KR20180025840A - 광섬유 커플러 - Google Patents
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Abstract
절연된 코어를 갖는 다중코어 광섬유를 포함하고, 코어 절연이 코어 부근의 굴절률 감소로 특징지어진 영역의 발생으로 해석되는 본 발명에 따른 광섬유 커플러로서, 적어도 하나 및 최대 N개의 출력 광섬유(1 또는 9)에 연결되는, 절연 코어(4)를 갖는 추가 다중코어인, 적어도 듀얼-코어의 N-코어 광섬유(2)에 연결된 적어도 하나 및 최대 N개의 입력 광섬유(1 또는 9)를 포함하며, 코어 절연은 다중코어 광섬유(2)의 적어도 하나의 섹션에서 상기 절연 코어(4) 부근의 감소된 굴절률 영역 크기의 치수를 감소시킴으로써 감소되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 미세구조형 다중코어 광섬유(microstructured multi-core optical fibers)를 적용한 광섬유 커플러에 관한 것이다.
전력 커플러는 광섬유의 적용을 기반으로하는 통신 회선에서 사용되는 기본 구성 요소 중 하나이다. 데이터 전송 밀도가 증가함에 따라, 통신 시장은 데이터 전송 밀도 증가, 기능 향상 및 새로운 시스템 설치 비용 감소에 초점을 맞추어 데이터 수신자의 요구사항을 고려해야 한다. 광섬유 커플러의 목적은 하나 또는 여러 개의 입력 광섬유로부터 하나 또는 여러 개의 출력 광섬유로 전력을 전송하는 것이다. 커플러는 입력 및 출력의 모든 구성에서 실행될 수 있다. 가장 일반적인 커플러 타입은 타입 X 커플러(2 입력 및 2 출력) 및 타입 Y 커플러(1 입력 및 2 출력/2 입력 및 1 출력)를 포함한다. 이러한 커플러는 대칭 및 비대칭 버전에서 모두 존재한다. 그러나, 시장 요구에 따라 더 많은 수의 채널을 갖는 커플러를 제조할 필요가 있다. 필요에 따라, 커플러는 임의의 수의 입력 및 출력을 가질 수 있지만, 주요 제약은 커플러 제조 용량이다. 특이한 경우, 커플러가 출력보다 적은 입력을 가질 때(특히 커플러가 하나의 입력 및 N개의 출력을 갖는 경우), 전력 스플리터(power splitter)가 된다. N개의 입력 및 하나의 출력으로, 우리는 광 신호 결합기(combinder)를 다루고 있다.
최첨단 액세스 네트워크, 특히 FTTx 네트워크(Fiber To The x, 예를 들어 FTTH - Fiber To The Home)로 정의된 것들의 완전한 개발을 보장하기 위해, 적절히 통합된 전력 스플리터 및 결합기가 필요하다.
FTTx 네트워크는 일반적으로 PON(Passive Optical Network) 기술로 구축된다. 이는 논리적 스타 토폴로지(star topology)에서 실행되는 점대다점(point-to-multipoint) 네트워크이다. 물리적 토폴로지는 주로 가입자의 분포에 달려있다. 단독 주택의 경우, 가능한 토폴로지는 버스 네트워크인 반면, 다세대 주택의 경우, 가장 일반적인 솔루션은 트리(tree) 토폴로지이다. 각각의 경우에, 중앙 지점은 분배 장치, 소위 OLT(Optical Line Termination)로부터의 신호를 수신자의 네트워크 터미널, 소위 ONT(Optical Network Termination)에 분할하는 광 커플러로 구성된다.
통신에 적용되는 최신 상용 신호 커플링 요소는 일반적으로 광섬유 융착(optical fiber fusing)(FBT - 융착된 생체공학 테이퍼링(Bionical Tapering)) 및 평면 기술(PLC - 평면 광도파로(Planar Lightwave Circuit))의 2가지 기술을 사용하여 제조된다. 버스 네트워크 토폴로지의 경우, 적용된 광 커플러는 대개 FBT 기술에서 실행된다. 많은 수의 출력 포트를 필요로 하는, 트리 네트워크 토폴로지의 경우, 적용되는 주된 솔루션은 PLC 커플러이다.
FBT 커플러는 2개의 광섬유를 서로 인접하게 배치한 다음, 이들을 서로 융착시키고 단일 도파로를 형성하기 위해 테이퍼링(tapering)함으로써 형성된다. 이 구조에서, 적절하게 근사화된(approximated) 코어는 더 이상 별도의 통신 채널로 취급될 수 없다. 커플러의 암들 중 하나에 입력하는 신호는 테이퍼진(tapered) 영역을 통과하고, 여기서 광섬유 치수(dimensions)가 상당히 감소함으로써, 코어는 광을 전달할 수있는 용량을 잃어버릴 수 있고, 그에 따라 광은 전체 유리 표면에 의해 전도되며, 공기가 클래딩(cladding)의 역할을 담당한다. 테이퍼진 광섬유를 확장시킬 때, 직경이 또한 증가되는 코어는 이들의 광 전도 용량을 회복시킨다. 이러한 레이아웃에서, 맥스웰의 방정식이 전체 구조에 대해 풀리고, 특정 또는 모든 코어에서 동시에 전파되는 소위 슈퍼모드(supermode)가 발생한다. 구성에 따라, 이러한 구조에서의 광 전파는 전력 결합기 또는 스플리터를 구성하는데 사용될 수 있다.
FBT 기술에 따르면, 융착을 통한 커플러 제조 프로세스가 특허 참조문헌 US 4550974에 포함되어 있는데, 여기에는 전술한 커플러 및 그 제조 방법이 기재되어 있다. 제시된 커플러는 대칭 2x2 커플러이지만, 비대칭 커플러, 즉 고르지 않은 전력 분할을 갖는 커플러가 또한 제조될 수 있다. 이러한 커플러는, 입력 중 하나만 사용되는 경우, 1x2 전력 스플리터 구성에서 작동할 수 있다. 이것은 외부 네트워크의 조건 변화에 대한 높은 저항, 낮은 삽입 손실 및 무시할 수 없는 역 반사를 특징으로 한다. 이러한 커플러의 단점 중 하나는 최대 포트 수가 4이고, 더 많은 수의 포트로 동등한 전력 분할을 달성하기 어렵다는 것이다.
FBT와 달리, PLC 평면 기술은 더 많은 수의 입력 포트(4 내지 128)를 갖는 커플러를 제조할 수 있어, 제품 자체의 소형화 뿐만 아니라 1260 - 1650 nm 스펙트럼 범위에서 높은 작동 안정성을 보장한다. 이러한 구조는 특히 집적 광학 요소에 적용된다. 이러한 구조를 특징으로 하는 장치는 모드 변환을 구현해야 할 필요성으로 인한 상대적으로 높은 손실과 높은 내부 손실을 특징으로 하며, 이로 인해 총 손실은 수 dB에 달한다. 또한, 집적 광학 및 광섬유의 조립 및 결합을 위한 기술은 진보된 고가의 방법을 필요로 한다. PLC 커플러의 구조 및 그 제조 방법은 특히 특허 참조문헌 US 5745619 및 특허출원 참조문헌 US 20030091289 A1에 기재되어 있다.
현재 적용된 광 커플러의 기본 파라미터는 액세스 네트워크, 특히 모든 전송 단계에서 광섬유를 사용한다고 추정되는 FTTx 네트워크로 정의된 것들의 대중화에 심각한 장애를 초래한다. 따라서, 특히 전력 결합기 및 스플리터로서 적용되는, 미세구조형 다중코어 광섬유를 적용하는 광섬유 커플러로 구성된 본 발명의 목적은 임의의 수의 채널에 대한 최적의 전력 분배를 보장하는 요소로서 기능하는 장치를 개발하는 것이었다. 특허의 본질을 구성하는 제조 기술은, 광섬유를 기반으로하는 통신 시스템과 통합하기 어려운 평면 기술과 비교하여, 더 유리한 광섬유로 커플러를 제작하는 것으로 가정한다. 적용된 제조 기술로 인해, 본 발명에 따른 장치는 낮은 손실을 유지하면서 필요한 전력 분할을 보장한다. 특정 전력 분할 및 그런 분할 동안 낮은 손실을 달성하는 두 기준은 공통된 적용의 관점에서 중요하다. 개발된 완전한 광섬유 커플러는 0.5 dB 이하로 분할시 광 전력 손실을 낮추며, 이론 손실은 0에 가까울 수 있다. 또한, 광범위한 온도 범위에서 형성된 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 본질적인 이점은 임의의 구성 즉, 전력 스플리터 및 전력 결합기 뿐만 아니라 M×M 커플러로서 장치를 동작시킬 수 있다는 것이다. 또한, 스플리터/결합기/커플러로서 동작할 수 있는 가능성은 장치를 광 스위치로서 사용할 수 있는 가능성을 창출한다.
미세구조형 광섬유로도 불리는 광결정(photonic-crystal) 광섬유의 발명으로, 광섬유에서 모드를 성형(shaping)하는 가능성이 크게 확대되었다. 미세구조형 섬유의 경우, 구조적 홀의 배치 및 특성의 조작을 필요로 하는 차별화된 기하학적 구조(geometry)로 인해, 종래의 광섬유를 사용하여 달성할 수 없는 광섬유 특성을 생성할 수 있다. 이들은 예를 들어 매우 넓은 스펙트럼 범위에서의 단일-모드 작동, 높은 복굴절(birefringence), 압력에 대한 증가된 민감도, 연신율(elongation) 및 기타 많은 기능을 제공한다. 모드의 특성에 대한 공기 홀(air hole)의 영향은 외부 요인의 영향없이 광 전파의 관점에서 중요하지 않을 수 있지만, 추가 외부 요인 발생시 광섬유 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 이러한 적용의 일례는 예를 들어 광섬유가 공기 홀에 의해 둘러싸인 코어를 포함하는 벤댕-비감응성(bending-insensitive) 광섬유가 될 수 있다. 이러한 광섬유는 SEI Technical Review 75(2012)에 게시된, Toshiki Taru 등에 의해 작성된 "낮은 벤딩 손실 단일-모드 홀-보조 광섬유(Low Bending Loss Single-Mode Hole-Assisted Fiber)"라는 제목의 기사에 발표되었다. 이 타입의 광섬유의 이점은 벤딩될 때 나타난다. 코어가 공기 홀에 의해 둘러싸이지 않은 광섬유의 경우, 벤트부(bent)에서 상당한 손실이 있다. 홀-보조 절연의 경우, "모드 아웃플로우(mode outflow)"의 가능성이 있으며, 클래딩으로의 모드 전력 복사(radiation)는 큰 구조적 굴절률 피치의 발생으로 인해 사실상 불가능하다(홀 영역의 굴절률은, 홀이 다양한 물질로 채워질 수 있더라도, 공기의 굴절률로서 가정된다). 그러므로, 홀의 존재는 이들이 코어로부터 상대적으로 멀리 위치되기 때문에, 분산(dispersion) 또는 감쇠와 같은 특성에 중요한 영향을 미치지 않지만, 외부 요인에 의한 전파 특성에 영향을 미칠 수 있다.
전파에 상당한 참여가 없는(LMA-8 광섬유의 경우, 상당한 참여가 있음) 미세구조형 광섬유의 공기 홀은 다중코어 광섬유를 구성하는 데에도 사용된다. 코어의 공기 홀 환경으로 인해, 특정 코어들간의 전력 침투가 실질적으로 제거된다. 소위 크로스토크 현상은 발생하지 않는다. 또한, 홀은 코어들을 절연시킬 수 있다. 이는 각 코어에서의 전력 전파가 실질적으로 독립적임을 의미한다. 코어들은 또한 모드가 특정 코어에 할당될 수 없는 방식으로 홀에 의해 둘러싸일 수 있다. 이러한 코어는 "결합된" 코어라고 하며, 슈퍼모드는 구조 내에서 전파된다. 우리가 절연 또는 결합된 코어를 다루고 있는지 여부는 그 구조의 재료 및 기하학적 파라미터에 달려 있다. 대다수의 경우, 홀을 축소시키고 코어들을 가깝게 하면, 슈퍼모드의 전파가 촉진되어 코어들간의 전력 전달이 촉진된다.
또한, 미세구조형 광섬유의 광범위한 적용은 예를 들어 홀 붕괴(collapsing), 광섬유 테이퍼링, 홀 충전재(filling)와 같은 이들의 파라미터를 변경하여 그 특성을 사용할 가능성으로부터 기인한다. 따라서, 광섬유가 제조된 이후의 전파 조건의 변화가 가능하다.
홀 붕괴의 기술은 알려져 있지만, 특정 다중코어 광섬유 코어들 사이의 광섬유 커플링의 달성에 있어서 이러한 현상의 제어된 적용은 아직 개발되지 않았다.
예를 들어, 특허 참조문헌 US 66 31234에는 광결정 광섬유에 기초한 커플러를 얻기 위해 가열 및 테이퍼링에 의해 광섬유를 처리할 수 있는 가능성을 개시한다. 커플러는 적어도 2개의 광결정 광섬유를 사용하여 구성된다. 단일코어 광결정 광섬유만이 고려된다. 코어 붕괴의 현상은 "클래딩과 코어 사이의 차동 굴절률을 약화시키거나 파괴한다"라고 기재되어 있다. 또한, 공기 홀들의 크기 및 광섬유 직경의 변화를 차동 제어하여 광섬유의 복굴절을 변형시킬 수 있다.
광결정 광섬유에서의 홀 붕괴는 미세구조형 광섬유의 스플라이싱에도 사용된다. 홀 붕괴 현상은 스플라이스에서 손실을 발생시키기 때문에 문제로서 인식된다. 상기 현상은 (예를 들어, 경사 홀 붕괴에 의해) 활용되거나 제거될 수 있다. 그러나, 대부분의 경우, 단일코어 광결정 광섬유에 대해서는 스플라이싱 기술이 고려된다.
예를 들어, 특허 출원 참조문헌 US 20080037939에서. 발명자는 연결부(joint)(스플라이스)에서의 손실을 줄이기 위해 경사 홀 붕괴를 적용하는 단일코어 광결정 광섬유의 테이퍼링 공정을 특허받았다.
차례로, 특허 출원 참조문헌 US 20060067632는 작은 코어로 특징지어진 단일코어 광결정 광섬유를 스플라이싱하는 방법을 제시하며, 가장 적은 손실을 생성하기 위해, 스플라이스 실행 방법이 가능한 한 최소 홀 붕괴에 초점을 맞추고 있다.
또한, 단일코어 광결정 광섬유를 스플라이싱하는 방법은 특허 참조문헌 US 7609928 B2에 기재되어 있는데, 홀 붕괴가 손실의 원인으로서 명시적으로 표시되어 있다.
미세구조형 다중코어 광섬유의 가공(스플라이싱, 테이퍼링 등)에서 홀 붕괴의 사용은 다양한 타입의 센서를 구성할 때 원하는 현상으로서 사용될 수 있다.
예를 들어, 특허 출원 참조문헌 20090052852 Al은 단일코어 미세구조형 광섬유 테이퍼 상의 홀 붕괴 방법을 제시한다. 본 발명은, 모드들(코어 및 클래딩에서 수행됨)이 서로 간섭할 수 있음으로 인해, 홀의 완전한 붕괴를 목표로한다. 이러한 방식으로 특정 마하 젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer)가 형성된다.
스플라이스 영역이 융착되고 클래딩 모드 및 코어 모드가 2개의 간섭계 암에서 수행되는, 유사한 솔루션이 특허 참조문헌 EP 1939659 B1에 기재되어 있다.
게다가, 표준 단일-모드 단일코어 광섬유를 기반으로 하는 현대의 통신 네트워크는 제한된 용량으로 인해 더 이상 충분하지 않게 될 것이다. 이 문제를 해결하기 위한 전략 중 하나는 전송을 위해 광 소수-모드(optical few-mode) 광섬유를 사용하는 모드-분할 다중화(Mode-Division Multiplexing)이고, 여기서 각 모드는 독립적인 전송 채널로서 사용된다. 소수-모드 광섬유를 기반으로 전송 네트워크를 구축하려면, 다중화 및 역다중화 모드를 위한 특수 컴포넌트들을 사용해야 한다. 다중화 모드는 N개의 표준 단일-모드 광섬유의 신호를 결합하여 N개의 독립적인 채널로서 이들을 다중-모드 광섬유(소수-모드)로 도입하는 방식으로 구성된다. 이를 위해, 우선 표준 단일-모드 광섬유에서 특정 모드로의 신호 변환이 있고, 그 다음 모든 채널은 소수-모드 광섬유에 배치된다. 역다중화 동안, 역(reverse) 프로세스가 있으며, 여기서 수개(N)의 독립 채널인 N 모드는 N 출력으로 분할된다. 따라서, 광 소수-모드 광섬유에서 다중화 또는 역다중화 채널을 허용하는 장치가 필요하다. 또한, 이러한 타입의 요소는 낮은 손실 및 높은 모드 선택성을 특징으로 하는 것이 필요하다.
선택적으로 모드를 여기시키는 방법 중 하나는 위상-플레이트(phase-pkate) 또는 SLM을 사용한다. 둘다의 경우, 광 빔(일반적으로 기본 모드)은 위상 구조 - 소정의 굴절률 분포를 갖는 투명 요소에 부딪치며, 결과적으로 플레이트 후방의 특정 거리 후에 특정 고차(higher-order) 모드를 제공한다. 유사하게, 가해진(inflicted) 적절한 위상 지연을 유발하는, SLM을 사용할 수 있다. SLM을 사용하는 경우, 지연 단계를 프로그래밍할 수 있어, 고차 모드의 임의 형상을 초래할 것이고, 따라서 SLM 사용은 아주 다재다능하다. 이런 둘다의 방법은 소수-모드 광섬유의 광빔 입력 및 출력에서 벌크 광학을 사용한다. 불행히도, 이것은, 종종 여러 요소들로 구성된, 이런 타입의 장비의 크기가 크다는 사실을 초래한다. 동시에, 높은 정밀도의 장치 사용으로 인한 가격이 높다. 이 방법이 가장 간단한 것으로 간주 되더라도, 큰 손실이 있다. J. Lightwave Technol. 30(2012)에 게재된 R. Ryf 등의 "코히런트 6x6 MIMO 프로세싱을 사용하는 96km의 소수-모드 광섬유에 걸친 모드-분할 다중화(Mode-Division Multiplexing over 96 km of few-mode fiber using coherent 6x6 MIMO processing)"라는 기사는 6개의 독립적인 채널에 의한 전송을 위해 소수-모드 다중화를 사용한 다중화 전송을 제시한다. 달성된 전송 속도는 96km의 거리에서 640 Gb/s와 동일하였고 손실은 1.2 dB 미만이었다. 원하는 모드로 빔을 성형하는 요소가 SLM인, 소수-모드 광섬유에서 신호 전송을 위한 시스템이 또한 도시되었다. 광섬유 네트워크에서, 벌크 광학의 사용은 벌크 광학에서 광섬유로의 전이과 필연적으로 관련된 도입 손실과 관련이 있다.
"광자 랜턴(photonic lantern)"이라고 불리는 또 다른 방법은, 코어가 독립적으로 광을 전도하는 것을 중단할 때까지, 일반적으로 다른(코어의 크기, 코어의 굴절률) 필요한 파라미터를 갖는 수개의 단일코어 광섬유의 테이퍼링을 기반으로 하며, 광섬유 클래딩 역할을 하는, 굴절률이 낮아진 유리로 만들어진 외부 모세관(capillary)으로 소수-모드 광섬유가 형성된다. 입력에서 단일코어 광섬유의 파라미터를 적절히 선택함으로써, 출력에서 특정 모드를 얻을 수 있다. 동시에, 입력 단일코어 광섬유 신호의 도입에 따라, 출력에서 다른 모드를 자극하는 것이 가능한다. 이 방법의 이점은 매우 낮은 손실을 도입하고 광섬유 기술(모든 광섬유)만 사용한다는 것이다. 그러나, 문제는 모드들 사이의 낮은 크로스토크를 유지하는 것이다. 현재, 이러한 타입의 다중화기를 사용하는 전송의 경우, 모드들 사이의 높은 커플링으로 인해, 역다중화 동안에 전자 신호 처리를 적용해야 한다.
선택적 모드 여기를 위해, 집적 광학을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 장주기 광섬유 격자(long-period fiber grating)를 기반으로 한 컨버터가 있다. I Giles 외, "다중-모드 SDM 기술을위한 광섬유 LPG 모드 컨버터 및 모드 선택(Fiber LPG mode converters and mode selection for multimode SDM technique)", IEEE Photonics Technology Letters 24(2012)에는 장주기 광섬유 격자를 기반으로 한 이러한 장치의 개념과 그 시험 방법을 제시한다. 집적 광학을 사용하는 다른 방법은 대칭 또는 비대칭 커플러의 사용이다. 선택 모드 자극(여기)을 위한 또 다른 방법은 평면 Y자 형태의 비대칭 평면 구조(Y-접합)이다. J.D. Love 및 N.Riesen에 의한 기사, "단일, 소수 및 다중-모드 Y-접합(Single-, few-, and multimode Y-junctions)", J. Lightwave Technol. 30, 304-309, 2012에서는 고차 모드를 자극하는데 사용되는 이런 타입의 비대칭 구조의 시뮬레이션 결과가 제시되었다.
장성혁 외, "모드 선택 커플러에 기초한 모든 광섬유 다중화기 모드를 이용한 모델 및 파장-분할 다중화된 전송(The models and wavelength-division multiplexed transmission using all-fiber multiplexer mode based on the mode selective couplers)", Opt. Express 23 (2015)에는 특히 3가지 모드를 다중화 및 역다중화하는 광섬유 커플러를 사용하는 일례가 있다. 이 솔루션은 기존 커플러의 캐스케이드(cascade)에 의존한다. 이 솔루션에는 다중코어 광섬유 또는 미세구조형 광섬유가 포함되어 있지 않으며, 이 다중화의 방법을 사용하는 것이 더 많은 모드로 쉽게 확장되지 않는다.
차례로, 특허 EP 2336813은 선택적이고 무엇보다도 정확한 어드레싱 모드가없는 모드 다중화를 사용하는 전송을 위한 다중코어 광섬유에 관한 것이다. 광섬유의 모드는 그룹으로 커플링되며 코어 구조에는 절연이 없다. 본 발명의 설명에서, 다중화 및 역다중화의 가능성이 언급되었지만, 그러한 동작이 어떻게 수행되는지는 개시되어 있지 않다. 간접적으로, 설명 및 도면의 내용은 이 동작이 평면 위상-플레이트 또는 이와 유사한 것으로 수행된다고 결론지을 수 있다. 따라서, 다중화 및 역다중화는 광섬유만을 사용함으로써 표시된 실시 예에 포함되지 않으며, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 부가적인 컴포넌트의 사용을 필요로 한다.
유사하게, 솔루션 EP2706387은 공간 다중화를 위한 광섬유에 적용된다. 이 실시 예에서, 전술한 바와 같이, 외부 요소(외부 광섬유)에서만 다중화 또는 역다중화 현상이 발생할 수 있고, 컨버팅된 신호만이 전송을 위한 전용 광섬유 내로 도입된다.
신호 다중화를 가능하게 하는 요소는 일반적으로 벌크 광학에 기초한 장치, 예를 들어 벌크 다중화기의 설계와 관련된 US 6332050에 개시된 장치이다. 이러한 타입의 솔루션은 고가이고 비효율적이며, 제시된 발명에 대한 연구가 시작된 이유 중 하나이다.
한편, US 2013039627는 모드 다중화에 기초한 전송을 위해 커플링된 코어를 갖는 광섬유의 사용에 관한 것이지만, 어드레싱 모드가 어떻게 행해지는지, 부가적인 실험 작업에 대한 설명에 기초하여 요구되는 것을 개시하지 않는다.
US 2015188659에는 링 공진기(ring resonator)를 이용하여 다중화 및 역다중화하는 방법이 개시되어 있다. 이 솔루션은 엄청나게 복잡하며, 그의 디자인이 순수하게 광섬유가 아니라는 점을 감안할 때, 광섬유 인프라에 간단하게 포함시킬 수는 없다.
알려진 솔루션들은 특히 상당한 복잡성을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 목적은 어떤 모드가 어느 정도로 자극되는지(교환가능: 여기된, 어드레싱된)를 매우 문제가 있는 제어로 구성하는 종래 기술의 단점을 제거하는 요소를 제공하는 것이며, 그것의 사용으로 모드 신호는 효과적이고 독립적으로 수행될 수 있다. 본 발명을 사용함으로써, 하나의 광섬유에서 여러 모드(모드 다중화)를 사용하여 전송을 실현할 수 있다. 본 발명을 사용하여, 애드-드롭(add-drop) 다중화기/역다중화기를 실현할 수도 있다. 또한, 본 발명의 목적은 광섬유로 평면/벌크 광학을 결합하는 것을 피할 수 있는 광섬유 기술의 전체 구조를 개발하는 것이었다. 본 발명에 따르면, 모드들: 기본 모드, 고차 모드 및 편광 모드를 어드레싱하는 것이 가능하다. 편광 모드의 어드레싱은 특히 편광을 유지하는 광섬유 편광기, 광섬유 편광 분할기(스플리터) 및 광섬유 커플러 등의 구성에서 효과적으로 사용될 수 있다. 이러한 요소들의 구성은 또한 시장에서 요구된다.
본 발명에 따른 전력 커플러는 다중코어 광섬유 구조에서의 제어된 홀 붕괴의 적용으로 인해 효율적인 광 전력 커플링을 가능하게 한다. 유익하게 절연된 코어를 갖는 다중코어 광섬유가 기본 매체로서 적용되는 반면, 절연된 코어는 -10dB 또는 바람직하게 서로간에 낮은 크로스토크를 갖는 코어로 해석되며, 이는 코어의 부근(neighborhood)에서의 코팅의 굴절률에 비해 낮은 굴절률로 특징지어진 영역의 발생에 의해 보장된다. 바람직한 실시 예에서, 감소된 굴절률을 갖는 영역들은 바람직하게 공기로 충전된 홀들의 형태를 취한다. 이러한 홀들은 예를 들어 크로스토크 최소화를 제공하며, 신호 전파 파라미터(손실, 분산)에 미치는 영향은 미미하다. 또한, 홀들로 인해, 이론적으로 어떤 손실도 발생하지 않고, 커플러에 광을 입력하는 것이 가능하다.
기본 구성에서, 본 발명에 따른 광섬유 커플러는, 일측에서, 단일 광섬유, 바람직하게 표준 단일-모드 광섬유와 연결되며, 적어도 2개의 단일 광섬유, 바람직하게 표준 단일-모드 광섬유와 연결된 다중코어 광섬유를 포함하며, 이들은 모세관에 배치될 수 있지만, 이들의 코어를 다중코어 광섬유의 코어와 정렬시키기 위해 에칭 및/또는 테이퍼링될 수 있으며, 다중코어 광섬유의 적어도 하나의 단편(fragment)은 300㎛ 이상의 섹션에서 테이퍼지고 및/또는 이 섹션 내의 홀들은 붕괴된다. 반면에, 전력 분배는 단일 광섬유로부터의 신호가 미세구조형 다중코어 광섬유의 코어들 중 하나, 바람직하게 중앙의 하나에 전달되는 방식으로 수행되며, 코어의 절연 때문에, 신호는 미세구조형 다중코어 광섬유의 홀들이 붕괴 및/또는 테이퍼지는 영역까지 이 코어를 통해 전도된다. 미세구조형 다중코어 광섬유의 홀들이 붕괴및/또는 테이퍼지는 영역에서, 홀 테이퍼링 및/또는 붕괴 공정의 파라미터를 적절하게 선택함으로써 수행되는 바와 같이, 코어 절연은 코어들 사이의 크로스토크를 증가시킴으로써 제어된 방식으로 감소되며, 예를 들어 바람직하게 융착 스플라이서(fusion splicer)에서 수행될 수 있다. 테이퍼 웨이스트 영역 및 천이 영역 및/또는 홀 붕괴 영역 외부의 다중코어 광섬유 섹션의 길이는 커플러 성능 및 효과적인 전력 분할에 덜 영향을 미친다.
코어는 절연되지 않고 슈퍼모드는 미세구조형 다중코어 광섬유의 홀이 붕괴 및/또는 테이퍼진 영역에서 발생한다. 따라서, 홀 붕괴의 결과로서 코어의 절연을 감소시키고 및/또는 테이퍼진 섹션의 경우에 코어를 서로 가깝게 근접시킴으로 인해, 합쳐진 코어가 커플링되기 때문에(특정 코어들 사이의 크로스토크는 증가함), 광섬유는 절연된 코어 동작에서 결합된 코어 동작으로 이동한다.
결과적으로, 하나의 코어에 전도되는 전력은 모든 코어에 분할되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시 예에서, 테이퍼 길이는 300㎛ 이상이고 및/또는 이런 테이퍼 섹션의 홀은 붕괴되며, 테이퍼 길이 및 테이퍼 비(ratio) 및/또는 홀 붕괴의 레벨은 전력 분할의 정도를 결정한다. 반면, 모든 코어에 대한 전력의 분할이 유익하게 동일할 수 있는, 테이퍼 길이 및 테이퍼 비 및/또는 홀 붕괴 레벨이 발견될 수 있다.
테이퍼 비는 테이퍼 웨이스트 영역에서 광섬유 단면적의 백분율(percentage) 감소로 해석되는 반면, 바람직한 실시 예에서는 이런 단면적이 균일한 방식으로 감소된다. 테이퍼 길이는 원하는 전력 분할을 목표로 하는 실험에 의해 선택되는 것이 바람직하다.
미세구조형 다중코어 광섬유의 설계에 따라, 임의의 M×N 분할이 달성될 수 있다. 다양한 타입의 효과를 얻으려면 코어의 완전한 붕괴는 필요하지 않다. 또한, 온도, 응력(스트레칭, 압축, 트위스팅, 벤딩 및 기타), 압력 및 기타로부터 외부 상호 작용을 도입함으로써 특정 코어에 대한 다양한 전력의 분할이 실행될 수 있다. 다중코어 광섬유의 설계는 테이퍼링 및/또는 홀 붕괴의 결과로서 전력 분할에 직접적인 영향을 미친다.
다른 실시 예에서, 본 발명에 따른 광섬유 커플러는 적어도 하나의 입력 광섬유, 바람직하게 단일-모드, 및 N개의 출력 광섬유 및 절연된 코어를 갖는 적어도 N-코어 다중코어 광섬유를 포함한다.
표준 단일-모드 광섬유/광섬유에서 전파된 신호는 다중코어 미세구조형 광섬유의 코어/코어들로 전달된다.
입력 광섬유/광섬유들은 다중코어 광섬유에 스플라이싱된다. 다중코어 광섬유를 통과한 후, 신호는 테이퍼진 섹션에서 전파되고 및/또는 홀 붕괴없는 이러한 코어/코어들에서 추가로 전파되어, 테이퍼진 영역(전이 테이퍼 영역 및 테이퍼 웨이스트 영역) 및/또는 홀 붕괴 영역까지 입력된다.
전이 테이퍼 영역에서, 설계된 테이퍼 웨이스트 직경이 얻어질 때까지 테이퍼링 작업이 수행되는 방식으로, 코팅, 코어 및 홀 직경인, 광섬유의 단면적이 감소된다. 홀 직경 감소 및 특정 코어의 근사 및 코어 직경 감소는 소위 코어 절연 감소라고 하는 전파 특성의 변화를 유발하며, 슈퍼모드의 생성으로 인해 임의의 코어/코어들로부터 나머지 코어들로의 전력 전달이 가능하게 한다. 테이퍼 웨이스트 영역에서, 홀들은 완전히 붕괴되거나 직경이 일정하게 유지된다.
원하는 전력 분할에 따라, 감소된 홀의 직경을 선택하고 테이퍼진 섹션(전이 테이퍼 영역 및 테이퍼 웨이스트 영역 모두) 및 테이퍼 웨이스트 비의 길이를 선택함으로써 분할의 조정이 가능하다. 이런 광섬유 설계의 경우, 동등한 전력 분배를 허용하는 파라미터 조합이 있다. 테이퍼 섹션에서 얻어진 전력 분배의 고정(fixation)은 전이 섹션을 통한 절연된 코어를 갖는 섹션으로의 통로에서 모드 구조의 "프리징(freezing)"으로부터 유래한다. 본 발명에서 달성되는 낮은 손실은 다중코어 광섬유 및/또는 홀 붕괴의 특징적인 테이퍼링에 의해 수행되는, 슈퍼모드의 일정한 자극의 결과이다. 스플라이스의 홀 붕괴는 스플리터로 역할을 하는 장치를 생성하지만, 손실은 일반적으로 높다.
본 발명에 따른 장치는 또한 다음과 같은 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 2개의 파장이 입력 광섬유에서 전파될 때, 이들의 각각에 대해 다른 경로가 존재하며, 수반되는 각각의 주어진 파장은 다중코어 광섬유, 특히 듀얼코어 광섬유의 2개의 코어 중 하나에 완전히 위치하게 될 것이다. 따라서, 테이퍼링 및/또는 홀 붕괴 파라미터는 입력 광섬유에서 전파된 2개의 파장을 다중코어 광섬유의 개별 코어로 분리하고, 연속적으로 출력 광섬유로 분리할 수 있도록 선택될 수 있다. 특정 코어로 파장을 분리하는 동일한 원리는 이 예에서 설명한 2개의 코어보다 더 많은 수의 코어에 적용될 수 있으며, 더 많은 수의 파장에 적용될 수 있다.
특정 응용에서, 본 발명의 바람직한 실시 예에서, 신호는 단지 하나의 출력으로부터 수집된다. 이러한 상황은, 예를 들어 단지 파장이 분리되는 대신에 특정 파장이 필터링되어야 한다. 여기서, 장치의 작동 원리는 변하지 않지만, 요소의 목적은 변한다. 파장을 필터링할 때, 1개 또는 수개의 출력 광섬유가 사용되어, 나머지 광섬유는 사용되지 않거나 또는 하나의 광섬유가 출력에 스플라이싱될 수 있다. 하나의 광섬유를 출력에 스플라이싱하는 것은 기술적 관점에서 유리한다. 다양한 테이퍼 파라미터를 갖는 직렬 연결된 테이퍼 어댑터를 적용함으로써, 스펙트럼으로부터의 효과적인 파장 필터이 수행될 수도 있다.
또한, 테이퍼 파라미터를 적용하여 입력 전력에 비해 출력에서 제어된 전력%를 달성할 수 있다. 이 경우, 장치는 감쇠기(attenuator) 기능으로 동작한다. 이러한 요소는 광학 캐비티의 Q인자(Q-스위치로서 동작)를 조정하기 위해 광학 캐비티에 적용될 수 있다.
전술된 커플러 동작 원리는 다음과 같은 방식으로 유리하게 반전될 수 있다. 광신호의 빔은 절연된 코어를 갖는 다중코어 광섬유에 스플라이싱되는, 광섬유에 입력될 수 있다. 비-테이퍼진(non-tapered) 섹션에서, 전파는 입력 광섬유에서 전도되는 전파와 관련하여 특성을 변경시키지 않는다. 테이퍼진 및/또는 홀 붕괴 영역에서, 절연된 코어 동작에서 결합된 코어 동작으로 전파가 이동된다. 슈퍼모드가 생성되고, 결과적으로 이제 독립적으로 실행되는 신호가 병합된다. 적어도 하나의 단일코어 광섬유가 다중코어 광섬유에 스플라이싱된다. 이러한 방식으로, 적절한 전력 손실을 갖는 입력 코어로부터 병합된 신호가 출력 광섬유/광섬유들에 전파된다. 따라서, 시스템의 구조적 및/또는 기술적 변경을 요구하지 않지만, 입출력 장치의 관점에서 변경을 도입하는, 이하 결합기라고 하는, 스플리터 구성과 관련하여 "미러" 구성이다. 이런 타입의 구성 적용은 다음과 같을 수 있다. 상이한 파장이 입력 광섬유를 포함하는 각각의 광섬유에 전파될 때, 출력 광섬유/광섬유들의 출력에서 혼합된 신호가 얻어지며, 수개의 파장을 갖는 신호가 하나의 광섬유에 전파된다.
다른 실시 예에서, 본 발명에 따른 커플러는 제어된 어드레싱 모드를 위한 요소의 구성을 가능하게 하고, 굴절률이 감소된 구역(공간)에 의해 절연되는 코어를 갖는 다중코어 광섬유를 포함한다. 바람직하게, 다중코어 광섬유의 코어들 중 적어도 하나는 소수-모드 또는 복굴절(편광 모드를 분리시킴)이며, 이는 그 모드가 독립적으로 어드레싱될 수 있음을 의미한다(교환 가능 : 자극된, 여기된, 다중화된). 어드레싱 코어 및 어드레싱된 코어의 각각의 코어가 하나의 코어가 다른 코어로부터 하나의 코어를 절연시키는 절연 구조로 둘러싸여질 때, 바람직하게 상기 절연 구조가 굴절률이 낮고, 특히 홀들로 만들어진 영역의 형태를 가질 때, 바람직하게 공기 또는 다른 가스, 고체 또는 액체로 충전된다. 특히, 홀들은 광섬유 클래딩의 재료로 충전될 수 있으며, 그 다음 전체 클래딩은 코어들을 절연시키는 굴절률이 낮아진 영역으로 작용한다. 절연은 코어에서 낮은 효율의 슈퍼모드 생성(구축)을 유지하는 역할을 한다 . 비-감소(non-decreased) 절연 영역에서, 슈퍼모드는 모든 코어 쌍 사이의 최대 크로스토크가 -10dB보다 작도록 구축된다.
어드레싱된 코어, 그렇지 않으면 다중화된 코어(모드들 중 하나는 어드레싱되고/다중화됨)는 소수-모드 및/또는 복굴절이며 특정 모드의 유효 굴절률을 분리시킨다. 코어의 복굴절률은 임의의 공지된 방법, 예를 들어 코어의 타원도(ellipticity) 또는 코어 주위의 응력 상태에 의해 달성된다. '다중-모드' 및 '소수-모드'라는 용어는, 코어 광섬유가 사용된 파장에서 분리된 편광 모드를 포함하는, 적어도 2가지의 모드를 갖는, 모든 경우로서 이해된다. 문헌에서, 다중-모드 광섬유와 소수-모드 광섬유 사이에는 뚜렷한 차이가 없으므로, 이러한 용어는 본 발명의 후반부에서 서로 상보적으로 사용된다.
어드레싱된 코어의 부근에는, 적어도 하나의, 바람직하게 단일-모드 어드레싱 코어, 그렇지 않으면 다중화 코어(어드레싱된/다중화된 코어에서 특정 모드를 여기/어드레싱하는데 사용되는 모드를 갖는 코어)가 있고, 이는 어드레싱된 코어의 모드들 중 하나의 유효 굴절률에 대한 매칭되도록 선택되는 유효 굴절률을 갖는다. "특정 모드의 자극/여기"에 의하면, 이는 코어의 어드레싱을 의미하고, 따라서 코어들을 별도로 고려할 때, 모드들의 유효 굴절률을 조절함으로써 조정되는, 코어들에서 슈퍼모드를 효과적으로 구축하는(사실상 크로스토크의 관측) 능력을 의미한다. 절연을 감소시킨후, 코어가 커플링되므로, 개별 모드들에 대해서는 전혀 언급하지 않고 두 코어에서 생성된 슈퍼모드에 대해 언급한다.
모드들의 유효 굴절률의 선택은, 각각의 코어가 유효 굴절률을 분리시키고 다른 코어가 조절된 유효 굴절률을 가지는 방식으로, 2가지 역할을 한다. 첫째, 어드레싱 코어들 사이의 크로스토크를 감소시킨다(각 모드 쌍의 유효 굴절률을 분리함으로써 비효율적인 슈퍼모드를 구축). 둘째, 위상 매칭에 의해, 어드레싱 코어와 어드레싱된 코어 사이의 선택적인 크로스토크를 가능하게한다(슈퍼모드의 효율적인 구축). 축소된(감소된) 절연을 갖는 영역에서의 슈퍼모드의 다양한 성형 능력은 절연된 코어를 갖는 구조에서 모드의 유효 굴절률을 선택하기 때문에 가능해진다. 굴절률이 특정 모드들에 가까울수록, 더 효율적으로 슈퍼모드가 이들에 구축 될 것이고, 따라서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱 코어에 존재하는 전력에 대한 어드레싱된 모드(기본 모드, 고차 모드, 편광 모드)의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력은 커질 것이다.
절연된 코어를 갖는 적어도 듀얼코어, 다중코어 광섬유는 적어도 하나의 적어도 단일코어 입력 광섬유에 연결되고, 다중코어 광섬유의 반대편에는 적어도 하나의 단일 코어 출력 광섬유가 부착되며, 다중코어 광섬유에 부착된 입력 광섬유 및 출력 광섬유는 모세관에 배치될 수 있으며, 바람직하게 이들의 코어들이 다중코어 광섬유의 코어에 정렬되도록 에칭 및/또는 테이퍼질 수 있다(팬-인-팬-아웃 요소 타입). 다중코어 광섬유의 적어도 하나의 단편에서, 코어의 절연은 코어 부근의 굴절률이 감소된 영역의 크기를 감소(축소)시킴으로써 및/또는 이들의 구조를 붕괴시킴으로써 감소(축소)된다. 감소된 코어 절연의 영역에서, 슈퍼모드는 특정 어드레싱 코어/코어들 및 어드레싱된 코어/코어들에 구축되며, 그 형태에 따라 크로스토크가 결정된다. 다중코어 광섬유의 입력에서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어 광섬유의 출력에서 어드레싱된 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력의 비는 - 5dB보다 크고, 바람직하게 -3dB보다 크다. 단지 하나의 어드레싱 코어만이 여기되는 경우, 다중코어의 입력에서 초기에 여기된 어드레싱 코어에서 어드레싱 모드 형태의 전력에 대한 특정 어드레싱 코어/코어들 및 어드레싱된 코어/코어들에서 비-어드레싱된 모드(초기에 여기된 어드레싱 모드에 의한)의 형태로 다중코어의 출력에 존재하는 전력의 비는 -10dB보다 작고, 바람직하게 -14dB보다 작다. 슈퍼모드 구축의 높은 효율성(최종 크로스토크로서 정의된)은 절연을 감소시키기 전에 각 모드 쌍의 유효 굴절률을 조절함으로써 달성된다.
다중코어 광섬유의 구조는 바람직하게 적어도 하나의 위치에서, 적어도 섹션에서, 바람직하게 테이퍼지고 및/또는 그 구조 내의 홀들이 붕괴되고, 이는 어드레싱된 코어에서 어드레싱된 모드 형태의 전력 출현의 관측을 허용한다. 바람직하게, 테이퍼 및/또는 홀 붕괴의 길이는 300㎛이다. 테이퍼 및/또는 홀 붕괴의 길이는 바람직하게 다중코어 광섬유의 사용된 섹션의 길이와 동일한 최대 길이를 갖는다. 바람직하게, 테이퍼 비는 0-95%이다. 테이퍼 비는 테이퍼 웨이스트 영역에서 광섬유의 단면적의 백분율 감소로 해석되는 반면, 바람직한 실시 예에서는 이 단면적이 균일한 방식으로 감소된다. 바람직하게, 광섬유는 코팅을 갖는다.
바람직한 실시 예에서, 입력 단일코어 광섬유들, 사용된 파장에서의 단일-모드, 바람직하게 이들 중 7개는 다중코어 광섬유의 특정 코어들, 바람직하게 7-코어 광섬유에 스플라이싱된다. 다중코어 광섬유의 어드레싱 코어들의 굴절률 및 직경 프로파일은 다중코어 광섬유의 모든 어드레싱 모드가 상이한 유효 굴절률을 갖도록 선택된다. 어드레싱된 코어는 소수-모드이며, 그 모드의 굴절률이 선택되어, 어드레싱 코어들의 모드의 각 유효 굴절률에 적합하도록 선택된다. 비-감소된 절연 영역 및 슈퍼모드에서는 모든 코어 쌍들 사이의 최대 관측된 크로스토크가 -10dB보다 작도록 구축된다.
바람직하게 적어도 300㎛인, 특정 섹션에서, 코어를 분리하는 낮은 굴절률을 갖는 영역이 붕괴되거나 또는 이들의 치수가 감소되면(예를 들어, 테이퍼링에 의해), 코어 절연이 감소되고, 슈퍼모드가 구축되어 크로스토크가 증가한다. 다중코어 광섬유의 입력에서 어드레싱 모드 형태로 어드레싱 코드에 존재하는 파워에 대한 다중코어 광섬유의 출력에서 어드레싱된 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 파워의 비는 -5dB보다 크고, 바람직하게 -3dB보다 크다. 단지 하나의 어드레싱 코어만이 여기되는 경우, 다중코어의 입력에서 초기에 여기된 어드레싱 코어에서 어드레싱 모드 형태의 전력에 대한 특정 어드레싱 코어/코어들 및 어드레싱된 코어/코어들에서 비-어드레싱된 모드(초기에 여기된 어드레싱 모드에 의한)의 형태로 다중코어의 출력에 존재하는 전력의 비는 -10dB보다 작고, 바람직하게 -14dB보다 작다. 변경된 섹션의 단부에 나타나는 어드레싱된 모드들 각각의 전력 레벨 분포는 "프로즌(frozen)"되며, 이 조건은 다중코어 광섬유의 변경되지 않은 섹션에 의해 추가로 전송된다.
다중코어 광섬유의 출력단에는, 바람직하게 소수-모드 광섬유, 특히 단일코어가 스플라이싱되어, 다중코어 광섬유의 어드레싱된 코어와 동일하거나 유사한 특성을 갖는다. 따라서, 소수-모드 광섬유에서, 전송은 모드 다중화를 사용하여 실현된다. 그러므로, 코어 절연의 제어된 감소를 갖는 전술된 다중코어 광섬유는 소수-모드 광섬유에서 어드레싱 모드를 가능하게 하는, 요소(커플러)이다. 이 구성에서, 특히 7-코어 광섬유에서, 어드레싱 코어의 6가지의 기본 모드는 어드레싱된 코어에서 6가지의 고차 모드를 어드레싱한다. 어드레싱된 코어의 기본 모드는 초기에 이러한 코어에 광섬유를 스플라이싱함으로써 여기된다.
유사하게, 소수-모드 광섬유의 신호는 본 발명에 따른 커플러를 사용하여 역다중화될 수 있다 - 각각의 모드로 인코딩되는, 소수-모드 광섬유로 전송된 정보는 각각의 코어로, 또한 별도의 광섬유로 분리될 수 있다.
다른 바람직한 실시 예에서, 입력 단일코어 광섬유, 사용된 파장에서 단일-모드, 바람직하게 이들 중 3개는, 다중코어 광섬유, 바람직하게 4-코어 광섬유의 특정 코어들에 스플라이싱된다.
다중코어 광섬유의 어드레싱 코어의 굴절률 및 직경의 프로파일은 다중코어 광섬유의 모든 어드레싱 모드가 상이한 유효 굴절률을 갖도록 선택된다. 어드레싱된 코어는 소수-모드이며, 어드레싱된 코어의 모드의 굴절률은 어드레싱 코어에서 모드의 각 유효 굴절률에 적합하도록 선택된다. 비-감소 절연 영역에서, 슈퍼모드는 모든 코어 쌍들 사이의 최대 관측된 크로스토크가 -10dB보다 작도록 구축된다.
바람직하게 적어도 300㎛인, 특정 섹션에서, 코어를 분리하는 낮은 굴절률을 갖는 영역이 붕괴되거나 또는 이들의 치수가 감소되면(예를 들어, 테이퍼링에 의해), 코어 절연이 감소되고, 슈퍼모드가 구축되어 크로스토크가 증가한다. 다중코어 광섬유의 입력에서 어드레싱 모드 형태로 어드레싱 코드에 존재하는 파워에 대한 다중코어 광섬유의 출력에서 어드레싱된 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 파워의 비는 -5dB보다 크고, 바람직하게 -3dB보다 크다. 단지 하나의 어드레싱 코어만이 여기되는 경우, 다중코어의 입력에서 초기에 여기된 어드레싱 코어에서 어드레싱 모드 형태의 전력에 대한 특정 어드레싱 코어/코어들 및 어드레싱된 코어/코어들에서 비-어드레싱된 모드(초기에 여기된 어드레싱 모드에 의한)의 형태로 다중코어의 출력에 존재하는 전력의 비는 -10dB보다 작고, 바람직하게 -14dB보다 작다. 변경된 섹션의 단부에 나타나는 어드레싱된 모드들 각각의 전력 레벨 분포는 "프로즌"되며, 이 조건은 다중코어 광섬유의 변경되지 않은 섹션에 의해 추가로 전송된다.
다중코어 광섬유의 출력단에는, 바람직하게 소수-모드 광섬유, 특히 단일코어가 스플라이싱되어, 다중코어 광섬유의 어드레싱된 코어와 동일하거나 유사한 특성을 갖는다. 따라서, 소수-모드 광섬유에서, 전송은 모드 다중화를 사용하여 실현된다. 그러므로, 코어 절연의 제어된 감소를 갖는 전술된 다중코어 광섬유는 소수-모드 광섬유에서 어드레싱 모드를 가능하게 하는, 요소(커플러)이다. 이 구성에서, 어드레싱 코어의 3가지의 기본 모드는 어드레싱된 코어에서 1가지의 기본 모드 및 2가지의 고차 모드를 어드레싱한다.
유사하게, 소수-모드 광섬유의 신호는 본 발명에 따른 커플러를 사용하여 역다중화될 수 있다. 각각의 모드로 인코딩되는, 소수-모드 광섬유로 전송된 정보는 각각의 코어로, 또한 별도의 광섬유로 분리될 수 있다.
다른 바람직한 실시 예에서, 단일코어 광섬유는 신호가 어드레싱 코어에서 전파되는 다중 코어 광섬유, 바람직하게 듀얼 코어의 어드레싱 코어에 스플라이싱된다. 다중코어 광섬유의 어드레싱된 코어는 낮은 복굴절을 가진다 - 현재의 편광 모드는 유효 굴절률을 분리시킨다. 다중코어 광섬유의 어드레싱 코어는 낮은 복굴절을 가진다 - 현재의 편광 모드는 모드의 유효 굴절률을 동일하게 하며, 그것은 구어체로 단일모드 코어라고 한다. 어드레싱된 코어(편광 모드 x)에서의 편광 모드들 중 하나는 다중코어 광섬유의 어드레싱 코어에서 모드의 유효 굴절률과 동일한 유효 굴절률을 갖는다.
바람직하게 적어도 300㎛인, 특정 섹션에서, 코어를 분리하는 낮은 굴절률을 갖는 영역이 붕괴되거나 또는 이들의 치수가 감소되면(예를 들어, 테이퍼링에 의해), 코어 절연이 감소되고, 슈퍼모드가 구축되어 크로스토크가 증가한다. 다중코어 광섬유의 입력에서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어 광섬유의 출력에서 어드레싱된 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력의 비는 -5dB보다 더 크고, 바람직하게 -3dB보다 더 크다. 단지 하나의 어드레싱 코어만이 여기되는 경우, 다중코어의 입력에서 초기에 여기된 어드레싱 코어에서 어드레싱 모드 형태의 전력에 대한 특정 어드레싱 코어/코어들 및 어드레싱된 코어/코어들에서 비-어드레싱된 모드(초기에 여기된 어드레싱 모드에 의한)의 형태로 다중코어의 출력에 존재하는 전력의 비는 -10dB보다 작고, 바람직하게 -14dB보다 작다. 변경된 섹션의 단부에 나타나는 어드레싱 모드 각각의 전력 레벨 분포는 "프로즌"되며, 이 조건은 다중코어 광섬유의 변경되지 않은 섹션에 의해 추가로 전송된다.
하나의 편광 모드는 높은 복굴절을 갖는 어드레싱된 코어로 전파된다. 붕괴된 홀을 갖는 섹션 이후에, 신호는 높은 복굴절을 갖는 코어에서 전파되고, 단지 하나의 편광 모드가 효과적으로 여기된다. 높은 복굴절을 갖는 코어에는, 바람직하게 복굴절, 편광 유지 광섬유가 스플라이싱된다. 편광 모드를 어드레싱하는 이러한 방식은 특정 편광 모드를 효과적으로 어드레싱할 수 있어서, 광섬유 편광 분할기의 기능을 갖는 커플러를 구성한다.
다른 바람직한 실시 예에서, 단일코어 광섬유는 다중코어 광섬유, 바람직하게 3-코어의 어드레싱 코어에 스플라이싱된다. 다중코어 광섬유의 어드레싱 코어는 낮은 복굴절률을 갖는다 - 현재의 편광 모드는 유효 굴절률을 분리시킨다. 어드레싱 코어 부근에 있는 다중코어 광섬유의 어드레싱된 코어는 높은 복굴절을 갖는다 - 현재의 편광 모드는 유효 굴절률을 분리시킨다. 제1 어드레싱된 코어(편광 모드 x)의 편광 모드들 중 하나는 다중코어 광섬유의 어드레싱 코어의 모드의 유효 굴절률과 동일한 유효 굴절률을 가지며 제2 어드레싱된 코어(편광 모드 y)는 다중코어 광섬유의 어드레싱 코어의 모드의 유효 굴절률과 동일한 유효 굴절률을 갖는다.
바람직하게 적어도 300㎛인, 특정 섹션에서, 코어를 분리하는, 굴절률이 낮은 영역이 붕괴되거나 또는 이들의 치수가 감소되면(예를 들어, 테이퍼링에 의해), 코어 절연이 감소되고, 슈퍼모드가 구축되어 크로스토크가 증가한다 - 다중코어 광섬유의 입력에서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어 광섬유의 출력에서 어드레싱된 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력의 비는 바람직하게 -5dB보다 더 크고, 바람직하게 -3dB보다 작다. 단지 하나의 어드레싱 코어만이 여기되는 경우, 다중코어의 입력에서 초기에 여기된 어드레싱 코어에서 어드레싱 모드 형태의 전력에 대한 특정 어드레싱 코어/코어들 및 어드레싱된 코어/코어들에서 비-어드레싱된 모드(초기에 여기된 어드레싱 모드에 의한)의 형태로 다중코어의 출력에 존재하는 전력의 비는 -10dB보다 작고, 바람직하게 -14dB보다 작다. 변경된 섹션의 단부에 나타나는 어드레싱 모드 각각의 전력 레벨 분포는 "프로즌"되며, 이 조건은 다중코어 광섬유의 변경되지 않은 섹션에 의해 추가로 전송된다.
붕괴된 홀을 갖는 섹션 이후에, 신호는, 단지 하나의 편광 모드만이 효율적으로 여기되는, 높은 복굴절을 갖는 코어들에서 전파된다 - 제1 어드레싱 코어에서의 편광 모드 (x) 및 제2 어드레싱 코어에서의 편광 모드 (y). 높은 복굴절을 갖는 코어에는, 바람직하게 복굴절인, 편광 유지 섬유가 스플라이싱된다. 편광 모드를 어드레싱하는 이러한 방식은 특정 편광 모드를 효과적으로 어드레싱할 수 있어서, 편광을 유지하는 커플러(스플리터)를 구성한다.
다른 바람직한 실시 예에서, 복굴절 단일코어 광섬유는 다중코어 광섬유, 바람직하게 듀얼코어의 어드레싱 코어에 스플라이싱된다. 다중코어 광섬유의 어드레싱 코어는 높은 복굴절을 갖는다 - 현재 편광 모드는 유효 굴절률을 분리시킨다. 어드레싱 코어의 부근에 있는 다중코어 광섬유의 어드레싱된 코어는 또한 높은 굴절률을 갖는다 - 현재 편광 모드는 유효 굴절률을 분리시킨다. 바람직하게, 어드레싱 코어 및 어드레싱된 코어는 동질이다.
어드레싱된 코어는 편광 모드들(x 및 y)을 가지며, 이 모드들은 어드레싱 코어에서의 편광 모드들(x 및 y)의 굴절율과 매칭되는 유효 굴절율을 갖는다.
바람직하게 적어도 300㎛인, 특정 섹션에서, 코어를 분리하는, 낮은 굴절률을 갖는 영역이 붕괴되거나 또는 이들의 치수가 감소되면(예를 들어, 테이퍼링에 의해), 코어 절연이 감소되고, 슈퍼모드로 인해 크로스토크가 증가한다 . 다중코어 광섬유의 입력에서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어 광섬유의 출력에서 어드레싱된 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력의 비는 -5dB보다 더 크고, 바람직하게 -3dB보다 작다. 변경된 섹션의 단부에 나타나는 어드레싱된 모드 각각의 전력 레벨 분포는 "프로즌"되며, 이 조건은 다중코어 광섬유의 변경되지 않은 섹션에 의해 추가로 전송된다.
붕괴된 홀을 갖는 섹션 이후에, 신호는 높은 복굴절을 갖는 코어들에서 전파되며, 편광 모드들이 여기된다 - 편광 모드(x 및 y). 높은 복굴절을 갖는 코어에는, 바람직하게 복굴절인, 편광 유지 섬유가 스플라이싱된다. 편광 모드를 어드레싱하는 이러한 방식은 특정 편광 모드를 효과적으로 어드레싱할 수 있어서, 편광을 유지하는 커플러(스플리터)를 구성한다.
다른 바람직한 실시예에서, 애드-드롭 다중화의 실현을 가능하게 하고, 이는 하나의 코어에서 전파하는 신호에/신호로부터 채널 중 하나를 추가/해제하는 것으로 구성되며, 다중코어 광섬유, 바람직하게 낮은 굴절률을 갖는 영역에 의해 절연된 코어를 갖는 듀얼코어가 사용된다. 다중코어 광섬유는 바람직하게 적어도 하나의 단일-모드 코어, 및 바람직하게 적어도 하나의 소수-모드 코어를 갖는다. 단일-모드 코어의 모드의 유효 굴절률은 소수-모드 코어에서의 모드 중 하나의 유효 굴절률과 매칭된다. 다중코어 광섬유, 바람직하게 듀얼코어 광섬유의 양면에는, 바람직하게 코어가 듀얼코어 광섬유의 코어와 매칭되는 코어를 갖는, 2개의 단일코어 광섬유가 부착된다. 비-감소된 절연 영역에서, 슈퍼모드는 모든 코어 쌍들 사이의 최대 관측된 크로스토크가 -10dB보다 작도록 구축된다(이들은 비효율적으로 구축됨).
바람직하게 적어도 300㎛인, 특정 섹션에서, 코어를 분리하는, 굴절률이 낮은 영역이 붕괴되거나 또는 이들의 치수가 감소되면(예를 들어, 테이퍼링에 의해), 코어 절연이 감소되고, 슈퍼모드가 구축되어 크로스토크가 증가한다. 다중코어 광섬유의 입력에서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어 광섬유의 출력에서 어드레싱된 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력의 비는 바람직하게 -5dB보다 더 크고, 바람직하게 -3dB보다 크다. 단지 하나의 어드레싱 코어만이 여기되는 경우, 다중코어의 입력에서 초기에 여기된 어드레싱 코어에서 어드레싱 모드 형태의 전력에 대한 특정 어드레싱 코어/코어들 및 어드레싱된 코어/코어들에서 비-어드레싱된 모드(초기에 여기된 어드레싱 모드에 의한)의 형태로 다중코어의 출력에 존재하는 전력의 비는 -10dB보다 작고, 바람직하게 -14dB보다 작다. 변경된 섹션의 단부에 나타나는 어드레싱 모드 각각의 전력 레벨 분포는 "프로즌"되며, 이 조건은 다중코어 광섬유의 변경되지 않은 섹션에 의해 추가로 전송된다.
단일-모드 코어의 모드와 소수-모드 코어의 모드 중 하나는 절연을 감소시키 전에 굴절률이 매칭되기 때문에, 슈퍼모드는 절연이 감소된 영역에 구축된다. 따라서, 단일모드 코어의 모드는 소수-모드 코어의 모드를 어드레싱하고 소수-모드 코어의 모드는 단일모드 코어의 모드를 어드레싱한다. 따라서, 애드-드롭 다중화기/역다중화기라고 불리는 일종의 다중화기/역다중화기를 실현할 수 있다. 그 다음, 단일-모드 코어와 소수-모드 코어는 둘다 어드레싱 및 어드레싱된 것이 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서, 광섬유는 광섬유를 변형시키거나 그 온도를 변화시키는 요소 상에, 특히 광섬유를 변형시키는 압전기 또는 기계 장치 상에 감겨지거나 또는 장착되며, 이는 테이퍼 길이, 테이퍼링의 장력을 변경할 수 있으며, 동일한 광학 스위치 기능에서 장치가 동작하는 동안, 특정 코어들 사이의 신호의 스위치를 발생시킨다.
본 발명의 주제는 실시 예 및 도면에 상세히 제시되었고, 이는 본 발명의 구성을 유발하지 않으며, 여기에 제시된 동작 원리로부터 도출된다.
도 1은 비율을 유지하지 않고 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 가시 단면(1A-1A)을 갖는 표준 단일-모드 광섬유(1)에 대한 미세구조형 다중코어 광섬유(2)의 결합에 대한 도면으로서, 그 다음 광섬유(2)는 가시 단면(3A-3A)을 갖는 모세관(3)에 배치된 출력 광섬유의 다발(bundle)로 스플라이싱된다.
도 2는 비율을 유지하지 않고 미세구조형 다중코어 광섬유의 테이퍼에 대한 클로즈업(close-up)을 나타내고, 단면(A-A)은 비-테이퍼진(non-tapered) 미세구조형 다중코어 광섬유를 나타내고, 단면(B-B)는 부분적으로 붕괴된 홀들을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유의 전이 테이퍼 영역을 나타내며, 단면(C-C)는 완전히 붕괴 된 홀을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유의 테이퍼 웨이스트(waist) 영역을 나타낸다.
도 3은 다중코어 광섬유의 테이퍼링을 나타내며, 여기서 섹션(a)는 전체 직경 중에서 (d1)의 비-테이퍼진 광섬유 영역이고, 섹션(b)는 감소/증가하는 테이퍼 직경의 전이 테이퍼 영역이며, 섹션(c)는 테이퍼 웨이스트 직경 (d2)을 특징으로 하는 테이퍼 웨이스트 영역이다.
도 4는 직경 (d3)의 코어 및 직경 (d4)의 클래딩(5)을 갖는 표준 단일-모드 광섬유(1)의 단면을 나타낸다.
도 5는 직경 (d5)의 코어(4), 직경 (d6)을 갖는 클래딩(5), 및 직경 (d7)을 갖는 공기 홀(6)들을 갖는, 테이퍼가 없는 모델 미세구조형의 7-코어 광섬유를 나타내며, 이는 본 발명을 구성하는데 사용될 수 있다.
도 6은 직경 (d8)을 갖는 부분적으로 붕괴된 홀(6)들, 직경 (d9)의 감소된 코어(4), 및 직경 (d10)의 감소된 클래딩(5)을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유를 나타낸다.
도 7은 직경 (dl1)의 감소된 코어(4) 및 직경 (d12)의 감소된 클래딩(5)을 특징으로 하는 완전히 붕괴된 홀들을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유를 나타낸다.
도 8은 모세관(7)에 배치된 표준 단일-모드 광섬유의 다발을 나타내며, 직경 (dl3)을 갖는 단일-모드 광섬유의 코어(4), 직경 (dl4)을 갖는 단일-모드 광섬유의 클래딩(5), 모세관의 내부 직경 (dl4) 및 모세관의 외부 직경 (dl5)이 표시된다.
도 9는 N×N 광섬유 커플러로서 동작하는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타낸다.
도 10은 2개의 입력(출력) 및 7개의 입력(출력)을 갖는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 단면 (4A-4A)에서는 모세관(7)의 기하학적 충전재으로서 기능하는 글라스 로드(glass rod)(8)가 표시된다.
도 11은 직경 (d5)의 코어(4), 직경 (d6)의 클래딩(5) 및 직경 (d7)의 공기 홀(6)들을 갖는, 테이퍼가 없는 모델 미세구조형 듀얼-코어 광섬유를 나타내며, 이는 본 발명을 구성하는데 사용될 수 있다.
도 12는 2개의 입력(출력) 및 1개의 출력(입력)을 갖는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 여기서 (1)은 단일-모드 광섬유이고, (2)는 다중-코어 광섬유이다.
도 13은 비율을 유지하지 않고 실시 예 6으로부터의 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 가시 단면(3A-3A)을 갖는 모세관(3)에 배치된 표준 단일-모드 광섬유(1)의 다발에 대한 가시적인 테이퍼진 섹션을 갖는 미세구조형 다중-코어 광섬유(2)의 결합에 대한 도면으로서, 그 다음 광섬유(2)는 가시 단면(9A-9A)을 갖는 소수-모드 광섬유(9)에 연결된다.
도 14는 직경 (d17)의 코어(10) 및 직경 (d16)의 클래딩(5)을 갖는, 실시 예 6으로부터의 소수-모드 광섬유(9)의 단면을 나타낸다.
도 15는 테이퍼링이 없고 홀이 붕괴되지 않는 실시 예 6으로부터의 예시적인 다중코어 광섬유를 나타내며, 직경 (d5.1-d5.6)의 단일-모드 코어(4.1-4.6), 직경 (d17)의 소수-모드 코어(10), 격자 상수(Λ), 직경 (d6)의 클래딩(5) 및 직경 (d7)의 공기 홀(6)들을 갖는다.
도 16은 또한 비율을 유지하지 않고 실시 예 6으로부터의 미세구조형 다중코어 광섬유의 테이퍼에 대한 클로즈업을 나타내고, 단면 A-A는 비-테이퍼진 미세구조형 다중코어 광섬유를 나타내고, 단면 B-B는 부분적으로 붕괴 된 홀을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유의 전이 테이퍼 영역을 나타내며, 단면 C-C는 완전히 붕괴된 홀을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유의 테이퍼 웨이스트 영역을 나타낸다.
도 17은 비율을 유지하지 않고 소수-모드 광섬유(9)의 시작과 끝 부분에 대응하여 다중화기와 역다중화기를 구성하기 위해 실시 예 6으로부터의 본 발명에 따른 커플러로 구성되는 공간 다중화에 기초한 전송 시스템을 나타낸다.
도 18은 비율을 유지하지 않고 실시 예 7로부터의 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 모세관(3)에 배치된 표준 단일-모드 광섬유(1)의 다발에 대한 가시적인 테이퍼진 섹션을 갖는 미세구조형 4-코어 광섬유(2)의 결합에 대한 도면으로서, 그 다음 광섬유(2)는 가시 단면(9A-9A)을 갖는 소수-모드 광섬유(9)에 연결된다.
도 19는 테이퍼링이 없고 홀이 붕괴되지 않는 실시 예 7로부터의 예시적인 다중코어 광섬유를 나타내며, 직경 (d5.1-d5.3)의 단일-모드 코어(4.1-4.3), 직경 (d17)의 소수-모드 코어(10), 격자 상수(Λ), 직경 (d6)의 클래딩(5) 및 직경 (d7)의 공기 홀(6)들을 가지며, 이는 본 발명을 구성하는데 사용될 수 있다.
도 20은 비율을 유지하지 않고 실시 예 8로부터의 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 단일-코어 광섬유(1)에 대한 가시적인 테이퍼진 섹션을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유(2)의 결합에 대한 도면으로서, 그 다음 광섬유(2)는 편광 유지 복굴절 광섬유(11)에 연결된다.
도 21은 테이퍼링이 없고 홀이 붕괴되지 않는 실시 예 8로부터의 예시적인 듀얼코어 미세구조형 광섬유를 나타내며, 직경 (d5)의 단일-모드 코어(4), 단축 (dl8) 및 장축 (d18)의 복굴절 코어(12), 격자 상수(Λ), 직경 (d6)의 클래딩(5) 및 직경 (d7)의 공기 홀(6)들을 가지며, 이는 본 발명을 구성하는데 사용될 수 있다.
도 22는 비율을 유지하지 않고 실시 예 9로부터의 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 단일코어 광섬유(1)에 대한 가시적인 테이퍼진 단면을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유(2)의 결합에 대한 도면으로서, 그 다음 광섬유(2)는 편광 유지 복굴절 광섬유(11)에 결합된다.
도 23은 테이퍼링이 없고 홀이 붕괴되지 않는 실시 예 9로부터의 예시적인 듀얼코어 미세구조형 광섬유를 나타내며, 직경 (d5)의 단일-모드 코어(4), 단축 (d18.1 및 d18.2) 및 장축(d19.1 및 d19.2)의 복굴절 코어(12.1 및 12.2), 격자 상수(Λ), 직경 (d6)의 클래딩(5) 및 직경 (d7)의 공기 홀(6)들을 가지며, 이는 본 발명을 구성하는데 사용될 수 있다.
도 24는 비율을 유지하지 않고 실시 예 10으로부터의 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 단일코어 복굴절 광섬유(13)에 대한 가시적인 테이퍼진 단면을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유(2)의 결합에 대한 도면으로서, 그 다음 광섬유(2)는 편광 유지 복굴절 광섬유(11)에 연결된다.
도 25는 테이퍼링이 없고 홀이 붕괴되지 않는 실시 예 10으로부터의 예시적인 듀얼코어 미세구조형 광섬유를 나타내며, 단축 (d18.1 및 d18.2) 및 장축(d19.1 및 d19.2)의 복굴절 코어(12.1 및 12.2), 격자 상수(Λ), 직경 (d6)의 클래딩(5) 및 직경 (d7)의 공기 홀(6)들을 가지며, 이는 본 발명을 구성하는데 사용될 수 있다.
도 26은 비율을 유지하지 않고 실시 예 11로부터의 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 단일코어 광섬유(1 및 9)에 대한 가시적인 테이퍼진 단면을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유(2)의 결합에 대한 도면으로서, 그 다음 광섬유(2)는 출력 단일-코어 광섬유(1 및 9)에 연결된다.
도 27은 테이퍼링이 없고 홀이 붕괴되지 않는 실시 예 11로부터의 예시적인 듀얼코어 미세구조형 광섬유를 나타내며, 직경 (d5)의 단일-모드 코어(4) 및 직경 (d17)의 소수-모드 코어(10), 격자 상수(Λ), 직경 (d6)의 클래딩(5) 및 직경 (d7)의 공기 홀(6)들을 가지며, 이는 본 발명을 구성하는데 사용될 수 있다.
도 2는 비율을 유지하지 않고 미세구조형 다중코어 광섬유의 테이퍼에 대한 클로즈업(close-up)을 나타내고, 단면(A-A)은 비-테이퍼진(non-tapered) 미세구조형 다중코어 광섬유를 나타내고, 단면(B-B)는 부분적으로 붕괴된 홀들을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유의 전이 테이퍼 영역을 나타내며, 단면(C-C)는 완전히 붕괴 된 홀을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유의 테이퍼 웨이스트(waist) 영역을 나타낸다.
도 3은 다중코어 광섬유의 테이퍼링을 나타내며, 여기서 섹션(a)는 전체 직경 중에서 (d1)의 비-테이퍼진 광섬유 영역이고, 섹션(b)는 감소/증가하는 테이퍼 직경의 전이 테이퍼 영역이며, 섹션(c)는 테이퍼 웨이스트 직경 (d2)을 특징으로 하는 테이퍼 웨이스트 영역이다.
도 4는 직경 (d3)의 코어 및 직경 (d4)의 클래딩(5)을 갖는 표준 단일-모드 광섬유(1)의 단면을 나타낸다.
도 5는 직경 (d5)의 코어(4), 직경 (d6)을 갖는 클래딩(5), 및 직경 (d7)을 갖는 공기 홀(6)들을 갖는, 테이퍼가 없는 모델 미세구조형의 7-코어 광섬유를 나타내며, 이는 본 발명을 구성하는데 사용될 수 있다.
도 6은 직경 (d8)을 갖는 부분적으로 붕괴된 홀(6)들, 직경 (d9)의 감소된 코어(4), 및 직경 (d10)의 감소된 클래딩(5)을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유를 나타낸다.
도 7은 직경 (dl1)의 감소된 코어(4) 및 직경 (d12)의 감소된 클래딩(5)을 특징으로 하는 완전히 붕괴된 홀들을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유를 나타낸다.
도 8은 모세관(7)에 배치된 표준 단일-모드 광섬유의 다발을 나타내며, 직경 (dl3)을 갖는 단일-모드 광섬유의 코어(4), 직경 (dl4)을 갖는 단일-모드 광섬유의 클래딩(5), 모세관의 내부 직경 (dl4) 및 모세관의 외부 직경 (dl5)이 표시된다.
도 9는 N×N 광섬유 커플러로서 동작하는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타낸다.
도 10은 2개의 입력(출력) 및 7개의 입력(출력)을 갖는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 단면 (4A-4A)에서는 모세관(7)의 기하학적 충전재으로서 기능하는 글라스 로드(glass rod)(8)가 표시된다.
도 11은 직경 (d5)의 코어(4), 직경 (d6)의 클래딩(5) 및 직경 (d7)의 공기 홀(6)들을 갖는, 테이퍼가 없는 모델 미세구조형 듀얼-코어 광섬유를 나타내며, 이는 본 발명을 구성하는데 사용될 수 있다.
도 12는 2개의 입력(출력) 및 1개의 출력(입력)을 갖는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 여기서 (1)은 단일-모드 광섬유이고, (2)는 다중-코어 광섬유이다.
도 13은 비율을 유지하지 않고 실시 예 6으로부터의 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 가시 단면(3A-3A)을 갖는 모세관(3)에 배치된 표준 단일-모드 광섬유(1)의 다발에 대한 가시적인 테이퍼진 섹션을 갖는 미세구조형 다중-코어 광섬유(2)의 결합에 대한 도면으로서, 그 다음 광섬유(2)는 가시 단면(9A-9A)을 갖는 소수-모드 광섬유(9)에 연결된다.
도 14는 직경 (d17)의 코어(10) 및 직경 (d16)의 클래딩(5)을 갖는, 실시 예 6으로부터의 소수-모드 광섬유(9)의 단면을 나타낸다.
도 15는 테이퍼링이 없고 홀이 붕괴되지 않는 실시 예 6으로부터의 예시적인 다중코어 광섬유를 나타내며, 직경 (d5.1-d5.6)의 단일-모드 코어(4.1-4.6), 직경 (d17)의 소수-모드 코어(10), 격자 상수(Λ), 직경 (d6)의 클래딩(5) 및 직경 (d7)의 공기 홀(6)들을 갖는다.
도 16은 또한 비율을 유지하지 않고 실시 예 6으로부터의 미세구조형 다중코어 광섬유의 테이퍼에 대한 클로즈업을 나타내고, 단면 A-A는 비-테이퍼진 미세구조형 다중코어 광섬유를 나타내고, 단면 B-B는 부분적으로 붕괴 된 홀을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유의 전이 테이퍼 영역을 나타내며, 단면 C-C는 완전히 붕괴된 홀을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유의 테이퍼 웨이스트 영역을 나타낸다.
도 17은 비율을 유지하지 않고 소수-모드 광섬유(9)의 시작과 끝 부분에 대응하여 다중화기와 역다중화기를 구성하기 위해 실시 예 6으로부터의 본 발명에 따른 커플러로 구성되는 공간 다중화에 기초한 전송 시스템을 나타낸다.
도 18은 비율을 유지하지 않고 실시 예 7로부터의 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 모세관(3)에 배치된 표준 단일-모드 광섬유(1)의 다발에 대한 가시적인 테이퍼진 섹션을 갖는 미세구조형 4-코어 광섬유(2)의 결합에 대한 도면으로서, 그 다음 광섬유(2)는 가시 단면(9A-9A)을 갖는 소수-모드 광섬유(9)에 연결된다.
도 19는 테이퍼링이 없고 홀이 붕괴되지 않는 실시 예 7로부터의 예시적인 다중코어 광섬유를 나타내며, 직경 (d5.1-d5.3)의 단일-모드 코어(4.1-4.3), 직경 (d17)의 소수-모드 코어(10), 격자 상수(Λ), 직경 (d6)의 클래딩(5) 및 직경 (d7)의 공기 홀(6)들을 가지며, 이는 본 발명을 구성하는데 사용될 수 있다.
도 20은 비율을 유지하지 않고 실시 예 8로부터의 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 단일-코어 광섬유(1)에 대한 가시적인 테이퍼진 섹션을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유(2)의 결합에 대한 도면으로서, 그 다음 광섬유(2)는 편광 유지 복굴절 광섬유(11)에 연결된다.
도 21은 테이퍼링이 없고 홀이 붕괴되지 않는 실시 예 8로부터의 예시적인 듀얼코어 미세구조형 광섬유를 나타내며, 직경 (d5)의 단일-모드 코어(4), 단축 (dl8) 및 장축 (d18)의 복굴절 코어(12), 격자 상수(Λ), 직경 (d6)의 클래딩(5) 및 직경 (d7)의 공기 홀(6)들을 가지며, 이는 본 발명을 구성하는데 사용될 수 있다.
도 22는 비율을 유지하지 않고 실시 예 9로부터의 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 단일코어 광섬유(1)에 대한 가시적인 테이퍼진 단면을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유(2)의 결합에 대한 도면으로서, 그 다음 광섬유(2)는 편광 유지 복굴절 광섬유(11)에 결합된다.
도 23은 테이퍼링이 없고 홀이 붕괴되지 않는 실시 예 9로부터의 예시적인 듀얼코어 미세구조형 광섬유를 나타내며, 직경 (d5)의 단일-모드 코어(4), 단축 (d18.1 및 d18.2) 및 장축(d19.1 및 d19.2)의 복굴절 코어(12.1 및 12.2), 격자 상수(Λ), 직경 (d6)의 클래딩(5) 및 직경 (d7)의 공기 홀(6)들을 가지며, 이는 본 발명을 구성하는데 사용될 수 있다.
도 24는 비율을 유지하지 않고 실시 예 10으로부터의 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 단일코어 복굴절 광섬유(13)에 대한 가시적인 테이퍼진 단면을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유(2)의 결합에 대한 도면으로서, 그 다음 광섬유(2)는 편광 유지 복굴절 광섬유(11)에 연결된다.
도 25는 테이퍼링이 없고 홀이 붕괴되지 않는 실시 예 10으로부터의 예시적인 듀얼코어 미세구조형 광섬유를 나타내며, 단축 (d18.1 및 d18.2) 및 장축(d19.1 및 d19.2)의 복굴절 코어(12.1 및 12.2), 격자 상수(Λ), 직경 (d6)의 클래딩(5) 및 직경 (d7)의 공기 홀(6)들을 가지며, 이는 본 발명을 구성하는데 사용될 수 있다.
도 26은 비율을 유지하지 않고 실시 예 11로부터의 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내며, 단일코어 광섬유(1 및 9)에 대한 가시적인 테이퍼진 단면을 갖는 미세구조형 다중코어 광섬유(2)의 결합에 대한 도면으로서, 그 다음 광섬유(2)는 출력 단일-코어 광섬유(1 및 9)에 연결된다.
도 27은 테이퍼링이 없고 홀이 붕괴되지 않는 실시 예 11로부터의 예시적인 듀얼코어 미세구조형 광섬유를 나타내며, 직경 (d5)의 단일-모드 코어(4) 및 직경 (d17)의 소수-모드 코어(10), 격자 상수(Λ), 직경 (d6)의 클래딩(5) 및 직경 (d7)의 공기 홀(6)들을 가지며, 이는 본 발명을 구성하는데 사용될 수 있다.
실시 예 1
본 발명에 따른 커플러는 입력 광섬유(1)를 포함하며, 그 다음 이 광섬유(1)는 7개의 출력 광섬유(3)의 다발에 스플라이싱되는, 미세구조형 7-코어 광섬유의 형태로 광섬유(2)에 스플라이싱된다.
신호는 표준 단일-모드 광섬유(1)(Corning사의 SMF-28e+)에서 전파되고, 그 다음 미세구조형 다중코어 광섬유(2)의 중심 코어로 전달된다.
단일-코어 광섬유(1)는, 바람직하게 융착 스플라이싱에 의해, 바람직하게 융착 스플라이싱 장치(Vytran GPX-3400 또는 Fujikura FSM70)를 사용하여, 다중코어 광섬유(2)에 스플라이싱된다.
다중코어 광섬유(2)에 전달된 후, 신호는 테이퍼(b, c)에 도달할 때까지 중심 코어에서 여전히 섹션(a)에서 전파된다. 바람직하게 5mm 이상의 테이퍼 (b) 섹션에서, 클래딩(5), 코어(4) 및 홀(6)의 직경인 광섬유의 단면적이 감소된다.
홀 단면적(6)의 감소는 소위 코어 절열 감소라는 전파 특성의 변화를 야기하며, 슈퍼모드의 생성으로 인해 임의의 코어/코어들로부터 나머지 코어들로의 전력 전달을 가능하게 한다. 따라서, 전파는 절연된 코어 동작에서 결합된 코어 동작으로 이동한다. 모든 코어로의 동일한 전력 분할은 홀이 완전히 붕괴된 섹션(c) 및 홀 직경이 감소/증가하는 섹션(b)에서 주로 수행된다. 섹션(c)의 길이는 5 mm이다. 섹션(c) 이후에는 테이퍼링 (b)의 전이 영역이 온다. 홀(6)들의 발생으로 인해, 각 코어의 전력이 독립적으로 계속 전파된다. 섹션(a)에서, 테이퍼를 통과 한 후에, 7개의 코어(4)가 있으며, 비례 양의 전력이 전파된다. 공기 홀(6)들의 발생으로 인해, 한 코어의 신호는 다른 코어의 신호 전파에 영향을 미치지 않으므로, 우리는 절연된 코어 전파를 다시 한번 다룬다. 7개의 코어가 신호를 전파하는 다중코어 광섬유는 단일의 단일-모드 광섬유(3)의 다발에 스플라이싱된다. 스플라이스는 융착 스플라이싱의 과정에서 형성되며, 다중코어 광섬유를 사용한 그런 장치 및 그 스플라이스의 제조는 적용가능한 문헌에 상세히 기술되어 있다. 단일-모드 광섬유(3)의 다발을 통과한 후, 독립된 단일-모드 광섬유에서 7개의 신호를 얻으며, 이 신호는 하나의 단일-모드 광섬유(1)에서 시작하여 특정 수신자로 리다이렉트(redirect)될 수 있다.
테이퍼진 섹션(b, c)은 b = 5 mm 및 c = 5 mm 값을 얻고, 다중코어 광섬유의 테이퍼 비는 다중코어 광섬유의 파라미터(코어 직경 d5 = 6.5㎛, 클래딩 직경 d6 = 125㎛, 홀 직경 d7 = 5.8㎛, 격자 상수 Λ = 8.2㎛)와 관련하여 20%이다(섹션(c)의 웨이스트 직경에서 최대 100㎛).
실시 예 2
바람직한 실시 예에서, 본 발명에 따른 커플러는 2개의 입력 광섬유(1)로부터 7개의 광섬유(3)의 다발로 전력을 분할하는데 사용되며, 이 예는 미세구조형 다중코어 광섬유(2)를 적용한다. 단일-모드 광섬유(1)는 코닝사의 SM F-28e+ 광섬유이다.
2개의 단일코어 광섬유(1)는 융착 스플라이싱에 의해, 융착 스플라이싱 장치(Vytran GPX-3400 또는 Fujikura FSM70)를 사용하여, 다중코어 광섬유(2)에 스플라이싱된다. 다중코어 광섬유(2)에 전달된 후, 신호는 테이퍼(b, c)에 도달할 때까지 2개의 코어에서 여전히 섹션(a)에서 전파된다. 바람직하게 5mm 이상의 테이퍼진 (b) 섹션에서, 클래딩(5), 코어(4) 및 홀(6)들의 직경인 광섬유의 단면적이 감소된다.
홀 단면적(6)의 감소는 소위 코어 절연 감소라는 전파 특성의 변화를 야기하여, 슈퍼모드의 생성으로 인해 초기에 동작된 2개의 코어로부터 나머지 코어들로 전력을 전달할 수 있다. 따라서, 전파는 절연된 코어 동작에서 결합된 코어 동작으로 이동한다. 모든 코어로의 동등한 전력 분할은 홀이 완전히 붕괴된 섹션(c) 및 홀 직경이 감소/증가하는 섹션(b)에서 주로 수행된다.
섹션(c)의 길이는 7 mm이다. 섹션(c) 이후에는 테이퍼링 (b)의 전이 영역이 온다. 홀(6)들의 발생으로 인해, 각 코어의 전력은 독립적으로 계속 전파된다. 섹션(a)에서, 테이퍼를 통과한 후에, 7개의 코어(4)가 있으며, 비례 양의 전력이 전파된다. 공기 홀(6)들의 발생으로 인해, 한 코어의 신호는 다른 코어의 신호 전파에 영향을 미치지 않으므로, 우리는 절연된 코어 전파를 다시 한번 다룬다. 7개의 코어가 신호를 전파하는 다중코어 광섬유는 단일의 단일-모드 광섬유(3)의 다발에 스플라이싱된다. 스플라이스는 융착 스플라이싱의 과정에서 형성되며, 다중코어 광섬유를 사용한 그런 장치 및 그 스플라이스의 제조는 적용가능한 문헌에 상세히 기술되어 있다. 단일-모드 광섬유(3)의 다발을 통과한 후, 독립된 단일-모드 광섬유에서 7개의 신호를 얻으며, 이 신호는 2개의 단일-모드 광섬유(1)에서 시작하여 특정 수신자로 리다이렉트될 수 있다.
테이퍼진 섹션(b, c)은 b = 5 mm 및 c = 5 mm 값을 얻고, 다중코어 광섬유의 테이퍼 비는 다중코어 광섬유의 파라미터(코어 직경 d5 = 6.5㎛, 클래딩 직경 d6 = 125㎛, 홀 직경 d7 = 5.8㎛, 격자 상수 Λ = 8.2㎛)와 관련하여 20%이다(섹션(c)의 웨이스트 직경에서 최대 100㎛).
실시 예 3
도 9에 제시된 본 발명의 바람직한 실시 예에서, 본 발명은 7개의 입력 광섬유(1) 각각으로부터의 전력을 다발의 7개의 출력 광섬유(3) 각각에 커플링하는데 사용되고, 미세구조형 다중코어 광섬유(2)가 적용된다. 신호는 표준 단일-모드 광섬유(1)(코닝사의 SM F-28e+)에서 전파되고, 그 다음 미세구조형 다중코어 광섬유(2)의 코어로 전달된다.
단일-코어 광섬유(1)는 융착 스플라이싱에 의해, 융착 스플라이싱 장치 (Vytran GPX-3400 또는 Fujikura FSM70)를 사용하여, 다중코어 광섬유(2)에 스플라이싱된다. 다중코어 광섬유(2)로 전달된 후, 신호는 이들이 테이퍼링(b, c)에 도달할 때까지 다중코어 광섬유의 7개의 코어에서 여전히 섹션(a)에서 독립적으로 전파된다. 바람직하게 5 mm 이상의 테이퍼링 섹션(b)에서, 클래딩(5), 코어(4) 및 홀(6)들의 직경인 광섬유의 단면적이 감소된다. 홀 단면적(6)의 감소는 소위 코어 절연 감소라는 전파 특성의 변화를 야기하여, 슈퍼모드 생성으로 인해 코어들 사이에 신호를 전송할 수 있다. 따라서, 전파는 절연된 코어 동작에서 결합된 코어 동작으로 이동한다. 코어들 사이의 신호의 혼합은 홀이 완전히 붕괴된 섹션(c) 및 홀 직경이 감소/증가하는 섹션(b)에서 주로 수행된다. 섹션(c)의 길이는 7 mm이다. 섹션(c) 이후에는 테이퍼링(b)의 또 다른 전이 영역이 온다. 홀(6)들의 발생으로 인해, 각 코어의 전력은 독립적으로 계속 전파된다. 섹션(a)에서, 테이퍼링을 통과 한 후에, 7개의 코어(4)가 있으며, 비례 양의 전력이 전파된다. 공기 홀(6)의 발생으로 인해, 한 코어의 신호는 다른 코어의 신호 전파에 영향을 미치지 않으므로, 우리는 절연된 코어 전파를 다시 한번 다룬다. 7개의 코어가 신호를 전파하는 다중코어 광섬유는 단일의 단일-모드 광섬유(3)의 다발에 스플라이싱된다. 스플라이스는 융착 스플라이싱의 과정에서 형성되며, 다중코어 광섬유를 사용한 그런 장치 및 그 스플라이스의 제조는 적용가능한 문헌에 상세히 기술되어 있다. 단일-모드 광섬유(3)의 다발을 통과한 후, 독립된 단일-모드 광섬유에서 7개의 신호를 얻으며, 이 신호는 2개의 단일-모드 광섬유(1)에서 시작하여 특정 수신자로 리다이렉트될 수 있다.
테이퍼진 섹션(b, c)은 b = 5 mm 및 c = 7 mm 값을 얻고, 다중코어 광섬유의 테이퍼 비는 다중코어 광섬유의 파라미터(코어 직경 d5 = 6.5㎛, 클래딩 직경 d6 = 125㎛, 홀 직경 d7 = 5.8㎛, 격자 상수 Λ = 8.2㎛)와 관련하여 20%이다(섹션(c)의 웨이스트 직경에서 최대 100㎛).
실시 예 4
도 12에 제시된 본 발명의 다른 실시 예에서, 본 발명은 2개의 출력 광섬유 사이에서 전력을 스위칭하는 데 사용되며, 미세구조형 다중코어 광섬유(2)가 적용된다. 이 실시 예에서, 이것은 도 11에 제시된 듀얼코어 광섬유일 수 있다. 그 다음, 표준 단일-모드 광섬유(1)(코닝사의 SM F-28e+)에서 전파된 신호는 미세구조형 다중코어 광섬유(2)의 코어들 중 하나에 전달된다.
단일-코어 광섬유(1)는 융착 스플라이싱에 의해, 융착 스플라이싱 장치 (Vytran GPX-3400 또는 Fujikura FSM70)를 사용하여, 다중코어 광섬유(2)에 스플라이싱된다. 다중코어 광섬유(2)로 전달된 후, 신호는 이들이 테이퍼(b, c)에 도달할 때까지 다중코어 광섬유가 스플라이싱되는 코어에서 여전히 섹션(a)에서 독립적으로 전파된다. 바람직하게 6mm 이상의 테이퍼진 섹션(b)에서, 클래딩(5), 코어(4) 및 홀(6)들의 직경인 광섬유의 단면적이 감소된다. 홀 단면적(6)의 감소는 소위 코어 절연 감소라는 전파 특성의 변화를 야기하여, 슈퍼모드 생성으로 인해 신호를 전송하는 초기 코어로부터 제2 코어로의 전력 전달을 가능하게 한다. 따라서, 전파는 절연된 코어 동작에서 결합된 코어 동작으로 이동한다. 테이퍼의 길이에 따라, 신호는 코어들 사이에서 임의의 비율로 분리될 수 있다. 10mm의 테이퍼링(테이퍼 웨이스트 영역)의 경우, 신호는 단일코어 광섬유가 스플라이싱된 코어에서만 전파될 것이다. 8
만큼 연장된 테이퍼링(테이퍼 웨이스트 영역)의 경우, 신호는 인접 코어로 완전히 전달될 것이다. 중간 값은 여러 관계의 두 코어에서 전력이 전파되는 상황에 해당한다. 다중코어 광섬유(2) 상에 압전기가 감겨지거나 장착되면, 테이퍼의 길이를 변경시킬 수 있고, 장치가 동일한 광 스위치 기능에서 동작하는 동안, 특정 코어들 사이에서 신호의 스위칭을 유발할 수 있다.
테이퍼진 섹션(b, c)은 b = 5 mm 및 c = 10 mm 값을 얻고, 다중코어 광섬유의 테이퍼 비는 다중코어 광섬유의 파라미터(코어 직경 d5 = 6.6㎛, 클래딩 직경 d6 = 125㎛, 홀 직경 d7 = 6.6㎛, 격자 상수 Λ = 7.6㎛)와 관련하여 30%이다.
실시 예 5
도 12에 제시된 본 발명의 바람직한 실시 예에서, 본 발명은 2개의 입력 파장을 특정 출력 광섬유로 분리하는데 사용되며, 미세구조형 다중코어 광섬유(2)가 적용된다. 이 실시 예에서, 이것은 도 11에 제시된 듀얼코어 광섬유일 수 있다.
표준 단일-모드 광섬유(1)(코닝사의 SM F-28e+)에서 전파된 신호는 미세구조형 다중코어 광섬유(2)의 코어들 중 하나에 전달된다. 본 실시 예에서, 1550nm 및 1310nm의 2개의 파장이 입력 광섬유에서 전파된다. 단일코어 광섬유(1)는 융착 스플라이싱에 의해, 융착 스플라이싱 장치(Vytran GPX-3400 또는 Fujikura FSM70)를 이용하여, 다중코어 광섬유(2)에 스플라이싱된다. 다중코어 광섬유(2)로 전달된 후, 신호는 테이퍼(b, c)에 도달할 때까지 다중코어 광섬유가 스플라이싱된 코어에서 여전히 섹션(a)에서 전파된다. 바람직하게 3mm 이상의 테이퍼링 섹션(b)에서, 클래딩(5), 코어(4) 및 홀(6)의 직경인 광섬유의 단면적이 감소된다. 홀 단면적 (6)의 감소는 소위 코어 절연 감소라는 전파 특성의 변화를 유발하여, 초기 신호 전송 코어에서 제2 코어로의 신호 전달을 가능하게 한다. 슈퍼모드. 따라서 절연된 코어 동작에서 결합된 코어 동작으로 전파가 전달된다. 테이퍼의 길이에 따라, 신호는 코어들 사이에서 임의의 비율로 분리될 수 있다. 6mm의 테이퍼링(테이퍼 웨이스트 영역)의 경우, 1550nm의 파장은 단일코어 광섬유가 스플라이싱된 코어에서만 전파되며, 1310nm의 파장은 인접 코어에서만 전파될 것이다. 8
만큼 연장된 테이퍼링(테이퍼 웨이스트 영역)의 경우, 본 실시 예에서, 1550㎚와 980㎚의 다른 파장은 코어들 사이에서 효과적으로 분리될 것이다. 광섬유를 연장할 수 있기 때문에, 테이퍼링의 길이를 변경할 수 있고, 따라서 파장 분리의 다양한 구성을 생성하며, 여기에 특정된 파장에 대해, 두 파장을 특정 통신 채널로 분리할 수 있는 테이퍼 길이가 있다. 이러한 본 발명의 응용은 WDM(wavelength-division multiplexing) 커플러 개념의 구현이다.
테이퍼진 섹션(b, c)은 b = 3 mm 및 c = 6 mm 값을 얻고, 다중코어 광섬유의 테이퍼 비는 다중코어 광섬유의 파라미터(코어 직경 d5 = 6.6㎛, 클래딩 직경 d6 = 125㎛, 홀 직경 d7 = 6.6㎛, 격자 상수 Λ = 7.6㎛)와 관련하여 30%이다.
실시 예 6
본 발명에 따른 커플러는 제어된 어드레싱 모드를 위한 요소의 구성을 가능하게 하고, 공기로 충전된 홀의 형태로 굴절률이 낮은 영역(6)에 의해 절연된 코어를 갖는 다중코어(7-코어) 광섬유(2) 및 1550nm의 파장에서의 단일모드 코어(4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6)들을 포함하며, 이 단일모드 코어들은 스텝 굴절률 프로파일 및 기본 모드의 다른 유효 굴절률을 가진다. 팬-인/팬-아웃(fan-in/fan-out) 타입의 요소를 사용하여, 절연된 코어를 갖는 7-코어 광섬유(2)에는 7개의 입력 단일-코어 광섬유(1)가 모세관(3) 내에 배치되며, 다중코어 광섬유의 반대편에는 단일-코어 소수-모드 출력 광섬유(9)가 부착되고, 다중코어 광섬유(2)의 섹션에서는 절연 홀(6)의 구조가 붕괴됨으로써 절연이 감소된다. 미세구조형 요소들(홀 및 코어)의 기하학적 중점은 육각형 격자 상에 배열되고, 여기서 격자 상수(Λ)는 20㎛이고, 절연 홀들은 10㎛의 직경을 가지며, 코어(10) - 어드레싱된 코어 다중코어는 스텝 굴절률 프로파일을 가지며, 그것은 소수-모드가 아니고 특정 모드의 유효 굴절률을 분리시킨다. 어드레싱된 코어(10)의 부근에는, 스텝 굴절률 프로파일을 갖는 어드레싱 코어(4.1-4.6)가 있으며, 여기서 모드의 유효 굴절률은 어드레싱된 코어(10)에서 각각의 모드의 유효 굴절률에 매칭되도록 선택된다.
절연이 없는 영역에서는 슈퍼모드 구축이 감소되어, 모든 코어 쌍 사이의 최대 관측된 크로스토크가 -10dB보다 적다(이들은 비효율적으로 구축된다). 다중코어 광섬유(2)의 구조는 구조 내의 홀(6)들이 붕괴되도록 섹션이 변경되고, 그 섹션은 어드레싱 코어 및 어드레싱된 코어에서 효과적으로 슈퍼모드를 구축하는 충분한 길이를 갖는다. 홀(6)의 붕괴 길이는 5mm이고 테이퍼링 비는 0.5%이다.
코어를 분리하는 섹션(c) = 5mm 홀에서는, 코어 절연이 형성되는 것을 감소시키고(축소시키고), 슈퍼모드가 구축되어 크로스토크를 증가시키며, 다중코어 광섬유의 출력에서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어 광섬유의 입력에서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱 코어에 존재하는 전력의 비는 -3dB보다 크다. 하나의 어드레싱 코어만 여기시키는 경우, 특정 어드레싱 코어/코어들 및 어드레싱된 코어/코어들에서 비-어드레싱된 모드(초기에 여기 된 어드레싱 모드에 의한)의 형태로 다중코어의 출력에 존재하는 전력에 대한 다중코어의 입력에서 초기에 여기된 어드레싱 코어에서 어드레싱 모드의 형태로 된 전력의 비는 -14dB보다 작다. 변경된 섹션의 단부에 나타나는 어드레싱된 모드 각각의 전력 레벨의 분포는 "프로즌"되며, 이 조건은 다중코어 광섬유의 변경되지 않은 섹션에 의해 추가로 전송된다.
다중코어 광섬유(2)의 출력단에는 단일코어 소수-모드 광섬유(9)가 어드레싱된 코어(10), 다중코어 광섬유(2)와 동일하거나 유사한 특성으로 스플라이싱된다. 따라서, 단일코어 소수-모드 광섬유(9)에서는 7가지의 모드를 사용하여 모드 다중화가 수행된다. 따라서, 제어된 코어 절연 감소(축소)를 갖는 다중코어 광섬유에서의 전술한 커플러 구조는 소수-모드 광섬유에서 어드레싱 모드를 가능하게 하는 요소(커플러)이다.
유사하게, 소수-모드 광섬유의 신호는 본 발명에 따른 커플러로 역다중화될 수 있다. 특정 모드로 인코딩된 소수-모드 광섬유에서 전송된 정보는 개개의 코어들로 분리될 수 있고, 개별 광섬유들로 더 분리될 수 있다. 소수-모드 광섬유에 접속된 다중화기 및 역다중화기의 구성에서 커플러의 사용은 모드 다중화(도 17)를 사용하는 전송 시스템의 구성을 허용한다.
소수-모드 광섬유(9) 치수 : 클래딩 직경 dl6 = 125㎛; 소수-모드 코어(10) - 직경 d17 = 20㎛, 5.8 mol% GeO2로 도핑된 SiO2
다중코어 광섬유(2) 치수 :
- 소수-모드 코어(10) - 직경 d17 = 20㎛, 5.8 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 코어(4.1) - 직경 d5.1 = 12.6 ㎛, 5.8 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 코어(4.2) - 직경 d5.2 = 8㎛, 5.8 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 코어(4.3) - 직경 d5.3 = 6.4㎛, 5.8 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 코어(4.4) - 직경 d5.4 = 5.4㎛, 5.8 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 코어(4.5) - 직경 d5.5 = 4.5㎛, 5.8 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 코어(4.6) - 직경 d5.6 = 2㎛, 5.8 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 클래딩(5) - 직경 d6 = 250㎛, 0 mol% GeO2(실리카 글라스)로 도핑된 SiO2
- 격자 상수(Λ) = 20㎛
홀(6)들의 치수 : 직경 d7 = 10㎛
테이퍼 파라미터들 :
- 섹션(b) = 0 mm
- 섹션(c) = 5 mm
- 직경 d1 
d2 = 250㎛
- 테이퍼 비 = 0,5%(다름아닌 홀 붕괴로 초래된 테이퍼)
실시 예 6의 발명은 도 3, 도 13, 도 14, 도 15, 도 16 및 도 17에 도시되어 있다. 이 구성에서, 어드레싱 코어의 6가지의 기본 모드는 어드레싱된 코어의 6가지의 고차 모드를 어드레싱한다. 어드레싱된 코어에서의 기본 모드는 초기에 이런 코어에 광섬유를 스플라이싱 함으로써 여기된다.
실시 예 7
본 발명에 따른 커플러는 제어된 어드레싱 모드를 위한 요소의 구성을 가능하게 하고, 공기로 충전된 홀의 형태로 굴절률이 낮은 영역(6)에 의해 절연된 코어를 갖는 다중코어 광섬유(2) 및 1550nm의 파장에서의 단일모드 코어(4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6)들을 포함하며, 이 단일모드 코어들은 스텝 굴절률 프로파일 및 기본 모드의 다른 유효 굴절률을 가진다. 팬-인/팬-아웃 타입의 요소를 사용하여, 절연된 코어를 갖는 다중코어 - 4-코어 광섬유(2)에는 3개의 입력 단일-코어 광섬유(1)가 모세관(3) 내에 배치되며, 다중코어 광섬유의 반대편에는 단일-코어 소수-모드 출력 광섬유(9)가 부착되고, 다중코어 광섬유(2)의 섹션에서는 절연 홀(6)의 구조가 붕괴됨으로써 절연이 감소된다. 미세구조형 요소들(홀 및 코어)의 기하학적 중점은 육각형 격자 상에 배열되고, 여기서 격자 상수(Λ)는 20㎛이고, 절연 홀들은 10㎛의 직경을 가지며, 코어(10) - 어드레싱된 코어 다중코어는 스텝 굴절률 프로파일을 가지며, 그것은 소수-모드가 아니고 특정 모드의 유효 굴절률을 분리시킨다. 어드레싱된 코어(10)의 부근에는, 스텝 굴절률 프로파일을 갖는 어드레싱 코어(4.1-4.3)가 있으며, 여기서 모드의 유효 굴절률은 어드레싱된 코어(10)에서 각각의 모드의 유효 굴절률에 매칭되도록 선택된다. 절연이 없는 영역에서는 슈퍼모드 구축이 감소되어, 모든 코어 쌍 사이의 최대 관측된 크로스토크가 -10dB보다 적다(이들은 비효율적으로 구축된다).
다중코어 광섬유(2)의 구조는 구조 내의 홀(6)들이 붕괴되도록 섹션이 변경되고, 그 섹션은 어드레싱 코어 및 어드레싱된 코어에서 효과적으로 슈퍼모드를 구축하는 충분한 길이를 갖는다. 홀(6)의 붕괴 길이는 5mm이고 테이퍼링 비는 0.5%이다.
코어를 분리하는 섹션(c) = 5mm 홀에서는, 코어 절연이 형성되는 것을 감소시키고(축소시키고), 슈퍼모드가 구축되어 크로스토크를 증가시키며, 다중코어 광섬유의 출력에서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어 광섬유의 입력에서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱 코어에 존재하는 전력의 비는 -3dB보다 크다. 하나의 어드레싱 코어만 여기시키는 경우, 특정 어드레싱 코어/코어들 및 어드레싱된 코어/코어들에서 비-어드레싱된 모드(초기에 여기 된 어드레싱 모드에 의한)의 형태로 다중코어의 출력에 존재하는 전력에 대한 다중코어의 입력에서 초기에 여기된 어드레싱 코어에서 어드레싱 모드의 형태로 된 전력의 비는 -14dB보다 작다. 변경된 섹션의 단부에 나타나는 어드레싱된 모드 각각의 전력 레벨의 분포는 "프로즌"되며, 이 조건은 다중코어 광섬유의 변경되지 않은 섹션에 의해 추가로 전송된다.
다중코어 광섬유(2)의 출력단에는 단일코어 소수-모드 광섬유(9)가 어드레싱된 코어(10) 다중코어 광섬유(2)와 동일하거나 유사한 특성으로 스플라이싱된다. 따라서, 단일코어 소수-모드 광섬유(9)에서는 3가지의 모드를 사용하여 모드 다중화가 수행된다. 따라서, 제어된 코어 절연 감소(축소)를 갖는 다중코어 광섬유에서의 전술한 커플러 구조는 소수-모드 광섬유에서 어드레싱 모드를 가능하게 하는 요소(커플러)이다.
유사하게, 소수-모드 광섬유의 신호는 본 발명에 따른 커플러로 역다중화될 수 있다. 특정 모드로 인코딩된 소수-모드 광섬유에서 전송된 정보는 개개의 코어들로 분리될 수 있고, 개별 광섬유들로 더 분리될 수 있다. 소수-모드 광섬유에 접속된 다중화기 및 역다중화기의 구성에서 커플러의 사용은 모드 다중화를 사용하는 전송 시스템의 구성을 허용한다.
소수-모드 광섬유(9) 치수 : 클래딩 직경 dl6 = 125㎛; 소수-모드 코어(10) - 직경 d17 = 10㎛, 9 mol% GeO2로 도핑된 SiO2
다중코어 광섬유(2) 치수 :
- 소수-모드 코어(10) - 직경 d17 = 10㎛, 9 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 코어(4.1) - 직경 d5.1 = 10 ㎛, 2 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 코어(4.2) - 직경 d5.2 = 8㎛, 11.3 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 코어(4.3) - 직경 d5.3 = 10㎛, 6.1 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 클래딩(5) - 직경 d6 = 250㎛, 0 mol% GeO2(실리카 글라스)로 도핑된 SiO2
- 격자 상수(Λ) = 16㎛
홀(6)들의 치수 : 직경 d7 = 8㎛
테이퍼 파라미터들 :
- 섹션(b) = 2 mm
- 섹션(c) = 5 mm
- 직경 d1 = 250㎛
- 테이퍼 비 = 10%(d2=225㎛)
실시 예 7의 발명은 도 3, 도 18, 도 19에 도시되어 있다. 이 구성에서, 어드레싱 코어의 3가지의 기본 모드는 어드레싱된 코어의 기본 모드 및 2가지의 고차 모드를 어드레싱한다.
실시 예 8
본 발명에 따른 커플러는 제어된 어드레싱 모드를 위한 요소의 구성을 가능하게 하며, 모드의 상이한 유효 굴절률을 갖는 다중코어 광섬유(2)를 포함하고 다중코어 광섬유(2)의 코어들 중 하나 - 코어(12)는 복굴절이다. 어드레싱 코어의 부근에는, 1550nm의 파장에서의 단일모드 코어(4)가 있고, 이는 어드레싱 코어(12)에서의 편광 모드들 중 하나(편광 모드 x)의 유효 굴절률에 매칭하도록 선택되는 스텝 굴절률을 갖는다. 절연된 코어를 갖는 다중코어 광섬유(2)에는 입력 단일-코어 광섬유(1)가 부착되며, 다중코어 광섬유의 반대편에는 단일코어 복굴절 편광 유지 광섬유(11)가 부착되고, 다중코어 광섬유(2)의 섹션에서는 절연 홀(6)의 구조가 붕괴되고 광섬유를 테이퍼링함으로써 절연이 감소된다. 다중코어 광섬유(2)의 어드레싱 코어(12)는 스텝 굴절률을 가지며, 그것은 복굴절이고 특정 편광 모드의 유효 굴절률을 분리시킨다. 절연이 없는 영역에서는 슈퍼모드 구축이 감소되어 모든 코어 쌍 사이의 최대 관측된 크로스토크가 -10dB보다 적다(이들은 비효율적으로 구축된다).
다중코어 광섬유(2)의 구조는 구조 내의 홀(6)들이 붕괴되도록 섹션이 변경된다. 홀(6)의 붕괴 길이는 (c)=3mm이고, 전이 테이퍼 영역 (b) = 2mm이며, 테이퍼링 비는 20%이다.
코어를 분리하는 섹션(c) = 5mm 홀에서는, 코어 절연이 형성되는 것을 감소시키고(축소시키고), 슈퍼모드가 구축되어 크로스토크를 증가시키며, 다중코어 광섬유의 출력에서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어 광섬유의 입력에서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱 코어에 존재하는 전력의 비는 -4dB보다 크다. 또한, 어드레싱된 코어에서 비-어드레싱된 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어의 입력에서 초기에 어드레싱 모드의 형태로 된 전력의 비는 -12dB보다 작다. 변경된 섹션의 단부에 나타나는 어드레싱된 모드 각각의 전력 레벨의 분포는 "프로즌"되며, 이 조건은 다중코어 광섬유의 변경되지 않은 섹션에 의해 추가로 전송된다.
붕괴된 홀을 갖는 섹션 이후에, 신호는 높은 복굴절 코어에서 전파되고, 하나의 편광 모드만이 효과적으로 여기된다. 편광 유지 및 복굴절인, 출력 광섬유는 높은 복굴절률을 갖는 코어에 스플라이싱된다.
따라서, 코어 절연 축소(감소)가 제어되는 다중코어 광섬유에서의 전술한 커플러 구조는 광섬유 편광기의 구성에서 어드레싱 편광 모드를 가능하게 하는 요소(커플러)이다. 또한, 반대 구성에서 커플러를 사용할 수 있다.
다중코어 광섬유(2) 치수 :
- 코어(4) - 직경 d5 = 8.2㎛, 3.5 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 코어(12) - 단축 d18 = 6㎛, 장축 d19 = 12.4㎛, 3.5 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 클래딩(5) - 직경 d6 = 125㎛, 0 mol% GeO2(실리카 글라스)로 도핑된 SiO2
- 격자 상수(Λ) = 16㎛
홀(6)들의 치수 : 직경 d7 = 10㎛
테이퍼 파라미터들 :
- 섹션(b) = 2mm
- 섹션(c) = 3mm
- 직경 d1 = 125㎛
- 테이퍼 비 = 20%(d2=100㎛)
실시 예 8의 발명은 도 3, 도 20, 도 21에 도시되어 있다. 이 구성에서, 어드레싱 코어(4)의 기본 모드는 어드레싱된 코어(12)의 편광 모드를 어드레싱한다.
실시 예 9
본 발명에 따른 커플러는 제어된 어드레싱 편광 모드를 위한 요소의 구성을 가능하게 하며, 상이한 유효 굴절률의 코어를 갖는 다중코어(3-코어) 광섬유(2)를 포함하고, 다중코어 광섬유(2)의 코어들 중 2개 - 코어(12.1 및 12.2)는 복굴절이다. 어드레싱된 코어의 인접부에는 1550nm의 파장에서 스텝 굴절률을 갖는 단일모드 코어(4)가 있으며, 이 유효 굴절률은 어드레싱된 코어(12.1 및 12.2)에서의 편광 모드의 유효 굴절률에 매칭하도록 선택된다. 절연된 코어를 갖는 다중코어 광섬유(2)에는 입력 단일코어 광섬유(1)가 부착되고, 다중코어 광섬유의 반대쪽에는 단일코어 복굴절 편광 유지 광섬유(11)가 부착되고, 다중코어 광섬유(2)의 섹션에서는 절연 홀(6)들의 구조를 붕괴시키고 광섬유를 테이퍼링함으로써 절연이 감소된다. 다중코어 광섬유(2)의 어드레싱 코어(12.1 및 12.2)는 스텝 굴절률을 가지며, 이들은 복굴절이고 특정 편광 모드의 유효 굴절률을 분리한다. 절연이 없는 영역에서는 슈퍼모드 구축이 감소되어, 모든 코어 쌍 사이의 최대 관측된 크로스토크는 -10dB보다 적다(이들은 비효율적으로 구축된다).
다중코어 광섬유(2)의 구조는 구조 내의 홀(6)들이 붕괴되도록 섹션이 변경된다. 홀(6)의 붕괴 길이는 (c)=5mm이고, 전이 테이퍼 영역 (b) = 2mm이며, 테이퍼링 비는 10%이다.
코어를 분리하는 섹션(c) = 5mm 홀에서는, 코어 절연이 형성되는 것을 감소시키고(축소시키고), 슈퍼모드가 구축되어 크로스토크를 증가시킨다. 절연의 축소는 슈퍼모드 형성을 초래하고, 차례로 크로스토의 증가를 초래한다. 다중코어 광섬유의 출력에서 어드레싱된 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어 광섬유의 입력에서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력의 비는 -4dB보다 크다. 또한, 어드레싱된 코어에서 비-어드레싱된 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어의 입력에서 초기에 어드레싱 모드의 형태로 된 전력의 비는 -12dB보다 작다. 변경된 섹션의 단부에 나타나는 어드레싱된 모드 각각의 전력 레벨의 분포는 "프로즌"되며, 이 조건은 다중코어 광섬유의 변경되지 않은 섹션에 의해 추가로 전송된다.
붕괴된 홀을 갖는 섹션 이후에, 신호는 높은 복굴절 코어에서 전파되고, 하나의 편광 모드만이 효과적으로 여기된다. 편광 유지 및 복굴절인, 출력 광섬유는 높은 복굴절률을 갖는 코어에 스플라이싱된다.
따라서, 코어 절연 축소(감소)가 제어되는 다중코어 광섬유에서의 전술한 커플러 구조는 편광 상태를 분할하는 광섬유 편광기의 구성에서 어드레싱 편광 모드를 가능하게 하는 요소(커플러)이다. 또한, 반대 구성에서 커플러는 편광 결합기로서 사용될 수 있다.
다중코어 광섬유(2) 치수 :
- 코어(4) - 직경 d5 = 8.2㎛, 3.5 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 코어(12.1) - 단축 d18.1 = 6㎛, 장축 d19.1 = 12.2㎛, 3.5 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 코어(12.2) - 단축 d18.2 = 6㎛, 장축 d19.2 = 12.2㎛, 3.5 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 클래딩(5) - 직경 d6 = 125㎛, 0 mol% GeO2(실리카 글라스)로 도핑된 SiO2
- 격자 상수(Λ) = 16㎛
홀(6)들의 치수 : 직경 d7 = 10㎛
테이퍼 파라미터들 :
- 섹션(b) = 5mm
- 섹션(c) = 5mm
- 직경 d1 = 125㎛
- 테이퍼 비 = 10%(d2=112.5㎛)
실시 예 9의 발명은 도 3, 도 22, 도 23에 도시되어 있다. 이 구성에서, 어드레싱 코어(4)의 기본 모드는 어드레싱된 코어(12.1 및 12.2)의 편광 모드를 어드레싱한다.
실시 예 10
본 발명에 따른 커플러는 제어된 어드레싱 편광 모드를 위한 요소의 구성을 가능하게 하며, 복굴절인 코어(12.1 및 12.2)를 갖는 다중코어(듀얼코어) 광섬유(2)를 포함한다. 코어들은 동질이다. 절연된 코어를 갖는 다중코어 광섬유(2)에는 입력 단일코어 복굴절 편광 유지 광섬유(1)가 부착되고, 다중코어 광섬유의 반대편에는 단일코어 복굴절 편광 유지 광섬유(11)가 부착되고, 다중코어 광섬유(2)의 섹션에서는 절연 홀(6)들의 구조를 붕괴시키고 광섬유를 테이퍼링함으로써 절연이 감소된다.
모드의 상이한 유효 굴절률을 갖고 다중코어 광섬유(2)의 코어들 중 2개, 즉 코어(12.1 및 12.2)는 복굴절이다. 어드레싱 코어의 부근에는, 1550nm의 파장에서 단일모드 코어(4)가 있고, 이는 어드레싱 코어(12.1 및 12.2)들에서의 편광 모드의 유효 굴절률에 매칭하도록 선택되는 스텝 굴절률을 갖는다. 절연된 코어를 갖는 다중코어 광섬유(2)에는 입력 단일-코어 복굴절 편광 유지 광섬유(1)가 부착되며, 다중코어 광섬유의 반대편에는 출력 단일코어 복굴절 편광 유지 광섬유(11)가 부착되고, 다중코어 광섬유(2)의 섹션에서는 절연 홀(6)의 구조가 붕괴되고 광섬유를 테이퍼링함으로써 절연이 감소된다. 다중코어 광섬유(2)의 코어들은 스텝 굴절률을 가지며, 이들은 특정 편광 모드의 유효 굴절률을 분리시킨다. 절연이 없는 영역에서는 슈퍼모드 구축이 감소되어 모든 코어 쌍 사이의 최대 관측된 크로스토크가 -10dB보다 적다(이들은 비효율적으로 구축된다).
다중코어 광섬유(2)의 구조는 구조 내의 홀(6)들이 붕괴되도록 섹션이 변경된다. 홀(6)의 붕괴 길이는 (c)=5mm이고, 전이 테이퍼 영역 (b) = 2mm이며, 테이퍼링 비는 10%이다.
섹션(c) = 5mm에서, 코어를 분리하는 홀이 붕괴되면, 코어 절연을 감소(축소)되어, 크로스토크가 증가된다. 절연의 축소는 슈퍼모드의 구축을 가져오고, 결국 크로스토크가 증가한다 - 출력 다중코어 광섬유에서 어드레싱된 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어 광섬유의 입력에서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱 코어에 존재하는 전력의 비는 -3dB보다 크다.
또한, 어드레싱된 코어에서 비-어드레싱된 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어의 입력에서 초기에 어드레싱 모드의 형태로 된 전력의 비는 -12dB보다 작다. 변경된 섹션의 단부에 나타나는 어드레싱된 모드 각각의 전력 레벨의 분포는 "프로즌"되며, 이 조건은 다중코어 광섬유의 변경되지 않은 섹션에 의해 추가로 전송된다.
붕괴된 홀을 갖는 섹션 이후에, 높은 복굴절 코어에서 전파하고, 여기서 특정 복굴절 모드만이 효과적으로 여기된다 - (x) 및 (y). 복굴절 및 편광 유지성을 갖는 출력 광섬유(11)는 높은 복굴절을 갖는 코어에 스플라이싱된다.
따라서, 제어된 코어 절연 축소(감소)를 갖는 다중코어 광섬유에서의 전술한 커플러 구조는 광섬유 커플러(스플리터) 편광 유지 - 코어(12.1)의 시작 부분에 있는 신호가 코어들(12.1 및 12.2)로 분할되고 평광 상태가 유지됨 - 의 구성에서 편광 모드의 어드레싱을 가능하게 하는 요소(커플러)이다. 또한, 반대 구성에서 커플러는 편광 결합기로서 사용될 수 있다.
다중코어 광섬유(2) 치수 :
- 코어(12.1) - 단축 d18.1 = 6㎛, 장축 d19.1 = 12.4㎛, 3.5 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 코어(12.2) - 단축 d18.2 = 6㎛, 장축 d19.2 = 12.4㎛, 3.5 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 클래딩(5) - 직경 d6 = 125㎛, 0 mol% GeO2(실리카 글라스)로 도핑된 SiO2
- 격자 상수(Λ) = 16㎛
홀(6)들의 치수 : 직경 d7 = 10㎛
테이퍼 파라미터들 :
- 섹션(b) = 5mm
- 섹션(c) = 5mm
- 직경 d1 = 125㎛
- 테이퍼 비 = 10%(d2=112.5㎛)
실시 예 10의 발명은 도 3, 도 24, 도 25에 도시되어 있다. 이 구성에서, 어드레싱 코어(12.1)의 편광 모드는 어드레싱된 코어(12.2)의 편광 모드를 어드레싱한다.
실시 예 11
본 발명에 따른 커플러는 제어된 어드레싱 모드를 위한 요소의 구성을 가능하게 하며, 공기로 충전된 홀의 형태로 굴절률이 감소된 영역(6)에 의해 절연된 코어를 갖는 다중코어 광섬유(2)를 포함한다. 코어들(4.3) 중 하나는 1550nm의 파장에서 단일-모드이고, 스텝 굴절률 프로파일을 가지며, 제2 코어(10)는 소수-모드이고, 또한 스텝 굴절률을 갖는다. 절연된 코어를 갖는 다중코어(듀얼코어) 광섬유(2)에는 2개의 입력 단일코어 광섬유(1 및 9)가 부착되고, 다중코어 광섬유의 반대편에는 2개의 출력 단일코어 광섬유(1 및 9)가 부착되고, 다중코어 광섬유(2)의 섹션에서는 절연 홀(6)의 구조를 붕괴시킴으로써 절연이 감소된다. 미세구조형 요소들(홀 및 코어)의 거리는 격자 상수(Λ) = 20㎛와 동일하며, 절연 홀들은 10㎛의 직경이 가지고, 코어(10)(어드레싱된 코어 다중코어)는 스텝 굴절률 프로파일을 가지며, 소수-모드이고 특정 모드의 유효 굴절률을 분리시킨다. 어드레싱된 코어(10)의 부근에는, 스텝 굴절률 프로파일을 갖는 어드레싱 코어(4.3)가 있으며, 그 모드의 유효 굴절률은 이어드레싱된 코어(10)에서의 모드들 중 하나(제3 고차 모드)의 유효 굴절률에 매칭되도록 선택된다. 코어(4.3)의 모드와 코어(10)의 모드 중 하나가 유효 굴절률과 매칭되기 때문에, 절연이 감소하기 전에, 절연이 감소된 섹션에서, 슈퍼모드가 구축된다. 따라서, 코어(4.3)의 모드는 코어(10)의 모드를 어드레싱하며, 코어(10)의 모드는 코어(4.3)의 모드를 어드레싱한다. 결국, 애드-드롭 다중화기/역다중화기를 실현할 수 있다. 두 코어(4.3 및 10)는 동시에 어드레싱 코어 및 어드레싱된 코어가 된다.
절연이 없는 영역에서는 슈퍼모드 구축이 감소되어 모든 코어 쌍 사이의 최대 관측된 크로스토크가 -10dB보다 적다(이들은 비효율적으로 구축된다).
다중코어 광섬유(2)의 구조는 그 구조 내의 홀(6)들이 코어들(10 및 4.3)에서 슈퍼모드를 생성하기에 충분한 길이로 붕괴되도록 섹션이 변경된다. 홀(6)의 붕괴 길이는 (c)=5mm이고, 전이 테이퍼 영역 (b) = 2mm이며, 테이퍼링 비는 10%이다.
섹션(c) = 5mm에서, 코어를 분리하는 홀이 붕괴되면, 코어 절연이 감소(축소)되어, 크로스토크가 증가된다. 절연의 축소는 슈퍼모드의 구축을 가져오고, 결국 크로스토크가 증가한다. 출력 다중코어 광섬유에서 어드레싱된 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어 광섬유의 입력에서 어드레싱 모드의 형태로 어드레싱 코어에 존재하는 전력의 비는 -3dB보다 크다. 하나의 어드레싱 코어만이 여기되는 경우, 특정 어드레싱 코어/코어들 및 어드레싱된 코어/코어들에서 비-어드레싱된 모드(초기에 여기된 어드레싱 모드에 의한)의 형태로 다중코어의 출력에 존재하는 전력에 대한 다중코어의 입력에서의 초기에 여기된 어드레싱 코어에서 어드레싱 모드의 형태로 된 전력의 비는 -14dB보다 작다. 변경된 섹션의 단부에서 나타나는 어드레싱된 모드 각각의 전력 레벨의 분포는 "프로즌"되며, 이 조건은 다중코어 광섬유의 변경되지 않은 섹션에 의해 추가로 전송된다.
소수-모드 광섬유(9) 치수 : 클래딩(5) 직경 d6 = 125㎛, 코어 직경 d17 = 20㎛, 5.8 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
다중코어 광섬유(2) 치수 :
-소수모드 코어(10) - 직경 d17 = 20㎛, 5.8 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 코어(4.3), 직경 d5.3 = 6.4㎛, 5.8 mol% GeO2로 도핑된 SiO2;
- 클래딩(5) - 직경 d6 = 250㎛, 0 mol% GeO2(실리카 글라스)로 도핑된 SiO2
- 격자 상수(Λ) = 20㎛
홀(6)들의 치수 : 직경 d7 = 10㎛
테이퍼 파라미터들 :
- 섹션(b) = 2mm
- 섹션(c) = 5mm
- 직경 d1 = 250㎛
- 테이퍼 비 = 10%(d2=225㎛)
실시 예 11의 발명은 도 3, 도 26, 도 27에 도시되어 있다. 이 구성(다중화기)에서, 코어(4.3)의 모드는 코어의 제3 고차 모드를 어드레싱하고 코어(10)로부터의 제3 고차 모드는 코어(4.3)의 모드를 어드레싱한다. 또한, 소수-모드 코어에서는, 초기 여기 때문에 다른 모드가 전파된다. 이러한 구성에서, 다른 모드가 전파하는 코어(10)에 추가 신호를 부가하는 것이 가능하며, 이 코어에서 전파하는 다른 신호로부터 하나의 신호를 드롭하는 것이 가능하다. 예를 들어, 애드-드롭 다중화의 실현은 하나의 코어에서 전파되는 신호들에/신호들로부터 채널을 추가/해제하는 것으로 구성된다.
Claims (20)
- 절연된 코어를 갖는 다중코어 광섬유를 포함하고, 코어 절연이 코어 부근의 굴절률 감소로 특징지어진 영역의 발생으로 해석되는 본 발명에 따른 광섬유 커플러로서,
적어도 하나 및 최대 N개의 출력 광섬유(1 또는 9)에 연결되는, 절연 코어(4)를 갖는 추가 다중코어인, 적어도 듀얼-코어의 N-코어 광섬유(2)에 연결된 적어도 하나 및 최대 N개의 입력 광섬유(1 또는 9)를 포함하며, 코어 절연은 다중코어 광섬유(2)의 적어도 하나의 섹션에서 상기 절연 코어(4) 부근의 감소된 굴절률 영역 크기의 치수를 감소시킴으로써 감소되는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러. - 제1항에 있어서, 구성요소, 다중코어 광섬유(2)는 공기 홀(6) 형태의 절연체를 갖는 절연 코어(4)를 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 다중코어 광섬유(2)의 적어도 하나의 단편은 특정 섹션에서 테이퍼지고 그것의 공기 홀(6)은 붕괴되는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 다중코어 광섬유(2)의 적어도 하나의 단편 및 그것의 공기 홀(6)은 추가적인 테이퍼링없이 붕괴되는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 제1항 또는 제2항 또는 제4항에 있어서, 광섬유가 적용되어, 코어 절연이 감소된 섹션 전후의 코어(4) 절연이 -10dB 이하의 레벨에서 크로스토크의 발생을 보장하는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 제1항 또는 제2항 또는 제3항 또는 제4항 또는 제5항에 있어서, 코어 절연이 감소된 광섬유 섹션의 길이는 300㎛보다 길고, 설계된 신호 분할 레벨은 상기 길이 및 테이퍼 비 및/또는 공기 홀(6) 붕괴의 레벨에 의존하는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 제1항 또는 제2항 또는 제3항 또는 제4항 또는 제5항 또는 제6항에 있어서, 테이퍼 비는 0-95%이며, 상기 테이퍼 비는 광섬유의 단면적(6)의 백분율 감소로 해석되는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 다중코어 광섬유(2)에 연결되는 단일 광섬유(1)는 표준 단일-모드 광섬유인 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 추가 다중코어인, 적어도 듀얼-코어의 N-코어 광섬유(2)의 코어들 중 적어도 하나는 모드 또는 모드들이 여기되고 사용된 파장에서 다중-모드 또는 소수-모드, 및/또는 복굴절 코어인 어드레싱된 코어이고, 적어도 하나의 코어는 모드 또는 모드들이 어드레싱된 코어 또는 코어들에서 특정 모드 또는 모드들을 여기하는데 사용되고 사용된 파장에서 단일-모드 또는 다중-모드 또는 소수-모드 및/또는 복굴절인 어드레싱 코어이며, N-코어 광섬유(2)에는 적어도 하나 및 최대 N, 적어도 단일코어 입력 광섬유(1 또는 9 또는 13)에 연결되며, N-코어 광섬유(2)의 반대편에서는 적어도 하나, 최대 N, 적어도 단일코어 출력 광섬유(1 또는 9 또는 11)에 부착되고, N-코어 광섬유(2)의 적어도 하나의 섹션에서 코어의 절연이 감소되며, 다중코어 광섬유(2)의 출력에서 어드레싱된 코어에 존재하는 전력은 다중코어 광섬유(2)의 입력에서보다 큰 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 제9항에 있어서, 절연 구조는 공기 또는 가스로 충전된 홀(6), 또는 고체 또는 액체로부터 선택되는 감소된 굴절률을 갖는 영역의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 어드레싱 코어들은 상기 모드들의 상이한 유효 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 제9항 또는 제10항 또는 제11항에 있어서, 어드레싱된(10) 및 어드레싱 코어는 특정 모드들의 동일한 유효 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 제9항 또는 제10항 또는 제11항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 다중코어 광섬유의 입력에서 어드레싱 모드 형태의 어드레싱 코어에 존재하는 전력에 대한 다중코어 광섬유(2)의 출력에서 어드레싱된 모드의 형태로 어드레싱된 코어에 존재하는 전력의 비율의 값은 -5dB보다 큰 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 제9항 또는 제10항 또는 제11항 또는 제12항 또는 제13항에 있어서, 단지 하나의 어드레싱 코어만을 여기시키는 경우, 다중코어의 입력에서 초기에 여기된 어드레싱 코어에서 어드레싱 모드 형태의 전력에 대한 특정 어드레싱 코어/코어들 및 어드레싱된 코어/코어들에서 초기에 여기된 어드레싱 모드에 의해 비-어드레싱된 모드의 형태로 다중코어의 출력에 존재하는 전력의 비율의 값은 -10dB보다 작은 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 제9항 또는 제10항 제11항 또는 제12항 또는 제13항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 광섬유 테이퍼링 및/또는 그것의 홀(6)의 붕괴로서의 광섬유 변형의 길이는 다중코어 광섬유(2)의 사용된 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 감소된 굴절률을 갖는 영역들은 광섬유 클래딩(5) 재료로 충전되고, 전체 광섬유 클래딩은 감소된 굴절률을 갖는 영역의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 다중코어 광섬유(2)와 연결된 광섬유/광섬유들(1 또는 9 또는 13)은 단일-모드 광섬유(1) 및/또는 복굴절 광섬유(13) 및/또는 다중-모드 광섬유(9) 또는 소수-모드 광섬유(9)로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 다중코어 광섬유(2)와 연결된 광섬유/광섬유들(1 또는 9 또는 13)은 다중코어 광섬유의 코어들의 굴절률 프로파일과 호환되는 코어들의 굴절률 프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광섬유 커플러는 모드들이 역다중화되는 반대 구성으로 사용될 수 있고, 어드레싱 코어/코어들의 역할은 어드레싱된 코어/코어들에 의해 수행되고, 어드레싱된 코어/코어들의 역할은 어드레싱 코어/코어들에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
- 전술된 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어들간의 커플링, 및 그에 따른 신호 분할은 스트레칭에 의한 테이퍼의 길이 변경 및/또는 압축에 의한 텐션 및/또는 브렌딩 및/또는 트위스팅 및/또는 온도에 의해, 특히 광섬유를 압전 구조체에 감거나 또는 광섬유를 변형시키는 기계 장치를 사용함으로써 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러.
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