KR100808354B1 - 저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유 및 그 제조 방법 - Google Patents

저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유의 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유의 제조 방법은, 코어(Core)와, 상기 코어를 감싸는 클래드(Clad)로 이루어진 광섬유 모재를 인선하여, 저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유로 제조하기 위한 방법으로서, (a) 광섬유 모재가 용융로에 의해 고온으로 가열되고, 용융로의 인출구에서 넥다운 인출되는 광섬유가 500mpm 이상의 선속(Vf)으로 인선되는 단계; 및 (b) 광섬유의 인선 경로 상에 구비되는 스핀 인가 장치에 의해, 광섬유에 스핀이 인가되는 단계;를 포함하되, 광섬유에 인가되는 스핀량의 최대값(y)이 다음의 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.
수학식 1
Figure 112006058542127-pat00001
Figure 112006058542127-pat00002
편광모드분산, 저감, 광섬유, 스핀, 최대값

Description

저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유의 제조 방법{Method for manufacturing single mode optical fiber having low polarization mode dispersion}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 광섬유 인선 장치를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 스핀 인가 장치를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 인선 장치를 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 최대 스핀량(y)의 최대값과 인선 속도(Vf)와의 상관 관계를 도시하는 그래프.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코어 및 클래드의 난형도를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코어 및 클래드 간의 이격도를 설 명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 최대 스핀량(y)의 최소값과 수학식의 변수(t)와의 상관 관계를 도시하는 그래프.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 최대 스핀량이 적용된 광섬유의 스핀 함수(Spin Function)를 도시하는 그래프.
<도면의 중요 부분에 대한 부호의 설명>
101...광섬유 모재 102...용융로
103...광섬유 104...코팅 장치
105...스핀 인가 장치 201...코어
202...클래드
본 발명은 저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 광섬유의 편광모드분산(PMD : Polarization Mode Dispersion)을 줄이기 위한 방법 및 이 방법을 통해 제조된 단일모드 광섬유에 관한 것이다.
이론적으로 원형 대칭구조인 단일모드 광섬유는 2개의 독립적이고, 서로 상쇄되는 직교 편광모드를 갖는다. 일반적으로 광섬유를 통해 전파해 나가는 빛의 전기장은 이러한 2개의 편광 고유모드의 선형적인 중첩으로 불 수 있다. 실제 단일모드 광섬유는 대칭적 횡방향 응력 또는 원형 코어의 편심 등의 불완전 요소에 의해 이 두 편광 모드의 상쇄가 발생된다. 이 두 모드는 서로 다른 위상 속도를 가지고 전파되며, 이로 인해 두 편광 모드는 상이한 전파상수(β1 및 β2)로 전파된다. 이러한 전파상수들의 차이를 복굴절(Δβ)이라 하고, 복굴절의 증가는 두 편광 모드의 속도 차이의 증가를 의미한다.
여기서, 두 편광 모드 사이의 차동 시간지연을 편광모드분산(이하, "PMD"로 약칭함)이라고 하는데, PMD는 광섬유를 통하여 전송되는 광의 펄스를 퍼지게 하여 전송 속도 에러율(Bit-Error Rate)을 증가시키게 된다. 따라서, 광섬유를 통한 데이터 전송에서, PMD는 데이터의 용량을 제한하는 주요한 요인으로 작용하며, 신호전송시스템에서, 특히 장거리에 걸쳐 동작하는 광섬유에 있어 바람직하지 못하다.
광섬유의 송ㆍ수신 성능을 보장하기 위해 PMD의 감쇠 및 이에 따른 신호의 분산을 최소화시키는 것이 필수적이며, 가장 바람직한 PMD의 저감 대책으로는 기계적 스트레스 및 난형도(Ovality)없이 균일한 원형 단면을 갖는 광섬유를 제작하는 것인데, 실질적으로 광섬유의 기계적 스트레스 및 난형도를 완벽하게 제거하기는 어렵다.
이러한 광섬유에서의 PMD를 감소시키기 위해, 용융로의 인출구에서 인선되는 광섬유에 비틀림 변형이 발생하도록 한다. 즉, 광섬유에 스핀(Spin)을 가하여, 광섬유를 그 맥동길이(Beat Length)보다 작은 피치로 꼬이게 한다. 그 결과, 광펄스가 광섬유에 전송될 때, 상기 광펄스는 느린 복굴절 축과 빠른 복굴절 축을 번갈아 전파함으로써, 상대적인 지연을 보상하고 펄스 확산을 감소시킨다. 이는 펄스에 대 한 국소적인 유효 굴절률이 두 축상의 평균 굴절률과 같게 하는 것과 등가이고, 상기 평균은 광섬유의 펄스 길이에 걸쳐 적용된다.
광섬유의 PMD는 인선 공정에서 가해지는 스핀에 의해 저감될 수 있으며, 인선 공정에서의 스핀 조건을 최적화하는 방법이 제안되었는데, US 5,298,047 및 US 2005/0172675는 코팅된 광섬유와 접촉하는 가이드 롤러를 인선축에 대해 일정한 각도로 요동(Canting)시키거나, 인선축에 수직한 방향으로 직선 왕복시키는 것에 의해 광섬유에 부여되는 스핀이 일정하지 않은 공간 빈도수(spins/m)를 갖도록 광섬유에 비틀림을 발생시키는 방법을 개시하고 있다.
상기한 종래기술을 도 1 내지 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 광섬유 모재(1)는 용융로(10)에서 충분한 온도로 용융되고, 광섬유 모재(1)의 단면적 감소부분(Neck-Down Portion)으로부터 한가닥의 광섬유(2)로 인출된다. 다음으로, 광섬유는 직경 모니터(11), 코팅장치(12), 코팅 동심성 모니터(13), 경화장치(14) 및 코팅직경 모니터(15)를 통과한다. 이후, 광섬유는 가이드 롤러(16)를 통과하면서 스핀 즉, 광섬유 꼬임이 가해지고, 스핀이 가해진 광섬유는 캡스턴으로 향하게 된다. 이때, 가이드 롤러(16)는 도 2에 도시된 바와 같이, 인선축에 대해 일정한 각도로 기울어진 상태로 요동(Canting)하거나, 도 3에 도시된 바와 같이, 가이드 롤러(16')가 인선축에 대해 수직한 방향으로 직선 왕복운동함으로써 광섬유에 스핀을 제공한다. 이때, 스핀함수는 실질적인 사인함수이거나 진폭 변조 또는 주파수 변조 사인함수이다.
전술한 종래의 PMD 저감을 위한 스핀 인가 방법에서, US 5,298,047은 광섬유에 인가되는 최대 스핀량이 적어도 4 turn/m, 바람직하게는 10 turn/m 내지 20 turn/m 를 초과하도록 기재되어 있다.
그러나, 최대 스핀량이 4 turn/m 이상일 경우, PMD의 저감 효과는 있으나, 광섬유의 떨림 등에 의한 기계적 스트레스(Mechanical Stress)에 의해, 광섬유 외경(Fiber Outer Diameter)이 변이(Fluctuation)되거나, 코팅장치에서의 코팅 공정시 기포(Bubble)가 생성되는 문제점이 있다. 또한, 광섬유 모재의 광학적 비대칭성에 따라 최대 스핀량이 4 turn/m 이하일 경우에도 PMD는 저감된다.
한편, US 2005/0172675는 광섬유에 인가되는 최대 스핀량이 다음의 수학식을 만족하도록 기재되어 있다. 이때, 수학식 중, x는 단위가 % 인 클래드 난형도(Clad Ovality)이고, y는 단위가 turn/m 인 최대 스핀량이다.
Figure 112006058542127-pat00003
그러나, 수학식에서 PMD 저감을 위한 최대 스핀량의 최소값은 클래드 난형도에 대한 펙터(Factor)만을 고려하였다. 즉, 광섬유 모재의 광학적 비대칭 정도를 결정짓는 다른 변수 예컨대, 코어 난형도(Core Ovality) 및 이격도(ECC, Eccentricity)를 포함하는 펙터를 고려하지 않았다.
PMD는 광섬유의 코어(Core) 및 클래드(Clad)의 물성차와, 인선 공정에서의 장력 등에 의해 증가 또는 감소된다. 더구나, 인선 공정에서 발생되는 클래드 및 코어의 중심 편차인 이격도와, 클래드 난형도에 비해 실질적으로 5 내지 6배 이상 의 값을 갖게 되는 코어 난형도는 스핀 조건을 결정짓는 중요한 펙터임에도 불구하고 종래에는 전혀 고려되지 않음으로써, 소망하는 PMD의 저감 효과를 획득할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 광섬유의 인출 공정에서 인가되는 최대 스핀량을 최적화함으로써, 광섬유의 편광모드분산 특성을 향상시키는 저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유의 제조 방법은, 코어(Core)와, 상기 코어를 감싸는 클래드(Clad)로 이루어진 광섬유 모재를 인선하여, 저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유로 제조하기 위한 방법으로서, (a) 상기 광섬유 모재가 용융로에 의해 고온으로 가열되고, 상기 용융로의 인출구에서 넥다운 인출되는 광섬유가 500mpm 이상의 선속(Vf)으로 인선되는 단계; 및 (b) 상기 광섬유의 인선 경로 상에 구비되는 스핀 인가 장치에 의해, 상기 광섬유에 스핀이 인가되는 단계;를 포함하되, 상기 광섬유에 인가되는 스핀량의 최대값(y)이 다음의 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.
수학식 1
Figure 112006058542127-pat00004
Figure 112006058542127-pat00005
(수학식 중, y는 최대 스핀량[turn/m]이고, Vf는 인선속도[mpm]이고, CladOval은 클래드 난형도[%]이고, CoreOval은 코어 난형도[%]이고, ECC는 이격도[㎛]이다.)
본 발명에 있어서, 상기 스핀 인가 장치는 인선축에 대하여 시계 방향 및 반시계 방향으로 요동(Canting)하면서 광섬유에 양방향으로 스핀을 인가한다.
바람직하게, 상기 스핀량의 최대값(y)은 광섬유가 1310㎛ 파장에서 0.5ps/km1/2 이하의 편광모드분산값을 갖도록 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제조 방법으로 제조된 저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유를 제공한다.
바람직하게, 상기 광섬유의 1310㎛ 파장에서의 편광모드분산값은 0.5ps/km1 /2 이하의 값을 만족한다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따러서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 저감된 편광모드분산(Polarization Mode Dispersion, 이하 "PMD"로 약칭함)을 갖는 단일모드 광섬유의 제조는 인선 경로 상에 구비된 스핀 인가 장치를 통해서 광섬유에 스핀(Spin)을 부여함으로써 이루어지는데, 도 4를 참조로 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 광섬유 제조 장치는 광섬유 모재(101)를 용융시켜 나(裸)광섬유(103)로 인출하는 용융로(Furance)(102), 상기 용융로(102)의 인출구에서 인선(Drawing)된 나광섬유(103)를 피복 코팅하는 코팅 장치(104) 및 상기 코팅 장치(104)를 통해서 피복 코팅된 광섬유에 스핀을 인가하는 스핀 인가 장치(105)를 포함한다.
상기 용융로(102), 코팅 장치(104) 및 스핀 인가 장치(105)는 인출 타워상에 순차적으로 장착되는데, 도 4에는 도시되지 않았지만, 상기 용융로(102) 및 코팅 장치(104) 사이에는 나광섬유(103)의 직경을 제어하는 직경 제어 장치 및 상기 나광섬유(103)를 냉각하는 냉각 장치가 순차적으로 장착되고, 상기 코팅 장치(104) 및 스핀 인가 장치(105)의 사이에는 코팅된 피복을 경화시키는 자외선 경화 장치가 장착될 수 있다. 또한, 상기 스핀 인가 장치(105)의 하부에는 일정한 인선 속도로 광섬유를 인출하는 캡스턴 및 상기 광섬유를 권취하는 권취 보빈이 순차적으로 배치된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 광섬유 모재(101)는 용융로(102)에서 고온으로 가열되어, 연화된 광섬유 모재(101)의 넥다운(Neck-Down) 지점(A)으로부터 나광섬유(103)로 인선(Drawing)되고, 상기 나광섬유(103)는 코팅 장치(104)에 의해 피복 코팅되며, 상기 피복 코팅된 광섬유는 스핀 인가 장치(105)를 통과하면서 스핀이 인가된 광섬유로 가공된다. 여기서, 상기 스핀 인가 장치(105)는 광섬유의 인선 경로 상에 구비되어 시계 방향(Clockwise) 또는 반시계 방향(Counterclockwise)으로 회전함과 동시에 인선축에 대해 일정한 각도로 요동(Canting)하거나, 인선축에 대해 수직한 방향으로 직선 운동하여 광섬유에 스핀을 인가한다.
이때, 상기 넥다운 지점(A)으로부터 인선되는 나광섬유(103)의 선속이 500 mpm(meters per minute) 미만일 경우, 광섬유의 생산성이 저하되는 제조상의 문제점이 발생하므로, 상기 스핀 인가 장치(105)를 통해서 광섬유에 인가되는 선속은 대구경 광섬유의 생산성을 고려하여 500 mpm 이상의 선속으로 일정하게 유지되어야 한다.
본 발명의 실시예에서, 하기의 표 1은 1400 mpm 및 1800 mpm의 선속으로 인선되는 광섬유에 소정값의 최대 스핀량을 인가하였을 경우, 상기 광섬유의 PMD 저감 및 제조 오류의 상태를 나타낸 실험 데이터이다. 이때, 표 1에 표기된 "O"는 1310㎛ 파장에서의 PMD값이 0.5ps/km1 /2 이하이고, 광섬유의 떨림 현상 및 코팅 버블이 없는 정상 상태를 나타낸다.
비고 y(turn/m) Vf(mpm) PMD 저감 상태 제조 상태
실시예 1 1.5 1400 X O
실시예 2 9.0 1400 O O
실시예 3 20.0 1400 O X
실시예 4 1.5 1800 O O
실시예 5 13.0 1800 O O
실시예 6 15.0 1800 O X
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 광섬유의 선속이 1400 mpm 이고, 최대 스핀량이 9 turn/m 이하인 조건의 실시예 1 및 실시예 2는 제조 상태의 오류가 없으나, 선속이 1400 mpm 이고, 최대 스핀량이 20 turn/m 인 조건의 실시예 3은 제조 상태의 오류가 있음을 알 수 있다.
또한, 광섬유의 선속이 1800 mpm 이고, 최대 스핀량이 13 turn/m 이하인 조건의 실시예 4 및 5는 제조 상태의 오류가 없으나, 선속이 1800 mpm 이고, 최대 스핀량이 15 turn/m 인 조건의 실시예 6은 제조 상태의 오류가 있음을 알 수 있다.
상기 표 1을 통해서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 스핀 인가 장치(105)를 통해서 광섬유에 인가되는 선속이 500 mpm 이상으로 일정하게 유지되더라도, 상기 최대 스핀량이 소정값 이상일 경우 공정상의 오류가 발생함을 알 수 있다. 즉, 상기 광섬유의 선속에 따른 최대 스핀량이 크면, 상기 스핀 인가 장치(105)를 통해서 광섬유에 인가되는 스핀 진폭(Spin Amplitude)이 증가하고, 상기 스핀 진폭의 증가는 인선 경로 상의 광섬유에 떨림 현상을 유발하여 외경 편차를 발생시키고, 코팅 공정에서 버블 현상을 유발하여 광섬유의 품질을 저하시킨다.
이에 따라, 상기 스핀 인가 장치(105)는 다음의 수학식 1을 만족하는 최대 스핀량(y)의 최대값을 광섬유에 인가하여 외경 편차 및 코팅 버블의 발생을 포함하는 인선 공정의 오류를 방지한다. 여기서, "Vf"는 선속 즉, 인선 속도이며 단위는 mpm 이다.
Figure 112006058542127-pat00006
상기 수학식 1과 표 1을 통해서 확인할 수 있는 바와 같이, 광섬유의 선속(Vf)이 1400 mpm 인 경우, 상기 수학식 1에 따른 최대 스핀량(y)의 최대값은 16 turn/m 이하인 조건을 만족하여야 하는데, 최대 스핀량이 9 turn/m 이하로 상기 조건을 만족하는 실시예 1 및 2는 제조 상태의 오류가 없으나, 최대 스핀량이 20 turn/m 로 상기 조건을 초과하는 실시예 3은 제조 상태의 오류가 있음을 알 수 있다.
또한, 광섬유의 선속(Vf)이 1800 mpm 인 경우, 상기 수학식 1에 따른 최대 스핀량(y)의 최대값은 13.9 turn/m 이하인 조건을 만족하여야 하는데, 최대 스핀량이 13 turn/m 이하인 조건을 만족하는 실시예 4 및 5는 제조 상태의 오류가 없으나, 최대 스핀량이 15 turn/m 로 상기 조건을 초과하는 실시예 6은 제조 상태의 오류가 있음을 알 수 있다.
상기 수학식 1에서 최대 스핀량(y)의 최대값은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 선속(Vf)이 "0" 에 근접할 경우 "∞" 로 근접하고, 상기 선속(Vf)이 "∞" 에 근접할 경우 "0" 로 근접하는 로그 함수값(Logarithmic Function Value)을 갖는다.
상기 수학식 1 및 도 5를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 선속(Vf)이 500 mpm 이상으로 증가할 경우, 상기 최대 스핀량(y)은 25 turn/m 이하로 감소하는 로그 커브값(Logarithmic Curve value)을 갖게 되고, 상기 25 turn/m 이하의 최대 스핀량(y)을 만족하는 스핀이 인가된 광섬유는 인선 공정에서의 오류없이 저감된 PMD값을 획득할 수 있다. 반면에, 상기 선속(Vf)이 500 mpm 미만으로 감소할 경우, 상기 최대 스핀량(y)은 25 turn/m 를 초과하는 로그 커브값을 갖게 되고, 상기 25 turn/m 를 초과하는 최대 스핀량(y)이 인가된 광섬유는 인선 공정에서의 떨림 현상 및 코팅 버블 현상이 발생하게 된다.
한편, 수학식 1의 조건을 만족하는 최대 스핀량(y)의 최대값을 광섬유에 인가하여 제조 상태가 양호한 광섬유를 획득하더라도, 상기 실시예 1의 PMD값은 표 1에 나타난 바와 같이, 1310㎛ 파장에서의 PMD값이 0.5ps/km1 /2 이하를 만족하지 못하여 소망하는 광섬유의 PMD 저감 효과를 기대하기 어려운데, 상기 PMD의 저감을 이루기 위해서는 선속 이외의 팩터(Factor)인 코어 난형도, 클래드 난형도 및 이격도를 포함하는 광학적 비대칭성을 고려하여야 한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 실시예 1의 광학적 비대칭성은 아래의 표 2에 나타난 바와 같다. 여기서 "CladOval" 및 "CoreOval"는 코어(Core) 및 클래 드(Clad)의 난형도(Ovality)로 단위는 %이고, "ECC"는 코어 및 클래드의 중심간 편차인 이격도(Eccentricity)로 단위는 ㎛ 이다.
비고 y (turn/m) Vf (mpm) CoreOval(%) CladOval (%) ECC (㎛) PMD 저감 상태 제조 상태
실시예 1 1.5 1400 5.0 1.0 0.7 X O
상기 표 2를 통해서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 실시예 1은 수학식 1의 조건을 만족하는 최대 스핀량을 인가하여 제조 상태는 양호하나 PMD 저감 상태는 불량하다. 이때, 상기 실시예 1의 코어 난형도는 5%이고, 클래드 난형도는 1%이며, 이격도는 0.7㎛인데, 상기 광학적 비대칭성이 클수록 광섬유의 PMD값은 증가하여 소망하는 PMD 저감이 이루어지지 않으므로, 상기 광학적 비대칭성이 고려된 최대 스핀량(y)의 최소값을 광섬유에 인가하여 소망하는 PMD 저감을 이룰 수 있도록 한다.
이에 따라, 상기 스핀 인가 장치(105)는 다음의 수학식 2를 만족하는 최대 스핀량(y)의 최소값을 광섬유에 인가하여, 1310㎛ 파장에서 0.5ps/km1 /2 이하의 값을 만족하는 PMD값을 획득할 수 있다.
Figure 112006058542127-pat00007
Figure 112006058542127-pat00008
상기 수학식 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 최대 스핀량(y)의 최 소값은 코어 난형도, 클래드 난형도 및 이격도를 포함하는 광섬유의 광학적 비대칭성에 의해 결정되는데, 상기 난형도 및 이격도를 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도면들을 참조하면, 상기 난형도는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 코어 또는 클래드의 장축 지름(Dl) 및 단축 지름(Ds)에 대하여 다음의 수학식 3을 만족한다.
Figure 112006058542127-pat00009
한편, 상기 이격도는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 코어 중심(α)과 클래드 중심(β)간의 편차이다.
다시, 표 2를 참조하면, 상기 실시예 1의 최대 스핀량(y)의 최소값은 수학식 2에 따라 2 turn/m 이상인 조건을 만족하여야 1310㎛ 파장에서 0.5ps/km1 /2 이하의 값을 만족하는 PMD값을 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 수학식 2에 따른 최대 스핀량(y)의 최소값은 도 8에 도시된 바와 같이, 변수 "t" 가 "0" 에 근접할 경우 "0" 로 근접하고, 상기 변수 "t" 가 "∞" 에 근접할 경우 "∞" 로 근접하는 지수 함수값(Exponential Function Value)을 갖는다.
전술한 바와 같이, 상기 최대 스핀량(y)은 수학식 1 및 수학식 2를 만족할 경우, 인선 공정에서의 오류 방지 및 소망하는 PMD의 저감을 이룰 수 있으므로, 스핀 인가 장치를 통해서 광섬유에 인가되는 최대 스핀량(y)은 다음의 수학식 4를 만족한다.
Figure 112006058542127-pat00010
Figure 112006058542127-pat00011
상기 수학식 4의 최대 스핀량(y)의 스핀 조건을 만족하는 광섬유는 0.5ps/km1/2이하의 값을 갖는 PMD 저감이 이루어짐과 동시에 인선 공정 중에서의 떨림 현상 및 코팅 버블 현상이 발생되지 않는다.
하기의 표 3은 광학적 비대칭성을 갖는 광섬유에 소정값의 최대 스핀량(y)을 인가하였을 경우, 상기 광섬유의 PMD 저감 및 제조 오류의 상태를 나타낸 실험 데이터이다.
비고 y (turn/m) Vf (mpm) CoreOval(%) CladOval (%) ECC (㎛) PMD 저감 상태 제조 상태
실시예 1 5.0 2000 5.0 1.0 1.0 X O
실시예 2 9.0 2000 5.0 1.0 1.0 O O
실시예 3 13.0 2000 5.0 1.0 1.0 O X
실시예 4 2.5 2000 3.0 1.2 1.0 X O
실시예 5 6.0 2000 3.0 1.2 1.0 O O
실시예 6 13.0 2000 3.0 1.2 1.0 O X
상기 표 3을 통해서 확인할 수 있는 바와 같이, 선속이 2000 mpm 인 광섬유의 코어 난형도가 5.0%이고, 클래드 난형도가 1.0%이고, 이격도가 1.0㎛ 인 경우, 상기 수학식 4에 따른 최대 스핀량(y)의 조건은 6.82≤y≤12.9 turn/m 인 조건를 만족하여야 하는데, 상기 조건을 만족하는 실시예 2는 제조의 오류없이 1310㎛ 파장에서 0.5ps/km1 / 2이하의 값을 갖는 PMD의 저감이 이루어졌으나, 상기 조건을 만족하지 못하는 실시예 1 및 3은 제조상에 오류가 발생하거나, 소망하는 PMD의 저감이 이루어지지 않음을 알 수 있다.
또한, 상기 광섬유의 코어 난형도가 3.0%이고, 클래드 난형도가 1.2%이고, 이격도가 1.0㎛인 경우, 상기 수학식 2에 따른 최대 스핀량(y)의 최소값은 2.74≤y≤12.9 turn/m 인 조건을 만족하여야 하는데, 상기 조건을 만족하는 실시예 5는 1310㎛ 파장에서 0.5ps/km1 / 2이하의 값을 갖는 PMD의 저감이 이루어졌으나, 상기 조건을 만족하지 못하는 실시예 4 및 6은 제조상에 오류가 발생하거나, 소망하는 PMD의 저감이 이루어지지 않음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 또 다른 실시예로, 코어 난형도가 5.0%이고, 클래드 난형도가 0.9%이고, 이격도가 0.7㎛인 광섬유가 1400 mpm의 선속으로 인선될 경우, 상기 수학식 4에 따른 최대 스핀량(y)의 조건은 1.2 내지 16 turn/m 이내를 만족한다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 광섬유에 2 turn/m 의 최대 스핀량(y)을 인가하면, 상기 광섬유는 인선 공정에서의 오류없이 저감된 PMD를 갖는 단일모드 광섬유로 제조된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 인선 공정시 광섬유에 인가되는 최적의 스핀 조건을 제공함으로써, 저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유를 오류없이 안정적으로 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 코어 난형도, 클래드 난형도 및 이격도를 포함하는 펙터를 고려하여 스핀 조건의 최소값을 한정함으로써, 스핀 조건에 대한 최소값의 오차율을 종래에 비해 감소시켜 실질적으로 동일 조건 대비 편광모드분산의 저감율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 인선 속도를 고려하여 스핀 조건의 최대값을 한정함으로써, 광섬유의 외경 편차 발생 및 코팅 버블 발생을 포함하는 인선 공정의 오류를 방지할 수 있다.

Claims (5)

  1. 코어(Core)와, 상기 코어를 감싸는 클래드(Clad)로 이루어진 광섬유 모재를 인선하여, 저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유로 제조하기 위한 방법으로서,
    (a) 상기 광섬유 모재가 용융로에 의해 고온으로 가열되고, 상기 용융로의 인출구에서 넥다운 인출되는 광섬유가 500mpm 이상의 선속(Vf)으로 인선되는 단계; 및
    (b) 상기 광섬유의 인선 경로 상에 구비되는 스핀 인가 장치에 의해, 상기 광섬유에 스핀이 인가되는 단계;를 포함하되,
    상기 광섬유에 인가되는 스핀량의 최대값(y)이 다음의 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유의 제조 방법.
    수학식 1
    Figure 112006058542127-pat00012
    Figure 112006058542127-pat00013
    (수학식 중, y는 최대 스핀량[turn/m]이고, Vf는 인선속도[mpm]이고, CladOval은 클래드 난형도[%]이고, CoreOval은 코어 난형도[%]이고, ECC는 이격도[㎛]이다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스핀 인가 장치는 인선축에 대하여 시계 방향 및 반시계 방향으로 요동(Canting)하면서 광섬유에 양방향으로 스핀을 인가하는 것을 특징으로 하는 단일모드 광섬유의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스핀량의 최대값(y)은 광섬유가 1310㎛ 파장에서 0.5ps/km1 /2 이하의 편광모드분산값을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 단일모드 광섬유의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 선택된 어느 한 항의 방법으로 제조된 저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광섬유의 1310㎛ 파장에서의 편광모드분산값은 0.5ps/km1 /2 이하의 값을 만족하는 것을 특징으로 하는 저감된 편광모드분산을 갖는 단일모드 광섬유.
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