KR20030086153A - 광섬유 결합부 가공방법 및 상기 방법으로 제조되는 광섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 결합부 가공방법 및 상기 방법으로 제조되는 광섬유에 관한 것으로서, 종래 광부품이나 광섬유와 결합하는 결합부는 효율이 떨어지거나 그 효율을 높이기 위하여 구조가 복잡하고 부피가 증가하던 문제를 해결하여 효율을 높이고 접합부의 부피를 줄이고 단순구조로 결합하도록 하기 위하여 개발된 것으로,

광부품이나 광섬유와의 접속에서 결합효율을 높이기 위하여 가공되는 광섬유 결합부 가공방법에 있어서, 일 끝단의 코어에 열을 가하여 상기 코어를 클래드까지 확산시킨 코어확산과정과, 상기 코어확산과정을 마친 끝단에 렌즈를 형성하는 렌즈형성과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 광섬유 결합부 가공방법과,

중심부의 코어와 상기 코어를 둘러싼 클래드로 구성되어 광부품이나 광섬유와의 접속에서 결합효율을 높이기 위하여 끝단이 가공되는 광섬유에 있어서, 상기 광섬유의 끝단은 상기 코어가 확산되는 코어확산부와, 상기 코어확산부와 끝단에 형성된 렌즈부로 구성됨을 특징으로 하는 광섬유에 관한 것이다.

Description

광섬유 결합부 가공방법 및 상기 방법으로 제조되는 광섬유{The joint part manufacturing method of optical fiber and that make out of the above statement}

본 발명은 광섬유 결합부 가공방법 및 상기 방법으로 제조되는 광섬유에 관한 것으로서, 좀더 상세하게 설명하면 종래 광부품이나 광섬유와 결합하는 결합부는 효율이 떨어지거나 그 효율을 높이기 위하여 구조가 복잡하고 부피가 증가하던 문제를 해결하여 효율을 높이고 접합부의 부피를 줄이고 단순구조로 결합하도록 하기 위하여 개발된 광섬유 결합부 가공방법 및 상기 방법으로 제조되는 광섬유에 관한 것이다.

일반적으로 광부품이나 광섬유끼리의 결합에서 에너지의 손실을 최소화하고 올바른 신호를 전달하는 것이 최우선 과제로 인식되고 있으며 이는 결합부에서 반사 또는 경로의 어긋남으로 인한 손실 등이 일어나며 아주 작은 손실에도 정밀한 신호를 송수신하는 광통신에서 그 영향을 무시할 수 없기 때문이다.

상기와 같은 것을 방지하기 위한 종래의 기술로는 코어확대 광섬유를 사용하지 않은 기존의 광섬유 말단부에 기계적인 가공이나 레이저를 이용하여 렌즈를 직접 가공하는 방법, 광섬유 말단부에 볼렌즈나 그린로드렌즈를 장착하는 방법이 대표적으로 사용되고 있다.

상기 광섬유 말단부에 기계적인 가공이나 레이저를 이용하여 렌즈를 직접 가공하는 방법은 특허공개 제 1999-061838호 및 특허등록 제 100155393호의 예에서 각각 나타나 있으나, 일반적인 레이저로는 가공시 표면조도가 깨끗하지 못하여 반사 또는 산란으로 인하여 의도한 바의 효과를 얻기에 부족한 면이 있는 실정이다.

또한 도 4는 종래 광섬유 말단부에 볼렌즈나 그린로드렌즈를 장착하는 방법을 나타낸 단면도로서, 일측으로 광섬유(1)가 삽입되고 내측의 상기 광섬유(1)의 끝단 전방에는 결합렌즈(3)가 인접하여 장착된 케이스(2)를 나타내었다.

또한 상기 광섬유(1)와 결합렌즈(3)는 비접촉식으로 정렬되므로 공기와의 굴절률차이에서 오는 손실을 최소화하기 위하여 각각 무반사코팅층(11,31)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

하지만 상기와 같이 결합렌즈(3)를 장착하는 종래의 방법은 결합부의 구조가 복잡하고 부피가 증가하게 되는 문제점을 가지고 있다.

또한 상기 결합렌즈(3)가 볼렌즈일 경우 광섬유 말단면에 볼렌즈를 고정시키기 위한 오목한 면을 가지도록 식각시킨 후 볼렌즈를 접합하도록 하고 있다.

그러나, 통상적으로 광섬유의 식각 비율이 매번 변화하여 그 결과 시험식각이 필요하고 이에 따른 최적 용액 농도와 식각 시간을 결정하여 최적화 시켜야하며, 이러한 요소를 최적화 시킨다고 해도 식각된 부분이 광섬유 코어에 대하여 동심이 아닐 수 있어 결합효율이 떨어지는 문제점이 있다.

또한 일부에서는 말단부의 코어가 확장된 광섬유를 사용하여 어느 정도 오차에도 높은 효율을 얻을 수 있는 효과가 있으나 코어의 확장은 일반적으로 열을 가하여 이루어지므로 취성이 높아져 일반적인 가공이 불가능하여 이경우 도 4의 예와 같은 렌즈부를 가지도록 하는 것이 일반적이었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 발명된 것으로서 그 목적은 광부품이나 광섬유와의 결합에도 높은 에너지 전달 효율을 가지는 결합부를 제공하는데 있다.

또한 높은 취성을 가진 코어확장부를 용이하게 가공하여 구조가 간단하고 부피가 적은 결합부를 제공하는데 있다.

또 결합렌즈를 포함하는 결합부에서 반사나 산란에 의한 에너지 손실을 최소화 할 수 있는 결합부를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광부품이나 광섬유와의 접속에서 결합효율을 높이기 위하여 가공되는 광섬유 결합부 가공방법에 있어서, 일 끝단의 코어에 열을 가하여 상기 코어를 클래드까지 확산시킨 코어확산과정과, 상기 코어확산과정을 마친 끝단에 렌즈를 형성하는 렌즈형성과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 광섬유 결합부 가공방법과,

중심부의 코어와 상기 코어를 둘러싼 클래드로 구성되어 광부품이나 광섬유와의 접속에서 결합효율을 높이기 위하여 끝단이 가공되는 광섬유에 있어서, 상기 광섬유의 끝단은 상기 코어가 확산되는 코어확산부와, 상기 코어확산부의 끝단에 형성된 렌즈부로 구성됨을 특징으로 하는 광섬유에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유를 나타낸 부분 절개도

도 2는 본 발명의 다른 실시 예를 나타낸 단면도

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타낸 단면도

도 4는 종래 광섬유 말단부에 볼렌즈나 그린로드렌즈를 장착하는 방법을 나타낸 단면도

<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 광섬유

11 : 무반사코팅층 12 : 코어

13 : 클래드 14 : 코어확산부

2 : 케이스

3 : 결합렌즈

31 : 그린로드렌즈 32 : 볼렌즈

4 : 렌즈부

이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현 할 수 있도록 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유를 나타낸 부분 절개도로서, 광부품이나 광섬유와의 접속에서 결합효율을 높이기 위하여 가공되는 광섬유 결합부가공방법에 있어서, 일 끝단의 코어에 열을 가하여 상기 코어(12)를 클래드(13)까지 확산시킨 코어확산과정과, 상기 코어확산과정을 마친 끝단에 렌즈를 형성하는 렌즈형성과정으로 이루어지는 광섬유 결합부 가공방법으로 제작되며 특히 상기 렌즈형성과정은 펨토초 레이저를 이용하여 상기 코어확산과정을 마친 끝단을 렌즈의 형상으로 가공함으로 이루어지는 광섬유 결합부 을 나타내었다.

이의 구성은 중심부의 코어(12)와 상기 코어(12)를 둘러싼 클래드(13)로 구성되어 광부품이나 광섬유와의 접속에서 결합효율을 높이기 위하여 끝단이 가공되는 광섬유에 있어서, 상기 광섬유(1)의 끝단은 상기 코어(12)가 확산되는 코어확산부(14)와, 상기 코어확산부(14)의 끝단에 형성된 렌즈부(4)로 구성됨을 특징으로 하며 상기 코어확산부(14)는 일측은 일정 곡선을 가진 렌즈부(4)로 이루어지며 타측은 코어(12)의 일 중심에 꼭지점을 가진 원뿔형태로 이루어짐을 나타내었다.

본 발명에서 상기 코어(12)의 확산은 열을 가함으로 이루어지며 그 끝단을 렌즈부(4)로 가공할 때 펨토초 레이저를 이용하면 취성이 높은 부분이더라도 열의 전도보다 빠른 극초단파인 펨토초 레이저는 재료의 손상이 없이 정밀 가공이 가능하게 될 것이다.

따라서 코어확산부(14)에 의하여 신호는 코어(12)로 집중되도록 하며 끝단에 가공된 렌즈부(4)와 더불어 효율을 획기적으로 높일 수 있는 수단이 될 것이다.

또한 렌즈부(5)가 일체로 성형됨으로서 상호 연결을 위한 복잡한 구조의 케이스와 무반사코팅층을 필요로 하지 않아 구조가 간단해지고 이에 따른 시공상 어려움과 불량률이 감소하게 된다.

좀더 구체적인 제조방법의 일 예를 들어 설명하면 코어확대 광섬유는 코어와 클래드의 굴절률 차이를 두기 위해 첨가하는 도핑제인 게르마늄을 코어에 고농도로 첨가시킨 광섬유를 사용하며, 열을 가해 게르마늄을 클래드 층까지 확산시켜 코어와 같은 굴절률을 가지게 만들어 코어를 확대하는 방법을 사용하여 대략 40㎛까지 확대시킬 수 있으며 상기 게르마늄을 클래드에도 고농도로 첨가하고 코어에는 더 많은 농도의 게르마늄을 첨가한 특수 광섬유의 코어 클래드 굴절률 차이가 0.3% 이상 되도록 만들어진 경우 코어확대를 50㎛이상 시킬 수 있다.

그리고 상기와 같은 방법으로 제조된 코어확대 광섬유를 펨토초 레이저를 이용하여 그 말단부를 직접 가공하여 렌즈를 가공하게 되며 이때 코어확대 광섬유는 xyz 경사 마이크로 구동 스테이지 위에 고정시키며 레이저로 가공하기 전후 위치확인 및 가공중의 형상은 레이저와 동축에 있는 CCD카메라를 이용하여 고배률 화면과 저배율 화면을 동시에 직접 모니터링하며 컴퓨터를 이용하여 미세조정을 하게 된다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예를 나타낸 단면도로서, 상기 렌즈 형성과정은 상기 코어확산과정을 마친 끝단에 결합렌즈(3)를 위치하고 레이저로 용융시키며 압력을 가해 접합하는 용융접합으로 이루어지며 상기 렌즈부(4)는 상기 코어확산부(14)의 전방에서 용융접합되는 통상의 그린로드렌즈(31)로 이루어지는 예를 나타내었다.

즉 본 발명에 따라 결합렌즈(3)를 직접 접착함으로 인하여 공기 중을 통과하여 굴절 산란 또는 반사에 의하여 효율이 떨어지는 문제점을 해결할 수 있도록 하였으며 상기와 같이 결합렌즈(3)를 레이저 용융접합방법을 이용하여 직접 접합시키는 경우에는 xyz 경사 마이크로 구동 스테이지를 이용하여 결합렌즈와 코어확대 광섬유의 광축을 서로 일치시켜 접촉을 시킨 후에 그 경계면에 레이저를 주사하고 종방향으로 약 0.5kgf의 압력을 가하면서 웰딩하여 렌즈를 제조하는 것이 바람직한 실시 예일 것이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예를 나타낸 단면도로서, 상기 렌즈부(3)는 상기 코어확산부(14)의 전방에서 용융접합되는 볼렌즈(32)로 이루어짐을 나타내었다.

이는 신호와 전달 방향의 특성에 따라 결합렌즈의 종류를 선택하고 또는 일체로된 렌즈부(4)를 선택 할 수 있으며 상기 볼렌즈(32)의 접합하는 방법은 상술한 그린로드렌즈의 접합과 같은 방법으로 접합이 가능할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 광부품이나 광섬유와의 결합에도 높은 에너지 전달 효율을 가지는 결합부를 제공하여 복잡한 장치에서도 손실을 최소화하여 정확하고 선명한 신호의 전달이 가능하도록 하는 효과가 있다.

또한 높은 취성을 가진 코어확장부를 펨토초 레이저를 이용 용이하게 가공하여 렌즈부를 일체로 가공할 수 있어 코어확장 광섬유에 별도의 렌즈를 결합할 필요가 없어 구조가 간단해지고 부피가 감소하는 효과가 있다.

또 필요에 따라 결합렌즈를 포함하는 결합부에서 반사나 산란에 의한 에너지 손실을 최소화하는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 광부품이나 광섬유와의 접속에서 결합효율을 높이기 위하여 가공되는 광섬유 결합부 가공방법에 있어서, 일 끝단의 코어(12)에 열을 가하여 상기 코어(12)를 클래드(13)까지 확산시킨 코어확산과정과, 상기 코어확산과정을 마친 끝단에 렌즈를 형성하는 렌즈형성과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 광섬유 결합부 가공방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈형성과정은 펨토초 레이저를 이용하여 상기 코어확산과정을 마친 끝단을 렌즈의 형상으로 가공함으로 이루어짐을 특징으로 하는 광섬유 결합부 가동방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈형성과정은 상기 코어확산과정을 마친 끝단에 결합렌즈(3)를 위치하고 레이저로 용융시키며 압력을 가해 접합하는 용융접합으로 이루어짐을 특징으로 하는 광섬유 결합부 제조방법.
4. 중심부의 코어(12)와 상기 코어(12)를 둘러싼 클래드(13)로 구성되어 광부품이나 광섬유와의 접속에서 결합효율을 높이기 위하여 끝단이 가공되는 광섬유(1)에 있어서, 상기 광섬유(1)의 끝단은 상기 코어(12)가 확산되는 코어확산부(14)와, 상기 코어확산부(14)의 끝단에 형성된 렌즈부(4)로 구성됨을 특징으로 하는 광섬유.
5. 제 4항에 있어서, 상기 코어확산부(14)는 일측은 일정 곡선을 가진 렌즈부(4)로 이루어지며 타측은 코어(12)의 일 중심에 꼭지점을 가진 원뿔형태로 이루어짐을 특징으로 하는 광섬유.
6. 제 4항에 있어서, 상기 렌즈부(4)는 상기 코어확산부(14)의 전방에서 용융접합되는 통상의 그린로드렌즈(31)로 이루어짐을 특징으로 하는 광섬유.
7. 제 4항에 있어서, 상기 렌즈부(4)는 상기 코어확산부(14)의 전방에서 용융접합되는 볼렌즈(32)로 이루어짐을 특징으로 하는 광섬유.