KR20050056916A - 큰 음수-기울기의 분산 보상 광섬유 및 그를 포함하는전송 시스템 - Google Patents

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피터 지이. 헤브젠
데이비드 제이. 톰슨
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Abstract

본 발명은 세그먼티드 코어(segmented core)를 구비하고, C-밴드에서 음수의 총 분산 및 음수의 분산 기울기를 갖는 분산 보상 광섬유(dispersion compensating optical fiber; DC fiber)에 관한 것이다. 상기 광섬유의 굴절률 프로파일은 C-밴드의 파장 밴드, 즉 약 1525nm∼1565nm에서 작동하는 고성능 전송 시스템에 적절한 광학 특성들을 제공하도록 선택된다. 본 발명에 따른 DC 광섬유는 1549nm에서 -3.4ps/nm2-km보다 음수의 분산 기울기를 나타내고, -0.4%보다 음수인 음수의 Δ2%를 갖는다. 바람직하게는 상기 DC 광섬유는 -125ps/nm-km보다 음수의 총 분산을 갖는다. 상기 DC 광섬유는 분산을 보상하기 위하여 시스템의 영(0)이 아닌 분산 편이 광섬유(Non-Zero Dispersion Shifted Fiber; NZDSF)와 광학적으로 결합될 수 있다. 광학적으로, 전송 시스템은 양수의 분산 및 양수의 기울기의 트림 광섬유(trim fiber)를 포함할 수 있다.

Description

큰 음수-기울기의 분산 보상 광섬유 및 그를 포함하는 전송 시스템{Highly negative-slope dispersion compensating fiber and transmission system including same}
본 발명은 분산 보상 광섬유 및 그를 포함하는 전송 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전송 시스템에서 기울기와 분산을 편리하게 보상하기 위하여 분산 보상 광섬유가 C-밴드(1525nm∼1565nm)에서 음수의 분산과 분산 기울기를 나타내는 분산 보상 광섬유 및 전송 시스템에 관한 것이다.
보다 높은 데이터 속도가 정보통신 산업에서 요구되고 있다. 그러므로, 원거리용으로 설계되는 고성능의 광섬유, 및 고밀도 파장 분할 다중 방식(Dense Wavelength Division Multiplexing; DWDM) 시스템에서 높은 비트 속도의 정보통신에 대한 연구가 증대되었다. 그러나, 이 높은 데이터 속도는 그것과 관련된 페널티를 갖는다. 특히, 분산은 이러한 시스템, 구체적으로는 특정한 영(0)이 아닌 분산 편이 광섬유(Non-Zero Dispersion Shifted Fiber; NZDSF)와 같은 큰 유효 영역의 광섬유를 사용하는 시스템에 대하여 중요한 문제이다. 보다 명확하게는, 양수의 분산은 전송 광섬유(예를 들면, NZDSF)의 길이의 함수로 만들어진다. 케이블 또는 분산 보상 모듈(Dispersion Compensating Module; DCM)에 포함된 분산 보상(Dispersion Compensating; DC) 광섬유는 이와 같은 광전송 시스템에서 분산을 보상하도록 설계되어졌다. 일반적으로, 짧은 길이의 DC 광섬유가 NZDSF와 같은 보다 긴 전송 광섬유의 양수의 분산 및 양수의 기울기를 보상하는데 사용될 수 있도록, 이들 DC 광섬유는 음수의 기울기 및 음수의 분산을 갖는다. 1512nm∼1565nm의 C-밴드 작동에 대하여, DC 광섬유의 굽힘 성능, 감쇠 및 분산 특성(총 분산 및/또는 분산 기울기)은 매우 중요하다. 이것은 DCM의 감겨진 스풀(spool)에 포함될 것인 DC 광섬유에서 특히 중요하다. 특히, 보다 짧은 DC 광섬유의 길이를 가진 보상을 고려하면, 매우 낮은 총 분산을 갖는 것이 유익하다. 낮은 기울기는 짧은 길이에서 전송 광섬유의 기울기를 보상하는데 바람직하다.
그러므로, 낮은 감쇠, 낮은 굽힘 손실, 낮은 분산 및 분산 기울기를 나타내고, C-밴드에서 특정한 영(0)이 아닌 분산 편이 광섬유(NZDSF)의 분산 및/또는 기울기를 보상하는데 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 제 1 및 제 2 세그먼트(에를 들면, 중심 코어(central core) 및 모우트(moat))와 같은 다수의 세그먼트를 구비한 것이다. 각각의 코어 세그먼트는 개별적인 굴절률 프로파일 및 그 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 6에서도 사용된다. 중심 코어 세그먼트(22)의 반지름 R1은 DC 광섬유의 중심선(CL)에서부터 프로파일이 클래딩(cladding; 30)에 관하여 측정되는 상대 굴절률이 0이 되는 곳과 교차하는 점까지 연장한 길이이다. 모우트 세그먼트(24)의 외부 반지름 R2는 중심선(CL)에서부터 모우트의 외부 가장자리가 클래딩(30)에 관하여 측정되는 굴절률이 0이 되는 곳과 교차하는 반지름 점까지 연장한 것이다. 반지름 R3은 Δ3%가 링 세그먼트(26)의 최대값의 절반이 되는 절반 높이의 폭에서 측정된다. 세그먼트(26)의 반지름 R3은 중심선(CL)에서부터 절반-높이 선분(27)의 중간점(28)까지 연장한 것이다. 중간점(28)은 Δ3%의 절반-높이 위치에서 링 세그먼트와 두 개의 교차점사이에 선분(27)을 양분함으로써 형성된다. 반지름 R4는 중심선(CL)에서부터 링 세그먼트(26)의 최외각 부분이 클래딩(30)에 관하여 측정되는 0의 굴절률 점과 만나는 점까지 측정된다.
- 유효 영역(effective area)은 다음과 같이 정의된다.
Aeff = 2π(∫E2 r dr)2/(∫E4 r dr)
여기서 적분 한계는 0∼∞이고, E는 1549nm에서 측정되는 전달 광선에 관련된 전기장이다.
- 용어 Δ%는 다음과 같은 식에 의해 정의되는 굴절률의 상대적인 측정치를 나타낸다.
Δ% = 100 (ni 2-nc 2)/2nc 2
여기서 ni는 달리 규정하지 않은 경우 개별적인 영역 i(예를 들면, 22, 24, 26)에서 최대 굴절률이고, nc는 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 bi≤b≤bf의 범위에 있고, Δ%는 상술한 바와 같이 정의되며, bi는 α-프로파일의 시작점이고, bf는 α-프로파일의 최종점이며, α는 실수인 지수이다. α-프로파일의 시작점과 최종점은 컴퓨터 모델에서 선택되어 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(ba)+[Δ(b0)-Δ(ba)]{1-[｜b-b0｜/(b1-b 0)]α}]100
여기서 ba는 인접한 세그먼트의 최초점이다.
- 핀 어레이 굽힘 테스트(pin array bend test)는 굽힘에 대한 광섬유의 상대적인 저항을 비교하는데 사용된다. 이 테스트를 수행하기 위하여, 어떠한 유도 굽힘 손실이 발생하지 않도록 광섬유가 정렬될 때, 감쇠 손실은 측정된다. 그 후에, 이 광섬유는 핀 어레이에 대하여 조립되고, 감쇠가 다시 측정된다. 굽힘에 의해 유도되는 손실은 두 개의 감쇠 측정치 사이의 차이이다. 핀 어레이는 단일 행에 정렬된 10개의 원통형 핀의 세트이고, 평평한 표면에 고정된 수직 위치로 유지된다. 핀의 간격은 중심에서 중심까지 5mm이다. 핀의 지름은 0.67mm이다. 광섬유는 인접한 핀들의 반대면을 통과하게 된다. 테스트 동안, 광섬유는 광도파관을 핀의 표면의 일부에 일치시키는데 충분한 장력 하에 배치된다.
도 1은 본 발명에 따른 DC 광섬유의 다양한 세그먼트들의 단면 사시도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 DC 광섬유의 제 1 실시예의 Δ% 대 코어 반지름(㎛)의 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 DC 광섬유의 제 2 실시예의 Δ% 대 코어 반지름(㎛)의 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 DC 광섬유의 제 3 실시예의 Δ% 대 코어 반지름(㎛)의 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 DC 광섬유의 제 4 실시예의 Δ% 대 코어 반지름(㎛)의 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 DC 광섬유의 제 5 실시예의 Δ% 대 코어 반지름(㎛)의 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 DC 광섬유의 다양한 실시예에 대한 총 분산 대 파장의 좌표이다.
도 8은 본 발명에 따른 DC 광섬유의 다양한 실시예에 대한 분산 기울기 대 파장의 좌표이다.
도 9는 본 발명에 따른 DC 광섬유의 다양한 실시예에 대한 κ 대 파장의 좌표이다.
도 10은 본 발명에 따른 DC 광섬유를 포함하는 전송 시스템의 다양한 실시예에 대한 잔류 분산 대 파장의 좌표이다.
도 11은 본 발명에 따른 DC 광섬유를 포함하는 전송 시스템의 일실시예의 개략도이다.
도 12는 본 발명에 따른 전송 시스템에 이용되는 트림 광섬유의 일실시예의 굴절률 프로파일이다.
도 13은 본 발명에 따른 DC 광섬유와 트림 광섬유의 결합을 포함하는 전송 시스템의 일실시예의 개략도이다.
본 명세서에 공개되고 기술된 본 발명에 따른 DC 광섬유는 C-밴드에서 특정 NZDSF의 분산 및 분산 기울기를 보상하는데 특히 적합하다.
본 발명의 일실시예에 따라, DC 광섬유는 약 1525nm∼1565nm의 C-밴드 파장 윈도우에서 작동하도록 설계된 전송 시스템에 적합한 특성(속성)의 특정한 세트를 제공하도록 선택된 굴절률 프로파일을 갖게 제공된다.
본 발명에 따른 DC 광섬유는 약 50nm의 κ를 갖는 NZDSF에서 분산 및/또는 분산 기울기의 증대를 보상하는데 특히 적절하다. 그러므로, DC 광섬유는 전송 시스템을 형성하기 위하여 NZDSF에 결합될 수 있고, 바람직하게는 전체 C-밴드에 걸쳐서, NZDSF의 분산 및/또는 기울기(가장 바람직하게는 모두)를 보상하도록 설계된다. DC 광섬유를 포함하는 전송 시스템은 광 증폭기, 필터, 파장 분할 다중 방식 작동기(Wavelength Division Multiplexing operation) 및 다른 통상적인 시스템 구성요소도 포함하는 것이 바람직할 것이다. 바람직하게는, DC 광섬유는 스풀(spool)에 감겨지고, 분산 보상(Dispersion Compensating; DC) 모듈에 포함된다.
본 발명의 일실시예에 따라, 100km의 NZDSF 전송 광섬유와 적절한 길이의 본 발명의 DC 광섬유를 사용하는 전송 시스템의 측정 가능한 분산으로 본 명세서에서 정의된 총 분산(총 분산=색채 분산+광도파관 분산+프로파일 분산)은 ±40ps/nm보다 작은, 보다 바람직하게는 전체 C-밴드(1525nm∼1565nm)에서 30ps/nm보다 작은 잔류 분산을 갖는 시스템에 유익하게 된다. 광섬유 프로파일은 1549nm에서 3dB/km보다 작은 감쇠를 나타내도록 본 발명에 따라 설계되었다. 게다가, 핀 어레이 테스트로 측정된 굽힘 손실(bend loss)은 바람직게는 40dB미만, 보다 바람직하게는 30dB미만, 가장 바람직하게는 25dB미만이다. 따라서, 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 바림직한 실시예에서, 다수의 세그먼트들은 광섬유의 특성을 나타내며, 코어의 각각의 세그먼트는 굴절률 프로파일을 포함한다. 전체적으로, 이 세그먼트들은 광섬유의 굴절률 프로파일을 구성한다. 적어도 하나의 세그먼트가 α-프로파일을 가지는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 광섬유는 양수의 Δ1% 중심 코어 세그먼트(central core segment), 음수의 Δ2% 모우트 세그먼트(moat segment) 및 양수의 Δ3% 링 세그먼트(ring segment)를 구비한 코어 프로파일을 포함한다. 바람직하게는, 링 세그먼트는 계단형이 아닌 굴절률 프로파일을 가지고, 반지름 R3이 모우트 세그먼트로부터 상쇄된다.
본 발명에 따라, DC 광섬유는 적어도 세 개의 세그먼트를 가지는 세그먼티드 코어(segmented core)를 구비한다. 세그먼티드 코어의 굴절률 프로파일은 1549nm에서, 보다 바람직하게는 1525nm∼1565nm의 전체 C-밴드에서 음수의 총 분산 및 음수의 분산 기울기를 제공하도록 선택된다. 본 발명에 따라, DC 광섬유는 큰 음수의 분산 기울기를 나타낸다. 특히, DC 광섬유의 분산 기울기는 1549nm에서 -3.4ps/nm2보다 음수이고, DC 광섬유는 -0.4%보다 음수의 모우트 델타(moat delta) Δ2%를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, DC 광섬유는 1549nm에서 -4.0ps/nm2-km보다 음수의 분산 기울기를 갖도록 제공된다.
바람직하게는, 본 발명의 DC 광섬유는 1549nm에서 -125ps/nm-km보다 음수의 총 분산을 갖는다. 본 발명의 다른 실시예에서, 총 분산은 1549nm에서 -165ps/nm-km보다 음수이다. 또 다른 실시예에서, 총 분산은 -200ps/nm-km보다 음수이고, -250ps/nm-km보다 음수일 수 있다. 바람직하게는, 1549nm에서 DC 광섬유에 대한 총 분산은 약 -100ps/nm-km∼-300ps/nm-km의 범위이다. 특정 실시예에서, 총 분산은 1549nm에서 약 -165ps/nm-km∼-270ps/nm-km의 범위일 수 있다. 가장 바람직하게는, DC 광섬유에 대한 총 분산은 -100ps/nm-km∼-165ps/nm-km의 범위이다.
몇몇의 실시예에서, DC 광섬유는 1549nm에서 -4.0ps/nm2-km보다 음수인 매우 큰 음수의 분산 기울기를 나타낼 수 있다. 가장 음수의 기울기의 실시예에서, 분산 기울기는 -4.5ps/nm2-km보다 음수일 수 있고, 1549nm에서 -5.0ps/nm2-km보다 더욱더 음수일 수 있다. 바람직하게는, 분산 기울기는 1549nm에서 -3.4ps/nm2-km∼-6.3ps/nm2-km의 범위이다. 다른 실시예에서, 분산 기울기는 1549nm에서 -4.5ps/nm2-km∼-6.0ps/nm2-km의 범위일 수 있다. 모든 실시예에서, DC 광섬유의 분산 기울기는 1525nm∼1565nm의 전체 C-밴드에서 -1.5ps/nm2-km보다 음수인 것이 바람직하다.
DC 광섬유는 1549nm에서 분산 기울기로 나누어지는 1549nm에서 총 분산으로 정의되고, 60nm미만, 보다 바람직하게는 52nm미만의 κ 값을 갖는 것이 바람직하다. 바람직하게는, κ는 모든 실시예에서 40nm∼55nm의 범위이다. 바람직한 실시예에서, κ는 40nm∼52nm범위이고, 가장 바람직하게는 40nm∼48nm의 범위이다. DC 광섬유에 대한 κ는 1525nm∼1565nm의 전체 C-밴드에서 35nm∼75nm의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 DC 광섬유는 순수한 실리카인 것이 바람직한 클래딩과 비교해서, 양수의 Δ1%를 갖는 중심 코어 세그먼트, 상기 중심 코어 세그먼트와 인접하고 음수의 Δ2%를 갖는 모우트 세그먼트, 및 상기 모두트 세그먼트를 둘러싸고 양수의 Δ3%를 갖는 링 세그먼트를 구비한다. 본 발명에 따라, 중심 코어 세그먼트의 Δ1%는 1.7%보다 큰 것이 바람직하다. 모우트 세그먼트의 Δ2%는 -0.4%보다 음수인 것이 바람직하고, -0.65%보다 음수인 것이 보다 바람직하다. 링 세그먼트의 Δ3%는 0.5%보다 큰 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 DC 광섬유는 1.5%보다 큰 양수의 Δ1%를 갖는 중심 코어 세그먼트, 상기 중심 코어 세그먼트와 인접하고 -0.5%보다 음수인 음수의 Δ2%를 갖는 모우트 세그먼트, 및 상기 모우트 세그먼트를 둘러싸고 0.5%보다 큰 양수의 Δ3%를 갖는 링 세그먼트를 결합해서 나타내는 것이 바람직하다.
다른 실시에에 따라, 본 발명에 따른 DC 광섬유는 1.6%와 1..9%사이인 양수의 Δ1%를 갖는 중심 코어 세그먼트, 상기 중심 코어 세그먼트와 인접하고 -0.6%와 -0.75%사이인 음수의 Δ2%를 갖는 모우트 세그먼트, 및 상기 모우트 세그먼트와 인접하고 0.65%와 1.2%사이인 양수의 Δ3%를 갖는 링 세그먼트를 결합해서 나타내는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 1549nm에서 광섬유의 유효 영역은 13㎛2이상, 보다 바람직하게는 15㎛2이상, 가장 바람직하게는 17㎛2이상이다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 광전송 시스템은 1549nm에서 -3.4ps/nm2-km보다 음수의 분산 기울기를 제공하도록 선택되는 굴절률 프로파일을 갖는 광섬유를 보상하는 분산을 갖도록 제공되고, 상기 광섬유는 -0.4%보다 음수의 Δ2%를 포함한다. 보다 바람직하게는, 분산 보상 광섬유는 1549nm에서 약 125ps/nm-km보다 음수의 총 분산을 나타낸다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 광전송 시스템은 1549nm에서 -4.0ps/nm2-km보다 음수의 분산 기울기를 제공하도록 선택되는 굴절률 프로파일을 갖는 광섬유를 보상하는 분산을 갖도록 제공된다.
본 발명의 부가적인 특징과 장점은 이하 상세한 설명부분에서 기술될 것이고, 본 명세서로부터 기술분야의 통상적으로 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.
본 발명에 따른 DC 광섬유는 본 명세서에 전체적으로 기술되는 바람직한 특성(속성)의 매우 특정한 세트를 산출하는 일단의 세그먼티드 코어(segmented core)에서 실시될 것이다. 일단의 DC 광섬유의 설계는 본 명세서에 기술되는 특정 실시예를 포함하나, 한정되지 않는다. 그러므로, 본 명세서에 기술된 특정 실시예에 대한 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 있음은 인정되어야 한다.
DC 광섬유의 제 1 실시예가 도 1 및 도 2를 참조하여 기술된다. DC 광섬유(20)는 그 내부의 코어에 적어도 세 개의 세그먼트(segment)를 포함한다. 나타낸 바와 같이, 도 1은 축척이 도시되지 않고, 명확함을 위하여 층들의 상대적인 크기가 과장된 것으로 이해되어야 한다. 바람직하게는, DC 광섬유(20)는 중심 코어 세그먼트(central core segment; 22), 상기 중심 코어 세그먼트를 둘러싸고 인접한 원통형의 모우트 세그먼트(moat segment; 24) 및 상기 모우트 세그먼트를 둘러싸는 원통형의 링 세그먼트(ring segment; 26)를 구비한다. 링 세그먼트(26)는 중심선(CL)에서부터 약 62.5㎛의 반지름까지 연장하는 원통형의 클래딩(cladding; 30)으로 보다 더 둘러싸인다. 광섬유(20)의 전체 클래딩(30)은 UV 경화성 아크릴산 우레탄(urethane acrylate) 또는 다른 적절한 코팅과 같은 보호 코팅(34)을 가지고 코팅되는 것이 바람직하다. 코팅(34)은 다른 특성을 갖는 여러 층으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 제 1의 최내각 코팅층은 제 2의 최외각 코팅보다 낮은 탄성계수를 가질 수 있다. 그러나, 임의의 적절한 코팅이 통상적인 방법을 이용하여 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
광섬유의 여러 코어 세그먼트들(22, 24, 26)은 클래딩(30)에 비하여 굴절률을 바꾸는 불순물을 포함하는 것이 바람직하다. 중심 코어 세그먼트(22)는 클래딩(30)에 비하여 굴절률을 증가시키는 게르마늄이 도핑된 실리카를 포함하는 것이 바람직하다. 클래딩(30)은 순수한 실리카로 제작되는 것이 바람직하다. 모우트 세그먼트(24)는 불소와 같이 적절하게 굴절률을 낮추는 불순물을 가지고 실리카 유리를 도핑함으로써 형성되는 것이 바람직하다. 링 세그먼트(26)는 게르마늄과 같이 적절하게 굴절률을 높이는 불순물을 가진 실리카를 이용함으로써 코어 세그먼트와 유사하게 형성된다. 다른 불순물들이 클래딩에 비하여 적절한 수준의 굴절률 변화를 제공하도록 사용될 수 있고, 낮은 감쇠가 달성될 수 있다.
그러므로, 이러한 불순물 첨가에 의하여, 정밀하게 한정된 프로파일을 갖는 DC 광섬유의 코어가 예를 들어 도 1에서 본 명세서에 도시된 바와 같이, 형성되는 것으로 인정될 것이다. 특히, 적절한 양의 불순물의 첨가에 의하여, 중심 코어 세그먼트(22)는 굴절률을 높이도록 도핑되어 양수의 Δ1%를 갖도록 제작되고, 모우트 세그먼트(24)는 굴절률을 낮추도록 도핑되어 음수의 Δ2%를 갖도록 제작되며, 링 세그먼트(26)는 굴절률을 높이도록 도핑되어 양수의 Δ3%를 갖도록 제작된다. 통상적인 실시에 따라, 각각의 Δ1%, Δ2%, Δ3%는 클래딩(30)의 굴절률과 비교해서 양수 또는 음수로 한정된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 DC 광섬유는 코닝 인코포레이티드(Corning Incorporated)에서 제작되는 LEAF?와 같은 NZDSF의 분산 및 기울기를 보상하는데 특히 효과적이다. 특히, 본 발명에 따른 DC 광섬유(20)는 이러한 NZDSF 광섬유의 양수의 분산 및 양수의 분산 기울기를 보상하는데 특히 적합하다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 DC 광섬유(20)는 1549nm에서 약 4.2ps/nm-km의 총 분산, 1549nm에서 약 0.086ps/nm2-km의 분산 기울기, 1549nm에서 분산 기울기로 나누어지는 총 분산으로 정의되는 약 49nm의 κ를 갖는 NZDSF의 분산 및 분산 기울기를 보상하도록 설계되었다. 짧은 광섬유 길이의 DC 광섬유에서 이러한 NZDSF의 총 분산 및 분산 기울기를 보상하기 위하여, DC 광섬유는 1549nm에서 큰 음수의 분산 및 큰 분산 기울기 모두를 가져야 한다. 바람직하게는, 분산 기울기로 나누어지는 분산의 비율(본 명세서에서 κ로 정의됨)은 1549nm에서 40nm∼60nm의 한정된 범위 내에 존재해야 한다.
본 발명에 따른 DC 광섬유는 1549nm에서 약 0.07ps/nm2-km∼0.1ps/nm2-km의 분산 기울기, 1549nm에서 약 3.4ps/nm-km∼5.0ps/nm-km의 분산 및 1549nm에서 40nm∼60nm의 κ를 갖는 임의의 NZDSF를 보상하는데 특히 적합하다.
특히, 도 7에 도시된 바와 같이, 일단의 DC 광섬유는 총 분산이 전체 C-밴드(1525nm∼1565nm) 작동 윈도우에서 -75ps/nm-km∼-375ps/nm-km의 범위를 나타내는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 본 발명에 따른 일단의 DC 광섬유의 총 분산은 1549nm에서 약 -100ps/nm-km∼-300ps/nm-km의 범위이다. 특정 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 총 분산은 1549nm에서 -165ps/nm-km∼-270ps/nm-km의 범위일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, DC 광섬유는 -125ps/nm-km보다 음수인 총 분산을 나타낼 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 총 분산은 1549nm에서 -165ps/nm-km보다 음수, -200ps/nm-km보다 음수 또는 -250ps/nm-km보다 더욱더 음수일 수 있다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 일단의 DC 광섬유의 굴절률 프로파일의 구조는 -3.4ps/nm2-km보다 음수인 분산 기울기(도 8 참조)를 제공하도록 선택된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 분산 기울기는 1549nm에서 -4.0ps/nm2-km보다 음수, -4.5ps/nm2-km보다 음수, 및 -5ps/nm2-km보다 더욱더 음수일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 DC 광섬유는 1549nm에서 약 -3.4ps/nm2-km∼-6.3ps/nm2-km의 1549nm의 분산 기울기를 갖는다. 다른 실시예에서, 분산 기울기는 1549nm에서 -4.5ps/nm2-km∼-6.0ps/nm2-km 내에 있다. 모든 실시예에 있어서, DC 광섬유으 분산 기울기는 1523nm∼1625nm의 전체 C-밴드에서 -1.5ps/nm2-km보다 음수이다. 이 상대적으로 낮은 음수의 분산 값 및 매우 낮은 음수의 기울기 값이 분산 및 분산 기울기 모두를 짧은 길이(전송 광섬유의 길이의 1/40∼1/70)의 DC 광섬유를 가지고 전체 C-밴드(1525nm∼1565nm)에서 NZDSF에 보상될 수 있게 한다. 특히, DC 광섬유는 1549nm에서 55nm미만의 κ를 갖는 NZDSF를 보상하는데 특히 효과적이다. 본 발명에 따른 특정 DC 광섬유는 매우 짧은 길이의 DC 광섬유를 가지고 상술한 NZDSF를 보상하는데 특히 효과적이며, 여기서 DC 광섬유는 -4.0ps/nm2-km보다 음수의 분산 기울기 및 -200ps/nm-km보다 음수의 총 분산을 나타낸다.
도 9에 도시된 바와 같이, 이러한 NZDSF를 보상할 때, 분산 기울기로 나누어지는 총 분산으로 정의되는 κ는 1549nm에서 약 35nm∼55nm가 바람직하고, 40nm∼52nm가 보다 바람직하며, 40nm∼48nm가 가장 바람직하다. 바람직하게는, DC 광섬유의 κ는 1549nm에서 NZDSF에 대한 κ보다 조금 더 낮다. 본 발명에 따른 모든 DC 광섬유에 있어서, κ는 1525nm∼1565nm의 전체 C-밴드에서 약 35nm∼75nm의 범위인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, κ는 1549nm에서 60nm미만의 값을 가지며, 1549nm에서 52nm미만의 값을 갖는 것이 보다 바람직하다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, DC 광섬유는 최대 Δ1%를 갖는 중심 코어 세그먼트, 상기 중심 코어 세그먼트와 인접하고 가장 음수의 Δ2%를 갖는 모우트 세그먼트 및 상기 모우트 세그먼트를 둘러싸고 최대 Δ3%를 갖는 링 세그먼트를 포함하는 굴절률 프로파일을 가지며, 클래딩과 비교해서, Δ1%는 양수이고, Δ2%는 음수이며, Δ3%는 양수이다. 본 발명에 따라, DC 광섬유는 1.5%보다 큰 Δ1%, -0.5%보다 음수의 Δ2% 및 0.5%보다 큰 Δ3%를 결합해서 포함하는 것이 바람직하다. 다른 실시예에 따라, DC 광섬유는 1.5%∼2.2%인 Δ1%, -0.5%∼-0.8%인 Δ2% 및 0.5%∼1.3%인 Δ3%를 결합해서 포함한다. 또 다른 실시예에 따라, DC 광섬유는 1.6%∼1.9%인 Δ1%, -0.6%∼-0.75%인 Δ2% 및 0.65%∼1.2%인 Δ3%를 결합해서 포함한다. 다른 실시예에 따라, DC 광섬유는 1.7%∼1.9%인 Δ1%, -0.65%∼-0.75%인 Δ2% 및 0.7%∼1.1%인 Δ3%를 결합해서 포함한다. DC 광섬유는 0.5%보다 큰 Δ3 %를 갖는 링 세그먼트, -0.65%보다 음수의 Δ2%를 갖는 모우트 세그먼트 및 1.7%보다 큰 Δ1%를 갖는 중심 코어 세그먼트를 결합해서 구비하는 프로파일 구조를 갖는 분산 기울기 및 총 분산을 보상하는데 가장 좋은 기능을 한다.
바람직한 성능 속성을 제공하기 위하여, DC 광섬유는 다음과 같은 굴절률 특징을 더 포함하는 것이 바람직하다. 도 2에 나타낸 바와 같은 다양한 반지름 및 Δ% 집합은 도 2 내지 도 6에 DC 광섬유의 모든 실시예에 적용된다. 특히, DC 광섬유는 약 1.5㎛∼2.2㎛의 범위 내에 외부 반지름 R1을 갖는 중심 코어 세그먼트를 구비하는 것이 바람직하다. 모우트 세그먼트는 약 5.0㎛∼6.7㎛의 범위 내에 외부 반지름 R2를 갖고, 링 세그먼트는 약 6.5㎛∼9.0㎛의 범위 내에 중간점 반지름 R3을 갖는다. 보다 바람직하게는, DC 광섬유는 1.7㎛∼1.9㎛의 범위 내에 외부 반지름 R1을 갖는 중심 코어 세그먼트, 약 5.3㎛∼6.4㎛의 범위 내에 외부 반지름 R2를 갖는 모우트 세그먼트 및 약 7.2㎛∼8.3㎛의 범위 내에 중간점 반지름 R3을 갖는 링 세그먼트를 포함한다.
반지름 크기와 코어 Δ를 결합하면, DC 광섬유는 약 1.7%∼1.9%의 범위 내에 Δ1%와 약 1.7㎛∼1.9㎛의 범위 내에 반지름 R1을 갖는 중심 코어 세그먼트, 약 -0.6%∼0.75%의 범위 내에 Δ2%와 약 5.3㎛∼6.4㎛의 범위 내에 반지름 R2를 갖는 모우트 세그먼트 및 약 0.7%∼1.1%의 범위 내에 Δ3%와 약 7.2㎛∼8.3㎛의 범위 내에 중간점 반지름 R3을 갖는 링 세그먼트를 결합해서 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 다른 DC 광섬유는 외부 반지름 R1을 갖는 중심 코어 세그먼트 및 외부 반지름 R2를 갖는 모우트 세그먼트를 포함하는 것이 바람직하며, 여기서 R2로 나누어지는 R1로 정의되는 코어/모우트 비율은 0.34미만, 보다 바람직하게는 0.33미만, 가장 바람직하게는 0.32미만이다.
도 2 내지 도 6의 관찰로부터 명백할 것으로, 모우트 및 링의 위치가 DC 광섬유에 대한 바람직한 기울기 및 분산 속성을 유도하도록 적절하게 배치되는 것은 본 발명자에 의하여 결정되었다. 특히, 반지름들의 곱(P) R2×R3이 소정의 상수 값과 동일한 것은 본 발명자에 의하여 인정되었다. 양극단을 도시하기 위하여, 도 2는 상대적으로 폭이 좁은 모우트 폭이 되도록 보다 작은 외부 반지름 R2를 갖는 모우트를 가진다. 그러므로, 바람직한 특성을 달성하기 위하여, 링 세그먼트의 반지름 R3은 보다 외부에 배치될 필요가 있다. 도 5에서, 보다 넓은 모우트 폭이 되도록, 모우트 반지름 R2는 상대적으로 크다. 이 시나리오에서, 링은 바람직한 기울기 및 분산 특성을 달성하도록 반지름 방향에서 중심선(CL)에 보다 근접하여 배치되어야 한다. 특히, 바람직한 특성을 달성하기 위하여, 상술한 곱(P)은 약 40㎛2∼50㎛2의 범위를 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 약 42㎛2∼48㎛ 2의 범위이며, 가장 바람직하게는 약 43㎛2∼46㎛2의 범위이다.
본 발명에 따른 DC 광섬유는 1549nm에서 바람직하게는 13㎛2이상, 보다 바람직하게는 15㎛2이상, 가장 바람직하게는 17㎛2이상의 유효 영역을 나타낸다. DC 광섬유는 우수한 굽힘 특성도 나타낸다. 특히, DC 광섬유는 1549nm에서 40dB미만, 보다 바람직하게는 1549nm에서 30dB미만, 가장 바람직하게는 1549nm에서 25dB미만의 핀 어레이(pin array)를 갖는다.
한정하는 것으로 고려되지 않는 실시예로서, 코닝 인코포레이티드(Cornig Incorporated)에서 제작되는 LEAF?와 같이, 1549nm에서 약 4.2ps/nm-km인 양수의 분산, 1549nm에서 약 0.086ps/nm2-km인 양수의 분산 기울기 및 1549nm에서 약 49nm의 κ를 갖는 100km 길이의 NZDSF(38)를 구비하는 전송 시스템(36)이 도 11에 도시되어 있다. 한 대표적인 시스템에서, NZDSF(38)의 증대된 분산은 본 발명에 따른 보다 짧은 약 2.39km의 DC 광섬유(120)에 의하여 보상된다. 이 실시예에서, DC 광섬유(120)는 1549nm에서 약 -160ps/nm-km의 분산 및 1549nm에서 약 -3.6ps/nm2-km의 분산 기울기를 갖는다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 시스템의 잔류 분산은 전체 범위에 대하여 약 ±31(ps/nm)이다. 유사한 실시예들은 NZDSF가 보다 짧은 길이이 DC 광섬유에 의해 보상되는 도 10에서 알 수 있다(20, 220, 320 및 420으로 분류된 점선 좌표들을 참조).
전체 C-밴드에서 약 -75ps/nm-km∼-375ps/nm-km 범위의 총 분산 및 전체 C-밴드에서 약 -3.4ps/nm2-km∼-6.3ps/nm2-km 범위의 분산 기울기를 갖는 DCM의 형성에서 본 발명에 따른 DC 광섬유(120)를 사용하면, 1525nm∼1565nm의 전체 C-밴드에서 총 잔류 분산이 매우 낮게 제작될 수 있음은 명백할 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 잔류 분산은 1525nm∼1565nm의 전체 C-밴드에서 전송 시스템(36)에 대하여 약 ±35ps/nm-km미만으로 제작될 수 있다.
도 13에 나타낸 실시예에서, DC 광섬유(320) 부분과 트림 광섬유(trim fiber; 46) 부분을 광학적이고 연속적으로 결합시키는 것은 전송 시스템(136)의 잔류 분산을 훨씬 더 개선한다. 예를 들면, 트림 광섬유(46)로서 표준 길이의 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber; SMF)를 추가하는 것은 ±30ps/nm-km미만, 보다 바람직하게는 전체 C-밴드에서 ±20ps/nm-km미만, 가장 바람직하게는 100km의 전송 광섬유(38)의 전체 범위에 대한 전체 C-밴드에서 ±15ps/nm-km미만까지 잔류 분산을 낮출 수 있다. 바람직하게는, SMF 트림 광섬유(46)는 약 0.38%의 Δ 및 약 3.5㎛의 반지름 Rc를 갖는 도 12에 나타낸 바와 같은 계단형의 굴절률 프로파일을 갖는다. 트림 광섬유(46)는 1549nm에서 약 14ps/nm2-km∼20ps/nm2-km의 총 분산 및 약 0.04ps/nm-km∼0.07ps/nm-km의 분산 기울기는 갖는 것이 바람직하다.
다른 실시예로서, DC 광섬유(320)와 4.8km 길이의 SMF 트림 광섬유(46)를 연속적으로 결합시키는 것은 도 10에 320A로 분류된 좌표에 의하여 도시된 바와 같은 전체 전송 시스템에서 매우 더 낮은 잔류 분산을 가져온다. 보다 명확함을 위하여, 시스템(136)은 양수의 분산의 제 1 부분 상술한 NZSDF와 같은 양수의 분산 기울기의 전송 광섬유(38), -3.4ps/nm2-km보다 음수의 바람직한 기울기를 갖는 본 발명에 따른 DC 광섬유(320) 및 임의의 길이의 트림 광섬유(46)를 포함한다. 트림 광섬유(46)는 양수의 기울기와 양수의 분산의 광섬유이고, NZDSF(38)보다 낮은 기울기를 가지나, 보다 높은 총 분산을 갖는다.
전송 시스템(36, 136)은 송신기(40), 광 증폭기(42) 및 수신기(44)와 같은 통상적인 소자를 포함할 수 있다. 광학적으로, 전송 시스템(36, 136)은 수신기 대신에 하나 이상의 추가적인 NZDSF의 부분과 결합할 수 있다. 필터, 결합기 및 증폭기와 같은 다른 추가적인 소자가 상기 전송 시스템에 포함될 수 있다. 트림형 전송 시스템(trimmed transmission system)의 다른 실시예가 20A, 120A, 220A 및 420A로 분류되어 도 10에 도시되어 있다. 예를 들어 320A 및 420A와 같은 특정 시스템은 결합되는 DC 광섬유의 길이보다 더 긴 길이의 트림 광섬유 길이를 포함한다. 인식될 것으로, 트림 광섬유의 추가는 전송 시스템의 잔류 분산의 전체 범위를 보다 낮춘다. 특히, DC 광섬유 및 트림 광섬유에 전송 광섬유의 결합은 파장의 함수로서 보다 선형적인 시스템의 분산 특성을 제공했다.
이하 기술되는 표 1은 1549m에서 약 3.4ps/nm-km∼5.0ps/nm-km의 총 분산, 1549nm에서 0.07ps/nm2-km∼0.1ps/nm2-km의 분산 기울기 및 1549nm에서 40nm∼60nm의 κ를 갖는 NZDSF의 기울기 및 분산을 보상하는데 특히 적합한 바람직한 특성들을 갖는 본 발명에 따른 일단의 DC 광섬유(실시예 1∼5로 분류됨)를 정의한다. 이하 실시예에서, 감쇠가 매우 낮고, 굽힘 유도 손실이 허용 가능함은 인정되어야 한다.
실시예 1
도 2를 다시 참조하면, Δ% 대 반지름(㎛)의 굴절률 프로파일 좌표가 도시되어 있다. 이것은 본 명세서에 기술된 DC 광섬유(20)의 제 1 실시예이고, 이하 표 1에 실시예 1에 대응한다. 특히, 중심 코어 세그먼트(22)는 약 2의 α를 갖는 α-프로파일, 1.87%의 최대 Δ1% 및 약 1.77㎛의 외부 반지를 R1을 갖는다. 인접한 모우트 세그먼트(24)는 코어 세그먼트(22)를 둘러싸고 인접하며, 외부 반지름 R2에 인접한 부분보다 최내각 반지름 R1에 인접한 부분이 조금 덜 음수인 Δ2%를 갖는 것으로 한정되는 근소한 테이퍼(taper)를 갖는 계단형 굴절률 프로파일을 갖는다. 모우트 세그먼트(24)는 약 5.33㎛의 외부 반지름 R2 및 약 -0.71%의 최대 음수의 Δ2%를 갖는다. 실시예 1은 반지름 R3에 배치된 상당한 부피 부분을 갖는 링 세그먼트(26)를 포함한다. 이 반지름 R3은 상기 정의된 바와 같은 링 세그먼트(26)의 중간점 반지름이다. R3은 링 세그먼트(26)의 중간 높이의 폭(27)의 중간점(26)까지 측정된다. 링 세그먼트(26)는 모우트 세그먼트(24)를 둘러싸고 인접하며, 8.03㎛의 반지름 R3, dir 0.95㎛의 링 세그먼트(26)의 중간 높이의 폭(27) 및 약 0.73%의 Δ3%를 포함한다. 링 세그먼트(26)는 링 세그먼트(26)의 본체(29)에서부터 R2인 모우트 세그먼트(24)의 가장자리를 향하여 연장하는 제 1 테이퍼부(first tapering portion; 25)를 포함한다. 제 2 테이퍼부(second tapered portion; 31)는 본체(29)에서부터 R4인 클래딩(30)의 시작까지 연장한다.
본 발명에 따른 DC 광섬유(20)는 도 2에 나타낸 바와 같은 구조를 갖도록 설계되었다. 코어 구조는 표 1에도 기술되어 있다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 DC 광섬유(20)는 다음과 같이 예상되는 분산, 기울기 및 κ 특성들을 갖는다.
- 1525nm에서 약 -89ps/nm-km의 총 분산;
- 1549nm에서 약 -147ps/nm-km의 총 분산;
- 1565nm에서 약 -218ps/nm-km의 총 분산;
- 1525nm에서 약 -1.6ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1549nm에서 약 -3.43ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1565nm에서 약 -5.6ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1525nm에서 약 55nm의 κ;
- 1549nm에서 약 43nm의 κ; 및
- 1565nm에서 약 39nm의 κ.
부가적으로, DC 광섬유(20)의 모델은 다음과 같은 특성을 예상한다.
- 1993nm의 컷오프 파장(cut off wavelength) λc(직선의 DC 광섬유에 대하여 LP01위에 고차 모드인 LP11 및 LP02 중에서 가장 큰 컷오프 파장);
- 1549nm에서 14.2㎛2의 유효 영역 Aeff;
- 1549nm에서 1.6dB/km의 감쇠; 및
- 1549nm에서 21.5dB의 핀 어레이 굽힘 손실.
실시예 2
본 발명에 따른 제 2 광섬유(120)는 도 3에 나타낸 바와 같은 굴절률 프로파일을 갖도록 설계되었다. DC 광섬유(120)에 대한 굴절률 프로파일의 파라미터(parameter)의 정의, 특히, Δ1%, Δ2%, Δ3%, R1, R2, R3 및 R4는 도 2에 정의된 바와 동일하다. 이 경우에서, 코어 세그먼트(122)는 α-프로파일은 2의 α, 1.80%의 최대 Δ1% 및 1.81㎛의 R1을 갖는다. 모우트 세그먼트(124)는 테이퍼드 계단형 프로파일(tapered step profile)을 나타내며, 여기서 테이퍼는 모우트(클래딩(130)과 비교)의 깊이가 중심선(CL)에 가장 근접한 말단에서 보다 작게 되어 있다. 모우트 세그먼트(124)는 -0.47%의 가장 음수의 Δ2% 및 5.59㎛의 외부 반지름 R2를 갖는다. 링 세그먼트(126)는 0.79%의 Δ3%, 7.79㎛의 상기 정의된 중간점 반지름 R3 및 1.02㎛의 중간점 폭을 갖는다. 부가적인 특성 및 특징은 표 1에서 알 수 있다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 이 DC 광섬유(120)는 다음과 같이 예상되는 분산, 기울기 및 κ 특성들을 갖는다.
- 1525nm에서 약 -97ps/nm-km의 총 분산;
- 1549nm에서 약 -160ps/nm-km의 총 분산;
- 1565nm에서 약 -231ps/nm-km의 총 분산;
- 1525nm에서 약 -1.8ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1549nm에서 약 -3.6ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1565nm에서 약 -5.3ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1525nm에서 약 53nm의 κ;
- 1549nm에서 약 45nm의 κ; 및
- 1565nm에서 약 43nm의 κ.
부가적으로, 광섬유(120)의 모델은 다음과 같은 특성을 예상한다.
- 2006nm의 컷오프 파장 λc(직선의 DC 광섬유에 대하여 LP01위에 고차 모드인 LP11 및 LP02 중에서 가장 큰 컷오프 파장);
- 1549nm에서 15.4㎛2의 유효 영역 Aeff;
- 1549nm에서 1.5dB/km의 감쇠; 및
- 1549nm에서 20.2dB의 핀 어레이 굽힘 손실.
DC 광섬유는 7m/s의 추출 속도 및 150g의 추출 장력에서 도 3에 나타낸 프로파일에 따라 제작되었다. DC 광섬유의 이 실시예는 1549nm에서 -3.83ps/nm2-km의 기울기, 1549nm에서 44nm의 κ 및 1549nm에서 1.3dB/km의 감쇠를 나타내었다. 그러므로, 상기 설계는 실제 광섬유의 결과와 좋은 상호관계를 나타낸다.
실시예 3
도 4에 도시된 바와 같은 프로파일을 갖는 본 발명에 따른 DC 광섬유(220)의 제 3 실시예도 설계되었다. DC 광섬유(220)에 대한 굴절률 프로파일의 파라미터의 정의, 특히, Δ1%, Δ2%, Δ3%, R1, R2, R3 및 R4는 도 2에 정의된 바와 동일하다. 코어 세그먼트(222)는 1.80%의 굴절률 Δ1% 및 1.81㎛의 외부 반지름 R1을 갖는다. 코어 세그먼트(222)는 2의 α를 갖는 α-프로파일을 포함한다. 모우트 세그먼트(224)는 -0.67%의 Δ2% 및 5.68㎛의 외부 세그먼트 반지름 R2를 갖는다. 링 세그먼트(226)는 0.81%의 Δ3%, 7.81㎛의 중간점 반지름 R3 및 약 1.0㎛의 절반 높이의 폭을 갖는다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 이 DC 광섬유(220)는 다음과 같이 예상되는 분산, 기울기 및 κ 특성들을 갖는다.
- 1525nm에서 약 -97ps/nm-km의 총 분산;
- 1549nm에서 약 -164ps/nm-km의 총 분산;
- 1565nm에서 약 -241ps/nm-km의 총 분산;
- 1525nm에서 약 -1.9ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1549nm에서 약 -3.9ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1565nm에서 약 -5.9ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1525nm에서 약 51nm의 κ;
- 1549nm에서 약 42nm의 κ; 및
- 1565nm에서 약 41nm의 κ.
부가적으로, DC 광섬유(220)의 모델은 다음과 같은 특성을 예상한다.
- 2011nm의 컷오프 파장 λc(직선의 DC 광섬유에 대하여 LP01위에 고차 모드인 LP11 및 LP02 중에서 가장 큰 컷오프 파장);
- 1549nm에서 15.3㎛2의 유효 영역 Aeff;
- 1549nm에서 1.6dB/km의 감쇠; 및
- 1549nm에서 21.5dB의 핀 어레이 굽힘 손실.
실시예 4
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 DC 광섬유(320)의 다른 실시예도 설계되었다. 중심 코어 세그먼트(322)는 2의 α를 갖는 α-프로파일, 1.74%의 최대 Δ1% 및 1.83㎛의 외부 반지름 R1을 갖는다. 모우트 세그먼트(324)는 -0.64%의 최대 음수의 Δ2% 및 6.35㎛의 외부 반지름 R2를 갖는다. 링 세그먼트(326)는 1.12%의 최대 Δ3%, 7.28㎛의 중간점 반지름 R3 및 1.04㎛의 링 세그먼트(326)의 절반 높이의 폭을 갖는다.
본 발명에 따른 DC 광섬유(320)는 다음과 같이 예상되는 분산, 기울기 및 κ 특성들을 갖는다.
- 1525nm에서 약 -154ps/nm-km의 총 분산;
- 1549nm에서 약 -259ps/nm-km의 총 분산;
- 1565nm에서 약 -344ps/nm-km의 총 분산;
- 1525nm에서 약 -3.3ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1549nm에서 약 -5.2ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1565nm에서 약 -5.0ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1525nm에서 약 46nm의 κ;
- 1549nm에서 약 49nm의 κ; 및
- 1565nm에서 약 69nm의 κ.
DC 광섬유(320)의 모델은 다음과 같은 특성도 예상한다.
- 2041nm의 컷오프 파장 λc(직선의 DC 광섬유에 대하여 LP01위에 고차 모드인 LP11 및 LP02 중에서 가장 큰 컷오프 파장);
- 1549nm에서 19.3㎛2의 유효 영역 Aeff;
- 1549nm에서 2.0dB/km의 감쇠; 및
- 1549nm에서 19.7dB의 핀 어레이 굽힘 손실.
실시예 5
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 DC 광섬유(420)의 마지막 실시예도 설계되었다. 중심 코어 세그먼트(422)는 2의 α를 갖는 α-프로파일, 1.79%의 최대 Δ1% 및 1.80㎛의 외부 반지름 R1을 갖는다. 모우트 세그먼트(424)는 -0.67%의 최대 음수의 Δ2% 및 6.01㎛의 외부 반지름 R2를 갖는다. 링 세그먼트(426)는 1.02%의 최대 Δ3%, 7.28㎛의 중간점 반지름 R3 및 1.02㎛의 링 세그먼트(426)의 절반 높이의 폭을 갖는다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 DC 광섬유(420)는 다음과 같이 예상되는 분산, 기울기 및 κ 특성들을 갖는다.
- 1525nm에서 약 -156ps/nm-km의 총 분산;
- 1549nm에서 약 -266ps/nm-km의 총 분산;
- 1565nm에서 약 -362ps/nm-km의 총 분산;
- 1525nm에서 약 -3.4ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1549nm에서 약 -5.7ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1565nm에서 약 -5.9ps/nm2-km의 분산 기울기;
- 1525nm에서 약 45nm의 κ;
- 1549nm에서 약 47nm의 κ; 및
- 1565nm에서 약 62nm의 κ.
DC 광섬유(320)의 모델은 다음과 같은 특성도 예상한다.
- 2025nm의 컷오프 파장 λc(직선의 DC 광섬유에 대하여 LP01위에 고차 모드인 LP11 및 LP02 중에서 가장 큰 컷오프 파장);
- 1549nm에서 18.2㎛2의 유효 영역 Aeff;
- 1549nm에서 2.1dB/km의 감쇠; 및
- 1549nm에서 21.4dB의 핀 어레이 굽힘 손실.
이하 표 1은 바람직한 특성의 달성을 가져오는 본 발명에 따른 일단의 광섬유 프로파일에 대한 바람직한 DC 광섬유 파라미터를 설명한다. 파라미터들은 상기 열거된 도 2 내지 도 6의 광섬유 설계에 대하여 표 1에 설명되어 있다. 설명된 것은 각각의 특정 세그먼트의 최대 Δ% 및 대응하는 반지름 Ri이다. 반지름 측정치가 세그먼트의 중간점에서 취해지는 경우들은 표의 상단에 분류되어 있다. 모든 다른 반지름들은 주어진 세그먼트의 최대 외부 반지름들 및 그 다음에 인접한 세그먼트의 최소 내부 반지름들이고, 여기서 세그먼트들은 1(중심 코어 세그먼트에 대응)로 시작해서 4(클래딩의 시작에 대응)까지 바깥쪽으로 진행하는 것으로 계산된다. 이 다른 반지름들은 프로파일이 클래딩 굴절률과 교차하는 점까지 측정되었다.
본 발명의 DC 광섬유(20)의 모재(preform)는 OVD, MCVD, PCVD 등과 같은 화학 기상 증착법과 같이 임의의 공지된 방법에 따라 제작하고, 계속해서 통상적인 방법으로 DC 광섬유로 추출될 수 있다. 가장 바람직하게는, DC 광섬유 모재는 OVD 방법에 의하여 제작될 것이고, 여기서 중심 코어 세그먼트(22)에 대응하는 모재 부분은 바람직한 지름까지 테이퍼형 알루미나 축 상에 게르마늄 산화물로 도핑된 실리콘산화물 수트(soot)를 증착함으로써 먼저 제작된다. 적절한 Δ1%를 포함하는 중심 코어 세그먼트에 대한 바람직한 굴절률 프로파일을 달성하기 위하여, 상기 수트는 적절한 수준의 게르마늄 불순물을 가지고 도핑된다. 그 후에, 상기 축은 제거되고, 중심 코어 세그먼트(22)를 구성하는 수트 모재는 바람직한 헬륨과 불소를 함유하는 환경에서 완전히 건조된 후, 헬륨 기체를 포함하는 통합 도가니(consolidating furnace)에서 통합된다. 그 후에, 통합된 중심 코어 공간은 단일-세그먼트 코어 봉(single-segment core cane)으로 재추출된다. 재추출 공정동안, 상기 축의 제거로 생성된 중심선의 구멍은 진공 응용 또는 다른 공지된 방법에 의하여 메워진다.
그 후에, 모우트 세그먼트(24)에 대응하는 모재 부분을 형성하기 위하여, 재추출된 단일-세그먼트 코어 봉은 다른 수트의 적용을 위한 타겟 증착면이 된다. 실리카 수트는 상기 모우트에 대한 적절한 지름까지 상기 봉 상에 증착된 후, 통합 도가니 내에 헬륨-함유 기체와 불소-함유 기체에서 바람직하게 건조된다. 그 후에, 상기 수트 모재는 예를 들어 C2F6, C2F2Cl2, C2F4, SF6 또는 SiF4와 같은 적절한 불소-함유 기체로 도핑된 후, 통합되고 2-세그먼트 코어 봉으로 다시 재추출된다. Berkey의 미국특허번호 4,629,485는 광섬유 모재를 도핑하는 불소에 대하여 하나의 방법을 기술하고 있다.
이때, 이 2-세그먼트 코어 봉 물질은 링 세그먼트(26)에 대응하는 모재 부분에 대한 증착면이 된다. 다음으로, 게르마늄이 도핑된 실리카 수트는 2-세그먼트 봉 상에 증착된 후, 본 명세서에 전술한 바와 같이 건조되고 통합된다. 다시, 통합된 공간은 재추출되고, 이때 세그먼티드 코어(segmented core)의 세 개의 세그먼트들(22, 24, 26)에 대응하는 세 개의 세그먼트를 포함하는 최종 코어 봉이 된다. 그 후에, 클래딩(30)을 포함하는 추가적인 실리카 수트는 오버클래드(overclad) 수트 공간을 형성하기 위하여 상기 최종 코어 봉 상에 증착된다. 상기 오버클래드 수트 공간은 건조되고 통합된 후, DC 광섬유가 재추출되는 추출 도가니에 전달된다. DC 광섬유의 특정 실시예가 본 명세서에 공개되고 기술되었으나, 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명에서 실시될 수 있음은 기술분야의 통상적으로 숙련된 당업자에게 분명할 것이다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 그와 균등한 범위내에서 제공되는 본 발명의 이러한 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (31)

1549nm에서 -3.4ps/nm2-km보다 음수의 분산 기울기를 제공하도록 선택된 굴절률 프로파일을 포함하고,
상기 프로파일은 -0.4보다 음수인 Δ2%를 갖는 모우트 세그먼트(moat segment)를 구비하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 1 항에 있어서,
총 분산이 1549nm에서 -125ps/nm-km보다 음수인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 2 항에 있어서,
상기 총 분산이 1549nm에서 약 -200ps/nm-km보다 음수인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 2 항에 있어서,
상기 총 분산이 1549nm에서 약 -250ps/nm-km보다 음수인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 1 항에 있어서,
1549nm에서 총 분산이 약 -100ps/nm-km과 -300ps/nm-km 사이인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 5 항에 있어서,
1549nm에서 상기 총 분산이 약 -100ps/nm-km과 -165ps/nm-km 사이인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 1 항에 있어서,
1549nm에서 -4.0ps/nm2-km보다 음수의 분산 기울기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 7 항에 있어서,
상기 분산 기울기는 1549nm에서 -4.5ps/nm2-km보다 음수인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 7 항에 있어서,
상기 분산 기울기는 1549nm에서 -5.0ps/nm2-km보다 음수인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 1 항에 있어서,
상기 분산 기울기는 1549nm에서 -3.4ps/nm2-km와 -6.3ps/nm2-km 사이의 범위인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 1 항에 있어서,
상기 분산 기울기는 1549nm에서 -4.0ps/nm2-km보다 음수이고,
총 분산은 1549nm에서 -200ps/nm-km보다 음수인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 1 항에 있어서,
1549nm에서 분산 기울기로 나누어지는 1549nm에서 총 분산으로 정의되고, 60nm보다 작은 κ 값을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 1 항에 있어서,
1549nm에서 분산 기울기로 나누어지는 1549nm에서 총 분산으로 정의되고, 35nm와 55nm사이의 κ 값을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 13 항에 있어서,
1549nm에서 분산 기울기로 나누어지는 1549nm에서 총 분산으로 정의되고, 40nm와 52nm사이의 κ 값을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 1 항에 있어서,
상기 굴절률 프로파일은,
Δ1%를 갖는 중심 코어 세그먼트(central core segment);
상기 중심 코어 세그먼트와 인접하고 Δ2%를 갖는 모우트 세그먼트; 및
상기 모우트 세그먼트를 둘러싸고 Δ3%를 갖는 링 세그먼트(ring segment)를 포함하고,
클래딩(cladding)과 비교해서, Δ1%은 양수이고, Δ2%은 음수이며, Δ3%은 양수인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 15 항에 있어서,
Δ1%은 1.5%보다 크고;
Δ2%은 -0.5%보다 음수이고;
Δ3%은 0.5%보다 큰 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 15 항에 있어서,
Δ1%은 1.5%와 2.2% 사이이고;
Δ2%은 -0.5%와 -0.8% 사이이고;
Δ3%은 0.5%와 1.3% 사이인 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 1 항에 있어서,
0.5%보다 큰 Δ3%를 갖는 링 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 15 항에 있어서,
-0.65%보다 음수의 Δ2%를 갖는 모우트 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 18 항에 있어서,
1.7%보다 큰 Δ1%를 갖는 중심 코어 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 1 항에 있어서,
약 1.5㎛ 내지 2.2㎛ 범위의 외부 반지를 R1을 갖는 중심 코어 세그먼트;
약 5.0㎛ 내지 6.7㎛ 범위의 외부 반지름 R2를 갖는 모우트 세그먼트; 및
약 6.5㎛ 내지 9.0㎛ 범위의 중간점 반지름 R3을 갖는 링 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
약 1.7% 내지 1.9% 범위의 Δ1%와 약 1.7㎛ 내지 1.9㎛ 범위의 반지름 R1을 갖는 중심 코어 세그먼트;
약 -0.6% 내지 -0.75% 범위의 Δ2%와 약 5.3㎛ 내지 6.4㎛의 반지름 R2를 갖는 모우트 세그먼트; 및
약 0.7% 내지 1.1% 범위의 Δ3%와 약 7.2㎛ 내지 8.3㎛ 범위의 중간점 반지름 R3을 갖는 링 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 1 항에 있어서,
외부 반지름 R1을 갖는 중심 코어 세그먼트; 및
외부 반지름 R2를 갖는 모우트 세그먼트를 더 포함하고,
R2로 나누어지는 R1로 정의되는 코어/모우트 비율은 0.34보다 작은 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
1549nm에서 -1.0ps/nm2-km보다 음수의 분산 기울기를 제공하도록 선택된 굴절률 프로파일을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 24 항에 있어서,
1549nm에서 -125ps/nm-km보다 음수의 총 분산을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 25 항에 있어서,
1549nm에서 분산 기울기로 나누어지는 총 분산으로 정의되고, 40nm와 48nm 사이의 κ를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 보상 광섬유.
제 1 항의 분산 보상 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.
제 27 항에 있어서,
상기 분산 보상 광섬유와 광학적으로 결합되고, 1549nm에서 약 0.07ps/nm2-km와 0.1ps/nm2-km 사이의 분산 기울기를 갖는 영(0)이 아닌 분산 편이 광섬유(non-zero dispersion shifted fiber)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.
제 28 항에 있어서,
상기 영(0)이 아닌 분산 편이 광섬유는 약 3.4ps/nm-km와 5.0ps/nm-km사이의 총 분산을 갖는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.
제 28 항에 있어서,
상기 광전송 시스템은 상기 분산 보상 광섬유와 광학적으로 결합되고, 1549nm에서 약 14ps/nm-km와 20ps/nm-km 사이의 총 분산을 갖는 트림 광섬유(trim fiber)를 더 포함하고,
상기 트림 광섬유는 0.05km보다 큰 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.
제 30 항에 있어서,
상기 트림 광섬유는 분산 기울기로 나누어지는 총 분산으로 정의되고, 1549nm에서 약 370nm와 250nm 사이인 κ를 갖는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.
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