡률 반경이 1.7㎛ 이상이고, 1550nm의 파장에서의 색분산 슬로프가 0 이하인, 광섬유.
  15. 제1 굴절률을 갖는 주 매질과 주 매질과는 상이한 제2 굴절률을 갖는 부매질을 포함하고, 다수의 부 매질 영역이 주 매질 영역에 배열되어 있는 광섬유로서,
    상기 광섬유의 일부 또는 전부에서, 부 매질 영역의 횡단면의 최소 곡률 반경이 2.0㎛ 이상이고, 1550nm의 파장에서의 유효 코어 면적이 파장의 제곱 미만인, 광섬유.
  16. 제1 굴절률을 갖는 주 매질과 제2 굴절률을 갖는 다수의 부 매질 영역을 포함하는 광섬유 예비 성형체를 제조하는 단계 및
    상기 예비 성형체를 내부 영역 및 내부 영역을 둘러싼 외부 영역을 갖는 부분의 길이로 연신시키는 단계(이때, 다수의 격자점을 갖는 병진 대칭 격자가 검측될 수 있고, 외부 영역의 각각의 격자점이 부 매질 영역 중 각 영역의 중심과 일치하고, 내부 영역의 격자점의 일부 또는 전부가 각각의 부 매질 영역의 중심으로부터 떨어져 배치된다)를 포함하는, 광섬유의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 부 매질 영역이 주 매질로서 실리카 유리로 제조된 광섬유 예비 성형체에 다수의 구멍을 형성하여 제조되는, 광섬유의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 1 내지 35몰%의 GeO2이 주 매질의 일부 또는 전부에 도핑되는, 광섬유의 제조방법.
  19. 제16항에 있어서, 광섬유 예비 성형체의 제조단계가, 내부 직경 및 외부 직경을 갖는 실리카 유리로 제조된 모세관 및 직경이 상기 모세관의 직경과 상이하며 실리카 유리로 제조된 하나 이상의 봉을 다발로 하는 단계를 포함하는, 광섬유의 제조방법.
  20. 제1 굴절률을 갖는 주 매질과 제2 굴절률을 갖는 다수의 부 매질 영역을 포함하는 광섬유 예비 성형체를 제조하는 단계(이때, 다수의 격자점을 갖는 병진 대칭 격자가 검측될 수 있고, 외부 영역의 각각의 격자점이 상기 부 매질 영역 중 각 영역의 중심과 일치하고, 내부 영역의 각각의 격자점이 각각의 부 매질 영역의 중심으로부터 떨어져 배치되고, 외부 영역이 내부 영역을 둘러싸고 있다) 및
    상기 예비 성형체를 주 매질 및 예비 성형체의 대응하는 영역에 비례하는 부 매질 영역을 갖는 광섬유 부분으로 연신시킴으로써 부 매질 영역의 중심과 병진 대칭 격자의 격자점과의 관계를 유지하는 단계를 포함하는, 광섬유의 제조방법.
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