KR100382661B1

KR100382661B1 - 아크로 제작된 광섬유의 장주기 격자 제조 방법

Info

Publication number: KR100382661B1
Application number: KR10-2000-0058193A
Authority: KR
Inventors: 이호준; 정철
Original assignee: 이호준
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2003-05-09
Also published as: KR20020027028A

Abstract

본 발명은 빛의 진행방향으로 코어 모드와 클래드 모드의 결합이 일어나도록 수백 ㎛의 주기로 아크방전을 가하여 같은 자리에 반복적으로 고전압을 발생시키고 수회 중첩하여 장주기 격자를 제조하는 광섬유의 장주기 격자 제조 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은, 광섬유에 일정한 정도의 장력이 작용할 수 있도록 광섬유를 고정하고 반대방향에 추를 연결하는 단계와; 상기 광섬유의 측면에 설치된 광섬유를 일정간격으로 이동시키면서 고전압을 발생시켜 장주기 격자를 형성시키는 단계와; 상기 장주기 격자 형성단계를 앞서 형성된 격자 위에 중첩하여 소정 횟수 반복하는 단계와; 상기 광섬유에 광신호를 입력하고 광파장 측정장치로 파장의 변화를 측정하여 코어모드에서 클래드 모드로의 결합 정도에 따라 상기 장주기 격자 형성단계를 반복하는 단계로 구성되어, 재현성과 신뢰성이 좋을 뿐만아니라 백그라운드 손실이 적어서 특성이 우수하고 대량생산이 가능하다.

Description

아크로 제작된 광섬유의 장주기 격자 제조 방법{A METHOD FOR A MANUFACTURING AN ARC INDUCED LONG PERIOD GRATINGS IN OPTICAL FIBER}

본 발명은 아크로 제작된 광섬유의 장주기 격자 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빛의 진행방향으로 코어 모드와 클래드 모드의 결합이 일어나도록 수백 ㎛의 주기로 아크방전을 가하여 같은 자리에 반복적으로 고전압을 발생시키고 수회 중첩하여 장주기 격자를 제조하는 광섬유의 장주기 격자 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 광섬유에 일정한 간격으로 광섬유 코어의 굴절율에 변화를 주면 특정한 파장에서 코어모드로 진행하던 빛이 클래드 모드로 결합이 이루어져 진행방향과 동일한 방향으로 클래드로 진행한다. 이와같이 광섬유 코어의 굴절율의 변화를 주기 위한 방법으로 자외선(190-250㎚) 광원과 진폭 마스크를 사용하여 일정한 간격으로 굴절율의 변화를 주게 된다. 이때 사용되는 광섬유는 자외선 영역에서 굴절율을 변화시킬 수 있는 광민감성 광섬유를 사용한다.

코어모드에서 클래드 모드로 진행하는 특정한 파장은 다음의 수식에 의해 결정된다.

,

여기서 β_co: 코어 모드로 진행하는 전파상수

β_clad: 클래드 모드로 진행하는 전파상수

Λ: 격자 간격

전파상수는 파장과 굴절율에 대한 함수(β=2πn/λ)이므로, 코어 모드에서 클래드 모드로 진행하기 위해 굴절율의 변화와 격자의 간격에 변화를 주면 특정파장이 클래드로 진행하게 된다. 결국 클래드로 진행하는 파장은 대역저지 되는 것을 알 수 있다. 일반적으로 사용되는 방법에서는 격자 간격에 변화를 주어서 대역저지 파장을 결정하게 된다.

종래의 방법의 단점은 고가의 자외선 레이저와 대역저지 파장에 변화를 주기 위해서는 다양한 진폭 마스크를 필요로 하며, 고가인 광 민감성 광섬유를 반드시 사용하여야 한다. 또한 제작된 광섬유 격자소자는 온도의 변화에 따라 파장의 편이가 많이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 발명된 것으로서, 고가의 자외선 광원과 진폭 마스크, 광민감성 광섬유를 사용하지 않고 보다 안정적으로 광섬유의 장주기 격자 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 재현성과 신뢰성이 우수하고, 백그라운드 손실이 적고, 대량생산이 가능한 광섬유의 장주기 격자 제조 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 광섬유 장주기 격자의 제조장치의 구성을 나타내는 구성도,

도 2는 변형(Deformation)이 발생한 유리섬유의 축방향 단면,

도 3은 600㎛ 간격으로 격자가 형성된 광섬유를 진행하는 광신호의 파장분석도,

도 4는 아크로 유도된 중첩 장주기 격자의 파장특성,

도 5에 아크로 유도된 중첩 장주기 격자에서의 격자를 16개로 줄인 경우 파장의 특성이다.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♣

11 : 고전압 발생장치 12 : 모터 구동부

13 : 제어부 14 : 전극봉 지지대

15 : 전극봉 16 : 자동이송장치

17 : 추 18 : 광섬유

19 : 광파장 측정장치 20 : 광원

21 : 광섬유 고정장치

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 광섬유 제조방법은 광섬유에 일정한 정도의 장력이 작용할 수 있도록 광섬유를 고정하고 반대방향에 추를 연결하는 단계와; 상기 광섬유의 측면에 설치된 전극봉을 일정간격으로 이동시키면서 고전압을 발생시켜 장주기 격자를 형성시키는 단계와; 상기 장주기 격자 형성단계를 앞서 형성된 격자 위에 중첩하여 소정 횟수 반복하는 단계와; 상기 광섬유에 광신호를 입력하고 광파장 측정장치로 파장의 변화를 측정하여 코어모드에서 클래드 모드로의 결합 정도에 따라 상기 장주기 격자 형성단계를 반복하는 단계로 구성된다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면을 참고로 구체적으로 설명한다.

도 1에 본 발명에 의한 장주기 격자를 갖는 광섬유 제조장치의 구성을 나타내는 구성도가 도시된다.

광섬유(18)는 광섬유 고정장치(21)에 지지되어 고정되며, 다른 한쪽에 추(17)가 부착된다. 이 추(17)의 무게는 수g 정도이며, 그 무게에 의해 광섬유(18)는 장력을 받아 팽팽함을 유지한다. 제어부(13)에서 고전압 발생장치(11)에 제어신호를 보내어 고전압을 발생시킨다. 이 고전압은 전극봉(15, 15)에 인가되어 두 전극봉(15, 15) 사이에 아크방전이 발생한다. 아크방전에 의해 그 사이에 있는 광섬유(18)는 열을 받아 코아와 클래드가 순간적으로 용융되어 추(17)의 장력에 의해 광섬유(18)에 변형이 발생한다.

모터구동부(12)는 제어신호에 따라 모터를 구동하며, 광섬유와 다른 위치에 격자를 생성하기 위해 사용된다. 자동이송장치(16)는 모터구동부(12)로부터 신호를 받아 광섬유 고정장치(21)를 이동시켜 광섬유(18)를 이동시킨다. 추(17)는 광섬유(18)에 부착되어 광섬유(18)에 장력을 제공한다. 광파장 측정장치(19)는 광섬유(18)를 통하여 출력되는 광원의 파장을 분석한다. 광원(20)은 광섬유(18)에 광을 제공한다. 광섬유 고정장치(21)는 광섬유(18)가 흔들리지 않도록 고정한다.

도 2에 변형이 발생한 유리섬유의 축방향 단면을 나타낸다.

광섬유(18)에 아크방전을 가하면 아크방전을 받은 부분의 클래드(23)와 코어(24)는 정상적인 클래드(27)와 코어(22)에 비해 그 직경이 작아지는 변형이 생기게 된다. 코어(22)를 진행하던 빛(25)은 변형이 생긴 부분에서 전반사되지 않고 클래드(23)로 들어가서 클래드(23) 속에서 진행하게 된다.

이러한 격자를 300㎛ 내지 800㎛ 간격으로 16개에서 32개까지 형성할 수 있으며, 그 수와 간격은 필터링하고자 하는 파장과 손실에 따라 다르다. 본 실시예에서는 600㎛의 간격으로 32개의 격자를 3회 중첩하여 장주기 격자를 형성했다. 한 개의 격자를 형성한 후, 모터구동부(12)를 제어하여 자동이송장치(16)가 광섬유 고정장치(21)를 이동시켜 광섬유(18)를 600㎛ 이동하게 한다. 이어서, 고전압 발생장치(11)를 제어하여 고전압을 발생시키고, 이 고전압에 의해 전극봉(15, 15) 사이에 아크방전이 발생한다. 이 아크방전에 의해 장주기 격자가 형성된다. 이렇게 32회 반복하여 32개의 격자를 형성한다.

도 3에 600㎛ 간격으로 격자를 형성한 광섬유를 진행하는 광신호의 파장분석도를 나타낸다.

이 분석도에서 알 수 있듯이 주대역 저지 손실이 25dB이며, 이 때의 백그라운드(Background) 손실이 3dB 발생한다. 아크 발생양을 크게 하면 높은 대역 저지 손실을 갖게 되나 백그라운드 손실이 증가된다. 뿐만 아니라 동일한 조건하에서 아크 발생양을 증가시킬수록 재현성이 부족하여 제작 신뢰성이 떨어진다.

본 발명은 이러한 재현성 부족과 신뢰성 문제를 해결하기 위해 중첩된 장주기 격자를 형성한다. 종래의 아크 발생양보다 수% 줄이고 600㎛ 주기로 32회 반복하여 32개의 격자를 형성한다. 이렇게 한번의 격자를 형성한 다음, 이송장치를 제어하여 광섬유(18)의 위치를 처음 위치로 되돌린다. 다시 앞서와 동일한 방법으로 장주기 격자가 형성된 곳에 아크를 방전시켜 중첩된 격자를 형성한다. 이러한 과정을 3회 반복하여 3번 중첩된 격자를 32개 형성한다.

도 4에 아크로 유도된 중첩 장주기 격자의 파장특성을 나타낸다.

주대역 저지 손실은 28dB이며, 백그라운드 손실은 1dB이하로 나타난다. 재현성 및 파장의 변화정도를 살펴보면 중첩의 경우가 우수하게 나타난다. 도시된 바와 같이 1회의 아크방전에 의해 형성된 격자에서는 1355㎚, 1390㎚, 1470㎚, 1620㎚의 파장에서 3dB 정도의 손실이 나타나고, 두 번 중첩했을 때 1360㎚, 1395㎚, 1470㎚, 1625㎚의 파장에서 5∼10dB 정도의 손실이 나타나고, 3번 중첩했을 때, 1370㎚에서 6dB, 1400㎚에서 16dB, 1475㎚에서 28dB, 1630㎚의 파장에서 20dB 정도의 손실이 나타났다. 이와 같이 중첩할 때마다 중심파장이 장파장으로 이동하는 변화를 보이고 있다. 또한 발생한 대역 저지 영역에서 손실이 점점 성장하는 것을 볼수 있으며, 1회에 나타났던 깊이보다 2, 3회로 갈수록 깊이가 급격히 성장했다. 반복을 계속하였을 경우에는 파장의 편이가 일어나며, 손실이 감소하는 현상이 나타난다.

도 5에 아크로 유도된 중첩 장주기 격자에서의 격자를 16개로 줄인 경우 중첩의 횟수를 1회에서 5회로 증가시키면서 측정된 파장의 특성을 나타낸다.

1400㎚, 1470㎚, 1645㎚ 파장의 부근에서 ±15㎚ 의 범위에서 5dB 이상의 손실이 발생하여 대역저지 선폭의 파장의 폭이 증가한다.

본 발명에 의하면, 일정한 간격으로 다수의 장주기 격자를 소정 횟수 중첩하여 형성시킴으로써, 재현성과 신뢰성이 높으며, 백그라운드 손실이 적게 발생하여대량생산이 가능하다.

Claims

광섬유에 일정한 정도의 장력이 작용할 수 있도록 광섬유를 고정하고 반대방향에 추를 연결하는 단계와;

상기 광섬유의 측면에 설치된 전극봉을 300㎛∼800㎛간격으로 이동시키면서 고전압을 발생시켜 장주기 격자를 형성시키는 단계와;

상기 장주기 격자위에 중첩하여 2회 내지 10회 반복하여 고전압을 인가하여, 장주기 격자를 형성하는 단계와;

상기 광섬유에 광신호를 입력하고 광파장 측정장치로 파장의 변화를 측정하여 코어모드에서 클래드 모드로의 결합 정도에 따라 상기 장주기 격자 형성단계를 반복하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유의 장주기 격자 제조방법.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 광섬유에 형성되는 장주기 격자는 수십개인 것을 특징으로 하는 광섬유의 장주기 격자 제조방법.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 장주기 격자의 수와 간격은 필터링 하는 파장과 손실에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 광섬유의 장주기 격자 제조방법.
제 1항에 있어서, 아크의 양을 격자 위치에 따라 다르게 하면 변형의 정도가 변화하며, 이 변형의 정도는 코어의 직경으로 표현될 수 있고 위치에 따른 코어 직경의 함수관계를 가우션함수나 싱크함수로 함으로써 단파장 쪽에 존재하는 사이드로브를 제거하는 광섬유의 장주기 격자 제조방법.