KR100989670B1 - asymmetric optical fiber coupler - Google Patents

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KR100989670B1 KR1020080098394A KR20080098394A KR100989670B1 KR 100989670 B1 KR100989670 B1 KR 100989670B1 KR 1020080098394 A KR1020080098394 A KR 1020080098394A KR 20080098394 A KR20080098394 A KR 20080098394A KR 100989670 B1 KR100989670 B1 KR 100989670B1
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Abstract

본 발명은 직경이 상호 다른 광섬유가 접합된 구조로 된 비대칭 광섬유 커플러에 관한 것으로서, 제1코어와, 제1코어를 감싸는 제1클래드로 되어 일정길이 연장된 메인 광섬유와, 메인 광섬유의 중간 부분에서 제1코어와 경사지게 접합되며 제1코어보다 작은 외경을 갖는 제2코어와 제2코어를 감싸는 제2클래드로 형성된 사이드 광섬유를 구비한다. 이러한 비대칭 광섬유 커플러에 의하면, 순방향 결합효율은 높일 수 있고, 역방향 결합효율을 낮출 수 있는 장점을 제공한다.

Figure R1020080098394

플라스틱 광섬유, 비대칭, 광커플러, 광센서

The present invention relates to an asymmetric optical fiber coupler having a structure in which optical fibers of different diameters are bonded to each other, wherein the first core, the first cladding surrounding the first core, and the main optical fiber extended by a predetermined length, And a side optical fiber formed of a second core having an outer diameter smaller than that of the first core and a second cladding surrounding the second core. According to the asymmetric optical fiber coupler, the forward coupling efficiency can be increased, and the reverse coupling efficiency can be lowered.

Figure R1020080098394

Plastic Optical Fiber, Asymmetrical, Optocouplers, Optical Sensors

Description

비대칭 광섬유 커플러{asymmetric optical fiber coupler}Asymmetric optical fiber coupler

본 발명은 비대칭 광섬유 커플러에 관한 것으로서, 상세하게는 직경이 상호 다른 광섬유가 접합된 구조로 된 비대칭 광섬유 커플러에 관한 것이다.The present invention relates to an asymmetric optical fiber coupler, and more particularly, to an asymmetric optical fiber coupler having a structure in which optical fibers having different diameters are bonded to each other.

플라스틱 광섬유는 근거리 통신용뿐만 아니라 광센서로도 많이 이용되고 있다.Plastic optical fiber is widely used not only for near field communication but also as optical sensor.

광센서는 크게 투과형과 반사형으로 대별된다. 반사형 광센서는 광원과 광검출부를 공간적으로 한곳에 위치시킬 수 있어 시스템 구성이 용이한 장점이 있다. Optical sensors are roughly classified into transmission type and reflection type. The reflective optical sensor has an advantage in that the system configuration is easy because the light source and the light detector can be spatially located in one place.

반사형 광센서의 경우 입력광을 측정대상 센싱부에 출사시키고, 센싱부로부터 반사된 반사광이나 형광을 광검출부를 통해 검출하도록 구축되고, 통상적으로 광커플러가 이용된다. 이러한 광커플러는 입력광이 센싱부에 손실 없이 전달되고, 센싱부에서 반사된 반사광, 또는 형광은 광검출부에만 전달되는 것이 바람직하다. In the case of the reflective optical sensor, the input light is emitted to the sensing object sensing unit, and the reflected light or the fluorescence reflected from the sensing unit is detected through the photodetector, and an optical coupler is usually used. In the optical coupler, input light is transmitted without loss to the sensing unit, and reflected light or fluorescence reflected from the sensing unit is transmitted only to the photodetector.

이를 위해서는 반사형 광센서의 경우 광원과 광검출부가 광학적으로 잘 분리될 필요가 있다. 센싱부로부터 반사된 광이 광원으로 되돌아가면 광원의 효율을 감소시킬 뿐만 아니라 광원의 안정적 동작에 방해가 된다. 따라서, 광원의 빔이 직접 광검출부로 전달되거나, 센싱부로부터 반사된 광이 다시 광원으로 돌아가는 것은 바람직하지 않다. To this end, in the case of the reflective optical sensor, the light source and the light detector need to be separated optically well. When the light reflected from the sensing unit is returned to the light source, not only the efficiency of the light source is reduced but also it interferes with the stable operation of the light source. Therefore, it is not preferable that the beam of the light source is directly transmitted to the photodetector, or the light reflected from the sensing unit is returned to the light source again.

한편, 종래에는 외경이 동일한 대칭형 플라스틱 광섬유를 1 대 1로 접합한 광커플러를 이용한 반사형 센서의 경우 기본적으로 6dB의 결합 손실을 가지기 때문에 결합 효율이 감소하는 문제점이 있다. On the other hand, conventionally, in the case of a reflective sensor using an optical coupler in which one-to-one symmetrical plastic optical fibers having the same outer diameter have a coupling loss of 6 dB, the coupling efficiency is reduced.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 입사된 광의 센싱부로의 전달효율을 증가시키면서, 센싱부로부터 반사되는 반사광의 광검출부 방향으로의 전달효율도 높일 수 있는 비대칭 광섬유 커플러를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to improve the above problems, and provides an asymmetric optical fiber coupler which can increase the transmission efficiency of the incident light to the sensing unit while increasing the transmission efficiency of the incident light to the sensing unit. Its purpose is to.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비대칭 광커플러는 제1코어와, 상기 제1코어를 감싸는 제1클래드로 되어 일정길이 연장된 메인 광섬유와; 상기 메인 광섬유의 중간 부분에서 제1코어와 경사지게 접합되며 상기 제1코어보다 작은 외경을 갖는 제2코어와 상기 제2코어를 감싸는 제2클래드로 형성된 사이드 광섬유;를 구비한다.In order to achieve the above object, an asymmetrical optocoupler according to the present invention comprises a main fiber extending a predetermined length by a first core and a first cladding surrounding the first core; And a side optical fiber that is inclinedly bonded to the first core at an intermediate portion of the main optical fiber and is formed of a second core having an outer diameter smaller than the first core and a second cladding surrounding the second core.

바람직하게는 상기 제1 코어 및 제2코어는 동일한 플라스틱 소재로 형성되고, 상기 제1코어와 상기 제2코어의 접합부분은 상기 제1코어와 굴절율 차이가 1% 이내인 접합제로 접합된다.Preferably, the first core and the second core are formed of the same plastic material, and the bonding portion of the first core and the second core is bonded with a bonding agent having a refractive index difference of less than 1%.

또한, 상기 사이드 광섬유는 상기 메인 광섬유로 진행할 수록 외경이 점진적으로 작아지는 테이퍼진 형상으로 형성될 수 있다.In addition, the side optical fiber may be formed in a tapered shape in which the outer diameter gradually decreases as the main optical fiber progresses.

바람직하게는 상기 사이드 광섬유와 상기 메인 광섬유와의 결합각은 8 내지 15°로 적용된다.Preferably, the coupling angle between the side optical fiber and the main optical fiber is applied at 8 to 15 degrees.

본 발명에 따른 비대칭 광커플러에 의하면, 순방향 결합효율은 높일 수 있고, 역방향 결합효율을 낮출 수 있는 장점을 제공한다.According to the asymmetrical optocoupler according to the present invention, the forward coupling efficiency can be increased, and the reverse coupling efficiency can be lowered.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비대칭 광섬유 커플러를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, an asymmetric optical fiber coupler according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비대칭 광섬유 커플러를 나타내 보인 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating an asymmetric optical fiber coupler according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 비대칭 광섬유 커플러(100)는 메인광섬유(110)와 사이드 광섬유(120)를 구비한다.Referring to FIG. 1, the asymmetric optical fiber coupler 100 includes a main optical fiber 110 and a side optical fiber 120.

메인 광섬유(110)는 제1코어(111)와, 제1코어(111)를 감싸는 제1클래드(112)로 되어 일정길이 연장되어 있다.The main optical fiber 110 has a first core 111 and a first clad 112 that surrounds the first core 111 to extend a predetermined length.

메인 광섬유(110)의 중간부분은 제1코어(111)부분까지 연마처리된 연마부분을 갖는 구조로 되어 있다.The middle portion of the main optical fiber 110 has a structure having a polished portion polished to the first core 111 portion.

사이드 광섬유(120)는 메인 광섬유(110)의 중간 부분의 연마부분을 통해 접합층(130)을 통해 제1코어(111)와 경사지게 접합되어 있고, 제1코어(111)의 외경(b)보다 작은 외경(a)을 갖는 제2코어(121)와 제2코어(121)를 감싸는 제2클래드(122)로 형성되어 있다.The side optical fiber 120 is inclinedly bonded to the first core 111 through the bonding layer 130 through the polishing portion of the middle portion of the main optical fiber 110, and is larger than the outer diameter b of the first core 111. It is formed of a second core 121 having a small outer diameter a and a second clad 122 that surrounds the second core 121.

사이드 광섬유(120)와 메인 광섬유(110)와의 결합각(

Figure 112008070063244-pat00001
) 즉, 사이각은 8 내지 15°가 되게 적용하는 것이 바람직하다.Coupling angle between the side optical fiber 120 and the main optical fiber 110 (
Figure 112008070063244-pat00001
That is, it is preferable to apply the angle between 8 to 15 degrees.

또한, 사이드 광섬유(120)의 제2코어(121)의 직경을 기준으로 제1코어(111) 의 직경은 1.5 내지 3배정도인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the diameter of the first core 111 is about 1.5 to about 3 times based on the diameter of the second core 121 of the side optical fiber 120.

메인 광섬유(110)와 사이드 광섬유(120)는 제1 코어(111)의 굴절율(n3)과 제2코어(121)의 굴절율(n1)이 동일한 플라스틱 소재로 형성되는 것이 바람직하다.The main optical fiber 110 and the side optical fiber 120 may be formed of a plastic material having the same refractive index n3 of the first core 111 and the refractive index n1 of the second core 121 as the same.

접합층(130)은 제1코어(111)가 노출되게 메인 광섬유(110)의 연마된 부분에 사이드 광섬유(120)를 접합하기 위해 적용된 것으로서 제2코어(121)의 경사부분(125)과 제1코어(111)의 연마에 의해 노출된 부분을 상호 접합한다.The bonding layer 130 is applied to bond the side optical fiber 120 to the polished portion of the main optical fiber 110 so that the first core 111 is exposed, and the inclined portion 125 of the second core 121 is formed. The parts exposed by the polishing of one core 111 are bonded to each other.

바람직하게는 접합층(130)을 이루는 접합제의 굴절율(n2)은 제1코어(111)와 동일하거나 굴절율 차이가 1% 이내인 것을 적용한다.Preferably, the refractive index n2 of the bonding agent constituting the bonding layer 130 is the same as that of the first core 111 or the refractive index difference is applied within 1%.

이러한 비대칭 광섬유 커플러(100)는 메인 광섬유의 일단(114)에 측정대상 물질을 피막시킨 센싱부(140)를 결합하고, 사이드 광섬유(120)의 일단(124)을 통해 광을 조사하고, 센싱부(140)로부터 반사되거나 여기된 광을 검출하도록 메인 광섬유(110)의 타단(115)에 광을 검출하는 광검출부(160)를 설치하면 광센서로 이용할 수 있다.The asymmetric optical fiber coupler 100 couples the sensing unit 140 which coats the measurement target material to one end 114 of the main optical fiber, irradiates light through one end 124 of the side optical fiber 120, and the sensing unit If the light detector 160 for detecting light is provided at the other end 115 of the main optical fiber 110 to detect the light reflected or excited from the 140 can be used as an optical sensor.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 사이드 광섬유(220)는 메인광섬유(110)로 입사된 후 역으로 사이드 광섬유(220)로 되돌아오는 광을 줄일 수 있도록 메인 광섬유(110)로 진행할 수록 외경이 점진적으로 작아지는 테이퍼진 형상으로 형성될 수 있다. 참조부호 221은 제2코어이고, 참조부호 222는 제2클래드이다.On the other hand, as shown in FIG. 5, the side optical fiber 220 gradually increases in outer diameter as it proceeds to the main optical fiber 110 so as to reduce light entering the main optical fiber 110 and then back to the side optical fiber 220. It can be formed in a tapered shape that becomes smaller. Reference numeral 221 denotes a second core, and reference numeral 222 denotes a second clad.

이하에서는 도 1의 구조와 같은 비대칭 광섬유 커플러의 제작과정을 설명한다.Hereinafter, a manufacturing process of the asymmetric optical fiber coupler as shown in FIG.

먼저, 메인 광섬유(110)로 적용할 플라스틱 광섬유의 한쪽 부분을 제1 코어(111)가 노출되게 연마로 제거한다. 연마되는 부분은 평평하게 연마하면 된다. 즉, 연마 후의 메인 광섬유(110)의 연마된 부분의 단면은 영문자의 대문자 "D"와 같은 형상이 된다.First, one part of the plastic optical fiber to be applied to the main optical fiber 110 is removed by polishing so that the first core 111 is exposed. The part to be polished may be polished flat. That is, the cross section of the polished portion of the main optical fiber 110 after polishing is shaped like the capital letter "D" in English letters.

한편, 메인 광섬유(110)보다 직경이 작은 것으로 사이드 광섬유(120)로 적용할 플라스틱 광섬유를 의도하는 결합각(

Figure 112008070063244-pat00002
)에 대응되게 경사지게 연마한다.On the other hand, as the diameter smaller than the main optical fiber 110, the intended coupling angle of the plastic optical fiber to be applied to the side optical fiber 120 (
Figure 112008070063244-pat00002
Polish inclined to correspond to).

다음은 메인 광섬유(110)의 연마부분에 접착제로 접착층(130)을 형성한 다음 사이드 광섬유(120)의 연마된 경사부분을 접합하면 도 1의 구조의 비대칭 광섬유 커플러(100)가 제작된다. Next, when the adhesive layer 130 is formed on the polished portion of the main optical fiber 110 and then the polished inclined portion of the side optical fiber 120 is bonded, the asymmetric optical fiber coupler 100 having the structure of FIG. 1 is manufactured.

이하에서는 이러한 비대칭 광섬유 커플러의 동작 특성을 도 2 내지 도 4를 함께 참조하면서 살펴본다.Hereinafter, operation characteristics of the asymmetric optical fiber coupler will be described with reference to FIGS. 2 to 4.

먼저, 메인 광섬유(110)와 사이드 광섬유(120)의 제1코어(111)와 제2코어(121)의 직경은 광원(150)에서 출사되는 광의 파장에 비해 충분히 크며 다중모드 광섬유 구조이고, 코어(111)(121) 내에서 광세기의 분포는 균질하다고 가정한다. 이러한 비대칭 광섬유 커플러(100)는 기하광학으로 소자를 해석 할 수 있다. First, the diameters of the first core 111 and the second core 121 of the main optical fiber 110 and the side optical fiber 120 are sufficiently large compared to the wavelength of the light emitted from the light source 150 and have a multimode optical fiber structure. It is assumed that the distribution of light intensities within 111 and 121 is homogeneous. Such an asymmetric fiber coupler 100 can analyze the device by geometric optics.

설명에 앞서, θ는 사이드광섬유(120)의 길이방향과 나란한 방향인 z축과 입사 광선(R)과의 사이각이고, β는 제1경계면인 접합층(130)의 표면에 수직한 축(K)에 대한 입사광선(R)의 입사각이고, φ는 입사광선의 x-y 평면에 대한 투영성분의 x축과의 사이각이다.Prior to the description, θ is the angle between the z-axis, which is parallel to the longitudinal direction of the side optical fiber 120, and the incident light beam R, and β is the axis perpendicular to the surface of the bonding layer 130, which is the first boundary plane ( Is the angle of incidence of the incident light R with respect to K), and φ is the angle between the x-axis of the projection component with respect to the xy plane of the incident light.

이하의 설명에서 순방향 결합 효율은 사이드 광섬유(120)로부터 메인 광섬유(110)로의 광 파워의 결합 효율을 의미하여 역방향 결합효율은 그 반대를 의미한다. 순방향 및 역방향 결합효율에서 결합각(

Figure 112008070063244-pat00003
)과 두 광섬유(110)(120)를 결합시키기 위한 접착층(130)의 굴절률(
Figure 112008070063244-pat00004
)이 어떠한 영향을 미치는지 살펴본다.In the following description, the forward coupling efficiency refers to the coupling efficiency of the optical power from the side optical fiber 120 to the main optical fiber 110, and the reverse coupling efficiency is vice versa. Coupling angle at forward and reverse coupling efficiency
Figure 112008070063244-pat00003
) And the refractive index of the adhesive layer 130 for bonding the two optical fibers (110, 120)
Figure 112008070063244-pat00004
Look at how) affects you.

광원(150)으로부터 사이드 광섬유(120)에 입사된 광이 메인 광섬유(110)에 진입하는 순방향 결합효율은 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.The forward coupling efficiency of the light incident from the light source 150 to the side optical fiber 120 to enter the main optical fiber 110 may be represented by Equation 1 below.

Figure 112008070063244-pat00005
Figure 112008070063244-pat00005

여기서,

Figure 112008070063244-pat00006
는 입사광의 사이드 광섬유 내에서 광파워 분포를 나타내며,
Figure 112008070063244-pat00007
는 접착층(130)의 광투과 계수이다. 또한,
Figure 112008070063244-pat00008
는 "0" 아니면 "1"의 값을 갖는 것으로서, 입사되는 광선(R)의 입사각(
Figure 112008070063244-pat00009
)이 메인 광섬유(110)의 내부 전반사 조건에 해당하는 임계각보다 크면 "1", 같거나 작으면 "0"이 된다. 또한, NAa는 사이드 광섬유(120)의 개구수(numerical aperture)이다.here,
Figure 112008070063244-pat00006
Represents the optical power distribution in the side optical fiber of the incident light,
Figure 112008070063244-pat00007
Is the light transmission coefficient of the adhesive layer 130. Also,
Figure 112008070063244-pat00008
Has a value of "0" or "1", and the angle of incidence of the incident light beam R (
Figure 112008070063244-pat00009
) Is greater than the critical angle corresponding to the total internal reflection condition of the main optical fiber 110, and is equal to or smaller than 0. NAa is a numerical aperture of the side optical fiber 120.

위 수학식 1을 이용하여 메인 광섬유(110)와 사이드 광섬유(120)의 코어(111)(121) 지름의 비를 2:1로,

Figure 112008070063244-pat00010
, 과
Figure 112008070063244-pat00011
모두 1.49로 가정하였을 때 결합각(
Figure 112008070063244-pat00012
)과 접착층(130)의 굴절률(
Figure 112008070063244-pat00013
) 변화에 따른 순방향 결합 효율을 시뮬레이션하여 산출한 결과가 도 6에 나타나 있다. The ratio of the diameters of the cores 111 and 121 of the main optical fiber 110 and the side optical fiber 120 is 2: 1 by using Equation 1,
Figure 112008070063244-pat00010
, And
Figure 112008070063244-pat00011
Assume that all are 1.49
Figure 112008070063244-pat00012
) And the refractive index of the adhesive layer 130 (
Figure 112008070063244-pat00013
Figure 6 shows the results obtained by simulating the forward coupling efficiency according to the change.

도 6을 통해 알 수 있는 바와 같이 순방향 결합 효율은 접착층(130)의 굴절 율이 광섬유 코어의 굴절률과 같을 때 가장 높다.As can be seen from FIG. 6, the forward coupling efficiency is highest when the refractive index of the adhesive layer 130 is equal to the refractive index of the optical fiber core.

또한, 결합각(

Figure 112008070063244-pat00014
)이 커지면 순방향 결합 효율이 감소하는데 이는 메인 광섬유(110)에서 입사광이 전반사 조건을 만족하지 못하는 광선의 수가 증가하기 때문이다. Also, the coupling angle (
Figure 112008070063244-pat00014
In the case of increasing), the forward coupling efficiency decreases because the number of rays in which the incident light does not satisfy the total reflection condition increases in the main optical fiber 110.

한편, 사이드 광섬유(120)의 굴절률이 접착층(130)의 굴절률보다 작은 경우 첫째 경계면에서 광선이 전반사로 입사되지 못하는 경우가 있으며 접착층(130)의 굴절율(

Figure 112008070063244-pat00015
)이 클수록 더 많은 광선이 첫째 경계면에서 전반사를 일으켜 결합 효율을 감소시킨다. On the other hand, when the refractive index of the side optical fiber 120 is smaller than the refractive index of the adhesive layer 130, the ray may not be incident on total reflection at the first interface and the refractive index of the adhesive layer 130 may be
Figure 112008070063244-pat00015
The larger) causes more light to totally reflect at the first interface, reducing the coupling efficiency.

역방향 결합 효율은 메인 광섬유(110)의 단면적과 사이드 광섬유(120)의 단면적의 비에 의존한다. The reverse coupling efficiency depends on the ratio of the cross-sectional area of the main optical fiber 110 and the cross-sectional area of the side optical fiber 120.

역방향 결합 효율은 도 4에 도시된 x', y', z' 좌표계를 이용하여 산출하면, 다음의 수학식 2로 표현할 수 있다. The backward coupling efficiency may be expressed by the following Equation 2 when calculated using the x ', y', and z 'coordinate systems shown in FIG. 4.

Figure 112008070063244-pat00016
Figure 112008070063244-pat00016

여기서, φ'은 역으로 진행하는 광선(R')의 x'-y'평면의 투영성분에 대한 x'축과의 사이각이고, Θ는 연마면에 수직한 축(K')과 광선(R')과의 사이각이고, α'은 접촉층(130)으로부터 사이드광섬유(120)로 향하는 광선의 연마면에 수직한 축(K')과의 사이각이다.Where φ 'is the angle between the x' axis and the x'-axis of the projecting component of the x'-y 'plane of the light ray R' running in reverse, and Θ is the axis K 'perpendicular to the polishing surface and the light beam ( R '), and α' is the angle between the axis K 'perpendicular to the polishing surface of the light beam directed from the contact layer 130 to the side optical fiber 120.

또한, Aa는 사이드 광섬유(120)의 단면적이고, Am은 메인 광섬유(130)의 단면적이고, NAm은 메인광섬유(110)의 개구수이고, E'은 메인 광섬유(110)내에서의 광파워분포이고, T'은 메인광섬유(110)으로부터 접착층(130)의 투과계수(T32)와, 접착층(130)으로부터 사이드광섬유(120)로의 투과계수(T21)를 승산한 값이고,

Figure 112008070063244-pat00017
는 "0" 아니면 "1"의 값을 갖는 것으로서, 접착층(130)으로부터 사이드광섬유(120)을 향해 입사되는 광선의 입사각(β')이 사이드 광섬유(120)의 전반사조건에 해당하는 임계각보다 크면 "1", 같거나 작으면 "0"이 된다. In addition, Aa is a cross section of the side optical fiber 120, Am is a cross section of the main optical fiber 130, NAm is a numerical aperture of the main optical fiber 110, E 'is the optical power distribution in the main optical fiber 110. T ′ is a value obtained by multiplying the transmission coefficient T 32 of the adhesive layer 130 from the main optical fiber 110 by the transmission coefficient T 21 from the adhesive layer 130 to the side optical fiber 120.
Figure 112008070063244-pat00017
Has a value of "0" or "1", and when the incident angle β 'of the light beam incident from the adhesive layer 130 toward the side optical fiber 120 is greater than the critical angle corresponding to the total reflection condition of the side optical fiber 120, "1", equal or less than "0".

한편, 메인광섬유(110)에서 역방향으로 진행하던 일부 광선은 사이드 광섬유(120)와 측면 결합된 연마부분과 부딪치고 일부 광파워는 사이드 광섬유(120)로 결합된다. 앞서와 같은 방법으로 위 수학식 2를 이용하여 결합각(

Figure 112008070063244-pat00018
)과 접착층(130)의 굴절률(
Figure 112008070063244-pat00019
) 변화에 따른 역방향 결합 효율을 시뮬레이션하여 산출한 결과가 도 7에 나타나 있다. Meanwhile, some light beams traveling in the reverse direction in the main optical fiber 110 collide with the side optical fiber 120 and the side portion-bonded polishing portion, and some optical power is coupled to the side optical fiber 120. In the same way as above using the above equation (2)
Figure 112008070063244-pat00018
) And the refractive index of the adhesive layer 130 (
Figure 112008070063244-pat00019
The simulation results of the reverse coupling efficiency according to the change are shown in FIG. 7.

도 7을 통해 알 수 있는 바와 같이 역방향 광결합 효율은 결합각이 증가할수록 감소한다.As can be seen from FIG. 7, the reverse optical coupling efficiency decreases as the coupling angle increases.

이러한 분석을 바탕으로 플라스틱 광섬유를 제작하였다.Based on this analysis, a plastic optical fiber was produced.

제작에 사용된 플라스틱 광섬유의 제1 코어(111) 및 제2코어(121)의 지름은 각각 3mm와 1.5mm 였고, 굴절율은 630nm에서 모두 1.49이고, 제1 및 제2 클래드(112)(122)의 굴절율은 1.41인 것을 적용하였다. 두 광섬유(110)(120) 모두 개구수는 0.5 이다.The diameters of the first core 111 and the second core 121 of the plastic optical fiber used for fabrication were 3 mm and 1.5 mm, respectively, and the refractive indices were 1.49 at 630 nm, and the first and second clads 112 and 122 were each. The refractive index of was applied to 1.41. The numerical aperture of both optical fibers 110 and 120 is 0.5.

또한, 3mm 외경을 가진 메인 광섬유(110)를 구부린 상태로 측면을 연마하여 연마된 면의 폭이 1.5mm가 되게 하고, 사이드 광섬유(120에 대해서는 결합각이 5°, 8°, 12°, 20°가 되게 각각 연마하였다. 접합층(130)으로는 굴절율이 1.49인 상품명 KS-9의 에폭시와 굴절율이 1.56인 상품명 NOA81의 에폭시를 이용하여 상호 다른 결합각 및 접합제를 적용하여 10개를 제작하였다.In addition, by grinding the main optical fiber 110 having a 3mm outer diameter in a bent state, the width of the polished surface is 1.5mm, and for the side optical fiber 120, the coupling angle is 5 °, 8 °, 12 °, 20 Each of the bonding layers 130 was fabricated by applying different bonding angles and bonding agents using epoxy of KS-9 having a refractive index of 1.49 and epoxy of NOA81 having a refractive index of 1.56. It was.

제작된 소자의 특성은 삽입손실과 반사광의 분리비로 평가하였다. 광원(150)은 635 nm 레이저 광원을 이용하였다. The characteristics of the fabricated device were evaluated by insertion loss and separation ratio of reflected light. The light source 150 used a 635 nm laser light source.

측정결과 광원(150)으로부터 입사된 광이 센싱부(140)가 부착된 일단(114)에 전달되는 광파워 전달비는 -2.2 dB 였다. 반면 센싱부(140)에서 반사된 광이 광검출부(160)와 광원(150)으로 돌아가는 광량의 비, 즉, 광파워 분리비는 12.4 dB 였다. 이러한 결과는 일반적이 대칭형 방향성 결합기가 기본적으로 6 dB의 손실을 가지는데 비해 본 소자는 2.2 dB의 손실을 가지기 때문에 3 dB 이상의 결합효율을 증가시키는 결과를 가져 왔음을 의미한다.As a result of the measurement, the light power transmission ratio of the light incident from the light source 150 to the one end 114 to which the sensing unit 140 was attached was -2.2 dB. On the other hand, the ratio of the amount of light reflected from the sensing unit 140 to the light detector 160 and the light source 150, that is, the optical power separation ratio, was 12.4 dB. These results indicate that the symmetrical directional coupler basically has a loss of 6 dB, whereas the device has a loss of 2.2 dB, resulting in an increase in coupling efficiency of more than 3 dB.

또한, 제작된 각 광커플러에 대해 순방향 결합효율과 역방향 결합효율을 측정한 결과를 앞서 도 6 및 도 7의 시뮬레이션 산출값과 비교해 보인 도 8 및 도 9를 통해 알 수 있는 바와 같이 순방향 결합각은 측정치에서도 이론적 예측과 마찬가지로 결합각이 증가하면서 순방향 결합비는 감소하였다. 다만, 이론적 예측보다 약간 작게 나타났는데 이러한 결과는 연마된 표면에서 산란손실, 제작과정의 오차 등에서 나오는 것으로 예측된다. 역방향 결합비도 이론적 예측보다 다소 작게 나타 났다.In addition, as shown in FIGS. 8 and 9, the results of measuring the forward coupling efficiency and the reverse coupling efficiency of each of the manufactured optocouplers are compared with the simulation calculations of FIGS. 6 and 7. As with theoretical predictions, the forward bond ratio decreased as measured values increased. However, it is slightly smaller than the theoretical prediction, which is expected to be due to scattering loss in the polished surface and manufacturing error. The reverse binding ratio was also slightly smaller than the theoretical prediction.

이러한 결과로부터 결합각과 접착제의 굴절률을 제어하면 원하는 결합효율을 얻을 수 있음을 알 수 있다.From these results it can be seen that the desired bonding efficiency can be obtained by controlling the bonding angle and the refractive index of the adhesive.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비대칭 광섬유 커플러를 나타내 보인 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing an asymmetric optical fiber coupler according to an embodiment of the present invention,

도 2는 도 1의 비대칭 광섬유 커플러의 사이드 광섬유를 통해 입사된 광선의 메인 광섬유로의 순방향 결합효율을 분석하기 위한 도면이고,FIG. 2 is a diagram for analyzing forward coupling efficiency of light incident through a side optical fiber of the asymmetric optical fiber coupler of FIG. 1 to a main optical fiber,

도 3은 도 2의 사이드 광섬유에 대해 설정한 좌표계 및 파라미터를 도시한 도면이고,3 is a diagram illustrating a coordinate system and parameters set for the side optical fiber of FIG. 2;

도 4는 도 1의 비대칭 광섬유 커플러의 센싱부로부터 반사된 광의 사이드 광섬유로의 역방향 결합효율을 분석하기 위한 좌표계 및 파라미터를 나타내 보인 도면이고,4 is a view illustrating a coordinate system and parameters for analyzing the reverse coupling efficiency of the light reflected from the sensing unit of the asymmetric optical fiber coupler of FIG. 1 to the side optical fiber,

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 비대칭 광섬유 커플러를 나타내 보인 단면도이고,5 is a cross-sectional view illustrating an asymmetric optical fiber coupler according to another embodiment of the present invention;

도 6은 도 1의 구조로 된 비대칭 광섬유 커플러의 접착층의 굴절율 및 결합각의 변화에 따른 순방향 결합효율을 시뮬레이션에 의해 산출한 결과를 나타내 보인 그래프이고,FIG. 6 is a graph illustrating results obtained by simulation of forward coupling efficiency according to changes in refractive index and coupling angle of an adhesive layer of the asymmetric optical fiber coupler having the structure of FIG.

도 7은 도 1의 구조로 된 비대칭 광섬유 커플러의 접착층의 굴절율 및 결합각의 변화에 따른 역방향 결합효율을 시뮬레이션에 의해 산출한 결과를 나타내 보인 그래프이고,FIG. 7 is a graph illustrating results obtained by simulation of reverse coupling efficiency according to changes in refractive index and coupling angle of an adhesive layer of the asymmetric optical fiber coupler having the structure of FIG.

도 8은 도 1의 구조로 제작된 비대칭 광섬유 커플러의 접착층의 굴절율 및 결합각의 변화에 따른 순방향 결합효율을 측정한 결과를 시뮬레이션값과 비교해 나 타내 보인 그래프이고,FIG. 8 is a graph showing the results of measuring the forward coupling efficiency according to the change in the refractive index and the coupling angle of the adhesive layer of the asymmetric optical fiber coupler manufactured by the structure of FIG.

도 9는 도 1의 구조로 제작된 비대칭 광섬유 커플러의 접착층의 굴절율 및 결합각의 변화에 따른 역방향 결합효율을 측정한 결과를 시뮬레이션값과 비교해 나타내 보인 그래프이다.FIG. 9 is a graph illustrating the results of measuring the reverse coupling efficiency according to the change of the refractive index and the coupling angle of the adhesive layer of the asymmetric optical fiber coupler manufactured by the structure of FIG.

Claims (4)

제1코어와, 상기 제1코어를 감싸는 제1클래드로 되어 일정길이 연장된 메인 광섬유와;A main optical fiber extending a predetermined length from a first core and a first cladding surrounding the first core; 상기 메인 광섬유의 중간 부분에서 제1코어와 경사지게 접합되며 상기 제1코어보다 작은 외경을 갖는 제2코어와 상기 제2코어를 감싸는 제2클래드로 형성된 사이드 광섬유;를 구비하고,And a side optical fiber that is inclinedly bonded to the first core at an intermediate portion of the main optical fiber, and has a second core having an outer diameter smaller than the first core and a second cladding surrounding the second core. 상기 제1 코어 및 제2코어는 동일한 플라스틱 소재로 형성되고, 상기 제1코어와 상기 제2코어의 접합부분은 상기 제1코어와 굴절율 차이가 1% 이내인 접합제로 접합되어 있고,The first core and the second core are formed of the same plastic material, the bonding portion of the first core and the second core is bonded with a bonding agent having a refractive index difference of less than 1%, 상기 사이드 광섬유는 상기 메인 광섬유로 진행할 수록 외경이 점진적으로 작아지는 테이퍼진 형상으로 형성되어 있으며, The side optical fiber is formed in a tapered shape in which the outer diameter gradually decreases as the main optical fiber proceeds. 상기 사이드 광섬유와 상기 메인 광섬유와의 결합각은 8 내지 15°인 것을 특징으로 하는 비대칭 광섬유 커플러.And a coupling angle between the side optical fiber and the main optical fiber is 8 to 15 °. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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