KR20090111473A - 광섬유 커넥터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광섬유 커넥터를 제공하기 위한 것으로, 굴절률이 낮은 바깥의 클래딩에 쌓여 있고, 광 신호를 전송하는 코어와; 일측은 상기 코어와 연결되고, 타측은 광디바이스와 연결되어 상기 코어의 광신호를 상기 광디바이스로 전송하도록 깔때기 형으로 구성된 접속부; 를 포함하여 구성함으로서, 깔때기 형으로 접속부를 형성하고 링 구조의 광 안테나를 이용하여 광섬유 커넥터를 구성함으로써, 광신호의 손실을 최소화하여 광섬유에서 파장 단위의 작은 공간에서 직접 코어 보다 작은 크기의 광 도파로에 연결할 수 있게 되는 것이다.
광섬유, 커넥터, 커플러, 클래딩, 코어

Description

광섬유 커넥터{Apparatus for optical fiber connector}
본 발명은 광섬유 칩 커플러(fiber-chip coupler)로 사용되는 광섬유 커넥터에 관한 것으로, 특히 깔때기 형으로 접속부를 형성하고 링(Ring) 구조의 광 안테나를 이용하여 광섬유 커넥터를 구성함으로써, 광신호의 손실을 최소화하여 광섬유에서 파장 단위의 작은 공간에서 직접 코어(Core) 보다 작은 크기의 광 도파로에 연결하기에 적당하도록 한 광섬유 커넥터에 관한 것이다.
일반적으로 광 도파로 제조 방법은 몰드라고 하는 형틀로 광 도파로를 마치 도장을 찍듯 만들어 내는 기술인데, 고열을 이용하는 열 엠보싱기법과 자외선을 이용하는 자외선 엠보싱기법으로 나눌 수 있다. 열 엠보싱의 경우 소재는 열가소성을 가져야만 하고 자외선 엠보싱의 경우 소재는 자외선 경화성을 가져야 한다.
또한 광 도파로(또는 광배선)는 광신호를 전달하기 위한 전송매체로서 유리나 플라스틱과 같은 투명한 재질을 사용하며 굴절률이 높은 중심(코어)과 낮은 바깥(클래딩)의 굴절률 차이를 이용해 전반사의 원리로 빛을 진행하게 한다.
도 1은 종래 광 도파로를 포함하는 광시스템의 개념도로서, 대한민국 공개특허 제 2007-0029715 호의 기술내용이다.
그래서 광 도파로를 포함하는 광시스템(10)은 제 1 광입출력수단(12), 제 2 광입출력수단(14), 및 제 3 광입출력수단(16)과, 멀티모드에서의 광의 전파가 가능한 제 4 멀티모드광도파로(20) 및 제 5 멀티모드광도파로(22)를 갖고, 상기 제 4 멀티모드광도파로(20) 및 제 5 멀티모드광도파로(22)의 사이에 상기 제 4 멀티모드광도파로(20) 및 제 5 멀티모드광도파로(22) 내의 광의 진행방향에 교차하여 광학필터(24)를 설치하기 위한 광학필터설치수단(26)을 갖고, 상기 제 1 광입출력수단(12)이 상기 제 4 멀티모드광도파로(20)에서의 상기 광학필터설치수단(26)의 반대측의 단면에 접속되고, 상기 제 2 광입출력수단(14) 및 제 3 광입출력수단(16)이 상기 제 5 멀티모드광도파로(22)의 상기 광학필터설치수단(26)의 반대측의 단면에 접속되어 있다.
상기 제 4 멀티모드광도파로(20)의 광의 진행방향의 길이를 L4, 광의 진행방향과 직교하는 방향의 폭을 W4로 한다. 상기 제 5 멀티모드광도파로(22)의 광의 진행방향의 길이를 L5, 광의 진행방향과 직교하는 방향의 폭을 W5로 한다.
상기 제 5 멀티모드광도파로(22)에의 제 2 광입출력수단(14) 및 제 3 광입출력수단(16)의 입출력 위치의 중심선 간격의 1/2을 D5로 한다. 상기 제 5 멀티모드광도파로(22)에의 제 2 광입출력수단(14) 및 제 3 광입출력수단(16)의 입출력 위치의 중심선(Ｏ)과 상기 제 4 멀티모드광도파로(4)에의 제 1 광입출력수단(12)의 입출력 중심위치의 간격을 D4로 한다.
광학필터(24)는 입사각 0도의 광에 대하여 제 1 파장 1.31㎛ 및 제 2 파장 1.49㎛의 광을 투과하고, 또한 파장 1.55㎛의 광을 반사하는 유전체 다층막 필터(24)가 사용되었다. 광학필터의 두께는 25㎛이다. 기판은 0.1 내지 1.0mm의 유리기판, 또는 5 내지 10㎛의 폴리이미드 기판이다.
광 도파로를 포함하는 광시스템(10)의 각 치수는 아래와 같다.
제 4 멀티모드광도파로(20)의 광의 진행방향의 길이 : L4 = 412.5㎛
제 5 멀티모드광도파로(22)의 광의 진행방향의 길이 : L5 = 242.5㎛
제 4 멀티모드광도파로(20)의 진행방향과 직교하는 방향의 폭 : W4 = 17.2㎛
제 5 멀티모드광도파로(22)의 진행방향과 직교하는 방향의 폭 : W5 = 16.8㎛
제 5 멀티모드광도파로(22)에의 제 2 광입출력수단(14) 및 제 3 광입출력수단(16)의 입출력 위치의 중심선(Ｏ)과 상기 제 4 멀티모드광도파로(20)에의 제 1 광입출력수단(12)의 입출력 중심위치의 간격 : D4 = 4.7㎛
제 5 멀티모드광도파로(22)에의 제 2 광입출력수단(14) 및 제 3 광입출력수단(16)의 입출력 위치의 중심선 간격의 1/2 : D5 = 5.15㎛
그래서 종래 O-PCB의 경우 중심인 코어와 바깥의 클래딩의 굴절률 차이를 이용해 광신호를 전송하는 광 도파로를 구성하고, 이러한 광 도파로를 광디바이스에 연결하게 된다.
광 도파로에서 코어(Core)는 직경이 8.2㎛ 정도가 될 수 있고, 굴절률(n)이 1.468 정도 된다. 또한 코어를 보호하는 클래딩(Cladding)은 직경이 125㎛ 정도가 될 수 있으며, 굴절률이 약 1.453 정도 된다. 또한 내부의 디바이스는 약 1㎛ x 1 ㎛ 정도의 두께를 가질 수 있다.
그러나 현재는 광신호의 파동성을 이용하여 광 모드를 변환(Convert)하려고 하기 때문에 광섬유 커넥터의 크기가 신호의 파장보다 훨씬 더 커질 수 밖에 없는 문제점이 있었다. 또한 광 도파로와 광디바이스의 연결 접점에서의 광전송 효율이 저하되는 문제점도 있었다.
따라서 코어와 광디바이스를 연결할 때, 코어의 굴절률(n=1.468)을 고려하여 광신호의 손실을 최소화할 수 있는 연결 구조가 요구된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 깔때기 형으로 접속부를 형성하고 링 구조의 광 안테나를 이용하여 광섬유 커넥터를 구성함으로써, 광신호의 손실을 최소화하여 광섬유에서 파장 단위의 작은 공간에서 직접 코어 보다 작은 크기의 광 도파로에 연결할 수 있는 광섬유 커넥터를 제공하는데 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유 커넥터의 개념도이다.
이에 도시된 바와 같이, 굴절률이 낮은 바깥의 클래딩(110)에 쌓여 있고, 광신호를 전송하는 코어(120)와; 일측은 상기 코어(120)와 연결되고, 타측은 광디바 이스(130)와 연결되어 상기 코어(120)의 광신호를 상기 광디바이스(130)로 전송하도록 깔때기 형으로 구성된 접속부(140)와; 상기 접속부(140) 내에 위치하여 상기 코어(120)의 광신호를 집속하여 상기 광디바이스(130)로 전송되도록 하는 링을 구비한 광 안테나(150);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 링은, 둘 이상으로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 링은, 상기 접속부(140)에서 상기 코어(120)와 연결된 일측 부분(A 지점)에 위치한 것을 특징으로 한다.
상기 링은, 전기전도도가 104 ~ 107 S/m(지멘스/미터) 범위의 금속인 것을 특징으로 한다.
상기 접속부(140)는, 상기 코어(120)와 연결된 일측(A 지점)의 직경은 상기 광디바이스(130)와 연결된 타측(B 지점)의 직경 보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 접속부(140)는, 상기 코어(120)와 동일한 범위의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 광섬유 커넥터는 깔때기 형으로 접속부를 형성하고 링 구조의 광 안테나를 이용하여 광섬유 커넥터를 구성함으로써, 광신호의 손실을 최소화하여 광섬유에서 파장 단위의 작은 공간에서 직접 코어 보다 작은 크기의 광 도파로에 연결할 수 있는 효과가 있게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 광섬유 커넥터의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
먼저 본 발명은 깔때기 형으로 접속부를 형성하고 링 구조의 광 안테나를 이용하여 광섬유 커넥터를 구성함으로써, 광신호의 손실을 최소화하여 광섬유에서 파장 단위의 작은 공간에서 직접 코어 보다 작은 크기의 광 도파로에 연결하고자 한 것이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 광섬유 커넥터의 개념도이다.
광 도파로에서 코어(120)는 직경이 8.2㎛ 정도가 될 수 있고, 굴절률(n)이 1.468 정도 된다. 또한 코어를 보호하는 클래딩(110)은 직경이 125㎛ 정도가 될 수 있으며, 굴절률이 약 1.453 정도 되어 코어(120) 보다는 굴절률이 작다. 광 도파로는 클래딩(110)의 굴절률(n=1.453) 보다 코어(120)의 굴절률(n=1.468)을 크게 하여 굴절률의 차이에 의해 광신호가 전송되도록 한다.
또한 내부의 광디바이스(130)는 약 1㎛ x 1㎛(가로 x 세로) 정도의 두께를 가질 수 있다.
그래서 접속부(140)를 깔때기 형으로 구성하여 코어(120) 측의 광신호가 최대의 전송 효율에 의해 광디바이스(130)로 전송되도록 한다. 그리고 접속부(140)는 코어(120)와 연결된 일측(A 지점)의 직경은 광디바이스(130)와 연결된 타측(B 지점)의 직경 보다 크도록 하고, 굴절률은 코어(120)의 굴절률과 동일한 범위(오차 범위에서 동일함을 의미함)의 굴절률(n=1.468)을 갖도록 할 수 있다. 또한 접속부(140)에서 A 지점에서 B 지점까지의 수평 길이는 2.12㎛로 설정할 수 있다.
도 3은 도 2에 대한 FDTD(Finite-Difference Time-Domain, 유한차분시간영역법) 전사모사 결과를 보인 도면이다.
그래서 코어(120)에서 A 지점을 거쳐 접속부(140)를 경유하고, B 지점을 거쳐 광디바이스(130)로 전송되는 광신호에서, 접속부(140)에 의해 광신호의 강도(Intensity)가 감소하지 않고 센터(Center)로 광신호가 집속된 상태로 코어(120)에서 광디바이스(130)로 전송되는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유 커넥터의 개념도이다.
이는 도 2와는 달리, 접속부(140)에 링을 구비한 광 안테나(150)를 삽입하여 코어(120)의 광신호를 집속하여 광디바이스(130)로 전송되도록 한 것이다.
이러한 링을 구비한 광 안테나(150)는 접속부(140)에서 코어(120)와 연결된 일측 부분(A 지점)에 위치하도록 할 수 있다.
또한 링은 전기전도성이 좋은 금속을 이용할 수 있으며, 전기전도도가 104 ~ 107 S/m(지멘스/미터) 범위의 금속(예, 은, 구리, 금, 백금, 알루미늄 등)을 사용할 수 있다.
도 4에서 광 안테나(150)는 둘 이상의 링으로 구성할 수 있다. 만약 2개의 링으로 광 안테나(150)를 구성했을 경우, 최외각의 링의 직경은 7240nm일 수 있고, 그 내부의 링의 직경은 5160nm일 수 있다.
도 5는 도 4에 대한 FDTD 전사모사 결과를 보인 도면이다.
그래서 코어(120)에서 A 지점을 거쳐 접속부(140)를 경유하고, B 지점을 거쳐 광디바이스(130)로 전송되는 광신호에서, 접속부(140)와 광 안테나(150)에 의해 광신호의 강도(Intensity)가 감소하지 않고 센터(Center)로 광신호가 집속된 상태로 코어(120)에서 광디바이스(130)로 전송되는 것을 알 수 있다.
이처럼 본 발명은 깔때기 형으로 접속부를 형성하고 링 구조의 광 안테나를 이용하여 광섬유 커넥터를 구성함으로써, 광신호의 손실을 최소화하여 광섬유에서 파장 단위의 작은 공간에서 직접 코어 보다 작은 크기의 광 도파로에 연결하게 되는 것이다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 광 도파로를 포함하는 광시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 광섬유 커넥터의 개념도이다.
도 3은 도 2에 대한 FDTD 전사모사 결과를 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유 커넥터의 개념도이다.
도 5는 도 4에 대한 FDTD 전사모사 결과를 보인 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 클래딩
120 : 코어
130 : 광디바이스
140 : 접속부
150 : 광 안테나

Claims (6)

  1. 굴절률이 낮은 바깥의 클래딩에 쌓여 있고, 광신호를 전송하는 코어와;
    일측은 상기 코어와 연결되고, 타측은 광디바이스와 연결되어 상기 코어의 광신호를 상기 광디바이스로 전송하도록 깔때기 형으로 구성된 접속부와;
    상기 접속부 내에 위치하여 상기 코어의 광신호를 집속하여 상기 광디바이스로 전송되도록 하는 링을 구비한 광 안테나;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 커넥터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 링은,
    둘 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 커넥터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 링은,
    상기 접속부에서 상기 코어와 연결된 일측 부분에 위치한 것을 특징으로 하는 광섬유 커넥터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 링은,
    전기전도도가 104 ~ 107 S/m(지멘스/미터) 범위의 금속인 것을 특징으로 하는 광섬유 커넥터.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 접속부는,
    상기 코어와 연결된 일측의 직경은 상기 광디바이스와 연결된 타측의 직경 보다 큰 것을 특징으로 하는 광섬유 커넥터.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 접속부는,
    상기 코어와 동일한 범위의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 커넥터.
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