KR100275646B1 - 광 분산성 광 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중합체 광 섬유(POF)를 통해 전파되는 광을 추출하여 분배하는 방법과 장치를 제공한다. 중합체 광 섬유 내에 하나 또는 그 이상의 미러를 설치한다. POF 내의 내부 미러가 설치된 지점에서, POF를 이동하는 광이 미러에 충돌하면, 광의 방향은 효율적으로 중합체 광 섬유의 외부로 벗어나게 된다. 이와 같이 편향된 광은 분산 영역을 통해 통과하고, 분산 광만이 방사되어 유익하게 사용된다. 대안으로서는, POF 내를 이동하는 광이 미러에 충돌할 때 제어 가능한 셔터의 상태가 허용되면, 광이 중합체 광 섬유의 외부로 방향을 벗어나도록 제어 가능한 셔터를 중합체 광 섬유 내에 배치한다. 제어 가능한 셔터는 가변적으로 조작되고, 그 결과 가변 량의 광을 POF로부터 선택적으로 방사할 수 있다.

Description

광 분산성 광 섬유
본 발명은 일반적으로는 광 공학(photonics) 분야에 관한 것으로, 특히, 중합체 광 섬유를 통해 광을 분산적으로 분배하는 광 분산성 광 섬유에 관한 것이다.
광 섬유를 포함한 시스템은 주지하는 바로서 그 응용예는 계속적으로 증가하는 추세에 있다. 이러한 시스템에는, 광 섬유 통신 시스템, 의료 기기, 복사기, 프린터 팩시밀리, 광 디스플레이 및 조명이 포함된다.
동시에, 광 섬유 이용 시스템의 사용이 증가함에 따라 상기 응용예가 많은 것에 대해 종래의 유리 광 섬유를 대신하는 비용 효과가 큰 안으로서 중합체 광 섬유(POF: Polymer Opticai Fiber)가 인식되어 있으며, 참조 문헌으로서는, 예를 들면, 이하의 것을 예로 들 수 있다.
F. Suzuki, "Novel Plastic image transmission fiber" Proc SPIE, 1592, PP112132, (1991) ;
G. Brun, C. Farget, M. Reglat, M. Druetta, J. P. Goure. and J.P. Monthread, "Plastic optical fiber for lateral illumination: chemical studies and opitical measurement." in Proc. 4th International Conf.-Plastic Opitical Fibers & Applications, Boston, MA, Oct. 17-19, 1995. PP 187-192;
J. Farenc, P. Destruel "Illumination, signalisation, and decoration using plastic optical fibers." 4th International Conf.-Plastic Optical Fibers & Applications, Boston, MA, Oct. 17-19, 1995. PP 203-205;
S. Sottini, D. Grando, L.Palchetti and E.Giorgetti, "Opitical fiber-polymer guide coupling by a tapered granded index glass guide." IEEE J. of Quantum Electronics 31, PP 174-180(1985).
POF 이용의 이점에 관해 가장 많이 인용된 것은, 그 기본적인 저중량, 유연성, 파단 저항력, 저재료비 및 저관련 비용, 및 전자 장해에 대한 면역성이다.
POF를 이용하는 많은 응용예 중에서, 광 섬유 내를 이동하는 소량의 광은 추출구를 설치하여 방사시킬 필요가 있다. 그 결과, 광 섬유로부터 광을 방사하는 종래 방법이 다수 개발되었다.
미국 특허 No. 4,466,697는 광 분산성 광학 라이트 파이프 및 그 제작 방법을 개시하고 있다. 광학 라이트 파이프의 중심 부분에는 굴절광 및/또는 반사광 분산 입자가 도포되어 있다. 라이트 파이프 내를 이동하는 광이 입자에 충돌하면 광은 분산되고, 분산광의 일부는 라이트 파이프 측면으로부터 빠져 나간다. 또, 본 발명에서 개시하는 바와 같이, 광 섬유로서 재료를 압출하기 전에 용융된 중심부에 분산 입자를 첨가하여, 제조 중에 라이트 파이프에 광 분산 입자가 내장되는 것이 바람직하다.
미국 특허 No. 5,037,172는 광 섬유용의 반사형 노치 커플러의 제조 방법을 개시하고 있다. 한 쌍의 각도를 갖는 표면이 광 섬유의 피복으로부터 연장되어 섬유의 중심부에서 만나고, 섬유 내에 새김 눈(indentation)을 형성함으로써 광 섬유 내에 커플러가 형성된다.
미국 특허 No. 5,432,876는 조명 장치와 조명 장치 내에서 사용하는 광 섬유 개시하고 있다. 그 특허권자에 의하면, 광 섬유는 적어도 그 길이의 일부를 따라 광 방사 영역을 구비하고 있다. 광 방사 영역에 있어서, 반사면을 갖는 다수의 광학 소자가 제조되어 적어도 그 하나는 광 섬유보다 적은 횡단면적을 갖는다. 광 섬유 내를 이동하여 반사면에 충돌하는 광은, 광섬유의 밖으로 반사된다. 광 섬유의 광 방사 영역을 따라 거의 균일한 조명 출력을 유지하기 위해서는, 광학 소자의 형태, 패턴 및 간격은 원하는 대로 변경된다.
마지막으로, 본 발명자 등에 의해 "중합체 광 섬유 내 매립 미러를 사용하는 광 파워 및 광 신호의 산포"로 표제되어 IEEE 광자 기술학 1996년 10월에 개재된 내용을 포함하는 미국 특허 No. 08/667,164에 있어서, 중합체 광 섬유에 따른 측면의 방사구로부터 어떻게 광이 산포되는지가 기재되어 있다. 방사구 중에는, 광 섬유의 일부를 절단하여 재매립하여 형성된 매립 미러부가 포함되어 있다.
이들 종래 기술에 의한 기술 및 장치는 광 섬유가 전송하는 광 신호를 추출하는 것에 사용되고 있지만, 광 섬유로부터 광을 추출하여 제어하는 새로운 방법 및 장치가 계속적으로 요구되고 있다.
본 발명은 중합체 광 섬유를 통해 전파되는 광을 제어 가능한 형태로 추출하여 산포한다. 본 발명은 중합체 광 섬유이외에, POF 자신으로 형성되고, POF 내에서 그 양단간에 위치하는 하나 또는 그 이상의 미러를 갖는다.
본 발명의 한 관점으로부터 보면, POF를 통해 전송되는 광을 효율적으로 추출하여 분산하는 장치를 지향하고 있다. 보다 상세히 기술하자면, 내부 미러가 형성되는 POF 내의 어느 지점에서, POF 내를 이동하는 광이 미러에 충돌하면 광은 효율적으로 POF로부터 외부로 방향을 바꾼다. 이와 같이 방향 전환된 광은 분산 영역을 통과하고, 분산광만이 방사되어 유효하게 이용된다.
다른 관점으로 보면 본 발명은, 분산을 위해 광 섬유를 통해 전송되는 광의 추출을 효율적으로 행하는 장치를 지향하고 있다. 특히, POF 내를 이동하는 광이 미러에 충돌하면, 광이 중합체 광 섬유의 밖으로 편향하도록 작동하는 제어 가능한 광 셔터를 중합체 광 섬유 내에 배치하고 있다. 제어 가능한 셔터는, 가변량의 광을 POF로부터 선택적으로 방사할 수 있는 용이한 가변식으로 되어있다.
도 1은 POF(중합체 광 섬유)의 절단도로서, 도 1a는 내부에 형성된 광 분산 마이크로 미러를 도시한 도면이고, 도 1b는 절단 재충전 영역 내부에 형성된 광 분산 요소를 나타낸 도면.
도 2는 POF의 절단도로서, 도 2a는 절단 재충전 영역 내부에 형성되어 광 방사를 제어하는 광 셔터를 도시한 도면이고, 도 2b는 절단 재충전 영역 내부에 절단 재충전 영역을 피복하는 형태로 형성되어 광 방사를 제어하는 광 셔터를 나타낸 도면.
도 3은 POF의 절단도로서, 도 3a는 광 분산 요소를 포함하는 절단 재충전 영역 내부에 절단 재충전 영역을 피복하는 형태로 형성되어 광 방사를 제어하는 광 셔터를 도시하는 도면이고, 도 3b는 절단 재충전 영역 내부에 형성되어 광 방사를 제어하는 광 셔터와, 절단 재충전 영역에 반대측에 있는 광 섬유 측면 상의 광 셔터를 도시한 도면.
도 4는 하나의 POF를 따라 일련의 마이크로 미러를 제조하는 장치를 도시하는 도면.
도 5는 POF의 횡단면도.
도 6은 PMMA 섬유의 20㎜ 단면을 따라 균등하게 형성된 일련의 16개 내부 미러에 의한 강도 분포를 나타내는 도면.
도 7은 제조된 POF에 의해 얻어진 광점 패턴을 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : POF
120 : 절단 재충전 영역
130, 135 : 내부 미러
150 : 분산 요소
155, 156 : 광 셔터
도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 동시에 하기의 설명 중에서 몇개의 도면을 참조한다.
도 1a는, 본 발명을 구축할 때에 사용한 광학 조립품의 단면도를 나타낸 도면으로, 잘 알려져 있는 중합체 광 섬유(POF: 100)와 한 개의 POF에 양측으로부터 입사하여 진행하는 광(140, 145)을 나타낸다. 절단 재충전 영역(120)은 다수의 내부 미러(130, 135)를 갖고 있다. 내부 미러를 포함하는 절단 재충전 영역(120)은 일련의 미세 절단, 보호 작업, 피복 작업 및 재충전 작업 등을 통해 형성되는 것이 바람직하다. 도시된 바와 같이 각 내부 미러(130, 135) 상에는 분산 요소(150)가 설치되어 있다.
POF(100) 내를 이동하는 광은, 내부 미러의 하나에 충돌하면 방향을 바꾼다. 예를 들면 하나의 POF를 이동하는 광(140)은 미러(130, 135)에 충돌하고, 각각 화살표(146, 144)로 나타낸 바와 같이 편향한다. 마찬가지로 미러(130, 135)에 충돌했을 때의 광(145)의 편향을 각각 화살표(142, 148)로 나타낸다. 절단 재충전 영역(120)은 용이하게 출구 또는 추출구로서 작용하므로, 광(142, 148)은 POF로부터 빠져나갈 수 있다. 당업자는, 출구가 양방향성을 지니고, 광이 광 섬유의 측면으로부터도 도입될 수 있는 것을 용이하게 알 수 있을 것이다. 이와 같은 경우, 도입광은 미러에 충돌하고, 하나의 광 섬유를 통해 전파하고, 분산되거나, 또는 다음의 추출구로부터 추출된다.
상기한 측면 방사 광 섬유를 확장한 것으로 본 발명의 목적에 대해 유효한 것으로서는, 제어 가능한 광 분산 광 섬유로서, 「광 분산 광 섬유」라고 표제되어 본 특허 양수인에게 양도되어 참고로서 여기에 포함되는 계류 중의 미국 특허 출원에 기재되어 있다.
다시 도 1a의 단면도를 참조하여, 본 발명에 바람직한 실시예에 준거한 광학 조립품에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 기술에서 잘 알려져 있는 중합체 광 섬유(POF: 100)와 하나의 POF에 양측으로부터 입사하여 진행하는 광(140, 145)을 나타낸다. 절단 재충전 영역(120)은 복수의 내부 미러(130, 135)를 갖고 있다. 내부 미러를 포함하는 절단 재충전 영역은 일련의 미세 절단, 보호 작업, 피복 작업 및 재충전 작업 등을 통해 형성되는 것이 바람직하다. 본 도면에 도시한 바와 같이 각 내부 미러(130, 135)는 그 위에 설치된 분산 요소(150)를 갖는다.
POF(100) 내를 이동하는 광은, 내부 미러(130, 135)의 하나에 충돌하면 방향을 바꾼다. 예를 들면 하나의 POF(100)를 이동하는 광(140)은 미러(130, 135)에 충돌하여 각각 화살표(146, 144)로 나타낸 바와 같이 편향한다. 분산 요소(150)의 존재에 의해, 내부 미러(130, 135)에 충돌하는 광은 분산 반사된다. 마찬가지로 미러(130, 135)에 충돌했을 때의 광(145)의 편향을 각각 화살표(142, 148)로 나타낸다. 절단 재충전 영역(120)은 용이하게 출구 또는 추출구로서 작용하므로, 분산광(142, 148)은 POF(100)로부터 빠져 나갈 수 있다. 당업자는, 출구가 양 방향성을 지니고 광이 광 섬유의 측면으로부터도 도입될 수 있는 것을 용이하게 알 수 있을 것이다. 이와 같은 경우, 도입광은 미러에 충돌하여 하나의 광 섬유를 통해 전파하여 분산되거나, 또는 다음 추출구로부터 추출된다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 명확하게 말하면, 충전재를 광 섬유의 절단 영역 내에 충전하기 전에 분산 요소(150)를 충전재에 첨가한 것이다. 이렇게 하여, 내부 미러(130, 135)에 분산 요소(150)를 설치하지 않고, 충전재 중에 첨가하는 분산 요소(150)의 성질, 밀집도 및 배치를 선택적으로 변화할 수 있으므로 측면 방사 광 섬유의 최종 제품에 넓은 범위의 분산 특성을 제공할 수 있다.
상기한 점에 있어서, 당업자는 다종류의 분산 요소를 사용할 수 있는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 특히, 분산 요소(150)는 광의 굴절 또는 반사 중 어느 하나를 생기게 하는 타입의 것이어도 좋다. 예를 들면 분산 요소(150)는, 광 섬유의 코어부의 것과는 다른 굴절율을 갖는 투명 재료의 소립자여도 좋다. 이러한 재료의 예로서, 광 섬유의 코어부와 다른 종류의 중합체류, 플라스틱, 유리, 수정 또는 기포가 있다. 반사 입자는 금속 또는 다른 재료 또는 그 복합물로 이루어질 수 있다. 또한, 분산 요소는 예를 들면 구형, 박편 또는 다면체 등 어떠한 형태의 것이어도 좋다.
또한, 분산 요소(150)는 내부 미러(130, 135)의 표면에 형성할 수 있다. 예를 들면, 적당한 화학 제품 또는 용제에 의한 화학 처리에 의해 유효적으로 내부 미러(130, 135)의 표면을 서리형(frost)으로 하고, 이것에 따라 분산 요소(150)를 생성한다. 덧붙여, 연삭 가공이나 분사 가공 등의 기계적 처리를 내부 미러(130, 135)에 행해도 분산 요소(150)를 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예를 도 2a에 도시한다. 광 섬유 조립품(100)은 POF(100)의 재충전 영역 내에 놓여진 광 셔터(155)를 갖는다. 광 셔터(155)를 통해 선택적으로 광을 전송할 수 있다. 따라서, 내부 미러(130, 135)에서 반사된 광은 POF(100)로부터 빠져 나가기 전에 광 셔터(155)를 통과해야만 한다. 만일, 광 셔터(155)가 투명하면 광은 투과하여 POF(100)로부터 빠져 나간다. 반대로 광 셔터(155)가 불투명하면, 광은 투과될 수 없다. 투명과 불투명사이에서 투과도가 제어 가능하도록 한 셔터의 변종도 가능하다. 대안으로서는, 도 2b에 도시한 바와 같이 광 셔터(155)를 광 섬유의 측면에 접착함으로써, 절단부를 피복하도록 배치할 수 있다. 이와 같은 배치에서는 제조가 간단하게 이루어진다.
마지막으로, 도 3a에 도시한 예에서는, 도 1b에 도시한 광 섬유 조립품에 광 셔터(155)가 부가되어 있다. 명확하게는, 분산 요소(150)가 절단 재충전 영역 내에 놓여지고, 광 셔터(155)로 피복되어져 있다. 도시한 바와 같이, 내부 미러(130, 135)와 충돌하는 광은 분산 요소(150)에 충돌하여 분산되고, 분산 광은 광 셔터(155)의 상태에 따라 선택적으로 방사된다. 광 셔터(155)의 또 다른 실시예를 도 3b에 나타낸다. 여기서는 제2 광 셔터(156)가, 다른 광 셔터(155)로 피복된 절단 재충전 영역의 반대측의 광 섬유의 측면에 고착되어 있다. 이와 같은 배치는 양측으로의 광 섬유로부터의 광의 선택적 방사를 허용하여, 이에 따라 예를 들면, 단일 광 섬유를 2 방면표시에 대해 사용할 수 있다.
광 셔터는 액정 구조로부터 제조되는 것이 바람직하다. 더욱 명백하게 하면, 광 셔터는 액정 요소의 어레이로서, 선택적으로 특정 파장의 광을 방사할 수 있다. 액정 요소는 행 및 열의 형태로 구성되고, 펄스 신호에 의해 어드레스될 수 있다. 광 셔터는 선택적으로 방사 광의 통과를 허용하는 필터, 편향자, 파장판 등 어떠한 구조라도 좋다는 것을 당업자는 더욱 이해할 수 있을 것이다. 광 셔터를 렌즈로서 작용시킴으로써, 방사광의 광학적 특성을 강화시키는 것도 가능하다.
매우 많은 종류의 구조 또는 장치를 광 셔터로서 이용할 수 있고, 방사 광의 특성, 예를 들면 순도, 색조, 편광 등을 제어할 수 있는 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이와 같은 장치는, 일시적 또는 항구적으로 광 섬유 또는 충전 영역 또는 그 양쪽의 특성을 변경하는 부분의, 재료의 열적, 기계적, 화학적, 전기 화학적 및 전기적 수정 및 그것에만 한정되지 않은 수정을 행할 수 있다.
분산 요소 또는 셔터로서 사용되는 재료는, 크게 구별하여 반사 요소 또는 전송 요소로 나누어진다. 후자의 예로는 절단 재충전 영역을 매립하는데 사용되는 굴절율 합치 재료와 굴절율 대비 재료가 포함된다. 당업자가 용이하게 이해하도록, 광이 광 분산 요소나 또는 광 셔터에 부딪치면, 특정 요소와의 상호 작용에 의해 그 진폭, 위상, 또는 편광 상태가 변화하는 것이 있다.
특정한 파장만을 회절시켜, 회절 격자로서 보다는 필터로서 작용하는 특정 재료는 매우 매력적이다. 이와 같은 재료에는 이산화 텔루늄(TeO2)이 포함된다.
광의 위상 변조는 당업자에 주지된 여러 방법, 예를 들면, 전송 광의 위상을 감도 좋게 변조시키지만 전송 광의 진폭에 대해서는 거의 영향이 없는 물리적 효과에 의한 방법으로 진폭 변조로 전환할 수 있다. 마찬가지로 일정한 편광 소자를 사용하여, 광의 편광 변화를 휘도 변화로 바꿀 수 있다.
재료의 광학적 성질에 영향을 주고, 분산성 광 섬유로부터의 광의 방사를 제어하거나, 또는 변조하기 위해 이용할 수 있는 물리적 효과는 굴절율, 편광, 및 흡수의 전기적 또는 자기적 변조를 포함하고, 또한, 그것에만 한정되지 않는다. 또한 광변조를 사용하여, 광 호환성 효과에 의한 굴절율 또는 흡수의 광 변조를 포함하는 이들 파라미터를 제어할 수 있다.
소자 내의 기계적 왜곡의 변화에 의하거나, 또한, 재료 중의 밀도 변조의 산란에 의한 탄성-광학적 효과 등의 기계적 효과 및 온도 효과에 의해, 광의 성질을 제어하는 것도 가능하다. 이들 방법 중 어느 하나에 의해서도 반사 소자의 반사 계수를 수정할 수 있다. 또한, 이외에 어떤 재료에서는 반사 상태로부터 비반사 상태로 전환할 수 있다. 이들 효과는 모든 결정질 및 유리질 또는 중합 재료의 양쪽에서 발생할 수 있다.
또한, 예를 들면 지시제 염료(indicator dye)의 색을 변화시키는 pH 변화와 같은 요소를 포함하여 화학적 또는 전기 화학적 수단에 의해 재료 중에 영구적 또는 불가역적 변화를 생기게 하는 것을 제어함으로써, 소자의 광학적 특성을 변조할 수 있다. 지금, 명백한 바와 같이, 본 발명의 유익한 용도는 POF를 따라 N개의 다른 위치에 확산광을 선택적으로 전달하는 것, 즉, 컴퓨터 신호, 시계 신호, 데이타 신호를 전달하거나 또는 대안적으로 다른 광 방사 장치의 제조에 사용하는 것이다.
본 실시예에 있어서, 하나의 POF는 그 길이를 따라 N개의 측면 방사구를 구비하여 제조된다. Δ1의 등간격으로 배치된 N개의 출력구의 각각에서 균일한 광 산포를 행하기 위해서는, 입사 광 파워의 전 강도는 균일하고, i번째의 출력구의 결합 효율은 ηi에서 1<i≤N이고, POF는 exp (-β1)으로 표현되는 전체 길이 의존 전달 특성을 지니고, 여기서β, l은 각각 전달 계수와 섬유 길이를 나타낸다고 가정하여, 다음 식의 관계를 사용한다.
N 개의 출입구가 모든 비교적 짧은 POF를 따라 분포하고 있는 경우에는, 수학식 1에 있어서 주요한 흡수 지수항을 제외할 수 있다. 이 경우, 다음 관계식을 비교적 용이하게 발견할 수 있다. 즉,
η1=1/N, η2=1/ (N-1), … ηN-1=0. 5, ηN=1
개개의 결합 계수가 일단 결정되면, 내부 미러의 대응하는 치수를 계산할 수 있다.
도 5는 POF의 횡단면도로, 중심부(160)와 내부 미러가 형성된 절단부(170: 사선부)를 나타낸다. 내부 미러의 면적은 절단부의 투영 깊이 h에 관련된다. 치수h는 절단 작업 중에 용이하게 측정할 수 있다. 도 1b에 도시한 파라미터를 사용하여 회전 부채꼴형의 각도 θ는 다음 식으로 계산할 수 있다.
여기서, α=h/r는 절단부의 상대 깊이이다. POF의 큰 중심부 내의 강도는 일차 근사치 내에서 균일하게 분포한다. 이와 같이 하여 미러 결합 계수 η은, η=S/(πr2)로 정의된다. 여기서 S는 내부 미러의 면적(도 5의 사선부), γ은 POF의 반경이다. 내부 미러의 면적은 하기의 수학식 3, 4의 식으로 얻을 수 있다.
당업자는 η과 α 사이에서 하기 식이 성립하는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
1≤α<2의 경우,
수학식 1 및 수학식 5는, 하나의 POF를 따라 N개의 미러를 형성하는데 사용하는 절단부의 깊이를 결정하는데 사용될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 교시에 준거하여 내부 미러를 갖는 POF를 형성하는데 적절한 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
POF(280)는 마이크로미터 제어의 XY 방향 이동 스테이지(270)에 고정되어 있다. 마이크로미터 제어의 회전 이동 스테이지(240)에 탑재되고, 열전 가열 제어 기의 제어 하에서 가열되는 나이프(knife, 250)는, POF로부터 정확한 영역을 절단하는데 사용되고, 이에 따라 내부 미러를 형성한다. 사용되는 나이프(250)는 연마된 면도날이어도 좋다. 열전 가열 제어기의 사용에 의해 나이프의 절단 온도를 정확하게 선정할 수 있다.
중요한 것은, 절단 작업 중에 기포 또는 분산 요소를 형성하도록 전기 나이프 온도를 선정할 수 있는 것이다. 본 발명의 방법에 있어서, 내부 미러 및 분산 요소 모두, 재충전 전에 동시에 형성할 수 있다.
아사히 케미컬사 제품의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 섬유(모델 TB-750)를 사용하여 만족한 결과를 얻고 있다. 섬유의 중요 부분의 직경은 750㎛이고, 파장λ=650㎚에서 굴절율n=1. 4994를 갖는다. PMMA 재료는 상온 절단에 대해서는 충분히 유연하지만, 실험 결과에 따르면 압력과 나이프 온도 85°- 100°의 범위의 조합에서 우수한 내부 미러가 완성되어, 즉, 표면 거칠기가 15㎛ 미만으로 얻어졌다.
절단 과정에서 POF의 일단이 광원, 즉, 레이저(260)에 접속되고, POF의 타단이 디지탈의 광 파라미터(290)에 접속되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여, POF의 파워 미터단에서 잔류 출력 파워를 온라인 측정하여 각 미러의 출력 강도를 정확하게 제어할 수 있다.
도 6은, PMMA 섬유의 20㎜ 단면을 따라 균등하게 제조된 일련의 16개의 내부 미러에 의한 강도 분포를 나타낸 도면이다. 내부 미러의 어느 것에도 표면에 대해 실시한 금속 피복이 없어 반사는 PMMA/공기의 계면에 있어서의 전 내면 반사에 의한 것이다. 이 사실에도 불구하고 15 대 1을 넘는 양호한 대조비가 얻어졌다.
잔류광 파워는 섬유의 출력단에서 측정하는 것보다도, 오히려 각 내부 미러의 개소에서 측정할 수 있는 것은 당업자가 용이하게 이해할 수 있는 것이다. 이 온라인 측정 방법을 이용하여, 출구 사이의 강도 변동 20% 이하의 200개의 측면 방사 출력구를 갖는 PMMA 섬유가 형성된다.
상기 내부 미러 형성 방법에 간단한 수정을 가한 방법을 병행 절단을 하기 위해 이용할 수 있다. 광 변동의 정확한 제어는 보다 곤란하지만, 특히 전체의 조립 순서를 촉진하기 위해, 기정의 절단 각도와 깊이를 갖는 복수의 나이프를 동시에 이용할 수 있다. 또한, 절단 방향을 변경하고 있는 사이에 섬유 위치를 고정시키거나, 또는 섬유 송급 방향을 변경하고 있는 사이에 절단 방향을 고정하든가 하여, 3차원 공간 거의 모든 방향으로 섬유로부터 출사되는 광을 향하게 할 수 있어, 그에 따라 완성된 섬유의 용도가 크게 광범위하게 된다.
특히, 내부 미러는 평면이나 곡면 중 어느 하나로 된다. 이렇게 하여, 광은 섬유의 전체 원주 또는 그 일부를 통해 섬유의 밖으로 벗어나 간다. 또한, 섬유로부터 밖으로 벗어나는 광은 섬유의 측면에 대해 직각보다 작은 각도로 벗어나간다. 또한, 특정한 용도에 따라 미러는 광을 부분적으로 반사하여 부분적으로 통과시키도록 제조할 수 있다.
본 발명의 추가의 예로서 2㎜ 두께의 투명한 폴리카보네이트판을 가공하여, 10개의 각 2㎜ 간격의 평행한 V자 홈열을 형성한다. 긴 PMMA 섬유를 차례로 홈에 접착시킨다. 상기의 절단 방법을 이용하여 일련의 100개의 미러가 추출된다. 다음에 이들의 내부 미러를 측정하여, 지나치게 작은 것은 확실하게 크게 추가 가공한다. 반대로 측정에서 지나치게 크다고 판명된 것은 부분적이거나 또는 전부가 적당한 재료, 예를 들면 에폭시, PMMA 등으로 매립된다. 도 7은 이와 같이 가공한 판으로 만들어진 10×10개의 광점의 패턴이다.
바람직한 실시예에 관련하여 또한 각종의 수정예와 함께 본 발명을 상세히 제시하고 설명하였지만, 다른 많은 수정예가 본 발명에서 교시된 범위에서 일탈하지 않고 실현될 수 있는 것은, 의심할 바 없이 당업자에게는 매우 명백하다. 예를 들면, 기지의 레이저 또는 다른 절단 장치는 기술한 기계적 나이프를 대용할 수 있다. 마찬가지로, 내부 미러는 평면일 필요는 없고, 오히려 어떤 다른 적당한 형태도 취할 수 있다. 따라서 본 발명은 첨부된 청구 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (23)

  1. 광 섬유 내를 이동하는 광을 분배하여 분산하는 광 분산성 광 섬유에 있어서, 상기 광 섬유 내에, 상기 광 섬유 내를 이동하는 광이 희망하는 부분에 충돌하여 상기 광 섬유의 측면으로부터 외부로 광의 방향이 벗어나도록 배치되는 하나 또는 그 이상의 미러-상기 미러는 상기 광 섬유를 절단하여 상기 광 섬유의 일부를 제거함으로써 제조되어 미러 영역이 형성되고, 그 후, 상기 미러 영역은 적절한 재료로 재충전되어짐-와, 방향을 벗어난 상기 광이 충돌하여 상기 광 섬유의 측면으로부터 빠져 나가기 전에 분산되도록 절단 부분 내에 배치되는 분산 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 섬유는 중합체 재료인 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분산 요소는 미러의 표면에 도포되는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  4. 제1항에 있어서, 상기 절단 부분을 재충전하기 전에, 상기 분산 요소를 재충전 재료에 첨가하는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  5. 제2항에 있어서, 상기 분산 요소는 상기 절단 부분을 절단 중에 상기 광 섬유 내에 형성된 기포인 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  6. 제1항에 있어서, 광 셔터를 더 포함하고, 상기 광 셔터는 상기 광 섬유의 측면으로부터 빠져나가는 광이 상기 광 셔터를 통과하도록 상기 절단 부분을 피복하는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  7. 제6항에 있어서, 상기 광 셔터는 상기 광 섬유의 절단 부분 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  8. 제6항에 있어서, 상기 광 셔터는 광이 빠져 나가는 상기 광 섬유의 측면에 고착되고, 또한 상기 광 섬유의 절단 부분을 완전히 피복하는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  9. 제6항에 있어서, 상기 광 섬유의 절단 중에 광 파워를 측정할 수 있도록 상기 광 섬유가 광원과 파워 미터에 접속되는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  10. 제6항에 있어서, 제2 광 셔터를 더 포함하고, 상기 제2 광 셔터는 상기 절단 부분의 반대측에 있는 광 섬유의 측면으로부터 빠져 나가는 광이 상기 제2 광 셔터를 통과하도록 상기 절단 부분을 피복하는 상기 광 셔터의 반대측에 있는 광 섬유의 측면에 고정되는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  11. 제6항에 있어서, 상기 광 셔터는 액정 장치인 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  12. 제6항에 있어서, 상기 광 셔터는 광학 필터인 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  13. 제6항에 있어서, 상기 광 셔터는 편광 필터인 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  14. 제3항에 있어서, 상기 미러 표면에 대해 화학 처리를 실시하여 상기 분산 요소를 형성하는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  15. 제3항에 있어서, 상기 미러 표면에 대해 기계적 처리를 실시하여 상기 분산 요소를 형성하는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  16. 제3항에 있어서, 상기 분산 요소는 광 반사성을 갖는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  17. 제3항에 있어서, 상기 분산 요소는 광 투과성을 갖는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  18. 제3항에 있어서, 상기 분산 요소는 굴절율 정합 재료인 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  19. 제3항에 있어서, 상기 분산 요소는 굴절율 대비 재료인 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  20. 광 섬유 내를 이동하는 광을 분배하여 분산하는 광 분산성 광 섬유에 있어서, 상기 광 섬유 내에, 상기 광 섬유 내를 이동하는 광이 희망하는 부분에 충돌하여 상기 광 섬유의 측면으로부터 외부로 광의 방향이 벗어 날 수 있도록 배치되는 하나 또는 그 이상의 미러-상기 미러는 상기 광 섬유를 절단하여 상기 광 섬유의 일부를 제거함으로써 제조되어 미러 영역이 형성되고, 그 후, 상기 미러 영역은 적절한 재료로 재충전되어짐-와, 방향을 벗어난 상기 광이 충돌하여 상기 광 섬유의 측면으로부터 빠져나가기 전에 분산되도록 절단 부분 내에 배치되는 분산 요소와, 선택적으로 어드레스 가능한 광 셔터 어레이-상기 광 셔터 어레이는 빠져 나가는 상기 광이 상기 광 셔터 어레이를 통과하도록 상기 광 섬유의 광 출사측에 고착됨-를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  21. 제20항에 있어서, 선택적으로 어드레스 가능한 제2 광 셔터 어레이를 더 포함하고, 상기 제2 광 셔터 어레이는 상기 광 섬유의 광 출사측에 대해 반대가 되는 광 섬유 측면에 고착되고, 상기 광 출사측으로부터 빠져 나가는 광을 통과시키는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  22. 제6항에 있어서, 상기 광 셔터는 이산화텔루늄의 결정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
  23. 제1항에 있어서, 상기 분산 요소는 이산화티탄을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 분산성 광 섬유.
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