KR20020018090A - 광 섬유 및 그것을 포함하는 광 부품 - Google Patents

광 섬유 및 그것을 포함하는 광 부품 Download PDF

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KR20020018090A
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이시카와신지
시바타도시카즈
하시모토켄
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오카야마 노리오
스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 코어 영역 뿐만 아니라 클래드 영역에도 GeO2가 함유된 충분한 강도를 갖는 광 섬유, 및 그것을 포함하는 광 부품에 관한 것이다. 해당 광 섬유는, 외경(D)을 가짐과 동시에, 코어 영역과, 상기 코어 영역을 둘러싸는 제 1 클래드 영역과, 상기 제 1 클래드 영역을 둘러싸는 제 2 클래드 영역을 구비한다. 코어 영역은, GeO2함유량이 1 wt% 이상의 실리카 글래스를 주재료로 하는 글래스 영역, 제 1 클래드 영역은 0.80 D 이상 또한 0.98 D 이하의 외경을 가짐과 동시에, GeO2함유량이 1 wt% 이상의 실리카 글래스를 주재료로 하는 글래스 영역, 그리고, 제 2 클래드 영역은 GeO2함유량이 0.2 wt% 미만의 실리카 글래스를 주재료로 하는 글래스 영역이다.

Description

광 섬유 및 그것을 포함하는 광 부품{Optical fiber and optical component including the same}
본 발명은, 광의 진행 방향을 따라서 굴절율이 변동하는 그레이팅이 형성되었을 때에 양호한 특성이 얻어지는 구조를 구비한 광 섬유, 및 상기 광 섬유로 구성되는 광 섬유 커플러 등의 광 부품에 관한 것이다.
광 섬유 커플러는, 복수의 광 섬유 각각의 소정 부위(광 결합부)가 광 결합된 광 부품으로서, 예를 들면, 광의 합파, 분파, 분기 등의 기능을 갖는다. 예를 들면, 사토다, 외, "광 섬유 그레이팅 커플러를 사용한 add-drop 멀티플렉서", 전기 정보 통신학회 예고집, 2000년 봄, 강연번호 C-3165」(문헌 1), 이가라시, 외, "융착 연신형 광 섬유 그레이팅 커플러의 제작", 응용 물리학회 강연 예고편, 1999년 가을, 강연 번호 2p-ZF-8(문헌 2), 및 이가라시, 외, "융착 연신형 광 섬유 그레이팅 커플러의 특성 향상", 응용 물리학회 강연 예고집, 2000년 봄, 강연 번호 30a-ZG-18(문헌 3) 각각에는, 광 결합부에 굴절율이 주기적으로 변동하는 그레이팅이 형성된 광 부품(광 섬유 그레이팅 커플러)이 기재되어 있다.
도 1은, 광 부품으로서 광 섬유 그레이팅 커플러의 구성을 도시하는 도면이다. 상기 도면에 도시된 광 섬유 그레이팅 커플러(1)는, 각각 소정 부위(광 결합부(13))를 통해 서로 광 결합된 제 1 광 섬유(11)와 제 2 광 섬유(12)를 구비하고 있고, 광 결합부(13)에는 광의 신호 방향을 따라서 굴절율이 변동하는 블랙·그레이팅이 형성되어 있다. 이 광 섬유 그레이팅 커플러(1)는, 각각 코어 영역에 GeO2가 첨가된 제 1 광 섬유(11)와 제 2 광 섬유(12)를 서로 병렬로 밀착 배치하고, 양자의 소정 부위를 연신하면서 융착함으로써 광 결합부(13)를 형성하고, 위상 격자법 또는 2광속 간섭법에 의해 자외광을 광 결합부(13)에 조사함으로써 그레이팅을 형성함으로써 제조된다.
상기 광 섬유 그레이팅 커플러(1)에 있어서, 제 1 광 섬유(11)의 제 1 단(11a)으로부터 입사된 광은 광 결합부(13)에 도달한다. 이 때, 광 결합부(13)에 있어서의 그레이팅의 블랙 조건을 만족하는 파장을 갖는 광이 상기 광 결합부(13)에 도달한 경우, 상기 광 결합부(13)에 도달한 광은, 그 광 결합부(13)에서 반사되어, 제 2 광 섬유(12)의 제 1 단(12a)으로부터 출사된다. 한편, 그 광 결합부(13)에 형성된 그레이팅의 블랙 조건을 만족하지 않는 파장을 갖는 광이 제 1 광 섬유(11)의 제 1 단(11a)로부터 광 결합부(13)에 도달한 경우, 상기 광 결합부(13)에 도달한 광은, 그 광 결합부(13)를 통과하여, 제 2 광 섬유(12)의 제 2 단(12b)으로부터 출사된다. 이 경우, 광 섬유 그레이팅 커플러(1)는, 제 1 광 섬유(11)의 제 1 단(11a)에 입사된 광을, 그 파장에 따라서 제 2 광 섬유(12)의 제 1 단(12a)및 제 2 단(12b) 중 어느 하나에 출사하는 분파기로서 기능한다.
또한, 이 광 섬유 그레이팅 커플러(1)에 있어서, 제 1 광 섬유(11)의 제 1 단(11a)로부터 입사된 광은, 광 결합부(13)에 도달한다. 이 때, 광 결합부(13)에 형성된 그레이팅의 블랙 조건을 만족하지 않는 파장의 광이 상기 광 결합부(13)에 도달한 경우, 상기 광 결합부(13)에 도달한 광은 광 결합부(13)를 통과하여, 제 2 광 섬유(12)의 제 2 단(12b)으로부터 출사된다. 한편, 제 1 광 섬유(11)의 제 2 단(11b)으로부터 입사된 광도, 광 결합부(13)에 도달한다. 이 때, 광 결합부(13)에 형성된 그레이팅의 블랙 조건을 만족하지 않는 파장의 광이 상기 광 결합부(13)에 도달한 경 우, 상기 광 결합부(13)에서 반사되고, 제 2 광 섬유(12)의 제 2 단(12b)으로부터 출사된다. 이 경우, 광 섬유 그레이팅 커플러(1)는, 제 1 광 섬유(11)의 제 1 단(11a)로부터 입사된 광(블랙 조건을 만족하지 않는 파장을 갖는 광)과, 제 1 광 섬유(11)의 제 2 단(11b)으로부터 입사된 광(블랙 조건을 만족하는 파장을 갖는 광)을 합파하고, 상기 합파된 광을 제 2 광 섬유(12)의 제 2 단(12b)으로부터 출사하는 합파기로서 기능한다.
상기 광 섬유 그레이팅 커플러(1)는, 상기 분파기 및 합파기 각각의 기능을 겸하여 가짐으로써, 광 ADM(add-drop multiplexer)으로서도 기능한다. 또한, 광 결합부(13)에 그레이팅이 형성되어 있지 않은 광 부품(광 섬유 커플러)에서는, 제 1 광 섬유(11)의 제 1 단(11a)에 입사된 광을 분기하고, 분기된 한쪽의 광을 제 1 광 섬유(11)의 제 2 단(11b)으로부터 출사하는 한편, 분기된 다른쪽의 광을 제 2 광 섬유(12)의 제 2 단(12b)으로부터 출사하는 분파기로서 기능한다.
발명자들은, 상술의 종래 기술에 관해서 검토한 결과, 이하와 같은 과제를 발견하였다. 즉, 상기 광 부품으로서의 광 섬유 그레이팅 커플러(1)에 있어서, 광 결합부(13)에 형성된 그레이팅에는, 블랙 조건을 만족하는 파장을 갖는 광을 높은 반사율로 반사함과 동시에, 블랙 조건을 만족하지 않는 파장을 갖는 광을 높은 투과율로 투과시키는 기능이 요구된다. 그래서, 예를 들면, 「F. Bakhti, et al., "Optical add/drop multiplexer based on UV-written Bragg grating in a fused 100% coupler", Electronics Letters, Vol.33, No. 9, pp-803-804(1997)」(문헌 4)나, 상기 문헌 2 및 3 각각에 시사되어 있는 바와 같이, 제 1 및 제 2 광섬유(11, 12) 각각의 코어 영역 뿐만 아니라 클래드 영역의 전체에도 GeO2를 첨가하고, 광 결합부(13)에 있어서 코어 영역 뿐만 아니라 클래드 영역의 전체에도 그레이팅을 형성하는 것이 검토되고 있다.
그렇지만, 각 광 섬유의 코어 영역뿐만 아니라 클래드 영역의 전체에도 GeO2가 함유되면, 이하와 같은 과제가 있는 것을 발명자들은 발견하였다. 즉, 코어 영역을 포함하여 클래드 영역의 전체에 GeO2가 첨가된 광 섬유는 강도가 극단적으로 저하한다. 또한, 이 광 섬유를 이용하여 상술과 같은 광 섬유 그레이팅 커플러(1)를 제조하는 경우, 광 결합부(13)를 형성하기 위한 융착시에 GeO2가 휘산하여 광 섬유 내에 거품이 발생하기 쉽게 된다. 이것에 기인하여, 융착이 곤란하여지거나 혹은 융착 강도가 약해진다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은, 상술과 같은 발명자들의 의견에 근거하여, 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 코어 영역 뿐만 아니라 클래드 영역에도 Ge02가 첨가됨과 동시에 충분한 강도를 갖는 광 섬유, 및 그것을 포함하여 우수한 광 결합 특성을 갖는 제조가 용이한 광 부품을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 광 섬유는, 외경(D)을 갖는 실리카 글래스를 주성분으로 하는 광 섬유로서, 소정축을 따라서 신장한 코어 영역과, 상기 코어 영역의 외주에 형성된 제 1 클래드 영역과, 상기 제 1 클래드 영역의 외주에 형성된 제 2 클래드 영역을, 적어도 구비한다. 상기 코어 영역 및 제 1 클래드 영역은, 어느 것이나 1wt% 이상의 GeO2가 첨가되어 있다. 한편, 제 2 클래드 영역에서의 GeO2의 함유량은, 0.2 wt% 미만이다. 또한, 상기 제 1 클래드 영역의 외경은, 0.80D 이상 또한 0.98D 이하이다.
해당 광 섬유는, 상술과 같은 구조를 구비함으로써, 높은 강도가 얻어진다. 또한, GeO2함유 영역이 코어 영역 및 제 1 클래드 영역의 양 영역에 걸쳐 있기 때문에, 상기 양영역 전체에 그레이팅이 형성 가능하게 되어, 우수한 광 결합 특성이얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 광 섬유는, 상기 제 1 클래드 영역에서의 GeO2함유량이, 상기 코어 영역에서의 GeO2함유량의 20% 내지 180%인 것을 특징으로 한다. 이 경우, 그레이팅이 형성되는 영역에서 반사 파장보다 단파장 측에 생기는 투과 손실이 실용상 문제 없는 정도로 저감된다.
본 발명에 따른 광 섬유는, 상기 제 2 클래드 영역의 굴절율보다 상기 제 1 클래드 영역의 굴절율이 높고, 상기 제 2 클래드 영역의 굴절율을 기준으로하여 상기 제 1 클래드 영역의 비굴절율 차가 0.01% 이상인 것을 특징으로 한다. 이 경우, 해당 광 섬유가 적용된 광 섬유 그레이팅 커플러 등의 광 부품에서는, 광 결합부로부터 외계로 새는 광의 량이 작게 억제되어, 또한 안정한 광 결합 특성이 얻어진다.
본 발명에 따른 광 섬유에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 클래드 영역 각각은, 실리카 글래스의 굴절율을 저하시키는, 예를 들면, F 원소, B203등의 첨가물이 첨가되어도 된다. 이 경우, GeO2함유량의 차이만으로는 상기 코어 영역, 상기 제 1 클래드 영역 및 상기 제 2 클래드 영역 각각의 각 영역 사이에서의 굴절율의 차를 충분히 취할 수 없어도, 상기 제 1 및 제 2 클래드 영역 각각의 F 원소 함유량이 적절히 설정됨으로써, 이들 영역 사이에서 충분한 굴절율의 차를 확보할 수 있다(소망의 굴절율 프로파일을 실현할 수 있다).
또한, 본 발명에 따른 광 부품은, 상술과 같은 구조를 구비한 광 섬유(본 발명에 따른 광 섬유)와 같은 구조를 갖는 제 1 및 제 2 광 섬유를 구비하고, 이들 제 1 및 제 2 섬유는, 소정 부위(광 결합부)에서 서로 광 결합되어 있다. 또한, 해당 광 부품은, 광 결합부에서 광의 진행 방향을 따라서 블랙 그레이팅이 형성되어도 된다. 즉, 본 발명에 따른 광 부품은, 예를 들면, 광 합분파 기능을 갖는 광 커플러나, 광 섬유 그레이팅 커플러가 포함된다. 이러한 광 부품은, 상술과 같은 구조를 구비한 광 섬유(본 발명에 따른 광 섬유에 포함된다)가 적용되어 있기 때문에, 보다 높은 강도가 얻어짐과 동시에 우수한 광 결합 특성이 실현된다.
또한, 제 1 광 섬유의 일단으로부터 입사된 특정 파장의 광이 광 결합부에서 반사되는 일 없이 통과하고, 제 2 광 섬유의 일단으로부터 출사되는 경우, 본 발명에 따른 광 부품은, 상기 제 2 광 섬유의 일단에 있어서의 광 파워를, 상기 제 1 광 섬유의 일단에 있어서의 광 파워의 95% 이상으로 유지할 정도로 우수한 광 결합 특성을 갖는다.
도 1은 광 부품의 하나로서 광 섬유 그레이팅 커플러의 구성을 도시하는 도면.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 광 섬유의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2a는 해당 광 섬유의 단면 구조, 도 2b는 그 굴절율 프로파일, 도 2c는 그 GeO2함유량 프로파일, 및 도 2d는 그 F 원소 함유량 프로파일을 각각 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 광 섬유가 적용된 광 부품의 광 결합 특성으로서, 파장 1.55 μm의 광에 대한 차단량(α)(dB)과 비 2b/D(%)와의 관계를 도시하는 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 광 섬유가 적용된 광 부품의 광 결합 특성으로서, 분기비 변화량(%)과 비 2b/D(%)와의 관계를 도시하는 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 광 섬유의 비 2b/D(%)에 대한 강도 특성을 도시하는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 광 섬유의 GeO2함유량에 대한 강도 특성을 도시하는그래프.
도 7은 본 발명에 따른 광 섬유가 적용된 광 부품의 광 결합 특성으로서, 투과량(dB)과 파장(nm)과의 관계를 도시하는 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 그레이팅 커플러 11 : 제 1 광 섬유
12 : 제 2 광 섬유 13 : 광 결합부
이하, 본 발명에 따른 광 섬유 및 그것을 포함하는 광 부품의 각 실시예를, 도 1, 도 2a 내지 도 2d, 및 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일의 요소에는 동일의 부호를 붙여, 중복하는 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명에 따른 광 섬유가 적용 가능한 광 부품의 하나인 광 섬유 그레이팅 커플러의 구성을 도시하는 도면이다. 또한, 도 2a 내지 도 2d는, 본 발명에 따른 광 섬유의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 2a는 해당 광 섬유의 단면 구조, 도 2b는 그의 굴절율 프로파일, 도 2c는 그의 GeO2함유량, 및 도 2d는 그의 F 원소 함유량을 각각 나타낸다.
광 섬유(100)는 외경(D)을 가짐과 동시에, 소정축, 예를 들면 해당 광 섬유(100)의 광축을 따라서 신장한 코어 영역(110), 이 코어 영역(110)을 둘러싸는 제 1 클래드 영역(121)과, 제 1 클래드 영역(121)을 둘러싸는 제 2 클래드영역(122)을 구비한다. 상기 코어 영역(110)은, 외경(2a) 및 굴절율(n1)을 갖는다. 상기 제 1 클래드 영역(121)은, 외경(2b)을 가짐과 동시에, 굴절율(n1)보다도 낮은 굴절율(n2)을 갖는다. 상기 제 2 클래드 영역(122)은, 굴절율(n2)보다도 낮은 굴절율(n3)을 갖는다. 또한, 해당 광 섬유(100)의 외경(D)(= 2R:R은 반경)은, 일반적으로 125μm이다.
해당 광 섬유(100)에 있어서, 제 1 클래드 영역(121)의 외경(제 2 클래드 영역(122)의 내경과 일치)(2b)은 0.80D 이상 또한 0.98D 이하이다. 또한, 코어 영역(110)의 외경(2a)은 0.80D 미만이다(식(1) 참조).
2a ＜ 0.80D ≤ 2b ≤ 0.98D …(1)
또한, 도 2b는, 도 2a 중의 선(L) 상의 각 부위에서의 굴절율을 나타내는 굴절율 프로파일(150)을 도시한다. 이 굴절율 프로파일(150)에서의 영역(151)은, 코어 영역(110)의 선(L) 상에서의 굴절율, 영역(152)은, 제 1 클래드 영역(121)의 선(L) 상에서의 굴절율, 영역(153)은, 제 2 클래드 영역(122)의 선(L)상에서의 굴절율을, 각각 나타낸다.
또한, 해당 광 섬유(100)는, 실리카 글래스를 주재료로 하고 있고, 도 2c의 GeO2함유량 프로파일(160)에 도시된 바와 같이, 코어 영역(110)에서의 GeO2함유량(g1)은 1 wt% 이상(코어 영역(110)의 선(L)상에서의 GeO2함유량), 제 1 클래드 영역(121)에서의 GeO2함유량(g2)도 1 wt% 이상(제 1 클래드 영역(121)의 선(L)상에서는 GeO2함유량)이다. 단지, 제 2 클래드 영역(122)에서의 GeO2함유량(g3)은 0.2wt% 미만(제 2 클래드 영역(122)의 선(L)상에서의 GeO2함유량)이다(식(2A) 내지 식(2C) 참조).
g1≥ 1 wt% …(2A)
g2≥ 1 wt% …(2B)
g3＜ 0.2 wt% …(2C)
이상과 같은 구조를 구비함으로써, 해당 광 섬유(100)는 충분한 강도가 얻어진다. 또한, 해당 광 섬유(100)가 적용된 광 섬유 그레이팅 커플러 등의 광 부품(도 1 참조)은, 용이하게 제조될 수 있음과 동시에 우수한 광 결합 특성을 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 광 섬유(100)를 얻기 위한 모재는, OVD법, VAD법 등에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 광 섬유(100)에 있어서, 제 1 클래드 영역(121)에서의 Ge02함유량(g2)은, 코어 영역(110)에서의 GeO2함유량(g1)의 20% 내지 180%인 것이 바람직하다(식(3) 참조).
0.2g1≤ g2≤ 1.8g1…(3)
보다 바람직하게는, 제 1 클래드 영역(121)에서의 GeO2함유량(g2)은, 코어 영역(110)에서의 GeO2함유량(g1)의 80% 내지 120%이다(식(4) 참조).
0.8g1≤ g2≤ 1.2g1…(4)
해당 광 섬유(100)에 있어서, 코어 영역(100), 제 1 클래드 영역(121), 및 제 2 클래드 영역(122)의 각 굴절율(n1, n2및 n3)은, 이하의 식(5A)으로 나타낸 관계를 만족하지만, 제 2 클래드 영역(122)의 굴절율(n3)을 기준으로 한 제 1 클래드 영역(121)의 비굴절율 차는 0.01% 이상인 것이 바람직하다(식(5B) 참조).
n1> n2> n3…(5A)
100x((n2-n3)/n2) ≥ 0.01 …(5B)
이상과 같은 조건을 만족함으로써, 해당 광 섬유가 적용된 광 섬유 그레이팅 커플러 등의 광 부품에 의하면, 광 결합부로부터 외계로 새는 광의 량이 충분히 억제됨과 동시에, 안정한 광 결합 특성이 얻어진다.
더욱 바람직하게는, 해당 광 섬유(100)에 있어서, 제 1 및 제 2 클래드 영역(121, 122) 각각은, 실리카 글래스의 굴절율을 저하시키는 첨가물, 예를 들면, F 원소, B2O3이 첨가되는 것이 바람직하다. 이 경우, GeO2함유량의 차이만으로는 코어 영역(110), 제 1 클래드 영역(121) 및 제 2 클래드 영역(122)에의 각 굴절율간에 충분한 차를 부여할 수 없더라도, 도 2d의 F 원소 함유량 프로파일(170)에 도시된 바와 같이, 제 1 클래드 영역(121)의 F 원소 함유량(f2) 및 제 2 클래드 영역(122)의 F 원소 함유량(f3) 각각을 적절하게 설정함으로써, 각 글래스 영역(110, 121, 122) 사이에서 충분한 굴절율의 차를 확보할 수 있어, 소망의 굴절율 프로파일(도 2b 참조)이 얻어진다. 또한, 코어 영역(110)의 F 원소 함유량(f1)은 0이어도 된다.
본 발명에 따른 광 섬유가 적용된 광 부품에는, 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같은 광 섬유 그레이팅 커플러(1)가 포함된다. 이 광섬유 그레이팅 커플러(1)는, 상술과 같은 구조를 구비하는 광 섬유(100)로서 준비되는 제 1 광 섬유(11)와 제 2 광 섬유(12)를 구비한다. 이들 제 1 및 제 2 광 섬유(11, 12)가, 각각 소정부위(광 결합부(13))에서 광 결합됨으로써 광 섬유 커플러가 구성된다. 광 결합부(13)에는, 광의 진행 방향을 따라서 블랙 그레이팅이 형성어고 있다. 이 광 섬유 그레이팅 커플러(1)의 제조에서는, 제 1 광 섬유(11)와 제 2 광 섬유(12)를 서로 병렬로 밀착 배치하고, 밀착하고 있는 부분의 일부를 가열함으로써 융착함과 동시에 양자를 연신함으로써 광 결합부(13)를 형성하여, 위상격자법 또는 2광속 간섭법에 의해 자외광(예를 들면, KrF 엑시머 레이저 광원으로부터 출력된 파장 247 nm의 레이저광)을 광 결합부(13)에 조사함으로써 굴절율 변조가 형성된다. 또한, 반사되야 되는 광의 파장(λ)과, 각 광 섬유의 실효적 굴절율(n)과, 굴절율 변조의 주기(∧)(그레이팅 주기)와의 사이에서, 이하의 식(6)(블랙 조건)이 만족될 필요가 있다.
λ = 2n∧ …(6)
도 3은, 본 발명에 따른 광 섬유나 적용된 광 부품인 광 섬유 그레이팅 커플러의 광 결합 특성으로서, 파장 1.55μm의 광에 대한 차단량(α)(dB)과 비 2b/D(%)와의 관계를 도시하는 그래프이다.
준비된 광 섬유 그레이팅 커플러(1)(도 1 참조)를 구성하는 제 1 및 제 2 광 섬유(11, 12) 각각은, 도 2a 내지 도 2d에 도시한 바와 같은 구조를 구비한 광 섬유(본 발명에 따른 광 섬유에 포함된다)이고, 코어 영역(110)에서의 GeO2함유량(g1)이 5 wt%, 제 1 클래드 영역(121)에서의 GeO2함유량(g2)이 4.5 wt%, 제 2 클래드 영역(122)에서의 GeO2함유량(g3)이 O wt%이다(즉 GeO2가 포함되어 있지 않다). 또한, 비(2b/D)를 100%로 한 경우, 제 2 클래드 영역은 존재하지 않는다. 이러한 제 1 및 제 2 광 섬유(11, 12)를 그 일부를 융착시킨 상태로 연신하고, 이 융착부분(광결합부13)에, 파장 1.55μm의 광을 반사시킬 수 있는 주기의 그레이팅 이 형성됨으로써 광 섬유 그레이팅(1)이 얻어진다.
발명자들은, 이와 같이 제조된 광 섬유 그레이팅 커플러(1)에 관해서, 제 1 클래드 영역(121)의 외경(2b)과 섬유 직경(D)(=125μm)과의 비(2b/D)를 16% 내지 100%의 범위에서 변동시킨 경우의 각 차단량(α)(dB)을 측정하였다. 또한, 차단량(α)은, 제 1 광 섬유(11)의 제 1 단(11a)으로부터 광 결합부(13)를 통해 제 2 광 섬유(12)의 제 2 단(12b)을 향하는 파장 1.55μm의 광의 손실량이다. 도 3에서 알 수 있듯이, 제 1 클래드 영역(121)의 외경(2b)이 0.6D(=75μm)이상이면 차단량(α)은 충분히 커지고, 제 1 클래드 영역(121)의 외경(2b)이 0.8D(= 100μm)이상이면 차단량(α)은 더욱 커진다.
도 4는, 본 발명에 따른 광 섬유가 적용된 광부품의 광 결합 특성으로서, 분기비 변화량(%)과 비 2b/D(%)의 관계를 도시하는 그래프이다. 여기서, 측정을 위해준비된 광 부품은, 도 3의 측정용으로 준비된 광 부품과 같은 구조를 갖는 광 섬유 그레이팅 커플러이다. 또한, 분기비 변화량이란, 그레이팅의 형성전과 형성 후의 분기비의 차에 의해 주어지고, 형성된 그레이팅의 분기비 변화에의 기여도를 나타낸다.
우선, 분기비의 측정에서는, 비(2b/D)가 0% 내지 100% 중 어느 하나의 값을 갖는 복수 종류의 광 섬유 커플러가 준비된다. 그리고, 그레이팅 형성전의 각 샘플에 관해서, 제 1 광 섬유(11)의 제 1 단(11a)으로부터 입사된 파장 1.55μm의 광에 관해서, 상기 제 1 광 섬유(11)의 제 2 단(11b)으로부터 출사되는 광의 강도(P1)와, 상기 제 2 광 섬유(12)의 제 2 단(12b)으로부터 출사되는 광의 강도(P2)를 측정하여, 그레이팅 형성전의 분기비(P2/(P1+P2))를 산출한다. 한편, 그레이팅 형성 후의 각 샘플에 관해서도, 단부(11b, 12b) 각각으로부터 출사되는 광의 강도(P1, P2)로부터 분기비(P2/(P1+P2))를 산출한다. 이상과 같이 산출된 그레이팅 형성 전후의 분기비의 차를 분기비 변화량으로서 산출하였다.
이 결과, 도 4에서 알 수 있듯이, 분기비(P2/(P1+P2))의 변화는, 비(2b/D)가 약 50% 내지 70%의 범위에서 크고, 비(2b/D)가 약 30% 이하 또는 80% 이상의 범위로 작다.
도 3 및 도 4에 도시된 그래프로부터, GeO2함유량(g2)이 1 wt% 이상인 제 1 클래드 영역(121)의 외경(2b)이 0.8D(= 100μm) 이상이면, 우수한 광 결합 특성(차단량(α)이 크고, 분기비(P2/(P1+P2))가 안정하고 있다)이 얻어지는 것을 알 수 있다.
또한, 도 5는, 본 발명에 따른 광 섬유의, 비(2b/D)에 대한 강도 특성(파단시 장력(GPa))을 도시하는 그래프이다.
상기 강도 특성의 측정을 위해 준비된 샘플(도 2a와 같은 단면 구조를 갖는다)의 비(2b/D)는, 20%, 40%, 60%, 80%, 98% 및 100% 이다. 또한, 각 샘플에 있어서, 코어 영역(110)에서의 GeO2함유량(g1)은 5 wt%, 제 1 클래드 영역(121)에 있어서의 GeO2함유량(g2)은 4.5 wt%, 제 2 클래드 영역(122)에서의 GeO2함유량(g3)은 0 wt% 이었다. 즉 제 2 클래드 영역(122)은 GeO2를 포함하지 않는다. 또한, 비(2b/D)가 100%의 샘플에 있어서는, 제 2 클래드 영역은 존재하지 않는다.
발명자들은, 준비된 이들 각 샘플에 관해서 파단시 장력(각 샘플의 양끝을 잡아 당겼을 때에 상기 샘플이 파단할 때의 장력)을 측정하였다. 도 5에서 알 수 있듯이, 비(2b/D)가 98% 이하일 때, 섬유 파단에는 3.5GPa 이상의 장력이 필요하게 되는 데 반해, 비(2b/D)가 98%를 넘으면, 파단시 장력이 급격히 저하한다.
또한, 도 6은, 본 발명에 따른 광 섬유의, 제 2 클래드에서의 GeO2함유량에 대한 강도 특성(파단시 장력(GPa))을 도시하는 그래프이다.
이 측정에서 준비된 샘플(도 2a와 같은 단면 구조를 갖는다)은 어느 것이나 코어 영역(110)에서의 GeO2함유량(g1)이 5wt%, 제 1 클래드 영역(121)에서의 GeO2함유량(g2)이 4.5 wt% 이다. 단지, 각 샘플은, 제 2 클래드 영역(122)에서의 GeO2함유량(g3)이 0 wt% 내지 0.3 wt%의 범위 중 어느 하나의 값으로 설정되어 있다. 또한, 제 1 클래드 영역(121)의 외경(2b)과 섬유 직경(D)(= 125μm)와의 비(2b/D). 은 80%로 고정되어 있다.
발명자들은, 준비된 각 샘플에 관해서 파단시 장력을 측정하였다. 도 6에서 알 수 있듯이, 제 2 클래드 영역(122)에서의 GeO2함유량(g3)이 0.25 wt% 이하이면, 3.0GPa 이상의 장력이 파단에 필요하게 되고, 제 2 클래드 영역(122)에서의 GeO2함유량(g3)이 0.20 wt% 미만이면, 파단에 필요한 장력은 3.5GPa 정도이다. 한편, 제 2 클래드 영역(122)에서의 GeO2함유량(g3)이 0.25 wt%를 넘으면, 파단에 필요한 장력은 급격히 저하한다.
도 5 및 6의 그래프에 도시된 결과로부터, GeO2함유량(g2)이 1 wt% 이상인 제 1 클래드 영역(121)의 외경(2b)이 0.98D 이하이고, 제 2 클래드 영역(122)에서의 GeO2함유량(g3)이 0.20 wt% 미만이면, 실용상 충분한 강도 특성을 갖는 광 섬유가 얻어짐을 알 수 있다.
도 7은, 본 발명에 따른 광 섬유가 적용된 광 부품으로서, 광 섬유 그레이팅 커플러(도 1 참조)의 광학 특성(투과량의 파장 의존성)을 도시하는 그래프이다. 또한, 이 그래프는, 제 1 광 섬유(11)의 제 1 단(11a)으로부터 제 2 광 섬유(12)의 제 2 단(12b)에 도달하는 광의 투과량의 파장 의존성을 나타내고, 이 측정을 위해준비된 광 섬유 그레이팅 커플러에는, 반사 파장 1553 nm의 블랙 그레이팅이 형성되어 있다. 통상, 제 1 광 섬유(11)의 제 1 단(11a)으로부터 입사된 파장 1553 nm의 광의 대부분은, 광 결합부(13)에 형성된 그레이팅에 의해 블랙 반사되고, 제 2 광 섬유(12)의 제 1 단(12a)으로부터 출사된다. 따라서, 제 1 광 섬유(11)의 제 1 단(11a)으로부터 제 2 광 섬유(12)의 제 2 단(12b)으로 향하는 광의 광량(투과량 T)은, 파장 1553 nm로 작다.
일반적으로는, 도 7에 도시된 바와 같이, 반사 파장 1553 nm보다 단파장측에 투과 손실(단파장 손실 Ls)이 생긴다. 그러나, 코어 영역(110)에서의 GeO2함유량(g1)과 제 1 클래드 영역(121)에서의 GeO2함유량(g2)과의 관계가 상기 식(3)을 만족함으로써, 반사 파장 1553 nm보다 단파장측에 생기는 투과 손실은, 실용상 문제 없는 0.5 dB 이하가 된다. 또한, 양자의 관계가 상기 식(4)을 만족함으로써, 반사 파장 1.55μm보다 단파장측에 생기는 투과 손실은, 보다 바람직한 0.2 dB 이하가 된다.
또한, 본 발명에 따른 광 부품(1)(도 1 참조)은, 광 결합부(13)에 그레이팅이 형성되어 있지 않은 경우, 제 1 광 섬유(11)의 제 1 단(11a)에 입사되어 제 2 광 섬유(12)의 제 2 단(12b)으로부터 출사되는 광에 관해서, 입사시에 대한 출사시의 파워 비율이 95% 이상인 것이 바람직하다. 한편, 이 광 부품(1)은, 파장(λ)의 광을 반사시킬 수 있는 주기(∧)의 그레이팅이 광 결합부(13)에 형성된 경우, 제 1 광 섬유(11)의 제 1 단(11a)으로부터 입사되어 광 결합부(13)에 도달한 파장(λ)의광 중 95% 이상을 제 2 광 섬유(12)의 제 1 단(12a)을 향하여 반사시키는 것이 가능해진다.
본 발명은, 상술의 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 본 발명에 따른 광 섬유의 굴절율 프로파일은, 도 2b에 도시된 형상에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 여러가지의 양태가 가능하다. 예를 들면, 제 1 클래드 영역(121) 내의 굴절율은 직경 방향을 따라서 변화하여도 된다(반드시 일정할 필요는 없다).
이상과 같이 본 발명에 의하면, 섬유 외경(D)에 대하여 제 1 클래드 영역의 외경이 0.80D 이상 또한 0.98D 이하로 설정됨과 동시에, 코어 영역 및 제 1 클래드 영역 각각에서의 GeO2함유량이 1 wt% 이상, 제 2 클래드 영역에서의 GeO2함유량이 0.2 wt% 미만으로 설정되어 있다. 이 구성에 의해, 해당 광 섬유는, 높은 강도가 얻어짐과 동시에, 코어 영역 뿐만 아니라 제 1 클래드 영역에도 그레이팅의 형성을 할 수 있기 때문에, 우수한 광 결합 특성이 얻어진다.

Claims (8)

  1. 외경(D)을 갖는 광 섬유에 있어서,
    소정축을 따라서 신장하며 Ge02함유량이 1 wt% 이상인 코어 영역과,
    상기 코어 영역의 외측 주변에 형성되며 0.80D 이상 또한 0.98D 이하의 외경을 가짐과 동시에 GeO2함유량이 1 wt% 이상인 제 1 클래드 영역과,
    상기 제 1 클래드 영역의 외주에 형성되며 GeO2함유량이 0.2wt% 미만인 제 2 클래드 영역을 구비하는 광 섬유.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 클래드 영역에서의 GeO2함유량은 상기 코어 영역에서의 GeO2함유량의 20% 내지 180%인 광 섬유.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 클래드 영역은 상기 제 2 클래드 영역보다도 높은 굴절율을 가짐과 동시에, 상기 제 2 클래드 영역에 대하여 0.01% 이상의 비굴절율 차를 가지는 것을 특징으로 하는 광 섬유.
  4. 제 1 항 에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 클래드 영역 각각에는 실리카 글래스의 굴절율을 저하시키는 첨가물이 첨가되어 있는 광 섬유.
  5. 제 1 항에 기재된 광 섬유와 동일한 구조를 갖는 제 1 및 제 2 광 섬유를 구비한 광 부품에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광 섬유 각각의 소정 부위에 위치하는 광 결합부를 통해, 상기 제 1 및 제 2 광 섬유는 서로 광 결합되어 있는 광 부품.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 광 섬유의 일단, 상기 광 결합부, 상기 제 2 광 섬유의 일단의 순서로 전파하는 특정 파장의 광에 대해서, 상기 제 2 광 섬유의 일단에서의 광 파워는 상기 제 1 광 섬유의 일단에서의 광 파워의 95% 이상인 광 부품.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 광 결합부에는 광의 진행 방향을 따라서 신장한 블랙·그레이팅이 형성되어 있는 광 부품.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 광 섬유의 일단, 상기 광 결합부, 상기 제 2 광 섬유의 일단의 순서로 전파하는 특정 파장의 광에 대해서, 상기 제 2 광 섬유의 일단에서의 광 파워는 상기 제 1 광 섬유의 일단에서의 광 파워의 95% 이상인 광 부품.
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