KR100399588B1

KR100399588B1 - Electrically Controllable Liquid Crystal Optical Fiber Grating Device

Info

Publication number: KR100399588B1
Application number: KR10-2000-0074771A
Authority: KR
Inventors: 정윤찬; 양병춘; 병 호 이
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2000-05-04
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2003-10-01
Also published as: KR20010100754A

Abstract

이 발명에 따른 액정 광섬유 격자 소자는, 중공부(hollow)가 형성되어 있으며 상기 중공부에 액정이 채워져 있는 코어와, 상기 코아의 외부를 둘러싸고 있는 클래딩을 포함하는 광섬유; 및 상기 광섬유에 전기장을 인가하여 상기 액정의 방향자 배열 상태를 변조시키는 전극을 포함한다. 전극으로부터 인가되는 전기장에 의하여 액정의 방향자의 배열 상태가 가변되어, 광섬유의 광학적 굴절률 및 이방성이 조절된다. 따라서, 전기적으로 광섬유 격자의 투과 특성을 용이하게 제어할 수 있다.The liquid crystal optical fiber grating device according to the present invention comprises: an optical fiber including a core having a hollow portion and a liquid crystal filled in the hollow portion, and a cladding surrounding the outside of the core; And an electrode that modulates the arrangement of the directors of the liquid crystal by applying an electric field to the optical fiber. The arrangement state of the director of the liquid crystal is changed by the electric field applied from the electrode, thereby adjusting the optical refractive index and the anisotropy of the optical fiber. Therefore, it is possible to easily control the transmission characteristics of the optical fiber grating.

Description

Electrically Controllable Liquid Crystal Optical Fiber Grating Device

이 발명은 액정(liquid crystal) 광섬유 격자(optical fiber grating) 소자에 관한 것으로 더욱 상세하게 말하자면, 능동적이고 광범위한 가변 특성을 가지면서 전기적으로 용이하게 제어할 수 있는 액정 광섬유 격자 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal optical fiber grating device, and more particularly, to a liquid crystal fiber grating device that can be easily controlled electrically with a wide range of active characteristics.

광통신용 및 광섬유 센서용으로 널리 쓰이고 있는 광섬유 격자는, 일반적으로 광섬유에 강한 자외선 레이저를 조사함으로써 발생되는 광섬유 코어 내에서의 굴절률 변화에 의해 만들어진다.BACKGROUND OF THE INVENTION Fiber gratings, which are widely used for optical communication and optical fiber sensors, are generally produced by refractive index changes in an optical fiber core generated by irradiating a strong ultraviolet laser to an optical fiber.

도 1에 종래에 자외선 레이저를 사용하여 광섬유 격자를 제조하는 과정이 도시되어 있다. 광섬유에 강한 자외선 레이저를 조사하여 발생되는 광섬유의 굴절률 변조 주기 등의 특성에 따라, 형성되는 광섬유 격자는 단주기 광섬유 격자, 장주기 광섬유 격자 등으로 분류되고, 각기 특성에 따라 특정 파장에 대한 반사 및 투과 필터 등으로서 사용 및 연구되고 있다.1 shows a process of manufacturing an optical fiber grating using an ultraviolet laser in the prior art. According to the characteristics such as the refractive index modulation period of the optical fiber generated by irradiating the ultraviolet laser strong to the optical fiber, the optical fiber grating formed is classified into a short period optical fiber grating, a long period optical fiber grating, etc. It is used and researched as a filter.

이러한 종래의 기술은 자외선 레이저 조사만으로 쉽게 광섬유 격자를 제조할 수 있는 장점이 있으나, 일단 제조된 광섬유 격자는 그 스펙트럼 특성이 반영구적으로 고정되는 단점이 있다. 다시 말해서, 자외선 레이저 조사를 통하여 제조된 광섬유 격자 소자는 수동 소자이므로, 필요에 따라 그 스펙트럼 특성을 가변해야 하는 경우가 제한적일 수 밖에 없다.This conventional technique has the advantage that it is easy to manufacture an optical fiber grating only by ultraviolet laser irradiation, but the optical fiber grating once manufactured has the disadvantage that its spectral characteristics are fixed semi-permanently. In other words, since the optical fiber grating device manufactured by the ultraviolet laser irradiation is a passive device, there is a limit to the case where the spectral characteristics must be changed as necessary.

이러한 단점을 개선하기 위하여, 이미 제조된 광섬유 격자의 외부에 열을 발생시킬 수 있는 전기 전도도가 있는 금속 또는 폴리머를 사용하여, 광섬유 격자의 스펙트럼 특성을 열로 가변시키는 방법이 사용되었으나, 이러한 방법은 이미 제조된 광섬유 격자의 스펙트럼 특성을 파장에 따라 수평적으로 이동시키는 것에 한정되는 단점이 있다.In order to remedy this disadvantage, a method of converting the spectral characteristics of the optical fiber grating into heat using a metal or polymer having an electrical conductivity capable of generating heat outside of the already manufactured optical fiber grating has been used. There is a disadvantage in that the spectral characteristics of the manufactured optical fiber grating are limited to horizontal movement along the wavelength.

그러므로 이 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 능동적이고 광범위한 가변 특성을 갖고 전기적으로 쉽게 제어할 수 있는 액정 광섬유 격자 소자를 제공하고자 하는데 있다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a liquid crystal fiber grating device that can be easily controlled electrically with a wide range of variable characteristics.

도 1은 종래의 자외선 레이저를 사용한 광섬유 격자 제조 과정을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a fiber grating manufacturing process using a conventional ultraviolet laser.

도 2는 이 발명의 실시예에 따른 액정 광섬유의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a liquid crystal optical fiber according to an embodiment of the present invention.

도 3a는 도 2에 도시된 액정 광섬유에 외부 전기장을 인가하지 않았을 때의 네마틱 액정 방향자의 초기 배열 상태를 나타낸 도이다.3A is a diagram illustrating an initial arrangement state of nematic liquid crystal directors when no external electric field is applied to the liquid crystal optical fiber shown in FIG. 2.

도 3b는 도 2에 도시된 액정 광섬유에 외부 전기장을 인가하였을 때 외부 전기장 방향으로 재배열된 네마틱 액정 방향자의 배열 상태를 나타낸 도이다.3B is a diagram illustrating an arrangement state of nematic liquid crystal directors rearranged in an external electric field direction when an external electric field is applied to the liquid crystal optical fiber shown in FIG. 2.

도 4는 도 2에 도시된 액정 광섬유에 빗살 (comb) 전극으로 외부 전기장을 인가하였을 때 할로우(hollow) 코어 영역에 채워진 네마틱 액정 방향자의 공간적 재배열 상태를 나타낸 도이다.4 is a diagram illustrating a spatial rearrangement of nematic liquid crystal directors filled in a hollow core region when an external electric field is applied to a liquid crystal optical fiber shown in FIG. 2 by a comb electrode.

도 5는 주기적 패턴을 가지는 빗살 전극을 이용한 장주기 액정 광섬유 격자의 투과 스펙트럼을 측정하기 위한 장치의 구조를 나타낸 도이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a structure of an apparatus for measuring a transmission spectrum of a long period liquid crystal fiber grating using a comb electrode having a periodic pattern.

도 6은 실험으로 측정된 이 발명의 실시예에 따른 액정 광섬유 격자 소자의 투과 스펙트럼을 나타낸 도이다.6 is a view showing a transmission spectrum of the liquid crystal optical fiber grating device according to the embodiment of the present invention measured experimentally.

도 7은 이론적으로 계산된 이 발명의 실시예에 따른 액정 광섬유 격자 소자의 투과 스펙트럼을 나타낸 도이다.7 is a diagram showing a transmission spectrum of the liquid crystal optical fiber grating device according to the embodiment of the present invention, which is theoretically calculated.

도 8은 이 발명의 다른 실시예에 따른 액정 광섬유의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of a liquid crystal optical fiber according to another embodiment of the present invention.

도 9는 이 발명의 다른 실시예에 따른 빗살 전극을 이용한 장주기 액정 광섬유 격자의 투과 스펙트럼을 측정하기 위한 장치의 구조를 나타낸 도이다.9 is a view showing the structure of an apparatus for measuring the transmission spectrum of a long period liquid crystal fiber grating using a comb electrode according to another embodiment of the present invention.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 이 발명의 특징에 따른 액정 광섬유 격자 소자는,The liquid crystal optical fiber grating device according to the characteristics of the present invention for achieving the technical problem,

중공부(속이 비어 있는 영역: hollow)가 형성되어 있으며 상기 중공부에 액정이 채워져 있는 광섬유; 및 상기 광섬유에 전기장을 인가하여 상기 액정의 방향자 배열 상태를 변조시키는 전극을 포함한다.An optical fiber in which a hollow portion (hollow region: hollow) is formed and the liquid crystal is filled in the hollow portion; And an electrode that modulates the arrangement of the directors of the liquid crystal by applying an electric field to the optical fiber.

이 발명의 다른 특징에 따른 액정 광섬유 격자 소자는,According to another aspect of the present invention,

중공부가 형성되어 있으며 상기 중공부에 액정이 채워져 있는 코어와, 상기코아의 외부를 둘러싸고 있는 클래딩을 포함하는 광섬유; 및 상기 광섬유에 전기장을 인가하여 상기 액정의 방향자 배열 상태를 변조시키는 전극을 포함한다.An optical fiber including a core having a hollow part and having a liquid crystal filled in the hollow part, and a cladding surrounding the outside of the core; And an electrode that modulates the arrangement of the directors of the liquid crystal by applying an electric field to the optical fiber.

또한, 이 발명의 또 다른 특징에 따른 액정 광섬유 격자 소자는,In addition, the liquid crystal optical fiber grating device according to another feature of the present invention,

중공부가 형성되어 있으며 상기 중공부에 액정이 채워져 있는 클래딩을 포함하는 광섬유; 및 상기 광섬유에 전기장을 인가하여 상기 액정의 방향자 배열 상태를 변조시키는 전극을 포함한다.An optical fiber including a cladding in which a hollow part is formed and a liquid crystal is filled in the hollow part; And an electrode that modulates the arrangement of the directors of the liquid crystal by applying an electric field to the optical fiber.

이러한 특징을 가지는 이 발명의 액정 광섬유 격자 소자에서, 상기 액정은 네마틱 액정, 스멕틱 액정, 콜레스테릭 액정 중 하나의 액정으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.In the liquid crystal fiber grating device of the present invention having such a feature, the liquid crystal may be formed of one of nematic liquid crystal, smectic liquid crystal and cholesteric liquid crystal, but is not limited thereto.

그리고 전극은 주기적 격자 형태나 비주기적 격자 형태로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 빗살 전극으로 이루어질 수 있다.The electrode may be formed in the form of a periodic grating or an aperiodic grating, for example, a comb teeth.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention may be easily implemented by those skilled in the art with reference to the accompanying drawings.

도 2에 이 발명의 실시예에 따른 액정 광섬유의 단면도가 도시되어 있다. 이 발명의 실시예에 따른 광섬유(10)는 도 2에 도시되어 있듯이, 코어(11)와, 코어(11)의 외부를 감싸는 클래딩(12)로 이루어지며, 코어(11)의 중심 부분에 중공부(13)가 형성되어 있으며, 중공부(13)에는 액정 물질(14)이 채워져 있다.2 is a cross-sectional view of a liquid crystal optical fiber according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the optical fiber 10 according to the exemplary embodiment of the present invention includes a core 11 and a cladding 12 surrounding the outside of the core 11, and is hollowed at a central portion of the core 11. The part 13 is formed, and the hollow part 13 is filled with the liquid crystal material 14.

즉, 이 발명의 실시예에 따른 광섬유는 중공부 코어(hollow core) 광섬유로서, 광섬유의 코어의 중심 부분이 뚫어져 관통되어 있으며, 관통된 부분에 액정 물질이 채워져 있다. 이 실시예에서 광섬유내에 채워진 액정 물질은 네마틱 액정이며, 모세관 현상을 이용하여 광섬유 내부에 액정을 채우게 된다.That is, the optical fiber according to the embodiment of the present invention is a hollow core optical fiber, and a central portion of the core of the optical fiber is penetrated and filled with a liquid crystal material. In this embodiment, the liquid crystal material filled in the optical fiber is a nematic liquid crystal, and the liquid crystal is filled in the optical fiber using a capillary phenomenon.

도 3a 및 도 3b에 이러한 액정 광섬유를 이용하여 구현한 이 발명의 실시예에 따른 액정 광섬유 격자 소자의 원리가 도시되어 있으며, 특히 도 3a에는 이 발명에 따른 액정 광섬유에 외부 전기장을 인가하지 않았을 때의 네마틱 액정 방향자의 초기 배열이 도시되어 있으며, 도 3b에 액정 광섬유에 외부 전기장을 인가하였을 때 외부 전기장 방향으로 재배열된 네마틱 액정 방향자의 배열 상태가 도시되어 있다.3A and 3B illustrate the principle of a liquid crystal fiber grating element according to an embodiment of the present invention implemented using such a liquid crystal fiber, and particularly, when FIG. 3A does not apply an external electric field to the liquid crystal fiber according to the present invention. An initial arrangement of the nematic liquid crystal directors is shown, and FIG. 3B shows an arrangement state of the nematic liquid crystal directors rearranged in an external electric field direction when an external electric field is applied to the liquid crystal optical fiber.

첨부한 도 3a에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 액정 광섬유 격자 소자는 도 2에 도시된 액정 광섬유(10)와, 이 액정 광섬유(10)의 외부에 전기장을 인가하는 전극(20)을 포함한다.As shown in FIG. 3A, a liquid crystal fiber grating device according to an exemplary embodiment of the present invention includes a liquid crystal fiber 10 shown in FIG. 2 and an electrode 20 for applying an electric field to the outside of the liquid crystal fiber 10. It includes.

이러한 구조로 이루어지는 액정 광섬유 격자 소자에서, 액정이 채워진 할로우 코어 광섬유에 외부 전기장을 인가하지 않은 경우에는, 도 3a와 같이, 액정 광섬유 내부에 초기 액정 방향자 배열 상태가 존재하게 된다. 이 초기 액정 방향자는 광섬유의 재질에 따라 그 특성이 다르게 되는데 일반적인 실리카 광섬유에서는 광섬유 축방향으로 배열되고 붕소(B)가 첨가된 광섬유에서는 반지름 방향으로 주로 배열되고 그 중심 부분은 축방향으로 배열되는 특성이 있다.In the liquid crystal fiber grating element having such a structure, when no external electric field is applied to the hollow core optical fiber filled with liquid crystal, as shown in FIG. 3A, the initial liquid crystal director array state exists inside the liquid crystal optical fiber. This initial liquid crystal director has different characteristics depending on the material of the optical fiber. In general silica optical fiber, it is arranged in the axial direction of the optical fiber, and in the optical fiber added with boron (B), it is mainly arranged in the radial direction and the center part thereof is arranged in the axial direction. There is this.

도 3a와 같이, 액정 방향자가 광섬유의 축방향으로 초기 배열되어 있는 액정 광섬유(10)의 외부에 전극(20)을 위치시킨 다음에, 도 3b와 같이 전극(20)을 통하여 액정 광섬유(10)에 외부 전기장을 인가하게 되면, 액정 광섬유(10) 내부의 액정 방향자가 인가되는 외부 전기장 방향으로 재배열된다. 이것은 네마틱 액정이 인가된 외부 전기장 방향으로 늘어서는 고유한 특성을 이용한 결과이다.As shown in FIG. 3A, the liquid crystal director is positioned outside the liquid crystal optical fiber 10 in which the liquid crystal director is initially arranged in the axial direction of the optical fiber, and then the liquid crystal optical fiber 10 is disposed through the electrode 20 as shown in FIG. 3B. When an external electric field is applied, the liquid crystal director inside the liquid crystal optical fiber 10 is rearranged in an external electric field direction to which the liquid crystal director is applied. This is a result of using the unique characteristic of the nematic liquid crystal lined in the direction of the external electric field applied.

액정의 광학적 특성은 바로 이 방향자의 배열 방향에 의해 결정되므로, 이러한 액정 광섬유에 인가되는 외부 전기장을 조절함으로써 광섬유의 광학적 굴절률 및 이방성을 조절할 수 있게 된다. 인가하는 외부 전기장의 형태를 바꾸게 되면 다양한 형태로 액정 광섬유 격자의 방향자를 조절할 수가 있다.Since the optical properties of the liquid crystal are determined by the alignment direction of this director, it is possible to control the optical refractive index and the anisotropy of the optical fiber by adjusting the external electric field applied to the liquid crystal optical fiber. By changing the shape of the external electric field applied, it is possible to adjust the director of the liquid crystal fiber grating in various forms.

도 4에 빗살(comb) 전극으로 외부 전기장을 인가하였을 때 중공부 코어 영역에 채워진 네마틱 액정 방향자의 공간적 재배열 상태가 도시되어 있다.4 shows the spatial rearrangement of the nematic liquid crystal director filled in the hollow core region when an external electric field is applied to the comb electrode.

첨부한 도 4와 같이 주기적으로 형상화된 빗살(comb) 전극(30)을 외부 전극으로 사용하게 되면 액정 방향자의 배열을 주기적인 형태로도 변조할 수 있게 된다. 이 경우 액정 방향자는 도 4와 같이 공간적으로 주기적인 형태를 띠면서 재배열된다. 인가된 외부 전기장을 제거할 경우, 광섬유 내의 액정 방향자는 액정과 광섬유의 경계면 상호 작용에 의해 원래의 초기 배열 상태로 되돌아간다. 도 4에서 광섬유 위쪽에 표시된 갈라진 빗살 전극은 한쪽 끝들이 모두 붙어 있어서 같은 전압이 인가된다.As shown in FIG. 4, when the periodically shaped comb electrode 30 is used as an external electrode, the arrangement of the liquid crystal directors may be modulated in a periodic form. In this case, the liquid crystal directors are rearranged in a spatially periodic manner as shown in FIG. 4. When removing the applied external electric field, the liquid crystal director in the optical fiber is returned to its original initial arrangement by the interface interaction between the liquid crystal and the optical fiber. In FIG. 4, the split comb electrode displayed on the upper side of the optical fiber is attached to one end thereof, and the same voltage is applied thereto.

또한, 네마틱 액정은 광학적으로 이방성을 띠는 물질이므로 방향자의 방향에 따라 광학적 이방축이 달라지게 된다. 따라서, 이러한 광섬유를 도파하는 광파가 편광을 가지는 경우, 전기적으로 액정 방향자를 조절함으로써 그 편광 상태를 조절할 수 있다.In addition, since the nematic liquid crystal is an optically anisotropic material, the optical anisotropy is changed according to the direction of the director. Therefore, when the light wave which guides such an optical fiber has polarization, the polarization state can be adjusted by electrically adjusting the liquid crystal director.

위에 기술된 바와 같은 특징을 가지는 이 발명의 실시예에 따른 액정 광섬유 격자 소자를 투과 억제 필터로서 구현할 수 있다.A liquid crystal fiber grating element according to an embodiment of the present invention having the features as described above can be implemented as a transmission suppression filter.

도 5에 이 발명에 따른 액정 광섬유와 빗살 전극을 이용하여 전기적으로 제어할 수 있는 투과 억제 필터를 구현하기 위한 장치의 구조가 도시되어 있다.5 shows the structure of an apparatus for implementing a transmission suppression filter which can be electrically controlled by using a liquid crystal optical fiber and a comb electrode according to the present invention.

실험에 사용한 이 발명의 실시예에 따른 액정 광섬유(10)는 중공부 코어, 코어 및 클래딩 지름이 각각 4㎛, 9㎛, 193㎛이다. 즉, 지름 4㎛로 이 광섬유는 중심이 관통되어 있고, 이 부분에 모세관 현상을 이용하여 네마틱 액정이 채워져 있다. 네마틱 액정으로는 MLC-6295 (Merck Korea Ltd.)를 사용하였다.The liquid crystal optical fiber 10 according to the embodiment of the present invention used for the experiments has a hollow core, a core and a cladding diameter of 4 µm, 9 µm and 193 µm, respectively. In other words, the optical fiber is 4 m in diameter, and the center of the optical fiber is penetrated, and this part is filled with nematic liquid crystal by using a capillary phenomenon. MLC-6295 (Merck Korea Ltd.) was used as the nematic liquid crystal.

광원으로부터 광파장 대역의 광파가 이 액정 광섬유(10)를 도파하게 되고, 여기에 빗살 전극(30)을 이용하여 외부 전기장을 인가하여서 액정 광섬유(10)를 투과하는 광파의 파장에 따른 투과 특성을 광학 스펙트럼 분석기로 측정하였다. 여기서, 빗살 전극의 주기는 483㎛이고 전기장이 인가되는 액정 광섬유의 길이는 15.5 mm이다.The light waves of the light wavelength band from the light source guide the liquid crystal optical fiber 10, and apply a external electric field using the comb electrode 30 to optically transmit the transmission characteristics according to the wavelength of the light wave passing through the liquid crystal optical fiber 10. Measurement was made with a spectrum analyzer. Here, the period of the comb teeth is 483 μm and the length of the liquid crystal optical fiber to which the electric field is applied is 15.5 mm.

이와 같이 주기적인 형상을 갖는 빗살 전극(30)에 전압을 인가하게 되면 도 4에서와 같이 주기적인 외부 전기장 세기 분포에 따라 네마틱 액정의 방향자가 재배열되고, 이를 도파하게 되는 광파는 주기적인 굴절률 변조를 겪게 된다. 다시 말해서, 광섬유 코어 내에 483㎛의 주기성을 갖는 광학적 격자 구조가 전기적으로 생성된다. 이는 장주기 광섬유 격자의 특성을 나타내는 격자 구조이다.As such, when voltage is applied to the comb electrode 30 having a periodic shape, the director of the nematic liquid crystal is rearranged according to the periodic external electric field intensity distribution as shown in FIG. Will experience modulation. In other words, an optical grating structure having a periodicity of 483 mu m in the optical fiber core is electrically produced. This is a grating structure showing the characteristics of a long period optical fiber grating.

따라서, 특정 파장 대역의 코어 모드가 액정 광섬유 격자에 의해 보강적으로 회절되어 클래딩 모드로 결합이 되고, 이 클래딩 모드는 도파 손실로 감쇄되어서 이 발명에 따른 액정 광섬유 격자 소자는 특정 파장 대역에 대한 투과 억제 필터로 작용하게 된다.Therefore, the core mode of a specific wavelength band is reinforcementally diffracted by the liquid crystal fiber grating and combined into the cladding mode, and the cladding mode is attenuated by the waveguide loss so that the liquid crystal fiber grating device according to the present invention transmits through the specific wavelength band. It acts as a suppression filter.

도 6은 도 5에 도시된 실험시에 인가 전압에 따른 투과 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸다. 도 6에서 세로축은 표현상 반전되어 있다. 즉, 세로축 방향으로 투과량이 더 작다.FIG. 6 shows measurement results of a transmission spectrum according to an applied voltage during the experiment shown in FIG. 5. In Fig. 6, the vertical axis is inverted in expression. That is, the transmission amount is smaller in the longitudinal axis direction.

도 6에서 알 수 있는 바와 같이 인가 전압이 증가할수록 1530㎛와 1570㎛ 파장 대역의 광파의 투과가 더 억제되고 있다. 다시 말해서, 투과 억제 필터의 효율을 전기적으로 조절할 수 있음을 보이고 있다.As can be seen in FIG. 6, as the applied voltage increases, transmission of light waves in the wavelength bands of 1530 μm and 1570 μm is further suppressed. In other words, it is shown that the efficiency of the permeation suppression filter can be electrically controlled.

도 7은 이 경우의 액정 광섬유 격자에 대한 이론적인 계산 결과를 나타내고 있다. 계산 방법은 광학적 이방성 광도파로 해석 및 포본화 결합 모드 이론을 사용하였다. 첨부한 도 6 및 도 7에서와 같이 실측치와 이론치가 일치되고 있음을 알 수 있다.7 shows the theoretical calculation results for the liquid crystal fiber grating in this case. The calculation method used optical anisotropic optical waveguide analysis and the coupled coupling mode theory. As shown in FIG. 6 and FIG. 7, it can be seen that the measured value and the theoretical value coincide.

한편, 위에 기술된 실시예와는 다르게, 링 형태의 코어를 포함하지 않는 액정 광섬유를 사용하여 이 발명에 따른 액정 광섬유 격자 소자를 구현할 수 있다.On the other hand, unlike the embodiment described above, the liquid crystal optical fiber grating device according to the present invention can be implemented using a liquid crystal optical fiber that does not include a ring-shaped core.

도 8에 이 발명의 다른 실시예에 따른 액정 광섬유의 단면도가 도시되어 있다. 첨부한 도 8에 도시되어 있듯이, 클래딩(12)과, 클래딩(12)의 중심 부분에 형성되어 있고 액정(14)이 채워져 있는 중공부(13)만으로 이루어진 액정 광섬유(10)를 사용하여 이 발명에 따른 액정 광섬유 소자를 구현할 수 있다.8 is a cross-sectional view of a liquid crystal optical fiber according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the present invention uses a cladding 12 and a liquid crystal optical fiber 10 composed of only a hollow portion 13 formed at a central portion of the cladding 12 and filled with a liquid crystal 14. The liquid crystal optical fiber device according to the embodiment can be implemented.

이외에도 액정 광섬유로 전기장을 인가하여 액정의 방향자 배열 상태를 변조시키는 전극을 모두 빗살 전극으로 구성할 수도 있다.In addition, all of the electrodes for modulating the arrangement of the directors of the liquid crystal by applying an electric field to the liquid crystal optical fiber may be configured as comb teeth.

도 9에 이 발명의 다른 실시예에 따른 빗살 전극을 이용한 장주기 액정 광섬유 격자의 투과 스펙트럼을 측정하기 위한 장치의 구조가 도시되어 있다.9 shows the structure of an apparatus for measuring the transmission spectrum of a long period liquid crystal fiber grating using a comb electrode according to another embodiment of the present invention.

첨부한 도 9에 도시되어 있듯이, 액정 광섬유의 위아래쪽에 각각 위치되는 전극을 모두 빗살 전극으로 구성하여 액정 괌섬유로 전기장을 인가할 수 있으며, 이 경우에도 빗살 전극의 한쪽 끝들이 모두 붙어 있어서 같은 전압이 인가된다.As shown in FIG. 9, the electrodes positioned on the upper and lower sides of the liquid crystal optical fiber are composed of comb electrodes to apply an electric field to the liquid crystal guam fiber. In this case, the ends of the comb electrodes are all attached to the same voltage. Is applied.

한편, 위에 기술된 실시예에 사용되는 액정은 네마틱 액정, 스멕틱 액정, 콜레스테릭 액정 중 하나의 액정으로 이루어질 수 있으며, 이외에도 일반적으로 액정상으로 분류되는 모든 액정상이 사용될 수 있다. 또한, 사용되는 전극은 주기적 또는 비주기적 격자 형태로 이루어질 수 있다.On the other hand, the liquid crystal used in the above-described embodiment may be made of one of the nematic liquid crystal, smectic liquid crystal, cholesteric liquid crystal, and in addition, all liquid crystal phases generally classified as liquid crystal phase may be used. In addition, the electrode used may be in the form of a periodic or aperiodic grating.

비록, 이 발명이 가장 실제적이며 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 발명은 상기 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.Although this invention has been described with reference to the most practical and preferred embodiments, the invention is not limited to the embodiments disclosed above, but also includes various modifications and equivalents within the scope of the following claims.

이상에서와 같이 위에 기술된 이 발명의 실시예에 따라 액정 광섬유에 적절한 외부 전극을 사용하게 되면 전극 설계에 따라 다양한 형태로 전기적 제어가 가능한 광섬유 격자 소자를 구현할 수 있게 된다.As described above, when an external electrode suitable for a liquid crystal optical fiber is used according to the embodiment of the present invention described above, an optical fiber grating device capable of electrical control in various forms can be implemented according to the electrode design.

이는 EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier)의 이득 평탄화 필터로 응용될 수 있고, 다양한 형태의 가변 광섬유 격자 소자로 광통신 및 광센서 분야에 응용될 수 있다.It can be applied as a gain flattening filter of an Erbium-Doped Fiber Amplifier (EDFA), and can be applied to optical communication and optical sensors in various types of variable fiber grating devices.

또한, 액정 광섬유의 이방성을 이용할 경우, 전기적으로 제어되는 편광 조절기 또는 편광 분산 보상기 등에도 응용 가능하다.In addition, when using the anisotropy of the liquid crystal optical fiber, it can be applied to an electrically controlled polarization regulator or a polarization dispersion compensator.

Claims

An optical fiber having a hollow portion and a liquid crystal filled in the hollow portion; And

An electrode that modulates the director arrangement state of the liquid crystal by applying an electric field to the optical fiber

Liquid crystal fiber grating device comprising a.

An optical fiber including a hollow portion formed therein and a core filled with liquid crystals in the hollow portion, and a cladding surrounding the outside of the core; And

Liquid crystal fiber grating device comprising a.

An optical fiber including a cladding in which a hollow part is formed and a liquid crystal is filled in the hollow part; And

Liquid crystal fiber grating device comprising a.

The method according to any one of claims 1 to 3,

The liquid crystal is a liquid crystal optical fiber grating element consisting of one liquid crystal of nematic liquid crystal, smectic liquid crystal, cholesteric liquid crystal.

The method according to any one of claims 1 to 3,

The electrode is a liquid crystal optical fiber grating device consisting of a periodic grating.

The method according to any one of claims 1 to 3,

The electrode is a liquid crystal optical fiber grating device formed in the form of an aperiodic grating.