KR101668485B1

KR101668485B1 - 단일 모드 광 파이버

Info

Publication number: KR101668485B1
Application number: KR1020100005554A
Authority: KR
Inventors: 시몬 리차드; 루이-앤 드 몽모리옹; 피에르 실라드; 마리안 비고-애스트러끄; 데니스 몰린
Original assignee: 드라카 콤텍 비.브이.
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2016-10-21
Also published as: EP2261706A2; US8520995B2; EP2261706A3; CN101900853A; FR2941539A1; JP2010170136A; FR2941539B1; DK2261706T3; EP2261706B1; CN101900853B; KR20100086949A; US20100189397A1

Abstract

광 파이버(10)는, 중심으로부터 주변으로, 코어(12) 및 광 클래딩(14)을 포함한다. 중심 코어(12)는 굴절률 n₁ 및 반경 r₁을 가진다; 광 클래딩(14)은 n₂<n₁이며, 0.31%<Δn<0.55%가 되도록 일정한 굴절률 n₁을 갖는다.
파이버는 중심 코어(12)로부터 거리 Λ에 분포된 반경 r_h의 적어도 5개의 홀(16)을 포함하며, 여기서 9 ㎛<Λ≤17 ㎛이고 0.5×r₁≤r_h≤r₁이다.

Description

단일 모드 광 파이버{SINGLE MODE OPTICAL FIBRE}

본 발명은 광 파이버 전송(optical fibre transmission) 분야에 관한 것인데, 더 특정하게는, 실질적으로 감소된 벤딩 손실(bending loss)을 갖는 광 파이버에 대한 것이다.

광 파이버에 대해서, 인덱스 프로파일(index profile)은 굴절률을 파이버의 반경과 연관시키는 함수 그래프의 모양에 따라서 일반적으로 분류된다. 표준적 형태에서, 파이버의 중심까지의 거리 r이 x축 상에 도시되고, 파이버 클래딩(fibre cladding)의 굴절률들 간의 차이가 y축 상에 도시된다. 광 클래딩의 기능을 수행하는 외곽 클래딩은 실질적으로 일정한 굴절률을 갖는다; 이런 광 클래딩은 순수 실리카로 일반적으로 구성되지만, 하나 또는 그 이상의 불순물(dopant)들을 함유할 수도 있다. 따라서, "계단형(step)", "알파(alpha)", "사다리꼴(trapezium)", 또는 "삼각형(triangle)" 인덱스 프로파일 용어들은, 각각 계단형, 그레이드된(graded) 인덱스 알파 사다리꼴 또는 삼각형의 형태들을 갖는 그래프들을 기술하는 데에 사용된다. 이런 곡선들은 일반적으로 파이버의 이론적 또는 설정된 프로파일을 나타내는 것이고, 파이버에 대한 제조상의 제약들은 약간씩 다른 프로파일을 낳는다.

표준적 형태에서, 광 파이버는 광 신호를 전송하고 선택적으로 이를 증폭하는 기능을 갖는 광 코어와 이런 광 신호를 광 코어 내에 가두는 기능을 갖는 광 클래딩으로 구성된다. 이 목적을 위해서, 광 코어의 굴절률 n₁ 과 광 클래딩의 굴절률 n₂는 n₁＞n₂가 된다. 공지된 대로, 단일 모드 광 파이버에서의 광 신호의 전파는 광 코어에서의 기본 피유도 모드(fundamental guided mode)(LP01로 불림)와 코어 클래딩 어셈블리에서의 특정 거리에 걸친 제2 피유도 모드들로 분해될 수 있다.

표준적 형태에서, 계단형 인덱스 파이버들은 또한 SMF(single mode fibre)로 불리는데, 광 파이버 전송 시스템들을 위하여 사용된다. 이런 파이버들은 특정 통신 표준들과 부합하는 색 분산 슬로프(chromatic dispersion slope) 및 색 분산을 갖는다.

서로 다른 제조사들로부터의 광학 시스템들 간의 호환성 필요에 대응하여, ITU는 레퍼런스 ITU-T G.652인 표준을 제정하였는데, SSMF(standard single mode fibre)라고 불리는 표준 광 전송 파이버는 이것에 부합해야만 한다.

무엇보다도, G.652 표준은, 1310㎚ 파장에서 모드 필드 직경(MFD; mode field diameter)에 대한 8.6-9.5㎛ [8.6;9.5㎛]의 범위 내에서의 전송 파이버에 대해서; 케이블 컷-오프 파장의 값에 대해서 최대 1260 ㎚; 제로 분산 파장(zero dispersion wavelength; ZDW)의 값에 대해 1300-1324㎚[1300;1324㎚]의 범위; ZDW 또는 영 분산 슬로프(zero dispersion slope; ZDS)에서 색 분산 슬로프 값에 대한 최대 0.092 ㎰/㎚².㎞ 를 제안한다. 표준 형태에서, 케이블 컷-오프 파장은, 광 신호가, 표준 IES 60793-1-44의 IEC(International Electrotechnical Commission)의 서브커미티 86A에 의해 정의된 대로, 22 미터 길이의 파이버에 걸쳐서 전파한 후에 더 이상 단일 모드 상태가 아닌 파장으로서 측정된다.

더욱이, FTTH(fibre to the home) 또는 FTTC(fibre to the curb)라고 불리는, 일반 가정집까지 깔린 광학 시스템들에 대해 의도된 파이버들을 갖는 응용들에 대해서, 벤딩 손실들의 감소는 필수적인데, 특히 광 파이버가 소형 광 박스 내에서 클리핑되거나(clipped) 코일링되도록(coiled) 의도될 때 그러하다. 이런 응용들에 대해 쓰이는 파이버들에 대해 벤딩 손실 제한들을 부여하는 표준들이 제안되었다. G.657B 표준은 G.652 표준의 요구 조건들을 실현하는데, 더 나아가 벤딩 손실들에 대해서 이하의 엄격한 제한들을 부여한다.

1550㎚의 파장에 대해서, 벤딩 손실들은 15㎜의 곡률 반경에 대해서 0.003㏈/turn보다 작아야만 하며, 10㎜의 곡률 반경에 대해서는 0.1 ㏈/turn보다 작아야만 하며, 7.5㎜의 곡률 반경에 대해서는 0.5 ㏈/turn보다 작아야만 한다;

1625㎚의 파장에 대해서, 벤딩 손실들은 15㎜의 곡률 반경에 대해서 0.01㏈/turn보다 작아야만 하며, 10㎜의 곡률 반경에 대해서는 0.2 ㏈/turn보다 작아야만 하며, 7.5㎜의 곡률 반경에 대해서는 1 ㏈/turn보다 작아야만 한다.

주어진 광 파이버에 대해서, MAC 값이라고 알려진 값이, 1550㎚에서의 광 파이버의 모드 필드 직경의 유효 컷-오프 파장에 대한 비율로서 정의된다. 표준 형태에서, 유효 컷-오프 파장 λ_C 는, 광 신호가, 표준 IEC 60793-1-44의 IEC의 서브커미티 86A에 의해 정의된 대로, 2 미터 길이의 파이버에 걸쳐서 전파한 후에 더 이상 단일 모드가 아닌 파장으로서 측정된다. MAC 값은 광 파이버의 성능 평가를 위한 파라미터를 구성하는데, 특히 모드 필드 직경, 유효 컷-오프 파장 및 벤딩 손실들 간의 타협점을 찾기 위한 파라미터를 구성한다.

EP-A-1,845,399 및 EP-A-1,785,754 문서들을 참조해 볼 수 있는데, 이들은 출원인의 실험 결과들을 예시하고 있으며 표준 SSMF 계단형 인덱스 파이버에서 15 ㎜의 곡률 반경에서 1550㎚ 파장에서의 MAC와 1625㎚ 파장에서의 벤딩 손실들 간의 관계를 확립하고 있다. 이 문서들은 특히 MAC 값이 광 파이버의 벤딩 손실들에 대해 영향을 끼치며 또한 이런 벤딩 손실들이 MAC를 감소시킴으로서 감소될 수 있다는 점을 확립하고 있다. 그러나, MAC을 감소시키는 것은 G.652 표준의 한계를 넘는 결과를 가져올 수 있다.

특정한 광학 전송 파라미터들, 특히 모드 필드 직경과 컷-오프 파장에 관해 보존하면서 벤딩 손실들을 감소시키는 것이 FTTH 또는 FTTC 응용들에 대해서 주요 도전 과제가 되고 있다.

제한된 벤딩 손실들을 가지지만 G.652 표준의 기준과 잘 부합하는 파이버 프로파일들은 특히 모드 필드 직경과 색 분산과 관련하여, US-A-7,164,835 및 US-A-2007/0147756으로부터 알려져 있다.

홀레이(Holey) 파이버들은 자신들의 길이 방향을 따라 뻗어가며(running) 적어도 클래딩이 일부로서 행동하는 에어 홀들(air holes)의 규칙적 배열을 갖는 광 파이버들이다.

더욱이, 홀레이 파이버 기술은 벤딩 손실들과 관련하여 좋은 성능을 획득하는 것을 가능케 한다. 이것이 이 기술을 구현하는 특정 개수의 광 파이버들이 제안되었던 이유이다.

예를 들어, 중심 코어와 광 클래딩을 포함하는 광 파이버가 US-B-6,901,197로부터 알려져 있다. 복수의 홀이 광 클래딩 내에 형성되어 있다. 이런 홀들은 동심 육각형(concentric hexagon)들을 형성하도록 배열되어 있다.

US-A-2006/24009는 중심 코어와 광 클래딩을 포함하는 단일 모드 파이버를 기술하고 있다. 광 클래딩은 네트워크를 형성하는 복수의 실린더형 에어 홀을 포함한다. 에어 홀들은 두 개의 인접한 에어 홀들 간의 중심 간 거리가 광 파이버 내에서 전파하는 광 파장의 적어도 1.5배가 되는 식으로 주기적으로 배열되어 있다.

문서 US-B-6,636,677은 중심 코어와, 동심원들 형태로 배열된 복수의 에어 홀이 내부에 형성된 광 클래딩을 포함하는 광 파이버를 기술한다.

단일 링(ring) 형태가 되도록 배열된 실린더형 에어 홀들을 갖는 파이버들도 알려져 있다.

따라서, US-A-5,907,652는 중심 코어, 다중 모드 중간 광 클래딩, 제1 및 제2 외부 광 클래딩, 및 폴리머 코팅을 포함하는 다중 모드 파이버를 개시하고 있다. 이 문서에 따르면, 에어 홀들은 제1 외곽 클래딩 내에 형성되어, 제1 외곽 광 클래딩 부피의 75% 이상을 차지하고 있다.

더욱이, US-A-2006/45448은 중심 코어와, 링 형태로 배열된 복수의 실린더형 에어 홀들이 내부에 형성된 광 클래딩을 포함하는 광 파이버를 개시하고 잇다.

중심 코어와, 자신의 내부에 형성되고 링 형태로 분포된 실린더형 에어 홀들을 포함하는 또 다른 광 파이버가, IEEE photonics technology letters, vol. 15, No. 12, 2003년 12월의 아티클 "Hole-assisted fiber design for small bending and splice losses"에 기술되었다. 홀들의 직경은 중심 코어의 직경과 동등하다.

또한, 2003년 8월의 Hitach Cable Review, No.22로부터 아티클 "High performance optical fibers for next generation transmission systems"는, 중심 코어, 및 6개의 에어 홀들을 갖는 광 클래딩을 포함하는 광 파이버를 기술한다. 그러나, 이 아티클에는 파이버의 상이한 구성요소들의 치수에 관한 몇몇 세부사항들이 주어지지 않는다.

유사하게, Optical fiber communications conference, OFC 2007, communication NthA2로부터의 Y.Kato, K.Suzuki 및 K. Ohsono에 의한 아티클 "Field installable connector optimized for holey fiber" 는 중심 코어와, 여섯 개의 에어 홀들을 포함하는 광 클래딩을 포함하는 광 파이버를 기술한다. 그러나, 이 아티클은 파이버의 서로 다른 요소들의 치수들에 관한 상세 사항을 제공하지는 못한다.

끝으로, Optical fiber communications conference, OFC 2006, communication OWI2로부터의 G.H. Kim, Y.-G.Han, H.S. Cho, S.H. Kim, S.B.Lee, K.S.Lee, C.H. Jeong, C.H. Oh, H.J. Kang에 의한 아티클 "A novel fabrication method of versatile holey fibers with low bending loss and their optical characteristics"은 중심 코어와, 여섯 개의 에어 홀들이 링 형태로 배열되어 있는 광 클래딩을 포함하는 광 파이버를 기술하고 있다. 홀들의 직경은 중심 코어의 직경보다 크다.

벤딩 손실에 대해 양호한 내성을 가지면서, 상대적으로 높은 MAC 값을 갖는 광 파이버에 대한 필요가 여전히 존재한다.

이 목적을 위해서, 본 발명은 높은 MAC 값을 유지하면서 벤딩 손실를 개선하는 데에 최적화된 홀레이 파이버를 제안한다. 파이버 프로파일들의 최적화는 매우 복잡하여, 다수의 독립 파라미터들과 관계된다(벤딩 손실에 영향을 주는 프로파일 파라미터들은 또한 WO2 컷-오프 파장 등도 결정한다). 최적화는 4차원 공간 (r₁, r_h, △n 및 Λ)에서 수행되며 따라서 진정한 발명 프로세스가 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파이버의 단면도의 도해 표현.

본 발명은 더 특정하게는 중심으로부터 주변부까지 중심 코어와 광 클래딩을 포함하는 광 파이버를 제안하는데, 여기서,

중심 코어는 굴절률 n₁ 과 3.2 ㎛＜r₁ ＜4.5 ㎛ 가 되는 반경 r₁을 갖는다.

광 클래딩은 n₂ ＜n₁ 및

가 되는 굴절률 n₂ 를 갖는다.

광 클래딩은 중심 코어로부터 거리 Λ에 분포된 반경 r_h의 적어도 다섯 개의 홀들을 포함하고, 거리 Λ는 이하와 같이 중심 코어의 중심으로부터 홀들의 중심까지의 거리로 측정되며, 여기서 0.5×r₁≤r_h≤r₁이고,9 ㎛ < Λ≤ 17 ㎛이다.

양호하게는, 본 발명에 따른 광 파이버는 개개로 또는 조합하여 취해지는, 이하의 특성들 중의 하나 또는 그 이상을 갖는다:

적어도 다섯 개의 홀들이 원주 상을 따라 동일 거리에(circumferentially equidistantly) 분포되어 있다.

광 파이버는 적어도 6.5의 MAC 값을 갖는데, 이 MAC 값은 1550㎚에서의 파이버의 모드 필드 직경의 파이버의 유효 컷-오프 파장에 대한 비율로서 정의된다.

1550㎚의 파장에 대해서, 파이버는 곡률 반경 Rc=7.5㎜에 대해 5.0·10^-1 ㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 갖고, 곡률 반경 Rc=10㎜에 대해 1.0·10^-1 ㏈/turn 보다 작은 벤딩 손실을 갖는다.

광 파이버는 8.5 보다 작은 MAC 값을 갖는다.

1625㎚에 대해 파이버는 광 파이버는 곡률 반경 Rc =7.5㎜에 대해 1.0 ㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 갖고, 곡률 반경 Rc=10㎜에 대해 0.2 ㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 갖는다.

광 파이버는 8.5보다 작은 MAC 값을 갖는다.

파이버는 8.4보다 작은 MAC 값을 가지며, 1550㎚의 파장에 대해서, 곡률 반경 Rc=5㎜에 대해 6·10^-1㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 갖고, 곡률 반경 Rc=15㎜에 대해 8·10^-3㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 갖는다.

파이버는 8 보다 작은 MAC 값을 가지며, 1550㎚의 파장에 대해서, 곡률 반경 Rc=5㎜에 대해 3.0·10^-1㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 갖고, 곡률 반경 Rc=15㎜에 대해 4.0·10^-3㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 갖는다.

파이버는 7.5보다 작은 MAC 값을 가지며, 1550㎚의 파장에 대해서, 곡률 반경 Rc=5㎜에 대해 2.0·10^-1㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 갖고, 곡률 반경 Rc=15㎜에 대해 7.0·10^-4㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 갖는다.

파이버는 7보다 작은 MAC 값을 가지며, 1550㎚의 파장에 대해서, 곡률 반경 Rc=5㎜에 대해 1.0·10^-1㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 갖고, 곡률 반경 Rc=15㎜에 대해 1.0·10^-5㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 갖는다.

파이버의 제로 분산 파장(zero dispersion wavelength) λ₀의 값은 1300＜λ₀＜1324 ㎚사이에 포함된다.

파이버의 제로 분산 파장에서의 색 분산 슬로프의 값은 9.2·10^-2㎰/㎚²/㎞보다 작다.

파이버는 1260㎚보다 작은 케이블 컷-오프 파장을 갖는다.

파이버는 1260㎚보다 작은 유효 컷-오프 파장을 갖는다.

파이버는 홀들로 된 단일 링을 포함한다.

파이버는 8.6 및 9.5㎛ 간에 포함된 1310㎚의 파장에서 모드 필드 직경 2×W02를 갖는다.

본 발명의 다른 특징 및 이점들은, 예를 드는 방식으로 주어진 본 발명의 실시예들에 대한 이하의 설명을 읽어보고, 본 발명의 실시예에 따른 파이버의 단면도의 도해 표현을 보여주는 첨부 도면을 참조하면 명백해질 것이다.

도 1에 도해된 대로, 본 발명의 파이버(10)는 중심 코어(12)와 광 클래딩(14)을 포함한다. 전형적으로는, 중심 코어(12)는 프리폼(preform)을 형성하는 실리카 튜브 내에서의 CVD 타입 증착에 의해 획득되고, 광 클래딩(14)은 실리카 튜브에 의해 구성되는데, 이 튜브는 자연적 또는 도핑된 실리카에 의해 일반적으로 리필(refill)된다. 중심 코어(12)는 임의의 다른 증착 기술(VAD 또는 OVD)에 의해 획득될 수도 있다. 광 파이버(10)는 또한 광 클래딩(14) 내에 형성된 홀들(16)을 포함한다. 이런 홀들(16)은 일단 중심 코어(12)의 증착 및 오우버클래딩(overcladding)이 수행 완료되었다면, 프리폼 내로 드릴링(drill)함으로서 또는 임의의 다른 기술에 의해 획득될 수 있다.

그 자체가 공지된 방식으로, 광 파이버(10)는 프리폼을 드로잉(drawing)함으로써 획득될 수 있다.

홀레이 파이버는 "졸-겔"로 알려진 방법에 따라 획득된 프리폼 자체를 드로잉함으로써 또한 획득될 수 있다. 본 방법에 따르면, 프리폼은 몰딩(moulding)에 의해 산출된다.

또 다른 변형예에 따르면, 드로잉될 프리폼은 "스택 앤 드로잉(stack and drawing)"으로 불리는 프로세스에 따라 획득된다. 이 프로세스에 따라, 프리폼은 홀들을 형성하기 위한 중앙이 빈 튜브들과, 중심 코어와 클래딩을 형성하기 위한 단단한 로드들(solid roda)을 조립함으로써 산출된다.

도 1은 광 클래딩(14) 내에 여섯 개의 홀들(16)이 만들어져 있다. 그런데, 본 발명에 따른 광 파이버(10)는 적어도 다섯 개의 홀들을 포함하고, 여섯 개 이상의 홀들을 포함할 수 있다.

주목할 점은, 본 발명에 따른 광 파이버(10)의 홀들(16)이 중심 코어(12) 주변에서 단일 링 형태로 배열되어, 중심 코어(12)의 중심으로부터 측정할 때 두 개의 연속하는 홀들(16) 간에 대략 일정한 각 분리를 갖도록 된다는 것이다. 환언하면, 광 파이버(10)의 홀들(16)은 중심 코어(12) 주변에 원주 상을 따라 동일 거리를 갖도록 분포된다. 따라서, 홀들(16)은 중심 코어(12)로부터 실질적으로 동일 거리에 분포되고, 두 개의 인접한 홀들(16) 간의 거리는 실질적으로 일정하다.

사실상, 중심 코어(12) 주변에서 에어 홀들(16)로 된 몇몇 링들을 구비한 구조를 포함하는 광 파이버들(10)은 홀들(16)이 단일 링으로 배열된 광 파이버들(10)보다 더 큰 벤딩 손실들을 갖는데, 특히 15㎜보다 작은 곡률 반경에 대해 그러하다. 더욱이, 에어 홀들(16)의 몇몇 동심원 링들을 구비한 광 파이버들(10)은 중심 코어(12) 주변에서 단일 링에 걸쳐서 분포된 홀들(16)을 포함하는 광 파이버들(10)보다 제조하기에 더 복잡하다.

본 발명에 따른 광 파이버(10)는 굴절률 n₁을 갖는 중심 코어(12)와 굴절률 n₂를 갖는 광 클래딩(14)을 포함하는데, 굴절률 n₁은 굴절률 n₂보다 크다.

중심 코어(12)의 폭은 그 반경 r₁에 의해 정의되고, 광 클래딩(14)의 폭은 그 외곽 반경 r₂에 의해 정의되고, 홀들(16)의 폭은 이들의 반경 r_h에 의해 정의된다

본 발명에 따르면, 중심 코어(12)는 3.2 ㎛에서 4.5㎛ 간에 포함된 반경 r₁을 갖는다; 즉, 표준 단일 모드 파이버의 것에 실질적으로 등가이다.

광 클래딩(14)의 반경 r₂는 양호하게는 대략 80 및 대략 125㎛ 간에 포함된다. 80㎛의 반경 r₂는 특히 향상된 기계적 강도를 갖는 광 파이버(10)를 획득하는 것을 가능케 한다.

더욱이, 광 파이버(10)의 중심 코어(12)와 광 클래딩(14)은 n₂＜n₁이고

가 되는 굴절률 n₁, n₂를 각각 갖는다.

중심 코어(12)의 직경뿐만이 아니라 광 클래딩(14)에 상대적인 중심 코어의 굴절률 차이는 특히 색 분산 및 모드 필드 직경에 관해서 G.652 표준과 호환하는 광 신호의 전파 조건을 보장하는 것을 가능케 한다.

더욱이, 광 클래딩(14)은 중심 코어(12)로부터 거리 Λ에 원주 상을 따라 동일 거리에 분포되어 있는 반경 r_h의, 적어도 5개의, 양호하게는 6개의 홀들(16)을 포함한다. 이런 홀들(16)은 광 클래딩(14) 내에 네거티브 스텝 인덱스들(negative step indices)을 형성하고, 따라서 본 발명에 따른 광 파이버(10)의 벤딩 손실 특성들의 개선에 기여한다.

홀들(16)은 연속 채널들의 형태를 갖는다. 이 경우에, 홀들은 광 파이버(10)의 축을 따라서 종 방향으로 연장한다. 그러나, 홀들(16)은 또한 광 파이버(10)를 따라 나선형으로 연장할 수 있다. 환언하면, 홀들(16)은 트위스트되거나 스트랜디드(stranded)된다.

양호하게는, 홀들(16)의 개수는 8 홀들에 제한된다.

홀들(16)은 공기 특히 건조한 공기로 채워질 수 있다. 사실상, 공기의 습기는 광 파이버(10)의 감쇠의 증가를 야기한다. 홀들(16)은 그러나 아르곤, 헬륨, 또는 질소와 같은 불활성 기체로 충전될 수 있다.

본 발명에 따르면, 홀들(16)의 중심과 중심 코어(12)의 중심 간의 거리 Λ는 9와 17㎛ 간에 포함된다. 양호하게는, 거리 Λ는 11과 15㎛ 간에 포함되고, 더 양호하게는 13㎛ 에 동등하다. 사실상, 만일 홀들(16)이 중심 코어(12)에 너무 가까우면 이들은 광 파이버(10)에서 더 높은 차수의 모드들의 전파를 허용하는데, 이는 컷-오프 파장의 증가를 낳는다. 만일 홀들(16)이 중심 코어(12)로부터 너무 멀리 떨어져 있으면 벤딩 손실이 G.657 표준에 의해 부여된 제한들 내에 있도록 보장하는 것이 불가능하다.

더욱이, 본 발명에 따르면, 홀들의 반경 r_h 및 중심 코어의 반경 r₁은 0.5×r₁≤r_h≤r₁, 양호하게는 0.6×r₁≤r_h≤r₁, 더 양호하게는 0.7×r₁ ≤r_h ≤r₁, 더더욱 양호하게는 0.6×r₁≤r_h≤0.9×r₁, 또는 심지어 0.7×r₁≤r_h≤0.9 ×r₁를 만족시킨다. 더 양호하게는, 홀들의 반경은 0.75×r₁이 된다. 만일 r_h≤r₁·0.5이면, G.657B 표준에 관한 벤딩 손실 사양은 만족되지 않는다(표 Ⅱ 칼럼 Ebis를 보라).

만일 광 파이버(10)의 홀들(16)의 반경이 너무 작으면, G.657 표준에 의해 부여된 제한들 내에 들도록 벤딩 손실들을 보장하는 것은 가능하지 않다. 만일 광 파이버(10)의 홀들(16)의 반경(r_h)이 너무 크다면, 이들은 광 파이버(10)에서 더 높은 차수의 모드들의 전파를 허용하여 컷-오프 파장의 증가를 이끈다.

홀레이 파이버에 대한 이런 파라미터 값들은 낮은 벤딩 손실과 상대적으로 높은 MAC 값의 둘 모두를 갖는 광 파이버(10)를 획득하는 것을 가능케 한다.

따라서, 양호하게는, 광 파이버(10)는 6.5보다 큰 MAC 값을 갖는다.

본 발명에 따른 광 파이버(10)는 또한 8.5보다 작은 MAC 값과, 1550㎚의 파장에 대해서 곡률 반경 Rc=7.5㎜에 대해 0.5 ㏈/turn보다 작은 벤딩 손실들과, 곡률 반경 Rc=10㎜에 대해서는 0.1 ㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 가질 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 따른 광 파이버(10)는 또한 8.4보다 작은 MAC 값과, 1550 ㎚의 파장에 대해서 곡률 반경 Rc=5㎜에 대해서 6·10^-1㏈/turn보다 작은 벤딩 손실들과, 곡률 반경 Rc=15㎜에 대해서는 8·10^-3㏈/turn보다 작은 벤딩 손실들을 가질 수 있다. 또 다른 예에 따르면, 본 발명에 따른 광 파이버(10)는 또한 8보다 작은 MAC 값과, 1550 ㎚의 파장에 대해서 곡률 반경 Rc=5㎜ 에 대해서 3·10^-1㏈/turn보다 작은 벤딩 손실들과, 곡률 반경 Rc=15㎜에 대해서는 4·10^-3㏈/turn보다 작은 벤딩 손실들은 가질 수 있다.

또 다른 예에 따르면, 본 발명에 따른 광 파이버(10)는 또한 7.7보다 작은 MAC 값과, 1550 ㎚의 파장에 대해서 곡률 반경 5㎜에 대해서 3·10^-1㏈/turn보다 작은 벤딩 손실들과, 곡률 반경 15㎜에 대해서는 7·10^-4㏈/turn보다 작은 벤딩 손실들을 가질 수 있다.

또 다른 예에 따르면, 본 발명에 따른 광 파이버(10)는 또한 7.5보다 작은 MAC 값과, 1550 ㎚의 파장에 대해서 곡률 반경 5㎜에 대해서 2·10^-1㏈/turn보다 작은 벤딩 손실과, 곡률 반경 15㎜에 대해서는 5·10^-4㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 가질 수 있다. 또 다른 예에 따르면, 본 발명에 따른 광 파이버는 또한 7보다 작은 MAC 값과, 1550 ㎚의 파장에 대해서 곡률 반경 5㎜에 대해서 8·10^-2㏈/turn보다 작은 벤딩 손실들과, 곡률 반경 15㎜에 대해서는 1.5·10^-3㏈/turn보다 작은 벤딩 손실들은 가질 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 광 파이버(10)는 1300＜λ₀＜1324㎚ 간에 포함되는 제로 분산 파장 값 λ₀을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 광 파이버(10)는 0.092㎰/㎚².㎞보다 작은 제로 분산 파장에서의 색 분산 슬로프 값을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 광 파이버(10)는 색 분산에 관하여 G.652 표준과 완전히 부합할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 광 파이버(10)는,

1260 ㎚보다 작은 케이블 컷-오프 파장, 및

8.6과 9.5 ㎛ 사이에 포함되는 1310 ㎚에서의 모드 필드 직경 2×W02

를 가질 수 있다.

그러므로, 본 발명에 따른 광 파이버(10)는 또한 컷-오프 파장 및 모드 필드 직경에 관해서 G.652 표준에 부합한다. 종래의 다른 G.652 표준에 부합하는 파이버와 접합(splicing)하는 것은 최소 손실을 갖는 것으로 관찰될(envisage) 수 있다.

예시들

이하의 표들은 광 파이버들의 예시를 보여준다.

표 Ⅰ내지 Ⅳ의 첫 번째 줄은, A에서 N까지의 각 예를 언급하고 있다. 두 번째 줄은 중심 코어(central core)의 반경(r₁)을 정의한다. 세 번째 줄은 다음과 같이 정의된 관계식의 형태로 중심 코어의 굴절률 Δn을 나타낸다.

여기서 n₁은 중심 코어의 굴절률이고 n₂는 광 클래딩(optical cladding)의 굴절률이다.

그러므로 중심 코어의 굴절률은 이하의 표에서 백분율로 주어진다.

그 다음 네 줄은 각각 다음을 나타낸다.

광 클래딩에서 산출된 홀의 수,

그들의 반경(r₁),

홀의 반경과 중심 코어의 반경 사이의 관계(r_n/r₁), 및

중심 간에 측정되는, 홀들과 중심 코어 사이의 거리 Λ.

다음 두 줄은, 1310 ㎚ 및 1550 ㎚의 파장에서 각각 필드 모드 필드 직경 2×W02를 나타낸다. 이 모드 필드 직경 2×W02는 피터만 Ⅱ 방정식(Petermann Ⅱ equation)에 의해서 정의된다.

다음 두 줄은 각각, 파이버 컷-오프 파장 λ_c및 관계식 2×W02/λ_c으로 정의된 MAC을 나타낸다.

다음 네 줄은, 1550 ㎚의 파장에서, 각각, 15 ㎜, 10 ㎜, 7.5 ㎜ 및 5 ㎜의 곡률 반경 Rc에 대한 벤딩 손실(bending losses; BL)을 제시하는데, 이 벤딩 손실 값은 ㏈/turn으로 표현된다.

다음 네 줄은 1625 ㎚의 파장에서, 각각 15 ㎜, 10 ㎜, 7.5 ㎜ 및 5 ㎜의 곡률 반경 Rc에 대한 벤딩 손실을 제시하는데, 이 벤딩 손실 값은 ㏈/turn으로 표현된다.

표 Ⅰ의 파이버들은, 중심 코어의 중심으로부터 13 ㎛인 거리 Λ에서 원주 상을 따라 등거리로(equidistantly) 분포된 3 ㎛의 반경을 갖는 6개의 홀을 포함한다.

[표 Ⅰ]

표 Ⅰ의 예시들은, 3.2 ㎛와 4.4 ㎛ 사이에 포함되는 반경 r₁을 갖는 광 파이버의 중심 코어의 치수에서 다르고, 0.31과 0.55 % 사이에 포함되는, 코어와 클래딩 사이의 굴절률의 차이의 편차 Δn에서 다르다는 것에 유의한다.

홀의 반경과 중심 코어의 반경 사이의 관계는 0.68과 0.94 사이에서 변화한다.

모드 필드 직경에 관해서는 단지 파이버 B만이 G.652 표준에 따른다는 것에 유의한다.

파이버 A 내지 D는 1251과 1255 사이에 포함되는 유효 컷-오프 파장(effective cut-off wavelength)을 갖는다. 따라서, 이 파이버들 모두는 G.652 표준에 따라 케이블 컷-오프 파장 λ_c<1260 ㎚를 보장하는 파이버 컷-오프 파장을 갖는다.

이 파이버들의 MAC 값은 6.5와 8.4 사이에 포함된다.

특히 그들이 모두 1550 ㎚의 파장에서 7.5 ㎜의 곡률 반경에 대해서 0.5 ㏈/turn보다 작고, 곡률 반경 10 ㎜에 대해서 0.1 ㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 갖는 경우에, 예 A 내지 D의 파이버들은 모두 G.657B 표준의 한계 내에서 벤딩 손실을 가진다.

특히, 예 C 및 D의 파이버들은 두 파장 1550 ㎚ 및 1625 ㎚에 대해서 G.657B 표준에 의해서 요구되는 벤딩 손실들보다 10배 작은 벤딩 손실을 갖는다.

단지 파이버 A만이 곡률 반경 15 ㎜에 대해서, G.657B 표준에 의해서 설정된 값들보다 약간 큰 벤딩 손실을 갖는다.

아래의 표 Ⅱ는, 모두 4 ㎛ 반경의 중심 코어를 갖는 광 파이버들을 갖는다. 중심 코어와 광 클래딩 사이의 굴절률 차이는 이들 모든 파이버에서 0.36%이다. 결국, 표 Ⅱ의 모든 파이버들은, 중심 간에 측정된, 중심 코어로부터 거리 13 ㎛에 원주 상을 따라 등거리로 분포된 6개의 홀들을 갖는다.

[표 Ⅱ]

표 Ⅱ의 예시들은, 예 B, E, Ebis, F 및 G의 각각에서 산출되는 홀의 반경에 의해서 서로 구분된다. 예 E, Ebis 및 G는 본 발명의 일부를 형성하지 않는다는 것에 유의한다.

실제로, 파이버 E의 홀의 반경은 너무 작다; 따라서, 파이버 E는 G.657B 표준에 의해서 요구되는 값들보다 확실히 큰, 비교적 높은 벤딩 손실을 갖는다.

파이버 G의 홀들의 반경은 중심 코어의 반경과 같은 것으로, 너무 크다. 6개의 홀들과 결합하는 이러한 직경은 결과적으로, G.652 표준의 한계(λcc<1260 ㎚) 내에서 유지되는 것을 불가능하게 하는, 상당히 높은 파이버 컷-오프 파장을 가져온다. 파이버 G는 또한 6.4보다 작은 상대적으로 낮은 MAC 값을 갖는다.

표 Ⅱ의 파이버 B 및 F에 대해서, 1310 ㎚에서 모드 필드 직경의 값은 G.652 표준에 따른다는 것에 유의한다. 마찬가지로, 파이버 B 및 F는 G.652 표준에 따른 케이블 컷-오프 파장을 보장하는 파이버 컷-오프 파장을 갖는다.

이 파이버들의 MAC 값은 7.8과 8.1 사이에, 즉 높은 값들 사이에 포함된다. 이들 높은 MAC 값들에도 불구하고, 파이버 B 및 F는 G.657B 표준의 한계보다 실질적으로 작은 벤딩 손실을 갖는다; 특히, 1550 ㎚의 파장에서, 그들은 곡률 반경 7.5 ㎜에 대해서 0.5 ㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 갖고, 곡률 반경 10 ㎜에 대해서 0.1 ㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 갖는다. 그러나, 파이버 F는 곡률 반경 15 ㎜에 대해서 G.657 표준의 값보다 약간 큰 벤딩 손실을 갖는다.

이하의 표 Ⅲa 및 Ⅲb는, 모두 4 ㎛ 반경의 중심 코어를 갖는 광 파이버들을 도시한다. 중심 코어와 광 클래딩 사이의 굴절률의 차이는 이 모든 파이버들에서 0.36%이다. 마지막으로, 표 Ⅲa 및 Ⅲb의 모든 파이버들은 원주 상을 따라 등거리로 분포된 6개의 홀들을 갖는다.

[표 Ⅲa]

[표 Ⅲb]

표 Ⅲa 및 Ⅲb는 코어의 중심과 홀의 중심 사이의 거리의 영향을 보여주며, 이 거리들은 이 표들에서 9와 19 ㎛ 사이에 포함된다. 그러나, 예 H 및 L은 본 발명의 일부를 형성하지 않는다; 예 H의 파이버는 중심 코어에 매우 가깝고, 예 L의 파이버는 중심 코어에서 아주 멀리 떨어진 홀들을 갖는다는 것에 유의해야 한다.

따라서, 파이버 H는 G.652 표준에 의해서 설정된 한계 값보다 확실히 큰 케이블 컷-오프 파장을 의미하는 1474 ㎚의 파이버 컷-오프 파장을 갖는다. 더욱이,파이버 H는, 5.3의 비교적 낮은 MAC 값을 갖는다.

본 발명에 따른 파이버에 대한 표 Ⅲa 및 Ⅲb의 예의 1310 ㎚에서 모드 필드 직경 값들은, 8.6과 8.9 ㎛ 사이에 포함된다는 것에 유의한다. 그러므로, 이 값들은 G.652 표준에 따른다.

표 Ⅲa 및 Ⅲb의 모든 파이버들, 즉 B, I, J, K는 1260 ㎚보다 작은 케이블 컷-오프 파장을 보장하는 파이버 컷-오프 파장을 갖는다.

또한, 표 Ⅲa는 파이버 I의 벤딩 손실이 G.657 표준에 의해서 설정된 값들보다 확실히 작다는 것을 보여준다. 특히, 곡률 반경 10 또는 15 ㎜에 대해서, 이 손실들은 G.657B 표준의 한계 값보다 적어도 10배 작다.

또한, 파이버 J는 2개의 파장 값 및 파이버의 상이한 곡률 반경에 대해서 G.657B 표준에 의해서 설정된 한계 값보다 작은 벤딩 손실을 갖는다.

파이버 K는 G.657B 표준에 의해서 설정된 값들보다 일반적으로 작은 벤딩 손실들을 갖는다. 그러나, 1625 ㎚의 파장에서 곡률 반경 15㎜에 대해서, 파이버 K는, 1.1×10^-2㏈/turn, 즉 G.657B 표준에 의해서 설정된 한계 값보다 조금 큰 벤딩 손실들을 갖는다.

마지막으로, 본 발명의 부분을 형성하지 않는, 파이버 L은 G.657B 표준에 의해서 설정된 한계 값보다 일반적으로 큰 벤딩 손실을 갖는다.

임의의 경우에, 파이버 I, B, J 및 K는 모두, 1550 ㎚의 파장에서, 곡률 반경 7.5 ㎜에 대해서, 0.5 ㏈/turn 보다 작고, 곡률 반경 10 ㎜에 대해서, 0.1 ㏈/turn보다 작은 벤딩 손실들을 갖는다.

이하의 표 Ⅳ는, 모두 4 ㎛의 중심 코어 반경을 갖는 광 파이버들을 보여준다. 중심 코어와 광 클래딩 사이의 굴절률의 차이는 이 모든 파이버들에서 0.36%이다. 마지막으로, 표 Ⅳ의 모든 파이버들은 중심 간에 측정하였을 때 중심 코어로부터, 13 ㎛의 거리에 원주 상을 따라 등거리로 분포된 홀들을 갖는다.

[표 Ⅳ]

표 Ⅳ의 예들은, 5와 8 사이에 포함되는, 광 클래딩에 형성된 홀의 수에서 다르고, 4와 8 ㎛ 사이에 포함되는 그들의 반경에서 다르다.

파이버 B, M, N은 1310 ㎚에서 8.8과 9 ㎛ 사이에 포함되는 파이버 모드 필드 직경을 갖는다. 이 값들은 G.652 표준에 따른다.

또한, 파이버 B, M 및 N은 G.652 표준에 따르는 케이블 컷-오프 파장을 보장하는 파이버 컷-오프 파장을 갖는다. 더욱이, 파이버 B, M 및 N은 G.657B 표준에 따르는 벤딩 손실들을 갖는다.

특히, 파이버 M은 1550 ㎚의 파장 및 곡률 반경 7.5 및 10 ㎚에 대한 표준의 대응하는 한계 값들보다 10배 작은 벤딩 손실들을 갖는다.

더욱이, 파이버 B, M 및 N은 1625 ㎚의 파장 및 곡률 반경 7.5 및 15 ㎜에서 G.657B 표준에 의해서 설정된 값들보다 약 10배 작은 벤딩 손실을 갖는다.

본 발명에 따른 광 파이버들은 FTTH 타입 또는 FTTC 타입의 가입자의 가정에 설치된 광 시스템들에 사용하기 적합하며, 광 파이버는 광 박스들(optical boxes)의 소형화 또는 클립들에 의한 접속으로 인해 상당한 휨 응력(bending stress)을 받게 된다. 본 발명에 따른 광 파이버는 특히 조밀한 광 박스들에 위치할 수 있으며, 광 파이버는 15 ㎜보다 작은 곡률 반경, 예컨대 5 ㎜ 크기의 곡률 반경으로 배열된다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 광 파이버는, 특히 유효 파이버 간 접합(fibre-to-fibre splicing)을 이루는 데에, 특히 모드 필드 직경에 관하여, 종래의 시스템들의 광 파이버와 호환가능하게 유지된다.

10: 광 파이버
12: 중심 코어
14: 광 클래딩
16: 홀

Claims

중심 코어 및 광 클래딩을 포함하는 광 파이버로서,
상기 중심 코어는 굴절률 n₁ 및 3.2 ㎛ < r₁ <4.5㎛인 반경 r₁을 가지며,
상기 광 클래딩(14)은 n₂<n₁ 및
인 굴절률 n₂를 가지며,
상기 광 클래딩은 반경 r_h의 적어도 5개의 홀을 포함하고, 각각의 상기 홀은 상기 중심 코어로부터 거리 Λ에 위치되며, 상기 거리 Λ는 중심 코어의 중심으로부터 각각의 상기 홀들의 중심까지 측정된 것이고,
여기서 (ⅰ)0.5×r₁≤r_h≤r₁이고, (ⅱ)9 ㎛<Λ≤17 ㎛이며,
상기 광 파이버는 1280 나노미터 이하의 유효 컷-오프 파장(Λ_Ceff)를 갖고,
상기 광 파이버는 적어도 6.5에서의 MAC 값을 갖고, 상기 MAC 값은 상기 광 파이버의 유효 컷-오프 파장(Λ_Ceff)에 대한 1550 나노미터의 파장에서의 상기 광 파이버의 모드 필드 직경(2W₀₂)의 비로서 정의되고,
상기 광 클래딩 내의 모든 홀들은 (ⅰ)상기 중심 코어로부터 등거리이고 (ⅱ)상기 중심 코어 주위에 원주상을 따라 등거리인 단일 링 내에 실질적으로 위치되는 광 파이버.
제1항에 있어서,
상기 적어도 5개의 홀은 원주 상을 따라 등거리로(circumferentially equidistantly) 분포되는 광 파이버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 6.5의 MAC 값을 갖고, 상기 MAC 값은 1550 ㎚에서 광 파이버의 모드 필드 직경(mode field diameter; MFD)의 상기 파이버의 유효 컷-오프 파장(effictive cut-off wavelength)에 대한 비율로서 정의되는 광 파이버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
1550 ㎚의 파장에서,
곡률 반경 Rc=7.5 ㎜에 대해서 5.0·10^-1㏈/turn 보다 작은 벤딩 손실과,
곡률 반경 Rc=10 ㎜에 대해서 1.0·10^-1 ㏈/turn 보다 작은 벤딩 손실을 가지며,
상기 광 파이버는 8.5보다 작은 MAC 값을 갖고, 상기 MAC 값은 1550 ㎚에서 상기 광 파이버의 MFD의 상기 광 파이버의 유효 컷-오프 파장에 대한 비율로서 정의되는 광 파이버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
1625 ㎚의 파장에서,
곡률 반경 Rc=7.5 ㎜에 대해서 1.0 ㏈/turn 보다 작은 벤딩 손실과,
곡률 반경 Rc=10 ㎜에 대해서 0.2 ㏈/turn 보다 작은 벤딩 손실을 가지며,
상기 광 파이버는 8.5보다 작은 MAC 값을 가지며, 상기 MAC 값은 1550 ㎚에서의 상기 광 파이버의 MFD의 상기 광 파이버의 유효 컷-오프 파장에 대한 비율로서 정의되는 광 파이버.
제4항에 있어서,
8.4보다 작은 MAC 값과,
1550 ㎚의 파장에서, 곡률 반경 Rc=5 ㎜에 대해서 6.0·10^-1 ㏈/turn보다 작은 벤딩 손실과, 곡률 반경 Rc=15 ㎜에 대해서 8.0·10^-3 ㏈/turn 보다 작은 벤딩 손실을 갖는 광 파이버.
제6항 있어서,
7.5보다 작은 MAC 값, 및 1550 ㎚의 파장에서, 곡률 반경 Rc=5 ㎜에 대해서 2.0·10^-1 ㏈/turn 보다 작은 벤딩 손실을 가지며, 및 곡률 반경 Rc=15 ㎜에 대해서 7.0·10^-4 ㏈/turn 보다 작은 벤딩 손실을 갖는 광 파이버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
1300㎚<λ₀<1324㎚ 사이에 포함되는 제로 분산 파장(zero dispersion wavelength) λ₀를 갖는 광 파이버.
제8항에 있어서,
9.2·10^-2ps/㎚²/㎞보다 작은 제로 분산 파장에서 색 분산 슬로프(chromatic dispersion slope)를 갖는 광 파이버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
1260 ㎚보다 작은 케이블 컷-오프 파장을 갖는 광 파이버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
1260 ㎚보다 작은 유효 컷-오프 파장을 갖는 광 파이버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
홀들의 단일 링을 포함하는 광 파이버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
8.6과 9.5 ㎛ 사이에 포함되는 1310 ㎚의 파장에서 모드 필드 직경 2×W02를 갖는 광 파이버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
r_h는 0.6x r₁ 이상인 광 파이버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
r_h는 r₁ 이하인 광 파이버.
제4항에 있어서,
8보다 작은 MAC 값과,
1550 ㎚의 파장에서, 곡률 반경 Rc=5 ㎜에 대해서 3.0·10^-1 ㏈/turn보다 작은 벤딩 손실을 가지며, 곡률 반경 Rc=15 ㎜에 대해서 4.0·10^-3 ㏈/turn 보다 작은 벤딩 손실을 갖는 광 파이버.
제6항 있어서,
7보다 작은 MAC 값, 및 1550 ㎚의 파장에서, 곡률 반경 Rc=5 ㎜에 대해서 1.0·10^-1 ㏈/turn 보다 작은 벤딩 손실을 가지며, 곡률 반경 Rc=15 ㎜에 대해서 1.0·10^-5 ㏈/turn 보다 작은 벤딩 손실을 갖는 광 파이버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
r_h는 0.7xr₁ 이상인 광 파이버.
제1항 또는 제2항에 있어서,
r_h는 0.9x r₁ 이하인 광 파이버.