KR101559299B1 - 광섬유 장주기 격자 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 장주기 격자 생성 장치를 제공한다. 본 발명의 장치는 격자가 생성될 광섬유 부분에 면하는 세기 조절부와 주기 조절부를 포함하며, 상기 세기 조절부는: 격자가 생성될 광섬유 부분을 격자 생성부에 대하여 가압하는 가압부; 상기 가압부에 힘을 가하는 세기조절기구;를 포함하고, 주기 조절부는: 상기 격자 생성부의 길이를 연장 또는 축소하는 주기조절기구;를 포함한다.

Description

광섬유 장주기 격자 생성 장치{Apparatus for producing long period gratings at optical fiber}

본 발명은 광섬유에 장주기 격자를 생성하는 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 주어진 임의의 다중모드 광섬유 내에 존재할 수 있는 다양한 고유 모드들 중, 두 모드 사이의 모드 결합을 위하여 광섬유에 장주기 격자의 주기를 다양하게 생성하는 장치에 관한 것이다.

광섬유는 코어와 클래딩 사이의 굴절률 차이에 의한 전반사 원리로 빛을 유도한다. 이때, 광섬유 내부의 단면 방향의 전기장 분포는 코어와 클래딩, 그리고 그 외부의 경계 조건을 만족하는 방식으로 분절적으로 존재하게 되는데 이를 광섬유 모드라고 한다. 광섬유 내에 존재하는 임의의 광은 모두 이들 모드의 선형 결합으로 표현할 수 있다.

도1은 선형 편광(Linearly Polarization)된 광섬유 모드의 종류를 예시하고 있다. 광섬유모드는 방위각 방향에 대하여 전기장 마디가 없는 모드(LP_0m모드)와 방위각 방향에 대하여 전기장 마디가 있는 모드(LP_lm모드, l>0)로 구분되며, LP_0m모드는 대칭 모드이고, LP_lm모드는 비대칭 모드이다.

광섬유 내에 존재 가능한 모드의 개수는 전파되는 빛의 파장, 코어와 클래딩의 굴절율 차이 그리고 코어의 크기등을 변수로 달라질 수 있다. 이때 존재 가능한 광섬유 모드가 하나 뿐인 광섬유를 그 파장에서의 단일 모드 광섬유(Single mode optic fiber)라고 하고, 둘 이상의 모드가 존재할 수 있는 경우를 다중 모드 광섬유(a Few mode optic fiber)라고 한다. 동일한 광섬유라 하더라도 사용하는 파장이 달라지면 존재 가능한 모드의 개수도 바뀔 수 있다.

당업자가 주지하는 것과 같이, 광섬유에 있어 파장 λ, LP_lm 모드의 전파상수β_lm = 2πn_eff/λ로 정의된다(n_eff: 유효굴절율).

각 모드는 광섬유를 진행하며 자신의 전파상수와 전파 길이의 곱 만큼의 위상 변화를 겪는다. 서로 다른 두 모드 A, B가 광섬유를 진행하는 것을 가정할 때, 두 모드의 상대적 위상 차이는 0에서 2π까지 주기적으로 반복되는데, 모드의 상대적 위상이 2π만큼 변화하여 원래의 위상 차이로 되돌아 가기까지의 길이를 두 모드 사이의 맥놀이 길이(L_B:beat length)라 하고, 다음과 같이 계산한다.

L_B = (2π)/(β_A - β_B)

한편, 광섬유에 생성된 격자(grating)의 예로 브래그 격자(Bragg Grating)와 장주기 격자(Long Period Grating)를 들 수 있다, 브래그 격자에 의하면, 광대역 광원이 광섬유를 주파할 때, 브래그 파장의 중심에 위치하며 협대역인 신호는 반사되고, 브래그 파장이 제거된 밴드의 신호가 전송된다.

100㎛ ~ 1000㎛(1mm)범위의 주기를 가지는 장주기 광섬유 격자는 주어진 광섬유의 굴절율에 주기적인 섭동(perturbation)을 인가하여 얻어진다. 섭동을 인가할 수 있는 방법으로 기계적 미세 구부림, 음파를 통한 미세 구부림, 전기 아크를 통한 굴절율 변화, UV광을 통한 굴절율 변화등이 있다.

광섬유의 격자 생성에 대해서는 다음의 선행기술문헌이 있다.

미국특허 제6,498,877호 한국특허 10-0265865호 미국특허 제6,498,877호는 코어의 적어도 일부에 가해진 격자를 구비한 조절 가능한 광섬유를 개시하는데, 조절 가능도(tunability)는 클래드 외층에 인가되며 굴절율이 조작기구에 의하여 가변하는 최외곽층에 의존한다. 즉, 이 최외곽층의 굴절율을 변경시키면, 경계 조건이 변하여 클래딩 모드의 전파 상수가 변하며, 코어와 클래드 사이의 경계면에서 최외곽층까지의 거리에 따라 코어 모드의 전파 상수도 변하게 된다. 한국특허 10-0274075호는 입력 전기신호의 주파수 및 진폭의 조절에 의하여 탄성파의 진폭 및 파장을 각각 가변시킬 수 있는 탄성파 발생기를 이용하여 광섬유를 진행하는 광의 코어 모드를 광의 파장에 의존되게 선택적으로 클래딩 모드로 전환하는 방법을 개시하고 있다.

Long Period Fiber Grating Produced by Arc Discharges, Julian M. Estudillo-Ayala et al., Universidad de Guanajuato, pp295-316, www.intechopen.com Long-period fiber gratings based on periodic microbends, In Kag Hwang et al., Department of Physics, Korea advanced Institute of Science and Technology, Sep. 15, 1999/Vol. 24, No.18/OPTICAL LETTERS pp 1263-1265 또, Estudillo-Ayala등의 논문은 장주기 섬유 격자의 원리, 아크 방전에 의한 제조법, 굴절률에 의한 변조, 미세 테이퍼나 미세 구부림에 의한 주기적 변조, 장주기 섬유 격자의 응용 분야 및 센서에 대해 기술하고 있다. 또, Hwang의 논문은 도2에 도시한 것처럼 두 섬유 홀더 사이에 광섬유를 직선으로 팽팽히 유지한 후, 한 섬유 홀더를 가령 100㎛간격으로 광섬유축과 수직 방향으로 이동시켜 측방향(lateral) 스트레스를 유도하고, 전기 아크를 가하여 섬유를 변형시켜 일정 간격, 바람직하게는 1㎛미만의 미세 구부림을 부여하는 것이다. 그런데 상술한 선행기술에서는 광섬유에서 모드 결합이 일어나는 두 모드의 쌍을 결정 후 격자를 인가하면 이를 변경하는 것이 불가능한 한계가 있었다. 따라서 이러한 문제를 해소함과 동시에 최소의 손실로 모드 간 변환을 달성하고 광섬유에 인가된 장주기 격자의 간격과 세기를 동시에 조절할 수 있는 장치가 필요하게 되는 것이다.

먼저, 장주기 광섬유 격자의 배경 이론으로서 모드 결합 이론에 대하여 살펴본다.

광섬유 코어의 굴절율에 임의의 섭동이 인가된 광섬유 안에서의 전기장이 만족해야 하는 맥스웰 방정식은 다음과 같다.

= 0 (단,

는 굴절율의 섭동을 기술하는 함수이다.)

또한, 굴절율의 섭동이 있는 광섬유 시스템에서의 전기장을 섭동이 없는 이상적인 스텝 인덱스 광섬유 모드, 즉 코어에서 클래딩으로 굴절율이 계단식으로 변하는 모드들의 선형 결합으로 표현하면 다음과 같다.

z: 광섬유 모드의 전파 방향

: k-모드의 진행 방향에 따른 세기 함수

: 섭동이 없는 이상적인 스텝 인덱스 광섬유에서 k모드 함수

: k-모드의 전파상수

이 식에서 A_k(z)를 한 파장 정도의 진행 길이에서는 상수로 취급하고, 모드 F_k(x,y)사이의 연직 조건(orthonomality)과 굴절률의 섭동이 주기적(sinusoidal)이라는 조건을 추가하여 맥스웰 방정식에 대입하면 다음의 결과를 얻는다. 이 조건은 본 발명의 장치에 적용 가능한 조건이다.

이를 다시 두 개의 모드만을 고려해 기술하면 다음의 연립 미분 방정식이 얻어진다.

여기서,

는 간단히

로 표시되며, 모드 a와 b사이의 결합 세기 상수이고,

는 이의 공액 복소수이며, Λ는 섭동 주기이다.

마지막으로, 이 연립 미분 방정식을 풀면 초기의 a모드가 b모드로 결합되는 세기는 다음 수학식1로 표현될 수 있다.

여기서,

로 위상 비정합을 나타내며, O는 모드 결합 상수이다.

수학식 1의 결과는 모드 결합을 위한 장주기 광섬유 격자에서 고려해야 하는 사항들을 결정해 준다.

장주기 광섬유에서 격자 생성 방법은, 다양한 방법이 존재하나 본 발명은 기계적으로 광섬유를 눌러 미세 구부림을 주는 방식을 취한다. 광섬유에 미세 구부림이 인가되면 광섬유 곡률에 의한 부분 응력이 광섬유 코어 부분에 x-y방향에 대해 비대칭적인 굴절율 섭동 Δn(x,y)을 만든다.

또, 한 모드에서 다른 모드로의 100% 결합을 만들려면 위상 비정합 Δβ가 0이 되어야 한다. 이는 인가된 격자의 주기가 결합시키려는 두 모드의 맥놀이 길이와 완전히 일치될 때 만들 수 있다.

또, 수학식1을 살펴보면, 모드 결합 세기 상수가 0이 아니어야 모드 결합이 가능하다. 미세 구부림 방식으로 유도된 굴절율 섭동은 x-y방향에 대해 비대칭적이기 때문에 대칭 모드와 비대칭 모드의 결합이 가능하다. 결합시키려는 두 모드가 대칭모드와 비대칭모드이면 미세 구부림 유도를 위한 기계적 압력의 세기를 통해 이 결합 세기 상수를 조절할 수 있다.

따라서, 본 발명은 (가)광섬유에 적은 손상으로 장주기 격자를 인가하고, (나) 광섬유를 도파하는 광의 손실을 최소화하여 모드간 변환을 달성하며, (다)광섬유에 인가된 장주기 격자의 간격을 자유롭게 조절하고 (라)광섬유에 인가된 장주기 격자의 세기를 조절할 수 있는 조절 가능한 장주기 격자를 생성하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광섬유에 생성된 격자의 곡률반경을 조절하는 세기 조절부; 광섬유에 생성된 격자의 주기를 조절하는 주기 조절부를 포함하는 광섬유에 장주기 격자를 생성하는 장치를 제공한다.

본 발명의 주기 조절부는 광섬유에 격자를 부여할 격자 생성부; 및 격자생성부의 길이를 연장 또는 축소하는 주기조절기구;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

주기조절기구는 회전 가능한 주기조절노브; 주기조절노브와 작동적으로 연결되어 서로 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 피동기어; 및 격자 생성부의 양단에 연결되어 한쌍의 피동기어의 회전에 의하여 위치를 변경하여 격자 생성부의 길이를 변화시키는 격자 주기 결정부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 주기조절기구에서 서로 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 피동기어를 작동적으로 연결하기 위하여, 주기조절노브에 연결된 축에 설치된 한쌍의 구동기어를 더 포함하고, 한쌍의 구동기어중 하나는 한쌍의 피동기어중의 하나와 치합하고, 다른 하나는 한쌍의 피동기어중의 다른 하나와 보조기어를 경유하여 작동적으로 연결되도록 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예로서, 주기조절기구는 주기 조절 제어부; 주기 조절 제어부에 의하여 격자 생성부의 길이를 변화시키는 동력을 제공하는 동력 발생부; 격자 생성부의 적어도 하나의 단부에 연결되며, 동력 발생부에 의하여 위치를 변경하여 상기 격자 생성부의 길이를 변화시키는 격자 주기 결정부를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 격자 주기 결정부는 일단이 고정되고 타단은 피동기어에 의하여 위치를 변경하여 격자 생성부의 길이를 변화시키고, 피동기어는 주기조절노브와 작동적으로 연결되도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 격자생성부는 스프링이다.

본 발명의 세기 조절부는 세기조절기구; 세기조절기구에서 연장된 연장부재; 연장부재를 수용하고 상기 연장부재의 회전에 따라 직선 위치를 변경하는 홀더; 및 홀더에 결합되어 직선 위치를 변경하여 상기 격자 생성부와 함께 광섬유를 가압하는 가압부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 가압부는 판스프링 및 아크릴 중 하나일 수 있다.

본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘하나, 이는 본 발명의 우수한 효과를 제한적으로만 열거한 것이며, 본 발명의 효과가 이에 국한되지 않음은 자명하다.

첫째, 본 발명은 컴팩트하고 견고한 부품의 장치를 사용하고 광섬유를 고정시킨 후 단계적으로 힘을 변경시켜 가압하므로 적은 손상으로 장주기 격자를 인가할 수 있다.

둘째, 본 발명은 광섬유를 도파하는 광의 손실을 최소화하여 모드간 변환을 달성할 수 있다.

셋째, 본 발명은 광섬유에 인가된 장주기 격자의 간격을 자유롭게 조절하여 섭동 주기를 임의로 변경하면서 광섬유에 격자를 인가할 수 있다.

넷째, 본 발명은 광섬유의 필요한 부분에 간편한 방법으로 격자를 인가할 수 있어 결합되는 모드를 언제든지 다양하게 변경할 수 있다.

도1은 선형 편광된 광섬유의 모드를 도시한 도면이다.
도2는 아크를 가하여 미세구부림을 유도하는 과정을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 원리를 도시한 개념도이다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 장주기 격자를 생성하는 장치의 외관 사시도이다.
도5는 도4의 본 발명의 일실예에 따른 장치에서 하부프레임 부분을 제거하고 세기 조절부를 도시한 부분 사시도이다.
도6은 도4의 본 발명의 일실예에 따른 장치에서 상부프레임 부분을 제거하고 본 발명의 주기 조절부를 도시한 부분 사시도이다.
도7은 도6의 본 발명의 일실예에 따른 스프링을 가변시키는 주기 조절부를 도시한 부분 사시도이다.

본 발명의 원리는 도3에 도시한 것과 같이, 광섬유 누름판(1')과 미세구부림 유도 요철을 가진 광섬유 지지판(2') 사이에 광섬유를 위치시키고 광섬유 누름판(1')의 누름힘을 제어하고, 요철 간격을 화살표 방향으로 가변하는 것이다.

누름판(1')은 광섬유를 손상시키지 않으며 최적의 결합 효율을 만들어 내기 위하여 그 위치, 넓이 및 가압 방식에 대한 최적 설계가 필요하다. 누름판의 힘의 제어는 수학식1에 있어 이론적으로 모드 결합 세기 상수(O)를 조절해 주는 역할을 한다. 격자의 세기 또는 강도는 이 누름판의 힘의 제어를 통하여 조절할 수 있다. 또, 요철 간격을 가변하는 것은 수학식1에 있어 이론적으로 섭동주기(Λ)를 조절하는 역할을 한다.

본 발명은 이와 같이 모드 결합 세기 상수와 섭동 주기를 조절하는 원리를 기반으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도4는 본 발명의 장주기 격자를 가진 광섬유에 인가하는 장치(1)의 외관 사시도를 도시한다. 본 발명의 장치(1)는 장방형의 상부프레임(10)과, 역시 장방형으로 상부프레임(10)을 지지하며 후미로 갈수록 위로 경사져 넓은 공간을 제공하도록 형상화된 하부프레임(12)을 포함한다. 후술하는 것과 같이 상부프레임(10)에는 모드 결합 세기를 조절하기 위한 세기 조절부(2)가 배치되고, 하부프레임에는 섭동 주기를 조절하기 위한 주기 조절부(3)가 배치된다. 상부프레임(10)은 하부프레임(12)과 일체로 결합될 수도 있으나, 탈착이 가능한 조립식으로 결합되는 것이 바람직하다.

세기 조절부(2)를 이루는 다이얼형의 세기 조절 노브(14)가 상부 프레임(10)의 상면에서 화살표 방향으로 좌우로 회전가능 하도록 돌출되어 있다. 세기 조절 노브(14)의 하면에는 반경이 큰 원판(140)이 일체로 결합되고, 원판(140)에는 바람직하게는 100등분 눈금이 동일 간격으로 조밀하게 표시되어 있다. 각 눈금 간격은 가령 10μm이다. 눈금의 원점은 기준선(142)에 맞추어져 있다. 따라서 작업자는 세기 조절 노브(14)를 회전시켜 예를 들어 곡률반경을 10μm 단위로 광섬유에 가해지는 가압력을 조절할 수 있다.

또, 주기 조절부(3)를 이루는 다이얼형의 주기 조절 노브(16)가 하부 프레임(12)의 전면에 화살표 방향으로 상하로 회전가능 하도록 내삽되어 있다. 주기 조절 노브(14)의 좌측에는 동일한 원통형의 눈금부(160)가 일체로 형성되고, 눈금부(160)에는 바람직하게는 60등분 눈금이 동일 간격으로 조밀하게 표시되어 있다. 각 눈금 간격은 10μm이다. 눈금의 원점은 기준선(162)에 맞추어져 있다. 따라서 작업자는 주기 조절 노브(16)를 회전시켜 가령 10μm 단위로 광섬유에 가해지는 격자의 간격, 즉 주기를 조절할 수 있다.

표시부(18)는 계산된 격자의 간격을 표시해준다. 표시부(18)는 도시된 눈금외에도 숫자등 사용자가 시인할 수 있는 어떠한 표시 형태도 채용될 수 있다.

본 발명의 상부프레임(10)의 좌우측과 하부프레임(12) 후미의 상면에는 한 쌍의 광섬유 홀더(20)가 배치되어 있다. 홀더(20)의 대략 중앙부에 관통홈(200)이 형성되고, 이 관통홈(200)을 통하여 광섬유(F)가 삽입된다. 관통홈의 직경은 250μm인 것이 바람직하나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

광섬유 홀더(20)는 화살표로 도시한 것과 같이 기립 가능하다. 광섬유 홀더(20)를 기립하여 상부 프레임(10)과 하부 프레임(12)사이의 틈을 통해 광섬유(F)를 삽입하고 격자 생성이 필요한 광섬유(F)의 부분을 스프링(S)상에 위치시킨 후 광섬유 홀더(20)를 눕혀 광섬유(F)를 고정시킨다.

도5는 본 발명의 세기조절부(2)를 도시한 상부 프레임(10)의 내부 단면도이다. 세기 조절부(2)는 광섬유(F)에 누름힘을 가하여 모드 결합 세기 상수를 조절하기 위한 것으로, 세기조절노브(14)와, 세기조절노브(14)의 하면 중앙에서 아래로 연장된 스크류(16)와, 스크류(16)를 수용하는 나사산이 형성된 홈(18)을 구비한 장방형의 홀더(20)와, 홀더(20)의 하면에 부착되어 고정된 가압부(22)로 이루어진다.

작업자가 세기조절노브(14)를 일방향으로 회전시키면, 스크류(16)가 홈(18)의 나사산과 맞물리면서 회전하여 홀더(20)가 상,하로 직선 위치를 변경한다. 이에 따라, 홀더(20)와 작동상 일체가 된 가압부(22)도 상, 하로 직선 위치를 변경하여 광섬유(F)에 접촉하여 적절한 가압력을 인가하게 된다. 가압부(22)는 가령 도시한 것처럼 하면이 볼록한 판스프링인 것이 바람직하다. 판스프링은 광섬유(F)에 접촉하여 힘을 받으면 그 하면이 점차 평면으로 퍼지면서 광섬유(F) 전체에 걸쳐 힘을 가하게 된다.

광섬유(F)는 후술하는 것과 같이 스프링 가이드(50)에 설치된 격자생성을 위한 스프링(S)과 대향 또는 맞닿아 있으므로, 가압부(22)로부터 가해지는 힘에 의해스프링(S)에 눌려져 스프링의 턴 사이 간격, 즉 피치를 주기로 그 외면에 격자가 형성된다. 격자의 곡률반경 등의 물성은 광섬유(F)를 스프링(S)에 대면시켜 가압하는 힘에 의하여 좌우되므로, 다이얼형 세기 조절 노브(14)의 회전량에 따라 모드 결합 상수의 값을 변화시키면서 광섬유의 결합 모드에 맞는 최적값을 도출할 수 있다.

가압부(22)를 판스프링으로 하는 것은 장주기 격자 실험이나 작업면에서 용이하고, 또 이론적으로,광섬유의 중앙이 가장 큰 압력을 받고 양단으로 갈수록 약해지는 소위 가우시안(Gaussian)형상을 이루는 점에서 바람직하나, 탄성력 있는 견고한 재질, 가령 아크릴도 사용할 수 있으며, 또 볼록형이 아닌 평면의 형상을 채용하여도 무방하다.

가우시안 형상은 코어의 굴절율 지수가 중앙에서 가장 큰 진폭 변화를, 양단에서 최소 변화를 보이며, 평면 형상을 이용하여 전체에 동시에 고른 힘을 가하는 균일형 포지티브 지수 변화(Uniform positive-only index change)는 코어의 중앙과 양단의 굴절률 진폭 변화가 동일한 특성이 있는데, 전자가 더욱 개선형이라고 할 수 있다.

가압부(22)와 스프링(S)사이에 개재한 광섬유(F)에는 스프링 코일을 따라 미세 구부림, 즉 격자가 형성된다. 가압력의 크기에 따라 광섬유에 형성되는 격자의 곡률반경을 조절할 수 있다. 광섬유의 구부림 정도를 의미하는 격자의 세기는 구부러진 광섬유의 곡률반경으로 나타낼 수 있다. 격자의 최소 곡률 반경은 스프링의 직경과 같으며, 격자의 최대 곡률반경은 광섬유가 완전 펴진 상태로서 무한대이다. 직경 300μm의 스프링을 사용하는 경우 구부림 곡률반경을 150μm ~ 무한대로 부여할 수 있었다.

한편, 가압부(22)의 가압력을 제거하면 광섬유에 생성된 격자는 광섬유의 탄성에 의하여 제거될 수 있다.

도6은 본 발명의 주기조절부(3)를 도시한 하부프레임(12)의 내부 사시도이다. 주기조절부(3)는 격자생성부와 주기조절기구를 포함한다.

본 발명의 일실시예로서 격자생성부로 스프링(S)이 채용될 수 있다.

스프링(S)은 하부프레임(12)의 좌우측면 사이에 연장된 긴 원통형의 스프링 가이드(50)의 중앙 부근에 감겨져 있다. 광섬유(F)의 격자 주기는 스프링(S)의 각 턴 사이의 간격과 일치함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 스프링(S)의 턴 사이의 간격을 균일하게 넓히면 격자 주기는 증가하고, 간격을 균일하게 좁히면 격자 주기는 감소한다. 스프링은 코일 스프링으로서, 그 재질은 스테인리스 스틸이며, 격자가 균일하도록 스프링의 두께, 열처리 방법, 양 끝단의 각도 및 위치 등을 적의 고려하여 설계하는 것이 바람직하다.

본 발명자가 수행한 실험에 의하면 스프링의 외경 300μm, 턴수는 51(따라서, 격자 갯수는 50개), 전체 길이는 1.5cm ~ 4.5cm, 따라서 각 격자 사이의 간격은 300μm (=1.5cm/50) 내지 900μm (=4.5cm/50)로 조절하는 경우 광섬유에 정확한 격자를 부여할 수 있었으나, 스프링 간격의 적절한 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 스프링의 크기에 따라 주기 간격은 200μm ~ 1500μm의 범위에서 선택될 수 있다. 또, 다양한 광섬유에서 여러 파장과 모드간의 결합을 가져오도록 스프링의 전체 길이를 최대한 늘리거나, 스프링의 외경을 줄이고 턴수를 늘리는 등의 다양한 변형이 가능하다.

도6에 도시한 것과 같이, 본 발명의 주기조절기구는 스프링(S)의 간격을 조절하기 위한 메카니즘으로 주기조절노브(16), 한쌍의 제1열기어(52,52'), 한쌍의 제2열기어(54,54'), 보조기어(55') 및 너트(56,56')를 포함하는 기계적 동력 전달 장치를 포함할 수 있다.

제1열기어(52,52')는 주기조절노브(16)와 동축을 이루어 제1샤프트(58)를 통하여 주기조절노브(16)로부터 등간격으로 좌우에 각각 배치되어 있다. 우측의 제2열기어(54)는 그 아래의 제1열기어(52)와 치합된 상태로 제2샤프트(60)를 통한다. 한편으로. 제2열기어(54)와 동축으로 제3샤프트(60')에 설치된 좌측 제2열 기어(54')는 작은 직경의 보조기어(55')와 치합하며, 상기 보조기어(55')는 그 아래의 좌측 제1열 기어(52')와 치합하고 있다. 따라서, 주기조절노브(16)를 시계 방향으로 회전시키면, 제2열기어(54,54')는 각각 반시계방향과 시계방향으로 서로 반대 방향으로 회전하게 된다. 이 경우, 주기조절노브(16)가 구동원의 역할을 하고, 제1열 기어는 구동기어, 제2열 기어는 종동 또는 피동기어의 역할을 하게 된다.

즉, 주기조절기구는 주기 조절 제어부, 주기 조절 제어부에 의하여 상기 격자 생성부의 길이를 변화시키는 동력을 제공하는 동력 발생부. 격자 생성부의 적어도 하나의 단부에 연결되며, 동력 발생부에 의하여 위치를 변경하여 상기 격자 생성부의 길이를 변화시키는 격자 주기 결정부를 포함하는 것이면 어떠한 형태라도 가능하다.

이에 따라 동력 발생부는 전기모터가 될 수 있고 전기모터와 피니언으로 구성될 수 있고, 동력전달을 하는 격자 주기 결정부도 역시 스프링에 가변 변위를 유도하는 유압형 또는 피스톤형 장치등 다양한 대체가 가능함은 물론이다.

도7에 더 상세히 도시한 것과 같이, 주기조절노브(16)와 대향하여 하우징(62)이 설치되고, 하우징(62)의 좌우로 제2및 제3샤프트(60,60')가 설치되어 있다. 제2및 제3샤프트(60,60')는 예를 들어 나사산이 형성된 이송나사인 것이 바람직하다. 허브-베어링 조립체(64,64')는 하우징(62)의 양편에 내설되어 제2및 제3샤프트(60,60')를 각각 수용하고 있다.

전술한 것과 같이 제2열기어(54)와 제2열기어(54')의 회전 방향은 반대이므로, 가령 제2열기어(54)가 시계 방향으로 회전하면 이와 연결된 너트(56)는 제2샤프트(60)를 따라 우측으로 이동하고, 제2열기어(54')는 반시계 방향으로 회전하므로 이와 연결된 너트(56')는 제3샤프트(60')를 따라 좌측으로 이동하게 된다. 즉, 너트(56,56')들은 항상 서로 멀어지거나 접근하는 방향으로 이동한다. 연쇄적으로, 너트(56,56')에 연결된 스프링(S)의 양끝단이 서로 멀어지거나 접근하며, 이 이동된 거리만큼 스프링의 길이가 연장됨으로써 턴 사이의 피치가 균일하게 증가하거나 감소하여 광섬유에 가해지는 격자의 주기가 조절된다. 따라서, 이러한 너트(56, 56')는 격자의 주기를 생성하는 격자 주기 결정부가 된다.

격자 주기 결정부가 조절하는 격자의 주기는 광섬유에서 결합시키려는 두 모드의 맥놀이 길이와 일치하는 것이 바람직하다.

위의 예에서, 샤프트가 이송나사인 경우, 제2열기어(54,54')의 1회전시마다 나사 리드만큼 너트(56,56')가 전진 또는 후진하고 이때 연장 또는 수축하는 스프링의 주기 간격 프로파일을 설정하면 정확한 주기 수치를 조절할 수 있다.

주기조절기구는 격자생성부인 스프링(S)의 간격을 조절하기 위하여 한쌍의 제1열기어(52,52'), 한쌍의 제2열기어(54,54'), 보조기어(55') 및 너트(56,56')를 포함하는 것으로 설명하였으나 격자생성부인 스프링(S)의 일단을 고정하고 스프링의 타단을 하나의 기어와 하나의 너트로만 이동하여 스프링의 주기를 변경하는 구조를 채택할 수도 있다.

발명자가 수행한 실험에 의하면, 상술한 스프링의 수치 조건에서, 주기조절노브(16)의 1회전 마다 스프링의 전체 길이가 600μm, 주기가 12μm(=600μm/50)씩 늘어나고, 스프링 전체 길이는 대략 3cm 범위 내에서 변하도록 조절하는 경우 우수한 효과를 얻을 수 있었다. 그러나, 이는 수작업에 의한 작동을 전제로 한 기본 실험이므로 부품의 재질, 물성, 작동 방법의 변경에 따라 다양한 최적의 조합이 산출될 수 있음이 이해되어야 할 것이다.

또 본 발명에서, 제2및 제3샤프트(60,60')와 허브-베어링 조립체(64,64')는 스플라인-베어링 구조로 대체하는 등, 스프링(S)의 간격 좌우로 연장 또는 축소할 수 있는 어떠한 기구로의 변경도 가능하다.

또, 본 발명에서는 제1열 기어와 제2열 기어의 이층 구조를 사용하였으나, 가령 모터-피니언 기구와 동축의 샤프트를 이용한 단층 구조로 변경하는 등 전반적인 구조 변경도 가능함은 물론이다.

이상 서술한 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 모드 결합 세기 상수와 섭동 주기를 조절하는 원리를 기반으로, 세기 조절부(2)와 주기 조절부(3)를 동시조절하여 모드 결합 세기 상수와 섭동 주기를 동시 변경하거나, 세기 조절부(2)와 주기 조절부(3) 중 하나만을 변경하여, 모드 결합 세기 상수 또는 섭동 주기를 고정하고 남은 변수를 조정할 수 있으므로 다양한 조건에서 광섬유(F)의 모드간 최적 결합 조건을 도출할 수 있다.

또, 본 발명의 조절 가능한 장주기 격자를 가진 광섬유 제조 장치(1)에 있어서는 광섬유(F)의 단일 부위 뿐만 아니라, 가령 광섬유(F)를 일렬로 연속 공급하면서 컴퓨터에 소정 입력된 세기와 주기에 따라 대응하는 노브를 회전시키는 자동 프로세스를 통해 광섬유에 다양한 격자 주기를 생성할 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 토대로 설명하였으나, 이는 일례이며, 본 발명은 당업자의 기술 수준을 토대로 다양한 변경이 가능하며 본 발명의 권리범위는 이하 기술하는 청구범위에 의하여 정의되는 발명과 동일 또는 유사한 영역을 포함하는 것이다.

본 발명은 조절 가능한 장주기 격자를 생성하는 장치에 관한 것이며, 이러한 장치는 전자 통신, 네트워크, 의료기구, 조명등 무수한 산업 분야에 이용 가능하다.

1: 광섬유 격자 생성 장치 2: 세기 조절부 3: 주기 조절부
14: 세기조절노브 16: 주기조절노브 F:광섬유
S: 스프링

Claims (13)

1. 광섬유에 장주기 격자를 생성하는 장치로서, 상기 장치는 광섬유에 생성된 격자의 곡률반경을 조절하는 세기 조절부; 및
   상기 광섬유에 생성된 격자의 주기를 조절하는 주기 조절부를 포함하고,
   상기 주기 조절부는 광섬유에 격자를 부여할 격자 생성부, 및
   상기 격자 생성부의 길이를 연장 또는 축소하는 주기조절기구를 포함하고,
   상기 주기조절기구는 회전 가능한 주기조절노브, 상기 주기조절노브와 작동적으로 연결되어 회전하는 적어도 하나의 피동기어, 및 상기 격자 생성부의 적어도 하나의 단부에 연결되어 상기 피동기어의 회전에 의하여 상기 격자 생성부의 길이를 변화시키는 격자 주기 결정부를 포함하는 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 주기조절기구는 회전 가능한 주기조절노브;
   상기 주기조절노브와 작동적으로 연결되어 서로 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 피동기어; 및
   상기 격자 생성부의 양단에 연결되어 상기 한쌍의 피동기어의 회전에 의하여 위치를 변경하여 상기 격자 생성부의 길이를 변화시키는 격자 주기 결정부를 포함하는 장치.
4. 삭제
5. 제3항에 있어서, 상기 주기조절기구는 상기 주기조절노브에 연결된 축에 설치된 한 쌍의 구동기어를 더 포함하고, 상기 한쌍의 구동기어중 하나는 상기 한쌍의 피동기어 중 하나와 치합하고, 상기 한쌍의 구동기어중 다른 하나는 상기 한쌍의 피동기어중의 다른 하나와 보조기어를 경유하여 작동적으로 연결되는 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 주기조절기구는 주기 조절 제어부;
   상기 주기 조절 제어부에 의하여 상기 격자 생성부의 길이를 변화시키는 동력을 제공하는 동력 발생부;
   상기 격자 생성부의 적어도 하나의 단부에 연결되며, 상기 동력 발생부에 의하여 위치를 변경하여 상기 격자 생성부의 길이를 변화시키는 격자 주기 결정부를 포함하는 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 동력 발생부는 전기 모터인 장치.
8. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 격자생성부는 스프링인 장치.
9. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 격자생성부는 주기를 가진 마디를 포함하고, 상기 주기는 200μm ~ 1500μm인 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 세기 조절부는 세기조절기구;
    상기 세기조절기구에서 연장된 연장부재;
    상기 연장부재를 수용하고 상기 연장부재의 회전에 따라 직선 위치를 변경하는 홀더; 및
    상기 홀더에 결합되어 직선 위치를 변경하여 상기 격자 생성부와 함께 광섬유를 가압하는 가압부를 포함하는 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 가압부는 판스프링인 장치.
12. 제10항 중에 있어서, 상기 가압부는 가우시안 분포의 형상을 갖는 장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 광섬유에 생성된 격자의 곡률 반경은 150μm이상인 장치.

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