KR100405969B1 - Surface emitting optical fibers and their illuminating systems - Google Patents
Surface emitting optical fibers and their illuminating systems Download PDFInfo
- Publication number
- KR100405969B1 KR100405969B1 KR10-2001-0045948A KR20010045948A KR100405969B1 KR 100405969 B1 KR100405969 B1 KR 100405969B1 KR 20010045948 A KR20010045948 A KR 20010045948A KR 100405969 B1 KR100405969 B1 KR 100405969B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- optical fiber
- grating
- emitting
- gratings
- optical
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
- G02B6/0005—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type
- G02B6/001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type the light being emitted along at least a portion of the lateral surface of the fibre
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/028—Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V2200/00—Use of light guides, e.g. fibre optic devices, in lighting devices or systems
- F21V2200/10—Use of light guides, e.g. fibre optic devices, in lighting devices or systems of light guides of the optical fibres type
Abstract
광섬유격자를 이용한 측면발광 광섬유 및 이를 이용한 광섬유 조명시스템에 대해 개시한다. 본 발명의 광섬유격자를 이용한 측면발광 광섬유 및 이를 이용한 광섬유 조명시스템은, 임의의 광원에서 나오는 외부의 빔을 전송시켜주는 광섬유; 및 파라미터 값에 따른 해당 파장대역의 빛을 상기 광섬유 주변으로 방출시킬 수 있도록 상기의 외부의 빔을 집광하는 광섬유에 광섬유 도파모드에서 방사모드로 결합하는 모드결합 특성이 서로 다른 적어도 1개 이상의 광섬유격자를 상기 광섬유에 형성시킨 방출부를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 따르면, 광섬유 내에 격자를 형성시켜 측면발광을 구현함으로써 광섬유의 손상을 줄일 수 있고, 격자의 파라미터값을 조절함으로써 원하는 파장대의 빛을 방출시킬 수 있으며, 제작이 간단할 뿐만 아니라 제작비용이 적게 들고 소형이라는 이점을 가지고 있다. 또한 조명 시스템분야, 광 디스플레이 분야, 광센서 및 광통신에 활용될 수 있다.Disclosed are a side emitting optical fiber using an optical fiber grating and an optical fiber lighting system using the same. The side-emitting optical fiber and the optical fiber illumination system using the same, the optical fiber for transmitting an external beam from any light source; At least one optical fiber lattice having different mode coupling characteristics of coupling the optical beams from the optical waveguide mode to the radiation mode so as to emit light of a corresponding wavelength band according to a parameter value to the periphery of the optical fiber; It comprises a discharge portion formed in the optical fiber. According to the present invention, by forming a grating in the optical fiber to implement side light emission can reduce the damage of the optical fiber, by adjusting the parameter value of the grating can emit light of the desired wavelength range, not only is easy to manufacture but also cost It has the advantage of being small and small. It may also be used in the field of lighting systems, optical displays, optical sensors and optical communications.
Description
본 발명은 광섬유격자를 이용한 측면발광 광섬유 및 이를 이용한 광섬유 조명시스템에 관한 것으로, 특히 광섬유 내에 광섬유 도파 모드에서 방사 모드로 결합하는 모드 결합 특성이 서로 다른 격자를 형성시켜 광섬유 주변으로 광을 방출시키는 광섬유격자를 이용한 측면발광 광섬유 및 이를 이용한 광섬유 조명시스템에관한 것이다.The present invention relates to a side-emitting optical fiber using an optical fiber grating and an optical fiber lighting system using the same. In particular, an optical fiber that emits light around the optical fiber by forming gratings having different mode coupling characteristics in the optical fiber waveguide mode to the radiation mode. The present invention relates to a side emitting optical fiber using a grating and an optical fiber lighting system using the same.
광섬유는 코어와 클래딩으로 이루어져 있고, 광도파로는 클래딩이 있는 경우 코어가 되고, 클래딩이 없는 경우는 광섬유 자체가 도파로가 된다. 광섬유 모드는 코어모드와 클래딩모드로 되어 있으며, 도파모드는 주로 광섬유 코어모드를 의미하며, 방사모드는 빛이 밖으로 방출되는 모드를 말한다. 광섬유격자는 광섬유 코어 내의 굴절률이 주기적으로 변하는 형태를 가진 광소자로서 광섬유 코어 내에 제작되기 때문에 다른 벌크형 소자에 비해 삽입손실이 적고 제작이 쉬워서 제조가격을 감소시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한, 굴절률 변화(induced index change), 격자의 길이, 격자의 주기, 격자면의 방향(orientation), 격자의 경사각(tilt angle) 등과 같은 파라미터 값들을 변화시켜 줌으로써 원하는 스펙트럼 특성을 쉽게 갖도록 해 줄 수 있는 융통성도 있다.The optical fiber consists of a core and a cladding, and the optical waveguide becomes a core when there is a cladding, and when there is no cladding, the optical fiber itself becomes a waveguide. The optical fiber mode is composed of a core mode and a cladding mode. The waveguide mode mainly refers to an optical fiber core mode, and the radiation mode refers to a mode in which light is emitted. The optical fiber grating is an optical device having a shape in which the refractive index of the optical fiber core changes periodically, and is manufactured in the optical fiber core, and thus has an advantage of reducing the manufacturing cost due to less insertion loss and easier manufacturing than other bulk devices. In addition, by changing parameter values such as induced index change, grating length, grating period, orientation of grating plane, tilt angle of grating, etc., it is possible to easily have desired spectral characteristics. There is also flexibility.
이러한 광섬유격자는 광감도가 있는 광섬유를 UV빔의 간섭패턴에 일정시간 노출시킴으로써 만들 수 있는데, 그 제조방법으로는 마스크를 이용하는 방법, 또는 레이저 간섭계를 이용하는 방법 등이 있다.Such an optical fiber grating can be made by exposing a light-sensitive optical fiber to an interference pattern of a UV beam for a predetermined time. The manufacturing method includes a method using a mask or a method using a laser interferometer.
한편, 상기한 방사모드를 응용하여 광섬유를 이용한 조명시스템은 현재 실생활에 많이 이용되고 있다. 끝단에서 발광하는 광섬유와 측면에서 발광하는 광섬유를 많이 사용하는데, 측면에서 발광하는 광섬유를 만드는 기존의 방법으로는 허용된 광섬유의 굴곡 반경 이하로 구부려 빛을 클래딩층을 통해 새어 나오게 하는 방법, 클래딩 층을 물리적이나 화학적인 방법으로 제거하여 빛이 측면으로부터 새어 나오게 하는 방법, 클래딩과 인접하여 부착된 홀더 또는 반사체를 이용하여 빛을외측으로 방출시키는 방법 등이 있다.On the other hand, the illumination system using the optical fiber by applying the above-described radiation mode is currently used in a lot of real life. The optical fiber emitting from the end and the optical fiber emitting from the side are used a lot. The existing method of making the optical fiber emitting from the side is to bend below the bending radius of the allowed optical fiber so that the light leaks out through the cladding layer. It is a method to remove the light by the physical or chemical method so that the light leaks from the side, the method of emitting the light to the outside using a holder or reflector attached adjacent to the cladding.
이와 같이 종래 광섬유를 이용한 조명시스템은 광섬유를 구부리는 방법을 이용할 경우에는 광섬유 자체의 스트레스를 인가하여 파손 등의 문제점이 있으며, 클래딩층을 벗겨내고 그 안에 다른 물질을 첨가하는 경우에는 광섬유 자체에 손상이 가해지는 단점도 있었다.As such, the conventional lighting system using optical fiber has problems such as damage by applying stress of the optical fiber itself when using the method of bending the optical fiber, and damage to the optical fiber itself when peeling off the cladding layer and adding another material therein. There was also a disadvantage to this.
따라서, 본 발명의 목적은 광섬유 자체를 인가되는 스트레스나 파손을 방지하면서 광섬유 내에 광섬유 도파 모드에서 방사 모드로 결합하는 모드 결합 특성이 서로 다른 격자를 사용하여 임의의 파장대역의 빛을 상기 광섬유 주변으로 방출시키는 광섬유격자를 이용한 측면발광 광섬유 및 이를 이용한 광섬유 조명시스템을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to use a grating having a different mode coupling property for coupling the optical fiber itself from the optical waveguide mode to the radiation mode while preventing stress or breakage applied to the optical fiber itself, and to transmit light of an arbitrary wavelength band to the periphery of the optical fiber. The present invention provides a side emitting optical fiber using an optical fiber grating to emit and an optical fiber lighting system using the same.
상기한 본 발명을 달성하기 위한 본 발명의 광섬유격자를 이용한 측면발광 광섬유는, 임의의 광원에서 나오는 외부의 빔을 전송시켜주는 광섬유; 및 파라미터값에 따른 해당 파장대역의 빛을 상기 광섬유 주변으로 방출시킬 수 있도록 상기의 외부의 빔을 집광하는 광섬유에 광섬유 도파모드에서 방사모드로 결합하는 모드결합 특성이 서로 다른 적어도 1개 이상의 광섬유격자를 상기 광섬유에 형성시킨 방출부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 방출부에 형성된 광섬유격자는 광섬유의 위치에 따라서 빛의 파장이 다르게 방출될 수 있도록 격자의 파라미터값이 서로 다른 적어도 2개 이상의 광섬유격자의 조합으로 이루어질 수도 있으며, 동일한 스펙트럼 분포를 갖는 빛이 광섬유의 위치에 상관없이 방출되도록 동일한 광섬유격자가 2개이상 조합으로 이루어질 수 있다. 이 경우에 상기 광섬유격자의 조합은 연속적으로 형성된 동일 파라미터를 갖는 광섬유격자군을 직렬 형태로 형성시키거나, 서로 다른 파라미터를 갖는 광섬유격자군을 직렬 형태로 형성시킬 수 있다. 이 때, 상기 광섬유격자군은 소정의 간격을 갖고 형성되거나, 인접하여 연속적으로 형성시킬 수 있다.Side-emitting optical fiber using the optical fiber grating of the present invention for achieving the above-described invention, the optical fiber for transmitting an external beam from any light source; At least one optical fiber lattice having a different mode coupling characteristic for coupling the optical waveguide mode in the radiation mode to the optical fiber condensing the external beam to emit light of a corresponding wavelength band according to a parameter value to the periphery of the optical fiber; It characterized in that it comprises a discharge formed on the optical fiber. At this time, the optical fiber grating formed in the emission unit may be made of a combination of at least two or more optical fiber gratings having different lattice parameter values so that the wavelength of light may be differently emitted according to the position of the optical fiber, and having the same spectral distribution. The same fiber grating may be made in combination of two or more so that light is emitted regardless of the position of the fiber. In this case, the combination of the optical fiber gratings may form an optical fiber grating group having the same parameters continuously formed in series, or form an optical fiber grating group having different parameters in series. At this time, the optical fiber grid group may be formed at a predetermined interval, or may be formed adjacent to each other continuously.
또한, 상기 광섬유격자의 조합은 서로 다른 파라미터를 갖는 광섬유격자들이 적어도 일부분이 중첩될 수 있는데, 상기 광섬유격자 중첩시 교차되는 광섬유격자들의 사이각은 0°내지 180°범위내의 값을 가질 수 있다.The combination of the optical fiber gratings may overlap at least a portion of the optical fiber gratings having different parameters, and an angle between the optical fiber gratings intersecting when the optical fiber gratings overlap may have a value within a range of 0 ° to 180 °.
그리고, 상기 광섬유격자의 조합은 상기 광섬유격자들이 격자면의 방향을 서로 다르게 형성시킬 수도 있다.In addition, the combination of the optical fiber grating may make the optical fiber grating different directions of the grating plane.
마지막으로, 상기 광섬유의 위치에 따라서 빛의 나오는 방향이 나선형으로 방출될 수 있도록 상기 광섬유격자는 상기 광섬유의 격자면이 격자 위치에 따라서 다른 나선형 격자로 형성시킬 수도 있다.Finally, the optical fiber grating may be formed into a spiral grating in which the grating plane of the optical fiber is different depending on the grating position so that the outgoing direction of light may be helically emitted according to the position of the optical fiber.
여기서, 상기 광섬유격자는 각 광섬유격자의 파라미터인 광섬유격자 주기, 광섬유격자 경사각, 광섬유격자면 방향, 광섬유격자 길이 중에서 적어도 하나의 파라미터값이 변화된 광섬유격자가 적어도 1개 이상 포함되어 있는 것이 가장 바람직하다.Here, it is most preferable that the optical fiber grating includes at least one optical fiber grating in which at least one parameter value of the optical fiber grating period, the optical fiber grating inclination angle, the optical fiber grating plane direction, and the optical fiber grating length is changed. .
한편, 본 발명은 광섬유격자를 이용한 광섬유 조명시스템은, 임의의 광원에서 나오는 외부의 빔을 전송시켜주는 광섬유와, 상기의 외부의 빔을 집광하는 광섬유에 광섬유 도파모드에서 방사모드로 결합하는 모드결합 특성이 서로 다른 1개 이상의 광섬유격자를 상기 광섬유에 형성시켜 일정한 파장대역의 빛을 상기 광섬유 주변으로 방출시키는 방출부를 포함하여 형성된 측면발광 광섬유가 다수개 조합하여 조명기능을 수행한다.On the other hand, the present invention is a fiber optic lighting system using an optical fiber grating, the optical fiber for transmitting the external beam from any light source, and the mode coupling coupled in the radiation mode in the optical waveguide mode to the optical fiber for condensing the external beam One or more optical fiber gratings having different characteristics are formed on the optical fiber to perform a lighting function by combining a plurality of side emitting optical fibers including an emission part for emitting light of a predetermined wavelength band to the periphery of the optical fiber.
또한, 임의의 광원에서 나오는 외부의 빔을 전송시켜주는 광섬유와, 상기의 외부의 빔을 집광하는 광섬유에 광섬유 도파모드에서 방사모드로 결합하는 모드결합 특성이 서로 다른 1개 이상의 광섬유격자를 상기 광섬유에 형성시켜 일정한 파장대역의 빛을 상기 광섬유 주변으로 방출시키는 방출부를 포함하여 형성된 측면발광 광섬유를 이용하여 위치 및 방향에 따라서 스펙트럼 특성을 다르게 나타내도록 한다.In addition, the optical fiber that transmits the external beam from any light source, and one or more optical fiber gratings having different mode coupling characteristics of coupling the optical beam for condensing the external beam from the optical waveguide mode to the radiation mode The spectral characteristics are formed differently according to position and direction by using the side-emitting optical fiber formed by including the emission unit for emitting light of a predetermined wavelength band to the periphery of the optical fiber.
도 1a 및 도 1b는 광섬유 내에 형성된 격자에서 광섬유 도파모드에서 방사 모드로 변환됨으로 인해서 광섬유 주변에서 광을 방출하는 측면발광 광섬유를 도식적으로 나타낸 도면 및 방출된 빛의 파장대를 개략적으로 나타낸 파형도,1A and 1B are diagrams schematically illustrating a side emitting optical fiber emitting light in the vicinity of the optical fiber due to the conversion from the optical fiber waveguide mode to the radiation mode in a grating formed in the optical fiber, and a waveform diagram schematically showing a wavelength band of the emitted light;
도 2는 광섬유 측면으로 빛을 방출하는 일반적인 광섬유격자의 특징을 나타낸 도면,2 is a view showing the characteristics of a general optical fiber grating emitting light to the side of the optical fiber,
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제1 실시예 내지 제5 실시예로서, 광섬유내의 방출부를 이루는 광섬유격자의 다양한 형태는 나타낸 도면,3a to 3e are views showing various forms of the optical fiber grating constituting the emission portion in the optical fiber as the first to fifth embodiments of the present invention;
도 4a는 특성이 서로 다른 격자의 측면에서 방출되는 빛의 파장대가 서로 달라 중첩되지 않음을 나타내는 측면발광 광섬유격자의 스펙트럼 파형도,4A is a spectral waveform diagram of a side emitting optical fiber grating showing that wavelengths of light emitted from sides of gratings having different characteristics do not overlap each other;
도 4b는 특성이 서로 다른 격자의 측면에서 방출되는 빛의 파장대가 적어도 일부가 중첩되는 측면발광 광섬유격자의 스펙트럼 파형도,4B is a spectral waveform diagram of a side emitting optical fiber grating in which at least a portion of wavelength bands of light emitted from sides of gratings having different characteristics overlap;
도 5a는 도 3a의 제1 실시예에서 제시한 광섬유의 위치에 따라서 빛의 파장이 다르게 방출되는 것을 나타낸 도면,FIG. 5A is a view showing that wavelengths of light are differently emitted according to positions of optical fibers shown in the first embodiment of FIG. 3A;
도 5b는 도 3e의 제5 실시예에서 제시한 나선형 광섬유격자에서 광섬유의 위치에 따라서 빛이 나오는 방향이 나선형으로 방출되는 것을 나타낸 도면이다.FIG. 5B is a view showing that light is emitted in a spiral direction according to the position of the optical fiber in the spiral optical fiber grating shown in the fifth embodiment of FIG. 3E.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
2 : 광섬유 도파로 4 : 광섬유격자2: optical waveguide 4: optical fiber grating
30 : 제1 광섬유격자 32 : 제2 광섬유격자30: first optical fiber lattice 32: second optical fiber lattice
34 : 제N 광섬유격자34: Nth optical fiber grating
S1 : 입사빔S1: incident beam
S2 : 반사빔S2: reflected beam
S3 : 출력빔S3: output beam
W : 측면으로 방출되는 빛의 스펙트럼W: Spectrum of light emitted laterally
Λ : 광섬유격자의 주기Λ: period of optical fiber grating
θ : 광섬유격자의 경사각θ: tilt angle of optical fiber grating
L : 광섬유격자의 길이L: length of optical fiber grating
본 발명은, 광원으로부터 입사하는 빛을 전송하는 광섬유의 코어와, 그 코어를 둘러싸고 있는 클래딩과, 상기 코어 내에 만들어진 격자를 이용하여 상기 격자로 인해 측면으로부터 바깥쪽으로 빛을 방출시키는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized by emitting light from the side to the outside due to the grating by using a core of an optical fiber for transmitting light incident from a light source, a cladding surrounding the core, and a grating made in the core.
상기 격자에 해당되는 많은 파라미터 값들을 변화시킴으로서 격자로 인해 광섬유의 측면에서 바깥쪽으로 방출되는 빛의 파장대 및 방출빔의 크기를 변화시킬 수 있다. 기본 동작원리는 광섬유의 도파모드에서 방사모드로 결합하는 모드결합 특성으로 인해 코어에서 클래딩을 통해 외부로 빛을 방출시킬 수 있으며, 이때 방출되는 빛의 파장은 격자의 굴절률 변화값(induced index change), 격자의길이(L), 격자의 주기(Λ), 격자면의 방향(grating plane orientation, ψ), 격자의 경사각(θ) 등과 같은 파라미터들의 값에 따라 변화된다. 광섬유격자의 파라미터 중 광섬유격자 특히, 자외선 레이저빔패턴을 일정시간동안 광감도가 있는 광섬유에 노출시켜줌으로써 제작하는 광섬유격자의 굴절률 변화값()은 광섬유가 빛에 노출되었을 때의 광섬유 코어의 굴절률과 노출되지 않았을 때의 코어의 굴절률 차로 정의될 수 있으며, 광섬유격자의 파라미터중 ψ만큼 회전된 격자면의 방향은 X-틸트(이하, X-tilted라 함) 격자 [참고문헌 : Kyung S. Lee and T. Erdogan, "Fiber mode coupling ing transmissive and reflected tilted fiber gratings", Applied optics, Vol.39, No.9] 즉, 격자면이 X 축으로부터 시계방향으로 기울어진 광섬유격자면의 방향을 기준으로 해서 격자면의 광섬유축을 중심으로 해서 ψ만큼 시계 방향으로 회전된 격자면의 방향으로 잡는다.By changing many parameter values corresponding to the grating, the grating can change the wavelength band of the light emitted outward from the side of the optical fiber and the size of the emission beam. The basic operation principle is that the light can be emitted to the outside through the cladding from the core due to the mode coupling characteristic of coupling from the waveguide mode to the radiation mode of the optical fiber, where the wavelength of the emitted light is the index of change of the refractive index of the grating. , The lattice length (L), the lattice period (Λ), the grating plane orientation (ψ), the lattice angle (θ) and the like. Among the parameters of the optical fiber lattice, the refractive index change value of the optical fiber lattice fabricated by exposing the optical fiber lattice, especially the ultraviolet laser beam pattern, to the optical fiber with light sensitivity for a predetermined time ( ) Can be defined as the difference between the refractive indices of the optical fiber core when the optical fiber is exposed to light and the refractive index of the core when the optical fiber is not exposed. lattice [ref: Kyung S. Lee and T. Erdogan, "Fiber mode coupling ing transmissive and reflected tilted fiber gratings", Applied optics, Vol. 39, No. 9] From the direction of the optical fiber lattice plane inclined clockwise from, the direction is taken in the direction of the lattice plane rotated clockwise by ψ about the optical fiber axis of the lattice plane.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 1a 및 도 1b는 광섬유내에 형성된 격자에서 광섬유 도파모드에서 방사 모드로 변환됨으로 인해서 광섬유 주변에서 광을 방출하는 측면발광 광섬유를 도식적으로 나타낸 도면 및 방출된 빛의 파장대를 개략적으로 나타낸 파형도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 측면발광 광섬유는 광섬유 도파로(2) 상에 광섬유격자(4)가 형성되는데, 상기 측면발광 광섬유로부터 광이 발광하는 원리는 외부로부터 입사빔(S1)이 입사되면 광섬유 도파로(2)를 따라 전송되다가 광섬유격자(4)에 이르러 도파모드에서 방사모드로 모드결합이 일어나 코어에서 클래딩을 통해 외부로 빛을 방출시키게 된다. 이 방출되는 빛의 스펙트럼 특성(W) 즉, λ1, λ2, 그리고 스펙트럼의 크기는 격자의 파라미터 값 즉, 길이, 주기, 경사각, 격자면의 방향 등에 따라서 달라진다. 참고로, 도면에서 S2는 반사빔, S3는 출력빔을 각각 나타낸다.1A and 1B are diagrams schematically showing a side emitting optical fiber emitting light in the vicinity of the optical fiber due to the conversion from the optical fiber waveguide mode to the radiation mode in a grating formed in the optical fiber and a waveform diagram schematically showing the wavelength band of the emitted light. Referring to FIG. 1, in the side-emitting optical fiber of the present invention, an optical fiber grid 4 is formed on the optical fiber waveguide 2. The principle of light emission from the side-emitting optical fiber is that when the incident beam S1 is incident from the outside, Transmitted along the optical fiber waveguide (2) to reach the optical fiber grid (4) mode coupling from the waveguide mode to the radiation mode to emit light from the core to the outside through the cladding. The spectral characteristics W of the emitted light, ie, λ 1 , λ 2 , and the magnitude of the spectrum vary depending on the parameter values of the grating, that is, length, period, tilt angle, direction of the grating plane, and the like. For reference, in the drawings, S2 represents a reflected beam and S3 represents an output beam.
도 2는 광섬유 측면으로 빛을 방출하는 일반적인 광섬유격자의 특징을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 격자의 주기(Λ)는 격자 위치에 따라서 Λ1, Λ2, Λ3에서 Λn까지 변화시키거나 임의의 같은 주기를 가지도록 만들 수도 있고, 같은 주기를 가지는 격자를 그룹으로 만들어 각각의 그룹의 주기를 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 또한, 격자의 경사각(θ)은 θ1, θ2, θ3,에서 θn까지 변화시키거나 0을 포함한 임의의 같은 경사각을 가지게 만들 수도 있고 경사각 또한 주기를 그룹으로 만드는 것처럼 그룹으로 만들어 각의 변화를 줄 수 있다. 그리고, 격자의 길이(L)도 같은 값이거나 모두 다르게 하거나 그룹을 지어 그룹마다 같은 길이를 가지게 할 수 있다.2 is a view showing the characteristics of a general optical fiber grating emitting light to the side of the optical fiber. Referring to FIG. 2, the period Λ of the lattice may be changed from Λ 1 , Λ 2 , Λ 3 to Λ n or have an arbitrary same period according to the lattice position, and the grids having the same period may be grouped. Can be used to increase or decrease the period of each group. In addition, the inclination angle (θ) of the lattice can be changed from θ 1 , θ 2 , θ 3 , to θ n or have any same inclination angle including 0, and the angle of inclination can also be grouped to form periods as a group. Can change In addition, the length L of the lattice may be the same value, or may be different from each other, or may be grouped to have the same length for each group.
도 3a 내지 도 3e는 광섬유내의 방출부를 이루는 광섬유격자의 다양한 형태는 나타내고 있다.3A to 3E show various forms of the optical fiber lattice forming the emission section in the optical fiber.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예로서, 같은 기울기를 갖는 격자들의 그룹을 광도파로 상에 직렬 형태로 구현한 상태를 나타낸 도면이다. 도 3a를 참조하면, 격자면의 방향이 동일한 격자로써 길이가 각각 L1, L2, L3이고, 경사각이 각각 θ1,θ2, θ3이며, 주기가 각각 Λ1, Λ2, Λ3인 제1 광섬유격자(30)로 이루어진 광섬유격자군, 제2 광섬유격자(32)로 이루어진 광섬유격자군, 제N 광섬유격자(34)로 이루어진 광섬유격자군이 직렬로 이루어져 있음을 알 수 있다.3A is a diagram illustrating a state in which a group of gratings having the same slope is implemented in series on an optical waveguide as a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3A, the lattice planes have the same direction and have lengths of L 1 , L 2 , and L 3 , respectively, inclination angles of θ 1 , θ 2 , and θ 3 , and periods of Λ 1 , Λ 2 , and Λ, respectively. It can be seen that the optical fiber lattice group consisting of the first optical fiber lattice 30 of 3 , the optical fiber lattice group consisting of the second optical fiber lattice 32, and the optical fiber lattice group consisting of the N-th optical fiber lattice 34 are formed in series.
도 3b는 본 발명의 제2 실시예로서, 서로 다른 기울기를 갖는 격자들을 중첩시켜 광도파로 상에 구현한 형태를 나타낸 도면이다. 도 3b를 참조하면,FIG. 3B illustrates a second embodiment of the present invention, in which gratings having different inclinations are superimposed on the optical waveguide. Referring to FIG. 3B,
제1 광섬유격자(30), 제2 광섬유격자(32), 제N 광섬유격자(34)의 주기(Λ)는 같게 하고 격자의 경사각(θ)을 다르게 하거나, 각각의 격자의 경사각(θ)은 같게 하고 주기(Λ)를 다르게 할 수도 있다. 또한 주기(Λ)와 경사각(θ) 모두 임의의 값으로 같게 하거나 모두 다르게 할 수도 있고, 도 2에서 설명한 것과 같이 그룹을 만들어 그룹내의 값은 같고 그 값이 증가하거나 감소할 수도 있다. 격자의 길이(L)도 같은 값이거나 모두 다르게 하거나 그룹을 지어 그룹마다 같은 길이를 가지게 할 수 있다.The periods Λ of the first optical fiber grating 30, the second optical fiber grating 32, and the N-th optical fiber grating 34 are equal, and the inclination angle θ of the grating is different, or the inclination angle θ of each grating is You can make it the same and make the period (Λ) different. In addition, both the period Λ and the inclination angle θ may be equal to or different from each other, or a group may be formed as described in FIG. The grid length L can also be the same, all different, or grouped so that each group has the same length.
도 3a와 도 3b는 격자면의 방향이 같은 X-tilted 격자로 구성된 측면발광 광섬유의 한 예로써, 격자면의 방향이 서로 다른 임의각 ψ을 갖는 격자들로 도 3a, 도 3b가 구성될 수 있다.3A and 3B are examples of side-emitting optical fibers composed of X-tilted gratings having the same lattice plane direction, and FIGS. 3A and 3B may be formed of gratings having arbitrary angles ψ having different lattice plane directions. have.
도 3c는 본 발명의 제3 실시예로서, 격자면의 방향이 서로 다른 격자들을 중첩시켜 광도파로 상에 구현한 형태를 나타낸 도면이다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 격자면이 서로 엇갈려 있는 상태로서 제1 광섬유격자(30)와 제2 광섬유격자(32)의 격자 방향이 180°의 차를 갖는 한 예를 나타내고 있다. 이는 서로 다른 임의의 각을 갖는 격자들이 엇갈려 있을 수 있음을 의미한다. 이 경우에도 역시 제1 광섬유격자(30), 제2 광섬유격자(32)의 주기(Λ)는 같게 하고 격자의 경사각(θ)을 다르게 하고, 격자의 경사각(θ)은 같게 하고 주기(Λ)를 다르게 할 수도 있다. 또한 주기(Λ)와 경사각(θ) 모두 임의의 값으로 같게 하거나 모두 다르게 하거나 그룹을 지어 그룹마다 같은 값을 가지고 전체적으로 증가 또는 감소하게 만들 수 있다.FIG. 3C illustrates a third embodiment of the present invention, in which gratings having different lattice planes are superimposed on the optical waveguide. As shown in FIG. 3C, an example in which the lattice planes are alternate with each other and the lattice directions of the first optical fiber grating 30 and the second optical fiber grating 32 have a difference of 180 ° is shown. This means that the gratings with arbitrary arbitrary angles can be staggered. In this case, the period (Λ) of the first optical fiber grid 30 and the second optical fiber grid 32 is the same, and the inclination angle (θ) of the grating is made the same, and the inclination angle (θ) of the grating is the same, and the period (Λ) May be different. In addition, both the period Λ and the inclination angle θ may be equal to each other, may be different from each other, or may be grouped to increase or decrease as a whole with the same value for each group.
도 3d는 본 발명의 제4 실시예로서, 격자면의 방향이 X-틸트된 격자와 Y-틸트된 격자가 광도파로 상에 직렬 형태롤 구현된 상태를 나타낸 도면이다. 도 3d에 도시된 바와 같이,FIG. 3D illustrates a fourth embodiment of the present invention in which the lattice plane has an X-tilted grating and a Y-tilted grating implemented in series on an optical waveguide. As shown in FIG. 3D,
광섬유내의 격자면이 0˚인 X-tilted 격자인 제1 광섬유격자(30)와 격자면이 90˚인 Y-tilted 격자인 제2 광섬유격자(32)들이 직렬로 배치되어 있다. 이 경우에도 역시 제1 광섬유격자(30), 제2 광섬유격자(32), 제N 광섬유격자(34)의 주기(Λ)는 같게 하고 격자의 경사각(θ)을 다르게 하거나, 각각의 격자의 경사각(θ)은 같게 하고 주기(Λ)를 다르게 할 수도 있다. 또한 주기(Λ)와 경사각(θ) 모두 임의의 값으로 같게 하거나 모두 다르게 할 수도 있고, 도 2에서 설명한 것과 같이 그룹을 만들어 그룹내의 값은 같고 그 값이 증가하거나 감소할 수도 있다. 격자의 길이(L)도 같은 값이거나 모두 다르게 하거나 그룹을 지어 그룹마다 같은 길이를 가지게 할 수 있다.The first optical fiber grating 30, which is an X-tilted grating having a lattice plane of 0 degrees, and the second optical fiber grating 32, which is a Y-tilted grating having a grating plane of 90 degrees, are arranged in series. In this case, the period (Λ) of the first optical fiber grating 30, the second optical fiber grating 32, and the N-th optical fiber grating 34 is the same, and the inclination angle θ of the grating is different, or the inclination angle of each grating is different. (θ) may be the same and the period Λ may be different. In addition, both the period Λ and the inclination angle θ may be equal to or different from each other, or a group may be formed as described in FIG. The grid length L can also be the same, all different, or grouped so that each group has the same length.
도 3e는 본 발명의 제5 실시예로서, 격자가 형성된 광섬유를 꼬아서 광도파로 상에 나선형으로 격자를 형성시킨 상태를 나타낸 도면이다. 도 3e에 도시된 바와 같이, X-tilted 격자를 꼬아서(twisting) 만든 나선형 격자(spiral grating)를 나타내고 있다. [참고문헌: Kyung S. Lee, T. Erdogan "Mode coupling in spiralfibre gratings", Electronics Letters, Vol.37, No.3, 2001.] 이와 같은 나선형 격자 형태를 갖는 광섬유격자는 격자면의 방향이 그림과 같이 변화하게 되어 위치에 따라서 격자면의 방향이 다르기 때문에 방출되는 빛의 방향이 위치에 따라서 달라질 수 있으며 빛의 스펙트럼 특성도 위치에 따라서 달라질 수 있다.FIG. 3E is a view showing a state in which a grating is spirally formed on an optical waveguide by twisting an optical fiber with a grating as a fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3E, a spiral grating created by twisting the X-tilted grating is shown. [References: Kyung S. Lee, T. Erdogan "Mode coupling in spiralfibre gratings", Electronics Letters, Vol. 37, No. 3, 2001.] The optical fiber gratings of this spiral grating form the direction of the grating plane. Since the direction of the grating plane varies depending on the location, the direction of emitted light may vary depending on the location, and the spectral characteristics of the light may also vary depending on the location.
도 4a는 특성이 서로 다른 격자의 측면에서 방출되는 빛의 파장대가 서로 달라 중첩되지 않음을 나타내는 측면발광 광섬유격자의 스펙트럼 파형도이고, 도 4b는 특성이 서로 다른 격자의 측면에서 방출되는 빛의 파장대가 적어도 일부가 중첩되는 측면발광 광섬유격자의 스펙트럼 파형도이다. 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이, 광섬유격자에 의해 코어에서 클래딩을 거쳐 외부로 방출되는 빔의 파장대를 나타낸 것으로서, 각각의 격자에서 나오는 빔의 파장대가 겹쳐지지 않고 나란히 나올 수도 있으며, 각각의 격자에서 나오는 빔의 파장대가 겹쳐져서 나와 결과적으로 큰 대역폭의 빛이 나오는 것처럼 보일 수도 있음을 나타내고 있다.FIG. 4A is a spectral waveform diagram of a side emitting optical fiber grating showing that wavelength bands of light emitted from different gratings having different characteristics do not overlap each other, and FIG. 4B is wavelength band of light emitted from side gratings having different characteristics. Is a spectral waveform diagram of the side emitting optical fiber grating at least partially overlapping. As shown in Figure 4a and 4b, showing the wavelength band of the beam emitted to the outside through the cladding in the core by the optical fiber grating, the wavelength band of the beam from each grating may come out side by side without overlapping, The wavelength bands of the beams coming out of the grating overlap and appear to result in large bandwidths of light.
도 5a는 도 3a의 제1 실시예에서 제시한 광섬유의 위치에 따라서 빛의 파장이 다르게 방출되는 것을 나타낸 도면이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 방사되는 빛의 파장은 격자의 파라미터값들을 변화시킴에 따라 λ1, λ2, λ3, … λN까지 변화시킬 수 있다. 따라서 격자의 스펙트럼 특성이 인접하는 격자를 증가하는 경우 방출되는 전체 스펙트럼폭을 증가시킬 수 있다.FIG. 5A is a view showing that wavelengths of light are differently emitted according to the positions of the optical fibers shown in the first embodiment of FIG. 3A. As shown in Fig. 5A, the wavelength of the emitted light varies as lambda 1 , lambda 2 , lambda 3 ,... can be changed to λ N. Thus, when the spectral characteristics of the gratings increase adjacent gratings, the total spectral width emitted can be increased.
도 5b는 도 3e의 제5 실시예에서 제시한 나선형 광섬유격자에서 광섬유의 위치에 따라서 빛이 나오는 방향이 나선형으로 방출되는 것을 나타낸 도면이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 나선형 격자가 형성된 광섬유격자에 의해 광섬유의 위치에 따라서 빛의 나오는 방향이 나선형으로 방출되는 것을 나타내고 있다. 이때의 빛의 파장도 λ1, λ2, λ3, … λN까지 변화시킬 수 있다.FIG. 5B is a view showing that light is emitted in a spiral direction according to the position of the optical fiber in the spiral optical fiber grating shown in the fifth embodiment of FIG. 3E. As shown in FIG. 5B, the direction in which light is emitted is spirally emitted according to the position of the optical fiber by the optical fiber grating in which the spiral grating is formed. The wavelength of light at this time is also λ 1 , λ 2 , λ 3 ,. can be changed to λ N.
한편, 여기서 이용되는 광섬유는 코어로만 이루어지거나, 코어를 투명한 플라스틱재질로 코팅한 것이거나, 코어와 상기 코어를 에워싼 클래딩층으로 형성시킬 수 있다. 또한, 코어와, 상기 코어를 에워싼 클래딩층과, 상기 클래딩층을 투명한 플라스틱재질로 코팅한 것일 수도 있다. 이 때, 상기 코어는 Ge를 포함하는 광감도가 있는 물질을 이용한다.On the other hand, the optical fiber used herein may be made of only the core, or the core is coated with a transparent plastic material, or may be formed of a cladding layer surrounding the core and the core. In addition, the core, the cladding layer surrounding the core, and the cladding layer may be coated with a transparent plastic material. At this time, the core uses a material having a photosensitivity including Ge.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유격자를 이용한 측면발광 광섬유 및 이를 이용한 광섬유 조명시스템은, 기존의 광섬유와는 달리 광섬유내에 격자를 만듦으로써 광섬유의 손상을 줄일 수 있고, 격자의 파라미터값을 조절함으로써 원하는 파장대의 빛을 방출시킬 수 있으며, 제작이 간단할 뿐만 아니라 제작비용이 적게 들고 소형이라는 이점을 가지고 있다. 또한 조명 시스템분야, 광 디스플레이 분야, 광센서 및 광통신에 활용될 수 있다.As described above, the side-emitting optical fiber and the optical fiber lighting system using the optical fiber grating according to the present invention, unlike the conventional optical fiber can reduce the damage of the optical fiber by making a grating in the optical fiber, and adjust the parameter value of the grating It can emit light in the desired wavelength range, and it is easy to manufacture, and has the advantages of low manufacturing cost and small size. It may also be used in the field of lighting systems, optical displays, optical sensors and optical communications.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it will be apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2001-0045948A KR100405969B1 (en) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | Surface emitting optical fibers and their illuminating systems |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2001-0045948A KR100405969B1 (en) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | Surface emitting optical fibers and their illuminating systems |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20030012086A KR20030012086A (en) | 2003-02-12 |
| KR100405969B1 true KR100405969B1 (en) | 2003-11-14 |
Family
ID=27717268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR10-2001-0045948A KR100405969B1 (en) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | Surface emitting optical fibers and their illuminating systems |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100405969B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200099190A1 (en) * | 2018-09-21 | 2020-03-26 | Nlight, Inc. | Optical fiber cladding light stripper |
| US11808973B2 (en) | 2018-09-10 | 2023-11-07 | Nlight, Inc. | Optical fiber splice encapsulated by a cladding light stripper |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100655698B1 (en) * | 2004-11-20 | 2006-12-11 | 누비텍 주식회사 | Back-light using plastic optical fiber and LED light sources |
| KR101030728B1 (en) * | 2009-04-23 | 2011-04-26 | 명지대학교 산학협력단 | monitoring system using dual wavelength fiber bragg grating sensor and method thereof |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09274115A (en) * | 1996-04-05 | 1997-10-21 | Fujikura Ltd | Optical waveguide grating |
| US6035082A (en) * | 1998-03-16 | 2000-03-07 | Luna Innovations, Inc. | Process for preparing an optical fiber sensor with enhanced sensitivity |
| US6069985A (en) * | 1998-08-10 | 2000-05-30 | Albin; Sacharia | Cross-fiber Bragg grating transducer |
| KR20000033240A (en) * | 1998-11-20 | 2000-06-15 | 이경식 | Optical fiber grate and optical fiber element using optical fiber grate |
| US6317539B1 (en) * | 1999-09-17 | 2001-11-13 | Jds Uniphase Corporation | Interleaved sampled and chirped optical waveguide gratings for WDM channel operations and resulting devices |
| JP2001330754A (en) * | 2000-05-22 | 2001-11-30 | Nec Corp | Fiber type optical coupler, method of manufacturing the same, and optical parts, transmitter and receiver, and device using this coupler |
| KR20020007009A (en) * | 2000-07-14 | 2002-01-26 | 이경식 | Tilted Grating Device and Applications thereof |
-
2001
- 2001-07-30 KR KR10-2001-0045948A patent/KR100405969B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09274115A (en) * | 1996-04-05 | 1997-10-21 | Fujikura Ltd | Optical waveguide grating |
| US6035082A (en) * | 1998-03-16 | 2000-03-07 | Luna Innovations, Inc. | Process for preparing an optical fiber sensor with enhanced sensitivity |
| US6069985A (en) * | 1998-08-10 | 2000-05-30 | Albin; Sacharia | Cross-fiber Bragg grating transducer |
| KR20000033240A (en) * | 1998-11-20 | 2000-06-15 | 이경식 | Optical fiber grate and optical fiber element using optical fiber grate |
| US6317539B1 (en) * | 1999-09-17 | 2001-11-13 | Jds Uniphase Corporation | Interleaved sampled and chirped optical waveguide gratings for WDM channel operations and resulting devices |
| JP2001330754A (en) * | 2000-05-22 | 2001-11-30 | Nec Corp | Fiber type optical coupler, method of manufacturing the same, and optical parts, transmitter and receiver, and device using this coupler |
| KR20020007009A (en) * | 2000-07-14 | 2002-01-26 | 이경식 | Tilted Grating Device and Applications thereof |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11808973B2 (en) | 2018-09-10 | 2023-11-07 | Nlight, Inc. | Optical fiber splice encapsulated by a cladding light stripper |
| US20200099190A1 (en) * | 2018-09-21 | 2020-03-26 | Nlight, Inc. | Optical fiber cladding light stripper |
| US11575239B2 (en) * | 2018-09-21 | 2023-02-07 | Nlight, Inc. | Optical fiber cladding light stripper |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20030012086A (en) | 2003-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3111991B2 (en) | Side emission optical fiber | |
| EP0613541B1 (en) | Lighting structure having variable transmissivity internal light guide illumination | |
| US6522810B2 (en) | Optical loss filter | |
| US20060093012A1 (en) | Multimode long period fiber Bragg grating machined by ultrafast laser direct writing | |
| JP3219415B2 (en) | Optical fiber laser device | |
| EP0539496A1 (en) | Tapered optical waveguides for uniform energy distribution including energy bridging | |
| JPWO2005088369A1 (en) | Irradiation light transmission optical fiber and light irradiation apparatus including the same | |
| US6990275B2 (en) | Stray light absorber including grating array | |
| KR101033759B1 (en) | Semiconductor laser device | |
| JP2006337550A (en) | Optical coupler | |
| KR100405969B1 (en) | Surface emitting optical fibers and their illuminating systems | |
| KR870000461B1 (en) | Optical radiator | |
| US6434301B2 (en) | Apparatus and method for fabricating multi-period optical fiber grating | |
| US6411755B1 (en) | Cladding-assisted single-mode fiber coupler | |
| US20120027344A1 (en) | Light guiding bend with curved slits | |
| WO2001053744A1 (en) | Radiation source producing a collimated beam | |
| KR100315672B1 (en) | Fabrication method of apodized fiber gratings using a amplitude mask | |
| JPH1184117A (en) | Reflection type optical waveguide grating | |
| EP0483952B1 (en) | Laser wavelength converter | |
| JPWO2021059757A5 (en) | ||
| US6447959B1 (en) | Amplitude mask for writing long-period gratings | |
| JP2001332101A (en) | Optical fiber lighting device and lighting method using optical fiber | |
| KR100835064B1 (en) | Total internal reflection micro lens array | |
| JP2006091679A (en) | Optical waveguide device | |
| WO2020038770A1 (en) | Optical waveguide arrangement, light coupling system and method for manufacturing an optical waveguide arrangement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| 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: 20081027 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |