KR101907154B1 - 수동형 편광 스크램블러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코어와 코어를 감싸는 클래드를 갖는 광섬유의 입력단을 통해 입사된 광을 무편광상태로 출력단을 통해 출사할 수 있도록 된 수동형 편광 스크램블러에 관한 것으로서, 광섬유의 입력단과 출력단 사이에 직경이 40mm이하인 원형링 형태로 복수회 권회된 권선부분을 구비하고, 코어는 직경이 8 내지 10㎛이고, 코어와 클래드의 굴절율 차이는 1.5 내지 1.6㎛의 입력광이 광섬유를 도파하는 과정에서 다중 모드로 변환되도록 0.01 내지 0.0245를 갖도록 되어 있다. 이러한 수동형 편광스크램블러에 의하면, 삽입손실을 저감시킬 수 있으면서 구조가 단순화되며 휴대가 용이한 장점을 제공한다.

Description

수동형 편광 스크램블러{passive type polarization scrambler}
본 발명은 수동형 무편광 광섬유 구조체에 관한 것으로서, 상세하게는 휴대성이 용이하면서 삽입손실을 억제할 수 있도록 된 수동형 편광 스크램블러에 관한 것이다.
편광 스크램블러는 입력광의 편광상태를 변화시켜서 출력광의 편광상태를 다양하게 만들어 출력광을 일정시간 동안 관찰할 때 출력광이 마치 편광이 되어 있지않는 것처럼 변환시켜주는 장치이다.
빛의 편광이 얼마나 잘 이루어져 있는지를 나타내는 지수를 편광도라고 하고, 완전히 편광되어 있는 빛의 편광도는 100%이고 전혀 편광되어 있지 않은 빛의 편광도는 0%이다.
편광 스크램블러는 이러한 편광도를 낮추어 주는 역할을 한다. 이상적인 편광스크램블러는 100%의 편광도를 갖는 입력광을 변환시켜서 출력광의 편광도가 0%가 되도록 하는 것이다. 편광상태에 따라 광출력이 변하는 소자나 광 시스템에서 이러한 편광 스크램블러를 이용하면 안정된 광출력을 얻을 수 있기 때문에, 광섬유소자의 측정시스템, 광섬유 센서 그리고 장거리 광통신에서 편광 스크램블러를 이용하여 잡음 대 신호비를 향상시킬 수 있다.
편광 스크램블러는 크게 능동형과 수동형이 있다.
능동형 편광 스크램블러는 외부 전기 변조신호를 광을 도파하는 소자 예를 들면 광섬유 또는 평판형 도파관에 인가하여 도파관의 편광상태를 변화시키는 방식이며, 국내 등록특허 제10-0282775호 등 다양하게 게시되어 있다.
능동형 편광 스크램블러는 낮은 삽입손실과 0.1nm 이하의 좁은 선폭의 광원에 적용할 수 있는 장점을 갖는 반면, 외부 구동장치가 필수적으로 요구되기 때문에 구조가 복잡하고 휴대하기 어려운 단점이 있다.
이에 반해 수동형 편광 스크램블러는 외부 전기 변조 없이 입사광을 무편광상태로 변환시키는 방식이다.
수동형 편광 스크램블러 중 널리 알려져 이용되는 리오트 무편광기(Lyot depolarizer)는 두 개의 동일한 복굴절 매질 두 개를 서로의 광축이 45°로 어긋나게 결합하여 무편광화 하는 방식이다.
그런데, 리오트 무편광기는 광원의 선폭이 넓은 경우에는 유용하나 좁은 선폭을 갖는 광원에 적용하기 위해서는 복굴절 매질의 사용이 많아져셔 부피가 커질 뿐만 아니라 광손실이 증가하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 휴대성이 용이하면서 광손실을 저감할 수 있는 수동형 편광스크램블러를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 단일모드 광섬유에 대한 삽입손실을 저감할 수 있는 수동형 편광스크램블러를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수동형 편광스크램블러는 코어와 상기 코어를 감싸는 클래드를 갖는 광섬유의 입력단을 통해 입사된 광을 무편광상태로 출력단을 통해 출사할 수 있도록 된 수동형 편광 스크램블러에 있어서, 상기 광섬유의 입력단과 출력단 사이에 직경이 40mm이하인 원형링 형태로 복수회 권회된 권선부분;을 구비하고, 상기 코어는 직경이 8 내지 10㎛이고, 상기 코어와 상기 클래드의 굴절율 차이는 1.5 내지 1.6㎛의 입력광이 상기 광섬유를 도파하는 과정에서 다중 모드로 변환되도록 0.01 내지 0.0245를 갖게 되어 있다.
바람직하게는 상기 권선부분은 직경이 20mm 내지 30mm인 원형보빈에 상기 광섬유가 권회되어 형성되고, 상기 권선부분의 권회수는 5 내지 20회가 적용된다.
본 발명에 따른 수동형 편광스크램블러에 의하면, 삽입손실을 저감시킬 수 있으면서 구조가 단순하고 소형화 및 휴대성에 유리한 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 수동형 편광스크램블러를 나타내 보인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수동형 편광스크램블러를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수동형 편광스크램블러를 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 수동형 편광스크램블러(10)는 입력단(12)과 출력단 사이에 연장된 광섬유(11)가 원형 보빈(20)에 다수회 권회된 권선부분(15)을 갖는 구조로 형성되어 있다.
광섬유(11)는 코어(13)와 코어(13)를 감싸는 클래드(14)를 갖는 구조로 형성되어 있고, 광섬유(11)의 입력단(12)을 통해 코어(14)를 통해 입사된 광을 무편광상태로 출력단(17)을 통해 출사할 수 있도록 되어 있다.
도시되지는 않았지만 입력단(12)과 출력단(17)에는 단일모드 광섬유(미도시)를 접속하기 위한 커넥터가 일체로 결합되어 있을 수 있다.
광섬유(11)는 단일모드 광섬유(미도시)와 접속시 삽입손실을 줄일 수 있도록 코어(13)의 직경(a)은 8 내지 10㎛인 것이 적용된다.
또한, 코어(13)와 클래드(14)의 굴절율 차이는 0.01 내지 0.0245를 갖게 형성된다.
클래드(14)의 직경(b)은 접속하는 단일모드 광섬유(미도시)와 동일하게 적용하며, 일 예로서 80㎛ 내지 150㎛로 형성된 것을 적용한다.
여기서, 코어(13)와 클래드(14)의 굴절율 차이는 단일모드 광섬유를 통해 1.5 내지 1.6㎛의 입력광이 입력단(12)을 통해 입사된 후 광섬유(11)를 도파하는 과정에서 다중 모드로 변환되도록 하기 위한 것이다.
즉, 단일모드 광섬유를 통해 단일모드 예를 들면, HE11모드로 입력단(12)을 통해 입사된 광을 편광상태가 상호 다른 TM01, TE01, HE21, EH31 등의 다중 모드로 변환할 수 있도록 코어(13)와 클래드(14)의 굴절율 차이가 적용된다.
따라서, 편광상태가 상호 다른 다중 모드로의 변환에 의해 출력단(17)에서는 특정 편광이 존재하지 않는 무편광상태의 광이 출력된다.
여기서, 광섬유(11)를 통해 변환가능한 모드 수는 4개 이상 10개 이하 정도가 되게 코어(13)와 클래드(14)의 굴절율 차이를 적용하는 것이 바람직하고, 이 경우 앞서 설명된 바와 같이 코어(13)와 클래드(14)의 굴절율 차이는 0.01 내지 0.0245 가 적용된다.
권선부분(15)은 광섬유(11)의 입력단(12)과 출력단(17) 사이에 직경이 40mm이하인 원형링 형태로 복수회 권회된 부분을 말하며 도 1을 통해 확인할 수 있는 바와 같이 원형보빈(20)에서의 점유영역을 최소화하기 위해 인접되게 권회된 부분과 상호 밀착되게 권회되게 형성하는 것이 바람직하다.
권선부분(15)의 직경이 커질수록 규모가 커지기 때문에 규모의 크기를 증가하지 않으면서 광섬유(11)의 기계적 안정성을 확보함과 아울러 굽힘손실을 최소화 할 수 있는 크기를 적용한다.
바람직하게는 권선부분(15)은 직경(D)이 20mm 내지 30mm인 원형보빈(20)에 광섬유(11)를 5 내지 20회의 권회수로 권회하여 형성한다.
여기서, 권선부분(15)의 직경(D)이 20mm 미만이면 광섬유이 기계적 안정성을 확보하기 어려우며 굽힘 손실이 커질 수 있다.
이러한 권선부분(15)은 원형보빈(20)에 접착제로 접합처리하면 된다.
도시된 예와 다르게 권선부분(15)은 다수회 권회한 다음 줄을 이용하여 권회된 부분이 풀리지 않게 복수군데에서 밴딩처리하여 형성될 수 있음은 물론이다.
한편, 코어(13)와 클래드(14)는 앞서 설명된 굴절율 차이를 갖게 형성하면 되고, 일 예로서, 규소산화물(SiO2)에 게르마늄산화물(GeO2), 붕소산화물(B2O3), 인산화물(P2O5), 티타늄산화물(TiO2), 알루미늄산화물(Al2O3) 중 어느 하나 이상을 포함시키면서, 성분비를 조절하여 목표하는 굴절률 차이를 갖게 형성할 수 있다.
이러한 코어(13)와 클래드(14)에 적용되는 조성물의 예로서, 실리카(SiO2), 라키게르마노실리케이트(SiO2-GeO2), 알루미노실리케이트(SiO2-Al2O3), 포스포로실리케이트(SiO2-P2O5), 티타노실리케이트(SiO2-TiO2), 보로실리케이트(SiO2-B2O3), 보로게르마노실리케이트(SiO2-GeO2-B2O3), 보로알루미노실리케이트(SiO2-Al2O3-B2O3), 보로포스포로실리케이트(SiO2-P2O5-B2O3), 보로티타노실리케이트(SiO2-TiO2-B2O3), 포스포로게르마노실리케이트(SiO2-GeO2-P2O5), 알루미노게리마토실리케이트(SiO2-GeO2-Al2O3), 티타노게르마노실리케이트(SiO2-GeO2-TiO2), 포스포알루마노실리케이트(SiO2-Al2O3-P2O5), 티타노알루미노실리케이트(SiO2-Al2O3-TiO2), 티타노포스포실리케이트(SiO2-P2O5-TiO2) 등이 적용될 수 있다.
또한, 코어(13) 또는 클래드(14)에 첨가물질을 첨가하여 상호 간의 굴절율 차이가 원하는 차이값을 갖게 조성할 수 있다.
일 예로서, 코어(13)는 게르마노실리케이트(SiO2-GeO2)로 조성하고, 클래드(14)는 불화이온(F-)이 첨가된 포스포실리케이트(SiO2-P2O5+F-)로 1차 클래딩을 조성하고, 불화이온이 첨가된 실리카(SiO2+F-)로 2차 클래딩을 조성한 구조로 형성될 수 있다.
한편, 코어(13)의 직경(a)이 8 내지 10㎛일 때 다중모드를 지원하기 위한 조건을 정규주파수(V: nomalized frequency parameter)로 표현하면 정규주파수 3.3 내지 5.72 사이의 값을 갖도록 광섬유(11)를 형성하면 된다.
여기서, 정규주파수는 아래의 수학식 1로 표현되는 파라미터이다.
Figure 112016050933584-pat00001
여기서, NA는 개구수(numerical aperture)이고, a는 코어(13)의 직경이다.
한편, 코어(13)의 직경(a)이 8㎛이고, 코어(13)와 클래드(14)의 굴절율 차이가 0.024이며, 직경 25mm 원형보빈(20)에 5회 권회한 광섬유(11)에 대해 1.5 내지 1.6㎛의 입력광을 입사시켜 출력단(17)을 통해 검출된 출력광을 분석한 결과, 지원되는 모드수는 7개이고, 최대밴딩 손실값은 0.03dB로 나타났다. 이 경우 V값은 4.171 내지 4.449이다.
또한, 코어(13)의 직경(a)이 10㎛이고, 코어(13)와 클래드(14)의 굴절율 차이가 0.01이며, 직경 25mm 원형보빈(20)에 5회 권회한 광섬유(11)에 대해 1.5 내지 1.6㎛의 입력광을 입사시켜 출력단(17)을 통해 검출된 출력광을 분석한 결과, 지원되는 모드수는 4개이고, 최대밴딩 손실값은 0.02dB로 나타났다.
이상에서 설명된 수동형 편광스크램블러(10)에 의하면, 삽입손실을 저감시킬 수 있으면서 구조가 단순화되는 장점을 제공한다.
11: 광섬유 12: 입력단
15: 권선부분 17: 출력단
20: 원형 보빈

Claims (4)

  1. 코어와 상기 코어를 감싸는 클래드를 갖는 광섬유의 입력단을 통해 입사된 광을 무편광상태로 출력단을 통해 출사할 수 있도록 된 수동형 편광 스크램블러에 있어서,
    상기 광섬유의 입력단과 출력단 사이에 직경이 20mm 내지 30mm인 원형보빈에 상기 광섬유가 원형링 형태로 복수회 권회된 권선부분;을 구비하고,
    상기 코어는 직경이 8 내지 10㎛이고, 상기 코어와 상기 클래드의 굴절율 차이는 1.5 내지 1.6㎛의 입력광이 상기 광섬유를 도파하는 과정에서 다중 모드로 변환되도록 0.01 내지 0.0245이고, 상기 권선부분의 권회수는 5 내지 20회이며, 상기 코어와 클래드는 규소산화물(SiO2)에 붕소산화물(B2O3), 티타늄산화물(TiO2), 알루미늄산화물(Al2O3) 중 적어도 하나 이상을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 수동형 편광 스크램블러.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2988524B2 (ja) * 1988-09-19 1999-12-13 株式会社フジクラ 光ファイバおよびその製造方法
JP2009116000A (ja) * 2007-11-06 2009-05-28 Sun Tec Kk 偏光スクランブラー及び複屈折変調器

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