KR20040015330A - 고전력 확장 광선 커넥터 및 그 고전력 확장 광선커넥터의 사용 방법과 제작 방법 - Google Patents

고전력 확장 광선 커넥터 및 그 고전력 확장 광선커넥터의 사용 방법과 제작 방법 Download PDF

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KR20040015330A KR10-2004-7000096A KR20047000096A KR20040015330A KR 20040015330 A KR20040015330 A KR 20040015330A KR 20047000096 A KR20047000096 A KR 20047000096A KR 20040015330 A KR20040015330 A KR 20040015330A
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lenticular optical
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절카 우크라인시크
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

고전력 확장 광선 커넥터 및 그 고전력 확장 광선 커넥터의 제작 방법과 사용 방법이 본 명세서에 기술되어 있다. 기본적으로, 고전력 확장 광선 커넥터는 제 2 렌즈형 광섬유(118)에 광학적으로 결합되지만, 제 2 렌즈형 광섬유(118)로부터 물리적으로 분리된 제 1 렌즈형 광섬유를 포함한다. 제 1 렌즈형 광섬유(116)는 그 내부에서 전달하는 광선을 확장하고 확장된 광선을 출력할 수 있다. 제 2 렌즈형 광섬유(118)는 확장된 광선을 수신하고 수신된 광선을 포커싱할 수 있어서, 광선이 제 1 렌즈형 광섬유(116)에서 제 2 렌즈형 광섬유(118)까지 전달한다. 유사한 방식으로, 고전력 확장 광선 커넥터는 제 2 렌즈형 광섬유(118)에서 제 1 렌즈형 광섬유(114)까지 광선을 전달시킬 수 있다.

Description

고전력 확장 광선 커넥터 및 그 고전력 확장 광선 커넥터의 사용 방법과 제작 방법{High power expanded beam connector and methods for using and making the high power expanded beam connector}
광학 커넥터의 제작자들은 고전력 응용분야에서 광섬유에 결합하여 사용될 수 있는 광학 커넥터를 설계하려고 시도해왔다. 통상적인 버트-조인트 커넥터(butt-joint connector)는 세척 공정에서 임의의 입자 오염, 또는 패키징 공정에서 비극적인 실패의 원인이 될 수 있는 접합부나 그 근처에 잔존하는 임의의 접착제 때문에 고전력 응용분야에서 부적합하다고 생각되었다. 따라서, 통상적인 버트-조인트 커넥터의 상기 문제점을 해결하는 고전력 광학 커넥터의 요구가 있었다. 이 요구 및 그밖에 요구들은 본 발명의 고전력 확장 광선 커넥터 및 그 방법에 의해 해결된다.
본 발명은 일반적으로 광학 커넥터에 관한 것으로, 구체적으로는, 고전력 응용분야에서 광섬유에 결합하여 사용될 수 있는 고전력 확장 광선 커넥터에 관한 것이다.
본 발명의 보다 완벽한 이해는 참고 자료로써 본 명세서에 첨부된 도면과 관련하여 이하 상세한 설명부분이 해석되는 경우일 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고전력 확장 광선 커넥터의 분해도를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 고전력 확장 광선 커넥터의 렌즈형 광섬유를 지지하는데 사용되는 두 개의 예시적인 페룰의 하부의 사시도이다.
도 3은 두 개의 렌즈형 광섬유의 여러 구조적 크기를 도시한 블록도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 고전력 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 및 도 6b는 λ=1550㎚에서 여러 렌즈 구조와 단일 모드 광섬유의 빔 웨이스트까지 여러 거리 사이에의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 별개의 렌즈형 광섬유의 계산된 역반사 손실 또는 귀환 손실을 나타내는 그래프이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 1에 나타낸 고전력 확장 광선 커넥터와 관련된 여러 허용 오차(예를 들면, 측면 오프셋, 각도 오프셋, 종방향 변위)를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 1에 나타낸 고전력 확장 광선 커넥터의 바람직한 제작 방법의 단계를 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명에 따른 두 쌍의 렌즈형 광섬유를 포함하는 예시적인 고전력 확장 광선 커넥터의 단면을 나타내는 사진이다.
도 11은 도 1에 나타낸 고전력 확장 광선 커넥터의 바람직한 사용 방법의 단계를 도시한 흐름도이다.
본 발명은 고전력 응용분야에서 광섬유에 결합하여 사용될 수 있는 고전력확장 광선 커넥터를 포함한다. 기본적으로, 고전력 확장 광선 커넥터는 제 2 렌즈형 광섬유와 광학적으로 결합되지만 제 2 렌즈형 광섬유로부터 물리적으로 분리된 제 1 렌즈형 광섬유를 포함한다. 제 1 렌즈형 광섬유는 그 내부에서 전달하는 광선을 확장하고, 확장된 광선을 출력할 수 있다. 제 2 렌즈형 광섬유는 확장된 광선을 수신하고 수신된 광선을 포커싱할 수 있어서, 광선이 제 1 렌즈형 광섬유에서 제 2 렌즈형 광섬유까지 전달한다. 유사한 방식으로, 고전력 확장 광선 커넥터는 제 2 렌즈형 광섬유에서 제 1 렌즈형 광섬유까지 광선을 전달시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 고전력 확장 광선 커넥터의 제작 방법 및 사용 방법을 포함한다.
도 1 내지 도 11을 참조하면, 고전력 확장 광선 커넥터(high power expanded beam connetor; 100)의 바람직한 실시예 및 상기 고전력 확장 광선 커넥터(100)의 바람직한 제작 방법(900)과 사용 방법(1100)이 기술되어 있다. 고전력 확장 광선 커넥터(100)가 단지 한 쌍의 광섬유를 광학적으로 결합하는 것으로 기술되지만, 고전력 확장 광선 커넥터(100)가 한 쌍 또는 그 이상의 쌍의 광섬유를 결합하는데 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다(도 10 참조). 따라서, 고전력 확장 광선 커넥터(100) 및 그 바람직한 방법들(900, 1100)은 이러한 한정된 방식으로 해석되지 않아야 한다.
기본적으로, 고전력 확장 광선 커넥터(100)는 제 2 렌즈형 광섬유(second lensed optical fiber; 106)와 광학적으로 결합되지만 제 2 렌즈형 광섬유(106)로부터 물리적으로 분리된 제 1 렌즈형 광섬유(first lensed optical fiber; 104)를 포함한다. 제 1 렌즈형 광섬유(104)는 그 내부에서 전달하는 광선(302)을 확장(발산)하고, 확장된 광선(302)을 출력할 수 있다(도 3은 렌즈형 광섬유들(104, 106) 사이에 있을 때의 확장된 광선(302)을 나타냄). 제 2 렌즈형 광섬유(106)는 확장된 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 전달한다. 유사한 방식으로, 고전력 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 광섬유(예를 들면, 코닝사의 SMF-28™와 같은 단일 모드 광섬유; 101)를 광학적으로 결합하는데 사용될 수 있는 고전력 확장 광선 커넥터(100)의 분해도를 나타내는 블록도이다. 고전력 확장 광선 커넥터(100)는 예를 들면 100mW 이상에서 작동하는 라만 증폭기(Raman amplifier)를 포함하는 다양한 광증폭기와 함께 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 통상적인 버트-조인트 커넥터(butt-joint connector)는 세척 공정에서 임의의 입자 오염, 또는 패키징 공정에서 비극적인 실패의 원인이 될 수 있는 접합부나 그근처에 잔존하는 임의의 접착제 때문에 고전력 응용분야에서 부적합하다고 생각되었다. 그러나, 고전력 확장 광선 커넥터(100)는 광선이 렌즈(116, 118)의 볼록면에서 약 90㎛2의 유효 영역(λ=1550㎚, 코닝사의 SMF-28™)에서 20,000㎛2이상까지 확장되기 때문에 고전력 응용분야(예를 들면, 100mW 이상)에서 매우 적합하게 된다. 바꾸어 말하며, 매우 낮은 전력 밀도를 포함하는 보다 큰 광선 영역 때문에, 고전력 확장 광선 커넥터(100)는 먼지와 접착제와 같은 오염물질에 민감하지 않다. 이와 같이, 렌즈형 광섬유들(104, 106) 사이의 물리적인 접촉의 부족은 전력 운용을 향상시키고, 먼지와 접착제와 같은 오염물질의 영향을 최소화한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 고전력 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. 또한, 정렬 핀(114)은 두 개의 렌즈형 광섬유(104, 106)를 정렬시키는데도 도움을 준다.
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)와 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 돌출되어서, 여전히 제 1 렌즈형 광섬유(104)와 제 2 렌즈형 광섬유(106) 사이에 소정의 거리를 유지할 수 있다.
작동에 있어서, 고전력 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 광선(302)을 나타냄). 제 2 렌즈형 광섬유는 확장된 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 효과적으로 전달한다. 유사한 방식으로, 고전력 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 8을 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. 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, 구형의 렌즈들(116, 118)의 두께는 회절 초점 편이에 의해 증가될 필요가 있다. 그러므로, 실시예에서 T/Rc비율은 3.25보다 크다.
예시적인 고전력 확장 광선 커넥터(100)는 렌즈들(116, 118)의 각 표면에서 50㎛ 내지 100㎛ 떨어진 빔 웨이스트(beam waist)를 갖는 구조를 구비하므로, 렌즈(116)에서 렌즈(118)까지 100∼200㎛의 간격이 주어진다. 이러한 고전력 확장 광선 커넥터(100)는 85㎛의 빔 웨이스트에서 227㎛의 곡률 반경(Rc), 765㎛의 두께(T) 및 모드 필드 지름(mode field diameter; MFD)을 갖는 렌즈들(116, 118)을 구비할 것이다. 구형의 렌즈부(116, 118)의 이 설계는 고전력 확장 광선 커넥터(100)에서 측면 및 축의 정렬 오류에 큰 허용 오차를 고려해야 한다(도 8a 내지 도 8c 참조).
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(101)에 융해 접합되는(fusion spliced) 유리로 제작된다. 유리 렌즈(400)는 광섬유(101)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(101)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 렌즈(116, 118)는 붕규산염(borosilicate) 유리로 제작된다. 실리카(silica)로 제작된 구형의 렌즈가 손실에 의존하는 편광에 원인이 되는 복굴절을 갖는데 반해, 붕규산염 유리로 제작된 구형의 렌즈부(116, 118)는 복굴절을 갖지 않는다. 게다가, 렌즈(116, 118)가 붕규산염 유리로 제작된 경우 고전력 확장 광선 커넥터(100)의 성능은 강화될 수 있다. 왜냐하면, 붕규산염 유리에 광섬유(101)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 확장(thermal core broadening)의 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.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, λ=1550㎚에서 렌즈(104, 106)의 여러 구조와 단일 모드 광섬유(예를 들면, 코닝사의 SMF-28™)에 대한 빔 웨이스트까지 여러 거리들 사이에 관계를 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 이 형태의 정보는 고전력 확장 광선 커넥터(100)에서 구형의 렌즈부들(116, 118) 사이에 바람직한 간격을 결정하는데 도움을 준다.
도 1 및 도 3으로 되돌아가 참조하면, 구형의 렌즈부(116, 118)는 광선(302)이 렌즈(116, 118)의 표면에 충돌할 때, 광섬유(101)의 역방향으로 반사하는 광선(302)을 방지하는 기능을 하는 무반사 코팅(antireflection coating; AR coating)(도시되지 않음)이 될 수도 있다. 본 발명자에 의해 수행된 실험에서, 무반사 코팅된 렌즈형 광섬유(104, 106) 및 무반사 코팅되지 않은 렌즈형 광섬유(104, 106)의 초과 손실 또는 결합 효율은 최대 전력의 판독을 획득하기 위하여, 렌즈(116, 118)가 서로를 향하여 마주 보고, 렌즈(116, 118)를 정렬하는 것에 의해 측정되었다. 무반사 코팅된 렌즈형 광섬유(104, 106)의 통상적인 결합 효율이 0.2dB/pair 미만인 것이 주목된다. 실험 중에, 한 렌즈(116)는 광대역 광원(broadband source)에 결합되었고, 다른 렌즈(118)는 검출기에 결합되었다. 표 1은 무반사 코팅된 렌즈(116, 118) 및 무반사 코팅되지 않은 렌즈(116, 118)의 귀환 손실(return loss) 측정치를 나타낸다.
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 1542㎚에서 귀환 손실 측정치는 무반사 코팅된 렌즈(116, 118)의 평균 손실이 -60dB 미만이고, 무반사 코팅되지 않은 렌즈의(116, 118)가 근사적으로 -40dB임을 나타낸다. 여섯 개의 무반사 코팅된 렌즈(116, 118)의 시험 샘플에 대하여, 귀환 손실 측정치는 -57dB와 -69dB 사이의 범위이며, 여기서 단지 하나의 렌즈가 -60dB 보다 큰 귀환 손실 측정치를 갖는다. 이들 측정치는 Rc∼225㎛이고 T∼800㎛를 갖는 비교적 작은 렌즈(116, 188)에서 수행되었다. 귀환 손실 측정치(역반사 손실)의 보다 자세한 분석은 도 7에 관련하여 이하 제공된다.
도 7을 참조하면, 별개의 렌즈형 광섬유(104, 106)의 계산된 역반사 손실 또는 귀환 손실을 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 기본적으로, 0.25%의 반사율을 갖는 코팅을 구비한 무반사 코팅된 렌즈(104, 106)에 대하여, 55dB 보다 큰 역반사를 달성하는 것이 가능함을 알 수 있다. 동일한 렌즈 두께에서, 보다 작은 곡률 반경을 갖는 렌즈(104, 106)는 보다 낮은 역반사를 가질 것이다. 이것은 바람직한 렌즈-대-렌즈의 간격에 대하여 역반사를 최대로 하는 렌즈(104, 106)의 설계에 융통성을 부가한다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 고전력 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 고전력 확장 광선 커넥터(100) 및 SMF-28™(MFD=10.4㎛), 큰 영역을 가진 NZ-DSF(non-zero dispersion-shifted fiber; MFD=9.6㎛)와 NZ-DSF(MFD=8.4㎛)와 같은 단일 모드 광섬유의 통상적인 버트-조인트 커넥터에서 손실 상에 측면, 각도 및 종방향 정렬 오류의 효과를 나타낸다. 도 8a 및 도 8c에서, 측면 및 종방향 허용 오차는 통상적인 버트-조인트 커넥터에 비하여 고전력 확장 광선 커넥터(예를 들면, 렌즈형 광섬유(104, 106); 100)에서 보다 좋은 것을 알 수 있다. 그러나, 도 8b에서, 각도 정렬 오류에 허용 오차는 고전력 확장 광선 커넥터(100)에서 보다 나쁜 것을 알 수 있다. 각도 정렬 오류에 보다 작은 허용 오차는 고전력 확장 광선 커넥터(100)의 보다 큰 MFD에 기인한다. 이러한 이유로, 고전력 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 거리(예를 들면, 렌즈-대-렌즈 간격)를 구비하는 것이 바람직하다.
도 9를 참조하면, 고전력 확장 광선 커넥터(100)의 바람직한 제작 방법(900)의 단계를 도시한 흐름도이다. 고전력 확장 광선 커넥터(100)를 제작하기 위하여, 제 1 렌즈형 광섬유(104)를 제 1 페룰(108)에 삽입한다(단계 902). 마찬가지로, 제 2 렌즈형 광섬유(106)가 제 2 페룰(110)에 삽입한다(단계 904). 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 906). 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 지지하는데 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 고정된다.
제 2 페룰(110)에 제 1 페룰(108)을 결합한 후에, 고전력 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 렌즈형광섬유(106)까지 전달한다. 유사한 방식으로, 고전력 확장 광선 커넥터(100)는 제 2 렌즈형 광섬유(106)에서 제 1 렌즈형 광섬유(104)까지 광선(302)을 전달시킬 수도 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 두 쌍의 렌즈형 광섬유를 포함하는 예시적인 고전력 확장 광선 커넥터(100)의 단면을 나타내는 사진이다.
도 11을 참조하면, 고전력 확장 광선 커넥터(100)의 바람직한 사용 방법(1100)의 단계를 도시한 흐름도이다. 본질적으로, 고전력 확장 광선 커넥터(100)의 제 1 렌즈형 광섬유(104)는 제 1 광학 소자(예를 들면, 증폭기)에 결합된다(단계 1102). 마찬가지로, 고전력 확장 광선 커넥터(100)의 제 2 렌즈형 광섬유(106)는 제 2 광학 소자(예를 들면, 증폭기)에 결합된다(단계 1104).
지금까지, 고전력 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 1 렌즈형 광섬유(104)에서 제 2 렌즈형 광섬유(106)까지 전달한다. 유사한 방식으로, 고전력 확장 광선 커넥터(100)는 제 2 렌즈형 광섬유(106)에서 제 1 렌즈형 광섬유(104)까지 광선(302)을 전달할 수 있다.
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 (29)

  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 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터.
  2. 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 고전력 확장 광선 커넥터.
  3. 제 2 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 고전력 확장 광선 커넥터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 각각 부분적으로 붕규산염 유리(borosilicate glass)로 제작되는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터.
  5. 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 고전력 확장 광선 커넥터.
  6. 제 5 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 고전력 확장 광선 커넥터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 100mW 이상에서 작동하는 고전력 응용분야에 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 고전력 확장 광선 커넥터는 정렬된 고전력 확장 광선 커넥터인 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고전력 확장 광선 커넥터는 광증폭기와 결합되는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터.
  10. 100mW 이상에서 작동하는 고전력 응용분야에 사용되는 고전력 확장 광선 커넥터로서,
    광선을 확장하고 확장된 광선을 출력할 수 있는 제 1 렌즈형 광섬유; 및
    상기 제 1 렌즈형 광섬유로부터 소정의 거리만큼 분리되어 있으며, 상기 확장된 광선을 수신하고 상기 수신된 광선을 포커싱할 수 있는 제 2 렌즈형 광섬유를 포함하고,
    상기 광선이 상기 제 1 렌즈형 광섬유에서 제 2 렌즈형 광섬유까지 전달하는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터.
  11. 제 10 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 상기제 2 렌즈형 광섬유를 지지하고 정렬하는 패키지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 각각 광섬유 및 통로부와 구형의 렌즈부를 포함하는 평면 볼록 확장 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터.
  13. 제 12 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 고전력 확장 광선 커넥터.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 각각의 구형의 렌즈부는 무반사 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 부분적으로 붕규산염 유리로 제작되는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 고전력 확장 광선 커넥터는 한 쌍 이상의 제 1 렌즈형 광섬유 및 제 2 렌즈형 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 고전력 확장 광선 커넥터는 라만 증폭기(Raman amplifier)와 결합되는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터.
  18. 제 1 페룰에 제 1 렌즈형 광섬유를 삽입하는 단계;
    제 2 페룰에 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 수신하고 상기 수신된 광선을 포커싱할 수 있어서, 상기 광선이 제 1 렌즈형 광섬유에서 상기 제 2 렌즈형 광섬유까지 전달하는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터의 제작 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 각각 광섬유 및 통로부와 구형의 렌즈부를 포함하는 평면 볼록 확장 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터의 제작 방법.
  20. 제 19 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 고전력 확장 광선 커넥터의 제작 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 각각의 구형의 렌즈부는 무반사 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터의 제작 방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 부분적으로 붕규산염 유리로 제작되는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터의 제작 방법.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 100mW 이상에서 작동하는 고전력 응용분야에 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선커넥터의 제작 방법.
  24. 제 1 광학 소자에 고전력 확장 광선 커넥터의 제 1 렌즈형 광섬유를 결합시키는 단계; 및
    제 2 광학 소자에 상기 고전력 확장 광선 커넥터의 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 고전력 확장 광선 커넥터의 사용 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 각각 광섬유 및 통로부와 구형의 렌즈부를 포함하는 평면 볼록 확장 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터의 사용 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 통로부 및 상기 구형의 렌즈부는 각각 상기 제 1 렌즈형 광섬유가 상기제 2 렌즈형 광섬유로부터 물리적으로 분리되는 소정의 거리를 지시하는 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터의 사용 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 각각의 구형의 렌즈부는 무반사 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터의 사용 방법.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 부분적으로 붕규산염 유리로 제작되는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터의 사용 방법.
  29. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈형 광섬유 및 상기 제 2 렌즈형 광섬유는 100mW 이상에서 작동하는 고전력 응용분야에 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 고전력 확장 광선 커넥터의 사용 방법.
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