KR102474767B1 - 섬유-엔드캡-고정구 정렬에서 정확도 향상을 위한 엔드캡, 조립체, 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔드캡에 관한 것으로, 상기 엔드캡은 a. 주축에 대해 적어도 부분적으로 대칭인 제 1 부분으로서, 상기 제 1 부분이 근위 단부에서 광섬유에 용융되어 상기 주축이 광섬유 빔의 광축선과 정렬 가능한, 제 1 부분, 및 b. 상기 제 1 부분의 원위 단부에서 상기 제 1 부분에 연결하는 제 2 부분으로서, 상기 제 2 부분은 상기 제 1 부분으로부터 돌출하여 고정구 장치의 고정구 부착 영역에 상기 엔드캡을 부착하기 위해, 상기 주축에 대해 수직인 돌출 본딩 영역을 형성하도록 하고, 상기 고정구 부착 영역이 상기 주축에 대해 수직인, 제 2 부분을 포함하고, 상기 엔드캡은 상기 고정구 장치 내부에 적어도 부분적으로 삽입되고, 이에 의해, 상기 엔드캡은 상기 광섬유 빔을 정렬된 상태로 유지하고 원래의 정렬로부터의 각도 전환을 최소화한다.

Description

섬유-엔드캡-고정구 정렬에서 정확도 향상을 위한 엔드캡, 조립체, 및 방법

본 발명은 일반적으로 광섬유용 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광섬유용 엔드캡 및 엔드캡 조립체, 그리고 섬유-엔드캡-고정구 정렬의 정확도를 개선하여 시선(line-of-sight, LOS) 유지(retention)를 향상시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

엔드캡은 출력 전력 밀도를 감소시키고 섬유-공기 인터페이스와 같은 출력 빔과 인터페이싱 매체(interfacing medium) 또는 장치 사이의 인터페이스에서 발생할 수 있는 가능한 손상을 피하거나 감소시키기 위해 고출력 레이저 섬유에 일반적으로 사용된다. 엔드캡은 일반적으로 엔드캡(근위) 모서리를 섬유 엔드 표면에 융합시켜 광섬유에 부착된다. 당업계에 공지된 바와 같이, 융합 기술은 융합 스플라이싱(fusion splicing) 또는 레이저 융합이다.

당업계에 공지된 바와 같이, 엔드캡은 일반적으로 2개의 주요 그룹: 도파관 내부 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래딩을 갖는 엔드캡; 및 코어리스 엔드캡으로 분할될 수 있다. 광섬유 출력 빔을 시준하기 위해, 일부 엔드캡에는 렌즈 모양의 모서리(섬유에 융합되지 않은 모서리)를 갖는다. 이들 엔드캡은 간단히 "시준기 엔드캡(collimator endcaps)"으로 지칭될 수 있으며, 전형적으로 렌즈형 모서리가 엔드캡의 일체형 부분이 되도록 설계된다. 비-시준 엔드캡은 전형적으로 원위 모서리에 평평한 표면을 갖는 원통형이다.

광섬유에 융합된 엔드캡은 종종 페룰 또는 기계식 홀더와 같은 고정구 장치를 사용하여 고정된다. 섬유에 연결된(융합된) 엔드캡은 전형적으로 고정구, 엔드캡, 및 섬유 출력 빔 사이의 주축에 대한 정렬을 생성하기 위해 섬유 및 엔드캡 주축에 대해 동축 방식으로 고정구 내부에 배치된다. 엔드캡의 외부 표면을 고정구의 내측에 연결하기 위해, 접착 재료는 접합을 위해 고정구 내부면과 엔드캡 외부면 사이의 작은 주변 갭에 주입된다. 이러한 접착 재료는 예를 들어 큐어링 방법(curing method)을 이용하여 경화된다. 페룰과 엔드캡 사이의 이러한 평행 부착은 외부 힘과 온도 변화 또는 페룰-엔드캡-섬유 조립체의 떨림과 같은 영향에 매우 민감하며(시간이 지남에 따라) 각도 이동, 즉 엔드캡 및/또는 고정구 축선에 대한 출력 빔의 전환을 일으킨다. 몇몇 경우에, 고정구 위치와 관련하여, 수 마이크로 미터(μm)의 엔드캡의 정렬 이동은 수백 마이크로-라디안(μRad)의 각도 유지를 야기 할 것이다. 이러한 각도 시프트 규모는 고전력 전송을 사용하는 시스템에서와 같은 일부 광학 시스템에 중요할 수 있다.

높은 정렬 정확도를 요구하는 고출력 광학 시스템의 일례는 파라메트릭 공동 향상(파라메트릭 변환(parametric transformation))을 수행하는 레이저 광학 공동(광학 공진기)이다.

당업계에서 알려진 일부 엔드캡 설계는 도 1a 및도 1b에 도시되어 있으며, 도 1a는 본딩 재료(13)를 통해 페룰 고정구(12)에 접합함으로써 평행 부착으로 페룰 고정구(12)에 부착된 근위 단부에서 광섬유(11)에 융합된 비-시준 엔드캡(10)을 도시하고; 도 1b는 본딩 재료(13)를 통해 페룰 고정구(12)에 접합함으로써 평행 부착으로 페룰 고정구(12)에 부착된 근위 단부에서 광섬유(21)에 융합된 시준 엔드캡(20)을 도시한다. 엔드캡(10 및 20)은 각각의 주축(y1 및 y2)을 중심으로 각각의 섬유(11 및 21)에 동축으로 융합된다 .

엔드캡(10)은 실린더 주축(y1)에 대해 대칭인 편평한 단부면을 갖는 단순한 원통형 엔드캡이다. 시준기 엔드캡(20)은 섬유(21)에 융합된 하나의 근위 평면 단부를 가지며, 시준기 엔드캡(20)의 원위 단부는 원통 축선(y2)에 대해 대칭인 곡면 및 렌즈 형상이다.

예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 광섬유(d1)의 직경은 전형적으로 50 내지 250㎛(마이크로미터)의 범위이며, 엔드캡(d2)의 직경은 전형적으로 250 내지 1500 μm(마이크로미터)의 범위이다. d2와 d1 사이의 비, 즉 d2/d1는 전형적으로 1에 가깝고 2보다 작으므로, 엔드캡의 최대 직경 "d2max"는 전형적으로 광섬유의 직경(d1)에 상당히 가깝다. 페룰(12)과 엔드캡(10) 사이의 갭(G1)은 전형적으로 100㎛(마이크로 미터)의 범위에 있다.

특허 출원 제 CN103399381A호는 출력 광섬유, 엔드캡, 광섬유 가이드 슬리브, 및 가이드 슬리브 고정 시트를 포함하는 광섬유 레이저 출력 헤드를 개시한다. 엔드캡은 출력 광섬유의 꼬리 단부에 배열되고 출력 광섬유의 출력에 대한 최적화 처리를 수행하는데 사용되며; 광섬유 가이드 슬리브는 출력 광섬유를 안내하는데 사용되며, 광섬유 가이드 슬리브의 외측 단부면은 엔드캡의 외측 단부면과 정렬되거나 엔드캡의 외측 단부면보다 약간 더 높으며; 가이드 슬리브 고정 시트는 광섬유 가이드 슬리브를 고정하기 위해 사용되며, 출력 광섬유를 이동 가능하게 고정하기 위한 제 1 고정 구조가 가이드 슬리브 고정 시트 상에 배열된다. 광섬유 레이저 출력 헤드를 채택함으로써, 엔드캡과 광섬유 가이드 슬리브의 매칭 구조에 따라, 출력 광섬유의 고정 냉각이 실현되고, 광섬유 레이저 출력 헤드의 격리도가 향상되고 광섬유 레이저 출력 헤드의 손실이 감소되고, 반면에 광섬유 레이저 출력 헤드의 유지 보수 비용이 낮다.

특허 출원 제 CN205608247U호는 자체-적응형 광학 시준기를 위한 광섬유 엔드캡 홀더를 개시하고 있다. 전체 광섬유 엔드캡 홀더는 5개의 부분을 포함하는 보어링 전체로서, 베이스를 따라 시작되며, 적절한 순서로 광섬유 엔드캡 포스트이며, 고정 영역, 광섬유 엔드캡 아울 지구 고정 영역(awl district fixed area), 절개(incision) 및 광섬유 안정성 영역을 구별하고, 광섬유 엔드캡 테이프 트레일러의 미세한 일 단부는 광섬유 엔드캡 홀더 베이스의 일 단부를 따르고 광섬유 제거 안정성 영역으로 조립된다. 광섬유 엔드캡에 대한 안정화의 중심 그리핑(gripping)이 이 홀더에 실현되어 가요성 힌지를 기반으로 하는 자체 적응형 광학 시준기와의 안정성 및 안정적인 조립을 실현한다. 신뢰성 높이를 갖는 장점은 자체-적응형 광학 시준기로 자유롭게 로드 및 언로드할 수 있다. 가공이 편리하고 신뢰할 수 있는 성능에는 실험 환경과 기구 및 장비에 대한 특별한 요건이 없다.

특허 출원 제 CN105717578A호는 적응형 광섬유 시준기용 광섬유 엔드캡 클램프를 개시하고 있다. 전체 광섬유 엔드캡 클램프는 중공 일체형이며 순서대로 베이스, 광섬유 엔드캡 컬럼 구역 고정 구역, 광섬유 엔드캡 콘 구역 고정 구역, 노치 및 광섬유 안정화 구역을 포함하고, 광섬유 엔드캡의 피그테일(pigtail)을 구비한 단부는 단부로부터 광섬유 안정화 구역을 향하여 이동하고 광섬유 엔드캡의 베이스를 구비한 단부는 조립을 위해 클램핑된다. 클램프는 광섬유 엔드캡을 안정적으로 클램핑할 수 있고, 가요성 힌지에 기초한 적응형 광섬유 시준기는 안정적이고 신뢰성있게 조립될 수 있다. 광섬유 엔드캡 클램프는 신뢰성이 높고, 광섬유 엔드캡 클램프 및 적응형 광섬유 시준기가 자유롭게 조립 또는 분해될 수 있다는 장점이 있다.

실용신안등록 제 CN202886656U호는 가동식 광섬유 커넥터를 채택할 수 있는 광섬유 커플링 구조를 개시한다. 광섬유 커넥터는 광섬유 커넥터 소켓의 일단에 간편하게 삽입하거나 이로부터 언플러그될 수 있다. 소켓의 다른 단부에는 레이저 모듈의 형상화된 레이저 빔을 가동 섬유 커넥터의 광섬유 단부면 상에 포커싱 할 수 있는 렌즈 또는 렌즈 그룹이 제공되어, 광섬유 커플링을 실현한다. 광섬유 커넥터 소켓은 지지체 표면의 홈에 고정된다. 지지체는 레이저의 방열 저부 보드에 설치된다.

특허 출원 제 DE102009025556A1호는 고출력 레이저 방사선을 섬유 광 도파관에 커플링 및 언커플링하기 위한 광 전도 케이블-플러그 커넥터를 개시하며, 광 전도 케이블-플러그 커넥터는 중간 파이프 외측과 외부 파이프 내측 사이에 형성된 공동을 가져서 냉각 매체의 흐름을 허용한다. 커넥터에는 구리 내부 파이프, 중간 파이프, 및 외부 파이프가 있는 관형 구성 요소를 갖는다. 내부 및 중간 파이프는 서로 형태에 맞게 연결되어 있다.

특허 출원 제 WO13083275A1호는 광섬유를 포함하는 도광체; 광섬유의 전방 부분이 페룰을 넘어 돌출하도록 광섬유가 안내되는 제 1 관통 개구를 갖는 페룰을 포함하고, 상기 광섬유의 전방 부분의 단부에 연결되는 단부 캡을 포함하고, 상기 광섬유로부터 더 떨어진 상기 단부 캡 단부면은 광섬유 내로 안내되도록 레이저 방사선을 위한 인커플링 또는 아웃커플링 지점으로서 사용되고, 제 1 및 제 2 영역을 갖는 제 2 관통구를 갖는 지지체를 포함하는 광 가이드를 개시한다.

미국 특허 제 7580609B호는 코어 및 외부 클래딩 층을 포함하는 안내 시스템 섬유, 제 1 단부 및 제 1 단부에서 시스템 섬유에 부착된 제 2 단부를 갖는 제 1 섬유 엔드캡 섬유를 포함하는 언가이디드(unguided) 섬유 강도 감소(FIR) 섹션을 포함하는 섬유 강도 리듀서(reducer)를 개시하고있다. 본딩 영역은 제 1 섬유의 제 1 단부와 시스템 섬유 사이에 위치된다. FIR 섹션은 전체에 걸쳐 적어도 섭씨 700 도의 연화점을 제공하고, 전체 길이를 따라 충분한 가로 치수를 제공하여 그 안에서 팽창되는 시스템 섬유로부터 수신 된 방사선 빔이 전체 길이를 따라 공기와의 인터페이스를 피한다. 하나의 배열체에서, FIR 섹션은 엔드캡 섬유상에 외부 모세관을 포함하고, 상기 모세관 및 엔드캡 섬유는 굴절률 정합을 제공한다.

특허 출원 제 CN103676051A호는 광섬유, 모드 스트리퍼, 석영 블록, 및 쉘(shell)을 포함하는 미리아와트-레벨(myriawatt-level) 고출력 광섬유 엔드캡을 개시한다. 광섬유는 모드 스트리퍼를 관통하고, 코팅 제거된 광섬유는 광섬유의 중간에 배열되고 모드 스트리퍼에 배열되며, 냉각 캐비티는 쉘에 배열된다. 모드 스트리퍼는 냉각 캐비티에 배열되고, 석영 블록은 쉘의 단부에 내장되고, 석영 블록의 일단은 쉘의 냉각 캐비티에 배열되고 광섬유와 용접되고 반면 광섬유의 다른 쪽 단부는 쉘 외부에 배열되며, 석영 블록의 단부에는 윈도우 필름이 제공된다.

특허 출원 제 JP2013205573A호는 광섬유 및 광섬유의 하나의 섬유 단부면이 융합되고 접합되는 단부 캡을 포함하는 광섬유 엔드캡 접합 구조를 개시한다. 구조체는 광섬유의 접합측 단부를 덮고 광섬유와 함께 엔드캡에 융합되고 접합되는 코팅 부재를 더 포함한다.

특허 출원 제 CN105652462A호는 클래딩 광 불순물 제거(filtering-out) 기능을 갖는 대전력(large-power) 광섬유 시준기 시스템을 개시한다. 대전력 광섬유 시준기 시스템은 이중-클래딩 광섬유 출력 테일 섬유, 유리 광섬유 엔드캡 및 그의 클램프, 시준 렌즈, 및 패키징 장치, 및 수냉 순환 조립체를 포함한다. 유리 광섬유 엔드캡 및 그 클램프는 유리 광섬유 엔드캡 및 엔드캡 클램프를 포함한다. 시준 렌즈 및 패키징 장치는 시준 렌즈 및 시준 렌즈 패키징 클램프를 포함한다. 이중 클래딩 광섬유 출력 테일 섬유의 섬유 코어는 용접을 통해 유리 광섬유 엔드캡과 연결된다. 시준 렌즈 및 패키징 장치의 엔드캡 클램프 및 시준 렌즈 패키징 클램프는 나사산을 통해 연결된다. 시준 렌즈는 클래딩 광을 걸러내는 데 사용된다.

미국 특허 제 5937123A호는 시준 렌즈를 구비한 광섬유 정렬 장치를 개시하며, 상기 광섬유 정렬 장치는 광섬유를 수용하기 위한 페룰; 페룰을 수용하기 위한 축방향 구멍을 갖는 볼; 볼을 수용하기 위한 일단에 소켓을 갖는 하우징; 및 렌즈 슬리브를 수용하기 위해 대향 단부에 렌즈 배럴을 포함한다. 볼을 소켓 내로 가압하기 위한 압축 링은 엔드캡에 의해 압축 링에 압축력을 가하도록 위치된 제 1 스프링에 의해 강제된다. 하우징의 채널은 조정 후에 원하는 위치를 유지하기 위해 소켓 내에 볼을 접합하기 위한 본딩제(bonding agent)의 도입을 허용한다. 렌즈 슬리브에 고정된 렌즈는 광섬유로부터 출사되는 광을 시준하는 위치의 렌즈 튜브에 위치된다. 렌즈 슬리브와 렌즈 배럴 사이에 위치한 제 2 스프링은 렌즈 슬리브를 배럴 밖으로 밀어 내고 하우징 내의 채널은 원하는 위치를 유지하기 위해 렌즈 배럴 내에 렌즈 슬리브를 접합하는 본딩제를 도입하기 위해 제공된다.

특허 출원 제 KR101404652B호는 내부 전반사에 의해 광섬유 레이저를 전송하는 광섬유, 광섬유의 출력 단자에 장착되고 광섬유보다 큰 직경을 가져서 단위 면적당 광섬유 레이저의 출력을 감소시키는 엔드캡, 및 광섬유를 덮고 지지하고 금속 재료로 제조되는 페룰을 개시한다. 페룰은 광섬유를 수용하는 중공 부분, 단부 캡을 배치하기 위해 중공 부분보다 큰 직경을 갖는 단부를 포함한다. 중공 부분과 상호 링크되는 수용 홈을 포함하는 광섬유 레이저 출력 장치가 제공된다.

미국 특허 제 7306376B호는 단일체 페룰/엔드캡/광섬유 구조를 개시하며, 여기서 광섬유는 페룰에서 끝나고 융합에 의해 접합되어 광학 손실을 최소화하고 전형적으로 광섬유 및 페룰에 손상을 주지 않고 고출력 레이저 방사선을 바람직하게는 500 W 이상의 수준으로 전달할 수 있는 일체식 유닛(monolithic unit)을 형성한다. 페룰, 엔드캡, 광섬유, 및 가용성 분말은 실질적으로 동일한 물리적 특성을 갖는 재료로 구성되어, 모두가 함께 융합될 때, 이렇게 형성된 구조는 일체식이고 광학 경로는 투명하다.

본 발명의 일부 실시예에 따라, 엔드캡이 제공되고, 상기 엔드캡은:

a. 주축에 대해 적어도 부분적으로 대칭인 제 1 부분으로서, 상기 제 1 부분이 근위 단부에서 광섬유에 용융되어 상기 주축이 광섬유 빔의 광축선과 정렬 가능한, 제 1 부분, 및

b. 상기 제 1 부분의 원위 단부에서 상기 제 1 부분에 연결하는 제 2 부분으로서, 상기 제 2 부분은 상기 제 1 부분으로부터 돌출하여 고정구 장치의 고정구 부착 영역에 상기 엔드캡을 부착하기 위해, 상기 주축에 대해 수직인 돌출 본딩 영역을 형성하도록 하고, 상기 고정구 부착 영역이 상기 주축에 대해 수직인, 제 2 부분을 포함하고,

상기 엔드캡은 상기 고정구 장치 내부에 적어도 부분적으로 삽입되고, 이에 의해, 상기 엔드캡은 상기 광섬유 빔을 정렬된 상태로 유지하고 원래의 정렬로부터의 각도 이탈을 최소화한다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 엔드캡 및 상기 고정구 장치는 상기 엔드캡의 돌출 본딩 영역의 표면이 상기 광축선을 따라 상기 본딩 재료의 열 팽창 이동을 허용하는 방식으로 본딩 재료에 의해 고정구 부착 영역의 대향 표면에 접합되는 방식으로 유지된다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 제 2 부분은 그 원위 단부에서 렌즈 형상이어서 상기 광섬유 빔을 시준하기 위한 시준기를 형성한다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 제 2 부분은:

● 상기 주축에 대하여 대칭으로 배열된 몸체; 및

● 상기 몸체의 외주면(outer periphery)에 걸쳐, 상기 몸체에 일체로 연결된 적어도 하나의 돌출 부재로서, 상기 적어도 하나의 돌출 부재는 상기 주축에 대해 수직으로 돌출되는, 적어도 하나의 돌출 부재를 포함하고, 상기 돌출 부재는 상기 제 2 부분의 본딩 영역을 형성한다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 제 2 부분의 상기 적어도 하나의 돌출 부재는 상기 몸체의 외주면에 연결된 단일 환형 링이다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 제 2 부분의 돌출 부재는 상기 주축에 대해 수직인 본딩 영역을 각각 형성하는 다중 돌출 날개를 포함하고, 상기 돌출 날개는 상기 주축에 대해 대칭으로 배열되고 서로 이격된다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 제 2 부분의 몸체는 상기 광섬유 빔을 시준하기 위한 렌즈형 모서리를 갖는다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 제 2 부분의 몸체는 평평한 모서리를 갖는 원통형이다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 엔드캡의 모든 부분은 동일한 재료로 제조된 단일 조각(piece)을 형성한다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 엔드캡은 투명한 재료로 제조된다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 본딩 재료는 실리콘계 재료인 SiO2, UV 경화성 재료인 BK7, 불소계 유리인 Caf, 칼코겐화물계 유리(Chalcogenide based glasess)인 AsS, AsSe 중 하나이다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 엔드캡은 코어리스(coreless)이다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분 중 적어도 하나는 광 도파관이다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 돌출 본딩 영역을 형성하는 상기 제 2 부분의 적어도 일부는 다른 요소로의 엔드캡의 부착을 향상시키기 위해 움푹 파여지거나 거칠어진다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 엔드캡의 최대 직경이 0.2mm 내지 10mm이다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 주축으로부터 취한 상기 제 2 부분의 돌출 본딩 영역의 길이는 광섬유 반경의 2배 이상이다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 광섬유용 조립체가 제공되고, 상기 조립체는:

(i) 고정구 장치의 적어도 하나의 고정구 부착 영역을 포함하는 고정구 장치; 및

(ii) 엔드캡은:

● 상기 주축에 대해 적어도 부분적으로 대칭인 제 1 부분으로서, 상기 주축이 상기 광섬유 빔의 광축선과 정렬 가능하도록, 근위 단부에서 광섬유에 융합되는, 제 1 부분; 및

● 상기 제 1 부분의 원위 단부에 연결되는 제 2 부분으로서, 상기 제 2 부분이 몸체 및 상기 제 1 부분으로부터 돌출하여 상기 엔드캡을 고정구 장치의 고정구 부착 영역에 부착하기 위해 상기 주축에 대해 수직인, 돌출 본딩 영역을 형성하는 돌출 부재를 포함하고 상기 고정구 부착 영역이 상기 주축에 대해 수직인, 제 2 부분을 포함하며,

상기 엔드캡은 상기 고정구 장치 내측에 적어도 부분적으로 삽입되고, 이에 의해 상기 엔드캡이 상기 광섬유 빔을 정렬된 상태로 유지되고 원래의 정렬로부터의 각도 이탈을 최소화한다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 엔드캡 제 2 부분의 상기 돌출 본딩 영역 및 상기 고정구 장치의 고정구 부착 영역이 대향되고 결합 영역을 형성하고 본딩 재료를 사용하여 서로 접합된다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 고정구 장치의 상기 고정구 부착 영역과 상기 엔드캡은 서로 맞물림으로써 부착되도록 구성된다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 엔드캡의 상기 제 2 부분은 상기 돌출 본딩 영역을 형성하는 상기 주축을 중심으로 동축으로 배열되는 환형 구조를 포함한다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 몸체는 상기 주축을 중심으로 동축으로 배열된다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 몸체는 섬유 출력 빔을 시준하기 위해 렌즈형으로 형성된다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 제 1 부분은 상기 몸체보다 직경이 작다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 엔드캡의 모든 부분은 투명 또는 반투명 재료로 제조된 단일 조각을 형성한다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 엔드캡은 유리 또는 임의의 다른 실리콘계 재료로 제조된다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 고정구 장치는 제거 가능한 심을 수용하기 위한 구멍을 더 포함하고, 상기 구멍은 서로 분리되며, 상기 구멍 각각은 상기 엔드캡이 상기 고정구 장치 내로 삽입되면, 심이 상기 엔드캡의 상기 본딩 영역과 상기 고정구 장치의 고정구 부착 영역 사이에 형성된 갭에서 상기 주축을 따라 동일한 수직 거리를 기계적으로 고정하기 위해 구멍에 제거 가능하게 배치될 수 있도록 위치된다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 고정구 장치는 상기 엔드캡을 상기 고정구 장치에 접합하기 위해 상기 결합 영역에 본딩 재료를 삽입하기 위해 상기 결합 영역으로 향하는 적어도 하나의 덕트를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 적어도 하나의 덕트 각각의 입구는 상기 결합 영역의 아래 또는 위에 위치하고 상기 결합 영역에 위치한 출구를 갖는 상기 결합 영역으로 향한다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 고정구 장치의 내벽은 본딩 재료의 수직 팽창을 방지하기 위해 상기 주축에 대하여 외부로 상기 본딩 재료의 팽창을 허용하기 위해 본딩 재료가 삽입되는 영역에 틈새를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예에 따라,

a. 엔드캡 및 고정구 장치를 제공하는 단계로서, 상기 엔드캡이 광섬유의 일단에 융합되고, 상기 엔드캡이 상기 엔드캡에 부착된 상기 광섬유의 광축선과 정렬 가능한 주축에 대해 수직하게 위치되는 돌출 본딩 영역을 형성하는 적어도 하나의 돌출 부분을 포함하는, 단계;

b. 고정구 장치의 적어도 하나의 대향 고정구 부착 영역으로 상기 엔드캡의 돌출 본딩 영역과 결합하는 단계로서, 상기 고정구 부착 영역은 상기 주축에 대해 수직인, 단계;

c. 상기 엔드캡을 상기 고정구 장치에 접합하기 위해 상기 결합 영역에 본딩 재료를 삽입하는 단계;를 포함하고,

이에 의해, 상기 광섬유 빔을 정렬된 상태로 유지하고 원래의 정렬로부터의 각도 이탈을 최소화하는 방식으로 상기 엔드캡을 장착하는, 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 결합 영역으로의 상기 본딩 재료의 삽입은 상기 고정구 장치에서 적어도 하나의 덕트를 통해 수행된다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 방법은 상기 엔드캡의 주축에 대해 상기 결합 영역의 주변을 통하여 상기 고정자 장치의 상기 돌출의 상기 대향 영역과 상기 엔드캡의 본딩 영역 사이에 동일한 거리 "d"를 유지함으로써 상기 본딩 재료가 경화되는 동안 상기 고정구 장치와 상기 엔드캡 사이의 정렬을 기계적으로 유지하는 단계를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 방법은:

● 동일한 거리 "d"를 기계적으로 유지하기 위해 상기 고정구 장치의 서로 분리된 구멍에 심(shim)을 삽입하는 단계; 및

● 상기 본딩 재료를 삽입하는 단계 후에 상기 본딩 재료가 경화되면 심을 제거하는 단계;를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 심들은 형상 및 크기가 동일하다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 하나의 극한 영향하에서, 상기 고정구 장치와 상기 엔드캡 사이의 광학 정렬의 내구성을 테스트하기 위해 상기 엔드캡을 상기 고정구 장치에 접합한 후, 상기 엔드캡과 고정구 정렬의 내구성 테스트를 수행하는 단계를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 내구성 시험에 사용되는 상기 극한 영향은 극한 온도, 극심한 떨림, 또는 진동 조건 중 적어도 하나이다.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 상기 내구성 테스트는 적어도 하나의 광학 시스템을 사용하여 수행되며, 상기 엔드캡에 연결되는 상기 광섬유를 통해 광이 전파되고 상기 엔드캡으로부터 출력된 빔은 상기 고정구 장치에 접합되면 상기 엔드캡의 정렬 정확도를 검출하기 위해 기준 빔과 비교된다.

도 1a 및 1b는 평행 부착물에서 페룰 고정구에 부착된 엔드캡의 당업계에 공지된 2 개의 설계를 도시한 도면이고, 도 1a는 원통형의 평평한 모서리 엔드캡을 도시하고, 도 1b는 시준기 엔드캡을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른 원통형 엔드캡의 단면도를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 일부 실시예에 따라 수직 본딩 영역을 형성하기 위한 환형 돌출부를 갖는 원통형 엔드캡의 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 발명의 일부 실시예에 따른 시준기 엔드캡의 단면도를 도시한다.
도 4는 고온에서의 접착제의 전파 방향을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 엔드캡 고정구 정렬의 정확도를 개선하기 위한 방법을 개략적으로 도시한다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 고정구, 엔드캡, 및 방법의 일부 실시예에 따라, 고정구 및 엔드캡 조립체 및 심을 사용하여 엔드캡이 고정구와 맞물린후 접합될 수 있는 방법을 개략적으로 도시한다: 도 6a는 서로 맞물릴 때 렌즈형 엔드캡 및 고정구, 및 엔드캡의 본딩 및 조립체의 고정을 위한 본딩 재료를 삽입하기 위해 사용된 주사기 삽입 장치의 측 단면도를 도시하고, 도 6b는 도 6a에 도시된 고정구 및 엔드캡의 상부 A-A 섹션을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른 고정구-엔드캡 조립체의 정렬 정확도 내구성을 테스트하기 위한 시스템을 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 서로 수직으로 부착된 본 발명의 일부 실시예의 엔드캡-고정구 조립체를 도시하며: 도 8a는 조립체의 등각도를 도시하고, 도 8b는 조립체의 단면 B-B를 도시한다.

다양한 실시예들의 다음의 상세한 설명에서, 그 일부를 형성하고 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예들을 예시적으로 도시한 첨부 도면들을 참조한다. 다른 실시예들이 이용될 수 있고 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 구조적 변경이 이루어질 수 있음이 이해된다.

본 발명의 일부 실시예에서, 본 발명은 혁신적인 광섬유용 엔드캡, 엔드캡용 고정구, 엔드캡-고정구 조립체 및 광섬유-엔드캡-고정구 정렬 정확도를 개선하고 다양한 환경 조건하에서 시간에 따라 이러한 정렬 정확도를 유지하는 방법을 제공한다. 본 발명의 엔드캡 및 고정구는 광섬유 입력 또는 출력 빔에 의해 형성된 광축선에 대한 섬유-엔드캡-고정구 정렬을 개선하기 위해 "평면 부착" 또는 "평면 수직 부착"으로도 본 명세서에서 지칭되는 엔드캡 및 고정구 사이의 "수직 부착"을 위해 구성된다. 높은 섬유-엔드캡-고정구 정렬 정밀도를 유지하는 것은 시간이 지남에 따른 섬유 출력/입력 빔의 각도 유지를 상당히 줄일 수 있다.

본 발명의 엔드캡, 고정구, 엔드캡-고정구 조립체, 및 방법은 요구되는 정렬 정확도 또는 입력/출력 파워 레이트(power rate)에 관계없이 임의의 광학 시스템에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 높은 정렬 정밀도가 요구되는 킬로와트 규모로 전력을 사용하는 시스템과 같이 높은 입력 또는 출력 광섬유 전력을 사용하는 시스템에서 그리고 또한 수 마이크로와트와 같은 훨씬 낮은 전력 규모를 요구하는 시스템에서 구현될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 본 발명은 적어도 주축에 대해 적어도 부분적으로 대칭인 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하는 광섬유용 엔드캡을 제공한다. 제 1 부분은 그 주축이 광섬유 입력 또는 출력 빔의 광축선과 정렬될 수 있도록 근위 단부에서 광섬유에 부착 가능하도록 구성된다. 제 2 부분은 제 1 부분에 연결된다. 제 2 부분은 제 1 부분으로부터 돌출되어, 엔드캡을 다른 요소에 수직으로 부착하기 위해 주축에 수직인 "돌출 본딩 영역"을 형성한다. 이 구성은 페룰 하우징 요소 또는 평평한 요소와 같은 고정구로의 엔드캡의 "수직 결합" 또는 "평면 부착"을 허용하지만, 페룰 하우징 요소 또는 평평한 요소로 제한되지 않는다. 수직이라는 용어는 섬유 출력 빔의 광축선 및 엔드캡의 대칭에 의해 정의된 본 명세서에서 주축으로 지칭되는 "정렬 축선"에 수직인 평면을 지칭한다.

본 발명의 일부 실시예에서, 본 발명은 새로운 엔드캡용 고정구를 추가로 제공한다. 본 발명의 고정구는 내부에 섬유 엔드캡의 적어도 일부를 수용하도록 구성된 하우징; 및 고정구의 내부 돌출부와 상기 엔드캡의 부착 영역 사이의 결합 영역이 커플링하는 섬유의 광축선과 정렬된 엔드캡의 주축에 수직이 되도록 엔드캡의 대향 본딩 영역을 부착하기 위해 지정된 "고정구 부착 영역"을 형성하는 하우징의 내벽 위에 위치된 적어도 하나의 내부 돌출부를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예에서, 본 발명은 또한 광섬유용 조립체를 제공하며, 상기 광섬유용 조립체는 일체로 연결되거나 개별적으로 맞물리는 하나 또는 그 초과의 내부 돌출부를 갖는 고정구; 그리고 엔드캡을 포함한다. 조립체의 엔드캡은 바람직하게는 비-제한적인 방식으로 서로 일체로 커플링된 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함한다. 제 1 부분은 그 주축이 광섬유 입력 또는 출력 빔의 광축선과 정렬될 수 있도록 근위 단부에서 광섬유에 부착 가능하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제 2 부분은 제 1 부분에 일체로 연결된다. 제 2 부분은 제 1 부분 외면으로부터 돌출되어, 제 1 부분의 주축에 수직이 되어 엔드캡을 고정구에 수직으로 부착하기 위한 돌출 본딩 영역을 형성한다. 이 구성은 엔드캡의 대칭 및 섬유 출력 빔의 광축선에 의해 정의되는 "주축"으로서 본 명세서에서 또한 지칭되는 "정렬 축선"에 대한 고정구로의 엔드캡의 "수직 본딩"을 허용한다.

본 발명에 의해 제공되는 수직 엔드캡-고정구 부착물(본딩)은 (고정구로의 엔드캡의 접합에 사용되는) 본딩 재료가 수직 주축에 대해 예를 들면, 고온하에서 불균일하게 퍼지는 것을 상당히 감소시키거나 심지어 방지하는데, 이는 이 수직 부착이 본딩 재료가 본딩 영역을 가로 질러 수직으로 퍼지게하기 때문이다.

이제 본 발명의 다양한 엔드캡 설계을 도시하는 도 2, 도 3a, 및 도 3b를 참조하며, 모두 수직 부착을 통해 엔드캡을 고정구 또는 임의의 다른 요소에 부착하기 위한 본딩 영역을 형성한다.

도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따라, 원통형 엔드캡(100)의 개략도를 도시한다. 원통형 엔드캡(100)은 서로 일체로 연결된 제 1 부분(110) 및 제 2 부분(120)를 갖는다. 제 1 및 제 2 부분(110, 120)은 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 부분(110)의 근위 단부에 일단 부착(예를 들어, 융합)된 광섬유(31)의 광축선과 정렬될 수 있는, 주축(x1)을 중심으로 방사상 대칭인 실린더이다. 제 제 1 부분(110) 원위 단부와 제 2 부분(120) 근위 단부 사이의 연결부에 형성된 단계에 의해 편평한 환형 본딩 영역(150)을 형성하기 위한 것 같이 1 부분(110)의 실린더의 직경은 제 2 부분(120)의 직경보다 작다. 이 본딩 영역(150)은 주축(x1)에 수직이다. 본딩 영역(150)은 엔드캡(100)을 요소(41)에 접합하기 위한 접착제(61)를 사용하는 것과 같은 임의의 부착 수단에 의해 페룰 또는 임의의 다른 고정구와 같은 다른 요소(41)에 엔드캡(100)을 부착하도록 지정된다.

도 3a는 본 발명의 일부 실시예에 따라 원통형 엔드캡(200)의 개략도를 도시한다. 이 엔드캡(200)은 예를 들면, 융합을 통해, 광섬유(32)에 부착될 수 있는 제 1 부분(210); 및 원통형 몸체(220a) 및 그 외주면에서 몸체(220a)에 일체로 연결된 환형 돌출 부재(220b)를 갖는 제 2 부분(220)을 포함한다. 엔드캡(200)의 모든 부분, 즉 제 1 부분(210), 및 제 2 부분(220)의 몸체(220a) 및 환형 돌출 부재(220b)는 주축(x2)을 중심으로 방사상 대칭이며, 여기서 일단 엔드캡(200)이 섬유(32)에 연결되면, 주축(x2)은 광섬유(32) 출력 빔의 광축선과 정렬 가능하다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1 부분(210)의 근위 단부는 예를 들어 융합에 의해 광섬유(32)의 출력 또는 입력 단부에 연결될 수 있고, 여기서 제 1 부분(210)의 원위 단부는 제 2 부분(220)의 몸체(220a)에 일체로 연결된다. 제 1 부분(210)의 직경은 몸체(220a)의 직경보다 작다. 제 2 부분(220)의 환형 돌출 부재(220b)는 제 1 부분(210)과 몸체(220a)의 양 직경보다 직경이 더 커서 몸체(220a)로부터도 돌출되어 접착 수단(62)을 사용하여 페룰 또는 대향 수직 본딩면을 갖는 임의의 다른 고정구와 같은 요소(42)에 연결하기 위한 본딩 영역(250)을 형성한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 제 2 부분은 바람직하게는 주축을 중심으로 대칭적으로 배열된 본체 및 바람직하게는 또한 주축을 중심으로 대칭적으로 배열된, 다수의 수직 본딩 영역을 형성하는 다수의 돌출부를 포함한다. 예를 들어, 주축에 수직인 평평한 표면을 갖는 다수의 날개형 돌출부가 다중 본딩 영역을 형성하는 몸체에 부착될 수 있어서, 내부 대향 수직 영역(들)을 포함하는 고정구로의 엔드캡의 수직 접합을 위해 접착제 수단이 날개의 평평한 표면 위에 배치될 수 있다.

도 3b는 본 발명의 일부 실시예에 따른 시준기 엔드캡(300)을 도시한다. 이 엔드캡(300)은 원통형 제 1 부분(310), 및 이를 통해 광학 빔을 지향시키고 시준하기 위한 시준 렌즈를 형성하는 렌즈형 헤드를 갖는 제 2 부분(320)을 갖는다. 제 1 및 제 2 부분(310, 320) 둘다 주축(x3)을 중심으로 대칭적으로 배치되며, 이는 엔드캡(300)의 원위 단부에 부착될 수있는 광섬유(33)에 의해 형성된 광축선과 정렬 가능하다. 시준기 렌즈형 제 2 부분(320)은 제 1 부분(310)의 직경보다 더 큰 직경을 가짐으로써 제 1 부분(310)으로부터 돌출한다. 제 1 부분(310)와 제 2 부분(320) 사이의 직경 차이는 주축(x3)에 수직인 돌출 결합 영역(350)을 형성한다. 형성된 본딩 영역(350)은 엔드캡(300)의 본딩(350) 영역과 결합하도록 대향 수직 본딩 영역을 갖는 페룰과 같은 요소(43)에 엔드캡(300)의 수직 부착을 허용한다.

엔드캡(300)을 요소(43) 또는 임의의 다른 고정구에 수직으로 부착하기 위해, 접착 재료(63)는 엔드캡(300)의 본딩 영역(350)과 요소 본딩 표면 사이의 공간에(예를 들어, 주입에 의해) 배치된다.

본 발명의 일부 실시예에 따르면, 돌출 본딩 영역을 형성하는 제 2 부분의 적어도 일부는 본딩 재료를 통해 고정구 요소로의 엔드캡의 부착을 향상시키기 위해 주름이 형성되거나 거칠어진다. 이 구성에서, 본딩 영역의 표면적이 증가되기 때문에, 일단 엔드캡 수직 본딩 영역과 엔드캡이 부착될 요소의 대향 영역 사이의 갭에 접착제가 도입되면(예를 들어, 주입), 엔드캡의 돌출 부분의 거친 영역은 접착 재료(글루(glue))가 이러한 거친 영역을 더 잘 잡아서 요소(예를 들어 페룰과 같은 고정구)와 엔드캡 사이의 접합을 향상시킨다.

부가적으로 또는 대안적으로, 엔드캡의 돌출 본딩 영역(들)에 대향하도록 구성된 고정구 본딩 영역(들)은 부착 개선의 동일한 목적을 위해 거칠어지거나 주름이 형성된다.

일부 실시예에 따르면, 본 발명의 엔드캡을 고정구에 영구적으로 접합시키기 위해, 엔드캡은 고정구 요소 내부에 적어도 부분적으로 배치되고, 고정구 및 엔드캡은 엔드캡 본딩 영역의 표면과 고정구의 부착 영역 사이의 간격("d")이 엔드캡과 고정구의 전체 주변을 따라 동일한 것을 보장하는 방식으로 유지된다. 이는 동일한 간격("d")을 유지하는 기계적 수단을 사용하거나 및/또는 엔드캡 및 함께 유지될 때 고정구를 통해 출력되는 광 빔의 정렬 특성을 검사하기 위해 광섬유가 이미 엔드캡의 근위 단부에 부착된 경우 광학 장치를 사용함으로써 수행될 수 있다.

일단 엔드캡이 고정구의 본딩 영역에서 단일화된 갭에 유지되면, 예를 들면, 이 같은 구성요소를 접합하기 위해 큐어링(curing) 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 수단에 의해 경화하는 접착제의 주입에 의해 접착제(글루)와 같은 본딩 재료가 이 갭에 도입된다.

도 4는 고온에서의 접착제(402)의 전파 방향을 도시한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 접착제(402)는 방향(B 및 C)으로 자유롭게 팽창한다. 공간에서의 이러한 자유 전파는 엔드캡의 각도에 영향을 미치거나 앤드캡의 각도에서 벗어나지 않는다. 또한 도면에 도시된 바와 같이, 접착제(402)는 광축선(방향 A)을 따라 팽창하여 엔드캡의 각도에 영향을 미치거나 앤드캡의 각도에서 벗어나지 않는다.

저온에서는 전파 방향이 반대로 됨(고온에서는 접착제(402)가 수축됨)에 유의해야 한다.

따라서, 본 발명의 엔드캡, 즉 고정구 장치의 주축에 수직인 반대쪽 본딩 영역에 부착되도록, 주축에 수직인 돌출 본딩 영역을 갖는 엔드캡은 열 영향에 의한 원래 정렬로부터의 전환을 최소화한다.

따라서, 본 발명의 엔드캡은 평행 부착으로 페룰 고정구에 부착되고 그 결과 접착제가 팽창함에 따라 실질적인 각도 편차를 겪는 종래 기술의 엔드캡보다 유리하다.

사용될 수 있는 예시적인 접착제는 자외선(UV) 경화성 접착 재료, SiO2와 같은 실리콘계 접착제 또는 이중 성분 접착제이다. 사용될 수 있는 비-실리콘계 재료는 예를 들어 BK7, 불소계 유리인 CaF, 칼코겐화물계 유리인, 예컨대 AsS 또는 AsSe 등이다.

본딩 공정 동안, 엔드캡의 주변을 통하여, 엔드캡의 본딩 영역과 이에 부착된 요소 영역 사이의 동일한 갭("G")을 기계적으로 유지하기 위해, 심이 이러한 갭 내에서 서로로부터 동일하게 이격 배치될 수 있다. 심은 그 목적을 위해 크기 및 형상이 동일할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 따라, 엔드캡-섬유-고정구 정렬의 정확도를 개선하기 위한 방법을 개략적으로 도시한 도 5를 참조한다. 이들 실시예에 따르면, 본 발명의 엔드캡 및 고정구는 예를 들어 고정구와 엔드캡이 주축에 대해 정렬되도록 엔드캡을 고정구 내측에 배치함으로써 결합된다(71). 이러한 결합 위치에서, 갭("G")은 고정구와 엔드캡 사이의 맞물림 영역에 걸쳐 동일하게 유지되어 주축에 대해 고정구와 엔드캡 사이의 정렬을 유지한다.

선택적으로, 이러한 갭("G")을 제거가능하게 유지하기 위해, 심은 엔드캡 본딩 영역과 고정구 맞물림 영역 사이에 배치될 수 있다(72). 전술한 바와 같이, 심은 형상 및 치수가 동일할 수 있고 서로 동일하게 이격될 수 있다.

고정구 및 엔드캡이 결합되고 갭("G")이 유지되면, 엔드캡을 고정구에 부착(접합)시키기 위해 본딩 재료가 이 갭 내로 도입(삽입)된다(73). 예를 들어, 액체 또는 겔 글루는 결합 영역에 주입될 수 있다. 이 글루는 사용된 본딩 재료에 따라 큐어링 또는 간단히 건조에 의해 경화될 수 있다(74).

심이 엔드캡의 본딩 영역과 고정구 대향 영역 사이의 동일한 거리("G")를 기계적으로 유지하기 위해 사용되는 경우, 심은 본딩 재료가 경화된 후 또는 본딩 재료가 완전히 경화되기 전 아직 부분적으로 경화된 후 제거될 수 있다(75).

일부 실시예에 따르면, 본딩 영역(들)이 서로 이격되고 분리되어, 본딩 재료로 채워지지 않은 엔드캡 본딩 영역의 주변을 따라 영역을 남기는 경우, 심은 본딩 재료가 경화된(예를 들어, 큐어링) 후에 제거될 수 있도록 본딩 재료가 삽입되지 않은 "깨끗한 공간(clean spaces)"에 위치될 수 있다.

본 발명의 고정구, 엔드캡, 및 방법의 일부 실시예에 따라, 심(60)을 사용하여 엔드캡(500)을 고정구(400)에 부착함으로써 고정구(400) 및 엔드캡(500) 조립체(600)가 생성되는 방법을 개략적으로 도시한 도 6a 및 도 6b를 참조한다.

고정구(400)는 페룰 또는 그 안에 엔드캡(500)을 수용하도록 구성된 임의의 다른 하우징 요소일 수 있다.

엔드캡(500)은 근위 모서리에서 광섬유(35)에 연결되는 제 1 부분(510) 및 제 1 부분(510)의 원위 모서리에 일체로 연결되는 제 2 부분(520)를 갖는다. 제 2 부분(520)는 제 1 부분(510)에 연결하는 돌출 링(521) 및 시준기 헤드(522)를 갖는다. 돌출 링(521)의 직경은 제 1 부분(510)의 직경보다 더 크며, 고정구(400)와의 접합을 위한 본딩 영역(521a)을 형성한다.

고정구(400)는 내부에 엔드캡(500)을 수용하도록 구성된 입구(401)를 포함한다. 고정구(400) 입구(401)는 내부에 엔드캡(500)의 제 2 부분(520)를 수용하기 위한 더 넓은 리세스 및 엔드캡(500)의 더 좁은 제 1 부분(510) 및 상기 제 1 부분에 부착되는 섬유(35)를 수용하기 위한 더 좁은 부분을 갖도록 설계된다. 입구(401)에서의 폭의 차이는 엔드캡(500)의 본딩 영역(521a)과 대향하는 영역으로서 사용되는 돌출부(410)를 형성한다.

일부 실시예에 따르면, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 고정구(400)는 또한 액체 또는 겔 본딩 재료를 주입하기 위한 주사기(80)와 같은 삽입 수단을 이용하여 본딩 재료(81)를 삽입하기 위한 덕트(420)와 같은 하나 또는 그 초과의 덕트를 포함한다. 고정구(400)는 또한 이를 통해 심(60)을 삽입하기 위한 구멍(430)을 포함한다.

도 6b는 심 홀들(430)이 서로 동일하게 이격되고 본딩 재료가 배치되는 결합 영역들로부터 분리되도록 심 홀들(430)이 위치되는 방법을 도시한다. 이것은 본딩 재료(81)가 경화되면 심(60)을 용이하게 제거할 수 있다. 구멍(430)은 동일한 형상의 심(60)을 수용하기 위해 직경이 동일하거나 적어도 높이가 동일하다(비-원통형 구멍의 경우). 심(60)은 그로부터 심(60)의 제거를 용이하게 하기 위해 구멍(430)의 길이보다 길 수 있다.

일단 (섬유(35)에 부착된) 엔드캡(500)이 고정구(400)에 배치되면, 심(60)은 고정구 구멍(430)을 통해 삽입되어 돌출부(410) 주변을 통하여 고정구(400)의 돌출부(410)와 엔드캡(500)의 본딩 영역(521a) 사이의 동일한 갭을 유지한다. 심(60)이 홀(430) 내에 존재하면, 본딩 재료(81)는 주사기(80)를 사용하여 덕트(420)를 통해 본딩 영역으로 주입될 수 있다. 덕트(420)는 고정구(400)의 돌출부(410) 표면 아래에 위치된다.

선택적으로, 고정구(400)와 엔드캡(500)이 광섬유(35)의 광축선과 정렬되는 주축(x4)에 대하여 서로 정렬되도록 하기 위해 본딩이 수행되기 전에 초기 정렬 시험 프로세스가 수행될 수 있다.

고정구(400)와 엔드캡(500)이 결합되면, 심(60)은 예를 들어 각 심(60)을 기계적으로 파지 및 당김으로써, 구멍(430)으로부터 제거될 수 있다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 고정구(400)의 내부면의 설계에 의해 다수(3개의)의 동일한 간격의 본딩 영역이 생성된다. 고정구(400)는 고정구(400)의 내벽을 향해 내향으로 연장되는 3개의 별개의 틈새(450)를 포함하며, 각각 자체의 별개의 덕트(420)를 연결한다. 틈새(450)의 내향 연장은 예를 들면, 외부 열적 또는 움직임 영향에 의해 본딩 재료가 주축(x4)에 대해 시간에 따라 외향 팽창될 수 있게 하여, 본딩 재료가 주축(x4)에 평행한 수직축선으로 팽창하는 것을 방지한다. 이러한 외향 팽창은 조립체(600)의 떨림의 본딩 재료를 경화 또는 용융시킬 수 있는 온도 변화 등과 같은 본딩 재료의 점도 수준을 변화시킬 수 있는 영향을 미치는 조건 하에서 엔드캡(500)과 고정구(400)가 그들 사이의 원래 정렬로부터 벗어나는 것을 방지한다.

본 발명의 일부 실시예에 따르면, 일단 고정구와 엔드캡이 본딩되면, 고정구와 엔드캡 사이의 정렬이 극한 온도 또는 진동/떨림/흔들림 조건 하에서와 같은 다양한 정렬-영향 조건 하에서 유지되는지를 검증하기 위해 하나 또는 그 초과의 내구성 테스트가 수행될 수 있다. 정렬-영향 조건은 실제로 본딩 재료의 접착 특성 및/또는 고정구 및/또는 엔드캡의 본딩 영역이 본딩 재료에 접합되는 특성에 영향을 주는 조건일 수 있다.

예를 들어, 엔드캡-고정구-섬유 조립체는 조립체 및 이에 따른 조립체 안의 본딩 재료를 가열하기 위해 오븐 내에 배치될 수 있다. 조립체가 가열되는 동안 또는 직후에 조립체의 광학 출력 빔은 조립체의 가열 전에 달성된 정렬 정확도에 대한 정렬 정확도를 테스트하기 위해 기준 빔에 대해 광학적으로 측정될 수 있다.

기계적 진동 수단 등을 사용하여 조립체를 흔드는 전후와 같은 다른 극한의 영향 조건을 적용하기 전후에 조립체의 하나 또는 그 초과의 정렬 특성을 측정함으로써 유사한 시험을 수행할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 따르면, 광섬유(77)가 엔드캡(91)에 부착되는 동안 고정구-엔드캡 조립체(90)가 광학 내구성 시험을 받는 방법을 개략적으로 도시한 도 7을 참조한다. 이 경우, 엔드캡(91)은 렌즈형 제 2 부분을 갖는 시준기 엔드캡이다.

광학 입력 장치(70)에 의해 출력된 광의 빔은 엔드캡 출력 빔(91a)으로서 엔드캡을 통해 출력되는 엔드캡(91)에 부착된 광섬유(77)를 통해 지향된다. 이 빔(91a)은 엔드캡 시준기 헤드에 의해 시준된다. 엔드캡 출력 빔(91a)은 그로부터 알려진 거리에 배치된 광학 측정 시스템(40)에서 검출된다. 기준 빔(41a)은 또한 별도의 기준 출력 장치(41)에 의해 또는 광학 빔 스플리터에 의해 그리고 선택적으로 예를 들어 하나 또는 그 초과의 반사기를 통해 지향된 동일한 광 입력 장치 출력 빔을 사용하여 동시에 출력된다. 기준 빔(41a)은 광섬유(77)의 원래 광축선에 평행하게 지향된다.

조립체(90)는 측정 전 또는 측정 중에 가열되며, 여기서 광학 측정 시스템(40)은 가열 조건 하에서 고정구 및 엔드캡의 정렬을 체크하기 위하여 조립체(90)가 소정의 온도로 가열될 때 기준 빔(41a)과 엔드캡 출력 빔(91a) 사이의 광학적 특성 차이를 측정한다. 조립체의 정렬 정확도는 광학 정렬 축선(x5)으로부터 엔드캡 출력 빔(91a)의 전환을 나타낸다. 이 전환은 기준 빔(41a)과 엔드캡 출력 빔(91a) 사이에 형성된 각도 알파("α")로 표시되며, 여기서 각도(α)의 값은 조립체의 부정확한 수준에 비례하여, 높은 α 값은 높은 정렬 부정확도 수준을 나타낸다. 측정될 수 있는 다른 특성은 기준 빔(41a)에 대한 시선 오차이다. 광학 측정 시스템(40)은 하나 또는 그 초과의 광학 장치 및 광학 검출기와 같은 요소를 포함할 수 있다.

이제부터 서로 수직으로 부착된 본 발명의 일부 실시예의 엔드캡-고정구 조립체(800)가 도시된, 도 8a 및 도 8b가 참조된다. 조립체(800)는 시준기 엔드캡(810) 및 그 내부에 엔드캡(810)을 수용하도록 구성된 페룰 고정구(820)를 포함한다. 엔드캡(810)은 그 근위 단부에서 광섬유(38)에 부착된다. 엔드캡(810)은 위에서 페룰 고정구(820)에 배치(삽입)된다.

도 8b의 B-B 단면도에 도시된 바와 같이, 엔드캡(810)은 근위 단부에서 광섬유(38)에 부착된 제 1 부분(811)와, 제 2 부분(812)를 가지며, 둘다 주축(x6)에 대해 대칭이다. 엔드캡(810)은 시준기 헤드(812a) 및 시준기 헤드(812a)로부터 돌출하는 평평한 돌출 디스크(812b)를 가지며, 조립체(800)의 주축(x6)에 수직한 본딩 영역을 형성한다. 시준기 헤드(812a) 직경(d11)은 제 1 부분(811)의 직경(d10) 보다 크고 디스크(812b)의 직경(d12)은 시준기 헤드(812a)의 직경(d11)보다 실질적으로 더 크다. 예를 들어, 제 1 부분(811)의 직경(d10)은 1mm의 영역에 있을 수 있는 반면, 디스크(d12)의 직경은 6 내지 8mm의 영역에 있을 수 있는 반면, 광섬유(38)의 직경은 0.25mm의 영역 내에 있다. 이는 돌출 영역이 광섬유의 직경의 최대 40배 또는 그 초과 및 엔드캡의 최소 직경의 10 배 또는 그 초과인 직경 또는 길이에 도달할 수 있어 그 안에 배치되도록 본딩 재료에 대한 충분히 큰 본딩 영역을 제공할 수 있음을 의미한다. 돌출 디스크(812b)는 주축(x6)을 중심으로 대칭 배열되고 그에 수직이다.

도 8b에 도시된 바와 같이, 페룰 고정구(820)는 원통형 구조의 하우징(821) 및 하우징(821)의 내벽에 일체로 연결된 평평한 링(822) 형태의 내부 돌출부를 갖는다. 돌출 링(822)은 주축(x6)에 대해 대칭이고 주축에 대해 수직이다. 엔드캡(810)이 페룰 고정구(820)에 삽입될 때, 엔드캡(810)의 돌출 디스크(812b)의 하부는 페룰 고정구(820)의 돌출 링(822)의 상부면과 결합하거나 마주하여, 엔드캡(810)을 페룰 고정구(820)에 수직하게 부착하기 위해 그 사이의 본딩 재료(85)를 도입하게 한다.

본 발명의 엔드캡은 고정 및/또는 유지하도록 지정된 요소와의 수직 결합을 위한 수직 돌출 결합 영역을 포함하는 경우, 지정된 광학 시스템에서 엔드캠의 이용에 적용된 임의의 형상 및 크기일 수 있다. 엔드캡은 투명, 반투명, 또는 비-투명 특성에 관계없이 당업계에 공지된 임의의 재료로 제조될 수 있다.

본 발명의 엔드캡의 부분의 크기는 엔드캡이 부착되도록 설계된 광섬유(들) 타입의 직경 및 파장 대역과 같은 광학적 요건 및 구성 그리고 섬유 및 엔드캡이 사용되는 광학 시스템의 요건에 적용될 수 있다.

본 발명의 고정구 요소는 특히 이들이 결합될 엔드캡의 크기 및 형태에 따라 임의의 크기 및 형태일 수 있다.

엔드캡을 고정구에 접합하는데 사용되는 본딩 재료는 2 개의 접착제를 혼합함으로써 경화되는 다양한 유형의 에폭시 글루 또는 주입되거나 퍼져서 삽입될 수 있는 분말, 액체, 겔, 또는 크림의 상태에 있을 때 본 기술 분야에 공지된 임의의 다른 접착 재료와 같이 당업계에 공지된 임의의 본딩 재료일 수 있다.

실험 결과는 떨림 또는 온도 변화와 같은 환경 조건 하에서 평균 각도 유지가 상당히 개선되었음을 보여준다: 최대 직경이 1mm인 종래의 표준 엔드캡을 사용할 때, 페룰과 엔드캡 사이의 평행한 부착을 사용하여-평균 각도 유지는 200μRad이다. 본딩 영역에서 엔드캡의 최대 직경이 6 내지 10mm 범위에 있으며 페룰과 엔드캡 사이의 수직한 평면 부착을 이용하는, 본 발명의 페룰 및 엔드캡을 사용할 때, 평균 각도 유지는 50μRad였다. (종래 기술의 엔드캡 및 페룰을 사용하고 본 발명의 엔드캡 및 페룰을 사용하는) 양 실험에서, 우리는 1064nm의 출력 빔 파장 및 1mm 광섬유 직경을 사용하였다. 2를 초과하는 (이 경우 최대 10에 도달하는), 최대 엔드캡 직경과 광섬유 직경 사이의 비율을 이용하여 수직 부착을 이용할 때, 다양한 외부 조건들하에서 훨씬 더 높은 정렬 정확도와 이의 지속 시간이 달성될 수 있음이 예비 실험 결과로부터 명백하다. 따라서 주축(엔드캡의 중심)으로부터 취한 본 발명의 엔드캡의 돌출 본딩 영역의 최대 길이는 광섬유 반경의 두 배보다 길어야 한다. 예를 들어, 1mm 광섬유 직경, 즉 0.5mm 반경을 사용하여 수직 부착물을 사용할 때, 돌출 본딩 영역 부분(들)의 길이는 1mm보다 길어야하고, 바람직하게는 이 임계 값보다 상당히 높아야 한다.

Claims (37)

1. 엔드캡으로서,
   a. 주축에 대해 적어도 부분적으로 대칭인 제 1 부분으로서, 상기 제 1 부분이 상기 제 1 부분의 근위 단부에서 광섬유에 연결되어 상기 주축이 광섬유 빔의 광축선과 정렬 가능한, 제 1 부분; 및
   b. 상기 제 1 부분의 원위 단부에서 상기 제 1 부분에 연결되는 제 2 부분으로서, 상기 제 2 부분은 상기 제 1 부분으로부터 돌출하여, 고정구 부착 영역을 갖는 고정구 장치에 상기 엔드캡을 부착하기 위해 상기 주축에 대해 수직인 돌출 본딩 영역을 형성하고, 상기 고정구 부착 영역이 상기 주축에 대해 수직인, 제 2 부분;을 포함하고,
   상기 고정구 부착 영역 및 상기 돌출 본딩 영역은 그 사이에 결합 영역을 형성하고, 상기 결합 영역은 본딩 재료가 상기 결합 영역 내에서만 그리고 상기 주축에 평행한 방향으로 팽창하거나 수축할 수 있도록 본딩 재료를 수용하도록 구성되어, 외부 영향 하에서 상기 본딩 재료가 팽창하거나 수축할 때, 상기 엔드 캡과 상기 고정구 장치 사이의 원래의 정렬로부터의 이탈을 최소화하고,
   상기 본딩 재료는 상기 결합 영역 내에만 위치되는, 엔드캡.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 엔드캡 및 상기 고정구 장치는, 상기 광축선을 따라 본딩 재료의 열 팽창 이동을 허용하는 방식으로 본딩 재료에 의해 상기 고정구 부착 영역의 대향 표면에 상기 엔드캡의 돌출 본딩 영역의 표면이 접합되는 방식으로 유지되는, 엔드캡.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 부분은 그 원위 단부에서 렌즈 형상이며, 상기 광섬유 빔을 시준하기 위한 시준기(collimator)를 형성하고, 상기 제 2 부분은:
   ● 상기 주축에 대하여 대칭으로 배열된 몸체; 및
   ● 상기 몸체의 외주면(outer periphery)에 걸쳐, 상기 몸체에 일체로 연결된 적어도 하나의 돌출 부재로서, 상기 적어도 하나의 돌출 부재는 상기 주축에 대해 수직으로 돌출되는, 적어도 하나의 돌출 부재를 포함하고,
   상기 돌출 부재는 상기 제 2 부분의 본딩 영역을 형성하는, 엔드캡.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 2 부분의 상기 적어도 하나의 돌출 부재는 상기 몸체의 외주면에 연결된 단일 환형 링, 또는 상기 주축에 수직인 본딩 영역을 각각 형성하는 복수의 돌출 날개를 포함하고,
   상기 돌출 날개들은 상기 주축에 대해 대칭적으로 배치되고 서로 이격되는, 엔드캡.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 부분의 몸체는 평탄화된 에지를 갖는 원통형이거나, 또는 상기 광섬유 빔을 시준하기 위한 렌즈형 에지를 갖는, 엔드캡.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 부분 및 제 2 부분 중 적어도 하나는 광 도파관인, 엔드캡.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 돌출 본딩 영역을 포함하는 상기 제 2 부분의 최소 폭은 상기 제 1 부분의 최대 폭보다 적어도 4배 큰, 엔드캡.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은 서로 연결 가능하거나, 또는 단일 조각으로서 서로 일체로 연결되는, 엔드캡.
9. 광섬유용 조립체로서,
   (i) 고정구 장치의 적어도 하나의 고정구 부착 영역을 포함하는 고정구 장치; 및
   (ii) 엔드캡으로서,
   ● 주축에 대해 적어도 부분적으로 대칭인 제 1 부분으로서, 그 주축이 광섬유 빔의 광축과 정렬 가능하도록, 상기 제 1 부분의 근위 단부에서 광섬유에 연결되는, 제 1 부분; 및
   ● 상기 제 1 부분의 원위 단부에 연결되는 제 2 부분으로서, 상기 제 2 부분이 몸체 및 상기 제 1 부분으로부터 돌출하여 돌출 본딩 영역을 형성하는 돌출 부재를 포함하고, 이는 상기 엔드캡을 고정구 장치의 고정구 부착 영역에 부착하기 위해 상기 주축에 대해 수직이고, 상기 고정구 부착 영역이 상기 주축에 대해 수직인, 제 2 부분을 포함하며,
   상기 고정구 부착 영역 및 상기 돌출 본딩 영역은 그 사이에 결합 영역을 형성하고, 상기 결합 영역은 본딩 재료가 상기 결합 영역 내에서만 그리고 상기 주축에 평행한 방향으로 팽창하거나 수축할 수 있도록 본딩 재료를 수용하도록 구성되어, 외부 영향 하에서 상기 본딩 재료가 팽창하거나 수축할 때, 상기 엔드 캡과 상기 고정구 장치 사이의 원래의 정렬로부터의 이탈을 최소화하고,
   상기 본딩 재료는 상기 결합 영역 내에만 위치되는, 조립체.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 엔드캡 제 2 부분의 상기 돌출 본딩 영역 및 상기 고정구 장치의 고정구 부착 영역이 대향되어 결합 영역을 형성하고 본딩 재료를 사용하여 서로 접합되는, 조립체.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 고정구 장치의 상기 고정구 부착 영역과 상기 엔드캡은 서로 맞물림으로써 부착되도록 구성되는, 조립체.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 엔드캡의 상기 제 2 부분은 상기 돌출 본딩 영역을 형성하는 상기 주축을 중심으로 동축으로 배열되는 환형 구조를 포함하고,
    상기 몸체는 상기 주축을 중심으로 동축으로 배열되고, 상기 제 1 부분은 상기 몸체보다 직경이 작고, 상기 몸체는 섬유 출력 빔을 시준하기 위해 렌즈형으로 형성되는, 조립체.
13. 제 9 항에 있어서,
    상기 고정구 장치는 이를 통해 상기 결합 영역에 본딩 재료를 삽입하여 상기 결합 영역으로 향하는 적어도 하나의 덕트를 더 포함하는, 조립체.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 고정구 장치의 내벽은 그 수직 팽창을 방지하기 위해 상기 주축에 대하여 외부로 상기 본딩 재료의 팽창을 허용하도록 본딩 재료가 삽입되는 영역에 틈새(niche)를 포함하는, 조립체.
15. 제 9 항에 있어서,
    상기 돌출 본딩 영역을 포함하는 상기 엔드캡의 제 2 부분의 최소 폭은 상기 엔드캡의 제 1 부분의 최대 폭보다 적어도 4배 더 큰, 조립체.
16. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은 서로 연결 가능하거나, 또는 단일 조각으로서 서로 일체로 연결되는, 조립체.
17. a. 엔드캡 및 고정구 장치를 제공하는 단계로서, 상기 엔드캡이 광섬유의 일단에 연결되고, 상기 엔드캡이 그에 부착된 상기 광섬유의 광축선과 정렬 가능한 주축에 대해 수직하게 위치되는 돌출 본딩 영역을 형성하는 적어도 하나의 돌출 부분을 포함하는, 단계; 및
    b. 상기 엔드캡을 상기 고정구 장치에 접합하기 위해, 상기 돌출 본딩 영역 및 상기 고정구의 적어도 하나의 대향 고정구 부착 영역 사이에 형성된 결합 영역에 본딩 재료를 삽입하는 단계;를 포함하고,
    상기 결합 영역은 본딩 재료가 상기 결합 영역 내에서만 그리고 상기 주축에 평행한 방향으로 팽창하거나 수축할 수 있도록 본딩 재료를 수용하도록 구성되어, 외부 영향 하에서 상기 본딩 재료가 팽창하거나 수축할 때, 상기 엔드 캡과 상기 고정구 장치 사이의 원래의 정렬로부터의 이탈을 최소화하고,
    상기 본딩 재료는 상기 결합 영역 내에만 위치되는, 엔드캡 고정구 정렬의 정확도를 개선하기 위한 방법.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 결합 영역으로의 상기 본딩 재료의 삽입은 상기 고정구 장치에서 적어도 하나의 덕트를 통해 수행되는, 엔드캡 고정구 정렬의 정확도를 개선하기 위한 방법.
19. 제 17 항에 있어서,
    상기 고정구 장치와 상기 엔드캡 사이에 동일한 거리 “d”를 기계적으로 유지하기 위해 상기 고정구 장치의 구멍들에 심(shim)을 삽입하는 단계로서, 상기 구멍들은 서로 분리된, 단계를 더 포함하는, 엔드캡 고정구 정렬의 정확도를 개선하기 위한 방법.
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21. 제 17 항에 있어서,
    상기 돌출 본딩 영역을 포함하는 상기 엔드캡의 제 2 부분의 최소 폭은 상기 엔드캡의 제 1 부분의 최대 폭보다 적어도 4배 더 큰, 엔드캡 고정구 정렬의 정확도를 개선하기 위한 방법.
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