KR100713437B1 - 레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형 소자의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직접 광섬유의 부분적 피복부분에 대해 레이저 절제를 실시하여 광섬유 내의 소산 필드를 노출시키며, 레이저광 간섭무늬 간격을 측량함으로써 절제 깊이를 알 수 있는 레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형(All Fiber Type) 소자의 제작 방법을 제공한다. 레이저 절제에 의해 형성된 소산 필드의 작용 길이는 광섬유의 굴곡반경을 변화시킴으로써 제어할 수 있다. 절제 후의 광섬유는 서로 합쳐지며, 그 소산 필드에 커플링을 발생시킨 후 가열 융합 또는 융합 테이퍼화 함으로써 광섬유 커플러(Optical Fiber coupler), 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서(Optical Fiber add drop multiplexer), Mach-Zehnder 필터 및 광섬유 프린지(Optical Fiber fringe) 등의 광섬유 소자를 제작할 수 있다.

레이저 미세가공처리, 전광섬유, 애드드롭멀티플렉서, 광학 색분산물질

Description

레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형 소자의 제작방법{FABRICATION METHOD FOR ALL FIBER TYPE OPTICAL ELEMENT USING LASER MICRO-MACHINING}

도 1a 및 1b 는 종래의 측면 연마식 광섬유 커플러의 제작 방법을 도시한 도면,

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 커플러의 구조도,

도 3a 및 3b 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 커플러의 구조도,

도 3c 는 본 발명에 따른 광섬유 프린지 효과를 갖는 광섬유 커플러의 구조도,

도 4a 및 4b 는 본 발명의 레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형 소자의 다른 제작 방법을 도시한 예시도,

도 5a 본 발명의 레이저 미세 가공 처리 방법을 사용하여 제작된 광섬유 절제 단면의 사진,

도 5b 는 레이저 절제 중심 구역의 사진,

도 5c 는 레이저 절제 엣지 구역의 사진,

도 6a 및 도 6b 는 본 발명의 레이저 미세 가공에 의한 전광섬유형 소자의 제작 방법을 응용한 예시도,

도 7 은 본 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 2x2 광섬유 커플러 및 4x4 광섬유 커플러의 예시도,

도 8 은 본 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 NxN 광섬유 커플러의 예시도,

도 9a 는 본 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서(Optical Fiber add drop multiplexer)의 예시도,

도 9b 는 본 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 직렬식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서(Optical Fiber add drop multiplexer)의 예시도,

도 10 은 본 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉스(Optical Fiber add drop multiplexer)의 예시도,

도 11a 및 도 11b 는 본 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 광섬유 프린지(Optical Fiber fringe)의 예시도,

도 12 는 본 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 다른 종류의 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서(Optical Fiber add drop multiplexer)의 예시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11, 21, 22, 41, 52, 61, 62, 73 : 광섬유

12 : 석영기판

13, 30, 31, 32, 33, 70, 80, 81 : 광섬유 커플러

211, 221, 241, 412 : 섬유 코어

212, 222, 242, 411 : 피복부분

23, 53 : 융착 구역

24, 63 : 커플링 구역

413 : 절제부분

414, 74 : 소산 필드 노출면

415 : 곡률반경

42 : 제 1 레이저

43 : 반사경

44, 46 : 볼록렌즈

45 : 제 2 레이저

47 : 스크린

48 : 제 3 레이저

49 : 광검출기

71, 72 : 광섬유 소자

83, 84, 87 : 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서

85 : 광섬유 프린지

90 : 광학 색분산 물질

본 발명은 레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형(All Fiber Type) 소자 및 그 제작 방법에 관한 것으로서, 특히 레이저 절제 방법에 의해 미세 가공 처리를 실행하여 제작된 전광섬유형 소자의 제작 방법에 관한 것이다.

측면 연마식 광섬유 커플러는 미국의 스텐포드 대학의 Prof. Shaw실험실에 서 최초로 제안된 것이다.

도 1a 및 1b 는 종래의 측면 연마식 광섬유 커플러의 제작 방법을 도시한 도면이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 광섬유(11)를 석영 기판(12)에 매립하여 그 피복 부분에 대해 섬유 코어로부터 약 수 마이크로 미터 떨어진 곳까지 연마한 후, 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 측면 연마 광섬유 소자를 서로 겹쳐서 광섬유 커플러(13)를 형성한다. 그 손실은 매우 낮으며(<0.5dB), 또한, 분광비를 조정할 수 있다는 이점이 있다. 그러나 연마 길이가 짧기 때문에 굴절률을 사용하여 액체로 매칭할 필요가 있을 뿐만 아니라 제작 비용이 비싸다는 결점이 있다. 이 때문에 상기와 같은 타입의 광섬유 커플러는 환경에 대한 안정성과 상용가치가 낮다. 전 세계적으로 많은 회사가 이와 같은 타입의 광섬유 커플러를 생산하고 있지만 모두 분극화(polarization)광섬유 등과 같은 종류의 조정 가능식 광섬유 커플러를 사용하고 있다.

상기와 같은 예는, R.A. Burgh, G. Kotler, and H.J. Shaw, Single-mode fiber optic directional coupler, Electron. Lett., vol. 16, pp. 260-261, 1980과, Michel Digonnet, and H.j. Shaw, Wavelength multiplexing in single-mode fiber couplers, Appl. Opt. vol. 22, pp. 484-491, 1983에 개시되어 있다.

화염을 이용하여 융합식 광섬유 커플러를 제작하는 방법은 Kawasaki에 의해 최초로 제안된 것으로, 제작 방법이 간단하고 신속하기 때문에 현재 이미 광섬유 커플러의 주류 제조 기술이 되어 있다. 화염을 이용하여 융합하는 제조 방법은 매우 간단하며, 각종 다른 광섬유 소자, 예를 들면 광섬유 편광기, 분극분파기, 파장 멀티플렉서/디멀티플렉서 및 필터 등을 제작하는 것도 가능하다. 그러나 이와 같은 방법은 치명적인 결점이 존재하기 때문에 보다 고급 광섬유를 제작할 수 없다. 즉, 2개의 광섬유는 융합 인장시에 광섬유 커플러의 단면이 비대칭 구조를 나타내어 동일하지 않은 분극 모드의 광이 다른 커플링 계수를 갖게 되며, 일단 융합 인장거리가 길어지면 동일하지 않은 분극 형태의 위상차가 매우 커지고, 동일하지 않은 분극 광이 영원히 동시에 존재하는 특정 길이를 얻을 수 없는 상태를 초래한다. 이와 같이 되면, 광섬유의 채널 격리도(Channel Isolation)가 매우 나빠진다. 그러나 채널 간격은 커플러의 작용 길이의 길고 짧음에 의해서도 결정되기 때문에 이 방법을 이용하여 좁은 채널 간격과 높은 채널 격리도를 겸비하는 광섬유 커플러를 제작하는 것은 그다지 용이하지 않다. 또한, 화염의 연소는 대량의 수증기를 발생시키며 이 수증기는 광섬유가 인장될 때 광섬유로 잠입하여 1.38㎛파장 부근으로 광학 손실을 발생시킨다. 이 때문에 상기 방법은 저밀도 파장 분할 멀티플렉스(Coarse Wavelength Division Multiplexing, CWDM)광섬유 소자의 생산에 적합하지 않다.

상기와 같은 화염을 이용한 융합식 광섬유 커플러의 제작에 관해서는 B.S. Kawasaki, K.O. Hill, and R.G. Lamont, Biconical-taper single-mode fiber coupler, Opt. Lett., vol. 6, pp. 327-328, 1981과, Michael Eisenmann, and Edgar weidel, Single-mode fused biconical couplers for wavelength division multiplexing with channel spacing between 100 and 300nm, J. Lightwave Technol., vol. 6, pp. 113-119, 1988과, Katsumi Morishita, and Katsuyoshi Takashina, Polarization properties of fused fiber couplers and polarizing beam splitters, J. Lightwave Technol., vol. 9, pp. 1503-1507, 1991과, T.L. Wu, and H.C. Chang, Rigorous analysis of form birefringence of fused fiber couplers, Electron. Lett., vol. 30, pp. 998-999, 1994에 개시되어 있다.

측면 연마식과 융합식은 각각 그 자체의 이점 및 결점을 갖고 있기 때문에 C.V.Cryan은 측면 연마 광섬유 소자를 융합하여 측면 연마 광섬유 커플러의 안정도를 향상시켰다. 그러나 그들에 의해 개발된 광섬유 연마기술은 연삭 지석을 이용하여 광섬유에 대해 연마하는 것이며, 광섬유를 융합할 때 다시 졸-겔법(sol-gel process)에 의해 한층 엷은 액체상태의 이산화규소를 첨가하여 광섬유 연마계면을 보충하지 않으면 안 된다. 이와 같은 방법은 측면 연마 광섬유의 안정도를 개선시킨 것이지만 제작 방식이 좋지 않으며, 또한 그들은 광섬유 테이퍼화의 제작 방법을 제시하고 있지 않기 때문에 분광비와 파장선택 특성의 조정이 불가능하며 실용성이 낮다.

이와 같은 예는, C.V. Cryan, and C.D. Hussey, Fused-polished singlemode fiber couplers, Electron. Lett., vol. 28, pp. 204-205, 1992와, C.V. Cryan, J.M. Lonergan, and C.D. Hussey, Overcoming the effects of polishing induced stress when fabricating fused polished couplers, Electron. Lett., vol. 29, pp. 1243-1244, 1993에 개시되어 있다.

대만의 특허 공고 제493090호(미세형 광섬유 커플러 및 그 제조방법)는 동시에 상기 측면 연마 및 융합 기술을 이용하여 2개의 측면 연마한 광섬유를 융합하여 1개로 합치며, 다시 미세조정 인장 동작을 추가하여 2개의 특징 모드의 위상관계를 조정함으로써 소요 분광비를 얻었다. 이와 같은 종류의 커플러 제작 과정에 있어서, 상기 광섬유의 인장 동작의 목적은 단순히 광섬유 커플링 구간의 2개의 특징 모드의 위상차를 미세 조정하기 위한 것에 지나지 않기 때문에 출력광이 동일 단자로부터 출력된다. 따라서 광섬유가 갖는 섬유 코어는 인장과정 중에 파괴되어 있지 않다. 결국, 광섬유 커플러 부분에는 제 1 및 제 2 섬유 코어 구조가 존재하고 있으며, 또한, 광신호의 전도는 기본적으로는 섬유 코어를 이용하여 안내 효과(Guiding Effect)를 진행하고 있다. 그러나 광섬유의 측면 연마 소자의 제작 과정은 시간이 너무 오래 걸린다. 또한, 대량의 연마재 및 매우 정확한 실리콘 칩 슬릿을 사용할 필요가 있기 때문에 산업상 이용가치가 낮다.

미국특허 제5101090호(Methods and apparatus for making optical fiber couplers)에는 준분자 레이저를 사용하여 광섬유의 부분적인 피복 부분을 섬유 코어에 경사진 부분까지 절제한 후 정지하여 한 가닥의 노치(notch)를 형성하는 기술이 개시되어 있다. 그리고 별도의 신호 레이저 광이 경사 방향으로 상기 광섬유 노치에 입사됨으로써 정지점이 결정됨과 동시에 광검출기로 광섬유 단말에 진입한 신호 광에너지의 크기를 측량하여 일단 에너지가 문턱 값을 초과하면 레이저 광의 절 제 동작을 정지하도록 통지한다. 이 구조는 동시에 광섬유 커플러의 제작에 사용된다. 그러나 레이저 광이 광섬유를 절제하여 한 가닥의 노치를 형성한 후 피복 부분의 두께가 돌연 변화되었기 때문에 광 몰드 필드의 크기가 갑자기 변화하여 고급 모드의 커플링 형상을 일으킴으로써 심각한 광 손실을 유발한다. 더욱이, 레이저 절제 깊이는 신호 레이저 광의 입사 에너지 크기에 의해서만 결정되기 때문에 잔여 피복 부분의 두께를 고려할 수 없다. 또한, 이와 같은 구조가 광섬유 커플러로써 사용된 경우, 신호 레이저광의 전달상수와 섬유 코어 전달광의 전달상수가 일치하지 않기 때문에 광섬유 커플러의 커플링 효과가 높지 않은 형태가 된다. 이와 같은 인용례에 있어서, 준분자 레이저의 절제에 이용된 피복 부분은 고분자 중합체 소재이며, 일반적으로 알려진 석영 유리 섬유의 피복 부분과 다르며, 또한, 준분자 레이저는 섬유 코어에 대해 감광현상을 회피하기 위해 감광성 섬유에 사용해서는 안 된다.

따라서, 본 출원인은 상기 선행 기술의 결점을 감안하여, 열심히 시험과 연구를 거듭한 결과, 다음과 같은 본 발명의 “레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형 소자의 제작 방법”을 제출하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 직접 광섬유의 피복 부분에 대해 레이저 절제를 시행하여 광섬유의 소산 필드를 노출시키며, 피복 부분의 절제 깊이는 별도의 레이저 광 간섭무늬를 간격으로 계산되 는 레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형 소자의 제작 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

레이저 절제 시, 광섬유는 피복 부분의 절제할 깊이를 서서히 변화시킬 수 있으며 광학소모의 발생을 회피할 수 있도록 만곡 상태로 유지하지 않으면 안된다. 광섬유의 절제 길이는 광섬유의 곡률반경을 변경함으로써 제어된다. 또한, 만약 레이저 광이 만곡되어 있지 않은 광섬유에 대해 절제를 실행할 경우, 광 빔의 이동루트를 프로그램화하여 광학소모를 회피할 수 있도록 절제 후의 피복 부분을 호도(radian)가 서서히 변화하는 형상으로 형성한다. 이와 같은 소산 필드형 측면 제거 광섬유 소자를 이용하여 소산 필드형 광섬유 커플러, 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서, 광섬유 필터, 광분극기, 광증폭기, 광 레이저 및 광섬유 프린지 등 광섬유의 메인 수동소자를 제작할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형 소자의 제작 방법은, (a) 섬유 코어 및 피복 부분을 갖는 적어도 하나의 섬유를 제공하는 단계와, (b) 제 1 레이저 빔으로 상기 피복 부분을 절제하여 소산 필드 노출면을 형성함과 동시에 제 2 레이저 빔을 상기 소산 필드 노출면으로 입사하는 단계와, (c) 상기 제 2 레이저 빔에 의해 반사하여 얻어진 간섭무늬를 간격으로 하여 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 깊이를 결정하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 (b)단계는 상기 제 1 레이저 빔으로 상기 피복 부분을 절제함과 동시에 상기 광섬유를 회전시켜 링형상의 상기 광섬유 소산 필드 노출면을 형성하는 단계와, 상기 제 1 레이저 빔으로 상기 피복 부분을 절제함과 동시에 상기 광섬유를 만곡시키며, 상기 광섬유 만곡시의 곡률반경에 의해 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 길이를 결정하는 단계와, 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제하기 전에, 적어도 하나의 반사경에 의해 상기 제 1 레이저 빔을 반사하는 단계와, 상기 반사경을 이동 또는 회동시켜 상기 제 1 레이저 빔의 절제 범위에 상기 소산 필드 노출면을 포함시키는 단계를 더 구비하여 이루어진다.

또한, 본 발명에 의한 광섬유 커플러 제작 방법은, (a) 각각 섬유 코어 및 피복 부분을 갖는 양광섬유를 제공하는 단계와, (b) 제 1 레이저 빔으로 상기 광섬유의 상기 피복 부분을 절제하여 소산 필드 노출면을 형성함과 동시에 제 2 레이저 빔을 상기 소산 필드 노출면에 입사하는 단계와, (c) 상기 제 2 레이저 빔에 의해 반사하여 얻어진 간섭무늬를 간격으로 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 깊이를 결정하는 단계와, (d) 다른 광섬유에 대해 (b)-(c)단계를 중복 실행하는 단계와, (e) 양광섬유의 소산 필드 노출면을 접착 결합하여 융합 및 인장함으로써 광섬유 커플러를 형성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 (b)단계는 상기 제 1 레이저 빔으로 상기 피복 부분을 절제함과 동시에 상기 광섬유를 회전시켜 링형상의 상기 광섬유 소산 필드 노출면을 형성하는 단계와, 상기 제 1 레이저 빔으로 상기 피복 부분을 절제함과 동시에 상기 광섬유를 만 곡시키며, 상기 광섬유 만곡시의 곡률반경에 의해 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 길이를 결정하는 단계와, 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제하기 전에, 적어도 하나의 반사경에 의해 제 1 레이저 빔을 반사하는 단계와, 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제하기 전에, 적어도 하나의 렌즈로 상기 제 1 레이저 빔을 집중시켜 상기 피복 부분을 절제하는 단계를 더 구비하여 이루어진다.

또한, 본 발명에 의한 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서의 제조 방법은, (a) 각각 섬유 코어 및 피복 부분을 구비한 양광섬유를 제공하는 단계와, (b) 제 1 레이저 빔으로 상기 광섬유의 상기 피복 부분을 절제하여 소산 필드 노출면을 형성함과 동시에 제 2 레이저 빔을 상기 소산 필드 노출면에 입사하는 단계와, (c) 상기 제 2 레이저 빔에 의해 반사하여 얻어진 간섭무늬를 간격으로 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 깊이를 결정하는 단계와, (d) 다른 광섬유에 대해 (b)-(c)단계를 중복 실행하는 단계와, (e) 양광섬유의 소산 필드 노출면을 접착 결합시켜 융합하는 단계와, (f) 광섬유 프린지를 상기 섬유 코어에 형성하는 단계와, (g) 상기 광섬유를 인장하여 광학성질을 조정함으로써 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서를 구성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서는 직렬로 형성된 복수의 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서에 의해 구성된다.

또한, 본 발명에 의한 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서의 제작 방법은, (a) 각각 섬유 코어 및 피복 부분을 갖는 양광섬유를 제공하는 단계와, (b) 제 1 레이저 빔으로 상기 광섬유의 상기 피복 부분을 절제하여 소산 필드 노출면을 형성함과 동시에 제 2 레이저 빔을 상기 소산 필드 노출면에 입사하는 단계와, (c) 상기 제 2 레이저 빔에 의해 반사하여 얻어진 간섭무늬를 간격으로 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 깊이는 결정하는 단계와, (d) 다른 광섬유에 대해 (b)-(c)단계를 중복 실행함과 동시에 상기 피복 부분의 절제된 부분의 깊이를 보다 깊게 형성하는 단계와, (e) 양광섬유의 소산 필드 노출면을 접착 결합시켜 융합하고, 그 중 상기 광섬유의 깊이가 다른 부분에 공극을 형성하는 단계와, (f) 광학 색분산 물질을 상기 공극에 채워 상기 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서를 구성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 광학 색분산 물질은 고분자 중합체이며, 및/또는 상기 광학 색분산 물질의 굴절률은 온도에 따라 변화한다.

또한, 본 발명에 의한 광섬유 프린지의 제작 방법은 ,(a) 섬유 코어 및 피복 부분을 갖는 적어도 하나의 광섬유를 제공하는 단계와, (b) 제 1 레이저 빔으로 간격을 두고 상기 피복 부분을 절제하여 복수의 소산 필드 노출면을 형성함과 동시에 제 2 레이저 빔을 상기 소산 필드 노출면에 입사하는 단계와, (c) 상기 제 2 레이저 빔에 의해 반사하여 얻어진 간섭무늬를 간격으로 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 깊이를 결정하여 상기 광섬유 프린지를 구성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 (b)단계는 상기 (c)단계에 의해 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 깊이를 서서히 변화시켜 상기 광섬유 프린지를 종형상으로 형성한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 구성 및 작용에 대해서 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 따른 레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형 소자의 제작 방법에는 다른 다양한 방법이 있으며, 이하, 예를 들어 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 미세 가공 처리에 의해 전광섬유형 소자를 제작할 수 있는 광섬유 커플러의 구조도이다. 도 2의 광섬유 커플러(20)의 구조를 참조하여 본 발명에 따른 미세 가공 처리에 의해 전광섬유형 소자의 제작 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

우선, 광섬유(21) 및 광섬유(22)를 준비한다. 그 중, 광섬유(21)는 섬유 코어(211) 및 피복부분(212)으로 구성되며, 광섬유(22)는 섬유 코어(221) 및 피복부분(222)으로 구성된다. 그리고 레이저를 이용하여 각각 피복 부분(212 및 222)을 절제하여 2개의 소산 필드 노출면을 형성하고, 광섬유(21) 및 광섬유(22)의 광 소산 필드에 피복 부분(212 및 222)을 노출시켜 어닐링을 실행한 후, 다시 2개의 소산 필드 노출면을 고정하여 함께 겹쳐서 융착 구역(23)을 형성한다.

그리고, 융착 구역(23) 주위에 골고루 정화가스를 분포시켜 다시 온도가 1500℃ 보다 높은 아크(arc)를 이용하여 융착 구역(23)을 융합함으로써 광섬유(21) 및 광섬유(22)에 커플링을 발생시킨다. 커플링 과정 중, 스텝 모터를 이용하여 점진적으로 장력에 의해 광섬유(21) 및 광섬유(22)를 인장하여 커플링 구역(24)의 길이를 조정함과 동시에 섬유 코어(211) 및 섬유 코어(221)를 인장 과정 중 서서히 테이퍼형상으로 형성하여 섬유 코어(241)로 커플링한다. 이 때, 섬유 코어(241)는 이미 안내 효과 작용을 상실하였기 때문에, 결국, 피복 부분(212 및 222)의 커플링 구역(24) 내에 위치하는 부분적 피복 부분(242)의 섬유 코어(211 및 221)가 대신 안내 효과 작용을 진행한다.

소정 분광비를 얻은 후, 즉시 커플링 구역(24)의 길이 조정 동작을 정지한다. 최종 실링층(미도시)을 이용하여 커플링 구역(24)에 대해 실링을 실행하여 광섬유 커플러(20)를 형성한다. 상기 실링층의 제작 재료로는 금속, 도자기, 유리, 고분자 재료 또는 온도보상 작용을 갖는 재료를 선택할 수 있다.

본 발명의 제작 방법은 2개의 광섬유에 한정되지 않는다. 즉, 도 3a에 도시한 4x4 광섬유 커플러(30) 이외에 3개의 광섬유를 사용하여 6x6 광섬유 커플러(31)(도 3b 참조)를 형성할 수도 있으며, 보다 많은 개수의 광섬유를 이용하여 제작하는 것도 가능하다.

여기서, 주의할 점은 상기 레이저 절제 방법에 의해 2개 이상의 광섬유에 대해 보다 평활하게 절제를 실행하면 도 3c에 도시된 바와 같은 광섬유 커플러(32, 33)를 형성할 수 있으며, 상기 광섬유 커플러(31)에 비해 기능적 광섬유 커플러(32 또는 33)가 서로 접착 결합된 적어도 하나의 절제면에 프린지 효과(fringe effect)가 발생한다. 즉, 이와 같이 평활하게 절제하는 제조 방법에 의해 광섬유 프린지를 갖는 광섬유 커플러를 제작할 수 있다.

본 발명에 의하면 융합 인장식 광섬유 커플러를 비등방성 분극 및 좁은 채널의 합파/분파에 응용할 때 발생하는 채널 격리도의 문제를 해결할 수 있다. 우선, 종래의 상용 제품에서는 최대 1480/1550 약 70nm의 채널 공간밖에 형성할 수 없을 뿐만 아니라, 이 때의 채널 간격은 이미 12-15dB 좌우로 하강되어 있다. 본 발명의 1310/1550 커플러의 채널 간격은 30dB까지 형성할 수 있다. 또한, 좁은 채널의 합파/분파에 응용될 때, 선행기술에서는 채널 간격이 좋지 않은 원인과, 커플러 자체의 단면이 고도의 비대칭 구조이기 때문에 부동 분극광의 커플링 계수의 불일치를 초래한다. 이와 같은 상황에서 좁은 채널의 합파/분파에 응용되기 때문에 광섬유 작용의 길이를 매우 길게 형성해야 되므로 쌍분극광에 의해 심각한 위상차가 발생하며 이에 따라 채널 간격이 열화된다. 본 발명의 커플러는 이와 같은 점을 해결하고 있다.

그 외에, 본 발명은 전통적인 측면 연마식에 있어 광섬유 커플러의 불안정성과, 또한, 효과적 작용 길이가 짧다는 문제를 해결하였다. C.V.Cryan은 1992년에 이미 융합 측면 연마식 광섬유 커플러의 개념을 제안하고 있다. 그러나 그들의 광섬유 연마방식은 연삭 지석의 연마를 이용하였기 때문에 효과적 작용 길이를 길게 형성할 수 없으며, 융합 시 1층의 액체 상태의 이산화규소를 첨가하여 양광섬유를 융합하는 어려운 문제를 보상하지 않을 수 없다. 또한, 융합 측면 연마식 광섬유 커플러에 대해 인장 동작을 실행함으로써 효과적 작용 길이를 매우 길게 형성하고 있지만 안내 효과 작용을 피복 부분에 커플링하며, 좁은 채널의 광섬유 합파기를 제작하는 것에 대해서는 서술하고 있지 않다. 이것에 대해, 본 발명에 의한 광섬유 커플러는 원형의 대칭 형태라고 할 수 있기 때문에, 그것을 융합 인장한 후의 광섬유의 단면도 원형의 대칭 형상이어서, 전통적인 아령형태와 같은 구조를 형성하지 않는다. 따라서 커플링 계수와 분극광의 비등방성 문제를 일으키지 않기 때문에 광 섬유를 매우 길게 인장하여도 채널 간격은 열질화 되지 않으며, 더욱이 광섬유의 단면은 아무리 길게 가열하여 인장하여도 원형의 형상을 유지하고 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 좁은 채널 또는 저공명의 광섬유 커플러를 제작할 수 있으며, 고밀도의 광통신계통의 사용에 매우 적합하며, 종래의 전광섬유형 커플러 관련 제조 기술의 문제를 해소할 수 있다.

또한, 만약 레이저 절제 광섬유의 단면 상에 광 증폭 매질, 광 비선형 물질, 광 색분산 물질, 광 쌍굴절 물질, 액정 또는 광자결정 등의 재료를 설치한 후 다시 그것에 대해 실링을 실행하면 또 다른 양식의 광섬유형 소자를 제작할 수 있다.

도 4a는 본 발명의 레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형 소자의 다른 제작 방법을 도시한 예시도이다. 도 4a에서 사용된 소자는 피복 부분(411) 및 섬유 코어(412)를 갖는 광섬유(41), 제 1 레이저(42), 반사경(43), 볼록렌즈(44), 제 2 레이저(45), 볼록렌즈(46), 스크린(47), 제 3 레이저(48) 및 광 검출기(49)이다.

도 4a에 있어서, 우선, 제 1 레이저(42)를 이용하여 피복 부분(411)을 부분절제하고, 절제 과정 중 반사경(43)의 이동 또는 회동에 의한 반사광 및 볼록렌즈(43)의 집중에 의해 소산 필드 노출면(414)을 포함하는 전체 범위(413)를 절제한다.

그리고, 볼록렌즈(46)를 통해 제 2 레이저(45)를 소산 필드 노출면(44)으로 입사하여 스크린(47)을 통해 얻어진 간섭무늬 간격에 의해 제 1 레이저(42)로 절제할 피복부분(411)의 깊이가 결정된다. 그 외, 절제하기 전에 광섬유(41)를 곡률반경(415)을 갖는 형태로 구부린 경우, 다시 절제를 실행하면 곡률반경(415)을 제어 함으로써 제 1 레이저(42)로 절제할 피복 부분(411)의 길이가 결정된다.

도 4b는 본 발명의 레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형 소자의 다른 제작 방법을 도시한 예시도이다. 도 4a와 동일한 소자에 대해서는 동일한 부호를 채용하고 있지만, 도 4b에서는 제 1 레이저(42)를 이용하여 광섬유(41)를 절제할 경우, 광섬유(41)를 회전시켜 광섬유(41) 상에 링형태의 소산 필드 노출면(414)을 출현시키고 있다.

도 5a는 상기 방법을 사용하여 제작된 광섬유 절제단면의 사진, 도 5b는 레이저 절제 중심 구역의 사진, 도 5c는 레이저 절제 엣지 구역의 사진이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형 소자의 제작 방법의 응용면을 도시한 예시도이다. 상기 절제 방법을 사용하여 2개의 절제 후의 광섬유(61, 62)를 제작하고, 다시 절제 부분을 서로 접착 결합하여 가열 및 융합시키면 커플링 구역(63)을 형성할 수 있다. 또한, 커플링 구역(63)을 각각 인장하면 광커플링 비율를 변화시킬 수 있다. 물론 인장 동작을 실시하지 않고 직접 사용하는 것도 가능하다.

도 7은 본 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 2x2 광섬유 커플러 및 4x4 광섬유 커플러를 도시한 예시도이다.

2x2 광섬유 커플러(70)는 상기 레이저 절제 방법을 사용하여 광섬유 소자(71)를 제작하여 2개의 동일한 구조를 갖는 광섬유 소자(71)의 절제 부분을 서로 접착 결합시킨 후 융합 및 인장을 진행함으로써 섬유 코어(712) 본래의 작용을 상실하도록 제작한다.

그리고, 4x4 광섬유 커플러(80)는 2x2 광섬유 커플러의 제작방식과 동일한 방식으로 2개의 광섬유 소자를 접착 결합시킨 후에 그것에 대해 레이저 절제를 실행한다. 그 후 2개의 동일 구조를 서로 겹친 후 융합 및 인장을 실행하여 제작한다.

도 8은 본 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 NxN 광섬유 커플러의 예시도(도면에는 7x7을 예시하였다)이다.

NxN 광섬유 커플러(81)는 상기와 같은 링형상의 레이저 절제방식으로 광섬유 소자(71)를 제작한 후 N개의 광섬유 소자(71)의 절삭 부분을 서로 접착 결합시켜 융합 및 인장을 실행함으로써 제작한다.

도 9a는 본 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서의 예시도이다. 마찬가지로, 우선 상기와 같은 레이저 절제 방식으로 2개의 광섬유 소자(71)를 제작한다. 그리고, 2개의 광섬유 소자(71)의 절제 부분을 서로 접착 결합시켜 광섬유 프린지(82)를 커플링 구역에 형성한 후, 다시 융합 및 인장을 실행함으로써 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서(83)를 제작한다.

도 9b는 본 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 직렬식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서의 예시도이다. 도시되는 바와 같이, 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 직렬식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서는 2개의 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서는 출력/입력단에서 서로 접합하여 구성된다.

도 10은 본 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서의 예시도이다. 마찬가지로, 본 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서는 상기와 같은 레이저 절제 방식에 의해 2개의 광섬유 소자(71, 72)를 제작하고 있지만, 상기 간섭무늬의 간격을 제어함으로써 광섬유(72)의 절제 깊이를 비교적 깊게 절제한다는 점이 다르다. 이와 같이 2개의 광섬유 소자(71, 72)를 접착 결합시키면 깊이 차이에 의해 공극이 형성되며, 다시 융합한 후 공극 내에 굴절률이 온도에 따라 변화되는 광학 색분산 물질(90)(예를 들면, 고분자 중합체 등)을 채워서 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서(84)를 제작한다.

도 11a 는 본 발명의 레이저 절제 방식을 사용하여 제작된 광섬유 프린지의 예시도이다. 본 발명의 레이저 절제 방식을 사용하여 제작된 광섬유 프린지(85)는 상기 레이저 방식을 사용하여 제 1 레이저로 간격을 두고 광섬유(73)를 절제한 후 그 위에 복수의 소산 필드 노출면(74)을 형성함으로써 제작된다. 또한, 만약 제 1 레이저로 간격을 두고 절제하는 과정에서 서서히 절제 깊이를 변화시키면, 도 11b에 도시된 바와 같이 소산 필드 노출면(74)이 종형상으로 형성된 광섬유 프린지(86)를 제작할 수 있다.

도 12는 본 발명의 레이저 절제 방법을 사용하여 제작된 다른 종류의 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서의 예시도이다. 도시되는 바와 같이, 도 11a의 광섬유 프린지(85) 2개를 서로 접착 결합시켜 융합한 후, 그 내부의 복수의 공극에 상기 굴절률이 온도에 따라 변화하는 광학 색분산 물질을 채워서 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서(87)를 제작한다.

이와 같이, 본 발명은 직접 광섬유의 부분적 피복 부분에 레이저 절제를 시 행하여 광섬유 내의 소산 필드를 노출시키며, 그 절제 깊이를 레이저 광 간섭무늬 간격을 측량함으로써 알 수 있는 레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형 소자의 제작 방법을 제공한다. 레이저 절제에 의해 형성된 소산 필드의 작용 길이는 광섬유의 곡률반경을 변경함으로써 제어할 수 있다. 측면 절제 후의 광섬유는 서로 합쳐지며, 상기 광섬유의 소산 필드에 커플링을 발생시킨 후 가열 융합 또는 융합 테이퍼화 함으로써 광섬유 커플러(Optical Fiber coupler), 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서(Optical Fiber add drop multiplexer), Mach-Zehnder 필터 및 광섬유 프린지(Optical Fiber fringe) 등의 광섬유 소자를 제작할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상기와 같은 본 발명은 직접 광섬유의 부분적 피복 부분에 레이저 절제를 시행하여 광섬유 내의 소산 필드를 노출시키며, 그 절제 깊이를 레이저 광 간섭무늬 간격을 측량함으로써 알 수 있는 레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형 소자의 제작 방법을 제공한다. 또한, 레이저 절제에 의해 형성된 소산 필드의 작용 길이는 광섬유의 곡률반경을 변경함으로써 제어할 수 있다. 측면 절제 후의 광섬유는 서로 합쳐지며, 상기 광섬유의 소산 필드에 커플링을 발생시킨 후 가열 융합 또는 융합 테이퍼화 함으로써 광섬유 커플러(Optical Fiber coupler), 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서(Optical Fiber add drop multiplexer), Mach-Zehnder 필터 및 광섬유 프린지(Optical Fiber fringe) 등의 광섬유 소자를 제작할 수 있다.

Claims (14)

1. (a) 섬유 코어 및 피복 부분을 갖는 적어도 하나의 섬유를 제공하는 단계와,

   (b) 제 1 레이저 빔으로 상기 피복 부분을 절제하여 소산 필드 노출면을 형성함과 동시에 제 2 레이저 빔을 상기 소산 필드 노출면으로 입사하는 단계와,

   (c) 상기 제 2 레이저 빔에 의해 반사하여 얻어진 간섭무늬를 간격으로 하여 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 깊이를 결정하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형 소자의 제작 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 (b)단계는,

   상기 제 1 레이저 빔으로 상기 피복 부분을 절제함과 동시에 상기 광섬유를 회전시켜 링형상의 상기 광섬유 소산 필드 노출면을 형성하는 단계와,

   상기 제 1 레이저 빔으로 상기 피복 부분을 절제함과 동시에 상기 광섬유를 만곡시키며, 상기 광섬유 만곡시의 곡률반경에 의해 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 길이를 결정하는 단계와,

   상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제하기 전에, 적어도 하나의 반사경에 의해 상기 제 1 레이저 빔을 반사하는 단계와,

   상기 반사경을 이동 또는 회동시켜 상기 제 1 레이저 빔의 절제 범위에 상기 소산 필드 노출면을 포함시키는 단계를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 미세 가공 처리에 의한 전광섬유형 소자의 제작 방법.
3. (a) 각각 섬유 코어 및 피복 부분을 갖는 양 광섬유를 제공하는 단계와,

   (b) 제 1 레이저 빔으로 상기 광섬유의 상기 피복 부분을 절제하여 소산 필드 노출면을 형성함과 동시에 제 2 레이저 빔을 상기 소산 필드 노출면에 입사하는 단계와,

   (c) 상기 제 2 레이저 빔에 의해 반사하여 얻어진 간섭무늬를 간격으로 하여 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 깊이를 결정하는 단계와,

   (d) 다른 광섬유에 대해 (b)-(c)단계를 중복 실행하는 단계와,

   (e) 양 광섬유의 소산 필드 노출면을 접착 결합하여 융합 및 인장함으로써 광섬유 커플러를 형성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러 제작 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 (b)단계는,

   상기 제 1 레이저 빔으로 상기 피복 부분을 절제함과 동시에 상기 광섬유를 회전시켜 링형상의 상기 광섬유 소산 필드 노출면을 형성하는 단계와,

   상기 제 1 레이저 빔으로 상기 피복 부분을 절제함과 동시에 상기 광섬유를 만곡시키며, 상기 광섬유 만곡시의 곡률반경에 의해 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 길이를 결정하는 단계와,

   상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제하기 전에, 적어도 하나의 반사경에 의해 제 1 레이저 빔을 반사하는 단계와,

   상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제하기 전에, 적어도 하나의 렌즈로 상기 제 1 레이저 빔을 집중시켜 상기 피복 부분을 절제하는 단계를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러의 제작 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 (b)단계는,

   상기 반사경을 이동 또는 회동시켜 상기 제 1 레이저 빔의 절제 범위에 상기 소산 필드 노출면을 포함시키는 단계를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러의 제작 방법.
6. (a) 섬유 코어 및 피복 부분을 갖는 적어도 하나의 광섬유를 제공하는 단계와,

   (b) 제 1 레이저 빔으로 상기 피복 부분을 절제함과 동시에 상기 광섬유를 회전시킴으로써 상기 광섬유를 감는 소산 필드 노출면을 형성하는 단계와,

   (c) 제 2 레이저 빔에 의해 반사하여 얻어진 간섭무늬를 간격으로 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 깊이를 결정하는 단계와,

   (d) 각 광섬유에 대해 (b)-(c)단계를 중복 실행하는 단계와,

   (e) 전광섬유의 소산 필드 노출면을 접착 결합시켜 융합 및 인장함으로써 광섬유 커플러를 형성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유 커플러의 제작 방법.
7. (a) 각각 섬유 코어 및 피복 부분을 구비한 양광섬유를 제공하는 단계와,

   (b) 제 1 레이저 빔으로 상기 광섬유의 상기 피복 부분을 절제하여 소산 필드 노출면을 형성함과 동시에 제 2 레이저 빔을 상기 소산 필드 노출면에 입사하는 단계와,

   (c) 상기 제 2 레이저 빔에 의해 반사하여 얻어진 간섭무늬를 간격으로 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 깊이를 결정하는 단계와,

   (d) 다른 광섬유에 대해 (b)-(c)단계를 중복 실행하는 단계와,

   (e) 양광섬유의 소산 필드 노출면을 접착 결합시켜 융합하는 단계와,

   (f) 광섬유 프린지를 상기 섬유 코어에 형성하는 단계와,

   (g) 상기 광섬유를 인장하여 광학성질을 조정함으로써 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서를 구성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서의 제조 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서는 직렬로 형성된 복수의 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서의 제조 방법.
9. (a) 각각 섬유 코어 및 피복 부분을 갖는 양광섬유를 제공하는 단계와,

   (b) 제 1 레이저 빔으로 상기 광섬유의 상기 피복 부분을 절제하여 소산 필드 노출면을 형성함과 동시에 제 2 레이저 빔을 상기 소산 필드 노출면에 입사하는 단계와,

   (c) 상기 제 2 레이저 빔에 의해 반사하여 얻어진 간섭무늬를 간격으로 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 깊이는 결정하는 단계와,

   (d) 다른 광섬유에 대해 (b)-(c)단계를 중복 실행함과 동시에 상기 피복 부분의 절제된 부분의 깊이를 보다 깊게 형성하는 단계와,

   (e) 양광섬유의 소산 필드 노출면을 접착 결합시켜 융합하고, 그 중 상기 광섬유의 깊이가 다른 부분에 공극을 형성하는 단계와,

   (f) 광학 색분산 물질을 상기 공극에 채워 상기 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서를 구성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서의 제작 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 광학 색분산 물질은 고분자 중합체 이며, 및/또는 상기 광학 색분산 물질의 굴절률은 온도에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서의 제작 방법.
11. (a) 섬유 코어 및 피복 부분을 갖는 적어도 하나의 광섬유를 제공하는 단계와,

    (b) 제 1 레이저 빔으로 간격을 두고 상기 피복 부분을 절제하여 복수의 소산 필드 노출면을 형성함과 동시에 제 2 레이저 빔을 상기 소산 필드 노출면에 입사하는 단계와,

    (c) 상기 제 2 레이저 빔에 의해 반사하여 얻어진 간섭무늬를 간격으로 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 깊이를 결정하여 상기 광섬유 프린지를 구성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유 프린지의 제작 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 (b)단계는,

    상기 (c)단계에 의해 상기 제 1 레이저 빔이 상기 피복 부분을 절제할 깊이를 서서히 변화시켜 상기 광섬유 프린지를 종형상으로 형성하는 것을 특징으로 하 는 광섬유 프린지의 제작 방법.
13. (a) 청구항 12에 기재된 2개의 광섬유 프린지를 갖는 광섬유를 제공하는 단계와,

    (b) 양광섬유를 접착 결합시켜 융합하고 상기 광섬유 프린지 사이의 복수의 소산 필드 노출면에 복수의 공극을 형성하는 단계와,

    (c) 광학 색분산 물질을 상기 복수의 공극에 채워 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서를 구성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서의 제조 방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 광학 색분산 물질은 고분자 중합체이며, 및/또는 상기 광학 색분산 물질의 굴절률은 온도에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 조정 가능식 광섬유 애드 드롭 멀티플렉서의 제조 방법.

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