KR102095216B1 - 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치 및 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광섬유를 지그로 이동시켜 고정 및 이동지그에 고정시키는 광섬유 이동모듈, 기 설정된 패턴을 갖는 위상 마스크를 상기 고정 및 이동지그로 이동시켜 상기 고정 및 이동지그의 안착홈에 고정시키는 위상 마스크 이동모듈, 상기 고정 및 이동지그의 경사각을 조절하여 상기 광섬유를 +z축 또는 -z축 방향으로 이동시키는 지그 경사각 조절모듈, 상기 고정 및 이동지그를 ±x축 또는 ±y축 방향으로 이동시키는 지그 이동모듈, 상기 지그 경사각 조절모듈 및 지그 이동모듈이 상기 광섬유의 이동 방향을 조절함에 따라, 상기 위상 마스크로 레이저 빔을 조사하는 광학모듈 및 상기 광학모듈로부터 조사되는 상기 레이저 빔을 집광하는 포커싱모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치를 제공한다.

Description

대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치 및 방법{Apparatus and Method for Forming Fiber Bragg Grating on A Large Diameter Optical Fiber}
본 발명은 대구경(大口徑)을 갖는 광섬유에 브래그 격자를 형성하는 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
광섬유 브래그 격자(FBG, Fiber Bragg Grating, 이하 'FBG'로 약칭함)는 원격 통신 시스템 및 섬유 감지 시스템에서 중요한 구성요소이다. FBG는 광섬유 코어 내의 유효굴절률(Effective Refractive Index)을 광섬유의 축방향에 대하여 주기적으로 변화시킴으로써, 특정 파장을 선택적으로 반사시킨다. 그리고 선택되는 특정 파장은 격자의 주기에 의해 결정된다.
통상적으로, 이러한 FBG를 광섬유 코어에 형성하는 방법에는 UV(자외선, Ultraviolet) 간섭 패턴을 이용하는 간섭계 방법 및 위상 마스크(Phase Mask)를 이용한 방법이 있다.
간섭계 방법은, 단일 레이저 빔을 광섬유에 조사하여 FBG를 형성하는 방법이다. 조사된 레이저 빔은 두 개의 구성요소로 분할되어 광섬유 내에서 재결합되며, 패턴의 주기는 두 개의 거울을 회전시킴으로써 형성된다.
위상 마스크 방법은, 회절 격자를 사용하여 단일 레이저를 +1/-1 회절 차수로 분할함으로써, 회절 차수들 사이의 간섭을 이용하여 광섬유에 고정된 패턴을 생성하는 방법이다. 위상 마스크 방법을 이용한 패턴의 주기는 위상 마스크의 기 설정된 패턴에 의해 결정된다.
한편, 간섭계 방법 및 위상 마스크 방법은 고도의 정밀성이 요구되며, 형성 과정이 번거롭다는 한계가 있다. 특히, 이러한 방법은 코어 및 클래딩의 직경이 큰 대구경의 광섬유에는 적용하기가 어려운 문제가 있다. 이에 따라, 최근들어, 대구경 광섬유에 FBG를 형성하기 위한 다양한 방법들이 연구개발되고 있는 추세이다.
본 발명의 일 실시예는, 광섬유를 수 마이크로미터(㎛)의 범위로 수직방향 및 수평방향으로 이동시켜, 코어의 직경이 큰 광섬유에도 FBG를 정밀하게 형성할 수 있는 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 광섬유의 위치를 상승시키거나 하강시켜, 레이저 빔의 입사량이 최대가 되는 위치로 광섬유를 이동시킬 수 있는 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 광섬유를 지그로 이동시켜 고정 및 이동지그에 고정시키는 광섬유 이동모듈, 기 설정된 패턴을 갖는 위상 마스크를 상기 고정 및 이동지그로 이동시켜 상기 고정 및 이동지그의 안착홈에 고정시키는 위상 마스크 이동모듈, 상기 고정 및 이동지그의 경사각을 조절하여 상기 광섬유를 +z축 또는 -z축 방향으로 이동시키는 지그 경사각 조절모듈, 상기 고정 및 이동지그를 ±x축 또는 ±y축 방향으로 이동시키는 지그 이동모듈, 상기 지그 경사각 조절모듈 및 지그 이동모듈이 상기 광섬유의 이동 방향을 조절함에 따라, 상기 위상 마스크로 레이저 빔을 조사하는 광학모듈 및 상기 광학모듈로부터 조사되는 상기 레이저 빔을 집광하는 포커싱모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광섬유는, 대구경을 갖는 광섬유인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 지그 경사각 조절모듈은, 고정 및 이동지그의 경사면이 이루는 경사각을 조절하여, 상기 경사각이 커지면 상기 광섬유는 -z축 방향으로 이동하며, 상기 경사각이 좁아지면 상기 광섬유는 +z축 방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 지그 이동모듈은, 상기 고정 및 이동지그를 +y축 또는 -y축 방향으로 이동시켜, 상기 광학모듈에 의해 광섬유 브래그 격자(FBG)를 형성시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 지그 이동모듈은, 상기 고정 및 이동지그를 기 설정된 간격만큼 +x축 또는 -x축 방향으로 이동시켜, 상기 광학모듈에 의해 복수 개의 광섬유 브래그 격자(FBG)를 형성시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광학모듈은, 자외선 파장 또는 펨토초 단위의 펄스 폭을 갖는 대역의 레이저를 조사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광학모듈은, 포커싱모듈과의 초점거리에 의해 기 설정된 위치에 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 고정 및 이동지그의 광섬유 고정 및 이동부에 광섬유를 안착시키는 과정, 고정 및 이동지그의 위상 마스크 안착홈에 기 설정된 패턴을 갖는 위상 마스크를 고정키는 과정, 고정 및 이동지그의 경사각을 조절하여, 상기 기 설정된 패턴을 갖는 위상 마스크로 입사되는 레이저 빔의 입사량이 최대인 위치로 상기 광섬유를 위치시키는 과정, 상기 기 설정된 패턴을 갖는 위상 마스크로 레이저 빔을 조사하는 과정, 상기 고정 및 이동지그를 +y축 또는 -y축으로 이동시켜, 광섬유의 코어에 광섬유 브래그 격자를 형성하는 과정 및 상기 고정 및 이동지그가 상기 +y축 또는 -y축으로 이동함에 따라, 상기 고정 및 이동지그를 기 설정된 간격만큼 +x축 또는 -x축으로 이동시켜, 상기 광섬유의 코어에 복수 개의 광섬유 브래그 격자를 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 대구경 광섬유 브래그 격자 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 소정의 각도로 기울어져 있는 두 개의 경사면에 의해 V자 형의 홈을 가지는 광섬유 고정 및 이동부 및 위상 마스크를 고정시키는 홈을 포함하는 위상 마스크 고정홈을 포함하는 고정 및 이동지그로서, 상기 광섬유 고정 및 이동부는 상기 두 개의 경사면이 확장되거나 축소됨으로써, 상기 두 개의 경사면이 이루는 경사각이 조절되어 광섬유를 하강시키거나 상승시키는 것을 특징으로 하는 고정 및 이동지그를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 위상 마스크 고정홈은, 상기 광섬유 고정 및 이동부의 일측면에 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 광섬유를 특수한 형태의 지그에 고정시켜, 수 마이크로미터(㎛) 범위로 지그를 수직방향 및 수평방향으로 이동시킴으로써, 코어의 직경이 큰 대구경 광섬유에도 FBG를 정밀하게 형성할 수 있어, 공정 시간의 단축을 제공할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광섬유가 고정된 지그의 경사각을 조절하여 광섬유를 상하방향으로 이동시킴으로써, 위상 마스크로 조사되는 레이저 빔의 입사량이 최대가 되는 위치로 광섬유를 이동시켜, 레이저의 초점이 코어의 중심에 도달할 수 있도록 함으로써, 펨토초(Femtosecond) 단위의 펄스폭을 갖는 레이저로도 FBG를 형성할 수 있어, 공정의 효율성을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 광섬유 코어를 수직방향으로 가로지르는 형태의 주기적인 굴절률 변화를 유발할 수 있는 FBG를 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치가 코어에 브래그 격자를 형성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치가 코어에 브래그 격자를 형성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정 및 이동지그의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치의 브래그 격자 형성방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치가 코어에 브래그 격자를 형성하는 과정을 도시한 도면이다.
대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치(100)는 구동 스테이지(140), 위상 마스크(150), 레이저(160) 및 렌즈(170)를 포함한다.
대구경 광섬유(110)는 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치(100)의 대상물체로서, 클래딩(120) 및 코어(130)를 포함한다. 여기서, 광섬유(110)는 클래딩(120)의 직경이 250㎛이상, 코어(130)의 직경이 10㎛이상인 대구경(大口徑)의 광섬유(110, 이하 '광섬유'로 약칭함)일 수 있다. 광섬유(110)는 통상적으로, 직진하는 빛을 클래딩(120) 및 코어(130)의 굴절률 차이를 이용하여 전달시킨다.
광섬유 브래그 격자(FBG, Fiber Bragg Grating, 이하, 'FBG로 약칭함)는 일정한 간격으로 코어(130) 내에 연속적으로 배열되어 있으며, 광섬유(110)의 굴절률 변화를 유발한다. 이러한 FBG는 광섬유(110) 상부에 위치한 기 설정된 패턴을 갖는 위상 마스크(150)에 레이저(160)를 조사함으로써 형성된다.
이때, 레이저(160)는 초점(F)에 따라 렌즈(170)로부터 소정의 거리만큼 떨어져 고정되어 있는 상태이다. 따라서, 코어(130)의 반경 내로 FBG를 형성하기 위해, 광섬유(110)는 구동 스테이지(140)에 안착되어 ±x축 및 ±y축 방향으로 이동된다.
구동 스테이지(140)가 +y축 또는 -y축 방향으로 이동함에 따라, 광섬유 코어(130)에는 하나의 FBG가 형성된다. 코어(130)에 하나의 FBG가 형성되면, 구동 스테이지(140)는 +y축 또는 -y축 방향으로의 이동을 멈추고, +x축 또는 -x축 방향으로 기 설정된 간격만큼 이동한다. 그리고 구동 스테이지(140)는 다시 +y축 또는 -y축 방향으로 이동함으로써, 코어(130)에는 다음 FBG가 형성된다.
위상 마스크(150)는 광섬유(110)의 상부에 위치되며, 기 설정된 패턴을 포함한다. 위상 마스크(150)는 레이저(160) 광원의 간섭에 의해 코어(130)에 기 설정된 패턴을 형성시킨다.
레이저(160)는 초점(F)에 렌즈(170)로부터 소정의 거리만큼 떨어져 고정되어 레이저 빔(L)을 광섬유(110) 상부에 위치한 위상 마스크(150)로 조사한다. 통상적으로, FBG 형성을 위한 레이저(160)는 UV(자외선, Ultraviolet) 레이저를 이용한다.
렌즈(170)는 레이저(160)로부터 조사되는 레이저 빔(L)을 집광하는 장치이다. 레이저 빔(L)은 분산되는 성질이 있기 때문에, 렌즈(170)를 이용하여 레이저 빔(L)을 집광함으로써 레이저 빔(L)의 강도를 증가시킨다.
종래의 광섬유 브래그 격자 형성장치를 이용하여 코어(130)에 FBG를 형성하게 되면, 위상 마스크(150)로 입사되는 레이저 빔(L)의 입사량이 상대적으로 감소하며, 레이저 빔(L)의 초점(F)이 코어(130)의 중심으로 도달하지 못하게 되어, 공정 시간이 길어지고 공정의 정밀도가 떨어지는 문제가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치(100)를 이용하여 코어(130)에 FBG를 가공하게 되면, 구동 스테이지(140)가 +y축 또는 -y축 방향으로 이동하는 범위가 넓어진다. 구동 스테이지(140)의 이동 범위가 넓어짐에 따라, 광섬유(110)는 구동 스테이지(140)로부터 상대적으로 오랜 시간 동안 진동을 전달 받으므로, FBG가 정밀하게 형성되는데 영향을 미친다. 따라서, 광섬유(110)를 고정함과 동시에, 넓은 범위로 이동시킬 수 있는 장치가 요구되며, 이에 대해서는 도 2 내지 도 4에서 후술하도록 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치의 구성을 도시한 도면이다.
대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치(200)는 광섬유 이동모듈(210), 위상 마스크 이동모듈(220), 지그 경사각 조절모듈(230), 지그 이동모듈(240), 카메라(250), 제어모듈(260), 광학모듈(270) 및 포커싱모듈(280)을 포함한다.
광섬유 이동모듈(210)은 제어모듈(260)의 제어에 따라 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치(200)의 대상이 되는 광섬유(110)를 고정 및 이동지그(미도시, 이하 '지그'로 약칭함)로 이동시킨다. 광섬유(110)가 지그의 정위치(광섬유가 지그에 온전히 고정되어 유격되지 않는 위치)에 위치하여야, 광섬유(110)는 지그의 이동에 따른 진동에 영향을 받지 않는다. 또한, 광섬유(110)가 광섬유 이동모듈(210)에 의해 지그의 정위치에 위치함으로써, 광섬유(110)는 광학모듈(270)이 위상 마스크(150)에 조사하는 레이저 빔(L)에 제대로 노출될 수 있다. 광섬유 이동모듈(210)은 광섬유(110)에 손상을 가하지 않고 이동시킬 수 있는 수단이라면 어떠한 수단으로 구현되어도 무방하다.
위상 마스크 이동모듈(220)은 제어모듈(260)의 제어에 따라 지그의 상부에 위상 마스크(150)를 위치시킨다. 위상 마스크 이동모듈(220)은 위상 마스크(150)가 지그의 안착홈으로부터 이탈되지 않도록 위상 마스크(150)를 지그의 안착홈에 정확히 위치시킨다. 위상 마스크 이동모듈(220)은 위상 마스크(150)에 손상을 가하지 않고 이동시킬 수 있는 수단이라면 어떠한 수단으로 구현되어도 무방하다.
지그 경사각 조절모듈(230)은 제어모듈(260)의 제어에 의해 지그의 경사각을 증가시키거나 감소시킴으로써, 광섬유(110)가 +z축 또는 -z축 방향으로 이동되도록 한다. 포커싱 모듈(280)에 의해 초점이 설정되면, 지그 경사각 조절모듈(230)은 지그의 경사각을 증가시키거나 감소시킴으로써, 광섬유(110)를 정위치로부터 상승시키거나 하강시킨다. 이는, 지그 경사각 조절모듈(230)이 경사각을 조절하여, 위상 마스크(150)로 입사되는 레이저 빔의 입사량이 최대 폭인 위치로 광섬유(110)를 위치시키기 위함이다. 이에 따라, 광섬유(110)의 코어(130)로 노출되는 레이저 빔의 크기가 증가하여, 코어(130)에 FBG를 형성하기 위한 공정 시간을 단축할 수 있다.
지그 이동모듈(240)은 제어모듈(260)의 제어에 따라 지그를 이동시킨다. 지그 이동모듈(240)이 지그를 이동시킴으로써, 지그에 고정되어 있는 광섬유(110)는 지그와 동일한 방향으로 이동하게 된다.
지그 이동모듈(240)은 지그를 +y축 또는 -y축 방향으로 이동시켜, 레이저 빔에 의해 코어(130)에 FBG가 형성될 수 있도록 한다. 이때, 지그 이동모듈(240)은 코어(130)의 반경보다 작거나 같은 범위 내에서 기 설정된 길이만큼 지그를 이동시킨다.
지그 이동모듈(240)은 지그를 +x축 또는 -x축 방향으로 이동시켜, 코어(130)에 다음 FBG가 형성될 위치만큼 기 설정된 간격으로 지그를 이동시킨다. 지그 이동모듈(240)이 +x축 또는 -x축 방향으로 이동하면, 지그 이동모듈(240)은 지그를 다시 +y축 또는 -y축으로 이동시킨다. 이에 따라, 광학모듈(270)은 코어(130)에 복수 개의 FBG를 형성시킨다.
지그 이동모듈(240)은 복수의 이동 유닛을 구비할 수 있다. 이동 유닛은 롤러 또는 로봇 아암 등으로 구성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 지그를 수 마이크로미터(㎛)의 범위로 정밀하게 이동시킬 수 있는 수단이면 어떠한 것으로 구성되어도 무방하다.
카메라(250)는 정위치를 기준으로 광섬유 이동모듈(210)의 일정 부분을 촬영한다. 카메라(250)는 촬영한 영상 또는 이미지를 제어모듈(260)로 제공함으로써, 제어모듈(260)이 광섬유(110)가 지그의 정위치에 위치하였는지를 확인하고, 경우에 따라 광섬유(110)를 어느 방향으로 이동시켜야 하는지를 판단할 수 있도록 한다.
동시에, 카메라(250)는 위상 마스크 이동모듈(220)을 촬영한다. 카메라(250)는 위상 마스크 이동모듈(220)이 지그의 안착홈에 위상 마스크(150)를 이동시킨 영상 또는 이미지를 제어모듈(260)로 제공함으로써, 제어모듈(260)이 위상 마스크(150)가 정확히 홈에 고정되었는지를 확인하고, 경우에 따라 위상 마스크(150)를 재위치시켜야 하는지를 판단할 수 있도록 한다.
카메라(250)는 지그 경사각 조절모듈(230)의 일정 부분을 촬영한다. 지그 경사각 조절모듈(230)이 경사각을 조절함에 따라, 카메라(250)는 코어(130)로 노출되는 레이저 빔(B)의 크기가 최대인 위치에 광섬유(110)가 위치하였는지를 촬영하여, 이를 제어모듈(260)로 제공함으로써, 제어모듈(260)이 지그의 경사각을 증가시키거나 감소시켜야 하는지를 판단할 수 있도록 한다.
또한, 카메라(250)는 지그 이동모듈(240)의 일정 부분을 촬영한다. 지그 이동모듈(240)이 ±x축 및 ±y축 방향으로 이동함에 따라, 카메라(250)는 지그 이동모듈(240)을 촬영한 영상 또는 이미지를 제어모듈(260)로 제공하여, 제어모듈(260)이 지그를 어느 방향으로 이동시켜야 하는지를 판단할 수 있도록 한다. 특히, 카메라(250)는 지그 이동모듈(240)이 +y축 또는 -y축으로 이동할 때, 코어(130) 반경 범위 내로 지그가 이동하였는지를 판단할 수 있도록, 제어모듈(260)로 데이터를 제공한다.
카메라(250)는 복수 개로 구성될 수 있으며, 가시광선 영역 및 자외선 영역을 촬영할 수 있는 수단이면 어떠한 것으로 구현되어도 무방하다.
제어모듈(260)은 광섬유(110)를 지그로 위치시키는 광섬유 이동모듈(210)을 제어한다. 제어모듈(260)은 카메라(250)로부터 수신한 영상 또는 이미지를 분석하여, 광섬유(110)가 지그의 정위치로부터 어느 방향으로 얼마나 벗어났는지를 판단한다. 이후, 제어모듈(260)은 광섬유(110)가 지그의 정위치에 위치할 수 있도록 광섬유 이동모듈(210)을 제어한다. 제어모듈(260)은 광섬유(110)와 지그의 접촉여부를 파악하기 위한 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 센서는 광섬유가 지그에 고정되며, 충격이 발생하였는지를 파악함으로써 광섬유가 지그에 고정이 되었는지를 판단하는 충격 감지 센서일 수 있다. 충격 감지 센서로부터 수신한 충격량이 기 설정된 기준치 이상인 경우, 제어모듈(260)은 광섬유 이동모듈(210)의 이동을 정지시켜, 후속 공정이 진행되지 않도록 제어한다. 복수 개의 광섬유(110)에 FBG가 형성되는 경우, 복수 개의 광섬유(110) 모두가 지그의 정위치에 위치하였는지를 판단하여 광섬유 이동모듈(210)을 제어한다. 광섬유(110)가 정위치에 위치하도록 제어한 경우, 제어모듈(260)은 지그 이동모듈(230)을 제어함으로써 후속 공정이 수행될 수 있도록 한다.
제어모듈(260)은 위상 마스크(150)를 지그의 안착홈으로 위치시키는 위상 마스크 이동모듈(220)을 제어한다. 제어모듈(260)은 카메라(250)로부터 수신한 영상 또는 이미지를 분석하여, 위상 마스크(150)의 이탈 여부를 판단한다. 위상 마스크(150)가 지그의 안착홈(미도시)에 고정되지 않았을 경우, 제어모듈(260)은 위상 마스크(150)를 재위치시켜 안착홈에 고정될 수 있도록 위상 마스크 이동모듈(220)을 제어한다.
제어모듈(260)은 지그 경사각 조절모듈(230)의 경사각 크기를 제어한다. 포커싱모듈(280)의 초점거리가 설정되면, 제어모듈(260)은 지그 경사각 조절모듈(230)의 이동을 제어함으로써, 위상 마스크(150)로 입사되는 레이저 빔(L)의 입사량이 최대 폭이 되는 위치로 광섬유(110)를 이동시키도록 지그 경사각 조절모듈(230)을 제어한다. 제어모듈(260)은 지그의 경사각을 조절함과 동시에, 코어(130)의 위치가 초점(F)으로부터 벗어나지 않도록 지그 경사각 조절모듈(230)을 제어한다.
제어모듈(260)은 지그 이동모듈(240)의 ±y축 방향으로의 이동을 제어한다. 지그 이동모듈(240)이 +y축 또는 -y축 방향으로 이동함에 따라, 코어(130)에 FBG가 형성되므로, 제어모듈(260)은 코어(130)의 반경 범위 내로 지그가 이동될 수 있도록 지그 이동모듈(240)을 제어한다.
나아가, 제어모듈(260)은 코어(130)에 하나의 FBG 형성이 완료되면, 지그 이동모듈(240)을 ±x축 방향으로 이동시키도록 제어한다. 제어모듈(260)은 코어(130)에 다음 FBG를 형성시킬 기 설정된 간격만큼 지그 이동모듈(240)을 +x축 또는 -x축 방향으로 이동시킴으로써, 코어(130)에 일정한 주기로 복수 개의 FBG가 형성될 수 있도록 한다.
광학모듈(270)은 제어모듈(260)의 제어에 따라 레이저 빔(L)을 위상 마스크(150)로 조사한다. 광학모듈(270)은 기 설정된 파장 대역을 갖는 레이저 빔(L)을 위상 마스크(150)로 조사하여, 코어(130)에 기 설정된 패턴을 갖는 위상 마스크(150)의 패턴에 따라 FBG가 형성될 수 있도록 한다. 광학모듈(270)의 기 설정된 파장 대역은 UV(자외선, Ultraviolet) 또는 펨토초(Femtosecond) 단위의 펄스폭을 갖는 파장일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
포커싱모듈(280)은 분산되는 레이저 빔(L)을 기 설정된 부분으로 모이도록 레이저 빔(L)을 집광시킨다. 광학모듈(270)은 특정 영역으로 레이저 빔(L)을 조사하여도 분산되는 성질에 의해 기 설정된 부분까지 도달하지 못하는 경우가 있기 때문에, 포커싱모듈(280)은 이를 집광하여 레이저 빔(L)이 조사되도록 한다. 포커싱모듈(280)은 광학모듈(270)이 레이저 빔(L)을 조사하는 방향에 배치될 수 있으며, 포커싱 모듈(280)은 별도의 렌즈로만 구성될 수 있고, 원통형 렌즈(Cylindrical Lens) 또는 반원통형 렌즈(Semi-cylindrical Lens) 등으로 구성되어 레이저 빔(L)을 효과적으로 집광하도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치가 코어에 브래그 격자를 형성하는 과정을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정 및 이동지그의 정면도이다.
광섬유(110)는 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치(200)의 대상물체로서, 광섬유(110)는 클래딩(120)의 직경이 250㎛이상, 코어(130)의 직경이 10㎛이상인 대구경(大口徑)의 광섬유(110)일 수 있다. 광섬유(110)는 클래딩(120) 및 코어(130)를 포함하며, 멀티모드용 광섬유 브래그 격자 형성장치(200)에 의해 코어(130)에 FBG가 형성된다. 광섬유(110)는 고정 및 이동지그(310)에 고정되어, ±x축, ±y축 및 ±z축 방향으로 이동된다.
도 4를 참조하면, 고정 및 이동지그(310, 이하 '지그'로 약칭함)는 광섬유 고정 및 이동부(410) 및 위상 마스크 안착홈(420)을 포함한다.
광섬유 고정 및 이동부(410)는 광섬유(110)를 고정시킬 수 있도록 경사면의 일측면에 만곡된 형상의 홈(미도시)을 구비할 수 있다. 광섬유 고정 및 이동부(410)는 소정의 각도를 이루는 두 개의 경사면이 지그(310) 밑면의 가운데 지점에서 만나 꼭지점을 형성한다. 따라서, 지그(310)는 정면에서 봤을 때, 'V'자 형태의 홈을 구비하며, 'V'자 형태의 홈은 소정의 각도(θ)를 이루게 된다. 광섬유 고정 및 이동부(410)는 지그 경사각 조절모듈(230)에 의해 두 개의 경사면이 이루는 각도(θ)가 증가하거나 감소한다. 상술한 바와 같이, 경사각(θ)이 증가함에 따라, 광섬유(110)는 +z축 방향으로 이동하게 되며, 경사각(θ)이 하강함으로써, 광섬유(110)는 -z축 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라, 위상 마스크(150)로 입사하는 레이저 빔(L)의 입사량이 최대치가 되는 위치로 코어(130)를 이동시킴으로써, FBG를 형성하는 공정 시간을 단축할 수 있다.
위상 마스크 안착홈(420)은 위상 마스크(150)를 고정시키며, 지그(310)의 좌측 및 우측에 대칭으로 형성된다. 위상 마스크 안착홈(420)은 'ㄴ'자 형의 홈을 구비할 수 있으며, 위상 마스크 안착홈(420)의 높이(h)는 광섬유 고정 및 이동부(410)의 경사면이 이루는 각도(θ)에 따라, 상승되거나 하강된다. 즉, 경사각(θ)이 작아지면, 위상 마스크 안착홈(420)의 높이는 상승하고, 경사각(θ)이 커지면, 위상 마스크 안착홈(420)의 높이는 하강한다. 보다 상세히 설명하면, 위상 마스크 안착홈(420)은 경사각(θ)이 조절됨에 따라, 지그(310)에 구성되어 있는 나사(미도시)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 경사각(θ)이 변화됨에 따라, 지그(310)는 위상 마스크(150)가 안착되는 위상 마스크 안착홈(420)의 폭을 가변시킨다. 그러나 실제적으로 경사각(θ)이 조정되는 범위는 미세하기 때문에, 위상 마스크(150)가 안착되는 위상 마스크 안착홈(420)은 소정의 여유 공간만 있으면, 경사각(θ)이 변화하여도 크게 문제가 되지 않는다. 상술한 바와 같이, 위상 마스크 안착홈(420)은 경사면의 일측면에 나사 연결될 수 있으나, 경사각(θ)에 따라 위상 마스크 안착홈(420)의 높이(h)가 동시에 상승하거나 하강될 수 있는 결합 구성이라면, 어떠한 결합으로 구성되어도 무방하다.
다시 도 3을 참조하면, 광섬유(110)는 광섬유 이동모듈(210)에 의해 지그(310)의 광섬유 고정 및 이동부(410)에 안착되고, 광섬유(110) 상부에 위치한 위상 마스크(150)는 위상 마스크 이동모듈(220)에 의해 지그(310)의 위상 마스크 안착홈(420)에 고정되어 위치한다. 위상 마스크(150)는 기 설정된 패턴을 포함하고 있으며, 광학모듈(270)에 의해 코어(130)에 기 설정된 패턴을 형성시킨다. 코어(130)에 FBG를 형성하기 위해, 광학모듈(270)은 광섬유(110) 상부에 위치한 위상 마스크(150)로 레이저 빔(L)을 조사한다. 종래에는 주로, 자외선(UV) 대역의 파장을 갖는 레이저를 사용하여 빛을 조사하였지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치(200)는 지그(310)를 이용하여, 광섬유(110)의 위치를 ±x축, ±y축 및 ±z축으로 이동시킴으로써, 펨토초 단위의 레이저 빔을 사용하여 정밀한 FBG를 형성할 수 있다. 레이저 빔(L)은 포커싱모듈(280)에 의해 집광되며, 포커싱모듈(280)은 광학모듈(270)과의 초점거리에 의해 기 설정된 거리만큼 떨어져 위치하게 된다.
지그(310)는 경사각(θ)을 증가시키거나 감소시킴으로써, 광학모듈(270) 및 포커싱모듈(280)에 의해 조사된 레이저 빔(L)이 위상 마스크(150)로 입사되는 입사량이 최대인 위치로 광섬유(110)를 이동시킨다. 이에 따라, 레이저 빔(L)의 초점(F)이 코어(130)의 중심부에 도달함으로써, 클래딩(120) 및 코어(130)의 직경이 큰 광섬유(110)에도 FBG를 정밀하게 형성할 수 있다. 지그 경사각 조절모듈(230)에 의해 경사각(θ)이 증가하게 되면, 광섬유(110)는 -z축 방향으로 이동하게 되며, 경사각(θ)이 감소하면 광섬유(110)는 +z축 방향으로 이동하게 된다. 동시에, 지그 경사각 조절모듈(230)은 초점(F)을 벗어나지 않는 범위 내에서 경사각(θ)을 조절한다.
상술한 바와 같이, 지그(310)는 구성요소인 나사를 이용하여 경사각(θ)을 조절할 수 있다. 그리고 경사각(θ)이 변화됨에 따라, 지그(310)는 위상 마스크(150)가 안착되는 폭도 가변시킬 수 있다. 그러나 실제적으로 경사각(θ)이 조정되는 범위는 미세하기 때문에, 위상 마스크(150)가 안착되는 부분은 소정의 여유 공간만 있으면, 경사각(θ)이 변화하여도 크게 영향을 받지 않는다.
지그 경사각 조절모듈(230)에 의해 지그의 경사각이 조절되면, 지그(310)는 지그 이동모듈(240)의 이동에 따라, ±x축 및 ±y축 방향으로 이동한다. 지그(310)가 +y축 또는 -y축 방향으로 이동함에 따라, 대상물체인 광섬유(110)도 함께 +y축 또는 -y축 방향으로 이동한다. 지그(310)는 코어(130)의 반경보다 작거나 같은 범위 내에서 기 설정된 길이만큼 지그를 +y축 또는 -y축 방향으로 이동시킴으로써, 레이저 빔(L)에 의해 코어(130)에는 하나의 FBG가 형성된다.
지그 이동모듈(240)에 의해 지그(310)는 +x축 또는 -x축 방향으로 이동함으로써, 코어(130)에 다음 FBG가 형성될 위치로 기 설정된 간격만큼 이동한다. 그리고 지그(310)는 +y축 또는 -y축 방향으로 이동하여, 코어(130)에 복수 개의 FBG를 형성한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치의 브래그 격자 형성방법을 도시한 순서도이다.
대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치(200)는 지그(310)의 광섬유 고정 및 이동부(410)에 광섬유(110)를 안착시킨다(S510).
대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치(200)는 지그(310)의 위상 마스크 안착홈(420)에 기 설정된 패턴을 갖는 위상 마스크(150)를 고정시킨다(S520).
대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치(200)는 지그(310)의 경사각(θ)을 조절함으로써, 위상 마스크(150)로 입사되는 레이저 빔(L)의 입사량이 최대인 위치로 광섬유(110)를 위치시킨다(S530).
대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치(200)는 기 설정된 패턴을 갖는 위상 마스크(150)로 레이저 빔(L)을 조사한다(S540). 이때, 광학모듈(270)에 의해 레이저 빔(L)이 조사되며, 광학모듈(270)은 포커싱모듈(280)의 초점거리에 따라 코어(130)로 초점(F)이 형성될 수 있도록 위치를 조절한다.
대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치(200)는 지그(310)를 +y축 또는 -y축으로 이동시킴으로써, 코어(130)에 하나의 FBG가 형성될 수 있도록 한다(S550). 여기서, 지그(310)는 코어(130)의 반경보다 작거나 같은 범위 내로 이동한다.
대구경 광섬유 브래그 격자 형성장치(200)는 지그(310)를 +x축 또는 -x축으로 기 설정된 간격만큼 이동시킴으로써, 광섬유 코어에 복수 개의 FBG가 형성될 수 있도록 한다(S560). 지그(310)가 +x축 또는 -x축으로 이동하여 코어(130)에 다음 FBG를 형성할 위치만큼 이동하면, 지그(310)는 다시 +y축 또는 -y축으로 이동한다.
도 5에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각각의 도면에 기재된 과정의 순서를 변경하여 실행하거나 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 5는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 5에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 브래그 격자 형성장치
110: 광섬유
120: 클래딩
130: 코어
140: 구동 스테이지
150: 위상 마스크
160: 레이저
170: 렌즈
200: 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 브래그 격자 형성장치
210: 광섬유 이동모듈
220: 위상 마스크 이동모듈
230: 지그 경사각 조절모듈
240: 지그 이동모듈
250: 카메라
260: 제어모듈
270: 광학모듈
280: 포커싱모듈
310: 고정 및 이동지그
410: 광섬유 고정 및 이동부
420: 위상 마스크 안착홈
L: 레이저 빔
F: 초점

Claims (10)

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  7. 삭제
  8. 고정 및 이동지그의 광섬유 고정 및 이동부에 광섬유를 안착시키는 과정;
    고정 및 이동지그의 위상 마스크 안착홈에 기 설정된 패턴을 갖는 위상 마스크를 고정키는 과정;
    고정 및 이동지그의 경사각을 조절하여, 상기 기 설정된 패턴을 갖는 위상 마스크로 입사되는 레이저 빔의 입사량이 최대인 위치로 상기 광섬유를 위치시키는 과정;
    상기 기 설정된 패턴을 갖는 위상 마스크로 레이저 빔을 조사하는 과정;
    상기 고정 및 이동지그를 +y축 또는 -y축으로 이동시켜, 광섬유의 코어에 광섬유 브래그 격자를 형성하는 과정; 및
    상기 고정 및 이동지그가 상기 +y축 또는 -y축으로 이동함에 따라, 상기 고정 및 이동지그를 기 설정된 간격만큼 +x축 또는 -x축으로 이동시켜, 상기 광섬유의 코어에 복수 개의 광섬유 브래그 격자를 형성하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 대구경 광섬유 브래그 격자 형성 방법.
  9. 소정의 각도로 기울어져 있는 두 개의 경사면에 의해 V자 형의 홈을 가지는 광섬유 고정 및 이동부; 및
    위상 마스크를 고정시키는 홈을 포함하는 위상 마스크 고정홈;
    을 포함하는 고정 및 이동지그로서, 상기 광섬유 고정 및 이동부는 상기 두 개의 경사면이 확장되거나 축소됨으로써, 상기 두 개의 경사면이 이루는 경사각이 조절되어 광섬유를 하강시키거나 상승시키는 것을 특징으로 하는 고정 및 이동지그.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 위상 마스크 고정홈은,
    상기 광섬유 고정 및 이동부의 일측면에 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 고정 및 이동지그.
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