KR101104966B1 - 광도파로 및 양방향 광송수신 장치 - Google Patents

광도파로 및 양방향 광송수신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광도파로 및 양방향 광송수신 장치에 관한 것으로, 단일 모드 광섬유의 단부와 중공 광섬유의 일측 단을 결합하되, 중공 광섬유의 타측 단은 경사지게 형성하여 송수신되는 광신호를 분리함으로써 추가적인 광학 소자의 사용없이 광학계의 수동 정렬이 용이해 광송수신 성능이 우수하고, 소형화에도 유리하도록 한 것이다.
광도파로, 코어, 클래딩, 필터, 단일 모드 광섬유, 중공 광섬유

Description

광도파로 및 양방향 광송수신 장치{Optical waveguide and bi-directional optical transceiver}
본 발명은 광 전송 기술에 관련한 것으로, 특히 광도파로 및 양방향 광송수신 장치에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부의 일반사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제명: 광가입자망(FTTH) 서비스 및 광통신 융합기술 개발 실험사업].
광섬유 등 하나의 광도파로를 이용해 양방향 광통신을 수행하기 위한 종래의 양방향 광송수신 장치 구성을 도 1 에 도시하였다. 이러한 종래의 양방향 광송수신 장치는 광도파로(10)와, 광출력부(30)와, 광검출부(40) 사이에 설치된 외장형 필터(20)를 사용하여 광 신호를 분리하는 자유공간 광학계를 이용함으로써 각 소자간의 공간 위치의 변화에 따라 광송수신 장치의 성능에 커다란 영향을 미치는 원인이 되었다.
특히, 광출력부(30)에 의해 출력되는 송신광 신호를 매우 작은 직경을 갖는 코어(11)를 통해 전송하도록 각 소자를 수동 정렬시켜야 하는데, 이 때 외장형 필터(20)를 사용함에 의해 정렬이 어려웠고, 양방향 광송수신 장치의 소형화에도 어 려움이 있었다.
따라서, 본 발명자는 광학계의 수동 정렬이 용이해 광송수신 성능이 우수하고, 소형화에도 유리한 광도파로 및 양방향 광송수신 장치에 대한 연구를 하게 되었다.
본 발명은 상기한 취지하에 발명된 것으로, 광학계의 수동 정렬이 용이해 광송수신 성능이 우수하고, 소형화에도 유리한 광도파로 및 양방향 광송수신 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명에 따른 광도파로가 코어내에 양방향(Bi-direction) 신호를 분리하기 위한 파장 선택적 필터가 내장되는 단일 모드 광섬유의 단부와 중공 광섬유의 일측 단이 결합되되, 중공 광섬유의 타측 단은 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 발명에 따른 광도파로가 코어 단면이 코어 중심을 대칭으로 경사지게 형성되는 단일 모드 광섬유의 단부와 중공 광섬유의 일측 단이 결합되되, 중공 광섬유의 타측 단은 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 발명에 따른 양방향 광송수신 장치가 코어내에 양방향(Bi-direction) 신호를 분리하기 위한 파장 선택적 필터가 내장되는 단일 모드 광섬유의 단부와 중공 광섬유의 일측 단이 결합되고, 중공 광섬유의 타측 단은 경사지게 형성되는 광도파로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 발명에 따른 양방향 광송수신 장치가 코어 단면이 코어 중심을 대칭으로 경사지게 형성되는 단일 모드 광섬유의 단부와 중공 광섬유의 일측 단이 결합되고, 중공 광섬유의 타측 단은 경사지게 형성되는 광도파로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 단일 모드 광섬유의 단부와 중공 광섬유의 일측 단을 결합하되, 중공 광섬유의 타측 단은 경사지게 형성하여 송수신되는 광신호를 분리함으로써 추가적인 광학 소자의 사용없이 광학계의 수동 정렬이 용이해 광송수신 성능이 우수하고, 소형화에도 유리한 효과를 가진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
광도파로(Optical waveguide)는 광섬유 등의 광 신호를 전송하는 전송 경로를 말한다.
양방향 광송수신 장치(Bi-directional Optical transceiver)는 하나의 광도 파로를 이용해 광 신호를 송신 및 수신하는 장치를 말한다.
클래딩 모드(Cladding Mode)는 광 신호가 클래딩(Cladding)을 통해 전송되는 구간을 말한다.
코어 모드(Core Mode)는 광 신호가 코어(Core)를 통해 전송되는 구간을 말한다.
도 2 및 도 3 은 본 발명에 따른 광도파로의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 개요도로, 도 2 와 도 3 은 광출력부 및 광검출부의 위치를 서로 반대로 설치하는 경우를 도시한 것이다. 도면에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 광도파로(100)는 단일 모드 광섬유(110)와, 중공 광섬유(120)를 포함하여 이루어진다.
단일 모드 광섬유(110)는 코어(111)와, 클래딩(112)과, 파장 선택적 필터(113)를 포함하여 이루어진다. 코어(111)는 광을 전송한다. 클래딩(112)은 상기 코어(111)를 감싸며 전반사 효과에 의해 광을 코어(111)내에 유지시킨다.
파장 선택적 필터(113)는 코어(111)내에 내장되어 양방향(Bi-direction) 신호를 분리한다. 예컨대, 파장 선택적 필터(113)가 장주기 격자(LPG : Long Period Grating) 필터일 수 있다.
이 때, 파장 선택적 필터(113)는 도 2 에 도시한 바와 같이 클래딩(112)을 통해 송신되는 클래딩 모드(Cladding Mode)(210)의 송신광(200)을 코어 모드(Core Mode)(220)로 변환하거나, 도 3 에 도시한 바와 같이 코어를 통해 수신되는 코어 모드(Core Mode)(320)의 수신광(300)을 클래딩 모드(Cladding Mode)(310)로 변환한 다.
한편, 파장 선택적 필터(113)에 의해 변환되어 송신 또는 수신되는 광과 반대로 수신 또는 송신되는 광은 파장 선택적 필터(113)를 그대로 통과한다.
중공 광섬유(120)는 단일 모드 광섬유(110)의 단부와 일측 단이 결합되고, 그 타측 단은 경사지게 형성된다. 예컨대, 단일 모드 광섬유(110)의 단부와 중공 광섬유(120)의 일측 단이 융착되어 결합될 수 있다.
한편, 단일 모드 광섬유(110)의 단부와 중공 광섬유(120)의 일측 단이 결합되는 단면이 수직하고, 단일 모드 광섬유(110)의 코어 직경과, 중공 광섬유(120)의 중공 직경이 동일한 것이 바람직하다.
따라서, 도 2 에 도시한 바와같이 광도파로(100)와 수직한 방향에서 입사되는 송신광은 중공 광섬유(120)의 경사면(121)에서 수직으로 반사되어 클래딩 모드(Cladding Mode)로 송신되거나, 도 3 에 도시한 바와 같이 파장 선택적 필터(113)에 의해 코어 모드(Core Mode)에서 클래딩 모드(Cladding Mode)로 변환된 수신광은 중공 광섬유(120)의 경사면(121)에서 수직으로 반사되어 출력된다.
이에 따라, 중공 광섬유(120)의 경사면(121)에 의해 송신광 또는 수신광의 경로를 변환할 수 있어 광도파로(100)가 양방향 전송 특성을 갖도록 할 수 있다. 한편, 송신광 또는 수신광이 직경이 매우 작은 코어로 입력되어 광학계의 수동 정렬이 어려운 종래와는 달리 송신광 또는 수신광이 코어(111)에 비해 상대적으로 매우 큰 클래딩(112)을 통해 전달되므로, 광학계의 수동 조절을 위한 정렬 마진이 커 광학계의 수동 정렬이 용이해 진다.
한편, 본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 광도파로(100)가 중공 광섬유의 경사지게 형성되는 타측 단에 결합되는 미러(130)를 더 포함할 수도 있다.
즉 이 실시예는 중공 광섬유(120)의 경사면(121)에 미러(130)를 설치하여 클래딩(112)의 전반사 조건과는 무관하게 미러(130)를 통해 송신광 또는 수신광을 반사시킬 수 있도록 하여 클래딩 모드(Cladding Mode) 동작 효율을 향상시킬 수 있도록 한 실시예이다.
한편, 본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 도 2 또는 도 3 에 도시한 실시예에서 채용한 단일 모드 광섬유(110)의 코어(111)내에 내장되어 양방향(Bi-direction) 신호를 분리하는 파장 선택적 필터(113) 대신 도 4 에 도시한 바와 같이 단일 모드 광섬유(110)의 코어(111) 단면이 코어 중심을 대칭으로 경사지게 형성된 것을 적용할 수도 있다.
도 4 를 참조해 보면, 수신광은 코어 중심을 대칭으로 경사지게 형성된 코어(111) 단면의 경사면(111a)에서 파장에 관계없이 클래딩 모드(Cladding Mode)로 변환되므로, 도 2 및 도 3 에 도시한 파장 선택적 필터(113)가 필요없어 보다 간편하고, 소형화에도 더욱 유리하다. 도 4 에서 도 2 및 도 3 에 도시한 실시예와 동일한 도면 부호를 가진 구성요소들은 동일한 구성 및 동작을 하므로, 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 5 내지 도 7 을 참조하여 상기한 구성을 갖는 광도파로를 양방향 광송수신 장치에 적용한 실시예들을 설명한다. 도 5 는 본 발명에 따른 양방향 광송수신 장치의 일 실시예를 도시한 개요도, 도 6 은 본 발명에 따른 양방향 광송수신 장치의 또 다른 실시예를 도시한 개요도로, 도면에 도시한 바와 같이, 양방향 광송수신 장치는 광도파로(100)와, 광출력부(400)와, 광검출부(500)를 포함하여 이루어진다. 도 5 에 도시한 실시예와 도 6 에 도시한 실시예는 광출력부(400)와, 광검출부(500)의 위치를 서로 바꾸어 구성한 것이다.
광도파로(100)는 코어내에 양방향(Bi-direction) 신호를 분리하기 위한 파장 선택적 필터(113)가 내장되는 단일 모드 광섬유(110)와, 단일 모드 광섬유(110)의 단부와 일측 단이 결합되고 그 타측 단은 경사지게 형성되는 중공 광섬유(120)를 포함한다. 광도파로(100)에 대해서는 도 2 및 도 3 을 참조하여 기 설명하였으므로, 중복 설명은 생략하기로 한다.
광출력부(400)는 광도파로(100)로 광을 출력하는 구성이다. 예컨대, 광출력부(400)로 레이저 다이오드(LD)를 사용하여 송신 신호를 전기 신호에서 광 신호로 전광 변환하여 광도파로(100)를 통해 송신할 수 있다.
광검출부(500)는 광도파로(100)로부터 광을 검출하는 구성이다. 예컨대, 광검출부(500)로 포토 다이오드(PD)를 사용하여 광도파로(100)를 통해 수신되는 광 신호를 전기 신호로 광전 변환하여 수신할 수 있다.
이 실시예에 따르면, 도 2 에 도시한 바와 같이 광출력부(400)에 의해 출력되는 송신광(200)은 중공 광섬유(120)의 경사면(121)에 의해 클래딩 모드(Cladding Mode)(210)로 변환되어 단일 모드 광섬유(110)의 클래딩(112)을 통해 입사되고, 파장 선택적 필터(113)에 의해 코어 모드(Core Mode)(220)로 변환되어 송신된다.
한편, 도 3 에 도시한 바와 같이 단일 모드 광섬유(110)의 코어(111)를 통해 수신되는 코어 모드(Core Mode)(320)의 수신광(300)은 파장 선택적 필터(113)에 의해 클래딩 모드(Cladding Mode)(310)로 변환되어 단일 모드 광섬유(110)의 클래딩(112)을 통과하여 중공 광섬유(120)의 경사면(121)에 의해 반사되어 수신되고, 광검출부(500)에 의해 검출된다.
여기서, 파장 선택적 필터(113)에 의해 변환되어 송신 또는 수신되는 광과 반대로 수신 또는 송신되는 광은 파장 선택적 필터(113)를 그대로 통과한다.
따라서, 이 실시예에 따른 양방향 광송수신 장치는 광도파로(100)의 중공 광섬유(120)의 경사면(121)에 의해 송신광 또는 수신광의 경로를 변환할 수 있어 양방향 전송 특성을 갖게 된다.
또한, 송신광 또는 수신광이 직경이 매우 작은 코어로 입력되어 광학계의 수동 정렬이 어려운 종래와는 달리 송신광 또는 수신광이 단일 모두 광섬유(110)의 코어(111)에 비해 상대적으로 매우 큰 클래딩(112)을 통해 전달되므로, 광학계의 수동 조절을 위한 정렬 마진이 커 광학계의 수동 정렬이 용이하다.
도 7 은 본 발명에 따른 양방향 광송수신 장치의 또 다른 실시예를 도시한 개요도이다. 도면에 도시한 바와 같이, 양방향 광송수신 장치는 광도파로(100)와, 광출력부(400)와, 광검출부(500)를 포함하여 이루어진다.
광도파로(100)는 코어(111) 단면이 코어 중심을 대칭으로 경사지게 형성되는 단일 모드 광섬유(110)와, 단일 모드 광섬유(110)의 단부와 일측 단이 결합되고 그 타측 단은 경사지게 형성되는 중공 광섬유(120)를 포함한다. 광도파로(100)에 대해서는 도 4 를 참조하여 기 설명하였으므로, 중복 설명은 생략하기로 한다.
광출력부(400)는 광도파로(100)로 광을 출력하는 구성이다. 예컨대, 광출력부(400)로 레이저 다이오드(LD)를 사용하여 송신 신호를 전기 신호에서 광 신호로 전광 변환하여 광도파로(100)를 통해 송신할 수 있다.
광검출부(500)는 광도파로(100)로부터 광을 검출하는 구성이다. 예컨대, 광검출부(500)로 포토 다이오드(PD)를 사용하여 광도파로(100)를 통해 수신되는 광 신호를 전기 신호로 광전 변환하여 수신할 수 있다.
이 실시예에 따르면, 광출력부(400)에 의해 출력되는 송신광은 중공 광섬유(120)의 중공을 통과하여 단일 모드 광섬유(110)의 코어를 통해 코어 모드(Core Mode)로 전송되고, 단일 모드 광섬유(110)의 코어를 통해 수신되는 수신광은 코어 중심을 대칭으로 경사지게 형성된 코어(111) 단면의 경사면(111a)에서 파장에 관계없이 클래딩 모드(Cladding Mode)로 변환되어 단일 모드 광섬유(110)의 클래딩(112)을 통과하여 중공 광섬유(120)의 경사면(121)에 의해 반사되어 수신되고, 광검출부(500)에 의해 검출된다.
따라서, 이 실시예에 따른 양방향 광송수신 장치는 도 5 및 도 6 에 도시한 파장 선택적 필터를 내장한 광도파로를 구비한 실시에와는 달리 파장 선택적 필터가 필요없어 보다 간편하고, 소형화에도 더욱 유리하다.
한편, 본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 양방향 광송수신 장치가 렌즈(600)를 더 포함할 수도 있다. 렌즈(600)는 광도파로(100)와 광출력부(400) 사이에 또는 광도파로(100)와 광검출부(500) 사이에 설치되어, 광결합 효율을 향상시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 단일 모드 광섬유의 단부와 중공 광섬유의 일측 단을 결합하되, 중공 광섬유의 타측 단은 경사지게 형성하여 송수신되는 광신호를 분리함으로써 추가적인 광학 소자의 사용없이 광학계의 수동 정렬이 용이해 광송수신 성능이 우수하고, 소형화에도 유리한 광도파로 및 양방향 광송수신 장치를 제공할 수 있으므로, 상기에서 제시한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만, 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 범위 내에서 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
본 발명은 양방향 광송수신 기술 분야 및 이의 응용 기술 분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
도 1 은 종래의 양방향 광송수신 장치의 일예를 도시한 도면
도 2 내지 도 3 은 본 발명에 따른 광도파로의 실시예들을 도시한 도면
도 4 내지 도 7 은 본 발명에 따른 양방향 광송수신 장치의 실시예들을 도시한 도면
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 광도파로 110 : 단일 모드 광섬유
111 : 코어 111a : 경사면
112 : 클래딩 113 : 파장 선택적 필터
120 : 중공 광섬유 121 : 경사면
130 : 미러 200 : 송신광
300 : 수신광 400 : 광출력부
500 : 광검출부 600 : 렌즈

Claims (18)

  1. 코어 단면이 코어 중심을 대칭으로 경사지게 형성되는 단일 모드 광섬유와;
    상기 단일 모드 광섬유의 단부와 일측 단이 결합되고, 그 타측 단은 경사지게 형성되는 중공 광섬유를;
    포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일 모드 광섬유의 단부와 중공 광섬유의 일측 단이 융착되어 결합되는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일 모드 광섬유의 단부와 중공 광섬유의 일측 단이 결합되는 단면이 수직한 것을 특징으로 하는 광도파로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일 모드 광섬유의 코어 직경과, 상기 중공 광섬유의 중공 직경이 동일한 것을 특징으로 하는 광도파로.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 광도파로가:
    상기 중공 광섬유의 경사지게 형성되는 타측 단에 결합되는 미러를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  7. 삭제
  8. 코어 단면이 코어 중심을 대칭으로 경사지게 형성되는 단일 모드 광섬유와, 상기 단일 모드 광섬유의 단부와 일측 단이 결합되고 그 타측 단은 경사지게 형성되는 중공 광섬유를 포함하는 광도파로와;
    상기 광도파로로 광을 출력하는 광출력부와;
    상기 광도파로로부터 광을 검출하는 광검출부를;
    포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 광송수신 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 단일 모드 광섬유의 단부와 중공 광섬유의 일측 단이 융착되어 결합되는 것을 특징으로 하는 양방향 광송수신 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 단일 모드 광섬유의 단부와 중공 광섬유의 일측 단이 결합되는 단면이 수직한 것을 특징으로 하는 양방향 광송수신 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 단일 모드 광섬유의 코어 직경과, 상기 중공 광섬유의 중공 직경이 동일한 것을 특징으로 하는 양방향 광송수신 장치.
  12. 삭제
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 광출력부가:
    레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 양방향 광송수신 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 광검출부가:
    포토 다이오드인 것을 특징으로 하는 양방향 광송수신 장치.
  15. 제 8 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 광도파로가:
    상기 중공 광섬유의 경사지게 형성되는 타측 단에 결합되는 미러를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 광송수신 장치.
  16. 제 8 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 양방향 광송수신 장치가:
    광도파로와 광출력부 사이에 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 광송수신 장치.
  17. 제 8 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 양방향 광송수신 장치가:
    광도파로와 광검출부 사이에 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 광송수신 장치.
  18. 삭제
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