KR19980041405A - 광 아이솔레이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 아이솔레이터에 관한 것으로서, 다수의 광을 전파시킬 수 있도록 복수개로 이루어진 광섬유; 상기 광섬유에서 출사 및 입사되는 광을 평행빔으로 만들 수 있는 한 쌍의 콜리메이팅 렌즈; 상기 콜리메이팅 렌즈로부터 입사된 여러개의 평행빔을 각 각 편광으로 출사시키는, 순방향으로 진행되는 광 들을 광섬유에 모두 집속시킬 수 있도록 적어도 하나 이상의 방향을 갖고 대칭된 한 쌍의 복굴절 소자; 및 상기 복굴절 소자 사이에 위치하여 입사되는 편광을 45°회전시키는 패러데이 회전자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 복굴절 소자에 다수의 동일 경사각을 갖는 경사면을 형성시켜 하나의 어셈블리로써 다수의 광 신호 또는 파장 들을 동시에 한 방향으로 전송시킬 수 있으므로 지속적인 정보량의 증가에 충분히 대처할 수 있고, 광학 시스템의 제조 단가를 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 소형, 경량화에 상당한 효과가 있다.

Description

광 아이솔레이터
본 발명은 광 아이솔레이터(Otical Isolator)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 어셈블리(Assembly)로써 여러 개의 파장 또는 신호를 동시에 한 방향으로만 진행될 수 있도록 하는 광 아이솔레이터에 관한 것이다.
오늘날, 사회 활동이 다양해지고 복잡해짐에 따라 인간과 인간, 인간과 컴퓨터, 컴퓨터와 기계 등 사이에 교환되는 정보량은 점점 더 증가되는 경향이 있다. 이 때문에 다양한 정보를 대량으로 정확히, 빠르게, 그리고 멀리 전송하기 위한 기술이 꾸준히 개발되어 왔다. 따라서, 이를 실현하기 위한 연구 개발의 일환으로 광 전송 시스템이 실용화되기에 이르고, 이에 수반하여 더욱 다양한 기능을 가진 광학 장치의 필요성이 점증되고 있다.
일반적으로 광 아이솔레이터는 광 전송 계통에서 빛을 순 방향으로만 통과시키고 역 방향으로는 통과시킬 수 없도록 하는 부분에 이용되는 광학 장치로서, 예를 들어 반도체 레이저(Laser Diode)와 같은 광원을 보호하기 위한 것이다.
종래의 광 아이솔레이터에 관한 하나의 실시예가 일본의 후지쓰(Hujitsu) 사의 미국 특허 번호 제 4,548,478 호로써 미국 특허 공보에 개시되어 있는 데, 도 1 및 도 2 는 이를 설명하기 위한 대표 도면이다.
도 1 및 도 2 에서 나타낸 바와 같이, 종래의 광 아이솔레이터는 제 1, 2 광섬유(1)(7) 사이의 광 경로 상에 입사되는 편광을 45°회전시킬 수 있는 하나의 패러데이 회전자(Faraday Rotator)(4)와, 상기 패러데이 회전자(4)의 양 옆에 위치한 제 1, 2 복굴절 소자(3)(5)를 구비한다.
여기서, 상기 제 1, 2 복굴절 소자(3)(5)는 한 쪽 면이 소정의 각도(θ)로 경사져 있고, 각 소자(3)(5)의 결정의 광축이 45°의 각도로 상호 엇갈려 있다. 또한, 상기 광 아이솔레이터는 제 1, 2 광섬유(1)(7)로부터 발산되는 광을 평행빔으로 콜리메이팅시킬 수 있는 제 1, 2 콜리메이팅 렌즈(Collimating Lens) (2)(6)를 구비한다.
이러한 종래의 광 아이솔레이터는, 도 1 에서와 같이, 빛이 제 1 복굴절 소자(3) 측에서 제 2 복굴절 소자(5) 측으로 진행되는 순방향일 경우에는 제 1 광섬유(1)로부터 제 1 콜리메이팅 렌즈(2)를 거쳐 제 1 복굴절 소자(3)로 입사된 평행빔은 정상파(o)와 비정상파(e)로 나뉘어지고, 이러한 두 개의 광원은 패러데이 회전자(4)에서 45°회전된다. 이 후, 45°회전된 각 각의 정상파(o)와 비정상파(e)는 제 2 복굴절 소자(5)에 입사되고 제 2 콜리메이팅 렌즈(6)를 거치면서 평행빔으로 되어 제 2 광섬유(7)에 그대로 집속된다.
한편, 도 2 에서와 같이, 제 2 복굴절 소자(5) 측에서 제 1 복굴절 소자(3) 측으로 빛이 역방향으로 진행되는 경우에는 제 2 콜리메이팅 렌즈(6)를 거쳐 제 2 복굴절 소자(5)에 평행광으로 입사되어 정상파(o)와 비정상파(e)로 나뉘어 출사되지만, 이 들은 패러데이 회전자(4)에서 시계 방향으로 회전되고 제 1, 2 복굴절 소자(3)(5)의 광축이 45°엇갈린 상태이므로 결국 직각 상태가 되어 제 1 복굴절 소자(3)로 입사되는 정상파(o)와 비정상파(e)는 상호 뒤바뀌게 된다(oe)(eo).
이에 따라 제 1 복굴절 소자(3)를 투과한 두 개의 광(oe)(eo)은 평행빔이 되지 못하고 제 1, 2 복굴절 소자(3)(5)의 경사각(θ)에 의하여 소정의 각도로 제 1 콜리메이팅 렌즈(2)를 통과하여 제 1 광섬유(1)의 코어부에는 입사되지 못한 채 그 좌우 또는 상하 방향으로 입사된다.
그러므로 광 아이솔레이터는 빛을 역방향으로 진행시키는 데에는 많은 손실이 따르게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 광 아이솔레이터는 복굴절 소자(3)(5)가 어느 한 방향으로만 경사각(θ)을 가지고 있으므로 하나의 광 섬유(1)(7)를 통하여 하나의 광 파장 또는 광 신호 만을 전송할 수 밖에 없다. 이에 따라, 여러개의 신호 및 파장을 이용하는, 예를 들어 WDM 통신 분야 등에서는 여러개의 광 아이솔레이터를 사용해야 하므로 광학 시스템의 크기 및 제조 단가를 높여야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 어셈블리(Assembly)로써 여러 개의 파장 또는 신호를 동시에 한 방향으로만 진행될 수 있는 광 아이솔레이터를 제공하는 데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 아이솔레이터는, 다수의 광을 전파시킬 수 있도록 복수개로 이루어진 광섬유; 상기 광섬유에서 출사 및 입사되는 광을 평행빔으로 만들 수 있는 한 쌍의 콜리메이팅 렌즈; 상기 콜리메이팅 렌즈로부터 입사된 여러개의 평행빔을 각 각 편광으로 출사시키는, 순방향으로 진행되는 광 들을 광섬유에 모두 집속시킬 수 있도록 적어도 하나 이상의 방향을 갖고 대칭된 한 쌍의 복굴절 소자; 및 상기 복굴절 소자 사이에 위치하여 입사되는 편광을 45°회전시키는 패러데이 회전자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1 은 종래의 광 아이솔레이터의 구성을 도시한 것으로서, 특히 순 방향으로 진행되는 광 경로를 나타낸 개략도이다.
도 2 는 도 1 의 광 아이솔레이터에서 역 방향으로 진행되는 광 경로를 나타낸 개략도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 구성을 도시한 것으로서, 특히 순 방향으로 진행되는 광 경로를 나타낸 개략도이다.
도 4 는 도 3 의 광 아이솔레이터에서 역 방향으로 진행되는 광 경로를 나타낸 개략도이다.
도 5a ∼ 도 5c 는 도 3 의 요부인 복굴절 소자를 발췌한 도면으로서, 도 5a 는 정면도이고, 도 5b 는 좌 측면도이며, 도 5c 는 우 측면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 제 1 광섬유, 20 : 제 1 콜리메이팅 렌즈,
30 : 제 1 복굴절 소자, 32, 34, 52, 54 : 경사면,
40 : 패러데이 회전자, 50 : 제 2 복굴절 소자,
60 : 제 2 콜리메이팅 렌즈, 70 : 제 2 광섬유.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.
도 3 은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 구성을 도시한 것으로서, 특히 순 방향으로 진행되는 광 경로를 나타낸 개략도이고, 도 4 는 도 3 의 광 아이솔레이터에서 역 방향으로 진행되는 광 경로를 나타낸 개략도이다.
본 발명의 구성에서 이미 서술한 종래와 동일한 구성에 대하여는 상세한 설명을 생략하기로 하고, 본 발명의 요부 구성을 중심으로 살펴본다.
상기 도면에서, 본 발명은 다수의 광섬유(12)(14)로 들어오는 광 신호 또는 파장을 다른 쪽 광섬유(72)(74)로 손실없이 진행시키게 하고, 반면에 역방향으로는 많은 손실을 갖도록하여 광 신호 등을 흐르지 못하게 하는 소위 멀티 아이솔레이터(Multi Isolator)이다.
즉, 패러데이 회전자(40)를 중심으로 양 옆에는 한 쌍의 제 1, 2 복굴절 소자(30)(50)가 구비되는 데, 도 5a ∼ 도 5c 에서 나타낸 바와 같이, 상기 제 1, 2 복굴절 소자(30)(50)는 각 각 한 쪽 면이 중앙을 정점으로 가장자리를 향하여 대칭되도록 소정의 경사각(φ)을 갖는 경사면(32)(34)(52)(54)을 이루고 있다.
특히, 상기 제 1, 2 복굴절 소자(30)(50)는 각 각의 경사면(32)(34)(52)(54)이 바깥 쪽, 즉, 제 1, 2 콜리메이팅 렌즈(20)(60) 쪽을 향하도록하여 서로 마주보고 있고, 이 들 각 각의 결정의 축은 시계 방향이나 반시계 방향으로 45°의 각도를 이루고 있다.
이와 같은 복굴절 소자(30)(50)를 포함하는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 동작을 살펴본다.
먼저, 도 3 에서와 같이, 광 경로가 순방향일 때에는 다수의 광섬유(12)(14)로부터 나온 광선(파장 또는 신호)은 제 1 콜리메이팅 렌즈(20)를 통과하며 평행광이 되고, 상기 평행광은 동일 경사각(φ)을 갖는 제 1 복굴절 소자(30)의 경사면(32)(34)에 입사된다.
이렇게 입사된 평행광은 정상파(O)와 비정상파(E)로 나뉜 편광 상태로 패러데이 회전자(40)에 입사되고, 상기 패러데이 회전자(40)에서 인가되는 자석의 극성에 따라 시계 방향이나 반 시계 방향으로 편광이 회전된다.
이 후, 상기 정상파(O)와 비정상파(E)는 제 2 복굴절 소자(50)에 입사하여 경사면(52)(54)에서 다시 평행빔이 되며, 이 들은 제 2 콜리메이팅 렌즈(60)를 통하여 정상파(O)와 비정상파(E)를 유지하며 그대로 광섬유(72)(74)에 집속된다.
이는 제 2 복굴절 소자(50)가 제 1 복굴절 소자(30)에 대하여 광의 회전 방향과 동일한 방향으로 45° 회전되었으므로 제 1 복굴절 소자(30)에 입사된 빛 중에서 정상파(O)는 제 2 복굴절 소자(5)를 통과하여 출사된 빛도 정상파(O)가 되며, 또한 제 1 복굴절 소자(3)에 입사된 비정상파(E)는 제 2 복굴절 소자(5)에서도 비정상파(E)로 출사된다.
반면에, 도 4 에서와 같이, 광 경로가 역방향일 때에는 광섬유(72)(74)에서 나온 광선이 제 2 콜리메이팅 렌즈(60)에서 평행빔으로되어 동일 경사각(φ)을 갖는 제 2 복굴절 소자(50)의 경사면(52)(54)에 입사된다.
상기 제 2 복굴절 소자(50)에서 정상파(O)와 비정상파(E)로 나뉘어진 편광으로 되지만, 상기 편광은 패러데이 회전자(40)의 45°회전 방향에 대하여 반대 방향으로 회전된다.
이렇게 편광 방향이 회전된 각 각의 정상파(O)와 비정상파(E)는 제 1 복굴절 소자(30)의 경사면(32)(34)에서 평행빔이 되지 못하고 발산빔이된다. 즉, 상기 정상파(O)는 비정상파(Eo)로, 비정상파(E)와 정상파(Oe)로 상호 뒤바뀌어 제 1 콜리메이팅 렌즈(20)를 거쳐 여러 광섬유(12)(14)의 상하 또는 좌우에 집속된다.
결국, 광경로가 역방향일 때에는 광선이 광섬유(12)(14), 즉 제 1 광섬유(10) 쪽으로는 입사하지 못하게 된다.
상술한 본 발명에 의하면, 복굴절 소자에 다수의 동일 경사각을 갖는 경사면을 형성시켜 하나의 어셈블리로써 다수의 광 신호 또는 파장 들을 동시에 한 방향으로 전송시킬 수 있으므로 지속적인 정보량의 증가에 충분히 대처할 수 있고, 광학 시스템의 제조 단가를 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 소형, 경량화에 상당한 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 다수의 광을 전파시킬 수 있도록 복수개로 이루어진 광섬유; 상기 광섬유에서 출사 및 입사되는 광을 평행빔으로 만들 수 있는 한 쌍의 콜리메이팅 렌즈; 상기 콜리메이팅 렌즈로부터 입사된 여러개의 평행빔을 각 각 편광으로 출사시키는, 순방향으로 진행되는 광 들을 광섬유에 모두 집속시킬 수 있도록 적어도 하나 이상의 방향을 갖고 대칭된 한 쌍의 복굴절 소자; 및 상기 복굴절 소자 사이에 위치하여 입사되는 편광을 45°회전시키는 패러데이 회전자를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 아이솔레이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복굴절 소자는 어느 한 쪽 면이 복수의 경사각을 갖는 경사면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 아이솔레이터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 복굴절 소자의 경사면은 동일한 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 광 아이솔레이터.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 복굴절 소자는 각 각의 경사면이 바깥 쪽을 향하도록 서로 마주보고 있는 것을 특징으로 하는 광 아이솔레이터.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 2 복굴절 소자는 각 결정의 광축이 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 45°각도를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 광 아이솔레이터.
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