KR101534521B1 - 낮은 분산 멀티모드 파이버를 위한 수정된 굴절률 프로파일 - Google Patents

낮은 분산 멀티모드 파이버를 위한 수정된 굴절률 프로파일 Download PDF

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Abstract

향상된 멀티모드 파이버 광 케이블이 제공된다. 향상된 멀티모드 파이버 광 케이블은 이러한 멀티모드 파이버 광 케이블내의 모드 분산을 최소화하기 위해 멀티모드 파이버 광 케이블에 결합된 레이저 발사 모드의 방사 의존형 파장 분포를 보상하도록 설계된 굴절률 프로파일을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 차동 모드 딜레이(DMD)는 이러한 굴절률의 알파 프로파일을 수정함으로써 반경 효과의 함수로서 조정된다.

Description

낮은 분산 멀티모드 파이버를 위한 수정된 굴절률 프로파일{MODIFIED REFRACTIVE INDEX PROFILE FOR LOW-DISPERSION MULTI-MODE FIBER}
관련 출원
본원의 우선권 주장 번호는 2009년 8월 19일 출원된 "MODIFIED REFRACTIVE INDEX PROFILE FOR LOW-DISPERSION MULTI-MODE FIBER" 표제의 미국 특허 가출원 61/235,236이고, 그 전체 내용은 여기에 언급되어 통합되어 있다.
본원은 2010년 6월 9일에 출원된 "DESIGN METHOD AND METRIC FOR SELECTING AND DESIGNING MULTIMODE FIBER FOR IMPROVED PERFORMANCE" 표제의 미국 특허 출원 12/797,328; 및 2009년 11월 30일에 출원된 "MULTIMODE FIBER HAVING IMPROVED INDEX PROFILE" 표제의 미국 특허 출원 12/627,752 전체를 통합하고 있다.
멀티모드 파이버 광 케이블(MMF) 전송을 위해 설계된 당업계 고속 광 트랜시버는 광원으로서 수직 캐비티 서피스 이미팅 레이저(VCSEL)를 사용한다. 종래 발광 다이오드(LED)와 같은 VCSEL은 면 발광 디바이스이지만, VCSEL의 물리적 구조는 LED와 달리 레이저 캐비티를 형성하는 브래그 리플렉터 사이의 다중 퀀텀 웰의 층을 포함한다. 결과적으로, 이산 광 모드를 포함하는 VCSEL의 출력의 코히어런스는 매우 높다. 이러한 디바이스는 경미하게 상이한 파장을 가진 광의 분포를 유발하는 다중 트랜스버스 모드와 결합된 단일 길이방향 모드를 지원한다. 또한, 각 모드는 한정된 이미션 패턴을 갖고 있다. 이러한 물리적 효과는 방출된 파장이 반경에 의존되는 이미션 패턴을 유발한다. VCSEL 모드는 또한, 동적이고, MMF의 광 특성과 결합되어 MMF 시스템 성능의 가변성을 유발한다. 성능 변형은 MMF 코어 결함 및 모드 분산 효과에 기인할 수 있다.
대부분의 MMF는 제조 공정 동안 가스 플로우 제어의 변형으로 유발되는 하나 이상의 코어 결함을 포함하고 있다. 파이버 성능을 향상시킬 파장 의존 VCSEL 이미션 패턴의 효과를 보상하는 굴절률 프로파일 또는 바이어스를 프로세서 변형이 생성하도록 굴절률 프로파일을 수정하는 것은 가능하다. 아무런 코어 결함이 없는 최적의 굴절률 프로파일을 결정하기 위해, 먼저 VCSEL에 의해 방출된 광 모드를 고려해야 한다. 도 1에서, 여기된 광 모드가 대표적인 VCSEL에 대한 구동 전류의 함수로서 도시되어 있다.
이러한 디바이스의 결정 구조 및 원형 대칭으로 인해, VCSEL내의 각 여기된 트랜스버스 모드에 대한 2개의 편광 상태가 존재한다. 전계 방위는 이러한 광 모드의 편광 상태를 한정한다. 이러한 구동 전류가 턴온될 때(5mA), 기본 모드는 이러한 디바이스의 중심 근방에서 여기된다. 구동 전류가 증가됨에 따라, 보다 많은 모드(고차 모드)가 여기되는데, 이러한 고차 모드는 이러한 디바이스의 애퍼쳐 또는 액티브 에어리어의 외부 영역을 채운다. 각 모드는 이산 광 에너지를 가져서 E = hc/λ에 의해 주어진 이산 광파장에 의해 특성화된다. 여기에서, h=플랭크 상수이고 c는 광속이다. 저차 모드는 보다 긴 파장을 갖고 있는 반면, 고차 모드는 보다 짧은 파장 및 보다 높은 에너지를 갖고 있다. 이러한 모드와 파장 사이의 상관관계가 도 2에 설명되어 있다. 기본 모드는 최장 파장을 갖는 것으로 도시되어 있고 고차 모드는 보다 짧은 파장을 갖고 있다.
VCSEL 모드의 방사 의존형 파장으로 인해, 이러한 파이버를 전파하는 모드 역시 파장 의존성을 갖는다. 저차 VCSEL 모드는 저차 파이버 모드로 결합하는 반면, 고차 VCSEL 모드는 고차 파이버 모드에 결합한다. 이러한 파장 의존성은 도 3에 도시된 광 스펙트럼 분석에서 설명된다. 이러한 분석에서, MMF는 VCSEL을 포함하는 고속 광 트랜스미터에 연결되어 있다. 5 미크론의 코어 직경을 갖는 단일 모드 파이버(SMF)(850nm에 대한 SMF)는 MMF의 출력 단부를 가로질러 스캐닝된다. 광 스펙트럼 분석기(OSA)를 사용하여, 이러한 모드의 광 스펙트럼은 방사형 변위의 함수로서 기록된다. 보통 VCSEL에 의해 방출된 5개 이상의 주요 파장이 존재한다. 각 주요 파장의 영역에서 다른 모드 또는 편광 상태에 의해 발생된 보통 다수의 좁게 이격된 파장이 존재한다.
도 3에서, 측방향 오프셋이 증가함에 따라, 보다 긴 파장(849.33nm 근방)에 의해 전달되는 상대 광 파워는 소멸되고, 보다 짧은 파장(848.1nm 근방)의 상대 광 파워는 증가한다는 것을 알 수 있다. 또한, 큰 방사형 오프셋에서 보다 짧은 파장으로 전체 시프트가 존재한다는 것이 관찰된다. 이러한 스펙트럼의 방사형 분포의 결과로서, 제로 오프셋에서의 광 펄스는 도 4에서 화살표에 의해 표시된 바와 같이, 보다 큰 방사형 오프셋에서 보다 긴 RMS 중심 파장을 갖는다. 이러한 중심 파장, λc 는 다음에 의해 주어진 광 피크의 RMS 가중 평균값이다.
Figure 112012016944236-pct00001
(1)
VCSEL 모드의 스펙트럼 분포가 디바이스 마다 다를 수 있지만, 이러한 디바이스의 물리적 성질은 불변으로 남고 공칭 방사형 분포는 근사화될 수 있다. 가이딩된 파이버 모드로의 공간 결합과 함께 대표적인 VCSEL 방사형 분포를 사용함으로써, 모드 분산을 감소시키도록 MMF의 굴절률을 향상시켜, MMF 성능을 향상시키는 것이 가능하다. 따라서, MMF 또는 다른 도파관에서의 모드 분산을 감소시키도록 레이저 소스의 방사 의존형 파장 방출 패턴을 보상하는 새로운 굴절률 프로파일을 갖는 것이 바람직하다.
요약
하나의 특징에서, 멀티모드 파이버 광 케이블이 제공된다. 이러한 멀티모드 파이버 광 케이블은 상기 멀티모드 파이버 광 케이블내의 모드 분산을 최소화하기 위해 상기 멀티모드 파이버 광 케이블에 결합된 레이저 발사 모드의 방사 의존형 파장 분포를 보상하도록 설계된 굴절률 프로파일을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 특징에서, 기준 멀티모드 파이버 광 케이블에 결합된 레이저 발사 모드의 방사 의존형 파장 분포를 보상하는 향상된 멀티모드 파이버 광 케이블을 설계하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 레이저를 사용하여 기준 굴절률 프로파일을 갖는 기준 멀티모드 파이버 광 케이블로의 DMD 파형 프로파일을 측정함으로써 상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블에 발사되는 광 방사선의 펄스로부터 유발되는 상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블내의 재료 및 모드 분산량을 결정하는 단계를 포함하지만 이제 제한되는 것은 아니다. 이러한 기준 멀티모드 파이버 광 케이블은 기준 굴절률 프로파일을 갖고 있다. 이러한 방법은 또한 상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블에 결합된 레이저 발사 모드의 방사 의존형 파장 분포의 적어도 일부를 보상하는 상기 향상된 멀티모드 파이버 광 케이블에 대한 향상된 굴절률 프로파일을 설계하는 단계를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 특징에서, 재료 분산 및 모드 분산을 보상하는 향상된 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법이 제공된다. 이러한 방법은 기준 멀티모드 파이버 광 케이블로의 DMD 파형 프로파일을 측정하는 단계를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 기준 멀티모드 파이버 광 케이블은 기준 굴절률 프로파일을 갖고 있다. 이러한 방법은 또한 상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블내의 임의의 재료 분산의 적어도 일부를 보상하는 상기 향상된 멀티모드 파이버 광 케이블을 위한 향상된 굴절률 프로파일을 설계하는 단계를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정되고 이러한 요약에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 아래의 도면 및 설명을 통해 보다 더 잘 이해될 수 있다. 도면내의 구성요소는 본 발명의 원리를 설명할 때 강조확대될 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 구동 전류를 증가시키기 위한 대표적인 VCSEL에서 여기된 다양한 모드의 이미지를 도시하고 있다. 각 트래버스 모드는 0° 및 90°로 라벨링된 2개의 가능한 편광 상태를 가진다. 이러한 2개의 편광 상태는 전체 모달 출력 분포를 형성하기 위해 더해진다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, VCSEL 모드와 광 파장 사이의 상관관계를 보여주는 공개된 데이터의 그래프이다("Scanning Near-field Optical Microscopy VCSEL's", Copyright WITec Wissenschaftliche Instrumente und Technologie GmBH 2000). 고차 모드일 수록 보다 짧은 파장을 갖는다. 고차 모드일수록 디바이스의 보다 큰 방사형 영역을 차지한다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른, MMF내의 5 미크론 스텝에서의 방사형 오프셋의 함수로서 광 스펙트럼의 그래프를 도시하고 있다. 고차 모드는 저차 모드보다 더 짧은 파장을 갖는다. 각 방사형 오프셋에 대한 RMS 중심 파장은 화살표에 의해 표시되었다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 비트 에러율(BER) 테스트 시스템 VCSEL에 대해 MMF를 가로질러 측정된 RMS 중심 파장의 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, VCSEL의 근사화된 광 강도(가우시안) 분포의 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, VCSEL의 정규 광 파워(파워=강도×면적)의 그래프이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 광원의 방사형 파장 의존성을 보정하는데 필요한 굴절률에서의 감소, Δn의 그래프이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 그린(그린, α=α0 )으로 도시된, 단일 파장에 대한 차동 모드 딜레이(DMD)를 최소화하는 표준 파라볼릭 굴절률 프로파일의 그래프이다. 모드 분산과 색 분산 또는 재료 분산을 더한 전체 분산을 최소화하는 제안된 향상된 굴절률 프로파일이 레드로 도시되어 있다. 이것은 변화가 제안된 값에 대해 그래프에서 보이지 않기 때문에 강조되어 표시되었음에 주목해야 한다. 색 분산 및 재료 분산은 여기에서 상호교환가능하도록 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른, MMF에 결합된 VCSEL의 공간 스펙트럼 분포에 대해 최적화된 제안된 DMD 펄스 파형 분포의 그래프이다. 이러한 DMD 펄스 파형 분포는 색 또는 재료 분산을 보상할 것이고 전체 분산을 감소시킬 것이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시에에 따른, 광 모드 파장의 스펙트럼 폭 및 방사 의존성을 보정하는데 필요한 감소하는 반경에 대한, 굴절률의 선형 증가, Δn의 그래프이다.
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 그린(그린, α=α0 )으로 도시된, 단일 파장에 대한 DMD를 최소화하는 표준 파라볼릭 굴절률 프로파일의 그래프이다. 레드로 도시된, 전체 분산을 최소화하는 제안된 향상된 굴절률 프로파일에서, 굴절률에서의 변화, Δn는 광 파장의 방사 의존성을 보정하는데 필요한 감소 반경에 대해 증가된다.
도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 사전결정된 방사형 위치에 상대적인, 굴절률에서의 선형 변화, Δn의 그래프이다. Δn은 반경이 r0 아래로 감소할 때 증가하고 r0 위로 증가하는 반경에 대해 감소한다. 전체 변화 Δn은 방출 파장 VCSEL의 스펙트럼 폭 및 방사 의존성을 보정하도록 선택되어야 한다.
도 12는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 그린(그린, α=α0 )으로 도시된, 단일 파장에 대한 DMD를 최소화하는 표준 파라볼릭 굴절률 프로파일의 그래프이다. 레드로 도시된 것은, 최적화된 굴절률이 r0 보다 큰 반경에 대해 그리고 r0 미만의 반경에 대해 보다 크도록 되어 있는, Δn의 선형 변화에 대한 제안된 향상된 굴절률 프로파일이다.
도 13은 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 높은 광전력의 영역에서의 굴절률 프로파일에서의 또 다른 변화의 그래프이다.
도 14는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 그린(그린, α=α0 )으로 도시된, 단일 파장에 대한 DMD를 최소화하는 표준 파라볼릭 굴절률 프로파일의 그래프이다. 레드로 도시된 것은, 최적화된 굴절률이 r0 보다 큰 반경에 대해 보다 작도록 되어 있는, Δn의 스텝 선형 변화에 대한 제안된 향상된 굴절률 프로파일이다.
도 15는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 예측된 시스템 성능보다 높게 나타난 OM3 MMF에 대한 측정된 DMD 펄스 파형 분포의 그래프이다.
본 발명은 레이저 발사 모드의 방사 의존형 파장 방출 패턴을 보상하도록 설계된 향상된 굴절률 프로파일을 갖는 멀티모드 파이버를 제공하는 것이 멀티모드 파이버 모드에 결합될 때 모드 분산을 감소시키도록 돕는다는 사실을 이용한다. 최종 향상된 굴절률 프로파일은 광 도파관 성능을 향상시키는 모드 분산을 감소시킬 것이다.
MMF에서의 모드 분산은 통신 산업 오소시에이션 도큐멘트 넘버 TIA-455-220-A에 따라 측정된 차동 모드 딜레이(DMD) 프로파일에 의해 특징지어진다. 완벽한 굴절률 프로파일을 달성하는 것이 극히 어렵기 때문에, 약 19 미크론 오프셋에서의 방사형 파형 피크가 약 5 미크론에서의 파형 피크보다 신속히 파이버의 출력에 도달하도록 DMD 프로파일을 바이어싱하는 것은 파이버 모드의 RMS 중심 파장 분포를 부분적으로 보상하는데 충분하다. 현 표준 파라볼릭 굴절룰 프로파일은 단일 측정 파장을 갖는, 단색 광원을 사용하여 DMD에 의해 측정된 모드 분산을 최소화한 최적 프로파일로서 정의되었다.
다른 광원은 물론 VCSEL의 광 강도가 도 5a에 도시된 바와 같이 가우시안 분포에 의해 근사화될 수 있다고 가정할 때, 대부분의 광 파워(>80%)가 분포의 반치폭에 가깝게 매칭하는, 5 미크론 내지 19 미크론 방사형 윈도우내에서 전파될 수 있다고 말할 수 있다.
따라서, 방사형 굴절률 프로파일에서의 변화는 적어도 5 미크론 내지 19 미크론 방사형 윈도내에 일어나는 것이 바람직하다. 다른 대표적인 포인트가 상이한 VCSEL 설계에 보다 적합할 수도 있다는 것은 분명하다. 본 발명에서, 대표적인 VCSEL 스펙트럼에 대한 전체 파이버 코어에 걸친 파장 의존 모드의 효과를 최소화하도록 돕는 굴절률 프로파일에서의 바람직한 편차에 대해 우선 설명한다. 최적 굴절률 프로파일이 광원의 스펙트럼 폭에 의존되기 때문에, 제안된 기술은 임의의 스펙트럼 폭 및 공간 분포에 적용될 수 있다.
제1 예에서,
Figure 112012016944236-pct00002
(2)
에 의해 주어진 ΔRMS를 명시하는, 2002년 5월의 "Calibration of Fibre Optic Chromatic Dispersion Test Sets", TIA/EIA-455-224에 정의된 계산된 스펙트럼 폭과 상이한, 95%를 초과하는 광 파워를 포함하는 1nm의 공칭 스펙트럼 폭이 사용된다.
ΔRMS 스펙트럼 폭은 VCSEL의 폭 스펙트럼 분포의 효과를 과소평가한다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 모드 파장의 주어진 방사형 분포에 대한 모드 분산을 최소화하는데 필요한 굴절률의 변화 Δn은 도 6에 도시된 곡선과 대략 유사하다. 이러한 실시예에서, 굴절률 프로파일에서의 선형 감소가 선택되지만, 상이한 소스 방출 패턴에 대한 파장 보상을 보다 더 강화하는 다른 함수도 특정될 수 있다.
이러한 굴절률 프로파일에서의 감소는 도 7에 도시된 바와 같이 파라볼릭 굴절률 프로파일을 수정한다. Δn/(n2-n1)에 의해 주어진 Δn의 최대 변화는 매우 작은데, 여기에서는 VCSEL에 대해 n의 0.2%의 오더로 생각된다. 설명을 위해, 이러한 변화는 도 7의 30의 계수만큼 확장한다. 굴절률의 예는 n2 (코어 중심 인덱스)=1.46 및 n1 (클래딩 인덱스)=1.45의 오더에 있다.
도 7에서, 레드로 도시된, 향상된 굴절률 프로파일에 대해, 코어의 방사형 디멘션은 25 미크론 미만이다. 그러나, Δn, Δr의 실제값은 매우 작아서 이러한 차이는 온전히 무시될 수 있다(Δr/r=0.11%). MMF에 대한 공차는 TIA-492AAAC 및 TIA-492AAAD에서 명시된 바와 같이 6%이다.
제안된 향상된 굴절률 프로파일은 도 8에 도시된 바와 같이 (좁은 파장 레이저 소스를 사용하여) 향상된 DMD 파형 프로파일을 생성할 것이다. 향상된 DMD 파형 프로파일은 증가하는 반경에 대해 방사형 펄스 파형에서 좌측으로의 단조 시프트에 의해 특징지어진다. MMF를 사용하는 통신망은 VCSEL를 채용하기 때문에, 도 8에 도시된 방사 의존형 파장 방출 패턴은 모드 분산을 부분적으로 보상하여 모든 모드는 실질상 동시에 검출기에 도달한다. 결과적으로, 보다 낮은 전체 분산이 달성되고 보다 높은 성능의 멀티모드 파이버가 실현된다. 굴절률 프로파일이 도 8에 도시된 바와 같이, 감소된 모드 분산을 갖는 동일하거나 유사한 DMD 파형 프로파일을 달성하도록 조정될 수 있는 다양한 방법이 존재한다.
예를 들어, 굴절률은 도 9에 도시된 바와 같이, 보다 작은 반경에서 증가할 수 있다. 이러한 대안의 보상 방법에 대한 표준, 또는 기준, 파라볼릭 굴절률 프로파일에 대한 최종 수정이 도 10에 설명되어 있다.
대안으로, 굴절률에서의 변화, Δn는 사전결정된 방사형 포지션에 관련하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 우리는 도 5b에 도시된 바와 같이, 최대 피크 광 파워에 상응하는 방사형 포지션을 사용할 수 있다. 이러한 경우에, Δn은 반경이 r 0 아래로 감소됨에 따라 증가하고, r 0 를 초과하는 반경에 대해 감소한다. 여기에서, r 0 은 Δn가 제로인 방사형 포지션이다. 전체 변화 Δn은 여전히 VCSEL에 의해 발광된 광의 스펙트럼 폭 및 방사형 분포를 보정할 것이다. 이러한 경우에 대한 굴절률 프로파일에서의 상응하는 변화가 도 12에 설명되어 있다.
(20% 미만의) 미량의 광 파워가 MMF의 내외 영역에 (즉, 5 미크론보다 작고 19 미크론보다 큰 반경에서) 존재하기 때문에, 굴절률 프로파일에 대한 부분 수정은 모드 분산을 감소시키는데 충분하다. 5 미크론 초과의 방사형 거리에서의 굴절률 프로파일의 선형 감소의 실현은 모드 분산을 충분히 감소시키는 것으로 발견되었다. 도 13에서, Δn은 고성능을 나타내는 샘플 MMF에 대해 설명되어 있는데, 상응하는 굴절률 프로파일은 도 14에 설명되어 있다.
고성능 MMF에 대한 측정된 DMD 파형 프로파일이 도 15에 도시되어 있다. 이러한 제안된 시프트가 높은 광 파워의 전체 영역을 덮지 않지만, 이러한 부분적 시프트는 모드 분산을 감소시키기에 충분하여 고성능 MMF을 도출한다.
일반적으로, 대략 19 미크론 방사형 오프셋에서 피크를 이루는 DMD 파형이 대략 5 미크론 방사형 오프셋에서 피크를 이루는 DMD 파형보다 빨리 파이버의 출력에 도달하도록 굴절률 프로파일을 바이어싱함으로써, 모드 분산에서의 감소는 실현될 것이다. 하나의 실시예에 따라, 이러한 프로파일은 19 미크론 방사형 오프셋에서의 피크가 ±8 미크론일 수 있고 5 미크론 방사형 오프셋에서의 피크가 ±5 미크론일 수 있도록 바이어싱될 수 있다. 이러한 바이어스 메트릭은 (미터당 피코초의 단위로 파이버 길이에 정규화된) 대략 19 미크론 오프셋에서의 DMD 파형 피크와 대략 5 미크론 오프셋(ps/m)에서의 DMD 파형 피크 사이의 상대 딜레이에서의 차이로서 정의된다. 이러한 메트릭을 따르는 DMD 파형 프로파일은 "레프트" 시프팅되는 것으로 불린다. 0.01 내지 0.1 ps/m의 오더의 상대 딜레이 바이어스 메트릭은 고속 이더넷에서 사용되는 VCSEL의 전형적으로 방사형인 파장 분포 특성에 대해 향상된 비트 에러율(BER) 시스템 성능을 보이는데 충분하다. 5 미크론에서 보다 19 미크론 오프셋에서의 모드가 파이버의 출력에 나중에 도달하는, "라이트" 시프트를 나타내는 DMD 파형 프로파일을 갖는 파이버가 높은 모드 분산을 유발하고, 그래서 불량한 BER 시스템 성능을 유발한다는 사실에 주목하는 것이 중요하다. 또한, 레프트 시프팅된 DMD 파형 프로파일을 갖는 MMF는 아무런 시프트를 갖지 않는 것보다 양호하게 기능하는데, 보통 최저 모드 분산을 가진 최상 성능 DMD 파형 프로파일인 것으로 생각된다.
MMF가 보통 하나 이상의 중요한 결합을 나타내기 때문에, 레프트 시프팅된 DMD 파형 프로파일을 사용하는 것은 향상된 파이버 성능을 위해 모드 분산 보상을 명시하는 단순하고 효과적인 방법이다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 바람직한 중요한 결함을 나타내는 파이버가 선택되어 사용된다. 여기에서, 굴절률의 선형 변화, Δn이 사용되지만, 대안의 함수가 사용될 수도 있다.
여기에 설명된 본 발명의 특정 특징이 설명되었지만, 이것을 기초하여, 여기에 기재된 기술로부터 벗어남 없이 수정 및 변경이 가능하다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 이러한 수정 및 변경이 본 발명의 범위내에 포함되도록 기재되었다. 또한, 본 발명이 첨부된 청구범위에 의해 한정된다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 동등물에 의해 한정된다.

Claims (22)

  1. 멀티모드 파이버 광 케이블로서,
    중심을 갖는 코어를 포함하고,
    상기 코어는 상기 멀티모드 파이버 광 케이블내의 모드 분산을 최소화하기 위해 상기 멀티모드 파이버 광 케이블에 결합된 레이저 발사 모드(launch mode)의 방사 의존형 파장에 따라 상기 코어의 굴절률을 변화시킴으로써 상기 레이저 발사 모드의 방사 의존형 파장 분포를 보상하도록 설계된 수정된 굴절률 프로파일을 더 갖고 있고,
    상기 수정된 굴절률 프로파일은 상기 코어의 중심으로부터 5 미크론 내지 19 미크론의 윈도우 내에서 상기 코어의 반경의 증가에 대해 방사형 펄스 파형에서 좌측으로의 시프트를 갖는 차동 모드 딜레이(DMD) 파형 프로파일을 갖고, 상기 좌측으로의 시프트는 상기 윈도우의 50 퍼센트보다 많은 윈도우에서 발생하고, 19 미크론에서의 파형 피크는 5 미크론에서의 파형 피크로부터 0.01 ps/m 내지 0.1 ps/m 만큼 오프셋되고,
    상기 수정된 굴절률 프로파일은 또한 발사 모드에서의 파장 변형이 적어도 일부 모드 분산을 보상하도록, 수정된 Δn(r)의 양을 갖고, 상기 Δn은 굴절률의 변화이고, 상기 r은 상기 코어의 중심으로부터의 반경인 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방사형 펄스 파형에서의 좌측으로의 시프트는 상기 코어의 반경의 증가에 대한 좌측으로의 단조 시프트인 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블.
  3. 중심을 갖는 코어를 구비한 멀티모드 파이버 광 케이블을 설계하는 방법으로서,
    기준 굴절율 프로파일을 갖는 기준 멀티모드 파이버 광 케이블의 DMD 파형 프로파일을 측정하는 단계;
    상기 설계되는 멀티모드 파이버 광 케이블을 위한 향상된 굴절률 프로파일을 설계하는 단계로서, Δn이 굴절률의 변화이고 r이 상기 코어의 중심으로부터의 반경인 경우에, 상기 향상된 굴절률 프로파일은 Δn(r)의 양 만큼 수정된 기준 굴절률 프로파일을 포함하고,
    상기 Δn(r)의 양은 적어도 일부 방사형 윈도우에 대해 음이고,
    상기 Δn(r)의 양은 상기 향상된 굴절률 프로파일을 갖는 멀티모드 파이버 광 케이블이 상기 코어의 반경의 증가에 대해 방사형 펄스 파형에서 좌측으로의 시프트를 갖는 DMD 파형 프로파일을 생성하도록 하는 함수를 따르는 단계; 및
    상기 향상된 굴절률 프로파일을 갖는 멀티모드 파이버 광 케이블을 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 방사형 펄스 파형에서의 좌측으로의 시프트는 상기 코어의 중심으로부터 5 미크론 내지 19 미크론의 방사형 윈도우 내에서 일어나는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 방사형 펄스 파형에서의 좌측으로의 시프트는 5 미크론 내지 19 미크론의 방사형 윈도우의 50% 보다 많은 윈도우에서 일어나는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  6. 제4항에 있어서, 19 미크론에서의 파형 피크는 5 미크론에서의 파형 피크로부터 0.01 ps/m 내지 0.1 ps/m 만큼 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 방사형 펄스 파형에서의 좌측으로의 시프트는 상기 코어의 반경의 증가에 대한 좌측으로의 단조 시프트인 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  8. 제3항에 있어서, 상기 함수는 선형적으로 감소하는 함수인 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  9. 제3항에 있어서, 상기 방법은 기준 멀티모드 파이버 광 케이블에 결합된 레이저 발사 모드의 방사 의존형 파장에 따라 상기 코어의 굴절률을 변화시킴으로써 상기 레이저 발사 모드의 방사 의존형 파장 분포를 보상하고,
    상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블의 DMD 파형 프로파일을 측정하는 단계는 레이저를 사용하여 상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블에 발사되는 광방사의 펄스에 기인하는 상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블내의 재료 및 모드 분산의 양을 결정하고,
    상기 향상된 굴절률 프로파일은 상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블에 결합된 레이저 발사 모드의 방사 의존형 파장 분포중 적어도 일부를 보상하는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  10. 제3항에 있어서, 상기 향상된 굴절률 프로파일은 발사 모드의 파장 변형을 보상하기 위해 상기 Δn(r)의 양이 다른 방사형 윈도우에서 양이고 방사형 거리가 증가함에 따라 크기가 감소하도록 상기 기준 굴절률 프로파일을 수정함으로써 설계되는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  11. 제3항에 있어서, 상기 향상된 굴절률 프로파일은 r0 가 Δn(r)의 양이 제로일 때의 방사형 위치인 경우에, Δn(r)의 양이, r0 미만에서 양이고 방사형 거리가 증가함에 따라 크기가 감소하고, r0 위에서 음이고 방사형 거리가 증가함에 따라 크기가 증가하도록, 상기 기준 굴절률 프로파일을 수정함으로써 설계되는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  12. 제3항에 있어서, 상기 방법은 재료 분산 및 모드 분산을 보상하고, 상기 설계되는 멀티모드 파이버 광 케이블에 대한 상기 향상된 굴절률 프로파일은 상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블에서의 임의의 재료 분산의 적어도 일부를 보상하는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 측정된 DMD 파형 프로파일이 좌측 시프트(left shift) 또는 우측 시프트(right shift)를 나타내는지를 판정하는 단계; 및
    상기 측정된 DMD 파형 프로파일이 우측 시프트를 나타내면, 향상된 굴절률 프로파일을 설계하는데 있어 상기 기준 굴절률 프로파일의 저하를 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  14. 제3항에 있어서, 광 파장의 방사 의존성의 보정이 필요한 반경을 감소시키기 위해, Δn(r)의 양을 증가시킴으로써 상기 기준 굴절률 프로파일이 조정되고 상기 향상된 굴절률 프로파일이 설계되는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  15. 제3항에 있어서, 발사 모드의 파장 변형을 보상하기 위해 Δn(r)의 양이 음이고 방사형 거리가 증가함에 따라 크기가 증가하도록 상기 기준 굴절률 프로파일을 수정함으로써 상기 기준 굴절률 프로파일이 조정되고 상기 향상된 굴절률 프로파일이 설계되는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  16. 중심을 갖는 코어를 구비한 멀티모드 파이버 광 케이블을 설계하는 방법으로서,
    기준 굴절률 프로파일을 갖는 기준 멀티모드 파이버 광 케이블의 DMD 파형 프로파일을 측정하는 단계;
    상기 설계되는 멀티모드 파이버 광 케이블을 위한 향상된 굴절률 프로파일을 설계하는 단계로서, 상기 향상된 굴절률 프로파일은 Δn(r)의 양에 의해 수정된 기준 굴절률 프로파일을 포함하고, 상기 Δn은 굴절률의 변화이고, 상기 r은 상기 코어의 중심으로부터의 반경이고, 상기 Δn(r)의 양은 상기 향상된 굴절률 프로파일을 갖는 멀티모드 파이버 광 케이블이 상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블의 DMD 파형 프로파일에 비하여 상기 코어의 반경의 증가에 대해 방사형 펄스 파형에서 좌측으로의 시프트를 갖는 DMD 파형 프로파일을 생성하도록 하는 함수를 따르는 단계; 및
    상기 향상된 굴절률 프로파일을 갖는 멀티모드 파이버 광 케이블을 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  17. 중심을 갖는 코어를 구비한 멀티모드 파이버 광 케이블을 설계하는 방법으로서,
    레이저 발사 모드의 방사 의존형 파장 분포에 기인한 기준 멀티모드 파이버 광 케이블에서의 재료 및 모드 분산의 양을 결정하는 단계로서, 상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블은 기준 굴절률 프로파일을 갖는 단계;
    상기 설계되는 멀티모드 파이버 광 케이블을 위한 향상된 굴절률 프로파일을 설계하는 단계로서, 상기 향상된 굴절률 프로파일은 Δn(r)의 양에 의해 수정된 기준 굴절률 프로파일을 포함하고, 상기 Δn은 굴절률의 변화이고, 상기 r은 상기 코어의 중심으로부터의 반경이고, 상기 Δn(r)의 양은 상기 향상된 굴절률 프로파일을 갖는 멀티모드 파이버 광 케이블이 상기 결정된 재료 및 모드 분산중 적어도 하나의 적어도 일부를 보상하도록 상기 결정된 재료 및 모드 분산의 양중 적어도 하나에 기초하여 조정되는 단계; 및
    상기 향상된 굴절률 프로파일을 갖는 멀티모드 파이버 광 케이블을 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 방사 의존형 파장 분포는 레이저를 사용하여 상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블로 발사되는 광방사의 펄스에 기인하는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 재료 및 모드 분산의 양을 결정하는 단계는 상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블의 DMD 파형 프로파일을 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 향상된 굴절률 프로파일을 설계하는 단계는 상기 향상된 굴절률 프로파일을 갖는 멀티모드 파이버 광 케이블이 상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블의 DMD 파형 프로파일에 대해 시프트되는 DMD 파형 프로파일을 나타내도록 Δn(r)의 양을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 Δn(r)의 양은 상기 설계되는 멀티모드 파이버 광 케이블의 DMD 파형 프로파일이 상기 기준 멀티모드 파이버 광 케이블의 DMD 파형 프로파일에 대해 단조 시프트를 나타내도록 조정되는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 설계되는 멀티모드 파이버 광 케이블의 DMD 파형 프로파일은 상기 코어의 중심으로부터 5 미크론 내지 19 미크론의 방사형 윈도우 내에서 상기 코어의 반경의 증가에 대해 방사형 펄스 파형의 좌측으로의 시프트를 나타내는 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 좌측으로의 시프트는 5 미크론 내지 19 미크론의 방사형 윈도위의 50% 보다 많은 윈도우에서 일어나고, 19 미크론에서의 파형 피크는 5 미크론에서의 파형 피크로부터 0.01 ps/m 내지 0.1 ps/m 만큼 오프셋된 것을 특징으로 하는 멀티모드 파이버 광 케이블 설계 방법.
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