KR20020047279A - 링 광자결정 섬유 - Google Patents

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KR20020047279A
KR20020047279A KR1020027005308A KR20027005308A KR20020047279A KR 20020047279 A KR20020047279 A KR 20020047279A KR 1020027005308 A KR1020027005308 A KR 1020027005308A KR 20027005308 A KR20027005308 A KR 20027005308A KR 20020047279 A KR20020047279 A KR 20020047279A
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제임스 에이. 웨스트
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알프레드 엘. 미첼슨
코닝 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 광섬유 도파관 (30)에 관한 것이다. 광섬유 도파관은 코어 영역 (34), 및 코어 영역을 둘러싸는 클래딩 영역을 포함한다. 상기 클래딩 영역은 내부 클래딩 영역 (32) 및 외부 클래딩 영역 (42)을 포함한다. 내부 클래딩 영역은 링 구조의 격자를 가진다. 상기 코어 영역은 높은 인덱스 물질로 형성되고, 클래딩 영역은 코어 영역의 굴절률보다 낮은 유효 굴절률을 생성하는 물질로 형성된다.

Description

링 광자결정 섬유{RING PHOTONIC CRYSTAL FIBERS}
특정한 광섬유 설계의 특성은 고용량, 긴 수송거리를 위한 도파관 섬유에 대한 증가하는 요구에 맞추어 끊임없이 연구되어 왔다. 테라비트(terabit) 범위에서의 데이타 전송 속도가 연구되었고, 100km보다 큰 재생기 간격을 갖는 통신 시스템이 연구중에 있다. 재생기없이 장거리에 걸친 대용량 정보 수행에 대한 원격통신 산업에서의 요구는 단일모드 섬유 인덱스 설계의 재평가를 불러왔다.
일반적으로, 광 도파관 섬유는 단일모드 섬유와 다중모드 섬유로 분류된다. 광섬유의 두가지 형태는 섬유 코어를 따라 광자를 유도하는 전반사(Total Internal Reflection)에 따라 결정된다. 통상적으로, 단일모드 섬유의 코어 직경은 상대적으로 가늘기 때문에, 하나의 빛의 전파 모드만이 도파관을 따라 전파될 수 있다. 광 펄스가 서로 근접하게 놓여지고 광섬유에서 분산에 의한 영향을 덜 받기 때문에 단일모드 섬유는 더 높은 대역폭을 제공할 수 있다. 또한, 광의 전파에 대한 전력 감쇠 비가 단일모드 섬유에서 더 낮다.
일반적으로, 더 큰 코어 직경을 갖는 광섬유는 다중모드 섬유로 분류되고, 다수개의 빛의 전파 모드가 도파관을 따라 전파될 수 있다. 다수개의 모드는 서로 다른 속도로 전파된다. 상기 모드의 군 속도에서의 이러한 차이는 다른 전파 시간을 생성하게 되고, 이는 도파관을 따라 전파되는 광 펄스를 넓어지게 만든다. 이러한 영향은 모드 분산으로 언급되며, 펄스가 전송될 수 있는 속도를 제한한다. 또한, 멀트모드 섬유의 대역폭을 제한한다. 그레이디드 인덱스 (Graded-index) 다중모드 섬유(스텝 인덱스 다중모드 섬유와 구별됨)는 모드 분산의 영향을 제한하기 위하여 개발되었다. 그러나, 현재 다중모드와 그레이디드 인덱스 다중모드 섬유 설계는 아직도 단일모드 섬유와 같은 대역폭 용량을 갖지 못한다.
광자결정은 광 도파관 구조를 통해 광자를 유도할 수 있는 또 다른 방법이다. TIR을 사용하여 광자를 유도하는 것보다, 광자결정은 빛을 유도하는데 있어서 브래그 산란(Bragg scattering)에 의존한다. 광자결정 구조를 정의하는 특성은 하나 이상의 축을 따르는 유전 물질의 주기성이다. 따라서, 광자결정은 1차원, 2차원 및 3차원이 될 수 있다. 이러한 결정은 광자 띠간격(photonic band gaps)을 갖도록 설계되며, 상기 광자 띠간격은 빛이 결정 구조내에서 임의의 방향으로 전파되는 것을 막아준다. 통상적으로, 광자결정은 유전 물질의 주기성 격자로 형성된다. 격자를 형성하는 물질의 유전상수가 서로 다르고 상기 물질이 최소량의 빛을 흡수하면, 격자 인터페이스에서 산란과 브래그 회절의 결과는 광자가 광자결정 구조를 통하여, 또는 광자결정 구조를 따라 유도되도록 허용한다.
도 1에는 광자결정(10)의 예가 도시되어 있으며, 주기성을 갖는 2개의 축과3번째의 균일 축으로 이루어져 있다. 보다 명확하게, 광자결정(10)은 Z-축 방향으로 연장된 유전 컬럼(dielectric columns)(12)의 삼각 격자를 포함하며, 이는 X-축 및 Y-축 방향으로 주기성을 지닌다(중심에서 중심으로 측정). 광자결정(10)은 Z-축 방향으로 균일한 것으로 추정된다. 이러한 구조에 따라서, 광자 띠간격은 주기적인 평면에서 생성된다.
도시된 광자결정(10)에서, 빛 모드는 통상적으로 Z-축 방향으로 진동될 것이며, 이는 결정체로 된 구조가 Z-축을 따라 균일하기 때문이다. 또한, 빛 모드는 오직 X-Y 평면에서 광자결정을 따라 전파될 것으로 추정된다. 광자결정(10)은 X-Y 평면을 통한 반사하에서 불변이다. 이러한 거울 대칭은 모드를 2개의 편파로 분류하며, 즉, 전기적 횡파(TE)와 자기적 횡파(TM) 모드라 한다.
또한, 결함(defect)은 평면 전파 특성을 바꾸고 광 모드를 집중시키기 위하여 결정체로 된 구조에 적용될 수 있는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 광자결정(10)은 중심 컬럼(14)(검은색으로 표시됨)을 포함하며, 이는 나머지 주기성 컬럼(12)과는 다른 유전 물질을 포함하고 있다. 추가적으로, 중심 컬럼(14)의 크기 및 형태는 단일 격자점을 교란시키도록 수정될 수 있다. 따라서, 단일 집중 모드 또는 근접 모드 세트는 띠간격 내에서 주파수를 가지도록 허용된다.
결정체로 된 구조의 특성은 광자 띠간격(PBG)을 생성한다. 결정체로 된 구조에서의 결함은 빛이 결정을 통해 전파될 수 있도록 경로를 허용한다. 본질적으로, 중심 컬럼(14)은 벽에 반사됨으로써 둘러싸인 중심 캐빗을 생성한다. (Z-축 방향을 따라) 중심 컬럼(14)을 통해 전파되는 광은 형성된 광자 띠간격 내에 갇히게 되어,둘러싸인 주기 컬럼(12)으로 이동할 수 없게 된다. 따라서, 펄스든지 연속파든지, 빛이 광자 띠간격의 이러한 형태를 통해 유도될 수 있다는 것이 증명되었다.
도 2는 종래기술에 따른 광자 띠간격 결정 클래딩 영역을 가지는 광 도파관 섬유를 도시한다. 광자결정 섬유 (PCF)(16)는 다공성의 클래드층(18)을 포함하며, 이는 상기 클래드층(18)의 유효 굴절률을 변경하는데 이용되는 에어 보이드 (air void)(20) 배열을 포함한다. 이는 또한, 모드 필드 직경 또는 전분산과 같은 섬유(16)의 특성을 변경하는데 이용된다. 클래드층(18)을 명시하는 상기 에어 보이드 (20)는 중심 섬유 코어 (22) 주위에 주기적인 행렬을 생성하며, 일반적으로 고체 실리카로 형성된다. 도파관을 가로지르는 빛 파워의 분포 (모드 파워 분포)는 광 도파관의 특성을 효과적으로 결정한다. 상기 클래드층(18)의 유효상수의 변경은 모드 파워 분포를 변경시켜, PCF 광 도파관(16)의 특성을 변경시킨다.
도시된 바와 같이 보이드 또는 작은 구멍(20)의 배열을 가지는 다공성 클래드 PCF (16)는 다공 수와 분포가 예형에서 조절되어야하기 때문에 그 공정이 어렵다. 게다가, PCF(16)과 같은 도파관 섬유의 크기 이하로 예형을 드로잉하는 동안 상기 PCF 클래드층 다공의 조절이 유지되어야 한다. 상기 드로잉 단계는 매우 높은 온도에서 이루어지고, 최종 섬유 직경은 약 125㎛로 미세하다. 따라서, 상기 드로잉 단계는 상대적으로 극단적인 조건하에서 작은 구멍(20)을 둘러싸는 물질의 접착력에 대항하여 상기 작은 구멍(20) 내에 정확한 압력의 균형을 유지하는 단계를 포함해야만 한다.
PCF(16)와 같은 다공성 클래드 PCF와 관련된 다른 문제점이 도 3에 도시되어있다. 보다 명확하게, 도 3은 용융 스플라이싱(splicing) 또는 테이퍼링(tapering) 후, 클래드층(18)을 형성하는 에어 보이드 (20)의 형성된 구조를 도시한다. 도시된 바와 같이, 각 에어 보이드(20)를 형성하는 작은 구멍의 크기는 스플라이스 또는 테이퍼된 영역에서 상기 섬유(16)의 특성에 좋지 않은 영향을 미치면서 수축되거나 닫혀진다. 따라서, PCF(16)는 상기 섬유가 스플라이스되거나 테이퍼되어야만 하는 제품에는 적당하지 않다.
그러나, PCF 구조를 통해 실현된 이점은 이러한 구조에 의해 주어진 코어와 클래드 유효상수 사이의 현저한 차이가 유효면적이 큰 영역을 제공하는데 사용될 수 있다는 것이며, 이로인해 전송된 신호 상태에서의 비선형성을 완화시킨다. 광자결정 섬유 구조와 관련된 이점에 관하여, 종래의 광자결정 섬유 설계로 알려진 전술된 추가적인 문제점을 해결함은 물론, 섬유 스플라이싱 영역 내의 "폐쇄된" 에어 간격의 문제를 줄이는 광 도파관 PCF를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 광통신 시스템용 광자결정 광 도파관 구조에 관한 것으로, 특히 무한한 단일모드 광 도파관을 생성하기 위한 링 광자결정 광 도파관 섬유 구조에 관한 것이다.
본 발명의 다양한 이점은 첨부도면과 아울러 청구범위 및 명세서에 개시된 바에 따라 본 발명을 실시함으로써 당업자는 본 발명을 명백하게 이해할 수 있을 것이며:
도 1은 2차원 광자결정 구조의 예를 도시한 사시도이고;
도 2는 종래기술에 따른 광자결정 섬유의 단면도이며;
도 3은 용융 스플라이싱 또는 테이퍼링 후의 에어 구멍의 붕괴를 도시한 도 2의 광자결정 섬유의 단면도이고;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고리모양의 링 구조를 사용하여 형성된 광자 띠간격 결정 섬유의 단면도이며;
도 5는 클래딩 영역의 일부를 형성하는 고리모양의 링 구조를 도시한 도 4의 섬유의 확대도이고;
도 6은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 셀룰러 링 구조를 사용하여 형성된 광자 띠간격 결정 구조의 단면도이며;
도 7은 용융 스플라이싱 또는 테이퍼링의 결과로서, 에어 구멍의 링의 붕괴 또는 제약 후의 셀룰러 링 구조의 단면도이고;
도 8은 역-스케일된 파장의 함수로써 유효 V 수 (Veff)를 도시한 도 5의 광섬유 구조에 따른 그래프로서, 여기서 Λ(lambda)는 격자를 형성하는 고리모양의 링 구조 사이의 공간이며;
도 9는 역-스케일된 파장의 함수로써 유효 V 수 (Veff)를 도시한 도 6의 광섬유 구조에 따른 그래프로서, 여기서 Λ(lambda)는 격자를 형성하는 셀룰러 링 구조 사이의 공간이고;
도 10은 고체 실린더를 지닌 도 1의 광자결정 구조을 위해 산출된 광자 띠 구조를 도시한 그래프이며;
도 11은 고리모양의 링을 지닌 도 1의 광자결정 구조를 위해 산출된 광자 띠 구조를 도시한 그래프이다.
본 발명의 내용에 따라, 광섬유 도파관이 개시된다. 상기 광섬유 도파관은 코어 영역, 및 상기 코어 영역을 둘러싸는 클래드 영역을 포함한다. 상기 클래드 영역은 내부 클래드 영역 및 외부 클래드 영역을 포함한다. 상기 내부 클래드 영역은 격자를 형성하는 다수개의 링 구조를 포함한다. 상기 코어 영역은 광섬유 도파관 내에서 빛을 유도하도록 링 구조의 격자에서 결함으로써의 기능을 한다. 상기 코어 영역은 높은 인덱스의 물질로 형성되고, 상기 내부 클래딩 영역은 코어 영역의 굴절률 보다 낮은 굴절률을 갖는 물질로 형성된다. 상기 외부 클래딩 영역은 내부 클래딩 영역의 굴절률보다 낮거나 동일한 굴절률을 갖는 물질로 형성된다.
전술한 광범위한 설명과 하기된 상세한 실시예는 단지 발명의 실시예일 뿐이고, 청구범위의 발명의 특성과 특징을 이해하기 위한 관점이나 개요를 제공하려 한다. 본 발명을 설명하기 위하여, 첨부된 도면이 도시되어 있고, 본 명세서의 일부로 구성된다. 본 도면들은 발명의 작동과 원리를 설명하기 위한 설명 방법과 함께, 발명의 한가지 이상의 실시예를 설명해 준다.
이하, 첨부 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 각 참조번호는 그 번호가 언급된 도면을 통해 사용된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광자결정 섬유 (PCF)의 단면도를 도시한다. PCF(30)는 높은 인덱스의 섬유 코어 영역 (34) 주위에 형성된 낮은 인덱스의 내부 클래딩 영역 (32)을 포함한다. 그러나, 브래그 산란의 영향을 증가시키기 위하여 상당히 더 높은 인덱스의 내부 클래딩 영역 (32)에 의해 둘러싸인 낮은인덱스의 섬유 코어 영역 (34)을 포함하여 PCF(30)을 제조하는 것이 가능하다. 상기 내부 클래딩 영역 (32)은 링 구조 (36)의 주기성 격자를 포함한다. PCF(30)의 특정 형태는 코어 영역 (34)가 링 구조 (36)를 포함하지 않는 것이다. 따라서, 상기 코어 영역 (32)은 도파관을 통해 빛을 유도하도록 격자 구조에서 결함으로써의 기능을 한다. 상기 섬유 코어 영역 (34)은 실리카로 형성되는 것이 바람직하며, 약 n=1.45의 인덱스(n)를 갖는다. 그러나, 상기 코어 영역 (34)은 인덱스 특성을 변경시키도록 도핑된 실리카로 형성될 수 있다. 내부 클래딩 영역 (32)의 굴절률 이상의 인덱스를 갖고 도핑된 실리카로 형성된 외부 클래딩 영역 (42)은 내부 클래딩 영역 (32)을 둘러싼다. 특별히 도시되진 않았으나, 흡수 중합체 코팅은 섬유(30)의 외측면에 적용된다.
도 5와 관련하여, 각 링 구조(36)는 내부 코어 (40)를 둘러싸는 고리모양의 링 (38)에 의해 명시된다. 각 고리모양의 링 (38)은 낮은 인덱스의 유리와 같은 고체 물질의 고리모양의 컬럼에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 각 내부 코어 (40)는 고리모양의 링 (38)의 인덱스보다 낮은 인덱스를 갖는 것이 바람직하다. 각 내부 코어 (40)를 위한 바람직한 성분은 불소 또는 티타늄으로 도핑된 실리카와 같은 낮은 인덱스 물질 또는 에어이다. 그러나, 다양한 재료가 내부 코어 (40)의 격자로 사용될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 고리모양의 링 (38)을 위한 물질은 상기 링이 그 링(38)을 둘러싸는 물질보다 더 높은 온도에서 더 견고하게 되도록 선택될 수 있다. 이러한 특성은 각 고리모양의 링 (38)이 그 형태를 유지하도록 하여주고, 내부 코어 (40)가 에어 컬럼일 때, 용융 스플라이싱 또는 테이퍼링하는 동안, 각 내부 코어 (40)의 붕괴를 막아준다.
고리모양의 링 구조 (36)의 결과적인 주기성 격자는 섬유 코어 영역 (34)보다 낮은 굴절률을 갖는 내부 클래딩 영역 (32)을 생성한다. 이는 고리모양의 링 (38)을 형성하는 물질이 섬유 코어 영역 (34)을 형성하는 실리카 또는 도핑된 실리카 물질보다 낮은 평균 굴절률을 생성하기 때문이다. 코어와 클래딩 사이의 굴절률에서의 차이는 종종 델타 인덱스로 언급된다. 도시된 바와 같이, 내부 클래딩 영역 (32)은 링 구조 (36)의 삼각 격자이다. 그러나, 링 구조 (36)는 사각 또는 다른 적절한 구조로 제한되지 않는 다양한 구조로 배열될 수 있다는 것은 당업자에게는 명백할 것이다.
도 6과 관련하여, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 내부 클래딩 영역 (44)의 특정부가 도시된다. 내부 클래딩 영역 (44)은 PCF(30)(도 4)에서 내부 클래딩 영역 (32)을 대신한다. 또한, 내부 클래딩 영역 (44)은 셀룰러 링 구조 (46)를 변형하는 인덱스의 삼각 격자로써 도시된다. 각 인덱스 변형 셀룰러 링 구조 (46)는 코어 주위의 껍질을 변형시키는 인덱스를 형성하는 다수개의 컬럼 구조 (50)에 의해 둘러싸인 내부 코어 (48)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 6개의 컬럼 (50)은 각 내부 코어 (48) 주위에서 셀룰러 링을 형성한다. 상기 컬럼(50)은 섬유(30)의 길이를 따라 에어 컬럼을 형성하는 보이드인 것이 바람직하다. 선택적으로, 상기 컬럼(50)은 고체 물질이며, 이는 컬럼(50) 또는 섬유 코어 영역 (34)을 둘러싸는 외부 클래딩 영역의 실리카 기질과 다르다. 각 내부 코어 (48)는 불소 또는 티타늄으로 도핑된 실리카와 같은 낮은 굴절률을 가진 물질로 형성되는 것이 바람직하다.바람직한 구성에 있어서, 각 내부 코어 (48)는 외부 클래딩 영역 (42)의 둘러싸인 실리카 기질보다 낮은 인덱스을 가지는 물질이다. 종종 낮은 인덱스를 갖는 이러한 물질은 음의 델타 물질로 언급된다.
도 7은 섬유(30)가 용융 스플라이스되거나 테이퍼된 후의 클래딩 영역 (44)을 도시한다. 좀더 명확하게, 상기 스플라이싱 또는 테이퍼링 공정은 셀룰러 링 구조 (46)를 수축시키거나 완전히 붕괴하게 만들며, 내부 코어 (48)의 격자에서 떨어진다. 상기 붕괴된 링 구조는 일반적으로 (52)로 도시된다. 셀룰러 링 구조 (46)를 형성하는 에어 링 또는 컬럼 (50)이 붕괴될 때, 붕괴된 영역 내에서 인덱스 차이는 셀룰러 링 구조 (46)가 손상되지 않은 그러한 영역에서 만큼 높지는 않을 것이다. 심지어 -0.5 %의 델타는 짧은 스플라이스 또는 테이퍼 거리를 통하거나 그 위로 빛을 유도할 것이라는 것이 실험에 의해 증명되었다.
내부 클래딩 영역 (32) 또는 내부 클래딩 영역 (44)을 가지는 최종 섬유 (30)는 다음 수행 특성을 갖는다. 짧은 파장에 있어서, 모드는 고리모양의 링 구조 (36) 또는 셀룰러 링 구조 (46)로부터 필연적으로 배제되고, 이러한 클래딩 영역을 갖는 도파관 섬유 (30)는 실질적으로 동일하게 수행한다. 장파장에 있어서,모드는 링 구조의 외부 직경에 의해 좌우되는 섬유 수행에서의 변화를 생성하는 셀룰러 링 구조 (46) 또는 고리모양의 링 구조 (36)를 통과한다.
실험적인 테스트 공정의 일부로써, 고리모양의 링 구조 (36)와 셀룰러 링 구조 (46)가 평면파 확장 (plane-wave expansion; PWE) 컴퓨터 코드를 사용하여 모델화되었다. 도 8은 다양한 반경의 고리모양의 링 (38)을 포함하는 구조를 위한 역-스케일된 자유공간 파장의 함수로서 유효 V 수 (Veff)에서의 산술된 변경을 도시한다.
참조적으로 점선 곡선 (54)은 도 2에 도시된 PCF(16)와 같은 전형적인 다공성 클래드 광섬유를 위한 역-스케일된 파장의 함수로써 Veff를 나타낸다. 도 4 및 도 5에 대하여 전술된 바와 같이, 다공성 클래드층 (18)은 고리모양의 링 구조 (36)의 주기성 격자로 대체된다. 도 8에서, Λ(lambda)는 고리모양의 링 구조 (36) 사이의 중심 대 중심 공간이다. 점선(54)에 있어서, 각 에어 컬럼 (20)은 반경 r=0.25Λ를 가진다. 나머지 실선 곡선 (56, 58, 60, 62, 및 64)는 외부 반경 r=0.25Λ, 각각 링 두께 Δr=0.01Λ, Δr=0.02Λ, Δr=0.03Λ, Δr=0.04Λ, 및 Δr=0.05Λ를 갖는 고리모양의 링 (38)을 나타낸다.
도 8의 그래픽 데이타로부터, 짧은 파장에서는 곡선이 동일하게 되는 것이 분명해졌다. 그러나, 장 파장에서는 곡선이 다르며, 이는 고리모양의 링 구조 (36)로 형성된 클래딩 영역 (32)을 가지는 광섬유 사이에서의 상당히 다른 수행을 나타낸다. 심지어, 더 미세한 반경의 고리모양의 링 (38)에 있어서, 모드는 한정되어 버린다. 그러나, 더 짧은 파장에서 상기 구조는 더 낮은 개구수(NA)를 가질 것이고, 밴드 손실에 더 민감해질 것이다.
도 9는 도 6에 도시된 구조에 대한 Veff에서의 산출된 변화에 대한 그래프이다. 또한, 참조된 점선 곡선 (54)은 도 2에 도시된 PCF(16)와 같은 전형적인 다공성 클래드 광섬유에 대한 역-스케일된 파장의 함수로써 Veff를 나타낸다. 도 6과 관련하여 전술된 바와 같이, 다공성 클래드층 (18)은 셀룰러 링 구조 (46)의 주기성 격자로 대체된다. 도 9에서, Λ(lambda)는 셀룰러 링 구조 (46) 사이의 중심 대 중심 공간이다. 점선 곡선 (54)에 있어서, 각 에어 컬럼 (20)은 전술된 바와 같이 반경 r=0.25Λ를 갖는다. 나머지 점선 곡선 (66) 및 실선 곡선 (68)은 셀룰러 링 구조 (46)을 나타내며, 여기서 각 6개의 미세한 컬럼 (50)은 반경 r=0.0518Λ을 가지며, 각 컬럼(50)의 중심은 반경 약 r=0.198Λ의 원으로 분포된다. 6개의 컬럼(50)의 각 그룹은 반경 r=0.25Λ의 외부 원 내에 포함되며, 점선 곡선 (54)과 비교된다. 6개의 컬럼이 바람직한 반면, 3개 이상의 컬럼(50)의 구조도 유사한 결과를 생성한다. 추가적으로, 점선 곡선 (66)은 -0.5 % F-도핑된 실리카로 형성된 내부 코어 (48)를 갖는 셀룰러 링 구조 (46)를 나타낸다. 상기 실선 곡선 (68)은 실리카로 형성된 내부 코어 (48)를 갖는 셀룰러 링 구조 (46)를 나타낸다. 다시 한번, 상기 수행은 짧은 파장에 대한 에어 컬럼(20)에 거의 동일하며, 장 파장에서는 다르다.
전술된 바와 같이, 도 2, 5 및 6의 광섬유 구조는 2차원 광자결정을 형성하며, 섬유의 길이를 따라 2개의 방향과 균일성에서 주기적이다. 도 2, 5 및 6의 구조에서, 광자 띠간격은 섬유의 길이에 따른 전파에 대해 나타난다. 이러한 구조의 어느 한쪽에 대한 코어 영역 (34)은 주기성 구조에서 결함을 생성하는 높은 인텍스 또는 낮은 인덱스가 될 수 있다. 빛이 코어 영역 (34)을 형성하는 결함으로 채용될 때, 띠간격에 의해 명시된 주파수 내의 빛 주파수는 결함을 따라 반사될 것이다. 주기성의 평면에서의 빛 전파에 있어서, 빛 모드는 2개의 독립 편파로 분리될 수 있고, 각각 그 자신의 띠 구조를 갖는다.
이러한 띠간격의 예와 같이, 도 10은 도 1에 도시된 구조 내의 X-Y 평면에서의 빛 전파에 대한 광자 띠간격을 도시한다. 도 10의 플롯에 있어서, 도 1에서의 상기 구조의 높은 인덱스 실린더 (12)는 고체이다.
도 10은 자기적 횡파(TM) 모드에 있어서, 광자 띠간격이 각각 제1 및 제2의 띠를 나타내는 실선(70)과 실선(72)사이에 존재하는 것을 도시한다. 실선 또는 띠는 TM 모드를 나타내고, 점선 또는 띠는 전기적 횡파(EM) 모드를 나타낸다. 따라서, 고체 실린더 구조 (12)에 의해 형성된 광자결정(10)은 제1 및 제2 띠 사이에서 TE 모드가 아닌, TM 모드를 위한 완벽한 띠간격을 가진다.
유사한 방법으로, 도 11은 도 1의 광자결정 구조에 대한 띠 그래프이며, 여기서 고체 컬럼(12)은 높은 인덱스의 고리모양의 링에 의해 대체된다.
또한, 도 11은 자기적 횡파(TM) 모드에 있어서, 광자 띠간격이 각각 제1 및 제2 띠를 나타내는 실선(74)과 실선(76) 사이에 존재하는 것을 나타낸다. 따라서, 고리모양의 링 구조에 의해 형성된 광자결정 구조 (10)는 제1 및 제2 띠 사이에서 TE 모드가 아닌, TM 모드에 대한 완벽한 띠간격을 가진다.
전술된 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 기술된다. 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음을 당업자는 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 속하는 본 발명의 변형, 변경 및 그 균등물을 포함한다.

Claims (20)

  1. 코어 영역; 및
    코어 영역을 둘러싸는 클래딩 영역을 포함하는 광섬유 도파관에 있어서, 클래딩 영역은 내부 클래딩 영역 및 외부 클래딩 영역을 포함하고, 내부 클래딩 영역은 링 구조의 격자를 가지며, 여기서 코어 영역은 광섬유 도파관 내에서 빛을 유도하도록 링 구조의 격자에서 결함으로서의 기능을 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 링 구조의 격자는 고리모양의 링 구조의 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  3. 제2항에 있어서, 상기 각각의 고리모양의 링 구조는 내부 코어를 둘러싸는 고체 물질의 고리모양의 링에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  4. 제3항에 있어서, 상기 내부 코어 영역은 에어 컬럼인 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  5. 제3항에 있어서, 상기 내부 코어는 고리모양의 링의 인덱스보다 낮은 인덱스를 가지는 고체 물질인 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  6. 제3항에 있어서, 상기 고리모양의 링은 실리카인 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  7. 제1항에 있어서, 상기 링 구조의 격자는 셀룰러 링 구조의 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  8. 제7항에 있어서, 상기 각 셀룰러 링 구조는 내부 코어를 둘러싸는 다수개의 에어 컬럼에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  9. 제7항에 있어서, 상기 각 셀룰러 링 구조는 낮은 인덱스의 유전 물질의 고체 내부 코어를 둘러싸는 6개의 에어 컬럼에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  10. 제8항에 있어서, 상기 내부 코어는 외부 클래딩 영역의 인덱스보다 작거나 동일한 인덱스를 가지는 고체 물질인 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  11. 제1항에 있어서, 상기 코어 영역은 높은 인덱스 물질로 형성되고, 클래딩 영역은 코어 영역의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지는 물질로 형성되며, 여기서 빛은 전반사에 의해 코어 영역을 따라 유도되는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  12. 제1항에 있어서, 상기 코어 영역은 낮은 인덱스 물질로 형성되고, 클래딩 영역은 코어 영역의 굴절률보다 높은 굴절률을 가지는 물질로 형성되며, 여기서 빛은 브래그 산란에 의해 코어 영역을 따라 유도되는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  13. 제1항에 있어서, 상기 외부 클래딩 영역은 링 구조의 격자에 의해 형성된 유효 인덱스보다 크거나 동일한 인덱스를 가지는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  14. 높은 굴절률을 가지는 물질로 형성된 코어 영역; 및
    코어 영역을 둘러싸는 클래딩 영역을 포함하는 광섬유 도파관에 있어서, 클래딩 영역은 내부 클래딩 영역 및 외부 클래딩 영역을 포함하고, 내부 클래딩 영역은 고리모양의 링 구조의 격자를 가지며, 각 고리모양의 링 구조는 에어 컬럼에 의해 형성된 내부 코어를 둘러싸는 고체 유전 물질의 고리모양의 링에 의해 형성되고, 고리모양의 링 구조는 유효 굴절률을 생성하며, 외부 클래딩 영역은 내부 클래딩 영역의 굴절률보다 크거나 동일한 굴절률을 가지는 물질로 형성되고, 여기서 코어 영역은 내부 클래딩 영역의 유효 굴절률보다 큰 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  15. 제14항에 있어서, 상기 내부 클래딩 영역의 유효 굴절률은 고리모양의 링과관련된 인덱스와 내부 코어와 관련된 인덱스의 조합으로 생성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  16. 제14항에 있어서, 상기 코어 영역은 광섬유 도파관을 따라 빛을 유도하도록 고리모양의 링 구조의 격자에서 결함으로서의 기능을 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  17. 높은 굴절률을 가지는 물질로 형성된 코어 영역; 및
    코어 영역을 둘러싸는 클래딩 영역을 포함하는 광섬유 도파관에 있어서, 클래딩 영역은 내부 클래딩 영역 및 외부 클래딩 영역을 포함하고, 내부 클래딩 영역은 셀룰러 링 구조의 격자를 가지며, 각 셀룰러 링 구조는 고체 유전 물질의 컬럼에 의해 형성된 내부 코어를 둘러싸는 다수개의 에어 컬럼에 의해 형성되고, 셀룰러 링 구조는 유효 굴절률을 생성하며, 외부 클래딩 영역은 내부 클래딩 영역의 굴절률보다 크거나 동일한 굴절률을 가지는 물질로 형성되고, 여기서 코어 영역은 내부 클래딩 영역의 유효 굴절률보다 큰 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  18. 제17항에 있어서, 상기 내부 클래딩 영역의 유효 굴절률은 다수개의 에어 컬럼과 관련된 인덱스와 내부 코어와 관련된 인덱스의 조합으로 생성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  19. 제17항에 있어서, 상기 코어 영역은 광섬유 도파관을 따라 빛을 유도하도록 셀룰러 링 구조의 격자에서 결함으로서의 기능을 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
  20. 높은 인덱스 물질로 형성된 코어 영역; 및
    코어 영역을 둘러싸는 클래딩 영역을 포함하는 광섬유 도파관에 있어서, 클래딩 영역은 내부 클래딩 영역 및 외부 클래딩 영역을 포함하고, 내부 클래딩 영역은 링 구조의 격자를 가지며, 외부 클래딩 영역은 내부 클래딩 영역의 굴절률보다 크거나 동일한 굴절률을 가지는 물질로 형성되고, 여기서 링 구조의 격자는 유효 굴절률을 생성하며, 상기 유효 굴절률은 코어 영역의 굴절률보다 작은 것을 특징으로 하는 광섬유 도파관.
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