KR910007895B1 - 단일 모드 광 도파 섬유 - Google Patents

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KR910007895B1
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아디세샤이아 바가바툴라 벤카타
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코닝 글라스 워크스
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Abstract

내용 없음.

Description

단일 모드 광 도파 섬유
제1도는 광 도파 섬유에 대한 단면도.
제2도, 제3도 및 제7도 내지 제10도는 다수의 굴절율 측면도에 대한 도해도.
제4도는 반경
Figure kpo00001
의 함수로서 설계된 크기
Figure kpo00002
에 대한 그래프.
제5도 및 제6도는 두 광섬유에 대한 분산 파장 곡선.
제7도는 내지 제10도는 본 발명의 실시에의 굴절율 측면도에 대한 도해도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 내부 영역 12 : 외부 영역
14 : 굴절율 억압층 16 : 피복층
18 : 피복층
본 발명은 단일 모드로 광파 에너지를 전달하기 위한 광 도파 섬유에 관한 것이다.
각각 1300nm 및 1550nm의 파장에서 0.5dB/km 및 0.2dB/km의 저전송 손실을 갖는 단일 모드 광 도파 섬유가 개발되었다. 단일 모드 광섬유에 전반적으로 기여하는 광 도파 섬유의 저전송 손실과 고대역폭으로 인하여 이러한 광 도파 섬유는 전위의 장거리 전송 라인으로 이용된다. 그러나 이들 광 도파 섬유의 건위에 있어서의 고대역폭은 광 도파 섬유가 적절히 설계되어 HE11모드에 대한 총분산 Dt이 동작파장에서 0과 같거나 가능한 한 0과 가깝게 될 경우에만 이루어질 수 있다. 만일 모드 도파관의 경우 총분산은 물질 분산 Dm과 도파관 분산 Dw에 의해 결정된다. 주어진 광섬유 구성을 위해 물질 분산은 파장의 함수로 변한다.
가령, 물질 분산대 파장 곡선은 많은 실리카(silica)를 함유한 광섬유에 대해 약 1280nm의 파장에서 0분산을 통과한다. 물질 분산 곡선이 0분산을 통과하는 상기 파장 이상의 파장 범위에서는 어떤 파장에서도 총분산이 0을 나타내는 단일 모드 광섬유가 설계될 수 있다. 이러한 광섬유의 설계는 광원에 대한 저섬유 감쇠 및 이용도로 인해 선택된 특정 파장에서 물질 분산을 균형 잡도록 도파관 분산을 맞춤으로써 이루어진다. 도파관 분산은 코어 반경 a, 코어 굴절율 측면도 혹은 코어 피복상대 굴절율차 △를 변경시킴으로써 조절된다.
Figure kpo00003
에 의해 결정되는데 여기서 n1은 코어의 피크 굴절율이고 n2는 피복 굴절율이다. 0분산 파장을 맞추는 기술은 1981년 5월 내지 6월분의 벨 시스템 기술지 제60권 제5호의 583페이지 내지 598페이지에 기술된 "α 굴절율 측면도를 갖춘 무분산 단일 모드 광 도파관"이라는 명칭의 유. 씨. 피더와 그 외 공동 연구자에 의한 논문고, 1979년 6월 7일 전자 학술지 제15권 제12호의 134페이지 내지 페이지에 기술된 "단일 모드 광섬유의 1.5㎛ 내지 1.6㎛의 저손실 특정 영역으로의 0색도 분산 조절"이라는 명칭의 엘. 지. 코헨에 의한 논문에 공개된다.
상기 피크 및 그외 공동 연구자와 코헨 및 그 외 연구자에 의한 논문에서 공개된 설계로 0분산 파장을 맞출 수 있게 되지만 이러한 설계는 다른 계수에 악영향을 미친다. 최저 시스템 손실을 얻기 위해 각각 결합 손실 및 미세 굴곡부 손실을 결정하는 규격 Wo 및 비
Figure kpo00004
와 같은 변수를 최적화 해야한다. 약 0.3%의 △를 구비한 계단식 굴절율 단일 모드 도파관상에서 행해진 일은 미세굴곡부 손실이 연관되는 한 이러한 △의 값이 너무 낮을수도 있다는 것을 나타낸다. 계단식 굴절율이나 α형 코어 굴절율 측면도를 구비하고 약 0.3% 이상의 △값을 구비하는 종래의 광섬유의 경우 광원의 파장이 1380nm에서 피크치를 갖는 OH 흡수로 인한 손실을 감소시키기 위해 광원 파장이 약 1300nm로 되도록 선택될 때 0분산 파장λ0이 레이저원 파장에 매우 가까운 즉, 5nm이내 이어야하는 요구 조건을 만족시키기가 매우 어렵다.
피크 및 그 외 공동 연구자에 의한 발표에서는 파장이 길어짐에 따라 도파관 반경은 작아져야 하고 더긴 파장에서 도파관 분산에 의해 훨씬 더 큰 물질 분산이 보상되어야 한다는 설명을 하고 있다. 이와 같이 되기 위해서는 도파관이 0물질 분산에서 작동하도록 설계될 때보다 더 큰 분산이 필요하다. 만약 도파관 반경이 물질 분산의 균형을 맞추기 위해 너무 작게 만들어진다면 미세 굴곡 손실이 받아들일 수 없을 만큼 높아진다.
에스 니쉬다등에게 허여된 미합중국 특허원 제3,997,241호에 공개된 W형 도파관은 도파관 분산을 변경시키기 위해 변경될 수 있는 추가의 변수를 제공한다. 이러한 광섬유는 비교적 낮은 굴절율 gn1을 갖춘 내부 피복층과 중간값의 굴절율 pn1을 갖춘 외부 피복층으로 둘러싸이는 일정한 비교적 높은 굴절율 n1을 갖는 코어를 포함한다. 이와 같은 설계로 Vc의 값이 3.8327로 증가하므로 빛은 종래의 계단식 굴절율 도파관에서 전송될 수 있는 것보다 더 큰 반경을 갖는 코어를 통하여 단일 모드로 전파될 수 있다. 정규화된 주파수 V는 다음 식으로 표시된다.
Figure kpo00005
Vc는 주파수 V에 대한 단일 모드 차단치를 나타낸 것이다. 또한, 굴곡 손실은 니쉬다의 설계로 감소된다. 이러한 설계는 광범위의 파장에 걸쳐 0이거나 0에 가까운 값을 갖는 총분산을 구할 수 있지만 이러한 광 대역 작동을 얻기 위하여 중간층 굴절율 gn1은 비교적 낮아야 하고 외부 피복 굴절율 pn1은 코어 굴절율에 가까와야 한다. 니쉬다와 그외 공동 발명자의 특허 기술에 따르면 크기
Figure kpo00006
는 0.1이하 이어야 한다. 이와 같은 작은 비율의
Figure kpo00007
로 인하여 제조 공차가 양호하지 못하게 되고 한층의 굴절율이 약간 변하여도, 도파관 분산 곡선의 기울기에 상당히 영향을 미칠 수 있다. 도파관 분산 곡선의 기울기가 도파관의 설계 값에 따라 변하기 때문에 저분산 작동이 이루어질 수 있는 파장 범위의 폭은 이와 부합하여 감소된다.
니쉬다와 그외 공동 발명자에 의한 특허에서의 광섬유는 낮은 값의 정규화된 주파수 V1 1를 구비하는데 정규화된 주파수 V1 1이하에는 단일 모드 전파가 실재하지 않는다. 제2도의 특허에 도시된 바와 같이 단일 모드 전파는 V1 1와 V2 1사이의 정규화된 주파수 범위에서 일어난다. 따라서 외부 피복의 굴절율 pn 1이 크기
Figure kpo00008
에 대한 양호한 관계를 만족시키기 위해 증가됨에 따라 단일 모드 작동이 실행되는 V값의 범위가 작아져서 또 다시 설계가 제조공차에 대해 민감해지게 만든다.
본 발명의 제1목적은 광대역의 파장에 걸쳐 저분산을 나타내고 종래의 기술에서의 상기 한계에 영향을 받지 않는 단일 모드 광도파관을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2목적은 비교적 큰 코어 반경을 갖추고 있고 미세 굴곡으로 인한 비교적 낮은 감쇠를 나타내는 단일 모드 광도파관을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3목적은 최저 등급의 모드 차단 없이 혹은, 작동범위에서 훨씬 벗어난 최저 등급의 모드 차단을 갖는 광 파장 범위에 걸쳐 최저 분산을 구비하는 단일 모드 광도파관을 제공하는 것이다.
본 발명의 광 도파 섬유는 특허청구의 범위 제1항에 규정되어 있다.
본 발명은 하나 이상의 억압된 굴절율을 갖는 영역을 포함하는 코어를 구비한 단일 모든 광 도파 섬유에 관한 것이다.
도면중 제1도 내지 6도는 본 발명의 실시예를 구성하지는 않지만 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 포함되었다.
제1도의 광도파관은 억압된 굴절율 n3을 갖는 단일 영역인 굴절율 억압층(14)으로 분리된 내부 영역(10) 및 외부 영역(12)을 구비한 코어를 포함한다. 본 발명의 조건을 만족시키는 많은 굴절율 측면도 가운데 하나가 제2도에 도해되는데 여기서 내부 코어 영역(19a) 및 외부 코어 영역(19b)은 모두 굴절율 n1을 나타낸다. 이러한 두 코어 영역의 굴절율이 동일하다 할지라도 이러한 두 코어 영역은 서로 다른 조성물로 구성 될 수도 있다. 상기 코어는 굴절율 n2을 갖는 피복층(16)으로 둘러싸인다. 피복은 직선(20)으로 도해된 억압된 굴절율과 점선(1)으로 도해된 억압되지 않은 굴절율을 구비한다. 굴절율 n3은 라인(22)으로 표시된 바와 같이 n2이하일 수 있거나, 혹은, n2와 동일하거나 n2이상일 수 있다. 굴절율 억압효과는 도파관 분산과 파장사이에 소망의 관계를 제공하도록 광섬유의 광에너지 전파 특성을 수정하는 것이다. 크기
Figure kpo00009
가 0.1정도로 작다면 상기 효과는 실재하지만, 제조 공차는 임계치로 된다. 따라서 현재에 이용되는 제조공정과 광섬유 조성물이 제공될 경우
Figure kpo00010
가 0.1일 때 광섬유의 물리적 특성이 조금 변하더라도 도파관의 분산 특성은 매우 심하게 변하게 된다. 비
Figure kpo00011
가 약 2.0이거나 2.0보다 클 때, 본 발명의 설계의 양호한 효과는 무시할 수 있게 된다. 따라서, 비
Figure kpo00012
는 2.0 이하이어야 된다.
제2도에 도해된 코어 측면도가 계단식 굴절율 도파관으로된 코어의 측면도인 반면에 α측면도를 포함하는 다른 형태의 코어 측면도가 이용될 수 있다. 측면도는 n0가 광섬유 축에서의 굴절율일 때 코어의 굴절율이 다음 식
n(r)=n0[1-△(r/a)1α]
으로 규정된다는 것을 나타내는데 이용된다. 제3도의 곡선(24)은 α측면도를 나타내는데 여기서 α는 2이다. 피복의 굴절율은 직선(26)으로 도시된 바와 같이 코어의 가장자리의 값과 동일한 값을 가질 수도 있고 혹은, 피복의 굴절율이 점선(28)으로 도시된 바와 같이 코어의 외부 가장자리에서의 굴절율 보다 작을 수도 있다.
광섬유의 전파 특성에 영향을 미치는 코어 굴절율 억압 굴절율의 측면 형태가 변경될 수 있다. 굴절율 억압부는 제3도의 코어 측면도의 최하단 부분(30)에 도해된 바와 같이 편편한 대신 점선(32)으로 도해된 바와 같이 둥굴려지거나 뾰족해질 수 있다.
굴절억압부의 방사형 위치, 깊이, 폭 및 형태를 제어함으로써 도파관의 전파 특성은 단일 모드 시스템상에 부과된 서로 다른 요구사항을 만족하도록 적절히 수정될 수 있다. 가령, 주어진 형태의 코어 굴절율 측면도를 추정해보면 서로 다른 시스템 파장에서 0분산 작용을 구하려면 서로 다른 형태의 굴절율 억압이 필요하다.
본 발명의 설계가 매우 다른 분산 특성을 갖춘 광도파관을 발생시키는데 이용될 수 있는 방식은 제4도의 그래프를 참조로 하여 수반되는 설명을 이용하여 알 수 있다. 제4도에서 크기
Figure kpo00013
는 비
Figure kpo00014
의 함수로 구상된다. 크기
Figure kpo00015
는 다음 식과 같이 도파관 분산 Dw과 관련된다.
Figure kpo00016
여기서 C는 광속도이고 λ는 광파장이며 b는 정규화된 전파정수이다. 제4도의 그래프는 서로 다른 광섬유 코어 측면에 대해 서로 다른 V값에서 구해질 수 있는 상대적 도파관 분산을 비교할 수 있게 된다. 단일 모드 작동은 1.0이하의
Figure kpo00017
에서 발생한다. 미세 굴곡부 손실을 최소화하려면 1.0 근방의
Figure kpo00018
값에서 광 도파 섬유를 작동시키는 것이 바람직하다. 일반적으로
Figure kpo00019
의 값이 0.6 이하에서는 도파관을 작동시키는 것이 바람직하지 않다. 이와 같이 낮은 값에서 코어 규격은 작고, 미세 굴곡부 손실은 크며, 광섬유 특성은 제조변화에 더욱 민감하다.
곡선(42), (44)은 제2도에 도해된 형태의 코어 굴절율 측면도를 갖는 광섬유의 도파관 분산 특성을 표시한 것인데, 굴절율 분산 변수는 서로 다르다. 곡선(42)으로 특성을 나타내는 광섬유에서 a1는 0.6a이고 a0는 0.9a이며, 비
Figure kpo00020
는 0.75이다. 곡선(44)으로 특성을 나타내는 광섬유에서 a1는 0.4a이고, a0는 0.65a이며, 비
Figure kpo00021
는 0.75이다. 따라서 곡선(42), (44)으로 특성을 나타내는 광섬유는 코어 굴절율 억압부의 방사 위치와 폭만이 다르다.
곡선(42)은 1에 근사하지만, 1이하인
Figure kpo00022
의 값에서 X축과 교차한다. 이것은 이러한 특성을 갖는 광섬유가 0물질 분산 파장이나 이 분산 파장 바로 위에 파장에서 유익하게 작동할 수 있고 상기 작동 파장이 단일 모드 차단 파장과 가깝다는 것을 암시한다. 곡선(42)의 가파른 기울기는 DwVλ곡선이 비교적 큰 양의 기울기와, 광대역 저분산 작동으로 상승시키는 특성도 나타낸다.
곡선(44)은 단일 모드 차단 파장 부근에서 작동할 동안 비교적 큰 도파관 분산을 제공할 수 있는 광섬유에 대해 표시한 것이다. 물질 분산이 약 1400nm에서의 OH 흡수 피크 이상의 파장에서 비교적 높기 때문에 곡선(44)으로 특성을 나타내는 광섬유는 1400nm 이상의 파장에서 물질 분산을 균형 잡는데 필요한 도파관 분산을 공급할 수 있다.
곡선(46)은 α가 1인 코어 굴절율 측면도를 갖춘 광섬유를 표시한 것이다. 광섬유가 1.0에 가까운
Figure kpo00023
값에서 작동할 수 있다 할지라도 동일한 V값에서 작동하는 것으로 추정되는 곡선(44)으로 표시된 많은 물질 분산을 균형 잡을 수는 없다.
제5도에 있어서, 곡선(50)은 약 3몰%의 GeO2로 도핑된 실리카로 형성된 내부 및 외부 영역을 갖춘 코어와 약 1.7몰%의 불소로 도핑된 실리카로 형성된 억압부와 약 1.0몰%의 불소로 도핑된 실리카로 형성된 억압된 굴절율을 갖는 비복을 구비하는 광도파관의 물질 분산을 표시한 것이다. 곡선(50')은 내부 및 외부 코어 영역이 약 8몰%의 GeO2로 도핑된 실리카로 형성된다는 점을 제외하면 유사한 광섬유에도 해당된다. 물질 분산 곡선의 형태 및 0교차점을 알면 제4도의 여러 곡선 가운에 특정 코어 굴절율 측면도를 선택하여 상기의 방식으로 특정 파장에서 저 분산작동을 이룰 수 있다. 가령, 1300nm의 시스템 파장에서 작동하는 것이 바람직하면 즉, 약 1250nm의 차단 파장 λC을 갖는 설계의 경우가 물질분산이 1300nm 정도로 매우 작기 때문에 도파관 분산은 상기 차단 파장에서 작동할 수 있을 정도로 매우 작아야 한다. 1300nm 근방에서의 단일 모드 작동의 경우 크기
Figure kpo00024
는 1.0에 가까운
Figure kpo00025
의 값에 대해 매우 작아야 한다. 본 발명의 가능한 코어 굴절율 억압설계 가운데 하나를 나타내는 곡선(42)은
Figure kpo00026
의 값이 0.91에서 0을 통과한다. 이것은 이러한 설계가 1300nm에서 도파관 분산을 균형 잡는데 적합하다는 것을 나타낸다.
제5도는 제4도의 곡선(42)으로 특성을 나타내는 코어 굴절율 설계가 왜 1300nm 주위의 시스템 파장에 대해 유리한가를 도해한 것이다. 광범위한 파장에 걸쳐서의 저분산 작동의 경우 도파관 분산 곡선은 물질 분사 곡선(50)의 파장 근방의 파장에서 0분산 절편(intercept)을 구비해야 한다. 코어 굴절율 억압 특성 및 광섬유 △치를 적절히 선택함으로써 물질 분산은 광범위의 파장에 걸쳐 균형잡힐 수 있다.
제5도의 곡선(52), (54)은 제4도의 곡선(42)으로 특성을 나타내는 코어 굴절율 설계를 갖는 광 도파 섬유의 분산 곡선이다. 섬유 피복은 실리카인 것으로 추정되는데 곡선(52), (54)에 대한 △값은 각각 0.75%와 0.98%이다. 물질 분산은 약 1300nm에서 0이다. 0도파관 분산점은 광섬유의 V값을 적절히 선택함으로써 1300nm에서 발생되도록 만들어질 수도 있다. 곡선(52), (54)은 광대역의 파장에 걸쳐 물질 분산을 균형 잡는데 유용한 비교적 가파른 기울기를 구비한다.
곡선(56)은 제4도의 곡선(42)으로 특성을 나타내는 코어 굴절율 설계를 갖춘 또 다른 광섬유의 분산 곡선인데 여기서 △는 0.5%이다. 아래에 상세히 기술되는 바와 같이 이러한 광섬유는 1305nm의 0분산 파장과 1120nm의 차단 파장을 나타낸다. 곡선(56)의 기울기가 곡선(54)의 기울기만큼 크지 않기 때문에 곡선(56)으로 특성을 나타내는 광섬유는 파장 대역만큼의 광대역에 걸쳐 저분산 작동을 제공한다.
α가 1인 측면도를 갖는 광섬유의 도파관 분산을 표시하는 곡선(58), (60)은 비교를 하기 위해 포함된 것이다. 곡선(58), (60)으로 표시된 광섬유의 △값은 각각 1.0%와 1.3%이다. 도파관 분산 곡선의 0분산 절편은 △가 받아들일 수 없을 만큼 작을 때에만 이러한 형태의 섬유에 대해 약 1300nm 근방에서 발생한다.
제5도의 물질 분산 곡선(50), (501')을 복사한 제6도의 곡선(64), (641')에서는 약 1500nm나 그 이상의 파장에서 0분산 작동하기 위하여 큰 도파관 분산이 필요하다는 것을 도해한다. 곡선(70), (72)은 α가 1인 굴절율 측면도와 각각 1.0% 및 1.3%의 △값을 갖춘 광섬유에 대해 표시한 것이다. 곡선(66), (68)은 제4도의 곡선(44)으로 특성을 나타내고 각각 0.75% 및 0.97%의 △값을 갖는 광섬유에 대한 것이다. 곡선(66)과 부합되는 광섬유는 약 1550nm에서 0분산 작동을 제공한다.
제4도 내지 제6도의 곡선은 이러한 분야의 기술에 익숙한 사람에 의해 여러 가지 방법으로 발생될 수 있다. 파동 방정식은 1977년 출판된 응용 광학 제16권의 483페이지 내지 493페이지에 씨. 예. 등에 의해 공개된 "방사상 성층 섬유의 전파특성 계산"과, 1980년 축판된 응용 광학 제19권의 2007페이지 내지 2010페이지에 엘. 지. 코헨등에 의해 공개된 "단일 모드 광섬유 분산 특성의 수치 산정과 측정사이의 상호관계"와 같은 출판물에서의 진보된 기술에 따라 주어진 광섬유 굴절율 측면도를 구하도록 해결된다. 또 다른 예로서, 1978년 출판된 양자역학에 관한 IEEE 회보의 제QE-14권의 855페이지에 공개된 엘. 지. 코헨등에 의한 "근사 IR섬유라만 레이저에 기반은 둔 유니버설 섬유 광(UFO)측정 시스템"과 1978년 출판된 전자 공학 학술지의 제14권 170페이지 내지 172페이지에 공개된 씨. 린등에 의한 "게르마늄 및 인 도핑된 실리카 섬유에 대한 0물질 분산 영역에서의 펄스 지연측정"과 같은 출판물에서의 진보된 기술에 따라 광섬유가 구성되고 분산이 측정된다.
본 발명에 따라 코어 굴절율 측면도를 갖는 광 도파 섬유는 종래의 증기 증착 공정에 의해 구성될 수 있다. 이론적인 실시예는 1315nm에서 작동하도록 설계된 광섬유의 구성방법에 대해 도해하도록 주어지는 것이다. 미합중국 특허원 제4,217,027호에 공개된 바와 같은 공정이 이용될 수 있다. 선재 형태를 형성함에 있어서 여러 증착층에 대해 설명하기 위해 제1도 및 제2도가 참조되며 제1도는 최종의 광섬유에 대한 측면도이다.
용융된 실리카관은 다른 외부 피복층(18)을 형성하는 기판관으로 이용된다. 피복층(18)은 굴절율 n2을 갖는 피복층으로 역할을 하지만 주어진 △값을 이루는데 더 낮은 도펀트 농도가 필요하도록 피복층(18)의 굴절율 이하로 억압된 굴절율 n2을 갖는 피복층(16)이 이용되는 것이 좋다. 그 결과로 물질 분산이 낮아지고 따라서 1315nm이거나 그 이하인 값을 갖는 λ0를 얻기가 쉬워진다. 피복층(16)은 1몰%의 불소로 도핑된 실리카를 포함한다. 피복층(16)의 연화점 온도를 저하시켜 공정 편의를 개선하기 위해 피복층(16)에 최고 1.0몰%까지 P2O2가 부가된다. 외부 코어 영역(12)은 피복층(16)의 내부 표면상에 약 3몰%의 G2O2로 도핑된 실리카층을 증착시킴으로써 형성된다. 굴절율 억압층(14)은 약 1.7몰%의 불소로 도핑된 실리카층을 증착시킴으로써 형성된다.
끝으로 내부 코어 영역(10)은 약 3몰%의 GeO2로 도핑된 또 다른 실리카층을 증착시킴으로써 형성된다.
상기와 같은 실행이 끝나면 다음과 같은 특성을 갖는 광 도파 섬유에 대해 실행된다. 억압된 굴절율을 갖는 영역(14)은 5.6㎛의 외경과 3.6㎛의 내경을 구비한다. 억압된 굴절율의 피복물질층(16) 약 15㎛의 반경을 구비해야 한다. 굴절율 n1, n2및 n3은 각각 1.463, 1.456 및 1.4508이다. 정규화 주파수의 차단값 Vc은 약 5.0이고 차단 파장 λc은 약 1115nm이다. 상대 광굴절율차 △는 0.3%이다. 스포트 규격 W0은 약 3.7㎛이다. 이러한 광섬유의 도파관 분산 특성은 제5도의 곡선(56)으로 표시된다. 6.2㎛인 코어 반경은 코어내에 굴절율 분산이 없는 비교 가능한 계단 굴절율을 갖는 광섬유의 코어 반경의 거의 2배이다.
또 다른 이론상의 실시예로 약 1300nm와 1550nm 사이의 광 파장 범위에 걸쳐 낮은 분산 작동을 하도록 설계된 광섬유의 구성 방법이 설명된다. 상기 실시 예와 유사한 공정이 이용될 수 있다. 용해된 실리카관을 외부 피복층(18)을 형성하는 기판으로 이용된다. 피복층(16)은 약 1몰%의 불소로 도핑된 실리카를 포함할 수 있다. 외부 코어 영역(12)은 약 4.5몰%의 GeO2로 도핑된 실리카층을 피복층(16)의 내면상에 증착시킴으로써 형성된다. 굴절율 억압층(14)은 약 2.6몰%의 불소로 도핑된 실리카층을 증착시킴으로써 형성된다. 끝으로, 중심 코어 영역인 내부 영역(10)은 약 4.5몰%의 GeO2로 도핑된 또 다른 실리카층을 증착시킴으로써 형성된다.
상기 형성 단계가 끝나면 다음과 같은 특성을 갖춘 광 도파 섬유가 된다. 코어(12)의 반경은 약 6.7㎛이다. 억압된 굴절율을 갖춘 굴절율 억압층(14)은 약 5.5㎛의 외경과 약 3.3㎛의 내경을 구비한다. 억압된 굴절율을 갖는 피복층(16)은 약 15㎛ 이상의 반경을 구비해야 한다. 굴절율 n1, n2및 n3은 각각 1.465, 1.456 및 1.447이다. 정규화 주파수의 차단값 Vc은 약 5.0이고 차단파장 λc은 약 1115㎛이다. 각각의 굴절율차 △는 0.5%이다. 스포트 규격 W0은 약 5㎛이다. 이 광섬유의 도파관 분산 특성은 제5도의 곡선(54)과 유사하다. 6.7㎛의 코어 반경은 코어내에서의 굴절율 분산이 없는 비교 가능한 계단 굴절율을 갖는 광섬유의 코어 반경의 거의 2배이다.
제2도 및 제3도의 굴절율 측면도가 코어에서 억압된 굴절율을 갖는 단일 영역을 구비하는 반면에 본 발명은 둘 이상의 억압된 굴절율 영역을 갖춘 광섬유 코어를 완성한다.
제7도에 도시된 바와 같이 코어 영역(75a), (75b)은 억압된 굴절율 영역(76)에 의해 분리되고 코어 영역(75b), (75c)은 억압된 굴절율을 갖는 영역(77)에 의해 분리한다. 피복은 실선(78)으로 표시된 억압된 굴절율과 점선(79)으로 표시된 억압되지 않은 굴절율을 구비한다.
억압 굴절율은 실선(76), (77)으로 도해된 피복의 굴절율보다 클 수 있거나 혹은, 점선(80), (81)으로 도해된 피복의 굴절율보다 낮을 수 있다.
제8도는 제7도의 굴절율 측면도와 유사한 굴절율 측면도를 도시하며 더 나아가 각각의 코어 영역(82a), (82b), (82c)이 서로 다른 굴절율 값을 구비하고 억압된 굴절율 영역(83), (84) 및 영역(85), (86)의 굴절율이 서로 다르다는 것을 도해한다.
제9도는 굴절율이 이 피이크이고, 억압이 둥글려지고 코어의 굴절율 곡선(88)이 정형적(굴절율이 정형 및 여현 형태로 변화)이라는 것을 도해한다. 제9도의 설계에 대한 굴절율 측면도는 다음과 같이 표시된다.
Figure kpo00027
상기 설명에서 m은 굴절율 측면도가 겪는 발진의 수이고 ψ는 위상 지연변수이다. ψ가 90°일 경우 배열 상태는 여현 형태이다. 전파 특성을 변경시키는데 이용될 수 있는 이러한 설계에서 변수는 n1, n 피복 및 a뿐만 아니라 m, ψ 및 nd가 있다.
계산해 보면 m>10일 경우 굴절율 변화가 너무 심해서 모드가 따를 수 없는 것으로 나타낸다. 이 모드는 평균 굴절율 만을 나타낸다. 그러나
Figure kpo00028
로 규정되는 코어 방사 전파상수 U나 정현적 진동 주기성과 매칭되는 경우 응답이 발생될 수 있다. 이러한 점에서 전파 특성은 완전히 변경될 수 있다. 이러한 상태에서 전파상수 U는 대략
Figure kpo00029
과 동일하다. 이러한 점에서 전파상수, 분산등은 종래의 경우와 매우 다를 수 있다.
이러한 특성은 요구된 분산 특성을 갖는 단일 모드 도파관을 설계되는데 이용될 수도 있다.
제10도는 정현적인 변화(90)가 점선(91)으로 표시된 평균값을 따라 증가된 반경에 따라서 감소된다는 것을 도시한 것이다. 또 다른 예로서, 코어 굴절율의 변화는 점선(92)으로 표시된 반경에 따라 증가되는 평균치 주의에서 진동한다.
제2도 및 제3도의 실시예와 비교해볼 때 제7도 내지 제10도의 실시 예에서 추가의 변수가 이용될 수 있다. 따라서 광섬유가 코어가 1이상의 굴절율 분산을 처리할 때 광범위한 파장에 걸쳐 손실 및 분산 특성을 좀더 적절하게 만들 수 있다.

Claims (9)

  1. 최대 굴절율 n1과 반경 a를 갖춘 투광 물질 코어와, 상기 코어의 외부 표면상에 n1보다 작은 n2의 굴절율을 갖는 투광 피복 물질층을 구비하며, 상기 코어는 둘 이상의 중심 세그먼트(75b,75c : 82b,82c)로 둘러싸인 중심부(75a,82a)를 구비하고, 상기 중심부(75a; 82a)와 상기 중심 세그먼트의 최내측(75b; 82b)은 억압된 굴절율 영역(76,80; 83,85)에 의해 분리되고 각각의 두 인접 세그먼트는 억압된 굴절율 영역(77,81; 84,86)에 의해 분리되며, 상기 억압된 굴절율 영역의 최내측(76,80; 83,85)의 내부 반경 a1은 0이상이고 상기 억압된 굴절율을 갖는 영역의 최외측(77,81; 84,86)의 최대 반경 a0은 a이하인 광 도파 섬유에 있어서, 상기 세그먼트 및 상기 영역의 굴절율과 그 반경은 상기 섬유가 장거리 전송선으로 사용하기 적합한 적어도 하나의 파장에서 단일 모드 섬유로 되도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 광 도파 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피복은 상기 코어의 외부 표면과 인접한 억압된 굴절율 영역(78)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 도파 섬유.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 중심부(75a)의 최대 굴절율과 상기 각각의 세그먼트(75b,75c)의 최대 굴절율은 동일한 것을 특징으로 하는 광 도파 섬유.
  4. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 중심부(82a)의 최대 굴절율과 상기 세그먼트(85b,82c)의 최대 굴절율은 모두 동일하지는 않는 것을 특징으로 하는 광 도파 섬유.
  5. 제1항에 있어서, 상기 억압된 굴절율 영역(76,77,80,81)의 굴절율은 동일한 것을 특징으로 하는 광 도파 섬유.
  6. 제1항에 있어서, 상기 억압된 굴절율 영역(83,84,85,86)의 굴절율은 동일하지 않는 것을 특징으로 하는 광 도파 섬유.
  7. 제1항에 있어서, 상기 중심부,상기 세그먼트 및 억압된 굴절율의 환상층의 합성 굴절율은 정현형태의 굴절율 변화가 되는 것을 특징으로 하는 광 도파 섬유.
  8. 제7항에 있어서, 상기 코어의 상기 정현형태의 합성 굴절율의 변화(90)는 방사형으로 감소하는 기본값(91)에 부가되는 것을 특징으로 하는 광 도파 섬유.
  9. 제7항에 있어서, 상기 코어의 상기 정현형태의 합성 굴절율 변화(90)는 방상형으로 증가하는 기본값(92)에 부가되는 것을 특징으로 하는 광 도파 섬유.
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EP0850431A1 (en) Optical fiber with tantalum doped clad

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