KR0175552B1 - 광 아이솔레이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 아이솔레이터(Isolator)에 관한 것으로서, 광 파이버에서 출사된 빛을 평행광으로 만들 수 있는 콜리메이터 렌즈가 포함된 콜리메이팅 수단과, 일면이 소정의 각도로 경사를 이루고 상기 콜리메이터 렌즈를 통한 입사 광을 굴절각이 서로 다른 두 개의 편광으로 나누어 전파시키는 제1복굴절 소자와, 상기 제1복굴절 소자를 통과하는 편광을 45°회전시키는 패러데이 회전자와, 일면이 소정 각도의 경사를 이루고 상기 제1복굴절 소자의 광축에 대하여 패러데이 회전자에 의한 광의 회전 방향과 반대 방향으로 회전된 위치에 광축이 존재하여 입사광에 포함된 정상파와 비정상파가 상호 뒤바뀐 편광을 출사시키는 제2복굴절 소자와, 상기 제2복굴절 소자를 통과한 빛을 광 파이버로 집속시킬 수 있는 집속 렌즈가 포함된 집속 수단으로 구비된 것을 특징으로 하여, 편광에 따른 디스펄션(Dispersion)을 자체적으로 보상되도록 하는 것이다.

Description

광 아이솔레이터
제1도 및 제2도는 종래의 제1 및 제2실시예에 따른 광 아이솔레이터의 주요 구성을 나타낸 정면도 및 입체도.
제3도는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 전체적인 구성을 나타낸 개략도.
제4도는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 주요 구성을 나타낸 입체도.
제5도는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에서 빛이 순방향으로 진행될 경우의 경로를 나타낸 정면도.
제6도는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에서 빛이 역방향으로 진행될 경우의 경로를 나타낸 정면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 제1복굴절 소자 20 : 패러데이 로테이터
30 : 제2복굴절 소자 40 : 콜리메이팅 수단
42,52 : 광 파이버 44 : 콜리메이터 렌즈
50 : 집속 수단 54 : 집속 렌즈
본 발명은 광 아이솔레이터(Isolator)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 편광에 따른 디스펄션(Dispersion)을 자체적으로 보상되도록 하는 광 아이솔레이터(Isolator)에 관한 것이다.
일반적으로 광 아이솔레이터는, 예를 들어 광 증폭기(EDFA, PDFA)에서는 빛을 순방향으로 통과시키고 역방향으로는 통과시킬 수 없는데 이용되고, 광 픽엎(Pickup)에서는 디스크에 입사되는 레이저 광과 반사되는 레이저 광을 분리하는데 이용된다.
즉, 반도체 레이저(LD:Laser Diode)에 디스크로부터 반사된 반사광이 돌아오면 그 사이에서 공진을 일으켜 LD의 발광량이 변동되거나 신호 잡음이 생길우려가 있으므로 빛을 순방향으로만 흐르도록 하는 광 아이솔레이터가 필요한 것이다.
종래의 제1실시예에 있어서, 제1도에 나타낸 바와 같이, 일본의 후지쓰(Hujitsu)사의 미국 특허 번호 제 4,548,478 호에 개시된 광 아이솔레이터(Isolator)는, 일 면이 다른 일면에 대하여 소정의 각도로 경사를 이룬 제1복굴절 소자(1)와, 상기 제1복굴절 소자(1)에서 출사된 빛을 45° 회전시키는 패러데이 회전자(Faraday Rotator)(2)와, 상기 제1복굴절 소자(1)와 상호 대칭되며 빛의 회전 방향과 동일한 방향으로 45° 회전된 위치에 결정의 광축이 존재하는 제2복굴절 소자(2)를 포함한다.
이러한 광 아이솔레이터는 먼저, 빛이 제1복굴절 소자(1)에서 패러데이 회전자(2)를 거쳐 제2복굴절 소자(3)로 진행되는 순방향일 경우에는 제2복굴절 소자(3)가 제1복굴절 소자(1)에 대하여 빛의 회전 방향과 동일한 방향으로 45° 회전되었으므로 제1복굴절 소자(1)에 입사된 빛 중에서 정상파(Ro)는 제2복굴절 소자(3)를 통과하여 출사된 빛도 정상파가 되며, 또한 제1복굴절 소자(1)에 입사된 비정상파(Re)는 제2복굴절 소자(3)에서도 비정상파로 출사된다. 이는 빛이 제1 및 제2복굴절 소자(1)(3)를 통과할 때의 굴절율이 상호 같기 때문이다.
그리고 제1 및 제2복굴절 소자(1)(3)의 형상이 대칭을 이루므로 빛의 입사 및 출사 각도가 상호 동일하여 접속 파이버(fiber)(6)에 접속될 수 있다.
반면에, 제2복굴절 소자(3) 측에서 제1복굴절 소자(1) 측으로 빛이 역방향으로 진행되는 경우에는 제1복굴절 소자(1)와 제2복굴절 소자(3)에서의 굴절율이 상호 다르므로 파이버(fiber)(5)에 집속될 수 없다.
그러나, 종래의 제1실시예에 따른 광 아이솔레이터에 의하면 양 파이버(fiber)(5)(6)사이에서 빛이 순방향으로만 진행될 때에만 집속될 수 있어서 반도체 레이져 등의 광원 안정용으로는 이용될 수 있지만, 정상파와 비정상파 사이에 굴절율의 차이, 즉 광 전파 속도의 차이가 있기 때문에 편광에 따른 퍼짐(Dispersion)이 누적되는 현상이 생기는 결점을 내포하고 있었다.
이에 따라, 제2도에 나타낸 미국의 에이 티 엔 티(ATT)사의 EPO 특허 번호 533,398 A1 호에 기재된 광 아이솔레이터는, 상기 제1실시예의 단점을 보완하여 전술한 기술 구성에 제3복굴절 소자(4)를 제2복굴절 소자(3a) 측에 부가 설치함으로써 광의 퍼짐 현상(Dispersion)을 보상하였으나, 이 또한 구조가 복잡하고 부품수의 증가에 따른 제품의 단가가 상승되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 복굴절 소자를 별도로 더 부가하지 않고도 빛을 순방향으로만 흐르게 하고 역방향으로는 통하지 못하게 함과 동시에 편광에 따른 광의 디스펄션(Dispersion)을 자체적으로 보상할 수 있는 광 아이솔레이터(Isolator)를 제공하는 데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 아이솔레이터(Isolator)는, 광 파이버에서 출사된 빛을 평행광으로 만들 수 있는 콜리메이터 렌즈가 포함된 콜리메이팅 수단과, 일면이 소정의 각도로 경사를 이루고 상기 콜리메이터 렌즈를 통한 입사 광을 굴절각이 서로 다른 두 개의 편광으로 나누어 전파시키는 제1복굴절 소자와, 상기 제1복굴절 소자를 통과하는 편광을 45° 회전시키는 패러데이 회전자와, 일면이 소정 각도의 경사를 이루고 상기 제1복굴절 소자의 광축에 대하여 패러데이 회전자에 의한 광의 회전 방향과 반대 방향으로 회전된 위치에 광축이 존재하여 입사광에 포함된 정상파와 비정상파가 상호 뒤바뀐 편광을 출사시키는 제2복굴절 소자와, 상기 제2복굴절 소자를 통과한 빛을 광 파이버로 집속시킬 수 있는 집속 렌즈가 포함된 집속 수단으로 구비된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 전체적인 구성을 나타낸 개략도이고, 제4도는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 주요 구성을 나타낸 입체도이다.
제3도에서, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터는, 전체적으로, 광 파이버(42)에서 출사된 빛을 평행광으로 만들 수 있는 콜리메이터 렌즈(44)가 포함된 콜리메이팅 수단(40)과, 상기 콜리메이터 렌즈(44)를 통하여 입사된 빛을 2개의 편광 상태로 분리시켜 편광에 따른 퍼짐을 자체적으로 보상시킴과 동시에 빛을 순방향으로만 통과시킬 수 있는 제1,2복굴절 소자(10)(30)와, 상기 제1,2복굴절 소자(10)(30) 사이에 삽입 설치되어 통과하는 복굴절 광을 45° 회전시킬 수 있는 패러데이 회전자(Faraday Rotator)(20)와, 상기 제2복굴절 소자(30)를 통과한 빛을 광 파이버(52)로 집속시킬 수 있는 집속 렌즈(54)가 포함된 집속 수단(50)으로 구성된다.
특히, 제4도에서 나타낸 바와 같이, 제1복굴절 소자(10)는, 예를 들어 수정의 결정 구조와 같이 광학적 이방성체로서 입사광을 서로 다른 두 개의 굴절광으로 나뉘어 매질 내로 전파시키는데, 결정의 광축(C)은 X축 방향에는 수직이며 광의 입사측 면이 출사측 면에 대하여 소정의 각도(φ1)로 경사를 이루고 있다.
한편, 제2복굴절 소자(30)는 상기 제1복굴절 소자(10)의 경사 방향과는 반대로 광의 출사측 면이 입사측 면에 대하여 소정의 각도(φ2)로 경사를 이루고 있다.
그리고 상기 제2복굴절 소자(30)의 광축(C)은 역시 X축 방향에 수직이지만, 상기 제1복굴절 소자(10)의 광축(C)에 대하여 패러데이 회전자(20)에 의한 광의 회전 방향과 반대 방향으로 45° 회전한 상태를 이루고 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 효과를 도면 제5도 및 제6도를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도면 제5도에서 나타낸 바와 같이, 빛이 순방향으로 통과하는 경로에 대하여 살펴보면, 제1복굴절 소자(10)에서 정상파(Ordinary ray)(Ro)인 빛은 제2복굴절 소자(30)에서는 비정상파(Extra-ordinary ray)(Re)가 된다. 또한 제1복굴절 소자(10)에서 비정상파(Re)인 빛은 제2복굴절 소자(30)에서는 정상파(Ro)가 된다.
왜냐하면, 빛이 제1복굴절 소자(10)에서 제2복굴절 소자(30)로 진행할 때 패러데이 회전자(20)에 의한 빛의 회전 방향(45°임)과 제1복굴절 소자(10)에 대한 제2복굴절 소자(30)의 광 축(C)의 회전 방향(45°임)이 서로 반대 방향이 되므로 빛이 90° 회전하는 효과가 되어 정상파(Ro)와 비정상파(Re)가 바뀌게 된다.
제5도에서 빛의 경로(Path) I은 제1복굴절 소자(10)에서는 정상파(Ro), 제2복굴절 소자(30)에서는 비정상파(Re)가 되는 경로이다. 또한, 경로(Path) II는 제1복굴절 소자(10)에서는 비정상파(Re), 제2복굴절 소자(30)에서는 정상파(Ro)가 되는 경로이다.
빛이 x축에 대하여 평행광(Parallel axial ray)이라 가정하면, θi와 θ4및 θ'4의 관계는 다음과 같다. (복굴절 소자에서 정상파의 굴절율은 no, 비정상파의 굴절율을 ne로 가정함)
식 (1)과 (2)에서 φ1= φ2= φ로 되면,
가 된다.
식 (3)에서 경로 I과 경로 II의 광은 평행하게 된다.
그러므로, 식 (1), (2) 식은
로 된다.
한편, 제6도에서 나타낸 바와 같이, 빛이 역방향으로 통과하는 경로에 대하여 살펴보면,
패러데이 회전자(Faraday Rotator)(20)에 의하여 빛이 회전하여 제2복굴절 소자(30)에서 정상파(Ro)인 빛은 제1복굴절 소자(10)에서도 정상파(Ro)가 되고, 또한 제2복굴절 소자(30)에서 비정상파(Re)인 빛은 제1복굴절 소자(10)에서도 비정상파(Re)가 된다.
빛이 x 축에 대하여 평행 광이라 가정하여 θ'i3와 θ4및 θi3와 θ4의 관계를 살펴보면,
위의 식으로 정리된다.
식 (5), (6)을 φ1= φ2= φ 인 경우 다시 정리하면,
결국, (4) 식과 (7) 식에서 θi와 θi3의 차를 보면,
또한 (6) 식과 (8) 식에서 θi와 θ'i3의 차를 보면,
위의 식으로 정리된다.
따라서 순방향으로 진행할 경우의 입사광(θi)과 역방향으로 진행할 경우의 입사광(θi3, θ'i3)에는 빛의 각도에 차이가 있으므로 역 방향으로 진행하는 빛은 광 파이버에 입사되지 못한다.
또한, 특히 빛이 순 방향으로 진행하는 경우 제1복굴절 소자(10)에서와 제2복굴절 소자(30)에서 정상파(Ro)와 비정상파(Re)가 바뀌어 발생하므로 편광에 의한 퍼짐(dispersion)이 매우 작게 된다.

Claims (2)

  1. 광 파이버에서 출사된 빛을 평행광으로 만들 수 있는 콜리메이터 렌즈가 포함된 콜리메이팅 수단과, 일면이 소정의 각도로 경사를 이루고 상기 콜리메이터 렌즈를 통한 입사 광을 굴절각이 서로 다른 두 개의 편광으로 나누어 전파시키는 제1복굴절 소자와, 상기 제1복굴절 소자를 통과하는 편광을 45° 회전시키는 패러데이 회전자와, 일면이 소정 각도의 경사를 이루고 상기 제1복굴절 소자의 광축에 대하여 패러데이 회전자에 의한 광의 회전 방향과 반대 방향으로 회전된 위치에 광축이 존재하여 입사광에 포함된 정상파와 비정상파가 상호 뒤바뀐 편광을 출사시키는 제2복굴절 소자와, 상기 제2복굴절 소자를 통과한 빛을 광 파이버로 집속시킬 수 있는 집속 렌즈가 포함된 집속 수단으로 구비된 것을 특징으로 하는 광 아이솔레이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2복굴절 소자는 제1 복굴절 소자의 경사면과 서로 반대 방향으로 소정의 각도를 이루는 경사면을 구비한 것을 특징으로 하는 광 아이솔레이터.
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