KR20000017537A - 광섬유의 비대칭 소형 벤드와 그 형성방법 - Google Patents

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토마스 앤드 베츠 인터내셔널, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명에 있어서, 광섬유경로를 따라 방향을 변경하는 광섬유장치는 비대칭 소형 벤드를 이용하여 제공된다. 특히, 소형 벤드를 갖춘 상기 광섬유장치는 파이버부의 일부가 단면 스플리터(single sided splitter) 등의 표면에 인접하여 놓여 있는 컴포넌트에 적합하다. 또, 이러한 광섬유의 비대칭 소형 벤드를 형성하는 방법도 제공된다. 상기 비대칭 벤드를 형성하기 위한 한 실시예에 있어서는, 도입 파이버부와 도출 파이버부는 중간부분을 구부리기 전에 평행축을 따라 오프셋 (offset)된다. 다른 실시예에 있어서는, 상기 중간부분은 구부러지는 축으로부터 오프셋되는 위치에서 가열된다.

Description

광섬유의 비대칭 소형 벤드와 그 형성방법 {Asymmetrical Miniature Bends in Optical Fibers and Method of Forming Same}
광섬유 컴포넌트와 작은 패키지를 이용하는 응용은, 파이버의 방향을 변경하기 위해 베어 파이버(bare fiber)의 소형 벤드를 형성하는데 필요하다. 광손실을 피하고 비처리된 곡률 파이버의 유효한 수명(longevity)을 유지하기 위해서는, 통상적으로 턴(turn)은 2㎝이상의 벤드반경이 필요하다. 이 반경은 소형 벤드를 이용하여 약 50μ정도로 작게 축소된다. 소형 벤드를 형성함에 있어서, 예컨대 드로잉 (drawing), 에칭(etching) 또는 그 조합에 의해 베어 파이버의 길이를 따른 직경은 1μ이하 정도로 작게 축소된다. 축소된 직경영역에 있어서, 파이버는 파이버와 주위환경, 일반적으로 공기 사이의 인터페이스에서의 굴절률의 차이에 적어도 부분적으로 기인한 일체식반사에 의한 광을 처리한다. 따라서, 이 영역에서 상기 파이버는 벤드로부터의 상당한 광손실 없게 휘어질 수 있다. 미합중국 특허 제5,138,676호와 제5,452,383호의 상세한 설명을 여기에 참조로 넣는다.
이러한 소형 벤드에 있어서, 벤드영역의 광학 에너지의 손실을 피하기 위해 벤드영역의 곡률반경을 0.5mm 이상의 값으로 유지하기 위한 몇 개의 응용이 바람직하다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 벤드는 대칭적이기 때문에 파이버의 벤드영역은 파이버의 면위로 내뻗게 된다. 파이버가 표면에 대해 클로우즈(close) 상태이면, 벤드는 표면에 잠재적으로 접촉할 것이다. 일반적으로, 어떤 표면을 갖는 벤드영역에서의 파이버의 접촉이 광손실을 야기시키는 것은 바람직하지 않다. 그러므로, 대칭소형 벤드에 대한 입력파이버는 벤드의 표면과 베어파이버 사이의 접촉을 막기 위해서는 이러한 표면으로부터 충분한 거리를 두어야만 한다. 또, 상기 표면은 벤드와의 접촉을 피하기 위해 편향(deviation)으로 형성되야만 한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 비대칭 소형 벤드를 이용하여 광섬유 경로를 따라 방향을 변경하기 위한 광섬유 장치를 제공한다.
도 1은 종래기술의 대칭 소형 광섬유 벤드를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 광섬유의 비대칭 소형 벤드를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 비대칭 소형 벤드를 형성하는 방법을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 비대칭 소형 벤드를 형성하는 제1실시예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 비대칭 소형 벤드를 형성하는 실시예를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 비대칭 소형 벤드를 결합하는 단면 스플리터나 커플러의 부분 측면도,
도 7은 도 6의 단면 스플리터나 커플러의 측면도,
도 8은 단면 스플리터나 커플러 패키지의 부분 횡단면도,
도 9는 도 8의 패키지의 종단면도이다.
상기 장치는 도입 파이버부와 도출 파이버부를 갖춘 광섬유를 구비하고 있다. 완충재(buffer)는 적어도 도입 파이버부와 도출 파이버부를 피복한다. 벤드는 도입 파이버부와 도출 파이버부 사이에서 베어(bared) 광섬유부를 구비하는 중간부분에 형성된다. 상기 중간부분은, 직경이 축소하지 않은 파이버부분의 직경보다 작게 축소한 직경을 갖는 영역을 포함하고 있고, 축소하지 않은 파이버부분보다 구부러짐(bending)에 의한 광손실이 대체로 더 적게 광을 전송할 수 있다. 상기 벤드는, 도입 파이버부와 도출 파이버부 사이의 방향의 변경을 제공하고, 바깥쪽을 향해 볼록한 부분과 바깥쪽을 향해 오목한 부분에 의해 형성된 비대칭 구조를 가진다. 상기 광섬유 경로의 방향의 반전을 제공하기 위해, 바깥쪽으로 볼록한 부분은 180°보다 더 큰 각에 걸쳐 연장된다. 상기 볼록한 부분과 상기 오목한 부분 모두는, 벤드의 광학 에너지의 손실을 최소화하기 위해 충분히 큰 곡률반경을 가지고 있다. 상기 곡률반경은 적어도 약 0.5mm가 바람직하다. 이들 기술은, 미합중국 특허 제5,138,676호와 제5,452,383호에 개시되어 있는 바와 같이 광학적 에너지 손실의 최소화는 소형 벤드기술을 이용하여 실질적인 많은 광손실을 피하는 것에 관련된다.
또한, 본 발명은 이러한 광섬유의 비대칭 소형 벤드를 형성하는 방법을 제공한다. 제1실시예에 있어서, 도입과 도출 파이버부는 중간부분을 구부러짐하기에 앞서 평행축을 따라 오프셋(offset)되어, 비대칭 벤드를 초래하게 된다. 또, 제2실시예에 있어서, 상기 중간부분은 구부러짐축으로부터 오프섹되는 위치에서 가열되어, 비대칭 벤드를 초래하게 된다.
특히, 단면 스플리터(single sided splitter)나 커플러(coupler) 등의 비대칭 소형 벤드를 갖춘 상기 광섬유장치는 파이버부중 하나가 표면에 대해 클로우즈 상태인 컴포넌트에 적합하다.
(발명의 실시예)
도 2에는 본 발명에 따른 비대칭 벤드(12)를 이용하여 광섬유경로를 따라 방향을 변경하는 광섬유장치(10)를 나타낸다. 상기 장치는 중합체 완충재나 재킷(16; jacket)으로 보호하는 광섬유(14)로 형성되어 있다. 상기 파이버는 도입 파이버부 (18)와 도출 파이버부(20)를 포함하고 있다. 상기 완충재는 도입 파이버부와 도출 파이버부 사이의 중간부분(22)부터 제거된다. 비대칭 벤드(12)는 중간 파이버부에 형성되어 있다.
더욱이, 공지된 바와 같이 중간부분의 직경은, 광손실을 최소화하는 소형 벤드를 얻기 위해 적당한 직경으로 중심영역(24)에서 축소되고 있다. 바람직하게, 수직의 테이퍼(taper)되는 트랜지션 영역(transition region; 26)은 중앙의 축소된 직경 영역(24)과 도입 및 도출 파이버부(18, 20) 사이의 각 사이드(side)로 옮겨진다. 상기 벤드(12)는 축소된 중심영역(24)에 형성되어 있다. 상기 벤드는, 도입 파이버부의 축(30)으로부터 오프셋되는 바깥쪽을 향해 오목한 부분(28)을 포함하고 있다. 더욱이, 상기 벤드는 오목한 부분(28)으로부터 도출 파이버부(20)의 축(34)으로 연장되는 바깥쪽을 향해 볼록한 부분(32)을 포함하고 있다. 오목한 부분(28)과 볼록한 부분(32) 모두의 곡률반경은 약 0.5mm로 충분히 크기 때문에, 중요하지 않은 광학적 손실이 벤드(12)에서 발생하게 된다. 이 방법에 있어서, 벤드는 대칭 소형 벤드의 최저 초과 손실특성과 최저 편파감도를 유지할 수 있다. 벤드의 비대칭 때문에, 벤드(12)가 어떤 위치에 놓여 있거나 완충재된 파이버부(18, 20)과 관련있는 것이 가능하다. 또, 도입 파이버부와 도출 파이버부는, 바깥쪽을 향해 오목한 부분이 배출하는 부분의 축으로부터 오프셋되고 바깥쪽을 향해 볼록한 부분이 오목한 부분으로부터 도입하는 부분으로 연장하도록 반전될 수 있다.
상술한 실시예에 있어서, 파이버의 방향은 반전된다. 즉, 파이버는 약 180°로 구부러진다. 그러므로, 도입 파이버부와 도출 파이버부는 평행하거나 대체로 평행하며 평행하거나 대체로 평행한 축을 따라 서로에게 인접하거나 가깝게 연장된다. 이 경우에 있어서, 상기 볼록한 부분(32)은 180°보다 더 큰 각으로 연장된다. 원하면 다른 벤드 각이 제공될 수도 있다.
비대칭 벤드(12)를 형성하기 위해, 완충재(16)는 벤드가 위치되기에 바람직한 중간부분(22)부터 제거된다. 공지된 바와 같이, 상기 중간부분의 직경은 광손실을 최소화하는 소형 벤드를 얻기 위해, 예컨대 드로잉, 에칭 또는 그 조합에 의해 적당한 직경으로 중심영역(24)에서 축소되고 있다. 상기 중간 부분은 적당한 지지 (support)의 이용에 따라 휘어진다. 상기 지지는 도 3에 나타낸 힌지 플레이트 (hinged plate; 40)를 구비하고 있다. 플레이트(40) 사이의 힌지(41)는 파이버의 중심영역(24)이 휘어진 축(42)을 형성한다. 파이버를 부드럽게 하고 구부러짐을 쉽게 하길 원하면, 중심영역이 불꽃(46) 등의 적당한 히트 소스(heat source)로 가열되는 것을 가능하게 하기 위해 플레이트(40) 사이에 오프닝(opening; 44)이 설치된다.
본 방법의 제1실시예에 있어서, 도 4에 나타낸 비대칭 벤드는 열을 가하기 전이나 열을 가하는 동안 비정렬(misaligned)되거나 오프셋될 수 있다. 작은 벤드 (50)는 비정렬로부터 향상된다. 구부러지는 중심영역(24)이 파이버를 부드럽게 하기에 충분한 온도에 도달하면, 상기 파이버는 구부러짐축(42)에 대해 힌지 플레이트 (40)를 피벗(pivot)함으로써 화살표(52) 방향으로 구부러진다. 따라서, 벤드는 비대칭적이다.
제2실시예에 있어서, 도 5에 나타낸 상기 비대칭 벤드는 구부러짐축(42)으로부터 히트 소스(46)를 오프셋함으로써 형성된다. 상기 구부러지는 중심영역(24)이 파이버를 부드럽게 하기에 충분한 온도에 도달하면, 상기 파이버는 구부러짐축(42)에 대해 힌지 플레이트(40)를 피벗(pivot)함으로써 화살표(52) 방향으로 구부러진다. 따라서, 벤드는 비대칭적이다.
다른 변형례에 있어서, 공지된 바와 같이 벤드의 영역의 상기 파이버는 가열전에 에칭되거나 가열후에 에칭될 수 있다. 또한, 공지된 바와 같이, 상기 파이버는 베어 파이버부가 완충재된 부분으로 배출되는 데이퍼된 부분을 제공하기 위해 구부러짐하기 전에 열적으로 테이퍼될 수 있다. 에칭, 테이퍼링, 구부러짐의 순서는 이용되는 특정 파이버와 특정 파이버의 바람직한 광학적 실행 특성과 응용에 대한 가장 효과적인 처리를 찾기 위해 변경될 수 있다.
도 6 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 비대칭 벤드는 고유의 기하학이 비대칭 벤드를 받아 들이는 단면 스플리터나 커플러에 특히 유용하다. 이 컴포넌트에 있어서, 소형 벤드(12, 12′)를 갖춘 2개의 파이버(14, 14′)를 수용하기 위해 채널(60)은 기판(62)에 형성되어 있다. 공지된 바와 같이, 도입 파이버부(18, 18′)는 적당한 접착부(64)에 의해 채널(60)내에 유지되어 있다. 공지된 바와 같이, 기판내의 도입 파이버부의 베어 파이버부는 스플리터나 커플러를 형성하기 위해 퓨즈(fuse)되어 있다. 공지된 바와 같이, 도출 파이버부(20, 20′)는 도입 파이버부(18, 18′) 위의 적당한 접착부(66)을 갖춘 채널(60)에 유지되어 있다. 상기 벤드(12, 12′)는 기판(62)의 단부 바깥족으로 연장된다. 보호 중합체 튜브(68)는 패키징(packaging)동안 공기 오염물질로부터 보호를 제공하기 위해 기판에 걸쳐 설치된다.
단단한 보호 차폐부(70)는, 파이버의 광학적 성능을 떨어뜨리는 다른 표면과의 접촉으로부터 벤드를 보호하기 위해 소형 벤드(12, 12′)가 연장되는 기판의 단부에 걸쳐 배치된다. 이 차폐부는, 예컨대 스테인레스강 즉, 벤드에 대한 붕괴를 저지하기 위해 충분히 단단한 어떤 재료로 형성될 수 있다. 상기 차폐부는 어떤 적당한 방법으로 아교(glue)나 에폭시(epoxy) 등으로 상기 기판에 고정시킬 수 있다. 상기 벤드(12, 12′)는 도입하는 부분과 배출하는 부분이 내부표면(72)을 따라 또는 가까이에 놓이도록 위치해 있고, 벤드(12, 12′) 자체는 표면으로부터 똑바로 나아가기 때문에 상기 벤드는 표면에 접촉하지 않게 된다. 따라서, 이러한 접촉에 의한 광손실을 방지할 수 있게 된다. 그러므로, 비대칭 벤드를 이용하면 채널깊이는 기판내에서 최소화될 수 있기 때문에, 기판재료와 기판강도는 최대화될 수 있다. 또상기 비대칭 소형 벤드는 더 간결한 구조를 제공한다. 종래의 대칭 소형 벤드를 이용하면, 벤드 부근의 더 깊은 기판채널이나 차폐부의 편향소형 벤드의 한쪽은 차폐부의 내부벽에 접촉하게 된다.
또, 본 발명의 비대칭 벤드는 단면 스플리터나 컴포넌트의 진동과 기계적 충돌에 대해 작게 민감한 다른 컴포넌트를 고려한다. 상기 컴포넌트의 충돌이나 진동에 있어서, 소형 벤드는 가속화되거나 진동하며, 벤드의 움직임은 외부 하우징 (housing)의 움직임과 다르게 시간을 맞추게 된다. 그러므로, 비대칭 벤드에 의해 허용된 부가적인 벽 클라이런스(clearance)는 하우징 벽에 관계된 소형 벤드의 진동과 충돌 행정에 대한 더 큰 허용오차를 준다. 그러므로, 비대칭 벤드를 갖춘 광섬유 컴포넌트는 기계적 영향에 대해 더 강하다.
본 발명은 여러 가지의 특정한 실시예와 관련하여 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
본 발명에서는 비대칭 소형 벤드를 이용하여 광섬유 경로를 따라 방향을 변경하기 위한 광섬유 장치를 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 광섬유 경로를 따라 방향을 변경하는 광섬유 장치에 있어서,
    도입 파이버부와 도출 파이버부를 갖는 광섬유와, 상기 도입 파이버부와 상기 도출 파이버부의 적어도 일부를 피복하는 완충재 및, 상기 광섬유의 도입 파이버부와 도출 파이버부 사이의 광섬유부로 구성되는 중간부분에 형성된 벤드를 구비하고,
    상기 중간부분은 상기 도입 파이버부와 상기 도출 파이버부의 직경보다 작게 축소된 직경을 갖는 영역을 포함하고 있고, 축소하지 않은 파이버부보다 구부러짐에 의해 광손실이 대체로 더 적게 광을 전송할 수 있도록 되어 있으며, 상기 벤드는 상기 도입 파이버부와 상기 도출 파이버부간의 방향의 변경을 제공하고, 바깥쪽을 향해 볼록한 부분과 바깥쪽을 향해 오목한 부분에 의해 형성된 비대칭 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도입 파이버부와 상기 도출 파이버부중 하나는 제1축을 따라 놓여져 있고, 상기 도입 파이버부와 상기 도출 파이버부중 다른 하나는 제2축을 따라 놓여져 있으며, 상기 볼록한 부분은 제1축에 접하는 라인으로부터 제2축쪽으로 구부러지는 것을 특징으로 하는 광섬유장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 바깥쪽을 향해 볼록한 부분은 180°보다 더 크게 구부러지는 것을 특징으로 하는 광섬유장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 벤드는 상기 도입 파이버부와 상기 도출 파이버부간의 방향의 반전을 제공하는 것을 특징으로 하는 광섬유장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 볼록한 부분과 상기 오목한 부분은 각각 상기 벤드의 광학 에너지의 손실을 최소화하기 위해 충분히 큰 곡률반경을 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 곡률반경은 적어도 약 0.5mm인 것을 특징으로 하는 광섬유장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 도입 파이버부와 상기 도출 파이버부를 피복하는 완충재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광섬유장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 중간부분의 직경은 에칭 및 드로잉 또는 에칭과 드로잉의 조합에 의해 축소되는 것을 특징으로 하는 광섬유장치.
  9. 제1항에 있어서, 표면을 포함하는 하우징 어셈블리를 더 구비하고, 상기 도입 파이버부와 상기 도출 파이버부는 표면을 따라 놓여진 상기 도입 파이버부와 상기 도출 파이버부중 하나를 갖춘 하우징 어셈블리에 강고히 탑재되며, 상기 벤드는 표면으로부터 구부러지기 위해 하우징에 대해 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 광섬유장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 중간 파이버부는 베어 광섬유부로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유장치.
  11. 제1항의 광섬유장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 컴포넌트.
  12. 제1항의 광섬유장치를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 단면 스플리터나 커플러.
  13. 광섬유경로를 따라 방향의 변경을 갖는 광섬유장치를 형성하는 방법에 있어서,
    도입 파이버부와 도출 파이버부 및 상기 도입 파이버부와 상기 도출 파이버부와 통합되면서 그 사이에 존재하는 중간부분을 갖는 광섬유를 공급하는 단계와,
    상기 중간부분의 직경을 상기 도입 파이버부와 상기 도출 파이버부의 직경보다 작게 축소시켜 상기 도입 파이버부나 상기 도출 파이버부보다 구부러짐에 의해 광손실이 대체로 적게 광을 전송할 수 있도록 하는 단계 및,
    비대칭 벤드를 형성하기 위해 중간부분을 구부리는 단계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광섬유장치의 형성방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 중간부분을 구부리는 단계전에, 상기 도입 파이버부와 상기 도출 파이버부가 오프셋축을 따라 평행하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광섬유장치의 형성방법.
  15. 제14항에 있어서, 제1부분과 제2부분 사이의 중점에서 중간부분을 가열하는 단계와,
    상기 중점에 위치한 받침대에 대해 중간부분을 구부리는 단계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광섬유장치의 형성방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 구부리는 단계는, 제1위치에서 중간부분을 가열하는 단계와,
    제1위치로부터 오프셋된 제2위치에서 받침대에 대해 중간부분을 구부리는 단계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광섬유장치의 형성방법.
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