KR20040037238A

KR20040037238A - 양의 분산 낮은 분산 슬로프를 갖는 섬유

Info

Publication number: KR20040037238A
Application number: KR10-2004-7004856A
Authority: KR
Inventors: 데이핑 마; 데이비드 케이. 스미스
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2004-05-04
Also published as: CA2343362A1; AU760861B2; US6618533B2; WO2000019255A3; KR100694365B1; KR100687801B1; JP4393708B2; JP2002527774A; CN1536380A; US6424777B2; ATE397228T1; CN1457441A; CN1206552C; US6212322B1; WO2000019255A2; US20030053779A1; WO2000019255A9; CN100354666C; EP1145058A2; DE69938842D1

Abstract

본 발명은 적어도 두개의 세그먼트의 세그먼트된 코어를 갖는 단일모드 광도파관에 관한 것이다. 상기 코어 세그먼트의 상대 굴절률, 굴절률 프로파일 및 반경 디멘젼이 약 1530nm 내지 1570nm의 파장대에서 작동하는 고성능 원거리통신 시스템에 적합한 성질을 갖는 광도파관 섬유를 제공하기 위해 선택된다. 2개, 3개 및 4개의 세그먼트를 갖는 본 발명의 실시예가 기술된다. 고성능 및 고비율 시스템에서 발생되는 FWM 및 SPM과 같은 비선형 효과를 제거하기 위해, 상기 도파관의 유효면적은 60㎛², 보다 바람직하게 65㎛², 및 가장 바람직하게 70㎛²이상으로 제작된다. 총분산은 바람직하게 양의 값을 가지며, 1530nm에서 적어도 2ps/nm-km과 같다. 약 0.1ps/nm2-km 미만의 총분산 슬로프를 갖는 상기 총분산은 상기 파장대에 걸쳐 최소의 FWM 효과를 보장한다.

Description

양의 분산 낮은 분산 슬로프를 갖는 섬유{Positive dispersion low dispersion slope fiber}

본 발명은 1998. 9. 11.자로 출원된 미국 가출원 제60/099,979호, 1998. 10. 5.자로 출원된 미국 가출원 제60/103,080호 및 1999. 4. 23.자로 출원된 미국 가출원 제60/130,652호를 우선권으로 주장한다.

본 발명은 단일모드 광도파관 섬유에 관한 것으로, 좀 더 상세하게 전체 섬유 길이에 걸쳐 총분산이 양의 값으로 유지되는 도파관 섬유에 관한 것이다. 또한, 유효면적이 높고 총분산 슬로프가 낮은 값으로 유지된다.

높은 데이터 속도 및 긴 재생기(regenerator) 간격에 대한 필요성 때문에, 장거리 및 고비트율(high bit rate)의 원거리통신을 위해 디자인된 고성능 광도파관 섬유에 대한 연구가 증대되고 있다. 또한 상기 도파관 섬유는 1530nm 내지 1570nm의 파장범위에서 통상적으로 최적의 이득 곡선(gain curve)을 나타내는 광증폭기에 상응되어야 한다. 또한 사용가능한 파장이 약 1570nm 내지 1700nm, 보다 바람직하게 1570nm 내지 1625nm의 엘-밴드(L-Band) 범위 내로 확장될 가능성이 고려된다.

도파관의 정보성능이 파장 분할 멀티플렉싱(wavelength division multiplexing, WDM)에 의해 증가되는 경우, 부가적인 도파관 섬유의 성질이 중요하다. WDM 및 고 비트율 시스템에 대해 상기 도파관은 상당히 낮지만 제로는 아닌 총분산을 가져야 하며 이로써 4파 혼합의 비선형 분산효과를 제한한다.

고파워 밀도, 즉 유니트 면적당 고파워를 갖는 시스템에서 부적합한 분산을 발생시킬 수 있는 또 다른 비선형 효과가 자기상 변조(self phase modulation)이다. 자기상 변조는 큰 유효면적을 갖는 도파관 코어를 디자인하여 조절되며, 이로써 상기 파워 밀도를 감소시킨다. 또 다른 접근 방법은 상기 도파관의 총분산이 자기상 변조의 분산 효과를 상쇄하도록 상기 도파관 섬유의 총분산 부호(sign)를 조절하는 것이다.

양의 분산을 갖는 도파관은 자기상 변조의 분산에 반하는(opposite) 분산효과를 일으킬 것이며 이로써 실질적으로 자기상 변조의 분산을 제거하며, 여기서 양의 값은 좀 더 긴 파장 시그널 보다 빠른 속도에서 좀 더 짧은 파장 시그널의 진행을 의미한다.

이러한 도파관 섬유는 미국 특허출원 제08/559,954호에 기재되어 있다. 본 발명의 신규한 프로파일은 유효면적을 증가시키므로써 제08/559,954호의 섬유를 개선시킨다. 또한 상기 기술된 도파관은 모든 곳에서 양의 값을 갖는 작동 파장대에 걸쳐 총분산을 가지며, 4파 혼합에 기인한 파워 페널티(power penalty)를 더욱 감소시기 위해 약 2.0ps/nm-km 보다 큰 더욱 낮은 한계를 갖는다.

따라서 하기 조건을 만족시키는 도파관이 요구된다:

- 적어도 1530nm 내지 1570nm의 파장범위에 걸쳐 단일모드이고;

- 1530nm 내지 1570nm범위 밖에서 제로분산 파장을 가지며;

- 1530nm 내지 1570nm의 파장범위에 걸쳐 2.0ps/nm-km 이상의 양의 총분산을 갖지만, 큰 선형 분산 파워 페널티를 갖지 않도록 충분하도록 낮고;

- 약 1570nm 내지 1625nm의 범위에서 사용가능한 투과 윈도우를 가지며;

- 고강도(high strength), 낮은 감쇄 및 유도된 밴드 손실에 대해 적절한 저항성과 같은 통상적인 고성능 도파관의 특성을 유지한다.

도파관 섬유의 디자인에 유동성을 제공하기 위해 독특한 프로파일을 갖는 코어 세그먼트로 상기 도파관 섬유의 코어에 구조를 첨가하는 개념이 버거버튤라(Bhagavatula)에 의한 미국 특허 제4,715,679호에 상세히 기재되어 있다. 세그먼트된 코어(segmented core) 개념은 여기에 설명된 것과 같은 도파관 섬유의 성질에 대해 특이한 결합이 달성되도록 사용될 수 있다.

정의

다음의 정의는 당해분야에서 일반적으로 사용되는 바에 따른다.

- 굴절률 프로파일은 굴절률과 도파관 섬유의 반경간의 관계이다.

- 세그먼트된 코어는 적어도 제1 및 제2의 도파관 섬유 코어의 반경 세그먼트를 갖는 코어이다. 각각의 반경 세그먼트는 각각의 굴절률 프로파일을 갖는다.

- 상기 코어 세그먼트의 반경은 상기 굴절률 프로파일 세그먼트의 최초 및 최종 포인트의 항으로 정의된다. 도 1은 여기서 사용되는 반경의 정의를 나타낸다. 중앙 굴절률 세그먼트(10)의 반경은 상기 도파관 중앙선으로부터 상기 프로파일이 세그먼트(12)의 α-프로파일이 되는 포인트, 즉 α-프로파일 수학식을 사용하여 상대 굴절률 계산을 시작하기 위해 선택된 포인트까지 확장된 길이(2)이다. 상기 세그먼트(12)의 반경은 상기 중앙선으로부터 상기 α-프로파일의 외삽된 하향 부위(descending portion)가 프로파일 세그먼트(14)의 외삽된 연장선과 교차하는 반경 포인트까지 연장된다. 상기 세그먼트(14)의 반경은 상기 중앙선으로부터 △%가 세그먼트(16)의 △%의 최대값의 절반인 반경 포인트까지 연장된다. 상기 세그먼트(16)의 폭은 상기 세그먼트(16)의 △%의 절반 값 사이에서 측정된다. 상기 세그먼트(16)의 반경은 상기 중앙선으로부터 상기 세그먼트의 중간 포인트까지 연장된다.

세그먼트 디멘젼에 대해 여러가지 정의가 사용 가능하다는 것은 분명하다. 여기에 설명되는 정의는 굴절률 프로파일이 주어진 도파관의 성질을 예상하는 컴퓨터 모델에 사용되었다. 또한, 상기 모델은 미리 선택된 기능적인 특성을 가지는 굴절률 프로파일의 부류(family)를 제공하는데 사용될 수 있다.

- 유효면적은

이며, 여기서 적분한계는 0 에서 ∞이고, E는 전파광(propagated light)과 관련된 전기장이다. 유효반경 D_eff은

A_eff= π(D_eff/2)²로 정의된다.

- 프로파일 부피는

로 정의된다. 내부 프로파일의 부피는 r=0인 상기 도파관 중앙선으로부터 교차 반경까지 연장된다. 외부 프로파일의 부피는 상기 교차 반경으로부터 코어의 최종 포인트까지 확장된다. 프로파일 부피의 유니트는 상대 굴절률의 디멘젼이 없기 때문에 % ㎛²이다. 상기 프로파일의 부피 유니트 % ㎛²는 본원에 걸쳐 간단히 유니트로서 언급될 것이다.

- 교차 반경은 시그널 파장이 변함에 따라 시그널 내에서 파워 분산의 의존성으로부터 알 수 있다. 상기 내부 부피에 걸쳐 파장이 증가함에 따라 시그널 파워는 감소된다. 상기 외부 부피에 걸쳐 파장이 증가함에 따라 시그널 파워는 증가한다.

- 머리글자 WDM은 파장 분할 멀티플렉싱(wavelength division multiplexing)을 나타낸다.

- 머리글자 SPM은 자기상 변조, 비선형 광학 현상을 나타내며, 여기서 특수한 파워 레벨 이상의 파워 밀도를 갖는 시그널은 파워 밀도 이하의 시그널에 관련된 도파관에서 상이한 속도로 진행될 것이다. SPM은 음의 부호를 갖는 선형 분산의 시그널과 대조적인 시그널 분산을 야기시킨다.

- 머리글자 FWM은 4파 혼합을 나타내며, 여기서 도파관에서 2개 이상의 시그널이 간섭하여 상이한 주파수의 시그널을 발생시키는 현상이 나타난다.

- 항 △%는 하기 수학식으로 정의되는 굴절률에 대한 측정을 나타낸다,

△% = 100 ×(n_i ²- n_c ²)/2n_i ², 여기서 n_i는 영역 i에서의 최대 굴절률이며, n_c는 구체화되지 않는다면 클레딩 영역의 굴절률이다.

- 알파 프로파일 항, α-프로파일은 △(b)%의 항에서 표현되는 굴절률 프로파일로 언급되고, 여기서 b는 반경이며 △(b)%은 하기의 수학식으로 정의된다.

△(b)%=△(b₀)(1-[│b-b₀│/(b₁-b₀)]^α), 여기서 b₀는 상기 프로파일의 최대 포인트이고, b₁은 △(b)%가 0일 때의 포인트이며, b는 b_i≤b≤b_f의 범위이고, 여기서 델타는 상기 정의한 바와 같으며, b_i는 α-프로파일의 최초 포인트이고, b_f는 α-프로파일의 최종 포인트이며, α는 실수로 표현되는 지수이다. α-프로파일의 최초 및 최종 포인트는 선택되어 컴퓨터 모델에 삽입된다. 여기에 사용됨에 따라, 만약 α-프로파일이 계단형 굴절률 프로파일에 의해 선행된다면, 상기 α-프로파일의 개시 포인트는 상기 α-프로파일과 계단형 프로파일의 교점이다. 상기 교점에서의 확산은 상기 모델에 고려되지 않는다. 따라서 α-프로파일의 개시 포인트가 확산을 포함한 프로파일에 할당(assign)되는 경우, 상기 α-프로파일의 형상 및 상기 계단형 굴절률 프로파일의 형상은 그들의 교차 포인트를 찾기 위해 외삽된다. 상기 α-프로파일이 계단형 굴절률 프로파일로 이행되는 경우에 대한 α-프로파일의 최종 포인트는 유사한 방법으로 찾는다.

상기 모델에서, 상기 인접한 프로파일 세그먼트의 프로파일과 상기 α-프로파일을 자연스럽게 연결시키기 위하여, 상기 △(b)%에 대한 수학식은 하기와 같이 다시 정의된다;

△(b)%=△(b_a)+ [△(b₀) - △(b_a)]{[1-[│b-b₀│/(b₁-b₀]^α}, 여기서 b_a는 인접한 세그먼트의 제1포인트이다.

- 핀 정렬 휨 테스트(pin array bend test)는 도파관 섬유의 휨에 대한 상대적 저항성을 비교하는데 사용된다. 상기 테스트를 수행하기 위하여, 어떤 유도 휨 손실도 발생되지 않도록 상기 도파관 섬유가 배열될 때 감쇄 손실이 측정된다. 그 다음, 상기 도파관 섬유는 상기 핀 정렬에 대해 조절되어 감쇄가 다시 측정된다.휨에 의해 유도된 손실이 상기 2개의 감쇄 측정간의 차이다. 상기 핀 정렬은 일렬로 배열되고 편평한 표면상의 수직 위치에 고정되어 놓여진 열개의 원통형 핀의 한 세트이다. 상기 핀 간격은 중앙에서 중앙까지 5mm이다. 상기 핀의 직경은 0.67mm이다. 상기 도파관 섬유는 근접한 핀의 반대 측면을 통과 하도록 유발된다. 테스트시, 상기 도파관 섬유는 상기 도파관이 핀의 외면 부위에 적합되도록 충분한 장력(tention)하에 놓인다.

본 발명은 전체 섬유 길이에 걸쳐 총분산이 양의 값으로 유지되며 또한, 유효면적이 높고 총분산 슬로프가 낮은 값으로 유지되는 단일 모드 광도파관 섬유를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 컴퓨터 모델의 계산에 사용되는 반경의 정의를 나타내는 본 발명에 따른 코어 프로파일을 나타낸 그래프이다.

도 2는 2개 세그먼트의 구체예를 설명하는 상대 굴절률 % 대비 코어 반경을 나타낸 차트이다.

도 3은 3개 세그먼트의 구체예를 설명하는 상대 굴절률 % 대비 코어 반경을 나타낸 차트이다.

도 4는 4개 세그먼트의 구체예를 설명하는 상대 굴절률 % 대비 코어 반경을 나타낸 차트이다.

도 5는 3개 세그먼트의 구체예를 설명하는 상대 굴절률 % 대비 코어 반경의 또 다른 실시예를 나타낸 차트이다.

도 6은 도 5의 목표 형상에 따라 만들어진 상대 굴절률 % 대비 광섬유의 코어 반경을 나타낸 차트이다.

본원에 기재되고 설명된 신규한 단일모드 도파관 섬유는 상기에 나타낸 조건을 충족시키며, 또한 재생산할 수 있는 제조공정에 직접 제공된다.

상기 신규한 단일모드 섬유는 적어도 2개의 세그먼트된 코어를 가지며, 각각의 세그먼트는 굴절률 프로파일, 상대 굴절률 △% 및 반경에 의해 특성화된다. 상기 코어 세그먼트의 특성은 1550nm, 통상적으로 약 1530nm 내지 1570nm의 윈도우에서 작동되도록 디자인된 원거리통신 시스템에 적합한 특정 경향의 성질을 제공하기 위해 선택된다. 바람직한 범위는 약 1625nm까지 확장된 작동 파장대를 갖는다. 상기 시스템은 광학 증폭기, WDM 작동기 및 상대적으로 높은 시그널의 진폭을 포함한다. 고성능, 고율(high rate)의 시스템에서 발생되는 FWM 및 SPM과 같은 비선형 효과를 충분히 제거하기 위해, 상기 도파관의 유효면적이 약 60㎛², 좀 더 바람직하게 65㎛²및 가장 바람직하게 70㎛²보다 크게 제작된다. 총분산은 바람직하게 양의 값을 가지며 1530nm에서 적어도 2ps/nm-km과 같은 값을 갖는다. 약 0.1ps/nm²-km 미만의 총분산 슬로프를 갖는 상기 총분산은 상기 파장대에 걸쳐 최소의 FWM 효과를 확신한다. 약 8.8㎛ 내지 10.6㎛의 범위에서 상기 섬유의 용이한 접착(splicing)이 제공되도록 파장 밴드 1530nm 내지 1570nm 및 1625nm까지의 모드장 직경이 크다. 섬유 프로파일은 1550nm 및 1625nm 모두에서 0.25dB/km 미만의 감쇄를 나타내는 본 발명에 따라 제작되었다.

상기 신규한 도파관 섬유의 일 실시예에서, 굴절률 프로파일, 반경 범위 및 양의 상대 굴절률 %에 의해 특성화된 상기 각각의 세그먼트에 부가적으로, 적어도 하나의 세그먼트는 α-프로파일을 갖는다. 클래드 유리 층은 코어에 접하면서 감싸고 있다.

상기 신규한 도파관의 실시예는 2개, 3개 및 4개의 세그먼트를 갖는 도파관을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 실시예의 특정 특성은 하기 표 및 실시예에서 설명된다.

도 5 및 6에 나타낸 실시예에서, 상기 신규한 도파관 섬유는 약 0.8 내지 3.3, 좀 더 바람직하게 0.95 내지 3.16의 범위에서 α-프로파일을 갖는다. 상기 상대 굴절률 △%는 α-프로파일 형상을 갖는 세그먼트에서 가장 높으며, α-프로파일에 인접한 계단형 굴절률 형상에 대해 가장 낮다. 가장 외부의 세그먼트는 중앙과제2세그먼트 사이의 △%를 갖는다.

또한, 본 발명은 1625nm에서 바람직한 분산 및 모드장 직경을 나타내는 실시예를 포함한다. 특히, 1625nm에서 상기 도파관 섬유는 약 13ps/nm-km 및 바람직하게 11.5ps/nm-km 미만의 총분산을 갖는다.

또한, 본 발명은 광섬유의 예형에 관한 것이며, 상기 광섬유의 예형이 광섬유를 인발할 경우, 상기 도파관 섬유가 적어도 2개의 세그먼트를 갖는 세그먼트된 코어; 반경 r_i, 굴절률 프로파일 및 상대 굴절률 %, △_i%를 갖는 각각의 세그먼트, 여기서 i는 세그먼트의 수와 같음; 및 상기 코어에 접하면서 감싸고 있으며 굴절률 n_c를 갖는 클래드 층(clad layer), 여기서 r_i, △_i% 및 굴절률 프로파일은 여기에 더욱 상세히 기술된 성질 및 특성을 갖는 섬유로 귀결됨을 포함하도록 굴절률 프로파일을 갖는 이러한 광도파관 예형을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이러한 광도파관 예형은 OVD, IV, MCVD 및 VAD와 같은 화학 증기 침착 기술을 포함한 당해 분야의 공지된 모든 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 수트(soot) 예형이 바람직한 굴절률 프로파일을 갖는 OVD 기술을 이용하여 제조된다. 그 다음, 상기 수트 예형은 압밀되어 도파관 섬유를 인발한다.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 신규한 도파관 섬유는 매우 바람직한 특정의 기능적인 파라미터 세트를 제공하는 세그먼트된 코어 디자인의 부류를 포함한다. 상기 코어 디자인의 부류는 2개, 3개 및 4개의 세그먼트를 갖는 실시예를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

바람직한 특성은 C-밴드(C-band)로 표현되는 약 1530nm 내지 1570nm의 범위에 놓이는 작동 윈도우 보다 낮은 분산 제로 파장을 포함하며, 약 1570nm 내지 1625nm의 파장 범위인 L-밴드의 상부 끝인 약 1625nm에서의 파장을 포함할 것이다. 상기 총분산은 작동 윈도우에서 바람직하게 약 2ps/nm-km 미만이며 상기 분산 슬로프는 선형 분산에 기인한 제한된 파워 페널티를 갖도록 약 0.10 ps/nm²-km 미만으로 낮다. 상기 낮은 슬로프는 약 13ps/nm-km 미만의 1625nm에서의 총분산을 제공한다. 10ps/nm-km 미만의 1625nm에서의 총분산이 달성된다.

비-제로 총분산은 FWM을 효과적으로 제거하며, 상기 총분산의 양의 부호는 SPM에 기인한 시그널의 붕괴(degradation)를 상쇄한다.

하기 나타낸 표 1,2 및 3은 이러한 성질을 갖는 도파관 섬유의 신규한 부류를 정의한다. 다음의 실시예에서 감쇄는 상당히 낮으며, 유도된 휨 손실은 바람직함이 주시될 것이다.

△% 대비 마이크론의 코어 반경에 대한 차트인 도 2에 있어서, 상기 세그먼트된 코어는 2개 세그먼트를 가짐을 알 수 있다. 하기의 도 1에 설명된 같은 △%를 갖는 제2 및 제3세그먼트의 도파관 섬유는 특수한 경우이다. 세그먼트(18)는 약 1의 알파를 갖는 알파 프로파일이다. 제2세그먼트(20)는 폭으로부터 결정된 외부 반경 및 표 2에 나타낸 외부 반경을 갖는 계단형 굴절률 프로파일이다. 상기 외부 반경은 상기 정의된 중간 포인트 반경이며 제3 세그먼트 폭의 중간 포인트까지 그린다. 예형의 중앙 부위를 놓는(lay down) 동안 도펀트의 흐름 속도를 증가시킴으로써 중앙선 도펀트 확산에 대한 보상(compensation)이 이루어진다. 상기 도펀트 증가량은 몇가지 예형의 중앙선에 다른 도펀트량을 첨가하고 예형가 도파관 섬유를 통해 공정됨으로써 실험적으로 바람직하게 결정된다. 상기 프로파일의 곡선형 부위(22 및 24)는 포펀트 확산으로부터 기인한다. 일반적으로, 모델 계산에 포함되는 반경은 프로파일 부위(22 및 24)에서 도 2에 나타낸 바와 같은 확산 효과가 작기 때문에 상기 확산이 고려되지 않는다. 모든 경우에, 상기 확산은 굴절률 프로파일의 다른 부위에 조절됨으로써 보상될 수 있다.

실시예 1 - 3개의 세그먼트 프로파일

섬유는 도 3에 따라 모형이 만들어지며, 하기의 구성을 갖는다. 상기에 제시된 정의를 이용하고 중앙선에서 1로 시작하여 세그먼트에 연속적으로 번호를 기입하면, 상기 코어 디자인은 △₁%이 약 0.70%, r₁이 약 0.39㎛, △₂%가 약 0.74, r₂가 약 2.84㎛, △₃%가 약 0.05 및 중앙선으로부터 층(20)의 중간 포인트까지 그린 r₃가 약 5.09㎛였다. 상기 중앙선 상의 굴절률 %는 약 0.7이며, α-프로파일이 시작되는 포인트에서 약 0.39의 반경까지 확장된다. 상기 α는 1이다.

이러한 도파관 섬유는 하기 예상되는 성질을 나타냈다:

- 1501㎛의 제로 분산 파장 λ₀;

- 1540nm에서 3.11ps/nm-km의 총분산;

- 1560nm에서 4.71ps/nm-km의 총분산;

- 0.08ps/nm²-km의 총분산 슬로프;

- 상기 섬유 상에서 측정되는 970nm의 차단파장 λ_c;

- 72.7㎛²의 유효면적 A_eff; 및

- 1550nm에서 0.196dB/km의 감쇠. 핀 정열 휨 손실은 87dB였다. 상기 도파관의 단면(section)은 측면으로 무게를 달았으며, 휨 손실은 1550nm에서 0.72dB/m였다.

실시예 2 - 3개의 세그먼트 프로파일

제2의 3개 세그먼트 코어의 도파관은 도 3에 나타낸 굴절률 프로파일에 따라 모형이 만들어졌다. 이러한 경우, α-프로파일(26)은 중앙선에서 시작하며, 0.63의 △₁% 및 0.69㎛의 r₁을 나타냈다. 제2 세그먼트(28)는 계단형 프로파일 및 0.018의 △₂%를 나타냈다. 제3 세그먼트(30)는 계단형 프로파일 및, 0.12%의 △₃%, 8.2㎛의 상기 정의된 중간 포인트 반경 r₃및 4.23㎛의 폭을 나타냈다.

이러한 도파관 섬유는 하기 예상되는 성질을 나타냈다:

- 1495㎛의 제로 분산 파장 λ₀;

- 1540nm에서 3.37ps/nm-km의 총분산;

- 1560nm에서 4.88ps/nm-km의 총분산;

- 0.075ps/nm²-km의 총분산 슬로프;

- 상기 섬유 상에서 측정되는 1648nm의 차단파장 λ_c; 및

- 72.8㎛²의 유효면적 A_eff. 핀 정열 휨 손실은 15.3dB였다. 상기 도파관의 단면은 측면으로 무게를 달았으며, 휨 손실은 1550nm에서 0.75dB/m였다.

상기 경우의 성질들은 우수하며 휨 손실이 실시예 1의 디잔인에 대해 상당히 개선된다. 도 3의 점선(32 및 34)은 대안적인(alternative) 3개의 세그먼트 코어 디자인을 설명하기 위해 포함된다. 도 3의 디자인은 세그먼트(28 및 30)가 계단형 굴절률의 구성으로부터 다소 편향된 굴절률 프로파일을 포함한다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 세그먼트는 작은 양 또는 음의 슬로프를 가질 수 있다. 도펀트 확산이 도 3의 세그먼트 범주에 나타나지만, 상기 모델 계산은 이러한 확산을 포함하지 않으며, 여기에 포함된 모든 모델 계산 역시 이와 같이 실시된다.

실시예 3 - 4개의 세그먼트 프로파일

도 4에 따른 프로파일을 갖는 도파관 섬유의 모형이 만들어졌다. 제1 세그먼트(36)는 중앙선상에서 0.23의 굴절률, 상기 정의된 외부 세그먼트 반경 1.36㎛의 r₁에서 0.28의 △₁을 나타냈다. α-프로파일(38)은 0.388의 α, 1.73의 △₂% 및 3.17㎛의 외부 세그먼트 반경 r₂를 나타냈다. 상기 계단형 굴절률 부위(40)는 0.17의 △₃%를 나타내며, 계단형 굴절률 부위(42)는 0.17의 △₄%, 7.3㎛의 r₄및 3.50㎛의 폭을 나타냈다.

이러한 도파관 섬유는 하기의 예상되는 성질을 나타냈다:

- 1496㎛의 제로 분산 파장 λ₀;

- 1540nm에서 3.37ps/nm-km의 총분산;

- 1560nm에서 5.06ps/nm-km의 총분산;

- 0.08ps/nm²-km의 총분산 슬로프;

- 상기 섬유 상에서 측정되는 1750nm의 차단파장 λ_c;

- 72.7㎛²의 유효면적 A_eff; 및

1550nm에서 0.212dB/km의 감쇄, A1550를 나타냈다. 핀 정열 휨 손실은 6.16dB였다. 상기 도파관의 단면은 측면으로 무게를 달았으며, 휨 손실은 1550nm에서 0.74dB/m였다.

상기 실시예의 성질들은 또한 탁월하며 특히 휨 손실이 우수하다.

상기 실시예들은 상기 프로파일의 복합성이 증가함에 따라 향상되는 휨 저항성과 함께 굴절률 프로파일의 단순성(simplicity)과 휨 저항성 사이의 주요한 균형을 나타낸다.

바람직한 성질들을 여전히 제공하면서 상기 프로파일에서 일어날 수 있는 파라미터의 변동 정도를 찾기 위해, 상기 모델 계산은 다양한 각각의 프로파일에 대응하는 축을 갖는 공간상의 일련의 포인트에서 수행되었다. 표 1 내지 3은 바람직한 성질이 달성된 본 발명에 따른 바람직한 도파관의 기능적인 파라미터를 나타낸다. 표 1은 제1의 3개 세그먼트 디자인에 대한 파라미터, 표 2는 제2의 3개 세그먼트 디자인에 대한 파라미터, 및 표 3은 4개 세그먼트 디자인에 대한 파라미터를 나타낸다. 이러한 표들은 상기 도파관 섬유의 굴절률 프로파일의 한계, 즉 반경 및 상대 굴절률 △% 뿐 아니라 이로부터 유도된 성질상의 한계를 나타낸다.

실시예 4 - 3개의 세그먼트 디자인

탁월한 결과를 얻었던 상기 3개 세그먼트 디자인의 덧붙인 실시예에 대한 모형이 만들어졌다. 도 5에 있어서, 1.33의 α값을 갖는 α-프로파일의 세그먼트(46)는 0.64의 △₁및 3.72㎛의 r₁; 계단형 굴절률 세그먼트(48)은 0.008의 △₂% 및 4.5㎛의 r₂; 및 계단형 굴절률의 세그먼트(50)은 0.14의 △₃%, 7.43㎛의 중간 포인트 반경 r₃및 4.49㎛의 세그먼트(50) 폭을 갖는다. 세그먼트(44)에서 제동되는 중앙선 확산 보상은 0.39㎛의 반경까지 확장된 0.7의 중앙선 상의 굴절률을 갖는다.

이러한 도파관 섬유는 하기의 예상되는 성질을 나타냈다:

- 1501㎛의 제로 분산 파장 λ₀;

- 1530nm에서 2.53ps/nm-km의 총분산;

- 1565nm에서 5.47ps/nm-km의 총분산;

- 0.084ps/nm²-km의 총분산 슬로프;

- 케이블된 형태(cabled form)에서 측정되는 1280nm의 차단파장 λ_c;

- 72.5㎛²의 유효면적 A_eff; 및

- 1550nm에서 0.195dB/km의 감쇄

- 9.8㎛의 모드 장 직경

- 1.61 유니트의 내부 부피, 및

- 4.90 유니트의 외부 부피.

실시예 5 - 제조 결과

많은 수의 섬유가 도 5의 모델 프로파일에 따라 제조되었다. 측정된 상기 굴절률 프로파일이 도 6에 나타나 있다. 섬유 파라미터들의 목표 값은 하기와 같았다. 중앙선 상의 만입은 가장 낮은 0.55%의 △% 및 0.39㎛의 반경을 나타냈다. α-프로파일은 1.335의 α, 0.64%의 △%, 및 3.72㎛의 반경을 나타냈다. 제2 세그먼트의 △%는 0.008이었다. 제3 세그먼트의 △%는 0.137, 중간 포인트 반경은 7.43 및 세그먼트의 폭은 4.49㎛였다. 섬유들의 평균 성질은 하기에 표로 나타내었다.

1530nm에서의 분산 (ps/nm-km)	2.603
1565nm에서의 분산 (ps/nm-km)	5.567
1625nm에서의 분산 (ps/nm-km)	10.582
MFD (um)	9.73
유효면적 (um²)	72
캐이블된 차단 (nm)	1229
분산 슬로프 (ps/nm²-km)	0.085
1550nm에서의 감쇄 (dB/km)	0.197
1380nm에서의 감쇄 (dB/km)	0.371
1310nm에서의 감쇄 (dB/km)	0.345
람다0 (nm)	1499.4
PMD (ps/sqrt-km)	0.018

상기에 나타낸 결과는 바람직한 도파관 섬유의 성질을 충족시키거나 또는 초과하는 탁월한 결과이다. 또한 1625nm에서 상기 도파관 섬유의 감쇄는 0.25dB/km 미만이었다.

하기의 표는 바람직한 도파관 섬유의 기능이 제공되는 굴절률 프로파일의 부류를 효과적으로 정의한다. 각각의 세그먼트에 대응하는 반경 r_i뿐만 아니라 각각의 특정 세그먼트에 대한 최소 및 최대의 △%가 기술된다. 세그먼트의 중간 포인트를 취해서 반경을 측정한 경우, 표의 상단에 표시된다. 다른 모든 반경은 세그먼트가 중앙상에서 1로 시작하여 외부로 진행되면서 숫자가 기입되는 다음의 인접한 세그먼트의 최대 내부 반경 뿐만 아니라 주어진 세그먼트의 최대 외부 반경이다. 이러한 다른 반경은 세그먼트 프로파일 간의 외삽된 교차선까지 측정된다. 폭은 세그먼트의 반경이 상기 세그먼트의 중간 포인트까지 측정되는 세그먼트의 폭에 해당된다.

	△ ₁	r ₁	△ ₂	△ ₃	r ₃ 중간 포인트 반경
최 대	1.068	4.167	0.136	0.159	10.109
최 소	0.712	2.441	0.000	0.060	3.945

	폭	알파	내부 부피	외부 부피	부피 비율
최 대	6.521	1.000	1.675	5.946	0.756
최 소	3.098	1.000	1.213	1.654	0.256

	람다 0	슬로프	모드 장 직경	유효면적	차단
최 대	1512	0.091	10.23	79.3	1789
최 소	1469	0.062	9.22	63.7	1079

	△ ₁	r ₁	△ ₂	△ ₃	r ₃ 중간 포인트 반경
최 대	0.833	3.820	0.091	0.284	10.247
최 소	0.542	2.727	0.008	0.051	5.762

	폭	알파	내부 부피	외부 부피	부피 비율
최 대	9.317	3.158	1.841	6.099	0.698
최 소	1.363	0.967	1.358	2.173	0.242

	람다 0	슬로프	모드 장 직경	유효면적	차단
최 대	1514.1	0.092	10.36	82	1799
최 소	1465.4	0.061	9.17	63	1200

	△ ₁	r ₁	△ ₂	△ ₃	r ₃ 중간 포인트 반경
최 대	2.384	3.291	0.123	0.180	7.387
최 소	1.683	2.249	0.000	0.058	5.289

	폭	알파	내부 부피	외부 부피	부피 비율
최 대	8.031	0.394	1.885	5.866	0.772
최 소	3.377	0.218	1.274	2.050	0.245

	중앙 상의 △	△ ₁	r ₁
최 대	0.235	0.718	1.3865
최 소	0.225	0.1154	1.1302

	람다 0	슬로프	모드 장 직경	유효면적	차단
최 대	1533.3	0.100	10.62	88.3	1787
최 소	1465.8	0.069	8.83	59.4	1187

상기 신규한 도파관의 특정 실시예가 여기에 기술되고 설명되었지만, 본 발명은 하기의 청구항에 의해서만 한정된다.

본 발명에 따르면 전체 섬유 길이에 걸쳐 총분산이 양의 값으로 유지되며 또한, 유효면적이 높고 총분산 슬로프가 낮은 값으로 유지되는 단일 모드 광도파관 섬유가 제공된다.

Claims

적어도 3개의 세그먼트를 가지며, 상기 각각의 세그먼트는 반경 r₁, 굴절률 프로파일 및 상대 굴절률%, Δ_i%를 갖고, 여기서 i는 세그먼트의 수와 동일한 세그먼트된 코어; 및

상기 코어에 접하면서 감싸고 있으며, 굴절률 n_c를 갖는 클래드 층을 포함하며,

상기 코어는 Δ₁을 포함하는 적어도 하나의 제1 세그먼트, 상기 제1 세그먼트를 감싸며 Δ₂를 포함하는 제2 세그먼트, 및 상기 제2 세그먼트를 감싸며 Δ₃을 포함하는 제3 세그먼트를 포함하고, 여기서 Δ₁> Δ₂> Δ₃이고, r_i및 Δ_i% 및 굴절률 프로파일은,

1500 nm 이하의 제로 분산 파장;

1530 nm 내지 1570 nm 파장 범위에 대해서 총분산 기울기 < 0.08 ps/nm²-km; 및

유효영역 > 60 ㎛²;

을 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관 섬유.
제1항에 있어서, 1625 nm에서의 상기 총분산은 약 13ps/nm-km 이하인 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관 섬유.
제2항에 있어서, 1530 nm 내지 1570 nm의 파장 범위에 대해서, 상기 모드 필드 직경은 약 8.8 ㎛ 내지 10.6 ㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관 섬유.
제2항에 있어서, 상기 섬유는 1550 nm 및 1625 nm 모두에서 0.25 dB/km 이하의 감쇄를 나타내는 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관 섬유.
제1항에 있어서, 상기 코어는 중앙선 및 4개의 세그먼트를 가지며,

제1 세그먼트는 상기 중앙선에서 시작하며 중앙선에서 제1 델타값을 갖고 반경에서 제2 델타값을 갖는 굴절률 프로파일을 갖고, 상기 굴절률 프로파일은 상기 제1 및 제2 굴절율 델타값을 기초로 곡선에 접합시킨 보간(interpolation)에 의해 결정되는 곡선이고,

제2 세그먼트는 상기 제1 세그먼트와 인접하고 약 0.22 내지 0.394 범위의 값을 갖는 α프로파일을 갖고,

제3 세그먼트는 상기 제2 세그먼트와 인접하며 계단형 굴절률 프로파일을 갖고,

제4 세그먼트는 상기 제3 세그먼트와 인접하며 계단형 굴절률 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관 섬유.
제5항에 있어서, 상기 코어의 내부 부피는 약 1.27 유니트 내지 1.89 유니트의 범위이고, 외부 부피는 약 2.05 유니트 내지 5.87 유니트의 범위이며, 내부 부피 대 외부 부피의 비율은 약 0.25 내지 0.77인 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관 섬유.
제5항에 있어서, 상기 제1 세그먼트는 약 0.12 내지 0.72 범위의 Δ₁% 및 중앙선에서 약 0.23 내지 0.24 범위의 상대 굴절률 및 약 1.13 내지 1.39 ㎛ 의 반경 r1을 갖고, 상기 제2 세그먼트는 약 1.68 내지 2.38%의 Δ₂% 및 약 2.25 내지 3.29㎛의 반경을 가지며, 상기 제3 세그먼트는 약 0.00 내지 0.12의 Δ₃%를 갖고, 상기 제4 세그먼트는 0.06 내지 0.18의 Δ₄%, 약 5.29 내지 7.39 ㎛의 중간 포인트 반경 r₄및 약 3.38 내지 8.03 ㎛의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관 섬유.
제1항에 있어서, 상기 세그먼트들 중 적어도 하나는 α프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관 섬유.
제8항에 있어서, 상기 모드 필드 직경은, 1530 nm 내지 1570 nm의 파장에 대해서 약 8.8 ㎛ 내지 10.6 ㎛인 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관 섬유.
제1항에 있어서, 상기 모드 필드 직경은 1530 nm 내지 1570 nm의 파장에 대해서 약 8.8 ㎛ 내지 10.6 ㎛인 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관 섬유.
제10항에 있어서, 상기 섬유의 분산은 1625 nm에서 11.5 ps/nm-km 이하인 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관 섬유.
제1항에 있어서, 상기 제1 세그먼트는 약 2.4 내지 4.17 ㎛의 반경 r₁을 갖고, 상기 제3 세그먼트는 3.95 내지 10.11 ㎛의 중간 포인트 반경 r₃및 약 3.10 내지 6.52 ㎛의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관 섬유.
제1항에 있어서, 상기 섬유의 분산은 1625 nm에서 11.5 ps/nm-km 이하인 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관 섬유.
제1항에 있어서, 상기 섬유는 1550 nm 및 1625 nm 모두에서 0.25 dB/km 이하의 감쇄를 나타내는 것을 특징으로 하는 단일모드 광도파관 섬유.