KR20020038785A - 분산 및 분산 기울기가 보상된 섬유 링크 - Google Patents

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미첼 비. 케인
브이. 스리칸트
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알프레드 엘. 미첼슨
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Abstract

본 발명은 중간 길이의 고 데이타율, 고 광출력 원거리통신 시스템에 사용하기에 적합한 분산보상 도파관 섬유에 관한 것이다. 상기 보상섬유의 굴절률 프로파일은 세그먼트된다. 세그먼트의 상대 굴절률과 반경은 확장된 파장범위에서 음의 총분산과 음의 총분산 기울기를 제공하도록 선택된다. 상기 굴절률 프로파일은 적당한 총분산 기울기 보상을 유지함과 아울러, 양, 음 또는 제로인 총분산을 가진 보상링크를 제공할 수 있을 정도로 유연하다. 또한, 본 발명의 도파관 섬유는 통신 시스템에 사용되기 전에 케이블화 또는 버퍼될 수 있다.

Description

분산 및 분산 기울기가 보상된 섬유 링크{DISPERSION AND DISPERSION SLOPE COMPENSATED FIBER LINK}
고출력 레이저, 고데이타율 송수신기 및 파장분할 멀티플렉싱(WDM) 기술을 사용하는 원거리통신 시스템은 매우 낮은 총부산 및 분극모드분산(PMD)를 가진 광도파관 섬유를 필요로 한다. 용어 "총분산"은 물질분산과 도파관 분산을 포함하는 모든 선형 분산을 의미한다. 당업계에서, 총분산은 다색 분산이라고도 한다. 또한, 상기 도파관 섬유는 자기위상변조(SPM) 및 4파혼합(FWM)과 같은 비선형 현상을 본질적으로 제거하는 특징을 가져야만 한다. SPM은 예를 들어 도파관 섬유의 유효면적 또는 모드필드직경을 증대시켜 파워 밀도를 저감시킴으로써 제한될 수 있다. FWM은 섬유의 분산이 제로가 아닌 파장범위에서 작동함으로써 제어된다.
이러한 비제로 분산에 대한 요구로 인하여, 통신시스템은 매우 높은 비트율에서 분산이 제한되게 되었다. 결론적으로, 예를 들어 1550㎚ 파장 윈도우에서 작동하는 전송링크에 누적된 분산을 보상하기 위해 분산보상모듈이 채용되었다. 상기 모듈에 채용된 보상섬유가 링크의 한정요소가 되지 않도록 하기 위하여, 상기 보상섬유는 보상되는 링크의 도파관 섬유와 적어도 유사한 기능적 변수를 가져야만 한다. 예를 들어, 상기 보상섬유는 보상되는 링크의 도파관 섬유와 유사한 유효면적, 컷오프 파장 및 감쇠를 갖는 것이 바람직하다.
그러나, 이를 실현하는 것은 어렵다. 일반적으로, 구조적 교환형태의 타협이 이루어져야만 한다. 하나의 보상 구조에서, 링크를 형성하는 케이블 섬유의 분산과는 부호가 반대인 매우 큰 분산을 가진 섬유가 분산보상모듈내에 수용되어 링크에 삽입된다. 예를 들어, 양분산 케이블 섬유를 포함하는 원거리통신 링크가 약 100㎞의 재생기 간격을 가진 링크에 배치될 수 있다. 1550㎚에서 약 -70 ps/㎚-㎞ 내지 -100 ps/㎚-㎞의 총분산을 가진 섬유를 포함하는 분산보상모듈은 링크에 누적된 양분산을 보상하는 역할을 한다. 상기 분산보상모듈내의 섬유길이는 모듈 크기를 상대적으로 작게 유지하고, 분산보상모듈로 인해 링크에 부가되는 감쇠를 최소화하기 위하여 짧아야 한다. 분산보상모듈내의 섬유의 감쇠는 링크를 형성하는 케이블화 또는 버퍼된 섬유보다 훨씬 더 높다. 본질적으로, 상기 분산보상모듈은 링크 길이의 일부로서 역할을 하지 않는 또 다른 링크 요소이다. 즉, 상기 모듈은 송신기와 수신기 사이의 거리를 연결하는 길이의 일부로서 역할을 하지 않는다.
많은 고성능 전송링크가 링크의 정보용량을 최대화하기 위하여 파장분할 멀티플렉싱(WDM)을 사용한다. 확장된 파장범위에서 분산이 요구되는 분산보상모듈의섬유에 대한 추가적 수요가 존재한다. 파장범위에서의 분산보상은 보상섬유의 기울기를 제어함으로써 구현할 수 있다. 보상에 바람직한 목표 파장범위는 전송링크에 존재하는 광증폭기의 파장곡선에 대한 이득이 비교적 일정한 파장범위에 해당한다.
본 출원은 1999년 9월 30일자로 출원된 미국예비출원번호 제60/156,735호를 우선권 주장한다.
본 발명은 분산보상 도파관 섬유에 관한 것으로, 특히 케이블화 또는 버퍼되어 소정의 파장범위에서 작동하도록 설계된 원거리통신 링크에 합체된 섬유에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 프로파일의 주요특성을 나타낸 굴절률 프로파일이고,
도 2는 본 발명의 굴절률 프로파일의 실시예를 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 케이블 도파관 섬유를 사용한 보상 통신링크의 개략도이다.
본 발명의 제 1 특징은 클래드층으로 둘러싸인 코어 영역을 가진 분산보상 광도파관 섬유이다. 대역폭이 제한된 시스템에서, 상기 도파관 섬유는 단일모드만이 전파되는 파장범위에서 작동함이 바람직하다. 상기 섬유는 그 길이를 통하여 빛을 안내하기 때문에, 클래드층의 적어도 일부는 코어 영역의 적어도 일부보다 낮은 굴절률을 가져야만 한다. 바람직하게, 상기 보상단일모드 섬유의 코어 영역은 적어도 3개의 세그먼트를 포함한다. 약 0.6% 내지 1.1% 범위의 상대굴절률(Δ0%)을 가진 중심 세그먼트가 섬유의 대칭선을 중심으로 배치된다. 상기 중심 세그먼트는 음의 상대굴절률을 가진 제 1 환상 영역에 의해 둘러싸이며, 이는 다시 양의 상대굴절률을 가진 제 2 환상 영역에 의해 둘러싸인다. 제 1 환상 세그먼트의 상대굴절률(Δ1%)은 약 -0.4% 보다 더 낮다. 제 2 환상 세그먼트의 상대굴절률(Δ2%)은 0보다 더 크다. 이와 같이 구성된 도파관 섬유는 1550㎚를 포함하는 소정의 파장범위에서 약 -0.2 ps/㎚2-㎞ 보다 더 작은 총분산 기울기 및 음의 총분산을 제공한다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 소정 파장범위는 약 1550㎚ 내지 1700㎚, 바람직하게는 1520㎚ 내지 1650㎚이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 코어 영역은 제 2 환상 세그먼트를 둘러싸며, 상대굴절률이 (Δ3%)≤0.2%인 제 3 환상 세그먼트를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 코어 영역은 상대굴절률이 (Δ4%)≥0인 제 4 환상 세그먼트를 포함한다. 특히, 상기 상대굴절률(Δ2%)은 약 -0.4% 내지 0.5%이며, Δ3%은 약 -0.2% 내지 0.2%이며, Δ4%은 약 0 내지 0.6%이다.
본 발명의 제 1 특징의 또 다른 실시예에서, Δ0%은 약 0.8% 내지 1.1% 범위이며, Δ1%은 -0.5%보다 더 작고, Δ2%은 약 -0.1% 내지 0.1% 범위이며, Δ3%은 약 -0.1% 내지 0.1% 범위이고, Δ4%은 약 0.3% 내지 0.5% 범위이다.
각각의 실시예에 있어서, 1550㎚에서의 감쇠값은 약 0.34㏈/㎞ 정도이다.
본 발명의 제 2 특징은 파장분할 멀티플렉싱을 사용하는 광도파관 섬유링크로서, 이는 케이블화된 총분산 및 총분산 기울기 보상 도파관 섬유(이하, 케이블 보상섬유라 함)에 광학적으로 접속된 케이블 도파관 섬유를 포함한다. 케이블 보상섬유의 정의가 본 명세서에서 일관되게 사용된다. 파장범위에서의 보상은 총분산 기울기를 보상하는 것과 동일하다. 고성능, 완전 또는 부분 보상된 링크는 통상적으로 단일모드 도파관 섬유를 사용한다. 그러나, 본 발명은 도파관 섬유 링크에서 전파하는 2개 또는 그 이상의 모드에도 적용가능하다.
도 3을 참조하면, 링크는 송신기(58), 케이블 도파관 섬유(60), 케이블 보상섬유(62) 및 수신기(64)를 포함한다. 바람직하게, 케이블 도파관 섬유(60)는 단일모드 전송섬유이며, 케이블 보상섬유(62)는 단부끼리 광학적으로 직렬접속되어 링크 길이를 형성하게 된다. 상기 송수신기는 파장분할 멀티플렉스된 링크에서 사용하도록 설계되었다. 본 발명의 일실시예에서, 상기 보상섬유는 본 발명의 제 1 특징에 따라 제조되었으며, 링크의 일부를 형성하도록 케이블화 또는 버퍼되었다. 본 명세서에 사용된 용어 케이블화된 도파관 섬유는 버퍼, 스트랜드 또는 자켓된 광도파관 섬유를 포함하는 것으로 당업계에 공지된 다수개의 구조를 의미한다. 이러한 구조는 다른 임의의 통신 케이블과 본질적으로 동일한 방식으로 설치 또는 배치될 수 있다. 상기 링크는 케이블 전송섬유가 케이블 보상섬유와, 케이블 섬유에 광학적으로 접속된 송신기 사이에 삽입되도록 구성된다. 상기 송신기는 멀티플렉스된 신호의 특정 파장범위로부터 선택된 다수개의 파장을 케이블 섬유로 론치할 수 있다. 상기 다수개의 론치된 파장을 수신할 수 있는 수신기가 케이블 보상 도파관 섬유의 타단에 광학적으로 접속된다. 바람직하게는 본 발명의 제 1 특징에 따라 제조된 상기 보상 케이블은 각각의 론치 파장에서 약 +/-10 ps/㎚ 이하인 단부대단부 총분산(케이블 보상 도파관과 케이블 전송 도파관의 총분산의 합)을 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 케이블 보상섬유는 케이블 섬유에 대해 부호가 반대인 총분산을 갖는다. 상기 분산의 합은 케이블 보상 도파관 분산과 케이블 도파관 분산의 대수합이다.
이 특징의 일실시예에서, 상기 케이블 분산 보상 도파관 섬유는 케이블 도파관 섬유의 분산을 완전히 보상함으로써, 링크에서 전파되는 각각의 파장에서 링크 총분산이 제로가 되도록 구성된다.
다른 실시예에서, 상기 케이블 보상섬유는 양인 단부대단부 링크 총분산을 제공하도록 구성된다. 바람직한 실시예로서, 상기 단부대단부 링크 총분산은 약 4 ps/㎚ 이하이다.
선택적 실시예는 약 -4 ps/㎚ 정도인 음의 단부대단부 링크 총분산을 제공하는 케이블 분산보상 도파관을 포함한다.
소정 파장범위에서 기울기 보상이 균일할 때, 각 분산의 합은 동일하다. 이러한 구조로 인하여, 링크 채널간의 성능이 균등해질 수 있다. 따라서, 각각의 채널은 동일한 길이에서 동일한 비트율로 사용될 수 있다. 또한, 상기 구조는 솔리톤 신호 멀티플렉싱과 호환가능하다.
전술한 실시예와 특징에서, 상기 소정 파장범위는 약 1500㎚ 내지 1700㎚이다. 바람직하게, 상기 소정 파장범위는 1520㎚ 내지 1650㎚이다.
본 발명의 이러한 특징은 종래의 분산보상모듈보다 우수한 다수의 장점을 가져온다. 소정 파장범위에서 링크 분산을 적어도 부분적으로 보상하기 위하여 링크 길이의 일부로서 케이블화되거나 버퍼된 섬유(케이블 보상섬유)를 합체함으로써, 분산보상모듈에 대한 수요를 완화할 수 있다. 상기 보상모듈은 비용면에서 저렴하며, 제조가 용이하고 길이가 더 짧다.
또한, 일부 시스템은 불완전한 분산 및 분산 기울기 보상을 갖도록 구성되며, 이 경우, 링크에 케이블 보상섬유가 존재하기 때문에 보상모듈은 필요없게 된다.
이러한 보상구조는 임의의 길이를 가진 고성능 멀티플렉스 시스템에 적용가능하다. 이는 파장분할 멀티플렉싱을 포함하는 중거리 통신 시스템에 사용하기에 매우 적합하다. 중거리 통신 시스템은 재생기 간격이 100㎞이하, 예를 들어, 10㎞ 내지 60㎞인 시스템이다. 이러한 시스템에서, 약 -4 ps/㎚-㎞ 내지 -40 ps/㎚-㎞ 범위의 중간 총분산과 함께 큰 음의 분산 기울기가 요구된다. 이러한 특성을 가진 케이블 보상섬유는 예를 들어 솔리톤 시스템 또는 4파혼합에 의해 지배되는 시스템과 같이 완전한 보상이 바람직하지 않은 시스템에도 사용될 수 있다.
본 발명은 총분산 및 총분산 기울기를 보상하며, 케이블링 또는 임의의 버퍼링이 가능하도록 힘에 대한 충분한 저항성을 가진 섬유를 제공한다. 이러한 버퍼링 형태가 당업계에 알려져 있으며, 예를 들어, 이는 슬롯형 부재에 섬유를 삽입한 다음 이를 자켓하는 것을 포함한다.
본 발명의 추가적인 특장점이 하기되어 있으며, 당업자는 전술한 설명으로부터 또는 첨부도면 및 청구범위와 함께 하기되어 있는 본 발명의 실시예를 실시함으로써 본 발명의 특장점을 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
전술한 설명은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 원리 및 특징을 이해할 수 있도록 하는 개관을 제공하기 위한 것임을 이해할 수 있을 것이다. 첨부도면은 본 발명을 더 용이하게 이해할 수 있도록 하기 위해 포함되어 있으며, 명세서의 일부를 구성한다. 첨부도면은 본 발명의 다양한 특징과 실시예를 도시한 것으로, 실시예와 함께 본 발명의 원리 및 작용을 설명하는 역할을 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 도파관 섬유 굴절률 프로파일의 일반적 특징이 도 1의 굴절률 프로파일에 개시되어 있다.
본 발명의 도파관 섬유 원거리통신 링크의 일반적 특징이 도 3에 도시되어 있다. 도 3에서, 케이블 전송섬유(60)와 케이블 보상섬유(62)의 상대위치는 본 발명의 특성을 설명한다.
도 3의 링크에서, 링크의 수신기측에 케이블 보상섬유가 위치되기 때문에, 큰 유효면적을 가진 케이블 보상섬유가 필요하지 않다. 즉, 신호는 링크의 케이블 섬유 부분에서 충분히 감쇠됨으로써, 상기 케이블 보상 섬유에서 비선형 효과는 중요하지 않다. 이러한 링크 구조의 장점은 케이블 섬유(60)와 케이블 보상섬유(62) 모두를 제한한다는 점이다. 예를 들어, 케이블 섬유(60)는 신호 파워가 높은 링크 부분에서 비선형 효과를 제어하기 위하여 큰 유효면적을 갖도록 구성될 수 있다. 상기 케이블 보상섬유(62)는 유효면적이 넓은 케이블 섬유의 분산 및 분산 기울기를 완전히 또는 부분적으로 보상하도록 구성될 수 있음으로써, 케이블 섬유(60)의 분산 및 분산 기울기의 범위가 확대될 수 있다. 그러나, 신호가 케이블 섬유(60)에서 감쇠됨으로써 비선형 효과가 케이블 보상섬유에서 덜 중요하기 때문에, 케이블 보상섬유(62)는 큰 유효면적을 가질 필요가 없다. 따라서, 도 3에 도시된 링크의 양 케이블 부분(60)(62)이 넓어질 수 있으며, 또는 링크의 양 부분이 상호 작용하기 때문에 숫자면에서 더 작아질 수 있다.
도 1을 참조하면, 굴절률 프로파일은 중심 세그먼트(2), 제 1 환상 세그먼트(4) 및 제 2 환상 세그먼트(60를 포함한다. 각각의 세그먼트는 (ni 2-nc 2)/2ni 2로 한정된 상대굴절률(Δi%)에 의해 특정되며, 여기서, ni는 코어 세그먼트(i)의 최대 굴절률이고, nc는 다르게 특정되지 않는 한 클래드층의 최소 굴절률인 기준 굴절률이다. 또한, 각각의 세그먼트는 도파관 섬유의 중심선으로부터 측정된 내외부 반경을 갖는다.
각 세그먼트의 반경의 정의가 도 1에 도시되어 있다. 중심 세그먼트(2)는 제로인 내부 반경과, 섬유 중심선으로부터 세그먼트(2)의 상대굴절률이 제로가 되는 포인트까지 측정된 외부 반경(R0)(8)을 가지며; 제 1 환상 세그먼트(4)는 내부 반경(8)과 외부 반경(R1)(10)을 갖고; 제 2 환상 세그먼트(6)는 내부 반경(R1)과 외부 반경(R1)(14)을 갖는다. 본 실시예에서, 상기 제 2 환상 세그먼트는 코어 영역의 최종 세그먼트이므로, R2역시 코어 영역 반경을 한정한다. 일부의 경우에서, 코어의 최종 세그먼트의 기하학적 중심까지 이어진 중심 반경(12)이 한정된다.
도 1에 도시된 프로파일의 특성은 중심 세그먼트가 양의 상대 굴절률을 갖고, 제 1 환상 세그먼트가 음의 상대 굴절률을 가지며, 제 2 환상 세그먼트가 다중 피크 구조를 포함할 수 있다는 점이다. 도 1의 점선(16)(18)(20)(22)은 중심 프로파일, 제 1 환상 세그먼트 및 제 2 환상 세그먼트의 다른 형태를 각각 나타낸다. 점선(20)은 일정하게 낮은 상대 굴절률 부분(26)에 의해 분리된 상대 굴절률 피크(22)(24)를 나타낸다. 도 1에 도시된 굴절률 프로파일은 도파관 섬유에서 전파되는 광신호의 특수한 파워분포를 제공하도록 구성된다. 이 파워분포는 도파관 섬유가 소정의 파장범위에서 바람직한 음의 분산과 음의 분산 기울기를 갖도록 한다. 아울러, 도파관에서 전파되는 광신호의 파워분포는 전술한 소정 파장에서의 단일모드 작동, 저감쇠, 및 적절하게 배치된 제로 분산파장과 같은 특징을 제공하도록 제어된다. 제 2 환상 세그먼트의 다중 피크 구조는 전파되는 광 파워중 일부가 도파관 중심선으로부터 멀리 이격되어도 낮은 휨유도감쇠를 유지하도록 유리하게 구성될 수 있다.
상기 분산보상 도파관의 굴절률 프로파일의 바람직한 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 코어 영역은 5개의 세그먼트, 즉 중심 세그먼트(28), 제 1 환상 세그먼트(30), 제 2 환상 세그먼트(32), 제 3 환상 세그먼트(34) 및 제 4 환상 세그먼트(36)를 포함한다. 상기 5개의 세그먼트의 각 상대 굴절률 범위는 중심선으로부터 0으로 시작되어 외측으로 계수되며, 0.6%≤Δ0%≤1.1%이고, Δ1%≤-0.4%이며, -0.4%≤Δ2%≤0.5%이고, -0.2%≤Δ3%≤0.2%이며, 0≤Δ4%≤0.6%이다.
더 바람직한 실시예에서, 각 상대 굴절률의 범위는, 0.8%≤Δ0%≤1.1%이고, Δ1%≤-0.5%이며, -0.1%≤Δ2%≤0.1%이고, -0.1%≤Δ3%≤0.1%이며, 0.3%≤Δ4%≤0.5%이다.
이들 마지막 2개의 실시예의 상대 굴절률 범위가 5개의 세그먼트의 기하학적 형상에 대한 설명과 함께 표 1 및 표 2에 개시되어 있다.
프로파일 범위
세그먼트 알파 Δ% 반경 종속
중심 세그먼트 1.5~8 0.6~1.1 1.6~4=R0
제 1 환상 세그먼트 2~8 -0.4~-0.7 R0/R1, 0.25~0.7
제 2 환상 세그먼트 -0.4~0.5 제 1 환상 세그먼트 외측 가장자리로부터 0.3~1.0㎛에 피크
제 3 환상 세그먼트 -0.2~0.2 0.0~10 폭
제 4 환상 세그먼트 0.0~0.6 제 1 환상 세그먼트 외측 가장자리로부터 0.6~10.0㎛에 피크
바람직한 프로파일 범위
세그먼트 알파 Δ% 반경 종속
중심 세그먼트 〉4 0.8~1.1 1.8~2.4
제 1 환상 세그먼트 〈-0.5 Rc/R1, 0.4~0.5
제 2 환상 세그먼트 -0.1~0.1 제 1 환상 세그먼트 외측 가장자리로부터 0.4~0.5㎛에 피크
제 3 환상 세그먼트 -0.1~0.1 1.0~7.0 폭
제 4 환상 세그먼트 0.3~0.5 제 1 환상 세그먼트 외측 가장자리로부터 1.0~7.0㎛에 피크
표 1과 도 2를 참조하면, 상기 중심 세그먼트의 외부 반경(38)(R0)은 약 1.6㎛ 내지 4㎛ 범위이다. 제 1 환상 세그먼트는 외부 반경(40)(R1)을 가지며, R0/R1은 약 0.25 내지 0.70이기 때문에, 제 1 환상 세그먼트와 중심 세그먼트의 반경은 링크된다. 상기 제 2 환상 세그먼트는 내부 반경(40)과, 약 0.3㎛ 내지 1㎛ 범위의 제 1 폭(48)을 갖는다. 상기 제 1 폭은 R1과, 제 2 환상 세그먼트의 피크 상대 굴절률(Rpeak)의 방사상 위치(54)간의 차이이다. 제 2 환상 세그먼트와 관련된 제 2 폭(44)은 약 0.7㎛ 내지 2㎛ 범위이며, 반경(40)(R1)과 제 2 환상 세그먼트의 외부 반경(50)(R2)간의 차이이다.
상기 제 3 환상 세그먼트(46)는 약 0 내지 10㎛ 범위의 폭을 가지며, 상기 폭은 반경(52)(R3)과 반경(50)(R2)간의 차이이다. 상기 제 4 환상 세그먼트는 약 0.6㎛ 내지 10㎛ 범위의 제 1 폭과, 약 1㎛ 내지 2.5㎛ 범위의 제 2 폭을 갖는다. 상기 제 1 폭은 반경(52)(R3)과, 제 4 환상 세그먼트의 피크 상대 굴절률(56)(Rpeak)의 방사상 위치간의 차이이다. 제 4 환상 세그먼트와 관련된 제 2 폭은 내부 반경(52)(R3)과 제 4 환상 세그먼트의 외부 반경(42)(R4)간의 차이이다.
표 2와 도 2를 참조하면, 더 바람직한 실시예의 기학학적 형상이 유사하게 한정되어 있다. 중심 세그먼트의 외부 반경(38)(R0)은 약 1.8㎛ 내지 2.4㎛ 범위이다. 제 1 환상 세그먼트는 외부 반경(40)(R1)을 가지며, R0/R1은 약 0.4 내지 0.5이기 때문에, 제 1 환상 세그먼트와 중심 세그먼트의 반경은 링크된다. 상기 제 2 환상 세그먼트는 내부 반경(40)과, 약 0.4㎛ 내지 0.5㎛ 범위의 제 1 폭(48)을 갖는다. 상기 제 1 폭은 R1과, 제 2 환상 세그먼트의 피크 상대 굴절률(Rpeak)의 방사상위치(54)간의 차이이다. 제 2 환상 세그먼트와 관련된 제 2 폭(44)은 약 0.7㎛ 내지 1.5㎛ 범위이며, 반경(40)(R1)과 제 2 환상 세그먼트의 외부 반경(50)(R2)간의 차이이다.
상기 제 3 환상 세그먼트(46)는 약 1 내지 7㎛ 범위의 폭을 가지며, 상기 폭은 반경(52)(R3)과 반경(50)(R2)간의 차이이다. 상기 제 4 환상 세그먼트는 약 1㎛ 내지 7㎛ 범위의 제 1 폭과, 약 1㎛ 내지 2㎛ 범위의 제 2 폭을 갖는다. 상기 제 1 폭은 반경(52)(R3)과, 제 4 환상 세그먼트의 피크 상대 굴절률(56)(Rpeak)의 방사상 위치간의 차이이다. 제 4 환상 세그먼트와 관련된 제 2 폭은 내부 반경(52)(R3)과 제 4 환상 세그먼트의 외부 반경(42)(R4)간의 차이이다.
표 1 및 표 2의 굴절률 프로파일 정보는 도파관 섬유 특성이 반경(R3)(R4)에 비해 반경(R0)(R1)에 더 강하게 좌우됨을 보여준다. 또한, 제 2 환상 링의 상대 굴절률의 제 1 피크의 위치가 제 3 환상링의 폭 또는 제 4 환상링의 피크 상대 굴절률의 위치보다 신호 파워 분포에 더 큰 영향을 준다. 따라서, 본 명세서에 개시된 굴절률 프로파일은 섬유 특성에 큰 변화를 주기위해 변화될 수 있는 제 1 구조적 특성과, 도파관 섬유 특성을 미세하게 조절하기 위해 사용될 수 있는 제 2 구조적 특성을 갖는다.
명세서에 개시된 임의의 굴절률 프로파일, 특히 상기 바람직한 실시예와 더욱 바람직한 실시예의 굴절률 프로파일에서, 임의의 세그먼트의 굴절률 프로파일형상은 α프로파일, 스텝, 원형 스텝, 사다리꼴, 및 원형 사다리꼴로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 용어 α프로파일은 당업계에 공지되어 있으며, 등식, Δ(b)%=Δ(bo)(1-[｜b-b0｜/(b1-b0)]α)에 의해 한정되고, 여기서 bo는 프로파일의 최대 포인트이며, b1은 Δ(b)%가 제로가 되는 포인트이고, b의 범위는 bi≤b≤bf이며, 여기서, Δ%는 위와 같이 정의되고, bi는 α프로파일의 시점이며, bf는 α프로파일의 종점이고, α는 실수인 지수이다. 상기 중심 세그먼트 형상으로서 α프로파일 가진 실시예에서 바람직한 α의 범위는 약 1.5≤α≤8이다. α프로파일 형상의 중심 세그먼트를 가진 더 바람직한 실시예에서, α≥4이다.
미국 예비출원번호 제60/131,879호를 참조하면, 이는 본 발명의 굴절률 프로파일과 구조 및 기능이 유사한 프로파일을 개시하고 있다. 본 발명과 제60/131,879호의 구조적 차이점은 명백하다. 양자간의 기능적 차이는 본 발명의 굴절률의 총분산 기울기가 제60/131,879호에 개시된 도파관 섬유와 비교할 때 덜 음인 총분산에서 더 음이라는 것이다. 덜 음인 총분산에서 기울기가 더 음인 특성은 본 발명의 도파관 섬유가 하기된 바와 유사하게 파장분할 멀티플렉싱을 이용하며 높은 데이타율을 가진 보상 원거리통신 링크에 특히 적합하도록 만든다.
특히, 본 발명의 보상 도파관은 약 -4 ps/㎚-㎞ 내지 -40 ps/㎚-㎞ 범위의 총분산을 갖는다.
본 발명의 케이블 보상 섬유길이 및 케이블 도파관 섬유길이를 포함하는 케이블 도파관 섬유 링크의 예가 표 3에 개시되어 있다.
분산 변환 케이블 섬유
길이(㎞) 총분산(ps/㎚-㎞) 총분산 기울기(ps/㎚2-㎞)
30 3.5 0.10
40 3.5 0.10
50 3.5 0.10
60 3.5 0.10
30 3.5 0.085
40 3.5 0.085
50 3.5 0.085
60 3.5 0.085
10 -10.5 -0.3
10 -14 -0.4
10 -17.5 -0.5
10 -21 -0.6
10 -10.5 -0.255
10 -14 -0.34
10 -17.5 -0.425
10 -21 -0.51
표 3은 2개의 케이블 분산 변환 섬유 형태에 대해 각각 4개씩, 8개의 링크 보상구조를 나타낸다. 처음 4개의 세트에서, 3.5ps/㎚-㎞의 총분산과 0.10ps/㎚2-㎞의 총분산 기울기를 가진 케이블 분산 변환 섬유는 케이블 분산 보상섬유에 광학적으로 접속되어 분산보상 링크를 형성한다. 상기 케이블 보상섬유의 총분산 특징은 소정의 파장범위에서 링크에 제로인 단부대단부 총분산을 제공하도록 선택된다. 이와 같은 보상링크는 총분산 및 총분산 기울기에 있어서 완전 보상되었다라고 한다. 표 3의 각 열은 완전보상링크이다. 예를 들어, 표 3의 제 1 열은 10㎞의 케이블 보상섬유와 큰 유효면적을 가진 30㎞의 케이블 분산 변환섬유를 가진 링크에 관련된다.
상기 케이블 분산 변환섬유는 3.5ps/㎚-㎞의 총분산과 0.10ps/㎚2-㎞의 총분산 기울기를 갖는다. 링크를 완전보상하기 위하여, 상기 케이블 분산 보상섬유는 -10.5ps/㎚-㎞의 총분산과 -0.3ps/㎚2-㎞의 총분산 기울기를 갖도록 구성된다. 상기 링크의 단부대단부 총분산은 (30㎞)(3.5ps/㎚-㎞)+(10㎞)(-10.5ps/㎚-㎞)=0으로 주어진다. 총분산과 총분산 기울기의 비는 분산 변환섬유 및 보상섬유에 대해 동일하다. 즉, (3.5ps/㎚-㎞)/(0.10ps/㎚2-㎞)=(-10.5ps/㎚-㎞)/(-0.3ps/㎚2-㎞)이다. 따라서, 링크의 총분산은 파장범위에서 제로가 된다. 즉, 링크는 기울기가 보상된다.
길이가 40㎞, 50㎞ 및 60㎞인 분산 변환섬유를 보상하기 위한 10㎞의 케이블 보상 도파관 섬유의 특징이 표 3에 개시되어 있다. 표 3에 개시된 바람직한 총분산과 총분산 기울기값은 통상적으로 본 발명의 범주에 속하는 것들이다. 예를 들어, -21ps/㎚-㎞의 총분산과 -0.6ps/㎚2-㎞의 총분산 기울기를 가진 케이블 보상 도파관 섬유는 본 발명의 굴절률 프로파일 범위에 속한다.
표 3의 마지막 4열은 3.5ps/㎚-㎞의 총분산과 0.085ps/㎚2-㎞의 총분산 기울기를 가진 케이블 분산 변환 도파관 섬유를 포함하는 링크의 바람직한 케이블 보상 도파관 섬유 특성을 나타낸다. 이 경우에서, 총분산과 총분산 기울기가 모두 보상될 뿐만 아니라, 링크의 단부대단부 총분산이 확장된 파장에서 거의 제로가 된다. 기울기 보상에 바람직한 파장은 약 1500㎚ 내지 1700㎚이며, 더 바람직하게는 1520㎚ 내지 1650㎚ 범위이다. 후자는 소위 L대역으로 불리우는 약 1600㎚ 내지 1650㎚까지 확장되는 1550㎚ 주변의 저감쇠 윈도우를 포함한다.
파장 분할 멀티플렉싱을 이용하는 경우, 우리는 4파혼합의 비선형 효과로 인한 손실을 피하기 위하여 링크 길이에서 총분산이 양이 되길 원한다. 소정의 해저 응용에서, 음의 총분산은 시스템의 성능을 증대시킨다. 따라서, 이 경우에는 완전 분산보상이 바람직하지 않다. 본 명세서에 개시된 링크에서 작용하는 케이블 보상 도파관 섬유와 보상 도파관 섬유는 부분적으로 보상된 원거리통신 섬유 링크를 포함한다.
표 4는 링크 길이를 따라 약간 음인 보상을 제공하도록 케이블 보상섬유의 특성이 선택된 보상구조를 나타낸다.
DS 섬유 보상섬유
길이 길이(㎞) 총분산(ps/㎚-㎞) 총분산기울기(ps/㎚2-㎞) 3.5ps/㎚-㎞ 섬유에 대한잉여분산 3.5ps/㎚-㎞ 섬유에 대한잉여분산 잉여 기울기 0.1(ps/㎚2-㎞) 잉여 기울기 0.085(ps/㎚2-㎞)
30 10 -25 -0.25 -3.625 -3.625 0.0125 0
40 10 -25 -0.25 -2.2 -2.2 0.03 0.018
50 10 -25 -0.25 -1.25 -1.25 0.042 0.03
60 10 -25 -0.25 -0.57 -0.57 0.05 0.037
도 4의 모든 경우에서 케이블 보상 도파관 섬유는 -25ps/㎚-㎞의 총분산과 -0.25ps/㎚2-㎞의 총분산 기울기를 갖는다. 길이가 30㎞이고 분산이 3.5ps/㎚-㎞인 케이블 분산 변환 섬유에 있어서, 40㎞ 링크의 총분산은 10㎞의 케이블 보상 섬유에 대해 -3.625ps/㎚-㎞이다. 즉, [(-25ps/㎚-㎞)(10㎞)+(3.5ps/㎚-㎞)(30㎞)]/=-3.625ps/㎚-㎞이다. 나머지 3열의 데이타는 50㎞, 60㎞ 및 70㎞의 링크에 대해 총분산이 음인 것을 나타낸다. 이들 3개의 링크는 각각 10㎞인 케이블 보상 도파관 섬유와, 40㎞, 50㎞ 및 60㎞인 케이블 보상 변환 섬유를 각각 포함한다.
또한, 상기 케이블 보상 섬유는 4개의 링크에 대해 각각 양호한 분산 기울기보상을 제공한다. 표 4의 2행 내지 마지막 행에서, 총분산 기울기가 0.1ps/㎚2-㎞인 케이블 분산 변환 섬유의 잉여(비분산) 기울기는 0.0125 내지 0.05 범위이다. 상기 잉여 기울기는 잉여 링크 분산과 유사하게 한정된다. 상기 잉여 분산 기울기는 분산 변환 섬유의 길이와 총분산 기울기의 곱과, 링크 길이에 의해 분할된 보상 섬유의 합이다. 예를 들어, [(10㎞)(-0.25ps/㎚2-㎞)+(30㎞)(0.10ps/㎚2-㎞)]/40㎞=0.0125ps/㎚2-㎞가 표 4에 개시된 40㎞ 링크에 대한 잉여 기울기이다.
0.085의 총분산 기울기를 가진 케이블 분산 변환 섬유에 있어서, 표 4의 마지막 행은 링크의 잉여 기울기가 제로 내지 0.037임을 보여준다.
따라서, 케이블 보상 섬유는 40㎞ 내지 70㎞인 링크 길이에 대해 양호한 총분산 기울기 보상과 음의 총분산을 제공한다. 상기 링크 길이 또는 분산 변환 섬유의 총분산 기울기가 변할 때, 보상섬유가 변하지 않아도 링크가 양호하게 보상되기 때문에, 제조 비용면에서 유리하다.
당업자는 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위와 그 등가물에 속하는 변경과 변형을 포함한다.

Claims (25)

  1. 굴절률 프로파일과 중심선을 가진 코어 영역; 및
    상기 코어 영역을 둘러싸며 그와 접하는 클래드층;을 포함하되, 상기 클래드층은 굴절률 프로파일을 갖고, 상기 코어 및 클래드 굴절률 프로파일은 빛을 안내하도록 구성되며,
    상기 코어 영역은 적어도 3개의 세그먼트를 포함하고, 각각의 세그먼트는 굴절률 프로파일, 및 상기 중심선에 대한 내외부 반경을 가지며,
    상기 중심선을 중심으로 배치되고, 약 0.6% 내지 1.1% 범위의 상대 굴절률(Δ0%)을 가진 중심 세그먼트;
    상기 중심 세그먼트를 둘러싸고, 약 -0.4% 이하인 상대 굴절률(Δ1%)을 가진 제 1 환상 세그먼트; 및
    상기 제 1 환상 세그먼트를 둘러싸고, 0이상인 상대 굴절률(Δ2%)을 가진 제 2 환상 세그먼트;를 포함하고,
    상기 코어 영역 굴절률 프로파일은 1550㎚를 포함하는 소정의 파장범위에서 약 -0.2ps/㎚2-㎞ 이하의 총분산 기울기 및 음의 총분산을 제공하도록 선택된 것을 특징으로 하는 분산보상 광도파관 섬유.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 소정의 파장범위는 약 1500㎚ 내지 1700㎚인 것을특징으로 하는 분산보상 광도파관 섬유.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 소정의 파장범위는 약 1520㎚ 내지 1650㎚인 것을 특징으로 하는 분산보상 광도파관 섬유.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 중심선에 대한 내외부 반경, 굴절률 프로파일 및 0.2% 이하인 상대 굴절률(Δ3%)을 가진 제 3 환상 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산보상 광도파관 섬유.
  5. 제 4 항에 있어서, 내외부 반경, 굴절률 프로파일 및 0 이상인 상대 굴절률 (Δ4%)을 가진 제 4 환상 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산보상 광도파관 섬유.
  6. 제 5 항에 있어서, Δ2%는 약 -0.4% 내지 0.5%이고, Δ3%는 약 -0.2% 내지 0.2%이며, Δ4%는 약 0 내지 0.6% 범위인 것을 특징으로 하는 분산보상 광도파관 섬유.
  7. 제 5 항에 있어서, Δ0%는 약 0.8% 내지 1.1% 범위이고, Δ1%는 -0.5% 이하이며, Δ2%는 약 -0.1% 내지 0.1% 범위이고, Δ3%는 약 -0.1% 내지 0.1% 범위이며, Δ4%는 약 0 내지 0.6% 범위인 것을 특징으로 하는 분산보상 광도파관 섬유.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 중심 세그먼트 외부 반경(R0)은 약 1.6㎛ 내지 4㎛ 범위이고,
    상기 제 1 환상 세그먼트는 외부 반경(R1)을 가지며, R0/R1은 약 0.25 내지 0.70이고,
    상기 제 2 환상 세그먼트는 약 0.3㎛ 내지 1㎛ 범위의 제 1 폭과 0.7㎛ 내지 2㎛ 범위의 제 2 폭을 가지며, 상기 제 1 폭은 제 2 환상 세그먼트의 피크 상대 굴절률(R2peak)의 방사상 위치와 R1간의 차이이고, 상기 제 2 폭은 제 2 환상 세그먼트의 외부 반경(R2)과 R2inner간의 차이이며,
    상기 제 3 환상 세그먼트는 약 0 내지 10㎛ 범위의 폭을 갖고, 상기 폭은 제 2 환상 세그먼트의 외부 반경(R2)과 제 4 환상 세그먼트의 내부 반경(R4inner)간의 차이이며,
    상기 제 4 환상 세그먼트는 약 0.6㎛ 내지 10㎛ 범위의 제 1 폭과 1㎛ 내지 2.5㎛ 범위의 제 2 폭을 가지며, 상기 제 1 폭은 제 4 환상 세그먼트의 피크 상대 굴절률(R4peak)의 방사상 위치와 R1간의 차이이고, 상기 제 2 폭은 제 4 환상 세그먼트의 외부 반경(R4)과 R4inner간의 차이인 것을 특징으로 하는 분산보상 광도파관 섬유.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 중심 세그먼트 외부 반경(R0)은 약 1.8㎛ 내지 2.4㎛ 범위이고,
    상기 제 1 환상 세그먼트는 외부 반경(R1)을 가지며, R0/R1은 약 0.4 내지 0.5이고,
    상기 제 2 환상 세그먼트는 약 0.4㎛ 내지 0.5㎛ 범위의 제 1 폭과 0.7㎛ 내지 1.5㎛ 범위의 제 2 폭을 가지며, 상기 제 1 폭은 제 2 환상 세그먼트의 피크 상대 굴절률(R2peak)의 방사상 위치와 R1간의 차이이고, 상기 제 2 폭은 제 2 환상 세그먼트의 외부 반경(R2)과 내부 반경(R2inner)간의 차이이며,
    상기 제 3 환상 세그먼트는 약 1㎛ 내지 7㎛ 범위의 폭을 갖고, 상기 폭은 제 2 환상 세그먼트의 외부 반경(R2)과 제 4 환상 세그먼트의 내부 반경(R4inner)간의 차이이며,
    상기 제 4 환상 세그먼트는 약 1㎛ 내지 7㎛ 범위의 제 1 폭과 약 1㎛ 내지 2㎛ 범위의 제 2 폭을 가지며, 상기 제 1 폭은 제 4 환상 세그먼트의 피크 상대 굴절률(R4peak)의 방사상 위치와 R1간의 차이이고, 상기 제 2 폭은 제 4 환상 세그먼트의 외부 반경(R4)과 내부 반경(R4inner)간의 차이인 것을 특징으로 하는 분산보상 광도파관 섬유.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 세그먼트의 굴절률 프로파일은 α프로파일, 스텝, 원형 스텝, 사다리꼴, 및 원형 사다리꼴로 이루어진 군으로부터 선택된 개별적 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 분산보상 광도파관 섬유.
  11. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 중심 세그먼트의 프로파일 형상은 약 1.5 내지 8범위의 α를 가진 α프로파일인 것을 특징으로 하는 분산보상 광도파관 섬유.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 중심 세그먼트의 프로파일 형상은 4〈 α를 가진 α프로파일인 것을 특징으로 하는 분산보상 광도파관 섬유.
  13. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 총분산은 약 -4ps/㎚-㎞ 내지 -40ps/㎚-㎞ 범위인 것을 특징으로 하는 분산보상 광도파관 섬유.
  14. 소정의 파장범위로부터 선택된 다수개의 파장에서 각각 양의 단부대단부 분산과, 제 1 및 제 2 단부를 가진 케이블 광도파관 섬유;
    상기 다수개의 파장에서 각각 음의 단부대단부 분산을 갖고, 제 1 단부가 상기 케이블 도파관 섬유의 제 1 단부에 광학적으로 직렬접속되어 링크의 일부를 형성하는 케이블 분산보상 도파관 섬유;
    상기 케이블 도파관 섬유의 제 2 단부에 광학적으로 접속되며, 상기 다수개의 각각의 파장에서 개별 광신호를 케이블 도파관 섬유의 제 2 단부에 론치시키는 송신기; 및
    상기 케이블 보상 도파관 섬유의 제 2 단부에 광학적으로 접속되며, 상기 다수개의 파장에서 광신호를 수신하는 수신기;를 포함하며,
    상기 케이블 도파관 섬유의 각 단부대단부 분산과 상기 케이블 보상 도파관 섬유의 각 단부대단부 분산은 부호가 반대이고, 링크의 다수개의 파장에서 개별적인 분산 합을 유발하며,
    상기 개별적인 분산 합은 소정값 이하인 것을 특징으로 하는 통신용 광도파관 섬유 링크.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 개별적인 분산 합은 약 +/-10 ps/㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 통신용 광도파관 섬유 링크.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 개별적인 분산 합은 약 0인 것을 특징으로 하는 통신용 광도파관 섬유 링크.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 개별적인 분산 합은 양인 것을 특징으로 하는 통신용 광도파관 섬유 링크.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 개별적인 분산 합은 약 4 ps/㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 통신용 광도파관 섬유 링크.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 개별적인 분산 합은 음인 것을 특징으로 하는 통신용 광도파관 섬유 링크.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 개별적인 분산 합은 약 -4 ps/㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 통신용 광도파관 섬유 링크.
  21. 제 14 항 내지 제 20 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 개별적인 분산 합은 동일한 것을 특징으로 하는 통신용 광도파관 섬유 링크.
  22. 제 14 항 내지 제 20 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정의 파장범위는 1500㎚ 내지 1700㎚인 것을 특징으로 하는 통신용 광도파관 섬유 링크.
  23. 제 14 항에 있어서, 상기 케이블 분산보상 섬유는 제 1 항에 따른 분산보상 도파관 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신용 광도파관 섬유 링크.
  24. 제 14 항에 있어서, 상기 케이블 광도파관 섬유는 약 30㎞ 내지 60㎞ 범위의 길이, 약 3.5ps/㎚-㎞인 총분산 및 약 0.08ps/㎚2-㎞ 내지 0. ps/㎚2-㎞ 범위의 총분산 기울기를 갖고, 상기 케이블 분산보상 도파관 섬유는 약 8㎞ 내지 12㎞ 범위의 길이, 약 -20ps/㎚-㎞ 내지 -30ps/㎚-㎞ 범위의 총분산 및 약 -0.20ps/㎚2-㎞ 내지 -0.30ps/㎚2-㎞ 범위의 총분산 기울기를 가진 것을 특징으로 하는 통신용 광도파관 섬유 링크.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 소정의 파장범위는 약 1500㎚ 내지 1700㎚이고, 바람직하게는 1520㎚ 내지 1650㎚인 것을 특징으로 하는 통신용 광도파관 섬유 링크.
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