KR20140016979A - 벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유 - Google Patents

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Abstract

일종의 벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유는 코어와 클래딩을 포함하며, 코어 직경은 7~7.9미크론이고, 코어의 상대굴절률차이Δ1는 4.6×10-3~6.5×10-3이며, 코어 외측의 클래딩은 안에서 밖으로 순서대로 내부 클래딩, 함몰 외부 클래딩과 외부 클래딩이다. 내부클래딩의 직경은 16.5~20미크론이고, 내부클래딩의 상대굴절률차이Δ2는 -3×10-4~3×10-4이다. 함몰 외부 클래딩의 직경은 33~40미크론이고, 함몰 외부 클래딩의 상대굴절률차이Δ3는 -2.9×10-3~-7.3×10-3이며, 또한 상대굴절률차이Δ3는 기울기 변화를 나타내어 밖에서 안으로 점차 커지며, 최외측 계면 부위의 상대 굴절률 차이Δ32는 최내측 계면 부위의 상대 굴절률 차이Δ31보다 작다. 본 벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유는 광섬유 단면의 최적화를 통해 더욱 낮은 벤딩 부가 손실, 안정적인 기계성능과 균일한 재료 조성을 가질 뿐만 아니라, 유효 모드필드 직경과 벤딩 성능의 유지를 기초로 광섬유 내부 클래딩과 함몰 외부 클래딩의 직경을 감소시킬 수 있으며, 나아가 광섬유의 제조 원가를 낮출 수 있다.

Description

벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유{BENDING INSENSITIVE SINGLE MODE OPTICAL FIBRE}
본 발명은 일종의 액세스망용 단일모드 광섬유에 관한 것으로서, 상기 광섬유는 우수한 휨저항 성능과 적합한 유효면적을 구비하며, 광섬유 통신 전송 분야에 속한다.
최근 광가입자망(FTTh)과 사무실내 광가입자망(FTTd)은 이미 점차 통신네트워크 구축 및 미래 광섬유 네트워크 구축의 한 발전 방향이 되었다. 현재 광섬유 엑세스망에서 비교적 널리 사용되는 것은 일반적인 저수분손실 광섬유(ITU-T G.652C/D에 부합됨)로서, 그 곡률반경은 일반적으로 30mm이다. 그런데 FTTx 광섬유를 배치하는 과정에서, 광섬유는 실내 및 협소한 환경에서 배선을 실시해야 하는 경우가 흔하므로, 비교적 작은 곡률반경에서 비교적 높은 곡률 응력을 견뎌야 한다. 특히 실제 응용 시, 광섬유는 통상적으로 갈수록 소형화되는 보관함에 권취되기 때문에, FTTx 네트워크 부설 및 장치의 소형화 요구를 만족시키기 위해서는 우수한 휨저항 성능을 지닌 광섬유를 설계 개발하여야 한다. 2009년 11월과 2010년 6월, ITU-T는 벤딩에 민감하지 않은 G.657 광섬유 표준을 전후로 2차례 수정하였고, 작은 곡률반경에서의 광섬유 수명 성능 연구 보고를 추가하였다('Characteristics of a bending loss insensitive single mode optical fibre and cable for the access network' and Amendment 1: Revised Appendix 1-Lifetime expectation in case of small radius bending of single-mode fibre). 이 2회의 수정은 기본적으로 곡률반경이 다른 사용 환경에서, G.657A1/A2 광섬유와 G.657.B3 광섬유의 상이한 응용 목표, 즉 최소 곡률반경 10mm를 만족시키는 G.657.A1 광섬유는 장거리망(Long-haul networks)에 응용되고, G657.A2 광섬유는 최소 7.5mm 곡률반경을 만족시키는 조건 하에서 응용되어, 주로 메트로망(Metro networks)와 FTTH(광가입자망)에 사용되며, G.657.B3 광섬유는 최소 5mm 곡륙반경 사용조건을 만족시켜 주로 FTTd(사무실내 광가입자망)과 전광망에서 응용되어 실내 광섬유/광케이블 방식으로 사용되도록 할 것을 명확히 하였고, 아울러 벤딩 조건에서 광섬유의 사용 수명 문제를 강조하였다.
ITU-T의 규정과 G.657.B3 광섬유의 구체적인 사용환경과 조건에 따르면, G.657.B3 광섬유는 기본적으로 단거리 통신 전송에 사용되며, 작은 곡률반경에서의 매크로벤딩 성능을 더욱 중시하므로, G.652.D 표준과 호환되도록 강제로 요구하지는 않는다. 그러나 G.652.D가 이미 광통신 분야에서 수십 년 동안 널리 사용되어 오면서 대다수 사용자의 사용 습관, 및 광섬유 배선 습관, 도킹 등 장치 등이 대부분 G.652 광섬유를 기반으로 설계되어 있기 때문에, 만약 G.652 광섬유 표준과 호환될 수 있는 G.657.B3 광섬유를 개발할 수 있다면 광통신의 보급과 사용이 더욱 용이해질 것이다.
다년간의 연구를 거쳐, 각국의 연구원들은 광섬유의 모드 필드 직경과 차단 파장이 광섬유의 매크로 벤딩 손실에 주요한 작용을 일으킨다는 것을 발견하였다. MAC값은 광섬유의 벤딩 성능을 정성 측정할 수 있다. 여기서 MAC는 모드필드 직경과 차단 파장의 비교치로 정의한다. MAC이 작을수록 광섬유의 벤딩 성능이 좋아지는 것이 당연하므로, 모드필드 직경을 축소시키고 광섬유의 차단 파장을 증가시키면 MAC를 저하시키고자 하는 목적을 달성할 수 있으며, 나아가 비교적 우수한 벤딩 성능을 획득할 수 있다. 특허 US2007007016A1, CN1971321A와 CN1942793A는 바로 이러한 방법을 채택한 것이다. 그러나, 광섬유 모드필드 직경이 너무 작으면 그것과 일반 단일모드 광섬유를 연결할 때 비교적 큰 접속 손실을 초래할 수 있으며, 또한 입사전력을 제한하게 된다. 동시에, FTTx의 복합 서비스 특징을 고려하여 전 파장 구간을 사용하여 전송할 수 있기를 희망한다면, 광케이블의 차단 파장은 반드시 1260mm 이하여야 한다. 따라서 광섬유의 차단 파장이 증가하는 공간은 대단히 제한적이다. 만약 단순히 광섬유의 MAC 수치를 저하시키는 방법에만 의존한다면 G.657.B3 표준 요구를 만족시킬 만큼 우수한 벤딩 성능을 효과적으로 획득하기란 불가능하다.
보통의 단일모드 광섬유 단면 구조에 비해 광섬유의 벤딩 성능을 향상시키는 또 다른 효과적인 방법은 함몰 내부 클래딩 설계를 채택하는 것이다. 예를 들어 US5032001, US7043125B2와 CN176680이 채택한 것이 바로 함몰 내부 클래딩 설계로서,상기 함몰 내부 클래딩 설계를 통해 코어 도핑을 추가하지 않은 상황에서 광섬유의 수치공경(NA)을 증가시킬 수 있어 도핑 추가로 인한 감쇄 증가를 방지할 수 있다. 그러나 함몰 내부 클래딩의 최적화 설계는 어느 정도만 큰 곡률 반경에서의 광섬유의 매크로벤딩 성능을 개선할 수 있을 뿐이다. 광섬유의 곡률반경이 10mm 이하일 때, 상기 함몰 내부 클래딩 방법을 이용하여 G.657.A2 표준에 부합하는 벤딩에 민감하지 않은 광섬유를 제조하기는 매우 어렵다.
한 단계 더 나아간 연구를 통해, 광섬유의 휨저항 성능을 향상시키는 가장 효과적인 방법은 함몰 외부 클래딩 구조로 광섬유 단면을 설계하는 것이다(도 1 참조). 그 기본 도파 구조는 특허 US4852968에 이미 묘사되어 있으며, 특허 US6535679B2 및 CN1982928A 역시 같은 유형의 설계를 채택하였다. 그러나 이상의 특허들은 모두 벤딩 부가 손실을 어떻게 낮출 것인지만 고려하였을 뿐, 작은 곡률반경에서 광섬유의 장기적인 사용 수명을 고려한 구체적인 응용을 결합하지 않았고, 그 설명에 따라 제조된 광섬유가 G.657.B3 표준 중 최소 5mm 곡률반경을 만족시키거나 더 뛰어난지 여부의 관련 요구 사항들을 명확하게 설명하지도 않았다. 함몰 외부 클래딩 구조의 광섬유 연구에서, 함몰 외부 클래딩이 광섬유 단면에 나타나는 심도와 너비 역시 일정한 요구 제한이 있다. 함몰 외부 클래딩이 너무 얕거나 너무 좁으면 양호한 벤딩에 민감하지 않은 성능을 가져올 수 없고, 너무 깊거나 너무 넓으면 광섬유의 차단 파장과 색분산 성능에 영향을 줄 수 있다.
함몰 외부 클래딩 구조의 벤딩에 민감하지 않은 광섬유 중, 광섬유의 벤딩 조건 하에서 매크로벤딩 성능에 영향을 미치는 또 다른 요소는 광섬유 코어층의 직경비이다. 광섬유가 굴곡 상태일 때, 내부 클래딩이 고리 형태로 코어를 감싸고 있기 때문에, 굴곡이 발생시키는 응력이 먼저 내부 클래딩에 작용한 다음, 코어 부분으로 전달된다. 만약 코어, 클래딩 도핑 및 굴절률 등 요소를 고려하지 않을 경우, 비교적 작은 코어/클래딩 직경비는 광섬유의 벤딩 성능을 향상시키기에 유리하다. 그러나 비교적 작은 코어/클래딩 직경비는 광섬유의 MFD와 색분산 등 성능에 영향을 미치는 경우가 종종 있다. 또한 와이어 드로잉 과정에서 점도 및 응력을 맞추기가 더욱 어렵기 때문에 적합한 코어/클래딩 직경비는 G.657.B3 광섬유 단면 연구의 중요 방향이기도 하다. 최근의 연구에서, 광섬유 링크 특히 FTTx 링크 중, 다점 굴곡과 스플라이스의 존재에 의해, 광섬유에 다중경로간섭 현상(MPI:Multi-Path Interference)이 나타날 수 있음을 밝혔으며, David, Zhen 등은 2009년의 OFC/NFOEC("Testing MPI Threshold in Bend INsensitive Fiber Using Coherent Peak-To-Peak Power Method")에서 MPI를 테스트하는 방법을 소개하였다. 특히 외부 함몰 클래딩의 광섬유 설계 중, 만약 함몰 클래딩이 코어와 너무 가까우면, 일단 광섬유 스플라이스 부분에 코어의 편이가 나타나 다중경로간섭이 발생하기 쉬우며, 만약 함몰 클래딩이 코어와 너무 멀면, 광섬유 벤딩 부가 손실을 저하시키는 작용을 하지 못하게 된다. 따라서 함몰 클래딩의 위치를 정확하게 설정해야 하기 때문에, 광섬유 단면을 합리적으로 설계하여, 코어, 클래딩과 함몰 외부 클래딩 굴절률 섹션 구조에서 양호한 균형을 취득하는 것이 G.657.B3 광섬유 연구 중 하나의 중점이자 난점이다.
이밖에, 엑세스망의 사용 중, 광섬유 접속은 용접 방법 이외에, 광섬유 냉간접합과 같은 기계접속 방식도 이용되는데, 광섬유를 절단한 후 우수한 끝 면 품질이 요구되기 때문에 광섬유는 우수한 재료 균일성을 갖추어야 한다.
본 발명의 내용을 소개하기 위해, 일부 용어를 정의한다:
코어: 코어와 일부 클래딩을 포함하는 모재.
굴절률 섹션: 광섬유 또는 광섬유 모재(코어 포함) 유리굴절률과 그 반경 간의 관계.
상대 굴절률차이: Δni=ni-n0, ni와 n0는 각각 광섬유의 각부분과 순수 이산화규소 유리에 대응되는 굴절률이다.
불소(F)의 기여량: 순수 석영 유리에 상대되는 불소(F) 도핑 석영 유리의 굴절률 차이값의 절대치로서, 즉 ΔF=│nF-n0│로 불소(F) 도핑량을 표시한다.
게르마늄(Ge)의 기여량: 순수 석영 유리에 상대되는 게르마늄(Ge) 도핑 석영 유리의 굴절률 차이값의 절대치로서, 즉 ΔGe=│nGe-n0│로 게르마늄(Ge) 도핑량을 표시한다.
케이싱 파이프: 일정 단면적 요구에 부합되는 후벽 고순도 석영유리 파이프.
RIT 공정: 코어를 케이싱 파이프에 삽입하여 광섬유 모재를 구성한다.
OVD 외부증착공정: 외부 기상증착과 소결 공정으로 코어 표면에 필요한 두께의 SiO2 유리를 제조한다.
VAD 외부증착공정: 축방향 기상증착과 소결공정으로 코어 표면에 필요한 두께의 SiO2 유리를 제조한다.
APVD 외부클래딩공정: 고주파 플라즈마 토치로 천연 또는 합성 석영분말을 코어 표면에 융착하여 필요한 두께의 SiO2 유리를 제조한다.
O/Si비: 반응구역에 주입한 산소(O2)와 사염화규소(SiCl4)의 몰비.
본 발명이 해결하고자 하는 문제는 상기 종래 기술에 존재하는 단점에 대하여, 광섬유 단면의 최적화를 통해 더욱 낮은 벤딩 부가 손실, 안정적인 기계성능과 균일한 재료 조성을 가질 뿐만 아니라, 또한 유효한 모드필드 직경과 벤딩 성능 유지를 기초로, 광섬유 내부클래딩과 함몰 외부클래딩의 직경을 적당히 감소시킴으로써 광섬유 모재 및 광섬유의 제조 원가를 절감할 수 있는 일종의 벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유를 제공하고자 하는데 있다.
본 발명이 위에서 제기한 문제를 해결하기 위해 채택한 기술방안은 다음과 같다:
코어와 클래딩을 포함하며, 코어 직경(a)은 7.0~7.9미크론이고, 코어의 상대굴절률차이Δ1는 4.6×10-3~6.5×10-3이며, 코어 외측의 클래딩은 안에서 밖으로 순서대로 내부 클래딩, 함몰 외부 클래딩과 외부 클래딩이며, 내부클래딩의 직경(b)은 16.5~20미크론이고, 내부클래딩의 상대굴절률차이Δ2는 -3×10-4~3×10-4이며, 함몰 외부 클래딩의 직경(c)은 33~40미크론이고, 함몰 외부 클래딩의 상대굴절률차이Δ3는 -2.9×10-3~-7.3×10-3이며, 또한 상대굴절률차이Δ3는 기울기 변화를 나타내어 밖에서 안으로 점차 증대되며, 최외측 계면 부위의 상대 굴절률 차이Δ32는 최내측 계면 부위의 상대 굴절률 차이Δ31보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 방안에 따르면, 함몰 외부 클래딩에 외부 클래딩이 피복되고, 외부 클래딩의 직경(d)은 125±0.7미크론이며, 외부 클래딩의 굴절률은 순수 이산화규소 유리 굴절률이다.
상기 방안에 따르면, 상기 코어는 게르마늄(Ge)과 불소(F)가 도핑된 석영 유리층으로서, 재료 성분은 SiO2-GeO2-F-Cl이며, 그 중 불소(F)의 기여량(ΔF)은 1×10-3~1.6×10-3이다.
상기 방안에 따르면, 상기 내부클래딩은 게르마늄(Ge)과 불소(F)가 도핑된 석영 유리층으로서, 재료 성분은 SiO2-GeO2-F-Cl이며, 내부 클래딩은 최외측 계면(31)으로부터 최내측 계면(21)까지 불소 도핑 및 게르마늄 도핑이 점차 연속적으로 증가되어 기울기 변화를 나타내며, 최외측 계면(31) 부위(내부클래딩 증착 시작점)의 불소(F)의 기여량(ΔF)은 1.2×10-3~1.6×10-3이고, 최내측 계면(21) 부위(내부클래딩 증착 종료점)의 불소(F)의 기여량(ΔF)은 2.1×10-3~2.4×10-3이다.
상기 방안에 따르면, 상기 광섬유는 1310 나노미터(nm) 파장 부위의 모드필드 직경이 7-9.2미크론이다.
상기 방안에 따르면, 상기 광섬유는 1310 나노미터 파장 부위의 감쇄 계수가 0.4dB/km보다 작거나 같고, 1383nm 파장 부위의 감쇄계수는 0.4dB/km보다 작거나 같으며, 1550nm 파장 부위의 감쇄계수는 0.25dB/km보다 작거나 같고, 1625nm 파장 부위의 감쇄계수는 0.3dB/km보다 작거나 같다.
상기 방안에 따르면, 상기 광섬유는 1260nm보다 작거나 같은 광케이블 차단 파장을 가진다.
상기 방안에 따르면, 상기 광섬유는 1625nm 파장 부위에서, 10mm 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.1dB보다 작거나 같고; 7.5mm 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.25dB보다 작거나 같으며; 5밀리미터 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.45dB보다 작거나 같다. 1550nm 파장 부위에서, 10밀리미터 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.03dB보다 작거나 같다. 7.5밀리미터 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.08dB보다 작거나 같고 5밀리미터 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.15dB보다 작거나 같다.
본 발명의 제조 방법은 이하 단계를 포함한다:
순수 석영유리 라이닝 파이프를 플라즈마 증강 화학 기상 증착(PCVD) 선반에 장착하고, 반응기체를 주입하여 가공하는 단계;
반응기체 사염화규소(SiCl4)와 산소(O2)에 C2, F6, CF4, SiF4, SF6 중 임의의 하나 이상의 불소 함유 가스를 주입하여 불소(F) 도핑을 실시하며, 사염화게르마늄(GeCl4)를 주입하여 게르마늄(Ge) 도핑을 실시하는 단계;
마이크로파를 통해 라이닝 파이프 내의 반응 가스를 이온화시켜 플라즈마로 변화시키고, 최종적으로 유리 형식으로 라이닝 파이프 내벽에 증착시키는 단계;
상기 도핑 요구 조건에 따라, 혼합 가스 중 도핑 가스의 유량을 적시에 변경하여, 함몰 외부 클래딩, 내부 클래딩과 코어를 순서대로 증착하는 단계;
증착 완료 후, 전기가열로로 증착 파이프를 용융시켜 실심 모재를 형성하고, 순수 석영 유리를 케이싱파이프로 하여 RIT 공정으로 모재를 획득하거나, 또는 OVD 또는 VAD 또는 APVD 외부증착 공정으로 외부클래딩을 제조하여 모재를 획득하는 단계;
모재를 광섬유 드로잉 타워에 놓고 드로잉하여 광섬유를 제조하고, 광섬유 표면에 내, 외 2층의 자외선 경화된 폴리아크릴산 수지를 도포하는 단계.
본 발명은 코어, 경사기능 구조의 내부 클래딩, 함몰 외부 클래딩 및 외부 클래딩을 포함하는 일종의 경사기능재료 조성과 구조를 갖는 광섬유를 제시하였다. 그 특징은 함몰 외부 클래딩은 불소(F) 도핑된 석영유리로서, 최저 굴절률과 최저 계수를 가지며, 광섬유의 휨 저항 성능을 향상시키는 동시에, 게르마늄(Ge) 도핑 코어가 높은 열팽창계수를 지님에 따라 광섬유 표면에 인장응력이 발생되어 광섬유의 기계 성능에 영향을 미치는 것을 완화시켜 줌으로써 광섬유 코어 영역에 압축응력을 형성하여, 광섬유를 구부리는 과정에서 굴곡으로 인한 부가 응력이 쉽게 코어층 영역으로 전달되어 감쇄가 증가하는 것을 방지하고; 내부 클래딩과 코어는 불소 도핑 및 게르마늄 도핑된 석영유리로서, 광섬유가 G.657.B3 표준을 만족시키는 광학성능을 구비하도록 보장하며, 그 중 코어와 내부 클래딩의 계면 점도가 서로 비슷하여 와이어 드로잉 과정에서 코어/클래딩의 계면에 결함이 생기는 것을 방지하며, 내부 클래딩 중, 바깥(31)에서 안(21)까지, 불소(F) 도핑 및 게르마늄(Ge) 도핑을 점차 연속적으로 증가시켜 기울기 변화가 나타나도록 함으로써 그 팽창계수를 점차 확대시켜 와이어 드로잉 과정에서 잔여 응력의 발생을 방지하는데 있다. 구체적인 실현은 불소(F) 도핑 및 게르마늄(Ge) 도핑의 석영유리에 대한 점도와 열팽창계수상의 차이를 통해 실현된다. Cl 도핑이 석영유리의 레일리 산란에 미치는 영향은 매우 약하지만, Cl 도핑으로 석영유리의 굴절률이 증가되고 그 점도를 낮출 수 있기 때문에, 광섬유의 코어와 내부 클래딩에 비교적 높은 Cl 함량을 구비하면 Ge 도핑량을 감소시켜 광섬유의 감쇄 계수를 낮출 수 있다. 그러나 함량이 너무 높아서도 안 되며, 그렇지 않을 경우 기포가 형성되기 쉽다. 외부 함몰 클래딩에 Cl 함량이 낮으면 F 도핑량을 감소시켜 상기 부분의 점도가 지나치게 낮아지는 것을 방지할 수 있다. PCVD 공정의 경우, Cl 함량은 주로 가열로의 온도와 반응가스의 O/Si 비에 의해 확정된다. Cl 함량은 가열로 온도가 상승함에 따라 낮아지고, O/Si가 증가함에 따라 낮아진다. 외부 함몰 클래딩 증착 시, 가열로 온도를 1080-1150℃로, O/Si비를 3.0-3.5로 제어하여, Cl 함량을 2000ppm 미만이 되도록 하고, 내부 클래딩과 코어 증착 시, 가열로 온도를 1000-1050℃로, O/Si비를 2.2-2.6으로 제어하여 Cl의 함량이 3500-4200ppm이 되도록 한다.
본 발명의 유익한 효과는: 1. 광섬유 단면의 최적화를 통해, 특히 광섬유 함몰 외부 클래딩의 심도와 너비를 적당히 증가시킴으로써, 광섬유가 더욱 낮은 벤딩 부가 손실을 가질 뿐만 아니라, 안정적인 기계성능과 균일한 재료 조성을 가진다. 2. 광섬유 단면 구조의 최적화. 유효 모드필드 직경과 벤딩 성능 유지를 기반으로 하여, 광섬유 단면에서 코어 및 함몰 외부 클래딩의 비중을 감소시켰으며, 즉 광섬유 모재의 제조 과정에서 가장 핵심적이고 정밀하면서 복잡한 부분의 증착 가공량을 직접적으로 감소시켜, 공정의 제어 난도를 낮추고 광섬유 모재의 가공 효율을 향상시키고, 나아가 광섬유의 제조 원가를 낮추었다. 3. 본 발명의 광섬유는 각종 성능에서 ITU-T G.657.B3 표준을 만족시키거나 또는 그보다 우수하며, 특히 탁월한 매크로벤딩 성능을 구비하여 FTTh 네트워크 배설과 기기의 소형화 요구를 만족시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 광섬유 굴절률 단면도.
이하 첨부도면을 결합하여 상세한 실시예를 제공한다.
실시예 1:
코어와 클래딩을 포함하며, 상기 코어 바깥의 클래딩은 안에서 밖으로 순서대로 내부 클래딩, 함몰 외부 클래딩과 외부 클래딩이고, 상기 함몰 외부 클래딩의 상대 굴절률차이 Δ3는 기울기 변화를 나타내어, 밖에서 안으로 점차 증대되며, 최외측 계면(32) 부위의 상대 굴절률 차이Δ32는 최내측 계면(31) 부위의 상대 굴절률 차이Δ31보다 작다. 함몰 외부 클래딩은 외부 클래딩을 감싸며, 외부 클래딩의 직경(d)은 125미크론이고, 외부 클래딩의 굴절률은 순수 이산화규소 유리 굴절률이다.
코어와 내부 클래딩은 게르마늄 및 불소가 도핑된 석영 유리층으로서, 재료 성분은 SiO2-GeO2-F-Cl이며, 내부 클래딩은 최외측 계면(31)으로부터 최내측 계면(21)까지 불소 도핑과 게르마늄 도핑이 점차 연속적으로 증가하여 기울기 변화를 나타낸다. 최외측 계면(31) 부위(내부클래딩 증착 시작점)의 불소(F)의 기여량(ΔF)은 1.2×10-3~1.6×10-3이고, 최내측 계면(21) 부위(내부클래딩 증착 종료점)의 불소(F)의 기여량(ΔF)은 2.1×10-3~2.4×10-3이다.
불소(F) 도핑 및 게르마늄(Ge) 도핑 석영유리층의 경우, 불소와 게르마늄은 모두 석영유리의 점도를 저하시키나, 단 영향을 미치는 폭에 차이가 있다. 즉 동일한 굴절률 차이를 야기할 때, 불소가 점도에 미치는 영향은 게르마늄의 3배이다. 계통 연구를 통해 코어/클래딩 점도를 맞추려면 ΔF2 = ΔF1-0.205*ΔTotal을 만족시켜야 한다.
그 중 ΔF1과 ΔF2는 각각 코어와 내부클래딩 중 불소(F)의 기여량이고, ΔTotal은 코어의 내부클래딩에 대한 상대 굴절률 차이이다.
불소(F) 도핑 및 게르마늄(Ge) 도핑된 석영유리의 열팽창계수의 경우, 불소(F) 도핑은 석영유리의 열팽창계수를 저하시키고, 게르마늄(Ge) 도핑은 석영유리의 열팽창계수를 증가시킨다. 그 열팽창계수 αSiO2 - GeO2 -F(/℃)는 이하 공식으로 계산할 수 있다: αSiO2 - GeO2 -F = (5+8.3ΔGe + 2.3ΔF)×10-7
함몰 외부 클래딩의 구조 설계를 채택할 경우, 이상의 연구 결과에 따라 불소(F) 도핑량을 설계하며, 불소(F)량을 확정한 후, 굴절률 섹션을 확정하여 각 부분의 게르마늄(Ge) 도핑량을 설계할 수 있다. 본 발명에서는 상기 방법에 따라 외경이 150mm~205mm인 모재를 제조하고, 1500~2000미터/분의 와이어 드로잉 속도로, 이중 자외선 경화 아크릴레이트 코팅층을 도포하여 외경이 250㎛인 광섬유를 제조하였다. 광섬유 구조는 표1에 도시된 바와 같다(표 1 중 상기 굴절률 파라미터는 실제 광섬유 파라미터의 산술평균치이다).
본 실시예에서, 광섬유 단면 구조의 합리적인 최적화를 통해, 광섬유 성능 파라미터가 G.657.B3 표준을 만족시키는 기초 위에, G.657.A2 표준과 호환되어 더욱 우수한 상위 호환성을 보장할 수 있다.
매크로벤딩 부가 손실 테스트 방법은 IEC 60793-1-47에 규정된 방법을 참조하였으며, 파장이 길수록 굴곡에 더욱 민감하기 때문에, 1625nm에서 광섬유의 벤딩 부가 손실을 주로 테스트하여 전 파장구간 범위 내(특히 L 파장구간)에서의 광섬유의 벤딩민감성을 정확하게 평가하였다. 광섬유를 일정한 직경으로 1바퀴 또는 10바퀴 감은 다음 권선을 풀어 권선으로 감기 전후의 광전력 변화를 테스트하여, 이를 광섬유의 매크로벤딩 부가 손실로 삼았다. 광섬유의 기계성능을 정확히 평가하기 위해서는 반드시 신뢰할 만한 방법으로 광섬유의 강도 분포를 테스트하여야 한다. 한 광섬유
는 반드시 한 단계 더 나아가 분석시험을 거쳐 광섬유의 신뢰성을 발견 및 평가하여야 한다. 광섬유의 주요 성능 파라미터는 표 2에 도시된 바와 같다.
광섬유의 구조와 재료의 조성

번호
코어
클래딩
함몰 외부 클래딩

직경(um)
절률차이
Δ1 (×10-3 )
직경(um)
절률차이
Δ2(×10-4 )
직경(um)
절률차이Δ3의 절대치 (×10-3 )
1 7.58 5.51 17.2 0.8 35.1 3.9
2 7.60 5.76 17.2 1.1 35.7 4.0
3 7.73 5.53 16.8 0.6 34.9 3.8
4 7.60 5.75 17.1 0.3 35.5 3.9
5 7.64 5.38 16.9 0.8 34.5 3.8
6 7.66 5.53 17.4 0.5 35.1 4.0
7 7.71 5.82 17.3 0.9 34.2 3.7
8 7.57 5.57 17.2 0.6 36.2 4.2
9 7.62 5.57 17.1 0.4 35.5 4.0
10 7.75 5.84 17.4 -0.1 35.4 3.8
광섬유의 주요 성능 파라미터

번호
MFD@1310[nm]
광케이블
차단파장[nm]
1625nm파장의 벤딩부가손실[dB/바퀴]
제로색분산파장
[nm]
제로색분산경사율
[ps/nm2 * km]
동적피로파라미터
Φ10mm Φ15mm Φ20mm
1 8.59 1232 0.232 0.129 0.057 1315 0.090 29.3
2 8.47 1243 0.175 0.095 0.040 1318 0.090 32.4
3 8.70 1223 0.367 0.194 0.083 1307 0.090 31.4
4 8.66 1254 0.274 0.158 0.067 1308 0.087 29.6
5 8.73 1236 0.323 0.175 0.078 1309 0.089 31.8
6 8.61 1228 0.287 0.148 0.070 1317 0.090 29.5
7 8.71 1250 0.343 0.187 0.088 1315 0.089 30.6
8 8.43 1237 0.151 0.083 0.038 1319 0.090 29.4
9 8.53 1237 0.264 0.142 0.062 1319 0.088 29.7
10 8.66 1243 0.237 0.137 0.053 1310 0.086 29.1
실시예 2:
본 실시예에서, 광섬유 단면 설계 중 광섬유의 MFD를 적당히 축소시킴으로써 MAC를 저하시키고, 광섬유의 매크로벤딩 성능을 진일보 최적화시켰다. MAC의 저하로 인해, 색분산과 모드길이 직경에 약간의 변화가 발생하였기 때문에, 본 실시예 중의 광섬유는 G.657.B3 표준을 만족시킬 수는 있으나, 단 G.652.D 표준과는 호환되지 않는다.
본 실시예는 PCVD+OVD 공정을 이용하여 G.657 광섬유 모재를 제조하였으며, 와이어 드로잉 속도는 1500m/min이고, 베어 광섬유의 지름은 125±0.7㎛이며, 이중 자외선 경화 아크릴레이트 코팅층으로 도포한 후의 광섬유 외경은 245±7㎛이다.
광섬유의 구조 재료 조성은 표 3에 도시된 바와 같으며(표 3 중 상기 굴절률 파라미터는 실제 광섬유 파라미터의 산술평균치이다), 표 4는 광섬유의 성능 데이터이다. 이러한 실험 결과를 근거로, 광섬유 단면을 적당히 최적화하여 코어와 내부 클래딩의 직경을 감소시킨 후, 광섬유의 모드필드 직경을 하나의 합리적인 범위로 유지시키면, 5mm 벤딩 반경 조건 하의 벤딩 성능은 G.657.B3 표준을 만족시키며 또한 더욱 우수하다. 이러한 기술방안의 총체적인 구상에 따르면, G.657.B3 표준에서는, 모드필드 직경에 대한 범위가 비교적 넓고, 또한 색분산에 대한 엄격한 요구가 없기 때문에, 만약 색분산을 고려하지 않는다면, 코어 직경을 한 단계 더 감소시켜 코어 굴절률을 높일 수 있으며, 나아가 더욱 우수한 매크로벤딩 성능을 획득할 수 있다.
광섬유의 구조와 재료 조성

번호
코어
내부클래딩
함몰 외부
클래딩

직경(um)
절률차이
Δ1 (×10-3 )
직경
절률차이
Δ2(×10-4 )
직경(um)
절률차이Δ3의 절대치 (×10-3 )
1 7.60 5.47 17.1 0.4 35.4 3.7
2 7.52 5.63 17.3 1.0 36.1 3.9
3 7.74 5.64 17.2 0.7 36.3 3.8
4 7.70 5.57 16.9 0.6 35.2 3.9
5 7.68 5.68 16.0 0.4 34.2 4.0
6 7.64 5.67 17.3 0.3 36.6 4.6
7 7.63 5.53 17.5 0 35.9 4.2
8 7.77 5.42 17.6 1.0 34.0 3.8
9 7.71 5.47 17.4 0.2 34.9 4.1
10 7.60 5.80 16.9 0.1 35.6 4.4
광섬유의 주요 성능 파라미터

번호
MFD@1310
[nm]
광케이블
차단파장
[nm]
1625nm파장의 벤딩부가손실
[dB/바퀴]
동적피로
파라미터
Φ10mm 15mm 20mm
1 8.12 1233 0.245 0.141 0.049 33.7
2 8.03 1247 0.213 0.116 0.048 32.4
3 7.82 1238 0.216 0.117 0.052 31.6
4 7.61 1244 0.193 0.092 0.046 31.2
5 7.49 1239 0.166 0.101 0.055 31.7
6 7.32 1241 0.130 0.071 0.037 32.6
7 7.44 1253 0.129 0.064 0.040 30.5
8 7.92 1249 0.227 0.116 0.047 32.3
9 7.51 1245 0.205 0.098 0.054 31.7
10 7.20 1231 0.125 0.058 0.039 30.5

Claims (8)

  1. 일종의 벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유에 있어서,
    코어와 클래딩을 포함하되, 상기 코어 직경a은 7~7.9미크론이고, 상기 코어의 상대굴절률차이Δ1는 4.6×10-3~6.5×10-3이며, 상기 코어 외측의 클래딩은 안에서 밖으로 순서대로 내부 클래딩, 함몰 외부 클래딩과 외부 클래딩이며, 상기 내부 클래딩의 직경b은 16.5~20미크론이며, 상기 내부클래딩의 상대굴절률차이 Δ2는 -3×10-4~3×10-4이며, 상기 함몰 외부 클래딩의 직경c은 33~40미크론이며, 상기 함몰 외부 클래딩의 상대굴절률차이 Δ3는 -2.9×10-3~-7.3×10-3이며, 또한 상대굴절률차이Δ3는 기울기 변화를 나타내어 밖에서 안으로 점차 증대되며, 최외측 계면 부위의 상대 굴절률 차이 Δ32는 최내측 계면 부위의 상대 굴절률 차이 Δ31보다 작은 것을 특징으로 하는 일종의 벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 함몰 외부 클래딩에 외부 클래딩이 피복되고, 상기 외부 클래딩의 직경은 125±0.7미크론이며, 상기 외부 클래딩의 굴절률은 순수 이산화규소 유리 굴절률인 것을 특징으로 하는 일종의 벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 코어는 게르마늄과 불소가 도핑된 석영 유리층으로서, 재료 성분은 SiO2-GeO2-F-Cl이며, 그 중 불소의 기여량 ΔF은 1×10-3~1.6×10-3인 것을 특징으로 하는 일종의 벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유.
  4. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 내부클래딩은 게르마늄과 불소가 도핑된 석영 유리층으로서, 재료 성분은 SiO2-GeO2-F-Cl이며, 내부 클래딩은 최외측 계면으로부터 최내측 계면까지 불소 도핑 및 게르마늄 도핑이 점차 연속적으로 증가되어 기울기 변화를 나타내며, 최외측 계면 부위의 불소의 기여량 ΔF은 1.2×10-3~1.6×10-3이며, 최내측 계면 부위의 불소의 기여량 ΔF은 2.1×10-3~2.4×10-3인 것을 특징으로 하는 일종의 벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유.
  5. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 광섬유는 1310 나노미터 파장 부분의 모드필드 직경이 7-9.2미크론인 것을 특징으로 하는 일종의 벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유.
  6. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 광섬유는 1310나노미터 파장 부위의 감쇄계수가 0.4dB/km보다 작거나 같고, 1383nm 파장 부위의 감쇄계수는 0.4dB/km보다 작거나 같으며, 1550nm 파장 부위의 감쇄계수는 0.25dB/km보다 작거나 같으며, 1625nm 파장 부위의 감쇄계수는 0.3dB/km보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 일종의 벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유.
  7. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 광섬유는 1260nm보다 작거나 같은 광케이블 차단 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 일종의 벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유.
  8. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 광섬유는 1625nm 파장 부위에서, 10밀리미터 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.1dB보다 작거나 같고, 7.5밀리미터 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.25dB보다 작거나 같으며, 5밀리미터 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.45dB보다 작거나 같으며;
    1550nm 파장 부위에서, 10밀리미터 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.03dB보다 작거나 같고, 7.5밀리미터 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.08dB보다 작거나 같으며, 5밀리미터 곡률반경으로 1바퀴 감을 경우 벤딩 부가 손실은 0.15dB보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 일종의 벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유.
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