KR880001339B1 - 단일 모드 광섬유 도파관 - Google Patents

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KR880001339B1
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에이. 죤 펙, 주니어
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Abstract

내용 없음.

Description

단일 모드 광섬유 도파관
제1도는 본 발명에 의한 광섬유 도파관의 단면도.
제2도 및 제3도는 본 발명의 조건에 만족되는 여러 종류의 굴절률에 대한 그래프.
제4도는 비율 V/Vc의 함수로써 나타나는 Vd2Vb/dV2의 양을 도시한 그래프.
제5도 및 제6도는 본 발명에 의하여 만들어진 광섬유이지만 중심부의 굴절률 억압 특성이 다른 두 종류의 광섬유에 대한 분산 V0과 파장 곡선을 도시한 그래프이다.
본 발명은 단일-모드로 광파 에너지를 전송시키는 광섬유 도파관에 관한 것이다.
단일 모드의 광섬유 도파관이 개발되어 전송 손실량이 1300nm와 1550nm의 파장에서 각각 0.5dB/km와 0.2dB/km정도로 낮아졌다. 일반적으로 이러한 낮은 손실량과 넓은 대역은 단일 모드 광섬유를 사용한 결과로 나타나는 것이기 때문에 긴 거리의 전송 선로로써 이러한 섬유 조직을 사용하고 싶긴 하지만 그러나 이들은 단지 동작 파장에서 HE11모드에 대한 전체 분산 Dt가 0 이거나 가능한 0에 가까운 값을 갖도록 이들의 형태가 이루어져야만이 넓은 대역을 이룰 수가 있다.
단일-보드 도파관에서 전체 분산은 물질 분산 Dm과 도파관 분산 Dw에 의하여 결정된다. 주어진 광섬유 조성물에서의 물질 분산은 파장 함수에 의하여 다양하게 변화된다. 예를 들면, 파장 곡선에 대한 물질 분산은 실리카의 함량이 높은 광섬유일 경우, 1280nm가까이의 파장에서 분산이 0인 점을 통과하게 된다. 단일 모드 광섬유는 물질 분산 곡선이 0인 분산점을 통과하는 파장 이상의 파장 범위내에 있는 어떠한 파장에서 전체 분산이 0인 값을 갖도록 설계될 수 있다. 이러한 것은 광섬유의 낮은 감쇠율(attenuation)과 광원의 유효성 때문에 선택된 특정한 어떤 파장에서 파장 분산을 물질 분산과 평형을 이루도록 만들므로써 이루어질 수 있다. 도파관 분산은 코어의 반경 a, 코어의 굴절율 측면(core index profile) 또는 코어와 클래딩과의 상대적인 굴절률차
Figure kpo00001
를 변화시키므로써 만들어질 수 있다.
Figure kpo00002
는 방정식
Figure kpo00003
으로 정의되는데, 이때 n1은 코어의 최대 굴절률을 나타내며 n2는 클래딩의 굴절률을 나타낸다. 파장 분산을 0으로 만드는 방법은“Dispersionless Single Mode Light Guides with ＆ Index profiles”라는 제목으로 U. C. Paek씨 등이 기술한 논문과 The Bell System Technical Journal, Volume 60, No. 5, May-June 1981, pp583-598“Tailoring zero Chromatic Dispersion Into The 1.5-1.6μmLow-Loss Spectral Region of single-Hode Fibers”라는 제목으로 L. G. Cohen씨가 Electronics Letters, Volume 15, No. 12, June 17, 1979, pp134-135에 기술한 논문 등에 기술되어 있다.
앞에서 기술한 Paek씨등과 Cohen씨 등에 의한 논문에 기술되어 있는 방법에 의하여 파장 분산이 0인 것을 얻을 수 있지만 그러나 이러한 방법은 다른 매개 변수에 영향을 미친다. 시스템 손실이 최소가 되도록 하기 위하여, 스플라이스 손실과 마이크로밴드 손실을 각각 결정하는 스폿크기 Wo 및 비율 W0/a와 같은 매개 변수를 조절하여야만 한다. 또한 0.3%의
Figure kpo00004
를 가지고 있는 스텝-굴절률 단일-모드 도파관을 이용하면 마이크로밴드 손실이 관계하는 한 그러한
Figure kpo00005
값은 너무 낮은 값이라는 것을 알 수 있다. 스텝-굴절률 또는 d-형 코어 굴절률을 가지고 있고 약 0.3%보다 큰
Figure kpo00006
-값을 가지고 있는 통상의 광섬유에 있어서, 1380nm에서 절정에 이르는 OH흡착에 의한 손실 기여도를 감소시키기 위하여 파장의 근원을 약 1300nm가 되도록 할때 분산파장
Figure kpo00007
이 레이저원 파장에 완전히 접근하도록 즉 5nm이내가 되도록 제로 분산 파장의 요구 조건을 충족시키기는 어렵다. Paek씨 등에 의한 발표예는 파장이 점점 길어질수록 도파관 반경은 점점 작아지며 또한 더 긴파장에서 더 많은 양의 물질 분산이 도파관 분산에 의하여 보상되어야 한다고 전술되어 있다. 이러한 것에도 0의 물질 분산에서 도파관이 작동되도록 만들어졌을 때보다 도파관의 매개 변수들이 더 정밀하게 할 필요가 있다. 만일 물질 분산을 평형화 하기 위하여 도파관의 반경을 너무 작게 만들었을 경우에는 마이크로 밴딩 손실을 받아들이기 힘들 정도로 크게 된다.
S.Nisida씨 등에 허여된 미국 특허 제 3,997,241호에 기술되어 있는 W-형태의 도파관에는 도파관 분산을 변화시키기 위하여 다양하게 변화될 수 있는 분가 매개 변수가 제시되어 있다. 이러한 광섬유는 비교적 낮은 굴절률 qn1을 가지고 있는 내부 클래딩과 굴절률 pn1이 중간값을 갖는 외부 클래딩으로 둘러 싸여져 있는 비교적 높은 굴절률 n1을 균일하게 가지고 있는 코어로 이루어져 있다. 이러한 형태는 계산된 값이 3.8327이 되도록 Vc가 증가되기 때문에 통상적인 스텝 굴절률 도파관에서 허용되는 반경보다 더 큰 반경을 가지고 있는 코어를 통하여 단일 모드로 전달될 빛에 사용할 수 있다. 정규 주파수 V는 다음식으로 표현된다.
Figure kpo00008
용어 Vc는 V의 단일-모드 차단값을 나타낸 것이며 또한 Nishida모형에 의하면 밴딩 손실량이 감소된다. 이러한 모형으로 넓은 범위의 파장에 걸쳐서 전체 분산을 0이나 0에 가깝게 만들 수 있지만, 그러나 이렇게 넓은 범위의 대역으로 작동시키기 위해서는 중간층의 굴절률 qn1이 비교적 낮아야 하며 외부 클래딩의 굴절률 qn1가 비교적 코어의 굴절률에 근접해야 한다. Nishida씨 등에 허여된 특허 기술에 의하면(n-pn)/(n-qn)값이 0.1보다 작아야만 하면 (n-pn)/(n-qn)의 작은 비율은 제조상 극복하기 어려운 허용값이며 한 층의 굴절률이 약간만 변해도 도파관의 분산 곡선의 기울기에 크게 영향을 미치게 할 수 있다. 도파관 분산 곡선의 기울기는 그것의 설계 값에 따라 다양하게 변하므로, 낮은 분산 작동시에 이루어질 수 있는 파장의 범위는 감소된다.
Nishida등의 특허의 광섬유는 낮은 정규 주파수 V'1를 가지고 있는데 이 주파수 여하에서는 단일-모드 전파는 존재하지 않는다. 이 특허 명세서 중 제2도에서 도시한 바와 같이 정규 주파수의 범위, 즉V'1와 V'2사이에서만 단일 모드로 전달된다. 그러므로(n-pn)/(n-qn)의 비가 만족할 정도로 바람직하게 되도록 외부 클래딩의 굴절률 pn1이 증가될 경우 단일-모드로 작동되는 V-값의 범위는 좁아져서 공업 허용 오차에 알맞는 형태로 다시 만들어야 한다.
그러므로 본 발명의 목적은 넓은 범위의 파장에서 낮은 분산이 존재할 수 있으며 앞에서 기술한 바와 같은 종래 기술의 한계점을 감소시키거나 없앤 단일-모드의 광학 도파관을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 비교적 큰 중심 반경을 가지고 있으며 마이크로 밴딩에 의한 감쇠율이 비교적 낮은 단일-모드의 광학 도파관을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 최하위 치수 모드에서도 차단되지 않도록 넓은 범위의 파장에서 최소로 분산되는 단일-모드의 광학 도파관을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 광섬유 도파관은 굴절률 n2를 가지고 있는 투명물질의 클래딩으로 둘러싸여져 있으며 최대 굴절률이 n1(n2보다는 크다)인 투명 물질로 된 코어로 이루어져 있다.
본 발명은 코어에 굴절률이 낮은 부분이 포함되어 있음을 특징으로 한다. 굴절률이 낮은 부분의 내부 반경은 0보다 크며 이것의 최대 반경은 코어 전체의 반경보다는 작다.
제1도에 도시한 광학 도파관은 굴절률 n2이 낮은 부분(14)에 의하여 분리되는 내부 영역(10)과 외부 영역(12)으로 이루어져 있다. 본 발명의 조건에 부합되는 여러 종류의 굴절률에 대한 프로필증의 한가지를 제2도에 도시하였는데 이 도면에서 내부 코어 영역(19a)과 외부 코어 영역(19b)에는 둘다 굴절률 n1이 존재한다. 비록 이러한 두 종류의 코어 영역의 굴절률이 동일하다 할지라도 이들은 서로 다른 조성물로 형성될 수 있으며 또한 코어는 굴절률이 n2인 클래딩(16)으로 둘러싸여져 있는데, 이 클래딩은 직선(20)으로 도시한 바와 같이 낮은 굴절률을 갖거나 점선(21)로 도시한 바와 같이 낮지 않은 굴절률을 가질 수도 있다. 굴절률 n2는 선(22)로 도시한 바와 같이 n2보다 적을 수도, 또는 같을 수도 또는 n2보다 클수도 있다. 굴절률의 저하에 의한 영양으로 도파관 분산과 파장과의 관계를 바람직하게 만드는 광섬유의 빛에너지 전달 특성이 변형된다. (n1-n2)/(n1-n3)의 비율이 0.1정도로 적다면 위와 같은 영향이 미치지만, 어는 제조 허용 공차의 한계에 해당된다. 그러므로 본 발명에서 사용한 광섬유 성분과 제조 공정에서 광섬유의 물리적인 특성을 약간만 변화시켜도 (n1-n2)/(n1-n3)가 0.1일 경우 도파관 분산이 상당히 변화하게 된다. (n1-n2)/(n1-n3)의 비율이 약 2.0이상일 경우에는 본 발명에 의한 형태의 효과는 무시되어 진다. 그러므로 (n1-n2)/(n1-n3)의 비율은 2.0이하가 되어야 한다.
제2도에서 도시한 코어 프로필은 스텝-굴절률 도파관의 코어를 도시한 것인데 α-프로필을 함유하고 있는 다른 형태의 코어 프로필을 사용할 수도 있다.
“α-프로필”이라는 용어는 방정식 n(γ)=n0[1-
Figure kpo00009
(γ/a)·]으로 정의된다. 여기에서 n0는 광섬유 축에서의 굴절률이다. 제3도에서의 곡선(24)은 α가 2인 α-프로필을 나타낸 것이다. 클래딩의 굴절률은 직선(26)으로 표시한 바와 같이 코어의 가장자리의 굴절률과 같거나 또는 점선(28)으로 표시된 바와 같이 코어의 외부 가장자리의 굴절률보다 낮을 수도 있다.
코어 굴절률의 저하된 굴절률의 형태는 여러가지로 변할 수 있는데, 이것은 광섬유의 전파 극성에 영향을 미친다. 제3도의 코어 프로필의 굴절률 저하부위는 최하부위를 (30)으로 나타낸 평편한 직선 형태 대신에 둥근 형태일 수도 있으며 또는 점선(32)으로 나타낸 바와 같이 끝이 뽀족한 형태일 수도 있다.
굴절률 저하의 반경위치, 깊이, 폭 및 형태를 조절하여 단일 모드 장치를 이용한 다른 요구치에 알맞게 도파관의 전달 특성을 적절히 변형시킬 수 있다.
예를 들면, 주어진 형태의 코어의 굴절률을 가정하면 다른 시스템 파장에서 분산이 0인 동작을 하는 것이 요구된다.
본 발명에 의한 형태에 이러한 방식을 사용하여 제4도의 그래프를 참조하여 다음에 설명한 것들로부터 알 수 있는 매우 다른 분산 특성을 가지고 있는 광 도파관을 제조할 수 있다. 제4도에서, Vd2(VbV/dV2의 양은 V/Vc비율의 함수로써 도시한 것이다. Vd2(Vb)/dV2의 양은 다음과 같이 도파관 분산 Dw에 관계된다.
Figure kpo00010
이 방정식에서 C는 빛의 속도를 나타내고, λ는 빛의 파장을 나타내며, b는 정규 전파 상수이다.
제4도의 그래프에서는 다른 광섬유의 코어에 대한 다른 V-값에서 얻을 수 있는 상대적인 도파관 분산을 비교할 수 있다. 단일 모드의 작동은 V/Vc의 값이 1.0보다 작을 경우에 일어난다. 일반적으로 V/Vc의 비율이 1.0에 인접할때 광섬유 도파관을 작동시키는 것이 마이크로 밴드 손실을 최소로 하는 것이 바람직한 방법이며 일반적으로 V/Vc의 비율이 0.6이하일 경우에 도파관을 작동시키는 것은 바람직한 일이 못된다. 왜냐하면 이렇게 낮은 비율에서는 코어의 크기는 작고 마이크로 밴드 손실량은 커지게 되므로 광섬유 특성이 너무 민감하게 되어 변화를 일으키기 때문이다.
곡선(42)과 (44)는 제2도에서 도시한 코어의 굴절률 프로필을 나타내지만 굴절률 저하의 매개변수가 서로 다른 광섬유 도파관 분산 특성을 도시한 것이다.
곡선(42)의 광섬유는 a1=0.6a, a0=0.9이며 (n1-n2)/(n1-n3)=0.75인 특성을 갖는다. 곡선(44)의 광섬유는 a1=0.4a, a0=0.65이고 (n1-n2)/(n1-n3)=0.75인 특성을 갖는다. 그러므로 곡선(42)과 (44)로 나타내는 광섬유의 특성에는 단지 반경 위치와 코어의 굴절률 저하 폭만이 다르다.
X-축과 만나는 곡선(42)의 V/Vc의 값은 어떤 한가지 값에 접근하지만 이 값보다는 작다. 이러한 사실은 물질 분산이 0인 파장이나 그 이상의 파장에서 유리하게 작동할 수 있는 특성을 갖는 광섬유라는 것을 나타내는 것으로 이에 작동 파장은 그 이상의 파장에서 유리하게 작동할 수 있는 특성을 갖는 광섬유라는 것을 나타내는 것으로 이에 작동 파장은 단일-모드 차단 파장에 인접한 파장이다. 곡선(42)의 급경사는 넓은 밴드 형태를 나타내고 분산 작동이 낮은 DwV·λ곡선이 비교적 큰 양의 기울기를 가질 것이라는 것을 제시해준다.
곡선(44)은 비교적 많은 양의 도파관 분산을 공급하는 반면에 단일-모드의 차단 파장 근처에서 작동하는 광섬유를 나타낸 것이다. 약 1400nm정도의 OH-흡착의 최고점보다도 더 큰 파장에서의 물질 분산이 상대적으로 높기 때문에 곡선(44)으로 나타나는 광섬유는 1400nm이상의 파장에서의 물질 분산과 평형을 이루기에 필요한 도파관 분산을 공급할 수 있어야 한다.
곡선(46)은 α=1인 코어의 굴절률을 가지는 광섬유를 나타낸 것이다. 이러한 광섬유는 V/Vc의 값이 1.0에 인접할 경우에 작동할 수 있지만, 곡선(44)의 광섬유와 똑같은 V-값에서 작동한다고 가정할때 곡선(44)의 광섬유와 같이 높은 물질 분산과 평형을 이룰 수는 없다.
우선 제5도는 설명하면, 곡선(50)은 코어를 가지고 있는 광섬유 도파관의 물질 분산을 도시한 것인데, 이 도파관의 내부 영역과 외부 영역은 3몰%의 GeO2를 첨가한 실리카로 형성되어 있으며 저하부는 약 1.7몰%의 불소로 처리된 실리카로 형성되어 있고 저하된 굴절률의 클래딩은 약 1.0몰%의 불소를 첨가한 실리카로 형성되어 있다. 곡선(50')은 내부 코어 및 외부 코어가 8몰%의 불소를 첨가한 실리카로 형성되어 있는 것을 제외하고는 곡선(50)과 유사한 광섬유이다. 물질 분산이 0인 교차점과 곡선의 형태를 앎으로써 제4도에서 도시한 이런 형태의 곡선중에서 특별한 중심 굴절률을 선택하여 앞에서 기술한 방식으로 특별한 파장에서의 분산 작동을 낮게 할 수 있다. 예를 들면, 1300nm의 파동에서 작동시키기를 원할때, 즉 다시말하면 차단 파장 λc를 약 1250nm로 계획할때, 도파관 분산은 1300nm에서 물질 분산이 매우 적기 때문에 이 파장에서의 도파관 분산도 가능한 적어질 수 있다. 1300nm근처에서 단일 모드로 작동되기 위해서 Vd2(Vb)/dV2의 양은 V/Vc의 값이 1.0에 가까운 값이 되도록 작아야만 한다. 본 발명에 의한 코어의 굴절률 저하 형태중의 하나로 도시한 곡선(42)은 V/Vc의 값이 0.91일때 0인 점을 통과한다. 이와 같은 결과는 이러한 형태가 1300nm에서 도파관 분산이 평형을 이루기에 적합한 것이라는 것을 나타낸다.
제5도는 제4도의 곡선(42)으로 표시한 코어의 굴절률 저하 형태가 1300nm정도의 파장계에서 왜 유리한 것인가를 설명하였다. 넓은 범위의 파장에 걸쳐 낮게 분산 작동시키기 위하여, 도파관 분산 곡선은 물질 분산곡 선(50)의 파장 근처의 파장에서 분산이 0인 상태가 되어야만 한다. 코어의 굴절률 저하 특성과 광섬유의
Figure kpo00011
-값을 적절히 선택하여 넓은 범위의 파장에 걸쳐 물질 분산이 실질적으로 평형을 이루도록 할 수 있다.
제5도에 도시한 곡선(52)과 (54)는 제4도의 곡선(42)의 코어 굴절률 형태의 특성을 가지고 있는 광섬유 도파관의 분산 곡선이다. 광섬유가 실리카로 피복되었다고 가정할 경우, 곡선(52)과 (54)의
Figure kpo00012
값은 각각 1.0%와 1.3%이며 약 1300nm에서의 물질 분산은 0이다. 또한 광섬유의 V-값을 적절히 선택하여 1300nm에서 도파관 분산이 0이 되도록 만들 수 있다. 매우 넓은 대역의 파장에 걸쳐 물질 분산이 평형을 이루기에 유용하도록 곡선(52)과 (54)가 비교적 급경사를 이루고 있다 할지라도 1.0%와 1.3%의
Figure kpo00013
-값은 어떤 형태의 계에서는 너무 높은 값이 될 수도 있다. 예를 들면, 현재 사용한 물질로 1.0%이상의
Figure kpo00014
-값이 되도록 많은 코어 도판트는 수락할 수 없을 정도로 손실량을 증가시킬 수도 있다.
곡선(56)은 제4도의 곡선(42)가 갖는 코어의 굴절률 형태의 특성을 갖고 있는 또 다른 광섬유의 분산 곡선으로써, 이 곡선은
Figure kpo00015
는 0.5%이다. 후에 상세히 설명하겠지만 이러한 광섬유는 1305nm의 파장에서 분산이 0이 되고 차단 파장은 1120nm가 된다. 곡선(56)의 기울기가 곡선(54)의 기울기보다 크지 않으므로 곡선(56)으로 나타나는 광섬유는 넓은 범위의 파장에서 낮은 분산 작동을 나타내지 못한다. 그러나 이러한 곡선(56)의 광섬유는 감쇠율이 낮고 좋은 분산 특성을 갖고 있을 뿐만 아니라 코어의 크기도 크기 때문에 더 실용적으로 사용된다.
α=1인 광섬유의 도파관 분산을 도시한 곡선(58)과 (60)은 비교를 하기 위한 목적으로 도시한 것이다. 곡선(58)과 (60)으로 나타나는 광섬유등의
Figure kpo00016
값은 각각 1.0%와 1.3%이다. 이러한 형태의 광섬유에서는
Figure kpo00017
가 허용할 수 없을 정도로 낮을 경우에만 약 1300nm에서 도파관 분산 곡선의 분산이 0이 된다는 것을 알 수 있다.
제6도에 도시한 곡선중 제5도의 물질 분산 곡선(50),(50')와 중복되는 곡선(64)과 (64')는 약 1500nm 또는 그 이상의 파장에서 분산 작동이 0이 되게 하기 위하여 많은 양의 도파관 분산이 필요하다는 것을 설명한 것이다. 곡선(70)과 (72)는 α=1인 굴절률을 갖고 있는 광섬유를 나타낸 것으로 이것의
Figure kpo00018
-값은 각각 1.0%와 1.3%이다. 곡선(66)으로 나타낸 광섬유는 약 1550nm에서 분산 작동이 0이 된다. 만일 곡선(70)과 (72)로 나타나는 형태의 광섬유를 사용할 경우, 이 섬유 조직의
Figure kpo00019
-값이 1.3%이상이 되기 때문에 1550nm에서 작동되도록 실질적인 장치가 형성될 수 없다는 것을 알 수 있다.
제4 내지 6도의 그래프는 해당 분양에서 숙련된 사람들에 의하여 여러가지 방법으로 도시될 수 있다.
다음과 같은 출판물에 기술되어 있는 진보된 기술에 따라 주어진 섬유 조직의 굴절률에 대한 파동 방정식을 풀 수 있다 :
C. Teh씨 등이 저술한“Computing the Propagation Characteristics of Radially Stratified Fibers : an Efficient Method”, Applied Optic, Vol. 16, 1977, pp483-493과 L. G. Cohen씨 등이 저술한“Correlation Between Numerical Predictions and Measurements of Single-Mode Fiber Dispersion Characteristics”,Applied Optics, Vol. 19, 1980, pp2007-2010.
또 다른 방법으로 광섬유를 제조하고 다음과 같은 출판물에 기술되어 있는 진보된 방법으로 분산을 측정할 수 있다.
L. G. Cohe씨 등에 의한“A Universal Fiber Optic (UFO) Measurement System Based an a Near IR Fiber Raman Laser”, IEEE Jourmal of Quantum Mechanics, Vol. QE-14 1978, p. 855와 C. Lin씨 등에 의한“Pulse Delay Measurements in the Zero Material Dispersion Region for Germanium and Phosphorus Doped Silica Fibers”, Electronics Letters, Vol. 14, 1978, pp. 170-172.
통상의 증기 침전법에 의하여 본 발명에 의한 코어 굴절률을 가지고 있는 광섬유 도파관을 제조할 수 있다.
이론적으로 1315nm에서 작동하도록 형성된 광섬유를 제조하는 방법을 설명하면, 먼저 미합중국 특허 제 4,217,027호에 기술되어 있는 방법과 같은 방법으로 이러한 광섬유를 제조할 수 있다. 미리 형성된 층에 피복한 여러층을 도시한 제1도와 제2도를 참조하되, 제1도가 최종적으로 만들어진 광섬유의 단면도라는 것에 주의를 하여야 한다. 기반 튜우브로써 응용 실리카 튜우브를 사용하여 외부 클래딩(18)을 형성하였다.
이 층(18)은 굴절률 n2의 클래딩으로써 작동할 수도 있지만 이 층은 코어에 적은 도판트 농도가 필요하도록 층(16)의 굴절률 n2를 사용될 클래딩(18)의 굴절률 보다 저하시켜
Figure kpo00020
가 주어진 값으로 되도록 하는 작용을 하는 것이 바람직하다. 이러한 결과로 물질 분산이 저하되어 λ0값이 쉽게 1315nm이하가 된다. 층(16)은 약1몰%의 불소로 처리된 실리카로 이루어질 수 있으며, 1.0몰% 정도까지의 P2O5를 층(16)에 첨가하여 이 층의 연화점 온도를 저하시킬 수도 있다. 외부 코어 영역(12)은 층(16)의 내면에 약 3몰%의 GeO2로 처리한 실리카층을 부착시키므로써 형성된다. 굴절률 저하층(14)은 약 1.7몰%의 불소로 처리한 실리카층을 부착시키므로써 형성된다. 마지막으로 약 3몰%의 GeO2로 처리된 또 다른 실리카층을 부착시키므로써 중앙에 코어(10)가 형성된다. 이렇게 하여 형성된 것을 붕괴시켜서 다음 특성들을 갖는 광섬유 도파관으로 만들었다. 이 섬유 조직의 코어 반경(12)은 6.2μm이고 굴절률이 저하된 부위(14)의 외부 직경은 5.6μm이고 내부직경은 3.6μm이다. 굴절률이 저하된 피복부위(16)의 반경은 15μm이상이어야만 하며 굴절률을 나타내는 n1, n2및 n3는 각각 1.463, 1.456 및 1.4508이다. 정규 주파수의 차단값 Vc는 약 5.0이며 차단 파장 λc는 약 1115nm이다. 상대 굴절률의 차는 약 0.5%정도이며 스폿크기 W0는 약 3.7μm이다. 이러한 광섬유의 도파관 분산 특성을 제5도의 곡선(56)으로 도시하였다. 본 발명에 의한 코어의 반경(6,2μm)이 코어내에서 굴절률이 저하되지 않은 비교 가능한 스켑 굴절률 광섬유의 코어 반경의 거의 두배가 된다는 것은 주목할만 하다.

Claims (11)

  1. 최대 굴절률이 n1이고 반지름이 a인 투명한 물질로 이루어진 코어(10, 12, 14 : 19a, 19b, 22, 24, 30, 32)와, 상기 코어 외부에 n1보다 작은 굴절률 n2의 투명한 클래딩 물질층(16 : 20, 21 : 26, 28)을 구비하는 단일-모드 광섬유 도파관에 있어서, 상기 코어는 굴절률이 저하된 영역(14, 22, 30, 32)을 포함하며, 상기 영역(14, 22, 30, 32)의 내부 반경 a1는 0보다 크고 상기 영역(14, 22, 30, 32)의 최대 반경 a0은 a보다 작으며, 이들 n1, n2, a1및 a0는 단독의 단일-모드 신호가 상기 코어의 모든 영역을 통하여 동시에 전파될 수 있는 값을 갖는 것을 특징으로 하는 단일-모드 광섬유 도파관.
  2. 제 1 항에 있어서, (n1-n2)/(n1-n3)의 양은 약 2.0보다 크지 않으며, n3는 굴절률이 저하된 상기 영역(14, 22, 30, 32)의 최대 굴절률인 것을 특징으로 하는 단일-모드 광섬유 도파관.
  3. 제2항에 있어서, 상기 코어는 내부 및 외부 영역(19a, 19b)의 굴절률이 실제로 균일하며 그 반경은 0과 a1사이 및 a0와 a사이에 있는 것을 특징으로 하는 단일-모드 광섬유 도파관.
  4. 제2항에 있어서, 상기 코어는 내부 및 외부 영역(24)의 굴절률이 방사상으로 불균일하며 그 반경은 0과 a1사이 및 a0와 a사이에 있는 것을 특징으로 하는 단일-모드 광섬유 도파관.
  5. 제4항에 있어서, 상기 코어의 내부 영역의 굴절률은 방정식 n(γ)=n1[1-
    Figure kpo00021
    (γ/a)α]에 의해 반경 γ에 따라 변하며, 여기에서 α은 0과 ∞사이의 매개 변수이며“T3”인것을 특징으로 하는 단일-모드 광섬유 도파관.
  6. 제5항에 있어서, 상기 코어의 내부 및 외부 영겨(24)의 굴절률은 방정식 n(γ)=n1[1-
    Figure kpo00022
    (γ/a)α]에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 단일-모드 광섬유 도파관.
  7. 제1항에 있어서, 굴절률 및 반경이 각기(n3, a0) 및 (n'1, a)인 증가하는 반경의 제1 및 제 2영역으로 둘러싸인 굴절률 n 및 반경 a1을 갖는 중심쪽으로 위치한 영역을 구비하며,여기에서 a>a0>a1, n1>n'1>n3이고 상기 반경의 영역은 굴절률 n2및 반경 γdep.clad을 갖는 굴절률이 저하된 내부 클래딩 영역과 굴절률 nclad및 반경 γclad을 갖는 외부 클래딩 영역을 구비하는 클래딩으로 둘러싸여 있으며,여기에서 γclad>γdep.clad>a,n'1> nclad>n2>n3이고, 상기 도파관의 분산 특성은 상기 코어 및 클래딩의 모든 영역에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 단일-모드 광섬유 도파관.
  8. 제7항에 있어서, 외부 클래딩 영역은 상기 도파관의 외부 영역인 것을 특징으로 하는 단일-모드 공섬유 도파관.
  9. 제2항에 있어서,상기 저하된 굴절률의 영역(30,32)은 상기 코어를 최대 굴절률 n1을 갖는 중심쪽으로 위치된 영역(24) 및 n3보다 더 큰 굴절률을 갖는 제2환형 영역(24)으로 분리하며, 상기 중심폭으로 위치된 영역의 굴절률은 반경이 증가함에 따라 감소하며, 상기 클래딩 물질은 상기 제2의 환형 영역(24)의 굴절률보다 적은 굴절률 n2를 가지는 것을 특징으로 하는 단일 -모드 광섬유 도파관.
  10. 제9항에 있어서,굴절률이 n2인 상기 클래딩 물질은 n2보다 큰 굴절률을 갖는 외부 클래딩에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 단일-모드 광섬유 도파관.
  11. 제1항에 있어서, 상기 저하된 굴절률의 영역은 상기 코어를 최대 굴절률이 n1인 내부 영역 및 n1보다 적은 굴절률의 외부 영역으로 분리하고, 상기 클래딩은 상기 코어의 외부 영역의 굴절률보다 적은 굴절률 nclad를 갖는 외부 영역 및, 상기 코어와 상기 클래딩 사이에서 nclad보다 적은 굴절률 n2를 갖는 영역을 구비하며, 상기 제한된 굴절률 영역의 굴절률 n3은 n2보다 적은 것을 특징으로 하는 단일 -모드 광섬유 도파관.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1248386A (en) * 1982-03-11 1989-01-10 Leonard G. Cohen Quadruple-clad optical fiberguide
IL71644A (en) * 1983-05-20 1987-11-30 Corning Glass Works Low dispersion,low-loss single-mode optical waveguide
EP0131634B1 (en) * 1983-06-29 1988-06-01 ANT Nachrichtentechnik GmbH Single-mode w-fibre
JPH068185B2 (ja) * 1984-11-27 1994-02-02 住友電気工業株式会社 光ファイバ用母材の製造方法
JPS6252508A (ja) * 1985-09-02 1987-03-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光フアイバ
JPS6287907A (ja) * 1985-10-14 1987-04-22 Sumitomo Electric Ind Ltd １．５ミクロン帯用シングルモ−ド光フアイバ
US4852968A (en) 1986-08-08 1989-08-01 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Optical fiber comprising a refractive index trench
US4877304A (en) * 1987-09-09 1989-10-31 Corning Incorporated Few-mode/single-mode fiber
US4877306A (en) * 1987-09-30 1989-10-31 Corning Glass Works Coated optical waveguide fibers
FR2635876B1 (fr) * 1988-08-26 1992-10-16 Comp Generale Electricite Fibre optique monomode protegee contre le detournement d'informations transmises et procede de transmission utilisant cette fibre
FR2738430B1 (fr) * 1990-09-21 1998-03-13 Alsthom Cge Alcatel Procede et dispositif de transmission d'information sur fibre optique avec detection et/ou localisation d'intrusion
DE4111238A1 (de) * 1991-04-08 1992-10-15 Hilti Ag Werkzeug zur zerspanung von werkstoffen
US5553185A (en) * 1994-12-27 1996-09-03 Corning Incorporated Controlled dispersion optical waveguide

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3997241A (en) * 1973-06-07 1976-12-14 Hitachi, Ltd. Optical waveguide transmitting light wave energy in single mode
US4149772A (en) * 1975-09-22 1979-04-17 Northern Electric Company Limited Optical fibre having low mode dispersion
JPS5250246A (en) * 1975-10-20 1977-04-22 Hitachi Ltd Light transmitting line
JPS52106748A (en) * 1976-02-16 1977-09-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Light transmission channel
JPS543553A (en) * 1977-06-10 1979-01-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical line
US4265515A (en) * 1978-05-08 1981-05-05 International Telephone And Telegraph Corporation Optical fiber waveguide with effective refractive index profile
US4229070A (en) * 1978-07-31 1980-10-21 Corning Glass Works High bandwidth optical waveguide having B2 O3 free core and method of fabrication
US4385802A (en) * 1980-06-09 1983-05-31 Corning Glass Works Long wavelength, low-loss optical waveguide
GB2100464B (en) * 1981-05-11 1985-07-17 Bicc Plc An improved optical fibre

Also Published As

Publication number Publication date
NO824089L (no) 1983-06-08
DE3279964D1 (en) 1989-11-02
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CA1205307A (en) 1986-06-03
IL67211A0 (en) 1983-03-31
EP0083843A2 (en) 1983-07-20
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NO166151B (no) 1991-02-25
JPH035721B2 (ko) 1991-01-28
AU9104282A (en) 1983-06-16
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DK158684C (da) 1991-02-25
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JPS58104040A (ja) 1983-06-21
IL67211A (en) 1986-02-28
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EP0083843B1 (en) 1989-09-27
ES8308641A1 (es) 1983-10-01
DK158684B (da) 1990-07-02
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AU555648B2 (en) 1986-10-02
FI81684C (fi) 1990-11-12
ATE46770T1 (de) 1989-10-15
NO166151C (no) 1991-06-05

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