KR101495418B1

KR101495418B1 - 광섬유

Info

Publication number: KR101495418B1
Application number: KR20130022183A
Authority: KR
Inventors: 히로시 오야마다; 다이 이노우에
Original assignee: 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2015-02-24
Also published as: TWI585476B; TW201405183A; CN103376499A; US20130279867A1; JP2013218247A; KR20130116010A; EP2650708A1

Abstract

<과제> 휨 손실을 손상시키지 않고 광섬유의 레일리 산란에 기인하는 전송 손실을 저감하는 광섬유를 제공한다.
<해결 수단> 중심부에 코어, 이 코어에 인접하여 그 외주를 덮는 저굴절률층, 및 이 저굴절률층에 인접하여 그 외주를 덮는 클래드로 이루어지는 광섬유에 있어서, 상기 저굴절률층 굴절률이, 내측으로부터 외측을 향해 저하하고 있는 것을 특징으로 하고, 중심부에 최대 굴절률 n₁의 코어, 이 코어에 인접하여 그 외주를 덮는 최저 굴절률 n₂의 저굴절률층, 및 이 저굴절률층에 인접하여 그 외주를 덮는 평균 굴절률 n₃의 클래드로 이루어지는 광섬유에 있어서, 상기 저굴절률층의 가장 내측의 코어의 경계부에 있어서의 굴절률이 n₃이며, 상기 저굴절률층의 가장 외측의 클래드의 경계부에 있어서의 굴절률을 n₂로 하고 있다.

Description

광섬유{OPTICAL FIBER}

본 발명은 광통신용의 광섬유와 관련된 것으로, 특히 수십㎞의 길이를 전송하는 장거리 선로 및 FTTH(Fiber To The Home)이나 LAN(Local Area Network)에 있어서의 댁내외 배선용으로서 매우 적합한 광섬유에 관한 것이다.

광섬유는 그 광대역 특성에 의해 원거리 통신의 분야에 적용되어 수십㎞이상의 장거리의 간선 선로에서의 통신에 널리 이용되고 있다. 한편, 인터넷의 급속한 보급에 따라 개개의 퍼스널 컴퓨터가 송수신하는 정보량도 비약적으로 증대하고 있다. 여기서 널리 이용되어 온 통신 선로는 동축 케이블이나 UTP(Unshield Twist Pair) 케이블 등의 동선 전기 케이블이다. 그렇지만, 전기 케이블은 대역이 좁고, 또 전자파 잡음의 영향을 받기 쉽기 때문에 방대한 정보량을 전송하는 것은 곤란하다. 따라서, 전화국 간의 장거리 통신뿐만이 아니라, 전화국과 각 사용자와의 사이의 통신에도 광섬유가 사용되어 전송 용량을 증대시키는 기술로서 FTTH가 보급되고 있다.

FTTH에서는 광섬유의 광대역 특성을 이용하여 사용자 그룹의 근방까지는 한 개의 광섬유를 복수의 사용자에 공유하는 것으로 하고, 그 후는 광신호를 사용자마다 분기하여 광섬유의 인입선을 각 사용자에 분배하는 방식이 행해지고 있다. 인입선이나 댁내 배선에 있어서 광섬유에 요구되는 중요한 특성으로서 휨 손실을 들 수 있다. 장거리 간선 케이블은 지하 덕트(duct) 등 외력의 영향을 받기 어려운 장소에 부설되는데 반해, 댁내외 배선에서는 가요성을 갖게 하고 경량화하기 위해서, 비교적 직경 수㎜의 가는 코드 상태로 배선되기 때문에, 외력의 영향을 받기 쉽고, 광섬유가 받는 휨 반경도 20㎜ 이하로 되는 것이 많다.

원래, 광섬유는 신호광이 광섬유의 코어를 따라 전반하기 때문에, 광섬유를 휜 상태에서도 전송 가능한 특징이 있지만, 그 휨 반경이 작아짐에 따라 다 전반되지 않고, 코어로부터 누설되는 광의 비율이 지수함수적으로 증대하여 전송 손실이 된다. 이것이 휨 손실이다.

이와 같은 용도에 이용되는 싱글 모드 광섬유로서 비특허 문헌 1은 코어의 외측에 저굴절률층을 설치한 디프레스토형 광섬유에 의해 MFD(Mode Field Diameter)를 크게 설계하면서 휨 손실을 저감할 수 있는 취지를 개시하고 있다. 이와 같은 구조로 불순물에 의한 흡수 손실을 저감하고, 영분산 파장을 최적화한 광섬유가 특허 문헌 1에 개시되어 있고, 저굴절 클래드의 비굴절률차 Δ를 약-0.021 ~ -0.0007% 정도로 하고, MFD를 9.2㎛ 정도로 설계하는 것이다. 또한, 휨 특성을 개선한 광섬유가 특허 문헌 2에 개시되어 있지만, 저굴절률 클래드의 비굴절률차 Δ를 더 낮은 -0.08 ~ -0.02%로 하면서, MFD를 약간 작은 8.2 ~ -9.0㎛로 설계하고 있다.

실리카 유리계의 광섬유의 경우, 일반적으로 게르마늄을 도프하여 굴절률을 높게 하고, 불소를 도프하여 굴절률을 낮게 하고 있다. 종래에는 이 경우에 코어에는 게르마늄과 불소의 양방이 도프된다. 그 이유의 하나는 제조상의 제약에 의한 것이며, 다공질체를 불소 함유 가스 분위기 중에서 가열 처리할 때에, 게르마늄을 포함하는 코어 부분에도 불소가 확산하여 도프되는 것에 의한다. 다른 이유는 굴절률 분포를 형성할 때에 굴절률 분포의 미세 조정을 행하는 것을 목적으로 하여, 양쪽 모두의 원소를 동시에 도프하는 것이고, 이에 의해 소망의 유리 굴절률을 가지는 광섬유의 설계를 하기가 쉬워진다.

한편, 충분히 불순물이 제거된 광섬유의 전송 손실의 상당수는 레일리(Rayleigh) 산란 손실이다. 레일리 산란 손실은 광섬유의 코어를 중심으로 하는 광전반 부분의 유리 성분의 요동에 기인한다. 이 때문에 코어에 포함되는 불순물의 양이 증가하면 증가할수록 레일리 산란 손실이 증대하고, 그 결과 전송 손실이 증대한다고 하는 문제가 있다.

따라서, 종래형의 광섬유의 경우, 코어에 도프되는 게르마늄 및 불소의 불순물의 총량이 결과적으로 증대하고, 본질적으로 저손실의 광섬유가 얻어지기 어렵다고 하는 문제가 있었다.

일본국 특허공개 2002-47027호 일본국 특허공개 2006-133496호

Shojiro Kawakami and Shigeo Nishida, " Characteristics of a Doubly Clad Optical Fiber with A Low-Index InnerCladding," IEEE Journal of Quantum Electronics, vol QE-10, no. 12, pp. 879-887, December 1974

본 발명은 상기의 종래 기술을 감안하여, 휨 손실을 손상시키지 않고 광섬유의 레일리 산란에 기인하는 전송 손실을 저감하는 광섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자 등은 열심히 연구한 결과, 청구항 1~3의 구조를 취함으로써 휨 손실을 손상시키지 않고, 레일리 산란을 억제 가능한 것을 찾아내었다. 즉, 광섬유를 전반하는 광 파워는 코어 부분뿐만이 아니라, 외측의 저굴절률층에도 일부 배어나와 분포하면서 광을 전반하고 있지만, 광섬유의 구조를 청구항 1~3의 구조로 하여 광 파워가 많이 분포하는 저굴절률층의 내측 근방일수록 불순물량을 줄이고 있기 때문에 레일리 산란을 억제할 수가 있다.

구체적으로는, 본 발명의 광섬유는, 중심부에 코어, 이 코어에 인접하여 그 외주를 덮는 저굴절률층, 및 이 저굴절률층에 인접하여 그 외주를 덮는 클래드로 이루어지는 실리카 유리계 광섬유에 있어서, 상기 저굴절률층의 굴절률이, 내측으로부터 외측을 향해 저하하고 있고, 상기 코어에는 고굴절률용의 원소가 도프되고, 또한 저굴절률용의 원소를 실질적으로 포함하지 않고, 상기 저굴절률층에는 저굴절률용의 원소가 도프되어 있고, 또한 상기 저굴절률층에는 고굴절률용의 원소를 실질적으로 포함하지 않고, 상기 저굴절률층에 도프된 저굴절률용 원소의 함유량이, 이 저굴절률층의 내측으로부터 외측을 향해 증가하도록 이루어지고, 파장 1550㎚에 있어서의 전송 손실이 0.19dB/㎞ 이하인 것을 특징으로 하고, 중심부에 최대 굴절률 n₁의 코어, 이 코어에 인접하여 그 외주를 덮는 최저 굴절률 n₂의 저굴절률층, 및 이 저굴절률층에 인접하여 그 외주를 덮는 평균 굴절률 n₃의 클래드로 이루어지는 광섬유에 있어서, 상기 저굴절률층의 가장 내측의 코어의 경계부에 있어서의 굴절률이 n₃이며, 상기 저굴절률층의 가장 외측의 클래드의 경계부에 있어서의 굴절률을 n₂로 하고 있다. (청구항 1~3)

또, 종래형의 광섬유의 경우, 코어에 도프되는 게르마늄 및 불소의 불순물 총량이 결과적으로 증대하여, 본질적으로 저손실의 광섬유가 얻어지기 어려웠지만, 본 발명의 청구항 4~6의 구조로 함으로써, 굴절률 분포 형상을 바꾸지 않고, 코어, 저굴절률층, 클래드에 포함되는 불순물의 총량을 억제할 수가 있어 레일리 산란을 억제할 수가 있었다.

즉, 구체적인 구조로서는, 상기 광섬유에 있어서, 클래드는 고굴절률용의 원소 및 저굴절률용의 원소를 실질적으로 포함하지 않게 된다(청구항 6). 이러한 구조를 취함으로써 불순물의 총량을 억제할 수가 있어 레일리 산란의 억제가 가능하게 된다.

또, 본 발명의 광섬유는, 이 저굴절률층의 가장 내측의 코어의 경계부에 있어서 실질적으로 영(zero)으로 되고, 이 저굴절률층의 가장 외측의 클래드의 경계부에 있어서 최대로 된다. 또, 상기 코어에 도프된 고굴절률용의 원소의 함유량은, 이 코어의 가장 외측의 저굴절률층과의 경계부에 있어서 실질적으로 영으로 된다(청구항 8~10).

또한, 상기 고굴절률용의 원소는 게르마늄이며, 저굴절률용의 원소는 불소이다(청구항 11~12).

또한, 직경 20㎜의 맨드렐(mandrel)에 광섬유를 감았을 때의 손실 증가는 0.5dB/㎞ 이하이다. 또, 파장 1383㎚에 있어서의 전송 손실은 0.35dB/㎞ 이하로 된다(청구항 14~15).

본 발명의 광섬유는, 청구항 1~3의 구조로 함으로써, 광섬유를 전반하는 광 파워는 코어뿐만이 아니라, 외측의 저굴절률층에도 일부 배어나와 분포하고 있지만, 광 파워가 많이 분포하는 저굴절률층의 내측 근방일수록 불순물량을 줄이고 있기 때문에 휨 손실을 손상시키는 일 없이 레일리 산란을 억제할 수가 있다.

또, 청구항 4~6의 구조로 함으로써, 굴절률 분포 형상을 바꾸지 않고, 코어, 저굴절률층, 클래드에 포함되는 불순물의 총량을 억제할 수가 있어 휨 손실을 손상시키는 일 없이 레일리 산란을 억제할 수가 있다.

도 1(a)는 실시예 1에서 얻어진 광섬유 프리폼(preform)의 프로파일(profile)이고, 도 1(b)는 프로파일의 반경 방향 위치에서의 Ge의 농도 분포를 나타내고, 도 1(c)는 프로파일의 반경 방향 위치에서의 불소 농도 분포를 나타낸다.
도 2(a)는 비교예 1에서 얻어진 광섬유 프리폼의 프로파일이고, 도 2(b)는 프로파일의 반경 방향 위치에서의 Ge의 농도 분포를 나타내고, 도 2(c)는 프로파일의 반경 방향 위치에서의 불소 농도 분포를 나타낸다.
도 3(a)는 실시예 2로 얻어진 광섬유 프리폼의 프로파일이고, 도 3(b)는 프로파일의 반경 방향 위치에서의 Ge의 농도 분포를 나타내고, 도 3(c)는 프로파일의 반경 방향 위치에서의 불소 농도 분포를 나타낸다.

(실시예 1)

도 1(a)에 나타낸 프로파일이 되도록 종래의 방법에 의해 광섬유 프리폼을 제조하였다. 종래의 방법이란 VAD법, OVD법, PCVD법, 재킷법이며, 이러한 퇴적 방법의 몇 개인가를 조합하여 행하면 좋다.

불순물 농도의 조정예로서 코어 중심으로부터의 반경 위치에서의 게르마늄의 농도 분포를 도 1(b)에 나타내고, 불소의 농도 분포를 반경 위치가 대응하도록 하여 도 1(c)에 나타내었다.

도 1(a)의 프로파일을 가지는 광섬유 프리폼을 선뽑기하여 얻은 광섬유의 손실은 사용 파장인 1310㎚에 있어서 0.334dB/㎞이며, 다른 사용 파장인 1550㎚에 있어서는 0.191dB/㎞로 저손실이었다. 또한, 이 광섬유의 레일리 산란 계수를 측정하면 0.860dB/㎞·㎛⁴으로 되어 있고, 레일리 산란 계수로서는 억제되어 있다고 할 수 있다.

((비교예 1)

비교를 위해 실시예 1과 마찬가지로 종래의 방법에 의해 불순물 농도로서 게르마늄이 도 2(b)에 나타낸 농도 분포가 되도록 하고, 불소가 도 2(c)에 나타낸 농도 분포가 되도록 하여 광섬유 프리폼을 제조하고, 그 프로파일을 도 2(a)에 나타내었다. 이 프리폼을 선뽑기하여 얻은 광섬유의 손실은 사용 파장인 1310㎚에 있어서 0.337dB/㎞이며, 다른 사용 파장인 1550㎚에 있어서는 0.190dB/㎞로 저손실이었다. 그러나, 이 광섬유의 레일리 산란 계수를 측정하면, 0.884dB/㎞·㎛⁴으로 되어 있고 레일리 산란 계수로서는 실시예 1의 것보다 높아 억제되어 있다고는 할 수 없었다.

(실시예 2)

다른 실시예로서 실시예 1과 마찬가지로 종래의 방법에 의해 불순물 농도로서 게르마늄이 도 3(b)에 나타낸 농도 분포가 되도록 하고, 불소가 도 3(c)에 나타낸 농도 분포가 되도록 하여 광섬유 프리폼을 제조하고, 그 프로파일을 도 3(a)에 나타내었다. 이 프리폼을 선뽑기하여 얻은 광섬유의 손실은 사용 파장인 1310㎚에 있어서 0.329dB/㎞이며, 다른 사용 파장인 1550㎚에 있어서 0.187dB/㎞로 저손실이었다. 이 광섬유의 레일리 산란 계수를 측정하면, 0.854dB/㎞·㎛⁴으로 되어 있고, 레일리 산란 계수로서는 실시예 1의 것보다 더 낮아 억제 효과가 높은 광섬유라고 할 수 있다.

Claims

중심부에 코어, 이 코어에 인접하여 그 외주를 덮는 저굴절률층, 및 이 저굴절률층에 인접하여 그 외주를 덮는 클래드로 이루어지는 실리카 유리계 광섬유에 있어서,
상기 저굴절률층의 굴절률이, 내측으로부터 외측을 향해 저하하고 있고,
상기 코어에는 고굴절률용의 원소가 도프되고, 또한 저굴절률용의 원소를 포함하지 않고,
상기 저굴절률층에는 저굴절률용의 원소가 도프되어 있고, 또한 상기 저굴절률층에는 고굴절률용의 원소를 포함하지 않고,
상기 저굴절률층에 도프된 저굴절률용 원소의 함유량이, 이 저굴절률층의 내측으로부터 외측을 향해 증가하도록 이루어지고,
파장 1550㎚에 있어서의 전송 손실이 0.19dB/㎞ 이하인 것을 특징으로 하는 광섬유.
제1항에 있어서,
중심부에 최대 굴절률 n₁의 코어, 이 코어에 인접하여 그 외주를 덮는 최저 굴절률 n₂의 저굴절률층, 및 이 저굴절률층에 인접하여 그 외주를 덮는 평균 굴절률 n₃의 클래드로 이루어지는 광섬유에 있어서, 상기 저굴절률층의 가장 내측의 코어의 경계부에 있어서의 굴절률이 n₃인 광섬유.
제1항에 있어서,
중심부에 최대 굴절률 n₁의 코어, 이 코어에 인접하여 그 외주를 덮는 최저 굴절률 n₂의 저굴절률층, 및 이 저굴절률층에 인접하여 그 외주를 덮는 평균 굴절률 n₃의 클래드로 이루어지는 광섬유에 있어서, 상기 저굴절률층의 가장 외측의 클래드의 경계부에 있어서의 굴절률이 n₂인 광섬유.
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제1항에 있어서,
상기 코어에는 고굴절률용의 원소가 도프되고, 상기 저굴절률층에는 저굴절률용의 원소가 도프되어 있고, 클래드는, 고굴절률용의 원소 및 저굴절률용의 원소를 포함하지 않는 광섬유.
삭제
제1항 내지 제3항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저굴절률층에 도프된 저굴절률용의 원소의 함유량이, 이 저굴절률층의 가장 내측의 코어의 경계부에 있어서 영으로 되는 광섬유.
제1항 내지 제3항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저굴절률층에 도프된 저굴절률용의 원소의 함유량이, 이 저굴절률층의 가장 외측의 클래드의 경계부에 있어서 최대로 되는 광섬유.
제1항 내지 제3항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어에 도프된 고굴절률용의 원소의 함유량이, 이 코어의 가장 외측의 저굴절률층과의 경계부에 있어서 영으로 되는 광섬유.
제1항 내지 제3항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고굴절률용의 원소가 게르마늄인 광섬유.
제1항 내지 제3항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저굴절률용의 원소가 불소인 광섬유.
삭제
제1항 내지 제3항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
직경 20㎜의 맨드렐에 광섬유를 감았을 때의 파장 1550㎚에 있어서의 손실 증가가 0.5dB/㎞ 이하인 광섬유.
제1항 내지 제3항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
파장 1383㎚에 있어서의 전송 손실이 0.35dB/㎞ 이하인 광섬유.