KR20010021018A

KR20010021018A - 소형 굽힘부를 채택한 광섬유 마하 젠더 간섭계

Info

Publication number: KR20010021018A
Application number: KR1020000034483A
Authority: KR
Inventors: 토마스로이버톤; 콤브이.크라이안; 스타브로스다리오티스; 마가렛씨.맨티; 데이비드더블유.스토우
Original assignee: 토마스 앤드 베츠 인터내셔널, 인코포레이티드
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2001-03-15
Also published as: JP2001050708A; CA2311966A1; EP1065539A3; AU4255400A; SG87127A1; AU763412B2; MXPA00006317A; BR0002868A; EP1065539A2

Abstract

본 발명의 광섬유 마하 젠더 간섭계는 코어와 피복을 가진 기다란 제1 및 제2 광섬유와, 상기 제1 광섬유의 피복이 상기 제2 광섬유의 피복에 결합되는 제1 및 제2 커플러를 포함한다. 제1 광섬유는 이 제1 광섬유가 제1 및 제2 커플러 사이에서 뻗어있는 기다란 제1 간섭아암을 포함한다. 제1 간섭아암은 그 안에 형성된 소형 굽힘부를 포함한다. 제2 광섬유는 제1 및 제2 커플러 사이에서 뻗어있으며 역시 소형 굽힘부를 구비하는 제2 간섭아암을 포함한다. 소형 굽힘부는 패키징되거나 또는 패키징되지 않을 수 있다. 광섬유들은 상기 간섭아암들의 광경로차를 유지하기 위하여 열팽창계수가 다르다.

Description

소형 굽힘부를 채택한 광섬유 마하 젠더 간섭계 {OPTICAL FIBER MACH ZEHNDER INTERFEROMETER EMPLOYING MINIATURE BENDS}

본 발명은 광섬유 마하 젠더 간섭계에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 하나 이상의 간섭아암(interfering arm) 내에 소형 굽힘부를 가지는 광섬유 마하 젠더 간섭계에 관한 것이다.

한 쌍의 똑바르고 평행한 광섬유들을 가로지르는 2개의 커플러를 가지는 불균형 마하 젠더 간섭계를 형성하는 것이 공지되어 있다. 도 1에는 전형적인 종래의 광섬유 마하 젠더 간섭계(10)가 도시되어 있다. 이 간섭계(10)는 제1 및 제2 광 커플러(22, 24)에서 광학적으로 결합된 기다란 제1 및 제2 광섬유(12, 14)를 포함한다. 각 광섬유(12, 14)는 커플러(22, 24) 사이에서 연장되는 간섭아암(16, 18)을 각각 형성한다. 간섭아암(16, 18)은 한쪽 간섭아암을 다른쪽보다 길게 하거나 또는 다른 전파상수를 갖는 광섬유를 사용하거나 또는 이 방법들을 조합하거나 하는 등의 공지된 방법으로 동일하지 않은 광학길이를 가지도록 배치되어 있다. 이 위상감응 간섭아암의 광경로 길이의 불균형에 의해 간섭계의 파장민감도가 결정된다.

2개의 위상감응 간섭아암들의 광경로 길이가 완전히 균형을 이루고 있다면, 광섬유(12)로 발진되는 빛은 커플러(22)에서 광섬유(14)와 커플링되고 커플러(24)에서 간섭됨으로써 커플러(24)를 지나 모든 빛이 광섬유(12)에서 방출된다. 위상감응 간섭아암들(16, 18)이 불균형을 이루고 있다면, 빛의 파장과 광경로 길이의 불균형의 크기에 따라 빛은 커플러(24)를 지나 광섬유(12, 14)로부터 다양한 비율로 방출된다. 전형적으로 빛은 파장이 증가함에 따라 위쪽 및 아래쪽 광섬유 사이에서 진동한다. 광경로 길이의 불균형이 커질수록, 파장의 변화가 줄어들어 한쪽 광섬유에서 다른 쪽 광섬유로 빛이 전달된다.

그러나, 손실을 야기하지 않으면서 또는 복잡한 구조로 하지 않으면서 광섬유들을 물리적으로 길이가 다르게 하는 것은 어렵다. 더욱이, 도 1에 도시된 바와 같이, 간섭계(10)는 최종적으로 광섬유들이 양쪽의 반대방향으로 돌출하는 구조로 되어, 다음에 이어지는 패키징 공정동안 그 양 끝에서 광섬유의 굽힘 반경을 수용하도록 하는 추가공간이 필요하다.

그러나, 광섬유에 소형 굽힘부를 주어 그 최소곡률반경을 줄이는 방법이 또한 공지되어 있다. 스토워(Stowe) 등의 공유인 미국특허 제5,138,676호(본 명세서에 참고문헌으로 합체됨)에 게시되어 있는 것처럼, 광섬유의 투과성 광코어는 반경이 상당히 줄어든 상태로 뽑아내어질 수 있다. 이 반경이 줄어든 코어는 구부려진 후 어닐링 처리되어 광섬유 내에 굽힘부를 제공할 수 있는데, 광파워의 손실이 매우 낮다. 감쇠가 높지 않고 내부 스트레스가 낮으며 반경이 0.5 mm보다 작은 소형 굽힘부가 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 기술에 의해 손실이 낮은 180°굽힘부가 직경 2.0mm 이하, 길이 8.0mm 이하인 패키지 내에 형성될 수 있다. 이러한 손실이 낮은 굽힘부는 단일모드 및 다중모드 광섬유 양쪽에 형성될 수 있다.

직경을 줄이는 것은 광섬유를 테이퍼처리하거나 또는 피복된 유리중 일부를 화학적으로 제거하거나 또는 이 방법을 조합하여 사용함으로써 전형적으로 달성된다. 단일모드 디바이스의 경우, 광손실을 피하기 위하여 광섬유는 원래의 광섬유의 기본 모드가 변형된 광섬유의 기본모드로 단열적으로 변화되도록 처리된다. 굽힘부는 어떠한 재료도 상기 처리된 영역에 광섬유와 접촉하지 않도록 하면서 다양한 패키지에 수용될 수 있다.

본 발명의 목적은 간섭계의 크기와 열 민감도 및 진동 민감도를 줄이기 위하여 그 성분 광섬유내의 소형 굽힘부와 합체되는 광학 마하 젠더 간섭계를 제공하는 것이다.

도 1은 직선형상의 마하 젠더 간섭계의 개략도이다.

도 2는 간섭아암 내에 소형 굽힘부들을 가지는 본 발명의 마하 젠더 간섭계의 개략도이다.

도 3은 간섭아암의 한쪽에 소형 굽힘부를 가지는 마하 젠더 간섭계의 개략도이다.

도 4는 3mm의 광경로차를 가지는 본 발명의 불균형 마하 젠더 간섭계의 커플링된 출력을 나타내는 그래프이다.

도 5는 간섭아암 내에 90°소형 굽힘부들을 채용한 본 발명의 마하 젠더 간섭계의 다른 실시예를 나타낸다.

도 6은 패키징된 소형 굽힘부들을 채용한 본 발명의 접이식 마하 젠더 간섭계를 나타낸다.

도 7은 간섭아암 내에 미리 패키징된 90°소형 굽힘부들을 채용한 본 발명의 마하 젠더 간섭계의 다른 실시예를 나타낸다.

도 8과 도 9는 패키징되지 않은 소형 굽힘부들을 채용한 본 발명의 마하 젠더 간섭계의 또 다른 실시예를 나타낸다.

도 10은 간섭아암에 90°소형 굽힘부들을 채용한 본 발명의 마하 젠더 간섭계의 또 다른 실시예를 나타낸다.

본 발명은 각각 코어와 피복을 가진 기다란 제1 및 제2 광섬유와, 상기 제1 광섬유의 피복이 상기 제2 광섬유의 피복에 결합되는 제1 및 제2 커플러를 구비하는 광섬유 마하 젠더 간섭계를 제공한다. 본 발명의 광섬유 마하 젠더 간섭계는 상기 제1 및 제2 커플러 사이에서 뻗어있는 상기 제1 광섬유의 부분에 의해 형성되는 기다란 제1 간섭아암과, 상기 제1 및 제2 커플러 사이에서 뻗어있는 상기 제2 광섬유로 이루어지는 기다란 제2 간섭아암을 더 구비한다. 그리고, 제1 간섭아암은 그 안에 형성된 적어도 하나의 소형 굽힘부를 포함한다. 제2 간섭아암도 그 안에 형성된 소형 굽힘부를 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서 제1 간섭아암의 소형 굽힘부는 제2 간섭아암 내에 자리잡고 있다.

더욱이, 본 발명의 광섬유 마하 젠더 간섭계는 미리 패키징된 또는 패키징되지 않은 소형 굽힘부들과 병합될 수 있다. 간섭아암은 접착성 에폭시를 이용하여 또는 패키징되지 않은 경우에는 접착성 겔을 이용하여 지지기판에 접착식으로 부착될 수 있다. 본 발명의 광섬유 마하 젠더 간섭계는 길이가 다른 2개의 간섭아암들 사이의 열에 기인한 다른 정체 길이 변화를 고려하기 위하여 다른 열팽창계수를 가진 광섬유들을 선택함으로써 열민감성이 감소된다.

본 발명은 광섬유 마하 젠더 간섭계가 그 위상감응 영역에 소형 굽힘부를 형성할 수 있다는 것을 알려준다. 이 소형 굽힘부는 간섭계의 길이를 짧게 하고 간섭계의 직경을 줄이며 불균형 간섭계를 만드는데 사용될 수 있다. 본 발명의 마하 젠더 간섭계는 주어진 제한된 작업공간을 수용하도록 성분 광섬유의 물리적 레이아웃을 설계자가 할 수 있게 하는데 그 특징이 있다. 또한, 간섭계 아암의 분극 의존도가 간섭계의 아암을 물리적으로 조절함으로써 동등하게 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 광섬유 마하 젠더 간섭계(110)를 나타낸다. 간섭계(110)는 기다란 제1 및 제2 광섬유(112, 114)로 형성되는데, 이 광섬유는 각각 내측 코어와 외측 피복을 가진다. 광섬유(112, 114)는 커플러(116, 118)에서 결합된다. 광섬유(112)는 커플러(116, 118) 사이에서 뻗어있는 제1 간섭아암(120)을 구비하고, 광섬유(114)는 커플러(116, 118) 사이에서 뻗어있는 제2 간섭아암(122)을 구비한다. 또한, 간섭아암(120, 122) 각각은 중앙에 놓인 소형 굽힘부(124, 126)를 각각 포함하는데, 이 굽힘부들의 굽힘곡률은 대략 180°이다. 간섭아암(120)과 소형 굽힘부(124)는 간섭아암(122)과 소형 굽힘부(126) 안쪽에 자리잡는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 "자리잡다"라는 용어는 하나의 간섭아암 및 이와 결합되는 소형 굽힘부가 다른 간섭아암 및 이와 결합되는 소형 굽힘부에 의해 갇히는 것을 의미한다. 상기 "자리잡다"라는 용어는 하나의 소형 굽힘부가 다른 소형 굽힘부의 대향하는 양 끝 사이에 형성된 부분 안쪽에 위치한다는 것을 특히 의미하지는 않는다.

본 발명은 적어도 간섭아암중 하나에 소형 굽힘부를 채용하여 상당히 치수가 줄어든 간섭계를 제공한다. 종래의 광섬유의 경우에는 코어에 대한 피복의 굴절율이 낮기 때문에 광섬유 아래로의 손실을 무시하면서 전파하는 모드가 설정된다. 빛은 코어/피복 경계에서 내부 전반사에 의해 안내되는 것으로 간주될 수 있다. 소형 굽힘부 기술을 이용하면, 광섬유의 직경이 구부러진 영역에서 감소되어, 빛은 직경이 감소된 영역의 광섬유가 코어로서 작용하면서 피복으로 작용하는 주변공기에 의해 기본적으로 안내되는 구조로 된다. 주변공기의 굴절율은 거의 1이기 때문에, 코어/피복의 유효굴절율 차는 변형되지 않은 광섬유에서 0.003인 것에 비하여 구부러진 영역에서는 대략 0.46이 된다. 결과적으로, 빛은 구부러진 영역에서 더 꽉 속박되며 방사모드로 결합되지 않고도 훨씬 작은 굽힘곡률을 유지할 수 있다.

매우 작은 180°구부러짐에도 불구하고, 소형 굽힘부의 광손실은 1260 내지 1650 나노미터 스펙트럼 띠 전체에 대하여 매우 낮은데, 예를 들면 최대 손실은 상기 스펙트럼 띠의 양 끝에서 통상 0.2 dB보다 작다. 결과적으로, 굽힘부는 1300 나노미터와 1550 나노미터 양쪽에서 원격통신 윈도에 내내 사용될 수 있다. 굽힘부가 평면상에 놓여 있기 때문에, 복굴적이 작지만 계측된 분극의존 손실은 0.003dB이다.

도 3은 본 발명의 다른 광섬유 마하 젠더 간섭계(210)를 나타낸다. 간섭계(210)는 기다란 제1 및 제2 광섬유(212, 214)로 형성되는데, 이 광섬유는 각각 내측 코어와 외측 피복을 가진다. 광섬유(212, 214)는 커플러(216, 218)에서 결합된다. 광섬유(212)는 커플러(216, 218) 사이에서 뻗어있는 제1 간섭아암(220)을 구비하고, 광섬유(214)는 커플러(216, 218) 사이에서 뻗어있는 제2 간섭아암(222)을 구비한다. 또한, 간섭아암(220)은 그 안에 형성된 제 1및 제2 소형 굽힘부(224, 228)를 포함한다. 각 소형 굽힘부(224, 228)의 굽힘곡률은 대략 120°인데, 광섬유(212, 214)의 양끝을 재정렬시키기 위하여 다른 굽힘곡률이 적용될 수도 있다. 간섭아암(222)은 대체로 직선상으로 형성된다. 간섭계(210)는 2개의 간섭아암의 광경로 길이의 차를 제어함으로써 MZI의 파장응답을 제어한다. 도 4는 2개의 아암 사이의 광경로 길이차가 대략 3mm 인 경우에 본 발명에 따른 간섭계의 스펙트럼 응답 계산치를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 불균형 마하 제너 간섭계(410)는 그 리드들이 서로 직각으로 뻗어있는 90°소형 굽힘부를 갖는 구조로 되어, 짧은 디바이스를 요구하는 경우에 적용할 수도 있다. 간섭계(410)는 직각기판(416)에 장착된 광섬유(412, 414)를 포함한다. 각 광섬유(412, 414)는 광투과성 코어(418)와 동심 피복(420)을 포함한다. 제1 광섬유(412)는 제1 간섭아암(423)을 구획하고, 제2 광섬유(414)는 제1 및 제2 커플러(422, 424) 사이에서 뻗어있는 제1 간섭아암(425)을 구획한다. 간섭아암(423)은 커플러(422, 424) 중간에 있는 소형의 제1굽힘부(430)를 포함하며, 광섬유(414)는 마찬가지로 커플러(422, 424) 중간에 있는 소형의 제2굽힘부(432)를 포함한다. 소형 제1굽힘부(430)는 소형의 제2굽힘부(432) 내에 자리잡고 있다. 이 경우에, 광섬유들 사이의 위상-길이 차는 소형 굽힘부들(430, 432)에 대한 다른 굽힘 곡률반경을 사용함으로써 생성된다.

본 발명에 있어서, 커플러를 제조하는데 사용된 광섬유들은 연마블록 커플러의 경우에서처럼 반드시 함께 융합될 필요는 없다. 또한, 본 발명에 채택된 커플러들은 대칭 또는 비대칭일 수 있다. 본 발명에 채택된 커플러들의 분할비(splitting ratio)는 50% 이외의 것일 수 있다. 커플러들의 분할비와 최대 분할비는 반드시 동일할 필요는 없는바, 예컨대 비대칭 커플러들의 분할비는 40%일 수 있다. 더욱이, 본 발명의 간섭아암은 반드시 균형이 유지될 필요는 없다. 그러므로, 상기 구조는 각 커플러에 인접하여 형성된 광섬유 브래그(Bragg) 회절격자와 함께 또는 이 회절격자 없이 파장 분할 멀티플렉서들을 만드는데 사용될 수 있다. 그러나, 광섬유 브래그 회절격자는 본 명세서에 참고문헌으로 합체되는 미국 특허출원 제09/421,173호에 따라 각 커플러에 인접하여 형성될 수 있다.

본 발명의 간섭계는 하나 이상의 감광성 광섬유로부터 제조될 수 있다. 게다가, 각 커플러는 2개 이상의 광섬유로 구성될 수 있다. 예를 들면, 광섬유중 하나이상이 감광성이고 다른 광섬유가 비감광성인 경우에 1×3 커플러가 제조될 수 있다.

간섭계(110, 210)는 보호용 하우징이나 장착용 외판없이 설명되었다. 그러나, 공지된 바와 같이, 광섬유의 소형 굽힘부는 처리된 영역에서 어떠한 패키지 재질도 광섬유와 접촉하지 않는 상태로 다양한 패키지 내에 수용될 수 있다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 광섬유 마하 젠더 간섭계(510)는 미리 패키징된 소형의 굽힘부를 채택하고 있다. 간섭계(510)는 기다란 제1 광섬유(512)와 기다란 기판(516)에 부착된 기다란 제2 광섬유(514)를 구비한다. 각 광섬유(512, 514)는 광투과성 코어(518)와 동심 피복(520)을 포함한다.

제1 광섬유(512)는 커플러(522)와 커플러(524) 사이에서 뻗어있는 제2 광섬유(514) 내에 자리잡고 있다. 광섬유(512)는 커플러들(522, 524) 사이에서 뻗어있는 소형의 제1 굽힘부(530)를 구비한다. 마찬가지로 광섬유(514)는 커플러들(522, 524) 사이에서 뻗어있는 소형의 제2 굽힘부(532)를 구비한다. 소형의 굽힘부(532, 534)는 각각 기판에 조립되어 커플러들(522, 524)에서 광섬유 사이의 커플링을 제공하기 위하여 보호용 하우징 내에 미리 구부러져 고정된 구조로 제공되도록 패키징되는 것이 바람직하다. 광섬유들(512, 514)은 제1 및 제2 커플러들(522, 524)에서 광학적으로 커플링되며 커플러(522, 524)의 양쪽에 위치하는 제1 에폭시 택(tack;526)과 제2 에폭시 택(528)으로 기판에 부착된다. 에폭시 택(528)은 소형 굽힘부(530, 532)의 어떤 부분과도 접촉하지 않는 것이 바람직하다.

굽힘부들(530, 532)이 먼저 제조된 후, 그 각각의 보호용 하우징(536, 538)에 패키징된다. 따라서, 하우징(536)은 제1 광섬유(512)의 양끝에 의해 형성된 한쌍의 광섬유 리드(lead; 512a, 512b)를 제공한다. 유사하게, 하우징(538)은 제2 광섬유(514)의 양끝에 의해 형성된 한쌍의 광섬유 리드(514a, 514b)를 제공한다. 패키징된 소형 굽힘부들의 리드들은 합동으로 제조용 커플러들(522, 524)을 형성한다. 이에 의해, 간섭계의 감광성 영역은 커플러들(522, 524)에 사이에서 뻗어있는 광섬유들에 의해 구획된다. 기판(516)과 접촉하는 것을 피하기 위하여, 커플러들(522, 524)은 기판(516) 위에 적어도 광섬유의 직경만큼 떠 있는 것이 바람직하며, 소형 굽힘부들(530, 532)도 그 각각의 하우징(536, 538) 내에서 떠 있다.

본 발명은 패키징된 소형 굽힘부들중 다른쪽보다는 커플러로부터 패키징된 굽힘부들중 하나의 위치를 맞춤으로써 2개의 간섭계 다리들 사이에서 임의의 원하는 물리적 위상-길이 차를 반영한다. 또한, 본 발명의 간섭계는 패키징된 소형 굽힘부들이 감광 영역의 중간점 근처에 위치하는 경우 종래의 간섭계(10)와 비교할 때 그 길이가 대략 절반으로 줄어든다. 그리고, 광섬유의 리드들(512a, 512b, 514a, 514 b) 모두는 간섭계의 한쪽에서 돌출하게 되어 다른쪽 끝이 리드들을 고려하지 않고 벽에 밀접하게 패키징될 수 있다. 이와 같은 구조의 패키징된 소형 굽힘부를 사용하게 되면, 간섭계를 큰 굽힘부가 간섭계의 감광영역에 놓여있는 경우에 요구되는 큰 측면 오프셋없이 만들 수 있다.

도 7을 참조하면, 서로 직각으로 돌출하는 리드를 가지는 길이가 짧은 디바이스가 요구되는 경우에 사용할 수 있도록 불균형 마하 젠더 간섭계(610)는 미리 패키징된 소형 90°굽힘부를 가지는 구조로 형성될 수 있다. 간섭계(610)는 광섬유(612, 614)를 구비하며, 직각기판(616)에 장착된다. 각 광섬유(612, 614)는 광투과성 코어(618)와 동심 피복(620)을 구비한다. 제1 광섬유(612)는 제1 간섭아암(623)을 구획하고, 제2 광섬유(614)는 제1 및 제2 커플러(622, 624) 사이에서 뻗어있는 제2 간섭아암(625)을 구획한다. 간섭아암(623)은 커플러들(622, 624) 사이의 중간에 있는 소형의 제1 90°굽힘부(630)를 구비하고, 광섬유(614)는 마찬가지로 커플러들(622, 624) 사이의 중간에 있는 소형의 제1 90°굽힘부(632)를 구비한다. 소형 굽힘부(630)는 소형 굽힘부(632) 내에 자리잡고 있다. 이 경우에, 광섬유들간의 위상-길이 차는 소형 굽힘부들(630, 632)에 대한 굽힘 곡률반경을 다르게 함으로써 생성된다.

소형 굽힘부들(632, 634)은 각각 기판(616)에 조립되어 커플러들(622, 624)에서 광섬유 사이의 커플링을 제공하기 위하여 보호용 하우징(636, 638) 내에 미리 구부러져 고정된 구조로 제공되도록 패키징되는 것이 바람직하다. 굽힘부들(630, 632)이 먼저 제조된 후, 그 각각의 보호용 하우징(636, 638)에 패키징된다. 따라서, 하우징(636)은 제1 광섬유(612)의 양끝에 의해 형성된 한쌍의 광섬유 리드(612a, 612b)를 제공한다. 유사하게, 하우징(638)은 제2 광섬유(614)의 양끝에 의해 형성된 한쌍의 광섬유 리드(614a, 614b)를 제공한다. 패키징된 소형 굽힘부들의 리드들은 합동으로 커플러들(622, 624)을 형성한다. 이에 의해, 간섭계의 감광영역은 커플러들(622, 624)에 사이에서 뻗어있는 광섬유들에 의해 구획된다. 기판(616)과 접촉하는 것을 피하기 위하여, 커플러들(622, 624)은 통상 기판(616) 위에 적어도 광섬유의 직경만큼 떠 있으며, 소형 굽힘부들(630, 632)도 그 각각의 하우징(636, 638) 내에서 떠 있다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명은 패키징되지 않은 소형의 굽힘부들을 감광영역에 배치함으로써 콤팩트한 한쪽면 구조의 물리적으로 불균형인 마하 젠더 간섭계를 형성하는 수단을 더 제공한다. 패키징되지 않은 소형 굽힘부들의 리드들이 4개의 리드들을 가로지르는 2개의 커플러들을 제조함으로써 간섭계의 감광영역을 형성하는데 사용된다. 이러한 구조에 있어서, 소형 굽힘부를 위한 별개의 패키징이 없기 때문에 커플러들은 소형 굽힘부와 일체을 이루는 부분이다. 개별적인 소형 굽힘부들은 패키징되어 있지 않기 때문에, 간섭계 회로의 감광부분의 관련된 질량이 대체로 줄어든다, 기판의 구조는 크기, 열민감성 및 진동 감도를 최소로 하도록 선택될 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명은 기다란 제1 광섬유(312)와 그리고 기다란 기판(316)에 부착된 기다란 제2 광섬유(314)를 구비한 광섬유 마하 젠더 간섭계(310)를 제공한다. 각 광섬유(312, 314)는 광투과성 코어(318)와 동심 피복(320)을 가진다. 광섬유(312, 314)는 제1 및 제2 커플러(322, 324)에서 광학적으로 결합되며 에폭시로 형성된 제1 접착제 택(324)과 커플러들(322, 324) 사이의 위치에 광섬유들(312, 314)을 부드럽게 지지하는 겔로 형성된 제2 접착제 택(326)에 의해 기판(316)에 부착된다. 광섬유들(312, 314)은 에폭시 택(324)에 의한 것만큼 거기에 재빨리 고정되지 않기 때문에 제2 접착제 택(326)의 겔은 간섭계의 열민감성을 최소화시킨다.

제1 광섬유(312)는 제1 및 제2 커플러(322, 324) 사이에서 제2 광섬유(314) 내에 자리잡고 있다. 광섬유(312)는 커플러들(322, 324) 사이에서 뻗어있는 제1 간섭아암(323)을 구비한다. 간섭아암(323)은 그 안에 형성된 소형 굽힘부(330)를 구비한다. 마찬가지로, 광섬유(314)는 커플러들(322, 324) 사이에서 뻗어있는 간섭아암(325)을 구비한다. 간섭아암(325)도 마찬가지로 그 안에 형성된 소형 굽힘부(332)를 구비한다. 소형 굽힘부(330, 332)는 간섭계(310)를 형성하기 전에 패키지에서 풀어내어 광섬유 주위의 물질의 질량을 최소로 하는 것이 바람직하다. 소형 굽힘부(330, 332)는 기판(316)의 경계를 넘어 자유롭게 지지되는 것으로 도시되어 있다.

도 9를 참조하면, 다르게는 본 발명은 기다란 제1 광섬유(712)와 그리고 기다란 기판(716)에 부착된 기다란 제2 광섬유(714)를 구비하는 광섬유 마하 젠더 간섭계(710)를 제공한다. 각 광섬유(712, 714)는 광투과성 코어(718)와 동심 피복(720)을 구비한다. 제1 광섬유(712)는 제1 및 제2 커플러(722, 724) 사이에서 제2 광섬유(714) 내에 자리잡고 있다. 광섬유(712)는 커플러들(722, 724) 사이에서 뻗어있는 제1 간섭아암(723)을 구비한다. 간섭아암(723)은 그 안에 형성된 소형 굽힘부(730)를 구비한다. 마찬가지로, 광섬유(714)는 커플러들(722, 724) 사이에서 뻗어있는 간섭아암(725)을 구비한다. 간섭아암(725)도 마찬가지로 그 안에 형성된 소형 굽힘부(732)를 구비한다. 소형 굽힘부(730, 732)는 기판(716)의 평면(716a) 위에 이격정렬된 상태로 지지되는 것이 바람직하다. 광섬유(712, 714)는 제1 및 제2 커플러(722, 724)에서 광학적으로 결합되며 제1 에폭시 택(726)과 겔 택(728)에 의해 기판(716)에 부착된다. 제1 에폭시 택(726)은 광섬유(712, 714)의 자유단들에 가장 가깝게 위치한다. 겔 택(728)은 커플러들(722, 724)에 인접하여 그러나 소형 굽힘부(730, 732)에 가까이 위치하는 것이 바람직하다. 택(728)의 겔은 에폭시 택(726)과 비교할 때 간섭계의 열민감성을 최소화한다.

간섭계(710)는 기판(716) 위에 간섭아암(723, 725)을 지지하는 얇은 쐐기 또는 받침대(740)를 더 구비한다. 받침대(740)는 간섭아암(723, 725)을 기판(716) 위에 떨어져 정렬된 상태로 지지하도록 겔 택(728)에 인접하여 위치하는 것이 바람직하다. 받침대(740)는 또한 접착제를 바르기에 편리한 장소가 됨으로써 발라진 접착제가 위치하는데 도움을 주는 기능을 한다. 그리고, 겔 택(728)과 받침대(740) 사이의 표면장력이 겔을 위치시키는데 도움을 줄 수 있어서, 소형 굽힘부나 커플러들의 처리된 영역과 접촉하지 않는다. 받침대(740)는 간섭아암을 지지하기 위하여 그리고 접착성 에폭시나 겔을 바르기 위한 장소를 제공하기 위하여 도 5 내지 도 10의 실시예들중 어느 것에 대하여도 구비될 수 있다. 도 8 내지 도 10의 실시예에 있어서, 커플러들은 한쪽은 접착성 에폭시를 이용하여 그리고 다른쪽은 겔, 접착성 에폭시 또는 받침대를 이용하여 기판위에 단순히 떠 있을 수 있다.

도 10을 참조하면, 불균형 마하 젠더 간섭계(810)는 서로 직각으로 돌출하는 리드를 가진 짧은 디바이스가 요구되는 경우에 적용하기 위하여 패키징되지 않은 소형의 90°굽힘부를 가지는 구조일 수도 있다. 간섭계(810)는 직각기판(816)에 장착된 광섬유(812, 814)를 구비한다. 각 광섬유(812, 814)는 광투과성 코어(818)와 동심 피복(820)을 가진다. 제1 광섬유(812)는 제 1 및 제2 커플러(822, 824) 사이에서 뻗어있는 제1 간섭아암(823)을 구비한다. 간섭아암(823)은 커플러들(822, 824) 사이의 중간에 있는 소형의 제1 90°굽힘부(830)를 구비하며, 광섬유(814)는 마찬가지로 커플러들(822, 824) 사이의 중간에 있는 소형의 제1 90°굽힘부(830)를 구비한다. 소형 굽힘부(830)는 소형 굽힘부(832) 내에 자리잡고 있다. 이 경우에, 광섬유들 사이의 위상-길이 차는 소형 굽힘부(830, 832)에 대한 굽힘곡률반경을 다르게 사용하여 생성된다. 게다가, 간섭계(810)는 광섬유(812, 814)의 감광영역을 마주보는 접착성 택을 구비하여, 감광영역의 간섭아암을 접착식으로 부착시킬 필요가 없다.

도 8 내지 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 접착성 에폭시 택은 커플러들과 소형 굽힘부들 사이에 채택되는데, 간섭계(510)와 함께 도시된 것처럼 상기 택은 나머지 광섬유와 굽힘부의 질량이 작기 때문에 제거될 수 있다. 다르게는, 간섭계(510)에 의해 커플러들과 소형 굽힘부들 사이에 채택된 에폭시는 접착제로 인한 스트레스와 관련된 열민감성을 초래하지 않으면서 광섬유들을 부드럽게 제 위치에 유지시키기 위하여 겔로 대체될 수 있다. 이 겔은 광섬유들의 낮은 관성력과 비교적 낮은 질량만이 카운트될 필요가 있으므로 본 발명의 경우 적절한 패키징 수단이된다. 그 결과, 낮은 기계적 모듈러스(moduli)를 갖는 겔은 적절한 결합제이다. 그리고, 결과적인 구조체는 작고 그리고 용이하게 제조된다.

더욱이, 소형 굽힘부 주위의 물질이 제한됨에 따라, 발생 가능한 열유도 스트레스는 상당히 줄어든다. 겔보다는 낮은 스트레스를 가지는 접착제를 사용하여, 비정상적인 열적 또는 기계적 효과를 초래하지 않으면서 광섬유를 부착할 수 있다. 겔 또는 에폭시가 융합된 커플러들과 소형 굽힘부들 사이의 영역에 있는 광섬유에 적용될 수 있다. 만약 에폭시가 커플러에 직접 적용되거나 또는 굽힘부들에 적용된다면, 에폭시는 디바이스로부터 광손실을 초래하게 되는데, 이는 광섬유들이 이 영역들에서 변형되었기 때문이며, 이에 따라 광섬유들은 광섬유의 바깥 가장자리에서 중요하게 될 것이다.

그리고, 이와 같은 구조체는 매우 콤팩트하게 만들 수 있어서, 간섭계의 열적 안정성을 증진시킬 뿐만 아니라 그 크기도 줄일 수 있다. 이러한 구초체의 경우, 실제의 커플러 영역과 소형 굽힘부 영역은 일반적으로 공기와 같이 매우 낮은 굴절율과 낮은 손실을 가지는 물질이외의 다른 물질과 접촉하지 않아야 한다. 그렇지 않고, 굴절율이 약 1.4 이상인 물질들과 접촉하게 되면, 커플러나 소형 굽힘부의 손실이 증가하게 된다. 외측 패키지(미도시)는 하나의 간섭계 패키지를 제공하기 위하여 소형 굽힘부와 접촉하지 않도록 공통의 기판 주위에 위치할 수 있다.

광섬유들이 공통의 기판에 접착식으로 부착되어 있다면, 도 7 내지 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 간섭계는 기판이나 또는 사용된 접착제의 열팽창에 따른 열적 이상상태와 그 결과 광섬유에 주어지는 물리적인 스트레스에 대해 민감하게 될 것이다. 따라서, 접착제는 열민감성 및 위상 불안정성의 잠재적인 발생원이다. 간섭계에 있어서, 이 간섭계의 커플러들 사이에 있는 광섬유중 위상감응 부분에 가해지는 어떠한 힘도 2개의 세그멘트들 내를 전파하는 빛 사이에 다른 위상시프트를 초래할 수 있다. 이 다른 위상시프트는 길이변화 또는 굽힘부에 기인하는 다른 위상길이의 물리적인 변경으로부터 유래할 수 있거나, 또는 상기 다른 위상시프트는 다른 것에 대한 세그멘트의 굴절율의 다른 변화로부터 유래할 수 있다.

상기 굴절율 차는 광섬유의 스트레스-광학적 성질을 통해 가해진 스트레스에 관련되는 것일 수 있다. 전형적으로 접착제에 의해 가해지는 스트레스는 온도에 따라 변하기 때문에, 길이와 굴절율의 변화가 광섬유에서 발생할 수 있다. 이 열민강성에 다른 결과로서, 위상감응 영역에서 광섬유와 접촉하는 어떤 에폭시나 접착제는 광섬유를 따라 전송되는 빛의 다른 위상 시프트를 초래할 수 있다.

본 발명의 간섭계는 광섬유의 열팽창계수와 커플러들 사이의 길이를 선택함으로써 열민감성이 작게 만들 수 있다. 커플러들 사이의 불균형 구조는 짧은 다리가 온도에 따라 팽창하는 것보다 물리적으로 긴 다리가 더 열팽창하도록 한다. 전형적으로 광섬유와 같은 재질의 열팽창은 다음 수학식 1과 같이 표시될 수 있다.

DeltaL = a*L*DeltaT

수학식 1에서, DeltaL은 커플러들 사이의 광섬유 세그멘트의 물리적 길이의 증가량이고, a는 열팽창계수이며, L은 커플러들 사이의 광섬유 세그멘트의 길이이고, DeltaT는 온도변화이다. 다른 열팽창은 온도에 따른 간섭계의 파장의존도의 변화를 초래한다. 이 파장의존도는 커플러들 사이의 광섬유 세그멘트를 통과하는 빛의 위상에 의해 결정된다. 이 위상은 다음 수학식2에 의해 주어진다.

Phase = 2*PI*n*L/Lambda

수학식 2에서, PI는 상수이고, n은 광섬유 세그멘트의 굴절율이고, L은 광섬유 세그멘트의 길이이며, Lambda는 파장이다. 온도에 따른 간섭계의 파장의존도를 일정하게 유지시키기 위하여, 제1 세그멘트의 위상변화는 제2 세그멘트의 위상변화와 동일해야 한다. 즉, 다음의 수학식 3이 성립해야 한다.

Phase1 = Phase2

일반적으로, 이러한 위상 안정성은 일체화된 간섭계애 대해 충족되지 않는다. 따라서, 이러한 일체화된 디바이스는 온도에 따른 길이와 굴절율의 변화에 기인하는 어느 정도 열민감성이 남아있는 것을 보여준다.

본 발명에 따르면, 커플러 사이의 광섬유 세그멘트들의 길이와 굴절율을 적절히 선택함으로써, 일체화되고 구부러진 불균형 마하 제너 간섭계가 열적으로 둔감하게 제조될 수 있다. 상기 수학식 3이 온도에 무관하도록 하기 위해서는, 다음 수학식 4를 만족하여야 한다.

n1*dL1/dT + L1*dn1/dT = n2*dL2/dT + L2*dn2/dT

여기서, d/dT는 온도의 도함수를 나타낸다.

따라서, 본 발명은 광섬유 세그멘트들의 굴절율과 길이를 선택하고 열적 도함수를 상기 수학식 4에 따라 선택함으로써 열적으로 안정한 간섭계를 제공한다. 상기 수학식 4는 여러 항들을 근사시킴으로써 간단히 할 수 있다. 상기 수학식 1과 그리고 대략 n1=n2를 사용하면, 수학식 4는 다음의 수학식 5 또는 수학식 6으로 근사될 수 있다.

n1*L1 + L1*dn1/dT = n2*aL2 + L2*dn2/dT 또는

n1*a*(L1-L2) = L2*dn2/dT - L1*dn1/dT

다른 광섬유들을 사용함으로써, 상기 수학식들을 따르는 광섬유들을 선택할 수 있어서, 열적 안정선을 증진시킬 수 있다. 일반적으로, 다리들중 하나는 원하는 위상 불일치를 얻기 위하여 다른것에 비해 더 길게 제조되어야 하기 때문에, 이 긴 다리는 이 세그멘트의 물리적인 길이에 기인하여 더 긴 위상변화를 가진다. 따라서, 짧은 다리를 더 큰 열의존도를 가지는 굴절율로 제조함으로써 최적의 정합을 얻을 수 있다. 온도 둔감성은 기다란 세그멘트의 큰 위상시프트에 의해 오프셋되는 짧은 다리의 높은 온도의존성을 가짐으로써 달성된다. 커플러들 사이의 세그멘트들만이 위상의 열의존성에 의미깊게 기여한다는 것을 주목하여야 하는데, 이는 빛이 양쪽 광섬유에서 전파하는 영역이기 때문이며, 제2 광섬유에서의 간섭을 초래하기 때문이다.

본 발명의 특별한 실시예를 도시 및 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 개시내에서 변경 및 변형이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 상기 설명과 첨부도면에 개시된 본 발명의 요지는 예시를 목적으로 한 것이며, 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. 본 발명의 실제 범위는 이하의 청구범위에 의해 밝혀진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 광섬유 마하 젠더 간섭계는 그 위상감응 영역에 소형 굽힘부를 형성할 수 있는바, 이 소형 굽힘부에 의해 간섭계의 전체 길이와 간섭계의 직경을 감소시킬 수 있어서, 불균형 간섭계를 만드는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 광섬유 마하 젠더 간섭계는 길이가 다른 2개의 간섭아암들이 열에 의해 전체 길이가 다르게 변화는 것을 고려하기 위하여 다른 열팽창계수를 가진 광섬유들을 선택함으로써 열민감성을 감소시킬 수 있다.

Claims

코어와 피복을 가진 기다란 제1 및 제2 광섬유;

제1 및 제2 커플러로서, 상기 제1 광섬유의 피복이 상기 제2 광섬유의 피복에 결합되는 제1 및 제2 커플러;

상기 제1 및 제2 커플러 사이에서 뻗어있는 상기 제1 광섬유로 이루어지고, 소형 굽힘부를 포함하는 기다란 제1 간섭아암; 및

상기 제1 및 제2 커플러 사이에서 뻗어있는 상기 제2 광섬유로 이루어지는 기다란 제2 간섭아암을 구비하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제1항에 있어서, 상기 제1 간섭아암은 하나 이상의 소형 굽힘부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제1항에 있어서, 상기 제2 간섭아암은 소형 굽힘부를 구비하는것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제3항에 있어서, 상기 제1 간섭아암의 소형 굽힘부는 상기 제2 간섭아암의 소형 굽힘부 내에 자리잡고 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광섬유의 소형 굽힘부들은 패키징된 소형 굽힘부들이며, 상기 각 소형 굽힘부는 상기 각 광섬유의 마주보는 양 끝이 보호용 하우징으로부터 돌출하도록 상기 보호용 하우징 내에서 지지되며, 상기 제1 및 제2 커플러들의 위치는 패키징된 상기 제1 및 제2 소형 굽힘부들의 상기 하우징들간의 길이방향의 간격에 의해 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광섬유는 기다란 기판에 장착되는 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광섬유의 상기 제1 및 제2 끝들은 상기 기판의 한쪽 끝을 지나서 뻗어있는 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제4항에 있어서, 상기 제1 광섬유의 상기 소형 굽힘부는 상기 제1 광섬유를 약 180°구부린 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광섬유의 상기 제1 끝은 상기 기판의 한쪽 끝을 지나서 뻗어있고, 상기 제1 및 제2 광섬유의 상기 제2 끝은 상기 기판의 다른 쪽 끝을 지나서 뻗어있고, 상기 기판의 상기 한쪽끝은 상기 기판의 다른쪽 끝과 마주보지 않는 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제4항에 있어서, 상기 제1 광섬유의 상기 소형 굽힘부는 상기 제1 광섬유를 약 90°구부린 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제6항에 있어서, 상기 제1 광섬유의 상기 소형 굽힘부는 상기 제1 광섬유를 상기 제2 광섬유의 소형 굽힘부보다 큰 곡률반경으로 구부린 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광섬유는 상기 위상감응 영역으로부터 상기 제1 및 제2 커플러와 반대쪽 위치에서 상기 기판에 접착식으로 부착되고, 상기 제1 광섬유는 상기 제1 및 제2 커플러 사이에서 상기 제2 광섬유 내에 자리잡고 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광섬유는 접착성 겔에 의해 상기 위상감응 영역을 따르는 위치에서 상기 기판에 접착식으로 부착되는 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제6항에 있어서, 상기 위상감응 영역 내의 적어도 하나의 광섬유는 상기 기판의 가장자리를 넘어서 뻗어있는 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제1항에 있어서, 상기 기다란 제1 광섬유는 제1 열팽창계수를 가지며;

상기 기다란 제2 광섬유는 제2 열팽창계수를 가지되, 상기 제1 열팽창계수는 제2 열팽창계수보다 크고;

상기 제1 광섬유는 상기 제1 및 제2 커플러 사이에서 상기 제2 광섬유 내에 자리잡고 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광섬유와 간섭아암들은 다음식

n1*dL1/dT + L1*dn1/dT = n2*dL2/dT + L2*dn2/dT 에 따라 선택되며,

여기에서 d/dT는 온도의 도함수이고, n1은 상기 제1 간섭아암의 굴절율이고, L1은 상기 제1 간섭아암의 길이이며, n2는 상기 제2 간섭아암의 굴절율이고, L2는 상기 제2 간섭아암의 길이인 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광섬유와 간섭아암들은 다음식

n1*a*(L1-L2) = L2*dn2/dT - L1*dn1/dT 에 따라 선택되며,

여기에서 n1은 상기 제1 및 제2 광섬유의 굴절율의 근사값이고, a는 상기 광섬유들의 열팽창계수의 근사값이고, L1은 상기 제1 간섭아암의 길이이며, L2는 상기 제2 간섭아암의 길이이고, d/dT는 온도의 도함수이고, n1은 상기 제1 간섭아암의 굴절율이고, n2는 상기 제2 간섭아암의 굴절율인 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커플러는 비대칭인 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커플러는 대칭인 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제1항에 있어서, 제3 광섬유를 더 구비하고, 상기 제1, 제2 및 제3 광섬유중 적어도 하나는 감광성인 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제20항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 광섬유중 적어도 하나는 감광성인 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제1항에 있어서, 상기 제1 커플러는 분할비가 약 0.5인 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제20항에 있어서, 상기 제1 커플러는 분할비가 최고 4인 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커플러는 분할비가 동일하지 않은 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 간섭아암은 불균형인 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커플러들에 인접하여 광섬유 브래그 회절격자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 마하 젠더 간섭계.