KR20160072238A - 광전자 조립체 - Google Patents

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KR20160072238A
KR20160072238A KR1020167013126A KR20167013126A KR20160072238A KR 20160072238 A KR20160072238 A KR 20160072238A KR 1020167013126 A KR1020167013126 A KR 1020167013126A KR 20167013126 A KR20167013126 A KR 20167013126A KR 20160072238 A KR20160072238 A KR 20160072238A
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cavity
optoelectronic assembly
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optic connector
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올라 블롬스터
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옵토스칸드 에이비
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Abstract

본 발명은 광섬유(2)를 통해 광(light)을 커넥터결합하는 광전자 조립체에 관한 것이며, 여기서, 조립체는 축방향으로 연장하는 캐비티(3)를 갖는 하우징(3)을 포함하며; 투명 윈도우(7)는 캐비티(4)의 제 1 단부(8)에 위치되며, 그리고 종단 부품(10; 20; 30; 40; 50; 60)은 캐비티의 제 2 단부에 위치되며, 여기서 캐비티(4)는 상기 광섬유(2)의 외피 표면(envelope surface)을 둘러싸는 유동 냉각제(flowing coolant)에 의해 공급되는 냉각 챔버(cooling chamber)를 형성하며; 여기서 광섬유(2)는 윈도우(7)와 광학 접촉하고, 그리고 종단 부품(10; 20; 30; 40; 50; 60)을 통해 조립체 밖으로 연장한다. 광섬유(2)는 가이딩 글루(12; 22; 32; 42; 52; 62)에 의해 종단 부품에 고정된다.

Description

광전자 조립체 {OPTOELECTRONIC ASSEMBLY}
본 발명은 광섬유에 대한 손상을 방지하도록 광섬유 단부를 정밀하게 그리고 고착되게 커넥터결합하는(connectorizing) 광전자 조립체에 관한 것이다.
본 발명은, 큰-전력 광섬유 케이블(high-power optical fiber cable), 자세하게는 20 kW로까지 그리고 그 초과의 전력 레벨(power level)들을 전송하기 위해 만들어진 광섬유 케이블을 위한 광전자 조립체에 관한 것이다. 일반적으로 광섬유 케이블은 입사하는 빔-광(beam-light)을 위한 입력 단부 및 빔-광이 광섬유를 떠나는 출력 단부를 가진다. 높은 광학 전압을 전송하기 위한 광섬유들은 산업 적용들에 빈번하게 사용된다. 자세하게는, 이 광섬유들은 고-전압 레이저 광선(laser radiation)에 의해 절단 및 용접 작업들에 대해 사용되지만, 그러나 또한 다른 산업 적용들, 예컨대 고온 환경들에서의 가열, 검출 또는 가공(working) 작업들에서, 광섬유들의 이러한 유형이 사용될 수 있다. 광섬유들에 의해, 큰 전력 레이저 소스로부터 워크 피스(work piece)로 레이저 빔을 전송하기 위한 유연한 제작 시스템(flexible manufacturing system)들을 설계하는 것은 가능하다. 광섬유는 내부 유리 코어(core) 및 투명 서라운딩(surrounding) 층, 소위 클래딩(cladding)을 통상적으로 가지며, 이 투명 서라운딩 층은 도핑된 유리(doped glass)로 종종 만들어진다. 클래딩은 유리 코어보다 더 낮은 굴절률(refractive index)을 가진다. 클래딩의 기능은 광학 빔을 코어에 제한된 상태로 유지하는 것이다. 코어 및 클래딩은 보호 버퍼(buffer) 및 재킷(jacket) 층들에 의해 커버링될(covered) 수 있다.
고휘도(high brilliance)를 갖는 고전압 섬유 및 디스크(disc) 레이저들의 발전에 의해, 광섬유들의 전압 처리 능력들은 상당히 증가하고 있다. 고전압 레이저 광선을 위한 광섬유 시스템들을 설계할 때, 섬유가 광을 전송하는 것에 대해 그리고 섬유를 통해 광의 고휘도를 유지하기 위해 효율적인 것이 중요하다. 레이저들로부터 고전력 광으로 가공하는 경우, 섬유는, 적용들 동안, 또한 이러한 고전압 광을 견뎌야(stand) 하며, 이는 높은 배면 반사(back reflection)들을 다시 시스템 내로 제공할 수 있다. 이는 고전압 레이저 광 손실들에 대한 내성이 있도록 광섬유 커넥터들의 디자인에 대한 높은 요구들을 가진다. 섬유들은 섬유에 대한 손상을 방지하고 플러그 앤 플레이(plug and play) 요구들을 실행하기 위해 섬유 단부를 정밀하게 그리고 고착되게 고정하는 커넥터들에서 종결된다. 광섬유 커넥터는 기본적으로 이의 정합 소켓(mating socket) 내에서 베럴을 고정하는 슬리브(sleeve)에 의해 둘러싸인 강성 원통형 베럴(rigid cylindrical barrel)이다. 정합 기구는, 예를 들어 푸쉬-앤-클릭(push-and-click), 베이오넷(bayonet), 또는 스레딩될(threaded) 수 있다. 통상적인 커넥터는 광섬유 단부를 준비함으로써, 외부 층의 적어도 부품들을 제거함으로써, 그리고 유리 층을 세정함으로써 설치된다. 일부 경우들에서, 모드 스트리퍼(mode stripper)는, 화학적 에칭(etch)에 의해 또는 클래딩 층보다 더 큰 굴절률을 갖는 재료를 적용함으로써 유리 클래딩에 적용된다. 이는 유리 원통형의 전방에 있는 종단부가 섬유 단부에 부착되기 때문이다. 섬유 코어와 유리 원통부는 이러한 지점에서 손실들 및 반사들을 방지하기 위해 광학 접촉한다. 유리 원통부는, 광섬유 커넥터가 사용되는 특정 파장들에 대해 코팅된다.
고전압 레이저 적용들의 경우의 문제는, 광섬유 밖으로 새어나간 광으로 인한 커넥터 내에서 초래된 손실들이 열을 발생시키는 것이다. 절단 및 용접 작업들 중에, 배면 반사된 프로세스 광은 광섬유의 역 방향으로 상당한 전송 손실들 유발시킬 수 있고, 그리고 광섬유 및 커넥터에 대한 손실을 또한 유발시킬 수 있다. 그러므로, 매우 정확하고 손실을 최소화시키는 해결책을 제공하는 개선된 커넥터 장치, 또는 광전자 조립체에 대한 필요가 존재한다. 손실들이 일어나는 경우에, 광섬유 커넥터의 디자인은 손상들 없이 광학 손실을 처리해야 한다.
상기 문제들은 첨부된 청구항들에서 주장된 바와 같은 광전자 조립체에 의해 해결된다.
이후의 문맥에서, 용어 "광(light)"은 레이저에 의해 발산되는 광으로서 해석될 수 있지만, 하지만 바람직하게는 반드시 산업 용도를 위한 고전압 레이저는 아니다. 용어 "광전자 조립체(optoelectronic assembly)"는 이러한 광전자 조립체를 구성하는 모든 컴포넌트 부품들 및 엑세서리들을 포함하는 섬유 커넥터를 규정하는데 사용된다.
본 발명은 광섬유를 커넥터결합하는 광전자 조립체에 관한 것이며, 여기서, 이 조립체는 축방향으로 연장하는 캐비티를 갖는 하우징을 포함한다. 캐비티는 광이 광전자 조립체 내로 전송되는 제 1 단부, 또는 입력 단부 및 광이 광전자 조립체 밖으로 전송되는 제 2 단부, 또는 출력 단부를 가진다. 일 예에 따라, 하우징은 캐비티의 제 1 단부에 위치되는 투명 윈도우를 포함하며, 이 윈도우는 섬유와 광학 접촉한다. 윈도우는 전송될 광의 파장에 의존하는 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다. 이러한 재료들의 예들은 석영(quartz), 용융 실리카(fused silica), 유리, 사파이어(sapphire) 또는 다른 유형들의 투명 유리 재료들이며, 이들은 고-에너지 레이저 윈도우들과 같은 적용들을 위해 일반적으로 사용된다.
대안적인 예에 따라, 하우징은 캐비티의 제 1 단부에 위치되는 투명 디스크를 포함하며, 이 디스크는 섬유를 위한 개구를 포함한다. 디스크는 전술된 투명 윈도우와 동일한 재료들로 만들어질 수 있다. 섬유는, 예를 들어 디스크의 유리 재료에 섬유의 외부 층을 디스크에 퓨징(fusing)함으로써, 고정될 수 있다. 고정은 글루(glue)일 수 있지만, 그러나 본 발명에 대해서는 필수적이지 않다.
추가적인 대안적인 예에 따라, 하우징은 캐비티의 제 1 단부에 위치되는 금속 디스크를 포함하며, 이 디스크는 섬유를 위한 개구를 포함한다. 디스크는 하우징과 동일한 재료로, 또는 임의의 다른 적합한 금속성 재료로 만들어질 수 있다. 섬유는, 예를 들어 디스크의 금속성 재료에 섬유의 외부 층을 디스크에 글루잉(gluing)함으로써, 고정될 수 있다.
하우징은 캐비티의 제 2 단부에서 위치되는 광섬유를 위한 개구를 갖는 종단 부품을 더 포함하며, 여기서 종단 부품은, 통상적으로 접착제에 의해, 조립체 내의 포지션에서 광섬유를 고정하는데 사용된다. 종단 부품은 반사체로서 기능할 수 있으며, 이러한 경우에, 이 종단 부품은 반사 특성뿐만 아니라 양호한 열 전도 특성을 가지는 재료, 예컨대 금, 구리 또는 구리 합금을 포함한다. 대안적으로, 종단 부품은 레이저 광에 대해 투명한 재료, 예컨대 유리, 석영, 세라믹스(ceramics) 등으로 만들어질 수 있다.
이러한 맥락에서, 광섬유는 중심 코어 및 적합한 유리 재료를 포함하는 하나 또는 그 초과의 클래딩 층들을 포함하는 것으로 추정된다. 광섬유는 외부 재킷 층 또는 외부 재킷 층을 갖는 버퍼 층을 더 포함한다. 단일의 재킷 층이 사용된다면, 이는 통상적으로 아크릴계 재료를 포함할 수 있다. 버퍼 및 재킷 층이 사용된다면, 버퍼 층은 실리콘을 포함할 수 있으며, 그리고 재킷 층은 나일론(nylon) 또는 플루오린 기반 플라스틱들(fluorine based plastics), 예컨대 테펠(Tefzel)®을 포함할 수 있다. 이러한 재료들은 단지 광섬유로 구성되는 적합한 재료들의 예들이다.
하우징 내의 캐비티는 상기 광섬유의 외피 표면(envelope surface)을 둘러싸는 유동 냉각제(coolant)에 의해 공급되는 냉각 챔버(cooling chamber)를 형성한다. 냉각제는 물 또는 임의의 다른 적합한 액체일 수 있다. 냉각제는 하우징의 일 단부에서 공급될 수 있고, 그리고 다른 단부로부터 제거될 수 있거나, 또는 동일한 단부로부터 공급되고 제거될 수 있다. 적어도 후자의 경우에서, 냉각제의 유속 및/또는 유동 방향을 제어하기 위해 캐비티를 통해 광섬유를 둘러싸는 배플들 또는 가이드들(guides)이 제공되어서, 요망되는 영역들 및/또는 조립체를 구성하는 커넥터 컴포넌트들의 충분한 냉각을 보장한다. 이후의 문맥에서, 용어들 "캐비티(cavity)" 및 "냉각제 챔버(coolant chamber)"는 동일한 특징부를 표시하는데 사용된다. 또한, 용어 "제 1 개구(first opening)"는 냉각제를 위한 입구를 표시하는데 사용되며, 그리고 "제 2 개구(second opening)"는 냉각제를 위한 출구를 표시하는데 사용된다. 광섬유는 상기 윈도우와 광학 접촉하고, 그리고 종단 부품을 통해 조립체 밖으로 연장한다. 광섬유는 개구를 통해 지나고, 그리고 가이딩 글루에 의해 종단 부품 내의 미리결정된 위치에 고정된다.
가이딩 글루는 광섬유보다 더 낮은 굴절률을 가지며, 이는 가이딩 글루가 광섬유 내의 광의 빔을 안내하는 것 그리고 상기 광섬유의 클래딩 내측에 광을 유지시키는 것을 허용한다. 일반적으로, 광섬유의 코어 내에 광을 유지시키는 것이 바람직하지만, 클래딩 내로 누출(leakage)이 발생할 수 있다. 그러므로, 가이딩 글루는 글루와 접촉하는 외피 표면보다 더 낮은 굴절률을 가져야 한다. 가이딩 글루는 레이저에 의해 발산되는 전송된 광 파장들에 대해 광학적으로(optically) 투명하거나 또는 반투명하다. 이러한 맥락에서, 외피 표면은 재킷 층, 퍼버 층 또는 클래딩 층일 수 있으며, 어떠한 층이든 가이딩 글루와 접촉하는 섬유의 외측 층이다.
가이딩 글루는 적어도 종단 부품의 축방향의 연장부에 걸쳐 광섬유를 완전히 둘러싸도록 배열되어, 종단 부품에서 냉각제 밀봉을 형성한다. 종단 부품 내의 제자리에 광섬유를 고정하는 것 이외에도, 가이딩 글루는 이의 축방향 연장부를 따라 종단 부품과의 접촉없이 유지하기 위해 광섬유를 고정하도록 배열된다. 가이딩 글루의 단부 부분은 냉각 챔버를 향하는 종단 부품의 측 상에서 냉각 챔버에 노출될 수 있고, 그리고 냉각제와의 직접 접촉에 의해 냉각된다.
광섬유는 코어, 하나 이상의 클래딩 층 및 하나 이상의 재킷 층을 포함하며, 여기서 재킷 층은 광섬유를 코팅하는 가이딩 글루 내에서 종결된다. 대안적으로, 광섬유는 재킷 층과 접촉하는 하나 이상의 버퍼 층을 또한 포함할 수 있다. 버퍼 층은 가이딩 글루 내에서 또는 가이딩 글루 외측에서 중 하나에서 냉각제 챔버 내로의 미리결정된 거리로 종결된다. 버퍼 층은 아크릴레이트 재료, 실리콘, 또는 적합한 유사 재료로 만들어질 수 있다. 재킷 층은 버퍼 층 외측에 제공되고, 그리고 나일론 또는 플루오린 기반 플라스틱 재료와 같은 적합한 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다. 광섬유의 정밀한 디자인 및 구성물은 본 발명 자체와 관련되지 않는다. 관련된 특징은 광섬유의 굴절률, 특히 광섬유의 유리 재료(코어 및 클래딩)이며, 이 광섬유의 굴절률은 가이딩 글루의 굴절률을 위한 상부 제한을 결정한다. 광섬유의 유리 재료는 코어 및 클래딩 층을 포함한다. 예들의 굴절률들은 1060 nm의 파장에서 용융 실리카에 대해 1.46 또는 실리콘에 대해 1.41이며; 굴절률들은 전송된 광의 파장에 의존한다.
제 1 예를 따라, 버퍼 층 및 재킷 층은 가이딩 글루 내에서 종결된다. 제 2 예에 따라, 재킷 층은 가이딩 글루 내에서 종결되는 반면에, 버퍼 층은 냉각 챔버 내측에서 가이딩 글루 외측에서의 미리결정된 거리로 종결된다. 추가적인 예를 따라, 캐비티에 걸쳐 연장하는 클래딩 층은, 모드 스트리퍼를 형성하기 위해, 이의 연장부의 적어도 일부분에 걸쳐 처리되는 표면이다.
가이딩 글루는, 광섬유에 대해 요망되는 굴절률을 가지는 임의의 적합한 접착 재료를 포함할 수 있다. 적합한 재료들의 비-제한 예들은 실리콘, 아크릴계 고-중합체, 아크릴레이트 수지, 및 에폭시 수지 중 하나 또는 그 초과이다. 아크릴계 고-중합체는 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 및 부틸 아크릴레이트 중 하나 또는 그 초과에 의해 공중합된(copolymerized) 물질을 포함할 수 있다. 에폭시 수지는 라디칼(radical) 에폭시 수지, 2 개의-컴포넌트 에폭시 수지, 또는 더블-양이온성(double-cationic) 에폭시 수지 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다.
광섬유를 에워싸고 코팅하는 가이딩 글루는 바람직하게는 하우징의 단부 벽을 형성하는 종단 부품에 걸쳐 위치된다. 대안적으로, 가이딩 글루는 또한 냉각 챔버 내로 향하는 종단 부품의 표면으로부터 미리결정된 거리만큼 연장하는 중공 부분 내측에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 중공 부분은 바람직하게는 종단 부품의 일체형 부품이지만, 그러나 반드시 일체형 부품이지는 않는다. 중공 부분은, 열 전송을 강화시키는 예를 들어 원통형일 수 있거나 또는 임의의 적합한 단면, 예컨대 반경방향의 플랜지(radial flange)들을 가질 수 있다.
추가적인 예에 따라, 적어도 중공 부분은 종단 부품으로부터 냉각 챔버 내로 연장하는 반사체이다. 중공 반사체는 반사 특성들 뿐만 아니라 양호한 열 전도 특성들을 가지는 재료, 예컨대 금, 구리 또는 구리 합금을 포함하여, 냉각제로 열을 전달하고, 그리고 글루 및 둘러싼 컴포넌트들의 가열을 막는다. 가이딩 글루의 단부 부분은 중공 부분의 단부에서 냉각 챔버에 노출되고, 그리고 냉각제와의 직접 접촉에 의해 냉각된다. 종단 부품 그 자체는 또한 반사체의 역할을 하도록 배열될 수 있고, 그리고 중공 부분과 동일하거나 또는 유사한 재료로 만들어질 수 있다. 전술된 반사체 디자인들은 냉각제 캐비티 내로 새어나간 광으로부터 가이딩 글루의 가열을 막는다. 반사체 표면의 반사율(reflectivity)은 임의의 레이저 광을 흡수하지 않도록 크다. 열 전도성 재료의 사용은, 가이딩 글루가 광섬유의 종단부로부터 발생되는 열에 노출될 때, 가이딩 글루가 효율적으로 냉각되는 것을 허용한다.
추가적인 예에 따라, 밀봉부는 가이딩 글루의 단부 표면에서 제공될 수 있고, 광섬유의 외측 표면을 둘러싼다. 예를 들어, 원형 밀봉부는 광섬유와 종단 부품 사이에서 반경방향으로 연장할 수 있고, 그리고 가이딩 글루와 냉각 챔버 사이에 위치된다. 밀봉부는 광섬유 둘레에 배치될 수 있으며, 여기서 광섬유는 종단 부품에 들어가거나, 또는 여기서 광섬유는 중공 반사체에 들어간다. 이러한 방식으로, 밀봉부는, 냉각제가 광섬유를 둘러싸는 가이딩 글루의 도달하는 것을 방지하고, 하우징을 밀봉하는 것을 보조한다. 종단 부품 그 자체는 또한 반사체의 역할을 하도록 배열될 수 있다. 이러한 반사체들을 위한 적합한 재료들은 양호한 반사 특성뿐만아니라 양호한 열 전도 특성을 가지는 재료들, 예컨대 금, 구리 또는 구리 합금을 포함하여, 열을 반사하며 그리고/또는 열을 냉각제로 전달하고, 그리고 글루의 가열을 막는다.
추가적인 예에 따라, 적어도 중공 부분은 적합한 투명 재료, 예컨대 유리, 석영 또는 유사물을 포함한다. 이러한 방식으로, 광섬유를 떠나는 광은 중공 부분을 통해 냉각제로 전송될 수 있다. 종단 부품은 투명 재료를 또한 포함한다면, 광은 이러한 부품을 통해 전송될 수 있다. 종단 부품은 또한 냉각제와 접촉하고, 그리고 냉각제에 의해 냉각된다. 상기 제 1 예에서와 같이, 가이딩 글루의 단부 부분은 중공 부분의 단부에서 냉각 챔버에 노출되고, 그리고 냉각제와의 직접 접촉에 의해 냉각된다.
전술된 디자인은 클래딩 모드들을 막도록 모드 스트리퍼와 또한 조합될 수 있다. 클래딩 모드는, 클래딩이 둘러싼 매질보다 더 높은 굴절률을 가지는 사실로 인해, 광섬유의 클래딩에 제한되는 모드이다. 이러한 모드들은 일반적으로 요망되지 않는다. 클래딩 모드들은, 광이 인터페이스(interface)를 때릴 때, 광을 스캐터링할 것인 클래딩 표면의 표면 러프닝(surface roughening)에 의해, 또는 클래딩 모드들을 추출하도록 클래딩 인터페이스에서 스캐터링을 증가시킴으로써, 또는 이의 굴절률이 클래딩의 굴절률과 매칭하거나 또는 클래딩의 굴절률보다 더 높은 재료로 섬유의 일부분을 둘러쌈으로써, 억제되어(suppressed), 클래딩 광이 굴절률-매칭(refractive index-matching) 재료 내로 전송되는 것을 유발시킨다. 이러한 후자의 기술들은 모드 스트리핑으로 불린다. 윈도우와 종단 부품 사이에서 캐비티를 통해 연장하는 최외측 클래딩 층의 일부분에는, 전술된 바와 같이, 예를 들어, 표면 러프닝의 형태의 이러한 모드 스트리퍼가 제공될 수 있다.
제 1 경우에서, 버퍼 층이 가이딩 글루 내에서 종결된다면, 모드 스트리퍼 후에 여전히 클래딩 내에 유지되는 광은 우선적으로 냉각제에 의해, 이후 가이딩 글루에 의해 그리고 최종적으로 버퍼 재료에 의해 안내될 것이다.
제 2 경우에서, 버퍼 층이 가이딩 글루 외측에서 종결된다면, 캐비티 내측에서, 모드 스트리퍼 후에 여전히 클래딩 내에 유지되는 광은 우선적으로 냉각제에 의해, 이후 버퍼 재료에 의해 안내될 것이다.
이하 문맥에서, 본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 이러한 개략적 도면들은 단지 예시를 위해 사용되며 본 발명의 범주를 임의의 방식으로 제한하는 것은 아니다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다;
도 1b는 도 1a의 조립체의 부분 확대도를 도시한다;
도 1c는 본 발명에 따른 조립체에서의 사용을 위한 광섬유의 예를 도시한다;
도 2a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다;
도 2b는 도 2a의 조립체의 부분 확대도를 도시한다;
도 3a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다;
도 3b는 도 3a의 조립체의 부분 확대도를 도시한다;
도 4a는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다;
도 4b는 도 4a의 조립체의 부분 확대도를 도시한다;
도 5a는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다;
도 5b는 도 5a의 조립체의 부분 확대도를 도시한다;
도 6a는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다;
도 6b는 도 6a의 조립체의 부분 확대도를 도시한다;
도 7a는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다;
도 7b는 도 7a의 조립체의 부분 확대도를 도시한다;
도 8a는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다;
도 8b는 도 8a의 조립체의 부분 확대도를 도시한다;
도 9a는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다.
도 1a는 본 발명에 따른 광전자 조립체(1)의 개략적 횡단면도를 도시한다. 이 도면은 본 발명의 일반적인 원리를 예시하며, 여기서 후속 도면들은 대안적인 실시예들을 도시할 것이다. 이하, "조립체"로 불리는 광전자 조립체가 입력 섬유(input fiber) 또는 레이저(laser)로부터 광을 수용하기 위한 장치 상에 장착되거나 이에 대해 고정된다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광전자 조립체(1)의 개략적 횡단면도를 도시한다. 이하, 조립체(1)로 불리는(termed) 광전자 조립체(1)는 추가적인 장치(도시되지 않음)를 향하여 광섬유(2)를 통해, 간섭성 광원(source of coherent light), 예컨대 레이저(도시되지 않음)으로부터 광(light)을 전송하기 위해 배열된다. 조립체(1)는 축방향으로 연장하는 캐비티(cavity)(4)를 갖는 하우징(housing)(3)을 포함한다. 하우징(3) 내의 캐비티(4)는 상기 광섬유(2)의 외피 표면(envelope surface)을 둘러싸는 유동 냉각제(coolant)의 공급부(도시되지 않음)에 연결되는 냉각 챔버(cooling chamber)를 형성한다. 냉각제는 물 또는 임의의 다른 적합한 액체일 수 있다. 이러한 예에서, 냉각제는 제 1 개구(5)를 통해 공급되고, 그리고 캐비티(4)의 동일 단부에서 제 2 개구(17)로부터 제거된다. 적어도 후자의 경우에서, 냉각제의 유속 및/또는 유동 방향을 제어하기 위해 캐비티(4)를 통해 광섬유를 둘러싸는 배플들(baffles)(6)이 제공되어서, 요망되는 영역들 및/또는 조립체를 구성하는 커넥터 컴포넌트들의 충분한 냉각을 보장한다. 도 1a에서, 냉각제의 유동 방향은 화살표들(A)에 의해 표시된다. 냉각제는 제 1 개구(5)로 들어가고, 그리고 캐비티(4)의 제 2 단부(9)로부터 제 1 단부(8)를 향하여 하우징(3)과 배플(6)의 외부 표면 사이의 환형 공간(annular space)을 통해 배플(6)에 의해 안내된다. 제 1 단부(8)에서, 냉각제는 배플(6)의 내부 표면과 광섬유(2) 사이의 환형 공간 내로 제 2 단부(9)를 향하여 안내되며, 여기서 반경방향의 플랜지는 환형 공간들을 분리시키고, 그리고 냉각제가 제 2 개구(17)를 통해 배수되는 것을 허용한다. 대안적으로, 냉각제는 하우징의 일 단부에서 공급될 수 있고, 그리고 다른 단부로부터 제거될 수 있다.
하우징(3)은 캐비티의 제 1 단부(8)에 위치되는 투명 윈도우(window)(7)를 포함하며, 이 투명 윈도우(7)는 전송될 광의 파장에 적응되는 재료를 포함한다. 적합한 재료들의 예들은 석영(quartz), 용융 실리카(fused silica), 투명 세라믹스(transparent ceramic), 유리 및 사파이어(sapphire)이며, 이들은 고-에너지 레이저 윈도우들과 같은 적용들을 위해 일반적으로 사용된다. 도 1a에서, 들어오는 광은 윈도우(7)를 통해 광섬유(2)의 단부 상으로 초점이 맞춰진다(focussed). 하우징(3)은 캐비티(4)의 제 2 단부(9)에 위치되는 광섬유(2)를 위한 개구(11)(도 1b 참조)를 갖는 종단 부품(termination part)(10)을 더 포함한다. 종단 부품(10)은 조립체(1) 내의 제자리에 광섬유(2)를 고정하기 위해 사용된다.
광섬유(2)의 단부(2a)는 상기 윈도우(7)와 광학 접촉하고, 그리고 종단 부품(10) 내의 개구(11)를 통해 조립체(1) 밖으로 연장한다. 광섬유(2)는 개구(11)를 통해 지나고, 그리고 가이딩 글루(guiding glue)(12)에 의해 이 종단 부품(10) 내의 미리결정된 위치에 고정된다(도 1b 참조).
가이딩 글루(12)는 광섬유(2)보다 더 낮은 굴절률(refractive index)을 가지며, 이는 가이딩 글루가 광섬유(2) 내의 광의 빔(beam)을 안내하는 것 그리고 상기 광섬유(2)의 클래딩 내측에 스트레이(stray) 광을 유지시키는 것을 허용한다. 가이딩 글루(12)는 광원 또는 레이저에 의해 발산되는 전송된(transmitted) 광 파장들에 대해 광학적으로(optically) 반투명하다.
가이딩 글루(12)는 적어도 종단 부품(10)의 축방향의 연장부에 걸쳐 광섬유(2)를 완전히 둘러싸도록 배열되며, 종단 부품(10)에서 냉각제 밀봉(seal)을 형성한다. 종단 부품(10) 내의 제자리에 광섬유(2)를 고정하는 것 이외에도, 가이딩 글루(12)는 이의 축방향 연장부를 따라 종단 부품(10)과의 접촉없이 광섬유(2)를 유지하도록 배열된다. 도 1b는 도 1a의 조립체(1)의 부분 확대도를 도시한다. 도 1b에서, 가이딩 글루(12)의 단부 부분(12a)이 캐비티(4)를 향하는 종단 부품(10)의 측에서 캐비티(4)에서 냉각제에 노출되고 냉각제와의 직접 접촉에 의해 냉각되는 것을 볼 수 있다.
이러한 본문에서 설명되는 예들에 따라, 도 1c에서 도시되는 광섬유(2)는 적어도 코어(13), 클래딩 층(14), 버퍼 층(buffer layer)(15) 및 외부 재킷 층(outer jacket layer)(16)을 포함한다. 도 1b는, 버퍼 층(15) 및 재킷 층(16)이 광섬유(2)를 코팅하는 가이딩 글루(12) 내의 분리된 종단 지점들(15a, 16a)에서 종결되는 것을 도시한다. 코어(13)를 둘러싸는 클래딩 층(14)은 윈도우(7)까지 연장한다. 코어와 비교하여 이러한 층들의 상대적인 두께가 실척대로 도시되지 않는 것을 유의해야 한다. 이러한 예에서, 코어(13) 및 클래딩 층(14)은 유리 재료로 만들어진다. 버퍼 층(15)은 아크릴레이트 재료, 실리콘, 또는 적합한 유사 재료로 만들어질 수 있다. 재킷 층(16)은 버퍼 층 외측에 제공되고, 그리고 나일론과 같은 적합한 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다. 광섬유의 정밀한 디자인(design) 및 조성물은 본 발명 그 자체에 관련되지 않으며, 그리고 대안적인 광섬유들은 본 발명의 범주 내에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1c에 도시되는 예에서, 버퍼 층이 제거되거나, 또는 하나 초과의 클래딩 층 또는 재킷 층이 사용될 수 있다. 관련된 특징은 광섬유의 유리 재료(코어 및 클래딩)의 굴절률이며, 이 광섬유의 굴절률은 가이딩 글루의 굴절률을 위한 상부 제한을 결정한다.
도 2a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광전자 조립체(1)의 개략적 횡단면도를 도시한다. 이하, 조립체(1)로 불리는 광전자 조립체는 도 1a에서의 조립체(1)와 실질적으로 동일하다. 모든 의도들 및 목적들에 대해 동일한 상응하는 컴포넌트 부품들은 도 1a 및 도 1c(부호들 1 내지 9, 13 내지 17)에서 이전에 사용된 도면 부호들을 유지할 것이다.
결과적으로, 도 2a는, 축방향으로 연장하는 캐비티(cavity)(4)를 갖는 하우징(housing)(3)을 포함하는 조립체(1)를 도시한다. 하우징(3) 내의 캐비티(4)는 광섬유(2)의 외피 표면(envelope surface)을 둘러싸는 유동 냉각제(coolant)의 공급부(도시되지 않음)에 연결되는 냉각 챔버(cooling chamber)를 형성한다. 냉각제는 물 또는 임의의 다른 적합한 액체일 수 있다. 이러한 예에서, 냉각제는 제 1 개구(5)를 통해 공급되고, 그리고 캐비티(4)의 동일 단부에서 제 2 개구(17)로부터 제거된다. 적어도 후자의 경우에서, 냉각제의 유속 및/또는 유동 방향을 제어하기 위해 캐비티(4)를 통해 광섬유를 둘러싸는 배플들(baffles)(6)이 제공되어서, 요망되는 영역들 및/또는 커넥터 컴포넌트들의 충분한 냉각을 보장한다. 도 2a에서, 냉각제의 유동 방향은 화살표들(A)에 의해 표시된다. 냉각제는 제 1 개구(5)로 들어가고, 그리고 캐비티(4)의 제 2 단부(9)로부터 제 1 단부(8)를 향하여 하우징(3)과 배플(6)의 외부 표면 사이의 환형 공간(annular space)을 통해 배플(6)에 의해 안내된다. 제 1 단부(8)에서, 냉각제는 배플(6)의 내부 표면과 광섬유(2) 사이의 환형 공간 내로 제 2 단부(9)를 향하여 안내되며, 여기서 반경방향의 플랜지는 환형 공간들을 분리시키고, 그리고 냉각제가 제 2 개구(17)를 통해 배수되는 것을 허용한다. 하우징(3)은 캐비티의 제 1 단부(8)에 위치되는 투명 윈도우(window)(7)를 포함하며, 이 투명 윈도우(7)는 전송될 광의 파장에 적응되는 재료를 포함한다.
광섬유(2)의 단부(2a)는, 도 2a에서 조립체의 부분 확대도를 도시하는 도 2b에서 표시되는 바와 같이, 상기 윈도우(7)와 광 접촉하고, 그리고 종단 부품(20)을 통해 조립체(1) 밖으로 연장한다. 광섬유(2)는 종단 부품(20)을 통해 지나고, 그리고 가이딩 글루(guiding glue)(22)에 의해 종단 부품(20) 내의 미리결정된 위치에 고정된다.
하우징(3)은 캐비티(4)의 제 2 단부(9)에서 위치되는 광섬유(2)를 위한 개구(21)를 갖는 종단 부품(20)을 더 포함하며, 여기서 종단 부품(20)은 조립체(1) 내의 포지션에서 광섬유(2)를 고정하는데 사용된다. 광섬유를 에워싸고 코팅하는 가이딩 글루는 하우징의 단부 벽의 형태로 종단 부품에 걸쳐 위치될 수 있다. 이러한 예에서, 가이딩 글루는 캐비티(4) 내로 향하는 종단 부품(20)의 표면으로부터 미리결정된 거리만큼 연장하는 중공 부분(23) 내측에 또한 위치된다. 후속하는 문맥에서, 비록 대안적인 단면 형상들이 본 발명의 범주 내에서 선택될 수 있지만, 중공 부분은 원통형 부분(23)으로 설명될 것이다. 도 2b에서 도시되는 원통형 부분(23)은 종단 부품(20)의 일체형 부품이지만, 그러나 이 원통형 부분은 또한 종단 부품에 고정되는 별도의 컴포넌트를 형성할 수 있다. 가이딩 글루(22)는 원통형 부분(23)에 걸쳐 광섬유(2)를 에워싸고 코팅한다.
상기에서 도 1a 및 도 1b과 관련되어 설명되는 바와 같이, 가이딩 글루(22)는 광섬유(2)보다 더 낮은 굴절률(refractive index)을 가지며, 이는 가이딩 글루가 광섬유(2) 내의 광의 빔(beam)을 안내하는 것 그리고 상기 광섬유(2)의 클래딩 내측에서 광을 유지시키는 것을 허용한다. 가이딩 글루(22)는 광원 또는 레이저에 의해 발산되는 전송된(transmitted) 광 파장들에 대해 광학적으로(optically) 투명하거나 또는 반투명하다.
가이딩 글루(22)는 적어도 종단 부품(20)의 축방향의 연장부에 걸쳐 광섬유(2)를 완전히 둘러싸도록 배열되어, 종단 부품(20)에서 냉각제 밀봉을 형성한다. 종단 부품(20) 내의 제자리에 광섬유(2)를 고정하는 것 이외에도, 가이딩 글루(22)는 종단 부품 및 원통형 부분의 축방향 연장부를 따라 종단 부품(20) 및 원통형 부분(23)과의 접촉에서 벗어난 상태로 광섬유를 유지하기 위해 광섬유(2)를 고정하도록 배열된다. 가이딩 글루(22)의 단부 부분(22a)은 캐비티(4)를 향하는 종단 부품(20)의 측 상에 원통형 부분(23)의 단부에서 캐비티(4)에 대해 노출되고, 그리고 냉각제와의 직접 접촉에 의해 냉각된다.
위에서 도 1c에서 표시되는 바와 같이, 광섬유(2)는 적어도 코어(13), 클래딩 층(14), 버퍼 층(buffer layer)(15) 및 외부 재킷 층(outer jacket layer)(16)을 포함한다. 도 2b에서 개략적으로 표시되는 바와 같이, 버퍼 층(15) 및 재킷 층(16)은 광섬유(2)를 코팅하는 가이딩 글루(22) 내의 분리된 종단 지점들(25, 26) 각각에서 종결된다. 코어를 둘러싸는 클래딩 층(14)은 윈도우(7)까지 연장한다. 코어(13) 및 클래딩 층(14)은 유리 재료로 만들어질 수 있다. 버퍼 층(15)은 아크릴레이트 재료, 실리콘, 또는 적합한 유사 재료로 만들어질 수 있다. 버퍼 층 외측에 제공되는 재킷 층(16)은 나일론과 같은 적합한 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다. 광섬유의 정밀한 디자인 및 구성물은 본 발명 자체와 관련되지 않는다. 관련된 특징은 광섬유의 굴절률, 특히 광섬유의 유리 재료이며, 이 광섬유의 굴절률은 가이딩 글루의 굴절률을 위한 상부 제한을 결정한다.
도 3a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다. 이러한 실시예는 도 1a에서 도시되는 실시예와 실질적으로 동일하다. 모든 의도들 및 목적들에 대해 동일한 상응하는 컴포넌트 부품들은 도 1a 및 도 1c(부호들 1 내지 9, 13 내지 17)에서 이전에 사용된 도면 부호들을 또한 유지할 것이다.
도 3a의 실시예는 광섬유(2)의 종단부에서 도 1a의 실시예와 상이하다. 도 1a에서 개략적으로 표시되는 바와 같이, 광섬유(2)는 적어도 코어(13), 클래딩 층(14), 버퍼 층(buffer layer)(15) 및 외부 재킷 층(outer jacket layer)(16)을 포함한다. 광섬유(2)는, 도 3a의 조립체의 부분 확대도를 도시하는 도 3b에서 표시되는 바와 같이, 개구(31)를 통해 지나고, 그리고 가이딩 글루(32)에 의해 종단 부품(30)의 개구(31) 내의 미리결정된 위치에 고정된다.
이러한 예에서, 재킷 층(16)은 가이딩 글루(32) 내의 제 1 종단 지점(36)에서 종결되는 반면에, 버퍼 층(15)이 가이딩 글루(32) 외측에서 냉각 챔버 캐비티(4) 내측에서의 미리결정된 거리로 제 2 종단 지점(35)에 종결된다. 코어를 둘러싸는 클래딩 층(14)은 윈도우(7)까지 연장한다.
도 4a는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다. 이러한 실시예는 도 2a에서 도시되는 실시예와 실질적으로 동일하며, 여기서 종단 부품은 캐비티 내로 연장하는 원통형 부분을 포함한다. 모든 의도들 및 목적들에 대해 동일한 상응하는 컴포넌트 부품들은 도 1a 및 도 1c(부호들 1 내지 9, 13 내지 17)에서 이전에 사용된 도면 부호들을 또한 유지할 것이다.
도 4a의 실시예는 광섬유(2)의 종단부에서 도 2a의 실시예와 상이하다. 도 1c에서 개략적으로 표시되는 바와 같이, 광섬유(2)는 적어도 코어(13), 클래딩 층(14), 버퍼 층(buffer layer)(15) 및 외부 재킷 층(outer jacket layer)(16)을 포함한다. 도 4b는 도 4a의 조립체의 부분 확대도를 도시한다. 광섬유(2)는 종단 부품(40) 내의 개구(41)를 통해 지나고, 그리고 원통형 부분(43)은 캐비티(4) 내로 향하는 종단 부품(40)의 표면으로부터 미리결정된 거리만큼 연장한다. 광섬유(2)는 가이딩 글루(42)에 의해 종단 부품(40) 및 원통형 부분(43)에서 미리결정된 위치에 고정된다.
이러한 예에서, 재킷 층(16)은 가이딩 글루(42) 내의 제 1 종단 지점(46)에서 종결되는 반면에, 버퍼 층(15)은 가이딩 글루(42) 외측에서 냉각 챔버 캐비티(4) 내측에서의 미리결정된 거리로 제 2 종단 지점(45)에서 종결된다. 이러한 배열은 종단 부품(40) 및 원통형 부분(43) 내의 가이딩 글루(42)의 가열을 방지하며, 클래딩에서 밖으로 새어나오는 광은, 종단 부품(40) 및 원통형 부분(43)에 도달하기 전에, 냉각제 캐비티(4) 내로 지날 것이다. 클래딩 층(14) 내에 유지되는 광은 우선적으로 냉각제에 의해 그리고 이후 버퍼 층(15)에 의해 가이딩될 것이다. 코어를 둘러싸는 클래딩 층(14)은 윈도우(7)까지 연장한다.
도 5a는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다. 이러한 실시예는 도 1a에서 도시되는 실시예와 실질적으로 동일하다. 모든 의도들 및 목적들에 대해 동일한 상응하는 컴포넌트 부품들은 도 1a 및 도 1c(부호들 1 내지 9, 13 내지 17)에서 이전에 사용된 도면 부호들을 또한 유지할 것이다.
도 5b는 도 5a의 조립체의 부분 확대도를 도시한다. 이러한 예에 따라, 광섬유(2)는 개구(51)를 통해 지나고, 그리고 가이딩 글루(guiding glue)(52)에 의해 종단 부품(50) 내의 개구(51)에서의 미리결정된 위치에 고정된다. 종단 부품(50)은 캐비티(4)의 냉각제와 직접 접촉하는 반사체(reflector)의 역할을 하여, 종단 부품(50)을 때리는 광을 다시 냉각제로 반사시키고, 그리고 가이딩 글루(52)의 가열을 피한다. 광의 반사는 화살표들(R)에 의해 표시된다. 종단 부품(50)은 광 반사부 및 금, 구리 또는 구리 합금과 같은 열 전도성 재료를 포함한다. 가이딩 글루(52)의 단부 부분은 종단 부품(50)의 내부 단부 벽에서 캐비티(4)에서의 냉각제에 노출되고, 그리고 냉각제와의 직접 접촉에 의해 또한 냉각된다.
이러한 맥락에서, 조립체에서 벗어나는 전달될 열은 광섬유의 종단부에 의해 발생된다. 도 5b에서, 재킷 층(16)은 가이딩 글루(52) 내의 제 1 종단 지점(56)에서 종결되는 반면에, 버퍼 층(15)은 가이딩 글루(52) 내측에 있는 제 2 종단 지점(55)에서 종결된다. 코어를 둘러싸는 클래딩 층(14)은 윈도우(7)까지 연장한다.
도 6a는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다. 이러한 실시예는 도 2a에서 도시되는 실시예와 실질적으로 동일하며, 여기서 종단 부품은 캐비티 내로 연장하는 원통형 부분을 포함한다. 모든 의도들 및 목적들에 대해 동일한 상응하는 컴포넌트 부품들은 도 1a 및 도 1c(부호들 1 내지 9, 13 내지 17)에서 이전에 사용된 도면 부호들을 또한 유지할 것이다.
도 6b는 도 6a의 조립체의 부분 확대도를 도시한다. 이러한 예에 따라, 광섬유(2)는 종단 부품(60) 내의 개구(61)를 통해 지나고, 그리고 원통형 부분(63)은 캐비티(4) 내로 향하는 종단 부품(60)의 표면으로부터 미리결정된 거리만큼 연장한다. 광섬유(2)는 가이딩 글루(62)에 의해 종단 부품(60) 및 원통형 부분(63)에서 미리결정된 위치에 고정된다. 종단 부품(60) 및 원통형 부분(63)은 캐비티(4)의 냉각제와 직접 접촉하는 반사체들의 역할을 하여, 광을 다시 냉각제로 반사시키고, 그리고 가이딩 글루(62)의 가열을 피한다. 광의 반사가 종단 부품(60) 및 원통형 부분(63) 각각에 대한 화살표들(R1 및 R2)에 의해 표시된다. 이러한 배열은, 종단 부품(60), 원통형 부분(63) 및 가이딩 글루(62)가 캐비티(4)에서 새어나간 광에 의해 가열되는 것을 방지한다. 종단 부품(60) 및 원통 부분(63)은 양호한 반사성 및 열 전도성 특성들을 가지는 재료, 예컨대 금, 구리 또는 구리 합금을 포함한다. 가이딩 글루(62)의 단부 부분은 종단 부품(60)의 내부 단부 벽에서 캐비티(4)에서의 냉각제에 노출되고, 그리고 냉각제와의 직접 접촉에 의해 또한 냉각된다.
이러한 맥락에서, 조립체에서 밖으로 전달될 열이 냉각제 캐비티 내의 섬유 밖으로 새어나간 광에 의해 그리고/또는 종단 부품 내의 클래딩 층 밖으로 새어나간 광에 의해 발생된다. 도 6b에서, 재킷 층(16)은 가이딩 글루(62) 내의 제 1 종단 지점(66)에서 종결되는 반면에, 버퍼 층(15)은 가이딩 글루(62) 내측에 있는 제 2 종단 지점(65)에서 종결된다. 코어를 둘러싸는 클래딩 층(14)은 윈도우(7)까지 연장한다. 열은 열 전도 재료를 통해 원통형 부분(63)으로부터 종단 부품(60)으로 전도된다. 전체 컴포넌트(60, 63)는 이후 냉각제에 의해 냉각된다.
도 7a는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다. 이러한 실시예는 도 6a에서 도시되는 실시예와 실질적으로 동일하며, 여기서 종단 부품은 캐비티 내로 연장하는 원통형 부분을 포함한다. 모든 의도들 및 목적들에 대해 동일한 상응하는 컴포넌트 부품들은 도 1a 및 도 1c(부호들 1 내지 9, 13 내지 17)에서 이전에 사용된 도면 부호들을 또한 유지할 것이다.
도 7b는 도 7a의 조립체의 부분 확대도를 도시한다. 도 7b에서 도시되는 바와 같이, 광섬유(2)는 종단 부품(60) 내의 개구(71)를 통해 지나고, 그리고 원통형 부분(63)은 캐비티(4) 내로 향하는 종단 부품(60)의 표면으로부터 미리결정된 거리만큼 연장한다. 광섬유(2)는 가이딩 글루(62)에 의해 종단 부품(60) 및 원통형 부분(63)에서 미리결정된 위치에 고정된다. 종단 부품(60) 및 원통형 부분(63)은, 위에서 도 6b와 관련되어 설명되는 바와 같이, 반사체들의 역할을 한다. 또한, 종단 부품(60) 및 원통형 부분(63)은 캐비티(4)의 냉각제와 직접 접촉하여, 냉각제에 열을 전달하고, 그리고 가이딩 글루(62)를 냉각시킨다. 이는, 종단 부품(60), 원통형 부분(63) 및 특히, 종단 부품(60) 내의 클래딩에서 새어나오는 광에 의해 가열될 수 있는 가이딩 글루(62)를 냉각시키는 것을 보조한다. 종단 부품(60) 및 원통 부분(63)은 열 전도성 재료, 예컨대 금, 구리 또는 구리 합금을 포함한다.
위에서 설명된 반사체 디자인들은, 가이딩 글루가 광섬유의 종단부로부터 발생되는 열에 노출될 때, 가이딩 글루가 효율적으로 냉각되는 것을 허용한다. 반사체 표면의 반사율(reflectivity)은 임의의 레이저 광의 흡수를 막기 위해 충분히 크게 선택된다.
가이딩 글루(62)의 단부 부분에는 광섬유(2)와 원통형 부분(63) 사이에서 연장하는 밀봉부(sealing)(77)가 제공된다. 밀봉부(77)는 원통형 부분(63)의 단부에서 캐비티(4) 내의 냉각제에 노출되고, 그리고 냉각제가 광섬유(2)를 둘러싸는 가이딩 글루(62)에 도달하는 것을 방지하고, 그리고 하우징을 밀봉시키는 것을 보조한다. 이러한 방식으로, 가이딩 글루(62)의 단부 부분은 밀봉부(77)에 의해 냉각제와 직접 접촉하지 않는다. 밀봉부(77)는 적합한 탄성중합체 재료, 예컨대 고무 재료를 포함한다. 광섬유를 둘러싸는 개구가 원형이라면, 밀봉부(77)는 오-링(O-ring)일 수 있다.
대안적으로, 도 5a에서 도시되는 바와 같은 광섬유와 종단 부품 사이에서 연장하는 밀봉부는 가이딩 글루와 냉각 챔버 사이에 위치될 수 있다. 그러므로, 밀봉부는 광섬유 둘레에 배치될 수 있으며, 여기서 광섬유는 종단 부품(도 5a)에 들어가거나, 또는 여기서 광섬유는 원통형 반사체(도 7a)에 들어간다.
도 7b에서, 재킷 층(16)은 가이딩 글루(62) 내의 제 1 종단 지점(76)에서 종결되는 반면에, 버퍼 층(15)은 가이딩 글루(62) 내에 있는 제 2 종단 지점(75)에서 종결된다. 코어를 둘러싸는 클래딩 층(14)은 윈도우(7)까지 연장한다. 도 7a 및 도 7b에서 H로 표시되는 열은 열 전도 재료를 통해 원통형 부분(63)으로부터 종단 부품(60)으로 전도된다.
도 8a는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다. 이러한 실시예는 도 2a에서 도시되는 실시예와 실질적으로 동일하며, 여기서 종단 부품은 캐비티 내로 연장하는 원통형 부분을 포함한다. 모든 의도들 및 목적들에 대해 동일한 상응하는 컴포넌트 부품들은 도 1a 및 도 1c(부호들 1 내지 9, 13 내지 17)에서 사용된 도면 부호들을 또한 유지할 것이다.
도 8b는 도 8a의 조립체의 부분 확대도를 도시한다. 이러한 예에 따라, 광섬유(2)는 종단 부품(80) 내의 개구(81)를 통해 지나고, 그리고 원통형 부분(83)은 캐비티(4) 내로 향하는 종단 부품(80)의 표면으로부터 미리결정된 거리만큼 연장한다. 광섬유(2)는 가이딩 글루(82)에 의해 종단 부품(80) 및 원통형 부분(83)에서 미리결정된 위치에 고정된다. 종단 부품(80) 및 원통형 부분(83)은 적합한 투명 재료, 예컨대 유리 또는 석영을 포함하고, 그리고 캐비티(4)에서의 냉각제와 직접 접촉한다. 이러한 투명 재료들이 낮은(poor) 열 전도체들이기 때문에, 냉각제 캐비티(4) 내로 새어나간 광은, 도면의 화살표들(T1, T2)에 의해 표시되는 바와 같이, 종단 부품(80)을 통해 전달될 것이다. 이러한 예에서, 재킷 층(16)은 가이딩 글루(82) 내의 제 1 종단 지점(86)에서 종결되는 반면에, 버퍼 층(15)은 가이딩 글루(82) 내측에 있는 제 2 종단 지점(85)에서 종결된다. 코어를 둘러싸는 클래딩 층(14)은 윈도우(7)까지 연장한다.
대안적인 예에 따라, 버퍼 층은, 도 4b에서 도시되는 바와 같이, 냉각제 캐비티 내로의 미리결정된 거리만큼 제 2 종단 지점에서 종결될 수 있다. 위에서 설명되는 바와 같이, 이는 종단 부품 및 원통형 부분 내에서 가이딩 글루의 가열을 방지한다.
이러한 방식으로, 제 2 종단 지점(85)에서 광섬유(2)를 떠나는 광은 원통형 부분을 통해 냉각제로 전송될 수 있어, 열을 냉각제에 전달하고 그리고 화살표들(T2)에 의해 표시되는 바와 같이 가이딩 글루(82)를 냉각시킨다. 종단 부품(80)은 투명한 재료를 또한 포함하며, 그리고 광은 화살표들(T1)에 의해 표시되는 바와 같이 이러한 부품을 통해 조립체 밖으로 전송될 수 있다. 종단 부품은 또한 냉각제와 접촉하고, 그리고 냉각제에 의해 냉각된다. 가이딩 글루(82)의 단부 부분은 원통형 부분(83)의 단부에서 캐비티(4)에서의 냉각제에 노출되고, 그리고 냉각제와의 직접 접촉에 의해 또한 냉각된다.
도 9a는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 광전자 조립체의 개략적 횡단면도를 도시한다. 이러한 실시예는 도 6a에서 도시되는 실시예와 실질적으로 동일하며, 여기서 종단 부품(60)은 캐비티(4) 내로 연장하는 원통형 부분(63)을 포함한다. 모든 의도들 및 목적들에 대해 동일한 상응하는 컴포넌트 부품들은 도 1a 및 도 1c(부호들 1 내지 9, 13 내지 17)에서 사용된 도면 부호들을 또한 유지할 것이다.
도 9b는 도 9a의 조립체의 부분 확대도를 도시한다. 도 9b에서 도시되는 예는 클래딩 모드(mode)들을 제거하기 위해 모드 스트리퍼(mode stripper)(90)와 도 6a의 예를 조합한다. 도 9a 및 도 9b에서 개략적으로 표시되는 바와 같이, 광섬유(2)는 적어도 코어(13), 클래딩 층(14), 버퍼 층(buffer layer)(15) 및 외부 재킷 층(outer jacket layer)(16)을 포함한다. 이러한 예에서, 재킷 층(16)은 제 1 종단 지점(66)에서 종결되며, 그리고 버퍼 층(15)은 가이딩 글루(62) 내측에 있는 제 2 종단 지점(65)에서 종결되는 반면에, 코어 및 클래딩(14)은 캐비티(4)를 통해 투명 윈도우(7)로 연장한다. 클래딩 모드들은, 광이 인터페이스(interface)를 때릴 때, 광을 스캐터링할(scatter) 것인 모드 스트리퍼 섹션(mode stripper section)(91)에 의해 억제된다(suppressed). 이는 투명 윈도우(7)로부터 종단 부품(60)을 향하여 광섬유(2)의 적어도 일부분을 표면 러프닝(surface roughening)함으로써 달성되어, 클래딩 광이 스캐터링하는 것을 유발시킨다. 이러한 기술은 모드 스트리핑(mode stripping)이라 불린다.
본 발명은 상기 실시예들로 제한되는 것이 아니라 청구항들의 범주 내에서 자유롭게 변경될 수 있다. 예를 들어, 사용된 광섬유는 상기 도면들에서 설명된 광섬유들보다 더 적은 또는 더 많은 층들을 포함할 수 있다. 게다가, 버퍼 및 재킷 층이 사용될 때, 이러한 층들은, 도 9b에서 표시되는 바와 같이, 동일한 위치에서 종결될 필요가 없다. 상기 실시예들로부터의 특징들을 조합하는 것은 또한 가능하다. 예를 들어, 도 7b에서 캐비티에 가까운 광섬유를 에워싸는 반사체는 다른 실시예들에 대해 또한 사용될 수 있다.
또한, 상기 실시예들은 냉각제 캐비티의 제 1 단부에서 위치되는 투명 윈도우를 포함하는 하우징을 설명한다. 청구항들의 범주 내에서, 섬유를 위한 개구를 가지는 투명 디스크(disc) 또는 금속 디스크를 갖는 캐비티의 제 1 단부를 제공하는 것은 또한 가능하다. 이 섬유는, 위에서 설명된 바와 같이, 적합한 방법들을 사용하여 이러한 디스크들에 고정될 수 있다.

Claims (17)

  1. 광섬유(2)를 커넥터결합하기(connectorizing) 위한 광전자 조립체(optoelectronic assembly)로서,
    상기 조립체는 축방향으로 연장하는 캐비티(4)를 갖는 하우징(3)을 포함하며, 상기 캐비티(4)는 광(light)이 상기 조립체 내로 전송되는 제 1 단부(8) 및 광이 조립체 밖으로 전송되는 제 2 단부(9)를 가지며; 종단 부품(10; 20; 30; 40; 50; 60)은 캐비티의 제 2 단부에 위치되며, 상기 캐비티(4)는 상기 광섬유(2)의 외피 표면(envelope surface)을 둘러싸는 유동 냉각제(flowing coolant)에 의해 공급되는 냉각 챔버(cooling chamber)를 형성하며; 상기 광섬유(2)는 상기 종단 부품(10; 20; 30; 40; 50; 60)을 통해 조립체 밖으로 연장하는, 광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체에 있어서,
    상기 광섬유(2)는 가이딩 글루(guiding glue)와 접촉하는 상기 광섬유(2)의 외피 표면보다 더 낮은 굴절률(refractive index)을 가지는 가이딩 글루(12; 22; 32; 42; 52; 62)에 의해 종단 부품에서 고정되는 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이딩 글루(12; 22; 32; 42; 52; 62)는 전송된 광 파장(transmitted light wavelength)들에 대해 광학적으로(optically) 투명하거나(transparent) 또는 반투명한(semi-transparent) 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가이딩 글루(12; 22; 32; 42; 52; 62)는 종단 부품(10; 20; 30; 40; 50; 60) 내에서 냉각제 밀봉(seal)을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이딩 글루(12; 22; 32; 42; 52; 62)는 종단 부품(10; 20; 30; 40; 50; 60)과의 접촉없이 종단 부품 내에 광섬유(2)를 고정하도록 배열되는 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광섬유(2)는 코어(core)(13), 하나 이상의 클래딩 층(cladding layer)(14) 및 하나 이상의 재킷 층(jacket layer)(16)을 포함하며, 상기 재킷 층(16)은 가이딩 글루(12; 22; 32; 42; 52; 62) 내에서 종결되는 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광섬유(2)는 상기 재킷 층(16)과 접촉하는 하나 이상의 버퍼 층(buffer layer)(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 버퍼 층(15)은 가이딩 글루(12; 22; 32; 42; 52; 62) 내에서 종결되는 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 버퍼 층(15)은 캐비티(4) 내측에서의 미리결정된 거리로 종결되는 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이딩 글루(12; 22; 32; 42; 52; 62)는 하나 또는 그 초과의 실리콘(silicone), 아크릴계 고-중합체(acrylic high-polymer), 아크릴레이트 수지(acrylate resin), 및 에폭시 수지(epoxy resin)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이딩 글루(12; 22; 32; 42; 52; 62)는 상기 종단 부품(20; 40; 60)으로부터 상기 캐비티(4) 내로 연장하는 중공 부분(hollow portion)(23; 43; 63) 내에 적어도 부분적으로 위치되는 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 중공 부분(23; 43; 63)은 상기 종단 부품(20; 40; 60)의 일체형(integral part) 부품인 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 중공 부분(23; 43; 63)은 상기 종단 부품(20; 40; 60)으로부터 상기 캐비티(4) 내로 연장하는 원통형 반사체(cylindrical reflector)인 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공 부분(23; 43; 63)은 광 반사(light reflecting) 및 열 전도성 재료, 예컨대 금, 구리 또는 구리 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광섬유(2)와 상기 종단 부품 사이에서 연장하는 밀봉부(sealing)(77)는 상기 가이딩 글루(12; 22; 32; 42; 52; 62)와 냉각 챔버 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  15. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    적어도 상기 중공 부분(83)은 투명 재료, 예컨대 석영(quartz), 용융 실리카(fused silica), 유리(glass), 사파이어(sapphire) 또는 투명 유리 재료(transparent glass material)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐비티(4)를 통해 상기 윈도우(7)와 상기 종단 부품(63) 사이에서 연장하는 상기 클래딩 층(14)의 일부분에는 모드 스트리퍼(mode stripper)(90)가 제공되는 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    투명 윈도우(7)는 캐비티(4)의 제 1 단부(8)에 위치되며, 그리고 상기 광섬유(2)는 상기 윈도우(7)와 광학 접촉하는(in optical contact) 것을 특징으로 하는,
    광섬유를 커넥터결합하기 위한 광전자 조립체.
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