KR20010109797A - 탭 커플러 - Google Patents

Abstract

이 발명의 탭 커플러는, 광축으로부터 동일 거리에 서로 대칭되게 위치되어 있으며, 광 신호를 전송하는 제1 및 제2 광섬유를 포함하는 페룰; 및 상기 페룰의 하나의 광섬유로부터 입력되는 광 신호의 일부를 평행광으로 변환하여 출력하고, 상기 광신호의 일부를 반사시켜 상기 페룰의 나머지 광섬유로 출력하는 그린 렌즈를 포함한다. 이러한 탭 커플러는 낮은 제조 비용과 작은 크기로 전송되는 광신호의 일부를 용이하게 추출할 수 있다.

Description

탭 커플러{tap coupler}

이 발명은 탭 커플러(tap coupler)에 관한 것으로서 더욱 상세하게 말하자면 광 전송 시스템에서 전송되는 광신호의 일부를 추출하기 위한 탭 커플러에 관한 것이다.

광 전송 시스템에 사용되는 탭 커플러는 광선로 상에서 진행되는 광신호의 일부를 추출하여 광선로의 상태 또는 광신호를 모니터링하기 위하여 사용되는 광부품이다.

도 1에 종래의 탭 커플러의 구조가 도시되어 있다. 첨부한 도 1에 도시되어 있듯이, 종래의 탭 커플러는 콜리메이터(collimater)(1)와, 콜리메이터(1)와 동일 광축과 일렬로 위치되어 콜리메이터(1)로부터 출력되는 광신호의 일부를 반사시키는 빔 스플리터(beam splitter)(2)로 이루어지며, 콜리메이터(1)의 일측면 예를 들어 출사면에 무반사 코팅이 되어 있다.

이러한 구조로 이루어지는 종래의 탭 커플러에서, 광섬유를 통하여 전송되는 광신호는 콜리메이터(1)에 의하여 평행광으로 변환된 다음에 빔 스플리터(2)로 입력되며, 빔 스플리터(2)는 입력되는 광의 일부는 투과시키고 나머지는 반사시킨다. 이 때, 빔 스플리터(2)의 분기비에 따라 반사되는 광신호의 양이 가변되며, 빔 스플리터(2)에 의해 반사된 광신호가 광전송로의 상태 등을 모니터링하는데 사용된다.

그러나 종래의 탭 커플러에서는 모니터링하기 위한 광신호를 추출하기 위한 빔 스플리터가 반드시 필요하기 때문에, 제조 원가가 비싼 단점이 있다.

이외에도 콜리메이터 이외에 빔 스플리터가 사용되어 소형화가 어려운 단점이 있다.

그러므로, 이 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 소형화가 가능하고 제조 비용이 저렴한 탭 커플러를 제공하고자 하는데 있다.

도 1은 종래의 탭 커플러를 나타내는 도면이다.

도 2는 이 발명의 실시예에 따른 그린 렌즈의 특성을 나타낸 도이다.

도 3은 이 발명의 제1 실시예에 따른 탭 커플러의 구조를 나타낸 도이다.

도 4a 및 도 4b는 이 발명의 제2 실시예에 따른 탭 커플러의 구조를 나타낸 도이다.

도 5a 및 도 5b는 이 발명의 제3 실시예에 따른 탭 커플러의 구조를 나타낸 도이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명의 하나의 특징에 따른 탭 커플러는, 광축으로부터 동일 거리에 서로 대칭 되게 위치되어 있으며, 광 신호를 전송하는 제1 및 제2 광섬유를 포함하는 페룰; 및 상기 페룰의 하나의 광섬유로부터 입력되는 광 신호의 일부를 평행광으로 변환하여 출력하고, 상기 광신호의 일부를 반사시켜 상기 페룰의 나머지 광섬유로 출력하는 그린 렌즈를 포함한다.

여기서, 상기 그린 렌즈가 상기 광축에 대하여 일정 각도 경사지게 배치되도록 하거나, 상기 그린 렌즈의 중심이 상기 광축에 벗어나게 위치되도록 상기 그린 렌즈를 배치하여, 상기 그린 렌즈의 출사면에서 반사되어 상기 페룰의 광섬유로 입사되는 반사광의 광량이 가변되도록 할 수 있다.

한편, 상기 페룰과 마주보는 그린 렌즈의 일측면에 무반사 코팅막이 형성될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 광섬유의 출력단과 상기 그린 렌즈의 출사면 사이의 거리가 P/4를 유지하는 것이 바람직하다. P는 상기 광신호의 1 pitch를 말한다.

한편, 상기 그린 렌즈의 출사면 상에서 반사되는 광신호의 반사율을 조절하기 위하여, 상기 그린 렌즈의 출사면에 설정 굴절률을 가지는 물질을 코팅할 수 있으며, 이 경우에 설정 굴절률은 n₀< n₂< n₁( n₂: 상기 코팅 물질의 설정 굴절률, n₁: 상기 그린 렌즈의 굴절률, n₀: 공기의 굴절률)의 조건을 만족하는 경우에는 반사율이 감소되며, n_{2 >}n₁인 경우에는 반사율이 증가된다.

이하, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

이 발명의 실시예에 따른 탭 커플러는 다음과 같이 렌즈의 기본적인 반사 성질과 그린 렌즈의 특성을 이용하여 구현된다.

일반적으로 물질내를 통과하는 광신호는 물질의 경계면에서 반사되며, 그 반사율은 경계면에 인접해 있는 양쪽 물질의 굴절률에 따라 다음과 같이 가변된다.

여기서, n₁은 제1 매질의 굴절률을 나타내며, n₀은 제2 매질의 굴절률을 나타내며, R은 반사율을 나타낸다.

예를 들어, 제1 매질의 굴절률 n₁이 1.5이고, 제2 매질이 공기로서 굴절률 n₀가 1이라고 할 경우, 식 1에 따라 R= {(1.5-1)/(1.5+1)}²= 0.04이다. 따라서, 제1 매질을 통과하는 광신호의 약 4%는 제1 매질과 제2 매질의 경계면상에서 반사되며, 나머지 96%는 경계면을 통과하여 제2 매질로 전송된다.

모든 렌즈에는 기본적으로 위에 기술된 바와 같은 반사 특성을 가지고 있으며, 이 발명의 실시예에 따른 그린 렌즈는 이외에도 다음과 같은 특성을 가지고 있다.

도 2는 이 발명의 실시예에 따른 그린 렌즈의 특성을 나타낸다.

제1 광섬유를 통하여 그린 렌즈로 입사된 광은 렌즈 내에서 도 2에 도시된바와 같은 경로를 따라 진행되며, 렌즈의 출사면 즉, 렌즈와 공기와의 경계면 상에서 위에 기술된 바와 같은 렌즈의 반사 성질에 따라 공기로 방출되는 투과광과, 반사되어 렌즈로 다시 되돌아가는 반사광으로 나뉘어진다. 이 때, 광축으로부터 일정 간격 떨어진 입사 경로를 따라 진행된 다음에 렌즈의 출사면에서 반사되는 광은, 그린 렌즈 자체의 특성에 따라 광축을 중심으로 입사 경로와 대칭되는 경로를 따라 진행한다. 따라서, 광축을 중심으로 제1 광섬유와 대칭되게 제2 광섬유를 위치시키면 그린 렌즈에 의하여 반사되는 광 신호를 제2 광섬유를 통하여 추출할 수 있다.

한편, 그린 렌즈가 글래스로 이루어진 경우에, 광신호가 출력되는 광섬유의 출력단과 그린 렌즈의 출사면 사이의 거리가 P/4 를 유지하는 경우에, 그린 렌즈로 입사되는 광신호의 4%에 해당하는 광신호가 반사되며, 나머지 96%의 광신호가 투과되어 평행광이 된다.

이와 같이, 다른 매질과의 경계면 상에서 광의 일부가 반사되고, 반사되는 광이 광축을 중심으로 입사되는 경로와 대칭되는 경로를 따라 진행한다는 그린 렌즈의 성질을 이용하여, 전송되는 광의 일부룰 추출하여 광전송로의 상태 및 광신호 상태를 모니터링하기 위한 탭 커플러를 구현한다.

도 3에 위에 기술된 원리에 따라 구현된 이 발명의 제1 실시예에 따른 탭 커플러의 구조가 도시되어 있다.

첨부한 도 3에 도시된 바와 같이 이 발명의 제1 실시예에 따른 탭 커플러는,제1 및 제2 광섬유(11,12)가 광축을 중심으로 동일 간격을 두고 서로 대칭 되게 내장되어 있는 페룰(ferrule)(10)과, 페룰(10)과 동일한 광축 상에 일렬로 연결되어있는 그린(GRIN:graded index) 렌즈(20)로 이루어진다. 그리고 페룰(10)과 그린 렌즈(20)를 외부에서 홀더(30)가 지지하고 있다.

페룰(10)의 출사면과 페룰(10)에 내장된 제1 및 제2 광섬유(11,12)의 끝단과 대면하는 그린 렌즈(20)의 일측면 즉, 입사면에 각각 무반사 코팅막(13,21)이 형성되어 있으며, 이것은 제1 및 제2 광섬유(11,12)로부터 전송된 광신호가 그린 렌즈(20)로 입사되는 경우에 발생되는 반사를 방지하기 위한 것이다. 그리고 제1 및 제2 광섬유(11,12)의 출력단과 그린 렌즈(20)의 출사면 사이의 거리는 P/4이다.

이러한 구조로 이루어지는 탭 커플러에서는, 제1 광섬유(11)를 통하여 전송되는 광신호가 무반사 코팅막(21)에 의하여 반사 없이 그린 렌즈(20)로 입사되며, 그린 렌즈(20)로 입사된 광신호는 광축을 따라 평행하게 진행하면서 그린 렌즈(20)의 출사면에서 일부(입사된 광신호의 4%)가 반사되고 나머지(입사된 광신호의 96%)는 투과된다. 그린 렌즈(20)의 출사면 상에 다른 그린렌즈 및 광섬유가 연결되어 있는 경우에는 투과된 광신호가 광섬유를 통하여 전송된다.

그리고 그린 렌즈(20)의 출사면 상에서 반사된 광신호는 다시 그린 렌즈(20)로 입사되어 진행된 다음에, 그린 렌즈(20)에 연결되어 있는 제2 광섬유(12)로 입사된다. 따라서 제2 광섬유(12)를 통하여 전송되는 광신호를 검출하여 광신호의 상태 또는 광전송로의 상태 등을 모니터링할 수 있다.

한편, 그린 렌즈(20)를 통하여 반사되는 광신호의 반사율을 필요에 따라 조절할 수 있다.

반사되는 광신호의 광량을 조절하는 하나의 방법은, 반사율을 조절할 수 있는 물질을 경계면 상에 코팅하는 방법이다. 구체적으로 설명하면, 광신호가 진행되는 제1 매질의 굴절률(n₁)보다는 작고 제1 매질과 경계면을 이루고 있는 제2 매질의 굴절률(n₀)보다는 큰 굴절률(n₀< n₂< n₁, n₂는 코팅 물질의 굴절률)을 가지는 물질을 경계면 상에 코팅하면 반사율이 감소된다.

만약, 제1 매질과 제2 매질 사이에 코팅되는 물질의 굴절률이 제1 매질의 굴절률보다 큰 경우(n₂>n₁)에는, 반사율이 증가되어 모니터링하기 위한 광신호를 얻기가 쉬어진다.

즉, 그린 렌즈의 출사면상에 그린 렌즈의 굴절률보다 크거나 또는 작은 물질을 적절한 두께로 코팅하여 반사율 조절이 가능해진다.

반사되는 광신호의 광량을 조절하는 다른 방법은 반사되는 광신호가 광섬유로 입사되는 광량을 조절하여 모니터링하기 위하여 실질적으로 검출되는 광신호의 광량을 조절하는 것이다.

이러한 방법 중 첫번째는 광섬유와 그린 렌즈를 서로 경사지게 배열하여 반사율을 조절한다.

구체적으로 설명하면, 2개의 광섬유가 광축을 중심으로 일정 간격 떨어져서 평행하도록 위치시키고, 이 광축에 대하여 일정 각도 경사지도록 그린 렌즈를 배치하면, 제1 광섬유로부터 전송된 광신호가 그린 렌즈로 입사되는 위치가 가변되고 이에 따라 그린 렌즈에 의하여 반사되는 광신호가 모두 제2 광섬유로 입사되지 않게 되어 실제적으로 반사되어 광섬유를 통하여 전송되는 광신호의 량이 감소된다.

이러한 방법을 적용한 이 발명의 제2 실시예에 따른 탭 커플러의 구조가 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있다.

첨부한 도 4a에 도시되어 있듯이, 이 발명의 제2 실시예에 따른 탭 커플러는 제1 실시예와 동일하게 페룰(10)과 그린 렌즈(20)로 이루어지나, 제1 실시예와는 달리, 광축에 대하여 그린 렌즈(20)가 일정각도 경사지게 배치되어 있다. 그리고 페룰(10)의 출사면과 그린 렌즈(20)의 입사면에 각각 전송 손실을 방지하기 위하여 무반사 코팅막(13,21)이 형성되어 있다.

광축에 대하여 그린 렌즈(20)가 일정 각도 경사지게 배치되어 있으므로, 도 4b에 도시되어 있듯이, 제1 광섬유(11)를 통하여 전송된 광신호가 그린 렌즈(20)로 입사되는 위치가 가변된다.

제1 실시예와 같이, 페룰(10)의 광축과 그린 렌즈(20)의 중심이 일직선상에 위치되는 경우에는, 그린 렌즈(20)의 특성에 따라 출사면 상에서 반사되는 광신호가 모두 제2 광섬유(12)로 입사되나, 도 4b에서와 같이, 광축과 그린 렌즈(20)의 중심이 일치하지 않는 경우 예를 들어, 그린 렌즈(20)의 중심이 광축보다 아래에 위치되는 경우에는, 그린 렌즈(10)의 출사면 상에서 반사된 광신호의 일부가 제2 광섬유(12)와 일정 거리 떨어진 위치로 출력됨으로써, 반사되는 광신호의 일부는 제2 광섬유(12)로 입사되어 전송되나 일부는 제2 광섬유(12)로 입사되지 않는다.

그러므로 실제적으로 제2 광섬유(12)를 통하여 검출되는 광신호의 광량이 제1 실시예 보다는 감소된다.

한편, 모니터링하기 위하여 검출되는 광신호의 광량을 조절하는 두번째 방법은, 그린 렌즈의 중심이 광축보다 위나 아래에 위치하도록 하여 광섬유를 통해 전송된 광신호가 그린 렌즈로 입사되는 위치를 가변시키는 것이다.

도 5a 및 도 5b에 이러한 원리를 이용한 이 발명의 제3 실시예에 따른 탭 커플러의 구조가 도시되어 있다. 첨부한 도 5a에 도시되어 있듯이, 그린 렌즈(20)의 중심이 광축보다 아래에 위치되도록 그린 렌즈(20)를 배치한다.

따라서 제1 광섬유(11)를 통하여 전송된 광신호가 그린 렌즈(20)로 입사되는 위치가 가변됨에 따라, 도 5b에 도시된 바와 같이, 그린 렌즈(20)에 의하여 반사되는 광신호의 일부가 제2 광섬유(12)로 입사되지 않게 됨으로써, 제2 광섬유(12)를 통하여 전송되는 광신호의 광량이 감소된다.

이와는 달리, 그린 렌즈(20)의 중심이 광축보다 위에 위치되도록 그린 렌즈(20)를 배치하여, 제1 광섬유(11)를 통하여 전송된 광신호가 그린 렌즈(20)로 입사되는 위치를 가변시킬 수 있다.

이와 같이, 광섬유로부터 전송되는 광신호가 그린 렌즈로 입사되는 위치를 가변시켜서 모니터링하기 위하여 검출되는 광신호의 광량을 조절할 수가 있다.

상기 모든 실시예에 공통적으로 적용될 수 있는 또 다른 실시예의 탭 커플러 구조로서 제1광섬유(11)를 싱글모드로 하고 제2광섬유(12)를 멀티모드로 하여, 그린 렌즈(20)의 출사면 상에서 반사된 광신호가 제2광섬유(12)로 전달될 때 광손실이 감소되도록 할 수 있다.

즉, 싱글모드 광섬유의 코아는 8∼10㎛이고, 멀티모드 광섬유의 코아는50∼65㎛로서 싱글모드에 비해 코아 사이즈가 6∼8배 크기 때문에 싱글모드 광섬유(제1광섬유)에서 출사된 광신호가 그린 렌즈(20)의 출사면 상에서 반사되어 멀티모드 광섬유(제2 광섬유)로 전달될 때 광손실 없이 검출할 수 있다.

이 발명은 상기한 실시예 에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변형이나 변경도 물론 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 이 발명은 두개의 광섬유와 하나의 그린 렌즈로서, 광전송로 상에서 진행되는 광신호의 일부를 용이하게 추출할 수 있는 탬 커플러를 낮은 제조 비용과 작은 크기로 제공할 수 있다.

Claims (9)

1. 광축으로부터 동일 거리에 서로 대칭되게 위치되어 있으며, 광 신호를 전송하는 제1 및 제2 광섬유를 포함하는 페룰; 및

   상기 페룰의 하나의 광섬유로부터 입력되는 광 신호의 일부를 평행광으로 변환하여 출력하고, 상기 광신호의 일부를 반사시켜 상기 페룰의 나머지 광섬유로 출력하는 그린 렌즈

   를 포함하는 탭 커플러.
2. 제1항에 있어서,

   상기 그린 렌즈가 상기 광축에 대하여 일정 각도 경사지게 배치되어 있는 탭 커플러.
3. 제1항에 있어서,

   상기 그린 렌즈의 중심이 상기 광축보다 위에 위치되도록 상기 그린 렌즈가 배치되어 있는 탭 커플러.
4. 제1항에 있어서,

   상기 그린 렌즈의 중심이 상기 광축보다 아래에 위치되도록 상기 그린 렌즈가 배치되어 있는 탭 커플러.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 페룰과 마주보는 그린 렌즈의 일측면에 무반사 코팅막이 형성되어 있는 탭 커플러.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 광섬유의 출력단과 상기 그린 렌즈의 출사면 사이의 거리가 P/4인 탭 커플러.
7. 제1항에 있어서,

   상기 그린 렌즈의 출사면에 설정 굴절률을 가지는 물질이 코팅되어 있으며, 상기 설정 굴절률은 다음의 조건을 만족하는 탭 커플러.

   n₀< n₂< n₁

   n₂: 상기 코팅 물질의 설정 굴절률

   n₁: 상기 그린 렌즈의 굴절률

   n₀: 공기의 굴절률
8. 제1항에 있어서,

   상기 그린 렌즈의 출사면에 설정 굴절률을 가지는 물질이 코팅되어 있으며,상기 설정 굴절률은 다음의 조건을 만족하는 탭 커플러.

   n_{2 >}n₁

   n₂: 상기 코팅 물질의 설정 굴절률

   n₁: 상기 그린 렌즈의 굴절률
9. 제1항에 있어서,

   제1광섬유는 싱글모드 광섬유이고, 제2광섬유는 멀티모드 광섬유인 것을 특징으로 하는 탭 커플러.