KR200255298Y1 - 원통형 페룰을 이용한 광섬유 배열소자 - Google Patents

Abstract

본 고안은 광섬유를 2차원 1×N형(7), 3차원 N×M형(8)으로 배열 고정하기 위한 광섬유 배열소자에 관한 것이며 1×N형, 3차원 N×M형 광섬유 배열소자는 광섬유를 고정할 수 있는 N, N×M개의 구멍이나 V-홈이 필요한데 각 홀들의 직경오차가 ±0.001mm, 홀간의 중심간 오차도 ±0.001mm이내의 정밀도를 요구한다. 이러한 배열소자를 구현하기 위해서는 신뢰성이 높은 고정밀의 가공방법과 가공기계 및 측정방법이 요구되며 현재의 기술수준은 한가닥의 광섬유를 정렬 고정해 주는 1차원 단심 페룰(1)은 상용화된 기술이며 2차원 1×N형(7)의 경우 몇몇 해당 기업들이 상용화 수준으로 진입하고 있으나 3차원 N×M형(8)의 경우에는 극히 소수만이 개발단계에 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 고안에서는 2차원 1×N형(7), 3차원 N×M형(8)의 광섬유 배열소자를 구현함에 있어 1차원의 요구 정밀도만으로 구현할 수 있음이 가장 큰 장점이다. 즉, 외경의 가공 공차와 내경의 치수 정밀도가 공히 ±0.001mm를 만족하는 가운데가 관통된 원통형의 원기둥(1)-광커넥터의 페룰-을 이용하여 2차원 1×N형(7), 3차원 N×M형(8)의 광섬유 배열소자를 제작 구현할 수 있다. 가운데가 광섬유가 삽입될 수 있는 원기둥(1)의 직경의 정수배의 길이를 갖는 구조물 내에 원기둥(1)을 1×N 혹 N×M형(8)으로 적절하게 배치한 후 원기둥과 원기둥 사이와 원기둥과 이를 둘러싸고 있는 구조물(3) 사이를 적절하게 구현된 재질(4)로 채우면 1×N 혹은 N×M형(8)의 광섬유 배열소자를 제작 구현할 수 있다. 구조물(3)내부에 정밀도가 확보된 원통형 원기둥(1)들을 (X,Y) 양방향으로 적절하게 배치하면 전체의 정밀도를 만족한 상태를 얻을 수 있다. 이를 수학적 모델로 표현하면 정밀도를 만족한 경우 1(정밀도가 확인된 제품)로 나타내고 이를 연속적인 형태로 보면 1*1*1*…*1=1의 관계가 성립하지만 임의의 위치에 요구되는 정밀도를 만족하는데 0.99 확률을 가지는 공법으로 8×8=68개의 홀을 갖는 광섬유 배열소자를 성공적으로 제작할 수 있는 확률은 0.504 밖에 되지 않는 모델이다. 즉 1% 오차 기술을 갖는 기술로 8×8 광섬유 배열소자를 만들면 절반은 정밀도 불량의 불량품이 된다. 본 고안은 하나의 기판에 N개 혹은 N×M개의 홀을 요구된 가공정밀도로 제작하기가 힘드나 완전하게 상품화된 원기둥(1)을 사용하여 2차 3차 광섬유 배열소자를 용이하게 구현할 수 있는 점이 장점이다.

Description

원통형 페룰을 이용한 광섬유 배열소자{ Fiber Array within the Optical ferrules for Single fiber Optical Connector}

본 고안은 광섬유를 2차원 및 3차원적으로 정밀하게 배열하기 위한 소자를 용이하게 구현하는 것이다. 일반적으로 광섬유를 일정한 위치로 정렬하기 위해서는 정밀하게 가공된 기구물을 사용한다. 왜냐면 광섬유의 직경이 0.125mm로 이를 직접적으로 탈착을 원하는 형태로 하기에는 너무 작아서 광섬유를 내부에 결합하여 광섬유를 정렬해 주는 보조 기구물을 이용한다. 물론 이러한 기구물은 정밀도가 매우 우수해야한다. 대표적인 것으로는 한 가닥의 광섬유를 배열하는 1차원 광커넥터용 페룰(Ferrule)과 여러 가닥의 일렬적 배열인 2차원(1×N) V-Groove 그리고 3차원의 광섬유 배열소자가 있는데 이 중 본 고안에서 페룰(1)이라 함은 하나의 광섬유를 사용하는 원기둥(1)형 단심 페룰(1)을 일컫고 다심 광커넥터에서 말하는 리본 형태 및 복수의 광섬유를 사용하는 4, 8, 16심의 페룰(MT커넥터용 페룰이 대표적임)은 2차원 페룰이라 구분하고자 한다. 현재 단심용 페룰(1)은 세라믹을 매우 정밀하게 가공한 것으로 길이 12.5mm, 직경 2.5mm 혹 1.25mm의 외경을 갖는 원통형인데 이의 가운데는 광섬유가 삽입될 수 있도록 광섬유 직경보다 다소 큰 0.126 혹 0.127mm 직경의 구멍이 있다. 이러한 페룰(1)의 가공 정밀도는 외경과 내경의 치수 정밀도와 함께 외내경 간의 편심 또한 ±0.001mm를 넘지 않아야 한다. 이렇게 엄격한 가공규격을 요구하는 것은 전기적 신호를 전달하는 전기 케이블과는 달리 빛의 신호를 전달하는 광섬유가 갖는 특성으로, 광섬유 중심에 있는 빛의 신호가 통과하는 부분(코어)의 직경이 0.008∼0.01mm로 매우 작기 때문에 엄격한 가공 정밀도 없이는 손실이 너무 커져 사용이 불가능하게 되기 때문이다. 하나의 광섬유를 사용하는 원통형 페룰(1)에도 이렇게 엄격한 가공 정밀도가 요구되는데 복수의 광섬유를 사용하는 페룰에서는 더욱 엄격한 가공 정밀도가 요구된다. 즉, 사용되는 모든 광섬유마다 단심형태의 정밀도가 요구됨으로 N개의 광섬유(2)를 사용하는 페룰 또는 배열소자는 각 광섬유(2)의 정렬조건을 모두 만족해야 하기 때문이다. 2차원의 광섬유 배열소자는 현재 실리콘이나 유리 혹 Quartz기판을 화학적 에칭법이나 기계적 가공방법으로 구현하고 있다. 여기서 2차원이라 함은 기판상에 일렬로 만들어 진 것으로 수학적 행렬형태로 표현하면 1×N 형태이다. 현재의 기술로는 1×16 정도가 상용수준이며 그 이상은 1×16 제품을 잇대 사용하고 있다. 그러나 현재 3차원 N×M형(8)의 경우에는 극히 소수만이 개발단계에 있는 것으로 알려져 있다. 그래서 국내는 물론이고 선진외국에서도 2차원제품들을 적층하여 3차원화한 제품도 선 보이고 있으나 정밀도나 외부형태에 자유롭지 못한 한계점이 있다. 이렇게 3차원 제품을 구현하기가 어려운 점은 하나의 기판상에 N×M형태의 구멍들을 0.126mm의 직경과 각 홀 중심간 Pitch 오차가 공통적으로 ±0.001mm의 가공정밀도를 구현하기가 어렵기 때문이다.

이러한 이유로 인해 통신, 천체광학 및 Bio산업 등 많은 수요가 있음에도 불구하고 상용화가 되지 못한 문제점이 있다.

본 고안은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서 본 고안이 갖는 특징으로는 2차 혹 3차원 광섬유 배열소자를 구현함에 광섬유 배열소자가 요구하는 요구정밀도를 만족치 않으면서 기확보된 1차원 정렬수단-가운데가 관통된 원기둥-과 정밀하게 제작된 외부 구조물(3)을 이용하여 2차 혹 3차원 광섬유 배열소자를 제작함에 있다. 이를 위해 가운데가 관통된 하나 혹은 복수의 원기둥(1)들과 이들을 둘러싸고 있는 구조물(3)을 이용함으로 임의의 대상에 1×N, 혹 N×M 개의 구멍들을 구현함에 요구되는 가공수준을 만족하지 않고도 2차원 및 3차원 광섬유 배열소자를 구현할 수 있다. 즉, 외경의 가공 공차와 내경의 치수 정밀도가 공히 ±0.001mm를 만족하는 가운데가 관통된 원통형의 원기둥(1)-광커넥터의 페룰-을 이용하여 2차원 1×N형(7), 3차원 N×M형(8)의 광섬유 배열소자를 제작 구현할 수 있다. 가운데가 광섬유가 삽입될 수 있는 원기둥(1)의 직경의 정수배의 길이를 갖는 구조물 내에 원기둥(1)을 1×N 혹 N×M형(8)으로 적절하게 배치한 후 원기둥과 원기둥 사이와 원기둥과 이를 둘러싸고 있는 구조물(3) 사이를 적절하게 구현된 재질(4)로 채우면 1×N 혹은 N×M형(8)의 광섬유 배열소자를 제작 구현할 수 있다. 구조물(3)내부에 정밀도가 확보된 원통형 원기둥(1)들을 (X,Y) 양방향으로 적절하게 배치하면 전체의 정밀도를 만족한 상태를 얻을 수 있다.

도1은 가운데가 관통된 원기둥을 이용한 정밀 광섬유 배열소자.

도2는 가운데가 관통된 원기둥과 이들을 둘러싸고 있는 구조물을 이용한 정밀 광섬유 배열소자의 제조방법

도3은 가운데가 관통된 1차원 광섬유 배열을 위한 원기둥

도4는 V홈을 이용한 2차원(1×N) 광섬유 배열소자

도5는 원기둥들과 구조물로 이루어진 3차원 배열소자

도6은 중심간 거리 변동을 위해 평판형 간격자를 사용해 제작한 일례

도7은 가운데 관통된 임의형상을 이용한 광섬유 배열소자의 일례

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1. 가운데가 관통된 원기둥 2. 광섬유

3. 구조물 4. 충진재

5. 내경 6. 외경

7. 2차원 광섬유 배열소자 8. 3차원 광섬유 배열소자

9. V-groove 기판 10. 평판형 간격자

11. 충진 수단

상기의 목적을 달성할 수 있는 본 고안의 3차원 광섬유 배열소자는 가운데가 관통된 하나 혹은 복수의 원기둥(1)들, 이들을 외곽으로 둘러싸고 최종 외곽모양을 결정하는 구조물(3), 원기둥(1)들 사이의 여백과 원기둥과 외곽 구조물 사이의 여백을 채워주는 충진재(4), 적절한 온도와 압력으로 구조물(3)내의 좁은 여백 부분에 충진재를 골고루 채워 줄 수 있는 수단으로 구성된 것이 그 특징이다.

이하 본 고안을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 가운데가 관통된 원기둥과 구조물, 그 사이 여백을 채우는 재질로 구현한 3차원 정밀 광섬유 배열소자이고.

도2는 가운데가 관통된 원기둥과 이들을 둘러싸고 있는 구조물, 구조물 내부 여백을 적절한 온도와 압력으로 수단을 이용한 정밀 광섬유 배열소자의 제조방법을

도3은 가운데가 관통된 1차원 광섬유 배열을 위한 원기둥이고

도4는 V홈을 이용한 2차원(1×N) 광섬유 배열소자이고

도5는 원기둥들과 구조물로 이루어진 3차원 배열소자이며

도6은 중심간 거리 변동을 위해 평판형 간격자를 사용해 제작한 일례를 나타내었으며

도7은 가운데 관통된 임의형상을 이용한 광섬유 배열소자의 일례이다.

도1에서의 3차원 N×M형 광섬유 배열소자를 구현함에 있어 앞서 기술한 것처럼 하나의 평면상에 직접적으로 NM개의 광섬유 정렬 구멍을 구현치 않고 도5에서처럼 가공정밀도를 만족하는 원기둥(1)을 구조물(3)의 내부에 설치한다. 이때 적절한 압력을 인가하여 서로 맞닿은 원기둥간에 수평 및 수직방향에서 어떠한 틈도 발생치 않도록 하는 것이 중요하다. 왜냐면 각각의 원기둥들은 내외경에 대한 가공정밀도가 만족한 상태에서 원기둥 사이에 틈이 발생한다면 다른 광섬유 중심간에 오차로 나타나기 때문이다. 구조물(3)내부에 적절하게 원기둥(1)이 배치되면 도2에서처럼 적절한 온도와 압력으로 구조물 내부에 충진재(4)가 유입되고 일정시간이 경과하면 내부의 원기둥을 포함한 3차원 광섬유 정렬소자를 제작할 수 있다. 이때 구조물 내부로 흘러가는 물질은 초기에는 유동성을 갖고 나중에는 경화되어 원하는 형태와 모양을 갖도록 하는 재질이어야 하고 또한 구조물(3)내부에 좁은 틈(수평 수직방향이 아닌 모든 방향에서의 원기둥간 틈)에 충진재가 완전하게 침투하기 위해서는 도2에서처럼 적절한 가압수단이 요구된다.

이상 설명한 것과 같이 본 고안은 광섬유를 2차원 1×N형(7), 3차원 N×M형(8)으로 배열 고정하기 위한 광섬유 배열소자에 관한 것이며 1×N형, 3차원 N×M형 광섬유 배열소자는 광섬유를 고정할 수 있는 N, N×M개의 구멍이나 V-홈이 필요한데 각 홀들의 직경오차가 ±0.001mm, 홀간의 중심간 오차도 ±0.001mm이내의 정밀도를 요구한다. 이러한 배열소자를 구현하기 위해서는 신뢰성이 높은 고정밀의 가공방법과 가공기계 및 측정방법이 요구되며 현재의 기술수준은 한가닥의 광섬유를 정렬 고정해 주는 1차원 단심 페룰(1)은 상용화된 기술이며 2차원 1×N형(7)의 경우 몇몇 해당 기업들이 상용화 수준으로 진입하고 있으나 3차원 N×M형(8)의 경우에는 극히 소수만이 개발단계에 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 고안에서는 2차원 1×N형(7), 3차원 N×M형(8)의 광섬유 배열소자를 구현함에 있어 1차원의 요구 정밀도만으로 구현할 수 있음이 가장 큰 장점이다. 즉, 외경의 가공 공차와 내경의 치수 정밀도가 공히 ±0.001mm를 만족하는, 가운데가 관통된 원통형 하나 혹은 다수개의 원기둥(1)을 이용하여 2차원 1×N형(7), 3차원 N×M형(8)의 광섬유 배열소자를 제작 구현할 수 있다. 가운데가 광섬유(2)가 삽입될 수 있는 원기둥(1)의 직경의 정수배의 길이를 갖는 구조물(3) 내에 원기둥(1)을 1×N 및 N×M형(8)으로 적층한 후 원기둥과 원기둥 사이와 원기둥과 이를 둘러싸고 있는 구조물(3) 사이를 적절하게 구현된 충진재(4)로 채우면 1×N 혹은 N×M형(8)의 광섬유 배열소자를 제작 구현할 수 있다. 본 고안은 하나의 기판에 N개 혹은 N×M개의 홀을 요구된 가공정밀도로 제작하기가 매우 힘드나 완전하게 상품화된 원기둥(1)을 사용함으로 용이하게 구현할 수 있는 점이 장점이다.

Claims (9)

1. 2차원 1×N형(7) 혹은 3차원 N×M형(8)의 광섬유 배열소자에 있어 가운데가 관통된 원기둥(1)과 원기둥과 원기둥 사이, 원기둥과 구조물사이의 빈 공간을 채워주는 재질(4), 원기둥 전체를 둘러싸고 전체 외곽의 모양을 결정하는 구조물(3)로 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 배열소자.
2. 제1항에 있어서 원기둥(1) 중심간의 거리를 적절히 가변하고 각 원기둥의 오차의 합으로 나타나는 것을 막기 위해 원기둥 사이에 적절하게 가공된 평판형 간격자(10)을 사용한 것을 특징으로 하는 광섬유 배열소자.
3. 제1항에 있어서 원기둥(1) 중심간의 거리를 적절히 가변하기 위해 가운데 홀을 둘러싸고 있는 원기둥(1)의 외부면을 변형시킨 것을 특징으로 하는 광섬유 배열소자.
4. 제1항에 있어서 원기둥(1)과 원기둥 사이 및 원기둥과 구조물(3) 사이를 초기에 액체상태로 채우나 시간의 경과 후 고체화되는 재질(4)을 사용한 것을 특징으로 하는 광섬유 배열장치.
5. 제1항에 있어서 여러 개의 원기둥(1)을 둘러싸고 있는 구조물(3) 내부를 적정한 온도와 압력으로 채우는 수단을 사용하는 것을 특징으로 하는 광섬유 배열소자.
6. 제1항에 있어서 원기둥(1)이 구조물(3) 내부에 설치되기 전에 광섬유를 결합한 뒤 적절한 수단으로 광섬유 단면을 연마하여 광섬유 배열소자 상태에서는 연마를 필요치 않는 것을 특징으로 하는 광섬유 배열소자.
7. 제1항에 있어서 가운데 관통된 임의형상의 구조물(3)과 이를 둘러싸고 있는 구조물 및 그 내부를 채워주는 재질(4)로 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 배열소자.
8. 제1항에 있어서 가운데가 관통된 임의 형상의 구조물(3) 끝에 미소 렌즈를 부착하여 광신호가 용이하게 입출될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 광섬유 배열소자.
9. 제1항에 있어서 광섬유 배열소자를 포함하는 외부 형상에 적절한 장치를 설치하여다수개의 광선로의 연결 및 분리기능을 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 배열소자.