KR101990337B1 - Mpi특성이 개선된 굴곡 강화 광섬유를 위한 mpi 평가 시스템 - Google Patents

Mpi특성이 개선된 굴곡 강화 광섬유를 위한 mpi 평가 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 1270nm, 1310nm 및 1625nm의 파장에서 MPI 특성이 -30dB 이하인 물성을 갖는 것을 특징으로 하는 굴곡 강화 광섬유를 개시한다.

Description

MPI특성이 개선된 굴곡 강화 광섬유를 위한 MPI 평가 시스템{MPI-EVALUATION SYSTEM FOR IMPROVED BEND-INSENSITIVE OPTICAL FIBER FOR MPI-CHARACTERISTICS}
본 발명은 MPI 평가 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 굴곡 환경에서 MPI(Multipath Interference) 특성을 갖는 굴곡 강화 광섬유를 위한 MPI 평가 시스템에 관한 것이다.
광섬유는 코어(Core)와 클래딩(Cladding)의 굴절률에 대한 인덱스 프로파일(Index Profile)에 따라 그 광특성이 달라지게 되며, 일반적으로 인덱스 프로파일의 제어를 통해 원하는 특성의 광섬유를 제조하게 된다.
정보전송을 위한 다른 매체와 비교했을 때 광섬유는 손실 및 대역폭이 상대적으로 우수한 장점이 있는 반면, 취급이 어렵다는 단점이 있다.
특히, FTTH(fiber to the home)에 적용되는 기존의 광섬유는 작은 굴곡에서 굴곡 손실이 큰 관계로 모서리에 밀착하여 포설하거나 작은 구부림 반경의 오거나이저(Organizer)를 사용하기가 어려운 취약점이 있다. 더구나, 전송 용량을 증대시킨 DWDM(dense wavelength division multiplexing) 시스템 또는 CWDM(coarse wavelength division multiplexing) 시스템은 기존 1550nm 파장 뿐만 아니라 1600nm 파장대도 사용하게 되는데, 1550nm 파장대에 최적화된 기존 광섬유를 1600nm 파장대 사용할 경우에는 MFD가 커져서 굴곡 손실이 증가하는 문제가 있다.
따라서, 굴곡 손실로 인한 시스템 전송 특성 저하를 방지하기 위해 굴곡 강화 광섬유(Bend Insensitive Optical Fiber; BIF)에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다. 굴곡 손실이 이슈화 됨에 따라 최근에는 굴곡 강화 광섬유의 MPI 특성을 개선하는 방안에 대한 관심도 높아지고 있다.
MPI 특성은 굴곡 강화 광섬유를 따라 전파되는 기본 모드(Fundamental mode)와 고차 모드(Higher order mode)의 광이 서로 간섭하여 파장에 따라 파워 변동(Power fluctuation)이 발생하면서 생기는 특성이다. 일반적인 광섬유의 경우 굴곡 환경에서 고차 모드가 쉽게 광섬유 외부로 빠져나가지만 굴곡 강화 광섬유는 고차 모드가 쉽게 제거되지 않고 잔존함으로써 전송 손실을 초래할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 굴곡 강화 광섬유에 대한 정확한 MPI 평가 방법과 개선 방안이 강구되어야 한다.
굴곡 강화 광섬유의 MPI 특성과 관련된 특허문헌으로는 KR 2004-0068304, US 7,542,645, US 2011-0135264, US 2011-0058780, US 2011-0075129 등을 들 수 있다.
KR 2004-0068304는 음분산 및 음분산 기울기를 갖고 1550nm 파장에서 -40dB 이하의 MPI 특성을 갖는 분산 보상 광섬유를 제안하고 있다.
US 7,542,645는 굴곡 특성의 개선을 위해 코어에 평행한 airline region을 갖는 광섬유를 제안하고 있다. 이 특허에서는 airline에서 발생되는 고차 모드를 제거하기 위해 blocking material이 적용된 광섬유를 개시하고 있다.
US 2011-0135264는 1550nm 파장 영역에서 R5.0mm의 굴곡 환경하에 노출되었을 때, 0.15dB/㎞ 이하의 굴곡 손실을 갖는 광섬유의 MPI 특성에 대해 언급하고 있다.
US 2011-0058780은 트렌치(Trench) 구조를 가지며, 굴곡 및 MPI 특성을 확보하기 위하여 outer depressed clad region의 구조를 최적화한 광섬유를 제안하고 있다.
US 2011-0075129는 MPI 평가를 위한 시스템에 관한 것으로서, Phase mask를 조절하여 먼저 기본 모드를 통과시켜 강도를 측정한 후 고차 모드를 통과시켜 강도를 측정하여 DUT(Device Under Test)의 signal to noise performance를 평가하여 MPI 수준을 도출하는 시스템을 개시하고 있다.
상기와 같이 굴곡 강화 광섬유의 MPI 특성 개선과 관련하여 많은 기술들이 제안되었으나, MPI 특성은 현재까지 국제표준이 정립되지 않았으며, MPI 평가시 다양한 DUT 조건하에서 테스트가 진행되고 있다. 여기서, MPI 평가조건은 실제 시스템에 적용되는 조건보다 severe한 환경에서 측정되는 것도 의미가 없으며, 너무 약한 조건이 적용되어도 정확한 MPI 특성을 확보하지 못할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, 상용 광케이블 가입자망에 최적으로 부합할 수 있는 MPI 특성을 가진 굴곡 강화 광섬유를 위한 MPI 평가 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 1270nm, 1310nm 및 1625nm의 파장에서 MPI 특성이 -30dB 이하인 물성을 갖는 것을 특징으로 하는 굴곡 강화 광섬유를 제공한다.
상기 굴곡 강화 광섬유는 R5.0mm, 1 turn 굴곡시 1550nm 에서의 굴곡손실이 0.15 dB/t 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 굴곡 강화 광섬유는 R7.5mm, 1 turn 굴곡시 1550nm 에서의 굴곡손실이 0.5 dB/t 이하인 것이 바람직하다.
상기 굴곡 강화 광섬유는 Basket Weave법에 의한 마이크로 굴곡 손실 측정시 파장 1550㎚, 상온에서 마이크로 굴곡 손실이 1.0dB/㎞ 이하인 것이 바람직하다.
기하구조에 있어서 MFD norminal value는 8.6~9.5, 케이블 컷오프 파장은 1260nm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 굴곡 강화 광섬유를 구비한 광케이블이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 굴곡 강화 광섬유 및 광케이블을 구비한 광학박스가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 광섬유 DUT의 입력단에 광학적으로 커플링되어 레이저 빔을 발생시키는 광원; 상기 광원과 상기 광섬유 DUT 사이에 광학적으로 커플링되어 편광기능을 제공하는 편광 콘트롤러; 상기 광섬유 DUT의 출력단에 광학적으로 커플링되어 레이저 빔의 파워 레벨을 측정하는 광학 스펙트럼 분석기; 및 상기 광학 스펙트럼 분석기에 의해 측정된 파워 레벨의 최대값과 최소값의 차이(PR)를 이용하여 MPI값을 결정하는 데이터 획득 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MPI 평가 시스템이 제공된다.
바람직하게 상기 데이터 획득 제어부는, 상기 PR값을 수학식,
Figure 112012012523235-pat00001
에 적용하여 상기 MPI값을 결정할 수 있다.
상기 광섬유 DUT는, 1m 길이의 굴곡 강화 광섬유와, 상기 굴곡 강화 광섬유의 양단에 각각 연결되고 1dB offset으로 스플라이싱(splicing)된 5m 길이의 단일 모드 광섬유를 구비하고, 상기 광섬유 DUT의 전단에는 직경 30mm, 1turn의 굴곡 조건을 가진 모드 스트리퍼(mode stripper)를 구비할 수 있다.
본 발명은 FTTH와 같은 광케이블 가입자망에 최적화된 MPI 관련 물성을 제시함으로써 굴곡 강화 광섬유의 전송 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 굴곡 강화 광섬유 MPI 특성을 정확히 평가할 수 있는 표준을 정립할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 굴곡 강화 광섬유의 MPI 발생 원리를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MPI 평가 시스템의 구성도,
도 3은 MPI의 발생에 의해 변화하는 광 파워 레벨을 도시한 그래프,
도 4는 굴곡 강화 광섬유에 대한 MPI 측정 결과를 도시한 그래프,
도 5는 도 4의 MPI 측정 결과를 정리한 테이블이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 1에는 굴곡 강화 광섬유에서 이슈가 되는 MPI의 발생 원리를 설명하기 위한 DUT(Device Under Test)의 구성이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 상기 DUT는 상대적으로 짧은 길이를 가진 굴곡 강화 광섬유(BIF)와, 상기 굴곡 강화 광섬유(BIF)의 양단에 연결되고 상대적으로 긴 길이를 가진 두 개의 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber; SMF)를 구비한다.
상기와 같은 구조를 가진 DUT에 레이저 빔을 입사시키면 misalign 등에 의해 입력 커넥터(Input connector)에서 고차 모드(LP11)가 발생한다. 상기 고차 모드(LP11)는 일반적인 단일 모드 광섬유의 경우 굴곡 환경에 노출되었을 때 외부로 빠져나가지만, 굴곡 강화 광섬유의 경우에는 굴곡 환경에 강한 특성을 가지고 있기 때문에 고차 모드(LP11)가 제거되지 않고 그대로 진행하게 되며, 기본 모드(LP01)와 결합하여 간섭을 일으킴으로써 파장에 따라 파워 변동(Power fluctuation)이 심해지면서 MPI가 발생하게 된다. 이때, 고차 모드, 높은 차단파장, 각 모드의 편광 상태 등에 따라 간섭 특성이 영향을 받으며 이는 곧 MPI 특성을 저하시키는 원인이 된다.
상기와 같은 MPI의 발생 원리에 착안하여, 본 발명은 1270nm, 1310nm 및 1625nm의 파장에서 MPI 특성이 -30dB 이하인 구성을 가진 굴곡 강화 광섬유를 개시한다. 이러한 물성을 갖는 굴곡 강화 광섬유는 상용화된 FTTH에 최적으로 부합하는 굴곡 손실 특성을 제공할 수 있다.
상기 굴곡 강화 광섬유는 광섬유 제조를 위한 통상의 수정화학기상증착법(MCVD)이나, 기상축증착법(VAD), 외부기상증착법(OVD) 등의 수행시 코어, 클래드 및 코팅층의 구조나 레진 물성 등을 상기 조건을 필수적으로 충족시키도록 제어함으로써 구현될 수 있다.
더욱 바람직하게, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 굴곡 강화 광섬유는 굴곡반경(Rc)을 R5.0㎜으로 한 1턴(Turn)의 굴곡시에는 1550nm에서 0.15dB/t 이하의 굴곡 손실을 가지며, 굴곡반경(Rc)을 R7.5㎜로 한 1턴의 굴곡시에는 1550nm에서 0.5dB/t 이하의 굴곡 손실을 갖는다.
상기 굴곡 강화 광섬유는 Basket Weave법으로 측정한 마이크로 굴곡손실 특성이, 1550nm에서 1.0dB/㎞ 이하인 것이 바람직하다. Basket Weave법은 TIA/EIA TSB62-13 표준에 명시된 마이크로 밴딩 손실 평가 방법 중 하나이다. Basket Weave법에 따라 광섬유와 동일한 특성을 갖는 쿼츠 보빈에 2.5km 길이의 광섬유를 일정 장력과 선속 조건을 적용하여 권취하게 되면 광섬유끼리 겹치면서 마이크로 밴딩 환경이 생성된다. 이 상태에서의 손실과 일반 스풀(Spool) 상태의 1550㎚ 손실값 차이가 마이크로 밴딩 손실 특성이 된다.
굴곡 강화 광섬유의 기하구조에 있어서, MFD norminal value는 8.6~9.5, 케이블 컷오프(Cable CutOff) 파장은 1260nm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 구조를 가진 굴곡 강화 광섬유가 케이블 시스(Sheath) 내에 다심으로 배열되어 굴곡 특성 등이 개선된 광케이블이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 구조를 가진 굴곡 강화 광섬유 및 광케이블을 구비한 광학박스가 제공될 수 있다. 여기서, 광학박스는 광섬유 및 광케이블이 수용된 통상의 광학 함체나 광학 캐비넷을 의미한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MPI 평가 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MPI 평가 시스템은 광원(10), 편광 콘트롤러(Polarization controller)(20), 광학 스펙트럼 분석기(OSA; Optical Spectrum Analyzer)(30) 및 데이터 획득 제어부(40)를 포함한다.
광원(10)은 DUT의 입력단에 광학적으로 정렬되도록 커플링되어 레이저 빔을 발생시킨다. 광원(10)으로는 예컨대, 1258~1262nm, 1308~1312nm 등의 파장범위를 만족시키는 Tunable LD가 채용되는 것이 바람직하다.
편광 콘트롤러(20)는 광원(10)과 광섬유 DUT 사이에 광학적으로 정렬되도록 커플링되어 상호 직교하는 두 가지 광 성분 중 어느 하나를 분리하는 편광기능을 제공한다.
상기 광섬유 DUT는, 전술한 바와 같이 상대적으로 짧은 길이를 가진 굴곡 강화 광섬유와, 상기 굴곡 강화 광섬유의 양단에 연결되고 상대적으로 긴 길이를 가진 두 개의 단일 모드 광섬유를 구비한다. 상기 광섬유 DUT는, 1m 길이의 굴곡 강화 광섬유와, 상기 굴곡 강화 광섬유의 양단에 연결되고 1dB offset으로 스플라이싱(splicing)된 5m 길이의 단일 모드 광섬유를 구비한다. 상기 광섬유 DUT의 전단 및 후단에는 굴곡직경 30mm, 1turn의 굴곡 조건을 가진 모드 스트리퍼(mode stripper)가 마련된다.
광학 스펙트럼 분석기(30)는 상기 광섬유 DUT의 출력단에 광학적으로 커플링되어 레이저 빔의 파워 레벨을 측정한다. 도 3에 도시된 바와 같이 광학 스펙트럼 분석기(30)에서 측정되는 파워 레벨은 전송손실의 peak-to-peak가 파장별로 변화하는 특성이 있다.
데이터 획득 제어부(40)는 광학 스펙트럼 분석기(30)에 의해 측정된 파워 레벨의 최대값과 최소값의 차이(PR)를 산출한 후 이를 아래의 수학식 1에 적용함으로써 MPI값을 결정하는 기능을 수행한다. 도 4 및 도 5에는 가장 바람직하게, 1270nm에서 -30dB 이하의 수준으로 굴곡 강화 광섬유의 MPI값이 결정된 예가 도시되어 있다.
Figure 112012012523235-pat00002
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MPI 평가 시스템은 상기 DUT의 조건하에서, 광학 스펙트럼 분석기(30)에 의해 측정된 파워 레벨의 최대값과 최소값의 차이(PR)를 이용하여 굴곡 강화 광섬유의 MPI 값을 정확하게 측정한다. 이렇게 측정된 MPI값은 FTTH와 같은 광케이블 가입자망에 대한 굴곡 강화 광섬유의 적합성 여부를 결정하는 MPI 특성 평가 기준으로 사용된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 광원 20: 편광 콘트롤러
30: 광학 스펙트럼 분석기 40: 데이터 획득 제어부

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  8. 굴곡 강화 광섬유의 MPI 특성을 평가하기 위한 MPI 평가 시스템에 있어서,
    광섬유 DUT의 입력단에 광학적으로 커플링되어 레이저 빔을 발생시키는 광원;
    상기 광원과 상기 광섬유 DUT 사이에 광학적으로 커플링되어 편광기능을 제공하는 편광 콘트롤러;
    상기 광섬유 DUT의 출력단에 광학적으로 커플링되어 레이저 빔의 파워 레벨을 측정하는 광학 스펙트럼 분석기; 및
    상기 광학 스펙트럼 분석기에 의해 측정된 파워 레벨의 최대값과 최소값의 차이(PR)를 이용하여 MPI값을 결정하는 데이터 획득 제어부;를 포함하고,
    상기 데이터 획득 제어부는,
    상기 PR값을 수학식,
    Figure 112019015084923-pat00003

    에 적용하여 상기 MPI값을 결정하고,
    상기 광섬유 DUT는, 1m 길이의 굴곡 강화 광섬유와, 상기 굴곡 강화 광섬유의 양단에 각각 연결되고 1dB offset으로 스플라이싱(splicing)된 5m 길이의 단일 모드 광섬유를 구비하고,
    상기 광섬유 DUT의 전단에는 굴곡직경 30mm, 1turn의 굴곡 조건을 가진 모드 스트리퍼(mode stripper)를 구비한 것을 특징으로 하는 MPI 평가 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
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