KR20010113736A - 유효 면적이 큰 도파관 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중심 세그먼트가 보이드(16)인 세그먼트 코어를 갖는 단일 모드 광 도파관 섬유에 관한 것이다. 상기 코어 세그먼트의 형태 및 반지름 크기는 큰 유효 면적과 좋은 밴드 저항과 함께 낮은 분산 슬로프를 제공하도록 선택된다. 본 발명에 따라 굴절률 프로파일의 실시예는 상기 중심 보이드를 에워싸고 있는 2 또는 3개의 고리 모양의 세그먼트(2, 6, 8)를 도시한다. 상기 보이드의 존재는 상기 코어 영역에서 중심에 위치한 음의 상대 굴절률의 장점을 제공하며, 이는 도파관 섬유의 굴절률을 감소시키는 도펀트의 사용과 연관된 제조상의 어려움 없이 이루어진다.

Description

유효 면적이 큰 도파관 섬유{LARGE EFFECTIVE AREA WAVEGUIDE FIBER}

유효 면적이 큰 도파관은 비선형 광학 특성을 감소시키되, 비선형 광학 특성은 자기 위상 변조, 4개의 파장 혼합, 혼합 위상 변조, 및 비선형 산란을 포함하며, 이러한 것 모두는 고전력 시스템에서 신호의 감쇠를 일으킬 수 있다. 일반적으로 상기 비선형 특성의 수학적 해석은 P/A_eff비를 포함하고, 여기서 P는 광 전력이다. 예를 들면, 비선형 광학 특성은 exp[PxL_eff/A_eff] 식을 포함하는 방정식에 의해 특성화되어질 것이고, 여기서 L_eff은 유효 길이이다. 따라서 A_eff의 증가는 광신호의 감쇠를 일으키는 비선형을 감소시킨다. 또한, 큰 A_eff의 장점은 비선형 굴절률을 포함하는 굴절률 방정식을 통하여 설명될 수 있다. 석영 광 도파관 섬유의 굴절률은 광 전기장에 대하여 비선형으로 알려져 있다. 굴절률은,

n = n₀+ n₂P/A_eff로 표현되고, 여기서 n₀는 선형 굴절률 계수이고, n₂는 비선형 굴절률 계수이며, P는 도파관을 따라 전송된 광 전력이고, A_eff는 도파관 섬유의 유효 면적이다. n₂가 거의 재료 상수이기 때문에, A_eff의 증가가 굴절률을 일으키는 비선형을 감소시키기 위한 효과적인 수단이고, 여기서 커 형상 비선형성(Kerr type non-linearities)의 영향도 감소시킬 수 있다.

원격통신 산업에서 전기적 재생 없이 대용량의 정보를 장거리로 송신하고자 하는 요구는 비선형 특성과 파장 분할 다중화에 대하여 향상된 동작 특성을 제공하는 도파관 섬유 굴절률 프로파일의 연구를 계속하여 촉진시키게 된다. 파장 분할 다중화 방식의 시스템에서, 섬유는 낮은 분산 슬로프를 갖는 것이 바람직하다. 이때 감쇠, 밴드 저항, 및 섬유 강도와 같은 특성은 종래의 도파관 섬유와 거의 유사하다.

상기 연구의 한가지 초점은 소정의 실행 매개변수를 제공하는 조금 덜 복잡한 굴절률 프로파일 설계를 찾은 것이나, 비용적인 측면으로 인해 여전히 섬유 제조 환경에는 그에 알맞은 복잡성이 존재한다.

본 발명은 세그먼트 코어 종류의 코어 굴절률 프로파일 종에 관한 것으로, 이것은 비선형성을 감소시키되, 특히 재생 없이 다중화된 신호, 고전력의 장거리 전송에 적합하다.

상기 고전력과 장거리의 정의는 특정한 원격통신 시스템에서 더욱 분명해 지는데, 여기에는 비트 레이트, 비트 에러 레이트, 다중화 구성이 있고, 광 증폭기도명기된다. 당업자에게 잘 알려진 고전력과 장거리의 의미에 강한 영향을 주는 추가적인 요인도 있다. 그러나 주목적은 고전력이 약 10mW보다 큰 광 전력이라는 것이다. 예를 들어, 장거리는 전자 재생 장치 사이의 거리가 100㎞를 초과할 수 있는 것이다.

광 도파관 섬유는 상대적으로 큰 유효 면적과 낮은 분산 슬로프의 추가적인 특성을 지닌 표준 스텝 굴절률 섬유 또는 표준 분산 변이 섬유와 유사한 특성을 갖는 설계에 대한 끊임없는 요구가 있어 왔다. 이러한 시점에서 가장 적절한 동작 윈도우는 1550㎚정도이다. 본 발명의 섬유는 상기 윈도우에서 작동되도록 설계될 수 있으며, 예를 들어 약 1400㎚ 내지 1700㎚로 확장될 수 있다.

본 출원은 1999년 3월 12일에 출원된 미국 예비특허출원 제 60/123,862호에 의거하여 우선권 주장한다.

본 발명은 세그먼트 코어 설계를 갖는 광 도파관 섬유에 관한 것이다. 특히, 코어는 밴드(bend)에 기준 저항을 유지하는 동안 비선형 특성을 감소시킨 섬유를 제공하도록 설계된 것에 관한 것이다.

도 1은 본 명세서에서 사용된 반지름의 정의를 도시한 일반적인 세그먼트 코어 굴절률 프로파일이고,

도 2는 본 발명의 섬유의 실시예의 단면도이며,

도 3은 본 발명의 굴절률 프로파일의 실시예에 대한 상대 굴절률 △의 정의를 도시한 것이고,

도 4 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예의 섬유 반지름에 대한 상대 굴절률의 그래프이다.

{정의}

하기 정의는 본 분야의 통상적 용어이다.

- 코어의 세그먼트 반지름은 세그먼트 물질의 굴절률에 의하여 정의된다. 각각의 세그먼트는 제1굴절률 포인트 및 최종 굴절률 포인트를 갖는다. 상기 세그먼트의 제1포인트가 중심선상에 존재하면, 중심 세그먼트의 내부 반지름은 0값을 갖는다. 상기 중심 세그먼트의 외부 반지름은 도파관 중심선에서 중심 세그먼트 굴절률의 최종 포인트까지 그려지는 반지름이 된다. 중심선에서 떨어져 있는 제1포인트를 갖는 세그먼트에 대하여, 도파관 중심선에서 제1굴절률 포인트의 위치까지가 세그먼트의 내부 반지름이다. 마찬가지로, 상기 도파관 중심선에서 상기 세그먼트의 최종 굴절률 포인트까지가 상기 세그먼트의 외부 반지름이 된다.

상기 세그먼트 반지름은 여러 방법으로 적절하게 정의 될 것이다. 본 명세서에서 반지름은 하기 상세 도시된 도 1에 의해 정의된다.

세그먼트 반지름과 굴절률의 상기 정의는 본 발명에서 어떠한 제한 없이 굴절률 프로파일을 도시하기 위해 사용된다. 모델의 계산을 실행함에 있어서, 상기 정의는 일관되게 사용되어야 하기 때문에 여기에 정의로써 기재한다. 하기 표에 도시된 모델 계산은 도 1에 도시된 기하학적인 정의를 사용하여 작성된 것이다.

- 상기 유효 면적은 통상적으로 다음과 같이 정의된다.

A_eff= 2Π(∫E²rdr)²/(∫E⁴rdr), 여기서, 적분 범위는 0부터 ∽까지이고, E는 전파된 빛에 관련된 전기장이다. 유효 직경, D_eff는 다음과 같이 정의된다.

A_eff= Π(D_eff/2)².

- 세그먼트의 상대 굴절률, △%는 다음 방정식으로 정의된다.

△% = 100 X (n_i-n_c)/n_c이고, 여기서 n_i는 i로 표시된 굴절률 프로파일 세그먼트의 최대 굴절률이고, 기준 굴절률 n_c는 클래드 층의 최소 굴절률이다. 세그먼트에서 모든 포인트는 관련된 상대 굴절률을 갖는다. 상기 최대 상대 굴절률은 통상적으로 잘 알려진 형태를 갖은 세그먼트를 특성화시키기 위해 사용된다.

- 굴절률 프로파일(refractive index profile or index profile)이라는 용어는 △% 또는 굴절률과 상기 코어의 선택된 세그먼트 상의 반지름 사이의 관계이다. 상기 알파 프로파일이라는 용어는 다음 방정식에 의해 표현될 수 있는 굴절률 프로파일에 관한 것이다.

n(r) = n₀(1-△[r/a]^α), 여기서 r은 코어 반지름이고, △는 상기 정의와 같으며, a는 상기 프로파일 세그먼트의 최종 포인트이고, α-프로파일의 제1포인트에서 r 값은 상기 프로파일 세그먼트의 제1포인트의 위치에 따라 선택되며, α는 상기 프로파일 형태를 정의하는 지수이다. 그 밖의 다른 굴절률 프로파일은 스텝 굴절률, 사다리꼴 굴절률, 및 원형 스텝 굴절률을 포함하고, 상기 원형은 일반적으로 빠른 굴절률 변화 과정에서 도펀트 확산에 의해 발생된다.

- 총 분산은 도파관 분산과 원료 분산의 대수 합으로 정의된다. 때로 총 분산은 본 기술분야에서 색채 분산으로 불리운다. 상기 총 분산의 단위는 ps/㎚-㎞이다.

- 상기 도파관 섬유의 밴드 저항은 규정된 테스트 조건하에서 유도된 감쇠로써 표현된다. 관련된 밴드 테스트는 도파관 섬유의 상대 저항을 밴딩에 비유하는데 사용되는 핀 어레이 밴드 테스트이다. 이러한 테스트를 수행하기 위해, 감쇠 손실은 필수적으로 유도된 밴딩 손실 없이 도파관 섬유를 위해 측정된다. 그리고 상기 도파관 섬유는 상기 핀 어레이를 통해 서펜타인(serpentine) 모양의 경로를 지나가고, 다시 감쇠가 측정된다. 상기 밴딩에 의해 유도된 손실은 2개의 측정된 감쇠 값 사이에서 차이를 갖는다. 상기 핀 어레이는 단일 열에 정렬된 10개의 실린더 형상의 핀의 한 세트이고, 평평한 표면에 수직 포인트에 고정된다. 상기 핀 공간은 중심에서 중심까지 5㎜이다. 상기 핀의 직경은 0.67㎜이다. 테스트 과정 동안, 충분한 텐션이 적용되어 상기 서펜타인 웨이브된 도파관 섬유가 섬유와 핀 사이의 접촉 부분에서 상기 핀 표면의 일부에 맞도록 해준다.

관련된 또 다른 밴드 테스트는 래터럴 로드 테스트이다. 이러한 테스트에서 규정된 길이의 도파관 섬유는 두 평평한 플레이트 사이로 놓여진다. #70 전선 망은 상기 플레이트 중 하나에 부착된다. 통상적인 길이의 도파관 섬유는 상기 플레이트 사이에 끼워지고, 기본 감쇠는 상기 플레이트가 30 뉴턴의 힘으로 함께 압축되는 동안 측정된다. 그리고 나서 70 뉴턴의 힘이 상기 플레이트에 적용되고, dB/m단위로 감쇠에서의 증가분이 측정된다. 이러한 감쇠에서의 증가는 상기 도파관의 래터럴 로드 감쇠이다.

{요약}

본 발명의 한가지 특징은 세그먼트 코어 영역을 갖는 단일 모드 광 도파관 섬유에 관한 것이다. 상기 코어는 중심 세그먼트와 상기 중심 세그먼트를 둘러싸고 있는 적어도 하나의 고리 모양의 세그먼트를 갖는다. 각 세그먼트는 반지름과 △%에 의하여 정의된다. 상기 중심 세그먼트는 보이드(void)이고, 따라서 그 반지름에 대해 약 1의 굴절률을 갖는다. 상기 보이드의 상대 굴절률은 상기 기준 굴절률이 석영이 되도록 선택되었기 때문에 음수이다. 본 발명의 특징은 상기 중심 세그먼트가 유리를 도핑함으로써 파생된 일반적인 공정 복합 없이 큰 음의 상대 굴절률을 갖는다는 것이다.

상기 세그먼트의 반지름과 상대 굴절률은 약 70㎛²보다 큰 유효 면적과 약0.08 ps/㎚-㎞보다 작은 분산 슬로프를 제공하도록 권장된다. 더구나, 상기 정의된 바와 같이 래터럴 로드 하에서 유도된 감쇠는 약 0.8 dB/m 보다 작다.

상기 도파관 섬유의 실시예는 약 1450㎚ 내지 1650㎚ 범위에서 0 분산 파장에 의해 특징지워진다.

또 다른 실시예는 약 0 내지 3㎛ 범위에서 중심 보이드의 반지름에 의해 특징지워진다.

추가적인 실시예는 상기 중심 보이드와 더불어 중심 보이드를 둘러싸는 3개의 고리 모양의 세그먼트를 포함한다. 상기 고리 모양의 세그먼트는 또 다른 층을 이룬다. 상기 중심 세그먼트와 3개의 고리 모양의 세그먼트는 각각 상대 굴절률, △₁% > △₃% > △₂% > △₀%를 갖고, 여기서 상기 세그먼트의 수는 중심 세그먼트를 0으로 하여 순차적으로 세어나간다.

추가적인 실시예는 상기 상대 굴절률 △₂%가 음수인 제2고리 모양의 세그먼트를 갖는다.

상기 각 고리 모양의 세그먼트의 굴절률 프로파일 형태는 임의의 교환 또는 결합에서 스텝, 및 α-프로파일, 원형 스텝, 또는 사다리꼴의 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 추가적 특징 및 장점은 하기된 상세한 설명과 첨부도면을 참조함으로써 명백해질 것이다. 이러한 설명은 발명자에게는 명백할 것이고, 본 명세서에서 설명된 발명의 실시예로써 알 수 있을 것이다.

전술한 광범위한 설명과 하기된 상세한 실시예는 단지 발명의 실시예일 뿐이고, 청구범위의 발명의 특성과 특징을 이해하기 위한 관점이나 개요를 제공하려 한다. 본 발명을 설명하기 위하여, 첨부된 도면이 도시되어 있고, 본 명세서의 일부로 구성된다. 본 도면들은 발명의 작동과 원리를 설명하기 위한 설명 방법과 함께, 발명의 한가지 이상의 실시예를 설명해 준다.

이하, 첨부 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 각 참조번호는 그 번호가 언급된 도면을 통해 사용된다. 본 발명의 굴절률 프로파일의 바람직한 실시예는 도 1에 도시되어 있다.

도 1의 굴절률 프로파일의 실시예에서, 상기 코어 세그먼트(16, 2, 6, 8)가 도시되어 있고, 상기 코어 세그먼트(16)는 보이드이다. 세그먼트(2, 6, 8)는 방사상 위치에 대한 △%에 의해 좌우되는 형태를 갖는다.

전술된 세그먼트 반지름의 정의에 대한 예와 같이, 상기 중심 보이드(16)의 반지름은 상기 중심선에서 상기 상대 굴절률이 0인 제1포인트까지의 거리인 길이 4로써 도시되어 있다. 또한 이러한 제1포인트는 수평축과 제1고리 모양의 세그먼트 프로파일의 교점이 된다. 또한, 상기 중심 보이드의 반지름은 상기 제1고리 모양의 세그먼트의 내부 반지름이다.

상기 제1고리 모양의 세그먼트(2)는 반지름(4) 및 반지름(14)으로 경계가 지워진다. 상기 반지름(14)은 섬유 중심선에서 상기 제1세그먼트 굴절률 프로파일의 하강 부분을 추정하여 형성된 선과 수평축의 교점까지로 확장한다. 상기 제2고리 모양의 세그먼트는 반지름(7)으로 주어진 외부 반지름을 갖되, 이는 섬유 중심선에서 상기 상대 굴절률이 제3세그먼트의 최대 △%의 반인 방사상 포인트까지의 거리이다. (상기 세그먼트의 △%는 상기 세그먼트의 최대 굴절률을 사용하여 계산된 △%로 정의된다는 것을 상기하자.) 상기 제3고리 모양의 세그먼트(8)가 이러한 도시된 코어 굴절률 프로파일에서 최종 고리 모양의 세그먼트이기 때문에, 상기 세그먼트(8)의 특성 반지름은 반지름(12)이고, 이는 포인트(3)로 도시된 바와 같이 상기 섬유 중심선에서 세그먼트(8)의 바닥의 중심점까지이다. 이러한 최종 고리 모양의 반지름을 위한 규정은 도시된 바와 같이 모든 굴절률 프로파일에 사용된다. 프로파일 세그먼트의 간단한 측정법은 수직선(5) 사이에 도시된 폭(10)이다. 직선(5)은 상기 세그먼트의 반의 최대 % 델타 굴절률 포인트에 의해 결정된다. 고리 모양의 폭을 위한 이러한 규정은 본 명세서에서의 모든 최종 프로파일 세그먼트에 대해 사용된다.

도 2의 바람직한 섬유의 단면도에서, 굴절률 프로파일의 주요 특징인 보이드(18)는 실질적으로 상기 도파관 섬유의 전체 길이로 뻗는다. 상기 보이드는 고리 모양의 코어 세그먼트(22)에 의해 둘러싸여 있고, 그 다음으로 클래드(20)에 의해 둘러싸인다. 상기 코어 영역은 추가적인 고리 모양의 세그먼트(미도시)를 포함할 수도 있다.

도 2의 단면도에 따른 굴절률 프로파일의 실시예는 도 3에 도시되어 있다. 상기 중심 보이드(18)는 굴절률 n₀를 갖는다. 상기 스텝 형태의 고리 모양의 세그먼트(22)는 굴절률 n₁을 갖고, 상기 클래드 층은 굴절률 n_c를 갖는다. 상기 주어진 정의에 의해, 고리 모양의 세그먼트(22)의 상대 굴절률 퍼센트는 △₁%=(n₁-n_c)/n_cx100 이다.

상기 굴절률 프로파일의 다른 실시예는 도 4에 도시된다. 이러한 실시예에서, 상기 스텝 형태(22)는 상기 도파관 섬유를 실행시키는 공정 동안 도펀트 물질의 확산을 야기할 수 있는 원형의 모서리를 갖는다. 상기 반지름 축에서의 단계적 변화는 상기 보이드 반지름 약 1㎛ 및 고리 모양의 세그먼트(22)의 외부 반지름 약 4.5㎛를 나타낸다. 도 4에 따른 실시예에서, 상기 중심 세그먼트 반지름 r₀는 약 0.05㎛ 내지 3㎛ 범위에 있다. 상기 중심 세그먼트는 중심 세그먼트에 인접한 고리 모양의 세그먼트와 접하여 둘러싸여 있다. 이러한 고리 모양의 세그먼트는 중심 반지름 r₁을 갖는 원형 스텝 프로파일을 포함하며, 상기 중심 반지름은 상기 중심선에서 상기 고리 모양의 세그먼트의 기하학적 중심까지 측정되고, 약 2㎛ 내지 5㎛ 범위에 있다. 상기 고리 모양의 코어 세그먼트 폭 w₁은 상기 고리 모양의 세그먼트의 최대 상대 굴절률의 반의 포인트에서 측정되고, 약 0.5㎛ 내지 5.0㎛ 범위에 있다. 그 상대 굴절률 △₁%는 약 0.4% 내지 1.1% 범위에 있다. 도 4에 따른 선택적인 실시예는 바로 위에서 설명된 바와 같은 보이드를 갖고, α가 약 1인 α-프로파일인 고리 모양의 세그먼트 형태를 갖는다. 상기 반지름 r₁은 약 4㎛ 내지 8㎛ 범위에 있고, 상기 상대 굴절률 △₁%는 약 0.7% 내지 1.1% 범위에 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 중심 세그먼트의 반지름은 다시 약 0.05㎛ 내지 3㎛ 범위에 있고, 상기 제1고리 모양의 세그먼트는 바로 전술된 바와 같다. 이러한 코어 영역 실시예는 스텝 굴절률 프로파일, 약 0.2%보다 작은 범위에서 상대 굴절률 △₂%, 및 약 7㎛ 내지 9㎛ 범위에서 외부 반지름 r₂를 갖는 제2고리 모양의 세그먼트를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 상기 코어 영역은 분할되고, 중심 세그먼트와 제1고리 모양의 세그먼트 반지름 및 바로 위에서 기술된 바와 같이 △를 갖는다. 이러한 코어 영역 실시예는 도 5 내지 도 8의 임의의 하나의 예에서와 같이 제3고리 모양의 세그먼트를 포함하고, 제2고리 모양의 세그먼트와 접하여 둘러싸여 있다. 이러한 제3세그먼트의 중심 반지름은 약 7.5㎛ 내지 10.5㎛ 범위에 있다. 그 폭은 약 1.0㎛ 내지 2.5㎛ 범위에 있고, 상대 굴절률 △₃%는 약 0.2% 내지 0.4%의 범위에 있다.

본 발명의 또 다른 실시예는 다시 약 0.05㎛ 내지 3.0㎛ 범위에서 중심 세그먼트의 외부 반지름을 갖는다. 제1고리 모양의 세그먼트 형태는 약 α가 1인 α-프로파일이다. 이러한 제1고리 모양의 영역의 반지름 r₁은 약 4㎛ 내지 8㎛ 범위에 있고, 상기 상대 굴절률 △₁%는 약 0.7% 내지 1.1%의 범위에 있다. 더 나아가 상기 코어는 약 8㎛ 내지 10㎛ 범위에서 제3세그먼트 반지름 r₂를 갖고, 도 6의 세그먼트(26)에서 도시된 바와 같이 음수인 상대 굴절률 △₂%를 갖는다. △₂%의 바람직한 범위는 약 0 내지 0.3%이다. 이러한 실시예는 원형의 스텝 굴절률 프로파일과 약 9㎛ 내지 11㎛ 범위에서의 중심 반지름 r₃와 약 1.5㎛ 내지 3㎛ 범위에서 폭 및 약 0.2% 내지 0.4%의 범위에서 상대 굴절률 △₃%를 갖는 제3고리 모양의 세그먼트를 포함할 수 있다.

소정의 특성을 제공하는 또 다른 실시예는 약 0.05㎛ 내지 3㎛ 범위에서 중심 세그먼트 반지름 r₀와 α가 약 1인 α-프로파일을 갖는 인접한 고리 모양의 세그먼트를 갖는 상기 코어 영역의 하나이다. 외부 반지름 r₁은 약 4㎛ 내지 6㎛ 범위에 있고, 상대 굴절률 △₁%는 약 0.9% 내지 1.1% 범위에 있다. 제2고리 모양의 세그먼트는 약 8㎛ 내지 10㎛ 범위에서 외부 반지름 r₂와 약 0 내지 -0.3% 범위에서 상대 굴절률 △₂%를 갖는다. 제3고리 모양의 세그먼트는 원형의 스텝 굴절률 프로파일과약 9㎛ 내지 11㎛ 범위에서 중심 반지름 r₃와 약 1.5㎛ 내지 3㎛ 범위에서 폭 및 약 0.2% 내지 0.4% 범위에서 상대 굴절률 △₃%를 갖는다.

또한 다른 실시예에서 코어 영역은 약 0.05㎛ 내지 3㎛ 범위에서 중심 세그먼트 반지름 r₀및 α가 약 1인 α-프로파일을 갖는 인접한 고리 모양의 세그먼트를 갖는다. 이러한 고리 모양의 세그먼트는 약 4㎛ 내지 6㎛ 범위에서 외부 반지름 r₁및 약 0.9% 내지 1.1% 범위에서 △₁%를 갖는다. 제2고리 모양의 세그먼트는 이러한 실시예에 추가될 수 있고, 상기 제2고리 모양의 세그먼트는 스텝 굴절률 프로파일과 약 0 내지 0.2% 범위에서 상대 굴절률 △₂% 및 약 7㎛ 내지 9㎛ 범위에서 외부 반지름 r₂를 갖는다. 게다가 제3고리 모양의 세그먼트는 원형의 스텝 프로파일과 약 7.5㎛ 내지 9㎛ 범위에서 중심 반지름 r₃와 약 1.0㎛ 내지 2.5㎛ 범위에서 폭 및 약 0.2% 내지 0.4% 범위에서 상대 굴절률 △₃%를 갖는다.

상기 기준 굴절률이 상기 클래드 층과 같기 때문에, 상기 보이드의 상대 굴절률은 음수이다. 상기 보이드의 존재에 대한 장점은 상기 코어의 중심 세그먼트를 위하여 음의 상대 굴절률을 갖는 것이며, 이는 상기 중심 세그먼트를 위하여 유리를 사용하는데 있어서 생기는 공정상의 어려움을 없애주고, 상기 중심 세그먼트는 불소와 같은 도펀트에 의해 감소된 굴절률을 갖는다. 도 4의 굴절률 프로파일의 특성은 도 5 내지 도 8의 굴절률 프로파일의 계산된 특성과 함께 표 1에 도시된다.

도 5에 도시된 굴절률 프로파일의 실시예는 3개의 고리 모양의 세그먼트(22, 24, 26)를 포함하는 코어 영역을 갖는다. 제1고리 모양의 세그먼트(22)의 형태는 실질적으로 삼각형이며, 거의 수직인 제1면과 α=1을 갖는 α-프로파일인 제2면을 갖는다. 상기 세그먼트의 상대 굴절률과 반지름은 상기 굴절률 프로파일 그래프의 축에서 읽을 수 있다. 상기 제2고리 모양의 코어 세그먼트(24)는 실질적으로 평면이고, 고리 모양의 코어 세그먼트(26)는 원형의 삼각 형태를 갖는다. 상기 중심 보이드(18)를 제외한 모든 코어 세그먼트는 양의 상대 굴절률이다.

도 6에 도시된 상기 굴절률 프로파일의 실시예에서 제2고리 모양의 코어 세그먼트(24)는 음의 상대 굴절률을 갖는다. 상기 제3고리 모양의 코어 세그먼트의 프로파일 형태는 원형 스텝이다. 하기 표 1에 언급된 바와 같이, 이러한 구조는 소정의 낮은 분산, 큰 유효 면적, 및 밴드 저항을 제공한다.

도 7에 도시된 굴절률 프로파일의 실시예는 제1고리 모양의 코어 세그먼트(22)의 상대 굴절률이 도 7의 프로파일에서 상대적으로 더 낮다는 것을 제외하고는 도 5와 유사한다. 이러한 2개의 코어 설계에 대한 광학 실행의 비교는 제1(가장 깊은 부분)고리 모양의 세그먼트의 굴절률 최대점의 역할에 대한 약간의 설명과 함께 하나를 더 제공한다. 상기 제1고리 모양의 세그먼트의 최대 상대 굴절률을 낮게 만드는 것은 유도된 밴드 손실에 의한 것이다. 그러나, 유도된 도펀트량은 종종 낮은 레일리 스케터링을 제공하고, 즉 몇몇의 원격통신 시스템에서 낮은 감소 계수는 밴드 저항보다 더 중요할 지도 모른다.

도 8에 도시된 실시예는 상기 제1고리 모양의 코어 세그먼트(22)의 최대 상대 굴절률이 상대적으로 더 크다는 것을 제외하고는 도 5 및 도 7과 유사하다. 표 1은 밴드 실행이 도 8의 실시예에서 잘 되었다는 것을 보여준다.

프로파일	λ0(㎚)	S(ps/㎞.㎚2)	MFD(㎛)	λcc(㎚)	Aeff(㎛2)	PA(dB)	LL(dB/m)
도 4	1472	0.0540	8.3	1043	101	21	0.503
도 5	1478	0.0602	8.0	1209	91	0.27	0.263
도 6	1498	0.0395	7.5	1035	90	3.4	0.232
도 7	1472	0.0623	8.4	1218	111	1.6	0.800
도 8	1579	0.0697	7.9	1184	82	1.3	0.246

λ₀는 0 분산 파장; S는 분산 슬로프; MFD는 모드 필드 직경; λ_cc는 케이블된 컷오프 파장; A_eff는 유효 면적; PA는 핀 어레이 밴딩 손실; 및 LL은 래터럴 로드 밴딩 손실이다. 원격통신 응용을 위한 바람직한 파장 범위는 약 1500㎚ 내지 1600㎚이다. 상기 분산 슬로프 S는 상기 파장 범위 이상에서 거의 상수가 될 수 있다.

표 1에서 모든 실시예의 광학 실행은 만족할 만하다. 상기 표는 프로파일 변형이 다른 매개변수에 끼치는 영향뿐만 아니라 상기 프로파일 변형이 특정 매개변수를 개선한다는 것을 나타낸다. 상기 도파관 섬유의 이러한 적용 환경은 본 발명에 따른 다른 프로파일 선택 이상으로 하나의 프로파일을 바람직하게 선택하도록 도와준다.

본 발명은 3개의 고리 모양의 세그먼트보다 많은 실시예를 포함한다. 코어 세그먼트의 수가 증가하는 만큼 제조의 어려움이 증가하기 때문에, 소정의 광학 특성 및 가장 적은 수의 세그먼트를 갖는 도파관 섬유 코어를 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음을 당업자는 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 속하는 본 발명의 변형, 변경 및 그 균등물 포함한다.

Claims (22)

1. 중심선을 갖고, 상기 중심선을 따라 놓인 중심 세그먼트와 상기 중심 세그먼트를 둘러싸는 적어도 하나의 고리 모양의 세그먼트를 포함하며, 상기 중심 세그먼트와 적어도 하나의 고리 모양의 세그먼트는 각각 굴절률 프로파일, 반지름, 및 상대 굴절률 △%를 갖는 코어 영역; 및

   굴절률 프로파일과 0의 최소 상대 굴절률 △%를 갖으며 상기 코어 영역에 접하여 둘러싸고 있는 클래드 유리층을 포함하며;

   상기 코어 영역의 중심 세그먼트는 보이드인 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
2. 제1항에 있어서, 상기 반지름, 굴절률 프로파일, 및 상기 세그먼트의 상대 굴절률은 약 1550㎚의 파장에서 약 70㎛²보다 더 큰 유효 면적을 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
3. 제2항에 있어서, 상기 반지름, 굴절률 프로파일, 및 상기 세그먼트의 상대 굴절률은 약 1500㎚ 내지 1600㎚ 범위의 파장에서 약 0.08 ps/㎚²-㎞보다 작은 총 분산 슬로프를 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
4. 제3항에 있어서, 상기 반지름, 굴절률 프로파일, 및 상기 세그먼트의 상대 굴절률은 약 1550㎚에서 측정된 약 0.8dB/m보다 작은 래터럴 로드 하에서 유도된 감쇠를 제동하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
5. 제4항에 있어서, 상기 반지름, 굴절률 프로파일, 및 상기 세그먼트의 상대 굴절률은 약 1450㎚ 내지 1650㎚ 범위에서 0 분산 파장을 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
6. 제4항에 있어서, 상기 중심 세그먼트는 약 0.05㎛ 내지 3㎛ 범위에서 반지름 r₀을 갖고, 상기 중심 세그먼트에 인접한 적어도 하나의 고리 모양의 세그먼트는 약 2㎛ 내지 5㎛ 범위에서 중심 반지름 r₁, 약 0.5㎛ 내지 5.0㎛ 범위에서 폭 w₁, 및 0.4% 내지 1.1% 범위에서 상대 굴절률 △₁%를 갖는 원형의 스텝 프로파일을 포함하되, 상기 중심 반지름 r₁은 상기 중심선에서 상기 고리 모양의 세그먼트의 기하학적 중심까지 측정된 것이며, 상기 폭 w₁은 적어도 하나의 고리 모양의 세그먼트의 최대 상대 굴절률 포인트의 절반에서 측정된 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
7. 제4항에 있어서, 상기 중심 세그먼트는 약 0.05㎛ 내지 3㎛ 범위에서 반지름 r₀을 포함하고, 상기 중심 세그먼트에 인접한 적어도 하나의 고리 모양의 세그먼트는 약 α가 1을 갖는 α-프로파일, 약 4㎛ 내지 8㎛ 범위에서 외부 반지름 r₁, 및 약 0.7% 내지 1.1% 범위에서 상대 굴절률 △₁%를 갖는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
8. 제1항에 있어서, 상기 중심 세그먼트는 약 0 내지 3㎛보다 큰 범위에서 반지름 r₀을 갖는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
9. 제1항에 있어서, 상기 코어 영역은 상기 중심 세그먼트와 3개의 고리 모양의 세그먼트를 포함하되, 상기 상대 굴절률 △_i는 0에서 시작하여 상기 중심 세그먼트로부터 바깥쪽으로 세어 나가며, 여기서 i 는 상기 중심 세그먼트와 상기 3개의 고리 모양의 세그먼트의 0, 1, 2, 3을 말하고 △₁> △₃> △₂> △₀의 관계로서 설명되는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
10. 제9항에 있어서, 상기 상대 굴절률 △₂는 음수인 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
11. 제1항에 있어서, 상기 코어 영역의 각 세그먼트는 스텝, α-프로파일, 원형 스텝, 및 사다리꼴로 구성된 그룹에서 선택된 굴절률 프로파일을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
12. 제1항에 있어서, 상기 중심 세그먼트는 약 0.05㎛ 내지 3㎛ 범위에서 반지름 r₀을 갖고, 상기 중심 세그먼트에 인접한 적어도 하나의 고리 모양의 세그먼트는 약 2㎛ 내지 5㎛ 범위에서 중심 반지름 r₁, 약 0.5㎛ 내지 5.0㎛ 범위에서 폭 w₁, 및 0.4% 내지 1.1% 범위에서 상대 굴절률 △₁%를 갖는 원형의 스텝 프로파일을 포함하되, 상기 중심 반지름 r₁은 상기 중심선에서 상기 고리 모양의 세그먼트의 기하학적 중심까지 측정된 것이며, 상기 폭 w₁은 적어도 하나의 고리 모양의 세그먼트의 최대 상대 굴절률 포인트의 절반에서 측정된 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
13. 제1항에 있어서, 상기 중심 세그먼트는 약 0.05㎛ 내지 3㎛ 범위에서 반지름 r₀을 포함하고, 상기 중심 세그먼트에 인접한 적어도 하나의 고리 모양의 세그먼트는 약 α가 1을 갖는 α-프로파일, 약 4㎛ 내지 8㎛ 범위에서 외부 반지름 r₁, 및 약 0.7% 내지 1.1% 범위에서 상대 굴절률 △₁%를 갖는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
14. 제13항에 있어서, 스텝 굴절률 프로파일과 약 0 내지 0.2% 범위에서 상대 굴절률 △₂%, 및 약 7㎛ 내지 9㎛ 범위에서 외부 반지름 r₂를 갖는 제2고리 모양의 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
15. 제14항에 있어서, 상기 제2고리 모양의 세그먼트를 둘러싼 제3고리 모양의 세그먼트를 더 포함하되, 상기 제3고리 모양의 세그먼트는 약 7.5㎛ 내지 10.5㎛ 범위에서 중심 반지름 r₃, 약 1.0㎛ 내지 2.5㎛ 범위에서 폭, 및 약 0.2% 내지 0.4% 범위에서 상대 굴절률 △₃%,를 갖는 원형 스텝 굴절률 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
16. 제13항에 있어서, 스텝 굴절률 프로파일, 약 8㎛ 내지 10㎛ 범위에서 반지름 r₂, 음수인 상대 굴절률 △₂%를 갖는 제2고리 모양의 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
17. 제16항에 있어서, △₂%는 약 0 내지 -0.3% 범위에 존재하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
18. 제17항에 있어서, 원형 스텝 굴절률 프로파일과 약 9㎛ 내지 11㎛ 범위에서 중심 반지름 r₃, 약 1.5㎛ 내지 3㎛ 범위에서 폭, 및 약 0.2% 내지 0.4% 범위에서 상대 굴절률 △₃%를 갖는 제3고리 모양의 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
19. 제1항에 있어서, 상기 코어 영역은 약 0.05㎛ 내지 3㎛ 범위에서 반지름 r₀을 갖는 중심 세그먼트와, 약 α가 1을 갖는 α-프로파일, 약 4㎛ 내지 6.5㎛ 범위에서 외부 반지름 r₁, 약 0.9% 내지 1.1% 범위에서 상대 굴절률 △₁%를 갖는 고리 모양의 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
20. 제19항에 있어서, 스텝 굴절률 프로파일과 약 0 내지 0.2% 범위에서 상대 굴절률 △₂%, 약 7㎛ 내지 9㎛ 범위에서 외부 반지름 r₂를 갖는 제2고리 모양의 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
21. 제20항에 있어서, 원형 스텝 프로파일과 약 7.5㎛ 내지 9㎛ 범위에서 중심 반지름 r₃, 약 1.0㎛ 내지 2.5㎛ 범위에서 폭, 및 약 0.2% 내지 0.4% 범위에서 상대 굴절률 △₃%를 갖는 제3고리 모양의 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
22. 중심선을 갖고, 상기 중심선을 따라 보이드의 경계를 형성하는 적어도 하나의 제1고리 모양의 층을 포함하되, 상기 고리 모양의 층은 굴절률 프로파일을 갖는 코어 유리 영역; 및

    굴절률 프로파일을 갖고 상기 코어 영역 표면에 접하여 코어 영역을 둘러싸고 있는 클래드 유리층을 포함하며;

    상기 단일 모드 도파관은 약 0.08 ps/㎚²-㎞보다 작은 총 분산 슬로프, 약 0.8dB/m보다 작은 래터럴 로드 하에서 유도된 감쇠, 및 약 70㎛²정도의 유효 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.