KR100296386B1 - 레이저빔프로파일변형방법및장치그리고광섬유그레이팅가공방법 - Google Patents

Abstract

레이저 빔 프로파일의 변형 방법 및 장치 그리고 광섬유 그레이팅의 가공방법에 관하여 개시한다. 본 발명은, 입사되는 레이저 빔을 제1 프리즘의 촛점에 집속시키고, 상기 집속된 후 분산되는 빔을 상기 제1 프리즘에 나란하게 배치된 제2 프리즘에 의해 평행광으로 진행시킨다. 상기 제1 프리즘으로부터 제2 프리즘을 통과한 상기 빔의 프로파일을 입사시의 빔 프로파일에 대응하여 상반된 구조로 변형시킴으로써 상기 빔의 프로파일을 평탄화시킨다.

본 발명에 의하면, 광섬유 그레이팅의 제조광원인 레이저 빔 강도의 공간적인 프로파일을 평탄화시켜서 그레이팅의 균일도 및 홈 밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

레이저 빔 프로파일 변형방법 및 장치 그리고 광섬유 그레이팅 가공방법

제1도는 종래방법에 의한 레이저 빔 프로파일, 그레이팅용 마스크 및 상기 빔에 의해 가공된 광섬유 그레이팅을 도시하는 개략적인 단면도.

제2도는 종래방법에 의한 광섬유 그레이팅에서 가공 경계면의 상태를 나타내는 개략적인 단면도.

제3도는 본 발명에 의한 레이저 빔 프로파일, 그레이팅용 마스크 및 상기 빔에 의해 가공된 광섬유 그레이팅을 도시하는 개략적인 단면도.

제4도는 본 발명에 의한 광섬유 그레이팅에서 가공 경계면의 상태를 나타내는 개략적인 단면도.

제5도는 본 발명에 의한, 빔 강도의 프로파일을 평탄화하는 광학계를 도시한 개략적인 단면도.

제6도는 본 발명에 의한 광섬유 그레이팅의 가공 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2 ..... 빔 3 ..... . 마스크

5 ....... 광섬유 a, b ..... 그레이팅

6, 8 .... 제 1 및 제2 프리즘

10 ...... 바이-프리즘 12, 14 .... 제1 및 제2 원통렌즈

본 발명은 레이저 빔 프로파일의 변형방법 및 장치 그리고 광섬유 그레이팅(grating)의 가공방법에 관한 것으로, 특히 광섬유 그레이팅의 제조광원인 레이저 빔 강도(intensity)의 공간적인 프로파일을 평탄화시키는 방법과, 평탄화된 빔에 의해 광섬유 그레이팅이 균일도 및 홈 밀도를 향상시킬 수 있는 가공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광섬유 그레이팅의 가공 광원으로 엑시머 레이저(excimer laser)가 이용되는데, 상기 엑시머 레이저 빔은 준가우시안(Near Gaussian) 분포로 진행하기 때문에 빔 강도의 공간적 프로파일이 균일하지 않게 된다.

제1도는 종래의 준가우시안 분포를 갖는 엑시머 레이저 빔의 프로파일, 그레이팅용 마스크 및 상기 빔에 의해 가공된 광섬유 그레이팅을 도시하는 개략적인 단면도이다. 여기서, 참조부호 1은 레이저 빔의 강도 프로파일을 나타내고, 3은 그레이팅용 마스크, 5는 광섬유를 나타낸다.

상기 제1도에 도시된 바와 같이, 엑시머 레이저 빔은 그 중심부와 가장자리부의 빔 강도가 다르기 때문에, 상기 레이저 빔으로 광섬유(5)의 표면에 그레이팅을 만들때 광섬유(5)에 전달되는 빔의 세기가 다르게 되어 가공되는 그레이팅(a)의 각 홈의 깊이가 일정하지 못하게 된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 빔 강도의 차이가 비교적 크지 않은 빔의 중심부근만을 이용하여야 하는데, 상기한 방법에 의해 가공된 광섬유 그레이팅의 가공 경계면 상태가 제2도에 도시되어 있다.

제2도를 참조하면, 빔의 중심부근만을 이용할 경우, 직경이 2cm인 레이저 빔에 있어서 가공에 유효한 직경은 그레이팅의 정밀도에 따라 차이는 있지만 대략 0.5cm 정도가 된다. 상기와 같은 가공 유효 직경을 갖는 빔을 이용하여 길이가 6cm인 광섬유 그레이팅을 만들 경우, 12회에 걸쳐 가공하여야 하므로 매회 가공시 불완전한 그레이팅 홈이 나타날 수 있는 경계부분이 생기게 되고 가공시간이 길어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래방법의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 빔 강도의 프로파일이 평탄화될수 있는 레이저 빔 프로파일 변형방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기한 레이저 빔 프로파일 변형방법을 구현하는데 특히 적합한 레이저 빔 프로파일 변형장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기한 레이저 빔 프로파일 변형방법을 이용하여 그레이팅의 균일도 및 홈 밀도를 제어할 수 있는 광섬유 그레이팅 가공방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 빔 프로파일 변형방법은,

입사되는 레이저 빔을 제1 프리즘의 촛점에 집속시키는 단계; 및

상기 집속된 후 분산되는 빔을 상기 제1프리즘에 나란하게 배치된 제2 프리즘에 의해 평행광으로 진행시키는 단계를 구비하며,

상기 제1 프리즘으로부터 제2 프리즘을 통과한 상기 빔의 프로파일을 입사 시의 빔 프로파일에 대응하여 상반된 구조로 변형시킴으로써 상기 빔의 프로파일을 평탄화시키도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 빔 프로파일 변형장치는,

입사되는 레이저 빔을 그 촛점에 집속시키는 제1 프리즘과.

상기 집속된 후 분산되는 빔을 평행광으로 진행시키는 제2 프리즘을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 프리즘과 제2 프리즘은 그들의 촛점이 서로 일치되도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 또다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른, 레이저 빔을 가공 광원으로 이용하는 광섬유 그레이팅의 가공방법에 있어서,

입사되는 레이저 빔을 제1 프리즘의 촛점에 집속시키는 단계;

상기 집속된 후 분산되는 빔을 상기 제1 프리즘에 나란하게 배치된 제2 프리즘에 의해 평행광으로 진행시켜서 상기 빔의 프로파일을 입사시의 빔 프로파일에 대응하여 상반된 구조로 변형시킴으로써 상기 빔의 프로파일을 평탄화시키는 단계;

상기 빔을 제1 원통형 렌즈로 집광하는 단계; 및

상기 제1 원통형 렌즈의 촛점에 위치한 그레이팅용 마스크와 상기 마스크로부터 소정 거리만큼 떨어진 곳에 위치한 제2 원통형 렌즈를 이용하여, 상기 마스크의 상이 광섬유의 표면에 맺게함으로써 상기 광섬유의 표면에 그레이팅을 가공하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 프리즘으로 이루어진 한쌍의 프리즘은 X축 방향 및 Y축 방향에 모두 배치하는 것이 바람직하다.

상기 제2 원통형 렌즈는 상기 마스크로부터 상기 제2 원통형 렌즈의 촛점거리만큼 떨어진 곳에 배치하는 것이 바람직하며, 상기 마스크의 위치를 조절하여 상기 광섬유의 그레이팅 밀도를 변화시킬 수 있다.

또한, 제2 원토형 렌즈와 광섬유 표면 사이의 거리 및 제2 원통형 렌즈의 촛점거리를 변화시켜서 그레이팅의 밀도를 변화시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 두개의 프리즘들로 이루어진 바이-프리즘(Bi-Prism)을 이용하여 레이저 빔의 강도 프로파일을 평탄화시키고, 평탄화된 레이저 빔을 이용하여 광섬유 그레이팅을 가공한다. 따라서, 레이저 빔의 강도가 전체적으로 일정하게 되어 광섬유 그레이팅의 균일도를 개선시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명에 의한 평탄화된 레이저 빔 프로파일, 그레이팅용 마스크 및 상기 빔에 의해 가공된 광섬유 그레이팅을 도시하는 개략적인 단면도이다. 여기서, 참조부호 2는 평탄화된 레이저 빔의 강도 프로파일을 나타내고, 3은 그레이팅용 마스크, 5는 광섬유를 나타낸다.

제3도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의하면 레이저 빔의 강도 프로파일이 평탄하게 되어, 빔의 중심부와 가장자리부에서 빔 강도의 차이가 없게 된다. 따라서, 상기 평탄화된 빔 강도에 의해, 광섬유 표면에 가공되는 그레이팅(b)의 각 홈의 깊이가 일정하게 된다.

제4도는 본 발명에 의한 광섬유 그레이팅에서 가공 경계면의 상태를 나타내는 개략적인 단면도이다.

제4도를 참조하면, 직경이 2cm인 레이저 빔의 강도 프로파일을 평탄화한 다음 광섬유 표면에 그레이팅을 가공할 경우, 상기 빔의 유효직경이 2cm가 되기 때문에 3회만 가공하면 길이 6cm의 광섬유 그레이팅을 만들 수 있다. 따라서, 상기 제2도에서 설명한 종래방법에 비해 가공횟수를 단축할 수 있으므로, 불완전한 그레이팅 홈이 나타날 수 있는 경계부분을 줄여서 정밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 가동시간을 단축할 수 있으므로, 공정 생산성을 증가시킬 수 있다.

제5도는 본 발명에 의한, 빔 강도의 프로파일을 평탄화하는 광학계를 도시한 개략적인 단면도이다.

제5도를 참조하면, 엑시머 레이저의 빔 강도를 일정하게 만들기 위하여, 먼저, 제1 프리즘(6)을 이용하여 입사되는 빔(2a)의 공간적인 프로파일을 상기 빔의 중심을 기준으로 하여 두개로 나눈다. 상기 나눠진 빔은 제1 프리즘(6)의 촛점에서 겹쳐 만난 후, 서로 위치가 바뀌어서 다시 갈라지게 된다. 이와 같이 서로 갈라져서 한없이 퍼져나가는 빔을 제1 프리즘(6)으로 입사하기 전과 같이 평행하게 진행시키기 위하여 또다른 제2 프리즘(8)을 상기 제1 프리즘(6)에 나란하게 배치한다. 상기 제2 프리즘(8)을 통과한 빔(2b)은 제1 프리즘(6)으로 입사하기 전의 빔(2a)과 비교하여 볼 때 중심을 축으로 하여 서로 위치만 바뀌어 평행하게 진행한다. 즉, 상기 제2 프리즘(8)을 통과한 빔(2b)은 원래의 입사 빔(2a)과는 반대로 그 중심부의 강도는 약하고 가장자리부의 강도가 강하게 된다. 그러나, 상기 빔(2b)은 진행함에 따라 호이겐스의 원리(Huygen's Principle)에 의해 두 빔이 퍼져나가면서 합해지므로 그 중심부의 강도는 강해지고 가장자리부의 강도는 거의 일정하게 유지되어(2c 참조), 일정한 거리를 진행한 후에는 그 강도가 전체적으로 균일한 빔(2)을 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 제1 및 제2 프리즘으로 이루어진 바이-프리즘 두쌍을 X축 방향 및 Y축 방향에 모두 배치하게 되면, 엑시머 레이저의 빔 프로파일을 X축 및 Y축 방향으로 모두 평탄화시킬 수 있다.

이하, 상술한 본 발명의 레이저 빔 변형방법을 이용하여 광섬유 그레이팅을 가공하는 방법을 상세하게 설명한다.

제6도는 본 발명에 의한 광섬유 그레이팅의 가공 구성도이다.

제6도를 참조하면, 상기 제5도를 참조하여 설명한 방법한 방법에 의해, X축, 및 Y축 방향으로 두쌍의 바이-프리즘을 배치하여 입사 레이저 빔(2a)의 강도 프로파일을 변형시켜서 평탄화된 빔(2)을 얻는다. 이어서, 상기 평탄화된 빔(2)을 제1 원통형 렌즈(12)를 이용하여 한 방향으로 집광한 다음, 상기 제1 원통형 렌즈(12)의 촛점에 그레이팅용 마스크(3)을 배치한다. 이어서, 또다른 제2 원통형 렌즈(14)를 상기 마스크(3)로부터 소정거리, 예컨대 제2 원통형 렌즈(14)의 촛점거리만큼 떨어진 위치에 배치한 다음, 상기 제2 원통형 렌즈(14)를 통과한 마스크(3)의 상(image)이 시료인 광섬유(5)의 표면에 맺게 하여 상기 광섬유(5)의 표면에 그레이팅을 가공한다.

여기서, 상기 마스크(3)와 제2 원통형 렌즈(14) 사이의 거리(a), 제2 원통형 렌즈(14)와 상이 맺히는 광섬유(5) 표면사이의 거리(b), 및 제2 원통형 렌즈의 촛점거리(f) 중의 어느 하나를 바꾸게 되면, 다음의 식으로 표시되는 렌즈의 기본 원리에 의해 그레이팅의 홈 밀도를 변화시킬 수 있다.

여기서, m은 마스크가 광섬유의 표면에 맺는 상의 비율이다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 두쌍의 바이-프리즘을 이용하여 레이저 빔의 강도 프로파일을 X축 및 Y축 방향으로 각각 평탄화시킨다. 그 결과, 레이저 빔의 강도가 전체적으로 일정하게 되어 광섬유 그레이팅의 균일도를 개선시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는 그레이팅용 마스크와 광섬유 사이에 원통형 렌즈를 배치하기 때문에, 상기 마스크의 상을 이용하여 광섬유 표면에 그레이팅을 가공한다. 따라서, 마스크의 위치를 조절함으로써 그레이팅의 홈 밀도를 용이하게 변화시킬 수 있다.

본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

Claims (7)

1. 입사되는 레이저 빔을 제1 프리즘의 촛점에 집속시키는 단계: 및

   상기 집속된 후 분산되는 빔을 상기 제1 프리즘에 나란하게 배치된 제2 프리즘에 의해 평행광으로 진행시키는 단계를 구비하며,

   상기 제1 프리즘으로부터 제2 프리즘을 통과한 상기 빔의 프로파일을 입사 시의 빔 프로파일에 대응하여 상반된 구조로 변형시킴으로써 상기 빔의 프로파일을 평탄화시키도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 프로파일의 변형방법.
2. 입사되는 레이저 빔을 그 촛점에 집속시키는 제1 프리즘과,

   상기 집속된 후 분산되는 빔을 평행광으로 진행시키는 제2 프리즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 프로파일의 변형장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 프리즘과 제2 프리즘의 촛점을 일치시킨 것을 특징으로 하는 레이저 빔 프로파일의 변형장치.
4. 레이저 빔을 가공 광원으로 이용하는 광섬유 그레이팅의 가공방법에 있어서,

   입사되는 레이저 빔을 제1 프리즘의 촛점에 집속시키는 단계:

   상기 집속된 후 분산되는 빔을 상기 제1 프리즘에 나란하게 배치된 제2 프리즘에 의해 평행광으로 진행시켜서 상기 빔의 프로파일을 입사 시의 빔 프로파일에 대응하여 상반된 구조로 변형시킴으로써 상기 빔의 프로파일을 평탄화시키는 단계:

   상기 빔을 제1 원통형 렌즈로 집광하는 단계: 및

   상기 제1 원통형 렌즈의 촛점에 위치한 그레이팅용 마스크와 상기 마스크로부터 소정 거리만큼 떨어진 곳에 위치한 제2 원통형 렌즈를 이용하여, 상기 마스크의 상이 광섬유의 표면에 맺게함으로써 상기 광섬유의 표면에 그레이팅을 가공하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 그레이팅의 가공방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 프리즘으로 이루어진 한쌍의 프리즘을 X축 방향 및 Y축 방향에 모두 배치하는 것을 특징으로 하는 광섬유 그레이팅의 가공방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 제2 원통형 렌즈를 상기 마스크로부터 상기 제2 원통형 렌즈의 촛점거리만큼 떨어진 곳에 배치하는 것을 특징으로 하는 광섬유 그레이팅의 가공방법.
7. 제4항에 있어서, 상기 마스크의 위치를 조절하여 상기 광섬유의 그레이팅 밀도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 그레이팅의 가공방법.