KR101908735B1 - 단일 모드 광 섬유 - Google Patents
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Abstract
단일 모드 광 섬유는, 중심에서 주변부 쪽으로,
- 반경(a) 및 -0.5.10-3 내지 0.5.10-3의 외부 클래딩(Dncl)과의 굴절률 차이(Dn1)를 갖는 코어;
- 반경(rring1) 및 외부 클래딩과의 굴절률 차이(Dninner)를 갖는 내부 함몰형 클래딩;
- 21㎛ 내지 35㎛의 내부 반경(rring1), 외부 반경(rring2) 및 -0.5.10-3 내지 0.5.10-3의 외부 클래딩과의 굴절률 차이(Dnring)를 갖는 고리;
- 반경(rout) 및 외부 클래딩과의 굴절률 차이(Dnout)를 갖는 외부 함몰형 클래딩을 포함한다.
섬유는 고리의 폭(wring)에 대한 코어의 체적의 비가 0.12㎛ 내지 0.2㎛이고, 외부 함몰형 클래딩은 15㎛2 내지 30㎛2의 체적을 가진다.
증가된 용량을 갖는 저비용 모재가 획득될 수 있다.
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증가된 용량을 갖는 저비용 모재가 획득될 수 있다.
Description
본 발명은 광 섬유 전송 분야에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 단일 모드 광 섬유(single mode optical fiber, SMF)에 관한 것이다. 본 발명은 감소된 감쇠를 갖는 단일 모드 광 섬유 및 증가된 용량을 갖는 이러한 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.
광 섬유의 경우, 굴절률 프로파일은 일반적으로 굴절률을 광 섬유의 반경과 연관시키는 함수의 그래프의 모양에 따라 분류된다. 표준의 방식에서, 광 섬유의 중심으로부터의 거리 r은 x-축 상에 나타내어져 있고, y-축 상에는, 굴절률과 광 섬유 클래딩의 굴절률 사이의 차이가 나타내어져 있다. 이들 곡선은 일반적으로 광 섬유의 이론적 또는 설정된 프로파일을 나타내는 반면, 광 섬유의 제조 제약조건으로 인해 약간 상이한 프로파일이 얻어질 수 있다. 광 섬유는 종래에 광 신호를 전송하고 어쩌면 증폭하는 기능을 하는 광 코어(optical core), 및 광 신호를 코어 내로 한정시키는 기능을 하는 광 클래딩(optical cladding)으로 이루어져 있다. 이를 위해, 코어의 굴절률 nc 및 외부 클래딩의 굴절률 ng는 nc>ng이도록 되어 있다.
계단형 굴절률 섬유(Step-index fibre)[SMF(“Single Mode Fibre, 단일 모드 섬유”)라고도 함]는 전형적으로 광 섬유 전송 시스템에 대한 회선 섬유(line fibre)로서 사용된다. 이들 광 섬유는 특정의 통신 표준에 부합하는 색 분산(chromatic dispersion) 및 색 분산 기울기(chromatic dispersion slope)는 물론, 표준화된 차단 파장(cut-off wavelength) 및 유효 면적 값을 가진다.
상이한 제조업체로부터의 광학 시스템들 간의 호환성의 필요성에 따라, ITU(International Telecommunication Union)는 참고 자료 ITU-T G.652라고 하는 표준을 정의하였으며, SSMF(Standard Single Mode Fibre)라고 하는 표준 광 통신은 이를 준수해야만 한다.
그 중에서도 특히, G.652 표준은, 전송 섬유에 대해, 1310㎚의 파장에서 MFD(Mode Field Diameter)에 대한 범위 [8.6; 9.5㎛]; 케이블 차단 파장의 값에 대한 1260㎚의 최대값; 영 분산 파장(λ0로 표시됨)의 값에 대한 범위 [1300; 1324 nm]; 색 분산 기울기의 값에 대한 0.092 ps/nm²-㎞의 최대값을 추천하고 있다. 표준의 방식에서, 케이블 차단 파장은, 표준 IEC 60793-1-44에서 IEC(International Electrotechnical Commission)의 분과위원회 86A에 의해 정의된 바와 같이, 광 신호가 20 미터의 광 섬유를 전파한 후에 더 이상 단일 모드가 아닌 파장으로서 측정된다.
ITU(International Telecommunication Union)는 광 섬유의 다양한 응용에 관련된 추가의 표준을 정의하였다. ITU-T G.654.B 표준은 그 중에서도 1530㎚ 미만의 케이블 차단 파장 λcc, 1550㎚에서 9.5㎛ 내지 13.0㎛의 모드 직경(mode diameter), 1550㎚에서 22 ps/nm-㎞ 미만의 색 분산 및 0.070 ps/nm²-㎞ 미만의 분산 기울기, 및 30㎜의 곡률 반경에 대해 1625㎚에서 0.5 dB 미만의 굽힘 손실을 추천하고 있다. ITU-T G.654.C 표준은 그 중에서도 1530㎚ 미만의 케이블 차단 파장 λcc, 1550㎚에서 9.5㎛ 내지 10.5㎛의 모드 직경, 1550㎚에서 20 ps/nm-㎞ 미만의 색 분산 및 0.070 ps/nm²-㎞ 미만의 분산 기울기, 및 30㎜의 곡률 반경에 대해 1625㎚에서 0.5 dB 미만의 굽힘 손실을 추천하고 있다.
순수 실리카 코어를 갖는 섬유도 역시 공지되어 있으며, PSCF(Pure Silica Core Fiber, 순수 실리카 코어 섬유)라고 불리운다. PSCF의 코어에 도펀트가 없는 것은 광 손실을 제한할 수 있고 특히 1550㎚의 파장에서 감쇠를 제한할 수 있다. PSCF는 따라서 종래에 굴절률을 감소시키기 위해 불소로 도핑된 실리카로 된 클래딩을 가진다.
공지된 방식 자체에서, 광 섬유는 섬유 인발 타워(fiber-drawing tower)에서 모재를 인발함으로써 제조된다. 모재는, 예를 들어, 광 섬유의 클래딩 및 코어의 일부분을 구성하는 초고품질 유리 튜브로 이루어진 1차 모재(primary preform)를 포함한다. 이 1차 모재는 이어서 그의 직경을 증가시키고 섬유 인발 타워에서 사용될 수 있는 모재를 형성하기 위해 오버 클래딩 또는 슬리빙된다. 스케일링된 섬유 인발 동작은 모재를 타워에 수직으로 위치시키는 것 및 섬유 가닥(fiber strand)을 모재의 단부로부터 인발하는 것으로 이루어져 있다. 이것을 위해, 실리카가 연화될 때까지 모재의 한쪽 단부에 국소적으로 고온이 가해지고; 섬유 인발 속도 및 온도가 이어서 섬유 인발 동안 영속적으로 모니터링되는데, 그 이유는 이들이 광 섬유의 직경을 결정하기 때문이다. 모재의 기하학적 구조는, 인발된 섬유가 요구된 프로파일을 갖도록, 광 섬유의 굴절률의 비 및 코어와 클래딩 직경의 비를 완벽하게 준수해야만 한다.
1차 모재는 광 섬유의 코어 및 내부 클래딩을 형성하기 위해 하나 이상의 도핑된 및/또는 비도핑된 실리카 층이 증착되어 있는 기판 튜브(일반적으로 석영으로 되어 있음)로 이루어져 있을 수 있다. 기판 튜브 내부에서의 증착 기법은 MCVD(Modified Chemical Vapor Deposition, 수정된 화학 기상 증착법), FCVD(Furnace Chemical Vapor Deposition, 노 화학 기상 증착법) 또는 PCVD(Plasma Chemical Vapor Deposition, 플라즈마 화학 기상 증착법)를 포함한다. 코어 및 내부 클래딩에 대응하는 층을 증착한 후에, 튜브는 콜랩싱(collapsing)이라고 하는 동작 동안 폐관된다.
성분 증착은 흔히 "도핑"이라는 표현으로 말해진다(즉, 실리카의 굴절률을 변화시키기 위해 실리카에 "도펀트"가 첨가된다). 따라서, 게르마늄(Ge) 또는 인(P)은 실리카의 굴절률을 증가시키고, 이들은 종종 광 섬유의 중심 코어를 도핑하는 데 사용된다. 게다가, 불소(F) 또는 붕소(B)는 실리카의 굴절률을 저하시키고, 불소는 종종 함몰형 클래딩을 형성하는 데 사용된다.
고도로 함몰된 대형 클래딩(highly and large depressed cladding)을 갖는 1차 모재를 제조하는 것은 어려운 일이다. 실제로, 불소는, 예를 들어, 특정의 온도를 넘는 가열된 실리카에 잘 포함되지 않는 반면, 유리를 제조하는 데는 고온이 필요하다. 증착 튜브 내에 함몰형 클래딩을 생성하는 데 PCVD 기법이 효율적으로 사용될 수 있다. 이러한 제조 기법은 문서 US RE 30,635 및 US 4,314,833에 기술되어 있으며, 이는 고도로 함몰된 클래딩을 형성하기 위해 불소가 실리카에 상당히 포함될 수 있게 해준다. 순수 실리카 또는 불소로 도핑된 실리카로 이루어진 증착 튜브가 제공되고 유리 제조 타워에 장착된다. 튜브가 이어서 회전되기 시작하고, 실리카와 도펀트의 기체 혼합물이 튜브 내로 주입된다. 튜브는 기체 혼합물이 국소적으로 가열되는 마이크로파 캐비티를 가로지른다. 마이크로파 가열은 튜브에 주입된 기체의 이온화에 의한 플라즈마를 발생하고, 이온화된 도펀트는 실리카 입자와 고도로 반응하여, 튜브 내에 도핑된 실리카 층의 증착을 야기한다. 마이크로파 가열에 의해 발생된 도펀트의 높은 반응성은 높은 농도의 도펀트가 실리카 층에 포함될 수 있게 해준다.
도 1은 종래의 PSCF의 설정된 굴절률 프로파일을 나타낸 것이다. 도 1의 굴절률 프로파일은 반경 a 및 실리카의 굴절률에 대응하는 굴절률 Dn1의 중심 코어와, 외부 반경 rout 및 굴절률 Dninner의 함몰형 클래딩을 나타낸 것이다. "함몰형 클래딩"이라는 표현이 사용되는 이유는 굴절률 Dninner이 1차 모재의 오버클래딩 또는 슬리빙에 의해 획득되는 외부 클래딩의 굴절률 Dncl 미만이기 때문이다. 이 외부 클래딩은 일반적으로 순수 실리카 유리로 이루어져 있고, PSCF에서의 중심 코어와 실질적으로 동일한 굴절률을 가진다. 전형적으로, 코어 및 내부 클래딩은 기판 튜브 내부에 증착에 의해 제조되고, 외부 클래딩은 1차 모재를 제조하는 데 사용되는 기판 튜브 및 요청된 직경 비에 도달하는 데 사용되는 오버 클래드(over clad) 또는 슬리브(sleeve)로 이루어져 있다.
중심 코어와 실질적으로 동일한 굴절률을 갖는 외부 클래딩을 갖는 상기한 구조에서, 기본 모드 LP01이 완전히 안내되지는 않고 누설이라고 하는 부가의 손실을 나타낸다. 이 누설 손실을 최소화하기 위해, 외부 순수 실리카 클래딩에서 전파하는 에너지의 퍼센트가 감소되어야만 한다. 불소-도핑된 내부 클래딩의 외부 반경과 코어의 반경 사이의 비(rout/a)가 따라서 충분히 높아야만 한다; 즉, 내부 함몰형 클래딩 실리카가 적어도 임계 반경 rout - 그의 값이 코어 반경 및 코어 굴절률 Dn1과 내부 클래딩의 굴절률 Dncl1 사이의 굴절률 차이에 의존함 - 까지 뻗어 있어야만 하고; SMF에 대해, 8 이상인 함몰형 클래딩의 반경과 코어의 반경 사이의 비(rout/a >8)가 중심 코어에서의 광 신호의 양호한 구속 및 타당한 수준의 누설 손실을 보장하는 것으로 생각된다.
EP-A-2 312 350은 LP01 모드의 누설 손실을 제한하기 위해 그리고 기판 튜브가 중심 코어에 더 가까울 수 있게 해주기 위해 함몰형 클래딩에 트렌치를 제공하는 것을 제안하고 있다. 이 해결책이 도 1에서 점선으로 나타내어져 있다. 내부 반경 b와 외부 반경 c 및 굴절률 Dn3의 트렌치가 함몰형 클래딩 내에 제공된다. 함몰형 클래딩은 그러면 외부 반경 b 및 굴절률 Dn2를 갖는 코어에 인접한 제1 부분, 및 내부 반경 c 및 굴절률 Dninner를 갖는 기판 튜브에 인접한 제2 부분을 가진다. 그렇지만, 기판 튜브의 내부 반경 rout이 전파 특성에 악영향을 주지 않고 섬유 상에서 30㎛ 미만으로 쉽게 감소될 수 없다.
MCVD, FCVD 및 PCVD 기법이 양품의 코어 및 고도로 함몰된 큰 내부 클래딩을 획득하는 데 만족스럽지만, 대용량 모재가 원해질 때는 항상 비용이 많이 든다. 특히, CVD 기법의 사용은 OH 피크로 인한 감쇠, 특히 1383㎚에서의 감쇠를 제한할 수 있게 해준다.
모재의 용량은 이 모재로부터 인발될 수 있는 광 섬유 길이의 양으로서 정의된다. 모재의 직경이 클수록, 이 용량이 크다. 제조 비용을 감소시키기 위해, 하나의 동일한 모재로부터 인발되는 선형 섬유의 긴 길이를 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 중심 코어 및 함몰형 내부 클래딩의 직경에 관한 상기한 제약조건과 부합하면서 큰 직경의 모제를 제조하는 것이 요망된다.
US-A-2008/0031582 또는 US-A-5 044 724는 1차 모재를 제조하기 위해 불소-도핑된 증착 튜브를 사용하는 것을 개시하고 있다. 이 해결책은 튜브 내부에 증착된 불소-도핑된 층의 양을 제한할 수 있게 해준다. WO-A-2010/003856은 POD(Plasma Outside Deposition, 플라즈마 외부 증착) 또는 OVD에 의해 불소-도핑된 튜브의 제조를 개시하고 있다.
불소-도핑된 증착 튜브가 사용될 때, 1차 모재의 함몰형 클래딩은 내부 증착형 클래딩 및 튜브 자체로 이루어져 있다. 함몰형 클래딩의 반경과 코어의 반경 사이의 비는 따라서 증가될 수 있으면서 튜브 내부에서의 증착의 양을 제한할 수 있다. 그렇지만, 이 해결책은 마스터링하기 어려운데, 그 이유는 불소-도핑된 튜브가 비도핑된 실리카 튜브 대신에 사용될 때 증착 조건이 변하기 때문이다.
US-A-2007/0003198은 Ge-도핑된 코어 영역을 구성하는 봉(rod)이 VAD 또는 OVD에 의해 제조되고 클래딩 영역이 MCVD에 의해 튜브 내부에 증착되는 하이브리드 공정을 개시하고 있다. 코어 봉 및 MCVD 클래딩 튜브가 이어서 튜브내 봉 삽입(rod-in tube) 기법을 사용하여 조립된다. 그렇지만, 이 문서에 개시된 광 섬유는 순수 실리카 코어를 갖지 않고 VAD 또는 OVD 기법의 사용에 관련된 1385㎚에서의 본질적인 감쇠 문제를 나타낸다.
EP-A-2 003 476은 고리의 굴절률이 중심 코어의 굴절률에 가까운 고리-보조 프로파일(ring-assisted profile)을 개시하고 있다. 이 문서는 고리가 그의 모드를 중심 코어의 고차 모드와 공진 결합하도록 설계되어 있는 것을 개시하고 있다. 이러한 섬유 프로파일은 중심 코어의 고차 모드가 전파하지 못하게 하고 궁극적으로 기본 모드의 굽힘 손실을 향상시킨다. 이들 프로파일은 순수 실리카 코어 섬유에 최적화되어 있지 않다.
본 발명은, LP01 모드의 누설 손실을 증가시키는 일 없이 그리고 광 섬유의 다른 전파 특성을 열화시키는 일 없이, 기판 튜브 내부에 증착된 F-도핑된 내부 클래딩을 감소시키기 위한 것이다.
이 목적은, 중심에서 주변부 쪽으로, 코어, 내부 함몰형 클래딩(inner depressed cladding), 고리, 외부 함몰형 클래딩(outer depressed cladding) 및 외부 클래딩을 포함하는 단일 모드 광 섬유(single mode optical fiber)에 의해 달성되고,
- 코어는 반경 및 -0.5.10-3 내지 0.5.10-3의 외부 클래딩과의 굴절률 차이를 갖고;
- 내부 함몰형 클래딩은 반경 및 외부 클래딩과의 굴절률 차이를 가지며;
- 고리는 21㎛ 내지 35㎛, 바람직하게는 24㎛ 내지 35㎛의 내부 반경, 외부 반경 및 -0.5.10-3 내지 0.5.10-3의 외부 클래딩과의 굴절률 차이를 갖고;
- 외부 함몰형 클래딩은 반경 및 외부 클래딩과의 굴절률 차이를 가지며;
- 고리의 폭에 대한 코어의 체적의 비는 0.12㎛ 내지 0.2㎛이고;
- 외부 함몰형 클래딩은 15㎛2 내지 30㎛2의 체적을 가진다.
실시예에 따르면, 본 발명의 섬유는 하기의 특징 중 하나 이상으르 가질 수 있다:
- 코어는 3.5㎛ 내지 7.5㎛의 반경을 갖고;
- 내부 함몰형 클래딩은 -6.10-3 내지 -2.7.10-3의 외부 클래딩과의 굴절률 차이를 가지며;
- 외부 함몰형 클래딩은 -6.10-3 내지 -2.10-3의 외부 클래딩과의 굴절률 차이를 갖고;
- 외부 함몰형 클래딩은 -2.10-3 내지 2.10-3의 내부 함몰형 클래딩과의 굴절률 차이를 가지며;
- 고리의 내부 반경 대 코어의 반경의 비는 2.5 내지 8이고;
- 외부 함몰형 클래딩은 17㎛2 내지 25㎛2의 체적을 가지며;
- 섬유는 내부 함몰형 내부 클래딩에 제공된 트렌치를 추가로 포함하고, 상기 트렌치는 외부 클래딩과의 굴절률 차이, 내부 반경 및 내부 함몰형 클래딩의 반경 미만인 외부 반경을 가지며;
- 코어 및/또는 고리는 순수 실리카로 이루어져 있고;
- 누설 손실(leakage loss)이 1550nm에서 0.005 dB/㎞ 미만이며;
- 케이블 차단 파장(cable cut-off wavelength)이 1550㎚ 미만, 바람직하게는 1530㎚ 미만, 더욱 바람직하게는 1260㎚ 미만이고;
- 10㎜ 반경에서의 굽힘 손실(bend loss)이 1550㎚에서 5 dB/m 미만이고 1625㎚에서 10 dB/m 미만이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 광 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이며, 이 방법은
- 증착 튜브(deposition tube)를 제공하는 단계;
- 코어 및 내부 함몰형 클래딩을 구성하기 위해 증착 튜브 내부에 층의 증착을 수행하는 단계 - 증착 튜브는 고리를 구성함 -;
- 제2 함몰형 클래딩을 제공하는 단계;
- 외부 클래딩을 제공함으로써 광 섬유 모재(optical preform)를 제공하는 단계; 및
- 모재의 제1 단부를 가열함으로써 섬유를 인발(drawing)하는 단계를 포함한다.
실시예에 따르면, 이 방법은 증착 튜브를 부분적으로 제거하는 단계를 추가로 포함한다.
실시예에 따르면, 제2 함몰형 클래딩은 도핑된 튜브에 의한 슬리빙(sleeving), 도핑된 실리카에 의한 오버 클래딩(over cladding), 도핑된 실리카에 의한 외부 증착(outside deposition) 중 하나로 제조된다.
첨부 도면을 참조하여 일례로서 주어진 본 발명의 실시예에 대한 이하의 설명을 읽어보면 본 발명의 다른 특성 및 이점이 명백하게 될 것이다.
도 1은 앞서 기술한, 종래 기술에 따른 PSCF의 설정된 굴절률 프로파일을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 섬유의 설정된 굴절률 프로파일을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 섬유의 설정된 굴절률 프로파일을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 섬유를 획득하기 위한 제조 방법을 나타낸 도면.
도 1은 앞서 기술한, 종래 기술에 따른 PSCF의 설정된 굴절률 프로파일을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 섬유의 설정된 굴절률 프로파일을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 섬유의 설정된 굴절률 프로파일을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 섬유를 획득하기 위한 제조 방법을 나타낸 도면.
본 발명은 낮은 전송 손실을 가지며 전파 특성을 열화시키는 일 없이 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 단일 모드 섬유에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 게르마늄 도핑이 수반될 때 감쇠, 특히 1550㎚에서의 감쇠를 제한하기 위해, 순수 실리카 코어 섬유 - 또는 약간 도핑된 실리카 코어 - 를 가지는 섬유를 제안한다. 본 발명은 OH 피크로 인한 감쇠, 특히 1383㎚에서의 감쇠를 제한하기 위해 증착 튜브 내부에 CVD에 의해 코어 및 내부 함몰형 클래딩을 제조하는 것을 제안한다. 외부 함몰형 클래딩이 고리로서 역할하게 될 기판 튜브 주변에 추가된다. 이러한 구성은 기판 튜브 내부에 증착되는 함몰된 내부 클래딩의 폭을 감소시키고 이 기판 튜브를 중심 코어에 훨씬 더 가깝게 둘 수 있게 해주며, 이는 훨씬 더 낮은 제조 비용을 가져온다. 기본 LP01 모드의 누설 손실을 최소화(<0.005dB/㎞)하면서 고차 LP11 모드의 누설 손실을 충분히 높게 유지하여 G.654에 부합하는 케이블 차단 파장을 보장하기 위해 고리의 위치 및 치수가 주의깊게 선택된다. 고리는 또한 굽힘 손실을 감소시키면서 다른 전파 특성을 그대로 유지할 수 있게 해준다.
도 2는 본 발명에 따른 섬유의 굴절률 프로파일을 나타낸 것이다. 본 발명의 단일 모드 섬유는, 중심에서 주변부 쪽으로, 코어, 내부 함몰형 클래딩, 고리, 외부 함몰형 클래딩 및 외부 클래딩을 포함한다. 외부 클래딩은 굴절률 Dncl을 가진다. 외부 클래딩은 순수 - 비도핑된 - 실리카 또는 약간 도핑된 실리카일 수 있다.
코어는 3.5㎛ 내지 7.5㎛의 반경, 및 -0.5.10-3 내지 0.5.10-3의 외부 클래딩과의 굴절률 차이 Dn1을 가진다. 코어를 약간 도핑하는 것 - 또는 심지어 전혀 도핑하지 않는 것-은 1550㎚에서 제한된 감쇠를 보장해준다. 코어의 굴절률 값은 수소 내성(hydrogen resistance)을 향상시키기 위해, 특히 OH 피크로 인한 1383㎚에서의 감쇠를 감소시키기 위해 코도핑(co-doping)으로부터 얻어질 수 있다.
내부 함몰형 클래딩은 21㎛ 내지 35㎛ - 바람직하게는 24㎛ 내지 35㎛ - 의 내부 반경 rring1, 및 -6.10-3 내지 -2.7.10-3의 외부 클래딩 Dncl과의 굴절률 차이 Dninner를 갖는다. 내부 함몰형 클래딩의 작은 반경은 - 도 1의 종래 기술의 내부 함몰형 클래딩의 반경과 비교하여 - CVD에 의한 제한된 증착 및 원가 관리를 보장해준다. 또한, 이 반경은 너무 작아서는 안되며, 그렇지 않은 경우 누설 손실이 너무 크다. 특히, 중심 코어에서의 광 신호의 양호한 구속 및 타당한 수준의 누설 손실을 보장하기 위해, 코어의 반경에 대한 내부 함몰형 클래딩의 반경의 비(rring1/a)는 2.5 내지 8이고, 더욱 바람직하게는 3.5 내지 7이다 - 이는 SMF에 대한 전형적인 요구사항(rout/a >8)보다 작음 -.
고리는 21㎛ 내지 35㎛의 내부 반경 rring1(내부 함몰형 클래딩의 단부), 외부 반경 rring2 및 -0.5.10-3 내지 0.5.10-3의 외부 클래딩 Dncl과의 굴절률 차이 Dnring을 가진다.
외부 함몰형 클래딩은 내부 반경 rring2(고리의 단부), 외부 반경 rout 및 -6.10-3 내지 -2.10-3의 외부 클래딩 Dncl과의 굴절률 차이 Dnout을 가진다.
도 3에 예시된 실시예에 따르면, LP01 모드의 누설 손실을 추가로 제한하기 위해 트렌치가 내부 함몰형 내부 클래딩에 제공될 수 있다. 트렌치는 내부 반경 b와 외부 반경 c 및 외부 클래딩 Dncl과의 굴절률 차이 Dn3를 가진다. 함몰형 내부 클래딩은 그러면 외부 반경 b 및 굴절률 Dn2를 갖는 코어에 인접한 제1 부분, 및 내부 반경 c 및 굴절률 Dninner를 갖는 고리에 인접한 제2 부분을 가진다.
주어진 모드 필드 직경(mode field diameter)에 대해 낮은 누설 손실, 낮은 차단 파장 및 작은 함몰형 내부 클래딩 사이의 가장 가능한 절충을 보장하기 위해 고리의 위치 및 치수가 주의깊게 선택된다. 섬유가 여전히 G.652 또는 G.654 표준의 대부분의 요구사항에 부합하도록 하기 위해 고리의 위치 및 치수가 주의깊게 선택될 수 있다.
특히, 고리의 폭(wring= Rring2 - Rring1)에 대한 코어의 체적(
)의 비는 0.12㎛ 내지 0.2㎛이다.
주어진 모드 필드 직경에 대해 낮은 누설 손실, 낮은 차단 파장 및 작은 함몰형 내부 클래딩 사이의 가장 가능한 절충을 보장하기 위해 외부 함몰형 클래딩의 위치 및 치수도 역시 주의깊게 선택된다. 섬유가 여전히 G.652 또는 G.654 표준의 대부분의 요구사항에 부합하도록 하기 위해 고리의 위치 및 치수가 주의깊게 선택될 수 있다.
특히, 외부 함몰형 클래딩의 체적(
)은 15㎛2 내지 30㎛2이고, 더욱 바람직하게는 17㎛2 내지 25 ㎛2이다.
외부 함몰형 클래딩의 체적 Vout 및 고리의 폭에 대한 코어의 체적의 비(Vcore/wring)는 전파 특성이 열화되지 않도록 해주고, 특히 누설 손실이 1550㎚에서 0.005 dB/㎞ 미만이고, 케이블 차단 파장 λcc가 1550㎚ 미만이며, 굽힘 손실이 타당하게 유지되도록 해준다. 본 발명의 광 섬유는 모드 직경, 색 분산, 분산 기울기 및 굽힘 손실에 대한 G.652 또는 G.654 표준의 요구사항에 완전히 부합되는 반면, 본 발명의 광 섬유는 1530㎚을 약간 초과하고, 최대 1550㎚일 수 있는 케이블 차단 파장 λcc에 관한 G.652 또는 G.654 표준의 요구사항을 벗어나 있을 수 있다.
이하의 표 I는 본 발명에 따른 광 섬유 및 본 발명의 범위를 벗어난 비교예에 대한 설정된 프로파일의 일례를 제공한다.
예 1, 예 2, 예 4, 예 5, 예 8, 예 11 및 예 12는 본 발명에 따른 것이다. 예 1b, 예 3, 예 4b, 예 6, 예 7, 예 8b, 예 9 및 예 10은 본 발명의 범위를 벗어나 있으며 비교를 위해 제공되어 있다.
[표 I]
이하의 표 II는 이상에서 기술된 예 및 비교예의 광 섬유의 광학적 특성을 제시하고 있다.
[표 II]
표 II로부터, 본 발명의 광 섬유의 대부분이 앞서 언급한 G.652 또는 G.654 표준에 완전히 부합한다는 것을 알 수 있다.
특히, 본 발명의 범위 내에 있는 예 1, 예 2, 예 4, 예 5, 예 8, 예 11 및 예 12는 22 ps/nm/㎞ 미만의 분산, 0.070 ps/nm²/㎞ 미만의 분산 기울기, 70㎛² 초과의 유효 면적 Aeff, 0.005 dB/㎞ 미만의 누설 손실, 및 1550㎚에서 5 dB/m 미만이고 1625㎚에서 10 dB/m 미만인 10㎜ 반경에서의 굽힘 손실을 가진다. 예 5는 본 발명의 범위 내에 있지만 G.652 또는 G.654 표준의 요구사항보다 약간 높은 케이블 차단 파장을 나타낸다. 본 발명의 광 섬유는 케이블 차단 파장이 1550㎚ 미만, 더욱 바람직하게는 G.654 표준에 부합하기 위해 1530㎚ 미만, 그리고 훨씬 더 바람직하게는 G.652 표준에 추가로 부합하기 위해 1260㎚ 미만이다.
예 1b, 예 3, 예 4b, 예 6, 예 7, 예 8b, 예 9 및 예 10은 본 발명의 범위를 벗어나 있으며 비교를 위해 제시되어 있다.
예 1b는 예 1과 동일한 중심 코어 및 함몰형 클래딩(동일한 반경, 동일한 Dn1 및 Dninner)을 갖지만, 고리를 가지고 있지 않다. 누설 손실과 증착 부문 간의 최상의 절충을 얻도록 외부 클래딩이 위치되었다. 1550㎚ 및 1625㎚ 둘 다에서 2배를 초과하는 10㎜ 반경에 대한 굽힘 손실을 제외하고는, 모든 전파 특성이 예 1과 동등하다. 기판 튜브를 고리로서 사용하는 예 1과 비교하면, 증착 부문 반경이 17㎛ 초과만큼 증가되어, 제조 비용이 훨씬 더 높아진다.
예 3은 예 1과 동일한 코어 치수, 동일한 고리 폭 및 동일한 외부 클래딩 폭을 가진다. 그렇지만, 고리가 코어에 더 가깝게 있다. 고리가 코어에 더 가깝게 있음에도 불구하고 낮은 누설 손실 및 낮은 굽힘 손실을 유지하기 위해 외부 클래딩이 훨씬 더 함몰되어 있다. 그렇지만, 고차 모드의 누설 손실도 역시 크게 감소되며, 이로 인해 케이블 차단 파장이 1600㎚를 넘어 크게 증가된다. 다른 전파 특성은 변하지 않는다.
예 4b는 예 4와 동일한 중심 코어 및 동일한 트렌치 특성(동일한 a, b, c, Dn1, Dn2, Dn3, Dinner)을 갖지만, 고리를 가지고 있지 않다. 누설 손실, 차단 파장 및 증착 부문 간의 최상의 절충을 얻도록 외부 클래딩이 위치되었다. 모든 전파 특성이 예 4와 동등하다. 그렇지만, 증착 부문 반경이 14㎛만큼 증가되어, 제조 비용이 훨씬 더 높아진다.
예 6은 예 4와 동일한 중심 코어 및 동일한 트렌치 특성(동일한 a, b, c, Dn1, Dn2, Dn3, Dinner)을 갖지만, 고리 치수가 최적화되어 있지 않다. 그 결과, 케이블 차단 파장이 1600㎚를 넘어 크게 증가된다.
예 7은 예 4와 동일한 중심 코어 및 동일한 트렌치 특성(동일한 a, b, c, Dn1, Dn2, Dn3, Dinner)을 갖지만, 고리 및 외부 클래딩 치수가 최적화되어 있지 않다. 그 결과, 너무 큰 고리와 너무 작은 외부 클래딩 체적이 결합되어, 타당하지 않은 수준의 누설 손실이 생긴다.
예 8b는 예 8과 동일한 중심 코어 특성(동일한 반경, 동일한 Dn1 및 Dinner)을 갖지만, 고리를 가지고 있지 않다. 누설 손실과 증착 부문 간의 최상의 절충을 얻도록 외부 클래딩이 위치되었다. 분산, 기울기 및 모드 필드 직경이 예 8과 동등하다. 굽힘 손실 및 케이블 차단 파장 둘 다가 증가된다. 기판 튜브를 고리로서 사용하는 예 8과 비교하면, 증착 부문 반경이 12㎛ 초과만큼 증가되어, 제조 비용이 훨씬 더 높아진다.
예 9는, 고리가 보다 가늘고 코어에 더 가까운 것을 제외하고는, 예 8과 동일한 굴절률 프로파일을 가진다. 그 결과, 누설 손실이 증가되지 않는다. 그렇지만, 프로파일이 최적화되지 않으며, 굽힘 손실이 크게 증가된다.
예 10은, 고리가 코어에 더 가까운 것을 제외하고는, 예 2와 동일한 굴절률 프로파일을 가진다. 그 결과, 누설 손실이 증가되지 않는다. 그렇지만, 프로파일이 최적화되지 않으며, 굽힘 손실이 크게 증가된다.
도 4는 감소된 제조 비용을 갖는 본 발명의 섬유를 획득하기 위해 사용될 수 있는 제조 방법을 나타낸 것이다.
일 실시예에 따르면, 증착 공정에 대해 사용되는 기판 튜브가 설정된 프로파일의 고리가 될 수 있다. 코어, 제1 함몰형 클래딩 및 함몰된 트렌치가, 필요한 경우, 증착 튜브 내부에의 증착에 의해 획득된다. PCVD 또는 MCVD 또는 FCVD와 같은 임의의 CVD 기법이 고려될 수 있다. 필요한 경우, 고리의 최적화된 치수를 달성하기 위해 기판 튜브가 증발 또는 에칭 공정에 의해 부분적으로 제거될 수 있다.
외부 함몰형 클래딩이 표준 외부 클래딩(튜브 또는 오버 클래딩 물질)으로 둘러싸여 있는 다운-도핑된(down-doped) 재킷형 또는 슬리브형 튜브로 이루어져 있을 수 있다. 이러한 경우에, 화학 기상 증착 부문의 외부 반경은 rring1 (도 4 참조)이다. CVD 증착의 양이 제한되고 모재의 비용이 감소되는 반면, 큰 함몰된 영역이 얻어진다.
고리가 없는 프로파일(본 발명의 범위를 벗어난 예 1b, 예 4b, 예 8b)과 비교하여, 본 발명의 광 섬유는 기판 튜브 내부에 증착되는 F-도핑된 클래딩을 감소시키고 이 기판 튜브를 중심 코어에 훨씬 더 가깝게 위치시킬 수 있으며, 그로써 훨씬 더 큰 코어-봉 직경 및 훨씬 더 낮은 제조 비용이 얻어진다.
특히, 본 발명에 따른 광 섬유는, 동일한 중심 코어를 갖고 고리를 갖지 않는 섬유와 비교하여, 섬유 상에서 고리로서 역할하는 기판 튜브 내부에 증착되는 F-도핑된 클래딩의 반경을 ~10㎛ 초과만큼 감소시킬 수 있다. 함몰된 내부 클래딩에 추가된 트렌치를 갖는 해결책(EP-A-2 312 350에 개시된 것 등)과 비교하여, 본 발명의 광 섬유는 섬유 상에서 증착되는 F-도핑된 클래딩의 반경을 ~5㎛ 초과만큼 감소시킬 수 있다.
마지막으로, 다른 전파 특성은 그대로 유지하면서, 고리를 갖지 않는 프로파일과 비교하여 굽힘 손실도 역시 감소될 수 있다. 특히, 케이블 차단 파장에 악영향을 주지 않고 굽힘 손실이 2 초과만큼 감소될 수 있다.
본 발명이 일례로서 기술된 실시예로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 상세하게는, 도 2 또는 도 3에 도시된 설정된 프로파일은 일례로서 주어진 것이고, 본 발명에 따른 광 섬유을 얻기 위해 도 4의 예시와 다른 제조 방법이 생각될 수 있다.
Claims (18)
- 중심에서 주변부 쪽으로, 코어, 내부 함몰형 클래딩(inner depressed cladding), 고리, 외부 함몰형 클래딩(outer depressed cladding) 및 외부 클래딩을 포함하는 단일 모드 광 섬유(single mode optical fiber)로서,
- 상기 코어는 반경(a) 및 -0.5.10-3 내지 0.5.10-3의 외부 클래딩(Dncl)과의 굴절률 차이(Dn1)를 갖고;
- 상기 내부 함몰형 클래딩은 반경(rring1) 및 외부 클래딩(Dncl)과의 굴절률 차이(Dninner)를 가지며;
- 상기 고리는 21㎛ 내지 35㎛의 내부 반경(rring1), 외부 반경(rring2) 및 -0.5.10-3 내지 0.5.10-3의 외부 클래딩(Dncl)과의 굴절률 차이(Dnring)를 갖고;
- 상기 외부 함몰형 클래딩은 반경(rout) 및 외부 클래딩(Dncl)과의 굴절률 차이(Dnout)를 가지며;
- 상기 고리의 폭(wring)에 대한 상기 코어의 체적(Vcore)의 비는 0.12㎛ 내지 0.2㎛이고; 여기서 ()이며 (wring= Rring2 - Rring1)이고;
- 상기 외부 함몰형 클래딩은 15㎛2 내지 30㎛2의 체적(Vout)을 가지며, 여기서 ()인 것인 단일 모드 광 섬유.
- 제1항에 있어서, 상기 코어가 3.5㎛ 내지 7.5㎛의 반경(a)을 갖는 것인 단일 모드 광 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내부 함몰형 클래딩이 -6.10-3 내지 -2.7.10-3의 외부 클래딩(Dncl)과의 굴절률 차이(Dninner)를 갖는 것인 단일 모드 광 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 함몰형 클래딩이 -6.10-3 내지 -2.10-3의 외부 클래딩(Dncl)과의 굴절률 차이(Dnout)를 갖는 것인 단일 모드 광 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 함몰형 클래딩이 -2.10-3 내지 2.10-3의 내부 함몰형 클래딩(Dninner)과의 굴절률 차이(Dnout)를 갖는 것인 단일 모드 광 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고리의 내부 반경 대 상기 코어의 반경의 비(rring1/a)가 2.5 내지 8인 것인 단일 모드 광 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 함몰형 클래딩이 17㎛2 내지 25㎛2의 체적(Vout)을 가지는 단일 모드 광섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내부 함몰형 내부 클래딩에 제공된 트렌치를 추가로 포함하고, 상기 트렌치는 상기 외부 클래딩(Dncl)과의 굴절률 차이(Dn3), 내부 반경(b) 및 상기 내부 함몰형 클래딩의 반경(rring1) 미만인 외부 반경(c)을 가지는 것인 단일 모드 광 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코어 및 상기 고리 중 적어도 하나가 순수 실리카로 이루어져 있는 것인 단일 모드 광 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 1550nm에서 0.005 dB/㎞ 미만인 누설 손실(leakage loss)을 가지는 것인 단일 모드 광 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 케이블 차단 파장(cable cut-off wavelength)이 1550㎚ 미만인 것인 단일 모드 광 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 10㎜ 반경에서의 굽힘 손실(bend loss)이 1550㎚에서 5 dB/m 미만이고 1625㎚에서 10 dB/m 미만인 것인 단일 모드 광 섬유.
- 제1항 또는 제2항의 특징을 갖는 광 섬유를 제조하는 방법으로서,
- 증착 튜브(deposition tube)를 제공하는 단계;
- 상기 코어 및 상기 내부 함몰형 클래딩을 구성하기 위해 상기 증착 튜브 내부에 층의 증착을 수행하는 단계;
- 제2 함몰형 클래딩을 제공하는 단계;
- 상기 외부 클래딩을 제공함으로써 광 섬유 모재(optical preform)를 제공하는 단계; 및
- 상기 모재의 제1 단부를 가열함으로써 상기 섬유를 인발(drawing)하는 단계를 포함하되,
상기 증착 튜브는 상기 고리를 구성하는 것인 광 섬유의 제조방법. - 제13항에 있어서, 상기 증착 튜브를 부분적으로 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 제2 함몰형 클래딩이 도핑된 튜브에 의한 슬리빙(sleeving), 도핑된 실리카에 의한 오버 클래딩(over cladding), 도핑된 실리카에 의한 외부 증착(outside deposition) 중 하나로 제조되는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 고리는 24㎛ 내지 35㎛의 내부 반경(rring1)을 갖는 것인 단일 모드 광 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 케이블 차단 파장이 1530㎚ 미만인 것인 단일 모드 광 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 케이블 차단 파장이 1260㎚ 미만인 것인 단일 모드 광 섬유.
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