KR101396947B1

KR101396947B1 - 금속 튜브가 형성된 광섬유 및 이를 이용한 광 모듈

Info

Publication number: KR101396947B1
Application number: KR1020120127802A
Authority: KR
Inventors: 김선훈; 김두근; 기현철; 김태언; 임정운; 김회종
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2014-05-19

Abstract

본 발명은 금속 튜브 피복형 광섬유(100)에 관한 것으로, 코어(21)와 클래드 층(22)을 갖는 광섬유(20)와, 상기 광섬유를 피복하며, 길이방향에 1개소 이상의 홈(12)을 갖는 원통 형상의 금속 튜브(10)와, 상기 금속 튜브의 상기 홈을 통해서 에폭시수지가 주입되어 상기 광섬유와 상기 금속 튜브를 결합하는 에폭시수지 결합부(30)를 갖는다.

Description

금속 튜브가 형성된 광섬유 및 이를 이용한 광 모듈{OPTICAL FIBER WITH METAL TUBE AND OPTICAL MODULE}

본 발명은 일단에 금속 튜브를 형성한 광섬유 및 이 광섬유를 이용한 광 모듈에 관한 것이다.

대량의 데이터를 고속으로 전송하는 통신용이나 용접, 절단 등에 이용되는 산업용에 이르기까지 레이저와 같은 광원으로부터의 광을 전달하기 위해서는 광섬유의 사용이 필수적이다.

광섬유는 통상 굴절률이 높은 석영 코어와 코어보다 굴절률이 낮은 유리 클래드로 이루어지는 심선과, 심선을 보호하기 위한 외피인 보호층으로 구성되어 있다. 보호층은 수지 등으로 이루어지며, 광신호는 광섬유의 심선을 통해서 전송된다.

광섬유와 광섬유 간의 상호 접속을 위해서는 광 축의 일치가 매우 중요하며, 접속 개소를 간편하게 접속 또는 분리하기 위해서 일반적으로 광 커넥터가 사용된다. 광 커넥터에는 페룰이라고 불리는 부품이 내장되어 있고, 페룰은 통상 ZrO₂ 등의 세라믹으로 이루어지며, 광섬유의 심선이 삽입되는 삽입구멍을 갖는다.

페룰의 상기 삽입구멍에 광섬유를 삽입하기 위해서는 광섬유의 선단을 필요한 길이만큼 보호층을 박리하여 심선을 노출시켜서 나선으로 하고, 이 나선부분을 페룰의 삽입구멍에 삽입하여 적당한 길이로 절단한 후에 절단 표면을 연마한다. 그 후, 페룰에 삽입된 광섬유의 단면을 특수한 에폭시수지 등의 접착제를 이용하여 접합함으로써 광신호 전송로가 형성된다.

광섬유의 심선과 페룰 간에는 고도의 기밀성이 요구되거나 또는 접속부가 고온에 노출되는 경우 등에 있어서는 페룰과 광섬유의 심선을 납땜 등에 의해 접착하며, 이 경우에는 페룰과 광섬유 심선 간의 접착력의 향상을 위해서 광섬유 심선의 표면에 금속을 피복한 금속 피복 층을 형성하고, 이 금속 피복 층과 페룰을 납땜 등에 의해 접착한다.

또, 광신호의 송수신에 사용되거나 또는 광 에너지의 전송에 사용되는 광 모듈에서는 발광소자 또는 수광소자 등의 광소자와 광섬유 간의 접속이 필요하고, 이 경우에도 상기 광섬유 상호 간의 접속과 마찬가지로 광소자와 광섬유 간의 광 축의 일치는 필수적이며, 광 축의 고정을 위해서는 광소자가 수납된 프레임 내에 형성된 예를 들어 V홈이나 클립 등에 납땜이나 에폭시 본딩 등에 의해 광섬유를 고정할 필요가 있다.

또, 광소자를 수납하는 광 모듈의 프레임은 결로 등에 의해 광소자가 파괴되는 것을 방지하기 위해 외계와의 차단이 필요하며, 광 모듈의 밀봉을 위해서는 광소자가 수납된 프레임에 광섬유를 도입하여 프레임의 광섬유 관통구멍을 기밀로 밀봉하기 위해 광섬유의 심선의 표면을 금속으로 피복하여 이 피복부분을 프레임의 벽 등에 납땜을 하는 등의 방법에 의해 밀봉한다.

광섬유에 금속층을 형성하는 방법으로는 물리증착법에 의하는 방법(특허문헌 1), 무전해 도금에 의하는 방법(특허문헌 2), 무전해 도금과 전해 도금을 이용하는 방법(특허문헌 3) 등이 있다.

특허문헌 1 : USP 6,798,963호 공보 특허문헌 2 : 일본 특개평 5-249353호 공보 특허문헌 3 : 일본 특개평 10-300997호 공보

그러나 상기 특허문헌 1에 의하는 방법은 진공증착을 위한 별도의 설비가 필요하고, 또, 특허문헌 2, 3의 방법도 전해 또는 무전해 도금을 위한 별도의 설비가 필요하므로, 제조공정이 복잡한 동시에 제조비용이 높아진다는 문제가 있다.

본 발명은 간단한 방법으로 광섬유의 일단에 금속 튜브를 형성한 금속 튜브 피복형 광섬유 및 이를 이용한 레이저 다이오드 패키지를 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 금속 튜브 피복형 광섬유는, 코어와 클래드 층을 갖는 광섬유와, 상기 광섬유를 피복하며, 길이방향에 1개소 이상의 홈을 갖는 원통 형상의 금속 튜브와, 상기 금속 튜브의 상기 홈을 통해서 에폭시수지가 주입되어 상기 광섬유와 상기 금속 튜브를 결합하는 에폭시수지 결합부를 갖는다.

바람직하게는, 상기 홈은 상기 금속 튜브의 길이방향으로 2 내지 3개소에 형성된다.

바람직하게는, 상기 홈은 상기 금속 튜브의 둘레방향으로 2 내지 3개소에 형성된다.

바람직하게는, 상기 광섬유는 상기 클래드 층을 보호하는 보호층을 더 가지며, 상기 금속 튜브는 상기 보호층 상에 형성된다.

본 발명의 광 모듈은, 버터플라이 케이스와, 상기 버터플라이 케이스 내의 소정 위치에 배치된 광소자와, 상기 광소자와 광 결합하는 상기 금속 튜브 피복형 광섬유를 포함한다.

바람직하게는, 상기 금속 튜브 피복형 광섬유는 에폭시수지 또는 광섬유 고정용 클립에 의해 상기 버터플라이 케이스에 고정된다.

본 발명의 금속 튜브 피복형 광섬유는 금속 튜브에 형성된 홈을 통해 주입된 에폭시수지에 의해 광섬유와 금속 튜브가 결합하는 간단한 방법으로 제조가 가능하므로, 종래와 같이 물리 증착이나 전해 또는 무전해 도금 등을 위한 별도의 설비 없이도 금속 튜브 피복형 광섬유를 얻을 수 있어서, 금속 튜브 피복형 광섬유의 제조공정이 간단한 동시에, 제조 원가도 대폭 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태의 금속 튜브 피복형 광섬유를 제조하기 위한 금속 튜브를 나타내는 도면,
도 2는 도 1의 금속 튜브를 이용하여 제조된 금속 튜브 피복형 광섬유를 나타내는 도면,
도 3은 도 2의 금속 튜브 피복형 광섬유를 이용한 광 모듈의 예를 나타내는 도면,
도 4는 도 2의 금속 튜브 피복형 광섬유를 이용한 광 모듈의 다른 예를 나타내는 도면,
도 5는 도 2의 금속 튜브 피복형 광섬유를 이용한 광 모듈의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.

먼저, 본 발명의 바람직한 실시형태의 금속 튜브 피복형 광섬유에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태의 금속 튜브 피복형 광섬유를 제조하기 위한 금속 튜브를 나타내는 도면, 도 2는 도 1의 금속 튜브를 이용하여 제조된 금속 튜브 피복형 광섬유를 나타내는 도면이다.

도 1에 나타내는 것과 같이, 금속 튜브(10)는 금속재의 원통형 튜브이며, 금속 튜브 본체(11)와 본체(11) 길이방향의 적어도 1개소 이상에 후술하는 광섬유 심선과 금속 튜브(10)를 에폭시수지에 의해 결합하기 위한 홈(12)을 갖는다. 도 1에서는 금속 튜브(10)의 길이방향으로 3개소에 홈(12)이 형성되어 있다. 또, 홈(12)은 금속 튜브(10)의 둘레방향으로도 적어도 1개소 이상에 형성되며, 바람직하게는 홈(12)은 금속 튜브(10)의 둘레방향의 적어도 2개소 내지 4개소 이상 형성되는 것이 후술하는 광섬유와 금속 튜브(10)의 결합강도의 확보라는 점에서 바람직하다.

또, 1개소당 형성되는 홈(12)의 개수는 1개 이상이며, 바람직하게는 1개소당 2 내지 3개의 홈(12)이 형성되는 것이 좋다. 또, 도 1에서는 1개소당 금속 튜브(10)의 길이방향으로 3개의 홈(12)이 나란히 형성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 금속 튜브(10)의 둘레방향으로 1개 이상 나란히 형성되어도 좋다.

상기 홈(12)의 형상은 도 1에서는 금속 튜브(10)의 둘레방향으로 직사각형 형상을 갖는 홈(12)이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 형상이라도 좋다. 예를 들어 금속 튜브(10)의 길이방향으로 직사각형 형상의 홈(12)이라도 좋고, 그 외의 다른 형상이라도 좋다.

홈(12)의 크기는 특별히 제한되는 것은 아니며, 광섬유 심선과 금속 튜브(10)를 에폭시수지에 의해 견고하게 결합할 수 있을 정도이면 좋다.

홈(12)의 내경은 후술하는 광섬유 심선이 삽입될 수 있을 정도이면 좋으며, 광섬유 심선의 외경과 같거나 약간 큰 정도이면 된다.

광섬유 심선을 피복하는 금속 튜브(10)를 형성하는 재료로는 도전성 물질을 이용할 수 있고, 금속의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 Ni, Ti, Ta, W, Cr, Pt, Au, Al, Ag, Zr, Fe, Zn, Cu, Sn 등을 들 수 있고, 이들 금속 중 Ni, Ti, Sn, Au, Pt 등이 바람직하다.

또, 금속튜브(10)를 형성하는 금속제는 1종을 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 적층한 구조로 해도 좋다.

피복의 길이는 이용하는 광 커넥터 또는 광 모듈의 종류, 크기, 페룰의 접합 길이 등에 따라서 적절하게 설정할 수 있다.

다음에, 도 1의 금속 튜브(10)를 이용하여 제조된 금속 튜브 피복형 광섬유(100)에 대해서 도 2를 이용하여 설명한다.

금속 튜브(10)는 광섬유의 보호층이 제거된 상태, 즉, 코어와 클래드 층을 갖는 심선(23)에 피복되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서 금속 튜브(10)는 광섬유의 보호층 상에 피복을 해도 좋다.

도 2에서는 광섬유(20)의 보호층을 제거하여, 코어(21)와 클래드 층(22)만을 갖는 심선에 금속 튜브(10)를 금속 튜브(10)를 삽입한 후, 금속 튜브(10)의 홈(12)에 에폭시수지를 주입하고 경화하여 제작된 금속 튜브 피복형 광섬유(100)를 나타내고 있다.

금속 튜브 피복형 광섬유(100)는 광섬유(20)와, 상기 광섬유(20)의 일부에 피복된 금속 튜브(10)와, 상기 금속 튜브(10)의 홈(12)에 예를 들어 주사기 등의 에폭시수지 주입수단을 이용하여 주입된 후, 주입되는 에폭시수지의 종류에 따라서, 예를 들어 열경화성 에폭시수지인 경우에는 열 경화에 의해, 또, 광 경화성 에폭시수지인 경우에는 광 경화에 의해 경화된 에폭시수지 결합부(30)를 포함한다.

상기 에폭시수지 결합부(30)는 도 2에 도시된 것과 같이 금속 튜브(10)의 둘레방향의 일부, 즉 홈(12)을 포함하여 홈(12)의 주위에만 형성할 수도 있고, 금속 튜브(10)의 둘레방향의 전체, 즉 홈(12)을 포함하여 둘레방향 전체에 걸쳐서 형성할 수도 있다.

금속 튜브(10)는 광섬유(20)의 끝단에서 소정 길이(S) 떨어진 지점에서부터 피복되어 있으며, 이 길이(S)는 본 발명의 금속 튜브 피복형 광섬유를 광 커넥터에 사용하는 경우에는 광섬유와 광섬유를 상호 접속하기 위한 접속부가 되는 부분이며, 광 모듈에 사용하는 경우에는 예를 들어 레이저 다이오드 등의 광소자와 접속을 위한 접속부가 되는 부분이다.

도 2에서는 금속 튜브(10)의 길이방향으로 3개소에 홈(12)이 형성된 금속 튜브(10)를 이용하고 있으므로, 에폭시수지 결합부(30)도 3개소에 형성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 에폭시수지 결합부(30)의 수는 금속 튜브(10)의 길이방향으로 각각 형성된 홈(12) 형성 개소의 수와 같다.

도 2에서는 나타나 있지 않으나, 상기 홈(12) 형성 개소는 앞에서도 설명한 것과 같이 바람직하게는 금속 튜브(10)의 둘레방향으로 2 내지 3개소에 형성되어 있고, 에폭시수지는 금속 튜브(10)의 둘레방향으로 복수 개소에 형성된 홈(12) 전체에 걸쳐서 링 형상으로 주입되므로, 결과적으로, 에폭시수지 결합부(30)의 수는 금속 튜브(10)의 길이방향으로 형성된 홈(12) 형성 개소의 수와 같다.

에폭시수지 결합부(30)에 사용되는 에폭시수지로는 예를 들어 광 경화성 에폭시수지 또는 열 경화성 에폭시수지 등을 사용할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 금속 튜브 피복형 광섬유(100)는 금속 튜브(10)에 형성된 홈(12)을 통해 주입된 에폭시수지에 의해 광섬유(20)와 결합하는 간단한 방법으로 제조가 가능하므로, 종래와 같이 물리 증착이나 전해 또는 무전해 도금 등을 위한 별도의 설비 없이도 금속 튜브 피복형 광섬유를 얻을 수 있으므로, 금속 튜브 피복형 광섬유(100)의 제조공정이 간단한 동시에, 제조 원가도 대폭 절감할 수 있다.

다음에, 본 발명의 금속 튜브 피복형 광섬유(100)를 이용한 광 모듈(400)에 대해서 도 3 내지 5를 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 금속 튜브 피복형 광섬유를 이용한 광 모듈의 예를 나타내는 도면, 도 4는 도 2의 금속 튜브 피복형 광섬유를 이용한 광 모듈의 다른 예를 나타내는 도면, 도 5는 도 2의 금속 튜브 피복형 광섬유를 이용한 광 모듈의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 3 내지 5의 광 모듈(400)은 버터플라이 케이스(41) 내에 배치된 예를 들어 반도체 레이저 다이오드 등의 광소자(42)와, 이 광소자(42)와 광 결합하는 광섬유를 포함하고 있다.

도 3 내지 5의 광 모듈(400)은 광소자(42)와 광 결합하는 광섬유로 본 발명의 금속 튜브 피복형 광섬유(100)를 사용하였다는 점을 제외하고는 통상의 광 모듈과 동일하다.

버터플라이 케이스(41) 내의 소정의 위치에는 광소자(42)가 통상의 방법에 의해 기판(43)에 고정되어 있고, 금속 튜브 피복형 광섬유(100)는 상기 광소자(42)와 광 축이 정렬된 상태에서 광섬유 고정용 기판(44)에 에폭시 수지나 기타 고정수단에 의해 고정되어 있다.

여기서 사용되는 광섬유는 본 발명의 금속 튜브 피복형 광섬유(100)이며, 도 3에서는 에폭시수지(45)에 의해 광섬유가 기판(44)에 고정되어 있고, 도 4에서는 광섬유는 광섬유의 길이방향으로 형성된 광섬유 정렬용 V형 홈(46, V groove)에 배치되어 에폭시수지(45)에 의해 고정되어 있으며, 도 5에서는 광섬유는 광섬유 고정용 클립(47)에 의해 기판(44)에 고정되어 있고, 클립(47)은 기판(44)에 레이저용접 등에 의해 고정될 수 있다.

또, 광소자(42)와 광섬유(100) 사이는 렌즈 등의 광 모듈을 구성하는 통상의 광학부품을 거쳐서 접속되어도 좋다.

그 외의, 도 3 내지 5의 광 모듈에 대해서는 공지의 기술이므로 여기에서는 자세한 설명을 생략한다.

10 금속 튜브
12 홈
20 광섬유
30 에폭시수지 결합부
100 금속 튜브 피복형 광섬유
400 광 모듈

Claims

코어와 클래드 층을 갖는 광섬유와,
상기 광섬유의 끝단에서 소정 길이 떨어진 지점으로부터 일정 길이만큼 상기 클래드 층을 피복하며, 길이방향에 1개소 이상의 홈을 갖는 원통 형상의 금속 튜브와,
상기 금속 튜브의 상기 홈을 통해서 에폭시수지가 주입되어 상기 광섬유와 상기 금속 튜브를 결합하는 에폭시수지 결합부를 갖는 금속 튜브 피복형 광섬유.
청구항 1에 있어서,
상기 홈은 상기 금속 튜브의 길이방향으로 2 내지 3개소에 형성되는 금속 튜브 피복형 광섬유.
청구항 1에 있어서,
상기 홈은 상기 금속 튜브의 둘레방향으로 2 내지 3개소에 형성되는 금속 튜브 피복형 광섬유.
청구항 1에 있어서,
상기 광섬유는 상기 클래드 층을 보호하는 보호층을 더 가지며,
상기 금속 튜브는 상기 보호층 상에 형성되는 금속 튜브 피복형 광섬유.
버터플라이 케이스와,
상기 버터플라이 케이스 내의 소정 위치에 배치된 광소자와,
상기 광소자와 광 결합하는 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항의 금속 튜브 피복형 광섬유를 포함하는 광 모듈.
청구항 5에 있어서,
상기 금속 튜브 피복형 광섬유는 에폭시수지 또는 광섬유 고정용 클립에 의해 상기 버터플라이 케이스에 고정되는 광 모듈