KR100357247B1

KR100357247B1 - 광파이버회절격자및그제조방법및레이저광원

Info

Publication number: KR100357247B1
Application number: KR1019970704029A
Authority: KR
Inventors: 토시노리 와카미; 마사유키 시게마츠; 요시아키 테라사와; 아키라 이노우에; 마사카즈 시게하라; 토루 이와시마
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 2003-01-24
Also published as: AU7332796A; AU713820B2; EP0798573A4; EP0798573A1; CN1139821C; US6067392A; CA2207761C; CN1166208A; WO1997014983A1; CA2207761A1; TW335453B

Abstract

광물 전송하는 직경 125㎛의 광파이버(10)내에, 그 광축방향을 따라서 회절격자부(12)가 형성되고, 그 주위를 외경 300㎛의 실리콘수지로 이루어진 하층피복부(14)에 의해서 동심원상으로 둘러싸이고, 또, 그 주위를 외경 900㎛의 액정고분자, 예를 들면 폴리에스테르아미드로 이루어진 피복부(16)에 의해서 동심원상으로 둘러싸이고, 또, 그 주변을 외경 1mm의 식별용 착색 UV경화수지로 이루어진 최외층피복부(18)에 의해서 둘러싸여 있다. 여기서, 광파이버(10) 및 하층피복부(14)는 모두 정의 열팽창계수를 가진 데 대하여, 액정고분자로 이루어진 피복부(16)는, 부의 열팽창계수를 가지고 있다.

Description

광파이버회절격자 및 그 제조방법 및 레이저광원

최근, 광파이버회절격자는 입사광에 대해서 특정한 반사파장의 광을 출사할 수 있기 때문에, 파장이 다른 광신호를 1개의 광파이버를 개재해서 다중전송하는 분할다중전송파장분할다중전송방식광통신시스템에 있어서의 중요한 광부품으로서 주목되고 있다.

이와 같은 광파이버회절격자는, 일반적으로 광축방향을 따라서 코어의 굴절률이 변화하는 회절격자부를 구비한 광파이버회절격자부가 형성되어 있는 광파이버 글라스부를 동심원상으로 둘러싸는 플라스틱재료로 이루어진 피복부로 구성되어 있다. 그리고 이 피복부는, 광파이버글라스부표면을 보호하기 위하여 형성된 것이고, 통상, UV(자외선)경화수지나 실리콘수지등으로 이루어지고, 광파이버글라스부를 직접적으로 둘러싸고 있는 1차 피복부와, 이 하층피복부의 주위에 형성된 폴리에틸렌수지등으로 이루어진 2차피복부로 구성되어 있다. 또, 강도특성이나 내수소특성의 개선을 위하여, 직접글라스부를 둘러싸는 1차피복을 2층으로 하고, 하층으로서 카본코팅을 실시하는 경우도 있다.

그러나, 이와 같이 구성된 광파이버회절격자에 있어서는, 사용온도범위에서는 광파이버가 정의 선열팽창계수를 가지고 있기 때문에, 주위온도가 변화하면, 광파이버가 신축해서, 광파이버에 응력이 인가되게 된다. 따라서, 광탄성효과에 의해, 광파이버글라스부의 굴절률이 변화하기 때문에, 회절격자부에 의한 반사파장이 변화하게 된다.

이와 같은 광파이버회절격자에 있어서의 온도변화에 대한 반사파장의 불안정성은, 분할다중전송파장분할다중전송방식의 광통신시스템에 사용하는 경우, 무시할 수 없는 문제였다. 또, 이와 같은 종래의 광파이버회절격자를 레이저의 외부공진반사기로서 사용하는 광파이버회절격자레이저의 경우, 주위온도의 변화에 의해 레이저의 발진파장이 변동해서, 안정성이 결여된다는 문제도 있었다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 광파이버회절격자를 온도변화가 작은 앰버봉 등에 고정하는 방법이 제안되고 있다. (G.W.Yoffe.et al.,) "Tempercture-compensated optical-fiber Bragg gratings", OFC '95, Technical Digest, W14, PP134-135참조).

즉, 도 6에 표시한 바와 같이, 열팽창계수가 작은 길이 15cm의 앰버봉(50)의 양단부에 각각 열팽창계수가 비교적 큰 Al브래킷(52a)(52b)을 장착하고, 이들 Al브래킷(52a)(52b)에, 토글(54a)(54b)을 사용해서 광파이버회절격자(56)를 소정의 장력에 의해서 잡아당긴 상태에서 고정한다. 이때 광파이버회절격자(56)의 회절격자부(58)가 2개의 토글(54a)(54b)이 중간에 오도록 한다.

지금, 주위온도가 상승하면, 한쪽에 있어서, 2개의 토글(54a)(54b)에 의해서 고정되어 있는 광파이버회절격자(56)는 신장하려고 하지만, 다른 쪽에 있어서, Al 브래킷(52a)(52b)도 동시에 신장하고, 2개의 토글(54a)(54b)간의 거리를 단축하려고 한다. 따라서, 이들 2개의 정반대방향의 힘이 상쇄되고, 광파이버회절격자(56)의 회절격자부(58)에 인가되는 응력은 감소되기 때문에, 주위온도가 상승해도, 회절격자부(58)에 의한 반사파장이 장파장쪽으로 변동하는 것을 방지할 수 있다.

그러나, 상기한 광파이버회절격자를 온도변화가 작은 앰버봉 등에 고정함으로써, 회절격자부에 의한 반사파장의 온도변화에 대한 변동을 방지하는 방법은, 기구적으로 복잡해지고, 그 취급이 어렵다는 문제가 있었다. 따라서, 취급이 용이한 보다 단순한 구성이며 온도변화에 대한 반사파장의 변동을 방지하는 방법의 실현이 과제로 되고 있었다.

그래서 본 발명은, 상기한 상황을 감안해서 이루어진 것이고, 취급이 용이한 단순한 구성으로 온도변화에 대한 반사파장의 안정성을 확보하고, 신뢰성을 향상기킨 광파이버회절격자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 이와 같은 광파이버회절격자를 용이하게 제조할 수 있는 광파이버회절격자의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 광파이버회절격자를 공진반사기로서 사용하는 레이저에 있어서, 온도변화에 대한 발진파장의 안정성을 확보할 수 있는 광파이버회절격자레이저를 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명의 개시

청구항 1의 광파이버회절격자는 (a)광축방향을 따라서 코어의 굴절률이 변화하는 회절격자부를 구비하는 사용온도범위에서 정의 열팽창계수를 가진 광파이버와, (b)회절격자부가 형성된 광파이버를 동심원상으로 둘러싸는, 사용온도범위에서 부의 열팽창계수를 가진 액정고분자로 이루어진 제 1피복부를 구비한 것을 특징으로 한다. 여기서, 제 1피복부를- 이루는 액정고분자로서는 폴리에스테르아미드등이 사용된다.

청구항 1의 광파이버회절격자에 있어서는, 정의 열팽찰률을 가진 광파이버의 주위가 액정고분자로 이루어진 제 1피복부에 의해서 둘러싸여 있고, 또, 이 액정고분자는 부의 열팽창계수를 가지고 있기 때문에, 주위온도의 변화에 따라서 발생하는 액정고분자로 이루어진 제 1피복부의 신축은, 정의 선열팽창계수를 가지고 있는 광파이버의 광학적 신축을 상쇄하도록 작용한다. 이 때문에, 광파이버 및 액정고분자로 이루어진 제 1피복부의 열팽창계수를 기초로 해서 광파이버의 단면적 및 액정고분자로 이루어진 제 1피복부의 두께를 제어함으로써, 온도변화에 따른 피복부의 신축과 광파이버의 광학적 신축을 정확히 상쇄하도록 하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 광파이버회절격자의 회절격자부에의 응력의 인가를 방지할 수 있기 대문에, 광탄성효과에 의한 광파이버의 굴절률의 변화도 발생하지 않고, 회절격자부에 의한 반사파장의 변동이 방지된다. 이렇게 해서, 광파이버회절격자의 반사파장의 온도변화에 대한 안정성을 확보하고, 그 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기한 광파이버회절격자에 있어서, 광파이버와 액정고분자로 이루어진 제 1피복부와의 사이에, 광파이버를 동심원상으로 둘러싸는 플라스틱재료 또는카본재료로 이루어진 제 2피복부를 가진 것이 바람직하다. 여기서, 제 2피복부를 이루는 플라스틱재료로서는, UV경화수지나 실리콘수지등이 사용된다.

이 경우, 부의 열팽창계수를 가지고 있는 액정고분자로 이루어진 제 1피복부의 온도변화에 따른 신축은, 광파이버와 이것에 밀착하고 있는 플라스틱재료 또는 카본재료로 이루어진 제 2피복부의 총체로서의 정의 열팽창계수에 의거한 신축을 상쇄하도록 작용하기 때문에, 광파이버의 단면적, 플라스틱재료 또는 카본재료로 이루어진 제 2피복부의 두께 및 액정고분자로 이루어진 제 1피복부의 두께를 제어함으로써, 온도변화에 따른 광파이버회절격자의 회절격자부에의 응력의 인가를 방지하고, 회절격자부에 의한 반사파장의 변동을 방지 할 수 있다.

청구항 3의 광파이버회절격자의 제조방법은, (a)광파이버용 프리폼을 외이어드로잉해서, 사용온도범위에서 정의 열팽창계수를 가진 광파이버를 제작하는 제 1 공정과, (b)광파이버의 광축방향을 따라서, 적어도 코어의 굴절률을 변화시켜서 화절격자부를 형성하는 제 2공정과, (c)회절격자부가 형성된 광파이버의 주위에, 사용온도범위에서 부의 열팽창계수출 가진 액정고분자재료를 압출형성하고, 광파이버를 동심원상으로 둘러싸는 액정고분자로 이루어진 제 1피복부를 형성하는 제 3공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 3의 광파이버회절격자의 제조방법에 있어서는, 회절격자부가 형성된 광파이버의 주위에, 액정고분자를 압출형성하기 때문에, 통상의 광파이버케이블의 제조에 있어서 폴리에틸렌수지를 피복할때에 사용하는 압출장치와 마찬가지의 압출장치를 사용하는 것이 가능하다. 따라서 종래의 광파이버회절격자의 제조와 비교해도, 아무런 특별한 곤란을 수반하는 일없이, 용이하게 광파이버회절격자를 제조할 수 있다.

또한, 청구항 3의 광파이버회절격자의 제조방법에 있어서, 제 2공정이, 광파이버의 복수의 개소에 회절격자부를 형성하는 공정이고, 제 3공정의 후에 액정고분자로 이루어진 제 1피복부 및 광파이버를 절단해서, 하나의 회절격자부가 형성된 단위 광파이버 및 단위광파이버의 주위의 액정고분자로 이루어진 제 1피복부마다 분할하는 공정을 가져도 된다.

이 경우, 복수의 개소에 회절격자부가 형성된 광파이버의 주위에, 액정고분자재료를 압출형성하고, 광파이버를 동심원상으로 둘러싸는 액정고분자로 이루어진 제 1피복부를 일괄해서 형성한 후, 각 광파이버회절격자마다 분할 하기 때문에, 광파이버회절격자를 대량으로, 또한, 연속적으로 제조할 수 있다.

청구항 5의 광파이버회절격자의 제조방법은, (a)광파이버용 프리폼을 와이어드로잉해서, 사용온도범위에서 정의 열팽창계수를 가진 광파이버를 제작하는 제 1 공정과, (b)광파이버의 주위에, 광파이버를 동심원상으로 둘러싸는 제 2피복부를 형성피는 제 2공정과, (c)제 2피복부의 일부를 박리한 후, 광파이버의 노출부의 광축방향을 따라서, 적어도 코어의 굴절률을 변화시켜서 회절격자부를 형성하는 제 3공정과, (d)회절격자부가 형성된 광파이버의 주위에, 재차 제 2피복부를 형성하는 제 4공정과, (e)광파이버를 피복하는 제 2피복부의 주위에, 사용온도범위에서 부의 열팽창계수를 가진 액정고분자재료를 압출형성하고, 광파이버를 동심원상으로 둘러싸는 액정고분자로 이루어진 제 1피복부를 형성하는 제 5공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

이 경우, 청구항 3의 광파이버회절격자의 제조방법의 경우와 마찬가지로 해서, 종래의 광파이버회절격자의 제조와 비교해도, 아무런 특별한 곤란을 수반하는 일없이, 용이하게 광파이버회절격자를 제조할 수 있다.

또한, 이 광파이버회절격자의 제조방법에 있어서, 제 3 및 제 4공정이, 제 2 피복부의 일부를 박리한 후, 광파이버의 노출부내에 회절격자부를 형성하는 공정 및 회절격자부가 형성된 광파이버의 주위에, 재차 제 2피복부를 형성하는 공정을 복수회 반복해서, 광파이버의 복수의 개소에 회절격자부를 형성하는 동시에, 복수의 개소에 회절격자부가 형성된 광파이버의 주위에 재차 제 2피복부를 형성하는 공정이고, 제 5공정의 후에, 액정고분자로 이루어진 제 1피복부 및 광파이버를 절단해서, 하나의 회절격자부가 형성된 단위광파이버 및 단위광파이버의 주위의 액정고분자로 이루어진 제 1피복부마다 분할하는 공정을 구비해도 된다.

이 경우, 제 2피복부의 일부박리와, 광파이버의 노출내에의 회절격자부의 형성을 복수회 반복해서 광파이버의 복수의 개소에 회절격자부를 형성하고, 계속해서, 복수의 개소에 회절격자부가 형성된 광파이버의 주위에, 액정고분자로 이루어진 제 1피복부를 일괄해서 형성한 후, 각 광파이버회절격자마다 분할하기 때문에, 광파이버회절격자를 대량으로, 또한 연속적으로 제조할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 광파이버회절격자레이저는, (a)레이저매질과, (b)레이저 매질의 외부공진반사기로서 사용하는 청구항 1의 광파이버회절격자를 구비한 것을 특징으로 한다.

여기서, 레이저매질로서는, 레이저다이오드나, ①여기광을 출사하는 여기광원과, ②여기광을 입력하는 희토류첨가광파이버를 구비해서 구성해도 된다.

청구항 7의 레이저광원에 있어서는 레이저매질의 외부공진반사기로서, 청구항 1의 광파이버회절격자, 즉 회절격자부가 형성된 광파이버를 광파이버의 열팽창률과는 반대의 부호의 열팽창률을 가진 액정고분자로 이루어진 제 1피복부가 동심원상으로 둘러싸고, 온도변화에 의한 광파이버글라스부의 광학적 신축을 상쇄하는 광파이버회절격자를 사용함으로써, 광파이버회절격자에 있어서의 반사파장의 온도변화에 대한 안정성이 확보되기 때문에, 온도변화에 대한 레이저광원의 발진파장의 안정성을 확보할 수 있다.

본 발명은 입사광에 대해서 특정한 파장의 광을 반사하는 회절격자부가 광파이버내에 형성되어 있는 광파이버회절격자 및 그 제조방법 및 광파이버회절격자를 외부공진반사기로서 사용하는 광파이버회절격자레이저에 관한 것이다.

도 1A 및 도 1B는 본 발명의 실시예에 관한 광파이버회절격자의 구성이다.

도 2는 도 1의 광파이버회절격자의 제조방법을 설명하는 순서도이다.

도 3은 제 1적용예에 관한 레이저광원의 구성도이다.

도 4는 도 3의 레이저광원의 발진파장의 온도의존성을 표시한 그래프이다.

도 5는 제 2적용예에 관한 레이저광원의 구성도이다.

도 6은 종래의 광파이버회절격자의 반사파장의 온도변화에 대한 변동을 방지하는 방법의 설명도이다.

도 7A 및 도 7B는 본 발명의 다른 실시예에 관한 광파이버회절격자의 구성도이다.

도 8A 및 8B는 본 발명의 다른 실시예에 관한 광파이버회절격자의 구조도이다.

도 9A 및 도 9B는 본 발명의 다른 실시예에 관한 광파이버회절격자의 구조도이다.

도 10A 및 도 10B는 본 발명의 다른 실시예에 관한 광파이버회절격자의 구조도이다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

이하, 첨부도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명을 생략한다.

도 1A 및 도 1B는, 본 발명의 실시예에 관한 광파이버회절격자의 구성도이다. 도 1A는 실시형태에 관한 광파이버회절격자를 표시한 투시평면도, 도 1B는 도 IA 광파이버회절격자를 표시한 종단면도이다.

도 1A 및 도 1B에 표시한 바와 같이, 본 실시예에 관한 광파이버회절격자에 있어서는, 광을 전송하는 직경 125㎛의 광파이버(10)내에, 그 광축방향을 따라서, 광파이버(10)의 코어의 굴절률을 변화시키는 소정의 주기, 소정의 길이의 회절격자부(12)가 형성되어 있다. 또, 이 회절격자부(12)가 형성된 광파이버(10)는, 그 주위를 외경 300㎛의 플라스틱재료, 예를 들면 실리콘수지로 이루어진 하층피복부 (14)에 의해서 동심원상으로 둘러싸여 있다. 또, 이 실리콘수지로 이루어진 하층 피복부(14)는, 그 주위를 외경 900㎛의 액정고분자, 예를 들면 폴리에스테르아미드로 이루어진 피복부(16)에 의해서 동심원상으로 둘러싸여 있다. 또, 이 폴리에스테르아미드로 이루어진 피복부(16)는, 그 주위를 외경 1mm의 식별용 착색 UV경화수지로 이루어진 최외층피복부(18)에 의해서 둘러싸여 있다.

이와 같이 제 1실시예에 관한 광파이버회절격자는 회절격자부(12)가 형성된 광파이버(10)와, 이 광파이버(10)를 동심원상으로 피복하는 실리콘수지로 이루어진 하층피복부(14), 폴리에스테르아미드로 이루어진 피복부(16) 및 착색 UV경화수지로 이루어진 최외층피복부(18)로 구성되어 있고, 광파이버(10) 및 실리콘수지로 이루어진 하층피복부(14)는 모두 정의 열팽창계수를 가지고 있는데 대하여, 폴리에스테르아미드로 이루어진 피복부(16)는 부의 열팽창계수, 예를 들면 -1.8 × 10^-5/℃∼-7.2 × 10^-6/℃의 열팽창계수를 가지고 있다. 이 때문에, 온도변화에 따른 광파이버(10) 및 실리콘수지로 이루어진 하층피복부(14)의 신축은, 폴리에스테르아미드로 이루어진 피복부(16)의 역방향의 신축에 의해 상쇄된다. 따라서, 온도변화에 따른 광파이버회절격자의 회절격자부(12)에의 응력의 인가를 방지할 수 있기 때문에, 광탄성효과에 의한 광파이버(10)의 굴절률의 변화도 발생하지 않고, 회절격자부(12)에 의한 반사파장의 변동을 억제하는 것이 가능하게 된다.

상기와 같이, 광파이버글라스부(10)의 직경이 125㎛, 실리콘수지로 이루어진 하층피복부(14)의 외경이 300㎛, 폴리에스테르아미드로 이루어진 피복부(16)의 외경이 900㎛와 같은 조건의 아래에서는, 온도변화에 대한 반사파장의 변동을 1 × 10^-5nm/℃이하로 할 수 있었다. 이렇게 해서, 광파이버회절격자의 반사파장의 온도변화에 대한 안정성을 확보하고, 그 신뢰성을 향상시킬 수 있었다.

또, 피복부(16)를 구성하는 재료로서 폴리에스테르아미드를 사용할 뿐이고,상기 도 6에 표시한 바와 같은 특별한 장치를 필요로 하지 않기 때문에, 단순한 구성의 콤팩트한 광파이버회절격자로 할 수 있다. 또, 피복부(16)에 사용한 폴리에스테르아미드는 종래의 실리콘수지나 UV경화수지 등의 플라스틱재료에 비해 단단하기 때문에, 외부응력이 회절격자부(12)에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 광파이버회절격자의 취급도 용이하게 되고, 여러 가지의 기기에 간단히 짜넣는 것도 가능하게 되었다.

또한, 본 실시예에 관한 광파이버회절격자에 있어서는, 피복부(16)를 구성하는 열호변성액정중합체로서 폴리에스테르아미드를 사용하고 있으나, 이 폴리에스테르아미드에 한정되지 않고, 예를 들면 폴리에스테르, 폴리아조메틴, 폴리에스테르 카르보네이트 및 이들의 혼합물을 사용해도 된다(일본국 특공평 4-5165참조).

또, 하층피복부(14)을 구성하는 플라스틱재료로서, 실리콘수지를 사용하고 있으나, 이 실리콘수지에 한정되지 않고, 예를 들면 UV경화수지 등을 사용해도 된다.

도 2는, 도 1의 광파이버회절격자의 제조방법을 설명하는 순서도이다. 이하, 도 2를 사용해서, 도 1에 표시한 광파이버회절격자의 제조방법을 설명한다.

먼저, 광파이버용 프리폼을 가열용융해서, 광파이버(10)를 와이어드로잉한다. 이때, 광학식측정기에 의해 광파이버(10)의 외경을 비접촉으로 측정하고, 광파이버용 프리폼의 이송속도나 광파이버의 권취속도를 조정해서, 광파이버(10)의 직경이 125㎛가 되도록 제어한다(스텝 1).

계속해서, 외경측정기를 통과한 광파이버(10)의 주위에, 실리콘수지로 이루어진 하층피복부(14)를 동심원상으로 형성한다. 이때, 광파이버(10)를 둘러싸는 하층피복부(14)의 외경은 300㎛가 되도록 제어한다(스텝 2).

이어서, 광파이버(10)를 피복하는 하층피복부(14)의 일부를 박리한 후, 파장을 모니터하면서 광파이버(10)의 노출부내에, 광파이버(10)의 광축방향을 따라서 광파이버(10)의 코어의 굴절률이 변화하는 회절격자부(12)를 형성한다(스텝 3).

또한, 이 회절격자부(12)의 형성방법에는, 예를 들면 위상마스크를 개재해서 조사한 자외선을 장방형의 프리즘 내에서 반사하고, 광파이버(10)표면에서 간섭을 발생시킴으로써 형성하는 위상마스크법등이 있다(R Kashyap, "Photosensitive Optical Fibers: Device and Applications", Optical Fiber Tecnologyl, 17∼34(1994)참조).

이렇게 해서, 광파이버(10)의 소정의 위치에, 소정의 주기, 소정의 길이의 회절격자부(12)를 형성한 후, 재차, 그 주위에 실리콘수지로 이루어진 하층피복부 (14)를 형성한다(스텝 4).

이어서, 하층피복부(14)의 일부를 박리해서 노출시킨 광파이버(10)내에, 회절격자부(12)를 형성하는 스텝 3과, 그 회절격자부(12)의 주위에, 재차 하층피복부 (14)를 형성하는 스텝 4를 복수횟수반복한다. 이렇게 해서, 광파이버(10)의 복수의 개소에 각각 회절격자부(12)를 형성한다.

이어서, 통상의 광파이버케이블의 제조에 있어서 폴리에틸렌수지를 피복할때에 사용하는 압출장치와 마찬가지의 압출장치를 사용하고, 복수의 개소에 회절격자부(12)가 형성되어 있는 광파이버(10)를 피복하는 하층피복부(14)의 주위에, 폴리에스테르아미드를 압출해서 피복부(16)를 형성한다. 이때, 광파이버(10) 및 하충피복부(14)를 동심원상으로 둘러싸는 폴리에스테르아미드로 이루어진 피복부(16)의 외경은 900㎛가 되도록 제어한다(스텝 5).

이어서, 이 폴리에스테르아미드로 이루어진 피복부(16)의 주위에, 식별용 착색 UV경화수지로 이루어진 최외층피복부(18)를 형성한다. 이때, 피복부(16)를 둘러싸는 UV경화수지로 이루어진 최외층피복부(18)의 외경은 1mm가 되도록 제어한다(스텝 6).

이텝서, 소정의 개소에 있어서, 최외층피복부(18), 폴리에스테르아미드로 이루어진 피복부(16), 실리콘수지로 이루어진 하층피복부(14) 및 광파이버(10)를 절단해서, 하나의 회절격자부(12)가 형성된 단위광파이버, 그 주위의 하층피복부 (14), 피복부(16) 및 최외층피복부(18)로 이루어진 광파이버회절격자마다 분할한다 (스텝 7).

마지막으로, 이렇게 해서 제작한 광파이버회절격자가 소망의 반사파장을 발생하는지 아닌지를 검사하다(스텝 8). 이렇게 해서, 광파이버회절격자를 완성시킨다.

이와 같이 제 1실시예에 관한 광파이버회절격자의 제조방법에 있어서는, 회절격자부(12)가 형성된 광파이버(10)의 주위에 폴리에스테르아미드를 압출해서, 피복부(16)를 형성할 때에, 통상의 광파이버케이블의 제조에 있어서 골리에틸렌수지를 피복할때에 사용하는 압출장치와 마찬가지의 압출장치를 사용하고 있기 때문에, 종래의 광파이버회절격자의 제조와 비교해서, 아무런 특별한 곤란을 수반하는 일없이, 용이하게 광파이버회절격자를 제조할 수 있다.

또, 광파이버(10)의 주위의 하층피복부(14)의 일부박리와, 노출한 광파이버 (10)내에의 회절격자부(12)의 형성과, 회절격자부(12)의 주위에의 하층피복부(14)의 재형성을 복수회 반복해서, 광파이버(10)의 복수의 개소에 회절격자부(12)를 형성한 후, 광파이버(10)의 주위에, 폴리에스테르아미드로 이루어진 피복부(16)를 일괄해서 형성하고, 각 광파이버회절격자마다 분할하고 있기 때문에, 광파이버회절격자를 대량으로, 또한 연속적으로 제조할 수 있다.

상기 실시예의 광파이버회절격자와는 달리, 도 7A, 도 7B, 도 8A, 도 8B 및 도 9A, 도 9B에 표시되는 형태에서도 마찬가지의 기능을 다할 수 있다.

도 7A 및 도 7B에 표시한 광파이버회절격자(λ B=1550nm)에서는, 액정폴리머 (LCP(liqtlid crystaline polymer), 이하 LCP라고 함)의 평판(61)(일본국 유니티카제 로드라인 LC5000)상에 상기 실시예에서 사용하고 있는 회절격자부(12)가 형성되어 있는 광파이버(10)가 얹어 놓여 있고, 그리고, 에포테크사제의 에폭시계접착제(형번호: 353ND)(70)를 사용해서, 이 광파이버(10)와 LCP기판이 고정되어 있다. 여기서, 사용한 평판은, 두께 약 2mm이고, 결정은 면내의 일방향으로 배향되어 있고, 선팽창계수는, T온도가 20° 이하에서 η=-2∼-5 × 10^-6K^-1이고, 부의 선팽창계수를 가지고 있다.

또, 도 8A 및 도 8B에 표시한 예는, 도 7A, 도 7B의 LCP의 평판(61)상에 V홈 (63a)(63b)(63c)을 형성하고, 그 중에 광파이버(10)를 배치한 것이다. 그리고, 광파이버를 고정하기 위하여, LCP의 상평판(62)에 의해서 누르고, V홈(63a)∼(63c) 및 각 평판(61)(62)의 사이에 에폭시계접착제(70)를 주입해서, 광파이버(10)와 LCP의 평판(61)(62)을 고정한 것이다.

또, 도 9A, 도 9B에서는, 회절격자부(12)를, LCP의 압출성형품인 튜브(내경 약 0.2mm, 외경 약 0.9mm이고 대략 길이방향으로 결정이 배향되고 있다)(64)에 의해서 덮고, 또, 튜브내에는 도 8A, 도 8B에 표시된 예와 동일한 에폭시계접착제(70)가 충전되고, 광파이버(10)와 튜브가 서로 고정되어 있다. 여기서, 이 LCP의 파이프의 선팽창계수는, η=-5∼-8 × 10^-6K^-1의 부의 계수이다. 또, 여기서 사용한 에폭시계접착제(353ND)의 선팽창계수는, η=5.4 × 10^-5K^-1이다.

또, 다른 실시예로서는, 도 10A 및 도 10B에 표시되는 광파이버회절격자가 있다. 이 다른 실시예에서는, 도 10A에 표시한 바와 같이, 파이버회절격자부(12)를 열가소성수지파이프(65)에 의해서 덮고, 또 열수축튜브(66)에 의해서, 이 열가소성수지파이프(65)를 덮고 있다. 또, 이 열가소성수지파이프(65)와 열수축튜브(66)의 사이에 LCP제(상기 실시예와 동일한 재료)의 막대(67)(배향방향이 대략 길이 방향에 있다)를 1개 또는 복수개 삽입하고 있다. 이 상태에서, 가열함으로써 일체화된다. 이 가열할 때, 열가소성수지파이프(65)는 도 10B에 표시한 바와 같이 용융되고, 또, 주변부에 형성한 열수축튜브가 수축한다. 이에 의해 파이버격자부(12)가, 열가소성수지에 의해 보강되는 동시에, LCF의 막대(67)와 접착상태가 되어, 위에서 설명한 실시예와 동일한 기능을 가지게 된다.

이와 같은 구조에서도, 도 1A, 도 1B에 표시되는 광파이버회절격자와 마찬가지의 안정성, 신뢰성을 확보할 수 있다.

본 발명의 실시예인 광파이버회절격자를 적용한 광파이버회절격자레이저를 설명한다.

이 레이저광원은 레이저매질과, 이 레이저매질의 외부공진반사기로서 사용되는 적어도 1개의 상기 실시예에 관한 광파이버회절격자를 구비한다.

이와 같이 본 실시예에 관한 레이저광원에 있어서는 레이저매질의 외부공진 반사기의 하나로서, 상기한 실시예에 관한 광파이버회절격자, 즉 회절격자부(12)가 형성된 광파이버글라스부(10)를 폴리에스테르아미드로 이루어진 피복부(16)가 동심원상으로 둘러싸고, 온도변화에 의한 광파이버(10)의 광학적 신축을 상쇄하는 광파이버회절격자를 사용함으로써 광파이버회절격자에 있어서의 반사파장의 온도변화에 대한 안정성이 확보되기 때문에, 온도변화에 대한 레이저의 발진파장의 안정성을 확보할 수 있다.

또한, 강도특성이나 내수소특성의 개선을 위하여, 피복부를 2층으로 하고, 하층쪽에서 카본코팅을 실시해도 된다.

이하, 첨부도면을 참조해서 본 실시예에 관한 광파이버회절격자의 레이저광원에의 적용예를 설명한다.

제 1적용예

도 3은 제 1적용예에 관한 레이저광원의 구성도이다. 도 3에 표시한 바와같이, 본 적용예에 관한 레이저광원에 있어서는, 광을 출사하는 레이저다이오드(20)의 출사쪽단부면에, 반사율이 약 5%의 반사방지막(22)이 코팅되어 있다. 또, 이 레이저다이오드(20)의 출사쪽 단부면은, 결합렌즈(24)를 개재해서, 상기 제 1적용예에 관한 광파이버회절격자(26)의 한쪽의 단부에 광학적으로 결합되어 있다.

또, 레이저광을 출력하는 광파이버회절격자(26)의 다른 쪽의 단부에는, 광파이버케이블과 착탈하기 위한 광커넥터(28)가 장착되어 있다.

도 4는 도 3의 레이저광원의 발진파장의 온도의존성을 표시한 그래프이다. 본 적용예에 관한 레이저광원은, 레이저매질로서 레이저다이오드(20)를 사용하고, 그 외부공진반사기로서 상기한 실시예에 관한 광파이버회절격자(26)를 사용하고 있고, 이 광파이버회절격자(26)의 반사파장의 온도변화에 대한 변동이 1 × 10^-5mm/℃ 이하로 매우 작기 때문에, 도 4의 그래프에 표시한 바와 같이, 주위온도 10℃∼30℃에 있어서, 항상 발진파장은 980.00mm가 되었다. 또한, 비교를 위하여 통상의 UV경화수지로 피복한 광파이버회절격자를 외부공진반사기로서 사용한 경우를 도 4의 그래프에 아울러 표시하면, 주위온도가 10℃∼20℃∼30℃로 변화하는 데 따라서 발진파장은 979.77nm∼979.89nm∼980.03nm로 변동했다. 이렇게 해서, 광파이버회절격자(26)를 외부공진반사기로서 사용함으로써, 통상의 UV경화수지로 피복한 광파이버회절격자를 사용한 경우에 비해서, 광파이버회절격자레이저의 발진파장의 온도변화에 대한 안정성을 확보하고, 그 신뢰성을 향상시킬 수 있었다.

또한, 본 적용예에 관한 레이저광원에 있어서는, 레이저다이오드(20)와 광파이버회절격자(26)를 결합렌즈(24)를 개재해서 광학적으로 결합하고 있으나, 이 결합렌즈(24)대신에, 광파이버회절격자(26)의 선단부를 가공해서 렌즈작용을 가지게한 파이버렌즈를 사용해도 된다.

제 2적용예

도 5는 제 2적용예에 관한 레이저광원의 구성도이다. 도 5에 표시한 바와 같이, 본 적용예에 관한 레이저광원에 있어서는, 희토류첨가광파이버, 예를 들면 EDF(Erbitm Doped Fiber:에르비움첨가광파이버)(30)의 일단부가, HR(Highly Reflective)미러(32)에 결합되고, 이 HR미러(32)는, 여기광을 출사하는 여기광원 (34)에 광학적으로 결합되어 있다. 또, EDF(30)의 타단부는 상기한 실시예에 관한 광파이버회절격자(26)에 광학적으로 결합되어 있다. 그리고 이 광파이버회절격자 (26)에는 회절격자부(28)가 형성되어 있다. 또, 레이저광을 출력하는 광파이디회절격자(26)의 다른 쪽의 단부에는, 광파이버케이블과 착탈하기 위한 광커넥터(40)가 장착되어 있다.

이와 같이 본 적용예에 관한 광파이버회절격자레이저는, 레이저매질로서 EDF(30)를 사용한 광파이버레이저에 있어서, 그 외부공진반사기로서 상기한 실시예에 관한 광파이버회절격자(26)를 사용하고 있고, 이 광파이버회절격자(26)의 반사파장의 온도변화에 대한 변동이 매우 작기 때문에, 제 1적용예의 경우와 마찬가지로, 통상의 UV경화수지로 피복한 광파이버회절격자를 외부공진반사기로서 사용한 경우에 비해서, 광파이버회절격자레이저의 발진파장의 온도변화에 대한 안정성을 확보하고, 그 신뢰성을 향상시킬 수 있었다.

상기와 같이, 본 발명에 의하면, 분할다중전송파장분할전송에 있어서 중요한 역할을 다하는 광부품 및 그 제조방법, 또 그것을 사용한 응용장치를 제공할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 광파이버회절격자에 의하면, 정의 열팽창률을 가진 광파이버의 주위가 액정고분자로 이루어진 피복부에 의해서 둘러싸여 있고, 또, 이 액정고분자재료는 부의 열팽창계수를 가지고 있으므로, 주위온도의 변화에 따른 광파이버의 광학적 신축이 액정고분자로 이루어진 피복부의 역방향의 신축에 의해 상쇄되기 때문에, 회절격자부에 의한 반사파장의 변동이 방지된다. 따라서, 광파이버회절격자의 반사파장의 온도변화에 대한 안정성을 확보하고, 그 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명에 관한 광파이버회절격자의 제조방법에 의하면, 회절격자부가 형성된 광파이버의 주위에, 액정고분자를 압출해서 피복부를 형성하기 때문에, 용이하게 본 발명의 광파이버회절격자를 제조할 수 있다.

또, 광파이버내에의 회절격자부의 형성을 반복해서, 광파이버의 복수의 개소에 회절격자부를 형성한 후, 광파이버글라스부의 주위에 액정고분자로 이루어진 피복부를 일괄해서 형성하고, 각 광파이버회절격자마다 분할함으로써, 광파이버회절격자를 대량으로 또한 연속적으로 제조할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 레이저광원은, 레이저매질의 외부공진반사기로서 본 발명에 관한 광파이버회절격자를 사용함으로써, 광파이버회절격자에 있어서의 반사파장의 온도변화에 대한 안정성이 확보되기 때문에, 온도변화에 대한 레이저의 발진파장의 안정성을 확보할 수 있다.

Claims

광축방향을 따라서 코어의 굴절률이 변화하는 회절격자부를 구비하고, 사용온도범위에서 정의 열팽창계수를 가진 광파이버와,

상기 회절격자부가 형성된 상기 광파이버를 동심원상으로 둘러싸고, 상기 사용온도범위에서 부의 열팽창계수를 가진 액정고분자로 이루어진 제 1피복부를 구비한 것을 특징으로 하는 광파이버회절격자.
제 1항에 있어서, 상기 광파이버와 상기 제 1피복부의 사이에 상기 광파이버를 동심원상으로 둘러싸는 플라스틱재료 또는 카본재료로 이루어진 제 2피복부를 가진 것을 특징으로 하는 광파이버회절격자.
광파이버용 프리폼을 와이어드로잉해서, 사용온도범위에서 정의 열팽창계수를 가진 광파이버를 제작하는 제 1공정과,

상기 광파이버의 광축방향을 따라서, 적어도 코어의 굴절률을 변화시켜서 회절격자부를 형성하는 제 2공정과,

상기 회절격자부가 형성된 상기 광파이버의 주위에 상기 사용온도범위에서 부의 열팽창계수를 가진 액정고분자재료를 압출형성하고, 상기 광파이버를 동심원상으로 둘러싸는 상기 액정고분자로 이루어진 제 1피복부를 형성하는 제 3공정을 구비한 것을 특징으로 하는 광파이버회절격자의 제조방법.
제 3항에 있어서, 상기 제 2공정이 상기 광파이버부의 복수의 개소에 상기 회절격자부를 형성하는 공정이고,

상기 제 3공정의 후에, 상기 액정고분자로 이루어진 상기 제 1피복부 및 상기 광파이버를 절단해서, 상기 광파이버를 하나의 회절격자부가 형성된 단위광파이버 및 상기 단위광파이버의 주위에 형성되는 상기 제 1피복부마다 분할하는 제 4공정을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 광파이버회절격자의 제조방법.
광파이버용 프리폼을 와이어드로잉해서, 사용온도범위에서 정의 열팽창계수를 가진 광파이버를 제작하는 제 1공정과,

상기 광파이버의 주위에, 상기 광파이버를 동심원상으로 둘러싸는 제 2피복부를 형성하는 제 2공정과,

상기 제 2피복부의 일부를 박리한 후, 노출한 상기 광파이버부의 광축방향을 따라서, 적어도 코어의 굴절률을 변화시켜서 회절격자부를 형성하는 제 3공정과,

상기 회절격자부가 형성된 상기 광파이버의 주위에, 재차 상기 제 2피복부를 형성하는 제 4공정과,

상기 광파이버를 피복하는 상기 제 2회복부의 주위에, 상기 사용온도범위에서 부의 열팽창계수를 가진 액정고분자를 압출형성하고, 상기 광파이버를 동심원상으로 둘러싸는 상기 액정고분자로 이루어진 제 1피복부를 형성하는 제 5공정을 구비한 것을 특징으로 하는 광파이버회절격자의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 제 3 및 제 4공정이, 상기 제 2피복부의 일부를 박리 한 후, 노출한 상기 광파이버내에 상기 회절격자부를 형성하는 공정 및 상기 회절 격자부가 형성된 상기 광파이버의 주위에, 재차 상기 제 2피복부를 형성하는 공정을 복수회 반복해서, 상기 광파이버의 복수의 개소에 상기 회절격자부를 형성하는 공정과, 복수의 개소에 상기 회절격자부가 형성된 상기 광파이버의 주위에, 재차 상기 제 2피복부를 형성하는 공정이고,

상기 제 5공정의 후에, 상기 제 1피복부 및 상기 광파이버를 절단해서 하나의 회절격자부가 형성된 단위광파이버 및 상기 단위광파이버의 주위에 형성되는 상기 제 1피복부마다 분할하는 공정을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 광파이버 회절격자의 제조방법.
레이저매질과.

상기 레이저매질에 대해 적어도 1개의 외부공진반사기로써 작용하는 청구항 제1항에 기재된 광파이버회절격자를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저광원.
제 7항에 있어서, 상기 레이저매질은 레이저다이오드를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저광원.
내부에 부분적으로 회절격자부를 가지고, 사용온도범위내에서 양의 열팽창계수를 가지는 재료로 이루어지는 광파이버와;

상기 광파이버의 상기 회절격자부로 고정되어 부재로부터 기인하는 응력을 상기 광파이버에 가하며, 상기 사용온도범위내에서 음의 열팽창계수를 가진 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 광파이버격자.
제 9항에 있어서, 상기 부재는 상기 광파이버의 적어도 두 부분으로 이루어진 부분에 고정되고, 상기 회절격자부는 상기 적어도 두 부분에 의해 샌드위치된 것을 특징으로 하는 광파이버격자.
제 9항에 있어서, 상기 부재는 상기 광파이버상에 형성된 상기 회절격자를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 광파이버격자.
제 9항에 있어서, 상기 부재는 상기 광파이버상에 형성된 상기 회절격자를 동심원상으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 광파이버격자.
제 9항에 있어서, 상기 부재는, 상기 광파이버상에 형성된 상기 회절격자를 동심원상으로 둘러싸고, 사용범위내에서 음의 열팽창계수를 가지는 액정고분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 광파이버격자.
제 11항에 있어서, 상기 부재는 상기 광파이버용 차폐제인 것을 특징으로 하는 광파이버격자.
제 9항에 있어서, 상기 부재는 평판으로 이루어지고, 상기 광파이버는 접착제에 의해 상기 평판에 고정된 것을 특징으로 하는 광파이버격자.
제 9항에 있어서, 상기 회절격자부가 수용되어 있는 관형상부재를 부가하여 구비하고, 상기 광파이버는 상기 관형상부재에 의해 상기 적어도 두 부분에서 상기 부재에 고정된 것을 특징으로 하는 광파이버격자.
제 9항에 있어서, 상기 부재는 상기 광파이버와 평행하게 세로로 연장된 관으로 이루어지고, 상기 회절격자부는 접착제에 의해 상기 관에 고정된 것을 특징으로 하는 광파이버격자.
제 7항에 있어서, 상기 레이저매질은, 여기광을 출사하는 여기광원과, 상기 여기광을 입력하는 희토류첨가광파이버를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저광원.
코어의 굴절률이 광축을 따라 변화하는 회절격자부와, 사용온도범위내에서 양의 열팽창계수를 가지는 광파이버와;

상기 사용온도범위내에서 음의 열팽창계수를 가지고, 상기 회절격자부를 가진 상기 광파이버를 동심원적으로 둘러싸는 제 1피복부로 이루어진 것을 특징으로하는 광파이버회절격자.
제 19항에 있어서, 또, 상기 광파이버를 동심원적으로 둘러싸도록 상기 광파이버와 싱기 제 1피복부사이에 형성되고, 플라스틱재료 또는 카아본 재료로 이루어진 제 2피복부를 구비한 것을 특징으로 하는 광파이버회절격자.
레이저매질과,

상기 레이저매질의 적어도 1개의 외부공진반사기로써 작용하는 청구항 19항에 기재된 광파이버회절격자를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저광원.
제 21항에 있어서, 상기 레이저광원은 레이저다이오드를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저광원.
제 21항에 있어서, 상기 레이저매질은 여기광을 출사하는 여기광원과, 상기 여기광을 입력하는 희토류첨가광파이버를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저광원.