KR20050040858A - 고용량 광도파관 섬유 - Google Patents

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KR20050040858A
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스코트 알. 빅함
파멜라 에이. 하지칵
퐁 다이에프
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

기술된 내용은 본 기술분야의 공지된 임의의 테스트에 의하여 측정되는 큰 유효 영역 및 굽힘 유도 감쇠에 대한 우수한 저항성을 동시에 나타내는 광도파관 광섬유이다. 컷오프 파장은 약 1340nm∼1650nm까지 확장하는 파장 범위에서 단일 모드 작동을 허용하도록 조절된다. 광도파관 섬유의 굴절률 프로파일은 효과적인 제작비용을 허용하도록 용이하게 설계된다.

Description

고용량 광도파관 섬유{High capacity optical waveguide fiber}
광도파관 섬유가 고용량 정보통신 시스템에 대하여 본 명세서에 기술되며, 특히 큰 유효 영역과 굽힘 유도 감쇠에 대한 저항성을 결합시킨 광도파관 섬유가 본 명세서에 기술된다.
바람직하게는 전자 재생기의 사용 없이, 원거리 상에 보다 많은 정보 용량의 전송을 위해 설계된 광도파관 광섬유는 큰 유효 영역을 제공함으로써 신호의 비선형 상호작용의 특정한 형태를 통상적으로 유도한다. 부가적으로, 4개의 파동 또는 4개의 광자 혼합으로 통칭되고 파장 분할 다중 방식을 사용하는 통신 시스템에서 발생하는 신호 저하 효과는 작동 파장 범위 상에 광도파관 섬유의 총 분산의 조절에 의하여 제거될 수 있다. 즉, 총 분산은 작동 파장 범위 상에 영(0)이 아니도록 제작되므로, 신호들이 간섭하지 않는 방식에서 신호들 사이의 위상 관계를 변경시킨다.
분산 보상 방법의 사용을 통하여, 고용량 광도파관 섬유는 전송 시스템의 작동 윈도우 상에서 보다 큰 총 분산의 크기를 가질 수 있다. 따라서, 굴절률 프로파일의 연구원이 감쇠와 굽힘 유도 감쇠에 대한 저항성과 같은 다른 중요한 광섬유 특성들을 향상시키는 것과 동시에 총 분산 요구치를 완화시키도록, 설계 한계가 다소 완화된다.
설계의 단순화가 제작비용과 관련되므로, 고용량 광도파관 섬유의 굴절률 프로파일 설계에서 추가하는 중요한 요소는 프로파일의 단순화이다. 예를 들면, 일반적으로 바람직한 특성을 제공하지만 반지름을 따라 굴절률의 상당한 변화를 보다 적게 갖는 코어 영역이 제작하는데 보다 용이할 것이다.
본 발명은 보다 단순한 굴절률 프로파일 구조를 가지며, 낮은 감쇠를 유지하고 굽힘 유도 감쇠에 대하여 우수한 저항성을 제공하는 것과 동시에 큰 유효 영역을 제공하는 고용량 광도파관 섬유 설계에 대한 필요성을 제기한다.
정 의
다음의 정의는 본 기술분야에서 통상적인 사용법에 따른 것이다.
- 굴절률 프로파일(refractive index profile)은 굴절률 또는 상대 굴절률 (퍼센트)와 광도파관 섬유 반지름 사이의 관계이다.
- 세그먼티드 코어(segmented core)는 적어도 제 1 및 제 2 광도파관 섬유의 코어 부분 또는 세그먼트로 분할되는 것이다. 각각의 부분 또는 세그먼트는 특정한 반지름 길이에 따라 배치되고, 광도파관 섬유의 중심선에 대하여 실질적으로 대칭이며, 관련된 굴절률 프로파일을 갖는다.
- 코어의 세그먼트들의 반지름은 세그먼트들의 개별적인 시작점 및 끝점에서 개별적인 굴절률에 의하여 정의된다. 본 명세서에 사용된 반지름의 정의는 도면 및 본 명세서의 논의 내용에 기술되어 있다.
- 간혹 색채 분산(chromatic)으로 불려지는 광도파관 섬유의 총 분산(total dispersion)은 물질 분산(material dispersion), 광도파관 분산(waveguide dispersion) 및 내부형태 분산(inter-modal dispersion)의 합이다.
- 일반적으로 총 분산에 인가되는 신호 규정은 다음과 같다. 보다 짧은 파장의 신호가 광도파관내에서 보다 긴 파장의 신호보다 빠르게 전달하면, 총 분산은 양수라고 불려진다. 역으로, 음수의 총 분산의 광도파관에서, 보다 긴 파장의 신호가 보다 빠르게 전달한다.
- 유효 영역(effective area)은 다음과 같다.
Aeff = 2π(∫E2 r dr)2/(∫E4 r dr)
여기서 적분 한계는 0∼∞이고, E는 광도파관내에서 전달되는 광선과 관련된 전기장이다.
- 상대 굴절률 퍼센트(relative refractive index percent)는 다음과 같다.
Δ% = 100 (ni 2-nc 2)/2nc 2
여기서 ni는 달리 규정하지 않은 경우 영역 i에서 최대 굴절률이고, nc는 클래딩 영역의 굴절률이다. 세그먼트의 굴절률이 클래딩 영역의 평균 굴절률보다 작은 경우, 상대 굴절률 퍼센트는 음수이고, 달리 규정하지 않는 경우 최대 음수의 굴절률인 점에서 계산된다. 양수의 상대 굴절률 퍼센트는 굴절률이 클래딩의 평균 굴절률보다 큰 곳에서 발생한다.
- 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 Δ(b)%이 최대가 되는 점이고, b1은 Δ(b)%가 0이 되는 점이며, b는 bi≤b≤bf의 범위에 있고, Δ%는 상술한 바와 같이 정의되며, bi는 α-프로파일의 시작점이고, bf는 α-프로파일의 최종점이며, α는 실수인 지수이다.
- 광도파관 섬유의 굽힘 저항성(bend resistance)은 소정의 테스트 조건 하에서 유도되는 감쇠로서 표현된다. 굽힘 유도 감쇠는 본 명세서에서 굽힘 손실로도 불려진다. 본 명세서에 인용된 굽힘 테스트는 광도파관 섬유의 상대 저항성을 굽힘과 비교하는데 사용되는 핀 어레이 굽힘 테스트(pin array bend test)이다. 이 테스트를 수행하기 위하여, 감쇠 손실은 본질적으로 어떠한 유도 굽힘 손실이 발생하지 않는 광도파관 섬유에 대하여 측정된다. 그 후에, 광도파관 섬유는 핀 어레이를 통과하는 S자 곡선의 경로에 감겨지고, 감쇠가 다시 측정된다. 굽힘에 의해 유도되는 손실은 dB로 표현되는 이 두 개의 측정된 감쇠값들간의 차이이다. 핀 어레이는 단일 행에 정렬된 10개의 원통형 핀들의 세트이고, 평면에 고정된 수직 위치로 유지된다. 핀의 간격은 중심에서 중심까지 5mm이다. 핀의 지름은 0.67mm이다. 테스트 동안, S자 곡선에 감겨진 광도파관 섬유가 광섬유와 핀간에 접촉하는 핀 표면의 부분에 일치시키도록 충분한 장력이 인가된다.
본 명세서에 인용되는 다른 굽힘 테스트는 측면 부하 와이어 메쉬 테스트(lateral load wire mesh test)이다. 이 테스트에서, 소정의 길이의 광도파관 섬유는 두 개의 평판사이에 배치된다. #70 와이어 메쉬가 그 평판들 중 하나에 부착된다. 공지된 길이의 광도파관 섬유가 평판들간에 끼워지고, 평판들이 30N의 힘으로 동시에 압축되는 동안 기준 감쇠가 측정된다. 그 후에, 70N의 힘이 평판들에 인가되고, 감쇠의 증가가 측정되며 dB/m로 표현된다. 이 감쇠의 증가가 광도파관의 측면 부하 감쇠(또는 측면 부하 굽힘 손실)이다.
광도파관 섬유의 굽힘 저항성의 또 다른 테스트는 광섬유가 지정된 지름의 축에 대하여 지정된 회전수로 감겨지는 것이다. 각각의 테스트 조건에서, 굽힘 유도 감쇠는 dB/m의 단위, 광섬유의 회전수로 결정되는 길이 및 축의 지름으로 표현된다. 본 명세서에 인용된 축 감기 테스트(mandrel wrap test)는 유도 감쇠가 20mm 지름의 축 주위에 광도파관 섬유의 1회전에 대하여 측정되는 것이다.
도 1은 본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유에 대하여 상대 굴절률 퍼센트 대 반지름의 좌표로 도시된 굴절률 프로파일이다.
도 2 및 도 3은 비교되는 실시예들의 상대 굴절률 퍼센트 대 반지름의 그래프를 나타낸 것이다.
도 4는 본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유의 다른 실시예에 대하여 상대 굴절률 퍼센트 대 반지름의 좌표로 도시된 굴절률 프로파일이다.
도 5는 본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유의 또 다른 실시예에 대하여 상대 굴절률 퍼센트 대 반지름의 좌표로 도시된 굴절률 프로파일이다.
도 6은 본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유의 또 다른 실시예에 대하여 상대 굴절률 퍼센트 대 반지름의 좌표로 도시된 굴절률 프로파일이다.
도 7은 본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유의 다른 실시예에 대하여 상대 굴절률 퍼센트 대 반지름의 좌표로 도시된 굴절률 프로파일이다.
도 8은 본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유의 또 다른 실시예에 대하여 상대 굴절률 퍼센트 대 반지름의 좌표로 도시된 굴절률 프로파일이다.
하나의 관점에서, 광도파관 섬유는 클래드층(clad layer)으로 둘러싸여 접촉하는 중심 코어 영역(central core region)을 포함하는 것으로 본 명세서에 기술된다. 중심 코어 영역은 굴절률 프로파일, 반지름 및 중심선을 포함한다. 중심 코어 영역은 상기 중심 코어 영역의 최대 상대 굴절률 퍼센트의 일부분으로 중심선상 또는 중심선부근에 국소적인 최소 상대 굴절률 퍼센트를 제공하도록 배열되는 굴절률 프로파일을 가진 부분을 갖는다. 특히, 중심선상 또는 중심선부근에 국소적인 최소 상대 굴절률 퍼센트 대 중심 코어 영역내에 상대 굴절률 퍼센트의 최대값의 비율로서 형성되는 분수는 0.65∼1.0의 범위이다. 중심 코어 반지름 값과 최대 상대 굴절률 퍼센트와 함께 이 분수는 1550nm에서 115㎛2보다 작지 않은 유효 영역, 25dB/m보다 크지 않은 1550nm에서 20mm의 축 감기 굽힘 손실(mandrel wrap bend loss), 및 1.5dB/m보다 크지 않은, 바람직하게는 0.5dB/m보다 크지 않은 1550nm에서 측면 부하 와이어 메쉬 굽힘 손실(lateral load wire mesh bend loss)을 갖는 광도파관 섬유를 제공하도록 선택된다. 유익하게, 1550nm에서 핀 어레이 굽힘 손실(pin array bend loss)은 1dB/m보다 크지 않다. 20mm의 축 감기 굽힘 손실은 20dB/m보다 크지 않은 것이 바람직하며, 10dB/m보다 크지 않은 것이 보다 바람직하다.
상기 분수는 0.75∼0.85의 범위에 있는 것이 바람직하다.
본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유의 일실시예에서, 굴절률 프로파일의 파라미터(parameter)는 0.22dB/km이하의 1550nm에서 감쇠, 1400nm보다 크지 않은 영(0)점 분산 파장, 0.06ps/km1/2보다 크지 않은 편광 모드 분산, 및 1500nm보다 크지 않은 케이블형 컷오프 파장(cabled cut off wavelength)을 더 제공하도록 선택된다. 1550nm에서 감쇠는 0.20dB/km보다 작은 것이 바람직하며, 0.19dB/km보다 작은 것이 보다 바람직하다.
본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유의 다른 실시예에서, 중심 코어 영역의 최대 상대 굴절률 퍼센트는 중심 코어 반지름의 0.25보다 작지 않은 반지름까지 도달된다. 이 실시예의 중심 코어 반지름은 6㎛∼9㎛의 범위를 가지며, 6.5㎛∼7.5㎛의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
이 제 1 관점에서, 상대 굴절률 퍼센트의 최대값은 0.25%∼0.45%의 범위를 가지며, 0.28%∼0.35%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
이 제 1 관점의 다른 실시예에서, 본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유는 중심선값에서부터 최대값까지 단조증가하는 상대 굴절률 퍼센트를 나타내는 중심 코어 영역을 구비한다. 이 실시예의 중심 코어 영역내에 중심선상 또는 중심선부근에 국소적인 최소 상대 굴절률 퍼센트는 0.2%∼0.3%의 범위를 갖는다.
제 2 관점에서, 본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유는 중심 코어 영역 및 상기 중심 코어 영역과 주위의 클래드층간에 배치되는 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역(annular region)을 포함한다. 바람직하게는, 클래드층은 상기 환형 영역에 인접하고, 상기 환형 영역은 상기 중심 코어 영역에 인접한다. 환형 영역의 음수의 상대 굴절률 퍼센트는 상기 환형 영역에 굴절률을 감소시키는 불순물을 첨가하거나, 또는 상기 클래드층에 굴절률을 증가시키는 불순물을 첨가함으로써 달성될 수 있다. 이 대안들은 상술된 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 정의에 따른 것이다. 바람직하게는, 중심 코어 영역은 7㎛∼9.5㎛ 범위의 반지름을 갖는다. 또한, 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역은 중심 코어 반지름과 동일한 내부 반지름, 14㎛∼18㎛ 범위의 외부 반지름, 및 -0.05%∼-0.15% 범위의 최소 굴절률 퍼센트를 갖는 것이 바람직하다.
유효 영역은 120㎛2보다 작지 않고, 130㎛2보다 작지 않은 것이 바람직하며, 140㎛2보다 작지 않은 것이 보다 바람직하고, 150㎛2보다 작지 않은 것이 가장 바람직하다. 부가적으로, 굽힘 저항성은 20mm 지름의 축에 대한 광섬유의 일회전이 1550nm에서 25dB/m보다 작은, 바람직하게는 20dB/m보다 작은, 보다 바람직하게는 10dB/m보다 작은 감쇠를 유도하는 것이다.
상술한 각각의 실시예에서, 광도파관 섬유의 OH-의 함유량은 13080nm∼1390nm의 범위를 포함하는 파장 영역에서 광도파관의 작동을 가능하게 하는데 충분하게 낮은 값에서 조절되는 것이 바람직하다.
본 발명의 부가적인 특징과 장점은 이하 상세한 설명부분에서 기술될 것이고, 본 명세서로부터 기술분야의 숙련된 당업자에게 용이하게 명백하거나 또는 이하 상세한 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 다양한 실시예들을 도시한 것이고, 상세한 설명부분과 함께 본 발명의 원리와 동작을 설명하는데 도움이 된다.
이하 참조 번호는 첨부된 도면에 도시된 실시예들인 본 발명의 바람직한 실시예에 자세하게 작성될 것이다. 가능한 모든 곳에서, 동일한 참조 번호가 도면 전체에서 동일한 것 또는 부분적으로 동일한 것을 지시하는데 사용될 것이다. 본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유의 일실시예가 상대 굴절률 퍼센트(relative refractive index percent) 대 광도파관 섬유의 반지름의 그래프로 나타낸 도 1에 도시되어 있다. 광섬유의 중심 코어 영역(central core region)은 중심선상 또는 중심선부근에 보다 낮은 값 또는 국소적인 최소값(2)을 갖고 반지름(6)에서 중심 코어 영역의 상대 굴절률 퍼센트(4)의 최대값에 도달할 때까지 증가하는 상대 굴절률 퍼센트를 갖는 부분을 구비한다. 상대 굴절률 퍼센트가 반지름(8)에서 클래드층(clad layer)에 도달할 때까지 크기가 감소하도록, 상대 굴절률 퍼센트는 중심 코어 영역의 다른 부분에 대하여 최대값에 남아 있는 것이 바람직하다.
중심선상 또는 중심선부근에 값에서부터 반지름(6)에 값까지의 상대 굴절률 퍼센트의 증가가 도 1에서 단조증가로 나타나지만, 증가하는 프로파일 부분이 본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유에 따른 특성이 유지되는 한 다양한 형태를 가질 수 있는 것은 당연할 것이다. 예를 들면, 상대 굴절률 퍼센트 점들(2, 4)간에 프로파일 형태는 계단형, 일련의 계단형, 또는 여러 가지 정도의 오목함 또는 볼록함을 갖는 매끄러운 곡선일 수 있다.
본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유에 따른 상대 굴절률 퍼센트는 굽힘 유도 감쇠에 대한 우수한 저항성과 함께 큰 유효 영역을 제공한다. 예를 들면, 굽힘 테스트는 측면 부하 테스트(lateral load test)에서 별개의 스크린 메쉬(screen mesh) 크기를 사용하는 다른 굽힘 테스트가 사용될 수 있으나, 상술한 굽힘 테스트에 의하여 특징지어진다. 이 특징들은 1380nm∼1386nm의 파장 범위에서 낮은 워터 피크(water peak)로 보다 특징지어지도록 광도파관 섬유에 결합될 때 강화된다.
이 파장 범위에서, 광도파관 섬유의 감쇠 곡선의 워터 피크는 약 0.5dB/km보다 크지 않은, 바람직하게는 0.4dB/km보다 크지 않은, 가장 바람직하게는 0.35dB/km보다 크지 않은 값까지 감소될 수 있다.
낮은 워터 피크의 광섬유를 생산하는 방법은 참고문헌으로 본 명세서에 각각 일체화되는 내용인 2001년 11월 27일에 출원된 미국출원일련번호 09/722,804, 2000년 4월 11일에 출원된 미국출원일련번호 09/547,598, 2000년 12월 22일에 출원된 미국가출원일련번호 60/258,179, 및 2001년 2월 28에 출원된 미국가출원일련번호 60/275,015에서 알 수 있다. 일반적으로, 일체화된 문헌에 상술된 방법은 염소와 같은 기체를 사용하여 수트 모재(soot preform)를 건조한 후, OH-이온, 수소 또는 수소를 함유한 화합물의 임의의 소스(source)와 접촉으로부터 본질적으로 OH- 자유(건조) 수트를 분리시킴으로써 수트를 건조 상태로 유지시키는 단계를 포함한다. 수트는 외부 기상 증착(outside vapor deposition), 변형 기상 증착(modified vapor deposition), 또는 수직 기상 증착(vertical vapor deposition)과 같은 본 기술분야에 공지된 임의의 다양한 방법을 사용하여 증착될 수 있다. OH-이온, 수소 또는 수소를 함유한 화합물의 소스로부터 건조된 수트를 분리시키는 바람직한 방법은 건조된 수트에 대한 수단을 포함하는 중수소화 유리 장치의 사용에 의한 것이다. 중심선 홀(hole)을 구비한 수트 모재가 되게 하는 수트 증착 공정에서, 중수소화 유리 마개가 중심선을 밀봉하는데 사용될 수 있고, 그로 인하여 건조된 수트의 수분 재침투를 방지한다.
건조된 수트에 인접할 것이고 밀봉재 또는 반응기의 벽과 같이 작용하는 유리 몸체의 중소수화 방법의 일실시예는 유리 몸체가 약 24시간동안 약 1000℃에서 1기압의 헬륨 기체내에 5%의 중수소에 노출되는 것이다. 다른 방법으로, 유리 몸체가 약 24시간동안 약 1000℃에서 1기압의 질소 기체내에 3%의 중수소에 노출될 수 있다.
본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유의 유익한 특징은 이하 실시예들 및 비교상의 실시예들에 의하여 설명된다. 이하 예시된 실시예들에서, 광도파관 섬유의 모델화된 파라미터 값들은 실시예에 따라 제작된 광섬유의 측정값에 의하여 확인되었다.
실시예 1
도 1을 참조하면, 중심 코어 영역이 약 0.25%와 같은 중심선상 또는 중심선부근에 국소적인 최소 상대 굴절률 퍼센트(2)를 갖는 부분을 구비하고, 중심 코어 영역의 최대 상대 굴절률 퍼센트(4)가 약 0.30%이며 약 3.64㎛의 반지름(6)에 배치되고, 코어 반지름(8)이 약 7.1㎛이다. 표 1은 도 1에 따른 코어 영역을 구비한 광도파관 섬유의 모델화된 광학 특성을 준다.
두 개의 광섬유가 도 1에 따른 코어 영역을 구비하도록 제작되었다. 측정된 결과는 표 2에 주어져있다.
표 1과 표 2의 비교는 개별적으로 모델화된 결과와 측정된 결과간의 훌륭한 일치를 보여준다. 표 2는 제작된 광섬유가 높은 유효 영역, 낮은 핀 어레이 굽힘 손실 및 낮은 축 감기 굽힘 유도 손실을 가지는 것을 나타낸다. 이 특성들은 고성능 정보통신 시스템의 작동을 허용한다.
본 발명에 따라 제작된 광도파관 섬유의 낮은 케이블형 컷오프 값은 확장된 파장 범위, 바람직하게는 1340nm∼1650nm에 이르는 범위에서 작동하는 고성능 단일모드 정보통신 시스템을 허용한다.
비교 실시예 2
도 2에 따른 상대 굴절률 퍼센트의 코어 프로파일을 갖는 광도파관 섬유가 광학 특성들을 예측하기 위하여 모델화되었다. 이 프로파일은 약 0.15%의 상대 굴절률 퍼센트와 함께 중심선상에 보다 깊은 함몰부분 또는 보다 낮은 국소적인 최소값을 나타내고, 최대 상대 굴절률 퍼센트가 약 4㎛에 도달되는 반지름이 실시예 1과 비교해서 보다 바깥쪽 반지름 방향에서 발생한다. 모델화된 특성들은 표 3에 주어져있다.
표 1과 표 3의 비교는 유효 영역이 도 2에 다른 중심 코어 영역에 대하여 보다 크지만, 굽힘 유도 감쇠가 극적으로 증가하는 것을 나타낸다. 실시예 1의 광도파관 섬유의 성능은 비교 실시예 2의 광도파관 섬유와 비교해 볼 때 정보통신 시스템에서 우수한 성능을 나타내는 것으로 기대될 수 있다.
비교 실시예 3
도 3에 따른 상대 굴절률 퍼센트의 코어 프로파일을 갖는 광도파관 섬유가 광학 특성들을 예측하기 위하여 모델화되었다. 이 프로파일은 중심선상 또는 중심선부근에서 함몰부분을 전혀 나타내지 않고, 본 명세서에 따른 도 1의 프로파일의 외부 반지름과 동일한 약 7.1㎛의 외부 반지름을 갖는 본질적으로 계단형 굴절률 코어이다. 모델화된 특성들은 표 4에 주어져있다.
표 1과 표 4의 비교는 유효 영역이 도 3에 따른 중심 코어 영역에 대하여 보다 작고, 굽힘 유도 감쇠가 본 명세서에 기술된 바와 같은 도 1에 따라 제작된 광도파관 섬유의 굽힘 유도 감쇠보다 약 50배 더 큰 것을 나타낸다. 실시예 1의 광도파관 섬유의 성능은 비교 실시예 3의 광도파관 섬유와 비교해 볼 때 정보통신 시스템에서 우수한 성능을 나타내는 것으로 기대될 수 있다.
실시예 4
제 2 관점에서, 본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유의 특정한 특성들은 본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유에 따른 중심 코어 영역을 둘러싸는 보다 낮은 굴절률의 환형 영역(annular region)을 포함함으로써 강화될 수 있다. 도 4에 실시예를 참조하면, 중심선(2)상 또는 부근에 중심 코어 영역의 국소적인 최소 상대 굴절률 퍼센트는 약 0.25%이며, 중심 코어 영역의 최대 상대 굴절률 퍼센트는 약 0.30%이고 약 4.0㎛의 반지름(6)에 배치되어 있다. 중심 코어 반지름(8)은 약 7.7㎛이다. 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역(14)은 중심 코어 영역의 말단에서부터 약 16.6㎛의 반지름(12)까지 연장된다. 도 4에 나타낸 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역의 형태는 약 0.09%의 최대 음수의 상대 굴절률 퍼센트(즉, 환형 영역에 대하여 -0.09%의 최소 상대 굴절률 퍼센트)를 가진 라운드진 계단형(rounded step)이다. 본 명세서에 기술되는 광도파관 섬유의 바람직한 특성들을 유지하는 한, 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역의 형태가 도시된 라운드진 계단형의 형태와 다른 형태를 취할 수 있음은 당연할 것이다. 예를 들면, 환형 영역은 사다리꼴 형태를 가질 수 있거나, 0.1∼20의 범위의 α를 갖는 α-프로파일을 가질 수 있다.
표 5는 도 4에 따른 중심 코어 영역 및 환형 영역을 구비하는 광도파관 섬유의 모델화된 기능적인 특성들을 준다.
중심 코어 영역을 둘러싸는 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역의 추가는 굽힘 유도 감쇠에 대한 우수한 저항성이 유지되는 한 약 10%까지 유효 영역에서 증가를 허용한다.
실시예 5
광섬유가 중심 코어 영역, 환형 영역, 및 도 4에 나타낸 바와 유사한 클래딩을 구비하도록 제작되었다. 제작된 광섬유의 측정된 굴절률 프로파일은 도 5에 상대 굴절률 퍼센트 대 반지름의 좌표로 도시되어 있다. 중심선(2)상 또는 부근에 중심 코어 영역의 국소적인 최소 상대 굴절률 퍼센트는 약 0.24㎛의 반지름에서 약 0.245%이며, 중심 코어 영역의 최대 상대 굴절률 퍼센트는 약 0.30%이고 약 5.0㎛의 반지름(6)에 배치되어 있다. 중심 코어 반지름(8), 즉, 상대 굴절률이 0%에 도달하는 곳은 약 7.6㎛이다. 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역(14)은 중심 코어 영역의 말단에서부터 약 15.4㎛의 반지름(12)까지 연장된다. 도 5에 나타낸 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역은 약 13.4㎛의 반지름에서 약 -0.12%의 최소값인 음수의 상대 굴절률 퍼센트(즉, 약 -0.12%의 최소 상대 굴절률 퍼센트)를 갖는다. 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역의 형태가 도시된 것과 다른 형태를 취할 수 있음은 당연할 것이다.
도 5의 광섬유의 측정된 결과는 표 6에 주어져있다.
실시예 6
광섬유가 중심 코어 영역, 환형 영역 및 클래딩을 구비하도록 제작되었다. 제작된 광섬유의 측정된 굴절률 프로파일은 도 6에 상대 굴절률 퍼센트 대 반지름의 좌표로 도시되어 있다. 중심선(2)상 또는 부근에 중심 코어 영역의 국소적인 최소 상대 굴절률 퍼센트는 약 0.62㎛의 반지름에서 약 0.256%이며, 중심 코어 영역의 최대 상대 굴절률 퍼센트는 약 0.308%이고 약 5.2㎛의 반지름(6)에 배치되어 있다. 중심 코어 반지름(8), 즉, 상대 굴절률이 0%에 도달하는 곳은 약 7.3㎛이다. 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역(14)은 중심 코어 영역의 말단에서부터 약 18.1㎛의 반지름(12)까지 연장된다. 도 6에 나타낸 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역은 약 15.5㎛의 반지름에서 약 -0.136%의 최소값인 음수의 상대 굴절률 퍼센트(즉, 약 -0.136%의 최소 상대 굴절률 퍼센트)를 갖는다. 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역의 형태가 도시된 것과 다른 형태를 취할 수 있음은 당연할 것이다.
도 6의 광섬유의 측정된 결과는 표 7에 주어져있다.
실시예 7
광섬유가 중심 코어 영역, 환형 영역 및 클래딩을 구비하도록 제작되었다. 제작된 광섬유의 측정된 굴절률 프로파일은 도 7에 상대 굴절률 퍼센트 대 반지름의 좌표로 도시되어 있다. 중심선(2)상 또는 부근에 중심 코어 영역의 국소적인 최소 상대 굴절률 퍼센트는 약 0.57㎛의 반지름에서 약 0.199%이며, 중심 코어 영역의 최대 상대 굴절률 퍼센트는 약 0.318%이고 약 5.1㎛의 반지름(6)에 배치되어 있다. 중심 코어 반지름(8), 즉, 상대 굴절률이 0%에 도달하는 곳은 약 7.4㎛이다. 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역(14)은 중심 코어 영역의 말단에서부터 약 18.8㎛의 반지름(12)까지 연장된다. 도 7에 나타낸 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역은 약 15.5㎛의 반지름에서 약 -0.114%의 최소값인 음수의 상대 굴절률 퍼센트(즉, 약 -0.114%의 최소 상대 굴절률 퍼센트)를 갖는다. 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역의 형태가 도시된 것과 다른 형태를 취할 수 있음은 당연할 것이다.
도 7의 광섬유의 측정된 결과는 표 8에 주어져있다.
실시예 8
광섬유가 중심 코어 영역, 환형 영역 및 클래딩을 구비하도록 제작되었다. 제작된 광섬유의 측정된 굴절률 프로파일은 도 8에 상대 굴절률 퍼센트 대 반지름의 좌표로 도시되어 있다. 중심선(2)상 또는 부근에 중심 코어 영역의 국소적인 최소 상대 굴절률 퍼센트는 약 0.41㎛의 반지름에서 약 0.223%이며, 중심 코어 영역의 최대 상대 굴절률 퍼센트는 약 0.282%이고 약 5.0㎛의 반지름(6)에 배치되어 있다. 중심 코어 반지름(8), 즉, 상대 굴절률이 0%에 도달하는 곳은 약 8.2㎛이다. 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역(14)은 중심 코어 영역의 말단에서부터 약 17.0㎛의 반지름(12)까지 연장된다. 도 8에 나타낸 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역은 약 14.8㎛의 반지름에서 약 -0.154%의 최소값인 음수의 상대 굴절률 퍼센트(즉, 약 -0.154%의 최소 상대 굴절률 퍼센트)를 갖는다. 음수의 상대 굴절률 퍼센트의 환형 영역의 형태가 도시된 것과 다른 형태를 취할 수 있음은 당연할 것이다.
도 8의 광섬유의 측정된 결과는 표 9에 주어져있다.
모델화된 광도파관 섬유 파라미터와 측정된 광도파관 섬유 파라미터의 일치는 훌륭하다. 제작된 광섬유는 매우 큰 유효 영역 및 굽힘 유도 감쇠에 대하여 대단히 훌륭한 저항성을 갖는다.
따라서, 광섬유는 중심코어 영역 및 클래드층을 포함하여 본 명세서에 기술된다. 중심 코어 영역은 중심선에 대하여 배치되고 반지름 R1까지 연장되며, 중심선상 또는 중심선 부근에 반지름 R1,LM에 배치된 국소적인 상대 굴절률 퍼센트 Δ1,LM 및 반지름 R1,MAX에 배치된 최대 상대 굴절률 퍼센트 Δ1,MAX를 가지며, 여기서 R1,MAX > R1,LM이다. 클래드층은 중심 코어 영역을 둘러싼다. 비율 Δ1,LM / Δ1,MAX 는 0.65∼1.0이다. 광섬유는 1550nm의 파장에서 115㎛2보다 작지 않은 유효 영역을 나타내고, 32mm 지름의 축에 대한 광섬유의 일회전에 의하여 유도되는 감쇠의 증가가 1550nm의 파장에서 약 0.5dB보다 작게 나타낸다. 상대 굴절률 퍼센트의 점진적인 증가가 굽힘 손실을 억제하는데 도움을 주는 반면, 국소적인 최소 상대 굴절률 퍼센트의 존재는 보다 큰 유효 영역을 제공하는데 도움을 준다.
한 세트의 바람직한 실시예에서, 클래드층은 중심 코어 영역에 인접한다.
광섬유가 1.5dB/m보다 크지 않은 1550nm에서 측면 부하 굽힘 손실을 나타내는 것이 바람직하다.
한 세트의 바람직한 실시예에서, 비율 Δ1,LM / Δ1,MAX는 0.6∼0.9이다. 다른 세트의 바람직한 실시예에서, 비율 Δ1,LM / Δ1,MAX는 0.7∼0.85이다.
바람직하게는, R1,LM과 R1,MAX사이의 반지에 관하여 상대 굴절률 퍼센트의 변화는 약 0.03%/㎛보다 작다. 몇몇 바람직한 실시예에서, R1,LM과 R1,MAX사이의 반지에 관하여 상대 굴절률 퍼센트의 변화는 약 0.01%/㎛∼0.03%/㎛이다.
중심 코어 영역의 최대와 국소적인 최소 상대 굴절률 퍼센트간의 반지름 간격 R1,MAX - R1,LM는 3㎛보다 큰 것이 바람직하며, 4㎛보다 큰 것이 보다 바람직하다.
한 세트의 바람직한 실시예에서, 비율 R1,LM / R1,MAX는 약 0.2보다 작다. 다른 세트의 바람직한 실시예에서, 비율 R1,LM / R1,MAX는 약 0.1보다 작다.
바람직하게는, 비율 R1,MAX / R1은 약 0.25보다 크다. 한 세트의 바람직한 실시예에서, 비율 R1,MAX / R1은 약 0.5보다 크다.
바람직하게는, R1은 약 6㎛∼10㎛이다. 한 세트의 바람직한 실시예에서, R1은 약 7㎛∼9㎛이다.
바람직하게는, Δ1,MAX는 약 0.4%보다 작다. 한 세트의 바람직한 실시에에서, Δ1,MAX는 약 0.25%∼0.35%이다.
바람직하게는, Δ1,LM은 약 0.10%∼0.3%이다.
바람직하게는, 상대 굴절률 퍼센트는 Δ1,LM에서부터 Δ1,MAX까지 단조증가한다.
바람직하게는 중심 코어 영역의 상대 굴절률 퍼센트는 중심선에서부터 R1까지의 모든 점에서 0%보다 크다.
바람직한 세트의 실시예에서, 광섬유는 중심 코어 영역과 클래드층 사이에 배치된 환형 영역을 더 포함하며, 여기서 환형 영역의 상대 굴절률 퍼센트는 0%보다 작고 최소 상대 굴절률 퍼센트 Δ2,MIN을 갖으며, 환형 영역은 반지름 R2까지 연장된다.
바람직하게는, Δ2,MIN은 약 -0.05%∼0.30%이다. 한 세트의 바람직한 실시예에서, Δ2,MIN은 약 -0.10%∼0.20%이다.
바람직하게는, R2는 약 14㎛∼20㎛이다. 바람직하게는 비율 R2 / R1은 약 3보다 작다.
한 세트의 바람직한 실시예에서, 광섬유는 1550nm의 파장에서 130㎛2보다 작지 않은 유효 영역을 나타낸다. 다른 세트의 바람직한 실시예에서, 광섬유는 1550nm의 파장에서 150㎛2보다 작지 않은 유효 영역을 나타낸다. 또 다른 세트의 바람직한 실시예에서, 광섬유는 1550nm의 파장에서 170㎛2보다 작지 않은 유효 영역을 나타낸다.
바람직하게는, 1550nm의 파장에서 감쇠는 약 0.21dB/km미만, 보다 바람직하게는 약 0.20dB/km미만, 보다 더 바람직하게는 약 0.19dB/km미만이다.
바람직하게는, 1610nm의 파장에서 감쇠는 약 0.20dB/km보다 작다.
바람직하게는, 1380nm의 파장에서 감쇠는 1310nm의 파장에서 감쇠를 약 0.3dB/km보다 작게 초과한다. 보다 바람직하게는, 1380nm의 파장에서 감쇠는 약 0.32dB/km보다 작다. 보다 더 바람직하게는, 1380nm의 파장에서 감쇠는 1310nm의 파장에서 감쇠보다 작다.
바람직하게는, 32mm 지름의 축에 대하여 상기 광섬유의 일회전에 의하여 유도되는 감쇠는 1610nm의 파장에서 약 1.0dB미만, 보다 바람직하게는 1610nm의 파장에서 약 0.5dB미만, 보다 더 바람직하게는 1610nm의 파장에서 약 0.3dB미만이다.
바람직하게는, 광섬유는 1550nm의 파장에서 24ps/nm-km보다 작은 분산을 갖는다. 한 세트의 바람직한 실시예에서, 광섬유는 1550nm의 파장에서 15ps/nm-km∼24ps/nm-km의 분산을 갖는다.
본 명세서에 기술된 굴절률 프로파일에 의하여 제공되는 특별한 장점은
프로파일이 매우 용이하게 설계되므로, 보다 복잡한 코어 구조를 구비한 프로파일의 설계보다 제작하는데 보다 용이한 것이다. 일실시예에서, 중심선상에 상대 굴절률 퍼센트의 조절은 결과물인 광도파관 섬유가 큰 유효 영역 및 굽힘 유도 감쇠에 대한 현저하게 우수한 저항성을 동시에 나타내게 한다. 보다 큰 유효 영역이 바람직한 시스템에서, 유일한 음수 굴절률의 환형 영역의 부가가 추가될 수 있다.
본 명세서에 기술된 모든 실시예의 광섬유는 125㎛의 클래딩 지름(즉, 실리카에 기초한 광섬유의 외부 반지름) 및 250㎛의 외부 반지름을 갖는 광섬유가 되도록 제 1 및 제 2 코팅층을 포함하는 코팅과 함께 제작되었다. 125㎛ 지름의 클래딩 및 250㎛의 광섬유 외부 반지름은 산업 표준 크기가 되어왔다. 광섬유의 하나 이상의 광학 특성이 클래딩 지름 및/또는 코팅 두께를 변화시킴으로써 변화될 수 있는 반면, 본 명세서에 기술된 광섬유는 산업 표준에서 벗어나는, 즉, 산업의 허용된 오차를 넘어서는 클래딩 지름 및/또는 코팅 두께에 의지하지 않고 큰 유효 영역 및 낮은 미세굽힘 손실을 제공한다. 따라서, 본 명세서에 기술된 광섬유는 약 125㎛의 클래딩 외부 지름을 갖는 것이 바람직하다. 게다가, 본 명세서에 기술된 광섬유는 250㎛의 외부 코팅 지름을 갖는 것이 바람직하다.
본 명세서에 기술된 바와 같은 굴절률 프로파일 설계는 변형 기상 증착(modified vapor deposition), 외부 기상 증착(outside vapor deposition) 또는 수직 기상 증착(vertical vapor deposition)을 포함하는 기술분야에 공지된 임의의 모재 제작 및 추출 기술를 사용하여 제작될 수 있다. 공지된 통합 및 선택적인 오버-클래딩(over-cladding) 단계는 본 발명에 따른 모재를 제작하는데 사용될 수 있다. 표준 기술은 추출 단계에서 사용될 수 있다.
다양한 변형 및 변경이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있음은 기술분야의 숙련된 당업자에게 분명할 것이다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 그와 균등한 범위내에서 제공되는 본 발명의 이러한 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 중심선에 대하여 배치되고 반지름 R1까지 연장되며, 중심선상 또는 중심선부근에 반지름 R1,LM에 배치된 국소적인 최소 상대 굴절률 퍼센트 Δ1,LM 및 반지름 R1,MAX에 배치된 최대 상대 굴절률 퍼센트 Δ1, MAX를 갖는 중심 코어 영역(central core region); 및
    상기 중심 코어 영역을 둘러싸는 클래드층(clad layer)을 포함하고,
    R1,MAX > R1,LM이며,
    비율 Δ1,LM / Δ1,MAX가 0.65 내지 1.0이고,
    유효 영역이 1550nm의 파장에서 115㎛2보다 작지 않으며, 32mm 지름의 축에 대한 일회전에 의하여 유도되는 감쇠의 증가가 1550nm의 파장에서 약 0.5dB보다 작게 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    1550nm의 파장에서 상기 감쇠는 약 0.21dB/km보다 작은 것을 특징으로 하는 광섬유.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유는 1.5dB/m보다 크지 않은 1550nm에서 측면 부하 굽힘 손실(lateral load bend loss)을 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 비율 Δ1,LM / Δ1,MAX는 0.6 내지 0.9인 것을 특징으로 하는 광섬유.
  5. 제 1 항에 있어서,
    R1,LM과 R1,MAX사이의 반지름에 관한 상대 굴절률 퍼센트의 변화는 약 0.03%/㎛보다 작은 것을 특징으로 하는 광섬유.
  6. 제 1 항에 있어서,
    비율 R1,LM / R1,MAX는 약 0.2보다 작은 것을 특징으로 하는 광섬유.
  7. 제 1 항에 있어서,
    비율 R1,MAX / R1은 약 0.25보다 큰 것을 특징으로 하는 광섬유.
  8. 제 1 항에 있어서,
    R1은 약 6㎛ 내지 약 10㎛인 것을 특징으로 하는 광섬유.
  9. 제 1 항에 있어서,
    Δ1,MAX는 약 0.4%보다 작은 것을 특징으로 하는 광섬유.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 상대 굴절률 퍼센트는 Δ1,LM에서부터 Δ1,MAX까지 단조증가하는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심 코어 영역의 상대 굴절률은 모든 점에서 0%보다 큰 것을 특징으로 하는 광섬유.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유는 상기 중심 코어 영역과 상기 클래드층 사이에 배치된 환형 영역(annular region)을 더 포함하고,
    상기 환형 영역의 상대 굴절률은 0%보다 작고 최소 상대 굴절률 퍼센트 Δ2,MIN을 가지며,
    상기 환형 영역은 반지름 R2까지 연장되는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  13. 제 12 항에 있어서,
    Δ2,MIN은 약 -0.05% 내지 약 0.30%인 것을 특징으로 하는 광섬유.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유는 1550nm의 파장에서 130㎛2보다 작지 않은 유효 영역을 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유는 1550nm의 파장에서 150㎛2보다 작지 않은 유효 영역을 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유는 1550nm의 파장에서 170㎛2보다 작지 않은 유효 영역을 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  17. 제 1 항에 있어서,
    1550nm의 파장에서 상기 감쇠는 약 0.19dB/km보다 작은 것을 특징으로 하는 광섬유.
  18. 제 1 항에 있어서,
    1610nm의 파장에서 상기 감쇠는 약 0.20dB/km보다 작은 것을 특징으로 하는 광섬유.
  19. 제 1 항에 있어서,
    1380nm의 파장에서 상기 감쇠는 1310nm의 파장에서 상기 감쇠를 약 0.3dB/km보다 작게 초과하는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  20. 제 1 항에 있어서,
    약 32mm 지름의 축에 대한 상기 광섬유의 일회전에 의하여 유도되는 상기 감쇠는 1610nm의 파장에서 약 1.0dB보다 작은 것을 특징으로 하는 광섬유.
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