KR20040048418A - 광섬유를 접합하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

광섬유를 접합하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유들을 접합하는 방법을 제공하는 바, 상기 방법은 제 1 광섬유(20)를 특정 방사상 방향(radial orientation)을 갖는 제 1 삽입 엘리먼트(keying element)(4)에 부가시키는 단계, 단지 특정 방사상 방향에서만 상기 삽입 엘리먼트(4)를 수용하는 지지부(29)에 상기 삽입 엘리먼트를 삽입하는 단계, 상기 삽입된 삽입 엘리먼트(4)에 첨부된 상기 광섬유(20)를 상기 지지부(29)에 대하여 예정된 각도(α)로 절단하여 경사 광섬유 단부면(24)을 형성하는 단계, 상기 삽입 엘리먼트를 상기 지지부에서부터 제거하는 단계, 상기 경사 광섬유 단부면(24)이 접합 몸체(3)에 대하여 예측가능한 방사상 방향을 갖도록 단지 특정 방사상 방향에서만 상기 삽입 엘리먼트를 수용하는 상기 접합 몸체에 상기 삽입 엘리먼트를 삽입하는 단계, 그리고 상기 단계들을 제 2 광섬유(21) 및 제 2 삽입 엘리먼트(5)에 대하여 반복하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 경사 광섬유 단부면(24)과 제 2 경사 광섬유 단부면(25)은 실질적으로 평행한 방향에서 인접한다.

Description

광섬유를 접합하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SPLICING OPTICAL FIBRES}
광섬유들은 여러 방법들로 상호연결 또는 "접합(splice)"된다. 융착 접합(fusion splicing)은 연속적인 전이(transition)를 만들기 위하여 접합될 광섬유들의 단부들을 가열하는 것을 포함한다. 기계적 접합은 적절한 지지부 또는 "접합부"에서 광섬유 단부들을 인접하게 하는 것을 포함한다. 기계적 접합은 어떠한 가열도 요구하지 않기 때문에, 당업계에서는 접합을 위하여는 기계적 접합이 선호된다. 상기 기계적 접합 디바이스는 광섬유 단부들의 적절한 정렬을 획득하기 위하여 신중히 디자인될 필요가 있다. 그러한 접합 디바이스들의 예들이 미국 특허 제 4,687,288호와 미국 특허 제 5,394,496호에서 개시된다. 분리가능한 기계적 광섬유 접합의 특별한 형태는 광커넥터(fibre optic connector)이다. 그러한 커넥터의 예가 미국 특허 제 4,705,352호에서 개시된다.
접합 및/또는 연결을 위하여, 적절한 광섬유 단부면을 만들기 위해 예정된각도로 광섬유들을 자르는 것이 공지되었다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,229,876호는 이 목적을 위하여 사용될 수 있는 광섬유 절단기 또는 "브레이커(breaker)"를 개시한다.
통상적으로 광섬유들은 직각으로 절단되어, 광섬유의 길이방향축에 수직인 광섬유 단부면을 야기하였다. 그러나, 광섬유들을 수직이 아닌 각도로, 즉 직각에서 벗어난 각도로 절단함으로써 반사 손실(reflection loss)이 상당히 감소될 수 있음이 밝혀졌다. 예를 들어, 국제 특허출원 WO 98/54608은 광섬유들의 경사 절단(angled cleaving)을 위한 도구들을 개시한다. 광섬유들은 광섬유축의 수직으로부터 1°와 20°사이, 바람직하게는 5°와 10°사이로 일관되게 경사진 단부들을 갖도록 절단된다.
그러한 경사 단부면을 갖는 광섬유들이 매우 양호하게 성취될 수 있다고 해도, 상기 광섬유들이 접합되어질 경우에 문제가 발생한다. 경사 단부면들이 적절하게 인접하게 되어 실질적으로 갭(gap)이 없도록 하기 위하여, 단부면들이 평행하여야만 한다. 이는 광섬유들이 접합 몸체(splice body)에 수용될 때 상기 광섬유들이 특정 삽입 방향(keyed orientation)을 가질 것을 요구한다. 현재의 접합 방법들에서, 광섬유들의 상대적인 배향(orientation)은 임의적이다. 물론 광섬유들을 접합부(splice)에 수용한 후 여러 방향에서 반사손실을 측정함으로써 적절한 광섬유들의 방향을 실험적으로 결정할 수 있다. 그러나, 이는 많은 비용과 시간을 소모하며 광섬유 단부면들이 손상될 수도 있다. 대안적으로, 광섬유 단부면들의 부적절한 상대적 방향에 의한 불리한 효과들을 줄이기 위하여 광학 겔(opticalgel)(굴절률 맞춤 겔(index matching gel))이 사용될 수 있지만, 경사 절단에 의한 유리한 효과들이 상실될 수 있음이 밝혀졌다.
본 발명은 광섬유들을 접합하기 위한 방법 및 장치와 관련된 것이다. 보다 자세히는, 본 발명은 광섬유들의 단부들이 수직이 아닌 각도로 잘려진 광섬유들을 접합하는 방법과 관련된 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 접합의 제 1 실시예의 길이방향 단면도이다.
도 2는 도 1의 실시예의 횡방향 단면도이다.
도 3은 본 발명의 절단 배열의 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따라 접합된 광섬유의 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 접합의 또 하나의 실시예의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 접합의 또 다른 하나의 실시예의 사시도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 공지기술의 상술된 단점들과 또 다른 단점들을 극복하고 경사 절단의 이점을 충분히 이용하는 광섬유들의 접합 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 실용적이면서 경제적인, 광섬유들을 접합하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 하나의 목적은 본 발명인 방법을 구현하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 광섬유들을 접합하는 방법을 제공하는 바, 상기 방법은 제 1 광섬유를 특정 방사상 방향(radial orientation)을 갖는 제 1 삽입 엘리먼트(keying element)에 부가시키는 단계, 단지 특정 방사상 방향에서만 상기 삽입 엘리먼트를 수용하는 지지부에 상기 삽입 엘리먼트를 삽입하는 단계, 상기 삽입된 삽입 엘리먼트에 첨부된 상기 광섬유를 상기 지지부에 대하여 예정된 각도(α)로 절단하여 경사 광섬유 단부면을 형성하는 단계, 상기 삽입 엘리먼트를 상기 지지부에서부터 제거하는 단계, 상기 경사 광섬유 단부면이 접합 몸체에 대하여 예측가능한 방사상 방향을 갖도록 단지 특정 방사상 방향에서만 상기 삽입 엘리먼트를 수용하는 상기 접합 몸체에 상기 삽입 엘리먼트를 삽입하는 단계, 그리고 상기 단계들을 제 2 광섬유 및 제 2 삽입 엘리먼트에 대하여 반복하는 단계를 포함하며,상기 제 1 경사 광섬유 단부면과 제 2 경사 광섬유 단부면은 실질적으로 평행한 방향에서 인접한다.
특정 방사상 방향에서 상기 광섬유들을 절단하고 다시 특정 방사상 방향에서 그들을 수용함으로써, 인접하는 광섬유들의 예측가능한 상대적 방향이 성취된다. 이 방법에서, 상기 광섬유 단부면들의 실질적으로 완벽한 평행 인접이 성취될 수 있다.
절단할 때의 상기 방사상 방향이 접합 몸체에 수용할 때의 특정 방사상 방향과 동일할 필요는 없음이 지적되어야 한다. 그와는 대조적으로, 동일한 절단 디바이스와 관련 지지부가 사용되는 경우, 광섬유 단부들이 인접할 때의 제 2 삽입 엘리먼트의 방향은 제 1 삽입 엘리먼트의 방향에 대하여 통상적으로 180°회전될 것이다(삽입 엘리먼트들이 동일하고 절단시 동일한 지지부를 사용한다고 가정한다).
상술된 미국 특허 제 4,705,352호에서 개시된 광섬유 커넥터는, 광섬유 단부의 흠(scarring)을 방지하기 위하여, 반복되는 결합부들 상에서 상기 광섬유 커넥터가 항상 동일한 상대 위치에서 연결되는 것을 확실히 하기 위한 삽입 장치(keying mechanism)를 구비한다. 경사 절단을 위해 그러한 삽입 장치를 사용하는 것에 대한 제안이 없다. 그와는 반대로, 상기 미국 특허는 광섬유가 임의의 상대 방향에서 접합될 수 있음을 제안한다.
본 발명의 방법에서, 광섬유들의 절단시 삽입 엘리먼트들이 수용되는 지지부는, 절단 디바이스에 대한 상기 지지부의 어떠한 이동도 허용하기 않기 위하여, 상기 절단 디바이스에 부착되는 것이 바람직하다. 유리하게는 상기 지지부는 상기절단 디바이스와 일체를 이룰 수 있다.
바람직하게는, 광섬유들이 절단되는 각도(α)는 각 광섬유의 길이방향축에 수직한 선에 대하여 5°에서 12°사이이다. (상기 각도는 항상 광섬유의 길이방향축에 수직인 선에 대하여 측정되는 것이 주목된다; 따라서 0°의 각도는 수직한 단부면을 의미한다). 다른 각도 역시 사용될 수 있음에도 불구하고, 바람직한 실시예에서는, 7°내지 9°의 각도가 사용된다.
특별히 바람직한 실시예에서, 광섬유를 삽입 엘리먼트에 부가하는 단계는 상기 삽입 엘리먼트 둘레에서 열-회복가능 슬리브(heat-recoverable sleeve)를 수축시키는 단계를 포함한다. 삽입 엘리먼트들은 각각 상기 열-회복가능 슬리브에 의하여 함께 클램핑된 두 부분으로 구성될 수 있다. 이 방법으로, 광섬유의 안전한 클램핑이 성취될 수 있으며 축방향 스트레인 릴리프(strain relief)를 제공하는데 있어 도움이 될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 광섬유를 삽입 엘리먼트에 부가하는 상기 단계는 상기 삽입 엘리먼트를 클림핑(crimping)하는 단계를 포함한다. 역시 이 실시예에서도 상기 삽입 엘리먼트들에 의하여 축방향 스트레인 릴리프가 제공될 수 있다.
유리하게도, 인접하는 경사 광섬유 단부면들이 정렬부재에 수용된다. 그 자체로 공지된 그러한 정렬부재는 광섬유들의 단부들의 길이방향 정렬을 제공한다. 바람직하게는, 상기 정렬부재는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트를 포함하는바, 상기 두 엘리먼트 사이에 광섬유들이 수용되며, 적어도 하나의 엘리먼트에는 상기 엘리먼트들이 접합될 때 커버되는 실질적으로 V-형태의 홈(groove)이 제공된다.
본 발명은 상술된 바와 같은 방법을 수행하기 위한 부품 키트(kit-of-parts)를 제공하는데, 상기 키트는, 단지 특정 방사상 방향에서만 삽입 엘리먼트를 수용하는 관련 지지부를 갖는 광섬유 절단 디바이스, 및 특정 방사상 방향에서만 상기 삽입 엘리먼트를 수용하는 몸체를 갖는 광섬유 접합 디바이스를 포함한다. 또한, 본 발명은 광섬유 절단 디바이스 및 상기 부품 키트에서의 사용을 위한 광섬유 절단 디바이스를 제공한다.
본 발명은 첨부된 도면들에서 도시되는 설명적인 실시예들을 참조하여 이하에서 설명될 것이다.
도 1에서 단지 제한하지 않는 예로서 도시된 기계적 접합(1)은 실질적으로 관 형태(tubular)의 몸체(2), 정렬 부재(3), 및 2개의 삽입 엘리먼트들(4 및 5)을 포함한다. 광섬유들(20, 21)이 각각 삽입 엘리먼트들(4, 5)에 수용된다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 클래딩(cladding)은 광섬유들의 단부 부분으로부터 제거되었다. 광섬유 단부들은 상기 광섬유 단부들을 수용하고 정렬하기 위한 V 형태의 홈(6)이 제공된 정렬부재(3)에서 접촉한다. 홈은 정렬부재(3)의 단부들에서 넓어진 부분(6')을 갖는데, 상기 넓어진 부분은 광섬유가 그 영역에서 휘어질 수 있게 하여 인접하는 광섬유 단부면들 상에서 압축력을 유지하게 한다.
본 발명에 따라, 접합 디바이스(1)에는 광섬유들의 각방향(angular orientation)을 정하고 유지하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 상기 삽입 엘리먼트들(4, 5)상에 제공되는 삽입 리지(ridge)들 또는 돌출부(protrusion)(7)들을 포함하는데, 상기 돌출부들은 몸체(2)에 제공된 삽입 슬롯(8)에 수용될 수 있다. 돌출부(7)들과 슬롯(8)들의 결합은 삽입 엘리먼트들(4, 5)이 단지 하나의 특정 각방향으로 몸체(2)에 삽입될 수 있도록 하는 것을 확실히 한다. 예를 들어 삽입 엘리먼트들을 광섬유들 상으로 클림핑함으로써, 광섬유들(20, 21)이 삽입 엘리먼트들(4, 5) 내에 확고히 고정된 채로 홀딩됨이 이해될 것이다.
일단 몸체(2)내로 삽입되면, 도 1에서 도시되는 실시예의 삽입 엘리먼트들은 상기 삽입 엘리먼트들의 리지들(10) 뒤에서 걸리게 하는 래치(latch)들에 의하여 홀딩된다. 래치들(9)은 금속(예를 들어, 금속 와이어) 또는 플라스틱으로 만들어 질 수 있으며 슬롯(11)들에 수용된다. 삽입 엘리먼트들이 걸릴 때, 광섬유 단부들은 상기 광섬유 단부들이 인접하고 적어도 하나의 광섬유들이 어느 하나의 넓어진 홈 부분들(6')에서 휘어지도록 상기 삽입 엘리먼트에 수용된다. 이는 광섬유 단부면들간의 접촉을 확실히 한다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 2 삽입 엘리먼트(5)의 배열은 제 1 삽입엘리먼트(4)에 대하여 180°회전된다. 이 배열은, 디바이스(1)의 양단에 대하여 단일한 삽입 엘리먼트 디자인을 사용하는 것에 도움이 되며, 또한 보다 중요하게는, 광섬유 단부면들의 정확한 각방향을 담보하는 것에 도움이 된다. 이는 도 3을 참조하여 더 설명될 것이다.
삽입 엘리먼트(4)(도 1에서 도시됨)는 클래딩이 제거된 단부 부분을 갖는 광섬유(20)에 부착된다. 그 다음, 삽입 엘리먼트(4)는 지지부(29)로 삽입된다. 슬롯(8)과 돌출부(7) 때문에 삽입 엘리먼트(4)는 하나의 특정 각방향으로만 삽입될 수 있다. 그 후, 광섬유 단부는 그 자체로 공지된, 예를 들어 WO 98/54608의 국제 특허출원에서 공지된 절단수단(28)을 사용하여 임의의 각도로 절단된다. 결과적인 경사 광섬유 단부면(24)이 도 4에서 도시되었으며, 각도(α)는 명료함을 위하여 과장되었다.
다시 도 3으로 돌아가, 그 다음으로 삽입 엘리먼트(4)는 지지부(29)로부터 제거되고 접합 몸체(2) 내부로 삽입될 수 있다. (접합 몸체들은 하나의 광섬유가 장착된 제작소(factory)일 수 있지만, 물론 당업계에서는 양 광섬유 모두를 삽입하는 것도 가능하다). 접합 몸체(2)의 돌출부(7)와 슬롯(8)은 삽입 엘리먼트(4)가 예정된 방향으로, 도시된 실시예에서는 절단될 때와 정확히 동일한 방향으로 삽입되는 것을 확실히 한다.
상기 공정은 광섬유(21)를 홀딩하는 삽입 엘리먼트(5)에 대하여 반복된다. 도 1에서 도시되는 바와 같이, 삽입 엘리먼트(5)는 삽입 엘리먼트(4)에 대하여 180°회전된 삽입 몸체(2)로 삽입되어, 도 4에서 도시되는 바와 같이 광섬유단부면들(24 및 25)이 평행하게 한다. 양 삽입 엘리먼트들이 모두 걸릴 때, 단부면들(24, 25)이 인접하여, 매우 낮은 반사 손실을 갖는 훌륭한 접합을 야기할 것이다.
도 5의 실시예에서, 스프링(19)들은 광섬유 단부면들의 양호한 접촉을 확실하게 하는 바이어스(bias) 압력을 제공하기 위하여 삽입 엘리먼트들과 삽입 엘리먼트 홀더(18)들 사이에 수용된다.
도 6의 실시예에서, 삽입 엘리먼트 홀더들이 제공되지 않는다. 대신에, 삽입 엘리먼트들에는 볼펜 등의 캡(cap)으로 보통 사용되는 것과 같은 "스냅-핏(snap-fit)" 장치(17)가 제공된다. 물론 본 발명에 따른 경사 절단의 이점들이 얻어지는 여러 다른 실시예들이 예상될 수 있다.
따라서 본 발명은 도시된 실시예들에 제한되지 않으며 첨부된 청구의 범위에서 한정되는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않으면서 많은 부가 및 수정이 가능함이 당업자에 의하여 이해될 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 광섬유들을 접합하는 방법으로서, 상기 방법은:
    - 제 1 광섬유(20)를 특정 방사상 방향을 갖는 제 1 삽입 엘리먼트(keying element)(4)에 부가시키는 단계,
    - 단지 특정 방사상 방향에서만 상기 삽입 엘리먼트를 수용하는 지지부(29)에 상기 삽입 엘리먼트(4)를 삽입하는 단계,
    - 상기 삽입된 삽입 엘리먼트(4)에 부가된 광섬유(20)를 상기 지지부(29)에 대하여 예정된 각도(α)로 절단하여 경사 광섬유 단부면(24)을 형성하는 단계,
    - 상기 삽입 엘리먼트를 상기 지지부에서부터 제거하는 단계,
    - 상기 경사 광섬유 단부면(24)이 접합 몸체(splicing body)(3)에 대하여 예측가능한 방사상 방향을 갖도록 단지 특정 방사상 방향에서만 상기 삽입 엘리먼트를 수용하는 상기 접합 몸체에, 상기 삽입 엘리먼트를 삽입하는 단계,
    - 상기 단계들을 제 2 광섬유(21) 및 제 2 삽입 엘리먼트(5)에 대하여 반복하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 경사 광섬유 단부면(24)과 제 2 경사 광섬유 단부면(25)은 실질적으로 평행한 방향에서 인접하는, 광섬유 접합 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광섬유들이 절단되는 각도(α)는 각 광섬유의 길이방향축에 수직한 선에 대하여 5°에서 12°사이에 있는, 광섬유 접합 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 광섬유(20, 21)를 삽입 엘리먼트(4, 5)에 부가시키는 상기 단계는 상기 삽입 엘리먼트 둘레에서 열-회복가능 슬리브(heat-recoverable sleeve)(15)를 수축시키는 단계를 포함하는, 광섬유 접합 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 광섬유(20, 21)를 삽입 엘리먼트(4, 5)에 부가시키는 상기 단계는 상기 삽입 엘리먼트를 클림핑(crimping)하는 단계를 포함하는, 광섬유 접합 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 인접하는 경사 광섬유 단부면들(24, 25)은 정렬부재(3)에 수용되는, 광섬유 접합 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 정렬부재(3)는 제 1 엘리먼트(3a)와 제 2 엘리먼트(3b)를 포함하며, 상기 엘리먼트들 사이에 광섬유들이 수용될 수 있으며, 적어도 하나의 엘리먼트에는, 상기 엘리먼트들이 접합될 때 커버되는 실질적으로 V-형태의 홈(groove)(6)이 제공되는, 광섬유 접합 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 접합 몸체(3)는 커넥터를 수용할 수 있는, 광섬유 접합 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 제조 중에 상기 제 1 삽입 엘리먼트(4)는 상기 접합 몸체(3)에 삽입되는, 광섬유 접합 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 접합 몸체(3)에는 삽입 엘리먼트(4, 5)를 걸리게 하기 위한 적어도 하나의 래치(latch)(9)가 제공되는, 광섬유 접합 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 광학 겔(optical gel)이 상기 제 2 광섬유 단부면(24)에 인가되는, 광섬유 접합 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나의 항에 따른 방법을 수행하기 위한 부품 키트(kit-of-parts)로서,
    - 단지 특정 방사상 방향에서만 삽입 엘리먼트(4, 5)를 수용하는 관련 지지부(29)를 갖는 광섬유 절단 디바이스(28), 및
    - 특정 방사상 방향에서만 상기 삽입 엘리먼트를 수용하는 몸체(3)를 갖는 광섬유 접합 디바이스(1)를 포함하는, 부품 키트.
  12. 제 11 항에 따른 부품 키트에 사용하기 위한 광섬유 절단 디바이스(28).
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 지지부(29)는 상기 디바이스(28)에 고정적으로 부착되는, 광섬유 절단 디바이스.
  14. 제 11 항에 따른 부품 키트에 사용하기 위한 광섬유 접합 디바이스(1)
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