KR20090116350A - 광섬유 고정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 고정장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 광섬유 고정장치는 레이저빔을 전송하는 광섬유를 고정하기 위한 광섬유 고정장치에 있어서, 상기 광섬유를 지지하는 베이스; 및 상기 광섬유의 길이 방향과 교차하는 방향으로 상기 광섬유를 밀어줌으로써 상기 광섬유를 굴곡지게 하고, 상기 광섬유를 굴곡진 상태로 고정하는 굴곡고정수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광섬유 고정장치 {APPARATUS FOR LOCKING OPTICAL FIBER}

본 발명은 광섬유 고정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광섬유로부터 출사되는 레이저빔의 단면 에너지 분포를 고르게 하기 위해 광섬유를 굴곡지게 고정하는 광섬유 고정장치에 관한 것이다.

통상적으로, 광섬유는 광신호의 전송 매체가 되는 코어와, 코어 내에서 전송되는 광신호를 가두기 위하여 코어를 둘러싸는 클래드를 포함한다. 코어는 클래드보다 큰 굴절률을 가지므로, 코어를 통해 입사된 광신호는 코어와 클래드의 경계면에서 전반사를 반복하며 코어의 길이 방향으로 진행하게 된다.

레이저 발진기로부터 발진된 레이저빔은 광섬유를 통해 전송되는데, 광섬유의 출력단에서 출사되는 레이저빔의 에너지는 일반적으로 가우시안(Gaussian) 분포와 같은 에너지 분포를 갖는다. 즉, 레이저빔의 단면 에너지 분포는 중앙부의 출력이 가장 높고, 가장자리부로 갈수록 출력이 점점 감소한다. 이러한 레이저빔을 기판 상에 조사하여 마킹이나 드릴링 등의 가공을 하면, 레이저빔이 조사된 부위의 중앙부에서는 온도가 급격히 상승하여 많은 양의 물질이 증발하거나 스퍼터링되지만, 가장자리부에서는 중앙부보다 적은 양의 물질이 증발하거나 스퍼터링된다. 결 국, 에너지 분포의 불균일로 인하여 가공된 표면의 가공 품질이 균일하지 않게 된다.

광섬유로부터 출력되는 레이저빔 단면의 중앙부와 가장자리부의 에너지 분포를 고르게 하기 위해 많은 개선안들이 도출되어 사용되어 왔다. 도 1은 레이저빔의 단면 에너지 분포를 고르게 하기 위한 종래 장치의 개략도이고, 도 2는 도 1의 장치의 광섬유로부터 출사되는 레이저빔의 단면 에너지 분포도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 장치는 멀티코어 광섬유(10)와, 싱글코어 광섬유(20)와, 멀티코어 광섬유(10)와 싱글코어 광섬유(20)를 연결하는 파이버 점퍼(30)와, 싱글코어 광섬유(20)에서 출사되는 레이저빔을 집속하는 결상광학계(40)를 포함한다.

상기 멀티코어 광섬유(10)는 레이저 다이오드에 연결되며, 레이저 다이오드에서 생성된 레이저빔을 각각의 코어를 통해 전송한다. 멀티코어 광섬유(10)를 구성하는 각 코어에서는 각각 레이저빔이 출사된다. 부재번호 "11"은 멀티코어 광섬유(10)에서 출사되는 레이저빔의 단면 에너지 분포이다. 이와 같이 멀티코어 광섬유(10)에서 출사되는 레이저빔은 싱글코어 광섬유(20)로 입사된다. 레이저빔은 싱글코어 광섬유(20)를 통과하면서 단일의 원형 형상의 레이저빔으로 변환되어 부재번호 "21"(싱글코어 광섬유(20)에서 출사되는 레이저빔의 단면 에너지 분포)로 표시된 바와 같은 에너지 분포를 보이게 된다.

그러나 레이저빔의 단면 에너지 분포를 좀더 자세히 관찰하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 단면의 에너지 분포가 중앙부와 가장자리부에 걸쳐 고르지 못한 문 제점이 있다. 부재번호 "23"은 x축에 대한 레이저빔의 단면 에너지 분포이고, 부재번호 "25"는 y축에 대한 레이저빔의 단면 에너지 분포이다. 멀티코어 광섬유(10)와 싱글코어 광섬유(20)를 연결하여 단일의 원형 형상의 레이저빔을 구현하더라도 상술한 바와 같은 에너지 분포의 불균일이 발생하게 되고, 이러한 에너지 분포의 불균일은 가공대상물의 가공 품질을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광섬유로부터 출사되는 레이저빔의 단면 에너지 분포를 고르게 하기 위하여 광섬유를 굴곡지게 고정할 수 있는 광섬유 고정장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 광섬유 고정장치는, 레이저빔을 전송하는 광섬유를 고정하기 위한 광섬유 고정장치에 있어서, 상기 광섬유를 지지하는 베이스; 및 상기 광섬유의 길이 방향과 교차하는 방향으로 상기 광섬유를 밀어줌으로써 상기 광섬유를 굴곡지게 하고, 상기 광섬유를 굴곡진 상태로 고정하는 굴곡고정수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광섬유 고정장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 굴곡고정수단은, 상기 광섬유의 일부분을 상기 베이스에 결합하기 위한 제1결합부재; 상기 길이 방향을 따라 상기 제1결합부재로부터 이격되게 배치되고, 상기 광섬유의 타부분을 상기 베이스에 결합하기 위한 제2결합부재; 및 상기 제1결합부재와 상기 제2결합부재 사이에 배치되고, 상기 교차하는 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 광섬유를 밀어주는 굴곡형성부재;를 포함한다.

본 발명에 따른 광섬유 고정장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 굴곡형성부재는, 상기 광섬유와 접촉하는 광섬유 안착부와, 상기 굴곡형성부재를 관통하며 상기 교차하는 방향을 따라 길게 형성된 슬릿을 포함한다.

본 발명에 따른 광섬유 고정장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 광섬유가 과도하게 굴곡되는 것을 방지하고자, 상기 굴곡형성부재가 상기 교차하는 방향을 따라 일정 한계 이상 슬라이딩되는 것을 방지하는 스토퍼를 더 포함한다.

본 발명에 따른 광섬유 고정장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 굴곡형성부재가 슬라이딩된 이동량을 측정하기 위한 측정부를 더 포함한다.

본 발명에 따른 광섬유 고정장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 굴곡고정수단에 의해 굴곡진 상태로 고정되는 광섬유의 곡률 반경은, 상기 광섬유의 최소 굴곡 반경(minimum bend radius) 이하의 곡률 반경을 가진다.

본 발명에 따르면, 광섬유를 굴곡된 상태로 고정하여 광섬유를 통해 전송되는 레이저빔의 모드 결합(mode coupling)을 향상시킴으로써, 광섬유로부터 출사되는 레이저빔의 단면 에너지 분포를 고르게 하여 가공대상물의 가공품질을 향상시킬 수 있는 광섬유 고정장치가 제공된다.

또한 본 발명에 따르면, 광섬유의 과도한 굴곡을 방지하는 스토퍼를 구비함으로써 미숙한 작업자의 실수 등으로 인한 광섬유의 손상을 방지할 수 있는 광섬유 고정장치가 제공된다.

또한 본 발명에 따르면, 굴곡형성부재의 슬라이딩된 이동량을 측정하는 측정부를 구비함으로써, 광섬유로부터 출사되는 레이저빔의 단면 에너지 분포를 실시간으로 측정하면서 가장 이상적인 에너지 분포를 가지는 광섬유의 곡률 반경을 용이하게 선택할 수 있는 광섬유 고정장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 따른 광섬유 고정장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 고정장치의 사시도이고, 도 4는 도 3의 광섬유 고정장치의 베이스의 사시도이고, 도 5는 도 3의 광섬유 고정장치에 의해 고정된 광섬유로부터 출사되는 레이저빔의 단면 에너지 분포도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 광섬유 고정장치(100)는 베이스(110)와, 굴곡고정수단과, 스토퍼(160)와, 측정부(150)를 포함한다.

상기 베이스(110)는 광섬유(20)를 지지한다. 본 실시예의 광섬유 고정장치(100)가 이용되는 레이저 가공장치는 도 1에 도시된 바와 같이 멀티코어 광섬유(10)와 싱글코어 광섬유(20)를 연결하여 이용하며, 본 실시예에 있어서 광섬유 고정장치(100)에 의해 굴곡진 상태로 고정되는 광섬유(20)는 싱글코어 광섬유이다.

상기 굴곡고정수단은 광섬유(20)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 광섬유(20)를 밀어줌으로써 광섬유(20)를 굴곡지게 하고 그 광섬유(20)를 굴곡진 상태로 고정하는 것으로서, 제1결합부재(120)와, 제2결합부재(130)와, 굴곡형성부재(140)를 포함한다.

상기 제1결합부재(120)는 광섬유(20)의 일부분을 베이스(110)에 결합시키며, 상기 제2결합부재(130)는 광섬유의 길이 방향(A)을 따라 광섬유(20)의 일부분으로부터 일정 거리 이격된 광섬유(20)의 타부분을 베이스(110)에 결합시킨다. 제2결합부재(120)는 광섬유(20)의 길이 방향(A)을 따라 제1결합부재(120)로부터 이격되 게 배치되며, 광섬유(20)의 입력단에 결합되는 커넥터, 제1결합부재(120) 및 제2결합부재(130)는 일직선 상에 나란히 배치된다.

상기 굴곡형성부재(140)는 광섬유(20)의 길이 방향(A)과 교차하는 방향(B)으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 부재로서, 교차하는 방향(B)으로 광섬유(20)를 밀어줌으로써 광섬유(20)에 굴곡을 형성하는 역할을 수행한다. 상기 굴곡형성부재(140)는 제1결합부재(120)와 제2결합부재(130) 사이에 배치되어 제1결합부재(120)와 제2결합부재(130) 사이의 광섬유(20) 부분에 교차하는 방향(B)으로 힘을 가하게 된다.

여기서, 굴곡형성부재(140)에 의해 굴곡지게 고정되는 광섬유(20)의 곡률 반경은 광섬유(20)의 최소 굴곡 반경(minimum bend radius) 이하의 곡률 반경을 가지는 것이 바람직하다. 예컨대, 본 실시예에서는 제조자의 권장 사항으로 300R의 최소 굴곡 반경을 가지는 광섬유(20)를, 약 150R의 곡률 반경을 가지도록 굴곡지게 하여 이용한다. 이와 같이 광섬유(20)가 최소 굴곡 반경 이하의 곡률 반경을 가지도록 굴곡지게 형성함으로써, 광섬유(20) 내에서 안정적인 모드 분산(mode distribution)이 이루어지게 하고, 광섬유(20)의 출력단에서는 보다 안정적인 플랫-탑 빔 프로파일(flat-top beam profile)을 가지는 레이저빔을 출사할 수 있다.

상기 굴곡형성부재(140)는 광섬유(20)와 접촉하는 광섬유 안착부(141)와, 굴곡형성부재(140)를 관통하며 교차하는 방향(B)을 따라 길게 형성된 슬릿(143)을 포함한다. 상기 광섬유 안착부(141)는 광섬유(20)의 외측부와 충분한 접촉이 이루어지도록 오목한 원호 형상으로 제작되며 광섬유(20)를 감싸듯이 형성되어 있다. 굴 곡형성부재(140)는 슬릿(143)을 관통하는 나사부재(145)에 의해 베이스(110)에 결합되며, 슬릿(143)이 형성된 방향을 따라 굴곡형성부재(140)의 슬라이딩 운동이 가능하다. 베이스(110)에는 상기 교차하는 방향(B)을 따라 이격된 다수의 결합홀(111)이 형성되며, 다수의 결합홀(111) 중 하나의 결합홀(111)을 선택하여 나사부재(145)를 결합시킴에 따라 굴곡형성부재(140)의 슬라이딩 운동 범위를 변경시킬 수 있다.

상기 스토퍼(stopper)(160)는 광섬유(20)가 과도하게 굴곡되는 것을 방지하고자, 굴곡형성부재(140)가 교차하는 방향을 따라 일정 한계 이상 슬라이딩되는 것을 방지한다. 본 실시예에서는 하나의 스토퍼만 설치되었으나 베이스(110)의 일측면에 한 쌍의 스토퍼가 설치될 수도 있다.

상기 측정부(150)는 굴곡형성부재(140)가 슬라이딩된 이동량을 측정하기 위한 것으로서, 교차하는 방향(B)과 평행하게 베이스(110)에 설치된다. 본 실시예의 측정부(150)는 교차하는 방향을 따라 설치된 줄자가 이용되지만, 변위센서 등이 이용될 수도 있다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 광섬유 고정장치(100)의 작동원리에 대하여, 도 3 및 도 5를 참고하며 개략적으로 설명하기로 한다.

우선, 광섬유(20)를 굴곡형성부재(140)의 광섬유 안착부(141)에 위치시킨 후, 광섬유(20)에 원하는 곡률 반경이 형성되도록 광섬유의 길이 방향(A)과 교차하는 방향(B)으로 굴곡형성부재(140)를 슬라이딩시키면서 힘을 가한다. 이후, 광섬유(20)가 원하는 곡률 반경으로 굴곡지게 형성되면 나사부재(145)를 통해 굴곡형성 부재(140)와 베이스(110)를 고정시킴으로써 광섬유(20)를 굴곡지게 고정시킬 수 있다.

광섬유(20)의 출력단으로부터 출사되는 레이저빔 단면의 에너지 분포를 관찰하고, 보다 이상적인 플랫-탑 빔 프로파일을 얻을 때까지 교차하는 방향(B)으로 굴곡형성부재(140)를 슬라이딩시켜가면서 광섬유(20)의 곡률 반경을 조정할 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 실시예의 광섬유 고정장치(100)를 설치한 상태에서 광섬유(20)로부터 출사되는 레이저빔의 단면 에너지 분포(171)가 중앙부 및 가장자리부에 걸쳐 비교적 고른 것을 확인할 수 있다. 부재번호 "173"은 x축에 대한 레이저빔의 단면 에너지 분포이고, 부재번호 "175"는 y축에 대한 레이저빔의 단면 에너지 분포이다. 도 2의 에너지 분포와 비교할 때, 본 실시예의 광섬유 고정장치(100)를 이용함으로써 보다 이상적인 플랫-탑 빔 프로파일을 가지는 레이저빔을 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 광섬유 고정장치는, 광섬유를 굴곡된 상태로 고정하여 광섬유를 통해 전송되는 레이저빔의 모드 결합(mode coupling)을 향상시킴으로써, 광섬유로부터 출사되는 레이저빔의 단면 에너지 분포를 고르게 하는 즉, 이상적인 플랫-탑 빔 프로파일을 가지는 레이저빔을 이용하여 가공품질을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 광섬유 고정장치는 광섬유의 과도한 굴곡을 방지하는 스토퍼를 구비함으로써, 미숙한 작업자의 실수 등으로 인한 광섬유의 손상을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 광섬유 고정장치는 굴곡형성부재의 슬라이딩된 이동량을 측정하는 측정부를 구비함으로써, 광섬유로부터 출사되는 레이저빔의 단면 에너지 분포를 실시간으로 측정하면서 가장 이상적인 에너지 분포를 가지는 광섬유의 곡률 반경을 용이하게 선택할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

도 1은 레이저빔의 단면 에너지 분포를 고르게 하기 위한 종래 장치의 개략도이고,

도 2는 도 1의 장치의 광섬유로부터 출사되는 레이저빔의 단면 에너지 분포도이고,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 고정장치의 사시도이고,

도 4는 도 3의 광섬유 고정장치의 베이스의 사시도이고,

도 5는 도 3의 광섬유 고정장치에 의해 고정된 광섬유로부터 출사되는 레이저빔의 단면 에너지 분포도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20: 광섬유 100: 광섬유 고정장치

110: 베이스 120: 제1결합부재

130: 제2결합부재 140: 굴곡형성부재

150: 측정부 160: 스토퍼

Claims (6)

1. 레이저빔을 전송하는 광섬유를 고정하기 위한 광섬유 고정장치에 있어서,

   상기 광섬유를 지지하는 베이스; 및

   상기 광섬유의 길이 방향과 교차하는 방향으로 상기 광섬유를 밀어줌으로써 상기 광섬유를 굴곡지게 하고, 상기 광섬유를 굴곡진 상태로 고정하는 굴곡고정수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 고정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 굴곡고정수단은,

   상기 광섬유의 일부분을 상기 베이스에 결합하기 위한 제1결합부재;

   상기 길이 방향을 따라 상기 제1결합부재로부터 이격되게 배치되고, 상기 광섬유의 타부분을 상기 베이스에 결합하기 위한 제2결합부재; 및

   상기 제1결합부재와 상기 제2결합부재 사이에 배치되고, 상기 교차하는 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 광섬유를 밀어주는 굴곡형성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 고정장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 굴곡형성부재는,

   상기 광섬유와 접촉하는 광섬유 안착부와, 상기 굴곡형성부재를 관통하며 상 기 교차하는 방향을 따라 길게 형성된 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 고정장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 광섬유가 과도하게 굴곡되는 것을 방지하고자, 상기 굴곡형성부재가 상기 교차하는 방향을 따라 일정 한계 이상 슬라이딩되는 것을 방지하는 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 고정장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 굴곡형성부재가 슬라이딩된 이동량을 측정하기 위한 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 고정장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 굴곡고정수단에 의해 굴곡진 상태로 고정되는 광섬유의 곡률 반경은,

   상기 광섬유의 최소 굴곡 반경(minimum bend radius) 이하의 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 광섬유 고정장치.

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