광주과학기술원(GIST, 원장▪선우중호) 한원택 교수 연구팀이 초고속 광통신 망 FTTH 구축의 가장 큰 문제중 하나였던 광섬유 휘어짐 손실을 최소화한 구부림 강화 광섬유(BIF) 개발에 성공하여 세계적 저명 과학 전문 잡지인 “레이저 포커스 월드” (www.laserfocusworld.com) 의 세계뉴스 (World News) 로 기사화 되는 등 국제 과학계의 관심을 받고 있다.

정보통신공학과 한원택 교수

GIST 정보통신공학과 한원택 교수팀(P. R. Watekar(와테커) 연구교수, 주성민 박사과정 학생)은 MCVD(광섬유 제조를 위한 모재를 만드는 장비, Modified Chemical Vapor Deposition)공정을 통하여 광섬유 코어(Core)부분에 게르마늄 다이옥사이드(GeO2), 클래딩(Cladding) 부분에 플루오린(F) 및 보론(B)을 첨가하여 광섬유 클래딩 영역 내에 낮은 굴절률을 갖는 골(Trench)을 형성하여 단일모드 광섬유 특성을 갖는 광섬유 모재(Preform)를 제작, DT(MCVD 공정을 통해 제작된 모재를 광섬유로 인출하는 장비, Drawing Tower) 공정을 통해 세계 최고 효율의 구부림 강화 능력을 갖는 단일 모드 광섬유 개발에 성공하였다.
 
세계적으로 급증하는 인터넷 통신 및 IPTV 수요에 따라 초고속 인터넷 통신망에 대한 연구 또한 활발히 이루어지고 있다.

특히 초고속 광통신 서비스 중 하나인 FTTH는 광케이블이 가정까지 연결되는 방식으로서 매우 빠른 속도와 높은 안정성으로 뛰어난 정보전달 능력을 보이는 기술이다. 그러나 실제 광케이블 망의 설치 시 광섬유가 휘어지는 경우가 많이 발생하는데, 이로 인해 광섬유 내부의 빛이 밖으로 빠져나가 정보 손실이 발생한다. 이는 FTTH 서비스 구축의 가장 큰 문제점 중 하나이다.

이번에 개발된 구부림 강화 광섬유(BIF)는 일반 단일 모드 광섬유와는 달리 광섬유 클래딩 영역 내에 일반 클래딩의 굴절률 보다 낮은 골(Trench)를 형성시켜 광섬유의 휘어짐에 따른 광섬유 클래딩 영역의 유효굴절률의 변화를 상쇄시켜 정보손실이 없이 단일모드 조건을 유지하는 특성을 가져 FTTH에 가장 적합한 광섬유이다.

한 교수팀의 연구결과는 최근 ‘레이저 포커스 월드(Laser Focus world)’  온라인판에 기사화됐다.

*기사 정보: (FIBER FABRICATION: Single-mode fiber has very low bending loss)

http://www.laserfocusworld.com/display_article/367029/12/none/none/News/FIBER-FABRICATION:-Single-mode-fiber-has-very-low-bending-los 

http://www.optoiq.com/articles/display/367029/s-articles/s-laser-focus-world/s-volume-45/s-issue-8/s-world-news/s-fiber-fabrication-single-mode-fiber-has-very-low-bending-loss.html

*논문 정보:
Pramod R. Watekar, Seongmin Ju, Won -Taek Han, "Design and development of a trenched optical fiber with ultra-low bending loss," Optics Express, 5 June 2009, Vol. 17, paper No. 12, pp. 10350-10363, 2009
이 연구는 광주과학기술원의 Top Brand Project인 Photonics 2020, GIST BK-21(IT), 그리고 부산대학교 국가핵심연구 센터(NCRC), 삼성전자의 연구비 지원으로 수행되었다.

붙임 : 연구내용 및 사진설명

* 용어설명
1. 광섬유 (Optical fiber) : 중심부에는 굴절률이 높은 유리, 바깥 부분은 굴절률이 낮은 유리를 사용하여 중심부 유리를 통과하는 빛이 전반사가 일어나 빛이 도파되는 유리 섬유이다. 빠른 속도의 데이터 전송 능력과 매우 적은 에너지 손실 그리고 외부의 전자기 영향을 받지 않는 장점을 가진 광통신의 핵심소재이며, 최근 광섬유 레이저, 광섬유 센서 등 많이 분야에 많이 사용되고 있다.

2. 트랜치 (Trench): 광섬유 내의 클래딩 영역에 클래딩 보다 낮은 굴절률을 가진 층으로 Trench 라고 부른다.

3. MFD(Mode Field Diameter) : 광섬유 코어 내에서 진행하는 빛의 파워가 radial axis 기준으로 1/e2 가 되는 직경이다. 

4. 광섬유 모재(Preform, 母材) : 광섬유 인출의 대상이 되는 것으로 MCVD공정을 통하여 제작된다.  

5. FTTH(Fiber-to-the-home) : FTTH(Fiber to the home)는 가정 내 광케이블 혹은 댁내 광케이블로 불리는 광케이블 가입자망 방식으로 초고속 인터넷 방식의 한 종류이다.

6. 단일모드 광섬유 (Single mode fiber) : 광 통신 용으로 널리 쓰이는 코어(Core) 직경 9±0.5㎛, 외경(Cladding)직경 125±0.5㎛ 정도로 구성되어있는 광통신용 일반적인 광섬유이다.

Won-Taek Han, a professor of the department of Information and communications at GIST, and Pramod R. Watekar as a research professor,  and his Ph. D student Seongmin Ju, presented a paper of ""Design and development of a trenched optical fiber with ultra-low bending loss," in the Optics Express 2009. Recently, Laser Focus World announced the Professor Han"s research work in the World News of the August issue entitled "FIBER FABRICATION: Single-mode fiber has very low bending loss" .
The following is the summary of the paper:
One can imagine the twists and turns taken by an optical fiber as it is routed in a fiber-to-the-home application. To lessen the problems that arise from kinks, researchers are developing fibers that, when bent in a small radius, don’t break and don’t lose much in light transmission (these are two mostly separate research efforts). Now, scientists at the Gwangju Institute of Science and Technology (GIST; Gwangju, South Korea) have created a single-mode fiber that has a bending loss of only 0.014 dB/loop at 1550 nm for a bending radius of 5 mm.
Two approaches can be used to reduce bending loss in a fiber: adding a low-refractive-index “trench” within the cladding, and optimizing the mode-field diameter (MFD); the GIST group has used both. Prior to fabrication, the design required extensive optimization to keep other parameters such as the absolute dispersion and the dispersion slope within preset limits.
The maximum core index of the design was 1.456 (at 1550 nm), while the dip in index for the trench was 0.002. The researchers chose fluorine doping for the trench because the alternative doping element, boron, would diffuse too far into the surrounding regions. The core radius was 3.05 µm, while the MFD at 1550 nm was 7.7 µm.
The dependence of bending loss for an experimental fiber (at a bending radius of 5 mm and a wavelength of 1550 nm) reaches a theoretical minimum when b/a is 2.12. The b/a for the fabricated fiber was very different–0.98–but the bending loss was only slightly higher than the minimum.
The Gwangju researchers had to take into account the idiosyncrasies of the modified-chemical-vapor-deposition (MCVD) technique commonly used to fabricate fiber preforms, and used to create the preform for the experimental fiber. Normally, a fiber fabricated via MCVD shows a pronounced dip in refractive index at the center of its core; as a precaution, the researchers chose the worst-case scenario, in which the central dip in the core’s index reaches all the way down to the cladding index value, and used that in their design. A preform with a germanosilicate glass composition for the experimental fiber was fabricated using MCVD; the fiber was drawn from the preform at a temperature of 2000°C to a diameter of 125 µm. And indeed, a measurement of the fiber’s refractive-index profile showed that the central dip in the core’s index had a value only slightly higher than that of the cladding. The fiber had a cutoff wavelength of about 1350 µm.
To measure the bending loss at different wavelengths, the researchers spliced two 1 m lengths of standard single-mode fiber (SMF) to a 2 m length of the experimental fiber. The input was a 1300 to 1650 nm spectral band from an amplified-spontaneous-emission source; the output was directed into an optical spectrum analyzer. In addition to the low results at 1550 nm, the fiber showed a 0.044 dB/loop bending loss at 1625 nm and 5 mm radius.
The fiber design also proved to be tolerant of imperfections in fabrication. For example, the design showed that b/a, where b is the distance from the outside of the core to the inner trench wall and a is the radius of the core, should ideally be 2.12; at this value, the bending loss would theoretically be 0.0123 dB/loop at 1550 nm. However, when the fiber was fabricated, b/a was actually only 0.98. Even so, the actual bending loss reached only 0.014 dB/loop (see figure). The researchers also found that the splicing loss of the experimental fiber to standard SMF (using a standard fusion splicer) reached an average value of 0.376 dB and a maximum of 0.467 dB. This is higher than that for SMF-to-SMF splices, but in practical use is offset by the reduction in bending loss, say the researchers. This relatively minor splicing loss is important for real-life applications, where every length of bend-insensitive optical fiber must at some point be spliced to standard SMF.

<2009.9.8 연합뉴스, 뉴시스

 2009.9.9 조선일보, 전자신문,광주,광남,광주매일,전남매일 게재

 2009.9.9 KBS 뉴스 방영>