KR101179645B1 - variable optical attenuator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가변 광감쇠기에 관한 것으로서, 제1코어와 제1클래드로 된 메인부분과, 메인부분 사이에 가열에 의해 제1코어보다 확장된 제2코어로 된 열확장부분과, 열확장부분의 제2코어와 대향되는 제2클래드 외측에 형성된 보조코팅층을 갖는 열확장 코어광섬유와, 열확장 코어 광섬유의 열확장부분이 호형으로 굴곡지면서 굴곡 반경이 가변될 수 있게 열확장 코어광섬유를 간섭할 수 있게 설치된 굴곡 변형 가이드부와, 굴곡변형 가이드부를 간섭하여 열확장 코어광섬유의 굴곡 반경을 가변시키는 굴곡 조정부를 구비한다. 이러한 가변 광감쇠기에 의하면, 구조가 간단하고 인라인 형태로의 접속이 용이하면서도 삽입손실이 적고 감쇠 범위가 큰 장점을 제공한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable optical attenuator, comprising: a main portion comprising a first core and a first clad, a thermal expansion portion comprising a second core extended from the first core by heating between the main portion, The thermally expanded core optical fiber having an auxiliary coating layer formed on the outside of the second clad opposing the second core, and the thermally expanded core optical fiber may interfere with the thermally expandable core optical fiber so that the bend radius can be varied while the thermally extended portion of the thermally expanded core optical fiber is curved. And a bending adjustment guide portion provided so as to interfere with the bending deformation guide portion and varying a bending radius of the thermal expansion core optical fiber. Such a variable optical attenuator provides the advantages of a simple structure, easy connection in an inline form, low insertion loss, and a large attenuation range.
Description
본 발명은 가변 광감쇠기에 관한 것으로서, 상세하게는 열확산 코어 광섬유를 이용한 가변 광감쇠기에 관한 것이다.The present invention relates to a variable optical attenuator, and more particularly, to a variable optical attenuator using a thermal diffusion core optical fiber.
최근 급증하는 다양한 형태의 정보를 효과적으로 전송하기 위하여 광섬유를 이용한 광통신시스템이 활발히 개발 및 보급되고 있다.Recently, optical communication systems using optical fibers have been actively developed and spread to effectively transmit a variety of types of information.
이러한 광통신 시스템은 송신단의 광송신 모듈에서 전기신호를 광신호로 변환하여 광섬유를 통해 전송하고, 광수신모듈에서는 광섬유를 통해 전송된 광신호를 수신하여 전기신호로 수신처리한다.Such an optical communication system converts an electrical signal into an optical signal in an optical transmission module of a transmitter and transmits the optical signal through an optical fiber, and receives and processes an optical signal transmitted through the optical fiber as an electrical signal.
이러한 광통신 시스템에서 광신호를 장거리 전송하기 위해 광신호가 감쇠되는 것을 감안하여 전송 중간 중간에 광증폭기를 사용하는데, 광증폭기의 이득이 파장에 따라 다르기 때문에 파장별 광출력이 서로 달라지게 된다. 따라서, 광신호를 수신하는 수신단에서 광섬유를 통해 전송되는 광출력이 너무 높게 입력되는 경우 정상적인 신호 수신처리가 이루어지지 않기 때문에 수신되는 광파워를 적합한 레벨로 조정하기 위해 광감쇠기를 이용한다.In the optical communication system, an optical amplifier is used in the middle of the transmission in consideration of the attenuation of the optical signal to transmit the optical signal over a long distance. Since the gain of the optical amplifier varies depending on the wavelength, the optical output for each wavelength is different from each other. Accordingly, when the optical power transmitted through the optical fiber is input too high at the receiving end, the optical attenuator is used to adjust the received optical power to an appropriate level because normal signal reception processing is not performed.
이러한 광감쇠기는 다양하게 알려져 있으나 구조가 복잡하거나, 감쇠율의 가변 범위가 적거나, 인라인(in-line) 형태로의 결합성이 떨어지는 것 등의 문제점을 안고 있다.Such optical attenuators are known in various ways, but suffer from problems such as complex structure, low variable range of attenuation rate, and poor in-line coupling.
특히, 인라인 구조에서는 감쇠기와 단일모드 광섬유와의 인터페이스 문제, 낮은 삽입손실, 무시할 정도의 역반사, 기계적 안정성 및 조합의 용이성등이 요구된다.In particular, in-line structures require interface problems between the attenuator and single-mode fiber, low insertion loss, negligible retroreflection, mechanical stability, and ease of assembly.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 상세하게는 광신호를 전송하는 광섬유와 인라인 형태로 접속이 용이하면서도 구조가 간단하고, 감쇠 가변범위가 큰 가변 광감쇠기를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to improve the above problems, and in particular, it is easy to connect in an in-line form with an optical fiber for transmitting an optical signal and has a simple structure and a variable attenuation variable range having a large attenuation variable range. There is this.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가변 광감쇠기는 제1코어와 제1클래드로 된 메인부분과, 상기 메인부분 사이에 가열에 의해 상기 제1코어보다 확장된 제2코어로 된 열확장부분과, 상기 열확장부분의 상기 제2코어와 대향되는 상기 제2클래드 외측에 형성된 보조코팅층을 갖는 열확장 코어광섬유와; 상기 열확장 코어 광섬유의 상기 열확장부분이 호형으로 굴곡지면서 굴곡 반경이 가변될 수 있게 상기 열확장 코어광섬유를 간섭할 수 있게 설치된 굴곡 변형 가이드부와; 상기 굴곡변형 가이드부를 간섭하여 상기 열확장 코어광섬유의 굴곡 반경을 가변시키는 굴곡 조정부;를 구비한다.In order to achieve the above object, the variable optical attenuator according to the present invention includes a main portion composed of a first core and a first clad, and a thermal expansion having a second core extended from the first core by heating between the main portions. A thermal expansion core optical fiber having a portion and an auxiliary coating layer formed on an outer side of the second clad opposite the second core of the thermal expansion portion; A bending deformation guide part installed to interfere with the thermal expansion core optical fiber such that the thermal expansion portion of the thermal expansion core optical fiber is curved in an arc shape and the bending radius is variable; And a bend adjusting unit that interferes with the bend guide unit to vary the bend radius of the thermally expanding core optical fiber.
바람직하게는 상기 굴곡 변형 가이드부는 내부공간을 갖되 상기 열확장 코어 광섬유가 입출되는 제1 및 제2관통구가 양측면에 상호 대향되게 형성된 하우징과; 상기 하우징의 내부공간 내에 이동가능하게 설치되되 상기 제1 및 제2관통구를 통해 삽입되어 상기 하우징 내에 설치된 상기 열확장 코어 광섬유의 열확장부분을 하방으로 간섭할 수 있게 제1베이스부분의 중앙에 하방으로 돌출된 제1돌출부분과, 상기 제1돌출부분을 중심으로 상기 제1 및 제2관통구 방향으로 각각 이격된 위치에서 하방으로 돌출된 제2 및 제3돌출부분을 갖는 이동블록과; 상기 하우징의 내부공간내에 상기 이동블록에 이격되어 대향되게 고정설치되되 제2베이스부분으로부터 상기 제1돌출부분과 제2돌출부분 사이영역을 향해 돌출된 제4돌출부분과, 상기 제1돌출부분과 상기 제3돌출부분 사이영역을 향해 돌출된 제5돌출부분을 갖는 고정블록과; 상기 이동블록을 상기 고정블록에 대해 이격거리가 멀어지는 방향으로 탄성바이어스를 인가할 수 있도록 상기 하우징과 상기 이동블록 사이에 결합된 제1탄성바이어스 부재;를 구비하고, 상기 굴곡 조정부는 상기 이동블록의 상기 제1베이스부분을 진퇴에 의해 간섭할 수 있게 하우징 외부에서 상기 이동블록의 제1베이스부분과 대향되는 방향을 따라 형성된 나사홀에 나사결합되어 진퇴되는 진퇴나사가 적용된다.Preferably, the bending deformation guide portion has an inner space and a housing in which the first and second through holes through which the thermal expansion core optical fiber enters and exits are opposed to each other; It is installed in the inner space of the housing so as to be inserted through the first and second through holes in the center of the first base portion so as to interfere downwardly the thermal expansion portion of the thermal expansion core optical fiber installed in the housing A moving block having a first protruding portion protruding downward and second and third protruding portions protruding downward at positions spaced apart from each other in the first and second through-hole directions with respect to the first protruding portion; A fourth protrusion part spaced apart from the moving block in the inner space of the housing and opposed to the movable block, the fourth protrusion part protruding from the second base part toward the area between the first protrusion part and the second protrusion part; A fixed block having a fifth protrusion protruding toward an area between the third protrusions; And a first elastic bias member coupled between the housing and the movable block to apply the elastic bias in a direction away from the fixed block with respect to the movable block. A retraction screw is screwed into and retracted from a screw hole formed along a direction opposite to the first base portion of the movable block outside the housing so as to interfere with the first base portion by the retraction.
또한, 상기 이동블록의 상기 제1돌출부분으로부터 상기 제2 및 제3돌출부분을 연결하는 윤곽선은 상방으로 인입된 호형 곡률을 갖게 형성되어 있고, 상기 고정블록의 상기 제4돌출부분과 상기 제5돌출부분을 연결하는 윤곽선은 하방으로 인입된 호형 곡률을 갖게 형성된다.In addition, an outline connecting the second and third protrusions from the first protrusion of the moving block is formed to have an arc-shaped curvature drawn upward, and the fourth protrusion and the fifth of the fixed block. The contour connecting the protrusions is formed to have an arc-shaped curvature drawn downward.
더욱 바람직하게는 상기 제1관통구와 상기 제2관통구에는 상기 열확장 코어 광섬유와 상기 하우징 사이에 결합되어 상기 열확장 코어 광섬유의 이동은 허용하되 외력이 해제되면 복원위치로 탄성바이어스 시키는 제2탄성바이어스부재;를 더 구비한다.More preferably, the first through hole and the second through hole are coupled between the thermally expanding core optical fiber and the housing to allow movement of the thermally expanding core optical fiber but to elastically bias to a restoring position when the external force is released. It further comprises a bias member.
상기 보조코팅층의 굴절율은 상기 제2클래드보다 굴절율이 0.001 내지 0.006 큰 것이 적용된 것이 바람직하다.It is preferable that the refractive index of the auxiliary coating layer is 0.001 to 0.006 larger than that of the second clad.
본 발명에 따른 가변 광감쇠기에 의하면, 구조가 간단하고 인라인 형태로의 접속이 용이하면서도 삽입손실이 적고 감쇠 범위가 큰 장점을 제공한다.According to the variable optical attenuator according to the present invention, the structure is simple, the connection in the inline form is easy, the insertion loss is low, and the attenuation range is large.
도 1은 본 발명에 따른 가변 광감쇠기를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 열확장코어 광섬유의 확대도이고,
도 3은 도 1의 열확장코어 광섬유의 열확장부분을 형성하는 과정을 나타내 보인 도면이고,
도 4는 열확장코어 광섬유의 코어 반경에 따른 구부림 손실을 나타내 보인 그래프이고,
도 5와 도 6은 열처리 전의 단일모드 광섬유와 열처리를 한 열확산코어 광섬유에 대해 모드 전파(왼쪽 그래프)와 가이드된 모드의 광파워(오른쪽 그래프)에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내 보인 그래프이고,
도 7은 단일모드 광섬유에 열을 가하는 동안 코어의 열적 확장에 의한 초과손실(excess loss)을 1250nm 내지 1650nm의 파장범위에 대해 측정한 결과를 나타내 보인 그래프이고,
도 8은 표준단일모드 광섬유와, 열확산처리된 샘플 A와 B에 대해 백색광을 파이버를 통해 조사한 경우의 이미지이다.
도 9는 보호 코팅층의 굴절율을 상호 다르게 적용하면서 열확장 코어 광섬유가 구부려지게 마이크로미터를 이동시키면서 구부림 손실을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 보호코팅층이 형성된 샘플 A, B와 단일모드 광섬유에 대해 도 1의 하우징내에 삽입한 후 조절나사의 전진길이를 달리하면서 측정한 구부림 손실을 측정한 그래프이다.1 is a view showing a variable optical attenuator according to the present invention,
FIG. 2 is an enlarged view of the thermal expansion core optical fiber of FIG. 1;
3 is a view illustrating a process of forming a thermal expansion portion of the thermal expansion core optical fiber of FIG.
Figure 4 is a graph showing the bending loss according to the core radius of the thermal expansion core optical fiber,
5 and 6 are graphs showing simulation results of mode propagation (left graph) and guided mode optical power (right graph) for a single mode optical fiber before heat treatment and a thermal diffusion core optical fiber subjected to heat treatment.
FIG. 7 is a graph showing the results of measuring the excess loss due to thermal expansion of a core while applying heat to a single mode optical fiber over a wavelength range of 1250 nm to 1650 nm.
FIG. 8 is an image of a standard single mode optical fiber and white diffracted samples A and B irradiated with fiber.
Figure 9 is a graph showing the results of measuring the bending loss while moving the micrometer to bend the thermal expansion core optical fiber while differently applying the refractive index of the protective coating layer.
FIG. 10 is a graph illustrating bending losses measured while varying the advancing length of the adjusting screw after insertion of the protective coating layers A and B and the single mode optical fiber into the housing of FIG. 1.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변 광감쇠기를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a variable light attenuator according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 가변 광감쇠기를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 열확장코어 광섬유의 열확장부분을 형성하는 과정을 나타내 보인 도면이고, 도 3은 도 2의 열확장부분을 형성한 이후 보조코팅층이 형성된 도 1의 열확장코어 광섬유의 확대도이다.1 is a view showing a variable optical attenuator according to the present invention, Figure 2 is a view showing a process of forming a thermal expansion portion of the thermal expansion core optical fiber of Figure 1, Figure 3 is a thermal expansion portion of Figure 2 After the formation is an enlarged view of the thermal expansion core optical fiber of FIG.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 가변 광감쇠기(100)는 열확장코어 광섬유(110), 굴곡 변형 가이드부(140), 굴곡조정부(160)를 구비한다.1 to 3, the variable
열확장코어 광섬유(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 메인부분(120)과 열확장부분(130)을 갖는 구조로 되어 있다.As shown in FIG. 2, the thermal expansion core
메인 부분(120)은 일반적인 단일모드 광섬유 구조로 된 부분을 말하는 것으로서, 제1코어(121)와 제1클래드(122)로 되어 있다.The
열확장부분(130)은 도 3에 도시된 바와 같이 마이크로토치(210)를 이용하여 메인부분(120) 사이에 1300℃정도로 가열에 의해 제1코어(121)보다 확장된 제2코어(131)를 갖는 부분이며, 제2코어(131)를 감싸면서 제2코어(131)와 대향되는 제2클래드(132) 외측에는 보조코팅층(135)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 3, the
메인부분(120)이 단일모드 광섬유가 적용되는 경우 제2코어(131)의 외경은 제1코어(121)의 외경에 대해 2 내지 3배가 되게 형성된다. When the
이러한 열확장 코어 광섬유(110)는 통상 일반 단일모드 광섬유에 열을 인가하여 확장된 제2코어(131)를 형성시킨 다음 제2클래드 외측에 보조코팅층(135)을 형성하면 된다.The thermally expanding core
한편, 열확장코어 광섬유(110)의 메인부분(120)은 제1클래드(122) 외부에 통상적인 튜브(124)에 의해 피복 되어 있고, 열확장부분(130)과 인접한 메인부분(120)의 일부는 제1클래드(122)가 노출되거나 피복되게 처리될 수 있음은 물론이다.On the other hand, the
굴곡 변형 가이드부(140)는 열확장코어 광섬유(110)의 열확장부분(130)이 호형으로 굴곡지면서 열확장 부분(130)의 굴곡 반경이 가변될 수 있게 열확장 코어광섬유(110)를 간섭할 수 있게 설치되어 있다.The bending
굴곡 변형 가이드부(140)는 하우징(141), 이동블록(143), 고정블록(151), 제1스프링(158)을 구비한다.The bending
하우징(141)은 사각형태의 내부공간(141a)을 갖되 열확장 코어 광섬유(110)가 입출되는 제1 및 제2관통구(142a)(142b)가 양측면에 상호 대향되게 형성되어 있다.The
이동 블록(143)은 하우징(141)의 내부공간(141a) 내에 이동가능하게 설치되되 제1 및 제2관통구(142a)(142b)를 통해 삽입되어 하우징(141) 내에 설치된 열확장 코어 광섬유(110)의 열확장부분(130)을 하방으로 간섭할 수 있게 제1베이스부분(144)의 중앙에 하방으로 돌출된 제1돌출부분(145)과, 제1돌출부분(145)을 중심으로 제1 및 제2관통구(142a)(142b) 방향으로 각각 이격된 위치에서 하방으로 돌출된 제2 및 제3돌출부분(146)(147)을 갖게 일체로 형성되어 있다.The moving
이동블록(143)의 제1돌출부분(145)으로부터 제2 및 제3돌출부분(146)(147)을 연결하는 윤곽선은 상방으로 인입된 호형 곡률을 갖게 형성되어 있다.The contour connecting the second and
고정블록(151)은 하우징(141)의 내부공간(141a) 내에 이동블록(143)에 이격되어 대향되게 고정설치되되 제2베이스부분(152)으로부터 제1돌출부분(145)과 제2돌출부분(146) 사이영역을 향해 돌출된 제4돌출부분(153)과, 제1돌출부분(145)과 제3돌출부분(147) 사이영역을 향해 돌출된 제5돌출부분(154)을 갖는 형상으로 형성되어 있다.The
제1스프링(158)은 제1탄성바이어스 부재로서 적용된 것으로 이동블록(143)을 고정블록(151)에 대해 이격거리가 멀어지는 방향으로 탄성바이어스를 인가할 수 있도록 하우징(141)과 이동블록(143)의 제1베이스부분(144) 사이에 결합되어 있다.The
한편 하우징(141) 내에 열확장부분(130)이 위치되게 장착된 열확장 코어 광섬유(110)가 이동블록(143)의 진퇴에 의해 구부려 질때 이동은 허용하면서도 외력이 해제되면 초기위치로 복귀할 수 있도록 제1관통구(142a)와 제2관통구(142b)에는 열확장 코어 광섬유(110)와 하우징(141) 사이에 결합되어 열확장 코어 광섬유(110)의 이동은 허용하되 외력이 해제되면 복원위치로 탄성바이어스 시키는 제2탄성바이어스부재인 제2스프링(105)이 설치되어 있다.Meanwhile, when the thermal expansion core
굴곡 조정부(160)는 이동블록(143)의 제1베이스부분(144)을 진퇴에 의해 간섭할 수 있게 하우징(141) 외부에서 이동블록(143)의 제1베이스부분(144)과 대향되는 방향을 따라 형성된 나사홀(141b)에 나사결합되어 진퇴되는 진퇴나사(161)가 적용되었다.The
이러한 구조에서 열확장코어 광섬유(110)는 제2돌출부분(146)과 제4돌출부분(153)에 의해 일측이 지지되고, 제3돌출부분(147)과 제5돌출부분(154)에 의해 타측이 지지된 상태에서 진퇴나사(161)의 진퇴에 의해 제1돌출부분(145)이 열확장코어 광섬유(110)의 열확장부분(130)의 중앙을 간섭하여 굴곡 반경을 가변시킨다.In this structure, the thermal expansion core
도시된 예와 다르게 진퇴나사(161)는 전기에너지에 의해 진퇴시킬 수 있도록 모터(미도시)와 결합될 수 있음을 물론이다.Unlike the illustrated example, the
이하에서는 이러한 가변 광감쇠기의 특성을 살펴본다.Hereinafter, the characteristics of the variable optical attenuator will be described.
단일모드 광섬유의 모드 장 직경(mode field diameter)은 1300℃이상의 고온으로 가열하면 확장된다.The mode field diameter of single mode optical fibers expands when heated to high temperatures above 1300 ° C.
구부림 손실은 열확장코어 광섬유(110)의 구부림율에 대해 연속적으로 증가하는 것이 요구된다. 그런데, 보조코팅층(135)의 굴절율에 따라 열확장코어 광섬유(110)의 구부림 손실은 구부림율의 변화에 대해 값이 단일하지 않고 진동한다. 따라서, 구부림율의 변화에 대해 단일값을 갖도록 구조적으로 보완해야하고, 이를 위해 보조코팅층(135)은 제2클래드(132)의 굴절율 보다는 크되 제2클래드(132)보다 굴절율이 0.001 내지 0.006 큰 것이 적용된다.The bending loss is required to increase continuously with respect to the bending rate of the thermal expansion core
실리카 단일모드 광섬유의 코어에 첨가된 GeO2 도펀트는 광섬유가 1300℃이상으로 가열되면 열적으로 확산되고, 열적으로 확산된 GeO2 도펀트에 의해 코어와 클래드의 굴절율 차이가 감쇠되고 결과적으로 코어가 확장된다.GeO 2 dopant added to the core of silica single-mode fiber is thermally diffused when the fiber is heated above 1300 ℃, and the difference in refractive index between core and clad is attenuated by thermally diffused GeO 2 dopant, resulting in core expansion. .
코어구조의 변화에도 불구하고, 도펀트의 확산후에도 정규화 주파수는 여전히 상수로 남아있다. 따라서, 열처리 후에도 열확산코어 광섬유은 단일모드를 유지한다.Despite changes in the core structure, the normalization frequency remains constant after diffusion of the dopant. Therefore, the thermal diffusion core optical fiber maintains a single mode even after heat treatment.
단일모드 광섬유의 정규화 주파수(V)는 아래의 수학식 1로 표현할 수 있다.The normalized frequency (V) of a single mode optical fiber can be expressed by
여기서, λ는 파장, a0 는 제1코어(121)의 반경 , nCO 는 제1코어(121)의 굴절율 ,Δ0 는 열처리 전의 제1코어(121)와 제1클래드(122) 사이의 정규화된 굴절율 차이이다.Here, λ is the wavelength, a 0 is the radius of the
단일모드 광섬유의 정규화 주파수가 변하지 않는다고 가정하면, 아래의 수학식 2와 같이 된다.Assuming that the normalization frequency of a single mode optical fiber does not change, the following equation (2) is obtained.
여기서, a 는 열처리 후의 제2코어(131)의 반지름이고, Δ 는 열처리 후의 제2코어(131)의 굴절율 이다.Here, a is the radius of the
이러한 열확산 코어 광섬유(110)는 정규화된 굴절율 차이에 있어서의 감소에 의해 구부림손실이 매우 민감한 특성을 갖는다.The thermal diffusion core
단일모드 광섬유의 스텝 굴절율에 대한 구부림 손실은 아래의 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.The bending loss with respect to the step refractive index of the single mode optical fiber can be expressed as
여기서, a는 제2코어(131) 반지름, R은 구부림 반경, K1 은 제2종류의 1차 베셀함수, Δ 는 제2코어(131)와 제2클래드(132)의 정규화된 굴절율 차이이다.Where a is the radius of the
또한, U는 제2코어(131)의 가로지르는 방향에 대한 전파상수이고, W는 제2클래드(132)의 가로지르는 방향에 대한 전파상수이고, V는 정규화된 주파수이다.U is a propagation constant for the cross direction of the
도 4는 1550nm의 정규화 주파수에 대해 코어반지름과 정규화된 굴절율 차이값이 상호 다른 경우에 대한 구부림 손실을 산출한 결과를 나타내 보인 그래프이다. 여기서, 제2클래드(132)의 굴절율은 1.444로 가정하였다. 도 4를 통해 알 수 있는 바와 같이 구부림 반경이 증가할 수록 감쇠가 지수함수적으로 감소한다. 또한, 제2코어(132)가 확장될 수록 감쇠가 더욱 증가한다. 따라서, 열확장코어 광섬유(110)의 구부림손실은 종래의 단일모드 광섬유에 비해 곡률의 변화에 대한 민감도가 더욱 증가함을 알 수 있다.4 is a graph showing the results of calculating the bending loss for the case where the difference between the core radius and the normalized refractive index difference is different for the normalized frequency of 1550 nm. Here, the refractive index of the second clad 132 is assumed to be 1.444. As can be seen from FIG. 4, the attenuation decreases exponentially as the bending radius increases. In addition, as the
한편, 수학식 3에서 제2클래드(132)의 지름이 광학적으로 유한하면 더이상 적용할 수 없고, 실제로 제2클래드(132)의 지름은 유한하므로 구부림 손실은 에워싸고 있는 소재의 굴절율에 의해 영향을 받는다.On the other hand, if the diameter of the second clad 132 is optically finite in
도 5와 도 6은 열처리 전의 단일모드 광섬유와 열처리를 한 열확산코어 광섬유에 대해 모드 전파(왼쪽 그래프)와 가이드된 모드의 광파워(오른쪽 그래프)에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내 보인 그래프이다. 여기서 제2코어(131)는 모드 전파방향으로 단열적으로 1.0mm 확장되고, 정규화 주파수는 모드전파 방향으로 그대로 유지되는 것으로 가정하였다. 또한, 코어 반지름(a0)과 정규화 굴절율 차이(Δ0) 는 열처리전에 각각 4.0㎛, 0.344%로 가정하였다. 열확장코어광섬유(110)의 열확장부분(130)의 코어 반지름(a0)과 정규화 굴절율 차이(Δ0) 는 8.0㎛, 0.086%로 가정하였다. 만약, 광섬유의 코어가 광섬유의 길이방향을 따라 단열적으로 확장될 때 단일모드 광섬유 영역으로부터 열확장부분 영역(130) 사이의 결합손실 및 역반사는 모드진화 효과에 의해 모드 크기가 점진적으로 변화기 때문에 무시할 수 있다. 5 and 6 are graphs showing simulation results of mode propagation (left graph) and guided mode optical power (right graph) of a single mode optical fiber before heat treatment and a thermal diffusion core optical fiber subjected to heat treatment. Here, it is assumed that the
표준단일 광섬유는 도 5를 통해 알 수있는 바와 같이 5%이내의 작은 구부림 손실이 발생하는 반면, 열확장 코어 광섬유는 도 6에 도시된 바와 같이 85%를 초과하는 높은 구부림 손실이 발생하는 것을 알 수 있다.It can be seen that a standard single fiber has a small bending loss of less than 5% as shown in FIG. 5, while a thermally expanding core fiber has a high bending loss of more than 85% as shown in FIG. Can be.
<제작예><Production example>
표준단일모드 광섬유인 SMF28을 준비하여 피복을 20mm 탈피한 다음 도 3을 통해 설명된 바와 같이 마이크로토치(210)로 탈피된 부분에 대해 왕복이동시키면서 가열처리하였다. 열처리부분은 12mm로 하였고, 히팅시간을 15분과 30분으로 각각 달리하여 제작하였다. 이하에서는 히팅시간을 15분 적용한 것을 샘플을 A로 하고, 히팅시간을 30분 적용한 샘플을 B로 하여 설명한다.SMF28, a standard single mode optical fiber, was prepared and stripped 20 mm of the coating, and then heat-treated while reciprocating with respect to the stripped portion with the microtorch 210 as described with reference to FIG. 3. The heat treatment part was 12mm, and the heating time was differently produced by 15 minutes and 30 minutes, respectively. In the following description, the sample applied with the heating time for 15 minutes is referred to as A, and the sample applied with the heating time for 30 minutes is described as B. FIG.
열을 가하는 동안 코어의 열적 확장에 의한 초과손실(excess loss)을 1250nm 내지 1650nm의 넓은 파장범위에 대해 측정하였고 그 결과가 도 7에 도시되어있다.The excess loss due to thermal expansion of the core while applying heat was measured over a wide wavelength range of 1250 nm to 1650 nm and the results are shown in FIG. 7.
도 7을 통해 알 수 있는 바와 같이 측정된 초과손실은 모든 파장대역에서 0.4dB이하로 나타났다. 또한, 1390nm에서 작은 피크가 발견되었다. OH흡수에 의한 광학손실은 히팅공정에 의해 증가되었고, 1550nm에서 열확장코어 광섬유의 삽입손실은 0.2dB이하로 나타났다.As can be seen from FIG. 7, the measured excess loss was less than 0.4 dB in all wavelength bands. In addition, a small peak was found at 1390 nm. The optical loss due to OH absorption was increased by the heating process, and the insertion loss of the thermal expansion core optical fiber was less than 0.2dB at 1550nm.
도 8은 표준단일모드 광섬유와, 샘플 A, 샘플 B에 대해 백색광을 파이버를 통해 조사한 경우의 이미지이다. 샘플 A와 B는 단일모드 광섬유에 비해 2 내지 3배 큰 코어사이즈를 갖는다. 또한, 히팅후 열확장코어 광섬유의 열확장부분의 제2클래드의 지름은 2 내지 3㎛정도 감소한다.8 is an image of a standard single mode optical fiber, and sample A and sample B irradiated with white light through a fiber. Samples A and B have core sizes that are two to three times larger than single-mode fiber. In addition, the diameter of the second clad of the thermal expansion portion of the thermal expansion core optical fiber after heating is reduced by about 2 to 3㎛.
한편, 열확장부분에 대한 보호코팅층(135)에 의한 영향을 살펴본 결과, 보호 코팅층(135)의 굴절율이 제2클래드(132)의 굴절율보다 작으면 새로운 클래딩 역할을 하며, 클래딩 모드가 보호 코팅층(135)에 의해 가이드된다. On the other hand, as a result of examining the influence of the
도 9는 보호 코팅층의 굴절율을 상호 다르게 적용하면서 열확장 코어 광섬유가 구부려지게 마이크로미터를 이동시키면서 구부림 손실을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 9 is a graph showing the results of measuring the bending loss while moving the micrometer to bend the thermal expansion core optical fiber while differently applying the refractive index of the protective coating layer.
도 9를 통해 알 수있는 바와 같이 보호 코팅층(135)의 굴절율이 제2클래드(132)와 차이가 많으면 구부림 손실이 단일값을 갖지 않고 진동하지만 제2클래드(132)와 굴절율 차이가 매우 미소한 값인 1.446의 굴절율을 갖는 보호 코팅층(135)의 경우에는 단일값을 갖음을 보여준다. 결과적으로 보호 코팅층(135)의 굴절율이 제2클래드(132)의 굴절율 보다 약간 높으면서 차이값이 0.001 내지 0.006 이하인 경우 클래드 모드가 존재하지 않음으로써 구부림 반경 변화에 대해 단일한 감쇠값을 갖는 특성을 제공한다.9, if the refractive index of the
바람직하게는 보호 코팅층(135)은 폴리머 소재로 경화에 의해 형성하면 구부림에 의한 파손을 억제할 수 있는 효과도 제공한다.Preferably, when the
도 10은 보호코팅층이 형성된 샘플 A, B와 단일모드 광섬유에 대해 도 1의 하우징내에 삽입한 후 조절나사의 전진길이를 달리하면서 측정한 구부림 손실을 측정한 그래프이다. 도 10을 통해 알 수 있는 바와 같이 열확장코어 광섬유의 구부림에 의한 손실변화가 단일모드 광섬유에 비해 훨씬 급격하게 지수함수적으로 변함을 알 수 있다.FIG. 10 is a graph illustrating bending losses measured while varying the advancing length of the adjusting screw after insertion of the protective coating layers A and B and the single mode optical fiber into the housing of FIG. 1. As can be seen from FIG. 10, it can be seen that the loss change due to the bending of the thermal expansion core fiber changes exponentially much more rapidly than the single mode fiber.
이상에서 살펴본 바와 같이 가변 광감쇠기(100)는 단일모드 광섬유를 열확장부분(130)을 갖도록 형성하여 열확장부분(130)의 구부림 반경을 조정하면 55dB를 초과하는 넓은 감쇠영역과 1550nm에서 0.2dB보다 낮은 손실을 갖는 가변 광쇠기를 제공할 수 있다. As described above, the variable
110: 열확장코어 광섬유 130: 열확장부분
141: 하우징 143: 이동블록
151: 고정블록 161: 진퇴나사110: thermal expansion core optical fiber 130: thermal expansion portion
141: housing 143: moving block
151: fixed block 161: retraction screw
Claims (5)
상기 열확장 코어 광섬유의 상기 열확장부분이 호형으로 굴곡지면서 굴곡 반경이 가변될 수 있게 상기 열확장 코어광섬유를 간섭할 수 있게 설치된 굴곡 변형 가이드부와;
상기 굴곡변형 가이드부를 간섭하여 상기 열확장 코어광섬유의 굴곡 반경을 가변시키는 굴곡 조정부;를 구비하고,
상기 굴곡 변형 가이드부는
내부공간을 갖되 상기 열확장 코어 광섬유가 입출되는 제1 및 제2관통구가 양측면에 상호 대향되게 형성된 하우징과;
상기 하우징의 내부공간 내에 이동가능하게 설치되되 상기 제1 및 제2관통구를 통해 삽입되어 상기 하우징 내에 설치된 상기 열확장 코어 광섬유의 열확장부분을 하방으로 간섭할 수 있게 제1베이스부분의 중앙에 하방으로 돌출된 제1돌출부분과, 상기 제1돌출부분을 중심으로 상기 제1 및 제2관통구 방향으로 각각 이격된 위치에서 하방으로 돌출된 제2 및 제3돌출부분을 갖는 이동블록과;
상기 하우징의 내부공간내에 상기 이동블록에 이격되어 대향되게 고정설치되되 제2베이스부분으로부터 상기 제1돌출부분과 제2돌출부분 사이영역을 향해 돌출된 제4돌출부분과, 상기 제1돌출부분과 상기 제3돌출부분 사이영역을 향해 돌출된 제5돌출부분을 갖는 고정블록과;
상기 이동블록을 상기 고정블록에 대해 이격거리가 멀어지는 방향으로 탄성바이어스를 인가할 수 있도록 상기 하우징과 상기 이동블록 사이에 결합된 제1탄성바이어스 부재;를 구비하고,
상기 굴곡 조정부는 상기 이동블록의 상기 제1베이스부분을 진퇴에 의해 간섭할 수 있게 하우징 외부에서 상기 이동블록의 제1베이스부분과 대향되는 방향을 따라 형성된 나사홀에 나사결합되어 진퇴되는 진퇴나사인 것을 특징으로 하는 가변 광감쇠기.A main portion comprising a first core and a first clad, a thermal expansion portion comprising a second core extended from the first core by heating between the main portion, and a second core facing the second core of the thermal expansion portion; A thermal expansion core optical fiber having an auxiliary coating layer formed on the outside of the second clad;
A bending deformation guide part installed to interfere with the thermal expansion core optical fiber such that the thermal expansion portion of the thermal expansion core optical fiber is curved in an arc shape and the bending radius is variable;
And a bend adjusting unit for varying a bend radius of the thermally expanded core optical fiber by interfering with the bent deformation guide part.
The bending deformation guide portion
A housing having an inner space, the first and second through-holes of which the thermal expansion core optical fiber is introduced and opposed to each other on both sides thereof;
It is installed in the inner space of the housing so as to be inserted through the first and second through holes in the center of the first base portion so as to interfere downwardly the thermal expansion portion of the thermal expansion core optical fiber installed in the housing A moving block having a first protruding portion protruding downward and second and third protruding portions protruding downward at positions spaced apart from each other in the first and second through-hole directions with respect to the first protruding portion;
A fourth protrusion part spaced apart from the moving block in the inner space of the housing and opposed to the movable block, the fourth protrusion part protruding from the second base part toward the area between the first protrusion part and the second protrusion part; A fixed block having a fifth protrusion protruding toward an area between the third protrusions;
And a first elastic bias member coupled between the housing and the movable block to apply the elastic bias to the movable block in a direction away from the fixed block.
The bend adjusting unit is a retraction screw that is screwed into the screw hole formed along the direction opposite to the first base portion of the movable block from the outside of the housing so as to interfere with the first base portion of the movable block by the retreat; Variable light attenuator, characterized in that.
상기 고정블록의 상기 제4돌출부분과 상기 제5돌출부분을 연결하는 윤곽선은 하방으로 인입된 호형 곡률을 갖게 형성된 것을 특징으로 하는 가변 광감쇠기.3. The contour of claim 2, wherein an outline connecting the second and third protrusions from the first protrusion of the moving block is formed to have an arc-shaped curvature drawn upward.
The contour connecting the fourth protrusion and the fifth protrusion of the fixing block is formed with an arc-shaped curvature drawn downward.
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US4472628A (en) | 1981-06-29 | 1984-09-18 | General Electric Company | Fiber optics transducers for sensing parameter magnitude |
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