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KR102034362B1 - 도핑 최적화된 최저 감쇠 단일모드 광섬유 - Google Patents

도핑 최적화된 최저 감쇠 단일모드 광섬유 Download PDF

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KR102034362B1
KR102034362B1 KR1020177023832A KR20177023832A KR102034362B1 KR 102034362 B1 KR102034362 B1 KR 102034362B1 KR 1020177023832 A KR1020177023832 A KR 1020177023832A KR 20177023832 A KR20177023832 A KR 20177023832A KR 102034362 B1 KR102034362 B1 KR 102034362B1
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지후웅 주
준 우
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Abstract

도핑 최적화된 최저 감쇠 단일 모드 광섬유는, 코어층이 포함되고, 코어층 외부에는 안으로부터 바깥으로 내부 피복층, 함몰형 내부 피복층, 보조형 외부 피복층과 외부 피복층이 순차적으로 피복되며, 코어층 중의 불소 함량은 0.5wt% 보다 작거나 같고, 게르마늄의 상대적 굴절률 기여량은 0.12% 보다 작거나 같으며, 상대적 굴절률 Δn1은 0.12%보다 작거나 같고, 내부 피복층 중의 불소 함량은 0.5-1.5 wt%이며, 내부 피복층의 상대적 굴절률 Δn2은 -0.14%보다 작거나 같고, 함몰형 내부 피복층 중의 불소 함량은 1-3wt%이며, 함몰형 내부 피복층의 상대적 굴절률 Δn3은 -0.25% 보다 작거나 같고, 보조형 외부 피복층 중의 불소 함량은 0.5-2wt%이며, 보조형 외부 피복층의 상대적 굴절률 Δn4은 -0.14%보다 작거나 같고, 외부 피복층은 순 이산화규소 유리층 및/또는 금속이 도핑된 이산화규소 유리층이다. 광섬유는 코어층 점도를 낮추고, 코어층이 내부 피복층과 함몰형 피복층과 더욱 잘 매칭되도록 하며, 금속이 도핑된 매칭 점도 외부 피복층을 결합하여, 광섬유 가상 온도를 전반적으로 낮추는 동시에 함몰형 피복층 설계를 통하여, 베이직 모드 누설을 억제 하여, 최저 감쇠를 구현한다.

Description

도핑 최적화된 최저 감쇠 단일모드 광섬유
본 발명은 광통신 분야에 관한 것으로서, 구체적으로는 도핑 최적화된 최저 감쇠 단일모드 광섬유에 관한 것이다.
현재 광섬유 제조 분야에서 가장 관심 거리가 된 신형 단일모드 광섬유 제품에는 주요하게 2가지가 있는데, 하나는 최저 감쇠 G652 광섬유로서, 이는 감쇠 계수가 낮고, 호환 성능이 좋기 때문에, 미래 신형 광섬유 대표중의 하나로 되고; 다른 하나는 유효 면적이 큰 G654 광섬유로서, 이는 광섬유의 유효 면적을 증가시켜, 광섬유가 전송될 때의 비선형 효과를 억제함으로써, 장거리 대용량 전송 시스템에 더 적합하다.
하지만 최저 감쇠 G652 광섬유이든지 유효 면적이 큰 G654 광섬유이든지를 막론 하고, 유효한 방법을 찾아 광섬유의 감쇠 계수를 낮추어, 제조 원가를 제어하는 것은, 광섬유 제조 기업에 있어서, 모두 매우 큰 도전이다. 이의 주요한 어려움은 이하 세가지에 있다.
1. 감쇠 계수를 어떻게 낮추는 것이고, 현재 주요 방법은 광섬유의 레일리 산란 계수를 낮추는 것으로, 이 방법은 제조과정에서 유리 재료 구성요소에 대한 제어와 유리 열역학 변화 과정에 대한 제어이고;
2. 광섬유 제조 공법은 간단하고 제어가 가능하며, 광섬유 제조 원가를 현저하게 증가시키지 않는다. 왜냐 하면 현재 최저 감쇠 공법에 대한 제어가 복잡한 바, 특히 현재 흔히 보는 최저 감쇠 순 실리콘 코어 설계는, 광섬유의 전반사를 확보하기 위하여, 피복층은 과불소 도핑 외부 피복층 재료를 사용하고, 제조 공법이 복잡하여, 광섬유의 원가에 대한 영향이 아주 크며;
3. 최저 감쇠 계수를 얻는 동시에, 광섬유 각각의 광학 파라미터가 ITU-T 기준을 충족시키도록 확보해야 하는 바, 주요하게 MFD, 색분산, 차단파장과 절곡 성능은 표준 요구 범위내에서 제어되어야 하며; 즉 광섬유 최저 감쇠 성능을 확보하는 동시에, 기타 광학 파라미터는 반드시 상응한 범위내에서 제어되어야 한다.
이상 세가지 어려움에 대하여, 구체적으로 말하자면, 우리는 우선 광섬유의 감쇠를 어떻게 낮추는 지에 대해 기술하고자 한다. 석영 광섬유가 600 nm-1600 nm에서의 감쇠에 있어서 이는 주로 레일리 산란으로부터 유래된 것으로, 레일리 산란으로 생긴 감쇠
Figure 112017082381655-pct00001
는 하기 식으로 계산 가능하다.
Figure 112017082381655-pct00002
식에서, λ는 파장(μm)이고, R는 레일리 산란 계수(dB/km/μm4)이며; P는 빛의 세기이고; 레일리 산란 계수가 확인 될 경우, B는 이에 대응되는 상수이다. 따라서 레일리 산란 계수 R가 확정되기만 하면, 레일리 산란으로 생긴 감쇠
Figure 112017082381655-pct00003
를 얻을수 있다. 레일리 산란은 한편으로는 밀도 변동으로 생긴 것이고, 다른 한편으로는 농도 변동으로 생긴 것이다. 따라서 레일리 산란 계수 R는 하기와 같이 표시 가능하고,
R=Rd+Rc
상기 식에서, Rd와 Rc는 각각 밀도 변동과 농도 변동으로 생긴 레일리 산란 계수의 변화를 나타낸다. 여기서, Rc는 농도 변동 요소로서, 주로 광섬유 유리 부분의 도핑 농도의 영향을 받으며, 이론상에서 Ge와 F 또는 기타 도핑물을 적게 사용할 수록 Rc가 더 작게 되는 바, 이 또한 현재 국외 일부 기업들이 순 실리콘 코어 설계를 사용하여, 최저 감쇠 성능을 실현하는 원인이기도 하다.
하지만 우리가 주의해야 할 것은, 레일리 산란 계수 중에는 또 다른 파라미터 Rd를 더 포함한다. Rd는 유리의 가상 온도 TF와 관련되고, 유리의 구조 변화와 온도 변화에 따라 변화된다. 유리의 가상 온도 TF는 유리 구조의 하나의 물리적 파라미터를 나타내는 것으로, 어느 온도 T'로부터 유리를 신속히 실온으로 냉각시켜 유리의 구조를 더이상 조절하지 않고 어느 평형 상태에 대응하는 온도에 도달하는 것으로 정의된다. T'>Tf(유리의 연화온도)일 때, 유리의 점도가 작아, 유리 구조를 조절하기 쉽기 때문에, 매 순간 유리는 모두 평형 상태에 있게 되므로, TF=T'이고; T'<Tg(유리의 전이 온도)일 때, 유리의 점도가 커서, 유리 구조를 조절하기 어렵기 때문에, 유리 구조에 대한 조절은 온도 변화에 뒤처지게 되므로, TF>T'이며; Tg <T'<Tf(유리의 연화 온도)일 때, 유리가 평형추세에 이를 때 수요되는 시간이 짧아 지는 바, 구체적으로 유리의 구성요소와 냉각 속도와 관련되므로, TF> T' 또는 TF<T'이다.
순 실리콘 코어 설계를 사용 할 때, 광섬유의 전반사를 확보하기 위하여, 반드시 상대적으로 낮은 굴절률의 F가 도핑된 내부 피복층으로 매칭하여, 코어층과 내부 피복층 사이에 충분한 굴절률 차이를 유지하도록 한다. 이렇게 순 실리콘 코어의 코어층 부분의 점도는 상대적으로 높은 동시에 대량의 F가 도핑된 내부 피복층 부분의 점도는 낮음으로써, 광섬유 구조의 점도 매칭이 밸런스가 무너져, 순 실리콘 코어 구조의 광섬유 가상 온도가 급격히 올라가게 되어, 광섬유의 Rd가 증가하게 된다. 이러할 경우, Rc의 저하에 따른 이점을 상쇄할 뿐만 아니라, 광섬유 감쇠가 역방향으로 이상이 있다.
이상 설명에서 우리가 이해할 수 있는 것은, 이론 상에서, 무엇때문에 단순히 코어층 도핑을 저하시켜 최저 감쇠 계수를 얻을수 없다는 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 문헌 US20100195999A1은 코어층에 알칼리 금속을 첨가하는 방법을 사용하여, 광섬유 코어층 순 실리콘 코어를 유지할 경우, 광섬유 코어층 부분의 점도 및 코어층 구조 완화 시간을 변화시켜, 점도 미스매치가 초래한 Rd가 증가되는 문제를 해결함으로써, 광섬유의 레일리 산란 계수를 전반적으로 낮추었다. 그러나 이러한 방법은 광섬유 감쇠를 효과적으로 낮출 수 있으나, 상대적으로 공법 제조가 복잡하여, 여러번 나누어 코어봉을 처리해야 하고, 알칼리 금속 도핑 농도 제어 요구가 극히 높아, 광섬유 대규모 제조에 불리하다.
문헌 CN201310394404은 최저 감쇠 광섬유의 설계를 제기하였는 바, 이는 순 이산화규소의 외부 피복층 설계를 사용하였으나, 이에 사용된 것은 전형적인 스테이션 단면 구조이기 때문에, 함몰형 내부 피복층 설계를 사용하여 광섬유의 절곡을 최적화하지 않고, 코어층은 Ge으로 도핑되지 않았기에, 프리폼 제조시 점도 미스매치가 나타날 수 있고, 이의 감쇠와 절곡 수준이 상대적적으로 좋지 않음을 발견할수 있다.
문헌 US2010022533은 광섬유 설계를 제기하였는 바, 더 낮은 레일리 계수를 얻기 위하여, 순 실리콘 코어의 설계를 사용하여, 코어층에 게르마늄과 불소의 복합 도핑을 진행하지 않고, 이 설계는 불소가 도핑된 이산화규소를 외부 피복층으로 사용하였다. 이러한 순 신리콘 코어의 설계에 있어서, 광섬유의 내부는 반드시 복잡한 점도 매칭이 진행되어야 하고, 연신과정에서 매우 낮은 속도를 사용해야 하며, 고속 연신으로 인한 광섬유 내부의 흠결이 일으키는 감쇠 증가를 방지하되, 제조 공법은 매우 복잡하다.
이상의 설명으로부터 우리가 발견할 수 있는 것은, 감쇠 계수를 낮추기 위하여, 순 실리콘 코어 설계, 또는 Ge가 도핑되지 않은 코어층 설계를 사용하면, 반드시 코어층 재료의 구성요소를 엄격히 제어해야 함으로써, 외부 피복층 재료의 점도를 매칭하여, 광섬유의 Rd 증가를 감소하도록 한다.
하지만, 알려진 바와 같이, 코어층 재료의 구성요소를 제어하는 것, 특히 내부에 알칼리 금속 또는 광섬유 가상 온도를 낮추는 기타 원소를 첨가하는 것은, 공법이 이루어지는 각도로부터 매우 복잡함으로써, 광섬유의 제조 원가가 증가하게 된다. 순 실리콘 코어의 코어층에 알칼리 금속 도핑을 진행하는 외에, 외부 피복층과 내부 피복층의 점도 설계를 통하여, 같은 효과를 달성할 수 있는 지는, 우리가 알다 싶이, 광섬유 코어층의 가상 온도가, 외부 피복층 재료 구성요소의 영향을 받게 되기에 외부 피복층과 내부 피복층의 점도 설계를 통하여, 특히 광섬유 유리 부분의 최외층, 즉 외부 피복층 부분에 대하여 금속 이온 도핑을 진행하여, 광섬유 재료의 각 부분의 재료 완화 시간을 뚜렷하게 변화시킬 수 있어, 광섬유의 가상 온도를 변화시킨다. 따라서 공법에서는 비순 실리콘 코어의 개념을 사용할 수 있고, 광섬유 각 부분에 대하여 합리한 점도 설계를 진행하는 것을 통하여, 간단한 코어층 제조 방법을 찾아낼 수 있음으로써, 최저 감쇠 광섬유를 구현할 수 있다.
최저 감쇠 광섬유를 구현하는 두번째 난제는 원가를 제어하는 것이다. 흔히 보는 최저 감쇠 단일 모드 광섬유　 설계에 있어서, 이에 사용된 것은 과불소가 도핑된 외부 피복층 설계이다. 광섬유 광학 각도로부터 놓고 말하면, 이러한 설계는 상대적으로 간단하고, 외부 피복층과 코어층의 굴절률 차이값만 확보되면 광섬유의 전반사 요구를 충족시킬 수 있다. 하지만 현재 최저 감쇠 광섬유 제조 원가를 제한하는 주요 요소에는 세가지가 있다. 첫째, 현재 주류적인 알칼리 금속 공법 제조 원가가 높고, 효율이 낮으며; 둘째, 순 F 도핑 설계를 사용한 프리폼 사이즈가 작고, 연신 공법이 복잡하며; 셋째, 순 F 도핑 설계를 사용한 광섬유는, F 도핑 공법을 사용하기 때문에, 제조 원가가 매우 높다. 현재 시장 가격에 따라 초보적인 추산을 진행하면, F 도핑 부싱 가격은 순 이산화규소 부싱 가격의 5-8배이다. F 도핑 재료가 순 이산화규소 재료 원가의 6배라는 것에 의거한 초보적인 관계 계산에 따르면, 합리한 공법 설계를 통하면, F 도핑층의 두께를 적당하게 감소하고, 광섬유 제조 원가가 현저하게 인하될 것이다. 오직 광섬유 지름이 30 미크론으로부터 80 미크론 까지의 위치에서 F 도핑 재료를 사용하고, 80으로부터 125 미크론에서는 일반 순 이산화규소를 사용한다고 가정한다면, 이러한 설계는 과불소 도핑 재료를 전통적으로 사용한 최저 감쇠 광섬유 설계보다 상대적으로 재료 원가를 40 % 낮추고; 30 미크론으로부터 60 미크론에서 F 도핑 재료를 사용하고, 60으로부터 125 미크론에서 일반 순 이산화규소를 사용하면 재료 원가를 65 % 낮춘다.
이상의 분석에서 우리가 발견할 수 있는 것은, 비순 실리콘 코어와 부분적 불소 도핑 피복층을 사용하여 최저 감쇠 광섬유 공법 설계를 진행하는 가능성이 존재한다. 그러나 전술한 두가지 제한 요소의 영향을 받게 되는 바, 이러한 설계에서, 광섬유의 광학 파라미터를 어떻게 제어할 것인가 하는 것은, 우리가 직면한 최후의 도전이다.
왜냐하면 불소가 도핑되지 않은 순 이산화규소를 외부 피복층 재료로 사용한다면, 3가지 문제에 직면하게 되게 때문이다.
첫째, 베이직 모드 차단을 억제: 외부 피복층 재료와 코어층 재료 굴절률 차이값이 매우 작아서, 광섬유 베이직 모드 누설을 초래할 수 있음으로써, 광섬유의 감쇠에 영향을 준다. 그러므로 F가 도핑되지 않은 외부 피복층 재료를 채용하여 설계한 최저 감쇠 광섬유는, 반드시 외부 피복층과 코어층 중간 위치에서, 합리한 광섬유 단면 설계를 통하여 베이직 모드 누설을 억제해야 한다.
둘째, 점도 매칭을 고려: 외부 피복층 재료에 어떠한 점도 최적화 설계도 하지 않았다면, 이의 점도는 내부 피복층과 코어층 점도 기울기와 미스매치되므로, 계면 위치의 결함 및 가상 온도가 승온되는 등 문제를 초래할 수 있음으로써 광섬유 감쇠를 증가한다.
셋째, 광학 단면 매칭을 고려: 순 이산화규소 유리를 외부 피복층 재료로 사용한다면, 점도 매칭 설계를 책임지고 고려할 때, 각 부분 도핑 농도를 제한하였고, 광섬유의 광학 파라미터가 G652 또는 G654 광학섬유의 파라미터 요구를 충족시키도록 확보하기 위하여, 즉 광섬유의 MFD, 색분산과 절곡 성능이 표준 요구에 부합되는 것을 확보하기 위하여, 광학 단면 설계를 반드시 고려해야 한다. 점도 설계를 진행 할 때, 광섬유의 광학 설계를 종합적으로 고려해야 하는 바, 공법 실현 난도를 증가시킨다.
이하는 본 발명에 관련된 일부 전문 용어의 정의와 설명이다.
ppm : 백만분의 일의 중량%이고;
광섬유 코어 축선으로부터 계산하면, 굴절률의 변화에 따라, 축선과 가장 근접하는 그 층을 광섬유의 코어층이라고 정의하고, 광섬유의 최외층 즉 순 이산화규소 층을 광섬유 외부 피복층으로 정의한다.
광섬유 각 층의 상대적 굴절률
Figure 112017082381655-pct00004
은 하기 방정식으로 정의된다.
Figure 112017082381655-pct00005
여기서,
Figure 112017082381655-pct00006
는 광섬유 특정 위치 부분의 절대적 굴절률이고,
Figure 112017082381655-pct00007
는 외부 피복층의 절대적 굴절률이며, 즉 Ge 또는 F의 도핑이 진행되지 않은 이산화규소의 절대적 굴절률이다.
광섬유 코어층의 Ge이 도핑된 상대적 굴절률 기여량
Figure 112017082381655-pct00008
은 하기 방정식으로 정의되고,
Figure 112017082381655-pct00009
;
여기서,
Figure 112017082381655-pct00010
가 코어의 Ge 도핑물이라고 가정할 경우, 이를 기타 도핑물이 없는 이산화규소에 도핑하면, 이산화규소 유리 굴절률의 변화량이 생기는 바,
Figure 112017082381655-pct00011
는 최외측 외부 피복층의 굴절률로서, 즉 Ge 또는 F의 도핑이 진행되지 않은 이산화규소의 절대적 굴절률이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기 선행기술에 존재하는 부족점에 대하여, 도핑 최적화된 최저 감쇠 단일 모드 광섬유를 제공하여,광섬유 각 부분의 점도 및 도파관 구조에 대한 최적화된 설계를 통하여, 최저 감쇠 성능을 실현하고, 공법을 간소화하여, 제조 원가를 낮추는 것이다.
본 발명이 상기 제출된 과제를 해결하기 위하여 사용된 기술적 해결수단: 코어층이 포함되고, 코어층 외부에는 안으로부터 바깥으로 내부 피복층, 함몰형 내부 피복층,보조형 외부 피복층과 외부 피복층이 순차적으로 피복되는 도핑 최적화된 최저 감쇠 단일 모드 광섬유를 제공하고, 상기 코어층 중의 불소 함량은 0.5wt% 보다 작거나 같고, 게르마늄의 상대적 굴절률 기여량은 0.12% 보다 작거나 같으며, 코어층의 상대적 굴절률 Δn1은 0.12%보다 작거나 같고, 상기 내부 피복층 중의 불소 함량은 0.5-1.5 wt%이며, 내부 피복층의 상대적인 굴절률 Δn2은 -0.14%보다 작거나 같고, 상기 함몰형 내부 피복층 중의 불소 함량은 1-3wt%이며, 함몰형 내부 피복층의 상대적 굴절률 Δn3은 -0.25% 보다 작거나 같고, 상기 보조형 외부 피복층 중의 불소 함량은 0.5-2wt%이며, 보조형 외부 피복층의 상대적 굴절률 Δn4은 -0.14% 보다 작거나 같고, 상기 외부 피복층은 순 이산화규소 유리층 및/또는 금속이 도핑된 이산화규소 유리층인 것을 특징으로 한다.
상기 해결수단에 따르면, 상기 외부 피복층 중의 금속이 도핑된 금속 불순물은 알루미늄과 알칼리 금속을 포함하고, 금속 불순물의 총 함량은 25 ppm보다 작거나 같으며, 여기서 알루미늄 함량은 1-18 ppm이고, 알칼리 금속 총 함량은 2 ppm 보다 작거나 같다.
상기 해결수단에 따르면, 상기 알칼리 금속은 리튬, 나트륨, 칼륨 중의 하나 또는 몇가지이다.
상기 해결수단에 따르면, 상기 금속 불순물은 철, 칼슘, 마그네슘, 티타늄 중의 하나 또는 여러가지를 포함한다.
상기 해결수단에 따르면, 상기 코어층의 반지름 r1은 4.0 ~ 6.0 μm이다.
상기 해결수단에 따르면, 상기 내부 피복층의 반지름 r2은 10 ~ 14 μm이고, 상기 함몰형 내부 피복층의 반지름 r3은 12.5 ~ 17 μm이며，상기 보조형 외부 피복층 반지름 r4은 40 ~ 50 μm이다.
상기 해결수단에 따르면, 상기 코어층의 상대적 굴절률 Δn1은 0.12% ~ -0.08%이고, 상기 내부 피복층의 상대적 굴절률 Δn2은 -0.14% ~ -0.35%이며, 상기 함몰형 내부 피복층의 상대적 굴절률 Δn3은 -0.25% ~ -0.75%이고, 상기 보조형 외부 피복층의 상대적 굴절률 Δn4는 -0.14% ~ -0.56%이다.
상기 해결수단에 따르면, 상기 외부 피복층 지름은 125 μm이다.
상기 해결수단에 따르면, 1550 nm 파장에서의 상기 광섬유 감쇠 계수는 0.175 dB/km 보다 작거나 같고, 0.170 dB/km 보다 작거나 같은 것이 바람직하다.
본 발명의 유리한 효과: 1、 특유한 점도 매칭 및 도파관 구조의 최적화한 설계: 코어층은 Ge 와 F가 복합 도핑되어, 코어층 점도를 낮추고, 내부 피복층과 함몰형 피복층과 더욱 잘 배합되도록 하며, 금속이 도핑된 매칭 점도 외부 피복층을 결합하여, 광섬유 가상 온도를 전반적으로 낮춤으로써, 최저 감쇠 성능을 실현하고; 2、 함몰형 피복층 설계를 통하여, 베이직 모드 누설을 억제 하며; 3、 외부 피복층 일부는 순 이산화규소 외부 피복층 재료를 사용하여, 광섬유 원가를 전반적으로 낮추고; 4、 코어층 알칼리 금속재료 공법을 사용하지 않아 공법 제어 난도를 감소시킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 굴절률 단면 구조 분포도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 중 각 부분의 불소 도핑 분포도이다.
이하 구체적인 실시예를 결합하여, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
코어층이 포함되고, 코어층 외부에는 안으로부터 바깥으로 내부 피복층,함몰형 내부 피복층, 보조형 외부 피복층과 외부 피복층이 순차적으로 피복되는 상기 단일모드 광섬유에 있어서, 상기 코어층 중의 불소 함량은 0.5 wt% 보다 작거나 같고, 게르마늄의 상대적 굴절률 기여량은 0.12% 보다 작거나 같으며, 코어층의 상대적 굴절률 Δn1은 0.12%보다 작거나 같고, 상기 내부 피복층 중의 불소 함량은 0.5-1.5 wt%이며, 내부 피복층의 상대적 굴절률 Δn2은 -0.14%보다 작거나 같고, 상기 함몰형 내부 피복층 중의 불소 함량은 1-3wt%이며, 함몰형 내부 피복층의 상대적 굴절률 Δn3은 -0.25% 보다 작거나 같고, 상기 보조형 외부 피복층 중의 불소 함량은 0.5-2wt%이며, 상대적 굴절률 Δn4은 -0.14%보다 작거나 같으며, 상기 외부 피복층은 순 이산화규소 유리층 및/또는 금속이 도핑된 이산화규소 유리층을 특징으로 한다. 상기 광섬유는 프리폼으로 연신하여 이루어 진 것으로, 프리폼은 주로 PCVD 방법으로 제조되는 광섬유 코어봉 및 중공 천연 석영사를 재료로 하는 큰 부싱 이 두가지를 포함하되, 광섬유 코어봉과 큰 부싱은 부싱 내에 코어봉을 삽입하는 방법을 사용하여 조립을 진행한다.
광섬유 프리폼의 코어봉은 섬유 코어층, 내부 피복층, 함몰형 내부 피복층과 보조형 내부 피복층을 포함하여 구성된다. PCVD 제조된 광섬유 코어층은 불소와 게르마늄이 도핑된 석영 유리로 구성되고; 내부 피복층은 코어층을 긴밀히 둘러싸고, 코어층과 같이 PCVD 침전법으로 제조되며; 함몰형 내부 피복층은 PCVD 공법으로 침전된 불소가 도핑된 이산화규소 석영유리로 구성되고; 제 3 피복층은 보조형 외부 피복층이고, PCVD 침전된 불소가 도핑된 이산화규소 석영 유리와 PCVD의 스클리닝된 파이프로 공동 구성된다.
천연 석영사로 제조된 큰 부싱은 네가지 상이한 등급의 천연 석영사를 원자재로 사용하여 제조되고, 일련 번호와 구체적인 불순물 함량은 표 1에 도시된 바와 같다. 표 2는 상이한 재질 외장재를 사용한 광섬유 설계 및 이에 대응되는 감쇠 계수이다.
중공 큰 부싱의 원자재 불순물 함량 분석
외부
피복층 재료 일련 번호		 알루미늄 철 칼슘 마그
네슘		 티타늄 망간 구리 리튬 나트륨 칼륨 붕소 게르
마늄		 총합
(ppm)
A 7.3 0.1 0.7 0 1.3 0 0 0.2 0.1 0.1 ＜0.1 0.9 10.5
B 10.8 0.2 0.6 0 1.3 0 0 0.4 0.1 0.1 ＜0.1 1.3 14.8
C 14.8 0 0.4 0 1.1 0 0 0.5 0.2 0.2 ＜0.1 1.1 18.3
D 17.8 0.2 0.7 0 1.1 0 0 0.7 0.4 0.3 ＜0.1 1.3 22.3
주석:
검출 한계값 		0.5 0.1 0.1 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.1 0.1 0.1　 0.1 　
본 발명의 실시예의 광섬유 단면 파라미터와 이에 대응되는 감쇠계수
순번 r1 [um] 코어층 중의 게르마늄 도핑함량ΔGe [%] r2 [um] 내부 피복층 불소 도핑함량 [wt%] r3 [um] 함몰형 내부 피복층 불소 도핑함량[wt%] r4 [um] 보조형 내부 피복층 불소 도핑함량 [wt%] 외부 피복층 재료종류 Att.@1550nm [dB/km]
1 5.5 0.02 11 0.9 13.5 1.9 42 1.2 A 0.162
2 5.4 0.05 11.5 1 15.5 1.5 48 1.3 B 0.168
3 6 0.05 12.5 1.1 15.5 1.7 45 1.5 D 0.174
4 4.7 0.06 12 1.2 14.5 2.2 38 1 A 0.166
5 5.2 0.14 10.5 0.74 14 1.35 41 0.9 C 0.173
6 6 0.09 13 0.85 16 2.1 40 1.5 B 0.172
7 5.3 0.07 10 1.3 12.8 1.8 46 1.6 B 0.165
8 4.5 0.04 11 1.5 16.5 2.7 47 2.0 A 0.164
9 4 0.12 10 1.4 13.7 2.3 44 1.8 B 0.169
10 4.2 0.05 11.5 0.8 16.5 2.1 42 1.1 C 0.170

Claims (9)

  1. 코어층이 포함되고, 코어층 외부에는 안으로부터 바깥으로 내부 피복층, 함몰형 내부 피복층, 보조형 외부 피복층과 외부 피복층이 순차적으로 피복되는, 도핑 최적화된 최저 감쇠 단일 모드 광섬유에 있어서,
    상기 코어층 중의 불소 함량은 0.5 wt% 보다 작거나 같고, 게르마늄의 상대적 굴절률 기여량은 0.12% 보다 작거나 같으며, 코어층의 상대적 굴절률 Δn1은 0.12%보다 작거나 같고, 상기 내부 피복층 중의 불소 함량은 0.5-1.5 wt%이며, 내부 피복층의 상대적 굴절률 Δn2은 -0.14%보다 작거나 같고, 상기 함몰형 내부 피복층 중의 불소 함량은 1-3wt%이며, 함몰형 내부 피복층의 상대적 굴절률 Δn3은 -0.25% 보다 작거나 같고, 상기 보조형 외부 피복층 중의 불소 함량은 0.5-2wt%이며, 보조형 외부 피복층의 상대적 굴절률 Δn4은 -0.14% 보다 작거나 같고, 상기 외부 피복층은 금속이 도핑된 이산화규소 유리층이며, 상기 내부 피복층의 반지름 r2은 10 ~ 14 μm이고, 상기 함몰형 내부 피복층의 반지름 r3은 12.5 ~ 17 μm이며，상기 보조형 외부 피복층의 반지름 r4은 40 ~ 50 μm이고, 상기 외부 피복층의 지름은 125 μm인 것을 특징으로 하는 도핑 최적화된 최저 감쇠 단일 모드 광섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 피복층 중의 금속이 도핑된 금속 불순물은 알루미늄과 알칼리 금속을 포함하고, 금속 불순물의 총 함량은 25 ppm보다 작거나 같으며, 알루미늄 함량은 1-18 ppm이고, 알칼리 금속 총 함량은 2 ppm보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 도핑 최적화된 최저 감쇠 단일 모드 광섬유.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 알칼리 금속은 리튬, 나트륨, 칼륨 중의 하나 또는 몇가지인 것을 특징으로 하는 도핑 최적화된 최저 감쇠 단일 모드 광섬유.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 불순물은 철, 칼슘, 마그네슘, 티타늄 중의 하나 또는 여러가지를 포함하는 것을 특징으로 하는 도핑 최적화된 최저 감쇠 단일 모드 광섬유.
  5. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코어층의 반지름 r1은 4.0 ~ 6.0 μm인 것을 특징으로 하는 도핑 최적화된 최저 감쇠 단일 모드 광섬유.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코어층의 상대적 굴절률 Δn1은 0.12% ~ -0.08%이고, 상기 내부 피복층의 상대적 굴절률 Δn2은 -0.14% ~ -0.35%이며, 상기 함몰형 내부 피복층의 상대적 굴절률 Δn3은 -0.25% ~ -0.75%이고, 상기 보조형 외부 피복층의 상대적 굴절률 Δn4은 -0.14% ~ -0.56%인 것을 특징으로 하는 도핑 최적화된 최저 감쇠 단일 모드 광섬유.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    1550 nm 파장에서의 상기 광섬유의 감쇠 계수는 0.175 dB/km 보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 도핑 최적화된 최저 감쇠 단일 모드 광섬유.
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