KR100991116B1 - 미광을 분산시키기 위한 광섬유 구성 - Google Patents

미광을 분산시키기 위한 광섬유 구성 Download PDF

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Abstract

광전송 섬유는 보호 중합체 외부 코팅 하부에 배치된 비교적 작은 굴절률(index), 비교적 얇은 외부 박(thin) 피복층을 포함하도록 형성된다. 섬유 내의 내부 피복층 들을 따라서 전파하는 미광(stray light)은 외부 박 피복층으로 굴절하게 된다(굴절률 값의 적절한 선택에 의하여). 외부 박 피복층의 치수는 얇기 때문에 미광의 존재와 관련된 코팅의 가열을 최소화하도록 제어된 점진적인 방식으로 외부 코팅 내로 미광이 누설하는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 섬유는 또한 코팅 내로의 미광의 이동을 돕도록 굽혀질 수 있다.
광섬유, 미광, 피복층, 코팅, 굴절률

Description

미광을 분산시키기 위한 광섬유 구성{OPTICAL FIBER CONFIGURATION FOR DISSIPATING STRAY LIGHT}
본 발명은 광섬유 레이저, 증폭기 또는 광 결합기(light combiner) 용도 적용에서 미광의 존재를 관리하는데 유용한 광섬유에 관한 것이고, 특히 내부 피복층(cladding)과 외부 코팅 사이에 배치된 외부 박(thin) 피복층을 포함하는 광섬유에 관한 것이며, 상기 외부 박 피복층은 내부 피복층에 존재하는 임의의 광(펌프 및/또는 신호)을 수용하고 관리하며, 섬유의 외부 코팅의 가열을 최소화하도록 제어된 방식으로 이러한 미광을 분산시키는데 사용된다.
레이저, 증폭기 및 광 결합기와 같은 피복-펌핑된(cladding-pumped) 섬유 디바이스는 고전력 통신 시스템, 프린터용 광원, 의료 광학 기기용 레이저 등을 포함하는 광범위한 광학 응용 분야에서 중요하다. 전형적인 피복-펌핑된 광섬유는 신호 코어와 다수의 피복층을 포함한다. 코어를 둘러싸는 내부 피복층은 전형적으로 큰 단면적(코어와 비교하여) 및 고 개구수(numerical aperture, NA)의 실리카 피복층이다. 내부 피복층의 모드들은 코어와의 양호한 중첩성을 나타내는 것을 보장하도록 통상 비원형이다. 외부 코팅은 통상적으로 작은 굴절률의 중합체로 구성된다. 코어의 굴절률은 내부 피복층의 굴절률보다 크고, 순차적으로 내부 피복층의 굴절률은 외부 코팅의 굴절률보다 크다.
피복-펌핑된 섬유의 주요 이점은 저 휘도의 소스로부터의 광을 싱글 모드 섬유 코어에서의 고 휘도의 광으로 변환할 수 있다는 것이다. 다이오드 어레이와 같은 저 휘도의 소스로부터의 광은 큰 단면적과 고 개구수의 결과로서 내부 피복층 내에 결합될 수 있다. 피복-펌핑된 레이저 또는 증폭기에서, 코어는 이테르븀(Yb) 또는 에르븀(Er)과 같은 희토류가 도핑된다. 피복층에서의 광은 코어와 상호 작용하고, 희토류 도펀트(dopant)에 의해 흡수된다. 광신호가 펌핑된 코어를 통과하면, 광신호는 증폭된다. 대안적으로, 광 피드백이 제공되면(브래그 회절 격자 광 캐비티(Bragg grating optical cavity)를 구비하는 경우와 같이), 피복-펌핑된 섬유는 피드백 파장에서 레이저 발진기로서 작용하게 된다.
도 1은 코어(2), 내부(또는 펌프) 다중 모드 피복층(3), 및 외부 코팅(4)을 가지는 예시적인 종래의 피복-펌핑된 섬유(1)를 도시한다. 내부 피복층(3)이 코어(2)보다 작은 굴절률을 보여서, 코어(2)를 따라서 전파하는 광 신호(L)는 도 1에 도시된 바와 같이 그 내부에 한정되어 유지하게 된다. 유사하게, 외부 코팅(4)은 도시된 바와 같이 내부 피복층(3)의 경계 내에서 펌핑하는 광(P)을 제한한다. 피복-펌핑된 배열에 따라서, 펌핑 광(P)을 포함하는 광선(ray)들은 광 신호(L)를 발생 또는 증폭시키도록 내부의 활성 물질에 의한 흡수를 위하여 주기적으로 코어(2)를 교차한다. 내부 피복층(3)이 다중 모드이기 때문에, 도 1의 화살표에 의해 도시된 것과는 다른 많은 광선들이 내부 피복층(3) 내에서 전파할 수 있다는 것을 유념해야 한다.
피복-펌핑된 섬유 디바이스의 잠재력(potential)의 완전한 개발을 방해하는 곤란성은 내부 피복층으로 충분한 수의 저 휘도의 소스를 효율적으로 결합하는 것에 관한 문제이다. 이러한 문제에 대한 제안된 해법은 "피복-펌핑된 섬유 디바이스의 내부 및 외부로의 광을 결합하기 위한 테이퍼진 섬유 묶음"이라는 발명의 명칭으로 1999년 1월 26일자로 디. 제이. 디지오반니(D. J. DiGiovanni) 등에 허여된 미국특허 5,864,644에 개시되어 있다. 디지오반니 등의 배열에서, 광은, 개개의 섬유들을 밀접 포장된(close-packed) 형태로 그룹화하고 묶음이 테이퍼진 구성으로 초래될 수 있는 온도로 모여진 섬유들을 가열하는 것에 의하여 형성되는 테이퍼진 섬유 묶음의 사용에 의하여, 다수의 소스로부터 피복-펌핑된 섬유로 결합된다. 테이퍼는 융착 접속 되어 피복-펌핑된 섬유로 한다. 도 2는 이러한 디지오반니 등의 종래의 접근의 예시적인 실시예를 도시하는 것으로, 다수의 펌프 섬유(5)가 코어(6)를 포함하는 섬유 주위에 분포되는 것으로서 도시되었다. 도시된 바와 같이, 전체 묶음(7)은 융해되어 구획(8)을 따라서 단일 출력 피복-펌핑된 섬유(9)로 테이퍼진다. 기술된 바와 같이, 섬유 묶음의 테이퍼링은 피복-펌핑된 섬유(9)의 단부에 결합된 펌프 광의 세기를 증가시키도록 수행된다. 다중 펌프 구역의 NA가 펌프 섬유의 NA보다 훨씬 크므로, 섬유 묶음의 테이퍼는 광 펌프 세기에서의 증가를 가능하게 하는 한편, 다중 펌프 구역의 각 허용도(angular acceptance) 내에 남는 것을 가능하게 한다.
디지오반니 등의 테이퍼진 섬유 묶음이 섬유 증폭기, 레이저 또는 광 결합기로 다중 광 신호를 결합하는 효율을 크게 개선하는 것을 알 수 있었을지라도, 시스템 내에서의 "미광"의 존재로 인한 문제가 해결되어야 하는 것은 여전히 남게 된다. 미광은 이득 섬유 내의 자연 증폭 방출(amplified spontaneous emission, ASE), 흡수되지 않거나 산란된 펌프 광, 및 코어의 외부로 그리고 내부 피복층의 내로 산란한 신호 광과 같은 다수의 상이한 소스로부터 발생하는 것을 알았다. 도 1의 종래의 배열이 최소의 감쇠를 가지고 그리고 섬유의 가열 없이 미광을 전송할 수 있지만, 내부 피복층(3)의 경계 내에서 영구적으로 수용되지 않으면, 미광은 치명적 가열(catastrophic heating)을 초래할 수 있다. 피복층으로부터의 미광의 탈출은 피복 광의 NA가 내부 피복층(3)과 외부 코팅(4) 사이의 NA를 초과하도록 동요부(perturbation, 테이퍼와 같은)에서 증가하면 발생할 수 있다. 이러한 상황에서, 피복 광은 굴절하여 외부 코팅(4)으로 들어가 거기에서 흡수되어, 국부화된 원하지 않는 가열량을 발생시킨다. 미광은 또한 출력 섬유(고 굴절률의 외부 코팅을 가지는 섬유와 같은)에 접합된 지점 또는 피복층으로 광을 결합하는데 충분한 정도로 굽혀지는 섬유를 따르는 어떤 지점과 같은 피복-펌핑된 섬유의 종료점에서 외부 코팅(4)으로 굴절할 수 있다.
도 3은 미광이, 이 경우에 도 1의 피복-펌핑된 섬유(1)와 출력 섬유(11) 사이의 접합부(S)에서 종료 상태와 결합되는 상술한 상황을 도시한다. 도시된 바와 같이, 피복-펌핑된 섬유(1)의 종료점에 남아있는 흡수되지 않거나 산란된 펌프 광은 출력 섬유(11)로 들어가서, 고 굴절률의 중합체 외부 코팅(13) 내로 굴절한다. 중합체 외부 코팅(13)의 흡수가 유리의 흡수보다 훨씬 크기 때문에, 광의 상당한 부분이 코팅(13)에 의해 흡수되어 열로 변환된다. 이러한 열이 충분히 국부화되면, 섬유는 타거나 또는 치명적인 오류를 겪는 지점을 손상시킬 수 있다. 흡수되지 않은 펌프 광의 존재 외에, 신호 광이 또한 섬유(1)의 종료점에서 코어 구역(2)으로부터 산란될 수 있으며, 그래서, 신호 광은 내부 피복층(15)을 따라서 전파하게 되며, 또한 추가의 가열을 유발하도록 고 굴절률의 피복층(13)으로 굴절할 수 있다.
가열이 2개의 다른 섬유(도 3에서 도시된 바와 같은)들 사이의 접합 위치에서 발생할 수 있지만, 동일한 섬유들 사이의 접합 또한 광 산란을 유발하는 약간의 결함의 결과로서 열을 발생시킬 수 있다. 섬유를 따라서 다양한 다른 형태의 동요부들이 섬유를 따라서 미광의 존재를 증가시킬 수 있으며, 그러므로 섬유를 국부적으로 가열하는 문제를 잠재적으로 악화시킨다. 광 출력 레벨이 증폭기 응용에서 높기 때문에, 에너지를 점진적으로 분산시키는 것이 가장 좋으며, 그러므로 섬유 또는 관련된 광 부품들중 어떠한 것의 국부적인 가열을 방지한다.
이러한 문제점을 다루는 것에 대한 종래의 시도는 전송 경로를 따라서 산재된 "흡수" 섬유의 구역들의 사용을 수반하고, 이러한 구역들은 전형적으로 필요한 흡수도(absorbance) 선택성을 제공하도록 충분한 농도로 희토류 이온과 같은 선택적 흡수종(absorbing specie)을 포함한다. 2004년 6월 3일자로 비. 제이. 아인스라이 (B. J. Ainslie) 등에 허여된 미국특허 6,574,406 및 2004년 9월 9일 공개된 레이스 등에 의한 미국특허출원공개 2004/0175086은 이러한 원리의 2개의 상이한 배열을 개시한다.
이러한 배열들이 일정 정도의 미광 관리를 제공하지만, 이러한 능력을 제공하는 섬유들의 선택된 구역의 이용은 그 유용성을 제한한다. 예를 들어, 새로운 접합이 섬유에 추가되거나 또는 굽힘이 새로운 위치에 도입되면, 흡수 섬유 구역들은 추가의 미광을 분산시키도록 적절하게 위치되지 않을 수 있다. 더욱이, 섬유 구역 치수는 에너지가 충분히 점진적인 방식으로 분산되는 것을 보장하도록 신중히 제어되는 것을 필요로 한다.
그러므로, 섬유의 가열 및/또는 미광의 존재에 기인하는 다른 오류 모드를 최소화하도록 광섬유 내에서의 미광의 존재를 관리할 수 있는 구성에 대한 필요성이 종래의 기술에 남아 있다.
종래 기술에 남아있는 문제점은 미광을 제어 가능하게 분산시키도록 구성되는 광섬유에 관한, 특히 내부 피복층으로부터 굴절하는 광을 수용하고 섬유의 외부 코팅의 연장된 부분을 따라서 제어된 방식으로 광을 분산시키도록 내부 피복층과 섬유 외부(중합체) 코팅 사이의 외부박 피복층의 포함에 관해 본 발명에 의해 다루어진다.
본 발명에 따라서, 외부 피복층이 내부 피복층과 외부 코팅의 굴절률 값에 대하여 단계적인 굴절률 또는 점진적(graded)인 굴절률 프로파일을 나타낼 수 있는 경우에, (내부 피복층 내에서 광의 굴절을 촉진하기 위하여) 외부 박 피복층은 내부 피복층의 굴절률보다 작은 굴절률을 보이도록 형성된다.
하나의 실시예에서, 다수의 산란 또는 흡수 지점(site)들은 내부 피복층으로부터 외부 피복층으로 미광의 이동을 촉진하도록 외부 피복층 내에 또는 내부 및 외부 피복층 사이의 경계에 형성된다.
얇은(누설하기 쉬운) 외부 피복층이 미광의 열관리가 관련된 임의의 섬유 기반 배열에서 실제적으로 이용될 수 있다는 것이 본 발명의 한 양태이다. 예를 들어, 섬유 증폭기, 광섬유 레이저, 레이저 결합기 묶음 모두는 문제로 될 수 있는 미광 에너지의 상당한 양을 발생시킨다. 또한, 환경적 상황(섬유가 굽힘 위치 또는 상이한 섬유 구역들 사이의 접합에서 구성될 필요가 있는 경우에서와 같이)이 미광의 존재를 증가시킬 수 있다. 이러한 상항의 어느 것에 있어서도, 중합체 기반 섬유 외부 코팅에 인접한 외부 박 피복층의 포함은 외부 코팅의 연장된 부분을 따르는 미광의 분산을 제어 가능하게 관리하게 된다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예와 특징들은 다음의 설명동안 첨부된 도면을 참조하여 명확하게 된다.
본 발명에 따라서, 광전송 섬유는 내부 피복층을 에워싸고 미광(잔류 펌프 광 및/또는 굴절된 신호 광을 포함하는)을 포획하여 수용하도록 배치된 비교적 외부 박 피복층을 포함하도록 형성된다. 외부 박 피복층의 제한된 두께는 미광이 외부 박 피복층을 따라 전파하는 것을 가능하게 하는 한편, 제어된 방식으로 외부 코팅으로의 "누설" 또는 "터널링(tunneling)"을 가능하게 한다. 바람직한 실시예에서, 단지 10㎛의 두께(또는 더욱 바람직하게는 5㎛)가 외부 박 피복층을 위하여 한정된다. 미광을 외부 코팅의 연장된 부분을 따라서 분산되도록 강요하는 것에 의하여, 중합체 외부 코팅의 국부화된 가열은 사실상 제거되어, 섬유의 열적으로 유도된 치명적 오류를 방지한다.
예시적인 종래의 테이퍼진 섬유 묶음(10)이 도 4에 도시되어 있으며, 이 경우에, 묶음(10)에 융해된 피복-펌핑된 섬유(12)로부터 묶음(10) 내로 다시 들어오는 후향(backward) 산란 미광의 전파를 도시한다. 묶음(10)은 다수의 펌프 섬유(14)와 신호 섬유(16)를 포함하는 것으로 도시된다. 종래의 공지된 방법을 사용하여, 묶음(10)은 2개의 섬유들이 함께 융해 접합되는 위치(F)에서 그 외경이 피복-펌핑된 섬유(12)의 외경과 일치할 때까지 단열적으로 테이퍼진다. 신호 섬유(16)는 비교적 큰 지름(예를 들어 125㎛)의 피복층(18)에 의해 둘러싸인 코어 구역(17, 단일 모드 또는 다중 모드일 수 있다)을 포함한다. 펌프 섬유(14)는 비교적 큰 실리카 코어(13, 예를 들어 105㎛) 및 얇은(예를 들어 10㎛) 작은 굴절률의 피복층(15)을 포함한다. 상기된 바와 같이, 피복층(18)의 굴절률은 코어를 따라서 섬유 축선으로 전파하는 신호광을 한정하도록 코어 구역(17)의 굴절률보다 작다.
심지어 소량의 미광이 테이퍼진 섬유 묶음(10)의 온도를 상당히 증가 시켜, 치명적 오류를 초래하는(때때로) 것이 공지되었다. 상기된 바와 같이, 미광은, 신호 섬유(16) 내에 ASE를 포함하는 하나 이상의 소스, 즉 역 전파 펌프 소스(도 4에서 "후향" 화살표로 지시된 바와 같은)과 관련된 흡수되지 않은 펌프 광(P) 및/또는 신호 섬유(16)의 코어 구역으로부터 산란하는 신호 광으로부터 발생한다. 도 5는 미광의 존재가 묶음을 형성하는 각각의 섬유 내에 결합되는 후향 전파 신호의 사용에 의하여 유도되는 원리를 예시하는 광/열적 사진을 포함한다. 섬유를 분리하고 열 카메라로 이러한 온도를 모니터링하는 것에 의하여, 신호 섬유(16) 내의 상당히 고 온도는 열 이미지의 중심 내에 있는 흰점(white spot)에 의하여 분명하게 된다.
도 5의 사진에 도시된 바와 같이, 신호 섬유와 펌프 섬유 사이에서 발생된 온도 차이는 펌프 섬유와 함께 이용되는 특정 피복 구조에 기인할 수 있다. 특히, 그리고 도 4를 참조하여, 종래의 신호 섬유(16) 내에 결합되는 후향 진행 광은 주위의 피복층(18)으로 들어가고, 그런 후에 외부 중합체 코팅(19) 내로 안내된다. 중합체가 고 흡수율을 가지기 때문에, 이러한 광은 불필요한 열 에너지로 신속하게 변환된다. 한편, 펌프 섬유(14)로 들어가는 광은 전적으로 실리카 코어(13)에 의해 포획되며, 실리카 코어(13)와 저 굴절률의 피복층(15) 사이의 유리 계면(interface)에서 안내된다. 그 결과, 펌프 섬유 내에서 후향 전파하는 광은 위에 놓인 중합체와 최소로 상호 작용하여, 현저한 가열 발생이 없다. 그러므로, 본 발명에 따라서, 신호 섬유를 따라서 전파하는 미광과 관련된 가열의 양은 섬유의 길이를 따라서 광 에너지의 분포를 관리하도록 추가의 피복층을 통합하는 것에 의하여 감소된다.
도 6은 본 발명에 따라서 형성된 테이퍼진 섬유 묶음을 예시하고, 여기에서, 신호 섬유(30)는 특히 내부 피복층을 따라서 전파하는 미광을 없애고 외부 코팅의 연장된 부분을 따른 이러한 미광을 제어 가능하게 누설하는데 사용되는(즉, "누설하기 쉬운"), 저 굴절률의 외부 박 피복층을 포함하도록 구성된다. 이러한 누설(또는 터널링) 효과는 이후에 기술되는 바와 같이 섬유를 굽히는 것에 의하여 향상될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같은 펌프 섬유(14)는 도 4의 종래의 구조에 포함되는 것들과 본질적으로 동일하다.
도 7은 본 발명에 따라서 형성된 예시적인 열적으로 관리된, 고출력 신호 섬유(30)의 단면도를 포함한다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 열적으로 관리된 고출력 신호 섬유(30)는 코어 구역(32), 비교적 큰 단면적의 내부 피복층(34), 외부 박 피복층(36, 외부 박 피복층(36)이 내부 피복층(34) 보다 작은 굴절률(일정 값의 굴절률 또는 점진적인 굴절률 값)을 가진다), 및 외부 피복층(36)을 덮는 중합체 코팅(38, 내부 피복층(34) 보다 큰 굴절율을 가지는 코팅(38))을 포함한다. 도 8은 본 발명의 이러한 특정 실시예의 예시적인 섬유(30)에 대한 굴절률 프로파일(비축척)을 포함한다.
상기된 바와 같이, 외부 박 피복층(36)은 펌프 광 또는 굴절된 신호 광중 어느 하나를 유지하면서 임의의 미광을 포획하여 안내하도록 기능하고, 이러한 광이 중합체 코팅(38)의 국부화된 부분들과 직접 상호작용하여 가열되는 것을 방지한다. 외부 피복층(36)이 비교적 얇도록 의도적으로 형성되기 때문에(예를 들어 두께에 있어서 10㎛, 또는 심지어 5㎛ 이하), 광이 외부 피복층(36)을 따라서 전파됨으로써 미광은 중합체 코팅(38) 내로 점진적으로 누설/터널링하게 된다. 실제로, 외부 피복층(36)의 두께를 10㎛ 이하로 유지하는 것에 의하여, 미광은 광 에너지가 이후에 점차적으로 외부 코팅(38)의 연장된 부분을 따라서 분포되도록 외부 피복층(36)을 통하여 터널링하게 된다.
외부 피복층(36)으로부터 중합체 코팅(38) 내로의 터널링은 상술된 바와 같이 섬유를 굽히는 것에 의하여 향상될 수 있다. 특히, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 섬유의 굽힘 지름이 감소됨으로써, 구조는 보다 손실이 많게 된다. 도 9의 그래프는 도 10의 관련 굴절률 프로파일에서 도시된 바와 같이 105㎛의 코어 지름, 114㎛의 외부 피복층 지름, 및 250㎛의 외부 코팅 지름을 가지는 섬유에 대하여 발생되었다. 내부 및 외부 피복층 사이의 굴절률에 있어서의 차이(△n)는 대략 0.0167이며, 외부 코팅은 내부 피복층보다 높은 굴절률을 가지는 종래의 UV 경화 아크릴레이트 코팅이다. 코어는 광으로 완전히 충전되었으며, 처리량은 다양한 굽힘 지름(bend diameter)에서 모니터링되었다. 도 9에 도시된 바와 같이, 광의 손실률은 굽힘 지름을 변화시키는 것에 의하여 조정될 수 있다. 심지어 보다 큰 굽힘 지름에서, 광 손실이 제로가 아닌(non-zero) 것을 유념해야 한다. 외부 피복층(36)의 얇은 치수때문에, 굽힘은 코어 구역(32) 내의 신호의 전파에 영향을 미치지 않고 수행될 수 있다.
대부분의 실시예에서, 내부 피복층(34)과 외부 피복층(36) 사이의 NA는 대략 0.15-0.33의 범위 내에 있어야 한다. 그러므로, 이러한 값을 사용하여, 외부 피복층(36)은 10㎛ 이하의 두께를 포함하고, 코어 구역(32)에서 전파하는 광 신호를 분산시킴이 없이 충분한 굽힘 손실(bend loss)을 제공한다. 외부 피복층(36)은 유리 또는 중합체 물질을 포함할 수 있다. 피복층(36)은 내부 피복층(34)으로부터 광 에너지의 제거 및 중합체 코팅(38)을 따른 에너지의 분포를 촉진하도록 그 벌크(bulk) 내 또는 그 내부면에서 산란 지점(예를 들어 알루미나 분말 또는 결정화된 중합체와 같은)을 포함하도록 또한 형성될 수 있다. 코팅(38)은 제조 공정 동안 광섬유에 도포될 수 있거나, 또는 섬유가 패키징됨으로써 추후에 히트 싱크 그리스 또는 결합 에폭시를 사용하여 도포될 수 있다.
상기의 설명이 테이퍼진 섬유 묶음의 신호 섬유 내에서 열 관리의 문제에 초점이 맞추어졌지만, 유사한 열 관리 문제가 광의 흡수로 인한 가열에 관심이 있는 다른 광섬유 기반 광학 장치에도 존재하는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 섬유 접합 및 섬유 굽힘은 시스템 내로 미광을 도입하도록 공지된 구성이다. 이들 경우에 있어서, 작은 굴절률의 외부 박 피복층을 포함하는 유사하게 구성된 고출력 신호 섬유는, 이러한 미광의 제거를 촉진하고 외부 코팅의 연장된 부분을 따라서 광을 분산시키는데 이용될 수 있다. 실제로, 분리된 광원들과 관련된 다수의 섬유들이 테이퍼를 통하여 묶음으로 결합되고 보다 큰 코어 전송 섬유에 대한 입력으로 그룹으로 제공되는 레이저 결합기 장치가 개발되었다. 도 11은 본 발명에 따라서 미광의 열 관리를 제공하도록 각각의 레이저 입력 섬유를 따라 외부 박 피복층의 부가를 포함하는 하나의 그러한 레이저 결합기 장치를 도시한다.
도 11을 참조하여, 레이저 결합기(40)는 테이퍼진 배열을 통하여 큰 다중 모드 코어 섬유(42) 내로 결합되는 다수의 신호 섬유(30) (30-1, 30-2 및 30-3으로서 도시됨)을 포함하는 것으로 도시되었다. 각각의 입력 신호 섬유(30)는 섬유 레이저로부터의 단일 모드 광과 같은 고 휘도, 저 NA 광을 포함한다. 이러한 레이저 결합기(40)의 의도된 응용은 광의 상당한 부분(significant fraction, 용융된 금속면으로부터 반사)이 미광으로서 신호 섬유의 묶음으로 다시 반사될 가능성이 높은, 재료 프로세싱과 관련된다. 섬유(30)의 묶음의 입구에 도달하면, 미광의 일부 부분은 개개의 코어들(32) 사이의 틈새 공간[(예시적인 다수의 코어 및 이러한 레이저 전파 섬유들의 묶음에서 넓은 틈새 공간(extensive interstitial spacing)의 예시에 대한 도 12 참조)]으로 들어가서, 주위의 피복 구역(34)으로 안내된다. 그러므로, 상기된 바와 동일한 방식으로, 외부 중합체 코팅(38)의 가열과 관련된 문제는 미광을 포획하고, 이러한 광을 중합체 코팅(38)의 연장된 길이를 따라서 점진적으로 분산시키는 외부 피복층(36)을 포함하는 것에 의하여 최소화된다.
사실, 상기 실시예들이 본 발명의 원리의 대표적인 응용을 나타낼 수 있는 많은 가능한 특정 실시예들중 단지 소수의 예시인 것을 이해하여야 한다. 무수히 많고 변화된 다른 배열들이 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 만들어질 수 있다.
도 1은 종래의 피복-펌핑된 광섬유의 측면도.
도 2는 피복-펌핑된 광섬유로의 예시적인 종래의 테이퍼진 섬유 묶음 입력의 측면도.
도 3은 접합부에서 미광의 생성에 대한 가능성을 도시하는, 피복-펌핑된 섬유와 전송 섬유 사이의 접합부 위치의 측면도.
도 4는 섬유 묶음 내로의 후향 전파 미광의 도입을 도시하는, 종래의 테이퍼진 섬유 묶음의 상세도.
도 5는 미광의 존재의 결과로서 신호 섬유의 국부화된 가열의 발생을 도시하는, 도 4의 종래의 테이퍼진 묶음의 광/열 사진.
도 6은 외부 코팅을 따라서 미광을 제어 가능하게 분산시키도록 신호 섬유 내에 외부 박 피복층을 포함하는 "열적 관리된 광 전송 섬유"를 포함하는, 본 발명에 따라서 형성된 예시적인 테이퍼진 섬유 묶음의 측면도.
도 7은 본 발명에 따라서 형성된 예시적인 열적 관리된 광 전송 섬유의 단면도.
도 8은 도 7의 본 발명의 섬유에 대한 굴절률 프로파일을 도시한 도면.
도 9는 미광의 제거 및 분산을 돕도록 제어된 섬유 굽힘의 사용을 도시하는, 섬유 굽힘 반경의 함수로서의 광 손실의 그래프.
도 10은 도 9의 그래프에 대한 데이터를 수집하도록 사용된 본 발명의 예시적인 섬유의 굴절률 프로파일을 도시한 도면.
도 11은 각각의 섬유가 미광을 분산시키도록 외부 박 피복층을 포함하는, 본 발명에 따라서 형성된 예시적인 레이저 결합기의 측면도.
도 12는 시스템 내에서 미광의 발생을 일으킬 수 있는 상당한 양의 틈새 공간(섬유 코어들 사이)을 도시하는, 도 11의 레이저 전파 섬유들과 광섬유 사이의 접합점 위치의 절개도.

Claims (15)

  1. 미광의 제거를 촉진하도록 구성된 광섬유로서,
    광신호를 실질적으로 한정하여 전파하기 위한 코어 구역;
    상기 코어 구역을 둘러싸며, 상기 코어 구역의 굴절률보다 작은 굴절률을 나타내는 내부 피복층;
    상기 내부 피복층을 둘러싸며, 상기 내부 피복층을 따라서 전파하는 미광을 포획하도록 상기 내부 피복층의 굴절률보다 작은 굴절률을 나타내며, 포획된 미광을 광섬유로부터 멀어지게 제어가능하게 분산시키도록 선택된 두께를 가지는 외부 박(thin) 피복층; 및
    상기 외부 박 피복층을 둘러싸는 외부 코팅을 포함하며;
    상기 외부 박 피복층에 의해 포획된 미광은 상기 외부코팅의 연장된 길이에 걸쳐서 상기 외부 코팅 내로 점진적으로 터널링하여, 미광에 의한 상기 외부 코팅의 국부화된 가열을 감소시키는 광섬유.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 박 피복층은 상기 내부 피복층으로부터 상기 외부 박 피복층으로 미광을 효과적으로 이동시키기 위하여 다수의 산란 지점을 추가로 포함하는 광섬유.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 피복층과 외부 박 피복층 사이의 개구수는 0.15 내지 0.33의 범위에 있는 광섬유.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 박 피복층은 10㎛이하의 두께를 보이는 광섬유.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 외부 박 피복층은 5㎛ 이하의 두께를 보이는 광섬유.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 피복층은 중합체 물질을 포함하는 광섬유.
  7. 제 1 항에 있어서, 굴절률에서 실질적으로 단계적인 굴절률 차이는 상기 내부 피복층과 상기 외부 박 피복층 사이에 존재하는 광섬유.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 내부 및 외부 피복층 사이의 굴절률 차이는 대략 0.0167인 광섬유.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 박 피복층은 상기 내부 피복층과의 경계면으로부터 상기 외부 피복층으로 값이 감소하는 점진적인 굴절률 프로파일을 나타내는 광섬유.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 박 피복층은 상기 내부 피복층과의 경계면으로부터 상기 외부 코팅층으로 값이 증가하는 점진적인 굴절률 프로파일을 나타내는 광섬유.
  11. 다수의 별개의 광신호를 결합하고 관련 전송 섬유에 단일 입력으로서 다수의 신호를 제공하기 위한 테이퍼진 섬유 묶음으로서,
    적어도 하나의 섬유가 실질적으로 단일 모드의 광 입력 신호의 전송을 지원하며, 다수의 광신호의 전송을 지원하기 위한 다수의 섬유들을 포함하며;
    상기 각각의 섬유는,
    상기 관련 광신호를 포함하여 전파하기 위한 코어 구역;
    상기 코어 구역을 둘러싸며, 상기 코어 구역의 굴절률보다 작은 굴절률을 나타내는 내부 피복층;
    상기 내부 피복층을 둘러싸며, 상기 내부 피복층을 따라서 전파하는 미광을 포획하도록 상기 내부 피복층의 굴절률보다 작은 굴절률을 나타내며, 포획된 미광을 광섬유로부터 멀어지게 제어가능하게 분산시키도록 선택된 두께를 가지는 외부 박 피복층; 및
    상기 외부 박 피복층을 둘러싸는 외부 코팅을 포함하며;
    상기 외부 박 피복층에 의해 포획된 미광은 상기 외부 코팅의 연장된 길이에 걸쳐서 상기 외부 코팅 내로 점진적으로 터널링하여, 미광에 의한 상기 외부 코팅의 국부화된 가열을 감소시키는 테이퍼진 섬유 묶음.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 테이퍼진 섬유 묶음은 피복-펌핑된 섬유 증폭기에 대한 입력으로서 이용되며, 상기 다수의 섬유들은 상기 실질적으로 단일 모드의 광 입력 신호의 전송을 지원하기 위한 신호 섬유를 포함하며, 나머지 섬유는 한 세트의 별개의 펌프 신호의 전파를 지원하는 테이퍼진 섬유 묶음.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 테이퍼진 섬유 묶음은 고출력의 큰 코어 전송 섬유에 대한 입력으로서 이용되며, 상기 다수의 섬유들중 각각의 섬유는 입력 레이저 신호의 전송을 지원하고, 그 후에 고출력의 큰 코어 전송 섬유 내에서 결합되는데 이용되는 테이퍼진 섬유 묶음.
  14. 적어도 하나의 코어 구역, 내부 피복층 및 외부 중합체 코팅을 포함하는 광섬유를 따라서 전파하는 미광을 제어 가능하게 제거하는 방법으로서,
    상기 외부 중합체 코팅 바로 내측에 외부 박 피복층을 포함하는 단계;
    상기 외부 박 피복층 내에 있는 적어도 내부 피복층을 따라서 전파하는 미광을 포획하는 단계; 및
    상기 외부 중합체 코팅의 연장된 부분을 따라서 상기 외부 중합체 코팅 내로 미광을 점진적으로 분산시키는 단계로서, 상기 점진적인 분산이 미광에 의한 상기 외부 코팅의 국부적인 가열을 최소화하도록 적어도 상기 외부 박 피복층의 두께에 의해 제어되는 단계를 포함하는, 미광을 제어 가능하게 제거하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 외부 중합체 코팅 내로 미광의 점진적인 분산을 더욱 제어하도록 상기 섬유를 굽히는 단계를 추가로 포함하며, 굽힘 반경을 증가시키는 것은 상기 외부 박 피복층으로부터 상기 중합체 외부 코팅으로 미광의 이동을 증가시키는, 미광을 제어 가능하게 제거하는 방법.
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