KR20010071667A - 모놀리식 동축형 장치 - Google Patents

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KR20010071667A
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coupling
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region
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KR1020007014922A
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죠지 이. 비키
다니엘 에이. 노란
Original Assignee
알프레드 엘. 미첼슨
코닝 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 낮은 초과손실 및 편광 종속 손실을 나타내는 외부환경에 안정적인 간섭계 및 격자장치를 제공한다. 장치 피그테일 및 시스템 섬유 사이의 접속점에서 모드 잡음은 최소화되거나 제거된다. 본 발명은 광신호를 필터링하는 광학 장치(10)에 관한 것이다. 상기 광학 장치(10)는 조정할 수 있는 스펙트럼 응답을 갖는다. 상기 광학 장치는 제1코어 영역(30) 및 굴절율 n2인 클래딩(34)을 갖는 제1광섬유를 포함한다. 상기 제1코어 영역(30)은 은 굴절율 n1를 갖는 코어(32) 및 제1광섬유(25)를 필수구성요소로 하는 제1섬유 커플링 조절기(300)를 포함한다. 상기 제1섬유 커플링 조절기(300)는 광신호를 제1광경로 및 제2광경로 사이에서 커플링하고 광신호가 제3광경로에 커플링하는 것을 실질적으로 방지한다.

Description

모놀리식 동축형 장치{MONOLITHIC COAXIAL DEVICE}
협대역(narrowband) 파장분할 다중송신(wavelength division multiplex, WDM) 커플러(couplers) 및 필터(filters)의 필요성이 있다. 그 응용은 희토류(rare earth) 및 라만(Raman) 증폭기(amplifiers)용 광대역(broadband) 이득평탄화 필터(gain flattening filters)를 포함한다. 또한, 이들은 섬유 대 가입자(fiber-to-subscriber) 구조(architectures)간 뿐만 아니라 중계선(trunk lines)에도 광범위하게 사용될 것이다. 이러한 구성성분은 외부환경에 안정적이고 신뢰성이 있어야 한다.
마크-젠더 필터(Mach-Zehnder filters)가 협대역 파장 성능을 갖는 것으로 알려져 있다. 1nm의 통과대역을 갖는 필터가 동일하지 않는 섬유길이로 두 개의소산되는(evanescent) 커플러 사이를 연결함으로써 형성되는 것이 제안되었다. 그러나, 이러한 접근방식으로 외부환경에 안정적인 장치를 재생시키는 것을 어렵다. 이러한 연결섬유는 온도변화 및 불규칙한 굽힘힘(bending forces)과 같은 외부의 불안정한 조건에 영향을 받는다.
온도성분에 민감하지 않고, 어떤 휨의 원인이 되는 힘에 저항할 수 있는 외부환경에 안정한 마크-젠더 장치가 제안되었다. 이러한 장치는 제1 및 제2의 유사하지 않는 광섬유를 통하여 확장되는 신장된 매트릭스 유리 몸체를 포함한다. 상기 몸체는 상이한 전파상수(propagation)를 갖는 섬유에 위상변이(phase shift) 영역을 포함하며, 이로 인하여 광신호는 상기 위상변이 영역에서 상이한 속도로 광섬유를 통하여 전파한다. 또한, 위상변이 영역의 대향된 단부에서, 상기 몸체는 몸체의 직경 및 섬유의 직경이 위상변이 영역보다 작은 두 개의 간격이 있는 테이퍼된(tapered) 커플러 영역을 포함한다. 비록, 섬유의 전파상수가 상기 위상변이 영역에서 상이하다 할지라도, 테이퍼된 커플링 영역 내부에 있는 섬유에서 전파하는 기초적인 모드의 전파상수의 차이는 커플링이 일어나는 상기 테이퍼된 영역에서는 작은 크기의 코어 때문에 중요하지 않다.
이득평탕화 필터 응용에 오버클래드 마크-젠더 커플러를 사용하는 것이 제안되었다. 두 커플러 장치의 전형적인 사인 종속(sinusoidal dependence) 에르븀-도프(Erbium-doped) 섬유 증폭기의 적색대역(red band) 또는 청색대역(blue band) 이득을 필터링하는데 유용하다. 광대역 이득 필터는 비사인(nonsinusoidal) 필터함수를 필요로 한다. 3 커플러-2 코어 오버클래드 격자구조를 사용하는 광대역기능이 설명된다. 그러나, 2-섬유 오버클래드 마크-젠더 협대역 필터는 편광에 민감한 경향이 있는데, 이는 장치를 제조하는 동안 튜브가 섬유 상으로 붕괴하여 코어가 장치의 위상변이 영역 내에서 변형되기 때문이다.
동축형 기하구조가 편광 민감성을 제거하기 위해 제안되었다. 상기 장치는 두 개의 도파관, 하나의 로드 도파관(섬유의 중심 코어) 및 하나의 동축형 관(tubular) 또는 링(ring) 도파관으로 규정되는 광섬유로부터 변형된다. 중심 코어 및 링 도파관의 굴절율은 코어 및 링 도파관 사이에 있는 클래딩 층의 굴절율에 비하여 또한 링 도파관을 둘러싸는 외부 클래딩의 굴절율에 비하여 높게 한다. 설계의 이행은 하기의 이유때문에 어렵다. 코어 도파관으로부터 링 도파관의 링모드로 광을 커플시키기 위하여, 테이퍼된 영역에 있는 이러한 모드의 전파상수가 비슷하도록 하는 것이 요구된다. 그러나, 상이한 전파상수가 양질의 여과를 위하여 요구된다. 이러한 필요를 충족하는 동축형 섬유 커플러를 형성하기는 어렵다. 더욱 중요한 것은, 중심 코어 도파관 및 링 도파관을 갖는 섬유로 형성된 동축형 장치에서, 링모드는 링 도파관에 아주 밀접하게 연결되어 있어서 출력섬유(output fiber) 피그테일(pigtail)의 보호 코팅에 의해 쉽게 벗겨지지 않을 수 있다는 것이다. 이것은 장치의 출력에 도달하는 것으로부터 링 도파관에 전파하는 광을 방지하기 위해 또한 지수정합액체(index matching fluid)의 용액의 사용을 필요로 한다. 만일, 링모드가 출력 피그테일 및 시스템 섬유 사이에 있는 접속점(splice)에 도달한다면, 모드잡음(modal noise)이 발생된다. 또한, 코어 및 링 도파관을 갖는 동축형 섬유로 제조된 마크-젠더 장치이 파장에 대한 삽입손실(insertionloss)의 특성은 매우 비-재생적(non-reproducible)이다.
본 발명은 1998. 6. 29.에 출원된 미국특허출원번호 제60/091,092호의 CIP 출원으로서, 그 내용이 그대로 참조되어 의존하고 하기에서 구체화되며, U.S.C. 제120조에 따라 우선권의 이익을 보유한다.
본 발명은 일반적으로 모놀리식 필터(monolithic filters)에 관한 것으로, 특히, 단일-섬유 동축형 마크-젠더(single-fiber coaxial Mach-Zehnder) 및 격자(lattice) 장치 및 그들의 응용에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예의 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 장치의 대표적인 굴절율 그래프.
도 3은 본 발명의 제2, 제3 및 제4 실시예에 사용된 두개의 커플러 마크-젠더 구조.
도 4는 본 발명의 제2실시예의 단면도.
도 5는 본 발명의 제2실시예의 굴절율 그래프
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 마크-젠더용 삽입손실 대 파장 그래프.
도 7은 본 발명의 제3 및 제4실시예의 단면도.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 굴절율 그래프.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 굴절율 그래프.
도 10은 솔리톤 시스템에서 사용하는 필터로 구성된 제2, 제3 및 제4실시예에 따른 마크젠더의 강도 대 파장 그래프.
도 11은 도 10의 마크-젠더 장치를 사용하는 솔리톤 전송 시스템.
도 12는 한 쌍의 직렬 마크-젠더 장치.
도 13a 내지 13d는 일련의 마크-젠더의 채널 필터링 기능을 도시한 그림.
도 14는 본 발명의 제5실시예에 따른 동축형 격자 장치.
도 15a 내지 15b는 도 14에 도시된 동축형 격자 장치로부터 얻어진 스펙트럼 응답의 예를 도시한 그래프.
도 16은 도 14의 동축형 격자 장치를 사용한 라만 증폭기.
도 17은 도 14의 동축형 장치를 사용한 에르븀 도프 섬유 증폭기.
도 18은 실리카 유리 호스트에서의 에르븀 이득 스펙트럼의 강도 대 파장 그래프.
도 19는 두 개의 3 테이퍼 격자 장치의 직렬연결에 의해 이루어진 이득평탄화 필터.
도 20은 도 20에 도시된 이득평탄화 필터의 스펙트럼 응답.
도 21은 하나의 3 테이퍼 격자 장치가 있는 마크-젠더 장치의 직렬연결에 의해 제조된 이득평탄화 필터.
도 22는 커플링 영역을 형성하기 위해 모세관을 섬유에 붕괴시켜 신장하기 위한 장치의 개략도.
도 23은 특수한 장치의 광섬유에서 염소 대 섬유반경 그래프.
본 발명은 낮은 손실 및 낮은 편광종속 손실을 나타내는 외부환경에 안정한 간섭(interferometric) 및 격자(lattice) 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 간섭 및 격자 장치는 저렴하고 간단하게 제조된다. 장치 피그테일 및 시스템 섬유 사이의 접속점에서의 모드잡음은 최소화되거나 제거된다.
본 발명의 목적은 광 신호를 필터링하는 광학 장치를 제공하는데 있다. 상기 광학 장치는 조정할 수 있는 스펙트럼 응답을 갖는다. 상기 광학 장치는 굴절율 n1을 갖는 제1 중심영역을 포함하는 제1코어 및 굴절율 n2의 제1 클래딩을 갖는 제1 광섬유; 및 제1광경로 및 제2광경로 사이의 광신호를 커플하고 상기 광신호가 제3광경로로 커플링하는 것을 실질적으로 방지하는 제1 광섬유를 필수구성요소로 하는 제1 섬유 커플링 조절기를 포함한다.
또한, 본 발명은 최대 굴절율 n2를 갖는 클래딩으로 둘러싸인 최대 굴절율 n1를 갖는 코어, 및 상기 코어 및 클래딩 사이에 위치한 최대 굴절율 n5를 갖는 굴절율 페디스탈(pedestal)를 갖는 단일 광섬유, 여기에서, n1〉n5〉n2; 그 위에 보호 코팅을 갖고 섬유 피그테일을 구성하는 테이퍼된 영역의 일단부로부터 확장되는 섬유의 영역으로서, 테이퍼된 영역의 테이퍼 각(taper angle)은 LP01 및 LP02 모드 사이에서 커플링되기에 충분히 크나 LP03 모드에 커플링될 만큼 크지 않는 섬유 내에 적어도 하나의 테이퍼된 영역을 포함하며, 상기 광섬유는 200nm보다 크고 작동파장(operation wavelength) λ0보다 작은 컷오프 파장 λc0를 갖는 장치인 작동파장 λ0에서 작동하는 동축형 장치를 포함한다.
또한, 본 발명은 최대 굴절율 n2를 갖는 클래딩으로 둘러싸인 최대 굴절율 n1를 갖는 코어, 및 상기 코어 및 클래딩 사이에 위치한 최대 굴절율 n5를 갖는 굴절율 페디스탈(pedestal)를 갖는 단일 광섬유, 여기에서, n1〉n5〉n2; 테이퍼된 영역들 사이에 확장되는 섬유의 위상변이 영역; 및 테이퍼된 영역의 테이퍼 각은 LP01 및 LP02 모드 사이에서 커플링되기에 충분히 크나 LP03 모드에 커플링될 만큼 크지 않는 상기 위상변이 영역에 대향하는 제1 테이퍼된 영역의 단부로부터 확장되는 제1 섬유 피그테일을 포함하는 동축형 장치를 포함한다.
또한, 본 발명은 제1광섬유를 필수구성요소로 하는 제1 섬유 커플링 조절기를 제공하는 단계; 광신호를 상기 제1 광섬유로 직사하는 단계; 및 광신호를 LP01모드로부터 LP02모드로 커플링하는 단계를 포함하되, 상기 제1 섬유 커플링 조절기는 LP01모드 및 LP02모드 사이에서 상기 광신호를 커플링하고, 광신호가 LP03모드로 커플링하는 것을 실질적으로 방지하는 것으로 이루어지는 미리 정해진 스펙트럼 응답을 갖고 제1 코어 영역 및 굴절율 n2의 제1 클래딩을 갖는 제1광섬유를 포함하되, 상기 제1 코어영역은 굴절율 n1을 갖는 제1 코어를 포함하는 광학 장치로 광신호를 필터링하는 방법을 포함한다.
본 발명의 부가적인 특징 및 이점은 후술되는 상세한 설명으로부터 나타날 것이고, 또한 후술되는 상세한 설명, 첨부된 도면 및 청구범위에 설명된 본 발명의 실시에 의해 설명되거나 인식되는 것으로부터 당업자에게 명백할 것이다.
전술한 전반적인 설명 및 후술되는 상세한 설명은 단지 본 발명의 바람직한 예일 뿐이고, 또한 본 발명의 청구범위의 성질 및 특징을 이해하기 위한 개관 또는 골격을 제공하기 위한 것이다. 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 위해 포함되었고, 명세서에 의해 구체화되고 그 일부를 구성한다. 상기 도면은 본 발명의 다양한 실시예를 도시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리 및 작동을 설명하는데 사용된다.
이하, 첨부된 도면에서 도시된 예인 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면의 전체에 걸쳐서 동일 또는 유사한 부품을 언급하는데에는 가능하면 동일한 참조번호가 사용될 것이다. 본 발명의 동축형 광학 장치(10)의 바람직한 실시예가 도 1에 도시되어 있으며, 일반적으로 참조번호 10으로 표시된다.
다음의 기호가 본 발명의 특징을 나타내는데 사용된다. Δ는 두 개의 광전파 물질 사이의 상대 굴절율 차이(relative refractive index difference)를 표시한다. 따라서, Δ1-2는 (n1 2-n2 2)/2n1 2과 동일하고, Δ5-2는 (n5 2-n2 2)/2n2 2와 동일하며, Δ2-3는 ((n2 2-n3 2)/2n2 2와 동일하다. 여기에서, n1, n2, n3및 n5는 각각 섬유 코어의 중심 영역, 섬유 클래딩, 장치 오버클래딩 및 코어 영역에 있는 섬유 페디스탈의 굴절율이다. 코어 영역은 또한 트로프(trough)을 포함한다.
본 발명에 따라서, 모놀리식 동축형 장치(10)은 커플링 조절기(300)을 포함한다. 커플링 조절기(300)은 광 커플러(302) 및 커플링 억제자(inhibitor)(304)를 포함한다. 커플러(302)는 두 광경로, LP01 모드 및 LP02 모드 사이에서 광 신호를 커플시킨다. 커플링 억제자(304)는 광신호를 LP01 모드 및 LP02 모드 사이에서 커플시키고, 상기 광신호를 LP03 모드와 같은 보다 높은 차원의 모드로 커플링되는 것을 방지하도록 한다. 커플링 억제자(300)는 미리 정해진 바람직한 스펙트럼 응답을 제공하기 위해 조절된다. 또한, 광학 장치(10)은 매우 복잡한 형태를 갖는 스펙트럼 응답을 제공하기 위해 직렬연결되거나 또는 연쇄적으로 될 수 있다.
상기 커플링 억제자(300)는 그 응용에 따라 하나, 둘, 또는 3개의 커플러 및 커플링 억제자를 포함할 수 있다. 커플링 억제자(300)는 채널 필터링, 지터(jitter)를 제거하기 위해 솔리톤 전송 시스템에서 사용하기 위한 필터, 대역 통과(bandpass) 필터, 노치(notch) 필터, 라만 증폭기 필터, 희토류 증폭기 필터 및 바람직한 또는 미리 정해진 형태에 합치하는 스펙트럼 응답을 갖는 이득평탄화 필터를 포함하는 다양한 응용을 위해 제공된다. 광학 장치(10)는 다른 특징 및 이점을 갖는다. 광학 장치는 그 제조가 상대적으로 간단하고 저렴하다. 광학 장치는 낮은 초과손실, 낮은 편광 종속 손실을 나타내고 장치 피그테일 및 시스템 필터 사이의 접속점(splices)에서 모드 잡음을 제거하거나 최소화시키는 외부환경에 안정된 장치이다.
도 1에 도시된 실시예에서, 광학 장치(10)은 광섬유(25) 및 커플링 조절기(300)을 포함한다. 광섬유(25)는 코어 영역(30) 및 클래딩 영역(34)을 포함한다. 커플링 조절기(300)는 광섬유(25)를 필수구성요소로 하며, 커플러(302) 및 커플링 억제자(304)를 포함한다. 도 1에 도시된 간단한 단일-테이퍼 장치(10)은 비간섭(non-interferometric) 필터의 예이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광학 장치(10)에 관하여 설명된 원리는 하기에 설명되는 2-테이퍼 마크-젠더 필터 및 3-테이퍼 격자 필터에 응용된다.
커플러(302)는 잘 알려진 유형의 일종일 수 있으나, 예에 도시된 바와 같이,테이퍼된 영역(18), 중심 영역(32)의 직경 및 코어 영역(30)으로 통합되는 굴절율 트로프(37)이 있다. 만일, 테이퍼(18)가 비단열적(non-adiabatic)이라면, 광신호는 LP01 및 더 높은 모드 사이에서 전파할 것이고, 트로프(37)은 필요하지 않다. 이 경우, 테이퍼 각은 LP01 및 LP02 모드 사이에서 비단열적 커플링이 되도록 하는 중간 테이퍼 각보다 커야 한다.
상기 테이퍼 각은 통상적으로 테이퍼 비(taper ratio)의 수단에 의해 정의된다. 테이퍼 비는 길이(dz)의 변화에 대한 광섬유(25)의 반경(dr)의 변화이다. Z02=2π/(β01-β02)에서, dr/dz〉r/Z02가 바람직하다. 그러나, 테이퍼 각은 경사가 급해도 LP03 모드에서 커플링되도록 할 수는 없다. 그러므로, 테이퍼 각은 dr/dz가 Z03=2π/(β01-β03)일 때 r/Z03보다 클 정도로 커서는 안된다. 더욱이, 작은 테이퍼 각이 작을 수록 제조 공정동안 제어하기가 더 쉽다. 상기 관계에서, β01, β02및 β03는 테이퍼된 영역에서 LP01, LP02 및 LP03의 전파상수이다.
상술한 바와 같이, 커플러(302)는 굴절율 트로프(37)을 사용하여 수행될 수 있다. 만일, 테이퍼 영역(18)이 단열적이면, LP01 및 LP02 모드 사이의 커플링을 유지하지 않을 것이고, 트로프(37)은 코어 영역(30)으로 통합된다. 트로프(37)은 LP01 모드 경로 및 LP02 모드 경로 사이에서 광을 커플시키나, 더 높은 모드로는 커플시키지 않을 것이다.
이 분야에서 통상적인 기술 중 하나는 또한 LP01 및 LP02 모드 사이의 커플링이 코어 직경을 증가시킴으로써 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
커플링 억제자(304)는 잘 알려진 유형의 일종이나, 예를 들어, 테이퍼된 영역(18) 및 코어(30)로 통합되는 굴절율 페디스탈(33)로 예시된다. 상술한 바와 같이, 만일, 테이퍼 영역이 단열적이면, LP01 및 LP02 모드 사이에서 커플링이 억제될 것이고, 트로프(37)이 사용되어야 한다. 또한, 커플링 억제자(304)는 페디스탈 영역(33)으로 수행된다. 경사가 급한 비단열적 테이퍼 영역이 사용될 때, 광은 LP02 및 더 높은 모드로 쉽게 커플될 것이다. 페디스탈 영역(33)은 LP03 또는 더 높은 모드로 커플링되는 것을 방지하기 위하여 코어(30)로 통합된다.
도 2에 본 발명에 따른 광학 장치(10)의 대표적인 굴절율 프로파일(profile)이 도시되어 있다. 도 2는 광섬유(25)의 반경에 대한 코어(30), 중심 코어 영역(32), 페디스탈(33), 클래딩(34) 및 트로프(37) 사이의 관계를 보여준다. 중심 코어 영역(32)은 굴절율 n1에 의해 특성화된다. 클래딩(34)는 굴절율 n2로 특성화된다. 페디스탈(33) 및 트로프(37)은 각각 굴절율 n5및 n6를 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, n1〉n5〉n2〉n6이다. 또한, 광학 장치(10)은 통상적으로 굴절율 n3를 갖는 오버클래드 영역(17)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 몸체(17)의 굴절율 n3가 섬유 클래딩의 굴절율 n2보다 낮을 때, 모드 커플링은 LP01 및 LP02 모드 사이에서 더욱 용이하게 일어난다. 섬유 클래딩은 통상적으로 실리카로 형성되기 때문에, 튜브 굴절율은 B2O3또는 불소(fluorine)로 도프된 실리카 튜브를 형성됨으로써 클래딩의 굴절율보다 낮게 제도될 수 있다.
섬유 코팅 물질(38)의 굴절율 n4는 섬유 클래딩(34)의 굴절율 n2보다 크다. 더욱이, 장치(10)으로부터 전파되는 LP02 모드가 피그테일 내의 섬유로부터 벗겨지도록 하기 위하여, 섬유 코팅 굴절율 n4는 페디스탈(33) 굴절율 n5와 동일하거나 커야 한다. 그러므로, 모드 잡음은 피그테일 및 시스템 섬유 사이이 접속점에서 제거된다.
섬유 클래딩에 대하여 매우 작은 굴절율 Δ5-2를 갖는 페디스탈를 정밀하게 구성할 수 있기 때문에, 페디스탈 굴절율이 도펀트를 증가시키는데 염소를 사용하는 것이 편리하다. 그러나, 염소보다는 다른 도펀트가 굴절율 프로파일에서 페디스탈 영역(도 3)을 형성하는데 사용된다. 코어 영역(32)을 형성하는데 사용된 도펀트는 또한 페디스탈(33)를 형성하는데 사용될 수 있다. 통상적으로 섬유 코어를 형성하는데 사용되는 게르마니아(germania)가 페디스탈(33) 도펀트에 사용될 수 있다. 더욱이, 코어(32) 및/또는 페디스탈(33)를 형성하는데 사용될 수 있는 많은 굴절율 증가 도펀트가 있다. 페디스탈 영역(33)은 또한 실리카와 같은 유리로 형성될 수 있고, 섬유 클래딩 영역(34)은 불소(fluorine) 또는 붕소(boron)와 같은 굴절율 감소 도펀트로 도프된 실리카로 형성된다.
여기에 설명된 특수한 커플러에서, 장치 섬유(25)는 매트릭스 유리 몸체(17)에 의해 커플링된 영역안에 둘러싸여 있다. 또한 주변 매체는 굴절율 n3즉, 플라스틱, 공기 등과 같은 섬유 클래딩의 굴절율 보나 낮은 굴절율을 갖는 어떤 물질일 수 있다. 테이퍼된 영역에서 LP01 및 LP02 모드 사이의 섬유 전파상수의 차이는만일 공기가 주변 매체라면 더욱 증가할 것이다. 그러므로, 장치의 테이퍼는 더욱 경사가 급해지고, 테이퍼 각은 제어하기가 더욱 어려워진다. 또한, 테이퍼된 영역의 업테이퍼(uptaper) 부분에 있는 공기로 인해, 광은 LP02 모드로부터 LP03 모드로 커플될 수 있다. 더 높은 굴절율n4를 갖는 튜브가 사용될 때, 이러한 부정적인 효과는 제거된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 모놀리식 동축형 오버클래드 마크-젠더 장치(10)가 개시되었다. 본 발명의 제2, 제3 및 제4 실시예에 따른 선택적인 마크-젠더 실시예가 하기에서 설명된다. 장치(10)으로부터 확장된 코팅된 제1 및 제2 광섬유 피그테일(11 및 12)는 각각 접속점(15 및 16)에 의해 시스템 섬유(13 및 14)에 연결된다. 장치(10)는 테이퍼된 커플링 영역(18 및 19)을 갖는 매트릭스 유리 몸체를 포함한다. 위상변이 영역(20)은 영역(18 및 19) 사이에 위치한다.
본 발명의 필터 기능에 영향을 주는 하나의 인자(factor)는 테이퍼율 및 테이퍼된 영역에서 LP01 및 LP02 모드의 전파상수값에 의존하는 커플러의 파장종속성이다. 테이퍼 각은 LP01 및 LP02 모드 사이에서 비단열적 커플링을 하게 하는 최소 테이퍼 각보다 커야한다. 테이퍼 각은 매우 경사가 급해서 LP03 모드로 커플링할 수 없다. 더욱이, 더 작은 테이퍼 각은 제조공정 동안 제어하기가 더 쉽다. Z02=2π/(β01-β02)일 때, dr/dz〉r/Z02가 바람직하다. 그러나, 테이퍼 각은 dr/dz가 Z03=2π/(β01-β03)일 때 r/Z02보다 클 만큼 커서는 안된다. 상기 관계에서, r은 섬유 반경, z는 섬유의 세로축에 따른 거리, β1, β2및 β3는 테이퍼된영역에서 LP01, LP02 및 LP03 모드의 전파상수이다.
LP01에서 LP02로의 커플링 공식은 1991년 C. Vassallo, Elsevier의 광도파관 이론(Optical Waveguide Concepts)에 주어져 있다.
테이퍼된 영역에서 일어나는 커플링은 섬유의 컷오프 파장에 의존한다는 것이 알려져 있다. 만일, 컷오프 파장(cutoff wavelength)이 작동파장(operating wavelength) 근처라면, 커플링을 발생하지 않는다. 장치가 1500nm 영역에서 작동하는 동안, 작동파장 아래의 약 200nm의 컷오프 파장을 갖는 섬유는 테이퍼된 영역에 커플링을 발생시킨다. 섬유 컷오프 파장이 약 950nm이면, 상당한 커플링이 발생한다. 이것은 중요한 설계 선택을 설명해 준다.
우수한 커플링 결과는 컷오프 파장이 작동파장 아래에 500nm보다 클 때 얻어진다. 이러한 결과는 β1및 β2가 서로 상대적으로 밀접하여 있기 때문에 얻어진다. 그러나, β1및 β2의 근접성은 인터-모드 간섭(inter-modal interference)을 더 길어지게 하는 모드 분산(modal dispersion)을 일으킨다. 물론, 인터-모드 간섭은 장치의 필터링 효과를 생성하는 장치에 의해 발생된다. 작은 장치를 제조하기 위해서는, β1및 β2는 상대적으로 멀리 떨어져 있어야 한다. 이것은 더 높은 컷오프 파장의 결과를 일으킨다. 보다 작은 장치에서, 굴절율 트로프(37)은 인터-모드 커플링을 발생시키기 위해 요구된다. 하기에서, 본 발명의 제3 및 제4실시예에 관하여 설명한다.
본 발명의 필터 기능에 영향을 주는 또 다른 인자는 영역(20)이 길이 "L"(예를 들면, 3-테이퍼 장치에서 하나 이상일 때) 및 테이퍼되지 않은 위상변이 영역(20)에서 LP01 및 LP02 모드의 전파상수에 번갈아 의존하는 위상변이 영역의 파장 종속성이다.
단순한 사인 파장 필터 또는 WDM 커플러는 커플러(18 및 19)가 실질적으로 동일한 커플링 특성을 가질 때 우수한 수행 특성을 나타낸다. 그러므로, 제2 커플러(19)는 테이퍼된 커플러(19)를 형성하는데 사용된 것과 동일한 신장조건으로 튜브의 적절한 영역에 영향을 받음으로써 튜브 단부의 대향되는 테이퍼(18) 근처에 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 더 복잡한 형태의 스펙트럼 응답을 위하여, 커플러(18 및 19)는 동일하지 않을 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 3에 도시된 유형의 전형적인 마크-젠더 장치 및 도 4에 도시된 유형의 격자 장치는 바람직한 전달함수(transfer function)를 얻기 위하여 "조정(tuned)"될 수 있다. 첫째, 바람직한 굴절율 프로파일은 물질의 적당한 선택에 의해 얻어진다. 둘째, 광학 장치(10)의 광학적 및 스펙트럼 특성은 제조하는동안 측정된다. 장치의 테이퍼 비, 신장 또는 연장 거리는 바람직한 스펙트럼 특성을 달성하기 위하여 조절된다. 이러한 조정 공정에 의하여, 최적의 물질 선택, 테이퍼비, 신장 거리 및 위상변이 거리(L)가 주어진 필터를 위하여 달성된다.
섬유 코어는 장치 피그테일이 용융되거나 또는 연결되는 시스템 섬유를 합리적으로 밀폐하는 모드 필드 직경을 가져야 한다. 또한, B2O3가 개선된 열적 특성을 갖는 장치를 형성하기 위해 섬유 코어에 부가될 수 있다. 후술되는 바와 같이, 굴절율 및 반경과 같은 코어 파라미터는 장치 작동파장 λ0가 단일-모드 컷오프 파장 λc0보다 충분히 크도록 되어야 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명이 실시예가 개시되어 있다. 장치(10)는 유리 몸체(17)에 의해 둘러싸인 단일 유리 광섬유(25)를 포함한다. 테이퍼 비는 거의 3 대 1이다. 8 wt.% B2O3로 도프된 실리카 튜브가 후술되는 방법에 따라 마크-젠더 장치를 형성하기 위해 사용된다. 튜브(X)의 길이는 4.5cm이다. 양 테이퍼된 영역의 풀 길이(pull length)는 0.75cm이고, 테이퍼된 영역 사이의 거리 L은 1.0cm이다. 섬유 코어는 15 wt.% GeO2및 3 wt.% B2O3로 도프된 실리카로 구성되고, 코어-클래드 Δ1-2는 약 1.0%이다. 반경 rc, rcr및 r클래드는 각각 약 3㎛, 약 12㎛ 및 62.5㎛이다. 컷오프 파장은 약 961nm이다. 장치의 편광 종속 손실은 0.1㏈보다 작다.
도 5는 섬유(25)의 굴절율 프로파일이고, 적어도 몸체(17)의 내부영역의 굴절율 프로파일이다. 도 5의 굴절율 프로파일에서, 비례적 및/또는 정확한 상대적인 크기로 굴절율 및 반경을 나타내려는 시도는 없다. 장치 섬유(25)는 최대 굴절율 n1을 갖는 코어 영역(30) 및 보다 낮은 굴절율 n2의 클래딩 영역을 포함한다. 본 발명의 본 실싱예의 두드러진 특징은 중심 영역(32) 및 클래딩(34) 사이에 위치한 굴절율 페디스탈(33)이다. 페디스탈(33)은 n1및 n2중간인 굴절율 n5를 갖는다. 중심(32) 및 페디스탈 영역(33)을 포함하는 코어 영역은 섬유의 일정한 굴절율로 도시되어 있다.
선택적으로, 중심 영역(32) 및 페디스탈 영역(33)은 만일, 페디스탈가 여기에 기술된 바와 같이, 단지 LP02 모드로만 커플링을 유지한다면, 구성성분 프로파일, 다수의 단계로 형성된 프로파일 같은 변화하는 굴절율 프로파일을 가질 수 있다. 페디스탈의 굴절율 프로파일은 필수적으로 일정하게 유지되거나 또는 반경에 비례하여 약간 감소하도록 하는 것이 바람직하다. 코어, 페디스탈 및 섬유 표면의 반경은 각각 rc및 rcr이다.
도 5의 프로파일에서, 섬유 내에서 전파하는 LP01 및 LP02 모드의 전파상수는 위상변이 영역(20)과 매우 상이하다. 그러나, 이들은 양호한 모드 커플링을 위해 테이퍼된 영역(18 및 19)에서의 값에 충분히 근접하게 된다. 이러한 프로파일을 갖는 섬유는 테이퍼된 영역에서 신뢰성을 떨어뜨리지 않는 모드 커플링으로 위상변이 영역에 있는 모드들 사이에 적절한 위상차를 제공한다. 제2실시예에서 Δ1-2값은 거의 1.0%이다. Δ5-2값은 작아야 하고, 섬유의 LP01 및 LP02 모드 사이에서 광을 커플링하기에 충분하여야 하며, 동시에 LP03 모드에 커플링을 방지하여야 한다. LP02 모드는 클래딩이 매트릭스 유리 몸체와 같은 매체에 의해 둘러싸인 마크-젠더 장치에서 전파하는 안내모드(guided mode)이다. Δ5-2은 값이 클수록 큰 테이퍼 비를 필요로 하기 때문에 0.05%보다 작아야 한다. Δ5-2은 테이퍼된 영역에서 LP02 모드로 커플링할 수 있는 반면, LP03 모드로 커플링하는 것을 방지할 수 있도록 0.01%보다 커야 한다. rcr값은 10㎛ 및 25㎛ 사이에 있어야 하고, 바람직하게는 15㎛이하이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 광학 장치의 삽입손실 대 파장의 그래프이다. 광학 장치(10)의 스펙트럼 응답은 1단 마크-젠더 채널 필터의 스펙트럼 응답이다. 광학 장치(10)는 스펙트럼의 1550nm 영역에서 높은 삽입손실을 갖는 우수한 감쇠 특성을 나타낸다.
도 7에 도시된 바와 같이, 광학 장치(10)의 제3 및 제4실시예는 제2실시예의 길이의 약 1.5이다. 상술한 바와 같이, 장치 크기와 커플링의 용이성 상이의 선택이 있다. 제3 및 제4실시예에 있어서, 굴절율 트로프(37)은 광 커플러(302)의 일부로서 광섬유로 통합된다. 트로프(37)은 LP01 및 LP02 사이에서 인터-모드 커플링할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 마크-젠더 필터의 굴절율 프로파일이다. 제3실시예에서 Δ1-2의 값은 거의 2.0%이다. 코어 직경은 인터-모드 커플링을 하도록 약 7마이크론으로 확대된다. 트로프(37)은 매우 깊고, 약 0.1% 및 0.4% 사이의 범위에서 Δ1-6을 갖는다. 트로프은 작은 테이퍼 및 큰 Δβ을 상쇄시키는데 사용된다. 큰 Δβ때문에, 컷오프 파장은 더 높아진다. 컷오프 파장은 약 1200nm이다. 커플링 억제자(304)는 작은 테이퍼 영역 및 페디스탈(33)을 포함한다. 테이퍼 비는 2 대 1보다 작다. 일반적으로, 테이퍼 비는 단열적이고 인터-모드 커플링을 금지시킨다. 그러나, 광 커플러(302)는 작은 테이퍼 비의 효과를우선시하는 효과를 갖는 매우 뚜렷한 트로프(37)을 포함한다. 페디스탈(33)은 LP02 및 LP03 또는 그 이상의 모드 사이에서 커플링하는 것을 방지하도록 한다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 굴절율 프로파일이다. 제3실시예에서 Δ1-2의 값은 거의 0.8%이다. 코어 직경은 인터-모드 커플링을 하도록 약 10마이크론까지 확대된다. 본 실시예에서, 트로프(37)은 매우 얕고, 약 0.03% 및 0.07% 사이의 범위에서 Δ1-6을 갖는다. 트로프은 작은 테이퍼 및 큰 Δβ을 상쇄시키는데 사용되나, 이 경우 그 효과는 적다. 다시 말해, 컷오프 파장은 제2실시예보다 더 높다. 컷오프 파장은 약 1280nm이다. 테이퍼 비는 2 대 1보다 작다. 제3실시예에 있어서, 커플링 억제자는 일반적으로 단열적인 테이퍼 비를 포함한다. 광 커플러(302)는 이러한 효과를 우선시하는 작은 트로프(37)을 포함한다. 커플링 억제자(304)는 페디스탈(33)을 포함하지 않는다. LP02 및 LP03 또는 그 이상의 모드 사이에서 커플링하는 것을 방지하는 것을 방지할 필요가 없다.
도 10은 솔리톤 전송 시스템에서 사용하는 필터로서 구성된 제2, 제3, 및 제4 실시예에 따른 마크-젠터의 강도 대 파장의 그래프이다. 상술한 바와 같이, 광학 장치(10)는 미리 정해진 수의 스펙트럼 응답을 생성시키도록 조절될 수 있다. 도 10에서, 마크-젠더 장치는 최대로 입사광의 약 100%를 전송시키고 최소로 입사광 신호의 약 70%를 전송시키도록 조절된다. 솔리톤 전송 시스템에서, 타이밍-지터(timing-jitter)는 솔리톤 통신 시스템의 수행에 있어서 핵심 인자이다. 이러한 문제를 해결하는 방법의 하나는 슬라이딩-주파수(sliding-frequency) 필털를 사용하는 것이다.
도 11은 도 10에 도시된 스펙트럼 주파수를 갖는 마크-젠더 장치(10)을 사용하는 긴-당김(long-haul) 솔리톤 전송 시스템(100)의 블록도이다. 송신기(transmitter)(200)는 증폭기(202)에 연결된다. 증폭기(202)의 출력은 마크-젠터 필터(10)에 연결된다. 증폭기(202) 및 필터(10)는 손실을 보상하도록 연쇄되어 분포된다. 이론적으로, 솔리톤 펄스는 그 형태의 손실 없이 여러 번 증폭될 수 있다. 증폭기(202)는 증폭 순간 방출(amplified spontaneous emission, ASE)에 기인하여 잡음을 부가시킨다. 필터(10)은 원하지 않는 ASE를 방지하는 광 대역통과 필터이다. 연쇄되어 있는 각 필터(10)는 서로 다른 중심 주파수를 갖는다. 일련의 슬라이딩-주파수 필터는 연속적인 필터의 중심 주파수를 증가시킴으로써 형성된다. 타이밍 지터는 솔리톤 주파수가 필터로 미끄러지기 때문에 감소되고, 반면에 ASE는 여과된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 2단 채널 필터(200)가 본 발명의 제5실시예로서 개시되어 있다. 마크-젠더(10)의 출력 피그테일(53)은 마크-젠더(11)의 입력 피그테일(54)에 연결된다. 본 발명분야에서 통상적인 기술의 하나에 의해 둘 또는 그 이상의 마크-젠더 장치가 M단 채널 필터를 형성하도록 연결될 수 있다는 것을 알 수 있다.
광학 장치(200)의 출력 전송 함수가 도 13에 도시되어 있다. 도 13a는 시스템 파장 채널을 보여준다. 도 13b에서, 1단 마크-젠더 장치의 스펙트럼 응답이 도시되어 있다. 상기 응답은 도 6에 도시된 것과 유사하며, 명백히 하기 위해 여기에 반복되어 있다. 도 12에 도시된 2단 장치의 스펙트럼 응답이 도 13c에 도시되어 있다. 그 주기는 1단 장치의 2배이다. 연쇄되어 부가된 각 연속적인 마크-젠더는 주기이 크기를 배가시킨다. M단 장치의 스펙트럼 응답이 도 13d에 도시되어 있다. 본 발명분야의 통상적인 기술의 하나로서 M단 장치가 대역통과 필터로서 기능하는 것을 알 수 있다. 도 13d에서, 대역통과 필터는 도 13a에 도시된 고립 채널 0이 사용되었다.
도 14에 도시된 바와 같이, 3 테이퍼를 갖는 모놀리식 동축형 오버클래드 격자 필터(10)가 본 발명의 제6실시예에 따라 개시되어 있다. 장치(10)는 테이퍼된 커플링 영역(170, 180 및 190)을 갖는 매트릭스 유리의 몸체(17)를 포함한다. 위상 지연 영역(20 및 21)은 커플링 영역(170, 180 및 190) 사이에 위치한다. 위상 지연 영역(20)은 길이 L11을 갖고, 위상지연 영역(21)은 길이 L12을 갖는다. 격자 장치(10)는 상술한 마크-젠더의 사인 응답보다 더 복잡한 스펙트럼 응답을 갖는 다수의 필터 기능을 수행하도록 조절된다. 그러나, 마크-젠더 동축형 장치의 조정에 관하여 상술된 원리는 여기에 설명되는 3-테이퍼된 격자 장치에도 적용된다. 상술한 테이퍼 비, 위상지연 길이 L11및 L12, 굴절율 관통홀, 페디스탈, 코어 직경, Δ값 및 다른 특징들이 바람직한 스펙트럼 응답을 얻기 위하여 사용된다.
도 15a 내지 15d는 도 14에 도시된 동축형 격자 장치로부터 얻어진 스펙트럼 응답의 예를 도시한 것이다. 도 15a는 실질적으로 가우시안 형태의 스펙트럼 응답을 보여준다. 이러한 이득평탄화 필터(10)은 스펙트럼 창에서 1528nm로부터1540nm까지 신호를 감쇠시킨다. 이러한 필터는 에르븀 도프된 섬유 증폭기의 이득 스펙트럼에서 스파이크(spike)에 대응하는 약 1532nm에서 최대 삽입손실에 의해 특성화된다. 1532nm에서 최대 삽입손실은 약 7.0㏈이다. 도 15c는 도 15a에 도시된 것과 매우 유사한 스펙트럼 응답을 도시하고 있다. 이러한 필터는 더 작은 창인 1528nm 내지 1538nm를 갖는다. 그 최대 삽입손실은 1533nm에서 3.5㏈이다. 격자 필터(10)는 스펙트럼의 일부에서 필터되도록 조절될 수 있다. 도 15b는 약 1548nm 내지 1560nm 사이의 스펙트럼 창에서 적색 파장을 포함하는 스펙트럼 응답을 도시한 것이다. 이러한 응답은 파장이 증가함에 따라 강하게 감소하는 비선형 곡선이 뒤따르는 1550nm에서 최대값으로 특성화된다. 도 15d는 1565nm 내지 1600nm 사이의 스펙트럼 창을 갖는 L-대역 필터 응답을 도시한 것이다. 이러한 필터의 응답은 도 15b에 도시된 것과 매우 유사하며, 파장이 증가함에 따라 강하게 감소하는 비선형 곡선이 뒤따르는 1572nm에서 최대값으로 특성화된다. 상술한 바와 같이, 본 발명은 도 15a 내지 15b에 도시된 응답에 한정되지 않는다. 격자 장치(10)는 다양하고 다양한 응용에 사용된다.
도 16에는 도 14의 동축형 격자 장치를 사용하는 라만 증폭기가 개시되어 있다. 광학 펌프(154)는 펌프 신호를 커플러(150)에 공급한다. 광신호는 통신 섬유(13)으로부터 커플러(150)으로 직사된다. 에너지는 섬유(140)에서 두 신호의 전파에 따라 펌프신호로부터 광신호로 전송된다. 슈트 잡음(shot noise)에 기인하는 순간적인 라만 산란(scattering)은 넓은 주파수 범위에서 일어나며, 증폭기의 효능을 한정한다. 격자 필터(10)는 넓은 파장 범위에서 조절되기 때문에 라만 증폭기의 성능을 향상시킨다.
도 17에는 도 14의 동축형 장치를 사용하는 에르븀 도프된 섬유 증폭기가 개시되어 있다. 광학 펌프(154)는 펌프 신호를 파장선택 커플러(150)로 공급한다. 광신호는 통신섬유(13)로부터 커플러(150)로 직사된다. 에르븀 도프된 섬유(140)는 커플러(150)의 출력에 연결되고, 신호는 펌프신호에 의해 여기된 에르븀 이온의 방출에 의해 증폭된다. 절연체(isolator)(152)가 에르븀 섬유(140)에 연결되고 광신호로부터 980nm 펌프신호를 분리시킨다.
도 18은 실리카 유리 호스트에서 에르븀 이득 스펙트럼의 강도 대 파장을 도시한 것이다. 에르븀 도프된 섬유는 증폭기 응용에서 매우 중요하며 하기에 설명된다. 이득 스펙트럼의 피크는 1530nm 영역 근처에 중심이 있다. 대역통과 필터는 EDFA의 출력에서 이득 균등화에 필요하다. 그러므로, 격자 필터(10)는 절연체(152)에 연결되고 이득평탄화 필터로서 기능한다. 도 15a 및 15c에 도시된 스펙트럼 응답은 그 응용에 적절하다. 이러한 응답은 에르븀 이득 스펙트럼의 피크를 평탄화하도록 설계된 감쇠 대역을 갖는다.
도 19는 3 테이퍼 격자 장치(71)에 3 테이퍼 격자 장치(72)를 직렬로 연결함으로써 제조된 이득평탄화 필터(700)이 도시되어 있다. 필터(700)는 특히 상술한 에르븀 도프된 증폭기 응용에서 유용하다. 도 20에는 도 19에 도시된 이득평탄화 필터를 사용하여 달성할 수 있는 하나의 주파수 응답이 도시되어 있다. 이러한 복잡한 형태는 2-3 테이퍼 설계에 의해 가능하다. 이것은 1530 내지 1540nm 창에서 에르븀 스펙트럼의 거울상을 생성하며 이러한 스펙트럼 창에서 이득을 매우 평탄하게 한다.
도 21에는 마크-젠더 장치(71)에 3 테이퍼 격자 장치(72)를 직렬 연결함으로써 생성된 이득평탄화 필터가 개시되어 있다. 본 발명의 광학 장치(10)는 미국특허 제5,251,277호에 개시된 반경이 변화하는 구성을 갖는 튜브로 형성될 수 있다. 만일, 그러한 튜브가 사용된다면, 그 내부 영역은 실리카 및 굴절율 저하 도펀트를 함유한다.
장치 섬유는 여기에서 구체회되는 미국특허 제5,251,277호에 개시된 것과 유사한 공정에 의해 제조될 수 있다. 코어 영역 및 클래딩 유리의 얇은 층으로 구성되는 다공성 코어 예형은 실린더형 맨드럴 상에서 형성된다. 맨드럴이 제거되고, 결과적인 관형 예형은 강화로 머플로 점차로 삽입되며, 그 최대 온도는 고온 실리카 함유 유리에 대하여 1200℃ 내지 1700℃이고, 바람직하게는 약 1490℃이다. 건조를 위한 예형 강화 단계 동안 일반적으로 제공되는 염소는 헬륨 및 염소로 구성된 건조 기체를 예형 어퍼춰(aperture)에 흐르게 함으로써 예형에 공급될 수 있다. 최소 약 1 vol.%의 염소가 코어를 적절히 건조시키기 위하여 건조 기체 혼합물에 요구된다. 어퍼춰의 단부는 예형 포어(pores)를 통하여 기체를 흐르게 하도록 마개가 되어 있다. 헬륨 플러싱(flushing) 기체는 머플을 통하여 동시에 흐른다. 약 0.06 내지 0.07 wt.%의 염소가 상기 제1 건조/강화 단계 후에 강화된 예형에 남아있다. 어퍼춰가 밀폐된 "코어 로드(core rod)"를 형성하기 위해 어퍼춰가 진공으로 되어 있는 동안, 결과적인 관형 유리 부품은 가열되고 표준 인출노 내에서 신장된다.
코어 로드의 적절한 길이는 실리카 입자가 그 위에 침전되는 선반(lathe)에 유지된다. 코팅된 로드는 흐르는 헬륨 및 9 vol.%의 염소 혼합물을 통하여 노 머플 내에서 건조되고 강화된다.
결과적으로 소결된 중간 로드는 실리카 입자가 침전된 선반 내에 유지된다. 최종적인 다공성 예형은 헬륨 및 0.6 vol.%의 염소 혼합물이 머플을 통하여 위쪽으로 흐르는 동안 제3 건조/강화 단계에 영향을 받는 강화로에 삽입된다. 예형의 외부는 섬유(25)의 클래딩(34)(도 3)으로 구성될 것이다.
결과적으로 섬유 예형은 광섬유를 생성하기 위해 인출된다. 중간 예형을 형성하기 위해 코어 로드에 적용된 클래딩 유리 입자의 양은 페디스탈의 반경을 결정한다. 제2 및 제3 건조/강화단계에 영향을 받는 예형의 다공성 부분에 적용되는 염소의 양은 Δ5-2의 값을 결정한다. 도 23은 특수한 장치 광섬유에 대한 염소 농도 대 섬유 반경의 그래프이다.
장치 섬유(25)가 상기 방법에 따라 제조될 때, 클래딩은 건조를 위해 최소 염소양을 함유한 실리카로 구성되고, 페디스탈는 약 0.12 wt.%이상의 염소를 함유한 실리카로 구성되며, 최저 초과손실은 4 wt.%이상의 B2O3로 도프된 실리카 매트릭스 유리 몸체를 사용함으로써 달성된다. 이러한 특징을 특성화하기 위하여, 세개의 유형의 장치가 제조되었다. 상기 장치는 몸체(17)에 붕소를 함유하는 것을 제외하고는 유사하다. 장치의 초과손실은 튜브가 각각 2 wt.%의 B2O3및 4 wt.%의 B2O3로 도프된 실리카로 구성될 때 약 1.0㏈ 및 약 0.8㏈이다. 장치가 8 wt.%의B2O3로 도프된 실리카로 형성된 튜브로 제조될 때 초과손실은 없다.
상술한 바와 같이, 염소는 또한 굴절율 감소 도펀트로서 사용될 수 있다. B2O3또는 염소가 사용되는지에 상관없이, Δ2-3은 장치가 낮은 초과손실을 갖도록 하기 위하여 0.1%이상이 되어야 한다.
상기 장치는 여기에서 구체화되는 미국특허 제5,011,251호 및 제5,295,205호에 개시된 방법에 따라 제조된다. 도 2 및 4를 참조하면, 코팅 길이는 코팅된 섬유 길이의 중심 영역으로부터 제거된 매트릭스 유리 튜브(39)의 길이보다 약간 짧다. 벗겨진 영역의 반대 단부에서 코팅된 섬유 부분은 코팅된 섬유 피그테일(11 및 12)로 구성될 것이다. 유리가 없는 섬유(25)는 섬유 코팅(26 및 27)이 섬유 삽입이 용이하도록 튜브 보어(bore)의 단부에 제공된 퓨넬(funnel)로 확장하도록 튜브(39) 보어 내로 삽입된다. 섬유 및 튜브의 조합은 커플러 예형(40)으로서 언급되어 있다.
도 22를 참조하면, 예형(40)은 링 버너(ring burner)를 통하여 삽입되고, 모터 제어대(44 및 45)에 놓여진 인출 척(draw chucks)(42 및 43)에 죄어진다. 버너는 박스(41)로 개략적으로 표시되고, 그로부터 확장되는 화살표는 화염(flame)을 표시한다. 섬유는 예형(40)의 단부에서 봉인되는 진공 부착물(vacuum attachment)(도시되지 않음)을 통하여 관통된다. 통상적인 진공 부착물은 미국특허 제5,011,251에 개시되어 있다.
점 a 및 b(도 4) 사이의 튜브 부분은 초기에 섬유 상으로 붕괴된다. 이것은 진공 부착물을 통하여 보어를 비우고 열이 적용된 부분으로 붕괴하도록 일단부 근처의 튜브를 가열함으로써 달성된다. 척(42 및 43)은 붕괴된 튜브의 원하는 길이를 얻을 때까지 붕괴된 영역이 튜브의 반대 단부 쪽으로 점차 확장하도록 버너에 대하여 상대적으로 예형을 이동시킨다.
테이퍼된 영역(18)은 튜브의 영역을 가열하고 가열된 영역으로 신장되도록 컴퓨터 제어대(45 및 46)을 반대방향으로 이동시킴으로써 예형의 일단부 근처에 형성된다. 튜브 신장 작동은 미국특허 제5,011,251호에 따라 수행될 수 있다. 결과적으로 생성된 테이퍼된 영역의 커플링 특성은 튜브(39) 및 섬유(25)의 광학적 및 기계적 특성과 같은 파라미터 및 테이퍼된 영역의 길이 및 형태와 같은 테이퍼 파라미터에 의해 결정된다.
그 후, 튜브는 버너에 대하여 이동되고, 제2 테이퍼된 영역(19)이 유사하게 형성된다. 접착제(glue)(28 및 29)가 섬유 피그테일의 당김 강도를 향상시키기 위해 튜브의 단부에 부가될 수 있다.
본 발명분야의 당업자에 의한 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 본 발명에 따라 제조될 수 있다는 것은 명백하다. 그러므로, 본 발명의 변형 및 변경이 첨부된 청구범위 및 그 균등한 범위 내에 있다면 본 발명에 속한다.

Claims (68)

  1. 광신호 필터링용 광학장치에 있어서, 상기 광학장치는 조정가능한 스펙트럼을 갖고,
    제1코어 및 굴절율 n2의 제1클래딩을 갖는 제1광섬유, 상기 제1코어는 굴절율 n1을 갖는 제1중심 영역을 포함함; 및
    상기 제1광섬유를 필수구성요소로 하는 제1섬유 커플링 조절기, 상기 제1섬유 커플링 조절기는 광신호를 제1광경로 및 제2광경로 사이에서 커플링시키고 광신호가 제3광경로로 커플링하는 것을 실질적으로 방지함
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1섬유 커플링 조절기는
    광신호를 제1경로 및 제2경로 사이에서 커플링하고 제1출력 신호를 생성시키는 제1광섬유를 필수구성요소로 하는 제1광섬유 커플러, 상기 제1경로는 광신호의 LP01모드이고 상기 제2경로는 광신호의 LP02모드임; 및
    상기 제1광섬유 또는 제1광 커플러의 적어도 하나를 필수구성요소로 하는 제1커플링 억제자, 상기 제1커플링 억제자는 광신호가 제3 경로로 커플링하는 것을 실질적으로 방지하며, 상기 제3경로는 상기 LP02모드보다 높은 광신호 모드임
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1광 커플러는 제1광섬유 내의 테이퍼된 영역을 포함하며, 상기 테이퍼된 영역은 테이퍼된 영역의 길이의 변화에 대하여 제1 광섬유의 반경이 변화하도록 규정된 테이퍼 비에 의해 특성화되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1커플링 억제자는 제1중심 영역 및 제1클래딩 사이에 배치된 제1코어 영역에 굴절율 페디스탈를 포함하며, 상기 굴절율 페디스탈 영역은 굴절율 n5인, 여기에서, n1〉n5〉n2, 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 테이퍼된 영역은 3 대 1과 거의 동일한 테이퍼 비에 의해 특성화되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제1광 커플러는 제1중심 영역 및 제1클래딩 사이의 제1 코어에 배치된 트로프 영역을 포함하며, 상기 트로프 영역은 굴절율 n6인, 여기에서, n1〉n2〉n6, 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1커플링 억제자는 트로프 영역 및 제1클래딩 사이의 제1코어 영역에 배치된 굴절율 페디스탈 영역을 포함하며, 상기 굴절율 페디스탈영역은 굴절율 n5인, 여기에서, n1〉n5〉n2〉n6, 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 트로프 영역은 약 3마이크론 내지 10마이크론 사이의 범위의 반경 치수를 갖고, Δ1-6은 약 0.1% 내지 0.4% 사이의 범위 내인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제1커플링 억제자는 테이퍼된 영역 및 2 대 1보다 작은 테이퍼 비에 의해 특성화되는 테이퍼된 영역을 포함하여, 인터-모드 커플링이 금지되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 트로프 영역은 약 5마이크론 내지 10마이크론 사이의 범위 내의 반경 치수를 갖고, Δ1-6은 약 0.03% 내지 0.07% 사이의 범위 내이며, LP01모드 및 LP02모드 사이에서 커플링하는 인터-모드 커플링이 될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  11. 제2항에 있어서, 상기 제1섬유 커플링 조절기는
    제1광섬유를 필수구성요소로 하고 위상 지연 거리 L11에 의해 제1광 커플러로부터 공간적으로 떨어져 있는 제2광 커플러, 상기 제2광 커플러는 제2출력 신호를샐성시키기 위해 제1출력신호를 제1출력 신호의 LP01모드 및 제1출력 신호의 LP02모드 사이에서 커플링시키며, 상기 제1커플러 및 제2커를러는 마크-젠더 장치를 형성함; 및
    상기 제2광 커플러 또는 제1광섬유의 적어도 하나를 필수구성요소로 하는 제2커플링 억제자, 상기 제2커플링 억제자는 제1출력 신호를 상기 LP02모드보다 높은 출력 신호 모드로 커플링하는 것을 실질적으로 방지함
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1광 커플러는 제1테이퍼 비에 의해 특성화되는 제1테이퍼된 영역을 포함하고 제2광 커플러는 제2테이퍼 비에 의해 특성화되는 제2테이퍼된 영역을 포함하며, 상기 제1테이퍼 비 및 상기 제2테이퍼 비는 제1광섬유의 길이가 변화함에 따라 제1광섬유의 반경이 변화하는 것으로 규정되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 스펙트럼 응답은 제1테이퍼 비, 제2테이퍼 비 및 위상 지연 거리 L11의 함수로 조정되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 스펙트럼 응답은 채널 파장 λC, 파장 채널 통과대역, 파장 채널 금지대역 및 파장의 함수인 이득을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 스펙트럼 응답은 최대치 및 최소치를 포함하는 제1주기를 갖는 거의 사인 형태인 주기함수이며, 상기 최대치는 파장 채널 통과대역에 대응하고 상기 최소치는 파장 채널 금지대역에 대응하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 최대치는 광신호의 약 100%를 전송시키고, 최소치는 광신호의 약 70%를 전송시키는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  17. 데이터를 전달하기 위해 채널 파장을 통하여 데이터를 변조하고 솔리톤 펄스를 전송하는 적어도 하나의 솔리톤 전송기;
    상기 솔리톤 펄스를 전파하는 상기 솔리톤 전송기에 연결된 광섬유;
    상기 솔리톤 펄스를 증폭하는 상기 광섬유에 연결된 적어도 하나의 증폭기;
    상기 적어도 하나의 증폭기에 연결되고 중심 주파수로 조정된 제16항의 광학 장치; 및
    상기 솔리톤 펄스를 변조하고 상기 데이터를 회복시키는 상기 광섬유에 연결된 적어도 하나의 솔리톤 수신기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 전송 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 증폭기는 전송 시스템에서 공간적으로 떨어진 다수의 증폭기를 포함하며, 상기 다수의 증폭기에 연결된 제16항의 광학 장치 각각의 중심 주파수는 서로 상이하며, 전송 시스템의 타이밍-지터를 실질적으로 감소시키는 일련의 슬라이딩-주파수 필터를 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 전송 시스템.
  19. 제15항에 있어서,
    제1광섬유에 연결된 제2광섬유, 상기 제2광섬유는 제2코어 및 굴절율 n4를 갖는 제2클래딩을 갖고, 상기 제2코어는 굴절율 n3를 갖는 제2중심 영역을 포함하며; 및
    상기 제2광섬유를 필수구성요소로 하는 제2 광커플링 조절기, 상기 제2 섬유 커플링 조절기는 광신호를 제1광경로 및 제2광경로 사이에서 커플링하고 광신호가 제3광경로에 커플링하는 것을 실질적으로 방지함;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제2 섬유 커플링 조절기는
    광신호를 제1경로 및 제2경로 사이에서 커플링하고 제3 출력신호를 생성시키는 제2 광섬유를 필수적으로 하는 제3광 커플러; 및
    상기 제3광 커플러 또는 제2광섬유의 적어도 하나를 필수구성요소로 하는제3 커플링 억제자, 상기 제2커플링 억제자는 광신호가 제3경로에 커플링하는 것을 실질적으로 방지함;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제2섬유 커플링 조절기는
    제2광섬유를 필수구성요소로 하고 위상 지연 거리 L21에 의해 제3광 커플러로부터 공간적으로 떨어져 있는 제4광 커플러, 상기 제4광 커플러는 제3출력신호를 제1경로 및 제2경로 사이에서 커플링하고 제4출력신호를 생성시키며, 상기 제3커플러 및 제4커플러는 마크-젠터 장치를 형성함; 및
    상기 제4광 커플러 또는 제2광섬유의 적어도 하나를 필수구성요소로 하는 제4커플링 억제자, 상기 제4커플링 억제자는 제3출력신호가 제3경로에 커플링하는 것을 실질적으로 방지함;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 스펙트럼 응답은 거의 사인 형태의 주기함수이며, 제1주기이 두배인 제2주기를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  23. 제11항에 있어서, 상기 제1섬유 커플링 조절기는
    제1광섬유를 필수구성요소로하고 위상 지연 거리 L12에 의해 제2광 커플러로부터 공간적으로 떨어져 있는 제3광 커플러, 상기 제3광 커플러는 제3출력신호를 생성시키기 위해 제2출력신호를 제1경로 및 제2경로 사이에서 커플링하며, 상기 제1광 커플러, 제2광 커플러 및 상기 제3광 커플러는 격자-필터 장치를 형성함; 및
    상기 제3광 커플러 또는 제1광섬유의 적어도 하나를 필수구성요소로 하는 제3 커플링 억제자, 상기 제3 커플링 억제자는 제2출력신호가 제3경로에 커플링하는 것을 실질적으로 방지하는 물질 특성임;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1광 커플러는 제1 테이퍼 비에 의해 특성화되는 제1 테이퍼된 영역을 포함하고, 제2광 커플러는 제2 테이퍼 비에 의해 특성화되는 제2 테이퍼된 영역을 포함하며, 제3광 커플러는 제3 테이퍼 비에 의해 특성화되는 제3 테이퍼된 영역을 포함하고, 상기 제1 테이퍼 비, 상기 제2 테이퍼 비 및 상기 제3 테이퍼 비는 제1광섬유의 길이의 변화에 대한 제1광섬유의 반경의 변화로 규정되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 스펙트럼 응답은 제1 테이퍼 비, 제2 테이퍼 비, 제3 테이퍼 비 및 위상 지연 거리 L11및 L12의 함수로서 조정되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 스펙트럼 응답이 조정되어 광학 장치의 삽입손실이 미리 결정된 스펙트럼 창이 필터되는 파장의 함수로서 변화하도록 하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  27. 펌프신호를 공급하기 위한 광학 펌프;
    상기 펌프에 연결된 제1입력 및 광신호에 연결된 제2입력을 갖는 WDM 커플러;
    상기 WDM 커플러의 출력에 연결된 광섬유, 상기 에너지는 여기된 라만 산란에 의해 상기 펌프신호로부터 광신호로 전송됨; 및
    광신호를 필터링하기 위해 상기 광섬유에 연결된 제26항에 따른 광학 장치를 포함하는 광대역 필터;
    를 포함하는 섬유 라만 증폭기 시스템.
  28. 펌프신호를 공급하기 위한 광학 펌프;
    광신호에 연결된 제1입력 및 상기 광학 펌프에 연결된 제2입력을 갖는 파장 선택 커플러;
    상기 파장 선택 커플러의 출력에 연결된 에르븀 도프된 섬유, 상기 출력 광신호는 상기 펌프신호에 의해 여기된 에르븀 이온의 방출에 의해 증폭됨;
    상기 에르븀 도프된 섬유에 연결된 절연체; 및
    제26항에 따른 광학 장치를 포함하는 이득평탄화 필터, 상기 전달함수는 출력 광신호의 이득을 미리 결정된 스펙트럼에서 실질적으로 균일하게 함;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 에르븀 도프된 섬유 증폭기 시스템.
  29. 광신호를 전송하기 위한 제1 네트워크 요소;
    광신호를 전파하기 위한 광섬유;
    제28항에 따른 에르븀 도프된 섬유 증폭기 시스템; 및
    광신호를 수신하기 위한 제2 네트워크 요소;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 전송 시스템.
  30. 제23항에 있어서,
    제1광섬유에 연결되는 제2광섬유, 상기 제2광섬유는 제2코어 및 굴절율 n4를 갖는 제2클래딩을 가지며, 상기 제2코어는 굴절율 n3를 갖는 제2 중심 영역을 포함함, 여기에서, n3〉n4; 및
    상기 제2광섬유를 필수구성요소로 하는 제2섬유 커플링 조절기, 상기 제2섬유 커플링 조절기는 광신호를 제1광경로 및 제2광경로 사이에서 커플링하고 광신호가 제3광경로에 커플링하는 것을 실질적으로 방지함;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제2섬유 커플링 조절기는
    광신호를 제1경로 및 제2경로 사이에서 커플링하고 제4출력신호를 생성시키기 위한 제2광섬유를 필수구성요소로 하는 제4광 커플러;
    상기 제4광 커플러 또는 제2광섬유의 적어도 하나를 필수구성요소로 하는 제4커플링 억제자, 상기 제2커플링 억제자는 광신호가 제4경로에 커플링하는 것을 실질적으로 방지함;
    제2광섬유를 필수구성요소로 하고 위상 지연 거리 L21에 의해 상기 제4광 커플러로부터 공간적으로 떨어져 있는 제5광 커플러, 상기 제5광 커플러는 상기 제4출력신호를 제1경로 및 제2경로사이에서 커플링하고 제5출력신호를 생성시키며, 상기 제4커플러 및 상기 제5커플러는 마크-젠더 장치를 형성함; 및
    상기 제5광 커플러 또는 제2광섬유의 적어도 하나를 필수구성요소로 하는 제5커플링 억제자, 상기 제5커플링 억제자는 제4출력신호가 제3경로에 커플링하는 것을 실질적으로 방지함;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  32. 제32항에 있어서, 상기 제2섬유 커플링 조절기는
    제2광섬유를 필수구성요소로 하고 위상 지연 거리 L22에 의해 상기 제5광 커플러로부터 공간적으로 떨어져 있는 제6광 커플러, 상기 제6광 커플러는 상기 제5출력신호를 제1경로 및 제2경로 사이에서 커플링하고 제6출력신호를 생성시키며, 상기 제5커플러 및 상기 제6커플러는 마크-젠더 장치를 형성함; 및
    상기 제6광 커플러 또는 제2광섬유의 적어도 하나를 필수구성요소로 하는 제6커플링 억제자, 상기 제6커플링 억제자는 제5출력신호가 제3경로에 커플링하는 것을 실질적으로 방지함;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  33. 제31항에 있어서, 상기 스펙트럼 응답은 알루미늄 코-도핑을 갖는 실리카 유리 호스트 내의 에르븀 이득 스펙트럼의 거울상인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  34. 작동파장 λ0에서 작동하는 동축형 장치에 있어서,
    최대 굴절율 n2를 갖는 클래딩에 의해 둘러싸인 최대 굴절율 n1을 갖는 코어, 및 상기 코어 및 클래딩 사이에 위치한 최대 굴절율 n5를 갖는 굴절율 페디스탈을 갖는 단일 광섬유, 여기에서, n1〉n5〉n2;
    상기 섬유 내의 적어도 하나의 테이퍼된 영역, 섬유의 테이퍼된 영역은 그 위에 보호코팅을 갖고 섬유 피그테일로 구성되는 상기 테이퍼된 영역의 일단부로부터 확장하고, 상기 테이퍼된 영역의 테이퍼 각은 LP01 및 LP02 모드 사이에서 커플링하도록 충분히 크나, LP03 모드로 커플링할 정도로는 크지 않으며,;
    상기 광섬유는 200nm보다 크고 상기 작동파장 λ0보다 작은 컷오프 파장 λC0를 갖는 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  35. 제34항에 있어서, 상기 컷오프 파장 λC0는 500nm보다 크고 상기 작동파장 λ0보다 작은 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  36. 제34항에 있어서, 상기 섬유의 적어도 하나의 테이퍼된 영역을 둘러싸는 굴절율 n3를 갖는 매체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  37. 제36항에 있어서, Δ2-3은 0.1%보다 크고, 여기에서, Δ2-3은 (n2 2-n3 2)/2n2 2인 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  38. 제36항에 있어서, 상기 매체는 두 개의 단부 영역 및 하나의 중간 영역을 갖는 신장된 매트릭스 유리 몸체를 포함하고, 상기 섬유는 상기 몸체 내에서 세로축으로 확장하고 상기 몸체의 중간 영역을 따라 서로 용융되며, 상기 중간 영역은 적어도 하나의 테이퍼된 영역 및 상기 위상변이 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  39. 제34항에 있어서, 상기 매체는 베이스 유리 및 굴절율 감소 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  40. 제34항에 있어서, 상기 제1섬유 피그테일은 보호코팅으로 둘러싸이며, 그 굴절율은 상기 클래딩의 굴절율보다 충분히 높아 상기 LP02 모드는 상기 제1섬유 피그테일 내의 상기 섬유로부터 벗겨지며, 상기 보호코팅은 굴절율 n4를 갖고, 여기에서, n4=n5인 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  41. 제34항에 있어서, 상기 위상변이 영역 내의 상기 페디스탈의 반경 rp는 10㎛ 내지 25㎛ 사이인 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  42. 제41항에 있어서, 상기 반경 rp는 15㎛보다 작은 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  43. 제34항에 있어서, 상기 섬유는 염소를 함유하며, 상기 페디스탈 내의 염소양은 상기 클래딩 내의 염소양보다 많은 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  44. 제34항에 있어서, 상기 코어는 실리카 및 굴절율 증가 도펀트를 함유하고, 상기 페디스탈은 실리카 및 굴절율 증가 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  45. 제44항에 있어서, 상기 코어 및 페디스탈은 동일한 굴절율 증가 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  46. 제34항에 있어서, Δ5-2은 0.01% 내지 0.05%의 범위이며, 여기에서, Δ5-2은 (n5 2-n2 2)/2n2 2인 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  47. 제34항에 있어서, 상기 적어도 하나의 테이퍼된 영역은 다수의 테이퍼된 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  48. 최대 굴절율 n2를 갖는 클래딩에 의해 둘러싸인 최대 굴절율 n1를 갖는 코어, 및 상기 코어 및 클래딩 사이에 위치한 최대 굴절율 n5를 갖는 굴절율 페디스탈, 여기에서, n1〉n5〉n2;
    상기 섬유를 따라 적어도 하나의 제1 및 제2의 축상으로 간격이 있는 테이퍼된 영역;
    상기 테이퍼된 영역 및 제1섬유 피그테일 사이에서 확장하는 상기 섬유의 위상변이 영역, 상기 제1섬유 피그테일은 상기 위상변이 영역에 반대되는 상기 제1 테이퍼된 영역의 일단부로부터 확장됨; 및
    상기 테이퍼된 영역의 테이퍼 각은 LP01 및 LP02 모드 사이에서 커플링하도록 충분히 크나, LP03 모드에 커플링할 정도로 크지 않는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  49. 제48항에 있어서, 상기 장치는 주어진 작동파장 λ0에서 기능하며, 상기 광섬유는 200nm보다 크고 상기 작동파장 λ0보다 작은 컷오프 파장 λc0을 갖는 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  50. 제49항에 있어서, 상기 컷오프 파장 λc0은 500nm보다 크고 상기 작동파장 λ0보다 작은 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  51. 제48항에 있어서, 상기 섬유의 상기 테이퍼된 영역을 둘러싸는 굴절율 n3를 갖는 매체를 더 포함하며, 여기에서, n3〈n2인 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  52. 제51항에 있어서, Δ2-3은 0.1%보다 큰 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  53. 제51항에 있어서, 상기 매체는 두 개의 단부 영역 및 하나의 중간 영역을 갖는 신장된 매트릭스 유리 몸체를 포함하고, 상기 섬유는 상기 몸체 내에서 세로축으로 확장하고 상기 몸체의 중간 영역을 따라 서로 용융되며, 상기 중간 영역은 상기 테이퍼된 영역 및 상기 위상변이 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  54. 제51항에 있어서, 상기 매체는 베이스 유리 및 굴절율 감소 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  55. 제48항에 있어서, 상기 제1섬유 피그테일은 보호코팅으로 둘러싸이며, 그 굴절율은 상기 클래딩의 굴절율보다 충분히 높아 상기 LP02 모드는 상기 제1섬유 피그테일 내의 상기 섬유로부터 벗겨지며, 상기 보호코팅은 굴절율 n4를 갖고, 여기에서, n4=n5인 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  56. 제48항에 있어서, 상기 위상변이 영역 내의 상기 페디스탈의 반경 rp는 10㎛ 내지 25㎛ 사이인 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  57. 제56항에 있어서, 상기 반경 rp는 15㎛보다 작은 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  58. 제48항에 있어서, 상기 섬유는 염소를 함유하며, 상기 페디스탈 내의 염소양은 상기 클래딩 내의 염소양보다 많은 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  59. 제48항에 있어서, 상기 코어는 실리카 및 굴절율 증가 도펀트를 함유하고, 상기 페디스탈은 실리카 및 굴절율 증가 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  60. 제49항에 있어서, 상기 코어 및 페디스탈은 동일한 굴절율 증가 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  61. 제49항에 있어서, 상기 코어 및 상기 페디스탈은 상이한 굴절율 증가 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 동축형 장치.
  62. 미리 결정된 스펙트럼 응답을 갖는 광학 장치로 광신호를 필터링하는 방법에 있어서, 상기 광학 장치는 제1코어 및 굴절율 n2인 제1클래딩을 포함하고, 상기 제1코어는 굴절율 n2를 갖는 제1중심 영역을 포함하며,
    상기 제1광섬유를 필수구성요소로 하는 제1섬유 커플링 조절기를 제공하는 단계;
    광신호를 제1광섬유로 직사하는 단계; 및
    광신호를 LP01모드로부터 LP02모드로 커플링하는 단계로 이루어지며, 상기 제1섬유 커플링 조절기는 광신호를 LP01모드 및 LP02모드 사이에서 커플링하고 광신호가 LP03모드에 커플링하는 것을 실질적으로 방지하는 것을 특징으로 하는
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 필터링 방법.
  63. 제62항에 있어서, 제1섬유 커플링 조절기를 제공하는 단계는 스펙트럼 응답을 조정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 필터링 방법.
  64. 제63항에 있어서, 제14항의 광학 장치로서, 상기 스펙트럼 응답은 최대치 및 최소치를 갖는 거의 사인 형태의 주기함수이고, 제1 주기는 최대치와 최소치를 포함하며, 상기 최대치는 파장 채널 통과대역에 대응하고 상기 최소치는 파장 채널 금지대역에 대응하는 것을 특징으로 하는 광신호 필터링 방법.
  65. 제64항에 있어서, 상기 최대치는 광신호의 약 100%를 전송하고 최소치는 광신호의 약 70%를 전송하는 것을 특징으로 하는 광신호 필터링 방법.
  66. 제62항에 있어서, 제1섬유 커플링 조절기를 제공하는 단계는 스펙트럼 응답을 조정하는 것을 포함하며, 이로 인하여 광학 장치의 삽입손실은 미리 결정된 스펙트럼 창이 필터되도록 파장의 함수로서 변화하는 것을 특징으로 하는 광신호 필터링 방법.
  67. 제62항에 있어서,
    제1광섬유에 연결되는 제2광섬유를 제공하는 단계, 상기 제2광섬유는 제2코어 및 굴절율 n4인 제2 클래딩을 갖고, 상기 제2코어는 굴절율 n3를 갖는 제2 중심 영역을 포함하며, 여기에서 n3〉n4임; 및
    상기 제2광섬유를 필수구성요소로 하는 제2섬유 커플링 조절기를 제공하는 단계, 상기 제2섬유 커플링 조절기는 광신호를 제1광경로 및 제2광경로 사이에서 커플링하고 광신호가 제3광경로에 커플링하는 것을 실질적으로 방지함;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 필터링 방법.
  68. 제67항에 있어서, 스펙트럼 응답은 알루미늄 코-도핑을 갖는 실리카 유리 호스트 내에 에르븀 이득 스펙트럼이 거울상인 것을 특징으로 하는 광신호 필터링 방법.
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