KR101574762B1 - 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법 - Google Patents

측면 펌핑 광 결합기 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명은 코어 광섬유에 측면에 펌핑 광원을 결합하기 위한 광섬유 결합기 제조 방법에 있어서, 코어 광섬유의 양측을 고정하고, 적어도 하나의 펌핑 광섬유의 융착을 위하여 코어 광섬유의 길이방향에 수직하게 정렬시키는 광섬유 정렬 단계, 펌핑 광섬유가 코어 광섬유에 융착될 영역에 가열수단을 이용하여 가열하는 융착부 가열 단계, 융착된 펌핑 광섬유를 코어 광섬유 측으로 기울이는 펌핑 광섬유 기울임 단계 및
코어 광섬유와 상기 펌핑 광섬유가 융착된 융착부가 테이퍼지도록 코어 광섬유와 상기 펌핑 광섬유에 열을 가하면서 양측으로 연신하는 광섬유 연신 단계를 포함하는 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법.

Description

측면 펌핑 광 결합기 제조 방법{METHOD FOR SIDE PUMPING BEAM COMBINER}
본 발명은 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법에 관한 것으로, 특히 제작이 용이하고, 다양한 종류의 코어 광섬유를 이용한 광 결합기를 제조할 수 있는 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법 및 구조에 관한 것이다.
펌핑 광 결합기는 레이저에서 주입하는 여기광원의 고출력을 얻기 위해 이용하는 것으로, 복수의 펌핑 레이저에서 출력되는 펌핑 광원을 코어 광섬유에 입사시키는 소자이다.
종래에는 펌핑 광원 결합을 위하여 광 커플러를 사용하였으나, 광 커플러는 광 커플링 손실이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 종래에 펌핑 광원 결합을 위해 코어 광섬유의 일부를 식각하고, 펌핑 광섬유를 접합하는 방식의 광섬유 커플러, 그의 제조방법 및 능동 광모듈(한국 공개 10-2012-0019684) 방식이 있으나, 상기 광섬유 커플러는 코어 광섬유를 미세하게 식각하고 광섬유를 접합하는 방식이므로 정밀한 식각 공정이 필수적이며, 광섬유를 식각면에 정렬하기 매우 어려운 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광섬유 레이저용 이중 클래드 광섬유의 측면에 경사지게 형성되는 펌핑 광섬유가 융착된 측면 펌핑 광 결합기를 제조하는 데 있어, 확장이 용이하며, 다양한 종류의 코어 광섬유에 적용할 수 있는 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 코어 광섬유 측면에 펌핑 광원을 결합하기 위한 광섬유 결합기 제조 방법에 있어서, 상기 코어 광섬유의 양측을 고정하고, 적어도 하나의 펌핑 광섬유의 융착을 위하여 상기 코어 광섬유의 길이방향에 수직하게 정렬시키는 광섬유 정렬 단계; 상기 펌핑 광섬유가 상기 코어 광섬유에 융착될 영역에 가열수단을 이용하여 가열하는 융착부 가열 단계; 융착된 펌핑 광섬유를 상기 코어 광섬유 측으로 기울이는 펌핑 광섬유 기울임 단계; 및 상기 코어 광섬유와 상기 펌핑 광섬유가 융착된 융착부에서 상기 펌핑 광섬유의 외경이 경사지도록 상기 코어 광섬유와 상기 펌핑 광섬유에 열을 가하면서 양측으로 연신하는 광섬유 연신 단계를 포함하는 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법을 제공할 수 있다.
상기 광섬유 기울임 단계 이후에, 상기 융착된 펌핑 광섬유와 상기 코어 광섬유를 모두 덮는 튜브를 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 융착부 가열단계는 상기 광섬유 연신 단계에서 가해지는 온도보다 더 높은 온도로 가열되되, 2000도 이하의 온도로 가열될 수 있다.
상기 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법은 2N(N은 자연수)개의 펌핑 광섬유를 상기 코어 광섬유를 사이에 두고 융착할 수 있다.
상기 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법은 상기 코어 광섬유와 융착되는 상기 펌핑 광섬유의 연장선 상을 제외한 다른 영역에 상기 펌핑 광섬유 이외에 또 다른 적어도 하나의 펌핑 광섬유를 융착할 수 있다.
상기 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법은 복수의 펌핑 광섬유를 상기 코어 광섬유에 방사 대칭형으로 배열하여 융착할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법은 측면 펌핑 광 결합기를 일체형으로 형성할 수 있어, 광학적 커플러를 사용할 경우 발생할 수 있는 광커플링 손실을 줄일 수 있으며, 광정렬이 필요하지 않아 용이하게 펌핑 광원을 코어 광섬유에 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법은 다양한 종류의 코어 광섬유에 적용이 가능하며, 펌핑 광원의 개수가 증가할 경우 용이하게 확장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법을 순차적으로 도시한 흐름도.
도 2는 도 1에 도시된 광섬유 정렬 단계에서 코어 광섬유에 펌핑 광섬유가 정렬된 것을 도시한 도면.
도 3은 정렬된 코어 광섬유와 펌핑 광섬유에 열을 가하는 단계를 도시한 도면.
도 4는 펌핑 광섬유를 기울이는 단계를 도시한 도면.
도 5는 연신된 측면 펌핑 광 결합기를 도시한 도면.
도 6은 광섬유 융착 단계 이후 튜브를 외면에 형성하여 연신하는 단계를 도시한 도면.
도 7은 제3 및 제4 펌핑 광섬유가 융착된 측면 펌핑 광 결합기의 일 예를 도시한 도면.
도 8은 펌핑 광섬유가 코어 광섬유에 방사 대칭형으로 배치된 것을 도시한 단면.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법을 순착적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법은 광섬유 정렬 단계(S100), 융착부 가열 단계(S200), 펌핑 광섬유 기울임 단계(S300) 및 광섬유 연신 단계(S400)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 광섬유 정렬 단계(S100)는 코어 광섬유의 표면 코팅막(20)를 일부 제거하여 순수한 코어 광섬유(10)를 외부로 노출시킨다. 이어서, 일부가 노출된 코어 광섬유의 양측을 고정수단을 이용하여 고정시킨다. 이후, 코어 광섬유(10)의 노출된 영역 중 일부에 코어 광섬유(10)에 융착될 펌핑 광섬유(30, 40)를 정렬한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 펌핑 광섬유(30, 40) 정렬시에는 접속이 용이하도록 코어 광섬유(10)의 노출된 면에 수직으로 정렬시킨다. 여기서, 펌핑 광섬유(30, 40)는 도 2에 도시된 바와 같이 2개가 코어 광섬유(10)의 길이방향에 대해 수직으로 대칭을 이루도록 정렬될 수 있다.
다음으로, 융착부 가열 단계(S200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 펌핑 광섬유(30, 40)가 코어 광섬유(10)의 융착될 영역에 가열수단을 이용하여 가열된다. 가열수단은 토치(Torch) 또는 레이저가 이용될 수 있다. 가열 시 온도는 약 1700 내지 2000도 사이에서 이루어진다. 가열온도가 1700도 이하일 경우 코어 광섬유(10)와 펌핑 광섬유(30, 40)의 융착상태가 불안정해 이후에 진행될 광섬유 연신 단계(S400)에서 펌핑 광섬유(30, 40)가 코어 광섬유(10)로부터 이탈될 수 있다. 또한, 가열온도가 2000도 이상일 경우 코어 광섬유(10) 또는 펌핑 광섬유(30, 40)의 가열 영역에 국부적으로 용융이 심해져 광섬유 내부 코어가 손상될 수 있다. 따라서, 가열온도는 1700 내지 2000도 사이에서 결정될 수 있다.
한편, 융착부 가열 단계(S200)에서 코어 광섬유(10)측으로 펌핑 광섬유를 도 3에 도시된 화살표 방향(A, A')으로 힘을 가하여 융착이 용이하도록 할 수 있다. 이때, 코어 광섬유(10)는 도 3의 화살표 방향으(B-B')로 힘을 가하여 융착을 용이하게 할 수도 있다. 이에 따라, 코어 광섬유(10)에 펌핑 광섬유(30, 40)를 융착시키는 시간을 줄일 수 있다.
다음으로, 펌핑 광섬유 기울임 단계(S300)는 펌핑 광섬유(30, 40)를 코어 광섬유(10)측으로 기울인다. 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 펌핑 광섬유(30, 40)에 힘을 가하여 코어 광섬유(10)와 인접하도록 코어 광섬유(10) 측으로 기울인다.
다음으로, 광섬유 연신 단계(S400)는 코어 광섬유와 펌핑 광섬유(30, 40)에 열을 가하면서 양측으로 힘을 가하여 연신한다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 펌핑 광섬유(30,40)와 코어 광섬유(10)를 동시에 연신할 경우, 코어 광섬유(10)와 융착된 펌핑 광섬유(30, 40)가 더욱 용융되는 것과 동시에 길이가 늘어나면서 융착면으로부터 펌핑 광섬유(30, 40)가 경사지도록 형성되어 펌핑 광원에서 공급되는 광이 용이하게 코어 광섬유(10)로 유입될 수 있다.
한편, 광섬유 연신 단계(S400) 이전에 코어 광섬유와 펌핑 광섬유(30, 40)를 감싸는 튜브(90)를 더 삽입할 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 코어 광섬유(10)와 펌핑 광섬유(30, 40)를 감싸는 튜브(90)(예를 들면, 캐필러리(Capillary))를 사용하여 코어 광섬유(10)와 펌핑 광섬유(30, 40)의 외관을 보호하도록 할 수 있다.
도 2 내지 도 6에 도시된 측면 펌핑 광 결합기는 2개의 펌핑 광섬유가 융착된 것을 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 그 이상의 펌핑 광섬유가 융착될 수도 있다.
도 7은 4개의 펌핑 광섬유가 코어 광섬유에 융착된 것을 도시한 측면도 및 단면도를 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 펌핑 광섬유(30, 40) 이외에 제3 및 제4 펌핑 광섬유가 코어 광섬유(10)에 융착될 수 있다. 제3 및 제4 펌핑 광섬유(50, 60)는 제1 및 제2 펌핑 광섬유(30, 40)를 잇는 가상의 선상을 제외한 다른 영역에 융착된다. 즉, 제1 및 제2 펌핑 광섬유는 영역 A에 융착되며, 제3 및 제4 펌핑 광섬유(50, 60)는 영역 B에 융착될 수 있다.
상기와 같이, 제3 및 제4 펌핑 광섬유(50, 60)가 제1 및 제2 펌핑 광섬유(30, 40)와 다른 위치에 융착될 경우 융착지점이 영역 A 또는 영역 B에 모두 집중될 경우보다 코어 광섬유(10)의 가열시 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기에서는 제1 내지 제4 펌핑 광섬유(60)가 융착된 것을 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 제1 및 제2 펌핑 광섬유(30, 40)는 영역 A에 융착되고, 제3 펌핑 광섬유(50)는 영역 B에 융착될 수 있으며, 제4 펌핑 광섬유(60)는 영역 A 및 B를 제외한 다른 영역에 융착될 수도 있다. 또한, 제4 펌핑 광섬유(60)는 융착하지 않을 수 있음은 통상의 기술자라면 당연히 실시할 수 있다.
도 8은 복수의 펌핑 광섬유가 코어 광섬유에 방사 대칭형으로 배치된 것을 도시한 단면이다.
도 8을 참조하면, 코어 광섬유(10)에 3개의 펌핑 광 섬유(30, 40 ,50)를 방사 대칭형으로 배열할 수 있다. 즉, 코어 광섬유(10)의 동일 수직선 상에 3개의 펌핑 광섬유(30, 40, 50)를 정렬하고, 융착부를 가열한 후, 펌핑 광섬유를 기울인 후 연신하여 측면 펌핑 광 결합기를 제조할 수 있다.
도 8에서는 3개의 펌핑 광섬유가 방사 대칭형으로 배치된 것을 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 4개 이상의 펌핑 광섬유가 방사 대칭형으로 배치될 수도 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법은 측면 펌핑 광 결합기를 일체형으로 형성할 수 있어, 광학적 커플러를 사용할 경우 발생할 수 있는 광커플러 손실을 줄일 수 있으며, 광정렬이 필요하지 않아 용이하게 펌핑 광원을 코어 광섬유에 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법은 다양한 종류의 코어 광섬유에 적용이 가능하며, 펌핑 광원의 개수가 증가할 경우 용이하게 확장할 수 있다.
10: 코어 광섬유
20: 표면 코팅막
30: 제1 펌핑 광섬유
40: 제2 펌핑 광섬유
50: 제3 펌핑 광섬유
60: 제4 펌핑 광섬유
90: 튜브

Claims (6)

  1. 코어 광섬유 측면에 펌핑 광원을 결합하기 위한 광섬유 결합기 제조 방법에 있어서,
    상기 코어 광섬유의 양측을 고정하고, 적어도 하나의 펌핑 광섬유의 융착을 위하여 상기 코어 광섬유의 길이방향에 수직하게 정렬시키는 광섬유 정렬 단계;
    상기 펌핑 광섬유가 상기 코어 광섬유에 융착될 영역에 가열수단을 이용하여 가열하는 융착부 가열 단계;
    융착된 펌핑 광섬유를 상기 코어 광섬유 측으로 기울이는 펌핑 광섬유 기울임 단계; 및
    상기 코어 광섬유와 상기 펌핑 광섬유가 융착된 융착부에서 상기 펌핑 광섬유의 외경이 경사지도록 상기 코어 광섬유와 상기 펌핑 광섬유에 열을 가하면서 양측으로 연신하는 광섬유 연신 단계를 포함하는 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유 기울임 단계 이후에,
    상기 융착된 펌핑 광섬유와 상기 코어 광섬유를 모두 덮는 튜브를 삽입하는 단계를 더 포함하는 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 융착부 가열단계는
    상기 광섬유 연신 단계에서 가해지는 온도보다 더 높은 온도로 가열되되, 2000도 이하의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    2N(N은 자연수)개의 펌핑 광섬유를 상기 코어 광섬유를 사이에 두고 융착하는 것을 특징으로 하는 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어 광섬유와 융착되는 상기 펌핑 광섬유의 연장선 상을 제외한 다른 영역에 상기 펌핑 광섬유 이외에 또 다른 적어도 하나의 펌핑 광섬유를 융착하는 것을 특징으로 하는 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    복수의 펌핑 광섬유를 상기 코어 광섬유에 방사 대칭형으로 배열하여 융착하는 것을 특징으로 하는 측면 펌핑 광 결합기 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008226886A (ja) 2007-03-08 2008-09-25 Fujikura Ltd 光ポンピングデバイス、光増幅器、ファイバレーザ及び光ポンピングデバイス用マルチコアファイバとその製造方法

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