KR101768759B1 - 몰딩된 렌즈를 구비하는 팽창 빔 커넥터 - Google Patents

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Abstract

팽창 빔 커넥터(100)는, 하나 이상의 섬유(102)와 하나의 렌즈 본체(103)를 유지하고, 소정의 형상의 내면(101a)을 갖는, 슬리브(101); 섬유 단부면(102a)을 갖는 섬유(102); 및 렌즈 본체(103)를 포함하고, 렌즈 본체(103)는 제1 면(104) 및 제2 면(105)과 함께 형성되고, 제1 및 제2 면(104, 105)은 대략 평면이고, 제1 면(104)은 섬유 단부면(102a)과 광학적으로 결합하기 위한 계면점(104a)을 갖고, 제2 면(105)은 볼록면(107)을 갖고, 계면점(104a)과 볼록면(107)은 렌즈 본체(103)를 통해 광학적으로 결합되고, 렌즈 본체(103)는 외연부(103a)를 갖고, 외연부의 적어도 일부는, 렌즈 본체(103)가 슬리브(101)에 배치되면 슬리브(101)에 대하여 정확한 방사상 위치에서 유지되도록 소정의 형상을 갖는다.

Description

몰딩된 렌즈를 구비하는 팽창 빔 커넥터{EXPANDED-BEAM CONNECTOR WITH MOLDED LENS}
본 발명은, 일반적으로, 팽창 빔 광 커넥터에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 팽창 빔 플러그 및 리셉터클 종단형 광 커넥터에 관한 것이다.
광섬유 커넥터는 본질적으로 모든 광섬유 통신 시스템들의 중요 부품이다. 예를 들어, 이러한 커넥터는, 광섬유의 세그먼트들을 연결하여 더욱 길어지게 하고, 광섬유를 방사원, 검출기, 리피터 등의 능동 장치에 연결하고, 광섬유를 스위치, 멀티플렉서, 감쇄기 등의 수동 장치에 연결하는 데 사용된다. 광섬유 커넥터의 기본 기능은, 광섬유의 코어가 정합 구조의 광로(optical pathway)와 축방향으로 정렬되도록 광섬유의 단부를 유지하는 것이다. 이러한 방식으로, 광섬유로부터의 광이 광로에 광학적으로 결합된다.
본 명세서에서는 "팽창 빔" 광 커넥터에 특히 주목하고 있다. 이러한 커넥터는, 통상적으로, 정합 커넥터의 광로와 섬유 간의 물리적 접촉이 문제시되는 고 진동 환경 및/또는 더러운 환경에서 사용된다. 구체적으로, 더러운 환경에서, 미립자들은 정합 동안 커넥터들 사이에 트랩될 수 있다. 이러한 파편은, 미립자들이 광로에 비해 상당히 크고(예를 들어, 싱글 모드에서 직경 10㎛) 이에 따라 광 전송의 적어도 일부를 차단할 가능성이 있기 때문에, 광 전송에 심각한 악영향을 끼친다. 또한, 고 진동 환경에서, 물리적으로 접촉하는 페룰을 갖는 광 커넥터에서는 페룰과 광 커넥터 간의 계면에 스크래치가 발생하는 경향이 있다. 이러한 스크래치는, 섬유 단부면의 마무리 부분을 약화시켜, 반사 손실과 산란을 증가시킨다.
광로에서의 파편과 진동 문제점들을 피하도록, 광 빔을 팽창하여 커넥터들 간의 에어 갭(air gap)에 걸쳐 전송하는 커넥터가 개발되어 왔다. 광 빔을 팽창함으로써, 광 빔의 상대적 크기가 파편에 대하여 증가하여, 광 빔이 파편에 의해 야기되는 간섭에 덜 민감해진다. 또한, 에어 갭에 걸쳐 광 빔을 전송함으로써, 부품 간 마모를 제거하고, 이에 따라 진동에 대한 커넥터의 저항력을 증가시킨다. 수년간, 팽창 빔 커넥터는, 통상적으로 스크류 연결을 통해 정합 커넥터의 외측 하우징과 기계적으로 상호 체결하도록 구성된 외측 하우징을 포함하는 내구성 있는 다섬유 커넥터로 발전해 왔다. 외측 하우징 내에는 다수의 내측 조립체 즉 "종단부" (terminus)가 포함된다.
종단부(400)의 일례가 도 4a와 도 4b에 도시되어 있다. 각 종단부(400)는, 슬리브(401), 슬리브(401) 내에 포함되며 섬유(402)를 수용하도록 구성된 페룰 조립체(408), 및 섬유(402)에 광학적으로 결합된 슬리브(401)의 정합 단부에서의 볼 렌즈(440)를 포함한다. 볼 렌즈는 커넥터 계면을 통해 또는 커넥터 계면 근처에서 광을 팽창하고 시준(collimate)하도록 기능한다. 두 개의 팽창 빔 커넥터가 도 4b에 도시한 바와 같이 정합되면, 각 종단부(400, 400')의 볼 렌즈(440, 440') 사이에 에어 갭(421)이 존재하도록 종단부(400)가 유사한 커넥터(400')와 정합된다. 이러한 커넥터는, 예를 들어, 전문이 본 명세서에 참고로 원용되는 미국 특허번호 제7,775,725호(이하, "725" 특허라 함)에 개시되어 있다.
전술한 바와 같이, 빔은 유리 렌즈에 의해 팽창되고 포커싱된다. 도 4a와 도 4b에 도시한 멀티 모드 실시예에서, 스페이서(480)는, 섬유 단부면을 볼 렌즈의 초점에서 렌즈 표면으로부터 멀어지도록 이격하는 데 사용된다. 도 5a와 도 5b에 도시한 싱글 모드 팽창 빔 커넥터(500) 구성에서는, 섬유 단부면이 렌즈와 직접적으로 물리적으로 접촉하고 에어 갭을 방지하고 후방 반사를 감소시킬 수 있도록 렌즈 표면(540a) 상에 정확하게 초점(590)을 갖는 볼 렌즈를 제조하는 데 유리 물질을 사용한다. 따라서, 싱글 모드 팽창 빔 응용에 사용되는 유리 렌즈는, 멀티 모드와는 다르며, 통상적으로 더 고가이다.
해결하고자 하는 문제점은, 렌즈가 멀티 모드 또는 싱글 모드 커넥터에서 사용하도록 구성되었는지 여부에 상관없이, 렌즈가 커넥터 시스템에 있어서 가장 고가의 부품이라는 점이다. 따라서, 대량 생산에 있어서, 비용이 덜 드는 렌즈 옵션을 찾는 것이 바람직하다. 본 발명은 특히 이러한 필요성을 충족한다.
해결책은, 소망하는 광학성과 정렬성을 제공하도록, 구성가능한 특징부들이 저가의 몰딩된 렌즈 본체 내에 쉽게 몰딩되는 렌즈 본체를 제공하는 것이다. 특히, 렌즈는, 렌즈의 초점을 렌즈 본체의 표면 상에 정확하게 위치 설정하도록 렌즈 본체에 몰딩되며, 이때, 섬유는 에어 갭을 피하도록 렌즈와 물리적으로 접촉할 수 있고, 이에 따라 후방 반사를 감소시킬 수 있다. 또한, 렌즈 본체는, 슬리브 내에 배치되는 경우 몰딩된 렌즈 본체가 슬리브 내에 정확하게 정렬되도록 주변 특징부에 대하여 몰딩된다.
이제, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 설명한다.
도 1a는 슬리브 내에 배치되고 연마된 페룰과 물리적으로 접촉하는 몰딩된 렌즈 본체를 갖는 본 발명의 커넥터의 일 실시예를 도시하는 도.
도 1b는 유사한 커넥터와 정합된 도 1a의 커넥터를 도시하는 도.
도 2a는, 베어 섬유(bare fiber)가 페룰의 단부면으로 돌출되어 렌즈 본체의 섬유 수용 캐비티 내에 수용되고 이에 따라 페룰 단부면을 연마할 필요가 없는, 도 1a의 커넥터의 변형예를 도시하는 도.
도 2b는 유사한 커넥터와 정합된 도 2a의 커넥터를 도시하는 도.
도 3a는, 완충 섬유(buffered fiber)가 돌출되는 베어 섬유를 갖도록 구성되고 그 돌출되는 베어 섬유가 렌즈 본체의 섬유 수용 캐비티 내에 수용되어 연마가 필요 없고 페룰 자체도 필요 없게 되는, 본 발명의 다른 변형예를 도시하는 도.
도 3b는 유사한 커넥터와 정합된 도 3a의 커넥터를 도시하는 도.
본 발명은, 소망하는 광학성과 정렬성을 제공하도록, 구성가능한 특징부들이 저가의 몰딩된 렌즈 본체에 쉽게 몰딩되는 렌즈 본체를 포함한다. 특히, 렌즈는, 렌즈의 초점을 렌즈 본체의 표면 상에 정확하게 위치 설정하도록 렌즈 본체에 몰딩되며, 이때, 섬유는 에어 갭을 피하도록 렌즈와 물리적으로 접촉할 수 있고, 이에 따라 후방 반사를 감소시킬 수 있다. 또한, 렌즈 본체는, 슬리브 내에 배치되는 경우 몰딩된 렌즈 본체가 슬리브 내에 정확하게 정렬되도록 주변 특징부들에 대하여 몰딩된다.
이에 따라, 본 발명의 일 양태는, 몰딩된 렌즈 본체를 포함하는 팽창 빔 커넥터이다. 일 실시예에서, 커넥터는, (1) 하나 이상의 섬유와 하나의 렌즈 본체를 유지하고, 소정의 형상의 내면을 갖는, 슬리브; (2) 섬유 단부면을 갖는 섬유; 및 (3) 렌즈 본체를 포함하고, 렌즈 본체는 제1 면 및 제2 면과 함께 형성되고, 제1 및 제2 면은 대략 평면이고, 제1 면은 섬유 단부면과 광학적으로 결합하기 위한 계면점을 갖고, 제2 면은 볼록면을 갖고, 계면점과 볼록면은 렌즈 본체를 통해 광학적으로 결합되고, 렌즈 본체는 외연부(outer periphery)를 갖고, 외연부의 적어도 일부는, 렌즈 본체가 슬리브 내에 배치되면 슬리브에 대하여 정확한 방사상 위치에서 유지되도록 소정의 형상을 갖는다.
본 발명의 다른 일 양태는, 몰딩된 광 특징부와 정렬 특징부를 갖는 렌즈 본체이다. 일 실시예에서, 렌즈 본체는 제1 면 및 제2 면에 대하여 몰딩되며, 제1 및 제2 면은 대략 평면이고, 제1 면은 섬유 단부면과 광학적으로 결합하기 위한 계면점을 갖고, 제2 면은 적어도 하나의 볼록면을 규정하고, 계면점과 볼록면은 렌즈 본체를 통해 광학적으로 결합되고, 렌즈 본체는 외연부를 갖고, 외연부의 적어도 일부는, 렌즈 본체가 슬리브 내에 배치되면 슬리브에 대하여 정확한 방사상 위치에서 유지되도록 소정의 형상을 갖는다.
일 실시예에서, 몰딩된 렌즈 본체는, 폐룰을 연마할 필요가 없게끔 섬유를 수용하도록 구성된다. 다른 일 실시예에서, 렌즈 본체는 완충 섬유를 수용하도록 구성되고, 이에 따라, 페룰을 연마하는 공정 단계가 필요 없고 또한 페룰을 완전히 제거할 수 있다.
도 1a와 도 1b, 도 2a와 도 2b, 도 3a와 도 3b를 참조해 보면, 본 발명의 팽창 빔 커넥터(100, 200, 300)의 다양한 실시예들이 도시되어 있다. 각 실시예에서, 커넥터(100, 200, 300)는, 섬유 단부면(102a, 202a, 302a)을 갖는 적어도 하나의 섬유(102, 202, 302)를 유지하기 위한 슬리브(101)를 포함한다. (반드시 그러한 것은 아니지만) 각 실시예마다 본질적으로 동일한 슬리브(101)는 소정의 형상의 내면(101a)을 갖는다. 커넥터(100, 200, 300)는, 또한, 렌즈 본체(103, 203, 303)를 포함한다. 렌즈 본체(103, 203, 303)는, 제1 면(104, 204, 304) 및 제2 면(105, 205, 305)에 대하여 몰딩되고, 제1 및 제2 면은 대략 평면이다. 제1 면은, 섬유 단부면(102a, 202a, 302a)과 광학적으로 결합하기 위한 계면점(104a, 204a, 304a)을 갖는다. 제2 면은 적어도 하나의 렌즈를 갖고, 본 실시예에서는 볼록면(107, 207, 307)이다. 각 볼록면(107, 207, 307)의 초점은 본질적으로 계면점(104a, 204a, 304a)에 있고, 이때, 볼록면과 계면점은 렌즈 본체를 통해 광학적으로 결합된다. 렌즈 본체(103, 203, 303)는, 또한, 외연부(103a, 203a, 303a)를 규정하도록 몰딩되고, 외연부의 적어도 일부는, 렌즈 본체가 슬리브 내에 배치되면 슬리브(101)에 대하여 정확한 방사상 위치에서 유지되도록 소정의 형상을 갖는다. 커넥터 시스템(100, 200, 300)의 이러한 특징부들과 요소들을 이하에서 더욱 상세히 설명한다.
슬리브(101)는, 반드시 그러하지는 않지만, 본질적으로, 전술한 실시예들 모두에 있어서 동일하다. 슬리브는 페룰/섬유 및 렌즈 본체를 유지하고 정렬하도록 기능한다. 슬리브(101)는 임의의 알려져 있는 방식으로 구성될 수 있지만, 통상적으로, 슬리브는, 원형 단면이 있는 원통형 내측 형상의 원통형 슬리브로서 구성된다. 전술한 바와 같이 페룰/섬유 및 렌즈 본체를 유지하고 정렬하도록 기능하는 내측 형상을 갖는 것에 더하여, 슬리브(101)는, 또한, 도 1b, 도 2b, 도 3b에 도시한 바와 같이 외측 슬리브(120)에 의해 수용되고 유지되도록 구성된 외측 형상(101b)을 포함한다. 특히, 외측 슬리브(120)는, 도 1b에 도시한 바와 같이 (또한 도 2b와 도 3b에도 도시한 바와 같이) 슬리브(101)를 수용하고 가깝게 정렬하여 정합된 커넥터 조립체(150)를 형성하도록 구성된 내측 형상(120a)을 갖는다.
광섬유(102, 202, 302)는 유리와 플라스틱 섬유 모두를 포함하는 임의의 알려져 있는 광섬유일 수 있다. 또한, 광섬유는 다양한 모드를 전송하도록 다양한 코어들과 함께 구성될 수 있다. 적절한 섬유의 예로는, 싱글 모드 섬유, 멀티 모드 섬유, 편광 유지 섬유, 및 멀티코어 섬유가 있다. 싱글 모드 섬유, 멀티 모드 섬유, 및 편광 유지 섬유는 널리 알려져 있으며 시판되고 있다. 멀티코어 섬유는, 더 최근의 것이며, 공통 섬유 내에 두 개 이상의 코어를 포함한다. 적절한 멀티코어 섬유는, 예를 들어, 공통 클래딩 내에 다수의 코어를 갖는 섬유를 포함하며, 예를 들어, Coming Inc, OFS - Furukawa Electric Ltd, Sumitomo Electric Ind에서 시판되는 것들이 있다. 대안으로, 공통 클래딩 내에 코어들을 규정하는 것 대신에, 코어들은 섬유의 길이를 따라 이어지는 에어 채널들에 의해 규정될 수도 있다. 이러한 식으로 규정된 코어들을 광 결정 구조 코어(photonic crystal structure cores) 또는 공공 섬유 코어(holey fiber cores)라 칭한다. 이러한 섬유들은, 예를 들어, KAZUNORI MUKASA et al., Multi - Core Fibers for Large Capacity SDM, Optical Fiber Conference 2011, OWJ1에 개시되어 있으며, 그 전문은 본 명세서에 참고로 원용된다.
도 1a의 실시예에서, 섬유(102)는 알려져 있는 구성으로 페룰(108) 내에 유지된다. 페룰(108)은, 연마된 섬유 단부면(102a)을 드러내도록 연마된 단부면(109)을 포함한다. 대안으로, 도 2a에 도시한 바와 같이, 페룰(202)의 섬유 단부면(202a)은 연마되지 않는다. 더욱 구체적으로, 페룰(208)은, 베어 섬유의 일부(210)가 페룰 단부면(209)으로부터 연장되도록 베어 섬유(202)가 배치된 보어 홀(bore hole)을 포함한다. 페룰 단부면을 연마하여 섬유 단부면을 연마하기보다는, 일 실시예에서, 섬유 단부면을 벽개(cleave)하여 광학적 결합에 적합한 매끄러운 표면을 제공한다. 페룰로부터 돌출되는 벽개된 섬유를 준비하기 위한 방법들은 알려져 있으며, 예를 들어, 미국 특허번호 제7,377,700호에 개시되어 있고, 그 전문은 본 명세서에 참고로 원용된다. 따라서, 연마가 페룰 조립체의 준비에 있어서 고가의 처리 단계로 되는 경향이 있기에, 페룰 조립체(208)를 상당히 감소된 비용으로 준비할 수 있다.
일 실시예에서, 페룰은 적어도 두 개의 보어를 포함하고, 각 보어는 섬유를 유지하도록 구성된다. 다른 일 실시예에서, 페룰은 하나보다 많은 섬유를 유지하도록 구성된 크기의 하나의 중심 보어를 포함한다.
또한, 섬유 단부면이 레이저로 벽개된 일 실시예에서, 미국 특허번호 제6,963,687호에 개시된 바와 같은 단부 성형(shaping) 기술들(그 전문은 본 명세서에 참고로 원용됨)은, 렌즈 본체와의 광학적 결합을 향상시키도록 렌즈 또는 기타 구조를 갖는 섬유 단부면을 성형하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 섬유와 렌즈 사이에 에어 갭이 있는 싱글 모드 섬유에 있어서(예를 들어, 도 2 참조), 섬유 단부면의 경사 또는 각도 마무리에 의해 후방 반사가 감소된다.
다른 일 실시예에서, 섬유는 페룰 내에 유지되지 않는다. 구체적으로, 도 3a를 참조해 보면, 본 발명의 커넥터(300)의 페룰 없는 실시예에서는, 커넥터(300)가 완충 섬유(302)의 단부로부터 돌출되는 베어 부분(310)을 갖는 완충 섬유(302)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 다시, 돌출되는 베어 섬유(310)를, 레이저 스트립핑을 포함한 알려져 있는 기술들을 사용하여 준비할 수 있다.
본 발명의 핵심 양태는, 도 1a, 도 2a, 도 3a에 각각 도시한 바와 같은 몰딩된 렌즈 본체(103, 203, 303)이다. 몰딩된 렌즈 본체는 다음에 따르는 기능들 중 하나 이상을 수행한다: (1) 섬유에 대하여 방사상으로 위치하도록 슬리브 내에서 자가 정렬하는 기능, (2) 섬유와 광학적으로 결합하는 기능, (3) 섬유와 정합 커넥터 사이에서 빔을 팽창하거나 포커싱하는 기능, 및/또는 (4) 정합 커넥터에 대하여 커넥터를 축 방향으로 위치 결정하도록 정합 커넥터의 렌즈 본체에 기계적으로 당접하는(abut) 기능.
슬리브(101) 내에서의 정렬이 용이해지도록, 렌즈 본체는 외연부(103a)를 포함하고, 외연부의 적어도 일부는, 렌즈 본체(103)가 슬리브(101) 내에서 방사상으로 정렬되게끔 슬리브(100)의 내면(101a)에 수용되어 이 내면과 접촉하도록 구성된다. 통상적으로, 반드시 그러한 것은 아니지만, 방사상 슬리브는 전술한 바와 같이 원형 단면이 있는 원통형 내측 형상을 갖는다. 이에 따라, 일 실시예에서, 렌즈 본체(103)의 외연부(103a)의 적어도 일부는 원통형 슬리브 내에 수용되도록 구성된다. 전체 외연부(103)가 슬리브(101)의 내면(101a)과 접촉하는 것이 중요한 것은 아니지만, 렌즈 본체가 정렬 상태로 유지되는 것을 보장하는 데 있어서 충분한 부분이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 외면부(103a)는, 전체 부분이 내면(101a)과 접촉하도록 원통형이다. 대체 실시예에서, 외연부(103a)는, 플루트 부분들(fluted portions)의 피크들만이 외연부에 접촉하도록 플루트형으로 된다. 다른 일 실시예에서, 렌즈 본체의 외연부 상의 단지 몇 개(예를 들어, 세 개 이상)의 등거리 리브가 내면(101a)에 접촉한다. 또 다른 실시예들은 본 개시 내용을 참조하는 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
섬유와 광학적으로 결합하도록, 렌즈 본체는, 상당한 손실이나 왜곡 없이 광을 섬유 단부면으로 전송 및 섬유 단부면으로부터 수광하도록 매끄러운, 계면점을 규정하는 제1 면을 갖는다. 일 실시예에서, 계면점은 섬유 단부면과 물리적으로 접촉하도록 구성된다. 이에 따라, 후술하는 바와 같이, 계면점에 대응하는 렌즈의 초점은, 계면점에서의 렌즈 본체의 표면에 또는 렌즈 본체의 표면 근처에 배치된다. 다른 일 실시예에서, 섬유 단부면은 에어 갭을 생성하도록 계면점으로부터 짧은 거리만큼 떨어져 있다. 이에 따라, 이러한 실시예에서, 렌즈의 초점은 계면점을 벗어날 것이다. 일 실시예에서, 인덱스 매칭 젤(index matching gel)은 섬유 단부면과 계면점 사이에 사용된다. 다른 일 실시예에서, 계면점은, 섬유 단부면과 렌즈 본체 간의 광학적 결합을 향상시키도록 렌즈화된다. 또 다른 일 실시예에서, 계면점과 섬유 단부면과의 정렬이 용이해지도록, 계면점은 제1 면으로부터 오목하게 되며, 즉, 도 2와 도 3을 참조하여 후술하는 바와 같이 렌즈 본체의 섬유 수용 캐비티의 단부에 배치된다. 계면점의 또 다른 실시예들은 본 개시 내용을 참조하는 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
제2 면에서 렌즈 본체로부터 출사하거나 렌즈 본체에 입사하는 빔을 팽창 또는 포커싱하도록, 렌즈 본체는 하나 이상의 렌즈를 포함한다. 일 실시예에서, 도 1a 내지 도 3a를 참조하여 후술하는 바와 같이, 렌즈들은 렌즈 본체의 제2 면으로 볼록면 몰딩되거나 기계 가공된다. 볼록면들은, 후술하는 바와 같이 이 볼록면들의 초점이 계면점에 있도록 구성된다. 일 실시예에서, 볼록 면들은 캐비티들(106, 206, 306) 내에 규정된다. 대안으로, 다른 일 실시예에서, 볼록면 들을 규정하도록 제2 면 내에 캐비티들을 갖기보다는, 볼록면들이 제2 면으로부터 돌출될 수도 있다. 그러나, 본 실시예에서는, 후술하는 바와 같이 정합 커넥터들을 축방향으로 위치 결정하도록 렌즈 본체들의 당접을 절충할 수도 있다. 일 실시예에서, 이산된 렌즈는 단일 섬유 또는 코어에 대응한다. 다른 일 실시예에서, 하나의 렌즈는 렌즈 본체를 통해 두 개 이상의 섬유 또는 코어에 광학적으로 결합된다.
정합 커넥터와 기계적으로 인터페이싱하고 커넥터를 축방향으로 위치 결정하도록, 렌즈 본체는, 정합 커넥터의 유사한 렌즈 본체와 접촉하기 위한 하나 이상의 전방 평면 부분들이 있는 제2 면을 갖는다. 예를 들어, 도 1b, 도 2b, 도 3b를 참조해 보면, 커넥터들(100, 200, 300)은 정합 커넥터들(100', 200', 300')과 기계적으로 접촉하거나 체결하여 정합된 조립체들(150, 250, 350)을 각각 형성한다. 특히, 각 렌즈 본체의 제2 면은, 두 개의 렌즈 본체가 당접되어 커넥터들(100, 100')을 광학적으로 결합할 수 있도록 전방 평면 부분을 갖는다(마찬가지 구성이 도 2b와 도 3b의 커넥터들에서도 사용된다). 이러한 방식으로, 제2 면(105)의 전방 평면 부분과 볼록면(107) 간의 거리(후술함)가 커넥터들 간의 팽창 빔의 길이의 절반을 규정하게 된다. 볼록면(107)이 캐비티(106)에서 오목하게 되지 않으면, 당접이 용이해지도록, 제2 면은 정합 커넥터 상의 유사한 렌즈 본체에 당접하도록 평면형 단부면들이 있는 돌출부를 가질 수도 있다. 렌즈 본체들을 당접하거나 또는 그외에는 기계적으로 접촉시켜 커넥터들을 축 방향으로 위치 결정하기 위한 다른 기술들은, 본 개시 내용을 참조하는 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
렌즈 본체는 전술한 바와 같이 다양한 실시예들을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시한 실시예에서, 렌즈 본체는 제1 면(104)과 제2 면(105)을 포함한다. 제1 면(104)은 섬유(102)와 광학적으로 결합하기 위한 계면점(104a)을 포함한다. 제2 면(105)은, 렌즈 본체로부터 출사하는 빔을 팽창하거나 또는 렌즈 본체에 입사하는 빔을 포커싱하도록 볼록면(107)을 규정하는 캐비티(106)를 포함한다.
도 2a를 참조해 보면, 렌즈 본체(203)의 다른 일 실시예가 개시되어 있다. 도 2a의 렌즈 본체(203)는, 페룰의 단부면(209)으로부터 돌출되는 베어 섬유의 일부분(210)을 수용하기 위한 섬유 수용 캐비티(211)를 갖는다는 점을 제외하고는 도 1a의 렌즈 본체와 마찬가지이다. 전술한 바와 같이, 베어 섬유(202)의 일부분(210)은 페룰의 단부면을 벗어나 연장되기 때문에, 페룰을 연마하지 않고서 그 단부면을 준비할 수 있다 (계면점(104a)이 제1 면(104) 상에 있는 한편) 계면점(204a)은 제1 면 상에 배치되지 않지만, 섬유 수용 캐비티(211)의 단부에서 렌즈 본체(203) 내에 오목하게 된다. 이에 따라, 볼록면(207)의 형상은, 그 초점이 오목한 계면점(204a)에 있도록 구성될 필요가 있다. 대안으로, 렌즈 본체는, 계면점(204a)과 볼록면(207) 간의 거리가 렌즈 본체(103)의 계면점(104a)과 볼록면(107) 간의 거리와 대략 동일하도록 길 수도 있다. 계면점(204a) 상에 볼록면(207)의 초점을 위치 결정하기 위한 다른 방안들은 본 개시 내용을 참조하는 통상의 기술자가 알 것이다.
도 3a에 도시한 다른 일 실시예에서, 렌즈(303)는 환형 부분(315)을 포함하고, 이는 제1 면(304)으로부터 후방으로 연장된다. 환형 부분(315)은, 완충 섬유(302)의 외면(302a)을 수용하도록 구성된 내면(315a)을 포함한다. 이러한 구성은 렌즈 본체(303) 내의 완충 섬유(302)를 유지하도록 기능하고, 이에 따라 페룰이 필요 없게 된다. 도 2a의 실시예처럼, 렌즈 본체의 제1 면(304)은 완충 섬유(302)로부터 돌출되는 섬유의 일부분(310)을 수용하기 위한 섬유 수용 캐비티(311)를 포함한다. 계면점(304a)은 섬유 수용 캐비티(311)의 단부에 위치한다.
본 발명을 세 개의 서로 다른 렌즈 본체에 관하여 예시하고 있지만, 대체 렌즈 본체들이 존재한다는 점을 이해하기 바란다. 예를 들어, 일 실시예에서, 섬유는 전술한 바와 같이, 멀티코어 섬유일 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 면은 다수의 계면점들을 갖고, 제2 면은, 각 렌즈가 계면점에 결합되도록 해당 면 내에 규정된 다수의 렌즈들을 갖는다. 전술한 바와 같이, 이는 소정의 렌즈의 초점을 각각의 계면점에서 위치 결정하는 것을 포함한다. 렌즈들의 구성은 가변될 수 있다. 전술한 바와 같이, 렌즈는 제2 면 내의 캐비티에 의해 규정되는 볼록면으로서 규정될 수 있고, 또는, 렌즈는 제2 면으로부터 돌출되는 볼록면일 수 있다. 일 실시예에서는, 복수의 볼록면이 단일 캐비티 내에 규정된다. 멀티코어 섬유는, 렌즈들이 다수의 개별적인 렌즈들에 대하여 정렬하도록 렌즈 본체와 섬유에 대한 키잉 특징부들(keying features)을 필요로 할 수 있다. 일 실시예에서는, 다수의 코어와 결합하도록 렌즈 본체 내에 하나의 렌즈만이 규정된다. 이러한 구성은 코어들이 서로 밀접해 있음을 이용한다. 다른 실시예들은 본 개시 내용을 참조하는 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
렌즈 본체는, 예를 들어, PEI(폴리에테르이미드), PESU(폴리에테르 술폰)을 포함하여 쉽게 몰딩가능한 광학적으로 투명한 임의의 물질을 포함할 수 있다. 렌즈 본체의 특징부들 모두(예를 들어, 섬유 수용 캐비티, 계면점, 렌즈, 외연부 등)는 렌즈 본체 내에 몰딩될 수 있고, 또는 대안으로, 렌즈 본체의 블랭크가 몰딩될 수 있고 특징부들이 그 내부에서 기계 가공될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 특징부들 중 일부가 몰딩되는 한편 나머지가 기계 가공될 수 있다.
추가 특징부들을 렌즈 본체 및/또는 섬유에 추가하여 광학적 성능을 더욱 개선할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 반사 방지 코팅(anti-reflection coating)을 렌즈에 도포하여 프레넬 손실을 감소시킨다. 마찬가지로, 렌즈 본체의 제1 면과 섬유 단부면 간에 에어 갭이 존재하는 일 실시예에서(예를 들어, 도 2 참조), 반사 방지 코팅을 섬유 단부면에 도포하여 광학적 성능을 개선할 수 있다.

Claims (16)

  1. 팽창 빔 커넥터(expanded-beam connector; 100)로서,
    하나 이상의 섬유(102)와 하나의 렌즈 본체(103)를 유지하고, 소정의 형상의 내면(101a)을 가지며, 상기 섬유(102)와 상기 렌즈 본체(103)에 순응하도록 유연하게 형성되는, 슬리브(101);
    섬유 단부면(102a)을 갖는 섬유(102);
    상기 섬유(102)를 수용하기 위한 적어도 하나의 보어 홀(bore hole) 및 상기 섬유 단부면(102a)을 드러내기 위한 단부면(109)을 갖는 페룰(108); 및
    렌즈 본체(103)를 포함하고,
    상기 렌즈 본체(103)는 제1 면(104) 및 제2 면(105)과 함께 형성되고, 상기 제1 및 제2 면(104, 105)은 평면이고,
    상기 제1 면(104)은 상기 페룰(108)의 단부면에 당접(abut)하도록 구성되며,
    상기 제1 면(104)은 상기 섬유 단부면(102a)이 상기 렌즈 본체의 계면점(interface point; 104a)과 광학적으로 결합하기 위한 상기 페룰의 단부면 축방향에 위치하도록 구성되고,
    상기 제2 면(105)은 볼록면(107)을 갖고,
    상기 계면점(104a)과 상기 볼록면(107)은 상기 렌즈 본체(103)를 통해 광학적으로 결합되고,
    상기 렌즈 본체(103)는 외연부(outer periphery; 103a)를 갖고,
    상기 외연부의 적어도 일부는, 상기 렌즈 본체(103)가 상기 슬리브(101) 내에 배치되면 상기 슬리브(101)에 대하여 정확한 방사상 위치에서 유지되도록, 상기 슬리브의 상기 내면과 상기 렌즈 본체의 외연부의 적어도 일부가 접촉하도록 하는 소정의 형상을 가지며,
    상기 볼록면(107)의 초점은, 계면점(104a)에 위치하도록 구성되고,
    상기 페룰은, 외연부를 가지며,
    상기 페룰의 외연부의 적어도 일부는, 상기 페룰이 상기 슬리브 내에 배치되면 상기 슬리브에 대하여 정확한 방사상 위치에서 유지되도록, 상기 슬리브의 상기 내면과 상기 페룰의 외연부의 적어도 일부가 접촉하는 소정의 형상을 가지는, 팽창 빔 커넥터(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 본체(103)는 몰딩된, 팽창 빔 커넥터(100).
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 섬유 단부면(102a)을 드러내기 위한 상기 단부면(109)의 적어도 일부는, 상기 섬유 단부면(102a)을 상기 계면점(104a)에 광학적으로 결합하도록 형성되는, 팽창 빔 커넥터(100).
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 면(104)은 상기 단부면으로부터 돌출되는 상기 섬유(102)의 일부를 수용하기 위한 섬유 수용 캐비티를 포함하는, 팽창 빔 커넥터(100).
  7. 제6항에 있어서, 상기 섬유 단부면(102a)과 상기 렌즈 본체(103) 사이에 에어 갭(air gap)이 존재하는, 팽창 빔 커넥터(100).
  8. 제7항에 있어서, 상기 섬유 단부면(102a)과 상기 렌즈 본체(103)는 반사 방지 코팅(anti-reflection coating)을 갖는, 팽창 빔 커넥터(100).
  9. 제7항에 있어서, 상기 섬유 단부면(102a)은 경사각을 갖는, 팽창 빔 커넥터(100).
  10. 제6항에 있어서, 상기 단부면은 연마되지 않은, 팽창 빔 커넥터(100).
  11. 제6항에 있어서, 상기 섬유 단부면(102a)과 상기 계면점(104a) 사이의 상기 섬유 수용 캐비티에는 인덱스 매칭 젤(index matching gel)이 배치된, 팽창 빔 커넥터(100).
  12. 제1항에 있어서, 상기 섬유(102)는 완충 섬유(buffered fiber)를 포함하고, 상기 렌즈 본체(103)는 상기 제1 면(104)으로부터 연장되는 환형 부분을 포함하고, 상기 환형 부분은 상기 완충 섬유의 일부를 수용하도록 구성된 내측 형상을 갖는, 팽창 빔 커넥터(100).
  13. 제12항에 있어서, 상기 페룰의 단부면으로부터 섬유 베어 팁(bare fiber tip)이 연장되고, 상기 제1 면은 상기 섬유 베어 팁을 수용하기 위한 섬유 수용 캐비티를 포함하는, 팽창 빔 커넥터(100).
  14. 제1항에 있어서, 상기 제2 면(105)은 정합 커넥터의 정합 렌즈 본체의 제2 면에 당접하도록 구성된, 팽창 빔 커넥터(100).
  15. 제1항에 있어서, 상기 제2 면(105)은 상기 볼록면을 규정하는 캐비티를 포함하는, 팽창 빔 커넥터(100).
  16. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 본체(103)는 일체 몰딩되고(integrally-molded) 광학적으로 투명한 물질인, 팽창 빔 커넥터(100).
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