KR100188708B1

KR100188708B1 - 광 감쇠기

Info

Publication number: KR100188708B1
Application number: KR1019950030695A
Authority: KR
Inventors: 임영민
Original assignee: 장세탁; 김춘호; 전자부품연구원
Priority date: 1995-09-19
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 1999-06-01
Also published as: KR970016572A

Abstract

본 발명은 광 감쇠기를 공개한다. 그 감쇠기는 광 신호 입력장치와, 광 신호 출력장치와, 입력장치로부터 입력된 광 신호를 평행광으로 변환하여 주는 제1렌즈와, 평행광을 수신하여 광 신호 출력장치에 촛점을 맞추는 제2렌즈와, 및 제1렌즈와 제2렌즈사이에 위치하고, 제2렌즈를 향해 소정 각도 기울어짐에 따라 평행광을 굴절시켜 제2렌즈로 수신되는 광 신호의 량을 조절하는 굴절수단을 구비하는 것을 특징으로 하고, 여러개의 유리를 광 조절수단으로 사용함으로서 종래의 광 감쇠기보다 넓은 범위에 걸쳐 광 신호를 감쇠할 수 있으며, 광 신호의 배면 반사가 전혀 일어나지 않으며, 유리의 굴절율을 이용하여 광을 미세하게 조절할 수 있으면서도 광 조절수단의 가공이 정밀하지 않아도 되므로 제작단가가 저렴해지는 효과가 있다.

Description

광 감쇠기

제1도는 종래의 광 감쇠기의 개략적인 구성도이다.

제2도는 종래의 다른 광 감쇠기의 개략적인 구성도이다.

제3도는 본 발명에 의한 광 감쇠기의 구성도이다.

제4도는 본 발명에 의한 광 감쇠기의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

제5도는 본 발명에 의한 광 감쇠기의 일부 발췌 구성도이다.

제6도는 굴절수단의 기울기인 평행광의 입사각에 따른 광의 감쇠정도를 각각 나타내는 그래프이다.

제7도는 본 발명에 의한 광 감쇠기의 바람직한 일실시예의 기구적인 구성도이다.

제8도는 본 발명에 의한 광 감쇠기의 다른 일실시예로의 기구적인 구성도이다.

본 발명은 광 전송 시스템과 같은 광 응용 분야에서 이용되는 광 감쇠기에 관한 것으로서, 특히, 광 신호의 세기를 넓은 가변 영역에서 연속적이고, 정밀하게 가변시킬 수 있는 가변 광 감쇠기에 관한 것이다.

일반적으로 광 전송 시스템에서 광 신호는 고 출력으로 전송되는데, 고 출력으로 전송된 광 신호는 수신측에서 적절하게 이용되기 위해 광 감쇠기에 의해 감쇠된다. 이와 같이, 고 출력의 광 신호를 감쇠시키는 광 감쇠기는 광 통신 시스템의 조정과 교정 및 각종 측정 또는 광 섬유(Optical Fiber) 전송로간의 구간손실 조정에 이용될 수 있으며, 광과 관련된 장치들에서도 다양하게 이용될 수 있다.

상술한 다양한 이용 분야를 충족시키기 위해 여러 종류의 감쇠기가 개발되어 있는데, 그 중의 한 형태가 제1도에 도시되어 있다. 제1도에 도시된 종래의 광 감쇠기는 미국 특허 제5,087,122호에 개시된 것으로서, 소정 형태의 렌즈에 의해 만들어진 평행광을 광 차단기(6)로 광을 차단하는 형태이다. 이 광 감쇠기는 코어(core;la,2a) 및 클래드(clad;1b,2b)로 구성된 제1광 섬유(1) 및 제2광 섬유(2), 각 광 섬유의 전단에 배치된 소정 형태의 렌즈(4,5), 렌즈 사이에 배치되어 진행하는 광을 차단하는 광 차단기(6)로 구성되며, 제1광 섬유(1)의 코어(la) 선단에서 공기중으로 방출된 광선(3)은 고유의 개구수(NA:Numerical Aperture) 값을 가지고 확산되어 진행하다가 소정 형태의 렌즈(4)를 통과한 후 평행광선이 되고, 렌즈(5)를 통해 다시 집속되어 제2광 섬유(2)의 코어(2a)로 진행한다. 렌즈(4,5) 사이에 있는 광 차단기(6)는 P점을 주축으로 하여 화살표 방향으로 회전하며, 광 차단기(6)의 선단(7)은 원호(8)를 그리며 시계 방향으로 회전하면서 평행 광선을 차단하여 코어(2a)를 향해 진행하는 광선의 양을 감쇠시킨다.

또 다른 형태의 광 감쇠기가 제2도에 도시되어 있는데, 이는 일본국 공개 특허 공보 소화 59-192204호에 개시된 것으로서, 광 섬유 사이의 축 어긋남을 이용해 광 신호를 감쇠시키는 형태이다. 이 광 감쇠기는 소정의 거리(d)를 두고 이격되어 제1광 섬유(13), 제2광 섬유(14)를 각각 경사지게 고정 지지하는 홀더(holder;11,12)를 마련하고 있다. 제1광 섬유(13) 및 제2광 섬유(14)는 홀더(11,12)내에서 각각 경사지게 삽입되어 있어 광 신호 전송시 배면 반사(back-reflection)를 줄일 수 있도록 했다. 이 광 감쇠기의 기본 동작은 제1광 섬유(13)를 포함한 홀더(11)를 회전축(16)에 대해 회전할 때 제2광 섬유(14)와의 축 어긋남에 의해 이루어지도록 되어 있다.

그런데, 제1도에 도시된 종래 광 감쇠기는 전체 감쇠폭이 광 차단기의 회전각도 범위 40° 내에서 이루어지며, 또한 실용적으로 쓰이는 20dB의 감쇠를 얻기 위해 회전각도(θ)의 범위는 20° 정도이다. 따라서 회전의 정밀도를 높이기 위해서는 매우 복잡하고 값비싼 미세 회전 조절 장치가 부착되어야 하는 단점이 있다.

그리고, 제2도에 도시된 종래 광 감쇠기는 구조가 간단하여 소형화가 가능하지만 실용성이 부족한 문제점이 있으며, 광 섬유를 용이하게 회전시키기 위해서는 두 광 섬유사이에 소정 거리의 에어갭(air gap)(d)을 두어야 하며, 이에 따른 기본 감쇠량이 초기에 존재한다. 예로서, 에어 갭이 약 0.4mm일 경우 회전각 0° 에서 10dB정도의 초기 감쇠량이 존재하는 문제점이 있다. 또한, 회전각도 범위 180° 내에서 전체 감쇠폭이 20dB이하로 제한되는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 ·종래의 문제점을 해결하기 위하여 광 조절수단으로 유리판을 사용함으로서, 유리의 굴절율을 이용하여 광 신호를 고 정도 및 넓은 영역에서 감쇠할 수 있는 광 감쇠기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 광 감쇠기는 광 신호 입력장치와, 광 신호 출력장치와, 상기 입력장치로부터 입력된 상기 광 신호를 평행광으로 변환하여 주는 제1렌즈와, 상기 평행광을 수신하여 상기 광 신호 출력장치에 촛점을 맞추는 제2렌즈와, 및 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈사이에 위치하고, 상기 제2렌즈를 향해 소정 각도 기울어짐에 따라 상기 평행광을 굴절시켜 상기 제2렌즈로 수신되는 상기 광 신호의 량을 조절하는 굴절수단으로 구성됨이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 광 감쇠기의 일실시예의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명에 의한 광 감쇠기의 구성도로서, 광 신호 전송장치로부터 광 신호를 수신하는 입력광섬유(30)에 연결되어 광 신호를 평행광(PL:Parallel Light)으로 만들어 출력하는 제1렌즈(26), 광 신호 수신장치로 광 신호를 보내는 출력 광섬유(32)에 연결되고, 평행광을 입력하여 포커싱(focusing)하는 제2렌즈(28), 제1렌즈(26)와 제2렌즈(28) 사이에 마련되고, 제2렌즈(28) 쪽으로 소정 각도 기올어짐에 따라 제2렌즈(28)로 수신되는 광 신호의 에너지를 줄이도록 평행광을 굴절시키는 굴절수단(24)으로 구성된다. 한편, 제3도에 도시된 참조부호 34는 굴절수단(24)의 기울기를 조절하는 구동축이다.

제3도에 도시된 광 섬유(30 및 32)는 코어(30a 및 32a)와 클래드(30b 및 32b)로 각각 구성되어 있고, 굴절수단(24)은 유리 및 이산화 규소로 이루어진 군에서 선택된 하나로 형성되어 있으며 , 제1 및 제2렌즈(26 및 28)들은 봉상 형상의 그린(green)렌즈, 구형 렌즈 또는 다른 형태의 렌즈도 가능하다.

제4도는 본 발명에 의한 광 감쇠기의 원리를 설명하기 위한 도면으로, 참조부호 44는 굴절수단(24)의 두께(κ)를, n1은 제1렌즈(26)와 제2렌즈(28) 사이의 공기 매질을, n2는 굴절수단(24)의 매질을, θ1은 입사각을, θ2는 굴절각, 4는 굴절에 의해 평행광이 θ1- θ2만큼 밑으로 처지는 편차거리를 각각 나타낸다.

제5도는 본 발명에 의한 광 감쇠기의 일부 발췌 구성도로서, 광 섬유(30)와 제1렌즈(26)을 지지하는 제1지지부(50)와, 광 섬유(32)와 제2렌즈(28)를 지지하는 제2지지부(52) 및 굴절수단(24), 굴절수단(24)이 기울어지는 각도를 조정하는 각도 조정 다이얼(66) 및 굴절수단(24)과 각도 조정 다이얼(66)을 연결하는 구동축(34)으로 구성되어 있다.

제3도에 도시된 광 섬유(30)의 코어(30a)를 통해 광 신호 전송 장치로부터 전송되는 광 신호는 입력 광섬유(30)를 통하여 제1렌즈(26)로 수신하며, 제1렌즈(26)는 수신한 광 신호를 평행광(PL)으로 만들어 굴절수단(24)으로 출사한다. 제5도에 도시된 각도 조정 다이얼(66)에 의해 소정 각도(θ) 만큼 기울어져 있는 굴절수단(24)은 제1렌즈(26)로부터 출사되는 평행광을 굴절시켜 출사한다. 여기서, 각도 조정 다이얼(66)에는 원하는 광 감쇠량을 선택할 수 있도록 눈금으로 표시되어 있고, 사용자가 다이얼을 돌릴 때, 미끄럼을 방지하기 위해 제5도에 도시된 각도 조정 다이얼(66)의 손접촉부(112)는 껄끄러운 재질로 되어 있다.

만일, θ가 0° 인 경우, 제1렌즈(26)로부터 출사되는 평행광의 모든 에너지는 제2렌즈(28)로 수신되어 광 감쇠가 발생하지 않지만, 사용자가 각도 조정 다이얼(66)로 선택된 각도 만큼 굴절 수단(24)이 기울어질 경우, 굴절수단(24)에 의해 제1렌즈(26)로부터의 평행광이 굴절되어 감쇠된 광 에너지가 제2렌즈(28)로 수신된다. 제2렌즈(28)는 감치된 광을 포커싱하여 출력광섬유(32)를 통해 광 섬유(32)의 코어(32a)를 통해 광 신호 수신장치로 출력한다.

제3도에 도시된 굴절수단(24)의 기울기에 따른 평행광의 굴절에 의한 편차거리(d)는 스넬(Snell)의 법칙을 이용하여 다음 식(1)과 같이 구할 수 있다.

여기서, κ는 굴절수단의 두께(44)를 나타낸다.

편차거리(d)는 다음 식(2)의 스넬의 법칙에 의해 매질 nl 및 n2에 따라서도 변하므로, 매질을 변화시켜 편차거리를 조정할 수 있다.

제4도에 도시된 바와 같이, 굴절수단(24)으로 입사되는 평행광은 굴절수단(24)에서 굴절되거나 반사되는데, 이 때, 반사광(46)은 제1렌즈(26)로 되돌아오지 않고, 위로 반사된다. 이로 인하여 종래의 광 감쇠기가 안고 있었던 역반사(backreflection) 현상이 방지될 수가 있다.

제5도에 도시된 각도 조정 다이얼(66)을 오른쪽으로 돌리면 굴절수단(24)이 기울어져서 제1지지부(50)로부터 입사되는 평행광을 굴절시켜 제2지지부(52)로 출사한다. 참조부호 30 및 32은 제3도에 도시된 광 섬유(30 및 32)를 나타내고, 26 및 28은 제3도에 도시된 렌즈(26 및 28)를 나타내며, 34는 제3도에 도시된 구동축(34)을 각각 나타낸다.

제6도는 굴절수단(24)이 한개일 경우에 굴절수단(24)의 기울기인 평행광의 입사각(θ1) 또는 편차거리(d)에 따른 평행광의 감쇠정도를 나타내는 그래프로서, 굴절수단(24)의 두께(t)는 0.5mm이며, X축에는 입사각에 대응하는 편차거리(d)가 동시에 표시되어 있다.

제6도에 도시된 바와 같이, 입사각(θ1)이 증가함에 따라 감쇠량이 서서히 증가하다가 입사각이 60° 이상으로 증가할 때, 감쇠량은 크게 증가한다. 실질적으로 상용적으로 사용되는 감쇠량의 범위는 20dB이며, 본 발명에서 이 감쇠량을 얻기 위한 입사각의 범위는 도시된 바와 같이 약 80° 근방이므로 정밀장치없이 간단하게 감쇠량을 얻을 수 있다.

이러한 광 감쇠기는 굴절수단을 두개 이상으로 증가시키거나 또는 굴절수단의 두께를 증가시키면 편차거리(d)가 증가하므로 감쇠범위를 크게 증가시킬 수도 있다.

본 발명에 의한 광 감쇠기의 기구적인 구성을 다음과 같이 살펴 본다.

제7도는 본 발명에 의한 광 감쇠기의 바람직한 일실시예의 기구적인 구성도로서, 렌즈(26 및 28), 광 섬유(30 및 32), 홀더(78), 굴절수단(24), 구동축(34), 각도 조정 다이얼(66), 지지부(50 및 52), 광 케이블(30' 및 32') 및 홀더 고정부(88)로 구성된다.

제7도에 도시된 홀더(78)는 광 섬유(30)과 제1렌즈(26)를 감싸고 있는 제1지지대(50)와 광 섬유(32)과 제2렌즈(28)를 감싸고 있는 제2지지대(52)를 평행하게 정렬하고, 유격을 방지하기 위해 홀더고정부(88)에 의해 고정된다. 필요시에는 각 지지부(50 및 52)는 교체가 가능하도록 홀더(78)로부터 분리될 수 있다. 굴절 수단(24)이 각도 조정 다이얼(66)에 의해 선택된 각도로 안정되게 기울어지도록 구동축(34)은 홀더(78)의 중간에 파여진 축 안내홈에 의해 지지되어 회전운동을 할 수 있다.

제8도는 본 발명에 의한 다른 일실시예의 기구적인 구성도로서, 굴절수단 회전부(100), V자 홈(108)이 파여있는 하부 지지부(102), 상부 지지부(104)로 구성되며, 참조부호 106은 상부 및 하부 지지부(102 및 104)를 고정시키기 위한 고정용 나사를, 108은 제3도에 도시된 제1 및 2렌즈(26 및 28)를 받쳐주는 V자 홈을, 110은 나사를 고정시키기 위한 나사홈을, 24는 굴절수단을, 66은 각도 조정다이얼을, 116은 제1기어(122)에 부착되어 제1기어(122)가 소정 각도 회전하였을 때 브레이크부(120)에 걸리는 회전 방지부를, 120은 제1기어(122)의 회전반경에 근접하여 위치한 브레이크부를, 122는 제1기어를, 124는 제2기어를, 126은 각도 조정 나사홈을, 128은 축을 각각 나타낸다.

먼저, 제8도에 도시된 실시예에서는, 각도 조정 다이얼(66)은 축(128)에 의해 제2기어(124) 됫면에 연결 부착되 있고, 굴절수단(24)은 기어 구동축(114)과 연결되 있고, 기어 구동축(114)은 제1기어(122)와 요철 형태로 맞물려 있으며, 제2기어(124)는 제1기어(122)와 맞물려 있다. 굴절수단(24)은 제1기어(122)에 연결되어 있어, 제2기어(124)의 회전에 따라 소정 각도로 기울어진다.

또한, 제8도에 도시된 실시예에서는 각도 조정 다이얼(66)이 원형이 아닌 일자형으로 그 끌에는 나사홈(126)이 파여 있어 일자(-) 또는 십자(+) 드라이버 같은 도구를 사용하여 제2기어(124)를 돌릴 수 있도록 되어 있다. 그러므로, 본 발명에 의한 광 감쇠기 사용자는 드라이버와 같은 도구를 이용하여 제2기어(124)를 소정 각도 회전시키고, 제2기어(124)보다 더 큰 피치(pitch)원을 가지는 제1기어(122)는 제2기어(124)에 맞물려 제2기어(124)의 큰 회전에도 작게 회전할 수 있다.

제8도에 도시된 회전 방지부(116)는 제1기어(122)에 부착되어 제1기어(122)와 같이 회전하며, 제1기어(122)가 소정 각도 이상 회전하였을 때, 브레이크 수단(120)에 걸려 제1기어(122)의 회전을 제동한다. 즉, 제1기어(120)가 소정 각도 이상 회전하는 것을 방지하는 역할을 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 광 감쇠기는 여러개의 유리판을 광 조절수단으로 사용함으로서 종래의 광 감쇠기보다 넓은 범위에 걸쳐 광 신호를 감쇠할 수 있으며, 광 신호와 배면 반사가 일어나지 않으며, 또한 유리의 굴절율을 이용하여 광을 미세하게 조절할 수 있는 광 조절수단의 가공이 정밀하지 않아도 되므로 제작단가가 저렴해지는 효과가 있다.

Claims

광 감쇠기에 있어서, 광 신호 입력장치; 광 신호 출력장치; 상기 입력장치로부터 입력된 상기 광 신호를 평행광으로 변환하여 주는 제1렌즈; 상기 평행광을 수신하여 상기 광 신호 출력장치에 촛점을 맞추는 제2렌즈; 및 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈사이에 위치하고, 상기 제2렌즈를 향해 소정 각도 기울어짐에 따라 상기 평행광을 굴절시켜 상기 제2렌즈로 수신되는 상기 광 신호의 량을 조절하는 굴절수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
제1항에 있어서, 상기 광 감쇠기는 축으로 상기 굴절수단과 연결되어 상기 굴절수단이 기울어지는 각도를 조정하는 각도 조정수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
제1항에 있어서, 상기 광 감쇠기는 상기 광 신호 입력장치, 상기 광 신호 출력장치, 상기 제1렌즈 및 상기 제2렌즈들을 평형하게 정렬시키는 정렬수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
제3항에 있어서, 상기 정렬수단은 상기 정렬을 위해 V자, U자 또는 반원모양등으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
제1항에 있어서, 상기 광 감쇠기는 적어도 하나 이상의 상기 굴절수단을 구비하여 감쇠 범위를 넓게 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
제1항에 있어서, 상기 굴절수단은 유리 및 이산화 규소로 이루어진 군에서 선택된 하나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
제1항에 있어서, 상기 광 감쇠기는 상기 굴절수단의 두께의 변화에 따라 상기 광 감쇠량을 조절하는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
제1항에 있어서, 상기 광 감쇠기는 상기 제1렌즈와 상기 굴절수단 사이의 매질에 대한 상기 굴절수단의 매질의 굴절율을 변화시킴에 따라 상기 감쇠량을 조절하는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
제2항에 있어서, 상기 각도 조정수단은 상기 각도 조정에 따른 감쇠량들을 데시벨로 표시하는 눈금과, 사용자에 각도 조정을 용이하게 하기 위하여 껄끄러운 면들을 마련하는 접촉 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
제2항에 있어서, 상기 각도 조정수단은 상기 축을 드라이버로 회전시킬 수 있도록 축 측면에 홈이 파여있는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
제1항에 있어서, 상기 광 감쇠기는 상기 축이 회전할 수 있도록 파여져 상기 축을 지지하는 구동홈을 포함하고 있는 홀더를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
제11항에 있어서, 상기 홀더는 봉상인 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
제11항에 있어서, 상기 홀더는 사각 모양인 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
제2항에 있어서, 상기 각도 조정수단은 상기 축에 연결되어 상기 광 굴절수단을 기울이는 제1기어; 상기 제1기어보다 더 작은 피치원을 가지며, 상기 제1기어에 맞물려서 상기 제1기어를 회전시키는 제2기어; 및 상기 제2기어를 소정 각도 회전시키는 조정 다이얼을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
제14항에 있어서, 상기 각도 조정수단은 상기 제1기어의 회전반경에 근접하여 위치한 브레이크 수단; 및 상기 제1기어에 부착되어 상기 제1기어가 소정 각도 회전하였을 때, 상기 브레이크 수단에 걸리는 회전 방지 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.