KR20030003725A - 광파이버 - Google Patents

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마사유키 니시무라
마사시 오니시
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 코어 영역과, 내측 클래드 영역과, 외측 클래드 영역을 갖고, 코어 영역, 내측 클래드 영역, 및 외측 클래드 영역은 파이버 축을 따라서 신장하고, 코어 영역의 평균 굴절율 n0과, 내측 클래드 영역의 평균 굴절율 n1과, 외측 클래드 영역의 평균 굴절율 n2와의 사이에, n1<n2<n0이 되는 관계가 성립하는 광파이버에서,내측 클래드 영역을 구성하는 주매질과는 다른 굴절율을 갖는 부매질로 이루어지고, 파이버 축을 따라서 신장하는 영역이 내측 클래드 영역에 3개 이상 포함되는 구성을 채용한다.

Description

광파이버{Optical fiber}
종래부터, 예를 들면, 이하와 같은 광파이버가 공지되어 있다. 특개평10-95628호 공보에 개시되어 있는 미세 구조 광파이버는 클래드 영역에 둘러싸인 통상고체인 코어 영역을 갖고, 상기 클래드 영역은 간격을 두고 배치된 복수의 클래드 특징 구조를 갖고, 그 클래드 특징 구조는 그 파이버 축방향에 길게 신장하여 제 1 클래드 재료 중에 배치된 클래드 특징 구조이고, 그 코어 영역은 유효 직경 d0및 실효 굴절율 n0을 갖고, 그 클래드 특징 구조는 제 1 클래드 재료의 굴절율과 다른 굴절율을 갖고, 그 클래드 영역은 n0보다 작은 실효 굴절율을 갖는 것이다. 또한, 클래드 영역이, 실효 굴절율 Nc1을 갖는 내측 클래드 영역과 실효 굴절율 Nc1을 갖는 외측 클래드 영역(단지, Nc1<Nc0)을 포함함으로써, 큰 분산을 얻을 수 있는 것이 나타내어져 있다.
또한, OFC'96 테크니컬 다이제스트(0FC` 96 Technical Digest, ThA3)에는 W형 굴절율 프로파일을 갖는 광파이버가 개시되어 있고, 상기 광파이버에서, 작은(음에 크다)파장 분산이 실현되는 것이 나타내어져 있다.
또한, 일렉트로닉스 레터(Electronics Letters, vo1.18, pp.824-826,(1982))에는 코어 영역의 양측에 공기의 「사이드 터널 영역」을 도입함으로써, 큰 복굴절율을 실현함과 동시에, 2개의 편파 모드의 컷 오프 주파수 차를 확대하여 절대 단일 편파 파이버를 실현할 수 있는 것이 개시되어 있다.
또한, USP5,907,652에서는 다음과 같은 공기 클래드 광파이버가 개시되어 있다. 즉, 석영계 유리의 광파이버로서, 파이버 중심으로부터 외측 가장자리를 향하여, 순차로, 코어 영역, 내측 클래드 영역, 제 1 외측 클래드 영역, 제 2 외측 클래드 영역이 존재하고, 내측 클래드 영역의 굴절율이 코어 영역의 굴절율보다도 낮고, 제 1 외측 클래드 영역의 실효 굴절율은 1.35보다도 낮다. 또한, 광파이버의 광학 특성이 제 2 외측 클래드 영역에 의존하지 않도록 제 1 외측 클래드 영역이 선택되어 있다. 공기 클래드 광파이버는 클래드 여기 광파이버 레이저나 장주기 그레이팅에 적합한 것이 개시되어 있다.
본 발명은 광 전송로 또는 분산 보상기로서 적합한 광파이버에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광파이버의 단면도.
도 2는 비교 대상인 종래의 불순물 첨가형 광파이버의 단면도.
도 3은 모드 필드 직경과, 파장 1550nm에서의 파장 분산과의 관계를 도시하는 도면.
도 4는 모드 필드 직경과, 파장 1550nm에서의 파장 분산 슬로프와의 관계를 도시하는 도면.
도 5는 외측 클래드 영역을 전파하는 광 파워의 비율과 파장 1550nm에서의 파장 분산 및 파장 분산 슬로프와의 관계를 도시하는 도면.
도 6은 외측 클래드 영역을 전파하는 광 파워의 비율과 코어 영역의 V 치와의 관계를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광파이버의 단면도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광파이버의 단면도.
도 9는 제 2 실시예에 따른 광파이버의 광 파장 λ와, 파장 분산 D와, 실효 코어 단면적 Aeff와의 관계의 계산을 도시하는 도면.
도 10은 제 2 실시예에 따른 광파이버를 음 분산 광파이버로서 포함하는 광통신 시스템의 구성도.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광파이버의 파이버 축방향의 단면도.
도 12a는 도 11에서의 광파이버를 I-I 선으로 절단한 단면도.
도 12b는 도 11에서의 광파이버를 II-II 선으로 절단한 단면도.
도 13은 제 3 실시예에 따른 광파이버의 구간 a 및 구간 b의 파장 분산 특성의 수치 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
도 14는 제 3 실시예에 따른 광파이버에서, 길이 1의 구간 b에 대하여, 길이 0.48의 구간 a를 조합한 경우의 평균 파장 분산 Davg를 도시하는 도면.
도 15a는 제 4 실시예에 따른 광파이버의 구간 a에서의 단면도.
도 15b는 제 4 실시예에 따른 광파이버의 구간 b에서의 단면도.
도 16은 제 4 실시예에 따른 광파이버의 구간 a 및 구간 b의 파장 분산 특성의 수치 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
도 17은 제 4 실시예에 따른 광파이버에서, 길이 1의 구간 b에 대하여, 길이 0.42의 구간 a를 조합한 경우의 평균 파장 분산 Davg를 도시하는 도면.
그러나, 특개평10-95628호 공보에 개시되어 있는 미세 구조 광파이버는 클래드 전체에 걸쳐 미세 구조가 분포하고 있고, 미세 구조의 수가 많다. 예를 들면, 동공보는 「발명자들의 시뮬레이션에 의하면, 적어도 4층의 제 2 모관 특징 구조를 부여하지 않으면 안되는 것을 나타내고 있다」라고 하는 기재가 있지만, 이 경우, 모관 특징 구조의 수는 적어도 90개로 다수가 되어 버린다. 미세 구조의 수가 이와 같이 많아지면, 제조가 곤란하게 된다. 동공보에 의하면, 상기 미세 구조광파이버의 제조 공정은 이하와 같다. 즉, 구멍이 빈 실리카관과 구멍이 비어 있지 않은 실리카 로드를 준비하여, 실리카 로드의 주위에 다수의 실리카관을 배치하여 관 묶음 번들을 만들고, 관 묶음 번들과 오버클래드 관을 접어(collapse) 프리폼을 만들어, 상기 프리폼을 배선한다. 그러나, 미세 직경의 실리카관의 배열을 흐트러지지 않도록 묶어서 관 묶음 번들을 제작하는 작업은 시간이 걸린다. 또한, 배열이 흐트러질 가능성이 높기 때문에, 재현성이 양호한 제조는 곤란하다. 제조가 곤란함은 미세 구조의 수의 증가에 따라서 증대한다.
한편, 상기의 제조 공정 이외에, 종래의 불순물 첨가형 광파이버의 프리폼에 천공 기구에 의해서 구멍을 천공하는 공정도 생각할 수 있다. 그러나, 이러한 공정을 사용한 경우도, 종래의 미세 구조 광파이버는 다수의 미세 구조를 포함하기 때문에, 제조 비용이 높다.
또한, 동공보에 개시되어 있는 광파이버는 특히 미세 구조가 빈 구멍인 경우, 이하와 같은 문제점을 갖는다. 제 1 문제점은, 빈 구멍을 포함함으로써 광파이버의 강도가 저하하기 때문에, 장력이나 측압에 대한 강도가 낮게 되어 버린다. 제 2 문제점은, 빈 구멍 표면의 OH기나 빈 구멍내의 수증기에 의한 흡수 손실이 생길 가능성이 있다. 그러므로, 제조나 파이버 접속시에는 빈 구멍에의 수증기 침입의 가능성을 저감하기 위한 처치가 필요하게 되어, 이들의 작업이 곤란하게 된다. 제 3 문제점은, 융착 접속시에 유리가 녹아 구멍이 찌부러지면, 코어와 클래드 사이의 실효 굴절율차가 없어져, 클래드에 누출하는 광 파워가 현저히 증가하기 때문에, 융착부에서의 전파 손실이 증대한다. 상기 제 1 , 제 2 문제점은 미세 구조의수의 증가에 따라서 영향이 더욱 증대한다.
또한, 0FC` 96 Technical Digest, ThA3에 개시되어 있는 불순물 첨가형 광파이버에서는 실현 가능한 굴절율차가 작다. 그 결과, 음 분산의 절대치의 크기나, 음 분산 슬로프의 절대치의 크기나, 실효 코어 단면적의 크기나, 굴곡 손실이 낮음에 관하여, 실현되는 값의 범위가 제한되어 버린다.
또한, Electronics Letters, vo1.18, pp.824-826,(1982)에 개시되어 있는 광파이버에서는 코어의 양측에 도입된 공기의 「사이드 터널 영역」을 갖기 때문에, 직선 복굴절이 크다. 그러나, 광 전송에의 응용, 특히 기존의 광 전송로의 일부에 조립하는 응용에 있어서는 복굴절이 작은 것이 바람직하다. 복굴절이 큰 광파이버에 입사하는 광의 편파 상태가, 파이버의 주편파 상태에 일치하지 않는 경우, 편파모드 분산에 의한 전송 품질 열화가 생긴다. 그러므로, 입사광의 편파 상태를 일정하게 하기 위한 소자가 필요하게 되어, 비용이 증대하여 버린다. 또한, 기존의 광 전송로의 대부분은 편파 선택성이 없고, 기존의 광 전송로로부터 출사하는 광의 편파 상태는 부정이다. 이와 같이, 편파 상태가 부정인 광의 편파 상태를 일정하게 유지하는 것은 곤란하다.
또한, USP5,907,652에서 개시된 공기 클래드 광파이버에서는 음에 큰 파장 분산이나 음에 큰 파장 분산 슬로프를 얻기는 곤란하다. 이것은 제 1 외측 클래드의 실효 굴절율을 내림으로써 제 2 외측 클래드 영역이 광학 특성에 영향을 미치게 하지 않도록 하는 것에 주안이 놓여 있었기 때문이다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이고, 작은(음에 크다) 파장분산, 작은(음에 크다) 파장 분산 슬로프, 큰 유효 코어 단면적, 작은 굴곡 손실을 실현할 수 있는 광파이버를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 제조의 용이화 및 비용의 저감, 장력이나 측압에 대한 강도의 향상, 빈 구멍 표면의 OH기나 빈 구멍 내의 수증기에 의한 흡수 손실 발생 가능성의 저감, 및 융착 손실의 저감을 꾀할 수 있는 광파이버를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 만족하기 위해서, 본 발명에 따른 광파이버는 실질적으로 균일한 매질로 구성되는 코어 영역과, 코어 영역을 포위하는 내측 클래드 영역과, 내측 클래드 영역을 포위하여, 실질적으로 균일한 매질로 구성되는 외측 클래드 영역을 갖고, 코어 영역, 내측 클래드 영역, 및 외측 클래드 영역은 파이버 축을 따라서 신장함과 동시에 광학 특성에 영향을 주는 영역이고, 코어 영역의 평균 굴절율 n0과, 내측 클래드 영역의 평균 굴절율 n1과, 외측 클래드 영역의 평균 굴절율 n2와의 사이에, n1<n2<n0가 되는 관계가 성립하고, 내측 클래드 영역을 구성하는 주매질과는 다른 굴절율을 갖는 부매질로 이루어지는 파이버 축을 따라서 신장하는 영역이, 내측 클래드 영역에 3개 이상 포함되는 구성을 채용한다.
파이버 축에 대하여 수직인 단면내에서, 코어 영역의 형상은 실질적으로 원이고, 내측 클래드 영역과 외측 클래드 영역의 형상은 실질적으로 둥근 고리이다. 코어 영역, 및 내측 클래드 영역, 및 외측 클래드 영역의 평균 굴절율은 영역의 내측 반경을 a(코어 영역의 경우는 0), 외측 반경을 b로 하여, 다음의 navg로 주어진다.
단지, r와 θ는 파이버 단면내에서의 위치를 나타내는 극좌표이고, n(r, θ)는 단면내의 굴절율 분포를 나타낸다. 일반적으로, 코어 영역, 내측 클래드 영역, 및 외측 클래드 영역의 각 영역에서의 평균 굴절율은 영역의 정의에 의존한다. 「실질적으로 균일한 매질로 구성되는 코어 영역과, 코어 영역을 포위하는 내측 클래드 영역과, 내측 클래드 영역을 포위하여, 실질적으로 균일한 매질로 구성되는 외측 클래드 영역을 갖고」, 「코어 영역의 평균 굴절율 n0과, 내측 클래드 영역의 평균 굴절율 n1과, 외측 클래드 영역의 평균 굴절율 n2와의 사이에, n1<n2<n0이 되는 관계가 성립한다」라고 하는 상기 부등식이 성립하도록 코어 영역과 내측 클래드 영역과 외측 클래드 영역의 정의의 방법이 존재하는 것을 의미한다. 또한, 파이버 강도를 향상시키기 위해, 유리나 수지 등의 재료로 이루어지는 재킷 영역에서 외측 클래드 영역을 둘러싸는 것도 가능하다. 이 때, 재킷 영역이 광학 특성에 영향을 미치게 하는 것을 방지하기 위해서, 외측 클래드 영역은 충분한 반경방향의 두께를 가지고 있지 않으면 안된다. 한편, 외측 클래드 영역은 광학 특성에 영향을 미치게 하는 영역이고, 내측 클래드 영역의 평균 굴절율과 두께는 외측 클래드 영역이 광학 특성에 영향을 미치게 하도록 선택된다.
코어 영역과 외측 클래드 영역은 실질적으로 균일한 매질로 구성된다. 이것은 이들의 영역을 구성하는 재료의 주성분이 영역내에서 똑같은 것을 의미한다. 이 때, 불순물 농도가 영역내에서 변화하는 구성을 적절히 채용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 코어 영역은 불순물로서 Ge를 포함하는 실리카글래스이고, 중심에서 외측 가장자리를 향하여 Ge 농도가 감소하는 구조를 채용할 수 있다.
주매질이란, 그 매질만으로 광파이버를 구성하는 것이 현실적으로 가능한 매질이다. 또한, 서로 연결하지 않은 복수의 주매질 영역이, 1개의 광파이버 중에 있어서는 안된다. 한편, 부매질은 그 매질만으로 광파이버를 구성하는 것이 현실적으로 불가능한 매질이어도 되고, 서로 연결하지 않은 복수의 부매질 영역이, 1개의 광파이버 중에 있어도 된다. 전형적인 주매질로서는 석영계 유리가 있고, 전형적인 부매질로서는 기체나 액체가 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 광파이버에서는 내측 클래드 영역을 구성하는 주매질에 추가하여, 상기 주매질과 다른 굴절율을 갖는 부매질로 이루어지는 영역(이하, 부매질 영역이라고 칭한다)을 내측 클래드 영역에 도입한다. 한편, 외측 클래드 영역은 실질적으로 균일한 매질로 구성되고, 부매질 영역을 포함하지 않는다. 이것은 내측 클래드 영역의 평균 굴절율이 외측 클래드 영역의 평균 굴절율보다도 낮은 광파이버에서, 음에 큰 분산 등의 바람직한 특성을 얻기 위해서는 부매질 영역의 도입에 의해서 내측 클래드 영역의 평균 굴절율을 내리면 충분하고, 외측 클래드 영역에는 부매질 영역을 도입할 필요는 없다, 라고 하는 발명자의 인식에 근거하고 있다. 한편, 주매질보다도 굴절율이 낮은 부매질로 이루어지는 영역을 도입함으로써, 내측 클래드 영역의 평균 굴절율을 부매질 영역이 없는 경우에 비해크게 내릴 수 있다. 그 결과, 종래의 불순물 첨가형 광파이버에 비해 음에 큰 분산이나, 음에 큰 분산 슬로프나, 큰 실효 코어 단면적이나, 작은 굴곡 손실과 같은 바람직한 특성을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 광파이버는 공기 클래드 광파이버와 달리, 음에 큰 분산이나, 음에 큰 분산 슬로프를 실현할 수 있다. 이것은 부매질 영역을 포함하는 내측 클래드 영역을 둘러싸는 외측 클래드 영역이, 광학 특성, 특히 파장 분산 특성에 영향을 미치게 하기 때문이다. 또한, 외측 클래드 영역이 실질적으로 균일한 매질로 구성되어, 부매질 영역을 포함하지 않기 때문, 도입하는 부매질 영역의 수를, 종래의 미세 구조 광파이버에 비해 대폭적으로 감소하는 것이 가능하다. 그 결과, 실리카관을 배열하는 제조방법, 또는 천공 기구를 사용하여 프리폼에 구멍을 천공하는 제조방법 중 어느 하나를 사용하든간에, 재현성 양호하게 제조하는 것이 용이해져, 제조 비용도 저감할 수 있다.
또한, 특히 부매질 영역이 빈 구멍인 경우, 부매질 영역의 수의 감소에 의해, 종래의 미세 구조 광파이버에 비해 장력이나 측압에 대한 강도가 향상함과 동시에, 빈 구멍 표면의 OH기나 빈 구멍내의 수증기에 의한 흡수 손실의 발생 가능성이 감소함으로써 제조나 접속이 용이하게 된다. 또한, 코어 영역의 굴절율이 외측 클래드 영역의 굴절율보다도 높기 때문에, 내측 클래드에서 구멍이 찌부러진 경우일지라도 광도파 특성이 소실되지 않고, 융착 손실을 저감할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 관해서, 도면을 참조하여 설명한다.
(제 1 실시예)
도 1은 제 1 실시예에 따른 광파이버(10B)의 단면도이다. 상기 광파이버(10B)의 코어 영역(11)은 반경 α의 원형이고, 14.5mo1% 농도의 Ge가 첨가된 실리카글래스(굴절율 n0=1.46567)로 구성되고, 코어 영역(11)의 주위에는 순수 실리카글래스(굴절율 n2=1.44402)를 재료로 하는 외측 반경 γ의 클래드 영역(12)이 형성되어 있다. 클래드 영역(12)은 코어 영역(11)을 둘러싸고, 부매질 영역(13)(굴절율 n3=1)을 갖는 내측 클래드 영역(14)과, 내측 클래드 영역(14)을 둘러싸고 부매질 영역(13)을 포함하지 않은 외측 클래드 영역(15)으로 구성되어 있다. 내측클래드 영역(14)에서, 주매질은 순수 실리카글래스이고, 부매질 영역(13)을 형성하는 부매질은 공기이다. 부매질 영역(13)은 반경 r의 원형이고, 반경 β′의 원주상에 실질적으로 등간격으로 8개 배치되어 있다. 또한, 외측 클래드 영역(15)의 또한 외측에는 유리나 폴리머 등의 재료로 구성되는 재킷층이 피복되어 있다. 상기 재킷층은 마이크로 밴드의 발생 억제나 파이버의 강도 향상과 같은 기계적인 성능 향상을 도모하는 것이지만, 외측 클래드 영역(15)은 충분히 두껍고, 재킷층이 광학 특성에 주어지는 영향은 무시할 수 있다. 내측 클래드 영역(14)과 외측 클래드 영역(15)의 경계는 β=2β'-α가 되는 반경을 갖는 원주로 정의(이것은 β가 β′와 α의 평균인 것, 즉, 부매질 영역(14)의 중심은 내측 클래드 영역(14)의 코어 영역(11)과의 경계 및 외측 클래드 영역(15)과의 경계에서 직경 방향에 등거리에 위치하고 있는 것을 의미한다)한다.
상기 광파이버(10B)의 구조 파라미터는 다음과 같다. 즉, β′/α=1.94, r/α=0.135, γ/α=18.3이다.
여기서, 상술한 바와 같이, 영역의 내측 반경을 a(코어 영역의 경우는0), 외측 반경을 b로하여, 파이버 단면내에서의 위치를 극좌표로 나타내고, 상기 극좌표를 사용한 단면내의 굴절율 분포를 n(r, θ)로 나타내면, 영역의 평균 굴절율 navg는 다음식으로 주어진다.
상기 식에서, 소정의 영역 중에 동일한 굴절율 nm을 갖는 주매질 중에 이것과 다른 굴절율 ns를 갖는 부매질로 형성된 부매질 영역이 존재하는 경우, 영역내의 각각의 단면적을 Am, As로 하면, 상기 소정 영역의 평균 굴절율 navg는 간단히 다음식으로 나타내는 것이 가능하다.
수학식 2와 상술의 각 파라미터로부터 내측 클래드 영역(14)의 평균 굴절율 n1은 1.4366이 된다.
도 2는 비교 대상으로 하는 종래의 불순물 첨가형 광파이버(10A)의 단면도이다. 광파이버(10A)의 코어 영역(11)의 재료는 Ge 농도 14.5 mo1%의 실리카, 내측 클래드 영역(14)의 재료는 F 농도 1.113wt%의 실리카, 외측 클래드 영역(15)의 재료는 순실리카이다.
상기 광파이버(10A)의 구조 파라미터는 다음과 같다. 즉, β/α=2.88, γ/α=18.3이다.
도 3 내지 도 6은 광파이버(10A 및 10B)에서, 비율을 일정하게 유지하면서 치수를 변경함으로써 모드 필드 직경을 변화시켰을 때의 광학 특성의 변화를 도시하는 도이다. 도 3 및 도 4에서의 횡축은 모드 필드 직경 MFD를 도시하고, 도 3의 종축은 파장 1550nm에서의 파장 분산 D1550, 도 4의 종축은 파장 155Onm에서의 파장 분산 슬로프 S1550을 각각 도시한다. 또한, 도 5는 광파이버(10B)에서의 외측 클래드 영역을 전파하는 광 파워의 비율 Poc와 광학 특성과의 관계를 도시한다. 도 5의 횡축은 외측 클래드 영역을 전파하는 광 파워의 비율 Poc를 나타내고, 좌종축 및 우종축은 파장 1550nm에서의 파장 분산 D1550및 파장 분산 슬로프 S1550을 각각 도시한다. 도 6은 광파이버(10B)에서의 외측 클래드 영역을 전파하는 광 파워의 비율 Poc와 파이버 치수와의 관계를 도시하고, 횡축은 코어의 V치, 종축은 광 파워의 비율 Poc를 각각 도시한다. 여기서, 코어의 V치와는 치수에 비례하는 값이고, 코어 및 외측 클래드의 굴절율을 각각 n0및 n2, 진공 중에서의 파수를 k로 하여, 하기의 수학식 3이 정의된다.
도 3 및 도 4는 광파이버(10B)가 광파이버(10A)에 비해 절대치가 큰 음의 분산 및 파장 분산 슬로프를 갖는 것을 각각 도시하고 있다. 예를 들면 MFD=7㎛일 때, 광파이버(10A)에서는 D1550=-90ps/nm/km, S1550=-0.25ps/nm2/km인데 반해, 광파이버(10B)에서는 D1550=-107ps/nm/km, S1550=-0.84ps/nm2/km이다. 음의 분산 및 파장 분산 슬로프의 절대치가 큰 것으로 인해, 양의 분산 및 파장 분산 슬로프의 보상에 요하는 길이가 짧아도 되기 때문에, 광파이버(10B)는 광파이버(10A)에 비해 양 분산 및 파장 분산 슬로프의 보상에 적합하다고 할 수 있다.
도 5는 외측 클래드 영역을 전파하는 광파워의 비율 Poc가 0.008 이상일 때에, 음의 분산 및 음의 분산 슬로프가 얻어지는 것을 도시하고 있다. 또한, 외측 클래드 영역을 전파하는 파워의 비율 Poc가 0.1 이상인 때에, 특히 절대치가 큰 음의 분산 및 음의 분산 슬로프를 얻을 수 있는 것을 도시하고 있다. 또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, Poc≥0.008을 실현하기 위해서는 Vcore≤1.63, Poc≥0.1을 실현하기 위해서는 Vcore≤1.34로 된다.
이상 설명한 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 광파이버(10B)는 종래의 공기 클래드 광파이버와 달리, 작은(음에 크다) 파장 분산과, 작은(음에 크다) 파장 분산 슬로프를 실현할 수 있다. 또한, 파장 분산 및 파장 분산 슬로프는, 불순물 첨가형의 광파이버(10A)에 비해 음에 크다. 그러므로, 광 전송로가 갖는 양의 파장 분산이나 양의 파장 분산 슬로프를 보상하는 용도로 적합하다. 또한, 복굴절도 작다. 또한, 종래의 미세 구조 광 파이버와 달리, 코어의 글래스 굴절율이 클래드 에서의 글래스 굴절율보다도 높기 때문에, 융착시에 구멍이 찌부러지는 것에 의한 접속 손실이 적다. 또한, 구멍의 수도 8로 적기 때문에 제조가 용이하고, 강도도 높다. 특히 외측 클래드를 전파하는 파워의 비율이 0.1 이상인 때에, 절대치가 큰음의 파장 분산 및 음의 파장 분산 슬로프가 얻어진다.
(제 2 실시예)
도 7 및 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광파이버(10E, 10F 및 10G)의 단면도이다. 코어 영역(30)과 내측 클래드 영역(31)은 Ge 첨가된 실리카글래스(굴절율 n0)에 의해서 형성되고, 내측 클래드 영역(31)은 부매질 영역(32)(굴절율 n3)을 복수 갖는다. 내측 클래드 영역(31)에서, 주매질은 Ge 첨가된 실리카글래스(n0=1.46567)이고, 부매질 영역(32)을 형성하는 부매질은 공기(n3=1)이다. 부매질 영역(32)은 반경 r의 원형이고, 반경 β'의 원주상에 실질적으로 등간격으로 배치되어 있다. 내측 클래드 영역의 외주는 반경 β의 원주이다. 코어 영역(30)과 내측 클래드 영역(31)의 경계는 반경 α=2β'-β의 원주로 정의한다. 외측 클래드 영역(33)은 순수 실리카글래스로 형성되어 있다. 비교 대상으로서, 도 2에 도시하는 불순물 첨가형 광파이버(10A)를 사용한다.
도 7에 도시하는 광파이버(10E 및 10F)의 구조 파라미터는 다음과 같다. 즉, 광파이버(10E)에 관해서는 α=1.02㎛, β′=1.97㎛, r=0.253㎛이다. 이 때, 내측 클래드 영역(31)의 평균 굴절율 n1은 1.43883이 된다. 또한, 광파이버(10F)에 관해서는 α=1.25㎛, β'=1.87㎛, r=0.215㎛ 이다. 이 때, 내측 클래드 영역(31)의 평균 굴절율 n1은 1.43395가 된다.
또한, 도 8에 도시하는 광파이버(10G)에 관해서는 α=1.50㎛, β′=1.84㎛, r=0.155㎛ 이다. 이 때, 내측 클래드 영역(31)의 평균 굴절율 n1은 1.4211이 된다.
다음에, 이상과 같은 구조를 가지는 제 2 실시예에 따른 광파이버(10E 내지 10G)의 광 파장 λ와, 파장 분산 D와, 실효 코어 단면적 Aeff와의 관계의 계산 결과를 도 9에 도시한다. 횡축이 광 파장 λ, 좌측 종축이 파장 분산 D, 좌종축이 실효 코어 단면적 Aeff로 되어 있다. 광파이버(10A, 10E, 10F 및 10G)중 어느것이나, 파장 1550nm에서, 실효 코어 단면적 Aeff=30㎛2이지만, 파장 분산 D는 광파이버(10A)가 -155ps/nm/km, 광파이버(10E)가 -164ps/nm/km, 광파이버(10F)가 -208ps/nm/km, 광파이버(10G)가 -254ps/nm/km의 순으로 음으로 커지고 있다. 또한, 파장 증가에 대한 실효 코어 단면적 Aeff의 증가 페이스에 주목하면, 광파이버(10E 및 10F)의 파장 증가에 대한 실효 코어 단면적 Aeff의 증가 페이스는 광파이버(10A)의 파장 증가에 대한 실효 코어 단면적 Aeff의 증가 페이스보다도 작다. 파장 증가에 대한 실효 코어 단면적 Aeff의 증가 페이스가 작다는 것은 광이 코어에 양호하게 차폐되어 있고, 굴곡 손실이 작은 것을 의미한다. 또한, 일반적으로, 실효 코어 단면적 Aeff를 크게 하면 굴곡 손실도 커지기 때문에, 굴곡 손실을 일정하게 하여 비교하면, 광파이버(10E 및 10F)는 광파이버(10A)보다도 큰 실효 코어 단면적 Aeff를 실현할 수 있다. 또한, 광파이버(10E, 10F 및 10G) 중 어느 하나나, 부매질 영역의 배치가 4회 회전 대칭성을 실질적으로 갖기 때문에, 2개의 편파모드가 축퇴하고, 모드 복굴절이 작다.
따라서, 제 2 실시예에 따른 광파이버(10E 내지 10G)는 도 2에 도시하는 불순물 첨가형 광파이버(10A)에 비해, 작은(음에 크다) 파장 분산과, 작은 굴곡 손실과, 큰 실효 코어 단면적을 실현할 수 있다. 파장 분산이 음에 크기 때문에, 양 분산의 보상에 필요한 길이가 짧고, 또한 실효 코어 단면적이 크다. 그러므로, 도 10에 도시하는 바와 같은, 광송신기(50)와, 광수신기(51)와, 양 분산 광파이버(52)와, 음 분산 광파이버(53)를 포함하는 광통신 시스템에 있어서, 제 2 실시예에 따른 광파이버를 음 분산 광파이버로서 사용하면, 음 분산 광파이버에서의 비선형 광학 효과에 의한 전송로 품질 열화를 억제하여, 대용량의 광 통신 시스템을 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 광파이버에서는 내측 클래드 영역을 구성하는 주매질에 추가하여, 상기 주매질과 다른 굴절율을 갖는 부매질로 이루어지는 영역을 내측 클래드 영역에 도입한다. 한편, 외측 클래드 영역은 실질적으로 균일한 매질로 구성되고, 부매질 영역을 포함하지 않는다. 주매질보다도 굴절율이 낮은 부매질로 이루어지는 영역을 도입함으로써, 내측 클래드 영역의 평균 굴절율을 부매질 영역이 없는 경우에 비해 크게 내릴 수 있다. 그 결과, 종래의 불순물 첨가형 광파이버에 비해 음에 큰 분산이나, 음에 큰 분산 슬로프나 큰 실효 코어 단면적이나, 작은 굴곡 손실과 같은 바람직한 특성을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 광파이버는 공기클래드 광파이버와 달리, 음에 큰 분산이나, 음에 큰 분산 슬로프를 실현할 수 있다. 이것은 부매질 영역을 포함하는 내측 클래드 영역을 둘러싸는 외측 클래드 영역이, 광학 특성, 특히 파장 분산 특성에 영향을 미치게 하기 때문이다. 또한, 외측 클래드 영역이 실질적으로 균일한 매질로 구성되고, 부매질 영역을 포함하지 않기 때문에, 도입하는 부매질 영역의 수를, 종래의 미세 구조 광파이버에 비해 대폭적으로 절감할 수 있다. 그러므로, 실리카관을 배열하는 제조방법, 또는 천공 기구를 사용하여 프리폼에 구멍을 천공하는 제조방법 중 어느 것을 사용하든지간에, 재현성 양호하게 제조하는 것이 용이해져, 제조 비용도 저감할 수 있다.
또한, 특히 부매질 영역이 빈 구멍인 경우, 부매질 영역의 수의 감소에 의해, 종래의 미세 구조 광파이버에 비해 장력이나 측압에 대한 강도가 향상함과 동시에, 빈 구멍 표면의 0H기나 빈 구멍내의 수증기에 의한 흡수 손실의 발생 가능성이 감소함으로써 제조나 접속이 용이하게 된다. 또한, 코어 영역의 굴절율이 외측 클래드 영역의 굴절율보다도 높기 때문에, 내측 클래드에서 구멍이 찌부러지는 경우일지라도 광도파 특성이 소실되지 않고, 융착 손실을 저감할 수 있다.
또한, 부매질 영역은 파이버축을 중심으로 하는 4회 회전 대칭성이 실질적으로 성립하도록 배치되어도 된다. 이로써, 2개의 편파 모드를 실질적으로 축퇴시키고, 복굴절을 작게 할 수 있다. 또한, 파이버 축을 중심으로 하는 1개 이상의 동심원의 원주상에 실질적으로 등간격으로 배치되어 있어도 된다. 이것에 의해, 2개의 편파 모드를 실질적으로 축퇴시키고, 복굴절을 작게 할 수 있다. 또한, 원주를 따라서 부매질 영역을 배치함으로써, 상기 원주를 포함하는 둥근 고리 영역의 굴절율을 똑같이 변화시킨 것과 동등의 효과를 얻을 수 있다. 이 때문에, 종래의 불순물 첨가형 광파이버와 마찬가지로, 반경방향의 굴절율 프로파일에 기초한 설계가 가능해진다. 따라서, 계통적인 설계가 용이하게 된다. 또한, 파이버축을 중심으로 하는 원의 원주상에 실질적으로 등간격으로 배치되어 있어도 된다. 2개의 편파 모드를 실질적으로 축퇴시키고, 복굴절을 작게 할 수 있다. 또한, 계통적인 설계가 용이해진다. 또한, 부매질 영역의 수를 최소한으로 억제함으로써, 제조의 용이성, 높은 강도, 높은 신뢰성을 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예에 따른 광파이버는 파장 1550nm에서의 외측 클래드 영역을 전파하는 광 파워의 비율을 0.008 이상(보다 바람직하게는 0.1 이상)으로 할 수 있다. 그러므로, 외측 클래드 영역을 단순한 기계적 강도의 향상 등을 위한 영역이 아니라, 광파이버의 광학 특성(특히 파장 분산 특성)에 현실적으로 영향을 미치게 하는 영역으로 할 수 있다. 특히, 외측 클래드 영역을 전파하는 광 파워의 비율이 0.008 이상인 것에 의해, 작은(음에 크다) 파장 분산 슬로프를 실현할 수 있다. 또한, 외측 클래드 영역을 전파하는 광 파워의 비율이 0.1 이상인 것에 의해, 작은(음에 크다) 파장 분산을 실현할 수 있다.
또한, 코어 영역의 매질과, 내측 클래드 영역의 주매질과, 외측 클래드 영역의 매질은, 불순물이 첨가되는 경우가 있는 석영계 유리이고, 내측 클래드 영역에서의 부매질 영역을 형성하는 부매질은 기체 또는 진공인 구성을 채용하여도 된다. 이로써, 전송 손실을 낮게 억제함과 동시에, 내측 클래드의 평균 굴절율을 크게 저하시켜, 종래의 불순물 첨가형 광파이버에 비해 음에 큰 분산 등의 바람직한 특성을 실현하는 것이 가능해진다.
(제 3 실시예)
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광파이버(10H)의 파이버 축방향의 단면도이다. 또한, 도 12a는 도 11에서의 광파이버를 I-I 선으로 절단한 단면도이고, 도 12b는 도 11에서의 광파이버를 II-II 선으로 절단한 단면도이다. 제 3 실시예에 따른 광파이버(10H)는 파이버 축 방향에 구간 a와 구간 b가 교대로 배치되어 있고, 구간 a에서는 내측 클래드 영역(44)에 빈 구멍(43)을 포함하지만, 구간 b에서는 빈 구멍(43)을 포함하지 않는다. 구간 a와 구간 b의 사이에는 천이 구간 c가 존재하고, 천이 구간 c에서는 빈 구멍 단면적이 파이버 폭 방향으로 변화하고 있다. 구간 a와 구간 b의 길이는, 전형적으로는 10Om 이상이다. 한편, 천이 구간 c의 길이는 1m 이하로 할 수 있다. 이 때, 천이 구간 c의 광학 특성이 광파이버 전체의 광학 특성에 미치게 하는 영향은 무시할 수 있다. 코어 영역(41)의 직경은 2α이고, 구간 a 및 구간 b에서 동일의 값이다. 도 12a에 도시하는 바와 같이, 구간 a에서는 파이버 축을 중심으로 하는 반경 β′의 원주상에 8개의 빈 구멍(43)(반경 r)이 등간격으로 배치되어 있다. 구간 a에서의 굴절율 분포는 빈 구멍(43)을 포함하는 둥근 고리 영역인 디플레스트부를 갖는 굴절율 분포에 상당하고, 구간 b에서의 굴절율 분포는 디플레스트부를 갖지 않은 굴절율 분포에 상당한다. 또한, 제 1 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 내측 클래드 영역(44)의 외측 반경은 β=2β′-α로 하고, 외측 클래드 영역( 45)의 외측 반경은 γ로 한다.
상기 광파이버(10H)의 구조 파라미터는 다음과 같다. 즉, α=1.70㎛, β'=2.74㎛, r=0.25㎛이다. 코어 영역(41)은 Ge 농도 12mo1%의 실리카, 내측 클래드 영역(44)의 주매질은 Ge 농도 5.0 mo1%의 실리카, 외측 클래드 영역(45)은 순 실리카이다. 구간 a에서는 빈 구멍(43)을 포함하는 데 반해, 구간 b에서는 빈 구멍(43)을 포함하지 않기 때문에, 내측 클래드 영역(44)의 평균 굴절율 n1은 구간 a 에서 1.435, 구간 b에서 1.452이고, 파이버 축방향에 변화한 상태로 되어 있다.
도 13은 광파이버(10H)의 구간 a 및 구간 b의 파장 분산 특성의 수치 시뮬레이션 결과를 도시하는 도이다. 여기서는 도 13에 도시하는 바와 같이, 파장 범위를 1510nm 내지 1600nm로 하였다. 구간 a에서는 음의 파장 분산과 음의 파장 분산 슬로프를 갖고, 구간 b에서는 양의 파장 분산과 양의 파장 분산 슬로프를 갖는다. 특히, 파장 1550nm에서의 파장 분산 D 및 파장 분산 로프 S는 구간 a에서는
D=-12.8ps/nm/km,
S=-0.129ps/nm2/km이고,
구간 b에서는
D=+6.16ps/nm/km,
S=+0.O65ps/nm2/km이다.
또한, 1550nm에서, 외측 클래드 영역을 전파하는 광 파워의 비율 Poc는 0.048이다.
도 14는 길이 1의 구간 b에 대하여, 길이 0.48의 구간 a를 조합한 경우의 평균 파장 분산 Davg를 도시하는 도이다. 여기서, 파장 분산 Di, 길이 Li의 파이버 구간 i(i=1,2,···n)이 연결되어 있을 때, 연결된 파이버 구간 전체의 평균 파장 분산 Davg를 다음식으로 정의한다. 또한, 연결된 파이버 구간 전체의 길이를 L로 하여, 누적 파장 분산을 DavgL로 정의한다.
마찬가지로 하여, 파장 분산 슬로프 Si, 길이 Li의 파이버 구간 i(i=1,2,···n)이 연결되어 있을 때, 연결된 파이버 구간 전체의 평균 파장 분산 슬로프. Savg를 다음식으로 정의한다. 또한, 누적파장 분산 슬로프를 SavgL로 정의한다.
파장 분산이 일정한 것으로 간주할 수 있는 파이버 구간에서의 파장 분산을 국소 파장 분산이라고 일컫는다. 이러한 파이버 구간이 복수 접속된 전송로 전체에서의 누적 파장 분산과 구별하기 위해서이다.
도 14에 도시되는 바와 같이, 평균 파장 분산 Davg및 평균 파장 분산 슬로프 Savg는 파장 1550nm에서 실질적으로 제로가 된다. 그러므로, 상기의 비율로 구간 a 및 구간 b를 갖는 광파이버 전송로에서는 1510nm 내지 1600nm가 넓은 파장 대역에 서 평균 파장 분산의 절대치가 0.4ps/nm/km 이하가 된다. 한편, 도 13에 도시되는바와 같이 국소 파장 분산의 절대치는 4ps/nm/km 이상으로 크다. 또한, 천이 구간 에 포함되는 일부의 파이버 구간에서는 국소 파장 분산의 절대치가 작게 되지만, 이러한 파이버 구간의 길이는 짧게(예를 들면, 1m 이하) 할 수 있기 때문에, 천이 구간에서의 비선형 광학 현상의 영향은 무시할 수 있는 크기이다. 따라서, 누적 분산에 의한 광 펄스 넓이와, 다른 파장의 광신호간의 비선형 광학 현상에 의한 전송 품질 열화를 동시에 억제할 수 있다.
이와 같이, 제 3 실시예에 따른 광파이버에서는 파이버 단면내의 굴절율 분포를 파이버 축방향에 크게 변화시킬 수 있기 때문에, 파장 분산의 대파장 특성을 파이버 축방향에 크게 변화시킬 수 있다. 그러므로, 1종류의 파이버 구간으로 이루어지는 광파이버에서는 실현이 곤란 또는 불가능한 파장 분산 특성을 실현할 수 있다. 특히, 국소 파장 분산의 절대치가 크고, 누적 파장 분산의 절대치가 작다고 하는 특성을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 광파이버에서는 종래의 분산 매니지먼트 파이버에 비해, 파이버 단면내의 굴절율 분포를 파이버 축방향에 크게 변화시킴으로써, 파장 분산의 대파장 특성을 파이버 축방향에 크게 변화시킬 수 있다. 그러므로, 1510nm 내지 1600nm의 파장대에서의 파장 분산이 -10ps/nm/km보다 작은 파이버 구간 a와, 그 파장대에서의 파장 분산이 +5ps/nm/km보다 큰 파이버 구간을 b를 갖고, 그 파장대에서의 평균 파장 분산의 절대치가 0.4ps/nm/km보다도 작고, 그 파장대에서 파이버 구간 a의 파장 분산 슬로프가 음임과 동시에 파이버 구간 b의 파장 분산 슬로프가 양인 광파이버를 실현할 수 있다. 그 결과, 종래 기술에 비해, 누적 파장 분산의 절대치가 소정의 값보다도 작게 되는 파장 범위를 확대하여, 전송 용량을 확대할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 광파이버는 빈 구멍을 포함하지 않는 복수의 구간 b가 파이버 축방향에 간격을 두고 배치되어 있다. 그 결과, 구간 b에서 광파이버를 클리브하고, 다른 광파이버와 융착 접속할 수 있다. 이 때, 종래의 미세 구조 광파이버와 달리, 융해에 의한 부매질 영역의 변형·소실이나, 부매질 영역에 의한 코어의 인식의 방해의 문제가 일어나지 않기 때문에, 종래의 미세 구조 광파이버에 비해 융착 접속이 용이하게 된다. 또한, 단면에서 외기에 대하여 개방한 빈 구멍이 없어, 오염 물질이 빈 구멍에 침입하지 않는다. 그러므로, 굴절율 매칭액을 사용하여 저손실의 기계적 접속을 실현할 수 있다. 또한, 일부의 파이버구간 a에서 측면이 손상하여, 빈 구멍 내에 물 등의 오염 물질이 침입한 경우도 오염 물질은 파이버 전체에는 널리 퍼지지 않기 때문에, 손상에 대한 내성이 종래의 미세 구조광 파이버에 비해 높다.
(제 4 실시예)
도 15a 및 도 15b는 각각 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광파이버(10I)의 구간 a 및 구간 b에서의 단면도이다. 제 4 실시예에 따른 광파이버(10I)는 제 3 실시예에 따른 광파이버(10H)와 마찬가지로, 파이버 축방향에 구간 a와 구간 b가 교대로 배치되어 있고, 구간 a에서는 내측 클래드 영역(54)에 빈 구멍(53)을 포함하지만, 구간 b에서는 빈 구멍(53)을 포함하지 않는다. 구간 a와 구간 b 사이에는 천이 구간 c가 존재하고, 천이 구간 c에서는 빈 구멍 단면적이 파이버 폭방향에 변화하고 있다. 구간 a와 구간 b의 길이는 전형적으로는 10Om 이상이다. 한편, 천이 구간 c의 길이는 1m 이하로 할 수 있다. 이 때, 천이 구간 c의 광학 특성이 광파이버 전체의 광학 특성에 미치게 하는 영향은 무시할 수 있다. 코어 영역(51)의 직경은 2α이고, 구간 a 및 구간 b에서 동일의 값이다. 도 15a에 도시하는 바와 같이, 구간 a에서는 파이버 축을 중심으로 하는 반경 β′의 원주상에 8개의 빈 구멍(53)(반경 r)이 등간격으로 배치되어 있다. 구간 a에서의 굴절율 분포는 빈 구멍(53)을 포함하는 둥근 고리 영역인 디플레스트부를 갖는 굴절율 분포에 상당하고, 구간 b에서의 굴절율 분포는 디플레스트부를 갖지 않은 굴절율 분포에 상당한다. 또한, 제 1 내지 제 3 실시예와 마찬가지로, 내측 클래드 영역(54)의 외측 반경은 β=2β′-α로 한다.
상기 광파이버(10I)의 구조 파라미터는 다음과 같다. 즉, α=1.74㎛, β' =2.81㎛, r=0.39㎛이다. 코어 영역(51)은 Ge 농도 14mo1%의 실리카(굴절율 n0=1.465), 내측 클래드 영역(54)의 주매질 및 외측 클래드 영역(55)은 순 실리카(굴절율 n2및 n3=1.444)이다. 구간 a에서는 빈 구멍(43)을 포함하는 데 반해, 구간 b에서는 빈 구멍(43)을 포함하지 않기 때문에, 내측 클래드 영역(54)의 평균 굴절율 n1은 파이버 축방향에 변화한 상태로 되어 있다.
도 16은 광파이버(10I)의 구간 a 및 구간 b의 파장 분산 특성의 수치 시뮬레이션 결과를 도시하는 도이다. 여기서는 도 16에 도시하는 바와 같이, 파장 범위를 1510nm 내지 1600nm로 하였다. 구간 a에서는 양의 파장 분산과 음의 파장 분산슬로프를 갖고, 구간 b에서는 음의 파장 분산과 양의 파장 분산 슬로프를 갖는다. 특히, 파장 1550nm에서의 파장 분산 D 및 파장 분산 로프 S는
구간 a에서는
D=+29.7ps/nm/km,
S=-0.079ps/nm2/km이고,
구간 b에서는 D=-12.4ps/nm/km,
S=+ 0.033ps/nm2/km이다.
또한, 1550nm에서, 외측 클래드를 전파하는 광 파워의 비율 Poc는
0.0081이다.
도 17은 길이 1의 구간 b에 대하여, 길이 0.42의 구간 a를 조합한 경우의 평균 파장 분산 Davg를 도시하는 도이다. 평균 파장 분산 Davg및 평균 파장 분산 슬로프 Savg는 파장 1550nm에서 실질적으로 제로가 된다. 그러므로, 상기의 비율로 구간 a 및 구간 b를 갖는 광파이버 전송로에서는 1510nm 내지 1600nm의 넓은 파장 대역에서 평균 파장 분산의 절대치가 1ps/nm/km 이하가 된다. 한편, 도 16에 도시되는 바와 같이 국소 파장 분산의 절대치는 10ps/nm/km 이상으로 크다. 따라서, 누적 분산에 의한 광 펄스 확대와, 다른 파장의 광신호 간의 비선형 광학 현상에 의한 전송 품질 열화를 동시에 억제할 수 있다.
이와 같이, 제 4 실시예에 따른 광파이버라도, 파이버 단면내의 굴절율 분포를 파이버 축방향에 크게 변화시킬 수 있기 때문에, 파장 분산의 대파장 특성을 파이버 축방향에 크게 변화시킬 수 있다. 그러므로, 1종류의 파이버 구간으로 이루어지는 광파이버에서는 실현이 곤란 또는 불가능한 파장 분산 특성을 실현할 수 있다. 특히, 국소 파장 분산의 절대치가 크고, 누적 파장 분산의 절대치가 작다고 하는 특성을 실현할 수 있다.
또한, 파장 분산의 대파장 특성의 파이버 축방향에서의 변화를 적절히 설계함으로써, 1510nm 내지 1600 nm의 파장대에서의 파장 분산이 20ps/nm/km보다 큰 파이버 구간 a와, 그 파장대에서의 파장 분산이 -10ps/nm/km보다 작은 파이버 구간 b를 갖고, 그 파장대에서의 평균 파장 분산의 절대치가 1ps/nm/km보다도 작게 되는 광파이버를 실현할 수 있다. 본 실시예에 따른 광파이버에서는 종래의 분산 매니지먼트 파이버에 비해 파이버 단면내의 굴절율 분포를 파이버 축방향에 크게 변화시킴으로써, 파장 분산의 대파장 특성을 파이버 축방향에 크게 변화시킬 수 있기 때문에, 각 구간에서의 국소 파장 분산의 절대치를 종래 기술보다도 크게 할 수 있다. 그 결과, 누적 파장 분산에 의한 광 펄스 확대를 억제함과 동시에, 다른 파장의 광신호 사이에서의 비선형 광학 현상에 의한 전송 품질 열화를 종래 기술보다도 작게 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 광파이버에서는 종래의 분산 매니지먼트 파이버에 비해, 파이버 단면 내의 굴절율 분포를 파이버축 방향에 크게 변화시킴으로써, 파장 분산의 대파장 특성을 파이버 축방향에 크게 변화시킬 수 있다. 그러므로, 구간 510nm 내지 1600nm의 파장대에서의 파장 분산이 20ps/nm/km보다 큰 파이버 구간a와, 그 파장대에서의 파장 분산이 -10ps/nm/km보다 작은 파이버 구간 b를 갖고, 그 파장대에서의 평균 파장 분산의 절대치가 1ps/nm/km보다도 작고, 그 파장대에서 파이버 구간 a의 파장 분산 슬로프가 음임과 동시에 파이버 구간 b의 파장 분산 슬로프가 양인 광파이버를 실현할 수 있다. 그 결과, 종래 기술에 비해, 누적 파장 분산의 절대치가 소정의 값보다도 작게 되는 파장 범위를 확대하여, 전송 용량을 확대할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광파이버는 실질적으로 균일한 매질로 구성되는 코어 영역과, 코어 영역을 포위하는 내측 클래드 영역과, 내측 클래드 영역을 포위하여, 실질적으로 균일한 매질로 구성되는 외측 클래드 영역을 갖고, 코어 영역, 내측 클래드 영역, 및 외측 클래드 영역은 파이버 축을 따라서 신장하고, 코어 영역의 평균 굴절율 n0과, 내측 클래드 영역의 평균 굴절율 n1과, 외측 클래드 영역의 평균 굴절율 n2와의 사이에, n1<n2<n0이 되는 관계가 성립하는 광파이버에서, 내측 클래드 영역을 구성하는 주매질과는 다른 굴절율을 갖는 부매질로 이루어지고 파이버 축을 따라서 신장하는 부매질 영역이, 내측 클래드 영역에 3개 이상 포함되는 구성을 채용한다.
이러한 구성에 의해, 내측 클래드 영역의 평균 굴절율을, 부매질 영역이 없는 경우에 비해 크게 내릴 수 있기 때문에, 종래의 불순물 첨가형 광파이버에 비해 큰 음 분산, 큰 음 분산 슬로프, 큰 실행 코어 단면적, 및 작은 굴곡 손실을 실현하는 것이 가능해진다. 또한, 종래의 공기 클래드 광파이버와 달리, 외측 클래드영역이 광학 특성에 영향을 미치게 하는 결과, 종래의 공기 클래드 광파이버에 비해 큰 음 분산 및 큰 음 분산 슬로프를 실현할 수 있다. 또한, 도입하는 부매질 영역의 수를 대폭 저감할 수 있기 때문에, 재현성 양호하게 제조하는 것이 용이하여지고, 제조 비용도 저감할 수 있다. 또한, 종래의 미세 구조 광파이버에 비해 장력이나 측압에 대한 강도가 향상함과 동시에, 빈 구멍 표면의 0H기나 빈 구멍내의 수증기에 의한 흡수 손실의 발생의 가능성이 감소함으로써 제조나 접속이 용이하게 된다. 또한, 코어 영역의 굴절율이 외측 클래드 영역의 굴절율보다도 높기 때문에, 내측 클래드의 구멍이 찌부러진 경우일지라도 광도파 특성이 소실되지 않고, 융착 손실을 저감시킬 수 있다.
본 발명에 따른 광파이버는 광전주로 혹은 분산 보상파이버로서 적합하게 사용할 수 있다

Claims (16)

  1. 실질적으로 균일한 매질로 구성되는 코어 영역과, 상기 코어 영역을 포위하는 내측 클래드 영역과, 상기 내측 클래드 영역을 포위하고, 실질적으로 균일한 매질로 구성되는 외측 클래드 영역을 갖고, 상기 코어 영역, 상기 내측 클래드 영역, 및 상기 외측 클래드 영역은 파이버 축을 따라서 신장함과 동시에 광학 특성에 영향을 주는 영역이고, 상기 코어 영역의 평균 굴절율 n0과, 상기 내측 클래드 영역의 평균 굴절율 n1과, 상기 외측 클래드 영역의 평균 굴절율 n2와의 사이에 n1<n2<n0이 되는 관계가 성립하고,
    상기 내측 클래드 영역을 구성하는 주매질과 다른 굴절율을 갖는 부매질로 이루어지고 파이버축을 따라서 신장하는 영역이, 상기 내측 클래드 영역에 3개 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 광파이버.
  2. 제 1 항에 있어서, 소정 파장에서 상기 외측 클래드 영역을 전파하는 광 파워의 모든 광파워에 대한 비율이 0.008 이상인 것을 특징으로 하는 광파이버.
  3. 제 2 항에 있어서, 소정 파장에서 상기 외측 클래드 영역을 전파하는 광 파워의 모든 광파워에 대한 비율이 0.1 이상인 것을 특징으로 하는 광파이버.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 내측 클래드 영역에 포함되는 부매질로 이루어지는 영역이 50개 이하인 것을 특징으로 하는 광파이버.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 부매질로 이루어지는 영역이 파이버축을 중심으로 하는 4회 회전 대칭성이 실질적으로 성립하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광파이버.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 부매질로 이루어지는 영역이, 파이버 축을 중심으로 하는 1개 이상의 동심원의 원주상에 실질적으로 등간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광파이버.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 부매질로 이루어지는 영역이, 파이버 축을 중심으로 하는 원의 원주상에 실질적으로 등간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광파이버.
  8. 제 2 항에 있어서, 소정 파장에서의 기저 모드의 파장 분산이, -100ps/nm/km보다 작은 것을 특징으로 하는 광파이버.
  9. 제 2 항에 있어서, 소정 파장에서 양의 파장 분산을 가짐과 동시에 음의 파장 분산 슬로프를 갖는 것을 특징으로 하는 광파이버.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 코어 영역의 매질과, 상기 내측 클래드 영역의 주매질과, 상기 외측 클래드 영역의 매질은 불순물이 첨가되는 경우가 있는 석영계 유리이고, 상기 내측 클래드 영역의 부매질은 기체 또는 진공인 것을 특징으로 하는 광파이버.
  11. 광송신기와, 광파이버 전송로와, 광수신기로 이루어지는 광통신 시스템에 있어서,
    상기 광파이버 전송로가, 제 2 항에 따른 광파이버와, 상기 광파이버와 다른 부호의 파장 분산을 갖는 광파이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 파이버 통신 시스템.
  12. 제 2 항에 있어서, 상기 부매질로 이루어지는 영역의 단면적 및 굴절율의 적어도 한쪽이 상기 파이버 축방향으로 변화하고 있는 것을 특징으로 하는 광파이버.
  13. 제 12 항에 있어서, 소정 파장에서의 파장 분산이 소정의 양의 값보다 큰 제 1 종 파이버 구간과, 상기 파장에서의 파장 분산이 소정의 음의 값보다 작은 제 2 종 파이버 구간을 갖는 광파이버.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 종 파이버 구간에서는 소정 파장에서의 파장분산이 +1ps/nm/km보다 큼과 동시에, 상기 제 2 종 파이버 구간에서는 상기 파장에서의 파장 분산이 -1ps/nm/km보다 작고, 상기 파장에서의 파장 분산의 절대치가 1ps/nm/km를 하회하는 파이버 구간의 길이의 합계가 광파이버 전길이의 1/10 이하인 것을 특징으로 하는 광파이버.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 종 파이버 구간의 상기 파장에서의 파장 분산 슬로프와, 상기 제 2 종 파이버 구간의 상기 파장에서의 파장 분산 슬로프가, 부호를 달리하는 것을 특징으로 하는 광파이버.
  16. 제 2 항에 있어서, 상기 부매질을 포함하지 않는 복수의 파이버 구간이, 파이버 축방향에 간격을 두고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광파이버.
KR1020027013841A 2000-04-17 2001-04-17 광파이버 KR100816275B1 (ko)

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