KR20040037130A

KR20040037130A - Ｌ-밴드 분산 보상 광섬유 및 그를 포함하는 전송 시스템

Info

Publication number: KR20040037130A
Application number: KR10-2004-7004383A
Authority: KR
Inventors: 피터지이 헤브젠; 강 퀴; 루 장
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-05-04
Also published as: EP1430337A1; US20030059186A1; JP2005504334A; US20030063881A1; CN1646957A; US6807351B2; WO2003027737A1

Abstract

본 발명은 적어도 세 개의 세그먼트의 세그먼티드 코어를 구비하고 L-밴드에서 음수의 분산 및 음수의 분산 기울기를 구비한 분산 보상 광섬유("DC 광섬유")에 관한 것이다. 세그먼티드 코어의 굴절률 프로파일은 L-밴드의 파장 밴드, 즉 약 1570nm∼1620nm에서 작동하는 고성능 통신 시스템에 적절한 특성을 갖는 광섬유를 제공하도록 선택된다. 본 발명에 다른 DC 광섬유는 1595nm에서 -70ps/km-nm 내지 -225ps/km-nm의 총 분산 및 -0.7ps/km-nm²보다 음수의 분산 기울기를 나타낸다. DC 광섬유는 그 분산 및 분산 기울기를 보상하는 시스템에서 영(0)이 아닌 분산 편이 광섬유와 광학적으로 결합될 수 있다.

Description

Ｌ-밴드 분산 보상 광섬유 및 그를 포함하는 전송 시스템{L-band dispersion compensating fiber and transmission system including same}

보다 높은 데이터 속도는 정보통신 산업에 대하여 요구되고 있다. 그러므로, 고성능의 광섬유에 대한 연구가 원거리용을 설계하였고, 높은 비트 속도의 정보통신이 강화되었다. 그러나, 이 높은 데이터 속도는 그것과 관련된 페널티를 갖는다. 특히, 분산은 큰 유효 영역의 광섬유를 사용하는 시스템에 대하여 중요한 문제이다. 보다 상세하게는, 양수의 분산은 높은 데이터 속도의 전송 광섬유 길이의 함수로서 만들어진다. 케이블에 포함된 분산 보상(Dispersion Compensating; DC) 광섬유 또는 분산 보상 모듈(Dispersion Compensating Module; DCM)은 이러한 분산을 보상하도록 설계되어졌다. 일반적으로, 이들 광섬유는 짧은 길이의 DC 광섬유가 보다 긴 전송 부분의 양의 분산과 양의 기울기를 보상하도록 음의 기울기와 음의 분산을 구비한다. DC 광섬유의 좋은 일례는 2001년 9월 3일에 출원되고 공동으로 양도된 미국특허출원번호 09/802,696에서 알 수 있다. 1570nm∼1620nm의 L-밴드 작동에 대하여, DC 광섬유의 굽힘 성능과 분산 특성은 매우 중요하다. 이것은 DCM의 감겨진 스풀(spool)에 포함될 것인 DC 광섬유에서 특히 중요하다.

그러므로, (1) DCM에 포함될 때 L-밴드 파장 범위(1570nm∼1620nm)상에서 단일 모드가 되고; (2) 굽힘 유도 손실에 대하여 고강도, 저감쇠 및 허용 저항과 같은 통상적인 고성능의 광섬유 특성을 유지하며; (3) L-밴드에서 영(0)이 아닌 분산 편이 광섬유(Non-Zero Dispersion Shifted Fiber; NZDSF)의 분산에 대한 보상에서 특히 효과적인 DC 광섬유에 대한 요구가 있다.

정 의

다음의 정의는 본 기술분야에서 통상적인 사용법에 따른 것이다.

- 굴절률 프로파일(refractive index profile)은 굴절률과 광섬유 반지름 사이의 관계이다.

- 세그먼티드 코어(segmented core)는 예를 들어 중심 코어(central core)와 모우트(moat)와 같은 적어도 제 1 및 제 2 세그먼트(segment)를 구비한 것이다. 각각의 코어 세그먼트는 개별적인 굴절률 프로파일 및 최대와 최소 굴절률을 갖는다.

- 코어의 세그먼트들의 반지름은 굴절률 프로파일의 세그먼트들의 시작점과 끝점 또는 링 세그먼트(ring segment)의 경우 세그먼트의 중간점에 의하여 정의된다. 도 2는 본 명세서에서 사용된 반지름의 정의를 도시한 것이다. 동일한 정의는 도 3 내지 도 5에서 사용된다. 중심 코어 세그먼트(22)의 반지름 R₁은 DC 광섬유의 중심선(CL)에서부터 프로파일이 클래딩(cladding; 30)에 관하여 측정되는 상대 굴절률이 0이 되는 축과 교차하는 점까지 연장한 길이이다. 모우트 세그먼트(24)의 외부 반지름 R₂는 중심선에서부터 모우트의 외부 가장자리가 클래딩(30)에 관하여 측정되는 굴절률이 0이 되는 축과 교차하는 반지름 점까지 연장한 것이다. 반지름 R₃은 Δ₃%가 링 세그먼트(26)의 최대값의 절반이 되는 곳까지 측정된다. 링 세그먼트(26)의 절반-높이의 폭은 링 세그먼트(26)의 절반의 Δ%값에서 측정된다. 세그먼트(26)의 반지름 R₃은 중심선(CL)에서부터 절반-높이선의 부분(27)의 중간점(28)까지 연장한 것이다. 중간점(28)은 Δ₃%의 절반-높이 위치에서 링 세그먼트를 갖는 두 개의 교차점사이에 세그먼트(26)를 양분함으로써 형성된다. 반지름 R₄는 중심선(CL)에서부터 링 세그먼트(26)의 최외각 부분이 클래딩(30)에 관하여 측정되는 0의 굴절률 점과 만나는 점까지 측정된 것이다.

- 유효 영역(effective area)은 다음과 같이 정의된다.

A_eff= 2π(∫E²r dr)²/(∫E⁴r dr)

여기서 적분 한계는 0∼∞이고, E는 1595nm에서 측정되는 전달 광선에 관련된 전기장이다.

- 유효 지름(effective diameter) D_eff는 다음과 같이 정의된다.

D_eff= (2/π^1/2)A_eff ^1/2

- 프로파일 볼륨(profile volume)은 2π∫Δ% r dr로서 정의된다. 중심 코어 세그먼트(22)의 프로파일 볼륨은 광도파관의 중심선인 R=0에서부터 반지름 R₁까지 연장한 것이다. 링 세그먼트(26)의 프로파일 볼륨은 반지름 R₂에서부터 반지름 R₄에 링 세그먼트의 최종지점까지 연장한 것이다. 상대 굴절률이 차원이 없기 때문에 프로파일 볼륨의 단위는 %μm²이다. 프로파일 볼륨의 단위 %μm²는 본 명세서의 전체에 걸쳐 단위(unit)로서 간단하게 표시될 것이다.

- 용어 Δ%는 다음과 같은 식에 의해 정의되는 굴절률의 상대적인 측정치를 나타낸다.

Δ% = 100 (n_i ²-n_c ²)/2n_c ²

여기서 n_i는 달리 규정하지 않은 경우 개별적인 영역 i(예를 들면, 22, 24, 26)에서 최대 굴절률이고, n_c는 달리 규정하지 않은 경우 클래딩(예를 들면, 30)의 굴절률이다.

- 용어 α-프로파일(alpha profile)은 다음과 같은 식에 따라 Δ(b)%에 의하여 표현되는 굴절률 프로파일을 나타내며, 여기서 b는 반지름이다.

Δ(b)% = [Δ(b₀)(1-[｜b-b₀｜/(b₁-b₀)]^α)]100

여기서 b₀은 프로파일의 최대점이고, b₁은 Δ(b)%가 0이 되는 점이며, b는 b_i≤b≤b_f의 범위에 있고, Δ%는 상술한 바와 같이 정의되며, b_i는 α-프로파일의 시작점이고, b_f는 α-프로파일의 최종점이며, α는 실수인 지수이다. α-프로파일의 시작점과 최종점은 컴퓨터 모델에서 선택되고 입력된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, α-프로파일이 계단형 굴절률 프로파일로 선행되면, α-프로파일의 시작점은 α-프로파일과 계단형 프로파일의 교차점이다. 그 모델에서, 인접한 프로파일 세그먼트의 프로파일과 α-프로파일의 원활한 결합을 초래하기 위하여, 상기 식은 다음과 같이 정정된다.

Δ(b)% = [Δ(b_a)+[Δ(b₀)-Δ(b_a)]{1-[｜b-b₀｜/(b₁-b₀)]^α}]100

여기서 b_a는 인접한 세그먼트의 최초점이다.

- 핀 어레이 굽힘 테스트(pin array bend test)는 광섬유의 굽힘에 대한 상대적인 저항을 비교하는데 사용된다. 이 테스트를 수행하기 위하여, 광섬유가 어떠한 유도 굽힘 손실이 발생하지 않도록 정렬될 때, 감쇠 손실은 측정된다. 그 후에, 이 광섬유는 핀 어레이에 대하여 조립되고, 다시 감쇠가 측정된다. 굽힘에 의해 유도되는 손실은 두 개의 감쇠 측정치간의 차이이다. 핀 어레이는 단일 행에 정렬된 10개의 원통형 핀의 세트이고, 평평한 표면에 고정된 수직 위치에 유지된다. 핀의 간격은 중심에서 중심까지 5mm이다. 핀의 지름은 0.67mm이다. 광섬유는 인접한 핀들의 반대면을 통과하게 된다. 테스트 동안, 광도파관이 핀의 표면의일부에 일치시키는데 충분한 장력 하에 광섬유는 배치된다.

본 발명은 분산 보상 광섬유 및 그를 포함하는 전송 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 분산 보상 광섬유 및 상기 분산 보상 광섬유가 L-밴드(1570nm∼1620nm)에서 음수의 분산과 분산 기울기를 나타내는 전송 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 DC 광섬유의 다양한 세그먼트의 단면 사시도를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 DC 광섬유의 제 1 실시예의 Δ% 대 코어 반지름(μm)의 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 DC 광섬유의 제 2 실시예의 Δ% 대 코어 반지름(μm)의 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 DC 광섬유의 제 3 실시예의 Δ% 대 코어 반지름(μm)의 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 DC 광섬유의 제 4 실시예의 Δ% 대 코어 반지름(μm)의 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따른 DC 광섬유의 다양한 실시예에 대한 분산 대 파장의 좌표이다.

도 7은 본 발명에 따른 DC 광섬유의 다양한 실시예에 대한 분산 기울기 대 파장의 좌표이다.

도 8은 본 발명에 따른 DC 광섬유의 다양한 실시예에 대한 κ 대 파장의 좌표이다.

도 9는 본 발명에 따른 DC 광섬유를 포함하는 전송 시스템의 제 1 실시예의 개략도이다.

도 10은 본 발명에 따른 DC 광섬유를 포함하는 전송 시스템의 제 2 실시예의 개략도이다.

도 11은 본 발명에 따른 DC 광섬유의 제 5 실시예의 Δ% 대 코어 반지름(μm)의 그래프이다.

본 명세서에 공개되고 기술된 본 발명에 따른 DC 광섬유는 L-밴드에서 특정 NZDSF의 분산 및 분산 기울기에 대하여 보상하는데 특히 적합하다.

본 발명의 일실시예에 따라, DC 광섬유는 적어도 세 개의 세그먼트의 세그먼티드 코어를 구비하며, 각각의 세그먼트는 굴절률 프로파일, 굴절률 Δ% 및 반지름 범위를 구비하는 것으로 특징지어진다. DC 광섬유의 모든 굴절률 프로파일 구조는 약 1595nm에서 중간점을 갖는 L-밴드 파장 윈도우 및 약 1570nm∼1620nm의 파장 밴드에서 작동하도록 설계된 전송 시스템에 적합화되는 특성(속성)의 특정한 세트를 제공하도록 선택된다. 본 발명에 따른 DC 광섬유는 NZDSF에서 분산 및/또는 분산 기울기의 증진에 보상하는데 특히 적절하다. 그러므로, DC 광섬유는 전송 시스템을 형성하기 위하여 NZDSF에 결합될 수 있고, NZDSF, 바람직하게는 L-밴드에서의 분산 및/또는 기울기(가장 바람직하게는 모두)를 보상하도록 설계된다. DC 광섬유를 포함하는 전송 시스템은 광 증폭기, 파장 분할 다중 방식 작동기(Wavelength Division Multiplexing operation) 및 다른 통상적인 시스템 구성요소도 포함하는 것이 바람직할 것이다. 바람직하게는, DC 광섬유는 스풀상에 감겨지고, 하나의 모듈에 포함된다.

본 발명의 일실시예에 따라, 100km의 NZDSF 전송 광섬유를 사용하는 전송 시스템의 총 분산(측정 가능한 분산으로서 본 명세서에 정의됨 - 총 분산=총 분산+광도파관 분산+프로파일 분산) 및 본 발명의 DC 광섬유의 적절한 길이는 전체L-밴드(1570nm∼1620nm)에서 ±25ps/nm의 잔류 분산보다 작은 값을 가지는 시스템이 된다. 광섬유 프로파일은 1595nm에서 0.8dB/km보다 작은 우수한 감쇠를 나타내도록 본 발명에 따라 설계되었다. 게다가, 핀 어레이 테스트에 의해 측정된 것으로 굽힘 손실(bend loss)은 바람직하게는 25dB미만, 보다 바람직하게는 10dB미만, 가장 바람직하게는 3dB미만이다. 그러므로, 본 발명에 따른 DC 광섬유는 우수한 굽힘 손실을 나타내므로, 긴 길이의 NZDSF의 분산 및 분산 기울기를 보상하기 위한 전송 시스템에 이용되는 작은 지름의 DCM 상에 편리하게 감겨지고 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 코어의 각각의 세그먼트는 굴절률 프로파일에 의해 특징지어지며, 적어도 하나의 세그먼트는 α-프로파일을 구비하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 코어 프로파일은 양수의 Δ₁% 중심 코어 세그먼트, 음수의 Δ₂% 모우트 영역 및 양수의 Δ₃% 링 세그먼트를 포함한다. 바람직하게는, 링 세그먼트는 계단형이 아닌 굴절률 프로파일을 구비하고, 모우트 세그먼트로부터 상쇄된다.

본 발명에 따라, DC 광섬유는 적어도 세 개의 세그먼트를 가지는 세그먼티드 코어를 구비하고, 세그먼티드 코어의 굴절률 프로파일은 1595nm에서, 보다 바람직하게는 1570nm∼1620nm의 전체 L-밴드에서 음수의 총 분산 및 음수의 분산 기울기를 제공하도록 선택된다. 본 발명의 DC 광섬유는 1595nm에서 약 -70ps/nm-km 내지 -225ps/nm-km의 총 분산 및 1595nm에서 -0.7ps/nm²-km보다 음수의 분산 기울기를 구비한다. 보다 바람직하게는, 1595nm에서 분산은 약 -95ps/nm-km 내지 -225ps/nm-km이고, 분산 기울기는 1595nm에서 -0.9ps/nm²-km보다 음수이다. 보다 더 바람직하게는, 분산은 1595nm에서 약 -110ps/nm-km 내지 -150ps/nm-km이고, 1570nm∼1620nm 범위의 L-밴드 파장에서 -80ps/nm-km 내지 -190ps/nm-km의 범위이다.

가장 바람직하게는, 분산 기울기는 1595nm에서 -0.70ps/nm²-km보다 음수이고, 1595nm에서 -0.9ps/nm²-km 내지 -1.5ps/nm²-km인 것이 바람직하다.

역시 바람직하게는, DC 광섬유는 1570nm∼1620nm의 전체 L-밴드에서 -0.5ps/nm²-km보다 음수, 보다 바람직하게는 -0.7ps/nm²-km보다 음수, 가장 바람직하게는 -1.2ps/nm²-km보다 음수의 분산 기울기를 구비한다. 바람직하게는, 분산 기울기는 전체 L-밴드에서 -0.5ps/nm²-km 내지 -2.5ps/nm²-km의 범위, 보다 바람직하게는 -1.0ps/nm²-km 내지 -1.8ps/nm²-km의 범위이다.

바람직하게는, DC 광섬유는 1595nm에서 분산 기울기로 나누어지는 1595nm에서 총 분산으로 정의되며, 90nm∼110nm, 보다 바람직하게는 90nm∼105nm사이, 가장 바람직하게는 95nm∼100nm사이의 κ값을 구비한다. 가장 바람직하게는, κ는 1570nm∼1620nm L-밴드 범위에서 약 80nm∼155nm사이, 보다 바람직하게는 85nm∼110nm이다.

바람직하게는, DC 광섬유는 약 1.5∼5.0, 보다 바람직하게는 약 2.0∼2.2 범위 내에 α-프로파일을 구비한 중심 코어 세그먼트를 포함한다.

바람직하게는, 본 발명의 실시예들에 따른 DC 광섬유는 1.5%보다 큰 양수의 Δ₁%를 구비한 중심 코어 세그먼트, 중심코어 세그먼트에 인접하고 -0.3%보다 작은 음수의 Δ₂%를 구비한 모우트 세그먼트 및 모우트 세그먼트에 인접하고 0.6%보다 큰 양수의 Δ₃%를 구비한 링 세그먼트를 구비한다.

보다 바람직하게는, 본 발명의 실시예들에 따른 DC 광섬유는 1.7%보다 큰 양수의 Δ₁%를 구비한 중심 코어 세그먼트, 중심코어 세그먼트에 인접하고 -0.5%보다 작은 음수의 Δ₂%를 구비한 모우트 세그먼트 및 모우트 세그먼트에 인접하고 0.8%보다 큰 양수의 Δ₃%를 구비한 링 세그먼트를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 1595nm에서 DC 광섬유의 유효 영역은 15μm², 보다 바람직하게는 17μm²보다 크다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 광 전송 시스템은 분산 보상 광섬유를 구비하도록 제공되며, 여기서 분산 보상 광섬유는 적어도 세 개의 세그먼트를 구비한 세그먼티드 코어, 1595nm에서 약 -70ps/nm-km 내지 -225ps/nm-km의 총 분산을 제공하도록 선택된 굴절률 프로파일 및 1595nm에서 -0.7ps/nm²-km보다 음수의 분산 기울기를 포함한다.

본 발명의 부가적인 특징과 장점은 이하 상세한 설명부분에서 기술될 것이고, 본 명세서로부터 기술분야의 통상적으로 숙련된 당업자에게 명백하거나 또는상세한 설명부분, 특허청구범위 및 첨부된 도면을 포함하는 본 명세서에 기술된 본 발명을 실시함으로써 인정될 것이다. 상술한 일반적인 설명과 이하 상세한 설명부분 모두는 단지 본 발명의 일실시예이며, 특허청구범위로서 본 발명의 본질과 특성을 이해하기 위한 개요 또는 개괄을 제공하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다. 첨부한 도면은 본 발명의 한층 더 이해를 제공하기 위하여 포함되며, 본 명세서에 일체화되어 한 부분을 구성한다. 도면은 본 발명의 여러 실시예들을 도시한 것이고, 상세한 설명부분과 함께 본 발명의 원리와 동작을 설명하는데 도움이 된다.

본 발명에 따른 DC 광섬유는 매우 특정한 세트의 바람직한 특성(속성)을 산출하는 일단의 세그먼티드 코어(segmented core)를 설계하는 것이 실시될 것이고, 본 명세서에 전체적으로 기술될 것이다. 일단의 DC 광섬유의 코어 설계는 본 명세서에 기술되는 특정 실시예를 포함하나, 한정되지 않는다. 그러므로, 본 명세서에 기술된 특정 실시예의 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있음은 인정되어야 한다. 제 1 실시예는 도 1 및 도 2를 참조하여 기술된다. DC 광섬유(20)는 그 코어 내에 적어도 세 개의 세그먼트(segment)를 포함한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 축척이 도시되지 않고, 명확함을 위하여 상대적인 크기가 과장된 것으로 이해되어야 한다. 바람직하게는, DC 광섬유(20)는 중심 코어 세그먼트(central core segment; 22), 인접한 원통의 모우트 세그먼트(moat segment; 24) 및 모우트 세그먼트 주위에 원통의 링 세그먼트(ring segment; 26)를 구비한다. 링 세그먼트(26)는 중심선(CL)으로부터 약 62.5μm의 반지름까지 연장하는 원통의 클래딩(cladding; 30)에 의한 한층 더 둘러싸인다. 광섬유(20)의 전체 코어 및 클래딩(30)은 아크릴산 우레탄(urethane acrylate) 또는 다른 적절한 코팅과 같은 보호 코팅(34)으로 코팅된다. 코팅(34)은 다른 특성을 갖는 여러 층으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 최내각 코팅층은 제 2 최외각 코팅층보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 그러나, 임의의 적절한 코팅이 통상적인 방법을 이용하여 적용되는 것으로 이해되어야 한다.

바람직하게는, 여러 코어 세그먼트들(22, 24, 26)이 클래딩(30)에 비하여 굴절률을 바꾸는 불순물을 포함한다. 바람직하게는, 코어 세그먼트(20)는 클래딩(30)에 비하여 굴절률을 증가시키는 게르마늄이 도핑된 실리카를 포함한다. 클래딩(30)은 순수한 실리카로 제작되는 것이 바람직하다. 모우트 세그먼트(24)는 불소와 같은 적절하게 굴절률을 낮추는 불순물을 가지고 실리카 유리를 도핑함으로써 형성된다. 링 세그먼트(26)는 게르마늄과 같이 적절하게 굴절률을 높이는 불순물을 가진 실리카를 이용함으로써 코어 세그먼트와 유사하게 형성된다. 다른 불순물은 클래딩에 비하여 굴절률 변화의 수준이 달성될 수 있도록 제공된다면 이용될 수 있다.

그러므로, 이러한 불순물의 첨가에 의하여, 정밀하게 한정된 프로파일을 구비한 DC 광섬유 코어가 형성된다. 특히, 적절한 불순물량의 첨가에 의하여, 중심코어 세그먼트(22)는 양수의 Δ₁%를 구비하도록 제작되고, 모우트 세그먼트(24)는 음수의 Δ₂%를 구비하도록 제작되며, 링 세그먼트(26)는 양수의 Δ₃%를 구비하도록 제작된다. 통상적인 실시에 따라, Δ₁%, Δ₂%, Δ₃% 각각은 클래딩(30)의 굴절률과 비교해서 양수 또는 음수로 한정된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 DC 광섬유는 코닝사(Corning Incorporated)에서 제작되는 LEAF?와 같은 NZDSF의 분산 및 기울기를 보상하는데 특히 효과적이다. 특히, DC 광섬유는 1595nm에서 약 7.93ps/nm-km의 분산 및 1595nm에서 0.0791ps/nm²-km의 분산 기울기를 구비한 NZDSF를 보상하도록 설계된다. NZDSF의 분산 및 기울기를 보상하고 DC 광섬유의 짧은 광섬유 길이에서 보상하기 위하여, DC 광섬유는 1595nm에서 큰 음수의 분산 및 큰 분산 기울기 모두를 구비해야 한다. 바람직하게는 분산 기울기로 나누어지는 분산의 비율(본 명세서에서 κ로 정의됨)도 1595nm에서 한정된 범위 내에 존재해야 한다. 본 발명에 따른 DC 광섬유는 1595nm에서 약 0.065ps/nm²-km와 0.08ps/nm²-km사이의 분산 기울기를 구비한 임의의 영(0)이 아닌 분산 편이 광섬유(non-zero dispersion shifted fiber; NZDSF)를 보상하는데 적절하다. 본 발명에 따른 DC 광섬유는 약 6.5ps/nm-km와 8.5ps/nm-km사이의 분산을 구비한 영(0)이 아닌 분산 편이 광섬유을 보상하는데 사용될 수도 있다.

특히, 도 6에 도시한 바와 같이, 일단의 DC 광섬유는 L-밴드 작동 윈도우(L-band operating window)에서 약 -60ps/nm-km와 -275ps/nm-km사이 범위의 총 분산을 구비하는 것이 바람직하다. 일실시예에서, 곡선의 식별부호 120에 의해 도시되는 것처럼, -80ps/nm-km 내지 -190ps/nm-km의 범위이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 전체 L-밴드(1570nm∼1620nm)에서 일단의 DC 광섬유의 분산 기울기능 약 -0.5ps/nm²-km보다 음수이고, 대부분은 -0.7ps/nm²-km보다 음수이며, 몇몇은 -1.2ps/nm²-km보다 음수이다. 바람직하게는 DC 광섬유는 1595nm에서 약 -0.7ps/nm²-km 내지 -2.5ps/nm²-km의 분산 기울기를 구비한다. 이 상대적으로 낮은 음수의 분산 값과 매우 낮은 음수의 기울기 값은 분산 및 분산 기울기 모두가 L-밴드에서 NZDSF에 보상될 수 있게 한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 이러한 NZDSF를 보상할 때, 분산 기울기로 나누어지는 분산으로서 정의되는 κ는 1595nm에서 약 90nm∼110nm가 바람직하며, 보다 바람직하게는 90nm∼105nm, 가장 바람직하게는 95nm∼100nm이다. 바람직하게는, κ는 1570nm∼1620nm의 L-밴드에서 약 80nm∼155nm의 범위이다. 몇몇 실시예에서, 예를 들면 도 8의 곡선의 식별부호 120으로 나타낸 바와 같이, κ는 1570nm에서보다 162nm에서 보다 높은 값을 갖는다.

실시예이고 한정이 고려되지 않는 것으로, 코닝사에서 제작되는 LEAF?와 같이, 1595nm에서 약 7.93ps/nm-km의 양수의 분산 및 1595nm에서 약 0.0791ps/nm²-km의 양수의 분산 기울기를 구비한 100km 길이의 NZDSF(36)을 구비하고, 도 9에 나타낸 바와 같은 전송 시스템(32)은 본 발명에 다른 약 1.8km의 짧은 길이의 DC 광섬유(120)에 의해 보상될 수 있다. 일실시예에서, DC 광섬유(120)는 1595nm에서 약 -142ps/nm-km의 분산 및 1595nm에서 약 1.46ps/nm²-km의 분산 기울기를 구비한다. L-밴드에서 약 -110ps/nm-km 내지 -180ps/nm-km의 범위의 분산 및 L-밴드에서 약 -1.15ps/nm²-km 내지 -1.7ps/nm²-km의 기울기를 구비한 DCM의 형태의 DC 광섬유(20)를 사용하면, 1570nm∼1620nm의 전체 L-밴드에서 전체로 잔존하는 총 분산은 전송 시스템(32)에 대하여 약 ±25ps/nm-km보다 크지 않도록 제작될 수 있다. 전송 시스템(32)은 송신기(40), 광 증폭기(42) 및 수신기(44)와 같은 통상적인 구성요소를 포함할 수 있다. 선택적으로, 도 10에 도시한 바와 같이, 전송 시스템(32a)은 수신기 대신에 하나 이상의 추가적인 구간의 NZDSF(36b)에 결합할 수 있다.

이하 설명되는 표 1은 1595nm에서 약 7.9ps/nm-km의 분산 및 0.079ps/nm²-km의 기울기를 구비한 NZDSF의 분산 및 기울기를 보상하는데 바람직한 특성을 갖는 본 발명에 따른 일단의 DC 광섬유를 정의한다. 이하 실시예에서, 감쇠는 매우 낮고, 굽힘이 유도되는 손실은 허용 가능한 것으로 인정되어야 한다.

도 2를 참조하면, Δ% 대 코어 반지름(μm)의 굴절률 프로파일 좌표가 도시되어 있다. 이것은 본 명세서에 기술된 DC 광섬유의 제 1 실시예이고, 이하 표 1의 실시예 1에 대응한다. 특히, 중심 코어 세그먼트(22)는 약 2.0의 α을 갖는 α-프로파일, 1.83%의 최대 Δ₁% 및 약 1.83μm의 외부 반지름 R₁을 구비한다. 코어 세그먼트는 약 1.83%의 중심선 상에 Δ%를 가지고 α-프로파일이 시작되는 점에서 약 0.2μm의 반지름까지 연장하는 계단형의 굴절률 영역을 포함한다. 인접한 모우트 세그먼트(24)는 코어 세그먼트(22)를 둘러싸고 인접하며, 외부 반지름 R₂에서 보다 최내각 반지름 R₁에서 조금 더 음수인 Δ₂%를 구비하는 것으로 한정되는 근소한 테이퍼(taper)를 구비한 계단형 굴절률 프로파일을 구비한다. 모우트 세그먼트(24)는 약 5.97μm의 외부 반지름 R₂및 약 -0.5%의 최대음수의 Δ₂%를 구비한다. 실시예 1은 반지름 R₃에 위치한 링 세그먼트를 포함한다. 이 반지름 R₃은 위에서 정의한 바와 같은 링 세그먼트의 중간점 반지름이다. R₃은 링 세그먼트(26)의 중간 높이의 폭의 중간 지점 반지름이다. 링 세그먼트(26)는 모우트 세그먼트(24)를 둘러싸고 인접하며, 7.70μm의 반지름 R₃, 약 0.9μm의 링 세그먼트(26)의 중간 높이의 폭 및 약 0.8%의 Δ₃%를 포함한다. 링 세그먼트(26)의 본체(29)에서부터 R₂인 모우트 세그먼트의 가장자리를 향하여 연장하는 제 1 테이퍼부(first tapering portion; 25)를 링 세그먼트(26)는 포함한다. 제 2 테이퍼부(second tapered portion; 31)는 본체(29)에서부터 R₄인 클래딩의 시작까지 연장한다.

실시예 1

DC 광섬유(20)는 도 2에 따라 설계되었고, 위에서 개략적으로 설명한 구성을 갖는다. 연속적인 세그먼트들을 계산하고, 중심선 주위의 중심 코어 세그먼트를 1로 시작하며, 위에서 제공된 정의를 사용하면, 코어 구조는 표 1에서도 기술된다.

도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 이 실시예의 DC 광섬유(20)는 다음과 같이 예상되는 특성을 갖는다.

- 1570nm에서 -90ps/nm-km의 총 분산;

- 1595nm에서 -115ps/nm-km의 총 분산;

- 1620nm에서 -148ps/nm-km의 총 분산;

- 1595nm에서 -1.18ps/nm²-km의 분산 기울기;

- 2019nm의 컷오프 파장(cut off wavelength) λ_c(직선의 DC 광섬유에 대하여 LP₀₁위에 고차 모드인 LP₁₁및 LP₀₂중에서 가장 큰 컷오프 파장);

- 17.17μm²의 유효 영역 A_eff;

- 1595nm에서 0.5dB/km의 감쇠; 및

- 6.4dB의 핀 어레이 굽힘 손실.

실시예 2

제 2의 세 개의 세그먼트 코어 DC 광섬유(120)는 도 3에 나타낸 바와 같은 굴절률 프로파일에 따라 설계되었다. 이 경우에서, 코어 세그먼트(122)의 α-프로파일은 중심선에서부터 0.2μm에서 시작했고, 2.0의 α, 1.83%의 Δ₁% 및 1.81μm의 R₁을 구비한다. 모우트 세그먼트(124)는 테이퍼드 계단형 프로파일(tapered stepprofile), -0.6%의 가장 음수의 Δ₂% 및 5.38μm의 외부 반지름 R₂를 구비한다. 링 세그먼트(126)는 0.85%의 Δ₃%, 위에서 정의된 중간점 반지름으로 7.02μm의 R₃및 0.8μm의 중간점 폭을 구비한다. 추가적인 특성 및 특징은 표 1에서 알 수 있다.

도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 이 광섬유(120)는 다음과 같이 예상되는 특성을 갖는다.

- 1570nm에서 -118ps/nm-km의 총 분산;

- 1595nm에서 -142ps/nm-km의 총 분산;

- 1620nm에서 -180ps/nm-km의 총 분산;

- 1595nm에서 -1.46ps/nm²-km의 분산 기울기;

- 1975nm의 컷오프 파장 λ_c(직선의 DC 광섬유에 대하여 LP₀₁위에 고차 모드인 LP₁₁및 LP₀₂중에서 가장 큰 컷오프 파장);

- 17.49μm²의 유효 영역 A_eff;

- 1595nm에서 0.6dB/km의 감쇠; 및

- 6.8dB의 핀 어레이 굽힘 손실.

이 실시예에서, 특성은 우수하고, 굽힘 손실은 실시예 1의 설계보다 향상되었다.

실시예 3

도 4에 도시한 바와 같은 프로파일을 구비한 본 발명에 따른 DC 광섬유(220)도 설계되었다. 코어 세그먼트(222)는 1.73%의 상대 굴절률 Δ₁및 1.83μm의 외부 반지름 R₁을 구비한다. α-프로파일은 2.2의 α를 갖는다. 모우트 세그먼트(224)는 -0.5%의 Δ₂% 및 5.87μm의 외부 세그먼트 반지름 R₂를 구비한다. 링 세그먼트(226)는 0.85%의 Δ₃% 및 7.53μm의 중간점 반지름 R₃을 구비한다.

이 광섬유(220)는 다음과 같이 예상되는 특성을 갖는다.

- 1570nm에서 -75ps/nm-km의 총 분산;

- 1595nm에서 -95ps/nm-km의 총 분산;

- 1620nm에서 -126ps/nm-km의 총 분산;

- 1595nm에서 -1.04ps/nm²-km의 분산 기울기;

- 2010nm의 컷오프 파장 λ_c(직선의 DC 광섬유에 대하여 LP₀₁위에 고차 모드인 LP₁₁및 LP₀₂중에서 가장 큰 컷오프 파장);

- 16.73μm²의 유효 영역 A_eff;

- 1595nm에서 0.5dB/km의 감쇠; 및

- 5.5dB의 핀 어레이 굽힘 손실.

실시예 4

세 개의 세그먼트 설계의 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 DC 광섬유(320)도 설계되었다. 도 5를 참조하면, 코어 세그먼트(322)는 2.0의 α를 갖는 α-프로파일, 1.83%의 Δ₁% 및 1.79μm의 R₁을 구비한다. 모우트 세그먼트(324)는 -0.7%의 Δ₂% 및 5.33μm의 외부 반지름 R₂를 구비한다. 링 세그먼트(326)는 0.85%의 Δ₃%를 구비하고, 중간점 반지름 R₃은 5.93μm이며, 링 세그먼트의 중간 높이의 폭은 0.8μm이다.

본 발명에 따른 이 광섬유는 다음과 같이 예상되는 특성을 갖는다.

- 1570nm에서 -165ps/nm-km의 총 분산;

- 1595nm에서 -222ps/nm-km의 총 분산;

- 1620nm에서 -275ps/nm-km의 총 분산;

- 1595nm에서 -2.40ps/nm²-km의 분산 기울기;

- 1950nm의 컷오프 파장 λ_c(직선의 DC 광섬유에 대하여 LP₀₁위에 고차 모드인 LP₁₁및 LP₀₂중에서 가장 큰 컷오프 파장);

- 19.84μm²의 유효 영역 A_eff;

- 1595nm에서 0.8dB/km의 감쇠; 및

- 22dB의 핀 어레이 굽힘 손실.

실시예 5

세 개의 세그먼트 설계의 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 DC 광섬유(420)도 설계되었다. 도 11을 참조하면, 코어 세그먼트(422)는 2.0의 α를 갖는 α-프로파일, 1.89%의 Δ₁% 및 1.86μm의 R₁을 구비한다. 모우트 세그먼트(424)는 -0.61%의 Δ₂% 및 5.68μm의 외부 반지름 R₂를 구비한다. 링 세그먼트(426)는 0.81%의 Δ₃%를 구비하고, 중간점 반지름 R₃은 7.41μm이며, 링 세그먼트의 중간 높이의 폭은 0.9μm이다.

- 1570nm에서 -58ps/nm-km의 총 분산;

- 1595nm에서 -74ps/nm-km의 총 분산;

- 1620nm에서 -95ps/nm-km의 총 분산;

- 1595nm에서 -0.71ps/nm²-km의 분산 기울기;

- 2037nm의 컷오프 파장 λ_c(직선의 DC 광섬유에 대하여 LP₀₁위에 고차 모드인 LP₁₁및 LP₀₂중에서 가장 큰 컷오프 파장);

- 15.63μm²의 유효 영역 A_eff;

- 1595nm에서 0.7dB/km의 감쇠; 및

- 3.0dB의 핀 어레이 굽힘 손실.

이하 표 1은 바람직한 특성이 달성되는 본 발명에 따른 바람직한 DC 광섬유 파라미터(parameter)를 나타낸다. 파라미터들은 위에 열거된 세 개의 세그먼트 설계에 대하여 표 1에 나타나있다. 기술된 것은 각각의 특정 세그먼트의 최대 Δ% 및 대응하는 반지름 R_i이다. 반지름 측정치가 세그먼트의 중간점에서 취해지는 경우들은 표 상부에 분류되었다. 모든 다른 반지름은 주어진 세그먼트의 최대 외부 반지름 및 그 다음의 인접한 세그먼트의 최소 내부 반지름에 있고, 여기서 세그먼트는 1(중심 코어 세그먼트에 대응)로 시작하여 바깥쪽으로 진행하는 것으로 계산된다. 이 다른 반지름들은 프로파일이 클래딩 굴절률과 교차하는 점까지 측정된다.

본 발명의 DC 광섬유는 OVD, MCVD 또는 PCVD와 같은 임의의 공지된 화학 기상 증착법에 따라 제작될 수 있다. 바람직하게는, DC 광섬유는 OVD 방법에 의해 제작될 것이고, 여기서 코어는 바람직한 지름까지 알루미나 축 상에 게르마늄산화물과 코어 세그먼트의 바람직한 굴절률 프로파일을 달성하도록 적절한 수준의 게르마늄 불순물로 도핑된 실리콘산화물을 증착함으로써 먼저 제작된다. 그 후에, 상기 축은 제거되고, 코어 세그먼트를 구성하는 수트 모재(soot preform)가 염소를 함유한 환경에서 완전히 건조한 후에 헬륨 기체를 포함하는 통합 도가니(consolidating furnace)에서 통합된다. 그 후에, 통합된 코어 공간은 모우트 세그먼트 수트의 적용을 위하여 타겟 증착 표면이 되는 코어 봉(core cane)으로 재추출된다. 실리카 수트는 모우트에 대하여 적절한 지름까지 증착된 후에, 통합 도가니 내에 염소를 함유한 기체로 건조된다. 그 후에, 수트 모재는 예를 들어 CF₄또는 SiF₄와 같은 불소를 함유한 기체로 도핑된 후에, 통합되고 봉으로 다시 재추출된다. 이들 봉은 링 세그먼트 수트에 대한 증착 표면이 된다. 게르마늄이 도핑된 실리카 수트는 두 개의 세그먼트 봉 상에 증착된 후에, 건조되고 통합된다. 다시, 통합된 공간은 재추출되고, 이 때 세그먼티드 코어의 모든 세 개의 세그먼트를 포함하는 최종 코어 봉이 된다. 그 후에, 클래딩을 포함하는 추가적인 실리카 수트가 코어 봉 상에 증착된다. 최종 수트 공간은 건조되고 통합된 후에, DC 광섬유가 추출되는 추출 도가니(draw furnace)로 전달된다. DC 광섬유의 특정 실시예가 본 명세서에 공개되고 기술되었으나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경이 본 발명에서 실시될 수 있음은 기술분야의 통상적으로 숙련된 당업자에게 분명할 것이다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 그와 균등한 범위내에서 제공되는 이러한 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

1595nm에서 약 -70ps/nm-km 내지 -225ps/nm-km의 총 분산; 및

1595nm에서 -0.7ps/nm²-km보다 음수의 분산 기울기를 제공하도록 굴절률 프로파일이 선택되는 적어도 세 개의 세그먼트(segment)들을 구비한 세그먼티드 코어(segmented core)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

상기 총 분산이 1595nm에서 약 -95ps/nm-km 내지 -225ps/nm-km이고,

상기 분산 기울기가 1595nm에서 -1.0ps/nm²-km보다 음수인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

상기 총 분산이 1595nm에서 약 -110ps/nm-km 내지 -150ps/nm-km인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

상기 총 분산이 약 1570nm 내지 1620nm의 파장 범위에서 약 -60ps/nm-km 내지 -190ps/nm-km인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

Δ₁%는 양수이고, Δ₂%는 음수이며, Δ₃%는 양수인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 5 항에 있어서,

1.5%보다 큰 양수의 Δ₁%를 구비한 중심 코어 세그먼트(central core segment);

상기 중심 코어 세그먼트에 인접하고, -0.4%보다 작은 음수의 Δ₂%를 구비한 모우트 세그먼트(moat segment); 및

상기 모우트 세그먼트에 인접하고, 0.7%보다 큰 양수의 Δ₃%를 구비한 링 세그먼트(ring segment)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

약 1.5% 내지 2.0% 범위의 Δ₁%와 약 1.5μm 내지 2.0μm 범위의 반지름 R₁을 구비한 중심 코어 세그먼트;

약 -0.3% 내지 -0.9% 범위의 Δ₂%와 약 4.5μm 내지 6.5μm 범위의 반지름 R₂를 구비한 모우트 세그먼트; 및

약 0.6% 내지 1.1% 범위의 Δ₃%와 약 6.0μm 내지 8.0μm 범위의 중간점 반지름 R₃을 구비한 링 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

1.7%보다 큰 양수의 Δ₁%를 구비한 중심 코어 세그먼트;

상기 중심 코어 세그먼트에 인접하고, -0.5%보다 작은 음수의 Δ₂%를 구비한 모우트 세그먼트; 및

상기 모우트 세그먼트에 인접하고, 0.8%보다 큰 양수의 Δ₃%를 구비한 링 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

0.7%보다 큰 Δ₃%를 구비한 링 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 9 항에 있어서,

0.7% 내지 1.0%의 상기 링 세그먼트의 Δ₃% 및 6.5μm 내지 8.0μm의 중간점 반지름 R₃을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

약 1.7% 내지 1.9% 범위의 Δ₁%와 약 1.7μm 내지 1.9μm 범위의 반지름 R₁을 구비한 중심 코어 세그먼트;

약 -0.5% 내지 -0.7% 범위의 Δ₂%와 약 5.0μm 내지 6.0μm의 반지름 R₂를 구비한 모우트 세그먼트; 및

약 0.75% 내지 0.9% 범위의 Δ₃%와 약 6.5μm 내지 8.0μm 범위의 중간점 반지름 R₃을 구비한 링 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

1595nm에서 분산 기울기로 나누어지는 1595nm에서 분산으로 정의되며, 90nm 내지 110nm의 κ값을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

1595nm에서 분산 기울기로 나누어지는 1595nm에서 분산으로 정의되며, 95nm 내지 100nm의 κ값을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

1570nm 내지 1620nm 범위의 특정 파장에서 분산 기울기로 나누어지는 특정 파장에서 분산으로 정의되며, 80nm 내지 155nm의 κ값의 범위를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

1595nm에서 7dB보다 작은 핀 어레이(pin array)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

LP₀₁위에 다음 고차 모드에 대한 컷오프 파장(cutoff wavelength)을 더 포함하고, 상기 컷오프 파장이 2050nm보다 짧은 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

1595nm에서 15μm²보다 큰 유효 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

1595nm에서 -0.7ps/nm²-km 내지 -2.5ps/nm²-km의 분산 기울기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

1595nm에서 -0.9ps/nm²-km 내지 -1.5ps/nm²-km의 분산 기울기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

1595nm에서 -0.9ps/nm²-km보다 음수의 분산 기울기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

1595nm에서 -1.2ps/nm²-km보다 음수의 분산 기울기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항에 있어서,

약 1.5μm 내지 2.0μm 범위의 외부 반지름 R₁을 구비한 중심 코어 세그먼트;

약 4.5μm 내지 6.0μm 범위의 외부 반지름 R₂를 구비한 모우트 세그먼트; 및

약 6.0μm 내지 8.0μm 범위의 중간점 반지름 R₃을 구비한 링 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 22 항에 있어서,

약 10μm 내지 12μm 범위에서 상기 링 세그먼트의 외부 반지름 R₄를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.

제 1 항의 분산 보상 광섬유를 포함하고,

1595nm에서 약 -95ps/nm-km 내지 -225ps/nm-km의 총 분산; 및

1595nm에서 -1.0ps/nm²-km보다 음수의 분산 기울기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.

제 24 항에 있어서,

상기 분산 보상 광섬유에 결합된 영(0)이 아닌 분산 편이 광섬유(non-zero dispersion shifted fiber)를 더 포함하고,

상기 영(0)이 아닌 분산 편이 광섬유는 1595nm에서 약 0.065ps/nm²-km 내지 0.08ps/nm²-km의 분산 기울기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.

제 24 항에 있어서,

상기 영(0)이 아닌 분산 편이 광섬유는 1595nm에서 6.5ps/nm-km 내지 8.5ps/nm-km의 분산을 구비하는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.