KR100401805B1 - 가변형 광 필터 - Google Patents

Abstract

광통신 및 광 계측 기기, 광 센서 시스템에 응용되는 광섬유 가변형 광 필터에 대해 개시되었다. 본 발명에 의한 가변형 광 필터는 광 신호를 전송하는 단일모드 광섬유와, 상기의 수단에 의해 전송되는 광 신호를 평행광선으로 전환시키는 언덕형 다중모드 광섬유와, 공진 파장에 해당되는 광 신호만을 투과시키는 반사경, 광섬유를 고정하는 광 페룰과, 광 페룰을 정렬함으로써 광 축을 동시에 정렬하는 수단으로써의 슬리브, 반사경간의 거리를 변화시켜 투과 파장을 선택하는 수단으로써의 압전 액추에이터, 파장 선택 제어 수단으로써의 스트레인 게이지를 가진 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 단순한 부품, 간단한 정렬 수단 및 간단한 제조 방법을 통한 저렴한 광섬유 가변형 광 필터를 제공할 수 있고, 전압 제어에 의하여 투과 파장을 제어할 수 있다는 이점을 가진다.

Description

가변형 광 필터{ Tunable optical filter }

본 발명은 광통신에서 입사 광선 중 특정한 파장의 광선만을 통과시키며, 통과시키는 광선의 파장의 조절이 가능한 가변형 광 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 언덕형 다중모드 광섬유를 이용하여 소형이면서, 제조가 간편한 가변형 광 필터에 관한 것이다.

최근 정보 통신사회로 진입하며 초고속 인터넷에 대한 요구, 케이블 텔레비전, 휴대통신에서의 광 중계기 등 요구되는 정보의 양이 기하급수적으로 팽창하고 있다. 기존의 동 케이블에서 제공할 수 있는 정보량의 한계를 넘어서고 있으며, 따라서 한 선로에 많은 정보를 전송할 수 있고 원거리 통신이 가능하고 무게도 가벼운 광섬유에 의한 통신이 증대되고 있다. 또한 광통신 용량을 더욱 증가시키기 위하여 광 신호를 파장 별로 분리하여 각각의 파장에 다른 신호를 전송하는 파장 다중 방식이 채택되고 있다. 이러한 파장 다중 방식에 있어서 원하는 파장의 신호를 선택적으로 분리하는 작용이 필요하며, 이러한 작용을 위하여 가변형 광 필터가 사용된다.

상기와 같은 파장 다중 방식과 기타의 다른 광학적 적용을 위해서 가변형 광필터는 수백 메가헤르츠부터 수십 기가 헤르츠의 밴드 폭을 가져야하며, 낮은 삽입 손실을 가져야한다. 또한 실용화를 위해서는 제조 방법이 간편하여야한다. 이러한 요구조건을 만족하는 가변형 광 필터의 부류에 해당되는 것이 광섬유 패브리-페로 간섭계를 이용하는 것으로 알려져 있다.

패브리-페로 간섭계는 두 개의 마주보는 거울사이에 갇힌 광선 중 두 거울 사이의 거리의 공진 주파수에 해당하는 파장만 통과하는 원리를 이용하는 것이다. 일반적으로 이러한 패브리-페로 간섭계는 두 개의 마주보는 거울과 광선을 평행 광선으로 만들어 주는 시준기 등으로 이루어져있다. 두 개의 거울 사이가 고정된 경우 특정한 파장만을 통과시키는 고정형 필터가 구성되고, 광 경로 상에 놓인 거울 쌍의 각도를 조정하면 가변형 광 필터를 제작할 수 있다. 그러나 이 경우 거울의 각도가 변하면 삽입손실이 달라지기 때문에 주파수 의존 손실이 발생하고, 또한 광선의 편광 방향에 따라 삽입 손실이 달라지기 때문에 편광 의존 손실이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하는 방법이 거울의 방향은 광선의 방향에 수직으로 고정하고 거울간의 거리를 변화시키는 방법이 사용되어질 수 있는데, 거울과 시준기를 이용한 고전적인 방법의 패브리-페로 필터의 경우 제조 방법이 어려워 실제 광통신에 사용하기 어렵다.

이러한 난점을 해결하기 위해 고안된 패브리-페로 필터가 광섬유 패브리-페로 필터로써, 자유공간 광학적 기술을 이용한 필터에 비교하여 높은 피네스(finesse)를 가지기 때문에 통신 채널간의 간격이 좁아지는 다 채널 통신에 적용될 수 있다. 또한 기존의 패브리-페로 필터에 비교하여 제조방법이 간편한 형태를 가지고 있다.

광섬유 패브리-페로 필터를 구현하기 위한 여러 가지 고안들이 있었다. 그 예로 제이. 스톤과 엘. 더블유. 슐츠는 일렉트로닉스 레터 1987년 6월호 781 쪽에 "라지, 미디움, 스몰 프리 스펙트랄 레인지를 갖는 피그테일된 고 피네스 패브리-페로 간섭계"라는 논문을 계제 하였다. 이러한 구조의 3가지 형태의 간섭계는 실제 적용이 쉽지 않다.

종래 기술 중 실용화 된 광섬유 패브리 페로 필터는 미국 특허 공보 제 5,073,004에 제시되었다. 이는 단일모드 광섬유와 웨이퍼, 글라스 페룰, 압전 액추에이터 등으로 이루어졌다. 상기 광섬유 패브리-페로 필터는 도5에 예시되었다.

광섬유(501)에 입사된 광 신호는 두 개의 반사경(505, 508) 사이에서 반사를 거듭하며, 두 반사경의 거리에 의해 공진이 일어난 파장의 신호만이 출력 광섬유(503)를 통하여 출력된다. 광섬유(501)를 고정하는 페룰(502)은 하나의 페룰 지지대(512)에 의해 고정되며, 마주하는 광섬유(503)를 포함한 페룰(504)은 또 하나의 페룰 지지대(513)에 의하여 고정된다. 이때 두 개의 페룰 지지대(512, 513)사이에는 압전 액추에이터(511)에 부착되어, 압전 액추에이터(511)의 길이 변화에 의해 두 반사경(505, 508) 사이의 거리가 변화된다. 이러한 두 반사경 사이의 거리 변화는 공진기의 공진 주파수 변화를 유발하고, 결과적으로 패브리-페로 필터를 통과하는 광 신호의 파장의 변화가 일어난다. 따라서 압전 액추에이터(511)에 인가된 전압을 조절함으로써 원하는 파장의 신호를 선택할 수 있는 가변형 광 필터의 역할을 하게되는 것이다.

광섬유에서 자유공간으로 나온 광 신호는 특정한 각도로 퍼지는 특성을 가지고 있다. 따라서 두 광섬유 사이가 10um 이상으로 넓어지면 광신호가 마주하는 광섬유로 효과적으로 전달되지 못하기 때문에 손실이 발생한다. 특히 패브리-페로 간섭계에서는 광 신호가 마주하는 두 개의 반사경 사이에서 수백 회에서 수천 회의 반사가 일어나므로 두 광섬유 사이의 거리가 멀면 이러한 삽입 손실이 더욱 커지기 때문에 실제적으로 필터로서의 역할을 하지 못한다. 따라서 종래의 기술에서는 반사경(505, 508) 전단에 광섬유(506, 507)를 포함하는 얇은 페룰(509, 510)을 부착하였다.

종래 기술에 의한 광섬유 패브리-페로 필터의 제조방법은 다음과 같다. 하나의 광섬유(501)를 하나의 페룰(502)에 삽입하고 에폭시를 이용하여 고정한다. 두 번째 광섬유(503)를 두 번째 페룰(504)에 삽입하고 에폭시를 이용하여 고정한다. 이와 같이 제작한 페룰(502, 504)의 전면은 광섬유와 수직 방향으로 연마한다. 세 번째 광섬유(507)를 세 번째 페룰(509)에 삽입하고 에폭시를 이용하여 고정하고, 네 번째 광섬유(506)를 네 번째 페룰(510)에 같은 방법으로 고정한 후 페룰(509, 510)의 전면을 첫 번째 페룰(502)과 두 번째 페룰(504)을 연마한 것과 같은 방법으로 연마한다.

첫 번째 페룰(502)의 연마 부에 높은 반사계수를 갖는 반사경(508)을 에폭시를 이용해 부착하고, 반대편에 세 번째 페룰(507)을 같은 방법으로 부착한다. 이렇게 제작된 페룰 뭉치중 세 번째 페룰을 원하는 크기로 절단하고 절단된 면을 연마하여 도 1에 나타난 것과 같이 두 개의 페룰(502, 509)과 두 개의 광섬유(501,507), 그 사이에 높은 반사계수를 갖는 하나의 반사경(508)을 갖는 하나의 광학부를 완성한다.

두 번째 광섬유(503)를 포함하는 두 번째 페룰(504)과 네 번째 광섬유(506)와 네 번째 페룰(510), 두 번째 반사경(505)도 같은 방법으로 제작하여 두 번째 광학부를 완성한다.

이렇게 제작된 두 개의 반사경을 포함한 광학부를 압전 액추에이터를 포함한 두 개의 페룰 지지대(512, 513)에 고정하고 광 축의 중심을 맞추면 광섬유 패브리 페로 필터는 완성된다.

이러한 제조 공정을 살펴볼 때, 수 차례의 고도의 연마 공정을 포함하고 있어 제조상의 까다로움이 있고, 하나의 높은 반사계수를 갖는 반사경을 사이에 두고 두 개의 광섬유의 광 축을 맞추어야하는 대단히 어려운 공정을 가지고 있다. 또한 광통신에 사용하기 위해서는 패브리 페로 간섭계의 프리 스펙트랄 레인지가 30nm에서 50nm 정도 수준에 있어야 한다. 이러한 프리 스펙트랄 레인지를 만족하기 위해서 두 개의 반사경(505, 508) 사이의 거리는 25um에서 40um 이내에 있어야한다. 따라서 세 번째 광섬유(507)를 포함하는 세 번째 페룰(509)과 네 번째 광섬유(506)를 포함하는 네 번째 페룰(510)의 두께는 10um에서 20um 정도로 대단히 얇은 형태를 가져야하기 때문에 일반적으로 제조하기는 대단히 어려운 제조공법을 가지고 있다.

또한 거울을 포함한 광학 부의 광 축을 맞추는 공정 또한 대단히 어려운 공정으로써, 광 축을 맞추기 위하여 도 5에는 나타나 있지 않은 복잡한 구조의 광 축 조정용 뭉치를 포함하고 있는 것이 미국 특허공보 제 5,073,004에 나타나 있다.

따라서, 완성되었을 때의 훌륭한 특성 구현에도 불구하고, 이러한 구조의 광섬유 패브리-페로 필터는 제조방법상의 어려움으로 인해 양산성이 떨어지고, 제품가격이 높은 단점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 평행광선을 형성하기 위하여 사용되는 렌즈를 언덕형 다중 모드 광섬유를 이용하여 구현함으로써, 소형의 가변형 광 필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 광섬유 패브리-페로 필터를 구현함에 있어서 광섬유 자체에서 평행광선을 발생시켜 하나의 구조로 다양한 프리 스펙트랄 레인지를 구현할 수 있고, 제조상 간단한 제조방법을 갖는 가변형 광 필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 페룰과 슬리브를 이용하여 광 축을 일치시킴으로 부차적인 광 축 정렬이 필요 없는 가변형 광 필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 스트레인 게이지를 이용하여 반사경 사이의 거리를 측정함으로써 전압에 의하여 통과시키고자 하는 파장을 선택할 수 있는 가변형 광 감쇠기를 제공하는 것이다.

도1 본 발명에 의한 가변형 광 필터의 예시도

도2 언덕형 다중모드 광섬유

도2a 언덕형 다중모드 광섬유의 단면 및 굴절률 분포도

도2b 언덕형 다중모드 광섬유의 광선의 전파특성

도2c 언덕형 다중모드 광섬유를 이용한 시준기의 예시도

도3 언덕형 다중모드 광섬유의 조립도

도3a 언덕형 다중모드 광섬유와 단일모드 광섬유의 접합에 대한 예시도

도3b 광섬유와 페룰의 조립에 대한 예시도

도3c 페룰과 고 반사계수 거울의 접합에 대한 예시도

도4 본 발명에 의한 가변형 광 필터의 예시도

도5 종래 발명에 의한 가변형 광 필터의 예시도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

101, 108 : 단일 모드 광섬유

102, 107 : 언덕형 다중모드 광섬유

103, 109 : 페룰

104 : 슬리브

105, 106 : 고 반사계수 반사경

110, 111 : 페룰 지지대

112 : 압전 액추에이터

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 가변형 광 필터는, 입력측 광학부와, 출력측 광학부와, 상기 입력측 광학부 및 상기 출력측 광학부가 동일한 광축상에 설치되도록 지지하는 지지부와, 상기 지지부에 상기 입력 및 출력측 광학부와 평행하게 설치되는 압전 엑추에이터를 포함하는 가변형 광필터에 있어서, 상기 입력측 광학부는, 단일모드 광섬유와 언덕형 다중모드 광섬유가 광학적으로 결합된 제1광섬유와, 상기 제1광섬유가 삽입되는 제1 페룰과, 상기 언덕형 다중모드 광섬유의 상기 단일모드 광섬유와 결합되는 측단의 타측단에 설치되는 제1 반사경을 포함하고; 상기 출력측 광학부는, 상기 입력측 광학부와 서로 대향하는 방향으로 설치되며, 단일모드 광섬유와 언덕형 다중모드 광섬유가 광학적으로 결합된 제2광섬유와, 상기 제2광섬유가 삽입되는 제2 페룰과, 상기 언덕형 다중모드 광섬유의 상기 단일모드 광섬유와 결합되는 측단의 타측단에 설치되는 제2 반사경을 포함한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 구현하고자 하는 가변형 광 감쇄기의 일 실시예에 따른 개략도로, 광필터로 광이 입력되는 입력측은, 제1 페룰(103) 내에 제1 단일 모드 광섬유(101)와 소정 길이를 갖는 제1 언덕형 다중 모드 광섬유(102)가 광학적으로 결합되어 있다. 상기 제1 단일모드 광섬유(101)와 제1 다중모드 광섬유(102)는 광섬유 융착에 의하여 상호 접합되거나, 또는 광 투과성 접착제에 의해 상호 접합 될 수도 있다. 이와 같이, 제1 단일모드 광섬유(101)와 제1 언덕형 다중모드 광섬유(102)가 서로 접합된 상태의 광섬유는 상기 제1페룰(103) 내에 삽입되어 에폭시 등을 이용하여 상기 페룰(103) 내에 고정된다. 또 상기 제1페룰(103)의 후술하는 제2페룰과 대향하는 단면은 상기 광섬유와 수직 방향으로 연마하고, 상기 연마된 면에는 광 투과성 접착제 등을 이용하여 높은 반사율을 갖는 제1반사경(105)을 부착하여 입력측 광학부를 구성한다.

본 발명의 광필터에서 광이 출력되는 출력측은 상기 입력측과 동일하게, 제2 단일 모드 광섬유(108)와 제2 언덕형 다중모드 광섬유(107)를 광섬유 융착 방법, 혹은 광 투과성 접착제에 의해 광학적으로 결합된 광섬유를 제2 페룰(109)에 삽입 고정한 후, 동일한 방법으로 제2 페룰(109)의 상기 제1 페룰(103)과 대향하는 단면을 연마한 후, 고 반사계수를 갖는 제2반사경(106)을 부착하여 출력측 광학부를 완성한다.

이와 같이 제작된 반사경과 광섬유를 포함한 두 개의 페룰(103, 109)은 광섬유 커넥터용으로 사용되며, 한 방향이 절개된 원통형 슬리브(104)에 끼운다. 이때 슬리브의 내경은 페룰의 외경보다 약간 작게 제조되어 있으며, 내부가 아주 정밀하게 가공되어 있기 때문에 두 개의 광 페룰을 끼우는 공정만으로 두 개의 페룰에 포함된 광섬유들의 광 축이 일치하게 된다. 따라서 광 축을 일치시키기 위한 여타의 공정이 필요 없다.

상기와 같이 제작된 제1 페룰(103)은 제1페룰 지지대(110)에 볼트나 에폭시 등을 이용하여 고정하고, 제2페룰(109)은 제2페룰 지지대(111)에 볼트나 에폭시 등을 이용하여 고정된다. 이때, 제1, 2 페룰 지지대(110, 111)는 압전 액추에이터 (112)의 양쪽 끝에 고정된다. 따라서 압전 액추에이터(112)에 전압이 인가되면 두 개의 페룰 지지대(110, 111) 사이의 거리가 변하고, 결과적으로 마주하는 두 개의 제1, 2반사경(105, 106) 사이의 거리가 변하기 때문에 원하는 파장의 신호를 선택적으로 투과시킬 수 있다.

제1 단일모드 광섬유(101)에 입사된 광선은 상기 제1 단일모드 광섬유(101)와 연결된 제1 언덕형 다중 모드 광섬유(102)를 통과하면서 평행 광선으로 변한다. 이와 같이 형성된 평행광선은 서로 대향되게 배치된 제1 및 제2 반사경(105, 106)사이에서 반사를 거듭하게 되고, 두개의 반사경 사이의 거리에 대응하는 공진 파장의 광 신호만이 제2 반사경(106)을 투과하게 된다. 제2 반사경(106)을 투과한 평행 광선은 제2 언덕형 다중모드 광섬유(107)를 통과하는 과정 중 중심에 모이게 되고 제2 단일모드 광섬유(108)의 코어에 입사되어 전달된다.

언덕형 다중 모드 광섬유가 렌즈 역할을 하는 원리는 도 2에 나타내었다. 도 2a는 언덕형 다중 모드 광섬유의 단면과 코어 및 클래드의 굴절률을 나타낸 것이다. 본 실시예에서 언덕형 다중 모드 광섬유의 두께는 125um로 단일 모드 광섬유와 동일한 것을 사용한다. 언덕형 다중 모드 광섬유의 클래드(202)의 굴절률은 코어(201)의 굴절률에 비하여 낮은 굴절률을 갖는다. 코어 부분의 직경은 형태에 따라 50um형과 62.5um형으로 나뉜다. 언덕형 다중모드 광섬유가 계단형 광섬유와 다른 점은 코어 부분의 굴절률이 도 2a와 같이 그 중심부분에서는 높은 굴절률을 가지며(도 2a의 203), 외곽으로 갈수록 굴절률이 점차 감소하여 코어(201)와 클래드(202)의 경계면에서는 코어의 굴절률과 클래드의 굴절률이 같아진다는 것이다.

상기와 같은 구조를 갖는 언덕형 다중 모드 광섬유 내를 전파하는 광 신호의 전파 형태(207)는 도 2b에 나타내었다. 광 축을 따라 진행하는 신호는 직선 운동을 하는 반면, 광 축과 각도를 가지고 전파하는 광선은 코어(206)의 굴절률 분포에 의하여 도2b와 같이 sine 파 형태의 커브를 그리며 진행한다. 이때, 코어의 가장자리 근방의 굴절률이 중심의 굴절률에 비하여 작기 때문에 광 축에 대하여 각도를 가진 신호와 광 축과 진행 방향이 일치하는 신호간의 기하학적인 경로 차이가 존재하나, 광학적인 경로는 차이가 없다. 이러한 언덕형 다중모드 광섬유의 굴절률 구조로 인하여 광 신호는 포커싱과 디포커싱을 반복하는 형태가 된다. 이러한 원리는 외형상으로는 봉 형태를 가지며 렌즈 역할을 하는 그린 렌즈와 같다.

이러한 언덕형 광섬유에 신호가 입사되었을 때, 포커싱 되는 피치의 절반길이를 절단하면 입사된 광 신호는 언덕형 다중모드 광섬유를 나올 때 평행광선이 된다.

상기와 같은 원리를 이용하면 광섬유만으로 시준기를 제작할 수 있다. 이와같이 제작된 광섬유 시준기 쌍은 도 2c에 묘사되었다. 제1 단일모드 광섬유(208)와 제1 언덕형 다중모드 광섬유(209)를 융착을 통하여 부착한다. 또, 제2 단일 모드 광섬유(210)와 제2 언덕형 다중 모드 광섬유(211)를 융착하고 두 개의 융착된 광섬유의 다중모드 부분을 적당한 크기로 절단, 연마하면 두 개의 시준기가 완성된다. 두 개의 시준기를 도2c와 같이 배치한다. 제1 단일모드 광섬유(208)에 입사된 광 신호는 제1 언덕형 다중모드 광섬유(209)를 통과하면서 평행 광선(212)이 되고, 자유 공간에 나오게 된다. 이러한 평행 광선은 제2 언덕형 다중모드 광섬유(210)를 통과하면서 코어의 중심에 모이게 되어 제2 단일모드 광섬유(211)에 입사된다. 이러한 과정을 거쳐 제1 단일모드 광섬유(208)에서 나온 광 신호는 이론적으로 손실 없이 제2 단일 모드 광섬유(211)에 입사된다.

이러한 구조의 두 시준기 사이에 여러 가지 광학적인 특성의 변화를 줄 수 있는 장치를 삽입하면 그 작동 형태에 따라 스위치, 감쇠기, 필터 등 여러 가지 광부품을 손쉽게 제작할 수 있다.

도 3은 본 발명에서 구현하고자 하는 필터의 광학부를 제작하기 위한 제조방법의 일 예를 보여 주는 도면이다.

단일모드 광섬유(301)의 고분자 피복을 제거하고 알코올 등을 이용하여 세척한다. 피복이 제거된 광섬유를 광섬유 절단기(클리버)를 이용하여 절단한다. 언덕형 다중 모드 광섬유(302)를 단일모드 광섬유와 같은 방법으로 준비하여 두 절단면을 융착하여 접속한다. 언덕형 다중 모드 광섬유의 길이를 원하는 크기로 절단한다.(도 3a)

단일 모드 광섬유(301)와 언덕형 다중 모드 광섬유(302)가 결합된 형태의 광섬유를 페룰(304)에 삽입하고 자외선 경화용 에폭시를 이용하여 고정시킨다.(도 3b)

페룰(305)의 한쪽 끝(306)은 광 축과 수직 방향으로 연마한 후, 연마 부위에 적당한 크기의 고 반사계수를 갖는 반사경(307)을 광 투과성 에폭시를 이용하여 부착한다(도 3c).

작업의 편의성을 고려하여 별도로 제작된 반사경을 사용하는 대신 페룰의 끝단 부분(306)에 다층 반사 막을 직접 코팅하여 사용하는 방법도 가능하다.

광섬유 접합 시 광 투과성 에폭시를 이용할 경우 다음과 같은 방법을 따른다. 적당한 크기로 잘려진 언덕형 다중 모드 광섬유(302)를 페룰(304)에 삽입하고, 광 투과성 에폭시를 페룰(304)의 후면에 토출한다. 단일 모드 광섬유(301)를 페룰의 후면을 통하여 삽입하고 적당한 힘을 가하여 언덕형 다중모드 광섬유와 단일 모드 광섬유가 밀착되게 하고 자외선을 주사하여 경화한다. 이후 공정은 융착 접속시와 같은 방법을 따른다.

도 4는 본 발명에 의하여 제작된 가변형 광섬유 필터의 일 예를 도시하는 도면이다. 하나의 단일모드 광섬유와 언덕형 다중 모드 광섬유로 이루어진 제1 광섬유(401)와 제1 페룰(402) 및 제1반사경(403) 및 또 다른 단일보드 광섬유와 언덕형 다중모드 광섬유로 이루어진 제2광섬유(406)와 제2 페룰(405) 및 제2 반사경(404)들은 광커넥터용 슬리브(407)에 삽입되어 적당한 거리를 유지하고 있다. 제1 페룰(402)은 볼트(409)를 이용하여 제1 페룰 지지대(408)에 고정되어지며, 제2 페룰(405)은 역시 볼트(411)를 이용하여 제2 페룰 지지대(410)에 고정되었다.

상기 제1 및 제2 페룰 지지대(408, 410) 사이에는 두 개의 압전 액추에이터(412, 413)가 위치하고 있으며, 상기 압전 액추에이터들(412, 413)의 일측단에는 압전 액추에이터(412, 413)들에 각각 가해지는 외력을 균등하게 유지시키며, 비틀림력을 받지 않게 하기 위하여 각각의 압전 엑추에이터의 일측단과 상기 일측단의 페룰지지대(410) 사이에 금속편(415, 416) 및 탄성이 강한 금속 구(417, 418)를 설치한다.

상기 제1, 2 페룰지지대 중 상기 금속편(415, 416) 및 탄성이 강한 금속 구(417, 418)를 거쳐서 압전 엑추에이터의 일측단과 결합되는 제2 페룰지지대(410)는 필터 케이스(424)에 고정되도록 설치하여 압전 액추에이터의 길이 변화에 의한 물리량이 스트레인의 형태로 변하게 하였다. 또한 상기 제2 페룰 지지대(410)의 외측에는 두 개의 스트레인 게이지(419, 420)를 부착하여 압전 액추에이터(412, 413)에 전압이 가해졌을 때 제2 페룰 지지대(410)에 발생하는 스트레인 량을 전압 변화의 양으로 읽을 수 있도록 하는 것이 바람직하다, 이때, 제2 페룰 지지대(410)는 위치 변화에 의해 발생하는 스트레인 양을 효과적으로 측정하기 위하여 스트레인 게이지(419, 420)가 부착되는 반대 면을 아치형의 형태를 가지게 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 제2 페룰지지대(410)와 엑추에이터 사이에 금속편(415, 416) 및 금속구(417, 418)를 설치하고, 스트레인 게이지(419, 420)를 부착하는 것으로 설명을 하였으나, 필요에 따라서는 금속편(415, 416) 및 금속구(417, 418)를 제1 페룰지지대(408)와 엑추에이터 사이에 설치하고, 제1페룰지지대(408)에 스트레인 게이지(419, 420)를 부착하여도 무방하다.

스트레인 게이지(419, 420)를 이용하여 압전 액추에이터(412, 413)의 변위량을 측정하여 되먹임 제어를 함으로써, 압전 액추에이터의 특성인 전압 이력을 피할 수 있고 나노미터 이하의 위치제어가 가능하다. 따라서 광학적 파장 분해능은 프리 스펙트랄 레인지의 설정에 따라 달라질 수 있으나, 0.01nm에서 0.02nm의 분해능을 가질 수 있다.

또한, 바람직하게는 제 페룰 지지대(408)는 필터 케이스에 연결된 볼트(421, 422)에 의해 위치가 조절되게 되어 있으며, 이 볼트를 이용하여 압전 액추에이터 (412, 413)에 예압을 가함으로써 수축 및 팽창 작용을 원활히 수행할 수 있게 하였다. 또한 인가전압 제거 시 항상 원 위치로 복귀 할 수 있는 장점도 부여하였다.

또한, 주위 온도 변화에 의한 스트레인 게이지의 특성 변화를 감안하여 상기 필터 케이스(424) 내의 소정 위치에는 서미스터(423)를 설치하여, 온도 보정을 함으로써 사용 가능한 온도 범위를 확대하도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 제작된 가변형 광 필터는 그린 렌즈를 이용하여 제작한 패브리-패로 필터와 마찬가지로 평행광선을 이용하기 때문에 반사경 전면에 또 다른 광선로를 부가할 필요가 없다. 따라서 기존의 광섬유 패브리-페로 필터에 비하여 제조 방법이 간단하며, 또한 별도의 그린 렌즈를 사용하지 않기 때문에 저가의 필터를 구현할 수 있다.

또한 슬리브에 페룰을 삽입하는 하나의 공정으로 광 축을 정렬할 수 있기 때문에 별도의 광 축을 정렬하기 위한 광 축 정렬장치가 필요 없다. 따라서 구조적으로 간단하며, 손쉽게 제조할 수 있다. 또한 평행광선을 이용하고 거울간의 거리도 손쉽게 조정할 수 있기 때문에 같은 생산 공정을 거쳐 생산한 부품을 이용하여 다양한 프리 스펙트랄 레인지를 갖는 필터를 제조할 수 있다.

위와 같이 본 발명에서 제시한 언덕형 다중 모드 광섬유를 이용한 가변형 광필터의 장점은 다음과 같다.

첫째, 언덕형 다중 모드 광섬유와 단일모드 광섬유의 접합에 의하여 평행광선을 만들어 내기 때문에 평행 광선을 만들기 위한 그린 렌즈 등의 시준기가 별도로 필요치 않아 간단한 구조의 가변형 광 필터의 제작을 가능하게 하였다.

둘째, 평행 광선을 이용하여 파장을 선택하기 때문에 기존의 광섬유 패브리-페로 필터에서 요구되는 반사경 앞단의 수십 um의 두께를 가진 페룰 웨이퍼를 이용한 광 경로의 필요성이 없다. 따라서 광학 부의 제작이 간편한 가변형 광 필터의 제작할 수 있다. 또한 같은 공정에 의하여 생산된 부품을 이용, 단순한 조정에 의하여 다양한 프리 스펙트랄 레인지에 적용될 수 있는 가변형 광 필터를 제조할 수있다.

셋째, 제작된 페룰을 슬리브에 삽입하는 과정만으로 광 축을 일치시킬 수 있는 구조를 가지고 있기 때문에 별도의 광 축 조정 장치가 필요 없는 간단하고 소형의 가변형 광 필터를 제작할 수 있다.

Claims (6)

1. 입력측 광학부와, 출력측 광학부와, 상기 입력측 광학부 및 상기 출력측 광학부가 동일한 광축상에 설치되도록 지지하는 지지부와, 상기 지지부에 상기 입력 및 출력측 광학부와 평행하게 설치되는 압전 엑추에이터를 포함하는 가변형 광필터에 있어서,

   상기 입력측 광학부는, 단일모드 광섬유와 언덕형 다중모드 광섬유가 광학적으로 결합된 제1광섬유와, 상기 제1광섬유가 삽입되는 제1 페룰과, 상기 언덕형 다중모드 광섬유의 상기 단일모드 광섬유와 결합되는 측단의 타측단에 설치되는 제1 반사경을 포함하고;

   상기 출력측 광학부는, 상기 입력측 광학부와 서로 대향하는 방향으로 설치되며, 단일모드 광섬유와 언덕형 다중모드 광섬유가 광학적으로 결합된 제2광섬유와, 상기 제2광섬유가 삽입되는 제2 페룰과, 상기 언덕형 다중모드 광섬유의 상기 단일모드 광섬유와 결합되는 측단의 타측단에 설치되는 제2 반사경을 포함하는 가변형 광필터.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 반사경은 각각 상기 제1 및 제2 페룰에 광 투과성 에폭시에 의하여 부착하거나, 또는 페룰에 직접 다층 반사막을 코팅하는 방법에 의해 형성되는 가변형 광 필터.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 지지부는 상기 제1 및 제2 페룰을 지지하는 제1 및 제2 페룰지지대를 더 포함하며, 상기 제1페룰지지대 또는 상기 제2페룰지지대 중 어느 하나와 상기 압전 엑추에이터 사이에는 상기 압전 액추에이터에 가해지는 외력을 균등하게 유지시키는 금속편 및 금속 구가 설치되는 가변형 광 필터.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 페룰지지대 중 상기 금속편 및 금속구가 설치되는 페룰지지대의 상기 금속편 및 금속구가 설치되는 면의 타측 면의 소정 위치에 설치되어, 당해 페룰지지대에 발생하는 스트레인 양의 변화를 전압의 변화로 변환하는 스트레인 게이지를 더 포함하는 가변형 광 필터.
6. 제4항에 있어서,

   상기 페룰 지지대의 상기 스트레인 게이지와 대향되는 면을 아치형상으로 한 가변형 광 필터.