KR101763633B1 - 코어 별로 비균일한 트렌치를 가지는 차단파장이 감소된 트렌치형 멀티코어 광섬유의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멀티코어 광섬유의 코어 간의 간격을 감소시킴으로서 단위 면적당 전송용량을 증대하기 위한 광섬유의 구조에 대해 개시한다. 본 발명의 가장 큰 특징은 7개의 코어를 포함한 트렌치형 멀티코어 광섬유에서 중심 코어를 둘러싼 트렌치의 굴절률을 외곽 코어를 둘러싼 트렌치의 굴절률보다 덜 낮게 함으로써 중심 코어의 차단파장을 증가시킬 수 있도록 설계되었다. 또한 중심코어와 외곽 코어 간의 누화가 매우 낮아지도록 설계하였다. 따라서 일정 거리 전송 후 발생한 누화로 인해 제한되는 코어들 간의 간격이 차단 파장 증가로 인해 제한되는 코어들 간의 간격보다 크도록 하여 공간 효율을 제한하는 요소들을 최적화하였다. 본 발명에 의하면, 단일모드 광섬유를 발명된 멀티코어 광섬유로 교체하면, 종래의 단일모드 광섬유 기반에서 사용하던 변조방식을 그대로 사용하면서도 단위 면적 당 전송용량 증대의 효과를 극대화할 수 있으며, 특히 동적인 광 네트워크에서 적용할 수 있는 대용량 광전송 시스템을 경제적으로 구현할 수 있다.

Description

코어 별로 비균일한 트렌치를 가지는 차단파장이 감소된 트렌치형 멀티코어 광섬유의 구조{TRENCH-ASSISTED MULTICORE FIBER STRUCTURE WITH INHOMOGENEOUS TRENCH FOR REDECING CUTOFF WAVELENGH}

본 발명은 전송용량 증대를 위한 트렌치형 멀티코어 광섬유에 관한 것으로, 특히 코어의 차단파장을 감소시킴으로써 전송용량을 극대화 시킬 수 있는 광섬유의 구조에 관한 것이다.

최근 기존 단일모드 광섬유(single-mode fiber)의 전송용량 한계를 극복하기 위한 방안으로 공간다중화 기술이 주목받고 있다. 예를 들면, 대한민국 공개특허 공보 제10-2013-0074517호(2013. 07. 04)에 개시된 바와 같이, 한 가닥의 광섬유 내에 다수의 코어가 설치된 멀티코어 광섬유(multi-core fiber)를 사용하는 경우 (거의) 코어 개수에 비례하여 광섬유 당 전송 용량을 증가시킬 수 있다. 따라서 이와 같은 광섬유의 전송용량을 극대화하기 위해서는 가능한 많은 코어를 사용하는 것이 필요하다. 그러나 이를 위해서는 코어 간 간격을 줄여야 하며, 이는 코어 사이에서 발생하는 누화를 증가시킨다. 이와 같이 누화가 증가하는 경우, 각 코어를 통해 진행하는 신호들이 누화로 인해 왜곡되기 때문에 허용치 이하의 적은 양의 누화가 생기도록 코어 간 간격을 설정할 필요가 있다.

한편, 광섬유의 전송 용량을 극대화시키기 위해서는 광섬유 내에서 발생하는 비선형 현상을 최대한 억제할 필요가 있다. 비선형 현상이 억제되면 더 높은 광전력의 광신호를 인가할 수 있게 되어 전송거리가 늘어날 뿐만 아니라, 비선형 현상에 상대적으로 취약한 높은 차수의 멀티레벨 방식으로 변조된 신호를 사용할 수 있어 전송 용량을 증가시키는데 용이하다. 그러나 광섬유의 비선형 현상을 억제하기 위해서는 광섬유의 유효면적(effective area)을 증가시켜야 하는데, 이는 광섬유를 통해 진행하는 빛의 빔 크기(beam size)를 증가시키게 된다. 이는 멀티코어 광섬유를 사용할 때, 필연적으로 각 코어를 진행하는 빛들 간의 간섭을 증가시키고, 결과적으로 누화가 증가하게 된다.

최근 멀티코어 광섬유에서 코어의 유효면적을 크게 유지시키면서도 각 코어 간의 누화를 효과적으로 억제할 수 있는 광섬유 디자인으로 트렌치(trench)형 멀티코어 광섬유가 제안되었다. 트렌치형 광섬유는 각 코어 주변에 굴절률이 클래딩보다 낮은 트렌치 영역이 존재하는 광섬유를 말한다. 이 트렌치의 역할은 클래딩으로 진행하는 빛을 억제시키고 코어에 빛을 집중시켜 인접 코어들 사이의 누화를 감소시키는 역할을 한다. 이러한 트렌치형 멀티코어 광섬유를 사용하면 일반적인 스텝 인덱스(step index)형 멀티코어 광섬유보다 코어들을 더 조밀하게 배치시킬 수 있음이 확인되었다.

하지만 코어 배치 효율이 가장 좋은 육각배열 형태(hexagonal layout)의 멀티코어 광섬유의 경우, 6개의 코어들로 둘러싸인 코어의 차단파장이 코어간의 거리간의 거리가 감소할수록 증가하는 문제점이 존재한다. 차단파장보다 낮은 파장대역에서는 단일모드가 아닌 2개 이상의 모드로 동작한다. 이는 모드 간의 딜레이차이로 인한 분산 등 심각한 문제를 야기한다. 따라서 차단파장이 증가하면 사용할 수 있는 파장대역이 감소하게 되어 전송용량이 크게 감소한다. 특히 단거리 전송의 경우, 코어 간의 누화는 크지 않아 코어 간격이 더 조밀하게 배치된 공간효율이 높은 멀티코어 광섬유를 사용할 수 있음에도 불구하고 위와 같은 현상 때문에 단일모드 동작이 보장되지 않아 코어 간격을 늘려야하는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 공보 10-2013-0074517A, 2013. 07. 04, 6쪽 내지 7쪽.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 큰 유효면적을 가지는 육각배열 형태의 트렌치형 멀티코어 광섬유들에 대해 각 코어의 차단파장과 코어 간의 누화를 고려하여 멀티레벨 변조방식 기반 광전송 시스템에서 구현할 수 있는 최대 전송용량을 분석한 뒤, 전송용량 증대에 적합한 차단파장이 감소된 멀티코어 광섬유 구조를 도출하는 것이다.

상기 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전송용량 증대에 적합한 차단파장이 감소된 멀티코어 광섬유 구조는 코어 사이의 누화와 광섬유의 비선형성이 멀티레벨 변조방식 초고속 광신호의 전송품질에 미치는 영향을 최소화하는 동시에, 케이블 차단 파장으로 인해 제한되는 코어 간의 간격이 코어 사이의 누화로 인해 제한되는 코어 간의 간격보다 작도록 설계된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 멀티코어 광섬유 구조에 있어서, 6각형 배열로 이루어진 7개의 코어를 포함하고 있으며, 각 코어가 트렌치형 굴절률 프로파일을 가지며, 굴절률 프로파일 중 트렌치를 제외한 부분은 코어의 위치와 상관없이 균일한 형태를 가지고 있으며, 코어 사이의 간격이 균등한 것을 특징으로 한다.

또한, 6개의 코어로 둘러싸인 코어의 경우 트렌치와 클래딩의 굴절률 차이가 6개의 코어로 둘러싸이지 않은 코어의 경우보다 작은 것을 특징으로 한다.

또한, 각 코어의 유효면적은 100 μm² 이상인 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 트렌치형 멀티코어 광섬유의 구조는 (a) 직경 d₁가 약 12.0 um 에서 13.0um 사이의 값, 상대 굴절률 Δ₁이 약 0.2%에서 0.3% 사이의 값을 가지는 1개의 중심 코어, (b) 직경 d₁가 약 12.0 um 에서 13.0um 사이의 값, 상대 굴절률 Δ₁이 약 0.2%에서 0.3% 사이의 값을 가지고, 중심 코어를 육각형 배열로 둘러싼 6개의 외곽 코어, (c) 외곽 코어를 둘러싼 상대 굴절률 Δ₂ 이 약 -0.5%에서 -0.7%의 값을 가진 외곽 코어의 트렌치, (d) 중심 코어를 둘러싼 상대 굴절률 Δ₃ 이 약 0.0%에서 0.7%의 값을 가지고 Δ₂ <Δ₃인 중심 코어의 트렌치, (e) 코어와 트렌치를 제외한 부분에 존재하며 직경 d₄이 250um 이하인 클래딩으로 이루어졌고, 각 코어는 1530nm 이상의 파장에서 LP01 모드만을 수용하는 것을 특징으로 한다.

상기의 트렌치형 멀티코어 광섬유는, 각 코어의 유효면적이 1550nm 파장에서 100um² 이상인 것을 특징으로 한다.

상기의 트렌치형 멀티코어 광섬유는, 인접한 코어들 간의 간격 ∧이 모두 동일한 값을 가지며, ∧<47 um인 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차단파장이 감소된 트렌치형 멀티코어 광섬유 구조는 큰 유효면적과 억제된 코어 간의 누화를 실현함과 동시에 차단파장의 증가로 인한 전송용량 감소문제를 해결함으로써 효과적인 전송용량의 증대 방안을 제공한다.

따라서, 본 발명에 따른 트렌치형 멀티코어 광섬유 시스템의 전송용량 증대를 위한 차단파장이 감소된 광섬유 구조를 사용하여 경제적인 광전송 시스템을 구축할 수 있다.

도 1은 트렌치형 멀티코어 광섬유의 구조를 설명하기 위한 구조도.
도 2는 서로 다른 2개의 멀티코어 광섬유에 대해 (즉 MCF A 와 MCF B) 코어 간 간격을 변화시켜가면서 얻은 코어 간의 누화의 크기와 케이블 차단 파장을 나타낸 그래프.
도 3은 QPSK, 16QAM, 64QAM 신호에 대해 코어 간 누화가 수신된 신호의 성능에 미치는 영향을 전송 거리에 따라 나타낸 그래프 및 각 변조방식 별 허용 가능한 최대 누화를 표시한 수직선.
도 4는 중심에 위치한 코어의 트렌치의 깊이가 외곽 코어의 트렌치의 깊이와 다르게 설계된 광섬유의 구조를 설명하기 위한 구조도.
도 5는 서로 다른 3개의 멀티코어 광섬유에 대해 (즉 MCF A, MCF B, 그리고 MCF C)코어 간 간격을 변화시켜가면서 얻은 코어 간의 누화의 크기와 케이블 차단 파장을 나타낸 그래프.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

본 발명에 따른 트렌치형 멀티코어 광섬유는 단면상 원형의 클래딩 중앙에 위치한 중심 코어, 상기 중심 코어와 인접한 거리에서 일정 간격의 6각형 배열로 배치된 외곽 코어, 상기 중심 코어를 둘러싼 중심 코어 트렌치 및 상기 외곽 코어를 둘러싼 외곽 코어 트렌치를 포함하되, 상기 중심 코어와 외곽 코어는 트렌치형 굴절률 프로파일을 가지며, 상기 중심 코어 트렌치 및 외곽 코어 트렌치를 제외한 부분에서 트렌치형 굴절률 프로파일이 균일하고, 상기 중심 코어와 외곽 코어 간의 간격이 균등하게 배치된다.

도 1은 트렌치형 멀티코어 광섬유의 단면적과 각 코어에 대한 굴절률 프로파일을 나타낸 그림이다. 도 1에 나타난바와 같이 여기서는 육각형 배열(hexagonal layout)의 7개 코어를 가진 멀티코어 광섬유를 고려한다. 상대 굴절률 Δ는 클래딩을 기준으로 했을 때 상대적인 굴절률의 차이를 나타낸다. 따라서 클래딩의 상대 굴절률 Δ₀는 0%이다. 표시된 클래딩의 굴절률보다 높은 굴절률을 가지는 부분이 코어이고 이곳을 통해 대부분의 빛이 진행한다. 하지만 코어뿐만 아니라 클래딩으로도 일정양의 빛이 진행하게 되고 특히 비선형성을 억제시킬 수 있도록 유효면적이 크게 디자인된 광섬유에서는 그 양이 더 커지게 된다. 하지만, 이는 이웃한 곳에 위치한 또 다른 코어에 빛을 커플링시켜 원치 않는 누화를 일으킬 수 있다. 따라서 도 1에 표시된 것과 같이 클래딩의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지는 트렌치를 만들면 클래딩으로 전달되는 빛의 양을 줄어 코어간의 누화를 억제시킬 수 있다. 트렌치는 코어를 둘러싼 도넛 형태로 되어 있으며 트렌치의 폭이 넓을수록, 굴절률이 낮을수록 클래딩에 존재하는 빛의 양을 더 많이 감소시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 사용된 2가지 서로 다른 멀티코어 광섬유의 구조를 나타내는 각각의 수치는 다음과 같다. MCF A는 d₁,d₂,d₃,₁,₂는 각각 8.2 μm, 18.3μm, 26.5μm, 0.38%, -0.65%이며, MCF B는 각각 12.8μm, 21.2μm, 26.0μm, 0.26%, -0.56%이다. MCF A와 MCF B내에 존재하는 코어의 유효면적은 각각 75μm², 130μm²이다. MCF A와 MCF B 모두 트렌치형 멀티코어 광섬유로 코어 간의 누화가 상당량 억제된 디자인이다. 두 광섬유의 가장 큰 차이는 MCF B의 경우는 MCF A의 경우에 비해 코어의 직경이 크고 상대 굴절률이 낮으므로 유효면적이 훨씬 크다는 점이다.

도 2는 MCF A와 MCF B에 대해 코어 간격에 따른 코어간의 누화와, 6개의 코어로 둘러싸인 중심 코어의 케이블 차단파장의 변화를 나타낸 것이다. 도 2(a)에 나타난 코어 간격에 따른 코어 간의 누화는, 멀티코어 광섬유의 7개 코어 중 가장 누화가 큰 코어에 대해 Beam propagation method 기반 시뮬레이터를 사용하여 계산한 결과이다. 도 2(a)에서는 100km와 1000km 전송 후 1550nm 파장 대역에서 발생하는 누화의 양이 나타나있다. 코어 간의 누화는 전송거리에 따라 비례하여 증가하며, 코어 간의 거리가 증가할수록 누화의 양은 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한 코어의 유효면적이 큰 광섬유 (MCF B)일수록 누화의 양이 크게 증가하는 것으로 나타났으며 이는 비선형을 억제하기 위해 빔의 크기를 키움으로써 필연적으로 발생하는 현상이다. 한편, 도 2(b)에서는 트렌치형 멀티코어 광섬유에서 코어 간의 간격이 감소할수록 중심에 위치한 코어의 케이블 차단파장 역시 증가함을 확인할 수 있다. 이는 코어 간의 간격이 감소할 때, 외곽코어의 트렌치들이 중심에 위치한 코어의 트렌치와 유사한 영향을 주기 때문에 빛이 더 강하게 코어 중심부로 쏠리게 된다. 그 결과 LP11모드의 유효 전달 상수(effective propagation constant)가 증가하였고, 이로 인해 차단 파장이 증가하였다. 이러한 영향은 MCF A와 MCF B 모두 동일하게 나타났으나 MCF B의 경우는 전체적으로 MCF A보다 높은 차단파장을 가졌다. 이로 인해 사용가능한 파장 대역이 MCF B의 경우 매우 제한적이게 된다. 예를 들어, 일반적으로 사용하는 C-band 대역을 활용하고자 할 때 C-band의 최소파장인 1530nm에서의 단일모드 동작을 보장하려면 적어도 MCF B의 코어 간격이 50um 이상 되어야 함을 확인할 수 있다.

위에서 언급한 코어 간의 누화와 차단파장의 증가는 멀티코어 광섬유의 코어 들 간의 간격을 제한하고 결과적으로는 광섬유 한가닥 당 전송할 수 있는 데이터의 양을 감소시킨다. 코어 간의 간격이 좁아질수록 코어 간의 누화가 증가하므로, 어떤 광신호가 일정 거리만큼 전송되었을 때 충분히 좋은 전송 성능을 얻기 위해서 최대로 허용할 수 있는 누화의 양을 안다면, 최소로 감소시킬 수 있는 코어 간의 간격도 도출할 수 있다.

따라서 코어 간의 누화가 멀티레벨 변조방식 신호를 이용한 전송시스템에서 전송 성능에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위하여, 시스템에서 허용가능한 누화의 최대치를 구해보았다. 도 3은 변조방식 별 누화에 따른 수신단에서의 OSNR 요구치이다. 누화가 증가할수록 수신단에서 OSNR이 높은 신호가 수신되어야 함을 볼수 있다. 하지만 광섬유의 비선형성 등으로 인해 수신단에서 얻을 수 있는 최대 OSNR이 한정되게 되는데, 이로 인해 허용가능한 코어 간의 누화의 최대치로 도출할 수 있다.

멀티코어 광섬유 설계는 두 가지 경우를 나눠서 생각해 보았다. 첫 번째는 1) 100km의 단거리 전송을 하는 경우이다. 16QAM 광신호를 사용하여 100km 전송을 하고자 할 때 허용 가능한 코어 간의 누화는 -14dB이다. QSPK 광신호를 사용할 때 허용 가능한 코어 간의 누화는 약 -8dB이다. 하지만 100km 같은 단거리 전송에는 64QAM 광신호의 사용이 적합하다. 따라서 64QAM 광신호도 전송이 가능케 하려면 허용 가능한 코어간의 누화는 -22.5dB 보다 작아야 한다. 결과적으로 100km 전송을 위한 멀티코어 광섬유를 설계할 때는 코어 간의 누화가 margin을 감안해 -25dB보다 크지 않도록 코어 간격을 설정하여야 한다. 이 값을 도 2의 결과와 종합하여 살펴보면 MCF A와 MCF B를 사용하였을 때 구현할 수 있는 최소한의 코어 간격을 얻을 수 있다. 먼저, 코어 간의 누화로 인해 제한되는 코어 간의 간격은 MCF A의 경우 약 39um 이며, MCF B의 경우 약 47um이다. 한편, 차단파장으로 인해 제한되는 코어 간의 간격은 MCF A의 경우는 약 30um 이며, MCF B의 경우 약 50um 이다. 이를 통해 MCF A는 차단파장보다는 코어 간의 누화로 인해 코어 간격이 제한되지만, MCF B는 차단파장이 코어 간격을 제한하는 더 큰 요인임을 확인할 수 있다. 이는 MCF B와 같이 유효면적이 큰 멀티코어 광섬유를 설계할 때는 중심에 위치한 코어의 차단파장이 코어들이 조밀히 배치된 경우에도 최대한 작도록 설계하는 것이 중요하다는 것을 의미한다.

멀티코어 광섬유를 설계하는 또 다른 방법은 2) 1000km 급 장거리 전송을 타겟으로 하는 것이다. 도 3에서 볼 수 있다시피 64QAM 변조방식을 사용하면 1000km 전송을 불가능 하므로 16QAM과 QSPK를 기준으로 살펴보아야 한다. 16QAM을 1000km 전송시키려면 허용 가능한 누화의 최대치는 -18dB이다. margin을 감안해 20dB보다 크지 않도록 코어 간격을 설정해 보았다. 코어 간의 누화로 인해 제한되는 코어 간의 간격은 MCF A의 경우 약 41um 이며, MCF B의 경우 약 48.5um이다. 한편, 차단파장으로 인해 제한되는 코어 간의 간격은 앞선 경우와 마찬가지로 MCF A의 경우는 약 30um 이며, MCF B의 경우 약 50um 이다.

위의 두 가지 결과를 종합하면 1) 100km 급 멀티코어 광섬유는 MCF B처럼 유효면적이 130um² 일 때, 코어 간의 간격은 50um 이상 되어야 하며, 2) 1000km 급 멀티코어 광섬유 역시 MCF B처럼 유효면적이 130um² 일 때, 코어 간의 간격이 50um이상 되어야 한다. 두 경우 모두 중심 코어의 차단파장이 코어들이 조밀하게 배치될수록 증가하기 때문에 50um라는 큰 값으로 코어 간격이 제한되었다. 이를 해결하기 위해서는 중심 코어의 차단파장을 낮출 필요가 있다.

일반적인 광섬유의 차단파장을 낮추는 방법은 크게 두 가지가 있다. 코어와 클래딩의 굴절률 차이를 줄이는 방법과 코어의 직경을 감소시키는 방법이다. 이 방법들은 빛의 대부분의 파워가 전달되는 코어 부분을 수정하는 것이므로 중심에 위치한 코어의 차단파장을 감소시키기 위해 해당 코어만 굴절률을 수정한다면 외곽 코어들간의 전송특성이 크게 달라질 수 있다. 뿐만 아니라 코어의 직경을 감소시키는 방법은 유효면적을 감소시키기 때문에 비선형성 억제에 불리하다.

따라서 본 발명에서는 중심에 위치한 코어를 진행하는 빛의 전송특성을 크게 변화시키지 않음과 동시에 차단파장을 감소시키기 위한 방법으로 중심 코어의 트렌치 깊이만 수정하였다. 도 4는 코어 별로 비균일한 트렌치의 깊이를 가지는 차단파장이 감소된 트렌치형 멀티코어 광섬유의 굴절률 프로파일을 나타낸다. 중심 코어의 트렌치 깊이는 외곽 코어의 트렌치 깊이보다 얕기 때문에 코어 간격이 줄어든 경우에도 기존의 균일한 트렌치의 깊이를 가지는 광섬유보다 상대적으로 중심 코어를 진행하는 빛의 집중도(confinement)가 약하게 된다. 이로 인해 차단파장이 감소할 수 있다.

도 5(a)는 MCF B와 인덱스 프로파일이 같되 트렌치 깊이 Δ₃만 -0.12 % 로 정의된 MCF C에 대해 코어 간의 간격에 따른 케이블 차단파장의 변화를 MCF A와 MCF B의 결과와 비교한 그래프이다. 1530nm 대역에서 단일모드 동작은 보장하기 위해서는 MCF C의 경우 약 32um 이상의 코어 간격이 필요함을 확인하였다. 이 값은 같은 유효면적을 가지는 MCF B는 약 50um으로 코어 간격이 제한됨을 빗대어 볼 때 상당히 공간효율을 높일 수 있음을 나타낸다.

도 5(b)은 트렌치 깊이를 얕게 함으로 인해 변화하는 코어 간의 누화를 나타낸다. 100 km 전송 후의 코어 간의 누화가 코어 간격에 따른 함수로 표현되었다. 거리에 따라 코어 간의 누화는 비례하여 증가하므로 1000km 전송 후의 결과는 도 5(b)의 결과의 10배 (10dB)만큼의 증가가 있다. MCF C를 사용하였을 때의 코어 간의 누화는 MCF B를 사용했을 때보다 약 4.8dB의 누화 감소가 있었다. 이는 중심에 위치한 코어의 트렌치 디자인이 외곽코어의 트렌치 디자인과 다르기 때문에 이로 인한 전달 상수(propagation constant)값이 서로 달라졌기 때문이다. 이 값은 서로 정확하게 같을 때 누화가 최대로 일어나고 값이 달라질수록 누화는 감소하게 된다.

도 5의 결과를 바탕으로 도 3의 결과와 종합해보면 MCF C를 사용했을 때 얻을 수 있는 공간효율과 MCF B를 사용했을 때 얻을 수 있는 공간효율을 비교할 수 있다. 먼저 1) 100km 급 멀티코어 광섬유를 고려해보면, 64QAM으로 변조된 광신호를 100km 전송하려고 할 때 MCF B를 사용하면 차단파장의 증가로 인해 코어 간격이 제한되므로 약 50um 이상의 코어 간격이 필요하다. 하지만 같은 신호를 MCF C를 사용하여 전송할 경우는 약 45um 이하의 코어 간격을 가진 광섬유로도 구현 가능하다. 이러한 이득은 신호를 장거리전송할 때에도 나타나는데, 16QAM으로 변조된 광신호를 1000km 전송하려고 할 때 MCF B를 사용하면 여전히 약 50um 이상의 코어 간격이 필요하지만 MCF C를 사용하면 47um이면 충분하다.

광섬유의 단면적 A는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

여기서, ∧는 코어 간격이며 C는 7-코어 광섬유일 때 각각 (4/3)²의 값을 갖는 상수이다.

코어 간의 간격이 50um에서 45um으로 감소되면 공간 효율이 약 ~19% 증가한다.

또한, 중심코어의 유효면적은 외곽 코어의 유효면적보다 오히려 크게 된다. 그 이유는 상대적으로 얕은 중심 코어 트렌치의 굴절률로 인해 빛의 중앙으로의 쏠림 현상이 약해지고 이로 인해 빔의 크기가 커지기 때문이다. 따라서 비선형성 현상이 외곽 코어와 마찬가지로 효과적으로 억제될 수 있다.

위와 같이 코어 간의 간격을 감소시키면 광섬유의 부피 및 무게가 감소하게 되고, 궁극적으로 광케이블에 더 많은 광섬유를 넣을 수 있기 때문에 공간부족 현상에 어려움을 겪는 데이터 센터 등의 공간을 효율적으로 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 상술한 실시예 외에도 멀티레벨 변조방식을 이용한 트렌치형 멀티코어 광섬유 시스템에 사용되는 신호의 변조 방식, 각 신호의 전송 속도나 파장 다중화 된 채널들 간의 간격 등에 따라 중심 코어의 트렌치 깊이의 변화가 가능하다. 이 때, 본 발명에 따른 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자는 본 발명에 따른 전송용량 증대에 적합한 차단파장이 감소된 멀티코어 광섬유 구조를 이용하여 광전송망의 변화에 충분히 반영시켜 적용할 수 있다고 판단되므로 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 코어별로 비균일한 트렌치를 가지는 차단파장이 감소된 트렌치형 멀티코어 광섬유의 구조에 관한 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

Claims (8)

1. 단면상 원형의 클래딩 중앙에 위치한 중심 코어;
   상기 중심 코어와 인접한 거리에서 일정 간격의 6각형 배열로 배치된 외곽 코어;
   상기 중심 코어를 둘러싼 중심 코어 트렌치 및
   상기 외곽 코어를 둘러싼 외곽 코어 트렌치를 포함하되,
   상기 중심 코어와 외곽 코어는 트렌치형 굴절률 프로파일을 가지며, 상기 중심 코어 트렌치 및 외곽 코어 트렌치를 제외한 부분에서 트렌치형 굴절률 프로파일이 균일하고, 상기 중심 코어와 외곽 코어 간의 간격이 균등하게 배치되는 것을 특징으로 하며,
   상기 클래딩은
   직경 d₄이 250um 이하로 형성되며,
   상기 중심 코어와 외곽 코어는 1530nm 이상의 파장에서 LP01 모드만을 수용하는 것을 특징으로 하는 트렌치형 멀티코어 광섬유.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 중심코어는
   직경 d₁가 12.0 um 내지 13.0um 사이 값을 가지고, 상대 굴절률 Δ₁이 0.2% 내지 0.3% 사이 값을 가지는 것을 특징으로 하는 트렌치형 멀티코어 광섬유.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 외곽 코어는
   직경 d₁가 12.0 um 내지 13.0um 사이의 값을 가지고, 상대 굴절률 Δ₁이 0.2% 내지 0.3% 사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 트렌치형 멀티코어 광섬유.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 외곽 코어 트렌치는
   외곽 코어를 둘러싼 상대 굴절률 Δ₂ 이 -0.5% 내지 -0.7%의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 트렌치형 멀티코어 광섬유.
   
5. 단면상 원형의 클래딩 중앙에 위치한 중심 코어;
   상기 중심 코어와 인접한 거리에서 일정 간격의 6각형 배열로 배치된 외곽 코어;
   상기 중심 코어를 둘러싼 중심 코어 트렌치 및
   상기 외곽 코어를 둘러싼 외곽 코어 트렌치를 포함하되,
   상기 중심 코어와 외곽 코어는 트렌치형 굴절률 프로파일을 가지며, 상기 중심 코어 트렌치 및 외곽 코어 트렌치를 제외한 부분에서 트렌치형 굴절률 프로파일이 균일하고, 상기 중심 코어와 외곽 코어 간의 간격이 균등하게 배치되는 것을 특징으로 하며,
   상기 중심 코어는
   직경 d₁가 12.0 um 내지 13.0um 사이 값을 가지고, 상대 굴절률 Δ₁이 0.2% 내지 0.3% 사이 값을 가지는 것을 특징으로 하고,
   상기 외곽 코어는
   직경 d₁가 12.0 um 내지 13.0um 사이의 값을 가지고, 상대 굴절률 Δ₁이 0.2% 내지 0.3% 사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하며,
   상기 외곽 코어 트렌치는
   외곽 코어를 둘러싼 상대 굴절률 Δ₂ 이 -0.5% 내지 -0.7%의 값을 가지는 것을 특징으로 하고,
   상기 중심 코어 트렌치는
   중심 코어를 둘러싼 상대 굴절률 Δ₃ 이 0.0% 내지 0.7%의 값을 가지고 상기 외곽 코어를 둘러싼 상대 굴절률 Δ₂ 보다 큰 것을 특징으로 하는 트렌치형 멀티코어 광섬유.
   
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 중심 코어와 외곽 코어의 유효면적이 1550nm 파장에서 100um² 이상인 것을 특징으로 하는 트렌치형 멀티코어 광섬유.
   
8. 제1항에 있어서,
   인접한 중심 코어와 외곽 코어 간의 간격 ∧이 모두 동일한 값을 가지며, 47 um 이하인 것을 특징으로 하는 트렌치형 멀티코어 광섬유.

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