KR101823252B1 - 광 섬유 도파로, 이를 포함하는 광 센서 및 이의 제조방법 - Google Patents

광 섬유 도파로, 이를 포함하는 광 센서 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 섬유 도파로, 이의 제조방법 및 이의 용도에 대한 것이다.
본 발명에 따른 광 섬유 도파로는 내구성이 우수하고, 또한 도파 모드, 색 분산 및 복굴절 특성의 제어가 용이하며, 나아가 편광 특성이 뛰어나 광 센서 등에 우수한 광 감도를 제공할 수 있다.

Description

광 섬유 도파로, 이를 포함하는 광 센서 및 이의 제조방법{Optical fiber waveguide, optical sensor comprising the same and manufacturing method of the same}
본 발명은 광 섬유 도파로, 이를 포함하는 광 센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 생화학검사 및 의료진단을 목적으로 다양한 광 센싱 기술이 개발되고 있으며 특히 대부분의 바이오 물질이 액체 상태에 있으므로, 빛과 액체와의 상호 작용을 기반으로 하는 광 센싱 기술이 활발히 연구되고 있다. 기존의 광 도파로는 전체 구조가 고체로 구성된 반면에 최근 연구되고 있는 액체코어 광 도파로는 내부에 주입된 액체가 빛이 통과하는 광 도파로의 코어 기능을 할 수 있도록 설계된다. 그 중 Polydimethylsiloxane (PDMS) 기반 광 도파로, 광 결정 광 섬유, Polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon) 기반 광 도파로, 유리 광 도파로 등이 있다. 이와 같은 액체 코어 광 도파로를 기반으로 광 스위칭, 광 집적화, 전기장제어액체렌즈와 같은 고기능 광학 소자 응용이 연구되고 있다.
액체 코어 광 도파로 개발의 가장 핵심적인 기술은 주입된 액체가 코어로서 광 특성을 발휘할 수 있도록 액체보다 유효 굴절률이 낮도록 클래딩 구조를 구성하는 것이다. 지금까지는 복잡한 증착/식각 등 고난이도의 반도체 공정을 필요로 하거나, 테프론(Teflon)과 같이 저굴절률 물질을 코팅하는 방법이 사용되었다. 특히 광 섬유의 경우에는 광자 결정 광 섬유와 같이 매우 복잡한 구조의 광 도파로가 요구되었다.
따라서, 일반적인 광 섬유 인출공정을 그대로 활용하여 광 섬유를 대량으로 용이하게 생산할 수 있고, 코어에 액체의 부피를 미세하고 조절하면서 주입할 수 있는 공정을 확보하여야 하며, 클래딩 구조 인자를 변화시켜서 복굴절률을 제어할 수 있고, 이전의 액체 코어 도파로에 비해 월등히 향상된 내구성을 갖는 광 섬유 도파로의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국공개특허 제2012-0006173호
본 발명은 단면이 V자 형상인 클래딩과 상기 클래딩의 V자 형상에 상기 클래딩보다 높은 굴절률을 가지는 액체 물질을 미세하게 주입하여 코어를 형성하고, 상기 클래딩의 외면을 보호하기 위한 유리 외막을 포함함으로써, 도파 모드 및 복굴절의 제어가 용이하고, 우수한 내구성을 갖는 광 섬유 도파로 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, V자 형상의 클래딩의 어느 일면 또는 양면에 친수성 또는 소수성 고분자 처리를 수행함으로써, 복굴절률과 같은 편광 특성이 뛰어난 광 섬유 도파로 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 더욱이, 상기 광 섬유 도파로의 용도, 예를 들면 광 센서를 제공한다.
본 발명은 광 섬유 도파로, 이를 포함하는 광 센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
빛은 직진하다가 다른 성질의 매질을 만나면 그 경계면에서 일부는 반대 방향으로 반사되고 일부는 굴절되어 매질 속으로 계속 진행하게 된다. 하지만 경계면에 어떤 각도(임계각) 이상으로 입사되면 반사만 일어나고 매질 속으로 진행하지 못한다. 이것을 전반사(total reflection)이라고 한다. 전반사가 일어나려면 경계면 매질의 굴절률이 빛이 진행되어 오는 매질의 굴절률보다 작아야 한다.
이러한 원리를 이용하여 빛을 원하는 경로로 전달하기 위하기 위하여 개발된 것이 광 도파로이다. 일반적으로, 광 도파로는 코어 및 클래딩을 포함한다. 코어는 광 신호를 코어를 통해 전달하도록 구성되고, 클래딩은 광 신호가　광 섬유로부터 벗어나는 것을 방지하도록 코어를 둘러싼다. 따라서, 빛이 매질 밖으로 빠져나가지 못하고 계속 그 안을 따라서 진행하게 하기 위해서는 광 도파로의 코어 부분의 굴절률이 클래딩의 굴절률보다 크게 설계해야 한다.
기존의 광 도파로로서 개발되어 온 액체 코어 광 도파로의 가장 핵심적인 기술은 주입된 액체가 코어로서 광 특성을 발휘할 수 있도록 액체보다 유효 굴절률이 낮도록 클래딩 구조를 구성하는 것이다. 지금까지는 복잡한 증착/식각 등 고난이도의 반도체 공정을 필요로 하거나, 테프론(Teflon)과 같이 저굴절률 물질을 코팅하는 방법이 사용되었다. 특히 광 섬유의 경우에는 광자 결정 광 섬유와 같이 매우 복잡한 구조의 광 도파로가 요구되었다.
이에 대해, 본 발명은, 기존의 광 섬유 인출 공정을 통해 광 섬유 도파로의 클래딩의 단면을 V자 형상으로 형성하고, V자의 열린각 a, 광 섬유 도파로의 반지름은 R, 상기 V자 형상에 미세하게 주입된 액체 코어의 V자 형상의 바닥으로부터 높이 h, 클래딩의 굴절률 및 액체의 굴절률을 제어함으로써 도파 모드 수, 색분산 및 복굴절률 등의 광 도파 특성을 용이하게 조절할 수 있다.
특히, 상기 V자 형상의 일면 또는 양면에 친수성 또는 소수성 고분자를 이용하여 표면처리 함으로써, 모드 조절, 복굴절률 조절 및 광 센서에 적용하였을 경우 광 센서의 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 섬유 도파로는, 단면이 V자 형상인 클래딩의 외면을 유리 외막을 씌워 보호함으로써, 우수한 내구성을 구현할 수 있다.
이렇게 제조된 광 섬유 도파로는 광 증폭기, 레이저, 편광조절기, 광 흡수기 및 광 필터 등의 액체 코어 기반 광 도파로 소자; 또는 온도, 습도, 화학적 환경 및생물학적 환경에 따라 그 특성이 변하는 액체를 주입하여 제작한 물리, 생화학 광센서 등에 적용하여, 우수한 효율을 구현할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 광 섬유 도파로는,
단면이 V자 형상인 클래딩;
상기 클래딩의 V자 형상에 매설되어 있고, 상기 클래딩보다 높은 굴절률을 가지는 액체 물질을 포함하는 코어; 및
상기 클래딩의 외면을 보호하기 위한 유리 외막을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
일반적으로, 광 섬유 도파로는 코어(core) 및 클래딩(cladding)을 포함한다. 코어는 광 신호를 코어를 통해 전달하도록 구성되고, 클래딩은 광 신호가　광 섬유로부터 벗어나는 것을 방지하도록 코어를 둘러싼다. 기존에는 전체 구조가 고체로 구성된 반면, 최근에는 광 특성을 갖는 액체를 주입하여, 액체가 빛이 통과하는 광 도파로의 코어 기능을 할 수 있도록 설계하는 연구가 진행되어 왔다. 특히, 액체 코어 광 도파로 개발의 가장 핵심적인 기술은 주입된 액체가 코어로서 광 특성을 발휘할 수 있도록 액체보다 유효 굴절률이 낮도록 클래딩 구조를 형성하는 것이다.
이에 대해, 본 발명은 간단한 방법으로 클래딩에 형성된 V자 형상에 클래딩보다 높은 굴절률을 가지는 액체 물질을 미세하게 조절하여 주입하여 광학 특성을 조절할 수 있고, 이와 더불어, 상기 단면이 V자 형상인 클래딩의 외면을 유리 외막을 씌워 보호함으로써, 이전의 액체 코어 도파로에 비해 현저히 향상된 내구성을 구현할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 광 섬유 도파로는 하기 도 1을 참조하면, V자의 열린각 a를 갖도록 인출되며, 광 섬유 도파로의 반지름은 R이며 이는 도파로의 특성에 따라 변화될 수 있다. 또한, 액체 코어는 V자 형상의 바닥으로부터 높이 h를 가지고, 그 이외의 부분은 공기가 채우게 된다.
상기 광 섬유 도파로의 반지름 및 V자의 열린각은 일반적인 광 섬유 인출 공정을 활용하는 간단한 방법으로 조절이 가능하여, 제조방법이 단순하고, 대량 생산이 가능하며, V자 형상에 액체 코어를 미세하게 주입함으로써, 액체 코어의 높이를 용이하게 조절하여 도파 모드 및 복굴절률 등의 광 도파 특성의 조절이 용이할 수 있다.
이때, 상기 클래딩은 특별히 한정하지 않으나, 높은 온도에서 용융된 후 상온으로 냉각 인출될 수 있는 비정질 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 클래딩은 유리 및 폴리머 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 클래딩의 굴절률은 액체 코어의 굴절률보다 낮아야 하며, 예를 들면 550nm 파장에서 측정된 클래딩의 굴절률은 1.1 내지 1.5 또는 1.3 내지 1.5의 범위 내에 있을 수 있다.
또한, 상기 액체 코어는 광 섬유 도파로 재료보다 굴절률이 높은 액체라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 상기 액체는 탈이온수, Rhodamin 6G, Fluorescein, coumarin 343 등의 형광색소 및 이황화탄소, 톨루엔, 니트로벤젠 등의 고 비선형 액체 물질 또는 액체 물질 또는 네마틱상의 유체-E7, E48 등의 액정 물질 또는 혈액, 소변, 임파액 및 타액 중에서 선택되는 적어도 하나의 생체 유체 물질 중 1 종 이상일 수 있다.
상기 액체 코어의 굴절률은 클래딩의 굴절귤보다 높은 것이면 특별히 제한은 없으나, 예를 들면 550nm 에서 측정된 상기 액체 코어의 굴절률은 1.2 내지 1.7 또는 1.4 내지 1.6의 범위 내에 있을 수 있다.
상기 액체 코어와 클래딩의 굴절률 차이는, 예를 들면 0.003 이상, 0.004 이상 또는 0.005 이상 일 수 있다. 상기와 같은 굴절률 범위 내에서 효과적인 전반사를 도모할 수 있다. 상기 굴절률 차이의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 0.2 이하, 0.1 이하, 0.08 이하 또는 0.05 이하 일 수 있다.
상기 광 섬유 도파로는 임계각보다 큰 각도로 경계면에 입사되는 빛이라고 해도 간섭 현상 때문에 특정한 각도로 입사되는 빛만이 진행할 수 있다. 이처럼, 도파 조건이 맞아 광 도파로를 따라 진행하는 빛들을 모드(mode)라고 하는데, 보통 코어와 클래딩의 굴절률 차가 클수록, 액체 코어의 표면적이 클수록, 빛의 파장이 짧을수록 도파 모드의 수가 많아진다.
이에 대해, 본 발명은, 상기 클래딩의 V자 형상의 일면 또는 양면은 친수성 또는 소수성 고분자를 포함함으로써, 모드의 수를 늘릴 수 있다. 구체적으로, 하기 도 2를 참조하면, (a) 클래딩의 V자 형상의 일면 또는 양면에 소수성 고분자를 코팅 내지 분산함으로써, V자 형상 내에 주입된 액체 코어의 표면을 볼록하게 형성할 수 있고, (b) 클래딩의 V자 형상의 일면 또는 양면에 친수성 고분자를 코팅 내지 분산함으로써, V자 형상 내에 주입된 액체 코어의 표면을 오목하게 형성할 수 있다. 이를 통해, 액체 코어의 표면적을 넓힐 수 있고, 모드의 수를 변경 시킬 수 있다.
또한, 상기 클래딩의 V자 형상의 일면 또는 양면은 친수성 또는 소수성 고분자를 포함함으로써, 선형 편광 조절 범위를 확대할 수 있는 구조가 형성되어, 복굴절 특성을 향상시킬 수 있고, 광 센서로 사용하였을 경우, 센싱 성능을 높일 수 있다.
상기 친수성 또는 소수성 고분자는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 친수성 고분자는 콜라겐(collagen), 히알루론산(hyaluronic acid), 젤라틴(gelatin), 키토산(chitosan) 및 알지네이트(alginate) 중 1 종 이상을 포함할 수 있고, 소수성 고분자는 폴리(ε-카프로락톤)(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산-글리콜산공중합체(PLGA), 폴리오르토에스테르(polyorthoesters), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethyl methacrylate), 폴리-N-이소프로필아크릴아마이드, 폴리(에틸렌옥사이드)-폴리(프로필렌옥사이드)-폴리(에틸렌옥사이드) 공중합체 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 광 섬유 도파로의 중심부에서부터 측정된 액체 물질의 높이가 1㎛ 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 액체 물질의 굴절률이 클래딩의 굴절률보다 약 0.005 높은 경우에, 액체 물질의 높이는 6 내지 30㎛, 6 내지 25㎛ 또는 6내지 20㎛ 범위일 수 있다. 만약, 이 경우, 액체 물질의 높이가 6㎛ 미만일 경우에는 V자 형상의 열린각에 상관 없이 액체 코어로 빛이 도파되지 못하는 문제점이 있다. 반면, 액체 물질의 높이가 6㎛ 이상일 경우, 액체 물질의 높이 및 V자 형상의 열린각의 상관 관계에 의해 단일모드 또는 다중 모드로 빛이 액체 코어를 도파할 수 있다. 상기 액체 물질의 높이는, 예를 들면 도 1 및 2에 도시되어 있는 h를 의미하며, 액체와 클래딩의 굴절률 차에 의해 모드를 전파할 수 있는 고유한 h의 범위가 결정된다.
하나의 예시에서, 상기 클래딩의 V자 형상의 열린 각은 40°내지 110°의 범위일 수 있다. 보다 구체적인 예시에서, 상기 클래딩의 V자 형상의 열린 각은 40°내지 100°또는 40° 내지 80° 범위일 수 있다. 상기 열린각은, 예를 들면 도 1에서 α로 표현되는 클래딩 구조의 V자 홈 사이의 각도를 의미할 수 있다.
일반적인 광 도파로는 외부 환경의 변화 및 광 도파로의 구조 등으로 인해 편광 방향(빠른 축(fast axis)과 느린 축(slow axis))으로 속도가 다르게 진행하는 복굴절(birefringence) 현상이 발생하게 되는데, 상기 클래딩의 V자 형상의 일면 또는 양면을 친수성 또는 소수성 고분자 처리를 수행하고, 상기 V자 형상의 열린 각을 40°내지 110° 범위로 조절함으로써, 복굴절률 특성의 우수성을 달성할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 광 섬유 도파로는 가변 인자를 조절함으로써, 단일 모드 또는 다중 모드로 구동될 수 있는데, 예를 들어, 상기 광 섬유 도파로는 단일 모드로 구동될 경우, 하기 수학식 1에 따라 측정된 복굴절률이 0.07 x 10-3 이상일 수 있다.
[수학식 1]
nx-ny
수학식 1에서, nx는 1550nm 파장에서 측정된 광 섬유 도파로의 지상축(slow axis) 방향 굴절률을 의미하고, ny는 1550nm 파장에서 측정된 광 섬유 도파로의 상기 지상축(slow axis) 방향과 수직인 방향 굴절률을 의미한다.
예를 들어, 상기 수학식 1에 따라 측정된 복굴절률은 0.07 x 10-3 내지 0.2 x 10-3 또는 0.07 x 10-3 내지 0.18 x 10-3 범위일 수 있다.
본 발명에 따른 광 섬유 도파로는 상기와 같은 범위 내의 복굴절 특성을 확보함으로써, 예를 들면 광 센서 등의 센싱 감도의 우수성을 확보 할 수 있다.
상기 광 섬유 도파로의 직경은 50 내지 200㎛의 범위일 수 있다. 예를 들어, 광 섬유 도파로의 직경은 50 내지 180㎛, 70 내지 180㎛, 100 내지 180㎛ 또는 100 내지 150㎛ 범위일 수 있다. 이를 통해, 마이크로 단위의 미세한 광 섬유 도파로를 제조할 수 있다는 것을 알 수 있다.
상기 광 섬유 도파로 구조의 하나의 예로서,
단일 모드 광 섬유; 및
상기 단일 모드 광 섬유와 연결되어 있는 본 발명에 따른 광 섬유 도파로를 포함하는 복합 광 섬유 도파로 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 액체 코어를 가지는 광 섬유 도파로의 양쪽으로 일반적인 단일 모드 광 섬유가 결합된 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 복합 광 섬유 도파로는, 단일 모드의 광 섬유 블록과 본 발명에 따른 광 섬유 도파로 블록이 나란히 배열되어 있는 상태의 구조를 가질 수도 있다. 본 발명은 상술한 광 섬유 도파로를 포함하는 광 센서를 제공할 수 있다.
예를 들어, 광 섬유 도파로의 V자 형상에 주입되는 액체의 종류에 따라 다양한 광 센서에 적용할 수 있다. 구체적으로, 온도, 습도, 화학적 환경, 생물학적 환경에 따라 그 특성이 변하는 액체를 주입하여 제작한 물리, 생화학 광센서를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기와 같은 광 섬유 도파로의 제조방법에 대한 것이다.
본 발명은 상술한 광 섬유 도파로를 제조하기 위한 방법의 하나의 예로서,
클래딩을 형성하기 위한 모재를 절삭하는 단계;
상기 절삭된 모재에 외측에 유리 외막을 삽입하는 단계;
상기 유리 외막이 삽입된 모재를 용융하고, 단면이 V자 형상인 광 섬유를 인출하여 클래딩을 제조하는 단계; 및
상기 인출된 V자 형상의 클래딩의 상기 V자 내부에 액체 물질을 주입하는 단계를 통한 제조방법을 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 액체 코어 광 도파로 개발의 가장 핵심적인 기술은 주입된 액체가 코어로서 광 특성을 발휘할 수 있도록 액체보다 유효 굴절률이 낮도록 클래딩 구조를 구성하는 것이다. 그러나, 지금까지는 복잡한 증착/식각 등 고난이도의 반도체 공정을 필요로 하거나, 테프론(Teflon)과 같이 저굴절률 물질을 코팅하는 방법이 사용되었다. 특히, 광 섬유의 경우에는 광자 결정 광 섬유와 같이 매우 복잡한 구조의 광 도파로가 요구되었다.
이에 대해, 본 발명에 따른 광 섬유 도파로는 기존의 단순한 광 섬유 인출 공정을 통해 제조가 가능하여, 대량 생산에 용이하여 경쟁력을 확보할 수 있다.
구체적으로, 클래딩을 형성하기 위하여, 원형 단면적을 갖는 모재를 미세 가공 톱이나 레이저 가공기 등으로 절삭하여 수 mm의 폭의 홈을 형성하고, 상기 홈이 형성된 모재의 외면에 유리 외막을 삽입하고, 용융단계를 거쳐 단면이 V자 형상인 광 섬유를 인출할 수 있다. 이때, 모재의 재질, 외경, 홈의 두께, 깊이, 용융 온도, 인출 속도, 장력 등의 공정 인자를 제어하여 최종 인출 V자 형상의 열린각과 광 섬유 도파로의 반지름을 조절할 수 있다.
그런 다음, 제조된 광 섬유 도파로의 일측 또는 양측에 튜브가 연결된 미세 주사기 펌프 등을 이용하여 액체의 부피를 미세하게 조절하여 주입할 수 있다. 이를 통해, 액체 코어의 높이를 조절할 수 있다.
상기 상기 광 섬유 도파로의 제조방법에 있어서, 액체 코어를 주입하기 전에, 클래딩의 V자 형상의 어느 일면 또는 양면에 친수성 또는 소수성 고분자 처리를 수행하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 상술한 친수성 또는 소수성 고분자를 분산 또는 코팅하여 클래딩의 V자 형상의 일면 또는 양면을 표면처리 할 수 있다.
상기와 같은 표면 처리 공정을 통해, 복굴절률 특성의 우수성을 달성할 수 있고, 예를 들면 광 센서 등의 센싱 감도의 우수성을 확보 할 수 있는 광 섬유 도파로를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 광 섬유 도파로는, 기존의 광 섬유 인출 공정을 통해 광 섬유 도파로의 클래딩의 단면을 V자 형상을 가지게 형성하고, V자의 열린각 a, 광 섬유 도파로의 반지름은 R, 상기 V자 형상에 미세하게 주입된 액체 코어의 V자 형상의 바닥으로부터 높이 h, 클래딩의 굴절률 및 액체의 굴절률을 제어함으로써 도파 모드, 색 분산 및 복굴절 특성 등의 광 도파 특성을 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 섬유 도파로는, 단면이 V자 형상인 클래딩의 외면을 유리 외막을 씌워 보호함으로써, 우수한 내구성을 구현할 수 있다.본 발명은 또한, V자 형상의 클래딩의 어느 일면 또는 양면에 친수성 또는 소수성 고분자 처리를 수행함으로써, 복굴절률과 같은 편광 특성이 뛰어난 광 섬유 도파로 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
이렇게 제조된 광 섬유 도파로는 광 증폭기, 레이저, 편광조절기, 광 흡수기 및 광 필터 등의 액체 코어 기반 광 도파로 소자; 및 온도, 습도, 화학적 환경, 생물학적 환경에 따라 그 특성이 변하는 액체를 주입하여 제작한 물리, 생화학 광센서 등에 적용하여, 우수한 효율을 구현할 수 있다.
도 1 내지 2는 각각 일 실시예에 따른 광 섬유 도파로의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 광 섬유 도파로의 제조 공정을 나타낸 모식도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 광 섬유 도파로의 액체 주입 공정을 나타낸 모식도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 광 섬유 도파로의 액체 높이 및 열린각에 따른 광 도파 조건을 나타낸 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 광 섬유 도파로의 단일 모드에서의 복굴절률 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 광 섬유 도파로의 가변 인자 조절에 따른 빛의 세기 분포를 나타낸 것이다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1: 광 섬유 도파로의 제조
하기 도 3을 통해 설명하면, 15 내지 20 mm 직경(D)의 원형 단면적을 갖는 유리 봉(glass rod)(굴절률: 1.450)에 미세 가공 톱이나 레이저 가공기 등으로 절삭하여 수 mm의 폭의 홈(t)을 형성하였다. 그런 다음, 상기 절삭한 유리봉의 외면에 유리 외막을 삽입하였다. 그런 다음, 광 섬유 인출 타워로 이송하고, 용융로를 거쳐 고온 융착함으로써, 직경(d)이 130㎛인 광 섬유 도파로를 제조하였다. 그 후, V자 형상의 양면에 소수성 고분자를 분산시켜 표면처리를 수행하고, 그런 다음, 하기 도 4와 같이, 튜브가 연결된 미세 주사기 펌프를 이용하여 광 섬유 도파로의 V자 형상에 액체(굴절률: 1.455)를 주입하였다.
이를 통해, 액체 코어를 갖는 광 섬유 도파로를 제조하였다.
실험예 1: 액체 높이 및 열린각에 따른 광 도파 조건 측정
상기 실시예 1에서 제조된 광 섬유 도파로를 이용하여 V자 형상 내의 액체 높이(h) 및 V자 형상의 열린각(a)에 따른 광 도파 조건을 측정하였다. 이때, 액체의 높이는 2 내지 19㎛로 조절하고, 열린각은 20 내지 100°로 조절하면서 측정하였으며, 그 결과는 하기 도 5에 나타내었다.
도 5를 참조하면, 액체 높이가 6㎛ 미만인 경우, 열린각에 상관 없이 액체 코어로 빛이 도파되지 않는 것을 확인할 수 있고(도파불가), 액체 높이가 6㎛ 이상인 경우 액체 높이와 열린각의 상관 관계에 의해 단일 모드 또는 다중 모드로 빛이 액체 코어를 통해 도파되는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2: 단일 모드에서의 복굴절률 변화 측정
상기 실시예 1에서 제조된 광 섬유 도파로를 이용하여 단일 모드에서의 복굴절률 변화 측정을 하였다. 이때, V자 형상의 열린각을 20 내지 100°로 조절하면서 측정하였음, 그 결과는 하기 도 6에 나타내었다.
도 6을 참조하면, 빛의 파장이 1550 nm일 때, 복굴절률이 0.03 x 10-3 내지 0.15 x 10-3 범위로 변하는 것을 확인할 수 있으며, V자 형상의 열린 각이 40°내지 100°인 경우, 복굴절률이 0.07 x 10-3 내지 0.15 x 10-3 범위인 것을 확인할 수 있었다.
이를 통해 본 발명에 따른 광 섬유 도파로는 복굴절률을 용이하게 조절할 수 있다는 것을 확인하였다.

Claims (11)

  1. 단면이 V자 형상인 클래딩;
    상기 클래딩의 V자 형상에 매설되어 있고, 상기 클래딩보다 높은 굴절률을 가지는 액체 물질을 포함하는 코어; 및
    상기 클래딩의 외면을 보호하기 위한 유리 외막을 포함하며,
    클래딩의 V자 형상의 일면 또는 양면은 소수성 고분자를 포함하고,
    상기 클래딩의 굴절률은 550nm 파장에서 측정시 1.3 내지 1.5의 범위이고,
    상기 코어에 포함된 액체 물질의 굴절률은 550nm 파장에서 측정시 1.4 내지 1.6의 범위이고,
    상기 액체 물질의 높이는 6 내지 20㎛ 범위이고,
    단일 모드로 구동시, 하기 수학식 1에 따라 측정된 복굴절률이 0.07 x 10-3 내지 0.18 x 10-3 범위인 광 섬유 도파로:
    [수학식 1]
    nx-ny
    수학식 1에서, nx는 1550nm 파장에서 측정된 광 섬유 도파로의 지상축(slow axis) 방향 굴절률을 의미하고, ny는 1550nm 파장에서 측정된 광 섬유 도파로의 상기 지상축(slow axis) 방향과 수직인 방향 굴절률을 의미한다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    클래딩의 V자 형상의 열린 각은 40°내지 110°의 범위 내에 있는 광 섬유 도파로.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    직경이 50 내지 200㎛의 범위 내에 있는 광 섬유 도파로.
  8. 단일 모드 광 섬유; 및
    상기 단일 모드 광 섬유와 연결되어 있는 제 1 항에 따른 광 섬유 도파로를 포함하는 복합 광 섬유 도파로.
  9. 제 8 항에 따른 복합 광 섬유 도파로를 포함하는 광 센서.
  10. 클래딩을 형성하기 위한 모재를 절삭하는 단계;
    상기 절삭된 모재에 외측에 유리 외막을 삽입하는 단계;
    상기 유리 외막이 삽입된 모재를 용융하고, 단면이 V자 형상인 광 섬유를 인출하여 클래딩을 제조하는 단계;
    클래딩의 V자 형상의 어느 일면 또는 양면에 소수성 고분자 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 인출된 V자 형상의 클래딩의 상기 V자 내부에 액체 물질을 주입하는 단계;
    를 포함하는 제 1 항에 따른 광 섬유 도파로의 제조방법.
  11. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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