KR101994103B1 - 레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법 - Google Patents

레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법 Download PDF

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Abstract

레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법을 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저용 광섬유 배열 블록을 제작하는 방법은 홀더에 장착된 복수의 광섬유 및 배열 블록의 위치 또는 정렬상태를 분석하고, 상기 분석 결과에 근거하여 상기 복수의 광섬유 및 상기 배열 블록에 대한 정렬 동작을 제어하는 정렬 단계; 상기 정렬 단계에서 정렬 지그장치와 연결된 스테이지를 상기 정렬 동작에 근거하여 소정의 방향으로 이동시키는 스테이지 이동 단계; 상기 정렬 동작에 따라 상기 복수의 광섬유 및 상기 배열 블록의 정렬이 완료되면 적어도 두 개의 레이저빔을 출력하는 레이저빔 출력 단계; 및 상기 레이저빔을 이용하여 상기 복수의 광섬유 각각이 상기 배열 블록에 융착되도록 하는 융착 단계를 포함할 수 있다.

Description

레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법{Method for Manufacturing Optical Fiber Array Block for Laser}
본 발명은 레이저용 광섬유 배열 블록의 제작방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
여러 파장의 빔을 결합하여 고출력을 만드는 빔 결합기술에서는 여러 개의 고효율/고품질의 광섬유 레이저 광원들을 빔 결합을 위해 빔 결합장치로 전송하기 위한 광 소자인 2차원 배열형 광섬유 배열 블록이 필요하다. 이러한, 출력 확장이 용이하며, 저손실과 높은 인장력을 가지는 2 차원 배열형 광섬유 배열 블록을 제작하기 위해서는 레이저 융착 기술을 이용한 정밀 제작장치가 요구된다.
종래의 고출력 광섬유 레이저의 출력 광섬유를 보호하기 위해서 사용되는 엔드캡 제작 장비는 한 개의 채널만을 전송할 있게 제작 가능하다.
소구경 광섬유 융착 장비는 저출력 광통신 제품인 Fiber AWG(Array Wavelength Grating)를 제작가능하며, 개별의 단일모드 광섬유(코어 6 m 내지 8m)로 제작할 수 있다. 또한, 고출력 대구경 광섬유 엔드캡 제품은 단일 채널로 제작이 가능하다.
이러한, 종래의 소구경 광섬유 융착 장비는 한 개의 고출력 레이저 광원만을 전송 가능한 엔드캡 제작 가능하고, 확장성이 용이하지 않은 구조를 갖는다. 또한, 여러 대의 고출력 광섬유 레이저 출력을 동시에 전송할 수 있는 광섬유 배열 블록 즉, 여러 대의 고출력 대구경 광섬유 레이저를 동시에 전송할 수 있는 광섬유 배열 조립체를 제작하기는 어렵다.
또한, 종래의 소구경 광섬유 융착 장비는 제품 제작 후 융착 장비상에서 광섬유와 배열블록의 융착면 이미지 확인 불가능하다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 소구경 광섬유 융착 장비는 배열 블록과 광섬유를 융착 시 정밀한 위치 정렬이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 다중의 고출력 광섬유 레이저 광원을 손실을 최소화하면서 전달할 수 있는 광섬유 배열 블록을 제작하는 레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위한 레이저용 광섬유 배열 블록을 제작하는 방법은 홀더에 장착된 복수의 광섬유 및 배열 블록의 위치 또는 정렬상태를 분석하고, 상기 분석 결과에 근거하여 상기 복수의 광섬유 및 상기 배열 블록에 대한 정렬 동작을 제어하는 정렬 단계; 상기 정렬 단계에서 정렬 지그장치와 연결된 스테이지를 상기 정렬 동작에 근거하여 소정의 방향으로 이동시키는 스테이지 이동 단계; 상기 정렬 동작에 따라 상기 복수의 광섬유 및 상기 배열 블록의 정렬이 완료되면 적어도 두 개의 레이저빔을 출력하는 레이저빔 출력 단계; 및 상기 레이저빔을 이용하여 상기 복수의 광섬유 각각이 상기 배열 블록에 융착되도록 하는 융착 단계를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 광원 제어장치에서 스캐너를 정밀하게 조정하여 레이저빔의 융착 위치를 정교하게 변경할 수 있고, 양방향 레이저 빔을 융착면에 조사하여 균일하게 융착이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 비전 시스템을 이용하여 배열 블록을 통해 광축 방향으로 광섬유의 편광축을 정렬할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 거리측정 시스템을 이용해서 배열 블록과 전송광섬유의 거리를 정확하게 측정하여 Stuffing 길이를 최적화하여 손실과 인장력을 향상 시킬 수 있고, 여러 대의 고출력 광섬유 레이저를 동시에 광섬유 배열 블록을 통해 전송할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광섬유 배열 블록의 제작 후 편광축 정렬용 비전시스템을 이용하여 융착 단면 이미지를 실시간으로 측정이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 최소 피치(광섬유 코팅 직경)로 다수의 광섬유를 배열하여 광섬유 배열 블록을 제작할 수 있고, 2 차원 배열을 통해 고출력 광섬유를 원하는 빔 형태로 제작할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 배열 블록 제작장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 배열 블록 제작방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 배열 블록 제작장치의 사시도를 나타낸 도면이다.
도 3b은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 배열 블록 제작장치의 정면도 및 측면도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 배열 블록 제작장치를 나타낸 예시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 광원 제어장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저빔의 경로 및 초점을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배열 블록 홀더와 연동하는 스테이지 장치를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 홀더와 연동하는 스테이지 장치를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치를 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치의 펄스폭 변조신호를 이용한 레이저빔 출력 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 정렬 지그장치의 제1 및 제2 비전모듈을 이용한 정렬 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 정렬 지그장치의 제3 비전모듈을 이용한 정렬 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실시예에 따른 제4 비전모듈을 이용한 정렬 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 편광축 정렬을 위한 사전 정렬장치를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 정렬 지그장치에 포함된 광섬유 홀더를 나타낸 예시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다. 이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명에서 제안하는 레이저용 광섬유 배열 블록 제작장치에 대해 자세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 배열 블록 제작장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 광섬유 배열 블록 제작장치(100)는 다중의 고출력 광섬유 레이저 광원을 손실을 최소화하면서 빔 결합 장치로 전송하기 위한 광소자인 광섬유 배열 블록을 제작하기 위한 장치로서, 광원 제어장치(110), 정렬 지그장치(120), 스테이지 장치(130)를 포함하며, 정렬 지그장치(120)에 장착되는 광섬유(140) 및 배열 블록(150)을 추가로 포함한다.
광섬유 배열 블록 제작장치(100)는 2 차원 배열형 광섬유 배열 블록을 제작하는 것이 바람직하며, 본 실시예에 따른 광섬유 배열 블록은 정밀한 레이저 융착 기술을 통해 출력 확장이 용이하며, 저손실과 높은 인장력을 갖는 구조로 제작된다.
광원 제어장치(110)는 광섬유 배열 블록을 제작하기 위한 광원 즉, 레이저빔의 동작을 제어하는 동작을 수행한다.
본 실시예에 따른 광원 제어장치(110)는 기체 레이저를 이용하여 레이저빔을 출력하고, 출력된 레이저빔을 분할하여 양방향 레이저빔을 생성한다.
광원 제어장치(110)는 구비된 스캐너 및 초점 렌즈를 통해 양방향 레이저빔 각각이 광섬유(140)의 융착면에 조사되도록 제어한다. 여기서, 기체 레이저는 탄산가스 레이저(CO2 레이저)인　것이　바람직하나　반드시　이에　한정되는　것은　아니다.
광원 제어장치(110)는　스테이지 장치(130)에　포함된　PWM 발생기로부터　펄스폭　변조신호를　획득하고,　펄스폭　변조신호에　근거하여　레이저빔을　출력할　수　있다.
본 실시예에 따른 광원 제어장치(110)는 도 5 및 도 6을 통해 구체적으로 설명하도록 한다.
정렬 지그장치(120)는 홀더(122)에 장착된 광섬유(140) 및 배열 블록(150)의 위치 또는 정렬상태를 분석하고, 분석 결과에 근거하여 광섬유(140) 및 배열 블록(150)에 대한 정렬 동작을 제어한다. 여기서, 홀더(122)는 광섬유(140)를 고정시키는 홀더와 배열 블록(150)을 고정시키는 홀더를 포함하며, 광섬유(140)는 복수의 광섬유인 것이 바람직하다.
정렬 지그장치(120)는 비전 시스템(124)을 이용하여 광섬유(140) 및 배열 블록(150) 간 위치를 정렬하고, 사이 간격을 조정할 수 있다.
또한, 정렬 지그장치(120)는 비전 시스템(124)을 이용하여 광섬유(140)의 위치를 정렬할 수 있다. 여기서, 정렬 지그장치(120)는 광섬유(140)의 응력봉 위치를 기반으로 광섬유(140)의 편광축 정렬을 수행하거나, 광섬유(140)의 코어 위치를 기반으로 광섬유(140)의 코어 위치 정렬을 수행할 수 있다.
본 실시예에 따른 정렬 지그장치(120)는 도 11 내지 도 15를 통해 구체적으로 설명하도록 한다.
스테이지 장치(130)는 정렬 지그장치(120)와 연결된 스테이지를 포함하며, 정렬 지그장치(120)의 광섬유(140) 및 배열 블록(150) 간 정렬을 위하여 스테이지를 소정의 방향으로 이동시키는 동작을 수행한다.
스테이지 장치(130)는 복수의 광섬유(140)가 장착된 홀더와 연동하는 제1 스테이지와 배열 블록(150)이 장착된 홀더와 연동하는 제2 스테이지를 포함할 수 있다. 여기서, 스테이지 장치(130)는 x 축, y 축 및 z 축 중 적어도 하나의 방향으로 자동 또는 수동으로 이동 가능한 스테이지를 포함한다.
본 실시예에 따른 스테이지 장치(130)는 도 7 내지 도 10를 통해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 배열 블록 제작방법을 설명하기 위한 순서도이다.
정렬 지그장치(120)는 스테이지 장치(130)에 연결된 광섬유 홀더(122a)에 광섬유(140)를 사전 정렬하고, 4 축 스테이지의 Tz 축을 조정하여 Tz 스테이지의 최대 회전각이 ± 8 °이하가 되도록 조정한다(S210). 광섬유의 사전정렬은 정렬 지그장치(120)에서 수행되는 것으로 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 별도로 구혀된 사전정렬 장치에서 수행될 수도 있다.
정렬 지그장치(120)에 의해 사전정렬된 광섬유 홀더(122a)는 광섬유 배열 블록 제작장치(100)에 장착되며(S220), 광섬유 배열 블록 제작장치(100)는 정렬 지그장치(120)의 제1 및 제2 비전 모듈을 이용하여 복수의 광섬유(140) 각각과 배열 블록(150)의 절단각을 측정하여 복수의 광섬유(140) 및 배열 블록(150) 간 측면 위치를 정렬한다(S230). 구체적으로, 정렬 지그장치(120)는 서로 다른 각도로 구비된 제1 및 제2 비전 모듈 각각으로부터 측면 이미지를 획득하고, 측면 이미지의 프로파일 정보를 기반으로 복수의 광섬유(140) 각각과 배열 블록(150)의 절단각을 측정하여 복수의 광섬유(140) 및 배열 블록(150) 간 측면 위치를 정렬할 수 있다.
광섬유 배열 블록 제작장치(100)는 정렬 지그장치(120)의 제3 비전모듈을 이용하여 복수의 광섬유(140) 및 배열 블록(150)의 상부 이미지를 획득하고, 획득한 상부 이미지를 분석하여 복수의 광섬유(140) 각각과 배열 블록(150) 간의 상부 위치를 정렬한다(S240).
광섬유 배열 블록 제작장치(100)는 정렬 지그장치(120)의 제4 비전모듈을 이용하여 광섬유(140)의 편광축 정렬 및 코어 위치 정렬을 수행한다(S250).
구체적으로, 광섬유 배열 블록 제작장치(100)는 제4 비전모듈로부터 복수의 광섬유(140) 각각에 대한 단면 이미지를 획득하고, 획득된 단면 이미지를 분석하여 광섬유(140)에 대한 단면원의 중심 및 광섬유(140) 내에 포함된 두 개의 응력봉(142)의 각각에 대한 응력봉의 중심을 획득한다. 광섬유 배열 블록 제작장치(100)는 단면원의 중심 및 응력봉의 중심을 이용하여 복수의 광섬유(140) 각각을 회전시켜 편광축 정렬을 수행한다.
또한, 광섬유 배열 블록 제작장치(100)는 제4 비전모듈로부터 획득한 코어 이미지에서 코어의 중심을 획득하고, 코어의 중심을 광섬유(140)의 단면 이미지의 중심에 매칭시켜 광섬유(140)의 코어 위치 정렬을 수행한다.
광섬유 배열 블록 제작장치(100)는 복수의 광섬유(140) 및 배열 블록(150) 간의 정렬 단계가 완료되면, 광원 제어장치(110) 및 스테이지 장치(130)를 이용하여 레이저빔을 출력하고(S260), 광섬유(140)를 배열 블록(150)에 융착하는 동작을 수행한다(S270).
광섬유 배열 블록 제작장치(100)는 정밀한 레이저빔 융착을 통해 광섬유 배열 블록을 제작할 수 있다(S280).
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 배열 블록 제작장치의 사시도를 나타낸 도면이고, 도 3b은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 배열 블록 제작장치의 정면도 및 측면도를 나타낸 도면이다.
도 3a를 참조하면, 광섬유 배열 블록 제작장치(100)의 받침대에는 수직으로 거치대가 설치되며, 설치된 거치대의 일측에는 광원 제어장치(110)가 장착된다. 광원 제어장치(110)는 거치대를 통해 광섬유 배열 블록 제작장치(100)의 받침대와의 높낮이가 조정될 수 있다.
정렬 지그장치(120)는 광섬유(140) 및 배열 블록(150) 각각을 고정시키기 위한 홀더(122)와 광섬유(140) 및 배열 블록(150)의 위치 및 정렬 상태를 분석하기 위한 비전 시스템(124)을 포함할 수 있다. 여기서, 비전 시스템은 복수의 카메라를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
스테이지 장치(130)는 광섬유 배열 블록 제작장치(100)의 받침대에 고정되며, 정렬 지그장치(120)와 블록 제작장치(100)의 받침대 사이에 설치된다. 스테이지 장치(130)는 광섬유(140) 및 배열 블록(150)의 정렬을 위하여 정렬 지그장치(120)와 연결된 스테이지를 이동시킨다.
도 3b의 (a)는 광섬유 배열 블록 제작장치(100)를 일측에서 바라본 정면도를 나타내며, 일측 방향에서는 광원 제어장치(110)에서 조사되는 양방향 레이저빔이 중첩되어 하나의 레이저빔의 형태로 보여진다.
도 3b의 (b)는 광섬유 배열 블록 제작장치(100)를 타측에서 바라본 측면도를 나타내며, 타측 방향에서는 광원 제어장치(110)에서 조사되는 양방향 레이저빔이 하나의 초점으로 조사되는 두 개의 레이저빔 형태로 보여진다. 여기서, 양방향 레이저빔 각각은 초점을 통과하는 가상의 수직선을 기준으로 소정의 사이각을 갖는 형태로 조사된다. 예를 들어, 양방향 레이저빔 각각은 초점을 포함하는 수직선을 기준으로 15.6 °의 각도를 갖는 형태로 설정되어 광섬유(140)에 조사될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 배열 블록 제작장치를 나타낸 예시도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 기재된 광섬유 배열 블록 제작장치(100)를 실제 구현한 장비를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 광섬유 배열 블록 제작장치(100)은 광원 제어장치(110), 정렬 지그장치(120), 스테이지 장치(130)를 포함하며, 정렬 지그장치(120)는 광섬유(140)를 고정시키기 위한 광섬유 홀더(122a), 배열 블록(150)을 고정시키기 위한 배열 블록 홀더(122b), 광섬유를 지지하기 위한 광섬유 지지대(122c)와 광섬유(140) 및 배열 블록(150)의 위치 및 정렬 상태를 분석하여 정렬 제어를 수행하는 비전 시스템(124)을 포함한다. 광섬유 배열 블록 제작장치(100)에 포함된 구성요소 각각에 대한 설명은 도 1 내지 도 3에 기재된 내용과 중복됨으로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 광원 제어장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 광원 제어장치(110)는 기체 레이저(510), 반사경(512), 빔 분할기(514), 제1 스캐너(520), 제2 스캐너(522), 제1 초점 렌즈(530) 및 제2 초점 렌즈(532)를 포함한다. 도 5의 광원 제어장치(110)는 일 실시예에 따른 것으로서, 도 5에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 광원 제어장치(110)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
광원 제어장치(110)는 정렬 지그장치(120)에 의해 광섬유(140) 및 배열 블록(150) 간의 정렬 동작이 완료되면 복수의 광섬유(140) 각각이 배열 블록(150)에 융착되도록 레이저빔을 출력한다.
기체 레이저(510)는 광섬유(140)의 융착을 위하여 레이저빔을 출력한다. 여기서, 기체 레이저(510)는 탄산가스 레이저(CO2 레이저)인　것이　바람직하나　반드시　이에　한정되는　것은　아니다.
광원 제어장치(110)는 기체 레이저(510)를 통해 출력된 레이저빔을 반사경(512)를 통해 방향을 조정하여 빔 분할기(514)로 전달한다. 빔 분할기(514)는 레이저빔을 획득하여 양방향 레이저빔으로 분할하며, 양방향 레이저빔 각각을 제1 스캐너(520) 및 제2 스캐너(522) 각각으로 전달한다.
제1 스캐너(520) 및 제2 스캐너(522) 각각은 제1 초점 렌즈(530) 및 제2 초점 렌즈(532) 각각을 통해 레이저빔을 집속하고, 집속된 레이저빔을 광섬유(140) 융착면에 조사되도록 한다.
광원 제어장치(110)는 제1 스캐너(520) 및 제2 스캐너(522)의 각도 제어를 통해 정밀하게 융착면의 위치를 변경할 수 있다. 또한, 광원 제어장치(110)는 두 개의 스캐너(520, 522)를 통해 양방향 레이저빔 각각을 하나의 광섬유(140) 융착면에 조사하여 균일하게 융착되도록 한다.
광원 제어장치(110)의 기체 레이저(510)는 스테이지 장치(130)에　포함된　PWM 발생기(136)로부터　펄스폭　변조신호를　획득하고,　펄스폭　변조신호에　근거하여　레이저빔을 출력한다. 여기서, 기체 레이저(510)의 레이저빔 출력은 주파수 및 듀티 사이클의 조정에 따라 제어될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 광원 제어장치(110)는 기체 레이저(510)를 포함하는 제1 케이스와 나머지 구성요소(512, 514, 520, 522, 530, 532)를 포함하는 제2 케이스가 결합된 형태로 구현될 수 있다. 여기서, 광원 제어장치(110)의 제1 케이스의 긴 변의 길이(세로 길이, 550)는 680 mm 내지 710 mm 범위 내에서 구현되고, 제2 케이스의 긴 변의 길이(가로 길이, 540)는 490 mm 내지 520 mm 범위 내에서 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저빔의 경로 및 초점을 나타낸 도면이다.
광원 제어장치(110)는 제1 스캐너(520) 및 제2 스캐너(522)의 각도를 조절하여 두 개의 초점 렌즈(530, 532) 각각을 통해 양방향 레이저빔이 기 설정된 직경을 갖는 하나의 초점으로 조사되도록 한다. 여기서, 초점의 직경은 복수의 광섬유(140) 중 하나의 광섬유에만 양방향 레이저빔이 조사될 수 있도록 결정된 크기를 의미한다.
도 6을 참조하면, 광원 제어장치(110)의 두 개의 초점 렌즈(530, 532) 사이의 간격(610)은 130 mm 내지 150 mm 범위 내에서 구현될 수 있고, 두 개의 초점 렌즈(530, 532) 각각과 광섬유(140)의 융착면과의 수직 거리(620)는 240 mm 내지 260 mm 범위 내에서 구현될 수 있다. 또한, 광원 제어장치(110)의 양방향 레이저빔 각각은 초점을 통과하는 가상의 수직선을 기준으로 소정의 사이각(θ1)을 갖는 형태로 조사될 수 있다.
광원 제어장치(110)에서 조사되는 양방향 레이저빔의 길이 즉, 초점 렌즈(530, 532)로부터 초점(융착면)까지의 길이(630)는 24.9 mm 내지 26.9 mm 범위 내에서 구현되고, 양방향 레이저빔의 직경(632)은 906 μm 내지 926 μm 범위 내에서 구현될 수 있다. 또한, 양방향 레이저빔의 초점 직경(640)은 640 μm 내지 690 μm 범위 내에서 형성될 수 있다. 여기서, 초점 직경(640)은 하나의 광섬유(140)에 조사되는 양방향 레이저의 직경을 의미하며, 하나의 광섬유에 인접한 다른 광섬유에는 융착이 이루어지지 않도록 산출된 직경인 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배열 블록 홀더와 연동하는 스테이지 장치를 나타낸 도면이다.
도 7의 (a)는 배열 블록 홀더(122b)와 결합된 스테이지 장치(130)의 제2 스테이지를 나타낸다. 제2 스테이지는 X 축 전동 스테이지(710), Tx 축 수동 스테이지(720), Tz 축 수동 스테이지(730)을 포함하며, 각각의 전동 또는 수동 스테이지를 이용하여 배열 블록 홀더(122b)의 위치를 조정할 수 있다. 스테이지 장치(130)는 다수의 광섬유를 융착 시 제2 스테이지(배열 블록 스테이지)의 X 축 전동 스테이지(710) 또는 Tx 축 수동 스테이지(720)를 움직여서 순서대로 배열블록에 광섬유가 융착되도록 할 수 있다.
도 7의 (b)는 배열 블록 홀더(122b)을 나타내며, 배열 블록 홀더(122b)에는 레이저 반사 거울(740)이 장착되어 있다. 배열 블록 홀더(122b)는 레이저 반사 거울(740)의 상하방향으로 조사된 레이저빔을 이용하여 배열 블록(150)에 광섬유(140)가 융착되도록 한다.
도 7의 (c)는 실제 장비의 배열 블록 홀더(122b)를 나타내며, 광섬유 홀더(122a)와 마주보는 위치에 구현된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 홀더와 연동하는 스테이지 장치를 나타낸 도면이다.
도 8의 (a)는 광섬유 홀더(122a)와 결합된 스테이지 장치(130)의 제1 스테이지를 나타낸다. 제1 스테이지는 Z 축 전동 스테이지(810), X 축 전동 스테이지(820), Y 축 전동 스테이지(830), Ty 축 수동 스테이지(840), Tz 축 수동 스테이지(850) 및 Tx 축 수동 스테이지(860)를 포함하며, 제1 스테이지는 각각의 전동 또는 수동 스테이지를 이용하여 광섬유 홀더(122a)의 위치를 조정할 수 있다.
도 8의 (b) 및 (c)는 광섬유 홀더(122a)의 사시도 및 정면도를 나타낸다. 광섬유 홀더(122a)는 고무 재질의 패드(870)을 이용하여 광섬유(140)를 장착하고, 고정 나사(872)를 이용하여 광섬유(140)를 고정 또는 분리시킬 수 있다. 또한, 조정 나사(874)의 스프링을 이용하여 광섬유(140)를 고정 강도를 조정할 수 있다.
도 8의 (d)는 광섬유 홀더(122a)가 미장착된 제1 스테이지를 나타내고, 도 8의 (e)는 광섬유 홀더(122a)가 장착된 제1 스테이지를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치를 나타낸 예시도이다.
도 9의 좌측 장비는 광섬유 홀더(122a)와 결합된 제1 스테이지를 나타내고, 도 9의 우측 장비는 배열 블록 홀더(122b)와 결합된 제2 스테이지를 나타낸다. 제1 스테이지 및 제2 스테이지 각각은 수동 스테이지(910) 및 전동 스테이지(920)를 포함하며, 정렬 지그장치(120)의 제어에 따라 수동 스테이지(910) 또는 전동 스테이지(920)가 이동하게 된다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치의 펄스폭 변조신호를 이용한 레이저빔 출력 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
스테이지 장치(130)는 정렬 지그장치(120)와 연결된 스테이지를 포함하며, 정렬 지그장치(120)의 광섬유(140) 및 배열 블록(150) 간 정렬을 위하여 스테이지를 소정의 방향으로 이동시키는 동작을 수행한다.
스테이지 장치(130)는 복수의 광섬유(140)가 장착된 홀더와 연동하는 제1 스테이지와 배열 블록(150)이 장착된 홀더와 연동하는 제2 스테이지를 포함할 수 있다. 여기서, 스테이지 장치(130)는 x 축, y 축 및 z 축 중 적어도 하나의 방향으로 자동 또는 수동으로 이동 가능한 스테이지를 포함한다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 스테이지 장치(130)는 스테이지(132), 구동장치(134) 및 PWM 발생기(136)를 포함한다. 스테이지(132)는 복수의 광섬유(140)가 장착된 홀더와 연동하는 제1 스테이지와 배열 블록(150)이 장착된 홀더와 연동하는 제2 스테이지를 의미하고, 구동장치(134)는 조작 또는 입력에 따라 스테이지(132)를 이동시키는 장치를 의미한다. 또한, PWM 발생기(136)는 조작 또는 입력에 따라 펄스폭　변조신호를 생성하고, 생성된 펄스폭　변조신호를 광원 제어장치(110)의 기체 레이저(510)로 전송하여 레이저빔이 출력되도록 한다. 여기서, 기체 레이저(510)의 레이저빔 출력은 주파수 및 듀티 사이클의 조정에 따라 제어될 수 있다.
도 10의 (a)는 50 % 듀티 사이클 및 5 kHz 의 조건에서 출력되는 펄스폭 변조신호에 따른 레이저빔의 출력을 나타내고, 도 10의 (b)는 95 % 듀티 사이클 및 5 kHz 의 조건에서 출력되는 펄스폭 변조신호에 따른 레이저빔의 출력을 나타낸다. 또한, 도 10의 (c)는 60 % 듀티 사이클 및 50 kHz 의 조건에서 출력되는 펄스폭 변조신호에 따른 레이저빔의 출력을 나타낸다.
도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 정렬 지그장치의 제1 및 제2 비전모듈을 이용한 정렬 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a를 참조하면, 정렬 지그장치(120)의 제1 비전모듈(1110), 제2 비전모듈(1120), 텔레센트릭 렌즈(Telecentric Lens, 1130), 백라이트(1140) 등이 고정 지지대(1150)에 설치된다. 제1 비전모듈(1110) 및 제2 비전모듈(1120)은 서로 30 °의 사이각을 갖는 형태로 구현될 수 있다.
정렬 지그장치(120)은 제1 비전모듈(1110) 및 제2 비전모듈(1120)을 이용하여 측면 이미지를 획득할 수 있다. 여기서, 제1 비전모듈(1110) 및 제2 비전모듈(1120)은 CCD(Charge Coupled Device) 카메라인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11b를 참조하면, 정렬 지그장치(120)는 서로 다른 각도로 구비된 두 개의 측면 비전모듈(1110, 1120) 각각으로부터 측면 이미지를 획득하고, 측면 이미지의 프로파일 정보를 기반으로 복수의 광섬유(140) 각각과 배열 블록(150)의 절단각을 측정하여 복수의 광섬유(140) 및 배열 블록(150) 간 측면 위치를 정렬할 수 있다.
또한, 정렬 지그장치(120)는 구비된 광원부를 통해 복수의 광섬유(140) 및 배열 블록(150)으로 광원을 출력하고, 광원이 반사되어 돌아오는 신호를 이용하여 복수의 광섬유(140) 및 배열 블록(150) 간의 거리를 측정할 수 있다. 정렬 지그장치(120)는 측정된 거리에 근거하여 복수의 광섬유(140) 각각과 배열 블록(150) 간 간격을 조정할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 정렬 지그장치의 제3 비전모듈을 이용한 정렬 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12의 (a)는 정렬 지그장치(120)의 제3 비전모듈(1210)을 나타낸다.
복수의 광섬유(140) 및 배열 블록(150)의 상부 방향에 설치된 정렬 지그장치(120)의 제3 비전모듈(1210)을 이용하여 도 12의 (b)와 같은 상부 이미지를 획득한다. 정렬 지그장치(120)는 획득한 상부 이미지를 분석하여 복수의 광섬유(140) 각각과 배열 블록(150) 간의 상부 위치를 정렬한다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실시예에 따른 제4 비전모듈을 이용한 정렬 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 정렬 지그장치(120)는 제4 비전모듈(1310)을 이용하여 광섬유(140)의 위치를 정렬할 수 있다. 여기서, 제4 비전모듈(1310)은 광섬유(140)의 응력봉 위치를 기반으로 광섬유(140)의 편광축 정렬을 수행하거나, 광섬유(140)의 코어 위치를 기반으로 광섬유(140)의 코어 위치 정렬을 수행할 수 있다.
도 13a를 참조하면, 정렬 지그장치(120)는 광섬유(140)의 단면과 마주보는 위치에 구비된 제4 비전모듈(1310)로부터 복수의 광섬유(140) 각각에 대한 단면 이미지를 획득한다(도 13a의 (a)). 정렬 지그장치(120)는 획득한 단면 이미지를 분석하여 광섬유(140)에 대한 단면원의 중심 및 광섬유(140) 내에 포함된 두 개의 응력봉(142)의 각각에 대한 응력봉의 중심을 획득하고, 단면원의 중심 및 응력봉의 중심을 이용하여 복수의 광섬유(140) 각각에 대한 편광축 정렬을 수행한다.
구체적으로, 정렬 지그장치(120)는 광섬유(140) 각각에 대한 단면 이미지를 이진화 처리하고(도 13a의 (b)), 단면 이미지의 단면원에 해당하는 픽셀 개수의 면적을 계산한 후 무게 중심법 알고리즘을 적용하여 단면원의 중심 및 응력봉의 중심을 획득할 수 있다(도 13a의 (c)). 정렬 지그장치(120)는 응력봉의 중심에 대한 각도를 보정하기 위하여 단면원의 중심을 기준으로 광섬유(140)를 회전시켜 편광축을 정렬할 수 있다(도 13a의 (d)).
도 13b를 참조하면, 정렬 지그장치(120)는 광섬유(140)의 코어에 광을 입사시킨 후 이미지를 획득한다(도 13b의 (a)).
정렬 지그장치(120)는 획득한 코어 이미지에서 코어의 중심을 획득하고, 코어의 중심을 광섬유(140)의 단면 이미지의 중심에 매칭시켜 광섬유(140)의 코어 위치를 정렬한다.
정렬 지그장치(120)는 코어의 중심을 관심영역(ROI: Region Of Interest)으로 설정하고(도 13b의 (b)), 관심영역 내에 포함된 픽셀 개수의 면적을 계산한 후 무게 중심법 알고리즘을 적용하여 코어의 중심을 획득한다(도 13b의 (c)). 정렬 지그장치(120)는 코어의 중심을 기반으로 광섬유(140)의 코어 위치를 정렬한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 편광축 정렬을 위한 사전 정렬장치를 나타낸 도면이다.
도 14의 (a)는 사전 정렬장치에 포함된 3 축(X, Y, Z) 스테이지(1410) 및 4 축(X, Y, Z, Tz) 스테이지(1420)를 나타내며, 3 축 스테이지는 수동 스테이지일 수 있고, 4 축 스테이지는 전동 스테이지일 수 있다.
a) 사전 정렬장치는 광섬유(140)를 장착하고 크램프(①)로 고정시킨다.
b) 사전 정렬장치는 4축 스테이지(②)의 Z 축을 움직여 초점을 조정한다.
c) 사전 정렬장치는 4축 스테이지(②)의 Tz 축을 조정하여 Tz 스테이지의 최대 회전각이 ± 8 °이하가 되도록 조정한다.
d) 사전 정렬장치는 크램프(③)로 광섬유(140)을 고정시킨다.
e) 사전 정렬장치는 광섬유 홀더의 고정 나사(④)를 이용하여 광섬유(140)를 추가로 고정한다.
f) 사전 정렬장치는 크램프(①, ③)에서 광섬유 홀더를 분리하여 제작장비에 광섬유 홀더(122a)를 이동시켜 장착한다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 정렬 지그장치에 포함된 광섬유 홀더를 나타낸 예시도이다.
도 15에서는 광섬유(140)을 고정시키는 광섬유 홀더(122a)의 형상을 나타낸다. 광섬유 홀더(122a)는 Two point 홀딩방식을 적용하여 광섬유를 안정적으로 고정시킬 수 있으며, 광섬유 융착 피치(Pitch)를 실시간으로 조정할 수 있다. 또한, 광섬유 홀더(122a)는 회전 모터와 고정 치구가 일체형으로 구현되어 광섬유 정렬에 용이한 구조를 갖는다.
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이상의 설명은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 광섬유 배열 블록 제작장치
110: 광원 제어장치 120: 정렬 지그장치
130: 스테이지 장치 140: 광섬유
150: 배열 블록

Claims (11)

  1. 레이저용 광섬유 배열 블록 제작장치가 레이저용 광섬유 배열 블록을 제작하는 방법에 있어서,
    홀더에 장착된 복수의 광섬유 및 배열 블록의 위치 또는 정렬상태를 분석하고, 상기 분석 결과에 근거하여 상기 복수의 광섬유 및 상기 배열 블록에 대한 정렬 동작을 제어하는 정렬 단계;
    상기 정렬 단계에서 정렬 지그장치와 연결된 스테이지를 상기 정렬 동작에 근거하여 소정의 방향으로 이동시키는 스테이지 이동 단계;
    상기 정렬 동작에 따라 상기 복수의 광섬유 및 상기 배열 블록의 정렬이 완료되면 적어도 두 개의 레이저빔을 출력하는 레이저빔 출력 단계; 및
    상기 레이저빔을 이용하여 상기 복수의 광섬유 각각이 상기 배열 블록에 융착되도록 하는 융착 단계를 포함하되,
    상기 정렬 단계는, 상기 복수의 광섬유의 단면과 마주보는 위치에 구비된 단면 카메라로부터 상기 복수의 광섬유 각각에 대한 단면 이미지를 획득하고, 상기 단면 이미지를 이진화 처리하여 상기 단면 이미지의 단면원에 해당하는 픽셀 개수의 면적을 계산한 후 무게 중심법 알고리즘을 적용하여 상기 광섬유에 대한 단면원의 중심 및 상기 광섬유 내에 포함된 두 개의 응력봉의 각각에 대한 응력봉의 중심을 획득하고, 단면원의 중심 및 상기 응력봉의 중심을 이용하여 상기 복수의 광섬유 각각에 대한 편광축을 정렬하는 것을 특징으로 하는 레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정렬 단계는,
    서로 다른 각도로 구비된 두 개의 측면 카메라 각각으로부터 측면 이미지를 획득하고, 상기 측면 이미지의 프로파일 정보를 기반으로 상기 복수의 광섬유 각각과 상기 배열 블록의 절단각을 측정하여 상기 복수의 광섬유 및 상기 배열 블록 간 측면 위치를 정렬하는 것을 특징으로 하는 레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정렬 단계는,
    상기 복수의 광섬유 및 상기 배열 블록의 상부 방향에 구비된 상부 카메라로부터 상부 이미지를 획득하고, 상기 상부 이미지를 분석하여 상기 복수의 광섬유 각각과 상기 배열 블록 간 상부 위치를 정렬하는 것을 특징으로 하는 레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정렬 단계는,
    구비된 광원부를 통해 상기 복수의 광섬유 및 상기 배열 블록으로 광원을 출력하고, 상기 광원이 반사되어 돌아오는 신호를 이용하여 상기 복수의 광섬유 및 상기 배열 블록 간의 거리를 측정하고, 상기 측정된 거리에 근거하여 상기 복수의 광섬유 각각과 상기 배열 블록 간 간격을 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 정렬 단계는,
    상기 응력봉의 중심에 대한 각도를 보정하기 위하여 상기 단면원의 중심을 기준으로 상기 광섬유를 회전시켜 상기 편광축을 정렬하는 것을 특징으로 하는 레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 정렬 단계는,
    상기 광섬유의 코어에 광을 입사시킨 후 획득한 코어 이미지에서 코어의 중심을 획득하고, 상기 코어의 중심을 상기 광섬유의 단면 이미지의 중심에 매칭시켜 상기 광섬유의 코어 위치를 정렬하는 것을 특징으로 하는 레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 정렬 단계는,
    상기 코어의 중심을 관심영역(ROI: Region Of Interest)으로 설정하고, 상기 관심영역 내에 포함된 픽셀 개수의 면적을 계산한 후 무게 중심법 알고리즘을 적용하여 상기 코어의 중심을 획득하는 것을 특징으로 하는 레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 레이저빔 출력 단계는,
    기체 레이저를 이용하여 출력된 상기 레이저빔을 분할하여 양방향 레이저 빔을 생성하고, 스캐너 및 초점 렌즈를 통해 상기 양방향 레이저빔 각각을 상기 광섬유의 융착면에 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 레이저빔 출력 단계는,
    상기 스캐너를 조절하여 상기 양방향 레이저빔이 기 설정된 직경을 갖는 하나의 초점으로 조사되도록 하며, 상기 초점의 직경은 상기 복수의 광섬유 중 하나의 광섬유에만 상기 양방향 레이저빔이 조사되도록 결정된 크기인 것을 특징으로 하는 레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법.
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