KR20000006257A - Ｗｄｍ송수신을위한저비-선형도를갖는광섬유 - Google Patents

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지아네시 피에르 지오반니
피렐리 카비 에 시스테미 소시에떼 퍼 아찌오니
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Abstract

광 송수신 섬유는 상기 섬유의 내부 코어에서 증가된 굴절률 면적을 갖는 굴절률 분포, 상기 내부 코어의 지수를 초과하는 굴절률로 상기 내부 코어로부터 반경방향의 외부로 위치한 환형 범위 및 상기 내부 코어와 환형 범위 사이의 단면 범위에서 최소의 저 도판트 함량 범위를 갖는다. 저 손실 클래딩 층은 상기 코어 범위를 둘러싼다. 분할된 코어 분포를 갖는 광 송수신 섬유는 고 실효 면적, 저 비-선형도 계수, 비영 분산 및 상대적 평면 분산 기울기를 제공한다.

Description

ＷＤＭ 송수신을 위한 저 비-선형도를 갖는 광섬유{OPTICAL FIBER HAVING LOW NON-LINEARITY FOR WDM TRANSMISSION}
본 발명은 일반적으로 비-선형 효과(non-linear effect)를 감소시키는 향상된 특징을 갖는 광 송수신 섬유에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 최대 굴절률 차이가 외부 코어 영역에 위치한 두 개의 굴절률 피크(peak)로 된 파장-분할-다중방식(이하 WDM으로 칭함, wavelength-division-multiplexing)에 사용되는 광섬유에 관한것이다.
광통신 시스템에 있어서, 비-선형 광 효과는 특정 상황에서 표준 송수신 광섬유를 따르는 송수신의 품질을 저하시키는 것으로 알려져 있다. 4개의 파형 혼합(four-wave mixing; FWM), 자체-위상 변조(self-phase modulation; SPM), 교차-위상 변조(cross-phase modulation; XOM), 변조 비안정도(modulation instability; MI), 유도 브릴로인 산란(stimulated brillouin scattering; SBS) 그리고 유도 라만 산란(stimulated Raman scattering; SRS)을 포함하는 상기 비-선형 효과는 고압시스템에서 왜곡을 초래한다.
광섬유내의 펄스 전파를 따라 행하는 비-선형 효과의 강도는 비-선형도 계수γ및 전압 P의 곱과 관련이 있다. 아이이이이 저널 오브 퀀텀 일렉트로닉스에 쓰여진 비-선형도 계수의 정의는 와이 코다마 등에 의한 논문 "단일모드 유전체 가이드에서의 비-선형 펄스 전파"에서 주어진 것처럼 다음과 같다.("Nonlinear pulse propagation in a monomode dielectric guide" Y. Kodama et al., IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. QE-23, No. 5, 1987)
상기 r은 섬유의 방사 좌표이고, neff는 실효 모드 굴절률이며, λ는 신호 파장이고, n(r)은 굴절률 반경 분포이고, n2(r)는 비-선형도 계수 방사 계수 분포이고 F(r)는 기본 모드 방사 분포다.
출원인은 상기 수식(1)이 순수 실리카(pure silica)에 대한 굴절률을 올리는데(또는 내리는데) 사용되는 섬유 도판트(dopant)의 다양한 농도에 의한 비-선형도 계수 n2의 방사 의존도를 고려한 것이라는 것을 증명했다.
만일 비-선형도 계수 n2의 방사 의존도를 무시하면, 계수γ에 대한 일반적으로 사용되는 수식을 얻을 수 있다.
실효 코어 면적 또는 간략하게 실효 면적이라 칭하는 것을 삽입하면,
상기 수식(1)에 상반되는 근사치(2)가 동일한 실효 코어 면적 Aeff값을 갖지만 다른γ값을 갖는 굴절률 방사 분포사이에서 구별되지 않는다. 1/Aeff가 종종 송수신 섬유내의 비-선형 효과의 강도의 측정에 사용되는 반면에, 상기 수식(1)으로 정의된 것처럼 γ는 상기 효과의 강도의 정확한 측정을 제공한다.
또한 그룹(group) 속도 분산은 장거리를 횡단하는 광 신호의 송수신 품질을 제한한다. 그룹 속도 분산은 장거리를 횡단하는 송수신기의 광 펄스를 넓히고 확장된 광 펄스는 상기 펄스에 할당된 시간 슬롯 외부의 광 에너지의 분산을 이르게할 수 있다. 광 펄스의 분산은 송수신 시스템내의 재생기 사이의 공간을 줄임으로써 약간은 피할 수 있으나 상기 방법은 비용이 많이 들며 중계기 없는(repeaterless) 광 증폭의 장점을 이용하지 않는다.
분산을 방해하는 한가지 방법은 적당한 분산 보상 시스템인 그레이팅(grating) 또는 분산 보상 섬유를 통신 시스템에 부가하는 것이다.
또한, 분산을 보상하기 위한 광 통신내의 한가지 경향은 솔리톤 펄스의 사용으로, 특정 형태 RZ(영복귀return to zero) 변조 신호인 솔리톤 펄스는 자체-위상 변조의 비-선형 현상으로 그룹 속도 분산의 효과를 균형화 함으로써 장거리를 넘는 펄스 폭을 유지시킨다. 단일 모드 광섬유내의 솔리톤 분산을 제어하는 기본 수식은 다음과 같다.
P0은 솔리톤 펄스의 피크 전압이고, T0은 펄스의 지속기간이며, D는 전체 분산, λ은 솔리톤 신호의 중심 파장 그리고 γ은 이전에 삽입된 섬유 비-선형도 계수이다. 상기 수식(4)의 만족은 펄스가 전파하는 동안 솔리톤 상태에 유지되기 위해 필요하다.
상기 수식(4)과 동일한 솔리톤의 송수신에 발생 가능한 문제점은 솔리톤 펄스의 피크 전압 P0이 광 증폭기사이의 섬유의 길이를 따르는 지수와 같은 감소를 초래하는 종래의 광 송수신 섬유의 손실이다. 상기 감소를 보완하기 위해서는, 송수신 라인을 따라 전압내 수반되는 감소를 보완하기 위한 충분한 값에 솔리톤 전압의 런치 점(launch point)에서 솔리톤 펄스의 피크 전압 P0을 설정할 수 있다. 에프. 엠 낙스 등의 논문 WeC 3.2, 3쪽, 101-104, ECOC 1996 오슬로(노르웨이)(F.M. Knox et al., paper WeC. 3.2, page 3. 101-104, ECOC'96, Oslo(Norway))에 명세된 것과 같은 또 다른 방법은 펄스의 피크 전압이 솔리톤 전파 조건인 송수신 라인 범위를 따르는 펄스로 축적된 분산에 (섬유 브레그 그래팅이 사용되지만, 분산 보상 섬유로) 보완하는 것이다.
저 비-선형도 계수를 가진 광섬유는 상술된 비-선형 효과를 제한하거나 피할 수 있는 비-영복귀(non-return-to-zero NRZ) 광학적으로 증폭된 WDM 시스템과, 비 증폭 시스템과 같은 송수신 시스템 내에서 사용되는 것이 바람직하다. 게다가, 저 비-선형도 계수를 가진 섬유는 동일한 레벨(level)에서 비-선형 효과가 유지될 때 런치 전압내로의 상승을 허용한다. 다시 말하면 상승 런치 전압은 수신기에서 더 나은 S/N 비율(보다 낮은 BER)을 의미하거나 및/또는 증폭 간격을 증가함으로써 더 긴 송수신 거리에 도달할 수 있는 가능성을 의미한다. 따라서, 출원인은 비-선형도 계수γ의 낮은 값을 갖는 광섬유의 필요를 제안하였다.
또한, 솔리톤 시스템에서, 증폭기의 거리를 확장하기 위해서는 더욱 강한 증폭기를 사용한 펄스로 런치 전압을 증가시킬 수 있다. 그러나 이러한 경우에, 상기 수식(4)은 만일 런치 전압이 증가되고, 솔리톤 펄스 간격이 일정하게 유지되면,비 Dλ2/γ도 이에 따라 증가해야한다는 것을 의미한다. 그러므로, 비-선형도 계수γ의 보다 낮은 값은 솔리톤 송수신 시스템에서 라인 증폭기 사이의 확장된 거리를 제공하기 위해 요구된다.
다음과 같은 특허와 공보는 분할 코어 또는 이중-클래딩(double-cladding) 굴절률 분포를 사용하는 광 송수신 시스템의 고안과 넓은 실효 면적을 갖는 섬유에 대해 논하였다. 예를 들면, 미국 특허(5,579,428)는 광 집중 또는 분리 증폭기를 이용한 WDM 솔리톤 통신시스템에 사용하기 위해 고안된 단일-모드 광섬유를 명세한다. 기선택된 파장 범위를 넘는, 명세된 광섬유에 대한 전체 분산은 WDM 솔리톤 전파를 위한 자체-위상 변조의 조절이 가능하게 충분히 높은 양성 값의 기선택된 범위내에 놓인다. 또한, 분산 기울기는 WDM 솔리톤사이의 충돌을 막으며 일시적인 이동과 스펙트럼의 이동을 줄일 수 있는 충분히 낮은 값으로 기설정된 범위에 놓인다. 상기 특허(5,579,428)에 명세된 섬유는 섬유의 코어내의 최대 굴절률의 범위에 있는 분할 코어이다.
미국 특허(4,715,679)는 저 분산과 저 손실 도파관을 위한 저하된 굴절률의 분할 코어를 갖는 광섬유를 명세한다. 상기 특허(4,715,679)는 외부 코어 환형 범위 내부지만 섬유의 내부 코어의 외부인 환형 범위에서 최대 굴절률 범위를 갖는 이상적인 분포를 포함한 복수의 굴절률 분포를 명세한다.
미국 특허(4,877,304)는 코어 분포의 최대 굴절률이 클래딩보다 큰 광섬유를 명세한다. 미국 특허(4,889,404)는 광섬유를 포함한 비대칭의 양방향 광 통신시스템을 명세한다. 또한, 상기 특허(4,877,304)와 상기 특허(4,889,404)는 이상적인 굴절률 분포로 된 외부 환형 면적을 가진 잠재적인 굴절률을 명세하지만 상기 분포에 일치하는 실예와 상기 분포를 갖는 광섬유의 비-선형 특징을 명세하지 않는다.
미국 특허(5,684,909), 유럽 특허(789,255) 그리고 유럽 특허(724,171)는 분리 굴절률 코어 분포로 만들어진 넓은 실효 면적을 가진 단일 모드 광섬유를 명세한다. 상기 특허와 출원서는 고 비율 광 시스템과, 장거리에 사용되는 넓은 실효 면적을 가진 섬유를 얻기 위한 컴퓨터 시뮬레이션을 명세했다. 상기 특허(5,684,909)는 분할 코어 분포에서 분산 기울기가 실제로 0인 섬유를 얻기 위함이다. 상기 유럽 특허(789,255)에 명세된 섬유는 음성 굴절률차이를 가진 적어도 두 개의 비-근접 선분을 분할 코어로 된 굴절률로 얻을 수 있는 매우 넓은 실효 면적을 가진다. 상기 유럽 특허(724,171)는 섬유의 중심에 존재하는 최대 굴절률을 가진 광섬유를 명세한다.
미국 특허(5,555,340)는 분산 보상을 얻기 위한 분할 코어를 가지는 광섬유를 보상하는 분산을 명세한다. 상기 특허(5,555,340)는 섬유의 내부 코어보다 높은 굴절률을 가진 클레딩을 둘러싼 수지 층의 굴절률 분포를 명세한다. 그러나, 상기 수지는 섬유 구조에서 저-손실 빛 전도 층과 같은 작용을 하지 않는다.
출원인은 섬유 단면도내의 굴절률 변형 도판트의 배전은 섬유의 비-선형 특징에 큰 영향을 가지고 있다라는 것을 발견했다. 출원인은 비-선형율 n2는 비-선형도 계수γ에 상수로 순수 실리카와 다양한 방사 변화율과 변경율 도판트의 중심비 때문이라고 단정했다. 굴절률을 증가하거나(예, GeO2) 감소하기(예, 불소)위해 순수 실리카 유리에 첨가되는 도판트는 순수 실리카의 비-선형 값 이상으로 유리의 비-선형을 증가시키는 경향이 있다. 출원인은 거대-실효-면적 섬유는 실효 면적의 전체적인 증가를 얻는 반면에, 상대적으로 높은 강도를 가지는 섬유 단면적 내의 도판트의 영향으로 γ의 최적 감소하는데는 실패한다는 것을 발견했다.
게다가, 출원인은 굴절률-변화-도판트는 특히 산란 손실 때문에 섬유 손실을 증가시키는 경향을 가지는 것에 주목했다. 전술에 따라, 출원인은 저 비-선형도 계수γ과 손실이 제한(limited loss)된 광섬유의 개발 작업을 가능케 하였다.
출원인은 광섬유 강도가 낮을 때 상대적으로 보다 낮은 도판트 농도를 갖는 광섬유를 개발했다.
출원인은 저 비-선형도 계수γ는 광섬유에서 섬유 중심 단면적의 제 1 피크로된 섬유의 굴절률과, 제 1 피크보다 높은 제 2 피크로 된 외부 링과 그리고 두 피크사이의 단면적 내의 저-도판트-함량 범위를 선택함으로써 광섬유 내에 얻을 수 있다. 상기 섬유에서 내부 코어 범위 외부의 광 자계 강도가 증가된다. 상대적으로 높은 자계 강도의 조합내의 저-도판트 함량 범위의 존재는 실질적인 비-선형도 계수에서의 실제적인 감소를 얻을 수 있다.
한가지 관점에서, 저 비-선형도 계수γ와 본 발명과 동일한 고 실효 면적으로된 광 송수신 섬유는 코어 영역과 코어 영역을 둘러싼 저 손실 클레딩을 구비한다. 코어 지역은 γ가 기선택된 작동 파장 범위를 넘는 약 2W-1km-1보다 작을 때: 제 1 최대 굴절률차이 Δn1, 분포율α, 반경 r1을 가진 유리 내부 코어와; Δn1보다 작은 실질적으로 일정한 굴절률차이 Δn2를 가진 내부 코어를 반경방향으로 둘러싸고 외부 반경이 r2인 제 1 유리층과; 제 1 층을 반경방향으로 둘러싸고 Δn1보다 큰 제 2 최대 굴절률차이 Δn3을 가진 밑면의 폭이 W인 제 2 유리층을 구비한다. 제 1 유리층의 굴절률차이 Δn2의 절대값은 상기 최대 굴절률차이 Δn3의 절대값보다 10% 작다. 더욱 바람직하게는 절대값 Δn2는 절대값Δn3보다 5% 작다. 바람직하게 Δn2는 제 1 유리층을 넘는 실질적인 상수이다.
바람직하게 제 2 유리층의 Δn3의 굴절률의 피크는 내부 코어에 Δn1의 굴절률 피크를 5%이상으로 넘는다.
제 2 관점에서, 본 발명과 동일한 광 송수신 시스템에서의 사용을 위한 고 실효 면적과 약 2W-1km-1보다 작은 비-선형도 계수γ로된 광 송수신 섬유는 코어 영역과 코어 영역을 둘러싼 낮은 손실 클레딩을 가진다. 코어 영역은 최대 굴절률 차이가 Δn1과, 분포율 α, 그리고 반경 r1이며; 내부 코어를 반경방향으로 둘러싸고 Δn1보다 작은 굴절률 차이 Δn2를 가지고 외부 반경이 r2인 제 1 유리층과 Δn1보다 큰 제 2 최대 굴절률 차이Δn3과 폭이 w인 제 1 층을 둘러싼 제 2 유리층을 구비한다. 상기 제 1 유리층은 저-도판트-함량 범위를 구비한다.
또 다른 관점에서, 본 발명과 동일한 광 송수신 시스템은 광 신호를 출력하는 광 송수신기와 상기 신호 수신을 위한 광 송수신 라인을 구비한다. 광 송수신라인은 섬유의 중심 단면 지역내의 제 1 굴절률 피크와 제 1 피크보다 높은 제 2 굴절률 피크 값과 두 피크사이에 저-도판트 함량 범위를 가지는 광 송수신 섬유를 구비한다.
바람직하게, 상기 저-도판트-함량 범위는 외부 링의 굴절률차이인 섬유의 피크 굴절률 차이가 절대값의 약 15% 이거나 이하다.
바람직한 실시예에서, 광 송수신 시스템은 또한 복수의 광 신호의 출력을 위한 복수의 광 수신기와, 특정 파장을 가진 각각의 신호와 파장 분할 다중 대역의 광통신 섬유를 형성하기 위해 광 신호를 결합하고 상기 광 송수신 라인에 결합된 신호를 출력하는 광 결합기를 구비한다.
바람직하게, 상기 광 송수신 섬유는 50km보다 길다.
바람직하게, 상기 광 송수신 라인은 적어도 하나의 증폭기를 구비한다.
또다른 관점에서, 광섬유 송신기내의 비-선형 효과를 조절하는 본 발명과 동일한 방법은 광 신호를 발생하는 단계; 비-선형도 계수를 가진 실리카 광섬유에서 광 신호를 커플링 하는 단계; 광섬유의 중심 단면지역에서 제 1 굴절률 피크를 제공하기 위한 도핑단계; 상기 섬유의 환형 유리 링을 제 1 피크보다 높은 제 2 굴절률 피크값을 제공하기 위한 도핑에 의한 상기 중심 단면 범위의 외부인 섬유 단면도에서 광 신호와 결합하기 위한 자계 강도를 강화하는 단계로 구비된다. 상기 방법은 기설정된 값 이하에서 두 피크사이의 섬유 단면 지역의 도판트 농도를 선택하는 단계를 섬유 비-선형도 계수를 줄이기 위해 구비한다.
상술한 일반적인 명세와 후술되는 상세한 설명은 본 발명을 설명하는 실예일뿐이며 청구된 본 발명을 제한하기 위함이 아니라는 것을 명시해야한다. 후술되는 명세와 본 발명의 실시예는 본 발명의 목적과 장점을 부가적으로 설명하기 위함이다.
도 1은 본 발명과 동일한 광 송수신 섬유의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예와 동일한 도 1 섬유의 단면도의 굴절률 분포 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 분산 대 내부 코어 반경의 컴퓨터 시뮬레이션 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예를 위한 내부 코어의 굴절률 분포 면적 대 실효 면적의 컴퓨터 시뮬레이션 그래프다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예의 내부 피크 면적 대 비-선형도 계수γ의 컴퓨터 시뮬레이션 그래프다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 제 2 유리층에 굴절률 분포 대 실효 면적의 컴퓨터 시뮬레이션 그래프다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 있어서, 광섬유 반경 대 전기장의 컴퓨터 시뮬레이션 그래프다.
도 8a는 본 발명의 제 1 실시예에 있어서, 실효 면적 대 비-선형도 계수의 컴퓨터 시뮬레이션 그래프다.
도 8b는 종래의 이중 형태 분산 이동 광섬유를 위한 비-선형도 계수 대 실효면적의 컴퓨터 시뮬레이션이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예와 동일한 도 1에 도시된 섬유의 단면도의 굴절률 분포 그래프다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예와 동일한 도 1에 도시된 섬유의 단면도의 굴절률 분포 그래프다.
도 11은 본 발명의 제 4 실시예와 동일한 도 1내의 섬유의 굴절률 분포도다.
도 12는 본 발명의 제 4 실시예에 따르는 섬유에 대한 파장 대 전체 분산 그래프다.
도 13은 본 발명의 제 5실시예와 동일한 도 1내의 섬유의 굴절률 분포도다.
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 광섬유는 섬유의 반경 치수에서 두 개 영역의 피크 굴절률 차이를 포함하는 굴절률 분포를 갖고, 상기 분포에서 두 개의 피크 중 가장 큰 피크는 제 1피크로부터 반경방향의 밖으로 위치된다. 출원인들은 상술한 성질의 굴절률을 갖는 광섬유가 상대적으로 저 비-선형도 계수 γ 및 상대적으로 높은 실효 면적을 포함하는 1520㎚에서 1620㎚의 파장 작동 범위에 광 특징을 형성한다는 사실을 발견하였다. 이러한 특성에 따라 본 발명의 광섬유는 특히 장거리(예를 들면, 50㎞ 이상)를 갖는 광 송수신 라인 및 고 전력 신호(예를 들면, 광 증폭기를 갖는 광 송수신 라인)에서 효과적으로 사용될 수 있다.
또한, 출원인은 상기 굴절률 분포를 포함하는 광섬유가 비영 양성 분산 및 비영 음성 분산 모두를 위한, WDM 시스템에서 4개의 파형 혼합의 비-선형 효과를 최소화하기 위하여 비영 분산 섬유(Nonzero dispersion fiber)로써 효과적으로 작동할 수 있음을 발견하였다. 또한, 출원자는 상기 굴절률을 포함하는 광섬유가 광 송수신 시스템에서 비-선형 효과를 최소화하기 위하여 분산 이동된 섬유(Dispersion Shifted Fiber)로써 효과적으로 작동할 수 있다고 결정하였다.
도 1을 참조하면, 저 비-선형도 계수 γ을 갖는 광 송수신 섬유는 굴절률을 변화시킴에 따라 다수의 빛 전도 유리층을 구비한다. 도1의 섬유(10)의 단면도에서 제시된 것처럼, 상기 섬유의 축방향 중심은 가장 큰 굴절률 차이인 Δn1과 반경 r1을 갖는 내부 코어(12)이다. 당업자에게 쉽게 알려진 것처럼, 굴절률 차이는 유리의 주어진 층과 클래딩 유리간의 굴절률 차이를 지칭한다. 즉, n1의 굴절률을 갖는 내부 코어(12)의 상기 굴절률 차이 Δn1은 n1-n클래딩과 동일하다. 유리 코어(12)는 바람직하게, GeO2와 같은 순수한 SiO2의 굴절률을 증가시키는 물질로 도핑된 SiO2로 구성된다. 굴절률을 증가시키는 다른 도판트는 예를 들면, Al2O3, P2O5, TiO2, ZrO2및 Nb2O3등이 있다.
제1유리층(14)은 내부 코어(12)를 둘러싸고, 내부 코어(12)의 반경 r1을 따라 굴절률보다 작은 상기 층을 횡단하는 굴절률로 특징 지워진다. 바람직하게, 하기에서 보다 자세히 설명될 것처럼, 제1층(14)은 실제적으로 0과 동일한 굴절률 차이 Δn2를 갖는 순수한 SiO2로 제조된다.
제 2유리층(16)은 섬유(10)의 길이에 따라 제 1유리층(14)을 둘러싸고 있다. 이때, 제 2유리층(16)은 내부 코어(12)내에 유리의 최대 굴절률 Δn1을 초과하는 상기 층의 폭의 범위 안에 최대 굴절률 Δn3을 갖는다. 마지막으로 저 손실 클래딩(18)은 광섬유(10)의 축에 따라 빛을 전파를 돕는 종래 방법으로 두 번째 유리층(16)을 둘러싼다.
클래딩(18)은 실제로 0인 굴절률 차이를 갖는 순수 SiO2유리를 구비할 수 있다. 만약, 클래딩(18)이 굴절률을 변화시키는 도판트를 포함하면 클래딩(18)은 내부 코어(12)와 제 2유리층(16)의 범위내에 최대 굴절률보다 작은 상기 클래딩 폭을 횡단하는 굴절률을 가져야 한다.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 대한 섬유(10)의 반경을 횡단하는 굴절률 분포를 나타낸다. 일반적으로 제시된 것처럼, 섬유는 내부 코어(12)와 두 번째 유리막(16)의 범위내에 각각 위치하는 두 개의 굴절률 피크(20)(22)를 갖는다. 내부 코어(12)와 제 2유리층(14) 사이에 반경방향으로 배치된 제 1유리층(14)은 상기 제 1층에 인접한 층(12 및 16)에 상대적으로 낮은 굴절률을 제공한다.
결과적으로, 내부 코어(12), 제 1유리층(14) 및 제 2유리층(16)의 결합은 일반적으로 분할 코어를 갖는 광섬유에 상기 섬유의 단면부 내에 가장 높은 굴절률을 갖는 외부 층을 제공한다.
도 2를 참조하면, 내부 코어(12)는 약 3.6 ㎛ 내지 4.2 ㎛ 바람직하게는, 3.9 ㎛인 반경 r1을 갖는다. 광섬유의 중심과 반경위치 3.9 ㎛ 사이에서 내부 코어(12)는 GeO2또는, 섬유(10)의 축 중심에서 또는 그 부근에서 피크굴절률과 섬유의 외부 반경에서 내부 코어에 대한 최소 굴절률을 생산하는 것과 같은 굴절률 증가 도판트를 포함한다.
피크에서 내부 코어(12)의 굴절률 차이는 약 0.0082 내지 0.0095이며, 바람직하게는 약 0.0085를 갖는다. 굴절률을 증가시키는 도판트 농도는 실제적으로 포물선 모양을 닮은 곡선 기울기를 갖는 분포를 생성하는 방식으로 내부 코어(12)의 중심에서 3.9 ㎛의 외경까지 줄어든다. 상기 실제적으로 바람직한 포물선 모양은 1.7내지 2.0 사이, 바람직하게는 1.9의 분포율 α와 일치한다. 일반적으로 내부 코어(12)의 분포율은 α로서 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
당업자에게 쉽게 알려진 것처럼, 상기 분포율 α는 코어의 원형 정도나 또는 곡선 정도를 가리키고 여기에서 α = 1은 유리 코어에 대한 삼각형 모양을 나타내고, α = 2는 포물선을 나타낸다. α값이 2 보다 크거나 또는 6에 근접함에 따라, 상기 굴절률 분포는 스텝 지수 분포에 거의 가까워진다. 또한, 정확한 스텝 지수는 무한한 α로써 설명되지만, 약 4 내지 6의 α는 실제적인 목적을 위한 스텝 지수 분포이다. 상기 분포율 α는 만약 상기 섬유가 OVD 또는 MCVD 방법에 의해 생산되었다면 뒤집힌 원뿔 모양과 같이 하강 지수를 가질 수도 있다.
제 1유리층(14)은 (24)로 참조된 Δn1보다 작은 굴절률 차이 Δn2를 가진다. 도2에서 제시된 것처럼, 이러한 제 1유리층(14)의 바람직한 굴절률 차이 Δn2는 약 0의 상수 값을 가지며, 이 값은 순수한 SiO2유리층에 상응하는 값이다. 그러나, 제1유리층(14)의 도판트 함량이 낮다면, 제 1유리층(14)의 굴절률 차이 Δn2가 굴절률을 변화시키는 도판트들의 존재로써 0과는 다르다. 굴절률 차이가 제 1유리층(14)을 가로질러 변화한다고 생각된다. 어떤 경우에는, 내부 코어(12)로부터또는 제2유리층(16)으로부터 굴절률을 변화시키는 도판트들이 섬유 제조동안 제1유리층(14)으로 확산할 수 있다.
출원인은 상술된 제 1 유리층(14)내의 상대적으로 높은 자계 강도와 조합된 상술된 장점(예, 섬유 저 손실과 비 선형도)을 얻기위하여는, 제 1 섬유층(14)에 저-도판트 함량은 절대값이 제 2 유리층(16)의 굴절률차이인 섬유 피크 굴절률 차이의 약 15% 또는 바람직하게는 15%이하에 일치하는 제 1 유리층(14)에 굴절률차이Δn2를 초래하는 도판트 함량이라고 단정했다. 당업자라면 상기 값을 결과적인 광섬유가 비-선형 및 또는 손실 특징이 당업자가 만들고자하는 예를 들면, 광 송수신 라인의 길이, 증폭기의 수 그리고 거리 및/또는 송수신 신호의 전압, 갯수 그리고 파장 거리와 같은 광 시스템의 특징과 일치하도록 적용시킬 수 있다.
바람직한 실시예에 의하면, 향상된 섬유 특징은 절대값이 제 2 유리층(16)의 굴절률 차이Δn3의 10%보다 작은 굴절률 차이Δn2를 초래하는 제 1 유리층(14)내의 도판트 농도로써 얻어질 수 있다. 상기 제 1 섬유 층에서의 저 도판트 함량은 섬유층의 상대적으로 높은 자계 강도와의 조합으로 섬유 비-선형도 계수와 손실에 매우 제한된 영향을 준다.
또한 더욱 바람직한 섬유 특징은 절대값이 제 2 유리층(16)의 굴절률 차이Δn3의 5%보다 낮은 굴절률 차이Δn2로 얻어질 수 있다.
제 1 섬유 층(14)은 도 2에 도시된 것처럼 약 9.0㎛과 12.0㎛사이 또는 바람직하게는 9.2㎛인 외부 반경 r2를 갖는다. 결과적으로, 본 발명의 제 1 실시예를 위하여 폭이 약 4.8㎛에서 약 8.4㎛의 제 1 유리층(14)을 갖는다.
내부 코어(12)와 같은 제 2 유리층(16)은, 유리층의 폭을 Ge02및/또는 다른 알려진 도판트로 도핑 함으로써 제 2 유리층의 굴절률을 증가시킬 수 있다. 제 2 유리층(16)은 도 2내의 22와 같이 도시된 것처럼 유리 코어(12)의 최대 굴절률 차이Δn1과 제 1 층(14)의 굴절률 차이 Δn2를 초과하는 최대 굴절률 차이 Δn3내의 최대 반경을 넘는 실제 포물선 분포를 갖는다. 또는 포물선과 다른, 예를 들면, 둥근형이거나 스텝형과 같은 굴절률 분포는 제 2 유리 층(16)으로 착안된다.
바람직하게 제2 유리층 (16)의 굴절률 Δn3은 굴절률 피크에서 내부 코어(12)에 대한 굴절 피크율 Δn1을 5% 이상 초과한다. 제2 유리층(16)의 굴절률Δn3은 굴절률 피크에서 약 0.009 내지 0.012 이고, 바람직하게는 약 0.0115이다. 제 2유리층(16)은 약 0.6μm 내지 1.0μm, 바람직하게는 약 0.9μm인 폭 w를 갖는다.
광섬유(10)의 클래딩(18)은 실제적으로 0과 동일한 굴절률 차이를 갖는 굴절률 분포(26)를 가진다. 언급된 것처럼, 바람직하게 클래딩(26)은 순수 SiO2유리이지만, 내부 코어(12)와 제2층(16)의 최대 굴절률(20 및 22) 이상으로 굴절률을 상승시키지 않는 도판트를 포함할 수 있다.
출원인은 도 2의 굴절률 분포를 갖는 광 송수신 섬유(10)가 WDM 송수신에서 사용하기 위한 여러 가지 바람직한 광 특징을 갖는다는 것을 알아내었다. 바람직하게, 광 송수신 섬유(10)는 1530nm 내지 1565nm의 파장 범위 상에서 작동하는 송수신 시스템에서 사용되고 상기 송수신 시스템에서 섬유는 상기 작동 파장 범위를 가로질러 5내지 10ps/nm/km의 전체 분산을 제공한다. 보다 특정하게, 섬유(10)는 상기 파장 범위에서 다음과 같은 광 특징을 나타내고, 괄호 안에는 가장 바람직한 실시예의 특징을 나타낸다.
상기 광 특징은 솔리톤 및 비-솔리톤 유형 양쪽 모두의 WDM 시스템용 송수신 섬유에 대해 바람직한 품질을 만족시킨다.
언급한 것처럼, 상기 비-선형도 계수 γ는 비-선형 효과에 섬유의 자화율(susceptibility)의 표시를 제공한다. 2 W-1km-1보다 작은 γ와 함께, 섬유(10)는 자체-위상 변조, 교차-위상 변조 및 그와 유사한 것으로부터 심각한 문제점을 일으킬 수 있는 고 전력 광 송수신 시스템에 대하여 호의적인 반응을 나타낸다. 그런데, 섬유(10)는 작동 범위 1530nm 내지 1565nm를 횡단하는 비영 분산값을 포함하고, 상기 분산 값은 불리한 4개의 파형 혼합을 막는 것을 돕는다. 또한, 작동 파장 범위를 횡단하는 전체 분산의 상대적으로 작은 기울기는 섬유(10)가 WDM 시스템에 있는 운반 파장들 사이에 상대적으로 작은 차의 분산을 제공할 수 있도록 한다.
도 3 내지 도 6은 섬유(10)의 물리적 및 광학적 특징들 사이의 관계를 자세하게 도시한다. 상기 도면들은 6개의 파라미터 즉, 내부 코어(12)의 반경 r1, 내부 코어(12)의 최대 굴절률 Δn1, 내부 코어(12)의 분포 모양 α, 제1층(14)의 외부 반경 r2, 제2층(16)의 폭 w 및 제 2층(16)의 최대 굴절률 Δn3을 고려할 때 다양한 물리적 및 광학적 관계들을 위하여 섬유(10)에 대한 컴퓨터 시뮬레이션으로부터 얻은 결과를 나타낸다. 도 3 내지 도 6의 각 그래프로 나타내지는 시뮬레이션에서, 상기 6개의 파라미터들은 상기 약술된 6개의 파라미터에 대한 범위 즉, 3.6 내지 4.2μm의 r1, 0.0082 내지 0.0095μm의 Δn1, 1.7 내지 2.0의 α, 9.0 내지 12.0μm의 r2, 0.6 내지 1.0μm의 w 및 0.009 내지 0.012의 Δn3을 실제적으로 가로질러 완전하게 임의적으로 변화된다. 각 점은 다른 세트의 6개의 파라미터를 나타낸다. 상기 시뮬레이션에 고려된 유일한 파라미터는 Δn1<Δn3 임을 설정한다. 따라서, 모든 점들은 내부 피크보다 높은 외부 굴절률 피크를 갖는 섬유와 상응한다.
도3 내지 도 6의 시뮬레이션 결과에서 보여지는 것처럼, 저 비-선형도 요인을 갖는 광섬유를 얻기 위해서, 내부 코어(12)에 대한 굴절률 분포의 영역은 낮추어져야한다. 증가된 굴절률을 갖는 외부 링, 특히, 제2 유리층(16)은 고 실효 면적과 섬유(10)에 대한 저 비-선형도 계수를 얻는 것을 돕기 위해 첨가된다. 특히, 출원인은 증가된 굴절률을 갖는 제 2유리층의 첨가는 낮은 도판트 함량을 갖는 범위에서 섬유의 단면부에 전기장 분포를 높여 섬유의 중심에서 전기장 분포를 낮추기 때문에, 상기 비-선형도 계수 γ는 낮아지게 됨을 발견하였다.
또한, 출원인은 증가된 굴절률을 갖는 제 2유리층의 첨가는 전체 섬유 분산에 낮게 영향을 끼친다는 것과 상기 섬유 분산은 내부 코어(12) 굴절률 분포의 반경 치수(radial dimension) r1에 의하여 본질적으로 결정된다는 것을 발견하였다.
도3은 반경 r1과 섬유(10)에 대한 분산 사이의 관계를 도시한다. r1의 값은 주어진 파장 λ에서 지정 반응(monomodal behavior)을 얻기 위해 바람직하게 3λ보다 더 작다. 주어진 범위의 분산에 대하여, 굴절률 분포에 대한 방사 규모 r1의 적당한 범위가 정해질 수 있다.
비-선형 효과를 막고, 보다 큰 전력을 부여하기 위하여 섬유(10)의 실효 면적은 상대적으로 높이, 바람직하게, 45μm2를 초과해서 유지되어야한다. 비-선형도 계수는 다음과 같은 두 가지 방법 즉, 상기 내부 코어에 대한 굴절률 분포의 면적을 감소(즉, 도2의 피크(20)와 좌표축 사이의 범위 면적)(도4 내지 도 5 참조) 시키거나 제 2외부 피크(도 6)의 굴절률을 증가시키는 방법으로 낮추어질 수 있다.
명확성을 위하여, 상기 시뮬레이션에서 반경 치수 r1은 일정하게 유지되었고, 그래서 상기 도에서 분산이 완전하게 결정된다. 내부 코어에 대한 상기 굴절률 분포의 범위를 감소시키기 위하여, 주어진 반경 치수 r1에 대한 굴절률 차이 Δn1을 감소시키는 것을 이용할 수 있다. 상기 굴절률 Δn1이 낮추어짐에 따라 실효 면적이 증가함은 도4에서 보여지는 것처럼, 내부 코어(12)에서 전기장 제한이 보다 약해지기 때문에 일어난다.
내부 코어에 대한 굴절률 분포 범위의 감소는 상기 섬유에 대한 증가된 실효 면적을 이끌어 내기 때문에, 영역의 감소는 또한 도 5에서 제시된 것처럼, 보다 작은 비-선형도 계수 γ를 제공한다. 그러므로, 보다 작은 비-선형도 계수 γ를 갖는 상기 섬유(10)는 증가된 전력을 조종하고 및/또는 비-선형 효과를 감소시킬 수 있다.
또한, 출원인은 상기 내부 코어로부터 반경방향의 외부방향으로 위치한 보다 높은 굴절률을 갖는 측면 영역(lateral area)의 첨가는 상대적으로 큰 실효 면적과 그러므로 저 비-선형도 계수 γ를 얻는 것을 도울 것이라는 것을 인식했다.
상기 측면 피크 굴절률 영역(lateral peak refractive index zone)의 첨가는 전기장 분포를 보다 크게 하는 것을 돕지만, 실제적으로 분산에는 영향을 미치지는 않는다. 제 2층(16)의 방사 위치, 그것의 폭 및 그것의 피크 굴절률 모두는 섬유의 전체 실효 면적에 영향을 미친다. 예를 들면, 도 6은 실효 면적과 제 2층(16)에 대한 피크 굴절률 차이를 비교한 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 나타내고, 여기에서 다른 섬유 파라미터들은 명확하게 하기 위하여 일정하게 유지된다. 도 6에서 증명되는 것처럼, 외부 링(16)에 대한 증가하는 굴절률 차이는 섬유(10)에 대한 증가하는 실효 면적을 발생한다.
도 7은 외부 링(16)의 첨가로 인한 섬유(10)의 단면부내에서 전기장의 분포를 도시한다. 도 7에서, 참조부호(20 및 22)는 각각 내부 코어 및 외부 링을 정의하는 반면에, 참조부호(23)는 상기 섬유 반경을 횡단하는 전기장 분포를 정의한다. 상기 외부 피크의 존재는 상기 섬유에서 전기장 분포를 확장한다.
또한, 출원인은 도 2의 분포처럼, 상기 코어의 외부 링에서 최대 굴절률 범위를 갖는 광섬유는 낮은 Aeffγ 결과, 즉, 동일한 실효 면적을 갖는 다른 섬유와 비교하여 보다 작은 γ를 나타낸다. 예를 들면, 도 8a는 제1 실시예에 따른 섬유(10)에 대한 실효 면적과 γ 사이의 시뮬레이팅된 관계를 도시한다. 반대로, 도 8b는 γ와 종래 이중-모양 분산-변형된 광섬유에 대한 실효 면적 사이의 시뮬레이팅된 관계를 도시하고, 상기 광섬유는 보다 덜 바람직한(즉, 보다 높은) Aeff·γ 결과를 나타낸다.
요약해서, 섬유(10)는 광 도파관에 비영 분산 및 상대적으로 저 비-선형도 계수를 갖는 광 WDM 신호를 송수신하기 위한 특이한 굴절률 분포를 제공한다. 이러한 특징은 섬유(10)가 4개의 파형 혼합으로 인한 신호 기능저하를 최소화하고 및/또는 보다 높은 전력의 사용을 허가할 수 있다.
도 9는 도 1의 광섬유(10)에 대한 본 발명의 제 2실시예를 도시한다. 상기 제 2실시예에서, 내부 코어(12)는 약 2.3μm 내지 3.6μm 바람직하게는, 약 2.77μm인 반경 r1을 갖는다. 섬유의 중심과 방사 위치 2.77μm 사이에서 내부 코어(12)는 하나 또는 그이상의 GeO2또는 그와 비슷한 굴절률-증가 도판트를 함유하고, 상기 도판트들은 섬유(10)의 축 중심에서 또는 그 부근에서 피크 굴절률과 그것의 외부 반경에서 내부 코어에 대한 최소 값을 만든다. 상기 피크에서 제2 실시예에서의 내부 코어(12)에 대한 굴절률 Δn1은 약 0.010 내지 약 0.012이고 바람직하게는 약 0.0113이다. 제 1실시예에서처럼, 상기 코어(12)에서 굴절률-변형 도판트의 농도는 중심에서 외부 반경으로 약 2.77μm에서 어느 정도 감소하여 약 1.4 내지 약 3.0 바람직하게는 약 2.42의 분포율 α를 갖는 분포를 생산한다. 제 2실시예에서, 제 1유리층(14)은 (24)로써 참조된 것처럼 실제적으로 일정한 굴절률 차이 Δn2를 갖고, 상기 굴절률 차이는 도핑 되지 않은 실리카 유리로 인해 약 0이다. 그러나, 도 2의 제 1실시예를 참조하여 전에 설명된 것처럼, 낮은 도판트 농도는 제 1유리층(14)에서 존재할 수 있다. 상기 제 1층(14)은 약 4.4μm와 6.1μm 사이 또는 보다 바람직하게는 5.26μm과 같은 외부 반경 r2로 확장한다. 결과적으로, 제 1유리층(14)은 본 발명의 제 2실시예를 위하여 약 0.8μm에서 약 3.8μm으로 또는 바람직하게는, 약 2.49μm의 확장 폭을 갖는다.
제 1실시예처럼, 상기 제 2실시예는 내부 코어(12)와 같이 CEO2를 갖는 유리층의 폭을 도핑함에 의하여 증가된 굴절률 차이를 갖는 제 2유리층(16) 및/또는 다른 잘 알려진 굴절률 증가 도판트를 포함한다. 제 2유리층(16)은 그것의 반경을 횡단해 도 9의 (22)로써 묘사된 최대 굴절률 차이 Δn3에서 최고점에 이르는 실제적으로 포물선 분포를 갖는다. 또한, 포물선, 예를 들면, 둥근 형이거나 스텝형과 다른 지수 분포가 제 2유리층(16)에 대해 착안된다.
바람직하게, 제 2유리층(16)의 굴절률 Δn3은 굴절률 피크에서 내부코어(12)에 대한 피크 굴절률 Δn1을 5% 이상 초과한다. 제 2유리층(16)의 굴절률 Δn3은 굴절률 피크에서 약 0.012 내지 0.014 또는 바람직하게는 약 0.0122이다.
제 2유리층(16)은 약 1.00μm내지 약 1.26μm, 바람직하게는 약 1.24μm과 동일한 폭 w를 갖는다.
바람직하게, 광 송수신 섬유(10)는 상기 섬유가 양성 비영 분산 특징을 제공하는 파장 범위 1530nm 내지 1565nm 상에서 작동하는 송수신 시스템에서 사용된다. 비영 분산 섬유는 ITU-T 레코맨데이션(Recommendation) G.655에 설명된다.
도9의 제 2실시예에 따라 구성된 섬유(10)는 다음과 같은 바람직한 광특징을 나타낸다(수치들은 1550nm의 값에 대해 그렇지 않다면 표시되는 값에 대해 주어진다):
크로마틱 분산(chromatic dispersion) @ 1530nm ≥ 0.5ps/nm/km
0.07 ps/nm2/km ≤ 분산 기울기≤ 0.11ps/nm2/km
45μm2≤Aeff≤100μm2
1W-1km-1≤γ≤2W-1km-1
마이크로벤딩 감쇄 계수≤0.01 dB/km
(30mm의 굽은 반경으로 100번 회전하여 느슨하게 감겨진 섬유)
마크로벤딩 감도≤10(dB/km)/(g/mm)
λ절단≤1600nm(ITU.T G.650에 따른 섬유 절단 파장)
상기 기입된 광 특징을 갖는 섬유(10)의 제 2실시예는 솔리톤과 비-솔리톤 WDM 시스템 모두의 송수신을 위해 수용 가능한 상태를 제공한다.
도 10은 광섬유(10)에 대한 본 발명의 제3 실시예의 굴절률 분포를 도시하고, 상기 섬유의 단면부는 도 1에서 제시된다. 제 1 및 제 2실시예와 같은 제 3실시예는 높아진 굴절률 차이 Δn1 및 분포 형태 α를 갖는 내부 코어와 보다 작은 굴절률 차이 Δn2를 갖는 유리의 제1층 및 섬유의 단면부에서 최대 굴절률 차이 Δn3을 갖는 유리의 제2층을 함께 포함한다.
다음은 도 10에서 도시된 것처럼 본 발명의 제 3실시예에 따른 섬유(10)에 대한 바람직한 물리적 파라미터를 나타낸다.
내부 코어 반경 r1 = 2.387μm
내부 코어 굴절률 차이 Δn1 = 0.0120
제 1층 반경 r2 = 5.355μm
제 1층 굴절률 차이Δn2 = 0.0
제 2층 폭 w = 1.129μm
제 2층 굴절률 차이 Δn3 = 0.0129.
물론, 상기 최적 구조의 값으로부터의 변화는 상기 값들의 일반적인 발명 특징을 변경하지는 않는다. 본 발명의 제 3실시예에 따른 섬유(10)는 유익하게 다음과 같은 최적의 광 특징을 얻는다(파장 1550nm에서).
분산 = 3.4ps/nm/km
분산 기울기 = 0.11ps/nm2/km
모드 영역 직경 = 9.95μm
실효 면적 = 90μm2
γ = 1.00W-1km-1
상기 기입된 광 특징을 갖는 섬유(10)에 대한 제 3실시예는 솔리톤 및 1l-솔리톤 WDM 시스템 모두에서 송수신을 위해 수용 가능한 상태를 제공한다.
도 11은 비영 양성 분산의 광 특징을 발생하는 광섬유(10)에 대한 4번째의 굴절률 분포를 도시한다. 도 11의 본 발명 섬유의 물리적 특징은 약 3.2μm의 내부 코어(12)의 반경 r1, 약 2.9의 내부 코어(12)의 굴절률 분포 α, 참조부호(20)에서 약 0.0088의 내부 코어(12) 최대 굴절률 차이 Δn1, 참조부호(24)에서 약 0의 굴절률 Δn2를 갖는 약 7.2μm의 제 1유리층(14)의 외부 반경, 약 0.8μm의 제 2유리층(16)의 폭 및 참조부호(22)에서 약 0.0119의 제 2유리층 (16)의 최대 굴절률 Δn3을 포함한다. 도2의 굴절률 분포에서처럼, 비영 양성 분산 섬유에 대한 도 11의 분포는 특징적인 다중 피크 고 굴절률을 갖고, 상기 다중 피크에서 외부 피크는 제 2유리층(16)에 존재하며, 상기 도 11의 분포는 실제적으로 포물선형태를 갖고, 피크 최대(22)에서 내부 코어(12)내에 최대 굴절률(20)을 초과한다. 도 11의 굴절률 분포를 갖는 섬유(10)는 1530nm내지 1565nm의 작동하는 파장대역을 가로질러 양성 전체 섬유 분산(positive total fiber dispersion)을 제공한다. 그러한 실행은 상대적으로 높은 광 전력을 갖고 그렇지 않으면 유익하지 않은 4개의 파형 혼합 결과를 일으키는 광시스템에서 바람직한 적용을 가진다.
도 12는 시뮬레이팅된 전체 분산 대 도 11의 굴절률 분포를 갖는 광섬유(10)에 대한 파장을 도시한다. 상기 도에서 보여지는 것처럼, 도 11의 굴절률 분포는 약 0.76ps/km/nm 및 3.28 ps/km/nm 사이에서 이어지는 약 1530nm 내지 약 1565nm의 파장대역을 가로질러 분산을 만들어낸다. 특히, 도 11에서 제시된 굴절률 분포를 갖는 섬유는 다음과 같은 광학적 특징을 1550nm에서 제공한다.:
분산 = 2.18ps/nm/km
분산 기울기 = 0.072ps/nm2/km
마크로벤딩 감쇄 계수 = 0.01dB/km
모드 영역 직경 = 9.0μm
실효 면적 = 62μm2
γ = 1.8W-1km-1
상기 모든 특징들은 비영 분산 섬유에 대한 ITU-T G.655 레코맨데이션에 의하여 진술된 범위내에 있다.
도 13은 상대적으로 저 비-선형도 계수를 갖는 비영 음성 분산의 광특징을 발생하는 광섬유(10)에 대한 5번째의 굴절률 분포를 도시한다. 도 13의 본 발명 섬유의 물리적인 특징은 약 2.4μm 내지 3.2 μm 바람직하게, 약 2.6μm의 내부 코어(12) 반경 r1, 약 1.8 내지 3.0 바람직하게는, 약 2.48의 내부 코어(12) 굴절률 분포 α, 참조부호(20)에서 약 0.0106 내지 0.0120 바람직하게는 약 0.0116의내부 코어(12)에 대한 최대 굴절률 차이 Δn1, 참조부호(24)에서 바람직하게 약 0의 굴절률 Δn2를 갖는 약 5.3μm 내지 6.3μm 바람직하게는 약 5.9μm의 제 1유리층(14)의 외부 반경, 약 1.00μm 내지 1.08μm 바람직하게는 약 1.08μm의 제 2유리층 (16)의 폭 및 참조부호(22)에서 약 0.0120 내지 0.0132 바람직하게는 약 0.0129의 제 2유리층(16)의 최대 굴절률 Δn3을 포함한다. 예전에 설명된 것처럼, 낮은 도판트 농도는 제 1유리층(14)에서 존재할 수 있다. 도 2,9,10 및 11의 굴절률 분포처럼, 비영 음성분산 섬유에 대한 비영 음성 분산 섬유에 대한 도 13의 분포는 외부 피크가 제 2유리층(16)에 존재하는 높은 굴절률의 특징적인 다수 피크들을 가지며, 실제적으로 포물선 모양을 가지고, 다수 피크의 최고(22)에서 내부 코어(12)내에 최대 굴절률(20)을 초과한다. 또한, 포물선 예를 들면, 둥근형이거나 스텝형과 다른 지수 분포가 제 2유리층(16)을 위해 착안된다. 바람직하게, 제 2유리층(16)의 굴절률 Δn3은 굴절률 피크에서 내부 코어(12)에 대한 2.9의 내부 코어(12)에 대한 피크 굴절률 Δn1을 5% 이상 초과한다.
도 13의 굴절률을 갖는 도 10은 1530nm내지 1565nm의 작동 파장 대역을 가로질러 음성 전체 섬유 분산을 제공한다. 그러한 실행은 상대적으로 높은 광 전력을 갖는, 만약 갖지 않는다면 유익하지 못한 4개의 파형 혼합 결과를 발생하는 수중 송수신 시스템에서 사용되는 광시스템에서 바람직한 적용을 가진다. 특히, 도 13에서 제시된 굴절률 분포를 갖는 섬유는 1550nm에서 다음과 같은 광 특징을 제공하고, 다음에서 괄호 안은 가장 바람직한 실시예이다:
분산≤ -0.5ps/nm/km(-2.46ps/nm/km)
0.07 ps/nm2/km ≤ 분산 기울기≤ 0.12ps/nm2/km (0.11ps/nm2/km)
마이크로벤딩 감쇄 계수≤0.01 dB/km(0.0004dBm)
모드 영역 직경=9.1μm
45μm2≤실효 면적≤75μm2(68μm2)
1.2W-1km-1≤γ≤2W-1km-1(1.3W-1km-1)
λ절단≤1600nm(ITU.T G.650에 따른 섬유 절단 파장)
상대적으로 저 비-선형도 계수와 함께 변경된 분산의 광 특징을 발생하는 광섬유(10)에 대한 6번째 굴절률 분포가 지금 설명될 것이다. 분산 변경된 섬유는 ITU-T 레코맨데이션 G.653에서 설명된다. 제 6실시예에 따른 상기 섬유의 물리적 특징은 약 3.2μm의 내부 코어(12) 반경 r1, 약 2.8의 내부 코어(12)에 대한 굴절률 분포 α, 참조부호(20)에서 약 0.0092의 내부 코어(12)에 대한 최대 굴절률 차이 Δn1, 약 0의 굴절률 Δn2를 갖는 약 7.8μm의 제 1유리층(14)의 외부 반경 약 0.8μm의 제 2유리층의 폭 및 약 0.0118의 제 2유리층 (16)의 최대 굴절률 Δn3을 포함한다. 도 2, 9, 10, 11 및 도 13의 굴절률 분포에서처럼, 제 6실시예에 따른 분산 이동된 섬유에 대한 분포는 고 굴절률의 특징적인 다중 피크를 가지고, 상기 피크에서 외부 피크는 제 2유리층(16)에 존재하며, 실제적으로 포물선 형태를 가지고, 최대 피크 (22)에서, 내부 코어(12)내에 최대 굴절률(20)을 초과한다. 또는 포물선과 다른, 예를 들면, 둥근형이거나 또는 스텝형과 다른 지수 분포는 제 2유리층(16)에 대하여 착안된다. 바람직하게 제 2층(16)의 굴절률 Δn3은 굴절률 피크에서 내부 코어(12)에 대하여 피크 굴절률 Δn1을 5% 이상 초과한다.
도 13의 굴절률 분포를 갖는 섬유(10)는 1530nm 내지 1565nm의 작동 파장 대역을 가로지르는 낮은 절대값 전체 섬유 분산(low absolute value total fiber dispersion)을 제공한다.
특히, 상기 섬유는 다음과 같은 광 특징을 주어진 1550nm에서 그렇지 않은 것은 지시된 파장에서 제공한다.
분산 = 0.42 ps/nm/km
분산 기울기(dispersion slope) = 0.066 ps/nm2/km
분산 @ 1525nm = -1.07 ps/nm/km
분산 @ 1575nm = +2.22 ps/nm/km
마크로 벤딩 감쇄 계수= 0.6dB/km
모드 영역 직경 = 8.8μm
실효 면적 = 58μm2
γ = 1.56 W-1km-1
λ절단= 1359 nm (ITU. T G.650에 따른 섬유 절단 파장)
본 발명의 범위와 의의를 벗어남 없이 당업자라면 본 발명의 시스템 및 방법에 다양한 변형과 변화를 이룰 수 있을 것이다. 예를 들면, 도면에 묘사된 굴절률분포는 바람직한 실시예의 전형이 될 것이다. 정확한 모양, 반경 거리 및 굴절률 차이는 본 발명의 범위 또는 의의를 벗어남 없이 본 명세서에서 개시된 것과 동일한 섬유를 얻기 위해 당업자에 의하여 쉽게 변동될 수 있다. 1530nm와 1565nm 사이의 파장 범위에서 섬유 작동은 주어진 실시예를 위하여 개시됨에도 불구하고, 다른 파장 범위의 신호는 특정한 파장 요구조건이 현재 또는 미래 광통신 시스템에서 발생한다면, 본 발명에 따른 섬유에서 송수신될 수 있다. 특히, 당업자는 약 1520nm 내지 약 1620nm 사이의 확장된 파장 범위에서 작동하기 위하여 설명된 섬유, 또는 그것의 간단한 변형의 사용을 착안할 수 있고, 그러한 섬유에서 실리카는 낮은 감쇄 성질을 유지한다.
본 발명은 첨부된 청구항 및 그것들의 동등한 범위내에서 제공된 본 발명의 변형과 변화를 포함한다.
상기 내용에 포함되어 있음

Claims (26)

  1. 광 송수신 시스템에서 사용하기 위한 저 비-선형도 계수γ 및 고 실효 면적을 갖는 광 송수신 섬유에 있어서,
    제1 최대 굴절률 차이가 Δn1, 분포율 α 및 반경 r1을 갖는 유리 내부 코어;
    Δn1 보다 작은 굴절률 차이 Δn2 및 외부 반경 r2를 갖는, 상기 내부 코어를 반경방향으로 둘러싸는 제 1 유리층; 및
    Δn1 보다 큰 제 2최대 굴절률 차이 Δn3, 폭 w를 갖는, 제 1층을 반경방향으로 둘러싸는 제 2 유리층을 포함하는 코어 영역; 그리고,
    상기 코어 영역을 둘러싸는 저 손실 클래딩을 포함하고, 상기 비-선형도 계수 γ는 2W-1K-1보다 작고, 상기 굴절률 차이 Δn2는 절대값 면에서 상기 제 2굴절률 차이 Δn3의 10%보다 더욱 작음을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 r1은 약 3.6㎛내지 4.2㎛, r2는 약 9.0㎛내지 12.0㎛, w는 약 0.6㎛내지 1.0㎛ 임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 α는 약 1.7내지 2.0 임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 Δn3은 약 0.009내지 0.012 임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 Δn1은 약 0.0082내지 0.0095 임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 1530nm내지 1565nm의 파장 범위에서 섬유의 전체 분산은 약 5ps/nm/km 내지 10ps/nm/km임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 r1은 약 2.3 ㎛내지 3.6㎛, r2는 약 4.4㎛내지 6.1㎛ 및 w는 약1.00㎛내지 1.26㎛임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 α는 약 1.4내지 3.0임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 Δn3은 0.0120내지 0,0140임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 Δn1은 약0.0100내지 0.0120임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  11. 제 1항 또는 제 7항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 1530nm내지 1565nm 의 파장 범위에서 섬유의 전체 분산은 0.5ps/nm/km보다 큰 것임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 r1은 약 2.4㎛내지 3.2㎛, r2는 약 5.3내지 6.3, w는 1.00㎛내지 1.08㎛임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 α는 약 1.8내지 3.0임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 Δn3은 0.0120내지 0.0132임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 Δn1은 약 0.0106내지 0.0120이고, Δn2는 약0.0 임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  16. 제 1항 또는 제 12항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 1530nm내지1565nm의 파장 범위에서 섬유에 대한 전체 분산은 약 -0.5ps/nm/km보다 작음을 특징으로 하는 광 송수신 시스템.
  17. 제 1항 내지 제 16항에 있어서, 상기 Δn2는 절대값 면에서 Δn3의 5%보다 작음을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 Δn2는 약 0.0 임을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  19. 제 1항 내지 제 18항에 있어서, 제 2유리층의 최대 굴절률 차이는 최대 코어 굴절률 차이 Δn1을 5% 이상 초과함을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  20. 광 송수신 시스템에서 사용하기 위한 고 실효 면적과 2 W-1km-1보다 작은 비-선형도 계수 γ을 갖는 광 송수신 섬유에 있어서,
    제 1 최대 굴절률 차이 Δn1, 분포 α 및 반경 r1을 갖는 유리 내부 코어;
    상기 유리 내부 코어를 반경방향으로 둘러싸고 있으며 상기 Δn1보다 작은 굴절률 차이 Δn2 및 외부 반경 r2를 갖는 제 1유리층; 및
    상기 제 1유리층을 반경방향으로 둘러싸고 있으며 상기 Δn1 보다 큰 제 2최대 굴절률 차이 Δn3 및 폭 w를 갖는 제 2유리층을 포함하는 코어 영역; 그리고,
    상기 코어 영역을 둘러싸는 저 손실 클래딩을 포함하고, 상기 제 1유리층은저 도판트 함량 영역을 포함함을 특징으로 하는 광 송수신 섬유.
  21. 광 신호를 출력하기 위한 광 송수신기 및 상기 광 신호를 송수신 하기 위한 광 송수신 라인을 포함하는 광 송수신 시스템에 있어서,
    상기 광 송수신 라인은 섬유 중앙의 횡단면의 영역에서 제 1 굴절률피크를 갖는 광 송수신 섬유, 제1 피크보다 더 높은 제 2굴절률 피크 값을 갖는 외부 링 및 두 피크들 사이에 저 도판트 함량 영역을 포함함을 특징으로 하는 광 송수신 시스템.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 저 도판트 함량 영역은 절대값 면에서 상기 섬유 피크 굴절률 차의 15%보다 작거나 같은 굴절률 차이를 가짐을 특징으로 하는 광 송수신 시스템.
  23. 제 21항에 있어서, 각각의 신호가 특별한 파장을 갖는 다수의 광 신호를 출력하기 위한 다수의 광 송수신기; 및
    파장 분할 다중 방식 광통신 신호를 형성하기 위해 광 신호를 결합하고, 결합된 신호를 상기 광 송수신 라인 상으로 출력하기 위한 광 결합기를 더욱 포함함을 특징으로 하는 광 송수신 시스템.
  24. 제 21항에 있어서, 상기 광 송수신 섬유는 50㎞보다 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 광 송수신 시스템.
  25. 제 21항에 있어서, 상기 광 송수신 라인은 광 증폭기를 포함함을 특징으로 하는 광 송수신 시스템.
  26. 광섬유 송수신에서 비-선형 효과를 제어하기 위한 방법에 있어서,
    광 신호를 발생하는 단계와;
    비-선형도 계수를 가진 실리카 광섬유에서 광 신호를 커플링 하는 단계;
    광섬유의 중심 단면지역에서 제 1 굴절률 피크를 제공하기 위한 도핑단계; 상기 섬유의 환형 유리 링을 제 1 피크보다 높은 제 2 굴절률 피크값을 제공하기 위한 도핑에 의한 상기 중심 단면 범위의 외부인 섬유 단면도에서 광 신호와 결합하기 위한 자계 강도를 강화하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 방법.
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