KR101502954B1 - 양방향 호퍼구조를 이용한 wdm 광전송 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 양방향 호퍼구조를 통하여 광신호의 합파 및 분파 동작시 신호 에너지의 손실을 줄이고, 고속의 광 전송을 가능하게 하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 하우징 외측 대향면에 광 섬유와 연결된 정렬 렌즈와 광 커넥터가 구비되고, 상기 하우징 내측에서 상기 정렬 렌즈와 광 커넥터 사이에 구비되어 각각으로부터 상기 광섬유를 통하여 전달되는 빛을 각각의 방향으로 전반사시키는 양방향 호퍼 구조체를 포함하고, 상기 양방향 호퍼 구조체는 상기 광 커넥터 측에 형성된 제1 호퍼형 렌즈와, 상기 정렬 렌즈 측에 적어도 하나 이상으로 형성된 제2 호퍼형 렌즈와, 상기 제1 호퍼형 렌즈와 제2 호퍼형 렌즈 사이에 구비되는 인덱스 도파로를 포함하되, 상기 제1 호퍼형 렌즈는 상기 제2 호퍼형 렌즈보다 그 단부의 내경이 크게 형성되는 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템을 개시한다.

Description

양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템{OPTICAL TRANSFERRING SYSTEM USING TWO-WAY HOPPER STRUCTURE}

본 발명의 일 실시예는 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템에 관한 것이다.

WDM(Wavelength Division Multiplexing)은 광 전송 시스템의 하나로, 빛의 파장을 달리하는 여러 채널을 묶어 하나의 광섬유를 통해 전송하는 통신 방식을 의미한다.

광 섬유의 큰 장점은 매우 넓은 주파수 영역에 걸쳐 통신이 가능하다는 점인데, 그러나 광섬유가 개발된 초기에는 광통신 기술은 이 넓은 전송 가능 구간 중 제한된 폭의 한 채널만 사용해 왔었다. 최근에는 여러 가지 혼용된 파장을 분할하는 기술(빛 분파 기술)과 다시 분할된 빛을 합하는 기술(빛 합파 기술)이 다양하게 개발되면서 광 WDM 전송은 이 넓은 대역을 최대한 활용하는 빛 전송 방법이 점점 개발되고 있다.

즉, 광섬유를 통해 전달되는 빛의 파장을 일정한 간격으로 분할해서 채널을 배치하여 각 채널에 신호를 실은 후, 여러 채널을 광학적으로 다중화하여 한 개의 광섬유를 통해 전송하게 된다. 수신 측에서는 각 채널을 다시 파장별로 분해하여 각 채널을 별도로 활용한다. 초기 광통신기술에서는 한 개의 광섬유에 한 개의 파장만을 실어 보냈으나, 이와 같은 기술을 이용하면 WDM 전송에서는 여러 개의 파장을 가진 광 신호를 하나로 묶어서 전송함으로써, 기존 망을 그대로 이용하면서도 마치 새로운 케이블 망을 설치한 것과 같은 효과를 낼 수 있다.

WDM을 이용한 광전송 시스템은 파장분할 다중화 광전송 방식으로 불리며 차세대 광전송 기술로 꼽힌다. 이와 같은 기술은 초고속 정보통신망의 핵심 인프라인 기간 전송망에 응용되는 방식으로 빛에도 파장이 있다는 원리를 응용한 기술이다. 일정한 파장 간격으로 각각의 신호를 실은 채널을 배치하고, 이를 광학적으로 다중화해 한 가닥의 광섬유를 통해 대량의 정보를 전송할 수 있다. 이에 따라 광케이블이 깔려있는 기간통신망의 회선을 손쉽게 늘릴 수 있고 경제적으로 구축할 수 있다는 것이 특징이다. 2.5Gbps 전송망을 10Gbps 급으로 증설하는데 4채널의 전송장치를 추가하면 되는 장점 때문에, WDM은 유선전송의 CDMA 기술로 불린다. 이와 같은 종래의 광전송 기술은 도 1에 도시되어 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광전송 기술을 간략하게 나타내는 도면이다.

도 1에서 (a)는 단방향 광 신호 전송기술을 나타내는 것으로서, 광 합파기와 분파기를 송, 수신단에 각 각 두어 단방향(편방향)으로 신호가 전달 될 수 있도록 구성된 형태이다. 또한, 도 1에서 (b)는 쌍방향 광 신호 전송기술로서 합파기와 분파기를 합쳐서 한 쌍의 장치로 구성하여 각 신호단에 한 쌍씩 배치하여 양방향으로 광신호가 자유롭게 전송되도록 구성한 시스템의 형태이다.

그러나, 최근까지 개발된 이와 같은 기능의 WDM들의 원리는 렌즈의 프리즘 원리를 이용하여 빛이 렌즈 두께에 의한 굴절율 차를 이용하여 파장별로 빛 에너지를 분리하는 방법을 사용한 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 WDM은 현대 사회와 미래 사회에서 처리되어야 할 수백 테라비트 이상의 속도로 정보량이 폭주하여, 광신호의 합파 및 분파 동작이 일어날 때, 신호 에너지의 손실이 크고, 고속으로 처리하는데 어려움이 있다는 문제점이 있었다.

이에 따라, 광 신호를 고 효율적으로 압축하고, 초고속으로 전송하는 광시스템 구축 시 어려움이 수반되어 기능 및 시스템 구축의 경제성에 저해가 되고 있는 것이 현실이므로, 이를 개선하고 극복하기 위한 새로운 연구의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명의 일 실시예는 양방향 호퍼구조를 통하여 광신호의 합파 및 분파 동작시 신호 에너지의 손실을 줄이고, 고속의 광 전송을 가능하게 하는 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템은 하우징 외측 대향면에 광 섬유와 연결된 정렬 렌즈와 광 커넥터가 구비되고, 상기 하우징 내측에서 상기 정렬 렌즈와 광 커넥터 사이에 구비되어 각각으로부터 상기 광섬유를 통하여 전달되는 빛을 각각의 방향으로 전반사시키는 양방향 호퍼 구조체를 포함하고, 상기 양방향 호퍼 구조체는 상기 광 커넥터 측에 형성된 제1 호퍼형 렌즈와, 상기 정렬 렌즈 측에 적어도 하나 이상으로 형성된 제2 호퍼형 렌즈와, 상기 제1 호퍼형 렌즈와 제2 호퍼형 렌즈 사이에 구비되는 인덱스 도파로를 포함하되, 상기 제1 호퍼형 렌즈는 상기 제2 호퍼형 렌즈보다 그 단부의 내경이 크게 형성될 수 있다.

상기 제1 호퍼형 렌즈는 모든 파장을 가지는 빛을 전반사시킬 수 있다.

상기 제2 호퍼형 렌즈는 특정 파장을 가지는 빛을 전반사시킬 수 있다.

상기 제1 호퍼형 렌즈 및 제2 호퍼형 렌즈와 상기 인덱스 도파로의 경계영역에는 인덱싱 오일이 개제되어 있다.

상기 제1 호퍼형 렌즈 및 제2 호퍼형 렌즈는 광섬유를 제조하기 위해 사용되는 광섬유모재의 원추형 단부를 호퍼 형상으로 절단시킴으로써 내부는 코아층으로 형성되고 외부는 클래드층으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템은 광 섬유의 모재 초단부위를 절단하여 해당 파장별로 조합한 광섬유가 연결된 양방향 호퍼구조체를 통하여 광신호의 합파 및 분파 동작시 신호 에너지의 손실을 줄이고, 다량의 데이터를 압축하여 고속의 광 전송을 가능하게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 파장이 다른 다량의 이종 데이터들을 효과적으로 합파 및 분파한 후 이를 압축하여 복수의 채널로 고속 전송하는 광 전송 시스템에 적용가능하고, 고품위 및 고효율의 정보를 전송할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광전송 기술을 간략하게 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 호퍼구조를 나타내는 도면이다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 호퍼구조를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템은 하우징(30)과, 하우징(30) 내부에 배치된 양방향 호퍼 구조체(40)를 포함한다.

상기 하우징(30)은 내부에 설치공간이 형성되고, 외측 대향면에 외부의 광섬유(10, 20)와 각각 연결된 광 커넥터(70)와 정렬 렌즈(80)가 설치된다. 상기 상기 광 커넥터(70)는 광섬유(10)가 후술하는 제1 호퍼형 렌즈(41)에 접속되고, 상기 정렬 렌즈(80)는 파장 대역별로 빛을 분리하여 후술하는 제2 호퍼형 렌즈(42)로 공급하도록 하우징(30)에 탈착가능하게 설치된다.

한편, 본 발명에서의 광섬유(10, 20)는 G.O.F (Glass Optical Fiber) 또는 G.O.F (Glass Optical Fiber)보다 값이 저렴하고 단거리 전송률이 우수하며 초보자라도 간단히 위치를 맞춰 고정시킬 수 있으며 접속이 용이한 P.O.F (Plastic Optical Fiber) 등을 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 광섬유(10, 20)의 종류를 한정하는 것은 아니다.

도시되어 있지는 않지만, 외부의 광원(미도시)은 하우징(30)과 소정거리 이격되게 설치되어, 빛을 광섬유(10, 20)를 통하여 하우징(30) 내부의 양방향 호퍼구조체(40)에 전달한다. 여기서, 상기 광원은 공지된 다양한 램프를 사용할 수 있지만, 빛 정보를 받는 개구면이 크게 형성된 양방향 호퍼구조체(40)를 통해 광섬유(10, 20)에 빛을 집중적으로 고루 전달할 수 있기 때문에, 일반 램프에 비해 작은 크기로 구성되면서도 밝기효율이 우수하고 열이 발생되지 않으며 전력소모가 적고 수명이 긴 LED를 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명에서는 광원의 종류를 한정하는 것은 아니고, 광원으로서 레이더 다이오드도 적용될 수 있다.

상기 양방향 호퍼구조체(40)는 광 커넥터(70)와 정렬 렌즈(80)의 각각의 홀더에 고정되어 광 커넥터(70)와 정렬 렌즈(80) 사이에 설치된다. 상기 양방향 호퍼 구조체(40)는 광 커넥터(70) 측에 형성된 제1 호퍼형 렌즈(41)와, 정렬 렌즈(80) 측에 적어도 하나 이상(42a, 42b, 42c)으로 형성된 제2 호퍼형 렌즈(42)와, 제1 호퍼형 렌즈(41)와 제2 호퍼형 렌즈(42) 사이에 구비되는 인덱스 도파로(50)를 포함한다.

여기서, 상기 양방향 호퍼 구조체(40)는 광원에서 발생되어 광섬유(10, 20)를 통과하는 빛을 전반사시켜 제1 호퍼형 렌즈(41)와 제2 호퍼형 렌즈(42) 상호 방향으로 집중적으로 고루 전달시킬 수 있도록 깔대기 형상으로 마련되고 광섬유(10, 20)와 동일한 재질로 마련된다.

상기 제1 호퍼형 렌즈(41) 는 광섬유(10)와 동일하게 중앙은 굴절율이 높은 코아(41a)를 사용하고 바깥 부분은 굴절률이 낮은 클래드(41b)를 사용하여, 광원에서 발생되어 광섬유(10)를 통과하는 빛이 코아를 경유하여 클래드(41b)에서 전반사가 일어나도록 하여 빛을 제2 호퍼형 렌즈(42) 방향으로 효율적으로 전달시킬 수 있도록 구성된다. 상기 제2 호퍼형 렌즈(42)도 제1 호퍼형 렌즈(41)의 구조와 동일하게 형성되어, 전반사가 일어난 빛을 제1 호퍼형 렌즈(41) 방향으로 효율적으로 전달시킬 수 있도록 구성된다.

여기서, 상기 제1 호퍼형 렌즈(41)와 제2 호퍼형 렌즈(42)는 깔대기 형상으로 마련되어 있기 때문에, 광섬유(10, 20)를 통과하는 빛이 제1 호퍼형 렌즈(41)와 제2 호퍼형 렌즈(42) 렌즈 일단의 작은 입구를 통해 제1 호퍼형 렌즈(41)와 제2 호퍼형 렌즈(42) 내부로 수집 입사된 다음, 점차적으로 넓어지는 제1 호퍼형 렌즈(41)와 제2 호퍼형 렌즈(42)를 통해 빛이 전반사 확산되면서 제1 호퍼형 렌즈(41)와 제2 호퍼형 렌즈(42) 타단의 큰 출구를 통해 방출되어 각각 맞은 편의 제2 호퍼형 렌즈(42)와 제1 호퍼형 렌즈(41)에 전달된다. 이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 광섬유(10, 20)를 통과하는 빛은 맞은 편의 제2 호퍼형 렌즈(42)와 제1 호퍼형 렌즈(41)의 외측으로 분산되지 않고 제2 호퍼형 렌즈(42)와 제1 호퍼형 렌즈(41)에 집중적으로 고루 전달된다.

한편, 상기 제1 호퍼형 렌즈(41)는 모든 파장을 가지는 빛을 전반사시키도록 형성되고, 상기 제2 호퍼형 렌즈(42)는 특정 파장을 가지는 빛을 전반사시키도록 형성되어 있다. 이를 위하여, 상기 제1 호퍼형 렌즈(41)는 상기 제2 호퍼형 렌즈(42)보다 그 단부의 내경이 크게 형성되어 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 제1 호퍼형 렌즈(41)는 전체적인 모든 대역의 파장을 골고루 전반사시키도록 넓게 형성하고, 제2 호퍼형 렌즈(42)는 특정 대역의 파장만을 전반사시키도록 상대적으로 좁게 형성하여, 여러 개의 파장을 가지는 광 신호를 손실없이 효율적으로 전송할 수 있다. 나아가, 본 발명에서는 제2 호퍼형 렌즈(42)를 통한 특정 대역의 파장을 통하여 전반사되어 전송되고, 제1 호퍼형 렌즈(41)를 통하여 특정 대역의 파장을 제외한 다른 대역의 모든 파장을 이용하여 전반사되어 전송되는 양방향 호퍼구조체(40)를 통하여 대량의 정보를 양방향으로 효율적으로 전송할 수 있게 된다.

그리고, 바람직하게는 상기 제1 호퍼형 렌즈(41)와 제2 호퍼형 렌즈(42)는 도 3에 도시된 바와 같이 광섬유를 제조하기 위해 사용되는 광섬유모재(Preform)(410a)를 통해 제조한다. 도 3에서는, 제1 호퍼형 렌즈(41) 측 구조를 일 예로 들어 도시하였다. 즉, 상기 광섬유(10)는 코아 부분을 형성하는 코아 소재(410b)와 클래드 부분을 형성하는 클래드 소재(410b)를 크게 성형한 광섬유모재(410a)를 제조한 다음, 광섬유모재(410a)의 일단부를 용융시키면서 인출 가공하여 광섬유모재(410a)를 원추형상으로 형성하게 된다.

본 발명에 사용되는 제1 호퍼형 렌즈(41)와 제2 호퍼형 렌즈(42)는 광섬유(10, 20)를 인출 가공한 후, 자연스럽게 남겨지는 원추형상의 광섬유모재(410a)의 하단 부위를 일정부분 깔대기 형상으로 절단시켜 제조한다. 따라서, 본 발명에 사용되는 제1 호퍼형 렌즈(41)와 제2 호퍼형 렌즈(42)는 광섬유(10, 20)를 인출 가공한 후 버려지는 광섬유모재(410a)를 재활용시켜 제조할 수 있으므로 원가가 절감되어 경제성이 우수할 뿐만 아니라, 제1 호퍼형 렌즈(41)와 제2 호퍼형 렌즈(42)가 광섬유(10, 20)와 동일한 재질로 마련되므로 광섬유(10, 20)에 통과되는 빛이 제2 호퍼형 렌즈(42)와 제1 호퍼형 렌즈(41)에 효율적으로 전달되도록 할 수 있다.

상기 제1 호퍼형 렌즈(41) 및 제2 호퍼형 렌즈(42)와 인덱스 도파로(50)의 경계영역에는 해당 파장의 굴절율에 적합한 인덱싱 오일(60)이 개제되어 있다.

상기 인덱스 도파로(50)는 제1 호퍼형 렌즈(41)와 제2 호퍼형 렌즈(42) 사이에 설치되며, 제1 호퍼형 렌즈(41)와 제2 호퍼형 렌즈(42)로부터 전반사되는 빛의 회절에 의한 발산을 보상하면서 빛을 전송할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템은 광 섬유의 모재 초단부위를 절단하여 해당 파장별로 조합한 광섬유가 연결된 양방향 호퍼구조체를 통하여 광신호의 합파 및 분파 동작시 신호 에너지의 손실을 줄이고, 다량의 데이터를 압축하여 고속의 광 전송을 가능하게 할 수 있다. 나아가, 또한, 본 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템은 파장이 다른 다량의 이종 데이터들을 효과적으로 합파 및 분파한 후 이를 압축하여 복수의 채널로 고속 전송하는 광 전송 시스템에 적용가능하고, 고품위 및 고효율의 정보를 전송할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10, 20: 광섬유 30: 하우징
40: 양방향 호퍼구조체 41: 제1 호퍼형 렌즈
42: 제2 호퍼형 렌즈 50: 인덱스 도파로
60: 인덱싱 오일 70: 광 커넥터
80: 정렬 렌즈

Claims (5)

1. 하우징 외측 대향면에 광 섬유와 연결된 정렬 렌즈와 광 커넥터가 구비되고, 상기 하우징 내측에서 상기 정렬 렌즈와 광 커넥터 사이에 구비되어 각각으로부터 상기 광섬유를 통하여 전달되는 빛을 각각의 방향으로 전반사시키는 양방향 호퍼 구조체를 포함하고,
   상기 양방향 호퍼 구조체는 상기 광 커넥터 측에 형성된 제1 호퍼형 렌즈와, 상기 정렬 렌즈 측에 적어도 하나 이상으로 형성된 제2 호퍼형 렌즈와, 상기 제1 호퍼형 렌즈와 제2 호퍼형 렌즈 사이에 구비되는 인덱스 도파로를 포함하되,
   상기 제1 호퍼형 렌즈는 상기 제2 호퍼형 렌즈보다 그 단부의 내경이 크게 형성된 것을 특징으로 하는 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 호퍼형 렌즈는 모든 파장을 가지는 빛을 전반사시키는 것을 특징으로 하는 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 호퍼형 렌즈는 특정 파장을 가지는 빛을 전반사시키는 것을 특징으로 하는 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 호퍼형 렌즈 및 제2 호퍼형 렌즈와 상기 인덱스 도파로의 경계영역에는 인덱싱 오일이 개제되어 있는 것을 특징으로 하는 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 호퍼형 렌즈 및 제2 호퍼형 렌즈는 광섬유를 제조하기 위해 사용되는 광섬유모재의 원추형 단부를 호퍼 형상으로 절단시킴으로써 내부는 코아층으로 형성되고 외부는 클래드층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 양방향 호퍼구조를 이용한 WDM 광전송 시스템.

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