KR20140082854A - 광학 연결부 - Google Patents

Abstract

광학 커넥터에 관한 기술이 설명된다. 페룰(ferrule)은 이 페룰을 통한 광 전송을 위한 광학 경로를 포함한다. 실시예에서, 부분 파장 격자(SWG) 어셈블리가 광학 경로의 일 단부와 졍렬되어 페룰에 일체화된다.

Description

광학 연결부{OPTICAL CONNECTIONS}

많은 용도는 비교적 다량의 데이타를 보내고 받는데 달려 있다. 빛을 이용하는 데이타 전송에 기반하는 기술은 높은 네트워크 대역폭을 제공하는 편리한 대안이다. 정보를 전달하기 위해 빛을 사용하는 장치들이 많이 있다. 예컨대, 광섬유는 높은 네트워크 대역폭을 제공하면서 광대한 거리에 걸쳐 데이타를 전송할 수 있다. 또한, 광자 집적 회로(PIC)는 다수의 광자 기능들을 통합하여 빛 신호를 위한 기능성을 제공한다.

광통신 시스템에서 연결/분리 능력이 요구되는 경우에 광학 커넥터가 사용될 수 있다. 이 광학 커넥터는 예컨대 어떤 시스템 내의 장치를 연결하거나 광섬유를 분리시키거나 또는 광 케이블을 교차 연결하는데 사용될 수 있다. 광 커넥터에서, 메이팅 페룰(mating ferrule)은, 2개의 광섬유가 동축 정렬로 결합되어 상호 연결을 이루도록 고정 위치의 섬유들을 수용할 수 있다. 페룰은 이 페룰을 빛 전송을 위한 하나 이상의 광학 경로를 포함하는 적절한 재료의 단품이다. 예컨대, 그러한 광학 경로는 페룰을 통한 빛 전송을 위한 광섬유를 수용하도록 되어 있는 구멍을 포함할 수 있다.

데이타 통신 및 전기 통신과 같은 많은 용도에서, 감소된 제조 비용으로 대량 생산될 수 있는 컴팩트한 커넥터를 원하는 추세이다. 또한, 일부 특정 용도의 경우, 커넥터의 신뢰성 또는 다른 기능을 보장하기 위한 추가적인 광학 부품을 그 커넥터에 제공하는 것이 편리하다.

본 개시를 잘 이해할 수 있도록, 이제 다음의 도면을 참조하여 다양한 실시예를 설명하도록 한다.
도 1a 는 일 실시예에 따른 페룰 및 이 페룰로부터 분리되어 있는 SWG 어셈블리의 개략적인 사시도이고, 도 1b 는 일 실시예에 따른 SWG 어셈블리가 결합되어 있는 페룰을 포함하는 광학 커넥터 서브어셈블리의 개략적인 사시도이다.
도 2a 는 일 실시예에 따른 커넥터 하우징 및 이 하우징에서 분리되어 있는 도 1b 의 커넥터 서브어셈블리의 개략적인 사시도이고, 도 2b 는 일 실시예에 따른 하우징에 결합된 커넥터 서브어셈블리를 포함하는 광학 커넥터의 개략적인 사시도이다.
도 3a 는 다른 실시예에 따른 페룰 및 이 페룰로부터 분리되어 있는 SWG 어셈블리의 개략적인 사시도이고, 도 3b 는 다른 실시예에 따른 SWG 어셈블리가 결합되어 있는 페룰을 포함하는 광학 커넥터 서브어셈블리의 개략적인 사시도이다.
도 4a 는 또 다른 실시예에 따른 페룰 및 이 페룰로부터 분리되어 있는 SWG 어셈블리의 개략적인 사시도이고, 도 4b 는 또 다른 실시예에 따른 SWG 어셈블리가 결합되어 있는 페룰을 포함하는 광학 커넥터 서브어셈블리의 개략적인 사시도이다.
도 5a 는 연결된 상태에 있는 커넥터와 보충적인 광학 장치를 포함하는 광학 시스템의 사시도이고, 도 5b 는 작동 중에 있는 도 5a의 광학 시스템의 선 A - A 을 따른 단면도이다.
도 6 은 도파부 커넥터를 제조하기 위한 공정 흐름도를 나타낸다.
도 7 은 일 실시예에 따른 격자 패턴을 갖는 부분 파장(SWG) 층의 평면도를 나타낸다.
도 8 은 일 실시예에 따른 SWG의 단면도이다.
도 9 는 작동 중인 SWG 층의 단면도로, 일 실시예에 따라 투과 파면이 어떻게 변할 수 있는 지를 도시한다.
도 10 은 다른 실시예에 따라 광 비임을 전달하기 위한 작동 중인 서로 연결된 광학 시스템의 일 부분의 개략적인 단면도이다.
도면에서, 층 및 영역의 치수는 도시의 명확성을 위해 과장되어 있다.

이하, 여기서 개시되는 실시예에 대한 이해를 제공하기 위해 많은 상세가 제시된다. 그러나, 그 실시예들은 이들 상세 없이도 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 이하의 상세한 설명에서, 첨부 도면을 참조할 것인데, 이 도면에서 다양한 실시예들은 실례로 나타나 있다. 이와 관련하여, "상부", "저부", "앞쪽, "뒤쪽", "좌측", "우측", "수직" 등과 같은 방향을 나타내는 용어들은 설명되고 있는 도의 배향을 기준으로 사용되는 것이다. 개시된 구성 요소들은 많은 다른 배향으로 위치될 수 있으므로, 방향을 나타내는 상기 용어들은 실례의 목적으로 사용되는 것이고 결코 제한적인 의미는 아니다. 도면에서, 층 및 영역의 치수는 도시의 명확성을 위해 과장되어 있다. 다양한 도에서 유사하거나 대응하는 부분에는 유사한 참조 번호가 사용된다. 한정된 수의 실시예를 설명하지만, 그에 대한 많은 수정예와 변형예가 있음을 이해할 것이다.

이하, 용어 "빛(광)"은 전자기 스펙트럼의 적외선 및 자외선 부분을 포함하여, 그 전자기 스텍트럼의 가시 및 비가시 부분의 파장(들)을 갖는 전자기 방사선을 말하는 것이다. 용어 "광 비임"은 하나 이상의 스펙트럼 성분을 포함하는 광선을 말하는 것이다. 용어 "파면(wavefront)"은 동일한 위상을 갖는 광 비임 내 점들의 궤적(즉, 라인 또는 3차원적으로 전파하는 파에 있어서는 표면)을 말하는 것이다. 용어 "적층체"는 층들이 순서 있게 쌓여 있는 것을 말한다. 적층체의 층들 사이에는 스페이서(spacer)가 개재될 수 있다. 층 또는 필름이 두 층 또는 필름 "사이에" 있다고 말할 때 또는 그렇게 나타나 있을 때는, 그것은 두 층 또는 필름 사이의 층 또는 필름만일 수 있거나 또는 하나 이상의 개재 층 또는 필름이 또한 존재할 수 있음을 이해할 것이다.

앞에서 언급한 바와 같이, 감소된 제조 비용으로 대량 생산될 수 있는 컴팩트한 커넥터를 원하는 추세이다. 또한, 커넥터는 신뢰성 또는 다른 기능을 보장하기 위한 추가적인 광학 부품을 포함할 수 있다.

예컨대, 종래의 장치는 비임 확장을 실행하기 위한 렌즈 장치를 포함할 수 있다. 그러한 렌즈 장치는 (ⅰ) 입력 광학 채널에서 방출된 비임을 확장시키고 또한 (ⅱ) 확장된 비임을 커넥터의 출력 광학 채널에 연결시키도록 구성된다. 커넥터는 광 전달 요소를 기계적으로 에워싸는 페룰(ferrule)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 페룰은 이 페룰을 통한 빛 전송을 위한 하나 이상의 광학 경로를 포함하는 적절한 재료(유리, 세라믹, 플라스틱 또는 금속과 같은(이에 한정되지 않음))의 단품이다. 페룰은 몰딩 또는 다른 적절한 제작법으로 형성될 수 있다. 여기서 사용되는 바와 같이, "광학 경로"는 페룰을 통한 광신호의 전달을 용이하게 해주는 그 페룰의 구성품 또는 적절한 구조체를 말한다. 예컨대, 광학 경로는 광 신호를 전달하기 위한 광섬유 또는 다른 종류의 광학 도파부를 수용하도록 될 수 있다. 또한, 광학 경로는 수직 공동 표면 방출 층(VCSEL), 광 검출기(예컨대, 광 검출기) 또는 다른 능동 광학 장치(이에 한정되지 않음)와 같은 능동 장치를 수용하도록 될 수 있다.

일반적으로, 추가적인 굉학 요소가 포함되려 하는 경우, 이들 광학 요소를 일체화시키기 위해 페룰을 기하학적으로 적합하게 할 필요가 있다. 광학 요소의 일체화는 페룰의 제작에 특정의 기하학적 제약을 줄 수 있는데, 이 제약은 커넥터의 제조 비용에 큰 영향을 줄 수 있다. 또한, 추가적인 광학 요소가 일체화되면, 페룰에 제한적인 기하학적 제약을 주는 형상(예컨대, 볼록한 또는 오목한 형상)을 갖는 렌즈를 일체화할 때의 경우 처럼 커넥터의 부피가 커지게 되는 설계가 나타날 수 있다.

여기의 실시예는 페룰에 부분 파장 격자(SWG)의 일체화를 나타낸다. SWG 어셈블리는 페룰의 광학 경로의 일 단부와 정렬된다.

SWG 어셈블리는 커넥터에서 비임 집속, 비임 확장, 비임 분할, 비임 스펙트럼 성분의 필터링, 비임 편광 또는 비임 제어(예컨대, 비임의 굴절)와 같은(이에 한정되지 않음)와 같은 특정의 광학적 기능을 실행하도록 배치되는 하나 이상의 SWG 층을 포함한다. SWG 층은 0차 회절 외의 모든 회절을 억제하기에 충분히 작은 피치를 갖는 회절 격자를 포함하는 층을 말한다. 이와는 대조적으로, 종래의 파장 회절 격자는 입사 광의 고차 회절을 유도하기에 충분히 큰 피치를 갖는다는 것에 특징이 있다. 다시 말해, 종래의 파장 회절 격자는 빛을 다른 방향으로 진행하는 여러 비임으로 분할하여 회절시키게 된다. SWG 층의 피치는 10 nm ∼ 300 nm 또는 20 nm ∼ 1 ㎛ 범위 일 수 있다. SWG 층이 입사 비임을 어떻게 굴절시키는 가는, SWG 의 회절 구조체의 치수를 적절히 선택하여 제조시 결정될 수 있다.

SWG 어셈블리는 광학 커넥터에서 다양한 광학적 기능을 실행하는 것을 용이하게 해준다. 보다 구체적으로, "부분 파장 격자의 구성" 부분에서 설명하는 바와 같이 SWG 장치는 커넥터의 광학적 성능을 훼손함이 없이 렌즈, 프리즘, 비임 분할기, 비임 필터 또는 편광기와 같은 종래의 광학 장치와 유사한 광학적 기능을 제공할 수 있다.

광학적 기능을 제공하는 것 외에도, SWG 격자는, (a) 제조 비용을 상당히 증가시키는 기하학적 제약을 줌이 없이 페룰에 일체화되는 것을 용이하게 하고 또한 (b) 커넥터의 컴팩트한 설계를 용이하게 해주는 비교적 단순한 형상으로 만들어질 수 있다. 보다 구체적으로, SWG 격자는 평면 형상을 갖는 얇은 층으로 만들어질 수 있다. 평면형의 얇은 형상에 특징이 있는 SWG 장치는 아래의 "커넥터" 부분에서 설명하는 바와 같이 커넥터에의 일체화를 용이하게 해준다. 이와는 대조적으로, 종래의 광학 요소는 일체화가 더 어려운 형상(예컨대, 렌즈 장치에서 볼록하거나 오목한 형상)을 특징으로 할 수 있다.

다음 설명은 부분으로 나누어져 있다. 제 1 부분인 "커넥터" 부분에서는 커넥터 및 커넥터 구성품을 설명한다. 제 2 부분인 "커넥터의 제조" 부분에서는 커넥터를 제조하는 방법의 실시예를 설명한다. 제 3 부분인 "부분 파장 격자의 구성" 부분에서는, 여기서 설명하는 바와 같은 커넥터 구성품에 실행될 수 있는 SWG의 구성의 실시예를 설명한다. 제 4 부분인 "SWG 어셈블리" 부분에서는 여기서 설명하는 바와 같은 커넥터 구성품에 실행될 수 있는 SWG 어셈블리의 실시예를 설명한다.

커넥터: 도 1a 및 1b 는 광학 커넥터 서브어셈블리(104)의 일 실시예를 도시하는 것으로, 이 서브어셈블리에서 SWG 어셈블리(100)가 페룰(102) 내에 형성된 수용부(110) 안으로 끼워져 그 페룰에 결합될 수 있다. 도 1a 는 페룰(102) 및 SWG 어셈블리(100)를 나타내는 개략적인 사시도이다. 도 1a 는 이들 요소가 분리되어 있는 상태를 도시한다. 도 1b 는 페룰(102)에 결합되어 있는 SWG 어셈블리(100)를 포함하는 광학 커넥터 서브어셈블리(104)의 개략적인 사시도이다.

페룰(102)은 광섬유(107)를 수용하도록 되어 있는 개구로 형성되어 있는 광학 경로(106)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 광섬유(107)는 페룰(102)에 장착되어 있는 것으로 도시되어 있다. 경로에 수용되는 도파 요소(예컨대, 광섬유)를 갖지 않는 페룰도 제공될 수 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 광섬유(107)는 SWG 어셈블리(100)를 페룰(102)에 결합하고 난 후에 장착될 수 있다. 또한, 위에서 언급한 바와 같이, 경로(106)는 유전성 슬라브 도파부, 스트립 도파부 또는 리브 도파부와 같은(이에 한정되지 않음) 다양한 도파부를 수용하도록 될 수 있다. 유전성 슬라브 도파부는 서로 다른 유전 상수를 갖는 3개의 다른 재료층으로 구성될 수 있는데, 그 재료는 빛이 내부 전반사에 의해 중간층에 구속되도록 선택된다. 스트립 도파부는 클래딩 층들 사이에 구속되는 도광층 스트립으로 구성될 수 있다. 리브 도파부에서는, 도광층은 스트립(또는 수개의 스트립)이 겹쳐 있는 슬라브로 구성된다.

이 실시예에서, 페룰(102)은 단일 단자 커넥터를 위한 것이다. 보다 구체적으로, 페룰(102)은 하나의 입력 채널과 하나의 출력 채널을 서로 연결하기 위한 커넥터에 사용되도록 설계되어 있다. 페룰(102)은 광학 경로(106)에서 하나의 광섬유(107)를 수용하도록 되어 있다.

SWG 어셈블리(100)는 페룰(102)과 광학적으로 부합하도록 설계되어 있다. 보다 구체적으로, SWG 어셈블리(100)는 광학 경로(106)에 대응하는 광학 결합 영역(108)을 포함하며, 그 결합 영역(108)은, SWG 어셈블리(100)가 페룰(102)에 장착되면 페룰(102)에 있는 광섬유(107)와 정렬될 수 있도록 SWG 어셈블리(100)에 배치된다. 결합 영역(108)은 커넥터(104)에서 SWG 어셈블리(100)의 특정한 광학적 기능을 수행하도록 되어 있는 하나 이상의 SWG 층(아래의 "SWG 어셈블리" 부분에서 설명되어 있음)을 포함한다. SWG 어셈블리(100)에 의해 수행될 수 있는 일부 특정한 광학적 기능은, 광학 커넥터 내에서의 비임 분리, 비임 분할, 스펙트럼 성분의 분리 필터링, 비임 편광, 또는 이러한 광학적 기능들의 조합을 포함한다.

일부 실시예에 따르면, 페룰은 SWG 어셈블리를 페룰에 있는 광학 경로의 일 단부와 정렬시키기 위해 위치 결정 장치를 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 바와 같이, 위치 결정 장치는, SWG 어셈블리가 페룰에 결합되면 그 SWG 어셈블리의 위치를 고정시키기 위해 페룰에 배치되는 하나 이상의 요소를 말한다. SWG 어셈블리가 위치 결정 장치에서 페룰에 위치되면, SWG 어셈블리의 광학 결합 영역은 도 1b 에 도시되어 있는 바와 같이 페룰의 광학 경로와 정렬된다. 위치 결정 장치는 SWG 어셈블리를 수용하도록 되어 있는 수용부를 포함할 수 있다. 예컨대, 페룰(102)은 이 페룰(102)에 형성된 수용부로서 소켓(110)을 포함한다. 이 소켓(110)의 크기는 SWG 어셈블리(100)를 수용하여 유지시키도록 되어 있다. 소켓(110)은 SWG 어셈블리(100)가 소켓(110)에 장착되면 광학 경로(106)와 자동적으로 정렬되도록 SWG 어셈블리를 수용하도록 되어 있다. 즉, 소켓(110)의 치수와 위치는, SWG 어셈블리(100)가 그 소켓 안에 위치되면 결합 영역(108)이 광학 경로(106)에 정렬하도록 되어 있을 수 있다. 일반적으로, 위치 결정 장치는 SWG 어셈블리(100)의 위치를 고정시키는데 적절하다면 어떠한 구조라도 포함할 수 있다. 위치 결정 장치의 예를 들면, 소켓, 베벨, 핀(예컨대, 도 3a 및 3b 참조), 클램프, 또는 이러한 요소들의 조합이 있고, 이에 한정되지 않는다.

도 1b 에 도시되어 있는 바와 같이, 페룰(100)에 결합되어 있는 SWG 어셈블리(100)는 커넥터 서브어셈블리(104)를 형성한다. 이 커넥터 서브어셈블리(104)는 도 2a 및 2b에 도시되어 있는 바와 같은 커넥터(200)와 같은 광학 커넥터의 일 부분을 형성할 수 있다. 도 2a 는 일 실시예에 따른 커넥터 하우징(200)과 커넥터 서브어셈블리(104)의 개략적인 사시도이다. 도 2a 는 이들 요소가 분리된 상태를 도시한다. 도 2b 는 커넥터 하우징(200)에 결합된 커넥터 서브어셈블리(104)를 포함하는 광학 커넥터(202)의 개략적인 사시도이다. 커넥터(202)는 대응하는 메이팅 요소(미도시)와의 결합을 용이하게 해주는 기하학적 구조로 구성된다. 도시된 실예에서, 하우징(200)에는, 오목한 전방부(204) 및 대응하는 메이팅 구조 안으로의 커넥터(202)의 삽입을 용이하게 해주는 가이드(206)가 형성되어 있다.

커넥터(202)는 메이팅 요소와의 광학적 연결을 용이하게 해주는 추가적인 요소(예컨대, 편향 스프링, 다른 가이드, 슬롯, 고정 요소(예컨대, 랫치) 또는 기계적 스탑)를 포함할 수 있다. 또한, 커넥터(202)는 광섬유(107)의 적절한 지지를 용이하게 해주는, 섬유 피팅(예컨대, 크림프 고리 또는 섬유 부트 베어)과 같은 다른 요소를 포함할 수 있다.

나타나 있는 커넥터(202)의 설계는 단지 실례를 들기 위한 것임을 이해할 것이다. FC 커넥터, FDDI 커넥터, LC 커넥터, LuxCis 커넥터, MT-RJ 커넥터, SC 커넥터, ST 커넥터 또는 TOSLINK 커넥터와 유사한 커넥터 형상(이에 한정되지 않음)과 같은 광학 커넥터를 위한 다양한 형상을 생각할 수 있다. 또한, 커넥터(200)는 단일 단자 커넥터로서 도시되어 있지만, 특정한 광학적 용도에 필요한 어떤 수의 단자라도 서로 연결하도록 될 수 있다. 즉, 페룰(102)은 어떤 수의 광섬유라도 수용하도록 될 수 있고, SWG 어셈블리(100)는 그에 대응하는 어떤 수의 광학 결합 영역이라도 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 여기서 설명하는 바와 같은 광학 커넥터는 도 4a 및 4b 관련하여 설명하는 바와 같이 다중 단자(MT) 커넥터일 수 있다. 또한, 커넥터(202)는 다코어 광섬유를 연결하도록 구성될 수 있다.

도 3a ∼ 4b 는 SWG 장치를 페룰에 결합하는 다른 실시예를 도시한다.

일부 실시예에 따르면, SWG 어셈블리는 기준 표시물로서 페룰의 일 요소를 사용하여 그 페룰에 있는 광학 경로의 일 단부에 정렬될 수 있다. 광학 경로와 정렬되는 SWG 어셈블리를 자동적으로 위치 결정시키기 위한 동력화된 구동기에 작용적으로 연결된 기계 비젼 시스템을 사용하여 작동 정렬을 수행할 수 있다. 특히 위치 결정 장치가 SWG 어셈블리를 페룰 안에 꼭 맞게 끼우지 못하는 경우에, 자동 정렬이 소켓(110)과 같은 위치 결정 장치에 대한 대안으로 또는 그에 추가적으로 사용될 수 있다. 후자의 경우, 위치 결정 장치는 선택적으로는 페룰의 다른 요소와 조합되어 상기 기준 표시물로서 사용될 수 있다.

도 3a 및 3b를 참조하면, 페룰(300)은 정렬 핀(302, 304)을 포함한다. 이 정렬 핀(302, 304)은, 페룰을 다른 광학 장치에 결합시키기 위해 그 페룰에 일체화되어 있는 메이팅 요소의 일 예이다. 예컨대, 페룰(300)은 페룰을 광자 집적 장치(PIC)에 연결하기 위한 커넥터의 일 부분을 이룰 수 있다. PIC(미도시)는 페룰의 요소에 대응하는 메이팅 요소를 포함할 수 있다. 예컨대, PIC는 메이팅 정렬 핀(302)에 적합한 2개의 구멍을 포함할 수 있다. 도시되어 있는 것과 같은 메이팅요소는 페룰의 광학 경로와 보충 장치에 있는 대응하는 광학 경로(예컨대, 광학 신호를 전달하기 위해 PIC에 일체화되어 있는 도파부)를 광학적으로 정렬시키는 것을 용이하게 해준다. 페룰에 있는 메이팅 장치는 본 실시예에 도시되어 있는 것과 같은 정렬 핀에 한정되지 않는다. 페룰에 있는 메이팅 장치는 페룰과 보충적인 광학 장치의 정렬을 이루는데 적합하다면 어떤 요소(예컨대, 적절히 배치된 구멍, 슬롯 또는 소켓)라도 포함할 수 있다.

페룰(300)에 정렬 핀(302, 304)을 만드는 방법은 많이 있다. 일부 실시예에서, 정렬 핀(302, 304)은 먼저 개별적인 요소로서 형성되고(예컨대, 정밀 기계 가공으로), 적절한 제작법으로 페룰(300)에 일체화된다. 예컨대, 가이드 핀 보어가 페룰에 만들어질 수 있고 정렬 핀(302, 304)이 그 보어에 삽입될 수 있다. 이 핀은 결합에 의해 또는 페룰에 결합되어 있는 핀 유지 요소에 의해 제자리에 유지될 수 있다. 정렬 핀(302, 304)의 위치는 페룰(300)에 리소그래피로 규정될 수 있다. 이렇게 해서, 핀 위치의 고정밀 규정이 용이하게 될 수 있다. 대안적으로, 정렬 핀(302, 304)은 페룰(300)에 단일체적으로 형성될 수도 있다. 예컨대, 핀은 페룰에 몸체에 몰딩되거나 그 몸체로부터 기계 가공될 수 있다. 정렬 핀(302, 304)은 페룰(300)에 보충적인 광학 장치의 메이팅 기하학적 구조(예컨대, 구멍)와 결합하기에 충분한 거리로 돌출되어 있다. 추가적으로, 핀(302, 304)과 같은 메이팅 요소는, 연결 중에 정렬을 용이하게 하고 마모와 부스러기 발생을 방지하기 위해 가장자리에서 모따기부(미도시) 등을 포함할 수 있다.

도시되어 있는 실시예에서, SWG 어셈블리(100)는 다음과 같은 과정으로 페룰(300)에 일체화될 수 있다: (ⅰ) SWG 어셈블리(100)가 페룰(300)에 보충적인 광학 장치와 경로(106)를 광학적으로 결합시킬 수 있도록 SWG 어셈블리(100)(보다 구체적으로는, SWG 어셈블리(100)의 결합 영역(108))를 페룰(300)의 광학 경로(106)와 자동으로 정렬시키며, 그리고 (ⅱ) SWG 어셈블리(100)와 페룰(300) 사이의 계면에 적절한 접착제를 가하거나 또는 페룰(300)에 배치되는 적절한 체결 요소를 작용시켜 SWG 어셈블리(100)를 페룰(300)에 결합시킨다.

자동 정렬은 도 3a 의 실시예에 도시되어 있는 바와 같이 기계 비젼에 기초하는 적절한 정렬 시스템에 의해 수행될 수 있다. 정렬 시스템(306)은 정렬 제어기(312)에 작용적으로 연결된 로봇 장치(308) 및 조사 시스템(310)을 포함한다. 로봇 장치(308)는 SWG 어셈블리(100)을 잡아 전달하는데 적합하게 되어 있는 로봇 클램프(316)를 갖는 로봇 아암(314)를 포함하고 있는 것으로 도시되어 있다. 조사 시스템(310)은 로봇 장치(308)에 광학적 안내를 제공하도록 되어 있다. 조사 시스템(310)은 정렬 과정 중에 페룰(300)과 SWG 어셈블리(100)의 영상을 얻기 위해 설치되는 하나 이상의 카메라를 포함할 수 있다. 이에 대한 대안으로 또는 추가적으로, 조사 시스템(310)은 SWG 어셈블리(100) 및 페룰(300)의 요소의 위치를 검출하는데 적합한 위치 검출 요소를 포함할 수 있다. 정렬 제어기(312)는, (a) SWG 어셈블리(100) 및 페룰(300)의 요소를 확인하고, (b) 이들 위치들의 상대적인 공간적 위치를 결정하며, (c) 정렬을 위해 로봇 장치(308)에 의해 수행될 동작들을 결정하고, 또한 (d) 로봇(308)이 결정된 동작들을 행하도록 하기 위해, 조사 시스템(310)이 얻은 영상 및/또는 위치 데이타를 받고 받은 정보를 처리하게 된다.

정렬 제어기(312)는 예컨대, 특정 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어(즉, 기계 판독가능한 지시) 구성에 한정되지 않는 하나 이상의 개별적인 모듈(또는 데이타 처리 요소)로 이루어질 수 있다. 제어기(312)는 디지털 전자 회로, 예컨대 적용 특정 집적회로(ASIC), 프로그램가능한 디지털 신호 처리기(DSP) 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 장치 구동기 또는 소프트웨어(즉, 기계 판독가능한 지시)를 포함한 어떤 컴퓨팅 또는 데이타 처리 환경에서도 실행될 수 있다.

도 3a 에 도시되어 있는 특정 실시예에서, 정렬 시스템(306)은 정렬 수행을 위한 기준으로서 정렬 핀(302, 304)을 사용한다. 보다 구체적으로, 핀과 광학 경로(106) 사이의 상대 위치 및 그 광학 경로와 SWG 어셈블리(100)의 크기는 미리 정해져, 정렬 제어기(312)에 결합 또는 일체화되어 있는 메모리 장치(미도시)에 저장될 수 있다. 정렬 제어기(312)는, 정렬 중에 조사 시스템(310)에 의해 얻어진 영상으로부터 핀(302, 304)과 SWG 어셈블리(100) 사이의 상대 위치에 관한 실제 위치 데이타를 추출할 수 있다. 그리고, 정렬 제어기(312)는, 자동 정렬을 수행하기 위해 로봇 장치(308)가 따르게 될 정렬 경로를 결정하기 위해 실제 위치 데이타와 미리 정해진 위치 및 크기를 조합할 수 있다. 정렬 과정 중에, 다른 영상이 얻어져 SWG 어셈블리(100)의 정렬시의 다른 안내로서 처리될 수 있다. 도 3b 는 정렬 과정의 결과를 나타내는데, SWG 어셈블리(100)는 광학 커넥터 서브어셈블리(318)를 형성하도록 페룰(300)에 일체화되어 있다.

일부 실시예에 따르면, 커넥터에서, 페룰은 메이팅 요소를 포함할 수 있고, SWG 어셈블리는 대응하는 메이팅 요소를 포함할 수 있다. 페룰과 SWG 어셈블리에 있는 이들 메이팅 요소는 SWG 어셈블와 페룰에 있는 광학 경로의 단부를 정렬시키도록 배치된다. 그러한 배치는 예컨대 도 4a 및 4b 와 관련하여 설명한다.

도 4a 는 페룰(400) 및 SWG 어셈블리(402)의 개략적인 사시도이다. 도 4a 는 이들 요소가 분리된 상태를 도시한다. 도 4b 는 페룰(400)에 결합되어 있는 SWG 어셈블리(402)를 포함하는 광학 커넥터 서브어셈블리(404)의 개략적인 사시도이다.

페룰(400)은 다중 단자(MT) 커넥터를 위한 것이다. MT 커넥터는, 복수의 입력 광학 채널을 이에 대응하는 복수의 출력 광학 채널에 연결할 수 있는 커넥터를 말한다. 여기서의 실시예에서, MT 커넥터용 페룰은 복수의 광학 경로를 포함할 수 있다. 그 경우, 위치 정렬은 SWG 어셈블리를 광학 경로의 단부와 정렬시키는 것이다. 도시된 실시예에서, 페룰(400)은 3-단자 커넥터를 위한 것이고, 그러므로 광학 경로(106a ∼ 106c)를 포함한다. 이에 대응하여, SWG 어셈블리(402)는 대응하는 수의 결합 영역(108a ∼ 108c)을 포함한다. 또한, 페룰(400)은 정렬 핀(406, 408)을 포함하며, 이들 정렬 핀은 핀(302, 304)(도 3a 와 관한 전술한 설명 참조)과 관련하여 전술한 바와 유사하게 형성될 수 있다. 핀(406, 408)은 SWG 어셈블리(402)에 있는 메이팅 보어(410, 412)와 협력하여 SWG 어셈블리(402)(또는 보다 구체적으로는 결합 영역(108a ∼ 108c))을 경로(106a ∼ 106c)에 정렬시키도록 되어 있다. 그러므로, 핀(406, 408)은 도 1a 과 관련하여 위에서 설명한 위치 결정 장치(소켓(110) 참조)와 동일한 기능을 수행한다고 볼 수 있다.

도 3a 및 3b 와 관련하여 전술한 정렬 핀은 희생 요소일 수 있다. 즉, 그 정렬 핀은 SWG 어셈블리를 대응 페룰에 있는 경로와 정렬시키는데 사용될 수 있고, 정렬 후에 SWG 어셈블리가 페룰에 결합될 수 있으며, 결합 후에는 정렬 핀이 제거될 수 있다. 일부 실시예에서, 정렬 핀은 메이팅 요소의 크기와 맞도록 되어 있다. 예컨대, 도 4a 에 도시되어 있는 실시예에서, 핀(406, 408)은 보어(410, 412)와 동일한 길이를 가질 수 있는데, 따라서 SWG 어셈블리(402)가 페룰(400)과 일체화되면 핀의 전방 단부는 SWG 어셈블리(402)의 전방 표면과 동일 면을 이루게 된다.

위에서 언급한 바와 같이, 광학 커넥터는 도 5a 및 5b의 실시예에 도시되어 있는 바와 같이 비임 확장을 제공할 수 있다. 비임 확장은 유연한 광학 커플링, 즉 예컨대 점 대 점 연결와 비교하여 피연결 요소들간의 상대 변위에 덜 민감한 광학 커플링을 용이하게 이루는데 편리하다. 어떤 용도에서는, 비임 확장은 단일 모드 광섬유의 연결에 특히 적합하다.

도 5a 는 연결된 상태에 있는 커넥터(501)와 보충적인 광학 장치(502)를 포함하는 광학 시스템(500)의 사시도이다. 도 5b 는 작동 중에 있는 광학 시스템(500)의 일 부분의 선 A - A 을 따른 단면도이다. 보충적인 광학 장치(502)는 광학 도파부(504)를 포함하는 PIC로 도시되어 있다. 커넥터(500)는 광섬유(506)를 도파부(504)에 광학적으로 연결하도록 되어 있다. 보다 구체적으로, 커넥터(500)는 광섬유(506)가 수용되는 광학 경로(510)를 갖는 페룰(508)을 포함한다. 광학 경로(510)는 투명한 부분(512)으로 끝나는데, 그 부분은 공기로 채워진 공동부 또는 산화규소와 같은 투명한 재료로 채워진 중실부일 수 있다.

SWG 층(516)이 경로(510) 및 광섬유(506)와 정렬된 상태에서 SWG 어셈블리(514)가 공동부(512)를 가로질러 위치되어 있다. 도파부(504)의 일 단부는 커넥터(500)와 일치하도록 되어 있다. 빛을 도파부(504)에 연결시키는 연결 요소(518)가 도파부(504)의 그 단부에 배치된다. 그 연결 요소(518)는 빛을 도파부(504)에 광학적으로 연결하도록 구성된 다른 SWG 어셈블리(미도시)를 포함할 수 있다. 그러한 SWG 어셈블리는 "부분 파장 격자의 구성" 부분에 기재되어 있는 가이드라인에 따라 이 기능을 수행할 수 있다. 빛을 도파부(504)에 연결하기 위한 다른 대안적인 요소는 격자, 테이퍼형 광섬유 또는 평면형 그레이드-인덱스(GRIN) 렌즈를 포함한다.

도 5b 는 광섬유(506)에 의해 방출되는 광 비임(519)을 도파부(504)에 연결하기 위한 작동 중인 커넥터(500)를 나타낸다. 보다 구체적으로, 광섬유(506)는 발산형 비임(519)을 투명한 부분(512) 안으로 방출한다. 발산형 비임(519)은 그 부분(512)를 통해 전파하여 SWG 어셈블리(514), 보다 구체적으로는 SWG 층(516)에 닿게 된다. SWG 층(516)은 비임(519)을 광학적으로 처리하여, 도파부(504)에 수직인 축선(520)에 대해 각도(α)를 형성하면서 연결 요소(518) 쪽으로 가는 평행화된 비임(519')으로 되게 한다. SWG 층(516)은 "부분 파장 격자의 구성" 부분에 기재되어 있는 가이드라인에 따라 비임 평행화 및 비임 굴절을 수행할 수 있다.

SWG 층(516)은 이들 기능을 수행하는 단일 층으로 도시되어 있다. 다른 실시예에서, SWG 층(514)은 상기 기능들을 수행하는 2개 이상의 층을 포함할 수 있다. 또한, SWG 층(514)은,"부분 파장 격자의 구성" 부분에서 설명하는 바와 같이 비임 편광, 스펙트럼 성분의 필터링 또는 다른 형태의 비임 성형과 같은 다른 광학적 기능들을 비임(519)의 처리시에 수행하기 위한 다른 층들을 포함할 수 있다.

커넥터(500)는 광학 필터(506)에 의해 방출된 광 비임(519)을 도파부(504)에 연결하는 작용 중에 있는 도시되어 있다. 커넥터(500)는 역 방향으로, 즉 보충적인 광학 장치(502)에 의해 처리되고 연결 요소(518)에 의해 SWG 층(514) 쪽으로 방출되는 광 비임을 광섬유(506)에 연결하도록 작동할 수 있음을 이해할 것이다.

커넥터의 제조: 도 6 은 커넥터(202, 501)(도 2b, 5b 참조) 또는 부분 어셈블리(104, 318, 404)(도 1b, 3b, 4b 참조)가 실시되는 커넥터와 같은 도파 커넥터를 제조하기 위한 방법(600)의 실시예를 도시한다. 그러나, 방법(600)의 실시는 그들 커넥터의 실시예에 한정되지 않는다.

단계 602 에서, SWG 어셈블리가 하나 이상의 광학 경로를 포함하는 페룰에 결합된다. 예컨대, SWG 어셈블리는 SWG 어셈블리(100, 402, 514)에 대응할 수 있고, 페룰 및 광학 경로는 페룰(102, 300, 400, 508) 및 그들 각각의 광학 경로(106, 106a ∼ 106c, 506)에 대응할 수 있다. 이들 요소는 도 1a ∼ 5b 와 관련하여 전술한 바와 같다. 단계 602 는 SWG 어셈블리를 하나 이상의 광학 경로의 일 단부에 정렬시키는 단계 604 를 포함할 수 있다. SWG 어셈블리와 페룰의 결합 및 경로 정렬은 도 1a, 1b, 3a, 3b, 4a 및 4b와 관련하여 전술한 바와 같다.

전술한 일부 실시예에서, SWG 어셈블리를 결합시키는 단계 602 는 SWG 어셈블리가 광학 경로의 단부에 정렬되도록 SWG 어셈블리를 페룰에 형성되어 있는 수용부에 삽입하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 결합의 비제한적인 예가, SWG 어셈블리(100)가 소켓(110) 안으로 삽입되는 도 1a 및 1b와 관련하여 설명한 바와 같다. 소켓(110) 및 SWG 어셈블리(100)의 크기는, 삽입 후에 SWG 어셈블리(110)(보다 구체적으로는, 결합 영역(108))가 광학 경로(106)의 일 단부에 정렬되도록 되어 있다.

전술한 일부 다른 실시 형태에서, SWG 어셈블리를 결합시키는 단계 602 는, 기준 표시물로서 페룰의 일 요소를 사용하여 SWG 어셈블리를 페룰의 광학 경로의 일 단부에 자동적으로 정렬시키는 것을 포함할 수 있다. 그러한 결합의 비제한적인 예가, 기준 표시물로서 핀(302)을 사용하여 SWG 어셈블리(100)가 정렬 시스템(306)에 의해 자동적으로 정렬되는 도 3a 및 3b와 관련하여 전술한 바와 같다. 이 특정 실시예에서, 기준 표시물로서 사용되는 페룰의 요소(즉, 핀(302, 304))는 다른 기능을 수행한다(이 실시예에서, 페룰을 보충적인 광학 요소에 기계적으로 연결함). 다른 실시예에서, 페룰 상의 미리 정해진 위치에 있는 표시물과 같은, 페룰에 있는 기준 표시물로서 사용되는 페룰의 요소는 이 기능을 위해서만 제공되는 요소이다.

전술한 바와 같은 또 다른 실시예에서, SWG 어셈블리를 결합시키는 단계 602 는, SWG 어셈블리를 광학 경로 단부에 정렬시키기 위해 페룰과 SWG 어셈블리에 형성되어 있는 상보적인 요소들을 결합시키는 것을 포함할 수 있다. 그러한 결합의 비제한적인 예가 도 4a 및 4b와 관련하여 전술한 바와 같으며, 여기서 핀(406, 408)은 메이팅 보어(410, 412)에 대한 상보적인 결합 요소로서 배치되며, 상기 보어는 핀(406, 408)에 대한 대응하는 가이드로서 작용한다. 도 4b 에 도시되어 있는 바와 같이, SWG 어셈블리(402)가 핀(406, 408)에 삽입되면, 그 SWG 어셈블리(402)(보다 구체적으로는 결합 영역(108a ∼ 108c)은 경로(106a ∼ 106c)와 정렬된다.

부분 파장 격자의 구성: 도 7 은 일 실시예에 따른 격자 패턴을 갖는 SWG 층(700)의 평면도를 나타낸다. 이 실시예에서, SWG 층(700)은 다수의 일차원 격자 부분 패턴을 포함한다. 3개의 격자 부분 패턴(701 ∼ 703)이 확대되어 나타나 있다. 각각의 격자 부분 패턴은 규칙적으로 배치되는 다수의 회절 구조체를 포함한다. 나타나 있는 실시예에서, 회절 구조체는 SWG 층 재료의 이격된 와이어형 부분(이하, "라인"이라고 함)으로 도시되어 있다. 상기 라인들은 y 방향으로 연장되어 있고 x 방향으로 서로 이격되어 있다. 격자 부분 패턴(702)의 확대 단부도(704)가 또한 나타나 있다. 이 단부도(704)로 도시되어 있는 바와 같이, SWG 층(700)은 이 층에 형성되어 있는 홈에 의해 분리되어 있는 라인(706 ∼ 709)과 같은 라인을 갖는 단일 층일 수 있다.

SWG 층의 부분 패턴은 회절 구조체의 하나 이상의 주기적인 치수 특성에 특징이 있다. 도시된 실시예에서, 주기적인 치수는 (a) 라인의 간격 및 (b) x 방향으로의 라인 폭에 대응한다. 보다 구체적으로, 부분 패턴(701)은 주기(p₁)로 주기적으로 이격되어 있는 폭(w₁)의 라인들을 포함하며, 부분 패턴(702)은 주기(p₂)로 주기적으로 이격되어 있는 폭(w₂)의 라인들을 포함하고, 부분 패턴(703)은 주기(p₃)로 주기적으로 이격되어 있는 폭(w₃)의 라인들을 포함한다. 격자 부분 패턴은 그의 특성 치수(예컨대, 주기(p₁,p₂,p₃))가 패턴의 작동에 맞는 특정한 입사 광의 파장 보다 작으면 부분 파장 격자를 형성한다. 예컨대, SWG의 특성 치수(예컨대, 주기(p₁,p₂,p₃))는 10 nm ∼ 300 nm 또는 20 nm ∼ 1 ㎛ 범위 일 수 있다. 일반적으로, SWG의 특성 치수는 특정 광학 장치가 작동하도록 설계되어 있는 광의 파장에 따라 선택된다.

부분 영역에서 나오는 0 차 회절광은 라인 두께(t) 및 듀티 사이클(η)로 결정되는 위상(φ)을 얻게 되며, 듀티 사이클은 다음과 같이 정의된다:

여기서, w은 라인 폭이고 p 는 상기 영역과 관련된 라인의 주기이다.

각각의 격자 부분 패턴(701 ∼ 703)은 각각의 부분 패턴과 관련된 상이한 듀티 사이클과 주기로 인해 입사광을 다르게 회절시킨다. SWG 층(700)은 라인의 주기, 라인 폭 및 라인 두께를 조정하여 특정한 방식으로 입사광과 접속하도록 구성될 수 있다.

도 8 은 일 실시예에 따른 작동 중인 SWG(800)의 단면도를 나타낸다. 이 도는 SWG(800)의 두 개별적인 격자 부분 패턴(802, 804)의 일 부분을 나타낸다. 부분 패턴(802, 804)은 SWG(800)의 다른 영역에 위치될 수 있다. 부분 패턴(802)의 라인의 두께(t₁)는 부분 패턴(804)의 라인의 두께(t₂) 보다 크고, 부분 패턴(802)의 라인과 관련된 듀티 사이클(η₁)은 부분 패턴(804)의 라인과 관련된 듀티 사이클(η₂) 보다 크다.

도 7 및 8 은 비 주기적 부분 파장 패턴을 갖는 격자에 기초한 SWG를 도시한다. 이러한 SWG는 공간적으로 변하는 굴절률에 특징이 있는데, 이러한 굴절률은 임의의 회절 요소를 만드는 것을 용이하게 해준다. 기본 원리는, 비 주기적 SWG(예컨대, SWG(800))에 입사하는 빛은 그에 잡힐 수 있고 격자의 일 부분 내에서 어떤 시간 동안 진동할 수 있다는 것이다. 그 빛은 결국에는 SWG를 투과하는데, 하지만 빛에 있어서 부분 영역(예컨대, 부분 영역(802))을 투과하는 부분은, 상기 빛에 있어서 다른 특정 치수를 갖는 부분 영역(예컨대, 부분 영역(802)에 대한 부분 영역(804))을 투과하는 부분 보다 큰 위상 변이를 갖게 된다.

도 8 의 실시예에서 보는 바와 같이, 입사 파면(816, 818)은 동일한 위상으로 SWG(800)에 닿게 되는데, 하지만 파면(820)은 부분 패턴(804)을 투과하는 파면(822)에 의해 얻어지는 위상 변이(Φ') 보다 비교적 큰 위상 변이(φ)를 갖고서 부분 영역(802)을 투과하게 된다.

어떤 실시예에서, SWG 층에는, SWG의 양 측에 인접하여 그에 평행하게 배치되는 반사층이 제공될 수 있다. 그리하여, 공진 공동부가 SWG의 양 측에 형성될 수 있다. 그래서 빛은 이들 공진 공동부에 잡히고 도 8 에 나타나 있는 바와 같이 유사하게 빔에서 다른 위상을 갖고서 결국에는 반사층을 투과하게 된다.

SWG 층에는 소위 편광 회절 요소(이하, 편광 SWG 층이라고 함)이 배치될 수 있다. 편광 SWG 층에서 빛이 어떻게 반사되고 또는 그 층을 투과하는지는 입사광의 특정한 편광에 달려 있다. 보다 구체적으로, SWG의 요소는 입사광의 편광에 민감하도록 될 수 있다. 구체적으로, SWG의 두께 및 피치는 WO 2011/136759의 국제 특허 출원(이 문헌이 본 재시 및 특히 SWG 설계를 설명하는 그의 부분과 일치하는 정도로 본원에 참조로 관련되어 있음)에 기재되어 있는 바와 같이 편광에 민감하게 되도록 선택될 수 있다.

대안적으로, SWG 층에는 소위 비편광 회절 요소가 배치될 수 있는데, 따라서 빛이 어떻게 상기 층에서 반사되거나 그 층을 통과하는지는 실질적으로 입사광의 특정 편광에 달려 있지 않다. 보다 구체적으로, SWG의 요소는 입사광의 편광에 민감하지 않을 수 있다. 그러한 SWG 층을 비편광 SWG 라고 한다.

비편광 SWG는 패턴 치수의 적절한 선택으로 설계된다. SWG의 특정한 특성 치수에 대한 공진을 나타내는 투과 곡선을 사용하여 비편광 SWG를 설계할 수 있다. 보다 구체적으로, 비편광 회절 요소를 갖는 SWG 층을 만들기 위해, SWG 층의 특정 설계를 위한 듀티 사이클의 함수인 투과도 및 위상 변이의 폴롯을 얻을 수 있다. 특정 듀티 사이클 값에 대한 공진은 이들 플롯에서 확인될 수 있다(공진은 듀티 사이클 값에 대응하고, 여기서 여기서 반사 피크 및 투과도는 위상 점프 중에 떨어지게 된다). 일반적으로, 이들 두 공진 사이에서 투과도는 높고 또한 투과되는 위상은 부드럽게 변한다. 이들 데이타를 사용하여, 비편광 투과 SWG 를 설계할 수 있다. 보다 구체적으로, SWG 층에 있는 회절 요소의 치수는, SWG가 입사 파면의 편광에 민감하지 않도록 격자의 부분 패턴의 투과 특성이 투과 곡선 내의 공진들 사이에 포함되도록 선택될 수 있다.

위의 절차에 따라, 비편광 SWG 층은 그에 입사하는 파면을 제어하거나 또는 입사 파면의 집속, 평행화 또는 확장과 같은 다른 광학적 기능들을 수행하도록 배치될 수 있다. 기본적인 원리는, 격자의 부분 패턴의 투과 특성이 상기 투과 곡선 내의 공진들 사이에 포함되도록 SWG에 있는 회절 요소의 치수를 선택하는 것이다. 더욱이, 그러한 설계 방안을 사용하여, SWG 층은 10:1 이하의 종횡비, 보다 구체적으로 5:1 이하의 종횡비, 또는 더욱더 구체적으로는 1:1 이하의 종횡비와 같은 낮은 종횡비를 가질 수 있다. 그리하여, 딥(deep) UV 또는 나노 임프린트 리소그래피와 같은 미세 제작법을 사용하여 SWG 층을 쉽게 대량 생산할 수 있다.

비편광 회절 요소를 갖는 SWG 층의 몇몇 실시예가 일체화 광학 연구, 규소 및 나노광학, OSA 기술 다이제스트(CD)(미국 광확 협회, 2011)에 공개되어 있는 패탈(Fattal) 등의 "A Silicon Lens for Integrated Free-Space Optics" 에 나타나 있고, 상기 논문은 이 문헌이 본 재시 및 특히 SWG 설계를 설명하는 그의 부분과 일치하는 정도로 본원에 참조로 관련되어 있다.

도 9 는 작동 중인 SWG 층(900)의 단면도를 나타내는 것으로, 투과 파면이 일부 실시예에 따라 어떻게 변할 수 있는지를 나타내고 있다. 그 실시예에서, 실질적으로 균일한 파면(902)을 갖는 입사광은 SWG 층(900)에 닿아, 만곡된 투과 파면(906)을 갖는 투과광을 생성시킨다. 투과 파면(906)은, 비교적 작은 듀티 사이클(η₂)과 두께(t₂)를 갖는 SWG(800)의 부분 영역(804)과 상호 작용하는 입사 파면(902)의 일 부분 보다 비교적 큰 듀티 사이클(η₁)과 두께(t₁)를 갖는 SWG(800)의 부분 영역(802)과 상호 작용하는 입사 파면(902)의 일 부분으로부터 생기는 것이다. 투과 파면(906)의 형상은 부분 영역(804)과 상호 작용하는 빛으로 얻어지는 작은 위상 변이에 대한 부분 영역(802)과 상호 작용하는 빛으로 얻어지는 큰 위상 과 일치한다.

그러므로, SWG 층은 임의의 위상 면 형상 조절을 제공하도록 구성될 수 있다. 그래서, SWG 층은 다양한 광학 기능을 실행하기 위해 여기서 설명하는 바와 같은 광학 장치에 실현될 수 있다. 이들 기능은 광 비임을 굴절시키거나, 광 비임을 스텍트럼 성분으로 분할하는 것, 비임내의 하나 이상의 스펙트럼 성분을 필터링하는 것, 비임을 편광시키는 것, 비임을 집속시키거나 또는 탈집속시키는 것, 또는 비임을 비평행 파면과 평행하게 하는 것을 포함하며, 이에 한정되지 않는다. 이하, 이들 기능을 실행하도록 구성된 SWG 층의 일부 실시예를 설명한다.

비 주기적 SWG는, SWG 층이 프리즘 처럼 작용하도록, 즉 입사광에 대해 굴절되는 투과광을 생성시켜 입사광을 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 SWG는 일 방향으로 점진적으로 변하는 듀티 사이클을 갖는 패턴을 형성하여 실현될 수 있다.

실시예에서, 프리즘 처럼 작용하도록 구성된 SWG 층의 비 주기적 SWG는 스펙트럼 성분을 포함하는 빛이 그에 닿으면 비임 분할기로서 작용한다. 보다 구체적으로, SWG 층은 파장 의존적 위상 변화를 일으킬 수 있다. 그래서, SWG 층은 그에 입사하는 다성분 파면을 분할 수 있다. 또한, 유사한 원리에 따라, 비 주기적 SWG는 여러 스펙트럼 성분을 포함하는 빛이 그에 닿으면 필터 요소 처럼 작용하여 입사 파면을 제어하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, SWG 층은 어떤 특정한 파장을 갖는 스펙트럼 성분은 차단되고 다른 파장을 갖는 스펙트럼 성분은 투과되도록 입사 다성분 파면을 제어하도록 설계될 수 있다.

일부 실시예에서, SWG 층의 비 주기적 SWG는 SWG 층이 렌즈 처럼 작용하도록 구성될 수 있는데, 이는 예컨대 입사 광 비임의 집속, 평행화 또는 확장을 위해 구성될 수 있다. 렌즈로서 작용하는 이러한 SWG 층은 대칭 축선에 대해 대칭적으로 변하는 듀티 사이클을 갖는 SWG 패턴을 형성하여 실현될 수 있고, 대칭 축선은 SWG 층의 광축을 규정한다.

SWG 층은 특정 파면 제어 기능 또는 입사 비임의 집속, 확장 또는 평행화와 같은 다른 광학적 기능을 수행할 수 있도록 2차원의 비 주기적 SWG로 구성될 수 있다. 도 7 과 관련하여 설명한 실시예에서, 비 주기적 SWG는 라인으로 구성된다. 다른 실시예에서, 비 주기적 SWG는 포스트 라인으로 구성되며, 이 포스트는 홈으로 서로 분리되어 있다. 듀티 사이클과 주기는 포스트 크기를 변화시키면 x 방향 및 y 방향으로 변할 수 있다. 다른 실시예에서, 비 주기적 SWG 층은 고체 부분으로 서로 분리된 구멍으로 구성된다. 듀티 사이클과 주기는 구멍 크기를 변화시키면 x 방향 및 y 방향으로 변할 수 있다. 그러한 포스트 또는 구멍은 원형 또는 직사각형과 같은 다양한 형상에 따라 배치될 수 있다.

또한, SWG 층은 동심 고리로 구성된 회절 패턴을 통해 렌즈로서 작용할 수 있도록 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 그러한 SWG 층은 다수의 동심 고리를 분리하는 다수의 틈을 사이에 두고 있는 유전성 재료로 형성된 동심 고리들을 포함한다. 또한, 그러한 SWG 층은 유전성 재료로 형성되는 렌즈의 대략 중심에 형성되는 디스크를 포함할 수 있다. 이 디스크는 다수의 동심 고리의 두께와 유사한 두께를 가질 수 있다. 유전성 재료 층은 실리카를 포함할 수 있다. 두께, 틈 간격, 고리 폭 및 고리 수를 선택하여, 렌즈와 관련된 광학 특성(예컨대, 촛점 길이)을 결정한다.

전술한 바와 같이, SWG 층은 입사 파면에 유도되는 위상 변화를 적절히 설계하여 특정한 광학적 기능을 수행하도록 될 수 있다. 유도 위상 변화를 설계하는 방법은 많이 있다. 일 실시예에서, SWG 층을 구성하기 위해, 투과 프로파일은 전자기 시스템을 모델링하는 응용 "MIT 전자기 방정식 전파(MEEP) 시뮬레이션 패키지, 또는 유한 요소 해석인 COMSOL Multiphysics® 및 다양한 물리학과 공학적 응용을 시뮬레이션하는데 사용될 수 있는 솔버 소프트웨어 패키지와 같은 적절한 계산 도구를 사용하여 결정될 수 있다. 결정된 투과 프로파일은 투과 파면에서 특정 변화를 일으키기 위해 전체 SWG 층의 기하학적 파라미터를 균일하게 조정하는데 사용될 수 있다.

SWG 어셈블리: 도 10 은 상호 연결된 광학 시스템(1002) 내에서 작동 중인 SWG 어셈블리(1000)의 일 실시예를 나타낸다. 작동 중인 SWG 어셈블리의 다른 실시예는 도 5b 와 관련하여 전술한 바와 같다. 그러나, 실행은 이들 실시예에 한정되지 않는다. 다양한 SWG 어셈블리가 본 개시에서 설명하는 바와 같은 페룰에 일체화될 수 있다.

도시된 실시예에서, 광학 시스템(1002)은 광섬유 커넥터(1004) 및 대응하는 광학 요소(1006)를 포함한다. 대응하는 광학 요소(1006)의 일 예는 PIC 이다. 광섬유 커넥터(1004)는 3개의 코어(1010a ∼ 1010c)를 포함하는 다코어 광섬유(1010)를 수용하기 위한 경로(1008)를 포함한다. 다코어 광섬유는 그가 사용되는 특정 환경에 따라 어떤 수의 코어라도 포함할 수 있다.

SWG 어셈블리(1000)는 섬유(1010)의 코어(1010a ∼ 1010c)를 요소(1006)의 광학 채널(1006a ∼ 1006c)과 광학적으로 서로 연결하기 위한 것이다. SWG 어셈블리(1000)는 도 6 과 관련하여 설명한 절차에 따른 실시예에 따라 페룰(1012)에 일체화될 수 있다.

SWG 어셈블리(1000)는 다음과 같은 SWG 부분 어셈블리를 포함한다: (ⅰ) 매체(1040)를 통해 전파하는 비임(1002a ∼ 1002c)을 비임(1026a ∼ 1026c)으로 개별적으로 확장시키는 SWG 확장 부분 어셈블리(1024), 및 (ⅱ) 매체(1044)를 통해 전파하는 비임(1026a ∼ 1026c)를 매체(1042)를 통해 전파하는 평행화된 비임(1034a ∼ 1034c)으로 개별적으로 평행화하는 SWG 평행화 부분 어셈블리(1032). SWG 어셈블리(1016)는 SWG 부분 어셈블리(1024, 1032) 사이에 개재되는 스페이서(1044)를 더 포함한다. 매체(1040, 1042)는 SWG 어셈블리(1000)에 일체화되는 고체 투명 층으로서 제공될 수 있다.

도 10 에 도시되어 있는 바와 같이, SWG 부분 어셈블리(1024)는 비임 확장 외에도, 측방 비임(1002a, 1002c)을 중앙 비임(1002b)으로부터 분리시키기 위해, 측방 코어(1010a, 1010c)로부터 방출되는 비임(1002a, 1002c)를 또한 굴절시킨다. 그리하여, 확장된 비임들 사이의 간섭이 방지된다. 또한, SWG 평행화 부분 어셈블리(1032)는, 평행화된 비임(1034a ∼ 1034c)이 매체(1042)를 통해 서로 평행하게 전파하도록 추가적으로 비임(1026a, 1026c)을 굴절시키게 된다.

SWG 부분 어셈블리(1024, 1032) 각각은 상기 광학적 기능을 실행하는 SWG 층을 포함한다. 보다 구체적으로, 확장 SWG 부분 어셈블리(1024)는 SWG 층(1046, 1048, 1050)을 포함한다: SWG 층(1046, 1050)은 측방 비임(1002a, 1002c)을 각각 확장 및 굴절시키도록 되어 있고, SWG 층(1048)은 중앙 비임(1002b)을 확장시키도록 되어 있다. 또한, SWG 평행화 부분 어셈블리(1032)는 SWG 층(1052, 1054, 1056)을 포함한다: SWG 층(1052, 1056)은 측방 비임(1026a, 1026c)을 각각 평행화 및 굴절시키도록 되어 있고, SWG 층(1054)은 중앙 비임(1026b)을 평행화시키도록 되어 있다. 부분 어셈블리에 있는 SWG 층들은 서로 별개로 형성되어 있는 것으로 나타나 있다. 대안적으로, 부분 어셈블리에 있는 SWG 층들은 각각의 개별적인 SWG 층의 광학 기능을 실행하는 영역들을 갖는 단일 SWG 층에 일체화될 수 있다.

SWG 어셈블리(1000)는 특히 다수의 비임을 분리시키고 평행화하도록 구성된다. 그러한 SWG 어셈블리는 입력 채널을 다른 상대적 공간 분리를 갖는 출력 채널과 광학적으로 결합시키는데 특히 편리하다. 그러한 경우는 에컨대 도 10 의 실시예에 도시되어 있는 바와 같이 다코어 광섬유를 PIC 또는 광학 트랜시버와 같은 광학 장치와 서로 연결할 때이다.

SWG 어셈블리(1000)는 광학 요소들 사이의 특정한 연결성을 실현하기 위해 배치되는 적층된 SWG 층들을 포함하는 어셈블리의 일 특정한 예이다. 다른 층 수 및 기능을 갖는 다양한 SWG 층 구성이, SWG 어셈블리가 작동되는 커넥터의 특정한 용도에 따라 실현될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, SWG 어셈블리에 있는 SWG 층들은 비임 성형 및 제어에 추가로 또는 그에 대한 대안으로, 스펙트럼 성분의 필터링, 비임 분할 또는 비임 편광과 같은 다른 광학적 기능을 제공할 수 있다.

결론: 전술한 실시예는 페룰과 커넥터 및 제조 기술을 설명한다. 전술한 바와 같이, 실시예는 광섬유 커넥터에서 성공적으로 전개될 수 있다. 그러나, 실시예는 광신호를 전달할 수 있는 어떤 종류의 커넥터 장치(예컨대, 어떤 종류의 광학 도파부라도 갖는 커넥터)에도 서용될 수 있다. 여기서 고려되는 커넥터는 플러그, 어댑터, 상호 연결부 또는 광학 인터페이스 장치를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

앞의 설명에서, 여기서 개시된 실시예들에 대한 이해를 제공하기 위해 많은 상세를 제시하였다. 그러나, 실시예들은 이들 상세 없이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 제한된 수의 실시예를 개시하였지만, 그에 대한 많은 수정 및 변화가 가능하다. 첨부된 청구 범위는 전술한 실시예의 수정예 및 변형예를 포괄하는 것이다. 특정 구성 요소에 대해 단수 표현을 갖는 청구항들은 하나 이상의 그러한 구성 요소도 포함하는 것이며, 둘 이상의 그러한 구성 요소를 필요로 하거나 배제하는 것은 아니다. 또한, 용어 "포함한다"는 개방적인 뜻으로 사용되는 것이다.

Claims (15)

1. 광섬유 커넥터로서,
   페룰(ferrule)을 통한 광 전송을 위한 광학 경로를 포함하는 페룰; 및
   상기 페룰에 일체화되며 상기 광학 경로의 일 단부와 졍렬되는 부분 파장 격자(SWG) 어셈블리를 포함하는 광섬유 커넥터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 커넥터는 확장 비임 커넥터인 광섬유 커네터.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 SWG 어셈블리는 상기 페룰의 수용부에 배치되며, 이 수용부는 상기 광학 경로의 상기 단부와 정렬되는 광섬유 커넥터.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 페룰에 있는 메이팅(mating) 요소 및 SWG 어셈블리에 있는 대응 메이팅 요소를 더 포함하고, 이들 메이팅 요소는 SWG 어셈블리를 상기 광학 경로의 상기 단부와 정렬시키도록 배치되는 광섬유 커넥터.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 페룰에 일체화되어 그 페룰을 상보적인 광학 장치에 결합시키는 메이팅 요소를 더 포함하는 광섬유 커넥터.
6. 광섬유 페룰로서,
   광 전송을 위한 광학 경로를 포함하는 페룰 몸체; 및
   SWG 어셈블리를 상기 광학 경로의 일 단부와 정렬시키기 위한 위치 결정 장치를 포함하는 광섬유 페룰.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 위치 결정 장치는 상기 SWG 어셈블리를 수용하는 수용부를 포함하는 광섬유 페룰.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 위치 결정 장치는, 상기 광학 경로와 정렬되는 페룰에 SWG 어셈블리를 위치시키도록 되어 있는 메이팅 요소를 포함하는 광섬유 페룰.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 위치 결정 장치는 상기 광학 경로와 정렬되는 페룰에 SWG 어셈블리를 위치시키기 위해 그 페룰에 형성되어 있는 핀을 포함하는 광섬유 페룰.
10. 제 6 항에 있어서,
    복수의 광학 경로룰 포함하며, 상기 위치 결정 장치는 SWG 어셈블리를 상기 광학 경로의 단부와 정렬시키는 광섬유 페룰.
11. 도파부 커넥터 제조 방법으로서,
    광 전송을 위한 광학 경로를 포함하는 페룰에 SWG 어셈블리를 결합시키는 단계; 및
    상기 SWG 어셈블리를 상기 광학 경로의 일 단부에 정렬시키는 단계를 포함하는 도파부 커넥터 제조 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 SWG 어셈블리를 결합시키는 상기 단계는, SWG 어셈블리가 광학 경로에 정렬되도록 그 SWG 어셈블리를 상기 페룰에 형성되어 있는 수용부에 삽입하는 것을 포함하는 도파부 커네터 제조 방법.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 SWG 어셈블리를 결합시키는 상기 단계는, 기준 표시물로서 상기 페룰의 일 요소를 사용하여 상기 SWG 어셈블리를 페룰의 광학 경로의 일 단부에 정렬시키는 것을 포함하는 도파부 커넥터 제조 방법.
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 SWG 어셈블리를 결합시키는 상기 단계는, SWG 어셈블리가 광학 경로에 정렬되도록 상기 페룰과 SWG 어셈블리에 형성되어 있는 상보적인 요소들을 결합시키는 것을 포함하는 도파부 커넥터 제조 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 상보적인 요소는 상기 페룰에 형성되어 있는 핀 및 상기 SWG 어셈블리에 형성되어 있는 대응 가이드를 포함하는 도파부 커넥터 제조 방법.

Images