KR20000008018A - 장주기 격자 필터 제작 방법 및 그에 따라 제작된 장주기 격자필터 - Google Patents

장주기 격자 필터 제작 방법 및 그에 따라 제작된 장주기 격자필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장주기 격자 필터 제작 방법 및 그에 따라 제작된 장주기 격자 필터에 관한 것으로, 장주기 격자 필터 제작 방법은 소정의 주기마다 광섬유의 굴절률을 변화시켜서 상기 광섬유의 코아로 진행하는 코아 모드를 클래딩 모드로 커플링시키는 장주기 격자 필터의 제작 방법에 있어서, 소정 부분의 광섬유 코팅을 제거하는 제1단계; 코팅이 제거된 부분을 마스킹하고 자외선을 조사하여 장주기 격자를 형성하는 제2단계; 및 장주기 격자를 광섬유의 코팅과는 다른 물질로 코팅한 다음, 소정 재질의 지그로 고정하는 제3단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 장주기 격자의 클래딩 외부의 굴절률을 변화시킴으로써 정확하지않은 주기를 갖는 장주기 격자 필터의 광투과 특성을 원하는대로 변화시킬 수 있다.

Description

장주기 격자 필터 제작 방법 및 그에 따라 제작된 장주기 격자 필터
본 발명은 장주기 격자 필터(Long period grating filter) 제작 방법 및 그에 따라 제작된 장주기 격자 필터에 관한 것으로, 특히 장주기 격자의 코팅 굴절률을 다르게하여 제작하는 방법 및 그에 따라 제작된 장주기 격자 필터에 관한 것이다.
통상적으로 장주기 격자 필터는 광섬유의 코아(core)로 진행하는 코아 모드(core mode)를 클래딩 모드(cladding mode)로 커플링(coupling)시키는 소자로서, 반사형태가 아니기때문에 어븀첨가 광섬유 증폭기(EDFA)의 이득평탄화에 커다란 장점이 있다.
장주기 격자 필터는 자외선에 민감(sensitive)한 광섬유의 코아에 주기적으로 굴절률 변화를 주어 제작된다. 즉, 광에 노출된 부분은 굴절율이 증가하고 그렇지 않는 부분은 변화가 없어 주기적인 굴절율 변화가 발생한다. 이 때, 커플링은 다음과 같은 위상 정합 조건(phase matching condition)을 만족하여야 한다.
여기서, βco는 코아 모드의 전달 상수(propagation constant)이고, βcl n 는 n차 클래딩 모드의 전달 상수(propagation constant)이고, Λ는 격자 주기(grating period)이다.
그런데, 수학식 1에서 β= 2πn/λ(여기서, n은 유효 굴절율,λ는 커플링 파장)을 대입하면 코아 모드와 클래딩 모드의 굴절률 차는 nco-ncl n=λ/Λ 가 된다. 따라서, 어떤 파장을 클래딩 모드로 변경시키기 위하여는 주기(Λ)와 굴절률차(nco- ncl)를 정하면 된다. 굴절률차는 자외선에 민감한 광섬유에 자외선 레이저를 적절히 감광시켜 얻을 수 있다. 즉, 특정 마스크 주기 Λ를 갖는 광 민감성 광섬유에 자외선 레이저를 조사하면, 광섬유의 굴절률이 증가하게되고, 그에 따라 커플링이 일어나는 파장은 장파장쪽으로 증가하게 된다. 따라서, 마스크의 주기를 조절한다면 원하는 스펙트럼 특성을 얻을 수 있다.
그러나, 광 증폭기의 이득 평탄화용 장주기 격자필터를 디자인하기 위해서는 진폭마스크의 주기를 정밀하게 조절하여야 한다. 이를 위해 실리카 위에 크롬(Cr) 패턴을 형성하여 마스크를 제조하여 사용하고 있으나 제조단가가 비싸고 제조가 어려우며 주기가 고정되어 있다는 단점이 있다. 또한, 크롬 패턴은 손상 한계(damage threshold)가 100mJ/cm2로 낮아 고출력의 엑시머 레이저 광을 효율적으로 이용할 수 없는 단점이 있다. 또한, 레이저를 이용한 금속 마스크의 경우 제조단가가 싸고 제조방법이 간단하다는 장점이 있지만 제조시 주기의 오차가 커서 정밀한 필터 디자인이 불가능하다는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 광섬유에서 장주기 격자부분의 코팅물질을 광섬유의 다른 부분과 다르게하여 클래딩 외부의 굴절률을 조절함으로써 원하는 전송 스펙트럼 특성을 갖는 장주기 격자 필터 제작 방법 및 그에 의해 제작된 장주기 격자 필터를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장주기 격자 필터 제작방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 도 1의 장주기 격자 형성을 위한 장치에 대한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 장주기 격자 필터의 구성도이다.
도 4a 내지 도 4m은 장주기 격자의 클래딩 외부의 굴절률을 변화시킨 경우, 파장에 따른 장주기 격자 필터의 광투과 특성을 도시한 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은 소정의 주기마다 광섬유의 굴절률을 변화시켜서 상기 광섬유의 코아로 진행하는 코아 모드를 클래딩 모드로 커플링시키는 장주기 격자 필터의 제작 방법에 있어서, 소정 부분의 광섬유 코팅을 제거하는 제1단계; 상기 코팅이 제거된 부분을 마스킹하고 자외선을 조사하여 상기 장주기 격자를 형성하는 제2단계; 및 상기 장주기 격자를 상기 광섬유의 코팅과는 다른 물질로 코팅한 다음, 소정 재질의 지그로 고정하는 제3단계를 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은 광섬유; 상기 광섬유에 형성되고, 상기 광섬유 코팅의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 재질로 코팅되는 장주기 격자; 및 상기 장주기 격자를 고정하는 소정 재질의 지그를 포함한다.
통상적으로, 장주기 격자 필터는 위상 정합 조건을 만족하는 경우 커플링이 일어나게 되는데 굴절률이 증가하면 커플링되는 파장이 이동하고 커플링이 일어나는 양을 나타내는 소광비(extinction ratio)도 변하게된다. 따라서, 원하는 파장에서 원하는 소광비를 얻기위해서는 정확한 마스크 주기 Λ가 필요하다. 이 때, 사용하는 격자의 주기는 수 백 μm 정도인데, 커플링 파장 및 소광비를 정확히 조절하기위해서는 수 μm 주기의 정밀도가 필요하다. 그러나, 레이저 가공을 통한 마스크 주기의 경우 오차가 10μm 정도여서 정밀 디자인이 불가능하다. 따라서, 본 발명에서는 장주기 격자 필터의 클래딩 및 클래딩 외부의 굴절률을 변화시켜서 원하는 스펙트럼 특성을 얻도록 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 장주기 격자 필터 제작 방법에 대한 흐름도이다. 도 1에 따른 장주기 격자 필터 제작 방법은 광섬유의 코팅 제거 단계(100), 장주기 격자 형성 단계(102), 리코팅(recoating) 물질 도포단계(104) 및 리코팅용 지그(jig)로 고정하는 단계(106)를 포함한다. 여기서, 장주기 격자가 형성될 광섬유는 자외선에 민감한 재질로 된 광섬유이다.
각 단계의 동작은 다음과 같다. 먼저, 소정 부분의 광섬유 코팅을 제거한다(100단계). 코팅은 스트립퍼(stripper)를 이용하거나 광섬유를 메틸렌클로라이드(CH2Cl2) 용액에 담가서 제거된다. 코팅이 제거된 부분에 장주기 격자를 형성한다(102단계). 장주기 격자의 형성은 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 장치를 이용하여 이루어진다. 도 2에 도시된 장주기 격자 형성 장치는 자외선 레이저를 조사할 수 있는 고출력의 엑시머(excimer) 레이저 광원(200), 엑시머 레이저 광원(200)에서 방출된 레이저 광의 경로를 변경하는 미러(202), 미러(202)에 의하여 광이 변경된 레이저 광의 초점을 조절하는 렌즈(204), 렌즈를 통과한 레이저 광을 선택적으로 통과시키는 마스크(206) 및 마스크(206)를 통과한 레이저 광이 조사되어 코아에 장주기 격자가 형성되는 광섬유(208)로 구성된다.
이 때, 마스크(206)는 100단계에서 코팅이 제거된 광섬유 부분(208)과 접촉되어있다. 장주기 격자 필터는 레이저 광이 렌즈(204)를 통과하여 마스크(206)와 접촉되어 있는 광섬유(208)에 조사되도록하여 제작된다. 광섬유(208)에는 레이저광이 조사되어 굴절률이 다른 장주기 격자가 형성된다. 형성된 장주기 격자에 광소스(110)의 출력광을 통과시킨 다음, 검출기(112)로 통과된 광을 검출하여 원하는 특성을 얻는다.
이렇게 장주기 격자가 형성되면, 장주기 격자의 클래딩 외부에 다양한 굴절률을 가지는 리코팅 물질을 도포하여 리코팅 물질이 광섬유의 클래딩과 닿도록 한다(104단계). 리코팅 물질은 예를 들어 굴절률 정합 오일(index matching oil)이 적절하다. 리코팅 물질 도포 후, 리코팅용 지그로 고정한다(106단계). 리코팅용 지그의 재질은 실리카나, 다른 재질을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 장주기 격자 필터의 구성도이다. 도 3에 따른 장치는 코팅(300)된 광섬유(302), 리코팅용 지그(304) 및 리코팅(306)된 장주기 격자(308)를 포함한다. 여기서, 리코팅용 지그(304)와 코팅된 광섬유(302)는 에폭시를 이용하여 고정된다.
도 4a 내지 도 4i는 장주기 격자의 클래딩 외부의 굴절률을 변화시킨 경우, 파장에 따른 장주기 격자 필터의 광투과 특성을 도시한 것이다. 도 4a의 경우 1556nm파장에서 안정화된 장주기 격자의 클래딩 외부가 공기 즉, 그 굴절률이 1인 경우의 광 투과 특성을 나타낸 것이다. 소광비가 0dB일 때 손실이 없이 투과된 경우이다. 도 4b는 굴절률이 1.400인 장주기 격자의 클래딩 외부에 굴절률 정합 오일을 사용한 경우를 도시한 것으로, 소광비가 증가하였으며, 단파장쪽으로 4.8nm정도 이동한 것을 알 수 있다. 도 4c 및 도 4d는 굴절률이 각각 1.440, 1.448이고, 중심파장이 각각 10.5nm, 16.5nm씩 단파장쪽으로 이동하였으며, 도 4b의 경우와 스펙트럼 모양이 거의 변하지 않음을 알 수 있다.
그러나, 도 4e 내지 도 4i에 도시된 바와 같이 굴절률이 1.484에서 1.520까지 증가된 경우 굴절률이 1인 경우보다 장파장쪽으로 이동하여 대역폭이 증가하고, 소광비가 감소함을 알 수 있다. 이후 굴절률이 계속 증가된 경우, 도 4j 내지 도 4m에 도시된 바와 같이 파장이동은 작고, 소광비도 크게 변화하지 않는다.
따라서 도시된 바에 따르면, 굴절률이 1.448이하의 경우 스펙트럼 모양이 거의 변하지않고 스펙트럼의 파장이동이 발생하는데 클래딩 모드의 차수에 따라 수십 nm의 이동이 발생할 수 있다.
본 발명에 따르면, 장주기 격자의 클래딩 외부의 굴절률을 변화시킴으로써 정확하지않은 주기를 갖는 장주기 격자 필터의 광투과 특성을 원하는대로 변화시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 소정의 주기마다 광섬유의 굴절률을 변화시켜서 상기 광섬유의 코아로 진행하는 코아 모드를 클래딩 모드로 커플링시키는 장주기 격자 필터의 제작 방법에 있어서,
    소정 부분의 광섬유 코팅을 제거하는 제1단계;
    상기 코팅이 제거된 부분을 마스킹하고 자외선을 조사하여 상기 장주기 격자를 형성하는 제2단계; 및
    상기 장주기 격자를 상기 광섬유의 코팅과는 다른 물질로 코팅한 다음, 소정 재질의 지그로 고정하는 제3단계를 포함함을 특징으로하는 장주기 격자 필터 제작 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제3단계는
    상기 광섬유와 상기 지그의 접촉면을 에폭시로 고정함을 특징으로하는 장주기 격자 필터 제작 방법.
  3. 광섬유에 형성되고, 상기 광섬유 코팅의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 재질로 코팅되는 장주기 격자; 및
    상기 장주기 격자를 고정하는 소정 재질의 지그를 포함함을 특징으로하는 장주기 격자 필터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광섬유는
    자외선에 민감한(UV sensitive) 광섬유임을 특징으로하는 장주기 격자 필터.
KR1019980027661A 1998-07-09 1998-07-09 장주기 격자 필터 제작 방법 및 그에 따라 제작된 장주기 격자필터 KR20000008018A (ko)

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KR100382661B1 (ko) * 2000-10-04 2003-05-09 이호준 아크로 제작된 광섬유의 장주기 격자 제조 방법

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