KR100342507B1 - 진폭 마스크 및 이를 이용한 광섬유 격자 제작장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진폭 마스크 및 이를 이용한 광섬유 격자 제작장치에 관한 것으로서, 개시된 광섬유 격자 제작장치는 광섬유 격자 제작장치에 있어서, 자외선 광원; 상기 자외선 광원에서 출사된 자외선 광을 준비된 광섬유에 대해 수직방향으로 집속시키기 위한 원통형 볼록 렌즈; 상기 자외선 광을 광섬유에 대해 수평방향으로 확장시키기 위한 원통형 오목 렌즈; 상하방향으로 온-오프 비가 선형적으로 변하며, 상기 상하방향으로 등속도 또는 등가속도로 속도조절을 하여 상기 준비된 광섬유에 다수의 주기를 갖는 다양한 격자를 생성시키는 이동성 진폭 마스크; 및 상기 광섬유에 생성되는 전체 격자 길이를 조절하기 위한 슬릿으로 구성된다. 따라서, 본 발명은 다양한 형태의 코아 굴절률을 갖는 광섬유 격자를 제작하게 되었다.
Description
본 발명은 광섬유 격자(optical fiber grating)에 관한 것으로서, 특히 광섬유 격자 구조를 제작하는데 사용하는 진폭 마스크(amplitude mask) 및 이를 이용한 광섬유 격자 제작장치에 관한 것이다.
통상적으로 광섬유의 코아(core)로 진행하는 특정 파장을 선택하기 위한 필터로서, 자외선(UV light) 영역의 레이져를 이용하여 광섬유내의 굴절률에 주기적인 변화를 유도하여 특정 파장의 빛을 제거하거나 반사시킬 수 있는 광섬유 격자가 사용된다. 이러한 광섬유 격자의 예로는 단주기(short-period) 광섬유 격자들과 장주기(long-period) 광섬유 격자들을 들 수 있다.
단주기 광섬유 격자는 특정 파장만을 반사시켜 필터링 기능을 수행하는 반면에, 장주기 광섬유 격자는 광섬유의 코아로 진행하는 코아 모드(core mode)를 클래딩 모드(cladding mode)로 커플링 소자이다. 이들 중에 수십에서 수백 마이크로미터의 주기를 갖는 장주기 광섬유 격자들은 진행하는 코아 모드의 빛을 진행방향의 클래딩 모드로 커플링(coupling)시켜 원하는 특정 파장의 빛을 제거시킬 수 있기 때문에 어븀첨가 광섬유 증폭기(EDFA:Erbium Doped Fiber Amplifier)의 이득평탄화용 필터로서 사용된다.
상기 광섬유 격자들은 자외선에 민감(sensitive)한 광섬유의 코아에 주기적으로 굴절률 변화를 주어 제작한다. 이때, 자외선에 노출된 부분은 굴절률이 증가하고, 그렇지 않은 부분은 굴절률 변화가 없기 때문에 광섬유 길이방향으로 주기적으로 굴절률 변화가 발생한다. 광섬유 격자들을 제작하기 위한 종래의 광섬유 격자 제작장치가 도 1에 도시되었고, 종래에 사용된 진폭 마스크가 도 2에 도시되었으며, 이를 이용한 균일한 광섬유 격자 구조가 도 3에 도시되었다.
도 1에 도시된 바와같이, 광섬유 격자 제작장치는 자외선을 발생시키는 자외선 광원(110)과, 자외선 광원(110)을 수직방향으로 광섬유(P)에 집속시키기 위한 원통형 볼록 렌즈(112)와, 자외선 광원을 수평방향으로 확장시키기 위한 원통형 오목 렌즈(114)와, 균일한 온-오프 비를 가지는 균일 진폭 마스크(116)와, 격자 길이를 조절하기 위한 슬릿(118)으로 구성된다. 그리고, 종래의 광섬유 격자 제작장치는 광섬유(P)를 지지하기 위한 광섬유 고정대(120)를 포함하며, 광섬유 격자 제작시 성장거동을 실시간 모니터링할 수 있는 광대역 광원(122)과 광 스펙트럼 분석기(124)를 구비한다.
도 2에 도시된 바와같이, 종래에는 광섬유 격자 주기 형성에 있어서, 하나로 고정된 균일한(uniform) 온-오프 비(ON-OFF RATIO)를 갖는 진폭 마스크(116)를 가지고 광섬유 격자가 제작되었다. 여기서 온-오프 비란 코어의 굴절률이 변하는 부분과 변하지 않는 부분의 비를 의미한다. (a)는 진폭 마스크의 상부 하측에 광섬유가 놓여져 자외선 광원에 의해 조사되어 광섬유 격자가 제작되는 경우를 말하고, (b)는 진폭 마스크의 중간 하측에 광섬유가 놓여져 자외선 광원에 의해 조사되어 광섬유 격자가 제작되는 경우를 말하며, (c)는 진폭 마스크의 하부 하측에 광섬유가 놓여져 자외선 광원에 의해 조사되어 광섬유 격자가 제작된 경우를 말한다.
그러나, 도 3에 도시된 바와같이, 이러한 진폭 마스크를 사용하여 광섬유 격자를 제작한 경우 광섬유 격자 구조는 진폭 마스크와 동일한 하나의 온-오프 비를 갖는 균일한 형태로만 제작될 수 밖에 없다.
일반적으로 광섬유 격자 제작시, 진폭 마스크의 온-오프 비는 제작시간을 조절하는데 영향을 준다. 광섬유 격자 제작시, 진폭 마스크의 온-오프 비가 증가하면, 제작시간이 단축되고, 진폭 마스크의 온-오프 비가 감소하면, 제작시간이 길어진다. 이는 대량생산시 제작시간이 길어 생산량이 적은 경우, 진폭 마스크의 온-오프 비를 증가시켜줌으로서 제작시간을 단축하여 생산량을 증가시킬 수 있으며, 반대로 제작시간이 짧아 재현성이 낮은 경우, 진폭 마스크의 온-오프 비를 감소시켜 줌으로서 재현성을 높일 수 있다.
이와 같이 종래에서는 균일한 온-오프 비로 진폭 마스크가 제작되어 있기 때문에 각각에 맞는 진폭 마스크가 따로따로 제작되어야 하며, 제작상황에 따라 진폭 마스크를 교체해야 하기 때문에 제작시 많은 번거로움과 많은 비용이 소요된다. 또한, 진폭 마스크의 온-오프 비가 하나로 고정되어 있기 때문에 이에 맞는 균일한 형태의 한가지 광섬유 격자구조를 제작할 수 있지만, 광섬유 격자 특성을 향상시킬 수 있는 다양한 형태의 광섬유 격자 구조는 제작할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 진폭 마스크를 이용하여 다양한 광섬유 격자를 제작할 수 있는 진폭 마스크 및 이를 이용한 광섬유 격자 제작장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다양한 광섬유 격자 제작시, 진폭 마스크의 교체없이 단 하나의 진폭 마스크를 사용하여 온-오프 비가 다른 균일한 광섬유 격자 구조를 제작시간의 단축, 제조단가 절감 및 공정상의 생산성 향상을 추구한 진폭 마스크 및 이를 이용한 광섬유 격자 제작장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 단 하나의 진폭 마스크만을 사용하여 다양한 광섬유 격자를 제작하게 되어 사이드 모드 손실 감소등 광섬유 격자 특성을 향상시킬 수 있는 진폭 마스크 및 이를 이용한 광섬유 격자 제작장치를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은 광섬유 격자 제작장치에 있어서,자외선 광원;상기 자외선 광원에서 출사된 자외선 광을 준비된 광섬유에 대해 수직방향으로 집속시키기 위한 원통형 볼록 렌즈;상기 자외선 광을 광섬유에 대해 수평방향으로 확장시키기 위한 원통형 오목 렌즈; 및상기 상하방향으로 온-오프 비가 선형적으로 변하며, 상하방향으로 등속도 또는 등가속도로 속도조절을 하여 상기 준비된 광섬유에 다수의 주기를 갖는 다양한 격자를 생성시키는 이동성 진폭 마스크; 및상기 광섬유에 생성되는 전체 격자 길이를 조절하기 위한 슬릿으로 구성된다.
본 발명에 따른 진폭 마스크는 광섬유 격자 제작장치의 진폭 마스크에 있어서,상하방향으로 온-오프 비가 선형적으로 변하는 다수의 슬릿을 구비하며, 상기 상하 방향으로 등속도 또는 등가속도로 이동속도가 조절되거나 상기 상하방향의 수직방향인 전후 방향의 이동속도 조절로서 준비된 광섬유에 다양한 주기의 다양한 광섬유 격자를 생성시킨다.
도 1은 종래의 일실시예에 따른 광섬유 격자 제작장치를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 2는 종래의 일실시예에 따른 진폭 마스크의 구조와 조절방법을 나타내는 도면.
도 3은 종래의 일실시예에 따른 균일한 광섬유 격자 구조를 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광섬유 격자 제작장치를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 진폭 마스크의 구조와 조절방법을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다양한 광섬유 격자 구조를 나타내는 그래프.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
통상적으로 광섬유에 격자들을 형성시키기 위해서는 일단 소정의 길이로 광섬유 코팅부를 제거한다. 그 후, 코팅부가 벗겨진 부위에 자외선 광과 진폭 마스크를 이용하여 광섬유 격자들을 제작한다. 코어에 발생하는 굴절률차는 자외선에 민감한 자외선 레이져를 적절히 감광시켜 얻을 수 있다. 굴절률 차를 이용한 광섬유 격자 제작장치가 도 4에 도시되었다. 도 4에 도시된 바와같이, 본 발명에 따른 광섬유 격자 제작 장치는 자외선을 발광시키는 자외선 광원(410)(UV light source)과, 상기 자외선 광원(410)을 수직방향으로 광섬유(P)에 집속시키기 위한 원통형 볼록 렌즈(412)(cylindrical convex lens)와, 상기 자외선 광원(410)을 수평방향으로 확장시키기 위한 원통형 오목 렌즈(412)(cylindrical concave lens)와, 격자 주기 및 온-오프 비(ON-OFF ratio)를 조절하여 광섬유(P)에 다양한 격자를 제작하기 위한 진폭 마스크(416)(amplitude mask)와, 격자길이를 조절하기 위한 슬릿(418)(slit)과, 광섬유(P)를 고정시키기 위한 광섬유 고정대(420)를 포함한다. 상기 격자길이를 조절하기 위한 슬릿은 선택적으로 광섬유 격자 제작장치에 설치될 수 있다. 더욱이, 광섬유 격자 제작장치는 광섬유(P) 격자 제작시 성장거동을 실시간 모니터링(monitoring)을 할 수 있도록 광대역 광원(422)(broadband lightsource)과, 광 스펙트럼 분석기(424)(OSA:Optical Spectrum Analyzer)를 광섬유(P)의 양단에 각각 설치한다.
상기한 구성으로 이루어진 광섬유 격자 제작장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 원통형 볼록 렌즈(412)를 사용하여 수직방향으로 자외선 광원(410)을 집속시켜 광섬유(P)에서 집속광의 크기가 1∼2mm가 되도록 한다. 그리고, 원통형 오목 렌즈(414)를 사용하여 수평방향으로 자외성 광을 확장시켜 하나의 주기를 갖는 진폭 마스크(416)의 전후(화살표②방향) 위치조절만으로 광섬유의 격자 주기를 다양하게 조절한다. 이러한 진폭 마스크(416)의 상하(화살표①방향) 위치조절로 다양한 광섬유 격자를 제작할 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 진폭 마스크는 온/오프 비가 일정한 비율로 변하는 슬릿(자외선 광이 통과하는 부분)을 구비하게 된다.
도 5를 참조하여 구체적으로 본 발명에 따른 진폭 마스크의 구조와, 도 6을 참조하여 다양한 광섬유 격자 구조에 대해서 설명하면 다음과 같다.
도 5, 도 6에 도시된 바와같이, 본 발명에 따른 진폭 마스크(416)는 광섬유의 상하 높이조절이나 진폭 마스크의 상하 이동속도조절로서 다양한 광섬유 격자를 제작할 수 있다. (a)는 진폭 마스크(416)의 상부(도면을 기준으로)에 광섬유(P1)가 놓여져 자외선 광원에 의해 조사되어 광섬유 격자가 제작되는 경우를 말하고, (b)는 진폭 마스크(416)의 중간에 광섬유(P2)가 놓여져 자외선 광원에 의해 조사되어 광섬유 격자가 제작되는 경우를 말하며, (c)는 진폭 마스크(416)의 하부에 광섬유(P3)가 놓여져 자외선 광원에 의해 조사되어 광섬유 격자가 제작된 경우를 말한다. (d)는 자외선 광원이 화살표방향으로 등속도로 이동하여 광섬유 격자를 제작하는 경우를 말하고, (e)는 자외선 광원이 화살표방향으로 등가속도로 이동하여 광섬유 격자를 제작하는 경우를 말한다.
도 5의 (a), (b), (c)는 진폭 마스크의 고정된 위치에 따라서 온-오프 비가 다른 여러가지의 균일한 광섬유 격자를 제작할 수 있다. 이러한 광섬유 격자가 도 6의 (a), (b), (c)에 도시되었다. 도 5의 (d)와 같은 방향으로 진폭 마스크(416)를 등속도로 이동시키거나, (e)와 같은 방향으로 진폭 마스크(416)를 등가속도로 이동시켜 도 6의 (d), (e)에 도시된 바와같이, 다양한 광섬유 격자를 제작할 수 있다. 참고로, 도 5에 도시된 진폭 마스크에서, 진폭 마스크의 상단쪽에서 온-오프 비가 A:B라고 가정하면, 진폭 마스크의 하단쪽에서는 온-오프 비가 B:A가 된다.
결과적으로, 본 발명의 진폭 마스크는 온-오프 비가 상하로 일정한 비율로 변하기 때문에 진폭 마스크의 상하속도조절로 다양한 광섬유 격자를 제작할 수 있게 되었다. 여기서 진폭 마스크의 상하속도조절이라 함은 등속도, 등가속도, 등감속도, 가속도, 감속도로 조절할 수 있다는 의미이다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함을 당해분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 자명하다 할 것이다. 특히, 본 발명에 따른 진폭 마스크의 온/오프 비는 다양한 형태로 제작하여 광섬유 격자 제작장치에 활용될 수 있다. 예를들어, 온/오프 비가 계단형으로 변하는 진폭마스크의 적용을 예로들수 있다.
이상으로 살펴본 바와같이, 본 발명은 단 하나의 진폭 마스크를 사용하여 온-오프 비를 갖는 균일한 광섬유 격자 구조를 다양하게 제작할 수 있으며, 이와 같이 진폭 마스크의 온-오프 비를 조절하여 제작시간의 단축 및 광섬유 격자의 재현성을 향상시킬 수 있다. 또한, 광섬유 격자 구조를 균일한 형태뿐만 아니라 다양한 형태로 제작할 수 있게 되어 사이드 모드 손실(side mode loss) 감소등 광섬유 격자의 특성을 향상시키게 되었다.
Claims (6)
- 광섬유 격자 제작장치에 있어서,자외선 광원;상기 자외선 광원에서 출사된 자외선 광을 준비된 광섬유에 대해 수직방향으로 집속시키기 위한 원통형 볼록 렌즈;상기 자외선 광을 광섬유에 대해 수평방향으로 확장시키기 위한 원통형 오목 렌즈;상기 상하방향으로 온-오프 비가 선형적으로 변하며, 상하방향으로 등속도 또는 등가속도로 속도조절을 하여 상기 준비된 광섬유에 다수의 주기를 갖는 다양한 격자를 생성시키는 이동성 진폭 마스크; 및상기 광섬유에 생성되는 전체 격자 길이를 조절하기 위한 슬릿으로 구성되어짐을 특징으로 하는 광섬유 격자 제작장치.
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- 광섬유 격자 제작장치의 진폭 마스크에 있어서,상하방향으로 온-오프 비가 선형적으로 변하는 다수의 슬릿을 구비하며, 상기 상하 방향으로 등속도 또는 등가속도로 이동속도가 조절되거나 상기 상하방향의 수직방향인 전후 방향의 이동속도 조절로서 준비된 광섬유에 다양한 주기의 다양한 광섬유 격자를 생성시킴을 특징으로 하는 이동성 진폭 마스크.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20080513 Year of fee payment: 7 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |