KR20170104624A - 초저감쇠 단일모드 광섬유 - Google Patents

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Abstract

초저감쇠 단일모드 광섬유는 코어층와 클래딩층을 포함하며, 코어층의 반경(r1)은 3.9~4.8㎛이고, 상대굴절률차(Δn 1 )는 -0.08%~0.10%이며, 코어층의 외측은 안에서 바깥으로 순차적으로 내부 클래딩층, 함몰 내부 클래딩층, 보조 외부 클래딩층과 외부 클래딩층이 피복된다. 내부 클래딩층의 반경(r2)은 9~14㎛이고, 상대굴절률차(Δn 2 )는 -0.40%~-0.15%이다. 함몰 내부 클래딩층(r3)은 13~25㎛이고, 상대굴절률차(Δn 3 ) 범위는 -0.7%~-0.3%이다. 보조 외부 클래딩층(r4)은 30~50㎛이고, 상대굴절률차(Δn 4 ) 범위는 -0.4%~-0.15%이다. 외부 클래딩층은 순수 실리카 유리층이다. 본 광섬유는 초저감쇠 성능을 구비하며, 그 컷오프 파장, 벤딩손실, 색분산 등 종합 성능 파라미터는 응용 파장구간에서 양호하고, 또한 G652 표준과 호환된다. 넓은 함몰 클래딩층 구조는 광섬유의 벤딩손실에 대해 양호한 개선작용을 지닌다.

Description

초저감쇠 단일모드 광섬유
본 발명은 광섬유 전송 분야에 관한 것으로서, 구체적으로는 초저감쇠 성능을 지닌 단일모드 광섬유에 관한 것이다.
IP 네트워크 데이터 서비스가 급속히 증가함에 따라, 운영업체의 전송용량에 대한 수요가 부단히 상승하고 있으며, 현재 네트워크 중 단일섬유 용량은 이미 점차 극한치인 100Tbps에 임박하고 있다. 100G 전송 시스템은 이미 상용화 원년에 진입하였다. 따라서 어떻게 100G 신호 전송을 기반으로 전송 용량을 한층 더 증가시킬 것인가 하는 문제에 각 시스템 장치 업체와 운영업체의 관심이 집중되고 있다.
100G 시스템에 사용되는 PM-QPSK 변조 기술, 코히런트 검출 기술 및 DSP 처리 기술은 시스템의 OSNR 용량 한도를 10G와 동량급으로 낮추어, 시스템의 광섬유에 대한 요구를 저하시켰다. 연구 결과, 100G 시스템에서 보통의 G.652D 광섬유는 저손실 및 초저손실 광섬유 모두 1000km 이상의 거리를 전송할 수 있고; 초저손실은 링크 거리를 35-40% 연장 가능하여, 어떤 선로는 중계국을 감소시킬 수 있어, 전광 통신망 건설에 유리하며; 100km 정도의 장거리 광증폭 구간을 갖는 어떤 시스템에서는, ULL 광섬유가 구간 손실을 효과적으로 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다.
400G 전송 시스템이 가져오는 OSNR 제한, 노이즈 및 비선형 등 문제는 전송 거리를 제한할 수 있다. 현재 주류 장치 제조업체의 시험 결과를 살펴보면, 이중 반송파와 16QAM 변조 기술을 이용하는 400G 시스템의 전송 거리는 100G 시스템의 1/3 정도에 불과하다. 따라서 고속 시스템의 건설은 시스템 용량과 전송 거리의 요구를 종합적으로 고려해야 한다. 선로측 전송 장치의 측면에서 살펴보면, 다중 반송파 광원, 고차변조, 코히런트 검출, 고속 DSP 시스템과 오류 정정 기술 등을 이용하여 상용 고속 광전송 시스템의 발전을 촉진시킬 수 있고, 링크의 광섬유 기술 측면에서 살펴보면, 초저손실 광섬유는 시스템의 OSNR을 향상시킬 수 있고 전송 거리를 효과적으로 연장시킬 수 있다.
현재 통상적인 G.652.D 광섬유의 감쇠는 일반적으로 0.20dB/km이며, 레이저광 에너지는 장거리 전송을 거친 후 점차 감소되기 때문에 중계 형식으로 신호를 다시 증폭시켜야 한다. 광섬유 케이블의 원가에 비해, 중계국의 관련 장치 및 유지비는 전체 링크 시스템의 70% 이상이므로, 초저감쇠 광섬유를 다룰 경우, 전송거리를 효과적으로 연장하고, 건설 및 유지보수 비용을 효과적으로 절감할 수 있을 것이다. 관련 계산을 통해, 광섬유의 감쇠를 0.20dB/km로부터 0.16dB/km로 저하시킨다면, 전체 링크의 건설비가 총체적으로 30% 정도 감소될 것이다. 결론적으로, 초저감쇠 광섬유의 개발 설계 및 제조는 광섬유 제조분야의 하나의 중요한 과제이다.
문헌 CN201310394404는 순수 실리카의 외부 클래딩 설계를 사용한 초저감쇠 광섬유의 설계를 제시하였다. 그러나 상기 문헌에서 사용된 것은 전형적인 스텝 단면 구조이고, 광섬유의 벤딩을 최적화하는 함몰 내부 클래딩설계를 사용하지 않았을 뿐만 아니라, 그 코어는 Ge를 사용하여 도핑을 실시하지 않기 때문에, 프리폼 제조 시 점도 조절의 실패를 초래할 가능성이 있어, 그 감쇠와 굴절 수준이 상대적으로 나쁘다는 것을 발견할 수 있다.
문헌 US2010022533은 보다 낮은 레일리 계수를 얻기 위하여, 순수 실리카 코어의 설계를 이용하였으며, 코어에 게르마늄과 불소의 코도핑을 실시하지 않고, 불소 도핑된 실리카를 외부 클래딩으로 사용하도록 설계하였다. 이러한 순수 실리카 코어의 설계는 광섬유 내부에 반드시 복잡한 점도 매칭을 실시하여야 하고, 드로잉 과정에서 고속 드로잉이 광섬유 내부의 결함을 초래하여 야기되는 감쇠의 증가를 피하기 위해, 드로잉 과정에서 극저속이 요구되므로, 제조 공정이 매우 복잡하다.
다음은 본 발명에서 다루는 약간의 용어에 대한 정의 및 설명이다.
광섬유 코어축선으로부터 계산하며, 굴절률의 변화에 따라, 축선에 가장 인접한 층을 코어층으로 정의하고, 광섬유의 최외층, 즉 순수 실리카층은 광섬유 외부 클래딩층이라 정의한다.
광섬유의 각 층의 상대굴절률차 Δn i 는 이하 방정식으로 정의되며,
Figure pct00001
그 중 n i 는 코어층의 굴절률이고, n c 는 외부 클래딩층의 굴절률, 즉 순수 실리카의 굴절률이다.
광섬유 코어층 중 Ge 도핑의 굴절률 기여량 ΔGe은 이하 방정식으로 정의되며,
Figure pct00002
그 중 n Ge 는 코어의 Ge 도핑물로 가정하여, 다른 도핑물이 도핑되지 않은 순수 실시카에서 일으키는 실리카 유리 굴절률의 변화량이고, n c 는 최외층 클래딩의 굴절률, 즉 순수 실리카의 굴절률이다.
광케이블의 컷오프 파장 λcc:
IEC(국제 전기기술 위원회) 표준 60793-1-44에는, 광케이블의 컷오프 파장 (λcc)은 광신호가 광섬유 중 22미터를 전송한 후 더이상 단일모드 신호로써 전파되지 않는 파장이라고 정의되어 있다. 시험 시 광섬유를 반경이 14cm인 원으로 한 바퀴 감고, 반경이 4cm인 원으로 두 바퀴 감는 방식을 통해 데이터를 획득해야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술문제는 광섬유 제조비용이 저렴할 뿐만 아니라, 케이블의 컷오프 파장이 1260nm 미만으로, 양호한 벤딩 손실, 색분산 성능을 지니며, 또한 G652 표준과 호환될 수 있는 초저감쇠 단일모드를 제공하고자 하는데 있다.
본 발명이 위에서 제기한 문제를 해결하기 위해 채택한 기술방안은 다음과 같다. 코어층와 클래딩층을 포함하며, 코어층의 반경(r1)은 3.9~4.8㎛이고, 상대굴절률차(Δn 1 )는 -0.08%~0.10%이며, 코어층의 외측은 안에서 바깥으로 순차적으로 내부 클래딩층, 함몰 내부 클래딩층, 보조 외부 클래딩층과 외부 클래딩층이 피복되고, 상기 내부 클래딩층의 반경(r2)은 9~14㎛이고, 상대굴절률차(Δn 2 )는 -0.40%~-0.15%이며; 상기 함몰 내부 클래딩층(r3)은 13~25㎛이고, 상대굴절률차(Δn 3 ) 범위는 -0.7%~-0.3%이며; 상기 보조 외부 클래딩층(r4)은 30~50㎛이고, 상대굴절률차(Δn 4 ) 범위는 -0.4%~-0.15%이며; 상기 외부 클래딩층은 순수 실리카 유리층인 것을 특징으로 한다.
상기 방안에 따르면, 상기 코어층은 게르마늄 불소 코도핑된 실리카 유리층이거나, 또는 게르마늄만 도핑된 실리카 유리층이며, 그 중 게르마늄 도핑의 기여량은 0.02%~0.10%이다.
상기 방안에 따르면, 상기 광섬유의 1310nm 파장에서의 모드필드 직경은 8.8~9.6㎛이다.
상기 방안에 따르면, 상기 광섬유의 케이블 컷오프 파장은 1260nm보다 작거나 같다.
상기 방안에 따르면, 상기 광섬유의 1550nm 파장 부위의 색분산은 18ps/nm*km보다 작거나 같고, 상기 광섬유의 1625nm 파장 부위의 색분산은 22ps/nm*km보다 작거나 같다.
상기 방안에 따르면, 상기 광섬유의 1310nm 파장 부위의 감쇠는 0.324dB/km보다 작거나 같고, 바람직한 조건하에서는 0.304dB/km보다 작거나 같다.
상기 방안에 따르면, 상기 광섬유의 1550nm 파장 부위의 감쇠는 0.184dB/km보다 작거나 같고, 바람직한 조건하에서는 0.174dB/km보다 작거나 같다.
상기 방안에 따르면, 상기 광섬유의 1700nm 파장 부위의 마이크로벤딩 손실은 5dB/km보다 작거나 같다.
본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다. 1. 게르마늄이 도핑된 코어층을 이용하고, 광섬유 내부의 점도 매칭을 합리적으로 설계하여, 광섬유 제조 과정 중의 결함을 감소시키고, 광섬유의 감쇠 파라미터를 낮춤으로써, 광섬유에 초저감쇠 성능이 구비되도록 하였다. 2. 본 발명의 컷오프 파장, 벤딩 손실, 색분산 등 종합 성능 파라미터가 응용 파장구간에서 양호하여, 케이블의 컷오프 파장이 충분히 작음으로써 상기 광섬유를 C 파장구간의 전송에 응용 시 광신호의 단일모드 상태를 보장할 수 있고, 또한 G652 표준과 호환되며; 넓은 함몰 클래딩층 구조는 광섬유의 벤딩손실에 대해 양호한 개선 작용을 지닌다. 3. 최외층의 외부 클래딩층 구조는 순수 실리카 설계를 이용하여, 광섬유 중 불소 도핑된 유리의 비중을 저하시킴으로써, 광섬유 제조 생산비용을 낮추었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 굴절률 단면 구조 분포도이다.
이하 실시예를 결합하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
코어층과 클래딩층을 포함하며, 상기 코어층은 게르마늄 불소 코도핑된 실리카 유리층이거나, 또는 게르마늄 도핑된 실리카 유리층이고, 코어층의 외부는 안에서 바깥으로 순차적으로 내부 클래딩층, 함몰 내부 클래딩층, 보조 외부 클래딩층과 외부 클래딩층이 피복된다. 상기 외부 클래딩층은 순수 실리카 유리층이며, 외부 클래딩층의 반경은 125㎛이다.
표 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 굴절률 단면 파라미터이며, 그 중 ΔGe는 코어층 중 Ge의 도핑 굴절률 기어량이다. 표 2는 표 1의 상기 광섬유에 대응하는 광전송 특성이다.
본 발명의 실시예의 광섬유 단면 파라미터
번호 r1 [um] Δn1 [%] ΔGe r2 [um] Δn2 [%] r3 [um] Δn3 [%] r4 [um] Δn4 [%]
1 4.2 0.04 0.08 10 -0.30 13.5 -0.52 42 -0.35
2 4.1 0.02 0.02 11.5 -0.30 15.5 -0.4 48 -0.38
3 4.7 0 0.05 12.5 -0.32 15.5 -0.45 45 -0.4
4 4.5 0.03 0.05 11 -0.31 14.5 -0.6 38 -0.36
5 4.8 0.06 0.1 9 -0.24 14 -0.38 41 -0.28
6 4.7 0.05 0.08 13 -0.28 16 -0.55 40 -0.32
7 4 0 0.08 10 -0.33 12.8 -0.51 46 -0.4
8 4.2 -0.06 0.02 13 -0.35 16.5 -0.7 47 -0.57
9 4.8 -0.04 0.03 12 -0.30 13.7 -0.65 44 -0.5
10 3.9 -0.02 0.04 14 -0.30 16.5 -0.63 42 -0.3
본 발명의 실시예의 광섬유 파라미터
번호 모드필드직경 광케이블 컷오프 파장 제로
색분산점		 감쇠계수 감쇠계수 마이크로벤딩
@1310 @1310nm @1550nm @1700nm
1 9 1242 1314 0.296 0.171 3
2 9.1 1206 1312 0.288 0.167 2.5
3 9.4 1231 1310 0.293 0.169 3.3
4 9.1 1254 1312 0.298 0.175 3.6
5 9.5 1237 1323 0.318 0.181 3.7
6 9.4 1250 1308 0.305 0.178 2.7
7 8.9 1222 1312 0.321 0.183 3.8
8 9.3 1258 1306 0.299 0.171 2
9 9.6 1231 1320 0.303 0.174 4.2
10 9.2 1246 1304 0.314 0.179 3.4

Claims (8)

  1. 코어층와 클래딩층을 포함하는 초저감쇠 단일모드 광섬유에 있어서,
    코어층의 반경(r1)은 3.9~4.8㎛이고, 상대굴절률차(Δn 1 )는 -0.08%~0.10%이며, 코어층의 외측은 안에서 바깥으로 순차적으로 내부 클래딩층, 함몰 내부 클래딩층, 보조 외부 클래딩층과 외부 클래딩층이 피복되고, 상기 내부 클래딩층의 반경(r2)은 9~14㎛이고, 상대굴절률차(Δn 2 )는 -0.40%~-0.15%이며; 상기 함몰 내부 클래딩층(r3)은 13~25㎛이고, 상대굴절률차(Δn 3 ) 범위는 -0.7%~-0.3%이며; 상기 보조 외부 클래딩층(r4)은 30~50㎛이고, 상대굴절률차(Δn 4 ) 범위는 -0.4%~-0.15%이며; 상기 외부 클래딩층은 순수 실리카 유리층인 것을 특징으로 하는 초저감쇠 단일모드 광섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어층은 게르마늄 불소 코도핑된 실리카 유리층이거나, 또는 게르마늄만 도핑된 실리카 유리층이며, 게르마늄 도핑의 기여량은 0.02%~0.10%인 것을 특징으로 하는 초저감쇠 단일모드 광섬유.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광섬유의 1310nm 파장에서의 모드필드 직경은 8.8~9.6㎛인 것을 특징으로 하는 초저감쇠 단일모드 광섬유.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광섬유의 케이블 컷오프 파장은 1260nm보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 초저감쇠 단일모드 광섬유.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광섬유의 1550nm 파장 부위의 색분산은 18ps/nm*km보다 작거나 같고, 상기 광섬유의 1625nm 파장 부위의 색분산은 22ps/nm*km보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 초저감쇠 단일모드 광섬유.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광섬유의 1310nm 파장 부위의 감쇠는 0.324dB/km보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 초저감쇠 단일모드 광섬유.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광섬유의 1550nm 파장 부위의 감쇠는 0.184dB/km보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 초저감쇠 단일모드 광섬유.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광섬유의 1700nm 파장 부위의 마이크로벤딩 손실은 5dB/km보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 초저감쇠 단일모드 광섬유.
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