KR101087396B1 - 광섬유 장주기 격자 제조 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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한영근
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 광섬유 장주기 격자 제조 장치는, 장주기 격자가 형성될 광섬유의 일부분이 사이에 배치되도록 광섬유를 고정시키며, 광섬유에 장력을 인가하는 장력 인가부; 및 광섬유에 접근 및 이격 가능하게 마련되며, 광섬유에 열을 가함으로써 장주기 격자를 형성하는 열 제공부;를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 광섬유에 장력 및 열을 동시에 인가함으로써 장주기 격자를 형성하기 때문에 장주기 격자의 제조 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 광섬유의 재현성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 손실을 저하시킬 수 있다.

Description

광섬유 장주기 격자 제조 장치 및 그의 제조 방법{Apparatus to fabricate long-period fiber grating and method to fabricate thereof}
광섬유 장주기 격자 제조 장치 및 그의 제조 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 광섬유에 장력 및 열을 동시에 인가함으로써 장주기 격자를 형성하기 때문에 장주기 격자의 제조 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장주기 격자 제조 장치 및 그의 제조 방법이 개시된다.
최근 들어, 다양한 방법으로 광섬유에 주기적인 굴절율의 변화를 준 광섬유 격자가 제작되고 있으며, 이러한 원리를 이용하여 광섬유 격자 소자에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다.
여기서 광섬유 격자는 광섬유 소자로서, 게르마늄이 첨가된 특수한 광섬유에 강한 자외선 빔의 간섭 패턴을 인가하거나 광섬유 외부에 탄소봉을 나열한 후 탄소봉을 통해 압력을 주어 광섬유에 밴딩(banding)을 주고, 이에 따라 광섬유의 코어의 굴절율을 주기적으로 변조시킴으로써 제작될 수 있다. 이러한 광섬유 격자는 광통신 및 광섬유 센서 분야 등에 핵심 소자로 사용되고 있다.
광섬유 격자는, 격자의 주기가 수 마이크로미터(μm) 이내의 단주기 광섬유 격자와, 격자의 주기가 수백 마이크로미터 이상인 장주기 광섬유 격자로 분류된다. 이러한 광섬유 격자는, 소자 전체가 광섬유로 마련됨으로써 삽입 손실이 적고, 외부의 전자기적 영향에 자유로우며, 또한 배열이 자유로워 공간적 선택성이 우수하다는 장점을 지닌다.
또한, 광섬유 격자는 다양한 분야에 우수한 성능으로 적용 가능하다. 즉, 광섬유 격자는 주로 온도나, 굴절률, 장력 등을 측정하는 센서를 비롯해 WDM용 필터, 광섬유 증폭기의 이득 평탄화 소자, 광섬유 분산 보정용 소자로서 적용될 수 있다.
그런데, 종래의 광섬유 격자 제조 방법에 있어서는, 고가의 복잡한 장비가 필요할뿐더러 제조에 오랜 시간이 소요되는 단점이 있다. 부연 설명하면, 종래에는 광섬유의 장주기 격자 제조 방법으로 자외선 파장 영역의 빛으로 굴절율을 변화시킬 수 있는 광민감성 광섬유에 진폭 마스크를 이용하여 자외선을 가함으로써 격자를 형성하는 방법이 이용되었는데, 이 방법의 경우 대역 저지 파장에 변화를 주기 위해서는 고가의 자외선 레이저와 다양하고 복잡한 진폭 마스크가 요구되며 또한 사용되는 광민감성 광섬유가 고가라는 단점이 있다.
한편, 광섬유 격자 제조 방법으로, 광섬유에 일정한 간격으로 아크(arc) 방전을 가하여 고전압을 발생시키고 고전압에 의해 생성되는 열로 광섬유를 변형시키는 작업을 수차례 반복함으로써 광섬유 장주기 격자를 제조하는 방법이 있는데, 이 방법의 경우 격자를 수회 중첩시켜서 새겨야 하기 때문에 과정이 다소 복잡하다는 단점이 있다.
한편, 탄소봉을 이용하여 광섬유에 마이크로 밴딩을 생성하는 방법이 있으나, 이 방법 역시 격자의 총 길이와 주기의 범위에 많은 제약이 따르는 단점이 있다.
이에, 특수한 광원 또는 광섬유를 요구하지 않으면서도, 고가의 장비가 요구되지 않고, 또한 종래보다 과정을 단순화함으로써 제조 효율을 향상시킬 수 있는 광섬유 장주기 격자 제조 방법 및 장치의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 광섬유에 장력 및 열을 동시에 인가함으로써 장주기 격자를 형성하기 때문에 장주기 격자의 제조 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 광섬유의 재현성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 손실을 저하시킬 수 있는 광섬유 장주기 격자 제조 장치 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 광섬유 장주기 격자를 제조하기 위하여 별도의 고가 장치 또는 특수한 광섬유가 요구되지 않기 때문에 종래에 비해 광섬유 장주기 격자를 간편하고 빠르게 제조할 수 있으며, 이에 따라 제조 비용을 줄일 수 있는 광섬유 장주기 격자 제조 장치 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 광섬유 장주기 격자 제조 장치는, 장주기 격자가 형성될 광섬유의 일부분이 사이에 배치되도록 상기 광섬유를 고정시키며, 상기 광섬유에 장력을 인가하는 장력 인가부; 및 상기 광섬유에 접근 및 이격 가능하게 마련되며, 상기 광섬유에 열을 가함으로써 장주기 격자를 형성하는 열 제공부;를 포함할 수 있으며, 이에 따라 광섬유에 장력 및 열을 동시에 인가함으로써 장주기 격자를 형성하기 때문에 장주기 격자의 제조 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 광섬유의 재현성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 손실을 저하시킬 수 있다.
여기서, 상기 장력 인가부의 작동에 의해 상기 광섬유에 장력을 가하는 동작 및 상기 열 제공부에 의해 상기 광섬유에 열을 가하는 동작은 실질적으로 동시에 진행될 수 있다.
또한, 상기 광섬유 장주기 격자 제조 장치는, 한 쌍으로 마련되는 상기 장력 인가부가 선형 이동 가능하게 장착되며, 한 쌍의 상기 장력 인가부를 선형 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 선형 이동부; 및 상기 선형 이동부의 구동을 제어함으로써 상기 장력 인가부의 이동 정도를 조절하는 장력 제어부를 더 포함할 수도 있다.
상기 열 제공부는, 산소 및 LPG의 혼합 가스를 이용하여 열을 발생시키는 토치(torch) 타입으로 마련될 수 있다.
상기 열 제공부는 일부분이 개방된 원 형상으로 마련되며, 상기 열 제공부는 개방된 상기 일부분을 통해 상기 광섬유에 접근 및 이격 가능하며, 상기 광섬유의 길이 방향으로 따라 선형 이동할 수 있다.
또한, 상기 광섬유 장주기 격자 제조 장치는, 상기 열 제공부로 제공되는 상기 혼합 가스의 유입 정도를 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute) 단위로 제어함으로써 상기 열 제공부에 의해 발생되는 열 발생 정도를 제어하는 토치 제어부를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 광섬유 장주기 격자 제조 장치는, 상기 광섬유의 일단부에 연결되며, 상기 광섬유로 빛을 제공하는 광원; 및 상기 광섬유의 타단부에 연결되며, 상기 광원으로부터 빛 제공 시 상기 장주기 격자가 형성된 상기 광섬유의 광파장을 측정하는 광파장 측정부를 더 포함할 수도 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 장주기 격자 제조 방법은, 장주기 격자가 형성될 광섬유의 일부분이 사이에 배치되도록 상기 광섬유를 장력 인가부에 고정시키는, 광섬유 고정 단계; 상기 장력 인가부에 고정된 상기 광섬유에 열을 가할 수 있는 열 제공부를 이동시키는, 열 제공부 이동 단계; 및 상기 장력 인가부에 의해 상기 광섬유를 잡아당김과 실질적으로 동시에 상기 열 제공부를 이용하여 상기 광섬유에 열을 가함으로써 상기 광섬유에 장주기 격자를 형성하는, 격자 형성 단계;를 포함할 수 있으며, 이에 따라 광섬유에 장력 및 열을 동시에 인가함으로써 장주기 격자를 형성하기 때문에 장주기 격자의 제조 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 광섬유의 재현성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 손실을 저하시킬 수 있다.
상기 열 제공부 이동 단계 및 상기 격자 형성 단계가 반복적으로 실행되되, 상기 광섬유의 길이 방향을 따라 다수 개의 장주기 격자가 형성될 수 있도록 상기 열 제공부는 상기 광섬유의 길이 방향을 따라 선형 이동할 수 있다.
상기 격자 형성 단계에서, 한 쌍으로 마련되는 상기 장력 인가부가 상호 이격됨으로써 상기 광섬유에 장력을 인가할 수 있도록, 상기 장력 인가부는 선형 이동부에 이동 가능하게 장착되며, 상기 선형 이동부는 장력 제어부의 명령 신호에 따라 상기 장력 인가부를 동작시킬 수 있다.
상기 광섬유 장주기 격자 제조 방법은, 상기 장주기 격자에 의한 상기 광섬유의 광파장을 측정하기 위해, 상기 광섬유의 일단부에 연결된 광원으로부터 상기 광섬유에 빛을 제공하여 상기 광섬유의 타단부에 연결된 광파장 측정부로 상기 광섬유의 광파장을 측정하는, 광파장 측정 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광섬유에 장력 및 열을 동시에 인가함으로써 장주기 격자를 형성하기 때문에 장주기 격자의 제조 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 광섬유의 재현성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 손실을 저하시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 광섬유 장주기 격자를 제조하기 위하여 별도의 고가 장치 또는 특수한 광섬유가 요구되지 않기 때문에 종래에 비해 광섬유 장주기 격자를 간편하고 빠르게 제조할 수 있으며, 이에 따라 제조 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 장주기 격자 제조 장치의 개략적인 구성 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광섬유 장주기 격자 제조 장치의 주요 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 광섬유 장주기 격자 제조 장치에 의해서 형성된 광섬유의 장주기 격자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 형성되는 장주기 격자의 수에 따라 광신호의 파장과 파워의 관계를 도시한 그래프이다.
도 5는 열 제공부의 이동 길이에 따라 광신호의 파장과 파워의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6은 광섬유에 형성된 장주기 격자에 다수의 장력을 인가하는 경우, 중심 파장의 이동을 측정한 그래프이다.
도 7은 도 6의 그래프에서 장력에 따른 파장의 변화를 도시한 그래프이다.
도 8은 광섬유에 형성된 장주기 격자에 소정 온도의 열을 가하는 경우, 중심 파장의 이동을 측정한 그래프이다.
도 9는 도 8의 그래프에서 온도에 따른 파장의 변화를 도시한 그래프이다.
도 10은 장주기 격자의 외부에 소정 범위의 굴절률을 갖는 오일을 낙하시키며 중심 파장의 이동을 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 장주기 격자 제조 방법의 사시도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다.
이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 장주기 격자 제조 장치의 개략적인 구성 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 광섬유 장주기 격자 제조 장치의 주요 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 광섬유 장주기 격자 제조 장치에 의해서 형성된 광섬유의 장주기 격자를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 형성되는 장주기 격자의 수에 따라 광신호의 파장과 파워의 관계를 도시한 그래프이고, 도 5는 열 제공부의 이동 길이에 따라 광신호의 파장과 파워의 관계를 도시한 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 장주기 격자 제조 장치(100)는, 기본 틀을 형성하는 장치 하우징(110)과, 장주기 격자(105)가 형성될 광섬유(101)의 일부분이 사이에 배치되도록 장치 하우징(110) 상에서 광섬유(101)를 고정시키며 광섬유(101)에 장력을 인가하는 장력 인가부(120)와, 광섬유(101)에 접근 또는 이격 가능하게 장치 하우징(110)에 장착되어 광섬유(101)에 열을 가하는 열 제공부(130)를 포함할 수 있다.
먼저, 장치 하우징(110)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 구성이 장착되는 본체로서, 장력 인가부(120)가 이동 가능하게 장착되는 하부 하우징(111)과, 열 제공부(130)가 이동 가능하게 장착되는 상부 하우징(112)을 구비할 수 있다.
본 실시예의 장력 인가부(120)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부 하우징(111) 상에 마련되되 장주기 격자(105)가 새겨질 광섬유(101)를 양측으로 잡아당길 수 있도록 한 쌍 마련된다.
각각의 장력 인가부(120)는, 하부 하우징(111) 상에서 후술할 선형 이동부(140)에 장착되어 광섬유(101)의 길이 방향과 상호 나란한 방향으로 이동할 수 있으며, 이에 따라 광섬유(101)에 미리 설정된 장력을 인가할 수 있다.
장력 인가부(120)의 구성에 대해 부연 설명하면, 장력 인가부(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 광섬유(101)의 일부 영역이 로딩되는 로딩부재(121)와, 로딩부재(121)에 장착되어 로딩부재(121) 상에 광섬유(101)를 고정시키는 고정부재(122)를 포함할 수 있다.
즉, 로딩부재(121)에 광섬유(101)를 로딩시킨 후 고정부재(122)를 로딩부재(121)에 결속시킴으로써 장력 인가부(120)에 광섬유(101)의 일부 영역을 견고히 결합시킬 수 있다.
이러한 구성을 갖는 한 쌍의 장력 인가부(120)는, 상호 이격되는 방향으로 선형 이동함으로써 장력 인가부(120)에 고정된 광섬유(101)를 양쪽으로 잡아당길 수 있고, 이에 따라 광섬유(101)에 장력을 인가할 수 있다.
한편, 전술한 장력 인가부(120)에 의해 광섬유(101)에 장력을 인가하는 동작과 실질적으로 동시에 광섬유(101)에 열을 가함으로써 광섬유(101)에 장주기 격자(105)를 새길 수 있는데, 이는 후술할 열 제공부(130)에 의해 이루어질 수 있다.
본 실시예의 열 제공부(130)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 광섬유(101)에 열을 가함으로써 광섬유(101)에 바이코니컬(biconical)한 장주기 격자(105)를 형성하는 구성이다. 부연 설명하면, 열 제공부(130)를 통하여 광섬유(101)에 열을 가하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 평평한 코어(102, core) 및 클래드(103, clad)가 내측으로 오목한 형상으로 변하게 되며, 이에 따라 광섬유(101)의 재현성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 손실을 줄임으로써 광섬유(101) 장주기 격자(105)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예의 열 제공부(130)는, 산소 및 LPG의 혼합 가스를 이용하여 열을 발생시키는 토치(torch) 타입으로 마련될 수 있다. 이러한 열 제공부(130)는, 장력 인가부(120)에 의해 장력이 인가된 광섬유(101)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 장치 하우징(110)에 장착되되, 이동 시 광섬유(101)와의 간섭을 피하기 위해 광섬유(101)로부터 후퇴한 뒤 소정 간격 선형 이동한 후, 다시 광섬유(101)에 인접하여 광섬유(101)에 열을 가할 수 있다.
따라서, 본 실시예의 열 제공부(130)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 일부분이 개방된 원 형상으로 마련될 수 있다. 따라서 광섬유(101)에 대한 열 제공 시 개방된 부분을 통해 열 제공부(130)는 광섬유(101)를 통과하여 광섬유(101)를 감싼 상태로 열 제공을 함으로써 장주기 격자(105)를 형성할 수 있으며, 또한 광섬유(101)의 다른 부분에 장주기 격자(105)를 형성하기 위해 이동해야 하는 경우, 개방된 부분을 통해 후방으로 용이하게 후퇴할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 열 제공부(130)는 광섬유(101)의 길이 방향을 따라 복수 개의 장주기 격자(105)를 형성할 수 있도록 상부 하우징(112)에 이동 가능하게 장착된다. 보다 구체적으로 설명하면, 열 제공부(130)는 광섬유(101)로 접근 및 후퇴할 수 있을 뿐만 아니라 광섬유(101)의 길이 방향을 따라 선형 이동 가능함으로써 광섬유(101)의 길이 방향을 따라 복수 개의 장주기 격자(105)를 형성할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 경우 장력이 인가된 상태에서 열 제공부(130)가 이동하며 광섬유(101)에 장주기 격자(105)를 형성하는 것이기 때문에 종래와 같이 격자를 수회 중첩해야 하는 공정의 불편함을 해소함으로써 장주기 격자(105)의 형성 효율을 향상시킬 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 열 제공부(130)가 이동함으로써 광섬유(101)에 대한 열 제공이 이루어진다고 상술하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 열 제공부(130)는 광섬유(101)에 대한 전진 및 후퇴만 가능하도록 하부 하우징(112)에 장착되고, 장력 인가부(120)가 광섬유(101)를 파지한 상태로 선형 이동함으로써 열 제공부(130)에 의한 열 제공이 이루어지고 이로 인해 장주기 격자(105)가 형성될 수 있음은 당연하다.
한편, 열 제공부(130)에 의해 열이 제공될 때, 광섬유(101)에 적절한 양의 열이 가해지는 것이 중요한데, 이는 전술한 바와 같이 산소 및 LPG의 혼합 가스의 양에 따라 결정된다. 따라서, 본 실시예의 광섬유 장주기 격자 제조 장치(100)는, 산소 및 LPG의 혼합 가스의 양을 조절함으로써 열 제공부(130)에 의해 발생되는 열 발생 정도를 제어하는 토치 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 토치 제어부는 산소 및 LPG의 유입 정도를 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute) 단위로 제어할 수 있어 열 제공부(130)에 의해 발생되는 열 발생 정도를 정밀하게 제어할 수 있으며, 이에 따라 광섬유(101)에 장주기 격자(105)를 정밀하게 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 장주기 격자 제조 장치(100)는, 광섬유(101)에 인가되는 장력의 크기를 조절할 수 있도록, 도 1에 도시된 바와 같이, 장치 하우징(110) 상에 마련되며 한 쌍의 장력 인가부(120)가 선형 이동 가능하게 장착되는 선형 이동부(140)와, 선형 이동부(140)에 의해 발생되는 구동력을 제어함으로써 장력 인가부(120)의 이동 정도를 조절하는 장력 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 장력 제어부의 명령 신호에 따라 선형 이동부(140)는 광섬유(101)가 고정된 한 쌍의 장력 인가부(120)를 상호 멀어지는 방향으로 동작시키고, 이에 따라 광섬유(101)에 장력이 인가될 수 있다. 한편, 이와 같은 원리로 장력 인가부(120)에 의해 광섬유(101)에 장력이 인가될 때 실질적으로 동시에 열 제공부(130)로부터 광섬유(101)에 열이 가해짐으로써 광섬유(101)에 장주기 격자(105)를 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 장주기 격자 제조 장치(100)는, 전술한 구성 이외에도, 도 1에 도시된 바와 같이, 광섬유(101)의 일단부에 연결되어 광섬유(101)로 빛(107, 도 3 참조)을 제공하는 광원(150)과, 광섬유(101)의 타단부에 결합되며 광원(150)으로부터 빛(107) 제공 시 장주기 격자(105)가 형성된 광섬유(101)의 광파장을 측정하는 광파장 측정부(160)를 더 포함할 수 있다.
이러한 구성들에 의해서, 광섬유(101)에 장주기 격자(105)를 형성하면서 파장의 변화 등을 파악할 수 있다.
예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 장주기 격자(105)의 수가 4개 내지 14개 형성될 때 격자(105)의 수에 따라, 파장(X축)에 따른 파워(Y축) 변화를 파악할 수 있다. 즉, 장주기 격자(105)의 수가 증가하는 경우, 파워의 진폭이 커짐을 알 수 있다. 예를 들면, 격자(105)의 수가 4개인 경우 파장에 따른 파워 변화가 크지 않지만, 가령 격자(105)의 수가 14개인 경우 파장에 따른 파워 변화가 크며, 특히 대략 1550나노미터(nm) 영역에서 파워가 마이너스 23데시벨(-23dB)까지 변화됨을 확인할 수 있다.
또한, 전술한 광파장 측정부(160)에 의해 획득된 데이터는, 토치 타입으로 마련되는 열 제공부(130)의 이동 거리에 따라, 파장(X축)에 따른 파워(Y축) 변화를 파악할 수 있도록 한다. 도 5의 그래프를 살펴보면, 열 제공부(130)의 이동 길이가 증가할수록 대역 저지 파장이 큰 파장으로 이동하는 것을 확인할 수 있다.
부연 설명하면, 장주기 격자(105)의 경우, 피크의 중심 파장은 다음과 같은 위상 정합 조건에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112010045693710-pat00001
......식 1
상기 식 1에서,
Figure 112010045693710-pat00002
는 코어(102)의 유효 굴절률을 의미하고,
Figure 112010045693710-pat00003
은 클래딩(103)의 유효 굴절률을 의미하며, Λ는 장주기 격자(105)의 주기를 가리킨다. 즉, 상기 식 1에 의해서, 광섬유(101)의 장주기 격자(105)의 중심 파장(λm)은 코어(102)의 유효 굴절률과 클래딩(103)의 유효 굴절률의 차이의 변화 또는 주기의 변화에 따라 이동하는 것임을 파악할 수 있다.
도 5를 참조하면, 열 제공부(130)의 이동 길이가 증가함에 따라 출력 파장대에 나타나는 피크의 중심 파장이 장파장대로 이동하는 것을 볼 수 있는데, 이는 열 제공부(130)의 이동 길이가 증가하여 장주기 격자(105)의 주기가 증가하였고 상기 식 1의 위상 정합 조건에 의해 중심 파장이 장파장대로 이동하기 때문이다.
한편, 도 6은 광섬유에 형성된 장주기 격자에 다수의 장력을 인가하는 경우, 중심 파장의 이동을 측정한 그래프이고, 도 7은 도 6의 그래프에서 장력에 따른 파장의 변화를 도시한 그래프이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 장력이 커질수록 중심 파장이 짧은 파장대로 이동함을 알 수 있는데, 이는 광섬유(101)의 장주기 격자(105)에 장력을 가하는 경우 발생되는 광 탄성 효과에 기인한다. 광 탄성 효과에 의한 굴절률 변화는 단면적이 비례하며, 마이크로 테이퍼링 기술(장력과 열을 동시에 가하여 장주기 격자를 제조하는 기술)로 장주기 격자(105)를 제조할 때 코어(102)와 클래딩(103)의 단면적이 변화하게 되는데, 이때 클래딩(103)의 단면적 변화가 코어(1021)의 단면적 변화보다 크기 때문에 코어(102)와 클래딩(103)의 굴절률 차가 감소하게 되고, 따라서 중심파장이 단파장대로 이동하는 것이다.
한편, 도 8은 광섬유에 형성된 장주기 격자에 소정 온도의 열을 가하는 경우, 중심 파장의 이동을 측정한 그래프이고, 도 9는 도 8의 그래프에서 온도에 따른 파장의 변화를 도시한 그래프이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 단일 모드 광섬유(101)의 열광학 계수와 열팽창 계수가 양수이기 때문에 장주기 격자(105)에 가해지는 열의 온도가 높아짐에 따라 열팽창이 일어나 장주기 격자(105)의 주기가 증가하고, 따라서 중심 파장이 장파장대로 이동함을 확인할 수 있다.
한편, 도 10은 장주기 격자의 외부에 소정 범위의 굴절률을 갖는 오일을 낙하시키며 중심 파장의 이동을 측정한 그래프로서, 이를 통해 1.3 내지 1.83의 굴절률을 갖는 오일에 의해 코어(102)와 클래딩(103)의 유효 굴절률의 차이가 변화됨을 알 수 있고, 이로 인해 중심 파장이 변하는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는 광원(150)으로부터 광섬유(101)로 빛(107)을 제공하고 또한 광파장 측정부가 광섬유(101)를 통과한 광파장을 측정함으로써 격자(105)의 수에 따른 파장과 파워의 관계 또는 열 제공부(130)의 이동 길이에 따른 파장과 파워의 관계 등을 정확하게 파악할 수 있다.
한편, 이하에서는, 이러한 구성을 갖는 광섬유 장주기 격자 제조 장치(100)의 광섬유 장주기 격자 제조 방법에 대해서 도 11을 참조하여 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 장주기 격자 제조 방법의 사시도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 제조 방법은, 장주기 격자(105)가 형성될 광섬유(101)의 양단부를 장력 인가부(120)에 고정시키는 광섬유 고정 단계(S100)와, 장력 인가부(120)에 고정된 광섬유(101)에 열을 가하는 열 제공부(130)를 접근시키는 열 제공부 이동 단계(S200)와, 장력 인가부(120)에 의해 광섬유(101)에 장력을 인가함과 실질적으로 동시에 열 제공부(130)를 이용하여 광섬유(101)에 열을 가함으로써 광섬유(101)에 장주기 격자(105)를 형성하는 격자 형성 단계(S300)를 포함할 수 있다.
각각의 단계에 대해 설명하면, 광섬유 고정 단계(S100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 장력 인가부(120)에 장주기 격자(105)가 형성될 광섬유(101)의 일 영역이 사이에 배치되도록 광섬유(101)의 두 영역을 고정시키는 단계이다.
한편, 본 실시예의 열 제공부 이동 단계(S200) 및 격자 형성 단계(S3600)는 반복적으로 진행될 수 있다. 즉, 장력 인가부(120)에 의해 광섬유(101)가 고정된 경우, 열 제공부(130)를 광섬유(101)에 인접시키고, 실질적으로 동시에 장력과 열을 가하면서 장주기 격자(105)를 형성한 다음에, 다시 열 제공부(130)를 후퇴시킨 후 열 제공부(130)를 광섬유(101)의 길이 방향을 따라 소정 거리만큼 이격시킨 다음 열 제공부(130)를 광섬유(101)에 인접시켜 이전에 형성된 장주기 격자(105)와 소정 거리 떨어진 광섬유(101)의 지점에서 장주기 격자(105)를 형성할 수 있다.
한편, 본 실시예의 광섬유 장주기 격자 제조 방법은, 전술한 단계 이외에도, 장주기 격자(105)에 의한 광섬유(101)의 광파장을 측정하기 위해, 광섬유(101)의 일단부에 연결된 광원(150)으로부터 광섬유(101)에 빛(107)을 제공하여 광섬유(101)의 타단부에 연결된 광파장 측정부(160)로 광섬유(101)의 광파장을 측정하도록 하는 광파장 측정 단계(S400)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 광파장 측정 단계(S400)에 의해, 도 4 및 도 10의 그래프를 획득할 수 있으며, 이에 따라 격자(105)의 수에 따른 파장과 파워의 관계 또는 열 제공부(130)의 이동 길이에 따른 파장과 파워의 관계 등을 정확하게 파악할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광섬유(101)의 장주기 격자(105)를 형성할 때 장력 인가부(120)에 의해 장력을 인가함과 동시에 열 제공부(130)에 의해 광섬유(101)에 열을 가함으로써 광섬유(101)에 장주기 격자(105)를 정확하면서도 간단하게 형성할 수 있으며, 이에 따라 종래에 비해 광섬유(101)의 재현성을 향상시킬 수 있으면서도 손실 발생을 줄일 수 있어 광섬유(101)의 장주기 격자(105) 제조의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 광섬유(101)의 장주기 격자를 제조하기 위하여 별도의 고가 장치 또는 특수한 광섬유가 요구되지 않기 때문에 종래에 비해 장주기 격자(105)를 간편하고 빠르게 제조할 수 있으며, 이에 따라 제조 비용을 줄일 수도 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 광섬유 장주기 격자 제조 장치 101 : 광섬유
105 : 장주기 격자 110 : 장치 하우징
120 : 장력 인가부 130 : 열 제공부
140 : 선형 이동부 150 : 광원
160 : 광파장 측정부

Claims (11)

  1. 장주기 격자가 형성될 광섬유의 일부분이 사이에 배치되도록 상기 광섬유를 고정시키며, 상기 광섬유에 장력을 인가하는 장력 인가부;
    상기 광섬유에 접근 및 이격 가능하게 마련되며, 상기 광섬유에 열을 가함으로써 장주기 격자를 형성하는 열 제공부;
    한 쌍으로 마련되는 상기 장력 인가부가 선형 이동 가능하게 장착되며, 한 쌍의 상기 장력 인가부를 선형 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 선형 이동부; 및
    상기 선형 이동부의 구동을 제어함으로써 상기 장력 인가부의 이동 정도를 조절하는 장력 제어부;
    를 포함하는 광섬유 장주기 격자 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 장력 인가부의 작동에 의해 상기 광섬유에 장력을 가하는 동작 및 상기 열 제공부에 의해 상기 광섬유에 열을 가하는 동작은 동시에 진행되는 광섬유 장주기 격자 제조 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열 제공부는, 산소 및 LPG의 혼합 가스를 이용하여 열을 발생시키는 토치(torch) 타입으로 마련되는 광섬유 장주기 격자 제조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열 제공부는 일부분이 개방된 원 형상으로 마련되며,
    상기 열 제공부는 개방된 상기 일부분을 통해 상기 광섬유에 접근 및 이격 가능하며, 상기 광섬유의 길이 방향으로 따라 선형 이동 가능한 광섬유 장주기 격자 제조 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 열 제공부로 제공되는 상기 혼합 가스의 유입 정도를 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute) 단위로 제어함으로써 상기 열 제공부에 의해 발생되는 열 발생 정도를 제어하는 토치 제어부를 더 포함하는 광섬유 장주기 격자 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유로 빛을 제공하는 광원; 및
    상기 광원으로부터 빛 제공 시 상기 장주기 격자가 형성된 상기 광섬유의 광파장을 측정하는 광파장 측정부를 더 포함하는 광섬유 장주기 격자 제조 장치.
  8. 장주기 격자가 형성될 광섬유의 일부분이 사이에 배치되도록 상기 광섬유를 장력 인가부에 고정시키는, 광섬유 고정 단계;
    상기 장력 인가부에 고정된 상기 광섬유에 열을 가할 수 있는 열 제공부를 이동시키는, 열 제공부 이동 단계; 및
    상기 장력 인가부에 의해 상기 광섬유를 잡아당김과 동시에 상기 열 제공부를 이용하여 상기 광섬유에 열을 가함으로써 상기 광섬유에 장주기 격자를 형성하는, 격자 형성 단계;
    를 포함하는 광섬유 장주기 격자 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열 제공부 이동 단계 및 상기 격자 형성 단계가 반복적으로 실행되되, 상기 광섬유의 길이 방향을 따라 다수 개의 장주기 격자가 형성될 수 있도록 상기 열 제공부는 상기 광섬유의 길이 방향을 따라 선형 이동 가능한 광섬유 장주기 격자 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 격자 형성 단계에서, 한 쌍으로 마련되는 상기 장력 인가부가 상호 이격됨으로써 상기 광섬유에 장력을 인가할 수 있도록, 상기 장력 인가부는 선형 이동부에 이동 가능하게 장착되며, 상기 선형 이동부는 장력 제어부의 명령 신호에 따라 상기 장력 인가부를 동작시키는 광섬유 장주기 격자 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 장주기 격자에 의한 상기 광섬유의 광파장을 측정하기 위해, 상기 광섬유의 일단부에 연결된 광원으로부터 상기 광섬유에 빛을 제공하여 상기 광섬유의 타단부에 연결된 광파장 측정부로 상기 광섬유의 광파장을 측정하는, 광파장 측정 단계를 더 포함하는 광섬유 장주기 격자 제조 방법.
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