KR20010088804A - Multicore and multimode dispersion managed fibers - Google Patents
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Abstract
다중 코어 또는 다중 모드를 포함하는 광섬유를 따른 광경로는 양 및 음의 분산 특성으로 배열된다. 커플링 또는 연결 메커니즘은 결합된 경로의 총분산이 송신을 목적으로 하는 신호 파장의 범위에 걸쳐 제로분산에 접근하도록 다른 분산 특성을 갖는 경로간의 상대적인 이동거리를 조절한다.The optical path along an optical fiber including multiple cores or multiple modes is arranged with positive and negative dispersion characteristics. The coupling or coupling mechanism adjusts the relative travel between paths with different dispersion characteristics such that the total dispersion of the combined paths approaches zero dispersion over the range of signal wavelengths intended for transmission.
Description
색채 분산은 신호 파장 뿐만 아니라 도파관 물질 및 구조의 함수로서 도파관을 따라 변화된다. 제로분산이 특정 파장에서 가능하지만, 상기 제로분산은 또한 인접한 파장 채널(channels)에서 혼선을 발생시키는 "4파혼합"으로 공지된 현상과 관련된다. 상기 4파혼합은 제로분산에서 가장 뚜렷할 뿐 아니라 광파워 및 감소된 채널 간격을 증가시킨다.Color dispersion varies along the waveguide as a function of the waveguide material and structure as well as the signal wavelength. While zero dispersion is possible at certain wavelengths, this zero dispersion is also associated with a phenomenon known as "four wave mixing," which causes crosstalk in adjacent wavelength channels. The four-wave mixing is most pronounced in zero dispersion as well as increasing optical power and reduced channel spacing.
색채 분산 및 4파혼합 모두 양 및 음의 분산을 갖는 섬유(송신을 목적으로 한 파장에서 평가됨)의 길이를 결합시킨 분산유지 섬유에 의해 방지된다. 4파혼합은 단지 비제로분산의 섬유가 사용되기 때문에 방지된다. 색채 분산은 양 및 음의분산의 길이-중량 평균이 제로에 근접하기 때문에 방지된다.Both color dispersion and quadruple mixing are prevented by dispersing fibers that combine the lengths of the fibers with positive and negative dispersion (assessed at wavelengths for transmission purposes). Four-wave mixing is prevented because only non-zero dispersed fibers are used. Color dispersion is prevented because the length-weight average of positive and negative dispersion is close to zero.
이러한 접근 방식은 거리에 걸쳐 광신호를 송신하기 위해 양의 분산 섬유를 이용하며, 결합된 광경로의 평균 분산을 감소시키기 위해 주기적으로 양의 분산 섬유를 간섭하도록 음의 분산의 롤(roll)을 함유하는 보상 모듈의 분산을 이용한다. 그러나, 상기 보상 모듈은 의도한 방향으로 신호를 진척시키지 않고 신호의 파워를 감소시킨다.This approach uses positive dispersion fibers to transmit optical signals over distance, and uses a roll of negative dispersion to periodically interfere with the positive dispersion fibers to reduce the average dispersion of the combined optical paths. The dispersion of the compensating module containing is used. However, the compensation module reduces the power of the signal without advancing the signal in the intended direction.
양 및 음의 분산을 갖는 섬유의 길이는 감소된 색채 분산을 갖는 광신호를 좀 더 효과적으로 송신하기 위해 종부와 종부를 함께 접합하였다. 그러나, 사상(mapping)은 상기 결합된 섬유의 분산 특성의 흔적을 유지시켜야 하며, 두개의 다른 섬유는 목록 내에 유지되어야 한다.The lengths of the fibers with positive and negative dispersion joined the ends together with the ends to more effectively transmit optical signals with reduced color dispersion. However, the mapping must maintain traces of the dispersing properties of the bonded fibers and two different fibers must be kept in the list.
분산유지 섬유는 또한 송신을 목적으로 한 파장에서 반대 부호의 분산을 갖는 섹션을 대체하면서 연속적인 길이로 제조되었다. 단지 하나의 섬유가 목록화되어야 하지만, 분산 주기(즉, 두개의 섹션이 반복되는 길이)가 제조시 선택되어야 하며, 다음의 변화를 발생시키지 않는다. 오염물질이 또한 상기 섹션간의 계면에서 섬유에 삽입될 수 있어, 상기 섹션은 개별적으로 연마되고 최종 형태로 인발되기 전에 조립되어야 한다.Dispersion retaining fibers were also made in continuous lengths, replacing sections with dispersion of opposite signs at wavelengths for transmission purposes. Only one fiber should be listed, but the dispersion cycle (i.e. the length of the two sections being repeated) should be selected at the time of manufacture and does not cause the following change. Contaminants can also be inserted into the fibers at the interface between the sections so that the sections must be individually ground and assembled before being drawn to the final form.
분산유지 케이블은 반대 부호의 분산을 갖는 하나 이상의 섬유쌍을 함유한다. 상기 케이블의 섹션이 한 섹션의 양의 분산 섬유가 인접한 섹션의 음의 분산 섬유와 결합되도록 함께 접합된다. 또 다시, 분산 사상은 상기 섹션 길이의 흔적을 유지해야하며, 반대 부호의 분산이 송신된 파장에서 같은 크기를 가져야 하기 때문에 개개의 섬유 디자인이 제한된다.The dispersion maintaining cable contains one or more fiber pairs with dispersion of opposite signs. The sections of the cable are joined together such that the positive dispersion fibers of one section are joined with the negative dispersion fibers of an adjacent section. Again, the dispersion event must keep track of the section length and the individual fiber design is limited because the dispersion of the opposite sign must have the same size at the transmitted wavelength.
발명의 요약Summary of the Invention
본 발명은 섬유 목록을 최소화하고, 섬유의 디자인 및 성능에 있어서 더욱 많은 유연성(flexibility)을 제공하는 한편, 색채 분산을 보상하고 4파혼합을 방지하는 섬유 광학 시스템의 다양한 실시예를 포함한다. 또한, 복잡한 제조공정 및 제조후 부가적인 분산의 옵션(option) 없이 보다 짧은 분산 주기(즉, 상기 분산 변화가 반복되는 길이)가 가능하다.The present invention includes various embodiments of a fiber optics system that minimizes the fiber inventory and provides more flexibility in the design and performance of the fibers, while compensating for color dispersion and preventing quaternary mixing. In addition, shorter dispersion cycles (i.e., the length over which the variation of variation is repeated) are possible without complicated manufacturing processes and additional dispersion options after manufacture.
하나의 실시예는 광신호의 전송을 위해 다른 분산 특성을 갖는 연속적인 복수의 광경로를 갖는 단일 광섬유를 포함하는 분산보상 섬유의 광학 시스템이다. 상기 광경로의 하나는 상기 광신호의 중심 파장에서 양의 분산을 나타내며, 상기 광경로의 또 다른 하나는 상기 광신호의 중심 파장에서 음의 분산을 나타낸다. 커플링 메커니즘은 상기 광신호의 중심 파장에서 제로에 접근하는 길이-중량 평균 분산을 생성하는 두개의 경로의 진행하는 부위간에 광신호를 이동시킨다. 바람직하게, 분산 및 분산 슬로프 모두가 파장 범위에 걸쳐 평균 분산이 또한 제로분산 근처에 남도록 중심 파장에서 일치된다(즉, 같지만 부호가 다르다).One embodiment is an optical system of distributed compensation fibers comprising a single optical fiber having a plurality of consecutive optical paths with different dispersion properties for the transmission of optical signals. One of the optical paths represents a positive dispersion at the central wavelength of the optical signal, and another one of the optical paths represents a negative dispersion at the central wavelength of the optical signal. The coupling mechanism moves the optical signal between the traveling portions of the two paths creating a length-weighted average variance approaching zero at the central wavelength of the optical signal. Preferably, both the dispersion and the dispersion slopes are matched (ie, identical but different in sign) at the center wavelength such that the average dispersion over the wavelength range also remains near zero dispersion.
상기 연속적인 광경로는 서로 평행 또는 동심(concentric)으로 확장될 수 있다; 그리고, 다른 커플링 구조의 관입에 관계없이, 상기 경로간의 광신호의 이동은 양쪽 어느 경로도 방해받지 않는다. 예를 들어, 단일 섬유는 클래딩(cladding)으로 둘러싸인 코어의 복합성을 갖고 구성될 수 있다. 상기 각각의 코어는 다른 분산 특성을 갖는 광경로의 하나를 형성한다.The continuous light paths may extend parallel or concentric with each other; And, regardless of the intrusion of other coupling structures, the movement of the optical signal between the paths is not hindered by both paths. For example, a single fiber can be constructed with the complexity of the core surrounded by the cladding. Each of the cores forms one of the optical paths with different dispersion properties.
상기 신호들은 하나 이상의 장주기의 격자로서 상기 커플링 메커니즘 형식에 의해 상기 코어간의 양의 방향으로 이동될 수 있다. 상기 커플링 메커니즘은 또한 신호 송신이 용이하도록 상기 코어를 충분히 가깝게 배치함으로써 코어 간격의 결과에 따라 형성될 수 있다. 상기 후자의 커플링 모드는 코어간에 대칭적인 분산 특성이 요구되며, 상기 코어간의 커플링 길이와 같은 분산 주기를 갖는다. 상기 전자의 커플링 모드는 다른 간격에서 코어간의 신호를 이동시킴으로써 코어의 분산 특성에 있어서 좀 더 많은 유연성을 제공한다. 상기 커플링 모드에 관계없이, 양 및 음의 분산 코어의 분산 슬로프는 결과적인 평균 분산이 신호 파장의 의도된 범위에 걸쳐 제로 근처에 머무르도록 바람직하게 일치된다(즉, 작은 크기 또는 반대 부호).The signals may be moved in a positive direction between the cores by the coupling mechanism type as one or more long period gratings. The coupling mechanism can also be formed as a result of core spacing by placing the core close enough to facilitate signal transmission. The latter coupling mode requires symmetrical dispersion between cores and has a dispersion period equal to the coupling length between the cores. The former coupling mode provides more flexibility in the dispersion characteristics of the core by moving signals between cores at different intervals. Regardless of the coupling mode, the dispersion slopes of the positive and negative dispersion cores are preferably matched such that the resulting average dispersion remains near zero over the intended range of signal wavelengths (ie, small magnitude or opposite sign). .
또 다른 실시예는 반대 부호 분산 특성을 갖는 하나 이상의 코어쌍을 갖는 섬유 세그먼트를 포함한다. 상기 세그먼트는 다른 세그먼트의 음의 분산 코어에 정렬된 한 세그먼트의 양의 분산 코어를 갖고 종부에서 종부로 함께 접합된다. 세그먼트의 길이는 제로분산에 근접한 길이-중량 평균을 달성하기 위해 선택된다. 각각의 코어쌍 모두 양 및 음의 분산의 절대크기를 동일하게 하고, 한 세그먼트의 양 및 음의 분산 코어 모두를 인접한 세그먼트의 반대 대응물에 정렬시킴으로써 신호를 평행하게 송신하는데 사용될 수 있다. 양 및 음의 분산 코어의 다중쌍은 하나 이상의 비트율(bit rate) 또는 적용을 갖는 송신을 보조하기 위해 개별적으로 배열될 수 있다. 다른 분산 특성을 갖는 코어의 다양한 결합을 정렬하기 위하여 인접한 섹션간의 각굴절률(angular indexing)을 조절함으로써 분산 사상에 있어서 더욱 많은 유연성이 또한 가능하다.Yet another embodiment includes a fiber segment having one or more core pairs having opposite sign dispersion characteristics. The segments have one segment of positive dispersing cores aligned with the other dispersing core of the other segment and are joined together from end to end. The length of the segment is chosen to achieve a length-weight average close to zero dispersion. Each pair of cores can be used to transmit signals in parallel by aligning the absolute magnitude of the positive and negative variances, and aligning both the positive and negative distributed cores of one segment to the opposite counterparts of adjacent segments. Multiple pairs of positive and negative distributed cores may be individually arranged to assist transmission with one or more bit rates or applications. More flexibility is also possible in the dispersion event by adjusting the angular indexing between adjacent sections to align various bonds of cores with different dispersion properties.
상기 단일 섬유는 또한 다른 분산 특성을 갖는 동심의 광경로를 형성하기 위해 다른 분산값을 갖는 기본 모드 행로(path) 및 고차(higher-order) 모드 행로를 갖는 다중모드 섬유로서 구성될 수 있다. 또 하나의 실시예에서 커플링 메커니즘은 하나 이상의 모드 커플러를 포함하며, 상기 모드 커플러는 또한 상기 기본 및 고차 모드 행로간의 광신호를 이동시키는기 위해 테이퍼된 커플링(tapered coupling) 또는 장주기(long period)의 격자로서 형성될 수 있다.The single fiber may also be configured as a multimode fiber having a primary mode path and a higher-order mode path with different dispersion values to form concentric optical paths with different dispersion properties. In another embodiment, the coupling mechanism comprises one or more mode couplers, the mode coupler also having a tapered coupling or long period for moving the optical signal between the basic and higher order mode paths. Can be formed as a lattice.
상기 기본 모드는 양의 분산을 나타내도록 배열될 수 있으며, 상기 고차 모드는 보다 높은 음의 분산 크기를 나타내도록 배열될 수 있다. 따라서, 이러한 배열의 모드 커플러는 고차 모드보다 긴 간격으로 상기 광신호를 기본 모드로 이동시키기 위해 배치된다. 그러나, 적합한 코어 프로파일 디자인 및 표준 진동수의 선택으로, 기본 및 제2차 모드의 분산 및 분산 슬로프가 같지만 다른 부호를 나타내도록 제작될 수 있다. 또한, 모드 차단 값으로부터 멀리 떨어진 표준 진동수 값에서 더욱 바람직한 신호의 제한이 가능하다.The basic mode may be arranged to indicate positive variance, and the higher order mode may be arranged to indicate higher negative variance magnitude. Thus, the mode coupler in this arrangement is arranged to move the optical signal to the basic mode at intervals longer than the higher order mode. However, with suitable core profile design and selection of standard frequencies, the dispersion and dispersion slopes of the primary and secondary modes can be made to represent the same but different signs. It is also possible to further limit the signal at a standard frequency value far from the mode cutoff value.
여러가지 연결기가 다중코어 또는 다중모드 섬유에서 송신된 신호를 단일모드 단일코어 섬유로 통과시키기 위해 사용된다. 예를 들어, 광학 격자가 싱글모드 싱글코어 섬유로 정렬된 하나의 코어로부터 또 다른 코어로 광신호를 이동시키는데 사용되거나 싱글모드 싱글코어 섬유로 보다 많이 송신시키기 위해 더욱 높은 모드로부터 기본 모드로 광신호를 이동시키는데 사용될 수 있다. 테이퍼된 커플링은 또한 신호를 단일코어 또는 기본 모드로 송신하는데 사용될 수 있다. 또한, 분리된단일모드 단일코어 섬유가 다중코어 섬유의 다른 코어에 부착될 수 있으며, 스위치는 부착된 하나의 섬유로부터 통상적인 단일모드 단일코어 섬유로 신호를 더욱 송신하는데 사용될 수 있다.Various connectors are used to pass signals transmitted on multicore or multimode fibers to singlemode singlecore fibers. For example, an optical grating may be used to move an optical signal from one core aligned with a single mode single core fiber to another, or from a higher mode to a basic mode to transmit more over a single mode single core fiber. Can be used to move it. Tapered coupling can also be used to transmit a signal in single core or basic mode. In addition, separate single-mode single core fibers may be attached to other cores of the multicore fiber, and switches may be used to further transmit signals from one attached fiber to conventional single mode single core fibers.
상기 다중코어 섬유가 모드의 분산 특성에 대한 관계를 갖는 종래의 공정으로 제조될 수 있다. 상기 다중코어 섬유가 종래의 섬유를 인발하는 공정에 앞서 예형 내에서 두개 이상의 코어 케인(cane)을 조립하여 제조될 수 있다. 튜브 또는 막대(rod)의 여러가지 배열이 상기 코어 케인을 간격을 두고 정렬하는데 사용될 수 있으며, 수트(soot)의 과클래딩(overcladding)이 예형 내의 구조를 봉하기 위해 상기 코어 구조 주위에 압밀될 수 있다.The multicore fibers can be produced by conventional processes having a relationship to the dispersion properties of the modes. The multicore fibers may be prepared by assembling two or more core canes in a preform prior to the process of drawing conventional fibers. Various arrangements of tubes or rods can be used to align the core cans at intervals, and soot overcladding can be consolidated around the core structure to seal the structure in the mold. .
본 발명은 1998. 9. 16.자로 출원된 미국 가출원 제60/100,495호에 기초를 두고 있다.The present invention is based on US Provisional Application No. 60 / 100,495, filed Sep. 16, 1998.
표준 섬유의 광매체에서 이동하는 광신호는 신호의 질(quality)에 상당한 손실을 일으킬 수 있는 거리에 걸쳐 작은 변화를 일으킨다. 이러한 변화는 색채 분산을 포함한다. 분산유지 섬유는 양 및 음의 분산 특성을 가지며, 상기 분산 특성은 혼합되어 제로분산에 근접한 길이-중량 평균을 생산한다.Optical signals traveling in the optical media of standard fibers produce small changes over distance that can cause significant loss of signal quality. Such changes include color dispersion. Dispersion-retaining fibers have positive and negative dispersion properties, which are mixed to produce a length-weight average close to zero dispersion.
도 1A는 다른 분산 특성의 두개의 옵셋(offset) 코어를 갖는 다중코어 광섬유를 확대한 단면도이다.1A is an enlarged cross-sectional view of a multicore optical fiber having two offset cores of different dispersion characteristics.
도 1B는 다른 분산 특성을 갖는 하나의 중심 코어 및 하나의 옵셋 코어를 갖는 또 다른 다중코어 광섬유를 간략하게 확대한 단면도이다.1B is a simplified enlarged cross-sectional view of another multicore optical fiber having one central core and one offset core with different dispersion characteristics.
도 1C는 다른 분산 특성의 두개의 동심 코어를 갖는 또 다른 다중코어 광섬유를 확대한 단면도이다.1C is an enlarged cross-sectional view of another multicore optical fiber having two concentric cores of different dispersion characteristics.
도 2는 상대적으로 회전되어 함께 접합된 다중코어 섬유의 두개의 세그먼트된(segmented) 길이를 나타내는 측면도이다.FIG. 2 is a side view showing two segmented lengths of a multicore fiber that are relatively spun together and joined together.
도 3A 및 3B는 코어 반경 "r"의 함수로 도시된 굴절률을 갖는 다중코어 섬유의 두개의 코어의 굴절률 프로파일을 나타내는 그래프이다.3A and 3B are graphs showing the refractive index profiles of two cores of a multicore fiber having a refractive index shown as a function of the core radius "r".
도 3C∼3F는 음의 분산을 달성하는데 특히 적합한 선택적인 굴절률 프로파일을 나타내는 그래프이다.3C-3F are graphs showing selective refractive index profiles that are particularly suitable for achieving negative dispersion.
도 4는 두개의 코어를 광학적으로 커플링하기 위한 장주기의 격자를 포함하도록 개략적으로 변형된 다중코어 섬유의 또 다른 측면도이다.4 is another side view of a multicore fiber schematically modified to include a long period grating for optically coupling two cores.
도 5는 네개의 코어를 갖는 다중코어 섬유를 확대한 단면도이다 -- 두개의 코어는 양의 분산 특성을 가지며, 두개의 코어는 음의 분산 특성을 가짐.5 is an enlarged cross-sectional view of a multicore fiber with four cores-two cores having positive dispersion characteristics and two cores having negative dispersion characteristics.
도 6은 종래의 단일코어 섬유에 도 1A의 다중코어 섬유의 두개의 코어를 연결시키기 위한 테이퍼된 커플링의 측면도이다.6 is a side view of a tapered coupling for connecting two cores of the multicore fiber of FIG. 1A to a conventional single core fiber.
도 7은 다중코어 섬유의 두개의 코어간의 신호를 이동시키는 커플링 및 상기 다중코어 섬유의 두개의 코어중 하나와 종래의 단일코어 섬유의 코어를 연결시킨 연결기(connector)의 측면도이다.7 is a side view of a coupling that transfers a signal between two cores of a multicore fiber and a connector connecting one of the two cores of the multicore fiber and the core of a conventional single core fiber.
도 8은 다른 분산 특성을 갖는 모드간의 신호를 이동시키기 위해 연속적인 장주기의 격자를 갖는 다중모드 섬유의 측면도이다.8 is a side view of a multimode fiber with a continuous long period grating to shift signals between modes with different dispersion characteristics.
도 9는 계단형 프로파일 코어 디자인으로 예시된 다중모드 섬유의 표준 진동수 "V"에 대한 표준 전파상수(propagation constant) "bn"을 도시한 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing the standard propagation constant “b n ” versus the standard frequency “V” of a multimode fiber illustrated in a stepped profile core design.
도 10은 동일한 계단형 프로파일 코어 디자인에서 도파관의 표준 진동수 "V"에 대한 표준 도파관 분산 "dn"을 도시한 그래프이다.10 is a graph showing the standard waveguide dispersion "d n " versus the standard frequency "V" of the waveguide in the same stepped profile core design.
도 11은 관통된(bored-out) 막대 내에 두개의 코어 케인을 지지하는 예형을 확대한 단면도이다.11 is an enlarged cross-sectional view of a preform supporting two core kane in a bored-out rod.
도 12는 튜브 내에 두개의 코어 케인을 지지하는 예형에 대한 유사한 크기의 단면도이다.12 is a similarly sized cross sectional view of a preform supporting two core kane in a tube.
도 13은 특별한 형상의 막대에 의해 함께 고정된 두개의 코어 케인에 대한 유사한 크기의 단면도이다.FIG. 13 is a similarly sized cross sectional view of two core kane secured together by a specially shaped rod.
도 14는 두개의 코어 주위의 예형을 용융시키기 전에 함께 고정된 두개의 코어 케인을 나타내는 유사한 크기의 또 다른 단면도이다.14 is another cross-sectional view of a similar size showing two core kane locked together prior to melting the preform around the two cores.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1A에 나타낸 다중코어 광섬유(10)는 통상의 클래딩(16)으로 둘러싸인 양의 분산 코어(12) 및 음의 분산 코어(14)를 갖는다. 상기 두개의 코어(12 및 14)의 반대 부호의 분산은 상기 섬유(10)에 의한 송신을 목적으로 하는 파장범위(통상적으로 에르븀 증폭기 윈도우에 해당됨)의 중심 파장과 관련하여 참조된다. 1530nm에서 1560nm까지의 파장범위에 걸쳐 분산을 유지하기 위해, 상기 양의 코어는 SMF 1528 섬유와 유사하게 디자인될 수 있으며, 상기 음의 코어는 1585 LS 또는 잎상품(leaf product)과 유사하게 디자인될 수 있다. 두개의 섬유 모두 뉴욕, 코닝, 코닝 인코포레이티드로부터 구입할 수 있다. 다른 파장범위에서, 공지된 코어 디자인의 다른 형태가 사용될 수 있으며, 또한 간단히 기술될 것이다.The multicore optical fiber 10 shown in FIG. 1A has a positive dispersion core 12 and a negative dispersion core 14 surrounded by a conventional cladding 16. Dispersion of opposite signs of the two cores 12 and 14 is referenced in relation to the center wavelength of the wavelength range (typically corresponding to the erbium amplifier window) for transmission by the fiber 10. In order to maintain dispersion over the wavelength range from 1530 nm to 1560 nm, the positive core can be designed similar to SMF 1528 fibers, and the negative core can be designed similar to 1585 LS or leaf products. Can be. Both fibers are available from New York, Corning and Corning Incorporated. In other wavelength ranges, other forms of known core designs may be used and will also be described briefly.
상기 두개의 코어(12 및 14)는 상기 섬유(10)의 광축(18)과 평행하게 확장되고, 상기 코어(12 및 14)간의 자동 커플링을 차단하거나 증진하도록 조절될 수 있는 거리 "S"에 의해서 분리된다. 상기에 나타낸 바와 같이, 상기 거리 "S"는 대략 자동 커플링을 차단할 수 있도록 충분히 크다. 제조시, 0.4 이상의 코어-클래드 비율을 갖는 코어 케인은 일반적으로 요구되는 분리가 제공되도록 충분히 이격된다. 상기 섬유(10) 외면의 선택적 노치(notch, 20)는 참조 포인트에 상기 섬유(10)의 세그먼트된 길이의 각굴절률을 제공한다.The two cores 12 and 14 extend in parallel with the optical axis 18 of the fiber 10 and the distance "S" which can be adjusted to block or promote automatic coupling between the cores 12 and 14. Separated by. As indicated above, the distance " S " is large enough to block approximately automatic coupling. In manufacture, core kines having a core-clad ratio of at least 0.4 are generally spaced apart sufficiently to provide the required separation. An optional notch 20 on the outer surface of the fiber 10 provides the reference point with an angular refractive index of the segmented length of the fiber 10.
도 2에서, 본래 연속적인 섬유(10)의 두개의 세그먼트된 길이(10A 및 10B)가 편광유지 섬유용으로 디자인된 스플라이서(splicer)와 같은 것으로 함께 접합되기 전에 축의 방향으로 정렬되며, 상기 두개의 세그먼트된 길이의 정렬된 축(18A 및 18B) 주위로 상대적으로 회전된다. 회전 정도가 상기 섬유 세그먼트(10A)의 양의 분산 코어(12A)를 상기 섬유 세그먼트(10B)의 음의 분산 코어(14B)에 함께 정렬시키기 위해 선택된다. 또한, 디자인 대칭은 상기 섬유 세그먼트(10A)의 음의 분산 코어(14A)가 상기 섬유 세그먼트(10B)의 양의 분산 코어(12B)에 또한 동시에 정렬되도록 할 수 있다. 상기 세그먼트(10A 및 10B)는 연속적인 모든 세그먼트쌍 뿐만 아니라 두개의 세그먼트(10A 및 10B)의 결합된 길이에 따른 평균 분산이 제로분산에 접근하도록 조절될 수 있다.In FIG. 2, the two segmented lengths 10A and 10B of the original continuous fiber 10 are aligned in the axial direction before being joined together, such as a splicer designed for polarizing fibers, It is rotated relatively around two segmented length aligned axes 18A and 18B. The degree of rotation is selected to align the positive dispersion core 12A of the fiber segment 10A together with the negative dispersion core 14B of the fiber segment 10B. In addition, design symmetry may allow the negative dispersing core 14A of the fiber segment 10A to be aligned simultaneously with the positive dispersing core 12B of the fiber segment 10B. The segments 10A and 10B can be adjusted such that the average variance along the combined length of the two segments 10A and 10B as well as all consecutive pairs of segments approaches zero variance.
각각의 세그먼트(10A 및 10B)의 두개의 코어(12A, 14A 및 12B, 14B)가 다른 신호를 전송하는데 사용된다면, 상기 두개의 코어의 양 및 음의 분산은 크기가 같아야 하며, 상기 두개의 세그먼트 10A 및 10B의 길이가 같아야 한다. 그러나, 각각의 세그먼트 코어중 단 하나만이 신호를 전송한다면(예를 들어, 세그먼트(10A)의 코어(12A) 및 세그먼트(10B)의 코어(14B)), 상기 두개의 코어의 분산은 다른 크기에서 최적화될 것이며, 다른 길이의 세그먼트가 제로에 근접한 평균 분산을 얻을 수 있도록 결합될 수 있다. 상기 두개의 코어의 분산 슬로프는 수송을 목적으로 한 파장 범위에 걸쳐 제로에 근접한 평균 분산을 유지하기 위해 또한 바람직하게 일치된다.If the two cores 12A, 14A and 12B, 14B of each segment 10A and 10B are used to transmit different signals, the positive and negative variances of the two cores must be the same magnitude and the two segments The lengths of 10A and 10B must be the same. However, if only one of each segment core transmits a signal (e.g., core 12A of segment 10A and core 14B of segment 10B), the distribution of the two cores may be at different sizes. It will be optimized, and segments of different lengths can be combined to obtain an average variance close to zero. The dispersion slopes of the two cores are also preferably matched to maintain an average dispersion close to zero over a wavelength range for transport purposes.
양 및 음의 분산 코어(12 및 14)간의 광경로를 교체시키기 위해 섬유(10)의 세그먼트된 길이를 접합하는 대신, 수동 또는 능동적인 커플링이 코어(12 및 14)의 전진길이 간에 제공될 수 있다. 수동적인 커플링은 파원전환(power transfer)이 커플링 길이가 같은 바람직한 분산 주기에서 코어간에 일어나도록 코어간의 분리 "S"를 축소시킴으로써 달성될 수 있다. 상기 코어(12 및 14)의 양 및 음의 분산은 신호가 각각의 상기 코어(12 및 14)에서 그들 시간의 절반을 소모하기 때문에 중심 파장(즉, 크기에서 같음)에 대해 대칭이어야 한다. 또한, 분리된 상기 두개의 코어(12 및 14)의 전파상수가 파워의 더욱 완전한 전환을 보조하기 위해 가능한 접근해야 한다. 상기 커플링 길이는 구성 도파관의 두개의 가장 낮은 순의 수퍼-모드의 전파상수간의 차에 의해서 결정되며, 비색성 또는 색성으로 디자인될 수 있다.Instead of bonding the segmented lengths of the fibers 10 to replace the optical paths between the positive and negative dispersing cores 12 and 14, passive or active coupling may be provided between the advancing lengths of the cores 12 and 14. Can be. Passive coupling can be achieved by reducing the separation " S " between cores such that power transfer occurs between cores in the desired dispersion period with the same coupling length. The positive and negative variance of the cores 12 and 14 should be symmetric about the center wavelength (ie, equal in magnitude) because the signal consumes half of their time in each of the cores 12 and 14. In addition, the propagation constants of the two separate cores 12 and 14 should be approached as far as possible to assist in more complete conversion of power. The coupling length is determined by the difference between the two lowest order super-mode propagation constants of the constituent waveguide and can be designed colorimetrically or chromatically.
도 3A 및 3B는 상기 두개의 코어(12 및 14)간의 유효 굴절률 "n(eff)"가 같도록 변형된 양 및 음의 분산 코어(12 및 14)의 굴절률 프로파일을 도시한다. 상기 양의 분산 코어(12)는 간단한 계단형 프로파일(SiO2가 클래딩된 GeO2-SiO2) 및 코어 및 클래딩 값간의 크기인 유효 굴절률 "n(eff)"를 갖는다. 상기 음의 분산 코어(14)는 상기 양의 분산 코어(12)의 유효 굴절률 "n(eff)"와 일치하도록 상기크래딩을 다소 개선한(up-doing) "w-형" 또는 세그먼트된 코어(SEGCOR) 프로파일 디자인을 갖는다. 예를 들어, 도핑된 클래딩은 GeO2-SiO2또는 TiO2-SiO2로 구성될 수 있다. (주: 도 3B의 점선은 실리카 클래딩(16) 주위의 굴절률 레벨을 나타낸다.)3A and 3B show the refractive index profiles of the positive and negative dispersion cores 12 and 14 modified such that the effective refractive index "n (eff)" between the two cores 12 and 14 is the same. Dispersing the core 12 of the both has a simple step-like profile (GeO 2 -SiO the SiO 2 cladding. 2) and the core size and the effective index of refraction "n (eff)" between the cladding value. The negative dispersion core 14 is a "w-shaped" or segmented core that up-doing the cladding to match the effective refractive index "n (eff)" of the positive dispersion core 12. (SEGCOR) has a profile design. For example, the doped cladding may be comprised of GeO 2 -SiO 2 or TiO 2 -SiO 2 . (Note: the dotted lines in FIG. 3B represent the refractive index levels around the silica cladding 16.)
일반적으로, 더욱 복잡한 프로파일 형상이 양의 분산을 갖는 코어와 반대의 음의 분산 및 분산 슬로프를 생산하기 위해 요구된다. 유효 면적, 모드장 직경, 휨 및 마이크로휨과 같은 다른 광학 성질을 과하게 포함하지 않고, 각각 음의 분산을 보조할 수 있는 네개의 실시예가 도 3C∼3F에 도시된다. 프로파일 선을 가로지르는 화살표는 상기 프로파일의 개개의 선 세그먼트를 변경하기 위한 디자인의 유연성을 나타낸다.In general, more complex profile shapes are required to produce negative dispersion and dispersion slopes as opposed to cores with positive dispersion. Four embodiments are shown in FIGS. 3C-3F that each can assist negative dispersion without excessively including other optical properties such as effective area, mode field diameter, warpage and micro warpage. Arrows across the profile lines indicate the flexibility of the design to change individual line segments of the profile.
도 3C의 프로파일은 양 또는 음의 분산 슬로프를 갖는 양 또는 음의 분산 중 하나를 얻는데 사용될 수 있다. 도 3D의 디자인은 상대적으로 큰 유효 면적을 갖는 양 또는 음의 분산을 얻는데 특히 유용하다. 도 3E 및 3F의 두개의 디자인은 또한 낮은 손실 구성을 갖는 분산조절에 고려될 수 있다.The profile of FIG. 3C can be used to obtain either positive or negative variance with a positive or negative variance slope. The design of FIG. 3D is particularly useful for obtaining positive or negative variances with relatively large effective areas. The two designs of Figures 3E and 3F can also be considered for variance control with a low loss configuration.
상기 코어(12 및 14)간의 능동적인 커플링은 도 4에 나타낸 코어간의 하나 이상의 장주기의 격자를 형성함으로써 달성될 수 있다. 상기 커플링 기능은 국부적이어서, 상기 두개의 코어(12 및 14)가 독립적으로 디자인될 수 있다. 예를 들어, 상기 코어(12 및 14)간의 코어 분산 크기 및 전파상수는 변화될 수 있다. 격자(24)간의 간격은 길이-중량 평균이 여전히 제로분산에 접근하도록 상기 코어 분산의 다른 크기를 보상하도록 조절될 수 있다. 테이퍼링(tapering)은 커플링 기능(function)을 증대시키기 위해 장주기의 격자(24)를 결합하는데 사용될 수 있다.Active coupling between the cores 12 and 14 may be achieved by forming one or more long period gratings between the cores shown in FIG. The coupling function is local such that the two cores 12 and 14 can be designed independently. For example, the core dispersion size and propagation constant between the cores 12 and 14 may vary. The spacing between the gratings 24 can be adjusted to compensate for other magnitudes of the core variance so that the length-weight average still approaches zero variance. Taping may be used to join the long period grating 24 to increase the coupling function.
상기 장주기의 격자(24)는 섬유(10)에서 굴절률 섭동(index perturbation)을 생성하는기 위해 화학선 방사의 패턴에 노출된 감광성 코어 물질로부터 형성될 수 있다. 코어(12 및 14)간의 클래딩 영역은 또한 상기 커플링 기능을 향상시킨 광-굴절(photo-refractive)로 제조될 수 있다. 상기 장주기의 격자(24)는 섬유 인발 작업시 고파워 엑시머 레이저(eximer laser)로 기록될 수 있다. 커플링 매커니즘이 상기 섬유(10)에 오염물을 첨가하지 않기 때문에 분산 주기는 상당히 작고 다수일 수 있다.The long period grating 24 may be formed from a photosensitive core material exposed to a pattern of actinic radiation to create index perturbation in the fiber 10. The cladding region between the cores 12 and 14 can also be made of photo-refractive, which enhances the coupling function. The long period grating 24 may be recorded with a high power excimer laser during fiber drawing operations. Since the coupling mechanism does not add contaminants to the fiber 10, the dispersion cycle can be quite small and numerous.
요구되는 스펙트럼의 반응 밴드가 상당히 넓고, 장주기의 격자가 통상적으로 다소의 수백만 마이크론의 차수로 주기를 갖기 때문에 격자 정밀도는 그다지 중요하지 않다. 또한, 상기 장주기의 격자(24)가 유독한 효과를 일으키지 않고 상기 섬유(10)를 따라 상대적으로 큰 거리(예를 들어, 1 또는 2 미터)를 차지하기 때문에, 굴절률 섭동의 크기가 상당히 낮을 수 있다(수소 로딩의 필요가 방지됨). 상기 굴절률 섭동은 특히 보다 높은 인발 속도로 한 시간에 하나의 점 또는 한번에 몇 개의 점으로 기록될 수 있다. 굴절률 또는 곡선(curvature) 섭동이 유사한 커플링 기능을 달성하기 위해 인발 작동시 고파워 CO2레이저로 또한 기록될 수 있다. 다른 섭동은 주기적인 섬유의 압착에 의한 스트레스-감소 변화 또는 주기적인 마이크로휨에 의한 행로길이의 변화를 포함하는 유사한 격자를 형성하는데 사용될 수 있다.The lattice precision is not very important because the response bands of the required spectrum are quite wide, and long period gratings typically have orders of magnitude on the order of millions of microns. In addition, since the long-period lattice 24 occupies a relatively large distance (eg, 1 or 2 meters) along the fiber 10 without causing a toxic effect, the magnitude of the refractive index perturbation may be quite low. (The need for hydrogen loading is avoided). The refractive index perturbation can be recorded as one point at a time or several points at a time, especially at higher draw rates. Refractive index or curvature perturbation can also be recorded with a high power CO 2 laser in draw operation to achieve similar coupling function. Other perturbations can be used to form similar gratings that include stress-reducing changes due to periodic fiber compression or changes in path length due to periodic micro deflections.
장주기의 격자 및 모드 커플러의 부가적인 정보가 벵사커(Vengsarkar) 등에 의한 논문 "Long-Period Fiber Gratings as Band-Rejection Filters"., published in Journal of Lightwave Technology, Vol. 14, No. 1, January 1996, pages 58-65에 기재되어 있고, 또 다른 논문으로 풀(Poole) 등에 의한 "Helical-Grating Two-Mode Fiber Spatial-Mode Coupler"., published in Journal of Lightwave Technology, Vol. 9, No. 5, May 1991, pages 598-604에 기재되어 있다. 두개의 논문 모두가 본원의 참고문헌으로 포함된다.Additional information on long-period gratings and mode couplers can be found in Vengsarkar et al., "Long-Period Fiber Gratings as Band-Rejection Filters"., Published in Journal of Lightwave Technology, Vol. 14, No. 1, January 1996, pages 58-65, and in another paper, "Helical-Grating Two-Mode Fiber Spatial-Mode Coupler" by Pole et al., Published in Journal of Lightwave Technology, Vol. 9, No. 5, May 1991, pages 598-604. Both papers are incorporated herein by reference.
두개의 이상의 코어가 도 5에 나타낸 단일 섬유에서 형성될 수 있다. 섬유(30)의 두개의 양의 분산 코어(32 및 34) 및 두개의 음의 분산 코어(36 및 38)는 통상적인 클래딩(40)으로 둘러싸인다. 상기 코어(32-38)는 양 및 음의 분산 코어(예를 들어 32, 36 및 34, 38)의 그룹에서 쌍을 이룰 수 있으며, 쌍을 이룬 코어는 개개의 비트율 또는 적용에 대해 최적화될 수 있다. 선택적으로, 상기 쌍은 인접한 섹션간의 각굴절률을 변화시킴으로써 분산 사상에 대한 보다 많은 유연성을 제공하기 위해 변화될 수 있다. 즉, 같은 섬유(30)는 다른 분산 사상의 복합성을 보조하는데 사용될 수 있다. 모형(dummy) 코어(44)가 광축(46) 주위 섬유(30)의 각굴절률을 위한 참조 포인트를 제공한다.Two or more cores may be formed from the single fiber shown in FIG. 5. Two positive dispersion cores 32 and 34 and two negative dispersion cores 36 and 38 of the fiber 30 are surrounded by a conventional cladding 40. The cores 32-38 may be paired in groups of positive and negative distributed cores (eg 32, 36 and 34, 38), and the paired cores may be optimized for individual bit rates or applications. have. Optionally, the pair can be varied to provide more flexibility for dispersion events by changing the angular index of refraction between adjacent sections. That is, the same fiber 30 can be used to aid in the complexity of different dispersion events. A dummy core 44 provides a reference point for the angular index of refraction of the fiber 30 around the optical axis 46.
상기 섬유(10)의 코어(12 및 14)와 유사하게, 상기 섬유(30)의 코어(32, 34, 36 및 38)는 광축(46)으로부터 옵셋되며, 상기 광축은 편광 모드 분산의 문제점을 야기시킬 수 있다. 상기 섬유(10 또는 30)의 주기적인 뒤틀림(twisting) 또는 연속적인 회전이 이러한 문제를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 상기 섬유(10)의 코어(12 및 14) 및 상기 섬유(30)의 코어(32, 34, 36 및 38)는 상기 섬유(10 및 30)를 통한 개별적인 광경로의 성능을 최적화시키는기 위해 개개의 클래딩 영역으로 둘러싸일 수 있다.Similar to the cores 12 and 14 of the fiber 10, the cores 32, 34, 36, and 38 of the fiber 30 are offset from the optical axis 46, which causes the problem of polarization mode dispersion. Can cause. Periodic twisting or continuous rotation of the fibers 10 or 30 can be used to reduce this problem. The cores 12 and 14 of the fiber 10 and the cores 32, 34, 36 and 38 of the fiber 30 are each individually to optimize the performance of the individual light paths through the fibers 10 and 30. It may be surrounded by a cladding region of.
인라인 증폭기 스테이션(in-line amplifier stations) 또는 링크 종부와 같은 종래의 단일모드 섬유 또는 유사한 도파관 구조에 연결되는 경우, 각각의 쌍의 두개의 코어는 종래 도파관의 단일 코어에 연결된다. 도 6은 분산유지 섬유(10)를 종래의 단일모드 섬유(70)에 연결시킨 테이퍼된 커플링(60)을 도시한다. 두개의 도파관(62 및 64)은 상기 섬유(10)의 양 및 음의 분산 코어(12 및 14)에 정렬되지만, 상기 도파관(64)만이 종래의 섬유(70)의 단일 코어(66)에 정렬된다. 커플링 내에서, 상기 두개의 도파관(62 및 64)은 도파관(64)으로 파워를 전환하기 위해 함께 테이퍼링 된다.When connected to conventional singlemode fiber or similar waveguide structures, such as in-line amplifier stations or link terminations, the two cores of each pair are connected to a single core of a conventional waveguide. 6 shows a tapered coupling 60 connecting dispersing fibers 10 to conventional monomodal fibers 70. Two waveguides 62 and 64 align with the positive and negative dispersion cores 12 and 14 of the fiber 10, but only the waveguide 64 aligns with a single core 66 of the conventional fiber 70. do. Within the coupling, the two waveguides 62 and 64 are tapered together to divert power to the waveguide 64.
상기 장주기의 격자(24)는 종래의 섬유(70)를 접합하기 전에 광신호가 적절한 코어(예를 들어 코어 12)로 향하도록 도 7에 나타낸 테이퍼된 커플링(60)의 위치에서 또한 사용될 수 있다. 상기 종래 섬유(70)의 코어(66)는 분산유지 섬유(10)를 따라 전파되는 광신호를 수용하기 위한 분산유지 섬유(10)의 코어(14)에 정렬된다. V-홈의 물질(72)이 섬유(10 및 70)간의 바람직한 정렬을 지지한다.The long period grating 24 may also be used at the location of the tapered coupling 60 shown in FIG. 7 so that the optical signal is directed to the appropriate core (eg core 12) prior to bonding the conventional fiber 70. . The core 66 of the conventional fiber 70 is aligned with the core 14 of the dispersion holding fiber 10 for receiving the optical signal propagating along the dispersion holding fiber 10. The material 72 of the V-groove supports the desired alignment between the fibers 10 and 70.
상기 종래의 섬유(70)는 분산유지 섬유(10)의 코어(12 또는 14) 중 하나에 정렬될 수 있거나, 각각의 코어(12 및 14)가 개별적인 종래의 섬유에 정렬될 수 있다. 후자의 경우, 광스위치(도시되지 않은)가 개별적인 종래의 섬유를 종래의 단일섬유에 대체 연결시키는데 사용된다. 상기 스위치는 상기 개별적인 종래의 섬유 중 하나에서 신호의 존재 또는 부재를 검지할 수 있는 센서에 의해 조절될 수 있다.The conventional fiber 70 may be aligned with one of the cores 12 or 14 of the dispersion retaining fiber 10, or each core 12 and 14 may be aligned with an individual conventional fiber. In the latter case, optical switches (not shown) are used to alternately connect individual conventional fibers to conventional single fibers. The switch can be controlled by a sensor capable of detecting the presence or absence of a signal in one of the individual conventional fibers.
도 1B는 통상적인 클래딩(16') 내에 삽입된 두개의 유사한 코어(12' 및 14')를 갖는 대체 섬유(10')를 도시한다. 섬유(10, 도 1A에 나타냄)의 코어(12)와 대조적으로, 상기 코어(12')는 대체 섬유(10')의 광축(18')을 따라 중심이 된다. 다른 코어(14')는 축(18')으로부터 옵셋된다.1B shows a replacement fiber 10 'having two similar cores 12' and 14 'inserted into a conventional cladding 16'. In contrast to the core 12 of the fiber 10 (shown in FIG. 1A), the core 12 ′ is centered along the optical axis 18 ′ of the replacement fiber 10 ′. The other core 14 'is offset from the axis 18'.
상기 중심에 있는 코어(12')는 보다 용이하게 표준 섬유의 코어에 정렬된다. 그러나, 상기 중심에 있는 코어(12') 및 옵셋 코어(14')간의 신호를 이동시키기 위해 선택적인 섬유(10')의 섹션을 종부에서 종부로 접합하는 것은 더욱 어렵다. 따라서, 상기 코어(12' 및 14')간의 신호 전송은 측면의 커플링에 의해 바람직하게 발생된다. 한 종부에서 종부로의 연결에 앞서, 상기 신호는 상기 섬유(10')를 테이퍼링 시키거나 도 6에 나타낸 테이퍼된 커플링을 사용하는 것과 같은 방법으로 중심 코어(12')로 바람직하게 이동된다.The central core 12 'is more easily aligned to the core of standard fibers. However, it is more difficult to join the sections of the optional fiber 10 'from end to end to shift the signal between the centered core 12' and the offset core 14 '. Thus, signal transmission between the cores 12 'and 14' is preferably generated by side coupling. Prior to connection from one end to the end, the signal is preferably moved to the central core 12 'in such a manner as to taper the fiber 10' or to use the tapered coupling shown in FIG.
광축(18')에 대해 상기 코어(12')의 하나를 중심에 놓는 대신, 도 1C는 동심 패턴에서 광축(18')에 대해 중심에 있는 두개의 코어(12" 및 14")를 갖는 또 다른 선택적인 섬유(10')를 나타낸다. 측면 커플러는 동심 코어(12" 및 14")간의 신호를 이동시키는데 사용될 수 있다. 동심 코어(12" 및 14")를 갖는 섬유(10")는 더욱 적은 복굴절(birefringence)을 나타내며, 종래의 구성 기술을 사용하여 더욱 용이하게 제조된다. 옵셋 코어에 결합된 부가적인 동심 코어 또는 동심 코어들이 또한 사용될 수 있다.Instead of centering one of the cores 12 'with respect to the optical axis 18', Figure 1C also has two cores 12 "and 14" centered with respect to the optical axis 18 'in a concentric pattern. Another optional fiber 10 'is shown. Side couplers can be used to move signals between concentric cores 12 "and 14". Fiber 10 "with concentric cores 12" and 14 "exhibits less birefringence and is more easily manufactured using conventional construction techniques. Additional concentric cores or concentrics coupled to offset cores Cores can also be used.
광섬유에 있어서 분산을 유지시키는 또 다른 접근방법이 도 8에 도시되어 있다. 중심 코어(82)를 가지며, 광송신의 하나 이상의 모드를 지지하기 위해 디자인된 클래딩(84)으로 둘러싸인 다중모드 광섬유(80)를 나타낸다. 기본 모드와 같은 한 모드는 양의 분산을 나타낸다; 그리고 제2차 모드와 같은 또 다른 모드는 음의 분산을 나타낸다. 장주기의 격자(86)가 길이-중량 평균 분산이 제로에 접근하도록 각각의 모드에서 광신호의 상대적인 지속을 조절하는 반복적인 패턴에서 광축(88)을 따라 섬유 내에 기록된다.Another approach to maintaining dispersion in optical fibers is shown in FIG. 8. Represents a multimode optical fiber 80 having a central core 82 and surrounded by a cladding 84 designed to support one or more modes of optical transmission. One mode, like the default mode, represents a positive dispersion; And another mode, such as the secondary mode, exhibits negative dispersion. A long period grating 86 is recorded in the fiber along the optical axis 88 in an iterative pattern that controls the relative duration of the optical signal in each mode such that the length-weight average variance approaches zero.
도 8에 도시한 바와 같이, 제2차 모드의 음의 분산이 기본 모드의 양의 분산 보다 큰 크기를 갖는다. 따라서, 상기 기본 모드에서 격자(86)간의 이동길이(length of travel)를 측정하는 간격 LF가 2차 모드에서 격자(86)간의 이동길이를 측정하는 간격 LH보다 크다. 두개의 작동 모드간에 같은 크기의 반대 부호를 갖는 분산을 포함하는 다른 결합이 가능하다. 같은 간격의 격자가 두개의 다른 모드간의 광이동길이를 균등하게 분포시키기 위해 사용될 수 있다. 또한, 2차 이상의 모드가 편광 모드 분산을 감소시키는 것과 같은 목적으로 사용될 수 있다. 상기 간격은 제3차 및 보다 고차의 모드로부터 또는 상기 모드까지 신호를 이동시킬 수 있으나, 중재 모드(intervening mode)의 의도하지 않은 손실이 보다 고차 모드의 유용성을 제한할 수 있다.As shown in Fig. 8, the negative dispersion of the secondary mode has a magnitude larger than the positive dispersion of the basic mode. Therefore, the interval L F for measuring the length of travel between the gratings 86 in the basic mode is larger than the interval L H for measuring the length of travel between the gratings 86 in the secondary mode. Other combinations are possible, including variance with the same sign of opposite magnitude between the two modes of operation. Equally spaced gratings can be used to evenly distribute the light travel length between two different modes. Also, secondary or higher modes can be used for the same purpose as reducing polarization mode dispersion. The interval may shift the signal from or to the third and higher order modes, but unintended loss of the intervening mode may limit the usefulness of the higher order mode.
도 8 및 도 9는 계단형 굴절률 프로파일 코어를 고려한 다중모드 섬유(80)의 예시적인 성능을 그래프로 나타낸다. 도 8에서, 하기와 같이 수학적으로 정의된 표준 전파상수 "bn"이 진동수 "V"에 대하여 도시되어 있다:8 and 9 graphically illustrate exemplary performance of multimodal fibers 80 with stepped refractive index profile cores in mind. In Fig. 8, the mathematically defined standard propagation constant "b n " is shown for the frequency "V":
여기서, "β"는 전파상수, "n1"은 코어 굴절률, "n2"는 클래딩 굴절률, "λ"는 중심 파장범위 및 k는 상수 2π/λ이며, "a"는 도파관 코어의 반경이다. "n(eff)"와 관련된 상기 표준 전파상수는 "0" 및 "1" 사이에서 변하며, 여기서 "0"은 클래딩 전체에서의 전파를 나타내며, "1"은 코어 전체에서의 전파를 나타낸다. 상기 코어에서 더욱 많이 발생되는 전파는 상기 코어에서 더 많이 발생되는 전파 보다 더욱 단단히 결합된다. 상기 표준 진동수값 "V"는 중심 파장 "λ"와 역의 관계를 갖는다. 곡선 LP01, LP11및 LP02는 각각 기본, 제2차 및 제3차 모드를 나타낸다. 도 9의 예시 그래프에 따라, 2.4 보다 큰 표준 진동수가 하나 이상의 모드를 지지하기 위해 요구된다; 그러나, 3.5 부근의 더욱 큰 값이 가장 실용적으로 적용되도록 신호를 적절히 제한하기 위해 필요하다.Where "β" is the propagation constant, "n 1 " is the core refractive index, "n 2 " is the cladding refractive index, "λ" is the central wavelength range and k is the constant 2π / λ, and "a" is the radius of the waveguide core . The standard propagation constant associated with "n (eff)" varies between "0" and "1", where "0" represents propagation throughout the cladding and "1" represents propagation throughout the core. More propagation in the core is more tightly coupled than more propagation in the core. The standard frequency value "V" has an inverse relationship with the center wavelength "λ". Curves LP 01 , LP 11 and LP 02 represent the primary, secondary and tertiary modes, respectively. According to the example graph of FIG. 9, a standard frequency greater than 2.4 is required to support one or more modes; However, larger values around 3.5 are needed to properly limit the signal to be most practically applied.
도 10에 나타낸 바와 같이, 대략 3.5의 표준 진동수가 실험적으로 하기와 같이 정의된 반대 부호의 표준 도파관 분산 "Dn"을 갖는 작동 영역을 또한 제공한다:As shown in FIG. 10, there is also provided an operating region with a standard waveguide dispersion "D n " of opposite sign, which is defined as follows experimentally with a standard frequency of approximately 3.5:
3.5 미만의 표준 진동수가 더욱 높은 분산에 대한 가능성을 제공하지만, 제2차 모드 신호의 제한은 감소된다. 제2차 모드(즉, V=2.4 보다 상당히 높음)의 차단으로부터 멀리 떨어진 작동은 휨 및 마이크로휨의 손실 뿐만 아니라 편광의 분열을 감소시킨다. 상기 섬유(80)의 주기적인 또는 연속적인 비틀림이 편광 모드 분산을 감소시키는데 또한 사용될 수 있다.Although the standard frequency of less than 3.5 offers the possibility for higher dispersion, the limitation of the second mode signal is reduced. Operation away from the blocking of the secondary mode (i.e. significantly higher than V = 2.4) reduces the disruption of polarization as well as the loss of warpage and micro warping. Periodic or continuous twisting of the fiber 80 may also be used to reduce polarization mode dispersion.
ps/km nm 단위로 측정된 도파관 분산 "D"가 하기와 같은 식으로 계산될 수 있다.The waveguide dispersion "D" measured in ps / km nm can be calculated as follows.
여기서, "Δ"는 상대 굴절률의 차이다. 상기 기본 모드 "LP01"의 도파관 분산이 양이고, 제2차 모드 "LP11"의 도파관 분산이 음의 값을 갖도록 상기 도파관 분산 "D"는 표준 분산 "Dn"과 반대의 부호를 갖는다.Here, "Δ" is the difference in relative refractive index. The waveguide dispersion "D" has a sign opposite to the standard dispersion "D n " so that the waveguide dispersion of the basic mode "LP 01 " is positive and the waveguide dispersion of the second mode "LP 11 " has a negative value. .
2.4 보다 큰 표준 진동수에서, 계단형 굴절률 섬유의 기본 모드 LP01에 대한 도파관 분산 "D"가 상당히 낮아서 모든 주요 색채 분산은 거의 물질 분산에 기인한다. 1550nm의 윈도우에서, 계단형 굴절률 섬유에 대한 기본 모드의 색채 분산이 17-20 ps/km nm 부근으로 한정된다. 그러나, 세그먼트된 코어 및 링 프로파일을 포함하는 더욱 복잡한 코어 프로파일 디자인이 보다 높은 분산값을 생산하는데 사용될 수 있다. 양 및 음의 분산 코어간의 코어 디자인은 평균 분산이 신호 파장의 범위에 걸쳐 제로 근처에 남도록 분산 슬로프를 적절히 연결시키기 위해 선택된다. 예를 들어, 상기 분산 슬로프는 크기에서 같지만 부호에서 반대이거나 절대크기에서 낮을 수 있다.At standard frequencies greater than 2.4, the waveguide dispersion "D" for the base mode LP 01 of stepped refractive fibers is significantly lower so that all major color dispersions are due to material dispersion. At a window of 1550 nm, the chromatic dispersion of the fundamental mode for stepped refractive fibers is limited to around 17-20 ps / km nm. However, more complex core profile designs, including segmented core and ring profiles, can be used to produce higher dispersion values. The core design between the positive and negative dispersion cores is chosen to properly connect the dispersion slopes so that the average dispersion remains near zero over the range of signal wavelengths. For example, the dispersion slopes may be the same in magnitude but opposite in sign or lower in absolute magnitude.
또한, 다중모드 및 다중코어 디자인은 다른 디자인의 특징 또한 최적화하면서 분산에 대한 더욱 많은 조절을 제공할 수 있도록 개개의 섬유내에서 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 1A에 도시한 섬유(10)의 코어(12 및 14) 중 하나 또는 둘 모두, 또는 도 1B 및 1C에 도시한 다른 코어가 다중모드 코어로서 형성될 수 있으며, 분산의 필요 조건이 상기 모드와 코어간에 분리될 수 있다.In addition, multimodal and multicore designs can be combined within individual fibers to provide more control over dispersion while also optimizing other design features. For example, one or both of the cores 12 and 14 of the fiber 10 shown in FIG. 1A, or the other cores shown in FIGS. 1B and 1C, may be formed as a multimode core, and the requirements for dispersion This can be separated between the mode and the core.
종래의 구성 기술이 상기 다중모드 섬유(80)를 생산하는데 사용될 수 있으며, 다중코어 섬유에 대해 전술한 바와 유사한 광굴절률 기술이 상기 격자를 기록하는데 사용될 수 있다. 장주기의 격자(86)가 모드 커플링에 바람직하지만, 직경 변화를 포함하는 다른 패턴 및 섭동 형태가 다른 모드간의 신호를 이동시키는데 또한 사용될 수 있다.Conventional construction techniques can be used to produce the multimode fibers 80, and optical refractive index techniques similar to those described above for multicore fibers can be used to record the grating. While long period gratings 86 are preferred for mode coupling, other patterns and perturbation patterns, including diameter changes, may also be used to move signals between different modes.
나머지 도 11-14는 편광유지 섬유를 개선시킨 여러가지 막대 삽입 튜브(rod-in-tube) 및 OVD(광학 증기 침착) 기술을 이용한 전술된 다중코어 광섬유를 제조하기 위한 여러가지 예형(또한 "블랭크"로 표현됨)을 나타낸다.The remaining FIGS. 11-14 illustrate various prototypes (also referred to as "blanks") for making the aforementioned multicore optical fibers using various rod-in-tube and OVD (optical vapor deposition) techniques that improve polarization fibers. Expressed).
도 11에 나타낸 섬유 예형(90)은 두개의 유리 케인(94 및 96)을 수용하기 위하여 관통된 막대(92)를 갖는다. 상기 막대(92)는 클래딩 물질로 만들어지며, 상기 두개의 유리 코어 케인(94 및 96)은 다른 분산 특성을 생산하는 굴절률 프로파일 분포에서 광학 증기 침착에 의한 순서(sequence)에 적용된 코어 및 클래딩 물질을 포함한다. 상기 클래딩 물질로 또한 제조된 유리 수트(98)가 상기 막대의 외부에 적용되고 상기 예형(90)을 완성하기 위해 압밀된다. 상기 예형으로부터 인발된 다중코어 섬유는, 서로 평행하게 확장되고 다른 분산 특성을 나타내는 적어도 두개의코어를 갖는다.The fiber preform 90 shown in FIG. 11 has a perforated rod 92 to receive two glass kines 94 and 96. The rod 92 is made of cladding material, and the two glass core kines 94 and 96 are applied to the core and cladding material applied to the sequence by optical vapor deposition in the refractive index profile distribution producing different dispersion properties. Include. A glass suit 98, also made of the cladding material, is applied to the outside of the rod and consolidated to complete the preform 90. Multicore fibers drawn from the preform have at least two cores that extend parallel to one another and exhibit different dispersion properties.
도 11에 나타낸 섬유 예형은 튜브(110) 내에 설치된 두개의 유리 코어 케인(102 및 104) 및 두개의 충진 막대(106 및 108)를 가지며, 압밀될 수 있는 수트(112)가 상기 튜브(110)를 감싼다. 상기 두개의 코어 케인(102 및 104)은 다른 분산 특성을 보조하는 코어 및 클래딩 분포를 갖는다. 상기 충진 막대(106 및 108), 튜브(110) 및 수트(112) 모두가 상기 예형을 완성하는기 위해 코어 케인(102 및 104)과 함께 용융된 클래딩 물질로 제조된다.The fiber preform shown in FIG. 11 has two glass core kines 102 and 104 and two filling rods 106 and 108 installed in the tube 110, and a soot 112 that can be consolidated is the tube 110. Wraps. The two core kines 102 and 104 have a core and cladding distribution to aid in different dispersion properties. The filling rods 106 and 108, the tube 110 and the soot 112 are all made of molten cladding material with the core kines 102 and 104 to complete the preform.
도 12는 다른 분산 특성을 갖는 두개의 코어 케인(116 및 118)을 지지하는 클래딩 물질의 특별한 형상의 막대(114)를 포함하는 예형(120)을 도시한다. 클래딩 물질로 또한 만들어진 압밀될 수 있는 수트(122)가 상기 막대(114) 및 두개의 케인(116 및 118)을 감싼다. 상기 두개의 코어 케인(116 및 118)은 상기 예형(120)이 압밀될 때까지 바람직한 상대 위치에서 두개의 코어 케인을 지지하도록 상기 막대(114)에 고정될 수 있다.FIG. 12 shows a preform 120 comprising a specially shaped rod 114 of cladding material supporting two core kines 116 and 118 with different dispersing properties. A compactable suit 122 also made of cladding material wraps the rod 114 and two kines 116 and 118. The two core kines 116 and 118 may be secured to the rod 114 to support the two core kane at a desired relative position until the preform 120 is consolidated.
도 13에 나타낸 예형(130)은 함께 고정되어 압밀될 수 있는 수트(136)로 둘러싸인 두개의 코어 케인(132 및 134)을 포함한다. 상기 코어 케인(132 및 134)은 상기 예형(130)으로부터 인발된 최종 코어간의 자동 커플링을 증진하거나 방지시킬 수 있는 다른 분산 특성 및 굴절률 프로파일을 갖는다.The preform 130 shown in FIG. 13 includes two core kines 132 and 134 surrounded by a suit 136 that can be fixed and consolidated together. The core kines 132 and 134 have different dispersion properties and refractive index profiles that can promote or prevent automatic coupling between final cores drawn from the preform 130.
상기 수트의 과클래딩(98, 112, 122 및 136)이 상기 예형(90, 100, 120 및 130) 내의 부품을 밀봉시키는 축 및 방사력(radial force) 모두가 생산되는 압밀동안 수축된다. 상기 연속적인 인발 공정시, 광굴절률 기술이 상기 코어간의 커플링을 생산하는데 사용될 수 있으며, 편광 모드 축소 기술이 상기 코어를 감싼 클래딩의 비대칭을 보상하는데 사용될 수 있다. 굴절률 마크가 상기 예형의 외부에 형성되거나, 상기 클래딩과 구별되는 물질로 제조된 충진 막대가 참조 각포인트를 제공하기 위해 관찰 가능한 포인트에 설치될 수 있다.The overcladding 98, 112, 122, and 136 of the soot is retracted during consolidation where both axial and radial forces are produced that seal the parts in the preforms 90, 100, 120, and 130. In the continuous drawing process, a photorefractive index technique can be used to produce coupling between the cores, and a polarization mode reduction technique can be used to compensate for the asymmetry of the cladding surrounding the core. A refractive index mark may be formed outside of the preform, or a fill rod made of a material distinct from the cladding may be installed at the observable point to provide a reference angular point.
상기 네개의 예형 내에서 쌍을 이룬 코어 케인(94-96, 102-104, 116-118 및 132-134)은 절대크기가 같거나 다른 반대 부호의 분산을 갖는다. 주기적 또는 연속적인 커플링 중 하나가 같은 크기의 분산에 대해 제로에 접근하는 길이-중량 평균 분산을 달성하는데 사용될 수 있다. 그러나, 다른 크기의 분산이 다른 분산 코어에서 다른 이동길이가 제로에 접근하는 같은 길이-중량 평균 분산을 갖도록 주기적인 커플링이 요구된다.Paired core kines 94-96, 102-104, 116-118, and 132-134 within the four preforms have variances of opposite signs of equal or different absolute magnitudes. Either periodic or continuous coupling can be used to achieve a length-weighted average variance approaching zero for a variance of equal size. However, periodic coupling is required so that different size dispersions have the same length-weight average dispersion, with different travel lengths approaching zero at different distribution cores.
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