KR20140114866A - Er 도핑된 증폭기용 퓨 모드 광섬유, 및 이를 이용한 증폭기 - Google Patents

Er 도핑된 증폭기용 퓨 모드 광섬유, 및 이를 이용한 증폭기 Download PDF

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케빈 왈레이스 벤네트
밍-준 리
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

몇몇 구현 예에 따르면, 상기 광섬유는: (i) 300 ppm 초과의 Er2O3 및 적어도 0.5 wt%의 Al2O3로 도핑되고, 약 3 ㎛ 내지 약 15 ㎛의 반경 R1, 유리 클래딩과 비교하여 0.3% 내지 2% 사이의 상대 굴절률 델타 △1 MAX, 1550nm에서 10 μ㎡ 및 100 μ㎡ 사이의 LP01 모드의 유효 영역을 갖는 유리 코어, 여기서 상기 유리 코어 반경 R1 및 굴절률은 상기 코어가 1550 nm의 파장에서 LP 모드의 X 수로 광신호의 전파 및 전송을 지지할 수 있도록 선택되고, 여기서 X는 1 초과 및 20 미만의 정수; 및 (ii) 상기 유리 코어와 직접 접촉하면서 둘러싸는 유리 클래딩을 포함한다. 또 다른 구현 예에 따르면, 상기 광섬유는: 700 ppm 초과의 Er2O3, 적어도 0.5 wt%의 Al2O3 및 0 내지 25 wt%의 GeO2로 도핑되고, 3 ㎛ ≤R1 ≤15 ㎛의 반경, 유리 클래딩과 비교하여 0.7% 내지 1.5% 사이의 상대 굴절률 델타 △1 MAX, 1550nm에서 50 μ㎡ 및 150 μ㎡ 사이의 LP01 모드의 유효 영역을 갖는 유리 코어, 여기서 상기 유리 코어는 1550 nm의 파장에서 LP 모드의 X 수로 광신호의 전파 및 전송을 지지하며, 여기서 X는 1550 nm의 파장에서 1 초과 및 20 미만의 정수; 및 (ii) 상기 유리 코어와 직접 접촉하면서 둘러싸는 유리 클래딩을 포함한다.

Description

Er 도핑된 증폭기용 퓨 모드 광섬유, 및 이를 이용한 증폭기 {Few mode Optical Fibers for Er doped amplifiers, and amplifiers using such}
본 출원은 2012년 1원 12일에 출원된 미국 가 출원 제61/585,896호에 우선권을 주장하고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 일반적으로 광섬유에 관한 것이고, 좀더 구체적으로는, 광증폭기 (optical amplifiers)에서 사용된, Er 도핑된, 퓨 모드 (few moded) 광섬유에 관한 것이다.
통상적 광전송 시스템 (optical transmission system)은 광신호 (optical signals)의 전송을 위한 단일 모드 (SM) 광섬유, 및 전송된 신호를 증폭하기 위한 단일 모드 희토류 도핑된 섬유 (single mode rare earth doped fibers)를 활용하는 광증폭기를 사용한다. 그러나, 다중-매체 원격 통신 (telecommunication) 적용의 용량 및 다양성의 폭발적인 성장은 백본 섬유-광통신 링크에서의 연구에 동기를 부여하고, 인터넷 트래픽 (internet traffic)에 대한 속도 요구들을 계속해서 있게 한다. 모달 분할 복합법 (Modal division multiplexing) (MDM)은 광섬유 전송 용량을 증가시키기 위한 매력적인 접근법이다. MDM에 있어서, 퓨 모드를 함유하는 광섬유는 사용되고, 여기서 각각의 모드는 독립 정보 채널을 수반한다. 이러한 방식에 있어서, 상기 정보 용량은 N의 배로 증가하고, 여기서 N은 상기 섬유에서 모드의 수이다. 그러나, 장거리에 걸쳐 MDM을 달성하기 위하여, 인라인 에르븀-도핑된 섬유 증폭기 (inline erbium-doped fiber amplifiers) (EDFA)는 요구된다. 현재 EDFAs는 단일 모드 섬유 전송을 위해 설계된다. 단일 모드 EDFAs가 MDM 시스템에 대해 사용된 경우, 입력 퓨 모드 전송 섬유로부터 모드는 먼저 분리되는 것이 필요하다. 그 다음 각 모드는 단일 모드로 전환되고, 단일 모드 EDFA에 의해 개별적으로 증폭된다. 증폭 후, 증폭기로부터 상기 출력 단일 모드 신호는 출력 퓨 모드 전송 섬유에서 상기 모드들로 다시 전환될 필요가 있다. 이러한 공정은 복잡하고, 비경제적이다.
본 명세서는 일반적으로 광섬유에 관한 것이고, 좀더 구체적으로는, 광증폭기에서 사용된, Er 도핑된, 퓨 모드 광섬유에 관한 것이다.
몇몇 구현 예에 따르면, 상기 광섬유는:
(i) 300 ppm 초과의 Er2O3 및 적어도 0.5 wt%의 Al2O3로 도핑되고, 약 3 ㎛ 내지 약 15 ㎛의 반경 R1, 유리 클래딩 (glass cladding)과 비교하여 0.3% 내지 2% 사이의 상대 굴절률 델타 (relative refractive index delta) △1 MAX; 1550nm에서 10 μ㎡ 및 100 μ㎡ 사이의 LP01 모드의 유효 영역 (effective area)을 갖는 유리 코어, 여기서 상기 유리 코어 반경 R1 및 굴절률은 상기 코어가 1550 nm의 파장에서 LP 모드의 X 수로 광신호의 전파 및 전송을 지지할 수 있도록 선택되고, 여기서 X는 1 초과 및 20 미만의 정수; 및
(ii) 상기 유리 코어와 직접 접촉하면서 둘러싸는 유리 클래딩을 포함한다.
바람직하게는 1 <X<20이다. 몇몇 구현 예에 따르면, 상기 광섬유 코어는 GeO2를 더욱 포함한다.
몇몇 구현 예에 따르면, 광섬유는 유리 클래딩에 의해 둘러싸인 유리 코어를 포함한다. 상기 유리 코어는 700 ppm 초과의 Er2O3, 적어도 0.5 wt%의 Al2O3, 및 바람직하게는 5 내지 25 wt%의 GeO2로 도핑되고, 반경 3 ㎛ ≤ R1 ≤15 ㎛; 상기 유리 클래딩과 비교하여 0.7 내지 1.5% 사이의 최대 상대 굴절률 델타 △1MAX 및 50 μ㎡ 및 150 μ㎡ 사이의 LP01 모드의 유효 영역을 갖는다. 상기 유리 코어는 1550 nm의 파장에서 LP 모드의 X 수로 광신호의 전파 및 전송을 지지하고, 여기서 X는 1550 nm 파장에서 1 초과 및 20 미만 (및 바람직하게는 10 이하)의 정수이다. 상기 유리 클래딩은 상기 유리 코어와 직접 접촉하여 둘러싸이고, 최대 굴절률 △4 MAX을 가지며, 여기서 상기 유리 코어는 △1 MAX > △4 MAX이 되도록 최대 상대 굴절률 △1 MAX을 포함한다.
전술된 일반적 설명 및 하기 상세한 설명 모두는 다양한 구현 예를 서술하고, 청구된 주제의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개관 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 첨부된 도면은 다양한 구현 예의 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서의 일부로 혼입되며 일부를 구성한다. 도면은 본 명세서에 서술된 다양한 구현 예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 청구된 주제의 원리 및 작동을 설명하기 위해 제공된다.
도 1은 본 명세서에 서술된 구현 예에 따른 퓨 모드 Er 도핑된 광섬유의 단면도를 개략적으로 나타낸다;
도 2a는 도 1에 상응하는 하나의 광섬유 구현 예의 상대 굴절률 프로파일의 대표적인 플롯이다;
도 2b는 도 1에 상응하는 또 다른 광섬유 구현 예의 또 다른 상대 굴절률 프로파일의 대표적인 플롯이다;
도 3은 도 1에 상응하는 두 개의 제작된 광섬유 구현 예의 상대적 굴절률 프로파일의 플롯이다;
도 4는 퓨 모드 Er 도핑된 광섬유를 사용하는 대표 증폭기 시스템의 개략적 다이어그램이다.
참조는 장거리 전송 섬유로서 사용하기 위한 광섬유의 구현 예에 대하여 상세하게 만들어질 것이고, 이의 예들은 첨부된 도면에 예시된다. 가능한 한, 동일한 참조 번호는 동일하거나 또는 같은 부품에 대하여 도면 전반적으로 사용된다.
용어
다음의 용어는 다양한 대표 구현 예와 연결하여 하기에 도입 및 정의될 몇몇 파라미터와 함께, 상기 광섬유를 설명하는데 본 명세서에 사용될 것이다:
본 명세서에서 사용된 바와 같은, 용어 "굴절률 프로파일"은 상기 섬유의 굴절률 또는 상대 굴절률 및 반경 사이의 관계이다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 "상대 굴절률"은, 다음과 같이 정의되고:
△(r) = [n(r)2 -nREF 2)]/2n(r)2,
여기서 n(r)은 특별한 언급이 없는 한, 반경 r에서 굴절률이다. 상기 상대 굴절률은 특별한 언급이 없는 한 1550 nm에서 정의된다. 하나의 관점에 있어서, 상기 기준 굴절률 (reference index) nREF은 실리카 유리이다. 또 다른 관점에 있어서, nREF은 상기 클래딩의 최대 굴절률이다. 본 명세서에 사용된 바와 같은, 상기 상대 굴절률은 △로 나타내고, 이의 값은 특별한 언급이 없는 한, "%"의 단위로 제공된다. 어떤 영역의 굴절률이 상기 기준 굴절률 nREF 미만인 경우에 있어서, 상기 상대적 굴절률 퍼센트는 음이고, 감소된 영역 또는 감소된-굴절률을 갖는 것으로 간주되며, 상기 최소 상대 굴절률은 상대 굴절률이 특별히 명시되지 않는 한 대부분 음인 점에서 계산된다. 어떤 영역의 굴절률이 상기 기준 굴절률 nREF 초과인 경우에 있어서, 상대 굴절률 퍼센트는 양이고, 상기 영역은 양의 굴절률을 갖거나 또는 상승하는 것으로 말할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 "업도펀트 (updopant)"는 순수한, 미도핑된 SiO2와 비교하여 유리의 굴절률을 상승시키는 도펀트를 의미한다. 본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 "다운도펀트 (downdopant)"는 순수한, 미도핑된 SiO2와 비교하여 유리의 굴절률을 낮추는 성향을 갖는 도펀트이다. 업도펀트는 업도펀드가 아닌 하나 이상의 다른 도펀트와 동반되는 경우, 음의 상대 굴절률을 갖는 광섬유의 영역에 존재할 수 있다. 유사하게, 업도펀트가 아닌 하나 이상의 다른 도펀트는 양의 상대 굴절률을 갖는 광섬유의 영역에 존재할 수 있다. 다운도펀트는 다운도펀트가 아닌 하나 이상의 다른 도펀트와 동반되는 경우 양의 상대 굴절률을 갖는 광섬유의 영역에 존재할 수 있다. 유사하게, 다운도펀트가 아닌 하나 이상의 다른 도펀트는 음의 상대 굴절률을 갖는 광섬유의 영역에 존재할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 광섬유의 "유효 영역" A eff 는 광이 전파되는 광섬유의 영역이고, 다음과 같이 정의된다:
Figure pct00001
여기서 E는 상기 섬유에서 전파된 광과 연관된 전기장 (electric field)이고, r은 상기 섬유의 반경이다. 상기 유효 영역은, 특별한 언급이 없는 한, 1550 nm의 파장에서 결정된다.
모드 필드 직경 (Mode field diameter) (MFD)은 단일 모드 섬유에서 전파하는 광의 스폿 크기 (spot size) 및 빔 폭의 척도 (measure)이다. 모드-필드 직경은 공급원 파장, 섬유 코어 반경 및 섬유 굴절률 프로파일의 함수이다. MFD는 Peterman II 방법을 사용하여 결정되고, 여기서
MFD = 2w, 및
Figure pct00002
이고,
여기서 E는 상기 섬유에서 전기장 분포이고, r은 상기 섬유의 반경이다.
모드의 컷오프 파장 (cutoff wavelength)은 모드가 상기 광섬유에서 전파하는 것을 중단시키는 최소 파장이다. 단일 모드 섬유의 컷오프 파장은 광섬유가 오직 하나의 전파 모드 (propagating mode)를 지지할 수 있는 최소 파장이다. 단일 모드 섬유의 컷오프 파장은 고차 모드 (higher order mode) 중에서 가장 높은 컷오프 파장에 상응한다. 통상적으로 상기 가장 높은 컷오프 파장은 상기 LP11 모드의 컷오프 파장에 상응한다. 이론적 컷오프 파장의 수학적 정의는 Single Mode Fiber Optics, Jeunhomme, pp. 39 44, Marcel Dekker, New York, 1990에서 제공되고, 여기서 이론적 섬유 컷오프는 상기 모드 전파 상수가 상기 외부 클래딩에서 평면파 전파 상수와 동일하게 되는 파장으로 설명된다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 "퓨 모드 섬유"는 단일 모드 섬유보다 더 많은 모드이지만, 보통의 멀티모드 섬유보다 적은 모드 (즉, 20 LP 모드 초과하지 않음)의 전파를 지지하는 섬유를 의미한다. 임의의 굴절률 프로파일을 갖는 원통형 대칭 광섬유에서 전파 모드 및 이들의 특성의 수는 스칼라 파동방정식 (scalar wave equation)을 풀어 얻어진다 (예를 들어, T.A. Lenahan, "Calculation of modes in an Optical Fibers using a finite element method and EISPACK," Bell Syst. Tech. J., vol. 62,no. 1, p. 2663, Feb. 1983을 참조).
광섬유 또는 다른 유전체 도파관 (dielectric waveguide)에서 이동하는 광은 하이브리드-형 모드를 형성하고, 이것은 일반적으로 간단히 LP (선형 편파 (linear polarization)) 모드라 한다. 상기 LP0p 모드는 2-편파 자유도 (two polarization degrees of freedom)를 갖고, 2배 축퇴되며 (degenerate), 상기 LP1p 모드는 2-공간 및 2-편파 자유도로 4-배 축퇴되고, m > 1인 LPmp 모드는 또한 4 배 축퇴된다. 본 발명자들은, 상기 섬유에서 전파하는 LP 모드의 수를 지정한 경우, 이들 축퇴들을 카운트하지 않는다. 예를 들어, 상기 LP01 모드가 두 개의 가능한 편파를 가질지라도, 오직 상기 LP01 모드가 전파하는 광섬유는 단일-모드 섬유이다. 상기 L01 및 LP11 모드가 전파하는 퓨-모드 광섬유는 상기 LP11 모드가 두-배 축퇴되기 때문에 세 개의 공간 모드를 지지하고, 각 모드는 또한 총 6 모드를 제공하는, 두 개의 가능한 편파를 갖는다. 따라서, 섬유가 두 개의 LP 모드를 갖는다고 언급되는 경우, 이것은 상기 섬유가 LP01 모드 및 LP11 모드의 모든 전파를 지지하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은, 용어 "α-프로파일" 또는 "알파 프로파일"은 "%"의 단위인, △에 대하여 표시된, 상대 굴절률 프로파일을 의미하고, 여기서 r 은 반경이고, 다음의 수학 식을 따르며,
Figure pct00003
여기서 △1 MAX는 상기 코어의 최대 상대 굴절률이고, R1은 상기 코어의 반경이며, r은 ri < r < rf의 범위이고, △는 상기에서 정의된 바와 같으며, ri은 α-프로파일의 시작점 (initial point)이고, rf는 α-프로파일의 최종점이며, α는 실수인 지수이다. 계단형 굴절률 프로파일 (step index profile)에 대하여, 상기 알파 값은 10 이상이다. 등급형 굴절률 프로파일 (graded index profile)에 대하여, 상기 알파 값은 10 미만이다. 본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 "포물선의 (parabolic)"는 상기 코어의 곡률이 0.1*R1로부터 0.95*R1까지의 반경 범위에 걸쳐 α=2±0.1을 특징으로 하는 프로파일뿐만 아니라, α=2±0.1을 갖는 실질적으로 포물선 모양의 굴절률 프로파일을 포함한다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 본 명세서에 개시되고, 하기에 논의된 광섬유의 전술된 특성은 1550 nm에서 측정되거나 또는 모델을 만든다.
도 1은 본 개시에 따른 퓨 모드 광섬유 ("섬유") (10)의 하나의 구현 예의 개략적 단면도이다. 섬유 (10)의 다양한 대표 구현 예는 상기 섬유의 단면도 및 상응하는 굴절률 프로파일의 플롯을 참조하여 하기에 기재된다. 도 2는 섬유 (10)의 대표 구현 예의 대표적인 굴절률 프로파일을 예시한다.
상기 광섬유 (10)는 퓨 모드 코어 (20) 및 클래딩 (50)을 포함한다. 상기 클래딩은 하나 이상의 코팅으로 둘러싸일 수 있다 (도시되지 않음). 즉, 상기 코어 (20)는 1 이상 및 10 미만의 광학 모드를 전파시킨다. 즉, 코어 (20)는 1550 nm 파장에서 LP 모드의 X 수로 광학 신호를 전파 및 전송을 지지하고, 여기서 X는 1 초과 20 미만의 정수, 예를 들어, X=19, X=16, X=12, X=10, X = 9, X = 6, X = 4, X=3 또는 X=2이다. 상기 개시된 퓨 모드 Er-도핑된 섬유는 각 모드가 하나 이상의 독립 신호 채널을 전달하는 모달 분할 다중화 전송 시스템 (modal division multiplexed transmission system)에서 신호를 증폭하는데 적절하다. 원칙적으로, 더 큰 모드의 수는, 더 많은 정보 용량이 있을 것이다. 그러나, 만약 모드의 수가 너무 크다면, 상기 모드를 분리하기 위한 모달 분할 다중화/역다중화 부품을 설계하는 것이 어렵다. 부가하여, 상기 모드 사이에 모드 연결은 문제가 된다. 2 및 20 사이의 다수의 모드는 최적의 선택이다. 바람직하게는 모드의 수는 2 내지 10이다. 상기 코어 (20)의 외부 반경은 R1이고, 상기 클래딩 (50)의 외부 반경은 R4이다.
상기 코어 (20)는 광증폭을 위해 Er2O3로 도핑된다. 출원인은 퓨 모드 에르븀 도핑된 섬유 (10)의 설계를 위하여, 바람직하게 고려될 몇 가지 조성적 파라미터를 갖는다는 것을 발견하였다. 모드 연결의 개연성을 감소시키기 위하여, 상기 섬유 (10)의 길이를 감소시키는 것이 유리하다. 감소된 길이의 광섬유 (10)는, 예를 들어, 700ppm 이상의, 적절한 높은 수준의 에르븀으로 상기 유리를 도핑시켜 달성될 수 있다. 순수 실리카 또는 GeO2-도핑된 실리카에서 에르븀의 용해도는 낮고, 만약 적절한 높은 수준의 에르븀이 혼입된다면, 상기 Er 이온은 상기 유리에 균일하게 확산되지 않아, Er-Er 상호작용 및 더 낮은 펌핑 효율을 유도한다. 코어 (20)에서 Er의 용해도, 및 상기 섬유 코어의 요구된 영역 내에 Er 분포의 균일도를 증가시키기 위하여, Al2O3는 더 균일한 Er 이온 분포를 얻기 위하여 플럭싱제 (fluxing agent)로서 상기 유리에 바람직하게 혼입될 수 있다. 상대적으로 낮은 수준의 1-3 Wt%의 Al2O3는 이러한 목적을 제공할 수 있는 반면, 1) 더 넓은 이득 스펙트럼을 유도하는 Er-이온 환경에 영향을 미치기 위하여 7 Wt% 초과의 Al2O3 및 2) 더 높은 Al2O3 수준의 혼입에 따른 용해도 문제에 기인하여 10 Wt% 이하의 Al2O3를 갖는 것이 바람직하다. 실리카계 섬유 (10)에 있어서, 굴절률 변형 도펀트의 혼입을 통해 원하는 델타 대 반경을 갖는 퓨-모드 섬유 프로파일을 얻기 위하여, 조성적 할당의 바람직한 하이어라키 (hierarchy)가 있다. 첫째, 적절한 수준의 Er2O3는 할당된 이의 굴절률 기여 (index contribution)를 갖는 것이 바람직하고, 둘째, 목표 수준의 Al2O3는 할당된 이의 굴절률 기여를 바람직하게 가질 수 있다. 목표 프로파일 형상에 의존하여, 잔여 델타 기여는 적절한 굴절률 변형 도펀트, 예를 들어, (만약 델타가 증가되는 것이 필요하다면) Ge, 또는 만약 코어 델타가 감소되는 것이 필요하다면 다운 도펀트에 의해 충족될 수 있다. 좀더 구체적으로는, 다운도펀트로서 사용을 위하여, 불소는 상기 에르븀 방출 파장 범위에서 붕소 생성 흡수 (Boron creating absorption)에 기인한 바람직한 도펀트이다. 업 도펀트에 대하여, GeO2의 사용은 상기 Er 방출 스펙트럼에 최소의 영향을 갖기 때문에 바람직하고, 대부분 실리카 섬유 제조 설비에서 쉽게 이용가능하다. 섬유 제조의 기술분야의 당업자는 다른 업도펀트 (P, Ti, Cl, Ga, Zr, Nb, Ta 등)가 희토류 방출에 대한 영향이 상기 디자인에서 감안되는 한 잘 혼입될 수 있다는 것을 인지할 것이다. Er2O3의 도핑 농도는 바람직하게는 300 ppm 초과, 더욱 바람직하게는 500 ppm 초과, 더더욱 바람직하게는 700 ppm 초과 및 5000 ppm 미만 (예를 들어, 1000 ppm 내지 3000 ppm, 또는 1000 내지 1500 ppm)이다. 바람직하게는, Al2O3는 코어 (20)에 첨가되고, 및/또는 상기 코어 전체에 균일하게 Er을 분산시켜, Er 이온들 사이의 잠재적인 유해한 상호작용을 최소화하고, 및/또는 상기 증폭 대역폭을 증가시킨다. 바람직하게는 Al2O3의 농도는 0.5 wt% 초과, 더욱 바람직하게는 2% 초과, 및 더더욱 바람직하게는 6 및 10% 사이이다. 상기 코어 굴절률 프로파일은 도 2a에서 개략적으로 도시된다. 상기 프로파일의 형태는 α-프로파일에 의해 설명될 수 있다. 상기 코어 굴절률 프로파일은 계단형 프로파일 (α>10) 또는 등급형 굴절률 프로파일 (α<10)일 수 있다. 예를 들어, 등급형 굴절률 코어에 대한 구현 예에 있어서, 상기 알파 값은 1550 nm의 파장에서 약 1.8 이상, 및 약 2.2 이하일 수 있다. 상기 코어에서 원하는 상대 굴절률 증가를 달성하기 위하여, GeO2는 상기 코어 (20)에 첨가될 수 있다. 상기 코어 (20)에 대한 GeO2의 농도는, 만약 GeO2가 사용된다면, 바람직하게는 5 내지 25 wt%, 더욱 바람직하게는 10 내지 25 wt% 사이이다. 상기 코어 델타는 상기 유리 클래딩에 대하여, 0.3 내지 2% 사이, 바람직하게는 0.4 내지 1.5% 사이 (예를 들어, 0.6%, 0.7%, 0.8%, 1%, 1.25% 또는 이들 사이)이다. 상기 코어 반경 R1은 3 ㎛ ≤ R1 ≤15 ㎛의 범위에 있다. 상기 코어 반경 R1은 1550 nm 파장에서 적어도 두 개의 모드를 지지하도록 코어 델타에 따라 선택된다. 바람직하게는 상기 LP11 모드의 컷오프는 2000 nm 초과, 더욱 바람직하게는 2500 nm 초과이다. 상기 섬유의 개구수 (numerical aperture) NA는 0.15 초과 및 0.3 미만, 예를 들어, 0.15 및 0.25 사이 또는 0.18 및 0.22 사이, 또는 0.15 및 0.2 사이이다. 상기 LP01 모드의 유효 영역은 더 높은 코어 델타에 대해 20 μ㎡ (예를 들어, 20 μ㎡, 30 μ㎡, 40 μ㎡ 또는 이들 사이의 어떤 수) 및 (더 낮은 코어 델타에 대해) 200 μ㎡ 사이, 예를 들어, 20 μ㎡ 및 70 μ㎡ 사이, 또는 25 μ㎡ 및 60 μ㎡ 사이, 또는 25 및 50 μ㎡ 사이일 수 있다.
코어 프로파일 디자인의 또 다른 구현 예는 도 2b에서 개략적으로 도시된다. 상기 도면에서 나타낸 바와 같이, 이러한 구현 예에 있어서, 상기 유리 클래딩은 상기 퓨-모드 유리 코어 (20)와 직접 접촉 및 둘러싸는 낮은 굴절률 링 (index ring) 층 (53) 및 광학 내부 클래딩 층 (52)을 포함한다. 상기 내부 클래딩 층 (52)은 △1 MAX≥△2이 되도록, 상대 굴절률 △2를 가질 수 있고, 여기서 △1 MAX는 (상기 외부 클래딩과 비교하여) 상기 코어 (20)의 최대 굴절률 델타이고, 및 △2는 상기 내부 클래딩 층 (52)의 굴절률 델타이다. 본 명세서에 정의된 바와 같이, 좁은 중심선 스파이크를 갖는 구현 예에 있어서, △1 MAX는 이러한 스파이크 외부, 즉, 상기 중심선으로부터 약 0.5㎛의 거리에서 측정된다. 낮은 굴절률 링 (53)은 상기 내부 클래딩 층을 둘러싸고, 직접 접촉할 수 있거나, 또는 선택적으로 상기 코어 (20)를 둘러싸고 직접적으로 접촉할 수 있다. 바람직하게는, 상기 낮은 굴절률 링 (53)은 -0.2% 미만의 최대 상대 굴절률 델타 △ring MIN; 예를 들어, -0.25% 미만, -0.3% 미만 또는 -0.6% < △ring MIN < -0.2%을 갖는다. 상기 외부 클래딩 층 (54)은 상기 낮은 굴절률 링을 둘러싸고 직접적으로 접촉할 수 있다. 상기 낮은 굴절률 링 (53)은 외부 클래딩 층에 대하여 최소 상대 굴절률 △3 MIN을 갖고, 상기 외부 클래딩 층 (54)은 △1 MAX>△4 MAX>△3 MIN이 되도록 순수 실리카 유리에 대하여 최대 상대 굴절률 △4 MAX을 갖는다. 이러한 구현 예에 있어서, 낮은 굴절률 링 (53)은 상기 중심 코어 (20) 및 상기 클래딩 층 (54) 사이에 배치된다. 상기 코어는 도 2a에서 전술된 코어 디자인과 유사하다. 전술된 바와 같이, 상기 링 (53)은 중심 코어 (20) (도시되지 않음)와 인접할 수 있거나, 또는 도 2b에서 나타낸 바와 같이, 상기 중심 코어로부터 공간 오프셋을 갖는다. 상기 오프셋 R2-R1 (상기 내부 클래딩 층 (52)의 폭)은 0 내지 15 ㎛ 사이이다. 상기 링 층 (53)의 상대 굴절률 델타 △3는 -0.15 내지 0% 사이이다. 도 2b에 도시된 구현 예에 있어서, 상기 낮은 굴절률 링 (53)은 R2의 시작 반경 및 말단 반경 R3를 갖는다. 상기 낮은 굴절률 링은 △3 MIN의 굴절률 변화 및 R3-R2의 링 폭 W를 갖는다. 이것은 F, 또는 B와 같은, 굴절율 감소 도펀트로 도핑된 유리를 제조할 수 있다. 바람직하게는, △3 MIN은 -0.1 및 -0.7% 사이, 좀더 바람직하게는 -0.3 및 -0.5% 사이이다. 상기 링 폭 W는 바람직하게는 2 내지 8 ㎛ 사이, 좀더 바람직하게는 4 내지 6 ㎛ 사이이다. 이러한 구현 예에 있어서, 상기 낮은 굴절률 링 (53)의 굴절률 프로파일의 단면은 직사각형이지만, 상기 낮은 굴절률 링의 상대 굴절률 프로파일은 상기 섬유 디자인에서 부가적인 모드-필드 조절에 대해 삼각형 또는 포물선과 같은, 다른 형태일 수 있다.
표 1 및 2는 상기 광섬유 (10)의 14개의 모델 프로파일 예에 대한 파라미터를 제공한다. 실시 예 1-10은 도 2a에서 나타낸 바와 같은 단순 코어 디자인을 갖고, 실시 예 11-14는 코어를 갖는 프로파일 및 낮은 굴절률 링을 갖는다. 실시 예 1-7은 계단형 굴절률 코어를 갖는 반면, 실시 예 8-14는 등급형 굴절률 코어를 갖는다.
실시 예 1 2 3 4 5 6 7
D1 (%) 0.34 0.5 0.75 1 1.5 2 0.3
Er2O3 (ppm) 500 600 700 800 1000 1500 800
Al2O3 (wt%) 4.1 6.0 8.4 9.0 10.4 7 3.6
GeO2 (wt%) 0 0 0.75 4.0 4.7 22 0
R1 (㎛) 7 6.5 5.8 5 4 3 10.5
α 200 200 200 200 200 200 20
D2 (%) 0 0 0 0 0 0 0
R2 (㎛) n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a
D3 (%) 0 0 0 0 0 0 0
R3 (㎛) n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a
D4 (%) 0 0 0 0 0 0 0
모드의 수 5 7 8 8 8 6 10
LP11 컷오프 (㎛) 2.150 2.423 2.653 2.647 2.604 2.266 2.894
MFD (㎛) 12.6 11.1 9.6 8.3 6.7 5.3 16.1
Aeff (μ㎡) 133.6 106.7 80.7 60.0 38.7 23.6 230.1
실시 예 8 9 10 11 12 13 14
D1 (%) 0.6 0.9 1.2 1.1 1.4 1.6 1.2
Er2O3 (ppm) 900 2000 2500 2200 1300 1600 3000
Al2O3 (wt%) 7.2 7 6 8 9 10 7
GeO2 (wt%) 0 5.2 11.4 7.0 10.2 11.8 10.0
R1 (㎛) 6.5 8.2 9.5 9.5 6 10 6
α 10 2 2 2 2.5 1 3
D2 (%) 0 0 0 0 0 -0.1 0
R2 (㎛) n/a n/a n/a 10.5 8 13 7.5
D3 (%) 0 0 0 -0.4 -0.2 -0.75 -0.5
R3 (㎛) n/a n/a n/a 15.5 18 16 11.5
D4 (%) 0 0 0 0 0 0 0.1
모드의 수 7 10 18 17 9 18 9
LP11 컷오프 (㎛) 2.423 2.819 3.775 3.775 2.582 3.186 2.217
MFD (㎛) 10.2 9.2 9.1 9.1 7.2 7.5 7.6
Aeff (μ㎡) 87.5 65.6 65.2 65.2 40.8 43.2 46.2
도 3은 상기 OVD 공정을 사용하여 제조된 Er-도핑된 퓨 모드 섬유의 두 개의 대표 구현 예의 프로파일을 나타낸다. 두 섬유에 대하여, 상기 코어에서 Er2O3 도핑 농도는 약 1300 ppm이고, 상기 코어에서 GeO2 도핑 농도는 약 13%이며, 상기 코어에서 Al2O3 도핑 농도는 약 7.9%이다. 최종 최대 코어 굴절률 델타는 약 1.38%이다. 상기 섬유 광학 파라미터는 상기 코어 반경에 의존한다. 도 3의 대표 구현 예 1 (입체 곡선 (solid curve) 참조)에 대하여, 상기 코어 반경은 3.4 ㎛이고, 도 3의 대표 구현 예 2 (점선)에 대하여, 상기 코어 반경은 4.2 ㎛이다. 도 3에 나타낸 섬유 구현 예 모두는 Er 및 적어도 0.5 wt%의 Al2O3로 도핑된 퓨 모드 코어 (20), 및 상기 코어에 직접적으로 인접하고 둘러싸인 내부 클래딩 (52)을 포함한다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 내부 클래딩이 (도 2b에서 나타낸 바와 같이) 상대적으로 평평한 상대 굴절률 프로파일을 가질지라도, 도 3은 상기 내부 클래딩 영역 (52)의 상대 굴절률이 또한 증가된 반경으로 감소될 수 있다는 것을 예시한다. 이러한 두 개의 구현 예에 있어서, 상기 영역 (52)의 외부 반경 R2는 약 20㎛이다. 도 3의 구현 예는 낮은 굴절률 링을 활용하지 않고, 20㎛의 반경으로부터 62.5㎛로 확장하는 외부 클래딩 (54) (도시되지 않음)을 활용한다. 전술된 바와 같이, 본 명세서에 정의된 바와 같이, (도 3에서 나타낸 바와 같은) 좁은 중심선 스파이크 섬유를 갖는 구현 예에 있어서, △1 MAX은 이러한 스파이크의 외부, 즉, 상기 중심선으로부터 약 0.5㎛의 거리에서 측정된다. 따라서, 도 3에서 두 개의 구현 예에 대하여, △1 MAX은 1.4%이다. 상기 실행에서 측정된 굴절률 프로파일에 기초한 계산된 광 특성은 하기 표 3에 요약된다.
대표 구현 예 1 대표 구현 예 2
LP11 컷오프 (nm) 2287 2534
LP01 모드 필드 직영 (㎛) 6.04 6.36
LP01 모드 유효 영역 (μ㎡) 29.5 33.2
LP11 모드 유효 영역 (μ㎡) 41.2 41.1
LP01에 대한 LP11의 유효 영역의 양 1.39 1.24
광섬유 (10)의 구현 예는 퓨 모드 전송 섬유에 의해 제공된 각 모드의 광신호를 증폭할 수 있고, MDM 시스템용 퓨 모드 광증폭기를 제조하는데 적절하다.
몇몇 구현 예에 따르면, 광증폭기는 Er 도핑된 퓨 모드 광섬유 (10), 상기 Er 도핑된 퓨 모드 광섬유에 광학적으로 연결된 적어도 하나의 펌프 광원, 및 Er 도핑된 퓨 모드 광섬유에 광신호를 제공하기 위한 상기 광섬유에 연결된 적어도 하나의 광커플러 (optical coupler)를 포함한다. 따라서, 상기 광커플러는, 퓨 모드 전송 섬유로부터, 이러한 구현 예에 있어서, 상기 Er 도핑된 퓨 모드 광섬유인 증폭 섬유로 광을 연결할 수 있다. 또 다른 광커플러는, 이러한 구현 예에 있어서, 상기 Er 도핑된 퓨 모드 광섬유인 퓨 모드 전송 섬유로 증폭된 광 (몇 가지 증폭된 모드)을 연결할 수 있다. 따라서, 유리하게는, 증폭 후, 증폭되는 것이 필요한 상기 다중 모드는 단일 광증폭기에 의해 증폭될 수 있다. 또한, 유리하게는, 증폭기로부터의 입력 단일 모드 신호는, 단일 모드 (SM) 증폭 섬유를 활용하는 증폭기로 수행됨에 따라, 출력 퓨 모드 전송 섬유에서 상기 모드로 다시 전환되는 것이 필요하지 않다.
도 4는 퓨 모드 광증폭기 (100)을 개략적으로 나타낸다. 상기 광증폭기 (100)는 복수의 펌프 광 공급원 (110) (예를 들어, 레이저 다이오드 LD1, LD2, ...LFn), 광커플러 (120) 및 Er 도핑된 퓨 모드 섬유 (10)를 포함한다. Er 도핑된 섬유 (10)의 길이는 상기 광섬유 (10)의 이득 계수에 의존하여, 몇 미터 (예를 들어, 1 내지 2m) 내지 수백 미터 (예를 들어, 300m) 사이이다. 펌프 레이저 다이오드 LD1 내지 LDn은 상기 광커플러 (111)를 통해 섬유 (103)에 광학적으로 연결되고, 그 다음 퓨 모드 섬유 (100)에서 모든 모드를 여기시키기 위하여 펌프 광을 제공하는 광커플러 (112)를 통해 퓨 모드 Er 도핑된 광섬유 (10)에 연결된다. 퓨 모드 전송 섬유 (120)로부터 펌프 광 및 광신호는 광커플러 (112)를 통해 Er-도핑된 퓨 모드 섬유 (10)에 조합되고 연결된다. 상기 Er 도핑된 퓨 모드 섬유 (10)는 펌프 광을 흡수하고, 이들을 증폭하기 위해 광신호에 에너지를 전달한다. 각 모드의 광학 이득은 상기 펌프 파장에서 각 모드의 펌프 동력을 조정하여 조정될 수 있다. 선택적 광학 필터는 1530 내지 1610 nm 파장 사이의 파장 밴드에서 평평한 이득 스펙트럼을 달성하기 위하여 상기 광섬유 (10)의 출력에 배치될 수 있다.
본 명세서에 나타내고 기재된 구현 예에 있어서, 코어 (20)는 순수한, 미도핑된 실리카 유리와 비교하여, 상기 유리 코어의 굴절률을 증가시키는 하나 이상의 도펀트를 갖는 실리카 유리 또는 순수 실리카 유리 (SiO2)를 포함한다. 상기 코어의 굴절률을 증가시키기 위한 적절한 도펀트는, GeO2, Al2O3, P2O5, TiO2, ZrO2, Nb2O5, Ta2O5, 및/또는 이의 조합을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
상기 클래딩 (50)은 순수 실리카 유리 (SiO2), 또는 하나 이상의 도펀트를 갖는 실리카 유리를 포함할 수 있다. 상기 클래딩은 하나 이상의 영역, 예를 들어, 내부 클래딩 및 외부 클래딩을 가질 수 있다. 상기 클래딩은, 상기 코어 (20)의 최대 상대 굴절률 [△1 MAX]이 상기 클래딩 (50)의 최대 상대 굴절률 [△4 MAX]을 초과하는 한, 예를 들어, 상기 클래딩이 "업-도핑된" 경우, 굴절률을 증가시키는 도펀트 (예를 들어, GeO2, Al2O3, P2O5, TiO2, ZrO2, Nb2O5 및/또는 Ta2O5)를 포함할 수 있거나, 또는 예를 들어, 상기 클래딩 (예를 들어, 내부 클래딩)의 영역이 "다운-도핑된" 경우, 불소와 같은, 굴절률을 감소시키는 도펀트를 갖는 실리카 유리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 구현 예에 있어서, 클래딩 (50)은 순수 실리카 유리이다.
상기 광섬유 (10)는 상기 외부 환형 클래딩 영역을 둘러싸고, 접촉하는 1차 코팅 (62) 및 2차 코팅 (64)을 포함할 수 있다. 대표적인 1차 코팅 (62)은 0.35 MPa 미만, 바람직하게는 0.3 MPa 미만, 더욱 바람직하게는 0.25 MPa 미만, 및 바람직한 구현 예에 있어서, 많아야 0.2 MPa의 인시튜 모듈러스 (in situ modulus)를 갖는다. 대표적인 1차 코팅 (62)은 -35℃ 미만, 바람직하게는 -40℃ 미만, 더욱 바람직하게는 -45℃ 미만, 및 바람직한 구현 예에 있어서, 많아야 -50℃의 인시튜 유리 전이 온도를 갖는다. 낮은 인시튜 모듈러스를 갖는 1차 코팅은, 섬유에서 전파하는 모드들 사이에서 연결 메커니즘인, 마이크로벤딩 (microbending)을 감소시킨다. 광섬유 (10)가 단단하게 구부러져 포장될 수 있기 때문에, 가장 작은 가능한 풋프린트를 갖는 섬유 증폭기를 제공하기 위하여, 상기 광섬유 (10)에서 마크로벤딩 손실을 감소시키는 것이 바람직하다. 상기 2차 코팅 (64)은 상기 1차 코팅 (62)를 둘러싸고 접촉한다. 상기 2차 코팅 (64)은 1200 MPa 초과, 바람직하게는 1300 MPA 초과, 더욱 바람직하게는 1400 MPa 초과, 및 바람직한 구현 예에 있어서, 1500 MPa 초과의 인시튜 모듈러스를 갖는다. 높은 인시튜 모듈러스를 갖는 2차 코팅은, 섬유에서 전파하는 모드들 사이에서 연결 메커니즘인, 상기 마이크로벤딩을 감소시킨다.
상기 1차 코팅 (62)은 바람직하게는 약 40 ㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 약 40 ㎛ 사이, 가장 바람직하게는 약 20 내지 약 30 ㎛ 사이인 두께를 갖는다. 1차 코팅 (62)은 하기에 더욱 상세하게 기재되는 바와 같이, 통상적으로 상기 유리 섬유에 적용되고, 뒤이어 경화된다. 상기 1차 코팅의 하나 이상의 특성을 향상시키는 다양한 첨가제는 또한 항산화제, 접착 증진제, PAG 화합물, 감광제, 캐리어 계면활성제 (carrier surfactants), 점착제, 촉매, 안정제, 표면제, 및 광학 광택제를 포함하여, 존재할 수 있다.
다수의 적절한 1차 코팅 조성물은, 예를 들어, Chien et al.의 미국특허 제 6,326,416호, Winningham et al.의 제6,531,522호, Fewkes et al.의 제6,539,152호, Winningham의 제6,563,996호, Fewkes et al.의 제6,869,981호, Baker et al.의 제7,010,206호 및 제7,221,842호, 및 Winningham의 제7,423,105호에 개시되고, 이들의 각각의 전체적인 내용은 참조로서 본 명세서에 혼입된다.
이러한 물질의 선택과 연관된 고려사항뿐만 아니라, 외부 (또는 2차) 코팅 물질에서 사용하기 위한 다른 적절한 물질은 기술분야에서 잘 알려져 있고, Chapin의 미국특허 제4,962,992호 및 제5,104,433호에 기재되며, 이들의 전체적인 내용은 참조로서 본 명세서에 혼입된다.
본 발명의 광섬유는 상기 유리 섬유 및 이의 코팅의 제조를 위한 종래의 인발 타워 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 간단하게, 본 발명에 따른 코팅된 광섬유를 제조하기 위한 공정은 이의 코어 및 원하는 형상을 갖는 클래딩을 갖는 유리 섬유를 제작하는 단계, 1차 코팅 조성물 (62), 외부 코팅 조성물 (64)로 상기 유리 섬유를 코팅시키는 단계, 및 그 다음 동시에 모든 코팅을 경화시키는 단계를 포함한다. 이것은 습식-온-습식 공정 (wet-on-wet process)으로 알려져 있다. 선택적으로, 각각의 후속 적용된 코팅 조성물은 하부 코팅 (underlying coating)의 중합 전 또는 후에 상기 코팅된 섬유에 적용될 수 있다. 상기 후속 적용된 코팅의 적용 전에 하부 코팅의 중합은 습식-온-건식 공정으로서 알려져 있다. 습식-온-건식 공정을 사용하는 경우, 부가적 중합 단계는 반드시 사용되어야 한다.
예를 들어, 약 2000℃의 온도로 국지적 및 대칭적으로 가열된, 특별하게 제조된, 원통형의 프리폼 (preform)으로부터 유리 섬유를 인발하는 것은 잘 알려져 있다. 가열로를 통해 및 가열로로 프리폼을 주입하는 것과 같이, 상기 프리폼이 가열됨에 따라, 유리 섬유는 용융 물질로부터 인발된다. 상기 1차, 중간, 및 2차 코팅 조성물은 상기 프리폼으로부터 인발된 후, 바람직하게는 냉각 후 즉시 유리 섬유에 적용된다. 상기 코팅 조성물은 그 다음 코팅된 광섬유를 생산하기 위해 경화된다. 상기 경화 방법은 자외선 광 또는 전자 빔에 상기 유리 섬유 상의 미-경화된 코팅 조성물을 노출시켜 바람직하게 수행된다. 상기 인발 공정 후에 순차적으로 몇 가지 코팅 조성물 모두를 적용시키는 것이 종종 유리하다. 이동 유리 섬유에 코팅 조성물의 이중 층을 적용시키는 방법은 Taylor의 미국특허 제4,474,830호 및 Rennell et al.의 제4,851,165호에 개시되며, 이들의 전체적인 내용은 각각 참조로서 본 명세서에 포함된다.
이러한 구현 예에 있어서, 섬유 코팅 (60)은 클래딩 (50)에 인접하게, 둘러싸고, 적어도 두 개의 층: 상기 클래딩 (50)에 접촉하고 둘러싸는 1차 코팅 (62) 및 2차 코팅 (64)을 포함한다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 1차 코팅 (62)은 약 0.35 MPa 미만의 인시튜 모듈러스, 약 -35℃ 미만의 인시튜 유리 전이 온도를 가지며, 상기 2차 코팅 (64)은 1차 코팅 (62)을 둘러싸고, 1200 MPa 초과의 인시튜 모듈로스를 갖는다.
바람직하게는, 이러한 구현 예에 있어서, 상기 코어 (20)는 약 3 ㎛ 내지 약 15 ㎛ (예를 들어, 4 ㎛ 내지 12 ㎛)의 반경 R1을 가지며, 상기 유리 클래딩 (50) (또는 이의 외부 클래딩층 (54))과 비교하여 약 0.2% 내지 약 0.55%의 최대 상대 굴절률 △1 MAX를 갖는다. 예를 들어, △1 MAX는, 예를 들어, 0.45%일 수 있고, R1은 약 10 ㎛일 수 있다. 또한, 예를 들어, △1 MAX는 0.35%일 수 있고, R1은 약 11 ㎛일 수 있거나, 또는 △1 MAX는 0.55%일 수 있고, R1은 약 9 ㎛일 수 있다. 바람직하게는, 상기 코어 (20)는 1550 nm의 파장 및 △3 MIN < -0.1%에서 1.8 초과 및 약 2.7 미만의 알파 값을 갖는 등급형 굴절률을 포함한다. 몇몇 예에 있어서, 상기 코어 (20)는 1550 nm의 파장 및 △2 MIN < -0.1%에서 2.3 초과 및 약 2.7 미만의 알파 값을 갖는 등급형 굴절률을 포함한다. 바람직하게는, 상기 낮은 굴절률 링 (53) 및 상기 코어 (20) 사이의 공간 (상기 클래딩 영역 (52)의 두께), R2-R1은 2 ㎛ 초과; 예를 들어, R2-R1> 3 ㎛, R2-R1> 4 ㎛, 또는 R2-R1> 5 ㎛이다. 바람직하게는, 상기 낮은 굴절률 링 (53)은 최소 상대 굴절률 델타 △3 MIN < -0.2%; 예를 들어, △3 MIN < -0.25%, △3 MIN < -0.3% 또는 -0.6% < △3 MIN < -0.2%를 갖는다. 이러한 구현 예들에 있어서, 상기 낮은 굴절률 링 (53)은 순수 실리카 유리의 것보다 더 낮은 상대 굴절률 델타를 가지며, (및 순수 실리카와 비교하여 다운-도핑된다). 상기 광섬유 (10)의 몇몇 구현 예가 내부 클래딩 (52) 및 외부 클래딩 (54)를 활용하지만, 낮은 굴절률 링 (53)을 갖지 않는다는 것이 또한 주목된다. 적어도 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 외부 클래딩 (54)은 순수 (업도핑된) 실리카이다.
바람직하게는, 상기 LP01 유효 영역 Aeff은 1550nm에서 약 20 μ㎡ 초과 및 약 250 μ㎡ 미만이고, 상기 LP11 모드의 이론적 컷 오프 파장은 약 2000 nm 초과이다. 좀더 바람직하게는, 상기 LP01 유효 영역 Aeff은 1550nm에서 약 20 μ㎡ 초과 및 약 200μ㎡ 미만이다. 가장 바람직하게는, 상기 LP01 유효 영역 Aeff은 1550nm에서 약 25 μ㎡ 초과 및 약 150μ㎡ 미만이다. 바람직하게는, 상기 LP01 및 LP11 모드 사이의 상대 지연은 1550 nm의 파장에서 약 0.5 ns/km 미만이다. 몇몇 대표 구현 예에 있어서, (LP01 모드와 비교하여) 상기 LP11의 상대 지연 모드는 0.25 ns/km 미만이고, 몇몇 예에 있어서, 0.1 ns/km 미만이다. 이러한 대표 구현 예에 있어서, 상기 LP01 모드의 감쇠는 0.2 dB/km 미만이다.
몇몇 구현 예에 따르면, 상기 MPI은 1550 nm의 파장에서 -20 dB 미만이다. 다른 구현 예에 따르면, 상기 MPI은 1550 nm의 파장에서 -25 dB 미만이고; 다른 구현 예에 따르면, 상기 MPI은 1550 nm의 파장에서 -30 dB 미만이며; 및 다른 구현 에에 따르면, 상기 MPI은 1550 nm의 파장에서 -35 dB 미만이다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 MPI은 1550 nm의 파장에서 -20 dB 미만이고, 상기 LP11 모드의 이론적 컷오프는 2.4 ㎛ 초과이다. 다른 구현 예에 따르면, 상기 MPI은 1550 nm의 파장에서 -25 dB 미만이고, 상기 LP11 모드의 이론적 컷오프는 2.25 ㎛ 초과이다. 다른 구현 예에 따르면, 상기 MPI은 1550 nm의 파장에서 -30 dB 미만이고, 상기 LP11 모드의 이론적 컷오프는 2.15 ㎛ 초과이다. 다른 구현 예에 따르면, 상기 MPI은 1550 nm의 파장에서 -35 dB 미만이고, 상기 LP11 모드의 이론적 컷오프는 2.0 ㎛ 초과이다.
다양한 변형 및 변화가 청구된 주제의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 본 명세서에 기재된 구현 예로부터 만들어질 수 있는 것은 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명에 기재된 다양한 구현 예의 변형 및 변화를 보호하는 본 명세서는 이러한 변형 및 변화가 첨부된 청구항 및 이들의 균등물의 범주 내에서 속하는 것으로 의도된다.
10: 광섬유 20: 퓨 모드 코어
50: 클래딩 62: 1차 코팅
64: 2차 코팅 100: 퓨 모드 광증폭기
110: 펌프 광 공급원 120: 광커플러

Claims (18)

  1. (i) 300 ppm 초과의 Er2O3 및 적어도 0.5 wt%의 Al2O3로 도핑되고, 약 3 ㎛ 내지 약 15 ㎛의 반경 R1, 유리 클래딩과 비교하여 0.3% 내지 2% 사이의 상대 굴절률 델타 △1 MAX, 1550nm에서 10 μ㎡ 및 100 μ㎡ 사이의 LP01 모드의 유효 영역을 갖는 유리 코어, 여기서 상기 유리 코어 반경 R1 및 굴절률은 상기 코어가 1550 nm의 파장에서 LP 모드의 X 수로 광신호의 전파 및 전송을 지지할 수 있도록 선택되고, 여기서 X는 1 초과 및 20 미만의 정수; 및
    (ii) 상기 유리 코어와 직접 접촉하면서 둘러싸는 유리 클래딩을 포함하며, 여기서 상기 유리 코어는 △1 MAX > △4 MAX가 되도록, 최대 상대 굴절률 △1 MAX를 포함하는 광섬유.
  2. (i) 700 ppm 초과의 Er2O3, 적어도 0.5 wt%의 Al2O3 및 0 내지 25 wt%의 GeO2로 도핑되고, 3 ㎛ ≤R1 ≤15 ㎛의 반경, 유리 클래딩과 비교하여 0.7% 내지 1.5% 사이의 상대 굴절률 델타 △1 MAX, 1550nm에서 50 μ㎡ 및 150 μ㎡ 사이의 LP01 모드의 유효 영역을 갖는 유리 코어, 여기서 상기 유리 코어는 1550 nm의 파장에서 LP 모드의 X 수로 광신호의 전파 및 전송을 지지하며, 여기서 X는 1550 nm의 파장에서 1 초과 및 20 미만의 정수; 및
    (ii) 상기 유리 코어와 직접 접촉하면서 둘러싸는 유리 클래딩을 포함하며, 여기서 상기 유리 코어는 △1 MAX > △4 MAX가 되도록, 최대 상대 굴절률 △1 MAX를 포함하는 광섬유.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 코어는 내부 클래딩 및 외부 클래딩으로 둘러싸이며, 상기 내부 클래딩은 순수 실리카보다 큰 상대 굴절률 델타를 갖는 광섬유.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 코어는 내부 클래딩 및 외부 클래딩으로 둘러싸이며, 상기 내부 클래딩은 상기 외부 클래딩보다 큰 상대 굴절률을 갖는 광섬유.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 코어에서 Al2O3의 농도는 6 및 10% 사이인 광섬유.
  6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어의 굴절률 프로파일은 약 2.0 ㎛를 초과하는 LP11 모드의 이론적 컷오프 파장 및 1550 nm에서 110 μ㎡를 초과하는 LP01 유효 영역을 제공하도록 구성되는 광섬유.
  7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어의 굴절률 프로파일은 약 2.5 ㎛를 초과하는 LP11 모드의 이론적 컷오프 파장을 제공하도록 구성되는 광섬유.
  8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유는 1550 nm의 파장에서 약 1.8 이상 및 약 2.2 미만의 알파 값을 갖는 등급형 굴절률 프로파일을 갖는 코어를 포함하는 광섬유.
  9. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유는 계단형 굴절률 프로파일을 포함하는 광섬유.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 코어에서 Al2O3의 농도는 2 wt% 초과인 광섬유.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 코어에서 Al2O3의 농도는 6 및 10 wt% 사이인 광섬유.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어의 굴절률 프로파일은 약 2.0 ㎛를 초과하는 LP11 모드의 이론적 컷오프 파장 및 1550 nm에서 110 μ㎡를 초과하는 LP01 유효 영역을 제공하도록 구성되는 광섬유.
  13. 청구항 1 또는 12에 있어서,
    상기 코어의 굴절률 프로파일은 약 2.5 ㎛를 초과하는 LP11 모드의 이론적 컷오프 파장을 제공하도록 구성되는 광섬유.
  14. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유는 1550 nm의 파장에서 약 1.8 이상 및 약 2.2 미만의 알파 값을 갖는 등급형 굴절률 프로파일을 갖는 코어를 포함하는 광섬유.
  15. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유 클래딩은 낮은 굴절률 링, 및 상기 링을 둘러싸는 외부 클래딩을 포함하여, 상기 낮은 굴절률 링의 최대 굴절률 델타가 상기 외부 클래딩과 비교하여, -0.2% 미만인 광섬유.
  16. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최대 굴절률 델타는 -0.6 및 -0.2% 사이인 광섬유.
  17. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유는 1차 코팅 및 2차 코팅을 더욱 포함하고, 상기 1차 코팅은 약 0.35 MPa 미만의 인시튜 모듈러스를 가지며, 상기 2차 코팅은 상기 1차 코팅을 둘러싸고, 1200 MPa을 초과하는 인시튜 모듈러스를 갖는 광섬유.
  18. (i) 전술한 청구항 중 어느 한 항에 따른 광섬유, 및
    (ii) 상기 광섬유에 광학적으로 연결된 적어도 하나의 펌프 광원, 및 상기 광섬유에 신호 광을 제공하기 위해 상기 광섬유에 연결된 적어도 하나의 광커플러를 포함하는 광증폭기.
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