KR101858459B1 - 개선된 성능 지수를 갖는 분산 보상 시스템 및 분산 보상 섬유 - Google Patents

개선된 성능 지수를 갖는 분산 보상 시스템 및 분산 보상 섬유 Download PDF

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Abstract

분산-보상 시스템 및 분산-보상 섬유는 개선된 성능지수와 유효 면적을 갖는다. 분산-보상 시스템은 광학 신호 송신을 위한 광학-도메인의 벌크 분산 보상을 제공하기 위한 벌크 분산-보상 모듈을 포함한다. 추가적으로, 시스템은 나머지 분산-보상을 더 포함할 수 있고, 이러한 나머지 분산-보상은 광학 신호의 진폭 및 위상의 코히어런트 검출에 후속하여 전기 도메인에서 수행될 수 있다. 분산-보상 섬유는 상향 도핑된 코어 영역; 하향 도핑된 트렌치; 상향 도핑된 링; 및 외부 클래딩을 포함하며, 높은 성능지수(FOM)를 갖도록 구성된다.

Description

개선된 성능 지수를 갖는 분산 보상 시스템 및 분산 보상 섬유{DISPERSION COMPENSATING SYSTEM AND DISPERSION COMPENSATING FIBER WITH IMPROVED FIGURE OF MERIT}
본 발명은 2010년 9월 3일 출원되었고 본 출원의 양수인이 소유한 미국 가특허출원 제61/379,739호를 우선권으로 주장한다.
본 발명은 일반적으로, 광섬유 디바이스들 및 관련된 방법들에 관한 것이고, 보다 상세하게는 개선된 분산 보상 시스템 및 개선된 성능 지수 및 유효 면적을 갖는 분산 보상 섬유에 관한 것이다.
전기 도메인에서 디지털 신호 처리를 수반하는 코히어런트 검출은 증가된 송신 레이트들을 갖는 송신 시스템들을 가능케 하는 기술로서 현재 연구되고 있다. 광학 진폭 및 위상이 모두 검출될 때, 분산 및 편광-모드 분산(PMD)과 같은 선형 손상은 전기 도메인에서 완전히 보상될 수 있다. 이러한 접근법은 분산-보상 섬유들(DCFs), 또는 유사 디바이스들을 사용하는 광학 분산 보상에 대한 필요성을 제거한다.
그러나, 분산 보상에 대한 전기 도메인 접근법의 알려진 단점들이 존재한다. 하나의 단점은, 대량의 분산에 대한 보상을 제공할 때, 전기 도메인의 분산 보상 시스템은 대량의 값비싼 디지털 신호 처리 집적 회로들(DSPs)과 함께 높은 전기 전력 소모를 필요로 한다. 따라서, 이러한 시스템들에서 분산 보상을 관리하기 위한 개선된 접근법에 대한 필요성이 존재한다.
다른 문제점은 주어진 섬유 또는 섬유 모듈에 의해 광 송신 시스템에 부가된 손실의 양을 정하기 위한 광 섬유 산업에서 공통적으로 사용되는 측정 기준인, "성능 지수"(FOM)이다. 일반적으로 말해, 광 섬유 모듈을 위한 FOM은 특정 주파수에서 그 섬유의 감쇠로 광 섬유의 분산의 수치 값을 나눔으로써 형성된 비율이다. 높은 성능 지수는, 분산-보상 섬유 모듈이 시스템에 적은 손실을 부가함을 의미한다.
또한, 큰 분산을 갖는 광 송신 섬유는 일반적으로 높은 유효 면적(Aeff)을 갖는다. 유효 면적(Aeff)은 FOM에 반비례한다. 따라서 큰 유효 면적들을 갖는 광 섬유들은 낮은 FOMs을 갖는 경향이 있다.
따라서, 섬유 설계자들에 대한 진행중인 문제점은 충분히 높은 FOM의 필요성에 대해 주어진 분산 특성을 달성하기 위하여 요구되는 유효 면적의 균형이다. 종래의 설계들은 FOM과 Aeff에 대해 다음의 값들을 나타내는 섬유들을 제공하였다.
FOM = 460 ps/(nm·dB); Aeff = 21 ㎛2 : M.Wandel 등, 유럽 광통신 전시회(ECOC) 2001의 회보, PD.A.1.4 및 미국특허 제6,490,398호;
FOM = 450 ps/(nm·dB); Aeff = 17 ㎛2 :M. Hirano 등, 국제 광통신 박람회(OFC/NFOEC) 2009의 회보, OWN5; 및
FOM = 477 ps/(nm·dB); Aeff = 70 ㎛2 :S. Ramachandran, Journal of LightWave Technology, pp3425, 2005.
이들 및 다른 문제점들은 본 발명에 의해 다루어지고, 본 발명의 양상들은 개선된 성능 지수 및 유효 면적을 갖는 분산-보상 시스템 및 분산-보상 섬유에 관한 것이다.
본 발명의 일 양상에 따라, 분산-보상 시스템은 광 신호 송신을 위한 광학 도메인의 벌크(bulk) 분산 보상을 제공하기 위한 벌크 분산-보상 모듈을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 "벌크 분산"은 시스템의 총 분산(파장 및 재질)의 과반수, 즉 적어도 50% 이상인 것으로 정의된다. 이러한 시스템은, 광 신호의 진폭 및 위상 모두의 코히어런트 검출에 뒤이어 전기 도메인에서 바람직하게 발생하는 나머지 분산 보상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 추가 양상에 따라, 분산-보상 섬유는 상향 도핑된 코어 영역; 하향 도핑된 트렌치; 상향 도핑된 링; 및 외부 클래딩;을 포함한다. 분산-보상 섬유는 높은 성능 지수를 갖도록 구성되는데, 이러한 성능 지수(FOM)는 다응의 수식에 의해 정의 된다;
Figure 112013027969708-pct00001
위 식에서 DDCF는 분산 계수이고, αDCF는 분산-보상 섬유의 감쇠 계수이다.
도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 분산-보상 시스템의 일반 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 송신 시스템의 도면.
도 3은 본 발명의 예시적인 실행에 따른 송신 시스템의 도면.
도 4는 본 발명의 일 실행에 따른 분산-보상 섬유(DCF)의 단면도.
도 5는 DCF를 위한 굴절률 프로파일을 도시하는 도면.
도 5a는 본 발명의 일 예시적인 실행에서 섬유 영역의 반지름들과 굴절률 차이들을 설명하는 표.
도 6은 DCF에 대한 C-대역에서 타깃 분산과 타깃 유효 면적(Aeff)을 도시하는 그래프.
도 7은 본 발명의 일 양상에 따라 벌크 분산-보상 모듈의 예시적인 구성을 도시하는 도면.
도 8은 모듈내의 스플라이스 손실들을 설명하는 표.
도 9는 모듈에 대한 측정된 삽입 손실을 도시하는 그래프.
도 10은 모듈에 대한 측정된 분산을 도시하는 그래프.
도 11은 모듈에 대한 측정된 다중경로 간섭(MPI)을 도시하는 그래프.
도 12는 모듈로부터 이루어진 측정들의 요약을 설명하는 표.
본 발명의 양상들은 코히어런트 검출 송신 시스템에서 사용하기 위한 분산-보상 모듈(DCM), 및 기술된 분산-보상 모듈에서 사용하기에 적합한 분산-보상 섬유(DCF)에 관한 것이다.
다른 알려진 모듈들과 비교하여 FOM에서 인자 5의 개선에 근접한 DCM은 다른 단일 모드의 높은 FOM DCF와 비교하여 유효 면적에서 4.5의 인자의 증가를 갖는 새로운 DCF를 사용하여 묘사된다. 특히, 가능케하는 기술은 LP02 또는 더 높은 모드에서 동작하는 작은-모드의 섬유를 포함한다. 다수의 모드들을 지지하는 섬유들은 간혹 개별 모드들의 상이한 전파 상수들에 기인한 다중 경로 간섭(MPI)을 통해 생성된 잡음과 관련된다. 그러나, 본 발명의 섬유가 단일 모드가 아니고, 모드 변환기가 모듈형 시스템 내에서 필요할 수 있을지라도, -37 dB의 낮은 MPI가 얻어졌다.
본 발명의 섬유를 사용하여, DCF 모듈을 만드는 것이 가능하고, 이러한 DCF 모듈은 10 dB 이하의 삽입 손실을 통해, 표준 단일 모드 섬유의 1000 km(17000 ps/nm의 총 분산)를 보상한다. 부가적으로, 증가된 유효 면적으로 인해 종래의 단일 모드 DCF 모듈을 사용하는 모듈과 비교하여 대략 6.5 dB 높은 전력을 DCF 모듈로 내보는 것이 가능하다.
본 발명의 DCF 모듈이 분산 기울기 보상을 제공하지 않고, 종래의 단일-모드 DCF 모듈과 비교하여 더 높은 PMD를 갖지만, 이는 코히어런트 검출과 디지털 신호 처리를 갖는 시스템들 내의 애플리케이션에 대한 문제는 아니다.
본 설명은 다음의 섹션들로 구성된다:
1. 개요
2. 이론적인 하부구조
3. 예시적인 분산-보상 섬유
4. 예시적인 벌크 분산-보상 모듈
5. 결론
1. 개요
도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 예시적인 분산-보상 시스템(10)의 일반도를 도시한다. 시스템(10)은 입력(101)으로서 광 송신 신호를 수신하고, 출력(102)으로서 분산-보상된 전기 송신 신호를 제공한다.
입력(101)은 벌크 분산-보상 모듈(DCM; 11)에 연결되고, DCM(11)은 광 도메인에서 벌크 분산 보상을 제공하도록 구성된다. 벌크 DCM(11)은 아래에 기술된 본 발명의 일 양상에 따른 1가닥의 분산-보상 섬유(DCM; 11)를 포함한다. 본 발명의 일 실행에 따라, DCF(111)은 고차 모드에서의 동작을 위해 구성된다. 본 발명의 다른 실행에서, DCF(111)는 단일-모드 동작, 즉 LP01 모드에서의 동작을 위해 구성된다. 도 1에 도시된 예에 있어서, DCF(11)는 LP02 모드에서의 동작을 위해 구성된다.
벌크 DCM(11)은 DCF(111)의 고차 모드로의 및 이로부터의 결합을 제공하기 위한 제 1 및 제 2 모드 변환기들(112 및 113)을 포함한다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 본 발명의 일 양상에 따라, 벌크 DCM(11)의 다양한 구성요소들의 상이한 모드필드(modefield) 직경들로부터 초래되는 스플라이스 손실을 감소시키기 위하여 브리지 섬유들이 선택적으로 사용될 수 있다.
벌크 DCM(11)은 디멀티플렉서(120)를 통한 개별적인 파장 분할 다중화(WDM) 채널들의 임의의 역다중화 이후에 배치된다. 벌크 DCM(111)은 나머지 DCM(12)에 연결될 수 있고, 나머지 DCM(12)은 오로지 나머지 분산을 위하여 전기 도메인에서 보상을 제공하도록 구성된다. 나머지 DCM(12)은 코히어런트 검출기(121)와 분산-보상 디지털 신호 처리기(DSP; 122)를 포함한다. 코히어런트 검출기(121)는 진폭과 위상 정보 모두를 포함하는 광 신호 송신의 완전한 전기 필드를 검출한다. DSP(122)는 PMD 보상을 포함하여 임의의 필요한 나머지 분산 보상을 수행하도록 프로그램된다.
벌크 DCM(11)이 이미 광 신호에 대한 벌크 분산 보상을 이미 제공하였기 때문에, 전기 도메인에서만 분산 보상이 제공되는 시스템과 비교하여 DSP로부터 상당히 더 적은 계산들이 요구된다. 결과적으로, 모든 분산 보상이 전기 도메인에서 이루어질 때와 비교하여, DSP는 크기와 구성요소들의 수에서 훨씬 더 작을 수 있어서, 전력 소비를 상당히 감소시킨다.
도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 다른 양상에 따라, DCF가 송신 시스템의 분산의 벌크 부분을 보상할지라도, DCF의 삽입 손실이 여전히 충분히 낮아, 최종 단말에서 오로지 하나의 증폭기에 의해 보상될 수 있도록, 충분히 높은 성능 지수(FOM)를 갖는 DCF가 사용된다. 이러한 구성은 인라인 DCF들이 없는 단순한 리피터들의 장점을 사용한다. 덧붙여, 하나의 DCF가 다중화된 송신 신호 내의 모든 채널들을 위한 벌크 보상을 제공하기 위하여 사용될 수 있는데, 왜냐하면 나머지 분산이 전기 도메인에서 보상되기 때문이다.
도 2는 코히어런트 검출 없이 시작 단말(21), 종료 단말(22) 및 이들 사이의 광 링크(23)를 포함하는, 종래 기술에 따른 송신 시스템(20)의 도면이다. 상이한 파장의 다수의 입력 채널들(211a-n)은 시작 단말(21)에 제공되고, 광 링크(23)로 내보내지는 단일의 광 신호로 다중화된다. 광 링크(23)는 단일-모드 송신 섬유(SMF; 231a-n)의 복수의 길이들을 포함한다. SMF의 각 길이는 분산-보상 섬유(DCF; 232a-n)의 대응하는 길이와 쌍을 이룬다. DCF는 SMF의 각 길이 사이에 제공되는 증폭기(233a-n)의 부분이다. 채널마다의 분산 보상에 대한 필요성을 감소시키기 위하여, 각 DCF(232a-n)는 바람직하게 보상 및 보상 기울기 모두에 대한 보상을 제공한다.
최종 단말(22)에서, 광 신호는 입력 채널들(211a-n)에 대응하는 별도의 출력 채널들(222a-n)로 역다중화된다. 각 출력 채널은 필요하다면 나머지 분산 보상을 제공하기 위한 각 분산-보상 모듈(DCM1-DCMn)을 선택적으로 구비할 수 있다. 모든 증폭기에서 인라인 분산 보상이 몇 가지 이유들로 인해 선호된다. 현재 알려진 DCM은 낮은 PMD와 함께 분산 및 분산 기울기 보상 모두를 포함하지만, 매우 높은 삽입 손실을 가져, 완전한 분산 보상이 오로지 단말에서만 이루어질 수 있다. 부가적으로, 코히어런트 검출을 사용하지 않는 현재의 송신 시스템들은 누적된 분산이 낮게 유지되는 것을 필요로 한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실행에 따른 송신 시스템(30)의 도면이다. 시스템(30)은 시작 단말(31), 최종 수신 단말(32) 및 이들 사이의 광 링크(33)를 포함한다. 상이한 파장들의 복수의 입력 채널들(311a-n)은 시작 단말(31)에 공급되어, 광 링크(33)로 보내지는 단일 광 신호로 다중화된다. 광 링크(33)는 단일 모드 송신 섬유(SMF; 331a-n)의 복수의 길이들을 포함한다. 증폭기(333a-n)는 SMF의 각 길이 사이에 제공된다. 벌크 분산 보상은 도 1에 도시된 유형(벌크 DCM(11))의 단일 분산-보상 시스템(DCM; 322)에 의해 제공된다. DCM(321)은, 송신된 신호의 개별 채널(321a-n)로의 역다중화에 앞서 최종 단말(32)에 위치한다. 나머지 분산 보상은 도 1에 도시된 유형(나머지 DCM(12))의 디지털 도메인의 나머지 분산-보상 모듈(DDR/DCMs; 323a-n)에 의해 개별 파장 채널들의 역다중화 이후에 이루어진다.
대안적으로, 상술한 수신기의 부분으로서 벌크 DCM(11)을 구현하는 대신에, 벌크 DCM(11)은 입력 단말(31)의 일부가 될 수 있고, 반면 나머지 전기 도메인 분산 보상(DCM(12))은 여전히 수신기에서 역다중화 이후에 수행된다. 추가 대안으로서, 벌크 DCM(11)은 두 부분, 즉 입력 단말(31)에서의 하나와, 출력 단말(32)에서의 하나로 분할될 수 있다.
벌크 분산 보상이 DCM(322)에 의해 제공되는 도 3에 도시된 유형의 시스템을 사용하여, 모든 분산 보상이 전기 도메인에서 수행되는 비교될만한 시스템과 비교하여 상당한 절약을 달성하는 것이 가능하다.
2. 이론적인 하부구조
이제, 코히어런트 검출 송신 시스템 내에서 광 도메인의 벌크 단말 보상을 제공하는데 사용하기 위해 적합한 분산-보상 섬유(DCF)에 대한 이론적인 하부구조가 제공된다. 이러한 DCF에 대한 요건들은 전형적인 인라인 DCF의 요건들과는 상이하다. 분산 기울기 보상은 요구되지 않는다. 덧붙여, 더 높은 PMD가 나머지 분산으로서 허용될 수 있고, PMD는 나머지 DCM내에서 DSP에 의해 쉽게 보상될 수 있다. 그러나, 다른 한 편으로, 낮은 손실에 대한 요건은 추가된 중요성을 가정한다. 모듈의 수는 에르븀-도핑된 섬유 증폭기(EDFA) 또는 유사 디바이스에 의해 보상될 수 있는 손실의 양(즉, 대략 10-20 dB)에 의해 표시된다. 주어진 DCM에 의해 도입된 손실이 이러한 양을 초과하면, 추가적인 구성요소들이 요구된다.
DCF 모듈의 총 손실(αM)dms 다음의 수학식 1에 기재된 바와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013027969708-pct00002
위 수학식에서 Dtot는 모듈의 총 분산이고, αD는 이산 손실들, 전형적으로 스플라이스와 커넥터 손실들의 합이다.
이전에 언급한 바와 같이, "성능 지수"(FOM)는 그 대안들에 대한 디바이스, 시스템 또는 방법의 성능을 특징짓지 위하여 사용되는 양이다. DCF에 대한 FOM은 본 명세서에서 다음의 수학식 2에 의해 한정된다:
Figure 112013027969708-pct00003
여기에서, DDCF는 분산 계수이고, αDCF는 DCF의 감쇠 계수이다.
DCF에 대해 지금까지 보고된 가장 높은 FOM은 대략 480 ps/(nm·dB)이다. LP01 모드를 사용하는 더 작은-모드 설계에서 - 1800 ps/(nm·dB)의 수치적으로 큰 분산 계수를 갖는 DCF가 보고되었다. 하지만, 이들 보고들은 감쇠 계수의 정확한 측정을 보고하지 않았고, 다중경로 간섭(MPI)의 추정을 제공하지 않았다.
아래에서 기술되는 바와 같이, 본 명세서에서 기술된 본 발명의 다양한 양상에 따라, 2000 ps/(nm·dB) 이상의 FOM을 갖는 분산-보상 섬유를 달성하는 것이 가능하였다.
3. 예시적인 DCF
따라서, 벌크 단말 보상을 위해 사용하기에 적합한, 본 발명의 일 양상에 따른 DCF가 이제 기술된다.
기술된 DCF는 LP02 모드를 사용하는 "작은-모드의" 섬유 설계를 사용한다. 일반적으로 말하면, "작은-모드의 섬유"(FMF)는, 멀티모드 섬유의 코어 직경보다 작지만, 단일-모드 섬유의 코어 직경보다 큰 코어 직경을 가져, 오로지 작은 모드들만이 섬유 코어 내에서 안내될 수 있는, 광 섬유이다.
단일-모드 설계와 비교하여, 작은-모드의 섬유 설계는 더 큰 설계 유연성을 허용한다. 더욱이, LP02 모드와 같은 선호되는 고차 모드는, 더 높은 분산 계수와 더 큰 유효 면적을 가능케 하는 기본적인 LP01 모드 대신에 전파 모드로서 사용된다. 더 큰 유효 면적은 DCF에 대한 더 높은 입력 전력을 허용하기 때문에 바람직하다. 기술된 DCF 설계는 90 ㎛2의 유효 면적과, - 37 dB의 MPI를 갖고, 2200 ps/(nm·dB)의 성능 지수를 통해, LP02 모드 내의 동작을 가능케 한다. 아래에서 기술되는 바와 같이, 이러한 DCF의 입력 및 출력상의 모드 변환기들은 연결 섬유들의 LP02 모드와 LP01 모드 사이에서 변환하기 위하여 사용된다.
도 4는 본 발명의 실행에 따른 DCF(40)의 단면을 도시하고, 도 5는 DCF(40)의 직경(D)를 가로질러 굴절률 프로파일(50)을 도시한다. DCF(40)는 실리카(SiO2) 등과 같은 적합한 광-투과 물질로 제작되고, 그들의 각 굴절률들로 특징지워지는 다음의 복수의 영역들을 생성하기 위하여 도핑된다(도 4 및 도 5 참조):
외부 반경(r0), 굴절률(n0), 및 굴절률 차이(Δn0 = n0 - n0 = 0)를 갖는 순수한 실리카의 외부 클래딩(400, 500);
외부 반경(r1), 굴절률(n1), 및 양의 굴절률 차이(Δn1 = n1 - n0)를 갖는 상향 도핑된 코어 영역(401, 501);
외부 반경(r2), 굴절률(n2), 및 음의 굴절률 차이(Δn2 = n2 - n0)를 갖는 하향 도핑된 트렌치(402, 502); 및
외부 반경(r3), 굴절률(n3), 및 양의 굴절률 차이(Δn3 = n3 - n0)를 갖는 상향 도핑된 링(403, 503).
도 5a는 DCF(40)의 코어와 클래딩 영역들을 위한 예시적인 반지름들과 굴절률 차이들(Δn)을 설명하는 표(51)를 도시한다.
표(51)에 도시된 바와 같이:
코어 영역(401)은 외부 반경(r1 = 4.5㎛)과 굴절률 차이(Δn1 = 35×10-3)를 갖고,
트렌치 영역(402)은 내측 반경(r1 = 4.5㎛); 외부 반경(r2= 6.1㎛);과 굴절률 차이(Δn2 = -10×10-3)를 갖고,
링(403)은 내측 반경(r2 = 6.1㎛); 외부 반경(r3= 13.0㎛);과 굴절률 차이(Δn3 = 4×10-3)를 갖고,
외부 클래드(400)는 내측 반경(r3 = 13.0㎛); 외부 반경(r4= 62.5㎛);과 굴절률 차이(Δn0 = 0)를 갖는다.
본 발명의 현재 기술된 예에 있어서, DCF(40)는 수정된 화학 증기 증착(MCVD) 기술에 의해 제작된 예비적 형성품으로부터 도시되었다. 코어(401, 501) 및 링(403, 503)은 산화 게르마늄(GeO2), 등과 같은 적합한 굴절율 상승 불순물로 도핑된다. 트렌치(402, 502)는 플루오르(F) 등과 같은 적합한 굴절율 저하 불순물로 도핑된다. 다른 기술들 및 물질들을 사용하여 본 발명의 양상들을 실행하는 것이 가능할 것임을 인식할 것이다.
도 4 및 도 5에 도시된 DCF 설계는 다음을 포함하는 다수의 상이한 요건들의 균형을 잡는다 :
(1) 분산 계수는 C-대역을 통해 너무 많은 변형 없이 가능한한 음이 되어야 하고;
(2) 감쇠 계수는 가능한한 낮아야 하고;
(3) 바람직한 전파 모드의 전파 상수는 모드 결합을 억압하기 위하여 다른 안내되는 모드들의 전파 상수와 충분히 상이해야 하고;
(4) 바람직한 전파 모드의 구부러짐-손실 민감도는 낮아야 하고; 및
(5) 긴 기간의 격자들(LPG)에 기초하여 광대역 모드 변환기들의 제작을 용이하게 하기 위하여, 위상 정합 곡선이 동작 파장 범위 내에서 전환점을 가져야 한다.
다른 모드 변환기들과 모드 변환 기술들이 사용된다면, 항목 (5)는 필요하지 않을 수 있음을 주목해야 한다. 모드 변환은 예컨대 위상 플레이트들, 공간 광 변조기들, 등의 사용을 통해 제공될 수 있다.
상기 요건들은 모드 DCF(40)에 대한 설계에 도달하는데 모두 고려되었다. 도 6은 DCF(40)에 대한 C-대역에서 타깃 분산(그래프(61))과 타깃 유효 면적(Aeff; 곡선(62))을 나타내는 그래프(60)를 도시한다.
4. 예시적인 벌크 분산-보상 모듈
도 7은 본 발명의 일 양상에 따라 조립된 벌크 분산-보상 모듈(DCM; 70)의 예시적인 구성을 나타내는 도면을 도시한다. 벌크 DCM(70)은 광학 도메인에서 광학 전송 입력(701)을 위한 벌크 분산 보상을 제공한다.
벌크 DCM(70)은 X가 이웃 성분들 사이의 스플라이스들을 나타내는 상태로 직렬로 연결된 다음의 성분들을 포함한다 :
제 1 길이의 표준 단일 모드 섬유(71)를 포함하는 입력 섬유:
입력 브리지 섬유(72);
위에서 기술된 유형의, 제 1 길이의 높은 차수 모드의 DCF(73)를 포함하고, 제 1의 장주기 격자(LPG; 731)가 기록되는, 입력 모드 변환기;
위에서 기술된 유형의, 제 2 길이의 높은 차수 모드의 DCF(74)를 포함하고, 섬유 길이는 의도된 송신 섬유의 분산과 반대되는 분산을 갖도록 구성되는, 벌크 분산-보상 섬유;
제 3 길이의 높은 차수 모드의 DCF(75)를 포함하고, 제 2 LPG(751)가 기록되는, 출력 모드 변환기;
출력 브리지 섬유(76); 및
제 2 길이의 표준 단일 모드의 섬유(77)을 포함하는 선택적인 출력 섬유.
일반적으로 말하면, HOM DCF(74)가, HOM DCF(73)과 HOM DCF(74) 사이의 스플라이스에서, 그리고 HOM DCF(74)과 HOM DCF(75) 사이의 스플라이스에서 스플라이스 손실 및 MPI를 최소화하기 위하여, HOM DCF들(73 및 75)과 동일하거나 이들에 밀접한 것이 바람직하다.
LPG들(731 및 751)은 진폭 마스크를 통해 DCF(40)의 UV-노출에 의해 구성되었다. 강한 격자들은 1540 nm에 중심을 둔 16nm 대역폭의 LP01와 LP02 사이에서 99% 이상의 결합 효율을 통해 획득되었다.
각각이 대략 2m의 길이를 갖는 입력 및 출력 브리지 섬유들(72, 76)이 각각 SSMF 입력 및 출력 섬유들(71, 77)을 HOM DCF(73, 75)에 접합하기 위하여 사용되었다. 입력 및 출력 브리지 섬유들(72, 76)은 각각 HOM 섬유의 LP01 모드에 부합하는 모드필드 직경을 갖는다.
위에서 논의된 바와 같이, 주어진 파장에서 벌크 분산-보상 모듈에 대한 FOM은 그 파장에서 분산 및 감쇠 사이의 비율이다. 따라서, 벌크 DCM(70)은 스플라이스 손실(도 8), 삽입 손실(도 9), 분산(도 10), 및 MPI(도 11)를 측정하기 위하여 다수의 시험을 겪었다. 덧붙여, 벌크 DCM(70)의 조합된 전체 감쇠는 광학 시간-도메인 반사계(OTDR)을 사용하여 측정되었다. 1550 nm에서 이들 측정들의 결과가 도 12의 표 120에서 설명된다.
도 8은 (1) SSMF(71, 77)와 브리지 섬유(72, 76) 사이에서; (2) 브리지 섬유(72, 76)와 HOM DCF(73, 75) 사이에서; 및 (3) HOM DCF(73, 75)와 HOM DCF(74) 사이에서 획득된 모듈(70; 도 7)로 스플라이스 손실들을 설명하는 표(80)를 도시한다. 99% 보다 큰 결합 효율이 0.04 dB 미만의 손실에 대응하기 때문에, 1.9 dB의 총 이산 손실이 얻어진다.
도 9는 HOM DCF 섬유의 2.1 km를 갖는 조립된 모듈에 대한 측정된 삽입 손실(트레이스(91))을 도시하는 그래프(90)이다. 1540 nm에서, 3.1 dB의 삽입 손실이 측정되었고, 1550 nm에서, 4.4 dB의 삽입 손실이 측정되었다. 광학 시간 도메인 반사계(OTDR)을 통해 섬유 감쇠가 1550 nm에서 0.58 dB/km로 측정되었다.
도 10은 도 6에 도시된 2.1 km 모듈(70)에 대한 측정된 분산(곡선(110))을 도시하는 그래프(100)이다. 예비적 형성품에 대해 측정된 굴절률 프로파일로부터 계산된 분산은 또한 기준(점들(120))에 대해 도시되었다. 측정된 분산과 예비적 형성품의 프로파일로부터의 시뮬레이션 사이의 상대적으로 양호한 합치가 존재하는 것이 관측된다. 그러나, 도 6의 타깃 분산 곡선(그래프(61))과 비교하면, 분산 곡선(110)은 더 긴 파장 및 약간 깊은 곳으로 약간 이동된다. 결과적으로, C-대역에 걸친 분산의 변동은 증가된다. 이것은 예비적 형성품의 프로파일의 작은 조정들을 통해 정정된다.
도 11은 모듈에 대해 측정된 다중경로 간섭(MPI; 트레이스(1103))을 도시하는 그래프(1100)이다. 모드 변환기들(도 7)에서 사용된 LPG(731)와 LPG(751)의 송신 스펙트럼은 또한 기준(트레이스(1101, 1102))에 대해 도시되었다. MPI는 150 kHz의 지정된 선폭을 갖는 동조 가능한 외부 공동 레이저로부터의 광을 모듈을 통해 송신하고, 레이저가 0.01 nm의 증분으로 스텝상승할 때 수신된 전력에서의 변동을 측정함으로써 측정되었다. MPI는 이후 다음의 수학식 3으로부터 계산될 수 있다.
Figure 112013027969708-pct00004
여기에서, σ는 2 nm 스캐닝 창을 통해 계산된 수신 전력의 표준편차이고, Pavg 는 스캐닝 2nm 창을 통한 평균 전력이다. LPG들의 송신 스펙트럼은 입력에서 LP01로부터 출력에서 LP01로의 송신들이다.
도 12는 시험 결과들의 요약을 설명하는 표(120)를 도시한다. 1550 nm에서의 FOM은 대략 2200으로, 즉 -1275(1550 nm에서의 분산)과 0.58(OTDR에 의해 측정된, 1550 nm에서의 감쇠) 사이의 비율의 절대값으로 계산되었다.
추가로, 표(120)에서, PMD는 파장 범위 1535-1545 nm에서 존스 행렬 방법을 사용하여 측정되었다. 코어의 비-원형을 줄이기 위하여 주의를 기울였고, 섬유를 뽑아내는 동안 섬유의 방적이 사용되었다 할지라도, PMD는 상당히 높다. 이것은 매우 높은 도파관 분산에 기인하고, 이는 심지어 매우 작은 비-원형성에서 조차 높은 PMD 값들을 초래한다. 그러나, 공정들을 추가로 최적화함으로써 PMD를 줄이는 것이 가능할 것이다.
5. 결론
위의 설명이 당업자가 본 발명을 실행하는 것을 가능케 할 상세사항들을 포함하지만, 이러한 설명은 성질상 예시적이고, 이의 많은 수정들 및 변형들은 이들 가르침들의 이익들 갖는 당업자에게는 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해서만 한정되고, 이러한 청구항들은 종래 기술에 의해 허용되는 만큼 넓게 해석되도록 의도된다.
10 : 분산-보상 시스템 11 : 광학 도메인의 벌크 DCM
12 : 디지털 도메인의 나머지 DCM 21,31 : 입력 단말
22,32 : 출력 단말 70 : 벌크 분산 보상 모듈
72 : 브리지 섬유 76 : 브리지 섬유
101 : 다중화된 광학 입력 102 : 전기 출력
121 : 코히어런트 검출기 122 : 디지털 신호 프로세서
701 : 입력 702 : 출력
731 : 모드 변환기 751 : 모드 변환기

Claims (20)

  1. 분산-보상 시스템으로서,
    높은 성능지수(figure of merit)를 갖는 분산-보상 섬유를 포함하고, 광학 신호 송신을 위한 광학-도메인의 벌크 분산 보상을 제공하기 위한 벌크 분산-보상 모듈(optical-domain bulk dispersion compensation)을 포함하고,
    상기 분산-보상 섬유는 90 ㎛2 이상의 유효 면적을 갖도록 구성되고,
    상기 성능지수(FOM)는 다음의 수학식
    Figure 112017103101716-pct00020
    에 의해 한정되고,
    DDCF는 분산 계수이고, αDCF는 분산-보상 섬유의 감쇠 계수이며,
    상기 성능지수는 2000 ps/(nm·dB)보다 크고,
    상기 광학 신호 송신을 위한 나머지 분산 보상은 코히어런트 검출 및 전기-도메인 분산 보상에 의해 제공되는, 분산-보상 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 분산-보상 섬유는 LP02 모드 또는 다른 고차 모드를 전파하도록 구성되는 수 가지 모드의 섬유인, 분산-보상 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    단일-모드 입력 섬유와 단일-모드 출력 섬유,
    상기 입력 섬유로부터의 송신 신호를, 분산-보상 섬유의 고차 전파 모드에의 결합을 제공하기 위한 입력 모드 변환기, 및
    상기 분산-보상의 고차 전파 모드로부터의 송신 신호를 상기 출력 섬유에의 결합을 제공하기 위한 출력 모드 변환기를 더 포함하는, 분산-보상 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 입력 모드 변환기와 상기 출력 모드 변환기 각각은, 장주기 격자(long-period grating)가 기록되는 고차 모드 분산 보상 섬유의 각각의 길이를 포함하는, 분산-보상 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 입력 섬유를 상기 입력 모드 변환기에 연결하기 위한 입력 브리지 섬유, 및
    상기 출력 섬유를 상기 출력 모드 변환기에 연결하기 위한 출력 브리지 섬유를 더 포함하고,
    상기 입력 및 출력 브리지 섬유들 각각은 분산-보상 섬유의 LP01 모드의 모드필드 직경과 일치하는 모드필드 직경을 갖는, 분산-보상 시스템.
  6. 분산-보상 섬유로서,
    상향-도핑된(up-doped) 코어 영역;
    하향-도핑된(down-doped) 트렌치;
    상향-도핑된 링; 및
    외부 클래딩을 포함하고,
    상기 분산-보상 섬유는 90 ㎛2 이상의 유효 면적을 갖도록 구성되고,
    상기 분산-보상 섬유는 높은 성능지수를 갖도록 구성되고, 상기 성능지수(FOM)는 다음의 수학식
    Figure 112017103101716-pct00019
    에 의해 한정되고,
    DDCF는 분산 계수이고, αDCF는 분산-보상 섬유의 감쇠 계수이며,
    상기 성능지수는 2000 ps/(nm·dB)보다 큰, 분산-보상 섬유.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 섬유는 LP02 모드, 또는 다른 고차 모드에서의 동작을 위해 구성되는 수 가지 모드의 섬유를 포함하는, 분산-보상 섬유.
  8. 분산-보상 모듈로서,
    제 6항의 1가닥의 분산-보상 섬유;
    상기 분산-보상 섬유의 입력에 결합된 입력 섬유; 및
    상기 분산-보상 섬유의 단부로부터 결합된 출력 섬유를 포함하는 분산-보상 모듈.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 입력 섬유 및 출력 섬유 각각은 각각의 길이의 단일-모드 섬유를 포함하고,
    상기 분산-보상 섬유는, 상기 입력 및 출력 섬유들을 상기 분산-보상 섬유의 고차 모드에 결합하기 위한 입력 및 출력 모드 변환기들을 더 포함하는, 분산-보상 모듈.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 입력 및 출력 모드 변환기들은 각각의 길이의 고차 모드 분산-보상 섬유에 기록되는 장주기 격자들을 포함하는, 분산-보상 모듈.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 입력을 상기 입력 모드 변환기에 연결하기 위한 입력 브리지 섬유; 및
    상기 출력을 상기 출력 모드 변환기에 연결하기 위한 출력 브리지 섬유를 더 포함하고,
    상기 입력 및 출력 브리지 섬유들은 상기 분산-보상 섬유의 기본 모드의 모드필드 직경과 동일한 각각의 모드필드 직경들을 갖는, 분산-보상 모듈.
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