KR101984640B1 - 광섬유 빔 결합기 제조장치 및 그 제조방법 - Google Patents

광섬유 빔 결합기 제조장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

광섬유 다발을 꼬지 않고, 일직선 방향으로 정렬하더라도 다수개의 광섬유가 인접한 상태로 용융 테이퍼링이 가능하며, 광섬유 다발을 형성할 때 특정 광섬유를 일정한 위치에 배치하여 정렬할 수 있고, 일정한 직경의 입력단 광섬유 용융 테이퍼 단부를 가지는 광섬유 빔 결합기의 제조장치 및 그 제조방법을 제시한다. 그 장치 및 방법은 각각의 광섬유 피복의 일부가 제거되어 피복부 및 클래딩부로 구분되며 피복부가 삽입되는 복수개의 중공이 있는 중공부가 마련된 제1 고정부와, 제1 고정부에 일부가 삽입되며 피복부가 펼쳐지도록 점차적으로 직경이 작아지는 깔때기 홈을 가지는 제2 고정부 및 제2 고정부에 일부가 삽입되며 내부에는 클래딩부가 관통하는 제1 고정관을 포함한다.

Description

광섬유 빔 결합기 제조장치 및 그 제조방법{Apparatus of manufacturing optical fiber beam combiner and method of manufacturing the combiner}
본 발명은 빔 결합기 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 중공을 포함하는 고정 구조를 가진 광섬유 빔 결합기의 제조장치 및 그 빔 결합기의 제조방법에 관한 것이다.
광섬유 빔 결합기는 광섬유에 주입하는 여기광원을 높여 고출력을 얻기 위한 것이다. 즉, 여러 개의 레이저 다이오드에서 출력되는 펌프광원을 하나로 모아서 이득매질인 광섬유에 입사시키는 소자이다. 하나의 펌프광원에서 나오는 출력은 충분히 높지 않기 때문에, 빔 결합기는 광출력을 높이기 위하여 여러 개의 펌프광원의 출력을 집속시킨다. 이를 위해, 빔 결합기는 펌프광원에서 출력되는 다중모드 광원을 집속시키는 다수개의 광섬유 다발로 이루어진다. 이러한 빔 결합기에 대해서는 국내등록특허 제10-1544455호, 미국등록특허 제9,612,399호 등에 개시되어 있다.
종래의 광섬유 테이퍼링 장치를 이용한 단면 펌핑(end-pumping) 형태에 빔 결합기를 제작하는 공정은 먼저, 다수의 광섬유를 인접하여 다발 형태로 배치하고 정렬시키고, 정렬된 광섬유 다발에 일정한 장력을 인가하여 광섬유 테이퍼링 장치에 고정한다. 그후, 광섬유가 흐트러지지 않도록 다발 형상을 유지하며 제작조건에 맞게 광섬유가 수축되도록 용융 테이퍼링을 한다. 광섬유 다발 용융 영역(중심부)에서 광섬유 다발을 절단(cleaving)한다. 입력단 광섬유 다발 용융 테이퍼 단부와 출력단 광섬유를 융착한다. 빔 결합기 패키지 및 광특성을 평가한다.
그런데, 도 1을 참조하면, 종래의 테이퍼링의 문제점은 중심 광섬유를 갖는 펌프-시그널 결합기에 경우, 이 과정에서 중심 광섬유의 위치가 바뀔 수 있다(a). 또한, 용융 테이퍼링(fused tapering) 공정에서 균일한 장력이 유지되지 못하는 경우, 광섬유 간에 수축 비율이 서로 다르게 되어 다발 형상에서 이격되는 광섬유가 발생한다(b). 나아가, 이격된 광섬유와 다발 사이에 공기층이 형성될 수 있으며, 다발 용융 영역에서 측면 버플(bubble)로 인한 품질 저하와 마이크로 밴딩과 같은 손실이 발생할 수 있다(c). 즉, 광섬유 다발을 꼬지(twist) 않고 일직선 방향으로 정렬하더라도 다수개의 광섬유가 인접한 상태로 용융 테이퍼링이 가능하여야 한다.
펌프-시그널 빔 결합기는 입력 다발 중심에 단일모드(시그널 전송) 광섬유를 위치시키고 그 주위를 다수(예, 6개, 18개 등) 다중모드(펌프) 광섬유가 감싸고 있는 형태로 제작된다. 그런데, 광섬유 다발 형성할 때 중심에 단일 모드(시그널 전송) 광섬유를 위치시켜 배열하는데 어려움이 있다. 보다 많은 다수의 광섬유를 갖는 다발 형성은 중심에 단일모드 광섬유를 위치시켜 배열하는 어려움은 더욱 크다. 만일, 다발에 중심이 해당 광섬유(단일 모드)로 정렬되지 않은 상태에서 테이퍼 용융이 진행되면, 용융 영역 단부는 출력단 광섬유와 융착(active align)이 불가능하거나 융착되더라도 매우 큰 시그널/펌프 손실이 일어나 빔 결합기로 사용할 수 없다. 즉, 광섬유 다발을 형성할 때, 특정 광섬유를 일정한 위치에 배치하여 정렬하여야 한다.
광섬유 다발 테이퍼링은 일반적으로 양측(좌/우측)에 테이퍼 영역과 그 사이에 일정한 직경을 갖는 용융영역으로 구분된다. 상기 용융영역 중심부를 절단(cleaving)하여 입력단 광섬유 테이퍼 용융다발을 제작한다. 상기 용융영역 중심부에 절단(cleaving)은 클래드 직경이 200㎛를 초과하는 광섬유는 대구경 광섬유 절단기(large diameter cleaver)를 활용해 손쉽게 절단이 가능하나, 상기 용융영역 중심부의 절단은 쉽지 않다. 통상적으로, 용융 테이퍼링된 광섬유 다발을 광섬유 테이퍼링 장치에서 탈착하고 일정한 장력을 인가하며 대구경 광섬유 절단기의 고정 홀더에 재장착한다.
그런데, 재장착할 때, 용융 테이퍼 영역이 깨지거나 부러질 수 있다(d). 또한, 대구경 절단기 홀더에 고정되는 과정에서 상기 용융영역 중심부의 절단 위치가 바뀔 수 있다. 상기와 같은 문제로 대구경 절단기를 사용하지 않고 광섬유 테이퍼링 장치에 별도에 광섬유 절단 기구물을 구축해 상기 용융영역 중심부를 절단한다. 나아가, 칼날(blade)을 이용한 기계적인 용융영역 절단방식은 사선 절단(e), 모서리 깨짐(d) 등에 기본적인 문제점이 내재되어 있다. 구체적으로, 사선 절단, 모서리 깨짐 등의 원인으로 출력단 광섬유와 융착 손실이 증가하며, 입력단 광섬유 포트별로 손실차가 발생한다.
절단된 입력단 광섬유의 용융다발 단부와 출력단 광섬유 단부는 융착 접속손실을 최소화하기 위해 일반적으로 입력단의 직경이 출력단 광섬유의 직경과 같거나 작다. 또한, 테이퍼가 되지 않은 상태에서 입력단 광섬유 다발 직경이 출력단 광섬유 직경보다 작더라도 입력단 광섬유 다발을 용융하여 융착한다. 이는 고출력 빔 결합기의 안정도 및 광 특성과 밀접한 관련이 있다.
광섬유 테이퍼링 장치를 이용한 광섬유 다발에 용융 테이퍼링 공정은 입력단에 광섬유 다발 구조와 출력단 광섬유 단부에 직경을 고려하여 광섬유 용융다발의 수축조건을 설정한다. 입력단 광섬유 다발을 정렬하고 테이퍼링하는 공정은 다발을 구성하는 개별 광섬유에 인가된 장력 및 주위환경에 따라 수축되는 광섬유 다발 중심부 직경이 상이할 수 있다. 동일한 구조에 빔 결합기를 같은 조건에서 제작하더라도 입출력 단에 융착 손실이 달라질 수 있으며, 빔 결합기의 품질저하 및 재현성에 문제점이 발생 된다. 이에 따라, 입력단 광섬유 용용 테이퍼 단부는 일정 직경을 가져야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광섬유 다발을 꼬지 않고, 일직선 방향으로 정렬하더라도 다수개의 광섬유가 인접한 상태로 용융 테이퍼링이 가능하며, 광섬유 다발을 형성할 때 특정 광섬유를 일정한 위치에 배치하여 정렬할 수 있고, 일정한 직경의 입력단 광섬유 용융 테이퍼 단부를 가지는 광섬유 빔 결합기 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 광섬유 빔 결합기 제조장치는 복수개의 광섬유가 묶인 광섬유 다발에서, 각각의 상기 광섬유 피복의 일부가 제거되어 피복부 및 클래딩부로 구분되며, 상기 피복부가 삽입되는 복수개의 중공이 있는 중공부가 마련된 제1 고정부와, 상기 제1 고정부에 일부가 삽입되며, 상기 피복부가 펼쳐지도록 점차적으로 직경이 작아지는 깔때기 홈을 가지는 제2 고정부 및 상기 제2 고정부에 일부가 삽입되며, 내부에는 상기 클래딩부가 관통하는 제1 고정관을 포함한다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 제1 고정부는 상기 제2 고정부의 외경과 정합되는 제2 고정부 삽입홈을 포함한다. 상기 제2 고정부의 몸체는 이등분되고, 상기 이등분된 몸체가 겹쳐져서 이루어진다. 상기 제2 고정부는 상기 제1 고정관의 외경과 정합되는 제1 고정관 삽입홈을 포함한다.
본 발명의 바람직한 장치에 있어서, 상기 클래딩부는 상기 제1 고정부, 제2 고정부 및 상기 제1 고정관을 이용하여 테이퍼링된 클래딩부가 되며, 상기 테이퍼링된 클래딩부를 포함하는 상기 광섬유 다발은 상기 피복부를 고정하는 플랜지, 상기 클래딩부의 움직임을 제한하는 스토퍼, 상기 스토퍼가 고정되는 프레임, 상기 깔때기 홈을 가진 제2 고정부 및 상기 테이퍼링된 클래딩부가 삽입되는 제2 고정관에 고정된다. 상기 플랜지는 상기 프레임이 삽입되는 프레임 삽입홈을 포함하고, 상기 프레임은 상기 스토퍼가 삽입되는 스토퍼 삽입홈을 포함하며, 상기 스토퍼는 상기 제2 고정부가 삽입되는 제2 고정부 삽입홈을 포함하고, 상기 제2 고정부는 상기 제2 고정관을 삽입하는 제2 고정관 삽입홈을 포함한다.
본 발명의 다른 과제를 해결하기 위한 광섬유 빔 결합기의 제조방법은 먼저, 광섬유 다발에서 각각의 광섬유 피복의 일부를 제거하여 피복이 제거되지 않은 피복부 및 피복이 제거된 클래딩부로 분리시킨다. 그후, 상기 피복부를 제1 고정부의 복수개의 중공부에 삽입하여 고정시킨다. 상기 클래딩부를 제2 고정부에 거치시킨다. 상기 클래딩부에 두 개의 제1 고정관을 삽입한다. 상기 제1 고정관 중의 하나를 상기 제2 고정부에 삽입시킨다. 상기 제1 및 제2 고정부를 제거한다. 상기 클래딩부를 테이퍼링하여 테이퍼링된 클래딩부를 형성하고, 상기 테이퍼링된 클래딩부의 중심부를 절단한다. 상기 테이퍼링된 클래딩부를 포함하는 상기 광섬유 다발을 상기 피복부를 고정하는 플랜지, 상기 클래딩부의 움직임을 제한하는 스토퍼, 상기 스토퍼가 고정되는 프레임, 상기 깔때기 홈을 가진 제2 고정부 및 상기 테이퍼링된 클래딩부가 삽입되는 제2 고정관에 고정시키고, 상기 테이퍼링된 클래딩부를 상기 제2 고정관의 외측으로 돌출시켜 상기 테이퍼링된 클래딩부를 연마한다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 연마를 한 이후에, 상기 연마된 클래딩부를 세정하고, 출력단 광섬유와 융착할 수 있다.
본 발명의 광섬유 빔 결합기 제조장치 및 그 제조방법에 의하면, 광섬유 다발을 고정하기 위한 구조를 가진 빔 결합기를 활용함으로써, 광섬유 다발을 꼬지 않고, 일직선 방향으로 정렬하더라도 다수개의 광섬유가 인접한 상태로 용융 테이퍼링이 가능하며, 광섬유 다발을 형성할 때 특정 광섬유를 일정한 위치에 배치하여 정렬할 수 있고, 일정한 직경의 입력단 광섬유 용융 테이퍼 단부를 가진다.
도 1은 종래의 빔 결합기의 제조과정의 문제점을 나타내는 도면들이다.
도 2는 본 발명의 빔 결합기에 적용되는 광섬유 다발을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 광섬유 다발의 사례를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 테이퍼링을 위하여 광섬유 다발의 정렬하는 부품들을 나타내는 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 도 4의 각각의 부품을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명에 의한 광섬유 용융 다발의 연마를 위한 부품들을 나타내는 사시도이다.
도 9 내지 도 11은 도 4의 각각의 부품을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12 내지 도 20은 본 발명에 의한 빔 결합기를 이용하여 광섬유 다발을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 한편, 상부, 하부, 정면 등과 같이 위치를 지적하는 용어들은 도면에 나타낸 것과 관련될 뿐이다. 실제로, 빔 결합기는 임의의 선택적인 방향으로 사용될 수 있으며, 실제 사용할 때 공간적인 방향은 결합기의 방향 및 회전에 따라 변한다.
본 발명의 실시예는 광섬유 다발을 고정하기 위한 구조를 가진 빔 결합기를 활용함으로써, 광섬유 다발을 꼬지 않고, 일직선 방향으로 정렬하여 다수개의 광섬유가 인접한 상태로 용융 테이퍼링이 가능하며, 광섬유 다발을 형성할 때 특정 광섬유를 일정한 위치에 배치하여 정렬할 수 있고, 일정한 직경의 입력단 광섬유 용융 테이퍼 단부를 가지는 빔 결합기 제조장치 및 제조방법을 제시한다. 이를 위해, 광섬유 다발을 고정하기 위한 구조를 가진 빔 결합기의 구조에 대하여 상세하게 살펴보고, 상기 결합기를 이용하여 광섬유 다발을 제조하는 방법을 구체적으로 알아보기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예의 빔 결합기에 적용되는 광섬유 다발을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 광섬유 다발의 일부 사례를 나타내는 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 광섬유 다발(10)은 단일모드, 다중모드 또는 그들이 혼합된 모드로 구성되며, 복수개의 광섬유가 묶인 것이다. 광섬유 다발(10)은 본 발명의 빔 결합기에 적용하기 위하여, 각각의 광섬유의 피복이 제거되지 않은 피복부(11) 및 상기 피복이 제거되어 클래딩이 노출된 클래딩부(12)로 구분된다. 광섬유 다발(10)의 피복 및 클래딩은 이미 잘 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 피복부 및 클래딩부(11, 12)의 경계(a)는 피복부와 클래딩부를 구획하는 라인이다. 이때, 광섬유 다발(10)의 경계(a)가 일치하도록 정렬된다.
빔 결합기에 적용되는 광섬유 다발(10)의 사례는 미국등록특허 제7,046,875의 도 8 등에 제시되어 있다. 예를 들어, 광섬유 다발(10)은 펌프 광섬유 다발(10a), 펌프-시그널 광섬유 다발(10b) 및 펌프-시그널 편광 유지 광섬유 다발(10c) 등이 있다. 펌프 광섬유 다발(10a)는 펌프 광섬유(13)로만 구성된 빔 결합기이고, 펌프-시그널 광섬유 다발(10b)는 중심에 시그널 광섬유(14)가 있고 그 주위를 펌프 광섬유(13)로 감싼 형태이다. 펌프-시그널 편광 유지 광섬유 다발(10c)는 중심에 편광 유지 시그널 광섬유(15)가 있고 그 주위를 펌프 광섬유(13)이 감싼 형태이다.
이와 같이, 펌프광원인 반도체 레이저 다이오드가 광섬유에 결합되기 위하여, 광원 출력단이 광섬유 피그 테일(pigtail) 구조로 되어 있다. 빔 결합기에서 입력 다발의 중심 광섬유는 주변 광섬유와 동일한 다중모드 광섬유일 수 있고 신호 광 증폭을 위해 단일 모드 광섬유로 제작될 수 있다. 입력단의 단일모드 광섬유(중심 파이버)는 출력단에 DCF(Double Clad Fiber)의 코어에 외부 신호광원을 커플링(coupling) 시키기 위해 사용된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 테이퍼링을 위하여 광섬유 다발을 정렬하는 부품들을 나타내는 사시도이고, 도 5 내지 도 7은 도 4의 각각의 부품들을 설명하기 위한 단면도들이다. 이때, 광섬유 다발(10)은 입력단으로써 채용되는 것이며, 광섬유 다발(10)은 도 2 및 도 3을 참조하기로 한다.
도 4에 의하면, 본 발명의 테이퍼링을 위한 빔 결합기는 제1 고정부(20), 제2 고정부(30) 및 한 쌍의 제1 고정관(40)을 포함한다. 제1 및 제2 고정부(20, 30)와 제1 고정관(40)은 광섬유 다발(10)의 길이 방향에 따라 순차적으로 배열된다. 제1 및 제2 고정부(20, 30)와 제1 고정관(40)은 추후에 설명하겠지만, 광섬유 다발(10)의 클래딩부(12)의 테이퍼링(tapering)을 하기 위하여, 광섬유 다발(10)을 정렬하여 고정시키는 역할을 한다. 이하에서는, 제1 및 제2 고정부(20, 30)와 제1 고정관(40) 각각에 대하여 도 5 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 고정부(20)는 제1 고정부 몸체(21), 제2 고정부 삽입홈(22) 및 복수개의 중공부(23)를 포함하여 이루어진다. 몸체(21)의 재질은 열전도성이 높은 알루미늄, 스테인리스강과 같은 금속 또는 정밀한 가공이 가능하고 고온에서도 변형이 없는 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등과 같은 엔지니어링 플라스틱이 바람직하다. 제1 고정부 몸체(21)는 테이퍼링 장치에 장착이 가능하도록 외형을 원형, 다각형 등의 형상을 가질 수 있다. 몸체(21)의 크기와 구조는 광섬유 다발(10)의 구조 및 광섬유의 개수에 따라 조절된다. 삽입홈(22)은 제2 고정부(30)의 일부가 삽입되는 부분으로 제2 고정부(30)의 외경과 정합되는 직경을 가진다. 제2 고정부(30)는 전체적으로 원통의 형태가 바람직하므로, 삽입홈(22)은 이에 부합되어 원형의 단면을 가진 홈이 좋다.
중공부(23)는 광섬유 다발(10)의 피복부(11)가 삽입되는 복수개의 중공이 마련되어 있다. 상기 중공의 크기 및 개수는 광섬유 다발(10)의 입력단의 광섬유 종류 및 개수에 따라 달라진다. 상기 중공은 피복된 피복부(11)의 직경에 맞게 뚫려 있으며, 중공부(23)는 도 2의 광섬유 다발(10)의 구조에 따라 3, 7, 10, 13, 19, 37개 등의 상기 중공을 가질 수 있다. 상기 중공의 형상은 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 원형, 육각형의 중공일 수 있다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 제2 고정부(30)는 제2 고정부 몸체(31), 제1 고정관 삽입홈(32) 및 깔때기 홈(33)을 포함하여 구성된다. 몸체(31)의 외관은 전체적으로 원통을 이루며, 몸체(31)는 이등분되어서 한 쪽(31a) 및 다른 쪽(31b)이 겹쳐져서 구현된다. 이때, 몸체(31)의 한 쪽(31a) 및 다른 쪽(31b)은 동일한 구조를 가진 대칭 형태이다. 즉, 몸체(31)의 한 쪽(31a) 및 다른 쪽(31b)이 겹쳐지면, 삽입홈(32) 및 깔때기 홈(33)이 만들어진다. 몸체(31)의 재질은 열전도성이 높은 알루미늄, 스테인리스강과 같은 금속 또는 정밀한 가공이 가능하고 고온에서도 변형이 없는 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등과 같은 엔지니어링 플라스틱이 바람직하다. 몸체(31)의 크기는 광섬유 다발(10)의 구조 및 광섬유의 개수에 따라 조절된다.
제1 고정관 삽입홈(32)은 제1 고정관(40)의 일부가 삽입되는 부분으로 제1 고정관(40)의 외경과 정합되는 직경을 가진다. 제1 고정관(40)은 파이프(pipe) 또는 캐피럴리 튜브(capillary tube)형태가 바람직하므로, 삽입홈(32)은 이에 부합되어 원형의 단면을 가진 홈이 좋다. 깔때기 홈(33)은 광섬유 다발(10)의 피복부(11)가 펼쳐지기 위한 것이다. 왜냐하면, 피복부(11) 각각의 광섬유는 중공부(23)의 중공에 각각 삽입되므로, 피복부(11)는 펼쳐져야 한다. 피복부(11)가 펼쳐지기 위하여, 깔때기 홈(33)은 점차적으로 직경이 작아지는 형상으로, 상기 직경이 가장 작은 부분은 삽입홈(32)과 연결된다. 즉, 깔때기 홈(33)에서 직경이 가장 큰 부분은 외부로 노출된다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 제1 고정관(40)은 본 발명의 기술적 사상을 만족하기 위하여 두 개로 이루어지고, 제1 고정관 몸체(41) 및 제1 관통홀(42)을 포함한다. 몸체(41)는 제1 고정관 삽입홈(32)과 정합되는 파이프 또는 캐피럴리 튜브 형태로써, 내부에는 광섬유 다발(10)의 클래딩부(12)가 관통하는 제1 관통홀(42)이 존재한다. 몸체(41)의 재질은 열에 상대적으로 강한 세라믹, 예컨대 실리카가 바람직하다. 제1 고정관(40)의 길이는 광섬유 다발(10)의 클래딩부(12)의 구조 및 크기 등에 따라 달라질 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 광섬유 용융 다발 연마를 위한 부품들을 나타내는 사시도이고, 도 9 내지 도 11은 도 8의 각각의 부품을 설명하기 위한 단면도들이다. 이때, 광섬유 다발(10)은 입력단으로 채용되는 것이며, 광섬유 다발(10)은 도 2 및 도 3을 참조하기로 한다.
도 8에 의하면, 본 발명의 연마를 위한 빔 결합기는 플랜지(50), 프레임(60), 스토퍼(70), 제2 고정부(30) 및 제2 고정관(80)을 포함한다. 플랜지(50), 프레임(60), 스토퍼(70), 제2 고정부(30) 및 제2 고정관(80)은 광섬유 다발(10)의 길이 방향에 따라 순차적으로 배열된다. 플랜지(50), 프레임(60), 스토퍼(70), 제2 고정부(30) 및 제2 고정관(80)은 추후에 설명하겠지만, 광섬유 다발(10)에서 테이퍼링된 클래딩부(12a)의 단부를 연마하기 위하여, 광섬유 다발(10)을 정렬하여 고정시킨다. 이하에서는, 플랜지(50), 프레임(60) 및 스토퍼(70)에 대하여 도 8 내지 도 10을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 플랜지(50)는 통상적으로 사용되는 베어 광섬유 어댑터(bare fiber adapter)와 호환이 가능하며, 광섬유 다발(10)을 이루는 피복부(11)를 고정시키기 위한 것이다. 플랜지(50)는 플랜지 몸체(51), 프레임 삽입홈(52) 및 광섬유 다발의 피복부(11)를 수용하는 다발 수용홈(53)을 포함한다. 플랜지(50)의 재질은 자성을 띄는 금속, 스테인리스강 계열 등이 좋다. 프레임 삽입홈(52)은 프레임(60)의 일부가 삽입되는 부분으로 프레임(60)의 삽입되는 부분의 외경과 정합되는 직경을 가진다. 다발 수용홈(53)은 펼쳐진 피복부(11)의 일부를 수용한다.
도 8 및 도 10을 참조하면, 프레임(60)은 스토퍼(70)를 고정하기 위한 것으로, 프레임 제1 몸체(61), 앵커홀(62), 스토퍼 삽입홈(63), 프레임 제2 몸체(64) 및 제2 관통홀(65)을 포함한다. 제1 몸체(61)에는 스토퍼(70)가 끼워지고, 제2 몸체(64)는 프레임 삽입홈(52)에 삽입된다. 이에 따라, 제1 몸체(61)의 직경은 제2 몸체(64)에 비해 크다. 제1 및 제2 몸체(61, 64)의 재질은 알루미늄, 스테인리스강이 바람직하다. 앵커홀(62)은 스토퍼(70)가 장착된 상태에서 볼트 등으로 스토퍼(70)를 고정한다. 제2 관통홀(65)에는 광섬유 다발(10)의 일부가 수용된다.
도 8 및 도 11을 참조하면, 스토퍼(70)는 제2 고정부(30)과 프레임(60) 사이에 보다 안정적인 결합 및 장착을 위한 것이다. 왜냐하면, 제2 고정부(30)에 내부는 광섬유 다발 구조 및 용융 다발 직경에 따라 치수를 달리할 수 있으므로 제3 관통홀(72) 치수가 상이하기 때문이다. 스토퍼 제1 몸체(71), 제3 관통홀(72), 스토퍼 제2 몸체(73) 및 제2 고정부 삽입홀(74)을 포함한다. 제1 몸체(71)는 스토퍼 삽입홈(63)에 끼워지고, 제2 몸체(73)에는 제2 고정부(30)가 삽입된다. 제1 몸체(71)는 앵커홀(62)에 의해 고정되므로, 제2 몸체(73)에 비해 직경이 큰 것이 바람직하다. 제3 관통홀(72)에는 광섬유 다발(10)의 일부가 수용된다.
한편, 제2 고정관(80)은 테이퍼링된 클래딩부 용융다발의 단부(12a)를 수용한다는 점을 제외하고 제1 고정관(40)과 동일한 기능 및 역할을 하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도시되지는 않았지만, 제2 고정부(30)는 앞에서 설명한 제1 고정관(40)이 삽입되는 제1 고정관 삽입홈(32)와 동일한 기능 및 역할을 하는 제2 고정관(80)을 삽입하는 홈이 존재한다.
다만, 제2 고정관(80) 내경은 목표로 하는 테이퍼링 용융다발 단부(출력단 광섬유와 융착되는 용융다발 끝단) 직경을 고려해야 한다. 예를 들어, 입력단과 출력단 광섬유 클래딩 외경이 125㎛로 동일한 경우 7*1 빔 결합기를 제작할 때, 입력단 7개의 광섬유 다발(외경 375㎛)을 출력단 광섬유 125㎛와 융착하기 위해서는 입력단 광섬유 다발을 1/3로 용융 테이퍼링하여 단부 직경을 출력단 광섬유 클래딩 직경(125㎛)보다 조금 작거나 같게 한다. 동일한 구조의 광섬유 테이퍼링 용융다발을 같은 조건에서 제작하더라도, 광섬유의 재질, 주위환경 등에 따라 광섬유 다발 테이퍼링 비율이 다를 수 있다.
일정한 입력단 광섬유 테이퍼링 용융단부 직경을 갖기 위해 용융다발 단부를 연마하여 직경을 맞춘다. 그후, 목표로 하는 단부 직경보다 좀 더 작게 테이퍼링하여 중심부를 절단하고 목표 치수 내경 갖는 제2 고정관(80)에 용융다발 단부를 삽입 후 돌출된 광섬유 용융 다발을 제2 고정관(80) 단면 위치까지 연마하여 일정한 단부 치수를 갖게 할 수 있다.
도 12 내지 도 20은 본 발명의 실시예에 의한 빔 결합기를 이용하여 광섬유 다발을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다. 이때, 광섬유 다발 및 결합기를 구성하는 요소에 대해서는 앞에서의 도면을 참조하기로 한다. 이에 따라, 동일한 참조부호에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 12를 참조하면, 광섬유 다발(10)에서 각각의 광섬유의 피복의 일부를 제거하여, 피복이 존재하는 피복부(11) 및 상기 피복이 제거되어 클래딩이 노출된 클래딩부(12)로 구분시킨다. 이때, 광섬유 다발(10)은 단일모드, 다중모드 또는 그들이 혼합된 모드로 구성되며, 복수개의 광섬유가 묶인 것이다. 피복부 및 클래딩부(11, 12)의 경계(a), 즉 피복부와 클래딩부를 구획하는 라인이 일치하도록 정렬한다. 그후, 피복부(11)를 제1 고정부(20)의 복수개의 중공부(23)에 삽입시켜 고정한다. 피복부(11)는 삽입된 후에 접착제로 고정할 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 광섬유 다발(10)의 클래딩부(12)에 제2 고정부(30)를 거치시킨다. 즉, 클래딩부(12)는 깔때기 홈(33) 및 제1 고정관 삽입홈(32)을 거쳐 연장된다. 깔때기 홈(33)은 펼쳐진 상태의 피복부(11)를 수용한다. 제2 고정부(30)를 제2 고정부 삽입홈(22)에 삽입한다. 그런 다음, 광섬유 다발(10)이 서로 꼬이지 않도록 일직선을 유지한 상태에서 제2 고정부(30)를 클래딩부(12)의 끝부분, 경계(a)의 반대편으로 이동한다. 이렇게 되면, 광섬유 다발(10)은 서로 꼬이지 않은 채 일직선을 유지한다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 클래딩부(12)에 두 개의 제1 고정관(40)을 삽입한다. 이때, 앞에서 설명한 바와 같이 제1 고정관(40)의 내경은 클래딩부(12)의 외경보다 약간 크다. 제1 고정관(40) 중의 하나를 제1 고정관 삽입홈(32)에 삽입하여 고정한다. 즉, 제1 고정관(40) 중의 하나는 제2 고정부(30)와 일체화된다. 일체화된 제1 고정관(40) 및 제2 고정부(30)를 이동하여 제2 고정부(30)를 제2 고정부 삽입홈(22)에 삽입한다. 또한, 제2 고정부(30)에 삽입되지 않은 제1 고정관(40)은 원래의 위치를 그대로 배치한다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 제1 및 제2 고정부(20, 30)를 제거한다. 이렇게 되면, 클래딩부(12)의 일측은 제1 고정관(40) 중의 하나가 배치되고, 타측은 다른 하나의 제1 고정관(40)이 배치된다. 그런 다음, 광섬유 테이퍼링 장치(도시되지 않음)을 활용하여 용융 테이퍼링을 한다. 구체적으로, 광섬유 다발(10)에 일정한 장력을 가한 다음, 마이크로 화염 토치, 세라믹 히터, CO2 레이저 등으로 클래딩부(12)를 테이퍼링한다. 이렇게 되면, 도시된 바와 같이 클래딩부(12)의 중심부(b)를 향하여 점차적으로 얇아진다. 그후, 클래딩부(12)의 중심부(b)를 절단하여 테이퍼링된 클래딩부 용융다발 단부(12a)를 형성한다.
본 발명의 실시예는 광섬유 다발(10)은 서로 꼬이지 않은 채 일직선을 유지한 채, 용융 테이퍼링이 진행된다. 다발 용융 단부에 일정한 직경을 갖도록 제2 고정관(80)을 사용한 연마한다. 제1 고정관(40)과 제2 고정관(80)은 다발 구조와 목표로 하는 테이퍼링 용융 다발 단부 직경에 따라 적합한 내경을 갖는 캐피럴리 튜브(capillary tube)를 길이에 맞게 절단하여 사용할 수 있다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 테이퍼링된 클래딩부(12a)를 포함하는 광섬유 다발(10)을 플랜지(50), 프레임(60), 스토퍼(70), 제2 고정부(30) 및 제2 고정관(80)에 넣고, 플랜지(50), 프레임(60), 스토퍼(70), 제2 고정부(30) 및 제2 고정관(80)을 결합시킨다. 이렇게 되면, 테이퍼링된 클래딩부(12a)가 제2 고정부(30)의 일측으로 노출된다. 이때, 제2 고정관(80)은 제2 고정부(30) 안에 탑재된다. 그런 다음, 테이퍼링된 클래딩부(12a)를 연마하여 연마된 클래딩부(12b)에 용융다발 단부(c)를 완성한다. 테이퍼링된 클래딩부(12a)가 앞에서와 같이 고정된 상태에서 연마하면, 일정한 직경을 갖는 용융다발 단부(c)와 사선 절단, 모서리 깨짐 등과 같은 문제를 해결할 수 있다.
다음에, 연마된 클래딩부(12b)의 연마면(c)을 알코올 계열의 세척액으로 세척한다. 그후, 세척된 연마면(c)에 출력단 광섬유(90)를 융착한다. 이때, 연마면(c)의 직경은 출력단 광섬유(90)의 직경과 동일하거나 작은 것이 바람직하다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10; 광섬유 다발 11; 광섬유 다발의 피복부
12; 광섬유 다발의 클래딩부
12a; 테이퍼링된 클래딩부
12b; 연마된 클래딩부
13; 개별 광섬유 20; 제1 고정부
30; 제2 고정부 40; 제1 고정관
50; 플랜지 60; 프레임
70; 스토퍼 80; 제2 고정관
90; 출력단 광섬유
a; 제1 및 클래딩부의 경계
b; 테이퍼링된 클래딩부의 중심부
c; 연마된 클래딩부의 연마면

Claims (10)

  1. 복수개의 광섬유가 묶인 광섬유 다발에서, 각각의 상기 광섬유 피복의 일부가 제거되어 피복부 및 클래딩부로 구분되며, 상기 피복부가 삽입되는 복수개의 중공이 있는 중공부가 마련된 제1 고정부;
    상기 제1 고정부에 일부가 삽입되며, 상기 피복부가 펼쳐지도록 점차적으로 직경이 작아지는 깔때기 홈을 가지는 제2 고정부; 및
    상기 제2 고정부에 일부가 삽입되며, 내부에는 상기 클래딩부가 관통하는 제1 고정관을 포함하고,
    상기 제1 고정부는 상기 제2 고정부의 외경과 정합되는 제2 고정부 삽입홈을 포함하는 광섬유 빔 결합기 제조장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 고정부의 몸체는 이등분되고, 상기 이등분된 몸체가 겹쳐져서 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유 빔 결합기 제조장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 고정부는 상기 제1 고정관의 외경과 정합되는 제1 고정관 삽입홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 빔 결합기 제조장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 클래딩부는 상기 제1 고정부, 제2 고정부 및 상기 제1 고정관을 이용하여 테이퍼링된 클래딩부가 되며, 상기 테이퍼링된 클래딩부를 포함하는 상기 광섬유 다발은 상기 피복부를 고정하는 플랜지, 상기 클래딩부의 움직임을 제한하는 스토퍼, 상기 스토퍼가 고정되는 프레임, 상기 깔때기 홈을 가진 제2 고정부 및 상기 테이퍼링된 클래딩부가 삽입되는 제2 고정관에 고정되는 것을 특징으로 하는 광섬유 빔 결합기 제조장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 플랜지는 상기 프레임이 삽입되는 프레임 삽입홈을 포함하고, 상기 프레임은 상기 스토퍼가 삽입되는 스토퍼 삽입홈을 포함하며, 상기 스토퍼는 상기 제2 고정부가 삽입되는 제2 고정부 삽입홈을 포함하고, 상기 제2 고정부는 상기 제2 고정관을 삽입하는 제2 고정관 삽입홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 빔 결합기 제조장치.
  7. 광섬유 다발에서 각각의 광섬유 피복의 일부를 제거하여 피복이 제거되지 않은 피복부 및 피복이 제거된 클래딩부로 분리시키는 단계;
    상기 피복부를 제1 고정부의 복수개의 중공부에 삽입하여 고정시키는 단계;
    상기 클래딩부를 제2 고정부에 거치시키는 단계;
    상기 클래딩부에 두 개의 제1 고정관을 삽입하는 단계;
    상기 제1 고정관 중의 하나를 상기 제2 고정부에 삽입시키는 단계;
    상기 제1 및 제2 고정부를 제거하는 단계;
    상기 클래딩부를 테이퍼링하여 테이퍼링된 클래딩부를 형성하고, 상기 테이퍼링된 클래딩부의 중심부를 절단하는 단계; 및
    상기 테이퍼링된 클래딩부를 포함하는 상기 광섬유 다발을 상기 피복부를 고정하는 플랜지, 상기 클래딩부의 움직임을 제한하는 스토퍼, 상기 스토퍼가 고정되는 프레임, 깔때기 홈을 가진 제2 고정부 및 상기 테이퍼링된 클래딩부가 삽입되는 제2 고정관에 고정시키고, 상기 테이퍼링된 클래딩부를 상기 제2 고정관의 외측으로 돌출시켜 상기 테이퍼링된 클래딩부를 연마하는 단계를 포함하는 광섬유 빔 결합기의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 고정부의 몸체는 이등분되고, 상기 이등분된 몸체가 겹쳐져서 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유 빔 결합기의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 플랜지는 상기 프레임이 삽입되는 프레임 삽입홈을 포함하고, 상기 프레임은 상기 스토퍼가 삽입되는 스토퍼 삽입홈을 포함하며, 상기 스토퍼는 상기 제2 고정부가 삽입되는 제2 고정부 삽입홈을 포함하고, 상기 제2 고정부는 상기 제2 고정관을 삽입하는 제2 고정관 삽입홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 빔 결합기의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 클래딩부를 연마하는 단계 이후에, 상기 연마된 클래딩부를 세정하고, 출력단 광섬유와 융착하는 단계를 포함하는 광섬유 빔 결합기의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20140127078A (ko) * 2013-04-24 2014-11-03 국방과학연구소 광섬유 펌프-시그널 결합기 및 이의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008191580A (ja) * 2007-02-07 2008-08-21 Fujikura Ltd 光結合デバイスの製造方法及び光増幅装置の製造方法
KR20140127078A (ko) * 2013-04-24 2014-11-03 국방과학연구소 광섬유 펌프-시그널 결합기 및 이의 제조방법

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