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KR100299807B1 - 에르븀 증폭기 영역에서 낮은 분산 구배를 갖는 광섬유 - Google Patents

에르븀 증폭기 영역에서 낮은 분산 구배를 갖는 광섬유 Download PDF

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KR100299807B1
KR100299807B1 KR1019980020568A KR19980020568A KR100299807B1 KR 100299807 B1 KR100299807 B1 KR 100299807B1 KR 1019980020568 A KR1019980020568 A KR 1019980020568A KR 19980020568 A KR19980020568 A KR 19980020568A KR 100299807 B1 KR100299807 B1 KR 100299807B1
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optical fiber
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optical
core
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데이빗 더블유 페크함
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루센트 테크놀러지스 인크
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Publication date
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Abstract

에르븀-도핑된 섬유 증폭기(710)에 의해 보조되는 파장-분할-다중화(Wave-Division-Multiplex, WDM) 시스템(700)에 사용하기에 적절한 광섬유(10)가 개시되어 있다. 상기 섬유는 1530 내지 1565 nm의 파장 영역에 걸쳐서 절대등급이 0.8 ps/(nm·km) 이상이 되는 색 분산(chromatic dispersion)을 나타내고, 0.05 ps/(nm2·km) 미만인 분산 구배를 갖는다. 이러한 광섬유는 약 0.20 dB/km 미만인 손실을 나타내고 비교적 벤딩(bending)에 둔감하고, 또한 유효 면적은 50 ㎛2을 초과한다. 본 발명의 광섬유는 최대 굴절률(n1)을 갖는 투명 물질로 이루어진 코어, 및 이러한 코어의 외면상에 굴절률(n2)을 갖는 투명 클래딩(cladding) 물질로 이루어진 층을 포함한다. 상기 코어는 그 최소 굴절률(n3)이 굴절률(n2)에 비해 낮은 투명 물질로 이루어진 고리모양의 영역을 포함한다. 이들 굴절률은 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 한정된다:
0.50 < (n1-n2)/n2< 0.70
-0.30 < (n3-n2)/n2< -0.05
본 발명의 광섬유는 포지티브-분산 응용 및 네가티브-분산 응용 모두에 대해 낮은 분산 구배를 갖는다.

Description

에르븀 증폭기 영역에서 낮은 분산 구배를 갖는 광섬유
본 발명은 광섬유에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는 파장-분할-다중화(WDM) 시스템에 사용하기에 적절한 섬유에 관한 것이다.
광학 전송은 광섬유에 있어서 유용한 광대역 폭 때문에 통신 기술분야에서 가장 각광받고 있다. 이러한 대역 폭은 수많은 전화 통화나 텔레비젼 채널이 일반적으로 높은 수준의 유리 물질로 제조된 머리카락만큼 얇은 섬유에 걸쳐 일제히 전송될 수 있게 한다. 광섬유에 걸친 전송 용량은, 몇 개의 채널이 단일 섬유상으로 다중화되는 WDM 시스템에서 증가된다(각각의 채널은 상이한 파장에서 작동한다). 그러나, WDM 시스템에서, 채널간 비선형 상호작용, 예를 들면 4-광자 혼합은 시스템 용량을 심각하게 감소시킨다. 이러한 문제점은 미국 특허 제 5,327,516 호에 의해 거의 해결되었으며, 여기에는 작동 파장에서 소량의 색 분산을 도입함으로써 상기 비선형 상호작용을 감소시키는 광섬유가 개시되어 있다. 단일 섬유에 걸쳐 전송되어야 할 WDM 채널의 수가 증가함에 따라, 광섬유에 의해 운반되는 광 출력도 증가한다는 것을 주목해야 한다. 또한 이러한 광 출력이 증가함에 따라, 비선형 효과 또한 증가한다. 따라서, 소량의 색 분산을 각각의 WDM 채널에 제공하기 위해서는 광섬유가 바람직하다.
광섬유를 제조하는데 사용되는 유리 물질(거의 순수한 실리카, 즉 SiO2)의 품질에 있어서 상당한 진보가 이루어졌다. 1970년대에는, 허용가능한 유리 섬유의 손실은 20 dB/km이었으나, 오늘날에는, 일반적으로 0.25 dB/km 미만이다. 실제로, 이론적인 최소 유리 섬유의 손실은 약 0.16 dB/km이고, 이는 약 1550 nm의 파장에서 발생한다. 인류는 이러한 파장 영역이 에르븀-도핑된 증폭기가 작동되는 범위이기 때문에 상기 파장 영역에서 광학 전송을 이룩해 내었고 이는 시판중인 가장 실용적인 광학 증폭기가 되었다. 이러한 증폭기에서, 유리 섬유를 도핑한 에르븀 이온은 제 1 파장 영역(예: 980 nm)에서 에너지로 "펌핑되고", 제 2 파장 영역(예: 1530 - 1565 nm)에서 전송된 광학 시그날에 의해 자극될 때 이러한 에너지를 상기 제 2 파장 영역으로 방출시킨다. 이러한 증폭기는 넓은 스펙트럼의 광학 시그날이 증폭되어야 할 필요가 있는 WDM 시스템에 있어서 기본적인 구성요소이다. 실제로, 1초당 1테라비트(1Tb/s = 1000 Gb/s)의 전송은 25개의 인접 채널, 채널당 두 개의 극성 모드 각각의 독립적인 모듈레이션, 및 그 밖의 기술을 사용하여 이미 출현하였다. 1530 내지 1565 nm 파장 영역(에르븀 증폭기 영역)에서 WDM 시스템을 작동시키는 것이 바람직한데, 종래의 섬유 디자인은 에르븀 증폭기 영역에 걸친 색 분산에서 대단한 차이를 나타내어 바람직하지 못하다.
1310 nm 및 1550 nm 모두에서 전송을 도모하기 위해 넓은 파장 영역에 걸진 평형 분산 특성(flat dispersion characteristic)을 갖는 광섬유 디자인에 실질적인 노력을 받쳐왔다. 그러나, 이러한 "분산 평형형" 섬유는 상업적 성공을 거의 못 거두었는데 왜냐하면 과도한 벤딩 손실과 빡빡한 제작 공차(manufacturing tolerance) 때문이다.
저분산 구배를 에르븀 증폭기 영역에 걸쳐 제공하는 광섬유는 도우넛 모양의 굴절률 프로필을 가지고, 이는 "높은 비트율 및 다중 파장 시스템을 위한 분산-이동된 단일 모드 섬유(Dispersion-shifted single-mode fiber for high-bit-rate and multiwavelength systems)"라는 명칭의 문헌중 OFC '95 테크니칼 다이제스트(OFC '95 Technical Digest)의 259 내지 260 면에서 알 수 있다. 이러한 디자인은 낮은 굴절률 물질의 코어를 둘러싸는 높은 굴절률 물질의 고리를 포함한다. 그러나, 이러한 프로필과 관련된 전송 손실은 1550 nm에서 0.22 dB/km 정도이고, 이는 바람직한 수치보다 10% 이상 높은 것이다. 상기 개시된 디자인이 에르븀 증폭기 영역에서 낮은 구배를 갖는 네가티브 색 분산을 제공하는데 유용한 것으로 보이는 반면, 에르븀 증폭기 영역에서 유사하게 낮은 구배를 갖는 포지티브 색 분산을 제공하는 것으로 보이지는 않는다.
따라서, 선행기술에 나타나지 않은
(ⅰ) 1550 nm에서 0.22 dB/km 미만의 전송 손실; (ⅱ) 소량의 색 분산(즉, 0.8 ps/(nm·km) 이상의 절대등급); 및 (ⅲ) 낮은 구배[즉, 0.05 ps/(nm2·km) 미만]를 갖는 색 분산 특성을 갖는, 에르븀 증폭기 영역에서 작동하기에 적절한 광섬유가 바람직하다.
영역 1530 내지 1565 nm 안에서 모든 파장에 대해 그 절대등급이 약 0.8 ps/(nm·km)보다 큰 색 분산을 나타내는 광섬유에 의해 선행 기술의 문제점이 해결된다. 이러한 광섬유는 최대 굴절률(n1)을 갖는 투명 물질로 이루어진 코어, 및 이러한 코어의 외면상에 굴절률(n2)을 갖는 투명 클래딩 물질로 이루어진 층을 포함한다. 상기 코어는 그 최소 굴절률(n3)이 굴절률(n2)에 비해 낮은 투명 물질로 이루어진 고리모양의 영역을 포함한다. 이들 굴절률은 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 제한되어 1530 내지 1565 nm의 파장 영역내에서 낮은 손실 및 낮은 분산 구배를 갖는 광섬유를 제공한다:
수학식 1
0.50 < (n1-n2)/n2< 0.70
수학식 2
-0.30 < (n3-n2)/n2< -0.05
본 발명의 한가지 실시양태에 있어서, 포지티브 색 분산을 나타내는 광섬유가 개시되어 있다. 그 분산 구배는 1530 내지 1565 nm의 파장 영역에 걸쳐서 약 +0.043 ps/(nm2·km)이고 그 굴절률 프로필은 게르마늄 도핑된 중심 코어 영역과 순수한 실리카 클래딩 사이에 불소-도핑된 물질로 이루어진 단일 고리를 포함한다. 이러한 단일 고리는 클래딩의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다.
또 다른 실시양태에 있어서, 네가티브 색 분산을 갖는 광섬유가 개시되어 있다. 그 분산 구배는 또한 1530 내지 1565 nm의 파장에 걸쳐 약 +0.043 ps/(nm2·km)이고, 그 굴절률 프로필은 게르마늄 도핑된 중심 코어 영역과 순수한 실리카 클래딩 사이에 제어된 굴절률 물질로 이루어진 두 개의 고리를 포함한다. 제 1 고리는 중심 코어에 인접해 있고 불소 도핑된 물질을 포함하고, 이는 클래딩의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다. 제 2 고리는 클래딩에 인접해 있고 게르마늄-도핑된 물질을 포함하고, 이는 클래딩의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는다. 사용된 제 2 고리는 섬유의 유효면적을 증가시킨다.
유리하게도, 본 발명의 광섬유는 1550 nm에서 0.20 dB/km 이하의 평균 전송 손실을 갖고, 이는 비교적 벤딩 손실에 둔감하다. 또한 광섬유는 50 ㎛2보다 큰 유효 면적을 갖는다.
본 발명 및 그 작업 모드는 하기 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 더욱 명백하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 두개의 보호용 피복층을 갖는 공지된 광섬유의 투시도이다.
도 2는 물질 분산(material dispersion) 및 도파 분산(waveguide dis- persion) 성분을 파장의 함수로서 나타내는, 분산 평형형(dispersion-flattened) 섬유의 전반적인 색 분산 그래프이다.
도 3a는 몇몇 상이한 굴절률 물질층을 나타내는 피복되지 않은 광섬유의 횡단면도이다.
도 3b는 본 발명에 따른 포지티브-분산 섬유의 굴절률 프로필을 나타낸다.
도 3c는 본 발명에 따른 네가티브-분산 섬유의 굴절률 프로필을 나타낸다.
도 4는 물질 분산 및 도파 분산 성분을 파장의 함수로서 나타내는, 본 발명에 따른 섬유의 색 분산 그래프이다.
도 5는 에르븀 증폭기 영역에서 더욱 상세하게 그 특성을 나타내는, 본 발명의 포지티브-분산 섬유 및 네가티브-분산 섬유의 색 분산 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 광섬유 군을 함유하는 케이블의 투시도이다.
도 7은 포지티브 분산 섬유 및 네가티브 분산 섬유 뿐만 아니라 에르븀-도핑된 섬유 증폭기를 포함하는 전송 경로상에 작동하는 네 개의 채널 파장-분할-다중화(WDM) 시스템을 나타낸다.
각종 메카니즘은 섬유의 대역 폭을 한정한다. 다중 모드 섬유에 있어서, 예를 들면 섬유의 한쪽 말단으로 들어가는 빛의 펄스가 섬유의 다른쪽 말단으로 빠져나오면서 퍼지는 형태 분산(modal dispersion)이 있다. 이는 다중 모드 섬유가 특정 파장의 수많은 상이한 모드(경로)를 지지하기 때문이다. 상이한 모드가 섬유의 다른 말단에서 결합하면, 알짜 결과는 펄스 퍼짐(분산)이 되고, 이는 바람직하지 못하다. 달리 말하면, 분산은 색 분산 또는 "선형" 분산을 의미한다. 결과적으로, 분산의 신호는 단파장 방사선이 장파장 방사선보다 더 큰 속도를 갖는 상황에서 포지티브로 간주된다.
섬유는 또한 특정 파장의 기본 모드(LP1)만을 지지하도록 디자인될 수 있다. 이러한 섬유는 "단일 모드"로서 디자인된다. 이는 다중 모드 섬유보다 훨씬 큰 대역 폭을 갖고 비례적으로 더 큰 속도로 광학 시그날을 전송할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 단일 모드 섬유는 마치 LP11차단 파장(cutoff wavelength)보다 짧은 파장에 대해 다중 모드 섬유인 것처럼 거동하고, 이는 코어 반경(α), 굴절률(n) 및 코어/클래딩 분율 차이(Δ)에 의해 결정된다. 실제로, Δ와 α가 감소함에 따라, 훨씬 적은 모드가 하나의 모드만이 LP11차단 파장보다 더욱 긴 파장에서 전개할 때까지 전개한다. 따라서, LP11차단 파장은 적절한 양만큼 전송될 파장보다 더 짧을 필요가 있다.
광섬유의 제조에 있어서, 유리 예비성형 로드를 수직으로 매달리게 하고 제어된 속도로 가열로 안으로 옮긴다. 예비성형 로드를 가열로 안에서 연화하고 유리 섬유를 연신 타워 저부에 위치된 캡스탄(capstan)에 의해 예비성형 로드의 용융된 말단으로부터 자유롭게 연신한다(연신 섬유가 예비성형 로드보다 수천배 더 작은 직경을 갖더라도, 이는 동일한 굴절률 프로필을 갖는다!). 유리 섬유의 표면이 마모에 의해 손상되기 쉬우므로, 연신된 후 그리고 임의의 표면과 접촉하기 전에 섬유를 피복할 필요가 있다. 피복재의 피복이 유리 표면을 가능한 한 손상시키지 않아야 하는 만큼, 피복재를 액체 상태로 피복한다. 일단 피복하면, 피복재는 유리 섬유가 캡스탄에 도달하기 전에 고형화되어야 한다. 이는 일반적으로 짧은 시간 안에 광경화(액체 피복재가 전자기 방사선에 노출됨으로써 고체로 변하는 과정)에 의해 성취된다. 도 1은 이중-피복된 광섬유(110)를 개시하고, 그 구조는 본 발명에 사용하기에 적절하다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 두층의 피복재를 광-전달 코어(11)와 클래딩(14)을 포함하는 연신 유리 섬유(10)에 피복한다. 클래딩 섬유(10)는 약 125 ㎛의 직경을 갖는다. 내층(111)은 제 1 피복재로서 언급되는데 유리 섬유(10)에 피복되고; 외층(112)은 제 2 피복재로서 언급되는데 제 1 피복재(111)에 피복된다. 제 2 피복재는 일반적으로 비교적 높은 모듈러스(예: 109Pa)를 가져서 작업을 견디는 반면, 제 1 피복재는 비교적 낮은 모듈러스(예: 106Pa)를 가져서 마이크로벤딩 손실을 감소시키는 완충효과를 제공한다. 제 2 물질은 제 1 피복물이 여전히 촉촉한 상태일 때 피복될 수 있고, 이어서 두 피복물은 모두 전자기 스펙트럼의 자외선 영역에서 방사선에 의해 동시에 경화된다.
도 2는 선행 기술 광섬유의 색 분산을 설명하고, 더욱 구체적으로는, 전반적인 분산 평형형 특성(23)이 물질 분산 및 도파 분산 성분의 추가의 결합을 통해 생성되는 방식(분산 평형형 섬유는 일반적으로 두 개의 파장, 즉 1400 및 1700 nm에서 영 분산을 갖는다)을 설명한다. 물질 분산이 광섬유를 제조하는데 사용된 실제 물질과 그대로 관련됨을 생각해야 한다. 여기서, 물질 분산(21)은 실리카 유리와 관련있다. 반면, 도파 분산(22)은 굴절률 프로필 모양의 함수이다. 물질 분산과는 다르게, 도파 분산은 디자인 엔지니어에 의한 한계 이내에서 방향을 정할 수 있다. 이러한 구체적인 굴절률 프로필은 색 분산이 1400 내지 1700 nm을 벗어나는 넓은 파장 영역에 걸쳐 감소되는 분산 평형형 섬유의 디자인으로 사용되었다. 분산 평형형 섬유의 예는 미국 특허 제 4,372,647 호 및 제 4,435,040 호에 개시되어 있다.
이제 다수의 층(31 내지 34) ― 각각은 섬유의 도파 분산 특성을 변형시키기 위해 상이한 굴절률을 갖는다 ― 을 나타내는 피복되지 않은 유리 섬유(30)의 단면을 일반적으로 설명하는 도 3a를 참조로 한다. 도 3a는 굴절률에서의 변화가 층 사이에서 갑자기 발생한다는 것을 제시하는데, 꼭 그래야 하는 것은 아니다. 언덕형 굴절률 변화가 더욱 일반적이고 이러한 섬유는 언덕형 굴절률 섬유(graded index fiber)로서 공지되어 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, 갑작스런 변화를 나타낸다. 따라서 본 발명이 언덕형 굴절률 섬유에도 적용된다는 것을 이해해야 한다.
광섬유(30)는 소위 굴절률(n1)의 중심 코어 영역(31)을 포함한다. 중심 코어 영역(31)은 소위 굴절률(n3)의 제 1 중간 영역(32)에 의해 둘러싸이고, 소위 굴절률(n4)의 제 2 중간 영역(33)에 의해 둘러싸인다. 소위 굴절률(n2)의 클래딩층(34)은 제 2 중간 영역을 둘러싼다. 도 3a의 도면은 클래딩층의 직경은 약 125 ㎛이고 중심 코어(31)의 직경은 7 ㎛ 미만이기 때문에 눈금이 맞지 않음을 주의해야 한다. 게다가, 도 3a는 네 개의 별도의 유리층을 개시하는 반면, 도 3b에 도시한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시양태에 따르는 굴절률 프로필을 제조하는 데에는 단지 세 개(3)의 층만이 사용된다는 것을 주의해야 한다.
도 3b는 본 발명에 따른 포지티브-분산 섬유의 굴절률 프로필을 개시하고, 이는 정규화된 굴절률 차이, 즉 Δ1및 Δ2의 함수로서 굴절률 프로필을 나타내고, 이는 다음 수학식 3 및 수학식 4로서 정의된다:
Δ1≒ (n1-n2)/n2× 100%
Δ2≒ (n3-n2)/n2× 100%
바람직한 섬유 품질은 낮은 손실, 낮은 분산 구배, 및 적절하게 큰 유효면적을 포함한다. 이러한 섬유의 품질은 하기 수학식 5 및 수학식 6에 의해 한정되는 Δ1및 Δ2의 범위에 걸쳐 포지티브 분산 섬유에서 달성된다는 것을 발견하였다:
0.50% < Δ1< 0.60%
-0.15% < Δ2< -0.05%
본 발명의 구체적인 실시양태에 있어서, Δ1= 0.55%이고, Δ2= -0.10%이다.
또한, 구체적인 실시양태에 있어서, 각종 층의 반경은 α1= 3.2 ㎛이고, α2= 4.7 ㎛이다. 도 3b에 개시된 섬유 프로필은 게르마늄 도핑된 실리카 코어, 불소-도핑된 중간층, 및 순수한 실리카 외부 클래딩을 포함한다. 그럼에도 불구하고, 코어층 및 클래딩층은 본 발명의 장점을 제공하는 굴절률에서 상대적인 차이가 있기 때문에 꼭 이러한 방식으로 구성될 필요는 없다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 코어는 순수한 실리카로 제조될 수 있지만, 중간층 및 클래딩층은 상이한 정도의 불소 도핑을 포함할 수 있다.
본 발명에 사용하기에 적절한 포지티브-분산 섬유를 위한 구체적인 사항을 하기 표 1로서 작성하였다. 그러나, 이것이 허용가능한 섬유의 전체 범위를 한정하고자 함은 아니며, 단지 설명할 목적으로 나타내는 것이다.
1550 nm에서 감쇠 ≤ 0.20 dB/km(평균)
모드 필드 직경 8.4 ± 0.6 ㎛(1550 nm)
코어 편심률 < 0.8 ㎛
클래딩 직경 125 ± 1.0 ㎛
차단 파장 < 1450 nm(2m 참조길이)
분산 > +0.8 ps/(nm·km)(1530-1565 nm)
분산 구배 < +0.043 ps/(nm2·km)(평균)
마크로벤딩(macrobending) 1550 nm에서 < 0.5 dB(1회전, 32 mm)
마크로벤딩 1550 nm에서 < 0.05 dB(100회전, 75 mm)
피복물 직경 245 ± 10 ㎛
보증 시험 100 kpsi
도 3c에는 본 발명에 따른 네가티브-분산 섬유의 굴절률 프로필을 개시하고 있다. 목적하는 섬유 품질이 하기 수학식 7 내지 수학식 9에 의해 한정되는 Δ1및 Δ2의 범위에 걸쳐 네가티브 분산 섬유에서 달성된다는 것을 발견하였다:
0.60 < Δ1< 0.70
-0.30 < Δ2< -0.10
0.05 < Δ3< 0.25
본 발명의 구체적인 실시양태에서, Δ1= 0.65이고, Δ2= -0.25이고, Δ3= 0.10이다. 또한 구체적인 실시양태에 있어서, 각종 층의 반경은 b1= 3.4 ㎛이고, b2= 5.2 ㎛이고, b3= 7.2 ㎛이다. 도 3c에 개시된 섬유 프로필은 게르마늄-도핑된 실리카 코어, 불소-도핑된 제 1 중간층, 게르마늄-도핑된 제 2 중간층 및 실리카 외부 클래딩을 포함한다. 그럼에도 불구하고, 코어층 및 클래딩층은 본 발명의 장점을 제공하는 굴절률에서 상대적인 차이가 있기 때문에 꼭 이러한 방식으로 구성될 필요는 없다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 코어는 순수한 실리카로 제조될 수 있지만, 중간층 및 클래딩층은 상이한 정도의 불소 도핑을 포함할 수 있다.
본 발명에 사용하기에 적합한 네가티브-분산 섬유에 대한 구체적인 사항을 하기 표 2와 같이 작성하였다. 그러나, 허용가능한 섬유의 전체 범위를 한정하고자 함은 아니며, 단지 설명할 목적으로 나타내는 것이다.
1550 nm에서 감쇠 ≤ 0.20 dB/km(평균)
모드 필드 직경 8.4 ± 0.6 ㎛(1550 nm)
코어 편심률 < 0.8 ㎛
클래딩 직경 125 ± 1.0 ㎛
차단 파장 < 1450 nm(2m 참조길이)
분산 > -0.8 ps/(nm·km)(1530-1565 nm)
분산 구배 < +0.043 ps/(nm2·km)(평균)
마크로벤딩 1550 nm에서 < 0.5 dB(1회전, 32 mm)
마크로벤딩 1550 nm에서 < 0.05 dB(100회전, 75 mm)
피복물 직경 245 ± 10 ㎛
보증 시험 100 kpsi
제작을 위한 적절한 절차에 대한 상세한 설명을 용이하게 사용할 수 있다. 예비성형은 단독형이거나 복합형이다. 코어 영역은 바람직하게는 변형된 화학 증착법(Modified Chemical Vapor Deposition) 또는 그을음 화학법[soot chemistry, 예를 들면, 외부 증착(Outside Vapor Depositon) 또는 축방향 증착(Vapor Axial Deposition)]을 사용하는 공정중 하나를 사용하여 성형되는 것이 바람직하다. 공지된 공정[예: 클래딩, 과클래딩(overcladding), 피복, 케이블링(cabling), 등]은 섬유 디자인에 의해 영향을 받지 않는다.
도 4에는 본 발명에 따른 광섬유의 색 분산 특성(43)이 개시되어 있다. 특히, 낮은 분산 구배가 어떻게 물질 분산 성분(41) 및 도파 분산 성분(42)의 추가 결합을 통해 생성되는지를 도시한다. 도파 분산 커브(22)는 도 2의 분산 평형형 섬유의 경우도 네가티브 구배를 나타냈지만, 제 2 분산 영점(1700 nm에서 도시됨) 및 평형 전반 분산 커브(23)를 생성하기 위해 장파장에서 신속하게 증가한다. 그러나, 이러한 평형형은 실제로 기본 모드가 시작되어 효율적으로 차단함에 따라 야기되고, 이는 바람직하지 않게 높은 벤딩 손실을 유도한다.
도 5는 도 3b에 나타낸 굴절률 프로필을 갖는 포지티브-분산 섬유(43-1), 및 도 3c에 나타낸 굴절률 프로필을 갖는 네가티브 분산 섬유(43-2)의 색 분산 그래프이다. 각각의 이들 섬유는 1550 nm에서 0.20 dB/km 이하의 손실과 50 ㎛2보다 큰 유효면적을 갖고, 각각의 이들 섬유는 그 절대등급이 에르븀-도핑된 섬유 증폭기에 의해 보조된 파장 영역(1530-1565 nm)에서 0.8 ps(nm·km)보다 큰 분산을 갖는다. 더욱 중요하게는, 각각의 이들 섬유는 1550 nm에서 약 0.043 dB/(nm2·km)의 분산 구배를 갖는다. 이들 특성은 섬유(43-1, 43-2)를 에르븀 증폭기 영역을 가로질른 낮은 손실과 소량의 분산액이 바람직한 WDM 시그날의 전송에 사용하기에 이상적으로 만들어준다[대조적으로, 이동되지 않은 실리카 섬유는 약 1310 nm 이상에서 분산 영점(λ0), 1550 nm에서 약 +17 ps/(nm·km)의 분산 및 1550 nm에서 약 0.095 ps/(nm2·km)의 분산 구배를 갖는다].
도 6은 본 발명에 따른 실행 케이블 구성을 훨씬 자세하게 제공한다. 광학 케이블(600)은 얀 결합요소(606)로 느슨하게 싸여있는 두 다발의 광섬유를 포함하여 식별가능한 단위를 형성한다. 미국 특허 제 5,611,016 호에 개시된 바와 같다. 한 다발은 바람직하게는 포지티브-분산 섬유(30-1)를 포함하고, 다른 다발은 바람직하게는 네가티브-분산 섬유(30-2)를 포함한다. 포지티브-분산 섬유와 네가티브-분산 섬유를 별개의 군 또는 단위로 구분하는 것이 바람직하지만, 본 발명의 실행에 꼭 필요한 것은 아니다. 이들 다발은 예를 들면 폴리비닐 클로라이드 또는 폴리에틸렌과 같은 유전성 물질로부터 제조된 관형 부재(605) 안에 배치된다. 주변의 관형 부재(605)는 물-흡수성 테이프(603), 폴리에틸렌 물질로 제조된 플라스틱 재킷(601), 및 강철 또는 에폭시-함침된 유리 섬유로 제조된 보강 부재(602-602)를 포함하는 외장 시스템이다. 보강 부재는 작업중 또는 정상 가동중에 광섬유에 적용될 수 있는 응력을 제거하거나 감소시키기 위해 사용되고, 많은 공지된 방법에 의해 케이블(600) 안에 포함될 수 있다. 케브라르(Kevlar, 등록상표) 플라스틱으로 제조된 펴짐 줄(604)에 의해 전체 외장 시스템(601-603)을 용이하게 떼어낼 수 있다. 일반적으로, 그 안에 함유된 섬유를 완충작용하는 충진재가 관형 부재(605) 안에 배치되고, 이로써 마이크로벤딩 손실에 대해 이들을 보호한다.
도 7은 본 발명에 따른 WDM 시스템(700)을 나타낸다. 이는 1530 내지 1565 nm 영역내에서 네 개의 소정의 파장을 조절하는 네 개의 송신기(71 내지 74)로 구성된다. 이어서 조절된 파장을 수동 4:1 커플러(75)를 통해 결합하고 섬유 전송 라인(30-1, 30-2)으로 도입하는데, 이 라인은 광학 증폭기(710)(바람직하게는, 에르븀-도핑된 섬유 증폭기)를 포함한다. 도 7의 실시양태에 있어서, 섬유 전송 라인(30-1)은 소정의 길이의 포지티브-분산 섬유를 포함하고 섬유 전송 라인(30-2)은 소정의 길이의 네가티브-분산 섬유를 포함한다. 수용기 말단에서, 네 개의 패널을 역다중화기(demultiplexer)(85)를 사용하여 파장에 따라 쪼개고 수용기(81 내지 84)에 의해 진행시키고 각각의 기본 대역 시그날을 추출한다.
비록 각종 특정 실시양태를 예로 들어 설명하였지만, 각종 변형이 본 발명의 범위 안에서 이루어질 수 있다. 이들 변형은, 제한하려는 것은 아니지만, 점차적으로 인접한 층 사이에서 가늘어지는 굴절률 프로필(예를 들면, 언덕형 굴절률 프로필)과 층들의 폭에서의 변형, 그리고 상이한 도핑재를 사용하여 동일한 일반적인 프로필 모양을 달성하고, 광섬유를 제조할 때 유리 이외의 플라스틱 물질을 사용함을 포함한다. 많은 실용적인 섬유에 있어서, 섬유의 제조에 사용된 제작 공정에 기인하여 섬유의 중간에서 굴절률이 감소한다는 것을 주목해야 한다. 비록 도 3b 및 도 3c가 이상화된 프로필을 나타냈지만, 본 발명은 이러한 중간 굴절률 감소를 고려했음을 이해해야 한다.
본 발명에 의해 1550 nm에서 0.22 dB/km 미만의 전송 손실을 갖고, 소량의 색 분산(즉, 0.8 ps/(nm·km) 이상의 절대등급)을 나타내며, 낮은 구배[즉, 0.05 ps/(nm2·km) 미만]를 갖는 색 분산 특성을 갖는, 에르븀-도핑된 섬유 증폭기에 의해 보조되는 파장-분할-다중화(WDM) 시스템에 사용하기에 적절한 광섬유를 제공할 수 있다.

Claims (10)

1530 내지 1565 nm의 파장 영역내에서 모든 파장에 대해 절대등급이 약 0.8 ps/(nm·km)보다 큰 색 분산(chromatic dispersion)을 나타내고;
최대 굴절률(n1)을 갖는 투명 물질로 이루어진 코어, 및 이러한 코어의 외면상에 최소 굴절률(n2)을 갖는 투명 클래딩(cladding) 물질로 이루어진 층을 갖는 광섬유에 있어서,
상기 코어가 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 한정되는 굴절률(n3)을 갖는 투명 물질로 이루어진 고리 영역을 포함함을 특징으로 하는 광섬유(10).
수학식 1
0.50 < (n1-n2)/n2< 0.70
수학식 2
-0.30 < (n3-n2)/n2< -0.05
상기 식에서,
n1> n2> n3이다.
제 1 항에 있어서,
1530 내지 1565 nm의 파장 영역에 걸쳐 0.05 ps/(nm2·km) 미만인 분산 구배를 갖는 광섬유(10).
제 2 항에 있어서,
1530 내지 1565 nm의 파장 영역에 걸쳐 0.043 ± 0.005 ps/(nm2·km)인 분산 구배를 갖는 광섬유(10).
제 1 항에 있어서,
1530 내지 1565 nm의 파장 영역내에서 색 분산이 +0.8 ps/(nm·km)보다 크고; n1, n2및 n3이 0.50 < (n1-n2)/n2< 0.60 및 -0.15 < (n3-n2)/n2< -0.05에 의해 한정되는 광섬유(10).
제 1 항에 있어서,
1530 내지 1565 nm의 파장 영역내에서 색 분산이 -0.8 ps/(nm·km)보다 더 큰 네가티브이고; n1, n2및 n3이 0.60 < (n1-n2)/n2< 0.70 및 -0.30 < (n3-n2)/n2< -0.20에 의해 한정되는 광섬유(10).
제 1 항에 있어서,
플라스틱 재킷(601)을 포함하는 외장 시스템 안에 포함되고, 이로써 광학 케이블(600)을 한정하는 광섬유(10).
1530 내지 1565 nm의 파장 영역 안의 상이한 파장에서 조절된 광학 시그날의 다수의 신호원(71 내지 74);
파장-분할-다중화(WDM) 시스템의 입력시 광학 시그날을 다중화하기 위한 장치(75);
WDM 시스템의 출력시 광학 시그날을 역다중화하기 위한 장치(85); 및
다중화 장치와 역다중화 장치 사이에 연장되고, 1530 내지 1565 nm의 파장 영역 안에서 모든 파장에 대해 절대등급이 약 0.8 ps/(nm·km)보다 큰 색 분산을 갖는 제 1 광섬유(30-1)를 포함하는 전송 경로를 포함하고;
상기 광섬유는 최대 굴절률(n1)을 갖는 투명 물질로 이루어진 코어, 및 이러한 코어의 외면상에 굴절률(n2)을 갖는 투명 클래딩 물질로 이루어진 층을 포함하고;
상기 코어는 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 한정되는 최소 굴절률(n3)을 갖는 투명 물질로 이루어진 고리 영역을 포함하는
WDM 시스템(700):
수학식 1
0.50 < (n1-n2)/n2< 0.70
수학식 2
-0.30 < (n3-n2)/n2< -0.05
상기 식에서,
n1> n2> n3이다.
제 7 항에 있어서,
전송 경로가 광학 증폭기(710)를 추가로 포함하는 WDM 시스템(700).
제 8 항에 있어서,
광학 증폭기(710)가 에르븀-도핑된 섬유 증폭기를 포함하는 WDM 시스템(700).
제 7 항에 있어서,
전송 경로가 일련의 제 1 광섬유(30-1)와 연결된 제 2 광섬유(30-2)를 추가로 포함하고, 이러한 제 2 광섬유가 제 1 광섬유의 구배와 대략 동일하지만 그 절대등급이 1530 내지 1565 nm의 파장 영역 안에서 제 1 광섬유의 등급 신호와 상반된 색 분산 특성을 갖는 WDM 시스템(700).
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