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KR20130117839A - 단일모드 광섬유 - Google Patents

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KR20130117839A
KR20130117839A KR1020137019551A KR20137019551A KR20130117839A KR 20130117839 A KR20130117839 A KR 20130117839A KR 1020137019551 A KR1020137019551 A KR 1020137019551A KR 20137019551 A KR20137019551 A KR 20137019551A KR 20130117839 A KR20130117839 A KR 20130117839A
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cladding
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optical fiber
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radius
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수우 처언
웨이쥔 투웅
센웬엔 니이
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양쯔 옵티컬 파이버 앤드 케이블 컴퍼니 리미티드
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Abstract

일종의 광섬유 통신 시스템에 사용되는 저감쇄 단일모드 광섬유는 코어층과 클래딩을 포함한다. 코어층의 상대 굴절률 차이 △1의 범위는 -0.1% 내지 +0.1%이고, 반경 R1의 범위는 4.0㎛ 내지 6.0이며, 코어층 외측을 감싸는 3개의 클래딩을 구비한다. 제1 클래딩은 코어층을 긴밀하게 감싸고, 그 상대 굴절률 차이 △2의 범위는 -0.2% 내지 -0.6%이며, 반경 R2의 범위는 10㎛ 내지 22㎛이다. 제2 클래딩은 제1 클래딩을 긴밀하게 감싸고, 그 상대 굴절률 차이 △3는 △2보다 작으면서 또한 제1 클래딩의 상대 굴절률 차이, 반경과 제2 클래딩의 상대 굴절률 차이, 반경에는 다음과 같은 수치 관계가 존재하여: V=(△2-△3)x(R3-R2)라고 설정하면, 즉 V값의 범위는 0.15%㎛ 내지 0.8%㎛이다. 제3 클래딩은 제2 클래딩의 모든 분리층을 긴밀하게 감싸며, 그 각 분리층의 상대 굴절률 차이는 △3보다 크다. 상기 저감쇄 단일모드 광섬유는 굴절률 섹션 설계가 합리적이며, 광섬유의 휨 저항성능을 진일보 향상시켰다.

Description

단일모드 광섬유{SINGLE MODE OPTICAL FIBRE}
본 발명은 일종의 광섬유 통신 시스템에 사용되는 저감쇄 단일모드 광섬유에 관한 것으로서, 상기 광섬유는 개선된 휨 저항성능 및 낮은 광섬유 손실을 지니며, 광통신 기술 분야에 속한다.
단일모드 광섬유는 전송속도가 빠르고, 정보 휴대 용량이 크며, 전송 거리가 멀다는 등의 장점을 지니고 있기 때문에, 이미 광섬유 통신 네트워크의 구축에 대량 응용되고 있다. 광증폭 기술과 파장분할다중 기술이 진일보 발전함에 따라, 광섬유 통신 시스템은 더욱 높은 전송 출력 및 더욱 긴 전송 거리를 향해 지속적으로 발전하고 있다. 광섬유 통신 시스템 중의 중요한 전송 매체로서, 단일모드 광섬유의 관련 성능 지표 역시 광섬유 통신시스템의 실제적인 발전 수요를 만족시키도록 진일보 개선되었다. 광섬유의 감쇄 계수와 유효 면적은 단일모드 광섬유의 두 중요한 성능 지표이다. 광섬유의 감쇄계수가 작을수록, 즉 그것이 휴대하는 광신호의 전송 가능 거리가 더욱 길어지고, 광섬유의 유효면적이 클수록, 즉 비선형 효과가 약해진다. 큰 유효면적은 자기위상변조, 4광파혼합, 교차위상변조 등 비선형 효과를 효과적으로 억제하여 고출력 광신호의 전송 품질을 보장할 수 있다. 저하된 감쇄계수와 증가된 유효면적은 광섬유 통신 시스템 중의 광신호대잡음비(OSNR: optical-signal-to noise ratio)를 효과적으로 향상시켜, 시스템의 전송 품질과 전송 거리를 더욱 향상시킬 수 있다.
광섬유 재질 중, 불균일성으로 인한 빛의 산란은 광섬유의 산란 손실을 구성한다. 그중 광섬유의 레일리 산란은 3가지 산란 메커니즘 중의 하나로서, 선형 산란(즉 광신호의 주파수와 무관하다)이다. 레일리 산란의 특징은 그 크기가 파장의 4차원과 반비례를 이루는 동시에, 그가 일으키는 손실은 도핑 재료의 종류 및 농도와 관련이 있다. 일반적으로, 도핑 재료의 농도가 낮을수록, 레일리 산란이 일으키는 손실은 작아진다. 순수 실리카 코어광섬유는 바로 코어층 부분에 어떠한 도핑도 없는(즉 순수 이산화규소 석영 유리) 광섬유이다. 이론적으로 순수 실리카 코어 광섬유의 레일리 산란은 순석영 유리 재료의 고유한 레일리 산란에 매우 가깝기 때문에 광섬유의 감쇄 계수를 뚜렷하게 낮출 수 있다고 알려져 있다. 동시에 코어 직경과 클래딩의 불소 도핑 농도 등 파라미터의 최적화를 통해 광섬유가 더욱 큰 유효면적을 갖게 된다. 그런데, 일반적으로 비교적 큰 유효면적은 광섬유의 벤딩 손실을 뚜렷하게 증가시킬 수 있으며(광섬유의 매크로 벤딩 손실과 마이크로 벤딩 손실 포함), 특히 장파장 영역에서 그러하다. 광섬유의 케이블 제조 과정 또는 실제 부설 및 사용 과정에서, 만약 광섬유의 휨 저항 성능이 요구를 만족시키지 못할 경우, 신호의 손실이 커지게 될 것이며, 신호의 전송 품질을 보장할 수 없게 된다.
미국특허 US6917740에서는 재료 점도 부정합이 개선된 순수 실리카 코어 단일모드 광섬유 및 그의 제조방법을 설명하였다. 코어층에 염소(Cl) 및 불소(F)를 도핑하여 코어와 클래딩의 유리화 전이 온도 Tg의 차이값을 200 ℃이내로 축소시켜 광섬유의 감쇄 성능을 최적화하였다. 상기 특허는 광섬유의 휨 성능에 대한 연구와 개선은 다루지 않았으며, 광섬유의 광학 전송 성능도 다루지 않았다.
미국특허 US6449415는 코어층 염소(Cl) 도핑의 상대 굴절률 차이가 양의 값이고, 클래딩 불소(F) 도핑의 상대 굴절률 차이가 음의 값인 광섬유를 공개하였으며, 또한 상기 광섬유는 내부 클래딩이 함몰 클래딩(depressed cladding)인 구조를 갖는다고 공개하였다. 코어층에 불소가 도핑된 재료는 광섬유 코어 클래딩 재료의 부정합을 효과적으로 낮추고, 와이어 드로잉 과정에서 발생하는 부가 응력을 감소시킬 수 있는 동시에, 내부 클래딩이 함몰 클래딩 구조이므로 광섬유의 벤딩 성능을 개선할 수 있다. 그런데 함몰 클래딩의 구조로 벤딩 성능을 개선하는 능력에는 한계가 있는 동시에, 광섬유의 기타 광학 파라미터, 예를 들어 광섬유의 모드필드 직경과 차단 파장 등에 영향을 줄 수 있다. 또한 외부 클래딩 파라미터의 설계가 불합리한 경우, 내부 함몰 클래딩 구조는 LP01 모드의 누설 문제(즉 단일모드 광섬유의 감쇄계수가 장파장 영역에서 급격하게 상승하는 문제)를 야기시킬 가능성이 있다.
미국특허 US6947650에서는 불소 도핑 함몰 클래딩을 갖는 순수 실리카 코어 광섬유를 제시하였는데, 그 함몰 클래딩의 직경 D과 코어 d의 직경 비 D/d는 약 8.5이고, 범위는 10 미만이다. 그 광섬유의 작업 파장 λop과 차단 파장 λcut의 비율 범위는 1.0과 1.2 사이이다. 상기 특허는 광섬유의 감쇄와 휨 등의 성능은 설명하지 않았다.
일반적으로, 후술하는 방법을 통해 광섬유의 벤딩 성능을 개선할 수 있는데, 하나는 광섬유의 MAC값(즉 광섬유 모드필드 직경과 차단 파장의 비율) 변경을 통해 실현되며, MAC값이 작을수록, 광섬유의 휨 저항성능이 좋아진다. 그런데 모드필드 직경의 감소는 유효면적의 감소를 초래할 수 있는 동시에, 광섬유의 차단파장은 반드시 작업 파장보다 작아야 단일모드의 작업 특성을 보장할 수 있다. 따라서 광섬유의 MAC값 변경을 통해 광섬유의 벤딩 성능을 개선하는 여지에는 한계가 있다. 두 번째는 내부 클래딩이 함몰 클래딩인 이중 클래딩 구조를 통해 벤딩 성능을 개선하는 것이다. 그러나 함몰 클래딩은 광섬유의 'LP01 모드 누설' 현상을 일으킬 가능성이 있다. 세 번째는 광섬유의 내부 클래딩 외측에 해자와 유사한 함몰 클래딩(trench)을 한 층 추가하여 비교적 큰 모드필드 직경을 보장하는 동시에, 광섬유의 벤딩 성능을 개선시키는데, 이 방법은 벤딩이 민감하지 않은 단일모드 광섬유(즉 G.657 광섬유)에서 보편적으로 응용되고 있다. 예를 들어 중국특허 CN101598834A, 미국특허 US7450807 및 유럽특허 EP1978383 등이 있다. 순수 실리카 코어 광섬유에 해자와 유사한 함몰 클래딩(trench)을 이용하여 상기 광섬유의 벤딩 성능을 진일보 개선한 관련 특허 또는 문헌 보고는 아직 발견하지 못하였다.
일반적으로 도핑제는 석영 유리의 상대 굴절률 차이를 변경할 수 있다. 게르마늄(Ge), 염소(Cl), 인(P) 등 도핑제는 도핑 후의 석영 유리의 상대 굴절률 차이를 양의 값이 되게 할 수 있어, 이를 'P형 도핑제'라고 칭하고, 불소(F), 붕소(B) 등 도핑제는 도핑 후의 석영 유리의 상대 굴절률 차이가 음의 값이 되게 할 수 있어, 이를 'N형 도핑제'라고 칭한다. 만약 'P형 도핑제'와 'N형 도핑제'를 동시에 사용하여 석영 유리에 대한 도핑을 실시할 경우, 도핑 후의 석영 유리의 상대 굴절률 차이는 양의 값 또는 음의 값, 또는 0일 수 있다.
본 발명의 내용을 소개하기 위하여 이하 용어를 정의한다.
굴절률 섹션: 광섬유 중 유리 굴절률과 그 반경 간의 관계이다.
상대 굴절률 차이:
Figure pct00001
ni과 n0은 각각 대응되는 부분의 굴절률과 순수 이산화규소 석영 유리의 굴절률이다.
불소(F)의 기여량: 순수 이산화규소 석영유리에 상대되는 불소(F) 도핑 석영 유리의 상대 굴절률 차이(△F)로 불소(F) 도핑량을 표시한다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술문제는 상기 종래 기술에 존재하는 단점에 착안하여, 굴절률 섹션의 설계가 합리적이고, 광섬유의 휨저항성이 진일보 향상된 저감쇄 단일모드 광섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 단일모드 광섬유의 기술방안은 아래와 같다.
코어와 클래딩층을 포함하며, 코어의 상대 굴절률 차이 △1 범위는 -0.1% 내지 +0.1%이며, 반경 R1의 범위는 4.0㎛ 내지 6.0㎛이며, 코어층 외측을 감싸는 3개의 클래딩을 구비한다. 제1 클래딩은 코어층을 긴밀하게 감싸고, 그 상대 굴절률 차이 △2의 범위는 -0.2% 내지 -0.6%이며, 반경 R2의 범위는 10㎛ 내지 22㎛이다. 제2 클래딩은 제1 클래딩을 긴밀하게 감싸고, 그 상대 굴절률 차이 △3는 △2보다 작으면서 또한 제1 클래딩의 상대 굴절률 차이, 반경과 제2 클래딩의 상대 굴절률 차이, 반경에는 다음과 같은 수치 관계가 존재한다. V=(△2-△3)x(R3-R2)라고 설정하면, 즉 V값의 범위는 0.15%㎛ 내지 0.8%㎛이다. 제3 클래딩은 제2 클래딩의 모든 분리층을 긴밀하게 감싸며, 그 각 분리층의 상대 굴절률 차이는 △3보다 크다.
상기 방안에 따르면, 상기 제2 클래딩의 상대 굴절률 차이 △3의 범위는 -0.3% 내지 -0.7%이고, 반경 R3의 범위는 13㎛ 내지 27.5㎛이다. 제3 클래딩 최외층의 분리층 반경은 R4로서, R4의 범위는 36㎛ 내지 63㎛이다.
상기 방안에 따르면, 상기 코어층은 불소(F) 도핑된 석영 유리 또는 불소 및 기타 도핑제가 첨가된 석영 유리로 구성되며, 코어층 불소(F)의 기여량 △F은 -0.1% 내지 0%이다.
상기 방안에 따르면, 상기 제1 클래딩은 불소(F) 도핑된 석영 유리로 구성되며, 제1 클래딩의 반 경R2과 코어층의 반경 R1의 비율 R2/R1은 2 내지 4이고, 그 상대 굴절률 차이 △2와 코어층의 상대 굴절률 차이 △1의 차이값(△1-△2)은 0.3% 내지 0.45%이며, 상기 제2 클래딩은 불소(F) 도핑된 석영 유리로 구성되며, 그 상대 굴절률 차이 △3는 기타 클래딩보다 작다.
상기 방안에 따르면, 상기 제3 클래딩은 하나의 분리층으로서, 불소 또는 기타 도핑제가 첨가된 석영 유리층이며, 그 상대 굴절률 차이 △4의 범위는 -0.25% 내지 -0.45%이다. 또한, 제 3 클래딩은 두개의 분리층으로서, 내부 분리층은 불소 도핑층이며, 그 상대 굴절률 차이 △4의 범위는 -0.25% 내지 -0.45%이며, 반경 범위는 36㎛ 내지 54㎛이며, 외부 클래딩은 순수 실리카 분리층으로, 상대 굴절률 차이는 0%이다.
상기 방안에 따르면, 상기 광섬유는 1550nm 파장 부위의 감쇄 계수가 0.180dB/km보다 작거나 또는 같다.
상기 방안에 따르면, 상기 광섬유는 1550nm 파장 부위에서의 모드필드 직경은 10㎛ 내지 13㎛이다.
상기 방안에 따르면, 상기 광섬유는 1530nm보다 작거나 같은 광케이블 차단파장을 가진다. 1550nm 파장 부위에서, 10mm의 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.5dB보다 작거나 같다. 15mm의 곡률반경으로 10바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.2dB보다 작거나 같다. 1625nm 파장부위에서, 10mm의 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 1.0dB보다 작거나 같다. 15mm의 곡률반경으로 10바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.8dB보다 작거나 같다.
상기 방안에 따르면, 상기 광섬유는 1700nm에서 마이크로 벤딩 손실은 0.8dB/km보다 작거나 또는 같다.
상기 발명의 유익한 효과는 아래와 같다.
1. 최소 상대 굴절률 차이를 갖는 제2 클래딩은 효과적으로 광신호를 코어에 구속하여 전파를 실시하는 동시에 벤딩 상태에서, 광신호가 외부로 누설되는 것을 효과적으로 방지하여 광섬유의 매크로 벤딩성능과 휨저항성능을 포함하는 광섬유의 휨저항성능을 보장할 수 있다. 광섬유의 모드필드 직경이 확대된 후에는 그 유효 면적 역시 따라서 증가하는데, MAC값이 증가함에 따라 그 휨저항 성능은 악화된다. 제2 클래딩은 광섬유가 비교적 큰 유효 면적을 가질 수 있게 하는 동시에, 양호한 벤딩 성능을 여전히 유지할 수 있도록 함으로써 케이블 제조 후 광섬유를 실제로 응용하는 동안의 성능을 보장할 수 있다.
2. 코어층에 적어도 불소가 도핑되어, 코어층 재료의 점도를 저하시켜, 코어층과 클래딩의 점도가 부정합되는 상황이 따라서 개선되며, 와이어 드로잉 후 광섬유 내부의 잔여 응력이 감소되어 광섬유의 감쇄 성능을 개선하기에 유리하다.
3. 제3 클래딩의 불소 도핑층의 불소(F) 도핑 기여량 △F가 -0.25%보다 작아, 'LP01 모드 누설' 현상이 나타나는 것을 방지하며, 그 점도가 제2 클래딩보다 크기 때문에 비교적 높은 점도의 제3 클래딩 재료는 와이어 드로잉 시 비교적 큰 비율의 와이어 드로잉 장력을 지탱할 수 있어, 와이어 드로잉 장력으로 인한 응력이 코어 부분에 집중되어 광섬유 감쇄가 증가하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 보통 코어층에 게르마늄이 도핑된 정합 클래딩 단일모드 광섬유의 굴절률 섹션도; 그중 01에 대응되는 점선은 순석영 유리의 상대 굴절률 차이(즉 그 값은 0%이다)
도 2는 순수 실리카 코어 광섬유의 굴절률 섹션도; 점선은 광섬유에 함유된 내부 클래딩이 함몰 클래딩(depressed cladding)인 구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예 따른 지름방향 단면도; 도면 중 00은 광섬유의 코어층에 대응되고, 10은 광섬유의 제1 클래딩에 대응되며, 20은 광섬유의 제2 클래딩에 대응되며, 30은 광섬유의 제3 클래딩에 대응된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 따른 지름방향 단면도; 도면 중 301은 제3 클래딩 중 내측에 인접한 불소 도핑층에 대응되고, 302는 외측에 인접한 순수 실리카층에 대응된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절률 섹션도;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 굴절률 섹션도;
도 7은 본 발명의 제 11 실시예에 따른 굴절률 섹션도;
도 8은 본 발명의 제 11 실시예에 따른 불소(F) 도핑 섹션도;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 마이크로 벤딩 손실 스펙트럼;
도 10은 순수 실시카 코어 광섬유의 하나의 마이크로 벤딩 손실 스펙트럼 실질적인 예.
이하, 상세한 실시예를 제공하여 본 발명에 대하여 더 구체적으로 설명한다.
코어층과 클래딩을 포함하며, 코어층 00은 불소(F) 도핑된 석영 유리 또는 불소 및 기타 도핑제가 첨가된 석영 유리로 구성된다. 코어층 외부에 3개의 클래딩이 감싸진다. 제1 클래딩(10)은 코어층을 긴밀히 감싸며, 불소(F) 도핑된 석영 유리로 구성된다. 제2 클래딩(20)은 제1 클래딩을 긴밀히 감싸고, 제2 클래딩은 불소(F) 도핑된 석영 유리로 구성되며, 그 상대 굴절률 차이 △3는 기타 클래딩보다 작다. 제3 클래딩(30)은 제2 클래딩을 긴밀하게 감싸는 모든 분리층이며, 그 각 분리층들의 상대 굴절률 차이는 △3보다 크다. 제3 클래딩 최외층의 분리층 반경은 R4로서, R4의 범위는 36㎛ 내지 63㎛이다. 상기 제3 클래딩은 하나의 분리층일 수 있어, 불소 또는 기타 도핑제가 첨가된 석영 유리층이거나, 또는 제3 클래딩은 두 개의 분리층일 수 있어, 내부 분리층은 불소 도핑층(301)으로서, 반경범위가 36㎛ 내지 54㎛이며, 외측 분리층은 순수 실리카 분층(302)으로서, 즉 상대 굴절률 차이는 0%이다.
상기 단일모드 광섬유의 기술방안에 따르면, 그 규정된 범위 내에서 광섬유의 파라미터를 설계하고, 유리가 숙지하는 PCVD 공정, MCVD 공정, OVD 공정 또는 VAD 공정 등 모재 공정을 통해 광섬유의 설계 요구에 따라 코어를 제조하며, 케이싱 파이프 공정, OVD 공정 또는 VAD 공정 등 아웃소싱 공정을 통해 전체 모재의 제조를 완료한다. PCVD 공정은 고농도의 불소(F) 도핑을 실시할 때 어느 정도의 경쟁력이 있다.
드로잉 광섬유의 굴절률 섹션은 NR-9200 장치(EXFO)를 사용하여 측정하였으며, 광섬유의 굴절률 섹션 및 도핑 재료의 주요 파라미터는 표 1와 표 2에 도시된 바와 같다.
매크로 벤딩 부가 손실 테스트 방법은 IEC 60793-1-47에 규정된 방법을 참고하였으며, 파장이 길수록 벤딩에 더욱 민감해지기 때문에, 주로 광섬유의 1550nm과 1625nm 파장 부위의 벤딩 부가 손실을 측정하여 광섬유의 전 파장구간 범위 내(특히 L 파장구간)에서의 벤딩 민감성을 정확하게 평가하였다. 광섬유를 일정한 직경에 맞춰 1바퀴 또는 10바퀴 감은 후 서클을 내려놓고, 서클 전후의 광출력의 변화를 측정하며, 이를 광섬유의 매크로 벤딩 손실로 간주하였다.
마이크로 벤딩 손실 측정 방법은 IEC TR 62221-2001 중에 규정된 Method B의 방법을 참조하였다. 장파장이 벤딩에 더욱 민감하기 때문에, 측정 파장 범위는 1300nm~1700nm이며, 또한 1550nm 이상의 파장에서 광섬유의 마이크로 벤딩 손실 크기를 중점적으로 주목하였다.
드로잉 광섬유의 주요 성능 파라미터는 표 3에 도시된 바와 같다.
실시예에서 V값과 (△1-△2)값이 광섬유의 벤딩 성능에 뚜렷한 영향을 미치는 것을 볼 수 있으며, 번호 5와 6 및 번호 3과 4의 실시예가 반영하는 상황과 같이, 더욱 큰 V값과 (△1-△2)값은 광섬유가 더욱 우수한 휨저항 성능을 지닌다는 것을 의미한다. 코어층 중 불소(F)의 기여량은 광섬유의 감쇄 성능에 영향을 줄 수 있으며, △1이 일정값인 상황에서, 코어층 중 불소(F)의 기여량이 만약 증가한다면, 코어층 중 'P형 도핑제'의 농도가 △1이 불변함을 유지하도록 상응하게 증가하여야 한다는 것을 의미한다. 번호 1과 2의 실시예에 반영된 상황과 같이, 도핑제 농도의 증가는 코어층 재료의 점도를 더욱 낮추어 줌으로써 코어층과 클래딩 재료의 점도 정합도를 향상시켜 광섬유 감쇄 성능을 개선하기에 유리하다. 번호 7, 8, 9의 실시예에 반영된 상황과 같이, 제3 클래딩의 불소(F) 기여량 △F는 광섬유의 감쇄 성능에도 영향을 미친다. 더욱 큰 불소 도핑 농도는 불소 도핑층의 상대 굴절률 차이를 더욱 저하시켜 광섬유의 'LP01모드 누설' 현상을 한 단계 더 방지하기에 유리하다. 그러나 더욱 큰 불소 도핑 농도는 또한 상기 클래딩의 점도가 더욱 낮아질 수 있음을 의미하기도 하며, 이럴 경우 상기 클래딩이 와이어 드로잉 과정에서 와이어 드로잉 장력을 부담하기 불리하여 광섬유 코어 부분에 더욱 많은 응력이 집중될 수 있어 감쇄에 불리한 영향을 줄 수 있다. 따라서 제3 클래딩의 불소 도핑량 크기를 종합적으로 고려해야 한다. 이와 동시에, 만약 제3 클래딩에 내부쪽에 가까운 불소 도핑층과 외측에 가까운 순수 실리카층이 포함되는 경우, 외측에 가까운 순수 실리카층의 위치를 고려하여 상기 분리층이 광섬유의 'LP01모드 누설'을 일으키지 않도록 하여야 하는 동시에, 충분한 두께를 유지하여 와이어 드로잉 과정에서 일부 드로잉 장력을 지탱하여 응력이 광섬유 코어 부분에 집중되는 것을 방지하여야 한다. 번호가 10, 11, 12인 실시예에서, 광섬유의 제3 클래딩은 내측에 가까운 불소도핑층과 외측에 가까운 순수 실리카층으로 나뉘는데, 표 3의 데이터를 보면, 외측에 가까운 순수 실리카층에 소재하는 고리의 내경 D4*가 충분히 클 때, 광섬유의 'LP01모드 누설' 현상을 피할 수 있는 동시에, 상기 층의 재료는 일부 드로잉 장력을 효과적으로 지탱할 수 있어, 이와 같이 응력이 광섬유의 코어 부분에 뚜렷하게 집중되지 않아 광섬유의 감쇄 성능이 개선된다.
실험에서, 본 발명의 기술방안에 따라 제조되는 광섬유는 1550nm 부위에서 모드필드 직경이 10㎛이상에 이를 수 있으며, 광케이블 차단파장은 1530nm 이하임이 보장되고, 1550nm 부위의 감쇄 계수는 0.180dB/km 이하임이 보장되며, 또한 광섬유는 양호한 매크로 휨 저항 성능과 마이크로 휨 저항 성능을 포함하는 양호한 휨 저항 성능을 구비하여, 광섬유는 1550nm 파장 부위에서, 10mm의 곡률반경으로 1바퀴 감은 벤딩 부가 손실이 0.5dB보다 작거나 같다. 15mm 곡률반경으로 10바퀴 감은 경우 벤딩부가 손실은 0.2dB보다 작거나 같다. 1625nm 파장 부위에서, 10mm의 곡률반경으로 1바퀴 감은 경우 베딩 부가 손실은 1.0dB보다 작거나 같다. 15mm의 곡률반경으로 10바퀴 감은 경우 벤딩 부가 손실은 0.8dB보다 작거나 같다. 동시에 1700nm에서의 광섬유의 벤딩 부가 손실은 0.8dB/km보다 작다.
표 1: 광섬유의 구조와 재료 조성

번

호
코어층
제1 클래딩
제2 클래딩
제3 클래딩

반경
R1(㎛)
상대
굴절률
차이
△1(%)
F의
기여도
△F(%)
반경
R2(㎛)
상대
굴절률
차이
△2(%)
R2/R1
△1-△2
반경
R3(㎛)
상대
굴절률
차이
△3(%)
V값
(%㎛)
반경
R4(㎛)
상대
굴절률
차이
△4(%)

1
4.1
-0.02
-0.06
12.8
-0.38
3.1
0.36
17
-0.53
0.63
52.4
-0.28

2
4
-0.03
-0.11
13
-0.4
3.3
0.37
14
-0.54
0.14
42.1
-0.3

3
5
0.01
-0.03
10
-0.36
2.0
0.37
13
-0.55
0.57
55.6
-0.25

4
4.9
0.05
-0.04
11.5
-0.37
2.3
0.42
23
-0.61
2.76
62.3
-0.27

5
5.8
0.03
-0.05
20
-0.36
3.4
0.39
25
-0.49
0.65
62.2
-0.35

6
5.5
0.01
-0.06
21
-0.38
3.8
0.39
23
-0.48
0.20
62.7
-0.35

7
4.8
-0.03
-0.07
14
-0.39
2.9
0.36
20
-0.57
1.08
62.3
-0.25

8
4.7
-0.02
-0.07
12
-0.4
2.6
0.38
19
-0.63
1.61
62.5
-0.3

9
4.9
-0.03
-0.07
14
-0.41
2.9
0.38
20
-0.54
0.78
62.4
-0.35

13
5.2
-0.10
-0.10
17
-0.42
3.3
0.31
30
-0.48
0.78
62.3
-0.33

14
4.3
-0.03
-0.09
18
-0.48
4.2
0.45
28
-0.73
2.50
62.5
-0.29
표 2: 광섬유의 구조와 재료 조성

번

호
코어층
제1 클래딩
제2 클래딩
제3 클래딩

반경
R1
(㎛)
상대
굴절률
차이
△1(%)
F의
기여도
△F(%)
반경
R2
(㎛)
상대
굴절률
차이
△2(%)
R2/R1
△1-△2
반경
R3
(㎛)
상대
굴절률
차이
△3(%)
V값
(%㎛)
D4＊
(㎛)
D4
(㎛)
상대
굴절률
차이
D4＊
(%)

10
4.9
0.01
-0.06
13.5
-0.38
2.76
0.39
17
-0.44
0.21
80
124.8
-0.29

11
4.8
-0.02
-0.07
13
-0.4
2.71
0.38
16
-0.47
0.21
90
125
-0.3

12
5
-0.01
-0.07
13.4
-0.41
2.68
0.40
17
-0.47
0.22
108
124.9
-0.3
주의사항 1: D4*는 제3 클래딩 중 내측쪽 불소 도핑 분리층의 직경을 나타내고, D4는 제3 클래딩 중 최외층의 순수 실리카 분리층의 직경을 나타낸다.
주의사항 2: △4*는 제3 클래딩 중 내측쪽 불소도핑 분리층의 상대 굴절률 차이이다.
표 3: 광섬유의 주요 성능 파라미터


번

호
모드필드직경
(㎛)
＠1550
nm
광케이블
차단파장
(nm)
광섬유
직경
(㎛)
감쇄계수
(dB/km)
＠1550nm
마이크로벤딩
손실
(dB/km)
＠1700nm
1550nm 부위의
벤딩 부가손실
(dB/바퀴)
1625nm 부위의
벤딩 부가손실
(dB/바퀴)

R10mm
R15mm
R10mm
R15mm

1
10.2
1230
124.8
0.177
0.7
0.4
0.015
0.68
0.06

2
10.1
1220
124.2
0.172
0.68
0.41
0.014
0.66
0.05

3
11.2
1340
125.2
0.176
0.6
0.23
0.01
0.35
0.035

4
11.3
1335
124.6
0.175
0.45
0.13
0.006
0.25
0.02

5
12.7
1525
124.4
0.175
0.4
0.18
0.011
0.36
0.03

6
12.1
1500
125.4
0.174
0.2
0.08
0.003
0.14
0.007

7
11.3
1295
124.6
0.177
0.4
0.22
0.011
0.33
0.03

8
11.2
1280
125
0.173
0.35
0.21
0.01
0.32
0.028

9
11.4
1310
124.8
0.176
0.32
0.2
0.009
0.31
0.025

10
11.5
1320
124.8
0.175
0.5
0.3
0.013
0.6
0.026

11
11.4
1300
125
0.172
0.48
0.28
0.01
0.48
0.02

12
11.6
1340
124.9
0.174
0.52
0.25
0.009
0.4
0.018

13
11.4
1300
124.6
0.177
0.32
0.11
0.002
0.18
0.007

14
10.3
1285
125
0.176
0.4
0.18
0.009
0.23
0.01

Claims (10)

  1. 일종의 단일모드 광섬유에 있어서,
    코어층과 클래딩을 포함하되,
    상기 코어층의 상대 굴절률 차이 △1 범위는 -0.1% 내지 +0.1%이고, 반경 R1의 범위는 4.0 ㎛내지 6.0㎛이며, 상기 코어층 외측을 감싸는 3개의 클래딩을 구비하며, 제1 클래딩은 상기 코어층을 긴밀하게 감싸고, 그 상대 굴절률 차이 △2의 범위는 -0.2%~-0.6%이며, 반경 R2의 범위는 10㎛ 내지 22㎛이며, 제2 클래딩은 상기 제1 클래딩을 긴밀하게 감싸며, 그 상대 굴절률 차이 △3는 △2보다 작으면서 또한 상기 제1 클래딩의 상대 굴절률 차이, 반경과 상기 제2 클래딩의 상대 굴절률 차이, 반경에는 다음과 같은 수치 관계가 존재하여: V=(△2-△3)x(R3-R2)라고 설정하면, 즉 V값의 범위는 0.15%㎛ 내지 0.8%㎛이며, 제3 클래딩은 상기 제2 클래딩의 모든 분리층을 긴밀하게 감싸며, 그 각 분리층의 상대 굴절률 차이는 △3보다 큰 것을 특징으로 하는 일종의 단일모드 광섬유.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 클래딩의 상대 굴절률 차이 △3의 범위는 -0.3% 내지 -0.7%이고, 반경 R3의 범위는 13㎛ 내지 27.5㎛이며, 상기 제3 클래딩 최외층의 분리층 반경은 R4로서, 상기 R4의 범위는 36㎛ 내지 63㎛인 것을 특징으로 하는 일종의 단일모드 광섬유.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 코어층은 불소(F) 도핑된 석영 유리 또는 불소 및 기타 도핑제가 첨가된 석영 유리로 구성되며, 상기 코어층 불소(F)의 기여량 △F은 -0.1% 내지 0%인 것을 특징으로 하는 일종의 단일모드 광섬유.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 클래딩은 불소(F) 도핑된 석영 유리로 구성되며, 상기 제1 클래딩의 반경 R2과 상기 코어층의 반경 R1의 비율 R2/R1은 2 내지 4이며, 그 상대 굴절률 차이 △2와 상기 코어층의 상대 굴절률 차이 △1의 차이값 (△1-△2)은 0.3% 내지 0.45%인 것을 특징으로 하는 일종의 단일모드 광섬유.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제2 클래딩은 불소(F) 도핑된 석영 유리로 구성되며, 그 상대 굴절률 차이 △3는 기타 클래딩보다 작은 것을 특징으로 하는 일종의 단일모드 광섬유.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제3 클래딩은 하나의 분리층으로서, 불소 또는 기타 도핑제가 첨가된 석영 유리층이며, 그 상대 굴절률 차이 △4 의 범위는 -0.25% 내지 -0.45%인 것을 특징으로 하는 일종의 단일모드 광섬유.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제3 클래딩은 두개의 분리층으로서, 내부 분리층은 불소 도핑층이며, 그 상대 굴절률 차이 △4의 범위는 -0.25% 내지 -0.45%이며, 반경 범위는 36㎛ 내지 54㎛이며, 외부 클래딩은 순수 실리카 분리층으로, 상대 굴절률 차이는 0%인 것을 특징으로 하는 일종의 단일모드 광섬유.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 광섬유는 1550nm 파장 부위의 감쇄 계수가 0.180dB/km보다 작거나 같으며, 상기 모드필드 직경은 10㎛ 내지 13㎛인 것을 특징으로 하는 일종의 단일모드 광섬유.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 광섬유는 1530nm보다 작거나 같은 광케이블 차단파장을 가지며, 1550nm 파장 부위에서, 10mm의 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.5dB보다 작거나 같으며, 15mm의 곡률반경으로 10바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.2dB보다 작거나 같으며, 1625nm 파장부위에서, 10mm의 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 1.0dB보다 작거나 같으며, 15mm의 곡률반경으로 10바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.8dB보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 일종의 단일모드 광섬유.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 광섬유는 1700nm에서 마이크로 벤딩 손실은 0.8dB/km보다 작거나 또는 같은 것을 특징으로 하는 일종의 단일모드 광섬유.


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