KR0165493B1 - 광통신용 광합분파기 구조 - Google Patents

Abstract

광통신에 사용될 수 있는 광합분파기가 개시되어 있다.

광합분파기는 단일 광섬유를 통해 서로 다른 파장의 두가지 광신호를 동시에 송신하거나 수신하기 위해 필요한 장치이다.

정밀성이 요구되는 광합분파기는 다수의 렌즈를 사용하므로 구조가 복잡하며, 광축의 정렬 등과 관련하여 조립도 용이하지 않았다.

이와 같은 조립과 정렬에 따른 문제를 렌즈의 개수를 줄이고 아울러 부품의 개수를 줄이고, 필터를 코팅층으로 형성함으로써 대폭적으로 개선할 수 있으며 효율도 증대시킬 수 있다.

이와 같은 광합분파기는 광통신용 송신 또는 수신 장비에 사용될 수 있다.

Description

광통신용 광합분파기 구조

제1도는 종래 기술의 이중 파장 커플러(광합분파기)를 보여 주는 개략도.

제2도는 제1도의 이중 파장 커플러에서, 광신호 진행 경로를 보여 주는 도면.

제3도는 다른 종래의 광합분파기의 구성과 광경로를 보여 주는 개략도.

제4도는 본 발명에 따른 광합분파기의 구조를 보여 주는 단면도.

제5도는 제4도의 광합분파기에서 광신호의 경로를 보여 주는 개략도, 그리고,

제6도는 본 발명의 광합분파기의 다른 실시예에서 광신호의 경로를 보여 주는 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 몸체 2 : 제1실리카 튜브

3 : 제2실리카 튜브 4, 5 : 렌즈

6 : 제1광섬유 7 : 제2광섬유

8 : 제3광섬유 9 : 필터 코팅층

10 : 그레디언트 인덱스 렌즈 12, 32 : 필터

14, 16 : 구형 렌즈 22 : 몸체

26 : 광섬유 30 : 다이크로익 필터

38 : PIN 다이오드 42 : 발광 소자

1a, 2a, 3a : 광섬유 4a, 41a, 5a, 51a : 렌즈 조립체

7a : 필터 8a, 9a : 광섬유 지지체

본 발명은 광통신에 사용되는 광합분파기(Wavelength Division Multiplex er,WDM)에 관한 것으로서, 특히 제품의 조정 및 조립을 용이하게 한 광합분파기 구조에 관한 것이다.

광통신에서, 두 개의 다른 파장의 신호들을 단일의 광섬유를 통해 발신하고 수신하기 위하여, 이들을 다중화하고 분리해야할 필요가 있다.

발신 수단과 수신 수단은 반도체 광학 장치가 이용된다. 또한, 단일의 광섬유를 통한 양방향 또는 단일 방향 통신이 가능하게 된다.

종래의 기술에 의한 이중 파장 커플러(coupler)가 제1도에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 입출력에 관련하여, 입력되는 신호를 수신하기위한 광감지 수단인 PIN(positive-intrinsic-negative) 다이오드(38), 소정의 파장의 광신호를 생성하기 위한 광원인 발광소자, 예를 들어, LED(42), 광신호를 전달하는 광섬유(26) 등이 파장 커플러의 기본적인 근간을 이루며, 구형 렌즈(14)(16) 및 그레디언트 인덱스(gradientindex, GRIN) 렌즈(10)의 3개의 렌즈, 필터(12)(32) 및 이들을 수용하고 지지하기 위한 몸체(22)로 구성되어 있다.

상기의 구조 설명은 양방향 통신, 즉, 발신과 수신이 다른 파장으로 이루어지는 경우에 대한 것으로, 예를 들어, 발신 신호는λ₁의 파장으로 이루어지고 수신은 λ₂의 파장으로 동시에 단일의 광섬유를 통하여 이루어지는 경우이다. 발신 신호는 발광소자(42)에 생성되며 수신 신호는 PIN 다이오드(38)에서 감지된다.

제2도에는 제1도의 이중 파장 커플러에 관한 것으로 양방향 통신에서 수신과 발신이 단일 광섬유를 통해 동시에 이루어지는 경우의 광신호 진행 경로를 보여 준다. 수신되는 λ₂의 파장을 갖는 광신호는 그레디언트 인덱스 렌즈를 통하여 평행광이 되어 필터를 통과하여 구형 렌즈(14)에 의해 집속된 후 광감지 소자인 PIN 다이오드(38)로 수신된다.

한편, 발광 소자는λ₁의 파장을 갖는 광신호를 생성하며, 이 광신호는 구형 렌즈(16)를 통과하며 평행광이 되고, 필터(12)에서 반사되어 그레디언트 인덱스 렌즈(10)를 통해λ₂의 파장을 갖는 광신호가 수신되어 들어오는 광섬유와 동일한 광섬유로 발신된다. 이에 의해 두 개의 다른 파장의 광신호가 단일의 광섬유를 통하여 수신되고 발신된다. 이와 같은, 이중 파장 커플러는 일방향 통신에서, 하나의 광감지 소자와 하나의 발광 소자를 사용하는 대신에 각각 2개의 광감지 소자만은 사용하거나, 2개의 발광 소자만을 사용하여,2개의 신호를 동시에 수신하거나 발신하는 수신기 또는 발신기로도 사용될 수 있다.

이와 같은 광통신 기기는 작은 오차에 의해서도 광신호가 광섬유에 정확히 전달이 되지 않거나, 수신된 광신호가 정확한 위치에 결상이 되지 않을 수 있기 때문에 매우 정밀한 광경로가 형성되어야 한다. 예를 들면, 필터(30)의 각도가 약간이라도 틀리게 설치되면, 발광소자(42)로부터 생성되어 필터(30)로 진행하여 반사되는 광신호는 광섬유로 정확히 전달되지 않을 수도 있다. 상기에서 설명한 바와 같은 구조에서, 광축이 정확히 정렬되어 형성되려면, 각각의 구성 요소들이 광축과 관련하여 정확한 위치에 설치되어야 한다. 참고적으로 상기에 설명된 종래의 기기에서 사용되는 일부 구성 요소의 치수를 인용하면, 발광소자의 작용 부분의 직경은 30㎛이며, 렌즈(16)로는 직경 1㎜의 샤파이어 구가 사용된다. 또 PIN 다이오드(38)의 작용 부분의 직경은 75㎛에 불과하다.

이와 같은 치수의 구성 요소는 그 자체로도 정밀하게 가공되어야할 뿐만 아니라, 이들이 설치되는 자리도 정밀하게 가공되어야 한다.

따라서, 가능하면 구성과 구조가 간단해야 제작시의 불량과 사용시의 충격 등에 의한 고장의 가능성을 줄일 수 있다. 그런데, 예시된 종래의 기기는 상대적으로 부품수가 많기 때문에, 이에 따라 정밀한 가공도 많이 요구되며, 따라서, 불량율이 높아지게 되어 제품 가격도 매우 높아질 수 있다. 또한 광축에 관하여 적정한 정렬이 이루어지게 구성 요소들을 조정하는 것이 더 어려울 수 밖에 없다.

또 다른 종래의 장치가 제3도에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 3개의 광섬유(1a)(2a)(3a)가 입출력에 사용되고, 광섬유(1a)(2a)를 지지하기 위한 유리로 된 지지체(8a), 광섬유(3a)를 지지하는 유리로 된 지지체(9a), 렌즈 조립체(4a)(41a)와 렌즈 조립체(5a)(51a), 및 필터(7a)를 포함하여 구성되어 있다.

이와 같은 구성에서, 두 개의 다른 파장λ₁과 λ₂의 광신호를 포함하는 빛이 렌즈 조립에(4a)(41a)를 거쳐 필터(7a)로 입사한다. 파장λ₁의 광신호를 갖는 빛은 필터(7a)에서 반사되어 다시 렌즈 조립체(4a)(41a)를 거친 후, 광섬유(2a)로 집광되어 들어가고, 파장λ₂의 광신호를 갖는 빛은 필터(7a)를 투과하여 렌즈 조립체(5a)(51a)를 거친 후,광섬유(3a)에 집광되어 들어간다.

상기 장치의 문제점은 광섬유와 렌즈가 일체화되어 있으므로, 초점 거리 등의 조정이 필터에 의해 이루어져야 하며, 이에 따라 구조가 복잡해진다. 또한 렌즈의 개수가 많으므로, 오차의 문제와 제작비 상승의 문제를 갖는다.

따라서, 본 발명의 목적은 부품수를 줄여서 더 간단한 구조를 갖는 광합분파기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광축 조정이 용이하여 제작이 용이한 광합분파기를 제공하는 것이다.

광통신에 사용되는 본 발명의 광합분파기는 구성 요소들을 수용하기 위한 중공부를 갖는 몸체, 상기 몸체의 중공부의 중앙 부분에 수용되는 제1 및 제2의 그레디언트 인덱스 렌즈, 상기 제1 및 제2의 그레디언트 인덱스 렌즈 사이의 경계면에 형성되어 필터 작용을 하는 필터 코팅층, 소정 파장의 광신호를 입력받아 제3의 광섬유로 입력시키기 위한 제1광섬유, 또 다른 파장의 광신호를 입력받아 제3의 광섬유로 입력시키기 위한 제2광섬유, 상기 제1 및 제2의 광섬유로부터 두 개의 다른 파장의 광신호를 입력받아 하나의 광섬유로 출력하는 제3광섬유, 상기 몸체의 중공부에 일부가 수용되어 있으며, 상기 제1광섬유와 상기 제3광섬유를 수용하며 지지하기 위한 제1의 실리카 튜브, 및 상기 몸체의 중공부에 일부가 수용되어 있으며, 상기 제2광섬유를 수용하며 지지하기 위한 제2의 실리카 튜브를 포함하며, 상기 제1의 실리카 튜브와 상기 제1의 그레디언트 인덱스 렌즈 사이 및 상기 제2의 실리카 튜브와 상기 제2의 그레디언트 인덱스 렌즈 사이가 소정의 접착제에 의해 접착되며, 상기 제1, 제2 및 제3의 광섬유는 그레디언트 인덱스 렌즈를 통해 두 개의 제1 및 제2의 광섬유를 통한 입력 신호가 제3의 광섬유로 입력될 수 있게 상호 위치를 갖도록 구성된다.

본 발명의 다른 실시예의 광합분파기는 구성 요소들을 수용하기 위한 중공부를 갖는 몸체, 상기 몸체의 중공부의 중앙 부분에 수용되는 제1 및 제2의 그레디언트 인덱스 렌즈, 상기 제1 및 제2의 그레디언트 인덱스 렌즈 사이의 경계면에 형성되어 필터 작용을 하는 필터 코팅층, 두 개의 다른 파장의 광신호를 하나의 광섬유로 입력받아 출사하는 제1광섬유, 제1광섬유로부터의 소정 파장의 광신호를 입력받기 위한 제2광섬유, 또 제1광섬유로부터 다른 파장의 광신호를 입력받기 위한 제3광섬유, 상기 몸체의 중공부에 일부가 수용되어 있으며, 상기 제1광섬유와 사이 제2섬유를 수용하며 지지하기 위한 제1의 실리카 튜브, 및 상기 몸체의 중공부에 일부가 수용되어 있으며, 상기 제3광섬유를 수용하며 지지하기 위한 제2의 실리카 튜브를 포함하며, 상기 제1의 실리카 튜브와 상기 제1의 그레디언트 인덱스 렌즈 사이 및 상기 제2의 실리카 튜브와 상기 제2의 그레디언트 인덱스 렌즈 사이가 소정의 접착제에 의해 접착되며, 상기 제1, 제2 제3의 광섬유는 그레디언트 인덱스 렌즈를 통해 두 개의 제1광섬유를 통한 입력 신호가 제2 및 제3의 광섬유로 입력될 수 있게 상호 위치를 갖도록 구성된다.

상기와 같은 구성에 의하여, 부품수도 줄어 들고, 구조도 간단하여 광축에 관한 정렬도 매우 용이하게 달성될 수 있다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더 상세히 설명한다.

제4도에는 본 발명의 광합분파기의 구성을 보여 주는 개략적인 측단면도가 도시되어 있다. 몸체(1)는 두 개의 실리카 튜브(2)(3)와 두 개의 렌즈(4)(5)를 수용하기 위한 중공부를 갖는다. 제1실리카 튜브(2)는 제1광섬유(6)와 제3광섬유(8)를 정위치에 지지해 주며, 제2실리카 튜브(3)는 제2광섬유(7)를 정위치에 지지해 준다. 두 개의 실리카 튜브(2)(3)는 그 일부가 몸체(1)에 삽입되어 있다. 두 개의 렌즈(4)(5)는 몸체(1)의 중앙부에 위치하며, 렌즈(4)(5)의 각각의 일면은 필터 코팅층(9)을 사이에 가지면서 서로 접하며, 각각의 다른 면은 상응하는 실리카 튜브(2)(3)와 접하고 있다.

두 개의 다른 파장의 광신호를 다중화하는 모드에 있는 본 발명의 광합분파기에서 광신호가 이동하는 경로는 제5도에 도시되어 있다. 파장λ₁로 생성된 광신호는 제1광섬유(6)를 통해 그레디언트 인덱스 렌즈(4)를 통과한 후, 경계면의 필터 코팅층(9)으로 입사된다. 필터 코팅층(9)은 파장이 λ₁광신호에 대해서는 모두 반사하도록 형성되어 있어, 파장이 λ₁인 광신호는 반사되어 다시 그레디언트 인덱스 렌즈(4)를 통과하여 제3광섬유(8)로 집광되어 입사된다.

한편 파장 λ₂로 생성된 광신호는 제2광섬유(7)를 통해 그레디언트 인덱스 렌즈(5)를 통과한 후, 경계면의 필터 코팅층(9)으로 입사된다.

필터 코팅층(9)은 파장이 λ₂인 광신호에 대해서는 모두 투과하도록 형성되어 있어, 파장이 λ₂광신호는 투과하여, 그레디언트 인덱스 렌즈(4)를 통과하여 제3광섬유(8)로 집광되어 입사된다. 결과적으로, 제3광섬유(8)를 통하여 파장이 λ₁인 광신호와 파장이 λ₂인 광신호가 출력될 수 있다.

제4도에서, 경계면에 접하는 그레디언트 인덱스 렌즈(4)의 표면에는 파장이 λ₁인 광신호는 반사하고, 파장이 λ₂인 광신호는 투과시키는 필터 코팅층이 형성되어 있어, 별도의 필터용 부품이 필요하지 않으며 제1실리카 튜브(2)와 그레디언트 인덱스 렌즈(4) 사이의 경계면 및 제2실리카 튜브(3)와 그레디언트 인덱스 렌즈(5) 사이의 경계면에는 광섬유 또는 그레디언트 인덱스 렌즈와 같은 굴절율을 갖는 접착제, 실리카 겔과 같은 액체 등을 투여하므로 별도의 비반사 코팅(AR 코팅)이 필요하지 않다.

그레디언트 인덱스 렌즈(4)(5)와 몸체의 조립이 끝나면, 광축, 광경로 등에 맞추어 구성 요소들에 대한 조정을 하게 되는데, 먼저, 제1 및 제3의 광섬유(6)(7)를 수용하여 지지하는 제1실리카 튜브(2)를 x축 및 y축 방향으로 조정하여 효율이 최대인 위치에 고정시킨다. 이때 θ 방향의 조정은 필요없다.

마찬가지로, 제2광섬유(7)를 수용하여 지지하는 제2실리카 튜브(3)의 조정도 x축 및 y축 방향으로 이루어지며, θ 방향의 조정은 필요없다. 이와 같이, 실리카튜브(2)(3)의 방향이 조정됨으로써 광합분파기의 조립은 완료된다.

본 발명의 다른 실시예로서, 두 개의 다른 파장의 광신호를 분리하는 모드에 있는 본 발명의 광합분파기에서 광신호가 이동하는 경로는 제6도에 도시되어 있다. 파장이 λ₁인 광신호와 파장이 λ₂인 광신호는 제3광섬유(8)를 통해 입사되어 그레디언트 인덱스 렌즈(4)를 통과한 후, 경계면의 필터 코팅층(9)으로 입사된다. 필터 코팅층(9)은 파장이λ₁인 광신호는 반사하고, 파장이 λ₂인 광신호는 투과시키도록 형성되어 있어, 파장이 λ₁인 광신호는 반사되어 다시 그레디언트 인덱스 렌즈(4)를 통과하여 제1광섬유(6)로 집광되어 입사되며, 파장이λ₂인 광신호는 이 필터 코팅층(9)을 투과하여, 그레디언트 인덱스 렌즈(5)를 통과하여 제2광섬유(7)로 집광되어 입사된다. 결과적으로, 두 개의 다른 파장의 광신호가 각각 분리되어 처리될 수 있게 된다.

이상에서 설명한 실시예에 덧붙여 제1의 실리카 튜브(2)에는 3개의 광섬유가 매설될 수도 있다. 추가되는 하나의 광섬유는 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들면, 여분의 광섬유는 통신 보안 등을 목적으로 특정의 광신호를 변형하거나 수정하는 용도로 일정한 신호를 가하는 경우에도 사용될 수 있으며, 특정의 제어 신호를 가하는 목적으로도 사용될 수 있다. 물론, 그 이상의 광섬유가 필요에 따라 매설될 수 있으며, 실리카 튜브의 단면의 중심에 대해 광학적으로 대칭인 위치들이 매설 위치로 선택될 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 광합분파기는 두 개의 다른 파장의 광신호를 하나의 광섬유를 통하여 송신하도록 다중화하는 송신기의 기능을 가질 수도 있고, 두 개의 다른 파장을 하나의 광섬유를 통하여 수신하여 두 개의 다른 파장의 광신호로 분리할 수 있는 수신기의 기능을 가질 수도 있다.

Claims (14)

1. 광통신에 사용되는 광합분파기에 있어서, 구성 요소들을 수용하기 위한 중공부를 갖는 몸체, 상기 몸체의 중공부의 중앙 부분에 수용되는 제1 및 제2의 그레디언트 인덱스 렌즈, 상기 제1 및 제2의 그레디언트 인덱스 렌즈 사이의 경계면에 형성되어 제1파장의 광신호는 반사하고 제2파장의 광신호는 통과시키는 필터 작용을 하는 필터 코팅층, 제1파장의 광신호를 입력받아 제3의 광섬유로 입력시키기 위한 제1광섬유, 제2파장의 광신호를 입력받아 제3의 광섬유로 입력시키기 위한 제2광섬유, 상기 제1 및 제2의 광섬유로부터 각각 제1파장 및 제2파장의 광신호를 입력받아 하나의 광섬유로 출력하는 제3광섬유, 상기 몸체의 중공부에 일부가 수용되어 있으며, 상기 제1광섬유와 상기 제3광섬유를 수용하며 지지하기 위한 제1의 실리카 튜브, 및 상기 몸체의 중공부에 일부가 수용되어 있으며, 상기 제2광섬유를 수용하며 지지하기 위한 제2의 실리카 튜브를 포함하며, 상기 제1의 실리카 튜브와 상기 제1의 그레디언트 인덱스 렌즈 사이 및 상기 제2의 실리카 튜브와 상기 제2의 그레디언트 인엑스 렌즈 사이가 소정의 접착제에 의해 접착되며, 상기 제1, 제2 및 제3의 광섬유는 두 개의 제1 및 제2의 광섬유를 통한 제1파장 및 제2파장의 광신호가 그레디언트 인덱스 렌즈를 통해 제3의 광섬유로 입력될 수 있게 상호 위치를 갖도록 구성되는 광합분파기.
2. 제1항에 있어서, 상기 필터 코팅층이 제1의 그레디언트 인덱스 렌즈면에 형성되는 것을 특징으로 하는 광합분파기.
3. 제1항에 있어서, 상기 필터 코팅층이 제2의 그레디언트 인덱스 렌즈면에 형성되는 것을 특징으로 하는 광합분파기.
4. 제1항에 있어서, 상기 소정의 접착제가 상기 실리카 튜브와 같은 굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 광합분파기.
5. 제1항에 있어서, 상기 소정의 접착제가 상기 그레디언트 인덱스 렌즈와 같은 굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 광합분파기.
6. 제1항에 있어서, 상기 소정의 접착제가 실리카겔인 것을 특징으로 하는 광합분파기.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1의 실리카 튜브가 3개 이상의 광섬유를 갖는 것을 특징으로 하는 광합분파기.
8. 광통신에 사용되는 광합분파기에 있어서, 구성 요소들을 수용하기 위한 중공부를 갖는 몸체, 상기 몸체의 중공부의 중앙 부분에 수용되는 제1 및 제2의 그레디언트 인덱스 렌즈, 상기 제1 및 제2의 그레디언트 인덱스 렌즈 사이의 경계면에 형성되어 제1파장의 광신호는 반사하고 제2파장의 광신호는 통과시키는 필터 작용을 하는 필터 코팅층, 제1파장 및 제2파장의 광신호를 하나의 광섬유로 입력받아 출사하는 제1광섬유, 제1광섬유로부터의 제1파장의 광신호를 입력받기 위한 제2광섬유, 제2파장의 광신호를 입력받기 위한 제3광섬유, 상기 몸체의 중공부에 일부가 수용되어 있으며, 상기 제1광섬유와 상기 제2섬유를 수용하며 지지하기 위한 제1의 실리카 튜브, 및 상기 몸체의 중공부에 일부가 수용되어 있으며, 상기 제3광섬유를 수용하며 지지하기 위한 제2의 실리카 튜브를 포함하며, 상기 제1의 실리카 튜브와 상기 제1의 그레디언트 인덱스 렌즈 사이 및 상기 제2의 실리카 튜브와 상기 제2의 그레디언트 인덱스 렌즈 사이가 소정의 접착제에 의해 접착되며, 상기 제1, 제2 및 제3의 광섬유는 제1광섬유를 통한 제1파장 및 제2파장의 광신호가 그레디언트 인덱스 렌즈를 통해 제2 및 제3의 광섬유로 입력될 수 있게 상호 위치를 갖도록 구성되는 광합분파기.
9. 제8항에 있어서, 상기 필터 코팅층이 제1의 그레디언트 인덱스 렌즈면에 형성되는 것을 특징으로 하는 광합분파기.
10. 제8항에 있어서, 상기 필터 코팅층이 제2의 그레디언트 인덱스 렌즈면에 형성되는 것을 특징으로 하는 광합분파기.
11. 제8항에 있어서, 상기 소정의 접착제가 상기 실리카 튜브와 같은 굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 광합분파기.
12. 제8항에 있어서, 상기 소정의 접착제가 상기 그레디언트 인덱스 렌즈와 같은 굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 광합분파기.
13. 제8항에 있어서, 상기 소정의 접착제가 실리카겔인 것을 특징으로 하는 광합분파기.
14. 제8항에 있어서, 상기 제1의 실리카 튜브가 3개 이상의 광섬유를 갖는 것을 특징으로 하는 광합분파기.