KR19990049180A - 고정 광 감쇠기 - Google Patents

Abstract

이 발명은 광 감쇠기에 관한 것으로, 코어의 직경이 2㎛ ∼ 7㎛이하이고, 개구수가 약 0.14 ∼ 0.18인 제1 및 제2 광섬유을 사용하고, 제1 및 제2 홀더를 이용하여 상기 제1 및 제2 광섬유를 감쇠층을 사이에 두고 삽입 고정하여, 클래드를 통해 전송되는 광신호가 코어를 통해 전송되는 광신호 상호간의 간섭 효과를 감소시켜 광신호의 전송 효율을 향상시킬 수 있고, 파장의 변화에 무관하게 설정된 양만큼의 광신호 세기의 감쇠가 발생하므로 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며 광통신 시스템의 전체적인 동작 성능도 향상시킬 수 있는 효과가 발생한다.

Description

고정 광 감쇠기

이 발명은 광 감쇠기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면, 고정 광 감쇠기에 관한 것이다.

최근 광섬유를 이용한 광통신에 대한 관심과 연구가 활발히 진행됨에 따라 통신망에 널리 이용되는 광통신 기기나 광통신 부품의 기술 개발이 활발해지고 있다.

광통신 기기중 하나인 광 감쇠기는, 입사된 광의 강도를 일정량만큼 인위적으로 광 손실이 발생하도록 한 후 감쇠된 광이 출력될 수 있도록 하는 부품으로, 일반적으로 수신부의 수광 소자에 입사되는 광 강도를 최적의 값으로 조정할 수 있도록 하는 것으로 광 통신망이나 광 계측기 등에 널리 이용되고 있다.

한편, 광 감쇠기는 감쇠량이 고정되어 있는 고정 광 감쇠기와, 감쇠되는 감쇠량을 가변시킬 수 있는 가변 광 감쇠기로 나뉜다.

그러면, 종래의 광 감쇠기에 대하여 그 단면도와 확대 단면도인 도 1a 및 도 1b를 참고로 하여 설명한다.

도 1a에 도시한 바와 같이, 홀더(21,22)로 둘러싸여 고정되어 있는 두 가닥의 광섬유, 즉 제1 및 제2 광섬유(11,12)가 그 끝을 서로 마주 보며 그 중심이 일치하도록 정렬되어 있고, 마주보는 두 광섬유(11,12) 및 홀더(21,22)의 끝 부분 사이에는 공기층이나 박막 따위로 이루어진 감쇠층(4)이 형성되어 있다. 광섬유(11,12)의 중심은 홀더(21,22)의 중심과 일치하며, 두 광섬유(11,12), 두 홀더(21,22) 및 그 사이의 감쇠층(4)은 바깥에 위치한 정렬 슬리브(31)에 의해 고정되고 정렬된다.

도1b에 도시한 것처럼, 광섬유(11,12)는 중앙에 위치한 코어(core,111.121)와 이를 둘러싸고 있는 클래드(clad,112,122)로 이루어지며, 코어(111,121)는 클래드(121,122)보다 굴절률이 약간 큰 물질로 이루어진다.

감쇠층(4)과 접하는 광섬유(11,12)의 끝면은 광섬유(11,12)의 중심선(210)에 대한 수직 단면(200)에 대하여 일정 각도(φ)로 기울어져 있고 서로 평행하여 광신호의 역반사를 줄일 수 있다.

그러면, 상기와 같은 구성으로 이루어져 있는 종래의 고정 광 감쇠기에 대하여 도 1c를 참고로 설명한다.

제1광섬유(11)의 중심선(210)을 따라 코어(111) 내에서 진행하는 광신호(ψ₀)는 중심선(210)에 정점을 둔 가우시안(Gaussian) 분포를 가지고 있다. 광신호(ψ₀)가 감쇠층(4)을 만나면 코어(111)와 감쇠층(4)의 굴절률 차이 때문에 중심선(210)에 대하여 일정 각도(θ)로 꺾여 감쇠층(4)으로 출사된다. 감쇠층(4)을 통과한 빛중 일부는 제2광섬유(12)의 코어(121) 내로 입사되어 중심선(210)에 평행하게 진행하고, 나머지는 반사된다.

반사된 빛은 감쇠층(4)을 통과하여 제1광섬유(11)와 만나 다시 한번 반사되어 감쇠층(4)으로 진행한다. 제1광섬유(11)에서 2차 반사되어 감쇠층(4)을 통과한 빛은 제2 광섬유(12)의 클래드(122)와 만나 클래드(122) 내로 입사되어 중심선(210)에 평행하게 가우시안 분포를 갖고 진행한다.

결국 제1 광섬유(11)에서 진행된 광신호(ψ₀)는 제2 광섬유(12)의 코어(121)를 따라 진행하는 제1 광신호(ψ₁)와 클래드(122)를 따라 진행하는 제2 광신호(ψ₂)로 나뉜다.

이 때, 클래드(122)를 따라 진행하는 제2 광신호(ψ₂)는 코어(121)를 따라 진행하는 제1 광신호(ψ₁)에 간섭을 주는 경우가 발생한다. 광섬유(11,12)를 통해 진행하는 광신호(ψ_0∼ψ₂)가 가우시안 분포를 갖고 진행하므로 제2 광신호(ψ₂)와 코어(121)와 클래드(122)의 경계면 사이의 거리(x)가 작을수록 클래드(122)로 진행하는 제2 광신호(ψ₂)와 코어(121)로 진행하는 광신호(ψ₁) 상호간의 간섭이 커져, 광 감쇠량의 파장 의존성이 커진다.

도 1d는 코닝(corning)사의 SM28 광섬유를 사용한 고정 광 감쇠기의 감쇠량 특성을 도시한 그래프로서, 가로축은 파장을 나타내고 세로축은 광 감쇠량을 나타낸다. SM28 광섬유에서 코어(111,121)의 직경은 약 8.41㎛이고, 클래드(121,122)를 포함한 직경은 약 125㎛정도이며, 개구수는 약 0.12이다.

도 1d에서 보는 것처럼, 1,200㎚ ∼ 1,600㎚의 파장에 대하여 평균 10dB의 광 감쇠량을 나타낼 경우, 제2 광섬유(12)의 클래드(122) 내로 진행하는 제2 광신호(ψ₂)의 간섭에 의해 약 2dB ∼ 3dB의 흔들림이 발생함을 알 수 있다.

따라서, 종래 기술에 따른 고정 광 감쇠기는, 클래드(122) 내로 진행하는 제2 광신호(ψ₂)가 코어(121) 내로 진행하는 제1 광신호(ψ₁)와 간섭 정도에 따라 감쇠 정도가 변화하여, 감쇠량의 흔들림이 크게 발생한다.

그러므로 감쇠층(4)의 두께에 따라 감쇠량이 고정될 경우에도, 상기와 같이 두 광신호(ψ₁,ψ₂) 사이의 간섭 효과가 크게 발생하여, 설정된 양만큼 정확하게 광신호(ψ₀)의 세기가 감쇠되지 않아 정확한 광신호의 전송이 이루어지지 않는 문제점이 발생한다.

그러므로 이 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 클래드로 진행하는 광신호의 간섭 효과를 감소시켜 고정 광 감쇠기의 감쇠량을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 것이다.

도 1a는 종래의 고정 광 감쇠기의 단면도이고,

도 1b와 도 1c는 종래 고정 광 감쇠기에 이용된 광섬유의 확대 단면도이고,

도 1d는 종래의 고정 광 감쇠기의 감쇠량 특성을 도시하는 그래프이고,

도 2a는 이 발명의 실시예에 따른 고정 광 감쇠기의 단면도이고,

도 2b는 이 발명의 실시예에 따른 고정 광 감쇠기에 이용된 광섬유의 확대 단면도이고,

도 2c는 이 발명의 실시예에 따른 고정 광 감쇠기에 이용되는 다른 광섬유의 확대 단면도이고,

도 2d는 이 발명의 실시예에 따른 고정 광 감쇠기의 감쇠량 특성을 도시하는 그래프이다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 이 발명에서는 고정 광 감쇠기에 사용되는 광섬유의 코어의 직경을 줄이고 개구수를 증가시킨다.

즉, 코어의 직경은 3㎛ ∼ 7㎛ 정도가 바람직하고, 개구수는 0.14 ∼ 0.18로 하는 것이 바람직하다.

또한 광섬유 및 홀더의 절단면은 경면 연마하여 광신호의 역반사를 줄이는 것이 바람직하다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 이 발명의 실시예에 따른 고정 광 감쇠기에 대하여 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 종래의 기술과 동일한 기능을 실행하는 부분은 종래의 도면 부호와 같은 부호를 부여한다.

도 2a는 이 발명의 실시예에 따른 고정 광 감쇠기의 단면도이고,

도 2b는 이 발명의 실시예에 따른 고정 광 감쇠기에 이용된 광섬유의 확대 단면도이다.

도 2a에 도시한 바와 같이, 이 발명의 실시예에 따른 고정 광 감쇠기의 구조는 다음과 같다.

홀더(21,22)로 둘러싸여 고정되어 있는 제1 및 제2 광섬유(101,102)가 그 끝을 서로 마주 보며 그 중심이 일치하도록 정렬되어 있고, 마주보는 두 광섬유(101,102) 및 홀더(21,22)의 끝 부분 사이에는 공기층이나 박막 따위로 이루어진 감쇠층(4)이 형성되어 있다. 광섬유(101,102)의 중심은 홀더(21,22)의 중심과 일치하며, 제1 및 제2 광섬유(101,102), 두 홀더(21,22) 및 그 사이의 감쇠층(4)은 외부에 위치한 정렬 슬리브(31)에 의해 고정되고 정렬된다.

감쇠층(4)은 감쇠 박막을 형성시켜 이루어지고, 감쇠 박막을 형성하기 위한 물질로는 니켈(Ni), 크롬(Cr), 또는 인코넬(inconel)를 이용한다.

도 2b에 도시한 것처럼, 제1 및 제2 광섬유(101,102)는 중앙에 위치한 제1 및 제2 코어(1011.1021)와 이를 둘러싸고 있는 제1 및 제2 클래드(1012,1022)로 이루어지며, 두 코어(1011,1021)의 직경은 일반적으로 사용하는 광섬유의 코어 직경보다 작다.

또한 감쇠층(4)과 접하는 제1 및 제2 광섬유(101,102)의 끝면은 종래와 같이 제1 및 제2 광섬유(101,102)의 중심선(210)에 대한 수직 단면(200)에 대하여 약 8°의 설정 각도(φ)로 기울어져 있고 서로 평행하며, 경면 연마되어 역반사에 의한 전송 손실을 감소시킨다.

또한 제1 광섬유(101)의 코어(1011)를 통해 진행되는 광신호(ψ₀)는 감쇠층(4)으로 출사될 때, 매질에 따른 굴절률 차이 및 제1 광섬유(101) 단면의 경사각(φ)에 따라 제2 광섬유(102)로의 입사 정도가 변화한다.

그러므로 설정된 크기의 각도(θ)만큼 감쇠층(4)을 통해 굴절되어 출사되는 광신호(ψ₀)는, 제2 광섬유(102)로 입사될 때 정상적으로 제2 광섬유(102)의 코어(1021) 내로 입사되는 중심선(210)에 평행하게 진행하는 제1 광신호(ψ₁)와, 제2 광섬유(102)의 경사면에 반사된 후 감쇠층(4)을 통해 다시 제1 광섬유(101)의 경사면에 2차 반사되어 제2 광섬유(102)의 클래드(1022) 내로 입사되는 중심축(210)에 평행하게 진행하는 제2 광신호(ψ₂)로 분리되어 제2 광섬유(102)로 전송된다.

이 때, 제1 및 제2 광섬유(101,102)의 코어(1011,1021) 직경이 감소됨에 따라, 제2 광섬유(102)의 코어(1021)/클래드(1022)의 경계면에서 제2 광섬유(102)의 클래드(1022)로 입사되는 제2 광신호(ψ₂)까지의 거리(x)는 상대적으로 증가한다.

그로 인해, 제2 광섬유(102)의 클래드(1022) 내로 진행되는 제2 광신호(ψ₂)와 코어(1021) 내로 진행하는 제1 광신호(ψ₁) 사이의 거리가 멀어져, 제2 광섬유(102)의 코어(1021) 내로 입사되는 제1 광신호(ψ₁)와 클래드(1022)로 입사되는 제2 광신호(ψ₂) 사이의 간섭이 감소된다.

이 때 바람직한 코어(1021)의 직경은 2㎛ ∼ 7㎛로, 7㎛을 초과할 경우엔 일반적인 광섬유과 구분이 발생하지 않아 신호의 간섭 효과를 줄일 수 없고, 2㎛미만일 경우엔 코어(1021)의 직경이 너무 작아 정상적인 광신호의 입사 동작에 영향을 미친다.

다음에 도 2c를 참고로 하여 이 발명의 실시예에 따른 고정 광 감쇠기에 이용되는 다른 광섬유에 대하여 설명한다.

도 2c에 도시한 바와 같이, 이 발명의 실시예에 따른 광섬유(1001,1002)는 코어(10011,10021)와 클래드(1021,1022)의 직경이 일반적인 광섬유의 코어와 클래드의 직경과 같지만, 개구수가 큰 광섬유이다.

이 발명의 실시예에 따른 제1 및 제2 광섬유(1001,1002)의 다른 구성은 개구수의 크기만 제외하고 상기한 종래의 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 2c에 도시한 것처럼, 제1 광섬유(1001)에서 출사되는 제1 및 제2 광섬유(1001,1002)의 개구수가 변화하여 광 신호(ψ₀)의 출사 각도(θ)가 변할 경우, 제2 광섬유(1002)의 코어(10021)와 클래드(10022)로 입사되어 진행되는 제1 및 제2 광신호(ψ₁, ψ₂)의 입사 위치도 가변된다.

따라서, 제1 및 제2 광섬유(1001,1002)의 개구수가 증가하여 광 신호(ψ₀)의 출사 각도(θ)가 커질 경우, 제2 광섬유(1002)의 코어(10021)와 클래드(10022)로 입사되어 진행되는 제2 광신호(ψ₁,ψ₂)의 입사 위치는 코어(10021)로 입사되어 진행되는 제1 광신호(ψ₁)의 입사 위치와 멀게 된다.

그로 인해, 코어(10021)와 클래드(10022)의 경계면과, 제2 광신호(ψ₂) 사이의 거리(x)가 상대적으로 멀어져, 제2 광신호(ψ₂)에 의한 간섭 효과가 감소한다.

이 때, 개구수는 약 0.14 ∼ 0.18이 바람직하고, 0.18을 초과할 경우엔 코어(10021)로 입사되는 광의 손실이 크게 발생하여 정상적인 광신호의 전송이 이루어지지 않고, 0.14 미만일 경우엔, 일반적인 개구수이므로 코어(10021)와 클래드(1002)의 경계면과, 제2 광신호(ψ₂) 사이의 거리(x)가 신호 간섭을 줄일 수 있을 만큼 멀어지지 않는다.

도 2d는 코어(1021)의 직경이 2㎛ ∼ 7㎛이거나 개구수가 0.14 ∼ 0.18인 광섬유(101,102,1001,1002)를 사용한 고정 광 감쇠기의 감쇠량 특성을 도시한 그래프로, 가로축은 가로축은 파장을 나타내고 세로축은 광 감쇠량을 나타낸다.

도 2d에 도시한 것처럼, 1,200㎚ ∼ 1,600㎚의 파장에 대하여 평균 10dB의 광 감쇠량을 나타낼 경우, 제2 광섬유(102,1002)의 클래드(1022,10022) 내로 진행하는 제2 광신호(ψ₂)의 간섭 효과가 감소되어, 약 1dB의 흔들림밖에 발생하지 않는다.

상기와 같이 동작하는 이 발명의 효과는 공기나 감쇠막을 통과하는 광신호의 파장 변화에 따른 감쇠량의 변화폭이 현저히 감소되므로, 광신호에 실려 있는 정보를 정확하게 전달할 수 있어 광신호의 전송 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 파장의 변화에 무관하게 설정된 양만큼의 광신호 세기의 감쇠가 발생하므로 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있고 광통신 시스템의 전체적인 동작 성능도 향상시킬 수 있는 효과가 발생한다.

Claims (4)

1. 코어의 직경이 2㎛ ∼ 7㎛이하이고, 개구수가 약 0.14 ∼ 0.18인 제1 및 제2 광섬유와;

   상기 제1 및 제2 광섬유를 중심으로 형성되어, 제1 및 제2 광섬유가 삽입 고정될 수 있도록 하는 제1 및 제2 홀더와;

   설정된 두께만큼 감쇠층을 형성한 후 외부에서 고정 정렬하여 정상적으로 제1 광섬유에서 전송된 광이 감쇠층을 거쳐 제2 광섬유로 전송될 수 있도록 외부에서 정렬하고 고정하는 정렬 슬리브를 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
2. 제1항에 있어서, 상기 감쇠층과 접하는 제1 및 제2 광섬유와 제1 및 제2 홀더의 단면은 설정된 각도로 경사되어 경면 연마되는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
3. 제1항에 있어서, 상기 감쇠층은,

   감쇠 박막으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.
4. 제3항에 있어서, 상기 감쇠박막은,

   니켈, 크롬, 인코넬로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 광 감쇠기.