KR100377388B1 - 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정 비율의 레이저 빔은 분리하고 나머지 레이저 빔은 통과시키는 제1빔 스플리터와; 상기 제1빔 스플리터에서 분리된 레이저 빔을 반사시키는 제1미러와; 상기 제1빔 스플리터를 통과한 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유의 제1영역에 노출시키는 제1진폭 마스크와; 상기 제1미러에서 반사된 레이저 빔 중 소정 비율의 레이저 빔은 분리하고 나머지 레이저 빔은 통과시키는 제2빔 스플리터와; 상기 제1진폭 마스크와 상이한 주기를 가지며, 상기 제2빔 스플리터를 통과한 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유의 제2영역에 노출시키는 제2진폭 마스크와; 상기 제2빔 스플리터를 통과한 레이저 빔을 반사시키는 제2미러와; 상기 제2미러에 반사된 레이저 빔을 반사시키는 제3미러와; 상기 제1진폭 마스크 및 제2진폭 마스크와 상이한 주기를 가지며, 상기 제3미러에 반사된 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유의 제3영역에 노출시키는 제3진폭 마스크를 포함함을 특징으로 하는 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치를 제공한다.

Description

중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치{FABRICATION DEVICE OF OVERLAPPED LONG PERIOD OPTICAL FIBER GRATING}

본 발명은 광섬유에 관한 것으로서, 특히 장주기 광섬유 격자의 제조 장치에 관한 것이다.

광 전송 시스템을 구성하는 광 부품의 하나인 장주기 광섬유 격자는 광섬유 내에 특정 파장 대역의 광신호를 클래딩 모드로 커플링시키고 나머지 파장 대역의 광신호는 통과시키는 역할을 한다. 상기 장주기 광섬유 격자는 비반사형 대역차단 필터(Nonreflecting band-rejection filter), 대역통과 필터(Bandpass filter) 등의 광섬유 필터 및 광 센서(Optical sensor)로 활용되며, 특히 중첩된 장주기 광섬유 격자(Overlapped long period fiber grating)는 이득 평탄화 필터(Gain flatten filter)로 활용된다.

상기 장주기 광섬유 격자의 제조 방법은 힐(K.O. Hill) 등에 의해 발견되어 1978년에 발간된 APPL. PHYS. Lett.,Vol.32, "Photosensitivity in optical fiber waveguides: Application to reflection filter fabrication" pp.647 ~ 649에 개시된 바 있는 "게르마늄이 도핑된 광섬유(Germanium-doped optical fiber)는 자외선에 대해 광민감성(Photosensitivity)을 가진다"는 원리에 바탕을 두고 있다.

또한, 상기 장주기 광섬유 격자의 대표적인 제조 방법으로는 멜츠(G.Meltz) 등에 의해 개발되어 1989년 발간된 Opt. Lett.,Vol. 14, "Formation of Bragg gratings in optical fibers by a tranverse holographic method" pp.823 ~ 825에 개시된 바 있는 "측면 새김(Side writing)"에 의한 자외선 조사 방법이 주로 적용되고 있다.

한편, 자외선 조사에 의한 장주기 광섬유 격자의 제조 방법은 다음 수학식 1 및 수학식 2를 통해 설명될 수 있다.

(여기서, β_co는 코아 모드의 전달 상수(propagation constant), β_cl ⁽ⁿ⁾은 n차 클래딩 모드의 전달 상수, Λ는 격자 주기(grating period))

상기 수학식 1에 β = 2πn/λ을 대입하면, 아래 수학식 2를 얻을 수 있다.

(여기서, n_co는 코아의 굴절율, n_cl은 클래드의 굴절율, λ는 커플링 파장)

상기 수학식 2에서 알 수 있는 바와 같이 코아 모드에서 클래딩 모드로 커플링되는 파장을 이동시키려면, 상기 격자 주기(Λ)와 굴절율차(n_co- n_cl)를 조절해야 한다.

한편, 도 1은 종래 기술의 실시예에 따른 중첩된 장주기 광섬유 격자를 나타낸 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래 기술의 실시예에 따른 중첩된 장주기 광섬유 격자(10)는 서로 다른 주기(Λ1, Λ2, Λ3)를 가진 장주기 광섬유 격자(f1, f2, f3)를 개별적으로 형성한 후, 각각의 장주기 광섬유 격자(f1, f2, f3)의 단부와 단부간을 접속하여 제조하였다.

그러나, 위와 같은 방법을 사용할 때 각각의 장주기 광섬유 격자를 연결하기 위해서는 퓨전 스플라이서(fusion splicer)와 같은 별도의 접속 수단이 필요할 뿐만 아니라 접속 과정에 많은 시간이 소요된다. 또한, 장주기 광섬유 격자의 접속 부위는 외부의 충격에 의해 파손되기 쉬우므로, 이를 보강하기 위해 수축 튜브와 같은 보강 수단이 필요하며, 장주기 광섬유 격자의 인위적인 접속으로 인한 접속 손실이 발생하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 서로 다른 주기를 가진 장주기 광섬유 격자들을 상호 접속하지 않고도 중첩된 장주기 광섬유 격자를 제조할 수 있는 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 별도의 접속 수단이나 보강 수단이 필요없는 중첩된장주기 광섬유 격자 제조 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광섬유에 격자를 형성하는 장치에 있어서, 레이저 광원과; 상기 레이저 광원에서 출력된 레이저 빔 중 소정 비율의 레이저 빔은 분리하고 나머지 레이저 빔은 통과시키는 빔 스플리터와; 상기 빔 스플리터에서 분리된 레이저 빔을 반사시키는 미러와; 상기 빔 스플리터를 통과한 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유의 제1영역에 노출시키는 제1 진폭 마스크와; 상기 제1진폭 마스크와 상이한 주기를 가지며, 상기 미러에 반사된 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유의 제2영역에 노출시키는 제2 진폭 마스크를 포함함을 특징으로 하는 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 광섬유에 격자를 형성하는 장치에 있어서, 레이저 광원과; 상기 레이저 광원에서 출력된 레이저 빔 중 소정 비율의 레이저 빔은 분리하고 나머지 레이저 빔은 통과시키는 제1빔 스플리터와; 상기 제1빔 스플리터에서 분리된 레이저 빔을 반사시키는 제1미러와; 상기 제1빔 스플리터를 통과한 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유의 제1영역에 노출시키는 제1진폭 마스크와; 상기 제1미러에서 반사된 레이저 빔 중 소정 비율의 레이저 빔은 분리하고 나머지 레이저 빔은 통과시키는 제2빔 스플리터와; 상기 제1진폭 마스크와 상이한 주기를 가지며, 상기 제2빔 스플리터를 통과한 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유의 제2영역에 노출시키는 제2진폭 마스크와; 상기 제2빔 스플리터를 통과한 레이저 빔을 반사시키는 제2미러와; 상기 제2미러에 반사된 레이저 빔을 반사시키는 제3미러와; 상기 제1진폭 마스크 및 제2진폭 마스크와 상이한 주기를 가지며, 상기 제3미러에 반사된 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유의 제3영역에 노출시키는 제3진폭 마스크를 포함함을 특징으로 하는 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치를 제공한다.

도 1은 종래 기술의 실시예에 따른 중첩된 장주기 광섬유 격자를 나타낸 개략도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치를 나타낸 구성도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중첩된 장주기 광섬유 격자를 나타낸 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 레이저 광원 110 : 제1빔 스플리터

112 : 제1광 감쇠기 114 : 제1빔 셔터

116 : 제1진폭 마스크 120, 130, 132 : 미러

122 : 제2빔 스플리터 124 : 제2광 감쇠기

126 : 제2빔 셔터 128 : 제2진폭 마스크

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치를 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중첩된 장주기 광섬유 격자를 나타낸 사시도이다. 도 2 및 도 3에는 세 개의 서로 다른 주기를 가진 장주기 광섬유 격자를 제조하기 위한 장치가 도시되어 있으나, 빔 스플리터, 미러, 광 감쇠기 및 진폭 마스크의 추가를 통해 세 개 이상의 서로 다른 주기를 가진 장주기 광섬유 격자를 제조할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치는 하나의 레이저 광원(100)과, 상기 레이저 광원(100)에서 출력된 레이저 빔을 광섬유 길이 방향의 서로 다른 세 영역에 노출시키기 위한 세 그룹으로 구성된다. 상기 레이저 광원(100)으로는 엑시머 레이저와 같은 자외선 레이저 광원을 사용한다.

먼저, 광섬유의 제1영역으로 레이저 빔을 노출시키기 위한 제1그룹은, 상기레이저 광원(100)에서 출력된 레이저 빔 중 소정 비율의 레이저 빔은 분리하고 나머지 레이저 빔은 통과시키는 제1빔 스플리터(110), 상기 제1빔 스플리터(110)를 통과한 레이저 빔의 세기를 조절하여 출력하는 제1광 감쇠기(112), 상기 제1광 감쇠기(112)에서 출력된 레이저 빔의 노출 시간을 조절하는 제1빔 셔터(114) 및 일정 주기(Λ1)를 가지며 상기 제1빔 셔터(114)를 통과한 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유(f)의 제1영역에 노출시키는 제1진폭 마스크(116)로 구성된다.

또한, 광섬유의 제2영역으로 레이저 빔을 노출시키기 위한 제2그룹은, 상기 제1빔 스플리터(110)에서 분리된 레이저 빔을 반사시키는 미러(120)와, 상기 미러(120)에 반사된 레이저 빔 중 소정 비율의 레이저 빔은 분리하고 나머지 레이저 빔은 통과시키는 제2빔 스플리터(122), 상기 제2빔 스플리터(122)를 통과한 레이저 빔의 세기를 조절하여 출력하는 제2광 감쇠기(124), 상기 제2광 감쇠기(124)에서 출력된 레이저 빔의 노출 시간을 조절하는 제2빔 셔터(126) 및 상기 제1진폭 마스크(116)와 상이한 주기(Λ2)를 가지며 상기 제2빔 셔터(126)를 통과한 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유(f)의 제2영역에 노출시키는 제2진폭 마스크(128)로 구성된다.

또한, 광섬유의 제3영역으로 레이저 빔을 노출시키기 위한 제3그룹은, 상기 제2빔 스플리터(122)에서 분리된 레이저 빔을 반사시키는 두 개의 미러(130, 132)와, 상기 미러(132)에 반사된 레이저 빔의 세기를 조절하여 출력하는 제3광 감쇠기(134), 상기 제3광 감쇠기(134)에서 출력된 레이저 빔의 노출 시간을 조절하는 제3빔 셔터(136) 및 상기 제1진폭 마스크(116), 제2진폭 마스크(128)와 상이한주기(Λ3)를 가지며 상기 제3빔 셔터(136)를 통과한 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유(f)의 제3영역에 노출시키는 제3진폭 마스크(138)로 구성된다.

본 발명의 실시예에 따른 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치는 하나의 레이저 광원(100)에서 출력된 레이저 빔을 빔 스플리터(110, 122)와 미러(120, 130, 132)를 이용하여 분할하고, 분할된 레이저 빔을 각각 상이한 주기(Λ1, Λ2, Λ3)를 가진 진폭 마스크(116, 128, 138)에 통과시켜 광섬유(f)의 서로 다른 영역에 노출시킴으로써, 동시에 상기 광섬유(f)의 길이 방향에 걸쳐 서로 상이한 주기를 가진 세 영역이 중첩되도록 형성한다.

이때, 상기 각 그룹의 광 감쇠기들(112, 124, 134)은 분할된 각각의 레이저 빔의 세기를 조절하며, 각 그룹의 빔 셔터들(114, 126, 136)은 광섬유(f)에 레이저 빔이 노출되는 시간을 조절하는데 사용된다.

한편, 본 발명의 응용예에 따라서는 광섬유(f)에 레이저 빔을 노출시켜 장주기 광섬유 격자를 형성하는 동안, 상기 광섬유(f)를 일정 속도로 회전시키거나 비틀림을 가함으로써 광섬유(f)의 한쪽 측면으로만 레이저 빔이 조사됨으로써 발생하는 광섬유(f) 내부의 굴절율 비대칭 현상을 줄일 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치는 광섬유 접속 손실이 발생하지 않아 중첩된 장주기 광섬유 격자의 동작 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치는 광섬유 접속 수단이나 보강 수단을 사용할 필요가 없으므로 중첩된 장주기 광섬유 격자의 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 광섬유에 격자를 형성하는 장치에 있어서,

   레이저 광원과;

   상기 레이저 광원에서 출력된 레이저 빔 중 소정 비율의 레이저 빔은 분리하고 나머지 레이저 빔은 통과시키는 빔 스플리터와;

   상기 빔 스플리터에서 분리된 레이저 빔을 반사시키는 미러와;

   상기 빔 스플리터를 통과한 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유의 제1영역에 노출시키는 제1 진폭 마스크와;

   상기 제1진폭 마스크와 상이한 주기를 가지며, 상기 미러에 반사된 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유의 제2영역에 노출시키는 제2 진폭 마스크를 포함함을 특징으로 하는 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 빔 스플리터를 통과한 레이저 빔 및 상기 미러에 반사된 레이저 빔의 노출 시간을 조절하기 위한 빔 셔터를 각각 추가로 구비함을 특징으로 하는 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 빔 스플리터를 통과한 레이저 빔 및 상기 미러에 반사된 레이저 빔의 세기를 조절하기 위한 광 감쇠기를 각각 추가로 구비함을 특징으로 하는 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치.
4. 광섬유에 격자를 형성하는 장치에 있어서,

   레이저 광원과;

   상기 레이저 광원에서 출력된 레이저 빔 중 소정 비율의 레이저 빔은 분리하고 나머지 레이저 빔은 통과시키는 제1빔 스플리터와;

   상기 제1빔 스플리터에서 분리된 레이저 빔을 반사시키는 제1미러와;

   상기 제1빔 스플리터를 통과한 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유의 제1영역에 노출시키는 제1진폭 마스크와;

   상기 제1미러에서 반사된 레이저 빔 중 소정 비율의 레이저 빔은 분리하고 나머지 레이저 빔은 통과시키는 제2빔 스플리터와;

   상기 제1진폭 마스크와 상이한 주기를 가지며, 상기 제2빔 스플리터를 통과한 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유의 제2영역에 노출시키는 제2진폭 마스크와;

   상기 제2빔 스플리터를 통과한 레이저 빔을 반사시키는 제2미러와;

   상기 제2미러에 반사된 레이저 빔을 반사시키는 제3미러와;

   상기 제1진폭 마스크 및 제2진폭 마스크와 상이한 주기를 가지며, 상기 제3미러에 반사된 레이저 빔을 선택적으로 통과시켜 광섬유의 제3영역에 노출시키는 제3진폭 마스크를 포함함을 특징으로 하는 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 제1빔 스플리터를 통과한 레이저 빔, 상기 제2빔 스플리터에서 분리된 레이저 빔 및 상기 제3미러에 반사된 레이저 빔의 노출 시간을 조절하기 위한 빔 셔터를 각각 추가로 구비함을 특징으로 하는 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치.
6. 제 4항에 있어서,

   제1빔 스플리터를 통과한 레이저 빔, 상기 제2빔 스플리터에서 분리된 레이저 빔 및 상기 제3미러에 반사된 레이저 빔의 세기를 조절하기 위한 광 감쇠기를 각각 추가로 구비함을 특징으로 하는 중첩된 장주기 광섬유 격자 제조 장치.