KR20140097337A

KR20140097337A - 굽힘 손실이 적은 광 섬유

Info

Publication number: KR20140097337A
Application number: KR1020147015706A
Authority: KR
Inventors: 다나 크라이그 북바인더; 밍-준 리; 푸쉬카 탄돈
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-08-06
Also published as: RU2014126419A; US8666214B2; CN104169761A; JP6218745B2; US20130136408A1; WO2013082218A1; CN104169761B; BR112014012969A2; EP2786186B1; JP2015503123A; EP2786186A1; DK2786186T3

Abstract

일 실시예인 단일 모드 광 섬유는 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역 및 클래딩 영역을 포함하고, 상기 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역은 외부 반경(r₁) 및 상대 굴절률(Δ₁)을 가지고, 상기 클래딩 영역은 제 1 내부 클래딩 영역과, 제 2 내부 클래딩 영역과, 그리고 외부 클래딩 영역을 포함하고, (i) 상기 제 1 내부 클래딩 영역은 10 마이크론보다 작은 외부 반경(r₂)과, 상대 굴절률(Δ₂)을 가지고 0.65 ≤ r₁/r₂ ≤ 1이고, (ii) 상기 제 2 내부 클래딩 영역(즉, 트렌치)은 10 마이크론보다 큰 외부 반경(r₃)을 가지고 최소 상대 굴절률(Δ₃)을 포함하고, 상기 제 2 내부 클래딩 영역은 반경이 증감함에 따라 음이 되어가는 상대 굴절률 델타를 가진 적어도 하나의 영역을 가지며; 그리고 (iii) 상기 외부 클래딩 영역은 제 2 내부 클래딩 영역을 둘러싸고, 상대 굴절률(Δ₄)을 포함하고, Δ₁ > Δ₂ > Δ₃, Δ₃ < Δ₄이다.

Description

굽힘 손실이 적은 광 섬유{LOW BEND LOSS OPTICAL FIBER}

관련 출원 상호 참조문

본 출원은 2011년 11월 30일에 출원한 미국 가출원 제61/564902호와, 2012년 5월 31일에 출원한 미국 출원 제13/485028호와, 그리고 2012년 11월 19일에 출원된 미국 출원 제13/680676호의 우선권 주장 출원이며, 이들 출원들은 전반적으로 본원에서 참조로서 병합된다.

본 발명은 굽힘 손실이 적은 광 섬유에 관한 것이다.

굽힘 손실이 적은 광 섬유, 특히 이른바 "액세스(access)"에 이용되는 광 섬유 및 구내(FTTx) 광 네트워크(premises (FTTx) optical networks)를 위한 섬유가 필요하다. 광 섬유는, 광 섬유를 통하여 전송되는 광 신호에서 굽힘 손실을 유도하는 방식으로 상기와 같은 네트워크에 배치될 수 있다. 광 섬유를 이용하는 일부 적용물 또는 광학 구성요소에는 물리적인 요구, 예를 들면, 굽힘 손실을 유도하는 단단한 굽힘 반경, 광 섬유 압축 등이 있을 수 있다. 이러한 적용 및/또는 구성요소는 광 옥외 케이블 조립체(optical drop cable assemblies)와, FITS(Factory Installed Termination Systems) 및 슬랙 루프(slack loops)를 갖춘 분배 케이블과, 공급부와 분배 케이블을 연결시키는, 캐비닛에 배치된 소형 굽힘 반경의 멀티포트와, 그리고 분배기와 옥외 케이블 간의 네트워크 액세스 지점의 점퍼(jumpers)에 광 섬유를 배치하는 것을 포함한다. 작은 굽힘 직경 및 큰 굽힘 직경 둘 다에서 1550 nm에서의 굽힘 손실을 적게 달성하는 것은, 일부 단일 모드 광 섬유 설계에 있어 어려움이 존재한다.

본 발명의 목적은 굽힘 손실이 적은 광 섬유를 제공하는 것에 있다.

일부 실시예들에 따라서, 단일 모드 광 섬유는:

외부 반경(r₁)과, 상대 굴절률(Δ₁)과, 최대 상대 굴절률(Δ_1max)과, 0.5 ≤ 알파_코어 ≤ 4의 알파_코어를 가진 알파 프로파일(alpha profile)을 가진 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역(graded index central core region); 및 클래딩 영역;을 포함하며,

상기 클래딩 영역은 트렌치 영역 및 외부 클래딩 영역을 포함하고,

(a) 상기 트렌치 영역(trench region)은 상기 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역를 둘러싸고, 반경이 증가함에 따라 음이 되어가는 상대 굴절률 델타(Δ₃) 프로파일을 포함하고, 상기 트렌치 영역은 내부 반경(r₂)과, 10 마이크론보다 큰 외부 반경(r₃)과, 그리고 최소 상대 굴절률(Δ_3min)을 가지고, 그 결과 Δ_1max > Δ_3min이고, r₃ ≥ r_3a이며, 그리고 0.5 ≤ (r_3a-r₂)/(r₃-r₂) ≤ 1이고, 여기서 r_3a는 Δ₃가 값(Δ_3min)에 먼저 이르게 되는 섬유 중심선으로부터의 거리이고, 상기 트렌치 영역은 알파_t가 0.5 ≤ 알파_t ≤ 5가 되도록 하는 알파 프로파일을 가지며, 그리고

(b) 상기 외부 클래딩 영역은 상기 트렌치 영역을 둘러싸고, 상대 굴절률(Δ₄)을 가지며, 그리고 Δ_3min < Δ₄이다.

적어도 일부 실시예들에서, 단일 모드 광 섬유는 제 1 내부 클래딩 영역을 더 포함하고, 상기 제 1 내부 클래딩 영역은 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역과 트렌치 영역 사이에(즉, 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역과, 반경이 증가함에 따라 음이 되어가는 상대 굴절률 델타를 가진 제 2 내부 클래딩 영역 사이에) 위치한다.

일부 실시예들에 따라서, 단일 모드 광 섬유는:

외부 반경(r₁)과, 상대 굴절률(Δ₁)과, 최대 상대 굴절률(Δ_1max)과, 0.5 ≤ 알파_코어 ≤ 4의 알파_코어를 가진 알파 프로파일을 가진 그레이드형 굴절률 게르마니아 도핑 중심 코어 영역; 및 클래딩 영역;을 포함하며,

상기 클래딩 영역은 제 1 내부 클래딩 영역과, 제 2 내부 클래딩 영역과, 그리고 외부 클래딩 영역을 포함하고, (i) 상기 제 1 내부 클래딩 영역은 10 마이크론 이하인 외부 반경(r₂)과, 상대 굴절률(Δ₂)을 가지며, 그리고 0.65 ≤ r₁/r₂ ≤ 1이고, (ii) 상기 제 2 내부 클래딩 영역은 10 마이크론보다 큰 외부 반경(r₃)을 가지고 상대 굴절률(Δ₃) 및 최소 상대 굴절률(Δ_3min)을 포함하고, 상기 제 2 내부 클래딩 영역은 반경이 증가함에 따라 음이 되어 가는 상대 굴절률 델타를 가지고, 상기 제 2 클래딩 영역은 알파_t가 0.5 ≤ 알파_t ≤ 5인 알파 프로파일을 가지며, 그리고 (iii) 상기 외부 클래딩 영역은 상기 제 2 내부 클래딩 영역을 둘러싸고, 상대 굴절률(Δ₄)을 포함하고, Δ_1max > Δ₂ > Δ_3min이며, 그리고 Δ_3min < Δ₄이고, 0.5 ≤ (r_3a-r₂)/(r₃-r₂) ≤ 1이다.

본원에서 개시된 일부 실시예들에 따라서, 광 섬유는 외부 반경(r₁) 및 최대 상대 굴절률 델타(Δ_1max)를 가진 그레이드형 중심 코어 영역과, r₁ ≤ r₂ < 8 마이크론이 되도록, 외부 반경(r₂) 및 상대 굴절률 델타(Δ₂)를 가진 제 1 내부 클래딩 영역과, 상대 굴절률 델타(Δ₃) 및 최소 상대 굴절률 델타(Δ_3min)를 가진 제 2 내부 클래딩 영역(Δ₂ 및 Δ_3min 간의 차이가 0.08 %보다 크도록 Δ₁ > Δ₂ > Δ_3min임)과, 그리고 2 개의 내부 클래딩 영역을 둘러싼 외부 클래딩 영역을 포함한 클래딩을 포함한다. 본원에서 개시된 섬유 실시예들은 바람직하게 1260 nm 이하의 22m 케이블 컷오프(cable cutoff)와, 8.2 내지 9.6 마이크론의 1310 nm에서의 모드 필드 직경(MFD)과, 그리고 1300 nm 내지 1324 nm의 제로 파장 분산 파장을 포함한다. 적어도 일부 섬유 실시예들에서, r₁/r₂는 0.6 이상, 보다 바람직하게 0.65보다 크고, 그리고 1 이하이다. 적어도 일부 섬유 실시예들에서, r₁/r₂은 0.75 이상, 보다 바람직하게 0.8보다 크고, 1 이하이다.

일부 다른 실시예들에 따라서, 단일 모드 광 섬유는:

외부 반경(r₁)과, Δ_1max를 가진 중심 코어 영역에서의 피크 (최대) 상대 굴절률 델타를 가진 그레이드형 굴절률 게르마니아 도핑 중심 코어 영역; 및 1 내지 3의 알파_코어를 가진 그레이드형 굴절률 알파 프로파일을 가진 코어 영역; 및

제 1 내부 클래딩 영역과, 제 2 내부 클래딩 영역과, 그리고 외부 클래딩 영역을 포함한 클래딩 영역;을 포함하며, (i) 상기 제 1 내부 클래딩 영역은 4.5 마이크론 < r₂ < 9 마이크론이 되는 외부 반경과, 상대 굴절률(Δ₂)과, 그리고 0.65 ≤ r₁/r₂ ≤ 1을 가지고; (ii) 상기 제 2 내부 클래딩 영역은 10 마이크론보다 큰 외부 반경(r₃)을 가지고, 최소 상대 굴절률 델타(Δ_3min)를 포함하고, 상기 제 2 내부 클래딩 영역은 반경이 증가함에 따라 음이 되어가는 상대 굴절률 델타를 가진 적어도 하나의 영역을 가지고, 상기 제 2 내부 클래딩 영역은 알파_t가0.5 ≤ 알파_t ≤ 5인 알파 프로파일을 가지며, 그리고 (iii) 상기 외부 클래딩 영역은 내부 클래딩 영역을 둘러싸고, 상대 굴절률(Δ₄)을 포함하고, Δ₁ > Δ₂ > Δ_3min이고, Δ_3min < Δ₄이다.

또한 본원에서 개시된 것은 광 섬유 실시예이며, 상기 광 섬유는 중심 코어 영역, 클래딩 영역을 포함하고, 상기 중심 코어 영역은 외부 반경(r₁) 및 최대 상대 굴절률 델타(Δ_1max)를 가지고, 상기 클래딩 영역은, 8 마이크론보다 작은 외부 반경(r₂) 및 상대 굴절률 델타(Δ₂)를 가진 제 1 내부 클래딩 영역과, 그리고 상기 제 1 내부 클래딩 영역을 둘러싸고, 상대 굴절률(Δ₃)을 가진 제 2 내부 클래딩 영역을 포함하고, 여기서 Δ_1max > Δ₂ > Δ_3min이며, 그리고 Δ₂ - Δ_3min는 0.1 이상이다(≥ 0.1). 본원에서 개시된 섬유는 바람직하게 1260 nm 이하의 22m 케이블 컷오프와, 8.2 내지 9.6 마이크론의 1310 nm에서의 모드 필드 직경(mode field diameter, MFD)과, 그리고 1300 nm 내지 1324 nm의 제로 파장 분산(zero wavelength dispersion)을 포함한다. 이러한 섬유의 일부 실시예들에서, r₁/r₂는 0.6 이상이고, 보다 바람직하게 0.8 내지 1이다. 바람직하게, │Δ₄- Δ₂│≥ 0.01이다.

출원인이 발견한 바와 같이, 일정치 못한 상대 굴절률 델타를 가진 트렌치를 갖는 섬유는 작은(< 10 mm) 직경 및 큰(> 20 mm) 직경 둘 다에서 우수한 매크로벤딩 성능(macrobending performance)을 달성하는데 도움을 준다. 다음의 단일 모드 섬유 실시예들은, 적어도 한 영역에서 반경이 증감함에 따라 줄어들고, 일정치 못한 상대 굴절률 델타를 가짐으로써, ITU-G.652 표준에 따르는 낮은 매크로벤딩 손실 및 광학 속성(광학 성능 파라미터)를 초래하는 트랜치를 가진다. 적어도 일부 실시예들에서, 제 2 내부 클래딩 영역의 굴절률은 반경 위치가 증가함에 따라 감소된다.

적어도 일부 실시예들에서, α_t ≤ 5이고, α_t(즉, 알파_t)는 트렌치 알파 파라미터이다. 일부 실시예들에서, 0.5 ≤ α_t ≤ 5이다.

이제, 첨부된 도면과 함께, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명할 것이다.

도 1-6은 본원에서 개시된 바와 같이, 여러 광 섬유의 실시예들에 대응하는 개략적인 상대 굴절률 프로파일을 도시한다.

추가적인 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명으로부터 나타날 것이고, 기술 분야의 통상의 기술자는 설명을 통하거나, 청구항 및 첨부된 도면과 함께 다음의 설명에 기술된 대로 실행함으로써, 인지할 수 있을 것이다.

"굴절률 프로파일"은 굴절률 또는 상대 굴절률과 광 섬유 반경 간의 관계를 의미한다. 굴절률 프로파일의 각 세그먼트에 대한 반경은 약어로 r₁, r₂, r₃, r₄ 등으로 주어지고, 대소문자는 본원에서 구분되지 않고 사용된다(예를 들면, r₁은 R₁과 동등하다).

"상대 굴절률 퍼센트"는 Δ% = 100×(n_i ²- n_c ²)/2n_i ²으로 정의되고, 본원에서 사용되는 바와 같이, n_c는 외부 클래딩 영역의 굴절률이며, 이때 상기 외부 클래딩 영역의 굴절률은 별다른 언급이 없다면 순수 실리카(pure silica)의 굴절률이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 상대 굴절률은 Δ로 표현되고, 상대 굴절률의 값은 별다른 언급이 없는 이상, % 단위로 주어진다. 용어: 상대 굴절률 델타, 델타, Δ, Δ%, %Δ, 델타%, %델타 및 퍼센트 델타는 본원에서 구분되지 않고 사용될 수 있다. 한 영역의 굴절률이 외부 클래딩의 평균 굴절률 미만인 경우에, 상대 굴절률 퍼센트는 음이며, 이는 저하된 영역 또는 저하된 굴절률을 의미한다. 한 영역의 굴절률이 외부 클래딩 영역의 평균 굴절률보다 큰 경우에, 상대 굴절률 퍼센트는 양이다. 본원에서 "업도펀트(updopant)"는 순수하게 비도핑된 SiO₂에 대해 굴절률이 커진 경향을 가진 도펀트로 간주된다. "다운도펀트"는 본원에서 순수하게 비도핑된 SiO₂에 대해 굴절률이 낮은 경향을 가진 도펀트로 간주된다. 업도펀트의 예시는 GeO₂(게르마니아), Al₂O₃, P₂O₅, TiO₂, Cl, Br을 포함한다. 다운도펀트의 예시는 플루오르, 붕소 및 비-주기성 보이드(non-periodic voids)를 포함한다. 알파_코어, 알파_c 및 α(코어) 용어는 코어 알파를 의미하고, 본원에서는 구분되지 않고 사용된다. 기술 분야의 통상의 기술자에 있어 명백한 바와 같이, 본원에서 개시된 상대 굴절률 프로파일은 전체 굴절률 프로파일이 순수 실리카의 굴절률에 대해 선형으로 상승 또는 하강 이동되어 최종 광 섬유의 유사한 광학 속성을 초래하도록 변형될 수 있다.

본원에서 광 섬유의 "분산"을 의미하는 "색 분산(chromatic dispersion)"은 별다른 말이 없는 한, 재료 분산 및 도파관 분산의 합이다. 제로 분산 파장은 분산이 제로의 값을 가진 파장이다. 분산 기울기(dispersion slope)는 파장에 대한 분산의 변화율이다.

"실효 면적(Effective area)"은 식 1과 같이 정의된다:

(식 1)

여기서, 인테그레이션 리미트(integration limits)는 0 내지 ∞이고, f는 도파관에서 전파된 광에 연관된 전계의 횡 성분(transverse component)이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "실효 면적" 또는 "A_eff"는 별다른 말이 없는 한, 1550 nm의 파장에서의 광 섬유의 광 실효 면적을 의미한다.

용어 "α-프로파일"은, "%" 단위인 Δ(r)의 항으로 표기되는 일 영역의 상대 굴절률 프로파일을 의미하고, 여기서 r은 반경을 나타내며, 코어 알파는 식 2와 같고,

(식 2)

여기서 r₀은 Δ(r)가 최대가 되는 지점이고, r₁은 Δ(r)%가 제로가 되는 지점이고, r의 범위는 r_i ≤ r ≤ r_f이고, Δ는 상기에서 정의되고, r_i는 α-프로파일의 시작점이고, r_f는 α-프로파일의 최종점이고, α는 실수인 지수이다.

모드 필드 직경(MFD)은 다음 식 3 및 4 각각에서 나타난 바와 같이, Peterman II 방법을 사용하여 측정되고,

(식 3)

그리고

(식 4)

인테그랄 리미트(integral limits)는 0 내지 ∞이다.

광 섬유의 내굴곡성(bend resistance)은 규정된 테스트 조건 하에 유도된 감쇠에 의해 계측될 수 있되, 예를 들면, 규정된 직경의 맨드릴(mandrel) 주위로 섬유를 배치하거나 감쌈으로써, 예를 들면, 6 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm 또는 유사한 직경 맨드릴(예를 들면 "1x10 mm 직경 매크로벤드 손실(diameter macrobend loss)" 또는 "1x30 mm 직경 매크로벤드 손실")을 1 회전 감싸고(wrapping), 회전당(per turn) 감쇠의 증가를 측정함으로써, 계측될 수 있다.

굽힘 테스트의 한 유형은 측 방향 하중 마이크로벤드 테스트(lateral load microbend test)이다. 이는 "측 방향 하중 와이어 메쉬" 테스트(lateral load wire mesh, LLWM)라고 하며, 광 섬유의 규정 길이는 2 개의 평평한 판들 간에 위치한다. #70 와이어 메시(wire mesh)는 판들 중 하나에 부착된다. 광 섬유의 공지된 길이는 판들 사이에 속하고, 기준 감쇠는 판들이 서로 30 뉴톤의 힘으로 가압되는 동안 측정된다. 그 후, 70 뉴톤의 힘은 판들에게 가해지게 되고, 감쇠의 증가는 dB/m으로 측정된다. 감쇠의 증가는 규정된 파장(통상적으로, 1200-1700 nm의 범위 내, 예를 들면, 1310 nm 또는 1550 nm 또는 1625 nm)에서, 광 섬유의 측 방향 하중 감쇠로 인한 것이다(dB/m 단위).

"핀 어레이(pin array)" 굽힘 테스트는 구부려질 시에 광 섬유의 상대적인 내성(relative resistance)을 비교하기 위해 사용된다. 이러한 테스트를 실행하기 위해, 감쇠 손실은 광 섬유에 대해 측정되며, 이때에는 기본적으로 굽힘 손실이 유도되지 않는다. 그 후, 광 섬유는 핀 어레이 주위에서 직조되고, 감쇠는 다시 측정된다. 굽힘에 의해 유도된 손실은 측정된 2 개의 감쇠 간의 차이다. 핀 어레이는 단일 열(single row)로 배치된 10 개 원통형 핀들의 한 세트이고, 고정된 수직 방향으로 위치하여 유지되되, 평평한 표면 상에 유지된다. 핀 중심 간의 공간은 5 mm이다. 핀 직경은 0.67 mm이다. 테스트하는 동안, 광 섬유가 핀 표면의 일부에 일치하도록 충분한 장력이 가해진다. 감쇠의 증가는 규정된 파장(통상적으로 1200-1700 nm 범위 내, 예를 들면, 1310 nm 또는 1550 nm 또는 1625 nm)에서, 광 섬유의 핀 어레이 감쇠로 인한 것이다(dB 단위).

주어진 모드에 있어서, 이론적인 섬유 컷오프 파장 또는 "이론적인 섬유 컷오프", 또는 "이론적인 컷오프(theoretical cutoff)"는 유도 광(guided light)이 그 모드에서 전파될 수 없는 파장이다. 수식 정의는 Single Mode Fiber Optics, Jeunhomme, pp 39-44, Marcel Dekker, New York, 1990에서 발견될 수 있고, 이론적인 섬유 컷오프는 모드 전파 상수가 외부 클래딩의 평면파 전파 상수(plane wave propagation constant)와 같아지게 되는 파장으로 기술된다. 이러한 이론적인 파장은, 직경 변화가 없고 무한히 길며, 완전히 직선형으로 된 섬유에 적합하다.

섬유 컷오프는, "2m 섬유 컷오프" 또는 "측정된 컷오프" 라고도 알려진 표준 2m 섬유 컷오프 테스트, FOTP-80(EIA-TIA-455-80)에 의해 측정될 수 있어서 "섬유 컷오프 파장"을 만들어 낸다. FOTP-80 표준 테스트는 제어되는 굽힘 양을 사용하여 고차 모드(higher order modes)를 제거하거나(strip out), 섬유의 스펙트럼 응답을 멀티모드 섬유의 스펙트럼 응답에 정규화시키기 위해 실행된다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 케이블형 컷오프 파장 또는 "케이블형 컷오프"는 EIA-TIA Fiber Optics Standards, 즉 Electronics Industry Alliance-Telecommunications Industry Association Fiber Optics Standards의 일부인 EIA-445 Fiber Optic Test Procedures에 기술된 22 m 케이블형 컷오프 테스트를 이용하여 얻어진 것을 의미한다.

본원에서 별다른 언급이 없는 한, 광 속성(예를 들면, 분산, 분산 기울기 등)은 LP01 모드로 보고된다.

출원인이 발견한 바와 같이, 깊이가 일정치 못한(non-constant depth) 오프-셋 트렌치(off-set trench)를 단일 모드 섬유의 프로파일에 놓는 것은 작은(≤ 10 mm) 굽힘 직경 및 큰(≥ 20 mm) 굽힘 직경 둘 다에서 굽힘 성능을 동시에 개선시킬 수 있다. 다음의 섬유 실시예들은 크고 작은 굽힘 직경에서 굽힘이 적은 성능을 초래하고, G.652 표준에 따르는 다른 광학을 가진다(MFD는 1310 nm에서 8.2 내지 9.6 마이크론에 속하고, 제로 분산 파장은 1300 내지 1324 nm에 속하고, 케이블 컷오프 파장은 1260 nm 이하이다).

바람직하게, (1310nm의 파장에서) 광 섬유(10)의 MFD는 8.2 마이크론 내지 9.6 마이크론이다. 예를 들면, 8.2 마이크론 ≤ MFD ≤ 9.6 마이크론, 또는 8.5 마이크론 ≤ MFD ≤ 9.4 마이크론이다(예를 들면, 8.6 마이크론, 8.8 마이크론, 9 마이크론, 9.2 마이크론, 9.4 마이크론, 9.6 마이크론, 또는 이들 사이).

일부 실시예들에 따르면, 도 1-6에 도시된 바와 같이, 단일 모드 광 섬유(10)는: 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역(1) 및 클래딩 영역을 포함하고, 이때 상기 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역(1)(또는 코어)은 외부 반경(r₁)을 가지고, 상대 굴절률(Δ₁), 최대 상대 굴절률(Δ_1max)을 가지며, 그리고 0.5 ≤ 알파_코어 ≤ 4인 알파_코어를 가진 알파 프로파일을 가지며; 그리고 상기 클래딩 영역은 상기 코어를 둘러싸고, 적어도 하나 내부 클래딩 영역(2, 3) 및 외부 클래딩 영역(4)을 포함한다. 제 2 내부 클래딩 영역(3)(본원에서, 트렌치, 트렌치 영역, 또는 모트라고도 함)은 내부 반경(r₂) 및 외부 반경(r₃)을 가진다. 일부 실시예들에서, r₃ > 10 마이크론이다. 영역(3)은 상대 굴절률(Δ₃) 및 최소 상대 굴절률(Δ_3min)도 포함하고, 그 결과 그의 상대 굴절률 델타는 반경이 증가함에 따라 보다 더 음의 값을 가지게 된다. 내부 클래딩 영역(3)은 알파_t를 가진 알파 프로파일을 가지며, 이때 상기 알파_t는 바람직하게 0.5 ≤ 알파_t ≤ 5이다. 외부 클래딩 영역(4)은 내부 클래딩 영역을 둘러싸고 상대 굴절률(Δ4)을 가지며, 여기서 Δ_1max > Δ₂ > Δ_3min, 그리고 Δ_3min < Δ₄이다. 도 1-6의 광 섬유 실시예들에서, r₁ ≤ r₂이다. 일부 바람직한 실시예들에서, 0.65 ≤ r₁/r₂ ≤ 1이다.

일부 실시예들에 따라서, 광 섬유(10)는 외부 반경(r₂)을 가진 제 1 내부 클래딩 영역(2)을, 그리고 외부 반경(r₃)을 가진 제 2 내부 클래딩 영역(3)을 포함한다. 이러한 실시예들에서, r₁ < r₂이다. 일부 실시예들에서, 광 섬유(10)는 제 1 내부 클래딩 영역(2)을 포함하고 있지 않고(예를 들면, 도 4 참조), 이러한 실시예들에서는 r₂ = r₁이며, 그리고 비율 r₁/r₂ = 1이다.

대표적인 섬유(10)의 여러 개략적인 굴절률 프로파일은 도 1-6에 도시된다. 도 1-6의 광 섬유(10)는 최대 상대 굴절률 델타 퍼센트(Δ_1max)를 포함한 중심 그레이드형 굴절률 유리 코어 영역(1)(또는 코어)을 포함한다. 코어 영역(1)은, 본원에서 구배 또는 그레이드형 굴절률 프로파일도 의미하는 그레이드형 굴절률 프로파일을 가진다. 광 섬유(10)는 0.5 ≤ α_코어 ≤ 5, 일부 실시예들에서, 1 ≤ α_코어 ≤ 5, 일부 실시예들에서, 1 ≤ α_코어 ≤ 4, 일부 실시예들에서, 1.5 ≤ α_코어 ≤ 3 일부 다른 실시예들에서, 1.5 ≤ α_코어 ≤ 2.5의 범위에 속한 알파_코어 값(α코어)을 가진 코어 영역을 가질 수 있다. 도 1-3 및 5-6에 도시된 바와 같이, 광 섬유(10)의 일부 실시예들에서, 제 2 내부 클래딩 영역(3)은 코어 영역(1)으로부터 오프셋되고(offset), 그 결과 선택적인 제 1 내부 클래딩 영역(2)은 중심 유리 코어 영역(1)과 제 2 내부 클래딩 영역(3) 간에 삽입된다(이러한 실시예들에서 r₂ > r₁이다). 외부 클래딩 영역(4)은 제 2 내부 클래딩 영역(3)을 둘러싸고, 상대 굴절률 델타(Δ₄)를 포함한다. 이러한 실시예들에서, 선택적인 제 1 내부 클래딩 영역(2)은 중심 코어 영역(1)에 바로 근접하게 위치하여 상기 중심 코어 영역을 둘러싸며, 그리고 상대 굴절률 델타 퍼센트(Δ₂)를 포함한다. 이러한 실시예들에서, 제 2 내부 클래딩 영역(3)은 제 1 내부 클래딩 영역(2)을 둘러싸고, 최소 굴절률 델타 퍼센트(Δ3_min)를 포함한다. 제 1 내부 클래딩 영역(2)을 포함하지 않는 섬유 실시예들에서(예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같음), 제 2 내부 클래딩 영역(3)(즉, 트렌치 영역)은 코어 영역(1)에 바로 근접하게 위치하여 상기 코어 영역을 둘러싸며, 제 2 내부 클래딩 영역(3)은 최소 상대 굴절률 델타 퍼센트(Δ_3min)를 포함한다. 이러한 실시예들에서, 모델링 목적을 위해, r₂ = r₁, 그리고 Δ₂= Δ_3max라고 설정하자.

제 2 내부 클래딩 영역(3)은 일정한 Δ₃(r)을 가지지 못한다. 바람직하게, Δ₃(r)은 반경이 증가함에 따라 감소되고, 삼각형 단면을 가질 수 있고, 이로써, 일부 실시예들에서, 이러한 영역의 최소 상대 굴절률(Δ₃)은 r = r₃(즉, Δ₃(r = r₃) = Δ_3min)에서 일어난다. 바람직하게, 제 2 내부 클래딩 영역(3)은 플루오르와 함께 도핑된 실리카를 포함한다. 외부 클래딩 영역(4)은 제 2 내부 클래딩 영역(3)(즉, 트렌치)을 둘러싸고, 상대 굴절률 델타 퍼센트(Δ₄)를 포함한다.

도 1은 삼각형 트렌치 프로파일을 가진 섬유(10)의 실시예의 상대 굴절률 프로파일(relative refractive index profile)(Δ₃(r))을 도시한다. 이러한 도면에서 도시된 바와 같이, 제 2 내부 클래딩 영역(3)의 상대 굴절률은 반경이 증가함에 따라 단조적으로 감소되며, 그리고 Δ₃(r₂) > Δ₃(r₃)이다. 도 1의 실시예에서, Δ₂ = Δ₄이다. 그러나, Δ₂는 Δ₄와 동일할 필요는 없다(예를 들면, Δ₂는 Δ₄보다 클 수 있거나 작을 수 있음). 일부 실시예들에서, Δ₄ ≥ Δ₂이다. 일부 실시예들에서, 0.00% ≤ (Δ₄ - Δ₂) ≤ 0.1%이다.

도 2는 사다리꼴 형상의 트렌치 프로파일을 가진 섬유(10)의 실시예의 상대 굴절률 프로파일을 도시한다. 이러한 실시예에서, 제 2 내부 클래딩 영역(3)의 상대 굴절률은 또한 반경이 증가함에 따라 감소되며, 그리고 Δ₃(r₂) > Δ₃(r₃)이다. 도 2의 실시예에서, Δ₂ = Δ₄이지만, 그러나 일부 실시예들에서, Δ₂ 및 Δ₄는 서로 다른 값을 가진다(예를 들면, Δ₂ > Δ₄, 또는 Δ₂ < Δ₄).

도 3은 섬유(10)의 또 다른 실시예의 상대 굴절률 프로파일을 도시한다. 이러한 실시예에서, 제 2 내부 클래딩 영역(3)의 상대 굴절률이 반경 증가에 따라 단조적으로 감소되되, 값 r이 r_3a와 같을 때까지(r = r_3a) 감소되고, 그 후에, 반경(r_3a 및 r₃) 간에서 일정하게 된다. 이러한 실시예에서, Δ₃(r₂) > Δ₃(r₃)이고, Δ₃(r₂) > Δ₃(r_3a)이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 반경(r_3a)은, 값(Δ_3min)에 먼저 이르게 되고 중심선으로부터 외부를 향해 방사상 방향으로 이동하게 되는 반경이다. 일부 실시예들에서, r_3a = r₃이다(예를 들면, 도 1, 2, 4 및 5 참조). 도 3에 도시된 실시예에서, Δ₂ = Δ₄이지만, 그러나 일부 실시예들에서 Δ₂ 및 Δ₄는 서로 다른 값을 가진다(예를 들면, Δ₂ > Δ₄, 또는 Δ₂ < Δ₄). 일부 실시예들에서, 0.1% ≥ │Δ₂ - Δ₄│≥ 0.01%이다.

도 4는 도 1의 프로파일과 유사한 트렌치 프로파일 역시 가지지만, 도 4에서 제 1 내부 클래딩 영역(2)의 폭이 제로, 즉, 이러한 섬유 실시예가 내부 클래딩 영역(2)을 가지지 못한 섬유(10)의 실시예의 상대 굴절률 프로파일을 도시한다. 이러한 실시예에서, r₁ = r₂이다.

도 5는 도 1의 프로파일과 유사한 트렌치 프로파일 역시 가지지만, 도 5에서 제 2 내부 클래딩 영역(3)의 상대 굴절률 프로파일이 오목 형상을 가진 섬유(10)의 실시예의 상대 굴절률 프로파일을 도시한다.

도 6은 도 1의 프로파일과 유사한 트렌치 프로파일 역시 가지지만, 도 6에서 제 2 내부 클래딩 영역(3)의 상대 굴절률 프로파일이 볼록부를 가진 섬유(10)의 실시예의 상대 굴절률 프로파일을 도시한다. 즉, 제 2 내부 클래딩 영역(3)의 상대 굴절률은 제 1 내부 클래딩 영역(2)과 근접한 영역에서 상대적으로 천천히 감소되고, 그 후에, 반경이 (외부 클래딩 영역에 근접한 제 2 내부 클래딩 영역(3)의 영역에서) r₃에 접근할 시에 상대적으로 빠르게 감소된다.

대표적인 실시예들에서, Δ_1max > Δ₂ > Δ_3min이고 Δ_3min < Δ₄이다. 바람직하게 Δ₂-Δ_3min ≥ 0.08%이다. 일부 실시예들에서, 0.08% ≤ Δ₂-Δ_3min ≤ 0.7%이다. 다른 실시예들에서, 0.08% ≤ Δ₂-Δ_3min ≤ 0.25%이다. 다른 실시예들에서, 0.25% ≤ Δ₂-Δ_3min ≤ 0.55%이다. 선택적인 추가 코어 또는 클래딩 영역들이 사용될 수 있다. 예를 들면(미도시), 또 다른 영역(2A)은 코어와 영역(3) 사이에 위치할 수 있다. 선택적인 내부 클래딩 영역(2A)은 코어 영역(1)에 바로 인접하게 위치할 수 있고, 상기 코어 영역을 둘러싸며, 그리고 환형 영역(2)의 상대 굴절률 델타 퍼센트보다 높거나 낮은 상대 굴절률 델타 퍼센트(Δ_2A)를 포함한다(즉, Δ_2A < Δ₂, 또는 Δ_2A> Δ₂). 제 2 내부 클래딩 영역(3)(트렌치 영역)의 굴절률(이로써, 상대 굴절률 델타)은 바람직하게 반경 위치가 증가함에 따라 감소한다.

트렌치 형상을 정의하기 위해 사용될 수 있는 또 다른 파라미터(즉, 제 2 내부 클래딩 영역(3)이 굴절률 형상, 여기서 r₂ ≤ r ≤ r₃)는 제 2 내부 클래딩 영역(3)에서 상대 굴절률 프로파일을 정의하는 파라미터, α_t(알파_t)이며, 다음 식 5와 같이, "%"의 단위로 △(r)의 항으로 표시되고, r은 반경이고,

(식 5)

여기서, α_t는 트렌치 알파 파라미터(본원에서 알파_t라고도 함)이다. 사각형 트렌치에 있어서, 파라미터 α_t의 값은 100보다 큰 반면, 삼각형 트렌치에 있어 파라미터 α_t의 값은 1이다. 바람직하게 α_t ≤ 10이다. 광 섬유(10)의 일부 실시예들에서, 파라미터 α_t는 0.5 내지 5, 보다 바람직하게 0.5 내지 3이며, 그리고 심지어보다 바람직하게 0.75 내지 2이다.

중심 코어 영역(1)은 외부 반경(r₁)을 포함하고, 상기 외부 반경(r₁)은 중심 코어 영역(1)의 상대 굴절률의 최대 절대 기울기(즉 r = r₁이며, 이때 |d△(r)/dr|이 최대가 됨)를 통해 그려진 탄젠트 선이 제로 델타 선을 가로지르는 곳에 대응하는 △_1max로부터 반경 방향으로 외부를 향해 이동하는 제 1 반경 위치로서 정의된다. 코어 영역(1)(본원에서 코어라고도 함)은 바람직하게 약 0.3 내지 0.5, 보다 바람직하게 약 0.31 내지 0.48, 예를 들면, 약 0.31 내지 0.45의 최대 상대 굴절률 델타 퍼센트인 △_1max을 포함한다. 일부 실시예들에서, △_1max는 0.31 내지 0.43이다. 일부 실시예들에서, △1_max는 0.42 미만이다. 코어 반경(r₁)은 바람직하게 3 내지 9 마이크론이고, 보다 바람직하게 약 3.5 내지 8.0 마이크론이며, 예를 들면, 3.5 ≤ r₁ ≤ 7.0 마이크론이고, 또는 4.5 ≤ r₁ ≤ 6.5 마이크론이다. 중심 코어 영역(1)은 단일 세그먼트(single segment)인 계단형 굴절률 프로파일을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 중심 코어 영역(1)은, 0.5보다 크고 10보다 작고, 일부 실시예들에서 7.5 보다 작고, 5 보다 작고 또는 3 보다 작은 알파(α) 값을 가진 알파 프로파일을 포함한다. 일부 바람직한 실시예들에서, 중심 코어 영역(1)은 0.5보다 크고 10 보다 작고, 일부 실시예들에서, 5 보다 작고 또는 3 보다 작은 알파를 포함하고, 코어 영역(1)은 0.30 내지 0.48의 상대 굴절률 델타 퍼센트인 △_1max(예를 들면, 0.36 ≤ △₁ ≤ 0.44)를 가진다.

도 1에 도시된 실시예에서, 내부 클래딩 영역(2)은 중심 코어 영역(1)을 둘러싸고, 내부 반경(r₁) 및 외부 반경(r₂)을 포함하고, r₁은 상술된 바와 같고, r₂는 상대 굴절률이 0.03(△_3min)과 같아지는 r₁으로부터 반경 방향으로 외부를 향하여 이동하는 제 1 반경 위치로 정의한다. 일부 경우에서, 영역(2)에서의 상대 굴절률은기본적으로 평평하고, 다른 경우들에서, 구배 굴절률 프로파일이 있을 수 있으며, 그리고 일부 실시예들에서, 영역(2)은 반경이 증가할 시에 상대 굴절률이 줄어들게 된다. 여전하게, 다른 경우에서, 작은 프로파일 설계 또는 공정 변화의 결과로 변동이 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 내부 클래딩 영역(2)은 0.02 wt % 플루오르 미만을 함유한다. 일부 실시예들에서, 내부 클래딩 영역(2)은 플루오르 또는 게르마니아(germania)로 실질적으로 비도핑된 실리카를 포함하고, 즉, 상기 영역은 기본적으로 플루오르 및 게르마니아가 없다. 일부 다른 실시예들에서, 영역(2)은 0.2 wt % 미만의 플루오르로 도핑된다. 일부 실시예들에 따라서, 내부 클래딩 영역(2)은 약 0.2 내지 6 마이크론, 보다 바람직하게 0.5 내지 5 마이크론, 심지어 보다 바람직하게 약 1 내지 4 마이크론의 폭을 포함한다. 바람직하게, 5 마이크론 ≤ r₂ ≤ 9 마이크론, 보다 바람직하게 6 마이크론 ≤ r₂ ≤ 8 마이크론이다. 내부 클래딩 영역(2) 반경(r₂)에 대한 코어 반경(r₁)의 비율은 바람직하게 적어도 0.75이고 1 미만, 보다 바람직하게 0.8보다 크다.

내부 클래딩 영역(2)은, r₂와 r₁이 동일하지 않을 시에 식 6을 사용하여 계산되는 상대 굴절률 델타 퍼센트(Δ₂)를 포함한다:

(식 6)

일부 실시예들에서, 제 1 내부 클래딩 영역(2)은 플루오르 또는 게르마니아로 실질적으로 비도핑된 실리카를 포함하고, 즉, 상기 영역은 기본적으로 플루오르 및 게르마니아가 없다. 내부 클래딩 영역(3)은 영역(2)의 상대 굴절률 델타보다 낮은 최소 상대 굴절률 델타를 제공하기 위해, 바람직하게 다운도펀트, 예를 들면, 플루오르를 포함한다. 도 1-3 및 5-6에 도시된 실시예들에서, 제 2 내부 클래딩 영역(3)은 제 1 내부 클래딩 영역(2)을 둘러싸고, 내부 반경(r₂) 및 외부 반경(r₃)을 포함하고, r₂는 상기에서 정의된 바와 같고 r₃는 상대 굴절률 프로파일 곡선이 반경(r₂)으로부터 반경 방향으로 외부를 향하여 이동하는 제 1 반경 위치에서 제로 델타 선(Δ₄)을 다시 가로지르는 곳으로 정의된다(주목해야 하는 바와 같이, 도 4의 실시예에서 Δ₂ =Δ_3max인 이와 같은 경우에 내부 클래딩이 없고, 즉, 내부 클래딩 폭은 제로이다(r₁ = r₂)). 일부 경우에서, 영역(3)에서의 상대 굴절률(즉, 트렌치의 상대 굴절률)은 구배 굴절률 프로파일을 가질 수 있고, 일부 바람직한 실시예들에서, 영역(3)에서의 상대 굴절률은 영역의 내부 부분에서 얕은 저하(shallower depression)를 가지며, 그리고 영역의 외부 부분에서 깊은 저하를 가진다. 게다가, 작은 프로파일 설계 또는 공정 변화의 결과로 변동이 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 2 내부 클래딩 영역(3)은 플루오르 및/또는 붕소를 포함한다. 내부 클래딩 영역(3)은 상대 굴절률 델타 퍼센트(Δ₃(r)), 및 최소 상대 굴절률 델타(Δ_3min)를 포함한다. 제 2 내부 클래딩 영역(Δ_3min)의 최소 굴절률은 바람직하게 -0.08 %(즉, Δ₄-Δ₃ ≥ 0.08 %) 이하이다. 일부 실시예들에서, Δ_3min은 -0.2 % 이하이다. 일부 실시예들에서, Δ_3min은 -0.35 % 이하이다. R₄는 광 섬유의 외부 반경 위치이고, 50 마이크론 ≤ r₄ ≤ 75 마이크론의 바람직한 범위에 속하고, 보다 바람직하게 r₄는 62.5 마이크론이다.

제 2 내부 클래딩 영역(3)의 체적(V_3a3)(즉, 트렌치의 체적)은 식 7과 같이 정의되고, 퍼센트 델타 마이크론²(%Δ 마이크론²)의 단위로 주어진다.

(식 7)

여기서 Δ_(4-3)은 (Δ₄ - Δ₃)의 굴절률 차이다. 도 1-5의 실시예들에서, 내부 클래딩 영역(3)의 절대 체적(V_3a3)은 5Δ% 마이크론² ≤ V_3a3 ≤ 105 Δ% 마이크론²이다. 일부 실시예들에서, 보다 바람직하게 5Δ% 마이크론² ≤ V_3a3 ≤ 75 Δ% 마이크론²이다. 내부 클래딩 영역(3)은 바람직하게 약 5 내지 20 마이크론, 보다 바람직하게 5 내지 15 마이크론의 (r₃ - r₂)인 폭(W₃)을 가진다. 내부 클래딩 영역(2) 반경(r₂)에 대한 반경(r₃)의 비율은 바람직하게 1.3보다 크고, 보다 바람직하게 1.5 내지 약 4이다. 모트 체적률(moat volume ratio, V_3a3ratio)은 다음과 같이 식 8로 정의되고, 퍼센트 델타 마이크론² (%Δ 마이크론²)의 단위로 주어진다.

(식 8)

바람직하게, 본원에서 광 섬유는 0.3 ≤ V_3a3ratio ≤ 0.8의 모트 체적률을 가진다.

외부 클래딩 영역(4)은 저하된 환형 영역(3)을 둘러싸고, 내부 클래딩 영역(3)의 굴절률(Δ_3min)보다 높은 상대 굴절률 델타 퍼센트(Δ₄)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 외부 클래딩 영역(4)은 제 1 내부 클래딩 영역(2)의 상대 굴절률보다 큰 상대 굴절률을 가지고, 이로 인해 제 1 내부 클래딩 영역(2)에 대해 "업도핑된" 외부 클래딩 영역(4)인 영역을 형성하되, 예를 들면, 외부 클래딩 영역(4)의 상대 굴절률을 증가시키기에 충분한 도펀트 양(예를 들면, 게르마니아 또는 염소)을 추가함으로써 형성한다. 그러나, 주목해야 하는 바와 같이, 굴절률 증가 도펀트가 외부 클래딩 영역(4)에 포함되어야 한다는 점에서, 외부 클래딩 영역(4)이 업도핑되는 것은 중요치 않다. 실제로, 외부 클래딩 영역(4)에서 상승된 굴절률 효과는 외부 클래딩 영역(4)에 대해 제 1 내부 클래딩 영역(2)을 다운도핑함으로써 달성될 수 있다. 일부 실시예들에 따라서, 외부 클래딩 영역(4)은 제 1 내부 클래딩 영역(2)보다 높은 상대 굴절률을 포함하고, 0.01%보다 크고, 일부 실시예들에서, 제 1 내부 클래딩 영역(2)에서의 굴절률에 대해 0.02 % 또는 0.03 %보다 큰 상대 굴절률 델타 퍼센트(Δ₄)를 포함할 수 있다. 바람직하게, (제 1 내부 클래딩 영역(2)에 비해 또는 Δ_3max에 비해) 외부 클래딩 영역(4)의 굴절률이 높은 부분은, 광 섬유를 통해 전송되는 광 파워가 전송된 광 파워의 90 % 이상인 지점까지, 보다 바람직하게 광 섬유를 통해 전송되는 광 파워가 전송된 광 파워의 95 % 이상인 지점까지, 그리고 가장 바람직하게 광 섬유를 통해 전송되는 광 파워가 전송된 광 파워의 98 % 이상인 지점까지, 적어도 뻗어나간다. 다수의 실시예들에서, 이는 "업도핑된" 제 3 환형 영역이 약 30 마이크론의 반경 지점까지 적어도 뻗어나감으로써 달성된다. 결과적으로, 제 3 환형 영역(4)의 체적(V₄)은 본원에서 반경(r₃)과 r₃₀(30 마이크론에서의 반경) 사이에서 계산되어 정의되고, 이로써 식 9와 같이 정의된다.

(식 9)

Δ_(4-2)는 (Δ₄ - Δ₂)의 굴절률 차이이다.

제 1 내부 클래딩 영역(2)의 체적에 비해 (30 마이크론 내의) 외부 클래딩 영역(4)의 체적(V₄)은 바람직하게 5 Δ%마이크론²보다 크고, 보다 바람직하게 7 Δ%마이크론²보다 크며, 10 % Δ마이크론²보다 클 수 있다. (30 마이크론 내의) 외부 클래딩 영역의 이러한 체적(V₄)은 일부 실시예들에서 50% Δ마이크론² 미만이다.

일부 실시예들에서, 외부 클래딩 영역(4)의 상대 굴절률(Δ₄)은 제 1 내부 클래딩 굴절률(Δ₂)보다 0.01 % 만큼 크고, 보다 바람직하게 0.02 % 만큼 크다. 일부 실시예들에서, 외부 클래딩 영역(4)은 염소(Cl)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 외부 클래딩 영역은 게르마니아를 포함한다.

코어 영역(1)은 전반적으로 바람직하게 양의 상대 굴절률을 가지며, 그리고 최대 상대 굴절률(Δ_1max)은 r = 0과 r = 3 마이크론 사이에서 일어난다. Δ_1MAX는 바람직하게 0.30 내지 0.48%이고, 심지어 보다 바람직하게 0.3 내지 0.45 %이다.

제 1 내부 클래딩 영역(2)은 바람직하게 실질적으로 일정한 상대 굴절률 프로파일을 가지고, 즉 중간 영역 내에서 2 개의 반경에서의 상대 굴절률 간의 차이가 0.02% 미만, 일부 바람직한 실시예들에서 0.01% 미만이다. 이로써, 제 1 내부 클래딩 영역(2)의 상대 굴절률 프로파일은 바람직하게 실질적으로 평평한 형상을 가진다. 일부 실시예들에서, 외부 클래딩 영역(4)은 순수 실리카에 대해 업도핑되고, 일부 실시예들에서, 제 1 내부 클래딩 영역(2)은 순수 실리카에 대해 다운도핑된다.

중심 코어 영역(1)은 알파(α) 형상을 포함할 수 있고, 여기서 코어 알파(α_c)는 1.5 내지 2.5이고, 예를 들면, 1.8 < α_c < 2.2이다. 일부 바람직한 실시예들에서, r₁은 8.0 마이크론 미만이고, 보다 바람직하게 3.5 마이크론 내지 7.0 마이크론이다. 섬유는 8.2 내지 9.6 마이크론을 가진, 1310 nm에서의 모드 필드 직경을 포함할 수 있고, 1300 내지 1324 nm의 제로 분산 파장과, 1260 nm 이하인 케이블 컷오프와, 그리고 10 mm 반경 맨드릴 상에 권취될 시에 1 dB/turn 미만의 굽힘 손실을 가진다.

일부 실시예들에서, 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역(1)은 Ge 도핑된 실리카를 포함하고, 이때 Ge 레벨은 떨어지되, 코어 반경이 외부 반경에 접근할 시에(r = r₁) 떨어진다. 그러나, 일부 실시예들에서, 그레이드형 굴절률 중심 코어는 플루오르 도핑된 실리카를 포함하고, 기본적으로 게르마니아가 없다. 이러한 실시예들에서, 클래딩은 중심 코어 영역에 대해 F, B 등의 다운도펀트로 다운도핑되거나, 또는 비-주기성 홀 또는 보이드를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 굴절률이 저하된 환형부는 비-주기적으로 배치된 보이드, 또는 주기적으로 배치된 보이드, 또는 비-주기적으로 그리고 주기적으로 배치된 보이드 둘 다를 포함한다. "비-주기적인 배치" 또는 "비-주기적인 분포 상태"는 광 섬유의 단면(예를 들면, 길이 방향 축에 대해 수직을 이룬 단면)을 볼 시에, 비-주기적으로 배치된 보이드가 임의적으로 또는 비-주기적으로 섬유의 일부에 걸쳐 분포된다는 것을 의미한다. 섬유 길이를 따른 서로 다른 지점에서 얻어진 유사한 단면은 서로 다른 단면 홀 패턴(cross-sectional hole patterns)을 드러내 보일 수 있고, 즉, 다양한 단면은 서로 다른 홀 패턴을 가질 수 있고, 보이드의 분포 상태 및 보이드의 크기는 일치하지 않는다. 다시 말해, 보이드는 비-주기적이며, 즉, 상기 보이드는 섬유 구조 내에 주기적으로 배치되지 않는다. 이러한 보이드는 광 섬유의 길이를 따라(즉, 길이 방향 축과 평행하게) 늘어지지만(길게 형성되지만), 그러나 전송 섬유의 통상적인 길이에 대해 전체 섬유의 전체 길이를 따라 뻗어나가지 않는다. 보이드는 하나 이상의 가스, 예를 들면, 아르곤, 질소, 크립톤, CO₂, SO₂, 또는 산소를 함유할 수 있거나, 보이드는 실질적으로 가스 없이 진공을 포함할 수 있다; 가스의 존재 여부에 상관없이, 환형부(50)에서의 굴절률은 보이드의 존재로 인해 낮아지게 된다. 이론에 얽히는 것을 바라지는 않지만, 기대되는 바와 같이, 보이드는 몇 미터 미만으로 뻗어나가고, 다수의 경우에서, 섬유의 길이를 따라 1 미터 미만으로 뻗어나간다. 본원에서 개시된 광 섬유는 고화된 유리 블랜크(consolidated glass blank)에서 트랩되는(trapped) 상당한 양의 가스를 초래하기에 효과적인 모재 고화 조건(preform consolidation conditions)을 이용하여, 고화된 유리 광 섬유 모재에 보이드가 형성되는 방법에 의해 구현될 수 있다. 이러한 보이드를 제거하기 위한 단계를 취하기보다는 오히려, 최종적인 모재가 보이드를 가진 광 섬유 또는 광 섬유 내의 보이드를 형성하기 위해 사용된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 섬유의 길이 방향 축에 대해 횡 방향을 이룬 수직 단면으로 광 섬유를 볼 시에, 홀의 직경은, 가장 긴 선의 세그먼트이며, 이때 상기 세그먼트의 종점은 홀을 정의한 실리카 내부 표면 상에 배치된다.

일부 대표적인 실시예들에서, 그레이드형 굴절률 코어 영역(1)은 또한 적어도 하나의 알칼리 금속 산화물 도펀트를 포함하고, 예를 들면, 상기 알칼리는 K(포타슘, potassium), Na(소듐), Li(리튬), Cs(세슘, cesium), 및 Rb(루비듐, rubidium)이다. 일부 대표적인 실시예들에서, 코어(1)는 20 ppm 중량 %(weight %) 내지 1000 ppm 중량 %의 K 양, 보다 바람직하게 50-500 ppm wt %의 K 양, 그리고 가장 바람직하게 50-300 ppm wt %의 K 양에 있는 K₂O를 함유한다. 섬유는 염소 역시 포함할 수 있다. 염소의 양은 코어 영역(1)에서 1500 ppm 중량 % 미만이고, 클래딩 영역(2-4)에서 500 ppm 중량 % 미만인 것이 바람직하다. 일부 실시예들에서, 알칼리 도핑 섬유는 게르마니아가 없는 실리카(바람직하게 1 중량% 게르마니아 미만, 보다 바람직하게 0.1 중량% 게르마니아 미만)인 코어 및/또는 클래딩을 포함한다. 특히 용어 "ppm"은 구체적으로 별다른 말이 없는 한, parts per million by weight 또는 ppm by weight을 의미하며, wt%의 측정물은 계수 10,000을 곱하여 ppm으로 전환될 수 있다.

본원에서 개시된 섬유는, 예를 들면, 본원에 참조로서 병합된 명세서인 미국 특허 제7,565,820호에 개시된 바와 같이, 종래의 제조 기술을 사용하여, 그리고 공지된 섬유 인발 방법 및 장치를 사용하여 만든 광 섬유 모재로부터 인발될 수 있다.

다양한 대표적인 실시예들은 다음 예시에 의해 더 명확해질 것이다. 기술 분야의 통상의 기술자에게 있어 명백한 바와 같이, 다양한 변형 및 변화는 청구항의 기술 사상 또는 권리 범위로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있다.

섬유 예시 1-25 및 비교용 예시

표 1-4는 모델링된 제시 섬유 예시 1-25 및 비교용 예시의 특성을 아래에서 나열한다. 특히, 표 1-4의 예시마다 아래에 제시된 것은 중심 코어 영역(1)의 상대 굴절률 델타(Δ₁), 알파코어, 및 외부 반경(r₁)과, 제 1 내부 클래딩 영역(2)의 상대 굴절률 델타(Δ₂) 및 외부 반경(r₂)과, r₁/r₂과, 상대 굴절률 델타(Δ₃ 및 Δ_3min)와, 모트 알파(moat alpha)(알파_t)와, 반경 위치(r_3a 및 r₃)와, (r_3a-r₂)/(r₃-r₂)와, 제 2 내부 클래딩 영역(3)의 모트 체적(V_3a3) 및 모트 체적률(V_3a3ratio)과, 그리고 외부 클래딩 영역(3)의 내부 반경(r₃)과 30 마이크론의 반경 거리 간에 계산된 외부 클래딩 영역(4)의 상대 굴절률 델타(Δ₄) 및 체적(V₄)이다. 또한 제시한 것(표 1-4)은 다음을 포함한 모델링된 데이터이다: LP11 컷오프 파장(nm)과, 1310 nm에서의 색 분산 및 분산 기울기와, 1550 nm에서의 색 분산 및 분산 기울기와, 1310 nm 및 1550 nm에서의 모드 필드 직경과, 1550 nm에서의 핀 어레이 매크로벤드와, 1550 nm에서의 LLWM 마이크로벤드(dB/m)와, 제로 분산 파장(람다0)과, 22 m 케이블 컷오프와, 1550 nm에서 1 x 10 mm, 1 x 20 mm 및 1 x 30 mm 직경 유도 굽힘 손실(dB per turn)과, 그리고 MACCab(1310 nmD에서의 MFD(마이크론)/케이블 컷오프(마이크론))이다.

표 1-4의 대표적인 섬유 1-25는 -1.05 ps/nm/km 내지 약 1 ps/nm/km의 1310 nm에서의 분산과, 약 1025 nm 내지 1300 nm의 LP11 컷-오프 파장과, 그리고 1550 nm 파장에서의 10mm 직경 맨드릴 주위에 5.5 dB/turn 미만의 굽힘 손실을 가진다. 대표적인 실시예들 섬유 1-25는, 외부 반경(r₁)과, 상대 굴절률(Δ₁)과, 최대 상대 굴절률(Δ_1max)을 가지고, 0.5 ≤ 알파_코어 ≤ 4의 알파_코어를 가진 알파 프로파일을 가진 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역(1); 및 상기 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역을 둘러싸고, 반경이 증감함에 따라 음이 되어가는 상대 굴절률 델타(Δ₃)을 포함하는 내부 클래딩 영역(3)(즉, 트렌치);을 갖춘 프로파일 설계를 가진다. 내부 클래딩 영역(3)은 내부 반경(r₂)과, 10 마이크론보다 큰(> 10 마이크론) 외부 반경(r₃)과, 그리고 최소 상대 굴절률(Δ_3min)을 가지고, 그 결과 Δ_1max > Δ_3min, r₃ ≥ r_3a이고, 그리고 0.5 ≤ (r_3a-r₂)/(r₃-r₂) ≤ 1이며, 여기서 r_3a는 Δ₃가 값(Δ_3min)에 먼저 이르게 되는 섬유 중심선으로부터의 거리이다. 내부 클래딩 영역(3)은 알파_t가 0.5 ≤ 알파_t ≤ 5가 되도록 하는 알파 프로파일을 가진다. 외부 클래딩 영역은 내부 클래딩 영역을 둘러싸고, 상대 굴절률(Δ₄)을 가지며, Δ_3min < Δ₄이다. 이러한 실시예들에서, (Δ₄-Δ_3min) 간의 절대값 차이는 0.08% ≤│Δ₄-Δ_3min│≤ 0.7% 이며, 그리고 Δ_3min과 Δ₂ 간의 절대값 차이는 0.03%보다 크다. 제 2 내부 클래딩 영역의 절대값(V_3a3)은 5 %Δ마이크론² ≤ V_3a3 ≤ 105 %Δ마이크론² 이며, 그리고 모트 체적률은 0.3 ≤ V_3a3ratio ≤ 0.8이다. 표 1-4의 상기 섬유 1-25는 1400 nm 이하, 다수의 실시예들에서는 1260 nm 이하의 22m 케이블 컷오프와, 8.2 내지 9.6 마이크론의 1310 nm에서의 모드 필드 직경(MFD)과, 그리고 1300 nm ≤ λo ≤ 1324 nm인 제로 분산 파장(λo)을 포함한다.

보다 구체적으로, 바람직하게, 본원에서 기술된 대표적인 광 섬유 실시예들 10은 15 mm 직경 맨드릴 상에 권취될 시에, 0.5 dB/turn 미만, 일부 경우에서, 0.25 dB/turn 미만을 가진 1550 nm에서의 굽힘 손실을 포함한다. 이러한 섬유는 또한 10 mm 직경 맨드릴 상에 권취될 시에, 1 dB/turn 미만, 보다 바람직하게 0.5 dB/turn 미만, 그리고 일부 섬유에서 가장 바람직하게 0.2 dB/turn 미만을 가진 1550 nm에서의 굽힘 손실을 포함한다. 섬유는 15 mm 직경 맨드릴 상에 권취될 시에, 0.25 dB/turn 미만, 일부 섬유에서 보다 바람직하게 0.15 dB/turn 미만을 가진 1550 nm에서의 굽힘 손실을 포함한다. 섬유는 20 mm 직경 맨드릴 상에 권취될 시에, 0.1 dB/turn 미만, 일부 섬유에서 보다 바람직하게 0.03 dB/turn 미만을 가진 1550 nm에서의 굽힘 손실을 포함한다. 상기의 섬유 중 일부는 20 mm 반경 맨드릴 상에 권취될 시에, 0.75 dB/turn 미만의 굽힘 손실을 포함하고, 6.4 내지 8.5의 MACCab 수를 포함한다(특히, MACCab 수 = 1310 nm에서의 MFD(마이크론)/케이블 컷오프(마이크론)). 이러한 섬유는 30 mm 직경 맨드릴 상에 권취될 시에, 0.01 dB/turn 미만, 그리고 일부 섬유에서 보다 바람직하게 0.003 dB/turn 미만을 가진 1550 nm에서의 굽힘 손실 역시 포함한다. 이러한 예시들 중 일부는 2000 ppm보다 큰 양, 그리고 일부 경우에서 3000 또는 심지어 4000 중량 ppm보다 큰 양으로 외부 클래딩 영역에 염소를 사용한다. 일부 실시예들에서, 외부 클래딩 영역은 2000보다 크고 12000 중량 ppm보다 작은 양의 염소를 포함한다.

1550 nm에서의 (스펙트럼) 감쇠는 바람직하게 0.21 dB/km 미만, 보다 바람직하게 0.20 dB/km 미만, 심지어 보다 바람직하게 0.197 dB/km 미만이다. 일부 바람직한 실시예들에서, 1550 nm에서의 (스펙트럼) 감쇠는 0.191 dB/km 이하, 심지어 보다 바람직하게 0.189 dB/km 이하, 심지어 보다 바람직하게 0.182 dB/km 이하이다.

이로써, 본원에서 기술된 광 섬유(10)의 실시예들은 두드러진 굽힘 성능을 제공하고, 추가로 약 1260 nm보다 큰 파장에서 단일 모드 동작에 적합한 컷오프 파장을 제공한다.

일부 실시예들에서, 코어 영역(1)은 하나 이상의 광 섬유 제조 기술의 결과로 일어날 수 있는 소위 중심선 딥(dip)을 가진 상대 굴절률 프로파일을 포함할 수 있다. 그러나, 본원에서 개시된 상대 굴절률 프로파일의 중심선 딥은 선택적인 것이다.

본원에서 개시된 광 섬유(10)는 코어와, 그리고 상기 코어를 둘러싼 클래딩 층(또는 클래딩 또는 최외곽 환형 클래딩 영역)을 포함한다. 바람직하게, 코어는 게르마늄으로 도핑된 실리카, 즉 게르마니아로 도핑된 실리카로 구성된다. 게르마늄 이외의 다른 도펀트는 단독으로 또는 조합하여 코어 내에 사용될 수 있되, 특히 원하는 상대 굴절률 및 밀도를 얻기 위해 본원에서 개시된 광 섬유의 중심선에서 또는 그 중심선 근방에서 사용될 수 있다.

바람직하게, 본원에서 개시된 광 섬유는 실리카 기반 코어 영역(1) 및 클래딩을 가진다. 바람직한 실시예들에서, 클래딩은 외부 직경을 가지며, 이때 상기 외부 직경은 r₄의 2 배인 약 125 마이크론이다.

본원에서 개시된 섬유는 특히 OVD 공정으로 제조될 시에 낮은 PMD 값을 포함한다. 광 섬유의 스피닝(spinning)은 또한 본원에서 개시된 섬유에 대한 PMD 값을 낮출 수 있다.

이해하여야 하는 바와 같이, 상술된 설명은 단지 예시적이며, 청구항에서 정의되는 섬유의 특성 및 특징의 이해를 위한 개요를 제공하기 위한 것이다. 첨부된 도면은 바람직한 실시예의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 이러한 명세서의 일부에 병합되고 그 일부를 구성하기도 한다. 도면은 다양한 수단 및 실시예를 도시하고, 설명과 함께, 다양한 실시예의 원리 및 동작을 설명하는 기능을 한다. 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 본원에서 기술된 바와 같이 바람직한 실시예에 대한 다양한 변화는 첨부된 청구항의 기술 사상 또는 권리 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.

Claims

단일 모드 광 섬유에 있어서,
외부 반경(r₁)과, 상대 굴절률(Δ₁)과, 최대 상대 굴절률(Δ_1max)과, 0.5 ≤ 알파_코어 ≤ 4의 알파_코어를 가진 알파 프로파일을 가진 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역; 및
클래딩 영역;을 포함하며,
상기 클래딩 영역은 트렌치 영역 및 외부 클래딩 영역을 포함하고,
(a) 상기 트렌치 영역은 상기 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역를 둘러싸고, 반경이 증가함에 따라 음이 되어가는 상대 굴절률 델타(Δ₃) 프로파일을 포함하고, 상기 트렌치 영역은 내부 반경(r₂)과, 10 마이크론보다 큰 외부 반경(r₃)과, 그리고 최소 상대 굴절률(Δ_3min)을 가지고, 그 결과 Δ_1max > Δ_3min이고, r₃ ≥ r_3a이며, 그리고 0.5 ≤ (r_3a-r₂)/(r₃-r₂) ≤ 1이고, 여기서 r_3a는 Δ₃가 값(Δ_3min)에 먼저 이르게 되는 섬유 중심선으로부터의 거리이고, 상기 트렌치 영역은 알파_t가 0.5 ≤ 알파_t ≤ 5가 되도록 하는 알파 프로파일을 가지며, 그리고
(b) 상기 외부 클래딩 영역은 상기 트렌치 영역을 둘러싸고, 상대 굴절률(Δ₄)을 가지며, 그리고 Δ₃ _min < Δ₄인 단일 모드 광 섬유.
청구항 1에 있어서,
상기 클래딩 영역은 제 1 내부 클래딩 영역을 더 포함하고,
상기 제 1 내부 클래딩 영역은 상대 굴절률 델타(Δ₂)를 가지고, 상기 중심 코어 영역과 상기 트렌치 영역 사이에 위치하고, 그 결과 상기 제 1 내부 클래딩 영역의 외부 반경은 상기 트렌치 영역의 내부 반경(r₂)과 동일하고, r₂ ≤ 10 마이크론이고, 0.65 ≤ r₁/r₂ < 1이고, 상기 제 1 내부 클래딩 영역은 상대 굴절률(Δ₂)을 가지며, Δ₁ _max > Δ₂ > Δ₃ _min인 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
0.08% ≤│Δ₄-Δ_3min│≤ 0.7%이고, Δ_3min과 Δ₂ 간의 절대값 차이는 0.03보다 크고, 상기 트렌치 영역의 절대값(V_3a3)은 5 %Δ마이크론² ≤ V_3a3 ≤ 105 %Δ마이크론² 이고, 상기 광 섬유는 1260 nm 이하인 22m 케이블 컷오프를 포함하고, 그리고 제로 분산 파장(λo)을 가지며, 1300 nm ≤ λo ≤ 1324 nm인 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
0.08% ≤│Δ₄-Δ₃ _min│≤ 0.25%인 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
0.25% ≤│Δ₄-Δ₃ _min│≤ 0.55%인 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역은 게르마니아로 도핑된 실리카를 포함하는 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 그레이드형 굴절률 중심 코어는 플루오르로 도핑된 실리카를 포함하고, 기본적으로 게르마니아가 없는 단일 모드 광 섬유.
청구항 1, 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
상기 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역은 포타슘을 포함하는 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 내부 클래딩 영역은 기본적으로 플루오르 및 게르마니아가 없는 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
반경 길이가 r₃부터 적어도 30 마이크론의 반경까지 뻗어나간 경우, Δ₄ > Δ₂인 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 트렌치 영역의 외부 반경과 30 마이크론의 반경 거리 사이에서 계산된 상기 외부 클래딩 영역의 프로파일 체적(V₄)은 다음 식과 같고:

, 그리고
|V₄| 는 적어도 5%Δ마이크론² 인 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 섬유는 20 mm 반경 맨드릴 상에 권취될 시에 0.75 dB/turn 미만의 굽힘 손실을 포함하고, 6.4 내지 8.5의 MACCab 수를 포함하는 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 트렌치 영역의 폭(r₃ - r₂)은 3 내지 20 마이크론인 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 섬유는 10 mm 직경 맨드릴 상에 권취될 시에 1 dB/turn 미만의 굽힘 손실을 포함하는 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
α_t는 5 ≥ α_t ≥ 0.5인 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
0.01% ≤│Δ₄-Δ₂│인 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 섬유는 0.3 ≤ V_3a3ratio ≤ 0.8의 모트 체적률을 가지는 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 트렌치 영역은 체적(V_3a3)을 가지며, 그리고 5Δ%마이크론² ≤ V_3a3 ≤ 105Δ%마이크론²인 단일 모드 광 섬유.
청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 섬유는 1260 nm 이하의 22m 케이블 컷오프를 가지며, 그리고 1300 nm ≤ λo ≤ 1324 nm의 제로 분산 파장(λo)을 가지는 단일 모드 광 섬유.
단일 모드 광 섬유에 있어서,
외부 반경(r₁)과, 상대 굴절률(Δ₁)과, 최대 상대 굴절률(Δ_1max)과, 0.5 ≤ 알파_코어 ≤ 4의 알파_코어를 가진 알파 프로파일을 가진 그레이드형 굴절률 중심 코어 영역; 및
클래딩 영역;을 포함하며,
상기 클래딩 영역은 제 1 내부 클래딩 영역과, 제 2 내부 클래딩 영역과, 그리고 외부 클래딩 영역을 포함하고, 이때,
(i) 상기 제 1 내부 클래딩 영역은 10 마이크론 이하인 외부 반경(r₂)과, 상대 굴절률(Δ₂)을 가지며, 그리고 0.65 ≤ r₁/r₂ ≤ 1이고,
(ii) 상기 제 2 내부 클래딩 영역은 10 마이크론보다 큰 외부 반경(r₃)을 가지고 상대 굴절률(Δ₃) 및 최소 상대 굴절률(Δ_3min)을 포함하고, 상기 제 2 내부 클래딩 영역은 반경이 증가함에 따라 음이 되어 가는 상대 굴절률 델타를 가지고, 상기 제 2 클래딩 영역은 알파_t가 0.5 ≤ 알파_t ≤ 5가 되도록 하는 알파 프로파일을 가지며, 그리고
(iii) 상기 외부 클래딩 영역은 상기 제 2 내부 클래딩 영역을 둘러싸고, 상대 굴절률(Δ₄)을 포함하고, Δ_1max > Δ₂ > Δ_3min이며, 그리고 Δ_3min < Δ₄이고, 0.5 ≤ (r_3a-r₂)/(r₃-r₂) ≤ 1이고, 여기서 r_3a는 Δ₃이 값(Δ_3min)에 먼저 이르게 되는 섬유 중심선으로부터의 거리인 단일 모드 광 섬유.