KR20030051707A - 저감된 분산을 갖는 단일모드 광 도파관 섬유 - Google Patents

저감된 분산을 갖는 단일모드 광 도파관 섬유 Download PDF

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KR20030051707A
KR20030051707A KR10-2003-7005092A KR20037005092A KR20030051707A KR 20030051707 A KR20030051707 A KR 20030051707A KR 20037005092 A KR20037005092 A KR 20037005092A KR 20030051707 A KR20030051707 A KR 20030051707A
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 상대적으로 큰 실효면적을 갖고 낮은 분산을 갖는 단일 모드 광 도파관 섬유에 관한 것으로서, 반경, 굴절률 프로파일 및 상대 굴절률 퍼센트 각각을 한정하는 적어도 두개의 세그먼트를 갖는 세그먼트 코어를 포함한다. 광 도파관 섬유는 코어를 둘러싸서 접촉하고 있고, 상대 굴절률을 갖는 클래드 층을 또한 포함한다. 굴절률 프로파일은 1550nm의 파장에 대해 11 ps/nm-km 에서 14 ps/nm-km 범위 내의 전체 분산과, 0.045 ps/nm2-km에서 0.055 ps/nm2-km 범위 내의 전체 분산 기울기를 제공하도록 선택된다. 굴절률 프로파일은 60㎛2보다 크거나 같은 실효면적과 1550nm의 파장에 대해 0.22dB/km 보다 작거나 같은 감쇄를 제공할 수 있도록 선택된다.

Description

저감된 분산을 갖는 단일모드 광 도파관 섬유{SINGLE MODE OPTICAL WAVEGUIDE FIBER WITH REDUCED DISPERSION}
파장분할 다중기술은 대도시 지역 네트워크에 사용되는 전기통신시스템에 전형적으로 요구되고 있다. 이와 같은 시스템에 있어서의 데이터 속도는 고속이기 때문에 요구되는 대역폭은 고용량의 전송 용량을 제공할 수 있는 광대역이어야 한다. 대도시 지역 네트워크 내에서 사용되는 프라이머리 섬유인 단일모드 광 도파관 섬유는 적은 비용으로 제조하기 용이한 직접 변조 DFB(distributed feedback)레이저와는 사용될 수 없다는 심각한 단점을 가지고 있다. 직접 변조 DFB 레이저의 사용은 비선형 분산 뿐만 아니라 심각한 선형 분산에 기인하여 신호품질의 저하를 야기시킨다. 따라서 고가의 모듈화된 송신기 또는 전자흡수 DFB 레이저가 사용되어야만 한다.
다중전송에 사용되는 적합한 광도파관 섬유를 제공하는데 있어서, 전체분산(Total dispersion)은 제로는 아니지만 낮아야만 하고, 동작파장의 윈도우에 대하여 낮은 기울기를 가져야만 한다. 동작파장 대역에 대하여 전체분산을 제로가 되지 않도록 유지하는 것은 4 파장 혼합의 비 선형 분산 효과에 제한을 가한다.
분산을 저감하고 또한 다중기술을 이용하여 직접변조 DFB레이저와 함게 사용하는데 적합한 광도파관 섬유를 디자인 하는 경우, 다수의 다른 비선형 광학 효과를 고려하여야만 한다.
이와 같은 비선형 광학 효과는 4 파장 혼합, 자기 위상 변조, 교차 위상 변조 및 비선형 스케터링 등을 포함한다.
일반적으로, 넓은 실효면적(Aeff)을 갖는 광 도파관 섬유는 다중 기술을 이용하는 시스템에 있어서 신호의 열화를 야기하는 자기 위상 변조, 4파장 혼합, 교차 위상 변조 및 비선형 스케터링 등을 포함하는 비선형 광학효과를 저감시킨다. 세그먼트화된 코아를 구비한 광 도파관 섬유는 비선형 광학효과를 제한하면서 일반적으로 넓은 실효면적을 제공할 수 있다.
이와 같은 비선형 효과의 수학적인 표현은 P/Aeff비를 포함하며, 여기서 P는 광전력을 나타낸다. 예를 들면, 비선형 광학효과는 exp[P x Leff/Aeff]의 용어를 포함하는 식으로 표현될 수 있으며, 여기서 Leff는 유효길이이다. 따라서, 실효면적의 증가는 광신호의 열화에 대한 비선형 기여도의 감소를 일으킨다.
전기통신사업에 있어서의 더 큰 정보용량 및 직접변조 DFB 레이저와 같은 광원의 비용을 저감하기 위한 요구조건은 단일모드 광 도파관 섬유의 인텍스 분포 디자인에 대한 재평가를 초래하고 있다.
이와 같은 재평가의 중심은, 상기 언급한 바와 같은 비선형 효과를 저감시키고; 표준 단일 모드 광섬유보다 낮은 분산을 구비하고; 로우-워터 피크 감쇄(low-water peak attenuation)를 갖는 모든 대역 파장 분할 다중 장치에 사용하고; 1310nm 시스템에 적용가능 하며; 고강도, 피로 저항 및 굽힘 저항 등과 같은 도파관의 바람직한 특성을 유지시키는 광 도파관 섬유를 제공하는 데 있다.
상대적으로 제조하기 용이하고 또한 분산의 조정이 가능한 광 도파관 섬유 디자인은 낮은 비용과 부가되는 융통성으로 인하여 널리 이용되고 있다. 명세서상에 기술된 디자인은 포지티브 및 네거티브 값 사이를 교번하는 전체 분산을 초래하기 위하여 광 도파관 섬유 길이를 따라서 가변되는 도파관 분산에 있어서의 분산 유지 전략에 적합하다.
명세서 상에 참고 자료로써 전체적으로 개시된 미국 특허 제 4,715,679 (Bhagavatula)는 광 도파관 섬유에 융통성을 제공하는 상이한 프로파일을 갖는 코어 세그먼트 수단을 부가하는 구조의 개념에 대하여 공개 및 기술하고 있다. 세그먼트된 코어 개념은, 명세서 상에 기술된 바와 같이, 광 도파관 섬유 특성의 상이한 조합을 형성하는데 이용될 수 있다.
본 발명은 원격통신 시스템에 사용되는 단일모드 광 도파관 섬유에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비선형 분산을 저감하고 넓은 실효면적에 대하여 낮은 감쇠를 갖는 단일모드 광 도파관 섬유에 관한 것이다.
도 1은 단일 세그먼트 코어를 갖는 광 도파관 섬유의 굴절률 프로파일을 도시한 다이아그램.
도 2는 단일 세그먼트 코어를 갖는 또다른 광 도파관 섬유에 대한 굴절률 프로파일을 도시한 다이아그램.
도 3은 3-세그먼트 코어를 갖는 광 도파관 섬유의 굴절률 프로파일을 도시한 다이아그램.
도 4는 3-세그먼트 코아를 갖는 또다른 광 도파관 섬유의 굴절률 프로파일을 도시한 다이아그램.
도 5는 본 발명에 따른 새로운 광 도파관 섬유에 대한 구조 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 광섬유를 수용한 광섬유 통신 시스템의 구조도.
본 발명은 상대적으로 큰 실효면적을 갖는 상대적으로 낮은 전체분산(도파관 및 재료 분산의 합)의 이익을 제공하는 단일모드 광 도파관 섬유에 대한 필요성을 만족시킨다.
본 발명은 세그먼트화된 코아를 포함하는 단일모드 광 도파관 섬유에 관한것이다. 각각의 세그먼트는 굴절률 프로파일, 상대 굴절률 퍼센트, 내부 및 외부 반경으로 기술된다. 광도파관 섬유는 굴절률 프로파일을 가지며, 코어를 둘러싸서 접속하고 있는 클래드 층를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 인덱스 프로파일(Index profile)은 약 1550nm의 파장에 대해 11 ps/nm-km 에서 14 ps/nm-km의 범위내의 전체분산과, 약 1550nm의 파장에 대해 0.045 ps/nm2-km에서 0.055 ps/nm2-km의 범위내의 전체 분산 기울기, 60㎛2보다 크거나 같은 실효면적 및 약 1550nm의 파장에 대해 0.22dB/km보다 작거나 같은 감쇄를 제공하도록 선택된다.
본 발명의 상세한 설명부분에 기재된 본 발명의 부가적인 특징 및 장점은 이하 설명되는 상세한 설명부분에 기술되어 있으며, 이 기술분야의 숙련된 당업자에 의해 명백하게 이해될 뿐만 아니라 청구범위 및 첨부된 도면과 함께 상세한 설명부분에 기재된 본 발명을 수행함으로써 변경될 수 있을 것이다.
상술한 설명부분은 본 발명의 예시로서 청구범위에 기재된 본 발명의 특징을 이해하기 위한 개략적인 설명을 제공하기 위하여 의도된 것으로 이해되어야 한다.
첨부된 도면은 본 발명을 한층 더 이해하고 구체화 하기 위하여 제공되는 것으로서
본 발명의 명세서 부분을 구성한다. 도면은 본 발명의 원리 및 동작을 설명하는 상세한 설명부분과 함께 본 발명의 다양한 특징 및 실시예를 설명한다.
정의
다음의 정의는 기술분야에서 일반적으로 사용된다
- 코어 세그먼트의 반경은 세그먼트가 제조된 물질의 굴절률 계수에 의하여 규정된다. 파티큘러 세그먼트는 최초 및 최후 굴절률 포인트를 갖는다. 중심 세그먼트는 세그먼트의 최초 굴절률 포인트가 중심라인 상에 존재하기 때문에 제로의 내경을 갖는다. 중심 세그먼트의 외경은 도파관 중심라인으로부터 중심 세그먼트의 최종 굴절률 포인트에 이르는 반경이다. 중심라인으로부터 이격되어 최초 굴절률 포인트를 갖는 세그먼트에 있어서, 도파관 중심라인으로부터 최초 굴절률 포인트 위치까지의 반경은 해당 세그먼트의 내경이다. 또한, 도파관 중심라인으로부터 세그먼트의 최종 굴절률 포인트 위치 까지의 반경은 해당 세그먼트의 외경이다. 세그먼트의반경은 일련의 방법으로 편리하게 규정 될 수도 있다. 본 명세서 상에 있어서, 반경은 이하 상세하게 설명되는 특징에 의하여 규정된다.
- 굴절률 프로파일을 설명하기 위하여 사용되는 세그먼트 반경 및 굴절율의 정의 는 결코 본 발명을 한정하지는 않는다. 정의는 모형 계산을 수행하기 위하여 명세서 상에 규정되어 있고, 일관된 용어가 사용되어야만 한다. 이하 테이블에 설정된 모형계산은 도면상에 분류되고 또한 상세한 설명란에 기술된 기하학적 정의를 사용하여 제작된다.
- 실효면적은 일반적으로 다음과 같이 정의된다
Aeff= 2π(∫E2rdr)2/(∫E4rdr), 여기서 적분 한계치는 0 에서 ∞이고, E는 전파광과 관련된 전계이다.
- 모드 필드 직경, 즉 Dmf는 Peterman Ⅱ방법을 사용하여 측정되고, 여기서 2w=Dmf이고, W2= (2∫E2rdr)/∫[dE/dr]2rdr)이고, 적분 한계치는 0 에서 ∞이다.
- 세그먼트의 상대 인덱스, 즉 명세서 상에 사용되는 △%는 다음과 같은 식으로 정의 된다.
△% = 100 x (ni-nc)/nc, 여기서 ni는 i로서 표시된 인덱스 프로파일 세그먼트의 최대 굴절률 이고, 레퍼런스 굴절률 nc는 클래드 층의 최소 인덱스 프로파일이다. 세그먼트의 모든 포인트는 연관된 상대 인덱스 프로파일을 갖는다. 최대 상대 인덱스 프로파일은 일반 형상으로 알려진 세그먼트를 편리하게 특징화 하는데 사용된다.
- 굴절률 프로파일 또는 인덱스 프로파일은 △% 사이의 관계이거나 또는 선택된 코어 세그먼트에 대한 굴절률과 반경 사이의 관계이다.
- 알파 프로파일은 다음과 같은 식으로 표현될 수 있는 굴절률 프로파일을 나타낸다.
n(r) = no(1-△[r/a]α), 여기서 r은 코어 반경이고, △는 상술한 바와 같은 세그먼트의 상대 인텍스이고, a 는 프로파일 세그먼트의 최종 포인트 이고, α-프로파일의 최초 포인트의 r 값은 프로파일 세그먼트의 최초 포인트의 위치에 따라서 선택되고, α는 프로파일 형상을 규정하는 지수이다. 다른 인덱스 프로파일은 스텝 인덱스, 사다리꼴 인덱스 및 라운드화된 스텝 인덱스를 포함하고, 상기 인덱스에 존재하는 라운딩은 일반적으로 급속 굴절률 변화의 지역에 있어서의 불순물 확산에 기인한다.
- 전체 분산은 구조분산과 재료분산의 대수합으로서 정의된다. 전체 분산은 이 기술분야에서 색체 분산으로서 또한 언급된다. 전체 분산의 단위는 ps/nm-km 이다.
- 굴절률 프로파일은 일반적으로 형태가 상이한 관련된 유효 굴절률 프로파일을 갖는다. 유효 굴절률 프로파일은 도파괸 성능의 변경없이 관련된 굴절률 프로파이롤 대체될 수 도 있다.
- 광 도파관 섬유의 굽힘 저항은 규정된 테스트 조건하에서 유도 감쇠로서 표현된다. 명세서 상에서 언급되는 굽힘 테스트는 도파관 광섬유의 상대 저항과 굽힘을비교하기 위하여 사용되는 핀 어레이 벤드 테스트 이다. 테스트를 수행하는데 있어서, 감쇠 손실은 본래 유도 굽힘 손실을 가지고 있지 않은 광 도파관 섬유에 대하여 측정된다. 이후, 광 도파관 섬유를 핀 어레이를 통하여 구불구불한 형태로 직조하여 감쇠를 다시 측정한다. 굽힘에 의해 유도된 손실은 2개의 측정된 감쇠치 사이의 차이다. 핀 어레이는 단일 방향의 일렬로 배열된 열개의 원통형 핀 세트로서 평탄면의 고정 위치에 수용되어 있다. 핀 중심간의 공간인 핀 스페이싱은 5 mm 이고, 핀 직경은 0.67 mm이다. 테스트 하는 동안에, 핀과 광섬유 사이에 접촉이 있는 핀 표면 부분에 구불부불하게 직조된 광도파관 섬유를 일치시키기 위하여 충분한 장력을 인가한다.
본 발명의 명세서 상에 기술되거나 또는 공개된 세그멘트화된 광 도파관 섬유는 일반적으로 세그멘트화된 코아를 구비한다. 세그멘트 각각은 굴절률 프로파일, 상대 굴절률 퍼센트, △i% 및 외경 ri로서 표현된다(도 5).(세그먼트의 내경은, 중심 세그먼트인 경우, 중심라인 또는 선행 세그먼트의 외경중의 하나이고, 세그먼트의 카운팅은 도파관의 중심라인에서 시작하여 외부로 진행된다). 반경 r 및 세그먼트의 상대 인덱스인 △상의 첨자 i는 특정 세그먼트를 나타낸다. 세그먼트는 도파관 장축 센터라인을 포함하는 최내측 세그먼트로 부터 1에서 n으로 순서가 정하여 진다. 굴절율 nc를 갖는 클레드 층은 코아를 둘러싼다.
코아의 각 세그먼트의 반경, 상대 굴절율 퍼센트 및 굴절율 프로파일은 다음의 조건, 즉 1550nm에서 0.22dB/km 보다 크지 않은 감쇠; 1270nm 에서 1350nm 범위에서의 제로 분산 파장; 1550nm에서 11.0 ps/nm-km 에서 14.0 ps/nm-km의 범위내의 전체분산; 1550nm에서 0.045 ps/nm2-km에서 0.055 ps/nm2-km의 범위내의 분산 기울기; 1550nm 에서 60㎛2보다 큰 실효면적; 1280nm 이하인 케이블 형상 광섬유의 컷오프 파장; 및 0.1 ps/내지 0.25 ps/범위내의 편광 모드 분산을 제공할 수 있도록 선택된다. 본 발명 명세서의 신규 세그먼트 코아 디자인을 상술한 바와 같이 분류된 소정의 특성을 디스플레이 한다.
도 1은 코아 굴절률 프로파일의 일반적인 표현을 도시한 것으로서, 도파관 반경에 대한 상대 굴절률 퍼센트를 나타낸다. 도 1은 단일 세그먼트 코아만을 나타내고 있으나, 기능적인 요구조건은 단일 세그먼트 이상을 갖는 코아를 형성함으로써 충족 될 수도 있다고 이해될 수 있다. 그러나, 일반적으로 적은 수의 세그먼트를 구비한 실시예를 제조하는데 용이하고, 이에 의거하여 적은 수의 세그먼트를 구비한 실시예가 바람직 하다.
새로운 광도파관 섬유의 인덱스 프로파일 구조 특징은 포지티브 △%를 갖는 코아 세그먼트(10)에 의해 표시된다. 도시된 광도파관 섬유 코아의 중심 세그먼트 (10)는 α형상의 프로파일을 갖는다. 굴절율 프로파일은 소정의 도파로 광섬유 특성을 제공하는 코어 디자인에 도달하는 데 적용될 수도 있다.
도 2는 새로운 광 도파관 섬유 코어 디자인의 다른 단일 세그먼트 변환을 도시한다. 본 디자인에 있어서, 새로운 광 도파관 섬유는 α형상의 프로파일을 갖는 중심 코어 세그먼트(20)를 포함한다.
도 3은 새로운 광 도파관 섬유 코어 디자인의 3 세그번트 코아 변환을 도시한다. 본 디자인에 있어서, 새로운 광도파관 섬유의 코어는 중심 세그먼트(30), 중심 세그먼트 (30)를 둘러싸서 인접하는 제 1 환형 세그먼트(32) 및 제 1환영 세그먼트(32)를 둘러싸서 인접하는 제 2 환형 세그먼트(34)를 포함한다. 중심 세그먼트 (30)는 α형상의 프로파일을 갖는 반면에, 제 1 환형 세그먼트(32) 및 제 2 환영 세그먼트(34) 각각은 스텝 형상의 프로파일을 갖는다.
도 4는 새로운 광 도파관 섬유 코어 디자인의 3 세그번트 코아에 대한 다른 변환을 도시한다. 이 경우에 있어서, 코어에는 중심 세그먼트(40), 제 1 환형 세그먼트(42) 및 제 2 환형 세그먼트(44)가 구성되어 있다. 중심 세그먼트(40)는 α형상의 프로파일을 갖는 반면에, 제 1 환형 세그먼트(42) 및 제 2 환영 세그먼트(34) 각각은 스텝 형상의 프로파일을 갖는다. 상기 각각의 실시예와 관련된 특성은 이하 예시에서 설명되는 바와 같이 상호간에 다양하게 가변된다.
도 1, 2, 3 및 도 4 각각에 표시된 라인 (12), (22), (36) 및 (46)은 세그먼트의 △% 특징을 계산하기 위하여 사용되는 클레딩의 굴절률을 나타낸다. 또한, 도 1, 2, 3 및 도 4의 프로파일의 코너 라운딩은, 중심라인 굴절률 저하(14), (24), (38) 및 (48)와 같이, 도파관 섬유를 제조하는 과정에서 불순물의 확산으로 인한 것일 수도 있다. 이와 같은 확산은, 항상 필요한 것은 아니지만, 도핑스텝에서 보상하는 것이 가능하다. 컴퓨터 모델은 프로파일 라운딩을 고려하도록 조정될 수 있다. 이와 같은 조정은 라운딩이 계산된 광섬유 특성에 있어서의 심각한 변화에 의해 초래되는 경우에 적용된다.
예 1
도 1의 도표는 단일 중심 세그먼트(10)와 내부 클레딩(12)을 구비한 새로운 도파관 코어의 실시예이다. 중심 코어 또는 제 1 세그먼트(10)는 약 0.66%의 상대 인덱스 △1와 4.7㎛의 외부 반경(50) r1(도 5 참조)를 갖는다. 중심 세그먼트(10)의 외부 반경 r1은 내부 클래딩(12)의 내부 반경이다. 따라서, 외부반경 ri는 중심 세그먼트(10)와 내부 클래딩(12)의 교차이다. 이 경우에 있어서, 교차점은 라인(16)으로 표시되는 중심 세그먼트(10)의 인덱스 프로파일의 연장된 경사부와 도시된 예시에서는 0%인 다수의 네가티브 포인트 또는 굴절율 프로파일 포인트 축으로 정의 되는 수평축(18)간의 교차부 이다.
컴퓨터 모델을 사용하여 계산된 도 1의 광도파관 섬유의 특성이 표 1에 주어진다.
제로 분산 파장(nm) 1315
분산 기울기(ps/nm2-km) 0.057
모드 필드 직경(㎛) 9.44
실효면적(㎛2) 67.8
케이블 컷오프 파장(nm) 1149
핀 어레이 벤딩 손실(dB) 6.6
감쇠(dB/km) 0.201
본 예시에 있어서, 실효면적은 약 67.8㎛2이고, 핀 어레이 벤드손실은 약 6.6dB이고, 합성 도파관의 감쇠는 약 0.201 dB/km 이다.
예 2
중심 세그먼트(20)를 갖는 새로운 도파관의 다른 실시예가 도 2에 도시되어있다. 본 실시예에 있어서, 중심 세그먼트(20)는 약 0.57의 포지티브 상대 인덱스 △1% 를 갖는다. 제 2 실시예를 위한 반경은 예 1에 설정된 규칙을 이용하여 계산된다. 중심 세그먼트(20)의 반경(60)인 r1은 약 4.2㎛이다.
표 2는 도 2의 굴절률 프로파일에 대한 계측 특징을 설정하고 있다.
제로 분산 파장(nm) 1306
분산 기울기(ps/nm2-km) 0.057
모드 필드 직경(㎛) 9.55
실효면적(㎛2) 71.8
케이블 컷오프 파장(nm) 1178
핀 어레이 벤딩 손실(dB) 7.64
감쇠(dB/km) 0.206
본 예시에 있어서, 실효면적은 약 71.8㎛2이고, 핀 어레이 벤딩손실은 약 7.64dB이고, 합성 도파관의 감쇠는 약 0.206 dB/km 이다.
예 3
다음 표는 소망의 도파관 성능 타겟을 형성하는 단일 세그먼트 코어 도파관에 대한 굴절률 프로파일의 다른 예를 포함한다.
코아 델타(%) 0.450
코아 반경(㎛) 3.500
제로 분산 파장(nm) 1312.4
분산 기울기(ps/nm2-km) 0.056
모드 필드 직경(㎛) 9.549
실효면적(㎛2) 70.62
케이블 컷오프 파장(nm) 705
핀 어레이 벤딩 손실(dB) 12.79
감쇠(dB/km) 0.204
예 4
도 3의 다이아그램은 3 세그먼트(30),(32) 및 (34)와 내부 클레딩(36)를 구비한 노블 도파로 코어의 일 예이다. 제 1 세그먼트(30)의 중심 코어는 약 0.66%의 상대 인덱스 △1와 4.43㎛의 외부 반경(50)인 r1를 갖는다(도 5참조). 주위를 둘러사는 제 1환형 세그먼트 또는 제 2 세그먼트(32)는 약 0.025 퍼센트의 상대 인덱스 △2%를 갖는다. 중심 세그먼트(30)의 외부 반경인 r1(70)은 또한 제 1환형 세그먼트(32)의 내부 반경이다.
본 규정은 남아 있는 모든 예와 상기 예에 대응하는 도면에 일치하여 사용될 것이다. 따라서, 외부 반경인 r1(70)은 중심 세그먼트와 제 1환형 세그먼트의 교차선이다. 이 경우에 있어서, 교차점은 라인(31)으로 표시되는 중심 세그먼트(30)의 인덱스 프로파일의 연장된 경사부와 도시된 예시에서는 0%인 다수의 네가티브 포인트 또는 굴절률 프로파일 포인트 축으로 정의 되는 수평축(33)간의 교차선이다.
제 1환형 세그먼트(32)의 외부 반경인 r2(72)는 약 9.635㎛ 이고, 광섬유 중심라인에서부터 제 2 환형 세그먼트(34) 경사부의 최대 상대 인덱스 포인트의 절반 부분에 걸쳐있는 수직라인까지 측정된다. 최대 상대 인덱스 포인트의 절반 부분은 클래드 층, 예를 들면 참조로서 △% = 0인 클래드 층을 사용하여 결정된다. 예를 들면, 도 3에 있어서, 제 2 환형 세그먼트는 △% = 0인 클레드 층에 상대적으로 약 0.128%의 상대 인덱스 △3%를 갖는다. 수직 점선 라인(35)는 △3%의 크기의 반에해당하는 0.064%포인트에 걸려있다. 제 2 환형 세그먼트의 중심 반경(74)은 약 10.4㎛인 반면에, 제 2 환형 세그먼트의 외부반경인 r3(76)는 약 11.165이다. 명세서 상에 공개 및 기재된 최종 프로파일 세그먼트는 중심반경(센터라인으로부터 세그먼트 프로파일의 기하학적 중심에 이르는 반경)과 굴절율 프로파일의 크기의 절반에 해당하는 사이의 거리로서 정의되는 폭에 의하여 정의된 위치를 갖는다. 명세서 전반에 있어서, 세그먼트 폭의 본 정의는 유지된다. 제 2 환형 세그먼트(34)의 폭(37)은 약 1.53㎛이다. 내부 클레딩의 상대 인덱스는 0%이다.
컴퓨터 모델을 사용하여 계산된 도 3의 광 도파관 섬유의 특성이 표 4에 주어진다.
제로 분산 파장(nm) 1322
분산 기울기(ps/nm2-km) 0.057
모드 필드 직경(㎛) 9.43
실효면적(㎛2) 70
케이블 컷오프 파장(nm) 1533
핀 어레이 벤딩 손실(dB) 2.0
감쇠(dB/km)) 0.209
본 예시에 있어서, 실효면적은 약 70㎛2이고, 핀 어레이 벤딩손실은 약 2.0dB이고, 합성 도파관의 감쇠는 약 0.209 dB/km 이다.
예 5
도 4는 중심 세그먼트(40), 제 2세그먼트 또는 제 1 환형 세그먼트(42) 및 제 3 세그먼트 또는 제 2 환형 세그먼트(44)를 포함하는 3 세그먼트를 갖는 새로운 도파관의 다른 예를 도시한다. 상기 예에 있어서, 중심 세그먼트(40)는 약 0.66%의상대 인덱스를 갖고, 제 1 환형 세그먼트(42)는 약 0.025%의 상대 인덱스를 갖고, 제 2 환형 세그먼트(44)는 약 0.212%의 상대 인덱스를 갖는다. 내부 클레딩(46)은 0%의 상대 인덱스를 갖는다.
제 2 실시예를 위한 반경은 예 4에 설정된 규정을 사용하여 계산한다. 중심 세그먼트(40)의 반경인 r1(80)은 약 4.21㎛이다. 제 1 환형 세그먼트(42)의 외부 반경인 r2(82)는 약 8.87㎛이다. 제 2환형 세그먼트의 중심 반경(84)은 약 9.69㎛인 반면에, 제 2 환형 세그먼트(44)용 외부 반경인 r3(86)은 약 10.51㎛이다.
테이블 5는 도 4의 굴절율 프로파일에 대한 계측 특징을 설정하고 있다.
제로 분산 파장(nm) 1317
분산 기울기(ps/nm2-km) 0.055
모드 필드 직경(㎛) 9.69
실효면적(㎛2) 67
케이블 컷오프 파장(nm) 1721
핀 어레이 벤딩 손실(dB) 0.5
감쇠(dB/km)) 0.210
본 예시에 있어서, 실효면적은 약 67㎛2이고, 핀 어레이 벤딩손실은 약 0.5dB이고, 합성 도파관의 감쇠는 약 0.210 dB/km 이다.
다음 표 6은 원하는 도파관 성능 타켓을 구현하는 세그먼트 코어 도파관의 굴절률 프로파일의 계열을 효과적으로 규정하는 예 6-16을 포함한다. 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 반경을 한정하는 규정이 테이블 6에 기재되어 있다. 예를 들면 최종 환형 세그먼트의 반경은 중심반경으로 이해되고 세그먼트 폭은 세그먼트 굴절율 프로파일의 최대 포인트의 반에 해당하는 간격간의 거리로서 정의 된다.
EX. 6 EX. 7 EX. 8 EX. 9 EX. 10 EX. 11
중심 세그먼트델타(%) 0.464 0.470 0.470 0.460 0.460 0.460
중심 세그먼트 반경(㎛) 3.900 3.900 3.900 3.900 3.900 3.900
제 1 환형 세그먼트델타(%) 0.025 0.050 0.020 0.025 0.025 0.025
제 2 환형 세그먼트델타(%) 0.150 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200
제 2 환형세그먼트 반경(외부 또는 중심)(㎛) 9.000 9.000 10.000 9.000 9.000 9.000
제 2 환형세그먼트 폭(㎛) 3.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000
제 3환형 세그먼트델타(%) 0.03 --- --- --- 0.00 0.03
제 3 환형 세그먼트반경(중심)(㎛) 12.0 --- --- --- 16.00 12.00
제 3 환형 세그먼트폭(㎛) 3.0 --- --- --- 12.0 4.0
제로 분산 파장(nm) 1309.4 1306.0 1283.1 1304.4 1305.4 1306.9
분산 기울기 (ps/nm2-km) 0.055 0.057 0.054 0.055 0.055 0.055
모드 필드 직경(㎛) 9.471 9.507 9.144 9.410 9.425 9.443
실효면적(㎛2) 70.62 68.76 64.01 67.50 67.64 67.88
케이블 컷오프 파장(nm) 1207 1204 1005 1156 1155 1195
핀 어레이 벤딩 손실(dB) 0.57 0.34 0.50 0.55 0.57 0.58
감쇠(dB/km)) 0.197 0.208 0.203 0.197 0.197 0.197
EX. 12 EX. 13 EX. 14 EX. 15 EX.16
중심 세그먼트델타(%) 0.460 0.410 0.410 0.410 0.410
중심 세그먼트 반경(㎛) 3.900 3.900 3.900 3.900 3.900
제 1 환형 세그먼트 델타(%) 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025
제 2 환형 세그먼트 델타(%) 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150
제 2 환형세그먼트 반경(외부 또는 중심) (㎛) 9.000 9.000 9.000 9.000 9.000
제 2 환형세그먼트 폭(㎛ 3.000 3.000 2.500 2.000 2.000
제 3 환형세그먼트델타(%) 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
제 3 환형세그먼트 반경(중심)(㎛) 12.00 12.00 12.00 12.00 11.00
제 3 환형 세그먼트폭(㎛) 3.0 3.0 3.5 4.0 2.0
제로 분산 파장(nm) 1309.4 1334.6 1325.6 1317.6 1316.8
분산슬로프(ps/nm2-km) 0.055 0.058 0.058 0.057 0.057
모드 필드 직경(㎛) 9.471 10.166 10.060 9.972 9.961
실효면적(㎛2) 68.23 78.06 76.42 75.09 74.94
케이블 컷오프 파장(nm) 1207 1197 1147 1096 1075
핀 어레이 벤딩 손실(dB) 0.57 3.24 3.29 3.31 3.28
감쇠(dB/km)) 0.197 0.195 0.195 0.195 0.195
도 1-4의 프로파일은 표 1-6에 설정된 프로파일과 유사한 성능을 표시하는 프로파일 그룹의 일원들 이다. 도 1-4와 일치하고 본질적으로 유사한 기능 파라메터를 갖는 굴절률 프로파일 그룹은 중심 세그먼트에 대하여 약 0.35% 에서 0.55% 범위에 있는 상대 인덱스와, 제 1 환형 세그먼트에 대하여 약 0% 에서 0.1% 범위에 있는 상대 인덱스 △1%와, 제 2 환형 세그먼트에 대하여 약 0.1% 에서 0.2% 범위에있는 상대 인덱스 △2% 및 제 3 환형 세그먼트에 대하여 약 0% 에서 0.3% 범위에 있는 상대 인덱스 △3%를 갖는다. 각 그룹에 대한 해당 반경은 약 3.5㎛에서 4.5㎛ 범위의 r1과, 제 2 환형 세그먼트의 중심 반경에 대해 약 8.0㎛에서 10.0㎛ 범위 및 제 3 환형 세그먼트의 중심 반경에 대해 약 11.0㎛에서 16.0㎛ 범위내에 있다.
도 6에 도시되어 있고, 또한 본 발명과 일치하는 바와 같이, 광섬유(90)는 본 발명에 일치하여 제작되어 광섬유 통신 시스템(92)에 사용된다. 광섬유 통신 시스템(92)은 수신기(94)와 송신기(96)를 포함하고, 여기서 광섬유(90)는 동신기(96)와 수신기(94)간의 광신호의 전송을 수행한다. 대부분의 시스템에 있어서, 광섬유 (90)의 각 단부는 2방향 통신이 가능하고, 송신기(96)와 수신기(94)만을 설명을 위하여 도시되어 있다.
본 발명에 의해 형성된 광섬유의 굴절율 프로파일 및 단면 프로파일은 OVD 및 MCVD를 포함하는 기술 분야의 숙련된 기술자에 의해 공지된 제조 기술을 사용하여 달성될 수 있으며, 여기서 기술은 OVD 및 MCVD에 한정되지는 않는다.
해당 기술분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 바람직한 실시예를 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이다.

Claims (23)

  1. 반경, 굴절률 프로파일 및 상대 굴절률 퍼센트를 한정하는 중심 세그먼트를 갖는 세그먼트 코아; 및
    상기 코어를 둘러싸서 접촉하여 반경을 한정하며, 굴절률 프로파일과 상대 굴절률 퍼센트를 갖는 클래드 층을 구비하고;
    상기 굴절률 프로파일은,
    약 1550nm의 파장에 대해 11 ps/nm-km 에서 14 ps/nm-km 범위 내의 전체 분산과; 0.045 ps/nm2-km에서 0.055 ps/nm2-km 범위 내의 전체 분산 기울기와; 약 1550nm의 파장에 대해 60㎛2보다 크거나 같은 실효면적; 및 약 1550nm의 파장에 대해 0.22dB/km 보다 작거나 같은 감쇄를 제공할 수 있도록 선택된 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 굴절률 프로파일은,
    편광 모드 분산이 0.01 ps/에서 0.25 ps/의 범위 내가 되도록 선택된 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 굴절률 프로파일은,
    케이블 컷오프 파장이 약 1280nm가 되도록 또한 선택된 것을 특징으로 하는단일 모드 광 도파관 섬유.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 굴절률 프로파일은,
    모드 필드 직경이 약 9.0㎛ 에서 10.2㎛의 범위내가 되도록 또한 선택된 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 코아는,
    상기 중심 세그먼트에 인접하는 제 1 환형 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 코아는,
    상기 제 1 환형 세그먼트에 인접하는 제 2 환형 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 코어의 세그먼트 중 적어도 하나는 α-프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 중심 세그먼트는 α-프로파일을 형성하고, 상기 제 1 환형 세그먼트는스텝 프로파일을 형성하고, 상기 제 2 환형 세그먼트는 스텝 프로파일을 형성하는것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 코어는,
    상기 제 2 환형 세그먼트에 인접하는 제 3 환형 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 중심 코어 및 상기 제 1 환형 코어, 상기 제 2 환형 코어 및 상기 제 3 환형 코어 각각은 스텝 프로파일을 형성하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 코어의 모든 세그먼트의 상대 굴절률은 포지티브인 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 코어의 세그먼트 중 적어도 하나는 α-프로파일을 형성하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 코어 세그먼트는 α-프로파일을 형성하고, 상기 제 1 환형 세그먼트는 스텝 프로파일을 형성하고, 상기 제 2 환형 세그먼트는 스텝 프로파일을 형성하고, 상기 제 3 환형 프로파일은 스텝 프로파일을 형성하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 코어의 모든 세그먼트의 상대 굴절률은 포지티브인 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  15. 반경, 굴절율 프로파일 및 상대 굴절율 퍼센트를 한정하는 중심 세그먼트를 갖는 세그먼트 코아; 및
    상기 코어를 둘러싸서 접촉하여 반경을 한정하며, 굴절율 프로파일과 상대 굴절율 퍼센트를 갖는 클래드 층을 구비하고;
    상기 중심 세그먼트의 반경 및 상대 굴절률 퍼센트는,
    상기 중심 세그먼트의 상대 굴절률 퍼센트가 0.35% 에서 55%이고; 상기 중심 세그먼트의 외부 반경이 3.5㎛에서 4.5㎛ 범위가 되도록 선택되고,
    상기 굴절률 프로파일은,
    약 1550nm의 파장에 대해 11 ps/nm-km 에서 14 ps/nm-km 범위 내의 전체 분산과; 약 1550nm의 파장에 대해 0.045 ps/nm2-km에서 0.055 ps/nm2-km 범위 내의 전체 분산 기울기와; 약 1550nm의 파장에 대해 60㎛2보다 크거나 같은 실효면적; 및 약 1550nm의 파장에 대해 0.22dB/km 보다 작거나 같은 감쇠를 제공할 수 있도록 선택된 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  16. 반경, 굴절율 프로파일 및 상대 굴절율 퍼센트를 한정하는 중심 세그먼트를 갖는 세그먼트 코아; 및
    상기 코어를 둘러싸서 접촉하여 반경을 한정하며, 굴절율 프로파일과 상대 굴절율 퍼센트를 갖는 클래드 층을 구비하고;
    상기 코어는 중심 세그먼트를 둘러싸고 상대 굴절률 퍼센트, 내부 및 외부 반경을 한정하는 제 1 환형 세그먼트를 포함하고,
    상기 제 1 환형 세그먼트의 반경 및 상대 굴절률 퍼센트는,
    상기 제 1 환형 세그먼트의 상대 굴절률이 0% 에서 0.1%이고; 상기 제 1 환형 세그먼트의 외부 반경이 6.0㎛에서 12.0㎛ 범위가 되도록 선택되고,
    상기 굴절률 프로파일은,
    약 1550nm의 파장에 대해 11 ps/nm-km 에서 14 ps/nm-km 범위 내의 전체 분산과; 약 1550nm의 파장에 대해 0.045 ps/nm2-km에서 0.055 ps/nm2-km 범위 내의 전체 분산 기울기와; 약 1550nm의 파장에 대해 60㎛2보다 크거나 같은 실효면적; 및약 1550nm의 파장에 대해 0.22dB/km 보다 작거나 같은 감쇠를 제공할 수 있도록 선택된 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유
  17. 반경, 굴절율 프로파일 및 상대 굴절율 퍼센트를 한정하는 중심 세그먼트를 갖는 세그먼트 코아; 및
    상기 코어를 둘러싸서 접촉하여 반경을 한정하며, 굴절율 프로파일과 상대 굴절율 퍼센트를 갖는 클래드 층을 구비하고;
    상기 코어는 제 1 환형 세그먼트를 둘러싸고 상대 굴절률 퍼센트, 내부 및 외부 반경을 한정하는 제 2 환형 세그먼트를 포함하고,
    상기 제 2 환형 세그먼트의 반경 및 상대 굴절률 퍼센트는,
    상기 제 2 환형 세그먼트의 상대 굴절율이 0.1% 에서 0.2%이고; 상기 제 2 환형 세그먼트의 중심 반경이 8.0㎛에서 10.0㎛ 범위이고; 상기 제 2 환형 세그먼트의 폭이 0.5㎛ 에서 4.0㎛의 범위가 되도록 선택되고,
    상기 굴절률 프로파일은,
    약 1550nm의 파장에 대해 11 ps/nm-km 에서 14 ps/nm-km 범위 내의 전체 분산과; 약 1550nm의 파장에 대해 0.045 ps/nm2-km에서 0.055 ps/nm2-km 범위 내의 전체 분산 기울기와; 약 1550nm의 파장에 대해 60㎛2보다 크거나 같은 실효면적; 및 약 1550nm의 파장에 대해 0.22dB/km 보다 작거나 같은 감쇠를 제공할 수 있도록 선택된 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  18. 반경, 굴절율 프로파일 및 상대 굴절율 퍼센트를 한정하는 중심 세그먼트를 갖는 세그먼트 코아; 및
    상기 코어를 둘러싸서 접촉하여 반경을 한정하며, 굴절율 프로파일과 상대 굴절율 퍼센트를 갖는 클래드 층을 구비하고;
    상기 코어는 제 2 환형 세그먼트를 둘러싸고, 상대 굴절률 퍼센트와 내부 및 외부 반경을 갖는 제 3 환형 세그먼트를 더 포함하고,
    상기 제 3 환형 세그먼트의 반경 및 상대 굴절률 퍼센트는,
    상기 제 3 환형 세그먼트의 상대 굴절률이 0% 에서 0.03%이고; 상기 제 3 환형 세그먼트의 중심 반경이 10㎛에서 15㎛ 범위이고; 상기 제 3 환형 세그먼트의 폭이 3.0㎛ 에서 12.0㎛의 범위가 되도록 선택되고,
    상기 굴절률 프로파일은,
    약 1550nm의 파장에 대해 11 ps/nm-km 에서 14 ps/nm-km 범위 내의 전체 분산과; 약 1550nm의 파장에 대해 0.045 ps/nm2-km에서 0.055 ps/nm2-km 범위 내의 전체 분산 기울기와; 약 1550nm의 파장에 대해 60㎛2보다 크거나 같은 실효면적; 및 약 1550nm의 파장에 대해 0.22dB/km 보다 작거나 같은 감쇠를 제공할 수 있도록 선택된 것을 특징으로 하는 단일 모드 광 도파관 섬유.
  19. 송신기와;
    수신기; 및
    반경, 굴절률 프로파일 및 상대 굴절률 퍼센트를 한정하는 중심 세그먼트를 갖는 세그먼트 코어와, 상기 코어를 둘러싸서 접촉하여 반경을 한정하며, 굴절률 프로파일과 상대 굴절률 퍼센트를 갖는 클래드 층을 포함하는 광 도파관 섬유를 포함하고,
    상기 굴절률 프로파일은,
    약 1550nm의 파장에 대해 11 ps/nm-km 에서 14 ps/nm-km 범위 내의 전체 분산과; 약 1550nm의 파장에 대해 0.045 ps/nm2-km에서 0.055 ps/nm2-km 범위 내의 전체 분산 기울기와; 약 1550nm의 파장에 대해 60㎛2보다 크거나 같은 실효면적; 및 약 1550nm의 파장에 대해 0.22dB/km 보다 작거나 같은 감쇠를 제공할 수 있도록 선택된 것을 특징으로 하는 광섬유 통신 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    광 도파관 섬유에 대한 중심 세그먼트의 반경 및 상대 굴절률 퍼센트는,
    중심 세그먼트의 상대 굴절률이 0.35% 에서 0.55%의 범위내에 있고; 중심 세그먼트의 외부 반경이 3.5㎛에서 4.5㎛의 범위내가 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 광섬유 통신 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    광 도파관 섬유의 코어는 중심 세그먼트를 둘러싸고 상대 굴절률 퍼센트, 내부 및 외부 반경을 한정하는 제 1 환형 세그먼트를 포함하고, 상기 제 1 환형 세그먼트의 반경 및 상대 굴절률 퍼센트는,
    상기 제 1 환형 세그먼트의 상대 굴절율이 0% 에서 0.1%의 범위내에 있고; 상기 제 1 환형 세그먼트의 외부 반경이 6.0㎛에서 12.0㎛의 범위내가 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 광섬유 통신 시스템.
  22. 제 19 항에 있어서,
    광 도파관 섬유의 코어는 제 1 환형 세그먼트를 둘러싸고 상대 굴절률 퍼센트, 내부 및 외부 반경을 한정하는 제 2 환형 세그먼트를 포함하고, 상기 제 2 환형 세그먼트의 반경 및 상대 굴절률 퍼센트는,
    상기 제 2 환형 세그먼트의 상대 굴절률이 0.1% 에서 0.2%의 범위내에 있고; 상기 제 2 환형 세그먼트의 중심 반경이 8.0㎛에서 10.0㎛의 범위내에 있고; 상기 제 2 환형 세그먼트의 폭이 0.5㎛에서 4.0㎛의 범위내가 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 광섬유 통신 시스템.
  23. 제 19 항에 있어서,
    광 도파관 섬유의 코어는 제 2 환형 세그먼트를 둘러싸고 상대 굴절률 퍼센트, 내부 및 외부 반경을 한정하는 제 3 환형 세그먼트를 더 포함하고, 상기 제 3 환형 세그먼트의 반경 및 상대 굴절률 퍼센트는,
    상기 제 3 환형 세그먼트의 상대 굴절률이 0% 에서 0.03%의 범위내에 있고; 상기 제 3 환형 세그먼트의 중심 반경이 10㎛에서 15㎛의 범위내에 있고; 상기 제 3 환형 세그먼트의 폭이 3.0㎛에서 12.0㎛의 범위내가 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 광섬유 통신 시스템.
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