KR20020064506A - 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유 - Google Patents

평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소정 파장대역에서 광흡수율이 음의 기울기특성을 갖는 제 1금속이온과, 소정 파장대역에서 광흡수율이 양의 기울기특성을 갖는 제 2금속이온을 광섬유의 코어층에 도핑하여 소정 파장대역에서의 광 감쇄이득이 평탄한 감쇄기능을 갖는 광감쇄기용 광섬유에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유는, 클래딩층과 코어층으로 구성되는 광섬유에 있어서, 코어에 철(Fe)과 코발트(Co), 크롬(Cr)과 코발트(Co), 망간(Mn)과 코발트(Co), 철(Fe)과 니켈(Ni), 바나듐(V)과 니켈(Ni), 크롬(Cr)과 니켈(Ni), 망간(Mn)과 니켈(Ni)중 한쌍의 금속이온을 도핑하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유는 소정 파장대역에서 광흡수율이 음의 기울기특성을 갖는 제 1금속이온이 도핑된 제 1광섬유와, 소정 파장대역에서 광흡수율이 양의 기울기특성을 갖는 제 2금속이온이 도핑된 제 2광섬유를 직렬 연결하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유{Gain equalizing optical-fiber for attenuator}
본 발명은 감쇄기능을 갖는 광섬유에 관한 것으로, 특히 광대역의 입력광에 대해 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유에 관한 것이다.
최근에 데이터 요구량의 폭증으로 기존의 시분할 방식(TDM : Time Division Multiplexing)에서 하나의 전송선로를 통해 파장이 각기 다른 광신호를 동시에 전송함으로써 신호의 전송효율을 높일 수 있도록 된 파장분할다중(WDM : Wave-length Division Multiplexing)기술이 개발되었다.
또한, 광통신시스템은 광섬유를 통해 소정 신호를 광으로 전송하는 것으로, 광신호는 그 광선로 길이에 비례하여 손실이 발생하게 되고, 이로 인해 먼거리에 존재하는 수신측에서는 미약한 신호를 수신하게 되어 정확한 신호수신에 어려움이있게 된다.
이에, 광통신시스템에서는 전송측과 수신측 사이에 광신호를 증폭하기 위한 증폭수단을 설치하여 구성하고 있으며, 전송측에서는 신호광의 손실을 감안하여 고출력의 신호를 송출하게 된다.
그러나, 상기 전송측으로부터 출력되는 신호의 레벨이 고출력신호이고 이를 수신하기 위한 수신장치, 예컨대 광섬유증폭기등의 수신측이 전송측과 가까운 곳에 설치되어 있는 경우에는 수신장치에서는 전송측으로부터 고출력으로 수신되는 신호를 정확하게 검출하지 못하게 되는 문제가 있게 된다.
이에, 광통신시스템의 광신호 수신장치의 전단에서 수신되는 광신호의 레벨을 감쇄시키는 방법이 이용되어 지고 있다.
즉, 페룰을 서로 어긋나게 하거나, 페룰 사이의 작은 간격으로 일정량의 광을 새어나가게 하거나, 광섬유 코어의 크기를 다르게 하거나, 페룰 사이의 필터를 구성하여 손실을 증가시키는 방법이 이용되고 있다.
특히, 필터 형태의 광감쇄기는 광신호를 감소시키는 영역이 너무 작아 미세한 흡수의 정도를 조절하기 어렵다는 문제가 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해서 광섬유가 장착된 광감쇄기가 개발되었다. 광감쇄기 광섬유는 괌섬유 코어내의 도핑물질에 따라 파장별 광흡수도가 다르게 되는 성질을 이용한 것이다.
본 발명은 상기한 광감쇄기 광섬유에 관한 것으로서, 광섬유의 코어에 광신호대역에서 광흡수율이 음의 기울기특성을 갖는 금속이온과, 양의 기울기특성을 갖는 금속이온을 도핑하되, 코발트(Co)와 철(Fe), 또는 코발트(Co)와 크롬(Cr), 코발트(Co)와 망간(Mn), 니켈(Ni)과 철(Fe), 니켈(Ni)과 바나듐(V), 니켈(Ni)과 크롬(Cr), 니켈(Ni)과 망간(Mn) 중 한쌍의 금속이온을 도핑하여 광신호대역에서 평탄한 감쇄특성을 갖는 광감쇄기용 광섬유를 제공함에 기술적 목적이 있다.
또한, 광섬유의 코어에 광신호대역에서의 광흡수율이 감소하는 금속이온이 첨가된 광섬유와 광신호대역에서의 광흡수율이 증가하는 금속이온이 첨가된 광섬유를 직렬로 결합하여 광신호대역에서 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유를 제공함에 기술적 목적이 있다.
도1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 광감쇄기용 광섬유 제조공정을 설명하기 위한 도면.
도2는 도1에 도시된 금속이온 도핑공정을 설명하기 위한 도면.
도3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 광감쇄기용 광섬유 제조공정을 설명하기 위한 도면.
도4내지 도7은 제 1금속이온의 파장별 광 흡수특성을 나타낸 도면.
도8과 도9는 제 2금속이온의 파장별 광 흡수특성을 나타낸 도면.
도10은 철(Fe)이 도핑된 광감쇄기용 광섬유의 광 흡수특성을 나타낸 도면.
도11은 코발트(Co)가 도핑된 광감쇄기용 광섬유의 광 흡수특성을 나타낸 도면.
도12와 도13은 철(Fe)과 코발트(Co)가 도핑된 광감쇄기용 광섬유의 광 감쇄특성을 나타낸 도면.
도14는 철(Fe)과 코발트(Co)가 도핑된 광감쇄기용 광섬유의 길이에 따른 광 감쇄특성을 나타낸 도면.
도15는 철(Fe)이 도핑된 제 1광섬유와 코발트(Co)가 도핑된 제 1광섬유를 직렬연결한 경우의 광 감쇄특성을 나타낸 도면.
***** 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명 *****
11 : 실리카튜브, 12 : 클래딩층,
13 : 코어층, 14 : 금속이온이 용해된 용액.
21 : 제 1금속이온, 22 : 제 2금속이온.
23 : 제 1금속이온이 도핑된 광섬유,
24 : 제 2금속이온이 도핑된 광섬유,
25 : 단일모드광섬유.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1관점에 따른 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유는, 클래딩층과 코어층으로 구성되는 광섬유에 있어서, 코어에 철(Fe)과 코발트(Co), 크롬(Cr)과 코발트(Co), 망간(Mn)과 코발트(Co), 철(Fe)과 니켈(Ni), 바나듐(V)과 니켈(Ni), 크롬(Cr)과 니켈(Ni), 망간(Mn)과 니켈(Ni)중 적어도 한쌍의 금속이온을 도핑하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2관점에 따른 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유는, 클래딩층과 코어층으로 구성되는 광섬유에 있어서, 소정 파장대역에서 광흡수율이 음의 기울기특성을 갖는 제 1금속이온이 도핑된 제 1광섬유와, 소정 파장대역에서 광흡수율이 양의 기울기특성을 갖는 제 2금속이온이 도핑된 제 2광섬유를 직렬로 연결하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기한 바에 의하면, 소정 광신호파장대역에서 음의 기울기특성을 갖는제 1금속이온과, 양의 기울기특성을 갖는 제 2금속이온, 특히 철(Fe)이나 크롬(Cr), 망간(Mn), 및 철(Fe)과 같은 제 1금속이온과 니켈(Ni)이나, 코발트(Co)와 같은 제 1금속이온을 광섬유의 코어층에 도핑하거나, 또는 제 1금속이온이 도핑된 광섬유와 제 2금속이온이 도핑된 광섬유를 직렬로 결합하여 소정 레벨의 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유를 제공할 수 있게 된다.
이어, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
도1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유 제조공정을 나타낸 것으로, 이는 광섬유제조공정 중의 하나인 수정화된 화학적 기상 증착법(MCVD : Modified Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 제조하게 된다.
먼저, 튜브 내부에 클래딩 층을 SiCl4, POCl3와 CF4를 이용하여 증착하고(ST1), SiCl4와 GeCl4를 이용하여 코어층을 증착하게 된다(ST2).
그리고, 상기 코어층을 부분 소결하여 소정 금속이온을 도핑하게 된다(ST3).
이어, 금속이온이 도핑된 부분을 건조시키며, 소정의 산화과정을 거치는 소결공정을 수행하게 된다(ST4).
그리고, 콜랩싱 및 실링공정을 통해 광섬유 프리폼을 제작하게 된다(ST5,ST6).
마지막으로 광섬유 프리폼을 이용한 인출공정을 통해 금속이온이 함유된 광섬유가 제작 된다(ST7).
여기서, 코어층에 금속이온을 도핑하는 과정은 도2에 도시된 바와 같다.
우선, 도2의 (A)에 도시된 바와 같이, 튜브(11) 내부에 클래딩층(12)과 코어층(13)을 증착하면서, 코아층을 부분소결하여 다공층을 형성한다(B).
이어, 이 다공층이 형성된 코어층(13)에 소정 금속이온이 용해된 용액(14)을 함침시킨 후, 1시간정도 그 상태를 유지한다(C).
이후, 코어층(13)에 있는 금속이온이 용해된 용액(14)을 배출하게 되는데, 이때, 금속이온이 용해된 용액(14)의 일부는 코어층(13)에 형성되는 다공층에 남아있게 된다. 즉 코어층(13)에 금속이온성분이 도핑되게 된다(D).
이때, 상기 금속이온이 용해된 용액(14)에는 철(Fe), 크롬(Cr), 바나듐(V), 망간(Mn)등의 제 1금속이온과, 코발트(Co), 니켈(Ni)등의 제 2금속이온 및 소정의 알루미늄(Al)이온이 용해되어 있으며, 상기 제 1금속은 광신호파장대역에서 광흡수률이 음의 기울기특성을 갖고, 제 2금속은 광신호파장대역에서 광흡수율이 양의 기울기특성을 가지며, 고온의 콜랩싱 공정에서 금속이온의 증발을 방지하기 위해 알루미늄을 함께 넣게 된다.
따라서, 본 발명의 제 1실시예에 따른 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유는, 광신호파장대역에서 광흡수율이 음의 기울기특성을 갖는 제 1금속이온과, 양의 기울기특성을 갖는 제 2금속이온을 합성하여 광섬유 코어부분에 도핑함으로써, 입력광신호에 대한 감쇄이득을 평탄화하도록 구성할 수 있다.
한편, 상술한 제 1금속이온과 제 2금속이온이 각각 도핑된 광섬유를 직렬로 연결하여 감쇄이득이 평탄한 특성을 갖는 감쇄기능을 갖는 광섬유를 구성할 수 있는 바, 도3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도3에서 (X)는 코어층(13)에 형성된 다공층에 제 1금속이온(21)이 도핑된 제 1광섬유의 제조 프리폼을 나타낸 것이고, (Y)는 코어층(13)에 형성된 다공층에 제 2금속이온(22)이 도핑된 제 2광섬유의 제조 프리폼을 나타낸 것으로, 본 발명의 제 2실시예에 있어서는 (Z)에 도시된 바와 같이, 제 1금속이온(21)이 도핑된 제 1광섬유(23)와 제 2금속이온(22)이 도핑된 제 2광섬유(24)를 전송로를 형성하는 일반 단일 광섬유(25)간에 직렬로 연결하여 구성하게 된다.
예컨대, 상기 철(Fe) 0.125M(몰)이 도핑된 제 1광섬유(X)와 코발트(Co) 0.3M(몰)이 도핑된 제 2광섬유(Y)의 길이, 즉, L1 : L2 = 1 : 2의 비율이 되도록 직렬 연결하여 구성할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 제 1 또는 제 2금속이온의 광흡수율, 즉 감쇄특성을 설명한다.
우선, 도4 내지 도7은 제 1금속이온의 파장별 광 흡수특성을 나타낸 것이다.
도4는 철(Fe)을 함유한 석영 유리에서의 파장에 따른 광 흡수특성을 나타낸 것으로, 약 1100nm부터 1900nm의 파장대역에서 음의 기울기를 갖는 특성이 나타난다.
도5는 바나듐(V)을 함유한 석영 유리에서의 파장에 따른 광 흡수특성을 나타낸 것으로, 약 700nm부터 1800nm의 파장대역에서 음의 기울기를 갖는 특성이 나타난다.
도6은 크롬(Cr)을 함유한 석영 유리에서의 파장에 따른 광 흡수특성을 나타낸 것으로, 약 600nm부터 1600nm의 파장대역에서 음의 기울기를 갖는 특성이 나타난다.
도7은 망간(Mn)을 함유한 석영 유리에서의 파장에 따른 광 흡수특성을 나타낸 것으로, 약 450nm부터 1600nm의 파장대역에서 음의 기울기를 갖는 특성이 나타난다.
즉, 상기 철(Fe), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn)과 같은 제 1금속이온은 도4 및 도7에 도시된 바와 같이, 전체적으로 소정 파장대역, 약 1100nm에서 1600nm대역에서 광 흡수특성이 음의 기울기형태로 나타난다.
한편, 도8과 도9는 제 2금속이온의 광 흡수특성을 나타낸 것으로, 도8은 코발트(Co)를 함유한 석영 유리에서의 파장에 따른 광 흡수특성을 나타낸 것으로, 약 900nm부터 1800nm의 파장대역에서 양의 기울기를 갖는 특성이 나타난다.
도9는 니켈(Ni)을 함유한 석영 유리에서의 파장에 따른 광 흡수특성을 나타낸 것으로, 약 1000nm부터 1600nm의 파장대역에서 양의 기울기를 갖는 특성이 나타난다.
즉, 상기 코발트(Co), 니켈(Ni)과 같은 제 2금속이온은 도8과 도9에 도시된 바와 같이, 전체적으로 소정 파장대역, 약 1100nm에서 1600nm대역에서 광 흡수특성이 양의 기울기 형태로 나타난다.
한편, 도10은 철(Fe)이 도핑된 광섬유에서의 파장에 따른 광 흡수특성을 나타낸 것으로, 약 1150nm부터 1650nm 파장대역에서 음의 기울기 특성이 나타난다.
그리고, 도11은 코발트(Co)가 도핑된 광섬유에서의 파장에 다른 광 흡수특성을 나타낸 것으로, 약 900nm부터 1650nm 파장대역에서의 양의 기울기 특성이 나타난다.
즉, 도4와 도10, 도8과 도11을 비교하여 볼때, 음의 기울기 특성이 나타나는 파장대역에서 미소한 차이가 있으나, 광신호전송대역, 즉 1200nm에서 1600nm대역에서는 음의 기울기 특성이 나타나는 것을 알 수 있다.
한편, 도12과 도13은 본 발명의 제 1실시예에 따른 광섬유의 광 감쇄특성을 나타낸 것으로, 특히, 철(Fe)과 코발트(Co), 및 알루미늄을 소정 비율, 예컨대 1 : 4.4 : 1.6의 몰비로 광섬유에 도핑시킨 경우를 나타낸 것이다.
도12는 입력광원으로 백색광원이 인가되는 경우의 광 감쇄특성을 나타낸 것으로, 파장대역 1200nm에서 1600nm까지 약 ±0.4dB의 광 감쇄편차를 갖는다. 이때, 광섬유의 길이는 1mm로 구성하였다.
도13은 입력광원으로 브로드밴드광원(Broad band source)이 인가되는 경우의 광 감쇄특성을 나타낸 것으로, 파장대역 1450nm에서 1600nm까지 약 ±1dB의 광 감쇄편차를 갖는다.
한편, 광섬유의 길이에 따라 광감쇄레벨이 변화하게 되는 바, 도14는 입력파장이 1550nm파장인 경우 철(Fe)과 코발트(Co)가 도핑된 광섬유 길이에 따른 광감쇄특성을 나타낸 것이다.
즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 철(Fe)과 코발트(Co)가 도핑된 광섬유 길이 1mm당 약 5dB의 감쇄률을 가지며, 광섬유의 길이가 길어질수록 광감쇄레벨이 커지게 되는 것을 알 수 있다.
한편, 도15는 본 발명의 제 2실시예에 따른 광섬유의 광 감쇄특성을 나타낸 것으로, 철(Fe)이 도핑된 제 1광섬유 5cm와 코발트(Co)가 도핑된 제 2광섬유 10cm를 직렬로 연결한 경우의 감쇄특성을 나타낸 것이다. 이때, 상기 철(Fe)과 코발트(Co)간 몰비는 0.125 : 0.3로 하였다.
즉, 도15에 도시된 바와 같이, 파장대역 1300nm에서 1600nm까지 평탄한 감쇄특성을 갖는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 소정 광신호파장대역에서 음의 기울기특성을 갖는 제 1금속이온과, 양의 기울기특성을 갖는 제 2금속이온, 특히 철(Fe)과 코발트(Co), 크롬(Cr)과 코발트(Co), 망간(Mn)과 코발트(Co), 철(Fe)과 니켈(Ni), 바나듐(V)과 니켈(Ni), 크롬(Cr)과 니켈(Ni), 망간(Mn)과 니켈(Ni)성분을 광섬유의 코어층에 도핑하거나, 또는 제 1금속이온이 도핑된 광섬유와 제 2금속이온이 도핑된 광섬유를 직렬로 결합하여 소정 레벨의 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유를 제공할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형 실시하는 것이 가능하다.
예컨대, 제 1금속이온, 즉 철(Fe), 바나듐(V), 크롬(Cr),망간(Mn)성분중 적어도 둘이상을 선택하여 소정 비로 합성하거나, 또는 제 2금속이온, 즉 코발트(Co) 와 니켈(Ni)성분을 소정 비로 합성하여 코어층에 도핑하여 평탄한 감쇄특성을 갖는 광감쇄기용 광섬유를 구성할 수 있다.
또한, 제 1금속이온, 즉 철(Fe), 바나듐(V), 크롬(Cr),망간(Mn)성분중 적어도 둘이상의 성분이 소정 비로 합성되어 코어층에 도핑된 제 1광섬유와, 제 2금속이온, 즉 코발트(Co) 와 니켈(Ni)성분이 소정 비로 합성되어 코어층에 도핑된 제 2광섬유를 직렬연결하여 평탄한 감쇄특성을 갖는 광감쇄기용 광섬유를 구성할 수 있다.
또한, 상기 실시예에 따른 광감쇄기용 광섬유를 이용하여 광감쇄기를 구성하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 소정 광신호파장대역에서 음의 기울기특성을 갖는 제 1금속이온과, 양의 기울기특성을 갖는 제 2금속이온, 특히 철(Fe)이나 크롬(Cr), 망간(Mn), 및 철(Fe)과 같은 제 1금속이온과 니켈(Ni)이나, 코발트(Co)와 같은 제 1금속이온을 광섬유의 코어층에 도핑하거나, 또는 제 1금속이온이 도핑된 광섬유와 제 2금속이온이 도핑된 광섬유를 직렬로 결합하여 소정 레벨의 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유를 제공할 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 클래딩층과 코어층으로 구성되는 광섬유에 있어서,
    상기 코어층에 소정 파장대역에서 광 흡수특성이 하강하는 제 1금속이온인 철(Fe), 크롬(Cr), 망간(Mn) 성분중 적어도 하나 이상의 성분과, 소정 파장대역에서 광 흡수특성이 상승하는 제 2금속이온인 코발트(Co)성분이 코도핑되어 구성되는 것을 특징으로 하는 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2금속이온은 코발트(Co)성분에 니켈(Ni)성분이 합성되어 구성되는 것을 특징으로 하는 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 코어층에는 알루미늄(Al)성분이 함께 코도핑되는 것을 특징으로 하는 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유.
  4. 클래딩층과 코어층으로 구성되는 광섬유에 있어서,
    상기 코어층에 소정 파장대역에서 광 흡수특성이 하강하는 제 1금속이온인 철(Fe), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn) 성분중 적어도 하나 이상의 성분과, 소정 파장대역에서 광 흡수특성이 상승하는 제 2금속이온인 니켈(Ni)성분이 코도핑되어구성되는 것을 특징으로 하는 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2금속이온은 니켈(Ni)성분에 코발트(Co)성분이 합성되어 구성되는 것을 특징으로 하는 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 코어층에는 알루미늄(Al)성분이 함께 코도핑되는 것을 특징으로 하는 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유.
  7. 클래딩층과 코어층으로 구성되는 광섬유에 있어서,
    소정 파장대역에서 광흡수율이 음의 기울기특성을 갖는 제 1금속이온이 도핑된 제 1광섬유와,
    소정 파장대역에서 광흡수율이 양의 기울기특성을 갖는 제 2금속이온이 도핑된 제 2광섬유를 직렬로 연결하여 구성되는 것을 특징으로 하는 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1금속이온은 철(Fe), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn) 중 적어도 하나 이상의 성분으로 구성되고, 상기 제 2금속이온은 코발트(Co)와 니켈(Ni)중 적어도 하나 이상의 성분으로 구성되는 것을 특징으로 하는 평탄한 감쇄이득을 갖는 광감쇄기용 광섬유.
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