KR102409551B1 - 광 파이버 및 광 파이버 심선 - Google Patents

Abstract

코어에 Ge를 첨가하는 구조로, 낮은 전송 손실의 광 파이버를 제공한다. 광 파이버는 유리부와 유리부를 덮는 피복부로 이루어지고, 유리부는 Ge를 포함한 중심 코어부(10)과, 중심 코어부(10)의 외주에 형성되는 광학 클래딩층(20)과, 광학 클래딩층(20)의 외주에 형성되는 쟈켓층(30)을 구비한 실리카 유리로 이루어진다. 순 실리카 유리에 대한 중심 코어부(10)의 비굴절률차를 Δ1, 순 실리카 유리에 대한 광학 클래딩층(20)의 비굴절률차를 Δ2, 순 실리카 유리에 대한 쟈켓층(30)의 비굴절률차를 Δ3으로 했을 경우에, Δ1＞Δ3≥Δ2의 관계를 가지며, 유리부의 외경의 길이 방향의 평균치가 125±0.5㎛의 범위이며, 또한, 상기 외경의 길이 방향의 표준 편차를 σ로 했을 때에, 3σ이 0.1㎛~0.5㎛이다.

Description

광 파이버 및 광 파이버 심선{OPTICAL FIBER AND COLORED OPTICAL FIBER}

본 발명은 광 파이버 및 광 파이버 심선에 관한 것이다.

장거리 통신의 광 전송로로서 이용되는 광 파이버에서는, 전송 손실의 저감이 더욱 요구되고 있다. 광 파이버의 전송 손실의 요인으로서는, 흡수 손실, 산란 손실, 구조 부정렬(disorder)로 의한 손실 및 외적인 손실이 알려졌지만, 특히 통신 파장대(1.3㎛ 부근, 및 1.5㎛ 부근)에서는, 레일리 산란(rayleigh scattering) 손실이 주요한 요인이다. 또, 실리카 유리로 이루어지는 광 파이버에서는, 전반사(total reflection)에 의한 광의 전파를 실현하기 위해서, 코어와 클래딩(cladding)의 굴절률이 적절히 설계되고, 이러한 굴절률의 제어는 Ge(게르마늄), Cl(염소) 및 F(불소)와 같은 첨가물을 첨가함으로써 행해진다.

일본 공개 특허 공보 제 2002-082250 호에는, 센터 코어 제 1 층의 외주에, 센터 코어 제 2 층이 형성되고, 또한, 그 외주에 클래딩층이 형성된 저비선형(low-nonlinearity) 단일 모드 광 파이버가 개시되어 있다. 상기 광 파이버는 상기 각 층의 평균 굴절률을 n1, n2, n0로 했을 때, n1＞n2, n2≤n0, 또한, n1＞n0의 관계에 있고, 또, Ge 등을 첨가해서, 소망의 비굴절률차를 얻고 있다. 이 광 파이버는 장기 신뢰성의 관점으로부터, 유리 결함의 발생이 억제되고, 유리 결함과 수소의 결합에 의한 전송 손실의 증가를 일으키지 않고, 내(耐)수소 특성을 개선한 것이다.

또, 일본 공개 특허 공보 제 2002-148466 호에는, 코어 영역의 외주에 클래딩 영역이 형성된 광 파이버가 개시되어 있다. 상기 광 파이버는 상기 코어 영역의 평균 점성과, 상기 코어 영역 및 상기 클래딩 영역을 합한 전체 평균 점성의 점성비가 2.5 이하임과 아울러, 레일리 산란 손실 계수가 소정의 기준치 A₀(dB/km·㎛⁴)(A₀=0.85＋0.29*[Ge], [Ge]는 순 SiO₂에 대한 비굴절률차를 %로 나타낸 상기 코어 영역으로의 Ge의 첨가량)의 95% 이하이다.

그리고, 국제 공개 공보 WO2009/107260에는, 중심 코어부의 외주에 외측 코어층이 형성되고, 또한 그 외주에 클래딩층이 형성된 광 파이버가 개시되어 있다. 상기 광 파이버는 상기 중심 코어부에 Ge가 첨가되고, 상기 외측 코어층에 불소가 첨가되고, 상기 클래딩층은 순 실리카 유리로 이루어지고, 상기 클래딩층에 대한 상기 중심 코어부의 비굴절률차를 Δ1로 하고, 상기 클래딩층에 대한 상기 외측 코어층의 비굴절률차를 Δ2로 할 때, Δ1=0.30~0.35%이며, Δ2=－0.1~－0.04%이고,｜Δ1｜/｜Δ2｜=2.5~7.5이다. 이 광 파이버는 외적인 손실인 휨 손실을 개선하는 것이다.

본 발명은 레일리 산란 손실의 저감이 도모되는 낮은 전송 손실의 광 파이버 및 광 파이버 심선을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 광 파이버는 유리부와 피복부로 이루어지고, 유리부는 중심축을 따라, Ge를 포함하고, 순 실리카 유리에 대한 비굴절률차가 Δ1인 중심 코어부와, 중심 코어부의 외주에 마련되고, 불소를 포함하고, 순 실리카 유리에 대한 비굴절률차가 Δ2인 광학 클래딩층과, 광학 클래딩층의 외주에 마련되고, 순 실리카 유리에 대한 비굴절률차가 Δ3인 쟈켓층(jacket layer)을 포함한다. 이들의 비굴절률은 Δ1＞Δ3≥Δ2의 관계를 갖고, 유리부의 외경의 길이 방향의 평균치가 125±0.5㎛의 범위이며, 또한 외경의 길이 방향의 표준 편차를 σ로 했을 때에, 3σ은 0.1㎛~0.5㎛이다.

본 발명의 광 파이버에 있어서, 비굴절률차 Δ1은 0.15%~0.35%이며, 비굴절률차 Δ2는 -0.15%~0.00%인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 광 파이버에 있어서, 비굴절률차 Δ3은 -0.05%~0.05%인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 광 파이버에 있어서, 유리부의 가상 온도는 1620℃ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 형태에 따른 광 파이버 심선은 본 발명의 광 파이버를 포함하고, 피복부가 2층의 보호 피복층으로 이루어지고, 피복부의 외주에 식별을 위한 착색층을 구비한 광 파이버 심선이며, 착색층의 외경이 180㎛ 이상 210㎛ 이하이다.

상기에 따르면, 레일리 산란 손실의 저감이 도모되는 낮은 전송 손실의 광 파이버 및 광 파이버 심선을 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 광 파이버의 유리부의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 형태에 따른 광 파이버 심선의 단면도이다.
도 3은 도 1의 광 파이버의 유리부의 굴절률 프로파일을 나타내는 개념도이다.
도 4는 유리부의 외경 변동의 변화와 1.31㎛에 있어서의 전송 손실의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 유리부의 외경 변동의 변화와 1.55㎛에 있어서의 전송 손실의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하에서는 본 발명의 실시 형태에 따른 광 파이버 및 광 파이버 심선의 구체적인 예를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 발명은 이러한 예시로 한정되는 것이 아니고, 특허 청구의 범위에 의해 나타나고, 특허 청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

코어에 Ge를 포함하는 광 파이버에서는, 코어가 압축 응력되어 있다. 그 때문에, 일본 공개 특허 공보 제 2002-148466 호에 기재되어 있는 광 파이버와 같이 코어와 클래딩의 점성 차이를 조정해서, 코어로의 응력 집중을 완화해서 코어부의 잔류 응력을 작게 했다고 해도 전송 손실의 삭감 효과는 작고, 레일리 산란 손실의 저감에는 충분하지 않다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 광 파이버의 유리부(1)의 단면도이다. 이 광 파이버는 유리부(1)와 피복부를 포함한다. 유리부(1)는 실리카 유리로 이루어진 것이며, 중심 코어부(10)와, 중심 코어부(10)의 외주에 형성된 광학 클래딩층(20)과, 광학 클래딩층(20)의 외주에 형성된 쟈켓층(30)으로 구성된다. 중심 코어부(10)에는, 굴절률을 제어하는 첨가물로서, Ge가 소정량 첨가되어 있다. 도 1에서 피복부는 생략되어 있다.

도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 광 파이버 심선에 대해, 그 단면 구조를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 이 광 파이버 심선은 도 1에 나타낸 광 파이버의 주위에 식별을 위한 착색층(60)을 구비한 것이다. 또한, 광 파이버의 피복부는 2층의 보호 피복층(40, 50)으로 이루어져 있다.

도 3은 유리부(1)의 굴절률 프로파일을 모식적으로 나타내는 개념도이다. 세로축에 나타낸 비굴절률차는 순 SiO₂의 굴절률을 기준으로 하고, 순 SiO₂에 대한 굴절률차이를 %로 나타내어 정의된다. 이 광 파이버는 중심 코어부(10)의 비굴절률차를 Δ1, 광학 클래딩층(20)의 비굴절률차를 Δ2, 쟈켓층(30)의 비굴절률차를 Δ3으로 할 때, Δ1＞Δ3≥Δ2의 관계를 가지고 있다.

도 4는 유리부(1)의 외경 변동의 변화와 1.31㎛에 있어서의 전송 손실의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서, 광 파이버의 파장 λ에 있어서의 전송 손실 α(dB/km)을 α(λ)=A/λ⁴＋B＋C(λ)에 의해 근사했을 때, 이 식의 제 1 항인 A/λ⁴(dB/km)는 광 파이버 내의 밀도 변동에 의해 생기는 레일리 산란 손실을 나타내고 있다. 제 1 항의 계수 A(이하, A 값이라고 한다)는 레일리 산란 손실 계수 (dB/km·㎛⁴)라고 불리우고, A 값을 내림으로써 광 파이버의 전송 손실이 전체적으로 저감된다. 또한, 이 식의 제 2 항인 B는 광 파이버의 구조 부정렬로 인한 손실을 나타내고, 파장 λ에 독립적인 성분이다. 또, 이 식의 제 3 항인 C(λ)는 OH 흡수나 장파장측에서의 적외선 흡수 등의 그 외의 손실을 나타내는 것이다.

도 4의 세로축은 파이버 길이 10,000km에 대한 측정의 결과, 파장 1.31㎛(1310nm)의 전송 손실 α_{1 .31}이 상기 파장에 있어서의 낮은 전송 손실 파이버의 지표로 되는, 0.32dB/km 이하로 된 파이버의 비율(길이에 있어서의 비율)로서 정의된다. 여기서, 상기 비율의 90%의 위치에 수평으로 그려진 파선은 광 파이버의 양산 가능 조건으로서의 합격 기준인 90% 이상을 나타내는 것이다.

한편, 도 4의 가로축은 파이버 길이 10km에 대해 1m 간격으로 유리부(1)의 외경을 측정했을 때의 유리부(1)의 외경의 표준 편차를 σ로 나타낼 때, 3σ의 값을 나타내는 것이다. 여기서, 3σ이 0.1㎛~0.5㎛로 되는 범위는, 2개의 수직으로 그려진 파선 및 그 사이의 화살표에 의해 나타내고 있다.

즉, 상기 3σ의 범위의 하한인 0.1㎛는 α_{1 .31}≤0.32dB/km로 되는 비율이 90% 이상으로 되는 범위의 하한으로서 설정되는 것이다. 또한, 상기 범위의 상한인 0.5㎛는α_1.31≤0.32dB/km로 되는 비율이 90% 이상으로 되는 범위이며, 또한, 통신에 관한 국제 규격(ITU－T)에 의해, 유리부(1)의 외경이 125±1㎛로 정해져 있기 때문에, 해당 평균치를 125±0.5㎛로 설정할 때, 상기 국제 규격의 요건을 거의 확실히 (99% 이상) 충족하도록 설정되는 것이다.

여기서, 광 파이버의 제조시의 드로잉(drawing) 공정에 있어서, 광 파이버를 고온 상태로부터 서서히 냉각해서, 구조 완화를 촉진시키고 광 파이버를 구성하는 유리를 저온의 열평형 상태에 근접할수록, 유리 구조의 무질서성(밀도 변동)은 작아지지만, 유리부(1)의 외경 변동은 커져 버린다. 상술한 바와 같이, 레일리 산란 손실은 광 파이버 내의 밀도 변동에 의해 생기는 것이고, A 값이 작을수록, 유리부(1)의 외경 변동은 커진다.

이상으로부터, Ge를 코어에 첨가한 광 파이버에 있어서, 3σ(σ는 유리부(1)의 외경의 길이 방향의 표준 편차)이 0.1㎛~0.5㎛이면, 파장 1310nm에서의 전송 손실이 0.32dB/km 이하이고, 또한, 유리부(1)의 외경이 국제 규격의 요건을 충족하는 낮은 전송 손실의 광 파이버로 된다.

또, Ge를 코어에 첨가한 광 파이버에 있어서, 쟈켓층(30)이 순 실리카 유리이거나, Cl 이외의 불순물을 포함하지 않는 실리카 유리인 경우는, Δ1이 0.15%~0.35%이며,Δ2가 -0.15%~0.00%인 것이 바람직하다. Δ2의 하한치인 -0.15%는 CF₄(4 플루오르화 탄소)를 원료로 해서 클래딩층(20)에 불소를 첨가함으로써 실현될 수 있는 한계치에 근거해 설정된 것이다.

그리고, Ge를 코어에 첨가한 광 파이버에 있어서, 쟈켓층(30)이 불소 이외의 불순물을 포함하지 않는 실리카 유리인 경우는, Δ3이 -0.05%~0.05%인 것이 바람직하다. 또한, Ge를 코어에 첨가한 광 파이버에 있어서, 가상 온도가 1620℃ 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 가상 온도는 유리 중에 동결한 구조가 몇도의 과냉각 액체의 구조에 대응하는지를 나타낸 것이고, 유리 중의 구조 완화가 어느 정도 진행되고 있는지를 나타내는 지표로 되는 것이다. 즉, 유리 구조의 균일함을 나타내고, 가상 온도가 높을수록 밀도 변동은 크다. 구조 완화가 촉진됨으로써, 광 파이버 내에서의 레일리 산란 손실이 작아지고, 전송 손실이 저감된다.

도 5는 유리부(1)의 외경 변동의 변화와 1.55㎛에 있어서의 전송 손실의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5의 세로축 및 가로축은 도 4와 동일하다. 상술한 바와 같이, A 값의 저감은 전(全)파장에 영향을 주기 때문에, 3σ이 0.1 이상 0.5 이하이면, 파장 1.55㎛에 있어서의 전송 손실 α_{1 .55}가 상기 파장에 있어서의 낮은 전송 손실 파이버의 지표로 되는 0.184dB/km 이하이고, 또한, 유리부(1)의 외경이 국제 규격의 요건을 충족하는 낮은 전송 손실의 광 파이버로 된다.

또, Ge를 코어에 첨가한 유리부(1)의 주위에 2층의 자외선 경화형의 보호 피복층(40, 50)을 코팅하고, 또한 보호 피복층(40, 50)의 외주에 식별을 위한 착색층(60)을 구비한 광 파이버 심선에 있어서, 착색층의 외경이 180㎛ 이상 210㎛ 이하인 것이 바람직하다. 피복 두께를 얇게 해서 외경을 200㎛ 정도로 한 광 파이버 심선에서는, 착색층의 외경이 250㎛ 정도의 종래의 광 파이버 심선과 비교해서, 마이크로 벤딩 로스(micro bending loss)가 높아지지만, 본 발명의 실시 형태에 따른 광 파이버에서는 저레일리 산란 손실을 실현하고 있기 때문에, 전체적인 전송 손실은 종래의 광 파이버 심선과 동등하게 되고, 실제 사용에 도움이 되고, 또한, 동일 케이블 내에 보다 많은 광 파이버 심선을 넣는 것이 가능해진다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 중심 코어부에 Ge를 첨가하고, 중심 코어부의 외주에 광학 클래딩층을, 또한 광학 클래딩층의 외주에 쟈켓층을 형성한 실리카 유리로 이루어지는 광 파이버에 있어서, 순 실리카 유리에 대한 중심 코어부, 광학 클래딩층 및 쟈켓층의 각 비굴절률차를 사전 설정된 관계로 가지면서, 유리부(1)의 외경의 변동의 변화를 일정한 범위 내로 함으로써, 레일리 산란 손실의 저감이 도모되는 낮은 전송 손실의 광 파이버 및 광 파이버 심선을 제공하는 것이 가능해진다.

Claims (5)

1. 중심축을 따라, Ge를 포함하고, 순 실리카 유리에 대한 비굴절률차가 Δ1인 중심 코어부와, 상기 중심 코어부의 외주에 마련되고, 불소를 포함하고, 순 실리카 유리에 대한 비굴절률차가 Δ2인 광학 클래딩층과, 상기 광학 클래딩층의 외주에 마련되고, 순 실리카 유리에 대한 비굴절률차가 Δ3인 쟈켓층을 포함하는 유리부와,
   상기 유리부를 덮는 피복부
   를 구비한 실리카 유리로 이루어지는 광 파이버로서,
   Δ1＞Δ3≥Δ2의 관계를 가지며,
   상기 유리부의 외경의 길이 방향의 평균치가 125±0.5㎛의 범위이며,
   상기 외경의 길이 방향의 표준 편차로서, 길이 10km에 대해 1m 간격으로 상기 유리부의 외경을 측정했을 때의 표준 편차를 σ로 했을 때에, 3σ이 0.1㎛~0.5㎛인
   광 파이버.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 비굴절률차 Δ1이 0.15%~0.35%이며, 상기 비굴절률차 Δ2가 -0.15%~0.00%인 광 파이버.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 비굴절률차 Δ3이 -0.05%~0.05%인 광 파이버.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 유리부의 가상 온도는 1620℃ 이하인 광 파이버.
   
5. 청구항 1 또는 2 에 기재된 광 파이버를 포함하고, 상기 피복부가 2층의 보호 피복층으로 이루어지고, 상기 피복부의 외주에 식별을 위한 착색층을 구비한 광 파이버 심선으로서,
   상기 착색층의 외경이 180㎛ 이상 210㎛ 이하인
   광 파이버 심선.

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