KR970011523B1 - 단일모드 광섬유 - Google Patents

Abstract

없음.

Description

단일모드 광섬유

제1도는 본 발명에 따른 단일모드 광섬유의 반경에 대한 굴절율을 도시한 그래프이다.

본 발명은 동작주파수가 하나인 단일모드 광섬유에 관한 것으로서, 광섬유 내부의 광전달 통로인 코아의 굴절율을 중심으로부터 계단형으로 감소되도록 하여 레일리(Rayleigh)산란손실을 방지하고 무작위 구부림 소실을 최소화 하여 전송효율을 증가시킬 수 있는 단일모드 광섬유에 관한 것이다. 일반적으로, 광대역 장거리 전송용의 단일모드 광섬유는 작은 광손실과 작동파장에서의 색분산이 최소로 되는 특성이 요구되는데, 광파장이 1500nm 부근에서 광손실이 이론 치에 접근하게 된다. 또한 단일모드 광섬유의 총분산은 구성물질에 의한 분산과 도파관에 의한 분산으로 이루어진다. 여기서 물질분산은 광섬유의 조성물과 파장의 함수로 주어지며 실리카(SiO₂)의 함량이 높은 광섬유는 물질분산이 광파장 1280nm 부근에서 0점을 통과하게 된다. 또한 도파관분산은 광섬유의 굴절율 붙포, 코아의 반경(a), 코아와 상기 코아를 감싸는 클래드와의 상대적 굴절율 차에 따라 변한다. 일반적으로 광섬유는 물질분산이 0보다 큰 파장대에서는 도파관 분산은 0보다 작으며, 따라서 1500nm의 광파장대에서 충분산이 0인 단일모드 광섬유를 제조할 수 있다. 또한 1500nm의 광파장대 부근에서 총분산이 0이 되는 굴절율 변환형상(프로파일이라 칭함)으로서, 예를 들어 삼각형이나 사다리꼴 형상의 굴절율 프로파일을 갖는 광섬유들이 개발되어 있다. 그러나 이러한 굴절율 프로파일을 갖는 광파일들은 광섬유의 구부림에 의한 손실이 증가되는데, 이를 보상하기 위하여 클래드의 굴절율을 더욱 낮추거나, 코아내에 굴절율이 최대 굴절율 보다 낮고 클래딩 굴절율보다 높은 값을 갖는 링 구조를 형성하기도 한다. 종래 스텝형 구조의 광섬유는 1550nm 부근의 광파장대에서 총분산이 0이 되도록 하기 위하여 코아와 코아를 감싸는 클래드간의 상대굴절율차를 크게 하여야 하는데, 이를 위하여 코어내에 많은 양의 게르마늄(Ge)을 분순물로 첨가한다. 그러나 게르마늄(Ge)는 레일리 산란을 증가시켜 광손실이 증가되는 문제점이 있다. 또한 단일모드 광섬유의 무작위 구부림 손실은 굴절율 프로파일이 볼록한 경우보다는 오목한 모양일 때 더욱 증가되는데, 종래의 내부증착법(MCVD)으로 형성된 광섬유는 소결공정동안 게르마늄(Ge)이 증발되어, 굴절율 프로파일의 중앙이 낮아지는 딥(dip)이 발생하고, 딥이 형성된 삼각형 구조를 갖는 광섬유는 굴절율 프로파일이 오목한 형상이 되며, 이런 형상은 외부에서 작용하는 힘에 의한 굴절율 프로파일의 변화가 심해 높은 구부림 손실이 발생된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것이고, 본 발명의 목적은 코아내의 최대 굴절율을 실리카와 같게 하고, 굴절율차는 플루오르(F)를 첨가하여 조절하므로서 게르마늄(Ge) 증발 의한 딥이 발생되지 않아 광손실을 감소시킬 수 있는 단일모드형 광섬유를 제공함에 있다. 또한 본 발명의 다른 목적은 광섬유에서 클래드의 굴절율이 최소가 되는 굴절율 저하 클래드 구조로 형성하여 구부림 손실을 감소시키고, 중심부에서 멀어질수록 굴절율이 3단 계단형상으로 감소되는 구조로 형성하여 총분산이 1550nm 부근에서 최소가 되 단일모드형 광섬유에 있어서, 코아내의 최대 굴절율이 실리카와 같으며, 상기 코아내의 굴절율을 플로오르(F)로 조절하여 중앙에서 멀어질수록 굴절율이 낮아지는 3단 계단형상의 굴절율 프로파일로 형성함에 있다. 이하, 본 발명에 따른 단일모드형 광섬유에 대하여 첨부도면을 참조로 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 단일모드형 광섬유는 제 1 도에 도시되어 있는 바와 같은 굴절율 프로파일을 갖는다.

코아는 중심으로 멀어질수록, 중 중심으로부터의 거리 r이 증가하여 r=a₁에서 r=a₃으로 갈수록 굴절율 n은 계단형으로 감소되어 a<r<a₁부분에서의 굴절율 n₀는 a₁<r<a₂부분의 굴절율 n₁보다 크고, n₁은 a₂<r<a₃부분의 굴절율 n₂보다 크다. 여기서 코아의 반경은 a₃이고, 최대 굴절율 n₀는 순수실리카의 굴절율과 같으며, 상기 코아내의 상대굴절율 차이는 게르마늄(Ge)이 아닌 플로오르(F)를 첨가하여 조절하였다. 또한, 본 발명자의 실험결과에 따르면, [그림 제 2 도와 같이 분산 (11)은 구조분산(12)과 물질분산(13)으로 나누어지게 되고 물질분산(13)은 사용되는 원료가 일정하므로 분산(11) 역시 일정하게 보면 된다. 그러므로 총본산(14)을 결정하는 것은 구조분산(12)이 된다. 상기 제 2 도와 같은 구조분산(12)을 결정짓는 요인으로는 굴절율 차이와 코어경이 있는데 굴절율 차이가 커지면, 그리고 코어경이 작아지면 구조분산(12)의 그래프는 아래쪽으로 내려가게 된다. 이를 이용한 분산천이 광섬유인 바, 3단 구조에서도 굴절율 차이를 조절하고 코어경이 단일구조보다 3단으로 작아지므로 구조분산(12) 그래프가 아래쪽으로 이동하게 되는 것이다.

총분산∞굴절율차(△n)/코어반경(r)

따라서 삼각형상의 굴절율 프로파일을 갖는 분산천의 광섬유와 여기에서의 3단 굴절율 코어를 갖는 광섬유는 비슷한 경향의 분산이동을 보인다. 일반적으로 굴절율을 조정하는데는 주로 저머늄옥사이드(GeO₂)를 사용하게 되며, 실리카안에서 이들의 농도는 굴절율과 비례하게 되는데, 여러 층으로 이루어진 코어의 굴절율을 조정하기 위해서는 코어의 각 층에 들어가는 저머늄옥사이드(GeO₂)양의 조절함으로 성립된다. 그러나 플루오르(F)의 이같은 성질을 이용한 것이다. FMCVD 공법으로 제조된 코어는 다수의 층으로 구성된다. 실시예로 12층으로 코어를 구성할 경우 4층씩 플루오르(F)의 농도를 변화시켜 가면서 제조하게 되면, 즉 코어의 중심에 가까운 4층을 플루오르(F)의 농도를 낮게, 그리고 중간 4층은 플루오르(F)의 농도를 보다 많게, 그리고 코어의 바깥쪽 4층은 플루오르(F)의 양을 가장 많게 하여 코어의 굴절율을 3단계 계단형으로 만들 수 있는 것이다.] 상기와 같은 3단 계단형으로 굴절율이 감소되는 광섬유는 삼각형상의 굴절율 프로파일을 갖는 광섬유의 총분산과 비슷한 경향을 보이게 되므로 클래드의 굴절율 n₃는 n₂보다도 작은 굴절율 저하 클래드형으로 형성하여 무작위 구부림 손실을 최소로 할 수 있다.

또한 상기 클래드의 크기 D는 D/a₃가 너무 크면 D가 증가되어 제조공정에서 다수의 증착층을 형성하여야 하므로 제조단가 및 시간이 증가되며, D/a₃가 너무 작으면 광이 튜브로 전달되어 광손실이 증가되고, 광섬유가 굽어질 때 발생되는 누광모드(leaky mode)에 의하여 광손실이 증가된다. 따라서 D는 a₃와의 비를 고려하여 광손실이 최소로 되도록 조절한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 단일모드형 광섬유는, 코아의 굴절율의 최대 값을 실리카의 굴절율로 하여 중심에서 멀어질수록 낮아지는 3단 계단형상으로 되도록 플루오르를 첨가하여 형성하고, 클래드의 굴절율을 상기 코아의 최소 굴절율 보다 작은 구절을 저하 클래드로 형성하였으므로, 굴절율 프로파일이 볼록하게 형성되어 무작위 굽힘 손실이 감소되고, 레일리에 의한 광손실이 발생되지 않아 광통신 효율을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 굴절율이 n인 코아와 상기 코아를 감싸는 굴절율이 n'인 클래드를 구비하는 단일모드 광섬유에 있어서, n>n'이고, 상기 코아의 중심 부분으로 멀어질수록 코아의 굴절율 n이 n₀를 최대로 하여 순차적으로 n₁및 n₂로 3단 계단형상으로 감소되도록 플루오르량으로 조절하여, 클래드의 굴절율이 상기 코아의 최소굴절율 n₂보다 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단일모드 광섬유.