KR20070118919A - 다중모드-단일모드 광섬유 변환기 및 그 제조방법 - Google Patents

다중모드-단일모드 광섬유 변환기 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중모드-단일모드 광섬유 변환기에 관한 것으로서, 제1코어를 감싸는 제1클래드를 갖으며 일정길이 연장된 다중모드 입력부분과, 다중모드 입력부분으로부터 연장방향을 따라 제1코어 및 제1클래드 보다 외경이 점진적으로 작아지게 연장된 제2코어와 제2클래드로 된 전이영역부분을 갖는 테이퍼형 다중모드 광섬유와, 중앙에 다중모드 입력부분이 삽입될 수 있는 크기의 제1삽입홀이 형성되어 있으며 전이영역부분이 삽입된 제1페룰과, 제1페룰의 제1삽입홀 내에 삽입된 전이영역부분이 제1삽입홀의 중앙에 위치될 수 있도록 전이영역부분과 제1삽입홀 사이에 충진되어 전이영역부분을 제1페룰 내에 고정시키는 센터링용 고정층을 구비한다. 이러한 다중모드-단일모드 광섬유 변환기 및 그 제조방법에 의하면, 코어의 직경이 점진적으로 줄어드는 테이퍼형 다중모드 광섬유를 통해 광손실을 저감시키면서 단일모드 광섬유로 광을 전송시킬 수 있는 장점을 제공한다.

Description

다중모드-단일모드 광섬유 변환기 및 그 제조방법{optical fiber adapter for converting multiple mode to single mode and method of manufacturing the same}
도 1은 본 발명에 따른 다중모드-단일모드 광섬유 변환기를 나타내 보인 단면도이고,
도 2는 도 1의 다중모드-단일모드 광섬유 변환기를 제조하는 과정을 설명하기 위해 다중모드 광섬유에 열을 인가하면서 인장 하는 상태를 나타내 보인 도면이고,
도 3은 도 2에 도시된 가열과정을 거쳐 외경이 줄어들게 인장된 전이영역부분을 갖는 테이퍼형 다중모드 광섬유를 나타내 보인 단면도이고,
도 4는 도 3의 테이퍼형 다중모드 광섬유의 전이영역부분의 중간을 절단한 후 전이영역부분을 제1페룰에 센터링시켜 고정하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 도 1의 다중모드-단일모드 광섬유 변환기에 슬리브를 통해 단일모드 광섬유가 결합된 상태를 나타내 보인 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110a, 110b: 제1페룰 123: 다중모드 입력부분
127: 전이영역부분 150: 슬리브
본 발명은 다중모드-단일모드 광섬유 변환기에 관한 것으로서, 상세하게는 다중모드 광섬유를 통해 입사된 광을 단일모드 광섬유로 광손실을 저감시키면서 전송할 수 있도록 된 다중모드-단일모드 광섬유 변환기에 관한 것이다.
광섬유는 코어와, 코어보다 굴절율이 낮은 클래드가 코어를 감싸는 동심 원통 형태로 형성된 구조로 되어 있다.
이러한 광섬유는 광섬유 길이방향 즉, 빛의 전파방향에 대해 수직축으로 하나의 기저모드를 갖는 단일모드 광섬유와 다수의 모드를 갖는 다중모드 광섬유로 구분한다.
단일모드 광섬유는 코어의 직경이 통상 8 내지 10마이크로미터이고, 다중모드 광섬유는 50 내지 62.5마이크로미터이다.
한편, 일반적으로 광학소자의 특성을 분석하기 위해서 광 스펙트럼 분석기(OSA: Optical Spectrum Analyzer) 및 백색광원이 널리 이용되고 있다. 또한, 광통신소자 또는 광섬유센서는 주로 단일모드 광섬유를 이용한다.
그런데, 파장 범위가 400 내지 1,800nm인 할로겐 백색광원을 이용하여 단일모드 광섬유를 이용한 광학소자에 대해 광 스펙트럼 분석기로 파장응답 특성을 측정하고자 할 경우 집광렌즈를 이용한다 하더라도 백색광원의 출력이 단일모드 광섬 유에 결합시 결합효율이 낮아 광섬유에 결합되는 광파워가 광학소자의 특성을 정확하게 측정할 수 있는 만큼 충분하지 크지 않는 단점이 있다. 임의의 광학소자의 파장응답을 측정하기 위해서는 일정한 범위의 파장을 소자에 입력하고 소자를 통과한 각 파장의 전달비를 구하면 된다. 따라서 정확한 전달비를 측정하기 위해서는 광스펙트럼 분석기가 검출할 수 있는 최소 광 파워보다는 커야 한다. 그런데 백색광원으로부터 단일모드 광섬유에 결합되는 광파워가 작은 이유는 단일모드 광섬유의 코어의 지름이 8 내지 10마이크로미터로 매우 작기 때문이다.
한편, 다중모드 광섬유를 이용하면 단일 모드 광섬유의 10 내지 20배 정도 큰 파워의 광을 광섬유로 결합할 수 있으나, 다중모드 광섬유와 단일모드 광섬유를 직접 결합시 결합손실이 매우 커 실질적으로 적용하기가 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 다중모드의 광섬유를 통해 입력된 광을 단일모드 광섬유로 전송할 수 있으면서도 광의 파워 손실을 억제시킬 수 있는 다중모드-단일모드 광섬유 변환기 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다중모드-단일모드 광섬유 변환기는 제1코어와 상기 제1코어를 감싸는 제1클래드를 갖으며 일정길이 연장된 다중모드 입력부분과, 상기 다중모드 입력부분으로부터 연장방향을 따라 상기 제1코어 및 상기 제1클래드 보다 외경이 점진적으로 작아지게 연장된 제2코어와 제2클 래드로 된 전이영역부분을 갖는 테이퍼형 다중모드 광섬유와; 중앙에 상기 다중모드 입력부분이 삽입될 수 있는 크기의 제1삽입홀이 형성되어 있으며 상기 전이영역부분이 삽입된 제1페룰과; 상기 제1페룰의 상기 제1삽입홀 내에 삽입된 상기 전이영역부분이 상기 제1삽입홀의 중앙에 위치될 수 있도록 상기 전이영역부분과 상기 제1삽입홀 사이에 충진되어 상기 전이영역부분을 상기 제1페룰 내에 고정시키는 센터링용 고정층;을 구비한다.
바람직하게는 제2삽입홀을 갖는 제2페룰 내에 삽입된 단일모드 광섬유의 제3코어와 상기 전이영역부분의 제2코어를 상호 얼라인 시킬 수 있게 상기 제1페룰 및 상기 제2페룰을 함께 수용할 수 있는 제3삽입홀이 형성되어 상기 제1페룰 외측에서 지지되는 단일모드 광섬유 결합용 슬리브;를 더 구비한다.
더욱 바람직하게는 상기 다중모드 입력부분의 선단은 내측으로 인입되게 형성된 광수용홈을 더 구비한다.
또한, 상기 다중모드 입력부분의 제1코어의 외경은 50 내지 62.5마이크로미터이고, 상기 전이영역부분의 종단의 상기 제2코어의 외경은 8 내지 10마이크로미터이다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다중모드-단일 모드 광섬유 제조방법은 가. 다중모드 광섬유를 가열에 의해 인장시키면서 상기 다중모드 광섬유 보다 외경이 점진적으로 줄어드는 전이영역부분을 형성하는 단계와; 나. 상기 전이영역부분의 중간부분을 절단하는 단계와; 다. 상기 다중모드 광섬유가 삽입될 수 있는 제1삽입홀을 갖는 제1페룰에 상기 전이영역부분이 삽입되게 설치한 상태에서 상기 제1삽입홀 보다 작은 내경의 얼라인용 삽입홀을 갖는 제3페룰을 슬리브를 통해 상호 얼라인 시키되 상기 전이영역부분의 종단이 상기 제3페룰의 얼라인용 삽입홀에 진입되게 얼라인 시키는 단계와; 라. 상기 제1페룰의 제1삽입홀과 상기 전이영역부분 사이의 이격 공간을 고정제로 충진 및 경화시켜 전이영역부분을 상기 제1삽입홀의 중앙에 고정하는 단계와; 마. 상기 제3페룰을 분리하고, 상기 제1페룰에 상기 고정제로 고정된 상기 전이영역부분 중 상기 제1페룰로부터 돌출된 전이영역부분을 제거하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는 상기 전이영역부분 맞은편의 상기 다중모드 광섬유의 선단에 내측으로 인입되게 광수용홈을 형성하는 단계;를 더 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중모드-단일모드 광섬유 변환기 및 그 제조방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중모드-단일모드 광섬유 변환기를 나타내 보인 단면도이다.
도면을 참조하면, 다중모드-단일모드 광섬유 변환기(100)는 제1페룰(110a)(110b), 테이퍼링 다중모드 광섬유(120) 및 고정층(130)을 구비한다.
제1페룰(110a)(110b)은 다중모드 광섬유를 내부에 수용할 수 있도록 된 것으로서 도시된 예에서는 플랜지(140)를 통해 상호 결합된 두 개가 적용되었으나, 하나가 적용될 수도 있다.
제1페룰(110a)(110b)의 중심을 관통하게 형성된 제1삽입홀(112)은 일반적인 다중모드 광섬유가 삽입될 수 있게 다중모드 광섬유의 클래드의 외경에 대응되는 내경을 갖는 것이 적용된다.
테이퍼링 다중모드 광섬유(120)는 다중모드 입력부분(123)과 전이영역부분(127)을 갖는 구조로 되어 있다.
다중모드 입력부분(123)은 일반적인 다중모드 광섬유 구조와 동일한 구조로 되어 있다. 즉, 다중모드 입력부분(123)은 제1 코어(121)와 제1코어(121)를 감싸는 제1클래드(122)로 되어 있고, 제1코어의 직경은 50 내지 62.5마이크로미터이다.
다중모드 입력부분(123)의 선단은 내측으로 인입되게 광수용홈(129)이 형성되어 있다.
이러한 광수용홈(129)은 광원(170)으로부터 집광렌즈(180)를 통해 집속되어 입사되는 광의 제1코어(121)내로의 투과율을 높인다.
전이영역부분(127)은 다중모드 입력부분(123)으로부터 점진적으로 외경이 줄어들게 형성된 부분이다.
설명의 편의상 전이영역부분(127)에 대해서는 제2코어(125)와 제2클래드(126)로 명명하여 설명한다.
제2코어(125)는 길이방향을 따라 점진적으로 줄어들고, 종단(125a)의 직경은 단일모드 광섬유의 직경 즉, 8 내지 10마이크로미터가 되게 형성된다.
제2클래드(126)도 길이방향을 따라 제2코어(125)와 대응되는 축소율로 점진적으로 외경이 줄어들게 형성되어 있다. 참조부호 126a는 제2클래드의 종단이다.
고정층(130)은 전이영역부분(127)과 다중모드 입력부분(123)이 함께 수용된 제1페룰(110b)에 삽입된 전이영역부분(127)의 제2클래드(126)의 종단(126a)의 외경 이 제1삽입홀(122)의 내경에 비해 훨씬 작기 때문에 전이영역부분(127)의 제2코어(125)가 제1삽입홀(112)의 중심에 위치되도록 전이영역부분(127)과 제1삽입홀(112) 사이에 충진되어 형성된 층이다.
고정층(130)은 에폭시로 형성할 수 있다.
이러한 구조의 다중모드-단일모드 광섬유 변환기(100)는 도 5에 도시된 바와 같이 전이영역부분(127)이 수용된 제1페룰(110b)을 수용하여 외측에서 지지할 수 있는 제3삽입홀(152)을 갖는 슬리브(150)를 제1페룰(110b)이 일정깊이 진입되게 설치한 다음 제1페룰(110b)과 동일한 외경을 갖는 제2페룰(230) 내의 제2삽입홀(232)에 삽입된 단일모드 광섬유(240)의 제3코어(241)와 전이영역부분(127)의 제2코어(125)의 종단이 상호 동일한 단면적을 갖으면서 맞접합되게 얼라인 시킬 수 있어 다중모드 입력부분(123)을 통해 입력되는 광의 단일모드 광섬유(140)로의 전송효율을 높일 수 있다.
이하에서는 이러한 다중모드-단일모드 광섬유 변환기(100)의 바람직한 제조방법을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 제1코어(121)와 제1클래드(122)를 갖는 다중모드 광섬유를 양방향으로 인장할 수 있는 홀더(201)(202)에 홀딩시킨 후 홀더(201)(202) 사이에 있는 가열 대상부분에 가열기(210)로 가열한다. 가열기(210)는 수소 또는 산소 불꽃을 발생시키는 것을 적용하면 되고 가열온도는 1300도 내지 1800도로 가열한다.
가열기(210)의 가열과 함께 홀더(201)(202)를 각각 상호 멀어지는 방향으로 점진적으로 인장시킨다. 그러면, 도 3에 도시된 바와 같이 가열에 의한 인장에 의해 외경이 점진적으로 줄어드는 절구통형 형상으로 외경이 점진적으로 줄어든 전이영영부분(T1)(T2)(127) 형성된다.
이후, 이완에 의해 외경이 점진적으로 줄어든 전이영역부분(T1)(T2) 중 가장 폭이 가늘게 줄어든 중앙부분(C)을 절단한다. 절단에 의해 각각 전이영역부분(T1)(T2)을 갖는 다중모드 광섬유 각각은 앞서 설명된 테이퍼형 다중모드 광섬유로 사용할 수 있다.
다음은 도 4에 도시된 바와 같이 제1페룰(110b)로부터 일정길이 노출되게 연장된 전이영역부분(127)이 제1삽입홀(112)의 센터에 고정하기 위해 센터링 보조용 제3페룰(220)을 슬리브(150)를 통해 전이영역부분(127)의 가장 외경이 가는 선단이 삽입되게 삽입한다. 여기서 제3페룰(220)은 제1페룰(110b)과 동일한 외경을 갖되 동심상으로 상호 다른 얼라인용 삽입홀(222)을 갖는다. 즉, 제1페룰(110b)은 다중모드 광섬유가 삽입될 수 있는 크기의 제1삽입홀(112)이 형성된 반면, 제3페룰(220)은 단일모드 광섬유 보다 점진적으로 외경이 줄어든 전이영역부분 중 선단으로부터 일부가 삽입되어 전이영역부분을 제1삽입홀(112)의 중앙에 센터링되게 얼라인 시킬 수 있게 제1삽입홀(112) 보다 작은 내경을 갖는 얼라인용 삽입홀(222)을 갖는 것이 적용된다. 얼라인용 삽입홀(222)의 내경은 10마이크로미터 내지 70 마이크로미터 범위에서 적절하게 적용하는 것이 바람직하다.
한편, 전이영역부분(127)이 제3페룰(220)의 얼라인용 삽입홀(222)에 진입시키면 제1삽입홀(112)의 중심에 전이영역부분(127)이 자연스럽게 얼라인된다.
이 후, 제1삽입홀(112)과 전이영역부분(127) 사이의 이격공간에 에폭시를 주입하여 경화시킨다.
경화에 의해 고정층(130)이 형성된 이후 제3페룰(220) 및 슬리브(150)를 분리한 후, 제1페룰(110b)로부터 돌출된 전이영역부분(127)을 절단하면 된다. 이때 제1페룰(110b)의 종단 상의 전이영역부분(127)의 제2코어(126)의 직경이 단일모드 광섬유의 코어의 직경과 같게 되도록 제1페룰(110b)의 일부까지 절단할 수 있음은 물론이다.
이후, 도 5에 도시된 바와 같이 슬리브(150)를 다시 제1페룰(110b)에 끼운 다음 슬리브(150)의 제3삽입홀(152)을 통해 단일모드 광섬유(240)가 삽입된 제2페룰(230)을 얼라인시켜 원하는 측정을 수행하면 된다. 도시된 예에서 단일모드 광섬유(240)는 제3코어(241)를 감싸는 제3클래드(242)의 외경이 제1클래드(122)와 동일한 동일한 외경을 갖는 것이 적용되었고, 이에 따라 제2페룰(230)의 제2삽입홀(232)도 제1페룰(110b)의 제1삽입홀(112)과 동일한 내경을 갖는 것이 적용되었다.
지금까지 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 다중모드-단일모드 광섬유 변환기 및 그 제조방법에 의하면, 코어의 직경이 점진적으로 줄어드는 테이퍼형 다중모드 광섬유를 통해 광손실을 저감시키면서 단일모드 광섬유로 광을 전송시킬 수 있는 장점을 제공한다.

Claims (6)

  1. 제1코어와 상기 제1코어를 감싸는 제1클래드를 갖으며 일정길이 연장된 다중모드 입력부분과, 상기 다중모드 입력부분으로부터 연장방향을 따라 상기 제1코어 및 상기 제1클래드 보다 외경이 점진적으로 작아지게 연장된 제2코어와 제2클래드로 된 전이영역부분을 갖는 테이퍼형 다중모드 광섬유와;
    중앙에 상기 다중모드 입력부분이 삽입될 수 있는 크기의 제1삽입홀이 형성되어 있으며 상기 전이영역부분이 삽입된 제1페룰과;
    상기 제1페룰의 상기 제1삽입홀 내에 삽입된 상기 전이영역부분이 상기 제1삽입홀의 중앙에 위치될 수 있도록 상기 전이영역부분과 상기 제1삽입홀 사이에 충진되어 상기 전이영역부분을 상기 제1페룰 내에 고정시키는 센터링용 고정층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 다중모드-단일모드 광섬유 변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    제2삽입홀을 갖는 제2페룰 내에 삽입된 단일모드 광섬유의 제3코어와 상기 전이영역부분의 제2코어를 상호 얼라인 시킬 수 있게 상기 제1페룰 및 상기 제2페룰을 함께 수용할 수 있는 제3삽입홀이 형성되어 상기 제1페룰 외측에서 지지되는 단일모드 광섬유 결합용 슬리브;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다중모드-단일모드 광섬유 변환기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다중모드 입력부분의 선단은 내측으로 인입되게 형성된 광수용홈을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다중모드-단일모드 광섬유 변환기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 다중모드 입력부분의 제1코어의 외경은 50 내지 62.5마이크로미터이고, 상기 전이영역부분의 종단의 상기 제2코어의 외경은 8 내지 10마이크로미터인 것을 특징으로 하는 다중모드-단일 모드 광섬유.
  5. 가. 다중모드 광섬유를 가열에 의해 인장시키면서 상기 다중모드 광섬유 보다 외경이 점진적으로 줄어드는 전이영역부분을 형성하는 단계와;
    나. 상기 전이영역부분의 중간부분을 절단하는 단계와;
    다. 상기 다중모드 광섬유가 삽입될 수 있는 제1삽입홀을 갖는 제1페룰에 상기 전이영역부분이 삽입되게 설치한 상태에서 상기 제1삽입홀 보다 작은 내경의 얼라인용 삽입홀을 갖는 제3페룰을 슬리브를 통해 상호 얼라인 시키되 상기 전이영역부분의 종단이 상기 제3페룰의 얼라인용 삽입홀에 진입되게 얼라인 시키는 단계와;
    라. 상기 제1페룰의 제1삽입홀과 상기 전이영역부분 사이의 이격 공간을 고정제로 충진 및 경화시켜 전이영역부분을 상기 제1삽입홀의 중앙에 고정하는 단계와;
    마. 상기 제3페룰을 분리하고, 상기 제1페룰에 상기 고정제로 고정된 상기 전이영역부분 중 상기 제1페룰로부터 돌출된 전이영역부분을 제거하는 단계;를 포 함하는 것을 특징으로 하는 다중모드-단일모드 광섬유 변환기 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전이영역부분 맞은편의 상기 다중모드 광섬유의 선단에 내측으로 인입되게 광수용홈을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중모드-단일모드 광섬유 변환기 제조방법.
KR1020060053222A 2006-06-13 2006-06-13 다중모드-단일모드 광섬유 변환기 및 그 제조방법 KR100789478B1 (ko)

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