KR20040015329A - 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터 및 그 혼성 광섬유 확장광선 커넥터의 제작 방법과 사용 방법 - Google Patents

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KR20040015329A KR10-2004-7000095A KR20047000095A KR20040015329A KR 20040015329 A KR20040015329 A KR 20040015329A KR 20047000095 A KR20047000095 A KR 20047000095A KR 20040015329 A KR20040015329 A KR 20040015329A
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lenticular
fiber
hybrid
lenticular optical
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래리 지 만
절카 우크라인시크
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코닝 인코포레이티드
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    • G02B6/24—Coupling light guides
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Abstract

혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100) 및 그 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 제작 방법과 사용 방법이 본 명세서에 기술되어 있다. 기본적으로, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터는 다른 모드 필드 지름(MFD) 또는 다른 유효 영역을 갖는 단일 모드 광섬유와 같은 비유사 광섬유를 결합하는데 사용될 수 있다. 특히, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터는 제 2 렌즈형 광섬유(101b)와 광학적으로 결합되지만, 제 2 렌즈형 광섬유(101b)와 물리적으로 분리된 제 1 렌즈형 광섬유(101a)를 포함한다. 일형태의 광섬유를 포함하는 제 1 렌즈형 광섬유(101a)는 그 내부에서 전달하는 광선을 확장하고, 확장된 광선을 출력할 수 있다. 타형태의 광섬유를 포함하는 제 2 렌즈형 광섬유(101b)는 확장된 광선을 수신하고, 수신된 광선을 포커싱할 수 있어서, 광선이 제 1 렌즈형 광섬유(101a)에서 제 2 렌즈형 광섬유(101b)까지 전달한다. 유사한 방식으로, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 제 2 렌즈형 광섬유(101b)에서 제 1 렌즈형 광섬유(101a)까지 광선(302)을 전달시킬 수 있다.

Description

혼성 광섬유 확장 광선 커넥터 및 그 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 제작 방법과 사용 방법{Hybrid fiber expanded beam connector and methods for using and making the hybrid fiber expanded beam connector}
광학 커넥터의 제작자들은 다른 형태의 광섬유를 결합하는데 사용될 수 있는 광학 커넥터를 설계하려고 시도해왔다. 예를 들면, 특수 광섬유 또는 분산 보상 광섬유를 포함하는 상용화되어 가는 별개의 광섬유 형태의 수가 증가하고 있기 때문에, 이러한 형태의 광학 커넥터는 바람직할 것이다. 이 특수 광섬유 및 분상 보상 광섬유 모두는 다른 MFD를 가지므로, 다른 유효 영역을 갖는다. 불행하게도, 오늘날 다른 형태의 광섬유를 결합할 수 있는 광학 커넥터는 존재하지 않는다. 대신에, 현재에는 다른 광섬유 형태를 서로 융해 접합해야만 해서, 시간을 허비하고때때로 매우 비효율적이다(손실이 크다). 따라서, 다른 형태의 광섬유를 효율적으로 결합하고 모드가 일치하는 광학 커넥터의 요구가 있다. 이 요구 및 그밖에 요구들은 본 발명의 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터 및 그 방법에 의해 해결된다.
본 발명은 일반적으로 광학 커넥터에 관한 것으로, 구체적으로는, 다른 모드 필드 지름(mode field diameter; MFD) 또는 다른 유효 영역을 갖는 단일 모드 광섬유와 같은 비유사 광섬유를 결합하는데 사용될 수 있는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터에 관한 것이다. 본 발명은 다른 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion; CTE)를 갖는 유리로 제작되기 때문에, 융해 접합(fusion splice)하기 어려운 광섬유를 결합하는데 사용될 수도 있다.
본 발명의 보다 완벽한 이해는 참고 자료로써 본 명세서에 첨부된 도면과 관련하여 이하 상세한 설명부분이 해석되는 경우일 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 분해도를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 렌즈형 광섬유를 지지하는데 사용된 두 개의 예시적인 페룰의 하부의 사시도이다.
도 3은 두 개의 렌즈형 광섬유의 여러 구조적 크기를 도시한 블록도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터에 일체화될 수 있는 렌즈형 광섬유의 현미경 사진이다.
도 5는 실리카 평면 볼록 렌즈 및 붕규산염 평면 볼록 렌즈를 구비한 렌즈형 광섬유 상에 열적 코어 확장의 효과를 나타내는 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1에 나타낸 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터와 관련된 여러 허용 오차(예를 들면, 측면 오프셋, 각도 오프셋, 종방향 변위)를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 1에 나타낸 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 바람직한 제작 방법의 단계를 도시한 흐름도이다.
도 8은 도 1에 나타낸 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 바람직한 사용 방법의 단계를 도시한 흐름도이다.
본 발명은 다른 모드 필드 지름(MFD) 또는 다른 유효 영역을 갖는 단일 모드 광섬유와 같은 비유사 광섬유를 결합하는데 사용될 수 있는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터를 포함한다. 그것은 다른 조성물이어서 다른 열팽창 계수를 갖는 유리로 제작된 광섬유들을 결합하는데 사용될 수도 있다. 다른 조성물과 열팽창 계수의 광섬유들은 접합에서 높은 압력 때문에 융해 접합하는 과정에 의해 신뢰할 수 있게 함께 결합하기 어렵다. 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터는 제 2 렌즈형 광섬유와 광학적으로 결합되지만, 제 2 렌즈형 광섬유와 물리적으로 분리된 제 1 렌즈형 광섬유를 포함한다. 일형태의 광섬유를 포함하는 제 1 렌즈형 광섬유는 내부에서 전달하는 광선을 확장하고 확장된 광선을 출력할 수 있다. 타형태의 광섬유를 포함하는 제 2 렌즈형 광섬유는 확장된 광선을 수신하고 수신된 광선을 포커싱할 수 있어서, 광선이 제 1 렌즈형 광섬유에서 제 2 렌즈형 광섬유까지 전달한다. 유사한 방식으로, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터는 제 2 렌즈형 광섬유에서 제 1 렌즈형 광섬유까지 광선을 전달할 수 있다. 또한, 본 발명은 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 제작 방법 및 사용 방법을 포함한다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(hybrid fiber expanded beam connector; 100)의 바람직한 실시예 및 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)의 바람직한 제작 방법(700)과 사용 방법(800)이 기술되어 있다. 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)가 단지 한 쌍의 비유사 광섬유를 광학적으로 결합하는 것이 기술되어 있지만, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)가 한 쌍 또는 그 이상의 쌍의 비유사 광섬유를 결합하는데 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100) 및 그 바람직한 방법들(700, 800)은 이러한 한정된 방식으로 해석되지 않아야 한다.
기본적으로, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 다른 모드 필드 지름(mode field diameter; MFD) 또는 다른 유효 영역을 갖는 단일 모드 광섬유와 같은 비유사 광섬유들(101a, 101b)을 결합하는데 사용될 수 있다. 특히, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 제 2 렌즈형 광섬유(second lensed optical fiber; 106)와 광학적으로 결합되지만, 제 2 렌즈형 광섬유(106)와 물리적으로 분리된 제 1 렌즈형 광섬유(first lensed optical fiber; 104)를 포함한다. 일형태(one type)의 광섬유(101a)를 포함하는 제 1 렌즈형 광섬유(104)는 그 내부에서 전달하는 광선(302)을 확장하고, 확장된 광선(302)을 출력할 수 있다(도 3은 렌즈형 광섬유들(104, 106) 사이에 있을 때의 확장된 광선(302)을 나타냄). 타형태(another type)의 광섬유(101b)를 포함하는 제 2 렌즈형 광섬유(106)는 출력된 광선(302)을 수신하고, 수신된 광선(302)을 포커싱할 수 있어서, 광선(302)이 제 1 렌즈형 광섬유(104)에서 제 2 렌즈형 광섬유(106)까지 효율적으로 전달한다. 유사한 방식으로, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 제 2 렌즈형 광섬유(106)에서 제 1 렌즈형 광섬유(104)까지 광선(302)을 전달시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 한 쌍 또는 그 이상의 쌍의 비유사 광섬유(101a, 101b)를 광학적으로 결합하는데 사용될 수 있는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)의 분해도를 나타내는 블록도이다. 두 개의 광섬유(101a, 101b)는 다른 MFD 또는 다른 유효 영역을 가지거나, 광섬유(101a, 101b)가 다른 조성물의 두 개의 유리로 제작될 때, 비유사 광섬유가 된다. 예를 들면, 비유사 광섬유(101a, 10b) 모두는 SMF-28™, 영(0)이 아닌 값으로 분산이 편이된 광섬유(non-zero dispersion-shifted fiber; NZ-DSF)(예를 들면, Corning?MetroCor™) 및 큰 유효 영역을 갖는 영(0)이 아닌 값으로 분산이 편이된 광섬유(예를 들면, Corning?LEAF™)와 같이, 코닝사(Corning Incorporated)에 의해 판매되는 단일 모드 광섬유와 같은 다른 MFD를 갖는 단일 모드 광섬유일 수 있다. 과거에는 비유사 광섬유(101a, 101b)를 접합해야만 했기 때문에, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 기술분야의 상태에 두드러진 향상이다. 바꾸어 말하면, 과거에는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)전에 비유사 광섬유(101a, 101b)를 결합하는데 유용한 커넥터가 없었다.
렌즈형 광섬유(104, 106)를 일체화하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터는 비유사 광섬유(101a, 101b)의 결합을 가능하게 한다. 부가적으로, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 보다 낮은 손실을 갖는 또 다른 광섬유에 보다 복합의 프로파일(complex profile)을 갖는 하나의 광섬유의 연결도 가능하게 한다. 예를 들면, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 접합부를 갖는 접속용 광섬유(pigtail) 대신에, SMF-28™(101a) 및 큰 유효 영역을 갖는 NZ-DSF(101b)와 같은 단일 모드 광섬유를 결합시키거나, SMF-28™(101a) 및 NZ-DSF(101b)를 결합시키는데 사용될 수 있다. 렌즈형 광섬유(104, 106)를 구비한 SMF-28™(101a) 대 SMF-28™(101a)에 관해 측정된 결합 효율을 기초로 하여, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)에서 계산된 손실은 0.14dB(σ=0.06)이고, 다른 형태의 광섬유(101a, 101b)를 결합하는데는 동일하다. 0.14dB의 계산된 손실은 물리적 접촉 커넥터에 대한 손실 상에 지금 열거한 값보다 작다: SMF-28™에 대하여 0.28dB 미만이고, 큰 유효 영역을 갖는 NZ-DSF에 대하여 0.29dB 미만이며, NZ-DSF에 대하여 0.34 미만이다. 광섬유를 접합하는 것에 관한 보다 자세한 설명에 대하여, 참고 문헌은 NOC/EC 2000에 제출된 "영(0)이 아닌 값으로 분산이 편이된 광섬유 및 표준 단일 모드 광섬유에 대한 접합 및 광섬유 어셈블리의 양립성(Splicing and Fiber Assembly Compatibility for Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber and Standard Single-Mode Fiber)"로 제목이 붙여진 Mary Adcox의 논문에 실려있다. 이 논문은 참고 문헌으로 본 명세서에 일체화된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 제 1 렌즈형 광섬유(104) 및 제 2 렌즈형 광섬유(106)를 지지하는 패키지(package; 102)를 포함한다. 특히, 패키지(102)는 삽입 손실을 최소화하기 위하여 서로 마주 보고, 서로 소정의 거리만큼 분리되어 있는 제 1 렌즈형 광섬유(104) 및 제 2 렌즈형 광섬유(106)를 지지하고 정렬한다.
패키지(102)는 제 1 페룰(first ferrule; 108), 제 2 페룰(second ferrule; 110) 및 결합용 정렬 고정부(mating alignment fixture; 112)를 포함한다. 제 1 페룰(108)은 제 1 렌즈형 광섬유(104)를 지지하고 보호한다. 마찬가지로, 제 2 페룰(110)은 제 2 렌즈형 광섬유(106)를 지지하고 보호한다. 하나 또는 그 이상의 정렬 핀(alignment pin; 114)(두 개가 도시됨)과 함께 결합용 정렬 고정부(112)는 제 1 렌즈형 광섬유(104)가 제 2 렌즈형 광섬유(106)로부터 소정의 길이만큼 분리되는 위치에서 제 1 페룰(108) 및 제 2 페룰(110)을 정렬하고 지지할 수 있다. 정렬 핀(114)은 두 개의 렌즈형 광섬유(104, 106)를 정렬시키는데 도움을 줄 수도 있다.
제 1 페룰(108) 및 제 2 페룰(110)은 매우 다양한 물질로 제작될 수 있고, 매우 다양한 형태를 가질 수 있다. 한가지의 이러한 형태가 도 1에 도시되어 있으며, 여기서 제 1 렌즈형 광섬유(104) 및 제 2 렌즈형 광섬유(106)의 볼록 렌즈들(116, 118)은 각각 제 1 페룰(108) 및 제 2 페룰(110)에서 돌출한다. 다른 이러한 형태 도 2에 도시되어 있으며, 여기서 제 1 렌즈형 광섬유(104) 및 제 2 렌즈형 광섬유(106)의 볼록 렌즈들(116, 118)은 각각 제 1 페룰(108) 및 제 2 페룰(110)에서 돌출하지 않는다. 대신에, 제 1 페룰(108) 및 제 2 페룰(110)은 제 1 렌즈형 광섬유(104) 및 제 2 렌즈형 광섬유(106)의 주위에 에폭시 수지로 함께 접착되는 상부(도시되지 않음)및 하부(202a, 202b)로 각각 제작된다. 제 2 실시예에서, 제 1 페룰(108) 및 제 2 페룰(110)은 서로 대면하여 돌출될 수 있으며, 여전히 제 1 렌즈형 광섬유(104)와 제 2 렌즈형 광섬유(106) 사이에 소정의 거리를 유지할 수 있다.
작동에 있어서, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 그 내부에서 전달하는 광선(302)을 확장하고 확장된 광선(302)을 출력할 수 있는 제 1 렌즈형 광섬유(104)를 포함한다(도 3은 렌즈형 광섬유들(104, 106) 사이에 있는 경우 확장되는 광선(302)을 나타냄). 제 2 렌즈형 광섬유는 확장된 광선(302)을 수신하고 수신된 광선을 포커싱할 수 있어서, 광선(302)이 제 1 렌즈형 광섬유(104)에서 제 2 렌즈형 광섬유(106)까지 효과적으로 전달한다. 유사한 방식으로, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 제 2 렌즈형 광섬유(106)에서 제 1 렌즈형 광섬유(104)까지 광선(302)을 전달시킬 수도 있다. 제 1 렌즈형 광섬유(104) 및 제 2 렌즈형 광섬유(106)에 대한 자세한 설명은 도 3 내지 도 6을 참조하여 이하 제공된다.
도 3을 참조하면, 두 개의 렌즈형 광섬유(104, 106)의 여러 구조적 크기를 도시한 블록도이다. 렌즈형 광섬유들(104, 106)의 구조적 크기는 제 1 렌즈형 광섬유(104)가 제 2 렌즈형 광섬유(106)로부터 분리되어 있는 거리를 지시한다. 각각의 렌즈들(116, 118)이 다음과 같은 경우 완벽한 콜리메이터(collimator)로 이해되어야 한다.
여기서 T=렌즈(116, 118)의 두께; Rc=렌즈(116, 118)의 곡률 반경; n=렌즈(116, 118)의 굴절률; 및 Φ=위상 편이이다.
1550㎚에서 실리카(silica; n=1.444)를 사용하는 실시예에 있어서, 렌즈들(116, 118)은 T/Rc=3.24일 때 완벽한 콜리메이터가 된다. 실시예에서, 렌즈형 광섬유들(104, 106)이 점광원(point source)이 아니고 구형의 렌즈부들(116, 118)이 매우 작아서 회절 효과가 크기 때문에, 렌즈들(116, 118)의 두께는 회절 초점 편이에 의해 증가될 필요가 있다. 렌즈들(116, 118)의 구조가 다른 형태의 광섬유들(101a, 101b)에 의존하는 동일하거나 별개의 것일 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그러므로, 실시예에서 T/Rc비율은 3.25보다 크다.
코닝사의 SMF-28™(101a) 및 큰 유효 영역을 갖는 NZ-DSF(101b)와 같은 단일 모드 광섬유를 결합시키고 코닝사의 SMF-28™(101a) 및 NZ-DSF(101b)를 결합시키는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)의 여러 설계의 예들은 표 1에 나타내었다. 표 1 내의 계산에 있어서, 붕규산염 렌즈형 광섬유들(104, 106)이 접합될 때의 열적 코어 확장(thermal core broadening)이 모두 세 가지 형태의 광섬유들에 대하여 동일한 것으로 가정되었다. 표 1에서 모든 단위는 ㎛이다.
＊참고 사항은 MFD, Rc및 T의 구조적 크기를 보이는 도 3이다.
본 발명자에 의해 측정된 것으로서, 코닝사의 SMF-28™과 같은 단일 모드 광섬유(101a, 101b)를 구비한 두 개의 렌즈형 광섬유(104, 106)의 결합 효율은 0.14dB(표준 편차 = 0.06)이다. 이것은 1550nm의 윈도우(window)에서 NZ-DSF 및 코닝사의 SMF-28™사이에 0.15dB(표준 편차 = 0.029)의 통상적인 접합 손실과 비교된다. 두 개의 렌즈형 광섬유(104, 106)에 대한 빔 웨이스트(beam waist)에서 MFD가 일치된다면, 손실은 사용된 광섬유의 형태에 의존하지 않는 것이 주목된다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 사용될 수 있는 예시적인 렌즈형 광섬유(104, 106)의 현미경 사진이다. 나타낸 바와 같은 유리 렌즈(예를 들면, 렌즈의 일종인 평면 볼록 확장 렌즈; 400)는 중요한 파장에서 투명하고 광섬유(101a 또는 101b)에 융해 접합되는 유리로 제작된다. 유리 렌즈(400)는 광섬유(101a 또는 101b)의 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion; CTE)와 일치하거나 거의 일치하는 열팽창 계수를 갖는다. 본질적으로, 유리 렌즈(400)는 두께 "T" 및 곡률 반경 "Rc"를 갖는다(도 3 참조). 보다 구체적으로, 유리 렌즈(400)는 통로부(throat portion; 402) 및 구형의 렌즈부(spherical lens portion; 116, 118)를 포함한다. 렌즈형 광섬유(104, 106)는 광 케이블(101a 또는 101b)에 통로부(402)의 일단을 접합함으로써 제작될 수 있다. 그때 텅스텐 필라멘트를 구비한 퓨젼 스플라이서(fusion splicer)는 통로부(402)의 다른 일단에 볼록 렌즈(116, 118)를 형성하는데 사용될 수 있다. 유리 렌즈(400)에 대한 보다 상세한 논의는 참고 문헌으로 본 명세서에 일체화된 내용인 코닝사의 미국특허출원 일련번호 09/812,108에서 제공된다.
바람직한 실시예에서, 렌즈형 광섬유(104, 106), 구체적으로 구형의 렌즈부(116, 118)는 붕규산염(borosilicate) 유리로 제작된다. 실리카(silica)로 제작된 구형의 렌즈가 손실에 의존하는 편광에 원인이 되는 복굴절을 겆는데 반해, 붕규산염 유리로 제작된 구형의 렌즈부(116, 118)는 복굴절을 갖지 않는다. 게다가, 렌즈(116, 118)가 붕규산염 유리로 제작된 경우 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)의 성능은 강화될 수 있다. 왜냐하면, 붕규산염 유리에 광섬유(101a, 101b)를 융해 접합하는 것이 모드 필드 지름(MFD)을 크게 하고 렌즈형 광섬유(104, 106)의 측면 정렬 오류에 대한 허용 오차를 증가시키는 열적 코어 확장의 원인이 되기 때문이다. 부가적으로, 붕규산염 유리가 실리카 대신에 사용되는 경우,렌즈(116, 118)의 생산 공정은 보다 더 재현성이 있다.
붕규산염 유리로 제작된 렌즈형 광섬유(104, 106)와 실리카로 제작된 렌즈형 광섬유(104, 106) 사이의 보다 자세한 비교에 대하여 도 5를 참조하라. 특히, 열적 코어 확장의 효과는 도 5를 참조하여 알 수 있다. 데이터 점들은 코닝사의 SMF-28에 접합된 실리카 및 붕규산염 렌즈에 대하여 x와 y 방향에서 측정된 MFD를 나타낸다. 실선은 가우스 광선 모델(gaussian beam model)의 맞춤선(fit)을 나타낸다. 데이터는 코닝사의 SMF-28™의 코어가 10.4㎛의 명목상 광섬유 모드 필드에서 약 13.6㎛까지 확장되는 것을 지시한다.
붕규산염 유리 또는 실리카로 제작된 구형의 렌즈부(116, 118)는 광선(302)이 렌즈(116, 118)의 표면에 충돌할 때, 보다 큰 스팟 크기(spot size)로 광선을 확산시키는 기능을 하는 무반사 코팅(antireflection coating; AR coating)(도시되지 않음)이 될 수도 있다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)와 관련된 여러 허용 오차(예를 들면, 측면 오프셋, 각도 오프셋, 종방향 변위)를 나타내는 그래프이다. 특히, 그래프는 렌즈형 광섬유(MFD=62㎛; 104, 106)를 구비한 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100) 및 코닝사의 SMF-28™(MFD=10.4㎛), 큰 영역을 가진 NZ-DSF(MFD=9.6㎛)와 NZ-DSF(MFD=8.4㎛)와 같은 단일 모드 광섬유의 통상적인 버트-조인트 커넥터(butt-joint connector)에서 손실 상에 측면, 각도 및 종방향 정렬 오류를 나타낸다. 도 6a 및 도 6c에서, 측면 및 종방향 허용 오차는 통상적인 버트-조인트 커넥터에 비하여 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(예를 들면, 렌즈형 광섬유(104, 106); 100)에서 보다 좋은 것을 알 수 있다. 그러나, 도 6b에서, 각도 정렬 오류에 허용 오차는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)에서 보다 나쁜 것을 알 수 있다. 각도 정렬 오류에 보다 작은 허용 오차는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)의 보다 큰 MFD에 기인한다. 이러한 이유로, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)의 역학적 설계는 기울기(tilting)를 고려하지 않는다. 게다가, 작용 거리가 짧은 경우, 각도 정렬 오류가 보다 작은 측면 정렬 오류를 유도하기 때문에, 짧은 작용 거리를 구비하는 것이 바람직하다.
도 7을 참조하면, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)의 바람직한 제작 방법(700)의 단계를 도시한 흐름도이다. 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)를 제작하기 위하여, 제 1 렌즈형 광섬유(104)를 제 1 페룰(108)에 삽입한다(단계 702). 마찬가지로, 제 2 렌즈형 광섬유(106)가 제 2 페룰(110)에 삽입한다(단계 704). 바람직한 실시예에서, 제 1 렌즈형 광섬유(104) 및 제 2 렌즈형 광섬유(106)는 귀환 손실(역반사)을 감소시키는 무반사 코팅이 되어 있다.
그 후에, 제 1 페룰(108)이 제 2 페룰(110)에 결합된다(단계 706). 이것은 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 정렬 핀(두 개가 도시됨; 114)과 함께 결합용 정렬 고정부(112)가 제 1 페룰(108) 및 제 2 페룰(110)을 정렬하고 유지하는데 사용될 수 있다. 다른 방법으로, 제 1 페룰(108) 및 제 2 페룰(110)은 예를 들면, 키형 돌출 커플링(keyed bayonet coupling) 또는 커플링 소켓(coupling receptacle)을 사용하여 서로 결합될 수 있다. 결과적으로, 제 1 렌즈형 광섬유(104)가 제 2 렌즈형 광섬유(106)로부터 소정의 거리만큼 정렬되고 분리되는 방식으로, 제 1 페룰(108) 및 제 2 페룰(110)은 서로 고정되어 있다.
제 2 페룰(110)에 제 1 페룰(108)을 결합한 후에, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100), 구체적으로 제 1 렌즈형 광섬유(104)는 그 내부에서 전달하는 광선(302)을 확장하고 제 2 렌즈형 광섬유(106)를 향하여 확장된 광선(302)을 출력할 수 있다. 확장된 광선(302)을 수신한 제 2 렌즈형 광섬유(106)는 수신된 광선(302)을 포커싱해서, 광선(302)이 제 1 렌즈형 광섬유(104)에서 제 2 렌즈형 광섬유(106)까지 전달한다. 유사한 방식으로, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 제 2 렌즈형 광섬유(106)에서 제 1 렌즈형 광섬유(104)까지 광선(302)을 전달시킬 수도 있다.
도 8을 참조하면, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)의 바람직한 사용 방법(800)의 단계를 도시한 흐름도이다. 본질적으로, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)의 제 1 렌즈형 광섬유(104)는 제 1 광학 소자(예를 들면, 증폭기)에 결합된다(단계 802). 마찬가지로, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)의 제 2 렌즈형 광섬유(106)는 제 2 광학 소자(예를 들면, 증폭기)에 결합된다(단계 804).
지금까지, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터는 이미 조립되어 있었다. 제 1 렌즈형 광섬유(104)는 그 내부에서 전달하는 광선(302)을 확장하고 제 2 렌즈형 광섬유(106)를 향하여 확장된 광선(302)을 출력할 수 있다. 확장된 광선(302)을 수신한 제 2 렌즈형 광섬유(106)는 수신된 광선(302)을 포커싱해서, 광선(302)이 제 1렌즈형 광섬유(104)에서 제 2 렌즈형 광섬유(106)까지 전달한다. 유사한 방식으로, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 제 2 렌즈형 광섬유(106)에서 제 1 렌즈형 광섬유(104)까지 광선(302)을 전달할 수도 있다.
이하 기술되는 것은 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)를 사용할 수 있는 방법의 몇 가지 실시예이다.
◎ 단지 한 형태의 점퍼(jumper)가 비유사 광섬유들(101a, 101b)을 결합하는데 사용될 필요가 있기 때문에, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터는 케이블링(cabling)이 간단할 수 있다. 예를 들면, 본 발명 이전에는, 손실 예산을 보다 낮추기 위하여, NZ-DSF 어셈블리(assembly) 대신에 NZ-DSF 루트(route)에서 보통 단일 모드 광섬유 커넥터를 사용했었다.
◎ 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 접속용 광섬유로서 일단 또는 다른 확장 광선 커넥터로서 일단을 구비할 수 있는 접속 코드(patchcord)에 사용될 수 있다. 혼성 광섬유 응용분야에서 예를 들면, 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 증폭기(또는 혼성 광섬유에서 작동하는 다른 소자)에 융해 접합되거나(접속용 광섬유인 경우) 결합될(다른 커넥터인 경우) 수 있다. 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)의 출력은 광 네트워크에서 역으로 신호를 발송하는데 사용될 수 있거나, 광학 성능 통제(optical performance monitoring)에 대하여 광선에서 일부분의 전력을 획득하는데 사용될 수 있다.
◎ 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터(100)는 모드 전환을 수행하고, 매우 다양한 열팽창 계수를 가지므로 서로 접합될 수 없는 광섬유를 결합하는데 사용될 수도있다. 예를 들면, 본 발명 이전에는, 에르븀(Er) 및 툴륨(Tm)이 도핑된 MCS 유리가 광섬유 증폭기에서 대역폭을 획득하는데 사용되었다. 그러나, MCS 유리는 약 6ppm의 열팽창 계수를 가지므로, 증폭기가 조립될 때 PureMode™HI 980 광섬유에 신뢰할 수 있게 접합될 수 없다. 게다가, MCS 광섬유와 PureMode™HI 980 광섬유 사이에 약 1㎛의 모드 필드 불일치(mode field mismatch) 및 역반사 손실을 증가시키는 굴절률 불일치(n(MCS)∼1.6-1.7 대 n(PureMode™HI 980)=1.45)가 있다. 본 발명의 접근법을 사용하면, 렌즈는 에르븀(Er) 및 툴륨(Tm)이 도핑이 없는 경우를 제외한 광섬유 코어로서 동일한 유리 조성물을 갖는 로드(rod)를 사용한 에르븀(Er) 및 툴륨(Tm)이 도핑된 MCS 유리의 말단부에 형성될 수 있다. 이 렌즈는 그때 귀환 손실을 감소시키는 무반사 코팅될 수 있다. 다른 렌즈는 실리카 유리로 PureMode™HI 980의 말단부에 형성된다. 렌즈 구조는 빔 웨이스트에서 모드 필드 지름이 일치하는 것이다. 무반사 코팅이 없는 손실은 약 0.5dB이고, 무반사 코팅이 있는 손실은 0.2dB 미만이다.
본 발명의 단지 일실시예가 첨부된 도면에 도시되고 상술한 상세한 설명부분에 기술되었으나, 본 발명은 기술된 실시예에 한정되는 것이 아니라, 이하 특허청구범위에 의해 기술되고 한정되는 본 발명의 사상에서 벗어나지 않는 수많은 재배열, 변형 및 치환을 할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (31)

  1. 제 1 렌즈형 광섬유(first lensed optical fiber); 및
    상기 제 1 렌즈형 광섬유와 광학적으로 결합되지만, 상기 제 1 렌즈형 광섬유로부터 소정의 거리만큼 물리적으로 분리된 제 2 렌즈형 광섬유(second lensed optical fiber)를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유가 일형태(one type)의 광섬유를 포함하며, 상기 제 2 광섬유가 타형태(another type)의 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 일형태의 광섬유 및 상기 타형태의 광섬유는 각각 다른 모드 필드 지름(mode field diameter)을 구비하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 일형태의 광섬유 및 상기 타형태의 광섬유는 다른 유리 조성물로 각각 제작되는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유를 지지할 수 있는 패키지(package)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 패키지는
    상기 제 1 렌즈형 광섬유를 지지할 수 있는 제 1 페룰(first ferrule);
    상기 제 2 렌즈형 광섬유를 지지할 수 있는 제 2 페룰(second ferrule); 및
    상기 제 1 렌즈형 광섬유가 상기 제 2 렌즈형 광섬유로부터 소정의 거리만큼 분리되도록, 상기 제 1 페룰 및 상기 제 2 페룰을 정렬하고 유지할 수 있는 결합용 정렬 고정부(mating alignment fixture)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 각각 광섬유 및 통로부(throat portion)와 구형의 렌즈부(spherical lens portion)를 포함하는 평면 볼록 확장 렌즈(plano-convex collimaing lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 통로부 및 상기 구형의 렌즈부는 각각 상기 제 1 렌즈형 광섬유가 상기 제 2 렌즈형 광섬유로부터 물리적으로 분리되는 소정의 거리를 지시하는 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터는 정렬된 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터인 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  9. 비유사 광섬유와 결합하여 사용되는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터로서,
    광선을 확장하고 확장된 광선을 출력할 수 있는 일형태의 광섬유를 포함하는 제 1 렌즈형 광섬유; 및
    상기 제 1 렌즈형 광섬유로부터 소정의 거리만큼 분리되어 있으며, 상기 확장된 광선을 수신하고 상기 수신된 광선을 포커싱할 수 있는 타형태의 광섬유를 포함하는 제 2 렌즈형 광섬유를 포함하고,
    상기 광선이 상기 제 1 렌즈형 광섬유에서 제 2 렌즈형 광섬유까지 효율적으로 전달하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유는 단일 모드 광섬유를 포함하고, 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 영(0)이 아닌 값으로 분산이 편이된 광섬유(non-zero dispersion-shifted fiber)를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유는 단일 모드 광섬유를 포함하고, 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 넓은 유효 영역을 갖는 영(0)이 아닌 값으로 분산이 편이된 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유 중 적어도 하나는 복합의 물리적인 프로파일(complex physical profile)을 구비한 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 비유사 모드 필드 지름(dissimilar mode field diameter)을 구비한 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 다른 유리 조성물을 갖는 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유가 서로 마주 보고 소정의 거리만큼 물리적으로 분리되는 방식으로, 상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유를 지지하고 정렬하는 패키지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 광섬유 및 통로부와 구형의 렌즈부를 포함하는 평면 볼록 확장 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 각각의 구형의 렌즈부는 무반사 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 각각의 구형의 렌즈부는 붕규산염 유리(borosilicate glass)로 제작되는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  19. 제 9 항에 있어서,
    상기 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터는 한 쌍 이상의 상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터.
  20. 제 1 페룰에 일형태의 광섬유를 포함하는 제 1 렌즈형 광섬유를 삽입하는 단계;
    제 2 페룰에 타형태의 광섬유를 포함하는 제 2 렌즈형 광섬유를 삽입하는 단계; 및
    상기 제 1 페룰 및 상기 제 2 페룰을 고정시키는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유가 서로 소정의 거리로 정렬되고 분리되므로, 상기 제 1 렌즈형 광섬유가 내부에서 전달하는 광선을 확장한 후 상기 제 2 렌즈형 광섬유를 향하여 상기 확장된 광선을 출력하고, 상기 제 2 렌즈형 광섬유가 상기 확장된 광선을 수신하며 상기 수신된 광선을 포커싱할 수 있어서, 상기 광선이 제 1 렌즈형 광섬유에서 상기 제 2 렌즈형 광섬유까지 효율적으로 전달하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 제작 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 일형태의 광섬유 및 상기 타형태의 광섬유는 각각 다른 모드 필드 지름을 구비하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 제작 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 일형태의 광섬유 및 상기 타형태의 광섬유는 다른 유리 조성물로 각각 제작되는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 제작 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 광섬유 및 통로부와 구형의 렌즈부를 포함하는 평면 볼록 확장 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 제작 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 각각의 구형의 렌즈부는 무반사 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 제작 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 각각의 구형의 렌즈부는 붕규산염 유리로 제작되는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 제작 방법.
  26. 제 1 광학 소자에 일형태의 광섬유를 포함하는 제 1 렌즈형 광섬유를 결합시키는 단계; 및
    제 2 광학 소자에 타형태의 광섬유를 포함하는 제 2 렌즈형 광섬유를 결합시키는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유가 서로 소정의 거리로 정렬되고 분리되므로, 상기 제 1 렌즈형 광섬유가 내부에서 전달하는 광선을 확장하며 상기 제 2 렌즈형 광섬유를 향하여 상기 확장된 광선을 출력하고, 상기 제 2 렌즈형 광섬유가 상기 확장된 광선을 수신하며 상기 수신된 광선을 포커싱할 수 있어서, 상기 광선이 상기 제 1 광학 소자에서 상기 제 2 광학 소자까지 효율적으로 전달하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 사용 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 일형태의 광섬유 및 상기 타형태의 광섬유는 각각 다른 모드 필드 지름을 구비하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 사용 방법.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 일형태의 광섬유 및 상기 타형태의 광섬유는 다른 유리 조성물로 각각 제작되는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 사용 방법.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 광섬유 및 통로부와 구형의 렌즈부를 포함하는 평면 볼록 확장 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 사용 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 각각의 구형의 렌즈부는 무반사 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 사용 방법.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 각각의 구형의 렌즈부는 붕규산염 유리로 제작되는 것을 특징으로 하는 혼성 광섬유 확장 광선 커넥터의 사용 방법.
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