KR20010085768A - 방사상 불균일하고 방위상 비대칭인 광도파관 섬유 - Google Patents

방사상 불균일하고 방위상 비대칭인 광도파관 섬유 Download PDF

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벤카타 에이. 바가바튤라
로버트 엠. 헉
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알프레드 엘. 미첼슨
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Abstract

본 발명은 단일모드 도파관 섬유, 및 방사상 및 방위상 비대칭 코어를 갖는 단일모드 또는 다중모드 도파관 섬유의 제조방법에 관한 것이다. 이러한 비대칭성은 특정 성능의 특성을 갖는 도파관을 형성하는데 사용하기 위한 자유도를 추가적으로 제공한다.

Description

방사상 불균일하고 방위상 비대칭인 광도파관 섬유 {Radially non uniform and azimuthally asymmetric optical waveguide fiber}
발명의 배경
본 발명은 1998년 9월 9일자 출원된 예비출원번호 제60/099,535호에 기초하고, 이 출원의 우선권을 주장한다.
본 발명은 방사상(radial) 및 방위상(azimuthal) 방향 모두에서 변하는 굴절률 프로파일(refractive index profile)을 갖는 광도파관 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 방위상 변화에 의해 영향받는 추가의 유연성(flexibility)은 방사 좌표 방향에서만의 굴절률 변화량을 이용하여 가능하였던 도파관 섬유의 성능 요구조건들 보다 더 많은 수를 달성할 수 있는 굴절률 프로파일 디자인을 제공한다.
방사상 방향으로 변하는 굴절률 프로파일을 갖는 도파관 섬유의 최근 개발은 이 프로파일을 조정하여 최적화될 수 있는 도파관의 특정한 특성을 보여주고 있다. 예를 들어, 단일 단계보다 더 많은 일반적 방법으로 굴절률 프로파일을 변화시켜서 감쇠(attenuation), 강도(strength), 또는 휨저항성(bend resistance)을 포함하는 기본 특성들을 희생시키는 일 없이, 하나 또는 그 이상의 도파관 특성값을 선택할 수 있다.
또한, 타원, 삼각형, 또는 사각형 코어 기하학을 갖는 것과 같은 특정 방위상 비대칭성 코어 굴절률 프로파일은 극성모드(polarization mode)의 저장 또는 혼합과 같은 유용한 도파관 특성을 제공하기 위해 도시되어 왔다.
따라서, 방사상 및 방위상의 모든 방향에서 변하는 코어 굴절률 프로파일은 원거리통신, 신호공정(signal processing) 또는 감지 시스템(sensor system)에 유용한 새롭고 또는 향상된 특성을 갖는 도파관을 제조할 수 있는 기회가 제공될 것이 기대된다.
마크스(Marcuse)의 미국특허 제3,909,110호(이하 '110특허)에 다중모드 도파관의 방위상 비대칭성인 코어가 기재되어 있다. '110특허에서의 계산은 방사 모드(radiation mode)와의 결합에 의한 손실(loss)을 제한하는 반면 대역폭(bandwidth)을 증가시켜, 방사상 및 방위상의 모든 방향으로의 주기적인 변화가 모드 커플링(mode coupling)을 일으킨다는 사실을 지시하고 있다. 상기 개념은 단일모드 도파관까지 확장되지 않았다. 또한 '110특허는 사인곡선의 방위상 변화(sinusoidal azimuthal variation)에 한정되어 매우 제한적이다.
본 발명의 방사상 및 방위상 비대칭인 코어를 설명하는데 있어서, 코어 섹터(core sector)의 개념이 소개된다. 코어 섹터는 간단히 말해, 도파관내 환상 영역(annular region)을 형성하는 제1 및 제2반경의 지점들의 한 장소에서 경계되는 코어의 일부이다. 각각의 반경은 서로 다르고 코어 반경보다 작거나 동일하다. 하나의 섹터의 나머지 경계들은 서로에 대해 각을 형성하는 두 평면과 도파관 섬유의 중심선을 각각 포함한다. 섹터내에서 라인(line)을 따라 변하는 굴절률은, 라인을 따라 적어도 두 지점 사이에서 굴절률이 다름을 의미한다.
정의
하기 정의들은 종래부터 통상적으로 사용되는 것이다.
- 분할된 코어(segmented core)는 미리-선택된 반경 세그먼트에 있어서 특정한 굴절률 프로파일을 갖는 코어이다. 특정 세그먼트는 최초 및 최후 굴절률 지점을 갖는다. 도파관 중심선으로부터 최초 굴절률 지점의 위치까지의 반경은 코어 영역 또는 세그먼트의 내경이다. 반면, 도파관 중심선으로부터 최후 굴절률 지점의 위치까지의 반경은 코어 세그먼트의 외경이다.
- 상대굴절률 Δ는의 방정식에 의해 정의되며, 여기서 n1은 굴절률 프로파일 세그먼트의 최대 굴절률이며, n2는 본원에서는 클래드층의 최소 굴절률일 수 있는 기준 굴절률이다. 100×Δ인 용어 Δ%는 종래부터 사용되었다.
- 굴절률 프로파일(refractive index profile 또는 간단히 index profile)은 코어의 선택된 부분에 있어서 Δ% 또는 굴절률과 반경 사이의 관계를 말한다. α-프로파일은의 식에 따르는 굴절률 프로파일이이며, 여기서 r은 코어 반경, Δ는 상술한 바와 같고, a는 프로파일의 최종 지점, r은 프로파일의 최초 지점에서 0이도록 선택된다. 다른 굴절률 프로파일은 계단형 굴절률 프로파일, 사다리꼴형 굴절률 프로파일 또는 둥근 계단형 굴절률 프로파일을 포함하며, 상기 둥근형은 빠른 굴절률 변화의 영역에서 도펀트의 확산에 의해 통상적으로 발생된다.
도 1a의 도 1A는 중심 코어 디자인을 갖는 본 발명에 따른 도파관 또는 예비성형품의 구체예의 단면도이고, 도 1B는 도 1A의 1B 단면을 통해 절단한 굴절률 프로파일이며, 도 1C는 도 1A의 1C 단면을 통해 절단한 굴절률 프로파일이고,
도 1b의 도 1D는 중심 코어 디자인을 갖는 본 발명에 따른 도파관 또는 예비성형품의 구체예의 단면도이며, 도 1E는 도 1D의 1E 단면을 통해 절단한 굴절률 프로파일이고, 도 1F는 도 1D의 1F 단면을 통해 절단한 굴절률 프로파일이며,
도 1c의 도 1G는 내장된 코어 디자인을 갖는 본 발명에 따른 도파관 또는 예비성형품의 구체예의 단면도이고,
도 2a의 도 2A는 내장된 코어 디자인을 갖는 본 발명에 따른 도파관 또는 예비성형품의 구체예의 단면도이며, 도 2B는 도 2A의 2B 단면을 통해 절단한 굴절률프로파일이고,
도 2b의 도 2C는 내장된 코어 디자인을 갖는 본 발명에 따른 도파관 또는 예비성형품의 구체예의 단면도이며, 도 2D는 도 2C의 2D 단면을 통해 절단한 굴절률 프로파일이고,
도 2c의 도 2E는 내장된 코어 디자인을 갖는 본 발명에 따른 도파관 또는 예비성형품의 구체예의 단면도이며,
도 2d의 도 2F는 내장된 코어 디자인을 갖는 본 발명에 따른 도파관 또는 예비성형품의 구체예의 단면도이고,
도 3은 공극(void)을 포함하는 신규한 도파관 또는 예비성형품의 단면도이며,
도 4의 도 4A와 도 4B, 및 도 4C와 도 4D는 인발후의 예비성형품 코어의 외형의 변환을 나타내는 단면도이고,
도 5의 도 5A 및 도 5B는 예비성형품의 공극의 코어 형태상에 영향을 주는 단면을 나타내며,
도 6의 도 6A 및 도 6B, 및 도 7의 도 7A 및 도 7B는 예비성형품 코어 및 관 어셈블리의 단면도 및 어셈블리 인발후 최종 도파관의 단면도를 나타내고,
도 8의 도 8A 및 도 8B는 인발후 노치(notched)된 분할 코어 예비성형품 및 최종 도파관의 단면도를 나타낸다.
발명의 상세한 설명
도 1A의 코어(2)는 압흔(4)에 의해 방위상으로 비대칭성이다. 이러한 신규한예비성형품 또는 도파관 섬유의 도에서, 압흔은 클래드층(6)과 동일한 물질을 포함한다. 코어를 통한 수직단면(1B 및 1C)이 도 1B 및 도 1C에 각각 나타나 있고, 계단형 굴절률 프로파일의 폭의 방위상 변화를 나타내고 있다. 이러한 특정 프로파일은 방사상 방향으로는 대칭적이다.
도 1D의 예비성형품 또는 도파관 코어는 방사상 및 방위상의 모든 방향에 있어서 비대칭적이다. 신규한 도파관 또는 예비성형품의 도에서, 코어는 4개의 섹터로 분할된다. 2개의 대각선 방향에서 마주보는 각각의 섹터(8 및 10)는 코어를 통해 절단된 단면부(1F 및 1E)에 의해 도시된 바와 같이 서로 거울상이다. 도 1E에서, 단면(1E)의 방사 관계는 (16)과 같이 둥근형 계단식 또는 α-프로파일이다. 도 1F에서, 단면(1F)의 프로파일(18)은 계단형 굴절률 프로파일이다. 클래드 부분(12 및 14)은 인접한 코어 영역의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 물질을 포함한다. 즉, 클래드층의 조성물은 코어 클래드 구조가 도파관으로 발산되는 방사광을 더욱 유도하는 조건에 의해서만 일반적으로 제한된다.
도 1G는 본 발명에 따른 신규한 예비성형품 및 도파관에 따른 다양한 복합체 구조의 예이다. 이 도에서, 도파관 코어 또는 코어 예비성형품(20)은 중심영역을 갖는 분할된 코어(22), 및 인접하는 환상 영역(28, 24, 및 26)을 포함한다. 각 영역은 각각의 상대굴절률 Δ%, 굴절률 프로파일 및 반경(32, 34, 36, 38 및 40)에 의해 결정된 면적에 의해 특정된다. 예를 들어, 중심영역(22) 및 환상 영역(24)은 각각 게르마늄 도핑된 실리카 유리를 포함하고 환상 영역(28 및 26)은 실리카를 포함하며, 이들 면적의 상대적 크기는 도시한 바와 같다. 내장된 글래스 볼륨(30)에의해 코어 예비성형품에 비대칭성이 도입되며, 이것은 일반적으로 글래스 볼륨(30)에 의해 접하는 환상 세그먼트(24 및 26)의 하나와 다른 굴절률을 갖는다.
상기 글래스 볼륨(30)는 톱질 또는 연마에 의해 형성되며, 계속하여 예를 들어 증착(deposition)을 포함한 다양한 수단에 의해 유리(글래스)로 볼륨(볼륨)를 충진시킨다. 코어(20)에 의해 운반된 광에너지의 분포는 상대굴절률 및 세그먼트(22, 28, 24, 26 및 30)의 크기에 의해 결정될 것이다. 도파관의 기능성은 코어 예비성형품 또는 코어(20)를 가로지르는 광에너지의 분포에 의해 결정된다.
신규한 예비성형품 또는 도파관의 또 다른 예에서, 코어는 도 2A에 도시된 바와 같이 내장된 글래스 볼륨(42, 44, 및 48)을 갖는 매트릭스 유리(matrix glass)(50)를 포함한다. 상기 글래스 볼륨은 예비성형품으로부터 인발된 예비성형품 또는 도파관의 말단에서 말단까지 연장된다. 클래드 유리층(52)은 코어(50)를 둘러싼다. 코어 유리(50)의 굴절률은 클래드층(52)의 굴절률보다 더 높다. 내장된 볼륨의 하나를 통한 단면(2B)는, 도 2B에 도시된 바와 같이 계단형 굴절률 프로파일을 나타낸다. 내장된 글래스 볼륨(42, 44, 및 48)의 단면적의 크기는 같거나 다르고, 클래드 유리층에 대한 다수의 상대 방향이 가능하다.
도 2A의 구조는 예비성형품을 드릴링하고 최종 홀의 벽을 부드럽게 하며, 유리 파우더 또는 로드로 상기 홀을 충진하여 제조될 수 있다. 또한, 상기 코어는 스페이서 유리 로드 또는 입자를 사용하거나 사용하지 않거나 고정관(hold tube)에 삽입된 로드로 형성될 수 있다. 고정관은 적절한 유리 스페이서 물질을 이용하여 로드를 접착시키기 위해 필요할 것임을 예상할 수 있다. 오버클래드층(overcladlayer)은 로드의 접착된 어셈블리 상에 증착될 수 있거나, 인발전 또는 인발동안 어셈블리상에 가열하여 끼워진 관으로 제조될 수 있다.
매트릭스 유리 및 복수의 내장된 글래스 볼륨을 포함하는 또 다른 구체예가 도 2C에 도시되어 있다. 여기서 도파관(54)의 전체 구조는 내장된 글래스 볼륨(56, 58 및 60)이 각각 분할된 코어 굴절률 프로파일을 갖는 것을 제외하고는, 도 2A와 유사하다. 상기 분할된 코어 프로파일의 예는 도 2D에 도시된 바와 같으며, 이것은 상대적으로 높은 Δ%의 중심영역이 2개의 환상 영역(62 및 64)에 의해 둘러싸여 있는 내장된 볼륨의 하나를 통한 단면이다. 도에서, 제1환상(annutus)(62)은 제2환상(64)보다 Δ% 정도로 낮다. 각 세그먼트들은 α-프로파일 또는 둥근형 계단형 굴절률 프로파일과 같은 여러 가능성으로부터 선택된 방사상 의존성을 갖고, 상기 세그먼트의 상대 Δ%는 다른 도파관 기능성을 제공하기 위해 조정될 수 있다.
도 2C의 예비성형품 또는 도파관을 제조하는 방법은 도 2A의 예비성형품 또는 도파관의 제조방법과 필수적으로 동일하다.
이러한 예비성형품 또는 도파관 타입의 2가지 추가예가 도 2E 및 도 2F에 도시되어 있다. 도 2E에 도시된 내장된 글래스 볼륨(66, 68 및 70)은 직사각형 단면을 갖고 실질적으로 정삼각형의 꼭지점에서 배열된다. 내장된 글래스 볼륨의 다른 배열은 코어 영역의 직경을 따라 배열되는 것과 같이 완성될 수 있다. 코어 영역(72)은 다수의 형태 및 조성물을 포함할 수 있다. 도 2E에 도시된 간단한 실시예에서, 코어 유리(72)는 계단형 굴절률 프로파일이고, 빛을 유도하기 위해 요구될 때, 클래드층(74)의 적어도 일부보다 더 높은 굴절률을 갖는다.
도 2F에서, 5개의 내장된 글래스 볼륨을 포함하는 구조가 도시되어 있다. 여기서, 다이아몬드 단면(76, 78, 80 및 82)의 4개의 글래스 볼륨은 원형 중심 코어영역(84)에 대해 대칭적으로 배열된다. 이러한 설계의 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 내장된 볼륨(76, 78, 80, 82 및 84)의 굴절률이 코어(86)의 굴절률과 비교할 때 다른 상대 굴절률을 각각 가질 수 있다.
도 3에서 도시한 바와 같이, 예비성형품 또는 도파관내에 내장된 볼륨(88)이 공극일 수 있다. 장축을 따라 확장된 공극을 갖는 도파관은 코어 또는 인발 예비성형품에 예를 들어 드릴링 또는 에칭에 의해 확장된 공극을 형성하여 제조될 수 있다. 코어 유리(90)의 굴절률은 필수적으로 공극의 굴절률과 다르고, 따라서 비대칭성 코어 영역을 제공한다. 인발 예비성형품을 도시한 도 3과 같은 경우에, 공극은 비대칭성 코어를 제조하기 위해 인발 공정동안 붕괴될 것이다. 공극의 붕괴후에 코어 영역의 형태는 코어 물질(90) 및 클래드층 물질(92)의 상대 점도에 의해 결정된다. 유리의 상대 점도의 조정은 인발되는 예비성형품의 부분에 온도구배를 조절하여 유지된다. 또한 상대 점도는 코어 및 클래드 유리 조성물에 의존된다.
도 4A 및 도 4B는 예비성형품의 클래드층 부분(94)으로부터 예비성형품(98)으로부터 인발된 도파관(100)의 도 4B에서의 코어 부분(102)으로, 도 4A의 예비성형품 형태(98)의 이동을 도시한다. 도 4A 및 도 4B에서 도시된 바와 같이, 예비성형품 코어(96)의 초기 대칭성이 도파관 클래드 층(104)의 대칭성과 같을 때 이동이 발생한다. 실린더형 대칭성은 현재 예비성형품의 제조 및 인발 공정과 거의 일치하는 대칭성이기 때문에 도시된다. 예를 들어 예비성형품 형태의 도파관 코어 형태로의 부분 이동, 즉 실린더형 대칭성과 다른 도파관의 최종 형태에 의해 다른 대칭성들이 가능하다.
정사각형을 갖는 분할된 코어 예비성형품의 단면은 도 4C에 도시된다. 실린더 도파관으로 예비성형품을 가열하고 인발한 후에, 도 4D에서 분할된 코어(106)는 클래드층의 실린더형을 조절하기 위해 대치되는 코어 물질의 점성 흐름으로 인해 정사각형 형태를 취하게 된다.
다른 방법에서, 코어(110), 클래드층(112) 및 확장된 공극(108)을 갖는 도 5A의 예비성형품은 실린더형 도파관으로 인발될 때 비대칭성 코어를 제조할 것이다. 그러나, 이러한 경우에, 예비성형품은 실린더형이고, 코어 물질의 이동은 인발동안 공극을 충진시키기 때문이다. 예비성형품의 형태가 도파관으로 인발될 때 보존되는 한, 코어는 공극을 충진시키기 위해 수축되고, 즉 비대칭성이 될 것이다.
발명의 요약
본 발명의 제1관점에서, 단일모드 도파관은 적어도 하나의 섹터를 갖는 코어를 갖는다. 섹터내의 적어도 한 지점의 굴절률은 섹터밖의 적어도 한 지점의 굴절률과 다르다. 섹터가 정확히 코어의 절반인 경우에, 섹터내의 지점으로 구성되는 것은 프로파일의 정의의 어떠한 정밀도 손실 없이 임의로 선택될 수 있다. 코어 굴절률 프로파일은 방사상 비대칭성을 제공하기 위해 하나의 반경의 적어도 한 부분을 따라 변한다. 미리-선택된 반경에서 섹터내의 코어 굴절률은 방위상 비대칭성을 제공하기 위해 섹터밖의 것과 다르다.
일예에서, 전체적인 코어는 실린더형 대칭성을 갖고, 따라서 통상적으로 실린더형 좌표, 반경 r, 방위각 φ, 및 중신선 높이 z로 설명된다. 굴절률이 변하는 미리-선택된 반경 부분, Δr은 0<Δr≤r0의 범위내에 있으며, 여기서 r0는 코어 반경이다. 방위각(azimuth angle)의 적어도 2개의 다른 선택에 있어서 굴절률이 다른 미리-선택된 반경도 동일한 범위내에 있다.
또 다른 구체예에서, 미리-선택된 반경부분은 Δr=r2-r1으로 정의되는 세그먼트이고, 여기서 0≤r1<r2및 r2<r0이다.
또 다른 구체예에서, 굴절률은 섹터내 특정 또는 모든 반경을 따라 변하고, 여기서 섹터는 0보다 크고 180°보다 작거나 같은 끼인각(included angle) φ를 갖는다.
또 다른 구체예에서, 반경 부분은 0<Δr≤r0의 범위내에 있고, 방위각 φ 및높이 z는 좌표점(r, φ, z)이 코어 영역내에 있다면 모든 값을 갖는다.
본 발명의 그 이상의 구체예는 섹터의 수와 각을 이루고 방사의 크기의 섹터로 명시되고 반경 r과 상대굴절률 퍼센트 Δ% 사이의 기능성 관계가 명시되는 것을 포함한다. 기능성 관계의 예는 α-프로파일, 계단형 및 둥근 계단형 굴절률 프로파일, 및 사다리꼴형 프로파일이다.
본 발명의 또 다른 구체예는 특정 크기 및 형태의 글래스 볼륨(glass volume)이 포함되는 면적을 포함하는 특정수의 섹터와 하나의 분할된 코어를 갖는 도파관을 포함한다. 특정 코어 구조 및 내장부(embedded portions)를 갖는 3 및 4 섹터 예들은 후술한 바와 같다. 일부 구체예에서, 내장부 자체는 분할된 굴절률 구조를 갖는다.
일반적으로, 본 발명의 제1관점의 구체예는 단일모드 또는 다중모드 도파관 섬유일 수 있다.
본 발명의 제2관점은 방사상 및 방위상 비대칭성 도파관 섬유를 제조하는 방법이다. 상기 방법은 단일모드 또는 다중모드 도파관 섬유를 제조하는데 사용된다.
상기 방법의 일예는 인발 예비성형품(draw preform)의 형태를 변경시키는 단계 및 원형 단면을 갖는 도파관 섬유로 예비성형품을 인발시키는 단계를 포함한다. 따라서, 예비성형품의 형태는 예비성형품 내에 포함된 실린더형 대칭성, 특히 실린더형 대칭성 코어 특성으로 옮겨진다. 상기 인발 예비성형품의 형태는 에칭(etching), 톱질(sawing), 드릴링(drilling) 또는 연마(grinding)와 같은 몇몇 방법의 일부에 의해 변화될 것이다.
상기 방법의 구체예에서, 내부에 홀(hole) 또는 표면 압흔(surface indentation)을 형성하여 예비성형품이 변경된다. 원형 단면을 갖는 도파관 섬유를 제조하기 위해 변경된 예비성형품을 연속적으로 인발시키면 원형 대칭성 코어가 방사상 또는 방위상 비대칭성이 된다.
본 발명의 다른 구체예에서, 둘 또는 그 이상의 코어 예비성형품이 제조되고 예비성형품 어셈블리를 형성하기 위해 유리관에 삽입된다. 예비성형품 어셈블리를 인발하여 얻는 도파관 섬유는 어셈블리의 비대칭성을 갖는다. 스페이서 유리 입자(spacer glass particles) 또는 로드(rod)는 관(tube)-코어 예비성형품 어셈블리에 포함된다.
도 5A에 도시된 타입의 예비성형품은 외부 증기 증착공정에 의해 제조된다. 코어 영역(110)은 게르마늄 도핑된 실리카이고, 클래드층(112)은 실리카이었다. 공극(108)은 드릴링에 의해 예비성형품에 형성되고 에칭 용액을 이용하여 공극의 벽을 부드럽게 한다. 예비성형품은 1500nm 작동 윈도우에서 제로 분산 파장을 갖는, 즉 도파관의 분산이 전이되는 도파관 섬유로 인발되었다. 방위상 대칭성 코어를 갖는 분산이 전이된 도파관에 있어서 7㎛ 내지 8㎛의 범위로 모드 필드 직경과 비교될 때, 도파관은 일반적으로 10.4㎛의 큰 모드필드 직경을 갖는다.
도 6A 및 도 6B에는 비대칭성 코어의 제조방법이 도시되어 있다. 분할된 코어 예비성형품(114, 116 및 118)은 외부증기증착, 축상증기증착, 플라즈마 증착, 또는 변형 화학증기증착을 포함하는 공지된 몇몇 방법을 이용하여 제조되었다. 코어 예비성형품은 관(122)에 삽입되며, 여기서 이들은 스페이서 로드(120)에 의해 고정된다. 로드는 실리카, 도핑 실리카 등으로 제조될 수 있다. 필요에 따라, 클래드층(124)은 관상에 증착될 것이다. 예비성형품 어셈블리는 코어 유리(128)내에 내장되고 도 6B에 도시된 바와 같은 클래드 유리층(126)에 의해 둘러싸인 코어(130, 132, 및 134)를 갖는 도파관 섬유로 인발될 것이다. 도 6A에 도시된 바와 같이 어셈블리는 직접 인발될 것이다. 또한, 증착된 클래드층은 인발전에 고화될 것이다. 또한, 클래드 증착전에, 관, 코어 예비성형품, 및 스페이서 로드 어셈블리는 충분히 가열되어 이의 표면을 연화시켜 그들이 서로 부착되게 하며, 이것은 오버클래드 또는 인발공정에 사용하기 위한 더욱 안정된 구조를 형성하기 위함이다.
도 7A 및 도 7B에 도시된 비대칭성 코어의 제조방법은 도 6A 및 도 6B에 도시된 것과 밀접한 관계를 갖는다. 도 7A에서, 코어는 계단형 굴절률 코어 예비성형품(138, 140 및 142)에서 전파된 빛을 더욱 함유하도록 제공되는 환상(136)에 의해 경계된다. 전술한 바와 같이, 스페이서 유리 또는 유리 파우더는 환상내에서 코어 예비성형품의 상대 위치를 안정화시키기 위해 사용될 것이다. 코어 예비성형품, 광학 스페이서 물질, 환상 및 오버클래드 물질의 어셈블리는 직접 인발되거나 우선 고화된 후 인발될 것이다. 최종 도파관 섬유가 도 7B에 도시되어 있다.
비대칭성 코어의 제조방법의 마지막 예가 도 8A 및 도 8B에 도시되어 있다. 도 8A에서, 예비성형품은 중심 영역(144), 제1환상영역(148), 및 제2환상영역(148)을 갖는 분할 코어를 갖는다. 예비성형품은 연마되거나 톱질되거나 기타 방법에 의해 노치(notch)(152)를 형성한다. 상기 노치는 클래드층(154)의 물질과 다른 조성물의 물질인 물질(150)로 충진되거나 비어 있을 수 있다. 예비성형품 어셈블리는 도 8B에 도시된 바와 같이 비대칭성 코어를 갖는 도파관을 형성하기 위해 인발된다. 여기서, 상기 어셈블리는 직접 인발되거나, 인발되기 전에 증착, 고화 또는 택킹(tacking) 단계가 실시되어 적당한 상대 등록(relative registration)에서 예비성형품의 일부를 고정시킬 것이다.
본 발명의 다른 특정 실시예가 본원에 설명되어 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

Claims (29)

  1. 둘레의 클래드 층과 접하고, 적어도 한부분이 클래드 층의 적어도 한 부분의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 코어 영역,
    긴 길이의 도파관에 평행하는 중심선을 갖는 도파관과 제1 및 제2 평면에 의해 경계되는 적어도 하나의 코어 섹터를 갖는 도파관, 및 상기 제1 및 제2 평면에 의해 교차되는 코어 영역 주변의 세그먼트를 포함하며,
    여기서 상기 제1 및 제2 평면은 각각 중심선을 포함하고 그 중심선에서 끼인각 φ≤180°를 형성하고, 코어 굴절률은 중심선에 수직이고 중심선에서 밖으로 연장되는 미리-선택된 반경의 적어도 한 일부, Δr을 따라 변하며,
    적어도 하나의 코어 섹터내 미리-선택된 반경에서의 적어도 한 지점에서의 코어 굴절률은 적어도 하나의 코어 섹터밖의 미리-선택된 반경에서의 적어도 한 지점에서의 코어 굴절률과 다른 값을 갖는 것을 특징으로 하는 방사상 및 방위상 비대칭 코어를 갖는 단일모드 광도파관 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코어 영역은 실린더 형태를 갖고, 이 코어 영역에서 한 지점이 실린더형 좌표, 반경 r, 방위각 φ 및 중신선 높이 z를 가지며, 상기 코어 영역의 반경이 r=r0이고, 반경의 미리-선택된 부분은 0<Δr≤r0의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반경의 미리-선택된 부분은 세그먼트 Δr=r2-r1이며, 여기서 0≤r1<r2및 r2<r0인 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 반경의 미리-선택된 부분이 끼인각 0<φ≤180°를 갖는 적어도 하나의 섹터내에서 특정 반경을 따라 놓이는 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관.
  5. 제2항에 있어서, 상기 반경의 미리-선택된 부분 Δr이 0<Δr≤r0의 범위내에 있고, 반경의 방위각이 0≤φ≤360°의 범위내에 있고, 반경은 중심선을 따라 특정 지점 z로부터 인발되는 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관.
  6. 제2항에 있어서, 상기 반경의 미리-선택된 부분이 세그먼트 Δr=r2-r1이며, 여기서 0≤r1<r2및 r2<r0이고 상기 세그먼트를 함유하는 반경의 방위각이 0≤φ≤360°의 범위내에 있고, 세그먼트를 함유하는 반경은 중심선을 따라 특정 지점 z로부터 인발되는 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관.
  7. 제2항에 있어서, 코어는 시계 반대방향의 방위 방향으로 1에서 4까지 연속적으로 수매김된 동일한 볼륨의 4 섹터를 가지며, 각 섹터의 경계 평면은 90°의 끼인각을 갖고, 섹터 1 및 3은 함수 f(r)에 의해 정의된 굴절률의 방사상 변화를 갖고, 섹터 2 및 4는 함수 g(r)에 의해 정의된 굴절률의 방사상 변화를 갖는 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관.
  8. 제7항에 있어서, 상기 g(r)은 계단형 굴절률이고, f(r)은 α-프로파일형 굴절률인 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관.
  9. 제2항에 있어서, 상기 코어는 동일한 볼륨의 4 섹터를 갖고, 각 섹터의 경계 평면은 90°의 끼인각을 가지며, 각 섹터의 굴절률 프로파일은 반경 rc및 굴절률 Δc를 가지며 섹터를 경계짓는 평면들 사이에서 연장되는 중심 부분,
    중심 부분에 접하고 외경 r1및 상대굴절률 Δ1를 가지며 섹터를 경계짓는 평면들 사이에서 연장되는 제1환상 영역,
    상기 제1환상 영역에 접하고 외경 r2및 상대굴절률 Δ2를 가지며 섹터를 경계짓는 평면들 사이에서 연장되는 제2환상 영역,
    상기 제2환상 영역에 접하고 외경 r3및 상대굴절률 Δ3을 가지며 섹터를 경계짓는 평면들 사이에서 연장되는 제3환상 영역,
    제1섹터의 코어에 내장되고 섹터를 경계짓는 제1평면에 의해 제1부분의 표면상에서 경계되고, 제1, 제2 및 제3환상 영역의 일부에 의해 제2부분의 표면상에서 경계되는 일정한 굴절률의 제1볼륨,
    제1섹터의 코어에 내장되고 섹터를 경계짓는 제1평면에 의해 제1부분의 표면상에서 경계되고, 제1, 제2 및 제3환상 영역의 일부에 의해 제2부분의 표면상에서 경계되는 일정한 굴절률의 제2볼륨을 갖고, 여기서,
    나머지 3개의 섹터 각각은 제1섹터에 포함된 볼륨에 상응하는 방법으로 경계된 표면을 갖는 내장된 볼륨을 함유하며, 상대굴절률과 반경은 하기 부등식 0≤rc<r1<r2<r3≤r0및 Δc≥Δ2>Δ1≥Δ3에 따르는 것을 특징으로 하는 단일모드 도파관.
  10. 제2항에 있어서, 상기 코어는 3개의 섹터를 갖고, 각 섹터는 일정한 굴절률의 제2글래스의 볼륨내에 포함된 일정한 굴절률의 제1글래스의 볼륨을 포함하고, 제1글래스의 굴절률은 제2글래스의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 단일모드 도파관.
  11. 제10항에 있어서, 각각의 제1글래스 볼륨이 중심선에 평행하게 배열된 장축을 갖는 확장체이고, 여기서 상기 확장체의 수직 단면은 원, 타원 및 평행사변형으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 단일모드 도파관.
  12. 제2항에 있어서, 상기 코어는 3개의 섹터를 갖고, 각 섹터는 중심 부분, 중심부를 감싸고 접촉하는 제1환상 부분, 및 상기 환상 부분에 접하고 이를 감싸는 적어도 하나의 추가 환상 부분을 각각 갖는 확장된 글래스 볼륨을 함유하며, 확장된 구조물의 각각의 장축은 중심선에 평행하는 것을 특징으로 하는 단일모드 도파관.
  13. 제12항에 있어서, 중심 부분은 반경 rc및 상대굴절률 Δc를 갖는 실린더이고, 환상 부분은 각각의 외경 ri및 상대굴절률 Δi를 갖는 관이며, 여기서, i=1 ...n이고, n은 환상 부분의 수, i가 짝수인 경우에 Δi는 i가 홀수인 경우의 Δi보다 큰 것을 특징으로 하는 단일모드 도파관.
  14. 제2항에 있어서, 상기 코어는 4개의 섹터를 갖고, 각 섹터는 굴절률 Δ1을 갖는 제1글래스 볼륨, 및 굴절률 Δ2를 갖고 각 섹터의 제1글래스 볼륨에 포함되는 제2글래스의 확장된 볼륨을 각각 포함하며, 각각의 확장된 볼륨들은 중심선에 대해 대칭적으로 배열된 것을 특징으로 하는 단일모드 도파관.
  15. a) 장축, 코어 및 클래드를 가지며 상기 장축에 수직인 모든 단면이 원형인 단일모드 또는 다중모드 광도파관 섬유 예비성형품을 제조하는 단계;
    b) 장축에 대해 수직으로 잘린 상기 예비성형품의 모든 단면이 장축에 대해 수직인 예비성형품의 다른 단면의 형태와 본질적으로 같도록, 상기 예비성형품의 인접 부분을 연마, 톱질, 또는 그렇지 않으면 제거하여 예비성형품의 표면을 변경시키는 단계; 및
    c) 코어, 장축 및 상기 장축을 따라 모든 지점에서 장축에 대해 수직인 원형 단면을 갖는 도파관 섬유를 얻기 위해 장축을 따라 예비성형품을 가열하고 인발시켜, 상기 변경된 예비성형품의 형태를 갖는 도파관 섬유 코어를 제공하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사상 및 방위상 비대칭성 단일모드 또는 다중모드 광도파관의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, b)단계가 예비성형품의 표면에 하나 또는 그 이상의 압흔(indentation)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, a)단계는 중심 코어 영역 및 상기 중심 코어 영역을 감싸며 접하는 적어도 하나의 환상 부분을 포함하고, 중심 영역의 상대굴절률이 상기 환상 부분의 상대굴절률과 다르며, 하나 또는 그 이상의 압흔이 적어도 환상 부분을 관통하는, 분할된 코어 예비성형품을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. a) 장축, 코어 및 클래드를 가지며 상기 장축에 수직인 모든 단면이 원형인광도파관 섬유 예비성형품을 제조하는 단계;
    b) 장축을 따라 연장된 하나 또는 그 이상의 홀을 도파관 예비성형품내에 드리링, 연마 또는 그렇지 않으면 제조하는 단계; 및
    c) 코어, 장축 및 상기 장축을 따라 모든 지점에서 장축에 대해 수직인 원형 단면을 갖는 도파관 섬유를 얻기 위해 장축을 따라 예비성형품을 가열하고 인발시켜, 방사상 및 방위상 비대칭성 도파관 섬유 코어를 제공하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사상 및 방위상 비대칭성 단일모드 또는 다중모드 광도파관의 제조방법.
  19. a) 각각 장축을 갖는 적어도 2개의 도파관 섬유 코어 예비성형품을 제조하는 단계;
    b) 클래드 유리로 만들어진 관에 상기 적어도 2개의 코어 예비성형품을 삽입하여 장축을 갖고, 상기 적어도 2개의 코어 예비성형품의 경계와 관의 내부 사이에 간극(interstitial void)이 형성되는 코어 예비성형품-관 어셈블리를 형성하는 단계; 및
    c) 코어, 장축 및 상기 장축을 따라 모든 지점에서 장축에 대해 수직인 원형 단면을 갖는 도파관 섬유를 얻기 위해 장축을 따라 예비성형품을 가열하고 인발시켜, 방사상 및 방위상 비대칭성 코어를 갖는 도파관 섬유를 제공하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사상 및 방위상 비대칭성 단일모드 또는 다중모드 광도파관 섬유의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 방법은 c)단계 이전에, 상기 적어도 2개의 코어 예비성형품과 관 사이에 형성된 간극내에 입자, 로드(rod), 및 중심체로 이루어진 군으로부터 선택된 형태를 갖는 클래드 유리를 삽입시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, a)단계는 중심 코어 영역 및 상기 중심 코어 영역을 감싸며 접하는 적어도 하나의 환상 부분을 포함하고, 중심 영역의 상대굴절률이 상기 환상 부분의 상대굴절률과 다른 분할된 코어 예비성형품을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 둘레의 클래드 층과 접하고, 적어도 한부분이 클래드 층의 적어도 한 부분의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 코어 영역,
    긴 길이의 도파관에 평행하는 중심선을 갖는 도파관과 제1 및 제2 평면에 의해 각각 경계되는 4개의 코어 섹터를 갖는 도파관, 및 상기 제1 및 제2 평면에 의해 교차되는 코어 영역 주변의 세그먼트를 포함하며,
    여기서 상기 제1 및 제2 평면은 각각 중심선을 포함하고 그 중심선에서 끼인각 φ≤180°를 형성하고, 여기서
    상기 코어 영역은 실린더 형태를 갖고, 이 코어 영역에서 한 지점이 실린더형 좌표, 반경 r, 방위각 φ 및 중신선 높이 z를 가지며, 상기 코어 영역의 반경이r=r0이고, 반경의 미리-선택된 부분은 0<Δr≤r0의 범위내에 있으며,
    상기 4개의 코어 섹터는 시계 반대방향의 방위 방향으로 1에서 4까지 연속적으로 수매김된 동일한 볼륨을 가지며, 각 섹터의 경계 평면은 90°의 끼인각을 갖고, 섹터 1 및 3은 함수 f(r)에 의해 정의된 굴절률의 방사상 변화를 갖고, 섹터 2 및 4는 함수 g(r)에 의해 정의된 굴절률의 방사상 변화를 갖는 것을 특징으로 하는 방사상 및 방위상 비대칭성 코어를 갖는 다중모드 광도파관 섬유.
  23. 제22항에 있어서, g(r)은 계단형 굴절률이고, f(r)은 α-프로파일 굴절률인 것을 특징으로 하는 도파관.
  24. 제22항에 있어서, 상기 4개의 코어 섹터는 동일한 볼륨을 갖고, 각 섹터의 경계 평면은 90°의 끼인각을 가지며, 각 섹터의 굴절률 프로파일은 반경 rc및 굴절률 Δc를 가지며 섹터를 경계짓는 평면들 사이에서 연장되는 중심 부분,
    중심 부분에 접하고 외경 r1및 상대굴절률 Δ1를 가지며 섹터를 경계짓는 평면들 사이에서 연장되는 제1환상 영역,
    상기 제1환상 영역에 접하고 외경 r2및 상대굴절률 Δ2를 가지며 섹터를 경계짓는 평면들 사이에서 연장되는 제2환상 영역,
    상기 제2환상 영역에 접하고 외경 r3및 상대굴절률 Δ3을 가지며 섹터를 경계짓는 평면들 사이에서 연장되는 제3환상 영역,
    제1섹터의 코어에 포함되고 섹터를 경계짓는 제1평면에 의해 제1부분의 표면상에서 경계되고, 제1, 제2 및 제3환상 영역의 일부에 의해 제2부분의 표면상에서 경계되는 일정한 굴절률의 제1볼륨,
    제1섹터의 코어에 포함되고 섹터를 경계짓는 제1평면에 의해 제1부분의 표면상에서 경계되고, 제1, 제2 및 제3환상 영역의 일부에 의해 제2부분의 표면상에서 경계되는 일정한 굴절률의 제2볼륨을 갖고, 여기서,
    나머지 3개의 섹터 각각은 제1섹터에 포함된 볼륨에 상응하는 방법으로 경계된 표면을 갖는 내장된 볼륨을 함유하며, 상대굴절률과 반경은 하기 부등식 0≤rc<r1<r2<r3≤r0및 Δc≥Δ2>Δ1≥Δ3에 따르는 것을 특징으로 하는 도파관.
  25. 제22항에 있어서, 4개의 코어 섹터는 굴절률 Δ1을 갖는 제1글래스 볼륨, 및 굴절률 Δ2를 갖고 각 섹터의 제1글래스 볼륨에 포함되는 제2글래스의 확장된 볼륨을 각각 포함하며, 각각의 확장된 볼륨들은 중심선에 대해 대칭적으로 배열된 것을 특징으로 하는 도파관.
  26. 둘레의 클래드 층과 접하고, 적어도 한부분이 클래드 층의 적어도 한 부분의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 코어 영역,
    긴 길이의 도파관에 평행하는 중심선을 갖는 도파관과 제1 및 제2 평면에 의해 각각 경계되는 4개의 코어 섹터를 갖는 도파관, 및 상기 제1 및 제2 평면에 의해 교차되는 코어 영역 주변의 세그먼트를 포함하며,
    여기서 상기 제1 및 제2 평면은 각각 중심선을 포함하고 그 중심선에서 φ≤180°의 끼인각을 형성하고,
    상기 코어 영역은 실린더 형태를 갖고, 이 코어 영역에서 한 지점이 실린더형 좌표, 반경 r, 방위각 φ 및 중신선 높이 z를 가지며, 상기 코어 영역의 반경이 r=r0이고, 굴절률은 0<Δr≤r0의 범위내에 있는 반경 부분 Δr을 따라 변하며,
    상기 코어는 3개의 섹터를 갖고, 각 섹터는 일정한 굴절률의 제2글래스의 볼륨에 포함되는 일정한 굴절률의 제1글래스의 볼륨을 포함하며, 제1글래스의 굴절률은 제2글래스의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 방사상 및 방위상 비대칭 코어를 갖는 다중모드 광도파관 섬유.
  27. 제26항에 있어서, 각각의 제1글래스 볼륨이 중심선에 평행하게 배열된 장축을 갖는 확장체이고, 여기서 상기 확장체의 수직 단면은 원, 타원 및 평행사변형으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 도파관.
  28. 제26항에 있어서, 상기 3개의 코어 섹터가 중심 부분, 중심부를 감싸고 접촉하는 제1환상 부분, 및 상기 환상 부분에 접하고 이를 감싸는 적어도 하나의 추가 환상 부분을 각각 갖는 확장된 글래스 볼륨을 함유하며, 확장된 구조물의 각각의장축은 중심선에 평행하는 것을 특징으로 하는 도파관.
  29. 제28항에 있어서, 중심 부분은 반경 rc및 상대굴절률 Δc를 갖는 실린더이고, 환상 부분은 각각의 외경 ri및 상대굴절률 Δi를 갖는 관이며, 여기서, i=1 ...n이고, n은 환상 부분의 수, i가 짝수인 경우에 Δi는 i가 홀수인 경우의 Δi보다 큰 것을 특징으로 하는 도파관.
KR1020017002991A 1998-09-09 1999-08-20 방사상 불균일하고 방위상 비대칭인 광도파관 섬유 KR20010085768A (ko)

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