KR20170019797A - 광섬유, 광섬유 결합기 및 광섬유를 이용한 광신호와 광에너지의 전달방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유는 광신호가 전달되는 코어 영역, 코어 영역을 감싸며, 광에너지가 전달되는 제1 클래딩 영역을 포함한다.

Description

광섬유, 광섬유 결합기 및 광섬유를 이용한 광신호와 광에너지의 전달방법{Optical fiber, coupler and method for transferring optical signal and optical energy using optical fiber}

본 발명은 광신호와 광에너지를 함께 전송가능한 광섬유, 광섬유 결합기 및 광섬유를 이용한 광신호와 광에너지의 전달방법에 관한 것이다.

광통신에 이용되는 광섬유는 단일모드 광섬유와 다중모드 광섬유로 구분된다. 광섬유의 단면을 보면, 빛이 전파되는 코어와 코어를 둘러싸고 있는 클래딩으로 구성된다. 코어의 굴절률이 클래딩의 굴절률보다 커서, 빛은 코어 내에서 전반사되면서 전파된다.

한편, 현재 가정 등에 전력을 공급하는 수단으로는 주로 도체를 이용한 전력선이 대세를 이루고 있다. 그러나, 미래의 에너지원으로서 광에너지가 이용되며, 사용자가 광에너지를 이용한 조명 또는 발열 장치를 사용한다면, 에너지의 변환없이 광에너지를 광섬유를 통해 그대로 전달하는 방법이 유용할 것이다.

광섬유를 통한 광에너지 전송은 기존의 도체선을 이용한 전기 에너지의 전송에 비하여 몇가지의 장점을 가지고 있다. 광섬유는 구리나 철과 같은 도체에 비하여 가격이 저렴하며, 전자파 장해가 없어서 고전압 송전선에 의한 민원 및 환경파괴를 방지할 수 있고, 광통신 케이블과 함께 지하에 매설이 가능하다.

따라서, 광섬유 코어에 파장이 다른 단일모드 광원과 파장 결합방법을 이용하여 광신호와 광에너지를 전송하는 방법이 개발되고 있다. 그러나, 이러한 방법은 광섬유 코어의 면적이 매우 작으므로 높은 출력의 광원 전송이 불가하고, 단일모드 광원의 경우 고출력의 광원은 매우 고가인 문제점이 있다.

KR 10-0735206 B1 KR 10-0989283 B1

본 발명의 목적은 광섬유의 코어와 클래딩 층을 각각 광신호와 고출력 광원의 전송 영역으로 사용할 수 있는 광섬유, 광섬유 결합기 및 광섬유를 이용한 광신호와 광에너지의 전달방법을 제공하고자 함에 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 광섬유는, 광신호가 전달되는 코어 영역; 및 상기 코어 영역을 감싸며, 광에너지가 전달되는 제1 클래딩 영역을 포함할 수 있다.

상기 코어 영역의 일단면은 상기 코어 영역에 입력되는 광신호를 공급하는 제1 입력광섬유에 연결될 수 있다.

상기 제1 클래딩 영역의 일단면은 상기 제1 클래딩 영역에 입력되는 광에너지를 공급하는 적어도 하나의 제2 입력광섬유에 연결될 수 있다.

상기 광섬유는, 상기 제1 클래딩 영역을 감싸는 제2 클래딩 영역을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 클래딩 영역의 굴절률은 상기 제2 클래딩 영역의 굴절률보다 높을 수 있다.

상기 코어 영역에 입력된 광신호는 코어 영역 내에서 전반사되며, 상기 제1 클래딩 영역에 입력된 광에너지는 제1 클래딩 영역 내에서 전반사될 수 있다.

상기 제1 클래딩 영역에 입력된 광에너지는 다중모드의 에너지 광원에 의한 광에너지인 것을 특징으로 한다.

상기 코어 영역의 타단면은 광신호 출력광섬유에 연결되며, 상기 제1 클래딩 영역의 타단면은 광에너지 출력 광섬유에 연결될 수 있다.

상기 코어 영역의 직경은 상기 광신호 출력광섬유의 코어의 직경과 동일하거나 더 작은 것을 특징으로 한다.

상기 코어 영역의 직경은 상기 제1 입력광섬유의 코어 영역의 직경과 동일하거나 더 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 결합기는 광섬유의 코어 영역에 결합되어 광신호를 상기 광섬유의 코어 영역에 입력하는 제1 입력광섬유; 및 상기 광섬유의 제1 클래딩 영역에 결합되어 상기 제1 클래딩 영역에 광에너지를 입력하는 적어도 하나의 제2 입력광섬유를 포함하며, 상기 제1 입력광섬유의 코어는 상기 광섬유의 코어 영역에 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 입력광섬유 전체 대비 코어 비율은 상기 제1 입력광섬유 전체 대비 코어 비율보다 높다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유를 이용한 광신호와 광에너지의 전달방법은, 상기 광섬유의 코어 영역에 결합된 제1 입력광섬유로부터 입력받은 광신호를 전송하는 단계; 및 상기 광섬유의 제1 클래딩 영역에 결합된 적어도 하나의 제2 입력광섬유로부터 입력받은 광에너지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다중모드의 에너지 광원을 광섬유의 클래딩 영역에 결합시키고, 단일모드의 광신호는 코어 영역에 결합시켜 하나의 광섬유를 이용하여 고출력의 광에너지 및 광신호를 동시에 전송할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 단면과 광섬유 내부에서의 광신호 및 광에너지의 반사 형태의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유를 이용한 광신호와 광에너지를 함께 전송하는 방법에 대해서 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유에 광신호와 광에너지를 입력시키는 결합기와 광섬유의 결합을 도시한 도면이다.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 단면과 광섬유 내부에서의 광신호 및 광에너지의 반사 형태의 일 예를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유를 이용한 광신호와 광에너지를 함께 전송하는 방법에 대해서 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유에 광신호와 광에너지를 입력시키는 결합기와 광섬유의 결합을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유(100)는 광신호가 전반사되면서 전달되는 코어 영역(10), 코어영역을 둘러싸는 제1 클래딩영역(20), 제1 클래딩 영역을 둘러싸는 제2 클래딩 영역(30)을 포함할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 코어 영역(10)은 광섬유 결합기 중 제1 입력광섬유(40)의 코어(42)와 연결되어, 제1 입력광섬유(40)로부터 광신호를 입력받으며, 입력된 광신호는 코어 영역(10) 내에서 전반사되면서 전달되게 된다.

제1 클래딩 영역(20)의 굴절률은 제2 클래딩 영역(30)의 굴절률보다 높아 광에너지는 제1 클래딩 영역(20) 내에서 전반사되며 전달될 수 있다. 일 예로, 제1 클래딩 영역(20)은 실리카 유리 소재로 구성될 수 있으며, 제2 클래딩 영역(30)은 실리카 유리보다 굴절률이 낮은 유리 또는 유기물로 구성되어 제1 클래딩 영역(20)에서 광에너지가 전송될 수 있는 도파로를 형성하게 된다.

즉, 광섬유 결합기(200)를 통하여 다중모드의 광에너지가 제1 클래딩 영역(20)에 결합되고, 단일모드의 광신호는 광섬유(100)의 코어 영역(10)에 결합되어, 광에너지와 광신호가 종래와 같이 파장 다중화기(WDW coupler)를 통하여 결합하여 전송되는 것이 아니라, 따로 따로 코어 영역(10)과 제1 클래딩 영역(20)을 통하여 전송될 수 있는 것이다.

코어 영역(10)을 통해서만 파장 다중화기를 이용하여 광신호와 광에너지를 전송하게 될 경우, 광섬유 코어 영역(10)의 면적이 작기 때문에 높은 출력의 광에너지 전송이 불가능하였으며, 단일 모드 광원만 이용하게 될 경우 고출력을 갖는 광원 자체의 가격이 매우 높다는 문제점이 있었으나, 본원의 경우 다중 모드 광원을 통하여 광에너지가 입력되고, 제1 클래딩 영역(20)을 통하여 전송함에 따라 코어 영역(10)의 면적에 구애받지 않고도 고출력의 광에너지를 전송할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 광섬유(100)의 코어 영역(10)에는 제1 입력광섬유(40)의 코어 영역(42)이 결합된다. 제1 입력광섬유(40)의 코어(42)를 통해 전달되는 광신호가 모두 광섬유 코어 영역(10)에 전달되게 된다. 따라서, 제1 입력광섬유의 코어(42) 직경은 광섬유 코어 영역(10)의 직경과 동일하거나, 더 작은 것이 바람직하다. 제1 입력광섬유(40)의 클래딩(41)은 광섬유 코어영역(10)의 일부에 접할 수도 있고, 모두 제1 클래딩 영역(20)에 접할 수 있다.

제1 클래딩 영역(20)에는 하나 이상의 제2 입력광섬유(50)가 결합될 수 있다. 제2 입력광섬유(50) 각각은 코어(52)와 클래딩(51)으로 구성되며, 제2 입력광섬유의 코어(52)를 통해 진행하는 광에너지는 제1 클래딩 영역(20)에 입력될 수 있다. 고출력 광원의 광에너지 전달을 위하여 제1 입력광섬유(40)의 코어(42)보다 제2 입력광섬유(50)의 코어(52)가 차지하는 면적의 비중이 상대적으로 더 넓을 수 있다.

광섬유(100)의 제1 클래딩 영역(20)의 단면적은 코어 영역(10) 및 제2 클래딩 영역(30)의 면적보다 더 넓을 수 있다.

광섬유 결합기(200)는 광섬유(100)의 코어 영역(10)에 결합되어 광신호를 광섬유(100)의 코어 영역(10)에 입력하는 제1 입력광섬유(40)와 광섬유(100)의 제1 클래딩 영역(20)에 결합되어 제1 클래딩 영역(20)에 광에너지를 입력하는 적어도 하나의 제2 입력광섬유(50)를 포함할 수 있다.

광섬유 코어 영역(10)의 일단면은 코어 영역(10)에 광신호를 공급하는 제1 입력광섬유(40)에 연결되며, 광섬유 제1 클래딩 영역(20)의 일단면은 제1 클래딩 영역(20)에 입력되는 광에너지를 공급하는 적어도 하나의 제2 입력광섬유(50)에 연결될 수 있다.

또한 광섬유 코어 영역(10)의 타단면은 광신호 출력광섬유에 연결되며, 제1 클래딩 영역(20)의 타단면은 광에너지 출력광섬유에 연결되어, 광신호와 광에너지를 분리하여 획득할 수 있다. 광섬유 코어 영역(10)의 직경은 광신호 출력광섬유의 코어의 직경과 동일하거나 더 작을 수 있다. 도 2의 광에너지/광신호 분리기는 광신호 출력광섬유와 광에너지 출력광섬유를 포함할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 코어 영역 20 : 제1 클래딩 영역
30 : 제2 클래딩 영역 40 : 제1 입력광섬유
50 : 제2 입력광섬유 100 : 광섬유
200 : 광섬유 결합기

Claims (13)

1. 광신호가 전달되는 코어 영역; 및
   상기 코어 영역을 감싸며, 광에너지가 전달되는 제1 클래딩 영역을 포함하는,
   광섬유.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코어 영역의 일단면은 상기 코어 영역에 입력되는 광신호를 공급하는 제1 입력광섬유에 연결되는,
   광섬유.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 클래딩 영역의 일단면은 상기 제1 클래딩 영역에 입력되는 광에너지를 공급하는 적어도 하나의 제2 입력광섬유에 연결되는,
   광섬유.
4. 제1항에 있어서,
   상기 광섬유는, 상기 제1 클래딩 영역을 감싸는 제2 클래딩 영역을 더 포함하는,
   광섬유.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 클래딩 영역의 굴절률은 상기 제2 클래딩 영역의 굴절률보다 높은,
   광섬유.
6. 제1항에 있어서,
   상기 코어 영역에 입력된 광신호는 코어 영역 내에서 전반사되며,
   상기 제1 클래딩 영역에 입력된 광에너지는 제1 클래딩 영역 내에서 전반사되는,
   광섬유.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 클래딩 영역에 입력된 광에너지는 다중모드의 에너지 광원에 의한 광에너지인 것을 특징으로 하는,
   광섬유.
8. 제1항에 있어서,
   상기 코어 영역의 타단면은 광신호 출력광섬유에 연결되며,
   상기 제1 클래딩 영역의 타단면은 광에너지 출력 광섬유에 연결되는,
   광섬유.
9. 제8항에 있어서,
   상기 코어 영역의 직경은 상기 광신호 출력광섬유의 코어의 직경과 동일하거나 더 작은 것을 특징으로 하는,
   광섬유.
10. 제2항에 있어서,
    상기 코어 영역의 직경은 상기 제1 입력광섬유의 코어 영역의 직경과 동일하거나 더 큰 것을 특징으로 하는,
    광섬유.
11. 제1항의 광섬유를 이용한 광신호와 광에너지의 전달방법으로서,
    상기 광섬유의 코어 영역에 결합된 제1 입력광섬유로부터 입력받은 광신호를 전송하는 단계; 및
    상기 광섬유의 제1 클래딩 영역에 결합된 적어도 하나의 제2 입력광섬유로부터 입력받은 광에너지를 전송하는 단계를 포함하는,
    광섬유를 이용한 광신호와 광에너지의 전달방법.
12. 광섬유의 코어 영역에 결합되어 광신호를 상기 광섬유의 코어 영역에 입력하는 제1 입력광섬유; 및
    상기 광섬유의 제1 클래딩 영역에 결합되어 상기 제1 클래딩 영역에 광에너지를 입력하는 적어도 하나의 제2 입력광섬유를 포함하며,
    상기 제1 입력광섬유의 코어는 상기 광섬유의 코어 영역에 결합되는 것을 특징으로 하는,
    광섬유 결합기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 입력광섬유 전체 대비 코어 비율은 상기 제1 입력광섬유 전체 대비 코어 비율보다 높은,
    광섬유 결합기.

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