KR100415426B1

KR100415426B1 - 개선된 반사경을 이용한 대칭형 광섬유격자 제조 장치

Info

Publication number: KR100415426B1
Application number: KR10-2002-0010725A
Authority: KR
Inventors: 백운출; 정영주; 오승태; 장승엽
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2004-01-16
Also published as: KR20030071159A

Abstract

본 발명은 종래의 반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치를 레이져 빛이 광섬유에 보다 용이하게 대칭적으로 조사되도록 개선하여, 복굴절 현상을 더욱 현저하게 감소시켜 편광에 따른 광섬유 격자의 피크 변화를 더욱 크게 줄일 수 있고, 그에따라 편광에 따른 손실차를 크게 낮출 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 이송수단의 구동에 따라 광섬유의 양단을 잡고 주기적으로 직선 이동하는 광섬유 이동장치; 상기 광섬유 이동장치와 별도로 고정 설치되고, 그 중심부에 상기 광섬유가 지나는 홀이 형성된 45°경사의 거울; 상기 거울로부터 소정의 거리로 떨어진 위치에 광섬유 이동장치와 별도로 고정 설치되고, 그 중심부에는 광섬유가 지나는 홀이 형성된 오목 반사경; 상기 거울의 위쪽에 고정 설치된 애퍼쳐(aperture)를 갖는 링; 상기 링의 위쪽에 고정 설치된 제2볼록렌즈; 상기 제2볼록렌즈의 위쪽에 고정 설치되어 광원으로부터 빛을 최초로 통과시키는 제1볼록렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 개선된 반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치를 제공한다.

Description

개선된 반사경을 이용한 대칭형 광섬유격자 제조 장치{Enhanced fabrication of symmetric optical fiber grating using a reflector}

본 발명은 개선된 반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광섬유의 복굴절 현상을 감소시켜 편광에 의한 광섬유 격자의 피크(peak) 변화를 줄이고 그로인한 광손실차를 감소시킬 수 있도록 한 종래의 반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치를 레이져 빛이 광섬유에 보다 용이하게 대칭적으로 조사되도록 개선하여, 복굴절 현상을 더욱 현저하게 감소시켜 편광에 따른 광섬유 격자의 피크 변화를 더욱 크게 줄일 수 있고, 그에따라 편광에 따른 손실차를 크게 낮출 수 있도록 한 개선된 반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 광섬유 격자는 광섬유에서 전달되는 빛으로부터 특정파장을 선택적으로 반사 또는 통과시키는 올-파이버(all-fiber)형 필터로서, UV나 CO2 레이져를 이용하여 레이져 빛을 한쪽 방향에서만 조사함으로써, 광섬유 축방향으로 굴절율을 주기적으로 변화시킬 때, 파장에 따라 손실곡선을 얻을 수 있고, 이러한 작용을 이용하여 센서나 광필터로 사용할 수 있다.

특히, 상기 광섬유 격자는 광특성이 우수하고 제작이 용이하여, 광통신 분야에서 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing) 전송방식의 급격한 발전과 함께 다양한 기능 소자로 이용되고 있다.

이에, 최근에는 10.6㎛ 파장의 CO₂레이져 펄스를 집중(focusing)하여 광섬유에 직접 노출시켜 장주기 광섬유 격자를 만드는 새로운 광섬유 격자 제조 방법이 개발되어 그에 대한 연구가 진행되고 있는 추세에 있다.

한편, 종래의 일반적인 광섬유 격자 제조 방법에는 규칙적인 굴절률 변화를 만드는 위상 마스크(Phase mask) 또는 진폭 마스크(Amplitude mask)를 이용하는 방법이 있다.

즉, 엑시머 레이져(Excimer laser)와 같은 자외선 레이져 광선을 마스크에 투과시켜, 그로부터 발생하는 밝음/어두움 강도 패턴을 광섬유에 전달함으로써, 광섬유 굴절률의 규칙적인 변조를 유발시켜 광섬유 격자를 제조한다.

그러나, 이러한 종래의 광섬유 격자 제조 방법에서는 빛이 광섬유의 한쪽 면에만 조사되므로 광섬유의 둘레로 볼때 빛이 조사되는 한쪽면에만 굴절율의 변화가 생기므로 광섬유의 굴절율 변화를 볼 때 비대칭적 굴절율 변화를 갖게된다. 이는 결국 편광에 의한 광손실차가 발생시키는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본원 출원인은 "반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치"(출원일:2000년 3월 10일, 출원번호:10-2000-0011949)를 이미 출원한 바 있다.

상기 기출원된 발명은, 반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치에 있어서, 광섬유 격자를 제작하게 위한 빛을 발생하는 광원; 상기 광원으로부터 발생된 빛을 확대시키고 상기 확대된 빛을 평행하게 전송하는 렌즈부; 모터에 의해 주기적으로 이동하며 상기 렌즈부로부터 전송된 빛을 집중시켜 상기 광섬유의 둘레에 고르게 조사하는 반사경으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이러한 특징을 갖는 기출원된 발명의 구성 및 작용을 첨부한 도 3을 참조로 설명하면 다음과 같다.

광원(미도시됨)으로부터 레이져 빛이 상기 렌즈부의 제1렌즈(32)를 통과하면서 확대되고, 확대된 레이져 빛은 제2렌즈(34)를 통과하면서 평행하게 조절되어, 45°로 배치된 제1반사경(36)으로 조사되어진다.

이어서, 상기 제1반사경(36)은 모터에 의하여 주기적으로 이동하면서 제1반사경(36)으로부터 입사된 레이져 빛을 집중하여 광섬유(16)의 둘레에 고르게 조사하게 된다.

이와 같이, 기출원된 "반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치"에 의거하여, 광섬유 격자를 제조하는 과정에서 레이져 빛이 광섬유의 한쪽 면에만 조사되던 종래와는 달리 광섬유의 둘레에 빛을 고르게 조사시킴으로써, 광섬유 격자의 복굴절 현상을 감소시켜 편광에 따른 광섬유 격자의 손실 피크 변화를 감소시킬 수 있고, 그로인해 광섬유의 편광에 따른 손실차를 감소시킬 수 있었다.

그러나, 기출원된 "반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치"는 광섬유는 고정된 상태에서 반사경이 움직이는 방식을 채택한 것으로서, 거울 위치에 따라 레이져 빛이 광섬유 둘레에 고르게 조사되지 않는 현상이 일어나는 등 까다로운 정렬(align)을 요구하여 수득율이 높지 않는 단점이 발생하였다.

따라서, 본 발명은 종래의 반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치와는 달리, 레이져 빛이 광섬유에 보다 용이하게 대칭적으로 조사되도록 반사경을 고정 배치함과 함께 광섬유를 주기적으로 이동시키는 방식을 채택하여, 복굴절 현상을 더욱 현저하게 감소시켜 편광에 따른 광섬유 격자의 피크 변화를 더욱 크게 줄일 수 있고, 그에따라 편광에 따른 손실차를 크게 낮출 수 있도록 한 개선된 반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 이송수단의 구동에 따라 광섬유의 양단을 잡고 주기적으로 직선 이동하는 광섬유 이동장치; 상기 광섬유 이동장치와 별도로 고정 설치되고, 그 중심부에 상기 광섬유가 지나는 홀이 형성된 45°경사의 거울; 상기 거울로부터 소정의 거리로 떨어진 위치에 광섬유 이동장치와 별도로 고정 설치되고, 그 중심부에는 광섬유가 지나는 홀이 형성된 오목 반사경; 상기 거울의 위쪽에 고정 설치된 애퍼쳐(aperture)를 갖는 링; 상기 링의 위쪽에 고정 설치된 제2볼록렌즈; 상기 제2볼록렌즈의 위쪽에 고정 설치되어 광원으로부터 빛을 최초로 통과시키는 제1볼록렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 개선된 반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치를 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 반사경 및 거울의 바깥쪽 위치에는 각각 광섬유가 이동중 제위치를 벗어나지 않도록 잡아주는 위치 고정자가 고정 설치되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 링에 형성된 애퍼쳐는 광섬유 길이 방향의일부 구간에만 레이져 빛이 조사되도록 둘레방향을 따라 원을 이루되, 4개로 균등 분할되어 형성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 개선된 반사경을 이용한 대칭형 광섬유격자 제조 장치를 나타내는 개략도,

도 2는 도 1의 A-A선 단면도,

도 3은 종래의 반사경을 이용한 대칭형 광섬유격자 제조 장치를 나타내는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 광섬유 이동장치 12 : 이송레일

14 : 클램핑 수단 16 : 광섬유

18 : 거울 20 : 반사경

22 : 위치 고정자 24 : 제1볼록렌즈

26 : 제2볼록렌즈 28 : 링

30 : 애퍼쳐(aperture) 32 : 제1렌즈

34 : 제2렌즈 36 : 제1반사경

38 : 제2반사경

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 개선된 반사경을 이용한 대칭형 광섬유격자 제조 장치는 광섬유를 주기적으로 이동시키면서, 광섬유의 둘레에 레이져 빛을 고르게 조사시키는 방식을 채택한 것으로서, 그 하나의 실시예는 첨부한 도 1에 도시한 바와 같다.

첨부한 도 1에서, 도면부호 10은 광섬유 이동장치를 나타낸다.

상기 광섬유 이동장치(10)는 정역모터(미도시됨)와 연계된 이송레일(12)과 같은 이송수단에 의하여 직선 운동을 하는 장치로서, 지지판과 양측판으로 이루어진 소정의 하우징 형상을 띠고 있다.

특히, 상기 광섬유 이동장치(10)의 양측판에는 광섬유의 양측 끝단을 고정시킬 수 있도록 한 클램핑 수단(14)이 포함되어 있는 바, 이 클램핑 수단(14)은 고정형의 하부자석과 상하로 이동되며 하부자석에 부착 및 분리 가능한 상부자석으로 구성되어 있다.

따라서, 광섬유(16)의 양끝단이 상기 상부자석과 하부자석 사이에 위치됨과 동시에 상부자석을 하부자석에 자력으로 부착시킴에 따라, 광섬유(16)의 양끝단이 용이하게 고정되는 것이다.

바람직한 구현예로서, 상기 광섬유 이동장치(10)을 주기적으로 직선 이동시키는 이송수단은 광섬유 이동장치(10)의 저면과 결착되는 이송레일(12)과, 이 이송레일(12)과 연계되어 이송레일(12)을 직선 왕복 운동시키는 정역모터(미도시됨)로 구성하는 것이 좋고, 광섬유 이동장치를 소정 구간에 걸쳐 주기적으로 왕복 운동시킬 수 있는 어떠한 구동수단의 이용도 무방하다.

한편, 상기 광섬유 이동장치(10)상에는 소정의 거리를 유지하면서 오목한 반사경(20)과 거울(18)이 별도로 고정 설치되는 바, 그 중심부에는 광섬유(16)가 통과되는 홀이 형성되어 있다.

특히, 상기 거울(18)은 45°로 기울어지게 고정 설치되고, 상기 오목한 반사경(20)의 오목한 면과 상기 거울(18)의 경사진면은 서로 마주보게 위치된다.

따라서, 상기 광섬유 이동장치(10)의 양측판의 클램핑 수단(14)에 의하여 양끝단이 고정된 광섬유는 상기 오목한 반사경(20) 및 거울(18)의 홀을 관통하여 가로질러진 상태가 된다.

바람직한 구현예로서, 상기 오목한 반사경(20) 및 거울(18)의 바깥쪽면에서 소정의 거리로 떨어진 위치에는 광섬유(16)가 이동중 제위치를 벗어나지 않도록 그 이동을 안내하며 잡아주는 위치 고정자(22)가 광섬유 이동장치(10)와 별도로 고정 설치된다.

한편, 상기 거울(18)의 위쪽에서 소정의 거리로 떨어진 위치에는 애퍼쳐(30)를 갖는 링(28)이 고정 설치되는 바, 첨부한 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 애퍼쳐(30)는 링(28)의 둘레방향을 따라 원을 이루며 형성되되, 4개로 균등 분할되어형성된다.

또한, 상기 링(28)의 위쪽에는 레이져 빛을 평행한 빛으로 조절하는 제2볼록렌즈(26)가 고정 설치되고, 이 제2볼록렌즈(26)의 위쪽에는 광원으로부터의 레이져 빛을 확대시켜 통과시키는 제1볼록렌즈(24)가 고정 설치된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 개선된 반사경을 이용한 대칭형 광섬유격자 제조 장치의 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 장치의 작동에 있어서, 가장 주요한 점은 광섬유 이동장치(10)와 이곳에 고정된 광섬유(16)가 소정의 구간에 걸쳐 직선 운동하게 되고, 나머지 구성요소는 별도로 고정 설치되어 제자리에 머무는 상태가 되는 점에 있다.

먼저, 레이져 빛을 조사받을 소정 길이의 광섬유(16)를 상기 반사경(20) 및 거울(18)의 홀을 통과하게 하고, 광섬유(16)의 양끝단을 상기 광섬유 고정장치(10)의 클램핑 수단(14)인 상부 및 하부자석 사이에 위치시켜 고정시킨다.

다음으로, 광원으로부터의 레이져 빛을 상기 제1볼록렌즈(24)로 조사하여, 레이져 빛이 확대되도록 한 후, 제2볼록렌즈(26)를 통과시켜 레이져 빛을 다시 평행광으로 만들어준다.

이어서, 평행광으로 만들어진 레이져 빛은 상기 링(28)의 애퍼쳐(30)를 통과하여, 최종적으로 광섬유(16)에 조사될 길이로 조절된다.

다음으로, 상기 링(28)의 애퍼쳐(30)를 통과한 레이져 빛은 상기 45°경사진 거울(18)에 반사됨과 함께 마주보는 위치에 있는 상기 오목한 반사경(20)으로 조사된다.

최종적으로, 상기 오목한 반사경(20)으로부터 반사된 레이져 빛은 하나로 집중되어, 광섬유(16)의 둘레면에 고르게 조사되어진다.

이렇게 광섬유(16)의 둘레에 레이져 빛을 고르게 조사하는 동시에 상기 광섬유 이동장치(10)는 이송레일(12)과 함께 일방향으로 직선 이동을 계속하게 되고, 광섬유 고정장치(10)에 고정된 광섬유(16)도 동일하게 이동을 하게 됨에 따라, 결국 광섬유(16)중 레이져가 조사된 부분은 전 길이에 걸쳐 그 둘레면에 레이져 빛이 고르게 조사되는 것이다.

특히, 광섬유(16)의 이동시 상기 위치 고정자(22)가 광섬유(16)가 제위치를 벗어나지 않고, 그 이동경로를 따라서 정확하게 이동되도록 안내하여 줌으로써, 광섬유(16)의 둘레에 레이져 빛이 더욱 고르게 조사되고, 이에따라 보다 용이하고 안정적이며 특성이 더욱 좋은 대칭형 광섬유 격자를 제조할 수 있게 된다.

즉, 상기 거울(18) 및 오목한 반사경(20), 제1 및 제2 볼록렌즈(24,26), 위치 고정자(22)등을 고정시키고, 상기 광섬유 이동장치(10)와 함께 광섬유(16)를 정확한 경로로 직선 이동시키는 방식을 채택함으로써, 종래의 광섬유 격자 제조 장치보다 더 우수한 수득율을 얻을 수 있게 된다.

한편, 상기 광섬유 이동장치(10)가 소정의 구간에 걸쳐 한 번의 직선 운동을 하면, 광섬유에 대한 레이져 빛의 조사가 완료되어 대칭형 광섬유 격자로 제조 완료된 상태가 되므로, 새로운 제조의 시작을 위하여 제조 완료된 광섬유(16)를 광섬유 이동장치(10)로부터 분리하고, 광섬유 이동장치(10)를 시작 위치로 복귀 이동시킴과 함께 새로운 광섬유(16)를 광섬유 이동장치(10)의 클램핑 수단(14)에 재차 고정시켜 상술한 제조 과정을 거치게 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 개선된 반사경을 이용한 대칭형 광섬유격자 제조 장치에 의하면, 종래의 반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치와는 달리, 레이져 빛이 광섬유에 보다 용이하게 대칭적으로 조사되도록 반사경 및 부수 장비를 고정 설치하고, 광섬유 이동장치를 이용하여 광섬유를 주기적으로 이동시키는 방식을 채택함으로써, 복굴절 현상을 더욱 현저하게 감소시켜 편광에 따른 광섬유 격자의 피크 변화를 더욱 크게 줄일 수 있고, 그에따라 편광에 따른 손실차를 크게 낮출 수 있다.

그에따라, 기존의 대칭형 광섬유 격자보다 수득율이 높고 특성이 좋은 광섬유 격자를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 장치에 의하여 제조된 광섬유 격자는 광필터와 광섬유 분산보상소자에 유용하게 적용할 수 있는데, 즉 기존의 광섬유 격자로 제조된 필터보다 투과특성이 우수하고, 특히 복굴절율을 극감시켜 편광에 민감한 시스템에 유용하게 적용할 수 있고, 또는 분산보상용으로 사용되는 광섬유 격자의 길이는 수십 cm 에서 수십 m로 비교적 길기 때문에 복굴절이 큰요소로 작용하는 바, 본 발명의 장치로 제조된 광섬유 격자는 복굴절성을 극감시켰으므로 길이가 긴 광섬유 격자 응용 소자에 매우 적합하게 적용할 수 있다.

Claims

이송수단의 구동에 따라 광섬유(16)의 양단을 잡고 주기적으로 직선 이동하는 광섬유 이동장치(10);

상기 광섬유 이동장치(10)와 별도로 고정 설치되고, 그 중심부에 상기 광섬유(16)가 지나는 홀이 형성된 45°경사의 거울(18);

상기 거울(18)로부터 소정의 거리로 떨어진 위치에 광섬유 이동장치(10)와 별도로 고정 설치되고, 그 중심부에는 광섬유(16)가 지나는 홀이 형성된 오목 반사경(20);

상기 거울(18)의 위쪽에 고정 설치된 애퍼쳐(aperture)(30)를 갖는 링(28);

상기 링(28)의 위쪽에 고정 설치된 제2볼록렌즈(26);

상기 제2볼록렌즈(26)의 위쪽에 고정 설치되어 광원으로부터 빛을 최초로 통과시키는 제1볼록렌즈(24)로 구성된 것을 특징으로 하는 개선된 반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 반사경(20) 및 거울(18)의 바깥쪽 위치에는 각각 광섬유(16)가 이동중 제위치를 벗어나지 않도록 잡아주는 위치 고정자(22)가 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 개선된 반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 링(28)에 상하로 관통 형성된 애퍼쳐(30)는 광섬유 길이 방향의 일부 구간에만 레이져 빛이 조사되도록 둘레방향을 따라 원을 이루되, 4개로 균등 분할되어 형성된 것을 특징으로 하는 개선된 반사경을 이용한 대칭형 광섬유 격자 제조 장치.