KR0135407B1 - 광파이버커플러 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합분파하는 파장이 근접하고 있어도 양호한 합분파특성을 발휘할 수 있고 통신이나 센서 등에의 사용에 바람직한 광파이버커플러 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로한 것으로서 그 구성에 있어서 복수개의 광파이버(1a)(1b)의 피복을 일부 제거해서 유리부를 노출시킨 후, 이 노출부를 평행하게 따르게 해서 서로 밀착시키면서, 가열일체화하고 또 이 일체화부를 가열 연신해서 광결합부(2)를 구성한다.

그후, 이 광결합부(2)에 비틀림을 가하고, 이 비틀림을 유지한 상태에서 광결합부(2) 및 광파이버(1a)(1b)를 보호부재(3)에 접착제 등에 의해서 고정하는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

광파이버커플러 및 그 제조방법

제1도는 본 발명의 광파이버커플러의 일 실시예의 개략구성도.

제2도는 종래의 합분파광파이버커플러의 개략구성도.

제3도는 종래의 합분파광파이버커플러의 특성도.

제4도는 본 발명에 사용되는 장력비틀림인가장치의 모식도.

제5도는 종래의 제조방법에 의한 합분파광파이버커플러의 특성도.

제6도는 본 발명의 제조방법에 의한 합분파광파이버커플러의 특성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

(1a), (1b) : 광파이버(2) : 광결합부

(3) : 보호부재(4) : 접착부

(5), (6) : 광파이버고정구(7) : 슬라이더

(8) : 장력인가수단(9) : 회전슬라이더

(10) : 기태(基台)

본 발명은 합파, 분파기능을 가진 광파이버커플러 및 그 제조방법에 관한 것이다. 합파, 분파기능을 가진 광파이버커플러는 복수의 광파이버간에서 다른 파장의 관을 분파, 합파하는 디바이스이다.

제2도는 종래의 합분파광파이버커플러의 개략구성도이다. 도면중 (1a)(1b)는 광파이버, (2)는 광결합부, (3)은 보호부재, (4)는 접착부이다. 도시되어 있지 않은 합분파광파이버커플러를 제조하는 가장 일반적인 방법으로서는 용융연신(延伸)법이 있다. 이 방법은 예를들면 NEW GLASS. Vol.6, No.1, 1991년 발행, 48P∼59P에도 기재되어 있다. 이 방법은 복수개의 광파이버의 피복을 일부 제거해서 유리부를 노출시킨 후, 이 노출부를 서로 밀착시키면서 버너등에 의해서 가열하여 일체화하고 또 일체화부분을 가열하여 연신해서 광결합부를 형성한다. 이때, 광파이버의 일단부로 부터 입사한 광을 타단부에서 측정해서 커플러의 특성(분기비)을 검지하고, 소정의 특성이 얻어진 시점에서 연신을 정지한다. 그리고 최후에 보호부재에 접착제에 의해서 고정하고, 제2도에 표시되어 있는 바와 같은 광파이버커플러를 얻는 것이다.

이와같이해서 제조된 합분파광파이버커플러는 파장 λ₁, λ₂의 광이 동시에 입사포트에 입사되면, 파장 λ₁의 광은 출사포트(1)에 파장 λ₂의 광은 출사포트(2)에 출사하고, 파장 λ₁, λ₂의 광을 분파하는 기능을 가지고 있다. 여기서, 입사포트로부터 입사되는 광의 강도는 P₀, 출사포트(1)로부터 출사되는 광의 강도를 P₁, 출사포트(2)로부터 출사되는 광의 강도를 P₂라고 한다.

제3도는 제2도에서 설명한 종래의 합분파광파이버커플러의 특성도이다. 도면중, 파선은 P₁-P₀을 실선은 P₂-P₀를 표시하고 있다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 파장 λ₁에서는 P₁가 크고, P₂가 작다. 즉 파장 λ₁의 광은 그 대부분이 출사포트(1)에서 출력되는 것을 표시하고 있다. 파장 λ₂에 대해서도 마찬가지로 대부분이 출사포트(2)에서 출력된다.

여기서, 분파하는 능력의 정도를 크로스토크라고 부르고, 이 크로스토크가 큰쪽이 분파하는 능력이 높은 것을 표시한다. 제3도에서 말하자면, 예를들면 파장 λ₁에 있어서의 파선과 실선의 차가 크로스토크 크기를 표시하고 있다. 이 크로스토크의 크기는, 통신이나 센서등의 용도에서는 15dB 이상이 요망되고 있다. 그러나 종래의 합분파 광파이버커플러에서는 합분파하는 파장의 폭 Δλ(=λ₂-λ₁)를 100mm 정도 이하로 좁게 하고자하면 크로스토크가 작아진다는 문제가 있었다.

본 발명은 합분파하는 파장이 근접하고 있어도 양호한 합분파특성을 발휘할 수 있는 광파이버커플러를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 합분파기능을 가진 광파이버커플러에 있어서, 복수개의 광파이버를 융착, 연신(延伸)해서 형성된 광결합부가 비틀림을 가한 상태에서 보호부재에 고정된 것을 특징으로 하는 것이다. 또 그 제조방법에 있어서, 복수개의 광파이버의 유리부를 평행하게 따르게 해서 밀착시키면서 가열일체화하고 또 이 일체화부를 가열연신해서 광결합부를 형성한 후, 이 광결합부에 비틀림을 가한 상태에서 보호부재에 고정하는 것을 특징으로 하는 것이다. 또 광결합부에 비틀림을 가할때에 광결합부에 장력을 부가하는 동시에 그 장력을 일정, 혹은 비틀림량이 커짐에 따라서 증대시키고, 그 장력을 유지한 상태에서 보호부재에 고정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면 광파이버커플러에 비틀림을 가한 상태에서 보호부재에 고정함으로써 크로스토크를 크게 할 수 있고, 또 장력을 가함으로써 파장의 어긋남을 보정할 수 있으므로, 합분파하는 파장의 폭이 좁아도, 양호한 합분파특성을 가진 광파이버커플러를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

제1도는 본 발명의 광파이버커플러의 일실시예의 개략구성도이다. 제2도와 마찬가지의 부분에는 동일부호를 붙이고 설명을 생략한다. 광결합부(2)는 180°비틀림을 가한 상태에서 접착부(4)에 있어서 접착제 등에 의해 보호부재(3)에 고정되어 있다.

광결합부(2)에 비틀림을 가하면 좋은 것을 제5도 및 제6도를 사용해서 설명한다. 제5도는 종래의 제조방법에 의한 합분파광파이버커플러의 특성도이다. 여기서는 합분파 광파이버커플러로서 1.48/1.55㎛용의 것을 사용하고 있다. 이 광파이버커플러에서는 합분파하는 2개의 파장간격이 좁기 때문에, 크로스토크는 1.55㎛에서 약 10dB이고, 만족할 수 있는 값은 얻어지고 있지 않다. 한편 제6도는 본 발명의 제조방법에 의한 합분파광파이버커플러의 특성도이다. 제5도와 마찬가지의 합분파광파이버커플러이지만, 광결합부를 360°비튼 것이다. 제2도의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 1.55㎛ 부근에서의 크로스토크는 20dB이상이고, 비틀림을 가함으로써 크로스토크가 증대하는 것을 알 수 있었다.

그러나 제5도, 제6도로부터 비틀림에 의해 크로스토크는 증대하지만, 합분파하는 파장도 변화해버리는 것을 알 수 있다. 또 이 파장의 어긋남량은 제조할 때마다 다르기 때문에 재현성이 좋게 커플러를 제조할 수 없다는 것도 판명했다.

이 현상에 대하여 검토를 행한 결과, 상기의 현상이 비틀림과 광결합부에 가해진 장력의 복합에 의해 발생하고 있고, 광결합부에 항상 일정장력을 가한 상태로 두면, 비틀림에 의한 합분파 파장의 어긋남의 재현성이 좋다는 것 및 광결합부에 가하는 장력에 의해 비틀림에 의한 파장이 어긋남을 보정하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

이들의 결과를 토대로, 이하에 제조방법을 채용했다.

① 먼저, 종래의 제조방법과 마찬가지로, 복수개의 광파이버의 피복을 일부 제거해서 유리부를 노출시킨 후, 이 노출부를 평행하게 따르게 해서 서로 밀착시키면서, 가열일체화하고, 또 이 일체화부를 가열연신해서 광결합부를 구성한다. 그때에 크로스토크를 확대하기 위하여 필요한 비틀림량(θ) 및 그에 의한 합분파 파장의 어긋남량(λs)을 미리 구해두고, 소정의 합분파 파장보다 λs 어긋난 특성의 커플러를 제조한다.

② 이 커플러의 일정한 장력을 부여한 상태에서 비틀림량 θ 만큼 비튼다.

②' 이 커플러의 광결합부를 천천히 비튼다. 이때 합분파 파장의 어긋남을 보정하도록, 광결합부의 장력을 비틀림량에 따라서 증가한다.

③ 이 비틀림과 장력을 유지한 상태에서 광결합부 및 광파이버를 보호부재에 고정한다.

이상의 방법에 의해 설정된 합분파 파장에 의해서 크로스토크가 큰 합분파광파이버커플러를 얻는 것이 가능하게 된다.

제4도는 본 발명에 사용되는 장력비틀림인가장치의 모식도이다. 도면중 (1a) ( 1b)는 광파이버, (2)는 광결합부, (5)(6)은 광파이버고정구, (7)은 슬라이더, (8)은 장력인가수단, (9)는 회전슬라이더, (10)은 기태(基台)이다. 광파이버(1a)(1b)는 광파이버고정구(5)에 고정된다. 광결합부(2)는 그 중앙부근에서 도시하지 않은 가열수단에 의해 가열되고 융착되어 연신된다. 한쪽의 광파이버고정구(5)는 슬라이더(7)에 고정되어 있다. 슬라이더(7)는 기태(10)와 평행하게 이동할 수 있도록 기태(10)위에 배치되어 있다. 또 슬라이더(7)에는 장력인가수단(8)이 부설되어 있다. 장력인가수단(8)을 부세함으로써 슬라이더(7)는 장력인가수단(8)쪽을 잡아당겨진다. 제4도에서는 장력인가수단(8)은 활차와 추에 의해서 구성되어 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니고, 스프링이나 유압, 공기압, 모터등의 수단을 사용할 수 있다. 또 일정한 장력에만 한정되지 않고, 소망의 장력변화를 주는 것도 가능하다. 다른쪽의 광파이버고정구(6)는, 회전슬라이더(9)에 고정되어 있다. 회전슬라이더(9)는 광파이버고정구(6)에 고정되어 있는 광파이버(1a)(1b)의 길이방향의 중심축을 중심으로 해서 회동자제하게 기태(10)에 고정되고, 광파이버고정구(6) 및 광파이버(1a)(1b)의 일단부를 회전시킨다.

이 장치의 동작에 대해서 설명한다. 먼저 복수개의 광파이버(1a)(1b)를 광파이버 고정구(5)(6)에 고정하고, 피복의 일부를 제거해서 유리부를 노출시킨 후, 이 노출부를 평행하게 따르게 해서 서로 밀착시킨다. 도시하지 않은 가열수단에 의해서 광결합부(2)를 가열해서 일체화한다. 이때 장력인가수단(8)은 부세하지 않는다. 또 광결합부(2)를 가열하면서, 장력인가수단(8)을 부세해서 광결합부(2)를 연신한다. 연신후, 장력인가 수단(8)을 부세한 그대로 회전슬라이더(9)를 회전시키고, 광결합부(2)를 소정의 비틀림량 θ 만큼 비튼다. 연신, 회전에 의해서 광파이버(1a)(1b)의 길이가 변화하기 때문에 광파이버고정구(5)(6)간의 거리가 변화하나, 이 변화는 슬라이더(7)가 이동함으로써 흡수된다. 최후에 비틀림과 장력을 유지한 상태에서 광결합부(2) 및 광파이버(1a)(1b)를 접착제 등에 의해 도시하지 않은 보호부재에 고정한다.

상기 제조방법의 일예를 보다 구체적으로 설명한다.

제1구체예에 대해서 설명한다. 2개의 분산시프트광파이버의 피복을 약 25mm 제거하고, 이 부분을 평행하게 바싹 붙인 상태에서, 프로판/산소를 원료로 하는 불꽃에 의해서 가열일체화하고, 또 이부분을 가열한 상태에서 1.5g의 장력을 가하여 연신했다. 이 연신중에는 2개의 광파이버중 1개의 광을 입사하고, 출력단으로 부터 출사되는 광을 모니터했다. 합분파 파장이 1.45㎛, 1.52㎛가 된 시점에서 연신을 종료했다. 그후, 이 용착 연신부에 1.5g의 장력을 가하면서 360°의 비틀림을 가했다. 광파이버를 비틀고 있는 동안, 광파이버에 인가되는 장력이 변화하지 않도록 제4도와 같은 장력 비틀림인가장치를 사용했다. 이때 비틀림에 의한 합분파 파장의 변화를 확인하기 위하여 연신중과 마찬가지로 커플러특성을 모니터하면서 행하고, 비틀림량이 360°주변에서 합분파 파장이 1.48㎛, 1.55㎛가 되었을 때에 비틀림을 정지했다. 이후 비틀림량 및 장력을 유지한 그대로 광파이버(광결합부를 포함)를 보호부재에 접착제에 의해서 고정하고, 광파이버커플러를 얻었다. 이 제조방법에 의해서 얻어진 광파이버커플러는 파장 1.55㎛에서의 크로스토크는 18dB이상이고, 비틀림을 가하지 않고 제조한 1.48㎛/1.55㎛의 합분파커플러의 크로스토크가 11dB였던 것에 비해서 양호한 특성을 얻을 수 있었다.

제2구체예에 대해서 설명한다. 2개의 싱글모드 광파이버의 피복을 약 25mm 제거하고 이 부분을 평행하게 바싹 붙인 상태에서, 프로판/산소를 원료로 하는 불꽃에 의해서 가열일체화하고 또 이부분을 가열한 상태에서 1.5g의 장력을 가하여 연신했다. 이 연신중에는 2개의 광파이버중 1개의 광을 입사하고, 역단(逆端)으로부터의 출사광을 측정함으로써 커플러특성을 모니터하면서 행하고, 합분파 파장이 1.48㎛, 1.55㎛가 된 상태에서 연신을 종료했다. 이 상태에서 파장 1.55㎛에서의 크로스토크는 11dB였다. 이후 커플러특성을 모니터하면서 광결합부에 비틀림을 가하고 최대 크로스토크가 얻어진 상태에서 비틀림을 정지했다. 이 상태에서는 비틀림인가에 의해 합분파하는 파장이 어긋나고 있기 때문에 이것을 보정하기 위한 장력을 광결합부(파이버)에 인가해 갔다. 이 장력의 인가에는 제4도의 장력비틀림인가장치를 사용할 수 있다. 최대크로스토크(18dB)가 얻어진 상태에서는 비틀림량 360°, 인가장력은 26g이었다. 이후 비틀림량 및 장력을 유지한 그대로 파이버(광결합부를 포함)를 보호부재에 접착제에 의해서 고정하고 광파이버커플러를 얻었다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이 본 발명에 의하면, 합분파하는 파장에 의하지 않고 양호한 특성을 가지고 통신이나 센서에 이용에도 가장 적합한 광파이버커플러를 제공할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 서로 평행한 복수의 광파이버(1a)(1b)의 노출된 유리부를 정렬하는 공정과 가열에 의해 노출된 유리부를 융착하고 동시에 융착된 유리부를 연신해서 광결합부(2)를 형성하는 공정과 보호부재에 광결합부(2)를 비틀어서 고정하는 공정으로 이루어진 광파이버 커플러의 제조방법에 있어서, 상기 비트는 공정에서 장력이 광결합부(2)에 인가되고, 고정공정에서 광파이버에 장력이 유지되는 것을 특징으로 하는 광파이버 커플러의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 장력은 고정치인 것을 특징으로 하는 광파이버 커플러의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 비틀림양이 증가될 때 상기 장력이 증가되도록 비트는 공정에서 상기 장력이 광결합부(2)에 인가되는 것을 특징으로 하는 광파이버 커플러의 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비틀고 장력을 인가하는 공정은 약 18dB의 크로스토크특성이 이루어질 때까지 계속되는 것을 특징으로 하는 광파이버 커플러의 제조방법.
5. 기대(10)와, 상기 기대(10)에 슬라이드 가능하게 배치된 제1광파이버 고정부재(5)와, 상기 제1광파이버 고정부재(5)에 장력을 인가하는 장력인가수단(8)과, 상기 복수의 광파이버에 비틀림을 가하고, 동시에 장력을 인가하는 제2광파이버 고정부재(6)로 이루어진 제1항∼제4항의 어느 한 항에 기재된 제조방법을 행하는 장치.
6. 유리파이버가 노출되도록 피복이 잘라내지는 길이를 가지는 복수의 광파이버(1a)(1b)와, 함께 융착해서 연신되는 상기 복수의 광파이버(1a), (1b)의 상기 길이를 따른 상기 유리파이버와, 비틀린 상기 길이를 따른 상기 유리파이버와 상기 길이의 반대끝의 보호부재에 장력을 인가해서 고정되는 상기 복수의 광파이버로 이루어진 광파이버커플러.
7. 제6항에 있어서, 상기 광파이버 커플러는 약 18dB의 크로스토크 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 광파이버 커플러.