KR100310844B1 - 웨지형광섬유및레이져다이오드모듈의구조. - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨지형 단일모드 광섬유와 결합한 레이져 다이오드 모듈에 관한 것으로, 상기 웨지형 단일모드 광섬유에 무반사 코팅처리된 렌즈를 적용하여 결합효율을 향상시킨 웨지형 광섬유 및 레이져 다이오드 모듈의 구조를 제공하기 위한 것이다. 상기 레이져 다이오드 모듈은 상기 레이져 다이오드의 일측에 위치하며 상기 레이져 다이오드로부터 출사되는 광을 전송하는 단일모드 광섬유와, 상기 단일모드 광섬유의 일측 끝단에 약 45°정도의 각도로 가공 형성되며 상기 레이져 다이오드와 광결합시키기 위한 렌즈와, 상기 레이져 다이오드와 단일모드 광섬유 사이에 설치되며 상기 레이져 다이오드와의 광결합 효율을 증대시키기 위한 비구면 렌즈와, 상기 비구면 렌즈의 표면에 코팅되며 습기와 열로부터 상기 비구면 렌즈를 보호하기 위한 무반사 코팅부로 구성된 것이다.

Description

웨지형 광섬유 및 레이져 다이오드 모듈의 구조{STRUCTURE OF LASER DIODE MODULE AND WEDGE OPTICAL FIBER}

본 발명은 웨지형 단일모드 광섬유와 결합한 레이져 다이오드 모듈에 관한것으로서, 특히 웨지형 단일모드 광섬유에 무반사 코팅처리된 렌즈를 적용하여 결합 효율을 향상시킨 웨지형 광섬유 및 레이져 다이오드 모듈의 구조에 관한 것이다.

통상적으로, 펌프 레이져 다이오드는 광기기의 신호 증폭용으로 사용되며, 상기 레이져 다이오드로부터 출사되는 광은 광섬유를 통해 전송된다. 이때, 상기 광섬유의 일측 끝단에는 상기 레이져 다이오드와 광섬유를 서로 광결합시키기 위하여 소정의 각도로 가공된 렌즈가 형성된다. 이와 같은 광섬유를 테이퍼드 광섬유(Tapered Optical Fiber)라 한다. 상기 테이퍼드 광섬유의 결합 효율은 약 33.8%이며, 이는 광학적인 한계치이기 때문에 더 이상의 고출력 파워(Power)를 얻을 수 없다. 그리고 상기 테이퍼드 광섬유의 제작 방법은 아크(ARC) 방전에 의하여 광섬유를 녹여 제작하므로서 광 결합(Coupling)의 핵심 부분인 광섬유 코아(Core)의 변형을 초래하여 결과적으로 결합 효율이 낮은 원인이 되었다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 물리적인 손상없이 알루미나 파우더로 기계적 연마(Polishing)에 의해서 렌즈를 형성한 웨지형 광섬유(Wedge Optical Fiber)가 개발되었다. 상기 웨지형 광섬유는 미국 특허번호 제 5,455,879 호(타원형의 광원과 광섬유와의 결합을 위한 에너몰픽 마이크로 렌즈)에 매우 상세히 기술되어 있다.

그러나, 상기 웨지형 광섬유는 렌즈의 형태를 레이져 다이오드의 NFP(Near Field Pattern)의 형태와 비슷하게 제작하였기 때문에 광 손실을 줄여 높은 광결합 효율을 구현할 수는 있지만, 고출력 파워의 980nm 펌프 레이져 다이오드와의 광결합에는 어려움이 있다. 이는 상기 펌프 레이져 다이오드의 출력광이 분산형 타원형을 이루기 때문에 상기 타원형의 출력광이 광섬유의 끝단에 형성된 렌즈의 표면에 반사되어 결합 효율이 현저히 떨어지게 된다. 즉, 상기 웨지형 광섬유의 끝단에 연마된 렌즈의 표면에서 반사손실이 발생하여 상기 레이져 다이오드의 칩을 노후화시키고 결합 효율도 떨어뜨리며, 이로인해 상기 980nm 파장대의 펌프 레이져 다이오드의 출력 파워도 현격히 떨어지는 문제점이 발생하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 웨지형 광섬유의 끝단에 형성된 렌즈의 표면을 무반사 코팅처리하여 레이져 다이오드의 노화를 방지할 수 있는 웨지형 광섬유를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 웨지형 광섬유와 레이져 다이오드 사이에 무반사 코팅처리된 비구면 렌즈를 설치하여 레이져 다이오드와 웨지형 광섬유 간의 결합 효율을 향상시킬 수 있는 레이져 다이오드 모듈의 구조를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 레이져 다이오드로부터 출사되는 타원형의 광원을 원형으로 포커싱할 수 있는 레이져 다이오드 모듈의 구조를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 발광소자로부터 출사되는 광을 전송하기 위한 코아 및 클래딩을 가지는 단일모드 광섬유에 있어서, 상기 단일모드 광섬유의 일측 끝단에 약 45°±5 정도의 각도로 가공 형성되며 상기 발광소자와 광결합시키기 위한 렌즈와, 상기 렌즈의 표면에 코팅되며 상기 렌즈 표면의반사 손실에 의한 상기 발광소자의 노후화를 방지하기 위한 무반사 코팅부로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이져 다이오드 모듈은 상기 레이져 다이오드의 일측에 위치하며 상기 레이져 다이오드로부터 출사되는 광을 전송하는 단일모드 광섬유와, 상기 단일모드 광섬유의 일측 끝단에 약 45°정도의 각도로 가공 형성되며 상기 레이져 다이오드와 광결합시키기 위한 렌즈와, 상기 레이져 다이오드와 단일모드 광섬유 사이에 설치되며 상기 레이져 다이오드와의 광결합 효율을 증대시키기 위한 비구면 렌즈와, 상기 비구면 렌즈의 표면에 코팅되며 습기와 열로부터 상기 비구면 렌즈를 보호하기 위한 무반사 코팅부로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨지형 광섬유의 구조를 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨지형 광섬유와 결합한 레이져 다이오드 모듈의 구성을 나타낸 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 광섬유 12: 클래딩

14: 코아 16,46: 무반사 코팅부

18,44: 렌즈 30: 레이져 다이오드

40: 비구면 렌즈 42: 고정 브라켓

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐트릴 수 있는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨지형 광섬유의 구조를 나타낸 개략도로서, 상기 웨지형 광섬유(Wedge Optical Fiber)는 중심축을 기준으로 코아 14와 클래딩 12가 대칭되게 원형을 이루고 있다. 이때 상기 광섬유 10은 단일모드 광섬유를 일컫는다. 상기 광섬유 10의 일측 끝단은 소정의 각도 "θ" 만큼 가공 연마된 렌즈 18이 중심축을 기준으로 대칭적으로 형성된다. 이때, 상기 렌즈 18은980nm 파장대를 가지는 레이져 다이오드와 광섬유 10을 광결합 시킨다. 또한 상기 렌즈 18은 알루미나 파우더로 기계적 연마(Polishing)에 의해 형성되며, 약 45°±5 정도의 각도로 연마되며, 상기 렌즈 18의 연마된 길이 "a"는 약 0.5mm 정도이다. 그리고, 상기 렌즈 18의 표면에는 무반사 코팅(Anti-Reflection Coating) 처리된 코팅부 16이 형성된다. 이때 상기 무반사 코팅부 16은 렌즈 18의 표면에서 발생하는 반사 손실을 최대한 감소시켜 레이져 다이오드의 칩 노화 현상을 방지한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨지형 광섬유와 결합한 레이져 다이오드 모듈의 구성을 나타낸 개략도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 레이져 다이오드 모듈의 구조는 도 2에 도시한 바와 같이, 광기기의 신호 증폭용으로 사용되는 980nm 파장대의 펌프 레이져 다이오드 30이 설치된다. 상기 레이져 다이오드 30의 일측에는 코아 14 및 클래딩 12로 구성된 웨지형 광섬유 10이 설치된다. 이때 상기 광섬유 10의 일측 끝단에는 약 45°±5 정도의 각도로 연마된 렌즈 18이 형성되며, 상기 렌즈 18의 표면에는 무반사 코팅처리된 코팅부 16이 형성된다. 여기서, 상기 웨지형 광섬유의 구조는 도 1에서 상세히 설명하였기 때문에 본 도 2에서는 그 설명을 생략한다.

그리고, 상기 레이져 다이오드 30과 광섬유 10 사이에는 광섬유 10과 레이져 다이오드 30과의 광결합 효율을 증대시키기 위해 비구면 렌즈 40이 설치된다. 이때 상기 비구면 렌즈 40은 고정 브라켓 42와 렌즈 44로 구성되며, 상기 렌즈 44의 표면에는 광기기의 내부에서 발생하는 습기와 열로부터 상기 렌즈 44를 보호하기 위하여 코팅처리된 무반사 코팅부 46이 형성된다. 또한 상기 고정 브라켓 42는 렌즈 44의 상/하단을 고정시킨다.

상기와 같은 구성에 따라서, 웨지형 광섬유와 결합한 레이져 다이오드 모듈의 동작 과정을 도 2를 참조하여 설명하면 하기와 같다.

먼저, 980nm 파장대의 펌프 레이져 다이오드 30에서 출사된 타원형의 분산된 광 100은 무반사 코팅 "46" 처리된 렌즈 44를 통해 원형으로 포커싱되어 광섬유 10 측으로 입사된다. 이후 상기 렌즈 44에 입사되어 포커싱된 광 102는 무반사 코팅 "16" 처리된 광섬유 10의 끝단에 형성된 렌즈 18에 입사된다. 이어서 상기 렌즈 18을 통과한 광 102는 광섬유의 코아 14를 통해 출력된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 웨지형 광섬유 및 레이져 다이오드 모듈의 구조는 펌프 레이져 다이오드와 웨지형 광섬유 간의 결합 효율을 증가시킬 수 있으며, 동시에 상기 레이져 다이오드의 출력 파워를 증가시킬 수 있다. 또한 상기 웨지형 광섬유의 렌즈 표면을 무반사 코팅 처리함으로써 상기 렌즈 표면에서 발생하는 반사 손실로 인한 레이져 다이오드 칩의 노후화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 광기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 발광소자로부터 출사되는 광을 전송하기 위한 코아 및 클래딩을 가지는 단일모드 광섬유에 있어서,

   상기 단일모드 광섬유의 일측 끝단에 약 45°±5 정도로 가공 연마하여 형성되며, 상기 발광소자와 단일모드 광섬유를 광결합시키기 위한 렌즈와,

   상기 렌즈 표면의 반사 손실에 의한 발광소자의 노후화를 막기 위해 렌즈 표면에 코팅된 무반사 코팅부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 웨지형 광섬유.
2. 제1항에 있어서, 상기 발광소자는 980nm 파장대를 가지는 펌프 레이져 다이오드 임을 특징으로 하는 웨지형 광섬유.
3. 레이져 다이오드 모듈에 있어서,

   상기 레이져 다이오드의 일측에 위치하며, 상기 레이져 다이오드로부터 출사되는 광을 전송하는 단일모드 광섬유와,

   상기 단일모드 광섬유의 일측 끝단에 가공 형성되며, 상기 레이져 다이오드와 단일모드 광섬유를 광결합시키기 위한 렌즈와,

   상기 레이져 다이오드와 단일모드 광섬유 사이에 설치되며, 상기 레이져 다이오드와의 광결합 효율을 증대시키기 위한 비구면 렌즈와,

   상기 비구면 렌즈의 표면에 코팅되며, 습기와 열로부터 상기 비구면 렌즈를 보호하기 위한 무반사 코팅부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 레이져 다이오드 모듈의 구조.
4. 제3항에 있어서, 상기 단일모드 광섬유의 표면에 형성된 렌즈는 약 45°±5 정도로 가공 연마되어 형성됨을 특징으로 하는 레이져 다이오드 모둘의 구조.
5. 제3항에 있어서, 상기 레이져 다이오드는 광기기의 신호 증폭용으로 사용되는 980nm 파장대의 펌프 레이져 다이오드 임을 특징으로 하는 레이져 다이오드 모듈의 구조.

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