KR20010099960A - 광 파이버와 광학 장치간의 결합 시스템 - Google Patents

Abstract

제1최대 MFR을 가지는 광 빔을 수신 및/또는 송신하는데 적합한 광 도파관(1)과 광학장치(8) 사이의 결합시스템은 한단부에서 제2MFR을 가지게 확대되는 코어(2)의 일부분(10)을 가지는 싱글-모드 광 파이버(1)를 구비한다.

비구면 렌즈(6)가 파이버(1)의 상기 단부에 형성되어 있다. 상기 비구면 렌즈는 라인상에서 교차하는 한 쌍의 경사진 표면(41, 42)를 구비하며, 상기 코어(2)의 중심에 실질적으로 상응하는 위치에 단부를 형성하고 상기 단부는 비구면 프로파일을 형성하도록 둥글게 되어 있다.

Description

광 파이버와 광학 장치간의 결합 시스템{COUPLING SYSTEM BETWEEN AN OPTICAL FIBRE AND AN OPTICAL DEVICE}

일반적으로 말하면, 본 발명에서 광학장치는 결합되어지는 광빔이 파이버를 향하여 장치에 의하여 방출되거나 또는 파이버로부터 장치로 보내지거나 또는 이들 양자 경우를 모두 행하는 광파이버와의 효율적인 결합을 필요로하는 임의의 광학장치를 의미한다.

광통신 분야에서의 모든 응용에서, 광 파이버와 광학 장치간의 결합은 광파이버를 따라 전송되는 파워(Power)량과 광빔내에 포함된 정보의 적절한 전송이 이 결합에 의하여 모두 결정되기 때문에 기본적인 양태(Aspect)의 하나이다. 광빔이 광학장치로부터 광 파이버로 전송되는 이러한 양태의 한예는 레이저와 파이버간의 결합에 의하여 설명되어 있다. 이 경우에, 레이저는 광빔을 발생하는 장치로서, 이 광빔상에 정보가 실려져서 이 광빔이 선로에 따라 광 파이버를 통하여 보내진다.

마찬가지로 싱글-모드 방사를 유도할 수 있는 모든 능동 및 수동 장치가 역시 광학 장치로서 고려된다.

광빔이 광파이버로부터 광학장치로 전송되는 다른 형태의 결합은 광 파이버로 오는 광빔을 수신하는 장치와 결합된 파이버의 종단에 의하여 나타나는 것이다.

또 하나의 예는 파이버 종단과 반도체 광 증폭기간의 결합에 의하여 나타나게 된다. 이 경우에, 결합은 증폭기 출력에서 파이버로 들어오게 되는 증폭된 신호를 방출하는 단계와, 적절히 증폭하기 위하여 증폭기로 입력되어지는 신호를 수신하는 단계의 모두에서 아주 중요하다.

광학장치와 광 파이버간의 결합은 광학 시스템, 예를들면, 전송되는 광 파워가 감쇠를 받게될 수 있는 광통신 시스템에 대하여 아주 중요한 점의 하나를 나타낸다. 이것은 광학장치에 의하여 발생된 광빔이 일반적으로 타원형 및/또는 발산 형태의 것이고, 효율적으로 파이버로 입력되기 위하여서는 적절한 크기의 원형 빔으로 변환되지 않으면 안되기 때문이다. 이것은 사용되는 마이크로는 광학 부품(Micro-optical components)이 완전히 손실을 없앨 수 없기 때문에 필연적으로 손실을 일으킬 수밖에 없다. 또 하나의 중요한 요인은 파이버와 장치사이의 얼라인먼트(Alignment)이며, 이 얼라인먼트가 완전하지 않으면 장치로부터 나오는 광빔의 일부분이 시준(視準)될 수 없기 때문이다.

P_o가 장치에 의하여 방출되는 광파워를 나타내고, P_F가 성공적으로 파이버로 전달되는 광 파워라면, 상기 두량 사이의 비는 결합효율이라 정의한다. 보다 구체적으로는 수학식 1로 표시된다.

여기서,는 장치에서 파이버로 또는 그 역으로 최대 파워를 전송하기 위하여 최대로 되어지는 결합효율이다.

이 결합 효율은 광파이버의 기본 모드 E₀과 광학장치의 싱글-모드 E_i의 함수로서 수학식 2와 같이 표시될 수 있다.

분자의 피적분 함수는 입사파 E_i의 국부 전계와, 적분이 계산되어지는 파이버 종단면상에서의 파이버에서 예기되는 모든 E₀의 스카라적이다. 수학식 2에서 스카라적은 두 변수중의 적어도 하나가 제로값으로 되면 즉시 0으로 되기 때문에 일반적으로 중적분(Overlap Integral)으로 알려져 있다.

을 증가시키기 위해 종종 사용되는 하나의 해법은 장치와 결합되는 파이버의 단부에 마이크로 렌즈(Micro Lens)를 구성하는 것이다.

광학 파이버의 종단에 배치되는 렌즈 형태의 일부는 본 발명의 기술분야에서 개시되어 있다.

미국특허 No 4490020은 광 파이버와 반도체 레이저간의 결합 시스템을 개시하고 있으며 이 결합 시스템에서 파이버의 종단부는 이 종단부의 폭이 파이버와 레이저 사이의 접합면에 각각 수평과 수직인 2개의 면상에서 정점을 향하여 점점 직경이 감소되고 이것에 의해 다른 3배의 반경을 제공하여 주도록 반 타원형의 정점을 가지는 피라미드 형상의 렌즈로 만들어져 있다. 따라서 반도체 레이저에 의하여 전송되는 광은 양 평면, 즉 파이버와 레이저 사이의 접합면에 수평과 수직인 평면상에서 파이버 종단으로 결합되어 있다.

미국특허 No 5455879(Moldavis 등의)에서 광학 파이버의 종단에 배열된 렌즈가 광학 파이버의 종단상에 렌즈를 제조하기 위한 상응하는 방법과 함께 개시되어 있다. 구체적으로 렌즈는 파이버 코어의 1/2에 대응하는 위치에 있는 라인에 따라 서로 교차하는 한 쌍의 표면을 구비하고 있다. 상기 렌즈는 또한 제 1 쌍의 표면을 교차하는 제 2 쌍의 표면을 구비하고, 제 2 쌍 표면의 경사가 제 1 쌍 표면의 경사보다 더 작도록 구성되어 있다. 이들 경사는 파이버의 가로축에 수직한 평면에 대하여 측정되어 있다. 따라서 이 경우에 렌즈는 이중 경사 쐐기 구조를 가지며, 이 경사는 파이버 중심의 부근에서 더욱 크고 파이버의 외측부상에서 더 작도록 되어 있다.

이태리 특허 No 1,289,261에서, 연마의 수단으로 싱글-모드 광 파이버의 팁상에서 직접 마이크로 프리즘이 만들어질 수 있는 가공 방법이 개시되어 있다. 이 마이크로 프리즘은 기설정의 아퍼처각을 가지며 광학적으로는 아주 정확하게 파이버 코어에 대하여 중심이 되어 있다.

상기 발명의 방법은 광 파이버의 기하학적 축에 대하여 코어를 중심에 두기위한 허용공차에 대한 영향이 제거될 수 있고 가공동안 파이버의 팁(Tip)에 대한 주기적인 검사가 필요없게 된다는 의미가 있다.

Networks and Optical Communication '98 Conference(NOC'98)을 위해, 1998,6,25에 발행된 V.Annovazzi-Lock등에 의한 논문 "파이버와 펌프 레이저간의 고효율 결합을 위한 쐐기상의 렌즈"에서, 레이저 소스(Laser Source)와 파이버간의 결합을 개선시키기 위하여 싱글-모드 파이버의 종단에서 쐐기를 만들기 위한 방법이 개시되어 있다. 쐐기 형상의 파이버 팁이 비구면 렌즈를 가질 수 있으며, 이것은 싱글-모드 파이버로 레이저 소스로부터 나오는 빔의 중심을 맞추는데 있어서의 문제를 축소시키고 있다.

본 출원인은 파이버의 팁상에 렌즈를 만드는데 있어서 고려되는 모든 이들 해결 방법에서, 마이크로 렌즈에 대한 가장 양호한 프로파일의 설계시에 파이버 코어의 직경에 의하여 제약이 두어짐을 알게되었다.

이값은 사실상 파이버의 고유한 파라미터이며 따라서 고정되는 것으로 고려된다. 그리고, 이것은 파이버 코어의 크기가 소스에 접속되는 파이버의 형태에 의하여 정해지는 사실에 기인한다. 이것은 소스와 결합되는 파이버의 부분은 또한 카플러나 또는 다른 구성부품, 예를들어 광파이버에도 접속되지 않으면 안되기 때문이다.

또한 파워의 가장 좋은 전송을 달성하기 위하여 2개의 파이버는 동일, 구체적으로는 그들 코어의 크기에 대하여 동일하지 않으면 안된다.

특히, 펌핑 방사와 광파이버 증폭기에서의 광신호를 결합하기 위하여 사용되는 카플러는 유익하기로는 신호 방사의 싱글-모드 전파뿐만 아니라 펌핑 방사의 싱글-모드 전파를 허용하도록 선택되는 MFR을 가지는 것이다. 예를들면, 에르븀 도프의 파이버로 만들어진 증폭기의 펌핑을 위하여, λ_P=980nm을 가진 펌핑 방사가 일반적으로 사용되고 있다.

이러한 파장을 가진 싱글-모드 파이버는 바람직하기로는 약 3㎛보다 작은 예를들어 약 1.8㎛의 MFR을 가진다. 파이버를 설명하는데 있어서 참조하여야 하는 값은 코어의 크기라기보다는 모드 필드 직경(Mode Field Diameter : MFD)나 또는 모드 필드 반경(Mode Field Radius : MFR)으로서, 이것은 코어 직경(또는 반경), 굴절률 스텝(Step)과 방사 파장의 함수이다.

더욱 구체적으로는 MFR은 파이버 코어의 중심으로부터 상기 파이버를 통하여 진행하는 광빔의 파워 프로파일이 1/e₂로 감소되는 점까지의 방사상 거리이다.

스텝형 파이버(Step-index fiber)에 대하여, 예를들면, n₁가 코어의 일정 굴절률이고, n₂가 클래드의 일정 굴절율로서 n₁>n₂인 파이버에서, MFR를 제공하기 위하여 널리 사용되고 있는 식은,이며, 여기서, r은 코어반경, V는 V=(2πr/λ)*(n² ₁-n² ₂)^1/2로 주어지는 정규화 주파수이다.

를 나타내는 식은 1.9<V<2.405에 대하여 타당하며 이것은 싱글-모드 광파이버의 전형적인 굴절율 스텝값에 상응하는 범위이다.

마찬가지로 광학장치에 의하여 방출되거나 또는 광학 장치내에서 전파하는빔을 설명하기 위하여 MFR은 방출된 빔의 중심으로부터 상기 광빔의 파워 프로파일이 1/e²로 감소되는 지점까지의 방사상 거리를 나타낸다.

이 값은 장치의 빔 방출 평면이나 또는 빔의 입력에서 측정된다. 광학장치에서 전파하는 비대칭 횡단면을 가진 광 빔, 예를들면, 타원형 빔의 경우에, 빔에 대한 최대 및 최소 MFR을 정의하는 것이 가능하다.

본 발명의 출원인은 광 파이버의 종단에서 MFR을 변경하는 것이 가능한 것을 알았다. 이러한 목적으로 사용될 수 있는 여러 기술 중에서, 파이버의 일부를 국부적으로 가열하고 가열된 부분의 파이버를 절단하는 것이 특히 유익한 것으로 찾아내게 되었다. 이 방법에서 절단된 단부에서 처음과 같은 외부의 기하학적 크기를 가지지만 확장된 코어를 가지는 파이버가 얻어진다. 이와같은 확장 기술을 사용하여 얻어지는 파이버는 그 자체는 공지된 것으로 TEC(Themal Eypanded Core)라고 불리어지고 있다. 코어가 기설정의 MFR을 만들도록 확장될 수 있다.

TEC 파이버가 어떻게 마들어지는 가를 보다 잘 이해하기 위하여, 스텝형 광 파이버에서 코어의 굴절율은 클래드의 굴절율보다 더 크고 이 차이는 일정량의 도핑제(일반적으로 게르마늄)가 코어내에 있게 함으로써 만들어지는 것을 유념하여야 한다. 파이버의 국부적인 가열은 코어로부터 클래드로 도핑제의 이주를 발생하고 이것은 코어의 확대를 만들어낸다(도 1).

TEC 파이버들과 이들을 만들어내기 위한 방법은 잡지인 Photonics Technology Letters. Vol,6. NO,7 of July 1994. 페이지 824-844에서 발표된 "외부직경을 보전하는 40㎛의 MFD를 가진 확장 코어 파이버의 제조"라는 논문에 개시되어 있다.

TEC 파이버는 일반적으로 광 커넥터에서 사용되고 있다. 이들 커넥터는 제거 가능한 광 접속을 만들기 위해 사용되는 부품이다. 이와같은 응용분야에서, TEC 파이버는 단순히 절단되고 MFR이 가로방향의 미스얼라인먼트로 인한 손실을 경감할 목적으로 확대되었다. 이 문헌은 또한 레이저 소스와의 결합을 위한 파이버의 사용으로 생각되는 해결을 인용하고 있다. 그러한 구조에서 개개의 렌즈가 파이버 및 소스사이에 삽입되어 있다.

예를들면, 잡지인 Photonics Technology Letters, Vol.3, No.5 of May 1991 페이지 469-470에서 발표된 논문에서, 코어확장이 발생되고 레이저 소스와 결합되어 있는 파이버 예를들어 TEC 파이버의 종단이 개시되어 있다.

개별적인 비구면 렌즈가 레이저와 TEC 파이버 사이에 고정되어서 미스얼라인먼트에 대한 허용공차가 확대되도록 하여주고 있다.

이 논문은 최소 결합손실(따라서 최대 결합효율)은 다른 코어 확장값(MFD)을 가지는 파이버에 대한 것과 거의 같으며 TEC 파이버와 렌즈 사이의 최적 거리는 MFD가 증가함에 따라 증가되는 것을 개시하고 있다.

잡지 Electronics Letters of 17 March 1998,Vol.24, no.6, 페이지 323-324에 발표된 논문은 구면 루비 렌즈를 통한 레이저 다이오드와의 싱글-모드 파이버의 결합방법을 개시하고 있다. 파이버 코어는 파이버로 레이저에 의하여 송신되는 광파워에 대한 높은 결합효율을 유지하면서도 파이버와 레이저사이의 미스얼라인먼트의 영향을 옵셋트하기 위하여 적절히 확대되어 있다.

본 출원인은 이들 해결책들이 간단하고 콤팩트한 제조가 아니라는 결점을 가지고 있음을 알았다.

실제로 이들 경우에서 얼라인 하기 위해서는 3가지의 요소, 즉, 파이버, 렌즈, 및 레이저가 있으며, 렌즈는 파이버와 렌즈 양자로부터 완전히 분리되어 있다. 따라서 렌즈는 렌즈 자체와 파이버 사이에서 얼라인먼트를 유지하기 위한 수단이 필요하게 된다.

더욱 구체적으로는 이들 3부분의 각각은 장착하고 얼라인하기 위한 수단이 필요하게 된다.

본 발명은 광 파이버 종단에 관한 것으로, 구체적으로는 광파이버가 결합되는 광학 장치로부터 광빔을 수신하는데 적합한 광파이버 종단에 관한 것이다.

도 1은 종단면에서의 TEC 파이버를 나타낸 도면;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 종단면에서의 광 파이버 종단을나타낸 도면;

도 3은 광학장치로부터 방출되는 광 빔을 나타내는 3차원 그래프;

도 4는 본 발명에 따른 파이버 종단의 프로파일에 대한 한 Y-Z면에 따른 2차원 그래프;

도 5a는 55°의 각도 θ를 가진 렌즈의 종단상의 쐐기를 고려하여 렌즈의 반경, 파이버의 MFR 및 결합효율 사이의 관계를 나타내는 3차원 그래프;

도 5b는 2차원적으로 나타낸 도 5a에서와 똑같은 그래프;

도 6a는 110°의 각도 θ를 가진 렌즈의 종단상의 쐐기를 고려하여, 렌즈의 반경, 파이버의 MFR 및 결합효율 사이의 관계를 나타내는 3차원 그래프;

도 6b는 2차원적으로 나타낸 도 6a에서와 똑같은 그래프;

도 7a는 플레어드 레이저를 사용하는, 55°의 각도 θ를 가진 렌즈의 종단상의 쐐기를 고려하여 렌즈의 반경, 파이버의 MFR 및 결합효율 사이의 관계를 나타내는 그래프;

도 7b는 프레어드 레이저를 사용하는 110°의 각도 θ를 가진 렌즈의 종단상의 쐐기를 고려하여, 렌즈의 반경, 파이버의 MFR 및 결합효율 사이의 관계를 나타내는 그래프;

도 7c는 플레어드 레이저를 사용하는 95°의 각도 θ를 가진 렌즈의 종단상에서의 쐐기를 고려하여 렌즈의 반경, 파이버의 MFR 및 결합효율 사이의 관계를 나타낸 그래프;

도 8은 본 발명에 따른 싱글-모드 파이버와 플레어드 파이버간의 결합을 나타낸 도면이다.

본 발명의 출원인은 파이버와 광원 사이의 결합효율을 향상시키는데의 문제점을 찾아본 바, 광원의 방출 빔은 날카로운 타원형이며 파이버 코어의 직경보다는 더욱 큰 측면방향의 크기를 가지는데 있음을 알았다.

본 출원인은 광학장치와 결합되어지는 파이버의 단자영역에서 파이버의 MFR를 국부적으로 변경함으로써, 종래기술에서 허용할 수 있는 값보다는 더 크게 파이버와 다른 MFR를 가지는 광학장치 사이의 결합효율을 개선하는 것이 가능함을 알아내었다.

또한, 본 출원은 광학장치의 출로에서 방사의 모드 필드 반경(mode field radius)의 함수로서 파이버 종단에 대한 MFR값을 선택함으로써, 결합효율이 상당히 개선될 수 있음을 알아내었다.

구체적으로는, 종단부에서 확장된 코어를 가지는 파이버를 사용하고 유리하게는 길게 연장되는 쐐기형의 정점상에 위치되는 이 종단부에 원주 렌즈를 만듦으로써, 칫수의 균형이 파이버 직경과 파이버로부터 방출되는 빔의 직경간에 얻어지고 소스에 의하여 방출된 광 빔의 타원이 보상되고 이것에 의하여 개선된 결합효율과 광 파워의 보다 양호한 전송을 얻게 됨을 알게되었다.

본 발명의 제1양태에 따르면, 본 발명은 1000nm보다 작은 방출파장에서 타원형 광빔을 전송하는데 적합하고, 제1의 최대 MFR을 가지며, 플레어드(flared) 광 도파관을 구비하는 레이저와, 제2MFR을 가지는 종단부를 형성하는 상기 방출파장에서의 싱글-모드 광 파이버를 구비하고, 상기 파이버의 MFR이 20%보다 크게까지 레이저의 상기 제1최대 MFR과 차이가 없으며, 상기 광 파이버의 상기 종단부상에 비구면 렌즈가 형성됨을 특징으로 하는 레이저 방출 시스템에 관한 것이다.

바람직하기로는 상기 비구면 렌즈는 원주렌즈이다.

더욱 바람직하기로는, 상기 비구면 렌즈는 라인상에서 교차하는 한 쌍의 경사진 표면을 구비하고 상기 파이버 코어의 실질적으로 중심에 상응하는 위치에서 비구면 프로파일을 형성하도록 둥굴게 되어있다.

구체적으로는, 상기 파이버는 TEC(Thermal Expanded Core) 형태이다.

바람직하기로는 상기 경사진 표면들은 서로 임계각보다 더 큰 각을 형성한다.

더욱 구체적으로는 상기 경사진 표면들은 서로 10°이하로 임계각보다 더 큰 각을 형성한다.

바람직하기로는 상기 경사진 표면들은 서로 3°이하로 임계각보다 더 큰 각을 형성한다.

본 발명의 또 하나의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 제1최대 MFR를 가지며, 제2MFR을 결정하도록 적어도 10%만큼 확대되는 코어의 부분을 한 단부에서 가지는 싱글-모드 광 파이버를 구비하고, 비구면 렌즈가 상기 파이버의 상기 단부에 형성됨을 특징으로 하는 광빔을 수신 및/또는 송신하는데 적합한 광 도파관과 광학장치 사이의 결합시스템에 관한 것이다.

바람직하기로는 상기 비구면 렌즈는 원주렌즈이다.

더욱 구체적으로는 상기 비구면 렌즈는 한 라인상에서 교차하는 한 쌍의 경사진 표면을 구비하고, 상기 코어의 실질적으로 중심에 상응하는 위치에서 단부를 형성하며, 이 단부는 비구면 프로파일을 형성하도록 둥글게 되어 있다.

구체적으로, 타원형 빔의 장축 방향에 따라 상기 파이버의 MFR값을 20% 이상 광학장치의 MFR값과 차이가 없다.

바람직하기로는 타원형 빔의 장축방향에서 상기 파이버의 상기 MFR값은 10%이상 광학장치의 MFR값과 차이가 없다.

바람직하기로는 상기 파이버는 TEC형태이다.

보다 구체적으로는 상기 경사진 표면들은 서로 임계각보다 더 큰 각을 형성한다.

바람직하기로는, 상기 경사진 표면들은 서로 10°이하로 임계각보다 더 큰 각을 형성한다.

더욱 바람직하기로는, 상기 경사진 표면들은 서로 3°이하로 임계각보다 더 큰 각을 형성한다.

본 발명의 또 하나의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 광 파이버의 한 종단은 한쌍의 경사진 표면들에 의하여 형성되는 쐐기의 단부상에 배치되는 비구면 렌즈를 구비하고, 상기 표면들은 서로 10°이하로 임계각보다 더 큰 각을 형성함을 특징으로 하는 광 빔을 송신 및 수신하는데 적절한 광 파이버와 광학장치 사이의 결합시스템에 관한 것이다.

본 발명의 아직 또 하나의 양태에 따르면, 본 발명은 타원형 빔의 장축에 의하여 정의되는 방향에 따라 20% 이상 광학장치의 MFR과 차이가 없는 MFR을 얻도록 파이버의 축의 기하학적 크기를 확대하는 단계와, 그의 단부가 상기 장축에 상응하고, 임계각보다 더 큰 각을 가지는 쐐기를 상기 파이버의 종단에 형성하는 단계와, 상기 쐐기의 단부상에 비구면 렌즈를 형성하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 타원형 광 빔 수신 또는 송신하는 광학장치를 싱글-모드 광 파이버와 결합하는 방법에 관한 것이다.

구체적으로는 상기 쐐기는 10°이하로 임계각보다 더 큰 각을 가진다.

바람직하기로는 상기 쐐기는 3°이하로 임계각보다 다 큰 각을 가진다.

본 발명의 또 하나의 양태에 따르면, 본 발명은 제1MFR를 가진 코어가 적어도 10%까지 상기 제1MFR보다 더 큰 제2MFR을 가진 확대된 코어의 부분을 가지는 싱글-모드 광 파이버를 구비하여 광학장치와 결합하는데 적절한 광 파이버에 있어서, 비구면 렌즈가 파이버의 상기 단부상에 형성됨을 특징으로 하는 광 파이버에 관한것이다.

바람직하기로는 상기 비구면 렌즈는 원주렌즈이다.

보다 구체적으로는, 상기 비구면 렌즈는 한 라인상에서 교차하는 한 쌍의 경사진 표면을 구비하고, 상기 코어의 중앙에 실질적으로 상응하는 위치에 단부를 형성하며 상기 단부는 비구면 프로파일을 형성하도록 둥글게 되어 있다.

바람직하기로는, 상기 파이버는 TEC(Thermal Expanded Cove)형태이다.

구체적으로는 상기 경사진 표면들은 서로 임계각보다 더 큰 각을 형성한다.

바람직하기로는 상기 경사진 표면들은 서로 10°이하로 임계각보다 더 큰 각을 형성한다.

바람직하기로는 상기 경사진 표면들은 서로 3°이하로 임계각보다 더 큰 각을 형성한다.

본 발명의 아직 또 하나의 다른 양태에 따르면 본 발명은 한 쌍의 경사진 표면에 의하여 형성되는 쐐기의 단부상에 배열되는 비구면 렌즈를 파이버의 한 종단상에 구비하고, 상기 경사진 표면들은 서로 10%이하로 임계각보다 더 큰 각을 형성함을 특징으로 하는 광학장치와 결합하는데 적절한 광 파이버에 관한 것이다.

그 이상의 상세 내용은 다음과 같은 첨부도면을 참조하는 설명으로부터 얻어질 수 있다.

도 1은 코어의 확장이 도시된 TEC형 광파이버의 종단을 나타낸 것이다. 다음과 같은 파라미터가 특히 도시되어 있으며, A는 파이버 코어 확장부의 최대 반경을 나타내고, B는 비확장부의 파이버 코어의 반경을 나타내며, d₁는 확장 코어의 길이를 d₂는 확장이 일어나는 길이 부분을 각각 나타낸다. 전형적인 값은 후속 기계공정에서 충분한 허용차를 주기위하여 d₁및 d₂에 대하여 수 mm이다. 예를들면 d₁은 약 3mm일 수 있다.

원래 파이버의 약 5배 MFR까지, 다르게 설정된 MFR을 가진 TEC 파이버가, 예를들어 NTT와 스미도모(JP)로부터 상업적으로 이용할 수 있다.

일반적으로, 본 발명에 따르면, 파이버 코어 종단부의 확대(A-B)/B는 10%이상이며, 바람직하기로는 20%이다. 그 결과로서, 파이버 종단부의 MFR은 비-확대부에서 파이버의 MFR보다 10%이상, 바람직하기로는 20%이상 더 크다.

도 2는 본 발명의 한 양태에 따른 싱글-모드 광파이버(1)의 종단을 나타낸 것으로서, 파이버 코어(2)의 확대부(10)와 파이버 종단의 쐐기부(4)를 구비하고 있다. 이 쐐기부는 한 직선상에서 교차하고 코어(2)의 중심을 통하여 통과하는 라인에 실질적으로 상응하는 위치에서 단부(Edge)를 발생하는 2개표면(41,42)을 구비한다. 렌즈(6)는 상기 라인의 전 길이에 걸쳐 이 단부를 연결하는 파이버의 팁상에 형성되어 있다. 바람직하기로는 파이버의 종단부는 공지기술에 따라 얻어지는,비-반사 재료의 층으로 도포되어 있다. 또한 광학장치가 도면에 도시되어 있으며, 반도체 레이저와 같은 발산 광빔을 방출하는 소스(8)에 의해 나타나 있다.

파이버 종단을 참조하여, 상기에서 인용한 파라미터에 토대하여, 파이버 팁상에 형성되어지는 렌즈에 대한 이상적인 프로파일이 어떻게 산출되는지를 설명한다.

광파이버의 단부에 만들어진 마이크로 렌즈를 사용할 때 일찍이 인용한 이중 적분 모델(Overlap integral model)을 인용하는 것이 아직도 가능하다.

광빔(F)의 파형이 도 3에 구체적으로 도시되어 있으며, 'Y축에 수직한 평면상에 정션을 가지는 LD 반도체 레이저와 같은, 광학장치로부터 방출하는 카테시언(Cartesian)축 X,Y 및 Z의 시스템으로 칭하여지는, 가우스의 빔이론에서 광학소자는 위상 변환기로서 간단히 도식화된다. 쐐기부분으로 연장되지 않는 파이버 종단을 통하여 지나가는 평면을 나타내는 평면 Z=0상에서 페이저 필드 E의 표현식은 수학식 3으로 주어진다.

여기서는가 렌즈의 유한 어퍼처로 고려되고 수학식 4로 정의될 때 횡좌표의 함수로서 마이크로 렌즈의 두께이다.

여기서 Rc는 렌즈의 유한 어퍼처 즉, 광빔이 파이버내의 그의 내측에서 수신되는 이상적인 윈도(Window)의 최대 폭을 나타내며 n_fibre는 파이버 코어의 굴절률이다.

Rc의 값은 광빔의 전파방향을 반대로 함으로써 쉽게 산출될 수 있으며(파이버로부터 광학장치로), 그래서 입사파는 평면파가 되고, 그 설명이 단순화되며, 한편 중 적분값이 상반 특성 때문에 변경되지 않고 동시에 중 적분값이 유지된다.

도 4를 참조하고 반경 R의 원주의 마이크로 렌즈의 일반 경우를 고려하여, 스넬법칙이 적용되면, 파이버의 세로축 0에 대한 입사빔의 최대 허용 가능한 각도를 나타내는 수학식 5의 임계각()에 대하여 얻어질 수 있다.

한편, 광빔이 수신되는 렌즈 프로파일의 최대 경사는 임계각에 상응하기 때문에 다음 수학식 6이 또한 적용된다.

따라서 수학식 5와 수학식 6으로부터 수학식 7이 얻어진다.

예를들면, 정션에 평행한 방향(도 3에서 x방향)에서보다도 정션에 수직한 방향(도 3에서 y 방향)에서 훨씬 많이 발산하는 타원형 빔을 방출하는 싱글-모드 광학장치의 파이버 방향의 경우를 검토하여보면, x방향에 따른 발산이 낮으면, 그때 빔의 배출면에 매우 근접하게 남아 있을 때 후자의 파면은 x방향에서 평면으로 y방향에서 굽혀져 있는 것으로 가정될 수 있다. 즉, 빔은 한 방향에서 시준 되고 다른 방향에서 발산하는 것으로 고려될 수 있다. 빔의 발산은 최소 MFR에 상응하는 방향(도 3에서 y)에서 더 큰 것임을 알 수 있다.

따라서, 타원빔으로 또는 보다 더 일반적으로 장치에 의해 방출된 빔이 발산하는 상태에서, 위상 감결합(phase decoupling)을 감소시키기 위하여, 실린더의 프로파일 또는 원주렌즈에서 종단하는 쐐기 일부의 프로파일을 가지는 렌즈가 양호한 효과로 사용될 수 있다.

유익한 해결책은 파이버의 단부에 만들어진 쐐기상에 형성된 원주렌즈의 사용을 생각하는 것이다.

쐐기의 단부는 y 방향, 즉 장치에 의하여 출력되는 타원층 빔의 장축에 상응하는 방향에 평행이다.

도 4에서 볼 수 있는 바와같이, 쐐기의 프로파일은 접촉점(T)에서 원통의 프로파일을 교차한다. 따라서 가로축 좌표의 함수로서 렌즈의 두께가 수학식 8과 같이 주어진다.

여기서는 렌즈가 설치되는 쐐기의 각도이고, R은 원주 마이크로 렌즈의 반경이며,는 렌즈의 세로칫수의 1/2이다. 마이크로 렌즈의 유한 개구가 어느정도로 결합효율에 영향을 주는가를 평가하는 것이 중요하다. 이 목적으로 다시한번 광빔의 전파방향이 파이버로부터 외측으로이고, 쐐기형 프로파일을 가지는 간단한 렌즈의 경우를 가정한다. 이와같은 상태에서 도 4에서 볼 수 있는 바와같이 광빔의 최대입사각(alpha i)(허용각)은 쐐기 각도의 1/2의 보각과 같다. 즉 수학식 9와 같다.

결합 효율뿐만 아니라 y 방향에 따른 미스얼라인먼트에 대한 각도의 목적 때문에 쐐기 각도는 시스템 파이버+쐐기+렌즈의 개구를 제한하지 않도록 하는 것이 극히 유용한 것임을 알 수 있다.

이것은 수학식 10과 같이 될 때 얻어진다.

여기서 수학식 9에서를로 대입함으로써이 수학식 11과 같이 얻어진다.

원주형 렌즈가 제조되는 쐐기의 각도()에 대하여 관심을 집중하면, 쐐기 프로파일이 접속 T의 점에서 원주의 프로파일과 교차한다는 사실은 마이크로 렌즈 상에서 쐐기의 경사보다 더 큰 경사는 있지 않는다는 것을 보증한다. 수학식 5에서 실리카의 굴절율 값을 대체하면,을 얻을 수 있고 이를 수학식 11로 대입할 때임을 알 수 있다.

이것은 수학식 3에서 수학식 10이 만족된다면 함수 T(x,y)가 생략될 수 있음을 의미한다.

본 출원인에 의하여 제조된 방출파장 980nm를 가진 레이저 다이오드를 택하여 실험을 하여 본 바 이 레이저에 대한 2개의 수직 방향에서그리고로 MFR값을 나타내었다.

또한 3㎛과 8㎛ 사이의 곡률 반경을 가지는 레이저에 관하여서는 파이버와 레이저 사이의 거리가 유익하기로는 5㎛와 10㎛ 사이이다.

실제에 대하여, 마이크로 렌즈의 유한 개구가 결합 효율 및 미스얼라인먼트에 대한 감도에 영향을 주는 정도를 평가하기 위하여 각각110°와 55°의 각도에서 쐐기상에 설정되어 있는 레이저가 고려되었다. 그래프 5a,b와 6a,b 사이에서 피크 결합 효율(도 5a,5b와 6a,6b에서 CE)을 비교하면,라고하는 해로서, 결합 효율 피크가 55°의 각도로 쐐기상에 설치된 렌즈를 가진 이들보다 훨신 더 큰 것을 얻게됨을 알 수 있다. 이것은이면 쐐기의 표면은 쐐기에 입사하는 방사에 대하여 스크린으로서 작용하기 때문이다.

또한 본 출원인은 임계각 보다 단지 약간 더 큰 각(실리카파이버에 대하여사실을 생각하여, 예를들어)을 가지는 쐐기상에 원주형 마이크로 렌즈가 만들어질 때 CE의 최대치가 얻어짐을 알아내었다.

바람직하기로는 상기 쐐기의 작은 3°를 초과하여서는 아니되며, 최적치는 1.5°를 초과하지 않는 것이다. 일반적으로 쐐기각은 임계각의 값보다 큰 10°보다 더 크지 않는 것이 상책이다.

이와같은 상태에서, 렌즈의 유한 개구수(numerical aperture)에 대한 단점이 사라질 뿐만 아니라 다른 결점, 즉 각이 크면 클수록 발산빔을 집속시키는 렌즈의 능력이 작아진다는 사실에 관련된 다른 결점이 제거된다.

중 적분공식을 사용하여 결합효율 패턴이 상술한 바 있는 파이버의 MFR 및 마이크로렌즈의 반경 R양자의 함수로써 결정된다.

1.9㎛의 MFR, 55°,95° 및 110°의 쐐기각을 가지는 싱글-모드 파이버와 그리고 본 출원인에 의해 제조된 방출파장 980nm와 출력 Pw=140mW을 가지며 레이저의2개 수직방향에서 MFR을 나타내는과을 가지는 레이저 다이오드를 사용하여 실험이 수행되었다.

또한 3㎛와 10㎛ 사이의 구배반경을 가진 렌즈를 사용할 때, 파이버와 렌즈 사이의 거리는 유익하기로는 5㎛와 7㎛ 사이이다. 일반적으로, 파이버와 장치간의 거리는 렌즈 플러스 쐐기 시스템의 광 집속점에 따라 다르게되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 공지된 관계식을 사용하여 산출될 수 있다.

실험결과는 도 7a,7b 및 7c의 그래프로 표시되어 있다.

본 출원인은 55°의 각을 가진 쐐기, 1.9㎛의 MFR를 가진 싱글-모드 파이버 및 3.5㎛의 반경을 가진 렌즈를 사용하면 결합효율이 약 74%(도 7a 참조)임을 관측하였다.

본 출원인은 110°의 각을 가진 쐐기, 1.9㎛의 MFR을 가진 싱글-모드 파이버 및 3.5㎛의 반경을 가진 렌즈를 사용하면 결합효율이 약 76%(도 7a 참조)임을 관측하였다.

본 출원인은 110°의 각을 가진 쐐기, 1.9㎛의 MFR을 가진 싱글-모드 파이버 및 3.5㎛의 반경을 사용하면 결합효율이 약 80%임을 관측하였다.

모든 다른 조건이 같다면 최대 결합 효율은 임계 각보다 약간 더 큰 쐐기 각도에서 얻어짐을 유념하여야 한다.

전에 사용된 레이저 보다 더 큰 최대 MFR를 가지는 다른 형태의 레이저를 사용하여 또 하나의 다른 실험이 수행되었다.

그와같은 레이저는 예를들면, 잡지, Journal on Select topics in quantumelectronic" Vol.3.no.2 of 2 April 1997에서 발표된 논문에서 개시되어 있으며 "플레어드(Flared)" 레이저로 호칭되어 있다.

상기 논문에서 설명되어 있는 레이저는 5㎛까지, 예를들어 4㎛의 MFR을 가진 광빔을 방출할 수 있다. 그보다 더 큰 MFR값도 역시 가능하다. 또한 그와같은 레이저는 USP No.5,703,897에도 개시되어 있다.

플레어드(Flared) 레이저(100)는 도 8에서 한예로 도시되어 있으며, 반도체 기판(101), 렌즈(102) 및 회절격자(103)를 구비하고 있다.

광파이버(1)에 삽입되는 광빔이 그의 면(106)으로부터 나오는 플레어드 도파관(105)을 가진 한단부에서 통신 싱글-모드 도파관(104)이 상기 반도체 기판(101)상에 제조되어 있다.

상기 렌즈(102)는 회절격자(103)의 방향에서 싱글-모드 도파관(104)의 면(107)으로부터 방출하는 빔을 평행하게 하도록 하는 크기로 되어 있다. 바람직하기로는 면(107)과 회절 격자(103)는 공지기술을 사용하여 얻게되는 비-반사 물질층으로 도포되어 있다. 면(106)은 공지기술을 사용하여 얻게되는, 반 반사거울로 도포되어 있다.

플레어드 도파관(105), 면(106)상의 거울 및 회절격자(103)는 선택 파장을 가진 공진공동(Resonant Cavity)을 형성하며 이 공진공동에서 격자는 싱글-모드 도파관(104)으로 보내는 파장을 선택한다.

플레어드 도파관(105)은 여러 가지 플레어링 구조(Flaring configuration)를 생각할 수 있다.

하나의 플레어링은 도 8에서의 실시예로 도시되어 있으며, 이 실시예에서 확장은 선형함수이다. 마찬가지로 플레어링은 확장이 예를들어 지수함수나 또는 다른 종류가 되게 형성될 수 있다.

상기 레이저로부터 방출하는 빔은 날카로운 타원형이며 MFR이 최대(약 6㎛)인 방향에서 매우 낮은 발산을 가진다. 출원인은 2.8㎛ MFR을 가진 파이버와 종단에서 5.8㎛의 MFR을 가지며 확장 코어(TEC)를 가진 동일 형태의 파이버의 각각에 대하여 결합효율을 결정하고 아래표와 같이 요약하였다.

플레어드 레이저λ= 980nmPw= 210mWωOX= 6㎛ωOY= 0.68㎛	θ= 55°	θ= 110°	θ= 95°
Fibre MFR = 2.8㎛Fibre MFR = 5.8㎛	68%R = 4.5㎛84.5%LR = 9㎛	74%R = 3㎛92%LR = 7.5㎛	75%R = 3.5㎛96%LR = 7㎛

본 출원인은 결합효율을 최대로하는 변경된 코어를 가진 파이버의 MFR값이, 예를들어 레이저 다이오드(도 7a,b,c 참조)의 경우에서 광학장치의 최대 MFR에 매우 유사한 것으로 확정하였다. 본 출원인은 여러 가지 요인이 결합효율에 기여하는 것으로 믿는다. 더욱 구체적으로는 결합되는 타원형 빔의 장축에 수직 및 평행한 방향을 고려하면, 수직방향(3도의 y방향)에서 타원형 빔(예를들면 레이저빔)과 파이버의 기본 모드간의 감결합(Decoupling)이 원주렌즈에 의하여 거의 완벽하게 제거되며, 원주 렌즈의 반경은 MFR이 그 방향에서 증가됨에 따라 증가한다.

평행방향(3도의 x방향)에서 파이버는 소스에 매우 근접하여 남아있는 빔은 기준되는 것으로 가정될 수 있는 평면이고, 따라서 위상 하모니(Phase harmony)의 부족이 무시될 수 있으며, 진폭하모니를 최대로하기 위하여 파이버 MFR 칫수가, 예를들면 6㎛인 W_LOX값과 실질적으로 동일하게 확실히 하여주어야 한다. 원주 렌즈로 결합효율을 최대로 하여주는 MFR값은 대략 W_LOX와 같다는 것은 이 설명으로부터 명백하다. 따라서 원주렌즈로 소스값 W_LOX의 변화에 대하여 파이버 단부는 마땅히 W_LOX와 같은 MFR을 가진다.

본 발명은 모든 싱글-모드 광파이버, 예를들면 포물선 프로파일, 굴절율 스텝형(Step-index) 광파이버, 논 제로 분산(Non Zero Dispersion : NZD) 광파이버 및 분산 시프트(DS) 파이버에 적용할 수 있다.

본 출원인은 파이버의 단부상의 MFR값은 유익하기로는 20% 보다 더 크게 광파이버의 최대 MFR과 다르게 되어서는 아니된다는 것을 결정하였다.

바람직하기로는 파이버의 단부에서 MFR값은 광학장치의 최대 MFR로부터 10%보다 더 크게 다르게 되어서는 아니된다.

상기 규정된 고려사항들은 원주 마이크로 렌즈에 대하여서는 타당하지만 보다 일반적으로는 마이크로 렌즈가 설치된 파이버의 단부상에서 MFR값을 국부적으로 변경되는 기능성은 광원/파이버 결합의 품질이라는 점에서 상당한 이점을 만들어낼 수 있을 것이라고 말할 수 있다.

결론적으로 각의 쐐기상에 위치되는 렌즈의 최적화는 다음과 같은 단계를 구비하여야 한다.

1. 전형적으로가 선택되어 파이버광 MFR을 최적화한다.

2. 유익하기로는가보다 약간 더 크게하여 쐐기각을 최적화하고, 이어서, 쐐기의 단부상에 비구면 마이크로 렌즈를 제조한다.

가장 양호한 결과가 단계 1 및 단계 2의 조합으로부터 얻어지지만, 이 두단계의 각각은 분리하여서도 종래 기술에 대한 결합효율을 개량하여준다.

결합되어질 장치의 것보다 더 큰 MFR을 가지는 광파이버의 경우에, 결합효율은 파이버 코어를 확장하기보다는 수축시킴으로써 최적화된다. 파이버 코어를 수축시킬 수 있는 하나의 기술은 예를들면, 파이버의 외경, 따라서 코어의 직경을 줄이기 위하여 파이버의 가열과 인장을 구비할 수 있다. 설명된 바와같이 파이버 종단상의 마이크로 렌즈는 여러 가지 파이버 가공방법을 사용하여 만들어질 수 있다. 예를들면, 파이버의 단부상에서 쐐기를 만드는 공지 방법은 연마과정(Lapping)을 구비한다. 연마 휠(Wheel) 아래에 파이버를 유지함으로써(설정압력에서 설정시간동안) 제 1 쐐기면에 얻어진다. 그 다음 파이버가 그 자신의 축을 180°씩 회전되게 한 후 상기 동작이 반복되면, 쐐기형 마이크로렌즈가 얻어진다. 그 후, 아크방전 및 또는 전해의 수단에 의해 쇄기 단부의 둥근 부분이 만들어져서 원주형 마이크로 렌즈가 얻어진다.

연마동작은 공지의 기술에 따라 예를들면 미국 특허 No 5,455,879에 개시되어 있는 바와같이, 단부가 거울로서 동작하는 크기의 알류미늄층의 적층에 의하여 제어될 수 있다. 그래서, 레이저빔이 상기 단부로부터 금속화되어 있는 마주보고있는 단부로 방출되며, 이 빔은 완전히 반사하게 된다. 따라서 소스에 의해 방출되는 에너지중 얼마나 많이 알류미늄 표면에 의하여 반사되는가를 제어하는 것이가능하다. 이 에너지값은 코어의 근방에서 파이버의 팁을 도포하는 알루미늄 층 상에서 연마가 시작하면 즉시 변화한다.(사실, 파이버에 나타나는 빔은 거의 완전히 코어에 감금되어 있음을 유념하여야 한다)

따라서, 파이버 가공동작은 실시간으로 제어되고, 동시에 마이크로 렌즈 및 코어가 완벽하게 중심이 같게되는 것을 보장한다.

본 발명에 따른 결합 시스템은, 유익하게로는, 예를들면 광학 결합기(Optical Coupler)를 통하여 활성 파이버내에서 펌핑광을 반송하는 광 파이버로 증폭기의 펌프 레이저를 광학적으로 접속하기 위해 사용될 수 있으며, 증폭기는, 유익하기로는 하나는 송신용이고 다른 하나는 수신용인 2개의 종단국을 구비하는 다중파장 통신 시스템에 삽입될 수 있다.

구체적으로는, 송신국은 각각 파장을 가지는 N>l의 광신호 송신기를 구비한다.

전송하기 위해 사용될 수 있는 광채널의 수에 상응하는 각 송신국의 신호에 채택되는 독립 파장의 수, N은 통신 시스템의 특성에 관련하여 선택될 수 있다.

송신국에서 구비되는 광송신기는 시스템의 요구사항에 따라 직접 변조되거나 도는 외부에서 변조되는 송신기이며, 더욱 구체적으로는 이들 요구사항은 시스템의 광 파이버의 색채분산, 광학 파이버의 길이 및 고려되는 전송속도에 관계될 수 있다.

송신국의 송신기 각 출력은 관련 광신호를 광전력 증폭기의 입력에 접속되는 신호출력을 향하여 지향하는 다중화기에 각각 접속되어 있다.

일반적으로 다중화기는 수동 광학장치로서, 이 광학 장치를 통하여 각각의 광파이버 상에서 전송되는 광신호가 싱글 파이버로 중첩되며, 이러한 형태의 장치는 예를들면, 플래너 광학장치(Planar Optics), 마이크로 광학장치 등에서 용융 파이버 결합기로 구성되어 있다.

한 예에서, 적절한 다중화기는 1995 Lundy Ave, San Jose, CA(USA) 소재의 E-TEK DYNAMICS INC제품인 SMTC2D00PH210라는 상품명으로 시판되고 있는 것이다.

전력 증폭기는 송신국에 의해 발생된 신호 레벨을 수신국 또는 증폭수단 이전의 광파이버의 다음 구간을 전송하는데 충분한 값으로 올려서 필요한 전송품질을 확보하기 위하여 중간에서의 충분한 전력 레벨을 유지한다.

이와같은 본 발명의 목적이나 상술한 용도를 위하여, 상업용 광파이버 증폭기는 예를들면, -11.5에서 -3.5dB간의 입력전력과 적어도 13dBm의 출력전력을 가지는 전력 증폭기가 적합하다.

적합한 모델은, 예를들면 본 발명의 출원인에 의해 시판되고 있으며 에르븀으로 도포된 활성 광 파이버를 사용하는 TPA/E-MW이다.

따라서, 일반적으로 싱글-모드, 스템형 또는 NZD EH는 DS형의 광파이버로 구성되고 수십(또는 수백)킬로길이, 예를들어 후술하는 증폭수단 및 전력레벨을 가지고 약 100킬로미터인 적합한 광 케이블이 삽입되어 있는 소정 길이의 광 선로는 각각 전력 증폭기에 접속되어 있다.

광선로의 이들 길이의 종단에는 하나 이상의 광신호를 증폭하기 위한 중간국(Intermediate station)이 있으며, 각 중간국은 파이버 경로에 따라 진행하는 동안 감쇄되어 있는 신호를 수신하고, 전치 증폭기나 또는 다른 중계국에 각각 도달할때까지 요구되는 전송거리를 커버하는, 광선로의 여러 계속적인 신장 선로에까지 각각 신호를 급전하는데 충분한 레벨로 신호를 증폭하는 적합한 라인 증폭기를 구비하고 있다.

본 발명에서 전치 증폭기는 최정 신장의 광선로에서의 손실과 연속적인 역다중화기 스테이지의 삽입 손실을 보상하여 수신국으로 입력되는 신호가 장치의 감도에 대하여 적절한 전력 레벨을 가지도록 하는 크기의 증폭기를 의미한다. 전치 증폭기는 전송 선로에서 들어오는 신호의 전력 레벨 변동에 대하여 수신기로 입력되는 신호의 전력 레벨의 변동을 감소시킴으로써, 신호의 동력(Dynamics)을 제한하는 역할을 한다. 전치 증폭기중 이러한 용도에 적합한 한 형태의 전치 증폭기는 예를들면, 에르븀으로 도포된 활성 광파이버로 만들어지고, -20~-9dBm의 총 입력 전력과 적어도 0~6dBm의 출력 전력을 가지는 상업용 광 증폭기이다.

적절한 모델은 예를들면 본 출원인에 의하여 출하된 RPAIE-MW를 들 수 있다.

전치 증폭기의 출력에서 각각 다중화된 광신호는 역다중화기에 도달하며, 이 역다중화기는 수신국에 구비되어 있는 N개의 수신기 각각으로 보내지는 각 파장에 따라 다른 역다중화기의 출력에서 N개의 광파이버로 신호를 분리하는데 적합하게 구성되어 있다. 본 발명의 전송 시스템에서 사용하는데 적합한 역다중화기는 예를들면, 본 발명의 출원인에 의해 출원된 특허출원 EP854,601에 개시되어 있는 역다중화기이다. 전송되어질 광신호가 상기 접속을 위해 생각되는 것들과는 상이한 고유의 전송특성(파장, 변조형식, 전력)을 처리하는 신호원에 의하여 발생되는 경우에, 각송신국은 송신국에 의하여 발생된 광신호를 수신하고, 광신호를 추출한 이후, 전송시스템에 적합한 새로운 특성을 가지도록 광신호를 재 발생하여, 다중화 기론 이 광신호를 보내기 위한 인터페이싱 유닛을 구비한다.

본 발명의 출원인에 의해 출원된 미국특허 No5,267,073에서 인터페이싱 장치가 개시되어 있고, 이 인터페이싱 장치는 구체적으로는 입력된 광신호를 광전송 선로에 적합한 형태로 변환하는데 적합한 송신 아덥터와 전송된 신호를 수신장치에 적합한 형태로 역변환하는데 적합한 수신 아덥터를 구비하고 있다.

그러한 시스템에서 사용하기 위해 송신 아덥터는 바람직하기로는 그의 출력신호 발생원으로서, 외부에서 변조된 레이저를 구비한다.

이와같은 광파이버 통신 시스템은 통신 신호에 의도하고 사용자가 마음대로 사용할 수 있는 채널이외에, 또한, 서비스 신호가 전송되게 하여주는데 적절한 독립적인 채널을 가지고 있다. 서비스 신호에 의도한 채널을 구비하는 시스템은 본 출원인에 의해 출원된 미국특허 NO 5,113,459에 개시되어 있다.

이들 서비스 신호는 다른 종류, 예를들면 경보통지신호 선로에 따라 설치된, 리피터나 또는 증폭기와 같이 장비를 제어하거나 장치에게 지령하기 위한 신호, 또는 선로에 따른 한 지점에서, 그리고 선로의 중간국이나 또는 종단국에서 보수인끼리 통신하기 위한 신호일 수 있다.

그와같은 경우에 임의의 중간국이나 종단국에서 수신되어 입력될 수 있는 그 밖의 신호가 통신 선로로 도입될 필요가 있다. 이들 서비스 신호는 통신 파장과는 상당히 상이한 파장에서 전송되며 예를들면 적절한 이색 결합기(Dichroic coupler)의 수단에 의하여 분리될 수 있는 신호이다.

서비스 신호가 유익하기로는 전술한 바와같이 신호의 종단국과 선로의 증폭기에서 광선로에 입력되어 추출되지만 이색 결합기 및 서비스 신호를 수신하고 송신하기 위한 관련국이 필요할때면 어디에나, 역시 광 파이버 선로 상의 임의의 다른 지점에 설치될 수 있다.

광증폭기는 일반적으로 펌핑 파장에서 광 방사의 공급에 대응하여 다중 파장 전송 신호를 증폭하는데 적절한 희토류 원소로 도프된 적어도 하나의 활성 파이버를 구비한다.

펌핑 파장은 전송 신호의 파장과는 다르며, 증폭기가 내장된 국제어장치에 의해 제어될 수 있는 광전력 소스에 의해 생성된다. 그리고 예를들면 상기 소스는 레이저일 수 있다. 또한 증폭기는 상기 펌핑 방사와 상기 전송신호를 활성 파이버로 보내기 위한 이색 결합기를 구비한다.

이 이색 결합기는 펌핑 파장과 신호 파장의 모두에서, 예를들면 2개의 싱글-모드 광 파이버의 용융이나 인발의 방법으로 생성된다.

본 발명에 따른 펌핑 장치는 유익하기로는 이색 결합기의 입력에 접속될 수 있다.

발명의 상세한 설명에 개시되어 있음.

Claims (18)

1. 제1최대 MFR을 가지고, 플레어드(flared) 광 도파관(105)를 구비하고, 1000nm보다 작은 방출파장에서 타원형 광 빔을 송신하는데 적합한 레이저(100)와,

   제2MFR을 가진 종단부를 가지는 상기 방출파장에서의 싱글-모드 광 파이버를 구비하고,

   상기 파이버의 상기 MFR은 20% 이상 레이저(100)의 상기 제1최대 MFR과 차이가 나지 않는 것을 특징으로 하는 레이저 방출 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광 파이버(1)의 상기 종단부상에는 비구면 렌즈(6)가 형성됨을 특징으로 하는 레이저 방출 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 비구면 렌즈는 라인상에서 교차하는 한 쌍의 경사진 표면(41, 42)를 구비하고, 상기 파이버(1)의 코어(2)의 중심에 실질적으로 상응하는 위치에 단부를 형성하고, 상기 단부는 비구면 프로파일을 형성하도록 둥글게 되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 방출 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 파이버(1)은 TEC(Thermal Expanded Core) 형태임을 특징으로 하는 레이저 방출 시스템.
5. 제4항에 있어서,

   상기 경사진 표면(41, 42)은 서로 임계각(θ_w.critical)보다 더 큰 각을 형성함을 특징으로 하는 레이저 방출 시스템.
6. 제4항에 있어서,

   상기 경사진 표면(41, 42)은 서로 10°이하로 임계각(θ_w.critical)보다 더 큰 각을 형성함을 특징으로 하는 레이저 방출 시스템.
7. 제1최대 MFR을 가지는 광 빔을 수신 및/또는 송신하는데 적합한 광 도파관(1)과 광학장치(8)간의 결합시스템에 있어서,

   제2MFR을 결정하도록 적어도 10%까지 확대되는 코어(2)의 부분(10)을 한 단부에서 가지는 싱글-모드 광학 파이버를 구비하고,

   상기 파이버(1)의 상기 단부상에 비구면 렌즈(6)가 형성됨을 특징으로 하는 결합시스템.
8. 제7항에 있어서,

   상기 비구면 렌즈는 라인상에서 교차하는 한 쌍의 경사진 표면(41, 42)을 구비하고 상기 코어(2)의 중심에 실질적으로 상응하는 위치에 단부를 형성하며, 상기 단부는 비구면 프로파일을 형성하도록 둥글게 되어 있는 것을 특징으로 하는 결합시스템.
9. 제7항에 있어서,

   타원형 빔의 장축방향에 따라 상기 파이버의 상기 MFR값은 20%보다 더 크게까지 장착장치(8)의 MFR과 차이가 나지 않는 것을 특징으로 하는 결합시스템.
10. 제8항에 있어서,

    상기 경사진 표면(41, 42)은 서로 임계각(θ_w.critical)보다 더 큰 각을 형성함을 특징으로 하는 결합시스템.
11. 광 빔의 송신 및/또는 수신을 하는데 적합한 광 파이버(1)와 광학장치(8) 사이의 결합시스템에 있어서,

    광 파이버(1)의 한 종단은 10°이하로 임계각(θ_w.critical)보다 큰 각(θ_w)을 서로 형성하는 한 쌍의 경사표면(41, 42)에 의하여 형성되는 쐐기(4)의 단부상에 배치되는 비구면 렌즈(6)를 구함을 특징으로 하는 결합시스템.
12. 싱글-모드 광학 파이버와 타원형 광 빔을 수신 또는 송신하는 광학장치를 결합하기 위한 방법에 있어서,

    타원형 빔의 장축에 의하여 정의되는 방향에 따라 20% 이상 광학장치(8)의 MFR값과 차이가 나지 않는 MFR을 얻도록 상기 파이버의 코어에 대한 기하학적 크기를 확대하는 단계;

    쐐기의 단부가 상기 장축에 상응하고 임계각(θ_w.critical)보다 더 큰 각(θ_w)을 가지는 쐐기를 파이버의 종단에 형성하는 단계; 그리고

    상기 쐐기의 단부상에 비구면 렌즈를 형성하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 결합방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 파이버의 종단상에 쐐기를 형성하는 단계에서 상기 쐐기는 10°이하로 임계각(θ_w.critical)보다 큰 각(θ_w)을 가짐을 특징으로 하는 결합방법.
14. 광학장치(8)와 결합하는데 적합한 광 파이버(1)에 있어서,

    제1MFR을 가진 코어를 가지며 그의 코어(6) 중의 적어도 10%만큼 상기 제1MFR보다 더 큰 제2MFR로 확대되는 싱글-모드 광 파이버(1)를 구비하고,

    상기 파이버(1)의 상기 단부상에 비구면 렌즈(6)가 형성됨을 특징으로 하는 광 파이버.
15. 제14항에 있어서,

    상기 비구면 렌즈는 라인상에서 교차하는 한 쌍의 경사진 표면(41, 42)를 구비하고, 상기 코어(2)의 중심에 실질적으로 상응하는 위치에 단부를 형성하며, 상기 단부는 비구면 프로파일이 형성되도록 둥글게 되어 있는 것을 특징으로 하는 광 파이버.
16. 제14항에 있어서,

    상기 파이버는 TEC(Thermal Expanded Core) 형태임을 특징으로 하는 광 파이버.
17. 제15항에 있어서,

    상기 경사진 표면(41, 42)은 서로 임계각(θ_w.critical)보다 더 큰 각(θ_w)을 형성함을 특징으로 하는 광 파이버.
18. 제15항에 있어서,

    상기 경사진 표면(41, 42)은 서로 10°이하로, 임계각(θ_w.critical)보다 더 큰 각(θ_w)을 형성함을 특징으로 하는 광 파이버.