KR20010088812A - 확장된 모드 필드 직경을 갖는 광섬유 및 광섬유의 모드필드 직경을 확장시키는 방법 - Google Patents

확장된 모드 필드 직경을 갖는 광섬유 및 광섬유의 모드필드 직경을 확장시키는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일반적으로 클래딩으로 둘러싸인 코어, 클리브된 단부 및 확장된 모드 필드 직경을 갖는 작은 모드 필드 직경("MFD") 광섬유에 관한 것이다. 확장된 MFD는 매우 국소적인 열원을 사용하여 작은 MFD 광섬유의 코어 내에 하나 또는 그 이상의 도펀트를 열적으로 확산시킴으로써 형성된다. 그 결과에 따른 단열 테이퍼는 보다 큰 MFD를 갖는 다른 광섬유에 연결하기에 최적화된 확장된 MFD를 갖는다. 단열 테이퍼는 접속 시임을 형성하기 위해 다른 MFD를 갖는 두 섬유의 클리브된 단부를 배열 및 인접시킴으로써 작은 MFD 광섬유 내에 형성된다. 접속 시임은 섬유를 접속하고 모드 필드 직경을 확장하기 위해 열원에 의해 가열된 영역의 중심으로부터 미리 결정된 거리로 오프셋된다. 접속손실이 목표손실에 있거나 또는 충분히 근접하면, 가열은 종료되고, 접속된 광섬유는 접속된 광섬유의 작은 MFD 섬유 부분의 MFD가 다른 광섬유의 MFD에 일치하도록 광학적으로 확장되는 곳에서 클리브된다.

Description

확장된 모드 필드 직경을 갖는 광섬유 및 광섬유의 모드 필드 직경을 확장시키는 방법{AN OPTICAL FIBER HAVING AN EXPANDED MODE FIELD DIAMETER AND METHOD OF EXPANDING THE MODE FIELD DIAMETER OF AN OPTICAL FIBER}
광섬유 산업이 발전함에 따라, 에르븀 도프 섬유, 분산 보상 섬유, 섬유 브래그 격자 섬유, 및 장주기 격자 섬유 등의 특수한 섬유는 광파 시스템에서 그 중요성이 더욱 증가하였다. 필요한 성능을 제공하기 위하여, 상기 및 다른 특수한 섬유는 광파 시스템 분야의 기술자들에게 알려져 있는 초과 연결 손실, 또는 "접속손실(splice losses)"을 나타내지 않고 다른 광섬유 또는 광학 장치에 연결(또는 접속)되는 것이 필요하다. 이러한 특수한 섬유는 항상 그 크기 및 다른 측면에서 상기 특수한 섬유가 연결되는 섬유 또는 장치의 MFD와는 다른 MFD를 갖는다. 이러한 불일치하는 MFD를 갖는 섬유의 연결은 일반적으로 초과 접속손실을 가져온다. 현재 가장 보편적으로 사용되는 섬유인 표준 단일모드 섬유도 그 예외는 아니다.
MFD 불일치로부터 발생되는 접속손실의 역효과를 제한하기 위해 오랫동안 수많은 기술이 발전되어 왔다. 지금까지 물리적 테이퍼링(physical tapering), 직렬형(in-line) 광학장치, 및 열 확산 팽창 코어(thermally diffused expanded core, "TEC") 방법이 서로 다른 MFD를 갖는 섬유 및 다른 장치의 모드 필드를 적절히 일치시키기 위한 시도로서 사용되어 왔다. 물리적 테이퍼링은 다운-테이퍼링(down-tapering) 및 업-테이퍼링(up-tapering) 양자를 포함한다. 직렬형 광학장치는 아이솔레이터(isolator) 또는 변조기(modulator) 등의 마이크로 광학장치와 조합된 빔 확장 섬유 뿐만 아니라 렌즈와 같은 단순한 광학장치를 포함한다. TEC 방법은 확산을 통하여 MFD를 확장시키는데 사용되는 방법을 포함한다.
다운-테이퍼링 방법에 있어서, 광섬유는 먼저 통상적인 방법에 의해 용융접속되고, 섬유의 접속부는 그 후 당김에 의해 신장될 수 있도록 가열된다. 이러한 방법에서 연화된 접속부분은 테이퍼된 형상으로 발전된다. 작은 직경의 섬유에 있는 MFD의 테이퍼된 형태 및 늘어남에 기인한 감소된 코어 비정렬(misalignment)은 원래의 비-테이퍼된 접속과 비교할 때 보다 낮은 접속손실을 가져온다. 그러나, 이러한 방법에 의해 제조된 테이퍼는 모드 필드가 코어에 더이상 강하게 묶이지 않기 때문에 물리적 동요 또는 외부 굴절율 변화에 민감하다. 또한, 테이퍼된 섬유의 외부 직경은 인발공정 동안에 변화하고, 특수한 섬유 플러그는 통상적으로 어떠한 연결을 필요로 한다.
다운-테이퍼 방법과는 달리, 업 테이퍼는 예형 인발 단계에서 제조되고 확대된 코어를 발생시킨다. 코어의 확대는 확장된 MFD의 확대를 가져온다. 이 방법은 통상적으로 에르븀 도프 섬유("EDF") 및 통상적인 단일모드("SM") 섬유 사이의 기계적인 접속(mechanical splicing), 결합 접속(bonded splicing), 또는 컨넥터(connectors)에 응용될 수 있다. 그러나, 이 방법은 또한 컨넥터용 특수한 플러그를 필요로 하며, 부가적으로 특수한 예형이 필수적이다.
대부분의 직렬형 광학장치는 전파 섬유로부터 빔을 시준하거나(collimate), 또는 수신 섬유(receiving fiber)의 코어 상에 확장된 빔을 초점시키는(focus) 렌즈소자를 이용한다. 다른 것들은 어떤 특수한 섬유 내에서 열적으로 유도된 도펀트 확산을 가진 섬유 내에 삽입된 엷은 층의 편광자(laminated polarizer's), 마이크로아이솔레이터 칩(microisolator chips), 또는 변조기(modulators)와 같은 다른 조합 장치로 조합된다. 그러나, 이러한 두 가지 방법은 모두 복잡하고, 불안정하며, 비용이 많이 든다. 또한, 렌즈를 이용하기 위해서는 정렬(alignment)이 중요한 문제가 된다.
TEC 방법은 MFD를 확장하기 위해 가열된 섬유 내의 도펀트 확산 현상을 사용한다. 서로 다른 MFD를 갖는 두 섬유의 용융 연결을 하는 일반적인 접근이 MFD가 그 경계면에서 일치하도록 하기 위하여 섬유의 하나 또는 양자의 코어 직경을 연속적으로 또는 단열적으로 변화시킨다. 도펀트 확산공정 중에, 정상적인 섬유부분에 비하여 코어 직경은 부분적으로 커지고 상대 굴절율 차이는 부분적으로 작아진다. 그 결과 테이퍼된 코어가 되고 섬유 내에 테이퍼된 MFD가 생긴다. 따라서, TEC 방법은 섬유 MFD을 부분적으로 확장하기 위한 효과적인 방법이 될 수 있다. 그러나, 하기에 더 설명되는 바와 같이, 본 발명분야에서 지금까지 알려진 TEC 방법은 어떤 응용에서 효과적이지 않다.
TEC 기술을 실행하는 방법은 일반적으로 두 개의 카테고리 중 하나에 속한다. 첫 번째는 열이며 노(furnace) 또는 가스 버너로 소형 MFD 섬유를 처리하고, 보다 큰 MFD 섬유를 갖는 확장된 섬유에 용융접속 된다. 두 번째는 확산이며 두 개의 섬유를 연결하고 용융된 영역을 확산시키기 위해 부가적으로 가열한다. 첫 번째 방법에 있어서, 노 또는 마이크로버너는 일반적으로 확산을 위해 열을 제공하는데 사용된다. 대부분의 노의 열 때문에, 공정은 통상적으로 완성시까지 여러 시간이 걸리고, 일단 초기의 코팅이 섬유로부터 벗겨지면 탄소 코팅의 적용이 요구된다.
탄소 코팅의 적용은 비용 및 시간이 많이 소비되나, 도펀트를 적절히 확산시키는데 필요한 가열 노출 시간을 감소시키는 것이 필수적이다. 비록 노의 온도가 일반적으로 극단까지 고려되지는 않더라도, 가스 화염에 노출되는 긴 주기는 섬유를 부서지기 쉽게(brittle) 만드는 경향이 있다. 이러한 이유 때문에, 최대온도 약 1300℃를 갖는 개방된 단부를 갖는 노(open-ended furnace)가 섬유를 처리하는데 사용된다. 이러한 개방된 단부를 갖는 노를 사용하는 것은 일반적으로 1% 델타를 갖는 섬유를 10 시간 이상 동안 노출시키는 것이 요구된다. 개방된 단부를 갖는 노의 낮은 온도변화 때문에, 섬유 코어는 최대 직경에 도달하기 전에 적어도 200mm의 섬유 길이를 따라 서서히 확장한다. 그 결과, 섬유의 긴 열처리 부분은 상대적으로 낮은 기계적 강도를 갖고 그것이 광소자로서 효율적으로 사용될 수 있기 전에 여분의 보호 및 패키징이 요구된다. 더욱이, 노 및 마이크로버너 시스템의 큰 사이즈 때문에, 제1방법은 많은 섬유 접속이 이루어져야 하는 필드에서 사용할 수 있도록 되지 않는다.
제2방법은 단지 보다 작은 MFD 섬유에 있는 코어 도펀트의 확산계수가 보다 큰 MFD 섬유의 그것보다 상당히 클 때만 잘 운영된다. 에르븀으로 도프된 작은 MFD 섬유가 그 전형적인 예이다. 고 델타(high-delta, "HD") 및 단일모드(single-mode, "SM") 섬유 양자는 서서히 확산하는 게르마늄으로 도프되고, 코어 불연속은 이 방법을 사용하여 완전히 제거될 수는 없다. 접속이 아크 용융 방전을 사용하여 이루어질 때, 결과적인 접속손실은 통상적으로 약 0.3 dB이고, 광 네트워크에서 통상적으로 이러한 종류의 많은 용융 연결이 있기 때문에 아직은 잘 받아들여지지 않는다. 따라서, 단열 커플링은 연결 후에 용융된 영역을 가열하는 것만으로 달성될 수는 없다.
이와 같은 관점에서, 섬유가 최소의 접속손실을 갖고 일관되게 연결될 수 있도록 하기 위해 광섬유 또는 광학적 부품의 다른 광도파관 장치(또는 다른 광학적 광파 시스템)의 보다 큰 MFD와 일치하는 확장된 MFD를 갖는 광섬유가 필요하다. 또한, 용이하게 반복할 수 있고, 일관되고, 한정된 시간 및 리소스를 소비하는 광섬유의 MFD를 확장하는 방법이 필요하며, 그 결과 광섬유의 길이에 대하여 콤팩트 MFD 확장 영역은 확장된 MFD 섬유가 다른 섬유에 연결될 때 최소 접속손실을 발생하고, 필드 내에서 수행될 수 있다.
본 출원은 1999년 9월 25일에 출원된 U.S.C. 제120조에 의한 미국 가특허출원 제60/101888호의 우선권을 향유하며, 본 출원에 의해 구체화된다.
본 발명은 서로 다른 광학적 특성을 갖는 광섬유 및 다른 광도파관의 연결에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 확장된 모드 필드 직경(Mode Field Diameter, "MFD")을 갖는 광섬유에 관한 것이며, 보다 큰 MFD를 갖는 광섬유에 수반되는 연결을 위해 광섬유의 MFD를 확장하는 방법에 관한 것이다.
한편, 본 발명은 넓은 범위의 연결 응용에 관한 것으로, 특히 특수한 섬유를 표준 단일모드 섬유에 연결하는데 아주 적당하고, 특히 이러한 관점에서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 MFD를 확장하는 동안 아크 시간에 대한 접속손실을 나타내는 그래프.
도 2는 본 발명에 따라 주요 코팅이 벗겨진 각각 작은 MFD 광섬유 및 큰 MFD 광섬유 단부의 부분확대 단면도.
도 3은 본 발명에 따라 도식적으로 도시된 클리버(cleaver) 내에 도시된 작은 MFD 광섬유의 부분확대 단면도.
도 4는 본 발명에 따라 각각 파워 메타(power meter) 및 레이저원(laser source)에 도식적으로 연결된 작은 MFD 광섬유 및 큰 MFD 광섬유 및 도식적으로 도시된 용융 스플라이서 내에 접속 시임을 형성한 부분확대 단면도.
도 5는 본 발명에 따라 도 4의 작은 MFD 광섬유 및 큰 MFD 광섬유의 MFD의 확장을 나타내는 부분확대 단면도.
도 6은 도식적으로 도시된 클리버 내의 본 발명에 따른 확장된 MFD 광섬유의 부분확대 단면도.
도 7은 본 발명에 따라 광섬유 부품을 형성하기 위해 큰 MFD 광섬유에 접속된 확장된 MFD 광섬유의 부분확대 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 부품을 결합한 고정된 파장 드롭 모듈(fixed wavelength drop module)의 개략도.
따라서, 본 발명은 확장된 MFD를 갖는 광섬유에 관한 것이며, 섬유 내에 코어 확산이 용이하도록 노를 가열하여 연장된 노출의 필요성을 방지하는 광섬유의 MFD를 확장하는 방법 및 이에 의한 확장된 MFD에 관한 것이다.
이러한 확장된 MFD 광섬유의 이점은 짧은 확장된 모드필드 영역을 갖는다는 점에 있으며, 접속 후에 보다 용이하게 보호되고 섬유에 충분한 강도를 제공한다. 본 발명에 따른 확장된 MFD 광섬유가 표준 SM 광섬유에 연결될 때, 짧은 확장된 모드필드 영역은 광학적 서브-어셈블리(sub-assembly)가 형성될 수 있게 하고 이로 인해 감소된 패키지 사이즈를 갖는다. 따라서, 서브-어셈블리 비용은 감소하고 서브-어셈블리를 여러 번 회복시킨다.
본 발명에 따른 광섬유의 MFD를 확장시키는 방법의 이점은 짧은 시간의 열처리에 있다. 짧은 시간의 열처리는 본 발명분야의 기술자가 섬유 접속의 다양한 조합에서 달성할 수 있는 최소 접속손실을 빨리 결정할 수 있도록 한다. 이와 마찬가지로, 목표 손실이 다양한 섬유 조합에서 즉시 결정될 수 있다. 반면에, 열처리에 여러 시간을 요구하는 방법들은 단일 접속이 수용 가능한 접속손실을 제공하는지 여부를 결정할 수 있기 전까지 하루 또는 그 이상의 시간을 소모할 것이다. 더욱이, 본 발명에 따른 방법은 짧은 시간으로 인하여 섬유 피그테일의 특수한 처리를 필요로 하지 않는다.
이러한 이점 및 다른 이점을 달성하기 위하여, 단열 테이퍼(adiabatic taper)는 접속 시임(splice seam)을 형성하기 위하여 작은 MFD 광섬유의 클리브된 단부를 열원에 인접해 있는 큰 MFD 광섬유의 클리브된 단부에 배열 또는 근접시킴으로써 광섬유 내에 형성된다. 접속 시임은 열원에 의하여 생성된 가열 영역의 중심으로부터 미리결정된 거리를 오프셋하고, 열은 접속손실이 감소되는 것을 모니터링 하는 동안 섬유를 접속하고 MFD를 확장하기 위하여 가열 영역 내에 적용된다. 관찰된 접속손실이 목표 손실에 있거나 충분히 근접해 있을 때, 열의 적용은 종료괴고, 작은 MFD 광섬유는 열원으로부터 발생된 열이 가열 영역의 중심에서 작은 MFD 광섬유에 전달하는 점에서 클리브된다.
다른 면에서, 본 발명은 클래딩, 및 그 내부에 형성된 길이 1cm 미만의 단열 테이퍼를 갖는 클리브된 단부에 의해 갇혀 있는 코어를 갖는 광섬유를 포함한다. 클리브된 단부는 접속손실 0.1 dB 미만의 큰 MFD를 갖는 제2광섬유에 접속되도록 적응된다.
또 다른 면에서, 본 발명은 파장분할 다중송신("WDM") 시스템에 사용하기 위한 부품을 포함한다. 상기 부품은 큰 MFD를 갖는 입력 광섬유 스팬(span) 및 적어도 하나의 섬유 브래그 격자 및 확장된 MFD 부분을 갖는 작은 MFD 광섬유를 포함한다. 작은 MFD 광섬유의 확장된 MFD 부분은 본 발명이 상술한 특징에 따른 입력 광섬유 스팬에 용융 접속된다.
본 발명의 부가적인 특징 및 이점은 후술하는 상세한 설명에서 설명되고, 부분적으로는 설명에 의해 명백해지거나 또는 본 발명의 실제 적용에 의해 나타날 것이다. 상술한 요약 및 후술하는 상세한 설명은 본질적으로 예시 또는 설명을 위한 것이고 청구범위에 기재된 본 발명의 설명을 위한 것임을 이해할 것이다.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 위해 포함되었고, 구체화되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 다양한 실시예를 도시하였고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는데 도움이 된다.
포토닉 광파 시스템(photonic light-wave system) 분야의 급속한 성장에 있어서, 에르븀 도프 섬유, 분산 보상 섬유, 섬유 브래그 격자 섬유, 및 장주기 격자 섬유 등과 같은 특수한 섬유들은 증가하는 중요한 역할을 수행한다. 불행히도, 상기 섬유 및 다른 섬유들의 고유한 특성은 포토닉 광파 시스템에서 이들을 사용하기가 매우 어렵다. 특히, 특수한 섬유와 표준 섬유 또는 다른 광도파관 부품 사이의 MFD 불일치는 섬유 연결 또는 접속이 이들 시스템에서 어려운 과제로 남아 있게 한다.
섬유 브래그 격자 임프린트(imprinting)용 섬유는 특히 섬유 코어 내의 높은 게르마늄 도펀트 농도를 필요로 하며, 그 결과 섬유는 작은 MFD를 갖는다. 상기 섬유에서, 브래그 격자는 브래그 파장보다 약간 작은 파장에서 코어 모드를 후방 전파 클래딩 모드에 결합시킨다. 왜냐하면, 브래그 파장과 클래딩 모드 흡수 세트의 창은 섬유 브래그 격자 장치가 사용될 수 있는 파장 분할 다중송신("WDM") 채널의 총수를 한정하기 때문이며, 이것은 브래그 파장과 클래딩 모드 온세트 사이의 창의 크기를 증가시키는 원인이 된다. 위상 일치의 관점으로부터, 창은 코어의 굴절율과 클래딩의 굴절율 사이의 상대적인 차이인 델타를 증가시킴으로써 넓어질수 있다. 실제로, 델타 0.36%를 갖는 SMF 28 섬유 상에 쓰여진 섬유 브래그 격자는 2% HD 섬유에서 클래딩 모드 온세트 창 2nm를 나타내고, 창은 7nm까지 증가한다. 따라서, WDM 시스템에 있는 높은 델타 섬유 및 다른 부품을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 아크 용융 스플라이서, 텅스텐 필라멘트 또는 CO2레이저와 같은 매우 국소적인 고온의 열원이 MFD를 확장하고 단열 테이퍼를 형성하는데 사용된다. 아크 용융 스플라이서의 아크 방전 온도는 방전 전류 뿐만 아니라 전극의 조건에도 의존한다는 것은 본 발명분야의 기술자에게 알려져 있다. 그러므로, MFD 확장은 전류에 대한 아크 타임을 측정함으로써 적절하게 제어될 수는 없다. 부가적으로, 아크 용융 스플라이서에 의해 제공된 좁은 아크 영역때문에, 10㎛의 위치 정확도를 갖는 정밀한 클리비지(cleavage)가 섬유의 단부에서 동일한 확장된 모드 필드를 계속해서 얻기 위하여 필요하다. 이러한 단점은 용융 연결에 앞서 MFD 확장을 위한 아크 용융 스플라이서의 사용을 미리 배제한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 1은 2% 델타, 및 표준 단일모드 섬유, 이 경우 코닝사에서 제조된 SMF 28 섬유를 갖는 게르마늄 도프 광섬유의 용융 접속을 하는 동안 아크 타임에 대한 접속손실을 그래프로 도시하고 있다. 서로 다른 크기의 MFD를 갖는 두 섬유를 용융하는 초기 아크는 참조번호 12로 표시되었다. 부가적인 전류가 섬유에 공급됨에 따라, 곡선(10)의 경사가 감소한다. 이 시간 동안 접속손실은 HD 섬유의 코어로부터 나온 게르마늄이 HD 섬유의 클래딩 영역으로 확산되는 것에 따라서 감소한다. 곡선(10)으로 도시된 바와 같이, 이것은 이 두개의 섬유에 대하여 달성될 수 있는 최소 접속손실이 도 1의 참조번호 14로 표시된 것과 같이 이를 때까지 계속된다. 이 경우, 최소 접속손실 0.33 ㏈은 약 105초에서 달성된다. 이러한 상대적으로 높은 최소 접속손실은 HD 섬유 및 SM 섬유의 MFD가 접속 시임에서 일치하지 않는다는 사실에 기인한다. 그 후, 접속손실은 부가적인 전류가 가열 영역(참조번호 16으로 표시됨)으로 공급됨에 따라 증가한다. 이 기간 동안에, 섬유의 코어의 확장이 일어난다.
섬유를 제조하는 동안 사용된 높은 내성 때문에, 게르마늄 도프 2% 델타 섬유 및 코닝사에 의해 제조된 표준 SM SMF 28 섬유의 연결에 대한 접속손실 대 아크 타임 곡선은 도 1의 곡선(10)으로 도시된 것과 실질적으로 유사할 것이다. 따라서, 최소 접속손실 약 0.33 ㏈을 나타낸다. 비록 이러한 최소 손실에 도달하기 위해 필요한 시간은 전극의 조건에 따른 변화때문에 변화할 것이다. 최소 손실은 그 자체로 이러한 섬유 조합에 대한 목표 접속손실을 결정하는데 사용될 수 있다.
목표 손실은 최소 접속손실이 달성할 수 있는 것보다 항상 약간 큰데, 이것은 게르마늄 도프 HD 섬유의 코어가 용융 경계면보다 아크의 중심부에서 더욱 확장하기 때문이다. 따라서, 목표 손실은 여러 번 반복함으로써 실험적으로 결정될 수 있다. 이러한 실험을 통하여, 게르마늄 도프 2% 델타 섬유가 공급되어 표준 SMF 28 섬유에 연결될 때, 목표 손실 0.45 ㏈가 본 발명의 MFD 확장을 위한 최적값으로 결정되었다. 다르게 설명하면, 용융 경계면에서 접속손실이 도 1의 참조번호 18로 표시된 0.45 ㏈에 도달할 때, 게르마늄 도프 2% 델타 섬유의 MFD는 표준 SMF 28 섬유의 MFD에 일치하도록 적절하게 확장될 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 하기에 설명되는 바와 같이 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 광섬유의 MFD를 확장하는 방법의 바람직한 실시예가 도 2~6에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 게르마늄 도프 2% 델타 섬유(20)는 클래딩(26)에 의해 둘러싸인 작은 직경의 코어(24)를 노출시키도록 길이의 일부에 대하여 그 주요 코팅(22)이 벗겨져 있다. 이와 마찬가지로, 표준 단일모드 SMF 28 광섬유(30) 또한 클래딩(36)에 의해 둘러싸인 큰 직경의 코어(34)를 노출시키기 위해 그 길이의 일부에 대하여 그 주요한 코팅(32)이 벗겨져 있다. 높은 델타 섬유(20)는 주요 코팅(22)의 단부(또는 다른 랜드마크(landmark))가 도 3에 도시된 바와 같이 도식적으로 도시된 클리버(40) 상에 라인 마크(line mark) 또는 다른 기준점에 정열되도록 하기 위하여 York EFC 11 초음파 클리버(ultra-sonic cleaver)와 같은 통상적인 클리버(40) 내에 배치된다. 이러한 정열을 원조하기 위하여, 저전력 현미경(30×)이 사용되는 것이 바람직하다. 라인 마크(42) 및 이로 인한 코팅(22) 단부 사이의 거리가 클리버(40) 내에 적절하게 놓여질 때, 클리버 블래이드(도시되지 않음)는 약 18mm이다. 높은 델타 섬유(20)는 높은 델타 섬유(20)의 코팅되지 않은 단부 상에 정밀한 커트(28)를 제공하도록 클리브된다. 비록 도면에 도시되어 있지 않지만, 큰 MFD 섬유(30)는 또한 클리버(40) 내에 배치되고 코팅되지 않은 단부(38)에서 클리브된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 작은 MFD 섬유(20) 및 큰 MFD 섬유(30)의 코팅되지 않은 단부는 접속하는 동안 연결 손실을 모니터링하기 위하여 각각 휴렛 팩커드 모델 HP8153A 멀티미터(Hewlett Packard model HP8153A multimeter)와 같은 파워 미터(power meter)(44) 및 레이저원(laser source)(46)에 광학적으로 연결되어 있다. 광학적 상호작용 때문에, 연결 손실 또는 접속손실은 레이저(46)에 의해 전달되는 레이저빔의 전송 방향에 독립적이다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 영향을 미치지 않고 레이저(46)는 작은 MFD 섬유(20)에 연결되고 파워미터(44)는 큰 MFD 섬유(30)에 연결될 수 있다. 또한 도 4에 도시된 바와 같이, 작은 MFD 섬유(20) 및 큰 MFD 섬유의 클리브된 단부(28 및 38)는 에릭슨사에 의해 제조된 아크 용융 스플라이서 모델 no. FSU 975와 같은 용융 스플라이서(48) 내에 위치된다. 용융 스플라이서(48)는 단부들이 서로 인접하여 적절히 배열되도록 단부(28 및 38)들을 가져오도록 프로그램 되어 있다.
용융 스플라이서(48)의 또 다른 기능은 도 5에 도시된 바와 같이, 작은 MFD 섬유의 일부가 큰 MFD 섬유(30)보다 큰 부분이 아크 영역 또는 가열 영역(52) 내에 놓여지도록 하기 위하여, 알려진 거리, 바람직하게는 100 ㎛에서 섬유 접속 시임(50)을 오프셋한다. 본 발명분야의 기술자는 접속 시임(50) 보다는 아크 영역이 오프셋될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이것은 접속 시임(50) 보다는 작은 MFD 섬유(20)에 가장 높은 강도의 열을 적용하기 위해서이다. 섬유(20 및 30)는 아크타임 약 2초 동안 약 15.5 ㎃의 초기 아크 방전전류를 전달함으로써 접속 시임(50)에서 초기에 용융된다. 레이저(46)로부터 나온 레이저광이 섬유(30 및 20)를 통하여 통과되는 동안, 게르마늄의 경우에 아크 영역(52)에 존재하는 작은MFD 섬유(20)의 코어 내에 도펀트를 확산시키기 위하여 부가적인 아크가 아크 영역(52)에 대하여 간헐적으로 적용된다. 도펀트는 또한 큰 MFD 섬유(30)의 코어 내에 존재하기 때문에, 비록 적게 스며듬에도 불구하고 아크 영역(52) 내에 존재하는 큰 MFD 섬유(30)의 코어 확장 또한 확장된다.
일실시예에서 밝혀진 바와 같이, 아크 전류는 연결 손실의 감소가 파워미터(44)에 의해 모니터링되는 동안에 10초 동안 반복적으로 적용된다. 파워미터(44)에 의해 측정되는 접속손실이 0.8 ㏈ 이하로 감소할 때, 아크타임은 더욱 정밀한 손실 제어에 대하여 점차적으로 감소된다. 약 2 내지 6초 범위의 보다 짧은 아크타임은 파워미터(44)에서 측정되는 접속손실이 약 0.45 ㏈의 목표 손실로 감소될 때까지 선택적으로 적용된다. 상술한 바와 같이, 목표 손실은 도 1의 참조번호 14에서 접속손실 곡선(10)으로 도시된 달성할 수 있는 최소 접속손실보다 약간 크다. 그 결과는 도 5에 도시된 바와 같이, 확장된 MFD 부분(56)을 포함하는 작은 MFD 섬유(20) 부분 및 확장된 MFD 부분(58)을 포함하는 큰 MFD 섬유(30) 부분을 갖는 용융된 섬유(54)이다. 전극의 조건에 따라서, 공정의 이 단계에서 필요한 총 아크타임은 약 1 내지 2 분이다.
도 6을 참조하면, 용융된 섬유(54)는 클리버(40) 내에 위치하고, 30×현미경의 도움으로 코팅의 단부(22)(또는 다른 랜드마크)는 접속 시임(50)이 용융 스플라이서(48)에서 오프셋되는 것과 동일한 거리, 바람직하게는 100 ㎛에서 클리브 블래이드(도시되지 않음) 방향으로 오프셋된다. 그 다음, 결과적으로 용융된 섬유(54)는 제2 자려진 단부(62)에서 단열 테이퍼(60)를 갖는 확장된 MFD 섬유(80)에서 클리브된다. 왜냐하면, 용융된 섬유(54)는 잘려지는 단계 동안에 오프셋되기 때문에, 클리브는 아크 영역(52)의 중심으로 전달되는 최고 온도의 열에 노출되는 확장된 모드 필드 영역(56) 내의 점에서 제조된다. 그러므로, 제2 클리브(62)에서, MFD(64)는 표준 단일모드 SMF 28 섬유에 연결되도록 최적화된다.
본 발명의 다른 측면을 설명하면, 본 발명의 확장된 MFD 섬유(80)가 도 6에 도시되어 있다. 확장된 MFD 섬유(80)는 코어(82)보다 높은 굴절율을 갖는 클래딩(84)에 의해 둘러싸인 작은 직경의 코어(82)를 갖는다. 광섬유(80)는 코어(82) 내에 게르마늄을 함유하는 2% 델타의 높은 델타 광섬유가 바람직하다. 섬유(80)의 적어도 일부는 주요 코팅(86)을 갖는 반면에 코팅되지 않은 부분은 그 클리브된 단부(62)에서 확장된 코어 영역 또는 단열 테이퍼(60)을 갖는다. 단열 테이퍼는 섬유(80)의 코팅되지 않은 부분의 길이의 1 cm 미만을 점유하고, 1 mm 또는 그 미만의 길이가 바람직하다. 비록 섬유(80)가 바람직한 실시예에서 게르마늄으로 도프되었지만, 에르븀(erbium), 붕소(boron), 불소(fluorine) 또는 다른 도펀트 물질과 같은 다른 도펀트를 함유한 코어를 갖는 광섬유가 본 발명에 따른 섬유를 형성할 수 있다는 것은 본 발명분야의 기술자에게 쉽게 이해될 것이다. 섬유(80)의 클리브된 단부(62)에 있는 MFD(64)는 광섬유 부품(72)을 형성하기 위하여 도 7에 도시된 바와 같이 표준 단일모드 광섬유(70)에 연결하는데 최적화된다. 비록, 도면에 도시되어 있지 않지만, 접속(74) 및 섬유(70 및 80)의 코팅되지 않은 부분은 패키지되어 UV 수선 보호 슬리브 및 접속 혼성물 또는 본 발명분야에서 알려진 다른 보호 슬리브로 보호된다. 본 발명에 따른 섬유(80)를 사용하여 형성된광 부품(72)에 대한 전형적이 접속손실 값은 통상적으로 0.1 ㏈ 미만이며, 0.05 ㏈ 미만에서 기록되었다.
본 발명에 따른 광섬유(80) 내의 1 mm 길이의 단열 테이퍼(60)는 큰 부분이 상술한 새로운 오프셋 단계뿐만 아니라 섬유(80)의 코어(82) 내의 게르마늄을 확산시키는데 사용된 아크 용융 스플라이서에 의해 제조된 좁은 고온 영역으로 된다. 아크 용융 스플라이서의 사용으로 제공된 다른 이점은 아크 방전이 스무스한 온도 프로파일을 갖기 때문에 MFD의 확장이 단열적이라는 것이다. 부가적으로, 단열 영역(60)은 일반적으로 크기(magnitude)에 관한 적어도 두 개의 오더(order)에 의해 본 발명분야에서 알려진 다른 방법에 의해 확장된 다른 섬유의 단열 영역보다 짧다. 본 발명에 따른 보다 짧은 단열 영역은 또한 섬유(80)의 코팅되지 않은 부분이 본 발명분야의 다른 방법에 의해 제조된 확장된 MFD를 갖는 섬유의 코팅되지 않은 부분보다 더 짧게(약 18 mm) 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 확장된 MFD 광섬유를 구체화한 포토닉 시스템에서 보다 작은 편광 모드 분산(PMD)을 갖는다. 더욱이, 열처리하기 전에 광섬유(80)의 코팅되지 않은 부분을 특수 처리할 필요가 없고, 접속의 전체 길이 및 부품은 본 발명분야에서 알여진 다른 TEC 방법으로 제조된 접속보다 상당히 크다. 본 발명에 따라 제조된 접속에 대한 기계적 장력 또는 인장 테스트 결과는 패키징 후에 50 kpsi보다 크게 측정되었고, 이는 SM 대 SM 기계적 인장 테스트 결과에 필적한다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 접속에 대한 온도 사이클은 -20℃ 내지 80℃이고, 이 또한 SM 대 SM에 필적한다.
본 발명의 또 다른 측면은 도 7에 도시된 바와 같이, 단열 테이퍼(60)를 갖는 확장된 MFD 섬유(80)는 상기에서 간단히 설명한 바와 같이 포토닉 광파 시스템 또는 다른 장치에 부품(72)를 형성하기 위하여 표준 단일모드 SMF 28 섬유(70)에 접속될 수 있다. SM 대 SM 용융 프로그램을 사용함으로써, 단열 테이퍼(60)의 최적 MFD(60)는 표준 단일모드 SMF 28 섬유(70)의 코어(68)의 MFD(66)에 배열되고 접속(74)을 형성하기 위해 용융된다. 접속(74)에서 MFD의 일치때문에, 부품(72)의 접속손실은 0.1 ㏈ 미만이 된다.
이러한 부품의 일실시예가 도 8에 도시되어 있다. 부품(82)이 WDM 시스템에 연결하는데 사용된 큰 드롭 모듈(84)의 일부를 형성하는 것이 도시되어 있다. 부품(82)은 또한 WDM 시스템에 애드(add) 모듈의 부분을 형성하고, 또한 다른 포토닉 광파 시스템에도 사용될 수 있다는 것이 본 발명분야의 기술자에게 이해될 것이다. 도 8에 도시된 부품(82)은 접속(74)을 형성하기 위하여 확장된 MFD 섬유(80)를 표준 단일모드 SMF 28 섬유(70)에 용융 접속함으로써 형성된다. 확장된 MFD 섬유(80)는 다수의 용융 접속(88)을 통하여 연결된 다수의 연쇄된 섬유 브래그 격자(86)를 포함한다. 섬유 브래그 격자(86)는 각각 HD 섬유 상에 임프린트되고, 따라서, 용융 접속(88)은 동일한 MFD를 갖는 섬유들 사이에서 제조된다. 따라서, 용융 접속(88)은 본 발명분야에서 현재 알려진 방법에 의해 제조될 수 있다. 도8에 도시된 바와 같이, 표준 단일모드 SMF 28 섬유(70)는 입력 광섬유 스팬(92)에 번갈아 연결되어 있는 광 서큘레이터(90)의 피그테일을 형성한다. 출력 광섬유 스팬(94)는 또한 표준 단일모드 SMF 28 섬유이고, 본 발명에 따라 제조된 용융 접속(96)을 갖는 확장된 MFD 섬유(80)의 먼 단부에 접속된다. 섬유 브래그격자(86) 및 광 서큘레이터(90)는 서로 결합하여 WDM 시스템이 격자(86)에 대응하는 선택된 채널을 드롭할 수 있도록 한다. 이러한 기능을 수행하는데 더하여, 부품(82)는 본 발명분야에서 알려진 다른 부품과는 구별되는 어셈블리의 전체 삽입손실을 감소시키는 이점을 제공한다.
또 다른 실시예에서, 확장된 MFD 섬유(80)는 다수의 연쇄되어 있는 WDM 애드/드롭 필터(도시되지 않음)를 포함하고, 표준 SM 광섬유에 용용 접속된다. 필터는 광 서큘레이터를 사용하지 않고 직접 SM 섬유 스팬에 연결된다.
본 발명분야의 기술자는 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 본 발명에 따른 확장된 MFD를 갖는 광섬유 및 광섬유의 MFD를 확장하는 방법으로 제조될 수 있는 다양한 변경 및 변형을 할 수 있음이 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 이들의 균등물의 사상 및 범주 내에서 제공되는 본 발명의 변경 및 변형을 포함한다. 또한, 하기의 청구범위 내의 대응하는 구조, 물질, 역할 및 모든 수단 및 스텝 플러스 기능 소자의 균등물은 하기의 청구범위에 기재된 바와 같이 다른 소자의 조합으로 기능을 수행하는 구조, 물질 또는 역할을 포함한다.

Claims (21)

  1. MFD를 갖고 보다 큰 MFD를 갖는 제2광섬유에 연결되도록 제조된 광섬유에 있어서, 상기 광섬유는
    클래딩;
    상기 클래딩으로 둘러싸인 코어; 및
    길이 1 cm 미만의 단열 테이퍼를 갖는 클리브된 단부를 포함하되, 상기 클리브된 단부는 접속손실 0.1 ㏈ 미만을 갖는 제2광섬유에 접속되도록 제조된 것을 특징으로 하는 광섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단열 테이퍼는 길이가 2 mm 미만인 것을 특징으로 하는 광섬유.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단열 테이퍼는 길이가 1 mm 미만인 것을 특징으로 하는 광섬유.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단열 테이퍼는 아크 용융 스플라이서를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단열 테이퍼는 CO2레이저를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단열 테이퍼는 텅스텐 필라멘트 열원을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  7. 제1항에 있어서, 상기 코어는 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  8. 제1항에 있어서, 1%보다 큰 델타를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  9. 제7항에 있어서, 상기 델타는 약 2%인 것을 특징으로 하는 광섬유.
  10. 제1항에 있어서, 2%보다 큰 델타를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  11. 광섬유 내에 단열 테이퍼를 형성하는 방법에 있어서, 상기 방법은
    접속 시임을 형성시키기 위해 작은 MFD를 갖는 제1광섬유의 클리브된 단부 및 열원에 인접한 큰 MFD를 갖는 제2광섬유의 클리브된 단부를 배열 및 인접시키는 단계;
    상기 접속 시임을 상기 열원의 가열 영역의 중심으로부터 미리 결정된 거리를 오프셋하는 단계;
    섬유를 접속하고 MFD를 확장하기 위해 가열 영역 내에 열을 적용하는 단계;
    가열 단계 동안 접속손실의 감소를 모니터링하는 단계;
    접속손실이 목표 손실에 있거나 또는 충분히 근접할 때 열 적용을 종료하는 단계; 및
    상기 열원으로부터 나온 열이 가열 영역의 중심 주위의 상기 제1광섬유로 전달되는 곳에서 상기 제1광섬유를 클리브하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 테이퍼 형성방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 섬유는 주요 코팅을 갖고, 상기 배열 및 인접시키는 단계는 제1광섬유 및 제2광섬유의 적어도 일부로부터 주요 코팅을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 테이퍼 형성방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1광섬유의 코어는 게르마늄을 포함하고, 상기 열을 적용하는 단계는 게르마늄을 제1광섬유의 클래딩으로 확산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 테이퍼 형성방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 열원은 전극을 갖는 아크 용융 스플라이서이고, 상기 열을 적용하는 단계는 전극을 통하여 아크를 간헐적으로 적용하는 단계를 포함하는것을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 테이퍼 형성방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제1광섬유는 1% 미만의 델타를 갖고, 상기 열을 적용하는 단계는 제2광섬유의 MFD에 일치하도록 제1광섬유의 MFD를 최적화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 테이퍼 형성방법.
  16. 제11항에 있어서, 클리브된 제1광섬유를 다른 광섬유에 용융 접속하는 단계를 더 포함하고, 그 결과 접속손실은 0.1 ㏈ 미만인 것을 특징으로 하는 단열 테이퍼 형성방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 제1광섬유의 코어는 에르븀을 포함하고 제2광섬유는 단일모드 광섬유이며, 상기 열을 적용하는 단계는 에르븀을 제1광섬유의 클래딩으로 확산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 테이퍼 형성방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 제1광섬유의 코어는 에르븀을 포함하고 제2광섬유는 게르마니아 도프 코어를 갖는 단일모드 광섬유이며, 상기 열을 적용하는 단계는 에르븀을 상기 제1광섬유의 클래딩으로 확산시키고 게르마니아를 상기 단일모드 광섬유의 클래딩으로 확산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 테이퍼 형성방법.
  19. WDM 시스템에 사용하기 위한 부품에 있어서,
    큰 MFD를 갖는 입력 광섬유 스팬; 및
    적어도 하나의 섬유 브래그 격자 및 확장된 MFD 부분을 갖는 작은 MFD 광섬유를 포함하되, 상기 확장된 MFD 부분은 상기 입력 광섬유 스팬에 용융 접속되는 것을 특징으로 하는 WDM 시스템용 부품.
  20. 제19항에 있어서, 상기 입력 광섬유 스팬은 광 서큘레이터를 포함하고, 상기 작은 MFD 광섬유 스팬은 다수의 연쇄되어 연결된 섬유 브래그 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 WDM 시스템용 부품.
  21. 제20항에 있어서, 큰 MFD를 갖는 출력 광섬유 스팬을 더 포함하고, 상기 출력 광섬유 스팬은 상기 작은 MFD 광섬유 및 WDM 시스템에 연결되는 것을 특징으로 하는 WDM 시스템용 부품.
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