KR20190104221A - 광 섬유 및 이를 포함하는 광학 시스템 - Google Patents

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밍-준 리
안핑 류
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Abstract

가우신안 레이저 빔을 베셀 레이저 빔으로 변환시키기 위한 광 섬유는 전이 영역에 의해 제2세그먼트에 광학적으로 결합된 제1세그먼트를 포함할 수 있으며, 상기 제1세그먼트는 상기 제2세그먼트의 제2외경보다 큰 제1외경을 갖는다. 상기 제1세그먼트는 제1코어부와 함께 이 제1코어부 둘레로 확장하는 제1클래딩부를 포함할 수 있다. 상기 제1코어부는 상기 제1클래딩부에 대한 상대 굴절률을 갖는 환형 코어 영역을 가질 수 있다. 상기 제2세그먼트는 제2코어부와 함께 이 제2코어부 둘레로 확장하는 제2클래딩부를 포함할 수 있다. 상기 제2코어부는 상기 제2클래딩부에 대한 상대 굴절률을 갖고, 상기 제1환형 코어 영역의 상대 굴절률은 상기 제2코어부의 상대 굴절률과 실질적으로 동일할 수 있다.

Description

광 섬유 및 이를 포함하는 광학 시스템
본 출원은 35 U.S.C.§119 하에 2017년 1월 24일 출원된 미국 가출원 제62/449,706호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 특허 문헌의 내용은 참조를 위해 본 발명에 모두 포함된다.
본 명세서는 일반적으로 광 섬유에 관한 것으로, 좀더 구체적으로 가우시안 레이저 빔을 베셀 레이저 빔(Bessel laser beam)으로 변환시키기 위한 광 섬유 및 이를 포함하는 레이저 전달 시스템에 관한 것이다.
"완벽한" 베셀 레이저 빔이 빔 축을 따라 전파됨에 따라 회절(확산)하지 않기 때문에, 베셀 레이저 빔은 재료 처리 애플리케이션에 바람직할 수 있다. 따라서, 베셀 레이저 빔이 포커싱되면, 초점 심도는 종래의 가우스 레이저 빔보다 10배 이상 클 수 있다. 예를 들어, 1.06 마이크로미터(㎛) 파장을 갖는 가우시안 레이저 빔은 약 1 ㎛ 직경의 초점 스폿으로 포커싱될 수 있고, 약 1 ㎛의 초점 심도를 갖는다. 대조적으로, 동일한 파장(1.06 ㎛)을 갖는 베셀 레이저 빔은 동일한 초점 스폿 직경(1 ㎛)을 달성할 수 있고, 10 ㎛ 이상의 초점 심도를 갖는다. 그와 같은 초점 심도의 증가는 레이저 특성화 기술, 레이저 처리 기술 등에 바람직하다.
종래의 레이저 시스템은 베셀 레이저 빔과는 달리 빔 축을 따라 전파하면서 회절하는 가우시안 레이저 빔을 생성한다. 베셀 레이저 빔은 환형 개구, 액시콘 프리즘 또는 이들의 조합과 같은 자유-공간 광학 시스템을 사용하여 가우시안 레이저 빔으로부터 생성되거나 변환될 수 있다. 그러나, 자유-공간 광학 시스템은 부피가 크며 정렬 허용 오차가 낮고 비용이 높다.
따라서, 가우시안 레이저 빔을 베셀 레이저 빔으로 변환시키기 위한 대안의 장치가 필요하다.
일 실시예에 따르면, 제1세그먼트를 갖는 광 섬유는 전이 영역에 의해 제2세그먼트에 광학적으로 결합된다. 상기 제1세그먼트는 제1외경(D0)을 갖고, 상기 제2세그먼트는 상기 제1외경(D0)보다 작은 제2외경(d0)을 갖는다. 상기 제1세그먼트는 광 섬유의 축 방향 중심선으로부터의 반경(R1)을 갖는 제1코어부를 포함한다. 상기 제1코어부는 광 섬유의 축 방향 중심선 상에 중심을 둔 제1환형 코어 영역, 내부 반경(R0) 및 제1반경 방향 두께(TAC=R1-R0)를 갖는다. 외부 반경(R4), 내부 반경(R1) 및 반경 방향 두께(TCL=R4-R1)를 갖는 제1클래딩부는 상기 제1코어부 둘레로 확장한다. 상기 제1환형 코어 영역은 상기 제1클래딩부에 대한 상대 굴절률(ΔAC%)을 갖는다. 상기 제2세그먼트는 광 섬유의 축 방향 중심선으로부터의 반경(r1)을 갖는 제2코어부를 포함한다. 상기 제2코어부의 적어도 일부는 상기 제1환형 코어 영역에 광학적으로 결합되고, 상기 반경 R1은 상기 반경 r1보다 크다. 외부 반경(r4), 내부 반경(r1) 및 반경 방향 두께(tcl=r4-r1)를 갖는 제2클래딩부는 상기 제2코어부 둘레로 확장한다. 상기 제2클래딩부의 반경 방향 두께(tcl)는 상기 제1클래딩부의 반경 방향 두께(TCL)보다 작다. 상기 제2코어부는 상기 제2클래딩부에 대한 상대 굴절률(Δc%)을 가지며, 여기서 ΔAC%는 실질적으로 Δc%와 동일하다.
다른 실시예에 있어서, 전이 영역에 의해 제2세그먼트에 광학적으로 결합된 제1세그먼트를 갖는 광 섬유는 이 광 섬유의 축 방향 중심선 상에 중심을 두고 상기 제1세그먼트의 적어도 일부에 걸쳐 확장하는 채널 둘레에 배치된 제1환형 코어 영역을 갖는 상기 제1세그먼트를 포함한다. 제1클래딩부는 상기 제1환형 코어 영역 둘레로 확장한다. 상기 제2세그먼트는 상기 제1환형 코어 영역에 광학적으로 결합된 제2코어부 및 이 제2코어부 둘레로 확장하는 제2클래딩부를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 전이 영역에 의해 제2세그먼트에 광학적으로 결합된 제1세그먼트를 갖는 광 섬유는 제1외부 클래딩 영역을 갖는 제1클래딩부, 및 제1코어부와 상기 제1외부 클래딩 영역 간 배치된 제1저굴절률 트렌치를 갖는 상기 제1세그먼트를 포함한다. 상기 제2세그먼트는 제2외부 클래딩 영역을 갖는 제2클래딩부, 및 제2코어부와 제2외부 클래딩 영역 간 배치된 제2저굴절률 트렌치를 갖는다. 상기 제1저굴절률 트렌치는 제1내부 클래딩부에 의해 상기 제1코어부로부터 이격되고, 상기 제2저굴절률 트렌치는 제2내부 클래딩부에 의해 상기 제2코어부로부터 이격된다.
다른 실시예에 있어서, 전이 영역에 의해 제2세그먼트에 광학적으로 결합된 제1세그먼트를 갖는 광섬유는 제1환형 코어 영역 내에 배치된 제1중심 코어 영역을 갖는 상기 제1세그먼트를 포함한다. 상기 제1중심 코어 영역은 제1저굴절률 코어 영역에 의해 상기 제1환형 코어 영역으로부터 이격된다. 상기 제2세그먼트는 제2환형 코어 영역 내에 배치된 제2중심 코어 영역을 갖고, 상기 제2중심 코어 영역은 제2저굴절률 코어 영역에 의해 상기 제2환형 코어 영역으로부터 이격된다.
본원에 설명된 광 섬유의 추가적인 특징 및 이점들이 이하의 상세한 설명에 기술되며, 부분적으로는 통상의 기술자에게 자명하거나 또는 이하의 상세한 설명, 청구범위, 및 첨부된 도면을 포함하여, 본원에 기술된 실시예들을 실시함으로써 인식될 것이다.
상술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 다양한 실시예를 설명하고 청구 대상의 특성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 기초를 제공하도록 의도된 것으로 이해해야 한다. 첨부 도면은 다양한 실시예에 대한 이해를 돕기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 본원에 기술된 다양한 실시예를 기술하며, 그러한 설명과 함께 청구 대상의 원리 및 동작들을 설명하기 위해 제공된다.
본 발명에 따르면, 가우시안 레이저 빔을 베셀 레이저 빔으로 변환시키기 위한 장치를 제공할 수 있다.
도 1a는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 광 섬유의 측면도를 개략적으로 나타내고;
도 1b는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 광 섬유의 측면도를 개략적으로 나타내고;
도 2는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 도 1a의 광 섬유의 제1세그먼트의 반경 방향 단면도를 개략적으로 나타내고;
도 3은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 광 섬유의 유리부의 반경(R)의 함수로서 도 2의 광 섬유의 제1세그먼트의 상대 굴절률 프로파일을 그래픽으로 나타내고;
도 4는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 도 1a의 광 섬유의 제2세그먼트의 반경 방향 단면도를 개략적으로 나타내고;
도 5는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 광 섬유의 유리부의 반경(r)의 함수로서 도 4의 광 섬유의 제2세그먼트의 상대 굴절률 프로파일을 그래픽으로 나타내고;
도 6은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 도 1a의 광 섬유의 제1세그먼트의 반경 방향 단면도를 개략적으로 나타내고;
도 7은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 광 섬유의 유리부의 반경(R)의 함수로서 도 6의 광 섬유의 제1세그먼트의 상대 굴절률 프로파일을 그래픽으로 나타내고;
도 8은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 도 1a의 광 섬유의 제2세그먼트의 반경 방향 단면도를 개략적으로 나타내고;
도 9는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 광 섬유의 유리부의 반경(r)의 함수로서 도 8의 광 섬유의 제2세그먼트의 상대 굴절률 프로파일을 그래픽으로 나타내고;
도 10은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 도 1b의 광 섬유의 제1세그먼트의 반경 방향 단면도를 개략적으로 나타내고;
도 11은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 광 섬유의 유리부의 반경(R)의 함수로서 광 섬유의 제1세그먼트의 상대 굴절률 프로파일을 그래픽으로 나타내고;
도 12는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 도 1b의 광 섬유의 제2세그먼트의 반경 방향 단면도를 개략적으로 나타내고;
도 13은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 광 섬유의 유리부의 반경(r)의 함수로서 도 12의 광 섬유의 제2세그먼트의 상대 굴절률 프로파일을 그래픽으로 나타내고;
도 14는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 광 섬유를 사용하여 "무회절(diffraction-free)" 빔을 생성하기 위한 광학 시스템을 개략적으로 나타내고;
도 15는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 광 섬유를 사용하여 "무회절" 빔을 생성하기 위한 광학 시스템을 개략적으로 나타내고;
도 16은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 광 섬유를 사용하여 "하이브리드(hybrid)" 가우스-베셀 레이저 빔을 생성하기 위한 광학 시스템을 개략적으로 나타내며;
도 17은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 광 섬유를 사용하여 "하이브리드" 가우스-베셀 레이저 빔을 생성하기 위한 광학 시스템을 개략적으로 나타낸다.
본원에 나타낸 광 섬유들은 기존의 가우시안 레이저 빔을 베셀 레이저 빔으로 변환시키는데 사용될 수 있다. 베셀 빔은 비-회절 빔 또는 약한 회절 빔(본원에서 준 비-회절(quasi-non-diffracting) 빔이라고도 함)의 한 형태로, 즉 이하 수학적으로 정의된 바와 같이 낮은 빔 발산을 갖는 빔이다. 포커싱된 비-회절 빔 또는 준 비-회절 빔은 레이저 초점 라인을 형성한다. 그러한 레이저 초점 라인의 형성은 또한 이하 좀더 상세히 기술한다.
레이저 빔 발산은 빔 전파 방향(즉, Z 방향)으로의 빔 단면의 확대 비율을 지칭한다. 본원에 사용된 바와 같이, "빔 단면"이라는 문구는, 레이저 빔의 전파 방향에 수직인 평면에 따른, 예컨대 X-Y 평면에 따른 레이저 빔의 단면을 지칭한다. 본원에서 논의된 그러한 빔 단면의 일 예는 X-Y 평면에 위치한 표면(레이저 초점 라인의 단면) 상의 적어도 하나의 포커싱 요소(또는 포커싱 표면)와 관련하여 광 섬유에 의해 형성된 포커싱된 레이저 빔의 빔 스폿(beam spot)이다.
회절은 레이저 빔의 발산을 초래하는 하나의 인자이다. 다른 인자는 레이저 빔이 전파되는 광학 시스템, 또는 인터페이스에서의 굴절 및 산란에 의해 야기된 포커싱 또는 디포커싱(defocusing)을 포함한다. 본원에 기술된 광 섬유에 의해 제공되고 레이저 초점 라인을 형성하도록 포커싱된 레이저 빔은 작은 단면, 낮은 발산 및 약한 회절을 가질 수 있다. 레이저 빔의 발산은 레일리(Rayleigh) 범위 ZR로 특성화되는데, 이는 레이저 빔의 전파 계수 M2 및 강도 분포의 분산 s2와 관련된다. 다음 논의에서, 공식은 직교 좌표계를 사용하여 나타낼 것이다. 다른 좌표계에 대한 대응 식은 당업자에게 공지된 수학적 기술을 사용하여 얻을 수 있다. 빔 발산에 대한 추가의 정보는 SPIE 심포지엄 시리즈 Vol. 1224, p. 2 (1990)에서 A.E. Siegman에 의한 "New Developments in Laser Resonators"로 명칭된 논문 및 국제 학술지인 Optics Letters, Vol. 22 (5), 262 (1997)에서 R. Borghi와 M. Santarsiero에 의한 "M2 factor of Bessel-Gauss beams"로 명칭된 논문에서 찾을 수 있으며, 이들 개시의 모든 내용은 본원에 참조를 위해 포함된다. 또한, 추가의 정보는 "Lasers and laser-related equipment―Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios―Part 1: Stigmatic and simple astigmatic beams"로 명칭된 국제 표준 ISO 11146-1:2005(E), "Lasers and laser-related equipment―Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios―Part 2: General astigmatic beams"로 명칭된 국제 표준 ISO 11146-2:2005(E), 및 "Lasers and laser-related equipment―Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios―Part 3: Intrinsic and geometrical laser beam classification, propagation and details of test methods"로 명칭된 국제 표준 ISO 11146-3:2004(E)에서 찾을 수도 있으며, 이들 개시의 모든 내용은 본원에 참조를 위해 포함된다.
시간-평균 강도 프로파일 I(x, y, z)를 갖는 레이저 빔의 강도 프로파일의 중심의 공간 좌표는 다음의 식으로 주어진다:
Figure pct00001
(1)
Figure pct00002
(2)
이들은 또한 위그너(Wigner) 분포의 제1모멘트로도 알려져 있으며, ISO 11146-2:2005(E)의 섹션 3.5에 기술되어 있다. 이들 측정은 ISO 11146-2:2005(E)의 섹션 7에 기술되어 있다.
분산은 빔 전파의 방향으로 위치 z의 함수로서 레이저 빔의 강도 분포의 단면(X-Y) 평면에서의 폭의 척도이다.
임의의 레이저 빔에 대해, X-방향에서의 분산은 Y-방향에서의 분산과 다를 수 있다.
Figure pct00003
및
Figure pct00004
는 각각 X-방향과 Y-방향에서의 분산을 나타낸다. 특히, 관심의 대상은 근거리장(near field) 한계 및 원거리장(far field) 한계에서의 분산이다.
Figure pct00005
및
Figure pct00006
는 근거리장 한계에서 각각 X-방향과 Y-방향에서의 분산을 나타내고,
Figure pct00007
및
Figure pct00008
는 원거리장 한계에서 각각 X-방향과 Y-방향에서의 분산을 나타낸다. 푸리에 변환
Figure pct00009
(여기서 v x 및 v y 는 각각 X-방향 및 Y-방향에서의 공간 주파수이다)에 의한 시간-평균 강도 프로파일
Figure pct00010
을 갖는 레이저 빔의 경우, 상기 X-방향과 Y-방향에서의 근거리장 분산 및 원거리장 분산은 다음의 식에 의해 주어진다:
Figure pct00011
(3)
Figure pct00012
(4)
Figure pct00013
(5)
Figure pct00014
(6)
분산 양(
Figure pct00015
,
Figure pct00016
,
Figure pct00017
및
Figure pct00018
)들은 위그너 분포의 진단 요소(ISO 11146-2:2005(E) 참조)로 알려져 있다. 이들 분산은 ISO 11146-2:2005(E)의 섹션 7에 기술된 측정 기술들을 사용하여 실험용 레이저 빔에 대해 정량화될 수 있다.
요약하면, 그러한 측정은 선형 불포화 픽셀 검출기를 사용하여 분산 및 중심 좌표를 정의하는 적분 방정식의 무한 적분 영역을 근사화하는 유한 공간 영역에서 I(x, y)를 측정한다. 적절한 범위의 측정 영역, 배경 제거 및 검출기 픽셀 해상도는 ISO 11146-2:2005(E)의 섹션 7에 기술된 반복 측정 절차의 수렴에 의해 결정된다. 식 1 내지 6에 의해 주어진 표현의 수치 값들은 픽셀 검출기에 의해 측정된 강도 값들의 어레이로부터 수치적으로 산출된다.
이는, 임의의 광학 빔에 대한 횡단 진폭 프로파일
Figure pct00019
(여기서,
Figure pct00020
)와 임의의 광학 빔에 대한 공간-주파수 분포
Figure pct00021
(여기서,
Figure pct00022
)간 푸리에 변환 관계를 통해, 아래와 같이 나타낼 수 있다:
Figure pct00023
(7)
Figure pct00024
(8)
식 (7) 및 (8)에서,
Figure pct00025
및
Figure pct00026
는 각각 X-방향과 Y-방향에서의 허리 위치
Figure pct00027
및
Figure pct00028
에서 발생하는
Figure pct00029
및
Figure pct00030
의 최소 값들이고, λ는 빔의 파장이다. 식 (7) 및 (8)은 빔의 허리 위치와 관련된 최소값들로부터 어느 방향으로든 z로
Figure pct00031
와
Figure pct00032
가 2차적으로 증가하는 것을 나타낸다. 빔 전파 축(Z)을 중심으로 회전 대칭인 가우스 빔에서,
Figure pct00033
=
Figure pct00034
이고 허리 위치
Figure pct00035
=
Figure pct00036
이다.
식 (7) 및 (8)은 빔 전파 인자
Figure pct00037
의 관점에서 재기재될 수 있는데, 여기서 X-방향과 Y-방향에 대해 별도의 빔 전파 인자
Figure pct00038
및
Figure pct00039
가 다음과 같이 정의된다:
Figure pct00040
(9)
Figure pct00041
(10)
식 (9) 및 (10)의 재배열 및 식 (7) 및 (8)의 치환은 다음을 산출한다:
Figure pct00042
(11)
Figure pct00043
(12)
이는 아래와 같이 재기재될 수 있다:
Figure pct00044
(13)
Figure pct00045
(14)
여기서, X-방향과 Y-방향에서의 레일리 범위
Figure pct00046
및
Figure pct00047
는 아래에 의해 주어진다:
Figure pct00048
(15)
Figure pct00049
(16)
레이저 빔이 빔 전파 축을 중심으로 회전 대칭인 경우, 레일리 범위는
Figure pct00050
및
Figure pct00051
이다.
그러한 레일리 범위는 레이저 빔의 분산이 2배(빔 허리의 위치에서의 분산에 대한)가 되는 거리(ISO 11146-1:2005(E)의 섹션 3.12에 정의된 빔 허리의 위치와 관련)에 대응하며, 레이저 빔의 단면 영역의 발산의 척도이다. 상기 레일리 범위는 광 강도가 빔의 허리 위치(최대 강도의 위치)에서 관찰된 값의 절반으로 감쇠하는 빔 축에 따른 거리로서 관찰될 수도 있다. 큰 레일리 범위를 갖는 레이저 빔은 낮은 발산을 가지며 작은 레일리 범위를 갖는 레이저 빔보다 전파 방향으로 거리에 따라 더 느리게 확장한다.
상기의 공식은 레이저 빔을 기술하는 강도 프로파일
Figure pct00052
를 사용하여 모든 레이저 빔(가우스 빔 뿐만 아니라)에 적용할 수 있다. 가우시안 빔의 TEM00 모드의 경우, 그러한 강도 프로파일은 다음에 의해 주어진다:
Figure pct00053
(17)
여기서,
Figure pct00054
는 빔 강도가 빔 허리 위치(
Figure pct00055
)에서 빔의 피크 빔 강도의 1/e2로 감소하는 반경으로 정의된 반경이다. 식 (17)과 상기의 공식으로부터, TEM00 가우시안 빔에 대해 다음의 결과를 얻었다:
Figure pct00056
(18)
Figure pct00057
(19)
Figure pct00058
(20)
Figure pct00059
(21)
Figure pct00060
(22)
Figure pct00061
(23)
Figure pct00062
(24)
상기 나타낸 바와 같이, 레이저 빔이 빔 전파 축을 중심으로 회전 대칭인 경우, 레일리 범위는
Figure pct00063
=
Figure pct00064
=
Figure pct00065
이다. 회전 대칭 가우시안 빔에 대해
Figure pct00066
인 것 또한 주목해야 한다.
빔 단면은 형태와 치수에 특징이 있다. 그러한 빔 단면의 치수는 빔의 스폿 크기에 의해 특성화된다. 가우시안 빔의 경우, 스폿 크기는 빔의 강도가 식 (17)에서
Figure pct00067
로 나타낸 그 최대 값의 1/e2로 감소하는 반경 범위로 정의되는 경우가 많다. 가우시안 빔의 최대 강도는 중심에 대해 측정된 스폿 크기를 결정하기 위해 사용된 강도 분포 및 반경 범위의 중심(x=0 및 y=0(데카르트) 또는 r=0(원통형))에서 발생한다.
선대칭(즉, 빔 전파 축(Z)을 중심으로 회전 대칭)을 갖는 빔은 ISO 11146-1:2005(E)의 섹션 3.12에 명시된 바와 같이 빔 허리 위치에서 측정되는 단일 치수 또는 스폿 크기에 의해 특성화될 수 있다. 선대칭 가우시안 빔의 경우, 식 (17)은 스폿 크기가
Figure pct00068
와 같으며, 식 (18)에서
Figure pct00069
또는
Figure pct00070
에 대응한다는 것을 나타낸다. 그와 같은 선대칭 빔 단면에서,
Figure pct00071
=
Figure pct00072
이다.
스폿 크기는 선대칭 빔과 달리
Figure pct00073
인 비선대칭 빔 단면에 대해 유사하게 규정될 수 있다. 결과적으로, 2개의 스폿 크기 파라미터가 있는 비선대칭 빔의 단면 치수를 특성화해야한다. 즉, X-방향 및 Y-방향으로 각각
Figure pct00074
및
Figure pct00075
이고, 여기서
Figure pct00076
(25)
Figure pct00077
(26)
비선대칭 빔에 대한 축 방향(즉, 임의의 회전 각도) 대칭이 없다는 것은
Figure pct00078
및
Figure pct00079
의 값들의 산출 결과가 X-축 및 Y-축의 방위의 선택에 따라 달라진다는 것을 의미한다. 예를 들어, 일부의 실시예에 있어서, X-축은 비선대칭 빔 스폿(114)의 장축(116)일 수 있고, Y-축은 단축(115)일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 X-축은 단축(115)일 수 있고, Y-축은 장축(116)일 수 있다. ISO 11146-1:2005(E)는 이들 기준 축을 파워 밀도 분포(섹션 3-3.5)의 주축으로 부르고 다음의 기술에서는 X-축과 Y-축이 이들 주축과 정렬된다고 가정한다. 또한, 단면 평면에서 X-축 및 Y-축이 회전될 수 있는 각도 f(예컨대, X-축 및 Y-축 각각의 기준 위치에 대한 X-축 및 Y-축의 각도)는 비선대칭 빔에 대한 스폿 크기 파라미터의 최소 값(
Figure pct00080
) 및 최대 값(
Figure pct00081
)을 정의하는데 사용될 수 있다:
Figure pct00082
(27)
Figure pct00083
(28)
여기서,
Figure pct00084
이고,
Figure pct00085
이다. 빔 단면의 축 방향 비대칭의 크기는 종횡비로 정량화될 수 있고, 여기서 그러한 종횡비는
Figure pct00086
대
Figure pct00087
의 비율로 정의된다. 선대칭 빔 단면은 1.0의 종횡비를 갖는다.
상기 나타낸 바와 같이, 레이저 빔 발산은 레일리 범위로 특성화될 수 있다. 낮은 발산은 레일리 범위의 큰 값과 레이저 빔의 약한 회절과 관련이 있다.
대칭 빔의 경우, 레일리 범위는 X-방향 및 Y-방향에서 동일하며, 가우시안 강도 분포를 갖는 빔의 경우, 식 (22) 또는 식 (23)에 의해 표현된다. 선대칭 빔의 경우, 레일리 범위
Figure pct00088
와
Figure pct00089
는 동일다. 비선대칭 빔의 경우, 레일리 범위
Figure pct00090
와
Figure pct00091
는 동일하지 않다. 식 (15) 및 식 (16)은
Figure pct00092
및
Figure pct00093
가 각각
Figure pct00094
및
Figure pct00095
에 따라 다르고,
Figure pct00096
및
Figure pct00097
의 값이 X-축 및 Y-축의 방위에 따라 다르다는 것을 나타낸다. 비선대칭 빔의 경우,
Figure pct00098
및
Figure pct00099
의 값은 그에 따라 달라지며, 주축에 대응하는 최소 값과 최대 값을 가지며,
Figure pct00100
의 최소값은
Figure pct00101
로 표시되고
Figure pct00102
의 최소값은
Figure pct00103
로 표시된다. 임의의 빔 프로파일
Figure pct00104
및
Figure pct00105
에 대한, 가우시안 빔(식 (22) 또는 식 (23))의 레일리 범위를 특성화하는 공식은 다음에 의해 주어질 수 있다:
Figure pct00106
(29)
및
Figure pct00107
(30)
축 방향 대칭 가우시안 빔의 경우 ZR, min=ZRx, min=ZRy, min이다.
레이저 빔의 발산은 가장 작은 레일리 범위를 갖는 방향으로 더 짧은 거리에 걸쳐 발생하기 때문에, 가능한 한 ZR, min이 커지도록 레이저의 강도 분포를 제어하는 것이 바람직하다.
본원에 기술된 다른 실시예들에 있어서, ZR,min은 50 ㎛ 이상이고, 100 ㎛ 이상이고, 200 ㎛ 이상이고, 300 ㎛ 이상이고, 500 ㎛ 이상이고, 1 mm 이상이고, 2 mm 이상이고, 3 mm 이상이고, 5 mm 이상이고, 50 ㎛ 내지 10 mm 범위이고, 100 ㎛ 내지 5 mm 범위이고, 200 ㎛ 내지 4 mm 범위이고, 300 ㎛ 내지 2 mm 범위 등이다.
본원에 명시된 ZR,min에 대한 값 및 범위들은 식 (27)에 정의된 스폿 크기 파라미터
Figure pct00108
의 조절을 통해 상이한 레이저 파장들에 대해 달성될 수 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 각기 다른 실시예들에 있어서, 그러한 스폿 크기 파라미터
Figure pct00109
는 0.25 ㎛ 이상이고, 0.50 ㎛ 이상이고, 0.75 ㎛ 이상이고, 1.0 ㎛ 이상이고, 2.0 ㎛ 이상이고, 3.0 ㎛ 이상이고, 5.0 ㎛ 이상이고, 0.25 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위이고, 0.25 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 범위이고, 0.25 ㎛ 내지 2.5 ㎛ 범위이고, 0.50 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위이고, 0.50 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 범위이고, 0.50 ㎛ 내지 2.5 ㎛ 범위이고, 0.75 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위이고, 0.75 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 범위이고, 0.75 ㎛ 내지 2.5 ㎛ 범위 등이다.
본원에 기술된 광 섬유의 실시예들을 채용함으로써 형성된 레이저 빔의 레일리 범위는 동일한 파장을 갖는 가우시안 빔의 레일리 범위보다 클 수 있다. 따라서, 공통 파장(λ)에서, 가우시안 빔의 레일리 범위
Figure pct00110
에 대한
Figure pct00111
의 비율(식 (22) 또는 (23)에 명시된 바와 같은)은 2 이상일 수 있고, 5 이상일 수 있고, 10 이상일 수 있고, 25 이상일 수 있고, 50 이상일 수 있고, 100 이상일 수 있고, 250 이상일 수 있고, 500 이상일 수 있고, 1000 이상일 수 있고, 2 내지 1500 범위일 수 있고, 5 내지 1250 범위일 수 있고, 10 내지 1000 범위일 수 있고, 25 내지 1000 범위일 수 있고, 100 내지 1000 범위 등일 수 있다.
비-회절 또는 준 비-회절 레이저 빔은 일반적으로 비-단조적으로(non-monotonically) 반경을 감소시키는 것과 같은 복잡한 강도 프로파일을 갖는다. 가우시안 빔과 유사하게, 최대 강도의 1/e2로 강도가 감소하는 최대 강도(r=0)의 반경 방향 위치로부터, 임의의 방향에서, 가장 짧은 반경 방향 거리로서 비선대칭 빔에 대해 유효 스폿 크기
Figure pct00112
가 규정된다. 그러한 유효 스폿 크기
Figure pct00113
에 기초한 레일리 범위에 대한 기준은, 다음과 같이, 손상 영역을 형성하기 위한 비-회절 또는 준 비-회절 빔들(예를 들어, 베셀 빔들)로 명시될 수 있다:
Figure pct00114
(31)
여기서,
Figure pct00115
는 적어도 10, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 250, 적어도 500, 적어도 1000, 10 내지 2000 범위, 50 내지 1500 범위, 100 내지 1000 범위의 값을 갖는 무차원 발산 인자이다. 일부의 실시예에 있어서,
Figure pct00116
는 1000보다 크거나, 또는 심지어 2000보다 크다(즉, 레이저 빔은 본질적으로 비-회절이다). 식 (31)과 식 (22) 또는 식 (23)을 비교함으로써, 비-회절 또는 준 비-회절 빔에 있어서, 유효 빔 크기(즉, 유효 스폿 크기)가 2배인 식 (31)에서의 거리
Figure pct00117
는 통상적인 가우시안 빔 프로파일이 사용된 경우 예상된 거리의
Figure pct00118
배라는 것을 알 수 있다.
그러한 무차원 발산 인자
Figure pct00119
는 레이저 빔이 준 비-회절인지의 여부를 결정하기 위한 기준을 제공한다. 본원에 사용한 바와 같이, 레이저 빔은, 이러한 레이저 빔의 특성들이
Figure pct00120
≥10의 값을 갖는 식 (31)을 만족하면, 준 비-회절인 것으로 간주된다.
Figure pct00121
의 값이 증가함에 따라, 레이저 빔은 보다 완전하게 비-회절 상태에 근접한다.
충분히 작은 스폿 크기(약 1-5 마이크론(micron) 또는 약 1-10 마이크론과 같은 마이크론 범위의 스폿 크기와 같이)로 포커싱할 때 가우시안 강도 프로파일을 갖는 빔은 높게 회절하며 짧은 전파 거리에 걸쳐 크게 발산한다. 낮은 발산을 달성하기 위해, 회절을 감소시키도록 레이저 빔의 강도 분포를 제어하거나 최적화하는 것이 바람직하다. 레이저 빔은, 예를 들어 베셀 빔과 같이 비-회절 또는 준 비-회절일 수 있다.
다음의 용어는 본원에 기술된 광 섬유들과 연관되어 사용될 것이다.
본원에 사용된 용어 "굴절률 프로파일" 또는 "상대 굴절률 프로파일"은 그러한 굴절률 또는 상대 굴절률과 광 섬유의 반경 R(또는 r) 사이의 관계이다.
본원에 사용된 용어 "상대 굴절률"은 아래와 같이 정의된다:
Figure pct00122
여기서, n(r)은 달리 명시하지 않는 한 광 섬유의 반경 r(또는 R)에서의 굴절률이며, r=0은 광 섬유의 축 방향 중심선에 대응한다. 상대 굴절률은 달리 명시하지 않는 한 1550 nm에서 규정된다. 본원에 기술된 실시예에 있어서, 기준 굴절률(nREF)은 외부 클래딩의 굴절률이다. 본원에 사용한 바와 같이, 상대 굴절률은 달리 명시하지 않는 한 "Δ"로 표시하고 그 값은 "%" 단위로 주어진다. 영역의 굴절률이 기준 굴절률(nREF)보다 작은 경우, 상대 굴절률 퍼센트는 음이며, 저하된 영역, 저하된 굴절률 또는 저굴절률을 갖는 것으로 언급된다. 영역의 굴절률이 기준 굴절률(nREF)보다 큰 경우, 상대 굴절률 퍼센트는 양이며, 상기 영역은 양의 굴절률로 상승되거나 양의 굴절률을 가질 수 있다.
달리 명시하지 않는 한, 문자 'R', 'T' 및 'V'는 광 섬유의 제1세그먼트에 대해 각각 반경, 반경 방향 두께 및 볼륨(아래에 기술된)과 관련하여 사용되며, 문자 'r', 't' 및 'v'는 광 섬유의 제1세그먼트에 대해 각각 반경, 반경 방향 두께 및 볼륨과 관련하여 사용된다. 아래 첨자 'CH'는 광 섬유의 제1세그먼트에서 '채널'을 나타낸다. 아래 첨자 'AC' 및 'ac'는 각각 광 섬유의 제1세그먼트 및 제2세그먼트에서의 '환형 코어 영역'을 나타낸다. 아래 첨자 'C' 및 'c'는 각각 광 섬유의 제1세그먼트 및 제2세그먼트에서의 '코어부'를 나타낸다. 아래 첨자 'CL' 및 'cl'은 각각 광 섬유의 제1세그먼트 및 제2세그먼트에서의 '클래딩부'를 나타낸다. 아래 첨자 'OCL' 및 'ocl'은 각각 광 섬유의 제1세그먼트 및 제2세그먼트에서의 '외부 클래딩부'를 나타낸다. 아래 첨자 'ICL' 및 'icl'은 각각 광 섬유의 제1세그먼트 및 제2세그먼트에서의 '내부 클래딩부'를 나타낸다. 아래 첨자 'LIT' 및 'lit'는 각각 광 섬유의 제1세그먼트 및 제2세그먼트에서의 '저굴절률 트렌치'를 나타낸다. 아래 첨자 'LIC' 및 'lic'는 각각 광 섬유의 제1세그먼트 및 제2세그먼트에서의 '저굴절률 코어 영역'을 나타낸다. 아래 첨자 'CC' 및 'cc'는 각각 광 섬유의 제1세그먼트 및 제2세그먼트에서의 '중심 코어 영역'을 나타낸다.
본원에 사용된 용어 "트렌치"는 반경 방향 단면에서 상대적으로 더 높은 굴절률을 갖는 영역들에 의해 둘러싸인 광 섬유의 영역을 나타낸다.
본원에 사용된 용어 "업-도펀트(up-dopant)"는 순수한 도핑되지 않은 실리카 유리(SiO2)에 대해 유리의 굴절률을 높이는 도펀트를 나타낸다.
본원에 사용된 용어 "다운-도펀트(down-dopant)"는 순수한 도핑되지 않은 SiO2에 대해 유리의 굴절률을 낮추는 성질을 갖는 도펀트이다. 업-도펀트는 업-도펀트가 아닌 하나 이상의 다른 도펀트(예컨대, 다운-도펀트)가 수반될 때 음의 상대 굴절률을 갖는 광 섬유의 영역에 존재할 수 있다. 마찬가지로, 업-도펀트가 아닌 하나 이상의 다른 도펀트는 양의 상대 굴절률을 갖는 광 섬유의 영역에 존재할 수 있다. 다운-도펀트는 다운-도펀트가 아닌 하나 이상의 다른 도펀트(예컨대, 업-도펀트)가 수반될 때 양의 상대 굴절률을 갖는 광 섬유의 영역에 존재할 수 있다. 마찬가지로, 다운-도펀트가 아닌 하나 이상의 다른 도펀트는 음의 상대 굴절률을 갖는 광 섬유의 영역에 존재할 수 있다.
본원에 사용된 용어 "가우시안 레이저 빔"은 가우시안 강도 프로파일(가우시안 프로파일)을 갖고 그의 횡 자기장 및 전기장 진폭 프로파일이 가우시안 함수에 의해 주어진 단색 전자기 방사선의 빔을 나타낸다. 그러한 가우시안 레이저 빔은 선대칭 또는 비선대칭일 수 있는데, 즉 그러한 가우시안 레이저 빔은 장축 및 단축을 갖는 비대칭 빔 스폿을 형성하는 선대칭 빔 단면 또는 비선대칭 빔 단면을 가질 수 있다. 본원에 사용된 용어 "베셀 레이저 빔"은 제1종의 베셀 함수에 의해 기술된 진폭(베셀 프로파일)을 갖는 단색 전자기 방사선의 빔을 나타낸다. 그러한 베셀 레이저 빔은 선대칭 또는 비선대칭일 수 있는데, 즉 그러한 베셀 레이저 빔은 장축 및 단축을 갖는 비선대칭 빔 스폿을 형성하는 선대칭 빔 단면 또는 비선대칭 빔 단면을 가질 수 있다. 본원에 사용된 용어 하이브리드 가우스-베셀 레이저 빔(또는 "하이브리드" 가우스-베셀 레이저 빔")은 가우시안 프로파일 및 베셀 프로파일의 조합을 갖는 전자기 방사선의 빔을 나타낸다.
본원에 사용된 용어 "무회절" 빔은, 예를 들어 베셀 빔과 같은 비-회절 및 준 비-회절 빔을 나타낸다.
용어 "마이크로미터", "마이크론" 및 "㎛"는 본원에서 상호 교환적으로 사용된다.
이제 광 섬유 및 이를 포함하는 레이저 전달 시스템의 실시예들이 상세히 참조될 것이며, 그 예들이 첨부 도면에 나타나 있다. 도 1a는 광 섬유의 일 실시예의 측면도를 개략적으로 나타낸다. 본원에 기술된 광 섬유는 종래의 가우시안 레이저 빔을 베셀 레이저 빔으로 변환시키는데 사용될 수 있다. 광 섬유는 일반적으로 전이 영역에 의해 제2세그먼트에 결합된 제1세그먼트를 포함한다. 상기 제1세그먼트는 상기 제2세그먼트보다 큰 직경을 갖는다. 실시예들에 있어서, 상기 제1세그먼트는 광 섬유의 축 방향 중심선 상에 중심을 둔 제1환형 코어 영역을 갖는 제1코어부 및 상기 제1코어부 둘레로 확장되는 제1클래딩부를 포함한다. 상기 제1환형 코어 영역은 상기 제1클래딩부에 비해 더 큰 상대 굴절률을 갖는다. 상기 제2세그먼트는 상기 제2코어부 및 상기 제2코어부 둘레로 확장되는 제2클래딩 영역을 갖는다. 상기 제2코어부의 적어도 일부는 상기 제1환형부에 광학적으로 결합되고 상기 제2클래딩부에 비해 더 큰 상대 굴절률을 갖는다. 상기 제2세그먼트는 가우시안 레이저 빔의 전파를 지원하고 상기 제1세그먼트는 베셀 레이저 빔의 전파를 지원한다. 상기 제2세그먼트를 통해 전파되는 가우시안 레이저 빔은 전이 영역을 통과하여 상기 제1세그먼트로 통과함에 따라 베셀 레이저 빔으로 변환된다. 예를 들어, 가우시안 프로파일을 갖는 출력 빔을 방출하는 레이저 광원은 광 섬유의 제2세그먼트에 광학적으로 결합될 수 있고, 출력 빔이 전이 영역 및 제1세그먼트를 통해 전파됨에 따라 그 출력 빔의 가우시안 프로파일이 베셀 프로파일로 변환된다. 가우시안 레이저 빔을 베셀 레이저 빔으로 변환시키는 광 섬유의 다양한 실시예의 구조 및 구성은 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1a 및 2-5를 참조하면, 전이 영역(150)에 의해 제2세그먼트(130)에 광학적으로 결합된 제1세그먼트(110)를 갖는 광 섬유(100)의 일 실시예가 나타나 있다. 그러한 광 섬유(100)의 적어도 일부의 측면도는 도 1a에 나타나 있고, 상기 광 섬유(100)의 제1세그먼트(110) 및 제2세그먼트(130)의 반경 방향 단면도는 각각 도 2 및 4에 나타나 있으며, 상기 제1세그먼트(110) 및 제2세그먼트(130)에 대한 대응하는 상대 굴절률 프로파일은 각각 도 3 및 5에 나타나 있다. 상기 제1세그먼트(110)는 제1외경 'D0'을 갖고 상기 제2세그먼트(130)는 제2외경 'd0'을 갖는다(도 1a). 상기 제1외경(D0)은 상기 제2외경(d0)보다 크다. 실시예들에 있어서, 상기 제1외경(D0)은 약 0.2 밀리미터(mm) 내지 약 5.0 mm일 수 있고, 상기 제2외경(d0)은 약 0.1 mm 내지 약 4.5 mm일 수 있으며, 전이 영역(150)의 길이는 약 0.5 mm 내지 약 20 mm일 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 제1외경(D0)은 약 0.4 mm 내지 약 1.0 mm이고, 상기 제2외경(d0)은 약 0.2 mm 내지 약 0.9 mm이고, 상기 전이 영역(150)의 길이는 약 1 mm 내지 약 10 mm이다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1외경(D0)은 약 150 ㎛ 내지 약 250 ㎛이고, 상기 제2외경(d0)은 약 75 ㎛ 내지 약 225 ㎛이고, 상기 전이 영역(150)의 길이는 10 mm보다 크다. 상기 제2세그먼트(130)를 통해 전파되는 가우시안 레이저 빔 'GLB'는 포커싱될 때 베셀 레이저 빔 'BLB'를 형성하는 상기 제1세그먼트(110)를 통해 전파되는 링 형상 빔 RSB(또는 베셀 빔의 근거리장 버전)로 변환된다. 즉, 본원에 기술된 실시예들에 따르면, 그러한 링 형상 빔은 광학적으로 "근거리장"에 위치하며, 따라서 베셀 빔의 근거리장 버전이다. 포커싱 렌즈(들)는 이러한 링 형상 빔을 광학적인 "원거리장(far field)"으로 변환시켜 통상적인 베셀 프로파일 또는 베셀 레이저 빔 'BLB'를 생성한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1세그먼트(110), 제2세그먼트(130) 및 전이 영역(150)은 서로 일체로 형성되고 상기 광 섬유(100)의 테이퍼(taper) 비율(d0/D0)은 약 0.2 이상 및 약 0.9 이하이다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(100)의 테이퍼 율은 약 0.3 이상 및 0.9 이하이다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(100)의 테이퍼 비율은 약 0.3 이상 및 0.8 이하(예를 들어, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 또는 그들 사이)일 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 전이 영역(150)은, 예를 들어 1 mm 내지 10 mm, 또는 1 mm 내지 5 mm의 길이를 갖는다(예컨대, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm 또는 그 사이. 테이퍼가 섬유 인발 동안 생성되는 경우, 그러한 테이퍼진 영역(150)은 더 길 수 있는데, 예를 들어 길이가 10 mm - 5 m일 수 있다). 일부의 실시예에 있어서, 테이퍼진 영역(150)은 단열(adiabatic) 형상을 갖는다. 상기 광 섬유(100)의 제1세그먼트(110; 도 2 및 3)는 상기 광 섬유(100)의 축 방향 중심선(2) 상에 중심을 둔 제1코어부(112)를 갖는다. 상기 제1코어부(112)는 상기 제1환형 코어 영역(113)을 포함할 수 있다. 상기 제1클래딩부(122)는 상기 제1코어부(112) 둘레로 확장될 수 있다. 상기 광 섬유(100)의 제2세그먼트(130; 도 4 및 5)는 제2코어부(132)를 가질 수 있고, 상기 제2코어부(132)의 적어도 일부는 상기 제1코어부(112)에 광학적으로 결합된다. 제2클래딩부(142)는 상기 제2코어부(132) 둘레로 확장될 수 있다.
도 1a, 2 및 3을 참조하면, 도 1a의 광 섬유(100)의 제1세그먼트(110)의 반경 방향 단면도가 도 2에 개략적으로 나타나 있고, 단면의 중심선에 대한 상기 반경 방향 단면도의 상대 굴절률 프로파일이 도 3에 그래픽으로 나타나 있다. 상기 제1세그먼트(110)는 일반적으로 제1코어부(112) 및 제1클래딩부(122)를 포함한다. 상기 제1코어부(112)는 상기 제1클래딩부(122) 내에 위치하며, 상기 제1클래딩부(122)는 상기 제1코어부(112) 둘레로 확장한다. 상기 제1코어부(112) 및 제1클래딩부(122)는 일반적으로 상기 광 섬유(100)의 제1세그먼트(110)의 단면이 상기 광 섬유(100)의 제1코어부(112)의 중심에 대해 일반적으로 원형 대칭이 되도록 동심원일 수 있다. 또한, 상기 제1코어부(112) 및 제1클래딩부(122)는 일반적으로 상기 광 섬유(100)의 제1코어부(112)의 중심에 대해 선대칭일 수 있다. 도 1a, 2 및 3에 나타낸 실시예에 있어서, 상기 제1코어부(112)는 제1환형 코어 영역(113) 및 채널(114)을 포함할 수 있다. 그러한 채널(114)은 상기 제1환형 코어 영역(113) 내에 위치되고, 상기 채널(114)은 상기 제1환형 코어 영역(113)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다.
일부의 실시예에 있어서, 상기 제1클래딩부(122)는 선택적으로 제1저굴절률 트렌치(124) 및 제1외부 클래딩부(123)를 포함할 수 있다. 그러한 제1저굴절률 트렌치(124)는 상기 제1외부 클래딩(123) 내에 위치되고, 상기 제1저굴절률 트렌치(124)는 상기 제1외부 클래딩(123)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다. 포함될 경우, 상기 제1저굴절률 트렌치(124)는 상기 광 섬유(100)의 굴곡 성능을 향상시킨다. 즉, 상기 제1저굴절률 트렌치(124)는 상기 광 섬유(100)가 감겨질 때 그 광 섬유(100)에서 전파되는 광의 감쇠를 감소시키고, 이에 의해 상기 제1저굴절률 트렌치(124)가 없는 유사한 구조를 갖는 광 섬유와 비교하여 상기 광 섬유(100)에서 전파되는 광의 감쇠를 증가시키지 않고 상기 광 섬유(100)가 더 타이트(tight)한(즉, 더 작은) 반경으로 감겨질 수 있게 한다.
일부의 실시예(나타내지 않음)에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(124)는 상기 제1코어부(112)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉할 수 있다. 도 2 및 3에 나타낸 실시예와 같이, 일부 다른 실시예에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(124)는 제1내부 클래딩부(125)에 의해 상기 제1코어부(112)로부터 이격될 수 있는데, 즉 상기 제1내부 클래딩부(125)는 상기 제1저굴절률 트렌치(124)와 제1코어부(112) 간 제1저굴절률 트렌치(124) 내에 위치한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(125)는 상기 제1저굴절률 트렌치(124) 및 제1환형 코어 영역(113)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다.
상기 제1세그먼트(110)는 상기 광 섬유(100)의 축 방향 중심선(2)으로부터의 반경(R4)을 갖는다. 상기 제1코어부(112)는 상기 반경(R4)보다 작은 반경(R1)을 갖는다. 상기 제1코어부(112)의 채널(114)은 반경(R1)보다 작은 반경(R0)을 갖는다. 상기 제1환형 코어 영역(113)은 내부 반경(R0), 외부 반경(R1) 및 반경 방향 두께(TAC=R1-R0)를 갖는다. 상기 제1코어부(112) 및 제1환형 코어 영역(113) 각각의 반경 R0 및 R1은 상기 제1코어부(112) 및 제1환형 코어 영역(113) 각각의 상대 굴절률 프로파일(도 3)의 최대 기울기에 접하는 선이 아래에서 더 상세히 논의되는 기준 상대 굴절률 선(ΔOCL%)과 교차하는 지점에서 규정된다. 상기 제1클래딩부(122)는 내부 반경(R1), 외부 반경(R4) 및 반경 방향 두께(TCL=R4-R1)를 갖는다. 상기 제1클래딩부(122)가 상기 제1저굴절률 트렌치(124) 및 제1외부 클래딩부(123)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(124)는 내부 반경(R2), 외부 반경(R3) 및 반경 방향 두께(TLIT=R3-R2)를 갖는다. 상기 제1외부 클래딩부(123)는 내부 반경(R3), 외부 반경(R4) 및 반경 방향 두께(TOCL=R4-R3)를 갖는다. 상기 제1저굴절률 트렌치(124)가 상기 제1코어부(112)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉하는 실시예들(도시하지 않음)에서, 상기 제1저굴절률 트렌치(124)의 내부 반경(R2)은 상기 제1코어부(112)의 반경(R1)과 동일할 수 있다. 상기 제1저굴절률 트렌치(124)가 상기 제1내부 클래딩부(125)에 의해 상기 제1코어부(112)로부터 이격되는 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(125)는 내부 반경(R1), 외부 반경(R2) 및 반경 방향 두께(TICL=R2-R1)를 갖는다.
상기 제1세그먼트(110)의 반경(R4)은 약 50 ㎛ 내지 약 250 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 제1세그먼트(110)의 반경(R4)은 약 60 ㎛ 내지 약 150 ㎛이다. 상기 제1코어부(112)의 반경(R1)은 약 5 ㎛ 내지 약 55 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 반경(R1)은 약 10 ㎛ 내지 약 50 ㎛이다. 상기 채널(114)의 반경(R0)은 약 2 ㎛ 내지 약 40 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 채널(114)의 반경(R0)은 약 5 ㎛ 내지 약 35 ㎛이다. 상기 제1환형 코어 영역(113)의 반경 방향 두께 TAC (R1-R0)는 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 반경 방향 두께(TAC)는 약 2 ㎛ 내지 약 15 ㎛이다. 상기 제1클래딩부(122)의 반경 방향 두께 TCL (R4-R1)는 약 25 ㎛ 내지 약 125 ㎛이다. 상기 제1클래딩부(122)가 제1저굴절률 트렌치(124) 및 제1외부 클래딩부(123)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(124)의 내부 반경(R2)은 약 10 ㎛ 내지 약 60 ㎛이고, 외부 반경(R3)은 약 20 ㎛ 내지 약 75 ㎛이며, 반경 방향 두께 TLIT (R3-R2)는 약 1.0 ㎛ 내지 약 15 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(R2)은 약 15 ㎛ 내지 약 55 ㎛이고, 상기 외부 반경(R3)은 약 25 ㎛ 내지 약 65 ㎛이며, 상기 반경 방향 두께(TLIT)는 약 1.0 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다. 상기 제1외부 클래딩부(123)의 내부 반경(R3)은 약 20 ㎛ 내지 약 75 ㎛이고, 외부 반경(R4)은 약 50 ㎛ 내지 약 250 ㎛이며, 반경 방향 두께 TOCL (R4-R3)는 약 25 ㎛ 내지 약 150 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(R3)은 약 25 ㎛ 내지 약 55 ㎛이고, 상기 외부 반경(R4)은 약 60 ㎛ 내지 약 150 ㎛이며, 상기 반경 방향 두께(TOCL)는 약 30 ㎛ 내지 약 125 ㎛이다. 상기 제1저굴절률 트렌치(124)가 상기 제1내부 클래딩부(125)에 의해 상기 제1코어부(112)로부터 이격되는 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(125)의 내부 반경(R1)은 약 5 ㎛ 내지 약 55 ㎛이고, 외부 반경(R2)은 약 10 ㎛ 내지 약 60 ㎛이며, 반경 방향 두께 TICL (R2-R1)는 약 1.0 ㎛ 내지 약 20 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(R1)은 약 10 ㎛ 내지 약 50 ㎛이고, 상기 외부 반경(R2)은 약 15 ㎛ 내지 약 55 ㎛이며, 상기 반경 방향 두께(TICL)는 약 1.0 ㎛ 내지 약 15 ㎛이다.
도 1a, 4 및 5를 참조하면, 도 1a의 광 섬유(100)의 제2세그먼트(130)의 반경 방향 단면도가 도 4에 개략적으로 나타나 있고, 단면의 중심선에 대한 반경 방향 단면도의 상대 굴절률 프로파일이 도 5에 그래픽으로 나타나 있다. 상기 제2세그먼트는 일반적으로 제2코어부(132) 및 제2클래딩부(142)를 포함한다. 상기 제2코어부(132)는 이 제2코어부(132) 둘레로 확장하는 제2클래딩부(142) 내에 위치한다. 상기 제2코어부(132) 및 제2클래딩부(142)는 일반적으로 상기 광 섬유(100)의 제2세그먼트(130)의 단면이 보통 상기 광 섬유(100)의 제2코어부(132)의 중심에 대해 원형 대칭이 되도록 동심원일 수 있다. 상기 제2코어부(132) 및 제2클래딩부(142)는 일반적으로 상기 광 섬유(100)의 제2코어부(132)의 중심에 대해 선대칭일 수 있다.
일부의 실시예에 있어서, 상기 제2클래딩부(142)는 선택적으로 제2저굴절률 트렌치(144) 및 제2외부 클래딩부(143)를 포함할 수 있다. 그러한 제2저굴절률 트렌치(144)는 상기 제2외부 클래딩(143) 내에 위치되고, 상기 제2저굴절률 트렌치(144)는 상기 제2외부 클래딩(143)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다. 포함될 경우, 상기 제2저굴절률 트렌치(144)는 상기 광 섬유(100)의 굴곡 성능을 향상시킨다. 즉, 상기 제2저굴절률 트렌치(144)는 상기 광 섬유(100)가 감겨질 때 그 광 섬유(100)에서 전파되는 광의 감쇠를 감소시키고, 이에 의해 상기 제2저굴절률 트렌치(144)가 없는 유사한 구조를 갖는 광 섬유와 비교하여 상기 광 섬유(100)에서 전파되는 광의 감쇠를 증가시키지 않고 상기 광 섬유(100)가 더 타이트한(즉, 더 작은) 반경으로 감겨질 수 있게 한다. 상기 광 섬유(100)의 제1세그먼트(110)가 제1저굴절률 트렌치(124)를 포함할 때, 상기 광 섬유(100)의 제2세그먼트(130)는 제2저굴절률 트렌치(144)를 포함하고, 그 반대일 수 있다는 것을 알아야 한다.
일부의 실시예(나타내지 않음)에 있어서, 상기 제2저굴절률 트렌치(144)는 상기 제2코어부(132)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉할 수 있다. 일부 다른 실시예에 있어서, 도 4 및 5에 나타낸 실시예와 같이, 상기 제2저굴절률 트렌치(144)는 제2내부 클래딩부(145)에 의해 상기 제2코어부(132)로부터 이격될 수 있다. 즉, 상기 제2내부 클래딩부(145)는 상기 제2저굴절률 트렌치(144) 내에 위치하고 상기 제2저굴절률 트렌치(144)와 제1코어부(132) 간 위치한다. 실시예들에 있어서, 상기 제2내부 클래딩부(145)는 상기 제2저굴절률 트렌치(144) 및 제2코어부(132)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다.
상기 제2세그먼트(130)는 상기 광 섬유(100)의 축 방향 중심선(2)으로부터의 반경(r4)을 갖는다. 상기 제2코어부(132)는 상기 반경(r4)보다 작은 반경(r1)을 갖는다. 상기 제2코어부(132)의 채널(114)은 반경(R1)보다 작은 반경(R0)을 갖는다. 상기 제2코어부(132)의 반경(r1)은 상기 제2코어부(132)의 상대 굴절률 프로파일(도 5)의 최대 기울기에 접하는 선이 기준 상대 굴절률 선(Δocl%)과 교차하는 지점에서 규정된다. 상기 제2클래딩부(142)는 내부 반경(r1), 외부 반경(r4) 및 반경 방향 두께(tcl=r4-r1)를 갖는다. 상기 제2클래딩부(142)가 제2저굴절률 트렌치(144) 및 제2외부 클래딩부(143)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제2저굴절률 트렌치(144)는 내부 반경(r2), 외부 반경(r3) 및 반경 방향 두께(tlit=r3-r2)를 갖는다. 상기 제2외부 클래딩부(143)는 내부 반경(r3), 외부 반경(r4) 및 반경 방향 두께(tocl=r4-r3)를 갖는다. 상기 제2저굴절률 트렌치(144)가 상기 제2코어부(132)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉하는 실시예들(나타내지 않음)에서, 상기 저굴절률 트렌치(144)의 내부 반경(r2)은 상기 제2코어부(132)의 반경(r1)과 동일할 수 있다. 상기 제2저굴절률 트렌치(144)가 상기 제2내부 클래딩부(145)에 의해 상기 제2코어부(132)로부터 이격되는 실시예들에 있어서, 상기 제2내부 클래딩부(145)는 내부 반경(r1), 외부 반경(r2) 및 반경 방향 두께(ticl=r2-r1)를 갖는다.
상기 제2세그먼트(130)의 반경(r4)은 약 25 ㎛ 내지 약 80 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 제2세그먼트(130)의 반경(r4)은 약 35 ㎛ 내지 약 70 ㎛이다. 상기 제2코어부(132)의 반경(r1)은 약 2 ㎛ 내지 약 35 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 반경(r1)은 약 4 ㎛ 내지 약 30 ㎛이다. 상기 제2클래딩부(142)의 반경 방향 두께 tcl (r4-r1)는 약 20 ㎛ 내지 약 75 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 반경 방향 두께(tcl)는 약 25 ㎛ 내지 약 65 ㎛이다. 상기 제2클래딩부(142)가 제2저굴절률(144) 및 제2외부 클래딩부(143)를 포함하는 실시예들에 있어서, 제2저굴절률 트렌치(133)의 내부 반경(r2)은 약 4 ㎛ 내지 약 35 ㎛이고, 외부 반경(r3)은 약 5 ㎛ 내지 약 40 ㎛이며, 반경 방향 두께 tlit (r3-r2)는 약 1.0 ㎛ 내지 약 15 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(r2)은 약 5 ㎛ 내지 약 30 ㎛이고, 상기 외부 반경(r3)은 약 10 ㎛ 내지 약 35 ㎛이며, 상기 반경 방향 두께(tlit)는 약 1.0 ㎛ 내지 약 12.5 ㎛이다. 상기 제2외부 클래딩부(143)의 내부 반경(r3)은 약 5 ㎛ 내지 약 40 ㎛이고, 외부 반경(r4)은 약 25 ㎛ 내지 약 80 ㎛이며, 반경 방향 두께 tocl (r4-r3)는 약 15 ㎛ 내지 약 75 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(r3)은 약 10 ㎛ 내지 약 35 ㎛이고, 상기 외부 반경(r4)은 약 35 ㎛ 내지 약 70 ㎛이며, 상기 반경 방향 두께(tocl)는 약 20 ㎛ 내지 약 60 ㎛이다. 상기 제2저굴절률 트렌치(144)가 상기 제2내부 클래딩부(145)에 의해 제2코어부(132)로부터 이격되는 실시예들에 있어서, 상기 제2내부 클래딩부(145)의 내부 반경(r1)은 약 2 ㎛ 내지 약 35 ㎛이고, 외부 반경(r2)은 약 4 ㎛ 내지 약 35 ㎛이며, 반경 방향 두께 ticl (r2-r1)는 약 1.0 ㎛ 내지 약 20 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(r1)은 약 4 ㎛ 내지 약 30 ㎛이고, 상기 외부 반경(r2)은 약 5 ㎛ 내지 약 30 ㎛이며, 상기 반경 방향 두께(ticl)는 약 1.0 ㎛ 내지 약 15 ㎛이다.
도 1a, 2 내지 5를 참조하면, 비록 제1세그먼트(110) 및 제2세그먼트(130) 모두가 코어부 및 클래딩부를 가질 지라도, 그러한 제1세그먼트(110)의 제1코어부(112)는 제1환형 코어 영역(113) 및 이 제1환형 코어 영역(113) 내에 위치한 채널(114)을 포함하고, 반면 제2코어부(132)는 채널 또는 환형 코어 영역을 포함하지 않는다는 것을 알아야 한다. 또한, 상기 제1코어부(112)가 상기 제2코어부(132)와 광학적으로 결합되고, 상기 제1클래딩부(122)가 전이 영역(150)을 통해 제2클래딩부(142)에 광학적으로 결합된다는 것을 알아야 한다. 특히, 제1환형 코어 영역(113)은 제2코어부(132)에 광학적으로 결합되고, 제1외부 클래딩부(123)는 제2외부 클래딩부(143)에 광학적으로 결합되고, 제1저굴절률 트렌치(124)는 제2저굴절률 트렌치(144)에 광학적으로 결합되며, 제1내부 클래딩부(125)는 전이 영역(150)을 통해 제2내부 클래딩부(145)에 광학적으로 결합된다.
제1세그먼트(110)의 채널(114)은 그 제1세그먼트(110)의 축 방향 중심선(2)을 따라 확장하는 빈(void) 공간일 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 채널(114)은, 예를 들어 공기 또는 다른 가스와 같은 가스로 채워질 수 있다. 상기 채널(114)은 광 섬유(100)의 다른 부분 및 영역들보다 훨씬 낮은 상대 굴절률을 갖는다. 구체적으로, 상기 채널(114)은 제1외부 클래딩부(123)에 대한 상대 굴절률(ΔCH%) 및 굴절률(nCH)을 갖는다. 상기 굴절률(nCH)은 약 1.0이고, 상기 상대 굴절률(ΔCH%)은 약 226%이다. 상기 제1환형 코어 영역(113)은 굴절률(nAC) 및 상대 굴절률(ΔAC%)을 갖고, 상기 제2코어부(132)는 굴절률(nc) 및 상대 굴절률(Δc%)을 갖는다. 실시예들에 있어서, 상기 제1환형 코어 영역(113) 및 제2코어부(132)는 동일한 재료로 이루어지고, 상기 상대 굴절률 ΔAC%는 상기 상대 굴절률 Δc%와 실질적으로 동일하다(즉, ΔAC%=Δc%). 상기 상대 굴절률 ΔAC% 및 상대 굴절률 Δc%는 상대 굴절률 ΔCH%보다 훨씬 크다(즉, ΔAC% >> ΔCH%, Δc% >>ΔCH%). 상기 상대 굴절률 ΔAC% 및 상대 굴절률 Δc%는 약 0.2% 내지 약 1.0%이다. 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔAC% 및 상대 굴절률 Δc%는 약 0.3% 내지 약 0.75%이다.
상기 제1클래딩부(122)는 순수 실리카 유리에 대해 굴절률(nCL) 및 상대 굴절률(ΔCL%)을 갖는다. 상기 제1클래딩부(122)의 굴절률(nCL)은 상기 광 섬유(100)의 제1세그먼트(110)의 다른 유리부의 상대 굴절률에 대한 기준으로 사용된다. 상기 제1클래딩부(122)가 제1외부 클래딩부(123), 제1저굴절률 트렌치(124), 및 (옵션으로) 제1내부 클래딩부(125)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(100)의 제1세그먼트(110)의 다른 유리부들의 상대 굴절률은 본원에서 좀더 상세히 기술하는 바와 같이 상기 제1외부 클래딩부(123)에 대해 결정된다.
상기 제1클래딩부(122)가 제1내부 클래딩부(125) 및 제1저굴절률 트렌치(124)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(125)는 굴절률(nICL) 및 상대 굴절률(ΔICL%)을 갖고, 상기 제1저굴절률 트렌치(124)는 굴절률(nLIT) 및 상대 굴절률(ΔLIT%)을 갖는다. 상기 상대 굴절률 ΔICL%는 일반적으로 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 상대 굴절률 ΔLIT%보다 크고, 일반적으로 상대 굴절률 ΔAC%보다 작다(즉, ΔAC% ＞ ΔICL% ＞ ΔLIT%). 상기 상대 굴절률 ΔICL%는 약 -0.1% 내지 약 0.1%이고, 상기 상대 굴절률 ΔLIT%는 약 -0.1% 내지 약 -1.0%이다. 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔICL%는 약 -0.05% 내지 약 0.05%이고, 상기 상대 굴절률 ΔLIT%는 약 -0.3% 내지 약 -0.5%이다.
상기 제2클래딩부(142)는 순수 실리카 유리에 대해 굴절률(ncl) 및 상대 굴절률(Δcl%)을 갖는다. 상기 제2클래딩부(142)의 굴절률(ncl)은 상기 광 섬유(100)의 제2세그먼트(130)의 다른 유리부들의 상대 굴절률에 대한 기준으로 사용될 수 있으며, 그에 따라 결정된다. 제2클래딩부(142)가 제2외부 클래딩부(143), 제2저굴절률 트렌치(144), 및 (옵션으로) 제2내부 클래딩부(145)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(100)의 제2세그먼트(130)의 다른 유리부들의 상대 굴절률은 본원에서 좀더 상세히 기술하는 바와 같이 상기 제2외부 클래딩부(143)에 대해 결정된다.
상기 제2클래딩부(142)가 제2내부 클래딩부(145) 및 제2저굴절률 트렌치(144)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 내부 클래딩부(145)는 굴절률(nicl) 및 상대 굴절률(Δicl%)을 갖고, 상기 제2저굴절률 트렌치(144)는 굴절률(nlit) 및 상대 굴절률(Δlit%)을 갖는다. 상기 상대 굴절률 Δicl%는 일반적으로 도 5에 나타낸 바와 같이 상대 굴절률 Δlit%보다 크고, 일반적으로 상대 굴절률 Δc%보다 작다(즉, Δc% ＞ Δicl% ＞ Δlit%). 실시예들에 있어서, 상기 제2내부 클래딩부(145)는 상기 제1내부 클래딩부(125)와 동일한 재료로 이루어지고, 상기 제2저굴절률 트렌치(144)는 상기 제1저굴절률 트렌치(124)와 동일한 재료로 이루어진다. 따라서, 상기 상대 굴절률 nicl 및 nlit는 각각 상기 상대 굴절률 nICL 및 nLIT와 실질적으로 동일할 수 있고(즉, nicl = nICL; nlit = nLIT), 상기 상대 굴절률 Δicl% 및 Δlit%는 각각 상기 상대 굴절률 ΔICL% 및 ΔLIT%와 실질적으로 동일할 수 있다(즉, Δicl% = ΔICL%; Δlit% = ΔLIT%). 예를 들어, 상기 상대 굴절률 Δicl%는 약 -0.1% 내지 약 0.1%일 수 있고, 상기 상대 굴절률 Δlit%는 약 -0.1% 내지 약 -1.0%일 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 Δicl%는 약 -0.05% 내지 약 0.05%일 수 있고, 상기 상대 굴절률 Δlit%는 약 -0.3% 내지 약 -0.5%일 수 있다.
상기 제1클래딩부(122)가 상기 제1외부 클래딩부(123)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(123)는 굴절률(nOCL) 및 상대 굴절률(ΔOCL%)을 갖는다. 이들 실시예에 있어서, 상기 상대 굴절률(ΔOCL%)은 상기 광 섬유(100)의 제1세그먼트(110)의 다른 유리부들의 상대 굴절률을 결정하기 위한 기준으로 사용될 수 있다. 상기 제1외부 클래딩부(123)의 상대 굴절률 ΔOCL%는 상기 제1저굴절률 트렌치(124)의 상대 굴절률 ΔLIT%보다 크다(즉, ΔOCL% ＞ ΔLIT%). 일부의 실시예에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(123)의 상대 굴절률 ΔOCL%는, 제1내부 클래딩부(125)가 상기 제1외부 클래딩부(123)의 굴절률(nOCL)에 비해 상기 제1내부 클래딩부(125)의 굴절률(nICL)을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트로 다운-도핑된 실리카 유리를 포함하는 경우와 같이, 상기 제1내부 클래딩부(125)의 상대 굴절률 ΔICL%보다 클 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(123)의 상대 굴절률 ΔOCL%는 상기 제1내부 클래딩부(125)의 상대 굴절률 ΔICL%와 실질적으로 동일할 수 있다. 그와 같은 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(123)의 조성은, ΔOCL% = ΔICL%인 한, 상기 제1내부 클래딩부(125)의 조성과 동일하거나 또는 상기 제1내부 클래딩부(125)의 조성과 다를 수 있다. 상기에 기초하여, 상기 제1외부 클래딩부(123)의 상대 굴절률 ΔOCL%는 상기 제1내부 클래딩부(125)의 상대 굴절률 ΔICL%보다 크거나 실질적으로 동일하다는 것을 이해해야 한다.
상기 제2클래딩부(142)가 제2외부 클래딩부(143)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(143)는 굴절률(nocl) 및 상대 굴절률(Δocl%)을 갖는다. 따라서, 상기 상대 굴절률(Δocl%)은 상기 광 섬유(100)의 제2세그먼트(130)의 다른 유리부들의 상대 굴절률에 대한 기준으로 사용될 수 있다. 본원에 기술된 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(143)의 상대 굴절률 Δocl%는 상기 제2저굴절률 트렌치(144)의 상대 굴절률 Δlit%보다 크다(즉, Δocl% ＞Δlit%). 일부의 실시예에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(143)의 상대 굴절률 Δocl%는, 제2내부 클래딩부(145)가 상기 제2외부 클래딩부(143)의 굴절률(nocl)에 비해 상기 제2내부 클래딩부(145)의 굴절률(nicl)을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트로 다운-도핑된 실리카 유리를 포함하는 경우와 같이, 상기 제2내부 클래딩부(145)의 상대 굴절률 Δicl%보다 클 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(143)의 상대 굴절률 Δocl%는 상기 제2내부 클래딩부(145)의 상대 굴절률 Δicl%와 실질적으로 동일할 수 있다. 그와 같은 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(143)의 조성은 상기 제2내부 클래딩부(145)의 조성과 동일하거나 또는 Δocl% = Δicl%인 한 상기 내부 클래딩부(145)의 조성과 다를 수 있다. 상기에 기초하여, 상기 제2외부 클래딩부(143)의 상대 굴절률 Δocl%는 상기 제2내부 클래딩부(145)의 상대 굴절률 Δicl%보다 크거나 실질적으로 동일하다는 것을 알아야 한다. 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(143)는 상기 제1외부 클래딩부(123)와 동일한 재료로 이루어지고, 그와 같이, 상기 제2외부 클래딩부(143)의 굴절률 nocl은 상기 제1외부 클래딩부(123)의 굴절률 nOCL과 실질적으로 동일하고(즉, nocl = nOCL), 상기 제2외부 클래딩부(143)의 상대 굴절률 Δocl%는 상기 제1외부 클래딩부(123)의 상대 굴절률 ΔOCL%와 실질적으로 동일할 수 있다(즉, Δocl% = ΔOCL% = 0).
상기 제1세그먼트(110)의 제1환형 코어 영역(113) 및 상기 제2세그먼트(130)의 제2코어부(132)는 실리카 유리의 굴절률을 증가시키는 하나 이상의 업-도펀트를 갖는 실리카 유리를 포함한다. 게르마늄(Ge), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 염소(Cl), 인(P), 산화 게르마늄(예컨대, GeO2), 산화 티타늄(예컨대, TiO2), 산화 인(예컨대, P2O5) 및 이들의 다양한 조합을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1환형 코어 영역(113) 및 제2코어부(132) 중 적어도 하나는 약 3 wt.% 내지 약 17 wt.% 사이의 GeO2를 함유한다. 일부의 다른 실시예에 있어서, 제1환형 코어 영역(113) 및 제2코어부(132) 중 적어도 하나는 약 5 wt.% 내지 약 13 wt.% 사이의 GeO2를 함유한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1환형 코어 영역(113) 및 제2코어부(132)는 동일한 재료로 이루어지며, 상기 제1환형 코어 영역(113)에서의 도펀트 농도는 상기 제2코어부(132)에서의 도펀트 농도와 실질적으로 동일하다.
상기 제1세그먼트(110)의 제1내부 클래딩부(125) 및 상기 제2세그먼트(130)의 제2내부 클래딩부(145)는 순수 실리카 유리, 실리카 유리의 굴절률을 증가시키는 하나 이상의 업-도펀트를 갖는 실리카 유리, 또는 실리카 유리의 굴절률을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트를 갖는 실리카 유리를 포함할 수 있다. 적절한 업-도펀트의 비-한정 예들로는 Ge, Ti, Al, Cl, P, GeO2, TiO2, P2O5, 또는 이들의 조합 등을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(125) 및 제2내부 클래딩부(145) 중 적어도 하나는 업-도펀트로서 Cl을 함유한다. 적절한 다운-도펀트의 비-한정 예들로는 플루오르(F), 붕소(B), 이들의 조합 등을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(125) 및 제2내부 클래딩부(145) 중 적어도 하나는 다운-도펀트로서 F를 함유한다. 본원에서 사용한 바와 같이, "순수 실리카 유리"라는 문구는 실리카 유리가 다른 요소의 1000 ppmw보다 적은 SiO2를 포함함을 의미한다.
광 섬유의 특정 유리부의 반경 방향 두께는 특정 유리부의 상대 굴절률과 상호 관련될 수 있다. 구체적으로, 상대 굴절률 Δi%, 내부 반경 Rin 및 외부 반경 Rout을 갖는 유리부 'i'는 다음과 같이 정의된 트렌치 볼륨 Vi를 가질 수 있다:
Figure pct00123
(32)
상기 식은 아래와 같이 재기재될 수 있다:
Figure pct00124
(33)
따라서, 상기 제1저굴절률 트렌치(124)는 아래와 같은 트렌치 볼륨(VLIT)을 가질 수 있다:
Figure pct00125
(34)
그리고, 상기 제2저굴절률 트렌치(144)는 아래와 같은 트렌치 볼륨(vlit)을 가질 수 있다:
Figure pct00126
(35)
본원에 기술된 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(124)의 트렌치 볼륨(VLIT)은 약 80%-㎛2 이상, 예컨대 약 100%-㎛2 이상일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨(VLIT)은 약 110%-㎛2 이상이거나 또는 심지어 약 120%-㎛2 이상일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨(VLIT)은 약 80%-㎛2 이상 및 약 220%-㎛2 이하일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨(VLIT)은 약 100%-㎛2 이상 및 약 200%-㎛2 이하일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 프로파일(VLIT)은 약 110%-㎛2 이상 및 약 180%-㎛2 이하일 수 있다.
본원에 기술된 실시예들에 있어서, 상기 제2저굴절률 트렌치(144)의 트렌치 볼륨(vlit)은 약 40%-㎛2 이상, 예컨대 약 50%-㎛2 이상일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨(vlit)은 약 55%-㎛2 이상이거나 또는 심지어 약 60%-㎛2 이상일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨(vlit)은 약 40%-㎛2 이상 및 약 110%-㎛2 이하일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨(vlit)은 약 50%-㎛2 이상 및 약 100%-㎛2 이하일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 프로파일(vlit)은 약 55%-㎛2 이상 및 약 90%-㎛2 이하일 수 있다.
본원에 기술된 광 섬유의 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(124), 상기 제2저굴절률 트렌치(144), 또는 상기 제1저굴절률 트렌치(124) 및 제2저굴절률 트렌치(144) 모두는 실리카 유리의 굴절률을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트를 갖는 실리카 유리를 포함한다. 다운-도펀트의 비-한정 예들로는 F, B 등을 포함한다. 상기 제1저굴절률 트렌치(124), 상기 제2저굴절률 트렌치(144), 또는 상기 제1저굴절률 트렌치(124) 및 제2저굴절률 트렌치(144) 모두는 약 0.1 wt. % 내지 약 2.5 wt. % 사이 농도의 F를 포함할 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(124) 및 제2저굴절률 트렌치(144) 중 적어도 하나는 약 0.1 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(124) 및 제2저굴절률 트렌치(144) 중 적어도 하나는 약 0.1 wt.% 내지 약 1.5 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 또 다른 실시예들에 있어서, 제1저굴절률 트렌치(124) 및 제2저굴절률 트렌치(144) 중 적어도 하나는 약 0.5 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(124) 및 제2저굴절률 트렌치(144) 중 적어도 하나는 약 0.7 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다.
일부의 실시예에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(124)의 상대 굴절률 ΔLIT% 및 상기 제2저굴절률 트렌치(144)의 상대 굴절률 Δlit% 중 적어도 하나는 실리카 유리에 걸쳐 비주기적으로 배치되거나 또는 주기적으로 배치되거나, 또는 그 모두로 배치되는 보이드(void)를 갖춘 각각의 제1저굴절률 트렌치(124) 및 제2저굴절률 트렌치(144) 중 적어도 하나의 상기 실리카 유리를 형성함으로써 달성된다. 본원에 사용한 바와 같은 문구 "비주기적으로 배치" 또는 "비주기 분포"는 광 섬유(100)의 단면(예컨대, 종 축에 수직인 단면)에 대해, 상기 비주기적으로 배치된 보이드들이 실리카 유리를 가로질러 랜덤하게 또는 비주기적으로 분포된 것을 의미한다. 광 섬유의 길이를 따라 상이한 지점에서 취해진 유사한 단면들은 상이한 단면 보이드 패턴을 가질 것이다. 즉, 다양한 단면은 상이한 보이드 패턴을 가질 것이며, 여기서 보이드들의 분포 및 보이드들의 크기는 단면이 서로 비교될 때 일치하지 않는다. 그와 같이, 상기 보이드들은 상기 광 섬유 구조 내에 비 주기적으로 배치된다. 이들 보이드는 광 섬유(100)의 길이(즉, 종 축에 평행한)를 따라 신장(연장)되지만, 그 전체 광 섬유의 전체 길이를 확장하지는 않는다. 이론에 구속되진 않지만, 상기 보이드는 광 섬유의 길이를 따라 수 미터 미만, 많은 경우 1 미터 미만으로 확장되는 것으로 여겨진다. 본원에 개시된 광 섬유는 통합된 유리 블랭크에 상당한 양의 가스가 포획되어 통합된 유리 광 섬유 프리폼(preform)에 보이드를 형성시키는데 효과적인 프리폼 통합 조건을 활용하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 이들 보이드를 제거하기 위한 단계를 수행하는 대신, 결과의 프리폼이 내부에 보이드를 갖는 광 섬유를 형성하는데 사용된다. 일부의 실시예에 있어서, 이들 보이드는 아르곤, 크립톤, CO2, SO2, O2 또는 이들 혼합물과 같은 하나 이상의 가스를 함유할 수 있다. 일부의 다른 실시예에 있어서, 상기 보이드들은 실질적으로 가스가 없다. 일부의 실시예에 있어서, 이들 보이드는 아르곤, 크립톤, CO2, SO2, O2 또는 이들 혼합물과 같은 하나 이상의 가스를 함유할 수 있다. 일부의 다른 실시예에 있어서, 상기 보이드들은 실질적으로 가스가 없다. 가스의 유무에 관계없이, 상기 제1저굴절률 트렌치(124)의 굴절률 nLIT, 상기 제2저굴절률 트렌치(144)의 굴절률 nlit, 또는 상기 굴절률 nLIT 및 nlit 모두는 보이드들의 존재로 인해 감소된다. 대안으로 또는 추가로, 상기 제1저굴절률 트렌치(124)의 굴절률 nLIT, 상기 제2저굴절률 트렌치(144)의 굴절률 nlit, 또는 상기 굴절률 nLIT 및 nlit 모두는, 본원에 기술한 바와 같이, 비주기적 분포, 주기적 분포, 또는 비주기적 및 주기적 분포 모두의 보이드를 갖는 다운-도핑 실리카 유리를 형성함으로써 감소된다.
상기 제1저굴절률 트렌치(124)의 상대 굴절률 ΔLIT%는 상기 제1내부 클래딩부(125)의 상대 굴절률 ΔICL%보다 작다(즉, ΔLIT% ＜ ΔICL%). 일부의 실시예에 있어서, 상대 굴절률 ΔICL%는 상대 굴절률 ΔOCL%와 실질적으로 동일하고 ΔLIT% ＜ ΔICL% = ΔOCL%이다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔICL%는 상대 굴절률 ΔOCL%보다 작고 ΔLIT% ＜ ΔICL% ＜ ΔOCL%이다.
상기 제2저굴절률 트렌치(144)의 상대 굴절률 Δlit%는 상기 제2내부 클래딩부(145)의 상대 굴절률 Δicl%보다 작고(즉, Δlit% ＜ Δicl%), 상기 제2외부 클래딩부(143)의 상대 굴절률 Δocl%보다 작다(즉, Δlit% ＜ Δocl%). 일부의 실시예에 있어서, 상대 굴절률 Δicl%는 상대 굴절률 Δocl%와 실질적으로 동일하고 Δlit% ＜ Δicl% = Δocl%이다. 다른 실시예들에 있어서, 상대 굴절률 Δicl%는 상대 굴절률 Δocl%보다 작고 Δlit% ＜ Δicl% ＜ Δocl%이다. 상기 제2저굴절률 트렌치(144), 제2내부 클래딩부(145) 및 제2외부 클래딩부(143)가 각각 상기 제1저굴절률 트렌치(124), 제1내부 클래딩부(125) 및 제1외부 클래딩부(123)와 동일한 재료로 이루어지는 실시예들에 있어서, 상대 굴절률 Δlit%는 상대 굴절률 ΔLIT%와 실질적으로 동일하고(즉, Δlit% = ΔLIT%), 상대 굴절률 Δocl%가 상대 굴절률 ΔOCL%와 실질적으로 동일하다(즉, Δocl% = ΔOCL%)는 것을 알아야 한다. 또한, 상대 굴절률 ΔICL%가 상대 굴절률 ΔOCL%와 실질적으로 동일한 실시예들에 있어서, Δlit% ＜ ΔICL% = ΔOCL%이고 ΔLIT% ＜ Δicl% = Δocl%이다. 상대 굴절률 ΔICL%가 상대 굴절률 ΔOCL%보다 작은 실시예들에 있어서, Δlit% ＜ ΔICL% ＜ ΔOCL%이고 ΔLIT% ＜ Δicl% ＜ Δocl%이다.
제1세그먼트(110)의 제1외부 클래딩(123) 및 제2세그먼트(130)의 제2외부 클래딩(143)은 순수 실리카 유리, 실리카 유리의 굴절률을 증가시키는 하나 이상의 업-도펀트를 갖는 실리카 유리, 또는 실리카 유리의 굴절률을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트를 갖는 실리카 유리를 포함할 수 있다. 적절한 업-도펀트의 비-한정 예들로는 Ge, Ti, Al, Cl, P, GeO2, TiO2, P2O5, 또는 이들의 조합 등을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(123) 및 제2외부 클래딩부(143) 중 적어도 하나는 업-도펀트로서 Cl을 함유한다. 적절한 다운-도펀트의 비-한정 예들로는 F, B, 이들의 조합 등을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(123) 및 제2외부 클래딩부(143) 중 적어도 하나는 다운-도펀트로서 F를 함유한다.
본원에 기술된 광 섬유(100)의 다양한 실시예들은 제1클래딩부(122) 내에 제2저굴절률 트렌치(124)의 통합 및 제2클래딩부(142) 내에 제2저굴절률 트렌치(144)의 통합으로 인해 향상된 굴곡 성능을 가질 수 있다. 상기 광 섬유(100)의 매크로밴드(Macrobend) 성능은 15 mm 및/또는 30 mm 직경의 맨드렐(mandrel) 주위에 2 턴의 광 섬유를 감싸고 굴곡으로 인한 감쇠의 증가를 측정함으로써 FOTP-62 (JEC-60793-1-47)에 따라 결정될 수 있다.
실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(100)는 원하는 구조 및 조성을 갖는 섬유 프리폼을 만들기 위해 기존의 섬유 제조 공정을 사용하여 제조된다. 그러한 섬유 프리폼을 만들기 위해 사용된 공정의 비-한정 예들은 외부 기상 증착(OVD), 변형된 화학 기상 증착(MCVD), 물리적 화학 기상 증착(PCVD) 등을 포함한다. 일단 형성되면, 상기 섬유 프리폼은 제1세그먼트(110)의 치수를 갖는 섬유로 인발된다. 상기 제1세그먼트(110)의 치수를 갖는 섬유는 클램핑되고, 그 섬유의 일부는 상기 제2세그먼트(130)의 치수로 더 인발되고, 전이 영역(150)은 상기 제1세그먼트(110)와 제2세그먼트(130) 사이에 위치된다.
예를 들어, 일 실시예에 있어서, 상기 광 섬유(100)는 이 광 섬유(100)가 초기에 채널(114), 제1환형 코어 영역(113), 제1내부 클래딩부(125), 제1저굴절률 트렌치(124) 및 제1외부 클래딩부(123)를 갖도록 초기에 형성될 수 있다. 다음에, 상기 광 섬유(100)는 클램핑되고, 그 섬유의 일부는 채널(114), 제1환형 코어 영역(113), 제1내부 클래딩부(125), 제1저굴절률 트렌치(124) 및 제1외부 클래딩부(123)를 가진 제1세그먼트(110), 및 제2코어부(132), 제2내부 클래딩부(145), 제2저굴절률 트렌치(144) 및 제2외부 클래딩부(143)를 가진 제2세그먼트(130)를 갖춘 광 섬유를 생성하기 위해 가열되고 더 인발될 수 있다. 이러한 절차에서, 상기 광 섬유를 더 인발하는 것은 채널(114)을 붕괴시켜 상기 광 섬유(100)의 제2세그먼트(130)의 제2코어부(132)를 형성(채널 없이)하는 동시에 제1세그먼트(110)에 비해 상기 광 섬유(100)의 제2세그먼트(130)의 치수를 감소시킨다. 다른 실시예에 있어서, 상기 광 섬유(100)는 상기 제1세그먼트(110) 및 제2세그먼트(130)를 함께 스플라이싱(splicing)함으로써 형성될 수 있다. 그와 같은 실시예에 있어서, 상기 제1세그먼트(110)의 외경(D0) 및 제2세그먼트(130)의 외경(d0)은 상기 제1코어부(112), 제2코어부(132), 제1클래딩부(122) 및 제2클래딩부(142)는 상기 기술한 속성 및 특성을 갖는다는 것을 알아야 한다.
도 1a, 3 및 5를 참조하면, 광 섬유(100)는 가우시안 레이저 빔을 베셀 레이저 빔으로 변환시키기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 가우시안 레이저 빔(GLB)은 광 섬유(100)의 입구 단부(131)에 광학적으로 결합되고 상기 광 섬유(100)의 제2세그먼트(130)를 통해 상기 제1세그먼트(110)를 향해 전파될 수 있다. 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)은 일반적으로 상기 제2세그먼트(130)를 통해 전파되는 동안 제2코어부(132) 내에 구속된다. 상기 제2세그먼트(130)가 상기 제1세그먼트(110)로 전이함에 따라, 상기 제2코어부(132)는 제1환형 코어 영역(113)으로 전이되는데, 즉 상기 제2코어부(132)는 상기 광 섬유(100)의 제1세그먼트(110)의 길이를 따라 채널(114) 둘레에 위치된 제1환형 코어 영역(113)으로 전이된다. 상기 제2세그먼트(130)를 통해 전파되는 가우시안 레이저 빔(GLB)은 고굴절률 코어부를 통해 전파를 추구하며, 이에 따라 제2코어부(132)가 상기 제1환형 코어 영역(113)으로 전이될 때 전파되거나 "추종"된다. 따라서, 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)은 상기 제1세그먼트(110)를 통해 전파되는 링 형상 빔(RSB)으로 변환되고, 일반적으로 상기 제1코어부(112) 및 제2코어부의 상대적인 기하학적 구조 및 상대 굴절률로 인해 상기 제1환형 코어 영역(113) 내에 구속된다. 포커싱될 때, 상기 링 형상 빔(RSB)은 베셀 레이저 빔(BLB)을 형성한다. 출구 단부(111)가 평면인 경우(포커싱 파워가 없는 경우), 링 형상 빔 레이저 빔은 가우시안 레이저 빔에서 링 형상 레이저 빔(RSB)으로 변환을 거쳐 출구 단부(111)에서 광 섬유(100)를 빠져 나간다. 출구(110)가 구부러지고, 그리고/또 포커싱 렌즈 표면을 형성하는 경우, 링 형상 빔은 베셀 레이저 빔(BLB)을 형성하고 그 베셀 레이저 빔(BLB)은 가우시안 레이저 빔에서 베셀 레이저 빔으로 변환을 거쳐 출구 단부(111)에서 광 섬유(100)를 빠져 나간다. 실시예들에 있어서, 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)은 렌즈 시스템(나타내지 않음), 직접 버트-커플링(direct butt-coupling)(나타내지 않음) 또는 퓨전 스플라이싱(fusion splicing)(나타내지 않음)을 통해 광 섬유(100)의 입구 단부(131)에 결합될 수 있다. 따라서, 상기 광 섬유(100)의 출구 단부(111)에 제공된 링 형상 빔은 자유 공간 벌크 옵틱(나타내지 않음) 또는 출구 단부(111) 상에 직접 형성되거나 상기 출구 단부(111)(나타내지 않음)에 부착된 섬유 렌즈에 포커싱될 수 있다.
도 1a 및 6-9를 참조하면, 전이 영역(250)에 의해 제2세그먼트(230)에 광학적으로 결합된 제1세그먼트(210)를 갖는 광 섬유(200)의 실시예가 나타나 있다. 그러한 광 섬유(200)는, 제1세그먼트(210)가 제1환형 코어 영역 내에 위치된 채널 대신 제1저굴절률 코어 영역을 갖는 제1코어부를 포함하고, 제2세그먼트가 제2환형 코어 영역 내에 위치된 제2저굴절률 코어 영역을 갖는 제2코어부를 포함하는 것을 제외하고, 상기 광 섬유(100)와 유사할 수 있다. 상기 광 섬유(200)의 적어도 일부의 측면도가 도 1a에 나타나 있고, 상기 광 섬유(200)의 제1세그먼트(210) 및 제2세그먼트(230)의 반경 방향 단면도가 각각 도 6 및 8에 나타나 있으며, 상기 제1세그먼트(210) 및 제2세그먼트(230)에 대한 대응하는 상대 굴절률 프로파일이 각각 도 7 및 9에 나타나 있다. 상기 제1세그먼트(210)는 제1외경 'D0'를 갖고, 상기 제2세그먼트(230)는 제2외경 'd0'를 갖는다(도 1a). 상기 제1외경(D0)은 상기 제2외경(d0)보다 크다. 실시예들에 있어서, 상기 제1외경(D0)은 약 0.2 밀리미터(mm) 내지 약 5.0 mm일 수 있고, 제2외경(d0)은 약 0.1 내지 약 4.5 mm이며, 상기 전이 영역(250)의 길이는 약 0.5 mm 내지 약 20 mm일 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 제1외경(D0)은 약 0.4 mm 내지 약 1.0 mm이고, 제2외경(d0)은 약 0.2 mm 내지 약 0.9 mm이며, 상기 전이 영역(250)의 길이는 약 1 mm 내지 약 10 mm이다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1외경(D0)은 약 150 ㎛ 내지 약 250 ㎛이고, 상기 제2외경(d0)은 약 75 ㎛ 내지 약 225 ㎛이며, 상기 전이 영역(250)의 길이는 10 mm보다 크다. 상기 제2세그먼트(230)를 통해 전파되는 가우시안 레이저 빔(GLB)은 상기 제1세그먼트(210)를 통해 전파되는 링 형상 빔으로 변환된다. 실시예들에 있어서, 상기 제1세그먼트(210), 제2세그먼트(230) 및 전이 영역(250)은 서로 일체로 형성되며, 상기 광 섬유(200)의 테이퍼 비율(d0/D0)은 약 0.2 이상 및 약 0.9 이하이다(예컨대, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.5, 0.7, 0.8, 0.9, 또는 이들 사이). 예를 들어, 일부의 실시예에 있어서, 상기 광 섬유(200)의 테이퍼 비율은 약 0.3 이상 및 0.9 이하이다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(200)의 테이퍼 비율은 0.3 이상 및 0.8 이하이다. 상기 광 섬유(200)의 제1세그먼트(210; 도 6 및 7)는 상기 광 섬유(200)의 축 방향 중심선(2) 상에 중심을 둔 제1코어부(212)를 갖는다. 상기 제1코어부(212)는 제1환형 코어 영역(213)을 포함할 수 있다. 제1클래딩부(222)는 상기 제1코어부(212) 둘레로 확장될 수 있다. 상기 광 섬유(200)의 제2세그먼트(230; 도 8 및 9)는 제2코어부(232)를 가질 수 있으며, 상기 제2코어부(232)의 적어도 일부는 상기 제1코어부(212)에 광학적으로 결합된다. 제2클래딩부(242)는 상기 제2코어부(232) 둘레로 확장될 수 있다.
도 1a, 6 및 7을 참조하면, 도 1a의 광 섬유(200)의 제1세그먼트(210)의 반경 방향 단면도는 도 6에 개략적으로 나타나 있고, 단면의 중심선에 대한 반경 방향 단면도의 상대 굴절률은 도 7에 그래픽으로 나타나 있다. 상기 제1세그먼트(210)는 일반적으로 제1코어부(212) 및 제1클래딩부(222)를 포함한다. 상기 제1코어부(212)는 이 제1코어부(212) 둘레로 확장하는 제1클래딩부(222) 내에 위치된다. 상기 제1코어부(212) 및 제1클래딩부(222)는 일반적으로 상기 광 섬유(200)의 제1세그먼트(210)의 단면이 보통 상기 광 섬유(200)의 제1코어부(212)의 중심에 대해 원형 대칭이 되도록 동심원일 수 있다. 또한, 상기 제1코어부(212) 및 제1클래딩부(222)는 일반적으로 상기 광 섬유(200)의 제1코어부(212)의 중심에 대해 선대칭일 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 제1코어부(2120는 제1환형 코어 영역(213) 및 제1저굴절률 코어 영역(214)을 포함할 수 있다. 상기 제1저굴절률 코어 영역(214)은 상기 제1환형 코어 영역(213) 내에 위치되고, 상기 제1저굴절률 코어 영역(214)은 상기 제1환형 코어 영역(213)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다.
일부의 실시예에 있어서, 상기 제1클래딩부(222)는 선택적으로 제1저굴절률 트렌치(224) 및 제1외부 클래딩부(223)를 포함할 수 있다. 그러한 제1저굴절률 트렌치(224)는 상기 제1외부 클래딩(223) 내에 위치되고, 상기 제1저굴절률 트렌치(224)는 상기 제1외부 클래딩(223)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다. 포함될 경우, 상기 제1저굴절률 트렌치(224)는 상기 광 섬유(200)의 굴곡 성능을 향상시킨다. 즉, 상기 제1저굴절률 트렌치(224)는 상기 광 섬유(200)가 감겨질 때 그 광 섬유(200)에서 전파되는 광의 감쇠를 감소시키고, 이에 의해 상기 제1저굴절률 트렌치(224)가 없는 유사한 구조를 갖는 광 섬유와 비교하여 상기 광 섬유(200)에서 전파되는 광의 감쇠를 증가시키지 않고 상기 광 섬유(200)가 더 타이트한(즉, 더 작은) 반경으로 감겨질 수 있게 한다.
일부의 실시예(나타내지 않음)에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(224)는 상기 제1코어부(212)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉할 수 있다. 도 6 및 7에 나타낸 실시예와 같이, 일부 다른 실시예에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(224)는 제1내부 클래딩부(225)에 의해 상기 제1코어부(212)로부터 이격될 수 있는데, 즉 상기 제1내부 클래딩부(225)는 상기 제1저굴절률 트렌치(224)와 제1코어부(212) 간 제1저굴절률 트렌치(224) 내에 위치한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(225)는 상기 제1저굴절률 트렌치(224) 및 제1환형 코어 영역(213)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다.
상기 제1세그먼트(210)는 상기 광 섬유(200)의 축 방향 중심선(2)으로부터의 반경(R4)을 갖는다. 상기 제1코어부(212)는 상기 반경 R4보다 작은 반경 R1을 갖는다. 상기 제1코어부(212)의 제1저굴절률 코어 영역(214)은 반경 R1보다 작은 반경 R0를 갖는다. 상기 제1환형 코어 영역(213)은 내부 반경(R0), 외부 반경(R1) 및 반경 방향 두께(TAC=R1-R0)를 갖는다. 상기 제1저굴절률 코어 영역(214) 및 제1환형 코어 영역(213)의 반경 R0 및 R1은 각각 상기 제1저굴절률 코어 영역(214) 및 제1환형 코어 영역(213)의 상대 굴절률 프로파일(도 6)의 최대 기울기에 접하는 선이 각각 기준 상대 굴절률 선(ΔOCL%)과 교차하는 지점에서 규정된다. 상기 제1클래딩부(222)는 내부 반경(R1), 외부 반경(R4) 및 반경 방향 두께(TCL=R4-R1)를 갖는다. 상기 제1클래딩부(222)가 제1저굴절률 트렌치(224) 및 제1외부 클래딩부(223)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(224)는 내부 반경(R2), 외부 반경(R3) 및 반경 방향 두께(TLIT=R3-R2)를 갖는다. 상기 제1외부 클래딩부(223)는 내부 반경(R3), 외부 반경(R4) 및 반경 방향 두께(TOCL=R4-R3)를 갖는다. 상기 제1저굴절률 트렌치(224)가 상기 제1코어부(212)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉하는 실시예들(나타내지 않음)에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(224)의 내부 반경(R2)은 상기 제1코어부(212)의 반경(R1)과 동일할 수 있다. 상기 제1저굴절률 트렌치(224)가 상기 제1내부 클래딩부(225)에 의해 제1코어부(212)로부터 이격되는 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(225)는 내부 반경(R1), 외부 반경(R2) 및 반경 방향 두께(TICL=R2-R1)를 갖는다.
상기 제1세그먼트(210)의 반경(R4)은 약 50 ㎛ 내지 약 250 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 제1세그먼트(210)의 반경(R4)은 약 100 ㎛ 내지 약 150 ㎛이다. 상기 제1코어부(212)의 반경(R1)은 약 5 ㎛ 내지 약 25 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 반경(R1)은 약 7.5 ㎛ 내지 약 15 ㎛이다. 상기 제1저굴절률 코어 영역(214)의 반경(R0)은 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(214)의 반경(R0)은 약 2 ㎛ 내지 약 7 ㎛이다. 상기 제1환형 코어 영역(213)의 반경 방향 두께 TAC (R1-R0)는 약 2 ㎛ 내지 약 15 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 반경 방향 두께(TAC)는 약 5 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다. 상기 제1클래딩부(222)의 반경 방향 두께 TCL (R4-R1)는 약 75 ㎛ 내지 약 175 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 반경 방향 두께(TCL)는 약 90 ㎛ 내지 약 125 ㎛이다. 상기 제1클래딩부(222)가 상기 제1저굴절률 트렌치(224) 및 제1외부 클래딩부(223)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(224)의 내부 반경(R2)은 약 5 ㎛ 내지 약 50 ㎛이고, 외부 반경(R3)은 약 7 ㎛ 내지 약 50 ㎛이며, 반경 방향 두께 TLIT (R3-R2)는 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(R2)은 약 10 ㎛ 내지 약 30 ㎛이고, 외부 반경(R3)은 약 10 ㎛ 내지 약 40 ㎛이며, 반경 방향 두께(TLIT)는 약 1 ㎛ 내지 약 15 ㎛이다. 상기 제1외부 클래딩부(223)의 내부 반경(R3)은 약 7 ㎛ 내지 약 50 ㎛이고, 외부 반경(R4)은 약 50 ㎛ 내지 약 250 ㎛이며, 반경 방향 두께 TOCL (R4-R3)는 약 75 ㎛ 내지 약 150 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(R3)은 약 10 ㎛ 내지 약 40 ㎛이고, 외부 반경(R4)은 약 100 ㎛ 내지 약 150 ㎛이며, 반경 방향 두께(TOCL)는 약 85 ㎛ 내지 약 125 ㎛이다. 상기 제1저굴절률 트렌치(224)가 상기 제1내부 클래딩부(225)에 의해 상기 제1코어부(212)로부터 이격되는 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(225)의 내부 반경(R1)은 약 5 ㎛ 내지 약 25 ㎛이고, 외부 반경(R2)은 약 5 ㎛ 내지 약 50 ㎛이며, 반경 방향 두께 TICL (R2-R1)는 약 1 ㎛ 내지 약 15.0 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(R1)은 약 7.5 ㎛ 내지 약 15 ㎛이고, 외부 반경(R2)은 약 10 ㎛ 내지 약 30 ㎛이며, 반경 방향 두께(TICL)는 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다.
도 1a, 8 및 9를 참조하면, 도 1a의 광 섬유(200)의 제2세그먼트(230)의 반경 방향 단면도는 도 8에 개략적으로 나타나 있고, 단면의 중심선에 대한 반경 방향 단면도의 상대 굴절률은 도 9에 그래픽으로 나타나 있다. 상기 제2세그먼트(230)는 일반적으로 제2코어부(232) 및 제2클래딩부(242)를 포함한다. 상기 제2코어부(232)는 이 제2코어부(232) 둘레로 확장하는 제2클래딩부(242) 내에 위치된다. 상기 제2코어부(232) 및 제2클래딩부(242)는 일반적으로 상기 광 섬유(200)의 제2세그먼트(230)의 단면이 상기 광 섬유(200)의 제2코어부(232)의 중심에 대해 원형 대칭이 되도록 동심원일 수 있다. 또한, 상기 제2코어부(232) 및 제2클래딩부(242)는 일반적으로 상기 광 섬유(200)의 제2코어부(232)의 중심에 대해 선대칭일 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 제2코어부(232)는 제2환형 코어 영역(233) 및 제2저굴절률 코어 영역(234)을 포함할 수 있다. 상기 제2저굴절률 코어 영역(234)은 제2환형 코어 영역(233) 내에 위치되고, 상기 제2저굴절률 코어 영역(234)은 상기 제2환형 코어 영역(233)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다.
일부의 실시예에 있어서, 상기 제2클래딩부(242)는 선택적으로 제2저굴절률 트렌치(244) 및 제2외부 클래딩부(243)를 포함할 수 있다. 그러한 제2저굴절률 트렌치(244)는 상기 제2외부 클래딩(243) 내에 위치되고, 상기 제2저굴절률 트렌치(244)는 상기 제2외부 클래딩(243)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다. 포함될 경우, 상기 제2저굴절률 트렌치(244)는 상기 광 섬유(200)의 굴곡 성능을 향상시킨다. 즉, 상기 제2저굴절률 트렌치(244)는 상기 광 섬유(200)가 감겨질 때 그 광 섬유(200)에서 전파되는 광의 감쇠를 감소시키고, 이에 의해 상기 제2저굴절률 트렌치(244)가 없는 유사한 구조를 갖는 광 섬유와 비교하여 상기 광 섬유(200)에서 전파되는 광의 감쇠를 증가시키지 않고 상기 광 섬유(200)가 더 타이트한(즉, 더 작은) 반경으로 감겨질 수 있게 한다. 상기 광 섬유(200)의 제1세그먼트(210)가 제1저굴절률 트렌치(224)를 포함할 때, 상기 광 섬유(200)의 제2세그먼트(230)는 제2저굴절률 트렌치(244)를 포함하고, 그 반대일 수 있다는 것을 알아야 한다.
일부의 실시예(나타내지 않음)에 있어서, 상기 제2저굴절률 트렌치(244)는 상기 제2코어부(232)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉할 수 있다. 일부 다른 실시예에 있어서, 도 8 및 9에 나타낸 바와 같이, 상기 제2저굴절률 트렌치(244)는 제2내부 클래딩부(245)에 의해 상기 제2코어부(232)로부터 이격될 수 있다. 즉, 상기 제2내부 클래딩부(245)는 상기 제2저굴절률 트렌치(244) 내에 위치하고 상기 제2저굴절률 트렌치(244)와 제1코어부(232) 간 위치한다. 실시예들에 있어서, 상기 제2내부 클래딩부(245)는 상기 제2저굴절률 트렌치(244) 및 제2환형 코어 영역(233)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다.
도 1a 및 6-9를 참조하면, 제1코어부(212)는 제2코어부(232)와 광학적으로 결합되고, 제1클래딩부(222)는 전이 영역(250)을 통해 제2클래딩부(242)와 광학적으로 결합된다. 특히, 제1저굴절률 코어 영역(214)은 제2저굴절률 코어 영역(234)에 광학적으로 결합되고, 제1환형 코어 영역(213)은 제2환형 코어 영역(233)에 광학적으로 결합되고, 제1외부 클래딩부(223)는 제2외부 클래딩부(243)에 광학적으로 연결되고, 제1저굴절률 트렌치(224)는 제2저굴절률 트렌치(244)에 광학적으로 연결되며, 제1내부 클래딩부(225)는 전이 영역(250)을 통해 제2내부 클래딩부(245)에 광학적으로 결합된다.
제2세그먼트(230)는 광 섬유(200)의 축 방향 중심선(2)으로부터의 반경(r4)을 갖는다. 제2코어부(232)는 상기 반경 r4보다 작은 반경 r1을 갖는다. 상기 제2코어부(232)의 제2저굴절률 코어 영역(234)은 반경 r1보다 작은 반경 r0을 갖는다. 제2환형 코어 영역(233)은 내부 반경(r0), 외부 반경(r1) 및 반경 방향 두께(tac=r1-r0)를 갖는다. 상기 제2저굴절률 코어 영역(234) 및 제2환형 코어 영역(233)의 반경 r0 및 r1은 상기 제2저굴절률 코어 영역(234) 및 제2환형 코어 영역(233)의 상대 굴절률 프로파일(도 9)의 최대 기울기에 접하는 선이 각각 기준 상대 굴절률 선(Δocl%)과 교차하는 지점에서 규정된다. 제2클래딩부(242)는 내부 반경(r1), 외부 반경(r4) 및 반경 방향 두께(tcl=r4-r1)를 갖는다. 상기 제2클래딩부(242)가 제2저굴절률 트렌치(244) 및 제2외부 클래딩부(243)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제2저굴절률 트렌치(244)는 내부 반경(r2), 외부 반경(r3) 및 반경 방향 두께(tlit=r3-r2)를 갖는다. 상기 제2외부 클래딩부(243)는 내부 반경(r3), 외부 반경(r4) 및 반경 방향 두께(tocl=r4-r3)를 갖는다. 상기 제2저굴절률 트렌치(244)가 상기 제2코어부(232)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉하는 실시예들(나타내지 않음)에 있어서, 상기 제2저굴절률 트렌치(244)의 내부 반경(r2)은 제2코어부(232)의 반경(r1)과 동일할 수 있다. 상기 제2저굴절률 트렌치(244)가 상기 제2내부 클래딩부(245)에 의해 제2코어부(232)로부터 이격되는 실시예들에 있어서, 상기 제2내부 클래딩부(245)는 내부 반경(r1), 외부 반경(r2) 및 반경 방향 두께(ticl=r2-r1)를 갖는다.
상기 제2세그먼트(230)의 반경(r4)은 약 20 ㎛ 내지 약 100 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 제2세그먼트(230)의 반경(r4)은 약 30 ㎛ 내지 약 70 ㎛이다. 상기 제2코어부(232)의 반경(r1)은 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 반경(r1)은 약 2.5 ㎛ 내지 약 7.5 ㎛이다. 상기 제2클래딩부(242)의 반경 방향 두께 tcl (r4-r1)는 약 20 ㎛ 내지 약 80 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 반경 방향 두께(tcl)는 약 35 ㎛ 내지 약 60 ㎛이다. 상기 제2클래딩부(242)가 상기 제2저굴절률 트렌치(244) 및 제2외부 클래딩부(243)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제2저굴절률 트렌치(244)의 내부 반경(r2)은 약 2 ㎛ 내지 약 15 ㎛이고, 외부 반경(r3)은 약 2 ㎛ 내지 약 25 ㎛이며, 반경 방향 두께 tlit (r3-r2)는 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(r2)은 약 3 ㎛ 내지 약 10 ㎛이고, 외부 반경(r3)은 약 3 ㎛ 내지 약 20 ㎛이며, 반경 방향 두께(tlit )는 약 1 ㎛ 내지 약 8 ㎛이다. 상기 제2외부 클래딩부(243)의 내부 반경(r3)은 약 2 ㎛ 내지 약 25 ㎛이고, 외부 반경(r4)은 약 20 ㎛ 내지 약 100 ㎛이며, 반경 방향 두께 tocl (r4-r3)는 약 25 ㎛ 내지 약 75 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(r3)은 약 3 ㎛ 내지 약 20 ㎛이고, 외부 반경(r4)은 약 30 ㎛ 내지 약 70 ㎛이며, 반경 방향 두께(tocl)는 약 30 ㎛ 내지 약 50 ㎛이다. 상기 제2저굴절률 트렌치(244)가 상기 제2내부 클래딩부(245)에 의해 제2코어부(232)로부터 이격되는 실시예들에 있어서, 상기 제2내부 클래딩부(245)의 내부 반경(r1)은 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛이고, 외부 반경(r2)은 약 2 ㎛ 내지 약 15 ㎛이며, 반경 방향 두께 ticl (r2-r1)는 약 1 ㎛ 내지 약 8 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(r1)은 약 2.5 ㎛ 내지 약 7.5 ㎛이고, 외부 반경(r2)은 약 3 ㎛ 내지 약 10 ㎛이며, 반경 방향 두께(ticl)는 약 1 ㎛ 내지 약 4 ㎛이다.
상기 제1세그먼트(210)의 제1저굴절률 코어 영역(214)은 굴절률(nLIC) 및 상대 굴절률(ΔLIC%)을 갖고, 상기 제2세그먼트(230)의 제2저굴절률 코어 영역(234)은 굴절률(nlic) 및 상대 굴절률(Δlic%)을 갖는다. 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(214) 및 제2저굴절률 코어 영역(234)은 동일한 재료로 이루어지고, 상대 굴절률 ΔLIC%는 상대 굴절률 Δlic%와 실질적으로 동일하다(즉, ΔLIC%=Δlic%). 상대 굴절률 ΔLIC% 및 상대 굴절률 Δlic%는 약 0.2% 내지 약 -1.0%이다. 실시예들에 있어서, 상대 굴절률 ΔLIC% 및 상대 굴절률 Δlic%는 약 0.1% 내지 약 -0.5%이다.
상기 제1환형 코어 영역(213)은 굴절률(nAC) 및 상대 굴절률(ΔAC%)을 갖고, 제2환형 코어 영역(233)은 굴절률(nac) 및 상대 굴절률(Δac%)을 갖는다. 실시예들에 있어서, 상기 제1환형 코어 영역(213) 및 제2환형 코어 영역(233)은 동일한 재료로 이루어지고, 상대 굴절률 ΔAC%는 상대 굴절률 Δac%와 실질적으로 동일하다(즉, ΔAC%=Δac%). 상대 굴절률 ΔAC% 및 상대 굴절률 Δac%는 각각 상대 굴절률 ΔLIC% 및 상대 굴절률 Δlic%보다 크다(즉, ΔAC% ＞ ΔLIC%; Δac% ＞ Δlic%). 상기 제1저굴절률 코어 영역(214) 및 제2저굴절률 코어 영역(234)이 동일한 재료로 이루어지고, 상기 제1환형 코어 영역(213) 및 제2환형 코어 영역(233)이 동일한 재료로 이루어지는 실시예들에 있어서, ΔAC% ＞ Δlic% 및 Δac% ＞ ΔLIC%이다. 상대 굴절률 ΔAC% 및 상대 굴절률 Δac%는 약 0.2% 내지 약 1.0%이다. 실시예들에 있어서, 상대 굴절률 ΔAC% 및 상대 굴절률 Δac%는 약 0.3% 내지 약 0.75%이다.
상기 제1클래딩부(222)는 순수 실리카 유리에 대해 상대 굴절률(ΔCL%) 및 굴절률(nCL)을 갖는다. 상기 제1클래딩부(222)의 굴절률(nCL)은 광 섬유(200)의 제1세그먼트(210)의 다른 유리부의 상대 굴절률에 대한 기준으로 사용될 수 있다. 상기 제1클래딩부(222)가 제1외부 클래딩부(223), 제1저굴절률 트렌치(224), 및 (옵션으로) 제1내부 클래딩부(225)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(200)의 제1세그먼트(210)의 다른 유리부의 상대 굴절률은, 본원에 보다 상세히 기술한 바와 같이, 상기 제1외부 클래딩부(223)에 대해 결정된다.
상기 제1클래딩부(222)가 제1내부 클래딩부(225) 및 제1저굴절률 트렌치(224)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(225)는 굴절률(nICL) 및 상대 굴절률(ΔICL%)을 갖고, 상기 제1저굴절률 트렌치(224)는 굴절률 nLIT 및 상대 굴절률 ΔLIT%를 갖는다. 상대 굴절률 ΔICL%는 일반적으로 도 7에 나타낸 바와 같이 상대 굴절률 ΔLIT%보다 크고 상대 굴절률 ΔAC%보다 작다(즉, ΔAC% ＞ ΔICL% ＞ ΔLIT%). 상대 굴절률 ΔICL%는 약 -0.1% 내지 약 0.1%이고, 상대 굴절률 ΔLIT%는 약 -0.1% 내지 약 -1.0%이다. 실시예들에 있어서, 상대 굴절률 ΔICL%는 약 -0.05% 내지 약 0.05%이고, 상대 굴절률 ΔLIT%는 약 -0.3% 내지 약 -0.5%이다.
상기 제2클래딩부(242)는 순수 실리카 유리에 대해 상대 굴절률(Δcl%) 및 굴절률(ncl)을 갖는다. 상기 제2클래딩부(242)의 굴절률(ncl)는 광 섬유(200)의 제2세그먼트(230)의 다른 유리부의 상대 굴절률에 대한 기준으로 사용될 수 있다. 상기 제2클래딩부(242)가 제2외부 클래딩부(243), 제2저굴절률 트렌치(244), 및 (옵션으로) 제2내부 클래딩부(245)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(200)의 제2세그먼트(230)의 다른 유리부의 상대 굴절률은, 본원에 보다 상세히 기술한 바와 같이, 제2외부 클래딩부(243)에 대해 결정된다.
상기 제2클래딩부(242)가 상기 제2내부 클래딩부(245) 및 제2저굴절률 트렌치(244)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제2내부 클래딩부(245)는 굴절률(nicl) 및 상대 굴절률(Δicl%)을 갖고, 상기 제2저굴절률 트렌치(244)는 굴절률(nlit) 및 상대 굴절률(Δlit%)을 갖는다. 상대 굴절률 Δicl%는 일반적으로 도 9에 나타낸 바와 같이 상대 굴절률 Δlit%보다 크고, 일반적으로 상대 굴절률 Δac%보다 작다(즉, Δac% ＞ Δicl% ＞ Δlit%). 실시예들에 있어서, 상기 제2내부 클래딩부(245)는 제1내부 클래딩부(225)와 동일한 재료로 이루어지고, 상기 제2저굴절률 트렌치(244)는 상기 제1저굴절률 트렌치(224)와 동일한 재료로 이루어진다. 따라서, 굴절률 nicl 및 nlit는 각각 굴절률 nICL 및 nLIT와 실질적으로 동일하고(즉, nicl=nICL; nlit=nLIT), 그러한 상대 굴절률 Δicl% 및 Δlit%는 각각 상대 굴절률 ΔICL% 및 ΔLIT%와 실질적으로 동일하다(즉, Δicl%=ΔICL%; Δlit%=ΔLIT%). 예를 들어, 상대 굴절률 Δicl%는 약 -0.1% 내지 약 0.1%이고, 상대 굴절률 Δlit%는 약 0.1% 내지 약 -1.0%일 수 있다. 실시예들에 있어서, 상대 굴절률 Δicl%는 약 -0.05% 내지 약 0.05%이고, 상대 굴절률 Δlit%는 약 -0.3% 내지 약 -0.5%일 수 있다.
상기 제1클래딩부(222)가 제1외부 클래딩부(223)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(223)는 굴절률(nOCL) 및 상대 굴절률(ΔOCL%)을 갖는다. 이들 실시예에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔOCL%는 상기 광 섬유(200)의 제1세그먼트(210)의 다른 유리부의 상대 굴절률을 결정하기 위한 기준으로 사용될 수 있다. 본원에 기술된 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(223)의 상대 굴절률 ΔOCL%는 상기 제1저굴절률 트렌치(224)의 상대 굴절률 ΔLIT%보다 크다(즉, ΔOCL% ＞ ΔLIT%). 일부의 실시예에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(223)의 상대 굴절률 ΔOCL%는, 상기 제1내부 클래딩부(225)가 상기 제1외부 클래딩부(223)의 굴절률 nOCL에 비해 상기 제1내부 클래딩부(225)의 굴절률 nICL을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트로 다운-도핑된 실리카 유리를 포함하는 경우와 같이, 상기 제1내부 클래딩부(225)의 상대 굴절률 ΔICL%보다 클 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(223)의 상대 굴절률 ΔOCL%는 상기 제1내부 클래딩부(225)의 상대 굴절률 ΔICL%와 실질적으로 동일하다. 그와 같은 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(223)의 조성은, ΔOCL%=ΔICL%인 한, 상기 제1내부 클래딩부(225)의 조성과 다르거나 또는 상기 제1내부 클래딩부(225)의 조성과 동일할 수 있다. 상기에 기초하여, 상기 제1외부 클래딩부(223)의 상대 굴절률 ΔOCL%는 상기 제1내부 클래딩부(225)의 상대 굴절률 ΔICL%보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있다는 것을 알아야 한다.
상기 제2클래딩부(242)가 제2외부 클래딩부(243)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(243)는 굴절률(nocl) 및 상대 굴절률(Δocl%)을 갖는다. 따라서, 상기 상대 굴절률 Δocl%는 상기 광 섬유(200)의 제2세그먼트(230)의 다른 유리부의 상대 굴절률에 대한 기준으로 사용될 수 있다. 본원에 기술된 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(243)의 상대 굴절률 Δocl%는 상기 제2저굴절률 트렌치(244)의 상대 굴절률 Δlit%보다 크다(즉, Δocl% ＞ Δlit%). 일부의 실시예에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(243)의 상대 굴절률 Δocl%는, 상기 제2내부 클래딩부(245)가 상기 제2외부 클래딩부(243)의 굴절률 nocl에 비해 상기 제2내부 클래딩부(245)의 굴절률 nicl을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트로 다운-도핑된 실리카 유리를 포함하는 경우와 같이, 상기 내부 클래딩부(245)의 상대 굴절률 Δicl%보다 크다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(243)의 상대 굴절률 Δocl%는 상기 제2내부 클래딩부(245)의 상대 굴절률 Δicl%와 실질적으로 동일할 수 있다. 그와 같은 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(243)의 조성은, Δocl%=Δicl%인 한, 상기 제2내부 클래딩부(245)의 조성과 다르거나 또는 상기 제2내부 클래딩부(245)의 조성과 동일할 수 있다. 상기에 기초하여, 상기 제2외부 클래딩부(243)의 상대 굴절률 Δocl%가 상기 제2내부 클래딩부(245)의 상대 굴절률 Δicl%보다 크거나 또는 실질적으로 동일하다는 것을 알아야 한다. 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(243)는 상기 제1외부 클래딩부(223)와 동일한 재료로 이루어지며, 그와 같이 상기 제2외부 클래딩부(243)의 굴절률 nocl은 상기 제1외부 클래딩부(223)의 굴절률 nOCL과 실질적으로 동일(즉, nocl=nOCL)하고, 상기 제2외부 클래딩부(243)의 상대 굴절률 Δocl%는 상기 제1외부 클래딩부(223)의 상대 굴절률 ΔOCL%와 실질적으로 동일하다(즉, Δocl%=ΔOCL%=0).
상기 제1세그먼트(210)의 제1저굴절률 코어 영역(214) 및 상기 제2세그먼트(230)의 제2저굴절률 코어 영역(234)은 실리카 유리의 굴절률을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트, 예를 들어 그리고 한정하지 않고, F, B, 또는 이들의 조합 등을 갖는 실리카 유리를 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(214) 및 제2저굴절률 코어 영역(234) 중 적어도 하나는 약 0.1 wt. % 내지 약 2.5 wt. % 사이 농도의 F를 포함할 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(214) 및 제2저굴절률 코어 영역(234) 중 적어도 하나는 약 0.1 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 일부의 다른 실시예에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(214) 및 제2저굴절률 코어 영역(234) 중 적어도 하나는 약 0.1 wt.% 내지 약 1.5 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(214) 및 제2저굴절률 코어 영역(234)은 약 0.5 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 여전히 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(214) 및 제2저굴절률 코어 영역(234)은 약 0.7 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다.
상기 제1세그먼트(210)의 제1환형 코어 영역(213) 및 상기 제2세그먼트(230)의 제2환형 코어 영역(233)은 실리카 유리의 굴절률을 증가시키는 하나 이상의 업-도펀트를 갖는 실리카 유리를 포함한다. 적절한 업-도펀트는, 예를 들어 그리고 한정하지 않고, Ge, Ti, Al, Cl, P, GeO2, TiO2, P2O5, 및 다양한 이들의 조합을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1환형 코어 영역(213) 및 제2환형 코어 영역(233) 중 적어도 하나는 약 3 wt.% 내지 약 17 wt.% 사이의 GeO2를 함유한다. 일부의 다른 실시예에 있어서, 상기 제1환형 코어 영역(213) 및 제2환형 코어 영역(233) 중 적어도 하나는 약 5 wt.% 내지 약 13 wt.% 사이의 GeO2를 함유한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1환형 코어 영역(213) 및 제2환형 코어 영역(233)은 동일한 재료로 이루어지고, 상기 제1환형 코어 영역(213)에서의 도펀트 농도는 상기 제2환형 코어 영역(233)에서의 도펀트 농도와 실질적으로 동일하다.
상기 제1세그먼트(210)의 제1내부 클래딩부(225) 및 제2세그먼트(230)의 제2내부 클래딩부(245)는 순수 실리카 유리, 실리카 유리의 굴절률을 증가시키는 하나 이상의 업-도펀트를 갖는 실리카 유리, 또는 실리카 유리의 굴절률을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트를 갖는 실리카 유리를 포함할 수 있다. 적절한 업-도펀트의 비-한정 예들로는 e, Ti, Al, Cl, P, GeO2, TiO2, P2O5, 또는 이들의 조합 등을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(225) 및 제2내부 클래딩부(245) 중 적어도 하나는 업-도펀트로서 Cl을 함유한다. 적절한 다운-도펀트의 비-한정 예들로는 F, B, 또는 이들의 조합 등을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(225) 및 제2내부 클래딩부(245) 중 적어도 하나는 다운-도펀트로서 F를 함유한다.
상기 식 (32) 및 (33)과 관련하여 논의된 바와 같이, 광 섬유의 특정 유리부의 반경 방향 두께는 특정 유리부의 상대 굴절률과 상호 관련될 수 있다. 본원에 기술된 실시예들에 있어서, 제1저굴절률 트렌치(224)의 트렌치 볼륨 VLIT는 약 80%-㎛2 이상, 예컨대 약 100%-㎛2 이상일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 트렌치 볼륨 VLIT는 약 110%-㎛2 이상이거나 또는 심지어 약 120%-㎛2 이상일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 VLIT는 약 이상 및 약 220%-㎛2 이하일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 VLIT는 약 100%-㎛2 이상 및 약 200%-㎛2 이하일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 VLIT는 약 110%-㎛2 이상 및 약 180%-㎛2 이하일 수 있다.
본원에 기술된 실시예들에 있어서, 상기 제2저굴절률 트렌치(244)의 트렌치 볼륨 vlit는 약 40%-㎛2 이상, 예컨대 약 50%-㎛2 이상일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 vlit는 약 55%-㎛2 이상이거나 또는 심지어 약 60%-㎛2 이상일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 vlit는 약 40%-㎛2 이상 및 약 110%-㎛2 이하일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 vlit는 약 50%-㎛2 이상 및 약 100%-㎛2 이하일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 vlit는 약 55%-㎛2 이상 및 약 90%-㎛2 이하일 수 있다.
본원에 기술된 광 섬유의 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(224), 제2저굴절률 트렌치(244), 또는 상기 제1저굴절률 트렌치(224) 및 제2저굴절률 트렌치(244) 모두는 실리카 유리의 굴절률을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트를 갖는 실리카 유리를 포함한다. 다운-도펀트의 비-한정 예들로는 F, B, 또는 이들의 조합 등을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(224) 및 제2저굴절률 트렌치(244) 중 적어도 하나는 약 0.1 wt.% 내지 약 2.5 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(224) 및 제2저굴절률 트렌치(244) 중 적어도 하나는 약 0.1 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(224) 및 제2저굴절률 트렌치(244) 중 적어도 하나는 약 0.1 wt.% 내지 약 1.5 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(224) 및 제2저굴절률 트렌치(244) 중 적어도 하나는 약 0.5 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 여전히 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(224) 및 제2저굴절률 트렌치(244) 중 적어도 하나는 약 0.7 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다.
일부의 실시예에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(214)의 상대 굴절률 ΔLIC%, 상기 제1저굴절률 트렌치(224)의 상대 굴절률 ΔLIT%, 상기 제2저굴절률 코어 영역(234)의 상대 굴절률 Δlic% 및 상기 제2저굴절률 트렌치(244)의 상대 굴절률 Δlit% 중 적어도 하나는 실리카 유리에 걸쳐 비주기적으로 배치되거나 또는 주기적으로 배치되거나, 또는 그 모두로 배치되는 보이드를 갖춘 각각의 제2저굴절률 코어 영역(214), 제2저굴절률 트렌치(224), 제2저굴절률 코어 영역(234) 및 제2저굴절률 트렌치(244) 중 적어도 하나의 상기 실리카 유리를 형성함으로써 달성된다. 상기 보이드들은 광 섬유(200)의 길이(즉, 종 축에 평행한)를 따라 신장(연장)되지만, 그 전체 광 섬유의 전체 길이를 확장하지는 않는다. 이론에 구속되진 않지만, 상기 보이드는 광 섬유의 길이를 따라 수 미터 미만, 많은 경우 1 미터 미만으로 확장되는 것으로 여겨진다. 본원에 개시된 광 섬유는 통합된 유리 블랭크에 상당한 양의 가스가 포획되어 통합된 유리 광 섬유 프리폼에 보이드를 형성시키는데 효과적인 프리폼 통합 조건을 활용하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 이들 보이드를 제거하기 위한 단계를 수행하는 대신, 결과의 프리폼이 내부에 보이드를 갖는 광 섬유를 형성하는데 사용된다. 일부의 실시예에 있어서, 이들 보이드는 아르곤, 크립톤, CO2, SO2, O2 또는 이들 혼합물과 같은 하나 이상의 가스를 함유할 수 있다. 일부의 다른 실시예에 있어서, 상기 보이드들은 실질적으로 가스가 없다. 가스의 유무에 관계없이, 상기 제1저굴절률 코어 영역((214)의 굴절률 nLIC, 상기 제1저굴절률 트렌치(224)의 굴절률 nLIT, 상기 제2저굴절률 코어 영역(234)의 굴절률 nlic 및 상기 제2저굴절률 트렌치(244)의 굴절률 nlit 중 적어도 하나는 보이드들의 존재로 인해 감소된다. 대안으로 또는 추가로, 상기 제1저굴절률 코어 영역(214)의 굴절률 nLIC, 상기 제2저굴절률 트렌치(224)의 굴절률 nLIT, 상기 제2저굴절률 코어 영역(234)의 굴절률 nlic 및 상기 제2저굴절률 트렌치(244)의 굴절률 nlit 중 적어도 하나는, 본원에 기술한 바와 같이, 비주기적 분포, 주기적 분포, 또는 비주기적 및 주기적 분포 모두의 보이드를 갖는 다운-도핑 실리카 유리를 형성함으로써 감소된다.
상기 제1저굴절률 트렌치(224)의 상대 굴절률 ΔLIT%는 상기 제1내부 클래딩부(225)의 상대 굴절률 ΔICL%보다 작고(즉, ΔLIT% ＜ ΔICL%), 상기 제1외부 클래딩부(223)의 상대 굴절률 ΔOCL%보다 작다(즉, ΔLIT% ＜ ΔOCL%). 일부의 실시예에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔICL%는 상대 굴절률 ΔOCL%와 실질적으로 동일하고, ΔLIT% ＜ ΔICL% = ΔOCL%이다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔICL%는 상대 굴절률 ΔOCL%보다 작고, ΔLIT% ＜ ΔICL% ＜ ΔOCL%이다.
상기 제2저굴절률 트렌치(244)의 상대 굴절률 Δlit%는 상기 제2내부 클래딩부(245)의 상대 굴절률 Δicl%보다 작고(즉, Δlit% ＜ Δicl%), 상기 제2외부 클래딩부(243)의 상대 굴절률 Δocl%보다 작다(즉, Δlit% ＜ Δocl%). 일부의 실시예에 있어서, 상기 상대 굴절률 Δicl%는 상대 굴절률 Δocl%와 실질적으로 동일하고, Δlit% ＜ Δicl% = Δocl%이다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 Δicl%는 상대 굴절률 Δocl%보다 작고, Δlit% ＜ Δicl% ＜ Δocl%이다. 상기 제2저굴절률 트렌치(244), 제2내부 클래딩부(245) 및 제2외부 클래딩부(243)가 각각 상기 제1저굴절률 트렌치(224), 제1내부 클래딩부(225) 및 제1외부 클래딩부(223)와 동일한 재료로 이루어지는 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 Δlit%는 상대 굴절률 ΔLIT%와 실질적으로 동일(즉, Δlit% = ΔLIT%)하고, 상기 상대 굴절률 Δicl%는 상대 굴절률 ΔICL%와 실질적으로 동일(즉, Δicl% = ΔICL%)하며, 상기 상대 굴절률 Δocl%는 상대 굴절률 ΔOCL%와 실질적으로 동일(즉, Δocl% = ΔOCL%)할 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 상기 상대 굴절률 ΔICL%가 상대 굴절률 ΔOCL%와 실질적으로 동일한 실시예들에 있어서, Δlit% ＜ ΔICL% = ΔOCL%이고 ΔLIT% ＜ Δicl% = Δocl%이다. 상기 상대 굴절률 ΔICL%가 상대 굴절률 ΔOCL%보다 작은 실시예들에 있어서, Δlit% ＜ ΔICL% ＜ ΔOCL%이고 ΔLIT% ＜ Δicl% ＜ Δocl%이다.
상기 제1세그먼트(210)의 제1외부 클래딩부(223) 및 제2세그먼트(230)의 제2외부 클래딩부(243)는 순수 실리카 유리, 실리카 유리의 굴절률을 증가시키는 하나 이상의 업-도펀트를 갖는 실리카 유리, 실리카 유리의 굴절률을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트를 갖는 실리카 유리를 포함한다. 적절한 업-도펀트의 비-한정 예들로는 Ge, Ti, Al, Cl, P, GeO2, TiO2, P2O5, 또는 이들의 조합 등을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(223) 및 제2외부 클래딩부(243) 중 적어도 하나는 업-도펀트로서 Cl을 함유한다. 적절한 다운-도펀트의 비-한정 예들로는 F, B, 또는 이들의 조합 등을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(223) 및 제2외부 클래딩부(243) 중 적어도 하나는 다운-도펀트로서 F를 함유한다.
본원에 기술된 광 섬유(200)의 다양한 실시예들은 상기 제1클래딩부(222) 내에 제1저굴절률 트렌치(224)의 통합 및 상기 제2클래딩부(242) 내에 제2저굴절률 트렌치(244)의 통합으로 인해 향상된 굴곡 성능을 갖는다. 상기 광 섬유(200)의 매크로밴드 성능은 상기 기술한 바와 같이 FOTP-62 (JEC-60793-1-47)에 따라 결정될 수 있다.
실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(200)는 원하는 구조를 갖는 섬유 프리폼을 만들기 위해 기존의 섬유 제조 공정을 사용하여 제조된다. 그러한 섬유 프리폼을 만들기 위해 사용된 공정의 비-한정 예들은 외부 기상 증착(OVD), 변형된 화학 기상 증착(MCVD), 물리적 화학 기상 증착(PCVD) 등을 포함한다. 일단 형성되면, 상기 섬유 프리폼은 제1세그먼트(210)의 치수를 갖는 섬유로 인발된다. 상기 제1세그먼트(210)의 치수를 갖는 섬유는 클램핑되고, 그 섬유의 일부는 상기 제2세그먼트(230)의 치수로 더 인발되고, 전이 영역(250)은 상기 제1세그먼트(210)와 제2세그먼트(230) 사이에 위치된다.
예를 들어, 일 실시예에 있어서, 상기 광 섬유(200)는 이 광 섬유(200)가 초기에 제1저굴절률 코어 영역(214), 제1환형 코어 영역(213), 제1내부 클래딩부(225), 제1저굴절률 트렌치(224) 및 제1외부 클래딩부(223)를 갖도록 초기에 형성될 수 있다. 다음에, 상기 광 섬유(200)는 클램핑되고, 그 섬유의 일부는 제1저굴절률 코어 영역(214), 제1환형 코어 영역(213), 제1내부 클래딩부(225), 제1저굴절률 트렌치(224) 및 제1외부 클래딩부(223)를 가진 제1세그먼트(210), 및 제2저굴절률 코어 영역(234), 제2환형 코어 영역(233), 제2내부 클래딩부(245), 제2저굴절률 트렌치(244) 및 제2외부 클래딩부(243)를 가진 제2세그먼트(230)를 갖춘 광 섬유를 생성하기 위해 가열되고 더 인발될 수 있다. 이러한 절차에서, 상기 광 섬유를 더 인발하는 것은 제1세그먼트(210)에 비해 상기 광 섬유(200)의 제2세그먼트(230)의 치수를 감소시킨다. 특히, 상기 제2저굴절률 코어 영역(234)의 치수는 상기 제1저굴절률 코어 영역(214)에 비해 크게 감소된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 광 섬유(200)는 상기 제1세그먼트(210) 및 제2세그먼트(230)를 함께 스플라이싱함으로써 형성될 수 있다. 그와 같은 실시예에 있어서, 상기 제1세그먼트(210)의 외경(D0) 및 제2세그먼트(230)의 외경(d0)은 일반적으로 상기 제1코어부(212), 제2코어부(232), 제1클래딩부(222) 및 제2클래딩부(242)가 상기 기술한 속성 및 특성을 갖는 한 서로 동일할 수 있다는 것을 알아야 한다.
도 1a, 7 및 9를 참조하면, 광 섬유(200)는 가우시안 레이저 빔을 베셀 레이저 빔으로 변환시키는데 사용될 수 있다. 이들 실시예에 있어서, 베셀 레이저 빔(BLB)의
Figure pct00127
값은 적어도 10이다. 예를 들어, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 250, 적어도 500, 적어도 1000, 10 내지 2000 범위, 50 내지 1500 범위, 또는 100 내지 1000 범위의
Figure pct00128
값.
구체적으로, 가우시안 레이저 빔(GLB)은 상기 광 섬유(200)의 입구 단부(231)에 광학적으로 결합되고 제2세그먼트(230)를 통해 상기 제1세그먼트(210)를 향해 전파된다. 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)은 상기 제2저굴절률 코어 영역(234) 상으로 입사될 수 있다. 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)은 저굴절률 영역보다는 고굴절률 영역을 통해 전파하려고 시도하는 것으로 이해된다. 또한, 제1저굴절률 코어 영역(214)으로 전이됨에 따라 상기 제2저굴절률 코어 영역(234)의 반경의 크기(반지름)가 증가함에 따라, 상기 제1저굴절률 코어 영역(214)에서 전파하는 가우시안 레이저 빔(GLB)은 강도가 감소한다. 고굴절률 영역을 통해 전파하려고 하는 가우시안 레이저 빔(GLB)의 조합 및 제1저굴절률 코어 영역(214)을 통해 전파됨에 따른 그 강도의 감소는 가우시안 레이저 빔(GLB)이 제1저굴절률 코어 영역(214)을 통해 전파되어 제1환형 코어 영역(213)을 통해 전파되게 함으로써, 링 형상 빔(RSB)이 형성되고 그 광이 출구 단부(211)를 통해 광 섬유(200)를 빠져 나가게 하며, 상기 광은: (a) 섬유의 출구 단부(211)에 광학 포커싱 파워가 없는 경우(예컨대, 평면인 경우) 링형 빔으로서, 또는 (b) 출구 단부(211)가 그 출구 단부(211) 상에 직접 형성된 섬유 렌즈를 갖는 경우 또는 그러한 렌즈가 출구 단부(211; 나타내지 않음)에 부착 된 경우 베셀 레이저 빔으로서 빠져 나간다. 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)은 렌즈 시스템(나타내지 않음), 직접 버트-커플링(나타내지 않음) 또는 퓨전 스플라이싱(나타내지 않음)을 통해 광 섬유(200)의 입구 단부(231)에 결합될 수 있다. 상기 진술한 바와 같이, 상기 광 섬유(200)의 출구 단부(211)를 빠져 나가는 링 형상 레이저 빔(RSB)은 베셀 레이저 빔(BLB)을 형성하기 위해 상기 출구 단부(211; 나타내지 않음)에 직접 형성되거나 부착된 섬유 렌즈, 또는 자유 공간 벌크 옵틱(나타내지 않음)에 포커싱될 수 있다.
도 1b 및 10-13을 참조하면, 전이 영역(350)에 의해 제2세그먼트(330)에 광학적으로 결합된 제1세그먼트(310)를 갖는 광 섬유(300)의 실시예가 나타나 있다. 상기 광 섬유(300)는 제1세그먼트(310)의 제1코어부 및 제2세그먼트(330)의 제2코어부 외에 상기 광 섬유(200)와 유사할 수 있다. 특히, 상기 제1세그먼트(310)의 제1코어부 및 상기 제2세그먼트(330)의 제2코어부는 저굴절률 코어 영역에 의해 환형 코어 영역 내에 그로부터 이격되어 위치된 중심 코어 영역을 포함할 수 있다. 상기 광 섬유(300)의 적어도 일부의 측면도가 도 1b에 나타나 있고, 상기 광 섬유(300)의 제1세그먼트(310) 및 제2세그먼트(330)의 반경 방향 단면도가 각각 도 10 및 12에 나타나 있으며, 상기 제1세그먼트(310) 및 제2세그먼트(330)에 대한 대응하는 상대 굴절률 프로파일이 각각 도 11 및 13에 나타나 있다. 상기 제1세그먼트(310)는 제1외경 'D0'을 갖고, 상기 제2세그먼트(330)는 제2외경 'd0'을 갖는다(도 1b). 상기 제1외경(D0)은 상기 제2외경(d0)보다 크다. 실시예들에 있어서, 상기 제1외경(D0)은 약 0.2 밀리미터(mm) 내지 약 5.0 mm이고, 상기 제2외경(d0)은 약 0.1 mm 내지 약 4.5 mm이며, 상기 전이 영역(350)의 길이는 약 0.5 mm 내지 약 20 mm일 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 제1외경(D0)은 약 0.4 mm 내지 약 1.0 mm이고, 상기 제2외경(d0)은 약 0.2 mm 내지 약 0.9 mm이며, 상기 전이 영역(350)의 길이는 약 1 mm 내지 약 10 mm일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1외경(D0)은 약 150 ㎛ 내지 약 350 ㎛이고, 상기 제2외경(d0)은 약 75 ㎛ 내지 약 225 ㎛이며, 상기 전이 영역(350)의 길이는 10 mm보다 크다. 제2세그먼트(330)를 통해 전파되는 가우시안 레이저 빔(GLB)은 제1세그먼트(310)를 통해 전파되는 링 형상 빔(RSB)으로 변환된다. 실시예들에 있어서, 상기 제1세그먼트(310), 제2세그먼트(330) 및 전이 영역(350)은 서로 일체로 형성되며, 상기 광 섬유(300)의 테이퍼 비율(d0/D0)은 약 0.2 이상 및 약 0.9 이하이다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(300)의 테이퍼 비율은 약 0.3 이상 및 약 0.9 이하이다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(300)의 테이퍼 비율은 약 0.3 이상 및 0.8 이하이다. 상기 광 섬유(300)의 제1세그먼트(310; 도 10 및 11)는 상기 광 섬유(300)의 축 방향 중심선(2) 상에 중심을 둔 제1코어부(312)를 갖는다. 상기 제1코어부(312)는 제1환형 코어 영역(313)을 포함할 수 있다. 제1클래딩부(322)는 상기 제1코어부(312) 둘레로 확장될 수 있다. 상기 광 섬유(300)의 제2세그먼트(330; 도 12 및 13)는 제2코어부(332)를 가질 수 있고, 상기 제2코어부(332)의 적어도 일부는 상기 제1코어부(312)에 광학적으로 결합된다. 제2클래딩부(342)는 상기 제2코어부(332) 둘레로 확장될 수 있다.
도 1b, 10 및 11을 참조하면, 도 1b의 광 섬유(300)의 제1세그먼트(310)의 반경 방향 단면도는 도 10에 나타나 있고, 단면의 중심선에 대한 반경 방향 단면도의 상대 굴절률은 도 11에 그래픽으로 나타나 있다. 상기 제1세그먼트(310)는 일반적으로 제1코어부(312) 및 제1클래딩부(322)를 포함한다. 상기 제1코어부(312)는 이 제1코어부(3120 둘레로 확장하는 제1클래딩부(322) 내에 위치된다. 상기 제1코어부(312) 및 제1클래딩부(322)는 일반적으로 상기 광 섬유(300)의 제1세그먼트(310)의 단면이 보통 상기 광 섬유(300)의 제1코어부(312)의 중심에 대해 원형 대칭이 되도록 동심원일 수 있다. 또한, 상기 제1코어부(312) 및 제1클래딩부(322)는 일반적으로 상기 광 섬유(300)의 제1코어부(312)의 중심에 대해 선대칭일 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 제1코어부(312)는 제1환형 코어 영역(313), 제1저굴절률 코어 영역(314) 및 제1중심 코어 영역(315)을 포함할 수 있다. 상기 제1저굴절률 코어 영역(314)은 상기 제1환형 코어 영역(313) 내에 위치되고, 상기 제1중심 코어 영역(315)은 상기 제1저굴절률 코어 영역(314) 내에 위치된다. 상기 제1중심 코어 영역(315)은 도 10에 나타낸 바와 같이 제1저굴절률 코어 영역(314)에 의해 제1환형 코어 영역(313)으로부터 이격된다. 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(314)은 상기 제1환형 코어 영역(313)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉하며, 상기 제1중심 코어 영역(315)은 상기 제1저굴절률 코어 영역(314)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다.
일부의 실시예에 있어서, 상기 제1클래딩부(322)는 선택적으로 제1저굴절률 트렌치(324) 및 제1외부 클래딩부(323)를 포함할 수 있다. 그러한 제1저굴절률 트렌치(324)는 상기 제1외부 클래딩(323) 내에 위치되고, 상기 제1저굴절률 트렌치(324)는 상기 제1외부 클래딩(323)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다. 포함될 경우, 상기 제1저굴절률 트렌치(324)는 상기 광 섬유(300)의 굴곡 성능을 향상시킨다. 즉, 상기 제1저굴절률 트렌치(324)는 상기 광 섬유(300)가 감겨질 때 그 광 섬유(300)에서 전파되는 광의 감쇠를 감소시키고, 이에 의해 상기 제1저굴절률 트렌치(324)가 없는 유사한 구조를 갖는 광 섬유와 비교하여 상기 광 섬유(300)에서 전파되는 광의 감쇠를 증가시키지 않고 상기 광 섬유(300)가 더 타이트한(즉, 더 작은) 반경으로 감겨질 수 있게 한다.
일부의 실시예(나타내지 않음)에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(324)는 상기 제1코어부(312)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉할 수 있다. 도 10 및 11에 나타낸 실시예와 같이, 일부 다른 실시예에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(324)는 제1내부 클래딩부(325)에 의해 상기 제1코어부(312)로부터 이격될 수 있는데, 즉 상기 제1내부 클래딩부(325)는 상기 제1저굴절률 트렌치(324)와 제1코어부(312) 간 제1저굴절률 트렌치(324) 내에 위치한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(325)는 상기 제1저굴절률 트렌치(324) 및 제1환형 코어 영역(313)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다.
상기 제1세그먼트(310)는 상기 광 섬유(300)의 축 방향 중심선(2)으로부터의 반경(R4)을 갖는다. 상기 제1코어부(312)는 상기 반경 R4보다 작은 반경 R1을 갖는다. 상기 제1중심 코어 영역(315)은 반경(R00)을 갖는다. 상기 제1저굴절률 코어 영역(314)은 내부 반경(R00), 외부 반경(R0) 및 반경 방향 두께(TLIC=R0-R00)를 갖는다. 상기 제1환형 코어 영역(313)은 내부 반경(R0), 외부 반경(R1) 및 반경 방향 두께(TAC=R1-R0)를 갖는다. 상기 제1중심 코어 영역(315), 제1저굴절률 코어 영역(314) 및 제1환형 코어 영역(313)의 반경 R00, R0 및 R1 각각은 상기 제1중심 코어 영역(315), 제1저굴절률 코어 영역(314) 및 제1환형 코어 영역(313)의 상대 굴절률 프로파일(도 11)의 최대 기울기에 접하는 선들이 각각 기준 상대 굴절률 선(ΔOCL%)과 교차되는 지점에서 규정된다. 상기 제1클래딩부(322)는 내부 반경(R1), 외부 반경(R4) 및 반경 방향 두께(TCL=R4-R1)를 갖는다. 상기 제1클래딩부(322)가 제1저굴절률 트렌치(324) 및 제1외부 클래딩부(323)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(324)는 내부 반경(R2), 외부 반경(R3) 및 반경 방향 두께(TLIT=R3-R2)를 갖는다. 상기 제1외부 클래딩부(323)는 내부 반경(R3), 외부 반경(R4) 및 반경 방향 두께(TOCL=R4-R3)를 갖는다. 상기 제1저굴절률 트렌치(324)가 상기 제1코어부(312)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉하는 실시예들(나타내지 않음)에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(324)의 내부 반경(R2)은 상기 제1코어부(312)의 반경(R1)과 동일할 수 있다. 상기 제1저굴절률 트렌치(324)가 상기 제1내부 클래딩부(325)에 의해 제1코어부(312)로부터 이격되는 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(325)는 내부 반경(R1), 외부 반경(R2) 및 반경 방향 두께(TICL=R2-R1)를 갖는다.
상기 제1세그먼트(310)의 반경(R4)은 약 50 ㎛ 내지 약 250 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 제1세그먼트(310)의 반경(R4)은 약 100 ㎛ 내지 약 150 ㎛이다. 상기 제1코어부(312)의 반경(R1)은 약 5 ㎛ 내지 약 40 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 반경(R1)은 약 10 ㎛ 내지 약 35 ㎛이다. 상기 제1클래딩부(322)의 반경 방향 두께 TCL (R4-R1)는 약 75 ㎛ 내지 약 175 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 반경 방향 두께(TCL)는 약 85 ㎛ 내지 약 150 ㎛이다. 상기 제1중심 코어 영역(315)의 반경(R00)은 약 1 ㎛ 내지 약 15 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 제1중심 코어 영역(315)의 반경(R00)은 약 2 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다. 상기 제1저굴절률 코어 영역(314)의 내부 반경(R00)은 약 1 ㎛ 내지 약 15 ㎛이고, 외부 반경(R0)은 약 2 ㎛ 내지 약 30 ㎛이며, 반경 방향 두께(TLIC)는 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 내부 반경(R00)은 약 2 ㎛ 내지 약 10 ㎛이고, 외부 반경(R0)은 약 5 ㎛ 내지 약 25 ㎛이며, 반경 방향 두께(TLIC)는 약 2.5 ㎛ 내지 약 17.5 ㎛이다. 상기 제1환형 코어 영역(313)의 내부 반경(R0)은 약 2 ㎛ 내지 약 30 ㎛이고, 외부 반경(R1)은 약 5 ㎛ 내지 약 40 ㎛이며, 상기 제1환형 코어 영역(313)의 반경 방향 두께(TAC)는 약 2 ㎛ 내지 약 20 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(R0)은 약 5 ㎛ 내지 약 25 ㎛이고, 외부 반경(R1)은 약 10 ㎛ 내지 약 35 ㎛이며, 반경 방향 두께(TAC)는 약 2.5 ㎛ 내지 약 15 ㎛이다. 상기 제1클래딩부(322)가 상기 제1저굴절률 트렌치(324) 및 제1외부 클래딩부(323)을 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(324)의 내부 반경(R2)은 약 10 ㎛ 내지 약 50 ㎛이고, 외부 반경(R3)은 약 15 ㎛ 내지 약 65 ㎛이며, 반경 방향 두께 TLIT (R3-R2)는 약 1 ㎛ 내지 약 40 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(R2)은 약 15 ㎛ 내지 약 40 ㎛이고, 외부 반경(R3)은 약 25 ㎛ 내지 약 55 ㎛이며, 반경 방향 두께(TLIT)는 약 1 ㎛ 내지 약 35 ㎛이다. 상기 제1외부 클래딩부(323)의 내부 반경(R3)은 약 15 ㎛ 내지 약 65 ㎛이고, 외부 반경(R4)은 약 50 ㎛ 내지 약 250 ㎛이며, 반경 방향 두께 TOCL (R4-R3)는 약 50 ㎛ 내지 약 150 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(R3)은 약 25 ㎛ 내지 약 55 ㎛이고, 외부 반경(R4)은 약 100 ㎛ 내지 약 150 ㎛이며, 반경 방향 두께(TOCL)는 약 60 ㎛ 내지 약 125 ㎛이다. 상기 제1저굴절률 트렌치(324)가 상기 제1내부 클래딩부(325)에 의해 제1코어부(312)로부터 이격되는 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(325)의 내부 반경(R1)은 약 5 ㎛ 내지 약 40 ㎛이고, 외부 반경(R2)은 약 10 ㎛ 내지 약 50 ㎛이며, 반경 방향 두께 TICL (R2-R1)는 약 1 ㎛ 내지 약 15 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(R1)은 약 10 ㎛ 내지 약 35 ㎛이고, 상기 외부 반경(R2)은 약 15 ㎛ 내지 약 40 ㎛이며, 반경 방향 두께(TICL)는 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다.
도 1b, 12 및 13을 참조하면, 도 1b의 광 섬유(300)의 제2세그먼트(330)의 반경 방향 단면도는 도 12에 개략적으로 나타나 있고, 단면의 중심선에 대한 반경 방향 단면도의 상대 굴절률은 도 13에 그래픽으로 나타나 있다. 상기 제2세그먼트(330)는 일반적으로 제2코어부(332) 및 제2클래딩부(342)를 포함한다. 상기 제2코어부(332)는 이 제2코어부(332) 둘레로 확장하는 제2클래딩부(342) 내에 위치된다. 상기 제2코어부(332) 및 제2클래딩부(342)는 일반적으로 상기 광 섬유(300)의 제2세그먼트(330)의 단면이 보통 상기 광 섬유(300)의 제2코어부(332)의 중심에 대해 원형 대칭이 되도록 동심원일 수 있다. 또한, 상기 제2코어부(332) 및 제2클래딩부(342)는 일반적으로 상기 광 섬유(300)의 제2코어부(332)의 중심에 대해 선대칭일 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 제2코어부(332)는 제2환형 코어 영역(333), 제2저굴절률 코어 영역(334) 및 제2중심 코어 영역(335)을 포함할 수 있다. 상기 제2저굴절률 코어 영역(334)은 상기 제2환형 코어 영역(333) 내에 위치되고, 상기 제2중심 코어 영역(335)은 상기 제2저굴절률 코어 영역(334) 내에 위치된다. 상기 제2중심 코어 영역(335)은 도 12에 나타낸 바와 같이 상기 제2저굴절률 코어 영역(334)에 의해 상기 제2환형 코어 영역(333)으로부터 이격된다. 실시예들에 있어서, 상기 제2저굴절률 코어 영역(334)은 상기 제2환형 코어 영역(333)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉하며, 상기 제2중심 코어 영역(335)은 상기 제2저굴절률 코어 영역(334)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다.
일부의 실시예에 있어서, 상기 제2클래딩부(342)는 선택적으로 제2저굴절률 트렌치(344) 및 제2외부 클래딩부(343)를 포함할 수 있다. 그러한 제2저굴절률 트렌치(344)는 상기 제2외부 클래딩(343) 내에 위치되고, 상기 제2저굴절률 트렌치(344)는 상기 제2외부 클래딩(343)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다. 포함될 경우, 상기 제2저굴절률 트렌치(344)는 상기 광 섬유(300)의 굴곡 성능을 향상시킨다. 즉, 상기 제2저굴절률 트렌치(344)는 상기 광 섬유(300)가 감겨질 때 그 광 섬유(300)에서 전파되는 광의 감쇠를 감소시키고, 이에 의해 상기 제2저굴절률 트렌치(344)가 없는 유사한 구조를 갖는 광 섬유와 비교하여 상기 광 섬유(300)에서 전파되는 광의 감쇠를 증가시키지 않고 상기 광 섬유(300)가 더 타이트한(즉, 더 작은) 반경으로 감겨질 수 있게 한다. 상기 광 섬유(300)의 제1세그먼트(310)가 제1저굴절률 트렌치(324)를 포함할 때, 상기 광 섬유(300)의 제2세그먼트(330)는 제2저굴절률 트렌치(344)를 포함하고, 그 반대일 수 있다는 것을 알아야 한다.
일부의 실시예(나타내지 않음)에 있어서, 상기 제2저굴절률 트렌치(344)는 상기 제2코어부(332)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉할 수 있다. 일부 다른 실시예에 있어서, 도 12 및 13에 나타낸 바와 같이, 상기 제2저굴절률 트렌치(344)는 제2내부 클래딩부(345)에 의해 상기 제2코어부(332)로부터 이격될 수 있다. 즉, 상기 제2내부 클래딩부(345)는 상기 제2저굴절률 트렌치(344) 내에 위치하고 상기 제2저굴절률 트렌치(344)와 제1코어부(332) 간 위치한다. 실시예들에 있어서, 상기 제2내부 클래딩부(345)는 상기 제2저굴절률 트렌치(344) 및 제2환형 코어 영역(333)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉한다.
도 1b 및 10-13을 참조하면, 상기 제1코어부(312)는 상기 제2코어부(332)와 광학적으로 결합되고, 상기 제1클래딩부(322)는 상기 전이 영역(350)을 통해 상기 제2클래딩부(342)에 광학적으로 결합된다는 것을 알아야 한다. 특히, 상기 제1중심 코어 영역(315)은 상기 제2중심 코어 영역(335)에 광학적으로 결합되고, 상기 제1저굴절률 코어 영역(314)은 상기 제2저굴절률 코어 영역(334)에 광학적으로 결합되고, 상기 제1환형 코어 영역(313)은 상기 제2환형 코어 영역(333)에 광학적으로 결합되고, 상기 제1외부 클래딩부(323)는 상기 제2외부 클래딩부(343)에 광학적으로 결합되고, 상기 제1저굴절률 트렌치(324)는 상기 제2저굴절률 트렌치(344)에 광학적으로 결합되며, 상기 제1내부 클래딩부(325)는 상기 전이 영역(350)을 통해 상기 제2내부 클래딩부(345)에 광학적으로 결합된다.
상기 제2세그먼트(330)는 상기 광 섬유(300)의 축 방향 중심선(2)으로부터의 반경(r4)을 갖는다. 상기 제2코어부(332)는 반경 r4보다 작은 반경 r1을 갖는다. 상기 제2중심 코어 영역(335)은 반경(r00)을 갖는다. 상기 제2저굴절률 코어 영역(334)은 내부 반경(r00), 외부 반경(r0) 및 반경 방향 두께(tlic=r0-r00)를 갖는다. 상기 제2환형 코어 영역(333)은 내부 반경(r0), 외부 반경(r1) 및 반경 방향 두께(tac=r1-r0)를 갖는다. 상기 제2중심 코어 영역(335), 제2저굴절률 코어 영역(334) 및 제2환형 코어 영역(333)의 반경 r00, r0 및 r1은 상기 제2중심 코어 영역(335), 제2저굴절률 코어 영역(334) 및 제2환형 코어 영역(333)의 상대 굴절률 프로파일(도 13)의 최대 기울기에 접하는 선들이 각각 기준 상대 굴절률 선(Δocl%)과 교차하는 지점에서 규정된다. 상기 제2클래딩부(342)는 내부 반경(r1), 외부 반경(r4) 및 반경 방향 두께(tcl=r4-r1)를 갖는다. 상기 제2클래딩부(342)가 상기 제2저굴절률 트렌치(344) 및 제2외부 클래딩부(343)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제2저굴절률 트렌치(344)는 내부 반경(r2), 외부 반경(r3) 및 반경 방향 두께(tlit=r3-r2)를 갖는다. 상기 제2외부 클래딩부(343)는 내부 반경(r3), 외부 반경(r4) 및 반경 방향 두께(tocl=r4-r3)를 갖는다. 상기 제2저굴절률 트렌치(344)가 상기 제2코어부(332)에 바로 인접하여 그와 직접 접촉하는 실시예들(나타내지 않음)에 있어서, 상기 제2저굴절률 트렌치(344)의 내부 반경(r2)은 상기 제2코어부(332)의 반경(r1)과 동일할 수 있다. 상기 제2저굴절률 트렌치(344)가 상기 제2내부 클래딩부(345)에 의해 상기 제2코어부(332)로부터 이격되는 실시예들에 있어서, 상기 제2내부 클래딩부(345)는 내부 반경(r1), 외부 반경(r2) 및 반경 방향 두께(ticl=r2-r1)를 갖는다.
상기 제2세그먼트(330)의 반경(r4)은 약 30 ㎛ 내지 약 80 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 제2세그먼트(330)의 반경(r4)은 약 40 ㎛ 내지 약 70 ㎛이다. 상기 제2코어부(332)의 반경(r1)은 약 3 ㎛ 내지 약 20 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 반경(r1)은 약 5 ㎛ 내지 약 17.5 ㎛이다. 상기 제2클래딩부(242)의 반경 방향 두께 tcl (r4-r1)는 약 25 ㎛ 내지 약 70 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 반경 방향 두께(tcl)는 약 35 ㎛ 내지 약 60 ㎛이다. 상기 제2중심 코어 영역(335)의 반경(r00)은 약 0.5 ㎛ 내지 약 7.5 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 제2중심 코어 영역(335)의 반경(r00)은 약 1 ㎛ 내지 약 5 ㎛이다. 상기 제2저굴절률 코어 영역(334)의 내부 반경(r00)은 약 0.5 ㎛ 내지 약 7.5 ㎛이고, 외부 반경(r0)은 약 2 ㎛ 내지 약 15 ㎛이며, 반경 방향 두께(tlic)는 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 내부 반경(r00)은 약 1 ㎛ 내지 약 5 ㎛이고, 외부 반경(r0)은 약 3 ㎛ 내지 약 12 ㎛이며, 반경 방향 두께(tlic)는 약 2 ㎛ 내지 약 7.5 ㎛이다. 상기 제2환형 코어 영역(333)의 내부 반경(r0)은 약 2 ㎛ 내지 약 15 ㎛이고, 외부 반경(r1)은 약 3 ㎛ 내지 약 20 ㎛이며, 상기 제2환형 코어 영역(333)의 반경 방향 두께(tac)는 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 내부 반경(r0)은 약 3 ㎛ 내지 약 12 ㎛이고, 외부 반경(r1)은 약 5 ㎛ 내지 약 17.5 ㎛이며, 반경 방향 두께(tac)는 약 2 ㎛ 내지 약 7 ㎛이다. 상기 제2클래딩부(342)가 상기 제2저굴절률 트렌치(344) 및 제2외부 클래딩부(343)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제2저굴절률 트렌치(344)의 내부 반경(r2)은 약 5 ㎛ 내지 약 25 ㎛이고, 외부 반경(r3)은 약 7 ㎛ 내지 약 30 ㎛이며, 반경 방향 두께 tlit (r3-r2)는 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 내부 반경(r2)은 약 7 ㎛ 내지 약 20 ㎛이고, 상기 외부 반경(r3)은 약 10 ㎛ 내지 약 25 ㎛이며, 상기 반경 방향 두께(tlit)는 약 1 ㎛ 내지 약 15 ㎛이다. 상기 제2외부 클래딩부(343)의 내부 반경(r3)은 약 7 ㎛ 내지 약 30 ㎛이고, 외부 반경(r4)은 약 30 ㎛ 내지 약 80 ㎛이며, 반경 방향 두께 tocl (r4-r3)는 약 20 ㎛ 내지 약 70 ㎛이다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 내부 반경(r3)은 약 10 ㎛ 내지 약 25 ㎛이고, 상기 외부 반경(r4)은 약 40 ㎛ 내지 약 70 ㎛이며, 상기 반경 방향 두께(tocl)는 약 25 ㎛ 내지 약 65 ㎛이다. 상기 제2저굴절률 트렌치(344)가 상기 제2내부 클래딩부(345)에 의해 상기 제2코어부(332)로부터 이격되는 실시예들에 있어서, 상기 제2내부 클래딩부(345)의 내부 반경(r1)은 약 3 ㎛ 내지 약 20 ㎛이고, 외부 반경(r2)은 약 5 ㎛ 내지 약 25 ㎛이며, 반경 방향 두께 ticl (r2-r1)는 약 1 ㎛ 내지 약 7.5 ㎛이다. 실시예들에 있어서, 상기 내부 반경(r1)은 약 5 ㎛ 내지 약 17.5 ㎛이고, 상기 외부 반경(r2)은 약 7 ㎛ 내지 약 20 ㎛이며, 상기 반경 방향 두께(ticl)는 약 1 ㎛ 내지 약 5 ㎛이다.
상기 제1세그먼트(310)의 제1중심 코어 영역(315)은 굴절률(nCC) 및 상대 굴절률(ΔCC%)을 갖고, 상기 제2세그먼트(330)의 제2중심 코어 영역(335)은 굴절률(ncc) 및 상대 굴절률(Δcc%)을 갖는다. 실시예들에 있어서, 상기 제1중심 코어 영역(315) 및 제2중심 코어 영역(335)은 동일한 재료로 이루어지고, 상기 상대 굴절률 ΔCC%는 상기 상대 굴절률 Δcc%와 실질적으로 동일하다 (즉, ΔCC%=Δcc%). 상기 상대 굴절률 ΔCC% 및 상대 굴절률 Δcc%는 약 0.0% 내지 약 0.5%이다. 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔCC% 및 상대 굴절률 Δcc%는 약 0.1% 내지 약 0.4%이다.
상기 제1세그먼트(310)의 제1저굴절률 코어 영역(314)은 굴절률(nLIC) 및 상대 굴절률(ΔLIC%)을 갖고, 상기 제2세그먼트(330)의 제2저굴절률 코어 영역(334)은 굴절률(nlic) 및 상대 굴절률(Δlic%)을 갖는다. 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(314) 및 제2저굴절률 코어 영역(334)은 동일한 재료로 이루어지고, 상기 상대 굴절률 ΔLIC%는 상기 상대 굴절률 Δlic%와 실질적으로 동일하다(즉, ΔLIC%=Δlic%). 상기 상대 굴절률 ΔLIC% 및 상대 굴절률 Δlic%는 약 0.2% 내지 약 -1.0%이다. 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔLIC% 및 상대 굴절률 Δlic%는 약 0.1% 내지 약-0.5%이다.
상기 제1환형 코어 영역(313)은 굴절률(nAC) 및 상대 굴절률(ΔAC%)을 갖고, 상기 제2환형 코어 영역(333)은 굴절률(nac) 및 상대 굴절률(Δac%)을 갖는다. 실시예들에 있어서, 상기 제1환형 코어 영역(313) 및 제2환형 코어 영역(333)은 동일한 재료로 이루어지고, 상기 상대 굴절률 ΔAC%는 상기 상대 굴절률 Δac%와 실질적으로 동일하다(즉, ΔAC%=Δac%). 상기 상대 굴절률 ΔAC% 및 상대 굴절률 Δac%는 각각 상기 상대 굴절률 ΔLIC% 및 상대 굴절률 Δlic%보다 크다(즉, ΔAC% ＞ ΔLIC%; Δac% ＞ Δlic%). 일부의 실시예에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔAC%는 상기 상대 굴절률 ΔCC%보다 크고(즉, ΔAC% ＞ ΔCC%), 상기 상대 굴절률 Δac%는 상기 상대 굴절률 Δcc%보다 크다(즉, Δac% ＞ Δcc%). 다른 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔAC%는 상기 상대 굴절률 ΔCC%와 실질적으로 동일하고(즉, ΔAC%=ΔCC%), 상기 상대 굴절률 Δac%는 상기 상대 굴절률 Δcc%와 실질적으로 동일하다(즉, Δac%=Δcc%). 상기 제1저굴절률 코어 영역(314) 및 제2저굴절률 코어 영역(334)가 동일한 재료로 이루어지고, 상기 제1환형 코어 영역(313) 및 제2환형 코어 영역(333)이 동일한 재료로 이루어지는 실시예들에 있어서, ΔAC% ＞ Δlic%이고 Δac% ＞ ΔLIC%이다. 상기 상대 굴절률 ΔAC% 및 상대 굴절률 Δac%는 약 0.2% 내지 약 2.0%이다. 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔAC% 및 상대 굴절률 Δac%는 약 0.3% 내지 약 0.75%이다.
상기 제1클래딩부(322)는 순수 실리카 유리에 대해 굴절률(nCL) 및 상대 굴절률(ΔCL%)을 갖는다. 상기 제1클래딩부(322)의 굴절률 nCL은 상기 광 섬유(300)의 제1세그먼트(310)의 다른 유리부의 상대 굴절률에 대한 기준으로 사용될 수 있다. 상기 제1클래딩부(322)가 제1외부 클래딩부(323), 제1저굴절률 트렌치(324), 및 (옵션으로) 제1내부 클래딩부를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(300)의 제1세그먼트(310)의 다른 유리부의 상대 굴절률은, 본원에 보다 상세히 기술한 바와 같이, 상기 제1외부 클래딩부(323)에 대해 결정된다.
상기 제1클래딩부(322)가 제1내부 클래딩부(325) 및 제1저굴절률 트렌치(324)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(325)는 굴절률(nICL) 및 상대 굴절률(ΔICL%)을 갖고, 상기 제1저굴절률 트렌치(324)는 굴절률(nLIT) 및 상대 굴절률(ΔLIT%)을 갖는다. 상기 상대 굴절률 ΔICL%는 도 11에 나타낸 바와 같이 일반적으로 상기 상대 굴절률 ΔLIT%보다 크고, 일반적으로 상기 상대 굴절률 ΔAC%보다 작다(즉, ΔAC% ＞ ΔICL% ＞ ΔLIT%). 상기 상대 굴절률 ΔICL%는 약 -0.1% 내지 약 0.1%이고, 상기 상대 굴절률 ΔLIT%는 약 -0.1% 내지 약 -1.0%이다. 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔICL%는 약 -0.05% 내지 약 0.05%이고, 상기 상대 굴절률 ΔLIT%는 약 -0.3% 내지 약 -0.5%이다.
상기 제2클래딩부(342)는 순수 실리카 유리에 대해 굴절률(ncl) 및 상대 굴절률(Δcl%)을 갖는다. 상기 제2클래딩부(342)의 굴절률 ncl은 상기 광 섬유(300)의 제2세그먼트(330)의 다른 유리부의 상대 굴절률에 대한 기준으로 사용될 수 있다. 상기 제2클래딩부(342)가 제2외부 클래딩부(343), 제2저굴절률 트렌치(344), 및 (옵션으로) 제2내부 클래딩부(345)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(300)의 제2세그먼트(330)의 다른 유리부의 상대 굴절률은, 본원에 보다 상세히 기술한 바와 같이, 상기 제2외부 클래딩부(343)에 대해 결정된다.
상기 제2클래딩부(343)가 상기 제2내부 클래딩부(345) 및 제2저굴절률 트렌치(344)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(345)는 굴절률(nicl) 및 상대 굴절률(Δicl%)을 갖고, 상기 제2저굴절률 트렌치(344)는 굴절률(nlit) 및 상대 굴절률(Δlit%)을 갖는다. 상기 상대 굴절률 Δicl%는 도 13에 나타낸 바와 같이 일반적으로 상기 상대 굴절률 Δlit%보다 크고, 일반적으로 상기 상대 굴절률 Δac%보다 작다(즉, Δac% ＞ Δicl% ＞ Δlit%). 실시예들에 있어서, 상기 제2내부 클래딩부(345)는 상기 제1내부 클래딩부(325)와 동일한 재료로 이루어지고, 상기 제2저굴절률 트렌치(344)는 상기 제1저굴절률 트렌치(324)와 동일한 재료로 이루어진다. 따라서, 상기 굴절률 nicl 및 nlit는 각각 상기 굴절률 nICL 및 nLIT와 실질적으로 동일하고(즉, nicl=nICL; nlit=nLIT), 상기 굴절률 Δicl% 및 Δlit%는 각각 상기 상대 굴절률 ΔICL% 및 ΔLIT%와 실질적으로 동일하다(즉, Δicl%=ΔICL%; Δlit%=ΔLIT%). 예를 들어, 상기 상대 굴절률 Δicl%는 약 -0.1% 내지 약 0.1%이고, 상기 상대 굴절률 Δlit%는 약 -0.1% 내지 약 -1.0%이다. 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 Δicl%는 약 -0.05% 내지 약 0.05%이고, 상기 상대 굴절률 Δlit%는 약 -0.3% 내지 약 -0.5%이다.
상기 제1클래딩부(322)가 상기 제1외부 클래딩부(323)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(323)는 굴절률(nOCL) 및 상대 굴절률(ΔOCL%)을 갖는다. 이들 실시예에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔOCL%는 상기 광 섬유(300)의 제1세그먼트(310)의 다른 유리부의 상대 굴절률을 결정하기 위한 기준으로 사용될 수 있다. 본원에 기술된 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(323)의 상대 굴절률 ΔOCL%는 상기 제1저굴절률 트렌치(324)의 상대 굴절률 ΔLIT%보다 크다(즉, ΔOCL% ＞ ΔLIT%). 일부의 실시예에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(323)의 상대 굴절률 ΔOCL%는, 상기 제1외부 클래딩부(323)의 굴절률 nOCL에 비해 상기 제1내부 클래딩부(325)의 굴절률 nICL을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트로 다운-도핑된 실리카 유리를 포함할 경우와 같이, 상기 제1내부 클래딩부(325)의 상대 굴절률 ΔICL%보다 클 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(323)의 상대 굴절률 ΔOCL%는 상기 제1내부 클래딩부(325)의 상대 굴절률 ΔICL%와 실질적으로 동일할 수 있다. 그와 같은 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(323)의 조성은, ΔOCL%=ΔICL%인 한, 상기 제1내부 클래딩부(325)의 조성과 동일하거나 또는 상기 제1내부 클래딩부(325)와 다를 수 있다. 상기에 기초하여, 상기 제1외부 클래딩부(323)의 상대 굴절률 ΔOCL%는 상기 제1내부 클래딩부(325)의 상대 굴절률 ΔICL%보다 크거나 또는 실질적으로 동일하다.
상기 제2클래딩부(342)가 상기 제2외부 클래딩부(343)를 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(343)는 굴절률(nocl) 및 상대 굴절률(Δocl%)을 갖는다. 따라서, 상기 상대 굴절률 Δocl%는 상기 광 섬유(300)의 제2세그먼트(330)의 다른 유리부의 상대 굴절률에 대한 기준으로 사용될 수 있다. 본원에 기술된 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(343)의 상대 굴절률 Δocl%는 상기 제2저굴절률 트렌치(344)의 상대 굴절률 Δlit%보다 크다(즉, Δocl% ＞ Δlit%). 일부의 실시예에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(343)의 상대 굴절률 Δocl%는, 상기 제2내부 클래딩부(345)가 상기 제2외부 클래딩부(343)의 굴절률 nocl에 비해 상기 내부 클래딩부(345)의 굴절률 nicl을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트로 다운-도핑된 실리카 유리를 포함하는 경우와 같이, 상기 제2내부 클래딩부(345)의 상대 굴절률 Δicl%보다 클 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(343)의 상대 굴절률 Δocl%는 상기 제2내부 클래딩부(345)의 상대 굴절률 Δicl%와 실질적으로 동일할 수 있다. 그와 같은 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩(343)의 조성은, Δocl%=Δicl%인 한, 상기 제2내부 클래딩부(345)의 조성과 동일하거나 또는 상기 제2내부 클래딩부(345)의 조성과 다를 수 있다. 상기에 기초하여, 상기 제2외부 클래딩부(343)의 상대 굴절률 Δocl%는 상기 제2내부 클래딩부(345)의 상대 굴절률 Δicl%와 실질적으로 동일하다는 것을 알아야 한다. 실시예들에 있어서, 상기 제2외부 클래딩부(343)는 상기 제1외부 클래딩부(323)와 동일한 재료로 이루어지고, 그와 같이, 상기 제2외부 클래딩부(343)의 굴절률 nocl은 상기 제1외부 클래딩부(323)의 굴절률 nOCL과 실질적으로 동일하고(즉, nocl=nOCL), 상기 제2외부 클래딩부(343)의 상대 굴절률 Δocl%는 상기 제1외부 클래딩부(323)의 상대 굴절률 ΔOCL%와 실질적으로 동일할 수 있다(즉, Δocl%=ΔOCL%=0).
상기 제1세그먼트(310)의 제1중심 코어 영역(315) 및 상기 제2세그먼트(330)의 제2중심 코어 영역(335)은 실리카 유리의 굴절률을 증가시키는 하나 이상의 업-도펀트, 예를 들어 그리고 한정하지 않고 Ge, Ti, Al, Cl, P, GeO2, TiO2, P2O5, 또는 이들의 조합 등을 갖는 실리카 유리를 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1중심 코어 영역(315) 및 제2중심 코어 영역(335) 중 적어도 하나는 약 3 wt.% 내지 약 17 wt.% 사이의 GeO2를 함유한다. 일부의 다른 실시예에 있어서, 상기 제1중심 코어 영역(315) 및 제2중심 코어 영역(335) 중 적어도 하나는 약 5 wt.% 내지 약 13 wt.% 사이의 GeO2를 함유한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1중심 코어 영역(315) 및 제2중심 코어 영역(335)은 동일한 재료로 이루어지고, 상기 제1중심 코어 영역(315)에서의 도펀트 농도는 상기 제2중심 코어 영역(335)에서의 도펀트 농도와 실질적으로 동일하다.
상기 제1세그먼트(310)의 제1저굴절률 코어 영역(314) 및 상기 제2세그먼트(330)의 제2저굴절률 코어 영역(334)은 실리카 유리의 굴절률을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트, 예를 들어 그리고 한정하지 않고, F, B, 또는 이들의 조합 등을 갖는 실리카 유리를 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(314) 및 제2저굴절률 코어 영역(334) 중 적어도 하나는 약 0.1 wt.% 내지 약 2.5 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(314) 및 제2저굴절률 코어 영역(334) 중 적어도 하나는 약 0.1 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(314) 및 제2저굴절률 코어 영역(334) 중 적어도 하나는 약 0.1 wt.% 내지 약 1.5 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(314) 및 제2저굴절률 코어 영역(334) 중 적어도 하나는 약 0.5 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 여전히 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(314) 및 제2저굴절률 코어 영역(334) 중 적어도 하나는 약 0.7 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다.
상기 제1세그먼트(310)의 제1환형 코어 영역(313) 및 상기 제2세그먼트(330)의 제2환형 코어 영역(333)은 실리카 유리의 굴절률을 증가시키는 하나 이상의 업-도펀트, 예를 들어 그리고 한정하지 않고, Ge, Ti, Al, Cl, P, GeO2, TiO2, P2O5, 또는 이들의 조합 등을 갖는 실리카 유리를 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1환형 코어 영역(313) 및 제2환형 코어 영역(333) 중 적어도 하나는 약 3 wt.% 내지 약 17 wt.% 사이의 GeO2를 함유한다. 일부의 다른 실시예에 있어서, 상기 제1환형 코어 영역(313) 및 제2환형 코어 영역(333) 중 적어도 하나는 약 5 wt.% 내지 약 13 wt.% 사이의 GeO2를 함유한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1환형 코어 영역(313) 및 제2환형 코어 영역(333)은 동일한 재료로 이루어지고, 상기 제1환형 코어 영역(313)에서의 도펀트 농도는 상기 제2환형 코어 영역(333)에서의 도펀트 농도와 실질적으로 동일하다.
상기 제1세그먼트(310)의 제1내부 클래딩부(325) 및 상기 제2세그먼트(330)의 제2내부 클래딩부(345)는 순수 실리카 유리, 실리카 유리의 굴절률을 증가시키는 하나 이상의 업-도펀트를 갖는 실리카 유리, 또는 실리카 유리의 굴절률을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트를 갖는 실리카 유리를 포함할 수 있다. 적절한 업-도펀트의 비-한정 예들로는 Ge, Ti, Al, Cl, P, GeO2, TiO2, P2O5, 또는 이들의 조합 등을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(325) 및 제2내부 클래딩부(345) 중 적어도 하나는 업-도펀트로서 Cl을 함유한다. 적절한 다운-도펀트의 비-한정 예들로는 F, B, 또는 이들의 조합 등을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1내부 클래딩부(325) 및 제2내부 클래딩부(345) 중 적어도 하나는 다운-도펀트로서 F를 함유한다.
상기 식 (32) 및 (33)과 관련하여 논의된 바와 같이, 광 섬유의 특정 유리부의 반경 방향 두께는 특정 유리부의 상대 굴절률과 상호 관련될 수 있다. 본원에 기술된 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(324)의 트렌치 볼륨 VLIT는 약 80%-㎛2 이상, 예컨대 약 100%-㎛2 이상일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 VLIT는 약 110%-㎛2 이상이거나 또는 심지어 약 120%-㎛2 이상일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 VLIT 는 약 80%-㎛2 이상 및 약 220%-㎛2 이하일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 VLIT는 약 100%-㎛2 이상 및 약 200%-㎛2 이하일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 VLIT는 약 110%-㎛2 이상 및 약 180%-㎛2 이하일 수 있다.
본원에 기술된 실시예들에 있어서, 상기 제2저굴절률 트렌치(344)의 트렌치 볼륨 vlit는 약 40%-㎛2이상, 예컨대 약 50%-㎛2 이상일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 vlit는 약 55%-㎛2 이상이거나 또는 심지어 약 60%-㎛2 이상일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 vlit는 약 40%-㎛2 이상 및 약 110%-㎛2 이하일 수 있다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 vlit는 약 50%-㎛2 이상 및 약 100%-㎛2 이하일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 트렌치 볼륨 vlit는 약 55%-㎛2 이상 및 약 90%-㎛2 이하일 수 있다.
본원에 기술된 광 섬유의 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(324), 제2저굴절률 트렌치(344), 또는 상기 제1저굴절률 트렌치(324) 및 제2저굴절률 트렌치(344) 모두는 실리카 유리의 굴절률을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트를 포함하며, 다운-도펀트의 비-한정 예들로는 F, B, 또는 이들의 조합 등을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(324) 및 제2저굴절률 트렌치(344) 중 적어도 하나는 약 0.1 wt.% 내지 약 2.5 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(324) 및 제2저굴절률 트렌치(344) 중 적으도 하나는 약 0.1 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(324) 및 제2저굴절률 트렌치(344) 중 적어도 하나는 약 0.1 wt.% 내지 약 1.5 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(324) 및 제2저굴절률 트렌치(344) 중 적어도 하나는 약 0.5 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도 F를 포함한다. 여전히 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1저굴절률 트렌치(324) 및 제2저굴절률 트렌치(344) 중 적어도 하나는 약 0.7 wt.% 내지 약 1.8 wt.% 사이 농도의 F를 포함한다.
일부의 실시예에 있어서, 상기 제1저굴절률 코어 영역(314)의 상대 굴절률 ΔLIC%, 상기 제1저굴절률 트렌치(324)의 상대 굴절률 ΔLIT%, 상기 제2저굴절률 코어 영역(334)의 상대 굴절률 Δlic% 및 상기 제2저굴절률 트렌치(344)의 상대 굴절률 Δlit% 중 적어도 하나는 실리카 유리에 걸쳐 비주기적으로 배치되거나 또는 주기적으로 배치되거나, 또는 그 모두로 배치되는 보이드를 갖춘 각각의 제1저굴절률 코어 영역(314), 제1저굴절률 트렌치(324), 제2저굴절률 코어 영역(334) 및 제2저굴절률 트렌치(344) 중 적어도 하나의 상기 실리카 유리를 형성함으로써 달성된다. 상기 보이드들은 광 섬유(300)의 길이(즉, 종 축에 평행한)를 따라 신장(연장)되지만, 그 전체 광 섬유의 전체 길이를 확장하지는 않는다. 이론에 구속되진 않지만, 상기 보이드는 광 섬유의 길이를 따라 수 미터 미만, 많은 경우 1 미터 미만으로 확장되는 것으로 여겨진다. 본원에 개시된 광 섬유는 통합된 유리 블랭크에 상당한 양의 가스가 포획되어 통합된 유리 광 섬유 프리폼에 보이드를 형성시키는데 효과적인 프리폼 통합 조건을 활용하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 이들 보이드를 제거하기 위한 단계를 수행하는 대신, 결과의 프리폼이 내부에 보이드를 갖는 광 섬유를 형성하는데 사용된다. 일부의 실시예에 있어서, 이들 보이드는 아르곤, 크립톤, CO2, SO2, O2 또는 이들 혼합물과 같은 하나 이상의 가스를 함유할 수 있다. 일부의 다른 실시예에 있어서, 상기 보이드들은 실질적으로 가스가 없다. 가스의 유무에 관계없이, 상기 제1저굴절률 코어 영역((314)의 굴절률 nLIC, 상기 제1저굴절률 트렌치(324)의 굴절률 nLIT, 상기 제2저굴절률 코어 영역(334)의 굴절률 nlic 및 상기 제2저굴절률 트렌치(344)의 굴절률 nlit 중 적어도 하나는 보이드들의 존재로 인해 감소된다. 대안으로 또는 추가로, 상기 제1저굴절률 코어 영역(314)의 굴절률 nLIC, 상기 제2저굴절률 트렌치(324)의 굴절률 nLIT, 상기 제2저굴절률 코어 영역(334)의 굴절률 nlic 및 상기 제2저굴절률 트렌치(344)의 굴절률 nlit 중 적어도 하나는, 본원에 기술한 바와 같이, 비주기적 분포, 주기적 분포, 또는 비주기적 및 주기적 분포 모두의 보이드를 갖는 다운-도핑 실리카 유리를 형성함으로써 감소된다.
상기 제1저굴절률 트렌치(324)의 상대 굴절률 ΔLIT%는 상기 제1내부 클래딩부(325)의 상대 굴절률 ΔICL%보다 작고(즉, ΔLIT% ＜ ΔICL%), 상기 제1외부 클래딩부(323)의 상대 굴절률 ΔOCL%보다 작다(즉, ΔLIT% ＜ ΔOCL%). 일부의 실시예에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔICL%는 상기 상대 굴절률 ΔOCL%와 실질적으로 동일하고, ΔLIT% ＜ ΔICL% = ΔOCL%이다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 ΔICL%는 상기 상대 굴절률 ΔOCL%보다 작고, ΔLIT% ＜ ΔICL% ＜ ΔOCL%이다.
상기 제2저굴절률 트렌치(344)의 상대 굴절률 Δlit%는 상기 제2내부 클래딩부(345)의 상대 굴절률 Δicl%보다 작고(즉, Δlit% ＜ Δicl%), 상기 제2외부 클래딩부(343)의 상대 굴절률 Δocl%보다 작다(즉, Δlit% ＜ Δocl%). 일부의 실시예에 있어서, 상기 상대 굴절률 Δicl%는 상기 상대 굴절률 Δocl%와 실질적으로 동일하고, Δlit% ＜ Δicl% = Δocl%이다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 Δicl%는 상기 상대 굴절률 Δocl%보다 작고, Δlit% ＜ Δicl% ＜ Δocl%이다. 상기 제2저굴절률 트렌치(344), 제2내부 클래딩부(345) 및 제2외부 클래딩부(343)가 각각 상기 제1저굴절률 트렌치(324), 제1내부 클래딩부(325) 및 제1외부 클래딩부(323)와 동일한 재료로 이루어지는 실시예들에 있어서, 상기 상대 굴절률 Δlit%는 상기 상대 굴절률 ΔLIT%와 실질적으로 동일하고(즉, Δlit%=ΔLIT%), 상기 상대 굴절률 Δicl%는 상기 상대 굴절률 ΔICL%와 실질적으로 동일하며(즉, Δicl%=ΔICL%), 상기 상대 굴절률 Δocl%는 상기 상대 굴절률 ΔOCL%와 동일할 수 있다(즉, Δocl%=ΔOCL%).
상기 제1세그먼트(310)의 제1외부 클래딩부(323) 및 상기 제2세그먼트(330)의 제2외부 클래딩부(343)는 순수 실리카 유리, 실리카 유리의 굴절률을 증가시키는 하나 이상의 업-도펀트를 갖는 실리카 유리, 또는 실리카 유리의 굴절률을 감소시키는 하나 이상의 다운-도펀트를 갖는 실리카 유리를 포함할 수 있다. 적절한 업-도펀트의 비-한정 예들로는 Ge, Ti, Al, Cl, P, GeO2, TiO2, P2O5, 또는 이들의 조합 등을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(323) 및 제2외부 클래딩부(343) 중 적어도 하나는 업-도펀트로서 Cl을 함유한다. 적절한 다운-도펀트의 비-한정 예들로는 F, B, 또는 이들의 조합 등을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 제1외부 클래딩부(323) 제2외부 클래딩부(343) 중 적어도 하나는 다운-도펀트로서 F를 함유한다.
본원에 기술된 광 섬유(300)의 다양한 실시예는 상기 제1클래딩부(322) 내에 제1저굴절률 트렌치(324)의 통합 및 상기 제2클래딩부(342) 내에 제2저굴절률 트렌치(344)의 통합으로 인해 향상된 굴곡 성능을 갖는다. 상기 광 섬유(200)의 매크로밴드 성능은 상기 기술한 바와 같이 FOTP-62 (JEC-60793-1-47)에 따라 결정될 수 있다.
실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(300)는 원하는 구조를 갖는 섬유 프리폼을 만들기 위해 기존의 섬유 제조 공정을 사용하여 제조된다. 상기 섬유 프리폼을 만들기 위해 사용된 공정의 비-한정 예들로는 외부 기상 증착(OVD), 변형된 화학 기상 증착(MCVD), 물리적 화학 기상 증착(PCVD) 등을 포함한다. 일단 형성되면, 상기 섬유 프리폼은 제1세그먼트(310)의 치수를 갖는 섬유로 인발된다. 상기 제1세그먼트(310)의 치수를 갖는 섬유는 클램핑되고, 그 섬유의 일부는 상기 제2세그먼트(330)의 치수로 더 인발되고, 전이 영역(350)은 상기 제1세그먼트(310)와 제2세그먼트(330) 사이에 위치된다.
예를 들어, 일 실시예에 있어서, 상기 광 섬유(300)는 이 광 섬유(200)가 초기에 제1중심 코어 영역(315), 제1저굴절률 코어 영역(314), 제1환형 코어 영역(313), 제1내부 클래딩부(325), 제1저굴절률 트렌치(324) 및 제1외부 클래딩부(323)를 갖도록 초기에 형성될 수 있다. 다음에, 상기 광 섬유(300)는 클램핑되고, 그 섬유의 일부는 상기 제1중심 코어 영역(315), 제1저굴절률 코어 영역(314), 제1환형 코어 영역(313), 제1내부 클래딩부(325), 제1저굴절률 트렌치(324) 및 제1외부 클래딩부(323)를 가진 제1세그먼트(310), 및 제2중심 코어 영역(335), 제2저굴절률 코어 영역(334), 제2환형 코어 영역(333), 제2내부 클래딩부(345), 제2저굴절률 트렌치(344) 및 제2외부 클래딩부(343)를 가진 제2세그먼트(330)를 갖춘 광 섬유를 생성하기 위해 가열되고 더 인발될 수 있다. 이러한 절차에서, 상기 광 섬유를 더 인발하는 것은 제1세그먼트(310)에 비해 상기 광 섬유(300)의 제2세그먼트(330)의 치수를 감소시킨다. 특히, 상기 제2중심 코어 영역(335)의 치수는 상기 제1중심 코어 영역(315)에 비해 크게 감소된다.
도 1b, 11 및 13을 참조하면, 가우시안 레이저 빔(GLB)은 광 섬유(300)의 입구 단부(311)에 광학적으로 결합되고 제1세그먼트(310)를 통해 상기 제2세그먼트(330)를 향해 전파된다. 구체적으로, 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)은 제1중심 코어 영역(315)으로 도입되고 상기 제1세그먼트(310)를 통해 전이 영역(350)으로 전파된다. 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)이 상기 전이 영역(350)을 통해 상기 제2세그먼트(330)로 전파됨에 따라, 상기 제2중심 코어 영역(335)의 감소된 크기는 가우시안 레이저 빔(GLB)의 전파를 지원할 수 없고, 대신 상기 제2환형 코어 영역 (333)에서 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)의 광 파워가 전파되어, 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)을 링 형상 레이저 빔(RSB)으로 변환시킨다. 상기 링 형상 레이저 빔은 상기 제2세그먼트(330)를 통해 상기 제2환형 코어 영역(333) 내에서 전파된다. 실시예들에 있어서, 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)의 광 파워의 일부는 도 11에 나타낸 바와 같이 상기 제2세그먼트(330)의 제2중심 코어 영역(335) 내에 유지된다. 상기 제2중심 코어 영역(335) 내에 유지된 가우시안 레이저 빔(GLB)의 일부는 상기 제1세그먼트(310)의 제1중심 코어 영역(315)을 통해 전파되는 가우시안 레이저 빔(GLB)의 10%보다 작을 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 제2중심 코어 영역(335) 내에 유지된 가우시안 레이저 빔(GLB)의 일부는 상기 제1세그먼트(310)의 제1중심 코어 영역(315)을 통해 전파되는 가우시안 레이저 빔(GLB)의 10%보다 작을 수 있다. 상기 링 형상 레이저 빔(RSB)은 출구 단부(331)를 통해 광 섬유(300)를 빠져 나간다. 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)은 렌즈 시스템(나타내지 않음), 직접 버트-커플링(나타내지 않음) 또는 퓨즌 스플라이싱(나타내지 않음)을 통해 상기 광 섬유(300)의 입구 단부(311)에 결합될 수 있다. 상기 광 섬유(300)의 출구 단부(331)에 입사되는 링 형상 레이저 빔은 출구 단부(331; 나타내지 않음)에 직접 형성되거나 부착된 섬유 렌즈 또는 자유 공간 벌크 옵틱(나타내지 않음)에 포커싱될 수 있다. 실시예들에 있어서, 출구 단부(331)에서 제2중심 코어 영역(335)을 커버하기 위해 페인트(paint)를 사용하거나, 또는 출구 단부(331)에서 제2중심 코어 영역(335)에 개구를 형성하는 등에 의해, 상기 제2중심 코어 영역(335) 내에 유지된 가우시안 레이저 빔(GLB)의 일부가 출구 단부(331)를 빠져 나가는 것을 차단할 수 있다.
도 1a 및 14는 비-회절 및/또는 준 비-회절 레이저 빔(들)을 생성하기 위한 광학 시스템(400)을 개략적으로 나타낸다. 상기 광학 시스템(400)은, 도 1a 및 2-5와 관련하여 상기 본원에 기술된 바와 같이, 전이 영역(150)에 의해 제2세그먼트(130)에 광학적으로 결합된 제1세그먼트(110)를 갖는 광 섬유(100)를 포함한다. 상기 광학 시스템(400)은 광 섬유 100 대신 도 1a 및 6-9와 관련하여 기술된 바와 같은 광 섬유 200 또는 도 1b 및 10-13과 관련하여 기술된 바와 같은 광 섬유 300을 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다. 명확성을 위해, 상기 제1세그먼트(110)의 출구 단부(111)에 제1환형 코어 영역(113)만을 도 14에 나타내고 있는데, 즉 제1클래딩부(122)는 나타내지 않았다. 상기 출구 단부(111)는, 입사 링형 레이저 빔(RSB)의 높은 강도로 인해 출구 단부(111)의 잠재적인 표면 손상을 완화시키기 위해, 광 섬유(100)의 출구 단부(111)의 표면 상의 베셀 레이저 빔(BLB)의 빔 크기를 크게 증가시킬 수 있는 단부면 렌즈(103)를 갖는다. 상기 단부면 렌즈(103)는 광 섬유(100)의 출구 단부(111) 상에 직접 형성되거나(나타내지 않음), 또는 대안으로 상기 단부면 렌즈(103)는 상기 광 섬유(100)의 출구 단부(111)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 단부면 렌즈(103)는 상기 광 섬유(100)의 출구 단부(111)를 성형하는 기존의 폴리싱(polishing) 또는 레이저 기반 공정을 통해 만들거나, 또는 차후 상기 광 섬유(100)의 출구 단부(111)에 퓨전 스플라이싱되는 각 별도의 퓨전 실리카 로드에 원하는 표면 형상을 형성하여 만들 수 있다. 도 14 실시예에 있어서, 원래의 가우시안 레이저 빔(GLB)으로부터 변환된 베셀 레이저 빔(BLB)은 상기 단부면 렌즈(103)에 의해 이미징되어 액시콘 프리즘(410)에 투영된다. 이들 실시예에 있어서, 상기 단부면 렌즈(103)는 10 밀리미터(mm)보다 짧은 초점 길이를 갖는다. 상기 베셀 레이저 빔(BLB)은, 상기 베셀 레이저 빔(BLB)을 점이 아니라 라인(레이저 초점 라인)에 재-포커싱하여, 상기 베셀 레이저 빔(BLB)을 "무회절" 빔(420)으로(즉, 준 비-회절 빔으로) 재-성형하는 액시콘 프리즘(410)을 통과한다. 이들 실시예에 있어서, 베셀 레이저 빔(BLB)의
Figure pct00129
값은 적어도 10이다. 예컨대, 베셀 레이저 빔(BLB)의
Figure pct00130
값은 10 내지 5000일 수 있다. 예를 들어, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 250, 적어도 500, 적어도 1000, 10 내지 2000 범위, 50 내지 1500 범위, 또는 100 내지 1000 범위의
Figure pct00131
값.
도 1a 및 15를 참조하면, "무회절" 빔을 생성하기 위한 광학 시스템(500)의 다른 실시예가 나타나 있다. 상기 광학 시스템(500)은 전이 영역(150; 나타내지 않음)에 의해 제2세그먼트(130)에 광학적으로 연결된 제1세그먼트(110)를 갖는 광 섬유(100)를 포함한다. 명확성을 위해, 상기 제1세그먼트(110)의 출구 단부(111)에 제1환형 코어 영역(113)만을 도 15에 나타내고 있는데, 즉 제1클래딩부(122)는 나타내지 않았다. 상기 광학 시스템(500)은 광 섬유 100 대신 도 1a 및 6-9와 관련하여 기술된 바와 같은 광 섬유 200 또는 도 1b 및 10-13과 관련하여 기술된 바와 같은 광 섬유 300을 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다. 가우시안 레이저 빔(GLB)에서 링 형상 빔(RSB)로 변환된 레이저 빔은 광 섬유(100)에 의해 방출되어, 예를 들어, 구면 렌즈, 구 또는 실린더의 일부를 포함하지 않는 표면 프로파일을 갖는 비구면 렌즈 등일 수 있는 렌즈(505)에 의해 이미징된다. 일부의 실시예에 있어서, 상기 비구면 렌즈는 액시콘 렌즈와 같은 원추형 파면 생성 광학 요소, 예를 들어 음의 굴절 액시콘 렌즈, 양의 굴절 액시콘 렌즈, 반사 액시콘 렌즈, 회절 액시콘 렌즈, 프로그램 가능 공간 광 변조기 액시콘 렌즈(예컨대, 위상 액시콘) 등을 포함할 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 베셀 레이저 빔(BLB)은 상기 광 섬유(100)로부터 전파되고 상기 렌즈(505)는 상기 베셀 레이저 빔(BLB)의 직경이 상기 광 섬유(100)의 직경(D0)보다 적어도 10배 더 크도록 상기 베셀 레이저 빔(BLB)을 재이미징(reimage)한다. 그러한 이미징된 베셀 레이저 빔(BLB)은 상기 베셀 레이저 빔(BLB)을 라인(점이 아닌)에 포커싱하는 액시콘 프리즘(510)에 입사되고, 상기 베셀 레이저 빔(BLB)은 레이저 초점 라인을 형성하는 바람직한 "무회절" 빔(520; 본 실시예에서는 준 비-회절 빔)으로 재성형된다.
상기 베셀 레이저 빔(BLB)이 도 14에 나타낸 액시콘 프리즘(410) 및 도 15에 나타낸 액시콘 프리즘(510)에 도달될 때, 상기 베셀 레이저 빔(BLB)의 중심 영역에서의 광 신호가 최소화된다는 것을 알아야 한다. 결과적으로, 상기 광학 시스템(400, 500)의 구성은 상기 액시콘 프리즘(410, 510)의 중심 정점 영역의 형상에 영향받지 않는다. 이것은 대부분의 액시콘 프리즘이 제조 공정 제한으로 인해 상기 중심 정점 영역 근처의 품질 관리 문제로 어려움을 겪고 상기 중심 정점 영역이 "무회절" 빔의 빔 품질을 크게 저하시키는 기존의 렌즈와 같이 수행될 수 있기 때문에 액시콘 프리즘을 사용하는 광학 시스템 구성에 특히 유용하다. 따라서, 도 14 및 15에 나타낸 광학 시스템 구성은 액시콘 프리즘 중심 정점 영역 문제를 효과적으로 피하고 고품질의 "무회절" 빔(즉, 준 비-회절 빔)을 생성한다. 이러한 실시예에 따르면, 레이저 빔의
Figure pct00132
값은 적어도 10이다. 예를 들어, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 250, 적어도 500, 적어도 1000, 10 내지 2000 범위, 50 내지 1500 범위, 또는 100 내지 1000 범위의
Figure pct00133
값.
도 1b, 10-13, 및 16을 참조하면, "무회절" 및 가우시안 특성 모두가 나타나는 "하이브리드" 가우스-베셀 레이저 빔을 생성하기 위한 광학 시스템(600)이 나타나 있다. 상기 광학 시스템(600)은 전이 영역(350)에 의해 제2세그먼트(330)에 광학적으로 결합된 제1세그먼트(310)을 갖는 광 섬유(300)를 포함한다. 또한, 상기 광학 시스템(600)은 적어도 하나의 렌즈(605) 및 이중 초점 렌즈(610)를 포함한다. 상기 광 섬유(300)의 제2세그먼트(330)를 빠져 나가는 빔은 본원에 기술된 바와 같이 링 형상 부분 및 가우시안 레이저 빔(GLB) 부분을 갖는다. 상기 광 섬유(300)에 의해 방출된 링 형상 빔(RSB) 부분은, 예를 들어 구면 렌즈, 비구면 렌즈 등일 수 있는 적어도 하나의 렌즈(605)에 의해 재이미징된다. 실시예들에 있어서, 상기 링 형상 빔(RSB) 부분은 광 섬유(300)로부터 전파되고, 상기 렌즈(605)는 베셀 레이저 빔(BLB) 부분의 외경이 상기 광 섬유(300)의 직경(D0)보다 적어도 10배 더 크도록 베셀 레이저 빔(BLB)을 형성한다. 상기 렌즈(605)에 의해 형성된 베셀 레이저 빔(BLB)은 베셀 레이저 빔(BLB)을 바람직한 "무회절" 빔으로(즉, 본 실시예에서, 준 비-회절 빔으로) 재성형하는 이중 초점 렌즈(610)의 외부 부분에 입사된다. 동시에, 상기 광 섬유(300)의 제2세그먼트(330)를 빠져 나가는 빔의 가우시안 레이저 빔(GLB) 부분은 적어도 하나의 렌즈를 통과하고 이중 초점 렌즈(610)의 중심 부분에 의해 재이미징된다. 상기 이중 초점 렌즈(610)는 베셀 레이저 빔(BLB) 부분과 가우시안 레이저 빔(GLB) 부분을 함께 효과적으로 결합하여 하이브리드 빔(620)의 대부분이 "무회절"인 하이브리드 빔(620)을 형성한다. 또한, 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)이 바람직하지 않거나 필요하지 않은 실시예들에 있어서, 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)은 페인트, 개구 등에 의해 차단될 수 있다.
도 1a, 1b, 10-13, 및 17을 참조하면, "무회절" 및 가우시안 특성 모두를 갖는 "하이브리드" 가우스-베셀 레이저 빔을 생성하기 위한 다른 광학 시스템(700)이 나타나 있다. 상기 광학 시스템(700)은 전이 영역(350)에 의해 제2세그먼트(330)에 광학적으로 결합된 제1세그먼트(310)을 갖는 광 섬유(300)를 포함한다. 상기 광 섬유(300)의 단부면(303)으로부터 빠져 나오는 베셀 레이저 빔(BLB) 부분 및 가우시안 레이저 빔(GLB) 부분은 베셀 레이저 빔(BLB) 부분과 가우시안 레이저 빔(GLB) 부분을 "무회절"의 단일 빔으로 수렴 및 조합하는 것을 돕는 상이한 광 경로 및 초점을 갖도록, 상기 제2세그먼트(330)가 테이퍼진 표면 부분(304) 및 편평한 코어 영역(305)을 갖는 단부면(303)을 갖는다. 상기 광학 시스템(700)은 또한 적어도 하나의 렌즈(705) 및 이중 초점 렌즈(710)를 포함한다. 상기 광 섬유(300)의 제2세그먼트(330)를 빠져 나가는 빔은 본원에 기술된 바와 같이 베셀 레이저 빔(BLB) 부분 및 가우시안 레이저 빔(GLB) 부분을 갖는다. 상기 광 섬유(300)에 의해 방출된 베셀 레이저 빔(BLB) 부분은 초기에 상기 광 섬유(300)의 단부면(303)에 의해 재이미징된 다음, 예를 들어 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 또는 비구면 렌즈 등일 수 있는 적어도 하나의 렌즈(705)에 의해 재이미징된다. 실시예들에 있어서, 상기 렌즈(705)는 상기 베셀 레이저 빔(BLB)의 외경이 상기 광 섬유(300)의 직경(D0)보다 적어도 10배 더 크도록 상기 베셀 레이저 빔(BLB)을 재이미징한다. 그러한 재이미징된 베셀 레이저 빔(BLB)은 이 베셀 레이저 빔(BLB)을 바람직한 비-회절 빔 또는 준 비-회절 빔으로 재성형하는 이중 초점 렌즈(710)의 외부 부분에 입사된다. 동시에, 상기 광 섬유(300)의 제2세그먼트(330)를 빠져 나가는 빔의 가우시안 레이저 빔(GLB) 부분은 편평한 코어 영역(305)에 의해 초기에 재이미징되고 이후 적어도 하나의 렌즈(705)를 통과하여 이중 초점 렌즈(710)의 중심 부분에 의해 재이미징된다. 상기 이중 초점 렌즈(710)는 상기 베셀 레이저 빔(BLB) 부분과 가우시안 레이저 빔(GLB) 부분을 함께 효과적으로 결합하여, 하이브리드 빔(720)의 대부분이 "무회절" 빔(준 비-회절 빔)인 하이브리드 빔(720)을 형성한다. 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)이 바람직하지 않거나 필요하지 않은 실시예들에 있어서, 상기 가우시안 레이저 빔(GLB)은 페인트, 개구 등에 의해 차단될 수 있다. 상기 제2세그먼트(330)의 단부면(303)이 상기 광 섬유(300)로부터 방출된 빔을 포커싱하는데 사용된 렌즈들의 구성을 단순화할 수 있음을 이해해야 한다. 실시예들에 있어서, 상기 단부면(303)은 적어도 하나의 렌즈(705) 및 이중 초점 렌즈(710)를 완전히 제거하는데 사용될 수 있다.
예들
본원에 기술된 실시예들은 다음의 예들에 의해 좀더 명확해질 것이다.
도 1a 및 2-5에 나타낸 광 섬유(100)의 5개의 예들(예 1-5)에 대한 반경 및 상대 굴절률의 요약이 아래의 표 1에 나타나 있다.
표 1
Figure pct00134
표 1에 나타낸 바와 같이, 채널(114)에 대한 상대 굴절률 ΔCH%는 예 1-5에서 -26%이다. 제1환형 코어 영역(113)에 대한 상대 굴절률 ΔAC%는 0.12% 내지 1%의 범위이고, 제1저굴절률 트렌치(124)에 대한 상대 굴절률 ΔLIT%는 0% 내지 -0.6% 범위이다. 반경 R0은 10 ㎛ 내지 30 ㎛ 범위이고; 반경 R1은 15 ㎛ 내지 40 ㎛ 범위이고; 반경 R2는 20 ㎛ 내지 40 ㎛ 범위이고; 반경 R3은 28 ㎛ 내지 42.5 ㎛ 범위이며; 반경 R4는 73.5 ㎛ 내지 125 ㎛ 범위이다. 제1환형 코어 영역(113)의 반경 방향 두께 TAC는 2.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위이고; 제1내부 클래딩부(125)의 반경 방향 두께 TICL은 0.0 ㎛ 내지 12.5 ㎛ 범위이고; 제1저굴절률 트렌치(124)의 반경 방향 두께 TLIC는 0.0 ㎛ 내지 8.5 ㎛ 범위이며; 제1외부 클래딩부(123)의 반경 방향 두께 TOCL는 33.5 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위이다.
상기 제1세그먼트(110)와 제2세그먼트(130) 간 테이퍼 비율은 0.5 내지 0.85 범위이다. 제2코어부(132)에 대한 상대 굴절률 Δc% 및 제2저굴절률 트렌치(144)에 대한 상대 굴절률 Δlit%는 각각 제1환형 코어 영역(113)에 대한 상대 굴절률 ΔAC% 및 제1저굴절률 트렌치(124)에 대한 상대 굴절률 ΔLIT%와 실질적으로 동일하다. 반경 r1은 5.7 ㎛ 내지 24.6 ㎛ 범위이고; 반경 r2는 8.8 ㎛ 내지 24.6 ㎛ 범위이고; 반경 r3은 13.2 ㎛ 내지 30.2 ㎛ 범위이며; 반경 r4는 40 ㎛ 내지 62.5 ㎛ 범위이다. 제2내부 클래딩부(145)의 반경 방향 두께 ticl은 0.0 ㎛ 내지 13.9 ㎛ 범위이고; 제2저굴절률 트렌치(144)의 반경 방향 두께 tlic는 0.0 ㎛ 내지 8.9 ㎛ 범위이며; 제2외부 클래딩부(143)의 반경 방향 두께 tocl은 24.6 ㎛ 내지 49.3 ㎛ 범위이다.
도 1a 및 6-9에 나타낸 광 섬유(200)의 3개의 예들(예 6-8)에 대한 반경 및 상대 굴절률의 요약이 아래의 표 2에 나타나 있다.
표 2
Figure pct00135
표 2에 나타낸 바와 같이, 제1저굴절률 코어 영역(214)의 상대 굴절률 ΔLIC%는 0% 내지 -0.5% 범위이고; 제1환형 코어 영역(213)의 상대 굴절률 ΔAC%는 0.34% 내지 1% 범위이며; 제1저굴절률 트렌치(224)의 상대 굴절률 ΔLIT%는 0% 내지 -0.5% 범위이다. 예 6-8에서 반경 R0은 3 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위이고; 반경 R1은 10 ㎛ 내지 12 ㎛ 범위이고; 반경 R2는 10 ㎛ 내지 18 ㎛ 범위이고; 반경 R3은 10 ㎛ 내지 30 ㎛ 범위이며; 반경 R4는 125 ㎛ 범위이다. 제1환형 코어 영역(213)의 반경 방향 두께 TAC는 6 ㎛ 내지 7 ㎛ 범위이고; 제1내부 클래딩부(225)의 반경 방향 두께 TICL은 0.0 ㎛ 내지 8 ㎛ 범위이고; 제1저굴절률 트렌치(224)의 반경 방향 두께 TLIC는 0.0 ㎛ 내지 12 ㎛ 범위이며; 제1외부 클래딩부(223)의 반경 방향 두께 TOCL은 95 ㎛ 내지 115 ㎛ 범위이다.
상기 제1세그먼트(210)와 제2세그먼트(230) 간 테이퍼 비율은 0.32 내지 0.5 범위이다. 제2저굴절률 코어 영역(234)에 대한 상대 굴절률 Δlic%, 제2환형 코어 영역(233)에 대한 상대 굴절률 Δac% 및 제2저굴절률 트렌치(244)에 대한 상대 굴절률 Δlit%는 각각 제1저굴절률 코어 영역(214)에 대한 상대 굴절률 ΔLIC%, 제1환형 코어 영역(213)에 대한 상대 굴절률 ΔAC% 및 제1저굴절률 트렌치(224)에 대한 상대 굴절률 ΔLIT%와 실질적으로 동일하다. 반경 r0는 1.3 ㎛ 내지 2 ㎛ 범위이고; 반경 r1은 3.2 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위이고; 반경 r2는 3.2 ㎛ 내지 9 ㎛ 범위이고; 반경 r3은 3.2 ㎛ 내지 15 ㎛ 범위이며; 반경 r4는 40 ㎛ 내지 62.5 ㎛ 범위이다. 제2환형 코어 영역(233)의 반경 방향 두께 tac는 1.9 ㎛ 내지 3.5 ㎛ 범위이고; 제2내부 클래딩부(245)의 반경 방향 두께 ticl은 0.0 ㎛ 내지 4 ㎛ 범위이고; 제2저굴절률 트렌치(244)의 반경 방향 두께 tlic는 0.0 ㎛ 내지 6 ㎛ 범위이며; 제2외부 클래딩부(243)의 반경 방향 두께 tocl은 36.8 ㎛ 내지 47.5 ㎛ 범위이다.
도 1b 및 10-13에 나타낸 3개의 예들(예 9-11)에 대한 반경 및 상대 굴절률의 요약은 아래의 표 3에 나타나 있다.
표 3
Figure pct00136
표 3에 나타낸 바와 같이, 제1중심 코어 영역(315)에 대한 상대 굴절률 ΔCC%는 0.1% 내지 0.34% 범위이고; 제1저굴절률 코어 영역(314)에 대한 상대 굴절률 ΔLIC%는 0% 내지 -0.2% 범위이고; 제1환형 코어 영역(313)에 대한 상대 굴절률 ΔAC%는 0.5% 내지 1% 범위이며; 제1저굴절률 트렌치(324)에 대한 상대 굴절률 ΔLIT%는 0% 내지 -0.5% 범위이다. 예 9-1에서 반경 R00은 4 ㎛ 내지 7 ㎛ 범위이고; 반경 R0은 9 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위이고; 반경 R1은 15 ㎛ 내지 30 ㎛ 범위이고; 반경 R2는 20 ㎛ 내지 30 ㎛ 범위이고; 반경 R3은 30 ㎛ 내지 50 ㎛ 범위이며; 반경 R4는 125 ㎛ 범위이다. 제1저굴절률 코어 영역(314)의 반경 방향 두께 TLIC는 5 ㎛ 내지 13 ㎛ 범위이고; 제1환형 코어 영역(313)의 반경 방향 두께 TAC는 6 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위이고; 제1내부 클래딩부(325)의 반경 방향 두께 TICL은 0.0 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위이고; 제1저굴절률 트렌치(324)의 반경 방향 두께 TLIC는 0.0 ㎛ 내지 28 ㎛ 범위이며; 제1외부 클래딩부(323)의 반경 방향 두께 TOCL은 75 ㎛ 내지 95 ㎛ 범위이다.
상기 제1세그먼트(310)와 제2세그먼트(330) 간 테이퍼 비율은 0.4 내지 0.5 범위이다. 제2중심 코어 영역(335)에 대한 상대 굴절률 Δcc%, 제2저굴절률 코어 영역(334)에 대한 상대 굴절률 Δlic%, 제2환형 코어 영역(333)에 대한 상대 굴절률 Δac%, 제2저굴절률 트렌치(344)에 대한 상대 굴절률 Δlit%는 각각 제1중심 코어 영역(315)에 대한 상대 굴절률 ΔCC%, 제1저굴절률 코어 영역(314)에 대한 상대 굴절률 ΔLIC%, 제1환형 코어 영역(313)에 대한 상대 굴절률 ΔAC%, 및 제1저굴절률 트렌치(324)에 대한 상대 굴절률 ΔLIT%와 실질적으로 동일하다. 반경 r00은 2 ㎛ 내지 3.5 ㎛ 범위이고; 반경 r0은 4.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위이고; 반경 r1은 7.5 ㎛ 내지 15 ㎛ 범위이고; 반경 r2는 8.8 ㎛ 내지 15 ㎛ 범위이고; 반경 r3은 15 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위이며; 반경 r4는 50 ㎛ 내지 62.5 ㎛ 범위이다. 제2저굴절률 코어 영역(334)의 반경 방향 두께 tlic는 2.4 ㎛ 내지 6.5 ㎛ 범위이고; 제2환형 코어 영역(333)의 반경 방향 두께 tac는 3 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위이고; 제2내부 클래딩부(345)의 반경 방향 두께 ticl은 0.0 ㎛ 내지 2.5 ㎛ 범위이고; 제2저굴절률 트렌치(344)의 반경 방향 두께 tlic는 0.0 ㎛ 내지 11.2 ㎛ 범위이며; 제2외부 클래딩부(343)의 반경 방향 두께 tocl은 30 ㎛ 내지 47.5 ㎛ 범위이다.
상기에 기초하여, 이제 본원에 기술된 광 섬유가 가우시안 레이저 빔에서 베셀 레이저 빔으로 변환된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 상기 광 섬유들이 상대적으로 낮은 굴곡 손실을 갖는다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러한 광 섬유들은 레이저 검사 기술, 레이저 처리 기술 등과 같이 큰 초점 심도를 필요로 하는 분야에 특히 적합할 수 있다.
본 기술 분야의 당업자는 청구 대상의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경이 본원에 기술된 실시예들에 대해 이루어질 수 있음을 명백히 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서는 수반된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 그와 같은 변형 및 변경이 본원에 기술된 다양한 실시예의 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 제1세그먼트 및 제2세그먼트를 포함하는 광 섬유로서,
    상기 제1세그먼트는:
    광 섬유의 축 방향 중심선으로부터 반경(R1)을 갖고, 상기 광 섬유의 축 방향 중심선 상에 중심을 둔 제1환형 코어 영역을 포함함과 더불어 내부 반경(R0) 및 제1반경 방향 두께(TAC=R1-R0)를 갖는 제1코어부; 및
    상기 제1코어부 둘레로 확장하고, 반경 방향 두께(TCL)를 갖는 제1클래딩부를 포함하고,
    상기 제1환형 코어 영역은 상기 제1클래딩부에 대한 상대 굴절률(ΔAC%)을 가지며,
    상기 제2세그먼트는:
    상기 광 섬유의 축 방향 중심선으로부터 반경(r1)을 갖는 제2코어부; 및
    상기 제2코어부 둘레로 확장하고, 상기 제1클래딩부의 반경 방향 두께(TCL)보다 작은 반경 방향 두께(tcl)를 갖는 제2클래딩부를 포함하고,
    상기 제2코어부의 적어도 일부는 상기 제1환형 코어 영역에 광학적으로 결합되고, 상기 반경 R1은 상기 반경 r1보다 크며,
    상기 제2코어부는 상기 제2클래딩부에 대한 상대 굴절률(Δc%)을 갖고, 여기서 ΔAC%는 실질적으로 Δc%와 동일한, 광 섬유.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1세그먼트는 전이 영역에 의해 상기 제2세그먼트에 광학적으로 결합되는, 광 섬유.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    제1세그먼트는 제1외경(D0)을 갖고, 제2세그먼트는 제2외경(d0)을 가지며, 상기 제1외경(D0)은 상기 제2외경(d0)과 대체로 동일한, 광 섬유.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    제1세그먼트는 제1외경(D0)을 갖고, 제2세그먼트는 제2외경(d0)을 가지며, 상기 제1외경(D0)은 상기 제2외경(d0)보다 큰, 광 섬유.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    제1환형 코어 영역은 제1세그먼트의 적어도 일부에 걸쳐 확장하는 채널 둘레에 배치되는, 광 섬유.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    ΔAC%는 약 0.2% 내지 약 1.0%인, 광 섬유.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    제1클래딩부는 제1외부 클래딩 영역, 및 제1코어부와 상기 제1외부 클래딩 영역 간 배치된 제1저굴절률 트렌치를 포함하며;
    제2클래딩부는 제2외부 클래딩 영역, 및 제2코어부와 상기 제2외부 클래딩 영역 간 배치된 제2저굴절률 트렌치를 포함하는, 광 섬유.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    제1저굴절률 트렌치는 제1내부 클래딩부에 의해 제1코어부로부터 이격되며;
    제2굴절률 트렌치는 제2내부 클래딩부에 의해 제2코어부로부터 이격되는, 광 섬유.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    제1내부 클래딩부의 반경 방향 두께는 1 ㎛ 이상 및 15 ㎛ 이하이며;
    제2내부 클래딩의 반경 방향 두께는 1 ㎛ 이상 및 20 ㎛ 이하인, 광 섬유.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    제1저굴절률 트렌치는 약 80%-㎛2 이상 및 약 200%-㎛2 이하의 트렌치 볼륨(VLIT)을 가지며;
    제2저굴절률 트렌치는 약 40%-㎛2 이상 및 약 110%-㎛2 이하의 트렌치 볼륨(vlit)을 갖는, 광 섬유.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    제1코어부는 제1클래딩부에 대한 상대 굴절률(ΔLIC%)을 갖는 제1저굴절률 코어 영역을 더 포함하며, 상기 제1저굴절률 코어 영역은 제1환형 코어 영역 내에 배치되고, ΔAC%는 ΔLIC%보다 크며;
    제2세그먼트의 제2코어부는:
    광 섬유의 축 방향 중심선 상에 중심을 두고, 내부 반경(r0) 및 반경 방향 두께(tac = r1 - r0)를 가지며, 제2클래딩부에 대한 상대 굴절률(Δac%)을 갖는 제2환형 코어 영역, 여기서 Δac%는 Δc%와 동일함; 및
    상기 제2클래딩부에 대한 상대 굴절률(Δlic%)을 갖고, 상기 제2환형 코어 영역 내에 배치된 제2저굴절률 코어 영역을 포함하며, 여기서 Δac%는 Δlic%보다 크고 ΔAC%는 Δac%와 실질적으로 동일한, 광 섬유.
  12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 제2환형 코어 영역은 제1환형 코어 영역에 광학적으로 결합되는, 광 섬유.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    제1코어부는 제1클래딩부에 대한 상대 굴절률(ΔCC%)을 갖고, 제1환형 코어 영역 내에 배치되고, 제1저굴절률 코어 영역에 의해 제1환형 코어 영역으로부터 이격된 제1중심 코어 영역을 더 포함하며, 여기서 ΔLIC%는 ΔCC%보다 작고;
    제2코어부는 제2클래딩부에 대한 상대 굴절률(Δcc%)을 갖고, 제2환형 코어 영역 내에 배치되고, 제2저굴절률 코어 영역에 의해 제2환형 코어 영역으로부터 이격된 제2중심 코어 영역을 더 포함하며, 여기서 Δlic%는 Δcc%보다 작은, 광 섬유.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    제1환형 코어 영역의 상대 굴절률(ΔAC%)은 제1중심 코어 영역의 상대 굴절률(ΔCC%)보다 크거나 실질적으로 동일하며, 제2환형 코어 영역의 상대 굴절률(Δac%)은 제1중심 코어 영역의 상대 굴절률(Δcc%)보다 크거나 실질적으로 동일한, 광 섬유.
  15. 제1세그먼트 및 제2세그먼트를 포함하는 광 섬유로서,
    상기 제1세그먼트는 제1코어부 및 제1클래딩부를 포함하며,
    상기 제1코어부는 제1중심 코어 영역, 제1환형 코어 영역, 및 제1저굴절률 코어 영역을 포함하고, 여기서 상기 제1중심 코어 영역은 상기 제1환형 코어 영역 내에 배치되고 상기 제1저굴절률 코어 영역에 의해 상기 제1환형 코어 영역으로부터 이격되고;
    상기 제1클래딩부는 상기 제1코어부, 상기 제1클래딩부에 대한 상대 굴절률(ΔCC%)을 갖는 상기 제1중심 코어 영역, 상기 제1클래딩부에 대한 상대 굴절률(ΔAC%)을 갖는 상기 제1환형 코어 영역, 및 상기 제1클래딩부에 대한 상대 굴절률(ΔLIC%)을 갖는 제2저굴절률 코어 영역 둘레로 확장하며, 여기서 ΔLIC%는 ΔCC% 및 ΔAC%보다 작고;
    상기 제2세그먼트는 제2코어부 및 제2클래딩부를 포함하며,
    상기 제2코어부는 제2중심 코어 영역, 제2환형 코어 영역, 및 제2저굴절률 코어 영역을 포함하고, 여기서 상기 제2중심 코어 영역은 상기 제2환형 코어 영역 내에 배치되고 상기 제2저굴절률 코어 영역에 의해 상기 제2환형 코어 영역으로부터 이격되며, 적어도 상기 제2중심 코어 영역은 상기 제1환형 코어 영역에 광학적으로 결합되고;
    상기 제2클래딩부는 상기 제2코어부, 상기 제2클래딩부에 대한 상대 굴절률(Δcc%)을 갖는 상기 제2중심 코어 영역, 상기 제2클래딩부에 대한 상대 굴절률(Δac%)을 갖는 상기 제2환형 코어 영역, 및 상기 제2클래딩부에 대한 상대 굴절률(Δlic%)을 갖는 제2저굴절률 코어 영역 둘레로 확장하며, 여기서 Δlic%는 Δcc% 및 Δac%보다 작은, 광 섬유.
  16. 청구항 15에 있어서,
    제1세그먼트는 전이 영역에 의해 제2세그먼트에 광학적으로 결합되며, 상기 제1세그먼트는 제1외경(D0)을 갖고, 상기 제2세그먼트는 제2외경(d0)을 가지며, 여기서 상기 제1외경(D0)은 상기 제2외경(d0)보다 큰, 광 섬유.
  17. 레이저 광원 및 광 섬유를 포함하는 광학 시스템으로서,
    상기 레이저 광원은 가우시안 프로파일을 갖는 출력 빔을 방출하고;
    상기 광 섬유는 상기 레이저 광원의 출력 빔에 결합되며;
    상기 광 섬유는 제1세그먼트, 제2세그먼트 및 전이 영역을 포함하고,
    상기 제1세그먼트는 제1외경(D0)을 갖고;
    상기 제2세그먼트는 제2외경(d0)을 갖고, 여기서 상기 제1외경(D0)은 상기 제2외경(d0)보다 크고, 상기 제1외경(D0)에 대한 상기 제2외경(d0)의 비율은 0.2 이상 및 0.9 이하이며;
    상기 전이 영역은 상기 제1세그먼트 및 제2세그먼트와 일체로 형성되고 상기 제1세그먼트와 제2세그먼트를 광학적으로 결합하며, 여기서 상기 제1세그먼트는 상기 제2세그먼트의 제2코어부에 광학적으로 결합된 제2환형 코어 영역을 갖는 제1코어부를 포함하고, 상기 광 섬유는 상기 레이저 광원의 출력 빔을 가우시안 프로파일에서 베셀 프로파일로 변환시키는, 광학 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1세그먼트는 제1코어부 둘레로 확장하는 제1클래딩부를 더 포함하며,
    상기 제1코어부는 제1환형 코어 영역 내에 배치된 제1저굴절률 코어 영역을 포함하고, 상기 제1환형 코어 영역은 상기 제1클래딩부에 대한 상대 굴절률(ΔAC%)을 갖고, 상기 제1저굴절률 코어 영역은 상기 제1클래딩부에 대한 상대 굴절률(ΔLIC%)을 가지며, 여기서 ΔLIC%는 ΔAC%보다 작고;
    상기 제2세그먼트는 제2코어부 둘레로 확장하는 제2클래딩부를 더 포함하며,
    상기 제2코어부는 제2환형 코어 영역 및 상기 제2환형 코어 영역 내에 배치된 제2저굴절률 코어 영역을 포함하고, 상기 제2환형 코어 영역은 상기 제2클래딩부에 대한 상대 굴절률(Δac%)을 갖고, 상기 제2저굴절률 코어 영역은 상기 제2클래딩부에 대한 상대 굴절률(Δlic%)을 가지며, 여기서 Δlic%는 Δac%보다 작고, ΔAC%는 Δac%와 실질적으로 동일한, 광학 시스템.
  19. 청구항 17 또는 18에 있어서,
    상기 제1클래딩부는 제1외부 클래딩 영역, 제1저굴절률 트렌치 및 제1내부 클래딩부를 더 포함하며,
    상기 제1저굴절률 트렌치는 상기 제1외부 클래딩 영역 내에 배치되고, 상기 제1내부 클래딩부에 의해 제1코어부로부터 이격되고, 상기 제1외부 클래딩 영역에 대한 상대 굴절률(ΔLIT%)을 갖고, 상기 제1내부 클래딩부는 상기 제1외부 클래딩 영역에 대한 상대 굴절률(ΔICL%)을 가지며, 여기서 ΔAC%는 ΔICL%보다 크고, ΔICL%는 ΔLIT%보다 크고;
    상기 제2클래딩부는 제2외부 클래딩 영역, 제2저굴절률 트렌치 및 제2내부 클래딩부를 더 포함하며,
    상기 제2저굴절률 트렌치는 상기 제2외부 클래딩 영역 내에 배치되고, 상기 제2내부 클래딩부에 의해 제2코어부로부터 이격되고, 상기 제2외부 클래딩 영역에 대한 상대 굴절률(Δlit%)을 갖고, 상기 제2내부 클래딩부는 상기 제2외부 클래딩 영역에 대한 상대 굴절률(Δicl%)을 가지며, 여기서 Δac%는 Δicl%보다 크고, Δicl%는 Δlit%보다 큰, 광학 시스템.
  20. 청구항 17 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1세그먼트는 제1코어부 둘레로 확장하는 제1클래딩부를 더 포함하며,
    상기 제1코어부는 제1환형 코어 영역 내에 배치된 제1중심 코어 영역을 포함하고, 상기 제1환형 코어 영역은 제1저굴절률 코어 영역에 의해 제1중심 코어 영역으로부터 이격되며, 상기 제1중심 코어 영역은 제1클래딩부에 대한 상대 굴절률(ΔCC%)을 갖고, 상기 제1환형 코어 영역은 상기 제1클래딩부에 대한 상대 굴절률(ΔAC%)을 갖고, 상기 제1저굴절률 코어 영역은 상기 제1클래딩부에 대한 상대 굴절률(ΔLIC%)을 가지며, 여기서 ΔAC%는 ΔCC%보다 크거나 실질적으로 동일하고, ΔCC%는 ΔLIT%보다 크고;
    상기 제2세그먼트는 제2코어부 둘레로 확장하는 제2클래딩부를 더 포함하며,
    상기 제2코어부는 제2환형 코어 영역 내에 배치된 제2중심 코어 영역을 포함하고, 상기 제2환형 코어 영역은 제2저굴절률 코어 영역에 의해 상기 제2중심 코어 영역으로부터 이격되며, 상기 제2중심 코어 영역은 상기 제2클래딩부에 대한 상대 굴절률(Δcc%)을 갖고, 상기 제2환형 코어 영역은 상기 제2클래딩부에 대한 상대 굴절률(Δac%)을 갖고, 상기 제2저굴절률 코어 영역은 상기 제2클래딩부에 대한 상대 굴절률(Δlic%)을 가지며, 여기서 Δac%는 Δcc%보다 크거나 실질적으로 동일하고, Δcc%는 Δlic%보다 큰, 광학 시스템.
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