KR101180289B1 - 하이브리드 광결정광섬유 및 이의 제조방법. - Google Patents

하이브리드 광결정광섬유 및 이의 제조방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 코어에 기능성 물질을 주입한 하이브리드 광결정광섬유에 관한 것으로서, 광결정광섬유의 중심부에 길이방향으로 길게 형성되며 직경이 4-15㎛인 중공과, 상기 중공의 외부에 형성되며 직경이 2-5㎛인 다수의 공기구멍이 상기 중공을 중심으로 상기 공기구멍간 4.5-7㎛의 간격으로 육각형 형상을 이루어 광결정광섬유의 길이방향으로 길게 형성된 내부 클래드와 상기 내부 클래드 외곽을 감싸는 환형 형상의 외부 클래드 및 상기 중공과 상기 공기구멍에 기능성 물질을 주입하여 형성한 코어를 포함하는 것을 특징으로 하며, 다양한 형태를 갖는 중앙 코어에 채워진 액체, 액정 또는 생체 유체 물질과 같은 기능성 물질의 상태 변화에 의해서 광강도, 파장, 위상 및 편광 변조가 가능하여 다양한 광통신망 구현이 가능하고, 온도, 압력 등의 외부 스트레스에 의한 굴절율 변화를 감지할 수 있는 다양한 광센서로 역할 할 수 있고, 형광 색소를 이용한 가시광선 영역대의 형광 색소 레이저나 고 비선형 액체에 의한 700㎚ 이상의 초광대역 레이저 광원으로도 활용이 가능하다.

Description

하이브리드 광결정광섬유 및 이의 제조방법. {Hybrid photonic crystal fibers and the fabrication method of the same}
본 발명은 코어에 기능성 물질을 주입한 하이브리드 광결정광섬유에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 형태를 갖는 중앙 코어에 채워진 액체, 액정 또는 생체 유체 물질과 같은 기능성 물질의 상태 변화에 의해서 광강도, 파장, 위상 및 편광 변조가 가능하여 다양한 광통신망 구현이 가능하고, 형광 색소 레이저 및 다양한 광센서로 활용이 가능한 광결정광섬유 및 코어 크기가 변하지 않고 기능성 물질이 채워진 다양한 형태의 코어를 갖는 광결정광섬유의 제조방법에 관한 것이다.
최근 실리카 유리에 공기구멍이 규칙적으로 배열된 광결정광섬유(photonic crystal fiber, PCF)가 개발되면서 이들 광섬유내 공기구멍 전체 또는 일부에 기능성 액체를 채우는 새로운 형태의 하이브리드(hybrid) 광결정광섬유가 고안되고 있고, 이를 기반으로 한 복굴절 조절 소자, 파장가변 형광필터, 형광 색소 레이저, 초광대역 광원, 바이오-화학 센서 등 다양한 소자가 개발되고 있다.
일반적 PCF의 공기구멍 배열은 그 간격이 수 마이크로미터에 불과하기 때문에 광섬유 중앙에 위치한 공기구멍 하나만 선별하여 액체를 주입하기 위해서는 미세한 위치 조절이 가능한 선택적 주입 공정을 개발해야 한다. 기존의 선택적 주입 방법은 모두 PCF의 클래딩 영역 공기구멍을 차단시키고 코어 부근 공기 부분만 개방시키는 것으로서, 자외선(UV) 경화 폴리머로 클래딩 영역의 공기구멍을 막는 방법이 있으나, 이 방법은 모세관 현상(capillary force)를 이용하므로 관의 직경이 클수록 액체 흡입 속도가 빠르기 때문에, 코어부분을 먼저 막고 다시 자외선 경화 폴리머를 클래딩 공기구멍에 주입시켜 재경화시킨 후 클래딩만 막혀있는 부분을 적절히 절단해서 사용하는 다소 복잡한 과정이 요구되는 문제점이 있다.
다른 방법으로는 광섬유 융착 접속기의 아크 방전(arc discharge)을 이용해 클래딩 영역의 공기구멍은 접합시키고 가운데 코어 공기구멍만 열려있는 채로 두는 방법이 있으나, 아크 방전의 세기와 방전 시간 등을 각기 다른 광섬유마다 최적화시켜야하는 불편함이 있을 뿐 아니라, 코어와 클래딩의 공기구멍 크기 차가 크지 않을 경우에는 코어와 클래딩의 공기구멍 모두를 차단시킬 가능성이 매우 높아, 현실적으로 적용이 불가능한 문제점이 있다.
일반적인 광섬유는 외부 환경의 변화나 광섬유 제작시 발생하는 비원성(circularity)에 의해 편광 방향(빠른 축(fast axis)과 느린 축(slow axis))으로 속도가 다르게 진행하는 복굴절(birefringence) 현상이 발생한다. 이러한 편광 모드 간의 속도 차에 의한 분산(dispersion) 효과는 10Gbps 이상의 고속 광통신망 구현에서 비트 에러를 발생시키는 등의 문제를 유발한다.
타원형 코어 광섬유는 대안책의 대표적인 일례로서, 인위적으로 편광 모드 간의 속도 차를 크게 주어, 즉 복굴절률을 크게 만들어 일정한 편광면으로만 빛이 진행하도록 하거나(편광 유지) 편광 방향 중 한 축의 임계 파장 이후(cutoff wavelength)에 응용되도록 하여 다른 한 축의 편광만 남도록 하는 방식(단일 편광)으로 응용하는 것이다.
다만, 이러한 타원형 코어 광섬유는 고체 코어 광섬유로 많이 연구, 개발되어 왔지만, 현재까지 타원형을 갖는 액체 코어 광섬유로는 연구, 제작된 바 없고, 다양한 코어 형태를 가지는 액체 코어 광섬유 및 주변온도, 압력 등에 의한 그 액체 상태의 변화를 통해 복굴절 조절 소자로 활용할 수 있는 광결정광섬유에 대한 연구 보고는 없었다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 다양한 형태를 갖는 중앙 코어에 채워진 기능성 물질의 상태 변화에 의해서 광강도, 파장, 위상 및 편광 변조가 가능하며 형광 색소 레이저 및 다양한 광섬유 센서로 활용이 가능한 하이브리드 광결정광섬유에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 하이브리드 광결정광섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여,
하이브리드 광결정광섬유에 있어서, 상기 광결정광섬유의 중심부에 길이방향으로 길게 형성되며, 직경이 4-15㎛인 중공과, 상기 중공의 외부에 형성되며 직경이 2-5㎛인 다수의 공기구멍이 상기 중공을 중심으로 상기 공기구멍간 4.5-7㎛의 간격으로 육각형 형상을 이루어 광결정광섬유의 길이 방향으로 길게 형성된 내부 클래드와, 상기 내부 클래드 외곽을 감싸는 환형 형상의 외부 클래드 및 상기 중공과 상기 공기구멍에 기능성 물질을 주입하여 형성한 코어를 포함하는 하이브리드 광결정광섬유를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광결정광섬유의 외경은 100-250㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 코어의 단면은 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형 또는 육각형일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 중공과 중공 주변의 공기구멍에 주입하는 기능성 물질은 탈이온수, Rhodamin 6G, Fluorescein, coumarin 343 등의 형광색소 및 이황화탄소, 톨루엔, 니트로벤젠 등의 고 비선형 액체 중에서 선택되는 적어도 하나의 액체 물질 또는 네마틱상의 유체-E7, E48 등의 액정 물질 또는 혈액, 소변, 임파액 및 타액 중에서 선택되는 적어도 하나의 생체 유체 물질일 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여,
중공광섬유와 광결정광섬유를 절단시키는 단계와, 광섬유 융착기로 상기 중공광섬유와 광결정광섬유의 절단된 단면을 융착 접속시키는 단계와, 상기 접합된 중공광섬유를 유도관으로 하여 광결정광섬유의 코어에 기능성 물질을 주입시키는 단계 및 상기 코어에 기능성 물질이 주입된 광결정광섬유를 절단하는 단계를 포함하는 하이브리드 광결정광섬유 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 중공광섬유의 중공 단면은 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형 또는 육각형일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 탈이온수, Rhodamin 6G, Fluorescein, coumarin 343 등의 형광색소 및 이황화탄소, 톨루엔, 니트로벤젠 등의 고 비선형 액체 중에서 선택되는 적어도 하나의 액체 물질 또는 네마틱상의 유체-E7, E48 등의 액정 물질 또는 혈액, 소변, 임파액 및 타액 중에서 선택되는 적어도 하나의 생체 유체 물질일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 중공광섬유의 외경은 100-250㎛이고, 중공직경은 4-15㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광결정광섬유의 외경이 100-250㎛이고, 중공직경은 4-15㎛이며, 클래딩 공기구멍의 직경은 2-5㎛이고, 클래딩 공기구멍간의 간격은 4.5-7㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 중광광섬유와 광결정광섬유 각각의 단면을 40-55㎛ 간격을 두고 정렬 후 10㎃의 아크 방전 세기로 2-3초 동안 방전 가열하여 융착 접속시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 아크 방전 가열은 1회 방전 가열 또는 2-3회의 간헐 방전 가열일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광결정광섬유와 접합된 중공광섬유의 반대쪽에는 기능성 물질을 주입할 수 있는 유체 펌프를 구비하고, 이에 의해서 접합된 중공광섬유를 유도관으로 하여 광결정광섬유의 코어에 기능성 물질을 주입할 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 광결정광섬유는 다양한 형태를 갖는 중앙 코어에 채워진 액체, 액정 또는 생체 유체 물질과 같은 기능성 물질의 상태 변화에 의해서 광강도, 파장, 위상 및 편광 변조가 가능하여 다양한 광통신망 구현이 가능하고, 온도, 압력 등의 외부 스트레스에 의한 굴절율 변화를 감지할 수 있는 다양한 광센서로 역할 할 수 있고, 형광 색소를 이용한 가시광선 영역대의 형광 색소 레이저나 고 비선형 액체에 의한 700㎚ 이상의 초광대역 레이저 광원으로도 활용이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 하이브리드 액체 코어 광결정광섬유 제조방법은 별도의 공기구멍 차단이나 접합을 하지 않아 공정의 효율성이 우수하고 코어의 크기가 일정하게 유지될 수 있는 하이브리드 광결정광섬유의 제조가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정광섬유의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중공광섬유와 광결정광섬유를 융착시킨 형태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광결정광섬유의 제작에 사용되는 원형, 타원형, 삼각형, 사각형 등의 다양한 형태의 중공을 가지는 중공광섬유의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제작 방법에 따라 액체를 주입시킨 후 얻을 수 있는 원형, 타원형, 삼각형, 사각형 등의 다양한 형태의 액체코어 광결정광섬유의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 액체코어 광결정광섬유의 제조에 사용되는 중공광섬유와 공기 코어를 갖는 광결정광섬유의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 따라 중공광섬유와 광결정광섬유를 접합시킨 후의 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예 따라 중공광섬유와 광결정광섬유를 접합시킨 후에 액체를 주입하는 방법을 나타낸 개략도이다.
도 8은 발명의 일 실시예 따라 중공광섬유와 광결정광섬유를 접합시키고, 액체를 주입한 후의 광결정광섬유의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체코어 광결정광섬유를 이용한 광 입사방법을 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 종래기술의 복잡한 제조공정보다 효율성이 우수한 중앙 코어에 기능성 물질이 채워진 하이브리드 광결정광섬유 제조방법에 관한 새로운 기술 및 이에 의하여 제조된 광섬유에 관한 것으로서, 하기 도 1의 광결정광섬유의 중공(11)과 그 중공 주변의 공기구멍(12) 일부에 기능성 물질을 채워서 하기 도 4에 나타난 다양한 코어 형상을 갖는 하이브리드 광결정광섬유인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광결정광섬유는 4-15㎛ 크기의 중공, 상기 중공의 외부에 형성되며 직경이 2-5㎛인 다수의 공기구멍이 상기 중공을 중심으로 상기 공기구멍간 4.5-7㎛의 간격으로 육각형 형상을 이루어 광섬유의 길이방향으로 길게 형성된 내부 클래드, 상기 내부 클래드 외곽을 감싸는 환형 형상의 외부 클래드 및 광결정광섬유의 중공 및 중공 주변에 기능성물질이 주입된 코어영역을 포함하고, 전체 외경이 100-250㎛인 것을 특징으로 한다.
하기 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정광섬유의 일 형태이다. 전체 외경이 D1인 클래딩 층(13) 안쪽으로 직경 D3인 공기구멍(12)이 공기구멍간 거리 L을 가지고 배열되어 있어 공기-실리카 영역의 결정을 형성해서 직경 D2의 공기 코어에 빛을 가두는 원리로 빛을 도파시킨다. 본 발명은 공기 코어 구멍 또는 이를 포함한 가장 안쪽 공기구멍들을 기능성 물질로, 바람직하게는 액체, 액정 또는 생체 유체 물질을 채워서 계단형 유효 굴절률 분포를 갖는 액체 코어 전반사 도파 광섬유로 역할을 하도록 하는 것을 특징으로 한다.
액정은 액체의 유동성과 결정의 이방성을 동시에 갖는 특수 물질로서, 외부 전기장에 의해서 입자간 전기 쌍극자의 정렬이 일어나게 되면, 거시적 복굴절 효과가 발생한다. 이러한 액정을 일반적인 원형 중공 코어에 주입하고 외부 전기장을 가해주면, 타원형 액체 코어 광자결정광섬유와 마찬가지로 복굴절 조절 소자를 구현할 수 있다.
혈액, 소변, 임파액 및 타액 등을 포함하는 생체 유체는 환자의 건강 상태 평가할 수 있는 중요한 척도이다. 일례로, 혈액은 콜레스테롤과 포도당을 함유하고 있어, 각각 심혈관 질환과 당뇨병을 진단하는 데 사용된다. 이같은 생체 유체를 광자결정 광섬유의 중앙 코어에 주입하게 되면, 빛 도파관으로 역할하는 생체 유체의 근적외선 영역 라만 산란을 통해서 바이오 센서로 활용될 수 있다.
이 밖에도, 형광 색소(fluorescent dye)를 주입하면 빛을 흡수한 형광체 분자가 바닥 상태로 되돌아가면서 가시광선 영역대의 빛을 발광하므로 형광 색소 레이저로 사용 가능하고, 또, 고 비선형 액체(high nonlinear liquid)를 주입하면 입력 레이저 광원의 비선형 도파에 의한 700㎚ 이상의 초광대역 레이저 광원으로도 활용이 가능하다.
본 발명에 따른 광결정광섬유의 코어 형태는 다양한 형태를 가질 수 있으나, 바람직하게는 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형 또는 육각형일 수 있다.
하기 도 4는 광결정광섬유의 중공 및 중공 주변 공기구멍에 기능성 물질이 상기의 다양한 형태로 채워진 하이브리드 광결정광섬유의 단면을 나타낸다.
일반적으로 광결정광섬유의 공기구멍 배열의 간격이 수 마이크로미터에 불과하기 때문에 코어 영역에 액체 등의 물질을 주입한 액체 코어 광결정광섬유를 제조하기 위해서는 광섬유 중앙의 공기구멍 하나에 액체를 선택적으로 주입하는 공정이 요구되는데 종래의 선택적 주입방법은 광결정광섬유의 클래딩 영역 공기구멍을 차단시키고, 코어 부근 공기구멍 부분만 개방시키는 것으로서, 각 공기구멍의 직경 차이로 액체 흡입속도의 차이에 의해서 클래딩을 자외선 경화 폴리머로 막은 부분을 수차례 절단하는 복잡한 공정이 요구되는 문제점과 클래딩 공기구멍만 차단시키기 위한 아크 방전의 세기와 방전 시간을 각각의 광섬유마다 다른 조건으로 수행하여야하는 공정의 비효율성이 있으며, 코어와 클래딩 영역의 공기구멍 크기의 차이가 작을 경우에는 제조가 불가능한 문제점이 있었다.
본 발명에 따른 하이브리드 광결정광섬유를 제조하는 방법은 클래딩 영역을 별도로 차단하는 공정을 요하지 않아서 공정의 효율성이 우수하고 접속 시 코어 사이즈의 변화 없이 이루어지므로 본래의 광결정광섬유의 특성도 유지할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 하이브리드 광결정광섬유를 제조하는 방법은 중공광섬유와 광결정광섬유를 절단시키는 단계와, 광섬유 융착기로 상기 중공광섬유와 광결정광섬유의 절단된 단면을 융착 접속시키는 단계와, 상기 접합된 중공광섬유를 유도관으로 하여 광결정광섬유의 코어에 기능성 물질을 주입시키는 단계 및 상기 코어에 기능성 물질이 주입된 광결정광섬유를 절단하는 단계를 포함한다.
하기 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 중공광섬유(21)와 광결정광섬유(22)가 융착 접속되어 있는 형태이다. 중공광섬유(21) 중앙 구멍의 직경이 액체 코어 광결정광섬유로 만들고자 하는 광결정광섬유(22) 공기 코어의 직경보다 작거나 같도록 선택하고 두 광섬유를 접합시키면, 중공광섬유의 끝단을 통해 액체를 주입하여 광결정광섬유의 공기 코어에만 채워지도록 유도할 수 있다.
상기 중광광섬유와 광결정광섬유 각각의 단면을 40-55㎛ 간격을 두고 정렬 후 10㎃의 아크 방전세기로 2-3초 동안 방전 가열하여 융착 접속시키는 것을 특징으로 하고, 상기 아크 방전 가열은 1회 방전 가열 또는 2-3회의 간헐 방전 가열할 수 있다.
상기 광결정광섬유와 접합된 중공광섬유의 반대쪽에는 기능성 물질을 주입할 수 있는 펌프를 구비하고, 이에 의해서 접합된 중공광섬유를 유도관으로 하여 광결정광섬유의 코어에 기능성 물질을 주입하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용 가능한 다양한 구조의 중공광섬유 단면의 일예가 도 3에 나타나 있으며, 왼쪽부터, 원형 중공광섬유(31), 타원형 중공광섬유(32), 삼각형 중공광섬유(33), 사각형 중공광섬유(34)이다. 본래 광도파 목적의 중공광섬유는, 중앙에 구멍을 포함하고, 그 바깥으로는 높은 굴절률 물질로 도핑된 링 코어와 클래딩으로 구성된다. 그러나 본 발명의 제작 방법에 따라 중공광섬유가 광 도파로가 아닌 액체 유도관으로만 사용되는 경우에는, 도 3과 같이 링 코어가 없는 중공광섬유를 사용해도 무관하다.
도 4는 해당 중공광섬유를 액체 유도관으로 사용할 경우 얻을 수 있는 바람직한 결과로, 음영 처리된 부분이 각 중공 광섬유에 의해 액체로 채워진 부분을 나타낸다. 본 발명에서는 중공광섬유를 액체 주입 유도관으로 사용하여 중공광섬유의 중공 형태에 따라서 그 모양과 같은 형태의 코어를 갖는 광결정광섬유를 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 광결정광섬유 제조방법은 제작의 간편화 외에 종래 제조방법과 차별화된 또 다른 장점은, 도 4에서도 볼 수 있듯이, 크기가 다른 공기구멍이라도 그 크기에 상관없이 원하는 코어 모양으로 조정할 수 있다는 점이다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
<실시예>
본 발명에 따른 일 실시예의 액체 코어 광결정광섬유에 사용된 중광광섬유 및 광결정광섬유는 다음과 같다.
액체 코어 광결정광섬유 제작은 중공광섬유와 광결정광섬유를 사용하여 제작하였다. 중공광섬유는 하기 도 5의 좌측과 같은 기본 형태부터 타원형, 사각형, 삼각형 등의 다양한 형태의 중공을 갖는 광섬유를 이용 가능하다. 한편, 광결정광섬유에는 고체 코어를 갖는 경우와 중앙에 공기 코어를 갖는 경우가 있고, 이 중 중앙에 공기 코어를 갖는 광결정광섬유의 구조 형태가 액체 코어 광결정광섬유 제작에 바람직하다. 하기 도 5의 우측과 같이 공기 코어를 갖는 광결정광섬유를 사용하였다. 본 발명에 따른 실시예에 사용한 중공광섬유와 광결정광섬유의 구조적 조건은 하기 [표 1]과 같다.
구분 광섬유 외경 중공 직경 클래딩 공기구멍 직경 구멍간 평균 간격
중공광섬유 125㎜ 7㎜ - -
광결정광섬유 127.5㎜ 7.2㎜ 4.1㎜ 6.3㎜
제조예 1
(1) 중공광섬유와 광자결정 광섬유의 융착
액체 코어 광결정광섬유 제작시 중공광섬유를 통해서 광결정광섬유의 중공에 기능성 액체를 주입시키기 위해서는 광결정광섬유와 중공광섬유 간의 융착 과정에서 양 단의 공기구멍이 축소되지 않고 유지되어야 하고, 기존의 일반 단일 모드 광섬유(SMF-28) 간의 융착 방법을 사용하게 되면, 양 단의 공기 구멍이 완벽히 차단되기 때문에 중공광섬유를 통해서 액체가 유도되지 못하여 액체 주입이 불가능해진다.
하기 [표 2]는 광섬유 융착기(Ericsson FSU975)를 이용하여 중공광섬유와 광결정광섬 간의 융착 세기와 시간을 최적화시킨 결과이며, 비교로 나타낸 일반 단일모드 광섬유와 비교할 때, 융착 세기와 융착 과정을 줄여서 융착시 발생하는 열로 인한 공기구멍 축소 영향을 최소화하였다.
구분 비교예
일반단일모드 광섬유간의
융착 과정		 제조예 1-(1)
중공광섬유와 광결정광섬유간의 융착 과정
방전 전 간격(gap) 50㎛ 50㎛
방전 후 overlap 10㎛ 3㎛
아크방전 시간(1회) 0.3s -
아크방전 세기(1회) 10.5㎃ -
아크방전 시간(2회) 2.0s 3.0s
아크방전 세기(2회) 16.3㎃ 10㎃
아크방전 시간(3회) 2.0s -
아크방전 세기(3회) 12.5㎃ -
하기 도 6에 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 최적화된 융착 공정을 통해 융착시킨 중공광섬유와 광결정광섬유의 접합 부분을 나타내었다.
(2) 액체코어 광섬유의 액체 주입 과정
상기 제조예 1-(1)에 의해서 중공광섬유와 광결정광섬유 간의 공기구멍 축소가 없는 융착 과정을 통해 두 광섬유를 접합시키게 되면, 중공광섬유의 끝단을 액체 샘플에 접촉시켜서 이를 액체 유도관으로써 광자결정광섬유에 액체를 주입할 수 있다.
이 때, 광자 결정 광섬유의 다른 끝단에 공기 흡입기 등의 유체 펌프를 설치하면 주입 시간을 단축시킬 수 있다. 이러한 펌프가 구비되어 있지 않더라도, 중공광섬유와 광결정광섬유의 모세관이 모세관 힘에 의해서 수액기(liquid reservoir)에 있는 액체를 흡입하게 된다.
흡입되는 액체에 작용되는 중력에 의한 역효과를 최소화하려면, 하기 도 7과 같이 수직 방향으로 위에서부터 펌프 또는 주사기-중공광섬유-광결정 광섬유의 순으로 위치하도록 설치하였고, 해당 펌프 내에 기능성 액체를 채워 중공광섬유를 통해 흡입되도록 유도하였다.
하기 도 8은 액체 주입 시작 후 약 60분 후에 측정한 광결정광섬유의 끝단 단면 사진이며, 중앙의 코어 영역에 액체가 주입된 것을 확인할 수 있다. 이 때 사용된 액체는 탈이온수(deionized water)이고, 중공광섬유와 광결정광섬유의 길이의 합은 약 30cm이었다.
실험예 1. 본 발명에 따른 액체코어 광결정광섬유의 광 입사 방법.
상기 제조예 1에 의해서 액체코어 광섬유를 제작한 후, 기존의 광원(백색광, 레이저 다이오드 등)으로부터 빛을 효과적으로 입사시키는 방법을 실험하였다. 제작시 액체 주입관으로 사용된 중공광섬유는 일반적인 단일모드 광섬유로부터 모드 변환이 용이한 장점이 있으므로, 액체 주입을 완료한 후에 중공광섬유를 제거하지 않고, 액체 코어 광섬유에 효과적으로 광을 입사시키기 위한 광 도파관으로 사용할 수 있다.
이 때, 중요한 요건은 사용되는 중공광섬유에 높은 굴절률로 도핑된 링 형태의 코어가 존재해야 한다는 점이며, 그렇지 않은 경우, 중앙의 공기 구멍 부분이 클래딩 보다 굴절률이 낮기 때문에 클래딩으로 빛이 다량 손실되게 된다.
하기 도 9의 좌측의 중공광섬유 구조 사진에서 632㎚ 파장의 레이저를 중공광섬유에 입사시켜 링코어 부분으로 도파되는 빛을 확인하였다.
한편, 단일모드 광섬유의 가우시안 기본 모드로부터 중공광섬유의 링 형태의 기본 모드로 손실이 적은 점진적 모드 변환을 하기 위해서는 단일모드 광섬유와 중공광섬유 간을 하기 도 9의 좌측과 같이 단열융착(adiabatic Ssplicing)시켰다.
본 발명에 따른 중광광섬유-광결정광섬유를 융착하고, 액체를 코어에 주입한 후에 일반 단일모드 광섬유와 단열 융착(adiabatic Ssplicing)하여, 하기 도 9의 우측과 같이 일반 단일 모드 광섬유-중공 광섬유-액체코어 광결정 광섬유로 손실이 적은 효과적인 광 입사가 가능함을 확인하였다.
10 : 광결정광섬유의 단면 11 : 광결정광섬유 중공
12 : 광결정광섬유 공기구멍 13 : 광결정광섬유 클래딩층
20 : 중공광섬유와 광결정광섬유의 접합
21 : 중공광섬유 22 : 광결정광섬유
23 : 기능성 물질 31 : 원형 중공광섬유
32 : 타원형 중공광섬유 33 : 삼각형 중공광섬유
34 : 사각형 중공광섬유 41 : 원형 코어 광결정광섬유
42 : 타원형 코어 광결정광섬유 43 : 삼각형 코어 광결정광섬유
44 : 사각형 코어 광결정광섬유 50 : 단일모드 광섬유
60 : 단열 접합 D1 : 전체 외경
D2 : 중공 직경 D3 : 공기구멍 직경
L : 공기구멍간 거리

Claims (12)

  1. 하이브리드 광결정광섬유에 있어서,
    (ⅰ) 상기 광결정광섬유의 중심부에 길이방향으로 길게 형성되며, 직경이 4-15㎛인 중공;
    (ⅱ) 상기 중공의 외부에 형성되며 직경이 2-5㎛인 다수의 공기구멍이 상기 중공을 중심으로 상기 공기구멍간 4.5-7㎛의 간격으로 육각형 형상을 이루어 광결정광섬유의 길이방향으로 길게 형성된 내부 클래드;
    (ⅲ) 상기 내부 클래드 외곽을 감싸는 환형 형상의 외부 클래드; 및
    (ⅳ) 상기 중공에 기능성 물질을 주입하여 형성한 코어;를 포함하고,
    상기 기능성 물질은 탈이온수, 형광 색소 및 고 비선형 액체 중에서 선택되는 적어도 하나의 액체 물질; 또는 네마틱상의 유체 액정 물질; 또는 혈액, 소변, 임파액 및 타액 중에서 선택되는 적어도 하나의 생체 유체 물질인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광결정광섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광결정광섬유의 외경이 100-250㎛인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광결정광섬유.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어의 단면이 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형 또는 육각형인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광결정광섬유.
  4. 삭제
  5. (A) 중공광섬유와 광결정광섬유를 절단시키는 단계;
    (B) 광섬유 융착기로 상기 중공광섬유와 광결정광섬유의 절단된 단면을 융착 접속시키는 단계;
    (C) 상기 접합된 중공광섬유를 유도관으로 하여 광결정광섬유의 코어에 기능성 물질을 주입시키는 단계; 및
    (D) 상기 코어에 기능성 물질이 주입된 광결정광섬유를 절단하는 단계를 포함하는 하이브리드 광결정광섬유 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중공광섬유의 중공 단면이 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형 또는 육각형인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광결정광섬유 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 기능성 물질은 탈이온수, 형광 색소 및 고 비선형 액체 중에서 선택되는 적어도 하나의 액체 물질; 또는 네마틱상의 유체 액정 물질; 또는 혈액, 소변, 임파액 및 타액 중에서 선택되는 적어도 하나의 생체 유체 물질인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광결정광섬유 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 중공광섬유의 외경은 100-250㎛이고, 중공직경은 4-15㎛인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광결정광섬유 제조방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 광결정광섬유의 외경이 100-250㎛이고, 중공직경은 4-15㎛이며, 클래딩 공기구멍의 직경은 2-5㎛이고, 클래딩 공기구멍간의 간격은 4.5-7㎛인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광결정광섬유 제조방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 (B)단계는 상기 중공광섬유와 광결정광섬유 각각의 단면을 40-55㎛ 간격을 두고 정렬 후 10㎃의 아크 방전세기로 2-3초 동안 방전 가열하여 융착 접속시키는 단계인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광결정광섬유 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 아크 방전 가열은 1회 방전 가열 또는 2-3회의 간헐 방전 가열인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광결정광섬유 제조방법.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 (C)단계는 상기 광결정광섬유와 접합된 중공광섬유의 반대쪽에는 기능성 물질을 주입할 수 있는 펌프를 구비하고, 이에 의해서 접합된 중공광섬유를 유도관으로 하여 광결정광섬유의 코어에 기능성 물질을 주입하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광결정광섬유 제조방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101732010B1 (ko) 2016-08-04 2017-05-04 한국표준과학연구원 매우 낮은 시간지연 온도계수를 가지는 광밴드갭 중공 광섬유

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014113506A1 (en) 2013-01-15 2014-07-24 Magic Leap, Inc. Ultra-high resolution scanning fiber display
KR101363759B1 (ko) * 2013-02-19 2014-02-18 서울대학교산학협력단 가스센서용 미세섬유
US10069271B2 (en) 2014-06-02 2018-09-04 Nlight, Inc. Scalable high power fiber laser
CN105720463B (zh) 2014-08-01 2021-05-14 恩耐公司 光纤和光纤传输的激光器中的背向反射保护与监控
US9837783B2 (en) 2015-01-26 2017-12-05 Nlight, Inc. High-power, single-mode fiber sources
CN104678488B (zh) * 2015-01-30 2017-08-29 燕山大学 一种用于产生局域空心光束的双环状纤芯光子晶体光纤
US10050404B2 (en) 2015-03-26 2018-08-14 Nlight, Inc. Fiber source with cascaded gain stages and/or multimode delivery fiber with low splice loss
US10520671B2 (en) 2015-07-08 2019-12-31 Nlight, Inc. Fiber with depressed central index for increased beam parameter product
JP6743136B2 (ja) 2015-09-24 2020-08-19 エヌライト，インコーポレーテッド ファイバ対ファイバ角度を変更することによるビームパラメータ積（ｂｐｐ）制御
US11179807B2 (en) 2015-11-23 2021-11-23 Nlight, Inc. Fine-scale temporal control for laser material processing
CN108367389B (zh) 2015-11-23 2020-07-28 恩耐公司 激光加工方法和装置
US9816941B2 (en) * 2016-03-28 2017-11-14 Saudi Arabian Oil Company Systems and methods for constructing and testing composite photonic structures
CN105974515B (zh) * 2016-07-06 2018-11-27 天津理工大学 一种填充金线的光子晶体光纤表面等离子体共振生物传感器
US10036867B2 (en) * 2016-08-31 2018-07-31 International Business Machines Corporation Illuminating cable for enhanced traceability
US10732439B2 (en) 2016-09-29 2020-08-04 Nlight, Inc. Fiber-coupled device for varying beam characteristics
CN109791252B (zh) * 2016-09-29 2021-06-29 恩耐公司 可调整的光束特性
US10730785B2 (en) 2016-09-29 2020-08-04 Nlight, Inc. Optical fiber bending mechanisms
US10673197B2 (en) 2016-09-29 2020-06-02 Nlight, Inc. Fiber-based optical modulator
US10673199B2 (en) 2016-09-29 2020-06-02 Nlight, Inc. Fiber-based saturable absorber
US10673198B2 (en) 2016-09-29 2020-06-02 Nlight, Inc. Fiber-coupled laser with time varying beam characteristics
CN107843953B (zh) * 2017-07-27 2022-04-15 西安邮电大学 一种高双折射大非线性光子晶体光纤
CN108445593A (zh) * 2018-03-29 2018-08-24 北京航天时代光电科技有限公司 一种光子晶体光纤的存贮方法
CN109596206B (zh) * 2019-01-25 2021-01-15 武汉理工大学 基于液体填充光子晶体光纤的振动传感器
CN111208601B (zh) * 2020-03-30 2022-03-25 东北石油大学 用于通信波长处同时对正交偏振光滤波的偏振滤波器
CN112362104B (zh) * 2020-11-11 2022-07-22 重庆邮电大学 一种基于光子带隙的侧抛光纤-微结构光纤流体传感系统
CN113281837A (zh) * 2021-05-19 2021-08-20 四川大学 基于上转换纳米材料填充光子晶体光纤的匀场调光装置
CN114935791B (zh) * 2022-05-20 2023-04-18 北京科技大学 一种硫玻璃基底的八边形双芯光子晶体光纤偏振分束器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100390642B1 (ko) 2001-06-08 2003-07-07 학교법인 포항공과대학교 테라헤르츠파 전송을 위한 플라스틱 광결정 섬유 및 그제조 방법

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0214545D0 (en) * 2002-06-24 2002-08-07 Blazephotonics Ltd Fluid analysis
US6993230B2 (en) * 2003-08-01 2006-01-31 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Hollow core photonic band gap infrared fibers
JP4561314B2 (ja) * 2004-10-28 2010-10-13 日立電線株式会社 ファイバレーザ用光ファイバ、ファイバレーザ及びレーザ発振方法
US7343074B1 (en) * 2007-02-27 2008-03-11 Corning Incorporated Optical waveguide environmental sensor and method of manufacture
US8717558B2 (en) * 2007-09-04 2014-05-06 The Regents Of The University Of California Liquid core photonic crystal fiber biosensors using surface enhanced Raman scattering and methods for their use
US8133593B2 (en) * 2008-06-26 2012-03-13 Corning Incorporated Pre-form for and methods of forming a hollow-core slotted PBG optical fiber for an environmental sensor
JP2010129886A (ja) * 2008-11-28 2010-06-10 Hitachi Cable Ltd ファイバレーザ用光ファイバ及びファイバレーザ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100390642B1 (ko) 2001-06-08 2003-07-07 학교법인 포항공과대학교 테라헤르츠파 전송을 위한 플라스틱 광결정 섬유 및 그제조 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101732010B1 (ko) 2016-08-04 2017-05-04 한국표준과학연구원 매우 낮은 시간지연 온도계수를 가지는 광밴드갭 중공 광섬유

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Publication number Publication date
KR20120082130A (ko) 2012-07-23
US20140178023A1 (en) 2014-06-26
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WO2012096515A3 (ko) 2012-11-29

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