KR19990044289A - Optical Fiber with Tantalum Doped Clad - Google Patents

Optical Fiber with Tantalum Doped Clad Download PDF

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KR19990044289A
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tantalum
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제임스 피 머피
데이비드 케이 스미스
Original Assignee
알프레드 엘. 미첼슨
코닝 인코포레이티드
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Abstract

향상된 광도파관 섬유(1)는 내부 클래드 영역(12)에 의해 감싸인 중심 코어(10) 영역을 포함한다. 제 2의 환상 영역(14)은 탄탈로 도핑된다. 코어(10)는 게르마늄으로 도핑된다. 제 1의 환상 영역(20)은 굴절률이 상대적으로 높은 두 개의 인접 영역들사이에 위치한다. 상기 인접하는 영역(10, 20)의 굴절률은 중심 영역(20)보다 크다.The enhanced optical waveguide fiber 1 comprises a region of the central core 10 surrounded by an inner clad region 12. The second annular region 14 is doped with tantalum. Core 10 is doped with germanium. The first annular region 20 is located between two adjacent regions with a relatively high refractive index. The refractive indices of the adjacent regions 10, 20 are greater than the central region 20.

Description

탄탈로 도핑된 클래드를 갖는 광섬유Optical Fiber with Tantalum Doped Clad

미합중국 특허 제 4,715,679호는 광대역의 파장에 걸쳐 거의 또는 완전히 분산이 없는 광섬유를 개시하고 있다. 광섬유는 외부 클래드에 의해 차례차례 감싸인 내부 클래드에 의해 감싸인 중심 코어를 갖는다. 상기 코어 및 클래드는 인접한 영역과 비교하여 감소된 굴절률을 갖는 하나 또는 그 이상의 영역을 갖는다. 상기 코어는 중심으로부터의 거리를 감소시키는 최대의 굴절률을 갖는다. 감소된 굴절률을 갖는 내부 클래드의 제 1의 환상 영역이 코어에 인접해 있다. 감소된 제 1의 환상 영역보다 큰 굴절률을 갖는 제 2의 환상 영역이 상기 감소된 영역에 인접해 있다. 상기 감소된 굴절률은 섬유의 광에너지 전파 특성을 변경시켜 도파관의 분산 및 파장 사이의 바람직한 관계를 제공한다. 따라서, 분산은 중심 코어에 인접한 내부 클래드 영역의 굴절률을 감소시키도록 조정된다. 굴절률의 감소는 불소 또는 붕소와 같은 적합한 감소성 도펀트를 첨가시킴으로써 일어나게 된다.U.S. Patent 4,715,679 discloses an optical fiber with little or no dispersion over a wide range of wavelengths. The optical fiber has a central core wrapped by an inner clad which is in turn wrapped by an outer clad. The core and clad have one or more regions with reduced refractive index compared to adjacent regions. The core has a maximum refractive index that reduces the distance from the center. The first annular region of the inner clad with the reduced refractive index is adjacent to the core. A second annular region having a refractive index greater than the reduced first annular region is adjacent to the reduced region. The reduced refractive index alters the optical energy propagation properties of the fiber, providing a desirable relationship between waveguide dispersion and wavelength. Thus, the dispersion is adjusted to reduce the refractive index of the inner clad region adjacent to the central core. Reduction of the refractive index occurs by adding a suitable reducing dopant such as fluorine or boron.

그러나 불소 및 붕소 도펀트로 이루어진 감소된 영역은 바람직하지 않은 한계를 갖는다. 불소로 이루어진 감소된 영역은 통상적으로는 0.3%를 갖지만 약 0.5%(델타, delta)의 최대 굴절률 감소량을 나타낸다. 불소는 부식성이고, 통상적인 외부 증기 증착(OVD, outside vapor deposition)을 위한 건조 불소의 통상적인 소스가 현재 이용되지 않기 때문에, 불소는 제조시 문제를 갖는다. 붕소는 약 1200nm이상의 파장을 갖는 광의 전파에 큰 악영향을 미친다. 상기 붕소는 일반적으로 약 1500nm에서 빛을 전송하는 단일 모드의 광섬유에는 사용할 수 없다.However, reduced regions of fluorine and boron dopants have undesirable limits. The reduced area of fluorine typically has 0.3% but exhibits a maximum refractive index reduction of about 0.5% (delta). Fluorine is corrosive and fluorine has a manufacturing problem because conventional sources of dry fluorine for conventional outside vapor deposition (OVD) are not currently used. Boron greatly affects the propagation of light having a wavelength of about 1200 nm or more. The boron is generally not available for single mode optical fibers that transmit light at about 1500 nm.

또 다른 방법으로는 영역의 굴절률을 낮추는 대신에, 게르마늄으로 클래드의 굴절률을 증가시키는 방법이 제안되어 왔다. 그러나, 게르마늄은 클래드의 굴절률을 증가시키기에 적합하지 않다. 게르마늄은 건조 및 고화되는 동안 염소와 반응하여 일산화 게르마늄(germanium monooxide)을 생성한다. 일산화물은 비교적 휘발성(volatile)이어서, 염소의 건조 및 고화 단계 동안 클래드의 밖으로 이동된다. 따라서, 클래드에 게르마늄을 유지시켜 용융된 실리카와 같은 감소된 굴절률의 인접한 영역에 대해 클래드의 굴절률을 증가시키기 어렵다.As another method, instead of lowering the refractive index of the region, a method of increasing the refractive index of the clad with germanium has been proposed. However, germanium is not suitable for increasing the refractive index of the clad. Germanium reacts with chlorine during drying and solidification to produce germanium monoxide. The monoxide is relatively volatile and is transported out of the clad during the drying and solidification steps of chlorine. Thus, it is difficult to maintain germanium in the clad to increase the refractive index of the clad with respect to adjacent regions of reduced refractive index, such as fused silica.

따라서, 용융된 실리카 유리에 상용성이 있고, 초기 위치로부터 이동하지 않은 도펀트를 갖는 클래드 영역의 굴절률을 증가시키고, 광섬유를 통해 전송된 파장에서 빛을 흡수하지 않는, 광섬유 구조물을 위한 충족치 못한 요구가 존재한다.Thus, an unmet need for optical fiber structures that is compatible with fused silica glass, increases the refractive index of clad regions with dopants that do not move from their initial positions, and does not absorb light at wavelengths transmitted through the optical fiber. Is present.

요약summary

본 발명자들은 코어의 인접한 감소영역 이상으로 클래드의 굴절률을 높이기 위해 탄탈(tantalum)로 클래드를 도핑함으로써 예상되지 못했던 매우 바람직한 결과를 발견하였다. 본 발명은 색분산(chromatic dispersion)을 변경시켜 굴절률만을 증가시키는 도펀트를 이용하는 광섬유에 의해 얻을 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 광섬유는 붕소 및 불소와 같은 굴절률을 낮추는 도펀트들을 필요로 하지 않기 때문에 이러한 도펀트의 원하지 않는 부작용을 제거한다.The inventors have found an unexpectedly desirable result by doping the clad with tantalum to increase the refractive index of the clad above the adjacent reduction region of the core. The present invention can be obtained by an optical fiber using a dopant that changes the chromatic dispersion to increase only the refractive index. Optical fibers made in accordance with the present invention eliminate the unwanted side effects of such dopants because they do not require dopants that lower the refractive index, such as boron and fluorine.

탄탈은 여러 가지 기술적인 잇점을 갖는다. 첫째, 탄탈은 초기의 위치로부터 이동하지 않는다. 탄탈은 휘발성이 적어서 심지어 섬유가 건조 및 고화되는 동안 고온에 적용될 때도 이동하지 않는다. 이동하지 않으므로 탄탈로 도핑된 영역의 도핑 프로파일은 날카롭게 제한된다. 탄탈의 두 번째 잇점은 탄탈은 전송을 위해 선택된 파장에서 낮은 빛의 감쇠를 갖는다. 이러한 파장은 약 1300nm 내지 1550nm이다. 상기 파장에서 탄탈은 상대적으로 낮은 빛의 감쇠를 갖는다. 또한, 탄탈에 의한 레일리 스케터링(Rayleigh scattering)이 상기 파장에서 비교적으로 낮다. 세 번째 잇점은 탄탈로 도핑된 유리는 게르마늄으로 도핑된 유리보다 더 낮은 열팽창을 나타낸다는 것이다. 네 번째 잇점은 게르마늄에 의한 것보다 중량에 의해 굴절률상에 더 큰 효과를 갖는다는 것이다. 따라서, 게르마늄에 의해 생산되는 동일한 굴절을 생산하는데 더 적은 탄탈이 필요하다. 또한 감쇠도 품질과 관련이 있어서, 탄탈을 이용하는 광섬유의 감쇠는 탄탈이 적게 사용되기 때문에 더 적다. 다섯 번째 잇점은 탄탈이 화학적으로 안정하다는 것이다. 탄탈은 물과, 대부분의 산과 염기에 불용성이고, 강한 불소화 수소산에 의해서만 서서히 영향받는다. 본 발명은 단일 모드 섬유 뿐만 아니라 다중 모드 섬유, 분산 이동 섬유, 큰 효율 면적을 갖는 섬유, 조정된 선형 분산을 갖는 초장거리 섬유를 포함하는 모든 섬유에 적용될 수 있다.Tantalum has several technical advantages. First, tantalum does not move from its initial position. Tantalum is less volatile and does not move even when applied at high temperatures while the fiber dries and solidifies. Since it does not move, the doping profile of the tantalum doped region is sharply limited. The second advantage of tantalum is that tantalum has low light attenuation at the wavelength selected for transmission. This wavelength is about 1300 nm to 1550 nm. At this wavelength tantalum has a relatively low light attenuation. In addition, Rayleigh scattering by tantalum is relatively low at this wavelength. The third advantage is that glass doped with tantalum exhibits lower thermal expansion than glass doped with germanium. The fourth advantage is that it has a greater effect on the refractive index by weight than with germanium. Thus, less tantalum is needed to produce the same refraction produced by germanium. Also, the attenuation is also related to the quality, so the attenuation of the optical fiber using tantalum is less because less tantalum is used. The fifth advantage is that tantalum is chemically stable. Tantalum is insoluble in water and most acids and bases and is only slowly affected by strong hydrofluoric acid. The present invention can be applied to all fibers including single mode fibers as well as multimode fibers, dispersion transfer fibers, fibers with large efficiency areas, and ultra long distance fibers with adjusted linear dispersion.

광섬유의 제조방법에 있어서, 광섬유의 코어 및 클래드(내부 및 외부) 영역을 위한 물질은 최소의 빛 감쇠 특성을 갖는 유리에 의해 제조된다. 비록 광학적 특성의 유리가 사용될지라도, 용융된 실리카는 특히 적합한 유리이다. 코어 및 클래딩 유리를 위한 유리는 구조적 및 다른 실질적인 고려대상을 위한 유사한 물리적 특성을 가져야 한다. 코어 유리는 클래드 유리보다 더 높은 굴절률을 가져야 하기 때문에, 코어 유리는 클래드용으로 사용되는 유리와 동일한 형태로 제조되고, 코어의 굴절률을 극미하게 증가시키기 위해 적은 양의 물질로 도핑된다. 따라서, 코어는 게르마니아로 도핑된다. 제 1의 환상의 감소된 영역은 내부 클래드의 초기 부분에, 코어 및 내부 클래드의 인접한 부분, 또는 코어의 외부 환형내에 전체적으로 형성될 수 있다. 바람직한 구현체에서, 코어의 중심 영역은 게르마늄으로 도핑된다. 코어의 외부 환형은 도핑되지 않은채로 남는다. 도핑되지 않은 코어 환형에 인접하고 코어를 감싸는 클래드 영역은 탄탈로 도핑되어 굴절률을 증가시킨다. 탄탈로 도핑된 클래드 영역은 도핑되지 않은 코어 환형으로부터 섬유의 바깥쪽으로 펼쳐진다.In the optical fiber manufacturing method, the materials for the core and clad (inner and outer) regions of the optical fiber are made of glass having minimal light attenuation properties. Although glass of optical properties is used, fused silica is a particularly suitable glass. Glass for core and cladding glass should have similar physical properties for structural and other practical considerations. Since the core glass must have a higher refractive index than the clad glass, the core glass is made in the same form as the glass used for the clad, and is doped with a small amount of material in order to increase the refractive index of the core slightly. Thus, the core is doped with germania. The first annular reduced area may be formed entirely in the initial portion of the inner clad, in the adjacent portion of the core and inner clad, or in the outer annulus of the core. In a preferred embodiment, the central region of the core is doped with germanium. The outer annulus of the core remains undoped. The cladding region adjacent the undoped core annulus and surrounding the core is doped with tantalum to increase the refractive index. The tantalum doped cladding region extends out of the fiber from the undoped core annulus.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 광섬유의 횡단면도이고,1 is a cross-sectional view of an optical fiber manufactured according to the present invention,

도 2는 본 발명의 하나의 광섬유의 도핑 프로파일이며,2 is a doping profile of one optical fiber of the present invention,

도 3 및 도 4는 본 발명에 따라 제조된 다른 광섬유들의 도핑 프로파일이고,3 and 4 are doping profiles of other optical fibers made according to the invention,

도 5는 탄탈로 도핑된 실리카 오버클래드 섬유의 분산결과를 도시하는 그래프이며,5 is a graph showing dispersion results of silica overclad fibers doped with tantalum,

도 6은 탄탈 및 용융된 실리카에 대하여 파장에 대한 굴절률을 도시한 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing refractive index versus wavelength for tantalum and fused silica.

상세한 설명details

도 1은 본 발명에 따라 제조된 단일 모드 광섬유(1)의 횡단면도이다. 광섬유는 외부면(11)으로 한정된 중심 코어(10)를 갖는다. 내부 클래드 영역(12)은 코어(10)의 외부면(11)상에 형성된 내부면을 갖는다. 내부 클래드 영역(12)은 외부면(13)을 갖는다. 내부 클래드 영역(12)은 외부면(15)을 갖는 외부 클래드(14)에 의해 감싸진다.1 is a cross sectional view of a single mode optical fiber 1 made according to the invention. The optical fiber has a center core 10 defined by the outer surface 11. The inner clad region 12 has an inner surface formed on the outer surface 11 of the core 10. The inner clad region 12 has an outer surface 13. The inner clad region 12 is surrounded by an outer clad 14 having an outer surface 15.

코어(10)의 물질은 게르마늄으로 도핑된 용융된 실리카이다. 내부 클래드 영역(12)은 실질적으로 순수한 용융된 실리카의 적어도 하나의 환상 영역(20)을 갖는다. 점선(21)은 영역(20 및 22) 사이의 경계를 나타낸다. 탄탈 도핑은 점선(21)로부터 외부면(15)으로 펼쳐진다. 본 발명에서는 도핑되지 않은 영역(20)과 탄탈로 도핑된 영역(22)을 갖는 내부 클래드를 예시하고 있지만, 본 발명은 또한 내부 클래드(12) 전체가 도핑되지 않고, 외부 클래드(14)가 탄탈로 도핑된 섬유도 포함한다.The material of the core 10 is fused silica doped with germanium. The inner clad region 12 has at least one annular region 20 of substantially pure fused silica. The dotted line 21 represents the boundary between the regions 20 and 22. Tantalum doping unfolds from dashed line 21 to outer surface 15. Although the present invention illustrates an inner cladding having an undoped region 20 and a tantalum doped region 22, the present invention also shows that the entire inner clad 12 is not doped and the outer clad 14 is tantalum. It also includes fibers doped with.

도 2는 본 발명에 따라 제조된 광섬유에 있어서의 전형적인 도핑 프로파일을 도시한 것이다. 코어 영역(10)은 게르마늄 및 탄탈의 조합 또는 게르마늄으로 도핑되어, 코어(10)의 외부면(11)에서 중심에서 최대로부터 제로(0)로 그래디언트 굴절률(gradient refractive index)을 제공한다. 실질적으로 순수한 용융된 실리카의 제 1의 환상 영역(20)이 코어(10)에 인접하게 된다. 제 2의 환상 영역(22)은 탄탈로 도핑된다. 탄탈로 도핑된 영역(22)은 코어(10)의 최대값보다 적지만 영역(20)보다 큰 굴절률을 갖는다. 이와 같이 하여, 영역(20 및 22) 사이에서 커다란 굴절률의 변화가 존재한다. 따라서, 영역(20)은 두 개의 인접한 영역(10, 22) 사이에 위치하는 감소된 환상 영역을 형성하고, 상기 두 영역들 각각은 감소된 영역(20)보다 큰 굴절률을 갖는다. 도핑되지 않은 영역 및 탄탈로 도핑된 영역 사이의 경계(21)는 내부 클래드(12)의 외부면(13)과 일치할 수도 있다.2 shows a typical doping profile for an optical fiber made in accordance with the present invention. The core region 10 is doped with a combination of germanium and tantalum or germanium to provide a gradient refractive index from maximum to zero at the center on the outer surface 11 of the core 10. The first annular region 20 of substantially pure fused silica is adjacent to the core 10. The second annular region 22 is doped with tantalum. The tantalum doped region 22 has a refractive index that is less than the maximum of the core 10 but greater than the region 20. In this way, there is a large change in refractive index between the regions 20 and 22. Thus, region 20 forms a reduced annular region located between two adjacent regions 10, 22, each of which has a refractive index greater than reduced region 20. The boundary 21 between the undoped region and the tantalum doped region may coincide with the outer surface 13 of the inner clad 12.

광섬유(1)에서, 코어는 최대의 굴절률 I0 를 갖는다. 굴절률 I1 을 갖는 제 1의 환상 영역(20)이 코어에 인접하게 위치한다. 제 2의 환상 영역(22)은 제 1의 환상 영역(20)을 감싸고, 굴절률 I2 를 갖는다. 감소된 굴절률 I1 을 갖는 제 1의 환상 영역(20)은 코어(10)의 외부 환형을 따라 전체적으로 형성되는데 코어 및 내부 클래드의 환상 영역들에 인접하거나, 내부 클래드 내에 전체적으로 인접한다. 따라서, I0>I2>I1 이다.In the optical fiber 1, the core has a maximum refractive index I 0 Has Refractive index I 1 A first annular region 20 having a is positioned adjacent to the core. The second annular region 22 surrounds the first annular region 20 and has a refractive index I 2 Has Reduced refractive index I 1 The first annular region 20 having a totally formed along the outer annulus of the core 10 is adjacent to the annular regions of the core and the inner clad or entirely within the inner clad. therefore, I 0 > I 2 > I 1 to be.

본 발명의 특징은 가장 바깥쪽의 환형 A의 바깥쪽 모서리로부터 광섬유 B의 바깥쪽 모서리로 범위지어진 클래드 영역이다. 이 클래드 영역은 통상적으로 순수한 실리카인 적어도 하나의 내부 환형 이상으로 클래드의 굴절률을 증가시키는 탄탈 및 SiO2 를 포함한다. 또한 클래드는 증가된 응력을 위해 티타늄과 같은 다른 도펀트를 포함한다. 다른 유용한 프로파일은 도 3 및 4에 도시된다.A feature of the present invention is the cladding region, which extends from the outer edge of the outermost annular A to the outer edge of the optical fiber B. This clad region is tantalum which increases the refractive index of the clad above at least one inner annulus, which is typically pure silica and SiO 2 It includes. The clad also contains other dopants, such as titanium, for increased stress. Other useful profiles are shown in FIGS. 3 and 4.

도 3의 섬유는 섬유의 환상부를 게르마늄으로 도핑하여 제조된 계단형 굴절률 영역(30)을 갖는다. 탄탈로 도핑된 영역(32)은 계단형 굴절률 영역(30)으로부터 섬유의 외부면으로 펼쳐진다. 도 4의 섬유는 두 개의 계단형 굴절률 영역(30, 31)을 갖는데, 각각은 게르마늄으로 섬유의 환상부를 도핑하여 형성된다. 영역(30)은 영역(31)에서 보다 더욱 두껍게 도핑된다. 탄탈로 도핑된 영역(32)은 영역(30)보다 적지만 영역(31)보다 더 큰 굴절률을 갖는다. 이는 섬유의 외부까지 확장된다.The fiber of FIG. 3 has a stepped refractive index region 30 made by doping the annular portion of the fiber with germanium. Tantalum doped region 32 extends from stepped refractive index region 30 to the outer surface of the fiber. The fiber of FIG. 4 has two stepped refractive index regions 30, 31, each formed by doping the annular portion of the fiber with germanium. Region 30 is more heavily doped than in region 31. The region 32 doped with tantalum has a refractive index less than that of the region 30 but greater than that of the region 31. It extends to the outside of the fiber.

도 5는 탄탈로 도핑된 실리카 오버클래드 섬유의 분산 결과를 나타낸다. 이러한 결과는 탄탈로 도핑된 실리카 물질 분산이 게르마늄으로 도핑된 실리카의 물질 분산과 매유 유사하다는 것을 나타낸다.5 shows the dispersion results of silica overclad fibers doped with tantalum. These results indicate that the dispersion of tantalum doped silica material is very similar to the dispersion of silica doped with germanium.

이와 같은 예상은 그후의 실험에 의해 확인되었다. 7.26중량%의 탄탈로 도핑된 실리카에서의 실험 결과는 5.9중량% GeO2및 9.26중량% GeO2로 도핑된 실리카 및 용융 실리카와 비교되었다. 도 6에 도시된 데이터는 탄탈로 도핑된 실리카가 7.5중량%의 게르마늄으로 도핑된 실리카의 예상된 굴절과 거의 유사함을 나타낸다.This prediction was confirmed by subsequent experiments. Experimental results on silica doped with 7.26 wt% tantalum were compared with silica and fused silica doped with 5.9 wt% GeO 2 and 9.26 wt% GeO 2 . The data shown in FIG. 6 shows that the tantalum doped silica is nearly similar to the expected refraction of silica doped with 7.5% by weight germanium.

또한 본 발명은 일정하거나 변화하는 굴절률 중의 하나를 갖는 코어를 갖는 광도파관에 관한 것이다. 코어(10) 및 클래드(5, 12 및 14)의 프로파일에 대한 변형, 변경 및 변화는 본원에 참고로 첨부한 미합중국 특허 제 4,715,679호의 내용에 따라 이루어질 수 있다. 예를 들어, 코어(10)는 계단형 굴절률 프로파일, α-굴절률 프로파일, 일정한 속도로 변하는 프로파일 또는 하나 또는 그 이상의 속도의 조화로 변하는 프로파일을 갖는다. 또한, 감소된 영역은 코어가 완전해지기 전에 게르마늄 도핑을 종결함으로써 코어내에 형성될 수도 있다. 코어의 발란스(balance)는 도핑되지 않은 실리카이다.The invention also relates to an optical waveguide having a core having one of constant or varying refractive indices. Modifications, changes and variations to the profiles of the core 10 and the clads 5, 12 and 14 may be made in accordance with the contents of US Pat. No. 4,715,679, which is hereby incorporated by reference. For example, core 10 has a stepped refractive index profile, an α-refractive index profile, a profile that changes at a constant rate, or a profile that changes at one or more speeds. In addition, the reduced area may be formed in the core by terminating germanium doping before the core is complete. The balance of the core is undoped silica.

본 발명은 클래드의 굴절률을 상승시키기에 바람직한 적당한 광섬유에 사용된다. 따라서, 본 발명은 단일 모드 섬유 뿐만 아니라 다중 모드 섬유, 분산 이동 섬유, 큰 효율 면적을 갖는 섬유 및 조정된 선형 분산을 갖는 고성능, 초장거리 섬유에 적용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 어떤 섬유의 분산은 변형될 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 광섬유가 상기 도펀트를 필요로 하지 않기 때문에 본 발명은 붕소 및 불소와 같은 굴절률이 낮은 도펀트의 원하지 않는 효과를 제거한다.The present invention is used in a suitable optical fiber which is desirable for raising the refractive index of the clad. Thus, the present invention is applicable not only to single mode fibers but also to multimode fibers, dispersed transfer fibers, fibers with large efficiency areas, and high performance, ultra long distance fibers with adjusted linear dispersion. In the present invention, the dispersion of any fiber can be modified. The present invention eliminates the unwanted effects of low refractive index dopants, such as boron and fluorine, since the optical fibers made in accordance with the present invention do not require such dopants.

상기 설명한 바와 같이, 탄탈을 이용함으로써 여러 가지의 기술적인 잇점이 있다. 탄탈은 낮은 휘발성을 가져서 심지어 섬유가 건조 및 고화되는 동안 고온의 적용될 때도 이동하지 않는다. 탄탈로 도핑된 영역의 도핑 프로파일은 비교적 날카롭다. 탄탈은 전송을 위해 선택된 파장에서 낮은 레일리 스케터링(Rayleigh scattering) 및 낮은 빛의 감쇠를 갖는다. 이러한 파장은 약 1300nm 내지 1550nm이다. 탄탈로 도핑된 유리는 게르마늄으로 도핑된 유리보다 더 낮은 열팽창을 갖는다. 탄탈은 게르마늄보다 빛에 대해 중량으로 더 큰 영향을 미치므로 게르마늄에 의해 생산되는 동일한 굴절을 생산하는데 더 적은 탄탈이 필요하다. 또한 감쇠가 품질에 비례하기 때문에 탄탈을 이용하는 광섬유의 감쇠는 탄탈이 적게 사용되기 때문에 더 적다. 탄탈은 화학적으로 안정하다. 물에 불용성이고, 대부분의 산과 염기에 불용성이고, 강한 불소화 수소산에 의해서만 서서히 영향받는다.As described above, there are various technical advantages by using tantalum. Tantalum has low volatility so that it does not move even when applied at high temperatures while the fiber dries and solidifies. The doping profile of the tantalum doped region is relatively sharp. Tantalum has low Rayleigh scattering and low light attenuation at the wavelength selected for transmission. This wavelength is about 1300 nm to 1550 nm. Glass doped with tantalum has a lower thermal expansion than glass doped with germanium. Tantalum has a greater weight-to-light effect than germanium, so less tantalum is needed to produce the same refraction produced by germanium. Also, because the attenuation is proportional to quality, the attenuation of the optical fiber using tantalum is less because less tantalum is used. Tantalum is chemically stable. Insoluble in water, insoluble in most acids and bases, only slowly affected by strong hydrofluoric acid.

감소된 굴절률 영역을 갖는 본 발명의 섬유(1)는 통상적인 섬유 제조 공정에 의해 제조된다.The fibers 1 of the present invention with reduced refractive index regions are made by conventional fiber making processes.

본 발명에 따라, 결국 클래드(14)를 형성하는 수트(soot)의 제 2 코팅의 잔류물의 응용을 위한 공정은 TaCl5 와 같은 탄탈의 전구체의 적합한 농도의 투입에 의해 통상적인 기술로부터 변경된다. 또한 당업자들은 다른 물질들이 굴절률을 증가시킨다는 것을 인지할 것이다. 상기 다른 물질들은 지르코늄, 란타늄, 이트륨, 세륨, 및 게르마늄을 포함한다. 또한, 플로리드(florid), 지르코늄, 테트라클로라이드 및 헥사플로린, 헥사플로로아세틸아세토네이트, 및 란타늄, 이트륨, 및 세륨의 유사체 화합물들은 OVD공정과 상용성이 있다. 적당한 농도로 상기 어느 하나를 영역(14)에 굴절률이 증가된 도펀트로 생산할 수 있다. 바람직한 구현체에서, SiO2 수트 전구체의 조성물에서 Ta2O5 전구체의 농도는 약 10중량%까지의 범위이고, 바람직하게는 약 3∼5중량%의 범위이다. 상기 설명이 비록 본 발명의 공정을 예시하더라도, 내부 클래드 영역(12)에 탄탈을 첨가하는 것을 제외한 공정은 전체적으로 통상적이다. 그러므로, 당업자들에게 공지된 통상의 공정 단계에 어떠한 변형도 적용될 수 있다. 예를 들어, 외부 증기 증착 뿐만 아니라 내부 증기 증착, 증기 축 증착, 변형된 화학 증기 증착 또는 플라즈마 외부 내부 증착을 포함하는 다양한 레이다운 공정의 하나가 사용될 수 있다.According to the invention, a process for the application of the residue of the second coating of soot which eventually forms the clad 14 is TaCl 5 It is altered from conventional techniques by the addition of suitable concentrations of precursors of tantalum such as. Those skilled in the art will also recognize that other materials increase the refractive index. Such other materials include zirconium, lanthanum, yttrium, cerium, and germanium. In addition, florid, zirconium, tetrachloride and hexaflorin, hexafluoroacetylacetonate, and analog compounds of lanthanum, yttrium, and cerium are compatible with the OVD process. Any one of these may be produced as a dopant with increased refractive index in the region 14 at an appropriate concentration. In a preferred embodiment, SiO 2 In the composition of the soot precursor Ta 2 O 5 The concentration of the precursor is in the range of up to about 10% by weight, preferably in the range of about 3-5% by weight. Although the above description illustrates the process of the present invention, the process is generally conventional except for adding tantalum to the inner clad region 12. Therefore, any modification can be applied to conventional process steps known to those skilled in the art. For example, one of various laydown processes may be used, including external vapor deposition as well as internal vapor deposition, vapor axial deposition, modified chemical vapor deposition, or plasma external internal deposition.

통상적인 광섬유 도파관 기술은 본 발명의 실시예에 있어서 당업자들에 의해 쉽게 적용되고, 모든 것은 본 발명의 참고로서 다음의 비제한적인 실시예에 의해 포함된다.Conventional fiber optic waveguide techniques are readily applied by those skilled in the art in the embodiments of the present invention, all of which are incorporated by reference to the following non-limiting examples.

수트 전구체로서 유용한 원료에 대하여 Dobbins의 미합중국 특허 제 5,043,002호; 및 Blackwell의 미합중국 특허 제 5,152,819호를 참고한다.US Pat. No. 5,043,002 to Dobbins for raw materials useful as soot precursors; And Blackwell, U.S. Patent No. 5,152,819.

수트 전구체의 증발 또는 분무를 위한 공정에 대하여 Antos의 미합중국 특허 제 5,078,092호; Cain의 미합중국 특허 제 5,356,451호; Blankenship의 미합중국 특허 제 4,230,744호; Blankenship의 미합중국 특허 제 4,314,837호; 및 Blankenship의 미합중국 특허 제 4,173,305호를 참고한다.US Pat. No. 5,078,092 to Antos for processes for evaporating or spraying soot precursors; United States Patent No. 5,356,451 to Cain; U.S. Patent No. 4,230,744 to Blankenship; United States Patent No. 4,314,837 to Blankenship; And US Pat. No. 4,173,305 to Blankenship.

코어 및 클래딩의 수트 전구체 및 레이다운을 연소하는 것에 대하여 Abbott의 미합중국 특허 제 5,116,400호; Abbott의 미합중국 특허 제 5,211,732호; Berkey의 미합중국 특허 제 4,486,212호; Powers의 미합중국 특허 제 4,568,370호; Powers의 미합중국 특허 제 4,639,079호; Berkey의 미합중국 특허 제 4,684,384호; Powers의 미합중국 특허 제 4,714,488호; Powers의 미합중국 특허 제 4,726,827호; Schultz의 미합중국 특허 제 4,230,472호; 및 Sarkar의 미합중국 특허 제 4,233,045호를 참고한다.US Pat. No. 5,116,400 to Abbott for burning soot precursors and laydowns of cores and claddings; Abbott, US Pat. No. 5,211,732; Berkey, US Pat. No. 4,486,212; US Patent No. 4,568,370 to Powers; US Patent No. 4,639,079 to Powers; Berkey, US Pat. No. 4,684,384; US Patent No. 4,714,488 to Powers; US Patent No. 4,726,827 to Powers; US Patent No. 4,230,472 to Schultz; And US Pat. No. 4,233,045 to Sarkar.

코어 예비성형품 고화, 코어막대 인발, 및 오버클래드 예비성형품 고화의 단계에 대하여 Lane의 미합중국 특허 제 4,906,267호; Lane의 미합중국 특허 제 4,906,268호; Lane의 미합중국 특허 제 4,950,319호; Blankenship의 미합중국 특허 제 4,251,251호; Schultz의 미합중국 특허 제 4,263,031호; Bailey의 미합중국 특허 제 4,286,978호; Powers의 미합중국 특허 제 4,125,388호; Powers의 미합중국 특허 제 4,165,223호; 및 Abbott의 미합중국 특허 제 5,396,323호를 참고한다.Lane, US Pat. No. 4,906,267 for stages of core preform solidification, core rod drawing, and overclad preform solidification; U.S. Patent No. 4,906,268 to Lane; Lane, U.S. Patent No. 4,950,319; United States Patent No. 4,251,251 to Blankenship; US Patent No. 4,263,031 to Schultz; Bailey, US Pat. No. 4,286,978; US Patent No. 4,125,388 to Powers; US Patent No. 4,165,223 to Powers; And US Pat. No. 5,396,323 to Abbott.

고화된 오버클래드 예비성형품으로부터의 섬유 인발에 대하여 Harvey의 미합중국 특허 제 5,284,499호; Koening의 미합중국 특허 제 5,314,517호; Amos의 미합중국 특허 제 5,366,527호; Brown의 미합중국 특허 제 4,500,043호; Darcangelo의 미합중국 특허 제 4,514,205호; Kar의 미합중국 특허 제 4,531,959호; Lane의 미합중국 특허 제 4,741,748호; Deneka의 미합중국 특허 제 4,792,347호; Ohls의 미합중국 특허 제 4,246,299호; Claypoole의 미합중국 특허 제 4,264,649호; 및 Brundage의 미합중국 특허 제 5,410,567호를 참고한다.Harvey, US Pat. No. 5,284,499 for drawing fibers from solidified overclad preforms; United States Patent No. 5,314,517 to Koening; United States Patent No. 5,366,527 to Amos; Brown, U.S. Patent 4,500,043; United States Patent No. 4,514,205 to Darcangelo; US Pat. No. 4,531,959 to Kar; Lane, US Pat. No. 4,741,748; Deneka, U.S. Patent No. 4,792,347; United States Patent No. 4,246,299 to Ohls; US Patent No. 4,264,649 to Claypoole; And Brundage, US Pat. No. 5,410,567.

Claims (16)

최대의 굴절률, I0 를 갖는 중심 영역;Maximum refractive index, I 0 A central region having; I0 보다 적은 굴절률 I1 을 갖고, 중심 영역에 인접된 제 1의 환상 영역; I 0 Less refractive index I 1 A first annular region having a first region adjacent to the central region; 상기 제 1의 환상 영역의 굴절률 I 이상으로 제 2의 환상 영역의 굴절률 I2 를 증가시키기에 충분한 굴절률 증진 도펀트로 상기 영역의 굴절률을 증가시키기 위해 탄탈을 포함하는 굴절률 I2 를 갖고, 상기 제 1의 환상 영역을 감싸는 제 2의 환상 영역으로 이루어진 코어 및 내부 클래드를 갖는 광섬유 도파관.The refractive index of the second annular region is greater than or equal to the refractive index I of the first annular region. I 2 A refractive index comprising tantalum to increase the refractive index of the region with a refractive index enhancement dopant sufficient to increase I 2 And a core and an inner clad consisting of a second annular region surrounding the first annular region. 제 1항에 있어서, 상기 중심 영역이 코어를 포함하고, 상기 제 2의 환상 영역은 I2 보다 적은 굴절률 I1 를 갖는 적어도 하나의 다중 부-영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.The method of claim 1, wherein the central region comprises a core, and the second annular region is I 2 Less refractive index I 1 And at least one multiple sub-region having an optical fiber waveguide. 제 1항에 있어서, 상기 영역들의 굴절률의 관계가 I0>I2>I1 인 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.The method of claim 1, wherein the relationship between the refractive indices of the regions I 0 > I 2 > I 1 Optical fiber waveguide, characterized in that the. 제 1항에 있어서, 상기 제 2의 환상 영역을 위한 도펀트가 탄탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.The optical fiber waveguide of claim 1 wherein the dopant for the second annular region comprises tantalum. 제 1항에 있어서, 상기 광섬유가 단일 모드 섬유, 다중 모드 섬유, 분산 이동 섬유, 큰 효율면적을 갖는 섬유, 및 조정된 색분산을 갖는 고성능, 초장거리 섬유로 이루어진 군으로 선택되는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.2. The optical fiber according to claim 1, wherein the optical fiber is selected from the group consisting of single mode fiber, multi mode fiber, dispersed moving fiber, fiber with large efficiency area, and high performance, ultra long distance fiber with adjusted color dispersion. Optical fiber waveguide. 최대의 굴절률, I0 를 갖는 코어;Maximum refractive index, I 0 A core having; I0 보다 적은 굴절률 I1 을 갖고, 상기 코어를 감싼 제 1의 환상 영역을 갖는 코어상의 내부 클래드층; 및 I 0 Less refractive index I 1 An inner clad layer having a core having a first annular region surrounding the core; And I0 보다 적지만 제 1의 환상 영역의 굴절률 I1 보다는 크게 상기 제 2의 환상 영역의 굴절률 I2 를 증가시키기에 충분한 양의 탄탈로 도핑된 굴절률 I2 를 갖고, 상기 제 1의 환상 영역을 감싸는 제 2의 환상 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유. I 0 Refractive index of less but first annular region I 1 Rather than the refractive index of the second annular region I 2 Refractive index doped with a sufficient amount of tantalum to increase I 2 And a second annular region surrounding the first annular region. 제 6항에 있어서, 상기 제 1의 환상 영역이 용융된 실리카를 포함하고, 상기 제 2의 환상 영역이 용융된 실리카로 도핑된 탄탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유.7. The optical fiber of claim 6 wherein the first annular region comprises fused silica and the second annular region comprises tantalum doped with fused silica. 제 6항에 있어서, 상기 코어가 게르마늄으로 도핑된 용융된 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유.The optical fiber of claim 6 wherein the core comprises fused silica doped with germanium. 제 6항에 있어서, 상기 광섬유가 단일 모드 섬유, 다중 모드 섬유, 분산 이동 섬유, 큰 효율 면적을 갖는 섬유, 및 조정된 선형 분산을 갖는 고성능, 초장거리 섬유로 이루어진 군으로 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유.7. The optical fiber according to claim 6, wherein the optical fiber is one selected from the group consisting of single mode fiber, multi mode fiber, dispersed moving fiber, fiber having a large efficiency area, and high performance, ultra long distance fiber with adjusted linear dispersion. Optical fiber. 코어 영역 및 상기 코어 영역을 각각 감싸는 제 1 및 제 2의 환상 영역을 포함하고, 상기 제 1의 환상 영역의 굴절률이 인접한 코어 및 제 2의 환상 영역에 대해 감소되고, 상기 제 2의 환상 영역이 탄탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유.A first region and a second annular region surrounding the core region and the core region, respectively, wherein the refractive index of the first annular region is reduced with respect to the adjacent core and the second annular region, and the second annular region is An optical fiber comprising tantalum. 제 11항에 있어서, 상기 코어 영역이 용융된 실리카 및 탄탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유.12. The optical fiber of claim 11, wherein the core region comprises fused silica and tantalum. 제 11항에 있어서, 상기 코어 영역이 용융된 실리카, 게르마늄, 및 탄탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유.12. The optical fiber of claim 11, wherein the core region comprises fused silica, germanium, and tantalum. 제 10항에 있어서, 상기 제 2의 환상 영역이 용융된 실리카 및 탄탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유.The optical fiber of claim 10 wherein the second annular region comprises fused silica and tantalum. 제 10항에 있어서, 상기 제 2의 환상 영역에서 탄탈의 양이 약 10중량%까지인 것을 특징으로 하는 광섬유.11. The optical fiber of claim 10 wherein the amount of tantalum in the second annular region is up to about 10 weight percent. 제 14항에 있어서, 상기 제 2의 환상 영역에서 탄탈의 양이 약 3중량%에서 약 5중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 광섬유.15. The optical fiber of claim 14, wherein the amount of tantalum in the second annular region ranges from about 3 weight percent to about 5 weight percent. 제 10항에 있어서, 상기 광섬유가 단일 모드 섬유, 다중 모드 섬유, 분산 이동 섬유, 큰 효율 면적을 갖는 섬유, 및 조정된 선형 분산을 갖는 고성능, 초장거리 섬유로 이루어진 군으로 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유.11. The optical fiber according to claim 10, wherein the optical fiber is one selected from the group consisting of single mode fiber, multi mode fiber, dispersed moving fiber, fiber with large efficiency area, and high performance, ultra long distance fiber with adjusted linear dispersion. Optical fiber.
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