KR101718481B1 - Expanded beam connector based on ball lens - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1측 광섬유 및 제2측 광섬유 사이의 광경로에 제1 볼렌즈 및 제2 볼렌즈가 형성된 확장 빔 커넥터에 있어서, 상기 제1 볼렌즈 및 제2 볼렌즈는 파장 1,310nm에 대하여 1.97 ~2.00의 굴절률을 가지며, 상기 제1측 광섬유의 종단과 상기 제1 볼렌즈 사이의 제1 이격간격 및 상기 제2 볼렌즈와 상기 제2측 광섬유의 종단과 상기 제2 볼렌즈 사이의 제2 이격간격은 0㎛인 것을 특징으로 하는 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터According to an aspect of the present invention, there is provided an extended beam connector in which a first ball lens and a second ball lens are formed on an optical path between a first side optical fiber and a second side optical fiber, A refractive index of 1.97 to 2.00 with respect to a wavelength of 1,310 nm; a first spacing distance between the end of the first side optical fiber and the first ball lens; a second spacing distance between the end of the second ball lens and the second side optical fiber; And a second spacing distance between the ball lenses is 0 占 퐉.
Description
본 발명은 광통신을 위한 광섬유의 연결에 적용되는 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터에 관한 기술이다.The present invention relates to an extended beam connector based on a ball lens applied to connection of an optical fiber for optical communication.
최근 대용량의 정보를 초고속으로 장거리 전송하기 위해 유리 또는 플라스틱 재질로 이루어진 광섬유를 이용한 광통신이 활용되고 있다. In recent years, in order to transmit a large amount of information at a high speed over a long distance, optical communication using an optical fiber made of glass or plastic material is being utilized.
광통신은 전기 신호를 광신호로 변환하는 전기-광(E-O) 변환기를 광섬유의 송신 측에 놓고, 광신호를 전기 신호로 변환하는 광-전기(O-E) 변환기는 광섬유의 수신 측에 두어, 그 사이를 광섬유로 연결한 것이다.The optical communication system includes an optical-electrical (OE) converter for placing an electrical-optical (EO) converter for converting an electrical signal into an optical signal on the transmission side of the optical fiber and converting the optical signal to an electrical signal on the receiving side of the optical fiber, With an optical fiber.
광섬유는 광대역, 저손실, 경량, 세경(細徑) 및 전자 유도에 강한 점 등의 특징이 있어 공중 통신을 비롯하여 종합 유선 방송(CATV), 공장, 빌딩, 연구소 등의 데이터 전송로로 널리 보급되어 지금은 종합 정보 통신망(ISDN)의 기반이 되는 기술이 되었다.
The optical fiber has characteristics such as broadband, low loss, light weight, small diameter and strong resistance to electromagnetic induction, and is widely spread as data transmission line for public telecommunication, general cable broadcasting (CATV), factory, Has become a technology that is the basis of the Integrated Information Network (ISDN).
광섬유 기반의 통신 응용 분야가 확대됨에 따라 광섬유 간의 연결을 위한 광커넥터 또한 다양한 환경에서 경제성 및 높은 신뢰성이 요구된다.As optical fiber based communication applications are expanded, optical connectors for connection between optical fibers are also required to be economical and highly reliable in various environments.
광커넥터는 다양한 방법이 사용되는데 그 중 하나는 세라믹 및 유리, 금속 등으로 이루어진 페룰의 정 중앙의 관통공에 광섬유의 끝이 페룰의 일측 단면과 연마 등을 통해 일치하도록 내장한 페룰의 일측 단면이 슬리브의 양쪽에서 삽입되어 초정밀 정렬상태로 물리적 접촉이 이루어져 연결되는 접촉 방식으로 이루어진 광커넥터 기술을 들 수 있다.One of the optical connectors uses various methods, one of which is a one-sided cross-section of a built-in ferrule such that the end of the optical fiber coincides with the one end face of the ferrule through polishing or the like, in the center hole of the ferrule made of ceramic, glass, And an optical connector technology in which a contact method is employed in which physical contact is made in a super-precise alignment state and inserted from both sides of the sleeve.
이러한 접촉 방식의 광 커넥터는 광섬유 양단간 매우 정밀한 정렬이 요구되기 때문에 실외와 같은 설치환경이 변화무쌍한 경우에서는 사용하기 어려운 단점이 있다. Since such a contact type optical connector requires very precise alignment between both ends of the optical fiber, it is disadvantageous in that it is difficult to use in a case where the installation environment such as outdoor is varied.
또 다른 방법은 볼렌즈를 사용한 비접촉식 확장 빔 커넥터 방식이 연구되고 있다. 볼렌즈를 사용한 비접촉식 확장 빔 커넥터 방식은 커넥터 간에 확장된 평행빔으로 신호를 전달하기 때문에 외부 오염에 강하며 허용오차가 크며, 굴절률 기울기를 가진 GRIN(gradient index lens) 기반의 확장 빔 커넥터에 비하여 가격이 저렴하여 경제적이다.Another method is a non-contact extended beam connector method using a ball lens. The non-contact extended beam connector method using a ball lens transmits a signal with an expanded parallel beam between the connectors, which is stronger against external contamination and has a larger tolerance than the gradient beam connector based on gradient index lens (GRIN) having a refractive index gradient. Is economical.
그러나, 단일 모드 볼렌즈 기반 확장 빔 커넥터 시스템을 구현할 경우, 파이버 코어 직경이 적어짐에 따라 보다 정밀한 정렬 정확도가 필요하여 공정 비용이 증가될 수 있다.However, when implementing a single mode ball lens-based extended beam connector system, as the fiber core diameter is reduced, more precise alignment accuracy is required and the process cost may increase.
그러므로 충분한 결합 효율을 가지면서 허용 가능한 정렬 오차를 가지는 경제적인 제조방법이 요구된다.Therefore, there is a need for an economical manufacturing method that has an acceptable alignment efficiency with sufficient coupling efficiency.
볼렌즈를 통한 비접촉식 광커넥터에 대한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2014-0063933호에 게시되어 있다.
BACKGROUND ART [0002] A background art for a non-contact type optical connector through a ball lens is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0063933.
본 발명은 양호한 결합 효율을 가지면서 제조비용을 줄이고, 제조 공정시 발생될 수 있는 변형된 위치 오차를 감당할 수 있는 정렬 오차 한계를 가지는 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터의 구조를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a structure of a ball lens-based extended beam connector having a good coupling efficiency while reducing manufacturing costs and having an alignment error limit capable of accommodating a deformed position error that can be generated in a manufacturing process.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1측 광섬유 및 제2측 광섬유 사이의 광경로에 제1 볼렌즈 및 제2 볼렌즈가 형성된 확장 빔 커넥터에 있어서, 상기 제1 볼렌즈 및 제2 볼렌즈는 파장 1,310nm에 대하여 1.97 ~2.00의 굴절률을 가지며,상기 제1측 광섬유의 종단과 상기 제1 볼렌즈 사이의 제1 이격간격 및 상기 제2 볼렌즈와 상기 제2측 광섬유의 종단과 상기 제2 볼렌즈 사이의 제2 이격간격은 0 ㎛인 것을 특징으로 하는 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an extended beam connector in which a first ball lens and a second ball lens are formed on an optical path between a first side optical fiber and a second side optical fiber, A refractive index of 1.97 to 2.00 with respect to a wavelength of 1,310 nm; a first spacing distance between the end of the first side optical fiber and the first ball lens; a second spacing distance between the end of the second ball lens and the second side optical fiber; And a second spacing distance between the ball lenses is 0 占 퐉.
또한, 상기 제1 볼렌즈 및 제2 볼렌즈는 파장 1310nm에 대하여 1.979의 굴절률을 가지고, 상기 제1 볼렌즈 및 제2 볼렌즈에는 500nm 이하의 SiO2, TiO2박막이 교차로 형성되는 코팅층을 가지는 것을 특징으로 한다.The first ball lens and the second ball lens have a refractive index of 1.979 with respect to a wavelength of 1310 nm and the first ball lens and the second ball lens have a coating layer in which SiO 2 and TiO 2 thin films of 500 nm or less are alternately formed .
또한, 상기 제1 볼렌즈 및 제2 볼렌즈의 광섬유(페룰)측 코팅반사율은 0.07% 이하인 것을 특징으로 한다.The reflectivity of the first ball lens and the second ball lens on the optical fiber (ferrule) side is 0.07% or less.
또한, 상기 제2광섬유의 수평 축에 대한 기울임 정렬오차는 ± 0.034°의 범위를 가지는 것을 특징으로 한다.In addition, the tilt alignment error of the second optical fiber with respect to the horizontal axis has a range of +/- 0.034 degrees.
또한, 상기 제2 광섬유의 수평 축에 대한 수직방향 위치 정렬오차는 ± 2.7㎛의 범위를 가지는 것을 특징으로 한다.In addition, the second optical fiber has a misalignment error in the vertical direction with respect to the horizontal axis within a range of ± 2.7 μm.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 허용 가능한 범위의 결합 효율을 가지면서, working distance 공정을 줄일 수 있는 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터의 구조를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a structure of a ball lens-based extended beam connector capable of reducing a working distance process while having an allowable range of coupling efficiency.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, -0.6 dB ~-1.5 dB의 양호한 결합 효율을 가지는 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터를 구현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a ball lens-based extended beam connector having a good coupling efficiency of -0.6 dB to -1.5 dB can be realized.
본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조는 제조상 발생될 수 있는 위치 정렬 오차를 감당할 수 있는 충분한 오차 허용범위 한계를 가진다.The ball-lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention has a tolerance limit of tolerance that can tolerate misalignment that may occur in manufacturing.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, WD1, WD2=0으로 함으로써, 광섬유(페룰) 전단의 무반사 코팅 공정을 생략하고 렌즈의 양면에만 코팅하여 반사 손실을 제거할 수 있게 되므로 제조비용 및 시간이 절약될 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, by setting WD 1 and WD 2 = 0, it is possible to eliminate reflection loss by coating only the both surfaces of the lens by omitting the anti-reflection coating process at the front end of the optical fiber (ferrule) Can be saved.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장빔 커넥터의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 볼렌즈의 굴절률과 지름에 따른 후초점거리(BFL)와의 관계를 그래프로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 굴절률 1.979를 가지는 제1, 2 볼렌즈의 후초점거리(WD1, WD2)와 결합효율(coupling efficiency)의 관계를 그래프로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 수광측 광섬유에 기울임 위치 정렬 오차가 발생된 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 수광측 광섬유의 기울임 위치 정렬 오차에 따른 결합 효율(coupling efficiency) 변화를 그래프로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 제2 볼렌즈와 수광측 광섬유가 동시에 기울임 위치 정렬 오차가 발생된 예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 제2 볼렌즈 및 수광측 광섬유의 기울임 위치 정렬 오차에 따른 결합 효율(coupling efficiency) 변화를 그래프로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 수광측 광섬유에 수직 방향(Y축) 위치 정렬 오차(dy)가 발생된 예를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 수광측 광섬유의 수직 방향(Y축) 위치 정렬 오차(dy)에 따른 결합 효율(coupling efficiency) 변화를 그래프로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 제2 볼렌즈와 수광측 광섬유가 동시에 수직 방향(Y축) 위치 정렬 오차가 발생된 예를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 제2 볼렌즈와 수광측 광섬유의 수직 방향(Y축) 위치 정렬 오차에 따른 결합 효율(coupling efficiency) 변화를 그래프로 도시한 것이다.FIG. 1 illustrates a structure of a ball lens-based extended beam connector according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the relationship between the refractive index of the ball lens and the back focal length BFL according to the diameter.
3 is a graph showing the relationship between the focal lengths WD1 and WD2 of first and second ball lenses having a refractive index of 1.979 and the coupling efficiency in a ball lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention. Respectively.
FIG. 4 illustrates an example in which a tilted position alignment error is generated in the light-receiving side optical fiber in the ball-lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating changes in coupling efficiency according to a tilted position alignment error of a light-receiving side optical fiber in a ball-lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 illustrates an example in which a tilted position alignment error is simultaneously generated between the second ball lens and the light-receiving side optical fiber in the ball-lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph illustrating changes in coupling efficiency of the second ball lens and the light-receiving side optical fiber according to the tilted position alignment error in the ball-lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows an example in which a position alignment error (d y ) in the vertical direction (Y axis) is generated in the light-receiving side optical fiber in the ball-lens-based extended beam connector structure according to the embodiment of the present invention.
9 is a graph showing a coupling efficiency change according to a misalignment d y in a vertical direction (Y axis) of a light-receiving side optical fiber in a ball lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention. It is.
10 illustrates an example in which vertical misalignment (Y-axis) misalignment occurs simultaneously with the second ball lens and the light-receiving side optical fiber in the ball-lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph illustrating a coupling efficiency change according to a misalignment in a vertical direction (Y axis) between a second ball lens and a light-receiving side optical fiber in a ball lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention. Respectively.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.In the present application, when a component is referred to as "comprising ", it means that it can include other components as well, without excluding other components unless specifically stated otherwise. Also, throughout the specification, the term "on" means to be located above or below the object portion, and does not necessarily mean that the object is located on the upper side with respect to the gravitational direction.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.In addition, the term " coupled " is used not only in the case of direct physical contact between the respective constituent elements in the contact relation between the constituent elements, but also means that other constituent elements are interposed between the constituent elements, Use them as a concept to cover each contact.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.It is also to be understood that the terms first, second, etc. used hereinafter are merely reference numerals for distinguishing between identical or corresponding components, and the same or corresponding components are defined by terms such as first, second, no.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
The sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, and thus the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings.
이하, 본 발명에 따른 볼렌즈 기반의 확장빔 커넥터의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a ball lens-based extended beam connector according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like or corresponding components A duplicate description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장빔 커넥터의 구조를 도시한 것이다.FIG. 1 illustrates a structure of a ball lens-based extended beam connector according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장빔 커넥터는 제1측 광섬유(110)와 제2측 광섬유(120) 사이의 광경로에 제1 볼렌즈(130) 및 제2 볼렌즈(140)를 포함한다.1, a ball-lens-based extended beam connector according to an embodiment of the present invention includes a
제1측 광섬유(110)의 종단에서 제1후초점거리(Back Focal Length: BTL(WD1)만큼 이격된 거리에 제1측 구면(131)을 가지는 제1 볼렌즈(130)가 위치하며, 제1 볼렌즈(130)의 제2측 구면(132)으로부터 구면 이격거리(L) 만큼 이격된 거리에 제2 볼렌즈의 제2측 구면(142)이 위치된다.The
또한, 상기 제2 볼렌즈의 제1측 구면(141)으로부터 제2후초점거리(Back Focal Length: BTL(WD2))만큼 이격된 거리에 제2측 광섬유(120)의 종단이 위치된다.The end of the second side
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1측 광섬유(120)를 통해 전송되어진 제1 광신호빔(Ib)은 제1측 광섬유(120)의 종단에서 출사되어 제1 볼렌즈(130)의 제1측 구면(131)으로 입사되고, 제1 볼렌즈(130)에 의하여 확산된 확산 광 신호빔(Tb)은 구면 이격거리(L) 만큼 평행하게 이동하여 제2 볼렌즈(140)의 제2측 구면(142)으로 입사된다.The first optical signal beam I b transmitted through the first side
상기 제2 볼렌즈(140)로 입사된 확산 광 신호빔(Tb)은 제2 볼렌즈(140)에 의해 제2 광신호빔(Ob)으로 수축 변환되어 제2측 광섬유(120)의 종단으로 입사된다. The diffused optical signal beam T b incident on the
즉, 제1측 광섬유(120)를 통해 출사된 제1 광신호빔(Ib)은 제1 볼렌즈(130)에 의해 확산 광 신호빔(Tb)으로 전달되고 제2 볼렌즈(140)에 의해 제2측 광섬유(120)로 입사되어 광신호의 연결 접속이 이루어진다.That is, the first optical signal beam I b emitted through the first side
따라서 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 볼렌즈(130)에 의해 빔이 확산되어 확산 광신호빔으로 전달이 되므로 제1 볼렌즈(130)와 제2 볼렌즈(140)의 사이에 오염된 물질이 일부 존재하더라도 오류 없이 안정적으로 신호를 전달할 수 있다.
Therefore, according to the embodiment of the present invention, since the beam is diffused by the
도 2는 볼렌즈의 굴절률과 지름에 따른 후초점거리(BFL)와의 관계를 그래프로 도시한 것이다.2 is a graph showing the relationship between the refractive index of the ball lens and the back focal length BFL according to the diameter.
도 2를 참조하면, 굴절률이 2에 가까워짐에 따라 볼렌즈 지름에 무관하게 BFL이 0으로 수렴하게 된다.Referring to FIG. 2, as the refractive index approaches 2, BFL converges to 0 irrespective of the ball lens diameter.
후초점거리(BFL)가 일정 거리를 가지는 경우, 광섬유와 볼렌즈 간의 working distance와 y축에 대한 정렬 오차 조건에 맞추는 working distance 공정이 고려되어야 한다.When the back focal length (BFL) has a certain distance, a working distance process matching the working distance between the optical fiber and the ball lens and the alignment error condition with respect to the y-axis should be considered.
그러나 볼렌즈와 광섬유의 종단이 밀착되도록 접근될 경우, 즉 BFL=0인 경우에는 커넥터 구조의 working distance 공정이 줄어들게 되므로 조립 공정이 간단하게 되어 광커넥터의 제조에 따른 시간 및 비용이 절약될 수 있다.
However, when the ball lens and the end of the optical fiber are approached closely to each other, that is, when BFL = 0, the working distance process of the connector structure is reduced, so that the assembling process is simplified and the time and cost involved in manufacturing the optical connector can be saved .
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 볼렌즈(130) 및 제2 볼렌즈(140)는 파장 1,310nm에 대하여 후초점거리(Back Focal Length: BTL)를 0으로 가지기 위한 이상적인 렌즈 재료는 2의 굴절률을 가진다.According to one embodiment of the present invention, the first and
또는, 단일 모드의 광통신으로 사용되는 파장 1310, 1550 nm에 대하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터에 적용될 수 있는 렌즈재료는 1.97 이상 2.00 이하의 굴절률을 가지는 것이 바람직하다.Alternatively, it is preferable that the lens material applicable to the ball lens-based extended beam connector according to an embodiment of the present invention has a refractive index of 1.97 or more and 2.00 or less with respect to wavelengths 1310 and 1550 nm used as a single mode optical communication.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 위와 같은 1.97 ~ 2.00의 굴절률을 가진 제1 볼렌즈(130) 및 제2 볼렌즈(140)는 파장 1310nm에 대하여 후초점거리(Back Focal Length: BTL)를 0μm의 거리에서 형성된다.According to an embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 볼렌즈(130) 및 제2 볼렌즈(140)의 전달 타켓 파장은 단일모드에서는 각각 1310, 1550nm이며, 멀티모드에서는 각각 1300nm, 850nm에 적용될 수 있다.
The transmission target wavelengths of the
제1 볼렌즈(130) 및 제1 볼렌즈(140)의 양측 구면에서의 경계 조건은 공기와 렌즈, 렌즈와 광섬유이다.Boundary conditions at both spherical surfaces of the
본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 볼렌즈(130) 및 제2 볼렌즈(140)의 광섬유 측 단면은, 전달 타켓 파장인 1310nm에 대하여 상기 경계 조건에서의 반사율이 0.07% 이하를 가지는 반사 방지막 구조를 가진다. The optical fiber side end faces of the
이와 같은 반사 방지막 구조를 가지기 위하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 제1 볼렌즈(130)와 제2 볼렌즈(140)는 SiO2와 TiO2막이 교차로 형성되는 반사 방지막 구조를 가진다.In order to have such an antireflection film structure, the
본 발명의 바람직한 실시 예에서 LASF35로 형성된 제1 볼렌즈(130)와 제2 볼렌즈(140)는 1310 nm 파장에서 각각 1.979의 굴절률을 가진다.In the preferred embodiment of the present invention, the
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에서 제1 볼렌즈(130)와 제2 볼렌즈(140)는 3mm의 직경을 가지고 제1 볼렌즈(130)와 제2 볼렌즈(140) 사이는 1mm의 구면 이격거리(L)를 가지도록 위치된다.In the preferred embodiment of the present invention, the
WD이 0이 아닌 상태 즉, 후초점거리에 해당하는 이격거리를 가지도록 제작을 하게 되면 광섬유와 제1 볼렌즈 사이에 이격거리가 생기기 때문에 두 볼렌즈의 양면뿐만 아니라 광섬유(페룰)에도 추가적으로 필요하기 때문에 제조 공정이 늘어나고 광섬유(페룰)의 세척도 어렵게 된다.If WD is set to a nonzero state, that is, a distance corresponding to the focal length, a separation distance between the optical fiber and the first ball lens is required, so that the optical fiber (ferrule) This increases the number of manufacturing steps and makes it difficult to clean optical fibers (ferrules).
또한, 렌즈와 광섬유 사이에 이격거리가 있는 경우(WD ≠ 0) 이격거리를 맞추기 위한 추가적 구조 및 공정이 필요하고 이격 거리가 존재 시에는 추가적으로 광섬유 전단에 무반사 코팅이 이루어져야 한다.In addition, additional structures and processes are required to match the separation distance between the lens and the optical fiber (WD ≠ 0), and if there is a separation distance, an additional antireflection coating should be applied on the optical fiber front.
또한, 무반사 코팅이 이루어진 후에는 세척이나 스크래치 등에 매우 민감하여 제작 작업이 매우 까다로워질 수 있다.Further, after the anti-reflective coating is applied, it is very sensitive to cleaning or scratching, and the manufacturing work can become very difficult.
본 발명의 바람직한 실시 예에서 WD1, WD2=0인 경우 광섬유(페룰)측의 무 반사코팅 공정을 생략하고 렌즈의 양면에만 코팅하여 반사 손실을 제거할 수 있게 되므로 제조비용 및 시간이 절약될 수 있다.In the preferred embodiment of the present invention, when WD 1 and WD 2 = 0, the reflectionless coating process on the optical fiber (ferrule) side is omitted and the reflection loss can be eliminated by coating only on both sides of the lens, .
본 발명의 바람직한 실시 예에서는 상기 제1 볼렌즈 및 제2 볼렌즈에는 SiO2, TiO2가 각각 500nm 이하의 두께를 갖는 코팅층을 가지며 광섬유(페룰)측 코팅반사율은 0.01% 이하가 유지되도록 제조된다.
In a preferred embodiment of the present invention, the first ball lens and the second ball lens have SiO2 and TiO2 coating layers each having a thickness of 500 nm or less, and the reflectance on the optical fiber (ferrule) side is maintained to be 0.01% or less.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 굴절률 1.979를 가지는 제1, 2 볼렌즈의 후초점거리(WD1, WD2)와 결합 효율(coupling efficiency)과의 관계를 그래프로 도시한 것이다.3 is a graph illustrating the relationship between the focal lengths WD 1 and WD 2 of first and second ball lenses having a refractive index of 1.979 and the coupling efficiency of the ball lens according to an embodiment of the present invention. The relationship is shown graphically.
시뮬레이션 툴을 이용해 계산한 결과, 굴절률 1.979를 가지는 제1, 2 볼렌즈의 후초점거리(WD1, WD2)가 0일 경우의 결합 효율(coupling efficiency)은 - 0.43dB 임을 나타낸다.As a result of simulation using the simulation tool, the coupling efficiency when the focal lengths (WD 1 , WD 2 ) of the first and second ball lenses having a refractive index of 1.979 are 0 is 0.43 dB.
따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반 확장 빔 커넥터 구조에서 굴절률 1.979를 가지는 제1, 2 볼렌즈는 바람직한 Coupling efficiency의 허용 범위를 -1.5 dB라고 할 때, 후초점거리(WD1, WD2)가 0일 경우, 허용 가능한 결합 효율(coupling efficiency)의 범위 내에 있게 되므로 적합한 결합 효율의 범위를 가질 수 있는 것으로 분석된다.Therefore, in the first and second ball lenses having a refractive index of 1.979 in the ball lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention, when the allowable range of the preferable coupling efficiency is -1.5 dB, the focal lengths WD 1 and WD 2 ) is 0, it is within the range of acceptable coupling efficiency, and it is analyzed that it can have a range of suitable coupling efficiency.
즉, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 볼렌즈 기반 확장 빔 커넥터 구조에 의하면, 굴절률 1.979를 가지는 제1, 2 볼렌즈의 후초점거리(WD1, WD2)는 0으로 형성될 수 있다.That is, according to the ball lens-based extended beam connector structure according to the first embodiment of the present invention, the focal lengths WD 1 and WD 2 of the first and second ball lenses having a refractive index of 1.979 can be set to zero.
즉, 제1측 광섬유(120)의 종단과 제1 볼렌즈(130)의 제1측 구면(131)이 밀착되고, 제2 볼렌즈(140)의 제1측 구면(141)과 제2측 광섬유(140)의 종단이 밀착되도록 형성함으로써, 허용 가능한 범위의 결합 효율을 가지면서, working distance 공정 및 이에 따른 오차 정렬 공정이 줄어들게 되므로 구성요소의 위치결정에 대한 조립 공정이 간단하여 제조 공정에 따른 시간 및 비용이 절약될 수 있다.That is, the end of the first side
또한, 계면에서 광빔이 확장되어 그 직경이 커지기 때문에 계면에서의 오정렬에 대한 민감도가 상당이 줄어들 수 있다.Further, since the light beam expands at its interface and its diameter becomes large, the sensitivity to misalignment at the interface can be considerably reduced.
예를 들면, 볼렌즈 기반 확장 빔 커넥터 구조는 초소형으로 제작되기 때문에 정밀한 working distance를 가지기 위한 작업 공정이 까다롭게 진행된다. 또한, 정밀하게 working distance 공정작업을 한다고 하여도 2 ~ 5㎛ 범위에서 제조 오차가 발생될 수 있으며, 이러한 정렬 오차는 데이터의 오류가 발생될 수 있는 심각한 영향을 미치게 된다.For example, since the ball lens-based extended beam connector structure is manufactured in a very small size, the work process for achieving a precise working distance is difficult. Also, even if a working distance process is precisely performed, a manufacturing error may occur in the range of 2 to 5 mu m, and this alignment error seriously affects data errors.
따라서 후초점거리(WD1, WD2)를 0으로 하여 working distance 공정작업을 줄이는 것만으로도 전체 공정 작업이 상당히 줄어들게 되며 또한 정렬 오차도 줄일 수 있는 효과를 가진다.
Therefore, by reducing the working distance process operation by setting the rear focal lengths (WD 1 , WD 2 ) to 0, the entire process operation is significantly reduced and the alignment error is also reduced.
따라서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 볼렌즈 기반 확장 빔 커넥터 구조에서, 최적의 결합 효율 및 공정 효율을 구현하기 위하여, 굴절률 1.979를 가지는 제1, 2 볼렌즈의 후초점거리(WD1, WD2)를 0㎛로 형성하여 제조될 수 있다.
Therefore, in order to achieve optimal coupling efficiency and process efficiency in the ball lens-based extended beam connector structure according to the preferred embodiment of the present invention, the focal lengths WD 1 and WD 2 of the first and second ball lenses having a refractive index of 1.979 ) To 0 mu m.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 수광측 광섬유에 기울임 위치 정렬 오차가 발생된 예를 도시한 것이다.FIG. 4 illustrates an example in which a tilted position alignment error is generated in the light-receiving side optical fiber in the ball-lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 수광측 광섬유의 기울임 위치 정렬 오차에 따른 결합효율(coupling efficiency) 변화를 그래프로 도시한 것이다.FIG. 5 is a graph illustrating changes in coupling efficiency according to a tilted position alignment error of a light-receiving side optical fiber in a ball-lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention.
도 5에서, L1은 굴절률 1.979을 가지는 직경 3mm의 제1, 2 볼렌즈가 1mm의 구면 이격거리(L) 및 0과 16㎛로 후초점거리(WD1, WD2)를 가진 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 수광측인 제2측 광섬유가 일정 각도(θf) 간격으로 수평 광축으로부터 기울임이 발생된 경우에, 1310nm 파장의 광신호 통과시, 기울임 위치 정렬 오차에 따른 결합효율(coupling efficiency) 변화를 나타낸다.In FIG. 5, L1 denotes a first and second ball lenses having a refractive index of 1.979 and a diameter of 3 mm, a spherical separation distance L of 1 mm, and a ball lens-based extended beam having a focal length WD1 and WD2 of 0 and 16 mu m. In the connector structure, when the second side optical fiber, which is the light receiving side, tilts from the horizontal optical axis at a certain angle (? F ), the coupling efficiency change due to the tilted position alignment error .
위 계산 결과로부터 본 발명의 일 실시 예에 따른 굴절률 1.979로 형성된 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터에서 결합 효율(Coupling efficiency)의 허용 범위를 -1.5 dB라고 할 때, 실제 허용 가능한 제2광섬유의 기울임 정렬 오차는 ± 3°의 범위를 가지는 것을 알 수 있다.
Based on the calculation results, when the allowable range of the coupling efficiency is -1.5 dB in the ball-lens-based extended beam connector formed with the refractive index of 1.979 according to the embodiment of the present invention, It can be seen that the error has a range of ± 3 °.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 제2 볼렌즈와 수광측 광섬유가 동시에 기울임 위치 정렬 오차가 발생된 예를 도시한 것이다.FIG. 6 illustrates an example in which a tilted position alignment error is simultaneously generated between the second ball lens and the light-receiving side optical fiber in the ball-lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 제2 볼렌즈 및 수광측 광섬유의 기울임 위치 정렬 오차에 따른 결합 효율(coupling efficiency) 변화를 그래프로 도시한 것이다.FIG. 7 is a graph illustrating changes in coupling efficiency of the second ball lens and the light-receiving side optical fiber according to the tilted position alignment error in the ball-lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention.
도 7에서, L1은 굴절률 1.979을 가지는 직경 3mm의 제1, 2 볼렌즈가 1mm의 구면 이격거리(L) 및 0과 16㎛로 후초점거리(WD1, WD2)를 가진 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서, 제2 볼렌즈와 수광측 광섬유가 동시에 일정 각도(θi) 간격으로 수평 광축으로부터 기울임이 발생된 경우에, 1310nm 파장의 광신호를 통과시, 기울임 위치 정렬 오차에 따른 결합효율(coupling efficiency) 변화를 나타낸다.In FIG. 7, L1 denotes a ball lens-based first lens having a refractive index of 1.979 and a first and second ball lenses having a diameter of 3 mm and having a spherical spacing distance L of 1 mm and a focal lengths WD 1 and
본 발명의 일 실시 예에 따른 굴절률 1.979로 형성된 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서, 제2 볼렌즈와 수광측 광섬유가 동시에 일정 각도(θi) 간격으로 수평 광축으로부터 기울임이 발생된 경우에 대한 계산 결과로부터, 결합 효율(Coupling efficiency)의 허용 범위를 -1.5 dB라고 할 때, 실제 허용 가능한 기울임 정렬 오차는 ± 0.034°의 범위를 가지는 것을 알 수 있다.In the refractive ball lens based expanded beam connector structure formed of 1.979 in accordance with one embodiment of the invention, the second ball lens and a light-receiving optical fiber is at the same time at a predetermined angle (θ i) the interval for when the inclination generated by the horizontal optical axis From the calculation results, when the allowable range of the coupling efficiency is -1.5 dB, it can be seen that the allowable tolerance for misalignment is within ± 0.034 °.
또한, 구형의 볼렌즈 이므로 x축 정렬 오차에 의한 영향은 y축과 같게 된다.
In addition, since it is a spherical ball lens, the influence of the x-axis alignment error is the same as the y-axis.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 수광측 광섬유에 수직 방향(Y축) 위치 정렬 오차(dy)가 발생된 예를 도시한 것이다.FIG. 8 shows an example in which a position alignment error (d y ) in the vertical direction (Y axis) is generated in the light-receiving side optical fiber in the ball-lens-based extended beam connector structure according to the embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 수광측 광섬유의 수직 방향(Y축) 위치 정렬 오차(dy)에 따른 결합효율(coupling efficiency) 변화를 그래프로 도시한 것이다.9 is a graph showing a coupling efficiency change according to a misalignment d y in a vertical direction (Y axis) of a light-receiving side optical fiber in a ball lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention. It is.
도 9에서 L1은 굴절률 1.979을 가지는 직경 3mm의 제1, 2 볼렌즈가 1mm의 구면 이격거리(L) 및 0과 16㎛로 후초점거리(WD1, WD2)를 가진 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서, 수광측인 제2측 광섬유가 일정 간격으로 수평 광축으로부터 수직 방향(Y축) 위치 정렬 오차(dy)가 발생된 경우에, 1310nm 파장의 광신호로 통과시, 수직 방향(Y축) 위치 정렬 오차에 따른 결합효율(coupling efficiency) 변화를 나타낸다.In FIG. 9, L1 is a ball lens-based extension with a spherical separation distance L of 1 mm and a focal length distance WD 1 and
본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 수광측 광섬유에 수직 방향(Y축) 위치 정렬 오차 발생에 따른 결합 효율(coupling efficiency) 변화에 대한 계산 결과로부터, 굴절률 1.979로 형성된 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터는 결합 효율(Coupling efficiency)의 허용 범위를 -1.5 dB라고 할 때, 실제 허용 가능한 수직 방향(Y축) 위치 정렬 오차는 ± 2.7㎛의 범위를 가지는 것을 알 수 있다.
From the calculation results of the coupling efficiency change due to the misalignment in the vertical direction (Y-axis) to the light-receiving side optical fiber in the ball-lens-based extended beam connector structure according to the embodiment of the present invention, When the allowable range of the coupling efficiency of the ball lens-based extended beam connector is assumed to be -1.5 dB, it can be seen that the allowable vertical misalignment (Y axis) alignment error is in the range of ± 2.7 μm.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 제2 볼렌즈와 수광측 광섬유가 동시에 수직 방향(Y축) 위치 정렬 오차가 발생된 예를 도시한 것이다.10 illustrates an example in which vertical misalignment (Y-axis) misalignment occurs simultaneously with the second ball lens and the light-receiving side optical fiber in the ball-lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 제2 볼렌즈와 수광측 광섬유의 수직 방향(Y축) 위치 정렬 오차에 따른 결합 효율(coupling efficiency) 변화를 그래프로 도시한 것이다.FIG. 11 is a graph illustrating a coupling efficiency change according to a misalignment in a vertical direction (Y axis) between a second ball lens and a light-receiving side optical fiber in a ball lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention. Respectively.
도 11에서 L1은 굴절률 1.979을 가지는 직경 3mm의 제1, 2 볼렌즈가 1mm의 구면 이격거리(L) 및 0과 16㎛로 후초점거리(WD1, WD2)를 가진 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서, 제2 볼렌즈와 수광측 광섬유가 동시에 수직 방향(Y축) 위치 정렬 오차가 발생되었을 경우, 1310 nm 파장에 대한 정렬오차 결과를 나타낸다.In FIG. 11, L1 denotes a ball lens-based extension having a spherical separation distance L of 1 mm and a focal length distance WD 1 and
본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조에서 제2 볼렌즈와 수광측 광섬유의 수직 방향(Y축)이 동시에 수직 방향(Y축) 위치 정렬 오차가 발생되었을 경우, 각 위치 정렬 오차에 따른 결합 효율(coupling efficiency) 변화에 대한 계산 결과로부터, 굴절률 1.979로 형성된 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터는 결합 효율(Coupling efficiency)의 허용 범위를 -1.5 dB라고 할 때, 실제 허용 가능한 수직 방향(Y축) 정렬 오차는 ± 80㎛의 범위를 가지는 것을 알 수 있다.In a ball lens-based extended beam connector structure according to an embodiment of the present invention, when vertical misalignment (Y-axis) misalignment occurs simultaneously in the vertical direction (Y-axis) of the second ball lens and the light-receiving side optical fiber, From the calculation results of the coupling efficiency change according to the alignment error, the ball-lens-based extended beam connector formed with the refractive index of 1.979, when the allowable range of the coupling efficiency is -1.5 dB, Direction (Y axis) alignment error is within a range of +/- 80 mu m.
통상적으로 초소형 광커넥터의 제조 공정 시 2 ~5㎛ 범위의 위치 정렬 오차가 발생되는 점을 감안하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터 구조는 제조 공정상 발생될 수 있는 위치 정렬 오차를 감당할 수 있는 충분한 오차 허용범위 한계를 가진다고 할 수 있다.
In view of the fact that a misalignment in the range of 2 to 5 mu m is generated in the manufacturing process of the miniature optical connector, the ball-lens-based extended beam connector structure according to one embodiment of the present invention can be manufactured It can be said that it has a tolerance limit of tolerance enough to cope with position alignment error.
110: 제1측 광섬유
120: 제2측 광섬유
130: 제1 볼렌즈
131: 제1 볼렌즈의 제2측 구면
132: 제1 볼렌즈의 제2측 구면
140: 제2 볼렌즈
141: 제2 볼렌즈의 제1측 구면
142: 제2 볼렌즈의 제2측 구면
If: 제1 광신호빔
Tf: 확산 광신호빔
Of: 제2 광신호빔110: first side optical fiber
120: second side optical fiber
130: first ball lens
131: second side surface of the first ball lens
132: second side surface of the first ball lens
140: second ball lens
141: first side surface of the second ball lens
142: second side surface of the second ball lens
I f : the first optical signal beam
T f : diffused optical signal beam
O f : second optical signal beam
Claims (5)
상기 제1 볼렌즈 및 제2 볼렌즈는 파장 1,310nm에 대하여 1.979의 굴절률을 가지며,
상기 제1측 광섬유의 종단과 상기 제1 볼렌즈 사이의 제1 이격간격 및 상기 제2측 광섬유의 종단과 상기 제2 볼렌즈 사이의 제2 이격간격은 0㎛인 것을 특징으로 하되,
상기 제1 볼렌즈와 제2 볼렌즈의 직경은 3mm이고, 상기 제1 볼렌즈와 제2 볼렌즈 사이의 구면 이격거리는 1mm이며, 상기 제1 볼렌즈 및 제2 볼렌즈에는 500nm 의 SiO2와 TiO2박막으로 형성되는 코팅층을 가지며,
상기 제1 볼렌즈 및 제2 볼렌즈의 광섬유측 코팅반사율은 0.07% 이하인 것을 특징으로 하는 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터.
A first ball lens and a second ball lens are formed on an optical path between the first side optical fiber and the second side optical fiber,
The first ball lens and the second ball lens have a refractive index of 1.979 with respect to a wavelength of 1,310 nm,
Wherein a first spacing distance between the end of the first side optical fiber and the first ball lens and a second spacing distance between the end of the second side optical fiber and the second ball lens are 0 占 퐉,
The first ball lens and the second ball lens have a diameter of 3 mm, the spherical separation distance between the first ball lens and the second ball lens is 1 mm, and the first ball lens and the second ball lens are made of SiO2 and TiO2 A coating layer formed of a thin film,
Wherein the reflectivity of the first and second ball lenses on the optical fiber side is 0.07% or less.
상기 제2측 광섬유의 수평 축에 대한 기울임 정렬오차는 ± 0.034°의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터
3. The method of claim 2,
And the tilt alignment error of the second side optical fiber with respect to the horizontal axis has a range of +/- 0.034 degrees.
상기 제2측 광섬유의 수평 축에 대한 수직방향 위치 정렬오차는 ± 2.7㎛의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 볼렌즈 기반의 확장 빔 커넥터
3. The method of claim 2,
And an error of alignment in the vertical direction of the second side optical fiber with respect to the horizontal axis is within a range of 占 2.7 占 퐉.
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