KR20020048301A - 회절 전송 렌즈 및 광학 모듈 - Google Patents

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KR20020048301A
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마리 오 휴버
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Abstract

광선 송신 시스템(100)은 레이저(100)와, 광섬유(120)와, 전송 렌즈(140)를 포함한다. 전송 렌즈는 레이저에서 방출된 광선을 광섬유로 전송한다. 전송 렌즈는 레이저로부터 발사된 광선을 수신하고 시준하는 회절 표면(160)을 포함한다. 회절 표면은 각도 대칭성을 갖는 제 1 위상 함수와 방사 대칭성을 갖는 제 2 위상 함수를 포함하는 위상 함수에 의하여 정의된다. 제 2 위상 함수는 그 내부에 불연속적 기울기를 갖는 첨점 영역을 포함한다. 전송 렌즈는 광섬유의 종단부에서 반사되어 나온 광선이 레이저에 의하여 방출된 위치에 초점을 맞추지 않도록 반사 관리를 제공하며 또한 광섬유로 발진된 광선이 광섬유 축을 따라 굴절률 이상을 일으키지 않도록 바람직한 발진 조절을 제공한다.

Description

회절 전송 렌즈 및 광학 모듈{DIFFRACTIVE OPTICAL ELEMENT FOR PROVIDING FAVORABLE MULTI-MODE FIBER LAUNCH AND REFLECTION MANAGEMENT}
본 발명은 일반적으로 광학(optics)에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 적합한 멀티 모드(multi-mode) 섬유 발진(launch) 및 반사(reflection) 관리를 제공하는 회절 광학 소자(diffractive optical element)에 관한 것이다.
수직의 공동 표면 방출 레이저(vertical cavity surface emitting laser : VCSEL)는 그 표면에서 빔 형태의 광선을 수직으로 방출한다. VCSEL로부터 방출되는 광선은 전형적으로 전송 렌즈(transfer lens)에 의하여 광섬유로 초점이 맞추어지며 데이터 송신에 이용된다. 기가비트 이더넷 기술(Gigabit Ethernet technology)과 같은 송신 기술은 VCSEL 및 멀티모드 광섬유 케이블링(multimode fiber optic cabling)을 이용한다.
멀티모드 광섬유 시스템을 통한 데이터 속도를 지속적으로 증가시키기 위해서는, 송신기 모듈이 요구되는 비트 에러율을 만족시키도록 보다 정교한 결합 광학 기술이 필요하다.
전송 렌즈의 설계에 있어서 두 가지 중요한 고려 사항이 있는데, 첫째는 반사 관리이고, 둘째는 적합한 발진 조절의 제시이다. 반사 관리라는 제 1 설계 고려 사항은 광섬유 표면으로부터 다시 반사되어("후방반사(back reflection)" 또는 피드백이라고 지칭됨) 광원(예컨대, 레이저)으로 전송되는 광선의 양을 최소화하고자 하는 것이다. 반사가 적절하게 관리되지 않는다면, 후방반사는 레이저 소스에 대한 안정성(stability) 문제를 야기할 수 있다. 구체적으로, 이들 후방반사가 제어되어 축소되지 않는다면, 레이저는 불안정해지고 잡음 출력 신호(noisy output signal)로 동작할 수 있다. 예컨대, 너무나 많은 파워가 광섬유의 종단부에서 반사되어 레이저로 다시 결합되는 경우, 레이저가 불안정해지고, 출력 파워가 오르내리며 동요하고, 이로써 수신된 신호 펄스에 대하여 이를 손상시키는 가외의 지터량을 야기한다. 즉, 레이저에서의 불안정성은 잘못된 데이터 신호를 야기한다.
또한, 결합 렌즈(coupling lens)에 의하여 유도된 레이저에서의 잡음 증가는 데이터 링크 광다발(optical budget)에서 2.5dB 정도의 파워 불이익(power penalty)을 가져올 수 있다. 후방반사에 기인한 파워 불이익 증가는, 2.5Gbit/sec 데이터 속도에서 대략 8dB 정도인 전체 링크 파워 다발(total link power budget)의 중요 부분을 나타냄이 분명하다. 후방반사 또는 피드백의 이와 같은 역효과는 데이터 속도가 더 높은 시스템일수록 더욱 현저해지고 중요해진다. 예컨대, 10Gbit/sec 링크에 대한 파워 다발은 2.5Gbit/sec 링크의 경우보다 더 많은 부담을지게된다.
둘째로, 시스템의 대역폭과 거리의 곱을 최대화하기 위하여, 전송 렌즈의 설계가 섬유 인터페이스에서 바람직한 발진 조절을 제공하는 것이 중요하다. 예컨대, 표준 50 마이크론 그레이디드 인덱스 섬유(graded-index fiber)에 있어서, 2,5Gbit/sec 링크는 500MHz*km의 대역폭과 거리 곱을 요구한다. 마찬가지로, 10Gbit/sec 링크에 있어서, 섬유는 2.2GHz*km의 곱을 지원할 필요가 있다.
적합한 발진 조절은 시스템의 대역폭을 증가시켜야 하고, 수평 오프셋(lateral offset)(즉, 레이저와 섬유 사이의 오정렬(misalignment))에 대해 강해야 한다. 적합한 발진 조절을 개선하기 위한 한 가지 방안은 섬유의 정중앙을 따라서 광선 발진이 일어나지 않도록 하는 것이다. 섬유 정중앙을 피하는 이유는 많은 섬유가 그 섬유 중앙에서 제조 한계에 기인하는 결점을 가지기 때문이다. 또한, 수평 오프셋의 허용치(tolerance)는 레이저와 섬유간의 어떠한 오정렬도 보상할 수 있는 것이 바람직하다. 그렇지 않다면, 시스템에서의 오정렬(예컨대, 광섬유와 전송 렌즈간의 오정렬 또는 전송 렌즈와 레이저간의 오정렬)로 인하여 레이저로부터의 광선이 광섬유에 빗맞을 수 있다.
불행히도, 종래 기술의 전송 렌즈 설계는 후방반사를 어드레싱하거나 또는 적합한 발진 조절을 제공하는데 있어서 불충분한 점을 가지고 있다. 이와 같은 불충분한 점은 렌즈 제조에 있어서의 제약과 난이함에서 주로 유래한다.
모드 정합 그레이디드 인덱스 섬유를 위한 회절 와류 렌즈(Diffractive Vortex Lens for Mode-Matching Graded Index Fiber)
광선을 그레이디드 인덱스 섬유로 발진시키는 결합 광학 기술을 결합 광학 기술로서 회절 소자를 이용하고자 하는 시도가 있어 왔다. 이와 같은 연구는 Diffractive Optics and Micro-optics, Optical Society of America(OSA) Technical digest, pp 205-207, Washington, DC, 2000에서, "Diffractive Vortex Lens for Mode-Matching Graded Index Fiber"라는 제목으로, E. G. Johnson, J. Stack, C. Koehler, 그리고 T. Suleski에 의하여 보고되었다. 이 출판물은 발진된 광선의 위상을 그레이디드 인덱스 섬유의 특정 모드로 정합시키는데 회절 소자를 이용하는 방법을 개시하고 있다.
이들 종래 기술의 방법은 이상적 점광원(point light source)(즉, 단일 배광(simple distribution)을 가지며 완전히 일치하는 광선)에 대하여 허용 가능한 결과를 제공하는 반면, 이들 방법은 보다 복잡한 배광을 가지는 광원(예컨대, 멀티 모드 레이저)을 이용하는 애플리케이션에 대하여는 적절한 지원을 하지 못한다. 이와 같이 구체적인 실제 애플리케이션에 있어서, 종래의 전송 렌즈는, 후방반사, 더 많은 양의 축 상(on-axis) 에너지로부터 유래한 바람직하지 못한 발진 조절, 또는 양자 모두에 기인하여 피드백이 더욱 불안정해지는 문제를 겪게 된다.
전술된 내용에 따르면, 후방반사를 줄이는 동시에 적합한 발진 조절을 제공하고 이전에 설명된 단점을 극복하는 전송 렌즈가 여전히 필요하다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 광원(예컨대, 레이저)에 의하여 방출되는 광선을 광전도 매체(예컨대, 광섬유)로 전송하는 전송 렌즈가 제공된다. 전송 렌즈는 광원에서 나오는 광선을 수신하고 시준하는(collimating) 회절 표면을 포함한다. 회절 표면은 각도 대칭성(angular symmetry)을 가지는 제 1 위상 함수와 방사 대칭성(radial symmetry)을 가지는 제 2 위상 함수를 포함하는 표면 함수로 정의된다. 제 2 위상 함수는 그 안에 불연속적 기울기(discontinuous slope)를 가지는 첨점 영역(cusp region)을 포함한다. 전송 렌즈는 반사 관리를 제공하여 광섬유의 종단부에서 반사되어 나온 광선이 광원에 의하여 방출된 위치에 초점을 맞추지 못하도록 한다. 또한, 전송 렌즈는 적합한 발진 조절을 제공하여, 광섬유로 발진된 광선이 광섬유의 축 상에서 그리고 코어 클래딩 인터페이스(core-cladding interface)에서 굴절률 이상(index anomalies)을 일으키지 않도록 한다.
본 발명의 전송 렌즈 설계에 관한 또 다른 이점은 전송 렌즈의 회절 표면이 반사 관리 및 적합한 발진 조절을 제공하며, 이는 특히 멀티 모드 광섬유 시스템에 있어서 바람직하다는 점이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 레이저와, 광섬유와, 전송 렌즈를 포함하는 광선 송신 시스템이 제공된다. 전송 렌즈는 레이저에 의하여 방출된 광선을 광섬유로 전송한다. 전송 렌즈는 레이저에서 나오는 광선을 수신하고 시준하기 위한 회절 표면을 포함한다. 회절 표면은 각도 대칭성을 갖는 제 1 위상 함수와 방사 대칭성을 갖는 제 2 위상 함수를 포함하는 표면 함수에 의하여 정의된다. 제 2 위상 함수는 그 안에 불연속적 기울기를 갖는 첨점 영역을 포함한다. 전송 렌즈는 반사 관리를 제공하여 광섬유의 종단부에서 반사되어 나온 광선이 레이저가 광선을방출한 위치에 초점을 맞추지 않도록 하고 적합한 발진 조절을 제공하여 광섬유로 발진된 광선이 광섬유 축을 따라 굴절률 이상을 일으키지 않도록 한다.
본 발명은 예시적으로(제한적인 것은 아님) 첨부 도면을 참조하여 설명되며, 각 도면에서 유사한 부분은 유사한 참조 번호로 언급된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 전송 렌즈가 이용될 수 있는 예시적 광선 송신 시스템의 간략한 블록도,
도 2a는 각도 대칭성을 갖는 예시적 제 1 위상 함수를 도시하는 도면,
도 2b는 방사 대칭성을 갖는 예시적 제 2 위상 함수를 도시하는 도면,
도 2c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 도 2a의 제 1 위상 함수 및 도 2b의 제 2 위상 함수를 결합한 함수를 도시하는 도면,
도 3은 계단형 특징(stair case feature)을 가지는 바람직한 전송 렌즈 회절 표면의 투시도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 전송 렌즈의 회절 표면에 부여될 수 있는 첨점 영역 및 방사 대칭성을 갖는 예시적 위상 함수의 단면을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 전송 렌즈에 대한 적합한 발진 조절을 도시하는 스폿 도면,
도 6은 본 발명의 전송 렌즈에 대한 반사 관리를 도시하는 스폿 도면,
도 7은 종래 기술의 전송 렌즈에 대한 허술한 발진 조절을 도시하는 스폿 도면,
도 8은 종래 기술의 전송 렌즈에 대한 허술한 반사 관리를 도시하는 스폿 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 광원120 : 광전도 매체
멀티 모드 섬유 발진 및 피드백 제어를 위하여 최적화된 회절 광학 소자가 설명된다. 다음의 상세한 설명에서는, 본 발명을 철저히 이해시키고자 설명의 목적으로 많은 특정 세부사항이 설명된다. 그러나, 당업자라면 본 발명이 이들 특정 세부사항에 제한되지 않고 실시될 수 있음을 분명히 알 것이다. 다른 경우, 본 발명의 불필요한 모호성을 피하기 위하여 잘 알려진 구조 및 장치는 블록도 형태로 도시된다.
광선 송신 시스템(light transmission system)(100)
도 1은 전송 렌즈(140)가 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 이용될 수 있는 예시적 광선 송신 시스템(100)의 간략한 블록도이다. 시스템(100)은 광선을 방출하는 광원(110)(예컨대, 레이저)과, 광전도 매체(120)(예컨대, 광섬유 케이블)와, 광원(110)에 의하여 방출된 광선을 광전도 매체(120)로 전송하는 본 발명에 따르는 전송 렌즈(140)를 포함한다.
광원(110)은 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)와 같은 반도체 레이저일 수 있으며, 그 구조 및 동작은 당업자에게 잘 알려져 있다. 광전도 매체(120)는, 예컨대, 50 마이크론 멀티 모드 섬유 또는 62.5 마이크론 멀티 모드 섬유일 수 있는데, 이는 잘 알려진 유형의 광섬유 케이블이다. 본 발명에 따르는 전송 렌즈(140)는 또한 적합한 발진 조절 및 반사 관리(본 명세서에서는 피드백이라고도 지칭됨)를 제공한다.
바람직한 실시예에서, 전송 렌즈(140)는 광원으로부터 나오는 광선을 수신하고 시준하며, 또한 피드백 관리 및 적합한 발진 조절을 제공하기 위한 회절 표면(150)을 포함한다. 전송 렌즈(140)는 광선의 확대(magnification)를 제공하고 그 광선을 광전도 매체(120) 상에 초점 맞추는 광학 표면(160)(예컨대, 굴절 표면 또는 회절 표면)을 포함한다. 본 발명에 따르는 전송 렌즈(140)가 도 2 내지 도 6을 참조하여 이하에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
본 바람직한 실시예에서, 전송 렌즈의 한 가지 특성은 회절 표면(150)을 패키징(packaging) 내부에 배치하여 그 회절 표면(150)이 먼지 및 손상에 덜 민감하게 하는 것이다.
회절 표면(150)
도 1에 도시되어 있는 전송 렌즈의 회절 표면(150)은 표면 함수에 의하여 정의된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 회절 표면(150)을 위한 표면 함수는 1) 위상이 개구부(aperture)의 극각 좌표(polar angle coordinate)에만 의존하는 제 1 위상 함수(본 명세서에서는 제 1 위상 함수가 "각도 대칭성"을 갖는다고 칭함)와, 2) 위상이 개구부의 극방사 좌표(polar radial coordinate)에만 의존하며 또한 첨점 영역을 갖는 제 2 위상 함수(본 명세서에서는 제 2 위상 함수가 "방사대칭성"을 갖는다고 칭함)를 포함한다. 바람직하게, 제 2 위상 함수는 개구부의 중앙을 통하여 가상적으로 그려지는 라인에 대해 대칭이며, 그 내부에 포함된 첨점 영역은 불연속적 기울기를 갖는다.
이제, 각도 대칭성을 갖는 제 1 위상 함수와 방사 대칭성을 갖는 제 2 위상 함수가 예시적으로 설명된다. 도 2a는 각도 대칭성을 가지는 예시적 제 1 위상 함수(예컨대, ms=+3인 경우의 나선형 위상 함수)를 도시하고 있다. ms는 위상이 개구부의 중앙을 둘러싸는 원을 지남에 따라 얼마나 빨리 변화하는지를 나타내는 실수(-INF부터 +INF까지)이다.
도 2b는 방사 대칭성을 갖는 예시적 제 2 위상 함수(예컨대, mc=-2인 경우의 콘형(cone) 위상 함수)를 도시하고 있다. mc는 위상이 개구부의 중앙으로부터의 방사선을 지남에 따라 얼마나 빨리 변화하는지를 나타내는 실수(-INF부터 +INF까지)이다. 콘의 기울기는 개구부 중앙에서의 0으로부터 그 에지에서의 2*pi*m까지 위상값의 변화를 제어한다. 방사 대칭성 및 첨점 영역을 가지는 제 2 위상 함수의 또 다른 예가 도 4와 관련하여 설명된다.
도 2c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 도 2a의 제 1 위상 함수와 도 2b의 제 2 위상 함수를 결합하는 함수를 도시하고 있다. 본 실시예에서, 특정한 "m" 값이 다음과 같이 선택되는바, 각도 대칭성을 가지는 위상 함수를 위해서는 m=+3, 방사 대칭성을 가지는 위상 함수를 위해서는 m=-2가 선택된다. "m"값은 결합 효율성(coupling efficiency), 오정렬의 허용치(misalignment tolerance), 그리고 피드백 양을 비교 조율하여 결정될 수 있다. 이들 "m"값은 특정한 광학 애플리케이션마다 그 요청을 만족시키도록 조정될 수 있다는 점에 주의해야 한다.
표면(150)의 표면 함수는 특정한 애플리케이션의 요구를 만족시키기 위하여 다른 위상 항(예컨대, 제 3 위상 함수, 제 4 위상 함수)을 포함할 수 있다. 이들 부가적 위상 함수 또는 위상 항에는 예컨대, 렌즈 함수, 수차 제어 함수(aberration control function), 프리즘 함수(prism function), 그리고 회절 격자 함수(grating function)를 포함할 수 있다. 이들 항은 당업자에게 잘 알려져 있으므로 본 명세서에서는 더 이상 설명하지 않을 것이다.
대안적 실시예에서, 표면(150)은 본 발명의 광선 발사를 수신하고 시준하는 시준 표면일 수 있으며, 본 발명의 회절 특성은 표면(160)에 통합될 수 있다. 본 실시예에서, 표면(160)은 전송 렌즈를 위한 피드백 관리 및 적합한 발진 조절을 제공하는 회절 표면이다.
도 3은 계단형 특징(stair case feature)을 갖는 전송 렌즈의 바람직한 회절 표면의 투시도이다. 회절 표면의 계단형(stair-like) 또는 단계형(step-like) 특징은 특히 제조과정 동안 표준 반도체 처리에 의하여 조절된다는 점에 주의해야 한다. 예컨대, 마스크(mask)에 관하여 잘 알려져 있는 리소그래피(lithography) 및 에칭 처리 단계가 본 발명의 전송 렌즈의 회절 표면을 구현하는데 이용될 수 있다. 또한, 회절 표면은 연속적이거나 또는 원만하게 변화할 수 있다. 이러한 연속적이거나 원만한 표면 변화가 본 발명의 전송 렌즈에 의한 성능을 증가시킬 수 있음에 주의해야 한다. 그러나, 이러한 대안적 실시예는 연속적 기울기를 얻기 위하여 그회절 표면을 회전(turning)시키거나 밀링(milling)하는 단계를 포함하는 보다 복잡한 처리 과정을 요구할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라 전송 렌즈의 회절 표면에 관한 상기 표면 함수에 통합될 수 있는, 방사 대칭성 및 첨점 영역을 갖는 예시적 위상 함수의 단면도이다. 제 1 위상 함수(410)는 일반적으로 오목한(concave) 프로파일을 특징으로 하는 단면을 갖는다. 제 2 위상 함수(420)는 일반적으로 삼각 단면을 특징으로 한다. 제 1 위상 함수(430)는 일반적으로 볼록한(convex) 프로파일을 특징으로 하는 단면을 갖는다. 이들 위상 함수 각각은 반전될 수 있으며, 그 반전된 위상 함수가 이용되어 유사한 결과를 달성할 수 있다는 점에 주의해야 한다. 예컨대, 제 4 위상 함수(440)는 제 1 위상 함수(420)의 반전된 버전이다.
바람직한 실시예
바람직하게, 본 발명의 회절 소자의 설계는 전술된 적어도 두 개의 함수(즉, 방사 대칭성을 가지는 제 2 위상 함수에 결합된 각도 대칭성을 가지는 제 1 위상 함수)를 포함한다.
극 좌표(ρ,θ)(ρ는 개구부의 중앙으로부터 그 지점까지의 거리, θ는 x축으로부터 그 지점까지의 각도)를 갖는 렌즈 개구부내 모든 점의 위상 φ를 설명한다.
바람직한 실시예에서, 본 발명에 따르는 회절 소자의 표면 함수는 적어도 방사 대칭성을 가지는 제 2 위상 함수(예컨대, 콘형 위상 함수)에 결합된 각도 대칭성을 가지는 제 1 위상 함수(예컨대, 나선형 위상 함수)를 포함한다. 예컨대, 표면 함수는 다음과 같이 표시될 수 있다.
나선형 위상 함수는 다음과 같이 표시될 수 있다.
여기서, 'ms'는 -INF 내지 +INF의 실수이며, 이는 개구부 중앙을 둘러싸는 원을 지남에 따라 위상이 얼마나 빨리 변화하는지 나타낸다.
콘형 위상 함수는 다음과 같이 표현될 수 있다.
여기서, 'mc'는 -INF 내지 +INF의 실수이며, 이는 개구부의 중앙으로부터의 방사선을 지남에 따라 위상이 얼마나 빨리 변화하는지 나타낸다. ρ는 정규화된 방사 좌표로서 개구부의 에지에서 1과 같고 개구부의 중앙에서 0과 같다.
이전에 언급된 바와 같이, 다른 위상 함수 또는 위상 항들이 전술된 표면 함수에 부가되어 회절 소자의 광학 특성을 더 보여줄 수 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따르는 전송 렌즈를 위한 섬유 및 피드백 평면에서 시뮬레이트된(simulated) 배광 및 멀티 모드 레이저 소스(예컨대, 멀티모드 VCSEL 소스)를 위한 종래 기술의 전송 렌즈 설계를 도시하고 있다.
도 5는 적합한 발진 조절을 도시하는 본 발명의 전송 렌즈에 관한 스폿 도면이다. 본 발명의 전송 렌즈는 매우 효율적인 결합을 제공하며 또한 섬유의 중앙을 피해간다는 점에 주의해야 한다. 구체적으로, 회절 표면(150)은 광섬유로부터 발진된 광선이 광섬유의 축 상에서 또는 코어 클래딩 인터페이스에서 굴절률 이상을 일으키지 않도록 적합한 발진 조절을 제공한다. 도 6은 본 발명의 전송 렌즈에 관하여 반사 관리를 도시하기 위한 스폿 도면이다. 본 발명의 전송 렌즈는 광원으로부터 반사되어 나오는 광선을 관리함으로써 매우 좋은 피드백 관리를 제공한다.
도 7은 종래 기술의 전송 렌즈에 관한 스폿 도면으로서 섬유의 축을 따라서 발진된 에너지 증가를 보여준다. 도 5와 달리, 종래 기술의 전송 렌즈는 보다 허술한 발진 조절을 제공하여 광섬유 케이블의 중앙으로 발진된 에너지가 더 많다. 전술된 바에 따르면, 그 내부의 제조 결점이 시스템 대역폭에 역효과를 가져오며 대역폭을 감소시킬 수 있기 때문에 중앙으로 에너지를 발진하는 것은 바람직하지 않다.
도 8은 종래 기술의 전송 렌즈에 관한 허술한 반사 관리를 도시하는 스폿 도면이다. 도 6과 달리, 종래 기술의 전송 렌즈는 보다 허술한 반사 관리를 제공하여 광원으로 다시 반사되는 광선이 더 많다. 결과적으로, 피드백을 허술하게 관리함으로 인하여 광원이 안정성 문제를 일으킬 수 있다.
전술된 명세서에서, 본 발명은 그 특정 실시예와 관련되어 설명되었다. 그러나, 본 발명의 더 넓은 범위내에서 다양한 변형 및 변화가 이루어질 수 있음은 명백하다. 따라서, 본 명세서 및 도면은 제한적인 것이 아니라 단지 설명을 위한 것일 뿐이다.
예컨대, 본 발명에 따르는 회절 소자는 멀티 모드 레이저로부터 광섬유 매체로 발진하는 광선과 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 회절 소자는 많은 다양한영역의 많은 다른 애플리케이션에도 적용될 수 있다. 본 발명의 회절 소자는 광선이 복잡한 광선 분포를 가지는 광원으로부터 또 다른 광전도 매체로 결합될 필요가 있는 임의의 애플리케이션에 유익하다. 예컨대, 본 발명의 회절 소자는 두 개의 멀티모드 섬유 사이에서 광선을 전송하는데 이용될 수 있다.
본 발명은 적합한 멀티 모드 섬유 발진 및 반사 관리를 제공하는 회절 광학 소자를 제공한다.

Claims (10)

  1. 광원(light source)을 광전도 매체(light conducting medium)에 결합하는 회절 전송 렌즈(diffractive transfer lens)(140)로서,
    표면 함수(surface function)- 상기 표면 함수는 각도 대칭성(angular symmetry)을 갖는 제 1 위상 함수와, 방사 대칭성(radial symmetry) 및 첨점 영역(cusp region)을 갖는 제 2 위상 함수를 포함함 -에 의하여 정의되는 회절 표면(160)을 포함하는
    회절 전송 렌즈(140).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 위상 함수는 나선형(spiral) 위상 함수이며, 상기 제 2 위상 함수는 콘형(cone) 위상 함수인
    회절 전송 렌즈(140).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 나선형 위상 함수는- 상기 'ms'는 위상이 개구부(aperture)의중앙을 둘러싸는 원을 지남에 따라 얼마나 빨리 변화하는지를 나타내는 실수임 -로 표현될 수 있으며,
    상기 콘형 위상 함수는- 상기 'mc'는 위상이 개구부의 중앙으로부터의 방사선(radial line)을 지남에 따라 얼마나 빨리 변화하는지는 나타내는 실수임 -로 표현될 수 있는
    회절 전송 렌즈(140).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 ms는 3과 같고, 상기 mc는 -2와 같은
    회절 전송 렌즈(140).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유의 종단부(end)로부터 반사되어 나온 광선이 상기 레이저에 의하여 방출된 위치로 전송되지 않도록 상기 전송 렌즈가 반사 관리(reflection management)를 제공하는
    회절 전송 렌즈(140).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유로 발진된(launched) 광선이 상기 광섬유 축을 따라 굴절률 이상(index anomalies)을 일으키지 않도록 상기 전송 렌즈가 적합한 발진 조절(favorable launch conditioning)을 제공하는
    회절 전송 렌즈(140).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광선을 상기 광섬유 상에 초점 맞추도록 하는 광학 표면(optical surface)을 더 포함하되, 상기 회절 표면이 광원으로부터 발사된 광선을 수신하고 시준하는
    회절 전송 렌즈(140).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원을 하우징하는(housing) 패키징(packaging)을 더 포함하되, 상기 회절 표면이 상기 하우징내에 배치되는
    회절 전송 렌즈(140).
  9. 광섬유에 결합하기 위한 광학 모듈(optical module)로서,
    광선을 방출하는 레이저(110)와,
    상기 레이저에 의하여 상기 광섬유로 방출된 광선을 전송하는 전송 렌즈(140)를 포함하되,
    상기 전송 렌즈는
    표면 함수- 상기 표면 함수는 적합한 발진 조절 및 반사 관리를 제공하기 위하여 제 2 위상 함수와 결합된 제 1 위상 함수를 포함함 -에 의하여 정의된 회절 표면(160)을 포함하는
    광학 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 위상 함수는 각도 대칭성을 가지며,
    상기 제 2 위상 함수는 방사 대칭성 및 불연속적 기울기(discontinuous slope)를 가지는 첨점 영역을 가지는
    광학 모듈.
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