KR20050113060A - 메트로 망용 광섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 메트로 망용 광섬유는 C, L - 밴드 영역에서 손실이 0.25 ㏈/㎞이하이고, 영분산 파장은 1560㎚ ~ 1570㎚의 사이에 존재하며, 1550㎚ 파장 대역에서 0.075㎰/㎚²/㎞ 이상의 분산 기울기를 갖는다.

Description

메트로 망용 광섬유{OPTICAL FIBER FOR METRO NETWORK}

본 발명은 메트로 망에 관한 것으로서, 특히 상기 메트로 망의 전송로로서 사용되는 광섬유에 관한 것이다.

대용량의 데이터를 고속으로 송수신하기 위해서 파장 분할 다중(Wavelength Division Multiplex) 방식의 광통신 시스템(System)들이 사용되고 있으며, 파장 분할 다중 방식의 광통신 시스템은 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexer)과, CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplexer)으로 구분할 수 있다. 상술한 파장 분할 다중 방식 등과 같은 광통신 시스템들은 광섬유 등으로 연결된 광통신 망(Network)에 의해서 구축된다.

상술한 바와 같은 파장 분할 다중 방식의 광통신 시스템에 적용되는 광통신 망들로는 그 전송 거리에 따라서 가입자 망 (Access Network), 메트로 가입자 망(Metro Access Network), 메트로 코아 망(Metro Core Network), 롱 홀 망(Long Haul Network), 울트라 롱 홀 망(Ultra Long Haul Network) 등으로 구분할 수 있다.

상술한 가입자 망은 1 ~ 5㎞ 거리 이내의 구간을 연결하고, 상술한 메트로 가입자 망은 20 ~ 100㎞의 거리 이내의 구간을 연결한다. 또한, 상술한 메트로 코아망은 100 ~ 300㎞의 거리 내의 구간을 연결하고, 그 외에 상술한 롱 홀망은 300 ~ 1000㎞의 거리를 연결하고, 상술한 울트라 롱 홀망은 1000㎞ 이상의 거리를 연결하는 네트워크를 형성한다.

통상적으로, 상기 가입자와 상기 메트로 등의 망에 단일 모드 광섬유(Single mode fiber) 등을 사용하고 있으며, 메트로 망에 사용하기 위해 음분산 특성을 갖는 광섬유는 고굴절률의 코어(core)와 이를 둘러싸는 클래드(clad)를 포함한다. 또한, 상기 코어와 클래드 사이에 상기 코어보다 낮은 굴절률을 갖는 환형 영역을 포함할 수 있다.

바가바툴라 등에 의해 발명되어 특허화된 미국특허번호 제4,715,679호{Low dispersion, low-loss single-mode optical waveguide}는 저하된 굴절률(depressed refractive index)의 환형 영역을 갖는 코어와, 이를 둘러싸는 클래드를 포함하는 단일 모드 광도파로를 개시하고 있다.

메트로 망을 구성하는데 있어서 직접 변조 방식(direct modulation: DM)은 외부 변조 방식(external modulation: EM)보다 낮은 전송 속도에서 보다 경제적으로 구성될 수 있으며, 일반적으로 상술한 직접 변조 방식은 DM-DFB(Directly modulated distributed feedback laser)를 광신호를 생성하기 위한 광원으로서 사용한다. 상술한 바와 같은 DM-DFB 등의 광원은 양의 첩(Chirp)을 갖고 있어서, 1550㎚ 파장 대역에서 양의 분산을 갖는 광섬유를 사용해서 일정 거리 이상을 전송할 경우에 광신호의 파장이 넓어지는 파장 분산 현상이 발생하게 된다. 상술한 파장 분산 현상은 광신호를 왜곡시키고, 광신호 간의 크로스 토크(Cross-talk) 등과 같은 노이즈를 유발하는 요인이 된다. 따라서, 일반적인 메트로 망 등은 상술한 광신호의 분산을 보상하기 위한 분산 보상 광섬유(Dispersion Compensation Fiber module)를 더 포함해야만 한다.

또한, 양의 분산 특성을 갖는 광섬유를 이용한 직접 변조 방식의 메트로 망은 하나 이상의 분산 보상 광섬유들을 포함해야 하므로, 망의 구성이 복잡해지고 설치비가 커지는 등의 문제가 있다.

상술한 바와 같은 메트로 망의 구성이 복잡해지는 것을 방지하기 위한 방법으로서, 음의 분산 특성을 갖는 광섬유를 사용해서 메트로 망을 구성하는 안이 제안되고 있다.

그러나, 이 또한, 전송 거리의 제한을 받게 되는 문제가 있다. 도 1은 전형적인 SMF와 NDF들에 대한 전송 거리별 Q값(Q-factor) 곡선들을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 제1 NDF를 소광비 5㏈의 전단 증폭된(with preamp) 광신호가 진행하는 경우의 Q값 곡선과, 제2 NDF를 소광비 8㏈의 전단 증폭된 광신호가 진행하는 경우의 Q값 곡선과, 제3 NDF를 소광비 8㏈의 전단 증폭되지 않은 광신호가 진행하는 경우의 Q값 곡선과, SMF를 소광비 8㏈의 전단 증폭되지 않은 광신호가 진행하는 경우의 Q값 곡선이 도시되어 있다. 전형적인 SMF는 직접 변조 방식에 따른 처프 현상 때문에 좋은 전송 특성을 가지기 어려우며, 전형적인 NDF는 큰 음의 분산값으로 인해 메트로 망의 전송 거리에 제약이 있음을 알 수 있다.

최근에는 상술한 바와 같이 양의 분산 특성을 갖는 광섬유에서 야기될 수 있는 전송 거리의 제약을 최소화시키기 위해서 1550㎚ 에서 약 -7 ~ -8 ㎰/㎚/㎞ 분산 값의 광섬유를 사용하는 방법이 제안되고 있다. 상술한 바와 같은 -7 ~ -8 ㎰/㎚/㎞ 분산 값을 갖는 광섬유는 C-밴드 영역(1530 ~ 1565㎚)에서는 적합한 분산 특성을 갖는다.

그러나, -7 ~ -8 ㎰/㎚/㎞ 분산 값을 갖는 광섬유는 큰 음의 분산 값으로 인해서 L-밴드 영역(1565 ~ 1625㎚)을 10 G㎰ 정도의 전송 속도로 100㎞ 이상의 메트로 망에 적용이 용이하지 않게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 고속 통신을 위한 메트로 망 등의 장거리 광통신 망에 적용 가능한 광섬유를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 C-밴드 및 L-밴드의 파장 대역 모두를 사용할 수 있는 광섬유를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따메트로 망용 광섬유는,

C, L - 밴드 영역에서 손실이 0.25 ㏈/㎞이하이고, 영분산 파장은 1560㎚ ~ 1570㎚의 사이에 존재하며, 1550㎚ 파장 대역에서 0.075㎰/㎚²/㎞ 이상의 분산 기울기를 갖는다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 메트로 망용 광섬유의 구성을 나타내며, 도 2b는 도 2a에 도시된 광섬유의 굴절률 프로파일을 나타낸다. 상기 메트로 망용 광섬유(100)는 중심 영역(core region, 120), 굴절률 저하 영역(depressed region, 130) 및 환형 영역(ring region, 140)으로 이루어진 코어(110)와, 클래드(150)를 포함한다.

상기 중심 영역(120)은 상기 광섬유(100)의 중심으로부터 R1의 반경을 가지며, N1의 굴절률을 갖는다. 또한, 상기 N1은 상기 광섬유(120)의 최대 굴절률이다.

상기 굴절률 저하 영역(130)은 상기 중심 영역(120)을 둘러싸며, 그 내주는 상기 중심 영역(120)의 외주와 일치하고, 그 외주는 상기 광섬유(100)의 중심으로부터 R2의 반경을 가지면, N2의 굴절률을 갖는다. 상기 N2는 상기 광섬유(100)의 최소 굴절률이다.

상기 환형 영역(140)은 상기 굴절률 저하 영역(130)을 둘러싸며, 그 내주는 상기 굴절률 저하 영역(130)의 외주와 일치하고, 그 외주는 상기 광섬유(100)의 중심으로부터 R3의 반경을 가지며, N3의 굴절률을 갖는다. 상기 N3의 굴절률은 N2 보다 크고 N1의 굴절률 보다 작다.

상기 클래드(150)는 상기 환형 영역(140)을 둘러싸며, 그 내주는 상기 환형 영역(140)의 외주와 일치하고, 그 외주는 상기 광섬유(100)의 중심으로부터 R4의 반경을 가지며, N4의 굴절률을 갖는다. 상기 N4는 상기 N2보다 크고 N3보다 작다.

도 3은 도 2a에 도시된 광섬유의 분산 특성과 전형적인 음의 분산값을 갖는 NZDSF 및 양의 분산값을 갖는 SMF의 분산 특성들을 비교한 도면이다. 도 3에는 도 1a에 도시된 전송 거리 200㎞ 내외의 메트로 광 통신 망용 광섬유의 파장별 분산 곡선(이하, 제1 분산 곡선; 210)과, 전형적인 음의 분산 값을 갖는 비영 천이 분산 광섬유(이하 NZDSF)의 파장별 분산 곡선(이하, 제2 분산 곡선; 230)과, 전형적인 양의 분산 값을 갖는 NZDSF의 파장별 분산 곡선(이하, 제3 분산 곡선; 220)과, CWDM에 적용되는 일반적인 단일 모드 광섬유(Single mode fiber)의 파장별 분산 곡선(이하 제4 분산 곡선; 240)들이 도시되어 있다.

상기 제1 분산 곡선(210)은 C-밴드에서 음의 분산값을 갖고, L-밴드에서 양의 분산 값을 갖는다. 이는 기존의 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 데드 존(Dead-Zone)과, 도 1a에 도시된 광섬유의 영분산 위치를 일치시킴으로써 최대 채널 효율을 얻기 위함이다. 상기 제1 분산 곡선(210)의 영분산 파장은 바람직하게는 1560 ~ 1570㎚의 파장 범위에 위치한다. 상기 제1 분산 곡선(210)이 C-밴드에서 음의 분산값을 가지므로 직접 변조 방식이 적용되고, L-밴드에서 양의 분산값을 가지므로 외부 변조 방식을 적용함으로써 채널 효율을 최대한 향상시켜서 경제적인 장거리 광통신망을 구축할 수 있다.

상기 제2 분산 곡선(230)은 1550㎚의 파장 대역에서 최대 -10ps/nm/km인 음분산 값을 갖는다. 즉, 상기 제2 분산 곡선(230)이 적용된 광섬유는 과도하게 큰 음분산 값으로 인해서 200㎞ 이상의 전송 거리를 요구하는 장거리 광통신 망에는 적용할 수 없다. 또한, 상기 제3분산 곡선(220)은 C-밴드 및 L-밴드 파장 대역에서 높은 양의 분산값을 가짐으로써 분산 보상 없이 장거리 광통신망을 위한 광섬유에 적용할 수 없다. 그 외, 상기 제4 분산 곡선(240)은 1250 ~ 1450 ㎚ 파장 대역에서 사용 가능한 단일 모드 광섬유의 분산 특성을 나타내기 위한 곡선으로서, S-밴드 이상의 파장 대역에서는 약 10 ps/nm/km 이상의 분산값을 갖게됨으로 장거리 광통신 망용 광섬유에 적용하는 것이 용이하지 않다.

도 4는 도 2a에 도시된 광섬유의 분산 기울기와 파장 대역과의 관계를 설명하기 위한 도면으로서, 도 4는 도 2a에 도시된 광섬유의 영분산 파장이 1560 ㎚일 경우에 분산 기울기가 0.055㎰/㎚²/㎞인 광섬유의 분산 곡선과, 분산 기울기가 0.075㎰/㎚²/㎞인 광섬유의 분산 곡선을 비교한다. 도 4에 도시된 FWM 손실 영역은 사광파 혼합이라고 하는 비선형 현상으로서 전송 거리에 제한을 가하는 분산 값의 범위를 말하며, 상술한 FWM 손실영역은 -0.5 ~ 0.5 ㎰/㎚/㎞의 분산 값에서 크게 나타나는 경향이 있다.

즉, 본 발명에서 제시된 바와 같이 0.075㎰/㎚²/㎞ 이상의 기울기를 갖는 광섬유는 FWM 손실 영역에 포함되는 파장 대역이 약 1552.5 ~ 1567.5 ㎚로서 약 13 ㎚의 파장 대역이다. 반면에, 0.075㎰/㎚²/㎞ 미만인 0.055㎰/㎚²/㎞의 기울기를 갖는 광섬유는 FWM 손실 영역에 포함되는 파장 대역이 약 1551.25 ~ 1588.75 ㎚로서 약 17.5 ㎚의 파장 대역이 FWM 손실 영역에 포함된다.

결과적으로 본 발명에 따른 0.075㎰/㎚²/㎞ 이상의 분산 기울기를 갖는 광섬유는 사용 가능한 파장 대역이 0.075㎰/㎚²/㎞ 이하의 분산 기울기를 갖는 광섬유 보다 확장된다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 분산 기울기를 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, 도 5에 도시된 분산 기울기(400)는 영분산 파장이 1565.4㎚이고, 분산 기울기가 0.093㎰/㎚²/㎞일 경우이다. 상기 분산 기울기(400)를 갖는 광섬유는 1530 ~ 1560㎚의 C-밴드 파장 대역과, 1571 ~ 1610㎚의 L-밴드 파장 대역 모드를 모두 사용할 수 있다.

상기 C-밴드 파장 대역은 서로 다른 파장을 갖는 복수의 채널들을 생성할 수 있으며, 생성된 상기 각 채널을 직접 변조에 의한 광신호로 생성할 수 있다. 상기 L-밴드 파장 대역도 복수의 채널들을 생성할 수 있으나, 상기 각 채널을 외부 변조에 의해 광신호로 생성할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 광섬유와 종래의 단일 모드 광섬유의 전송 거리를 비교하기 위한 그래프이다. 도 6을 참조하면, 도 6에 도시된 단일 모드 광섬유들(Single mode fiber, 510)은 최소 전송 파워(Power Penalty)가 5㎞ 이내의 거리에서 약 1㏈ 미만이지만, 10㎞ 이상의 거리에서는 급격하게 증가됨으로 가입자 망(Access network) 이상의 거리에는 적용이 용이하지 않음을 알 수 있다. 반면에 본 발명에 따른 영분산 광섬유들(520)은 80㎞까지의 전송 거리에서도 최소 전송 파워가 일정하게 - 1 ~ 1㏈의 범위에 포함된다.

L-밴드 파장 대역(1610㎚)에서 최소 전송 파워가 3㏈까지 증가하기는 하지만, 급격하게 증가하거나 그 이상 증가하지는 않는다. 더욱이 L-밴드 파장 대역의 다른 파장(1590㎚)은 C-밴드(1550㎚) 및 S-밴드 파장(1470, 1510㎚)과 비슷한 정도를 갖게됨을 알 수 있다.

결과적으로 본 발명에 따른 영분산 광섬유들(520)은 80㎞까지의 장거리 전송에 있어서도 최소 전송 파워가 일정하고, C-밴드 및 L-밴드 파장 대역 뿐만 아니라, S-밴드 파장 대역에서도 사용 가능함을 알 수 있다.

본 발명은 광섬유 증폭기 등의 데드 존과, 장거리 광통신 망을 구축하기 위한 광섬유의 영분산 위치를 일치시킴으로써 C-밴드 및 L-밴드 파장 영역을 모두 사용할 수 있고, 그로 인해서 사용 가능한 채널 수 및 통신 용량의 확충 용이한 장거리 광통신망 제공이 가능한 이점이 있다.

도 1은 전형적인 SMF와 NDF들에 대한 전송 거리별 Q값(Q-factor) 곡선들을 나타낸 도면,

도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 메트로 망용 광섬유의 구성을 나타내는 도면,

도 2b는 도 2a에 도시된 광섬유의 굴절률 프로파일을 나타내는 도면,

도 3은 도 2a에 도시된 광섬유의 분산 특성과 전형적인 음의 분산값을 갖는 NZDSF 및 양의 분산값을 갖는 SMF의 분산 특성들을 비교한 도면,

도 4는 도 2a에 도시된 광섬유의 분산 기울기 변화에 따른 사용 가능한 파장 대역의 특성을 비교한 도면,

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 분산 기울기를 나타낸 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 광섬유와 종래의 단일 모드 광섬유를 비교하기 위한 그래프.

Claims (5)

1. 메트로 망용 광섬유에 있어서,

   C, L - 밴드 영역에서 손실이 0.25 ㏈/㎞이하이고, 영분산 파장은 1560㎚ ~ 1570㎚의 사이에 존재하며, 1550㎚ 파장 대역에서 0.075㎰/㎚²/㎞ 이상의 분산 기울기를 가짐을 특징으로 하는 메트로 망용 광섬유.
2. 제1항에 있어서, 상기 광섬유는,

   최대 굴절률(N1)을 갖는 중심 영역, 상기 중심 영역을 둘러싸며 최소 굴절률(N2)를 갖는 굴절률 저하 영역을 포함하는 코어와;

   상기 코어를 둘러싸며 기 설정된 클래드 영역과 인접한 내부 클래드(N3)와, 상기 내부 클래드를 둘러싸며 기 설정된 굴절률을 갖는 외부 클래드(N4)를 포함하며,

   상기 광섬유의 굴절률들은 N> N2, N3 ≥ N2 의 관계를 갖음을 특징으로 하는 메트로 망용 광섬유.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 광섬유는 1550㎚ 파장 대역에서 유효 단면적이 55 ㎛² 이상임을 특징으로 하는 장거리 광 통신망을 위한 광섬유.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 광섬유는 C-밴드에서 음의 분산 값을 가지며, L-밴드에서 양의 분산값을 갖음을 특징으로 하는 장거리 광 통신망을 위한 광섬유.
5. 제2 항에 있어서,

   상기 광섬유의 굴절률들은 0.34%≤(N₁-N₄)/N₄≤0.55%, -0.005%≥(N ₂-N₄)/N₄≥-0.01%의 관계를 가짐을 특징으로 하는 메트로 망용 광섬유.