KR20140111648A

KR20140111648A - 광 커넥터

Info

Publication number: KR20140111648A
Application number: KR1020147015546A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 에이 파탈; 레이몬드 지 보솔레일; 마르코 피오렌티노; 폴 케슬러 로젠버그
Original assignee: 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2014-09-19
Also published as: TW201331653A; TWI600932B; US20150063750A1; EP2802913A1; EP2802913A4; CN103975266B; CN103975266A; WO2013105935A1; US9354398B2

Abstract

광 커넥터는 제1 광섬유와 제2 광섬유를 포함한다. 제1 평면 렌즈는 상기 제1 광섬유에서 빠져 나오는 광에 작용하여 상기 광의 파면에서 기 설정된 변화를 일으키도록 배치된다. 제2 평면 렌즈는 상기 제1 평면 렌즈로부터 상기 광을 받도록 배치되고, 상기 제2 평면 렌즈는 상기 광을 상기 제2 광섬유에 포커스한다. 상기 제1 평면 렌즈와 제2 평면 렌즈는 각기 주기적으로 변하는 직경을 갖는 포스트들의 규칙적으로 이격된 어레이를 포함한다.

Description

광 커넥터{OPTICAL CONNECTORS}

광빔은 대개의 경우 광 에너지 또는 데이터를 전송하는데 사용된다. 예를 들면, 광빔은 데이터를 장거리를 거쳐 가까이 있는 회로 기판 상의 전자 컴포넌트들 사이, 광섬유들 사이, 또는 단일 회로 기판 상의 전자 컴포넌트들 사이에서 전송하는데 사용될 수 있다.

첨부 도면은 본 출원에 기술된 원리의 여러 예를 도시하며 명세서의 일부이다. 도시된 예는 단지 예일뿐이며 청구범위의 범주를 제한하지 않는다.
도 1은 본 출원에 기술된 원리 중 하나의 예에 따른, 광을 시준하고 포커스하는 평면 CMOS 호환 렌즈(planar CMOS compatible lens)를 활용하는 광섬유 접속부의 횡단면도이다.
도 2a는 본 출원에 기술된 원리 중 하나의 예에 따른, 실리콘 포스트들의 규칙적인 이격 및 포스트들의 직경의 다름을 보여주는 평면 렌즈의 평면도이다.
도 2b는 본 출원에 기술된 원리 중 하나의 예에 따른, 평면 렌즈의 횡단면도이다.
도 3은 본 출원에 기술된 원리 중 하나의 예에 따른, 평면 렌즈가 제1 광섬유 그룹으로부터 제2 광섬유 그룹으로 광을 지향하는 복수개의 소형 렌즈를 시뮬레이트하는 다심형 커넥터(multi-fiber connector)의 횡단면도이다.
도 4는 본 출원에 기술된 원리 중 하나의 예에 따른, 다심형 커넥터의 횡단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 3은 본 출원에 기술된 원리 중 하나의 예에 따른, 평면 렌즈를 포함하는 커넥터를 제조하고 이용하는 예시적인 방법을 도시한다.
전체의 도면에서, 동일한 참조 부호는 유사한 구성요소를 지정하지만, 반드시 동일한 구성요소를 지정하는 것은 아니다.

3차원 광학 장치는 비교적 부피가 크고 값이 비싸다. 예를 들면, 광빔을 장거리를 거쳐 가까이 있는 회로 기판들 상의 전자 컴포넌트들 사이 또는 광섬유들 사이에서 전송하기 위해서는 3차원 렌즈와 같은 광학 소자가 사용된다. 유감스럽지만, 이들 3차원 소자는 여전히 밀집하게 통합하는 가망성이 아주 작은 벌키 기술(bulky technology)에 머물고 있다.

아래의 명세서에서는 희망하는 임의의 투과된 파면(desired arbitrary transmitted wave front)을 생성하도록 주문된 직경 분포(diameter distribution)의 응용을 기술한다. 렌즈는 편광 무의존성(polarization insensitive)이며 어느 주어진 가시성 또는 적외선 파장에서 설계될 수 있다.

하기 설명에서, 설명 목적 상, 본 시스템과 방법의 철저한 이해를 제공하기 위하여 많은 특정한 세부사항이 기술된다. 그러나, 본 기술에서 통상의 지식을 가진 자들이라면 본 장치, 시스템, 및 방법이 이러한 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 명세서에서 일 예 또는 유사 표현에 대한 참조는 그 예와 관련하여 기술된 특별한 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 그 하나의 예에 포함되지만 그렇다고 꼭 다른 예에는 포함되는 것이 아니라는 것을 의미한다.

확장된 빔 커넥터는 광을 두 광섬유 사이에서 안내하는데 사용할 수 있다. 광섬유는 피복 소재(cladding material)로 감싸인 투명한 코어를 포함한다. 광은 내부 전반사(total internal reflection)에 의해 코어를 따라 유도된다. 통상 코어의 직경은 매우 작으며, 싱글 모드 광섬유는 10 마이크론보다 작은 직경을 갖는다. 이러한 광섬유들을 서로 연결하는 것이 도전 과제일 수 있다. 광섬유의 단부는 주의 깊게 절단된 다음 서로 기계적으로 서로 이어지거나 열을 이용하여 서로 융합된다. 광섬유들 간의 오정렬은 광의 상당한 손실을 가져올 수 있다. 예를 들면, 10 마이크론 직경의 광섬유를 결합할 때 5 마이크론의 오정렬이 생기면 용납할 수 없는 광의 손실을 가져올 수 있다.

광섬유들을 연결시키는 한가지 접근 방법은 제1 광섬유를 빠져 나가는 광빔을 더 큰 직경으로 확장한 다음 그 광빔을 다시 제2 광섬유에 포커스하는 과정을 포함한다. 광빔을 확장하고 시준하기 위하여 볼 렌즈와 같은 매크로스코픽 3차원 렌즈가 사용될 수 있다. 광을 다시 제2 광섬유에 포커스하기 위해서는 광을 제2 광섬유의 단부에 포커스하는 다른 하나의 3차원 렌즈가 사용된다.

계면에서 광빔의 직경이 크기 때문에 계면에서 오정렬에 대한 민감도는 상당히 줄어든다. 이것은 기계적 공차에 여유를 주게 되며 접속부를 낮은 비용으로 제조되게 해준다. 또한, 접속부는 긁힘이나 먼지와 같은 결함에 덜 민감하다.

그러나, 광섬유들끼리 연결하기 위해 매크로스코픽 3차원 광학을 사용하면 다수의 단점을 가질 수 있다. 예를 들면, 볼 렌즈는 제조하고 장치하기에 비쌀 수 있다. 볼 렌즈의 사용은 커넥터의 전체적인 크기를 키우는 것이며 시준된 빔의 직경을 제한한다. 또한, 볼 렌즈의 표면 프로파일 및 소재는 희망하는 대로 빔 시준을 발생하지 못할 수 있거나 또는 희망하는 광 파장에 적합하지 않을 수 있다. 예를 들면, 대부분의 적외선 소재는 볼 렌즈를 제조하기에 적합하지 않다.

도 1은 평면 CMOS 호환 렌즈를 활용하여 광을 시준하고 포커스하는 광섬유 접속부(100)의 횡단면도이다. 광섬유 접속부(100)는 두 개의 광섬유(104-1, 1-4-2), 투명한 매트릭스 소재(106-1, 10602) 및 매트릭스 소재 내에 배치된 평면 렌즈(102-1, 102-2)를 포함한다. 평면 렌즈(102-1)가 내장된 매트릭스 소재(106-1)의 제1 블록은 제1 광섬유(104-1)에 접합된다. 평면 렌즈(102-2)가 내장된 매트릭스 소재(106-2)의 제2 블록은 제2 광섬유(104-2)에 접합된다. 매트릭스 소재(106-1, 106-2)의 두 블록은 계면(112)에서 접합된다. 이 경우, 제1 매트릭스의 평평한 면이 제2 매트릭스의 평평한 면에 고착되는 곳에서 계면이 생긴다. 제1 광섬유(104-1) 내에 간직된 광(108)은 매트릭스 소재(106-1)를 향해 빠져나가고 확장한다. 확장 부분(110-1)에서 광(108)의 각도와 분포는 광섬유의 출사 직경(exit diameter), 매트릭스 소재(106-1)의 광 결함의 존재 및 매트릭스 소재(106-1)의 굴절률을 포함하는 다수의 요인에 의해 결정된다. 그런 다음 광(108)은 제1 내장 평면 렌즈(102-1)와 만나게 된다. 제1 평면 렌즈는 제1 광섬유를 빠져 나오는 광에 작용하여 그 광의 파면(wave front)에서 기 설정된 변화를 일으킨다. 이 예에서, 제1 평면 렌즈(102-1)는 광을 시준한다. 광(108)은 매트릭스 소재(106-1)의 나머지 부분을 포함하는 중심 부분(110-2)을 통과하고, 계면(112)을 가로질러서 매트릭스 소재(106-2)의 제2 블록으로 들어간다. 그런 다음, 광(108)은 제2 평면 렌즈(102-2)와 만나고 오른쪽 부분(110-3)을 통과함으로써 제2 광섬유(104-2)에 포커스된다.

도 1에 도시된 접근 방법은 볼 렌즈와 같은 3차원 광학을 사용하는 것 보다 다수의 장점을 가지고 있다. 평면 렌즈(102-1, 102-2)는 매트릭스 소재(106-1, 1-6-2)로 캡슐화되어 하나의 큰 블록(monolithic block)을 형성한다. 이것은 강건성을 증가시키고 광섬유 접속부(100) 내에서 정렬을 유지시켜준다. 평면 렌즈(102-1, 102-2)는 또한 저렴하게 제조될 수 있고 광빔의 파면에서 임의의 변동을 만들어낼 수 있다. 평면 렌즈(102-1, 102-2)는 볼 렌즈보다 상당히 얇으며, 그 결과 더욱 콤팩트한 접속부로 만들어 질 수 있다. 일 예에서, 평면 렌즈의 광축은 실질적으로 렌즈의 평면에 직교할 수 있다. 이 광축은 광학 시스템에서 약간 정도의 회전 대칭이 있는 가상 선이다. 다른 구현예에서, 광축은 렌즈의 평면으로부터 어떤 각도로 기울어져 있을 수 있다.

일 구현예에서, 평면 렌즈는 실리콘 포스트들(silicon posts)의 규칙적인 이차원 어레이를 포함하는 실리콘 렌즈이다. 평면 렌즈의 예는 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 포스트들의 직경의 공간적 차이는 투과된 파면의 임의적인 변형을 고려한 것이다. 평면 렌즈는 전반적으로 고 효율을 가지며 광의 편광 상태를 변경시키지 않는다. 또한, 평면 렌즈의 편광 무의존 특성은 평면 렌즈가 어떤 편광을 갖는 광 빔에 대해서도 균일하게 작용하게 해준다. 평면 렌즈는 가시성 및 근적외선 파장 범위 내에서 어느 관심 파장에서도 설계될 수 있다.

도 2a는 실리콘 포스트들(216)의 규칙적인 이격 및 그 포스트들의 직경의 차이를 보여주는 평면 렌즈(214)의 평면도이다. 더 크고 더 어두운 점은 더 큰 직경의 포스트를 나타내며, 반면 더 작은 점은 더 작은 직경의 포스트를 나타낸다. 규칙적으로 이격된 어레이 내 포스트들의 직경은 주기적으로 다르다. 이 예에서, 어레이는 규칙적으로 모양을 갖고 이격되어 있는 육각형 셀로 구성되지만, 다른 어레이 패턴, 이를 테면, 직사각형 패턴이 사용될 수도 있다.

이 예에서, 포스트들의 여러 직경은 렌즈의 면에서 원의 동심원 패턴을 이룬다. 각각의 원은 유사한 직경을 가진 포스트들로 이루어진다. 직경이 큰 포스트들로 구성된 원은 양측에서 직경이 더 작은 포스트들로 구성된 더 크고 더 작은 원을 갖게 되어 "과녁의 중심(bull's eye)"을 이룬다. 나선형, 타원형, 및 다른 적절한 기하구성을 포함하는 각종의 다른 패턴이 형성될 수도 있다. 이 예에서, 평면 렌즈(124)는 20 마이크론의 직경과 650 나노미터의 파장의 광에 대해 5 마이크론 초점 길이를 갖는다. 그러나, 평면 렌즈(214)는 각종의 크기, 초점 길이, 및 파장으로 구성될 수도 있다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 평면 렌즈(214)는 회절 제한된 스폿에 광을 포커스할 수 있다. 평면 렌즈(214)는 항시 입력 광의 편광을 보존하면서 모든 파면 변형을 구현하도록 설계될 수 있다.

도 2b는 평면 렌즈(214)의 횡단면도이다. 이 예에서 평면 렌즈(214)는 산화 실리콘 기판(218) 상에 석판인쇄술로 형성된 실리콘 포스트들(216)의 어레이를 포함한다. 일반적으로, 평면 렌즈는 각종 유전체 소재로 형성될 수 있다. 일 예에서, 포스트들의 규칙적인 어레이는 포스트들보다 굴절률이 상당히 낮은 유전체 기판 상에 배치된 유전체의 석판 인쇄술로 형성된 포스트들로 만들어진다. 이 문맥에서, "상당히"라는 용어는 입사 파면의 곡률의 변화를 희망하는 대로 제공하기에 충분한 굴절률의 차이를 말한다. 예를 들면, 이산화 실리콘은 대략 1.45의 굴절률을 가지며 실리콘은 관심 파장에 따라서 대략 5.5 내지 3.5의 굴절률을 갖는다.

전술한 설명은 평면 렌즈를 형성하는데 사용될 수 있는 기하구성의 특정한 예를 기술한 것이다. 부가적으로 또는 대안으로, 평면 렌즈는 상이한 재질과 기하구성으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 포스트들은 둘 이상의 유전체 소재의 조합으로도 형성될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 포스트들 사이의 영역은 포스트들보다 낮은 굴절률을 갖는 유전체로 채워질 수 있다. 포스트들의 횡단면 형상은 원통형, 사각형, 직사각형, 타원형, 또는 다른 적절한 형상일 수 있다. 다른 치수보다도 상당히 큰 하나의 치수를 갖는 단면의 포스트들은 편광 의존성(polarization dependence)을 도입할 수 있다. 편광 의존성을 바라는 환경에서, 포스트들은 그 어레이 내에서 정렬된 큰 종횡비의 횡단면 형상으로 형성되어 희망하는 편광 의존성을 발생할 수 있다. 몇몇 예에서, 하나의 같은 기판은 그 표면상에 형성된 복수개의 이산적 평면 렌즈를 가질 수 있다.

실리콘 포스트들(216)의 어레이는 사진 석판술, 나노임프린트, 및 다른 기술을 포함하는 각종 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 실리콘 포스트들(216)의 어레이의 생성은 단일의 사진 석판술 작업으로 수행될 수 있다. 포스트들(216)의 직경 및 높이는 선택된 파장 및 선택된 제조 기술 두 가지와의 호환성을 염두에 두고 설계될 수 있다.

평면 렌즈를 특정한 파장에서 설계하기 위해서는 각종 파라미터가 고려될 수 있다. 예를 들면, 실리콘 층 두께 및 어레이 이격 상수는 다음과 같은 원리에 의거 유도될 수 있다.

(i) 제조 제약에 의해 좌우되는 일부의 실제 범위에서 듀티 사이클이 변함에 따라 (어쩌면 2π의 상변이(phase variations)까지 그리고 그 상변이를 포함하는) 상변이가 선택될 수 있다.

(ii) 작은 범위 전체에 걸친 돌연한 상변화(phase changes)는 제조 오차에서 더 작은 공차를 허용할 것이므로, 돌연한 상변화가 회피될 수 있다.

(iii) 포스트의 종횡비는 제조 제약과 호환되게 선택된다.

(iv) 평균 투과 효율은 다른 제약이 충족될 때 극대화될 수 있다.

각종 다른 제약도 또한 고려될 수 있다. 처음 세가지 고려사항(i-iii)은 청색으로부터 스펙트럼의 IR 마지막까지의 모든 파장에서 충족될 수 있다. 또한, 파라미터의 선택은 고유한 것은 아니다. 여러 조합이 선택될 수 있다. 예를 들면, 주기적인 2D 격자의 시뮬레이션은 광 파장의 대략 절반의 최소 값에서 시작하여 실리콘 포스트 높이가 증가함에 따라, 높은 투과율(transmissivity)에서 2π 위상 차가 거의 주기적으로 발생하는 것을 보여준다. 육각형 격자는 유사하되 약간 더 작은 값을 갖도록 선택될 수 있다. 일반적으로 흡수 손실은 더 짧은 포스트가 사용될 때 최소화된다. 예를 들면, 평면 렌즈는 기판에 수직하는 포스트를 포함하며 커넥터를 통과하도록 설계된 광의 파장의 절반 가량이 되는 높이를 갖는다.

전술한 바와 같이, 평면 렌즈는 입사 파면에 대해 넓은 범위의 변동을 일으킬 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 제1 평면 렌즈 및 제2 평면 렌즈는 기판에 수직하는 광축을 갖는 축 대칭 수렴 렌즈(axially symmetric convergent lenses)이다. 평면 렌즈는 포스트 소재와 대조하여 상당히 큰 굴절률을 갖는 다양한 매체에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 평면 렌즈는 공기, 액체에서 사용될 수 있거나, 또는 유리나 중합체와 같은 고체 물질 내에 내장될 수 있다

도 3은 평면 렌즈(302)가 제1 광섬유 그룹(304)에서 제2 광섬유 그룹(314)으로 광을 지향하는 복수개의 소형 렌즈를 시뮬레이트하는 다심형 커넥터의 횡단면도이다. 평면 렌즈들(302) 중 한 쌍을 복수개의 광섬유들 사이에서 광을 시준하고 포커스하는데 사용하면 전체적인 비용과 제조의 복잡도를 줄일 수 있다. 이 예에서, 세 개의 광섬유(304)는 광(308)의 세 개의 빔을 매트릭스 소재(306-1)로 지향한다. 빔이 광섬유(304)를 빠져 나올 때, 이 빔은 매트릭스(306-1) 내부에서 확장되고 평면 렌즈(302-1)와 만난다. 제1 평면 렌즈(302-1)는 계면(312)을 가로질러 제2 매트릭스(306-2)를 향해 지나가는 세 개의 평행 빔들 쪽으로 광(318)을 시준하며, 제2 매트릭스에서 빔들은 제2 평면 렌즈(302-2)와 만나는 제2의 세 개의 광섬유(314)에 포커스된다.

도 4는 다심 커넥터(400)의 횡단면도이다. 이 예에서, 포스트들의 평면 렌즈는 단일의 대형 렌즈(402-1)로서 작용하며 제1 빔(408-1)을 상측 광섬유(404-1)로부터 제1 매트릭스(406-1)를 통해, 계면(412)을 가로지르고 제2 매트릭스(406-2)를 통하여 제2 평면 렌즈(402-2)로 지향시킨다. 제2 평면 렌즈(402-2)는 빔을 커넥터(400)의 반대편에 있는 하단 광섬유(414-3)에 포커스한다. 중앙 빔(408-2)은 중앙 광섬유(404-2)로부터 방사되고 마주하는 중앙 광섬유(414-2)로 지향된다. 제3 빔(408-3)은 커넥터(400)의 좌측 편에 있는 하단 광섬유(404-3)로부터 방사되고, 매트릭스(406-1) 및 계면(412)을 통해 투과되며, 이곳에서 빔은 마찬가지로 커넥터(400)의 우측 편에 있는 상단 광섬유(414-1)에 포커스된다.

평면 렌즈는 투과 광학 렌즈를 포함하는 다수의 렌즈 형태 중 어느 형태로서도 설계될 수 있다. 전형적으로, 투과 광학 렌즈는 렌즈의 평면에 평행한 파면에 반대되는 것으로서 렌즈의 평면에 대해 실질적으로 직각인 파면을 다룬다. 일 예에서, 평면 렌즈는 축방향 대칭 수렴 렌즈이다. 평면 렌즈는 그의 대칭 축에 실질적으로 평행한 시준된 광을 받아들인다. 광이 렌즈를 통과할 때, 광은 대칭 축 상의 점에서 렌즈의 반대 편에 포커스된다.

도 5a는 평면 렌즈를 포함하는 커넥터를 제조하고 이용하는 예시적인 방법(500)이다. 제1 평면 렌즈 및 제2 평면 렌즈가 제조된다. 제1 평면 렌즈들은 각자 변하는 직경을 갖는 포스트들의 규칙적인 어레이를 포함한다(블록 505). 평면 렌즈는 희망하는 파장 또는 파장 범위에서 실질적으로 광학적으로 투과성인 유리, 플라스틱, 반도체, 또는 다른 소재를 포함하는 각종 소재로부터 제조될 수 있다. 제1 평면 렌즈 및 제2 평면 렌즈는 제1 광섬유와 제2 광섬유와의 사이에 배치된다 (블록 510). 광은 제1 광섬유를 벗어나고 제1 평면 렌즈 및 제2 평면 렌즈를 통해 투과된다. 광은 제2 광섬유에 포커스된다(블록 515).

도 5b는 평면 렌즈를 포함하는 커넥터를 제조하고 이용하는 예시적인 방법이다. 평면 렌즈가 제조된다(블록 525). 일 실시예에 따르면, 평면 렌즈는 반복 간격으로 고르게 배열되고 배치된 포스트들의 어레이를 포함한다. 예를 들면, 평면 렌즈는 사진 석판술을 이용하여 형성되어 산화 실리콘 기판 상에 실리콘 필라들의 규칙적인 육각형 어레이를 형성할 수 있다. 평면 렌즈는 설계에 의한 반사 방지성 렌즈이다. 추가적인 반사 방지 코팅이 또한 추가될 수 있다.

평면 렌즈는 매트릭스 소재의 블록으로 캡슐화된다(블록 530). 매트릭스 소재는 전형적으로 평면 렌즈와 상이한 굴절률을 갖는다. 이와 달리, 평면 렌즈는 매트릭스 소재의 자유 표면에 부착될 수도 있거나 또는 매트릭스 소재 없이 사용될 수 도 있다.

제1 광섬유는 매트릭스 소재의 제1 블록에 접합되어 커넥터의 제1 절반 부분을 형성한다(블록 535). 광섬유는 광섬유를 매트릭스 소재의 제1 블록 내에 가공된 구멍으로 밀어 넣는 것을 포함하는 각종 방법으로 매트릭스 소재와 접합될 수 있다. 이와 달리, 광섬유 및 평면 렌즈는 몰드 및 광섬유와 렌즈 주위에 몰드된 매트릭스 소재 내에 배치될 수도 있다. 제2 광섬유는 마찬가지로 매트릭스 소재의 제2 블록에 접합되어 커넥터의 제2의 절반 부분을 형성한다(블록 540). 블록들은 사각형 직사각형, 또는 원통형 형상을 포함하여 모든 적절한 형상을 가질 수 있다. 광섬유들을 매트릭스 소재에 접합하는 것은 광섬유들이 평면 렌즈에 대해 올바르게 배치되는 것을 보장한다.

커넥터의 제1 절반 부분과 제2 절반 부분의 마주하는 면은 서로 고착된다(블록 545). 전형적으로 마주하는 면은 평평한 면이다. 이들 평평한 면 및 매트릭스 및/또는 평면 렌즈의 다른 표면도 역시 반사 방지 코팅으로 피복될 수 있다. 커넥터의 두 절반 부분을 서로 고착하는 여러 기술이 사용될 수도 있다. 예를 들면, 나중에 해체하려 설계되는 구성에서는 스프링력으로 커넥터의 마주하는 면을 서로 가압할 수 있다. 이와 달리, 영구적으로 설계되는 커넥터에서, 평면 렌즈는 굴절률 정합 아교와 같은 접착제를 이용하여 서로 접착될 수 있다. 그러면 광은 제1 광섬유로부터 커넥터를 통하여 제2 광섬유로 투과된다(단계 550).

전술한 방법은 단지 예일뿐이다. 도 5a 및 도 5b에 도시되고 전술한 여러 블록은 순서가 바뀌고, 삭제되고, 조합될 수 있고, 또는 새로운 블록이 추가될 수도 있다. 예를 들면, 평면 렌즈를 매트릭스 소재 내에 캡슐화하고 광섬유를 매트릭스 소재에 접합하는 과정은 동시에 수행될 수도 있다.

요약하면, 광섬유 커넥터에서 사용된 평면 렌즈는 평평한 위상을 제공하며 새로운 어셈블리 및 패키징 방법을 고려한 것이다. 평면 렌즈는 더욱 컴팩트하고, 장착이 쉬우며, 서로 아주 밀집하게 꾸려질 수 있다. 평면 렌즈는 또한 어레이 내 포스트들의 직경을 바꿈으로써 관습적인 동위상 파면(phase front) 변형을 설계할 때 자유로움을 준다. 이로써 수차의 교정과 낮은 삽입 손실을 감안할 수 있다. 포스트들이 산화물 기판에서 형성될 때, 평면 렌즈는 상당히 더욱 강인해지며 가열될 때 변형의 경향이 있는 플라스틱 렌즈보다 온도 변화에 내성이 있다.

앞서의 설명은 단지 기술된 원리의 예들을 묘사하고 기술하는데만 제공되었다. 이러한 설명은 이러한 원리를 개시된 어떠한 정밀한 형태 대로 하나도 빠뜨리지 않게 하려거나 제한하려는 것은 아니다. 전술한 가르침에 비추어 많은 변형과 변경이 가능하다.

Claims

광 커넥터로서,
제1 광섬유와,
제2 광섬유와,
상기 제1 광섬유에서 빠져 나오는 광에 작용하여 상기 광의 파면(wave front)에서 기 설정된 변화를 일으키도록 배치된 제1 평면 렌즈와,
상기 제1 평면 렌즈로부터 상기 광을 받고, 상기 광을 상기 제2 광섬유에 포커스하도록 배치된 제2 평면 렌즈를 포함하며,
상기 제1 평면 렌즈와 상기 제2 평면 렌즈는 각각 주기적으로 변하는 직경을 갖는 포스트들의 어레이를 포함하는
광 커넥터.
제1항에 있어서,
제1 매트릭스를 더 포함하며,
상기 제1 평면 렌즈는 상기 제1 매트릭스 내에 배치되고 상기 제1 광섬유는 상기 제1 매트릭스에 접합되는
광 커넥터.
제2항에 있어서,
제2 매트릭스를 더 포함하며,
상기 제2 평면 렌즈는 상기 제2 매트릭스 내에 배치되고 상기 제2 광섬유는 상기 제2 매트릭스에 접합되는
광 커넥터.
제1항에 있어서,
상기 포스트들의 어레이는 상기 포스트들 보다 굴절률이 상당히 낮은 유전체 기판 상에 배치된 석판인쇄술로 형성된 유전체의 포스트들을 포함하는
광 커넥터.
제1항에 있어서,
상기 포스트들의 높이는 상기 커넥터를 통과하도록 설계된 광의 파장의 대략 절반인
광 커넥터.
제1항에 있어서,
상기 제1 평면 렌즈 및 상기 제2 평면 렌즈는 축 대칭 수렴 렌즈(axially symmetric convergent lenses)인
광 커넥터.
제1항에 있어서,
상기 포스트들은 상기 기판으로부터 수직으로 연장하며, 상기 제1 평면 렌즈 및 상기 제2 평면 렌즈는 각기 상기 기판에 수직인 광 축을 갖는
광 커넥터.
제1항에 있어서,
상기 제1 평면 렌즈 및 상기 제2 평면 렌즈는 편광 무의존성(polarization insensitive)인
광 커넥터.
제1항에 있어서,
상기 포스트들의 어레이는 주기적으로 변하는 직경을 갖고 규칙적으로 이격되어 동심원 링의 패턴을 형성하는
광 커넥터.
광 커넥터를 제조하는 방법으로서,
직경이 다른 포스트들의 규칙적인 어레이를 포함하는 제1 평면 렌즈 및 제2 평면 렌즈를 제조하는 단계와,
상기 제1 평면 렌즈 및 상기 제2 평면 렌즈를 제1 광섬유와 제2 광섬유와의 사이에 배치하는 단계와,
광을 상기 제1 광섬유를 벗어나 상기 제1 평면 렌즈 및 상기 제2 평면 렌즈를 통해 투과시키는 단계 - 상기 광은 상기 제2 광섬유에 포커스됨 - 를 포함하는
광 커넥터 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 평면 렌즈를 제조하는 단계는 단일의 두 가지(binary) 석판인쇄/에칭 공정을 포함하는
광 커넥터 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 평면 렌즈를 투명한 매트릭스 소재의 제1 블록 내에 캡슐화하는 단계를 더 포함하는
광 커넥터 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 광섬유를 투명한 매트릭스 소재의 제1 블록에 접합하여 커넥터의 제1 절반부분을 형성하는 단계를 더 포함하는
광 커넥터 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 제2 평면 렌즈를 매트릭스 소재의 제2 블록 내에 캡슐화하는 단계와,
상기 제2 광섬유를 상기 매트릭스 소재의 제2 블록에 접합하여 상기 커넥터의 제2 절반부분을 형성하는 단계와,
상기 커넥터의 상기 제1 절반 부분 상의 평평한 면을 상기 커넥터의 상기 제2 절반 부분 상의 평평한 면에 고착시킴으로써 상기 커넥터의 상기 제1 절반 부분 및 상기 제2 절반 부분을 접합하는 단계를 더 포함하는
광 커넥터 제조 방법.
광 커넥터로서,
제1 광섬유와,
제2 광섬유와,
상기 제1 광섬유에서 빠져 나오는 광에 작용하여 상기 광의 파면(wave front)에서 기 설정된 변화를 일으키도록 배치된 제1 평면 렌즈와,
제1 매트릭스 - 상기 제1 평면 렌즈는 상기 제1 매트릭스 내에 배치되고 상기 제1 광섬유는 상기 제1 매트릭스에 접합됨 - 와,
상기 제1 평면 렌즈로부터 상기 광을 받고, 상기 광을 상기 제2 광섬유에 포커스하도록 배치된 제2 평면 렌즈와,
제2 매트릭스 - 상기 제2 평면 렌즈는 상기 제2 매트릭스 내에 배치되고 상기 제2 광섬유는 상기 제2 매트릭스에 접합됨 - 를 포함하며,
상기 제1 평면 렌즈와 상기 제2 평면 렌즈는 각각 주기적으로 변하는 직경을 갖는 유전체 포스트들의 규칙적으로 이격된 어레이를 포함하고, 상기 제1 평면 렌즈 및 상기 제2 평면 렌즈는 편광 무의존성(polarization insensitive)의 축 대칭 수렴 렌즈인
광 커넥터.