KR20020027028A - A method for a manufacturing an arc induced long period gratings in optical fiber - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광섬유의 장주기 격자 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빛의 진행방향으로 코어 모드와 클래드 모드의 결합이 일어나도록 수백 ㎛의 주기로 아크방전을 가하여 같은 자리에 반복적으로 고전압을 발생시키고 수회 중첩하여 장주기 격자를 제조하는 광섬유의 장주기 격자 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a long period grating of an optical fiber, and more particularly, to generate a high voltage repeatedly in the same place by applying an arc discharge in a cycle of several hundred μm so that the coupling between the core mode and the clad mode occurs in the direction of light The present invention relates to a method for manufacturing a long period grating of an optical fiber that overlaps to produce a long period grating.
일반적으로 광섬유에 일정한 간격으로 광섬유 코어의 굴절율에 변화를 주면 특정한 파장에서 코어모드로 진행하던 빛이 클래드 모드로 결합이 이루어져 진행방향과 동일한 방향으로 클래드로 진행한다. 이와같이 광섬유 코어의 굴절율의 변화를 주기 위한 방법으로 자외선(190-250㎚) 광원과 진폭 마스크를 사용하여 일정한 간격으로 굴절율의 변화를 주게 된다. 이때 사용되는 광섬유는 자외선 영역에서 굴절율을 변화시킬 수 있는 광민감성 광섬유를 사용한다.In general, if the refractive index of the optical fiber core is changed at regular intervals to the optical fiber, the light traveling in the core mode at the specific wavelength is combined in the clad mode and proceeds to the cladding in the same direction as the traveling direction. As such, the refractive index of the optical fiber core is changed at regular intervals using an ultraviolet (190-250 nm) light source and an amplitude mask. At this time, the optical fiber used is a photosensitive optical fiber which can change the refractive index in the ultraviolet region.
코어모드에서 클래드 모드로 진행하는 특정한 파장은 다음의 수식에 의해 결정된다.The specific wavelength from core mode to clad mode is determined by the following equation.
, ,
여기서 βco: 코어 모드로 진행하는 전파상수Where β co is the propagation constant in the core mode
βclad: 클래드 모드로 진행하는 전파상수β clad : propagation constant in clad mode
Λ: 격자 간격Λ: grid spacing
전파상수는 파장과 굴절율에 대한 함수(β=2πn/λ)이므로, 코어 모드에서 클래드 모드로 진행하기 위해 굴절율의 변화와 격자의 간격에 변화를 주면 특정파장이 클래드로 진행하게 된다. 결국 클래드로 진행하는 파장은 대역저지 되는 것을 알 수 있다. 일반적으로 사용되는 방법에서는 격자 간격에 변화를 주어서 대역저지 파장을 결정하게 된다.Since the propagation constant is a function of the wavelength and the refractive index (β = 2πn / λ), the specific wavelength advances to the cladding by changing the refractive index and the lattice spacing to progress from the core mode to the clad mode. As a result, it can be seen that the wavelength proceeding to the clad is band-stopped. In the commonly used method, the band blocking wavelength is determined by changing the lattice spacing.
종래의 방법의 단점은 고가의 자외선 레이저와 대역저지 파장에 변화를 주기 위해서는 다양한 진폭 마스크를 필요로 하며, 고가인 광 민감성 광섬유를 반드시 사용하여야 한다. 또한 제작된 광섬유 격자소자는 온도의 변화에 따라 파장의 편이가 많이 발생한다.Disadvantages of the conventional method are the use of expensive ultraviolet lasers and various bands of amplitude masks in order to change the wavelength of the wavelength band, and expensive optically sensitive optical fibers must be used. In addition, the fabricated optical fiber grating device has a lot of wavelength shift due to temperature change.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 그 목적은 고가의 자외선 광원과 진폭 마스크, 광민감성 광섬유를 사용하지 않고 보다 안정적으로 광섬유의 장주기 격자 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a long period grating of an optical fiber more stably without using an expensive ultraviolet light source, an amplitude mask, and a photosensitive optical fiber.
본 발명의 다른 목적은 재현성과 신뢰성이 우수하고, 백그라운드 손실이 적고, 대량생산이 가능한 광섬유의 장주기 격자 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a long period grating of an optical fiber which is excellent in reproducibility and reliability, has low background loss, and is capable of mass production.
도 1은 본 발명에 의한 광섬유 장주기 격자의 제조장치의 구성을 나타내는 구성도,1 is a configuration diagram showing the configuration of an apparatus for manufacturing an optical fiber long period grating according to the present invention;
도 2는 변형(Deformation)이 발생한 유리섬유의 축방향 단면,2 is an axial cross section of a glass fiber in which deformation occurs;
도 3은 600㎛ 간격으로 격자가 형성된 광섬유를 진행하는 광신호의 파장분석도,3 is a wavelength analysis diagram of an optical signal traveling through an optical fiber having a lattice formed at 600 μm intervals,
도 4는 아크로 유도된 중첩 장주기 격자의 파장특성,4 shows wavelength characteristics of an arc-induced superimposed long-period grating,
도 5에 아크로 유도된 중첩 장주기 격자에서의 격자를 16개로 줄인 경우 파장의 특성이다.In the arc-induced superimposed long-period grating in FIG. 5, the characteristics of the wavelength are reduced.
♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♣♣ Explanation of symbols for the main parts of the drawing
11 : 고전압 발생장치 12 : 모터 구동부11 high voltage generator 12 motor drive unit
13 : 제어부 14 : 전극봉 지지대13: control unit 14: electrode support
15 : 전극봉 16 : 자동이송장치15: electrode 16: automatic transfer device
17 : 추 18 : 광섬유17: weight 18: optical fiber
19 : 광파장 측정장치 20 : 광원19: light wavelength measuring device 20: light source
21 : 광섬유 고정장치21: optical fiber fixing device
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 광섬유 제조방법은 광섬유에 일정한 정도의 장력이 작용할 수 있도록 광섬유를 고정하고 반대방향에 추를 연결하는 단계와; 상기 광섬유의 측면에 설치된 전극봉을 일정간격으로 이동시키면서 고전압을 발생시켜 장주기 격자를 형성시키는 단계와; 상기 장주기 격자 형성단계를 앞서 형성된 격자 위에 중첩하여 소정 횟수 반복하는 단계와; 상기 광섬유에 광신호를 입력하고 광파장 측정장치로 파장의 변화를 측정하여 코어모드에서 클래드 모드로의 결합 정도에 따라 상기 장주기 격자 형성단계를 반복하는 단계로 구성된다.In order to achieve the above object, the optical fiber manufacturing method according to the present invention comprises the steps of fixing the optical fiber and the weight in the opposite direction so that a certain degree of tension acts on the optical fiber; Forming a long period grating by generating a high voltage while moving the electrode bar provided on the side surface of the optical fiber at a predetermined interval; Repeating the long period lattice forming step on a previously formed lattice and repeating the predetermined number of times; The optical signal is input to the optical fiber, and the wavelength change is measured by the optical wavelength measuring device, and the long period lattice forming step is repeated according to the degree of coupling from the core mode to the clad mode.
이하, 본 발명을 바람직한 실시 예를 도시한 첨부도면을 참고로 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings showing a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1에 본 발명에 의한 장주기 격자를 갖는 광섬유 제조장치의 구성을 나타내는 구성도가 도시된다.1 is a block diagram showing the configuration of an optical fiber manufacturing apparatus having a long period grating according to the present invention.
광섬유(18)는 광섬유 고정장치(21)에 지지되어 고정되며, 다른 한쪽에 추(17)가 부착된다. 추(17)의 무게는 수g 정도이며, 그 무게에 의해 광섬유(18)는 장력을 받아 팽팽함을 유지한다. 제어부(13)에서 고전압 발생장치(11)에 제어신호를 보내어 고전압을 발생시킨다. 이 고전압은 전극봉(15, 15)에 인가되어 두 전극봉(15, 15) 사이에 아크방전이 발생한다. 아크방전에 의해 그 사이에 있는 광섬유(18)는 열을 받아 코아와 클래드가 순간적으로 용융되어 추(17)의 장력에 의해 광섬유(18)에 변형이 발생한다.The optical fiber 18 is supported and fixed to the optical fiber fixing device 21, and the weight 17 is attached to the other side. The weight 17 is about several grams, and the weight of the optical fiber 18 is tensioned to maintain the tension. The control unit 13 sends a control signal to the high voltage generator 11 to generate a high voltage. This high voltage is applied to the electrodes 15 and 15 to generate an arc discharge between the two electrodes 15 and 15. The optical fiber 18 therebetween by the arc discharge receives heat and the core and the clad are instantaneously melted to deform the optical fiber 18 by the tension of the weight 17.
모터구동부(12)는 제어신호에 따라 모터를 구동하며, 광섬유와 다른 위치에 격자를 생성하기 위해 사용된다. 이송장치(16)는 모터구동부(12)로부터 신호를 받아 광섬유 고정장치(21)를 이동시켜 광섬유(18)를 이동시킨다. 추(17)는 광섬유(18)에 부착되어 광섬유(18)에 장력을 제공한다. 광파장 측정장치(19)는 광섬유(18)를 통하여 출력되는 광원의 파장을 분석한다. 광원(20)은 광섬유(18)에 광을 제공한다. 광섬유 고정장치(21)는 광섬유(18)가 흔들리지 않도록 고정한다.The motor driver 12 drives the motor according to the control signal and is used to generate a grating at a position different from that of the optical fiber. The transfer device 16 receives a signal from the motor driver 12 to move the optical fiber fixing device 21 to move the optical fiber 18. The weight 17 is attached to the optical fiber 18 to provide tension to the optical fiber 18. The optical wavelength measuring device 19 analyzes the wavelength of the light source output through the optical fiber 18. The light source 20 provides light to the optical fiber 18. The optical fiber fixing device 21 fixes the optical fiber 18 so as not to shake.
도 2에 변형이 발생한 유리섬유의 축방향 단면을 나타낸다.2 shows the axial cross section of the glass fiber in which the deformation occurred.
광섬유(18)에 아크방전을 가하면 아크방전을 받은 부분의 클래드(23)와 코어(24)는 정상적인 클래드(21)와 코어(22)에 비해 그 직경이 작아지는 변형이 생기게 된다. 코어(32)를 진행하던 빛(25)은 변형이 생긴 부분에서 전반사되지 않고 클래드(23)로 들어가서 클래드(33) 속에서 진행하게 된다.When arc discharge is applied to the optical fiber 18, the clad 23 and the core 24 of the arc discharged portion have a deformation smaller in diameter than the normal clad 21 and the core 22. The light 25 traveling through the core 32 enters the clad 23 without being totally reflected at the portion where the deformation occurs, and proceeds in the clad 33.
이러한 격자를 300㎛ 내지 800㎛ 간격으로 16개에서 32개까지 형성할 수 있으며, 그 수와 간격은 필터링하고자 하는 파장과 손실에 따라 다르다. 본 실시예에서는 600㎛의 간격으로 32개의 격자를 3회 중첩하여 장주기 격자를 형성했다. 한 개의 격자를 형성한 후, 모터구동부(12)를 제어하여 이송장치(16)가 광섬유 고정장치(21)를 이동시켜 광섬유(18)를 600㎛ 이동하게 한다. 이어서, 고전압 발생장치(11)를 제어하여 고전압을 발생시키고, 이 고전압에 의해 전극봉(15, 15) 사이에 아크방전이 발생한다. 이 아크방전에 의해 장주기 격자가 형성된다. 이렇게 32회 반복하여 32개의 격자를 형성한다.16 to 32 such gratings can be formed at intervals of 300 μm to 800 μm, the number and spacing of which depend on the wavelength and loss to be filtered. In this embodiment, the long lattice was formed by overlapping 32 lattice three times at intervals of 600 mu m. After forming one lattice, the motor drive unit 12 is controlled to move the feeder 16 to move the optical fiber holding device 21 to move the optical fiber 18 to 600 mu m. Subsequently, the high voltage generator 11 is controlled to generate a high voltage, and arc discharge is generated between the electrodes 15 and 15 by the high voltage. The long period lattice is formed by this arc discharge. Repeat this 32 times to form 32 grids.
도 3에 600㎛ 간격으로 격자를 형성한 광섬유를 진행하는 광신호의 파장분석도를 나타낸다.3 shows a wavelength analysis diagram of an optical signal traveling through an optical fiber having a lattice formed at 600 μm intervals.
이 분석도에서 알 수 있듯이 주대역 저지 손실이 25dB이며, 이 때의 백그라운드(Background) 손실이 3dB 발생한다. 아크 발생양을 크게 하면 높은 대역 저지 손실을 갖게 되나 백그라운드 손실이 증가된다. 뿐만 아니라 동일한 조건하에서 아크 발생양을 증가시킬수록 재현성이 부족하여 제작 신뢰성이 떨어진다.As can be seen from this analysis, the mainband stop loss is 25dB, which causes 3dB of background loss. Increasing the amount of arc generation will result in high band stop loss, but will increase background loss. In addition, increasing the amount of arc generation under the same conditions, the lack of reproducibility, the production reliability is low.
본 발명은 이러한 재현성 부족과 신뢰성 문제를 해결하기 위해 중첩된 장주기 격자를 형성한다. 종래의 아크 발생양보다 수% 줄이고 600㎛ 주기로 32회 반복하여 32개의 격자를 형성한다. 이렇게 한번의 격자를 형성한 다음, 이송장치를 제어하여 광섬유(18)의 위치를 처음 위치로 되돌린다. 다시 앞서와 동일한 방법으로 장주기 격자가 형성된 곳에 아크를 방전시켜 중첩된 격자를 형성한다. 이러한 과정을 3회 반복하여 3번 중첩된 격자를 32개 형성한다.The present invention forms an overlapping long period grating to address this lack of reproducibility and reliability. It reduces the amount of arc generation by several percent and repeats 32 times at 600 µm cycles to form 32 gratings. After forming the grating once, the feeder is controlled to return the position of the optical fiber 18 to the initial position. In the same manner as before, the arcs are discharged where the long period lattice is formed to form an overlapping lattice. This process is repeated three times to form 32 overlapping grids three times.
도 4에 아크로 유도된 중첩 장주기 격자의 파장특성을 나타낸다.4 shows wavelength characteristics of the superposed long-period grating induced by the arc.
주대역 저지 손실은 28dB이며, 백그라운드 손실은 1dB이하로 나타났다. 재현성 및 파장의 변화정도를 살펴보면 중첩의 경우가 우수하게 나타났다. 도시된 바와 같이 1회의 아크방전에 의해 형성된 격자에서는 1355㎚, 1390㎚, 1470㎚, 1620㎚의 파장에서 3dB 정도의 손실이 나타나고, 두 번 중첩했을 때 1360㎚, 1395㎚, 1470㎚, 1625㎚의 파장에서 5∼10dB 정도의 손실이 나타나고, 3번 중첩했을 때, 1370㎚에서 6dB, 1400㎚에서 16dB, 1475㎚에서 28dB, 1630㎚의 파장에서 20dB 정도의 손실이 나타났다. 이와 같이 중첩할 때마다 중심파장이 장파장으로 이동하는 변화를 보이고 있다. 또한 발생한 대역 저지 영역에서 손실이 점점 성장하는 것을 볼수 있으며, 1회에 나타났던 깊이보다 2, 3회로 갈수록 깊이가 급격히 성장했다. 반복을 계속하였을 경우에는 파장의 편이가 일어나며, 손실이 감소하는 현상이 나타난다.Mainband stop loss is 28dB and background loss is below 1dB. In case of reproducibility and change of wavelength, superposition was excellent. As shown, in the grating formed by one arc discharge, a loss of about 3 dB appears at wavelengths of 1355 nm, 1390 nm, 1470 nm, and 1620 nm, and when overlapped twice, 1360 nm, 1395 nm, 1470 nm, and 1625 nm. A loss of about 5 to 10 dB appeared at the wavelength of, and when overlapped three times, a loss of about 6 dB at 1370 nm, 16 dB at 1400 nm, 28 dB at 1475 nm, and about 20 dB at a wavelength of 1630 nm appeared. In this way, the center wavelength is shifted to the long wavelength every time it overlaps. In addition, the loss is gradually increased in the generated band-stop area, and the depth grows more rapidly two or three times than the depth shown in the first time. If the repetition is continued, the wavelength shifts and the loss decreases.
도 5에 아크로 유도된 중첩 장주기 격자에서의 격자를 16개로 줄인 경우 중첩의 횟수를 1회에서 5회로 증가시키면서 측정된 파장의 특성을 나타낸다.In FIG. 5, when the lattice in the arc-derived long-period grating is reduced to 16, the characteristic of the wavelength measured while increasing the number of superpositions from one to five is shown.
1400㎚, 1470㎚, 1645㎚ 파장의 부근에서 ±15㎚ 의 범위에서 5dB 이상의 손실이 발생하여 대역저지 선폭의 파장의 폭이 증가한다.A loss of 5 dB or more occurs in the range of ± 15 nm in the vicinity of the wavelengths of 1400 nm, 1470 nm, and 1645 nm, thereby increasing the width of the wavelength of the band blocking line width.
본 발명에 의하면, 일정한 간격으로 다수의 장주기 격자를 소정 횟수 중첩하여 형성시킴으로써, 재현성과 신뢰성이 높으며, 백그라운드 손실이 적게 발생하여대량생산이 가능하다.According to the present invention, by forming a plurality of long-period gratings overlapping a predetermined number of times at regular intervals, the reproducibility and reliability are high, and the background loss is less generated, which enables mass production.
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