KR20020035746A - 광파이버 및 이 광파이버를 사용한 광전송로 - Google Patents

광파이버 및 이 광파이버를 사용한 광전송로 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 양의 분산도의 광파이버에 접속함으로써 파장분할다중전송에 적합한 광전송로를 형성하는 광파이버를 제공한다. 제 1유리층(1)의 외측에, 제 2유리층(2), 제 3유리층(3) 및 제 4유리층(4)이 순차적으로 배치된다. 제 4유리층(4)은 굴절률의 표준을 위한 기준층이다. 기준층에 대한 제 1유리층의 상대굴절률의 차△1는 1.6% 내지 2.6%의 범위내에서 설정되고, 제 2유리층의 상대굴절률의 차△2는 -0.65% 내지 -0.4%의 범위내에서 설정되고, 제 3유리층의 상대굴절률의 차△3은 0.15% 내지 0.5%의 범위내에서 설정된다. 제 1유리층의 외부직경(d1), 제 2유리층의 외부직경(d2) 및 제 3유리층의 외부직경(d3) 사이의 관계는, 2.5≤(d2/d1)≤3.0 및 1.5≤(d3/d2)≤3.0으로 설정된다.

Description

광파이버 및 이 광파이버를 사용한 광전송로{OPTICAL FIBER AND OPTICAL TRANSMISSION LINE USING THE OPTICAL FIBER}
본 발명은 광파이버 및 이 광파이버를 사용한 광전송로에 관한 것으로서, 특히 파장분할다중(WDM)전송에 적합한 광전송매체에 관한 것이다.
정보사회의 발달에 따라서, 통신정보의 분량이 상당히 증가하는 경향이 있다. 이러한 정보의 증가에 따라서, 파장분할다중전송이 통신분야에서 널리 수용되어 왔다. 파장분할다중전송은, 복수의 파장을 가진 광이 단일의 광파이버를 통해서 전송되는 시스템이다.
현재, 파장분할다중전송용 중계점(relay point)을 응용한 광학증폭기로서, 에르븀 도핑의 광파이버(EDFA)를 사용하는 광학증폭기가 개발되었다. 이 광학증폭기는, 광신호를 전기신호로 전환하지 않고 광신호상태에서 신호를 증폭한다. 중계점의 모든 파장에서 광신호가 전기신호로 전환되는 것을 무시하고, 이는 파장분할다중전송의 개발을 가속화한다.
본 발명은 파장분할다중전송에 적합한 광파이버 및 이 광파이버를 사용하는 광전송로를 제공한다. 본 발명에서 광파이버는,
분산도 및 분산기울기의 양자는 1570 내지 1615nm의 파장대역에서 음의 값이 되고;
상기 파장대역에서 광파이버의 직경이 20mm일때의 휨손실은 3dB/m이하가 되고;
상기 파장대역에서의 전송손실은 0.3 내지 0.8dB/km의 범위내에 있고;
상기 파장대역에서의 편광모드분산의 값은 0.5ps·km-1/2이하가 되고;
상기 파장대역에서 분산값의 절대값을 전송손실로 나눈 값은 170이상이 되고;
파장대역에서 분산값을 분산기울기로 나눈 값은 270 내지 450의 범위내에 있다.
파장분할다중전송에 있어서, 광신호전송의 속도향상을 실현하는데 방해가 되는 주요인은 색채분산도와 비선형성이다. 색채분산도가 큰 경우에, 전송될 광신호의 파형왜곡이 진행되고, 고속전송을 행할 수 없다. 한편, 색채분산도가 0에 가까워지는 경우에도, 비선형성현상 중의 하나인 4웨이브의 혼합(FWM)이 발생되고 신호파형에서 왜곡은 어려운 파형분할다중전송을 초래한다.
색채분산도 및 비선형성의 양자를 억제하기 위한 측정으로서, 광신호의 전송대역에서 0의 분산도를 가지지 않는 2종이상의 광파이버가 접속된 광전송로가 제안되었다. 음의 분산도의 광파이버에 양의 분산도의 광파이버를 접속함으로써 광전송로를 통하여 색채분산도가 0에 가까워지게 하는 것이다. 이와 같이 제안된 광전송로는 일본국 특개평(제 11620/1994호 공보 및 제 313750/1996호 공보)에 개시되어 있다. 상기 광전송로는 광신호전송대역으로서 1520 내지 1570nm의 파장대역을 사용한다.
파장분할다중전송에서 전송용량을 더욱 증가시키기 위해서, 광전송로는 확장된 파장대역에서 색채분산도 및 비선형성의 양자에 기인한 광신호왜곡을 억제할 수 있는 것이 필요하다. 그러나, 제안의 모든 기술은 1570nm이하의 파장대역을 위한 것이고, 이는 그들과 마찬가지로 1570nm의 파장대역을 초과하는 파장대역에서 파장분할다중전송에 응용될 수 없다. 이 때문에, 종래에는 파장분할다중전송시의 전송대역을 넓히는 것이 어려웠다.
발명의 한 측면에 있어서, 특히 1570nm이상의 파장대역을 사용하는 파장분할다중전송에 뛰어난 광파이버를 제공한다.
도 1은 본 발명에서 광파이버의 일실시예의 굴절률의 프로파일을 도시하는 도면.
도 2는 본 실시예의 광파이버를 사용한 광통신시스템의 일예를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에서 광파이버의 일샘플제조의 색채분산특성을 도시하는 그래프.
〈도면부호에 대한 간단한 설명〉
1: 제 1유리층2: 제 2유리층
3: 제 3유리층4: 제 4유리층(기준층)
11,12: 광파이버13: 신호광전송기
14: 신호광수신기
도 1은 본 발명에서 광파이버의 일실시예의 굴절률의 프로파일을 도시한다. 광파이버의 굴절률의 프로파일에 대해서는, 다양한 굴절률의 프로파일이 허용가능하다. 일예로서, 도 1에 도시한 바와 같이 굴절률의 프로파일은, 굴절률구조를 용이하게 설계하여 제어하고 상대적으로 단순한 구조를 가지는 실시예에 적합하다.
실시예의 광파이버는, 인접한 층에서 다른 구성을 가지는 다중(여기서 4개의 층)유리층(제 1유리층(1), 제 2유리층(2), 제 3유리층(3) 및 제 4유리층(4))을 가진다. 굴절률분포의 표준을 위한 기준층은 유리층중의 제 4유리층(4)이다. 제 4유리층(4)의 내측에, 3개의 유리층, 제 1유리층(1), 제 2유리층(2) 및 제 3유리층(3)이 형성된다. 제 1유리층(1)은 최대굴절률을 가지는 굴절률분포의 중심에 위치한다. 제 1유리층(1)의 외측에 제 2유리층(2)이 위치한다. 그들의 외측에, 제 3유리층(3)이 위치한다.
도 1에서, △1은 기준층(4)에 대한 제 1유리층(1)의 상대굴절률의 차를 나타낸다. △2는 기준층(4)에 대한 제 2유리층(2)의 상대굴절률의 차를 나타낸다. △3은 기준층(4)에 대한 제 3유리층(3)의 상대굴절률의 차를 나타낸다.
본 명세서에서, 상대굴절률의 차 △1, △2 및 △3은, 제 1유리층(1)에서 최대 굴절률부분의 굴절률이 n1으로 설정되고, 제 2유리층(2)에서 최소굴절률부분의 굴절률이 n2로 설정되고, 제 3유리층(3)에서 최대굴절률부분의 굴절률이 n3으로 설정되고, 또한 기준층(4)의 굴절률이 n4로 설정되는 다음의 방정식 (1) 내지 (3)에 의해 정의된다.
△1 = {(n1-n4)/n1)} × 100 .....(1)
△2 = {(n2-n4)/n2)} × 100 .....(2)
△3 = {(n3-n4)/n3)} × 100 .....(3)
실시예에서, 그것은 1.6%≤△1≤2.6%, -0.65%≤△2≤-0.4% 및 0.15%≤△3≤0.5%로 설정된다. 또한, 제 1유리층(1)의 외부직경이 d1으로 설정되고, 제 2유리층(2)의 외부직경이 d2으로 설정되고, 또한 제 3유리층(3)의 외부직경이 d3으로 설정되는 경우, 2.5≤(d2/d1)≤3.0 및 1.5≤(d3/d2)≤3.0으로 설정된다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 실시예의 광파이버는 1 내지 3㎛의 파장대역에서 분산도 0(보다 상세하게는, 1.31㎛의 파장대역에서 분산도 0)을 가지는 단일모드광파이버 등의 양의 분산도의 광파이버에 접속되고, 1570 내지 1615nm의 파장대역에서 파장분할다중전송에 적합하다. 이 때에, 굴절률분포를 가지는 실시예의 광파이버는 광파이버를 개선하는 특성으로서 기능한다. 다음에, 실시예의 광파이버(광파이버를 개선하는 특성)는 1570 내지 1615nm의 파장대역에서 양의 분산도의 광파이버의 분산도 및 분산기울기를 보상한다.
도 2에 도시한 예는, 광전송로의 양의 분산도의 광파이버(11)측(파장분할다중전송로)은 신호광전송기(13)에 접속되고, 실시예의 광파이버(광파이버를 개선하는 특성)(12)는 파장분할다중전송시스템을 구성하는 신호광수신기(14)에 접속된다.
이 시스템에서, 파장분할다중전송이 1570 내지 1615nm의 파장대역의 광신호를 사용하여 접속되는 경우에, 파장대역에서 각 파장의 양의 분산도는 양의 분산도의 광파이버(11)를 통해서 전송되면서 증가한다. 다음에, 다중화된 각 파장의 광신호는 양의 분산도의 광파이버(11)로부터 전송을 위한 실시예의 광파이버(12)로 절환된다.
실시예의 광파이버(12)는 1570 내지 1615nm의 파장대역에서 음의 분산값과 음의 분산기울기를 가진다. 따라서, 양의 분산도의 광파이버(11)를 통해서 전송됨에 따라 증가된 양의 분산도는, 광파이버(12)를 통해서 전송됨에 따라 광파이버(12)의 음의 분산값에 의해 크게 감소되는 방향으로 보상된다. 또한, 마찬가지로, 양의 분산도의 광파이버(11)의 파장에서 양의 분산기울기는, 광파이버(12)의 음의 분산기울기에 의해 감소되는 방향으로 보상된다.
실시예의 광파이버(12)에서, 파장대역에서의 분산값을 분산기울기(DPS)로 나눈 값은, 양의 분산도의 광파이버의 DPS값에 근접하는 값(대략 동일한 값), 270 내지 450의 범위내에서 설정된다. 따라서, 다중화된 파장광의 각 파장의 분산도는, 상기한 광전송로의 광파이버(12)의 단부에서 0으로 보상된다.
이 방식에서, 실시예의 광파이버(12)는 광전송로를 형성하기 위하여 양의 분산도의 광파이버(11)에 접속되고, 이에 의해 저분산도의 광전송로는 1570 내지1615nm의 파장대역에서 구성된다.
또한, 실시예의 광파이버(12)에 있어서, 파장대역에서 전송손실은 0.3 내지 0.8dB/km의 범위내에 있다. 전송손실의 범위는 파장대역에서 전송손실의 최적범위이다. 일반적으로 전송파장대역에서 전송손실이 너무 적은 경우에, 광전송시스템에서 허용될 수 있는 제한을 넘어서 다중화된 파장광신호는 광파이버로 입력된다. 광신호의 강도는 과도하게 되고, 비선형성현상은 광파이버를 통하여 진행하는 신호에서 발생된다. 비선형성현상을 억제하기 위하여, 다중화된 파장광의 수신측(광파이버의 입력측)에 광감쇠기를 삽입하는 것이 필요해진다. 이를 위하여, 실시예의 광파이버(12)는 파장대역에서의 전송손실을 0.3 내지 0.8dB/km의 범위내로 설정한다. 이와 같이 양호하게 완화된 손실을 가짐으로써 광전송시스템의 광감쇠기를 삽입하는 수고 또는 복잡화를 회피할 수 있다.
또한, 전송손실을 양호한 값으로 설정한다. 따라서, 본 발명의 광파이버(12)에 양의 분산도의 광파이버(11)를 접속함으로써 형성된 광전송로는, 파장대역에서 전송손실을 증가시킴없이 다중화된 파장광을 최적으로 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 광파이버에서, 편광모드분산의 값은 0.50ps·km-1/2이하로 설정된다. 따라서, 편광모드분산에 기인한 왜곡도 또한 억제될 수 있다. 파장대역에서 다중화된 파장광이 본 발명의 광파이버(12)를 통과하는 경우에, 다중화된 파장광은, 현재 사용된 단일모드광파이버 또는 분산이동섬유를 통과하는 정도에까지 거의 동일한 편광모드분산에 기인한 왜곡을 가지고 문제없이 전송된다.
게다가, 본 발명의 광파이버(12)에 있어서, 20mm의 휨직경에서 휨손실은 3dB/m이하로 설정된다. 따라서, 광파이버휨에 기인한 휨손실에서의 증가는 확실하게 방지될 수 있다.
또한, 광파이버의 굴절률의 프로파일은 도 1에서 도시한 구성을 가지도록 형성된다. 이에 의해, 설정조건을 가진 굴절률구조의 광파이버(12)를 용이하게 제조할 수 있다. 다음에, 실시예의 광파이버(12)와 양의 분산도의 광파이버(11)로 구성된 파장분할다중전송의 광전송특성은 개선될 수 있다. 이에 의해서, 고품질의 파장분할다중전송시스템을 창작하여 1570 내지 1615nm의 파장대역에서 고품질의 파장분할전송을 시도할 수 있다.
다음에, 본 발명에서 광파이버의 각각의 샘플제조를 설명한다. 본 발명자는, 각각의 상대굴절률차 △1, △2 및 △3와, 각각의 외부직경 d1, d2 및 d3가 실시예의 범위내의 값으로 설정되는, 샘플 1, 샘플2 및 샘플3의 광파이버를 실제로 제조하였다. 샘플 1, 샘플2 및 샘플3의 광파이버의 굴절률의 프로파일의 설계값은 상대굴절률차 △1 = 2.2%, △2 = -0.55% 및 △3 = 0.25%이고, d1:d2:d3=1:2.8:5.6이다.
샘플1의 광파이버는 1590nm의 파장대역에서 다음의 특성을 가진 광파이버로 형성되었다. 즉, 1590nm의 파장대역에서 전송손실은 0.44dB/km이고, 분산값은 -78ps/nm/km이고, 분산값을 분산기울기로 나눈 값은 291이고, 분산값의 절대값을 전송손실로 나눈 값은 177이고, 광파이버의 직경이 20mm일때의 휨손실은 0.1dB/m이고, 또한 편광모드분산의 값은 0.20ps·km-1/2이하이었다. 또한, 샘플1의 광파이버의 차단파장은 1700nm이하이었다.
샘플2의 광파이버는 1590nm의 파장에서 다음의 특성을 가지는 광파이버로 형성되었다. 즉, 1590nm의 파장대역에서 전송손실은 0.45dB/km이고, 분산값은 -100ps/nm/km이고, 분산값을 분산기울기로 나눈 값은 295이고, 분산값의 절대값을 전송손실로 나눈 값은 222이고, 광파이버의 직경이 20mm일때의 휨손실은 0.2dB/m이고, 또한 편광모드분산의 값은 0.20ps·km-1/2이하이었다. 또한, 샘플2의 광파이버의 차단파장은 1440nm이하이었다.
또한, 샘플2의 광파이버에서 1550nm의 파장에서의 각 특성을 측정한 경우, 다음의 결과를 얻었다. 즉, 1550nm의 파장대역에서 전송손실은 0.45dB/km이고, 분산값을 분산기울기로 나눈 값은 296이고, 분산값의 절대값을 전송손실로 나눈 값은 231이고, 광파이버의 직경이 20mm일때의 휨손실은 0.1dB/m이었다.
또한, 샘플3의 광파이버의 색채분산특성은 도 3에 도시한 특성이다. 샘플3의 광파이버는 1590nm의 파장에서 다음의 특성을 가지는 광파이버로 형성되었다. 즉, 1590nm의 파장대역에서 전송손실은 0.45dB/km이고, 분산값은 -132ps/nm/km이고, 분산기울기는 -0.417ps/nm/km이고, 분산값을 분산기울기로 나눈 값은 318이고, 분산값의 절대값을 전송손실로 나눈 값은 293이고, 모드필드직경은 4.4㎛이고, 광파이버의 직경이 20mm일때의 휨손실은 0.2dB/m이고, 또한 편광모드분산의 값은 0.20ps·km-1/2이하이었다.
게다가, 샘플3의 광파이버에서 1550nm의 파장에서의 각 특성을 측정한 경우, 다음의 결과를 얻었다. 즉, 1550nm의 파장대역에서 전송손실은 0.45dB/km이고, 분산값을 분산기울기로 나눈 값은 289이고, 분산값의 절대값을 전송손실로 나눈 값은 258이고, 광파이버의 직경이 20mm일때의 휨손실은 0.2dB/m이었다.
샘플 1 내지 3의 광파이버는 상기한 특성을 가진다. 따라서, 실시예에서 설명한 뛰어난 효과를 발휘한다.
또한, 샘플2 및 3의 광파이버의 특성이 고려되는 결과로부터 명백한 바와 같이, 1570 내지 1615nm의 파장대역에서의 특성과 동일한 특성은 1530 내지 1570nm의 파장대역에서 얻을 수 있었다.
즉, 샘플2 및 3의 광파이버는, 분산값을 분산기울기로 나눈 값이 1550nm에서 대략 290이고 1590nm의 파장에서 대략 330인 단일모드광파이버의 분산을 보상할 수 있는 특성을 가지고 또한 손실 또는 편광모드분산 등의 광전송특성에서 뛰어난 광파이버로 형성된다.
또한, 샘플1 내지 3의 광파이버는 광전송로를 형성하기 위해 양의 분산도의 광파이버에 접속되었다. 이에 의해, 저분산도, 저비선형성 광로가 형성될 수 있고, 확장된 파장분할다중전송을 실현할 수 있는 것이 확인되었다.
또한, 본 발명은 실시예 및 샘플제조에 한정되지 않고, 다양한 실시예를 채택할 수 있다. 예를 들면, 실시예 및 샘플제작에서, 그들은 굴절률분산의 표준이되도록 기준층내에 3개의 유리층을 배치시킴으로써 제조되지만, 본 발명의 광파이버는 기준층내에 4개이상의 유리층을 배치시킴으로써 제조되어도 된다. 그러나, 기준층의 내부에 4개이상의 유리층을 배치하는 경우에 실시예에서 도시한 3개의 층구조의 구성을 만족하는 것이 또한 필요하다.
또한, 본 실시예에서, 1.3㎛의 파장대역에서 0의 분산도를 가지는 단일모드광파이버는 광파이버(12)에 접속된 양의 분산도의 광파이버(11)와 마찬가지로 예시되었다. 그러나, 양의 분산도의 광파이버(11)는 양의 분산도 및 양의 분산기울기를 가지는 광파이버이어도 되고, 이는 실시예에 도시한 양의 분산도의 광파이버에 한정되지 않는다.

Claims (4)

  1. 분산도 및 분산기울기의 양자는 1570 내지 1615nm의 파장대역에서 음의 값이 되고;
    상기 파장대역에서 광파이버의 직경이 20mm일때의 휨손실은 3dB/m이하가 되고;
    상기 파장대역에서의 전송손실은 0.3 내지 0.8dB/km의 범위내에 있고;
    상기 파장대역에서의 편광모드분산의 값은 0.5ps·km-1/2이하가 되고;
    상기 파장대역에서 분산값의 절대값을 전송손실로 나눈 값은 170이상이 되고;
    파장대역에서 분산값을 분산기울기로 나눈 값은 270 내지 450의 범위내에 있는;
    것을 특징으로 하는 광파이버.
  2. 제 1항에 있어서, 굴절률의 프로파일의 표준이 되도록 기준층내측에 배치된 적어도 3개의 유리층을 포함하는 광파이버로서,
    상기 3개의 유리층은 중심측에 제 1유리층, 제 1유리층의 외측에 제 2유리층 및 제 2유리층의 외측에 제 3유리층으로 이루어지고,
    기준층에 대한 제 1유리층의 상대굴절률차는 △1로 설정되고, 기준층에 대한제 2유리층의 상대굴절률차는 △2로 설정되고, 또한 기준층에 대한 제 3유리층의 상대굴절률차는 △3로 설정되는 경우, 1.6%≤△1≤2.6%, -0.65%≤△2≤-0.4% 및 0.15%≤△3≤0.5%가 설정되고,
    제 1유리층(1)의 외부직경이 d1으로 설정되고, 제 2유리층(2)의 외부직경이 d2로 설정되고, 또한 제 3유리층(3)의 외부직경이 d3으로 설정되는 경우 2.5≤(d2/d1)≤3.0 및 1.5≤(d3/d2)≤3.0가 설정되는 것을 특징으로 하는 광파이버.
  3. 양의 분산도와 양의 분산기울기를 가진 양의 분산도의 광파이버에 접속된 광파이버를 개선하는 특성으로서 제 1항에 기재된 광파이버를 포함하고;
    1570 내지 1615nm의 파장대역에서 양의 분산도의 광파이버 및 이 광파이버를 개선하는 특성의 양자에서 있어 분산값을 분산기울기로 나눈 값이 270 내지 450의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 광전송로.
  4. 양의 분산도 및 양의 분산기울기를 가진 양의 분산도의 광파이버에 접속된 광파이버를 개선하는 특성으로서 제 2항에 기재된 광파이버를 포함하고;
    1570 내지 1615nm의 파장대역에서 양의 분산도의 광파이버 및 이 광파이버를 개선하는 특성의 양자에 있어, 분산값을 분산기울기로 나눈 된 값이 270 내지 450의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 광전송로.
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