KR101900743B1 - 광섬유 브라그 격자 내장 파장 가변 모듈 - Google Patents

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Abstract

광섬유 브라그 격자가 내장되고, 차동 나사 회전에 의하여 반사 파장이 가변되는 광섬유 브라그 격자 내장 파장 가변 모듈 및 이를 이용한 파장가변 광송신 서브어셈블리가 개시된다. 제1페룰 및 C형 슬리브가 장착된 제1구조물 외부에 나사피치가 L1을 갖는 나사가 형성되고, 제2페룰이 장착된 제2구조물 외부에 나사피치 L2를 갖는 나사가 형성되고, 상기 제1구조물과 제2구조물을 결합시키면서 회전에 의하여 그 사이 간격을 조절하는 제3구조물로 구성된다.

Description

광섬유 브라그 격자 내장 파장 가변 모듈 {Wavelength tunable module containing a fiber Bragg grating}
본 발명은, 광섬유 브라그 격자(fiber Bragg grating)가 내장된 구조물에 외부 회전 힘을 인가함으로써 광섬유 브라그 격자의 반사 파장을 가변할 수 있는 광섬유 브라그 격자 내장 파장 가변 모듈 및 이를 이용한 파장 가변 광송신 서브어셈블리 구조를 개시한다. 광섬유 브라그 격자는, 광섬유에 위상 마스크를 이용하여 쉽게 제작이 가능하고, 여타의 광모듈과 광 접속이 용이한 장점으로 인해 그 활용도가 매우 높다. 일실시예로서, 원하는 사용 파장 대역만을 선택적으로 반사 혹은 투과할 수 있는 파장 필터, 광 선로의 분산 보상용 필터, 외부 공진 레이저의 파장 선택적 반사 필터, 광 증폭기의 이득평탄화 필터 등이 존재한다. 또한 압력, 응력, 인장 변이를 미세하게 측정하는 광 센서로 사용되어 교량, 터널과 같은 대형 구조물의 균열, 변위, 변형 및 안정성 감시 시스템에 폭 넓게 사용되고 있다.
도 1의 (a)는 일반적인 광섬유 구조를 나타낸 단면도이다. 이 도면을 참조하여 광섬유 단면 구조를 설명하면, 광섬유(100)은 광섬유 코어(101) 영역과 광섬유 클래드(102) 영역이 존재하고, 광 신호는 코어(101) 영역을 통하여 전파된다. 상기 코어(101) 영역에 길이 방향으로 일정한 주기의 굴절률 변화를 유도하면, 브라그 반사 조건을 충족하는 브라그 파장 대역만 반사하고, 그 이외의 파장은 투과하는 특성을 갖는다. 광섬유 브라그 격자는 코어(101) 영역에 일정한 주기의 굴절률 변화를 갖는 광섬유를 의미한다.
광섬유 브라그 격자 의 중요한 광통신 적용 분야로서 파장 가변 반사 필터가 있다. 광 전송망 및 가입자망 전송 용량이 증가함에 따라서, 광 선로의 활용도를 개선할 수 있는 WDM-PON 기술이 활발하게 적용되고 있다.
파장 당 기가급 이상의 용량으로 16개 이상의 파장을 한 개의 광 선로를 이용하여 전송하는 기술은 이미 액세스망에 적용되어 서비스가 진행 중이며, 앞으로는 파장당 10기가급 용량을 갖는 WDM-PON 전송 서비스가 예상된다. 이러한 WDM-PON을 실현하는데 있어서 파장 가변 소자는 그 응용 범위가 매우 다양하다. 일례로서, 파장 가변 송신기, 파장 가변 수신기, 파장 가변 WDM 필터, 파장 가변 분산 보상 필터 등이 있다. 그러나, 대부분의 파장 가변 소자는 아직까지 구현 기술의 난이도로 인하여 가격이 매우 높을 뿐만 아니라, 통신용 단품 소자로 사용하기에는 부피가 커서 실장 밀도 제약과 같은 문제점이 존재한다.
도 1의 (b)는 브라그 격자가 새겨진 광섬유의 일관을 나타내고 있다. 이 도면을 참조하여 설명하면, 광섬유 브라그 격자 (103)를 포함하는 광섬유(100)에 외부로부터 광 축 방향으로부터 인장력이나 압축력과 같은 외부의 힘이 인가되면, 광섬유 브라그 격자(103) 주기에는 광 축 방향으로 미세한 변형률이 발생하게 된다. 외부로부터 인가되는 힘에 의한 변형률(εax) 및 환경 온도 변화 (ΔT)에 대한 광섬유 브라그 격자(103)의 반사 파장(λB)의 변화량(ελB)는 아래 [수학식 1]을 따른다 (“Analysis and development of a tunable fiber Bragg grating filter based on a axial tension/compression”, Journal of Lightwave Technology, vol. 22, no. 8, pp. 2001-2013, 2004).
Figure 112011062456122-pat00001
상기 [수학식 1]에서, Pe는 광탄성계수(photoelastic constant)이고, a는 광섬유의 열팽창계수이고, ζ는 광섬유의 열광학계수이다. 실리카 재질의 광섬유 경우, Pe 값은 0.22, α값은 5.5×10-7/deg, ζ 값은 8.6×10-6/deg이다. 상기 [수학식 1]에서 우변의 첫 번째 항은 외부에서 인가되는 힘에 따르는 광섬유의 변형률(εax)에 의한 파장 가변 특성을 나타내고, 우변의 두 번째 항은 외부 환경 온도 변화(ΔT)에 대한 파장 가변 특성을 나타낸다.
앞으로의 모든 설명에서, 외부 힘은 광섬유 광 축 방향으로 인가됨을 의미하고, 그에 따른 광섬유 브라그 격자의 변형률 역시 광섬유 광 축 방향으로의 변형률 값을 의미한다.
도 2는 외부의 힘에 의한 광섬유의 변형률을 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하여 외부에서 인가되는 힘(σ)에 의한 실리카 광섬유 변형률(εax)관계식을 설명한다. 실리카 광섬유에 인장력 (tensile stress)이 작용하는 경우, 약 1% 변형률까지는 인장력 대비 변형률의 관계는 선형성을 유지한다. 그 이상의 인장력 인가 시에는 광섬유 크랙(crack) 혹은 끊어짐 현상이 발생한다. 약 1% 의 변형률에 해당하는 인장력은 약 0.7 GPa 정도이다. 한편, 실리카 광섬유에 압축력(compressive stress)이 작용하는 경우, 약 5%까지의 선형적 변형률이 가능하다. 이때 인가되는 압축력은 약 3.5 GPa 정도이다. 그 이상의 압축력이 인가되는 경우, 인장력 경우와 동일하게, 비 선형적인 변형률 변화 혹은 광섬유 크랙(crack) 혹은 끊어짐 현상이 발생한다.
통상, WDM-PON 전송망에서는 기본적으로 100GHz 간격의 16채널 이상을 사용하기 때문에, 파장으로 환산하면 13nm 이상의 가변 범위가 요구된다. 이러한 파장 가변 범위를 갖기 위한 변형률(eax)값을 식(1)로 계산하면 약 1% 정도로서, 이는 외부 힘에 의하여 쉽게 구현이 가능하다.
상기에서 언급된, 외부 힘에 의한 광섬유 브라그 격자의 파장 가변을 위한 다양한 방법들이 제시되었다.
Mohammad 등은 ("Analysis and development of a tunable fiber Bragg grating filter based on a axial tension/compression", Journal of Lightwave Technology, vol. 22, no. 8, pp. 2001-2013, 2004)
상기 [수학식 1]을 이용하여 파장 가변 가능 광섬유 브라그 격자 구조물을 발표하였다. 마이크로미터 헤더와 스테이지 상부에 고정된 페룰에 광섬유 브라그 격자 양 끝단을 고정한 후 압전 (PZT) 액츄에이터를 이용하여 파장 가변 범위를 약 46nm 얻었다.
국내 특허 (등록번호: 10-0453812, "파장 가변형 광섬유 브라그 격자 반도체 레이저") 에서는, 광송신 서브어셈블리 하우징 내부에 존재하는 구조물에 광섬유 브라그 격자 양단을 고정한 후 외부에 돌출한 나사에 인가되는 회전 힘을 선형적인 힘으로 변환시켜서 광섬유 브라그 격자에 변형률을 인가하는 구조물을 제시하였고, 약 파장 가변 범위를 약 8nm 얻었다.
국내 특허 (출원번호: 10-2001-7006992, "압축 조정된 브래그 격자 및 레이저") 에서는, 광섬유 브라그 격자 양단을 고정하는 구조물에 광섬유 브라그 격자 양단을 고정한 후 외부 스테퍼 모터를 이용하여 광섬유 브라그 격자에 변형을 인가하는 방식으로 파장 가변을 얻는 구조가 개시되었다.
1. KR 10-0453812, "파장 가변형 광섬유 브라그 격자 반도체 레이저", 2. KR 10-0453812, "파장 가변형 광섬유 브라그 격자 반도체 레이저", 3. KR 10-2001-7006992, "압축 조정된 브래그 격자 및 레이저"
본 발명은 광섬유 브라그 격자를 사용하여 파장 가변 가능한 구조물을 개시하는 것으로서, 상기에서 언급된 종래의 파장 가변 소자의 고가격 및 부피 문제를 해결하기 위하여, 저가의 광섬유 브라그 격자를 이용하여 파장 가변 반사 필터를 구현할 수 있는 광섬유 브라그 격자가 내장된 파장 가변 모듈을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 기술적인 특징은 기계적으로 격자주기에 대한 선형적 변형이 가능한 광섬유 브라그 격자 및 주변 보조장치를 포함하고, 광섬유 브라그 격자의 격자주기 변형이 탈부착이 가능한 외부 장치의 물리적인 힘의 전달에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 특징은 기계적으로 격자주기에 대한 선형적 변형이 가능한 광섬유 브라그 격자 및 주변 보조장치를 포함하고, 외부 환경온도 변화에도 광섬유 브라그 격자의 격자주기의 변형이 최소화되도록 온도 보상 구조물을 포함하는 것이다.
본 발명의 광섬유 브라그 격자를 사용한 파장 가변 모듈은 앞서 언급한 종래 기술의 대표적인 세가지 예시와 비교할 때, 물리적인 힘의 인가에 의한 광섬유 브라그 격자 주기의 변형을 이용하는 원리는 동일하지만, 구현 방법에 있어서 차이를 갖는다. 주요 차이점으로는 첫째, 광섬유 브라그 격자 주기의 변형을 위한 물리적인 힘이 탈부착이 가능한 외부 장치에 포함된 압전(PZT) 액츄에이터 혹은 스테퍼 모터에 의해 전달되고, 둘째, 환경온도 변화에 의한 광섬유 브라그 격자 주기의 변형을 최소화시키는 열적 변형 효과 상쇄 구조를 포함하며, 셋째, 물리적으로 인가되는 힘의 정밀한 제어를 위해서 차동 나사를 사용한다.
구체적으로 본 발명은 광섬유 브라그 격자의 양단을 각각 고정하는 지르코니아 재질의 제1페룰과 제2페룰과; 상기 제1페룰을 감싸는 제1플랜지와 결합되는 제1나사가 형성되고, 상기 제2페룰을 감싸는 제2플랜지와 결합되는 제2나사가 형성되는 제3플랜지와; 상기 제1페룰과 제2페룰이 삽입되는 C형 슬리브;를 포함하여 상기 제1나사와 제2나사의 피치 차이에 의해서 광섬유 브라그 격자의 기계적인 변형을 정밀제어할 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 특징적 구조에 따라 상기한 제1페룰과 제2페룰 사이에는 지르코니아 혹은 유리 재질의 제3페룰이 위치하고, 상기 제3페룰 내부에 형성되는 관통 구멍에 광섬유 브라그 격자가 위치하게 된다.
또한, 상기 제2페룰과 제3페룰 사이에는 열팽창계수가 1×10-5/deg 보다 큰 재질의 온도 보상 구조물로서 내부에 관통구멍이 형성되는 지르코니아 재질의 제4페룰을 더 포함한다.
본 발명의 특징적 구조에 의하면, 상기한 구조물로부터 광섬유 브라그 격자가 반사형 레이저 다이오드(RLD) 혹은 반사형 반도체 증폭기(RSOA) 칩을 포함하는 반도체 레이저 다이오드(LD) 하우징에 기계적으로 부착되고, 반도체 레이저 다이오드와, 광접속렌즈와; 모니터 포토다이오드와, 열전소자를 더 포함한다.
상기와 같은 본 발명은 첫째, 압전(PZT) 액츄에이터 혹은 스테퍼모터 등과 같은 전기적으로 제어되는 물리적인 힘을 탈부착 가능한 외부 장치에 포함시켜서 필요시 광섬유 브라그 격자에 힘을 인가하고, 둘째, 광섬유 브라그 격자에 인가되는 물리적인 힘을 정밀 조정이 가능하도록 차동 나사를 사용하고, 셋째, 외부 힘에 의한 파장 가변뿐만이 아니라, 사용 환경에서의 온도 변화를 보정할 수 있는 온도 보상 구조물을 삽입하고, 넷째, 기계적인 구조물에 의해 광섬유 브라그 격자의 특성을 유지함으로써 가변된 파장을 유지하는데 외부 전력이 필요하지 않고, 다섯째, 반도체 레이저 다이오드를 포함하는 투-캔(TO-CAN)형 하우징 혹은 미니플랫과 같은 박스(box)형 하우징과 기계적으로 접착하여 전체적으로 SFP에 실장 가능하도록 초소형 파장가변 광섬유 브라그 격자 모듈을 실현한다.
본 발명에 의하면 기계적으로 격자주기에 대한 선형적 변형이 가능한 광섬유 브라그 격자 및 주변 보조장치를 바탕으로, 외부 환경온도 변화에도 광섬유 브라그 격자의 격자주기의 변형이 최소화되도록 기계적 온도 보상 구조물이 포함되고, 차동나사에 의해 광섬유 브라그 격자의 기계적인 변형이 정밀제어 가능한 광섬유 브라그 격자 반사파장 가변 구조물이 실현 된다. 또한, 광섬유 브라그 격자의 격자주기 변형이 탈부착이 가능한 외부 장치에 의해 기계적으로 시행되게 함으로써 파장가변 모듈의 부피가 최소화 됨으로써 투-캔형 하우징 혹은 미니플랫과 같은 박스형 하우징 내에 삽입할 수 있게 된다.
이에 따라서 반도체 레이저 다이오드를 상기 하우징 내에 포함시킴으로써 초소형 및 초저가형 파장가변 모듈의 제작이 가능하다.
도 1a는 광섬유 브라그 격자가 새겨진 광섬유 형상
도 1b는 광섬유의 단면 구조
도 2는 외부 힘에 의한 광섬유의 변형률 관계를 나타낸 그래프
도 3은 본 발명에서 제시하는 파장 가변 구조의 실시예를 나타낸 단면도
도 4는 도 3에서 일부를 분리한 단면도
도 5는 본 발명에서 제시하는 파장 가변 구조에서 차동 나사 부분을 나타낸 단면도
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 단면도
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도
도 8은 본 발명을 이용하여 제작되는 광송신 서브어셈블리의 개략적인 구조도
도 9는 본 발명에 의한 광송신 서브어셈블리의 실시예
본 발명의 특징적 장점은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시에에 의하여 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 3은 본 발명에서 제시하는 파장 가변 모듈이 조립된 상태의 단면도이고, 도 4는 일부를 분리한 단면도를 각각 보여주고 있다.
도 3과 도 4를 참조하여 본 발명에서 제시하는 광섬유 브라그 격자 파장가변구조물(200)의 일시 예를 설명한다. 도 3의 파장가변구조물(200)은 제1구조물(220), 제2구조물(240) 및 제3구조물(230)로 구성된다.
제1구조물(220)은 지르코니아 재질로 된 제1페룰(202)이 금속 재질로 된 제1플랜지(201)에 기계적으로 접촉(205)되면서 압입 고정된다. 제1플랜지(201)는 C형 슬리브(204)를 포함하고, 상기 제1페룰(202)이 슬리브(204)의 일부 영역에 삽입되어 있다. 제1플랜지(201) 외부에는 제1수나사(207)가 형성되어 있다. 상기 제1수나사(207)에 대응하는 제1암나사는 제3구조물(230)의 제3플랜지(209) 내부에 형성되어 있어서 제1구조물(220)과 제3구조물(230)은 상기 제1수나사(207)에 의해서 기계적으로 체결된다. 한편, 제2구조물(240)은, 지르코니아 재질로 된 제2페룰(215)이 금속 재질의 제2플랜지(212)에 기계적으로 접촉(217)되면서 압입되어 고정된다.
상기 지르코니아 제1페룰(202) 및 제2페룰(215) 내부는 광섬유(100)가 관통될 수 있도록 구멍(203, 216)이 형성되어 있으며, 통상 125um ~ 128um 직경을 갖는다. 상기 제2플랜지(212) 외부에는 제2수나사(208)가 형성되어 있고, 그에 대응하는 제2암나사는 제3구조물(230)의 제3플랜지(209) 내부에 형성되어 있어서 제2구조물(240)과 제3구조물(230)은 상기 제2수나사(208)에 의해서 기계적으로 체결된다.
제3구조물(230)은 금속 재질의 제3플랜지(209)와 그 양 단을 고정하는 제1너트(210) 및 제2너트(211)로 구성되고, 제3플랜지(209) 내부에는 암나사(207, 208)가 형성되어 있다. 상기 제1너트(210) 및 제2너트(211)은 제3구조물(230)이 제1구조물(220) 및 제2구조물(240)과 기계적으로 접속될 때 양 끝단에서 제3구조물(230)을 고정하는 기능을 수행한다.
파장가변구조물(200)의 내부에는 광섬유 브라그 격자(103)가 형성된 광섬유(100)가 삽입되고, 광섬유 브라그 격자(103)가 형성되지 않은 광섬유 브라그 격자 양 단 부분은 각각 제1페룰(202) 내부 제1구멍(203) 및 제2페룰(215) 내부 제2구멍(216)에 열경화 혹은 자외선 경화 에폭시로 고정된다. 제1페룰(202) 및 제2페룰(215) 사이의 공간(218)에는 광섬유 브라그 격자(103)가 위치한다.
제1구조물(220)과 제2구조물(240)은 제3구조물(230)의 나사(207, 208)에 의하여 기계적으로 체결되고, C형 슬리브(204) 내부에 제2구조물(240)의 제2페룰(215)이 삽입됨으로써 상기 제1구조물(220)과 제2구조물(240)의 수평이 유지된다. 또한, 상기 제1플랜지(201)과 제2플랜지(212) 사이의 공간(213)은 파장 가변을 위한 것으로서, 제3구조물(230)의 제3플랜지(209)가 외부 회전 힘에 의하여 회전될 때 제1플랜지(201)과 제2플랜지(212)사이의 거리가 변하게 되고, 공간(213)은 서로 간에 기계적 간섭이 없게 하는 완충 역할을 한다.
도 5를 참조하여, 제1플랜지(201)의 제1수나사(207) 및 제2플랜지(212)의 제2수나사(208)의 나사 피치 및 차동 나사 구조를 설명한다.
도 5의 (a)는 기본 나사 구조의 일례로서, 삼각 나사 구조가 도시되었다. 나사산의 거리를 나사 피치라 하고, 이는 나사 1 회전 시에 해당하는 직선 방향의 움직임을 의미한다. 도 5 (b)의 제3구조물(230)의 제1암나사(207)의 나사 피치는 L1 이고, 제2암나사(208)의 나사 피치는 L2 이다. L2는 L1보다 ΔL 만큼 길게 혹은 짧게 설계된다. 제1암나사(207)의 나사선 방향과 제2암나사(208)의 나사선 방향은 동일하다. 외부의 힘에 의하여 원통형의 제3플랜지(209)가 1 회전할 때, 상기 제1암나사(207)와 제2암나사(208)에 의한 직선 방향의 움직임 차이는 ΔL이 되어서 미세한 움직임 제어가 가능하다.
일례로서, 요구되는 파장 가변을 위한 광섬유 브라그 격자의 변형률이 3.3%이고, 광섬유 브라그 격자 길이 3000um 라고 하면, 약 100um 정도의 움직임을 정밀하게 제어해야 한다. 일반적으로 제작되는 0.15mm 이상의 나사 피치를 갖는 저가형 나사를 사용하여, 상기 100um 직선 움직임을 얻기 위한 나사 회전수는 약 0.67로서 1 회전이 않되어 매우 민감하다. 그러나, 0.15mm 나사 피치의 나사와 0.16mm 나사 피치의 나사를 사용한 차동 나사 구조의 경우, 1 회전 시 10 um 직선 움직임을 갖고, 상기 요구되는 100um 직선 움직임을 위한 나사 회전 수는 약 10 이 되어 기계적 민감성을 완화시킬 수 있다.
상기 ΔL이 너무 작게 되면 요구되는 직선 움직임을 위한 나사 회전수가 너무 많아지게 되므로, 0.01mm 보다 크고, 0.15mm 보다 작은 범위를 갖는 것이 바람직하다.
본 실시예를 위한 도면에서는 삼각 나사가 적용되는 것으로 기재하였지만, 톱니 나사, 관용 나사, 사다리꼴 나사, 사각 나사 등과 같은 다양한 나사 종류를 사용 가능함은 자명하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
이 실시예에서의 파장가변구조물(300)과 상기한 파장가변구조물(200)과의 차이점은, 광섬유 브라그 격자(103)가 위치한 공간(218)에 지르코니아 혹은 유리 재질의 제3페룰(251)이 삽입되고, 그 내부 제3구멍(252)안에 광섬유 브라그 격자(103)가 위치한다.
상기 제3페룰(251)이 삽입되는 이유는 광섬유 브라그 격자(103)의 길이가 1mm 이상인 경우 제3구조물(230)의 회전 시 광섬유 브라그 격자(103)가 뒤틀리거나 울퉁불퉁해지는 현상 없이 직선 방향으로의 변형을 유도하기 위함이다. 제3페룰(251)과 제1페룰(202) 혹은 제2페룰(215)과는 유격(250)이 존재한다. 이는 제3플랜지(209) 회전에 의하여 제2페룰(215)은 직선 방향으로 움직이면서 광섬유 브라그 격자(103)에 변형을 유발할 때, 상기 제3페룰(251)과의 기계적 간섭이 없도록 하기 위함이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
이 실시예에서의 파장가변구조물(400)은 외부 환경의 온도 변화에 의한 광섬유 브라그 격자(103)의 반사 파장 변화를 보상할 수 있는 온도 보상 구조물(256)이 삽입된다. 외부로부터 회전하는 힘이 제3플랜지(209)에 인가되고, 제1페룰(202)와 제2페룰(215)의 상대적인 직선 움직임에 의하여 광섬유 브라그 격자(103)에 직선 변형률이 발생되어서 파장 가변된다. 이때, 외부 환경 온도 변화가 되면, 파장가변구조물(400)을 형성하는 개별 구조물들의 열팽창계수 차이에 의하여 광섬유 브라그 격자(103)의 직선 변형률이 변한다. 이것을 보상하기 위하여, 제3페룰(251)과 제2페룰(215) 사이에 지르코니아 제4페룰(253)과 온도 보상 구조물(256)이 삽입된다.
제4페룰(253)내부에 형성되어 있는 제4구멍(254)에는 광섬유(100)가 삽입되어 열경화 혹은 자외선 경화 에폭시로 충전되어 고정된다. 온도 보상 구조물(256)의 내부에 형성되어 있는 제5구멍(257)은 광섬유(100)가 관통된다.
온도 보상 구조물(256)의 재질은 열팽창계수가 지르코니아 재질보다 큰 물질을 사용하고, 1×10-5/deg 보다 큰 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 제4페룰(253)과 온도 보상 구조물(256)과의 제1유격(255) 및 제2페룰(215)과 온도 보상 구조물(256)과의 제2유격(258)은 없도록 한다. 따라서, 제4페룰(253), 온도 보상 구조물(256), 제2페룰(215)는 유격 없이 완전 밀착된 구조이다. 그 이외의 구조는 도 6과 동일하다.
온도 보상 원리를 설명하면 다음과 같다. 외부 환경의 온도가 변화할 때에 온도 보상 구조물(256)과 타 구조물과의 열팽창계수의 상대적인 크기 차이에 의하여 온도 보상 구조물(256)은 제4페룰(253)에 힘을 인가하게 되고, 제4페룰(253)의 내부 제4구멍(254)은 광섬유(100)가 고정되어 있기 때문에, 결과적으로 광섬유 브라그 격자(103)에 변형을 유발시키게 된다. 환경 온도가 상승하는 경우에는 광섬유 브라그 격자에 수축 힘이 인가되고, 온도가 하강하는 경우에는 인장 힘이 인가됨으로써 환경 온도 변화에 대하여 광섬유 브라그 격자(103)의 반사 파장 변화를 보상한다.
상기한 파장가변구조물(200, 300, 400)과 제1페룰(202)의 끝단면(206)은 연마에 의하여 PC(physical contact), APC(angled physical contact) 형태로 제작될 수 있다. 또한, 필요에 의하여 무반사 혹은 고반사 박막 코팅도 가능하다.
본 발명에서 제시한 파장가변구조물(200,300,400)을 이용하여 파장가변 송신기 서브어셈블리(TOSA)를 제작할 수 있다.
도 8을 참조하여 파장 가변 TOSA 구조를 설명한다. 반도체 레이저 다이오드(LD, 502), 열전소자(503), 광접속렌즈(501) 및 모니터 포토다이오드(504)가 포함된 LD하우징(500)이 존재하고, 앞서 설명한 파장가변구조물(200,300,400)은 광접속렌즈(501)에 의하여 LD(502)와 광접속된다. 파장가변구조물(200,300,400) 내부에는 광섬유 브라그 격자가 존재하여, 특정한 파장 대역만 반사시켜서 LD(502)로 피드백함으로써 외부 공진 레이저가 형성된다. 앞서 설명한 바와 같이 광섬유 브라그 격자 반사 파장은 외부 회전 힘에 의한 차동 나사 움직임에 의하여 가변되어 파장가변 TOSA가 제작된다.
상기 LD는 반사형 반도체 레이저 다이오드(RLD, reflective laser diode), 반사형 반도체 광 증폭기 (RSOA, reflective semiconductor optical amplifier) 칩 등과 같이 외부 공진 레이저의 이득 매질로 사용이 가능한 반도체 레이저 다이오드를 의미한다.
본 발명에서 제시하는 파장가변 TOSA 일시예를 도 9에 도시하였다. 상기한 파장가변구조물(200, 300, 400)은 LD(502)와 렌즈(501)을 포함하는 LD하우징(500)에 레이저 웰딩 방법으로 SUS구조물(506)에 의해 고정된다.
상기 LD하우징(500)은 외부로 전선이 돌출되어서 LD(502), 열전소자(503)에 전기 신호를 인가하고, 모니터 포토다이오드(504)로부터 전기신호를 출력한다.
상기 LD하우징(500) 형상은 이해를 돕기 위해서 사각형으로 구성되었으나, 다양한 형상이 가능하다. 일례로서, 미니플랫(miniflat), 투캔(TO CAN), 버터플라이(butterfly) 등과 같이 알려진 형상의 하우징을 사용할 수 있다.
이상에서, 광섬유 브라그 격자가 내장되고, 차동 나사 회전에 의하여 반사 파장이 가변되는 파장 가변 모듈 및 이를 이용한 파장 가변 광송신 서브어셈블리 구조를 관련 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였다. 그러나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 광섬유, 103: 광섬유 브라그 격자
202: 지르코니아 페룰, 204: C형 슬리브
207: 차동 나사

Claims (5)

  1. 브라그 격자가 형성된 광섬유의 일단을 고정하는 제1페룰;
    상기 광섬유의 타단을 고정하는 제2페룰;
    외부에 제1수나사를 구비하고, 내부에 상기 제1페룰이 압입되어 고정되는 제1플랜지;
    외부에 제2수나사를 구비하고, 내부에 상기 제2페룰이 압입되어 고정되는 제2플랜지;
    상기 제1수나사와 나사결합되는 제1암나사 및, 상기 제2수나사와 나사결합되는 제2암나사를 내부에 구비하고, 상기 나사결합에 의해, 상기 제1플랜지 및 상기 제2플랜지의 외부에서 상기 제1플랜지 및 상기 제2플랜지와 결합되는 제3 플랜지;
    상기 제1플랜지 내부에 포함되어, 상기 제1페룰 및 상기 제2페룰이 그 내부에 삽입되는 슬리브
    를 포함하고,
    상기 제3플랜지가 회전할 때 회전방향에 따라 상기 광섬유가 인장 또는 수축되도록 하기 위하여, 상기 제1암나사와 상기 제2암나사는 일정 길이만큼 피치 차이가 나도록 형성되는,
    광섬유 브라그 격자 내장 파장 가변 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1페룰과 상기 제2페룰 사이에 제3페룰을 구비하고,
    상기 제3페룰 내부에 형성되는 구멍에 상기 광섬유가 관통하며,
    상기 광섬유에 형성된 브라그 격자가 상기 제3페룰 내부의 상기 구멍에 위치하는 것
    을 특징으로 하는 광섬유 브라그 격자 내장 파장 가변 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2페룰과 상기 제3페룰 사이에, 제4페룰 및 온도 보상 구조물을 구비하고,
    상기 광섬유는 상기 제4페룰의 내부 구멍 및 상기 온도 보상 구조물의 내부 구멍을 관통하며,
    상기 제4페룰 내부 구멍은, 에폭시가 충전되어 광섬유를 고정하고,
    상기 제4페룰과 상기 온도 보상 구조물 사이, 및 상기 온도 보상 구조물과 상기 제2페룰 사이는, 유격없이 서로 밀착되어 있으며,
    상기 온도 보상 구조물은, 열팽창계수가 1x10-5/deg 보다 큰 재질로 구성되는 것
    을 특징으로 하는 광섬유 브라그 격자 내장 파장 가변 모듈.
  4. 청구항 1의 광섬유 브라그 격자 내장 파장 가변 모듈; 및
    반도체 레이저 다이오드(LD), 열전소자, 광접속렌즈 및 모니터 포토다이오드를 포함하는 반도체 레이저 다이오드(LD) 하우징
    을 포함하고,
    상기 광섬유 브라그 격자 내장 파장 가변 모듈은,
    상기 반도체 레이저 다이오드(LD) 하우징에 기계적으로 고정되어, 상기 광접속렌즈에 의하여 상기 반도체 레이저 다이오드(LD)와 광접속되며,
    상기 반도체 레이저 다이오드(LD) 하우징 외부로 돌출된 전선을 통하여, 상기 반도체 레이저 다이오드(LD) 또는 상기 열전소자에 전기 신호를 인가하고 모니터 포토다이오드로부터의 전기 신호를 출력하는,
    파장 가변 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 반도체 레이저 다이오드(LD)는,
    반사형 반도체 레이저 다이오드(RLD) 또는 반사형 반도체 광 증폭기(RSOA) 칩을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 파장 가변 장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114518140A (zh) * 2022-01-04 2022-05-20 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种温度补偿式光纤智能垫片

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020141700A1 (en) * 2001-02-22 2002-10-03 Teraxion Inc. Adjustable athermal package for optical fiber devices
KR101016179B1 (ko) * 2010-05-01 2011-02-24 (주)엠이엘 브라그 격자 내장 광섬유 커넥터

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6374015B1 (en) * 2000-08-01 2002-04-16 Rich Key Technologies Limited Temperature-compensating device with tunable mechanism for optical fiber gratings

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020141700A1 (en) * 2001-02-22 2002-10-03 Teraxion Inc. Adjustable athermal package for optical fiber devices
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