KR100365262B1 - Device for adjusting and stabilizing wave lengths of fiber gratings - Google Patents
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Abstract
이 발명은 광섬유 격자의 파장 조절 및 안정화 장치를 개시한다. 광섬유 격자가 형성된 광섬유가 제1 및 제2 페룰에 내장되고, 제1 페룰은 고정되어 있고 제2 페룰은 이동 가능하게 설치되어 있는 상태에서, 온도 상승에 따라 광섬유 격자의 간격이 늘어난 경우에는 제1 이동 부재가 팽창하고, 제1 이동 부재에 연동하여 제1 이동 부재가 팽창하는 방향 즉, 광섬유를 수축시키는 방향으로 가압 부재 및 제2 페룰이 이동된다. 따라서 광섬유가 수축되어 온도 상승에 의한 광섬유 격자 간격 증가가 보상된다. 또한, 임의로 파장을 가변시키고자 하는 경우에 마이크로 미터를 직선 운동시키면, 마이크로 미터의 직선 운동에 따라 제1 탄성 부재가 압축 또는 인장되어 제1 이동 부재를 광섬유를 수축시키는 방향 또는 광섬유를 팽창시키는 방향으로 이동된다. 제1 이동 부재에 연동하여 가압 부재 및 제2 페룰이 이동함에 따라 광섬유의 길이 방향으로 인가되는 스트레인인 감소되거나 증가되어 광섬유 격자 간격이 변화된다. 따라서, 온도가 변화되는 경우에도 광섬유 격자의 브래그 파장 변화를 방지할 수 있으며, 이에 따라 온도 안정성이 향상된다. 또한, 별도의 전원 공급 장치나 컨트롤러가 없어도 임의로 광섬유 격자의 브래그 파장을 용이하게 변화시킬 수 있다.This invention discloses a wavelength control and stabilization apparatus of an optical fiber grating. The optical fiber in which the optical fiber grating is formed is embedded in the first and second ferrules, the first ferrule is fixed and the second ferrule is movably installed. The pressing member and the second ferrule are moved in the direction in which the movable member expands and the first movable member expands in association with the first movable member, that is, in the direction of contracting the optical fiber. Therefore, the optical fiber is contracted to compensate for the increase in the optical fiber lattice spacing due to the temperature rise. Further, when the micrometer is linearly moved in order to arbitrarily change the wavelength, the first elastic member is compressed or stretched in accordance with the linear motion of the micrometer so that the first moving member contracts the optical fiber or the direction in which the optical fiber is expanded. Is moved to. As the pressing member and the second ferrule move in conjunction with the first moving member, the strain applied in the longitudinal direction of the optical fiber is decreased or increased to change the optical fiber grating spacing. Therefore, even if the temperature changes, it is possible to prevent the Bragg wavelength change of the optical fiber grating, thereby improving the temperature stability. In addition, the Bragg wavelength of the optical fiber grating can be easily changed without a separate power supply or controller.
Description
이 발명은 광섬유 격자 소자의 파장 조절 및 안정화 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게 말하자면, 광섬유 격자 소자의 브래그(bragg) 파장을 임의로 변화시킬 수 있고, 온도 변화에 상관없이 광섬유 격자의 브래그 파장을 일정하게 유지시킬 수 있는 파장 조절 및 안정화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wavelength control and stabilization device of the optical fiber grating element, more specifically, it can arbitrarily change the bragg wavelength of the optical fiber grating element, and keep the Bragg wavelength of the optical fiber grating constant regardless of temperature change It relates to a wavelength control and stabilization device that can be made.
광섬유 격자는 광통신에서 반사 필터, Add/Drop 필터, 광섬유 레이저 등 그 응용 분야가 다양하다. 광섬유 격자에 빛을 입사시키면 코어내에서 굴절률 차이로 인하여 브래그(bragg) 조건을 만족하는 파장의 빛은 반사되어 나오고 나머지 파장대의 빛은 투과된다. 이러한 성질을 이용하여 광섬유 격자는 특정 파장대의 빛만을 선택하는 필터로서 주로 사용되며, 일반적으로 브래그 조건을 만족하는 파장은 브래그 파장으로 명명된다.Fiber gratings have a variety of applications in optical communications, including reflection filters, add / drop filters, and fiber lasers. When light is incident on the optical fiber grating, light having a wavelength satisfying the Bragg condition is reflected by the difference in refractive index in the core, and light of the remaining wavelength band is transmitted. Using this property, the optical fiber grating is mainly used as a filter for selecting only light of a specific wavelength band, and a wavelength satisfying the Bragg condition is generally called a Bragg wavelength.
그러나 광섬유 격자는 자체의 유효 굴절률과 길이가 온도에 따라 변화되기 때문에, 광섬유에 새겨진 격자에 의하여 얻어지는 브래그 파장 또한 온도에 따라 변화하게 된다. 이와 같이 브래그 파장이 변화되는 경우에는 원하는 파장을 필터링할 수 없으므로, 온도가 변화하는 환경에서는 광섬유 격자를 사용할 수 없게 된다.However, since the effective refractive index and length of the optical fiber grating change with temperature, the Bragg wavelength obtained by the grating engraved in the optical fiber also changes with temperature. As such, when the Bragg wavelength is changed, the desired wavelength cannot be filtered, and thus the optical fiber grating cannot be used in an environment where the temperature changes.
따라서, 온도 변화에 상관없이 광섬유 격자의 브래그 파장을 안정화시키는 장치 등이 개발되고 있다.Accordingly, devices for stabilizing Bragg wavelengths of optical fiber gratings have been developed regardless of temperature changes.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래의 온도 변화로부터 광섬유 격자를 보호하는 장치에 대하여 설명한다.Hereinafter, an apparatus for protecting an optical fiber grating from a temperature change in the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1에 종래의 광섬유 격자의 파장 안정화 장치의 단면이 도시되어 있다.1 is a cross section of a wavelength stabilizing device of a conventional optical fiber grating.
첨부한 도 1에 도시되어 있듯이, 종래의 광섬유 격자의 파장 안정화 장치에서, 광섬유 격자(1)가 형성되어 있는 광섬유(2)는 서로 열팽창 계수 차이가 큰 두 물질에 의하여 패키지되어 있다.As shown in FIG. 1, in the wavelength stabilization apparatus of the conventional optical fiber grating, the optical fibers 2 on which the optical fiber grating 1 is formed are packaged by two materials having a large difference in coefficient of thermal expansion.
광섬유(2)의 일측단을 제1 튜브(3)가 감싸고 있으며, 제1 튜브(3)는 열팽창 계수가 큰 알루미늄 등의 금속 물질로 이루어진다. 광섬유(2)의 타측단을 알루미늄 등으로 이루어진 캡(4)이 감싸고 있으며, 광섬유(2)의 외부를 열팽창 계수가 작은 인바(invar) 또는 석영(quartz) 등의 물질로 이루어진 제2 튜브(5)가 감싸고 있다. 캡(4)은 제2 튜브(5)의 일측단에 밀착되도록 설치되어 있으며, 제2 튜브(5)는 고정부(6)에 의하여 제1 튜브(3)에 고정되어 있다.The first tube 3 surrounds one end of the optical fiber 2, and the first tube 3 is made of a metal material such as aluminum having a large coefficient of thermal expansion. A cap 4 made of aluminum or the like is wrapped around the other end of the optical fiber 2, and a second tube 5 made of a material such as invar or quartz having a small coefficient of thermal expansion around the outside of the optical fiber 2. ) Is wrapping. The cap 4 is attached to one end of the second tube 5, and the second tube 5 is fixed to the first tube 3 by the fixing part 6.
제1 튜브(3)는 에폭시 수지 등으로 이루어진 제1 연결부(7)에 의하여 광섬유(2)에 연결되어 있으며, 캡(4) 또한 에폭시 수지 등으로 이루어진 제2 연결부(8)에 의하여 광섬유(2)에 연결되어 있다.The first tube 3 is connected to the optical fiber 2 by a first connecting portion 7 made of epoxy resin or the like, and the cap 4 is also connected to the optical fiber 2 by a second connecting portion 8 made of epoxy resin or the like. )
이와 같이 광섬유가 패키지되어 있는 상태에서, 온도가 상승하게 되면 광섬유(2)가 팽창되어 광섬유 격자(1)의 간격이 기준 간격보다 늘어나게 된다. 그러나 이 때, 온도 상승에 따라 열팽창 계수가 큰 제1 튜브(3)가 팽창하게 되고, 제1 튜브(3)가 팽창함에 따라 제1 튜브(3)에 연결되어 있는 제1 연결부(7)가 화살표 방향으로 이동하게 된다. 그 결과, 제1 연결부(7)에 연결되어 있는 광섬유(2)가 수축됨에 따라 광섬유 격자(1)간의 간격이 줄어들게 된다. 따라서 온도 상승에 의한 광섬유 격자(1) 간격 증가가 보상된다.In this state in which the optical fiber is packaged, when the temperature rises, the optical fiber 2 is expanded so that the interval of the optical fiber grating 1 is larger than the reference interval. However, at this time, as the temperature rises, the first tube 3 having a large coefficient of thermal expansion expands, and as the first tube 3 expands, the first connection portion 7 connected to the first tube 3 is expanded. It moves in the direction of the arrow. As a result, the gap between the optical fiber gratings 1 is reduced as the optical fiber 2 connected to the first connection portion 7 is contracted. Therefore, the increase in the spacing of the optical fiber grating 1 due to the temperature rise is compensated.
이와는 반대로, 온도가 떨어지는 경우에는 광섬유(2)가 수축되어 광섬유 격자(1)의 간격이 기준 간격보다 줄어들게 된다. 그러나 이 경우에도 제1 튜브(3)가 온도 하강에 따라 수축됨에 따라 제1 연결부(7)가 화살표 반대 방향으로 이동하게 되어 광섬유(2)가 팽창된다. 따라서, 광섬유 격자(1)간의 간격이 늘어나게 되어, 온도 하강에 의한 광섬유 격자(1)의 간격 감소가 보상된다.On the contrary, when the temperature drops, the optical fiber 2 is contracted so that the interval of the optical fiber grating 1 is smaller than the reference interval. However, even in this case, as the first tube 3 contracts as the temperature decreases, the first connecting portion 7 moves in the opposite direction to the arrow, thereby expanding the optical fiber 2. Thus, the spacing between the optical fiber gratings 1 is increased, so that the gap reduction of the optical fiber grating 1 due to the temperature drop is compensated.
그러나, 이러한 종래의 광섬유 격자의 파장 안정화 장치는 온도 변화에 따라광섬유 격자의 파장을 안정화시키는 기능만을 수행할 뿐, 임의로 광섬유 격자의 브래그 파장을 변화시킬 수는 없다.However, such a wavelength stabilization device of the conventional optical fiber grating only performs a function of stabilizing the wavelength of the optical fiber grating in accordance with temperature changes, and cannot arbitrarily change the Bragg wavelength of the optical fiber grating.
또한, 광섬유를 전체적으로 감싸는 튜브를 이용하기 때문에 재료비, 가공비 등의 제조 비용이 증가하게 되고, 광섬유의 길이가 달라질 때마다 튜브의 길이를 변화시키는 것이 용이하지 않은 단점이 있다.In addition, the manufacturing cost of the material cost, processing cost, etc. is increased because the tube that wraps the optical fiber as a whole, there is a disadvantage that it is not easy to change the length of the tube every time the length of the optical fiber is changed.
도 2에 종래의 광섬유 격자의 브래그 파장을 임의로 변화시키는 파장 조절 장치의 단면이 도시되어 있다.2 is a cross section of a wavelength adjusting device for arbitrarily changing the Bragg wavelength of a conventional optical fiber grating.
첨부한 도 2 에 도시되어 있듯이, 종래의 광섬유 격자의 파장 조절 장치는 광섬유(2)에 형성된 광섬유 격자(1)의 양측에 피에조 전기 발생부(9)가 설치되어 있다.As shown in FIG. 2, in the conventional optical fiber grating wavelength control device, the piezoelectric generator 9 is provided on both sides of the optical fiber grating 1 formed on the optical fiber 2. As shown in FIG.
도시하지 않은 컨트롤러에 의하여 피에조 전기 발생부(9)가 구동되면, 피에조 전기 효과에 의하여 광섬유(2)가 수축되거나 팽창되어 광섬유 격자(1)의 간격 변화가 발생한다. 따라서, 피에조 전기 발생부(9)의 구동량에 따라 광섬유 격자(1)의 브래그 파장이 변화된다.When the piezoelectric generator 9 is driven by a controller (not shown), the optical fiber 2 is shrunk or expanded due to the piezoelectric effect, thereby causing a change in the spacing of the optical fiber grating 1. Therefore, the Bragg wavelength of the optical fiber grating 1 changes with the driving amount of the piezoelectric generator 9.
그러나, 도 2에 도시된 종래의 광섬유 격자의 파장 조절 장치는 광섬유 격자의 파장을 임의로 조정할 수 있으나, 온도 변화에 따라 광섬유 격자의 브래그 파장이 변화되는 단점이 있다.However, although the wavelength control device of the conventional optical fiber grating shown in FIG. 2 can arbitrarily adjust the wavelength of the optical fiber grating, there is a disadvantage in that the Bragg wavelength of the optical fiber grating changes with temperature.
또한, 외부에서 전원을 공급해야 함으로써 그에 따른 부가적인 회로가 필요하며, 피에조 전기 발생부를 제어하기 위한 컨트롤러가 요구되어 부가적인 비용이 상승되는 단점이 있다.In addition, an additional circuit is required according to the external power supply, and a controller for controlling the piezoelectric generator is required to increase the additional cost.
이 발명은 이러한 종래 기술의 단점을 해결하기 위한 것으로, 광섬유 격자의 브래그 파장을 임의로 가변시킬 수 있으며, 온도 변화로부터 광섬유 격자의 브래그 파장 변화를 방지하기 위한 것이다.The present invention is to solve the disadvantages of the prior art, it is possible to arbitrarily vary the Bragg wavelength of the optical fiber grating, and to prevent the Bragg wavelength change of the optical fiber grating from the temperature change.
도 1은 종래의 광섬유 격자의 파장 안정화 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a wavelength stabilization device of a conventional optical fiber grating.
도 2는 종래의 광섬유 격자 소자의 파장 조절 장치의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a wavelength control device of a conventional optical fiber grating element.
도 3은 이 발명의 실시예에 따른 광섬유 격자 소자의 파장 조절 및 안정화 장치의 구조도이다.3 is a structural diagram of a wavelength adjusting and stabilizing apparatus of an optical fiber grating device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 이 발명의 실시예에 따른 광섬유 격자 소자의 파장 변화 상태를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the wavelength change state of the optical fiber grating device according to an embodiment of the present invention.
도 5는 이 발명의 실시예에 따른 광섬유 격자 소자의 온도 변화에 따른 안정성을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the stability according to the temperature change of the optical fiber grating element according to the embodiment of the present invention.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 이 발명에 따른 광섬유 격자의 파장 조절 및 안정화 장치는 온도 변화에 따라 광섬유의 길이 방향으로 가해지는 스트레인(strain)을 감소시키거나 증가시켜, 온도에 의한 광섬유 격자의 간격 변화를 보상한다. 또한, 광섬유의 길이 방향으로 가해지는 스트레인을 임의로 조절하여 광섬유 격자의 브래그 파장을 변화시킨다.In order to achieve this technical problem, the wavelength control and stabilization apparatus of the optical fiber grating according to the present invention reduces or increases the strain (strain) applied in the longitudinal direction of the optical fiber in accordance with the temperature change, the distance of the optical fiber grating due to temperature Compensate for change In addition, the strain applied in the longitudinal direction of the optical fiber is arbitrarily adjusted to change the Bragg wavelength of the optical fiber grating.
이 발명의 특징에 따른 광섬유 격자의 파장 조절 및 안정화 장치는, 광섬유 격자가 형성된 광섬유; 상기 광섬유가 내장되어 있으며 고정되어 있는 제1 페룰; 상기 광섬유가 내장되어 있으며 상기 제1 페룰과 분리되어 이동 가능하게 설치된 제2 페룰; 온도에 따라 팽창 및 수축하는 제1 이동 부재; 및 상기 제1 이동 부재가 팽창 또는 수축되는 방향에 연동하여 상기 제2 페룰을 직선 운동시켜 상기 광섬유 격자의 간격을 늘리거나 줄이는 가압 부재를 포함한다. 온도 상승에 따라 제1 이동 부재가 팽창되는 경우에는 가압 부재가 광섬유가 수축되는 방향으로 제2 페룰을 이동시켜서 광섬유 격자의 간격 증가를 보상하고, 온도 하강에 따라 제1 이동 부재가 수축되는 경우에는 가압 부재가 광섬유가 팽창되는 방향으로 제2 페룰을 이동시켜 광섬유 격자의 간격 감소를 보상한다.The wavelength control and stabilization apparatus of the optical fiber grating according to the characteristics of the present invention, the optical fiber grating is formed; A first ferrule in which the optical fiber is embedded and fixed; A second ferrule embedded with the optical fiber and installed to be movable apart from the first ferrule; A first moving member that expands and contracts with temperature; And a pressing member which increases or decreases the spacing of the optical fiber grating by linearly moving the second ferrule in association with a direction in which the first moving member is expanded or contracted. When the first moving member is expanded according to the temperature rise, the pressing member moves the second ferrule in the direction in which the optical fiber is contracted to compensate for the increase in the spacing of the optical fiber grating, and when the first moving member is contracted according to the temperature drop. The pressing member moves the second ferrule in the direction in which the optical fiber is expanded to compensate for the reduction in the spacing of the optical fiber grating.
이외에, 제1 탄성 계수를 가지며, 상기 제1 이동 부재의 일측에 탄지되어 이동 가능하게 설치되어 있는 제1 탄성 부재; 상기 제1 탄성 계수보다 큰 제2 탄성 계수를 가지고, 상기 제1 탄성 부재와 대면하지 않는 제1 이동 부재의 타측에 탄지되어 고정 설치되어 있는 제2 탄성 부재; 및 상기 제1 이동 부재와 대면하지 않는 제1 탄성 부재의 일측에 설치되어 있으며, 상기 광섬유 격자의 파장을 선택하고, 선택된 파장에 따른 거리만큼 직선 운동하여 상기 제1 탄성 부재를 압축 및 인장시키는 마이크로 미터를 더 포함한다.In addition, a first elastic member having a first elastic modulus, the first elastic member is provided on the one side of the first moving member so as to be movable; A second elastic member having a second elastic modulus larger than the first elastic modulus and being held and fixed to the other side of the first moving member not facing the first elastic member; And a micro part provided on one side of the first elastic member not facing the first moving member, and selecting the wavelength of the optical fiber grating and linearly moving the distance according to the selected wavelength to compress and stretch the first elastic member. Includes more meters.
마이크로 미터에 의하여 상기 제1 탄성 부재가 압축되는 경우에, 상기 탄성 부재가 압축되는 방향으로 상기 제1 이동 부재, 가압 부재 및 제2 페룰이 순차적으로 이동하여 상기 광섬유 격자의 간격이 늘어난다. 마이크로 미터에 의하여 상기 제1 탄성 부재가 인장되는 경우에, 상기 탄성 부재가 인장되는 방향으로 상기 제1 이동 부재, 가압 부재 및 제2 페룰이 순차적으로 이동하여 상기 광섬유 격자의 간격이 줄어든다. 따라서, 마이크로 미터에 의하여 광섬유 격자의 간격이 늘어나거나 줄어들어 광섬유 격자의 브래그 파장이 변화된다.When the first elastic member is compressed by the micrometer, the first moving member, the pressing member, and the second ferrule are sequentially moved in the direction in which the elastic member is compressed to increase the spacing of the optical fiber grating. When the first elastic member is stretched by the micrometer, the first moving member, the pressing member, and the second ferrule are sequentially moved in the direction in which the elastic member is tensioned, thereby reducing the spacing of the optical fiber grating. Therefore, the micrometer increases or decreases the spacing of the optical fiber gratings, thereby changing the Bragg wavelength of the optical fiber gratings.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 이 발명에 따른 실시예를 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도 3에 이 발명의 실시예에 따른 광섬유 격자 소자의 파장 조절 및 안정화 장치의 구조가 도시되어 있다.3 shows the structure of the wavelength adjusting and stabilizing apparatus of the optical fiber grating element according to the embodiment of the present invention.
첨부한 도 3에 도시되어 있듯이, 광섬유 격자(11)가 형성되어 있는 광섬유(10)의 양끝단이 제1 및 제2 페룰(ferrule)(20,21)에 각각 내장되어 있으며, 광섬유(10)는 제1 및 제2 페룰(20, 21) 내부에 고정 설치된다. 인바 등의 열팽창 계수가 작은 금속 물질로 이루어진 플레이트(80)에 제1 페룰(20)은 고정되어 있으며, 제2 페룰(21)은 이동 가능하게 설치된다.As shown in FIG. 3, both ends of the optical fiber 10 having the optical fiber grating 11 are formed in the first and second ferrules 20 and 21, respectively, and the optical fiber 10 Is fixedly installed inside the first and second ferrules 20 and 21. The first ferrule 20 is fixed to the plate 80 made of a metal material having a low coefficient of thermal expansion such as Invar, and the second ferrule 21 is provided to be movable.
광섬유(10)는 가압 부재(30)의 상단부를 통과하도록 설치되며, 가압 부재(30)는 광섬유 격자(11)와 제2 페룰(21) 사이에 설치된다. 광섬유(10)는 소정의 텐션(tension)이 가해지도록 설치된다.The optical fiber 10 is installed to pass through the upper end of the pressing member 30, the pressing member 30 is installed between the optical fiber grating 11 and the second ferrule 21. The optical fiber 10 is installed so that a predetermined tension is applied.
광섬유 격자(11)의 브래그 파장을 선택하는 마이크로 미터(40)의 일측에 제1 탄성 부재(50)와, 제1 이동 부재(60)와, 제2 탄성 부재(70)가 순차적으로 연결되어 있다.The first elastic member 50, the first moving member 60, and the second elastic member 70 are sequentially connected to one side of the micrometer 40 that selects the Bragg wavelength of the optical fiber grating 11. .
마이크로 미터(40)는 회전 운동하는 마이크로 헤드(41)와, 마이크로 헤드(41)의 회전 운동에 연동하여 좌우 방향으로 직선 운동하는 스핀들(spindle, 42)로 이루어진다. 마이크로 미터(40)의 스핀들(42)과 제1 이동 부재(60) 사이에 제1 탄성 부재(50)가 탄지되어 있으며, 제1 탄성 부재(50)와 대면하지 않는 제1 이동 부재(60)의 일측에 제1 이동 부재(60)를 가압하는 방향으로 제2 탄성 부재(70)가 탄지되어 있다. 플레이트(80) 상에 마이크로 미터(40), 제1 탄성 부재(50) 및 제1 이동 부재(60)는 이동 가능하게 설치되며, 제2 탄성 부재(70)는 고정되어 있다.The micrometer 40 includes a micro head 41 that rotates and a spindle 42 that linearly moves in a horizontal direction in association with the rotational motion of the micro head 41. The first elastic member 50 is supported between the spindle 42 of the micrometer 40 and the first movable member 60, and does not face the first elastic member 50. The second elastic member 70 is supported in the direction in which the first moving member 60 is pressed on one side of the second elastic member 70. The micrometer 40, the first elastic member 50, and the first moving member 60 are provided to be movable on the plate 80, and the second elastic member 70 is fixed.
제1 탄성 부재(50)는 제1 탄성 계수를 가지고, 제2 탄성 부재(70)는 제1 탄성 계수보다 상당히 높은 제2 탄성 계수를 가진다. 예를 들어, 제1 탄성 계수가 1이라면 제2 탄성 계수는 50이다.The first elastic member 50 has a first elastic modulus, and the second elastic member 70 has a second elastic modulus considerably higher than the first elastic modulus. For example, if the first elastic modulus is 1, the second elastic modulus is 50.
제 1 이동 부재(60)와 평행하게 제2 이동 부재(61)가 설치되어 있으며, 제1 이동 부재(60)와 제2 이동 부재(61)는 연동하도록 제1 및 제2 연결 부재(62, 63)에 의하여 서로 연결되어 있으며, 제2 이동 부재(61)는 가압 부재(30)의 하단부에 연결되어 있다. 가압 부재(30)와 제2 페룰(21) 사이에 제2 페룰(21)을 가압하는 방향으로 제3 탄성 부재(90)가 탄지되어 있다.The second moving member 61 is provided in parallel with the first moving member 60, and the first and second connecting members 62 and the first moving member 60 and the second moving member 61 interlock with each other. 63 is connected to each other, the second moving member 61 is connected to the lower end of the pressing member (30). The third elastic member 90 is supported in the direction in which the second ferrule 21 is pressed between the pressing member 30 and the second ferrule 21.
따라서 제1 이동 부재(60)의 직선 운동에 연동하여 제2 이동 부재(61) 및 가압 부재(30)가 직선 운동하게 되고, 이에 따라 제3 탄성 부재(90)의 압축력 및 인장력에 의하여 제2 페룰(21)이 직선 운동하게 된다.Accordingly, the second moving member 61 and the pressing member 30 linearly move in conjunction with the linear movement of the first moving member 60, and accordingly, the second moving member 61 is pressed by the compressive force and the tensile force of the third elastic member 90. The ferrule 21 is linearly moved.
그 결과, 광섬유(10)의 길이 방향으로 가해지는 스트레인이 증가되거나 감소되어 광섬유 격자(11)의 간격이 늘어나거나 줄어든다.As a result, the strain applied in the longitudinal direction of the optical fiber 10 is increased or decreased so that the spacing of the optical fiber gratings 11 is increased or decreased.
이 발명의 실시예에서, 제1 및 제2 이동 부재(60,61)는 열팽창 계수가 큰 알루미늄 등의 금속으로 이루어지고, 플레이트(80)는 열팽창 계수가 작은 인바 등의 금속으로 이루어지나, 이에 한정되지 않으며 제2 이동 부재(61)는 열팽창 계수가 작은 금속을 사용하여도 된다.In the embodiment of the present invention, the first and second moving members 60 and 61 are made of metal such as aluminum having a large coefficient of thermal expansion, and the plate 80 is made of metal such as Invar having a small coefficient of thermal expansion. It does not restrict | limit, The 2nd moving member 61 may use the metal with a small thermal expansion coefficient.
이하, 이 발명의 실시예에 따른 광섬유 격자의 파장 조절 및 안정화 장치의 동작에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the wavelength control and stabilization apparatus of the optical fiber grating according to the embodiment of the present invention will be described.
일반적으로 브래그 조건에 의하여 결정되는 광섬유 격자의 반사 파장은 다음과 같이 광섬유 격자의 주기와 코어의 유효 귤절률로 정의된다.In general, the reflection wavelength of an optical fiber grating determined by Bragg conditions is defined as the period of the optical fiber grating and the effective control rate of the core as follows.
여기서, λB는 반사되는 브래그 파장을 나타내고, neff는 광섬유 격자의 유효 굴절률을 나타내고, Λ는 광섬유 격자의 주기를 나타내고, m은 정수이다.Here, λ B represents the reflected Bragg wavelength, n eff represents the effective refractive index of the optical fiber grating, Λ represents the period of the optical fiber grating, and m is an integer.
이 브래그 조건에 따르면, 반사되는 빛의 브래그 파장은 광섬유 격자의 유효 굴절률과 격자 주기에 비례한다. 그러나 광섬유 격자의 온도가 변하게 되면 유효 굴절률이 변하게 되어 브래그 조건이 바뀌기 때문에 반사되는 빛의 브래그 파장도 달라지게 된다. 즉, 온도와 브래그 파장의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.According to this Bragg condition, the Bragg wavelength of the reflected light is proportional to the effective refractive index and the grating period of the optical fiber grating. However, when the temperature of the optical fiber grating changes, the effective refractive index changes, causing the Bragg condition to change, thus changing the Bragg wavelength of the reflected light. That is, the relationship between temperature and Bragg wavelength can be expressed as follows.
예를 들어, 25℃에서의 유효 굴절률과 격자 주기를 각각 neff(25℃), Λ(25℃) 그리고 25℃로부터의 온도 변화를 △T라고 하면, 다음과 같은 식이 성립된다.For example, assuming that the effective refractive index and the lattice period at 25 ° C. are respectively n eff (25 ° C.), Λ (25 ° C.), and the temperature change from 25 ° C. is ΔT, the following equation is established.
여기에서 τn는 온도 변화에 따른 굴절률 변화 계수이고, τΛ는 온도 변화에 따른 열팽창 계수이다. τn과 τΛ은 다음과 같이 나타낼 수 있다.Τ n is a refractive index change coefficient according to the temperature change, τ Λ is a thermal expansion coefficient according to the temperature change. τ n and τ Λ can be expressed as
위의 수학식 3과 수학식 4를 수학식 2에 대입하면 다음과 같다.Substituting Equations 3 and 4 into Equation 2 above is as follows.
수학식 5에서 우변의 세 번째 항은 첫 번째 및 두 번째 항에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 값이므로, 온도 변화 △T에 의한 브래그 파장 변화 △λB(T)( λB(T)-λB(25℃) )는 다음과 같이 나타낼 수 있다.The third term of the right side in equation (5) is first and the so a value negligible compared with the second term, the Bragg wavelength change △ λ B (T) (λ B (T) caused by temperature change △ T -λ B (25 ° C) can be expressed as follows.
수학식 6에 의하면 브래그 파장은 온도 변화에 대하여 열 팽창 상수 값(τn)과 온도 변화에 의한 유효 굴절률 변환(thermooptic) 상수 값(τΛ)의 합에 비례하여 변화되는 것을 알 수 있다.According to Equation 6, it can be seen that the Bragg wavelength changes in proportion to the sum of the thermal expansion constant value τ n and the effective refractive index transformation value τ Λ due to the temperature change.
이와 같이 광섬유 격자의 브래그 파장이 온도 변화에 따라 변화되는 것을 보상하기 위하여, 이 발명에서는 위의 수학식 1과 같이 격자의 간격 주기에 의해서도 브래그 파장이 변화되는 것을 이용하여 온도 변화에 따른 파장의 안정화 및 파장가변화를 달성하였다.In order to compensate for the change in the Bragg wavelength of the optical fiber grating according to the temperature change, in the present invention, stabilization of the wavelength according to the temperature change by using the Bragg wavelength is also changed by the interval interval of the grating as shown in Equation 1 above. And wavelength change was achieved.
먼저, 온도 변화시에도 광섬유 격자의 파장이 안정화되는 동작에 대하여 설명한다.First, the operation of stabilizing the wavelength of the optical fiber grating even when the temperature changes will be described.
광섬유 격자(11)가 형성된 광섬유(10)는 가압 부재(30)를 관통하여 설치된 상태에서, 온도가 기준 온도 이상으로 상승되는 경우에는 광섬유(10) 자체의 유효 굴절률이 변하거나 광섬유(10) 길이가 온도에 따라 늘어나게 된다. 광섬유(10)의 길이가 늘어나는 경우에는 광섬유 격자(11)의 간격 또한 커지게 됨으로써, 광섬유 격자(11)의 브래그 파장이 변화된다.In the state where the optical fiber grating 11 is formed, the optical fiber 10 is installed through the pressing member 30, when the temperature rises above the reference temperature, the effective refractive index of the optical fiber 10 itself changes or the length of the optical fiber 10 Increases with temperature. When the length of the optical fiber 10 is increased, the spacing of the optical fiber grating 11 also becomes large, thereby changing the Bragg wavelength of the optical fiber grating 11.
한편, 온도 상승에 따라 열 팽창 계수가 높은 제1 이동 부재(60)도 팽창하게 되며, 이 때, 제1 이동 부재(60)에 비하여 상대적으로 열 팽창 계수가 상당히 낮은 플레이트(80)에는 변화가 발생되지 않는다.On the other hand, as the temperature rises, the first moving member 60 having a high coefficient of thermal expansion also expands. At this time, the plate 80 having a significantly lower coefficient of thermal expansion than the first moving member 60 changes. It does not occur.
제1 이동 부재(60)가 팽창됨에 따라 제1 이동 부재(60)의 일측에 탄지되어 있던 제1 탄성 부재(50)가 압축된다. 이 때, 제1 이동 부재(60)의 타측에 탄지되어 있던 제2 탄성 부재(70)로도 팽창력이 가해지지만, 제2 탄성 부재(70)의 탄성 계수가 매우 높기 때문에 제2 탄성 부재(70)는 압축되지 않는다. 따라서, 제1 이동 부재(60)는 제1 탄성 부재(50) 쪽 즉, 화살표 방향으로만 팽창하게 된다.As the first moving member 60 is expanded, the first elastic member 50 held on one side of the first moving member 60 is compressed. At this time, the expansion force is also applied to the second elastic member 70 held on the other side of the first moving member 60, but since the elastic modulus of the second elastic member 70 is very high, the second elastic member 70 Is not compressed. Therefore, the first moving member 60 expands only in the direction of the first elastic member 50, that is, the arrow.
제1 이동 부재(60)가 화살표 방향으로 이동함에 따라, 제1 및 제2 연결 부재(62, 63) 및 제2 이동 부재(61)가 연동하여 화살표 방향으로 이동하게 되고, 제2 이동 부재(61)에 연결된 가압 부재(30) 또한 화살표 방향으로 이동하게 된다.As the first moving member 60 moves in the direction of the arrow, the first and second connecting members 62 and 63 and the second moving member 61 interlock with each other and move in the direction of the arrow. The pressing member 30 connected to 61 also moves in the direction of the arrow.
가압 부재(30)가 화살표 방향으로 이동함에 따라 가압 부재(30)에 연결되어 있는 제3 탄성 부재(90)가 인장되고, 제3 탄성 부재(90)의 인장력에 의하여 제2 페룰(21)도 화살표 방향으로 이동하게 된다. 따라서 광섬유(10)의 길이 방향으로 가해지는 스트레인이 감소되어 광섬유 격자(11)의 간격이 줄어들게 된다.As the pressing member 30 moves in the direction of the arrow, the third elastic member 90 connected to the pressing member 30 is stretched, and the second ferrule 21 is also pulled out by the pulling force of the third elastic member 90. It moves in the direction of the arrow. Therefore, the strain applied in the longitudinal direction of the optical fiber 10 is reduced to reduce the spacing of the optical fiber grating 11.
그러므로, 온도 상승에 의하여 기준 간격보다 늘어난 광섬유 격자(11)의 간격이 보상된다.Therefore, the spacing of the optical fiber grating 11 which is longer than the reference spacing by the temperature rise is compensated for.
한편, 온도가 가준 온도 이하로 떨어진 경우에는 광섬유(10) 길이가 온도에 따라 줄어들게 되고, 이에 따라 광섬유 격자(11)의 간격 또한 기준 간격보다 줄어들게 되어 광섬유 격자(11)의 브래그 파장이 변화된다.On the other hand, when the temperature falls below the temporary temperature, the length of the optical fiber 10 is reduced according to the temperature, and thus the spacing of the optical fiber grating 11 is also reduced than the reference interval, thereby changing the Bragg wavelength of the optical fiber grating 11.
이 경우에도 온도 하강에 의하여 열 팽창 계수가 높은 제1 이동 부재(60)도 수축하게 된다. 제1 이동 부재(60)가 수축됨에 따라 제1 및 제2 연결 부재(62, 63) 와 제2 이동 부재(61)가 화살표 반대 방향으로 이동하게 되고, 이에 따라 가압 부재(30) 또한 화살표 반대 방향으로 이동하게 된다.Even in this case, the first moving member 60 having a high thermal expansion coefficient also contracts due to the temperature drop. As the first moving member 60 is contracted, the first and second connecting members 62 and 63 and the second moving member 61 are moved in the opposite directions to the arrows, so that the pressing member 30 is also opposite to the arrows. Will be moved in the direction.
가압 부재(30)가 화살표 반대 방향으로 이동함에 따라 제3 탄성 부재(90)가 압축되어, 제2 페룰(21)로 제3 탄성 부재(90)에 의한 압축력이 가해진다. 따라서 제2 페룰(21)이 화살표 반대 방향으로 이동하게 되어 광섬유(10)의 길이 방향으로 가해지는 스트레인이 증가되어 광섬유 격자(11)의 간격이 늘어나게 된다.As the pressing member 30 moves in the direction opposite to the arrow, the third elastic member 90 is compressed, and a compressive force by the third elastic member 90 is applied to the second ferrule 21. Therefore, the second ferrule 21 is moved in the direction opposite to the arrow so that the strain applied in the longitudinal direction of the optical fiber 10 is increased to increase the spacing of the optical fiber grating 11.
그러므로, 온도 하강에 의하여 기준 간격보다 줄어든 광섬유 격자(11)의 간격이 보상된다.Therefore, the spacing of the optical fiber grating 11, which is reduced from the reference spacing by the temperature drop, is compensated.
다음에는 임의로 광섬유 격자(11)의 파장을 변화시키는 동작에 대하여 설명한다.Next, an operation of arbitrarily changing the wavelength of the optical fiber grating 11 will be described.
예를 들어 광섬유 격자(11)의 파장을 기준 파장보다 증가시키고자 하는 경우, 사용자가 마이크로 미터 헤드(41)를 시계 방향으로 회전시키면, 마이크로 미터 헤드(41)의 회전 운동에 따라 헤드(41)에 연결된 스핀들(42)이 화살표 반대 방향으로 직선 운동하게 된다.For example, if the user wants to increase the wavelength of the optical fiber grating 11 than the reference wavelength, when the user rotates the micrometer head 41 clockwise, the head 41 in accordance with the rotational movement of the micrometer head 41 Spindle 42 connected to the linear motion in the opposite direction to the arrow.
스핀들(42)이 화살표 반대 방향으로 이동함에 따라 제1 탄성 부재(50)가 압축되어 제1 탄성 부재(50)에 의한 압축력이 제1 이동 부재(60)로 가해지며, 이에 따라 제1 이동 부재(60)가 화살표 반대 방향으로 이동하게 된다.As the spindle 42 moves in the direction opposite to the arrow, the first elastic member 50 is compressed, so that the compressive force by the first elastic member 50 is applied to the first moving member 60, and accordingly the first moving member 60 moves in the opposite direction of the arrow.
따라서, 위의 파장 안정화 동작에 기술된 바와 같이 제1 및 제2 연결 부재(62, 63), 제2 이동 부재(61) 및 가압 부재(30)가 순차적으로 연동하여 화살표 반대 방향으로 이동하게 되어, 제2 페룰(21)이 화살표 반대 방향으로 이동하게 된다.Therefore, as described in the above-mentioned wavelength stabilization operation, the first and second connection members 62 and 63, the second moving member 61, and the pressing member 30 are sequentially interlocked and moved in the opposite directions to the arrows. The second ferrule 21 moves in the direction opposite to the arrow.
이에 따라 광섬유(10)의 길이 방향으로 가해지는 스트레인이 증가되어 광섬유 격자(11)의 간격이 늘어나게 됨으로써, 광섬유 격자(11)의 브래그 파장이 증가하게 된다.Accordingly, the strain applied in the longitudinal direction of the optical fiber 10 is increased to increase the spacing of the optical fiber grating 11, thereby increasing the Bragg wavelength of the optical fiber grating 11.
한편, 광섬유 격자(11)의 파장을 기준 파장보다 감소시키고자 하는 경우, 사용자가 마이크로 미터 헤드(41)를 시계 반대 방향으로 회전시키면, 마이크로 미터 헤드(41)의 회전 운동에 따라 헤드(41)에 연결된 스핀들(42)이 화살표 방향으로 직선 운동하게 된다.On the other hand, when the user wants to reduce the wavelength of the optical fiber grating 11 than the reference wavelength, when the user rotates the micrometer head 41 counterclockwise, the head 41 in accordance with the rotational movement of the micrometer head 41 Spindle 42 connected to the linear motion in the direction of the arrow.
스핀들(42)이 화살표 방향으로 이동함에 따라 제1 탄성 부재(50)가 인장되고, 제1 탄성 부재(50)의 인장력에 의하여 제1 이동 부재(60)가 화살표 방향으로이동하게 된다.As the spindle 42 moves in the direction of the arrow, the first elastic member 50 is tensioned, and the first moving member 60 is moved in the direction of the arrow by the tensile force of the first elastic member 50.
따라서, 제1 및 제2 연결 부재(62, 63), 제2 이동 부재(61) 및 가압 부재(30)가 순차적으로 연동하여 화살표 방향으로 이동하게 되어 제3 탄성 부재(90)가 인장되고, 제3 탄성 부재(90)의 인장력에 의하여 제2 페룰(21)이 화살표 방향으로 이동하게 된다.Accordingly, the first and second connecting members 62 and 63, the second moving member 61, and the pressing member 30 are sequentially interlocked and moved in the direction of the arrow so that the third elastic member 90 is tensioned. The second ferrule 21 is moved in the direction of the arrow by the tensile force of the third elastic member 90.
제2 페룰(21)이 화살표 방향으로 이동함에 따라 광섬유(10)의 길이 방향으로 가해지는 스트레인이 감소되어 광섬유 격자(11)의 간격이 감소됨으로써, 광섬유 격자(11)의 브래그 파장이 증가하게 된다.As the second ferrule 21 moves in the direction of the arrow, the strain applied in the longitudinal direction of the optical fiber 10 is reduced, thereby reducing the spacing of the optical fiber grating 11, thereby increasing the Bragg wavelength of the optical fiber grating 11. .
위에 기술한 바와 같이 마이크로 미터(40)를 이용하여 제1 이동 부재(60)를 이동시키는 경우에 제1 및 제2 탄성 부재(50,70)의 탄성 계수비가 1:50이라면, 제1 이동 부재(60)를 각각 탄지하고 있는 제1 탄성 부재(50)와 제2 탄성 부재(70)의 탄성 계수 차이로 인하여 제1 이동 부재(60)가 마이크로 미터(40)의 회전량의 1/50에 해당하는 거리만큼 이동하게 된다. 따라서 광섬유 격자(11)의 브래그 파장을 미세하게 가변시킬 수가 있으며, 가변시키고자 하는 파장 범위에 따라 탄성 계수비를 적절하게 선택할 수 있다.When the first moving member 60 is moved by using the micrometer 40 as described above, when the elastic modulus ratio of the first and second elastic members 50 and 70 is 1:50, the first moving member Due to the difference in the modulus of elasticity between the first elastic member 50 and the second elastic member 70 holding the respective 60, the first moving member 60 may not exceed 1/50 of the rotational amount of the micrometer 40. The distance will be moved by the corresponding distance. Therefore, the Bragg wavelength of the optical fiber grating 11 can be finely changed, and the elastic modulus ratio can be appropriately selected according to the wavelength range to be varied.
이 발명의 실시예에서는 브래그 파장이 1552.0㎚인 광섬유 격자 필터를 사용하는 경우, 약 1㎚ 정도로 브래그 파장을 이동시키는 스트레인 하에서 도 3에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 광섬유 격자의 파장 조절 및 안정화 장치를 제작하였다.In the embodiment of the present invention, when using an optical fiber grating filter having a Bragg wavelength of 1552.0 nm, a wavelength adjusting and stabilizing apparatus for an optical fiber grating having a structure as shown in FIG. 3 under a strain for shifting the Bragg wavelength by about 1 nm is provided. Produced.
예를 들어, 두 페룰 사이의 거리를 약 3.5㎝로 고정시켰을 경우에 3㎚ 정도의 파장 가변을 얻기 위해서는 광섬유의 길이가 약 70㎛ 정도 변하여야 한다. 이 때, 마이크로 미터의 변위는 5㎜용을 사용하였으며, 제2 탄성 부재와 제3 탄성 부재의 탄성 계수비가 1:50이 되도록 하였다.For example, when the distance between two ferrules is fixed at about 3.5 cm, the length of the optical fiber should be changed by about 70 μm in order to obtain a wavelength variation of about 3 nm. At this time, the displacement of the micrometer was used for 5 mm, and the elastic modulus ratio of the second elastic member and the third elastic member was 1:50.
이런 경우에는 5㎜의 마이크로 미터 길이 변화에 의하여 제1 이동 부재가 약 100㎛ 정도의 변위를 갖게 됨으로써, 원하는 3㎚의 브래그 파장 가변이 가능하게 된다.In this case, the first moving member has a displacement of about 100 μm due to the change of the micrometer length of 5 mm, so that the desired Bragg wavelength of 3 nm can be varied.
이와 같이 제조된 광섬유 격자의 파장 조절 및 안정화 장치에서의 광섬유 격자의 브래그 파장 변위가 첨부한 도 4에 도시되어 있다. 첨부한 도 4에 도시되어 있듯이, 마이크로 미터를 1㎜ 이동시킨 경우에는 약 0.5㎚ 정도로 브래그 파장의 변위가 발생하였다.The Bragg wavelength shift of the optical fiber grating in the wavelength control and stabilization apparatus of the optical fiber grating thus manufactured is shown in FIG. As shown in the accompanying FIG. 4, when the micrometer was moved by 1 mm, the Bragg wavelength displacement was about 0.5 nm.
대부분의 격자용 광섬유는 1% 이상의 스트레인을 견딜 수 있으므로 위와 같은 방법에 의하여 15㎚ 이상의 파장 가변 범위를 가지는 소자를 제작할 수 있다.Since most grating optical fibers can withstand 1% or more strain, devices having a wavelength variable range of 15 nm or more can be manufactured by the above method.
또한, 온도 변화를 -20℃에서 70℃까지 주었을 경우에, 이와 같이 제조된 광섬유 구조의 파장 변화 상태가 도 5에 도시되어 있다.In addition, when the temperature change is given from -20 ° C to 70 ° C, the wavelength change state of the optical fiber structure thus manufactured is shown in FIG.
첨부한 도 5에 도시된 바와 같이, 브래그 파장의 변화는 측정 온도 범위에서 약 ±0.05㎚로서 파장 변화가 거의 발생되지 않았음을 알 수 있다. 따라서 온도가 보상되지 않은 일반 광섬유 격자의 브래그 파장 변화값 ±0.5㎚에 비하여 온도 안정성이 크게 향상되었음을 알 수 있다.As shown in the accompanying FIG. 5, the change in the Bragg wavelength was about ± 0.05 nm in the measurement temperature range, indicating that almost no change in wavelength occurred. Therefore, it can be seen that the temperature stability is significantly improved compared to the Bragg wavelength change value of ± 0.5 nm of the general optical fiber grating without temperature compensation.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에 따라 온도가 변화되는 경우에도 광섬유격자의 브래그 파장 변화를 방지할 수 있으며, 이에 따라 온도 안정성이 향상된다.As described above, even when the temperature is changed according to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent the Bragg wavelength change of the optical fiber lattice, thereby improving the temperature stability.
또한, 별도의 전원 공급 장치나 컨트롤러가 없어도 임의로 광섬유 격자의 브래그 파장을 용이하게 변화시킬 수 있으며, 구조가 간단하므로 제조 비용을 감소시킬 수 있다.In addition, it is possible to easily change the Bragg wavelength of the optical fiber grating without a separate power supply or controller, and the manufacturing structure can be reduced because the structure is simple.
이 발명은 위에 기술한 실시예에 한정되지 않고, 다음에 기술되는 청구 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.This invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can implement in various changes within the range which does not deviate from the Claim described below.
Claims (5)
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| KR1019990027537A KR100365262B1 (en) | 1999-07-08 | 1999-07-08 | Device for adjusting and stabilizing wave lengths of fiber gratings |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| 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: 20080716 Year of fee payment: 7 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |